AERONAVES NÃO TRIPULADAS NO MONITORAMENTO AGRÍCOLA: APLICABILIDADE E VIABILIDADE

Tipo de documento:TCC

Área de estudo:Engenharias

Documento 1

BANCA EXAMINADORA __________________________________________ Prof. ª Flávia Fernandes Navarro Nuss, MSc. Prof. XXXXXXXXXXXXXXXXXX, DSc. Prof. A metodologia utilizada foi primeiramente, a revisão bibliográfica, qualitativa exploratória, e, estudo de caso comparativo, para isso foram usados livros, apostilas, textos e artigos, pesquisados em sites de pesquisa como: Scielo; Google Acadêmico; CAPES; Science Research, entre outros. Palavras – chaves: Veículos Aéreos não Tripulados; Agricultura; Monitoramento da Agricultura; Drones na Agricultura. ABSTRACT An unmanned aerial vehicle used in agriculture to increase production and monitor plant growth. Using advanced sensors and digital imaging capabilities, farmers can use these drones to get a richer image of their fields. Information from such devices can be useful to improve crop yields and farm efficiency. tempo de voo. LISTA DE QUADROS Quadro 1: Comparação baseada em recursos de UAVs.

SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO 11 1. Objetivos 11 1. UAVs híbridos de asa fixa e multi rotor 25 3. Comparação de vários UAVs 26 4. UAVs na agricultura 27 4. Análise de solo e campo 27 4. Plantio 28 4. EXCLUSÃO DE ARTIGOS DO ESTUDO DE CASO 39 6. Estrutura do trabalho 40 7. CONCLUSÃO 41 REFERÊNCIAS 43 1. INTRODUÇÃO Um veículo aéreo não tripulado (VANT) é um tipo de aeronave que opera sem um piloto humano a bordo. Existem diferentes tipos de VANTs empregados para diferentes fins. Portanto, ao coletar informações, seja na agricultura, agropecuária, ou outras áreas, utilizando essas informações coletadas, os agricultores podem fornecer soluções rápidas e eficientes para os problemas e questões detectados, tomar melhores decisões de gerenciamento, melhorar a produtividade da fazenda e, finalmente, gerar maior lucro. Objetivos O presente trabalho almeja atingir os objetivos específicos e geral expostos a seguir.

Objetivo geral Frente ao tema escolhido para o desenvolvimento desta pesquisa, foi elaborado o objetivo geral a ser alcançado: verificar quais são as influências da utilização de VANTs na otimização das operações agrícolas, no aumento e qualidade da produção. Objetivos específicos Especificamente, os objetivos específicos são: 1) Descrever o que são VANTs e suas várias classes e categorias considerando o seu uso; 2) Compreender como a utilização dos VANTs pode reduzir os custos e auxiliar no aumento da produção e melhoria na qualidade na área agrícola; 3) Examinar as oportunidades e usos potenciais da tecnologia no setor agrícola, é importante entender as limitações, riscos e desafios técnicos, juntamente com os benefícios; 4) Analisar por meio de estudo de caso, qual o tipo de VANT é o melhor a ser utilizado no monitoramento da agricultura.

Justificativa Para aplicações agrícolas, estão sendo consideradas soluções regulares de agricultura inteligente, incluindo o uso de veículos aéreos não tripulados VANTs. Os agricultores utilizarão os VANTs sobre suas colheitas, identificarão com precisão um problema em uma área específica e poderão tomar as ações necessárias para corrigi-lo. Isso dá ao agricultor tempo para se concentrar no panorama geral da produção, em vez de gastar tempo pesquisando suas colheitas. Usos adicionais incluem manter o controle de animais, inspecionar cercas e monitorar os patógenos das plantas. Portanto, o presente trabalho se justifica, pois, a agricultura se torna extremamente importante como principal fonte de produção de alimentos para alimentar a população do planeta. Por outro lado, a agricultura oferece muitos benefícios ao país, como alimentos e produtos não-alimentícios, transporte e equilíbrio do meio ambiente.

Para produzir imagens mais detalhadas com alta resolução espacial a baixo custo, as câmeras montadas em veículos aéreos não tripulados - VANTs foram utilizados com resultados promissores (MATESE et al. Como esses UAVs começaram a incorporar mais tecnologias periféricas e cresceu em complexidade, um novo termo foi desenvolvido para descrever todo o sistema - sistema de aeronaves não tripuladas- SANT (CANIS, 2015). Juntamente com essa nova tecnologia, surgiram muitos novos desafios, como o processamento de dados geo. Espaciais ( CHANG et al. e resoluções temporais mais baixas quando aplicadas a grandes áreas de terra (MARINO; ALVINO, 2019). No entanto, tudo começou no tempo. Nesta seção, apresentamos alguns marcos no desenvolvimento e ilustramos diferentes aplicativos. O uso de veículos aéreos mais pesados ​​que o ar na agricultura provavelmente começou em 1921, quando o Departamento de Agricultura dos EUA, em cooperação com a estação de pesquisa do Corpo de Sinais do Exército dos EUA em McCook Field (Dayton, Ohio), usou aviões para espalhar pesticidas (JOHNSON 2002).

