Drones na agricultura e pecuária têm conquistado cada vez mais atenção dos produtores e já não há dúvidas de que esta é uma ferramenta que, em breve, se tornará indispensável no campo. Ver Drones sobrevoando lavouras já não é uma cena rara. Em cada safra esta tecnologia tem ganhado mais espaço. Apesar de ser possível realizar o trabalho de maneira semelhante utilizando imagens de satélite ou geradas pelo mapeamento aéreo convencional com aviões, o uso dos Drones na agricultura gera produtos com maior qualidade em um menor espaço de tempo e a um menor custo.

Antes conseguíamos registrar imagem de planta por planta. Utilizando o drone, agora é possível analisar várias plantas ao mesmo tempo.

Pesquisador Carlos Sousa, Embrapa Agroenergia

É preciso esclarecer que o termo Drone é um apelido informal originado do inglês. Seu significado em português é zangão ou zumbido (devido ao ruído que o equipamento faz durante a operação). Este termo se difundiu mundo afora caracterizando qualquer objeto voador não tripulado utilizado para qualquer propósito, seja ele profissional comercial ou recreativo. É comum encontrar também a utilização em inglês do termo UAV que significa Unmanned Aerial Vehicle, traduzido para o português como Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT). Este termo é usado para se referir a todo e qualquer equipamento que acesse o espaço aéreo sem a presença de um ser humano a bordo.

 

No Brasil, o termo adotado oficialmente é aeronave remotamente pilotada (Remotely-Piloted Aircraft – RPA) que começou a fazer parte da legislação a partir de maio de 2017 com a publicação da ANAC do Regulamento Brasileiro de Aviação Civil Especial nº 94 (RBAC-E 94) que trata das regras para o uso de Drones. RPA é o termo técnico adotado pela Organização da Aviação Civil Internacional (OACI).

 

Esclarecidas as nomenclaturas mais utilizadas, decidimos adotar a forma coloquial e popular (DRONE) para se referir aos equipamentos remotamente pilotados.

 

Importante frisar que não é simplesmente adquirir um drone e sair voando por aí. Muito menos ainda acreditar que, apenas com a aquisição do equipamento, você se tornará capaz de realizar o mapeamento aéreo na agricultura ou pecuária gerando resultados aplicáveis e que realmente façam sentido, de modo a aumentar o lucro ou diminuir os custos dos seus clientes ou em sua propriedade (caso seja produtor).

 

Há uma série de pré-requisitos que envolvem habilidades e competências de ordem técnica, tecnológica e humana, além do conhecimento e adequação à legislação atual que devem ser considerados quando o assunto é mapeamento aéreo com Drones na agricultura e pecuária. Vamos a eles.

Drones na Agricultura Informações Preliminares

São três os órgãos oficiais responsáveis pela a regulamentação dos drones no Brasil:

 

  1. Agência Nacional de Telecomunicações – ANATEL;
  2. Agência Nacional de Aviação Civil – ANAC; e
  3. Departamento de Controle do Espaço Aéreo – DECEA.

ANATEL

Todos os Drones necessitam ser homologados pela Anatel inclusive os de uso recreativo, como os de aeromodelismo. Segundo o site da agência, esta medida visa evitar as interferências dos transmissores de radiofrequência embarcados nos drones e em seus controles remotos em outros serviços. O primeiro passo para homologar um drone na ANATEL é fazer o cadastro no Sistema de Gestão de Certificação e Homologação. Acesse neste link o manual de orientações: Homologação de Drones na ANATEL.  Feita a homologação na ANATEL, o interessado em operar drones deverá continuar o processo junto à ANAC e ao DECEA.

