Drones e Agricultura: Um voo inteligente

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Os famosos Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) são novidades no setor agrícola e um forte apoio para uma produção de qualidade e com poucos problemas.

Ninguém tinha ideia de que um pequeno aparelho que voo pelo ar como um pássaro seria capaz de identificar problemas em plantações, independente da cultura cultivada. Os sistemas aéreos não tripulados e batizados como Drones, palavra em inglês que significa zangão, ou Veículo Aéreo Não Tripulado (VANTs) conseguem de maneira eficiente relatar imprevistos em lavouras.

Por não ter necessidade de pilotos embarcados, os equipamentos são controlados por sistemas eletrônicos e computacionais e cada aparelho possui sua estação de controle. O diretor fabricante dos Drones da empresa Xmobots, Giovani Amianti explica que nessas estações de controle precisa existir profissional capacitado a essa finalidade. “Nas estações de controle dos drones consta sempre um operador, capacitado e treinado, que acompanha em terra os dados da missão”, completa.

drones e agricultura

A combinação de drones e agricultura otimiza a produção dos agricultores, por trazer agilidade e ganho de tempo ao trabalho rural, além das vantagens financeiras como a redução dos custos de operação e melhor viabilidade em relação aos meios tradicionais como os satélites e as aeronaves tripuladas. Lavouras geralmente são em grande extensão e o controle se torna mais fácil com a rapidez desses aparelhos. Assim o produto consegue monitorar seu sistema de irrigação e verificar o crescimento de suas plantas.

Todo o diagnóstico é registrado por meio de câmeras instaladas nos equipamentos, algumas com espectro infravermelho, juntamente com softwares desenvolvidos para essa finalidade “Mais que voar e captar imagens, o diferencial está nos softwares desenvolvidos para o processamento das imagens, tornando-as úteis e de fácil leitura para o melhor diagnóstico do produtor rural”, explica Amiante sobre a importância dos softwares. O diretor fabricante também ressalta a atenção provida dos agricultores para a novidade “A cada semana, a cada mês, aumenta o interesse dos produtos por essa tecnologia, pois seus resultados estão se disseminando com muita rapidez no setor”.

O motivo da criação de Drones para a agricultura é a melhoria na qualidade das imagens aéreas feitas das plantações. As imagens feitas por satélites possuem resolução baixa entre 25 a 900 m² por pixel da imagem, enquanto que uma imagem captada por um VANT pode ser entre 10 e 50 cm² por pixel.

“Os Drones podem ser utilizados em diversas aplicações na agricultura”

O professor Rubens Coelho, do Departamento de Engenharia de Biossistemas da ESALQ-USP afirma que o uso dos Drones na agricultura está em fase inicial de pesquisa e sua implantação em áreas comerciais está ocorrendo de maneira bastante criteriosa. “Os Drones podem ser utilizados em diversas aplicações na agricultura”:

  1. Detecção de estresse hídrico na área de sequeiro e irrigada
  2. Monitoramento de falhas no stand de plantio
  3. Monitoramento do estado nutricional das plantas
  4. Identificação de doenças, pragas e ervas daninhas.
  5. Monitoramento de florescimento e outros eventos fenológicos de interesse
  6. Mapeamento de solos / zonas de erosão
  7. Identificação de variedades plantadas
  8. Monitoramento de rebanhos

 

Os Drones para identificação de estresse hídrico em áreas agrícolas possuem uma câmera térmica por infravermelho acoplada ao sistema de aquisição de imagens, podendo visualizar as plantas mais “quentes” na área que estão sofrendo estresse hídrico. Os sensores se dividem em sensores que detectam a transpiração e a redução de absorção de gás carbônico (CO2) nas plantas ou a redução da fotossíntese. No caso de estresse hídrico, a temperatura aumenta, podendo ser detectada com câmeras térmicas ou termais.

