SISTEMA DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA E SENSORIAMENTO REMOTO APLICADOS À AGRICULTURA DE PRECISÃO EM FRUTICULTURA. Rosemary Hoff

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1 SISTEMA DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA E SENSORIAMENTO REMOTO APLICADOS À AGRICULTURA DE PRECISÃO EM FRUTICULTURA Rosemary Hoff LABORATÓRIO DE SENSORIAMENTO REMOTO E GEOPROCESSAMENTO Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária - EMBRAPA Centro Nacional de Pesquisa de Uva e Vinho Rua Livramento 515, Caixa Postal Bento Gonçalves - RS - Brasil Fone/FAX: URL: cnpuv.lab.geoprocessamento@embrapa.br

2 Introdução A qualidade da fruta -> clima, relevo, solo, geologia >>> Cultivares adaptados + forma de manejo da produção Fruticultura brasileira - se qualifica com apoio de tecnologias >>> tornar o produto competitivo no mercado interno e externo Utilização de sistema de informações geográficas (SIG): Conhecimento do território - uso da terra, biomas, relevo >>> Valoriza os produtos agrícolas - minimiza impactos ambientais e maximiza rentabilidade dos produtores SOFTWARES LIVRES SIG

3 Introdução Vaudour (2002) - unidades de paisagem vitícola por meio de imagens orbitais e SIG identificação de fatores que influenciam a viticultura. Projeto Bacchus UE/ESA SIG para inventário e gestão do vinhedo (Luz 2008). Região Vitivinícola Serra Gaúcha (RVSG): Falcade e Mandelli (1999) e Tonietto et al. (2008) testaram métodos de análise do relevo para caracterizar áreas de indicações geográficas. Região Vitivinícola da Serra do Sudeste (RVSS) no RS: Hoff et al. (2009 e 2010) - investigaram a aptidão do relevo para a viticultura Pinheiro Machado e Encruzilhada do Sul; Cemin e Ducati (2008) - resposta espectral de uvas na região Encruzilhada do Sul em comparação com Chile e França; Ducati et al. (2009) - analisaram o relevo de vinhedos por meio de dados orbitais distintos em Pinheiro Machado, RS.

4 Material e método IMAGENS ORBITAIS DE ALTA RESOLUÇÃO: Advanced Land Observing Satellite MDE - relevo IKONOS >>> mapeamento dos vinhedos e uso da terra Imagens Deimos média resolução espectral e espacial alta temporal TRABALHO DE CAMPO: Google Earth - definir os roteiros GPS diferencial - coleta de pontos de controle no terreno Entrevistas com produtores Medidas espectrorradiométricas PROGRAMAS: ENVI 4.7 (ITT, 2011) - processamentos de imagens, ortorretific. gvsig (GVA, 2010) SIG e banco de dados Programas estatísticos

5 Caso 1 Serra Gaúcha Associação dos Produtores de Vinhos dos Altos Montes (APROMONTES) Municípios de Flores da Cunha e Nova Pádua: Constituem grande parte da produção de uva brasileira (Mello e Machado 2008) Projeto - transferência de tecnologia MP4 - Indicação geográfica para vinhos finos Altos Montes e Farroupilha Projeto MP1 Agricultura de Precisão Embrapa: Regiões vitivinícolas Brasileiras OBJETIVO: utilizar imagens de baixo custo para produzir resultados de alta resolução em programa livre de geoprocessamento, a fim de estudar a área da IP e um vinhedo.

6 Localização da área de estudo na Região Vitivinícola Serra Gaúcha, RS, BRASIL

7 Área de estudo Região de Flores da Cunha e Nova Pádua, RS, Brasil BIOMA MATA ATLÂNTICA

8 Área de estudo Região de Flores da Cunha e Nova Pádua, RS, Brasil SITUAÇÃO TOPOGRÁFICA DIVERSIFICADA DE VINHEDOS

9 Resultados Modelo RPC (Rational Polynomial Camera) Imagem ALOS PRISM georreferenciada e ortorretificada MDE de alta resolução (2,5 m) Imagem IKONOS ortorretificada e mosaicada (1 m). Validação dos pontos GCP com os correspondentes sobre a imagem ortorretificada : Média de erro de 0,5 m tanto para coordenadas Leste (longitude) quanto Norte (latitude). Banco de dados georreferenciado por meio da digitalização dos vinhedos sobre a imagem de alta resolução e a inserção dos dados tabulares obtidos pelas entrevistas com os viticultores.