O método foi chamado de varredura de culturas. Embora os pesquisadores tenham se interessado pelas fotos aéreas em um estágio inicial para análise das culturas (TAUBENHAUS et al. Isso foi escrito antes de aviões e helicópteros, e nós agora sei que demorou muito tempo para desenvolver o controle controlado por rádio (RC) helicópteros e aviões e transformá-los em ferramentas profissionais. Dieter Schluëter criou um kit modelo de helicóptero RC em 1970. Um relato inicial de equipamento de câmera foi Thurling et al. que escreveu: Um modelo leve controlado por rádio e equipado com uma câmera de 35 mm montada em cardan foi usado para obter fotografias verticais muito detalhadas de experimentos de competição de colza com ervas daninhas (p.

Em 1987, a Yamaha apresentou o R-50, que ele descreveu como "o primeiro helicóptero não tripulado de uso prático para tirar o pó da colheita" (Yamaha 2017). Tão importante quanto a informação é a tecnologia de taxa variável, que permite que as máquinas atuem em campo detalhado informações de segmento. Os dados de campo de precisão podem ser coletados pelo uso de sensores montados em um trator ou outro veículo terrestre ou por instrumentos portáteis. O UAS se tornou um novo método eficiente para coletar dados, pois é barato, confiável e evita a compactação negativa do solo (ROKHMANA 2015). Segundo Ulrik Lovang, da empresa de consultoria agronômica Lovang Lantbrukskonsult, os dados de campo baseados em UAS podem ser usados ​​de várias maneiras: A cor da colheita pode revelar deficiências nutricionais e doenças ou ataques de insetos.

As medições de biomassa podem permitir a análise do potencial de rendimento e dos requisitos de nutrientes para melhorar a colheita. Na época, eu não sabia, mas isso era chamado de sensoriamento remoto '' (comunicação pessoal). Em 2006, ele notou um anúncio em a revista agrícola Crop Life para uma solução UAS ajustada à fazenda chamada Crop Cam de Winnipeg, Canadá. Blair investiu em um UAS e começou a operar a aeronave não tripulada de asa fixa no mesmo ano. Ele comentou: “Olhando para trás, é assustador e emocionante como esse anúncio mudou minha vida e a vida de minha família para sempre. Loucamente abençoada e ainda tenho a revista''. As imagens também passarão por um processo de correção de dados que pode envolver vinhetas e ortorretificação, entre outros, dependendo da tarefa ) (BECHMANN et al, 2013).

Detecção de Estresse na Planta A detecção de vários estresses de plantas é uma aplicação amplamente utilizada de UAS na agricultura. As formas mais comuns de estresse sendo detectadas via UAS incluem estresse hídrico, estresse por nutrientes e doenças de plantas. O estresse hídrico pode ser bastante simples de detectar e geralmente é detectado através de uma combinação de NDVI e valores do índice de estresse hídrico da cultura (CWSI), o último dos quais é gerado usando imagens térmicas (GAGO et al, 2015). O estresse dos nutrientes pode variar na dificuldade de detecção, pois existem muitos outros fatores causais associados. Em outros estudos, os índices de vegetação foram mais utilizados. Por exemplo, Lowe e colegas mostraram como a presença da doença da louro-murcha no abacate estava fortemente correlacionada com o excesso de índices de vegetação vermelha (ExR) e azul / verde (B / G) (CASTRO et al.

No entanto, para alguns programas de detecção de doenças baseados em UAS, basta uma câmera RGB padrão para uma detecção precisa. De um estudo que analisou a podridão radicular de fitmatotrichopsis (Texas podridão das raízes) na alfafa por Mattupalli e colegas, foi demonstrado como as imagens RGB sozinhas podem fornecer dados suficientes para uma classificação precisa da doença; com a extrapolação de RGB para HSV (matiz, saturação e valor) e Hrot60SV (valores de matiz girados 60 unidades, saturação, valor) quase sem efeito na classificação (KALISCHUK et al, 2019). No entanto, na maioria dos casos, apenas a imagem RGB não é suficiente. Fonte: Tortola 2018. TIPOS DE AERONAVES NÃO TRIPULADOS Os Veículos Aéreos Não Tripulados – VANT, podem ser classificados com base no uso, com alguns sendo usados para fotografia, mapeamento aéreo, vigilância, cinematografia etc.

