A Revolução Copernicana, que ocorreu no século XV, foi um evento de quebra de paradigmas culminante na história da humanidade. Seus desdobramentos ultrapassaram os limites do campo da ciência e do pensamento humano (o homem deixou de ser o centro do universo, do geocentrismo para o heliocentrismo).

Atualmente estamos vivendo este novo momento, devido ao aumento da velocidade de evolução de novas tecnologias aplicadas na agricultura, integrando vários ramos das ciências, como a genética, a robótica, o processamento de Big Data, machine learning e o sensoriamento remoto, entre outras.
 

O sensoriamento remoto, um ramo das geotecnologias, permite a obtenção de imagens e outros tipos de dados da superfície terrestre que é feita a distância, por meio da captação e do registro da energia eletromagnética refletida ou emitida pela superfície de um determinado alvo a ser pesquisado; no caso de agricultura, geralmente, estudam-se plantas, solos e corpos de água, e isso pode ser realizada por meio de vários tipos de plataformas, como drones, balões dirigíveis, aeronaves e satélites artificiais. 
 

No que diz respeito ao uso de satélites, atualmente existem aproximadamente 5.000 em funcionamento orbitando e enviando dados para a Terra. Globalmente, o sensoriamento remoto com satélites já demonstrou ser uma ferramenta eficaz de monitoramento da cultura de cana-de-açúcar, entretanto as plataformas de satélites de aquisição de imagens gratuitas possuem baixa resolução espacial, como Modis (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) ou tempo de revisita (resolução temporal) longo como a família de satélites Landsat  (com 16 dias) o que, de certa forma, limita muito o uso dessas tecnologias em larga escala.

Mas, a partir de 2014, devido ao êxito do Programa Copernicus, da Agência Espacial Europeia (ESA), o maior programa de observação da Terra que existe hoje no mundo composto pelas famílias de satélites sentinelas, vem ocorrendo um grande aprimoramento dos dados e do processamento de imagens das constelações desses satélites óticos multiespectrais e de abertura sintética de radar (os SARs), que estão hoje orbitando a Terra. 

Nesse contexto, de avanço e da utilização exponencial dessas novas tecnologias de sensoriamento remoto e processamento digital de imagens, foi criado o projeto Space Sugarcane, no Laboratório Integrado de Geoprocessamento Aplicado e no Centro de Cana do Instituto Agronômico de Campinas, da Secretaria de Agricultura e Abastecimento do Estado de São Paulo, que está sendo implantado nos canaviais da Usina Della Coletta Bioenergia com sucesso.

Utilizando imagens e dados gratuitos de uma rede (constelação) de cinco satélites, três satélites ópticos e dois satélites de abertura sintética de radar (SAR), a Usina Della Coletta Bioenergia tem controlado "geograficamente" as áreas dos canaviais plantados, em desenvolvimento e colhidos, produzindo mapas e estatísticas de monitoramento de previsão de rendimento, identificando possíveis anomalias dos sistemas solo-planta e água, em poucas horas e corrigindo ou mitigando essas irregularidades.

 

 

O presente projeto foi desenvolvido para ter a máxima tecnologia de monitoramento orbital dos canaviais com a melhor relação custo benefício para os produtores rurais. Assim, ele utiliza os produtos gratuitos dos satélites: 
 

1. Os Sentinelas 1A e 1B são satélites de radar, operando na banda micro-ondas C (de 5,7 cm). Esse sistema mede a intensidade do sinal de retroespalhamento das microondas, que foram enviadas ativamente para a superfície da Terra. Isso permite mapear características físicas, como rugosidade, umidade do solo e estruturas das superfícies. Além disso, as imagens de radar também podem ser obtidas através da cobertura de nuvens e independentemente da luz do dia; 
 

2. Os Sentinelas 2A e 2B são satélites que possuem um sensor MSI, que coleta a luz solar refletida da Terra. Novos dados são adquiridos no instrumento conforme o satélite se move ao longo de seu caminho orbital, possuindo um tempo de revisita de 5 dias. O MSI é um sensor que mede a energia refletida da superfície terrestre em 13 bandas espectrais, possuindo uma resolução espacial média de 10 m por pixels; e 

3. Finalizando, o satélite CBERS-04A, que é uma parceria entre Brasil e China. O satélite CBERS-04A possui como destaque um sensor WPM (câmera de varredura ampla multiespectral e pancromática). O WPM é um sensor que fornece imagens pancromáticas com alta resolução espacial de 2 metros, mais imagens RGB e infravermelho de 8 m e com um tempo de revisita de 31 dias.   

