Precision production environments for sugarcane fields

Sugarcane (saccharum spp.) in Brazil is managed on the basis of production environments. These production environments are used for many purposes, such as variety allocation, application of fertilizers and definition of the planting and harvesting periods. A quality classification is essential to ensure high economic returns. However, the classification is carried out by few and, most of the time, non-representative soil samples, showing unreal local conditions of soil spatial variability and resulting in classifications that are imprecise. One of the important tools in the precision agriculture technological package is the apparent electrical conductivity (ECa) sensors that can quickly map soil spatial variability with high-resolution and at low-cost. The aim of the present work was to show that soil ECa maps are able to assist classification of the production environments in sugarcane fields and rapidly and accurately reflect the yield potential. Two sugarcane fields (35 and 100 ha) were mapped with an electromagnetic induction sensor to measure soil ECa and were sampled by a dense sampling grid. The results showed that the ECa technique was able to reflect mainly the spatial variability of the clay content, evidencing regions with different yield potentials, guiding soil sampling to soil classification that is both more secure and more accurate. Furthermore, ECa allowed for more precise classification, where new production environments, different from those previously defined by the traditional sampling methods, were revealed. Thus, sugarcane growers will be able to allocate suitable varieties and fertilize their agricultural fields in a coherent way with higher quality, guaranteeing greater sustainability and economic return on their production.

Precision production environments for sugarcane fields

Sugarcane (saccharum spp.) in Brazil is managed on the basis of production environments. These production environments are used for many purposes, such as variety allocation, application of fertilizers and definition of the planting and harvesting periods. A quality classification is essential to ensure high economic returns. However, the classification is carried out by few and, most of the time, non-representative soil samples, showing unreal local conditions of soil spatial variability and resulting in classifications that are imprecise. One of the important tools in the precision agriculture technological package is the apparent electrical conductivity (ECa) sensors that can quickly map soil spatial variability with high-resolution and at low-cost. The aim of the present work was to show that soil ECa maps are able to assist classification of the production environments in sugarcane fields and rapidly and accurately reflect the yield potential. Two sugarcane fields (35 and 100 ha) were mapped with an electromagnetic induction sensor to measure soil ECa and were sampled by a dense sampling grid. The results showed that the ECa technique was able to reflect mainly the spatial variability of the clay content, evidencing regions with different yield potentials, guiding soil sampling to soil classification that is both more secure and more accurate. Furthermore, ECa allowed for more precise classification, where new production environments, different from those previously defined by the traditional sampling methods, were revealed. Thus, sugarcane growers will be able to allocate suitable varieties and fertilize their agricultural fields in a coherent way with higher quality, guaranteeing greater sustainability and economic return on their production.(AU)

Sistema de controle de velocidade sincronizada entre dois veículos agrícolas / Synchronized speed control system between two agricultural vehicles

Este trabalho apresenta uma proposta para o controle automático de velocidade entre dois veículos que necessitam trafegar em paralelo durante operações agrícolas. É descrito o desenvolvimento e os testes de campo de um sistema de controle de velocidade para um trator escravo baseado na velocidade de um trator mestre, utilizando um controlador desenvolvido em lógica fuzzy. Para esses testes, os tratores foram instrumentados com GPS, encoder, computador e transmissor de radiofrequência, sendo instalado ainda no trator escravo um motor de passo para o controle da velocidade de deslocamento. Para avaliar o sistema, realizaram-se dois testes: no primeiro, a resposta do trator escravo à variação de velocidade foi avaliada a partir de simulações de variação na velocidade de entrada; no segundo, foram utilizados dois tratores variando a velocidade do trator mestre e observando a resposta do trator escravo. No primeiro teste, o trator escravo acompanhou a simulação da variação da velocidade com um erro quadrático médio (EQM) não significativo e erro médio percentual (EMP) máximo de 1,3 por cento. No segundo teste, o trator escravo acompanhou a variação de velocidade do trator mestre com o (EMP) de deslocamento variando em módulo de 0,2 por cento a 2,9 por cento.

This paper presents a proposal for automatic speed control of vehicles that requires working in synchronism with each other during agricultural operations. It describes the development and field tests of a control system for a slave tractor based on the master tractor speed, using a fuzzy controller. For the tests the master tractor was instrumented with GPS, encoders, computer and radio transmitter. The slave tractor was instrumented in the same way, and included also a stepper motor to act on the tractor throttle. To evaluate the system two tests were conducted. In the first, the master tractor speed was simulated using only the slave tractor. In the second test, two tractors were used varying the master tractor speed and registering the slave tractor response. In the first test the slave tractor followed the speed variation simulated with a mean square error (MSE) non-significant and a maximum mean percentage error (MPE) of 1.3 percent. In the second test the slave tractor followed the master tractor speed variation with a displacement (MPE) ranging in magnitude from 0.2 percent to 2.9 percent.

