Dipartimento di Scienze Agrarie, Alimentari e Agro-ambientali
Corso di Laurea Magistrale in Progettazione e Gestione del Verde
Urbano e del Paesaggio (ProGeVUP)
La gestione dei tappeti erbosi con l’impiego di
rasaerba autonomi: metodo oggettivo di
valutazione della qualità del taglio
Relatore
Candidato
Dott. Marco Volterrani
Lorenzo Cecchetti
Correlatore
Dott. Marco Fontanelli
Indice
INTRODUZIONE ... 3
LE SPECIE DA TAPPETO ERBOSO ... 4
PRINCIPALI GENERI DI MACROTERME ... 5
Cynodon ... 5
Paspalum ... 6
Zoysia ... 7
LE MACCHINE PER IL TAGLIO DEI TAPPETI ERBOSI ... 9
Storia ... 9
Le macchine per la gestione dei tappeti erbosi oggi ... 11
Tipologie di alimentazione ... 11
Tipologie di macchine... 12
Tipologie di apparati di taglio ... 14
Le macchine autonome per il taglio dei tappeti erbosi ... 17
QUALITÀ DEL TAPPETO ERBOSO E QUALITÀ DEL TAGLIO ... 26
OBIETTIVI DELLA RICERCA ... 31
MATERIALI E METODI PROVA 1 ... 32
Materiali prova 1 ... 32
Apparato di acquisizione delle immagini ... 32
Software di elaborazione grafica... 33
Metodi Prova 1 ... 33
Cattura delle immagini in campo ... 33
L’area di campionamento corrisponde ... 34
Analisi delle immagini... 36
RISULTATI E CONCLUSIONI PROVA 1 ... 38
MATERIALI E METODI PROVA 2 ... 39
Materiali prova 2 ... 39
Metodi prova 2 ... 39
RISULTATI E CONCLUSIONI PROVA 2 ... 40
MATERIALI E METODI PROVA 3 ... 40
Materiali prova 3 ... 40
Metodi prova 3 ... 41
RISULTATI E CONCLUSIONI PROVA 3 ... 42
CONCLUSIONI ... 43
INTRODUZIONE
Il concetto di tappeto erboso nasce probabilmente nell’era preistorica, al momento del passaggio da tribù nomadi a stanziali, con l’allevamento degli animali da pascolo. Questi ultimi infatti, con la loro attività trofica, mantenevano l’altezza delle piante costante a basse altezze. La sensazione di benessere che si prova di fronte ad un prato dal colore verde acceso deriva molto probabilmente dalla “coevoluzione” fra essere umano e tappeto erboso. Allo stato dell’arte attuale, per tappeto erboso si intende una superficie ricoperta da vegetazione erbacea tenuta bassa con tagli periodici, che è destinata a molteplici scopi tranne quello produttivo. Viene considerato parte integrante del tappeto erboso anche il terreno su cui le piante si sviluppano. Quello che differenzia il tappeto erboso dal terreno agricolo “tradizionale” è lo scopo: se nell’ultimo si ricerca la massimizzazione della produzione, nel primo si prediligono dei criteri di bellezza estetica e, nel caso dei tappeti erbosi sportivi, di funzionalità.
Figura 1 - Tappeto erboso di qualità elevata in un campo da golf
Come accennato in precedenza, la presenza di un tappeto erboso causa un senso di benessere per chi lo osserva, ma questo è solo uno dei molteplici benefici che esso può apportare: possiamo infatti distinguere fra benefici estetici, ricreativi, economici, di salute e sicurezza e ambientali. Una distinzione importante è, come già accennato, quella fra tappeti erbosi ornamentali e sportivi: i primi sono caratterizzati da una funzione estetica prevalente, sono collocati in ambito privato e pubblico (giardini, parchi) e hanno un livello di manutenzione generalmente inferiore; i secondi invece sono caratterizzati da un utilizzo esclusivamente per attività sportive (si pensi ai campi da calcio o quelli da golf) e da un livello di manutenzione elevato.
LE SPECIE DA TAPPETO ERBOSO
Le specie predilette per la costituzione dei tappeti erbosi rientrano quasi esclusivamente nella famiglia delle Graminaceae (dette anche Poaceae). Sono specie che hanno subito una forte pressione di selezione da parte dell’uomo al fine di presentare le caratteristiche ideali alle loro funzioni, elencate in precedenza. Una prima suddivisione può essere effettuata in base al ciclo metabolico: da un lato le specie così dette C3 (microterme) e dall’altro le specie C4 (macroterme). Per quanto riguarda le microterme, queste presentano un ottimo di crescita tra i 15 e i 24 °C e sono generalmente poco resistenti allo stress idrico e alle alte temperature. Le specie microterme più utilizzate sono Festuca
arundinacea, Poa pratesis, Lolium perenne, Agrostis stolonifera e Festuca rubra, mentre
più raramente si usano Poa trivialis e Lolium multiflorum. Come accennato in precedenza, il loro ciclo metabolico è di tipo C3 (ciclo di Calvin). Le macroterme invece si caratterizzano per un ottimo di crescita posto fra i 27 e i 35 ° C e per una elevata resistenza ad alte temperatura e salinità (Beard, 1973). Questo avviene grazie al loro apparato radicale estremamente sviluppato, che esplora una quantità di terreno elevata spingendosi a profondità maggiori
rispetto alle microterme, permettendo alle macroterme di avere un maggior apporto idrico (Volterrani et al., 1997). Presentano una resistenza alle sollecitazioni meccaniche particolarmente elevata, che assieme alla ottima capacità di resilienza le rendono ottime piante da tappeto erboso. Lo svantaggio principale delle specie macroterme è il fenomeno della così detta “dormienza invernale”, che consiste, in presenza di temperature inferiori a 10 °C, in un progressivo ingiallimento della parte epigea della pianta, al quale si associa un arresto della crescita quando si raggiungono gli 0 °C (Volterrani et al., 1997). La pianta rimane vitale per quello che riguarda corona, stoloni e internodi e questo fenomeno può estendersi per una durata di mesi variabile da 0 a 6, a seconda dell’andamento delle temperature. Esistono delle tecniche atte ad attenuare o nascondere questo fenomeno, come la copertura con teli protettivi o la trasemina con microterme. Il ciclo metabolico è dettto C4. Le specie macroterme maggiormente usate sono Cynodon dactylon e ibridi, Zoysia japonica e
Z. matrella, Paspalum vaginatum e Stenotaphrum secundatum.
PRINCIPALI GENERI DI MACROTERME
Cynodon
Di questo genere, che comprende 9 diverse specie che differiscono fra loro in maniera importante per distribuzione geografica e variabilità genetica, solo due risultano effettivamente adatte alla costituzione di tappeti erbosi di qualità. Esse sono la Cynodon dactylon var. dactylon e C. transvaalensis. (Volterrani e De Bertoldi, 2012). La prima è una specie cosmopolita, che cresce in suoli con tutti i tipi di tessitura, tollerante a condizione di alcalinità e acidità non estreme e in grado di sopportare livelli di salinità molto elevati, fino a 10 dS m-1 (Beard, 2005).
C. transvaalensis, di origine sudafricana, ha ricoperto un ruolo fondamentale nello
sviluppo di ibridi commerciali di qualità elevata. Tra questi si segnalano “Tifway 419”, che forma un tappeto denso e di fine tessitura, “Tifdwarf” e “Tifeagle”, due
ideale per i tappeti sportivi in climi più freddi grazie alla migliore resistenza alle basse temperature, ad una crescita vigorosa e ad una tessitura medio-fine. “Patriot” è anche molto apprezzata per il colore verde scuro (Volterrani e De Bertoldi, 2012).
