Desenvolvimento de dispositivo baseado na técnica LIDAR aplicado ao manejo de gramíneas forrageiras.

## DESENVOLVIMENTO DE DISPOSITIVO BASEADO NA TÉCNICA LIDAR APLICADO AO MANEJO DE GRAMÍNEAS FORRAGEIRAS

Rigles Maia Coelho 1 , Milena Cardoso Pinto 2 , Damião de Sousa Vieira Júnior 3 e Alberto Luiz Costa Losqui 4

1 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Sudeste de Minas Gerais, Departamento de Zootecnia, riglesmaia2018@gmail.com

2 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Sudeste de Minas Gerais Departamento de Zootecnia, milenamih52@hotmail.com

3 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Sudeste de Minas Gerais Departamento de Matemática, Física e Estatística, alberto.losqui@ifsudestemg.edu.br

4 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Sudeste de Minas Gerais Departamento de Matemática, Física e Estatística, damiao.vieira@ifsudestemg.edu.br

Palavras-chave : Manejo de forragem; Arduíno; Interdisciplinaridade.

## Resumo expandido

O monitoramento das propriedades agropecuárias com relação à altura de corte das gramíneas forrageiras, é uma das maiores preocupações e desafios do produtor atual, dado que esse fator é primordial para garantir a adequada rebrota, caracterizando assim o uso eficiente da pastagem ao proporcionar aos animais seu máximo valor nutricional. Com objetivo de diminuir as perdas decorrentes no manejo inadequado, a agricultura de precisão se tornou uma aliada ao aumento da produtividade, permitindo a aplicação de técnicas que visam otimizar tarefas indispensáveis ao setor através da utilização de sistemas embarcados, sensores e atuadores com uma ampla gama de funções (HOTT et al , 2019). Desse modo, a utilização dos dados coletados a partir de tecnologias de informações, é possível delinear um perfil da área a ser estudada. Considerando os métodos utilizados, a técnica LIDAR ( Light Detection and Ranging ) demonstra grande potencial de aplicação, pois permite a apresentação da disposição da vegetação, através da conformação da densidade de pontos, decorrente da implantação de sensores que atuam na região do infravermelho próximo (740 - 1001 nm), permitindo elevada taxa de reflexão de superfícies vegetadas, refletindo cerca de 45 a 50 % da energia incidente (JENSEN, 1980). Diante do exposto, o objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de um protótipo baseado na técnica LIDAR com aplicação diferenciada para gramíneas forrageiras, a fim de auxiliar nos ajustes de manejo, através da aferição da altura de forragem em pastagens. No desenvolvimento do projeto, orientado por professores de Física e realizado por graduandos do curso de

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19 a 30 de julho de 2021 - Online

Bacharelado em Zootecnia, exploramos os princípios físicos envolvidos na técnica LIDAR e os utilizamos no desenvolvimento de um protótipo eletrônico similar, adaptado para ser uma possível solução prática na área do manejo pecuário, caracterizando assim o perfil interdisciplinar do trabalho e dando sentido aos componentes curriculares de Física do curso. O dispositivo foi desenvolvido a partir da plataforma Arduíno, onde integramos o microcontrolador atmega328 com programação via IDE ( Integrated Development Environment , ou Ambiente de Desenvolvimento Integrado). Para o sensoriamento propriamente dito empregou-se em conjunto o microcontrolador ao sensor de distância VL53L1X, contendo internamente um laser emissor a 932 nm, através do protocolo serial síncrono I2C, o qual possibilita transmitir e receber informações. Para as coletas de dados o dispositivo foi fixado a um suporte pan tilt para deslocamento com modulação digital PWM ( Pulse Width Modulation ).

Para os primeiros testes do protótipo, utilizamos duplicatas de vasos com amostras cultivadas de gramíneas forrageiras do gênero Panicum e Brachiaria , espécies forrageiras já consagradas pela alta produtividade. Os primeiros ensaios foram realizados com 100 leituras contínuas programadas a intervalos de um (01) segundo, com o dispositivo fixado à distância constante de aproximadamente 55 cm do dossel de gramínea, Figura 1.

