Sensores de drones para a agricultura de precisão

Introdução

Nos últimos anos, tem-se assistido a uma utilização cada vez mais generalizada da tecnologia na agricultura, especialmente de ferramentas de monitorização e aquisição de dados. A razão é simples: os dados são valiosos para se poder atuar racionalmente no terreno, poupando tempo e recursos.

Um dos factores-chave é a personalização da oferta, porque cada exploração agrícola tem necessidades específicas e diferentes capacidades de investimento. A questão económica é, sem dúvida, a mais quente, pois pode limitar a difusão da agricultura de precisão, sobretudo na Europa, onde a maioria das explorações agrícolas tem uma superfície inferior a 10 hectares.

Nesse contexto, drones equipados com sensores oferecem uma solução acessível e possibilitam a obtenção de informações precisas sem infraestrutura cara, mesmo considerando serviços contratados. A Agrobit oferece o iDrone para fotogrametria aérea, criação de mapas rgb, multiespectrais e térmicos, mapas de prescrição, modelos 3D e processamento avançado de dados. Para saber mais sobre os serviços oferecidos, lê o artigo dedicado iDrone: o drone como um poderoso aliado do agrónomo.

Sensores de drones

O objetivo deste artigo é apresentar uma panorâmica dos sensores que podem ser equipados a bordo de aeronaves pilotadas remotamente ou drones.

Vamos começar pelo básico, o que é um sensor? Tecnicamente, é um dispositivo capaz de detetar uma quantidade física (por exemplo, temperatura, humidade, luz reflectida) e de a traduzir em dados digitais interpretáveis. Em termos mais simples, os sensores são "olhos" que recolhem informações no campo e o agrónomo é a "mente operacional" que as interpreta através de técnicas avançadas de análise de dados e as traduz em operacionalidade através da sua experiência. Ao captar a luz reflectida pela vegetação, é possível construir a assinatura espetral da vegetação, uma verdadeira impressão digital (Figura 1). Cada região corresponde a caraterísticas específicas da planta, por exemplo, no infravermelho é possível caraterizar a estrutura celular das folhas.

Fig.1: Assinatura espetral da vegetação (fonte: Roman, Anamaria & Ursu, Tudor. (2016). Imagens de satélite multiespectrais e técnicas de varrimento laser aerotransportado para a deteção de marcas arqueológicas de vegetação).

Porquê utilizar sensores de drones? Os principais objectivos são:

• Análise do estado sanitário das culturas através do cálculo dos índices de vegetação (NDVI, VARI, NDRE, GNDVI em função do sensor disponível).
• Otimização dos recursos utilizados através da criação de mapas de prescrição baseados em índices, por exemplo, para irrigação e fertilização.
• Deteção precoce de ataques de insectos fitossanitários e patogénicos, muitas vezes invisíveis nas fases iniciais.
• Apoio à decisão agronómica com intervenções específicas no local.

Tipos de sensores

O drone sobrevoa a cultura a baixa altitude e recolhe informações através de sensores. Os principais tipos de sensores são RGB, multiespectral, térmico e LiDAR (Figura 2). Existem também sensores hiperespectrais, mas ainda são um exclusivo do mundo da investigação devido aos elevados custos de aquisição.

Fig.2: Exemplos de tipos de sensores comerciais. Da esquerda para a direita: RGB, multiespectral, térmico, LiDAR.

Os sensores RGB fornecem imagens de alta resolução nos três canais de cores primárias: vermelho (R), verde (G) e azul (B). Na prática, simulam a capacidade do olho humano de observar o que o rodeia e funcionam de forma semelhante à câmara do smartphone. A vantagem é a possibilidade de adquirir imagens muito detalhadas a partir das quais podem ser obtidos mapas de campo georreferenciados, modelos 3D, contagens de plantas, análise visual do estado da cultura e deteção de danos visíveis.
Sensores multiespectrais adquire imagens em bandas do espetro eletromagnético não visíveis ao olho humano, por exemplo, infravermelhos e vermelho. Isto permite uma análise mais aprofundada do estado das plantas. Em particular, podem ser calculados índices de vegetação exactos, como o NDVI (Índice de Vegetação por Diferença Normalizada), o NDRE (Índice de Borda Vermelha por Diferença Normalizada) ou o GNDVI (Índice de Vegetação por Diferença Normalizada Verde). Estes índices são fundamentais para a deteção precoce de stresses abióticos e bióticos. Através dos índices de vegetação é possível construir mapas temáticos representativos do campo, por exemplo, o índice NDVI é utilizado para criar o mapa de vigor (Figura 3). Este mapa permite monitorizar a biomassa da copa das árvores e identificar as zonas menos vigorosas.

Fig.3: Mapa de vigor obtido a partir do índice NDVI na vinha.

Os sensores térmicos detectam alterações na temperatura da copa das árvores ou do solo, medindo a temperatura da superfície. Este sensor foi criado com o objetivo de monitorizar a eficiência dos sistemas de irrigação, mas pode ser utilizado eficazmente para identificar áreas sob stress hídrico (as folhas sob stress tendem a fechar os estomas e a reduzir a evapotranspiração, aumentando a temperatura à superfície) e para a avaliação de danos causados por geada/calor. Os dados recolhidos pelo sensor podem ser traduzidos num mapa de calor (Figura 4) que permite a análise de áreas caracterizadas por stress térmico.

Fig.4: Mapa de calor de uma vinha baseado num levantamento feito por drone com sensor térmico.

Por fim, os sensores LiDAR emitem impulsos laser e medem o tempo que o impulso demora a ser captado pelo recetor. O tempo decorrido é traduzido em distância e é gerado um ponto. Repetindo este processo inúmeras vezes, ao longo de uma fila de linhas, por exemplo, é possível construir a nuvem de pontos tridimensional da copa das plantas. Utilizando o modelo 3D, é possível calcular os parâmetros biométricos da planta (como o volume, a altura e a densidade da copa) e criar o "gémeo digital" (Figura 5 e Figura 6).

Fig.5: Gémeo digital de uma vinha.

Fig.6: Gémeo digital de uma planta de citrinos (esquerda) e de uma fila de videiras (direita).

Conclusões

A utilização de sensores de drones permite ao agricultor trabalhar de forma mais racional e objetiva, limitando o desperdício de recursos e aumentando a produtividade.
Apesar do seu potencial, é muito importante estar ciente de certas limitações. A utilização de drones requer competências técnicas e um conhecimento certificado dos regulamentos para voar no espaço aéreo. Para além disso, a gestão e análise dos dados obtidos através da deteção remota por drones não deve ser negligenciada.
Precisamente por estas razões, uma solução eficaz é confiar na Agrobit, que, com o iDrone, fornece experiência, tecnologia e infra-estruturas avançadas para levar a agricultura de precisão diretamente para o campo. Com o iDrone, a equipa da Agrobit trata do teu campo desde o voo planeado até à recolha de dados, desde o processamento de mapas até ao apoio à decisão do agricultor. Com iDrone, cada voo é uma escolha vencedora!