No entanto, uma melhor classificação pode ser feita com base em seus conjuntos de recursos. Vroegindeweij, et al. em seu artigo, apresentaram uma visão geral dos diferentes tipos de VANTs aplicados na agricultura e os categorizaram em três grupos principais - asa fixa, decolagem e aterrissagem vertical (VTOL) e aves / insetos. Os UAVs com vários rotores são classificados ainda com base no número de rotores na plataforma. Existem aqueles com três rotores chamados tricopter (três motores), Quadcopter com quatro rotores, com seis rotores chamados hexacopters e aqueles com oito rotores chamados octocopter. Voar em um UAV multi rotor não requer habilidades excepcionais, ao contrário dos outros tipos de UAVs (GAGO et al, 2015). Os UAVs com vários rotores, embora baratos e fáceis de fabricar, têm algumas desvantagens, que incluem: tempo de voo limitado, resistência e velocidade.

Eles só podem sustentar um tempo médio de voo entre 20 e 30 minutos. Figura 4: Um UAV de asa fixa Fonte: AgEagle Aeriel (2018). UAVs de rotor único Os UAVs de rotor único também são chamados de monocópteros e se parecem muito com helicópteros em design e estrutura. Embora sejam chamados de UAVs de rotor único, na verdade eles têm dois rotores - um grande na parte superior e outro menor na cauda. O rotor maior é para elevação, enquanto o menor é usado para controle. Eles têm um tempo de voo significativamente mais longo que o de seu rotor multi rotor, pois geralmente são acionados por motores a gás. Figura 6: Um UAV híbrido de asas fixas e multi rotores. Fonte: Arcturus UAV. Jump, 2017. Embora esses sejam os quatro tipos comuns de UAVs, existe um tipo único de UAV chamado UAV de asa de membrana flexível (FMW) (TJAHJOWIDODO; LEE, 2017).

O FMW possui asas feitas de material de membrana flexível, com as vantagens de facilitar o armazenamento (já que as asas podem ser dobradas) e melhor controle e manobrabilidade em condições de vento (como as asas flexíveis se ajustam dinamicamente para atender ao vento, evitando " lavagem adaptativa "). Tipo de UAV Altitude (km) Média faixa de controle (km) Média velocidade do ar (m / s) UAVs com vários rotores (DJI Agras MG-1P [ 6 ]) 2 3–5 7 UAVs de asa fixa (AgEagle RX60 [ 7 ]) 0,125 2 18,8 Rotor único (Alpha 800 [ 8 ]) 3 30 15,2 UAV híbridos de asa fixa e multi rotor (Salto 20 [ 9 ]) 4 500-1000 30 Fonte: Arcturus UAV. Jump, 2017 4. UAVs na agricultura De acordo com o Massachusetts Institute of Technology (MIT), a tecnologia UAV dará ao setor agrícola uma reforma de alta tecnologia, com planejamento e estratégia baseados na coleta e processamento de dados em tempo real.

A PwC colocou uma avaliação de US $ 32,4 bilhões no mercado de soluções agrícolas movidas a UAV (PEÑA, et al. A aplicação da tecnologia UAV na agricultura tornou-se cada vez mais necessária com o aumento da população global e a pressão resultante no consumo agrícola. Com as imagens de alta resolução, os agricultores podem identificar rápida e precisamente as ervas daninhas quase imediatamente após surgirem e aplicar o mínimo de pesticidas para contê-las (PEÑA, et al. Desenvolveram uma Análise de Imagem Baseada em Objetos (OBIA) em uma série de imagens UAV usando câmeras multi espectrais de seis bandas em um campo de milho na Espanha. Enquanto estiver em (TORRES-SANCHEZ, 2013), foram especificadas as especificações técnicas e a configuração de um UAV que poderia ser usado para capturar imagens remotas para o gerenciamento de plantas daninhas específicas para o local da primeira temporada (ESSWM).

O estudo também avaliou as propriedades espaciais e espectrais da imagem necessárias para a discriminação de mudas de plantas daninhas. Eles implantaram um UAV equipado com câmeras multi espectrais e analisaram as especificações técnicas e a configuração do UAV para gerar imagens em diferentes atitudes; com a alta resolução espectral necessária para a detecção e localização de mudas de plantas daninhas em um campo de girassol. A avaliação foi realizada com um UAV de asa fixa, equipado com um sensor multiespectral para coletar imagens durante a estação de crescimento de 2016, com missões de voo realizadas 50 dias após o plantio. As missões de voo forneceram dados que abrangem os diferentes períodos de crescimento dos híbridos de sorgo.