Figura 01: Projeção do protótipo em relação a gramínea

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Utilizamos amostras com duas alturas por cultivar, 43 e 23 cm para a Brachiaria , 27 e 14 cm para o Panicum . Em cada vaso realizou-se também uma varredura com um uniformizador de superfície, posicionado no dossel do cultivar. Os

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dados de distância foram isolados e os pontos máximo e mínimo determinados, permitindo, a partir disso, a determinação por diferença da distância máxima abaixo do dossel captada pelo sensor. As amostras de Brachiaria com 43 e 27 cm de altura, permitiram leituras abaixo do dossel próximas a 16 e 10 cm respectivamente, já as amostras de Panicum com 27 e 14 cm, possibilitaram leituras apenas a 4,0 e 5,0 cm respectivamente. Tais medidas nos revelaram que a arquitetura do dossel influência diretamente na profundidade máxima de leitura, uma vez que as amostras de Brachiaria haviam sido uniformizadas dias antes, apresentando assim arranjo foliar mais retilíneo e uniforme, ao contrário das amostras de Panicum , que contavam com irregularidades e dossel tendendo a decumbência.

Em virtude da intenção futura de implementação do protótipo em veículos aéreos não tripulados (VANT's), popularmente chamados 'drones', ou ainda em soluções de manuseio prático mais simples, como um possível acoplamento à sela de equinos, nosso segundo momento de testes teve por objetivo aferir a faixa ótima de distâncias em que o dispositivo pode funcionar. Para isso, o protótipo foi submetido à medidas de calibração para determinação de seu potencial métrico em curtas e longas distâncias em um procedimento simples. Posicionado paralelamente à superfície a ser lida, realizamos medidas em diferentes distâncias, na faixa entre 1,0 m e 5,0 m, utilizando o protótipo e um instrumento de medida usual (trena), Figura 2.

Figura 02: Procedimento de calibração do protótipo a fim de determinar a melhor faixa de operação do dispositivo.

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Nossos resultados mostram que a confiabilidade do sensor se torna preocupante a partir de distâncias superiores a 3,0 m, perdendo por completo a validade a partir dos 4,0 m de distância, Figura 3.

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Figura 03: respostas de medidas de distância do dispositivo e respectivas variâncias

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Concluímos até o momento que o dispositivo é confiável para operações embarcadas que permitam sua utilização em distância de até 3,0 m da superfície do dossel foliar que se deseja medir. Além disso, constatamos que a estrutura de uniformidade ou decumbência do dossel forrageiro influi diretamente na profundidade de penetração da luz laser a ser medida. Dessa forma, o próximo passo do projeto é a calibração deste para medidas em função da altura da espécie forrageira em dosséis uniformizados e decumbentes, a uma distância vertical fixa do protótipo. Acreditamos que posteriormente a esta fase, seremos capazes de desenvolver um código de leitura de dados do dispositivo que, por diferença entre o sinal refletido pelo dossel e pelo solo descoberto, permitam aferir diretamente a altura da espécie forrageira em estudo, concretizando o objetivo principal do projeto. Tais resultados gerais deverão ainda somar à apresentação deste trabalho à época do SNEF 2021. Por fim, vale destacar que a natureza deste projeto, de essência interdisciplinar em ciência aplicada, contribui assertivamente na formação de graduandos mais preparados para os desafios do mercado de trabalho e para o mundo de soluções tecnológicas para o qual estamos caminhando, revelando uma forma lúdica e atraente do ensino de Física a estudantes de áreas diversas.

## Referências

HOTT, M. C. et al. Uso de veículo aéreo não tripulado (VANT) para estimativa de vigor e de correlações agronômicas em genótipos de capim Cynodon. In: SILVA, H. C. da (Org.). Engenharia Sanitária e Ambiental. Ponta Grossa, PR: Atena Editora, p. 235-244, 2019. (Embrapa Gado de Leite - Capítulo em livro Técnico - Científico).

JENSEN, A. Seasonal changes in near infrared reflectance ratio and standing crop biomass in a salt marsh community dominated by halimione portulaciodes (l.) Aellen. New Phytologist, v. 86, p. 57-67, 1980.

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