Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Nos Ãltimos anos, com a evoluÃÃo explosiva da informÃtica e da eletrÃnica, a comunidade cientÃfica mundial tem intensificado os estudos no sentido de desenvolver e aplicar pesquisas baseada no aprimoramento da alta precisÃo. Os avanÃos na Ãrea de informÃtica, principalmente na elaboraÃÃo de interfaces com sensores eletrÃnicos, permitiram o desenvolvimento e aplicaÃÃo de vÃrios transdutores na Engenharia AgrÃcola. No que diz respeito à agricultura irrigada uma grande preocupaÃÃo à com o enorme volume de Ãgua utilizado. Segundo a FAO atà 2030 serà necessÃrio um incremento de 14% da Ãgua potÃvel, na irrigaÃÃo, a fim de suprir a demanda provocada pelo crescimento da populaÃÃo mundial. No intuito de aprimorar o uso da Ãgua na irrigaÃÃo, vÃrios trabalhos foram e estÃo sendo desenvolvidos, principalmente na busca de se avaliar, economicamente, a conversÃo da Ãgua em alimento e a real necessidade hÃdrica das culturas para seu desenvolvimento pleno. O kc à um fator que relaciona a necessidade hÃdrica da cultura em estudo e a necessidade hÃdrica de uma cultura hipotÃtica. O balanÃo hÃdrico do solo contabiliza todas as adiÃÃes e retiradas de Ãgua que realmente ocorrem em certo volume de solo, utilizado na produÃÃo agrÃcola, permitindo avaliar a situaÃÃo hÃdrica pela qual uma cultura passa. Pelo exposto acima, o presente trabalho teve como objetivo geral a avaliaÃÃo do uso do sensor capacitivo FDR em substituiÃÃo ao tensiÃmetro para o cÃlculo do coeficiente de cultivo (kc), por meio do balanÃo hÃdrico do solo. O experimento foi realizado no PerÃmetro Irrigado do Baixo Acaraà â CearÃ, em uma Ãrea de 1,0 ha, em dois ciclos com a cultura da melancia nos anos de 2009 e 2010. Os sensores foram calibrados, em laboratÃrio, atravÃs de anÃlise de regressÃo entre umidade da amostra e frequÃncia produzida pelo sensor, e entre esta Ãltima e a tensÃo verificada em um tensiÃmetro com mercÃrio partindo do ponto de saturaÃÃo atà aproximadamente 8,0% de umidade volumÃtrica. A avaliaÃÃo da equaÃÃo de calibraÃÃo ocorreu atravÃs da comparaÃÃo entre os dados dos sensores e os dados dos tensiÃmetros para umidade e tempo de irrigaÃÃo. A equaÃÃo de calibraÃÃo tanto para a umidade, como para tensÃo foi do tipo exponencial. A comparaÃÃo entre as tensÃes medidas e estimadas, pela equaÃÃo de ajuste, alcanÃou desempenho forte e/ou Ãtimo em todos os itens analisados. A validaÃÃo em campo, das equaÃÃes de ajuste, deu-se atravÃs de uma anÃlise comparativa entre as tensÃes obtidas pelos sensores FDR e pelos tensiÃmetros, alÃm das umidades atuais, estimadas por ambos os equipamentos, no primeiro ano de cultivo. Para o segundo ciclo produtivo fez-se uso da tÃcnica do papel filtro que retornou as seguintes equaÃÃes de ajuste para as curvas de retenÃÃo da Ãgua no solo: θ=0,3843*T^(-0,381)(1 camada), θ=0,4381*T^(-0,372)(2 camada) e θ=0,4103*T^(-0,34)(3 camada), e a tÃcnica do perfil instantÃneo para avaliaÃÃo da condutividade hidrÃulica. Aplicaram-se variaÃÃes de umidade do solo, com tratamento, a fim de verificar algumas respostas fisiolÃgicas da cultura. Os tratamentos apresentaram diferenÃa estatÃstica para transpiraÃÃo e condutÃncia estomÃtica, sendo o T4 (ϴ= 1,3 da capacidade de campo) superior aos demais ao nÃvel de confianÃa de 0,05. Os valores de kc variaram entre os tratamentos de 0,74 a 1,06 (18 DAP), 0,98 a 1,52 (45 DAP) e 0,67 a 0,85 (59 DAP). A produÃÃo variou de 13,019 a 25,867 Mg entre os tratamentos. O uso eficiente de Ãgua variou de 4,17 a 6,95 kg m-3. O uso do sensor permite medir o potencial da Ãgua no solo e a umidade em tempo real, possibilitando o monitoramento e a tomada de decisÃes de forma mais segura. / In recent years, with the explosive development of information technology and electronics, the scientific community worldwide has intensified research to develop and implement research-based improvement in precision application. Advances in information technology, especially in the developing of interfaces with electronic sensors, allowed for the development and application of various transducers in Agricultural Engineering. With respect to irrigated farms there is a major concern with the large volume of water used. According to FAO by 2030 it will be required an increase of 14% of drinking water used by irrigation, in order to meet the demand caused by population growth worldwide. In order to improve water use in irrigation, several studies have been and are being developed, especially focused on evaluating, economically, the conversion of water into food and the actual requirement of crops for their full development. The kc is a factor that relates crop water requirement of a real crop to the water requirement of a hypothetical culture. The soil water balance accounts for all additions and withdrawals of water that actually occur in a certain volume of soil used in agricultural production, allowing to access the water situation in which a culture is. From the above, this study aimed to evaluate the use of a capacitive FDR sensor to replace tensiometer in the process of obtaining the crop coefficient (kc) through the soil water balance. The experiment was conducted at the Low Acaraà Irrigation District - CearÃ, in an area of 1.0 ha, into two cycles with of watermelon, in the years 2009 and 2010. The sensors were calibrated in the laboratory using regression analysis between soil moisture from a soil sample and frequency produced by the sensor, and between it and the tension found in a mercury based tensiometer, from saturation to approximately 8.0% volumetric water content. The evaluation of the calibration equation occurred by comparing the sensor data and data from tensiometers for moisture and irrigation timing. The calibration equation for both moisture and for the tension was exponential. The comparison between the estimated and measured tensions using the fitted equation produced a strong performance and/or great on all items analyzed. Field validation of the fitted models was conducted by comparative analysis between the frequencies obtained from the FDR sensors and the tensiometers during the first harvesting year. For the second harvesting year, the technique of filter paper was tested. It resulted in the following equations to fit the water retention curves for the soil: θ=0,3843*T^(-0,381) (1st layer), θ=0,4381*T^(-0,372) (2nd layer) and θ=0,4103*T^(-0,34) (3rd layer). In addition, the instantaneous profile method for evaluating the hydraulic conductivity was applied. Were application depth was applied as a treatment for analyzing some physiological characteristics of the crop. The treatments showed statistical differences for stomatal conductance and transpiration, T4 (ϴ= 1.3 of field capacity) being superior to the others to a 0.05 confidence level. kc values ranged between treatments from 0.74 to 1.06 (18 DAP), 0.98 to 1.52 (45 DAP) and 0.67 to 0.85 (59 DAP). Crop yield ranged from 13.019 to 25.867 Mg between treatments. The efficiency of water use ranged from 4.17 to 6.95 kg m-3. The use of the sensor allows for real time measurement of soil water potential and soil moisture, enabling a more secure monitoring and decision making.