Na agricultura de precisão, tanto mundial como brasileira, os VANTs podem ser aproveitados em todas as fases da produção agrícola, durante o crescimento, identifica as falhas do plantio e o nível das pragas. Na fase intermediária é possível analisar a concentração de clorofila das plantas e, consequentemente, prever como será a produção, caso esteja baixa, o produtor tem meios de reverter essa deficiência. Ao fim da colheita os Drones auxiliam o agricultor a avaliar como está o ganho de sua produção, o que poderá influenciar diretamente na tomada de ações a serem feitas para a próxima safra, em especial o sistema de irrigação.

Segundo a Agência Nacional de Aviação Civil (ANAC) até o fim de 2014 publicará o regulamento que controla o uso dos equipamentos no Brasil. No entanto está em vigor uma portaria que proíbe a utilização dos aparelhos em locais públicos e habitados. Dentro da proposta da agência está a autorização de operar Drones em áreas públicas abertas quando o equipamento pesar mais de 25 quilos e voar abaixo de 400 pés (120 metros), o que autoriza aeronaves desse tipo a monitorar manifestações e perseguições policiais por exemplo.

“A nova tecnologia abre outros horizontes para a agricultura de precisão nas áreas de produção agrícola”, a reflexão do professor Rubens Coelho confirma a eficiência dos Drones na agricultura. Por mais que seja vantajoso, o agricultor deve ficar atento a duas questões antes de adquirir o produto”.

A primeira é em relação ao treinamento, a empresa tem que oferecer além dos equipamentos um treinamento explicativo e prático para o uso correto dos mesmos nas lavouras. Isso evita a má utilização e os riscos que os aparelhos podem causar. A segunda consiste no suporte técnico após a venda, também oferecido pela empresa vendedora, para qualquer eventualidade que surgir durante a utilização dos Drones.

É válido dizer que Drones ou os VANTs são uma evolução para o setor agrícola. Afinal ter a capacidade de identificar problemas em plantações, esses que não podem ser enxergados a olho nu, como doenças nas plantas e no solo, estresse hídrico, falhas no plantio, quantidade de clorofila e índices de fotossíntese em um único sobrevoo, não é par qualquer aparelho.

“É uma ferramenta essencial do desenvolvimento do agronegócio no Brasil, um caminho a ser desvendado para o futuro da tecnologia no campo”, exclama o professor Rubens Coelho

Outra característica é em relação ao ganho de produtividade, por possibilitar ao produtor reparar os danos causados na plantação antes da colheita e evitando o risco de grandes perdas em lavouras e consequentemente perdas financeiras. “É uma ferramenta essencial do desenvolvimento do agronegócio no Brasil, um caminho a ser desvendado para o futuro da tecnologia no campo”, exclama o professor Rubens Coelho que crê no futuro a possibilidade do agricultor trabalhar em um escritório climatizado visualizando as imagens coletadas pelos Drones na sua propriedade em tempo real, sem a necessidade de deslocamento.

Fazes de utilização dos Drones na agricultura de precisão

Colocar em prática as etapas básicas de utilização de VANT em agricultura de precisão é um caminho certo para o agricultor, elas se resumem em: planejamento de voo; voo com sobreposição; obtenção das imagens georreferenciadas. Processamento das imagens; geração de mosaico; análise em uma ferramenta GIS (Geographic System Information) e geração de relatórios. Uma reflexão aprofundada sobre essas fases foi desenvolvida por meio de um estudo dos pesquisadores da Embrapa Instrumentação, Lúcio Castro Jorge e Ricardo Inamasu. A pesquisa explica cada etapa e mostra suas importâncias para o uso dos Drones no setor agrícola.

Segundo o estudo o planejamento de voo inicia com a seleção da altitude, velocidade de voo, resolução das imagens e resolução do pixel nas unidades de terreno, e finalmente, as normas e regulamentos de voo. Para definir a altitude deve ser observado se o voo será sem obstáculo entre a estação de controle e a aeronave. Também deve ser observada qual a resolução em solo desejada, e então de acordo com a resolução da câmera deve ser calculada a altitude de voo e ainda é importante o cuidado com as características da câmera de tal forma a evitar imagens desfocadas.

