Em uma mesma região do semiárido, a chuva registrada em um ponto pode ser bastante diferente daquela que chegou a uma comunidade ou propriedade localizada a poucos quilômetros de distância. Para quem vive e produz no campo, conhecer essas diferenças pode significar dispor de informações mais precisas na hora de decidir quando plantar, quanto irrigar ou como administrar a água disponível.

É a partir desse problema que pesquisadores do campus de Quixadá do Instituto Federal do Ceará (IFCE), em parceria com professores da Universidade Federal do Ceará (UFC), desenvolvem o PluviNet, projeto que busca criar uma rede de equipamentos meteorológicos automáticos, de baixo custo e conectados para ampliar a coleta de dados locais sobre chuva, temperatura e umidade.

A proposta é aumentar o número de pontos de observação no território e, com o tempo, formar uma base histórica mais detalhada sobre o comportamento das chuvas. Ao mesmo tempo, a pesquisa trabalha em uma ferramenta para permitir que essas informações cheguem à população de maneira simples: por meio de perguntas feitas pelo WhatsApp.

“O principal problema que o PluviNet busca resolver é justamente a falta de dados meteorológicos locais e contínuos. No semiárido isso é ainda mais importante, porque a chuva pode variar muito mesmo entre localidades relativamente próximas”, explica o professor Gustavo Coutinho, do IFCE campus de Quixadá e integrante do projeto.

Saber quanto choveu onde a decisão precisa ser tomada

Uma estação instalada em determinado município fornece informações importantes sobre aquele ponto de observação. Isso não significa, entretanto, que o mesmo volume de chuva tenha ocorrido a 10 ou 20 quilômetros dali.

É essa escala mais localizada que o PluviNet pretende ajudar a enxergar. Com uma quantidade maior de equipamentos distribuídos pelo território, seria possível identificar, por exemplo, quais comunidades recebem chuva com maior frequência, onde os períodos sem precipitação são mais longos e em quais áreas se concentram chuvas muito intensas.

“Hoje sabemos bastante sobre o clima da região de uma forma geral, mas ainda temos dificuldade para observar o que acontece em uma escala muito local. Com centenas ou milhares de pontos, poderíamos começar a responder onde realmente está chovendo dentro de uma mesma região e quanto uma chuva varia entre comunidades próximas”, explica Coutinho.

Acumuladas ao longo dos anos, essas informações poderiam formar séries históricas sobre diferentes localidades do semiárido e contribuir para estudos de microclimas e para o aprimoramento de modelos climáticos.

Mas a utilidade pretendida pelo projeto não se restringe à pesquisa científica. Dados mais localizados também podem oferecer informações para agricultores, gestores públicos e órgãos de Defesa Civil.

Da chuva à decisão no campo

O professor Gustavo Coutinho dá um exemplo simples de como esse conhecimento poderia chegar à rotina de uma propriedade rural. Depois das primeiras chuvas, um agricultor precisa decidir se já é o momento de iniciar o plantio. Em vez de basear a escolha somente na percepção de que choveu bastante, poderia consultar quanto efetivamente choveu nos últimos dias e comparar a informação com outros períodos.

A mesma lógica pode ser aplicada à irrigação. Se uma propriedade recebeu uma quantidade significativa de chuva, o produtor pode avaliar se é possível adiar a irrigação e economizar água. Ao mesmo tempo, os registros podem mostrar que uma comunidade próxima praticamente não recebeu precipitação.

Para a gestão pública, uma rede com mais pontos de observação poderia ajudar a identificar áreas que estão recebendo menos chuva, acompanhar períodos de seca e planejar o uso da água. Na Defesa Civil, os pesquisadores consideram que uma rede mais densa poderá, futuramente, contribuir para identificar precipitações muito intensas em áreas específicas e para o desenvolvimento de sistemas de alerta.

Por que fazer uma estação de baixo custo?

Aumentar o número de pontos de medição esbarra em uma questão prática: instalar e manter muitas estações meteorológicas profissionais tem custo elevado. Além disso, parte das redes de monitoramento ainda depende de procedimentos de coleta ou validação manual.

Por isso, o PluviNet foi pensado desde o início para ser simples, de baixo custo e replicável. Grande parte da estrutura é produzida por impressão 3D, enquanto os componentes eletrônicos utilizados podem ser encontrados no mercado. Isso permite fabricar novamente uma peça ou modificar o projeto quando necessário.

A comunicação entre os equipamentos também foi pensada para as condições encontradas fora dos grandes centros urbanos.

O PluviNet utiliza LoRaWAN, tecnologia destinada à transmissão de pequenas quantidades de informação por longas distâncias com baixo consumo de energia. Como uma estação precisa enviar dados pequenos — como temperatura, umidade e quantidade de chuva —, não é necessário manter uma conexão de Wi-Fi ou 4G em cada equipamento.

Os sensores enviam as informações por rádio para um gateway, equipamento que concentra a ligação com o servidor. Dessa maneira, vários sensores podem compartilhar a mesma infraestrutura e o gateway pode estar a quilômetros de distância.

