PrunusBot– Sistema robótico aéreo autónomo de pulverização controlada e previsão de produção frutícola
Iniciativa a desenvolver
Desenvolvimento de um sistema robótico destinado à inovação tecnológica em fruticultura, nomeadamente de pomares de prunóideas na região da Beira Interior, visando a pulverização particularizada para controlo de infestantes e a previsão da produção.
Parceiros
Prioridade Temática
Melhoria da gestão dos sistemas agroflorestrais
Domínios
NUTS I
Continente
Identificação do problema ou oportunidade
1-A manutenção do solo em pomares visa o controlo das espécies infestantes e a preservação do solo. A aplicação de mantas de cobertura do solo beneficia o desenvolvimento das plantas e a economia de água (+Pêssego,2016). Porém, um nº limitado de infestantes consegue emergir na manta, devendo ser controlado numa fase inicial para potencial esta técnica de manutenção do solo. 2-Os fruticultores realizam previsões da produção para gerir todos os aspetos relacionados com a colheita e comercialização, entre os quais os contratos de fornecimento. Usualmente é realizada uma seleção aleatória de um nº de árvores para contagem visual dos frutos, podendo ser apoiada por medições de calibre. A precisão da estimativa da produção aumenta com o tamanho da amostra, mas requer maior nº de pessoas e tempo, o que se traduz em maiores custos. Após a celebração do contrato de fornecimento, no caso do produtor não conseguir fornecer a quantidade contratada, poderá ter que ressarcir o distribuidor (custo adicional), contribuindo para uma deterioração das relações Produtor/Comprador. Uma previsão da produção mais assertiva permite colmatar estas situações e desenvolver sistemas de apoio como p.ex. de seguros de colheita. Neste sentido pretende-se desenvolver um sistema robótico aéreo autónomo (drone), capaz de realizar duas funções: aplicação precisa de herbicida e estimativa da produção, pela análise/processamento de dados de imagens digitais de câmaras CCD de alta resolução e de sensores de infravermelho próximo. Dois algoritmos de caracterização baseados na diferenciação de cores e de análise do espectro serão desenvolvidos. No combate às infestantes considera-se a inclusão de um pequeno tanque de herbicida e pulverizador. O 1º algoritmo distingue a manta de infestantes para aplicação precisa de herbicida. Na previsão da produção, o drone transita nas entrelinhas do pomar e capta dados de ambos os lados das árvores. O 2º algoritmo distingue os frutos e calcula suas dimensões/volume/peso
Objetivos visados
1. Desenvolver e adaptar um sistema robótico aéreo autónomo destinado ao voo lento de baixa altitude nas entrelinhas de pomares, incorporando câmaras CCD a cores de alta resolução e espectrómetros de infravermelho próximo (NIR – Near InfraRed-). 2. Desenvolver algoritmos de análise e processamento de dados (imagem e espectro NIR) destinados ao reconhecimento e classificação de infestantes. 3. Desenvolver algoritmos de análise e processamento de dados (imagens multiperspetiva e espectro NIR) destinados ao reconhecimento e classificação de frutos em árvores, incluindo a quantificação da produção (área, volume e peso). 4. Desenvolver e testar um pulverizador regulável de alta precisão e respetivo controlador. 5. Avaliar o impacto da aplicação particular de herbicida nas infestantes na produção e qualidade dos frutos. 6. Avaliar a precisão das previsões de produção por análise de imagem e de espetro NIR, utilizando, para validação, não só a avaliação real da produção com base no método tradicional de contabilização da produção de uma amostra de árvores, mas, procurando também integrar informação sobre o histórico de anos transatos, as condições edafoclimáticas, a informação fitossanitária e as práticas de fertilização.
Este projeto requer um período de execução física de 52 meses, face à janela temporal requerida para o desenvolvimento do drone (24 meses) e das atividades de ensaios de campo de aplicação da plataforma aplicada à Função 1: Aplicação precisa de herbicida e Função 2: Estimativa de produção e análise (36 meses). Esta condição advém dos curtos período de desenvolvimento das infestantes e de maturação dos frutos no caso de aplicação do drone às Funções 1 e 2, respetivamente. São requeridas análises em 3 culturas (3 anos) para que seja possível comparar fielmente os resultados. De salientar que o drone não será usado simultaneamente nas duas funções, pois cada função requer hardware e software específico.
Tipologia de resultados a atingir e potenciais beneficiários
Desenvolvimento de um equipamento aéreo robotizado autónomo que se desloque no espaço da linha, permitindo (1) a automação da pulverização controlada sobre a manta de cobertura do solo utilizada no controlo de infestantes e (2) a previsão da área e/ou volume de produção por árvore. Beneficiários: fruticultores, região, a instituição que desenvolve o equipamento, o País. A utilização de sistemas de precisão robotizada permite o controlo de infestantes numa fase inicial do desenvolvimento utilizando menor quantidade de herbicida, quer pelo menor volume das infestantes que, por consequência requer menor quantidade de herbicida, quer pela precisão da aplicação que será apenas dirigida aos objetos de cor verde, quer pela autonomia de realização da tarefa. A precisão do controlo das infestantes e a menor quantidade de herbicida contribuem para o aumento da rentabilidade do pomar, quer por via do aumento da produção quer pela possível diminuição dos custos variáveis. Adicionalmente, estes resultados enquadram-se numa melhoria da sustentabilidade ambiental da cultura pela provada redução da aplicação de produtos fitossanitários. A previsão mais assertiva da produção fazendo uso do sistema robótico com os algoritmos de análise e processamento de imagem de segmentação e classificação dos frutos nas árvores permitirão ao produtores negociarem com confiança as quantidades e qualidade (calibre) dos frutos na celebração de um contrato de fornecimento. Esta vantagem resulta numa maior rentabilidade da produção, promoção das relações Produtor/Comprador e contribui para a redução do desperdício alimentar pela rejeição de produto, já que este poderá ser conduzido para outro fim atempadamente. Após o desenvolvimento desta tecnologia em pomares de Prunóideas, esta poderá ser adaptada a outro tipo de pomares (Pomóideas) com repercussões a nível regional e nacional.
Interlocutor
Pedro Dinis Gaspar
Morada
Universidade da Beira Interior, Dept. de Eng. Electromecânica, Calçada do Lameiro
