BR102017002397A2 - Sistema e método para monitoramento florestal - Google Patents

Description

(54) Título: SISTEMA E MÉTODO PARA MONITORAMENTO FLORESTAL (51) Int. Cl.: G06Q 10/06 (73) Titular(es): ESTHEVAN AUGUSTO GOES GASPAROTO (72) Inventor(es): ESTHEVAN AUGUSTO GOES GASPAROTO; EMILYTSIEMI SHINZATO (66) Prioridade Interna: BR102016002705-5 de 05/02/2016 (85) Data do Início da Fase Nacional:

06/02/2017 (57) Resumo: Esta invenção faz referência a um sistema e um método para o monitoramento florestal. O referido monitoramento ocorre de forma remota e contínua e avalia fatores como crescimento e sanidade, bem como variáveis climáticas e ambientais em florestas, superfícies arborizadas ou assim caracterizadas utilizando a transferência de dados por meio sem fio.

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SISTEMA E MÉTODO PARA MONITORAMENTO FLORESTAL

Campo da invenção:

[001] Esta invenção se insere no campo das necessidades humanas e da engenharia, mais especificamente no campo da botânica e dos instrumentos de medição, e refere-se a um sistema e um método para o monitoramento florestal.

[002] O referido monitoramento ocorre de forma remota e contínua e avalia fatores como crescimento e sanidade, bem como variáveis climáticas e ambientais em florestas, superfícies arborizadas ou assim caracterizadas utilizando a transferência de dados por meio sem fio.

Fundamentos da invenção:

[003] Atualmente, o monitoramento florestal é realizado por meio da coleta de dados realizada por uma equipe de pessoas que se desloca até a área de interesse e que coleta dados de diâmetro das árvores manualmente, utilizando fita métrica ou suta - paquímetro, ferramentas com precisão de milímetros e sujeitas a erros de leitura e manipulação durante a operação.

[004] Dispositivos tais como dendrômetros eletrônicos ou mecânicos foram desenvolvidos com a finalidade de atender as necessidades de pesquisas científicas na área florestal. Entretanto, nenhum desses equipamentos possui a capacidade de mensurar grandes variações de perímetro nas árvores ao longo do tempo ou de funcionar durante cinco ou mais initerruptamente, demandas típicas da indústria florestal.

[005] Cabe ressaltar ainda, que, durante esta atividade, não são coletados dados de variáveis ambientais, apenas dados de diâmetro das árvores.

[006] Sendo assim, esta invenção provê um sistema e um

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2/10 método que permite acompanhar o crescimento e a qualidade da floresta em tempo real e em qualquer lugar do mundo. Logo, elimina-se a necessidade de mensuração manual da floresta, reduzindo a possibilidade de acidentes de trabalho e reduzindo custos de deslocamento e transporte.

Estado da técnica:

[007] Alguns documentos do estado da técnica descrevem tecnologias relacionadas a sistemas e dispositivos para a medição de plantas e árvores.

[008] Os documentos US4549355 e US7398602B2, intitulados ELECTRONIC DENDROMETER e PRECISION DENDROMETER, tratam de dendrômetros de precisão eletrônico para a medição de plantas. Em US20140360037A1, intitulado DENDROMETER, o dendrômetro eletrônico de precisão descrito apresenta comunicação sem fio.

[009] Os documentos US5406715 e US6640460B1, intitulados TAPE MEASURE DEVICE e MEASURING DEVICE AND METHOD, descrevem uma fita métrica para medição de circunferências.

[010] O documento US6009631, intitulado GAUGE FOR MEASURING CHANGES IN THE LENGTH OF A PERIMETER, trata de um aparato para medir mudanças no comprimento de um dado perímetro, enquanto o documento US7146743B2, intitulado LENGTH MEASURING INSTRUMENT, faz referência a um instrumento eletrônico para medição de circunferências.

[011] O documento US8174397B2, intitulado MULTI FUNCTIONAL MONITOR, descreve um monitor multifuncional com vistas a medições de variáveis ambientais.

