Organizadores
Andréa Aparecida Zacharias Edson Luís Piroli Leonice Seolin Dias
Colaboradores
Isabel Cristina Moroz Caccia Gouveia Luís Roberto Almeida Gabriel Filho
Andréia Medinilha Pancher
CANA-DE-AÇÚCAR
expansão, métodos, tecnologias e impactos
1ª Edição
ANAP Tupã/SP
EDITORA ANAP
Associação Amigos da Natureza da Alta Paulista
Pessoa de Direito Privado Sem Fins Lucrativos, fundada em 14 de setembro de 2003. Rua Bolívia, nº 88, Jardim América, Cidade de Tupã, São Paulo. CEP 17.605-310. Contato: (14) 99808-5947
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Editoração e Diagramação da Obra: Leonice Seolin Dias; Sandra Medina Benini Revisão de Português: Smirna Cavalheiro
Fotografia da capa – Paisagem do canavial na vicinal que liga Bastos a Rodovia Assis Chateaubriand (SP-425): Seolin Dias (2020)
Designer da capa: José Soares de Almeida
Índice para catálogo sistemático Brasil: Geografia
Conselho Editorial Interdisciplinar Permanente
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Profa. Dra. Ana Paula Novais Pires – UFG/Catalão Profa. Dra. Ana Paula Santos de Melo Fiori – IFAL Prof. Dr. André de Souza Silva – UNISINOS Profa. Dra. Andrea Holz Pfützenreuter – UFSC Prof. Dr. Antonio Carlos Pries Devide – APTA/SAA Prof. Dr. Antonio Cezar Leal – UNESP/ Pres. Prudente Prof. Dr. Antonio Fábio Sabbá G. Vieira – UFAM Prof. Dr. Antonio Marcos dos Santos – UPE Prof. Dr. Antônio Pasqualetto – PUC/ Goiás e UFG Prof. Dr. Antonio Soukef Júnior – UNIVAG
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Prof. Dr. Marcelo Real Prado – UTFPR Profa. Dra. Marcia Eliane Silva Carvalho – UFS Prof. Dr. Márcio R. Pontes – EQUOIA Eng. Ambiental Ltda. Profa. Dra. Margareth de Castro Afeche Pimenta – UFSC Profa. Dra. Maria Ângela Dias – UFRJ
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Profa. Dra. Flávia Akemi Ikuta – UFMS
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Prof. Dr. Vitor Corrêa de Mattos Barretto – FCAE/UNESP Prof. Dr. Xisto S. de Santana de Souza Júnior – UFCG Profa. Dra. Yanayne Benetti Barbosa – UFSCar
Comissão Científica
ad hoc
Prof. Dr. Bruno Zucherato – UFMT Profa. Dra. Catariny Cabral Aleman –UFV Profa. Dra. Edilene M. M. Takenaka – FATEC
Profa. Dra. Daniela Fernanda Silva Fuzzo – UEMG Prof. Dr. Raúl Andres Martinez Uribe – UNESP/Tupã Prof. Dr. Wilson Roberto Lussari – UNOESTE
Organizadores
Andréa Aparecida ZachariasGraduada em Geografia (Bacharel e Licenciatura – 1996), Mestrado em Geociências e Meio Ambiente (2001), Doutorado em Geografia (2006) pela Universidade Estadual Paulista – UNESP/campus de Rio Claro/SP. Foi Coordenadora do Curso de Geografia (2007-2009), Vice-Coordenadora Executiva (2009 a 2013) e Coordenadora Executiva (2013 a 2017) da UNESP/campus de Ourinhos. Atualmente é Professora Doutora (nível 2) do Curso de Graduação em Geografia da UNESP/campus de Ourinhos/SP e Professora Credenciada no Programa de Pós-Graduação em Geografia da UNESP/Rio Claro-SP. Também é Líder do Grupo de Pesquisa em Geotecnologias e Cartografia Aplicadas à Geografia – GEOCART/CNPq, onde desenvolve pesquisas relacionadas à Cartografia de Síntese, Cartografia de Paisagens, Métodos de Representação Espacial e Representação Gráfica e Cartográfica no Ensino de Geografia.
Edson Luís Piroli
Graduado em Engenharia Florestal (1996); Mestrado em Engenharia Agrícola (1999) pela Universidade Federal de Santa Maria – UFSM/RS, Doutorado em Agronomia (2006) pela Universidade Estadual Paulista – UNESP/campus Botucatu-SP. Foi Coordenador do Curso de Turismo (2007-2008) da UNESP/Rosana/SP, Vice-Coordenador Executivo (2013-2017) e Coordenador Executivo (2017 a 2021) da UNESP/campus de Ourinhos. Atualmente é Professor Livre Docente do Curso de Graduação em Geografia da UNESP/campus de Ourinhos-SP e Professor Credenciado no Programa de Pós-Graduação em Geografia da UNESP/Presidente Prudente-SP. Também é Líder do Grupo de Pesquisa em Áreas Protegidas, Bacias Hidrográficas e Geoprocessamento - CEDIAP-Geo/CNPq, onde desenvolve pesquisas relacionadas a Geoprocessamento, Sensoriamento Remoto, Bacia Hidrográfica, Uso da Terra e Áreas de Preservação Permanente.
Leonice Seolin Dias
Graduada em Ciências pela Faculdade de Filosofia Ciências e Letras de Tupã/SP (FAFIT). Habilitação em Biologia pelas Faculdades Adamantinenses Integradas de Adamantina/SP (FAI). Mestrados em Ciências Biológicas e em Ciência Animal e Especialização em Ciências Biológicas pela Universidade do Oeste Paulista (UNOESTE) e doutorado em Geografia pela Universidade Estadual Paulista (FCT/UNESP) de Presidente Prudente/São Paulo.
Colaboradores
Isabel Cristina Moroz Caccia GouveiaGraduada em Geografia (Bacharelado e Licenciatura) pela Universidade de São Paulo (USP), Mestre e Doutora em Geografia Física pela Universidade de São Paulo (USP). Atualmente é Professora Assistente Doutora na Universidade Estadual Paulista (UNESP), campus Presidente Prudente/SP, ocupando o cargo de vice-chefe do Departamento de Geografia, e atuando nos cursos de Graduação em Geografia e Engenharia Ambiental, no Programa de Pós-Graduação em Geografia e no Mestrado Profissional em Geografia da UNESP/Presidente Prudente-SP. É coordenadora do Programa Institucional de Residência Pedagógica (RP- CAPES). Desenvolve pesquisas relacionadas à Geomorfologia, Cartografia Geomorfológica, Geoprocessamento, Hidrografia e Análise e Planejamento Ambiental. Pesquisadora do Coletivo CETAS de Pesquisadores (Centro de Estudos do Trabalho, Ambiente e Saúde).
