Introdução a aplicação de câmeras térmicas na agricultura de precisão

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Gerenciamento inteligente do cultivo

A FAO (Food and Agriculture Organization) das Nações Unidas estima que cerca de 20 a 40% dos rendimentos das culturas globais são perdidos anualmente para pragas e doenças, apesar da aplicação de cerca de dois milhões de toneladas de pesticidas. Dispositivos inteligentes, como robôs e drones, poderiam permitir que os agricultores reduzissem o uso de agroquímicos ao detectar os “inimigos da safra” em estádios iniciais para permitir uma aplicação química precisa ou o controle de pragas, por exemplo. O mercado exige cada vez mais alimentos com menos herbicidas e pesticidas, maior qualidade e menor impacto ambiental.

Assim, a aplicação de insumos a taxa variada pode reduzir o gasto de insumos e custos de mão-de-obra, maximizar a produtividade e reduzir os possíveis impactos ambientais da aplicação em excesso de insumos agrícolas. No entanto, o sucesso das tecnologias de taxa variável requer informações precisas e confiáveis ​​sobre a localização e a magnitude das condições de saúde da cultura e do solo, como por exemplo, deficiências de nutrientes das culturas, estresse hídrico e danos causados ​​por insetos, ervas daninhas ou doenças. Embora a amostragem de campo forneça informações necessárias sobre as condições de saúde das culturas e do solo, esse processo torna-se inviável e dispendioso quando pensamos em grandes propriedades agrícolas.

Aplicações dos sensores térmicos na agricultura

A detecção remota é o método mais rentável para monitoramento e análises em grande escala na agricultura. Ainda hoje, as ferramentas dominantes utilizadas no setor agrícola são os sensores que captam nas faixas do visível, infravermelho próximo (NIR) e infravermelho de ondas curtas (SWIR).

O uso de sensores térmicos na agricultura é ainda limitado. Embora venha se popularizando nos últimos anos devido à redução nos custos dos sensores, bem como o aperfeiçoamento da tecnologia, que tem criado oportunidades para estas aplicações em muitos campos nas industrias da agricultura e de alimentos e atualmente vem sendo aperfeiçoado para integração na agricultura de precisão.

A tecnologia térmica de sensoriamento remoto pode ser utilizada em todos os materiais e processos agrícolas, onde o calor é gerado ou perdido no espaço e no tempo. Ao fornecer medições de temperatura de solo e dossel das culturas, o sensoriamento remoto térmico tem potencial para ser utilizado em várias aplicações, incluindo o monitoramento de doenças e pragas, umidade do solo, planejamento para operações de colheita e manejo da irrigação, monitoramento de viveiros, detecção de salinidade do solo, estimativa de rendimento, avaliação de maturidade e detecção de injúrias.

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De maneira geral, o sensoriamento remoto na Agricultura de Precisão é usado para coletar e analisar informações sobre as características da cultura e do solo usando sensores montados em satélites, aeronaves ou equipamentos terrestres. Os sensores captam a energia que é refletida (visível e NIR), emitida (infravermelho térmico (TIR)), ou retrodispersa (microondas) da superfície ou atmosfera em diferentes porções do espectro eletromagnético. As aplicações do sensoriamento remoto na agricultura de precisão são tipicamente influenciadas pelo tipo de plataforma (terra, ar ou satélite), região do espectro eletromagnético (visível, infravermelho e microondas), número e largura das faixas espectrais (pancromática, multispectral, hiperespectral), resolução espacial (alta, média e baixa), resolução temporal (por hora, frequência de revisão diária e semanal), resolução radiométrica (8, 12 e 16 bits) e a fonte de energia (sensores passivos ou ativos) utilizadas pelos sensores para coleta dos dados.

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Rápida detecção com sensores térmicos

Muitos estudos vêm sendo desenvolvidos para examinar as condições vegetativas na agricultura utilizando imagens visíveis e NIR coletadas por satélite, aeronaves tradicionais e drones. Vários índices de vegetação foram desenvolvidos com base na combinação de diferentes bandas para estimar diferentes parâmetros da planta, por exemplo, área foliar, cobertura do solo, biomassa, teor de clorofila foliar, etc. Embora esses índices vegetativos forneçam indicações de condições do dossel da cultura, essas são consideradas variáveis ​​de resposta relativamente lenta que normalmente se ajustam somente após ocorrer danos notáveis ​​na cultura. Em contraste, a temperatura da superfície detectada por sensores térmicos é uma variável de resposta rápida para monitorar o crescimento e estresses das culturas.

Sensoriamento remoto térmico

O sensoriamento remoto térmico é um processo de medição da radiação emitida a partir da superfície de um objeto e convertendo-a em temperatura sem estabelecer contato direto com o objeto. Todos os objetos com uma temperatura acima de 0 K ou -273 oC emitem radiação, e a quantidade de radiação é função da emissividade da superfície e da temperatura da superfície. Quanto maior a temperatura do corpo, maior é a intensidade da radiação emitida pelo objeto. O sensoriamento remoto térmico fornece medições importantes de fluxos de energia e temperaturas da superfície terrestre, que são parte integrante da compreensão dos processos e respostas da paisagem.

Assim, uma série de sensores térmicos para satélites e plataformas aéreas vem sendo desenvolvidos e utilizados direta ou indiretamente em muitas aplicações agrícolas. Em geral, a temperatura da superfície do dossel da cultura é uma função da taxa de transpiração, e isso, em si, é função da demanda evaporativa atmosférica e do estado da água do solo disponível para a cultura.

Usando o sensoriamento remoto térmico, estudos mostraram a possibilidade de avaliar e monitorar os padrões espaciais e temporais das doenças das culturas em estádios pré-sintomáticos e durante várias fases de desenvolvimento da doença. As deficiências devido a patógenos radiculares (por exemplo, Rhizoctonia solani ou Pythium spp.); infecções sistêmicas (por exemplo, Fusarium spp.) ou patógenos foliares, como manchas foliares ou ferrugem, geralmente influenciam a taxa de transpiração e o fluxo de água de toda a planta ou órgãos da planta. Como a evapotranspiração (ET) é um processo exigente de energia; maiores taxas de ET diminuem a temperatura da superfície das folhas e plantas e com isso numerosos algoritmos ET já foram desenvolvidos para utilizar as temperaturas superficiais derivadas de imagens térmicas de sensores baseados em satélite.

O estado de estresse na cultura, seja por déficit hídrico, ervas daninhas, nutricional, etc., influencia a temperatura do dossel, que pode ser medida durante estádios fenológicos críticos para uso no planejamento, gerenciamento e otimização de insumos e atividades agrícolas.

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Fabíola Gonçalves

Fabíola Gonçalves

Fabíola é Engenheira Agrônoma (CREA/RJ 2017105731) com doutorado em ciências pela Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro. Foi premiada pelo Conselho Regional de Engenharia e Agronomia do Rio de Janeiro (CREA-RJ) pelas pesquisas realizadas ao longo do seu mestrado. Possui especialização em Gestão Ambiental pelo Instituto Federal do Rio de Janeiro. Devido aos seus conhecimentos em fundamentos e aplicações do sensoriamento remoto e de processamento digital de imagens via satélite adquiridos durante o mestrado, ela tem se dedicado cada vez mais em buscar soluções utilizando dados oriundos dos Drones/RPAs/VANTs.
Fabíola Gonçalves

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