WO2021087590A1

WO2021087590A1 - Sistema de mapeamento para aplicação linha a linha de taxa variável de insumos

Info

Publication number: WO2021087590A1
Application number: PCT/BR2020/050453
Authority: WO
Inventors: Thiago DE CAMPOS DIAS MONTEIRO; Lucas ALCICI PELEGRINI; Lucas GALAFASSI ARANTES
Original assignee: Robert Bosch Limitada
Priority date: 2019-11-08
Filing date: 2020-11-05
Publication date: 2021-05-14
Also published as: EP4056014A4; EP4056014A1; BR102019023572A2; ZA202205944B

Abstract

A presente invenção refere-se à mecanização em larga escala, à agricultura de precisão e ao conceito de dados referenciados geograficamente. Especificamente, a presente invenção refere-se a um sistema de mapeamento para aplicação linha a linha de taxa variável de insumos, compreendendo meios para processamento de um arquivo de mapa de prescrição (10), meios para carregamento dos dados processados, meios para determinação do posicionamento geográfico dos dados processados e para as linhas de aplicação de insumo, e meios para comparação entre os dados de posicionamento geográfico e as linhas de aplicação de insumo.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “SISTEMA DE MAPEAMENTO PARA APLICAÇÃO LINHA A LINHA DE TAXA VARIÁVEL DE INSUMOS”.

[1] A presente invenção refere-se à mecanização em larga escala, à agricultura de precisão e ao conceito de dados referenciados geograficamente. Especificamente, a presente invenção refere-se a um sistema de mapeamento para aplicação linha a linha de taxa variável de insumos (sementes, fertilizantes, etc.).

ESTADO DA TÉCNICA

[2] Ao realizar o processo de deposição de insumos em uma aplicação agrícola é de grande importância a otimização da utilização das áreas trabalhadas.

[3] Neste contexto, a otimização das áreas trabalhadas está relacionada às diferentes propriedades geológicas e geográficas do solo.

[4] A otimização das áreas trabalhadas está também relacionada com uma taxa de aplicação de insumo específica considerando- se as diferentes propriedades geológicas e geográficas do solo.

[5] Em um plantio é comum dividir a área a ser plantada em lotes para posterior decisão de qual será a taxa do insumo a ser aplicada no solo. Esta taxa pode ser de sementes (plantas por hectare, plantas por metro), fertilizante (kg/hectare, kg/m²) entre outros.

[6] Além disso, um mesmo lote pode apresentar diferentes propriedades geológicas e geográficas do solo.

[7] Assim, idealmente, a aplicação dos insumos deve adequar- se a estas variações a fim de obter melhor aproveitamento do solo, reduzir o desperdício de insumos e melhorar a distribuição dos mesmos.

[8] Contudo, em um sistema de plantio convencional estas variações não são consideradas. [9] Isto porque em um sistema convencional a alteração da taxa de aplicação de insumos é um processo manual, demorado e que requer a parada da máquina. Isto envolve regulagens no equipamento ou troca de componentes (por exemplo, troca dos discos de um distribuidor de sementes pneumático).

[10] Além disso, as máquinas convencionais aplicam uma taxa única de insumos para todas as linhas ou então, possuem apenas divisão por seções. Ou seja, as soluções existentes no mercado não realizam o controle de insumos individual linha a linha;

[11] Já em um sistema de plantio inteligente, uma das formas de otimização do uso dos insumos agrícolas se dá pelas grandes áreas produtivas homogéneas.

[12] Entretanto, o conceito de pelas grandes áreas produtivas homogéneas tem por base a necessidade média para aplicação de insumos em um plantio, resultando, assim, que a mesma dosagem de fertilizante seja utilizada em uma mesma área.

[13] Desse modo, é apenas atendida a necessidade média, não considerando as necessidades específicas de cada parte do solo.

[14] De maneira similar, há partes do solo em que haverá excesso de insumos onde são menos necessários, ao passo que, em outras áreas haverá déficit de insumos onde serão mais necessários. Como consequência, o resultado final é uma lavoura com produtividade não uniforme e custo de produção onerado.

[15] Atualmente, a forma adotada pelo mercado para demarcar as diferentes características geográficas/geológicas de uma certa região é por meio de um arquivo eletrónico que considera a variabilidade espacial de características de uma certa área.