Andréia Medinilha Pancher
Graduada em Geografia (Bacharel e Licenciatura – 1996) pela Universidade Estadual Paulista, UNESP/campus de Rio Claro-SP, Mestre em Ciências da Engenharia Ambiental pela Universidade de São Paulo-SP (1999) e Doutora em Geografia (2006) pela Universidade Estadual Paulista, UNESP/campus de Rio Claro-SP. Foi Coordenadora do Curso de Geografia (2011-2013). Atualmente, é Professora Assistente Doutora do Curso de Graduação em Geografia, Professora Credenciada no Programa de Pós-Graduação em Geografia da UNESP/Rio Claro-SP e Livre Docente em Cartografia. É Chefe do Departamento de Geografia e Planejamento Ambiental-DGPA. Coordenadora do Programa Institucional de Iniciação à Docência (PIBID) desde 2014. Também, é Vice-Líder do Grupo de Pesquisa em Geotecnologias e Cartografia Aplicadas à Geografia – GEOCART/CNPq, onde desenvolve pesquisas relacionadas à Expansão Urbana, Mata Ciliar, Meio Ambiente, Cartografia Digital, Cartografia Temática, Geoprocessamento, Planejamento Urbano e Qualidade Ambiental Urbana e Cartografia e Ensino de Geografia.
Luís Roberto Almeida Gabriel Filho
Possui graduação em Licenciatura em Matemática pela FCT/UNESP, mestrado em Matemática pelo ICMC/USP, doutorado e pós-doutorado em Agronomia/Energia na Agricultura pela FCA/UNESP, e Livre-Docência em Matemática Aplicada e Computacional pela UNESP. Atualmente é Professor Associado da FCE/UNESP e docente permanente dos Programas de Pós-Graduação em Agronegócio e Desenvolvimento da FCE/UNESP e Engenharia Agrícola da FCA/UNESP. Tem experiência na área de Matemática e Engenharia Agrícola, com ênfase em Modelagem Matemática, Sistemas Dinâmicos, Energização Rural e Agricultura Irrigada.
Sumário
Prefácio 09
Apresentação 11
CAPÍTULO 1 – Vants no monitoramento da cultura de cana-de-açúcar: usos e aplicações para tomada de decisão
Matheus Rizato; Daniela Fernanda da Silva Fuzzo; Andréa Aparecida Zacharias
15
CAPÍTULO 2 – O potencial da classificação orientada a objetos e da mineração de dados para mapeamento da cana-de-açúcar
Andréia Medinilha Pancher; Teule Lemos Branco
41
CAPÍTULO 3 – Sensoriamento remoto e espectroscopia aplicados na análise da cana-de-açúcar
Edvania Aparecida Corrêa Alves; Isabel Cristina Moraes; Pedro Paulo da Silva Barros
67
CAPÍTULO 4 – Geotecnologias na identificação de impactos ambientais e elaboração de mapas para auxiliar medidas mitigadoras em microbacia sob o cultivo predominante da cana-de-açúcar
Nádia Horiye Ferreira; Edson Luís Piroli; Isabel Cristina Moroz Caccia Gouveia
89
CAPÍTULO 5 – A biotecnologia na produção em larga escala de mudas de cana-de-açúcar e a importância da automação dos processos
Antonio Fluminhan; Thalles Vaz Fluminhan
113
CAPÍTULO 6 – Análise de viabilidade de implantação de corredores ecológicos em matriz de cana-de-açúcar: estudo de caso na região do Pontal do Paranapanema
Anderson Fernando Guarda; Olavo Nardy; Ricardo Petrine Signoretti
129
Prefácio
Desde que o sinal GPS foi liberado nos anos 1990 e com o avanço da computação pessoal, as geotecnologias consolidaram-se como parte integrante dos sistemas de gerenciamento públicos e privados, nas mais diversas escalas de planejamento. Com a Era da Informação, os bancos de dados disponíveis aguçaram o interesse de empresas e corporações que monitoram e armazenam dados sobre inúmeras variáveis de interesse que hoje auxiliam não só no planejamento, mas também na tomada de decisão, já que a aquisição de informações em tempo real permite tais aplicações.
O Brasil é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar, produzindo na safra 2019/2020 quase 600 milhões de toneladas de material processado. Isso faz com que o setor sucroalcooleiro brasileiro seja responsável por 20% da produção global e 45% das exportações mundiais. A maior área plantada encontra-se no Estado de São Paulo (5,6 milhões de ha), que é responsável por cerca de 55% da produção nacional. Além disso, as produções vêm crescendo anualmente, nas mais de 400 usinas ativas na atualidade. Isso tudo se deve às excelentes condições climáticas e edáficas brasileiras, mas mesmo assim o setor vive passando por transformações importantes, como a colheita mecanizada no início do século XXI, por exemplo.
Quanto às geotecnologias, pode-se dizer que o setor sucroalcooleiro se vale dos Sistemas de Informações Geográficas (SIGs) há mais de três décadas, nas mais diversas frentes de trabalho. Podemos citar o planejamento do plantio e reforma de canaviais, operacionalização de operações em talhões, equipes de campo e de apoio, sistematização de terras, expansão de atividades e avaliação do potencial de novas áreas, conservação de solo e monitoramento de reservas legais e áreas de proteção permanente, entre outras aplicações. Aliando imagens de satélite, levantamentos aéreos e informações de campos, equipes especializadas vêm implantando geotecnologias e utilizando modernos métodos de análise para maximizar os lucros e minimizar os custos e os impactos ambientais. Mesmo sendo um dos setores da agricultura que utiliza geotecnologias há mais tempo, a revolução no campo a partir dos anos 2000, com a chamada agricultura de precisão, trouxe aos canaviais brasileiros novas tecnologias como os veículos aéreos pilotados remotamente, popularmente chamados de VANTs ou DRONEs, sensores embarcados, redes de monitoramento que permitiram análises em tempo real de pragas, doenças,
estágio fenológico, estresse hídrico, índices de infestação de plantas daninhas, uma infinidade de aplicações que aumentaram a escala de análise e inferência. Não bastasse o salto tecnológico, os importantes compromissos firmados pelo Brasil no acordo de Paris sobre a mudança climática que envolvem os biocombustíveis e a reforma do código florestal demandaram do setor sucroalcooleiro um planejamento nunca demandado, permitido somente com o apoio das geotecnologias.
Esta obra reúne uma série de artigos de especialistas tanto em geoprocessamento, sensoriamento remoto, cartografia, agricultura e meio ambiente, como também em análise espacial, cana-de-açúcar, recursos hídricos e legislação. Unindo conhecimento acadêmico e vivência prática, o livro permite que o leitor adquira e atualize conhecimentos sobre a cultura da cana-de-açúcar, sua expansão, métodos de análise, tecnologias aplicadas e levantamento de impactos de maneira inter e multidisciplinar.
Boa leitura!
28 de dezembro de 2020
Dr. Rodrigo Lilla Manzione Professor Associado da Faculdade de Ciências e Engenharia/Universidade Estadual
Apresentação
Em território brasileiro, a cana-de-açúcar tem uma história tão antiga que praticamente se confunde com a do país. Desde as primeiras mudas trazidas no Século XIX pelos portugueses para a produção de açúcar até os dias atuais, em que a espécie sofreu inúmeras adaptações e avanços biotecnológicos que permitiram seu melhoramento genético e o desenvolvimento de variedades que se adaptam em quase todas as áreas do país, ela tem se mantido com relevância em nossa matriz produtiva de origem agrícola. Ao longo do século XIV perdeu importância relativa para a mineração e para outras culturas como o café, por exemplo. Mas, mesmo assim, se manteve firme entre as principais atividades agrícolas na produção de açúcar e outros derivados, como rapadura e aguardente. Já na segunda metade do século XX voltou a ter destaque na economia nacional a partir da crise do petróleo que levou o país a buscar alternativas energéticas, o que gerou o programa Proálcool (Programa Nacional do Álcool).
