USP/EMBRAPAImagem mostra a regularidade do plantio de lavoura de eucaliptoUSP/EMBRAPA
Os agricultores brasileiros poderão contar no segundo semestre deste ano com um poderoso aliado para monitorar e elevar a produtividade de suas lavouras. Trata-se de uma aeronave não tripulada, autônoma, planejada para sobrevoar as plantações e captar imagens que depois serão analisadas e processadas por softwares especializados. O pequeno avião, que está em estágio final de desenvolvimento, tem autonomia de vôo de quatro horas e capacidade para registrar 6 mil fotos por dia, voando a 100 metros do solo.
“As imagens, captadas por uma câmera digital acoplada à aeronave, podem ser usadas pelos produtores rurais para detectar vários problemas no desenvolvimento das culturas, como falhas no plantio, infestação por pragas, deficiência de nutrientes, presença de doenças e de plantas invasoras, entre outros”, destaca o pesquisador Onofre Trindade Júnior, coordenador do projeto que envolve pesquisadores e técnicos da Universidade de São Paulo (USP), Embrapa Instrumentação Agropecuária, unidade da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária e AGX Tecnologia, empresa de São Carlos focada no desenvolvimento de soluções tecnológicas para o setor agrícola. Essa empresa, que faz parte do grupo da Fazenda Campo Bom, de Mato Grosso do Sul, investiu a maior parte do R$ 1,5 milhão gasto até o momento com o projeto.
Veículos aéreos não tripulados, conhecidos pela sigla Vants, podem ser empregados em muitas aplicações civis e militares, explica Onofre Júnior, que é professor licenciado do Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação da USP em São Carlos. As aeronaves desenvolvidas por seu grupo integram o Projeto Arara (Aeronaves de Reconhecimento Assistidas por Rádio e Autônomas), iniciado em 1998, e são dirigidas para aplicações de monitoramento agrícola e ecológico. Isso é feito por meio da coleta de imagens de vídeo e de fotografias, que são posteriormente processadas para extração das informações de interesse.
A maioria das imagens é coletada no espectro de luz visível, mas algumas são obtidas na região do infravermelho distante (imagens termais), ideais para detectar focos de incêndio e a presença de animais. Atualmente, os pesquisadores estão finalizando a modificação de uma câmera fotográfica digital para a obtenção de imagens na faixa do infravermelho próximo que permitem melhor identificação de vários fatores que afetam as culturas, como falta d’água, alguns tipos de doenças, além de obter índices de desenvolvimento como, por exemplo, a quantidade de biomassa na lavoura.
No caso do monitoramento agrícola, as imagens coletadas são posteriormente processadas, dando origem a uma série de informações úteis como o número de plantas por hectare, tamanho das copas das árvores, distribuição de palha no solo, fator importante na técnica de plantio direto, e a regularidade na plantação, que mede a variação da distância entre plantas. No monitoramento ecológico, as principais informações colhidas pela aeronave são o mapeamento e o acompanhamento da erosão, a detecção e previsão de incêndios florestais, o mapeamento de recursos hídricos e a contagem de animais silvestres.
USP/EMBRAPAImagem a 600 metros de altitude permite contar as árvores de cítrusUSP/EMBRAPA
Boa resolução
Com 2,3 metros de comprimento e 3,2 de envergadura (da ponta de uma asa até a ponta da outra), o avião é feito de fibra de vidro com alguns componentes madeira e alumínio aeronáutico e conta com um motor a gasolina da marca ZDZ, normalmente utilizado em aeromodelos, com 40 cilindradas e 4,8 cavalos-vapor (cv). A aeronave é capaz de voar, controlada por meio de sinais de rádio como um aeromodelo, a até mil metros de distância e o vôo é executado entre 100 e 300 metros de altura.
Segundo o coordenador do projeto, ela apresenta uma série de vantagens em relação a outros dispositivos também utilizados no monitoramento agrícola, como os satélites. “A resolução espacial da imagem proporcionada pela nossa aeronave é muito mais alta, permitindo identificar características não mensuráveis pelo satélite, como contagem de plantas pequenas”, explica Onofre Júnior. “Além disso, também permite a coleta de imagens a qualquer momento, enquanto satélites possuem uma janela de tempo limitada (quando ao circular a Terra passam no local que se quer a informação) para aquisição das imagens.”
Na captação de imagens, existe uma outra vantagem. Enquanto a obstrução de nuvens pode impedir a aquisição de boas fotos dos satélites em determinados momentos, a aeronave do Projeto Arara normalmente voa abaixo do nível das nuvens, não sofrendo desse problema. Por fim, destaca o pesquisador, com o uso de satélite, há uma área de cobertura mínima para a compra da imagem, que pode ser muito maior do que a área de interesse. Assim, com a aeronave desenvolvida em São Carlos, é possível obter imagens com menor custo. Aviões convencionais também podem ser utilizados para monitoramento agrícola e, nesse caso, diz Onofre Júnior, a principal vantagem do pequeno avião são os custos mais baixos — tanto de aquisição quanto de manutenção e operação.