O gerenciamento agrícola no âmbito da Agricultura de Precisão visa explorar o potencial da lavoura considerando as diferenças existentes em cada local. Deste modo, é necessário um grande número de informações, como a quantidade produzida ou renda obtida, sendo que estas devem ser coletadas de maneira rápida, automatizada e georreferenciada. No entanto, no caso da cana-de-açúcar, a qualidade ou teor de açúcares também irá influenciar diretamente na renda do produtor. Diversos estudos propõem métodos de automatização da colhedora visando ao monitoramento da produtividade na cultura, mas poucos consideram a análise da qualidade no processo. Dentre os métodos existentes para medição do teor de açúcar o que mais se adequa a esta necessidade é a espectrometria. Deve-se, portanto, avaliar a possibilidade de seu uso e com qual forma de amostragem se obtêm as melhores calibrações. Para isso, espectros obtidos de diferentes formas físicas da amostra (corte, lasca, casca, caldo e fibras) foram correlacionados com resultados laboratoriais com Brix, Pol, ATR, pureza e teor de fibras. Para as correlações, foram utilizadas análises multivariadas do tipo PLSR. Dentre os espectros obtidos diretamente nos colmos, as medições na lasca foram as que resultaram em melhores correlações com o Brix. No entanto, ao se utilizar espectros obtidos diretamente dos colmos para prever resultados vindos de amostras compostas, as diferenças entre os colmos reduzem a capacidade de predição do método. Assim, espectros obtidos das amostras compostas de caldo ou fibras foram as que melhor se correlacionaram com os dados de laboratório. O teor de fibras foi o parâmetro que menos se correlacionou com as medições espectrais. Ressalta-se que foram encontradas diferenças de qualidade entre diferentes alturas no colmo. Foi realizado também o mapeamento da qualidade em um talhão comercial e, neste, observou-se a dependência espacial entre as amostras. A espectrometria foi eficaz em mapear regiões com padrões de qualidade diferentes ao longo do talhão. Obteve-se coeficiente de variação de 5% do teor de qualidade em um talhão de 16,5ha, o que poderia justificar o gerenciamento de ações localizadas. / Site specific farm management aims to explore the potential of the crop considering the differences within the field. Thus, a large amount of information is necessary, as yield or obtained income, this information shall be collected in a fast, automated and georreferenced way. However, in the case of sugarcane, quality, or sugar content will also directly influence farmer\'s income. Several studies suggest harvester automation aiming to monitor yield, but few consider the quality analysis in the process. Among the existing methods for measuring sugar content the one that is best suited to this need is the spectroscopy. Therefore, it is necessary to assess the feasibility of its use and which form of sampling will obtain better calibrations. So, spectra that were obtained from different sample forms (cross sectional surface, transverse sectional surface, skin, juice and fiber) were related to laboratory results of Brix, Pol, ATR, Purity and fiber content. For the correlations, multivariate analyzes using PLSR were used. Among the spectra obtained directly in the stalks, the measurements on the transverse sectional surface were the ones with better correlations with Brix. However, when using spectra directly from the stalks to predict results obtained from composite samples, the differences between the stalks reduce the predictive capacity of the method. So spectra obtained from composite samples like juice or fibers were those with best capacity to predict laboratory data. The fiber content was the parameter that less correlated with spectral measurements. Quality differences were found between different heights in the stem. Quality parameters were also mapped in a commercial field and spatial dependence between samples was found. The spectrometry was effective in mapping regions with different quality levels over the field. A coefficient of variation of 5% was obtained in a 16.5 ha field, which could justify local management actions.

