Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol.

1. Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol mediante la determinación de la posición relativa de la lámina foliar (14) respecto al campo gravitatorio y al campo magnético terrestre caracterizado porque se utiliza un dispositivo móvil (1) y porque el dispositivo móvil comprende,

al menos, un acelerómetro y un magnetómetro.

2. Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol según la reivindicación 1 caracterizado porque el dispositivo móvil (1) es un teléfono móvil o una tableta.

3. Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol según las reivindicaciones 1 y 2 caracterizado porque el teléfono móvil es tipo "Smartphone" e incorpora un giróscopo para aumentar la precisión de las medidas tomadas.

4. Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol caracterizado porque comprende las etapas del procedimiento:

- calibración del funcionamiento del dispositivo móvil (1) mediante un digitalizador 3D y el soporte (2) diseñado para este fin;

- verificación de la validez de las medida a tomar en el árbol seleccionado;

- toma de datos y registro mediante el dispositivo (1) sobre las hojas de un árbol seleccionado;

- volcado de los datos a un ordenador;

- simulación del porcentaje de área foliar potencial expuesta al sol para cada hoja y los posibles grupos de hojas mediante el modelo creado con software informático, en un momento dado del día, a distintas latitudes y en distintas épocas del año;

- elaboración de predicciones e hipótesis.

5. Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol según reivindicaciones 1 y 4 caracterizado porque el dispositivo móvil (1) actúa como si se tratase de un vector con una parte proximal, una distal, una cara anterior y otra posterior (15);

y porque se hace coincidir el extremo distal al teclado del dispositivo con la parte apical de la hoja, el extremo proximal del teclado del dispositivo con la parte basal (próxima al peciolo) de la hoja y con orientación de la superficie de la pantalla del dispositivo en el mismo sentido que el haz (16) o cara anterior de la hoja;

y porque la colocación del dispositivo en posición paralela a una hoja de un árbol, que forme un único plano o que estén en planos paralelos, permite registrar los valores de estos ángulos en la hoja.

6. Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol según reivindicaciones 1 y 4 caracterizado porque se realiza la calibración del software mediante un soporte (2) regulable fabricado en un material rígido;

y porque el soporte (2) se apoya sobre una pequeña tabla (3), que actúa como plano, y a la que está unido mediante un chupete de inserción (10) que le permite girar libremente (11) sobre el plano de la tabla y paralelo a ella;

y porque la tabla (3) está adosada a un trípode (5) para sustentarla y se regula por dos tornillos: el tornillo "cabeceador" (8), que permite el cabeceo (13) sobre el eje Norte-Sur en el panel regulable, y el tornillo "alabeado" (9) que permite, a su vez, el alabeo sobre el eje Este-Oeste (12) del panel;

y porque la tabla presenta grabada una circunferencia (4) y un anclaje (7) para colocar el digitalizador 3D ajustado por dos tornillos (6).

7. Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol según reivindicaciones 1, 4 y 6 caracterizado porque el soporte (2) se fabrica sin piezas metálicas para asegurar que no se produzcan interferencias con el digitalizador 3d o con el dispositivo móvil (1).

8. Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol según reivindicaciones 1, 4 y 6 caracterizado porque el soporte (2) se fabrica en un plástico tipo PVC o en madera o en vidrio.

9. Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol según reivindicaciones 1, 4 y 6 caracterizado porque el soporte (2) actúa como un plano, similar al de la hoja, con el que se realizan treinta y seis medidas, una medida por cada diez grados en la circunferencia grabada (4) y porque la posición del plano queda determinada mediante un digitalizador 3D.

10. Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol según las reivindicaciones 1, 4 y 6 caracterizado porque con el conjunto calibrador se realizan medidas con un incremento en el alabeo o en el cabeceo de 5º de elevación sobre la horizontal, entre los 0º y los 85°, con objeto de calcular las diferencias entre las medidas obtenidas y las esperadas mediante el uso de trigonometría.

11. Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol según las reivindicaciones 1, 2, 3 y 4 caracterizado porque la estabilidad de la medición que se va a realizar viene representada en la pantalla del dispositivo (1), que indica el estado de los sensores del dispositivo, y que modifica su color de fondo y la información que aparece en ella.

12. Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol según las reivindicaciones 1, 2, 3, 4 y 11 caracterizado porque el color rojo de la pantalla indica que las medidas no son correctas y no pueden almacenarse.

13. Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol según las reivindicaciones 1, 2, 3, 4 y 11 caracterizado porque el color verde indica que las medidas sí son correctas y se pueden almacenar.

14. Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol según las reivindicaciones 1, 2, 3, 4 y 11 caracterizado porque la primera línea de la pantalla principal indica si las medidas del acelerómetro son válidas, entonces debe dejarse el móvil estático durante unos segundos para que la medida sea estable y pueda darse como válida.

15. Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol según las reivindicaciones 1, 2, 3, 4 y 11 caracterizado porque la última línea indica el estado de calibración de la brújula,

y porque, si no está calibrada, se puede calibrar dibujando en el aire un ocho con el móvil (fig. 5)

y porque repitiendo este proceso unas cuantas veces se consigue aumentar la calibración y la precisión en la determinación del rumbo.

16. Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol según las reivindicaciones 1, 2, 3 y 4 caracterizado porque tras la verificación de la validez de las medidas se procede al registro de los datos mediante la pulsación de una de las teclas del dispositivo, que emite un sonido distinto identificando si la medición ha sido o no correctamente almacenada, incrementándose el contador de medidas incorporado.

Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol SECTOR DE LA TÉCNICA

La invención se encuadra en el sector agroforestal, más concretamente en el de la agrimensura y de la investigación.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Las técnicas disponibles para determinar el área expuesta al sol de una hoja se limitan a técnicas manuales: la medida de la superficie de la hoja con un calibre, la pendiente con un clinómetro y su orientación con la brújula. Su precisión es muy baja, están sujetas a los errores durante el largo y rutinario proceso de toma de datos y además sólo permiten tomar un reducido número de datos por día, lo cual limita la capacidad de extrapolar los resultados obtenidos a partir de un reducido tamaño muestral al conjunto del elevadísimo número de hojas que conforman la copa del árbol.

La alternativa es utilizar técnicas más precisas como escáneres láser o digitalizadores. Sin embargo, aunque la medida en estos casos no es tan tediosa y es mucho más precisa, su aplicación se ve severamente limitada.

En el caso de escáneres láser terrestres 3D, diseñados para levantamientos topográficos por su escasa portabilidad y autonomía, su resolución permite individualizar las hojas pero no en condiciones de campo o difícilmente. El proceso de escaneado se ve seriamente influido por el movimiento del objeto a escanear y en el caso de las hojas una ligera brisa las mueve, haciendo que, o bien salgan repeticiones de la hojas, o bien, que no salgan escaneadas.

Para el caso de digitalizadores 3D la limitación viene de la dependencia de sensores fijos y de una fuente de alimentación voluminosa y pesada.

Por otro lado los modelos matemáticos conocidos en la actualidad sólo permiten simulaciones puntuales de la trayectoria solar y la exposición foliar.

Para evaluar la actividad de un elevado número de hojas en la copa de un árbol se plantea el problema de superar el nivel de análisis de órgano (hoja) para escalar al nivel de individuo (copa de un árbol real). El tiempo resulta un factor limitante a la hora de abarcar un número elevado de réplicas debido a la laboriosidad de los métodos tradicionales.

La metodología planteada tiene como objeto calcular el porcentaje de área de la hoja vista por el sol -Silhouette Area of Leaf blade (SAL)- en un momento determinado mientras que otras patentes relacionadas se centran en otras variables de la vegetación: el índice de superficie foliar -Leaf Area Index (LAI)- en la patente JP2007171033; el índice de reflexión fotoquímica - Photochemical Reflectance Index (PRI)- y el índice normalizado de diferencias de vegetación -Normalized Difference Vegetation Index (NDVI)- en la patente W02009136210 y a una escala mayor que la del individuo.

Para el cálculo de esta variable se obtienen medidas de los ángulos foliares de manera directa mediante el dispositivo y posteriormente se procede al cálculo de SAL a través de una ecuación trigonométrica (Granado-Yela, C. et al. Plant Cell and Environment, 34(5):800-10)

La invención supone una toma de datos manual mediante un dispositivo inalámbrico mientras que otras invenciones recurren a técnicas de detección remotas montadas sobre un vehículo (avión, satélite, automóvil) o una plataforma, como en W02009136210 o en DE102005030451. Estas patentes se sirven de pulsos LASER para estimar la distribución de ángulos en el dosel

arbóreo mientras que la invención planteada utiliza sensores piezoeléctricos

in situ.

La metodología aporta información a nivel de hoja extrapolable a nivel individuo y es complementaria a la medición de variables ambientales mediante otras técnicas (fotografía hemisférica) como las que presenta la patente JP2007171033.

El invento que se propone es el único método que en la actualidad permite, con una sola pulsación en un dispositivo, determinar la posición de cada hoja y, en consecuencia, obtener datos precisos de miles de hojas en muy poco tiempo, que constituirán una población de hojas suficientemente representativa del conjunto de la copa de un árbol adulto.

La invención resulta una alternativa más económica que las anteriores y combina la portabilidad, el manejo y la autonomía de los métodos tradicionales con la precisión de la tecnología digital. Además se presenta el cálculo de la exposición potencial de cada hoja y la predicción de la misma como novedad.

