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AGRICULTURA DE PRECISÃO
(versão provisória)
( 2009 )
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ÍNDICE
Introdução ....................................................................................................................................... 1
1- A agricultura tradicional vs a agricultura do futuro ...................................................................... 1
2- A agricultura de precisão; aspectos gerais ................................................................................. 3
3- Objectivos da agricultura de precisão ......................................................................................... 4
4- Diferentes formas de fazer agricultura de precisão .................................................................... 5
4.1- A agricultura de precisão baseada em cartas com características georreferenciadas ........... 5
4.2- A agricultura de precisão baseada em determinações efectuadas por sensores ................... 7
5- As diferentes fases da agricultura de precisão ........................................................................... 9
5.1- Recolha da informação ............................................................................................................ 9
5.2- Análise da informação e tomada de decisões ......................................................................... 11
5.3- Execução das operações ......................................................................................................... 13
6- Tecnologias utilizadas nos sistemas AP baseadas nas cartas de prescrição ............................ 14
6.1- Tecnologias para georreferenciação da informação ................................................................ 14
6.1.1- Princípio de funcionamento dos GPS ................................................................................... 15
6.1.2- A triangulação dos satélites .................................................................................................. 15
6.1.3- Medição do tempo de viagem do sinal rádio ........................................................................ 15
6.1.4- Medição da distância............................................................................................................. 16
6.1.5- Correcção do atraso da chegada do sinal ............................................................................ 17
6.1.6- Utilização dos GPS em agricultura ....................................................................................... 17
6.2- Tecnologias para recolha da informação ................................................................................. 18
6.2.1- A análise de imagens ............................................................................................................ 18
6.2.1.1- Geração de imagens .......................................................................................................... 18
6.2.1.1.1- Cartas ou mapas ............................................................................................................. 18
6.2.1.1.2- Fotografia ........................................................................................................................ 22
6.2.1.2- Processamento e interpretação de imagens ..................................................................... 25
6.2.2- Sensores ............................................................................................................................... 25
6.2.2.1- Sensores ópticos ................................................................................................................ 26
6.2.2.2- Sensores térmicos.............................................................................................................. 27
6.2.2.3- Sensores eléctricos ............................................................................................................ 28
6.2.3- Monitores de rendimento ...................................................................................................... 30
6.2.3.1- Monitores de proximidade .................................................................................................. 30
6.2.3.2- Monitores remotos.............................................................................................................. 31
6.2.3.2.1- Características dos sensores de teledetecção ............................................................... 35
6.2.3.2.2- Exemplo de um Sistema de Controlo Remoto ............................................................... 37
6.3- Os sistemas de informação geográfica ................................................................................... 38
6.3.1- Funcionamento de um SIG .................................................................................................. 39
6.3.1.1- Introdução da informação ................................................................................................. 39
6.3.1.1.1- Modelo raster ................................................................................................................. 40
3
6.3.1.1.2- Modelo vectorial ............................................................................................................. 40
6.3.1.2- Armazenamento de dados ................................................................................................ 41
6.3.1.3- Tratamento da informação ................................................................................................ 41
6.1.4- Sistemas de suporte à decisão ............................................................................................ 42
6.5- Modulação das operações culturais ........................................................................................ 42
6.5.1- Modulação dos trabalhos de mobilização ............................................................................ 43
6.5.2- Modulação da fertilização de uma parcela .......................................................................... 44
6.5.3- Modulação da sementeira de uma parcela .......................................................................... 46
6.5.4- Modulação da aplicação de pesticidas ................................................................................ 47
6.5.4.1- Controlo das infestantes ................................................................................................... 48
6.5.4.1.1- Sistemas de detecção .................................................................................................... 49
6.5.4.1.1.1- Sistemas de controlo em tempo diferido ..................................................................... 49
6.5.4.1.1.2- Sistemas de controlo em tempo real .......................................................................... 50
6.5.4.1.2- Evolução das técnicas de aplicação .............................................................................. 50
6.5.4.1.3- Controlo das pragas e doenças ..................................................................................... 52
6.6- Modulação dos equipamentos de colheita .............................................................................. 52
6.7- Modulação da rega .................................................................................................................. 53
7- Aplicação da agricultura de precisão à viticultura ...................................................................... 54
Bibliografia ....................................................................................................................................... 56
Introdução
O maior controlo da actividade agrícola é um imperativo dos tempos modernos, pois não é possível
continuar a manter uma ineficiência tão grande na utilização dos factores de produção, nem continuar
a degradar o meio ambiente.
A aplicação homogénea dos factores de produção, como tem vindo a ser efectuada, leva à sua sobre
e sub-aplicação, conduzindo a primeira à poluição do meio e a segunda à diminuição da sua
eficiência; a aplicação da quantidade correcta permite maximizar a sua utilização, minimizando o seu
impacto ambiental.
A melhoria da eficiência de utilização dos factores de produção que permite, entre outros, aumentar
as receitas dos agricultores, a competitividade e a protecção ambiental obtém-se, fundamentalmente,
pela micro-gestão das parcelas (gestão metro a metro), resultante da informação precisa e localizada
das condições e necessidades do solo e culturas. A variabilidade intraparcelar resulta das
características do solo (propriedades físicas, mecânicas e químicas), das plantas cultivadas (estados
de desenvolvimento, doenças, rendimento, qualidade, etc.), da distribuição das infestantes e do clima.
A introdução das novas tecnologias na agricultura, embora recente, tem permitido conhecer mais
profundamente as condições do meio em que as culturas se desenvolvem e monitorizar a sua
evolução, o que torna possível a aplicação modulada dos factores de produção e, em última análise,
a previsão do seu rendimento; considera-se que o rendimento de uma cultura é o “reflexo” do
conjunto das condições do meio, especialmente, as características do solo, clima e infestantes.
As tecnologias actualmente disponíveis incluem sistemas de recolha e tratamento da informação,
assim como de controlo automático dos equipamentos, para fazer variar, de uma forma contínua, o
volume dos factores de produção a aplicar, sem intervenção do operador. Nestas situações a
informação é obtida, basicamente, com sensores associados a sistemas GPS, que permitem
posicionar geograficamente os equipamentos e os dados recolhidas, sendo a gestão
georreferenciada dessa informação efectuada com SIGs; estes permitem a gestão da informação de
base e dos modelos agronómicos, tendo em consideração a heterogeneidade das parcelas.
A utilização de sensores (sensoriamento) permite medir, com precisão, a variabilidade dos dados
relacionados com a cultura e solo e os SIG permitem o armazenamento, processamento, análise e
síntese dos dados relativos à variabilidade espacial, sendo cada tipo de dados tratado como uma
“camada” separada de informação.
1- A agricultura tradicional vs a agricultura do futuro
A agricultura tradicional é uma actividade que tem tendência a desaparecer, pois os tempos
modernos, altamente competitivos, não se compadecem com a utilização das práticas culturais do
passado.
A utilização de técnicas “padrão”, estabelecidas em função das condições de referência da região,
embora tenham riscos mínimos, são cada vez menos seguidas, pois não têm em consideração as
diferenças dentro e entre as parcelas, que são condições fundamentais para se definirem itinerários
técnicos específicos para cada situação e para a condução modulada das actividades. A introdução
de novas tecnologias, tendo em consideração as características do meio e sua variabilidade entre e
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dentro das parcelas, deve permitir fazer as intervenções correctas no momento e local adequado para
ajustar as técnicas culturais a essas condições. A utilização destas ferramentas conduz,
frequentemente, a um volume de informação que só a sua conjugação com os conhecimentos
agronómicos, permitem praticar a agricultura de precisão e, em particular, a condução modulada das
parcelas.
A aplicação de doses médias dos factores de produção, em parcelas com diferentes tipos de solos
(potencial de produção diferente), conduz a subestimar as necessidades de parte dos solos e a
sobrestimar outras, pelo que a entidade agronómica não deve ser a parcela, mas uma sub-unidade
desta. A tendência para o aumento da área das parcelas acentua as diferenças dentro das
explorações, o que implica uma maior utilização de meios que permitam conhecer aquelas
diferenças.
Assim, para fazer face à variabilidade do meio, é necessário “criar” um novo tipo de agricultura,
designada de precisão (AP), que utilize a modulação das práticas culturais, tendo em consideração a
variabilidade espacial dentro e entre parcelas, para se poder optimizar a sua gestão, quer do ponto de
vista económico, quer da preservação do meio ambiente.
Tradicionalmente a variabilidade era considerada apenas entre as parcelas e anos sendo, na AP,
analisada no interior das parcelas, para se perceber a sua origem e impacto, para se decidir como
efectuar as operações culturais e para se aplicar, de uma forma diferenciada, os factores de
produção.
A agricultura de precisão é, assim, um sistema de gestão agrícola baseado na variabilidade espacial
e temporal, com a qual se pretende aumentar a produtividade, diminuir os custos e minimizar o
impacto ambiental.
Quadro 1- Comparação entre a tecnologia utilizada na agricultura tradicional e na de precisão
Critérios de decisão Tecnologia actual Tecnologias futuras Trabalho do solo: Escolha da técnica em função do tipo de solo e rotação
Escolha correcta do binómio tractor-alfaia e racionalização das actuações.
Regulação automática dos equipa-mentos, em função do estado do solo e tipo de cultura
Sementeira: Escolha da variedade e doses em função dos condicionantes (“fecha” da sementeira e estado do terreno)
Comprovação prévia da dose a distribuir, utilização de semente certificada, manutenção do semeador.
Modulação da dose durante a sementeira, segundo a variabilidade intraparcelar.
Fertilização: Escolha das doses em função dos objectivos de produção; utilização dos balanços de azoto
Comprovação da largura óptima de trabalho, utilização de adubos com características físicas adequadas, comprovação do débito da máquina
Modulação intraparcelar das doses segundo as características do solo (tipo, profundidade), dos locais identificados e do estado da cultura.
Protecção das culturas: Modulação das doses e dos volumes; redução das perdas por deriva; estimativa dos riscos utilizando modelos de previsão
Escolha adequada dos parâmetros (velocidade, pressão), controlo periódico dos bicos, regulação antes de cada aplicação, adaptação do pulverizador à cultura.
Aplicação selectiva dos produtos; sensores ópticos para identificação das infestantes, etc.
Agricultura Agricultura tradicional Agricultura de precisão Fonte: Gil, E. (1997)
Como se pode observar no quadro 1 a implementação da agricultura de precisão implica grandes
alterações nos sistemas tradicionais pois, para além das modificações profundas nas práticas
culturais, é necessário actualizar o sistema educativo e de formação do mundo rural, pois são
fundamentais conhecimentos informáticos que permitam a aquisição, tratamento e utilização da
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informação para gestão das culturas e meio, assim como passar a realizar a experimentação
agronómica nas parcelas dos agricultores e não em estações experimentais.
A divulgação das vantagens resultantes da agricultura de precisão, juntamente com a introdução da
informática na gestão das explorações agrícolas, tem contribuído para a sua aceitação por parte dos
agricultores e sociedade em geral.
Do exposto pode-se concluir que as principais vantagens da agricultura de precisão se prendem com:
- a redução dos custos das operações culturais, pois o conhecimento das características do solo e
culturas, no espaço e tempo, permite diminuir os custos dos factores de produção ou aumentar a
eficácia da sua utilização;
- o aumento do rendimento e qualidade das culturas, pois o desenvolvimento de sensores e bases de
dados para apoio ao funcionamento das máquinas e desenvolvimento das culturas, melhora a
quantidade e qualidade das produções;
- a diferenciação dos produtos, ou seja, o conhecimento e a melhoria do controlo das necessidades
das culturas no espaço e no tempo, permitem produzir bens com características específicas
(proteínas, amido, etc.) que lhes conferem mais valias;
- a qualidade dos produtos alimentares resultante do aumento da sua segurança e de se evitarem
riscos de contaminação;
- a protecção do meio ambiente, nomeadamente a melhoria da qualidade da água.
2- A agricultura de precisão; aspectos gerais.
A agricultura de precisão, também designada por gestão localizada ou aplicação variável dos factores
de produção, é uma ideia bastante antiga, mas retomada recentemente com o aparecimento da
tecnologia GPS; este tipo de agricultura utiliza, basicamente, ferramentas que permitem gerir a
variabilidade espacial e temporal e criar meios de compreensão e controlo dos factores do campo.
Uma das dificuldades da implementação da AP reside no grande volume de informação, resultante da
variabilidade espacial e temporal e sua interpretação, para a tomada de decisão em campo, pois o
sistema água - solo - planta - atmosfera e os processos físico - químico - biológicos presentes são
complexos; o clima é um factor muito aleatório o que implica que os modelos criados para traduzir
estas situações não sejam suficientemente rigorosos.
O conjunto de informação recolhida, convertida em mapas de produção, cartas de solo, etc. e os
meios de gestão e decisão (fertilização, drenagem, pulverização, etc.) podem ser usados para
diferentes fins sendo, no entanto, a redução dos “inputs”, a maior rentabilidade da exploração e a
protecção do meio, os principais objectivos. A informação disponível nos mapas é, geralmente,
traduzida por cores devendo variar entre o vermelho, correspondente aos valores mais baixos, o
verde para os valores intermédios e o azul para os valores mais elevados.
Apesar de algumas dificuldades na implementação da agricultura de precisão existem, actualmente,
algumas boas razões que têm ajudado à sua divulgação, das quais se destacam:
- o desenvolvimento de tecnologias que tornam possível a gestão das parcelas;
- a constatação que o solo e culturas no interior das parcelas apresentam diferenças;
- a possibilidade de aumentar as receitas e proteger o meio ambiente;
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- a melhoria das prestações dos equipamentos agrícolas, pela utilização de meios informáticos;
- a possibilidade de “industrializar” a agricultura, não só pelo aumento da área das explorações, como
pelo relacionamento entre os agricultores e fornecedores de bens e serviços;
- a discussão técnica em torno deste assunto;
- o interesse que as empresas que vendem os factores de produção e as de consultadoria, têm tido
no desenvolvimento de novos serviços;
- a possibilidade de adquirir dados referentes às explorações;
- etc.
Sabendo que os meios para fazer uma AP são caros, é necessário considerar:
- o grau de variabilidade da produção potencial, por forma a saber se se justifica o investimento;
- a proporção da variação da produção que pode ser controlada pelos agricultores;
- a área que vai ser utilizada em agricultura de precisão;
- o preço desta tecnologia.
Dependendo do tipo de culturas são necessárias áreas bastante elevadas para justificar a AP,
embora se possa utilizar alguns meios, exemplo das cartas de rendimento (produtividade), em
superfícies mais reduzidas; é necessário calcular as produções mínimas rentáveis para justificar a
instalação das culturas ou para melhorar o seu potencial, que justifiquem a utilização dos meios
tecnológicos necessários.
3- Objectivos da agricultura de precisão
Os principais objectivos da agricultura de precisão são:
- a maximização da produção, o que implica que, por exemplo, não sejam utilizados modelos de
fertilização homogéneos baseados na uniformidade das características do solo, mas que a
aplicação de factores tenha em consideração o potencial de cada zona das parcelas;
- a minimização dos “inputs”, o que pressupõe conhecer os factores que limitam o crescimento das
plantas, por forma a calcular as necessidade locais para, assim, se potenciar a produção;
- a maximização das vantagens económicas, para que se obtenha a mesma produção com menos
factores de produção (custos);
- a minimização do impacto ambiental, para o que é necessário, por exemplo, que não se façam
tratamentos uniformes que conduzam à aplicação de factores em quantidades superiores às
necessárias que, ao não serem utilizadas pelas plantas, vão poluir o meio.
A AP começa, geralmente, na colheita pois, utilizando cartas de rendimento, é possível identificar as
áreas de menor potencial produtivo para que o agricultor, baseando-se nas propriedades do solo,
plantas e meio possa tomar decisões relativas à quantidade de inputs a utilizar. Devem ser criados
novos mapas durante o ciclo das plantas para que a variabilidade no tempo seja estimada e para que
as áreas que tenham a mesma resposta (“clusters”), sejam identificadas. A identificação de áreas
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homogéneas pode ser utilizada, por exemplo, para análise do solo pois, assim, reduz-se o número de
medições a efectuar.
4- Diferentes formas de fazer agricultura de precisão.
A agricultura de precisão pode ser realizada utilizando tecnologias baseadas em cartas de prescrição
(tempo diferido), que é a prática mais utilizada para a condução modulada das parcelas, ou em tempo
real, em que os sensores “indicam” aos equipamentos que realizam a modulação as doses do factor
a aplicar. A utilização de uma ou outra destas técnicas depende, principalmente, da operação cultural
a realizar e do tipo de captor.
A primeira destas metodologias pressupõe a recolha de amostras no campo e sua posterior análise,
sendo os dados georreferenciados usados para elaborar mapas de aplicação, gerados a partir dos
mapas temáticos previamente obtidos, que serão utilizados pelos equipamentos de aplicação
controlada; durante a amostragem e utilização dos equipamentos, um sistema de posicionamento
dGPS é usado para identificação dos diferentes pontos do campo. O uso dessas tecnologias fornece
ao utilizador dados mais precisos sobre a cultura, auxiliando a tomada de decisões, o que permite o
uso de técnicas avançadas de controlo da produção pela aplicação modulada dos factores.
A segunda metodologia utiliza sensores que medem, em tempo real, vários parâmetros,
especialmente as características do solo e plantas, que são de imediato utilizados para fazer variar as
condições de funcionamento dos equipamentos aplicando-se, assim, a quantidade do factor de
produção necessária; este método não necessita a utilização de sistemas dGPS.
4.1- A agricultura de precisão baseada em cartas com características georreferenciadas
A utilização de cartas com as características georreferenciados é a situação mais utilizada para fazer
AP, pois a facilidade da determinação laboratorial da maioria das características, nomeadamente as
relacionadas com o solo, facilita a sua implementação; a inexistência de sensores para determinação
de algumas características importantes do meio dificulta a implementação da AP em tempo real. As
cartas de prescrição impõem-se quando a decisão implica vários níveis de informação (anuais ou
históricos) e é necessário compreender a origem e o impacto da variabilidade intraparcelar para
“dividir” a parcela em zonas com comportamentos homogéneos; em determinadas situações os dois
sistemas são utilizados em simultâneo como é, por exemplo, na fertilização azotada.
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Figura 1- Utilização de mapas para aplicação modulada de factores Fonte: http://www.ces.purdue.edu/extmedia/AE/SSM-2-W.pdf
Os mapas detalhados das parcelas, com as respectivas características são, actualmente, feitos
utilizando programas de computador (GIS), exemplo do ArcView, que permitem executar
interpolações entre os dados para atenuar (smoothing) as suas variações; os GIS funcionam como
“memória suplementar” para armazenar e analisar os dados. As cartas de prescrição são tanto mais
precisas quanto maior for o volume e qualidade da informação e seu tratamento geoestatístico e a
qualidade dos modelos agronómicos utilizados; estes devem-se basear em informações de vários
anos, pelo menos três, e ter em consideração o potencial de rendimento, as cartas de resistividade,
as imagens de satélites, etc.
Os mapas tem como grande vantagem a possibilidade de poderem ser utilizados para planear as
actividades a médio - longo prazo e permitir uma análise detalhada de cada situação; a sua utilização
é especialmente indicada para a recolha de dados que não apresentem grandes variações entre as
várias estações do ano como, por exemplo, o teor de mo, a textura do solo, etc. Variáveis como a
fertilidade do solo, especialmente o fósforo e o potássio, que podem apresentar oscilações
importantes durante o ano, devem ser determinadas em intervalos de 2-3 anos mas, para o azoto, as
determinações devem ser efectuadas todos os anos; a análise do espectro electromagnético na
banda do infravermelho próximo (NIR - 1800 a 2300 nm) permite determinar, com bastante precisão,
o teor de N nas plantas (http://www.precisionag.org/html/ch10.html).
A utilização dos mapas gerados em computador implica a sua conversão para um formato
reconhecível pelos sistemas de aplicação, para que estes possam calcular a quantidade de factor a
aplicar em cada momento; a utilização de um dGPS é necessária para fazer corresponder a cada
localização no campo a quantidade de factor a aplicar. Nos dGPS um receptor GPS está estacionado
numa estação de referência onde são calculadas correcções de coordenadas ou de pseudo-
distâncias, que são transmitidas para o objecto de que se deseja conhecer a posição.
Alguns controladores permitem sincronizar a quantidade a aplicar com a posição no campo, através
da análise prévia "looking ahead" do mapa; nestas situações é necessário ter em consideração a
velocidade de deslocamento das máquinas. A utilização de algum equipamento, nomeadamente os
pulverizadores com rampas, implica que o débito dos bicos possa ser controlado individualmente
pois, caso contrário, a distribuição seria uniforme em toda a largura de trabalho; a utilização de um
sistema para controlo individual dos bicos só é possível com cartas de alta resolução.
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Em resumo, pode-se afirmar que a vantagem da utilização de cartas de
rendimento deve-se à possibilidade de saber previamente a quantidade de
produtos a aplicar em cada zona, ou seja, funcionar de uma forma
semelhante à utilizada quando se aplica um volume constante, mas em
que a unidade não é a parcela mas sim a área (célula) com características
uniformes (Figura 2).
