OTIMIZAÇÃO MULTIOBJETIVO PARA PROBLEMAS DE PLANEJAMENTO DE ROTAÇÃO DE CULTURAS AGRÍCOLAS

Abstract

Agriculture is considered an essential pillar of the world economy and is at the center of contemporary societies. In recent decades, the sector has consolidated and radically changed the man-environment relationship to face the food supply crisis and ensure food security. However, there is still great concern about food security, given the expected population growth of more than 9.5 billion in 2050. In this context, the introduction of computerization in agrifood supply chains has been increasingly significant. Modern agriculture is becoming increasingly interdisciplinary, seeking a potential increase in the productivity of this sector and the promotion of more sustainable practices. Precision agriculture is one of these practices that have one of the important tools for Crop Planning Problem (CPP) and the Crop Rotation Planning Problem (CRPP) that greatly impact the environment and productivity. Optimizing these issues can enable the industry to respond to climate change, provide healthy and safe food, and produce cost-effective food. In this way, the present work presents models using Linear Programming for Multiobjective Crop Planning Problem (MCPP) and Multiobjective Crop Rotation Planning Problem (MCRPP) to maximize the net income, maximize the diversity of cultures, and maximize the area used. The results were compared to models with the same data set found in the literature with respect to the objective of maximizing net income. It was found that the proposed models show an average increase of on average, 60% in the diversity of crops planted with net return losses of less than 5%. The evaluation of scenarios using the Weighted Sum and e-constraint methodologies effectively explored the Pareto optimal frontier. Although the e-constraint method involves higher computational costs, it stands out for its superior ability to discriminate the trade-offs between objectives.

A agricultura é considerada um pilar essencial da economia mundial e está no centro da sociedade contemporânea. Nas últimas décadas, para enfrentar a crise de abastecimento de alimentos e garantir a segurança alimentar, o setor se consolidou e mudou radicalmente a relação homem-ambiente. No entanto, ainda existe uma grande preocupação com a segurança alimentar, dado o crescimento populacional esperado em mais de 9,5 bilhões para 2050. Neste contexto, a introdução da informatização nas cadeias de suprimento agroalimentar tem sido cada vez mais significativa. A agricultura moderna torna-se cada vez mais interdisciplinar buscando um potencial aumento da produtividade deste setor e a promoção de práticas mais sustentáveis. A agricultura de precisão é uma destas práticas que tem como uma das suas ferramentas o Planejamento de Culturas e o Planejamento de Rotação de Culturas que têm grande impacto no meio ambiente e na produtividade. A otimização destes problemas pode permitir ao setor responder às mudanças climáticas, oferecer alimentos saudáveis e seguros e produzir alimentos eficientes em termos de custo. Nesta esteira o presente trabalho apresenta modelos utilizando Programação Linear (PL) para o Problema de Planejamento de Culturas Multiobjetivo (PPCM) e Problema de Planejamento de Rotação de Culturas Multiobjetivo (PPRCM) com objetivos de maximizar a renda líquida, maximizar a diversidade de culturas, e maximizar a área utilizada. Os resultados alcançados foram comparados aos modelos com o mesmo conjunto de dados presentes da literatura no tangente ao objetivo de maximizar a renda líquida. Verificou-se que os modelos propostos apresentam aumento de, em média, 60% na diversidade de culturas plantadas com perdas de retorno líquido inferiores a 5%. A avaliação dos cenários utilizando as metodologias de Soma Ponderada e e-restrito foi eficaz na exploração da fronteira de soluções ótimas. Embora o Método do e-restrito apresente maior custo computacional, ele se destaca por sua maior capacidade de discriminar os trade-offs entre os objetivos.