[16] Em outras palavras, é comumente conhecido o uso de mapas de prescrição que representam um conjunto de muitos pontos em um plantio sendo que cada ponto representa uma pequena porção do plantio.

[17] A montagem de um mapa de prescrição nada mais é do que um gráfico que contém cada um dos pontos do plantio representados em um sistema cartesiano, onde o eixo “x” é a longitude e o eixo “y” é a latitude.

[18] Assim, a partir de uma tabela de diferentes valores de atributos obtidos e gerados para o plantio em campo, basta que se escalonem os pontos do plantio em diferentes cores ou tons para diferentes valores de atributos. [19] Contudo, observa-se que, devido à quantidade e variabilidade dos dados obtidos e gerados, a geração e leitura de um mapa de prescrição apresentam limitações e erros, sendo sempre necessário um tratamento preliminar para análise e tomada de decisões.

[20] Observa-se, também, que os níveis de complexidade dos mapas de prescrição podem variar não só de acordo com a quantidade e tipo de atributos obtidos e gerados em campo, mas, também, pelas ferramentas de análise de dados para ditos atributos obtidos e gerados em campo.

[21] Isto posto, destaca-se que no plantio inteligente, as técni- cas já existentes para demarcar as diferentes características geográficas/geológicas de uma certa região, não atendem mapas de prescrição com maiores níveis de complexidade.

[22] Cumpre notar que quão maior for a variabilidade espacial do solo/plantio, seja por suas características geográficas/geológicas e/ou dos valores de atributos obtidos e gerados em campo, maior poderá ser o retorno económico para o produtor, além de resultar em um menor impacto no meio ambiente OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[23] A presente invenção tem como objetivo prover um sistema capaz de trabalhar com um maior número de características geográfi- cas/geológicas de uma certa região associadas a um maior número de atributos obtidos e gerados em dita região.

[24] É ainda um objetivo da presente invenção prover um sistema de mapeamento para aplicação linha a linha de taxa variável de insumos em um maior nível de detalhamento.

[25] Adicionalmente, a presente invenção ter por objetivo um tratamento e análise de dados complexos para tomada de decisões. BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[26] Visando superar os inconvenientes do estado da técnica, a presente invenção versa sobre um sistema de mapeamento para aplicação linha a linha de taxa variável de insumos compreendendo:

[27] meios para processamento de dados de um arquivo de mapa de prescrição compreendendo pelo menos um polígono composto por perímetro delimitado por coordenadas geográficas associada a pelo menos um atributo,

[28] meios para carregamento dos dados processados em uma memória compreendendo uma estrutura de pelo menos uma lista de coordenadas geográficas e uma taxa de aplicação de insumos para o pelo menos um polígono,

[29] meios para determinação do posicionamento geográfico de pelo menos um ponto de aplicação de insumos em uma linha de aplicação de insumos compreendida em uma área do mapa de prescrição; e

[30] meios para comparação entre a lista de coordenadas geográficas do pelo menos um polígono e o posicionamento geográfico do pelo menos um ponto de aplicação de insumos,

[31] em que um valor da taxa de aplicação de insumos do pelo menos um polígono é atribuído à linha de aplicação de insumos quando da intersecção da lista de coordenadas geográficas do pelo menos um polígono com o posicionamento geográfico do pelo menos um pon- to de aplicação de insumo.

[32] Assim, como será melhor detalhado a seguir, o sistema de mapeamento para aplicação linha a linha de taxa variável de insumos da presente invenção emprega a aplicação de insumos com taxas variáveis e na quantidade exata de insumos para uma determinada região demarcada de acordo com as propriedades dos mapas de prescrição.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[33] FIGURA 1 - Esquema ilustrativo de um mapa de prescrição para aplicação de taxa variável de insumos.

[34] FIGURA 2 - Esquema ilustrativo de um mapa de prescrição para aplicação de taxa variável de insumos com maior nível de detalhamento.

[35] FIGURA 3 - Esquema ilustrativo de uma estrutura de dados processados e carregados no sistema de mapeamento para aplicação linha a linha de taxa variável de insumos, objeto da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FIGURAS

[36] Inicialmente, destaca-se que no contexto de agricultura de precisão, em conjunto com a garantia de melhor aproveitamento do solo, a presente invenção versa sobre um sistema que considera a variabilidade espacial do campo em todos seus aspectos: composição do solo - características físicas, químicas, compactação; fertilidade, população de plantas, tipo de insumo, dados de colheita ou climáticos, infestação de ervas daninhas, doenças e pragas.