Figura 2- Quantidades de factor a aplicar em cada uma das células Fonte: http://www.ces.purdue.edu/extmedia/AE/SSM-2-W.pdf
4.2- A agricultura de precisão baseada em determinações efectuadas por sensores
A utilização de tecnologias que permitam a determinação, em tempo real, de diferentes
características do meio e o controlo dos sistemas de aplicação dos factores, tem tido um incremento
bastante significativo. A AP em tempo real é utilizada, basicamente, quando a decisão é simples, ou
seja, por exemplo, para aplicação de herbicidas ou aplicação de azoto em cobertura (N Sensor).
A utilização de eléctrodos rotativos (rolling electrode) para determinação do tipo de solo, seu teor em
matéria orgânica, capacidade de troca catiónica, humidade e quantidade de nitratos, etc., permite
prescindir dos mapas de variabilidade. Caso se pretenda gravar as quantidades de factores aplicados
para posterior análise, é necessário criar mapas de variabilidade com as características referenciadas
geograficamente.
Figura 3- Utilização de sensores para aplicação modulada de factores Fonte: http://www.ces.purdue.edu/extmedia/AE/SSM-2-W.pdf
Um dos principais problemas relativos à implementação deste sistema de agricultura prende-se com
a dificuldade em sincronizar as medições dos sensores com a quantidade de factor a aplicar, pois é
necessário que aqueles sejam montados na parte dianteira das unidades de tracção, para que os
sistemas de aplicação controlada “tenham tempo” para regular os sistemas de modulação, antes que
passem no local em que o sensor fez as medições; ss sistemas de modulação dos equipamentos
funcionam como “braços suplementares” que modificam, durante o trabalho, a sua regulação. Para
que o controlo da distribuição se faça em tempo real, é fundamental que os sensores respondam
imediatamente às variações dos factores a medir.
Um dos tipos de sensores mais utilizados é o que mede a MO do solo e que utiliza um foto-diodo
rodeado por indicadores luminosos (LED’s), que emitem luz contra o solo, sendo a luz reflectida, que
depende da quantidade de MO e humidade daquele, medida pelo foto-diodo; a reflexão no solo da
radiação dos infravermelhos próximos (NIR) permite quantificar a sua humidade. Para além deste tipo
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de sensores estão a desenvolver-se outros para determinação do teor de nitratos, pH, potássio,
fósforo e textura do solo.
Os dados assim obtidos, determinados por sensores instalados nos equipamentos agrícolas,
aeronaves, satélites, etc., ou pela análise de imagens resultantes de fotografias aéreas, permitem
“observar” as parcelas, o que torna possível a sua utilização na monitorização da aplicação dos
factores de produção. As fotografias aéreas coloridas têm de ser convertidas em formato digital
utilizando, para o efeito, scanners e programas específicos, exemplo do “Idrisi for Windows”
(http://www.idrisi.com.br/), sendo a informação digital confrontada com os mapas de produtividade,
para se saber se o coeficiente de determinação entre eles é significativo.
A informação utilizada directamente ou depois de tratada e convertida em cartas, juntamente com a
informação agronómica necessária, permite adaptar o sistema de produção à variabilidade das
características da parcela, ou seja, permite ajustar as regulações dos equipamentos às necessidades
específicas de cada ponto desta, sendo depois necessário estudar as respostas das culturas à
variabilidade espacial das características em análise.
As tecnologias actualmente à disposição da agricultura permitem determinar dados estáticos,
exemplo da inclinação da parcela, textura do solo, etc., e dinâmicos, exemplo do rendimento da
cultura, que são utilizados por sistemas electrónicos e informáticos que fazem a gestão dessa
informação para avaliar e quantificar as produções e factores a utilizar.
Relativamente à monitorização das culturas nos diferentes meios, estas tecnologias permitem obter
indicadores sobre a sua evolução e definir métodos para melhorar a sua gestão e fazer a sua
modelização. Estes modelos, quando utilizam dados rigorosos, podem ser considerados nos
processos de decisão, conduzindo à melhoria do rendimento das culturas e do meio ambiente.
Em resumo pode-se afirmar que as principais vantagens da AP baseada em mapas são:
- serem um sistema já disponível para a maioria das situações;
- utilizarem uma base de dados que pode ter útil para a gestão de outras actividades;
- poderem utilizar-se várias fontes de informação para a definição do sistema de aplicação controlado;
- terem um controlo efectivo do sistema pelo envolvimento prévio na definição do sistema de
aplicação controlado;
- poderem efectuar as operações à velocidade normalmente utilizada.
e as baseada em sensores são:
- não ser necessário analisar previamente os dados;
- permitirem uma maior resolução que a amostragem;
- a medição e aplicação serem muito próximas;
- o sistema ser autónomo.
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5- As diferentes fases da agricultura de precisão
A execução das operações culturais, num sistema de agricultura de precisão, apresenta três fases
distintas, que são:
- a recolha da informação;
- a análise da informação e tomadas de decisão;
- a execução modulada das operações.
Representando esquematicamente estas fases tem-se:
Figura 4- As diferentes fases da agricultura de precisão Fonte: Gil, E. (1998) 5.1- Recolha da informação
A recolha da informação, que consiste na obtenção dos dados que determinam e põem em evidência
a variabilidade das parcelas, é obtida directamente nestas, caso do rendimento da cultura, grau de
infestação, etc., ou através de laboratórios de análise de solos, estações meteorológicas, meios
aéreos, satélites, etc.
Actualmente as limitações já não se prendem com a tecnologia disponível para pôr em evidência a
variabilidade mas é, essencialmente, económica. A recolha dos dados é, hoje em dia, desde que se
disponham dos meios necessários, tecnicamente simples, devendo aqueles ser fáceis de se obter
sem, no entanto, perder rigor.
Os dados devem incluir, numa primeira fase, a informação que os agricultores têm das parcelas, que
é fundamental para a caracterização e valorização da sua heterogeneidade e, numa segunda fase, a
sua cartografia, com os parâmetros necessários à operação cultural a realizar. Considerando a
morosidade na obtenção dos dados pelas técnicas tradicionais, estes tem vindo a ser obtidos com a
utilização de sistemas electrónicos e informáticos, fotografias aéreas e imagens de satélites, o que
permite quantificar, de uma forma precisa, as variáveis agronómicas clássicas, ou seja, as que
caracterizam o clima, solo e planta, e associá-las às coordenadas do local onde foram medidas. Os
sensores utilizados nestas tecnologias são como que “olhos suplementares” que permitem identificar
e quantificar variáveis, que o agricultor não tem capacidade para o fazer.
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A gestão das parcelas baseia-se em indicadores espaciais e temporais, sendo os primeiros
permanentes, ou relativos ao estado actual da cultura e, os segundos, relacionados com as
heterogeneidades das culturas em dado momento, ou durante o seu ciclo.
Indicadores espaciais permanentes
Os indicadores espaciais permanentes caracterizam as principais constantes do meio, especialmente
as relacionadas com o solo como, por exemplo, a sua profundidade, tipo, topografia, taxa de MO, etc.
O carácter permanente desta informação permite que a sua medição seja efectuada uma vez e
utilizada como uma carta de solos ou rendimento, na racionalização das operações culturais.
Indicadores espaciais do estado actual da cultura
Os indicadores espaciais do estado actual das culturas são obtidos por observação ou recolha de
amostras e têm, devido à frequência da sua medição e número de vezes que têm que ser efectuadas,
uma utilização limitada. Por exemplo, o número de medições a efectuar nas plantas e solo para as
adubações azotadas, tornam esta operação muito dispendiosa, pelo que tem sido pouco utilizada.
Indicadores temporais da heterogeneidade das culturas.
Os indicadores temporais da heterogeneidade das culturas traduzem as alterações que se verificam
nestas como resultado, por exemplo, do aparecimento de doenças, “stress” hídrico ou azotado,
estragos provocados por geadas, etc., ou pela avaliação do estado da cultura em diferentes fases.
Indicadores temporais da evolução das culturas.
Os indicadores temporais da evolução das culturas permitem acompanhar, em contínuo, o seu ciclo,
para se conhecer a sua variação e determinar a sua produtividade.
Considerando o elevado volume de informação possível de ser recolhido constata-se que, quando se
trata apenas de um dado tipo de indicador, não se verifique, geralmente, problemas, mas a
diversidade da sua origem pode fazer com que se tenha que ignorar alguns, ou reduzir o número de
medições. Quando a informação tem várias origens podem surgir problemas relacionados com a sua
utilização nos diferentes equipamentos, pois os programas para a sua análise e para modulação das
aplicações podem não ser diferentes; ao se considerarem várias unidades elementares dentro das
parcelas a quantidade de dados recolhidos aumenta.
Para simplificar a utilização da informação é importante poder transferi-la dos equipamentos
agrícolas, estações meteorológicas, etc., para um computador pessoal onde se faça o seu tratamento
e gestão sendo, só depois, usada nos equipamentos.
A solução para tornar compatível a informação entre os vários equipamentos terá de passar pela
normalização (ISO, DIN, etc.) dos inúmeros dispositivos, à semelhança do que se utiliza para o veio
da TDF. No seio da ISO, (Internacional Standard Organisation) o comité técnico “Electrónica em
Agricultura” tendo vindo a estudar normas que permitam solucionar a falta de compatibilidade entre
os vários dispositivos.
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5.2- Análise da informação e tomadas de decisão
A informação utilizada na agricultura de precisão tem de ser georreferenciada, ou seja, os parâmetros
medidos (rendimento, pH, etc.) têm de estar associados a um dado local, que é determinado por um
Sistema de Posicionamento Global Diferencial (dGPS), sendo a sua gestão, para as tomadas de
decisão, efectuada por Sistemas de Informação Geográficos (SIG). Estes sistemas processam e
fornecem, por exemplo, informações sobre a variabilidade espacial dos atributos do solo e suas inter-
relações com o meio ambiente.
Os dados recolhidos são avaliados para identificação de problemas e
oportunidades que interfiram com a produtividade da actividade, sendo
a sua correlação decisiva para o sucesso ou fracasso do modelo de AP
a implementar; nem sempre é fácil relacionar os dados pois podem
apresentar particularidades que dificultem o seu tratamento, tornando
difícil estabelecer as técnicas culturais apropriadas.
Figura 5- Exemplo da cartografia do solo de uma parcela e dos volumes de herbicida a aplicar por hectare. Fonte: Boisgontier (1998)
A informação recolhida deve ser o mais abrangente possível, sendo os objectos identificados como
pontos, linhas ou superfícies (informação vectorial), e a organização, gestão e análise linear ou
cruzada da informação, referenciada geograficamente, efectuada por SIG.
Os programas SIG utilizados na agricultura de precisão, normalmente associados aos sensores de
rendimento, transformam dados de diferentes tipos em cartas de rendimento, de caracterização do
solo, etc., cujos ficheiros são gravados num suporte magnético (ex. diskettes PCMCIA), a partir da
qual são utilizados pelo computador de bordo ou pessoal para a sua análise e suporte às tomadas de
decisões. Estas cartas, juntamente com a informação introduzida pelo utilizador, permitem criar cartas
de prescrição, que serão utilizadas pelos sistemas informáticos dos equipamentos, tornando possível
a aplicação modulada dos factores. Esta tecnologia (equipamentos) de aplicação variável (VRT-
variable rate technology), que é usada para ajustar os factores de produção (inputs) às necessidades
das diferentes zonas das parcelas, implica o conhecimento da posição correcta dos equipamentos no
campo, assim como as características do local.
Relativamente à tomada de decisões a atitude a adoptar face à variabilidade das características
intraparcelares, traduzida em mapas de variação, pressupõe o conhecimento da origem dessa
variabilidade e seu impacto na operação cultural a realizar (decisão operacional) e na exploração
(incidência económica e no meio ambiente). A interpretação da variabilidade das cartas
intraparcelares, especialmente as de rendimento é, normalmente, bastante complexa, pois podem
existir vários factores que condicionam os resultados (produção); a informação a utilizar na criação
dessas cartas deve ser estatisticamente filtrada para minimizar o efeito de ruídos presentes nas
medições.
12
Os dados recolhidos, depois de estruturados e convertidos em cartas das parcelas, são utilizados
pelos SIG que, juntamente com o modelo agronómico adequado, vão ajudar à interpretação dos
resultados para se decidir sobre as condições de funcionamento dos equipamentos (fase de
modulação da acção dos equipamentos). A interpretação de algumas das características do meio,
especialmente as relativas ao solo, e a escolha dos modelos agronómicos que melhor se ajustam a
cada situação são, por vezes, aspectos de difícil solução.
Os modelos agronómicos utilizados para condução das culturas foram inicialmente desenvolvidos
considerando as parcelas como homogéneas, pelo que têm que ser adaptados e validados para as
novas situações. Caso não se considere a variabilidade intraparcelar apenas uma medição de cada
factor é necessária para o modelo mas, para as restantes situações, devem-se utilizar tantos valores
quanto as zonas heterogéneas.
Os modelos agronómicos, que têm em consideração a variabilidade intraparcelar, devem utilizar
parâmetros possíveis de se medirem quantitativa e qualitativamente, e que traduzam características
mais ou menos estáveis no tempo como, por exemplo, os parâmetros físicos e mecânicas do solo, e
os que evoluem rapidamente como, por exemplo, a água no solo. O primeiro grupo de dados será
determinado a partir de um estudo sistemático da parcela que permitirá fazer a sua cartografia, sendo
depois utilizados para criação de cartas (cartas de prescrição), que permitirão actuações pré-
programadas. O segundo grupo de dados, determinados por sensores que permitem actuações em
tempo real, não necessita nenhum sistema de localização. Como exemplo do primeiro caso tem-se as
cartas de fertilização e, do segundo, a detecção e tratamento das infestantes.
A utilização de soluções mistas, cartas de prescrição e intervenções em tempo real, são cada vez
mais utilizadas pois permitem, por exemplo, corrigir a informação das cartas em tempo real, tendo em
consideração o estado de desenvolvimento da cultura ou de acidentes que tenham ocorrido
posteriormente à criação das cartas como, por exemplo, irregularidades na germinação.
A tomada de decisões agronómicas é da responsabilidade do agricultor embora seja aconselhável o
apoio técnico, pois as ferramentas de ajuda à decisão nem sempre são de fácil utilização e nem todos
os modelos são adaptáveis à condução modular das parcelas. A informação resultante da tomada
das decisões é utilizada pelos computadores de bordo do tractor ou alfaia, para definir a regulação
que permita, de uma forma diferenciada, a aplicação da quantidade correcta dos factores de
produção.
Embora a agricultura de precisão seja, em alguns países, já uma realidade, existem ainda alguns
problemas no que respeita às resposta a dar à variação observada dentro das parcelas (tomada de
decisão). O desenvolvimento de Sistemas de Suporte à Decisão (DSS- Decision Support Systems) é
fundamental para ajudar à tomada de decisões que tenham em consideração os objectivos dos
agricultores assim como o impacto ambiental verificando-se uma tendência para a combinação
destes Sistemas com os GIS e com os modelos de desenvolvimento das culturas para melhor
fundamentar as tomadas de decisão com vista à gestão modulada dos factores de produção.
13
5.3- Execução das operações
A tomada de decisões e sua implementação no terreno prende-se com a utilização de equipamentos
que permitem variar a quantidade de factores de produção (VRT) de acordo com as características da
parcela, ou seja, que permitem a modulação das doses dos factores a aplicar. O controlo efectuado
pelos dispositivos que fazem variar, em contínuo, a regulação dos equipamentos, que é da
responsabilidade do construtor, está praticamente resolvido para todas as situações, não
acontecendo o mesmo com a compatibilidade da troca de informação e utilização de programas das
diferentes marcas.
Figura 6- Aplicação selectiva de herbicida em tempo real http://www.ces.purdue.edu/extmedia/AE/SSM-2-W.pdf
Relativamente à forma como se efectua o controlo dos
equipamentos este pode ser por modulação em tempo
real (controlo automático), em que os sensores actuam
directamente no equipamento durante o trabalho, ou em
diferido (controlo por mapas), em que se utilizam cartas
de prescrição que traduzem a variação dos factores a
aplicar para regulação do equipamento.
Em relação ao controlo automático as variáveis são medidas por sensores sendo o sinal utilizado
para controlo do sistema de aplicação. Os sensores mais utilizados detectam, pela passagem de uma
barra fotoeléctrica, radiometria ou com câmaras com dispositivos de tratamento de imagens, as
plantas no início do seu desenvolvimento; a utilização da detecção remota com este objectivo ainda
está longe de ser uma realidade.
Como a identificação pelos sensores e a aplicação pelos equipamentos são executados praticamente
ao mesmo tempo, o processo tem de ser rápido e preciso para que a dose correcta seja aplicada no
local certo. A grande vantagem deste método é de não necessitar da georreferenciação dos dados
mas, sendo o registo da aplicação uma informação histórica importante é necessário, para estas
situações, dispor de sistemas de localização e medição da quantidade do factor aplicado.
Na metodologia em que se faz o controlo por mapas, que é a mais comum, a qualidade das cartas de
prescrição depende da informação recolhida na parcela, do seu tratamento geoestatístico e da
qualidade dos modelos agronómicos utilizados. Neste método a aplicação dos factores varia em
função das isolinhas ou células que traduzem a variabilidade da parcela; para determinação dos
mapas de isolinhas podem-se utilizar vários programas seno o mais conhecido Surfer.
(www.goldensoftware.com/products/surfer/surfer.shtml).
A aplicação dos dois métodos pode ser utilizada numa mesma cultura como, por exemplo, na
adubação azotada, em que as primeiras aplicações podem ser efectuadas com base na cartografia e
as restantes em função dos dados medidos por sensores, relativos às necessidades reais da cultura
no momento da adubação.
A utilização dos dados do rendimento, juntamente com os relativos à posição do equipamento obtido
por um sistema dGPS, permite associar a cada valor de rendimento instantâneo a posição do
equipamento criando-se, assim, um mapa de rendimento da parcela.
14
Estes dados, juntamente com outros obtidos por sensores externos e referenciados na parcela, são
analisados num computador que disponibilizará a informação que serve de apoio às tomadas de
decisões que serão, por sua vez, introduzidas no sistema informático de regulação do equipamento
que, em sintonia com o sistema dGPS, procede à aplicação diferenciada dos factores. Os dados
utilizados devem incluir a informação agronómica mais relevante relativa ao solo, clima e planta, para
cada situação.
Em resumo, pode-se afirmar que embora a agricultura de precisão seja já uma realidade, existem
ainda alguns aspectos a melhorar, nomeadamente:
- os sistemas de gestão, que incluem modelos de simulação, determinação de riscos, aconse-
lhamento agronómico, etc.;
- os esquemas de estudo das diferenças do solo;
- a compreensão das interacções entre as condições naturais e o crescimento das culturas;
- a criação de sensores de rendimento para as principais culturas;
- a precisão das tecnologias e das máquinas agrícolas;
- a rentabilidade deste tipo de agricultura;
- a divulgação a estudantes e técnicos;
- a utilização da teledetecção;
- a divulgação de novas recomendações de gestão dos solos e culturas adaptadas à agricultura de
precisão.
6- Tecnologias utilizadas nos sistemas AP
As tecnologias utilizadas na AP relacionam-se com as tecnologias de georreferenciação e com as
que permitem identificar, quantificar e aplicar os factores que interferem com o desenvolvimento das
culturas.
6.1- Tecnologias para georreferenciação da informação
As tecnologias para georreferenciação da informação necessária à implementação da AP utilizam,
geralmente, Sistemas de Posicionamento Global (GPS) que se baseiam na determinação da posição
de três satélites e no cálculo da distância entre eles e um dispositivo receptor; é um sistema de
radionavegação que permite determinar com a precisão de poucos milímetros a vários metros, a
posição de um receptor.
Um GPS é, basicamente, um relógio, que mede o tempo que decorre entre a emissão e recepção de
um sinal rádio emitido por um satélite; a posição de receptor é calculada pela medição do tempo de
recepção dos sinais emitidos por vários satélites que orbitam a terra.
A intercepção das três esferas, cujo raio é igual à distância do dispositivo GPS aos satélites, permite
a sua localização, pois da intercepção daquelas resultam dois pontos, mas apenas um corresponde à
posição do dispositivo.
Actualmente qualquer receptor GPS pode captar o sinal proveniente dos 26 satélites que se
encontram em órbita em redor da Terra, o que permite a sua localização em qualquer lugar. Estes
satélites estão distribuídos regularmente em seis órbitas circulares, desfasadas de 60º e inclinadas
15
55º sobre o plano equatorial, a uma altitude de 20184 km, dando uma volta à terra em ± 12 h. Esta
repartição espacial permite a observação de, pelo menos, 6 satélites, de qualquer ponto da terra.
O controlo dos satélites, a partir da superfície terrestre, é assegurado por estações de vigilância
situando-se a principal em Colorado Springs (USA).
6.1.1- Princípio de funcionamento dos GPS
O princípio de funcionamento de um GPS baseia-se, basicamente, em:
- estabelecer a triangulação com os satélites;
- medir o tempo de viagem do sinal radio, que tem de ser muito preciso;
- medir as distâncias, utilizando o tempo de viagem do sinal rádio;
- corrigir o atraso da chegada do sinal.