La precisión del procedimiento ha sido evaluada a lo largo de un proceso de calibración y de resolución de problemas instrumentales y topológicos.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

La invención trata de un sistema desarrollado y calibrado para calcular áreas foliares potencialmente expuestas al sol mediante la determinación de la posición relativa de las hojas respecto al campo gravitatorio, cabeceo a y alabeo y respecto a la horizontal, y al campo magnético terrestre, rumbo /? y azimut <5 respecto al norte magnético.

El invento que se propone es el único método que en la actualidad permite, con una sola pulsación en un dispositivo móvil (1), determinar la posición de

cada hoja (14) y, en consecuencia, obtener datos precisos de miles de hojas en muy poco tiempo, que constituirán una población de hojas suficientemente representativa del conjunto de la copa de un árbol adulto.

El sistema permite además la simulación simultánea de grupos de hojas de exposición complementaria en diferentes momentos del año y a distintas latitudes, relevantes en sentido biológico debido a las características de la forma y la órbita terrestre. Estas variables permiten abordar el estudio del funcionamiento de organismos modulares tan complejos como los árboles desde una nueva perspectiva más funcional y más dinámica.

Con un dispositivo móvil (1) se determinan los ángulos de posición, medidos en grados, de la lámina foliar (14) al integrar las medidas de un acelerómetro y un magnetómetro presentes como sensores, entre otros, del dispositivo. Éste puede ser un teléfono móvil, una tableta (tablef) o cualquier dispositivo que incorpore los sensores mencionados.

En una realización preferente se utiliza un dispositivo que incorpore un giróscopo además de los sensores mencionados, que combinado con el acelerómetro, mejora la precisión.

En una forma aún más particular el dispositivo móvil es un teléfono móvil tipo "smartphone", que sí incorpora un giróscopo.

Estos datos se van almacenando en la memoria del dispositivo, en formato tabla de datos.

El fichero se envía a un equipo informático, por cualquier método que permita la transferencia de datos entre dispositivos como un cable USB, una tarjeta microSD o SD, por sistemas bluetooth o por Internet, si ambos dispositivos están alejados geográficamente.

Este equipo informático está dotado de software (Excell, Stella, por ejemplo) que permite realizar el cálculo de la ecuación trigonométrica para calcular SAL a través de las operaciones matemáticas presentes en la ecuación. Para ello se utilizan diferentes modelos, desarrollados específicamente para este sistema y basados en la dinámica de sistemas, integran otras variables geográficas de latitud, longitud terrestres y uso horario, para calcular la exposición potencial de la hoja a la radiación solar a lo largo de un periodo de tiempo (varios días, estaciones) y para una hora puntual, así como para determinar el momento en el que cada hoja alcanza la máxima exposición al sol.

La calibración del software se lleva a cabo mediante un soporte regulable (fig. 3) diseñado para tal fin, y que también se quiere proteger, al que se acopló un digitalizador 3D como referencia para determinar la bondad de ajuste de las medidas. El digitalizador 3D es un aparato formado por un generador de campo electromagnético y un recibidor/sensor que permite calcular la posición y la orientación de éste último en el espacio, así como la variación en posiclón/orientación respecto a una posición anterior. El aparato es capaz de realizar medidas dinámicas y a tiempo real de la situación del recibidor en un sistema de coordenadas cartesianas (X, Y, Z) y de orientación (azimut, elevación y giro/alabeo). El sistema ofrece la captura de movimiento con seis grados de libertad virtualmente sin latencia.

La validación del método en campo se llevó a cabo mediante métodos manuales (clisímetro y brújula).

El sistema desarrollado combina la portabilidad, el manejo y la autonomía de los métodos tradicionales con la precisión de la tecnología digital. El uso de sensores incluidos en los dispositivos así como la calibración del software empleado permite tener medidas de alta precisión.

Además...

1. Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol mediante la determinación de la posición relativa de la lámina foliar (14) respecto al campo gravitatorio y al campo magnético terrestre caracterizado porque se utiliza un dispositivo móvil (1) y porque el dispositivo móvil comprende, al menos, un acelerómetro y un magnetómetro.

2. Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol según la reivindicación 1 caracterizado porque el dispositivo móvil (1) es un teléfono móvil o una tableta.

3. Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol según las reivindicaciones 1 y 2 caracterizado porque el teléfono móvil es tipo "Smartphone" e incorpora un giróscopo para aumentar la precisión de las medidas tomadas.

4. Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol caracterizado porque comprende las etapas del procedimiento:

- calibración del funcionamiento del dispositivo móvil (1) mediante un digitalizador 3D y el soporte (2) diseñado para este fin;

- verificación de la validez de las medida a tomar en el árbol seleccionado;

- toma de datos y registro mediante el dispositivo (1) sobre las hojas de un árbol seleccionado;

- volcado de los datos a un ordenador;

- simulación del porcentaje de área foliar potencial expuesta al sol para cada hoja y los posibles grupos de hojas mediante el modelo creado con software informático, en un momento dado del día, a distintas latitudes y en distintas épocas del año;

- elaboración de predicciones e hipótesis.

5. Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol según reivindicaciones 1 y 4 caracterizado porque el dispositivo móvil (1) actúa como si se tratase de un vector con una parte proximal, una distal, una cara anterior y otra posterior (15);

y porque se hace coincidir el extremo distal al teclado del dispositivo con la parte apical de la hoja, el extremo proximal del teclado del dispositivo con la parte basal (próxima al peciolo) de la hoja y con orientación de la superficie de la pantalla del dispositivo en el mismo sentido que el haz (16) o cara anterior de la hoja;

y porque la colocación del dispositivo en posición paralela a una hoja de un árbol, que forme un único plano o que estén en planos paralelos, permite registrar los valores de estos ángulos en la hoja.

6. Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol según reivindicaciones 1 y 4 caracterizado porque se realiza la calibración del software mediante un soporte (2) regulable fabricado en un material rígido;

y porque el soporte (2) se apoya sobre una pequeña tabla (3), que actúa como plano, y a la que está unido mediante un chupete de inserción (10) que le permite girar libremente (11) sobre el plano de la tabla y paralelo a ella;

y porque la tabla (3) está adosada a un trípode (5) para sustentarla y se regula por dos tornillos: el tornillo "cabeceador" (8), que permite el cabeceo (13) sobre el eje Norte-Sur en el panel regulable, y el tornillo "alabeado" (9) que permite, a su vez, el alabeo sobre el eje Este-Oeste (12) del panel;

y porque la tabla presenta grabada una circunferencia (4) y un anclaje (7) para colocar el digitalizador 3D ajustado por dos tornillos (6).

7. Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol según reivindicaciones 1, 4 y 6 caracterizado porque el soporte (2) se fabrica sin piezas metálicas para asegurar que no se produzcan interferencias con el digitalizador 3d o con el dispositivo móvil (1).

8. Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol según reivindicaciones 1, 4 y 6 caracterizado porque el soporte (2) se fabrica en un plástico tipo PVC o en madera o en vidrio.

9. Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol según reivindicaciones 1, 4 y 6 caracterizado porque el soporte (2) actúa como un plano, similar al de la hoja, con el que se realizan treinta y seis medidas, una medida por cada diez grados en la circunferencia grabada (4) y porque la posición del plano queda determinada mediante un digitalizador 3D.

10. Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol según las reivindicaciones 1, 4 y 6 caracterizado porque con el conjunto calibrador se realizan medidas con un incremento en el alabeo o en el cabeceo de 5º de elevación sobre la horizontal, entre los 0º y los 85°, con objeto de calcular las diferencias entre las medidas obtenidas y las esperadas mediante el uso de trigonometría.

11. Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol según las reivindicaciones 1, 2, 3 y 4 caracterizado porque la estabilidad de la medición que se va a realizar viene representada en la pantalla del dispositivo (1), que indica el estado de los sensores del dispositivo, y que modifica su color de fondo y la información que aparece en ella.

12. Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol según las reivindicaciones 1, 2, 3, 4 y 11 caracterizado porque el color rojo de la pantalla indica que las medidas no son correctas y no pueden almacenarse.

13. Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol según las reivindicaciones 1, 2, 3, 4 y 11 caracterizado porque el color verde indica que las medidas sí son correctas y se pueden almacenar.

14. Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol según las reivindicaciones 1, 2, 3, 4 y 11 caracterizado porque la primera línea de la pantalla principal indica si las medidas del acelerómetro son válidas, entonces debe dejarse el móvil estático durante unos segundos para que la medida sea estable y pueda darse como válida.

15. Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol según las reivindicaciones 1, 2, 3, 4 y 11 caracterizado porque la última línea indica el estado de calibración de la brújula,

y porque, si no está calibrada, se puede calibrar dibujando en el aire un ocho con el móvil (fig. 5)

y porque repitiendo este proceso unas cuantas veces se consigue aumentar la calibración y la precisión en la determinación del rumbo.

16. Sistema para determinar la exposición solar potencial de las hojas de un árbol según las reivindicaciones 1, 2, 3 y 4 caracterizado porque tras la verificación de la validez de las medidas se procede al registro de los datos mediante la pulsación de una de las teclas del dispositivo, que emite un sonido distinto identificando si la medición ha sido o no correctamente almacenada, incrementándose el contador de medidas incorporado.