Malha de Amostragem
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Malha de Amostragem
EAD Sistema CR Campeiro 7 Tópico 2 Malha de Amostragem 2.1 Amostragem de Solo para Mapas de Fertilidade A amostragem de solo é a fase mais crítica para a confecção do mapa de fertilidade, sendo esta uma importante ferramenta utilizada no auxílio à interpretação de mapas de produtividade. Os solos possuem uma heterogeneidade natural, que tende a ser ampliada pelas práticas de manejo do solo, principalmente pela adubação e calagem e pelo próprio histórico de manejo de cultivos na área. Portanto, a coleta de amostras de solo representativas é fator essencial para criação dos mapas de fertilidade, que devem reflitir a realidade do solo em estudo. Após o levantamento planimétrico da área onde se pretende gerar mapas de fertilidade, deve-se estruturar um “grid” de amostragem de solo. Este “grid” se caracteriza por possuir uma malha de tamanho regular, que facilite a identificação dos pontos amostrais a campo. O espaçamento ideal entre pontos amostrais, de maneira que se tenha certeza de captar com um bom nível de precisão e a variabilidade espacial do tema pesquisado, ainda são temas de pesquisa, mas com expressividade se encontram citações de trabalhos com malhas de 1,0 a 5,0 hectares. É lógico supor-se que com espaçamento menores, se terá maior representatividade na detecção da variabilidade espacial, entretanto, o custo da coleta e da análise das amostras, poderá inviabilizar o trabalho. Neste sentido, pode-se afirmar que cada caso é um caso e a experiência do profissional, aliada ao conhecimento do histórico da área, será fundamental na determinação das dimensões da malha amostral. Na etapa de coleta propriamente dita, para o acesso aos pontos amostrais, o técnico poderá dispor de tecnologias sofisticadas como, por exemplo o “carrinho de amostragem”, equipado com GPS e um extrator hidráulico de amostras, com regulagem de profundidade, ou então, empregar um GPS simples de navegação e fazer a coleta pelos métodos tradicionais. Normalmente é indicado que para cada ponto de amostragem do solo se faça a coleta de no mínimo 5 subamostras, com uma distância a partir do ponto central de no máximo 10 metros Na figura 01 é apresentado um desenho amostral, empregado em diversos levantamentos, que consiste na primeira subamostragem a ser realizada no ponto de coleta, enquanto que as outras quatro são tomadas a uma distância de 2 metros da primeira, nas direções: norte, sul, leste e oeste. Figura 1: Subamostragem do solo. Conforme a COMISSÃO DE FERTILIDADE DO SOLO – RS/SC (1989), áreas adubadas em linha e com solo não removido requerem cuidados adicionais na operação de amostragem, especialmente, para cultivos que apresentem maior espaçamento entre plantas, compensando as diferenças de fertilidade existentes devidas à localização dos fertilizantes. Os seguintes procedimentos, listados abaixo, devem ser executados na amostragem do solo: a) Localização do ponto de amostragem (coordenada representativa do nó da grade) com auxílio do receptor de GPS Garmin; b) Localização no terreno das linhas de adubação (linhas de plantas); c) Remoção da vegetação, folhas, ramos ou pedras na superfície; d) Abertura de uma cova em cunha conforme Figura 2, com 20 cm de profundidade e comprimento correspondente ao espaçamento entre linhas, tendo-se o cuidado da linha de aplicação do adubo estar localizada na parte mediana da cova; e) Corte e retirada de uma fatia de 2 cm de espessura e de 20 cm de profundidade do solo, com o auxílio das ferramentas (espátula e pá de limpeza); sendo esta fatia uniforme, em toda a extensão da cova; f) Embalamento da amostragem em saco plástico, com o respectivo etiquetamento da mesma, para posterior envio do material ao laboratório. Figura 2: Amostragem do solo em áreas adubadas em linha. Fonte: Comissão de fertilidade do solo – RS/SC (1989) 2.2. Estruturação de Malha de Amostragem Entre as funções de Agricultura de Precisão do Sistema Campeiro, está a estruturação, em intervalos pré-fixados, de uma malha de amostragem de solos, a qual é definida com parâmetros de georreferenciamento, sendo então possível, a campo, com um emprego de GPS, efetuar-se a coleta das amostras, nos pontos selecionados. A Figura 03, mostra