Quais são as principais tecnologias e aplicações da agricultura de precisão?

Tecnologias de agricultura de precisão

Principais constelações de satélites, sistemas de correção e georreferenciamento

A base dos sistemas de agricultura de precisão no campo é o GNSS (Global Navigation Satellite System), constituído por uma rede de satélites geoestacionários em comunicação entre si. Grandes nações possuem uma rede desenvolvida por eles, por exemplo, o GPS dos Estados Unidos (31 satélites), Galileo da União Européia (24 satélites), GLONASS da Federação Russa (24 satélites) e BeiDou da China (35 satélites). A determinação da posição fornecida apenas pelo GNSS é limitada ao número de satélites disponíveis a qualquer momento e está sujeita ao acúmulo de um erro de ±30 cm.

Eles são auxiliados por uma série de constelações menores funcionais para correção de sinal chamadas DGPS (Differential Global Positioning System). A União Europeia possui a rede EGNOS de satélites geoestacionários em órbita que oferece um serviço de correção totalmente gratuito que reduz o erro para ±10 cm.

Para operações que requerem precisão de um centímetro (±2 cm), como plantio e transplante, outros sistemas de correção podem ser utilizados, como RTK (Real Time Kinematic). Na prática, o sinal é enviado para a máquina em movimento (rover) via ondas de rádio ou sinal UMTS (rede celular móvel) de uma série de transmissores no solo ou de uma antena de rádio instalada na fazenda. A precisão do RTK permite que as linhas de orientação sejam armazenadas e reutilizadas para operações subsequentes com extrema precisão e consequente economia de tempo e combustível.

Sistemas de orientação GPS

As soluções de direção assistida certamente se destacam entre as grandes inovações introduzidas na agricultura. Inúmeras empresas produzem esses sistemas, mas todas utilizam o mesmo princípio: uma antena receptora colocada na máquina agrícola conectada ao sistema de direção, acompanhada de sensores de ângulo montados nas rodas e um terminal especial instalado na cabine.

Os sistemas de orientação por satélite são divididos em:

• Orientação assistida: o sistema de orientação mais simples e econômico. Baseia-se na orientação manual assistida por um display on-board que fornece ao operador uma visualização gráfica da sua posição e da trajetória a ser percorrida observando os indicadores luminosos na barra de LED do display;
• Condução semiautomática (ou paralela): Este sistema é tecnologicamente mais avançado e caro que o anterior e pode ser comandado por um volante elétrico ou diretamente por uma válvula solenóide inserida no sistema hidráulico e é comandado pelo computador de bordo guiado pelo sinal RTK;
• Condução autónoma: Não requer qualquer intervenção humana. O trator é guiado por GPS e por uma série de sensores capazes de detetar obstáculos de vários tipos e gerir manobras em cabeceiras e equipamentos de forma totalmente autónoma;

O melhor desempenho dos sistemas de orientação GPS e a repetibilidade ao longo do tempo das operações ao longo da mesma linha de orientação levaram ao Controlled Traffic Farming (CTF), que envolve o confinamento da passagem de máquinas em faixas de tráfego ou linhas de bondes (pistas).

Os benefícios são muitos: redução do pisoteio, manutenção da estrutura do solo, combustível e economia de tempo; infelizmente, estes ainda não são justificados contra os requisitos para aplicar o CTF. De fato, os agricultores e operadores são obrigados a ter um conhecimento técnico aprofundado dos sistemas de orientação por satélite, adquirir sistemas de orientação RTK, sendo necessária a adaptação de máquinas e equipamentos às vias de tráfego, sendo dificilmente possível adaptar a pista das colheitadeiras .

Por ser uma prática relativamente recente e que necessita de maiores refinamentos técnicos e operacionais, ainda não é amplamente utilizada. No entanto, uma variação do CTF baseada no conceito de veículos de transporte de ferramentas de via larga (10 m ou mais) está se tornando popular, sendo um exemplo o NEXAT (encontre uma discussão aprofundada em: https://www.nexat .de/en/).

