Implementação de um sistema para otimizar a produção de azeitonas

Mirar: Obtenha maior eficiência de produção otimizando os recursos existentes e reduzindo custos usando um sistema inteligente que integra sensores, solo, irrigação por gotejamento e monitoramento climático, bem como monitoramento de imagens de satélite ou drone.

Descrição do Sistema Inteligente para Oliveiras: Este sistema foi projetado para automatizar e otimizar a eficiência do uso da água no cultivo de oliveiras, garantindo o crescimento ideal das plantas e minimizando os custos operacionais. Ele integra tecnologias de sensoriamento de água, controle de irrigação de precisão e monitoramento ambiental para se adaptar dinamicamente às necessidades hídricas da cultura e às condições climáticas.

Componentes principais:

1. Sensores de solo:

   • Sensores de umidade do solo: Serão instalados em diferentes profundidades, em locais estratégicos ao longo do olival. Esses sensores, preferencialmente capacitivos ou TDR (Refletometria no Domínio do Tempo), medirão a umidade do solo (teor volumétrico de água). Os dados serão transmitidos sem fio para a unidade central de controle.

   • Sensores de temperatura do solo: Posicionados ao lado dos sensores de umidade, eles monitorarão a temperatura do solo. Esses dados são cruciais para entender a atividade das raízes, a evaporação e a disponibilidade de nutrientes, influenciando as decisões de irrigação.

   • Sensores de pressão, temperatura e umidade: Localizados próximos aos sensores de umidade e temperatura do solo, eles monitorarão a temperatura e a umidade ambiente do solo. Isso influencia a evaporação, influenciando as decisões de irrigação.

   • Unidade de Controle: Coleta informações dos sensores e as envia por meio de um sistema sem fio para o Gateway, para transmissão à plataforma FieldPartner Service.

     
     

1. Sistema de irrigação por gotejamento:

   • Rede de Tubulação e Gotejamento: Consiste em uma rede principal, secundária e terciária de tubos de polietileno com gotejadores emissores espaçados de acordo com o padrão de plantio da oliveira. Os gotejadores devem ser, preferencialmente, autocompensadores para garantir uma distribuição uniforme da água, mesmo em terrenos inclinados.

   • Bombas de irrigação: Bombas dimensionadas de acordo com a área do olival e a vazão necessária serão responsáveis pelo bombeamento de água pelo sistema. Elas podem ter velocidade fixa ou variável, sendo esta última mais eficiente em termos energéticos..

   • Válvulas Solenóides/Motorizadas: Controlados remotamente pela unidade central, permitem abrir ou fechar o fluxo de água para áreas específicas do olival, facilitando a irrigação por zona e a setorização da gestão da água.

   • Filtros: Essencial para evitar o entupimento dos gotejadores, garantindo a longevidade e a eficiência do sistema. Serão utilizados filtros de malha ou anel com sistema de retrolavagem automática.

   • Unidade de controle: Gerencia todo o fluxo de trabalho entre bombas de água, válvulas solenoides e sistemas de dosagem de nutrientes (opcional), enviando informações sem fio para o gateway de comunicação para enviar todas as informações para a plataforma FieldPartner Service em tempo real.

     
     

2. Monitoramento Meteorológico (Estação Meteorológica):

   • Sensores de temperatura e umidade do ar: Avaliar a demanda evaporativa da atmosfera e calcular a evapotranspiração de referência (ET0).

   • Sensor de radiação solar: Fornece dados sobre a energia disponível para fotossíntese e evaporação.

   • Anemômetro e cata-vento: Eles medem a velocidade e a direção do vento, fatores que influenciam significativamente a evapotranspiração.

   • Medidor de chuva: Registra a precipitação, permitindo que os programas de irrigação sejam ajustados com base na precipitação natural.

   • Barômetro: Ele mede a pressão atmosférica, que pode ser usada em modelos de evapotranspiração mais complexos.

   • Unidade de Aquisição e Transmissão de Dados: Coleta informações de sensores meteorológicos e as envia para a plataforma FieldPartner Service por meio de comunicação sem fio através do Gateway

3. Portal de comunicações: Ele concentra todos os sistemas de comunicação usando o protocolo de comunicação LoraWan ou Lora da estação meteorológica, sensores ou unidades de controle de bombeamento e enviando-os por meio do uso da comunicação Wi-Fi existente no local para a nuvem QTSAGRO.