Os autores inferiram que as imagens de alta resolução obtidas com o UAV podem ser efetivamente utilizadas para a coleta de dados em temporada no campo. Os resultados obtidos comprovaram a relação entre o Índice de Vegetação por Diferenças Normalizadas (NDVI) e o IAF e entre o NDVI e o fc. Foi assim possível determinar / estimar LAI e fc a partir dos valores de NDVI derivados de UAV. Envolve cobrir extensas extensões de terra extremamente grandes para garantir o crescimento adequado das culturas. Os UAVs agrícolas simplificaram a pulverização de culturas para os agricultores; como eles podem cobrir grande extensão de terra dentro de um intervalo de tempo muito curto. Usando sensores, os UAVs podem ajustar automaticamente sua altura ao pulverizar em campos irregulares.

Isso melhora a precisão da pulverização e economiza recursos. As vantagens de usar UAVs para pulverização de culturas incluem: economia de tempo e custo para o agricultor, pulverização eficiente, pois as plantas e o solo abaixo podem ser alcançados, e protegendo os agricultores da exposição prolongada a produtos químicos potencialmente perigosos, até agora associados à pulverização manual. Numerosos trabalhos de pesquisa foram realizados para determinar a eficácia dos UAVs para a pulverização local. Alguns fatores considerados foram o equilíbrio da altitude e da velocidade do VANT com a altura e a precisão da pulverização, bem como o tamanho das gotículas, a pressão da pulverização e os possíveis efeitos da direção do fluxo de ar das hélices dos UAVs (HENTSCHKE, et al.

Monitoramento de culturas Uma combinação de grandes campos agrícolas e baixa eficiência no sistema de monitoramento de culturas são alguns dos maiores desafios agrícolas. O desafio do monitoramento é agravado por condições climáticas imprevisíveis, que aumentam os riscos e os custos de manutenção em campo. Um UAV agrícola ajuda o agricultor a superar alguns desses desafios. Em 2012, os autores Baluja et al. realizaram um estudo sobre a variabilidade do status da água da vinha por imagens térmicas e multiespectrais usando um UAV. A avaliação da variabilidade do status da água de um vinhedo comercial de Tempranillo alimentado pela chuva foi realizada e concluiu que um UAV pode ser usado para avaliar o status da água da videira e mapear a variabilidade do vinhedo que pode ser útil para práticas de irrigação.

O trabalho realizado em 2016 concentrou-se na aplicação do sensoriamento remoto térmico na agricultura de precisão e em algumas das preocupações relacionadas à sua aplicação. Gonzalez-Dugo et al, (2016) tratou ainda da avaliação da heterogeneidade do status da água em um pomar comercial como pré-requisito para o agente de irrigação de precisão. A plataforma UAV foi implantada sobre uma colheita de sorgo no sudeste de Queensland, na Austrália, para coletar imagens RGB de alta resolução de certas áreas que foram severamente danificadas por pragas de larvas brancas. Um pipeline de processamento de imagem foi implementado antes da análise de imagem (PIUG et al. O estudo demonstra como a sensibilidade remota baseada em UAV e o aprendizado de máquina podem ser usados para obter vigilância de biossegurança e gerenciamento de pragas.

O trabalho apresentado em 2015 também corroborou o uso do UAV na avaliação da saúde das culturas e destacou os benefícios da implantação do sensoriamento remoto do UAV sobre os métodos tradicionais. Eles desenvolveram um método que pode monitorar rapidamente as pragas das culturas, com base no sensoriamento remoto de VANT, que foi implantado para pragas de inspeção na zona agrícola de Baiyangdian durante a estação de crescimento (PIUG et al. b) Caminho de viagem mais curto: é sabido que a distância mais curta entre dois pontos é um caminho reto. Os UAVs são mais adequados para isso, pois podem voar diretamente em caminhos retos. Nem sempre é o caso de veículos terrestres. c) Voar sombrio: No caso de UAVs autônomos, os UAVs podem ser programados para voar no escuro ou às vezes com visibilidade quase nula, quando seria difícil para os humanos controlá-los manualmente.