Plant canopy sensors have emerged as a new tool for in field on-the-go spatially localized prediction of plant biomass and nitrogen (N) uptake by crops in an indirectly and plant indestructible way as base for N variable rate fertilization. Sensors based on the combination of specific reflectance bands from the electromagnetic spectrum constitute the vast majority of canopy sensors, and this principle has already been validated in many crops. Alternatively to this concept, the use of ultrasonic distance sensors to measure crop canopy height has been presented as an option to estimate biomass. Based on that, the aim of this thesis was to validate and refine canopy sensor systems on automated diagnosis of plant parameters aimed the application of N fertilizer according sugarcane needs. Therefore, it was necessary to: 1) validate the prior calibration made for the reflectance sensor (Portz et al., 2012) and to establish the best time to use the sensor over the crop; 2) test the use of the reflectance sensor in comparative strips trials of uniform and sensor based N variable rate application testing algorithms with positive and negative slope and measuring productivity at the end of the season; 3) obtain the relationship between crop canopy height with accumulated biomass and N uptake by the crop during the initial growing season; 4) explore the plant height measured with an ultrasonic sensor comparing the results of biomass and N uptake prediction with those obtained with the reflectance sensor. The experiments were conducted on commercial sugarcane fields, and in strips of the crop with N variable rate application. The experiments were installed over clayey and sandy soils in dry and rainy seasons being all evaluated with the reflectance sensor Yara N-Sensor model ALS (N-Sensor® ALS, Yara International ASA) and partly in comparison with an ultrasonic sensing system Polaroid 6500 (Polaroid, Minnetonka, MN, USA), when the crop had stalk height between 0.2 and 0.9 m. The reflectance sensor calibration fitted with the previous published data showing the interval between 0.3 - 0.5m as the most appropriate to use this sensor over sugarcane. The positive slope algorithm was superior to the negative, except in the situation of clayey soil in rainy season where the response from the negative slope algorithm was higher. The sugarcane plant height was highly correlated with biomass and N uptake by the crop, being possible to estimate the plants canopy height indirectly by the use of an ultrasonic sensor. Comparing the sensor systems, canopy reflectance was better in the early stages of crop as canopy height was more suitable for estimating the cultural parameters when the plants already covered soil in between the rows (+ 0.6 m stalk height), being the sensor systems complementary when fertilization is widely spread in the early crop growth period. / Sensores de dossel tem se apresentado como uma nova ferramenta para a predição espacialmente localizada, em tempo real, de forma indireta e indestrutiva da biomassa vegetal e extração de nitrogênio (N) pelas culturas como base para a aplicação de fertilizantes nitrogenados em taxas variáveis. Sensores baseados na combinação de faixas específicas de reflectância do espectro eletromagnético constituem a grande maioria dos sensores de dossel sendo este princípio já validado para uso em muitas culturas. Alternativamente a este conceito, a medição da altura do dossel cultural com o uso de sensor ultrassónico se apresenta como uma alternativa para a estimativa de biomassa vegetal. Com base nisso o objetivo desta tese foi de validar e aperfeiçoar sistemas sensores para a automação do diagnóstico visando à aplicação de fertilizante nitrogenado em função da necessidade da cana-de-açúcar. Para tanto, foi necessário: 1) validar a previa calibração feita ao sensor de reflectância (PORTZ et al., 2012) assim como estabelecer o melhor momento para uso do sensor na cultura; 2) ensaiar o uso do sensor em faixas comparativas entre taxa fixa e variável testando algoritmos de aplicação com inclinação positiva e negativa para dose de N mensurando produtividade; 3) obter a relação entre altura de dossel da cultura com, biomassa acumulada e extração de nitrogênio pela planta; 4) explorar a altura de plantas mensurada com um sensor ultrassónico comparando os resultados de predição de biomassa e extração de nitrogênio com aqueles obtidos com sensor de refletância. Os experimentos foram conduzidos em talhões comerciais de cana-de-açúcar e em forma de faixas da cultura, com aplicação em taxa variada de doses de N. Os experimentos foram instalados em solos de textura argilosa e arenosa nas épocas seca e chuvosa do ano sendo todos avaliados com o sensor Yara N-Sensor, modelo ALS (N-Sensor® ALS, Yara International ASA), e em parte comparando com um sistema sensor ultrassónico Polaroid 6500 (Polaroid, Minnetonka, MN, EUA) quando a cultura apresentava altura de colmos entre 0,2 e 0,9 m. Os dados coletados para a calibração do sensor de reflectância se encaixaram exatamente aos dados já publicados mostrando-se o intervalo entre 0.3 e 0.5 m o mais indicado ao uso deste sensor. O algoritmo com inclinação positiva se mostrou superior ao negativo exceto na situação de solo argiloso em estação chuvosa onde a resposta do algoritmo negativo foi maior. A altura de planta de cana-de-açúcar se mostrou altamente correlacionável com biomassa e extração de nitrogênio pela cultura, sendo possível estimar a altura do dossel das plantas de forma indireta pelo uso do sensor ultrassónico. Comparando-se os sistemas sensores, reflectância de dossel se mostrou melhor em estádios iniciais da cultura enquanto altura de dossel se mostrou mais indicada para estimar os parâmetros culturais quando as plantas já recobriam as entrelinhas (+0.6 m colmo), mostrando-se os sistemas sensores complementares quando o período de fertilização for mais amplo na fase inicial da cultura.

