Sistema Móvel de Apoio a Decisão para Manejo de Irrigação Aricelio S. Fernandes 1, Henrique F. Oliveira 2 1 Núcleo de Informática Instituto Federal no Norte de Minas Gerais (IFNMG) ariceliodesouza@gmail.com, Henrique.faria@ifnmg.edu.br Abstract. This paper aims to present methodologies that are being applied in the development of a software to support the crops irrigation management decisions. The software is being developed for mobile devices once they are a simple methodology used daily by the irrigating producer. To estimate irrigation, the software will require geographical location and daily weather data that can be extracted from a simplified weather station. The project is currently under development being the prototypes and all analysis completed, with the detailed specification of all requirements. For the other phases and methodologies only the definition was performed. Resumo. O presente trabalho tem o objetivo de apresentar as metodologias que estão sendo aplicadas no desenvolvimento de um software para apoiar na tomada de decisão do manejo de irrigação de culturas agrícolas. O software está sendo desenvolvido para dispositivos móveis visando uma metodologia de simples utilização no dia a dia do produtor irrigante. Para estimar a irrigação, o software necessitará de dados de localização geográfica e dados meteorológicos diários, que podem ser extraídos de uma estação meteorológica simplificada. O projeto encontra-se em fase de desenvolvimento, sendo concluídos os protótipos e toda análise, com a especificação detalhada de todos os requisitos. Para as demais fases e metodologias apenas a definição foi realizada. 1. Introdução A irrigação é uma técnica milenar que, nos últimos anos, desenvolveu-se de forma acentuada, possibilitando a sua utilização nas mais diversas condições de solo, cultura e clima. Existe uma ampla disponibilidade de equipamentos para atender aos mais distintos sistemas de produção (MANTOVANI et al., 2010). Segundo Mantovani et al. (2009), a irrigação quando é corretamente utilizada, fornece grandes benefícios à produção agrícola, uma vez que proporciona o aumento da 1 Cursando 6º período do Curso de Tecnologia em Análise e Desenvolvimento de Sistemas Câmpus Januária 2 Mestre em Meteorologia Agrícola, Professor do IFNMG Câmpus Januária
produtividade, possibilita a introdução de cultivos de maior rentabilidade e gera menor risco de perda ou redução da produção devido ao déficit hídrico. Na visão antiga e limitada, a irrigação era vista somente como aplicação de água, entretanto, segundo Mantovani et al. (2012), o novo conceito a irrigação evoluiu de aplicação de água para agricultura irrigada, sendo um importante instrumento para aumento da produção, produtividade, rentabilidade e diminuição dos riscos de investimento. Ao se manejar, de forma racional, qualquer projeto de irrigação, deve-se procurar maximizar a produtividade e a eficiência de uso da água e minimizar os custos, quer de mão-de-obra, quer de capital, de forma a tornar mais lucrativa a utilização da irrigação. Sendo assim, faz-se necessário a determinação real da necessidade hídrica das culturas para um uso eficiente e racional de água. Conforme Mantovani et al. (2009), a agricultura tem sido responsável por grande parcela da água utilizada, tornando necessária a implantação de sistemas de irrigação eficientes, além da utilização de métodos que quantifiquem as necessidades hídricas das culturas, para que não haja desperdício. Essa quantificação permite projetar sistemas de irrigação mais adequados, o que, consequentemente, reduz o consumo da água e energia. Devido à tendência de decréscimo da disponibilidade de água para a agricultura (LÓPEZ-MATA et al., 2010), é crescente a preocupação mundial com os recursos hídricos levando à adoção de estratégias de manejo que possibilitem a economia de água sem prejuízos da produtividade das culturas. Segundo Oliveira et al. (2013), os softwares de simulação e de apoio à tomada de decisão têm um importante papel neste sentido, pois possibilitam antever as respostas de uma determinada cultura submetida às condições desejadas pelo pesquisador, antes mesmo de se concluir um ensaio. Para a irrigação essas ferramentas tornam-se úteis para subsidiar as decisões dos produtores e seus planejamentos, de forma a torná-los mais eficientes e para auxiliar e simular experimentos que avaliem mudanças na produtividade das culturas associadas a qualquer variável, inclusive minimizando a água de forma eficaz. Estes softwares são mais aplicados em desktops, entretanto, atualmente com a popularização e usabilidade dos dispositivos móveis melhorada nos últimos anos, tornase útil desenvolver uma aplicação para estes dispositivos de modo que o produtor possa tomar suas decisões