Agricultura de Precisão

Transcrição

1 Agricultura de Precisão

2 O que é agricultura de precisão? Convencional Fertilidade do solo da propriedade Com Precisão Fertilidade de cada tipo de solo da propriedade Áreas com falta de fertilizante Áreas com excesso de fertilizantes Cada área recebe a quantidade certa

3 Outros exemplos da precisão na agricultura Fertilidade do solo Semeadura e plantio Controle de plantas daninhas Controle de pragas e doenças

4 Com a globalização da economia e a competitividade de preço dos produtos agrícolas, surgiu a necessidade de se obter níveis de competitividade internacionais.

5 Como uma resposta para minimizar estes problemas e com o avanço da tecnologia, foi possível que satélites, computadores e sensores auxiliassem a agricultura.

6 O que é agricultura de precisão? É acima de tudo uma nova forma de manejo dos sistemas de produção agrícolas Sistema que leva em conta a variabilidade espacial que ocorre naturalmente em um campo de produção Técnica que otimiza o uso de insumos buscando melhor retorno financeiro e provocando menor impacto ao meio ambiente

7 Com que finalidade adotar Agricultura de Precisão? Otimização do uso dos insumos agrícolas (fertilizantes, defensivos, sementes,...) Maximização da qualidade do produto Maximização do retorno financeiro Aumento da qualidade de vida no nosso planeta (minimização do impacto ambiental)

8 ETAPAS DA AGRICULTURA DE PRECISÃO Pulverização Colhedora c/ monitor de produtividade Análise Coleta de dados Mapa de produção Dados de cultura e solo Adubação Aplicação de insumos Interpretação das informações Modelos Semeadura Mapa de Aplicação

9 Aquisição da Informação Georreferenciada Sensoriamento Remoto

10 Mapas de fertilidade

11 Mapas de produtividade

12 Mapas de infestação de plantas daninhas

13 Mapa de Qualidade

14 INTERVENÇÃO NO PROCESSO DE PRODUÇÃO

15 Intervenção com base em uma informação passada - variabilidade temporal - Produtividade %

16 Máquinas de aplicação à taxa variável (a) Potássio disponível (b) Mapa de prescrição Mapas de uma área de 38 ha mostrando a disponibilidade de potássio no solo e o mapa de prescrição desse fertilizante para produção de milho

17 Máquinas de aplicação à taxa variável

18 Intervenção com base em uma informação presente

19 Intervenção com base em uma informação presente

20 Intervenção com base em uma informação presente

21 Intervenção com base em uma informação presente WeedSeeker Pacthen Inc., USA

22 Smart Sprayer - UIUC

23 Intervenção com base em uma informação presente Hydro N Sensor Agri Con GmbH Precision Farming Co., Germany

24 Intervenção com base em uma informação presente

25 Sistema portátil

26 Agricultura de Precisão REALIDADE ou MITO? REALIDADES E MITOS!

27 Agricultura de precisão é só para grandes!?

28 Colheita de Chá na Tanzânia

29 Agricultura de precisão não é para todos!? O conceito é para todos... as ferramentas serão diferenciadas para cada realidade

30 A solução é única para todos os problemas!? Resultados: Análise geoestatística indicou baixa dependência espacial da produtividade. Variabilidade da produtividade é aleatória => média de cada talhão

31 Agricultura de ilusão!?

32 Global Positioning System

33 Histórico/resumo Produto da corrida armamentista entre EUA e URSS Observações a partir do Sputinik (1957) Início do projeto em 1973 Expansão do sistema de navegação da marinha americana (SATNAV) Controlado pelo U. S. Department of Defense (DOD).

34 Componentes Space Segment 24 satélites km em 6 órbitas 1 volta a cada 12 horas Vida útil de 10 anos Cada órbita dista 60 graus da próxima e todas têm uma inclinação de 55 graus em relação ao equador. De 5 a 8 satélites visíveis em qualquer ponto da Terra. Control Segment Monitoração, geração, correções e avaliação Estação central nos EUA Melhoria do sinal civil a partir de 01/05/2000 User Segment Aplicações, métodos, recepção, e tipos de receptores

35 Space Segment

36 Space Segment

37 Space Segment

38 Funcionamento do Sistema Cálculo da Posição: Estamos em algum ponto sobre a esfera Com 1 satélite: km 4 incógnitas: Latitude Longitude Altitude Hora

39 Funcionamento do Sistema Cálculo da Posição: Com 2 satélites: km Interseção: circunferência km

40 Funcionamento do Sistema Cálculo da Posição: Com 3 satélites: A interseção de três esferas são só dois pontos Um quarto satélite permite resolver o problema do relógio - é o que ocorre na prática.