6.1.2- A triangulação dos satélites
A triangulação com os satélites baseia-se na utilização destes como pontos de referência para
localizar objectos na terra pois, através da medição da distância do objecto aos satélites, faz-se a sua
triangulação qualquer que seja a sua posição no globo; o termo triangulação não é correcto pois não
há medição de ângulos, pelo que se devia falar em “trilateração”
Supondo que a distância do objecto ao satélite é de 11000 milhas (± 17700 km) aquele pode estar em
qualquer ponto da superfície de uma esfera que tenha de raio aquele valor e cujo centro seja
ocupado pelo satélite.
Considerando que o 2º satélite está a 12000 milhas (± 19300 km) o
objecto deixa de estar numa esfera que diste 11000 milhas (±
17700 km) mas também nesta segunda, ou seja, num círculo onde
elas se interceptam.
Considerando um 3º satélite, situado a 13000 milhas (± 20900 km)
do objecto, esta 3ª esfera “corta” o círculo definido pelas duas
esferas anteriores em dois pontos.
Para sabermos qual dos dois pontos corresponde à posição do
objecto pode-se utilizar um 4º satélite (4ª esfera), embora um dos
pontos corresponda geralmente a uma localização não lógica.
Figura 7- Determinação da localização do posicionamento dos receptores de GPS Fonte: http://artemmis.univ-mrs.fr/cybermeca/formcont/mecaspa/COURS_SA/GPS/GPS.htm
6.1.3- Medição do tempo de viagem do sinal rádio
A medição do tempo que o sinal demora a chegar ao receptor implica que os relógios deste e dos
satélites estejam perfeitamente sincronizados, pois o tempo, caso o satélite esteja por cima do
objecto, é de ± 0.06 s (± 20000 km / 360000 km). A obtenção do sincronismo do relógio do receptor
com os dos satélites faz-se atrasando aquele, ou seja, de uma forma semelhante à que se teria de
efectuar caso cada satélite e o receptor estivessem a emitir a mesma música e, devido à distância do
satélite, atrasa-se o relógio do receptor para haver uma sobreposição perfeita entre as duas emissões
16
da música. O atraso do relógio do receptor é igual ao tempo que o sinal do satélite demora a chegar,
pelo que, ao multiplicar-se esse tempo pela velocidade da luz, tem-se a distância do satélite.
O sincronismo dos relógios obtém-se não com “música”, mas com um código digital (Pseudo Random
Code-PRC) constituído por uma sequência de impulsos “on” e “off”, representados da seguinte forma:
Figura 8- Representação da sequência de impulsos do sinal de rádio emitido pelos satélites Fonte: http://users.ictp.it/~radionet/ghana1998/GPS/PRC.HTM
Este sinal, que é semelhante a um ruído eléctrico aleatório, daí a sua designação de “Pseudo-
Random”, torna-o seguro, pois é pouco provável que exista um sinal semelhante a ser emitido por
outro receptor ou que este receba um sinal semelhante de outro satélite. Este tipo de sinal pode ser
ampliado o que permite que o receptor não necessite de grandes pratos (antenas) para a sua
recepção, mas não atravessa paredes de betão nem folhagem densa, pelo que se devem encontrar
em campo aberto.
A medição do tempo de viagem do sinal radio é a chave do GPS pois um pequeno erro na medição
do tempo, multiplicados pela velocidade da luz, dá grandes erros em distâncias. Os relógios dos
satélites são atómicos pelo que a medição do tempo é “perfeita” e, para os receptores aqui na terra,
esta precisão consegue-se com a ajuda de um satélite extra, ou seja, se 3 medições perfeitas podem
localizar um ponto num espaço tridimensional, então 4 medições imperfeitas podem fazer a mesma
coisa.
A dificuldade de ter um relógio no receptor, que esteja sincronizado com os relógios atómicos dos
satélites, contorna-se pela utilização de um quarto satélite que permite que, quando o relógio do
receptor marca a hora exacta, se obtenham quatro esferas (uma por satélite) que se interceptam num
ponto único, correspondente à posição do receptor. Se o relógio do receptor se adianta ou atrasa as
esferas serão maiores ou menores, não chegando a cortar-se num ponto, pelo que é necessário
proceder ao acerto do relógio do receptor para se obter um ponto único de intercepção.
Se os relógios dos receptores fossem perfeitos todos os satélites indicariam a mesma posição para o
receptor mas, como isto não acontece, é necessário considerar um 4º satélite, para permitir a
remoção de erros, devendo o receptor ter 4 canais para fazer 4 medições em simultâneo. Para além
da distância é necessário conhecer a posição exacta dos satélites.
6.1.4- Medição da distância
Para determinação da distância ao satélite, obtida medindo o tempo que o sinal radio demora no
trajecto satélite - receptor, considera-se que estes geram, exactamente ao mesmo tempo, o mesmo
código, pelo que multiplicando o tempo para recepção pela velocidade da luz tem-se a distância do
satélite. A medição desta distância, utilizando o tempo de viagem do sinal rádio de um satélite que
está em movimento em torno da terra, faz-se determinando o tempo que o sinal enviado pelo satélite
demora a chegar ao receptor; a velocidade da luz é de 360 000 km/s.
17
6.1.5- Correcção do atraso da chegada do sinal
O aumenta da precisão no cálculo da posição do receptor consegue-se pela correcção resultante da
utilização de pontos fixos, ou seja, instalando uma antena num ponto de coordenadas conhecidas e
medindo as distâncias aos satélites, obtidas a partir do sinal emitido por estes. Este método torna
possível corrigir os erros que serão introduzidos nos receptores para correcção dos sinais que
provém dos mesmos satélites, conseguindo-se, assim, aproximações na localização dos receptores
com erros menores que 1 m.
A correcção do sinal pela utilização de uma rede de estações de referência equipadas com GPS,
localizadas em pontos bem definidos, deve-se a uma distorção artificial no sinal dos satélites,
introduzida pelo governo dos EUA, que ficou conhecida por “Selective Availibility”, que fez com que o
erro de localização fosse, por vezes, de ± 100 m, o que impossibilita a utilização do sistema na
agricultura de precisão.
Figura 9- Utilização de estações de referência para aumentar a precisão da localização de um receptor GPS. Fonte: http://artemmis.univ-mrs.fr/cybermeca/formcont/mecaspa/COURS_SA/GPS/GPS.htm
6.1.6- Utilização dos GPS em agricultura
Os GPS utilizam-se para obter as coordenadas x, y e z que permitem localizar um ponto no campo.
Estas coordenadas, quando associados, por exemplo, a sensores que medem as variações de
produção ou a sensores de solo, permitem obter mapas (cartas) de distribuição das produções ou das
variáveis do solo; nestes mapas identificam-se as áreas que requerem especial atenção, para se
proceder à sua correcção pela introdução das quantidades de “inputs” necessários.
A utilização destes sistemas em agricultura conduz a erros superiores a 3 m, pois a precisão obtida
com um sistema de correcção para objectos em movimento varia entre 1-10 m. A precisão depende
do sistema utilizado e do número de satélites que se encontram, em cada momento, no campo de
acção do objecto a posicionar. Actualmente, na Europa, o sistema LandStar dGPS, que utiliza as
correcções da rede das estações Racal, é dos mais divulgados, pois os seus sinais sofrem poucas
interferências e são pouco sensíveis às condições meteorológicas.
Os problemas mais frequentes observados na determinação da posição dos equipamentos são os
acidentes orográficos, que impedem temporariamente a recepção dos sinais enviados pelos satélites,
assim como as perdas de sinal de rádio utilizado na correcção diferencial; a presença de construções,
árvores, etc., interfere, igualmente, no sinal de rádio.
Dos factores que condicionam a criação de mapas de rendimento, destacam-se a precisão dos
equipamentos utilizados na medição dos rendimentos, a inclinação das parcelas, as interacções entre
os aspectos físicos associadas à exploração, os biológicos associados às culturas e o desenho da
18
própria máquina. Os mapas com a variabilidade espacial da produção das culturas contêm a
informação mais importante dos sistemas de produção que utilizam a AP.
Considerando o desenvolvimento da agricultura de precisão, no que respeita à integração destas
ferramentas (GPS, SIG, sensores, etc.), este apresenta grandes disparidades entre os vários países,
especialmente pela dificuldade da disponibilidade de sinal, via satélite, para os sistemas GPS dos
sensores de rendimento, que são um elemento fundamental para conhecer a variabilidade dentro e
entre parcelas, que interfere com a realização da sua cartografia.
O custos destas tecnologias é ainda bastante alto o que faz com que a sua utilização seja mais
indicada para as explorações de grande dimensão. A execução dos trabalhos por empresas de
serviços é um factor importante para divulgação destas tecnologias, pois os agricultores nem sempre
têm os conhecimentos necessários para utilizarem estas ferramentas.
6.2- Tecnologias para recolha de informação
A obtenção da informação necessária para a agricultura de precisão faz-se, basicamente, através de:
- análise de imagens;
- sensores;
- monitores de rendimento;
- teledetecção.
6.2.1- A análise de imagens
A análise de imagens é uma técnica bastante desenvolvida na actividade industrial mas, em
agricultura, devido à variabilidade biológica, assim como às diferentes características do meio em que
se encontram, é de difícil aplicação.
Esta técnica consta, basicamente, da geração, processamento e interpretação das imagens.
6.2.1.1- Geração de imagens
As imagens utilizadas na agricultura de precisão podem ser obtidas de cartas (mapas) elaboradas a
partir de informação digital georeferenciada, exemplo, de cartas obtidas de medições efectuadas no
campo ou cartas topográficas e de informação analógica, exemplo das fotografias.
6.2.1.1.1- Cartas ou mapas
A forma mais utilizada para obter imagens relativas à caracterização do meio é a partir de cartas
desenhadas pela associação da informação dada pelos GPS com a medida pelos sensores. Estes,
ao medirem os vários parâmetros do meio e aqueles ao referenciá-los geograficamente nas parcelas,
permitem criar diferentes tipos de mapas, cuja informação georeferenciada será gerida por SIGs.
Para fazer os mapas a partir de dados pontuais é necessário proceder à sua interpolação, exemplo
do “kriging”, para se preencherem os espaços entre eles, para formar uma superfície contínua; esta
operação pode ser efectuada com o programa “SSTToolbox” (http://www.tl.co.za/ssttoolbox.htm) que
é um SIG específico para a AP. No “kriging” considera-se que as diferenças de valores de
19
determinadas propriedades são expressas em função da distância de separação a pontos
determinados.
Os tipos de cartas mais utilizados em agricultura de precisão são:
- as cartas de rendimentos;
- as cartas do solos.
Figura 10- Exemplo de uma carta de rendimento Fonte: Emilio Gil. 2004
As cartas de rendimento de uma parcela são uma das fontes de
informação mais importantes na agricultura de precisão embora, só por
si, não permitam a tomada de decisões para a condução das culturas,
pois o rendimento depende de vários factores, dos quais se destacam:
- as características permanentes da parcela, como a profundidade,
textura, etc.;
- as características variáveis da parcela, como o teor em elementos minerais, pH, etc.,
- as variáveis resultantes da actividade agrícola, como a distribuição de adubos, sementeira, etc.;
- as condições climáticas do ano;
- e das interacções resultantes destes e outros factores.
As cartas dos solos podem ser efectuadas tendo em atenção as suas características permanentes ou
temporárias (variam em intervalos de tempo relativamente curtos), podendo as primeiras serem
medidas por observações pontuais (análise de amostras) ou observações contínuas (medições
geofísicas).
Observações pontuais
A cartografia por observações pontuais (amostragem) faz-se com os resultados das análises de
amostras obtidas por recolha ou sondagem,
cuja variação permite a delimitação dos
contornos de unidades homogéneas.
Figura 11- Mapa de grelha e de contornos com os dados da amostragem das análises do solo.
Fonte: http://www.ces.purdue.edu/extmedia/AE/SSM-2-W.pdf
A utilização desta metodologia, que pressupõe uma inventariação rigorosa dos pontos de
amostragem, implica a utilização de um volume de meios proporcional ao número de observações
necessárias, o qual depende da variabilidade do meio. Esta não se deve basear na definição de uma
malha regular de recolha de pontos, mas ter em consideração as informações relativas à morfologia
do relevo, às cartas geológicas, à fotografia aérea, etc.
20
Observações contínuas
As observações contínuas (geofísicas) permitem medir as características do solo, sem haver
necessidade de recolher amostras (processo destrutivo). A geofísica de superfície consiste na
emissão de ondas (eléctricas, magnéticas, sonoras, etc.), ou na utilização de ondas existente
(naturais, emissão de rádio, etc.) e exame das alterações das suas características depois da sua
passagem no solo.
As principais vantagens das observações geofísicas são:
- as medições não destruírem os terrenos onde são realizadas;
- poderem ser utilizadas mesmo em meios com forte resistência mecânica, como sejam os solos
rochosos;
- poderem-se fazer um número suficientemente elevado para obter medições quase contínuas do
espaço.
O método que utiliza correntes eléctricas baseia-se na medição da condutividade eléctrica do solo,
que depende do tipo e arranjo dos materiais e das suas propriedades, nomeadamente do teor de
água, temperatura, massa volúmica aparente e composição química. A profundidade de medição,
que é função da distância em que os eléctrodos são colocados à superfície, pode ser efectuada sob a
forma de sondagens verticais, o que permite uma análise detalhada das descontinuidades dos
horizontes pedológicos e camadas geológicas, ou horizontalmente, segundo intervalos regulares, o
que permite, quando associadas a um sistema GPS, construir cartas de isorresistividade.
Figura 12- Sensor para determinação da condutividade eléctrica do solo Fonte: Ahmad Khalilian (CottonNematodeManagement)
Os dados medidos por estes meios não tem um interesse agronómico directo pelo que é necessário
recolher amostras que serão analisadas tendo em vista aquele objectivo e que serão utilizadas para
apoio à interpretação das cartas de isorresistividade; estas cartas são muito utilizadas para definir
zonas homogéneas onde as amostragens devem ser efectuadas.
Relativamente às cartas com características temporárias do solo (teor em água, fertilizantes, etc.),
cujo conhecimento é fundamental para execução modulada das operações culturais, podem ser
determinadas por:
- medição baseada na estimadas das variáveis;
- medição directa no terreno e sua cartografia.
21
Medição baseada na estimativa das variáveis
Para medição das características do solo aplicam-se modelos agronómicos a várias zonas da parcela
de que se conheçam os dados meteorológicos (pluviosidade, temperatura, evapotranspiração, etc.),
para simular o funcionamento hídrico e térmico do perfil do solo. Esta metodologia permitirá validar os
modelos para um dado período de tempo, sendo os parâmetros estimados utilizados para os vários
tipos de solo da parcela.
Medição directa no terreno e sua cartografia
Este método baseia-se na determinação directa das características do solo e sua cartografia, para um
dado momento. A variação contínua das características em estudo implica medições frequentes das
mesmas pelo que os métodos geofísicos, embora não permitam a obtenção directa dos parâmetros
de maior interesse agronómico, são os mais indicados. A utilização conjunta dos métodos clássicos e
geofísicos tem vindo a impor-se, pois permite um melhor compromisso entre custos e benefícios; a
instalação de sensores nos equipamentos agrícolas para medição dos dados geofísicos permite,
durante a passagem nas parcelas, fazer a sua cartografia.
A cartografia do solo das parcelas, qualquer que seja o método utilizado na sua execução, deve
incluir os dados que permitam correlacionar as observações realizadas e georreferenciadas,
nomeadamente as que interferem no seu desempenho, como, por exemplo, a retenção da água, os
obstáculos ao enraizamento das plantas, etc. Estas informações, juntamente com os modelos
agrometeorológicos, quando utilizados por um SIG, serão a base do modelo espacial de
desenvolvimento das culturas, cujos resultados, quando confrontados com os dados de rendimento,
serão uma ajuda importante para o diagnóstico da cartografia e estudo de novos itinerários técnicos.
Sendo a cartografia do solo bastante dispendiosa aconselha-se, antes de se iniciar, fazer um estudo
que permita o conhecimento do tipo de solos presentes, sua área e caracterização pedológica, que
possam influenciar significativamente o crescimento das plantas. A relação entre a dimensão das
parcelas e a intensidade da variação deve ser comparada com os ganhos esperados pela introdução
das técnicas de modulação intraparcelar pois, caso a variabilidade seja pequena, não se justifica o
investimento. Se a variação for significativa e as parcelas bastante grandes, dever-se-á optar pela
sua divisão em unidades mais pequenas e uniformes.
Em relação às cartas topográficas a determinação da topografia do terreno pode ser efectuada com
um radar laser (LIDAR) montado numa aeronave que, através de um foco de raios laser
infravermelhos, envia milhares de impulsos por segundo, para o solo e mede o seu retorno, fazendo a
carta topográfica. Esta tecnologia pode igualmente ser utilizada para, quando o solo não tem
vegetação, medir a sua humidade a partir de imagens multiespectrais de alta resolução capturadas
por um sensor montado na aeronave. A informação assim obtida pode ser processada para criar dois
conjuntos de dados, um topográfico e outro relativo à humidade, que permite, por exemplo, criar um
mapa de variação da densidade de sementeira.
22
As imagens multiespectrais, com uma resolução de ±1 m, podem igualmente ser obtidas na banda do
visível e infravermelho próximo do espectro electromagnético. A captura de imagens de vídeo no
espectro infravermelho distante (imagens térmicas) também é possível com a instalação de uma
câmara própria.
6.2.1.1.2- Fotografia
As fotografias utilizadas em AP podem ser obtidas por câmaras montadas em meios aéreos ou por
um operador, em proximidade.
Fotografias aéreas
A utilização de fotografias aéreas, obtida a partir de satélites ou aeronaves, tem sido muito utilizada
no controlo das áreas declaradas pelos agricultores, para se corrigirem eventuais erros de cálculo; a
utilização destas imagens evita um número importante de deslocações ao campo para conferir as
áreas das parcelas. O controlo de áreas, utilizando esta metodologia, ainda é um processo bastante
caro, quando comparado com o sistema tradicional mas, à medida que a área das explorações
cresce esta diferença reduz-se; a maior resolução das fotografias aéreas, com erros inferiores a 5 m,
será um incentivo à sua utilização.
Esta técnica de obtenção de informação à distância pode ser utilizada para estudo da variabilidade
intraparcelar pois a intensidade da reflexão da luz proveniente do sol e emitida pelas culturas,
especialmente no espectro do visível e infravermelho próximo (NIR), ou seja, a sua assinatura
espectral, depende das suas características, nomeadamente do seu tipo, densidade, estado sanitário,
etc.). Em relação ao solo a reflexão varia, principalmente, em função do seu tipo e grau de humidade,
sendo as medições mais rigorosas ao nível dos infravermelhos próximo (NIR- Near Infrared).
Figura 13- Frequências (Hz) e comprimentos de onda (nm) da radiação electromagnética. Fonte: Genevieve Patenaude
As imagens obtidas por fotografia aérea podem ser utilizadas directamente para apreciação visual, ou
serem digitalizadas para serem utilizadas pelos SIG, juntamente com outra informação
georefenciada. Fotografias aéreas no espectro do visível dificilmente podem ser utilizadas para
estimar a produtividade das culturas, pois as imagens RGB, quando correlacionados com os valores
digitais dos pixéis apresentam coeficientes de determinação baixos.
23
Figura 14- Fotografia obtida no espectro do NIR e do RGB Fonte: Sean Crager
A frequência na obtenção das imagens deve ter em consideração o ciclo vegetativo das plantas pois
a cor das imagens depende do tipo de cobertura do solo. A cor de um objecto é determinada pelo
comprimento de onda da luz reflectida pela sua superfície, sendo a sua interpretação por vezes difícil
de se fazer. Nas imagens obtidas no espectro do NIR as culturas são representadas a vermelho, o
solo nu a azul, as florestas a castanho e os cursos de água a preto.
Actualmente a fotografia aérea, na agricultura de precisão, tem sido mais utilizada para:
- determinação dos parâmetros do solo, nomeadamente, a humidade e estrutura;
- determinação do crescimento e desenvolvimento das culturas, com vista à obtenção de uma carta
de rendimentos, com a estimativa da produção antes da colheita;
- detecção precoce das doenças, pois estas provocam uma elevação da temperatura das plantas,
medida nos infravermelhos térmicos, antes de aparecerem os sintomas;
- determinação da necessidade em água e elementos minerais das culturas.
As principais limitações deste tipo de fotografia prendem-se com:
- o custo de aquisição e tratamento (digitalização e análise);
- dificuldade no tratamento das imagens com vista à obtenção dos parâmetros desejados;
- periodicidade da recolha das fotografias, pois os satélites recolhem imagens todas as 2-3 semanas,
mas nem sempre na altura em que os fenómenos ocorrem e em situações de céu limpo;
- a resolução das imagens, exemplo 10 x 10 m, nem sempre é suficiente para algumas das
operações a realizar no âmbito da agricultura de precisão.
O tratamento das fotografias com GIS permite criar mapas semelhantes aos indicados na figura 15-
1A, que foi obtida com uma câmara digital montada numa aeronave, utilizando três bandas, e que
representa um conjunto de cores falsas de um solo nu que dá informação sobre a sua humidade,
problemas potenciais de drenagem e possíveis diferenças entre texturas e taxas de permeabilidade.
A imagem 14-1B, refere-se à composição multiespectral do mesmo solo nu, relativa a um mapa de
humidade; a cor azul escura refere-se à zonas mais húmidas, o azul claro às menos húmidas e as
brancas às zonas secas.