Assim, a melhor estratégia é manter o tempo de exposição constante, fixar o balanço de branco e usar o formato RAW, caso exista na câmera, permitindo abertura da lente automática e foco no infinito. Os ajustes devem ser realizados antes da decolagem. O tempo de armazenamento da imagem também é maior no formato RAW, podendo afetar a taxa de sobreposição ao longo do descolamento da aeronave.

Os pesquisadores afirmam que devido ao movimento do equipamento, os ajustes de velocidade do obturador da câmera devem ser controlados para evitar o desfoco. Este vai depender da distância e da altitude programada. Uma condição razoável para se obter uma foto desfocada imperceptível é assegurar que a distância percorrida durante a tomada da foto não seja maior que a metade da resolução do pixel. O pior caso ocorre quando o deslocamento é na direção do vento, incrementando a velocidade de voo.

Dada a resolução em solo que se deseja, deve-se selecionar a máxima exposição possível (1/800, 1/1000, 1/250, 1/400, 1/600). Câmera com mais megapixels tendem a desfocar devido ao tamanho do pixel. Isto significa que selecionando lentes escuras, com muitos megapixels e altitudes de voo elevadas não é uma boa prática em dias nublados. Depois de definidos as condições de voo, deve-se utilizar estes parâmetros nos planejadores de missões de cada VANT para traçar o plano de voo.

A pesquisa também revela que a altitude de voo é determinante na quantidade de imagens geradas e no tamanho do pixel sobre o terreno. O fundamental é que o voo seja o mais alto possível, quanto mais alto, mais área é coberta com menos fotos. No entanto existe um compromisso com a resolução que se deseja obter.

Por meio de uma expressão numérica os pesquisadores demonstram o cálculo da área sobreposta pelo voo dos Drones em uma lavoura, representada da seguinte forma:

Sendo, T (h) = tempo de voo; V (Km/h) = velocidade sobre o solo; W (km) = largura da foto no solo. Assim, não é necessário nenhum outro acessório auxiliar para decolagem e não se corre riscos de perdas com trens de pouso em estradas de terra pequenas e não planas. Exceto em casos de multirotores ou helicópteros que a decolagem e o pouso são mais simples. Considerando também a experiência e obtenção de imagens com qualidade para agricultura de precisão, a sobreposição mínima lateral recomendada é de 40%.

Superfície Coberta (Km²) = T.V.W

Para os pesquisadores esta é suficiente em caso que se necessite menos precisão nos mosaicos. No entanto o recomendado é 60% também para a sobreposição lateral, assim se obtém mais qualidade em terrenos com variações de inclinação. Se a sobreposição linear em uma direção é dada por N%, a distância média entre um ponto na imagem nesta direção e de (100-N)%. De fato, para largura ou comprimento da foto tem-se 1/(100-N)% pontos comuns por unidade de distância. Se a sobreposição é uniforme, em 2D, tem-se (1/(100-N)%, 2 pontos comuns por unidade de área.

Lúcio e Ricardo dizem que considerando N para sobreposição lateral e M para sobreposição da direção de voo, a densidade média de fotos em um dado ponto no mosaico pode ser calculada por 1/(100N)%.(100-M)%. A densidade deve ser observada de tal forma a se obter a quantidade necessária para a determinação do modelo de elevação do terreno ideal. Em geral as câmeras usam formado EXIF JPG com mínima compressão para evitar perdas de qualidade. A obtenção da foto com sobreposição típica de 60% deve ser garantida pela velocidade de voo e altitude desejada.

Para eles as coordenadas aprendidas na geografia (latitude, longitude e altitude) devem ser armazenadas diretamente com cabeçalho das fotos, em formatos padrões EXIF JPG ou GeoTIFF. Caso não se tenha como gerar automaticamente as imagens com coordenadas, devem-se utilizar softwares que juntam o log de voo, com as coordenadas e as imagens obtidas. Esta junção é necessária para a próxima etapa que é a geração de mosaicos. Em geral, ferramentas de geração de mosaicos, podem juntar as imagens independentes das coordenadas, mas isto resulta num mapa não georreferenciado, o que não é interessante quando se quer fazer análise junto com dados de elevação do terreno. O processamento pode ser realizado foto a foto, conforme já descrito, para posterior geração do mosaico, mas em geral é realizado no mosaico já pronto.