 

ANAC

Segundo o Regulamento Brasileiro da Aviação Civil Especial (RBAC-E nº 94) da ANAC de 2 de maio de 2017, os Drones são divididos em três categorias. Classe 1 – para equipamentos que possuem mais de 150 quilos. Classe 2 – para aqueles que pesam entre 25 e 150 quilos. Classe 3 – para Drones com até 25 quilos. Cada um deles possui regras específicas. Vejamos algumas:

 

  • Até 250 g: não precisa de registro/autorização.
  • De 250 g até 25 quilos: é necessário o registro do equipamento na ANAC. Caso o vôo seja acima de 120 m/400 pés, o piloto deve ser licenciado.
  • Acima de 25 quilos: é obrigatório o registro do vôo no DECEA independentemente da altura do vôo.
  • Seguro obrigatório e individual: é necessário contratar um seguro que cubra possíveis danos a terceiros.
  • Cadastro no Sistema de Aeronaves não Tripuladas (SISANT):  deve ser feito um cadastro para cada equipamento vinculado a uma pessoa ou empresa no Brasil.

Se preferir, acesse neste link o regulamento na íntegra: RBAC-E nº 94

 

DECEA

O DECEA possui uma página que reúne as o máximo possível de informações sobre como operar Drones de maneira segura e dentro das normas vigentes, sendo possível acessar desde o Código Brasileiro de Aeronáutica (de dezembro de 1986) até publicações recentes como a ICA 100-40 (Instrução de Comando da Aeronáutica) que  trata dos Sistemas de Aeronaves Remotamente Pilotadas e o Acesso ao Espaço Aéreo Brasileiro. Abaixo seguem algumas imagens que o DECEA tem utilizado de forma educativa para orientar operadores de drones.

Drones na Agricultura e Pecuária
Drones na Agricultura e Pecuária

Quando uma pessoa adquire uma RPA precisa ter conhecimento da legislação, senão acaba tomando atitudes que, por falta de conhecimento, pode praticar uma contravenção penal.

Tenente-Coronel Aviador Jorge Humberto Vargas Rainho (DECEA)

Para o usuário operar dentro das normas, é necessário o registro do piloto ou da pessoa jurídica no Sistema de Aeronaves Remotamente Pilotadas (SARPAS). Após o cadastro o usuário pode solicitar autorizações para a realização dos voos de forma rápida e prática.

A lista de documentos necessários para o registro no SARPAS pode ser conferida neste link: Instruções para cadastro no SARPAS. O prazo de análise do cadastro e liberação para solicitar voos é de 10 dias corridos.

Drones na Agricultura Multirotor ou Asa Fixa

Vamos às questões de ordem tecnológica sobre o uso dos drones na agricultura. O primeiro passo é definir qual será o tipo de drone utilizado para o mapeamento aéreo na agricultura e na pecuária. Para isso é necessário conhecer os diferentes tipos de aeronaves, suas características e aplicações. Basicamente podemos dividir os Drones em duas grandes categorias: multirotor ou asa fixa.

 

A principal diferença que realmente importa entre estes dois tipos é autonomia de vôo. Drones multirotores possuem menor autonomia (cerca de 20 a 30 minutos) por utilizarem mais rapidamente a carga da bateria em seus vários motores para manter a aeronave no ar. Drones que possuem asa fixa tem apenas um motor e utilizam sua aerodinâmica para planar, aumentando a sua autonomia de vôo (de 45 minutos a várias horas). Assim sendo, Drones multirotores são indicados para áreas menores (de até 200 hectares), enquanto que os de asa fixa podem mapear áreas de grande extensão em poucas horas. É claro que há exceções. Há multirotores com autonomia maior que asas fixas. Mas no geral, as diferenças apontadas acima servem para a grande maioria dos modelos.

Principais diferenças entre Drone Multirotor e Asa Fixa 
Fonte: Revista A Lavoura nº 720
Principais diferenças entre Drone Multirotor e Asa Fixa
Fonte: Revista A Lavoura nº 720

Tipos de Câmera

O segundo quesito é a escolha do tipo de câmera (ou sensor) que será usada para a captura das imagens. É importante escolher corretamente o sensor/câmera, pois ela será responsável por capturar os dados do terreno e isto influenciará diretamente no tipo, qualidade e aplicação do produto gerado.