Figura 2 - Tappeto di Cynodon dactylon
Paspalum
Composto da circa 400 specie, il genere Paspalum contribuisce alla costituzione di tappeti erbosi con due specie; P. notatum, praticamente non utilizzata in Italia, e
P. vaginatum (Volterrani e De Bertoldi, 2012). Quest’ultimo è originario del Sud
America e presenta caratteristiche ottime, quali resistenza al calpestio, recupero rapido dei danni e rapido insediamento dovuto ad una abbondante produzione di stoloni e rizomi, andando a formare un tappeto erboso di colore verde scuro a tessitura media. La caratteristica che però lo rende veramente versatile è l’incredibile resistenza alla salinità, tale che è possibile effettuare irrigazioni con acqua di mare senza danneggiare il manto erboso. Questo risulta particolarmente
utile per il controllo delle infestanti, che non riescono a tollerare lo stesso livello di stress salino di P. vaginatum. (Volterrani e De Bertoldi, 2012). L'impiego di questa specie può risultare ottimo in zone costiere, data la sua resistenza alla siccità, alla salinità e all’aerosol marino, sia per la costituzione di tappeti di uso sportivo che per il consolidamento di terreni costieri soggetti ad erosione. Tra le cultivar si segnalano “Adalayd”, una delle prime immesse in commercio, “Salam”, particolarmente indicata per tappeti erbosi sportivi, “SeaDwarf”, cultivar nana adatta ad essere utilizzata per la costituzione di green nei campi da golf, “SeaSpray”, una delle poche cultivar propagate per seme e non agamicamente.
Figura 3 - Paspalum vaginatum
Zoysia
Le Zoysie rappresentano un genere molto ben adattato alle zone aride, tropicali, sub-tropicali e temperato caldi, in particolare nella zona dell’Oceano Pacifico, essendo presenti in nelle zone costiere dell’Est e Sud-Est asiatico, in Tasmania, in Nuova Zelanda e lungo le coste dell’India e dell’Australia (Anderson,
2000). Sviluppano un tappeto che risulta essere uniforme e di ottima qualità, sia in pieno sole (condizione ottimale) che in ombra parziale (Trappe e Patton, 2009), con un apparato fogliare molto rigido, caratterizzato da un'ottima resistenza all’usura e da una elevata capacità di recupero dai danni causati dal passaggio
intenso di persone e veicoli (Turgeon, 2002; Youngner, 1961).
Le piante del genere Zoysia trovano grande applicazione nelle zone dei climi “di transizione”, in quanto presentano un ottimo di crescita compreso tra i 27 e i 35 °C, crescendo quindi senza problemi durante la stagione estiva (Leegood, 1993). Volterrani e De Bertoldi (2012) segnalano come cultivar interessanti “Meyer”( Z.
japonica), con tessitura grossolana e tappeto erboso molto denso; “Emerald”,
cultivar di Z. japonica con tessitura fogliare molto fine e ridotto periodo di dormienza; “El Toro”, caratterizzata da una elevata velocità di copertura, da un colore migliore durante la dormienza e da una ripresa vegetativa estremamente anticipata; “Diamond”, rilasciata nel 1997 e caratterizzata da una buona tolleranza all’ombra, lamine fogliari fini e una particolare adeguatezza al taglio “da green”. Le Zoysie risultano molto ricche in lignina, cellulosa e, in particolare, di emicellulosa. Questo rende queste piante più difficile da tagliare con rasaerba, e obbliga l’operatore ad effettuare una maggiore e più frequente manutenzione degli apparati di taglio per mantenere il taglio stesso a livelli di qualità elevati. (Patton et al., 2017)
LE MACCHINE PER IL TAGLIO DEI TAPPETI ERBOSI
Storia
Il primo strumento ad essere utilizzato per il taglio dei tappeti erbosi è stata la falce, costituita da un lungo manico con una lama ricurva posta all'estremità. Fino al XIX° secolo è stato l’unico strumento esistente per la gestione dei tappeti erbosi e il suo impiego risultava in un lavoro lungo e faticoso per l’operatore. La prima vera e propria falciatrice è stata inventata soltanto nel 1830 dall’ingegnere inglese Edwin Beard Budding, considerato il padre delle macchine per la gestione dei tappeti erbosi. La macchina di Beard consisteva in una serie di lame poste su un cilindro, che era messo in moto da un rullo attraverso una serie di ingranaggi.
Figura 5 - La falciatrice di Budding Figura 6 - Edwin Beard Budding
Una prima innovazione alla macchina di Beard venne apportata da Thomas Green nel 1959, che introdusse delle catene al posto degli ingranaggi, risultando in una macchina molto più silenziosa, tanto da chiamarla “Silence Messor”.
Figura 7 - La "Silence Messor" di Green
Fino al 1870 le macchine di questo tipo erano trainate da cavalli, che rischiavano spesso di subire dei danni durante la trazione. In quell’ anno venne realizzato, proprio per questo motivo, il primo modello di falciatrice a spinta, ad opera di Elwood McGuire. Nonostante il modello fosse più leggero, risultava comunque molto difficile da utilizzare, pertanto la spinta ingegneristica si indirizzò verso l’elaborazione di macchine che non necessitassero della forza umana per tagliare. I primi modelli a trazione autonoma, realizzati negli anni 90 del XIX°secolo, erano dei grossi carri a vapore che per le loro dimensioni e il tempo necessario ad entrare in funzione non hanno mai riscosso un grande successo. Il primo vero salto di qualità da macchine che funzionavano con la sola forza umana a macchine alimentate a motore si ha nel 1902, quando Ransomes, Sims e Jefferies introdussero la prima macchina per il taglio alimentata a benzina.
Le macchine termiche non ebbero però grande successo fino al secondo dopoguerra, a causa della situazione economica instabile della prima metà del XX° secolo. Negli anni ‘40 le innovazioni riguardarono principalmente l’utilizzo di materiali più leggeri e motori più potenti, che sfociarono nei modelli prodotti in plastica degli anni ‘60, con una riduzione del peso e dei costi, aprendo di fatto la strada alla commercializzazione di massa.
Le macchine per la gestione dei tappeti erbosi oggi
Tipologie di alimentazione
La prima grande differenza che possiamo individuare nelle macchine moderne, risiede nel sistema di alimentazione che viene utilizzato. Al momento infatti possiamo individuare macchine alimentate a combustibili fossili (c.d. macchine a motore endotermico) e macchine ad alimentazione elettrica.
Il sistema di alimentazione “termico” rappresenta la componente “storica” della categoria, utilizzato nelle maggior parte delle macchine presenti in funzione al momento nonostante alcuni caratteristiche. L’uso di carburanti fossili porta infatti conseguenze di rilievo sia sull’ambiente che sull’operatore, a causa del forte rumore emesso da queste macchine e dalla produzione di gas inquinanti. Dal punto di vista dell’efficienza, inoltre, risultano essere meno efficaci rispetto alle macchine elettriche. (Pirchio et al. 2019). Le macchine elettriche, sempre più presenti sul mercato, portano grandi vantaggi proprio su tutti questi elementi, in quanto estremamente più silenziose, senza la presenza di gas di scarico e con rendimenti più alti (Pirchio et al. 2019). Ciò che non permette una transizione forte verso l’alimentazione elettrica è la non ancora sufficiente capacità di accumulo delle batterie, che porta ad una durata operativa delle attrezzature relativamente limitata. Se infatti una macchina termica può essere ricaricata sul posto e in tempi brevi con l’uso di taniche o serbatoi mobili, la macchina elettrica
necessita di un collegamento alla rete elettrica e del tempo per ricaricarsi o della sostituzione della batteria, che comporta però un investimento superiore.