24
Figura 15- Representação de uma imagem obtida com três bandas espectrais (1A) e com múltiplas bandas (multiespectral) de um solo nu. Fonte: http://speclab.cr.usgs.gov/spectral-lib.htm
Fotografia de proximidade
As fotografias de proximidade têm várias utilizações nomeadamente no controlo de infestantes,
direccionamento de equipamentos, triagem de produtos, etc.
Como exemplos de direccionamento tem-se a colheita de frutos, utilizando braços mecânicos
“guiados” por câmaras, a condução de tractores e a separação em lotes de produtos, nomeadamente
fruta, batatas etc.
As imagens multiespectrais de um objecto, que são a chave para a sua identificação, resultam da luz
reflectida em várias bandas espectrais o que origina, assim, múltiplas imagens. O espectro das
bandas mais utilizado varia entre 400-1100 nm (visível e infravermelho próximo e médio), que é
superior ao espectro visível que varia de 450-650 nm, o que permite ir além da sensibilidade dos
olhos.
Figura 16- Imagem espectral obtida na banda do visível e em bandas curtas dos infravermelhos próximo (SWNIR- Short wave near-infrared) de maçãs Fonte: http://speclab.cr.usgs.gov/spectral-lib.htm
As plantas apresentam reflectividades mais elevadas na região dos 940-1000 nm (NIR) o que
permite, nesta banda, uma melhor interpretação das suas condições físicas; a reflexão é influenciada
pela presença da clorofila e xantofila as quais estão relacionadas com o estado sanitário das plantas.
Plantas sãs reflectem 5 a 8 vezes mais luz na banda dos infravermelhos do espectro
electromagnético que nos comprimentos de onda correspondentes ao visível, pelo que essa banda
espectral é a ideal para monitorizar o vigor das plantas. Pequenas variações espaciais no vigor das
plantas podem ser observadas na banda dos infravermelhos (NIR) mas não na do visível; o stress
das plantas é também mais rapidamente identificado na banda dos infravermelhos.
25
As imagens obtidas pela radiação dos infravermelhos (CIR- Colour infrared) são baseadas no verde,
vermelho e nas ondas próximas dos infravermelhos e são “mapeadas” como azul, verde e vermelho,
semelhantes às cores do visível.
Devido à grande variabilidade das ondas dos infravermelhos, as imagens que daí resultam amplificam
pequenas diferenças de cor o que facilita a identificação, por exemplo, do vigor das plantas. As
imagens CIR da vegetação natural têm, igualmente, as mesmas vantagens, ou seja, permitem a
identificação de pequenas variações no seu seio e seu contraste com o solo, restolho, etc.
Em resumo, pode-se afirmar que a implementação de técnicas baseadas nas características
espectrais do material biológico é fundamental para tratar a variabilidade deste material.
6.2.1.2 Processamento e interpretação de imagens
Um sistema para processamento e interpretação de imagens compreende uma câmara, um
computador com uma placa de captação da imagem, um sistema para o seu armazenamento, um
monitor e um terminal que permita a interacção do operador com o computador. A câmara gera o
sinal que representa a imagem, a placa analisa-o, convertendo-o à forma digital, atribuindo um
número, em função da radiação recebida, a cada uma das áreas (pixeis) em que a imagem é
“dividida”, sendo esta armazenada na memória do computador, que está ligada ao monitor que é
observado pelo operador. Uma imagem típica é constituída por 512 X 512 pequenas áreas (pixeis)
com tonalidades de cinzento que variam do zero (preto) a 255 (branco).
A imagem armazenada na memória pode ser processada utilizando um algoritmo, que é um
programa de computador de complexidade variável, que se limita, nas situações mais simples, a
contar apenas o número de pixeis escuros e, nas mais complexas, a comparar pixeis com níveis de
cinzento semelhantes. A combinação da informação obtida das fotografias com a introduzida
previamente no programa, permitirá a caracterização da imagem (forma, dimensão, etc.) que será
utilizada na análise final.
A utilização da análise de imagens em agricultura permite obter um grande número de dados, o que
torna possível a monitorização do crescimento das plantas, o estudo do comportamento de animais,
etc.; manualmente seria muito difícil registar o número de dados suficientes para monitorizar estas
situações.
6.2.2- Sensores
A utilização de sistemas electrónicos e informáticos é uma das principais ferramentas da agricultura
de precisão, pois permitem:
- a detecção de uma grandeza física, não eléctrica, que é transmitida sob a forma de um sinal
eléctrico (tensão, intensidade, impedância, etc.);
- o tratamento da informação por uma unidade central, com um ou vários processadores, e envio das
instruções para dispositivos informáticos passivos, que as memorizam, ou activos, que accionam
electroválvulas que fazem actuar motores hidráulicos.
26
A utilização de sensores levanta alguns problemas, nomeadamente:
- a fiabilidade da medição quando da utilização em condições de meio muito variáveis;
- a pertinência do parâmetro medido em relação à característica do meio que se pretende estimar
como, por exemplo, a biomassa, em função da taxa de cobertura;
- a dificuldade de interacção entre os vários parâmetros como, por exemplo, a medição do pH, que
depende da humidade;
- a velocidade a que a medição é realizada o que pode impossibilitar, por exemplo, a realização de
análises químicas do solo, para utilização dos dados em tempo real.
Em relação à forma como são medidas as variáveis, os sensores, podem ser:
- ópticos;
- térmicos,
- eléctricos.
6.2.2.1- Sensores ópticos
Os sensores ópticos são, basicamente, espectrómetros que utilizam uma ranhura existente num disco
de entrada que define, juntamente com as lentes, uma linha estreita da imagem do objecto (campo),
que faz com que a luz ao se dispersar forme uma imagem bidimensional que é projectada no sensor
da câmara.
Os sensores ópticos mais utilizados são os que permitem medir as características do solo embora, na
maioria das situações, sirvam apenas para “orientação” na delimitação de zonas onde se devem
efectuar a recolha de dados. As cartas de rendimento são, ainda, a principal fonte de informação
sobre a variabilidade intraparcelar, embora não suficiente, pois não fornecem, por exemplo,
indicações sobre a variação da profundidade do solo. É fundamental a complementaridade da
informação dada pelas cartas de rendimento com as das características do solo, para se
estabelecerem relações de causa e efeito com as culturas.
A MO foi um dos primeiros parâmetros do solo a ser estudado e para a qual foram construídos
sensores de medição, em tempo real, semelhantes aos utilizados para medição da sua humidade. O
conhecimento do teor de MO no solo é importante para quantificar, por exemplo, a dose de herbicida
a aplicar, pois este é absorvida por aquela, para se conhecer a capacidade de retenção de água, etc.;
actualmente estão em estudo a construção de sensores para quantificar o N, K2O, P2O5 e pH.
O princípio de funcionamento dos sensores de determinação da MO baseia-se na emissão e
absorção de certos comprimentos de onda, pois os solos que têm mais MO são mais escuros e têm
uma menor reflexão que os que têm baixo teor de MO; estes sensores têm emissores de ondas
luminosas de determinado comprimento e células receptoras sensíveis.
Para além da MO os sensores mais utilizados na caracterização do solo permitem determinar outros
factores, nomeadamente a densidade aparente (bulk density), a compactação (cone índex), o
coeficiente de uniformidade dos agregados e o índice de plasticidade, características que poderão ser
utilizadas para estabelecer regressões em que a variável dependente é, por exemplo, a produção; a
27
aplicação da análise de regressão múltipla linear “stepwise” a todos os factores permitirá seriá-los
para se conhecer o grau de influência naquela variável.
Actualmente a análise dos solos ainda se faz, para a maioria das situações, utilizando amostras de
solo recolhidas segundo uma malha fixa pré-determinada ou em pontos definidos, em função de
outras informações, nomeadamente as obtidas nas cartas de rendimento, fotografias aéreas, imagens
de satélites, etc. Para além dos meios referidos o conhecimento que os agricultores têm das parcelas
é fundamental para a determinação da variabilidade do solo.
Os principais inconvenientes da utilização de uma grelha, com um dado compasso (grid sampling),
para se fazer a recolha sistemática que permita o estudo da variabilidade da parcela, prendem-se
com:
- o elevado custo da recolha e análise das amostras;
- a necessidade que há de associar a cada amostra a sua localização, ou seja, é necessário um meio
de transporte (exemplo de uma moto quatro) e um sistema GPS;
- o carácter aleatório da recolha das amostras.
6.2.2.2- Sensores térmicos
A agricultura de precisão pode utilizar sensores térmicos para identificar várias radiações no âmbito
dos raios infravermelhos - espectro visível, utilizando, para o efeito, diferentes bandas; os sensores,
podem apresentar até 15 bandas, incorporando meios de calibração para todas elas.
O princípio de funcionamento destes sensores baseia-se na reflexão (*) das superfícies, resultante da
incidência da luz do sol, que tem uma elevada correlação com o sinal térmico emitido. Como a
diferentes temperaturas correspondem diferentes bandas térmicas, a utilização de sensores para
medir aqueles valores, permite identificar as várias superfícies da camada terrestre.
(*) Reflectividade (reflectância) é a razão entre a intensidade da radiação total reflectida e da radiação
total incidente. O albedo é a razão entre a energia luminosa reflectida difusamente em todas as
direcções por um elemento de superfície, e a energia luminosa total que incide nesse elemento.
As plantas para se manterem vivas necessitam de irradiar, por evapotranspiração, parte da energia
solar que recebem, para diminuírem a sua temperatura e, assim, manterem os processos químicos
necessários ao seu desenvolvimento. A variação da quantidade de calor libertada depende do estado
de desenvolvimento da cultura, pelo que é possível utilizar esta tecnologia para estimar as produções.
Relativamente ao solo a utilização de sensores térmicos remotos permite estimar várias
características, nomeadamente o teor de matéria orgânica, argila, ferro e outros minerais.
A precisão dos sensores térmicos, quando instalados em meios aéreos, pode atingir 2 m por pixel, e
abranger uma faixa correspondente a um ângulo de 30º, para cada um dos lados da aeronave; a
posição desta, assim como a sua orientação e a dos sensores, são gravadas com uma frequência
bastante elevada (pelo menos uma vez por segundo). Os dados obtidos em cada passagem devem
ser corrigidos, para anular as variações resultantes da trajectória dos voos, e calibrados por
radiometria, ou seja, por medição dos níveis de sinal que o sensor pode descriminar.
28
O grande volume de informação obtido em cada voo implica o seu processamento e conversão em
imagens bidimensionais com diferentes tons de cinza, que são transformadas em imagens coloridas
com três falsas cores, correspondentes a três canais espectrais dos sensores.
Relativamente às cores escolhidas um dos canais deve corresponder ao vermelho, o outro ao verde e
o terceiro ao azul, o que permite obter uma grande quantidade de informação; a vegetação tem uma
grande reflexão na banda dos 0.7 µm do espectro infravermelho, os solos pesados (argilosos), uma
forte absorção na região dos 2.2 µm, etc., pelo que a escolha dos canais dependerá das
características físicas da vegetação e solo.
A utilização desta tecnologia apresenta alguns problemas práticos que é necessário controlar,
nomeadamente a resolução espacial (detalhe visível na imagem), as condições do meio, o estado
das culturas, etc., pois, por exemplo, uma resolução espacial de 2-5 m, pode não ser suficiente para
ultrapassar a interferência resultante do espaçamento das entrelinhas, provocada pela variação da
intensidade do vento que, ao fazer variar a temperatura da cultura, pode interferir na medição de
dados, etc.; todos os sensores apresentam limitações relativas às áreas mínimas que podem
identificar numa imagem.
6.2.2.3- Sensores eléctricos
A caracterização das propriedades físicas e químicas do solo é feita, cada vez mais, baseando-se na
sua condutividade eléctrica (CEs, mSm-1) determinada por sensores de indução como, por exemplo, o
EM38 (www.geonics.com/em38.html). A utilização de amostras de solo e
sua análise em laboratório, especialmente quando o seu número é
elevado, torna muito cara a realização dos mapas.
Figura 17- Sistema de mapeamento da condutividade do solo Fonte: http://www.ces.purdue.edu/extmedia/AE/SSM-2-W.pdf
O funcionamento do equipamento consiste, basicamente, na emissão de uma corrente eléctrica por
dois discos, detectando os outros a diferença de potencial que ocorre no campo electromagnético
gerado no solo resultante da corrente eléctrica aplicada. Esta tecnologia usa, assim, a energia
electromagnética para medir a condutividade eléctrica do solo, que depende da concentração de iões;
a humidade, a quantidade e tipo de iões na água do solo, a quantidade e tipo de argila, influenciam,
igualmente, a condutividade eléctrica do solo.
A CEs permite determinar, entre outros, a salinidade, a humidade, a temperatura, o teor de argila, a
CEC (capacidade de troca catiónica), os minerais de argila e a porosidade (dimensão e distribuição).
A utilização da CEs para identificação de zonas com características semelhantes, nomeadamente do
seu potencial hídrico, teor de nutrientes, etc., permite estimar a variação da produção em cada uma
das zonas definidas.
Os parâmetros dinâmicos do solo, que podem ser medidos por este tipo de sensores e que permitem
ajustar automaticamente o trabalho das alfaias, podem ser considerados como:
- variáveis no tempo, exemplo da humidade do solo, as necessidades de água pelas plantas, etc.;
- mistos, exemplo dos precedentes culturais, do trabalho do solo, etc.;
29
- variáveis no espaço (características permanentes), exemplo da textura do solo, mo, inclinação, nível
de fertilidade, distância aos pontos de água, etc..
Os dados dos parâmetros variáveis no tempo são utilizados em tempo real mas os variáveis no
espaço podem não necessitar da presença de sensores. A medição espacial da CEs, que é
efectuada por sensores de indução electromagnética (EM), deve ser acompanhada da determinação
directa de algumas propriedades do solo para validar os valores obtidos. Esta tecnologia pode,
igualmente, ser utilizada para determinar a profundidade do solo,
o que permite estimar a distribuição dos nutrientes em função do
seu valor, e a textura do solo, que pode ser utilizada para fazer
variar as quantidades de herbicida a aplicar.
Figura 18- Mapa interpolado e semivariograma da condutividade eléctrica, em mSm-1, medida com equipamento móvel de medição por contacto. Fonte: Machado (2006)
A grande vantagem deste tipo de equipamento é o seu baixo custo/ha, ser uma técnica não destrutiva
e permitir obter rapidamente mapas da variabilidade da CEs; como desvantagens destaca-se o
elevado número de parâmetros físicos e químicos do solo que reflecte, assim como a necessidade de
fazer as medições durante o tempo seco para se evitar o efeito da humidade e ter que se manter
afastado de qualquer superfície metálica e fonte de electricidade.
Em resumo pode-se afirmar que os sensores utilizados para determinação das características do solo
ao permitirem, juntamente com um sistema de navegação, determinar cartas relativas a vários
elementos, tornam possível a adopção de diferentes regras de decisão, ficando assim o agricultor
mais apto a fazer uma agricultura de precisão.
A utilização de um sistema GIS que inclua os factores internos e externos, exemplo das práticas
culturais, topografia etc., permite desenhar mapas de produção, baseados nestas características que,
caso mantenham uma consistência em vários anos, indicam as causas daquelas variações. A
utilização destes programas, juntamente com os dados obtidos por análise de regressão, permitem
estabelecer interacções entre as características do meio e a variação das produções, que serão
utilizadas para “correcção” dos factores de produção e práticas culturais a implementar. A
sobreposição de diferentes “layers” relativos à variação da produção, características do solo,
topografia, etc., permite explicar a interacção dos diferentes factores em análise com a produção.
Nas preconizações agronómicas, desde as mobilizações até à rega, devem-se considerar as
características perenes do solo, como o seu tipo, profundidade, capacidade de infiltração, topografia,
etc., que só um estudo sistemático permite por em evidência a sua variação no seio da parcela.
Nestas variações não são consideradas os aspectos ligados à actividade humana como, por
exemplo, as rotações, o trabalho do solo, etc., o que complica a definição do modelo a utilizar.
30
6.2.3- Monitores de rendimento
A determinação do rendimento implica a presença de, pelo menos, dois sensores, um para calcular a
superfície recolhida e outro para medir a produção; quando se mede o volume de produção de um
cereal é necessário introduzir o peso específico para se obter o peso total, que pode ser corrigido
desde que se conheça o teor de humidade do grão.
Relativamente aos equipamentos utilizados para estimar o rendimento destacam-se:
- os monitores (sensores) de proximidade;
- os monitores (sensores) remotos.
6.2.3.1- Monitores de proximidade
Os sensores de proximidade utilizados na medição do rendimento têm características especiais que
lhes permitem pôr em evidência a variação do rendimento dentro e entre as parcelas e, portanto,
fazer a sua cartografia. A obtenção de outros dados deve, igualmente, por em evidência a sua
variabilidade, não sendo a gestão intraparcelar diferente da utilizada para as várias parcelas pois o
objectivo, em todas as situações, é cartografar a variação espacial das características (coberto
vegetal, solo, etc.).
A análise da variação, dentro e entre as parcelas, contribui para uma melhor apreciação das
potencialidades do meio sobre as quais são tomadas as decisões relativas às operações culturais a
efectuar, nomeadamente, a fertilização, sementeira (densidade), etc.
Considerando as ceifeiras debulhadoras os sensores utilizados baseiam-se em diferentes princípios
de medição, nomeadamente:
- na medição da diminuição da intensidade de um feixe de raios gama que atravessa a produção;
- em sistemas mecânicos que medem directamente o volume ou peso;
- na medição da capacidade dieléctrica do grão;
- na utilização de uma célula fotoeléctrica que mede a altura do grão no elevador de grãos;
- na medição da pressão do grão nos seus circuitos de transporte.
- etc.
No geral, os equipamentos agrícolas que permitem a determinação do rendimento têm, para além
dos sensores e sistema dGPS, que indicam em permanência a produção e posição no campo,
sistemas para introdução de dados, exemplo da largura de trabalho, e para determinação de outros,
como a velocidade de deslocamento, e um computador de bordo que tem instalado um programa de
SIG, para registo dos dados; estes programas podem fazer o tratamento dos dados sendo a
informação resultante utilizada pelos equipamentos para controlo da variabilidade da aplicação dos
factores de produção. Os dados obtidos no campo devem, ao fim do dia, serem transportados para
um computador pessoal onde são armazenados e tratados, o que permite a análise e interpretação
da sua variabilidade e a criação de mapa de rendimentos, que serão utilizados pelo computador de
bordo do equipamento.
A cadência dos registos é variável, sendo estes armazenados em suportes informáticos (diskette
PCMCIA), concebidos para resistir à poeira, calor e humidade, cuja capacidade pode permitir
31
armazenar informação até ± 200 ha. A qualidade da informação fornecida pelas cartas de rendimento
depende da cadência utilizada para referenciar geograficamente os dados medidos pelos sensores,
podendo variar entre 1 - 2 / s, sendo os valores do rendimento instantâneo e localização medidos
alternadamente.
É de realçar que a informação dada pelas cartas de rendimento não é suficientes para se definir a
modulação da aplicação dos factores, pois a variação daquelas depende também, por exemplo, da
variação do meio, o qual pode ter várias origens, nomeadamente a profundidade do solo, sua textura,
fertilidade, etc., que se interligam.
A utilização de cartas de distribuição espacial da produtividade potencial do solo, juntamente com as
cartas espaciais da distribuição de nutrientes disponíveis para as plantas, permitirá a aplicação
modulada da quantidade de adubos em função da fertilidade do solo; esta metodologia optimiza
economicamente o potencial do campo, minimizando as perdas de nutrientes.
Os mapas de produção devem-se basear em vários anos, para se ultrapassarem as variações anuais
resultantes do tempo, chuva, etc., e mostrarem as áreas de diferentes produtividades. É muito
importante compreender porque que é que determinadas áreas apresentam produtividades
superiores ao normal para actuar nas restantes, especialmente nas de produção média, para se
aumentar a sua produtividade; este aumento é, geralmente, mais significativo nestas áreas do que
nas que produzem abaixo da média.
Em resumo, a cartografia do rendimento pode ser utilizada para:
- obter informações sobre as potencialidades dos diferentes locais das parcelas;
- orientação na obtenção de outra informação como, por exemplo, as características do solo;
- analisar os resultados obtidos após a condução modular das parcelas.
6.2.3.2- Monitores remotos
A informação obtida por monitores remotos (teledetecção ou detecção remota) foi, inicialmente,
utilizada para controlo das superfícies de ocupação do solo declaradas pelos agricultores e das áreas
afectadas por acidentes climatéricos mas, actualmente, é muito utilizada na monitorização do
desenvolvimento das culturas. O principal inconveniente da detecção remota prende-se com as
condições meteorológicas, especialmente a nebulosidade, que interferem com os sensores ópticos
que são os mais utilizados; sensores do tipo radar não são sensíveis àquelas condições, mas são
pouco utilizados.
A detecção remota, quando as áreas são bastante grandes, pode ser, em termos de custos, mais
apropriada do que a detecção local pois permite maior facilidade e rapidez na obtenção dos dados; a
detecção remota engloba quer as imagens obtidas por satélite quer as obtidas por sensores, sem
contacto, mas colocados próximos do solo. Para alguns factores importantes, como é o caso da
determinação do N-P-K do solo, não existem sensores remotos e, portanto, a recolha de amostras
para posterior análise ainda é indispensável.
