ドローン

NDVI & 温度観測

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昨年(8月6~7日)は試験サイトの圃場内の温度環境を把握するために、熱赤外カメラによる温度観測を行いました。今年も昨年同様の観測を千葉大学近藤研究室の濱さんと共同で、8月5日~6日(生育ステージは乳熟期)にかけてNDVI & 温度観測を実施しました。天気予報では曇一時雨となっており、観測は難しいかなぁと思っていましたが、2日間とも雨は降らず、無事に観測することができました。

昨年の観測結果からNDVIが高い箇所では群落表面温度の低温域となり、反対にNDVIが低い箇所では高温域となることがわかりました。また、群落表面温度のばらつきは玄米重量にも影響を及ぼすことが昨年の結果から示されています。

今年は出穂期から曇天が続き、日平均気温が27℃を超えた日はわずか3日(最大で28.2℃)です(8月6日時点)。そのため、2017年度産「どろーん米」は高温登熟障害の影響が小さいかもしれません。

【観測項目】
1)同一圃場内の生育状況が異なる2箇所で温湿度・CO2観測
・出穂期のNDVI分布を基に、NDVIが高い(草丈が高い)・NDVIが低い(草丈が低い)場所の2箇所に、観測機器を設置。


観測機器(温湿度・CO2

昨年の観測機器より耐久性等を増した装置を濱さんが作成しました。装置は塩ビ管(100mm)をアルミ箔で覆い、太陽光パネル+モバイルバッテリを電源にした通風機能を備えています。

 

2)熱赤外カメラによる群落表面温度観測
・昨年と同様に熱赤外カメラをドローンに搭載し、上空100mから2時間ごと(日の出~日の入りまで)に垂直撮影(地上分解能約30cm)。

上空100mからの温度観測画像(2017年8月5日12時撮影)

 

3)NDVI観測
・Yubaflexをドローンに搭載し、上空50mから2時間ごと(日の出~日の入りまで)に垂直撮影(地上分解能約2cm)。

SOLO(3DR社)

近未来的なデザインに仕上がっているSOLO(濱さん持参)にNDVI計測を担当してもらいました。SOLOは機底に付属のカメラが付いていないので、好きなカメラを搭載することができます。なお、ドローン業界の大きなシェアを占めているPhantomシリーズの場合は空撮用カメラが標準装備されているため、水稲モニタリングに適したカメラを後付けすることが難しくなっています。

SOLOについては濱さんのHPに情報が掲載されています。HPはこちら

今年も多くの観測データを取得することができたので、これから解析を行います。

 


モニタリングの現状と課題

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近年、日本の農業は農業用ロボットやICT技術を駆使して生育管理を行う精密農業の導入が各地で進んでいます。ドローン分野では、2016年に農薬散布ドローンが続々と農林水産航空協会の認定を受けており、2017年から各地で運用されている姿を見ることができると思います。また、これと同時にドローンを活用して、農作物の生育管理を行う会社も増えてきました。

従来、上空からの農作物モニタリングは、衛星・航空機(有人機)によるリモートセンシングが行われてきました。衛星による農作物モニタリングは一度に広範囲(約100kmの範囲)の情報を取得することができます。広範囲を管轄する組織であれば、有効なツールになります。実際に青森県では、「青天の霹靂」や「つがるロマン」はブランド化され,販売されています。

しかし、衛星モニタリングにも課題があります。

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温度観測

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近年、夏季における気温上昇にともなって、水稲の高温障害が問題となっています。
高温障害は白未熟粒(米が白く濁る)や胴割れ粒(亀裂が入る)などをもたらし、米の品質を大きく低下させます。米の品質が低下は、検査等級の低下やくず米の増加につながり、生産者にとって何ひとついいことはありません。

既往研究から、高温障害は出穂から登熟初期までの高温によって、米に障害がもたらされます。例えば、登熟期に27℃以上の日平均気温が続くと高温障害が発生し、白未熟粒が増加します。

そこで、今後の栽培において、高温障害に対応するためにも、まずは圃場内の温度環境を知る必要があります。
今回は千葉大学近藤研究室の学生さんと共同で、8月6日~7日(生育ステージは穂揃期)にかけて昼夜連続温度観測を実施しました。

ちなみに、試験サイトは埼玉県坂戸市に位置しているのですが、この地域は「あついぞ!熊谷」と同じぐらい夏季は高温になります。
最寄りのアメダスによる最高気温は6日36.6℃(猛暑日)、7日34.7℃(真夏日)となりました...

 

【観測項目】
1)圃場中央の温湿度観測
・高さの異なる2箇所に温湿度計を設置し、1分毎に記録。

温湿度観測
温湿度計設置

 

2)熱赤外カメラによる地表面温度観測
・熱赤外カメラをドローンに搭載し、上空100mから2時間ごとに垂直撮影(地上分解能約30cm)。
・改正航空法で夜間のドローン飛行は禁止されているので、夜間は自宅屋上から斜め撮影。

熱赤外カメラ例
ドローンによる地表面温度観測画像の例(2016年8月7日10時撮影)

 

3)NDVI
・近赤外カメラをドローンに搭載し、2時間ごとに撮影。

NDVI観測
ドローンによる近赤外撮影
(視線の先には、点のようなドローン)

 

現在、これらのデータを解析中ですが、いろいろと面白いことがわかってきました。

結果がまとまり次第、紹介します。

 

※今回の観測は自宅のガレージを拠点に実施したので、機材や食事などの融通が利き、無事に観測を終えることができました。

ガレージ

観測拠点
(ガレージ内に机や椅子、PC、バッテリ充電機、扇風機などを持ち込んで作業を実施)

 