Tipologie di macchine
I primi macchinari per il controllo meccanico dell’altezza dei tappeti erbosi furono dei rasaerba a spinta con lame elicoidali, azionati unicamente dalla forza umana. Con il progresso della tecnologia vengono implementati sistemi di alimentazione che danno energia prima soltanto agli apparati di taglio ed in seguito anche alla trazione. Queste tipologie di macchine sono principalmente utilizzate per scopi non professionali, in quanto la qualità del taglio e la capacità di lavoro che possiedono non sono molto elevate. In Italia la maggior parte dei rasaerba non professionali è ad alimentazione elettrica con cavo o alimentato a benzina (Grossi et al., 2016). Va detto però che con l'introduzione di nuove tecnologie relative agli apparati di taglio e a potenza e durata delle batterie nei modelli elettrici si può notare un deciso miglioramento delle prestazioni di queste macchine.
Le macchine semoventi per lo sfalcio rappresentano una soluzione ottimale per tappeti erbosi di medio grandi estensioni. Sono in grado di trasportare l’operatore e possiedono apparati di taglio molto variabili fra loro, sia per tipologia che per posizione. È possibile infatti distinguere fra rasaerba tradizionali, con apparato di taglio posto in posizione centrale rispetto alla macchina, generalmente al di sotto dell’operatore, e rasaerba “rider”, che presentano il motore nella parte posteriore del mezzo e gli apparati di taglio in quella frontale.
Figura 10 - Trattorino rasaerba a trazione anteriore Husqvarna mod. TS 138
Figura 11 - Rasaerba tipo Rider Grillo, mod. FD280
Tipologie di apparati di taglio
- “FLAIL” o “a flagelli”: consistono in un cilindro rotante ad asse orizzontale sul quale sono posti dei flagelli folli di varie dimensioni, che tagliano la lamina fogliare per impatto. Il taglio prodotto risulta essere di bassa qualità, presentando spesso sfilacciature. Vengono utilizzati in contesti dove si necessiti di un taglio del manto erboso senza criteri di qualità elevati, come ad esempio in grandi parchi pubblici.
Figura 12 - Apparato di taglio flail per trattorini Husqvarna
- LAME ORIZZONTALI: costituiti da un piatto di taglio con una o più lame poste orizzontalmente che tagliano il tappeto erboso per impatto con le lamine fogliari. Il taglio risulta essere di qualità migliore rispetto al flail, ma presenta ancora segni di sfilacciamento. Viene utilizzato per altezze di taglio elevate, superiori a 30 mm. Particolare attenzione va posta all’impiego in terreni sassosi, in quanto può dare origine a fenomeni di proiezione delle pietre stesse potenzialmente pericolose. Opzionale è la funzione di taglio “mulching”, ottenuta attraverso una conformazione particolare di lame e scocca, che permette uno sminuzzamento della lamina fogliare tagliata in modo da produrre residui di taglio (“clippings”)
che possano essere facilmente incorporati nel tappeto erboso e quindi da non necessitare cestello di raccolta. Questa modalità ha numerosi vantaggi dal punto di vista della macchina (più leggera, meno ingombrante, riduzione dei tempi di lavoro) e del tappeto erboso (apporti di sostanza organica).
Figura 13 - Apparato di taglio a lame orizzontali
- ELICOIDALI: costituiti da una serie di lame poste su un cilindro rotante a gabbia ad asse orizzontale lungo dai 60 ai 100 cm, di diametro compreso fra i 25 e 30 cm. Il taglio avviene attraverso la presenza di una controlama fissa, come avviene nei tagli effettuati con la forbice. In questo modo si ottiene un taglio estremamente netto e di qualità, con un consumo energetico minore ed una potenza bassa. Questi sistemi di taglio sono particolarmente indicati per tappeti erbosi di pregio, come quelli sportivi, che necessitano di manutenzione di alta qualità. L’utilizzo di questi apparati di taglio presuppone un elevato livello di formazione del personale, in quanto risultano molto delicati nella manutenzione e nell’utilizzo. Anche la regolazione dell’altezza di taglio deve essere effettuata con specifiche attrezzare, mentre la manutenzione delle lame deve essere periodica a brevi intervalli, fino al controllo quotidiano.
La controlama può essere regolata, andando a variarne l’inclinazione e quindi l’aggressività sulle lamine fogliari. Il processo di affilatura delle lame, è detto “lappatura” (o “back lapping” in inglese) e consiste nel far girare il rullo al contrario rispetto al normale andamento, mentre sulla controlama è spalmata una speciale pasta da affilatura. Una soluzione per diminuire i tempi di intervento è data dalla possibilità di montare su una stessa macchina semovente più apparati di taglio, per aumentare il fronte di lavoro. Si parla in questo caso di triple o di quintuple, a seconda del numero di apparati in funzione contemporaneamente.
Le macchine autonome per il taglio dei tappeti erbosi
Le macchine autonome per il taglio dei tappeti erbosi rappresentano l’ultima applicazione, in ordine storico, per la gestione Sebbene in commercio già dai primi anni 2000, solo recentemente stanno raggiungendo un successo di mercato di proporzioni importanti. Possiamo individuare tre elementi fondamentali che caratterizzano la struttura delle macchine autonome: l’apparato di taglio, che può variare in maniera importante fra i vari modelli prodotti ma che si affida generalmente al sistema di taglio per impatto; il sistema di trazione, studiato per danneggiare il meno possibile il tappeto erboso; e l'unità di elaborazione elettronica, che coordina tutte le funzioni della macchina e che rappresenta la vera differenza con le macchine “tradizionali”. La presenza di questa componente permette infatti di automatizzare le operazioni di taglio, rendendo la componente umana non necessaria se non per le operazioni di manutenzione ed in fase di installazione. Le macchine con tecnologia più evoluta sono infatti in grado, se adeguatamente programmate, di operare in autonomia per quello che riguarda orari e zone di lavoro. Il funzionamento di queste macchine è legato alla presenza di un cavo che delimita la loro “zona di operazione”, detto cavo perimetrale. Il robot rasaerba è infatti in grado, attraverso un apposito sensore,
dal suo limite, permettendo una definizione puntuale dell’area di taglio. Nei modelli più avanzati è possibile anche impostare la distanza di sorpasso del cavo, nel caso questo non possa per qualche motivo essere posato precisamente lungo i bordi dell’area di taglio.
Figura 16 - Schema di Installazione del cavo perimetrale ( Fonte: Husqvarna )
Il cavo può essere inserito superficialmente sul terreno, fissandolo con appositi chiodi in plastica, oppure interrato a bassa profondità con una macchina “posacavo”. Nel primo caso l’operazione risulta più semplice, non necessitando di un macchinario apposito, ma esponendo il cavo agli agenti atmosferici e a possibili danni meccanici. L’operazione di interramento del cavo permette invece di proteggerlo, anche se richiede l’utilizzo del macchinario preposto.