10 Cadastro de vinhedos em banco de dados georreferenciado de vinhedo de associado da APROMONTES, Flores da Cunha, RS PARA CADA PARCELA, FORAM OBTIDAS INFORMAÇÕES SOBRE VARIEDADE, ANO DO PLANTIO, PORTA-ENXERTO, SISTEMA DE CONDUÇÃO, ESPAÇAMENTO ENTRE LINHAS E ESPAÇAMENTO ENTRE PLANTAS. A PARTIR DA ÁREA DIGITALIZADA, O SIG CALCULOU AS DIMENSÕES DE CADA VINHEDO.

11 Resultados PRODUTOS PARA ANÁLISE DO RELEVO (MDE DE ALTA RESOLUÇÃO - 2,5 M) - APLICADOS NUMA PROPRIEDADE RURAL EM FLORES DA CUNHA, RS. A altimetria foi segmentada de 10 em 10 metros. A declividade foi segmentada em cinco classes em conformidade com a Legislação Ambiental Brasileira que incorpora normas do Código Florestal (maiores de 45%) e também em classes de manejo da videira. A exposição solar foi segmentada nos quatro principais quadrantes (Norte, Sul, Leste e Oeste).

12 Produto da análise do relevo em alta resolução (2,5 m): ALTIMETRIA dos vinhedos de uma propriedade em Flores da Cunha, RS. A PARTIR DOS VINHEDOS CADASTRADOS, FOI POSSÍVEL SOBREPOR A INFORMAÇÃO AOS MAPAS DE ANÁLISE DO RELEVO, DETALHADAS NOS INTERVALOS REQUERIDOS AO MANEJO DA VITICULTURA.

13 Produto da análise do relevo em alta resolução (2,5 m): DECLIVIDADE dos vinhedos de uma propriedade em Flores da Cunha, RS. ANTERIORMENTE O RELEVO DESTA REGIÃO ERA ANALISADO A MÉDIAS RESOLUÇÕES. A ALTA RESOLUÇÃO MOSTROU A VARIABILIDADE NO CONTEXTO DO VINHEDO, PERMITINDO ANÁLISE INTRAPARCELAR.

14 Produto da análise do relevo em alta resolução (2,5 m): EXPOSIÇÃO SOLAR dos vinhedos de uma propriedade em Flores da Cunha, RS. OS MESMOS PARÂMETROS ESTÃO SENDO APLICADOS PARA OUTRAS ÁREAS DA IG ALTOS MONTES.

15 Caso 2 Campanha e Serra do Sudeste Associação dos Produtores de Vinhos da Campanha Miolo Wine Group Terrasul Vinhos Finos Ltda. Municípios de Uruguaiana, Santana do Livramento, Dom Pedrito, Bagé, Candiota (RVC), e Encruzilhada do Sul e Pinheiro Machado (RVSS): produzem variedades de vitis vinifera (Mello e Machado 2008) Projeto MP1 Agricultura de Precisão Embrapa Projeto CNPq Edital Universal 2006 Projeto Finep MP2 Projeto MP3 - Geovitisul OBJETIVO: utilizar imagens de baixo custo e alta resolução temporal, em duas safras, utilizando programa livre de geoprocessamento, a fim de estudar a área de INDICAÇÃO DE PROCEDÊNCIA CAMPANHA e dois vinhedos comerciais.

16 Resultados CARACTERIZAÇÃO DO RELEVO DAS ÁREAS PILOTO - GEOVITISUL Elaboração de modelo digital de elevação (MDE) GEOVITISUL, a partir de imagens de alta resolução, gerando imagens de altimetria que serão a base para o SIG; Mapeamento derivado do MDE GEOVITISUL, a partir do MDE gerados mapas de altimetria, declividade e exposição solar segmentadas para o manejo dos vinhedos das áreas das imagens, incluindo as áreas piloto; Restituição planialtimétrica de áreas piloto GEOVITISUL, geradas cartas planialtimétricas em escala de detalhe dos vinhedos das áreas piloto, contendo drenagens, estradas e curvas de nível, bem como as áreas de preservação permanente.