圃場空撮動画(近赤外画像)

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前回に引き続き、今回は2016年7月16日に実施した近赤外のインターバル画像を動画にまとめてみました。

白く映っているところは、植生が活発になっているところです。

 

 


雑草抽出

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ドローン水稲モニタリングは試験サイト(約3反)の他にも行っています。
すぐ隣の圃場で大きさは約1反程度です。この圃場は試験サイトと全く同じ手法(肥料等も同じ)で栽培しています。

最近、小さい方の圃場では雑草が目立ち始めてきました。
小さい圃場も6月上旬に除草剤を散布しましたが、散布後に強風によって風下側に流されてしまいました。そのため、若干土壌が高いところでは雑草が発生してしまいました。
ちなみに、試験サイトは翌日(風が弱い)に散布したため、目立った雑草は発生していません。

下の写真は圃場内部に入って取り除いた雑草です。現在までにバケツ4杯分を除去しましたが、全く追いついていません。

雑草抜き

取り除いた雑草バケツ1杯分(作業着は泥だらけ)

 

今回はモニタリングによって雑草がどのように撮影されているかを紹介します。
下の画像は可視画像・近赤外画像・DSM(地表面の高さ:草高)になります。可視画像・近赤外画像において、雑草が発生している部分は周辺の水稲と比べると明らかに色が異なります。また、DSMで見ても水稲の草高より雑草は高くなっていることがわかります。

 

雑草抽出

図 雑草抽出位置(左:可視画像、中央:近赤外画像、右:DSM)

クリックすると大きい画像サイズで確認できます。

 

下の写真は雑草を抽出した場所を地上から撮影したものです。

 

タイヌビエ

タイヌビエ(雑草を見やすくするために画像を加工)

クサネム

クサネム(雑草を見やすくするために画像を加工)

以前、紹介した水稲株位置を用いれば水稲と雑草の区別ができるので、雑草の位置および生育状況の把握は可能だと思います。しかし、今回のように雑草が生育してしまうと、取り除くのはかなりの労力が必要となります。


圃場空撮動画

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2016年6月26日にモニタリングを実施したインターバル画像(可視画像)を動画にまとめてみました。

 

 


中干し確認

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先月の24日(金)から始めた中干し(10日経過)も順調に進み、地面にひびが入る程度になりました。

畦畔周辺は簡単に確認できるのですが、圃場の中央部は畦畔からの目視では判断できません。圃場内に立ち入れば確認できますが、あまり圃場内を荒らしたくもありません。

 

中干し畦道

畦畔から撮影した中干しの様子

今回は週一のドローンモニタリングに加えて、超低空(対地高度約5m)のマニュアル飛行で圃場内部の様子を撮影しました。

その結果、圃場内部も地面にひびが入っていることを確認できました。写真では、水稲の陰で見にくくなっていますが、条間にひびが入っていることがわかります。
今日で中干しは終了。明日からは間断潅水の水管理に移行です。

 

中干し終了

超低空撮影による圃場内部の中干しの様子

 


KT200 1号機

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先日、テストを行った「KT200」 0号機から、さらに部品の見直しや軽量化などを行った1号機を作成しました。主にフレームを大幅に見直しした結果、さらに重量を落とすことができました。

落とした分は、飛行時間に直結するバッテリーの容量アップに使います(2セル1300mAh)。

 

KT200_1号機

超軽量ドローン「KT200 1号機」

空撮に使用するカメラは、重量が軽いカメラに限られ、さらにインターバル機能を有していることが必要です。こういった条件からカメラを探していくとアクションカメラにたどり着きます。

今回使用したカメラは「GIT2」ですが、なんといっても価格が安く($160)、軽量(64g)です。それに加え、イメージセンサがSONY製の16MPといった高スペックです。ただ、超広角レンズなのが気になるところです。低空撮画像から3Dモデルを作成する際に、カメラおよびレンズの精度が成果を左右します。

今回はレンズも交換しました。カメラを分解して、交換するまでに1時間程度の作業量です。

 

カメラ改造

GIT2レンズの交換

いろいろとテストを行っているKT200ですが、日経新聞で紹介されました。

20160607_200gドローン日経記事


KT200

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昨年の航空法改正によって、空港周辺やDID地区(人口集中地区)および対地高度150m以上でのドローン飛行は原則禁止となりました。*国土交通大臣の許可または承認を受ければ、法規制の対象から外れます.

ただし、上記の法律では「200g未満の機体(バッテリーなど飛行に必要な部品を含む)」は規制の対象とはなりません。

そこで、1月から写真測量やモニタリングなどに用いるカメラを搭載できる200g未満機の製作を行ってきました。200g未満の機体はいろんなメーカから市販されていますが、基本は玩具扱いになっています。写真測量やモニタリングなどでは、あらかじめ設定した飛行ルートを自律飛行できる機能は重要です。いろいろと探してみたのですが、欲しい機体が見当たらなかったので、200g未満で自律飛行が可能な空撮用の機体を試作しました。

製作した200g未満の機体は「軽やかに飛ぶ」を捩って、KT200と呼ぶことにします。

下の写真は、KT200の飛行道具一式になります。機体のケースは100均で購入したタッパーです。通勤用のカバンにも収まるぐらいの大きさなので、持ち運びにはすごく便利です。

 

Kt200一式

 

この日は、KT200のハンドキャッチの練習をしました。機体の底には、GoPro3を取り付けて空撮のテストを行っています。

 

KT200ハンドキャッチ

 


サイト開設しました

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2014年から始めたドローン水稲モニタリングのサイトを開設しました。内容は徐々に増やしていきます。

当面は農作業の記録日誌的な役割です。

 

サイトアイコン