Figura 17 - Macchina interracavo auto-mow, mod. Papst KV-1
La copertura dell’intera area di taglio rappresenta un argomento fondamentale per questo genere di macchine, che non essendo manovrate direttamente da un operatore umano necessitano di tecnologie che assicurino l’effettiva totale copertura senza però dare origine a fenomeni di sovrapposizione continua dei percorsi di taglio. Questo darebbe infatti origine, a causa del continuo passaggio delle ruote su uno stesso percorso, a fenomeni di allettamento e di consumo del tappeto erboso. Per questo si tende ad utilizzare il sistema di taglio randomizzato, nel quale non sono impostati percorsi fissi ma le traiettorie sono realizzate in maniera casuale attraverso gli stop dovuti al cavo perimetrale e agli eventuali ostacoli. Questa tipologia di traiettorie è possibile grazie anche al fatto che i robot rasaerba sono progettati per un taglio “continuo” del tappeto erboso, operando di fatto un mantenimento dell’altezza di taglio che sarà, mediamente, sempre vicina a quella impostata.
Figura 18 - Schema di funzionamento dei tagli randomizzati Fonte Husqvarna
Risulta quindi anche ampiamente soddisfatta la regola del ⅓, che prevede di non effettuare tagli superiori ad un terzo della lunghezza della lamina fogliare per evitare eccessivo stress alla pianta e la riduzione della capacità di fotosintesi; questo permette anche di non necessitare cestello di raccolta.
Alcuni modelli integrano un supporto GPS a questa funzionalità, che permette di avre una funzionalità che combina traiettorie randomizzate e percorsi preimpostati: la macchina è in grado di memorizzare le aree in cui ha effettivamente tagliato e di andare a posizionarsi in quelle che sono state meno manutenute, per poi continuare con l’andamento randomizzato.
L'utilizzo delle macchine autonome porta a numerosi vantaggi nella gestione del tappeto erboso, a fronte però di un investimento iniziale consistente: le macchine di questo tipo infatti tendono ad avere costi più elevati rispetto alle tradizionali.
L’investimento si recupera però negli anni successivi per l’elevato risparmio di manodopera
Come accennato in precedenza, si opera un taglio continuo, più vicino ad un mantenimento dell’altezza che ad uno sfalcio effettivo, rispettando costantemente la regola dell’ ⅓ . Questo permette di avere piante più forti e resistenti, che non soffrono per lo stress eccessivo del taglio e che quindi possono impiegare le risorse per migliorare la qualità della lamina fogliare. Inoltre, poiché l’altezza di taglio è estremamente ridotta, i “clippings” di risulta saranno meno visibili e più facilmente degradabili, tanto da non necessitare nessun tipo di raccolta andandosi a depositare tra le lamine fogliari. Tale residuo di taglio, essendo di dimensioni così ridotte, mentre è un’importante fonte di minerali per il tappeto erboso stesso. Contemporaneamente agli effetti benefici per le piante da tappeto erboso, il taglio automatizzato rappresenta uno strumento di controllo delle infestanti a foglia larga: il taglio ripetuto risulta essere particolarmente svantaggioso per queste piante, che generalmente non tollerano il taglio basso e frequente e vanno quindi incontro a morte. Essendo alimentate a batteria, queste macchine risultano essere vantaggiose dal punto di vista energetico, con consumi estremamente minori rispetto ai modelli a motore endotermico. Altri vantaggi di questo tipo di alimentazione sono l’assenza di emissione di gas di scarico nocivi e l’estrema silenziosità degli apparati di taglio, cosa che permette il taglio anche durante le ore notturne senza disturbo; questo risulta in un grande vantaggio di fruibilità, in quanto le macchine possono essere programmate per operare quando il tappeto erboso non è utilizzato. L’aspetto più importante per l’operatore non professionale, che non richiede per il proprio giardino un tappeto erboso che rispetti standard di qualità eccellenti, è il fatto di poter contare su un macchinario che in piena autonomia è in grado di assicurare una rasatura costante ed efficace senza il suo intervento, che non sia quello della manutenzione mensile. In sostanza, il semplice risparmio del tempo e
dell’energia necessari a radere il tappeto erboso sono già un grande vantaggio per l’utilizzo non professionale.
L’utilizzo in ambito professionale, su tappeti erbosi che richiedono accorgimenti tecnici e aspetti qualitativi elevati, richiede tuttavia la verifica di alcuni parametri fondamentali, tra i quali alla cosiddetta “qualità del taglio”. Nel valutare la validità di un rasaerba è necessario infatti considerare, oltre alla capacità oraria di lavoro (cioè la superficie coperta nell’unità di tempo), anche la qualità del taglio effettuato.
Si noti come già adesso esistono realtà importanti che utilizzano macchine autonome per la gestione dei loro tappeti erbosi a livello professionale: un esempio possono essere i robot della serie “BIGMOW” della Belrobotics.
Tra i produttori italiani troviamo la ditta Zucchetti Centro Sistemi S.p.A., che con la linea “Ambrogio Robot” fornisce soluzioni sia per l’uso privato, con piccoli robot per la gestione del giardino di casa, che modelli per l’uso professionale o in grandi appezzamenti di terreno, come il “L400i Deluxe” in grado di gestire estensioni fino a 20000 m2 e dotato di tecnologie avanzate per la programmazione del lavoro. Il sistema di taglio è affidato a tre lame a forma di stella a 4 punte.
Figura 20 - Modello "L400i Dleuxe"
Per uso privato e professionale i modelli della serie “Automower” della Husqvarna, tra i primi ad essere commercializzati. Caratterizzati da un’estrema versatilità, si differenziano rispetto agli altri modelli dello stesso segmento per l’introduzione di una tecnologia in grado di migliorare le prestazioni di taglio, relativamente alla suddivisione degli spazi e al raggiungimento di aree difficoltose. Questi modelli sono infatti dotati, oltre che del cavo perimetrale, di un cavo aggiuntivo detto “cavo guida”, in grado di far effettuare alla macchina manovre nei punti più stretti. Questo cavo è inoltre molto utile per diminuire i tempi di ricerca della base quando le batterie si scaricano, di fatto aumentando la capacità di copertura dell’area di taglio da parte della macchina.
Figura 22 - Schema di funzionamento di Automower. In giallo il cavo perimetrale, in rosso il cavo guida e in bianco le traiettorie randomizzate.
Fonte Husqvarna
Tutte le prove per raccogliere dati per questo elaborato sono state effettuate su tappeti erbosi la cui gestione del taglio è stata affidata a macchine di questa serie.
Il sistema di taglio consiste in due dischi sovrapposti: uno ha la funzione di protezione, mentre sull’altro vengono fissate 3 lame folli rettangolari di dimensioni 1.8 x 3.6 cm, che fuoriescono solamente quando l’apparato di taglio è in funzione per forza centrifuga. Questo permette un ottimo grado di sicurezza e allo stesso tempo previene danni alla lama stessa, che in caso di impatto con sassi o altri ostacoli sul terreno rientrerà all’interno senza danneggiarsi.
Figura 23 - Dettaglio del disco di taglio di Automower
Le macchine autonome che stanno iniziando a popolare il mercato, pur essendo utilizzate principalmente in ambito hobbistico, sono comunque il frutto di nuovi criteri progettuali e di un grande lavoro di ottimizzazione ingegneristica delle caratteristiche che le contraddistinguono. Sono macchine che, comparate con i modelli che le precedono, risultano essere silenziose, leggere, in grado di operare senza influenze esterne e con apparati di taglio molto diversi dai predecessori. Non sono sicuramente esenti da difetti, in quanto essendo alimentate a batteria presentano per loro natura una bassa potenza, che si riflette sulla velocità periferica delle lame. Necessitano oltretutto di ricarica, che potrebbe influire sulle tempistiche di taglio. In oltre, le traiettorie randomizzate che le
contraddistinguono possono essere di svantaggio, in quanto potrebbero dare origine a sovrapposizioni eccessive e quindi fenomeni di allettamento. È quindi necessario che gli strumenti di valutazione della qualità del taglio raggiungano livelli di accuratezza adeguati alle nuove macchine.