17 Resultados

18 Resultados DECLIVIDADE MÉDIA POR PARCELA

19 Resultados IDENTIFICAÇÃO DE VINHEDOS E INFERÊNCIA DE DOENÇAS POR IMAGENS DE SATÉLITE Índice de vegetação por diferença normalizada - NDVI a fim de mapear os vinhedos com foco nas doenças e pesquisar a disponibilidade hídrica; Análises estatísticas dos processamentos de imagens classificadas a fim de obter o zoneamento dos vinhedos, e a variabilidade dos mesmos; SIG para análise espacial de doenças da videira - incidência de míldio, podridões do tronco e requeima, validação por inspeções periódicas do produtor para medições de área infectada das plantas ; Análise multitemporal de vinhedos por imagem orbital, NDVI das safras 2013 e 2014, utilizando técnicas de análises básicas e avançadas de geoprocessamento, dentro dos lotes de treinamento; Medidas espectrais - bibliotecas espectrais - banco de dados como sistema de avaliação da distribuição espacial das doenças nas regiões estudadas, por meio de ferramentas de SIGs.

20 Resultados Fortaleza do Seival - janeiro 2013 NDVI safra 2013 Fortaleza do Seival - dezembro NDVI 1 Fortaleza do Seival - março NDVI 1-1 NDVI

21 Resultados CARACTERIZAÇÃO ESPECTRAL DE VINHEDOS Caracterização espectral de vinhedos por imagens orbitais. Safras 2013 e cultivares visadas para diferenciação de padrão espectral; Caracterização espectral de vinhedos por espectrorradiometria de campo. Assinaturas espectrais em campo das safras 2013 e 2014 em vinhedos para diferenciação de padrão das cultivares e de seu estado sanitário e hídrico; Construção da biblioteca espectral de vitis vinifera. Organização, análise e interpretação de curvas espectrais de diferentes cultivares em estado de sanidade ótima, sendo estabelecidos padrões espectrais de cultivares e de doenças. Classificação espectral de videiras por imagens de satélite. Testes de classificação espectral visando diferenciar cultivares bem como suas situações de sanidade, baseando-se na amostragem de imagens orbitais das safras 2013 e 2014, bem como assinaturas espectrais obtidas a campo, visando o zoneamento das áreas piloto.

22 Resultados Comportamento espectral comparado ao NDVI Fortaleza do Seival - março NDVI

23 Resultados Dados básicos das medidas espectrais Análise estatística das curvas espectrais

24 Resultados Análise estatística das curvas espectrais Escolha de feições de absorção e reflectância em bandas espectrais nas curvas das cultivares medidas

25 Resultados Análise estatística das curvas espectrais Segmentação das curvas em bandas espectrais

26 Resultados SPSS Statistics Análise estatística das curvas espectrais Base com medidas radiométricas de 37 amostras, em 12 comprimentos de onda. Restringiu a análise a três casos em que havia suficientes medidas: NDVI IDADE DAS FOLHAS COR DAS UVAS

27 Resultados Análise estatística das curvas espectrais 1. QUANTO AO NDVI: - o programa não usou as variáveis (medidas radiométricas) B21, B23, B26, B27, B34, porque considerou estas variáveis não relevantes, ou seja, para o NDVI só considerou os comprimentos de onde menores (com exceção do B30); - O NDVI detectou a reflectância no vermelho e infravermelho próximo. Isto está na tabela "Structure Matrix" para o NDVI; - "Classification Results" - análise discriminante classificou corretamente 75,6% as amostras. Isenta, pois, a informação sobre o NDVI veio do satélite Deimos, portanto, externa às medidas de campo e sendo coerentes.

28 Resultados Análise estatística das curvas espectrais 2. QUANTO À IDADE DAS FOLHAS: - Novamente as variáveis B21, B23, B26, B27 e B34 (tabela "Classification Results" para a parte das folhas) não foram relevantes e também de novo a B30 foi considerada na análise. - As medidas mais relevantes foram as até 1100 nm, o que mostra que as diferenças de estrutura celular entre as folhas mais jovens e as folhas maduras são importantes. - Na tabela "Classification Results" para a parte das folhas, vê-se que 73% dos casos foram corretamente identificados pela análise, incluindo-se a correta identificação dos três casos de folhas de idade média. - A confusão ocorreu com as folhas maduras, provavelmente porque dentre as amostras assim rotuladas, havia alguns casos de folhas menos maduras.