Um dos fatores mais limitantes da produtividade das culturas não somente no Brasil, mas em várias partes do mundo é a acidez do solo. Buscando-se a detecção automática da variação de elementos químicos do solo, além de velocidade e economia nas amostragens e análises, diversas técnicas de sensoriamento de solo têm sido estudadas. O presente trabalho estudou o desempenho de um conjunto sensor de íon seletivo de antimônio, para seus dois modos de funcionamento disponíveis, denominados de automático e manual, na determinação do potencial hidrogeniônico (pH) em tempo real em três áreas com solos de diferentes características físicas e químicas, as quais passaram por amostragem de solo em grade, com densidade de 4 amostras ha-1, tendo sido encaminhados a laboratório para a determinação do pH em água e cloreto de cálcio, os quais foram utilizados como referência. Sem intervenção do operador, seguindo-se configurações do fabricante, amostras foram coletadas em campo automaticamente. As amostras determinadas sob acionamento manual foram utilizadas para avaliações dos parâmetros de desempenho do conjunto, definidos como tempo, precisão e acurácia, por meio do cálculo da raiz quadrada do erro médio (RMSE). Um conjunto de amostras de solo foi utilizado na avaliação do grau de influência da umidade na determinação do pH. Diferentes retas de calibração utilizando os dados mensurados via sensoriamento e os valores obtidos em laboratório foram construídas, sendo uma delas elaborada especificamente por área e a outra abrangendo a totalidade de pontos numa reta universal. Por meio de análises geoestatísticas buscou-se definir e comparar a estrutura de dependência espacial dos dados com a construção de semivariogramas e ajuste do modelo para a variável em estudo. Os dados brutos coletados pelo sensor e os calibrados, juntamente àqueles com origem em laboratório foram utilizados na construção de mapas de superfície. Pontos de validação foram tomados para avaliar a qualidade das retas de calibração. As análises estatísticas apresentaram melhor resultado para o modo manual, porém, para ambos os modos de funcionamento foram verificados erros superiores aos determinados como limite, uma vez que as curvas de calibração não foram eficientes. O conjunto apresentou sensibilidade ao íon H+ para ambos os modos de acionamento, porém, verificou-se que a umidade do solo interferiu no resultado das leituras. Os parâmetros geoestatísticos mostraram que as amostragens atuais não exploram integralmente a variabilidade do pH das áreas, confirmando o potencial do sensoriamento em tempo real e a necessidade de aprimoramento dessas técnicas. Como primeiro passo sugere-se o acréscimo de um sensor de umidade ao conjunto e a utilização de ferramentas para padronização e homogeneização das amostras em campo. / One of the most limiting factors in crop not only in Brazil but in many parts of the world is soil acidity. Aiming to automatic detection of changes in soil chemical elements, as well as speed and economy in the sampling and analysis, various sensing techniques of soil have been studied. The present work studied the performance of a set of sensor selective ion antimony to its two available operating modes, automatic and manual called, in determining the hydrogen potential (pH) in real time on three areas with different soil physical characteristics and chemical, which passed soil sampling grid at a density of 4 samples ha-1 and was sent to the laboratory for the determination of the pH and calcium chloride, which were used as reference. Without operator intervention, following the manufacturer settings, samples were collected in the field automatically. The samples under certain manual actuation were used for evaluation of the performance parameters of the set, defined as time precision and accuracy by calculating the root mean square error (RMSE). A set of soil samples was used to assess the degree of influence of moisture in the pH determining. Different straight calibration using the measured data via sensing and the values obtained in the laboratory were built, one being designed specifically for the area and the other covering the whole of points on a straight universal. Through geostatistical analyzes sought to define and compare the spatial dependence structure of the data with the construction of semi-variograms and model fit for the variable under study. The raw data collected by the sensor and the calibrated along with those originated in the laboratory were used to make surface maps. Validation points were taken to assess the quality of the calibration straight. Statistical analysis showed better results for the manual mode, however, for both operation modes were checked for errors upper limit as determined, since calibration curves are not effective. The set had a sensitivity to the H+ ion for both activation modes, however, it was found that soil moisture affected the outcome of the readings. The geostatistical parameters showed that the samples do not exploit fully the current pH variability areas, confirming the potential of real-time sensing and the need for improvement of these techniques. Initially we suggest the addition of a humidity sensor and use of tools for standardization and homogenization of samples in the field.

A citricultura tem um papel importante para a agricultura brasileira, porém enfrenta hoje desafios econômicos e fitossanitários que tem restringido a sua sustentabilidade. Dessa forma, novas estratégias de gerenciamento que proporcionem maior eficiência e menores custos de produção têm sido buscadas. Nesse sentido, a Agricultura de Precisão (AP) é considerada como uma das alternativas para aumentar a competitividade do setor. A AP tem como princípio conduzir produções agrícolas de acordo com a sua variabilidade espacial e, portanto as ações de manejo devem ser aplicadas de maneira localizada dentro de uma mesma unidade de produção. Na citricultura, embora essa tecnologia tenha sido abordada pela pesquisa no final da década de 1990, a adoção ainda é baixa no Brasil. A principal técnica do manejo localizado é a aplicação de insumos em taxas variáveis, porém, ainda não é conhecido o seu efeito em parâmetros agronômicos da cultura da laranja, especialmente durante um longo período de observação. Dessa forma, o presente trabalho teve como objetivo avaliar nessa cultura o efeito de aplicações em doses variadas de fertilizantes e calcário no consumo dos insumos, na produtividade, fertilidade do solo, nutrição das plantas e na qualidade dos frutos e do suco, em contraste ao manejo convencional. Dois pomares foram utilizados para a implantação dos tratamentos \"dose variável\" (DV) e \"dose fixa\" (DF). Eles foram intercalados a cada par de fileiras de plantas ao longo dos dois talhões. No tratamento DV as aplicações de nitrogênio, fósforo, potássio e calcário foram conduzidas a partir de mapas de recomendação baseados em amostragens georreferenciadas de solo e folhas e em mapas de produtividade. Já no tratamento DF, as aplicações foram realizadas em doses fixas e baseadas no método convencional de recomendação, a partir de uma amostra de solo e folha em toda a área e da estimativa da produtividade. Os tratamentos foram conduzidos durante quatro anos, de 2008 a 2011. Foi observada significativa redução no uso de insumos, especialmente dos adubos nitrogenados (37 e 51% de redução em cada área) e potássicos (41 e 18% de redução em cada área). Em uma das áreas melhor adequação dos níveis de fertilidade foi observada no tratamento variável, pois regiões com excesso de nutrientes foram reduzidas, aumentando áreas com nível adequado de potássio e saturação de bases. Ganhos de até 13,1% na produtividade também ocorreram nessa área. Na segunda área avaliada prejuízo à fertilidade do solo e à produtividade foi obtido no manejo localizado em dois dos quatro anos avaliados. Melhor qualidade do suco foi proporcionada pelo tratamento variável