AGRICULTURA DE PRECISÃO

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sensores remotos

Um sensor distante ou remoto é um dispositivo eletrônico que nos permite coletar informações, dados, à distância, sem estar fisicamente em contato com a planta ou o solo. Uma definição muito comum é:

“Sistema de detecção e medição remota, geralmente utilizado a partir de veículos aéreos não tripulados ou satélites, com o qual são obtidas informações meteorológicas, de solo, cobertura vegetal, etc. Para tais medições, são usados sistemas de detecção ativa e passiva.”

Observar a Terra das alturas ou do espaço é possível hoje devido ao desenvolvimento da tecnologia atual, cada vez mais precisa e barata.

As vantagens do sensoriamento remoto são várias: é um método não invasivo, não destrutivo, rápido (permite o registro de dados em tempo real) e Permite trabalhar em diferentes escalas (ao nível da planta, abrangendo parcelas, abrangendo grandes áreas de cultivo), para que se possa obter informações quantitativas sobre a variabilidade de temperatura, doenças, produção, etc., das culturas.

Uma das principais ferramentas utilizadas na agricultura de precisão e que está inovando no setor é o uso de sensores remotos montados em veículos aéreos não tripulados ( UAV). Acredita-se que o uso dessa tecnologia e dos sensores nela montados será, nos próximos anos, difundido entre os agricultores. Estes equipamentos não possuem um “piloto”, mas uma pessoa que os controla remotamente, e os sensores que estão montados a bordo são de natureza muito diversa, sendo maioritariamente câmaras RGB e NIR, e Câmaras Multiespectrais.

Vejamos abaixo os sensores remotos mais utilizados:

↑ Fig: Fotografia de uma câmera RGB

Câmeras RGB

Radiação ou espectro visível, ou simplesmente “luz”, é aquela capaz de causar uma sensação visual; seu comprimento de onda está entre 380 e 780 nm. As câmeras RGB captam as ondas do espectro visível, que produzem a sensação visual, ou seja, captam as mesmas ondas que o olho humano, ou seja, enxergam as mesmas cores. A sigla RGB significa Red (vermelho), Green (verde) e Blue (azul). A partir dessas três cores primárias, todas as cores visíveis, como violeta, laranja e amarelo, são formadas.

Assim como os olhos humanos, esse tipo de câmera não captura algumas frequências, incluindo raios ultravioleta e infravermelho (importantes para sensoriamento remoto).

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Coloquialmente, apenas a parte visível (VIS) da radiação eletromagnética é chamada de luz. Abrange a região de comprimentos de onda de 380 nm (violeta) a 780 nm (vermelho). Os limites desta região são definidos pela sensibilidade do olho humano.

Câmeras térmicas / NIR

A radiação infravermelha é a radiação óptica com um comprimento de onda entre 780 nm e 1 mm; a região do infravermelho é dividida em: IRA (780-1400 nm, Near Infrared); IRB (1400-3000 nm, infravermelho médio) e IRC (3000 nm-1 mm, infravermelho distante).

Todos os objetos emitem radiação infravermelha (calor), e essa emissão é maior quanto mais quentes eles são. As câmeras térmicas são capazes de capturar essa radiação, especificamente as usadas em drones geralmente são calibradas para trabalhar com infravermelho térmico, entre 8 e 14 mícrons (8000 e 14000 nm), e são capazes de captar diferenças de décimos de grau centígrados, com o que é importante a precisão, por exemplo, na detecção da temperatura das lavouras, sendo esta variável um indicador do estresse hídrico da planta.

O processamento de imagens termográficas é um pouco mais complexo do que o do espectro visível. Embora as câmeras RGB tenham sensores de mais de 20 megapixels, no caso das câmeras térmicas, é comum que não ultrapassem um megapixel. As resoluções máximas de 640 × 512 geralmente são uma resolução comum.