a tela da função que possibilita a estruturação de malhas de amostragem tanto de formato retangular como hexagonal. Dados de Identificação do Produtor - Propriedade e Seleção de Talhão Coordenadas Iniciais da Malha. Posição: Canto Esquerdo Superior Finaliza a execução do sistema de AP Definição dos Parâmetros da Malha e visualização Opção de Poligonal de contorno – Arquivo VET Salva a malha em um arquivo Shape Malha: Quadrada Retangula r Malha Hexagonal Desenho do talhão recuperado ou do arquivo VET selecionado, e valores máximos e mínimos das coordenadas do polígono máscara Salva a malha em um arquivo VET, com as coordenadas dos pontos em UTM Registrar a malha estruturada no Banco de Dados Figura 3 – Estruturação de Malha de Amostragem O procedimento para se efetuar esta estruturação tem os seguintes passos: • Definir o contorno (polígono máscara) da área de trabalho • Definir as coordenadas do ponto inicial da malha (E,N) • Definir os intervalos, entre linhas e colunas. Ao informar a área de influência, estes intervalos serão definidos de forma automática para formato quadrangular. No caso de malha hexagonal, será calculado e apresentado o raio do hexágono. • Visualizar a espacialização dos pontos de amostragem • Processar edições se necessário diretamente na função visualização. • Salvar os pontos amostrais em um arquivo seqüencial de formato VET, sendo que os códigos dos pontos identificarão sua posição em linha/coluna, ou em um arquivo shape (.shp) • Registrar a malha de amostragem, com um código específico para recuperações posteriores. Válido somente para malhas de formato quadrangular/retangular. 2.3 Etapas de Construção. 2.3.1. Definição da Área de Trabalho. Duas opções são possíveis para se definir a área de trabalho (Figuras 4 e 5): a) Recuperar o número do talhão, se o mesmo tiver sido registrado no Banco de Dados Access denominado de geocampeiro.mdb localizado na pasta c:\campeiro7\dados. Figura 4 – recuperação do número do talhão Ao proceder a recuperação do talhão é apresentado o desenho do mesmo, suas coordenadas extremas, área e é gerado, para fins internos, um arquivo VET temporário denominado TMP. VET, que fica armazenado na pasta de trabalho do programa executável. Figura 5 – área do talhão recuperada b) Selecionar um arquivo vetorial (VET), que define o perímetro da área de trabalho. Ao selecionar o arquivo, é apresentado o desenho da área, as coordenadas planas extremas e a superfície do polígono, expressa em hectares. Em ambos os casos as coordenadas E mínimo e N máximo (Canto Esquerdo Superior) são tomadas como as coordenadas iniciais de referência para a estruturação do “grid”, e são apresentadas no quadro de Geração da Malha de Amostragem. 2.3.2. Modelos de “Grid” Dois modelos distintos de malhas podem ser gerados no Sistema Campeiro, um modelo cujo “grid” apresenta células retangulares/quadradas e outro modelo de “grid” com células hexagonais. O Modelo de malha retangular consiste em ter espaçamentos regulares de mesma distância entre as linhas (espaçamento y ) e entre as colunas ( espaçamento x ). Enquanto que o modelo de malha hexagonal este espaçamento é definido pelo raio do hexágono, definido a partir da informação da área da célula do grid. A partir da seleção da área da célula é calculado automaticamente os espaçamentos x e y considerando neste caso um grid de formato quadrado com estes espaçamentos de valores idênticos, bem como o raio do hexágono. Independente desta seleção pode-se informar diretamente nas caixas de texto valores distintos para estes espaçamentos, no objetivo de se ter definição de formato retangular, como pode ser visto na Figura 6. Coordenadas Iniciais da malha. Canto Esquerdo Superior Visualização Figura 6 – Modelos de malha 2.3.3. Visualização e Edição da Malha de Amostragem. A partir da definição do modelo de malha e de seus parâmetros, a mesma pode ver visualizada e editada antes de ser salva ou registrada no banco de dados. Nesta função de visualização, além da apresentação de um mapa da posição espacial, da identificação dos pontos amostrais e também dos processos de edição disponíveis, é possível ainda a impressão de relatório referente aos pontos, impressão do mapa do grid e sobreposição de arquivos vetoriais entre outros. A Figura 7 