referente à acidez e à relação entre sólidos solúveis e acidez. A nutrição foliar das plantas não foi afetada pelos tratamentos. A AP possibilitou principalmente a otimização e aumento na eficiência de uso de fertilizantes. Esse estudo também demostrou o potencial da tecnologia em aumentar a produtividade e aprimorar o manejo da fertilidade do solo. / Citrus has an important role in the Brazilian agriculture, however it now faces economical and fitossanitary challenges that restricts its sustainability. So, new management strategies that provide higher efficiency and lower production cost has been searched. In this context, Precision Agriculture (PA) is considered as one of several alternatives to increase competitiveness in the production sector. PA relies on the management of crops based on their special variability therefore managing actions must be applied site specifically within a production field. In citrus, although this technology has been approached by research in the late 1990\'s, adoption is still low in Brazil. The main technique of the site-specific management is the variable rate application of inputs however the effects on citrus agronomical aspects are still unknown, especially during long periods of observation. Thus, the objective of this work was to evaluate the effects of the variable rate application of fertilizers and lime on input consumption, yield, soil fertility, plant nutrition and on fruit and juice quality on citrus. Two citrus groves were used to allocate the variable rate (VR) and fixed rate (FR) treatment. They were placed in intercalated pairs of tree rows along the two fields. On the VR treatment applications of nitrogen, phosphorus, potassium and lime were carried according to prescription maps, which were based on soil and leaf georeferenced sampling and on yield mapping. In the FR treatment application followed the conventional prescription method, based on a single soil and leaf sample and on yield estimation. Treatments were conducted during four years, from 2008 to 2011. Significant reduction on input consumption was observed, mainly for nitrogen (37 and 51% less on each area) and potassium fertilizers (41 and 18% less on each area). In one of the two fields better fertility levels were found on the VR treatment, once it reduced regions with excess of nutrients and enlarged areas of adequate levels of potassium and bases saturation. Yield gains up to 13.1% occurred on this field. In the second field loss on soil fertility and yield was found on the sitespecific management in two of the four years evaluated. Better juice quality occurred on the variable treatment regarding acidity and soluble solids and acidity ratio. Leaf nutrition was not affected by the treatments. PA allowed optimization and higher fertilizer use efficiency. This study also showed the potential of this technology to increase yield and improve soil fertility management.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / A falta de um manejo adequado da irrigaÃÃo por parte da maioria dos produtores instalados nos perÃmetros pÃblicos irrigados no estado do Cearà à considerado como o principal fator com interferÃncia direta na produtividade, custo de produÃÃo, qualidade dos produtos comercializados e principalmente na questÃo ambiental, onde o uso inadequado da Ãgua de nossos mananciais poderà comprometer seriamente nossas geraÃÃes futuras. A iniciativa de desenvolvimento de ferramentas para auxiliar o produtor a realizar um manejo de irrigaÃÃo satisfatÃrio, que seja acessÃvel e de fÃcil operaÃÃo à uma meta que devemos sempre definir como prioritÃria. Esse trabalho visa o desenvolvimento de um aplicativo para dispositivos mÃveis, capaz de utilizar uma base de dados prÃpria na realizaÃÃo do cÃlculo do tempo diÃrio de irrigaÃÃo para cada cultura em uma determinada data. Foram utilizadas tÃcnicas e ferramentas de desenvolvimento de software, especÃficas para a plataforma mÃvel Android. O aplicativo visa auxiliar na conduÃÃo de um manejo com uso racional de Ãgua nos perÃmetros irrigados localizados no estado de CearÃ, semiÃrido nordestino, mitigando a falta da assistÃncia tÃcnica especializada em agricultura de precisÃo, utilizando bancos de dados com informaÃÃes necessÃrias para o cÃlculo da necessidade hÃdrica e posterior recomendaÃÃo do tempo de irrigaÃÃo. Entre os bancos de dados instalados, conta-se com as series histÃricas da âevapotranspiraÃÃo potencial de referÃnciaâ dos Ãltimos dez anos nas regiÃes representativas onde se encontram implantados os oito principais perÃmetros irrigados do estado do CearÃ: Curu-Paraipaba, Pentecostes, Baixo AcaraÃ, Araras Norte, Jaguaribe Apodi, Morada Nova, Tabuleiros de Russas e IcÃ-Lima Campos, alÃm dos bancos de dados com informaÃÃes relativas ao âcoeficiente de cultivoâ e âPercentual de coberturaâ dos principais cultivos explorados nos perÃmetros. O sistema desenvolvido apresenta uma nova abordagem para o manejo da irrigaÃÃo, fazendo uso da mobilidade disponÃvel em celulares para permitir que os usuÃrios realizem o cÃlculo do tempo de irrigaÃÃo diÃrio em qualquer um dos perÃmetros irrigados do estado do CearÃ. A utilizaÃÃo do aplicativo em simulaÃÃo para o PerÃmetro Irrigado Baixo AcaraÃ, demonstrou uma reduÃÃo de aproximadamente 26 % em relaÃÃo a utilizaÃÃo atual de Ãgua na irrigaÃÃo, permitindo concluir-se que o seu uso proporciona um bom manejo de irrigaÃÃo e poderà resultar em uma economia de Ãgua necessÃria para reduÃÃo dos impactos recorrentes dos longos e repetitivos perÃodos de estiagem sobre os recursos hÃdricos do estado do CearÃ. / The lack of a proper irrigation management by the majority of producers in irrigated public areas in the state of Cearà is considered the main factor with direct influence on productivity, cost of production, quality of products, and especially in the environmental issue, where the inappropriate use of water from our springs could seriously compromise our future generations. The initiative in the development of tools to assist the producer to carry out a satisfactory irrigation management that is accessible and of easy operation is a goal that should always be set as a priority. This work aims to develop an application for mobile devices, able to use its own database in the realization of the daily irrigation time calculation for each crop on a certain date. Techniques and software development tools were used specificly for the Android mobile platform. The application intends to assist in conducting a management with rational use of water in irrigated areas in the state of CearÃ, semi-arid northeast, mitigating the lack of technical assistance specialized in precision farming, using databases with information necessary for the calculation of the need water and subsequent irrigation time recommendation. Among the installed databases, it has historical series of "potential reference evapotranspiration" for the past ten years in representative regions where the eight main irrigation schemes of the Cearà state: Curu-Paraipaba, Pentecostes, Baixo AcaraÃ, Araras Norte, Jaguaribe Apodi, Morada Nova, Tabuleiros de Russas e IcÃ-Lima Campos are located and also databases with information on the "crop coefficient" and "coverage percentage" of major crops exploited on the perimeters. This application was developed to present a new approach to irrigation management, making use of the available mobile phones in order to allow users to perform the calculation of the daily irrigation time in any of the irrigated perimeters of the Cearà state. The use of the application in simulation for the Irrigated Perimeter Baixo Acaraà demonstrated a reduction of approximately 26% over the current use of water in irrigation, allowing its use be concluded that provides good irrigation management and could result in an economy of water required to reduce the impact of recurring long and repetitive periods of drought on water resources of the state of CearÃ.

