ドローン

ビニールハウスでドローン

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令和元年東日本台風(台風19号)による被災で多くの農機具が使用不能になってしまいましたが、国・県・市による補助金のおかげで今年の水稲栽培もできるようになりました。感謝です。ありがとうございます。

4月に入り、この地域の多くの農家さんが動き始めました。

私のところでは、まずは育苗用のビニールハウスの準備からです。昨年の台風による洪水によって,ハウス内の地面には、いたる所で凹凸が生じてしまいました。

昨年の反省から今年は、事前にビニールハウス内の凹凸マップを作成してみました。ポールカメラとドローンの両方で凹凸マップを作成しましたが、今回はドローンの方法を紹介します。大型ドローンではハウス内の飛行は危険ですが、今回は昨年発売された200g未満機ドローン「Mavic Mini(DJI)」を使いました。東京で積雪があった日でもMavic Miniによるハウス内の撮影は問題ありません。プロペラガードも付いているので、安心して飛ばせます。

Mavic Miniでハウス内をインターバル2秒で空撮

 

撮影した画像はSfM-MVS技術を用いて3Dモデルにします。さらに、このデータからビニールハウス内の高低差をcm単位で可視化できるので、この凹凸マップをベースに均平化を行います。ハウス内に重機を入れることは難しいので、トンボ・シャベルによる手作業で整地にします。マップがあるだけで均平作業も効率的に実施できます。

ドローンによるビニールハウス内の均平化

 

凹凸マップ(DSMの色は1cmごとに設定)

 

育苗用のビニールハウスの整地後は、種籾の塩水選・消毒(24時間薬液漬)です。濃度20%(約比重1.13)の塩水を種籾を投入し、実がつまった種子だけを選別します。選別した種籾を浸種し、約1週間後に種蒔きです。さらに1カ月後には田植えになりますが、それまでにコロナ禍が収束することを祈ります。

塩水で浮いている種子(この種子は移植には使いません)

 

【塩水選】

・種籾(16kg)、バケツ(40L)、塩(5kg)、ザル

 

【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)

 

 


研究会終了

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昨年末にご紹介した「スマート農業のためのリモートセンシング技術に関する研究会」(千葉大松戸キャンパス)は、50名以上を超える参加者がありました。ありがとうございました。

研究会の一コマ

 

研究者だけではなく、各県の農試関係者、ドローンやカメラのメーカ、すでに日本各地の農作物をモニタリングしているメーカなどの多くの方々に参加していただきました。午前中は水稲の発表を中心に、午後からは畑作のモニタリングについての話があり、いろいろ勉強になりました。私が行っているモニタリングは対地高度50mから撮影していますが、畑作のモニタリングでは約15~30mが中心でかなり高い解像度の画像を必要としている印象を受けました。

 

私からは「モニタリングの指標によく使われるNDVIはいつ計測すればいいのか?」を議題に発表しました。2019年に設置した地上センサおよびドローンを用いて上空から同時計測した結果から、生育ステージごとにNDVIを計測する最適な時間を提案しました。来場者の方も実際にNDVIを計測しているので、興味を持ってもらえた内容だったと思います。

また、休憩時間には横国大の濱くんから今話題となっている格安RTK-GNSSの作り方の紹介、私からはRTK-GNSSを用いたお手軽な作土深マップの作成などを紹介しました。

 

懇親会も含め、本当に有意義な議論や情報交換をすることができました。また、発表者および来場者のみなさんの(ドローンを用いた)スマート農業に対する熱意がビシビシ伝わってきました!!

来年もこのような研究会があるとうれしいですね.

 


機体(Kmap55)

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先日、DJI社からモニタリング用Phantom4(P4 Multispectral)の発売ニュースが流れました。カタログスペックではなく、実際に触れていろいろと知りたいのですが、機体価格約85万円と容易に手が届きそうにもないので、当面のところ様子を見ることにします。

このニュースをきっかけに、当ブログで紹介している運用機体を確認してみたら、古い情報のままでした。今回は現在運用している機体について紹介します。

ドローン水稲モニタリングの初年度はZION EX700(2013年秋導入)を使用していました。この機体はペラ4枚のクワッドコプターです。機体の底部分にはプロポで調整できるジンバルが搭載されているので、モニタリング以外にも空撮とかにも使っていました。

2年目以降からは自作ドローンに乗り換えています。高価なドローンではなかなかモニタリングが普及しにくいと思い、より安価で空撮できる機体へと方向性を変えました。現在でもこの方向性は変わっていません。私が実践しているドローン水稲モニタリングの基本コンセプトは「安全運用」、「低コスト」、「精確な生育状況の把握」です。「低コスト」で導入するためには、高価なドローンのコストを抑えなければなりません。自作ドローンといっても0から作るのではなく、ドローンに必要な部品を購入して自分で組み立てていきます。このあたりは現代農業の連載(2018年4月号2018年5月号)で紹介しています。部品リストはこちら