Actualmente verifica-se um grande interesse na interpretação das imagens obtidas no espectro
electromagnético visível e infravermelho próximo, por detecção remota, para serem correlacionadas
com os factores de desenvolvimento da cultura.
32
Na agricultura de precisão, a teledetecção, ao permitir um acompanhamento quase contínuo das
culturas ao longo do seu desenvolvimento vegetativo, pode ser utilizada no apoio à condução
optimizada das parcelas; a detecção remota utiliza filtros de infravermelhos para dar respostas
espectrais ao desenvolvimento das plantas.
A detecção remota permite estimar diferentes tipos de características, que podem ser identificadas
segundo:
- a estrutura do coberto;
- as propriedades ópticas ou dieléctricas dos elementos;
- as propriedades do solo.
A estrutura do coberto engloba as características relativas à forma, superfície, orientação e posição
dos elementos do coberto, sendo o índice de área foliar (IAF), que é a relação entre a superfície das
folhas e a área de solo coberta, a variável mais importante, pois determina a superfície de troca da
luz, água e carbono com a atmosfera.
As propriedades ópticas ou dielétricas das folhas estão relacionadas de acordo com os seguintes
domínios espectrais:
- no domínio óptico reflectivo, a reflexão e transmissão das folhas estão relacionadas com o conteúdo
em clorofila e água, assim como com a sua estrutura;
- no domínio infravermelho térmico, a emissão (*) das folhas é relativamente constante, mas a
temperatura varia bastante em função do meio micro-climático da folha e do estado de alimentação
hídrico da planta. Estas características são também utilizadas no domínio das microondas passivas;
- no domínio das microondas, a constante dielétrica das folhas está relacionada com o seu teor de
água. Neste domínio, outros elementos, para além das folhas, podem desempenhar um papel
importante, contrariamente ao que se observa geralmente nos domínios de comprimento de onda
mais curtos.
(*) A emissão é a razão entre o poder emissivo (propriedade de emitir) de uma superfície e de um
corpo negro, para dado comprimento de onda e à mesma temperatura.
As propriedades do solo, de acordo com os domínios espectrais, estão relacionadas com as
seguintes características:
- no domínio óptico reflectivo, a reflexão depende da rugosidade do solo, da sua composição em
matéria orgânica, ferro, humidade, textura e estrutura;
- no domínio térmico, a emissão depende do tipo de solo, sua humidade e rugosidade. A temperatura
do solo depende, igualmente, da sua humidade para dadas condições micro-climáticas;
- no domínio das microondas, a rugosidade e humidade são as principais características que
influenciam o sinal retrodifundido.
33
Agrupando as principais variáveis biofísicas estimadas por teledetecção, em função do domínio
espectral, tem-se:
Quadro 2- Variáveis biofísicas estimadas por teledetecção, em função do domínio espectral
Variáveis biofísicas
Do visível ao infravermelho
próximo
Do próximo ao Infravermelho
médio
Infravermelho térmico
Microondas activas (radar)
Microondas passivas
LAI +++ +++ + ++ + Taxa de
cobertura ++++ ++++ ++ ++ +
Estrutura do Porte foliar +++ +++ + + + coberto Dimensão
das folhas + + + + +
Altura do coberto
- - - ++ -
Conteúdo em clorofila
+++ - - - -
Propriedades das folhas
Conteúdo em água
- +++ - +++ +++
Temperatura - - ++++ - ++ Humidade (à
superfície) - + + ++ +++
Rugosidade + + - ++ + Solo Resíduos da
recolha +++ ++ - - -
Matéria orgânica
++ ++ - - -
O nível de precisão e robustez da estimativa é indicada pelo número de sinais +, indicando ++++ precisão e robustez e - a não
estimação por teledetecção.
A estimativa destas variáveis deve ser dinâmica, ou seja, efectuada ao longo do ciclo cultural, para se
obter, por interpolação ou extrapolação, o seu valor em determinados estados da planta, para se
detectarem gradientes espaciais que se alterem no tempo e que sejam indicadores de problemas
potenciais, como “stress” hídrico, doenças, etc.
As principais utilizações destas variáveis, como indicadores para modular determinadas operações
culturais, são as que se apresentam no quadro seguinte.
Quadro 3- Variáveis biofísicas estimáveis por detecção e respectivas aplicações. Aplicação Variáveis biofísicas Domínio espectral (*)
Adubação azotada LAI (biomassa), clorofila VIS / PIR Rega Temperatura IRT Mobilização e sementeira Humidade do solo µonda Fenologia LAI, estrutura, temperatura VIS / PIT IRT Ataques de parasitas Clorofila, LAI, resíduos de colheita VIS / PIR / MIR Fertilidade do solo LAI, matéria orgânica VIS / PIR / (MIR) Rendimento LAI, clorofila, temperatura VIS / PIR IRT Qualidade (proteínas) Clorofila, LAI VIS / PIR
(*) Os domínios espectrais a partir dos quais estas variáveis são observáveis são indicados por VIS- visível, PIR- próximo do infravermelho, MIR- infravermelho médio, IRT- infravermelho térmico, IRT- infravermelho térmico, µonda- microonda.
A informação apresentada neste quadro permite constatar que é no domínio do visível e próximo do
infravermelho (400-1100 nm), que se obtém mais informação, sendo o infravermelho térmico
importante para conhecimento da fenologia, condução da rega e, eventualmente, para detecção de
doenças que se manifestem por falta de água. A utilização do domínio das microondas permite
estimar a humidade da superfície do solo, que é fundamental para a preparação da cama da
sementeira e implantação da cultura.
34
Assim, as imagens de satélite de alta resolução (VHRSIs) fornecessem a informação necessária para
fazer uma agricultura de precisão pois podem ser obtidas com bastante frequência, não são
afectadas pelas nuvens e permitem identificar pequenas áreas. Com estas imagens é possível
identificar stress nas plantas resultante da falta de azoto, prever produções com elevada precisão,
etc. (http://age-web.age.uiuc.edu/remote-sensing/Sensing.html).
A utilização destas imagens, ao permitir a monitorização do desenvolvimento das culturas, torna
possível a criação de cartas de aplicação modulada de factores de produção, nomeadamente
fertilizantes e fungicidas; as cartas de fertilização permitem estimar, por exemplo, a quantidade de
azoto a distribuir de acordo com as estimativas feitas no local. O desenvolvimento de um algoritmo
que defina um método para combinação da
informação relativa às análises do solo, produções,
mapas de solo, imagens de satélite e “inputs”, é
necessário para fazer um mapa de fertilização.
Figura 19- Produção (esquerda) vs detecção remota (direita). As cores vermelhas correspondem às produções mais altas e o azul e verde às mais baixas. Fonte: http://wwwghcc.msfc.nasa.gov/precisionag/atlasremote.html
Os sensores remotos podem ser utilizados como alternativa para a elaboração de mapas de
distribuição espacial das plantas o que permite estimar a produção das culturas; esta estimativa pode
ser efectuada utilizando técnicas de medição da cor verde da cultura, que se baseiem na comparação
da reflexão de uma banda visível, com a da banda correspondente à luz infravermelha. A cor verde
das plantas contrasta, de uma forma acentuada, com a reflexão ao nível da banda dos infravermelhos
enquanto as restantes cores não. Sendo esta uma técnica de medição por comparação o seu rigor
pode ser afectado pelas condições do solo.
Como alternativa à técnica apresentada pode-se estudar a eficiência termodinâmica da cultura, ou
seja, o balanço da relação entre a energia térmica ao longo do ciclo da cultura e a sua produção. A
utilização da eficiência termodinâmica da cultura depende da energia na banda térmica dos
infravermelhos sendo o balanço da energia da cultura, assim como a relação entre as imagens
térmicas multi-espectrais e a produção, utilizadas para estimar esta.
Com a detecção remota é possível estimar, a partir do albedo, propriedades importantes do solo,
nomeadamente o carbono orgânico, argila, ferro e outros
minerais.
Figura 20- Relação entre a percentagem de mo e a reflexão no solo.
Fonte: http://wwwghcc.msfc.nasa.gov/precisionag/atlasremote.html
Em resumo, a agricultura de precisão, utilizando a informação obtida por detecção remota, faz-se em
três etapas, que são:
- a estimativa de variáveis biofísicas a partir dos dados dos satélites, que se pode considerar como
teledetecção pura;
35
- a estimativa das variáveis agronómicas, que serão a base da modulação das técnicas culturais e
utilização de modelos ecofisiológicos;
- a definição da metodologia a seguir (decisões agronómicas), tendo em consideração as limitações
económicas e o meio ambiente.
6.2.3.2.1- Características dos sensores de teledetecção
Os sensores utilizados na detecção remota, montados em satélites ou aeronaves, podem ser
utilizados para medição de elementos ou condições específicas, como é o caso da medição do teor
de mo, textura, pH e humidade do solo.
Estes sensores, que podem ser montados também nos equipamentos das explorações, incluem
características espaciais, espectrais, radiométricas, temporais e direccionais.
Resolução espacial
Em relação à resolução e amostragem espacial dos sensores esta deve ter em consideração o grau
de heterogeneidade a observar, pois este pode apresentar amplitudes muito grandes, por exemplo,
unidades não homogéneas ao nível do solo, doenças, operações culturais, etc., que têm, geralmente,
dimensões diferentes. O factor dimensional limitante está, normalmente, associado ao equipamento,
pois depende da largura de trabalho deste e da sua inércia longitudinal; a resolução mínima
necessária para quantificar as variações identificáveis pelos equipamentos e para dispor de uma
amostragem significativa da parcela, deve estar compreendida entre os 5-20 m.
Considerando os mapas de rendimento as imagens são obtidas com 1500-3000 pontos por hectare,
correspondentes aos dados de medições efectuados tendo, no entanto, esta resolução espacial vindo
a aumentar pois, com os satélites actuais, já é possível individualizar áreas de 30 * 30, 20 * 20 e 10 *
10 m, correspondentes a 9, 20 e 80 medições por hectare. À medida que a resolução espacial vai
aumentando os sensores remotos evoluem para obter maiores resoluções espectrais.
Quadro 4- Conversão da resolução espacial das imagens para dados pontuais no solo. Resolução (m) Pontos (pixéis)/ha
1000 0.01 80 1.56 30 11.1
23.5 18.1 20 25.0 15 44.4 10 100 5 400 4 625 3 1111 2 2500 1 10000
Quadro 5- Diferentes plataformas para obtenção de dados por detecção remota e suas características. Satélites Aeronaves Tractores
Resolução espacial: 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 23.5, 30 metros Resolução espectral: 5, 10, 50, 100 nanómetros Resolução temporal: 1-5 dias, 8-10 dias, 14-16 dias
Sensores semelhantes aos dos satélites Grande flexibilidade na cobertura do objecto Voar por baixo das nuvens
Sensores para determinação da MO, pH, textura do solo, humidade do solo. Sensores para medição de variáveis específicas Trabalhar em diferentes condições
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Resolução espectral
No que se refere à resolução e amostragem espectral a caracterização do coberto é feita,
principalmente, no domínio do visível e infravermelho próximo pois, nestas bandas, é possível estimar
as variáveis biofísicas mais importantes, ou seja, o índice de área foliar e o teor de clorofila; o domínio
do infravermelho térmico é, também, utilizado para estimar a rega, definir a fenologia da cultura e,
eventualmente, identificar doenças.
A resolução espectral de um sensor define a sua capacidade para identificar intervalos de variação
nos comprimentos de onda e obtém-se pela medição da variação da energia luminosa efectuada
pelos sensores. O incremento na diferenciação das cores dos objectos e a melhoria na medição de
pequenas quantidades de energia luminosa ou de ondas espectrais, medidas em nanómetros,
reflectidas por esses objectos, permite a sua identificação.
O sinal reflectido no domínio do visível e próximo do infravermelho, que é sensível às propriedades
ópticas do solo, à estrutura do coberto, à estrutura interna das folhas e à sua superfície específica
deve ser corrigido devido às interferências atmosféricas.
A caracterização do coberto implica uma amostragem dos principais objectos e sua constituição e da
atmosfera, ou seja, da clorofila, solo, matéria seca das folhas, aerosois e vapor de água. A
caracterização de todos estes elementos implica, no mínimo, conforme a resolução radiométrica, uma
dezena de bandas espectrais, repartidas no domínio dos 400-1000 nm, sendo especialmente
importante a amostragem na transição vermelho - infravermelho, onde a densidade espectral da
informação é grande.
Sendo a resolução espectral definida pela dimensão característica dos objectos, a atmosfera e a
banda de vermelho - infravermelho, condicionam a largura da banda espectral a valores próximos dos
10 nm, devendo a sua posição ser estável no tempo e conhecida com precisão.
A utilização de sensores, montados em satélites, que permitam medir bandas de comprimento de
ondas suficientemente estreitas, entre os 100 e 5 nm, possibilitam a medição de diferentes cores que
o olho humano não vê no espectro próximo do infravermelho. Satélites como o Landstat têm 7
bandas de comprimentos de onda e o SPOT quatro, sendo a sua largura de 50 nm. O satélite Lewis
terá 384 bandas de comprimento de ondas com uma largura de 5 nm o que permitirá um maior
detalhe da reflexão da luz proveniente do solo e plantas.
Resolução e amostragem temporal
A resolução temporal indica o número de vezes que se observam os mesmos dados, num dado
campo ou local, para se conhecer a sua variação nesse intervalo de tempo; o satélite SPOT permite
obter dados todos os 2-6 dias e o Landsat em intervalos de 16 dias. A resolução temporal é muito
utilizada para estimar as produções, embora nem todas as culturas apresentem uma relação directa
entre a massa vegetal e a produção.
No que respeita à amostragem temporal esta é uma das maiores limitações da teledetecção, pois não
é fácil proceder à determinação das diferentes variáveis durante todo o ciclo vegetativo; a frequência
das medições deve ser, pelo menos, uma vez por semana o que, se considerarmos os problemas
resultantes da nebulosidade, implica que a aquisição das imagens se faça com uma periodicidade de
37
1 a 3 dias; a frequência das medições apresenta maiores limitações na detecção remota que nos
sensores montados nos equipamentos que transitam no solo, embora se estejam a verificar melhorias
importantes na resolução temporal e espacial dos satélites. A vantagem em aumentar a frequência
das medições é permitir identificar as variações que podem ser utilizadas na sua correcção, como é o
caso de, por exemplo, das rega, que quando efectuadas frequentemente permitem variar o débito
para corrigir situações de “stress” hídrico provocado pelas infestantes, doenças, etc.
A utilização de mais bandas de comprimentos de onda com larguras mais estreitas permitirão obter
mais informação acerca das produções e sua qualidade.
Amostragem direccional
As medições direccionais permitem medir as variações da estrutura do coberto. A complexidade na
obtenção de medições direccionais associadas a uma resolução espacial de alta frequência de
medição é, ainda, pouco utilizada.
Resolução radiométrica
A resolução radiométrica utiliza-se para, a partir de satélites, obter estimativas precisas das variáveis
de maior interesse, utilizando modelos de transferência radioactivos; é fundamental, para obter uma
boa resolução nos níveis de luminosidade observados nas culturas, ter uma relação sinal / ruído,
superior a 400. A radiação radiométrica pode ser definida como a capacidade que os sensores têm
para identificar diferentes níveis de brilho.
Em resumo, desde 1997 que a detecção remota tem evoluído de uma forma significativa em termos
espaciais, espectrais e temporais, sendo hoje possível obter a informação passadas 24-48 horas
após a sua medição. A utilização, em simultâneo, das tecnologias GPS e GIS, permite criar cartas
que dão a conhecer as variações observadas nas culturas e interpretar as suas possíveis causas. Os
dados recolhidos pelo GPS podem ser automaticamente gravados com um programa GIS e os
remotos podem ser analisados e incorporados no GIS utilizando cartas de solos, cartas digitais do
terreno e a informação sobre as operações culturais.
6.2.3.2.2- Exemplo de um Sistema de Controlo
Remoto
O sistema de controlo remoto ATLAS (Advanced
Thermal and Land Applications Sensor), utilizado em
aeronaves, permite medir 15 canais de ondas (bandas)
multiespectrais localizadas no espectro térmico, junto do
infravermelho-visível.
Figura 21- Detecção remota utilizando aeronaves Fonte: http://wwwghcc.msfc.nasa.gov/precisionag/atlasremote.html
A sua resolução espacial é de 2.0 m por “pixel” e mede uma faixa definida por um ângulo de 30º, para
cada um dos lados da aeronave, sendo a sua posição e orientação gravados em intervalos inferiores
38
a 1 s. A quantidade de informação recolhida em cada voo é muito grande pelo que deve ser
processada por especialistas que saibam
convertê-la em imagens; a interpretação destas
faz-se criando três cores falsas, correspondentes
a três canais dos sensores, que são escolhidos
em função dos objectos que se quer estudar.
Figura 22- Curvas de reflexão típicas; as zonas brancas correspondem às zonas da atmosfera que não são transparentes para aquele comprimento de onda. Fonte: http://wwwghcc.msfc.nasa.gov/precisionag/atlasremote.html Os três canais são apresentados utilizando as cores e tons do vermelho, verde e azul, o que permite
traduzir uma grande quantidade de informação.
A utilização da banda visível e próxima dos infravermelhos (IR) deve-se a que a vegetação tem uma
grande reflexão na região dos 0.7 µm, os minerais de argila uma forte absorção na dos 2.2 µm e o
ferro na banda do vermelho (0.7 µm). A elevada absorção das plantas nas zonas do espectro
correspondentes ao azul e vermelho e a baixa absorção relativa ao espectro correspondente ao
verde, faz com que as plantas apresentem esta cor.
As bandas térmicas são utilizadas porque as plantas para se manterem vivas têm de perder parte da
energia que recebem do sol, através da evaporação de água; como as plantas apresentam diferenças
em termos de perda de energia têm diferentes bandas térmicas.
A utilização do sistema ATLAS na obtenção de imagens com 2.5 m de resolução, com uma elevada
frequência, todos os 15 minutos, permite estudar a variação de energia das culturas e demonstrar a
relação entre as imagens obtidas por ondas térmicas multi-temporais e a produção da cultura.
Comparando pares de imagens obtidas com diferenças de 3-4 minutos numa cultura de soja,
constataram-se diferenças significativas pois a reflexão é bastante diferente, estando muito
relacionada com o sinal térmico emitido. As diferenças observadas entre as imagens obtidas pelas
ondas térmicas podem resultar da influência do vento, pois esta variação apresenta-se, por vezes,
segundo faixas que estão de acordo com a sua direcção.
6.3- Os sistemas de informação geográfica
Os Sistemas de Informação Geográfica (SIG) são programas informáticos que permitem tratar toda a
informação espacial, convertendo-a em dados alfanuméricos, tornando assim possível a sua gestão;
estes programas permitem manipular a informação com base em atributos espaciais que são obtidos
através das suas coordenadas globais (latitude e longitude). A obtenção, em determinadas situações,
de um excesso de informação, implica a utilização deste tipo de programas e de sistemas de suporte
à decisão para ajuda à tomada de decisões.
Os SIG utilizados em AP podem:
- integrar os dados de diferentes fontes de informação transformando-os em cartas utilizáveis;
- aproveitar a informação obtida a partir de imagens de satélites e fotos aéreas;
39
- criar cartas de aplicação modulada para diferentes operações culturais, ou seja, integrar os modelos
agronómicos de decisão com a informação obtida;
- dispor de interfaces que permitem estabelecer relações directas com as várias ferramentas (SSD,
GPS, etc.) e posterior transmissão da informação aos equipamentos para aplicação modulada dos
factores.
6.3.1- Funcionamento de um SIG
Relativamente à sua forma de funcionamento as principais etapas da informação num SIG são:
- a introdução dos dados;
- seu armazenamento;
- seu tratamento;
- produção de informação estruturada.
6.3.1.1- Introdução da informação
A introdução e conversão da informação (dados) do formato de papel para o formato digital é
efectuada por digitalização utilizando, para o efeito, scanners ou mesas de digitalização.
As duas componentes base da informação nos SIG são:
- a componente geométrica, que inclui os elementos geográficos e sua localização;
- a componente de atributos (alfanumérico), que traduz as características daqueles elementos.
A componente geométrica dá a localização de uma característica ou fenómeno na superfície terrestre
de que se pretende efectuar a análise, traduzindo os atributos as propriedades dessa característica
ou fenómeno. Os componentes geométricos e alfanuméricos, correspondentes a um determinado tipo
de informação, formam uma “camada”, sendo os atributos, que traduzem essa informação,
armazenados em tabelas de dados alfanuméricos. Estes sistemas funcionam, geralmente,
juntamente com os GPS.
A informação espacial apresenta-se em dois tipos de formatos:
- modelo raster.
- modelo vectorial;
O desenho de uma parcela pode ser feito utilizando uma grelha na qual se identificam os pontos
(modo “raster”), ou desenhando o seu limite, utilizando linhas, para constituir um polígono (modo
vectorial); um quadrado pode ser desenhado conhecendo as coordenadas dos quatro cantos (modo
raster) ou desenhando os seus lados (modo vectorial).
40
6.3.1.1.1- Modelo raster
No modelo “raster” os dados são representados por ficheiros de imagens que permitem a
representação contínua de um objecto ou fenómeno; a fotografia aérea e as imagens digitalizadas
são exemplos deste modo.
