水稲株位置抽出(QGIS)

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水稲株の位置抽出は、移植後1ヶ月の状態(草丈35cm程度)がデータ取得のベストとなります(株間によってベストな草丈は変わります)。草丈が低いと上空から撮影しても、苗が明確に撮影できないため、株位置の抽出は難しくなります。一方、草丈が高くなると、葉同士が重なってしまい、株位置がわからなくなってしまいます。この作業は、モニタリングのタイミングが一番重要になります。

株位置の抽出方法は、以前の記事(水稲株の位置抽出欠株率)でも紹介しましたが、問い合わせも多かったので、QGISの操作について説明を加えます。※QGISのバージョンによって、説明が若干異なる場合もあります。

 

1) 近赤外カメラ撮影画像の表示

近赤外の波長域は植物からの反射は強く、水面の反射はほとんどないため、苗と水面を明確に判別することができます。

反射特性(引用:JAXA)

 

近赤外オルソ画像

 

近赤外オルソ画像を表示したら、ローパスフィルタ処理を行います。ローパスフィルタは、苗と水面以外に写っているノイズを除去する工程になります。ノイズが少なければ、ローパスフィルタ処理を行わなくても構いません。

 

2) ローパスフィルタ処理

【QGIS】 ビュー > パネル > ツールボックス > GRASS GIS > Raster > r.mapcalc

ローパスフィルタの計算式

 

上図のように、3×3の窓で平滑化していきます。数値を変更することでノイズ除去の程度を変えることができます。

 

3) フォーカル統計(指定した近傍内の統計情報を計算)

【QGIS】 ビュー > パネル > ツールボックス > GRASS GIS > Raster > r.neighbors

フォーカル統計のパラメータ入力画面

 

3) ラスタ-ベクタ変換

【QGIS】 ラスタ > 変換 > ポリゴン化(ラスタのベクタ化)

ラスタ-ベクタ変換

 

※処理時間がかかる場合は、圃場外部分の画像を削除するなど、画像サイズをなるべく小さくしてみてください。

 

4)不要ポリゴンデータの削除

ラスタ-ベクタ変換によって、値ごとにポリゴンデータが作成されます。このポリゴンデータには、水稲株以外も含まれています。そこで、ポリゴンデータのDN値(フォーカル統計の数値)を使って、不要ポリゴンを削除します。このときのDNの閾値は、カメラ種類や撮影条件などによって異なるので、画面を見ながら値を自分で見つけ出してみてください。

黄色が水稲株として選択(DN110以上)したポリゴン、黄緑色はそれ以外のポリゴン

 

5)ポイント化

【QGIS】 ベクタ > ジオメトリツール > ポリゴン重心

ポリゴン(重心) → ポイント

 

ノイズを取り除いた水稲株のポリゴンからそれぞれの重心を求め、その位置を水稲株として扱うことができます。

水稲株位置(赤)

 

この一連の処理は、データサイズが大きいオルソ画像を用いるため、非力なPCだと時間がかかったり、処理途中に落ちることもあります。その場合は、データを分割するなどの工夫が必要となります。

 


育苗箱

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1週間前に水に浸した種籾は、夏のような暑さによってハト胸程度まで催芽したので、次は種蒔きの作業に移ります。昨年はこの状態になるまでには10日間かかりました。

ハト胸程度まで催芽した種籾

 

この状態になったら、水切りを行います。手に種籾が引っ付かいない程度まで乾燥させます。

その間に、育苗箱を準備します。年々、育苗箱の数を減らし、今年は111箱(計算上では101箱ですが、不測の事態に備えて1割追加)になりました。

育苗箱の土を均平にする際には、10mmの深い方を使用

 

2018年は、2014年と比べると作業量および資材購入をかなり減らすことができました。
記録を見直してみると、当初は育苗箱(予備も含めて)を150箱用意していましたが、2018年では111箱まで減らすことに成功。箱数は移植する際の株間の間隔で決まります。栽培している6反を複数年かけながら、16cm→18cm→21cmのように徐々に広くすることで、箱数を減らしました。結果的には、箱数を減らしても収量は減らず、反対に増加しています。

※株間をいきなり広げるのはなかなか勇気がいるので、時間をかけての変更です。農業は1年1回しか栽培できないので、栽培方法を変えるのはどうしても慎重になります。

育苗箱と収量の関係

 

培土1袋(20kg)が約800円、種籾(4kg)が約4000円なので、代替りしてから「育苗の準備」だけで約15000円のコストカットです。

 