A característica facilita a implantação da tecnologia justamente em áreas rurais com menor infraestrutura de internet e telecomunicações. Nos testes realizados até agora, a equipe conseguiu recuperar 100% da entrega dos pacotes utilizando configurações mais robustas de LoRa nos cenários de comunicação mais difíceis.

O que os testes já mostraram

A pesquisa também está avaliando a precisão do equipamento e identificando os aspectos que ainda precisam ser aperfeiçoados.

Em testes com o pluviômetro, uma intensidade simulada de chuva de 10 milímetros por hora apresentou erro de 1%. Com 20 e 30 mm/h, o erro ficou em aproximadamente 3,1%. Até a intensidade de 30 mm/h, portanto, os erros permaneceram abaixo de 3,2%.

Em uma simulação de chuva mais intensa, de 40 mm/h, o erro aumentou para aproximadamente 16,8%. O resultado mostrou aos pesquisadores a necessidade de melhorar o equipamento para essas situações, especialmente por meio de uma correção por software.

O protótipo também foi comparado em campo com uma estação meteorológica profissional da UFC e acompanhou as tendências de variação de temperatura e umidade. Foram observadas diferenças nos valores, atribuídas às diferentes condições de instalação dos equipamentos.

Para Coutinho, os resultados indicam que a utilização de componentes relativamente baratos e de uma estrutura impressa em 3D não impede a produção de dados com utilidade científica, ao mesmo tempo em que os testes permitem identificar onde a tecnologia ainda precisa avançar.

E se o agricultor pudesse simplesmente perguntar?

O PluviNet enfrenta ainda outro desafio: não basta produzir o dado se ele permanecer restrito a plataformas que exigem conhecimentos técnicos para serem consultadas.

Por isso, outra frente da pesquisa desenvolveu uma prova de conceito que utiliza inteligência artificial para permitir consultas aos dados por meio do WhatsApp.

Em vez de acessar tabelas ou interpretar painéis, uma pessoa poderia fazer perguntas como “Quanto choveu em Quixadá no mês passado?”, “Qual foi o ano mais chuvoso?” ou “Quanto choveu em janeiro de 2020?”.

O sistema recebe a pergunta, utiliza um modelo de linguagem para transformá-la em uma consulta ao banco de dados, procura a informação e devolve o resultado ao usuário novamente em linguagem natural.

A tecnologia já funciona como prova de conceito. O próximo passo, porém, é fundamental para saber se ela realmente atenderá a quem está no campo: testá-la diretamente com agricultores. Os pesquisadores precisam avaliar se as respostas são claras, úteis e fáceis de utilizar nas situações reais enfrentadas por esse público.

Uma pesquisa construída por diferentes áreas

Para chegar da medição da chuva à consulta pelo celular, o PluviNet reúne conhecimentos de diferentes campos. O projeto envolve eletrônica, sistemas embarcados, redes de computadores, Internet das Coisas, desenvolvimento de software e inteligência artificial.

A pesquisa é desenvolvida por professores e estudantes dos campi de Quixadá do IFCE e da UFC. Além de Gustavo Coutinho, participam os professores da UFC Francisco Helder Candido, Carlos Igor Bandeira, Elvis Stancanelli e Regis Pires.

A combinação das diferentes áreas permitiu que a pesquisa avançasse da construção do equipamento para a transmissão, o armazenamento e a análise dos dados e, finalmente, para a discussão sobre como essas informações poderão chegar à população.

Próximos passos

O PluviNet ainda está em desenvolvimento. A equipe pretende ampliar os testes fora do laboratório, aumentar a quantidade de estações e acompanhar por períodos maiores a autonomia dos equipamentos, a comunicação e o comportamento dos sensores. Também será necessário aperfeiçoar a medição das chuvas mais intensas.

No sistema de consulta pelo WhatsApp, a próxima etapa será justamente a aproximação com os agricultores para avaliar a ferramenta em condições reais de uso.

O projeto foi concebido também para poder integrar e complementar iniciativas de monitoramento já existentes, com a possibilidade futura de contribuir com bases como as da Fundação Cearense de Meteorologia e Recursos Hídricos (Funceme), além de estabelecer parcerias com instituições acadêmicas e organizações da área ambiental.

Se a rede for ampliada no futuro, a expectativa dos pesquisadores é reunir muitos equipamentos em diferentes localidades, transmitindo continuamente dados de chuva, temperatura e umidade para uma plataforma central. Com o passar dos anos, seria formada uma base histórica útil à pesquisa e às instituições públicas, enquanto a população poderia acessar informações de maneira mais simples.

“O impacto tem dois lados: produzir mais informação sobre o clima e, ao mesmo tempo, democratizar o acesso a essa informação”, resume Coutinho. “O objetivo final não é apenas construir um sensor barato. É criar todo um ecossistema, da coleta do dado até ele chegar a quem precisa tomar uma decisão”.