Sensoriamento remoto e o cuidado das plantas

Publicado por Descascando a ciência em

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/

Categorias: Agricultura

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1 comentário

Kampus Swasta Terbaik · 1 de junho de 2022 às 07:34

Great content, thank

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