[37] Especificamente, a presente invenção diz respeito a um sistema capaz de associar os diferentes valores de atributos 12 obtidos e gerados em campo com as características geográficas/geológicas do campo para a aplicação de insumos com taxas variáveis e na quantidade exata de insumos para uma determinada região demarcada.

[38] Tal como pode ser observado nas figuras 1 e 2 do presente pedido, o sistema de mapeamento para aplicação linha a linha de taxa variável de insumos da presente invenção visa trabalhar com ma- pas de prescrição com maiores níveis de complexidade. Em outras palavras, visa trabalhar com mapas de prescrição compreendendo polígonos compostos por várias coordenadas e um maior nível de deta- Ihamento (figura 2).

[39] Assim, o sistema de mapeamento para aplicação linha a linha de taxa variável de insumos da presente invenção compreende meios para o processamento e carregamento de dados de um arquivo eletrónico.

[40] Os meios de processamento trabalham com dados relacionados a um mapa composto de uma pluralidade de polígonos com- posto por perímetro 11 delimitado por coordenadas geográficas e que estão associadas a pluralidade de atributos 12 intrínsecos a esta da região.

[41] Cumpre notar que os meios de processamento compreendem um computador embarcado, por exemplo, um PDA, netbook ou UPMC. Quaisquer meios capazes de processar um algoritmo que atenda o nível de complexidade do sistema de mapeamento para aplicação linha a linha de taxa variável de insumos são aplicáveis à invenção.

[42] Com relação aos meios de carregamento, estes trabalham em conjunto com uma memória, de modo que os dados processados extraídos do arquivo eletrónico são carregados, seja por entrada USB ou via wireless, em uma estrutura 13 especifica.

[43] Tal como pode ser visto na figura 3, a estrutura 13 corresponde a associação de um polígono do plantio a uma lista de coorde- nadas geográficas 14 do perímetro 11 e a uma taxa de aplicação de insumos 15.

[44] Especificamente, o sistema de mapeamento para aplicação linha a linha de taxa variável de insumos da presente invenção tem por função um algoritmo que calcula a lista de coordenadas geo- gráficas 14 e a taxa de aplicação de insumos 15 para cada polígono com base na pluralidade de atributos menos um atributo 12 e no perímetro 11 delimitado pelas coordenadas geográficas do pelo menos um polígono.

[45] A pluralidade de atributos 12 compreende um grupo de composição do solo, teor de nutrientes no solo, população de plantas, tipo de insumo, dados de colheita ou dados climáticos.

[46] Mais especificamente, o sistema de mapeamento para aplicação linha a linha de taxa variável de insumos da presente invenção faz o carregamento e interpretação do arquivo seguindo uma es- pecificação técnica, que possibilita que as regiões do mapa sejam demarcadas por “polígonos” e sejam compostas por uma lista de coordenadas geográficas 14 que delimitam seus respectivos perímetros 11. Estes polígonos podem ter variações quanto ao número de coordenadas que possuem. Quanto maior o número de coordenadas de um po- lígono, maior o nível de detalhes de uma região.

[47] De um modo preferencial, o arquivo eletrónico é um arquivo do tipo Shapefile.

[48] Um arquivo do tipo Shapefile é um formato de armazenamento de dados de vetor para armazenar a posição, forma e atributo 12s de feições geográficas. É armazenado como um conjunto de arquivos relacionados e contém uma classe de feição. Os Shapefiles frequentemente contêm feições grandes com muitos dados associados.

[49] Adicionalmente, o sistema de mapeamento para aplicação linha a linha de taxa variável de insumos da presente invenção com- preende meios para determinação do posicionamento geográfico de um ponto de aplicação de insumos em uma linha de aplicação de in- sumos compreendida em uma área do mapa de prescrição 10.

[50] Especificamente, os meios para determinação do posicionamento geográfico compreendem um dispositivo GPS e um algoritmo de dinâmica veicular.