Este trabalho analisa as possibilidades de aplicação de redes de sensores sem-fio na agricultura, dentro do contexto da agricultura de precisão. É feita uma revisão bibliográfica genérica sobre redes de sensores sem-fio e específica sobre aplicação em agricultura. Oportunidades para aplicação real de redes de sensores neste ambiente são identificadas e caracterizadas. Uma investigação aprofundada do espaço de projeto de redes de sensores é apresentada. Com base em trabalhos publicados, é feita uma proposta de dimensões de espaço de projeto, como forma de caracterizar diferentes redes. Diversos trabalhos publicados são analisados através das dimensões propostas. Os requisitos para redes para uso agrícola são delineados e caracterizados nas dimensões de projeto. Em um segundo momento, a partir das dimensões propostas, é elaborado um modelo matemático para o funcionamento de redes de sensores. Este modelo permite explorar de forma rápida todas dimensões do espaço de projeto, verificando o impacto global na rede de decisões locais na implementação dos nós. Uma rede experimental foi implementada, sendo caracterizada segundo o modelo e posteriormente testada em condições próximas às reais de uso. Esta rede permitiu a obtenção de dados reais, auxiliou na identificação de oportunidade para uso em agricultura e contribuiu na analise de desempenho do modelo proposto. / This paper analyzes wireless sensor networks application possibilities in precision agriculture. A generic bibliographic review in the domain is done as well as a specific review about applications in agriculture. Real application opportunities in this domain were identified and characterized A deep investigation on wireless sensor networks design space is presented. A proposition of design space dimensions to characterize different networks is made based on published papers. Some previous works are analyzed using the proposed design dimensions. Requirements to the networks targeting agricultural use are delimited and characterized in these design dimensions. In a second moment a mathematical model to wireless sensor networks is proposed based on the design space dimensions. This model allows rapid design space exploration and also the verification of network impact of local node implementation decisions. A WSN was implemented and submitted to application tests. It was characterized according to the proposed model and also tested in conditions similar to the real ones. The experimental WSN allowed real data collection, helped to identified application opportunities in agriculture and contributed to analyze the behavior of the proposed model.

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:37:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Felipe Pianna Costa.pdf: 3475348 bytes, checksum: 7fefca7d2f234254e722f1148c4e3e44 (MD5) Previous issue date: 2011-07-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nos últimos anos, vem aumentando a adoção das técnicas de agricultura de precisão (AP) em culturas anuais e perenes no Brasil. Porém, para a cafeicultura de montanha estão sendo realizadas pesquisas para adaptação de soluções tecnológicas viáveis na aplicação das técnicas de AP. O objetivo desta pesquisa foi utilizar os conceitos e métodos da análise espacial e temporal no estudo da produtividade e fertilidade do solo e desenvolver uma metodologia de classificação fuzzy para a definição de zonas de aplicação de insumos em três safras de café conilon. O trabalho foi realizado em uma área experimental cultivada com a variedade de Coffea canephora Pierre ex Froenher (ROBUSTA TROPICAL Emcaper 8151‟). Os pontos de amostragens de produtividade (sc ha-1) e atributos químicos do solo (pH, P, K, CTC e V) foram georreferenciados, compondo uma malha irregular totalizando 109 pontos. Cada ponto amostral foi composto de cinco plantas para a colheita do café, com as amostras de solo coletadas na profundidade de 0,0 0,2 m na projeção da copa do cafeeiro. Foi utilizada a análise geoestatística para interpolação dos dados, recursos de geoprocessamento para determinação do índice de produtividade e fertilidade do solo entre as safras e lógica fuzzy para análise multicritério na definição de zonas de aplicação de insumos. Nas três safras, a produtividade e os atributos químicos do solo apresentam variabilidade espacial e temporal. A análise quantitativa por meio dos mapas possibilitou observar que os níveis de produtividade e fertilidade do solo apresentam regiões com alternância de valores entre as diferentes safras. Os índices quantitativos obtidos de produtividade de -18% e -57,1% e fertilidade de 24,3% e 12,3% entre a segunda e a primeira safra e a terceira e a segunda safra, respectivamente, representam a variabilidade temporal e a distribuição espacial da produtividade e da fertilidade do solo entre as diferentes safras. A classificação fuzzy auxilia na tomada de decisão para definição de zonas de aplicação de insumos na área, revelando em maior percentual da área, notas de média aplicação de insumos de 3,4 a 6,3 nas três safras. / In recent years, the adoption of precision agriculture techniques in annual and perennial crops was increasing in Brazil. However for the coffee cultivated in mountainous regions are still being conducted research to adapt technology solutions feasible to apply these techniques. The objective of this research was to use the concepts and methods of spatial and temporal analysis in the study of soil fertility and productivity and develop a fuzzy classification methodology for defining areas of application of inputs in three conilon coffee crops. The work was developed an area of Coffea canephora Pierre ex Froenher (ROBUSTA TROPICAL Emcaper 8151‟). In the selected area an irregular grid was built, including 109 points of samplings demarcated and georeferenced. Each sample point was composed of five plants to evaluate the productivity (sc ha-1) and chemical soil attributes (pH, P, K, CTC e V) in the layer of 0-20 cm of depth in canopy‟s projection. The geostatistic analysis was applied to data interpolation, geoprocessing resources to determinate the productivity and soil fertility level and a multicriteria analysis was carried out applying fuzzy logic to definition of inputs application zones. At the three crops, the productivity and soil atributes show spatial and temporal variability. The quantitative analysis showed alternating regions of rate productivity and soil fertility values between the different crops. The quantitative levels of productivity -18% and -57.1% and fertility 24.3% and 12.3% between the second and first crop and the third and second crop, respectively, represent temporal variability and spatial distribution of the productivity and fertility between the different crops. The classification fuzzy subsidizing the decision-making process to define inputs application zones, showing in the mainly percentage of the area, medium marks of inputs application 3.4 to 6.3 on the three crops.

