MONITORAMENTO DE BOVINOS UTILIZANDO TECNOLOGIA RFID EMBARCADA EM UM VANT

MONITORING OF CATTLE USING RFID TECHNOLOGY EMBEDDED IN AN UAV

ABSTRACT - Unmanned aerial vehicles (UAV) are aircraft capable of performing autonomous flight or not, capture data through embedded sensors and process them in order to meet various requirements. The UAV has become an important tool for ranching precision, especially regarding the management methods of livestock. The objective of this work was to develop an UAV rotorcraft of the type called 'quadcopter' and apply it on the electronic identification of animals by radio frequency (RFID - Radiofrequency Identification Devices). To do so, it was shipped in an UAV an RFID reader and, in the next step, plan to use on the flock an individual electronic identification. Subsequently, we’ll plan to make available the collected data in an e-Science collaborative platform. The result of the study appoints to the viability of the use of these technologies as ranching precision support tool.

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Introdução

Atualmente, diversas configurações de VANTs (Veículos Aéreos Não Tripulados) são aplicados em setores como Defesa, Segurança Pública, Urbanismo, Climatologia, Agricultura e Pecuária, em especial, na pecuária de precisão. Somado a isso, a identificação de animais por rádio freqüência (RFID – Radiofrequency Identification Devices) é uma das tecnologias também utilizadas na pecuária de precisão. A identificação eletrônica pode ser feita pelo uso de colares, brincos e injetáveis subcutâneos, por exemplo, tendo como principal vantagem a redução da leitura incorreta – comum em outros meios de identificação.

Tal leitura de identificação eletrônica de animais pode ser feita a partir de leitores RFID instalados em locais fixos, onde o rebanho circule ou embarcado em um VANT, por exemplo. Uma vez coletada a identificação eletrônica do rebanho no pasto, essas informações podem ser disponibilizadas na plataforma colaborativa e-science onde pesquisadores e gestores poderão ter acesso aos dados da última coleta e também à série histórica desses dados.

 Assim, o objetivo deste artigo é relatar a experiência de aplicação de um VANT no monitoramento remoto de rebanho utilizando a tecnologia RFID para identificação eletrônica dos animais. Ao final, é apresentada uma análise do desempenho do VANT como ferramenta para monitoramento remoto, e da tecnologia RFID quando embarcada no VANT.

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Revisão Bibliográfica

Vários trabalhos estão sendo desenvolvido para aplicar a tecnologia Vant na gestão operacional do agronegócio e apoio aos gestores no processo de gerenciamento e otimização de atividades de manejo e de plantio. Segundo Cardoso (2014), é crescente a utilização agrícola dos VANTs, que já têm uso consagrado no serviço aéreo para topografia e, atualmente, se capacitam como ferramenta agropecuária. O autor relata a experiência de emprego de um VANT utilizado para capturar imagens em áreas de plantio e identificar as condições fitossanitárias da área.

Autores como Klindtworth et al. (1999), Eradus e Jansen (1999) e Artmann (1999) afirmam que com o uso dessa tecnologia de identificação seriam possíveis leituras livres de erros, quando realizadas à distância. Segundo Machado e Nantes (2004), existe a perspectiva que a utilização de transponders se torne o mais importante método de identificação nos programas nacionais de identificação dos animais, podendo ser utilizados no gerenciamento das propriedades rurais.

Um estudo similar ao deste artigo foi realizado por Wang et al. (2015), no qual os autores utilizaram um VANT do tipo quadricóptero para efetuar a leitura de tags conectadas a sensores de umidade posicionadas em pontos fixos numa área de plantio. O estudo aponta para uma tecnologia promissora para o setor agropecuário, mas chama a atenção para questões desafiadoras como fornecimento de energia, tecnologias RFID de longa distância e custo dos materiais.

O dados coletados em pesquisas dessa natureza podem ser disponibilizados em ambientes colaborativos e-Science que facilitam novas dimensões da pesquisa e experimentação, através da colaboração interdisciplinar global, envolvendo tanto as pessoas quanto os recursos compartilhados. Estas colaborações em mega-escala são sustentadas pelas infraestruturas do e-Science que apoiam e melhoram o processo científico, permitindo mais eficiência de produção, análise e compartilhamento de experiências, resultados e outras informações relacionadas (HEY; TREFETHEN, 2003).

