Aplicação da realidade aumentada e modelos avançados na construção de mapas de aplicação para suporte e auxílio na tomada de decisão em processos agrícolas | UFPel
Aplicação da realidade aumentada e modelos avançados na construção de mapas de aplicação para suporte e auxílio na tomada de decisão em processos agrícolas
Um dos maiores desafios que a humanidade enfrenta nas próximas décadas é a necessidade de produção de alimentos a grande escala. A produção de grandes quantidades de alimentos deve ser realizada de maneira sustentável e responsável na procura da eliminação dos riscos ambientais e humanos. Na atualidade, as melhorias técnicas dos procedimentos e as novas tecnologias de aplicação de defensivos agrícolas podem ajudar a melhorar os processos de produção agricola, aumentando a producao por área cultivada e reduzindo os custos operacionais, riscos humanos e ambientais. Nesse sentido, ferramentas inteligentes que auxiliem no acesso às informações fornecidas por especialistas qualificados de maneira interativa e em tempo real podem ajudar a pequenos, médios e grandes produtores a executar procedimentos e aplicar corretivos de forma eficiente. Por conseguinte, este projeto de pesquisa propõe o desenvolvimento, construção e uso de mapas interativos baseados em realidade aumentada e modelos inteligentes para ajudar na melhoria dos procedimentos envolvidos na aplicação de insumos agrícolas, assim como auxiliar na tomada de decisões decorrentes dos processos de aplicação de insumos em tempo real. Como resultado factível do projeto, espera-se obter programas e aplicativos inteligentes interconectados em rede e com acesso a bases de dados, os quais devem fornecer aos produtores as informações necessárias para realizar a tomada de decisão em tempo real e aplicar corretivos de forma eficiente. Com o uso da realidade aumentada, espera-se que o acesso à informação técnica de qualidade seja simples, rápida e interativa.
O principal objetivo desta proposta de pesquisa é criar modelos inteligentes e interativos que forneçam informações relevantes aos produtores agrícolas sobre procedimentos, condições operacionais e condições de aplicação. A construção dos modelos interativos e inteligentes deve estar baseada em conhecimentos de especialistas e devem poder fornecer informações de forma rápida, fácil de entender e que esteja disponível no momento adequado para assim, realizar a tomada de decisões durante a execução dos procedimentos. Para atingir o objetivo principal, os seguintes objetivos específicos são propostos:
• Realizar o levantamento de informação sobre diferentes processos agrícolas tendo como foco as seguintes linhas: principais procedimentos técnicos, diferentes condições operacionais encontradas nos processos e características e composições dos insumos agrícolas utilizados para diferentes culturas.
• Visando a utilizar as tecnologias de desenvolvimento de realidade aumentada, utilizar o georreferenciamento para a construção de mapas de aplicação de diferentes insumos agrícolas, os quais devem ser padronizados para ser integrados em plataformas de nível superior e suportem o uso de dita informação de maneira interativa e virtual, assim como permitam o fácil acesso a vários dispositivos inteligentes, como telefones celulares, ipads e laptops.
• Construir modelos inteligentes, com base em dados históricos, para determinar as melhores condições de aplicação, ou seja, variáveis físicas de máquinas agrícolas e métodos de aplicação, a fim de melhorar os procedimentos e aumentar a eficiência da aplicação.
• Desenvolvimento de interfaces gráficas de usuário (GUI) baseadas em realidade aumentada para oferecer informações georreferenciadas de maneira fácil, interativa e rápida para os produtores. Essa informação deve ser consistente com o tipo de cultura e com as condições encontradas no campo. Essas interfaces devem ser projetadas de forma a suportar diferentes arquiteturas de sistemas operacionais encontrados nos dispositivos inteligentes atuais.
A principal justificativa parte com a necessidade de conhecer, entender e promover o uso de novas tecnologias e a sua possível aplicação aos processos agroindustriais. A junção entre novas tecnologias, novos métodos e os fundamentos teórico-práticos dos especialistas das áreas agrícolas pode fornecer uma base importante de conhecimento para o aumento da eficiência nos processos agrícolas. De outro lado, os desafios que implica atingir a segurança alimentar no mundo fazem com que linhas de pesquisa sobre inovação e novas tecnologias aplicadas aos processos agrícolas sejam necessárias e adequadas para a melhoria dos processos e aumento da produção de forma sustentável e amigável com o meio ambiente.