   
   

4. Plataforma de monitoramento de serviços FieldPartner:

   
   

   • Software de gerenciamento inteligente: É o "cérebro" do sistema. Recebe e processa dados em tempo real de sensores de solo e da estação meteorológica, processamento de imagens multiespectrais e utiliza algoritmos avançados para calcular a evapotranspiração real da cultura (ETc) e a curva de depleção de água do solo.

     

   • Notas/Passeios: Nosso sistema de visitas guiadas é baseado na criação de pontos geolocalizados, permitindo que sejam registrados a partir de um dispositivo. Os usuários podem marcar a data e a hora da atividade atual, bem como a data agendada para futuras visitas. Eles podem selecionar a atividade da visita guiada e especificar o tipo de amostra a ser identificada, seja "praga", "doença" ou "anomalia". Tirar fotos ou enviar fotos armazenadas do campo nos permite processá-las por meio de um sistema de inteligência artificial (IA) para análise, fornecendo um status detalhado das lavouras. Quanto mais fotos forem enviadas, mais precisa será a avaliação. Os usuários podem selecionar a gravidade dos problemas encontrados, permitindo a criação de uma ordem de serviço, se necessário.

     

   • Ordens de Serviço:

     

   • Tomada de decisão sobre irrigação: Com base nos dados analisados, o software determina quando e quanto irrigar. Ele considera fatores como umidade do solo, previsão do tempo, estágio fenológico da oliveira e características do solo.

   • Programação e controle remoto: permite que os usuários programem ciclos de irrigação, ajustem parâmetros e liguem/desliguem a irrigação remotamente por meio de uma interface web ou aplicativo móvel.

   • Alarmes e notificações: O sistema pode gerar alertas automáticos se anomalias forem detectadas (por exemplo, baixa pressão, falha do sensor, valores críticos de umidade).

   • Histórico de dados e relatórios: armazena dados históricos sobre irrigação, uso de água, condições do solo e climáticas, permitindo análise retrospectiva e otimização contínua do sistema.

Operação Integrada:

1. Coleta de Dados: Sensores de umidade e temperatura do solo enviam continuamente suas leituras ao sistema. Ao mesmo tempo, a estação meteorológica transmite dados climáticos.

2. Análise e Processamento: Processa o cruzamento de dados armazenados no banco de dados utilizando algoritmos de ponta e o auxílio de inteligência artificial. Por exemplo, calcula a evapotranspiração da cultura (ETc) utilizando modelos como o de Penman-Monteith, ajustados para o coeficiente de cultura (Kc) específico da oliveira em seu estágio fenológico atual. Compara a umidade atual do solo com um limite de irrigação predefinido para evitar estresse hídrico ou supersaturação.

3. Tomada de decisão: Se a umidade do solo cair abaixo do limite crítico e o ETO acumulado indicar a necessidade de irrigação, o sistema aciona as válvulas e bombas correspondentes.

4. Implementação da irrigação: A irrigação por gotejamento é ativada nas áreas selecionadas, aplicando a quantidade precisa de água necessária às oliveiras, gota a gota, diretamente na zona radicular.

5. Monitoramento contínuo: Durante e após a irrigação, os sensores do solo continuam monitorando a umidade para garantir que o nível desejado seja atingido e evitar o excesso de água.

6. Ajuste Dinâmico: O sistema é adaptável. Se houver previsão de chuvas significativas, o cronograma de irrigação pode ser automaticamente adiado ou reduzido. Se a seca persistir ou a demanda por evaporação aumentar, o sistema pode recomendar ou implementar irrigação adicional.

Benefícios do sistema:

• Economia de Água: Redução significativa no consumo de água aplicando somente a quantidade necessária, evitando perdas por escoamento superficial, percolação profunda ou evaporação superficial.

• Aumento da produtividade e qualidade: garante um fornecimento ideal de água, reduzindo o estresse hídrico e promovendo o desenvolvimento saudável da oliveira, o que se traduz em maiores rendimentos e azeitonas de melhor qualidade.

• Eficiência energética: otimização do tempo de operação da bomba, redução do consumo de energia.