Existem diferentes tipos de câmeras que são utilizadas em diversas aplicações para gerar análises e produtos específicos. As principais são: RGB, NIR, Multiespectral, Termais e Hiperespectrais. Neste post, por questões práticas, vamos tratar das três primeiras que são as mais usadas atualmente nos serviços de mapeamento aéreo com Drones na agricultura e pecuária.

 

CÂMERAS RGB

As câmeras ou sensores RGB são câmeras comuns que registram imagens coloridas, ou seja, o seu sensor captura o espectro visível da luz (R = RED – vermelho; G = green – verde; B = blue – azul). As imagens capturadas por este tipo de sensor podem gerar dados quantitativos que permitem extrair informações como área, distância e volume. Com ela também é possível classificar a ocupação do terreno definindo áreas com solo exposto, com vegetação, cursos d’água, construções, entre outros. Ou seja, a principal função de uma câmera RGB é quantificar e classificar. Em outro post vamos tratar das principais características que este tipo de câmera deve possuir para a realização da captura das imagens de forma satisfatória.

CÂMERAS NIR

Câmeras NIR (do inglês – Near Infrared)  possuem um sensor que é capaz de capturar o infravermelho próximo. Este tipo de câmera é utilizado para coletar imagens que serão a base para análises qualitativas que podem verificar, por exemplo, a saúde da vegetação. As imagens geradas são tratadas com modelos matemáticos que tem como resultado os chamados índices de vegetação. O índice mais utilizado, gerado a partir de sensores NIR, é o índice NDVI (Normalized Difference Vegetation Index ou índice de vegetação de diferença normalizada). Para fazer o cálculo matemático que gera o NDVI é necessário que o sensor capture também o vermelho (RED). Assim, normalmente as câmeras são produzidas com, pelo menos, sensores NIR+RED ou são câmeras RGB modificadas, trocando-se o sensor do azul para o NIR, passando a serem câmeras RG+NIR. A seguir a equação que gera o NDVI:

CÂMERAS MULTIESPECTRAIS

Câmeras multiespectrais possuem um sensor para cada banda do espectro luminoso que se deseja capturar. Isso faz com que os dados que compõem as imagens sejam precisos, permitindo a geração de diferentes índices (além do NDVI) e análises mais acuradas. Uma das câmeras multiespectrais mais usadas é a RedEdge da empresa Micasense. Nela são capturadas as bandas Blue (azul), Green (verde), Red (vermelho), Red Edge (luz refletida entre o visível e o infravermelho) e Near IR (infravermelho próximo ou NIR). Desta maneira, além de capturar as bandas visíveis (RGB) a Micasense RedEdge capta duas outras bandas importantes para a geração de índices de vegetação (RedEdge e NIR). Com estes dados é possível gerar diferentes índices de vegetação como: NDVI, NDRE, mapas de Clorofila, CIR e outros, dependendo do tipo de análise que se deseja fazer. Este índices podem ser usados para localizar pragas, definir o teor de clorofila foliar e vigor vegetal, detecção de estresse, mapear a demanda de fertilizantes e absorção de nitrogênio, avaliar a saúde das plantas, identificar corpos d’água, avaliar a composição do solo, entre outros.  Em outro post trataremos de maneira mais profunda sobre o que cada um destes índices é capaz de gerar.

Câmera Multiespectral Micasense RedEdge-M
Câmera Multiespectral Micasense RedEdge-M

Independentemente do tipo de câmera escolhida o disparo para a captura das imagens deverá ser automático, de acordo com o planejamento do mapeamento.

De forma prática, podemos definir que, para escolher de maneira adequada a tecnologia para o mapeamento aéreo para a agricultura, deve-se levar em consideração:

  1. O tamanho da área que se deseja mapear; e
  2. O tipo de sensor que será utilizado.

É importante lembrar que a plataforma tecnológica da aeronave deverá ser autônoma. Ou seja, a eletrônica da aeronave deve ser capaz de cumprir a missão de capturar as imagens a partir de um plano de vôo previamente definido. Para isso o drone deve possuir uma placa controladora e um GPS. A controladora se conecta a todos os componentes da aeronave (servos, esc-motor, gps, receptor, sensor de velocidade, bateria e câmera) e através de um processador interno permite o voo manual ou executa o que foi planejado. O GPS é a peça que permite ao drone se localizar e se guiar para cumprir a missão.