QUALITÀ DEL TAPPETO ERBOSO E QUALITÀ DEL
TAGLIO
Come accennato poco sopra, il progresso tecnologico sta portando il mercato a macchine sempre più efficienti, in grado di operare dei tagli di qualità. Pur non essendo presente una definizione chiara in bibliografia di “mowing quality” e “cleanness of cut”, troviamo spesso questi termini utilizzati per descrivere le qualità delle varietà . In particolare, la maggiore o minore nitidezza di taglio viene spesso utilizzata come strumento di paragone fra specie o cultivar differenti (Christians et al. , 2017. BSPB 2021) Occorre quindi definire in maniera chiara la differenza fra qualità generale del tappeto erboso e qualità del taglio e se la seconda possa essere indicativa della prima. Se è infatti logico intuire una relazione nel peggioramento della qualità generale di un tappeto erboso in seguito al peggioramento della qualità del taglio, si necessita determinare quest’ultima all’interno di un sistema di valutazione.
Un primo tentativo di valutare la “mowing quality” è stato effettuato da Gibeault e Hanson (1977), che hanno definito una scala di valutazione da 0 a 10 della qualità del taglio. Secondo questa scala, lo 0 era considerato un taglio di pessima qualità, mentre il 10 come un taglio di qualità superiore (“...a clean leaf cut”). Possiamo in un certo senso dire che si tratta di un approccio “macroscopico” alla determinazione, che però risulta non privo di problemi: si noti infatti come il parametro di valutazione si basava sull’osservazione del tappeto erboso da parte di un operatore, quindi passibile di influenza da parte dell’occhio dell’operatore
stesso o di elementi estranei a problematiche di taglio, come la presenza di malattie o di altri fattori.
I criteri di valutazione visiva attualmente in uso dall’ NTEP (National Turfgrass Evaluation Project), elaborati e aggiornati al 2010 da Morris e Shearman, prevedono l’utilizzo di parametri più specifici, come il Colore Genetico della Specie, la Densità del tappeto erboso, la tessitura e altri (vedi fig. 24). Anche in questo caso vediamo come l’intero metodo di valutazione sia affidato al giudizio soggettivo dell’operatore, che pur avendo svariati criteri decisionali è comunque oggetto di un’interpretazione personale della realtà. Secondo gli autori, infatti, risulta impossibile effettuare una valutazione oggettiva della qualità di un tappeto erboso, in quanto questa è una misura degli aspetti estetici e, di conseguenza, soggettiva per chi osserva.
Howieson e Christians (2001) propongono uno studio effettuato su Agrostis
palustris, il cui sfalcio era affidato al passaggio di un rasaerba elicoidale con
operatore al seguito. Questo studio affianca alla “Visual quality”, la quantità di clorofilla contenuta dopo lo sfalcio, la quantità di etilene prodotto e la misura della zona necrotica, da loro definita come “Mowing injury” o “danno da sfalcio”. Il danno veniva quantificato attraverso l’analisi al microscopio e la misurazione in mm della zona di imbrunimento fogliare e di sfilacciamento nelle parti apicali delle foglie tagliate. Si passa quindi ad un approccio meno legato all’operatore, attraverso l’utilizzo di un confronto obiettivo, ovvero della stecca metrica. Le misure effettuate, anche se nella scala di grandezza dei millimetri, risultano essere ancora troppo poco accurate per andare a valutare in maniera adeguata la zona di necrotizzazione, che in un taglio di buona qualità si estende per una frazione di millimetro. Inoltre, poiché si va a valutare la zona di necrotizzazione, questo metodo può essere applicato solo su foglie di recente raccolta, in quanto i campioni devono essere analizzati tempestivamente prima che vadano in contro a processi di alterazione dei tessuti della lamina fogliare, rendendo di fatto il campione inutilizzabile.
La necessità di mettere a punto misure oggettive e di un grado di accuratezza elevato risulta quindi un processo cruciale nell’elaborare un protocollo di misurazione. Una soluzione che viene esplorata è quella dell’utilizzo delle tecnologie digitali, che possono risultare vantaggiose in questo senso. D. E. Karcher , M. D. Richardson e L. C. Purcell (2001) si sono infatti interrogati su come quantificare la copertura dei tappeti erbosi attraverso un metodo che risultasse privo di valutazioni soggettive e che non comportasse tempi e manodopera elevati nella sua realizzazione, spinti anche dal lavoro di Horst e et al. (1984) che dimostrò come valutatori diversi portavano ad una variazione dei rating associabile agli operatori stessi piuttosto che alle cultivar analizzate. Il progresso digitale di inizio secolo rappresentò per gli autori la vera svolta, attraverso la fotografia digitale e l’analisi delle immagini, che permettevano una restituzione quantitativa e oggettiva ottenuta attraverso l’elaborazione di un software di analisi. Questo metodo permetteva anche una conservazione nel tempo dei campioni, che rimanevano “fissati nel tempo” al momento dello scatto della fotografia, rendendoli di fatto analizzabili potenzialmente in qualsiasi momento del futuro ed eliminando così la necessità di un’analisi tempestiva. Sempre Karcher e Richardson (2003) evidenziarono come i metodi di valutazione oggettiva del colore del tappeto erboso basati su tecniche quali la misura della riflettanza, l’analisi di clorofilla e aminoacidi o il confronto con colori standard, risultano svantaggiose rispetto alla misura soggettiva del colore. Queste tecniche sono infatti molto dispendiose dal punto di vista dell’attrezzatura e necessitano del trasporto ad un laboratorio di analisi. Nel caso del confronto con colori standard, esso risulta invece troppo legato alla specie o alla cultivar in esame. Anche in questo caso la soluzione proposta è quella della DIA (Digital Image Analysis), mettendo in evidenza come le apparecchiature necessarie ad effettuare questo tipo di rilevamento sono diventate “... mezzi comuni e convenienti per la
2003). A questo si aggiunge una pubblicazione del 2005 degli stessi autori nella quale si propone una automatizzazione dei processi di lettura dei dati, attraverso l’esecuzione di una serie di comandi preimpostati che permettono al programma di analisi di agire in autonomia. Secondo gli autori, questo permetterebbe un risparmio di tempo che può arrivare fino alle 24 ore rispetto all’analisi effettuata manualmente di ogni singola immagine acquisita, riducendo drasticamente il tempo necessario per avere dei risultati.
Questi studi pongono quindi le basi per un approccio digitale alla valutazione della qualità del tappeto erboso, ma come è possibile notare entrambi prendono in considerazione delle caratteristiche intrinseche delle specie (copertura e colore), senza però evidenziare come la qualità del taglio possa influire su questi aspetti.