Figura 23- Interpretação e sobreposição das informações para
processamento dos mapas de aplicação
1- Mapa de colheita (produção), 2- Mapa de fertilidade (N, P, K, ouros), 3- Mapas de solos e topográficos 4- Sistemas de suporte à tomada de decisões 5- Mapa de aplicação. Fonte: http://www.pulverizador.com.br/ agric_prec/agric_prec/ agric_prec.html)
Este modelo, ao utilizar uma grelha em que cada unidade
elementar (pixel) tem um valor, traduzindo a informação armazenada a área em causa, permite uma
análise espacial fácil e pouco dispendiosa, mas torna os ficheiros muito grandes e gera
representações gráficas de baixa qualidade.
6.3.1.1.2- Modelo vectorial
No modelo vectorial os dados são representados por objectos geométricos, ou seja, pontos, linhas e
polígonos; neste modo a informação sobre pontos, linhas e polígonos é codificada e armazenada sob
a forma de coordenadas x, y.
O modo vectorial, ao representar os objectos em diferentes camadas, em que os desenhos são
construídos com elementos geométricos, tais como pontos, linhas, polígonos, etc., permite, quando
da sua sobreposição, representar a área em causa. Considerando o exemplo de uma parcela, os
pontos representarão poços, casas, etc., as linhas os cursos de água, caminhos, etc., e as superfícies
as culturas, sendo cada um destes objectos, associado aos seus atributos.
Figura 24- Representação de uma parcela utilizando o modo vectorial. Fonte: Boisgontier (1998)
Neste modo os SIG consideram cada um dos tipos de
informação determinada, depois de convertida numa carta
(carta de rendimento, pH, etc.), como sendo uma camada que,
quando sobreposta com outras cartas com outro tipo de informação, permite evidenciar as relações,
ou falta delas, dos diferentes fenómenos, para se tomarem as decisões relativas à quantidade de
factor a aplicar nos diferentes locais.
O modo vectorial permite obter representações gráficas de boa qualidade, com ficheiros pequenos,
embora com uma análise espacial mais difícil e uma tecnologia mais cara e exigente em tempo.
A escolha por um ou outro destes métodos apresenta cada vez menos relevância, pois os SIG mais
recentes integram os dois modelos, embora se tenha que optar pela representação gráfica de um
deles.
41
Estes programas são suficientemente potentes para analisarem um volume de dados importante que
podem, inclusivamente, ter resoluções espaciais e temporais diferentes. Estes programas
informáticos de cartografia e de análise espacial são hoje utilizadas em todas as actividades que
necessitam gerir informação georreferenciada, nomeadamente a relativa à variação intraparcelar.
Vantagens e desvantagens do modelo vectorial e raster
Ambos os modelos têm vantagens e desvantagens mas, como os SIG actuais têm capacidade para
trabalhar com os dois modelos em simultâneo, pode-se utilizar a informação que interessa de cada
um deles.
Vantagens do modelo vectorial
Permitir a representação precisa de pontos, linhas e polígonos.
Cria ficheiros mais pequenos
Desvantagens do modelo vectorial
A representação dos polígonos ser discreta (não há transição gradual)
Utilização mais complexa nas operações matemáticas
Vantagens do modelo raster
Maior facilidade de utilização matemática
Desvantagem do modelo raster
Ficheiros mais pesados e resolução mais grosseira
6.3.1.2- Armazenamento de dados
Os dispositivos de armazenamento de dados devem ter como características principais suportar
choques e vibrações e ter uma capacidade bastante elevada; os dispositivos mais utilizados são os
cartões PCMCIA.
6.3.1.3- Tratamento da informação
Os SIG permitem sobrepor a informação obtida em diferentes escalas, para que o resultado final,
correspondente a um dado local, inclua todos os dados inventariados; os diferentes tipos de dados
disponíveis ficam armazenados em diferentes “camadas” (layers) sobrepostas e relacionadas entre si.
É possível, por exemplo, estabelecer relações entre cartas de rendimento obtidas em diferentes anos,
com uma dada escala, com os dados da parcela relativos às características do solo, topografia, etc.,
obtidos com uma escala diferente; a sobreposição das diferentes “camadas” permite explicar a
interacção dos diferentes factores em análise com os resultados finais.
A utilização destes programas, caso incluam factores internos e externos, exemplo das práticas
culturais, topografia etc., permite desenhar, por exemplo, mapas de produção, baseados naquelas
características que, caso mantenham uma consistência em vários anos, dão indicações sobre a
origem daquelas variações. A sua utilização, juntamente com os dados obtidos por análise de
regressão, permitem estabelecer interacções entre as características do meio e a variação das
produções, que serão utilizadas para “correcção” dos factores de produção e práticas culturais, a
implementar.
42
6.4- Sistemas de suporte à decisão
Os Sistemas de Suporte à Decisão (SSD) são modelos agronómicos (programas) que, para cada
operação cultural, utilizando as características das culturas e os dados obtidos pelos sensores,
permitem gerir a informação georeferenciada para ajudar a tomar as decisões correctas. Estes
programas permitem simular, em função das características do meio, a necessidade de fertilizantes, o
rendimento potencial da cultura, o risco do aparecimento de pragas e doenças, etc.
Como exemplo deste tipo de programas tem-se, por exemplo, o N-Plan e o NPKS-Plan,
desenvolvidos e comercializados pela Hydro (http://www.hydro-precise.com) para definição de planos
de fertilização em cereais de Inverno, soja, colza, etc., ou os programas de ajuda à gestão das
adubações desenvolvidos pela Amazone (http://www.amazone.com).
6.5- Modulação das operações culturais
A modulação das operações culturais, que tem como objectivo a aplicação diferenciada dos factores
de produção, pode ser efectuada em tempo real ou diferido, utilizando-se, neste último caso, cartas
de prescrição.
A modulação em tempo real consiste na utilização de captores montados nos equipamentos que
alteram o funcionamento destes durante o trabalho. Nestas situações, em que o operador não tem
qualquer intervenção, utilizam-se parâmetros que têm que ser avaliados imediatamente antes da
realização da operação cultural, pelo que não são necessários sistemas GPS nem sistema de gestão
de informação.
Como exemplo de funcionamento modulado de equipamentos em tempo real, destacam-se os
sistemas de pulverização em que detecção de infestantes e aplicação de herbicida é executada
durante a mesma passagem.
Na modulação em tempo diferido, em que o intervalo entre a medição e a acção pode ser superior a
um ano, a análise da informação e a tomada de decisão não é, normalmente, efectuada no campo,
mas baseia-se na cartografia dos rendimentos. Esta metodologia tem vindo a impor-se na condução
modulada das parcelas, pois permite incluir um maior volume de informação, proceder ao seu
tratamento geoestatístico, utilizar modelos agronómicos para a sua gestão, criar cartas de prescrição,
etc., “regressando” depois às parcelas para que estas últimas sejam utilizadas pelos equipamentos
para execução modulada das operações.
A cartografia dos rendimentos “traduz”, numericamente, de uma forma precisa, a variabilidade das
condições no interior da parcela e ajuda a determinar a influência das práticas culturais realizadas.
A presença de um sistema de navegação no computador de bordo do tractor, ao determinar a
posição do tractor - alfaia permite, em conjunto com as cartas de prescrição, o ajuste automático da
regulação do equipamento em função das “recomendações” existentes no mapa. Nas preconizações
agronómicas deve-se ter em consideração as características perenes do solo, como o seu tipo,
profundidade, capacidade de infiltração, topografia, etc., que só um estudo sistemático permite por
em evidência a sua variação no seio da parcela. Nestas variações não são consideradas os aspectos
43
ligados à actividade humana como, por exemplo, as rotações, o trabalho do solo, etc., o que complica
a definição do modelo a utilizar.
6.5.1- Modulação dos trabalhos de mobilização
A modulação dos trabalhos de mobilização pode ser definida em função das condições “ideais” para
que o solo seja trabalhado (workability conditions), sendo estas função, principalmente, do seu teor
de humidade e tipo de equipamentos a utilizar. Estes dois itens podem ser utilizados para escolher
correctamente o equipamento e o calendário das mobilizações, pois podem ser associados a uma
análise territorial relativa à susceptibilidade das mobilizações ou à aptidão para ser mobilizado sem
causar danos.
Relativamente aos parâmetros físicos do solo, o estado da superfície e a dimensão e repartição dos
agregados (torrões) é o critério mais importante, pois condiciona a germinação e emergência das
culturas. Estas características, que devem ser tidas em conta na escolha das operações culturais,
influenciam numerosos fenómenos como a infiltração, escoamento superficial da água,
evapotranspiração, etc., que juntamente com outros factores como, por exemplo, a humidade, tornam
possível a medição quantitativa do efeito do trabalho do solo sobre a produção agrícola.
A caracterização do estado da superfície do solo pode ser efectuada por:
- análise de imagens;
- medição do perfil do solo por telemetria;
- medição por microondas.
Análise de imagens
A análise de imagens, obtidas em condições ideais de trabalho, é efectuada com algoritmos que
utilizam parâmetros de textura, sendo a utilização de captores para obtenção das imagens, em
condições de poeira e sombra, pouco eficazes.
Medição do perfil do solo por telemetria
Este método utiliza um telemómetro montado na alfaia que determina a distância alfaia - solo, para
obter o perfil vertical deste; um dos equipamentos mais comuns, pois tem um preço acessível e uma
boa fiabilidade, utiliza infravermelhos, mas tem como principal inconveniente a necessidade da sua
calibração prévia num banco de terra com camadas de solo conhecidas.
Os principais problemas resultantes da utilização desta técnica prendem-se com a utilização dos
captores em condições reais, pois é necessário ter em consideração vários aspectos,
nomeadamente, nos captores ópticos, a protecção contra as condições exteriores e, nos que utilizam
infravermelhos, as deslocações verticais resultantes da vibração das alfaias.
Medição por microondas
As microondas, especialmente as do espectro electromagnético compreendido entre 1 - 100 GHz,
tem vindo a ser bastante utilizadas para caracterização do meio natural, pois a sua interacção com
este, permite desenvolver captores sem contactos. O seu funcionamento é semelhante ao utilizado
44
em teledetecção onde, após o desenvolvimento dos satélites que fornecem dados ópticos na banda
do visível e infravermelhos, apareceram os satélites radares que funcionam na banda de 1 - 10 GHz.
O estudo das características do solo com esta tecnologia centra-se, principalmente, na medição de
distâncias para controlo da profundidade de trabalho das alfaias de mobilização e da rugosidade e
humidade do solo; o conhecimento da capacidade de penetração das ondas electromagnéticas
permite estudar o subsolo.
As principais vantagens da utilização de microondas são:
- a baixa sensibilidade às condições atmosféricas, nomeadamente insensibilidade à claridade, chuva,
poeiras, período do dia, etc.;
- a possibilidade de controlo dos raios emitidos, quer em termos de potência, frequência, polarização,
ângulo de incidência, etc., o que não acontece com as ondas luminosas;
- a possibilidade de obter informações de parâmetros diferentes dos obtidos com os sensores ópticos,
nomeadamente as propriedades físicas do meio como a humidade, rugosidade, biomassa, etc., que
estão relacionadas com a condutividade eléctrica. Estas variáveis só são mensuráveis com
frequências que se situam no domínio das microondas.
A medição do sinal do radar é influenciado por parâmetros físicos e dielétricos do meio, pelo que é
necessário construir um modelo que tenha em consideração esses parâmetros e que permita
quantificar a interacção entre eles.
Os vários parâmetros do solo, nomeadamente a textura, compactação e grau de fragmentação do
solo, devem ser considerados quando da escolha dos equipamentos de mobilização mas, depois
desta efectuada, a sua utilização não necessita de cuidados especiais.
Um sistema múltiplo de sensores, constituído por células de carga, para medir a força de tracção e a
massa do equipamento, um radar para medir a velocidade, sensores de deslocamento e de
humidade, um potenciómetro para medir a profundidade, um sistema dGPS e um sistema de
aquisição de dados para gravar toda esta informação, pode ser utilizado para relacionar as
propriedades físicas do solo com um índice de compactação (TCI- Texture compaction índex),
obtendo-se, assim, um mapa de variabilidade da tracção de um equipamento; se a geometria dos
instrumentos se mantiver inalterada, a força de tracção para trabalhar com o equipamento de
mobilização depende, basicamente, das propriedades físicas do solo, da profundidade de trabalho e
da velocidade de deslocamento (http://www.precisionag.org/html/ch10.html).
6.5.2- Modulação da fertilização de uma parcela
A modulação da fertilização de uma parcela, utilizando cartas de heterogeneidade, pressupõe a
definição de um método que permita estimar, com antecedência, as necessidades de fertilizantes da
cultura e que tenha como objectivo a redução do impacto negativo dos adubos e correctivos sobre o
meio ambiente, especialmente nas águas subterrâneas.
45
Figura 25- Representação de uma aplicação de adubo (carta de aplicação modulada de adubo, diskette PCMCIA, computador de bordo, placa de controlo do distribuidor, distribuidor de adubo) Fonte: Perpectives agricoles nº 271 (2001) A distribuição dos fertilizantes é efectuada por um distribuidor que está associado a um sistema de
localização e tem montado um sistema de dosagem que distribui diferentemente os fertilizantes de
acordo com a heterogeneidade da parcela; esta distribuição deve ter em consideração as
necessidades da cultura, tipo de solo, rotação, etc.
A adubação azotada, que é a aplicação de adubos em que a modulação é mais utilizada, apresenta
algumas dificuldades pois é difícil de quantificar os mecanismos de transporte, transformação e
utilização do azoto nas culturas. Esta gestão da aplicação do azoto é efectuada em função do seu
teor no coberto vegetal, sendo a sua determinação realizada a partir do conteúdo em clorofila das
folhas nos diferentes estados de desenvolvimento da cultura. Quando o seu valor é superior a um
certo nível, diminui-se (anula-se) ou retarda-se a quantidade inicialmente prevista e, quando é inferior,
aduba-se em função do seu estado de alimentação azotado, definido em função do conteúdo em
clorofila das folhas, das necessidades estimadas da cultura e do seu estado fenológico.
A forma como é medida a quantidade de clorofila das folhas pode ser efectuada manualmente no
campo, utilizando a radiação emitida pelas folhas superiores das plantas, o que permite que os
resultados sejam fiáveis; esta técnica é, no entanto, muito morosa e a amostragem difícil de se fazer,
pois um número de medições insuficiente faz com que a heterogeneidade das parcelas nem sempre
traduza, com a precisão necessária, a realidade. A escolha dos locais de recolha das amostras pode
ser feita utilizando-se mapas de condutividade eléctrica do solo, desde que esta esteja relacionada
com as propriedades das plantas.
Os medidores portáteis de clorofila, exemplo do SPAD 502 Chlorophyll Meter, indicam a
concentração de clorofila nas folhas, o que é um bom indicador do N disponível nas plantas, mas não
fornecem indicações da eficiência da fertilização que é maior nos primeiros incrementos de N mas
diminui para os valores mais elevados.
Figura 26- Representação da aplicação, em tempo real, de um fertilizante em agricultura de precisão Fonte: Vida Rural nº 77. (1998)
46
A determinação das necessidades de azoto das culturas pode também ser efectuada por controlo
remoto, pois existe uma forte correlação entre a reflexão das plantas e a quantidade de azoto
disponível. Os sensores de controlo remoto “vêm” os níveis de azoto nas culturas pela alteração da
cor resultante da variação da taxa de fotossíntese, observada nas imagens geradas pelos
computadores; esta detecção é efectuada muito antes de ser observada pelo olho humano.
As plantas com azoto suficiente absorvem mais luz visível para a fotossíntese e reflectem mais luz na
banda dos infravermelhos próximo, como resultado da sua maior estrutura.
Nos solos húmidos as previsões da quantidade de N baseiam-se na necessidade das plantas e no
potencial do solo; os agricultores utilizam dados dos anos anteriores (dados históricos) para estimar a
adubação azotada.
6.5.3- Modulação da sementeira de uma parcela
Os principais fabricantes de semeadores de semente miúda e monogrão disponibilizam
equipamentos que permitem a modulação das doses de semente em função da informação
agronómica relativa a esta operação. Esta informação prende-se com a densidade da sementeira
para cada uma das zonas da parcela que é função, por exemplo, do tipo de solo, teor de humidade,
estado da cama de sementeira, qualidade da semente, etc.; as características do solo podem ser
deduzidas da sua resistividade (condutividade) eléctrica.
Figura 27- Representação de uma sementeira de precisão (computador de bordo, placa de controlo, semeador) Fonte: Perpectives agricoles nº 271 (2001)
Nos semeadores monogrão, os sistemas electrónicos permitem variar o número de grãos dentro de
cada linha (variação longitudinal) e entre estas (variação transversal), em função dos dados indicados
nos mapas de sementeira e da localização dada pelo sistema DGPS; a variação da distância na linha
pode ser obtida pela montagem de carretos suplementares comandados a partir da cabina do tractor.
A possibilidade de interromper a alimentação de um elemento semeador, para se obter uma faixa
livre para o tractor passar, é especialmente importante para os prestadores de serviços que mudam
com frequência as distâncias das entrelinhas.
Nos semeadores em linhas, o sistema de controlo utiliza um motor eléctrico que acciona o veio de
distribuição ou a abertura da adufa de saída das sementes fazendo, assim, variar em contínuo a
distribuição da semente segundo as características do local da parcela. Nestes semeadores, em que
a densidade de sementeira é, geralmente, dada em kg/ha, para determinação do peso do grão, deve
ser tomada em consideração o seu teor de humidade, tratamento a que foi sujeito, etc. pois, só
assim, é possível calcular o peso que permite obter um dado número de plantas/m2.
47
A aplicação modulada da semente implica a existência de um computador com um programa para
“ler” a carta de aplicação, um sistema DGPS montados no semeador e uma consola (monitor);
conforme os dados da carta, gravados num suporte informático, o computador controla a quantidade
de semente a aplicar, não havendo qualquer intervenção da parte do operador.
Nos semeadores em linha a utilização de captores semelhantes aos utilizados nas ceifeiras
debulhadoras para determinação das perdas de grão, poderão ser utilizados para conhecer qual o
número de plantas/m2.
Relativamente aos sistemas de controlo de profundidade estes permitem, mesmo variando a textura
do solo, manter o seu valor constante. Depois de estabelecida a profundidade desejada, coloca-se o
cursor na posição correspondente para que, quando a profundidade varie, ele se desloque, avisando
o condutor deste facto. Como resposta o operador acciona um êmbolo que vai pressionar mais ou
menos os órgãos de enterramento para corrigir a profundidade.
Alguns dos sistemas “medem” as características do meio, nomeadamente a humidade do solo, para
corrigir a profundidade, permitindo, assim, que nos terrenos mais secos a profundidade seja maior.
A utilização de semeadores VRT baseia-se, em muitas situações, na variação da dose de sementeira
resultante da intervenção do operador no computador de bordo, fazendo-a aumentar ou diminuir em
função do que vai observando na cama de sementeira.
6.5.4- Modulação na aplicação de pesticidas
O impacto da utilização dos pesticidas no meio ambiente tem conduzido ao estudo de soluções que
permitam um melhor controlo da sua aplicação, nomeadamente as relativas a uma maior precisão na
localização dos objectos a tratar e das técnicas de aplicação, ao acompanhamento das operações de
tratamento (traçabilidade) e às técnicas alternativas, não químicas.
Na agricultura de precisão as regulações na aplicação dos pesticidas depende das situações pois,
por exemplo, para os produtos para controlo das infestantes as aplicações devem ser localizadas
mas, para os tratamentos das pragas e doenças, elas devem ser generalizadas, pois estas
propagam-se, geralmente, para o interior da cultura.
A aplicação dos pesticidas, no âmbito da agricultura de precisão, segue a mesma metodologia das
restantes operações culturais, ou seja, a recolha de informação (detecção e localização), a gestão da
informação (utilização de SIG), a tomada de decisão (supervisão, prescrição) e o controlo da
aplicação dos produtos (modulação).
48
Figura 28- Computador de bordo com sistema DGPS utilizado num pulverizador. Fonte: Vida Rural nº 77 (1998)
Relativamente à traçabilidade o seu objectivo é saber quais os locais tratados para o que é
necessário conhecer os parâmetros de funcionamento e utilização dos equipamentos; durante a
aplicação estes têm de ser georeferenciados devendo os parâmetros de funcionamento serem
memorizados para posterior transferência e representação. A justificação para conhecer a
traçabilidade dos produtos prende-se com a necessidade de não se atingirem os limites máximos dos
resíduos (LMR), para não se por em causa a saúde publica e se controlar a poluição.
As técnicas alternativas, nomeadamente as preconizadas na agricultura biológica, incluem os
processos mecânicos, térmicos, eléctricos, etc., para o combate das infestantes mas que, devido ao
seu custo, ainda estão pouco difundidas.
6.5.4.1- Controlo das infestantes.
A modulação na aplicação de herbicidas é, em termos de opção, uma operação bastante simples pois
as alternativas são aplicar ou não os produtos em função da presença ou ausência de infestantes,
mas muito complicada, em termos de aplicação, pois é difícil a identificação das infestantes e a
adaptação dos pulverizadores para a aplicação modulada.
Os sensores utilizados na detecção das infestantes são óptico-electrónicos e permitem distinguir as
plantas verdes do solo através das diferentes propriedades da luz reflectida. Na cultura do milho é
possível economizar 30-70 % de herbicida, quando comparada com a solução tradicional, sendo
eliminadas 100 % das infestantes (http://www.precisionag.org/html/ch10.html). Câmaras digitais
podem igualmente ser utilizadas para detecção das infestantes.
