Teses e Dissertações
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Item Aplicação de pesticidas com veículos aéreos não tripulados nas culturas de café, citros e feijão(Universidade Federal de Viçosa, 2022-08-18) Moraes, Hugo Marcus Fialho e; Furtado Júnior, Marconi Ribeiro; Vitória, Edney Leandro daVeículos aéreos não tripulados (VANTs) referem-se a aeronaves que voam sem um operador humano a bordo e foram primeiramente desenvolvidos para aplicações militares. Atualmente, os VANTs são utilizados na fotogrametria e sensoriamento remoto, mapeamento e processamento de imagens, inventários florestais e monitoramento de incêndios, pesquisa meteorológica, manejo e utilização da água, rastreamento de animais e na agricultura de precisão. Especificamente na agricultura, têm sido amplamente utilizados para várias finalidades como na semeadura, identificação de pragas e plantas daninhas, manejo e monitoramento de culturas e na pulverização de pesticidas e fertilizantes foliares. VANTs têm sido utilizados para substituir aplicações realizadas manualmente ou até mesmo em grandes aéreas, principalmente em situações pontuais ou em casos onde as pulverizações requerem máxima segurança. No entanto, muitos parâmetros ainda não estão bem definidos e não existe uma referência técnica exata que os operadores possam consultar. Além disso, especialmente no Brasil, ainda são raras as pesquisas com a pulverização de VANTs. Nesse sentido, o objetivo geral da tese, estruturada na forma de artigos, consistiu em realizar: i) Uma análise bibliométrica e cientométrica da utilização de VANTs na agricultura, pecuária e silvicultura; ii) Analisar a capacidade operacional e efeito da altura de voo e de pontas na pulverização em citros usando VANT; iii) Avaliar a pulverização com VANT na cultura do café; e iv) Verificar a deposição e deriva da pulverização com VANT na cultura do feijão. No primeiro artigo foi realizada uma pesquisa na plataforma Scopus utilizando os termos UAV, UAS, drone e RPA, juntamente com “agricult*” ou “forest* ou livestock”. Foram selecionados apenas artigos publicados em inglês, de janeiro de 2000 a dezembro de 2020. Para a geração de mapas temáticos, o software VOSviewer foi utilizado possibilitando a análise bibliométrica e cientométrica da utilização dos VANTs no setores estudados. No segundo artigo foram pesquisados os efeitos de quatro pontas de pulverização (Leque com pré-orifício, Duplo leque com pré-orifício, Leque com indução de ar e Duplo leque com indução de ar) e quatro alturas de voo (1,0; 1,7; 2,3 e 3,0 m) na densidade de gotas e cobertura gerada pela pulverização em citros. Foi verificado também a deposição e a penetração da pulverização nos três terços e em profundidades no dossel da planta. Além disso, comparou-se a capacidade operacional do VANT com os pulverizadores hidropneumático tratorizado e o pneumático costal. No terceiro artigo foi estudada a deposição e penetração das gotas nos diferentes terços da planta de café utilizando-se um VANT e três volumes de calda (5; 10 e 15 L ha -1 ). No quarto artigo foi mensurada a quantidade de deriva gerada sob quatro velocidades de voo (5; 10; 15 e 20 km h -1 ) e três volumes de calda (10; 15 e 20 L ha -1 ) bem como a deposição da aplicação com VANT na cultura do feijão. Utilizando a análise bibliométrica e cientométrica foi possível verificar que a evolução da aplicabilidade dos VANTs ao longo dos anos está diretamente relacionada ao avanço da tecnologia inserida nestes equipamentos. Além disso, os estudos são mais comuns na agricultura e na silvicultura do que na pecuária, indicando que este último setor ainda tende a evoluir bastante nos próximos anos. Na pulverização com VANT em citros, foi possível observar maior capacidade operacional do VANT pulverizador em relação ao hidropneumático tratorizado e ao pneumático costal. Maior dificuldade de penetração da pulverização com VANT está relacionada a posição mais interna do dossel da planta de citros e não em relação aos terços da planta. As pontas de pulverização com indução de ar apresentaram melhores resultados de cobertura e densidade de gotas comparadas às pontas sem essa tecnologia. No artigo sobre