41 Control Segment

42 Control Segment

43 User Segment O User Segment do GPS consiste nos receptores e na sua comunidade de usuários. Os receptores do GPS convertem sinais dos satélites em posição, velocidade, e nas estimativas de tempo.

44 Standard Positioning Service (SPS) Os usuários civis usam o SPS sem cobranças ou limitações. A maioria de receptores são capazes de receber e de usar o sinal do SPS. A exatidão do SPS é degradada intencionalmente pelo DOD pelo uso da disponibilidade seletiva. Precisão do SPS 100 metros horizontal 156 metros vertical 340 nanossegundos de exatidão do tempo

45 Erros DGPS O GPS Diferencial DGPS é uma técnica usada para melhorar a precisão do Sistema de Posicionamento Global pelo processamento contínuo de correções nos sinais, que podem ser transmitidas em Freqüência Modulada ou via satélite e são disponibilizadas em alguns países através de serviços de subscrição taxados. O DGPS reduz os efeitos das variações ionosféricas e permite precisão de 1 a 5 metros.

46 DGPS Os sinais de correção diferenciais são transmitidos por vários rádio-farois na costa brasileira. Para que você tenha acesso a essa precisão com o seu GPS, é necessário que ele possa receber, além dos sinais dos satélites, o sinal diferencial oriundo de uma uma estação DGPS.

47 DGPS

48 Vantagens do GPS Rapidez nos levantamentos; Os pontos não precisam ser visíveis entre si; Qualidade dos serviços e precisão; Grande integração com SIG; Baixo custo do levantamento; Coordenadas e altitude reais; Facilidade de operação; Trabalho de dia ou à noite, em qualquer condição de tempo.

49 Limitações do GPS Dificuldade para trabalho em áreas urbanas ou com obstruções físicas - multicaminhamento. Sinal direto Sinal bloqueado Levantamento de pequenas áreas. Levantamentos altimétricos.

50 Aplicações do GPS Navegação aérea, marítima e terrestre; Levantamentos topográficos e geodésicos; Mapeamento; SIG; Orientação de máquinas; Monitoramento de veículos; Agricultura de precisão; etc...

51 Tipos GPS Navegação - erros em torno de 20m.

52 Tipos GPS Topográficos - erros abaixo de 1m.

53 Tipos GPS Geodésicos - erros abaixo de 1 cm.

54 COMO FUNCIONA A AGRICULTURA DE PRECISÃO Amostragem de solo

55 COMO FUNCIONA A AGRICULTURA DE PRECISÃO Amostragem de solo

56 COMO FUNCIONA A AGRICULTURA DE PRECISÃO Amostragem de solo

57 COMO FUNCIONA A AGRICULTURA DE PRECISÃO Amostragem de solo

58 COMO FUNCIONA A AGRICULTURA DE PRECISÃO Mapas de tipos de solo

59 COMO FUNCIONA A AGRICULTURA DE PRECISÃO Mapas de fertilidade dos solos

60 COMO FUNCIONA A AGRICULTURA DE PRECISÃO Automatização das máquinas agrícolas - Aplicação à taxa variável

61 PERSPECTIVAS DA AGRICULTURA DE PRECISÃO APLICADA À CULTURA DO FEIJÃO Colheita e mapa de produtividade

62 PERSPECTIVAS DA AGRICULTURA DE PRECISÃO APLICADA À CULTURA DO FEIJÃO Mapa de lucratividade

63 Sensoriamento Remoto

64 Agricultura de Precisão É fazer a coisa certa, na hora, no local certo, na quantidade certa... e com a pessoa certa!

65 Sensoriamento Remoto "É a Ciência e arte de obtenção de informações sobre um objeto, área ou fenômeno através da análise de dados obtidos por um equipamento (sensor) que não esteja em contato com o objeto, área ou fenômeno sob investigação. Exemplos: Uso dos olhos para detectar luz; Ouvir o barulho da buzina; Detectar a energia eletromagnética refletida pelos objetos.

66 Sensoriamento Remoto A origem do sensoriamento remoto está ligada as experiências de Newton (1822), que constatou que um raio luminoso (luz branca), ao atravessar um prisma, o mesmo desdobrava-se num feixe colorido - um espectro de cores.