apresenta esta função de visualização a partir dos dados da exemplificação anterior. Menu – Imagem: Opções de Relatórios Identifica os pontos amostrais no quadro de desenho Células da Malha Posição do ponto amostral no centro da célula Roteiro de Amostragem Funções de edição Sobrepõe arquivo VET sobre a malha Redesenha Malha original Figura 7 – Malha de formato quadrangular A Figura 8 apresenta o modelo de malha hexagonal construído a partir das mesmas definições da estruturação do modelo de malha anteriormente demonstrado, com a identificação numérica do ponto amostral, sendo que nesta identificação, para o caso de malha hexagonal, não existe simetria para posição numérica de colunas em linhas seqüentes, e sim somente em linhas alternadas. O Critério de identificação numérica é o seguinte: Número do ponto = LLCC Onde: LL = Número da linha CC= Número da coluna Assim, um ponto com identificação 210, é o ponto localizado na interseção da linha 02 com a coluna 10, e esta é a identificação que será “carregada” para o GPS, para o processo posterior de navegação e localização na lavoura. Posição Coluna 1 Linhas impares Posição Coluna 1 Linhas pares Posição Coluna 9 Linhas impares Posição Coluna 9 Linhas pares Linha 1 Linha 3 Posição do ponto amostral no centro da célula Células de formato hexagonal Linha 14 Figura 8 – Visualização de malha hexagonal com a identificação dos pontos. As principais operações disponíveis nesta função de visualização e edição são: a) Identificar Pontos Amostrais. Consiste em locar sobre o mapa amostral de células a identificação numérica de cada ponto pelo critério anteriormente explanado de intersecção de linha e coluna, ou por identificação seqüencial numérica. A Figura 9 apresenta a tela que é acionada quando é clicado o botão <identificar Pontos Amostrais> Número do Ponto Código. Intersecção de Linha e Coluna Coordenadas E,N dos pontos amostrais Valor de atributo de variável qualquer que pode ser digitado diretamente na planilha para geração de um Projeto de Agricultura de Precisão (Cap. 3) Identificação dos pontos sobre o desenho da malha. - Por Código o número - Tamanho da fonte (Id) - Pressionar <Identificar> Relatório dos pontos Registrar um Projeto de AP - Selecionar talhão - Informar Nome Variável Ano - Registrar. <R> Apresenta Projetos de AP registrados Figura 9 – Identificação dos Pontos Amostrais b) Roteiro de Amostragem São operações destinadas a promover edições na malha de amostragem diretamente sobre o desenho da visualização. Estas operações somente podem ser executadas após pressionar o botão <Ativar Função> O quadro do Roteiro de Amostragem é apresentado na Figura 10. Figura 10 – Roteiro de Amostragem As operações são as seguintes, com a demonstração de seu procedimento: 1. Selecionar por código – ponto Não se trata propriamente de uma operação de edição, consiste em identificar por um clique na célula, qual o código identificador desta célula 2. Digitação de Malha – Pontos Consiste em se definir uma nova estrutura de malha, por digitação diretamente sobre a malha, se atribuindo aos pontos a identificação numérica seqüencial e a posição planimétrica da posição clicada. A malha estruturada anteriormente e em presente visualização neste caso é desconsiderada, prevalecendo a nova estrutura. O uso desta operação é recomendado para definir um roteiro de deslocamento na lavoura de forma a otimizar a localização de pontos, e isto exige do operador de campo um conhecimento prévio das condições topográficas e outras desta lavoura O exemplo abaixo (Figura 11) mostra esta redefinição a partir da digitação de todos os pontos da malha original. Os pontos devem ser digitados na sequência desejada Figura 11 – Pontos digitados na malha original (?) Após a malha deve ser salva como um arquivo VET, e posteriormente recuperada na <Sobreposição de Arquivo VET> ,para se possa visualizar o roteiro otimizado de deslocamento sobre a lavoura. Seleção do Arquivo VET para sobreposição na malha de amostragem Seleção da Opção Linha Seleção de cor da linha Confirmar a ação de sobreposição Figura 12 – Sobreposição de arquivo VET, sobre a malha de amostragem Nesta tela da figura, são apresentadas opções para diversas outras funções do Campeiro, que apresentam sobreposição de arquivos. Neste caso