 

Mas antes de ir a campo, faça um excelente planejamento prévio. Não estamos tratando ainda do planejamento do voo em si, mas de toda logística envolvida com a execução do projeto de mapeamento aéreo com Drones na agricultura e pecuária. É importante avaliar a complexidade do projeto, produtos a serem gerados, características do terreno como relevo e obstáculos naturais, quais profissionais estarão envolvidos, qual a distância e logística, se haverá necessidade de hospedagem e alimentação da equipe, quantidade de dias para a execução do planejado e assim definir qual o custo total do projeto. Ferramentas  como planilhas do Excel ou Google Docs e o uso do Google Earth Pro vão contribuir de maneira efetiva para este planejamento ser o mais verossímil possível.

Planejamento e Execução

O planejamento do voo pode ser feito a distância, ou seja, você não precisa ir a campo num primeiro momento para definir a missão. Há softwares específicos nos quais você define o plano de vôo que o drone realizará (sem a necessidade de um piloto) coletando as imagens que serão utilizadas na etapa de processamento. Existem vários tipos de softwares nos quais pode-se realizar o planejamento do voo. Os dois mais usados são o Mission Planner e o Drone Deploy.

 

O Mission Planner é um software gratuito, open source (código aberto), muito utilizado para aeronaves de asa fixa. Caso esteja utilizando multirotores da empresa DJI, como os da linha Phantom, basta utilizar o Drone Deploy (no computador, smartphone ou tablet) para configurar o seu drone para realizar voos automatizados e capturar as imagens.

Mission Planner
Mission Planner
Drone Deploy
Drone Deploy

Depois do voo realizado é hora de voltar ao trabalho “no escritório”. A próxima etapa é o tratamento das imagens em softwares específicos para a geração da base cartográfica (ortomosaico de fotos, modelo tridimensional de superfície – MDS e do modelo tridimensional do terreno – MDT). Os dois softwares para desktop mais utilizados no mercado são o Agisoft Photoscan e o Pix4D Mapper.

Agisoft PhotoScan
Agisoft PhotoScan
Pix4D Mapper
Pix4D Mapper

Há aplicações disponíveis na nuvem (cloud computing) para o processamento das imagens, contudo a maior dificuldade do uso deste tipo de solução é quanto à taxa de upload das imagens, principalmente aqui no Brasil onde a velocidade de conexão à internet ainda é um gargalo. Os dados gerados no mapeamento de uma pequena área de 50 hectares pode gerar gigas de informação, principalmente quando se trabalha com imagens multiespectrais.

 

Depois do processamento das imagens e geração da base cartográfica é provável será necessário outro software para extrair informações desta base e gerar os produtos finais. Um software livre com código-fonte aberto amplamente utilizado para este fim é o QGIS. Também pode ser utilizado o software AutoCad Civil 3D.

QGis
QGis
AutoCad Civil 3D
AutoCad Civil 3D

Estes softwares geram produtos finais como mapas de produtividade, aplicação de insumos em taxas variáveis, contagem de estande, estimativa de produtividade, falhas na plantação, geração de índices de vegetação, mapas vetoriais (shapefiles) para automação do maquinário agrícola, definição de pontos críticos de interesse, entre outros.

 

Desta forma fecha-se o processo e obtém-se os resultados gerados pela adoção do uso de Drones na agricultura. Os principais resultados esperados são o aumento da produtividade, a melhoria da qualidade do produto, minimizar os impactos ambientais, otimizar o uso de insumos, reduzir os custos de produção, previsibilidade e definição de ações de prevenção a perdas e o consequente aumento da lucratividade.

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