さて、育苗箱の準備が整えば、次は播種になります。

ばらまき機の前で準備する子供たち

 

この作業を効率的に進めるには、最低3人必要です。1人目は回し手,2人目は育苗箱の搬送,3人目は育苗箱の準備です。今年からは長男が回し手として参加しました。貴重な戦力です。

 

播種後は、ビニールハウスに搬入です。これからは田植え(5月19・20日予定)まで毎日水やりを行い、苗を育てます。

搬入後のビニールハウス内部

 

*こういった1年に1回の作業だと、手順などを忘れていることが多々あるので、記録を取るのは大切ですね。今回も過去に書いた記事に助けられました。

 


塩水選 (2018年)

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4月中旬の週末は、育苗用ビニールハウスの準備を近所の農家さんと行います。今年も台風による氾濫によって、ビニールハウス内の地面は多くの箇所で凹凸が生じていました。

地面整備

 

トンボかけで地面の凹凸を均していきます。整備が終われば、ビニールを2重にして敷きつめていきます。

作業終了

 

最後は、真ん中に苗を運ぶ2輪車が通りやすくするためにロールマットを敷きます。

 

ビニールハウスの作業後は、種籾の「塩水選」で中身の詰まった良い種子を選別します。例年同様に、塩5kg・水20lを用意して、濃度20%の塩水を作ります。

塩水選&種子消毒セット(2018年:種籾20kg購入)

 

種籾を食塩水に投入し、軽い種籾をザルで取り除いていきます(子供たちの作業)。

種籾選別中

 

塩水選による選別を終えた種籾は、水稲の種子伝染性病害(いもち病、ばか苗病など)の発生を防ぐために種子消毒(24時間薬液漬)を行います。

 

【使用農薬】

・テクリードCフロアブル(1成分):殺菌剤 (種籾20kgに対して、水40l・薬剤200ml)

・スミチオン乳剤(1成分):殺虫剤 (種籾20kgに対して、水40l・薬剤40ml)

 

【参考】

種籾は少し変わった縫い方(ミシン縫い)のメッシュ袋で届きますが、袋の開け方を知らないと手間取ります。初めての時は手間取りました。このミシン縫いはハサミなどの道具を使わなくても開けることができます。参考までに。

ミシン縫い袋の開け方

 

手順1:ミシン縫いの袋は、赤糸と白糸で結ばれています。手順2:赤糸を引っ張り、白糸の輪から徐々に抜いていきます。手順3:赤糸を抜いたら、残っている白糸を引っ張って抜きます。手順4:袋を開けることができます。

 


現代農業(5月号)

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2018年5月号の現代農業では、「ドローン&近赤外カメラで空から管理(下)」というタイトルで近赤外カメラを自作するという内容を書きました。

現代農業(2018年5月号)

 

ブログでも紹介している内容に改造時の写真とウンカ被害の空撮画像(鹿児島県伊佐市の若手農家さん撮影)を追加しています。

今月号の現代農業で興味深い記事がありました。農機メーカー突撃取材ヤンマーアグリ(株)編の中で、リモートセンシングなど先進的な技術の導入を対象としている農家規模は、20町歩以上の面積を耕作する農家だそうです。しかし、20町歩以上の面積となると、家族経営の農家では導入は難しいですね。ビジネスとして費用対効果を考えると仕方がないかもしれません。

 


農閑期の圃場計測

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2018年度の栽培に向けて始動です。

昨年の秋に「すき込み」をしてから、久しぶりのトラクター運転になります。

田起こし作業の前に、ドローンによる圃場計測を行いました。ドローンは農閑期にメンテナンスを施し、いつでも飛行できるように準備をしていたのですが、GCP用のマーカーが色あせているのに気づいてしまいました・・・。

再塗装前後のGCP用マーカー

 

上図の右側はドローン水稲モニタリングを始めてから使用しているマーカーです。長年使用していると色があせたり、剥がれたりしてしまいます。この程度であれば、上空から撮影しても特に問題ないのですが、気分一新ということで再塗装し直しました(下図参考)。

上空50mから撮影したGCP用マーカー(左:2018年3月31日撮影 右:2017年9月9日撮影)

 

昨年のブログを見直してみると2月中旬に田起こしをしていたので、今年は少し遅い始動となります。まずは、田起こしの前に圃場の状態をドローンを用いて計測しました。

圃場凹凸マップ(田起こし前:2018年3月31日撮影)

 