d) Economia de tempo e mão-de-obra: Atividades como número de funcionários, monitoramento e agrupamento geralmente exigem o emprego de mais mãos para ajudar. Embora esses trabalhos tenham se concentrado em aplicativos de cidades inteligentes, vários desses desafios também são aplicáveis ao espaço agrícola. Os desafios foram amplamente classificados em comercial e técnico, e incluem: a) Custo: a tecnologia é percebida como cara como resultado da natureza técnica dos UAVs. A implantação, a integração e o treinamento podem ser muito caros (MOHAMMED et al, 2014). Da mesma forma, em (2015), os autores Idries et al. adotaram uma perspectiva de gerenciamento de projetos para a implantação de projetos relacionados a UAV e destacaram o custo como um elemento-chave que precisa ser considerado.

e) Ética e privacidade: alguns acham que o uso de VANTs para monitoramento e vigilância levaria à invasão de sua privacidade. A falta de procedimentos operacionais e tecnológicos padrão necessários para o desempenho seguro dos UAVs é um grande desafio. Pode haver obstrução de GPS e invasão por causa das vulnerabilidades no comando e controle das operações de UAV (MOHAMMED et al, 2014). Outros desafios em aberto a) Tempo de voo limitado: o tempo de voo do UAV depende em grande parte da capacidade da bateria. Na maioria dos UAVs, particularmente no multi rotor, as baterias costumam suportar apenas um tempo de voo entre 10 e 30 minutos e podem ser menores quando voadas em altas velocidades do vento. Essa limitação é proeminente na aplicação de VANTs na varredura de culturas (pulverização de produtos químicos para controle de pragas / ervas daninhas ou fertilizantes nas culturas).

Grandes monocópteros movidos a gás podem ser uma solução potencial para esse desafio. d) Autonomia de UAVs: As possibilidades de UAVs na agricultura são numerosas. No entanto, a maioria atualmente está sendo operada manualmente por seres humanos. Isso limita suas aplicações a determinados horários do dia em que há uma visibilidade clara. g) Custo: O UAV ideal para aplicações agrícolas é aquele que possui um bom equilíbrio entre durabilidade, tempo de voo longo, estabilidade e capacidade opcional de voar de forma autônoma. Esse dispositivo custaria muito mais do que um agricultor comum poderia pagar. Especialmente para agricultores de países em desenvolvimento. Para aqueles em países muito desenvolvidos, também pode haver o desafio de justificar como a compra de dispositivos tão caros pode traduzir diretamente em lucro mensurável.

Para esse fim, os agricultores ainda dependem amplamente de maneiras manuais de realizar suas operações agrícolas (SYLVESTER, 2018). Com qualquer tecnologia emergente, há também algumas considerações que precisam ser analisadas, como restrições legais, trade-offs econômicos e facilidade de uso. Esta revisão termina com uma discussão sobre os prós e contras dessa tecnologia, juntamente com uma breve visão das áreas futuras de pesquisa sobre a tecnologia UAS na agricultura. Primeiramente, será utilizada a revisão bibliográfica, onde buscar-se-á fundamentar a presente pesquisa. Posteriormente será realizado um estudo de caso, analisando trabalhos (artigos) já elaborados em plantações que já utilizam os VANTs, e as que não utilizam analisando a diferença na produção, qualidade e quantidade ao se utilizar a nova tecnologia e que não utiliza, fazendo comparações.

Nesta primeira fase, este trabalho tem por metodologia a pesquisa bibliográfica e documental, e o tipo de abordagem escolhido depende do problema que se busca analisar, que neste trabalho trata-se de uma abordagem qualitativa, que é uma técnica investigativa que analisa a subjetividade do objeto e suas particularidades. Embora tenham sido inicialmente projetados para uso militar, eles agora são amplamente utilizados em várias áreas, desde esportes recreativos, combate a incêndios, simulações / treinamentos de voo a brinquedos para crianças. Neste trabalho, foi apresentado uma aplicação de VANTs na agricultura comercial. Explanado sobre quatro tipos principais de UAVs e, embora o UAV multi rotor com sua capacidade de pairar no local, decolar e pousar na vertical possa parecer bem adequado para a agricultura, seu tempo de voo limitado é uma grande limitação.

O rotor do motor de asa fixa híbrida pode ser mais adequado. Também foi apresentada uma visão detalhada das aplicações dos VANTs na produção agrícola. Desde os serviços de entrega na hora do rush até a varredura de áreas inacessíveis, os UAVs estão se mostrando críticos em situações em que humanos não conseguem alcançar ou não podem executar tarefas perigosas / arriscadas de maneira oportuna e eficiente. Com esta pesquisa não se pretendeu esgotar o tema, muito porque ele é vasto e está m evidência, sendo assim, se pode sugerir que se realizem pesquisas como analisar as aplicações civis de UAV e seus desafios. Discutir as tendências atuais de pesquisa e fornecer informações futuras para possíveis usos de UAV.

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