[012] O documento US201501160092A1, intitulado GIRTH MEASURING DEVICE AND METHOD FOR MEASURING GIRTH OF TREE, AND

WIRELESS COMMUNICATION TAG APPARATUS INCLUDING GIRTH

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MEASURING DEVICE, trata de um equipamento eletrônico para medição de circunferência com comunicação sem fio.

[013] É importante ressaltar que as tecnologias acima elencadas possuem uma limitada capacidade de monitoramento a longo prazo ou acima de cinco anos e não monitoram variáveis ambientais.

[014] Adicionalmente, estas têm capacidade limitada de operar por comunicação sem fio, possuem limitada amplitude de operação (Δ 300mm) e não monitoram a medida real (apenas a variação do crescimento em relação a um ponto inicial).

[015] Logo, ainda que soluções sejam propostas, tais soluções admitem a possibilidade de erros de leitura, bem como interpretação e manipulação dos dados obtidos, sendo esta uma severa deficiência no que tange ao monitoramento e mensuração florestal.

[016] Em vista do acima exposto, a invenção aqui descrita permite a associação de medidas de crescimento diametral das árvores ou cobertura vegetal constituinte da floresta, bem como de variáveis climáticas e ambientais, permitindo, dessa forma, a modelagem do crescimento da cobertura florestal em tempo passado, presente e futuro de forma confiável e consistente.

Breve descrição da invenção:

[017] A presente invenção descreve um sistema e um método para o monitoramento florestal, em que o referido sistema é constituído por dois dispositivos - dendrômetros (1) e um concentrador (19) - os quais, quando conectados entre si, formam uma parcela inteligente (34) que realiza a medição, processamento, armazenamento e transmissão das informações, tais como, diâmetro do tronco, estado morfológico, biológico

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4/10 e sanidade das árvores, umidade e temperatura do ar, dentre outros.

Breve descrição das figuras:

[018] Para obter total e completa visualização do objeto desta invenção, são apresentadas as figuras as quais se faz

referências,	conforme	se	segue.
[019] A	figura	1	é	a	ilustração do	dendrômetro (1).
[020] A	figura	2	é	a	representação	do esquema lógico	do
dendrômetro	(D ·
[021] A	figura	3	é	a	ilustração do	concentrador (19) .
[022] A	figura	4	é	a	representação	do esquema lógico	do

concentrador (19).

[023] A figura 5 mostra a rede formada pelo inúmeros dendrômetros (1) conectados a um concentrador (19).

[024] A figura 6 mostra uma rede de concentradores (19).

Descrição detalhada da invenção:

[025] A presente invenção descreve um sistema e um método para o monitoramento florestal, em que o referido sistema é constituído por dois dispositivos - dendrômetros (1) e um concentrador (19) - os quais, quando conectados entre si, formam uma parcela inteligente (34) que realiza a medição, processamento, armazenamento e transmissão das informações, tais como, diâmetro do tronco, estado morfológico, biológico e sanidade das árvores, umidade e temperatura do ar, risco de incêndio, nível de mato competição, dentre outros.

[026] Os dendrômetros (1) compreendem um conjunto de sensores capazes de monitorar e medir o crescimento diametral das árvores, bem como o seu estado físico (morfológico, biológico e de sanidade). De forma mais específica, o dendrômetro é constituído por:

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- Cabo (2);

- Mola fita de tensionamento (3);

- Engrenagem menor (4);

- Engrenagem (5);

- Sensor rotativo (6);

- Parte superior do invólucro (7);

- Parte inferior do invólucro (8);

- Pino de fixação do cabo (9);

- Placa de circuito impresso (10);

- Bateria (11);

- Pino central de fixação da mola (13);

- Microcontrolador ou microprocessador (14);

- Antena (15);

- Memória EEPRON (16) ;

- Conversor analógico digital (17); e

- Sensor de temperatura (18).

[027] Como pode ser observado nas figuras 1 e 2, o dendrômetro (1) contém um cabo (2), fabricado em metal ou material polimérico, que envolve o tronco da árvore (12), assim fixando o dispositivo à mesma. À medida que o diâmetro do tronco da árvore aumenta, este cabo (2) se desenrola da engrenagem (5) a qual é constantemente tensionada pela mola fita (3) .