[51] Mais especificamente, para determinar o posicionamento geográfico de cada ponto de aplicação de insumo, é necessário realizar a aquisição do posicionamento geográfico do ponto de insumo. Isto é feito através de uma antena de GPS.

[52] De um modo preferencial, a antena de GPS é posicionada acima de um trator, dispositivo geralmente já presente e usado para sistemas de piloto automático.

[53] Porém, a aquisição do posicionamento geográfico do ponto de insumo contém informação de apenas um ponto de referência (a própria antena) e a partir deste, é necessário conhecer os pontos de aplicação de insumo.

[54] Desta forma, aplica-se um algoritmo de dinâmica veicular, o qual simula o movimento da máquina (trator e implemento agrícola) para determinar o posicionamento geográfico de cada ponto de aplicação de insumo.

[55] O algoritmo de dinâmica veicular refere-se a um método de navegação onde segmenta-se uma rota de um meio de transporte em uma pluralidade de formas poligonais através de um meio de processamento que compreende dividir a rota do meio de transporte em uma pluralidade de formas poligonais adjacentes, cada forma poligonal compreendendo um perímetro 11 delimitador dotado de uma sequência de pontos adjacentes.

[56] Especificamente, determina-se a posição de um elemento em relação a uma determinada rota de um meio de transporte, aplicado para verificação, em tempo real, se uma determinada rota ou traje- tória R está sendo cumprida.

[57] Assim, em sistemas de plantio onde são necessárias che- cagens em tempo real da trajetória do implemento agrícola com a finalidade de identificar o ponto de aplicação de insumo e/ou evitar a so- breposição de áreas já plantadas, o algoritmo veicular do sistema de mapeamento para aplicação linha a linha de taxa variável de insumos da presente invenção se dá através da checagem se um determinado elemento (que pode ser um ponto qualquer para referência: um objeto real, tal como uma semente já plantada em uma determinada planta- ção, ou ainda um ponto virtual) está circunscrito à rota.

[58] Nesse caso, o registro da rota R pode ser feito através de um GPS ou qualquer outra unidade de navegação que utilize qualquer outra forma referencial de geolocalização.

[59] Além disso, entende-se como um elemento P qualquer ponto de referência virtual ou real. Um exemplo de ponto de referência real pode ser uma semente plantada em uma determinada posição de solo em um determinado campo dedicado ao plantio e cultivo de vegetais.

[60] Sendo assim, algoritmo de dinâmica veicular da presente invenção é uma forma simples e bem precisa, para que não seja gerado um “falso positivo”. Além disso, a aplicação dessa técnica é extremamente vantajosa por não exigir uma unidade de processamento extremamente robusta, grande e cara.

[61] Adicionalmente, o sistema de mapeamento para aplicação linha a linha de taxa variável de insumos da presente invenção compreende meios para comparação entre a lista de coordenadas geográficas 14 de pelo menos um polígono e o posicionamento geográfico de pelo menos um ponto de aplicação de insumos.

[62] Especificamente, os meios de comparação referem-se a um algoritmo para análise dos dados carregados na memória com os dados gerados pelos meios para determinação do posicionamento geográfico.

[63] Mais especificamente, para determinar quando uma coordenada geográfica (latitude ou longitude) está localizada dentro de uma região demarcada pelo mapa de prescrição 10, o sistema de ma- peamento para aplicação linha a linha de taxa variável de insumos da presente invenção faz uso de uma comparação entre os vértices dos polígonos armazenados na memória com a posição física de cada uma das linhas de aplicação de insumo.

[64] Assim, se a posição de uma linha de aplicação de insumos está dentro da área de um polígono do mapa de prescrição 10, a taxa de aplicação de insumos da linha assume o valor da taxa de aplicação de insumos 15 do polígono.

[65] Em outras palavras, um valor da taxa de aplicação de insumo 15 de pelo menos um polígono é atribuído à linha de aplicação de insumos quando da intersecção da lista de coordenadas geográficas 14 deste polígono com o posicionamento geográfico de pelo menos um ponto de aplicação de insumo de uma região especifica do plantio.

[66] Vantajosamente, na determinação de dita região por meio dos algoritmos da presente invenção, é considerado uma variabilidade espacial do campo em todos seus aspectos: composição do solo - ca- racterísticas físicas, químicas, compactação; fertilidade, população de plantas, tipo de insumo, dados de colheita ou climáticos, infestação de ervas daninhas, doenças e pragas.

