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O desafio da cintilação ionosférica na agricultura de precisão

Um obstáculo que demanda soluções inovadoras para garantir a confiabilidade dos sistemas de navegação.

Por Haley Wiese, Gerente do segmento agrícola na divisão Autonomy & Positioning da Hexagon

Haley Wiese, Gerente do segmento agrícola na divisão Autonomy & Positioning da Hexagon.
Créditos: Divulgação

Trabalhar com agricultura é também enfrentar uma diversidade de desafios impostos pela natureza. Condições climáticas desfavoráveis, como chuvas irregulares, ventos fortes e granizo, são obstáculos comuns para produtores e empresas envolvidas com o setor. Neste ano, no entanto, a entrada em um novo pico de explosões solares tem causado dor de cabeça para quem depende da agricultura de precisão, como as tecnologias de posicionamento via satélite, para operar as máquinas agrícolas. 

A cintilação ionosférica é um fenômeno que envolve variações rápidas e irregulares na intensidade dos sinais de radiofrequência que viajam através da ionosfera, região da atmosfera terrestre que contém partículas ionizadas, o que a torna capaz de refletir e refratar sinais de rádio, como os utilizados em comunicações via satélite e sistemas de navegação GNSS (Global Navigation Satellite System).

Essas variações na intensidade dos sinais de rádio ocorrem devido a perturbações nas concentrações de elétrons livres na ionosfera, que podem ser influenciadas por diversos fatores, incluindo a atividade solar, eventos geomagnéticos e condições meteorológicas na alta atmosfera. As flutuações na densidade eletrônica da ionosfera causam distorções nos sinais de rádio, levando a flutuações na intensidade, fase e frequência dos sinais. Algumas consequências desse fenômeno são quase imperceptíveis, como um pequeno desvio, de 1 ou 2 metros, no GPS do seu celular. Quando se trata de agricultura de precisão, no entanto, poucos centímetros de erro no posicionamento das máquinas podem afetar a qualidade das operações. 

Muitos agricultores, especialmente no Brasil, plantam e colhem duas safras por ano, e dependem da tecnologia de agricultura de precisão para semear e colher com rapidez e exatidão. Com uma estimativa de produção de 317,5 milhões de toneladas para a safra 2023/24, segundo a Companhia Nacional de Abastecimento (Conab), esses produtores não têm brechas para permanecer com as máquinas paradas. Durante os períodos de plantio e colheita, as fazendas costumam operar 24 horas por dia, 7 dias por semana, e o posicionamento preciso via GNSS é essencial para o uso de soluções como piloto automático e o controle de tráfego, por exemplo. Quando a cintilação ionosférica afeta o desempenho dos sistemas de localização, isso causa atrasos e imprecisões, impactando diretamente a produtividade das propriedades agrícolas, prejudicando a eficiência e a rentabilidade das operações.

Para mitigar os impactos causados pela cintilação ionosférica, e também por outros problemas que possam afetar os receptores, os agricultores têm à disposição diversas opções de correção GNSS, como PPP (Precise Point Positioning) e RTK (Real-Time Kinematic). Essas alternativas visam aumentar a precisão do posicionamento para aplicações de alta precisão e criar níveis diferentes de resiliência contra a interferência ionosférica. No entanto, mesmo assim ela pode afetar esses serviços, causando erros nos cálculos de posição do receptor. Nos sistemas RTK, que dependem de medições de carrier phase, a cintilação pode prejudicar drasticamente a precisão do posicionamento, especialmente em distâncias maiores da estação base

Para superar esses desafios, o posicionamento PPP é uma opção mais confiável. Diferentemente do RTK, o PPP estima os erros ionosféricos no local do receptor e não depende de correções de uma estação-base local. Isso permite que os usuários alcancem alta precisão em qualquer lugar dentro da área de cobertura global. Além disso, o PPP leva em consideração o ambiente ionosférico imediato, tornando-se menos sensível às mudanças na atividade atmosférica.

Em um estudo de caso realizado pela Hexagon | NovAtel em 2020, analisamos a atividade ionosférica na região centro-oeste do Brasil, comparando uma solução de posicionamento RTK padrão e uma solução de posicionamento PPP TerraStar-C PRO (TSC PRO), desenvolvido pela NovAtel. Uma coleta de dados em 24 horas capturou os impactos noturnos da atividade ionosférica e trouxe alguns insights: enquanto o desempenho da posição de RTK a 10 km da base é degradado por muitas horas, apresentando erros de até 25 centímetros, o receptor que usa correções TSC PRO continua a experimentar precisão em nível de centímetro, com desvios máximos mais curtos de até 10 centímetros. 

Em resumo, a cintilação ionosférica é um desafio crescente para a agricultura de precisão, afetando a produtividade e a eficiência das operações agrícolas. Para minimizar seus impactos, a adoção de serviços de correção como o TerraStar-C PRO tem se mostrado uma solução resiliente e confiável, permitindo que os agricultores continuem suas operações de forma precisa e eficaz, mesmo em condições desafiadoras. O desenvolvimento de soluções de precisão cada vez mais avançadas nos detalhes é crucial para garantir o sucesso da agricultura.

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