Pirchio e et al. (2018) hanno proposto un metodo di valutazione della qualità del taglio che si basa sull’acquisizione digitale attraverso scanner di campioni di lamina fogliare, raccolti dopo 24 ore dal passaggio dell’apparato di taglio e fissati su un foglio di carta standard A4. Queste immagini vengono poi processate attraverso un software di elaborazione con il quale è possibile effettuare un ingrandimento della zona di taglio per la valutazione dello sfilacciamento. Si vanno quindi a misurare i due parametri necessari al calcolo del “Leaf tip damage level”(Livello di danno dell’apice fogliare), ovvero il perimetro effettivo di taglio (LE) e il perimetro di taglio ideale (LI). Il valore richiesto viene calcolato tramite il rapporto LE/LI: più il valore ottenuto si avvicina all’unità, migliore sarà la qualità del taglio. Lo studio ha evidenziato una correlazione fra la qualità visiva soggettiva del tappeto erboso e i valori calcolati della qualità del taglio: minore era il rapporto fra i perimetri di taglio, maggiore risultava la qualità generale del tappeto erboso. Il metodo di valutazione elaborato risulta quindi efficace nel valutare il livello di pregio del tappeto erboso, andando ad applicare criteri obiettivi e non influenzabili per effettuare i rilevamenti. Il valore di
danneggiamento dell’apice fogliare risulta infatti totalmente indipendente dalla persona che effettua la stima e permette di dare informazioni attendibili sulle performance di taglio della macchina, risultando in un indice più rappresentativo della grandezza che si intende misurare. L’acquisizione di dati attraverso questo procedimento è quindi molto affidabile nel valutare la qualità del lavoro della macchina, ma ha come difetto i lunghi tempi necessari al campionamento, alla digitalizzazione e all’analisi delle immagini.
L’utilizzo dell’analisi digitale può quindi essere un metodo valido per la definizione della qualità di taglio, ma necessita della messa a punto di metodi e
mezzi che siano rapidi nell’esecuzione delle misurazioni.
Risulta quindi evidente che si necessiti di elaborare dei sistemi di misura della qualità del taglio che vadano a migliorare quelli già presenti in bibliografia, per arrivare agli standard imposti dall’avanzamento tecnologico dei sistemi di taglio.
OBIETTIVI DELLA RICERCA
Questo elaborato ha lo scopo di descrivere la messa a punto di un metodo e di una procedura per la misura oggettiva e replicabile della qualità del taglio che risulti non dipendente dal giudizio del valutatore e basato su criteri e procedure definiti e replicabili. Per validare un metodo di valutazione è infatti necessario che questo rispetti i criteri di oggettività della valutazione; si reputa quindi necessario definire dei limiti definiti per il campionamento, così che esso sia influenzabile in maniera non rilevante dall’operato del rilevatore. In oltre, definire i criteri in maniera rigorosa permette la riproducibilità del metodo anche da operatori differenti, in luoghi e tempi. Basandosi sui lavori precedenti a questo, si ritiene necessario anche elaborare una metodologia che risulti sufficientemente accurata nella valutazione della qualità del taglio, che nelle pubblicazioni precedenti è stata sempre misurata con sistemi soggettivi e di
considerata di primaria importanza anche la velocità di acquisizione ed elaborazione dei dati. Ulteriore obiettivo dell’attività di messa a punto è stato di individuare se esista una relazione tra la qualità del taglio percepita visivamente e la qualità del taglio misurata secondo il sistema e le procedure descritte.
Il parametro di qualità del taglio determinato con il sistema oggetto di indagine è stato denominato “CoC” come acronimo della denominazione “Cleanness of Cut” reperibile nella letteratura internazionale e distinto dal parametro “Mowing quality” più propriamente riferito al sistema di determinazione mediante stima visiva.
MATERIALI E METODI PROVA 1
Materiali prova 1
Per valutare la qualità del taglio è stato realizzato un prototipo di strumento per consentire l'acquisizione di immagini fotografiche, che vengono elaborate e valutate attraverso un software di elaborazione grafica Per l’immagazzinamento dei dati rilevati si utilizza un foglio di calcolo Excel.
Apparato di acquisizione delle immagini
L’apparato di cattura delle immagini è composto dai seguenti elementi:
lastra di vetro 66,0 x 26,0 cm
due maniglie a ventosa per il trasporto e l’utilizzo
supporto a colonna con attacco standard per fotocamera
fotocamera digitale Ricoh mod. R10 (Ricoh Company Ltd., Tokyo, Japan)
righello metallico graduato in mm fissato sul piano di messa a fuoco della
Software di elaborazione grafica
Per l’elaborazione delle foto realizzate è stato utilizzato il software di elaborazione grafica open source GIMP, distribuito con licenza GPLv3+.
(https://www.gimp.org/downloads/)
Metodi Prova 1
La prova è stata effettuata nel giugno 2020 su due parcelle di 4000m2 ciascuna
site presso la sodfarm di BINDI Pratopronto Nord, San Piero a Grado, Pisa, Italia (43°39’ N 10°21’ E, 2 m sul livello del mare), composte da un tappeto erboso maturo di Festuca arundinacea (cv. Granditte 33%, cv. Rhizing star 45%, cv. Galatea 22%). Il suolo è sabbioso (Sabbia 79.7 %; Limo 9.6 %; Argilla 10.7 %). Il metodo può essere suddiviso in due fasi differenti: una prima fase “in
campo” di cattura delle immagini attraverso il dispositivo appositamente realizzato ed una seconda fase “in digitale” di elaborazione e lettura delle immagini acquisite. La gestione dell’altezza di taglio è stata affidata a due rasaerba autonomi Husqvarna mod. “Automower 450 X”
Cattura delle immagini in campo
La lastra di vetro viene appoggiata sulla superficie del tappeto erboso con lo scopo di far aderire le foglie su un unico piano. In questo modo le foglie vengono a trovarsi a distanza sufficientemente costante dall’obiettivo con vantaggio per la messa a fuoco nell’immagine. Sulla lastra di vetro vengono montati il supporto a colonna ed di giunto snodato per l’accoppiamento con la macchina fotografica. La macchina fotografica viene installata in modo che la distanza tra l’obiettivo e la lastra di vetro sia di 14 cm circa e che la macchina inquadri perpendicolarmente l’area di campionamento del tappeto erboso.
Figura 26 - Apparato di cattura delle immagini completamente assemblato
L’area di campionamento corrisponde all’area inquadrata, che viene a sua volta delimitata sulla lastra di vetro da tre elementi, ovvero la stecca metrica in
metallo (posta sul lato inferiore del vetro per diminuire la distanza fra il righello e le lamine fogliari) e due bande nere. La prima, posta nella parte superiore dell’inquadratura viene in parte inquadrata e ripresa nelle immagini, in modo da fungere da riferimento dimensionale in fase di analisi delle immagini. Le due bande nere sono poste lateralmente all’immagine, e hanno lo scopo di delimitare ai lati l’inquadratura. Una volta regolate la distanza dell’obiettivo dalla lastra e la sua perpendicolarità rispetto alla lastra stessa, e fissati gli elementi di delimitazione dell’inquadratura, questi consentono un corretto riposizionamento della fotocamera nel caso di spostamenti accidentali della macchina o dello snodo.
Figura 27 - Dettaglio dell'inquadratura. Si notano chiaramente il righello in alto e la striscia adesiva in basso, mentre le bande nere ai lati sono solo leggermente percepibili.
