Agricultura conectada: análise de dados e uso de IoT

A agricultura conectada é uma tendência real no Brasil e no mundo. Duas tendências poderosas – a Internet das coisas (IoT) e a análise de dados – estão ganhando força discretamente na aplicação dessas tecnologias para a produção de alimentos.

Os agricultores estão melhorando a produtividade, reduzindo as perdas e reduzindo custos, fazendo um uso mais direcionado de recursos como fertilizantes e água.

O ponto de partida para esta agricultura de precisão são os dados, cujos sensores e redes sem fio desempenham um papel fundamental na coleta.

Sistemas utilizados na agricultura de precisão

Existem essencialmente três tipos de plataforma envolvidos na agricultura de precisão:

1. Sistemas aéreos;
2. Móveis baseados no solo;
3. Sistemas estacionários.

Os sensores e a tecnologia de rede que os tipos de plataforma tendem a utilizar variam, embora também haja alguma sobreposição.

Uma coisa que as plataformas compartilham, no entanto, é uma enorme diversidade nos conjuntos de recursos dos muitos produtos concorrentes que tratam desse espaço de aplicação.

Sistemas aéreos

As plataformas aéreas buscam coletar dados sobre culturas e campos de cima usando sensoriamento remoto. Os sensores podem estar localizados em aeronaves ou satélites pilotados, mas cada vez mais estão sendo transportados por veículos aéreos não tripulados (UAVs) – drones – de asa fixa ou multi-helicóptero.

Equipados com um sensor de posicionamento de precisão, como o módulo GNSS de precisão, os drones são particularmente adequados para o levantamento de campos de pequeno a médio porte para monitoramento da saúde vegetal, com aeronaves e satélites fornecendo levantamentos de área maiores.

O principal sensor no monitoramento da saúde da planta é uma câmera multiespectral que pode captar imagens de alta resolução em luz visível e infravermelha próxima (NIR).

A maioria dos sensores de imagem pode fornecer essas imagens, embora a maioria das câmeras comerciais não. A chave para essa aparente contradição está na filtragem.

Sensor de infravermelho

Para monitoramento da saúde da planta, no entanto, essa sensibilidade infravermelho (IR) é a melhor opção.

As folhas de plantas saudáveis refletem mais IR e absorvem mais luz vermelha do que as de plantas estressadas. Isso levou os cientistas vegetais a definir o índice de vegetação de diferença normalizada (NDVI) como uma medida da saúde das plantas.

Com a filtragem certa e algum processamento básico de imagem, um sensor de imagem pode ser transformado em um sensor NDVI.

As plataformas aéreas fornecem a perspectiva necessária para fazer o levantamento da saúde da planta de campos inteiros com um único sistema.

Elementos básicos para plataformas agrícolas móveis

Na maior parte, as necessidades de comunicação de rede das plataformas aéreas são mínimas.

Alguns sistemas oferecem links Wi-Fi para smartphones para oferecer resultados de pesquisas em tempo real. A maioria, entretanto, simplesmente armazena os dados da imagem em cartões removíveis para processamento posterior.

Esse uso de armazenamento em vez de link de rede também é comum em plataformas móveis de agricultura de precisão baseadas no solo, como acessórios de trator e veículos robóticos.

Os dados que seus sensores coletam podem ser exibidos em tempo real para o motorista, mas como plataformas aéreas, os dados raramente são enviados ao vivo para uma rede. Os tipos de sensores envolvidos, no entanto, são completamente diferentes.

Na maioria das vezes, essas plataformas móveis carregam sensores eletroquímicos que monitoram as condições de crescimento, incluindo fatores como pH, condutividade elétrica do solo (que se correlaciona com a produtividade da cultura), e teor de umidade do solo.

O sensor de raios gama detecta variações na radiação de fundo natural para avaliar a composição e estrutura do solo. Sensores ópticos ajudam a medir o conteúdo orgânico do solo, incluindo resíduos da colheita.

Esses sistemas móveis, fornecem um mapeamento de solo com resolução de grãos muito mais fina do que as técnicas de amostragem manual tradicional. O mapeamento, por sua vez, ajuda os agricultores a aplicar fertilizantes do tipo e quantidade que o solo precisa em qualquer local.

O tipo de precisão de mapeamento centimétrico que essas plataformas móveis oferecem exige mais do que sensoriamento de navegação por satélite, no entanto, a navegação por satélite é normalmente precisa apenas em torno de um metro.

Para refinar ainda mais o posicionamento, algum tipo de unidade de medição inercial, pode ser necessária. O mesmo tipo de precisão que informa o esforço de mapeamento pode então ser usado para orientar a aplicação de sementes, fertilizantes e pesticidas, bem como para orientar o maquinário de colheita para evitar sobreposição durante a colheita.

As plataformas de agricultura de precisão que normalmente não requerem sensores de posição embutidos são os sistemas estacionários baseados no solo, embora ainda seja importante registrar sua posição quando colocados pela primeira vez.

Também ao contrário de outros tipos de plataforma, os sistemas estacionários dependem fortemente dos recursos de comunicação de rede.

Uma variedade de opções de comunicação está sendo usada na agricultura, com a escolha frequentemente dependente da situação, incluindo celular, rede mesh, LPWAN (LoRa, SigFox, 6LoWPan e semelhantes) e configurações diretas de dispositivo para gateway.

Outros oferecem plataformas de sensores estacionários com qualquer uma dessas opções de comunicação disponíveis como opções especificadas pelo cliente.

Sistemas agrícolas estacionários

Esses sistemas estacionários também oferecem uma gama mais ampla de tipos de sensores do que as outras plataformas, o monitoramento ambiental, meteorológico localizado (temperatura, precipitação, insolação, vento e semelhantes) e sensores fitossanitários junto com monitores ambientais para comparar o crescimento real da planta com as expectativas.

Sistemas capturam e contam tipos específicos de pragas usando atração baseada em feromônios para identificar possíveis infestações.

A umidade do solo (medida usando capacitância ou outras propriedades eletromagnéticas do solo), taxas de evapotranspiração, umidade das folhas (devido à chuva ou condensação), altura da planta e até mesmo a espessura dos caules ou o tamanho dos frutos em crescimento (dendometria) são todas as opções de sensores potenciais para agricultura.

Os sistemas estacionários são onde grande parte do desenvolvimento de produtos de sensores para agricultura de precisão tem ocorrido, em parte porque eles oferecem o maior potencial para vendas de volume.

Um único sistema de sensoriamento aéreo ou móvel pode atender a todos os campos do agricultor, mas a coleta de dados de granularidade suficiente para o máximo benefício exigirá a implantação de vários sistemas de sensores estacionários. As principais características de tais sistemas são energia solar, baixo custo e integração com redes de longa distância e serviços em nuvem para lidar com os dados.

Embora a agricultura de precisão tenha sido explorada por mais de uma década, o apoio a essa agricultura acionada por sensores ainda é uma indústria nascente. A adoção pode acontecer muito cedo.

A população mundial está a caminho de aumentar para mais de 9 bilhões nos próximos anos. O aumento estimado de 70% na produção de alimentos que a implementação total da agricultura de precisão se tornará necessária para atender a demanda. Para desenvolvedores, isso significa que ainda há um grande potencial para o mercado de sistemas de sensores agrícolas.

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