[028] O cabo (2) fica enrolado em carretei na engrenagem (5) e, ao ser desenrolado, movimenta a engrenagem (5), que, por sua vez, movimenta a engrenagem menor (4).

[029] Quando movimentada (ou seja, com o tensionamento da fita), a referida engrenagem menor (4) transfere este movimento para o sensor rotativo (6), que pode ser resistivo, capacitivo, indutivo ou por contagens de pulsos.

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6/10 [030] A fita de tensionamento (3) ser uma mola fita, que exerce tensão suficiente no cabo para que todo o dendrômetro (1) se mantenha preso ao tronco por meio de atrito estático, entretanto sem prejudicar o desenvolvimento fisiológico da árvore.

[031] A placa de circuito impresso (10) é alimentada por uma bateria (11) que contém o sensor rotativo (6) e um sensor de temperatura (18), ligados a um conversor analógico digital (17) capaz de converter a leitura analógica do sensor em valores digitais.

[032] O sensor de temperatura (18) é utilizado para corrigir e compensar a dilatação do sistema em relação à temperatura.

[033] Os sinais digitalizados são processados pelo microcontrolador ou microprocessador (14) que, por sua vez, armazena as informações na memória EEPRON (16) e as transmite, por meio da antena (15) utilizando metodologia de rádio frequência, preferencialmente Bluetooth Low Energy (BLE), Long Range Radio (LoRa) ou outra metodologia de LowPower Wide Area NetWork (LPWAN), para o concentrador (19).

[034] A parte superior do invólucro (7) e a parte inferior do invólucro (8) são de material polimérico com proteção para raios ultravioleta, também protegendo o equipamento da entrada de insetos e umidade.

[035] O concentrador (19) o qual é fixado na árvore por meio de cola, pregos, molas ou braçadeiras, é por sua vez, capaz de coletar, concentrar e orquestrar a medição e o funcionamento de múltiplos dendrômetros, sendo constituído por:

- Parte superior do invólucro (20);

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- Parte inferior do invólucro (21);

- Tampa perfurada (22);

- Placa de circuito impresso (23);

- Sensores (24);

- Antena para comunicação sem fio de longa distância (25) ;

- Conector de antenas externas (26);

- Módulo de comunicação sem fio de longa distância (27);

- Chave (28) para ligar e desligar o equipamento;

- Interface de comunicação USB (29);

- Sensor de Luz (30);

- Sensor de Som (31);

- Sensor de temperatura e umidade do ar (32); e

- Sensor de Fumaça (33).

[036] Como pode ser observado nas figuras 3 e 4, o concentrador (19) é responsável por receber, armazenar e retransmitir as informações dos diferentes dendrômetros. Este apresenta um invólucro de material polimérico que é dividido em três partes - superior (20), inferior (21) e tampa perfurada (22) - cuja função é proteger os demais componentes do concentrador (19) .

[037] A placa de circuito impresso (23) contém diversos sensores, tais como sensor de fumaça (33), sensor de luz (30), sensor de temperatura e umidade do ar (32) e sensor de som (31), todos conectados ao microcontrolador/microprocessador (14), o qual processa o sinal recebido pelos sensores, armazena e retransmite via módulo de comunicação sem fio de longa distância (27).

[038] O conversor analógico digital (17), quando necessário, envia o sinal digitalizado dos sensores

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8/10 analógicos para o microcontrolador ou microprocessador (14), que também recebe as informações transmitidas pelos múltiplos dendrômetros (1) por meio da antena (15) e processa todas as informações obtidas, armazenando-as na memória EEPRON (16).

[039] O microcontrolador ou microprocessador (17) também é conectado a um módulo de comunicação sem fio de longa distância (27) que, pela antena para comunicação sem fio de longo alcance (25), retransmite as informações para o gateway (36) e a uma interface de comunicação USB (29), na qual se tem acesso físico às informações armazenadas na memória EEPRON (16).

[040] A placa de circuito interno (23) ainda contém um conector de antenas externas (26), que permite o uso das antenas com faixa de frequências diferentes, ou não, das antenas já acopladas na presente invenção. Há, também, uma interface de entrada para outros sensores (24), que permite que sensores diversos sejam acoplados a presente invenção.