Análise dos atributos do solo e da produtividade da cultura de cana-de-açúcar com o uso da geoestatística e árvore de decisão / Analyze the soil attributes and sugarcane yield culture with the use of geostatistics and decision trees

Um dos desafios da agricultura de precisão é oferecer subsídios para a definição de unidades de manejo para posteriores intervenções. Portanto, o objetivo deste trabalho foi avaliar os atributos químicos do solo e a produtividade da cultura de cana-de-açúcar por meio da geoestatística e mineração de dados pela indução da árvore de decisão. A produtividade da cana-de-açúcar foi mapeada em uma área de aproximadamente 23ha, utilizando-se o critério de célula, por meio de um monitor de produtividade que permitiu a elaboração de um mapa digital que representa a superfície de produção para a área em estudo. Para determinar os atributos de um Argissolo Vermelho-Amarelo, foram coletadas as amostras no início da safra 2006/2007, utilizando-se uma grade regular de 50 x 50m, nas profundidades de 0,0-0,2m e 0,2-0,4m. Os dados dos atributos do solo e da produtividade foram analisados por meio da técnica de goestatística e classificados em três níveis de produção para indução de árvore de decisão. A árvore de decisão foi induzida no programa SAS Enterprise Miner, sendo utilizado algoritmo baseado na redução de entropia. As variáveis altitude e potássio apresentaram os maiores valores de correlação com a produtividade de cana-de-açúcar. A indução de árvores de decisão permitiu verificar que a altitude é a variável com maior potencial para interpretar os mapas de produtividade de cana-de-açúcar, auxiliando na agricultura de precisão e mostrando-se uma ferramenta adequada para o estudo de definição de zonas de manejo em área cultivada com essa cultura.

One of the challenges of precision agriculture is to offer subsidies for the definition of management units for posterior interventions. Therefore, the objective of this work was to evaluate soil chemical attributes and sugarcane yield with the use of geostatistics and data mining by decision tree induction. Sugarcane yield was mapped in a 23ha field, applying the cell criterion, by using a yield monitor that allowed the elaboration of a digital map representing the surface of production of the studied area. To determine the soil attributes, soil samples were collected at the beginning of the harvest in 2006/2007 using a regular grid of 50 x 50m, in the depths of 0.0-0.2m and 0.2-0.4m. Soil attributes and sugarcane yield data were analyzed by using geostatistics techniques and were classified into three yield levels for the elaboration of the decision tree. The decision tree was induced in the software SAS Enterprise Miner, using an algorithm based on entropy reduction. Altitude and potassium presented the highest values of correlation with sugarcane yield. The induction of decision trees showed that the altitude is the variable with the greatest potential to interpret the sugarcane yield maps, then assisting in precision agriculture and, revealing an adjusted tool for the study of management definition zones in area cropped with sugarcane.

Suspensão pantográfica para corte de base de cana-de-açúcar / Pantographic suspension for sugar cane base cuter

A colheita da cana-de-açúcar envolve cinco operações básicas, que são o corte dos colmos na base, o corte dos colmos no ponteiro, a alimentação dos colmos para o interior da colhedora, a retirada das folhas e a picagem do colmo, que é opcional. No entanto, ainda hoje há uma carência de processos para efetuar estas operações de forma eficiente. O corte de base utilizado nas colhedoras convencionais é composto de discos duplos posicionados na entrelinha, entretanto, não é adaptado para o sistema de plantio no sulco e, como não apresenta recursos de flutuação independente para cada disco, implica a movimentação de grande quantidade de solo. A ausência de mecanismo flutuante provoca aumento dos índices de impurezas na carga, que implicam a redução da qualidade tecnológica da matéria-prima fornecida para moagem e perdas de cana no campo, além de que requer alta potência para cortar e movimentar o volume de solo. A presente pesquisa teve por objetivos projetar, simular, construir e avaliar em caixa de solo uma suspensão pantográfica para o cortador basal de cana-de-açúcar para ser aplicado em sistema semimecanizado de colheita. As simulações permitiram a obtenção da rigidez da mola da suspensão pantográfica e sua deformação na montagem de forma que permitisse a flutuação do mecanismo de corte basal sobre o perfil do solo. Tal condição pôde ser obtida na medida em que a força de interação patim-solo fosse mínima e não nula. A suspensão pantográfica projetada foi construída e montada em caixa de solo para avaliação em perfil de solo senoidal com amplitude entre 25mm e 50mm e distância entre sulcos de 1,5m. Os resultados demonstraram que o mecanismo projetado realiza o seguimento do perfil do solo de forma satisfatória com erro médio de 8mm e 9mm para as velocidades de deslocamento da colhedora de 0,14m s-1 e 0,42m s-1, respectivamente.

Sugar cane harvester performs five simple operations involving cutting of the stems in the base and in the top, feeding of the stems into the interior of the harvester, removing the leaves and cutting the stem in billets, which is optional. However, nowadays, there is a lack of processes to make these operations in an efficient way. The base cutter used in the conventional harvesters is made of double discs positioned in the inter row, however it is not adapted for the furrow planting system used in Brazil, and since it does not present capability of independent flotation for each disk, it causes the movement of a great amount of soil. This research project aimed to design, simulate, construct and evaluate in soil bin a four bar linkage suspension for a sugar cane base cutter to be used in a semi-mechanized harvesting system. The simulations allowed determining the suspension spring stiffness and its initial deformation in order to guarantee the flotation of the mechanism on the soil profile. The mechanism designed was built and mounted on a soil bin carriage for evaluation of the tracking performance of the base cutter when moving on a soil sine wave profile with amplitude of 25 and 50mm and 1.5m length. The results show that the mechanism accomplishes its objectives satisfactory with errors between 8 and 9mm for forward speeds of 0.14m s-1 and 0.42m s-1 respectively.