Viticultura de Precisão

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1 INOVAÇÃO E TECNOLOGIA NA FORMAÇÃO AGRÍCOLA Viticultura de Precisão Ricardo Braga

2 Definição A viticultura de precisão, tal como a agricultura de precisão, pode ser entendida como a gestão da variabilidade temporal e espacial das parcelas com o objectivo de melhorar o rendimento económico da actividade agrícola quer pelo aumento da produtividade e/ou qualidade quer pela redução dos custos de produção, reduzindo também o seu impacte ambiental e risco associado.

3 Definição Uma questão central na viticultura de precisão é a gestão da informação. A maioria das aplicações em viticultura de precisão envolvem quase sempre grandes volumes de dados que é preciso gerir e converter em informação útil que possa ser utilizada como base no processo de tomada de decisões no dia-a-dia das explorações.

4 Conceito A viticultura de precisão, fruto da sua juvenilidade, encontra-se actualmente num ponto em que é tecnicamente capaz de recolher enormes quantidades de dados (mapas de produtividade, mapas de nutrientes no solo, mapas de condutividade eléctrica no solo, etc.) mas ainda não está, de um modo geral, suficientemente habilitada para os integrar e converter em decisões capazes e tecnicamente válidas.

5 Variabilidade espaço-temporal O sucesso da viticultura de precisão prende-se com a existência de variabilidade da produtividade e/ou da qualidade. Um exemplo de um mapa de produtividade de uma parcela de vinha com 4,5 ha da casta Ruby Cabernet em 1999

6 Adopção da Viticultura de Precisão A adopção da viticultura de precisão dependerá do objectivo inicial de cada exploração vitivinícola e o seu contexto no mercado. A gestão da variabilidade pode ser orientada para 1. Garantir uma maior estabilidade do produto produzido de ano para ano; 2. A manutenção de um registo de monitorização técnica e ambiental de modo a garantir uma maior rastreabilidade do processo produtivo; 3. A utilização mais eficiente dos recursos face a objectivos de produção; 4. A identificação de zonas de produção de uvas com potencial para vinhos topo de gama.

7 Adopção em Portugal e no mundo A viticultura de precisão começou por ser adoptada na Austrália nos finais dos anos 90 do século passado em resultado do esforço de um consórcio entre empresas, associações profissionais e instituições de I&D.

8 Adopção em Portugal e no mundo As duas grandes áreas de desenvolvimento inicial foram: 1. Aplicação de detecção remota, sobretudo no visível e infra-vermelho e em baixa altitude, na caracterização da variabilidade espacial; 2. Obtenção de mapas de produtividade e qualidade, sua caracterização e causas.

9 Monitorização da produtividade e qualidade Os monitores de produtividade para vindimadoras são constituídos por: 1. um GPS; 2. uma consola que regista e armazena os registos; 3. um sensor de produtividade.

10 Vindimadores sem tegões Monitor de produtividade para vindimadoras sem tegão baseado em células de carga no tapete de descarga lateral Na Europa os modelos de vindimadora utilizados incorporam dois tegões no corpo da máquina

11 Tecnologia de taxa variável (VRT) A tecnologia de taxa variável permite que após uma detalhada caracterização da variabilidade espacial da cultura (produtividade, qualidade das uvas, vigor, etc.) e fertilidade do solo (condutividade eléctrica, nutrientes, ph, etc.) seja possível uma gestão espacial de factores de produção (rega, fertilizantes, fitofármacos, etc.) e operações culturais (mobilização, poda, etc.).

12 Tecnologia de taxa variável (VRT) Para que seja possível uma gestão espacial de factores de produção é necessário criar mapas de prescrição que contenham a recomendação para determinado factor de produção (e.g. taxa de aplicação de determinado fertilizante) de cada local da parcela.

13 Detecção remota A detecção remota, entendida como o registo da energia emitida ou reflectida pela superfície terrestre em diversos comprimentos de onda do espectro electromagnético, tem diversas aplicações em viticultura de precisão. A principal aplicação da detecção remota em viticultura de precisão é a obtenção de mapas de vigor e estado vegetativo das plantas como variável indicativa da qualidade da uva.