Padrão ISOBUS

Ao longo dos anos, os grandes fabricantes de equipamentos agrícolas começaram a desenvolver equipamentos cada vez mais tecnológicos e complexos, que exigiam um grande número de unidades de controle e botões para acioná-los, ocasionando aumento da complexidade das operações e do estresse durante o trabalho.

Em 2008, com o objetivo de simplificar as operações e melhorar o bem-estar do operador ao possibilitar o gerenciamento dos implementos a partir de um único terminal, um grupo formado por grandes fabricantes de equipamentos fundou a AEF (Agricultural Industry Electronic Foundation) seguindo as diretrizes da pré-existente SAE-J1939 padrão típico da indústria automobilística, introduzindo a ISO-11783 e adaptando as normas às necessidades do setor agrícola. A ideia fundadora do projeto ISOBUS está encapsulada no conceito de “plug & play”, ou a conexão e interoperabilidade entre máquinas com o simples uso de um soquete dedicado.

O esquema de funcionamento do sistema ISOBUS é simples e pode ser esquematizado da seguinte forma: a bordo de um implemento, existe uma ECU, a ECU do implemento, que através da porta ISOBUS do trator se comunica em conjunto com o computador do trator (T- ECU), com o Terminal Universal (UT) integrado ao display de bordo do trator, a partir do qual o implemento pode ser controlado diretamente ou com o auxílio de dispositivos dedicados.

As principais funcionalidades oferecidas pelo sistema ISOBUS são:

• UT (Terminal Universal): gerenciamento da funcionalidade de implementação em qualquer terminal ISOBUS
• AUX-N (Auxiliary Control): permite o gerenciamento de terminais adicionais como joysticks e botões, úteis para simplificar as operações de gerenciamento de implementos ISOBUS;
• TECU (Tractor Electronic Computer Unit): serve como plataforma para todas as outras funções ISOBUS, disponibilizando os dados operacionais do trator;
• ISB (Botão de Atalho ISOBUS): permite a desativação de funções de implementação acionadas via terminal ISOBUS;
• TIM (Tractor Implement Management): uma solução ISOBUS multiproduto e multiprodutor que permite ao implemento controlar certas funções do trator, como direção, velocidade de avanço, rotação do motor e sistema hidráulico do trator;
• FS (File Server): serve como hub central para armazenamento ou recuperação de dados e permite a troca de dados com ISOBUS e dispositivos externos (USB ou nuvem);
• TC-BAS (Task Controller-Basic): registra e troca os valores da tarefa executada fornecidos pelo implemento ISOBUS;
• TC-GEO (Task Controller GEO-Based): gerenciamento ou agendamento de operações com base na posição GPS, por exemplo, no caso de aplicações de taxa variável;
• TC-SC (Task Controller Section Control): gerenciamento automático de seções dependendo da posição do GPS e do grau de sobreposição desejado, útil para controle de seções de pulverizadores e semeadoras;

Mais informações sobre a AEF estão disponíveis no seguinte link: https://www.aef-online.org/it/home.html

Sensoriamento próximo e remoto

Uma característica fundamental da agricultura de precisão é definitivamente o monitoramento contínuo e oportuno das condições ambientais e da cultura, possibilitado pela multiplicidade de sensores disponíveis no mercado.

Dependendo das especificações dos sensores e do método de detecção dos parâmetros ambientais e da cultura, podem ser distinguidos dois tipos de monitoramento:

• Sensoriamento proximal ou monitoramento de proximidade: em que os dados são coletados por sensores colocados nas proximidades da cultura. Sensores comuns no campo incluem estações meteorológicas, câmeras fixas e câmeras de vídeo, umidade do solo e sensores de temperatura, sensores de umidade das folhas e armadilhas para insetos. Além disso, diferentes tipos de sensores podem ser instalados a bordo dos tratores: sensores infravermelhos capazes de detectar o grau de vigor da cultura e realizar a fertilização mais adequada às suas necessidades, sensores de condutividade elétrica para caracterizar os solos e seu teor de matéria orgânica e nutrientes , ou sensores de compactação do solo para trabalhar em profundidades variáveis.