A partir daquele momento histórico a cana-de-açúcar voltou a ter destaque na economia do país, principalmente ao longo da década de 1980. Nos anos 1990 perdeu parte de sua importância devido à redução do valor dos combustíveis fósseis em nível global e também devido a certo preconceito com os carros movidos a álcool, que tinham relativa dificuldade de dar partida, principalmente em dias frios. No entanto, com o aperfeiçoamento dos sistemas de ignição e com o desenvolvimento dos carros bicombustível (flex fuel) a partir do início dos anos 2000, a cana-de-açúcar recuperou seu status de cultura agrícola de ponta. Desde então, as áreas de cultivo têm acelerado seu processo de expansão consideravelmente, principalmente no Estado de São Paulo. Esta expansão tem trazido desenvolvimento econômico para diversos Estados do Brasil, mas também muitas preocupações com os impactos sobre o ambiente, sobretudo em áreas onde os solos são menos resistentes ao uso intensivo, as águas são passíveis de contaminação e a fauna apresenta fragilidade devido à redução das áreas de habitats naturais.
Nesse contexto, cientes de seu papel histórico e social, um grupo de pesquisadores da temática escreveu o presente livro com o intuito de contribuir para o conhecimento da cultura, de suas formas de expansão, dos métodos utilizados em sua produção e das tecnologias envolvidas no planejamento da atividade e no monitoramento de seu desenvolvimento e de seus impactos aos recursos naturais.
No Capítulo 1 é apresentado o texto Vants no monitoramento da cultura de
cana-de-açúcar: usos e aplicações para tomada de decisão de autoria de Matheus Rizato,
Daniela Fernanda da Silva Fuzzo e Andréa Aparecida Zacharias. Nele são trabalhados aspectos de procedimentos e aplicações do sensoriamento remoto a partir de VANTs (Veículos Aéreos Não Tripulados) para tratar e analisar imagens espectrais aerotransportadas visando à caracterização e ao monitoramento da cultura canavieira para tomadas de decisão. É destacado no capítulo que a utilização desses sistemas pode auxiliar no monitoramento de grandes áreas, oferecer informações precisas para o produtor rural em tempo real e gerar bancos de dados georreferenciados para atividades que envolvam tomadas de decisões e de apoio para a Agricultura de Precisão.
O Capítulo 2 trata do Potencial da classificação orientada a objetos e da mineração
de dados para mapeamento da cana-de-açúcar. Nele, Andréia Medinilha Pancher
e Teule Lemos Branco abordam a extração de informações de áreas de interesse a partir da classificação orientada a objetos (Geographic Object Based Image Analysis – GEOBIA)
e da mineração de dados (data mining). Aplicam a técnica no mapeamento e na estimativa de área de cultivo de cana-de-açúcar e verificam a eficácia do GEOBIA e do algoritmo de mineração para o mapeamento.
O Capítulo 3 traz o Sensoriamento remoto e espectroscopia aplicados na análise da
cana-de-açúcar. Edvania Aparecida Corrêa Alves, Isabel Cristina Moraes e Pedro Paulo
da Silva Barros trabalham o assunto mostrando as fundamentações teóricas e metodológicas do sensoriamento remoto hiperespectral para aplicação em análises de cultivos de cana-de-açúcar. Demonstram também técnicas de avaliação de plantas da espécie e da cultura para estimativa da produção usando a tecnologia.
O tema Geotecnologias na identificação de impactos ambientais e elaboração
de mapas para auxiliar medidas mitigadoras em microbacia sob o cultivo predominante da cana-de-açúcar é apresentado por Nádia Horiye Ferreira, Edson Luís Piroli e Isabel Cristina
Moroz Caccia Gouveia no Capítulo 4. Nele são demonstradas técnicas de análise de impactos ambientais e de produção de mapa síntese de fragilidade do terreno à erosão embasadas no uso de geotecnologias.
No Capítulo 5 é trabalhada A biotecnologia na produção em larga escala de mudas
de cana-de-açúcar e a importância da automação dos processos. Neste, Antonio Fluminhan
e Thalles Vaz Fluminhan mostram aspectos biotecnológicos da produção de mudas de cana-de-açúcar. Demonstram o cultivo de explantes de cultivares em biorreatores fotomixotróficos e fotoautotróficos de forma serial, destacando a importância da sistematização e da automação da produção de mudas da espécie.
Para finalizar, o Capítulo 6 aborda o tema dos corredores ecológicos, fundamentais para preservação das espécies animais e vegetais em áreas de produção de cana. Com o título Análise de viabilidade de implantação de corredores ecológicos em matriz
de cana-de-açúcar: estudo de caso na região do Pontal do Paranapanema, os autores
Anderson Fernando Guarda, Olavo Nardy e Ricardo Petrine Signoretti trabalham o desenvolvimento e a aplicação da técnica no extremo oeste do Estado de São Paulo.
Os autores esperam com esta publicação contribuir para o aprofundamento do conhecimento da cultura da cana-de-açúcar a partir de análises efetuadas por técnicas modernas de laboratório e de campo. Desejam aos leitores e leitoras um bom uso do material e esperam que contribua para que técnicos, gestores, produtores rurais, pesquisadores e público em geral tomem decisões ambiental e socialmente adequadas
C a p í t u l o 1
Vants no monitoramento da cultura de cana-de-açúcar:
usos e aplicações para tomada de decisão
Matheus Rizato1; Daniela Fernanda da Silva Fuzzo2; Andréa Aparecida Zacharias3
CONSIDERAÇÕES INICIAIS
A cana-de-açúcar tem suas origens no Oriente, tendo sido levada para o sul da Itália, Espanha e Portugal pelos árabes e para as Américas Central e do Sul pelos espanhóis e portugueses (GALLI et al., 1968). No Brasil, as primeiras variedades de cana-de-açúcar foram plantadas por Martim Afonso de Souza em São Vicente, no ano de 1532 (INSTITUTO AGRONÔMICO DE CAMPINAS – IAC, 2008). Assim, a importância da cultura canavieira tem sua origem no início do século XVI, durante o período colonial, período em que essa atividade agrícola torna-se fundamental para determinar a colonização portuguesa sob o território nacional e, ao mesmo tempo, direcionar a criação das primeiras relações entre Metrópole (Portugal) e Colônia (Brasil) através das Capitanias Hereditárias.
Naquela época, os engenhos e as regiões produtoras de cana-de-açúcar, concentradas no litoral da Bahia/BA, preocupavam-se com o processamento da transformação da cana-de-açúcar, na produção industrial do açúcar e seus derivados – o melaço, a cachaça e a rapadura. Essa relação projetou o Brasil no mercado internacional como a colônia portuguesa que detinha a maior produção mundial de açúcar, exercendo, assim, um monopólio em relação ao mercado de açúcar mundial.
1Geógrafo, Consultor Ambiental e Doutorando do Programa de Pós-Graduação em Geografia, pelo Instituto
de Geociências e Ciências Exatas da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” – UNESP/Campus de Rio Claro/SP, membro do Grupo de Pesquisa em Geotecnologias e Cartografia aplicadas à Geografia (GEOCART). E-mail: mrizato@gmail.com
2Geógrafa, professora doutora da Universidade do Estado de Minas Gerais (UEMG), Unidade de Frutal.