a pulverização com VANT na cultura do café o volume de calda não influenciou significativamente a porcentagem de cobertura, a amplitude relativa e nem a densidade de gotas depositadas no alvo, no entanto, melhor penetração das gotas foi observada quando foi utilizado maior volume de calda. O estudo da pulverização com VANT na cultura do feijão indicou efeito significativo da velocidade de voo e do volume de calda na cobertura do alvo, mas sem influência para a densidade de gotas e deposição da aplicação. Maiores velocidades de voo resultaram em maior deriva. Palavras-chave: Drone. Deposição. Aplicação aérea. Deriva.Item Modeling of coffee ripeness and beverage quality using proximal and remote sensing(Universidade Federal de Viçosa, 2022-06-09) Martins, Rodrigo Nogueira; Pinto, Francisco de Assis de Carvalho; Valente, Domingos Sárvio Magalhães; Queiroz, Daniel Marçal deCoffee is one of the most valuable agricultural commodities, whose price setting and export potential are defined according to its beverage quality. In turn, the beverage quality results from the interaction of different factors from the fruit ripeness degree at harvest to the post-harvest practices. Traditionally, the fruit ripeness is evaluated through manual samplings in the field, whereas the beverage quality is assessed trough sensory analysis by trained tasters. These methods are time-consuming, not representative of the entire production area, and in the case of beverage quality assessment, they are subjective due to the personal influence of the taster. On the other hand, the advent of aerial remote sensing through the Unmanned Aerial Vehicles (UAV), as well as spectroscopy associated with chemometrics and statistical modeling techniques, are presented as a fast and accurate approach for monitoring the spatio-temporal variability of the fruit ripeness and predicting beverage quality. In this sense, the general objective of this thesis, structured in the form of chapters, including the introduction and general conclusions, consisted of modeling the fruit ripeness and beverage quality of Arabica coffee using proximal and remote sensing. In the second chapter, a vegetation index (VI) for monitoring the coffee ripeness using aerial images was developed. For doing that, an experiment was set up in five Arabica coffee fields in Paula Cândido, Minas Gerais state, Brazil. During the coffee ripeness stage in the 2018-2019 season, four flights were carried out to acquire spectral information on the crop canopy using two UAVs, one equipped with a five- band multispectral camera (RGB, RedEdge, and NIR) and another with an RGB camera. For validation purposes, manual counts of the percentage of unripe fruits were performed using irregular sampling grids on each data collection. After image processing, the coffee ripeness index (CRI) and five other VIs (MCARI1, NDVI, NDRE, GNDVI, and GRRI) were obtained. The CRI was developed by combining reflectance from the red band and from a ground-based red target placed on the study area. In general, the CRI showed a higher sensitivity to discriminate between coffee plants ready for harvest from not-ready for harvest regarding the fruit ripeness. Furthermore, the highest R 2 and lowest RMSE values for estimating the coffee ripeness were also presented by the CRI (R 2 : 0.70; 12.42%), whereas the other VIs showed R 2 and RMSE values ranging from 0.22 to 0.67 and from 13.28 to 16.50%, respectively. In the third chapter, two models for the prediction of fruit ripeness using spectral and textural variables were developed and the best variables for the development of spatio-temporal variability maps of fruit ripeness were determined. For that, the fruit ripeness data obtained from six coffee fields (including those described in the second chapter) in the 2018-2019 and 2020-2021 seasons and aerial images of seven flights performed in both seasons were used for data modeling. Through the images, 12 spectral and 64 textural variables composed of bands and VIs were obtained. The performance of the Random Forest algorithm using spectral and textural variables (R²: 0.71 and RMSE: 11.47%) was higher than the model based