[67] Observa-se, portanto, que na presente invenção a intersecção da lista de coordenadas geográficas 14 de um polígono com o posicionamento geográfico de ponto de aplicação de insumo vantajosamente possibilita que um conjunto de características geográficas/geológicas e de atributos 12 do campo sejam consideradas quan- do da tomada de decisão dos algoritmos.

[68] Assim o sistema de mapeamento para aplicação linha a linha de taxa variável de insumos da presente invenção vantajosamente possibilita a análise de uma maior quantidade de dados, resultando em informação mais consistente e consequente tomada de decisão referente à variabilidade espacial mais assertiva, além de prover ao plantio a correta distribuição de insumos para uma região com diferentes ca- racterísticas geográficas/geológicas, possibilitando seu desenvolvimento de maneira eficiente.

[69] O sistema de mapeamento para aplicação linha a linha de taxa variável de insumos da presente invenção compreende ainda meios para aplicação linha a linha de insumos. Especificamente, os meios de aplicação compreendem um controlador para acionamento de um dentre atuador de cilindros pneumáticos, cilindros hidráulicos, motores hidráulicos, motores pneumáticos, motores elétricos

[70] Para que seja possível controlar individualmente (linha a linha) taxas variáveis de aplicação de insumo, são necessários atuado- res fixados em cada uma das linhas da máquina. Estes atuadores devem ser adequados para aplicar o insumo em questão.

[71] De um modo preferencial, os meios para aplicação linha a linha de insumos compreendem um conjunto de motores elétricos fixados a dosadores de semente, o qual realiza a distribuição de sementes no solo de acordo com as propriedades dos mapas de prescrição.

[72] Dessa forma, a presente invenção soluciona todas as inconveniências apresentadas em técnicas anteriores imprecisas, contribuindo para tornar as práticas do plantio inteligente cada vez mais precisas bem como das decisões para melhor gerenciamento da unidade produtiva.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de mapeamento para aplicação linha a linha de taxa variável de insumos, caracterizado por compreender: meios para processamento de dados de um arquivo de um mapa de prescrição (10) compreendendo pelo menos um polígono composto por perímetro (11) delimitado por coordenadas geográficas associadas a pelo menos um atributo (12), meios para carregamento dos dados processados em uma memória compreendendo uma estrutura (13) de pelo menos uma lista de coordenadas geográficas (14) e uma taxa de aplicação de insumos (15) para o pelo menos um polígono, meios para determinação do posicionamento geográfico de pelo menos um ponto de aplicação de insumos em uma linha de aplicação de insumos compreendida em uma área do mapa de prescrição (10); e meios para comparação entre a lista de coordenadas geográficas (14) do pelo menos um polígono e o posicionamento geográfico do pelo menos um ponto de aplicação de insumos, em que um valor da taxa de aplicação de insumos (15) é atribuído à linha de aplicação de insumos quando da intersecção entre as coordenadas geográficas da lista de coordenadas geográficas (14) e do pelo menos um ponto de aplicação de insumo.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelos meios de processamento compreenderem um dentre PDAs, netbooks ou UPMCs embarcados.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo arquivo de mapa de prescrição (10) compreender um arquivo Shapefile.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelos meios de carregamento compreenderem um dentre entrada USB ou wireless.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por a lista de coordenadas geográficas (14) e a taxa de aplicação de insumos (15) serem calculadas com base no pelo menos um atributo (12) e no perímetro (11) delimitado pelas coordenadas geográficas do pelo menos um polígono.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o pelo menos um tributo (12) compreender um dentre composição do solo, teor de nutrientes no solo, população de plantas, tipo de in- sumo, dados de colheita ou dados climáticos.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelos meios para determinação do posicionamento geográfico compreenderem um dispositivo GPS e um algoritmo de dinâmica veicular.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelos meios de comparação compreenderem um algoritmo de comparação entre os dados carregados na memória com os dados gerados pelos meios para determinação do posicionamento geográfico.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por compreender ainda meios para aplicação linha a linha de insumos.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelos meios de aplicação compreenderem um controlador para acionamento de um dentre atuador de cilindros pneumáticos, cilindros hidráulicos, motores hidráulicos, motores pneumáticos, motores elétricos.