Vice-líder do Grupo de Pesquisa CEDIAP-GEO, Centro de Estudo e Divulgação de Informações sobre Áreas Protegidas, Bacias Hidrográficas e Geoprocessamento. E-mail: daniela.fuzzo@uemg.br
3Geógrafa, professora doutora da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, UNESP/campus
de Ourinhos/SP, professora credenciada no Programa de Pós-Graduação em Geografia (UNESP)/Campus de Rio Claro/SP, líder do Grupo de Pesquisa em Geotecnologias e Cartografia aplicadas à Geografia (GEOCART).
Todavia, após o declínio da economia canavieira, sobretudo na segunda metade do século XVI e início do século XVII, o Brasil regressa da condição de primeiro para o quinto maior produtor mundial. Isso se dá em razão da concorrência da produção antilhana pelos holandeses que, vislumbrando maior competitividade, apresentaram técnicas modernas para a época que possibilitaram, por um lado, um grande aumento de produtividade e, por outro, custos menores de produção e comercialização.
A recuperação da posição de destaque e referência do Brasil no setor acontece somente um século mais tarde (século XVIII), com o renascimento agrícola da economia canavieira pautada, nos séculos posteriores: a) pelo liberalismo econômico diante da relação de capital e alianças político-econômicas entre Estado e o setor agroindustrial brasileiro; b) pelos subsídios e incentivos estatais que trouxeram modernização e industrialização dos engenhos; c) pela forte intervenção estatal nas últimas décadas do século XIX, que apresentaram novas políticas voltadas à expansão canavieira em localização central do território brasileiro, alcançando principalmente o centro-sul do país (BRAY; FERREIRA; RUAS, 1996; FERREIRA JR.; HESPANHOL, 2006).
Diante dessa configuração político-econômica nacional, representada por um Estado centralizador que coordenava as grandes decisões nacionais e frente a necessidade de um (re)planejamento da agroindústria canavieira nacional, a partir da década de 1930, o álcool4, que era considerado um subproduto da cana, ganha novas descobertas que
agregam importância econômica para agroindústria canavieira. “Esta fase teve como marco principal a criação do Instituto do Álcool e do Açúcar (IAA), através do Decreto Federal 22.789, de 01/06/1933” (FERREIRA JR.; HESPANHOL, 2006, p. 6).
As décadas de 1950 a 1970, portanto, foram bastante expressivas para a expansão da agroindústria nacional, quando se aprofundaram os processos de industrialização e urbanização do país, fazendo com que o mercado interno açucareiro-alcooleiro crescesse significativamente, possibilitando um grande desenvolvimento das agroindústrias açucareira-alcooleira e a ampliação de sua capacidade produtiva (FERREIRA JR.; HESPANHOL, 2006, p. 8). Contribuíram para esse acontecimento tanto os incentivos do Governo Federal para tornar o Centro-Sul brasileiro a principal região produtora do país quanto os investimentos e concessões de créditos por parte do IAA, com a finalidade de modernizar as usinas e destilarias para a produção do etanol (álcool combustível).
4 O álcool passou a ser usado como carburante após seu processo de desidratação, para se obter o álcool
Contudo, na década de 1973, dois anos após a crise mundial energética desencadeada pelo “choque do petróleo” e pelo boicote às exportações de petróleo promovida pela Organização dos Países Exportadores do Petróleo (OPEP), novos direcionamentos foram adotados pela política econômica nacional em prol da agroindústria, ao criar por meio do Decreto 76.593, de 14/11/1975, o Programa Nacional do Álcool (PROÁLCOOL) instituído: a) como uma ação natural e refletida, a priori, para solucionar o problema de uma nação que era altamente dependente das importações de petróleo na época; b) pela eclosão da crise energética mundial, uma vez que sua criação foi considerada como uma alternativa nacional para a minimização dos perigos enfrentados pela economia brasileira, e c) como um programa catalisador que possibilitaria tornar o maior produtor de cana-de-açúcar também o primeiro produtor, em larga escala, de álcool combustível mundial – o Etanol5 (BRAY; FERREIRA; RUAS, 1996; HESPANHOL, 1997a, 1997b).
E, nessa tríade de finalidades, o Estado de São Paulo/SP foi amplamente beneficiado durante a segunda fase do Proálcool6. Nesse período, inclusive, já se tornara o principal centro
sucroalcooleiro do país, sendo já preocupante a expansão concentradora da agricultura canavieira no território paulista frente as políticas de incentivo que quadruplicaram a produção de álcool do Estado (BRAY; FERREIRA; RUAS, 1996, p. 98)7.
5Hodiernamente, o Brasil é o maior produtor de cana-de-açúcar do mundo e, assim está entre os maiores e exportadores de etanol combustível do mundo (2º produtor), onde parte desta consolidação foi a partir da criação do Proálcool. Cerca de 80% da produção brasileira de etanol tem como destino o uso carburante, 5% é destinado ao uso alimentar, perfumaria e alcoolquímica e os 15% restantes vão para exportação. O etanol usado como combustível de veículos ocorre de três maneiras: a) o etanol comum é o álcool hidratado, mistura de álcool e água que precisa ter de 95,1% a 96% de graduação alcoólica, b) o etanol aditivado é o álcool hidratado com aditivos que proporcionam melhor rendimento e um desgaste menor do motor, e b) o etanol misturado à gasolina é álcool anidro, álcool com graduação alcoólica de no mínimo 99,6%, praticamente álcool puro (ANP, 2019, p. 179).
6A primeira fase do Proálcool abrange os anos de 1975 a 1979 e o seu objetivo era atingir uma produção de 3,0 bilhões de litros de álcool, ao passo que a segunda fase abrangeu o período de 1980 a 1985 e teve como prioridade reequilibrar as contas externas do país (BRAY; FERREIRA; RUAS, 1996).
7Diante desse contexto surge, também, no Estado de São Paulo/SP, o Programa denominado Bases para um Plano de Desenvolvimento do Oeste do Estado de São Paulo (PRÓOESTE), que possibilitou a expansão da cultura de cana-de açúcar em direção ao oeste paulista, provocando um aumento de 318,7% da área ocupada com lavouras de cana-de-açúcar no Estado entre as safras de 1975/76 e 1985/86. Um dos programas estabelecidos pelo PROOESTE foi o Programa de Expansão da Canavicultura para a Produção de Combustível do Estado de São Paulo (PROCANA), que abrangeu 153 municípios do oeste paulista, distribuídos na região considerada de alta prioridade pela CATI (Regiões de Presidente Prudente, Araçatuba, Bauru e Oeste da Região de São José do Rio Preto) e consolidou a expansão significativa deste cultivo da cana-de-açúcar para esta região que, associada às agroindústrias da região central, notadamente na região de Piracicaba, concentravam o monopólio do setor sucroalcooleiro do país (HESPANHOL, 1997a, p. 120; FERREIRA JR.; HESPANHOL, 2006, p. 6).
O Estado de São Paulo, desde então, tem chamado a atenção por sua forte representatividade nesse segmento. Além de maior produtor nacional de cana-de-açúcar, concentra grande parte da capacidade de processamento do país – produção de açúcar e etanol, a partir da cana-de-açúcar. Observa-se, contemporaneamente, que a agroindústria canavieira se tornou um dos principais setores de atividade da economia paulista (SHIKIDA; AZEVEDO; VIAN, 2011).