solely on spectral variables (R²: 0.67 and RMSE: 12.09%). Finally, in both scenarios, the most important variables in the prediction models were the VIs CRI and MCARI1 and the red and NIR bands. Lastly, in the fourth chapter, a method was developed for predicting the coffee beverage quality based on NIR spectroscopy of coffee samples, as well as for classifying the beverage final quality using different variables obtained from the UAV images. Initially, an experiment was set up in the 2020-2021 season in seven coffee fields in the municipalities of Paula Cândido and Araponga. During the harvesting, 13 flights were performed using a UAV equipped with an RGB camera. Then, different spectral, climatic, and terrain variables were obtained from the orthomosaics. For validation purposes, the harvested coffee was processed and subjected to sensory analysis. Next, NIR spectra (1000- 2450 nm) were obtained from 180 samples of roasted and ground coffee. The prediction of the beverage quality attributes based on the NIR spectra was performed using Partial Least Squares (PLS) regression and the combination of PLS with the variable selection algorithm (OPS – Ordered Predictors Selection). Overall, the best predictions were obtained for the aftertaste, overall perception, body, and balance quality attributes using the PLS-OPS models, whose coefficient of correlation (r P ) and the root-mean-square-error of the prediction (RMSE P ) ranged from 0.78 to 0.82 and from 0.15 to 0.13, respectively. In the second analysis, the variables extracted from the UAV images were used as input for developing classification models for the beverage final quality. The results were not satisfactory. Thus, the use of UAV images for beverage quality assessment still needs to be further explored in future studies. Keywords: Digital agriculture. UAV. Coffee fruit ripeness. Sensory analysis. NIR spectroscopy.Item Monitoramento da maturação do café arábica utilizando câmera digital modificada a bordo de veículo aéreo não tripulado(Universidade Federal de Viçosa, 2019-02-27) Almeida, Samira Luns Hatum de; Queiroz, Daniel Marçal deO café é uma cultura de expressiva importância econômica e social para o Brasil. O país é o principal produtor e exportador mundial desse produto. A qualidade da bebida do café é influenciada por aspectos como as condições climáticas do local, as técnicas manejo empregadas, a maturação dos frutos no momento da colheita, o manejo pós-colheita, dentre outros. Para agregar valor ao produto, os agricultores vêm buscando utilizar formas de se produzir que propiciem a obtenção de um produto de melhor qualidade. Uma das formas de se conseguir isso é realizar a colheita com a menor quantidade possível de frutos verdes na planta. Uma das alternativas para identificação do momento ideal de se realizar a colheita é a partir do uso de técnicas de sensoriamento remoto. Com a utilização dessas técnicas é possível monitorar as culturas e estudar o comportamento da vegetação, por meio de índices de vegetação como o índice de vegetação da diferença normalizada (NDVI). Diante do exposto, este trabalho teve por objetivo geral desenvolver um sistema de sensoriamento remoto, utilizando câmera modificada acoplada a VANT, para prever o grau de maturação dos frutos como indicativo do momento ideal da colheita com base em dados de índice de vegetação da diferença normalizada (NDVI). Para isso, a primeira parte do trabalho teve como objetivo desenvolver um sistema de calibração para câmera modificada acoplada ao VANT para bandas do vermelho e do infravermelho próximo. Neste sistema foram definidas condições de voo (horário e utilização de filtro de densidade neutra, ND) e grupo de alvos que devem ser utilizados para calibração de dados de reflectância. A metodologia aplicada consistiu na realização de voos semanais em lavoura de café arábica nos horários de oito horas e meio dia, sendo dois voos em cada horário, um com filtro ND e outro com polarizador. Placas compostas de oito alvos em cores diferentes tiveram sua reflectância medida previamente com a utilização do espectroradiômetro e foram inseridas na área imageada no momento do voo, permitindo gerar