67 Sensoriamento Remoto Datas importantes 1827: Primeira fotografia (Niepce, França); 1891: Primeira proposta para o uso de foguetes como plataforma fotográfica (Rahrmann); 1909: Wilbur Wright tiram as primeiras seqüências de fotos em uma aeronave; 1930's: Uso extenso de foto aérea na agricultura e teste de filme sensível ao IV; 1953: Colwell (EUA) demonstrou como detectar doenças e estresse em vegetações (publicado em 1956); 1960's: Imagens multispectrais e Imagens do satélite meteorológico americano, TIROS-1 (primeiro satélite sem fins militares);

68 Sensoriamento Remoto

69 A Crise dos Mísseis Cubanos: 1962 Em 1962 havia uma suspeita de que os soviéticos estavam instalando mísseis nucleares em Cuba.

70 O Buraco de Ozônio: 1985 A diminuição do Ozônio sobre a Antártica, primeiramente percebido por cientistas britânicos, foi confirmada por medidas do Nimbus-7 Total Ozone Mapping Spectometer (TOMS), lançado em Os dados de satélite foram inestimáveis no suporte ao Protocolo de Montreal, onde quarenta nações concordaram numa redução de 50% no uso de clorofluorcarbonetos por volta de 1999.

71 Desmatamento: 1986 A detecção de mudanças no tempo é um dos mais poderosos usos do Sensoriamento Remoto. Estas imagens do LANDSAT, obtidas em 1975 (esquerda) e 1986 (direita), revelam quantos hectares de florestas foram transformados para uso agrícola no Estado de Rondônia.

72 Incêndio nos Campos de Petróleo do Kwait: 1991 Essas imagens do satélite LANDSAT, sensor TM, mostram a fumaça dos poços explodidos pela forças derrotadas do Iraque enquanto fugiam do Kwait.

73 Furacão Andrew: 1992 O furacão Andrew foi o desastre natural que mais prejuizos causou na história dos Estados Unidos, varrendo a área densamente povoada do sul da Flórida com ventos de até 240 km/h. Entretanto, as perdas humanas foram baixas porque a população foi avisada a tempo, com base em imagens de satélite.

74 Cheia do Rio Mississipi: 1993 O Sensoriamento Remoto pode ser usado para avaliar mudanças e ajudar no planejamento de emergências.

75 Tsunamis Lhoknga Indonésia Imagens obtidas pelo satélite Ikonos em 10 de janeiro de 2003 e após a tragédia de 25 de dezembro de 2004.

76 Etapas do sensoriamento remoto da cobertura da terra por meio de radiação eletromagnética

77 Bandas utilizadas no sensoriamento remoto Bandas do Ultravioleta (UV): UV longo (0,01 a 0,2 m); UV médio (0,2 a 0,3 m); UV próximo (0,3 a 0,4 m). A atmosfera bloqueia abaixo de 0,3 m! Somente UV próximo está disponível para SR!

78 Bandas utilizadas no sensoriamento remoto Bandas do Visível (0,4 a 0,7 m)

79 Bandas utilizadas no sensoriamento remoto Bandas do Infravermelho (IV): IV próximo (0,7 a 1,5 m); IV médio (1,5 a 5,6 m); IV longo (5,6 a 1000 m). Bandas do Microondas ou ondas de Rádio (0,1 a 1 m).

80 Interação da radiação eletromagnética (Resposta Espectral)

81 Resposta Espectral

82 Estamos procurando atributos que diferencie o nosso objeto Qual é o meu?

83 Assinatura Espectral É a característica de refletância de um objeto para cada comprimento de onda É a assinatura espectral do objeto que permite a sua identificação, sua localização, sua caracterização e sua diferenciação de outros objetos

84 Interações da Radiação Eletromagnética com o Solo

85 Interações da Radiação Eletromagnética com o Solo

86 Fatores que afetam a reflectância dos solos 1. Umidade (maior umidade causará uma menor reflectância através da porção refletida do espectro eletromagnético); 2. Conteúdo de matéria orgânica (um aumento em matéria orgânica causará uma diminuição da reflectância); 3. Quantidade de óxido de ferro (um aumento em óxido de ferro causará uma diminuição de reflectância);

87 Fatores que afetam a reflectância dos solos 4. Porcentagem relativa de argila, silte e areia (uma diminuição do tamanho das partículas aumentará a reflectância); 5. Características de aspereza da superfície dos solos (uma diminuição na aspereza da superfície causará um aumento do nível de reflectância).

88 Fatores que afetam a reflectância dos solos Óxidos de Ferro Em geral, os óxidos de ferro absorvem bastante a energia eletromagnética da região do infravermelho próximo (com máximo de absorção em torno de 900 nm

89 Fatores que afetam a reflectância dos solos Umidade do Solo Solos úmidos, em geral, apresentam uma reflectância menor que os secos, na faixa de comprimento de onda de 400 a 2600 nm.