29 Resultados Análise estatística das curvas espectrais 3. QUANTO À COR DAS UVAS: - Na tabela "Structure Matrix", as medidas nos comprimentos de onda desconsideradas mais uma vez foram as relacionadas anteriormente...e o B30 foi considerado! Esta faixa (1920 a 1928 nm) pode ser relacionada à presença da água nas folhas. - na tabela "Classification Results", o índice de acertos (previsão feita pela análise que concorda com o observado no campo) foi de 78,4%. Isto é muito bom, e concorda com o sugerido a partir de dados orbitais em trabalhos anteriores da equipe Embrapa Uva e Vinho / UFRGS. - Resulta que os espectros visível e infravermelho próximo podem bastar para esta discriminação, o que tem a ver com os pigmentos nas folhas e com a estrutura celular, que nas folhas das variedades de uvas tintas é alterada pela presença de pigmentos nos vacúolos das células.

30 Conclusões GEOTECNOLOGIAS - IMPORTANTES NO DESENVOLVIMENTO DA VITICULTURA: Apoio aos diagnósticos - ambiente associado à viticultura Cadastro Delimitação de indicações geográficas Aplicação estratégica na gestão agrícola BANCO DE DADOS GEORREFERENCIADO: Interatividade com os produtores economia de idas a campo Permite atualizações com base em dados orbitais A ser gerido pelos produtores associados e técnicos. FERRAMENTAS ANALÍTICAS E SENSORES: Modo rápido, dados acessíveis aos técnicos e agricultores Visualizados pelos clientes do sistema de produção Tecnologia foi difundida ao usuário final. TRANSFERÊNCIA DE TECNOLOGIA: Por meio de softwares livres de SIG Resultados disponibilizados - produtos digitais e gráficos WEBSIG, CONSULTA DE DADOS DIGITAIS - DOWNLOAD.

31 Perspectivas e impactos As decisões de gestão incorporando a variabilidade espacial e temporal em sistemas agrícolas, pela aplicação das TI para a tomada de decisões e operações de gestão de produção vegetal com relação ao gerenciamento convencional. Mesmo tendo caráter de inovação, o SIG pode ser disponibilizado a custos baixos de instalação, por ser um software livre, considerado o número de produtores beneficiados após o investimento inicial, com uma única imagem orbital para a atualização por safra. Estimar a qualidade da fruta e o estado sanitário do vinhedo ou pomar e as enfermidades. Mapas de risco de doenças intra parcela e inter parcela, bem como mapas de estado hídrico das parcelas.

32 Perspectivas e impactos Banco dedos georreferenciados para orientação dos produtores, visando à gestão dos riscos por meio de SIG. As técnicas investigadas poderão ser aplicadas a outras regiões, gerenciadas por extensão rural estadual, cooperativa e/ou associação de produtores. A qualidade dos produtos tendo apoio das geotecnologias antes mesmo da colheita, direcionado ao manejo, baseandose em técnicas testadas, possibilitando a delimitação de zonas de manejo, permitindo aperfeiçoar a qualidade da matéria-prima.

33 Agradecimentos Universidade Federal do Rio Grande do Sul Universidade de Caxias do Sul Gauss Geotecnologias Ltda. Ager Technology (Espanha) Miolo Wine Group Terrasul Vinhos Finos Ltda. Vinhos Argenta Ltda.

34 Equipe André Farias, Jorge Tonietto, Guilherme Menezes, Rudi César Comiotto Modena, Eliege Buffon (CNPUV) Luís Henrique Bassoi (CPATSA) Lúcio André de Castro Jorge (CNPDIA) Jorge Ricardo Ducati, Magno Bombassaro (UFRGS) Ivanira Falcade, Jorge Antônio Viel, Nara Franzen (UCS) Carlos Almeida (GaussGeo) Jose Manuel Del Rio e Juan García Del Moral (Ager) Adriano Miolo (Miolo WG) Paulo Tonet (Terrasul) Luiz Argenta (Argenta) E muitas outras pessoas que de uma forma ou de outra contribuem para os trabalhos do Laboratório de SR e SIG da Embrapa Uva e Vinho

35 Agradecimentos Associação de Produtores de Vinhos de Altos Montes Associação de Vinhos da Campanha Miolo Wine Group Vinhos Argenta S/A Rede de Agricultura de Precisão - Embrapa

36 Gratos! WORKSHOP SOBRE AGRICULTURA DE PRECISÃO EM FRUTICULTURA Juazeiro, 2013