modelos de calibração para as bandas do vermelho e do infravermelho a partir destes oito alvos e de cinco dos alvos que possuíam tons de cinza. Na segunda parte do trabalho objetivou-se identificar o grau de maturação dos frutos como indicativo do momento ideal para colheita do café arábica com derriça total com base em dados de NDVI obtidos a partir de câmera modificada acoplada ao VANT, NDVI obtidos a partir do GreenSeeker e de imagens coletadas pelo Satélite Sentinel-2. A cada aquisição de imagens, amostras de café foram coletadas nas áreas imageadas para determinação do estágio de maturação dos frutos. Foram determinados os coeficientes de correlação entre a porcentagem de frutos verdes e o NDVI calculado a partir de imagem adquirida pela câmera Zenmuse X3 modificada acoplada ao VANT, com o NDVI medido com o sensor GreenSeeker e o NDVI obtido a partir de imagens do satélite Sentinel-2. Os voos realizados às oito horas da manhã com a presença de filtro ND, e um grupo de cinco alvos em tons de cinza foram os que apresentaram modelos com melhor ajuste para calibração das bandas do vermelho e do infravermelho próximo. Apesar de erros quadráticos médios inferiores a 6% para os modelos de calibração em 81,82% dos dias, os valores de reflectância encontrados após calibração radiométrica não apresentaram concordâncias com os observados na literatura. O NDVI calculado com as bandas do vermelho e do infravermelho próximo das imagens obtidas a partir da câmera modificada acoplada ao VANT não apresentou correlação com a porcentagem de frutos verdes do cafeeiro. Já o NDVI obtido a partir do GreenSeeker e do Sentinel-2 apresentou correlação em somente um dos dias analizados. Dessa forma, conclui-se que o índice NDVI obtidos a partir dos três sensores utilizados neste estudo não são indicados para avaliar o grau de maturação dos frutos do cafeeiro arábica.Item Sensoriamento remoto termal usando veículo aéreo não-tripulado na cafeicultura de montanha(Universidade Federal de Viçosa, 2018-08-23) Portes, Marcelo Fagundes; Queiroz, Daniel Marçal deA determinação da variabilidade espacial das características das lavouras do café é uma importante etapa no manejo de sistemas de agricultura de precisão. Informações como modelo digital de elevação (MDE), mapas de umidade do solo e de temperatura de cobertura tem potencial para definir zonas de manejo, que é uma das formas de manejo adotadas em agricultura de precisão. A utilização de sensoriamento remoto de baixa altitude com veículos aéreos não tripulados (VANTs) e câmeras térmicas embarcadas tornam a coleta das informações da variabilidade em campo mais fáceis de serem realizadas e apresentam boa resolução espacial. Dessa forma, este trabalho teve por objetivo desenvolver um sistema com base em VANT para determinar a variabilidade espacial da temperatura de cobertura, gerar o MDE do terreno e delimitar zonas de manejo. Para isso foi desenvolvido um sistema de aquisição automática das imagens de uma área cultivada com café nas bandas do visível e do termal utilizando um VANT. As imagens adquiridas pela câmera termal foram processadas, georreferenciadas e os valores de temperatura de cobertura comparados com os valores das temperaturas de cobertura e umidade de solo coletas com sensores proximais em campo. O MDE obtido pelo VANT foi comparado com o obtido por levantamento altimétrico com Sistema Global de Navegação por Satélite (GNSS). Para isso, foi analisada correlação entre valores de altitudes obtidas em pontos comuns nos dois MDEs gerados. As zonas de manejo foram geradas por analise de agrupamento dos dados de temperatura de cobertura da lavoura, MDE e umidade do solo. Comparado a temperatura de copa coletada com termômetro infravermelho proximal e com as imagens termais obtidas pelo VANT, em horários distintos, verificou-se que o melhor horário para obtenção do mapa de cobertura foi às 14:20 hs. A temperatura de cobertura não apresentou correlação significativa com a umidade do solo. O MDE obtido pelo VANT apresentou boa concordância com o MDE obtido por levantamento altimétrico. As zonas de manejo foram delimitadas, sendo quatro o número ideal de classes para a área estudada.