em campo. Segundo a IDC International Data Computer (2013), as vendas de smartphones e tablets cresceram vertiginosamente, em média 70% ao ano desde 2009 até 2013, chegando, segundo pesquisas, a tomar parte da venda de computadores desktops. Diante do exposto, considerando a importância da irrigação e a expansão do mercado de dispositivos móveis, o presente artigo tem-se por finalidade apresentar as metodologias que estão sendo aplicadas e os resultados já concluídos no software: Sistema Móvel de Apoio a Decisão para o Manejo de Irrigação, que tem como objetivo principal de apoiar na tomada de decisão do manejo de irrigação de culturas agrícolas com auxílio de dispositivos móveis. Este software faz parte de um projeto de pesquisa de iniciação científica, com o mesmo título, e que se encontra em andamento. 2. Materiais e Métodos O software está sendo desenvolvido na linguagem Java para plataforma Android, podendo ser executado em smartphones e tablets. Na concepção do desenvolvimento
estão sendo consideradas as características e necessidades de pequenas propriedades, visando uma metodologia de simples utilização no dia a dia do produtor irrigante. O desenvolvimento do sistema está sendo realizado utilizando processos de desenvolvimento baseado em processos ágeis, considerados padrões nacionais e internacionais, como RUP e Praxis. Estão sendo consideradas dez fases para o desenvolvimento, tais como: Escopo, análise, reutilização, prototipação, validação, projeto, desenvolvimento, testes, treinamento e implantação. A fase de desenvolvimento encontra-se em andamento, faltando os testes, treinamento e implantação. As outras fases já foram concluídas. O software está divido em três módulos, um para a entrada de dados, outro para processar estes dados e gerar as decisões, e por fim os resultados, no qual é informado ao produtor irrigante a decisão correta de irrigação, conforme a Figura 1. Figura 1 - Módulos empregados para manipulação de dados Devido a algumas limitações da plataforma Android o escopo do software está sendo desenvolvido com o mínimo de classes possíveis, para que sua estrutura seja leve e possa exercer suas funções com total êxito nos mais variados dispositivos móveis. A estrutura de classes é demonstrada no diagrama de classes, conforme a Figura 2. Figura 2 Diagrama de Classes
O SGBD (Sistema de gerenciamento de banco de dados) que está sendo utilizado é o SQLite, que é nativo do sistema operacional Android. Segundo Comachio (2012), é um banco de dados open source que suporta o padrão de banco de dados relacionais, utiliza a sintaxe SQL e requer pouca memória em tempo de execução, o que é ideal para dispositivos móveis, devido aos mesmos não possuírem alto poder de processamento. Para se utilizar o SQLite no Android não é preciso nenhuma configuração inicial, apenas é necessário especificar a instrução SQL para gerar o banco de dados e ele é criado automaticamente ao iniciar a aplicação. Para o desenvolvimento do software, está sendo proposta uma metodologia simples, envolvendo, por um lado, a avaliação de campo (sistema de produção e de irrigação) e do outro as necessidades hídricas das culturas, para finalmente fornecer resultados de simples utilização no dia a dia, no qual o produtor possa tomar suas decisões. Como principais dados de entradas, utilizam-se informações: meteorológicas, de localização, cultura agrícola e do equipamento de irrigação. Foram definidos seis sistemas de irrigação, sendo: aspersor, microaspersor, gotejador, pivô central, linear e autopropelido. Para cada sistema, o software irá estimar a lâmina bruta de irrigação, que representa a lâmina total de água a ser aplicada para compensar as perdas durante e depois da aplicação, permitindo que a cultura receba a quantidade de água requerida. A lâmina bruta de irrigação será apresentada em dois modos, uma pelo tempo, em que o sistema de irrigação deve operar em horas ou minutos, e outra pela quantidade de água que deve ser irrigado em milímetros, de modo que facilite ao produtor que manuseará o sistema de irrigação. Para estimar a lâmina de água necessária para atender as demandas hídricas da cultura, será calculado a evapotranspiração da cultura (ETc), utilizando o método FAO, (MANTOVANI et al., 2009), descrito pela Equação 1: ETo = evapotranspiração de referência (mm d-1); Kc = coeficiente da cultura (adimensional); Ks = coeficiente de umidade do solo (adimensional); Kl = coeficiente de localização da irrigação (adimensional). (Eq. 1) A ETo estimada, será utilizada a metodologia proposta por Hargreaves, (MANTOVANI et al., 2009), de acordo com a Equação 2: (Eq. 2) Ra = radiação solar extraterrestre (MJ m-2 d-1); Tmáx = temperatura máxima ( C); Tmín = temperatura mínima ( C); Tméd = temperatura média ( C).