Essa realidade continua, ainda, expressiva diante dos dados da recente safra 2019/20208 divulgados no mês de abril de 2020 pela Conab, em que apenas o Estado
representou 53% do total de cana-de-açúcar produzido no Brasil e, respectivamente, 61,2% e 48% dos totais produzidos de açúcar e etanol, provenientes da cana-de-açúcar, no país. E apesar da maior atratividade provir da cana-de-açúcar, nessa mesma safra, em São Paulo, a produção de etanol proveniente do milho alcançou 17,6 milhões de litros do biocombustível, já contribuindo de forma inédita com mais 1,07% para a produção nacional9.
Essa trajetória histórica no Brasil, por outro lado, contextualizada pela dependência da cultura canavieira para a economia nacional, não só culminou na produção de etanol, a partir da cana–de–açúcar e do milho, como colocou o país em posição de vanguarda ante a crescente demanda mundial de fontes renováveis e alternativas de energia, que se intensificou no fim dos anos 1990. Como consequência desse cenário, o país tem passado por uma série de transformações nesse setor, que na década de 1999 foi desregulamentado e se reconfigurou totalmente, quando o setor passa a operar sem subsídios estatais, sendo o mercado e seus determinantes os indicadores mais relevantes (MORAES; ZILBERMAN, 2014, apud CAMARA; CALDARELLI, 2016, on-line).
8O Brasil alcançou a maior produção de etanol da história, com um total de 35,6 bilhões de litros provenientes da cana-de-açúcar e do milho. Isso representa um acréscimo de 7,5% em comparação a 2018/19. A confirmação de recorde é do 4º Levantamento da safra 2019/20 de cana-de-açúcar, divulgado em 23/04/2020, pela Companhia Nacional de Abastecimento (CONAB). O boletim mostra, ainda, que a estimativa de produção total de etanol proveniente da cana-de-açúcar é de 34 bilhões de litros, um aumento de 5,1% sobre a safra passada. Já a produção total de etanol à base de milho mais que dobrou nesta safra. Saiu de 791,4 milhões de litros em 2018/19 para 1,6 bilhão de litros nesta temporada. As condições climáticas verificadas nas principais regiões produtoras favoreceram a produção de cana-de-açúcar, que apresentou incremento no seu rendimento médio. Com o término da safra 2019/20, houve a confirmação do crescimento na produção da cana-de-açúcar em comparação à temporada passada (ANAP, 2019, p. 170-200, organizado pelos autores, 2020).
9Com a crescente oferta do etanol proveniente de milho no cenário nacional, o boletim de acompanhamento da safra brasileira de cana-de-açúcar pela Conab identificou a necessidade de, também, tratar sobre este produto em suas publicações, onde a partir da safra 2019/20 passou a dispor de informações específicas sobre o tema. Assim, é possível identificar em sua Tabela 4 (Produção de etanol proveniente de milho) que a Região que mais se destaca na produção de etanol a base de milho é a Centro-Oeste, representando cerca de 95% da oferta nacional, sendo que o Estado de Mato Grosso é o principal produtor de milho no país e também de etanol por meio do grão (77,33%), seguido dos Estados de Goiás (18,02%), Paraná (3,30%), São Paulo (1,07%) e Rondônia (0,28%) (ANAP, 2019, p. 170-200, organizado pelos autores, 2020).
Desde a cessão da intervenção governamental, fatores do mercado interno, e particularmente externo, passaram e influenciar os rumos do setor sucroenergético brasileiro. No mercado interno isso se deve, principalmente, ao advento dos veículos bicombustíveis em 2003. Com o aumento na frota de veículos flex, houve, conjuntamente, a intensificação na demanda interna por etanol hidratado. “No mercado externo, ocorreu por um lado, as variações de preço do barril de petróleo e, por outro, as prerrogativas do Protocolo de Kyoto, que diante da crescente preocupação com o aquecimento global, causado pelo aumento na concentração de gás carbônico da atmosfera, levou os países consignatários para a busca de fontes energéticas menos poluidoras” (FERNANDES, 2009; CAMARA; CALDARELLI, 2016).
Há de se considerar que, nesse cenário, o etanol se destaca, primeiro por ser uma alternativa viável aos combustíveis fósseis, além de fonte renovável de energia, segundo porque o Brasil possui grande potencial para a sua produção proveniente da cana-de-açúcar e do milho, e terceiro porque o país possui extensas áreas agricultáveis, clima favorável e conhecimento tecnológico sobre o processo produtivo (FERNANDES, 2009, p. 25).
Apesar das reconhecidas potencialidades, “indubitavelmente essa expansão vem suscitando diversos questionamentos acerca do setor, visto que esse movimento provocou mudanças na paisagem agrícola das regiões afetadas”, destacam Câmara e Caldarelli (2016, s/p), acirrando esforços coletivos na busca pela tríade – PRODUTIVIDADE – TECNOLOGIA – MONITORAMENTO AMBIENTAL –, a fim de compreender as mudanças subjacentes necessárias, frente a expansão do setor sucroalcooleiro no país.
Acerca dos questionamentos do setor, evidenciam-se debates sobre: a) o conflito pelo uso da terra decorrente e seus efeitos têm sido intensos. Essa preocupação enfatiza, principalmente, os efeitos sobre o preço dos alimentos, a segurança alimentar e o impacto ambiental ao solo (CÂMARA; CALDARELLI, 2016, s/p); b) métodos eficazes para o acompanhamento e monitoramento ambiental da produção da cana-de-açúcar que gerem estatísticas confiáveis que subsidiem as negociações internacionais e evitem a ação especulativa (FERNANDES, 2009, p. 26), e c) o uso de geotecnologias mediante o avanço das novas tecnologias da informação e comunicação (NTIC) que garantam novas alternativas para o mercado sucroalcooleiro visando ao aumento da eficiência, qualidade do produto agrícola, para que as usinas – e os produtores rurais – se estabeleçam nos mercados nacional e internacional de forma produtiva e competitiva (MASSRUHÁ; LEITE, 2016).
No cenário de desenvolvimento da produtividade agrícola, o uso de geotecnologias permite o armazenamento e o processamento de grandes volumes de dados, além da automatização de processos e o intercâmbio de informações (MASSRUHÁ; LEITE, 2016, p. 75). Contudo, por se tratar de um importante setor para a economia brasileira – o sucroalcooleiro – que desperta estudos na literatura nacional e internacional, a grande questão prevalente que aqui se coloca é: Quais técnicas devemos adotar para manter
a produtividade por meio do emprego de geotecnologia e que viabilize, de um lado, uma agricultura de precisão e, de outro, um adequado manejo e monitoramento ambiental do produto agrícola?
O uso de técnicas de sensoriamento remoto pode contribuir significativamente no monitoramento de áreas agrícolas. Em um panorama de altíssima produtividade, no qual a redução de custos, a otimização de processos e adequado manejo tornam-se as prioridades, há necessidade de inovação. O uso de Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) para o monitoramento ambiental tem se tornado um grande aliado da agricultura de precisão. Associa modernas geotecnologias e potencializa a produção de diferentes maneiras ao apontar caminhos que viabilizam a sustentabilidade ao manejo, desenvolvimento tecnológico e redução de custos.