[041] O circuito interno (23) é alimentado por uma bateria de alta capacidade (42) conectada a uma chave (28) para ligar e desligar o equipamento.

[042] A figura 5 demonstra a disposição de um sistema da presente invenção em múltiplas árvores (12) sendo estas monitoradas pelos dendrômetros (1) conectados ao concentrador (19) formando, desta forma, uma parcela inteligente (34).

[043] A figura 6, por sua vez, demonstra o povoamento de uma floresta que se deseja monitorar e as múltiplas parcelas inteligentes (34) instaladas nos múltiplos talhões do povoamento (38), de forma que os sistemas instalados nestas

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9/10 parcelas transferem as informações do crescimento de variáveis ambientais para um gateway (36) utilizando metodologia de rádio frequência, Long Range Radio (LoRa) ou outra metodologia de Low-Power Wide Area NetWork (LPWAN).

[044] O gateway pode estar fixo e instalado no alto de uma torre (35) ou móvel e instalado em um veículo de ronda (37) para coleta dos dados sem fio ao redor do povoamento cujo o interesse é monitorar. Em ambos os casos, ou seja, com o gateway instalado em uma torre (35) ou em um veículo (37), as informações são enviadas para a internet (39), onde ficarão armazenadas em um banco de dados na nuvem (40) para posterior processamento e acesso por meio de uma plataforma web (41) .

[045] Adicionalmente, a presente invenção refere-se a um método para monitoramento florestal, que compreende as etapas de:

Etapa (a) - Instalação dos dendrômeros (1)

Em que são instalados dos dendrômetros (1) nas árvores

Etapa (b) - Instalação dos concentradores (19)

Em que é feita a instalação dos concentradores (19) nas árvores

Etapa (c) - Instalação das múltiplas parcelas inteligentes (34) na floresta de interesse

Etapa (d) - Monitoramento contínuo das variáveis dendrométricas

Em que são monitoradas as variáveis dendrométricas e outras como diâmetro do tronco, estado morfológico, biológico e sanidade das árvores, umidade e temperatura do ar, risco de incêndio, nível de mato competição, etc.

Etapa (e) - Transferência das informações dos

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10/10 dendrômetros (1) para os concentradores (19)

Etapa (f) - Transferência das informações dos concentradores para o gateway (36) e internet

Em que ocorre em intervalos pré-definidos ou sobdemanda.

Etapa (g) - Armazenamento das informações em um banco de dados na nuvem (40).

Etapa (h) - Acesso das informações remotamente por meio de uma plataforma web (41).

[046] Os versados na arte valorizarão os conhecimentos aqui apresentados e poderão reproduzir a invenção nas modalidades apresentadas e em outras variantes, abrangidas no escopo das reivindicações anexas.

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Claims (14)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Sistema para monitoramento florestal caracterizado por compreender dendrômetros (1) e um concentrador (19) , conectados entre si, os quais formam uma parcela inteligente (34), em que os dendrômetros (1) compreendem cabo (2); fita de tensionamento (3); engrenagem menor (4); engrenagem (5); sensor rotativo (6); parte superior e inferior do invólucro (7, 8); pino para fixação do cabo (9); placa de circuito impresso (10) ; batería (11); pino central (13); microcontrolador ou microprocessador (14); antena (15); memória EEPRON (16); conversor analógico digital (17) e sensor de temperatura (18), enquanto o concentrador (19) compreende partes superior e inferior do invólucro (20, 21) ; tampa perfurada (22); placa de circuito impresso (23); sensores (24); antena para comunicação sem fio de longa distância (25); conector de antenas externas (26); módulo de comunicação sem fio de longa distância (27); chave (28) para ligar e desligar o equipamento; interface de comunicação USB (29) ; sensores de luz; som; temperatura e umidade do ar e fumaça (30, 31, 32 e 33) .
2. 2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o cabo (2) ser metálico ou polimérico, envolver o tronco da árvore e fixar o dispositivo à mesma, em que este cabo (2) se desenrolando à medida que o diâmetro é alterado.
3. 3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por o cabo (2) ficar enrolado em carretei na engrenagem (5) e, ao ser desenrolado, movimentar a engrenagem (5), que, por sua vez, movimenta a engrenagem menor (4) que transfere este movimento para o sensor rotativo (6) , o qual