Al fine di ottenere immagini con la migliore definizione dei dettagli la fotocamera viene impostata in modalità macro e la modalità autoscatto viene attivata per ottenere la completa immobilità dell’intero apparato durante lo scatto. Per ottenere l’allineamento delle foglie secondo una direzione prevalente ed avere il migliore contatto delle foglie con la superficie inferiore della lastra di vetro, prima della acquisizione di ogni immagine, il dispositivo viene fatto strisciare longitudinalmente sul tappeto erboso utilizzando i tamponi in gomma. Un ombrello parasole può essere utilizzato al fine di ridurre il riflesso della luce sul vetro che potrebbe rendere difficile la successiva lettura delle immagini. Per la caratterizzazione della Cleanness of Cut sono stati assunti come rappresentativi di ogni parcella dei campioni costituiti da 200 letture effettuate sui margini di taglio, suddivise in 4 ripetizioni da 50 letture. Per ottenere questo numero di determinazioni, sono state raccolte 10 immagini per ripetizione, spostando il
dispositivo in modo tale che fossero inquadrati punti diversi e rappresentativi della parcella stessa, evitando, ove necessario, di inquadrare aree di tappeto infestate o con possibili cause di disseccamento delle foglie non riconducibili all’azione del taglio. La cattura di 10 immagini per ripetizione è ritenuta ridondante per il numero di letture possibili rispetto a quelle prefissate.
Questo processo permette l’acquisizione di immagini “in vivo”, cioè andando a campionare foglie di piante che, alla fine dell’operazione, permangono indisturbate nel loro stato vitale: è un metodo non distruttivo di raccolta dei dati.
Analisi delle immagini
Per effettuare la misura dei margini disseccati delle foglie, le immagini catturate in campo vengono caricate sul software di analisi dell’immagine. Al fine di effettuare le misurazioni su una griglia di campionamento univoca si procede a visualizzare una griglia sulla fotografia in modo tale da avere una suddivisione in riquadri da 100x100 pixel. Per agevolare il lavoro di identificazione e misurazione dei punti di lettura viene adottato un ingrandimento dell’immagine del 150%.
Figura 28 - Immagine all'interno del programma di elaborazione grafica. è stato applicato un ingrandimento del 150 % e si può notare il reticolo della griglia.
Il software fornisce uno strumento che consente di ottenere la misura espressa in pixel tra due punti selezionati sull’immagine. La prima misura viene eseguita tra due tacche di graduazione della stecca metrica che viene inquadrata al momento della cattura delle immagini. In questo modo si può effettuare la conversione dalle misure in pixel nell’immagine alle dimensioni reali in millimetri degli oggetti inquadrati. Questa prima lettura viene registrata e rappresenta la taratura per le letture successive.
Figura 29 - Strumento di misurazione delle distanze (Misurino), impostato per dare i valori in pixel. In alto a destra, la finestra di lettura dei valori.
La visualizzazione della griglia sull’immagine consente di guidare la scelta delle foglie da esaminare con criterio univoco e riproducibile, per minimizzare gli errori di campionamento dovuti all’operatore.
All’interno di ogni immagine si considerano aree di lettura quelle corrispondenti alle colonne della griglia che distano tra loro 1 cm. La distanza tra le colonne di campionamento viene rilevata dalla stecca metrica. Le colonne della griglia che
campionamento a causa della minore nitidezza dell’immagine. Entro le colonne individuate per il campionamento si procede andando ad individuare le foglie che mostrano il margine di taglio ben visibile, disteso, aderente alla lastra di vetro, in condizioni ottimali di messa a fuoco e non occultato da altre foglie. Ogni foglia che rispetti i criteri viene quindi misurata, determinando la lunghezza in pixel dei tessuti disseccati dei margini di taglio mediante lo strumento di misura fornito dal software. Per ogni singola foglia la misurazione del margine disseccato avviene nel punto più esteso del disseccamento. Nel caso di fibre che si estendono oltre il punto di taglio, la misurazione si riferisce alla lunghezza delle fibre. I dati espressi in pixel vengono registrati su un foglio di calcolo predisposto per la conversione dei valori in mm in base alla prima lettura di taratura. La CoC viene quindi calcolata dal foglio di calcolo sulla media delle 4 ripetizioni per ogni parcella. Ogni campione è stato analizzato da due operatori differenti e i risultati sono stati messi a confronto.
RISULTATI E CONCLUSIONI PROVA 1
Operatore 1 campione A Operatore 1 campione B
Media px 25.3 24.5 25.3 22.1 Media px 20.3 23. 3 13. 4 22.66
Media mm 0.8 0.8 0.8 0.7 Media mm 0.6 0.7 0.4 0.7
Media A mm 0.8 Media B mm 0.6
Operatore 2 campione A Operatore 2 campione B
Media px 18.5 28.2 32.6 34.0 Media px 32.0 35.0 28.8 24.5
Media mm 0.6 0.9 1.0 1.1 Media mm 1.0 1.1 0.9 0.8
Media A mm 0.9 Media B mm 0.9
Tabella 1 – CoC delle due parcelle ottenuta da due operatori differenti a confronto
I valori ottenuti dai due operatori differiscono per uno scarto di 0.1 mm nel caso del campione A e di 0.3 mm nel caso della prova B. Questi valori, dell’ordine del decimo di millimetro, sono stati ritenuti sufficientemente vicini fra loro per poter dire che l’operatore ha scarsa influenza sulla variabilità della determinazione,
ovvero che il metodo di misura che è stato elaborato dipende in maniera trascurabile dall’operatore che lo mette in atto ed è quindi un metodo obiettivo per la valutazione della Cleannes of Cut.
MATERIALI E METODI PROVA 2
Materiali prova 2
- Apparato di misura della CoC - Software di elaborazione grafica
- Rasaerba elicoidale Reelmaster 3100-D (The Toro Company, Bloomington, Minnesota, Stati Uniti)
Metodi prova 2
La prova è stata effettuata su un tappeto erboso di Lolium perenne adibito all’uso per scopo calcistico professionale. Lo scopo della prova è quello di verificare l’accuratezza di misura dell’apparato su un tappeto erboso di riferimento che presenti una qualità elevata. In particolare, la macchina utilizzata per il taglio era stata appena consegnata e quindi aveva affilatura delle lame e regolazioni nuove di fabbrica, al meglio delle prestazioni. In questo modo ci si è assicurati che il tappeto di riferimento presentasse una qualità di taglio elevata. I metodi di acquisizione e analisi sono gli stessi elencati per la prova 1.
In questo caso sono state effettuate 11 aree di campionamento, con una singola foto per ogni area. La caratterizzazione della Cleannes of Cut è stata attenuta attraverso 50 campioni rappresentativi dell’intera superficie, ottenuti
effettuando le letture sui margini di taglio. La CoC media è ottenuta attraverso il foglio di calcolo.
RISULTATI E CONCLUSIONI PROVA 2
La prova ha dato come risultato una CoC media di 0.8 mm (vedi Tab 2). Possiamo quindi affermare che il metodo elaborato è in grado di apprezzare con un elevato grado di accuratezza il dato analizzato. Inoltre, essendo stata la prova effettuata su un tappeto erboso di riferimento la cui qualità di taglio è assicurata, possiamo dire che la misura della CoC può essere indicatore attendibile e oggettivo della qualità del taglio, in quanto i valori ottenuti possono essere messi in relazione con una qualità visiva eccellente.