O desafio de garantir a demanda de alimentos em um mundo com o aumento crescente da população a cada ano, com recursos finitos, somado à dificuldade de prevenção às ações antrópicas, evidencia a necessidade crescente pela alta produção de alimentos em pequenas áreas. Essa demanda crescente mostra a dependência econômica dos países pela atividade agrícola e a consequente preocupação com os problemas ambientais, buscando a preservação dos recursos finitos. A progressiva preocupação com a sustentabilidade ambiental tem considerado meios para aperfeiçoar os processos a ela assoviados. A produção do etanol tem grande relação com a produção de sua principal matéria-prima em campo, e, desta forma, notam-se grandes esforços em pesquisas que potencializam a produção e o controle das lavouras. O intuito principal se encontra em minimizar esforços para suprir as necessidades do setor sucroealcooleiro e alimentício (MORAES, 2014, p. 55).
Levando em consideração essa importante relação dialógica, na literatura são encontrados vários estudos que utilizaram VANT na área agrícola com sucesso. Destacam-se, nesse sentido, alguns mapeamentos no monitoramento de culturas como trigo (LELONG et al., 2008; HUNT et al., 2010, p. 291), milho e soja (HUNT et al., 2010);
mapeamento de plantas daninhas, falhas na irrigação e fertilização, e identificação de áreas com frutos em estágio de maturação (HERWITZ et al., 2004); inventário de caracterização, detecção de estresse (EHSANI et al., 2012); detecção de mudanças (XIANG; TIAN, 2011); mapeamento e avaliação de erosão urbana (RODRIGUES, 2016); mapeamento da evolução de processos erosivos (PEREIRA, 2017), e mapeamento por drones dos impactos no setor sucroalcooleiro (LUCHETTI, 2019) são exemplos desse crescente uso. E no Estado de São Paulo o monitoramento de áreas de cultivo da cana-de-açúcar está sendo realizado pelo Canasat, um projeto do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais em parceria com outras instituições, que mapeava a cultura de cana de-açúcar através de imagens de satélite (INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS – INPE, 2014, on-line).
Dessa forma, este capítulo tem como objetivo apresentar alguns procedimentos e aplicações, visando a realizar o tratamento e análise de imagens espectrais aerotransportadas de modo que esses produtos auxiliem na caracterização e monitoramento da cultura canavieira para tomadas de decisão, em específico do produtor rural que compõe as agroindústrias ligadas ao setor sucroalcooleiro.
E, para exemplificar sua contribuição geotecnológica, adotou-se como área-piloto o município de Porto Ferreira, por estar localizado no Estado de São Paulo/SP, área de grande importância econômica dessa agricultura ao país. Assim, localizada na porção oriental do município de Porto Ferreira, Estado de São Paulo/SP, a área localiza-se entre as coordenadas 21° 45' a 21° 56' S e 47°33' a 47°20' W, perfazendo uma área total aproximada de 244 km² e um total de 103 hectares (Figura 1).
Figura 1 – Localização da área de estudo
Fonte: Organizado pelos autores (2020).
As técnicas de sensoriamento remoto apoiadas em VANTS
O Sensoriamento Remoto é uma ciência ou técnica de aquisição de informação sem contato físico com o objeto. As imagens obtidas por meio de fotografias aéreas, satélite e/ou radar têm sido amplamente utilizadas para diversos fins. Segundo Jensen (2009, p. 7), pode ser usado para “medir e monitorar importantes características físicas e sociais, ao passo que os Veículos Aéreos Não Tripulados (VANT) vêm emergindo e ganhando cada vez mais espaço em diversas áreas do conhecimento”.
No Brasil, os VANTs foram impulsionados basicamente a partir do uso militar, aproximadamente na década de 1980. Contudo, seu uso vem sendo amplamente difundido para diversos fins, como uso comercial para fins de pesquisas, aplicações ambientais e educacionais devido à grande facilidade no levantamento dos dados e utilização de softwares computacionais simplificados. Os sistemas autônomos “estão se tornando mais sofisticados e confiáveis. Os VANTs, em virtude da sua capacidade para assumir missões de alto risco e seu potencial para operações de baixo custo em relação à aeronave tripulada, têm se tornado uma proposta ideal para o desenvolvimento de novas tecnologias” (JORGE; INAMAMSU; CARMO, 2011, p. 399).
Segundo Oliveira e Amorim (2015, p. 135), não existe uma normativa internacional que padronize as espécies de VANTs e o emprego de cada um. Eles podem ser classificados em três grupos: de asas fixas, rotatórias, e os dirigíveis, conhecidos como mais leves que o ar, e cada grupo possui especificações que variam de acordo com a empregabilidade e autonomia de voo. Quando utilizado em conjunto com técnicas de geoprocessamento, suas imagens podem auxiliar, por exemplo, na estimativa da produtividade e do surgimento de pragas nas culturas, de forma mais rápida e de maneira sustentável.
O uso dos VANTs na agricultura se mostra “igualmente importante” para Molin e Veiga (2016, p. 348), por serem equipamentos portáteis e realizarem voos autônomos, possibilitando a captura de imagens de alta resolução ao longo de todo o processo produtivo, contribuindo com uma investigação da produtividade agrícola com base em informações georreferenciadas. Assim, o sensoriamento remoto se baseia na aquisição de imagens de sensores ópticos e radiométricos instalados em uma plataforma aérea ou de um satélite, enquanto os sistemas de sensoriamento próximos são terrestres e ligados a um receptor GNSS. As “imagens coletadas pelos VANTs, embora possuam coberturas menores que as imagens coletadas por sensores acoplados aos satélites, são mais flexíveis, o que retorna resultados positivos para o usuário” (INAMAMSU; BERNARDI, 2015, p. 566).
A prática da agricultura, seja ela em grandes ou pequenas porções, não ocorre de maneira uniforme, devido às variabilidades do solo, clima, cultivo e relevo que resultam na necessidade de tratamentos diferenciados em cada região de uma mesma cultura. Porém, em áreas de cultivo muito extensas o agricultor necessita de maior controle sobre elas, obtendo melhor resultado mediante a utilização dessa nova ferramenta em campo. Devido a essa facilidade de adaptação às necessidades e à cada localidade, os VANTs possibilitam a tomada de imagens em todo o processo de análise da lavoura e, em razão da praticidade por ser um equipamento portátil, tem se tornado a alternativa mais sustentável para o mercado. Ainda quanto à legislação nacional para o uso de aeronaves não tripuladas, recentemente a Agência Nacional de Aviação Civil (ANAC), junto ao Departamento de Controle do Espaço (DECEA) e Agência Nacional de Telecomunicação (ANATEL), regulamentaram o seu uso para operações civis. As normas para utilização de VANT variam de acordo com o seu peso máximo no momento da decolagem, apresentando para cada classificação normas específicas e diretrizes a serem seguidas por regulamento, ou seja, quanto maior o peso, maiores serão as exigências da norma. Sendo assim, classificam-se esses equipamentos sob três maneiras distintas: a) acima de 150 kg; b) de 25 a 150 kg; e c) abaixo ou igual a 25 kg (ANAC, 2017).