• Otimização dos tempos de trabalho:  Por meio do monitoramento contínuo e do sistema de alerta, os tempos de deslocamento na fazenda são otimizados, deixando esse tempo disponível para análise de dados e tomada de decisões.

• Sustentabilidade Ambiental: Contribui para a gestão sustentável dos recursos hídricos e energéticos.

• Tomada de decisão informada: fornece dados precisos e em tempo real para uma gestão agrícola mais inteligente e eficiente.

• Fertilização Otimizada: Permite a aplicação precisa de fertilizantes dissolvidos na água de irrigação, melhorando a absorção pelas plantas.

Este sistema representa uma solução abrangente para a gestão da água em olivais, promovendo uma agricultura de precisão que se adapta às exigências da cultura e às mudanças nas condições ambientais.

Recomendações gerais para instalação de sensores:

1. Profundidade dos sensores:

   • Zona de maior atividade radicular: Em oliveiras, a maior densidade radicular geralmente se encontra nos primeiros 30 a 60 cm de profundidade. Portanto, é essencial ter sensores nessa camada. Alguns estudos colocaram sensores a uma profundidade de 30 cm, considerada uma zona de grande interesse para a manutenção da umidade constante.

   • Profundidades maiores: É aconselhável instalar pelo menos um sensor a uma profundidade maior (por exemplo, 60–90 cm) para monitorar a umidade no perfil mais profundo do solo e entender como a árvore está extraindo água de suas reservas. Isso é especialmente importante em oliveiras maduras com sistemas radiculares profundos. Algumas instalações utilizaram sensores a 10, 20, 40 e 60 cm.

   • Sensores de temperatura: Embora a temperatura da superfície possa variar diariamente, a temperatura do solo a profundidades de 50 cm é mais afetada pelas flutuações sazonais. O monitoramento da temperatura do solo é importante para compreender a atividade das raízes, a absorção de nutrientes e o desenvolvimento fenológico das plantas.

     
     

2. Número de sensores por zona/parcela:

   • Áreas homogêneas: Em um terreno com solo uniforme e manejo similar, um sensor por 0,5 a 1 hectare pode ser considerado um ponto de partida. No entanto, isso é muito geral.

   • Áreas heterogêneas: Se houver variações significativas no solo ou relevo dentro de um terreno, é melhor dividi-lo em zonas menores e colocar pelo menos 1-2 sensores por zona representativa.

   • Por árvore (abordagem intensiva): Para um monitoramento mais preciso em um sistema de irrigação por gotejamento, pode-se considerar:

     • 1 sensor para cada 2-4 árvores representativas dentro de uma "zona de irrigação" homogênea.

     • Em alguns sistemas, um sensor é instalado para cada Parcela Agrícola Homogênea (PAH). Se a parcela for muito grande, mais de um sensor pode ser instalado e as medições podem ser calculadas.

   • Abordagem de bulbo úmido: Na irrigação por gotejamento, os sensores devem ser colocados dentro do bulbo úmido gerado pelos gotejadores, pois é onde se concentra a maior parte da absorção de água pelas raízes.

Exemplo prático:

Para uma plantação de oliveiras de 4 a 6 metros de altura com irrigação por gotejamento em solo franco-argiloso e uma área relativamente uniforme de 5 hectares, um esquema como o seguinte poderia ser considerado:

• 5 a 8 pontos de monitoramento distribuídos estrategicamente pelo terreno.

• Em cada ponto, instale uma sonda de umidade e temperatura com sensores em pelo menos 3 profundidades:

  • 30 cm: Para a área de maior atividade radicular e controle frequente de irrigação.

  • 60 cm: Para monitorar a disponibilidade de água em um perfil mais profundo.

  • 90 cm ou mais (opcional): Para entender o movimento da água e o uso de reservas por raízes mais profundas.

Considerações adicionais:

• Localização: Os sensores devem ser colocados na linha de gotejamento e não diretamente abaixo do tronco da árvore, mas a uma distância que represente a área de maior absorção de água pelas raízes.

Em suma, esta é uma recomendação, pois a decisão final deve ser tomada por um consultor familiarizado com as características de cada parcela e solo para a quantidade exata, pois depende das características específicas do olival. No entanto, priorizar a profundidade da zona radicular ativa e considerar a variabilidade do solo e do sistema de irrigação permitirá projetar uma rede de sensores eficaz.

Para mais informações: