Sistema microcontrolado para monitoramento de índice de vegetação (NDVI) em áreas de pastagem

Abstract

A medição da massa verde é realizada a partir de amostras de vegetação, sendo empregada para monitorar o desenvolvimento de culturas no setor agropecuário. Uma das técnicas, frequentemente utilizadas neste setor, é o Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), que se baseia na refletância da vegetação para diferentes comprimentos de onda de luz. Neste trabalho, foi desenvolvido um protótipo de um medidor de NDVI para mapear o estado das pastagens para pecuária bovina a campo, uma atividade econô- mica muito relevante para o Brasil, que tem o segundo maior rebanho do mundo. Esta dissertação apresenta os princípios de funcionamento, os sensores, o modo de operação e detalhes construtivos do protótipo. Para validação preliminar, foram realizadas medi- ções em campo, comparando-as com os valores apresentados pelo equipamento comercial Greenseeker, com correlação de Pearson de 0,97. As medições de NDVI são georreferenciadas, permitindo a geração de um mapa da cultura. Também foi realizada a fusão de dados com o mapa de satélite (SatVeg). Foram utilizados os algoritmos K-NN e Kriging. O controle do equipamento é feito por um microcontrolador ESP32, que gera os sinais de acionamento dos LEDs e faz a aquisição dos valores de radiação (captados por fotodiodos), do acelerômetro e da posição fornecida pelo GPS, armazenados na memó- ria. Detalha-se o firmware de controle e gerenciamento de dados, descreve-se a placa de circuito impresso, a alimentação elétrica, a montagem e os detalhes construtivos. O texto finaliza com as propostas de continuidade do projeto e inclusão de novas funcionalidades.

The measurement of green mass is carried out from vegetation samples and is used to monitor crop development in the agricultural sector. One of the techniques frequently used in this sector is the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), which is based on the reflectance of vegetation at different wavelengths of light. In this work, a prototype of an NDVI meter was developed to map the condition of pastures for cattle farming in the field, an economically significant activity for Brazil, which has the second largest cattle herd in the world. This dissertation presents the operating principles, sensors, mode of operation, and construction details of prototype. For preliminary validation, field measurements were carried out and compared with the values presented by the commercial equipment Greenseeker, with Pearson correlation of 0.97. The NDVI measurements are georeferenced, allowing for the generation of a crop map. Data fusion with the satellite map (SatVeg) was also performed. K-NN and Kriging algorithms were used. The equipment is controlled by an ESP32 microcontroller, which generates the activation signals for the LEDs and acquires the radiation values (captured by photodiodes), the accelerometer, and the position provided by the GPS, stored in memory. The control and data management firmware, the printed circuit board, power supply, assembly, and construction details are described in detail. The text concludes with proposals for the continuation of the project and the inclusion of new functionalities.