現在使用しているドローンは6つのペラのヘキサコプターです。水稲モニタリングに必要なものだけに特化しているため、ジンバルなど余計な部品は取り外して軽量化を図っています。以前、クワッドとヘキサの違いによる空撮画像の精度について検討してみたところ、ヘキサの方がブレの少ない結果が出ました。画像の品質確認方法についてはこちら

さらに、先日コンパスだけが不調になって使用していなかったGNSS(位置計測機能は何ら問題なし)を棚から取り出して、自作ドローンに取り付けました。GNSS2台体制にして、フライトの位置精度を向上させて運用しています。

2015年から運用している自作ドローン

(効率的に運用できるように少しずつ改善中)

 

ペイロードは約500gですが、モニタリングに特化すれば自作ドローンでも全く問題ありません。

 

 


ピンポイント投下機

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農業分野でのドローンの利活用のひとつに農薬・肥料散布が挙げられます。しかし、農薬・肥料を散布できるような大型ドローンは安くても100万円以上はします。第2種兼業農家の私としてはそのような資金もないので大型ドローンによる散布ではなく、いつも使っているモニタリング用のドローンのカメラ搭載部分を取り外して、ピンポイントに投下できる装置を考えました(紹介するのが遅くなりましたが・・・)。

通常使用しているモニタリング用のドローンのペイロードは約500gなので、その制限内で開発しなければなりません。

材料は自宅にあったCD‐Rのケースと使用していないサーボがベースになります。ピンポイント散布を考えているのは、初期除草剤である「コメットジャンボ」です。コメットジャンボの効果は300g/10aとなっており、30gずつに水溶性の袋でまとめられています。軽量である袋をドローンで運搬し、ピンポイントで投下できるようにします。

ピンポイント投下装置

本当に簡単な改造ですが、CD‐Rのケースから袋が落下できるように少し大きめの穴を開けます。また、内部は1袋ずつ落下できるように仕切りを設けます。仕切りの中心部の軸を360度回転できるようにサーボと連動するように接着させます。

通常、サーボは一定範囲の角度内で動作します。つまり、一方向を無限に回転することはできないようになっています。そこで、サーボを分解して、ストッパの部品を取り除き、その部分を接着剤で固定させると、一方向に回転するようになります。そして、回転スピードの調整はプロポ側で行ないます。参考サイト

まだ問題点が多々ありすぎて、5月の本番で使えるかわかりませんが、少しずつ改善していきます。

ちなみに、国土交通省航空局にオンライン申請した結果、2営業日で連絡をいただきました。資料の追加などのやり取りも含めて実質7営業日で申請が完了しました。航空法が改正した当初は1ヶ月間程度の時間は必要だと聞いていましたが、現在は自作機であっても特に問題なく迅速なやり取りが可能となっています。

 


夏の連続観測

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恒例となった夏の連続観測を8月4〜5日にかけて実施しました。2016年から実施している連続観測は今年も快晴になりました。主な観測項目は2016年から変わらず、日出から日没までの間を、ドローン(熱赤外・NDVI)と地上(気温など)で観測します。【参考】2016年の連続観測 ・ 2017年の連続観測

3年目にもなると観測の改善点がわかってきます。まず、今年の圃場内の気温を観測する装置(通風口)の改良です。昨年は塩ビのパイプにアルミ箔を巻きました。パイプの中にはファンを設置しましたが、ファンが大きいため、動かすための電力も多く必要となってしまいました。そこで、今年は細めの塩ビパイプを白く塗装し、さらに小型ファンを取り付けました。昨年よりレベルアップです。電源は小型の太陽光パネルからの給電で十分動作しました。これらは濱氏(千葉大)の自作です。さすがです!!

圃場内に設置した気温観測装置

 

ドローンによる観測は初年度から変更はありません。NDVIはYubaflex、熱赤外はF30です。

今年は、新たにイネの蒸散を調べるために、ポロメーター(Delta-T社:AP4)による観測を追加しました。吉田先生(横国大)にご協力いただきました。ありがとうございます。

ポロメーターによるイネの蒸散測定

 

ドローン、ポロメーターは2時間ごとにデータを取得しました。また、気温・CO2・日射量は観測前にセンサを設置して昼夜の連続観測になります。

今年は観測データが充実しました。その分、解析するのも時間がかかりそうです。

 


手のひらGR

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長年、手軽に持ち運べるドローンを作ろうと仲間うちで計画していたドローンがようやく完成しました。コードネームは「手のひらGR」です。

手のひらGR

 