14 Detecção remota Fotografia aérea de falsa - cor de uma parcela de vinha com resolução espacial de 30 cm (esquerda) e 3 m (direita) Fonte: adaptado de Proffitt et al., 2006

15 Condutividade eléctrica do solo A condutividade eléctrica do solo exprime a capacidade deste em conduzir corrente eléctrica e é expressa em milisiemens por metro (ms/m). Os sensores de condutividade eléctrica aparente do solo (CEa) são já bastantes utilizados em viticultura de precisão e têm particular interesse em projectos de plantação de vinhas como apoio ao delineamento das parcelas, dos sectores de rega ou à escolha dos portaenxertos.

16 Condutividade eléctrica do solo Há dois principais tipos de sensores de CEa: Por indução electro-magnética; Por contacto. Sensor de condutividade eléctrica aparente do solo por indução electro-magnética EM38 da GEONICS Fonte: extraído de geonics.com Sensor de condutividade eléctrica aparente do solo por contactos Veris 3100 da Veris technologies Fonte: extraído de

17 Conclusões A viticultura de precisão representa a adaptação do conceito de agricultura de precisão à vitivinicultura. Como consequência da evolução temporal, a viticultura de precisão está ainda a dar os primeiros passos. A obtenção da informação geo-referenciada é ainda algo dispendiosa (e.g. levantamento da condutividade eléctrica aparente, mapa de NDVI) para que a sua utilização na tomada de decisões se torne mais generalizada.

18 Vindima segmentada: Introdução A actuação que tem suscitado maior interesse em viticultura de precisão é a segmentação espacial da vindima em que, conhecendo previamente mapas de qualidade da uva, se definem lotes de qualidade distinta que posteriormente são vindimados separadamente para que se possa tirar partido do diferencial de qualidade na adega. Em função dos objectivos de qualidade estabelecidos, é implementada uma vindima diferenciada no espaço permitindo a obtenção de lotes de uvas de qualidade distinta dentro da mesma parcela/casta.

19 Vindima segmentada: Introdução Alternativamente, a segmentação pode ser efectuada apenas no tempo ou combinada no espaço e no tempo. A segmentação no tempo diz respeito, por exemplo, a uma primeira vindima manual em que se colhem as uvas premium resultantes de cachos mais expostos, mais pequenos ou de zonas de solos mais arenosos ou de topo, acompanhada de uma segunda vindima mecânica em que se colhem as restantes uvas.

20 Vindima segmentada: Introdução A combinação de segmentação espaço-tempo resulta, por exemplo, da diferenciação espacial de lotes na mesma parcela/casta, procedendo-se à vindima de um dos lotes numa determinada data em que a qualidade é a desejada e, posteriormente (e.g. 3 semanas mais tarde), à vindima do ou dos outro(s) lote(s).

21 Vindima segmentada: Introdução Diagrama de ilustração do conceito de vindima segmentada Diagrama de ilustração da qualidade das uvas ao longo da vindima e respectiva variabilidade espacial

22 Viticultura de Precisão Vindima segmentada: Metodologia Localização: Alentejo (Encostas de Estremoz, Quinta da Esperança, Estremoz) Área: cerca de 100 ha Idade: cerca de 10 anos Pólos: Qta. da Esperança (Estremoz) e Herdade da Revenduda (Fronteira). Principais castas cultivadas: Touriga Franca, Tinta Barroca, Alicante Bouschet, Cabernet Souvignon, Trincadeira, Touriga Nacional e Aragonês.

23 Vindima segmentada: Metodologia A área de experimentação total foi de 12,9 ha das castas: Aragonês - 3,5 ha, Cabernet Sauvignon - 3,1 ha e Touriga Nacional - 6,3 ha

24 Vindima segmentada: Metodologia Densidade de plantas: 3086 plantas/ha Compasso: 2,8 x 1,2 m. A vinha é conduzida em cordão simples com poda a um gomo, é regada e com enrelvamento da entrelinha.