Lúcio e Ricardo explicam que a partir do mosaico podem ser elaborados os mapas de recomendações: descompactação, fertilidade e aplicação de insumos em taxa variável, auxiliando nas tomadas de decisões. Para eles a necessidade de precisão das informações justifica o uso de imagens de alta resolução e a necessidade da obtenção rápida das informações justifica o uso de processamento paralelo para reduzir o custo computacional ocasionado pela construção de mosaicos de alta resolução. As imagens aéreas, durante o seu processo de aquisição, frequentemente apresentam distorções que são causadas por alterações espaciais (translação, escala e rotação) e também por alterações radiométrica (brilho e cor), devido a variações de altitude e orientação do aparelho.

 

Eles também explicam que as imagens retiradas são então utilizadas para a construção do mosaico, que une essas imagens, gerando uma nova imagem. Durante o processo de união das imagens, elas precisam passar por alguns ajustes geométricos, para que possam se encaixar adequadamente. Uma vez obtidas as fotos georreferenciadas, estas possuem em seu cabeçalho as coordenadas de posicionamento global, GPS, que são utilizadas para geração do mosaico.

O estudo mostra também que existem softwares comerciais que já realizam a mosaicagem automático e é necessário que cada foto seja georreferenciadas. Existem poucos passos a serem executados e por este motivo tem sido mais usados nos VANTs. Uma vez obtidas às imagens ou mosaicos, estes podem ser utilizados nos sistemas de informação geográfica (SIG) para fazer correlações com outros mapas obtidos. O uso do VANT torna mais fácil alimentar os SIGs com mais frequência, podendo ter uma resolução temporal muito interessante para as etapas da agricultura de precisão.

Os pesquisadores ainda completam que são várias as análises e dependem dos objetivos, são mais usadas para definição de zonas de manejo da propriedade, daí chega-se a geração de relatórios. A geração de relatórios pode ser realizada de forma customizada em cada caso. Em geral, sistemas integrados com GIS já definem mapas de aplicações em taxa variada baseados nos diferentes mapas e cruzamento realizados no GIS.

Drones e agricultura irrigada

Os Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) ou Drones estão em testes na agricultura, especialistas afirmam que eles são capazes de identificar a necessidade de água em lavouras, principalmente as que possuem a irrigação.

De acordo com o professor e coordenados do Departamento de Engenharia de Biossistemas da Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz” (ESALQ/USP), Rubens Duarte Coelho, os equipamentos serão aplicados em áreas de cultivos tecnificados, principalmente nas culturas de cana-de-açúcar, hortaliças, café e frutas cítricas e também nos locais de pesquisa. “Esperamos desenvolver nos próximos anos aplicações desta nova tecnologia visando à detecção da variabilidade espacial do estresse hídrico no campo, de deficiências nutricionais, falta de uniformidade de aplicação de água em sistema de irrigação, danos foliares causados por pragas e doenças”, pontua.

drones e agricultura

Dentro desse contexto, outro fato destacado pelo professor é o desafio inicial de entender que a escolha de outros equipamentos que compõem os VANTs é essencial. “É preciso entender que um drone nada mais é do que um tripé voador”, outros dois pontos importantes desta tecnologia é o tipo de câmera que será acoplada ao drone e como proceder à interpretação das imagens obtidas. Por isso pesquisas na ESALQ nesta área são desenvolvidas.

A partir do momento que as pesquisas e os estudos que estão em andamento forem aplicados no uso rotineiro desses produtos, a agricultura em si ganhará muito com esse avanço, em especial a irrigada, porque vai ser possível, com a identificação do estresse hídrico, compreender a quantidade de água que determinada plantação necessita e isso controlará ainda mais o consumo hídrico nas lavouras irrigadas pelo país.

Fonte: Revista Molhar – Edição impressa

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3 Comentários


  1. Ola boa tarde gostaria de saber qual os programa que trata estas imagem.

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