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Materiais e Métodos

Conforme descrito anteriormente, o objetivo dessa pesquisa é monitorar um rebanho utilizando um VANT equipado com um leitor RFID. Para tanto, os animais foram monitorados por meio de tags presas a seus corpos e, para efetuar a leitura das tags, será utilizado um VANT do tipo quadricóptero com um leitor RFID embarcado. Para isso, o VANT deverá sobrevoar o rebanho e transmitir os dados lidos para a estação terrestre por meio de um rádio transmissor. A Figura 1 ilustra o método de aquisição dos dados. Cabe destacar que nesta fase da pesquisa os experimentos foram realizados em ambiente controlado, ou seja, sem a aplicação no rebanho.

Para o experimento, foi utilizada uma tag do tipo passiva, um leitor UHF RFID – modelo GKA 9810, equipado com uma antena log-periodic de 800-1000 MHz. Os dados lidos foram, então, processados por um microcontrolador Arduino Uno R3 e transmitidos para a estação terrestre por um rádio transmissor (Figura 2).

O VANT foi equipado com uma controladora Ardupilot APM 2.6, rádio telemetria de 433 MHz, GPS e FPV (First Person View – visão em primeira pessoa) – conjunto composto de uma câmera, um rádio transmissor, um rádio receptor e uma tela de LCD. Além desses dispositivos de navegação, os dispositivos RFID, conversor RS-232/TTL, microcontrolador Arduino e rádio transmissor também foram embarcados no VANT.

Quanto à análise dos resultados do experimento, foram verificadas (1) a fidedignidade dos dados lidos e (2) transmitidos, (3) o desempenho da aeronave e dos dispositivos eletrônicos embarcados. Ao final, os resultados do experimento serão compartilhados através de um sistema computacional que integrará a plataforma colaborativa e-Science.

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Resultados e Discussão

O experimento foi realizado em ambiente controlado, em que uma tag passiva foi posicionada em um ponto fixo no solo e o VANT fez o sobrevoo em diferentes altitudes, a fim de aferir o desempenho da antena log-periodic e a distância adequada para uma leitura correta. Assim, a tag foi lida corretamente a uma distância de aproximadamente 32 metros e o dado foi recebido pela estação terrestre corretamente, verificando somente, que o desempenho de consumo do conjunto todo foi alto, o que necessita portanto, de ajustes em relação ao alto consumo de bateria pelo sistema RFID.

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Conclusões

O VANT e os dispositivos embarcados (FPV, telemetria e RFID) apresentaram desempenho satisfatório durante os experimentos. No entanto, considera-se que o desempenho da aplicação dessa tecnologia seja limitado pelo tempo de duração da bateria, conforme apontado por Wang et al. (2015).

Com base nesses resultados, deverão ser feitos ajustes no fornecimento de energia para os dispositivos embarcados, a fim de garantir que todos os animais do rebanho sejam identificados dentro do tempo de duração das baterias.

Posteriormente, os dados coletados serão disponibilizados em uma plataforma colaborativa e-Science, por meio da qual pretende-se promover a colaboração interdisciplinar entre cientistas de diversos locais do mundo, a transferência de conhecimento e a aceleração de pesquisas científicas com VANTs.

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Gráficos e Tabelas

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Referências

ARTMANN, R. Eletronic identification systems: states of the art and their further development. Computers and Eletronics in Agriculture, 1999, v.24, n.1-2, p.5-26.

CARDOSO, H. Excelência no campo. Boletim Informativo do Sistema FAEP, n. 1282, p. 4-7, Nov. 2014.

ERADUS, W.J., JANSEN, M.B. Animal identification and monitoring. Computers and Eletronics in Agriculture, 1999, v.24, n.1-2, p.91-8.

HEY, A.J.G., TREFETHEN A.E., In: BERMAN F., FOX G.C., HEY A.J.G. (eds) The data deluge: an e-Science perspective, in grid computing–making the global infrastructure a reality. Wiley, New York, pp 809–824, 2003.

ISCOLD, P. Development of a small unamanned aerial vehicle for aerial reconaiscence. In.: SAE 2007 - INTERNATIONAL CONGRESS OF MOBILITY ENGINEERING, São Paulo, 2007.

KLINDTWORTH, M., WENDL, G., KLINDTWORTH, K., PIRKELMANN, H. Eletronic identification of cattle with injectable transponders. Computers and Eletronics in Agriculture, 1999, v.24, n.1-2, p.65-79.

MACHADO, J. G. C. F. M.; NANTES, J. F. D. Identificação eletrônica de animais por rádio-frequência (RFID): perspectivas de uso na pecuária de corte. Revista Brasileira de Agrocomputação, v. 2, n. 1, p. 29-36, Jun. 2004.

WANG, J.; SCHLUNTZ, E.; OTIS, B.; DEYLE, T. A new vision for smart objects and the Internet of Things: mobile robots and long-range UHF RFID sensor tags. arXiv, n. 1507.02373, v1, 2015.