開発当初からの計画は、モニタリングや地図作成で使う自律飛行機能を有して、Richo GR(約250g)を搭載できることが条件でした。

手のひらGR は、調査用のメイン機ではなく、何かしらのトラブルでメイン機が動かなくなった時に使用する予備機の位置付けになります。特に海外などの遠方でメイン機による撮影ができなくなった時には重宝するはずです。そのため、予備機が大きな荷物になってはいけません。

手のひらGRは、折り畳み式クワッドコプターになります。大きさは縦横19cm(対角で26cm)ですが、折り畳むと百均で購入したCDケースに収まります。

CDケースに格納した手のひらGR

 

手のひらGRは、モータとESCが一体となったものを使うことによって軽量化しています。また、ケーブルも少なくなるので本体がすっきりします。バッテリー込みで約500gとなり、Ricoh GRを搭載しなければ、10分程度は飛行できます。搭載した場合は5分ぐらいになります。

200g未満機であれば、申請なしでDID地区でも飛行できるのですが、さすがにこの条件をクリアするのはできませんでした。しかし、申請なしでDID地区も飛行できる新型KT 200(超軽量カメラで撮影)も先日完成しました。これについては、別の機会に紹介します。

手のひらGRは単純にフライトするのも楽しい機体です。機敏な動きができるので、中型や大型ドローンにはない魅力があります。ドローンレースの人気があるのも納得です。

下の動画は上空10mのWaypointを数点設定して、自律飛行をテストしたときの様子です。

手のひらGRの自律飛行

 

 


イネの大百科

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農山漁村文化協会から「イネの大百科」という本が出版されました。小学高学年〜高校が対象ということもあって、写真や図が多くまたカラーで掲載されています。内容もわかりやすくまとまっているので、勉強になります。

「省力化と水田フル活用 大規模化にむけた技術」のページでは、ドローンを使った生育調査ということで、私の写真を掲載してもらいました。ありがとうございます。

イネの大百科(引用:農山漁村文化協会サイト)

 


P4pro+テスト飛行

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Phantom4pro+を購入された先生の初フライトと機能確認を試験サイトで行いました。

自宅裏の圃場周辺はDID地区外となっているので、申請なしでフライトできます。そのため、思いたったらすぐにテストができる良さはあります・・・そのかわり職場までは片道2時間の小旅行です

Phantom4pro+

 

私のDJI歴は、Phantom1(2013年販売)が初めてになります。安定した飛行が簡単にできるので、ドローンの操縦の楽しさを覚えました。ただ、当時はオートパイロットの機材が技適を取得していなかったため、マニュアル飛行のみでした。測量やモニタリングなどではあらかじめ設定したコースに飛行して撮影しないと、精度の高いマップを効率的に作成することができません。そのため、当時からオートパイロットが可能な自作ドローン(APMやpixhawk)に進んで、現在に至ります。

P4のフライト機能はネットなどの情報で知っていましたが、現物のシステムを見て驚きました。ターゲットの追従など安定して25分近くフライトできるのは魅力的です!セカンド機として欲しい!

モニタリングしているドローンの上空からP4pro+で撮影してみました。見たことのない視点からの画像を見るのは楽しいですね

モニタリングしているドローン上空からの撮影

 

モニタリング中の様子

 

(追記:2018/07/13)

Phantom4pro+ ではサードパーティのアプリを使うことができません。そのため、地図作成やモニタリングに必要な自律飛行機能が使えないことがわかりました。Phantom4pro+ に標準搭載されている自律飛行の機能は使いづらく、地図作成やモニタリングには不向きでした。Phantom4pro+ でサードパーティのアプリを利用したい場合は、液晶ディスプレイが付いていないプロポを別途購入しなければなりません。プロポをダウングレードすれば、Phantom4pro+ でもサードパーティの自律飛行ツールが使えるみたいです。Phantom4pro+ と Phantom4pro の違いは、プロポに液晶ディスプレイが付いているかの違いです。地図作成やモニタリングなどに使用したいと考えている方は、Phantom4pro がお勧めです。

 


論文賞受賞

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2014年のモニタリング成果をまとめた「田中・近藤(2016):小型マルチコプターを用いた近接リモートセンシングによる水稲生育マップ作成」が日本リモートセンシング学会の論文賞を受賞しました。この研究が評価されたことは、大変うれしく思います。

 

2014年はモニタリング1年目ということもあり手探りな状態でしたが、自分のタイミングで上空から得られる情報に大きな可能性を感じました。現在は、モニタリング5年目ということもあって様々な問題点を改善する力もつき、安定した運用ができていると考えています。ただ、栽培に関しては自然の影響を大きく受けるので、わからないことも多々あり、日々勉強といった感じです。そこが農業の楽しさでもあるかもしれません。

ドローン水稲モニタリングを論文としてまとめるのがゴールではなく、モニタリングを長年継続して情報を蓄積することが美味しいお米の栽培につながると考えているので、これからも引き続き、頑張っていきます!!

 


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。