Orientador: Paulo Sérgio Graziano Magalhães / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola / Made available in DSpace on 2018-08-17T14:06:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Queiros_LeonardoRibeiro_D.pdf: 4578111 bytes, checksum: 0b1dc312c1395c35b3ba9234c98be18d (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O objetivo principal desse trabalho consistiu em desenvolver um dispositivo de controle que permitisse aplicação em taxa variável e em tempo real de fitorreguladores na cultura do algodoeiro. Assume-se a hipótese que "utilizando um dispositivo de controle com sistema hidráulico e controle eletrônico, é possível, em tempo real, variar a taxa de aplicação de fitorreguladores no algodão, baseado nas informações obtidas nos sensores de ultrassom, que detectam a altura das plantas também em tempo real; no algoritmo de crescimento da planta e na dosagem do fitorregulador estabelecido pelo usuário do sistema". O dispositivo proposto é composto de três sistemas: Hidráulico, Ultrassom e Controle. O sistema Hidráulico consiste do comando de pulverização e circuito eletrônico para aquisição de dados e atuação nos componentes desse comando. O sistema de Ultrassom é um circuito eletrônico composto por um conjunto de sensores ultrassom que realizam a medição da altura de plantas de algodão. O sistema de Controle é o núcleo do dispositivo, pois é o responsável por gerenciar as informações dos sistemas Hidráulico e de Ultrassom e, com um algoritmo de controle Proporcional-Integral-Derivativo (PID) retroalimentado pelo sensor de pressão e regras de aplicação de fitorregulador, é capaz de variar a dose em tempo real controlando as válvulas do comando de pulverização. Os circuitos eletrônicos foram desenvolvidos com base na arquitetura microcontrolada PIC18F452 e comunicação sem fio por meio de módulos de rádio frequência que implementam o protocolo ZigBee. Para o desenvolvimento das interfaces de validação dos três sistemas adotou-se tecnologias de software livre como a linguagem de programação Java, ambiente de desenvolvimento Netbeans e sistema operacional Linux. Para validação do Dispositivo proposto, foi utilizado um mapa de uma área de 7.3 ha com o registro georeferenciado de alturas de plantas de algodão e regras de aplicação de fitorregulador, considerando as velocidades de pulverização 2,5 m.s-1 e 5 m.s-1. Independentemente das velocidades simuladas, houve potencial economia de aplicação de regulador de crescimento Também foram realizadas validações para verificar se o dispositivo proposto manteria a pressão desejada simulando o entupimento de bico de forma lenta e rápida. Os resultados mostram que em ambas as situações a pressão é mantida próxima do valor desejado. Com os resultados obtidos, conclui-se que o dispositivo proposto atende ao objetivo de sua proposição / Abstract: The main objective of this project was to develop a prototype device control capable to accomplish the application of plant growth regulator at variable rate in real time in cotton crop. We assume the hypothesis that "by using a control device with hydraulic and electronic control, it's possible to vary the application of plant growth regulator in cotton crop, based on the information obtained from the ultrasound tranducers to detect the height of the plants in real time; the plant growth algorithm and plant growth regulator dosage established by the system user". In the devise proposed there are three systems: Hydraulic, Ultrasound and Control. The Hydraulic system is compound by the sprayer command and electronic circuit for data acquisition and actuation in the components used in the sprayer command. The Ultrasound system is a electronic circuit composed by a set of ultrasound sensors that measure the cotton plants height. The Control system is the core of the Device, because it's responsible by the information management in the hydraulic and ultrasound systems and, with a control algorithm Proportional-Integral-Derivative (PID) retrofitted by the pressure sensor and application rules of plant growth regulator, it?s capable of varying the dose in real time by controlling the valves of the spray command. The electronic circuits were developed based on the PIC18F452 microcontrolled architecture and wireless communication by radio frequency modules that implement the ZigBee protocol. In the development of the three systems validation interfaces we have adopted the technology of the open source tools as Java, IDE Netbeans and Linux operational system. To validate the device, we have used 7,3 ha of heights cotton plants previously mapped and rules application of plant growth regulator, considering the sprayers velocity 2,5 m.s-1 e 5 m.s-1. Regardless the speed simulates, there were a potential economy of regulator growth application. Validations were also performed to verify if the device could keep the desired pressure. We have simulated the nozzle obstruction in a fast way and in a slow way. The results show that both situations the pressure is kept near the desired value. With these results the device reach the objective of this proposition / Doutorado / Maquinas Agricolas / Doutor em Engenharia Agrícola