específico deve-se: - Selecionar o arquivo VET desejado - Marcar a opção Linhas - Escolher uma cor para a linha sobreposta - Pressionar o botão Limites. Ao pressionar o botão, a função fecha automaticamente e o arquivo recuperado é mostrado sobreposto no quadro de desenho da malha de amostragem conforme é visto na figura13. Figura13 – Roteiro de deslocamento entre os pontos de amostragem após edição Nesta figura é portanto apresentado o roteiro de deslocamento com base na posição original dos pontos amostrais, sem qualquer edição. Este processo é realizado a partir da função de sobreposição de arquivo VET, e exige que a malha de amostragem tenha já sido salva. DUVIDA – As figuras 13 e 14 não estão trocadas? A fig 14 – pontos sem edição não deveria anteceder a fig 13 – pontos após edição? Figura 14 – Roteiro de Deslocamento entre os pontos amostrais sem edição a) Alterar posição de ponto Consiste em alterar a posição de um ponto amostral dentro da célula do grid, sem modificar a sua codificação de intersecção de linha e coluna. Na figura 15 é ilustrada esta operação sobre o ponto 509, a partir da definição da operação, é clicado em qualquer posição da célula (X) Figura 15 – ponto selecionado Após concluir, e desativada a função, deve-se clicar no botão de <Redesenhar Malha> e novamente identificar os pontos (Figura 16). Figura 16 – Ponto redesenhado b) Acrescentar ponto a malha. Consiste em acrescer novos pontos a malha previamente estruturada, em qualquer posição, a partir de digitação direta no quadro de desenho, sendo que o identificador destes pontos é a sua sequência numérica de digitação. Na figura 17 é demonstrada esta operação com a criação de dois novos pontos amostrais, a partir da definição da operação Figura 17 – Novos pontos na malha de amostragem Após acrescer os novos pontos desejados, ter desativado a função e clicado no botão de <Redesenhar Malha> novamente os pontos são identificados e obtém-se o seguinte resultado: Figura 18 – novos pontos já incorporados na malha de amostragem Observa-se que os novos pontos acrescidos tem codificação numérica diferente dos pontos da malha original. Após concluir um processo de edição, de ser salva a malha de amostragem como um arquivo VET, e pressionado o botão <Desativar Função>, para encerrar este modo. c) Opções do Menu – Imagem A figura 19, apresenta as opções do Menu – Imagem da função Visualização – onde o mapa dos pontos de amostragem pode ser impresso, salvo como imagem georreferenciada com formato bmp. e salva em formato HTML, para visualização em web browser. Figura 19 – Opções do Menu Imagem As opções são as seguintes, com a demonstração de seu procedimento: 1- Identificação – Legenda Consiste em informar dados sobre o levantamento, para associar ao mapa quando da impressão do mesmo. A Figura 20 mostra a tela de digitação destes dados bem como a natureza dos mesmos. Dados de Identificação da Legenda do Mapa de Agricultura de Precisão Figura 20 – Dados da legenda para o mapa da malha de amostragem 2- Imprimir A opção Imprimir, abre um relatório visual da malha de amostragem com os elementos identificadores da legenda. Este relatório pode ser impresso e também salvo nos formatos pdf,HTML,xls e pdf. A figura 21 mostra a tela do relatório. Imprime o Relatório Opções de Salvar o Relatório Figura 21 – Relatório 3 - Salvar a imagem em formato bitmap. O quadro de desenho onde esta representada a malha de amostragem como os elementos sobrepostos pode ser salva como uma imagem bitmap com atributo de georreferenciamento no Sistema de Informações Territoriais – SITER, mas antes deve ser informado o meridiano central do fuso UTM e o Datum do sistema geogrático de referência. (Figura 22). Seleção de Datum Seleção de Meridiano Central Figura 22 – Tela de Configuração de Datum e Meridiano Central do Fuso A georreferência é registrada no banco de dados Pontos.Mdb, na tabela PT_APOIO, localizado na pasta c:\campeiro7\dados, e identificada com o nome com o qual foi salva a imagem. 