Riferimento fotografico
CoC
1
0.6
2
0.7
3
0.7
4
0.8
5
0.8
6
0.9
7
0.8
8
0.7
9
0.6
10
1
11
0.7
Tabella 2 – Risultati della CoC per ogni riferimento fotografico
MATERIALI E METODI PROVA 3
Materiali prova 3
- Apparato di misura della CoC - Software di elaborazione grafica
Metodi prova 3
La prova si è svolta presso l’azienda sperimentale di Rottaia, nel Centro Ricerche sui Tappeti Erbosi Sportivi (CeRTES), del Dipartimento di Scienze Agrarie, Alimentari Agroambientali dell’Università di Pisa, situato a San Piero a Grado, Pisa (43° 40’ N, 10° 19’ E, 6m s.l.m), Italia. Gli studi sono stati effettuati su 44 parcelle di dimensioni 1,5x 1,5 metri di tappeto erboso maturo di varie cultivar e varietà di macroterme, coltivate su un terreno argilloso-limoso (Calcaric Fluvisoil, 28% di sabbia, 55% di limo e 17% di argilla), con pH 7.8 e contenuto in sostanza organica di 18 g kg-1. I metodi di acquisizione e analisi sono gli stessi
della prova 1, con la differenza che per la caratterizzazione della Cleanness of Cut di ogni parcella sperimentale sono stati assunti come rappresentativi dei campioni costituiti da 50 letture effettuate sui margini di taglio. Al fine di ottenere tale numero di determinazioni, in campo sono state raccolte 5 immagini per parcella spostando il dispositivo in modo che risultassero inquadrati punti diversi e rappresentativi della parcella stessa, evitando, ove necessario, di inquadrare aree di tappeto infestate o con possibili cause di disseccamento delle foglie non riconducibili all’azione del taglio. La cattura di 5 immagini per parcella è ritenuta ridondante per il numero di letture possibili rispetto a quelle prefissate. La gestione dell’altezza di taglio è stata affidata a un rasaerba autonomo Husqvarna mod. “Automower 450”
La CoC viene quindi calcolata dal foglio di calcolo sulla media delle 50 ripetizioni per ogni parcella e il risultato finale (in mm) viene classificato su tre possibili range: Eccellente (0-1 mm), Accettabile (1-3 mm), Non accettabile (>3 mm)
RISULTATI E CONCLUSIONI PROVA 3
Cynodon Cleannes of cut
(mm) Ecotipi Abetone 0,4 Antigua salt 0,4 Argentina 0,4 Barbados 0,5 Boccadarno 0,5 Chantilly 0,4 Dubai 0,5 Dubrovnik 0,5 Maldive 0,5 Metato 0,6 Mykonos 0,5 Olympia 0,4 Rottaia 0,4 Cultivar da seme Argentina rosa 0,5 Barazur 0,7 Bull’s Eye 1,1 Celebration 0,6 Grand Prix 0,6 Princess 77 0,6 Riviera 0,5 Scotts R6LA 0,4 Sovereign 0,5 SR 9554 0,5 Veracruz 0,4 Wintergreen 0,5 Yukon 0,3 Varietà ibride Patriot 0,5 Santa Ana 0,6 Tifsport 0,6 Tifway 0,5 Tifway II 0,6 Tif 00-1 0,5 Tif 00-2 0,4 Tif 00-7 0,5 Tif 00-10 0,5 Tif 00-18 0,5 Tif 00-24 0,5 Tif 00-27 0,7
Paspalum Cleannes of cut
(mm)
Varietà a propagazione vegetativa
Platinum 0,6 Salam 0,9 SeaDwarf 0,7 SeaIsle1 0,5 Sea Isle 2000 0,8 Velvetene 0,8 Varietà da seme Marina 0,7 SeaSpray 0,6 Ecotipi Argentine 0,7 Pisa 0,5 Sinai 0,8
Zoysia Cleannes of cut
(mm)
Propagazione vegetativa non ibridi Prestine flora 0,6 Diamond 0,5 Dominica 0,7 Sud Cina 0,6 Varietà ibride Empire 0,5 Ecotipo Australia 0,5
Tabella 3 – Cleanness of Cut su accessioni di Cynodon, Paspalum, Zoysia
La tabella 3 mostra come la CoC rilevata con il taglio automatizzato effettuato su macroterme risulti, nella quasi totalità dei casi, inferiore ad un millimetro.
Questo denota, nella scala di valutazione proposta, una qualità del taglio eccellente, ovvero un ottimo risultato per un sistema di taglio che risulta innovativo sul mercato.
CONCLUSIONI
Attraverso le tre prove effettuate è stato possibile dimostrare che il metodo elaborato è oggettivo, replicabile e accurato. La prima infatti dimostra come due operatori differenti possano dare risultati sufficientemente simili, validando l’oggettività dei criteri di campionamento e misura. Questo è stato possibile elaborando un protocollo di campionamento che riduca al minimo la possibilità di scelta da parte dell’operatore attraverso la definizione chiara dei punti di campionamento sia in campo che durante e specialmente l’analisi digitale. L’utilizzo di campionamento in vivo riduce poi il danno al tappeto erboso, essendo un campionamento non distruttivo, sganciandosi dalla necessità di una lettura immediata del campione e permettendo una conservazione teoricamente infinita nel tempo dei campioni fotografici effettuati. Attraverso gli strumenti di stoccaggio in rete delle immagini è possibile inoltre spostare “nello spazio” il campionamento digitale, in quanto la lettura dei dai sulle fotografie può essere effettuata in remoto anche da un operatore che non era presente fisicamente al momento dello scatto delle foto. Il fatto che due operatori riescano a mettere in pratica il metodo con risultati assimilabili è anche la dimostrazione della riproducibilità del metodo stesso.
È stato poi necessario verificare che il metodo proposto sia rappresentativo della realtà con un buon grado di accuratezza, cosa che è stata effettuata nella seconda prova attraverso il confronto con un tappeto erboso di riferimento. La validità del metodo è assicurata anche dalla grande quantità di letture che vengono effettuate, che porta ad avere un dato rappresentativo della realtà in quanto “distribuito” su un grande numero di campioni. Confrontando i valori
ottenuti nella prova 2 e nella prova 3, si può concludere che il metodo risulta efficacie e riproducibile anche in altri contesti in quanto i risultati, su tappeti erbosi valutati visivamente come di elevata qualità, risultano essere simili. In questo senso, la CoC si dimostra essere un dato oggettivo per misurare la qualità del taglio. In particolare, la CoC può essere classificata su tre possibili range: Eccellente (0-1 mm), Accettabile (1-3 mm), Non accettabile (>3 mm). n entrambe le due prove si rilevano valori inferiori al millimetro, pertanto la loro qualità sarà eccellente. Si dimostra quindi anche che le macchine autonome per le gestione dei tappeti erbosi possono ottenere dei valori di CoC paragonabili a quelli ottenuti in condizioni operative tipiche delgi standard profesionali di taglio.
Il metodo potrebbe essere migliorato andando a diminuire ulteriormente i tempi di raccolta delle immagini in campo, che nel complesso risulta essere l’operazione più dispendiosa di tempo. Questo potrebbe essere effettuato elaborando un dispositivo di scatto che richieda una minore interazione da parte dell’operatore, automatizzando per esempio lo spostamento necessario per allettare le lamine fogliari.
Le operazioni di lettura digitale, a differenza di quanto fatto da Karcher e Richardson nel 2005 per la copertura il colore del tappeto erboso, non possono invece essere automatizzate, in quanto non esistono ad oggi software
commerciali in grado di operare seguendo i criteri di valutazione proposti per il metodo.
In conclusione, possiamo quindi affermare che il metodo elaborato per la valutazione della qualità di taglio attraverso la misura della CoC rispetta i requisiti richiesti e può quindi essere considerato valido per lo scopo per il quale è stato elaborato.
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https://www.husqvarna.com/it/prodotti/robot-tagliaerba/
