Desenvolvimento de equipamento multiespectral para a determinação de reflectância na agricultura

• Autor(a) principal: Viana, Lucas de Arruda
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: LOCUS Repositório Institucional da UFV
• Texto Completo: https://locus.ufv.br//handle/123456789/28486
• topic: Agricultura de precisão; Vegetação - Mapeamento; Agricultura - Processamento de dados; Reflectância; Detectores opticos; Máquinas e Implementos Agrícolas

O crescimento da população mundial, somado às crises econômicas e ambientais, tem acentuado as disparidades sociais e, como consequência, o aumento da pobreza e fome. Aumentar a produção agrícola de forma sustentável com foco em mitigar o problema da fome mundial é o caminho a ser trilhado pela sociedade. Visando aumentar a produtividade com menor uso de recursos, bem como menores danos ambientais, o uso de tecnologias ligadas à agricultura digital tem mostrado ser indispensável. Diferentes estudos científicos apresentam resultados que demostram que o manejo agrícola, com o auxílio de sensores espectrais portáteis, pode contribuir para o aumento da produção e otimização do uso de insumos, em especial os fertilizantes nitrogenados. Os resultados desses estudos ainda ressalvam que o barateamento das tecnologias deva acontecer para uma maior popularização do uso de sensores espectrais na agricultura. Reduzir o custo de uma tecnologia favorece a popularização, em especial nos países em desenvolvimento, onde a atividade agrícola é o pilar de sustentação econômica. Neste contexto, o objetivo principal deste trabalho foi desenvolver um sensor ativo portátil multiespectral, de baixo custo, capaz de medir de forma precisa e confiável a reflectância em dez bandas do espectro eletromagnético. O sensor foi constituído por um circuito eletrônico que une um computador de placa única a um regulador de tensão, a um sistema de iluminação por LEDs de alta potência, a um dispositivo óptico e a uma tela LCD. O processo de medição da reflectância consiste em direcionar uma fonte de luz sobre o alvo a ser analisado, e o sensor converte a parte da radiação refletida que é captada em pulso elétrico, e este pulso é processado e convertido em valores de reflectância. Experimentos de laboratório e de campo foram realizados com o objetivo de avaliar o desempenho do sensor na coleta de dados, bem como sua estabilidade. Para avaliar o desempenho, em ambiente de laboratório, foram comparadas as medidas de reflectâncias do sensor com as medidas feitas pelo espectrorradiômetro, para alvos sintéticos e naturais. A estabilidade foi verificada por meio de um experimentomontado por 12 semanas e nesse experimento foi verificado se houve alterações das medições de reflectância. Para verificar se as medidas de reflectância do sensor são modificadas pela variação da iluminação no ambiente de medida, foram comparadas as medições de reflectância feitas com ausência de qualquer iluminação com as medições feitas em ambiente iluminado. O menor coeficiente de correlação de Pearson entre os dados medidos pelo sensor desenvolvido e pelo espectrorradiômetro foi de r = 0,9731 e o maior 0,9977. O RMSE médio para medida de refletâncias em folhas de plantas e em solos foi de 0,03. Os resultados mostram precisão e exatidão das leituras de reflectância nos dez comprimentos de onda medidos pelo sensor desenvolvido. No experimento de campo foram comparadas as medições de NDVI feitas pelo sensor desenvolvido com as medições de NDVI feitas pelos sensores GreenSeeker e câmera MicaSense-MX. As medidas de NDVI feitas pelo sensor desenvolvido comparadas com as obtidas pelo GreenSeeker obtiveram R2 = 0,8011 e com a MicaSense-MX, R2 = 0,7039. Os resultados em campo mostraram que o sensor desenvolvido é capaz de medir NDVI de forma semelhante em relação às medidas de NDVI feitas pelos sensores GreenSeeker e pela câmera MicaSense-MX. Os resultados comprovaram a estabilidade e a capacidade de medir, de forma confiável, as reflectâncias em dez bandas espectrais e monitorar de forma indireta a saúde das plantas por meio do índice de vegetação NDVI. O sensor multiespectral desenvolvido mostrou ter potencial para ser usado na agricultura, podendo contribuir para uma produção mais sustentável e com otimização de uso de insumos agrícolas. Palavras-chave: Sensor espectral. Sensor óptico. Sensor ativo. Agricultura digital. Agricultura de precisão. Índice de vegetação. Reflectância.