最近は、圃場の均平化に力を注いでいるので、そこまで気になる凹凸はありませんでした(圃場の四隅やトラクターの出入り口を除いて)。この作成したマップは、運転席に貼って凹凸の位置を意識しながら田起こし&均平化を行いました。

圃場凹凸マップ(田起こし後:2018年4月1日撮影)

 

上図は作業後の凹凸マップです。マップを見る限り、そこそこ良い感じであると思います。これなら今年の代かきはそんなに作業時間がかからないかもしれません。ベテラン農家さんの「この圃場の均平化は3~4年かかるよ」のアドバイスの通りで、この状態になるまで時間がかかりました。

 

ドローン水稲モニタリングも今年で5年目の節目を迎えます。これからも「どろーん米」の作業記録を兼ねた情報を発信していきたいと思います。

 

相棒(ドローン、トラクター)

 


現代農業

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久しぶりの更新です。

今月発売の現代農業(2018年4月号)に、「ドローン&近赤外カメラで空から管理(上)」というタイトルで記事を書きました。今回は、ドローンの自作に挑戦するという内容です。

現代農業(2018年4月号)

 

記事でも紹介していますが、自作ドローンの部品調達は中国のネットショッピングサイト「AliExpress(アリエクスプレス)※」をよく利用しています。国内のサイトより部品の取り揃えが豊富で価格も安いのが特徴です。ただ、日本語が自動翻訳のためか意味がわからないところもあります。

AliExpressのサイト

 

※AliExpressは中国のアリババ(ソフトバンクの孫正義社長が出資して急速に成長した世界的な企業)が運営するネットショッピングサイト

紙面の都合上、自作ドローンの調達リストを掲載することができなかったので、ここで紹介します。自作のヘキサコプターは約6万円で部品調達することができます。モニタリング用ドローンであれば、この内容で十分です。日本では,高い価格がいい商品という風潮がありますが、本当に必要な機能だけに絞れば、安価でもいいモノは作れます。

 

購入したドローンの部品と価格(2016年11月1日時点)

部品 価格(円) 送料(円)
フーレム(F550):ヘキサコプター 3,500 無料
DJI E310セット(モータ・ESC 6個) 35,000 無料
フライトコントローラ(Pixhawk) 5,250 250
GPS+コンパス(UBLOX NEO-M8N) 5,000 無料
スキッド 2,100 無料
リポバッテリ(3セル11.1V 10000mAh) 5,800 無料
プロペラ 6枚 1,600 無料
58,500 円(送料込み)

 

先日、次回(2018年5月号)の記事「近赤外カメラの改造方法」が校了しました。農業雑誌からかけ離れた内容となっていますが、お楽しみに。

 


上空から

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最近、飛行機で西日本に行く機会が何回かありました。
その時は、なるべく窓側の席を予約するようにしています。

冬の時期の太平洋側は空気が乾燥しているので、上空から眺めるのは最適です。
私の場合は、上空からの景色(河川の形や山々など)を見て、機体はどのあたりを飛行しているのか頭の中の地図で楽しんでいます。脳内 Google Earth です。
地理を学んだ人間の性なのか…?

 

京浜地域(離陸してから数分後)

 

天気界(関ケ原)

ここの天気界は、地理を学ぶとよく出てくる地域です。名古屋が位置する濃尾平野側では積雪がありませんが、関ケ原から西側で積雪がはっきりわかります。シベリア気団の勢力が強いと伊吹山地と鈴鹿山脈の間の低地から冬季季節風が吹き抜けて、濃尾平野にも降雪をもたらします。

 


セミナー:ドローンの農業活用

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あけましておめでとうございます。

2018年がみなさまにとりまして素晴らしい年になりますよう、心よりお祈り申し上げます。

 

昨年3月に実施したドローンを用いた水稲モニタリングのセミナーですが、今年も実施することになりました。

昨年は多くの方々に参加していただき、ありがとうございました。また、様々な意見交換ができ、有意義なセミナーでした。

今年も昨年同様に質疑+休憩を含めて4時間のセミナーとなります。2014年から4年間の成果、モニタリングの運用方法やドローン・カメラの自作・改造など幅広く講義する予定です。

【日時】:2018年3月12日(月) 12:30-16:30
【場所】:東京・大田区産業プラザ(PiO)6階D会議室
【題目】:ドローンの農業活用とセンシング・モニタリング技術