Nessa classificação, de acordo com Hakala, Suolalainen e Peltoniemi (2010, p. 822), os levantamentos realizados por veículos aéreos não tripulados possuem maior flexibilidade se comparados com as aeronaves tripuladas tradicionais. As imagens adquiridas por VANTs habitualmente possuem uma resolução espacial de centímetros e com a possibilidade de não sofrer com a cobertura de nuvens (ZHANG; KOVACS, 2012, p. 696). Além disso, Jensen (2009, p. 34) considera que a tecnologia das aeronaves não tripuladas pode auxiliar na aquisição de imagens de sensoriamento remoto devido ao baixo custo em diversas aplicações como no monitoramento do meio ambiente, análise de recursos terrestres, planejamento urbano, dentre outras.
Tais motivos são mais que suficientes para viabilizar as recentes tratativas do uso de técnicas de sensoriamento remoto apoiadas em VANTs como uma possibilidade das geotecnologias para o monitoramento ambiental e tomada de decisão, visando à agricultura de precisão.
Material e processamento das imagens
Para a utilização do VANT em análises canavieiras é necessário dividir o procedimento de investigação em duas linhas de trabalho, o que significa que algumas das etapas se realizam em campo e outras em gabinete. No campo, foram realizados os testes de voos e operação do equipamento VANT através da execução dos levantamentos aerofotogramétricos em toda área de estudo. No gabinete foram processados os dados coletados em campo, gerando os produtos cartográficos por meio da utilização das técnicas de geoprocessamento e de Sistemas de Informação Geográfica (SIG) por meio do Arcgis 10.5. Para a realização dos voos foi utilizada uma aeronave do tipo VANT asa fixa do modelo Arator-5A da Empresa Xmobots (Figura 2). Essa aeronave possui estrutura caracterizada pelo casco fortificado com Kevlar, o qual apresenta resistência considerável para impactos envolvidos em operações com Aeronave Remotamente Pilotada (RPA), paraquedas de emergência para pouso, Autopiloto XMobots de quarta geração com 1 GHz em um sistema operacional em tempo real (RTOS – Real Time Operating System) com software desenvolvido utilizando o Model Driven Development (MDD), além do Xplanner como o software de planejamento criado, especificamente, para os modelos de VANTs da XMobots, que auxilia em todo processo dos voos (planejamento, execução, e pós-processamento) (XMOBOTS, 2019). Outra vantagem é que esse equipamento ainda possui um sistema de voo semiautomático, o que facilita nas execuções de voos em campo.
Figura 2 – Vant Arator 5A
Fonte: Xmobots (2019).
O VANT foi equipado com duas câmeras fotográficas com 18 Mpix, sendo uma delas RGB (Red/Green/Blue) e outra com o infravermelho próximo (NIR), além do receptor Global Navigation Satellite System (GNSS) de navegação. O georreferenciamento das imagens foi realizado por meio do método de posicionamento Real Time Kinematic (RTK), que corresponde à coleta de pontos de controle no campo.
De acordo com De Oliveira et al. (2015), cada sensor possui um intervalo de comprimento de onda distinto, assim o primeiro sensor recebe a energia correspondente ao intervalo de comprimento de onda de 500-636 nm e o segundo sensor recebe energia referente ao intervalo de comprimento de onda de 650-900 nm.
Para o reconhecimento inicial da área de estudo, em um primeiro momento foi utilizado o Google Earth e, posteriormente, para o planejamento de cada missão e a elaboração do plano de voo, o software XPlanner. Para o processamento das imagens geradas pelo VANT após o voo, fez-se uso do software Agisoft Photoscan 1.3.4 para a geração das nuvens de pontos dos modelos digitais de elevação (MDE) e dos ortofotomosaicos. Os procedimentos de geoprocessamento e a elaboração dos mapas temáticos foram realizados pelo software Arcgis 10.5.
Plano e execução de voo
Para a elaboração do plano de voo foi realizada a análise inicial do local de estudo com o software do Google Earth. Essa etapa é fundamental para uma análise prévia do local onde a aeronave possa decolar, pousar e realizar o voo com segurança. Além disso, esse estudo prévio é importante para que se observem as características gerais de onde o VANT irá sobrevoar. Nesta etapa é fundamental analisar a altimetria do lugar para evitar possíveis obstáculos ou qualquer outro fator que possa dificultar a execução do voo. Em um segundo momento, já no ambiente do software Xplanner, procedeu-se à etapa de planejamento do voo, onde foi possível delimitar a área de estudo a ser sobrevoada assim como a escolha da resolução espacial a ser atingida. Após esse procedimento é necessário que se execute o plano de cada voo onde deverão ser definido o número necessário de missões além do valor do Ground Sample Distance (GSD), que, segundo Rodrigues (2017), corresponde ao valor da medida no terreno da distância entre o centro de dois pixels subjacentes. Também devem ser definidos a velocidade do VANT, taxas de sobreposição de imagens e, por fim, o ângulo das linhas de voo. Ainda na etapa de planejamento é importante definir, no software, os locais onde o VANT irá decolar, realizar a subida até a altitude desejada e pousar.
O voo foi realizado no dia 16 de maio de 2019, ao meio-dia (12h00), tecnicamente por ser o horário mais indicado para a captura de imagem devido à localização do Sol (sol a pino), representando um Ground Sample Distance (GSD) aproximado de 5 centímetros por pixel. A taxa de sobreposição entre cada fotografia captada foi de 80% para a área frontal e 60% para a lateral. O ângulo de voo foi definido conforme as condições meteorológicas no dia da missão para que ocorresse uma otimização do uso da bateria do equipamento. O tempo total de voo foi calculado e executado em 26 minutos em uma área total de 103 hectares.
Na Figura 3 apresenta-se um exemplo da execução do plano de voo no software Xplanner contendo todas as informações de linhas de voo, GSD, taxa de sobreposição, localização da antena de transmissão, além dos locais de decolagem, subida, descida e pouso para a execução do voo na área de estudo.
Após a elaboração do plano de voo, algumas etapas realizadas em campo foram de extrema importância para maior eficiência na obtenção da imagem como: funcionamento do equipamento, o sinal de navegação e alcance da antena, o funcionamento das câmeras, condições meteorológicas, observação de possíveis obstáculos, a importação do plano de voo para o equipamento e, por fim, a execução do voo (Figura 4).
Figura 3 – Plano de voo no software XPlanner
Fonte: Organizado pelos autores (2020).
Ainda durante o voo, é necessário que se realize o monitoramento da missão acompanhando sempre o sinal de conexão entre a aeronave e a antena, a bateria, condições meteorológicas e possíveis obstáculos para que, ao final da última linha de imageamento, o VANT consiga pousar no local indicado no plano de voo.
Figura 4 – Montagem e calibragem do equipamento em campo
Processamento das imagens capturadas
Para o processamento das imagens capturadas foi utilizado um total de 290 fotografias na composição colorida RGB e 289 para o NIR. Foram realizados os alinhamentos das câmeras, a geração das nuvens de pontos esparsa e densa, construção da malha 3D e aplicação de textura, a elaboração do MDE, a montagem do ortofotomosaico e a exportação dos resultados por meio do software Agisoft Photoscan 1.3.4 (Figura 5). Os procedimentos utilizados no software de processamento Agisoft PhotoScan para elaboração do Modelo Digital de Superfície, assim como o mosaico de ortofotos seguiram as descrições dos trabalhos de Longhitano (2016), Ferreira et. al. (2013), Barbosa e Pereira (2017). Após a obtenção das imagens em RGB, NIR e o do MDS, através das técnicas de geoprocessamento compostas pelas ferramentas de modelagens disponíveis em seus módulos, o produtor e/ou a agroindústria poderão obter vários produtos que poderão auxiliar na sua tomada de decisão, permitindo melhor monitoramento da área produzida, assim como melhora na produtividade e na produção. Entre esses produtos, destacam-se a criação do Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), a delimitação de talhões para o projeto de plantio e identificação de falhas e outros.