4 - Salvar a Imagem da Malha de Amostragem em Formato HTML. Esta opção salva o quadro de desenho da malha de amostragem como um documento web de formato HTML, que pode ser aberto em qualquer navegador de internet. Além disso, este documento de página web pode ser vinculado a um Trabalho de Agricultura de Precisão (TAP), que é a base de estruturação de um Web Site de apresentação de mapas e relatórios de atividades de agricultura de precisão. A figura 23 mostra a tela de vinculação da página aos links do web site,que aparece após a mesma ter sido salva. Nesta rotina deverá ser recuperado o trabalho, o link de vinculação bem como a descrição deste link. Trabalhos de AP registrados Links do Trabalho de AP Descrição do Link selecionado Nome do arquivo HTML com o qual imagem foi salva Pasta ( caminho) onde o arquivo foi salvo Figura 23 – Vinculação da Malha de Amostragem a link de web site. 2.3.4 Registro da Malha de Amostragem No quadro de Registro da Malha de Amostragem, digitando-se um nome identificador para a malha estruturada é possível registrar a mesma em um banco de dados vinculado a identificação do Produtor-Propriedade e Talhão para posterior recuperação tanto para visualização como para os processos de edição, além de uma rotina específica para vincular a malha de amostragem à um projeto de análise de solo. A Figura 24 mostra os detalhes desta função: Identificar o Nome da Malha Registrar a Malha de Amostragem Relação de Malhas estruturadas no talhão Vincular a malha de amostragem em projeto de análise de solo Abrir Malha registrada Excluir Malha Figura 24 – Registro da Malha de amostragem 2.4 Malha de Amostragem para Mapas de Produtividade Um caso particular, no Sistema Campeiro, de estruturação de malhas de amostragem, é relativo à geração de uma malha para indexar valores de colheita oriundos de arquivos de produtividade de monitores de colheita instalados nas diferentes colheitadeiras existentes no mercado. Em função do ajuste do tempo de coleta e do tamanho da área colhida, o número de pontos contido em um arquivo tende a ser expressivo, o que irá ocasionar quando da interpolação do mapa representativo da colheita, demora no tempo de processamento entre outros problemas como da precisão da elaboração deste mapa em razão da discrepância entre valores de pontos próximos ou até mesmo seqüentes. , Na função de Edição de Arquivos de Produtividade, é possível, a partir da informação de um raio de pesquisa e o clique sobre um ponto qualquer no mapa dos pontos de colheita, a obtenção de pontos contidos nesta área de pesquisa com os respectivos valores de colheita. Assim, no exemplo com um raio de pesquisa de 15 metros, o que caracteriza um círculo de aproximadamente 707 m2, serão recuperados 26 pontos de colheita, com uma distância média entre os pontos de aproximadamente 9 metros, e os valores de colheita variam de um mínimo de 2723 Kg/ha até um máximo de 3879 Kg/ha, o que dá uma amplitude de 1156 kg/ha, sendo o valor médio de 3337 Kg/ha com um coeficiente de variação de 8.09 %, o que poderia estatisticamente em razão do baixo CV definir que este valor de colheita é representativo para esta área circular. Desta forma, este principio poderá ser estendido à toda a área de colheita, indexando a um determinado número de pontos espaçados regularmente, valores de colheita próximos as estes pontos, e este determinado número de pontos ser considerado como representativo da área da colheita e ser a base de estruturação do modelo e do mapa de colheita. A figura 25 mostra o relatório da pesquisa do exemplo acima, enquanto que a figura 26, mostra a disposição espacial dos pontos de colheita, onde se pode observar a discrepância de valores entre pontos seqüentes. Valores de colheita Valor médio, desvio padrão e CV Figura 25 – Relatório de pontos de colheita na área de pesquisa. Linhas de colheita Raio de pesquisa de 15 metros Pontos de colheita Figura 26 – Distribuição dos pontos de colheita no interior da área de pesquisa. Para gerar uma malha de amostragem cujos pontos serão indexados com valores médios de colheita de uma determinada área de pesquisa, os passos do procedimento são os seguintes: (Figuras 27 e 28). - Digitar o espaçamento em X e Y entre os pontos da malha, observando que os mesmos devem ser o dobro do raio de pesquisa quando for feita a indexação dos valores de colheita . - Visualizar a malha - Salvar como um arquivo UTM de formato VET Figura 27 – Parâmetros malha para indexar pontos de produtividade Figura 28 – Malha de Pontos para indexar pontos de produtividade.