A principal motivação para realização do Projeto Arara, destaca o pesquisador, veio das atividades de aeromodelismo desenvolvidas por insistência de um de seus filhos. “Após muitas horas de envolvimento com o esporte, surgiu a idéia da utilização das aeronaves em pesquisa e desenvolvimento”, afirma. O pontapé inicial do projeto foi dado com o trabalho de mestrado de uma pesquisadora da Embrapa, Nilda Pessoa de Souza, onde se procurou avaliar a qualidade das imagens obtidas com aeromodelos e sua aplicabilidade na agricultura. A partir daí vários outros trabalhos de mestrado foram desenvolvidos, priorizando subsistemas da aeronave e técnicas para processamento das imagens.
A aeronave utiliza uma arquitetura distribuída de sensores e servomecanismos, contando com um total de 11 microprocessadores a bordo. Servomecanismos são dispositivos que transformam sinais elétricos em movimentos dos controles existentes nas asas e no corpo da aeronave como leme, ailerons, profundor e flapes. Os microprocessadores englobam o processador central, sensores barométricos (altitude e velocidade aerodinâmica), monitor de motor (rotação, temperatura etc.), controle de gerador de energia e carga de bateria, controladores de servomecanismos, sistema de estabilização de vôo e piloto automático. Além disso, o veículo dispõe também de equipamentos comprados no mercado, como câmera de vídeo, receptor de GPS (localizador geográfico baseado em satélites), de alta precisão, câmera fotográfica digital de 8 megapixels e transmissores e receptores de rádio e de vídeo.
Um dos desafios do Projeto Arara é construir aeronaves autônomas, capazes de tomar decisões por meio da análise dos dados coletados em tempo real, como, por exemplo, seguir uma estrada, o curso de um rio ou uma linha de transmissão de energia. Para finalizar o pequeno avião ainda é necessário desenvolver o mecanismo de coleta automática de imagens a bordo e o registro das suas coordenadas, refinar os ajustes dos controladores atuais para maior precisão e desenvolver um controlador de rota que permita executar as manobras necessárias para obtenção de imagens em missões de varredura visual de áreas agrícolas.
Quando ficar pronta, provavelmente no segundo semestre, ela vai funcionar assim: antes do vôo, os operadores definem uma missão, contendo pontos de coleta de imagens e pontos da rota (latitude, longitude e altitude) a ser seguida. Esses dados são carregados no processador central da aeronave, ainda em solo, e ela executa a missão autonomamente, sem intervenção do piloto. Os parâmetros da missão podem ser modificados em vôo por meio de comunicação de rádio com a estação de controle ou qualquer outro canal de comunicação como telefonia celular ou satélite.
USP/EMBRAPACom 2,3 metros de comprimento, o avião é produzido com fibra de vidro, madeira e alumínio aeronáuticoUSP/EMBRAPA
Testes e regulamentação
Até o momento, foram produzidos dez protótipos do veículo, que vem sendo submetido a testes em culturas de cana-de-açúcar, laranja, soja, milho e eucalipto desde o início de 2004. “Estamos contentes com os resultados. Constatamos que o posicionamento das imagens foi preciso e houve correta identificação das características de interesse no processamento digital das imagens, confirmada pela sua análise visual.” Os pesquisadores também realizaram projetos piloto com algumas empresas dos setores agrícola e florestal para sondar a receptividade do mercado e avaliar a utilidade do sistema. Segundo Onofre Júnior, para entrar em operação comercial, a aeronave vai precisar, inicialmente, passar por um processo de licenciamento que já está sendo conduzido pela USP, por meio da Agência USP de Inovação, e pela Embrapa.
“Como ainda não existe uma regulamentação no país sobre a operação de aeronaves autônomas, inicialmente as operações poderão ser remotamente pilotadas ou na forma de projetos, intermediadas por uma instituição de pesquisa junto aos agricultores interessados”, afirma o Onofre Júnior. “Independentemente disso, existem várias empresas interessadas no equipamento no país e acreditamos que também exista mercado para ele no exterior.” Um avião desses custará entre R$ 60 mil e R$ 70 mil.
Existem no mundo e no Brasil, em fase de operação ou em estudos, vários tipos e tamanhos de veículos aéreos não tripulados, sendo que a grande maioria atua na área militar. Embora aeronaves não tripuladas não sejam novidade, Onofre Júnior garante que não há nenhum outro equipamento que ofereça uma solução completa para monitoramento agrícola e florestal. “O Projeto Arara cobre desde a coleta de imagens em áreas agrícolas e florestais, com um equipamento voltado para essa aplicação — possibilitando pouso e decolagem em áreas rurais, baixa velocidade mínima de vôo (40 km/h), câmeras com alta resolução para avaliação de pequenos detalhes e baixo custo —, até o processamento digital das imagens, extração e exibição de dados para o produtor.”
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