Fig: Câmeras térmicas que fornecem imagens da temperatura das lavouras durante seu crescimento. Esquerda: câmera para ser montada em diferentes tipos de plataformas aéreas. Direita: Câmera para ser montada em um poste e próxima ao cultivo, mas sem contato →

↑ Fig: Imagem térmica mostrando duas linhas e entrelinhas de um vinhedo

Câmeras NIR (Near Infrared) são muito importantes para a detecção na agricultura. Hoje esta faixa é uma das mais utilizadas em sensoriamento remoto, pois fornece informações valiosas sobre o estado fisiológico e sanitário das plantações, além de detectar situações de estresse hídrico.

Câmeras multiespectrais ou hiperespectrais

Câmeras multiespectrais ou hiperespectrais são câmeras que possuem vários sensores para capturar diferentes espectros de ondas refletidas. Essas câmeras são capazes de captar frequências invisíveis ao olho humano, como o infravermelho. As imagens obtidas são passadas por um software específico que nos oferece vários índices que nos ajudam nas diferentes aplicações que temos em nossa plantação. Esses índices nos ajudam a detectar doenças, ver a taxa de crescimento, o estresse hídrico da planta, etc.

As câmeras multiespectrais são aquelas que possuem de 3 a 10 bandas. Um exemplo de sensor multiespectral é aquele localizado no satélite Landsat-8.

Sensores hiperespectrais podem ter centenas ou milhares de bandas, com larguras de alguns nanômetros (10-20 nm). Um exemplo deste tipo de sensor é o falhado satélite TRW Lewis (1997); ou os sensores Hyperion, com 220 bandas (0,4 – 2,5 micrômetros) e que geram imagens com resolução de 30 m.

← Fig: Câmera multiespectral de cinco bandas para montagem em um drone

LIDAR

LIDAR significa Light Detection and Ranging ou Laser Imaging Detection and Ranging. É uma tecnologia que permite determinar a distância de um emissor a um objeto ou superfície usando um feixe de laser, a distância ao objeto é determinada medindo o tempo de atraso entre a emissão do pulso e sua detecção através do sinal refletido.

Ultimamente a tecnologia LIDAR está sendo aplicada para muitas soluções:

- - Incorporado a um meio aerotransportado, permite obter uma maior densidade de medições da estrutura da vegetação (principalmente alturas e cobertura) do que qualquer outro sistema conhecido, apresentando uma vantagem sobre outros sensores para ser capaz de penetrar na cobertura vegetal e, assim, capturar informações de diferentes estratos de vegetação.
  - Montado em um veículo todo-o-terreno, é possível obter informações sobre as características geométricas e estruturais das plantações de frutas. Conheça e leve em consideração as dimensões externas da dossel foliar (altura, largura e volume), bem como as características internas e estrutura da copa (porosidade, ocupação do espaço e índice de área foliar). pode, por exemplo, melhorar a poda ou o manejo de produtos fitossanitários (o conhecimento das características geométrico-estruturais das plantações permite otimizar o uso de recursos e, com isso, reduzir o impacto ambiental e econômico de sua aplicação).< /li>
  - Montado em um veículo todo-o-terreno, pode nos auxiliar na detecção, caracterização de frutos e estimativa de safras de frutos. A detecção de frutas no campo é essencial para fazer previsões precisas de colheita, progredir na colheita automatizada ou otimizar operações de desbaste, entre muitas outras aplicações.

Fig: Esquerda. Sistema 3D LiDAR (+ antena GNSS) digitalizando uma macieira. Fonte: Gené-Mola et al. (DOI: 10.1016/j.compag.2019.105121). Direita: Da esquerda para a direita: imagem RGB da macieira; nuvem de pontos LiDAR; maçãs detectadas a partir da intensidade do sinal refletido. Fonte: Gené-Mola et al. (DOI: 10.1016/j.biosystemseng.2019.08.017) →

↑ Fig: Valores e índices mais comuns obtidos dos diferentes sensores distantes mais comuns

Aplicativos de sensoriamento remoto

As aplicações na área da Agricultura e Pecuária são inúmeras, desde a vigilância e controle de pragas, até o controle da irrigação. Principalmente:

- - Elaboração de mapas de refletância.
  - Geração de mapas espectrais para índices agrícolas como NDVI.
    Controle do estresse hídrico.
  - Previsão de pragas, doenças, produção usando câmeras multiespectrais.
  - Detecção de ervas daninhas.
  - Gerenciamento de fertilização.