Sensores de drone para a agricultura de precisão

Introdução

Nos últimos anos assistiu-se a uma difusão cada vez mais alargada das tecnologias na agricultura, sobretudo de instrumentos de monitorização e recolha de dados. O motivo é simples: os dados são preciosos para agir de forma racional no campo, poupando tempo e recursos.

Um dos fatores-chave é personalizar a oferta, porque cada exploração agrícola tem necessidades específicas e diferentes capacidades de investimento. Sem dúvida, a questão económica é a mais sensível, 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.

Neste contexto, os drones equipados com sensores oferecem uma solução acessível e permitem obter informação precisa sem infraestruturas dispendiosas, considerando também a possibilidade de recorrer a serviços externos. A Agrobit oferece o serviço 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, pode ler o artigo dedicado iDrone: o drone como potente aliado do agrónomo.

Sensores de drone

O objetivo deste artigo é fornecer uma visão geral dos sensores que podem ser instalados a bordo de aeronaves pilotadas remotamente, ou drones.

Comecemos pelo básico: o que é um sensor? Tecnicamente, é um dispositivo capaz de detetar uma grandeza física (por exemplo, temperatura, humidade, luz refletida) e traduzi-la num dado digital interpretável. Mais simplesmente, os sensores são “olhos” que recolhem informação no campo, e o agrónomo é a “mente operativa” que a interpreta através de técnicas avançadas de análise de dados e a transforma em ação graças à sua experiência. Graças à captação da luz refletida pela vegetação, é possível construir a assinatura espectral da vegetação, uma verdadeira impressão digital (Figura 1). Cada região corresponde a características específicas da planta; por exemplo, no infravermelho é possível caracterizar a estrutura celular das folhas.

Fig.1: Assinatura espectral da vegetação (fonte: Roman, Anamaria & Ursu, Tudor. (2016). Multispectral satellite imagery and airborne laser scanning techniques for the detection of archaeological vegetation marks).

Porque utilizar sensores de drone? Os principais objetivos são:

• Analisar o estado de saúde da cultura através do cálculo de índices de vegetação (NDVI, VARI, NDRE, GNDVI consoante o sensor disponível).
• Otimizar os recursos utilizados graças à criação de mapas de prescrição dedicados, baseados em índices, por exemplo para rega e fertilização.
• Deteção atempada de ataques fitossanitários e de insetos patogénicos, muitas vezes invisíveis nas fases iniciais.
• Apoiar as decisões agronómicas com intervenções específicas por zona.

Tipos de sensores

O drone sobrevoa a cultura a baixa altitude e recolhe informação através de um sensor. Os principais tipos de sensores são RGB, multiespectrais, térmicos e LiDAR (Figura 2). Existem também sensores hiperespectrais, mas continuam a ser exclusivos do mundo da investigação devido aos elevados custos de aquisição.

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

Os sensores RGB fornecem imagens de alta resolução nos três canais de cor primários: vermelho (R), verde (G) e azul (B). Na prática, simulam a capacidade do olho humano de observar o ambiente circundante e funcionam de forma semelhante à câmara de um smartphone. A vantagem é a possibilidade de captar imagens muito detalhadas, a partir das quais se podem obter mapas georreferenciados do campo, modelos 3D, contagem de plantas, análise visual do estado da cultura e deteção de danos visíveis.

Os sensores multiespectrais captam imagens em bandas do espectro eletromagnético não visíveis ao olho humano, como o infravermelho e o red edge. Isto permite uma análise mais aprofundada do estado de saúde da planta. Em particular, é possível calcular índices de vegetação precisos como o NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), o NDRE (Normalized Difference Red Edge Index) ou o GNDVI (Green Normalized Difference Vegetation Index). Estes índices são úteis para a deteção precoce de stress abiótico e biótico. 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 e identificar as áreas menos vigorosas.

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

Os sensores térmicos detetam variações de temperatura da copa ou do solo, medindo a temperatura superficial. Este sensor foi concebido originalmente para monitorizar a eficiência dos sistemas de rega, mas pode ser usado eficazmente para identificar áreas sujeitas a stress hídrico (as folhas em stress tendem a fechar os estomas e a reduzir a evapotranspiração, aumentando a temperatura superficial) e para avaliar danos por geada ou golpes de calor. Os dados recolhidos pelo sensor podem ser traduzidos num mapa térmico (Figura 4), que permite analisar as áreas afetadas por stress térmico.

Fig.4: Mapa térmico de uma vinha com base num voo de 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 obtido é traduzido em distância, gerando um ponto. Repetindo este processo inúmeras vezes, ao longo de uma linha, por exemplo, é possível construir a nuvem de pontos tridimensional da copa da planta. Graças ao modelo 3D, é possível calcular parâmetros biométricos da planta (como volume, altura e 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 linha de vinha (direita).

Conclusões

O uso de sensores de drone 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 algumas limitações. O uso de drones exige competências técnicas e conhecimento certificado das normas de voo no espaço aéreo. Além disso, não se deve negligenciar a gestão e a análise dos dados obtidos através da deteção remota por drone.

Precisamente por estas razões, uma solução eficaz é confiar na Agrobit que, com o serviço iDrone, disponibiliza competências, tecnologias e infraestruturas avançadas para levar a agricultura de precisão diretamente para o campo. Com o iDrone, a equipa da Agrobit trata do seu campo, desde o voo programado até à recolha de dados, e do processamento dos mapas até ao apoio à decisão para o agricultor. Com o iDrone, cada voo é uma escolha vencedora!