Tendo como um dos objetivos a construção de um sistema de elevada tecnologia embarcada com a melhor relação custo-benefício, o Space Sugarcane também utiliza os softwares open source: QGIS e SNAP, para construção dos algoritmos de rasterização e geração dos produtos.

A arquitetura desses softwares é ideal para processamento e análise de observação e monitoramentos dos alvos a serem pesquisados (solo, planta e água) em razão das seguintes inovações tecnológicas: extensibilidade, portabilidade, plataforma modular, arquitetura comum para todas as caixas de ferramentas, visualização de imagens e navegação muito rápidas; definições de região de interesse para estatísticas e vários gráficos; aritmética de bandas flexíveis usando expressões matemáticas arbitrárias, entre outros. 
 

Com a transferência de conhecimentos do projeto Space Sugarcane, realizada pelos pesquisadores do IAC, os engenheiros da Usina Della Coletta Bioenergia estão gerando produtos de geotecnologias de forma independente como: 

a) monitoramento de uso do solo por meio de cálculos das áreas, com diferentes estágios fenológicos das lavouras, utilizando técnicas de classificação não supervisionada e supervisionada; 

b) monitoramento quantitativo e qualitativo da vegetação, um grande número de índices de vegetação estão sendo utilizados para estimar a quantidade de colmos produzidos nos talhões. Os índices de vegetação são algoritmos de rasterização baseados na transformação de valores de reflectância de determinadas imagens, gerando uma matriz de dados com valores dos índices em cada pixel. Esses valores podem ser relacionados às características da vegetação, como biomassa; índice de área foliar, porcentagem de cobertura vegetal e de teor de clorofila; 

c) cálculo de índices de estresse hídrico e de doenças do dossel da planta, perda de umidade devido ao estresse hídrico e a lesões das folhas rompidas por patógenos, fator importante na detecção espectral quando comparado a plantas saudáveis e tolerantes ao estresse hídrico. Recentes pesquisas desenvolvidas têm verificado altos níveis de discriminação fornecido pelos Índices de Estresse de Doença e Água DSWI (Disease–Water Stress Index); 

d) determinação da severidade de queimadas; os incêndios têm a capacidade de influenciar diferentes processos ecológicos, pois são responsáveis pela remoção parcial ou total da camada de vegetação. A avaliação dessas áreas está sendo realizada combinando o uso de imagens dos Sentinelas 2, pré e pós-incêndio, utilizando o Índice de Razão de Queima Normalizada.
 

Outra vantagem desse sistema de monitoramento orbital é a utilização de processamentos computacionais para fusão das imagens de radar (SAR) com as ópticas multiespectrais. As imagens fundidas de polarização VH do Sentinela 1 com dados ópticos do Sentinela 2 elevam a precisão dos modelos de previsão de produção de colmo de cana-de-açúcar.

As séries temporais de imagens de sensoriamento remoto baseadas em satélites radar e ópticos oferecem uma oportunidade única para avaliar a dinâmica da cobertura do solo e o monitoramento da produtividade da cana-de-açúcar em diferentes resoluções espaciais e temporais. 
 

Finalizando, o principal resultado do projeto Space Sugarcane é a geração de um novo produto do IAC, para o setor agrícola paulista e brasileiro, democratizando o conhecimento e a transferência das ferramentas de geotecnologias para os produtores, com qualidade, confiabilidade e baixo custo, dando acesso à chamada agricultura 4.0.