As vantagens do sensoriamento proximal estão no custo-benefício dos sensores e na coleta contínua de dados direcionados a plataformas dedicadas à sua interpretação e uso (FMIS). Já no caso de sensores instalados em campo, retorna apenas uma estimativa do estado geral das parcelas;

• Sensoriamento remoto ou monitoramento remoto: possibilitado por drones, helicópteros, aviões ou satélites equipados com câmeras especiais (RGB, multiespectrais, etc.) capazes de capturar imagens dentro do espectro visível e não visíveis ao olho humano. O sensoriamento remoto possibilita operar em áreas extensas e de difícil acesso em curtos períodos e com alta resolução e precisão dos dados. Infelizmente, o uso de ativos como aviões e helicópteros requer pessoal especializado e tecnologias sofisticadas e caras. Tem altos custos operacionais, por isso são usados para fins de pesquisa ou militares. Em contraste, os satélites fornecem imagens de qualidade e muitas vezes estão disponíveis gratuitamente, como é o caso da rede europeia de satélites de monitoramento ambiental Copernicus, que possui vários satélites em órbita, incluindo dois dedicados à agricultura, o Sentinel-2 (disponível em: https ://apps.sentinel-hub.com/eo-browser/). As desvantagens da detecção por satélite são operacionais, pois fornecem imagens a cada 3-5 dias e são de natureza climática devido a interferências como nuvens e precipitação.

Levantamentos aéreos realizados com câmaras de vários tipos fornecem índices úteis para avaliar as condições da cultura e do solo. Aqui estão alguns dos mais comuns, distinguidos por categoria:

• Vigor

1. NDVI (Índice de Vegetação por Diferença Normalizada) descreve o estado de vigor da cultura;
2. SAVI (Soil Adjusted Vegetation Index) é a versão do NDVI à qual um fator de correção é aplicado para excluir perturbações causadas pela refletância do solo;
3.  LAI (Índice de Área de Chumbo) mede a área ocupada por vegetação em relação à área coberta;

• Clorofila

1. TCARI (Índice de Reflectância de Absorção de Clorofila Transformada), que mede o teor de clorofila nos tecidos;
2. OSAVI (Índice de Vegetação Ajustado ao Solo Otimizado), que agregado ao TCARI, corrige o erro causado pela refletância do solo;
3. O NDRE (Normalized Difference Red Edge Index) também mede o teor de clorofila e é útil para estimar as necessidades de nitrogênio ou o estresse causado por sua deficiência;

Estresse hídrico

• NDMI (Índice de Umidade por Diferença Normalizada) indica o teor de água nos tecidos da cultura e destaca possíveis tensões;

Drones ou UAV (Unmanned Aeriel Systems)

Para um monitoramento preciso da lavoura, os drones representam o trade-off certo entre custos de compra e operação, dados coletados e informações que podem ser extrapoladas, sendo uma das inovações mais relevantes e promissoras na agricultura e já encontraram usos variados, desde o monitoramento para defesa de cultivos por alguns anos.

Primeiramente, é bom esclarecer o significado de Sistemas de Aeronaves Não Tripuladas. O termo UAS é muitas vezes referido como SAPR (Remotely Piloted Aerial System) pelas principais agências de controle de tráfego aéreo. Como a palavra sistema (sistema) sugere, não se refere exclusivamente ao drone em si, mas ao complexo que consiste no drone, na estação de controle (operador) e no link entre os dois (controle de rádio). Por regulamento, o operador deve ser capaz de manter contato visual com o drone o tempo todo.

Os drones têm características variadas dependendo do tipo de órgão de voo (asa fixa ou hélice), presença e tipo de câmeras e instrumentos que podem ser instalados. Estão disponíveis comercialmente drones equipados com microgranuladores para distribuição de grânulos, pellets ou mesmo pólen para polinização assistida, tanques combinados com bicos para distribuição de produtos líquidos, como produtos fitofarmacêuticos ou fertilizantes líquidos, ou dispensadores para a liberação de insetos benéficos ou antagônicos.

