Lidar remote sensing of pesticide spray drift

Abstract

En aquesta tesi doctoral es proposa utilitzar la tècnica LIDAR (Light Detection And Ranging) per estudiar la deriva de pesticides. A diferència dels col·lectors in situ, aquesta tècnica permet mesurar els aerosols de forma remota, amb elevada resolució temporal i en distància. Els objectius d’aquesta tesi són (1) dissenyar un sistema lidar específic per la mesura de la deriva i (2) avaluar la capacitat d’aquesta tècnica per quantificar la concentració en els núvols de pesticides. Per la consecució de l’objectiu (1) s’ha elaborat una metodologia de disseny, validada mitjançant la construcció d’un prototipus de ceilòmetre lidar biaxial. Partint d’aquesta metodologia s’han establert els paràmetres de disseny del sistema específic per mesurar la deriva: longitud d’ona de 1550 nm, energia per pols igual a 25 μJ, etc. Respecte a l’objectiu (2), es proposa un model teòric que relaciona les mesures lidar de la deriva amb les obtingudes utilitzant col·lectors passius. La relació entre els dos tipus de sensors també s’ha estudiat experimentalment. Les mesures van mostrar que per a cada assaig existeix una elevada correlació lineal (R2≈0.9) entre el senyal lidar i els col·lectors.

En esta tesis doctoral se propone utilizar la técnica LIDAR (LIght Detection And Ranging) para monitorizar la deriva de pesticidas. A diferencia de los colectores in situ, esta técnica permite medir los aerosoles de forma remota, con elevada resolución temporal y en distancia. Los objetivos de esta tesis son (1) diseñar un sistema lidar específico para la medida de la deriva y (2) evaluar la capacidad de esta técnica para cuantificar la concentración en las plumas de pesticidas. Para la consecución del objetivo (1) se ha elaborado una metodología de diseño, validada mediante la construcción de un prototipo de ceilómetro lidar biaxial. Partiendo de esta metodología se han establecido los parámetros de diseño del sistema lidar específico para medir la deriva: longitud de onda de 1550 nm, energía por pulso igual a 25 μJ, etc. Respecto al objetivo (2), se propone un modelo teórico que relaciona las medidas lidar de la deriva con las obtenidas utilizando colectores pasivos. La relación entre ambos tipos de sensores también ha sido estudiada experimentalmente. Las medidas mostraron que para cada ensayo existe una elevada correlación lineal (R2≈0.9) entre la señal lidar y los colectores.

This doctoral thesis proposes the use of the LIDAR (LIght Detection And Ranging) technique for spray drift monitoring. Unlike in situ collectors, this technique enables remote measurement of aerosols with high temporal and range resolution. The objectives of this thesis are as follows: (1) the design of a lidar system specifically for the remote sensing of pesticide spray drift and (2) assessment of the capacity of lidar technology to quantify droplet concentration in drift clouds. For the purposes of objective (1), a design methodology was elaborated. This methodology was validated with the construction of a biaxial lidar ceilometer prototype. Taking this methodology as a starting point the design parameters of a lidar system specifically for spray drift measurement were established: 1550 nm wavelength, 25 μJ de pulse energy, etc. As for objective (2), it is proposed a quantitative analytical model which relates the lidar spray drift measurements with those obtained using passive collectors. The relationship between the two sensor types was also studied experimentally. The measurements showed that for each test there is a high linear correlation (R2≈0.9) between the lidar signal and the collectors