Figura 5 – Processamento de imagens
Normalized Difference Vegetation Index (NDVI)
“Os índices de vegetação resultam de combinações lineares de dados espectrais, realçando o sinal da vegetação, que minimizam as variações na irradiância solar e os efeitos do substrato do dossel vegetal” (SILVA; HAMULAK; RIBEIRO, 2012, p. 14).Esses processos, se detectados a tempo, podem ser tratados e corrigidos sem que haja prejuízo do ganho na produção e isto pode ser feito através do uso dos VANTs, combinado a técnicas de geoprocessamento das imagens. O índice de vegetação da diferença normalizada, NDVI, é um índice de fácil aplicação, utilizado por apresentar uma forte correlação linear com o crescimento da cultura sendo, por isso, mais indicado para análises temporais (WANG et al., 2009). É também usado pelo fato de ser sensível à clorofila, o que facilita na indicação de áreas de maior produtividade, na avaliação da sanidade das plantas, da área de plantio, da biomassa, no teor de nutrientes das plantas e outros aspectos.
O NDVI é uma relação entre as refletâncias (ρ) das bandas do infravermelho próximo (IVP) e do vermelho (V) e visa a eliminar diferenças sazonais do ângulo de elevação solar e minimizar os efeitos da atmosfera proposto por Rouse et al. (1974).
NDVI =
𝑖𝑣𝑝− 𝑣𝑒𝑟𝑖𝑣𝑝+ 𝑣𝑒𝑟
(1)
em que: ivp = refletância no infravermelho próximo e ver = refletância no vermelho.
O NDVI, em geral, apresenta “relação com algumas variáveis agronômicas como altura de planta, índice de área foliar, matéria seca, grau de cobertura do solo e interceptação de radiação solar global”, entre outros (FONSECA, 2000, p. 366). Em geral, “a utilização do índice de vegetação integrado em determinado período do desenvolvimento das culturas, ou em todo o seu ciclo apresenta relações com parâmetros agronômicos, como a estimativa da produção de culturas anuais, conforme evidenciados nos trabalhos de Rojas” (2007, p. 3.776) e Johann (2012, p. 1.296).
Quando uma cultura agrícola é instalada, o padrão espectral da superfície se assemelha à assinatura espectral do solo. À medida que a cultura cresce e a porcentagem de cobertura vegetal aumenta, a influência do solo diminui e o comportamento da superfície tende a se ajustar ao comportamento das plantas verdes. Afirmam Esquerdo (2007, p. 11) e Johann (2012, p. 1296) que, “ao entrar na fase de senescência, o vigor vegetal e o porte das plantas diminuem, reduz a porcentagem de cobertura e altera o padrão espectral da superfície, voltando ao padrão do solo”.
Identificação de falhas e anomalias em áreas de produção
A partir das imagens obtidas, a viabilidade ou não de vetorização manual das linhas de plantio de cana-de-açúcar pode ser analisada, ou seja, é possível saber se houve ou não contraste visual entre o solo e a linha de plantio da cana em virtude das diferentes resoluções obtidas.
A utilização de um sistema de sensor em aeronaves não tripuladas permite o monitoramento de falhas de plantio de cana-de-açúcar por meio de imagens e substitui o atual método de monitoramento manual com a vantagem de amostragem intensiva e maior densidade de informação. As informações adquiridas nas falhas da cana-de-açúcar podem ser representadas em mapas que permitam a visualização de áreas que exigem intervenção local após o plantio. A utilização desse procedimento permite o reconhecimento de alvos em imagens coloridas aos produtos de índices de vegetação apoiado na identificação de cenas contendo possíveis alvos. Imagens tomadas por plataformas de Sensoriamento Remoto de baixa altitude ou VANTs são ‘uma alternativa potencial, dado seu baixo custo de operação em monitoramento ambiental, alta resolução espacial e temporal e sua alta flexibilidade na aquisição de imagens” (ZHANG; KOVACS, 2012, p. 697).
Por ser um termo muito popular entre os produtores de cana-de-açúcar, as falhas nas linhas de cana “são definidas como a distância a partir de 0,5 metro entre duas canas ao longo do sulco, medidas de colmo a colmo ao nível do solo, tanto para cana planta quanto para cana soca” (STOLF et al., 1986, p. 29). Assim, quantificam-se as falhas nas linhas de uma determinada área, efetuando a somatória da distância entre colmos para qualquer medida maior ou igual a 0,5 metro. Outro fator importante são os danos às soqueiras e até mesmo o arranquio destas que, normalmente, são causados pela colheita mecanizada durante o corte, reduzindo a brotação e, consequentemente, a produtividade de futuras safras (REIS, 2009).
Além disso, as imagens obtidas por câmeras RGB ou multiespectrais permitem gerar diversos tipos de índices de vegetação, que podem identificar anomalias nos talhões, como, por exemplo, cana tombada, diminuição de produção e reboleiras, que são formações arbóreas invasoras de pequena extensão. Esses produtos, ademais, permitem identificar áreas desuniformes, bem como plantas não sadias afetadas por estresse hídrico ou por pragas (como nematoides) e por plantas daninhas.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
A expansão canavieira tem causado discussões no meio científico e na comunidade em geral, seja pelos benefícios relacionados ao tipo de manejo adotado, ou pelos danos causados pela aplicação desregrada de insumos. Dessa forma, o impacto na cultura canavieira, em grande escala, merece estudos.
No entanto, “o custo elevado para operar tais instrumentos limita a disponibilidade de atualização constante das informações para áreas específicas” (HAKALA et al., 2010, p. 829) e as imagens de satélite tradicionais, com resolução espacial moderada a baixa, “têm o uso limitado para avaliar variações que necessitam de maior detalhamento” (LEE et al. 2010, p. 4). Para muitas aplicações são necessários sistemas sensores com maior flexibilidade e que permitam um fácil acesso ao local (HAKALA et al., 2010, p. 831).
Assim, ressalta-se a grande importância do planejamento sobre os estudos relacionados à cultura, mais especificamente à estimativa de safras, que possibilita o redirecionamento da produção para os mercados interno e externo, minimizando esforços em possíveis cultivos, focalizando em políticas públicas que favoreçam o segmento.
O Veículo Aéreo não Tripulado pode auxiliar grande parte das limitações encontradas no sensoriamento remoto, visto que se caracteriza pela capacidade de elevar em nível aéreo sensores remotos embarcados de modo a se respeitar um plano de voo predefinido (FORTES, 2003, p. 31). Ademais, esses mesmos equipamentos possibilitam atender a necessidades diferentes de acordo com sua categoria, e os sensores possíveis de serem embarcados a cada um deles. O surgimento dos Vants tem mudado a visão sobre o monitoramento, estimativas volumétricas e, principalmente, em relação à viabilidade de todo o processo de controle aplicado ao campo. Em comparação ao clássico sensoriamento remoto, “a utilização de RPAs, como plataforma, associa vantagens quanto à flexibilidade na coleta dos dados” (GÓMEZ-CANDÓN et al., 2014, p. 50).
