Validação de campo da espectroscopia NIR combinada para análise de grãos de trigo

Avaliação da precisão em condições reais de colheita

A caracterização da qualidade dos grãos na colheita tem se baseado tradicionalmente em amostragem discreta seguida de análise laboratorial. Embora essa abordagem forneça medições precisas em nível de amostra, ela inerentemente não capta a variabilidade espacial que caracteriza a maioria dos campos agrícolas. Como consequência, os dados resultantes geralmente representam uma condição média em vez da verdadeira heterogeneidade da safra colhida.

Nesse contexto, a espectroscopia de infravermelho próximo(NIR) integrada diretamente ao maquinário agrícola representa uma mudança de paradigma. Ao possibilitar a análise contínua e em tempo real do fluxo de grãos, os sistemas NIR na colheitadeira oferecem uma densidade de dados muito maior e uma descrição mais representativa da variabilidade do campo.

Este estudo tem como objetivo validar o desempenho do sistema EVONIR em condições reais de colheita, comparando as medições em linha com as análises laboratoriais de referência.

Materiais e métodos

O teste de campo foi realizado em julho de 2022 no norte da Alemanha em uma safra de trigo colhida com uma colheitadeira CR8.90 da New Holland. O sensor EVONIR foi instalado no elevador de grãos, permitindo a análise direta de todo o fluxo de grãos durante as operações de colheita. O EVONIR foi conectado via ISOBUS ao VT da colheitadeira.

A aquisição de dados foi realizada continuamente durante todo o processo de colheita, resultando em um total de 1.190 pontos de dados NIR. Paralelamente, 23 amostras de grãos foram coletadas manualmente em posições georreferenciadas no campo e analisadas por um laboratório credenciado (LUFA), que serviu como método de referência.

Os parâmetros avaliados neste estudo incluíram matéria seca (DM), proteína bruta (CP), cinzas e gordura bruta (CF). Para cada ponto de amostragem, as medições de NIR foram agregadas na janela espacial correspondente e comparadas com os resultados do laboratório para quantificar o desvio entre os dois métodos.

Resultados fora da caixa

As medições contínuas obtidas com o sistema EVONIR destacam claramente a presença de uma variabilidade significativa dentro do campo. Parâmetros como umidade e teor de proteína apresentaram flutuações notáveis ao longo do caminho da colheita, confirmando que a qualidade do grão não é distribuída uniformemente no campo.

Essas variações, que ocorrem em uma escala espacial muito menor do que a grade de amostragem típica, não podem ser capturadas adequadamente por meio de abordagens de amostragem convencionais. Como resultado, o conjunto de dados produzido pelo sistema NIR fornece uma descrição muito mais rica e detalhada da cultura colhida.

Ao comparar as medições de NIR com os resultados de laboratório usando a calibração padrão de fábrica, os desvios médios foram de -0,63 para matéria seca, -0,88 para proteína bruta, -0,75 para cinzas e +0,79 para gordura bruta. Esses valores indicam um desvio relativamente baixo em todos os parâmetros, especialmente considerando que nenhuma calibração específica de campo foi aplicada nesse estágio.

Tabela de currículo: Desvio médio entre o laboratório e o EVONIR com a calibração padrão da Dinamica Generale, não ajustada comparando os resultados com um LAB.

Resultados após a calibração

Os resultados deste estudo demonstram que a espectroscopia NIR combinada pode atingir um nível de precisão totalmente compatível com a tomada de decisões operacionais, mesmo quando se usa um modelo de calibração geral. Os desvios observados são consistentes com as expectativas típicas de medições espectroscópicas em linha e podem ser reduzidos ainda mais por meio de ajustes de calibração local.

Após aplicar um procedimento de ajuste fino com base em um número limitado de amostras de laboratório, a distância entre os dados de NIR e de laboratório melhorou significativamente, confirmando a eficácia da combinação de modelos de calibração global com refinamento local.

Tabela de resumo: Desvio médio entre o LAB e o EVONIR após o ajuste fino

Além das considerações de precisão, o resultado mais relevante deste estudo está na capacidade do sistema NIR de captar a verdadeira variabilidade do campo. Enquanto a análise laboratorial fornece informações precisas, mas esparsas, a natureza contínua das medições do NIR permite a geração de mapas de qualidade de alta resolução, que podem ser usados diretamente para a tomada de decisões agronômicas e logísticas.

Do ponto de vista agronômico, isso permite uma compreensão mais precisa da distribuição de nitrogênio e da variabilidade da proteína, dando suporte a estratégias de fertilização de taxa variável nas estações seguintes. Do ponto de vista logístico, o monitoramento da qualidade em tempo real permite que os operadores separem os fluxos de grãos com base em limites de qualidade específicos, otimizando o armazenamento e maximizando o valor econômico.

Conclusão

Essa validação de campo confirma que o sistema EVONIR é capaz de fornecer medições confiáveis e consistentes da qualidade do grão diretamente durante as operações de colheita. Mesmo com uma calibração padrão, o sistema demonstra um bom nível de concordância com os dados de laboratório, que podem ser melhorados ainda mais com ajustes mínimos de calibração.

Mais importante ainda, o estudo destaca a vantagem fundamental da medição contínua em relação à amostragem discreta. Ao analisar todo o fluxo de grãos em vez de amostras isoladas, os sistemas NIR combinados oferecem uma representação mais precisa e abrangente das condições de campo.