Sensoriamento remoto e o cuidado das plantas

Sensoriamento remoto

Em tempos de distanciamento social, todos precisamos nos reinventar de alguma maneira para conseguir ficar em casa e, ao mesmo tempo, continuar executando tarefas essenciais do dia-a-dia.

Fala-se muito em Ensino à Distância (EAD), Home Office, entre outras formas de atividade remota, e isso levanta um questionamento: será que a invenção de robôs que fossem capazes de ir ao escritório executar tarefas, ou pelo menos coletar algumas informações, facilitaria nossas vidas?

O que é o sensoriamento remoto?

Pode até parecer coisa de filme futurista, mas muito antes da pandemia, lá nos anos 60, alguém teve a ideia genial de ligar sensores à “veículos”. O objetivo era a coleta de informações sobre objetos da superfície terrestre, mas sem a necessidade de contato físico.

Essa técnica é chamada de Sensoriamento Remoto, e foi inicialmente usada durante o período das Guerras Mundiais, onde câmeras fotográficas eram acopladas a aviões para obtenção de imagens aéreas.

Posteriormente, outros veículos passaram a ser utilizados para carregar as câmeras e outros tipos de sensores. Entre eles estão os drones, veículos não tripulados (VANTS) e satélites.

Além do que os olhos podem ver

E como as informações são coletadas através do sensoriamento remoto? Durante o percurso do veículo, os objetos que estão acoplados — sensores — exercem o papel fundamental de capturar informações sobre o item de interesse, através da radiação eletromagnética emitida por ele.

Radiação eletromagnética

Diariamente trocamos energia com inúmeros objetos e de maneiras diferentes. Também trocamos energia com a Terra, e a Terra também troca energia com o restante do Universo. De uma maneira simplista, podemos considerar que essa última troca acontece quase que exclusivamente através de radiação, que é transmitida como em ondas.

A radiação eletromagnética é um conjunto dessas ondas (elétricas e magnéticas) que são capazes de se deslocar no vácuo, ou seja, uma forma de transferir energia sem contato físico. A luz, por exemplo, é uma forma de radiação eletromagnética.

É importante saber que parte da radiação eletromagnética que chega na superfície de um objeto é refletida, e a outra parte é absorvida (e alguma parte pode ser transmitida, caso o objeto tenha alguma transparência).

O que nós enxergamos é, na verdade, resultado da radiação refletida pelo objeto.

Também é importante saber que existem várias formas de radiação, e que mudam de acordo com o comprimento da onda emitida. O que nós vemos como cores, por exemplo, nada mais é que radiação eletromagnética de comprimentos de onda diferentes, e cada objeto que vemos emite uma combinação diferente desses comprimentos de onda.

Mas e os sensores, o que eles vêem?

Os sensores são capazes de capturar esses diferentes comprimento de onda emitidos, e também de medir a intensidade deles. Com isso, ele é capaz de obter imagens nas regiões visíveis, ou seja nos comprimentos que nós enxergamos: azul, verde e vermelho.

E não é só isso! Os sensores também têm uma habilidade especial e conseguem medir a intensidade de comprimento de ondas que nós não enxergamos, como o ultravioleta, o infravermelho, etc., e permite que façamos predições que não são possíveis a olho nu.  

Prevendo o futuro através dos índices de vegetação

Você lembra que cada objeto emite uma combinação de comprimentos de onda? Essa combinação é quase única e funciona como se fosse uma assinatura desse objeto, que chamamos de assinatura espectral, e pode variar conforme as características mudam.

Por exemplo: quando consideramos o meio ambiente como objeto de estudo, é possível obter uma infinidade de informações, pois o solo, a água e as plantas têm assinaturas únicas e que permitem diferenciá-los.

Mas dessa maneira até os humanos são capazes de diferenciar. Qual o diferencial dos sensores? Muitas vezes essa diferença na assinatura espectral é sutil ou ocorre nos comprimentos de onda que não são visíveis pelo homem, mas que podem ser capturadas pelos sensores.

Clorofila e o comprimento de ondas

Na agricultura, o objeto principal de estudo são as plantas, e conseguimos notar por conta própria algumas alterações nas ondas refletidas por elas. Quando as plantas estão saudáveis, elas ficam super verdinhas, mas se esquecemos de regá-las, ou caso fiquem sem luz, elas tornam-se marrom. Essa alteração de cor acontece por conta do famoso pigmento: a clorofila. 

Durante a fotossíntese, a Clorofila absorve alguns comprimentos de onda na região visível (entre 0.4 e 0.7 µm), ou seja, acaba refletindo pouca luz nesse comprimento de onda.

Por outro lado, a estrutura da célula das plantas reflete a luz em comprimentos de onda de uma região chamada “Próxima ao Infravermelho” ou em inglês “Near Infra-Red” (NIR). 

Essas informações são muito importantes pois permitem estimar a capacidade fotossintética da planta, ou seja, quão saudável e produtiva ela está.

Essas estimativas são feitas através de fórmulas chamadas de Índices de Vegetação da Diferença Normalizada (do inglês NDVI).

A maioria delas é calculada da seguinte forma: diferença entre o que é refletido na região visível e na região próxima ao infravermelho (NIR) dividido pela soma dos dois.

NDVI = (NIR — VIS)/(NIR + VIS)

Basicamente, o cálculo do NDVI gera uma nota para quanto de clorofila existe na planta, em relação à toda estrutura dela.

Essa nota varia de -1 à 1, e quanto maior a nota, mais alta a densidade de folhas verdes:

  • Notas próximas a 0 indicam que não há vegetação
  • Números abaixo de 0 indicam provável presença de outros objetos na imagem registrada 

Os índices de vegetação obtidos por sensoriamento remoto já são um grande aliado da agricultura 4.0, por permitirem a previsão de produtividade, qualidade do solo entre outras informações de interesse agronômico.

Apesar de ser um dos índices mais populares, o NDVI é um dos mais simples. Outras fórmulas mais robustas já foram desenvolvidas para prever interferências atmosféricas e ambientais nessa conta, e podem ser utilizadas dependendo da necessidade. 

E olha essa novidade:

No proximo dia 28 ganharemos um importante reforço com o lançamento do Amazônia-1, o primeiro satélite de observação da Terra 100% brasileiro. Esse será o terceiro satélite brasileiro de sensoriamento remoto em operação junto ao CBERS-4 e ao CBERS-4A, que tem como objetivo monitorar o desmatamento, principalmente amazônico, e agricultura em todo território nacional através de imagens geradas a cada 5 dias.

Referências

Kuznetsov, V.D.; Sinelnikov, V.M.; Alpert, S.N. (June 2015). “Yakov Alpert: Sputnik-1 and the first satellite ionospheric experiment”. Advances in Space Research. 55 (12): 2833–2839. Bibcode:2015AdSpR..55.2833K. doi:10.1016/j.asr.2015.02.033.

Estimation of the leaf chlorophyll content using multiangular spectral reflectance factor – Wange Li  Zhongqiu Sun  Shan Lu  Kenji OmasaFirst published, 2019( https://doi.org/10.1111/)

http://geoeduc.com/2020/01/29/sensoriamento-remoto-diagnostico-e-planejamento-de-areas-e-processos/

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