25 Vindima segmentada: Metodologia Carta das parcelas e castas da Quinta da Esperança, Estremoz

26 Vindima segmentada: Metodologia Localização das parcelas em estudo

27 Vindima segmentada: Metodologia A maturação das uvas foi monitorizada em diversos pontos das parcelas escolhidos ao acaso com uma densidade média de cerca de 10 pontos/ha. Os pontos de amostragem foram georeferenciados com recurso a GPS de alta precisão. A monitorização da maturação incidiu em 4 datas (última semana de Julho, segunda semana de Agosto, última semana de Agosto e primeira semana de Setembro) durante as campanhas de 2005, 2006 e Os parâmetros analisados foram: acidez total, ph e brix/grau álcool provável.

28 Vindima segmentada: Metodologia Com os dados da monitorização da maturação foram construídos gráficos espácio-temporais da evolução dos diversos parâmetros assim como mapas dos diversos parâmetros para cada uma das datas. Os mapas foram obtidos por integração num sistema de informação geográfica de todos os dados obtidos utilizado a krigagem como método de extrapolação espacial. O software de base utilizado foi o ESRI Arcview e o ArcGIS com as respectivas extensões.

29 Vindima segmentada: Metodologia Pontos de amostragem para controlo de maturação na casta Touriga Nacional

30 Vindima segmentada: Metodologia Cubas de fermentação com temperatura controlada (esquerda) e "sempre cheias" (direita) utilizadas para vinificar os dois lotes em estudo

31 Vindima segmentada: Resultados e Discussão Evolução temporal do ph das uvas em 2006 em que cada linha representa um ponto de amostragem (Touriga Nacional)

32 Vindima segmentada: Resultados e Discussão Evolução temporal do grau álcool provável (º) das uvas em 2006 em que cada linha representa um ponto de amostragem (Touriga Nacional)

33 Vindima segmentada: Resultados e Discussão Evolução temporal da acidez total (g/l ac. tart.) das uvas em 2006 em que cada linha representa um ponto de amostragem (Touriga Nacional)

34 Vindima segmentada: Resultados e Discussão Mapa de ph do mosto a 5 de Setembro (antes da vindima)

35 Vindima segmentada: Resultados e Discussão Mapa de grau álcool do mosto a 5 de Setembro (antes da vindima)

36 Vindima segmentada: Resultados e Discussão Mapa de acidez total do mosto a 5 de Setembro (antes da vindima)

37 Vindima segmentada: Resultados e Discussão Evolução temporal dos mapas de ph do mosto em 4 momentos (última semana de Julho, segunda semana de Agosto, última semana de Agosto e primeira semana de Setembro)

38 Vindima segmentada: Resultados e Discussão Evolução temporal dos mapas de grau álcool do mosto em 4 momentos (última semana de Julho, segunda semana de Agosto, última semana de Agosto e primeira semana de Setembro)

39 Vindima segmentada: Resultados e Discussão Evolução temporal dos mapas de ph do mosto em 4 momentos (última semana de Julho, segunda semana de Agosto, última semana de Agosto e primeira semana de Setembro)

40 Vindima segmentada: Resultados e Discussão Localização das áreas que satisfazem os valores requeridos para cada parâmetro (a vermelho) correspondente ao lote premium

41 Vindima segmentada: Resultados e Discussão Intercepção espacial das áreas que satisfazem os valores requeridos para cada parâmetro (a vermelho) de forma a localizar as áreas correspondentes ao lote premium

42 Vindima segmentada: Resultados e Discussão Localização das áreas em que foram colhidas as uvas correspondentes aos dois lotes. Azul escuro - lote premium ; azul claro - lote "normal"

43 Vindima segmentada: Resultados e Discussão Mapa de Normalized difference vegetation index à floração para a parcela em estudo

44 Vindima segmentada: Resultados e Discussão Mapa de condutividade eléctrica aparente do solo para a parcela em estudo

45 Vindima segmentada: Resultados e Discussão Mapa de Normalized difference vegetation index à floração para o conjunto das parcelas da Quinta da Esperança

46 Vindima segmentada: Resultados e Discussão Mapa de condutividade eléctrica aparente do solo para o conjunto das parcelas da Quinta da Esperança Mapa de altimetria para o conjunto das parcelas da Quinta da Esperança

47 Vindima segmentada: Resultados e Discussão Mapa do fluxo acumulado de escoamento das parcelas da Quinta da Esperança Mapa de orientação do declive para o conjunto das parcelas da Quinta da Esperança Mapa do fluxo acumulado de escoamento das parcelas da Quinta da Esperança

48 Vindima segmentada: Conclusões Demonstrou-se o potencial de aplicação de informação geo-referenciada na identificação pré-vindima de lotes de qualidade de uvas diferenciada. É de extrema importância a obtenção de mapas de NDVI, condutividade eléctrica do solo e altimetria para este intuito. É possível identificar zonas com uvas de qualidade distinta antes da vindima e deste modo constituir lotes a vindimar separadamente.

49 Um caso de estudo na Fundação Eugénio de Almeida O nível de maturação da uva é o principal factor, e um dos mais decisivos, na qualidade do vinho. O processo de maturação da uva é o resultado de um conjunto de complexos fenómenos fisiológicos e bioquímicos, cujo bom desenvolvimento e intensidade está intricadamente relacionado com as castas e com as condições ambientais tais como o solo e o clima.

50 Um caso de estudo na Fundação Eugénio de Almeida O processo de maturação da uva é amplamente influenciado por factores externos, tais como a disponibilidade de água, a luminosidade e o solo, o que se traduz numa grande heterogeneidade entre os bagos de talhões de uma mesma vinha e entre os bagos de cepas de um mesmo talhão (Ribéreau-Gayon, 2006). O acompanhamento da maturação é usualmente feito parcela a parcela, através da recolha de amostras de bagos de uva. As amostras são posteriormente transformadas em mosto onde são analisados parâmetros físico-químicos, representativos de cada parcela.

51 Um caso de estudo na Fundação Eugénio de Almeida Localização: Monte do Casito, Évora Época: Agosto a Setembro de 2008 Castas: Aragonês, Trincadeira e Syrah (geral) e Cabernet Sauvignon, Tempranillo e Aragonês (talhão 2) Parâmetros analisados: ph e álcool provável de cada amostra Outros: foram também, recolhidas as assinaturas espectrais no intervalo nm de bagos de uva, mosto e folhas

52 Um caso de estudo na Fundação Eugénio de Almeida O objectivo central deste trabalho passou pela utilização de sensores remotos no estudo da variabilidade espacial e temporal da qualidade da uva, numa óptica de segmentação dessa qualidade, de forma a obter produtos finais distintos.

53 Um caso de estudo na Fundação Eugénio de Almeida Talhões e castas da vinha

54 Um caso de estudo na Fundação Eugénio de Almeida Altimetria da área da vinha Carta de Declives da área da vinha

55 Um caso de estudo na Fundação Eugénio de Almeida Distribuição dos 50 pontos de amostragem nas parcelas 2B, 2C e 2D do talhão 2

56 Um caso de estudo na Fundação Eugénio de Almeida: Metodologia Foram recolhidas, com uma periodicidade semanal, amostras em cada um dos talhões da vinha e em cada um dos 50 pontos do talhão 2. Posteriormente em laboratório foram determinados os parâmetros físico-químicos, e as assinaturas espectrais dos bagos de uva intactos e respectivo mosto. A recolha das assinaturas espectrais das folhas foi realizada no campo, em cada um dos 50 pontos de amostragem do talhão 2. Para isso foi utilizado um suporte para o sensor denominado por leaf-clip que apresenta características específicas para medições no campo.

57 Um caso de estudo na Fundação Eugénio de Almeida: Metodologia Medição das reflectâncias de uma folha no campo (esquerda); Perfil do Leaf-Clip (direita)

58 Um caso de estudo na Fundação Eugénio de Almeida: Metodologia Instalação para a medição das reflectâncias. (1)Espectroradiometro; (2) Cabo de fibra óptica; (3) Sensor; (4) Placa de calibração; (5)Computador; (6) Fonte de iluminação (halogéneo - 75W) Medição da reflectância do mosto filtrado em laboratório

59 Um caso de estudo na Fundação Eugénio de Almeida: Assinaturas espectrais Reflectâncias do mosto de 50 amostras do talhão 2 obtidas na primeira semana (esquerda); Detalhe para a região do visível (direita)

60 Um caso de estudo na Fundação Eugénio de Almeida: Variabilidade entre talhões da mesma casta Valores de PRI médios para cada casta ao longo do tempo (CS) Cabernet Sauvignon; (A) Aragonês; (T) Tempranillo Evolução dos valores de álcool provável ao longo do tempo para os talhões da casta Aragonês

61 Um caso de estudo na Fundação Eugénio de Almeida: Variabilidade espacial (ph) Mapa da variável ph para as parcelas 2C e 2D, interpolado por krigagem normal

62 Um caso de estudo na Fundação Eugénio de Almeida: Condutividade eléctrica Mapa da condutividade eléctrica aparente da vinha do casito

63 i:farm: a a exploração vitícola inteligente da sociedade da informação e do conhecimento A viticultura, mais concretamente a viticultura de precisão, tem vindo a receber uma atenção crescente da comunidade científica e empresarial na medida em que é efectivamente uma actividade capital intensivo em que a realização de investimentos em tecnologias de informação e comunicação podem ser justificados numa análise custo/benefício rigorosa.

64 i:farm: TIC na agricultura As TIC promovem a recolha e disponibilização em tempo real dos mais diversos tipos de dados ao nível da exploração agrícola, devidamente geo-referenciados. A informação meteorológica, edáfica, de produtividade, de utilização de factores de produção, etc., estando neste momento a surgir no mercado os chamados fito-sensores que promovem a recolha automatizada de informação sobre a própria planta. Uma evolução notória nos sistemas de comunicação de dados sem fios, desde o Blue-tooth, passando pelo Wi-Fi, até chegar à WiMax e às mesh networks, oferecendo actualmente soluções que permitem a cobertura de grandes áreas com custos aceitáveis.

65 i:farm: TIC na agricultura A Agricultura de Precisão aparece, geralmente, com dois objectivos genéricos: O aumento do rendimento dos agricultores; A redução do impacte ambiental resultante da actividade agrícola.

66 i-farm A i-farm aplica, ao nível da exploração, o potencial da utilização integrada de soluções móveis, redes de sensores, comunicações sem fios e imagens digitais materializado num sistema de informação referenciada que apoia, no campo ou no escritório, a tomada de decisão do empresário agrícola em tempo real, suportado por um repositório único de conhecimento multidimensional integrando variáveis culturais, ambientais, sanitárias, económicas, etc.

67 i-farm A i-farm assenta num sistema de informação e de apoio à tomada de decisão para a viticultura que se materializa numa solução integrada ao nível da exploração utilizando software e hardware inovador para recolher e analisar dados de múltiplas proveniências integrados dinamicamente e em tempo real, tirando partido de sensores de última geração, captura de imagens e comunicações sem fios, combinados com assistentes pessoais digitais e serviços Web.

68 i-farm Arquitectura da i-farm

69 i-farm A i-farm é suportada por um sistema de informação integrando de forma modular múltiplas funcionalidades, acessíveis num ponto de acesso único na Web, como sejam: Sensores de monitorização sem fios; Interligação com os sistemas operacionais de gestão da exploração; Câmaras de vídeo/fotográficas sem fios; Assistentes pessoais digitais, integrando capacidades de comunicação/acesso à Internet; Cobertura sem fios da exploração.

70 Business Intelligence A BI é um termo abrangente que inclui ferramentas, arquitecturas, bases de dados, data warehouses, gestão de performance, metodologias, etc. integrados num sistema de informação unificado, cujo objectivo é disponibilizar aos gestores e técnicos de uma organização uma forma rápida e simples de aceder interactivamente a todos os dados da empresa, em tempo real, bem como facultar a possibilidade de efectuar operações de manipulação e análise sobre os mesmos (Turban, 2007).