90 Resolução Espacial É a menor separação de dois objetos que se pode medir na imagem

91 Resolução Espacial

92 Resolução Temporal É a freqüência que um determinado sensor pode adquirir imagem de uma área particular (Revisita) LANDSAT 16 dias; CBERS 26 (nadir), 3 dias ( 32 o ); SPOT 26 (nadir), 3 dias ( 32 o ); Aeronave?!

93 Sistema de Informações Geográficas (SIG) em Agricultura de Precisão

94 Agricultura de Precisão (AP): Sistema de gerenciamento a sítio específico da atividade agrícola com base em informações de mapas que contém a variabilidade espacial e ou temporal da produção e dos fatores a ela relacionados, tendo como objetivo aumentar a eficiência do processo produtivo (QUEIROZ et al., 2000). Tecnologias: Sensoriamento Remoto (SR); Sistema de posicionamento Global (GPS); e Sistema de Informações Geográficas (SIG).

95 SIG: Conjunto de procedimentos utilizados para armazenar, manipular e apresentar dados espaciais do mundo real. Conecta um atributo (o QUE é) com sua localização (ONDE) na superfície terrestre... Uma ferramenta para pensar!!!

96 SIG Questões fundamentais Localização Condição Tendência Rota Modelagem O que está em...? Onde se...? O que variou...? Qual o melhor caminho...? O que se...?

97 SIG Fases Fase 1: Reunião, organização e interpretação de um inventário de características de interesse. Envolve consulta a dados simples tais como localização e condição. Fase 2: Operações analíticas complexas. Acesso ao dado através de vários planos de informação e uso técnicas estatísticas e análises espaciais. Fase 3: Suporte as atividades de tomadas de decisões. Sofisticadas análises analíticas espaciais e de modelagem.

98 Primeiro caso documentado: Cólera em Londres (1854):

99 SIG Banco de dados: Uso da terra (polígono) Solos (polígono) Coleta de amostras (ponto) Rios (linha) Bacias Hidrográficas (polígono)

100 Representação do mundo real em um ambiente de SIG R. Matricial R. Vetorial Mundo real

101 Dados Vetoriais Pontos Ex: poços, postes, edifícios Localizações discretas de feições pequenas As características geométricas são desprezadas Linhas Ex: rios, rodovias Polígonos Ex: estados, talhões, pedologia Região limitada por poligonal fechada Representa a forma e a localização de feições homogêneas.

102 Dados Matriciais Área de estudo dividida em um grupo de células regulares Ponto Linha Polígono

103 Dados vetoriais ou matriciais? Relações espaciais entre objetos Ligação com banco de dados Análise, simulação e modelagem Armazenamento Vetorial Relacionamentos topológicos disponíveis Associa atributos a elementos gráficos. Representação indireta de fenômenos contínuos. Álgebra de mapas é limitada Por coordenadas (mais eficiente) Matricial Relacionamentos espaciais devem ser inferidos Associa atributos a classes no mapa Representa melhor fenômenos com variação contínua no espaço. Simulação e modelagem facilitadas. Por matrizes

104 Operações Vetoriais Junção de polígonos Recortar um tema baseado em outro Interseção de temas União de temas

105 Operações Matriciais Recodificação: Agrupar valores em classes 9 classes 5 classes

106 Operações Matriciais Recodificação: Assinalar novo valor às células Manualmente ou função matemática Tema original Tema reclassificado

107 Operações Matriciais Álgebra de mapas: Z = X + Y Z = X * Y Z = (X + Y)/2 Z = max(x,y) soma grids multiplica grids calcula a média valor de saída é o maior dos valores de entrada

108 Operações Matriciais lógicas: Quais células possuem atributos A e 7? A A B A A A C C B Reclassificar Reclassificar Multiplicar x0 1x1 0x1 1x0 1x1 1x1 0x0 0x0 0x

109 Operações Matriciais Zonas: grupo de células contíguas que possuem o mesmo valor de atributo. compara as células adjacentes; identifica regiões que possuem o mesmo valor; designa cada região com um número exclusivo; assinala o número da zona a cada célula pertencente àquela zona.

110 Operações Matriciais características morfométricas Área; perímetro; distância à margem; forma... Exemplo: Fator de Forma = P 1.00 círculo 2(pi x S)½ 1.13 quadrado > 1.13 formas alongadas e finas

111 SIG Tipos de Dados

112 Perguntas? Dúvidas?