Os sensores e a electrónica mais utilizada nos pulverizadores relacionam-se com o controlo da
pulverização e a regulação dos pulverizadores. Os controladores, que são os sistemas mais simples,
permitem conhecer o débito/ha e outras variáveis determinadas em função de parâmetros do
pulverizador, nomeadamente, da largura da rampa, número de sectores desta, etc., que são
programados no início do trabalho. Os reguladores condicionam automaticamente o débito
programado tendo em conta as características do pulverizador. Os sensores são determinantes na
aplicação de pesticidas, pois não é possível a aplicação diferenciada destes sem saber os locais
onde o fazer.
Os equipamentos tecnologicamente mais evoluídos apresentam diferentes tipos de soluções como,
por exemplo, a possibilidade de introduzir ou fazer variar o volume/ha desejado, alterar os parâmetros
49
entre os módulos da rampa, voltar à regulação manual, etc. Alguns pulverizadores permitem regular
dois débitos diferentes passando de um para o outro, programar a variação da dose a aplicar durante
o trabalho, a variação da pressão entre dois valores, etc.
6.5.4.1.1- Sistemas de detecção
Em relação aos sistemas de detecção estes podem funcionar por teledetecção, actuando em tempo
diferido, ou ao nível do solo (operador ou máquina), actuando em tempo real.
6.5.4.1.1.1- Sistemas de controlo em tempo diferido
Nos sistemas de controlo em tempo diferido as operações de medição, decisão e acção são
efectuadas em diferentes momentos e locais, podendo o intervalo entre a medição e a acção ser
bastante grande.
Esta forma de actuação é necessária em algumas culturas, nomeadamente os cereais onde,
geralmente, se efectua uma identificação prévia das áreas de maior infestação; esta identificação
pode ser efectuada a pé, a partir da cabina do tractor ou utilizando motos quatro, devendo ser
referenciadas geograficamente para se poder elaborar a carta de aplicação. Esta operação é
facilitada quando as plantas se encontrarem em manchas, o que permite a aplicação só nessas
zonas; a localização de manchas de infestantes pode, por vezes, ser feita por detecção remota.
Pode-se igualmente utilizar indicadores colocados nos pontos de maior infestação que são
georreferenciados em passagens anteriores ou sensores, tipo WeedSeeker, para identificar as
plantas. A importância do grau de precisão na identificação das infestantes está muito dependente do
sistema de decisão, pois este deve utilizar uma escala, pelo menos igual à utilizada na identificação.
A comparação de dados de vários anos é especialmente importante pois, geralmente, verifica-se uma
certa estabilidade das zonas de maior infestação.
Figura 29- Representação da aplicação de um herbicida (carta de aplicação do herbicida, diskette PCMCIA, computador de bordo, placa de controlo do pulverizador, pulverizador) Fonte: Perpectives agricoles nº 271 (2001)
Na aplicação de herbicidas em tempo diferido a análise da informação e a tomada de decisões são,
geralmente, efectuadas no gabinete, pelo que a informação segue depois o trajecto contrário, ou seja,
do gabinete para o campo, para poder ser utilizada pelos equipamentos para que as operações sejam
moduladas.
50
6.5.4.1.1.2- Sistemas de controlo em tempo real
Nos sistemas de controlo em tempo real a detecção das infestantes, no início do seu
desenvolvimento, pode ser efectuada utilizando sistemas simples como, por exemplo, sistemas
fotoeléctricos ou radiométricos, ou mais complexos como, por exemplo, sistemas com câmaras e
dispositivos de tratamento de imagens. Os radiómetros, um por bico, medem a luz reflectida pelo solo
e coberto vegetal, fazendo actuar separadamente cada um dos bicos; a taxa de reflexão do coberto
vegetal é superior ao do solo nu, o que facilita o controlo das infestantes.
As diferentes espécies de plantas têm diferentes reflexões na banda do visível e no infravermelho
próximo (NIR), que podem ser utilizadas para identificação automática da cultura e infestantes; a
diferença entre o solo e plantas é fácil porque estas têm uma reflexão muito alta nos 750 nm.
A utilização da detecção remota poderá ser uma realidade quando se conseguir uma maior resolução
das imagens obtidas e uma diminuição dos custos.
Nos sistemas de controlo em tempo real, para além da detecção das infestantes, é necessário utilizar
electroválvulas de abertura e fecho automático dos bicos, accionadas a partir de sinais recebidos
pelos sensores, que permitam aplicar o produto no ponto exacto.
Quadro 6- Dois métodos para medir a reflexão das folhas utilizando 5 bandas radiométricas espectrais
Bandas (IKONOS)
Banda do espectro (nm) (IKONOS)
Banda do espectro (nm) (CROPSCAN)
Azul 450-526 450-520 Verde 526-610 520-600
Vermelho 640-680 630-690 NIR 770-880 760-900
1550-1750 Fonte: ???
6.5.4.1.2- Evolução das técnicas de aplicação
A evolução das técnicas de aplicação dos herbicidas tem incidido na melhoria das soluções
tradicionais, nomeadamente nos:
- sistemas de estabilização das rampas (passivos e activos);
- sistemas anti-deriva (bicos, aditivos e correntes de ar);
- processos de injecção directa, com a consequente limitação da manipulação dos produtos;
- dispositivos de modulação, que podem ir desde o mais simples, que é utilizar, ou não, toda a rampa,
até aos mais sofisticados, que é modular, em contínuo, em cada bico (ajustamento do débito e
dimensão das gotas).
Os sistemas de estabilização, passivos e activos, ao limitarem o movimento das rampas, permitem
fazer aplicações mais próximas dos objectos diminuindo a deriva das gotas; esta é igualmente
reduzida utilizando bicos anti-deriva, aditivos, sistemas de transporte das gotas, etc.
Os sistemas de injecção directa, ao permitirem a diminuição da manipulação dos produtos, diminuem
os riscos para a saúde do operador, mas têm como inconveniente a impossibilidade de utilizar
produtos não líquidos.
51
Os dispositivos de modulação, que permitem a variação contínua dos débitos e das características
dos jactos de pulverização, podem ser utilizados em toda a rampa ou para cada bico.
Para além dos sistemas de detecção e técnicas de pulverização o controlo das infestantes requer um
conhecimento da sua biologia, dinâmica de crescimento e influência na cultura em que está presente.
Esta pode ser directa ou indirecta, manifestando-se a primeira sobre o rendimento da cultura e, a
segunda, na dificuldade da colheita, depreciação da qualidade, maior infestação do solo, etc.
O conhecimento dos herbicidas, nomeadamente do seu espectro de eficácia, modo de acção, estado
vegetativo da planta para a sua aplicação, dose a utilizar em cada estado, etc., é determinante para
um controlo eficaz das infestantes; os pesticidas são tanto mais eficazes quanto menos
desenvolvidas estiverem as plantas.
O modo de acção dos herbicidas condiciona a dose a aplicar e torna necessário ter em consideração
as condições climáticas e o tipo de solo. O seu comportamento, quando actuam através das folhas, é
influenciado pelas condições do meio ao nível destas, nomeadamente a temperatura e humidade,
considerando-se que valores superiores a 5 - 7 ºC e 60%, favorecem a penetração naquelas.
Nos herbicidas que actuam ao nível da raiz, a dose deve ser escolhida em função do tipo de solo,
sendo a humidade deste um factor que potencia a sua acção. Actualmente já se tem em
consideração o teor de mo do solo na variação da dose de herbicida a aplicar assim como a detecção
de infestantes através de infravermelhos ou câmaras de vídeo, o que permite pulverizar apenas
essas plantas.
Para determinação do impacto resultante da aplicação dos herbicidas pode-se utilizar uma escala de
0 a 10, devendo as medições ser efectuadas nas dicotiledóneas dois meses após a aplicação e, nas
gramíneas, na fase de espigamento. Para além destas medições directas é importante estimar o nível
de eficácia do herbicida na produção da cultura, pois uma infestante pode não influenciar
significativamente a produção, mas pode originar um número de sementes muito elevado e de grande
longevidade, que é prejudicial para a cultura.
Os pulverizadores utilizados no controlo das infestantes, para além dos sensores para detecção das
infestantes, dispõem de sistemas que permitem conhecer o débito/ha e outras variáveis, exemplo da
largura e velocidade de trabalho que, quando referenciados geograficamente, podem ser utilizados na
criação de cartas de infestantes para posterior utilização pelos SIG.
Em resumo, um plano de combate de infestantes deve ter em consideração o seguinte:
- tratar cedo, para evitar a concorrência, utilizar os estados vegetativos mais sensíveis das infestantes
e permitir uma melhor modulação das doses dos herbicidas;
- identificar as infestantes de cada parcela o mais cedo possível por forma a poder tratar cedo;
- escolha do(s) produto(s) cujo espectro inclua a maioria das infestantes identificadas na parcela, para
que o tratamento seja eficaz;
- determinar a dose tendo em consideração a espécie mais difícil de combater, seu estado vegetativo,
densidade, etc.;
- escolher e regular o equipamento a utilizar para aplicação do herbicida, tendo em consideração os
factores do meio.
52
6.5.4.1.3- Controlo das pragas e doenças.
A aplicação de fungicidas tem, quando comparada com a aplicação dos herbicidas, uma importância
relativa pois, para controlo das doenças, as aplicações são mais generalizadas e semelhantes ao que
se faz tradicionalmente.
Relativamente aos tratamentos aéreos a utilização dos sistemas GPS permite a orientação das
passagens paralelas consecutivas das aeronaves e a regulação automática do débito, em função da
velocidade real em relação ao solo.
Em conclusão, pode-se afirmar que a modulação automática da pulverização é, ainda, difícil de se
justificar economicamente, pelo que a melhoria dos processos clássicos continuará a ser a opção a
seguir no curto - médio prazo.
6.6- Modulação nos equipamentos de colheita
As ceifeiras debulhadoras, que foram os primeiros equipamentos a dispor de dispositivos electrónicos
são, hoje em dia, dos menos automatizados.
Os sistemas electrónicos mais utilizados nestes equipamentos relacionam-se com:
- os automatismos no seu funcionamento;
- a detecção das perdas de grão;
- a medição da produção.
Os automatismos nas ceifeiras debulhadoras permitem:
- controlar a altura da barra de corte;
- conduzir automaticamente a ceifeira;
- controlar a velocidade do batedor;
- parar a ceifeira quando se regista qualquer problema de funcionamento.
Os detectores de perda de grãos, que são captores de choque colocados na parte posterior dos
sacudidores e crivos, determinam as perdas de grão; para que estas sejam mais realistas deve-se
proceder a afinações adequadas a cada tipo de grão e regular a ceifeira em função das perdas que
se pretende aceitar.
Para utilização de uma ceifeira debulhadora na agricultura de precisão é necessário que esta
disponha de um sistema de medição de rendimento e de um sistema DGPS para se obter um mapa
de produção; os valores obtidos numa campanha não devem ser utilizados isoladamente mas
juntamente com os dados históricos para se atenuar possíveis causas de variação da produção.
A dimensão da área para se obter os dados do rendimento depende da largura de trabalho da
máquina devendo o seu valor variar entre 20 - 50 m2, ou seja, 200 - 500 medições/ha; a cada um
destes valores de rendimento está associado a longitude e latitude dos pontos (x e y) onde aqueles
valores são determinados, traduzindo-se a produção por z. O volume de dados gerado pela medição
do rendimento de uma área de 50 ha, cria um ficheiro que pode ser armazenada numa diskette de
1.44 Mb.
53
A informação relativa à medição da produção de cada uma das áreas elementares, associada à
localização exacta do local onde foi medida, é armazenada no computador de bordo, sendo
convertida em mapas de rendimento, para ser gerida por SIG; a informação assim obtida e tratada
pode ser utilizada noutros equipamentos como, por exemplo, nos de fertilização para aplicação
diferenciada dos adubos.
Figura 30- Representação de uma ceifeira debulhadora para a AP
Fonte: http://www.agronline.com.br/artigos/artigo.php?id=150
Na recolha de cereais a utilização de equipamento de medição do teor de proteínas tem vindo a
generalizar-se pois é um factor importante na sua valorização; as ceifeiras debulhadoras onde este
equipamento está montado têm, geralmente, duas tremonhas, o que permite separar o grão conforme
o seu teor de proteínas.
6.7- Modulação da rega
A modulação da rega de uma parcela não é fácil devendo-se estabelecer um compromisso entre a
carta de prescrição, determinada em função dos
condicionalismos agronómicos, e a de aplicação. Uma das
soluções utilizadas baseia-se na variação da velocidade de
deslocamento dos canhões ou rampa, e o cálculo de uma
dose média para cada zona, determinada a partir da malha
da carta de prescrição. Para os “pivots” o compromisso
consiste em regar por sector.
Figura 31- Representação de uma carta de rega Fonte: Perpectives agricoles nº 271 (2001) As cartas de prescrição, que devem incluir, no máximo, 3-4
54
zonas, podem ser definidas em função da resistividade eléctrica do solo, pois esta característica
depende, principalmente, da textura e profundidade daquele. Esta zonagem deve ser, sempre que
possível, confrontada com imagens de satélite e mapas de rendimento referentes aos últimos anos.
7- Aplicação da agricultura de precisão à viticultura
A vinha e as fruteiras apresentam um desenvolvimento tridimensional (estrutura de porte alto,
colocada perpendicularmente ao solo e com um volume de vegetação variável em função da altura),
e são implantadas de uma forma descontínua no terreno, o que dificulta a utilização das novas
tecnologias.
Precisões de ±1 m nas culturas extensivas não levanta problemas mas, na vinha, precisões inferiores
dificultam a diferenciação das linhas de implantação, impedindo a utilização dessas tecnologias, pelo
que é necessário utilizar um algoritmo de correcção da informação proveniente do DGPS que
aumente a precisão.
Os primeiros equipamentos vitícolas a dispor das novas
tecnologias foram as máquinas de vindimar, com a
regulação contínua da frequência e amplitude dos
batedores e a pesagem contínua do sistema de
recepção das uvas; estes sistemas permitem fazer uma
vindima selectiva, quantificando a sua produção.
Figura 32- Máquina de vindimar HarvestMasterª com monitor de produção. Fonte: Rob Bramley ([email protected])
As vindimadora mais evoluídas tem um sistema de regulação e programação selectivo dos
sacudidores e de todos os seus parâmetros (frequência, amplitude, convergência e aceleração) em
função da informação prévia disponível das parcelas e/ou variedades. Tem igualmente um sistema de
pesagem contínuo que permite conhecer o peso total vindimado, o rendimento/ha e o peso de uvas
nas tremonhas o que, em associação com o GPS permite elaborar cartas de rendimento. Estas
cartas, juntamente com os dados do solo e vegetação (densidade,
área foliar, etc.) permitem elaborar cartas de prescrição que serão
utilizadas na modulação de outras operações culturais como, por
exemplo, tratamentos, adubações, etc.
Figura 33- Possíveis representações de mapas de produção
Fonte: Rob Bramley ([email protected])
Representando graficamente os dados de produção de uma vinha (figura 33) tem-se uma série de
pontos dispostos em linhas paralelas, correspondentes aos bardos da cultura, os quais devem ser
convertidos em cartas com “manchas” que traduzam, de uma forma contínua, aquela variação. Cartas
deste tipo, relativas a vários anos, são as mais fiáveis, pois apresentam a variação de superfícies
contínuas, projectadas na mesma grelha, com o mesmo número de “pixéis”, posicionados
exactamente no mesmo local, o que facilita a sua interpretação.
55
Os dados pontuais (Figura 33-a) devem ser inicialmente analisados para se removerem os valores
muito altos ou baixos, para que os mapas que se venham a obter traduzam dados normalizados que
atenuem as diferenças que resultam de situações anormais como, por exemplo, das variações
climáticas não usuais (Figura 33-d); a figura 33-b representa a quantificação das produções
georreferenciadas e a figura 33-c o aumento da área desses pontos para dar a “sensação” de
continuidade. O programa Vesper (http://www.usyd.edu.au/su/agric/acpa/pag.htm), que pode ser
utilizado para fazer os variogramas que traduzem a distribuição contínua dos valores pontuais
determinados, tem como “output” um ficheiro de texto com quatro colunas de dados (longitude,
latitude, produção e sua variância) que é facilmente importável por um programa GIS (exemplo do
ArcView); os variogramas descrevem, em modelos matemáticos, a distribuição espacial das variáveis.
Em relação às cores dos mapas utilizam-se, geralmente, três, o vermelho que corresponde aos
valores mais baixos, o verde aos intermédios e o azul aos mais elevados. Quando for necessário
utilizar mais cores devem-se escolher as do espectro do visível, representadas por números de 0 a 9
(0- preto, 1- castanho, 2- vermelho, 3- laranja, 4- amarelo, 5- verde, 6- azul, 7- violeta, 8- cinzento,
9- branco). Espectroscopia é o estudo da luz em função do comprimento de onda que é emitido,
reflectido ou distribuído num sólido, líquido ou gás.
Relativamente à aplicação de pesticidas na vinha é necessário relacionar a quantidade da vegetação
(volume e área), a distribuição em altura e a distância entre linhas, com os parâmetros de regulação
dos equipamentos para que a aplicação não se faça tendo em consideração a unidade de superfície,
mas sim o volume da vegetação. A determinação deste e posterior relação com o volume da calda a
aplicar, permite uma pulverização adaptada à cultura, ou seja, faz corresponder aos maiores volumes
de vegetação quantidades de calda mais elevados e vice-versa. Esta pulverização implica determinar,
previamente, o volume da vegetação (Tree Row Volume- TRV), que depende da altura do cultivo, da
largura média do mesmo e da distância entre linhas.
A relação entre a quantidade de calda e o volume da vegetação é dada por uma expressão do tipo:
L / ha = a + b * TRV
que permite a regulação dos parâmetros que interferem no débito/ha, em função do volume da
vegetação. Para utilização desta fórmula é necessário começar por determinar a variação
intraparcelar do TRV que dependerá, fundamentalmente, da espessura da massa vegetal, pois a
distância entre linhas e altura da vegetação pouco variam, ou seja, é necessário que as condições de
trabalho dos equipamentos (pressão de trabalho, velocidade de avanço, etc.) tenham em
consideração a largura da vegetação.
Assim, a utilização da informação proveniente da interpretação de imagens de satélite, fotografias
aéreas ou sensores que possibilitem a determinação da superfície ou volume das folhas, uma vez
melhorada a resolução do DGPS, permitirá implementar com sucesso a viticultura de precisão.
56
Bibliografia
Davis, G. (2006). Precision Agriculture: An introduction. University of Missouri
Boisgontier, D. (1998). Agriculture de précision. Comment la pratiquer dès aujourd’ ui !. Perpectives
Agricole 236.
Machado, P. e outros. (2006). Mapeamento da condutividade eléctrica e relação com a argila de
Latossolo sob plantio directo. Pesq. agropec. bras., Brasília, v.41, n.6, p.1023-1031, jun. 2006
57
Anexo 1- A agricultura de precisão: objectivos, evolução dos equipamentos e linhas de investigação Principais avanços dos
métodos de racionalização para decisão
Principais evoluções dos materiais
Objectivos da investigação
Trabalho do solo
- Escolha da técnica (lavoura ou não lavoura) conforme o tipo de solo e rotação
- Polivalência dos materiais para se adaptarem às variações das condições tendo em consideração o ano e as parcelas.
- Regulação automática das alfaias de preparação da cama de sementeira, conforme o estado do solo e a cultura a semear.
Sementeira
- Escolha da variedade e densidade da sementeira, em conformidade com o meio e as condições da sementeira ( data e estado da cama da sementeira); - Tratamento das sementes
- Aumento de precisão dos semeadores de cereais; - Sementeiras de precisão para os cereais.
- Modulação das doses durante a sementeira conforme o tipo (textura, profundidade, etc.) e o estado do solo (fraccionamento, humidade, etc.)
Fertilização azotada
- Racionalização da dose em conformidade com o rendimento e método de determinação do N. - Adaptação da dose às necessidades da cultura - Consideração pelos efluentes.
- Qualidade do trabalho dos distribuidores centrífugos; - Controlo da qualidade de espalhamento dos distribuidores centrífugos (dose e repartição)
- Modulação das doses na parcela conforme as características do solo (tipo, profundidade), etc.), a história da parcela e o estado da cultura “medido” em tempo real.
Fertilização P e K
- Racionalização da fertilização à cultura e/ou tipo de solo e em conformidade com os itinerários técnicos
- Melhoria da distribuição nos distribuidores centrífugos.
- Modulação das doses na parcela em conformidade com o teor de elementos.
Herbicidas
- Ajuste da aplicação dos herbicidas à rotação - Modulação das doses e volumes.
- Sistemas que limitem a deriva dos herbicidas.
- Aplicação dos produtos só nas zonas com infestantes
Fungicidas
- Utilização de modelos de previsão, “kits” de diagnóstico, observação etc.; - Modulação das dose e seu fraccionamento.
- Sistemas que limitem a deriva dos fungicidas.
- Detecção precoce dos ataques das pragas e doenças.
Fonte: Adaptado de Perpectives Agricoles nº 222-Mars 1997.