Orientador: Paulo Sergio Graziano Magalhaes / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola / Made available in DSpace on 2018-08-05T10:35:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cerri_DomingosGuilhermePellegrino_D.pdf: 4121488 bytes, checksum: 9b91abea04eca837abde9f7e2597aa56 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: A presente pesquisa visa instrumentar uma colhedora de cana-de-açúcar para obtenção de mapas de produtividade da cultura e ao mesmo tempo, avaliar e correlacionar os atributos físicos e químicos do solo com os dados de produtividade. Os mapas foram elaborados para uma área de 42 ha da Usina São João Açúcar e Álcool localizada em Araras, SP. O sistema de mapeamento de produtividade de cana-de-açúcar desenvolvido (SIMPROCANA) utiliza células de carga como instrumento de determinação do peso do material colhido e é capaz de mensurar o fluxo de rebolos que passa pela esteira antes de serem lançados ao veículo de transbordo. Estes dados, juntamente com as informações obtidas por um Sistema de Posicionamento Global (GPS) instalado na colhedora, permitem, com o auxilio de um Sistema de Informação Geográfica ¿ SIG, a elaboração de mapa digital que representa a superfície de produção para a área colhida. Este sistema foi testado em laboratório e em campo. O SIMPROCANA representou satisfatoriamente a variabilidade espacial da produtividade da cultura. O peso obtido por esse sistema, comparado com o da carga de cana na balança da usina, apresentou um erro médio de 0,96% com um máximo de 6,4%. O resultado deixa de ser satisfatório quando se compara o peso obtido pelo SIMPROCANA com aquele proveniente do transbordo pesado no campo. O erro médio associado nesse caso é aproximadamente dez vezes maior quando se faz a associação com o peso na balança da usina. Os mapas dos atributos físicos e químicos do solo (granulometria, macro e micronutrientes, acidez, densidade e resistência à penetração) foram confeccionados com base em duas amostragens em anos consecutivos. Na primeira, com o auxílio de um veículo amostrador, foram coletadas 170 amostras na área de 42 ha em uma malha regular de 50 x 50 m. Na segunda, coletou-se 49 amostras em malha de 100 x 100 m definida em base nos alcances máximos obtidos pela análise geoestatística da primeira amostragem. Os resultados da primeira amostragem foram correlacionados com a produtividade da cana-de-açúcar obtida pela pesagem dos transbordos em campo. Esse método alternativo de avaliação permitiu a utilização dos resultados da primeira amostragem, uma vez que a colhedora não estava devidamente instrumentada. Os dados da segunda amostragem foram relacionados ao mapa de produtividade obtido pelo SIMPROCANA. Os resultados das análises físicas e químicas usados para a construção dos modelos dos semivariogramas se ajustaram melhor para a malha de 50 x 50 m do que à de 100 x 100 m. As correlações entre produtividade e atributos do solo apresentaram valores baixos. Os maiores índices ocorreram para as variáveis cobre (0,55), altitude (-0,47%) e teor de argila (0,51%). Apesar dessas baixas correlações, foi possível recomendar uma aplicação variada de insumos baseando-se exclusivamente nas informações dos atributos químicos do solo. Simulações mostraram que os custos de aplicação em taxa variada de fertilizantes fosfatados e potássicos são praticamente 50% menores do que o valor calculado para a taxa fixa. Em relação à calagem não houve variação significativa nos custos de aplicação do calcário pelas duas maneiras / Abstract: The present research aims to instrument a sugarcane harvester in order to obtain the crop yield maps and, at the same time, evaluate and correlate the physical and chemical attributes of the soil using the yield data. In order to obtain these maps, an area measuring 42 ha located at São João Sugar and Alcohol Mill in Araras, São Paulo, Brazil. The yield mapping system of sugarcane crop developed (SIMPROCANA) uses load cells as an instrument to weighing the harvested material and it is capable to measure the flow passing by the matting before being launched to the transport vehicle. These data, together with the information obtained by a Global Positioning System (GPS) installed on the harvester, allow the elaboration of a digital map with the help of a Geographical Information System - GIS that represents the production on the surface for the harvested area. This system was tested under laboratory and field conditions. SIMPROCANA represented satisfactorily the spatial variability of the crop yield. The weight obtained by this system compared with that of sugarcane load in a mill's scale presented an average error of 0.96%, with a maximum of 6.4%. The result is not satisfactory anymore when it compares the weight obtained by using SIMPROCANA with that from the transportation vehicle weighed in the field. The average error associated in this case is around ten fold higher, when the association with the weight obtained in the mill's scale is performed. In relation to the making of map of physical and chemical attributes of soil (granulometry, macro and micronutrients, acidity, density, and resistance to penetration), two samplings were made in consecutive years. In the first sampling, 170 samples were collected in a 42 ha area in a regular grid of 50 x 50 m, helped by a sampler vehicle. In the second one, 49 samples in a 100 x 100 m grid defined by the maximum reaching obtained by geostatistics analysis performed at the first sampling. The results of the first sampling were correlated with the sugarcane yield obtained by means of weighing the transport vehicle in the field. This alternative method allowed the using of the results from the first sampling once the harvester was not properly instrumented. The data from the second sampling were related to the yield mapping obtained by using SIMPROCANA. The results of the physical and chemical analyses used for the construction of semivariograms models adjusted better at the 50 x 50 m grid when compared to that of 100 x 100 m. the correlations between the yield and the soil attributes presented lower values. The higher indexes occurred for the variable altitudes (- 0.47%), clay rate (0.51%), and copper (0.55). Despite these low correlations, it was possible to recommend a varied rate application of inputs based exclusively on the information obtained from the chemical attributes of the soil. Simulation tests showed that the application costs under a varied rate of phosphated and potash fertilizers are practically half of the value calculated for a fixed rate. In relation to the liming, there was not significative variation in the prices of lime application spread by both methods / Doutorado / Maquinas Agricolas / Doutor em Maquinas Agricolas