A idéia principal é a construção de um programa inteligente que permita a construção de diferentes mapas de aplicação e seja capaz de receber informações da nuvem sobre condições climáticas, além de receber informações sobre condições operacionais como entradas. O projeto começa com a construção de uma base de dados de informações históricas de mapas de aplicação de defensivos agrícolas para diferentes áreas referenciadas. Para a construção dessa base de dados ou histórico de dados, será utilizado a junção do conhecimento teórico-prático de diversos especialistas na área de aplicação de insumos agrícolas, bem como as informações sobre a localização de algumas fazendas de teste. Os mapas de aplicação devem fornecer informações importantes para os usuários como: taxa de aplicação que será colocada nas lavouras, as informações químicas dos insumos aplicados e dados coletados da maquinaria sobre as condições de operação, i.e., diâmetros médios de gotas de referência para aplicação, velocidades de aplicação da maquinaria agrícola, altura de aplicação, entre outras. Além disso, cada entrada de informações ao modelo inteligente deve estar fucionada com os dados de localização que serao fornecidos pela tecnologia GPS dos dispositivos móveis inteligentes atuais.
Os modelos inteligentes devem estar na capacidade de relacionar as informações colocadas nas bases de dados (mapas de aplicação) com as condições operacionais da maquinaria, bem como as informações climáticas do ambiente no qual vai ser realizada a aplicação. Portanto, no projeto se propõe usar dois tipos de informações configuradas como bases de históricos de dados, os mapas de aplicação e as informações históricas do clima fornecidas por estacoes meteorológicas, por conseguinte, propõe-se o uso de técnicas de aprendizado estatístico ou de aprendizado de máquina, a fim de prever as melhores condições ao aplicar insumos agrícolas e estimar parâmetros importantes nos modelos. Como parte final do sistema proposto, pretende-se desenvolver uma interface gráfica de usuário que seja capaz de ser instalada em dispositivos inteligentes móveis (Laptops, Celulares, tablets, etc.). A interface gráfica tem como função principal fornecer informação relevante para a tomada de decisões na lavoura por parte dos produtores. As informações colocadas na interface gráfica são as coletadas no banco de dados, na nuvem e no modelo criado. No projeto propõe-se que a interface gráfica seja feita com base nos conceitos e ferramentas da realidade aumentada (AR) para que os usuários do modelo possam interagir de forma simples, rápida, interativa e direta com as informações necessárias em cada localização da lavoura. Assim, todas vezes que os usuários se desloquem por cada ponto georreferenciado da área de trabalho, através da realidade aumentada, as informações podem ser exibidas graficamente. Ao exibir informações de maneira simples, rápida e interativa, os usuários podem aplicar corretivos e conhecer os procedimentos que devem ser seguidos para melhorar o processo de aplicação.
Como resultado técnico deste trabalho, espera-se obter ferramentas interativas que forneçam informações apropriadas em tempo real aos produtores agrícolas no momento da aplicação de insumos em suas culturas. Portanto, espera-se o desenvolvimento de ferramentas computacionais que ajudem a determinar a quantidade de insumos agrícolas que deve ser aplicada em diferentes áreas, tendo como base mapas de aplicação predeterminados por especialistas e histórico de dados. Além disso, as ferramentas desenvolvidas devem integrar informações relevantes como: tipo de cultura, tipo de maquinaria utilizada e informações sobre as condições climáticas do local onde a aplicação será realizada. Com esse tipo de tecnologia, espera-se que a eficiência nos processos de aplicação de insumos agrícolas seja aprimorada, assim como é esperado que informações qualificadas sejam oferecidas aos produtores de maneira simples, interativa e em tempo real. Além disso, espera-se que esses modelos interativos e inteligentes sejam aplicativos de fácil acesso para produtores e que possam ser usados em diferentes dispositivos móveis inteligentes os quais possuem uma câmera e acesso a internet e que na maioria dos casos são de baixo custo. Assim, na medida em que o acesso a essas ferramentas seja aberto e disponível, os produtores podem adquirir novos conhecimentos técnicos avançados sobre procedimentos de aplicação, assim como usar modelos interativos como ferramenta de treinamento no trabalho agrícola de aplicação de insumos. Por outro lado, do ponto de vista científico, espera-se apresentar os resultados à comunidade científica através de várias publicações relatando o desenvolvimento dos modelos inteligentes e a interação que teria o uso da realidade aumentada na melhoria dos processos agrícolas, bem como desenvolver novas metodologias para a aplicação de insumos agrícolas com base no uso de inteligência artificial, tratamento de imagens e novas tecnologias de comunicação.