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Anexo 2- Sensores actualmente disponíveis ou em desenvolvimento
Parâmetros medidos Princípio da medição Observações Origem: trabalhos em curso ou sociedades comerciasi
No solo: Profundidade do solo Resistividade eléctrica Utilizada para estudos
pedológicos Desenvolvido pelo CNRS de Garchy
Condutividade electroma-gnética do solo
Necessita de material de medição específico
Desenvolvido na Universidade do Missouri, USA.
Teor em MO Refletómetris (sinais infra-vermelhos)
A medição só considera a taxa à superfície do solo
Desenvolvido na Universidade de Pardue, USA.
Estrutura do solo Força de tracção durante a lavoura
A medição depende de outros parâmetros, como a humidade e textura
Desenvolvido na Universidade de Wageningen, Holanda
Radar (Ground-penetrating radar)
Necessita de material de medição específico
Desenvolvido no Natural Ressources Conservation Service. USA
Grau de fragmentação da cama de sementeira
Telemetria, análise de imagem
Esta informação pode ser utilizada para regulação da alfaia de mobilização ou para regular o semeador
Desenvolvido no CEMAGREF Antony, França
Medição da humidade do solo
Indução electromagnética Necessita de material de medição específico
Desenvolvido na Universidade de Minnesota, USA
Refletometria (próximo dos infravermelhos)
Informação só dos primeiros cm do solo
Vários instituições em Inglaterra e USA
pH Electrodos rápidos, refletometria
Medição só dos primeiros cm do solo
Desenvolvido na Universidade de Pardue, USA
Teor em elementos minerais
Electrodos rápidos, refletometria
Medição só dos primeiros cm do solo
Vários trabalhos em todo o mundo
Na planta: Medição da taxa de
cobertura da cultura Refletometria Estimativa indirecta da
biomassa Vários trabalhos em todo o mundo
Medição do teor de clorofila
Refletometria Estimativa indirecta do teor de nitratos contidos na planta
Em desenvolvimento pela sociedade Norsk-Hydro
Contagem e distância entre plantas (tipo milho)
Células fotoeléctricas ligadas a um radar para medir a velocidade
A medição efectua-se durante a recolha. A informação permite explicar em parte a variabilidade do rendimento
Desenvolvido na Universidade de Illinois, USA
Contagem do número de espigas (cereais de palha)
Análise de imagem Uma carta do nº de espigas / m2 permite explicar, em parte, a variabilidade do rendimento
Desenvolvido pelo ENITA de Bordéus
Outros: Localização das infestantes
Reflexão de um sinal infra-vermelho
Identificação do tipo tudo ou nada utilizado entre culturas
Comercializado nos USA pela sociedade Concord
Parâmetros climáticos Estações meteorológicas automáticas ligadas em rede
Determinam a variabilidade climática à escala de várias explorações (previsão de doenças, explicação da variabilidade, etc.)
Comercializado pela Hardi na Dinamarca e por várias empresas nos EUA
Fonte:
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Anexo 3- Resumo dos principais tipos de sensores e seus princípios de funcionamento utilizados em AP.
Tipo de captor Princípio de funcionamento Informação fornecida 1- Rendimento de grão Medição do fluxo ou volume de
grão. Associados a um receptor GPS permite elaborar mapas de rendimento.
2- Rendimento da beterraba e da batata
Medição dinâmica do peso Associados a um receptor GPS permite elaborar mapas de rendimento.
3- Medição da quantidade de clorofila
Medição da quantidade de clorofila a partir da reflexão da luz
O captor utiliza a reflexão da luz da cultura o que permite a determinação das necessidades de azoto a partir de um software específico. Permite a modulação em tempo real.
4- Medição da profundidade, textura, etc.
Medição da condutividade eléctrica do solo
Esta informação, associada a um receptor GPS, permite obter mapas de zonas diferenciadas para posterior recolha de outra informação (profundidade, compactação, etc.)
5- Teor de MO Medição da reflectividade por infravermelhos
Permite medir em tempo real o teor de MO na superfície do solo para definir a aplicação modular de fertilizantes e pesticidas em função dos dados obtidos.
6- Parâmetros químicos
Eléctrodos rápidos deslizantes Permite determinar na camada superficial do solo, em tempo real, o teor de MO, a CIC, a humidade e o teor em nitratos. Útil para a aplicação modular dos adubos.
7- Detecção da presença de infestantes
Medição da reflectividade por infravermelhos
Permite a detecção, em tempo real, da presença da vegetação adventícia num solo nu.
8- Fotografias aéreas ou imagens de satélite
Medição da reflectividade da luz natural em diferentes comprimentos de onda
Definição de zonas heterogéneas no interior de uma parcela devido, entre outras coisas, ao estado do solo e das culturas
Fonte: ITCF 1, 2,3 - Informações sobre as plantas; 4,5,6- Informações sobre o solo; 7- Informações sobre infestantes; 8- Informações gerais sobre o meio.
Anexo 4- Variáveis biofísicas estimadas por teledetecção, em função do domínio espectral
Variáveis biofísicas
Do visível a próximo do infravermelh
o
De próximo a médio do
infravermelho
Infravermelho térmico
Microondas activas (radar)
Microondas passivas
LAI (biomassa), +++ +++ + ++ + Taxa de
cobertura ++++ ++++ ++ ++ +
Estrutura do Porte foliar +++ +++ + + + coberto Dimensão das
folhas + + + + +
Altura do coberto - - - ++ -
Conteúdo em clorofila
+++ - - - -
Propriedades das folhas
Conteúdo em água
- +++ - +++ +++
Temperatura - - ++++ - ++
Humidade (à superfície)
- + + ++ +++
Rugosidade + + - ++ + Solo Resíduos da
recolha +++ ++ - - -
Matéria orgânica ++ ++ - - -
O nível de precisão e robustez da estimativa é indicada pelo número de sinais +, indicando ++++ precisão e robustez e - a não estimação por teledetecção.
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Anexo 5- Variáveis físicas estimadas por teledetecção e sua utilização
Aplicação Variável biofísica Domínio espectral (*) Fertilização azotada IAF (biomassa), clorofila VIS, IRP Rega Temperatura IRT Mobilização do solo / sementeira Humidade do solo Microondas Estado fenológico IAF, estrutura, temperatura VIS, IRP, IRT Ataque de parasitas Clorofila, IAF, resíduos VIS, IRP, IRM Fertilidade do solo IAF (biomassa), MO VIS, IRP Rendimento IAF, clorofila, temperatura VIS, IRP, IRT Qualidade (proteínas) Clorofila, LAI VIS, IRP
Fonte: ITCF (http://www.itcf.fr) VIS- visível, IRP- próximo dos infravermelhos; IRM- infravermelhos médios; IRT- infravermelhos térmico; microondas (*) Os domínios espectrais a partir dos quais estas variáveis são observáveis são indicadas por VIS- visível, PIR- próximo do infravermelho, MIR- médio infravermelho, IRT- infravermelho térmico, IRT- infravermelho térmico, microonda.
Anexo 6- Principais parâmetros medidos e seus princípios de medição Parâmetros medidos Princípio da medição Observações Origem: trabalhos em curso ou sociedades comerciasi
No solo:
Profundidade do solo Resistividade eléctrica Utilizada para estudos pedológicos Desenvolvido pelo CNRS de Garchy
Condutividade electromagnética do solo
Necessita de material de medição específico
Desenvolvido na Universidade do Missouri, USA.
Teor em MO Refletómetris (sinais infra-vermelhos)
A medição só considera a taxa à superfície do solo
Desenvolvido na Universidade de Pardue, USA.
Estrutura do solo Força de tracção durante a lavoura A medição depende de outros parâmetros, como a humidade e textura
Desenvolvido na Universidade de Wageningen, Holanda
Radar (Ground-penetrating radar) Necessita de material de medição específico
Desenvolvido no Natural Ressources Conservation Service. USA
Grau de fragmentação da cama de sementeira
Telemetria, análise de imagem Esta informação pode ser utilizada para regulação da alfaia de mobilização ou para regular o semeador
Desenvolvido no CEMAGREF Antony, França
Medição da humidade do solo
Indução electromagnética Necessita de material de medição específico
Desenvolvido na Universidade de Minnesota, USA
Refletometria (próximo dos infravermelhos)
Informação só dos primeiros cm do solo Vários instituições em Inglaterra e USA
pH Electrodos rápidos, refletometria Medição só dos primeiros cm do solo Desenvolvido na Universidade de Pardue, USA
Teor em elementos minerais
Electrodos rápidos, refletometria Medição só dos primeiros cm do solo Vários trabalhos em todo o mundo
Na planta:
Medição da taxa de cobertura da cultura
Refletometria Estimativa indirecta da biomassa Vários trabalhos em todo o mundo
Medição do teor de clorofila
Refletometria Estimativa indirecta do teor de nitratos contidos na planta
Em desenvolvimento pela sociedade Norsk-Hydro
Contagem e distância entre plantas (tipo milho)
Células fotoeléctricas ligadas a um radar para medir a velocidade
A medição efectua-se durante a recolha. A informação permite explicar em parte a variabilidade do rendimento
Desenvolvido na Universidade de Illinois, USA
Contagem do número de espigas (cereais de palha)
Análise de imagem Uma carta do nº de espigas / m2 permite explicar, em parte, a variabilidade do rendimento
Desenvolvido pelo ENITA de Bordéus
Outros:
Localização das infestantes
Reflexão de um sinal infra-vermelho
Identificação do tipo tudo ou nada utilizado entre culturas
Comercializado nos USA pela sociedade Concord
Parâmetros climáticos Estações meteorológicas automáticas ligadas em rede
Determinam a variabilidade climática à escala de várias explorações (previsão de doenças, explicação da variabilidade, ...)
Comercializado pela Hardi na Dinamarca e por várias empresas nos EUA
Fonte:
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Anexo 7- Principais sensores utilizados em AP
Tipos de sensores Princípios e marcas Informações fornecidas Notas Informações sobre plantas Rendimento de grão Medição do fluxo ou do volume do grão, com diferentes
princípios conforme as marcas (Case-IH, RDS, John-Deere e Massey-Ferguson)
Associado a um receptor GPS, a informação fornecida pelo sensor permite a realização de mapas de rendimento
Mesmo se a precisão dos monitores de rendimento pareça suficiente para a realização de mapas de rendimento fiáveis, a informação que fornecessem deve ser utilizada com produncência
Rendimento da beterraba Medição do peso em movimento (Klein) Associado a um receptor GPS, a informação dada pelo sensor permite a realização de cartas de rendimento
As cartas realizadas correspondem aà soma do peso da beterraba e à tara, pelo que é necessário pruência em relação à informações fornecida.
Informações sobre o solo Zonas com grandes contrastes Medição da condutividade eléctrica do solo (Sté Véris) A informação fornecida pelos sensores, associada ao receptor
GPS, permite realizar cartas de rendimento que põem em evidência os resultados das variações dos parâmetros físicos e químicos do solo
Este tipo de cartas fornece uma informação global sobre as zonas com fortes contrastes o que pode ser útil para orientar a tomada a recolha de amostras do solo para medição “directa” dos seus parâmetros físicos (profundidade, textura, compactação, etc.)
Teor de MO Medição da reflexão por IV (Sté Tyler * ) O sensor permite, em tempo real, medir a taxa de MO à superfície do solo
A sociedade Tyler utiliza este tipo de captor para a aplicação modulada de herbicidas e adubosem função do teor de MO detectado pelo sensor
Parâmetros químicos Eléctrodo “rápido” rolante /Sté Crop Technology) O captor permite medir , em tempo real, o teor de MO, a capacidade de troca catiónica, a humidade do solo e o teot em nitratos, nos primeiros centímetros do solo
Este tipo de sensor é utilizado para modular a aplicação de adubos. A medição limita-se aos primeiros centímetros de profundidade.
Informações sobre infestantes Detecção da presença da vegetação
Medição da reflexão por IV (Detectspray comercializada nos EU e Austrália pela sociedade Concord *)
O captor permite, em tempo real, detectar a presença da vegetação em relação ao solo nu ou coberto de resíduos vegetais.
A associação de um captor a cada bico do pulverizador permite o tratamento completo entre culturas
Informações “globais” sobre o meio Fotos aéreas ou imagens de satélites
Medição da reflexão da luz natural nas diferentes gamas de comprimentos de ondas
A informação fornecida permite por em evidência a heterogeneidade da parcela resultante do estado do solo, dos estados de desenvolvimento ou fisiológico das plantas (stress hídrico, doenças, etc.)
As imagens dos satélites e fotos aéreas podem ser utilizadas: - a título histórico, ou seja, correspondente aos anos anteriores, - ao ano em curso.
Fonte: Perpectives Agricoles nº 234_14
63
Anexo 8- Diferentes tipos de sensores actualmente disponíveis ou em desenvolvimento para a AP
Parâmetros medidos Princípio da medição Observações Origem: trabalhos em curso ou sociedades
comerciasi No solo:
Profundidade do solo Resistividade eléctrica Utilizada para estudos pedológicos Desenvolvido pelo CNRS de Garchy Condutividade electroma-gnética do solo Necessita de material de medição específico Desenvolvido na Universidade do Missouri, USA.
Teor em MO Refletómetris (sinais infra-vermelhos) A medição só considera a taxa à superfície do solo Desenvolvido na Universidade de Pardue, USA.
Estrutura do solo Força de tracção durante a lavoura A medição depende de outros parâmetros, como a
humidade e textura Desenvolvido na Universidade de Wageningen, Holanda
Radar (Ground-penetrating radar) Necessita de material de medição específico Desenvolvido no Natural Ressources Conservation Service. USA
Grau de fragmentação da cama de sementeira
Telemetria, análise de imagem Esta informação pode ser utilizada para regulação da
alfaia de mobilização ou para regular o semeador Desenvolvido no CEMAGREF Antony, França
Medição da humidade do solo
Indução electromagnética Necessita de material de medição específico Desenvolvido na Universidade de Minnesota, USA
Refletometria (próximo dos infravermelhos) Informação só dos primeiros cm do solo Vários instituições em Inglaterra e USA pH Electrodos rápidos, refletometria Medição só dos primeiros cm do solo Desenvolvido na Universidade de Pardue, USA
Teor em elementos minerais
Electrodos rápidos, refletometria Medição só dos primeiros cm do solo Vários trabalhos em todo o mundo
Na planta: Medição da taxa de cobertura da cultura
Refletometria Estimativa indirecta da biomassa Vários trabalhos em todo o mundo
Medição do teor de clorofila Refletometria Estimativa indirecta do teor de nitratos contidos na planta Em desenvolvimento pela sociedade Norsk-Hydro Contagem e distância entre
plantas (tipo milho) Células fotoeléctricas ligadas a um radar
para medir a velocidade A medição efectua-se durante a recolha. A informação permite explicar em parte a variabilidade do rendimento
Desenvolvido na Universidade de Illinois, USA
Contagem do número de espigas (cereais de palha)
Análise de imagem Uma carta do nº de espigas / m2 permite explicar, em
parte, a variabilidade do rendimento Desenvolvido pelo ENITA de Bordéus
Outros: Localização das infestantes Reflexão de um sinal infra-vermelho Identificação do tipo tudo ou nada utilizado entre culturas Comercializado nos USA pela sociedade Concord
Parâmetros climáticos Estações meteorológicas automáticas
ligadas em rede
Determinam a variabilidade climática à escala de várias explorações (previsão de doenças, explicação da
variabilidade, ...)
Comercializado pela Hardi na Dinamarca e por várias empresas nos EUA
Fonte: Perpectives Agricoles nº 222
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Anexo 9- Outras utilizações para a AP das novas tecnologias Novas tecnologias Outras utilizações no âmbito da AP Notas GPS Ajuda à condução dos equipamentos, condução A sociedade Trimble tem já sistemas a funcionar nos EU Traçabilidade Pode ser utilizado para georreferenciar os produtos provenientes das parcelas Organização, em função das parcelas a colher O sistema AgroCom da sociedade Caas oferece esta funcionalidade para as ceifeiras debulhadoras Manobras nas cabeceiras pelo cálculo das superfícies das
parcelas e de um plano de exploração agrícola Já muito divulgado
Monitores de rendimento Possibilidade de “comparações” pelo agricultor para superfícies médias
O monitor de rendimento deve estar calibrado
Diagnósticos entre parcelas Um mapa de rendimentos pode servir para determinar a extensão das zonas para os quais são necessários melhoramentos fundiários (drenagem,..) mas também localizar os locais de antigas redes de drenagem.
Fonte: Perpectives Agricoles nº 234_14
Anexo 10- Princípios de funcionamento dos sensores
Sensores
Passivos
Não varrimento (non-scanning)
Não forma imagem
Radiómetro de microondas Sensor magnético Espectroradiómetro Termopoint Sensor quantico Outros
Forma imagem Máquina fotográficos (câmeras)
Monocromático Cores Infravermelho Infravermelho - colorido Outros
Varrimento – forma imagem (scanning)
Câmera de TV Scanners Electro - ópticos - mecânicos Radiómetros de microondas Outros
Activos Não varrimento
Radiómetro de microondas Laser medidor de distância Altímetro de microondas Outros
Varrimento Radar de abertura real (RAR) Radar de abertura sintética (SAR)
Fonte: ???
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Anexo 11- Determinação de parâmetros e seus meios de aquisição conforme o tipo de operação cultural a realizar Meios disponíveis Operação cultural Principais parâmetros a ter em conta Hoje Amanhã Trabalho do solo Textura Carta de solos (se disponível)
Sondagem manual com malha fixa predeterminada Sondagem manual com amostragens orientadas a partir de cartas de rendimento, fotos aéreas, ou imagens de satélites
Sondagem manual com amostragem orientada a partir de uma carta de resistividade ou condutividade eléctrica
Compactação Apreciação visual a partir de fotos aéreas ou imagens históricas de satélites
Sondagem manual com amostragem orientada a partir de cartas de resistividade ou condutividade eléctrica Captor embarcado no equipamento (medição da força, onda de radar penetrante, ..)
Grau de fragmentação Sondagem manual com malha fixa pré-determinada
Captor embarcado no equipamento (medição por telemetria, análise de imagem, …)
Sementeira Grau de fragmentação Sondagem manual com malha fixa pré-determinada
Ver trabalho do solo / grau de fragmentação
Textura Ver trabalho do solo / textura Ver trabalho do solo / textura Profundidade do solo Ver trabalho do solo / textura Sondagem manual com amostragem orientada a partir de uma carta de
resistividade ou condutividade eléctrica, de cartas de rendimento, imagens de satélites, fotos aéreas, etc.
Calagens pH Sondagem manual com amostragem pré-determinada
Captor do tipo “eléctrodo rápido” embarcado no equipamento (medição da superfície)
Fertilização fosfatada Teor de P e K Sondagem manual com amostragem pré-determinada
Captor do tipo “eléctrodo rápido” embarcado no equipamento (medição da superfície)
Fertilização azotada Objectivo do rendimento Mapas de rendimento Mapas de rendimento Azoto no solo Sondagem manual com amostragem pré-
determinada Captor do tipo “eléctrodo rápido” embarcado no equipamento (medição da superfície)
Nível de azoto na cultura Sondagem manual com amostragem pré-determinada
Imagens de satélites Captor embarcado no equipamento agrícola medindo a taxa de clorofila
Controlo de infestantes Presença de infestantes Passar em toda a parcela Captor de infestantes embarcado no equipamento agrícola Luta contra as doenças Presença de doenças Passar em toda a parcela Imagens de satélites ou fotos aéreas Irrigação Textura Ver trabalho do solo / textura Profundidade do solo Ver sementeira / textura Fonte: Perpectives Agricoles nº 234_14
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Anexo 12- principais tipos de sensores e seu princípio de funcionamento
Tipo de captor Princípio de funcionamento Informação fornecida Informação sobre a planta: - rendimento do grão Medição do fluxo ou volume do grão Associado a um receptor GPS permite a elaboração de cartas de rendimento - rendimento da beterraba e batata Medição dinâmica do peso Associado a um receptor GPS permite a elaboração de cartas de rendimento - conteúdo em clorofila Medição do conteúdo de clorofila das plantas a
partir da reflexão da luz O sensor utiliza a reflecção da luz pela cultura para determinação da necessidade de N a partir de um software específico. Sensor adaptável à modulação em tempo real.
Informação sobre o solo: - zonas heterogéneas relativas à profundidade, textura, etc.
Medição da condutividade eléctrica do solo Informação associada a um recptor GPS para obtenção de cartas de zonas diferenciadas para posteriormente recolher amostras de outros parâmetros (profundidade, compactação)
- teor de MO Medição da reflectividade por infravermelhos Sensor que permite medir, em tempo real, o teor de MO à superfície do solo para definição de aplicação modular de fertilizantes e pesticidas em função dos dados obtidos
- parâmetros químicos Eléctrodos rápidos deslizantes Determinar, nos primeiros cm de solo, e em tempo real, do teor de MO, CIC, humidade e teor de nitratos. Útil para a aplicação modular de fertilizantes.
Informação sobre infestantes: - detecção da presença de infestantes Medição da reflectividade por infravermelhos Permite a detecção, em tempo real, da presença das infestantes em solos nus. Informações gerais sobre o meio: - fotografia aérea ou imagens de satélites
Medição da reflecção da luz natural em diferentes comprimentos de onda
Estabelecimento de zonas heterogéneas no interior das parcelas devido, por exemplo, ao estado do solo e cultura