(Eq. 3) 2 = ângulo horário do pôr-do-sol (rad); = latitude (rad); = declinação solar (rad). (Eq. 4) J = número do dia do ano (adimensional). A lâmina de água necessária para atender as demandas hídricas da cultura é calculada em função da eficiência de irrigação. A eficiência de irrigação representa a correção necessária em função das perdas durante aplicação (evaporação e arraste do vento) e pós-aplicação (falta de uniformidade de aplicação). 3. Desenvolvimento Na fase de desenvolvimento foram desenvolvidos os protótipos do software, onde o usuário poderá entrar com os dados e visualizar os resultados de maneira simplificada. Na Figura 3 é demonstrado o protótipo de tela de cadastro de projetos, onde o usuário deverá informar os dados referentes ao projeto e de localização. Os dados da parcela serão inseridos em uma tela especifica para a mesma, como é demonstrado na Figura 4. Figura 3 Protótipo de tela para Cadastro de Projetos. Figura 4 Protótipo de Tela para Cadastro de Parcelas.
De acordo com a Figura 4, protótipo de parcelas, deve ser inserido o nome da cultura, data de início da primeira fase e o nome da parcela. Estes dados são referentes à cultura agrícola no qual o produtor está irrigando. Os dados referentes aos dados diários, equipamento e fases da cultura a ser utilizado serão inseridos em telas especificas como é demonstrado na Figura 5 e na Figura 6. Figura 5 Protótipo de Tela para Inserção dos dados do Equipamento de Irrigação. Figura 6 Protótipo de Tela para Inserção dos dados diários. De acordo com a Figura 5, o usuário deverá escolher um dos equipamentos de irrigação disponíveis, informando a eficiência de irrigação e intensidade de aplicação do mesmo. Para cada equipamento existe uma quantidade de dados a ser em informados. Para cada dia do manejo de irrigação deve ser informado dados meteorológicos que podem ser extraídos de uma estação meteorológica básica, para informar a temperatura mínima, temperatura máxima e precipitação. 4. Conclusões e Trabalhos Futuros Este artigo teve o objetivo de apresentar as metodologias que estão sendo aplicadas no software para dispositivos móveis. Atualmente o projeto encontra-se na fase de desenvolvimento. Nos testes realizados com os protótipos, foi constatado a eficiência e facilidade na utilização do software. A navegabilidade entre as telas e a inserção de dados cumpriu com êxito o propósito determinado.
Após a conclusão da fase de desenvolvimento serão realizados os testes em campo e verificando a análise técnica do software, tais como usabilidade e eficiência na utilização do mesmo. Atualmente, onde há a prática da irrigação observa-se o uso excessivo de água, visando à maximização da produção e não a maximização da eficiência de uso da água. Com o projeto concluído, espera-se que o software dê suporte aos produtores irrigantes, visando a implementação de estratégias de um manejo racional, capaz de reduzir os impactos sociais, econômicos e ambientais do uso indevido da irrigação. 5. Referências Comachio, V. Funcionamento de banco de dados em Android: um estudo experimental utilizando SQlite. 2012. IDC International Data Computer, Framingham (USA): IDC. 2013. [acesso em 06/08/2014]. Disponível em: http://www.idc.com/getdoc.jsp?containerid=prus24085413. López-Mata, E.; TARJUELLO, J.M.; JUAN, J.A.; BALLESTEROS, R.; DOMÍNGUEZ, A. Effect of irrigation uniformity on the profitability of crops. Agricultural Water Management, v. 98, n. 1, p. 190-198, 2010. Mantovani, E.C.; Bernardo, S.; Palaretti, L.F. Irrigação: princípios e métodos. 3.ed. Viçosa: UFV, 2009. 357 p. Mantovani, E. C.; Faccioli, G. G.; Leal, B. G.; Costa, L. C.; Soares, A. A.; FREITAS, P. S. L. Determining the deficit coefficient as a function of irrigation depth and distribution uniformity. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v. 14, n. 3, p. 253-260, 2010. Mantovani, E. C; Montes, D. R. P; Vieira, G. H. S.; Ramos, M. M.; Soares, A. A. Estimativa de produtividade da cultura do feijão irrigado em Cristalina-GO, para diferentes lâminas de irrigação como função da uniformidade de aplicação. Engenharia Agrícola, v. 32, n. 1, p. 110-120, 2012. Oliveira, H. F.; Mantovani, E. C.; Sediyama, G. C. Avaliação de modelos de estimativa de produtividade da cana-de-açúcar irrigada em Jaíba-MG. Revista Brasileira de Agricultura Irrigada, v. 7, n. 3, p. 112-127, 2013.