詳細は以下から(情報機構HP)
http://www.johokiko.co.jp/seminar_chemical/AC170369.php


農林水産省フォーラム

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農林水産省で「第23回病害虫防除フォーラム~農林水産業におけるドローンの利活用推進について~」があり、日本の農業用ドローンの現状を知るために参加してきました。事務局の情報では300名近くの人が参加したそうです。

フォーラムでは、主にドローンによる農薬散布や現在の農薬散布に伴う制度面の話がメインでした。以前書いた記事にもありますが、現在の農薬散布はドローンを操縦するオペレータとドローンを監視するナビゲータが必要になり、最低でも2人以上は必要になります。また、操縦は目視による手動操縦です。ただし、2017年9月からは50mの飛行範囲が150mに緩和されました。行政側からの説明では、来年から自律飛行による散布ができないか検討しているとありました。自律飛行ができれば、ドローンによる散布の効率が飛躍的に向上すると期待できます。

私が興味がある生育状況の紹介もありましたが、発表数が多いためか、一つ一つの発表時間が短く,もう少し長いとよかったなぁと思いました。

UAVリモートセンシングにおける技術的問題は、センシングで重要となるカメラの標準化がされていないことです。

現在、各メーカから様々なカメラが販売されていますが、これぞというのはありません。今後の日本農業の戦略的にもドローンに搭載できる標準化カメラは必要です。例えば、SPAD(コニカミノルタ社)のような機器は、生育状況を定量的に計測できるため、国内外を問わず利用されています。

私が使用している改造近赤外線カメラは、他社のカメラと異なるため、撮影した数値をそのまま比較することはできません。そのため、議論するには変換式を作らないといけません。地域的な生育状況の差や品種による違いなど議論するには、カメラを統一する必要があります。

数年前からドローンに搭載できるマルチスペクトルカメラ「Sequoia」や「RedEdge」が登場しました。撮影時に入射光も記録するため、業界標準のカメラになるかと思いましたが、実際はシャッタースピードを変化させて撮影しているため、経時的に撮影するモニタリングカメラとしては・・・やや疑問が残る結果です。調査結果はこちら(千葉大:濱氏)。

現在、国が実施している「SIP(戦略的イノベーション創造プログラム)」の次世代農林水産業創造技術(アグリイノベーション創出)の一環で、零細農家でも購入できるぐらいの低コスト(SPADの販売価格ぐらい)な標準化カメラが開発されるのを強く期待します。

 


雑草種子焼却とすき込み

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2017年はタイヌビエなどを中心とする雑草に悩まされました。

ドローン水稲モニタリングを行っていない圃場において、雑草が広い範囲で生えてしまいました。農薬による除草も選択肢にあったのですが、なるべく農薬を使わない方針なので、家族・親戚を動員しての人海戦術で雑草取りを行いました。それでも、雑草の生長はすごく、除草が間に合わないぐらいでした…。そのため、大量の雑草種子が地面に落ちてしまいました。

近所のベテラン農家さんに聞いたところ、地面に落ちた種子は10年ぐらい経過しても、条件が整えば発芽するという情報を得ました。ネットで検索すると、農研機構の研究成果には、タイヌビエの種子は埋土しても数年間は高い生存率を維持するとありました。10年過ぎても死滅しないとのことです(農研機構(2004):耕土下層における主要水田一年生雑草種子の生存期間)。

大量に落下した雑草種子を、何もしない状態で「すき込み」を行うのは、次年度以降の栽培に影響があると思われるので、草焼きバーナーで種子焼却を試みました。そのために、新富士バーナーの「草焼バーナーPro KB-300」を購入しました(約1.8万円)。このバーナーの燃料は灯油で、1回の給油で1時間ぐらい燃焼できます。予想以上の火力で地面に落ちた雑草種子は、パチパチ音を出して焼却できました。

草焼きバーナーによる雑草種子焼却

 

なお、ドローンを用いてモニタリングを行っている試験サイトにも多少雑草が生えましたが、こちらはなんとか人力で除草することができる量でした(それでも2日間程度を雑草取りに費やしました)。同じように栽培していても、これだけ状況が異なるとは・・・要因は水位の管理の違いかもしれません。

雑草の除草が終わった圃場から、稲藁の「すき込み」を行いました(先日の氾濫によって多くの稲藁は流れてしまいましたが・・・)。

トラクターによるすき込み

 

この時期は、航空自衛隊の「入間航空祭」があります。ちょうど自宅周辺の上空が旋回する場所にあたるので、低空飛行するC-1輸送機やU-4支援機などをトラクターに乗りながら見学しました。

編隊を組むC-1輸送機