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   2/4 pode ser resistivo, capacitivo, indutivo ou por contagens de pulsos.
4. 4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a fita de tensionamento (3) ser uma mola fita que exerce tensão suficiente no cabo produzindo tensão para todo dendrômetro (1) se manter preso ao tronco por meio de atrito estático.
5. 5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a placa de circuito impresso (10) ser alimentada pela batería (11) contendo o sensor rotativo (6) e o sensor de temperatura (18) responsável por corrigir e compensar a dilatação do sistema em relação à temperatura, em que estes são ligados ao conversor analógico digital (17) .
6. 6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os sinais digitalizados serem processados pelo microcontrolador ou microprocessador (14) que, por sua vez, armazena as informações na memória EEPRON (16) e as transmite, por meio da antena (15) utilizando metodologia de rádio frequência, preferencialmente Bluetooth Low Energy (BLE), Long Range Radio (LoRa) ou outra metodologia de LowPower Wide Area NetWork (LPWAN), para o concentrador (19).
7. 7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por parte superior do invólucro (7) e a parte inferior do invólucro (8) serem, preferencialmente, de material polimérico com proteção para raios ultravioleta e evitarem entrada de insetos e umidade.
8. 8. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou 6, caracterizado por o concentrador (19) ser fixado na árvore, preferencialmente por meio de cola, prego, mola ou braçadeira e compreender sua placa de circuito impresso (23) contendo

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   3/4 os sensores (30, 31, 32, 33) conectados ao microcontrolador ou microprocessador (14) responsável por enviar a informação processada via módulo de comunicação sem fio de longa distância (27) para o gateway (36).
9. 9. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou 6, caracterizado por o microcontrolador ou microprocessador (14) ainda receber as informações transmitidas pelos múltiplos dendrômetros (1) por meio da antena (15), processálas e armazená-las na memória EEPRON (16).
10. 10. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o microcontrolador ou microprocessador (17) ser conectado ao módulo de comunicação sem fio de longa distância (27) que, por meio da antena para comunicação sem fio de longo alcance (25), retransmite as informações para o gateway (36) e a uma interface de comunicação USB (29).
11. 11. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a placa de circuito interno (23) compreender um conector de antenas externas (26) e uma interface de entrada para outros sensores (24), sendo este alimentado por uma batería de alta capacidade (42) conectada a uma chave (28) para ligar e desligar o equipamento.
12. 12. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, 6 ou 8, caracterizado por o gateway (36) utilizar metodologia de rádio frequência, Long Range Radio (LoRa) ou outra metodologia de Low-Power Wide Area NetWork (LPWAN) e estar fixo e instalado no alto de uma torre (35) ou móvel e instalado em um veículo de ronda (37).
13. 13. Método para monitoramento florestal caracterizado por compreender as etapas de:

    Etapa (a) - Instalação dos dendrômeros (1) nas árvores;

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    Etapa (b) - Instalação dos concentradores (19) nas árvores;

    Etapa (c) - Instalação das múltiplas parcelas inteligentes (34) na floresta de interesse;

    Etapa (d) - Monitoramento contínuo das variáveis dendrométricas; em que são monitoradas as variáveis dendrométricas e outras tais como diâmetro do tronco, estado morfológico, biológico e sanidade das árvores, umidade e temperatura do ar, risco de incêndio, nível de mato competição;

    Etapa (e) - Transferência das informações dos dendrômetros (1) para os concentradores (19);

    Etapa (f) - Transferência das informações dos concentradores para o gateway (36) e internet; em que ocorre em intervalos pré-definidos ou sob-demanda;

    Etapa (g) - Armazenamento das informações em um banco de dados na nuvem (40), e

    Etapa (h) - Acesso das informações remotamente por meio de uma plataforma web (41).
14. 14. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por preferencialmente operar o sistema para monitoramento florestal conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10.

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