71 Business Intelligence Entre as capacidades tradicionalmente disponibilizadas pelas soluções de BI podemos referir: reporting e querying, análises complexas, data mining, previsão, etc. As soluções de Business Intelligence em ambiente empresarial têm normalmente quatro componentes principais: Fontes de dados dos sistemas operacionais da empresa; Data warehouse; Business analytics; Interface para o utilizador.

72 Business Intelligence Arquitectura de alto-nível Fonte: Nilakanta et al., 2007

73 Business Intelligence na i-farm No caso concreto da i-farm, enquanto sistema integrado de apoio à decisão ao nível da exploração vitícola na unidade de demonstração montada na Herdade da Pimenta (São Miguel de Machede, Évora), foram instaladas três ilhas de monitorização numa parcela da casta Aragonês.

74 Business Intelligence na i-farm A instalação destas três ilhas e a sua localização espacial numa lógica de viticultura de precisão assentou numa análise da variabilidade espacial de algumas características da parcela, nomeadamente condutividade eléctrica do solo (a 30 e 80 cm), declive e elevação.

75 Business Intelligence na i-farm Estas três ilhas monitorizavam em permanência a vinha com recurso aos fito-sensores e o teor de humidade do solo, promovendo, ainda, a recolha de imagens digitais horárias com recurso a uma câmara de vídeo. Numa das ilhas é, também, monitorizada a atmosfera com recurso a uma estação meteorológica. Estas são as fontes de dados que serão integrados e complementados com os dados originários do sistema de informação operacional da exploração.

76 Business Intelligence na i-farm Numa abordagem de BI, o sistema proposto pela i-farm e materializado na Herdade da Pimenta, traduz-se no modelo esquematizado abaixo.

77 Business Intelligence na i-farm Fontes de dados recolha de dados efectuada de forma automática e contínua com diversas origens que podemos agrupar da seguinte forma: Informação de contexto; Informação da cultura; Informação operacional; Informação visual.

78 Business Intelligence na i-farm Data warehouse todos os dados recolhidos são integrados num único repositório de conhecimento que oferece a possibilidade de armazenar e processar informação alfa-numérica, espacial (geo-referenciada) e imagens/vídeos. Este repositório tem implementado um conjunto de procedimentos de validação interna que são executados de forma automática e contínua, visando garantir a fiabilidade e integridade da informação recolhida.

79 Business Intelligence na i-farm Business Analytics nesta camada do processo de BI têm lugar um conjunto de procedimentos de análise envolvendo de funcionalidades que consistem no que se denomina normalmente de querying, reporting e OnLine Analytical Processing (OLAP). Futuramente contamos explorar as potencialidades das técnicas de Data Mining aplicadas sobre o repositório de dados que foi possível construir, tendo em vista efectuar algumas análises numa lógica de descoberta de novo conhecimento e de previsão.

80 Business Intelligence na i-farm User Interface o ponto crítico da i-farm será, sem dúvida, a interface que os seus clientes, os técnicos/empresários agrícolas, terão de utilizar para aceder ao repositório de conhecimento criado. Esta camada suporta dois tipos distintos de abordagem na forma de entrega da informação: Numa lógica push suporta o envio por SMS ou de alertas para qualquer situação fora do que o sistema considere como normal. Numa lógica pull o acesso à informação pode ser efectuada num interface amigável sempre em ambiente Web, para duas plataformas distintas - computadores de secretária / portáteis e assistentes pessoais digitais com ligação à Internet, com ou sem fios.

81 Business Intelligence na i-farm Digital Dashboard da i-farm

82 Business Intelligence na i-farm Digital Dashboard da i-farm

83 Business Intelligence na i-farm Algumas funcionalidades do digital dashboard da i-farm

84 Conclusões Neste momento o grande desafio consiste em desenvolver os processos no campo da business analytics de forma a criar valor acrescentado sobre o conteúdo da data warehouse construída e torná-lo disponível de forma amigável e interactiva sob a forma de um digital dashboard aos seus utilizadores finais.

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