Se você está interessado em se aproximar do mundo dos UAS, recomendamos que você tire o certificado gratuito da categoria OPEN A1-A3 válido para a União Europeia no seguinte link: https://learningzone.eurocontrol.int

FMIS e DSS integrado

O volume de dados gerados por sensores e maquinários requer ferramentas de tecnologia da informação dedicadas: sistemas de informações de gerenciamento de fazendas (FMIS). São sistemas de informação utilizados para auxiliar os agricultores no registro das atividades.

As funções típicas dos FMIS são: a capacidade de localizar a própria fazenda, definir lotes e limites, definir o ciclo e as rotações das culturas, registrar operações (areio, plantio, nutrição, irrigação, defesa e colheita), monitorar a frota de máquinas por meio de telemetria, parâmetros operacionais e consumo, às manutenções programadas e à detecção de avarias através de alertas. E, novamente, gerencie o lado econômico e administrativo do negócio, colete dados de sensores e receba conselhos úteis para orientar as escolhas fornecidas pelos Sistemas de Apoio à Decisão (DSS) integrados.

O DSS é um aliado valioso para planejar e executar as operações da lavoura da melhor maneira possível. Eles são regidos por algoritmos específicos que podem processar grandes quantidades de dados e retornar conselhos específicos dependendo das necessidades do agricultor: período de desenvolvimento da doença, produtos e época mais adequados para intervenção, época ideal para o plantio de diferentes culturas, época e volumes de água necessário para atender às necessidades de água da cultura, etc.

Além disso, nas plataformas FMIS, é possível importar, visualizar e processar todos os mapas gerados por máquinas ou satélites para criar mapas especiais de prescrição, mapas georreferenciados nos quais áreas específicas de um campo podem ser designadas e atribuídas valores de aplicações específicas para distribuição direcionada de sementes, fertilizantes, defensivos agrícolas ou outros tipos de produtos. Uma vez criado um mapa de prescrição, ele pode ser enviado via nuvem ou dispositivos USB diretamente para o trator conectado a equipamentos com capacidade de distribuição de taxa variável.

O surgimento de uma visão focada na pontualidade, na precisão da intervenção e no uso de ferramentas de previsão, não ligadas apenas a dados importados ou gerados por máquinas, mas à gestão geral da fazenda, combinada com o auxílio de ferramentas de interpretação de dados cada vez mais eficientes, marcou a transição da agricultura de precisão para a era da agricultura inteligente e da agricultura digital baseada no uso inteligente de dados e na criação de valor a partir deles.

Uma perspectiva para o futuro

O que o futuro guarda? Os caminhos a seguir são numerosos e estão sendo explorados. Resta-nos tentar compilar uma lista das mais conhecidas e exploradas até agora que prometem revolucionar a forma como a agricultura é novamente concebida.

Falando do futuro próximo, a automação está na vanguarda. O mercado oferece robôs autônomos capazes de plantar ou transplantar sementes, realizar capina mecânica, química ou a laser usando sensores ópticos e algoritmos de reconhecimento de ervas daninhas, tratores autônomos capazes de realizar preparo do solo, drones terrestres capazes de detectar o estado de saúde das culturas ou a presença de pragas , e robôs de colheita autônomos.

Intimamente relacionado à automação está o uso da inteligência artificial, que já é utilizada em alguns maquinários para detectar pragas ou doenças e, futuramente, será parte integrante do DSS e fornecerá assessoria técnica aos agricultores

Os consumidores, cada vez mais atentos à proveniência e qualidade dos alimentos, clamam por conhecer os processos associados aos produtos que compram. A Blockchain terá um papel fundamental para garantir a autenticidade da cadeia de suprimentos, permitindo que todo o ciclo de vida do produto seja rastreado do campo à mesa de forma transparente e, acima de tudo, inalterável.

Em geral, as tecnologias de agricultura inteligente e agricultura de precisão ajudarão a rastrear os processos de produção e demonstrar sua sustentabilidade por meio de práticas dedicadas, como agricultura de carbono ou índices especiais que podem estimar ou calcular a pegada de carbono, a pegada hídrica e as emissões de gases de efeito estufa (GEE).