均平化

熱赤外カメラによる空撮

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少し前の話題になりますが、今年の農閑期(4月中旬)に熱赤外カメラによる空撮を実施しました。

熱赤外カメラはイネ群落の表面温度の連続観測(穂揃期)で使用しましたが、今回は圃場の地表面温度から土壌水分量および均平を把握できるのか観測してみました。

 

【圃場環境】

・田起しを行ってから、約1カ月経過 (試験サイトの隣(北側)の圃場も同時期に田起しを実施)

・熱赤外カメラによる空撮実施の前日に、数時間の降雨

 

オルソ画像(4月中旬)

 

熱赤外カメラ画像(4月中旬)

 

上記画像の拡大図

 

地表面温度は西側で相対的に高く、東側が低い結果となりました。特に中央部では温度が低くなっています。この部分を拡大してみると、田起し後に石拾いのために歩いた足跡周辺で地表面温度が低下していました。圃場を歩くと5cm程度は凹むので、熱赤外カメラはその影響までも観測できているのではないかと考えられます。また、西~東側に筋状に地表面温度が高くなっている場所は、昨年の収穫後に籾殻を撒いたところになります。ちなみに、隣(北側)の圃場は足跡もなく、地表面温度が一様な分布をしていることがわかりました。

わずかな環境の違いを捉えられる熱赤外カメラは有益なセンサであると実感しました。

 

上記の実験後に、トラクタによる均平化を行い、1週間後に再度空撮(可視光・熱赤外カメラ)を実施しました。

 

オルソ画像(5月上旬)

 

熱赤外カメラ画像(5月上旬)

 

トラクタによる均平化を行った後の均平精度は標準偏差1.5cmとなり、地表面温度のばらつきは前回の分布と異なる結果となりました。

西側にある給水口ではわずかな量の水が漏れ出していたため、地表面温度が低くなっています。オルソ画像では地表面の見た目の変化はありませんが、熱赤外ではちゃんと変化を捉えることができています。また、圃場の3辺(西側除く)にかけて温度が低い場所は、くろつけを行った際のトラクターの車輪跡になります。

今回の実験から熱赤外カメラを用いた観測は様々な現象を取得できるセンサとして有望なので、今後も継続して観測していく予定です。

 


代かき後のドローン計測(2017年)

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今年も代かき直後の圃場の高さをドローンを用いて計測しました。(参考:昨年の計測結果

代かき直後は泥水となっているので、泥が沈着するまでの2日間ほど時間を置いてから、落水および蒸発によって土壌が見える状態までにしてから計測します。

代かき後に湛水を行わず、ある程度水がなくなった状態(2017年5月18日撮影)

 

ドローン計測は圃場内の凹凸をどのぐらい均平化できたかを定量的に明らかにするのが目的です。また、代かき後に水を張った状態でもドローンによるDSM計測ができるか実験を行いました。

まず、代かき後に水がなくなって土壌が見えている場合のオルソ画像とDSM(陰影図)

2017年5月18日撮影

圃場の均平精度は、圃場内の高さを測定し、それらの結果から算出した標準偏差が均平精度を示します。この標準偏差の値が大きいと圃場内の凹凸のムラが大きくなります。

目標とする均平精度は、湛水直播や乾田直播などといった栽培方法によって異なります。農林水産省の資料によると、移植栽培の場合は標準偏差:1.8cm・最大高低差:9.0cmが目標値となっています。

今回の代かきによる均平精度は、標準偏差:1.3cm・最大高低差:6.9cm となり、今年の均平化も悪くない出来だと思います。(参考:2016年の均平精度 標準偏差:1.4cm・最大高低差:6.1cm)

代かき後は湛水状態にしなければいけませんが、今年も水を張らなかったので、近所のベテラン農家さんは心配していたそうです。ご迷惑をお掛けしました。m(_ _)m

水を張った状態でもドローンによる計測ができるか実験するために、水がない状態での空撮が終了直後に水を入れました。翌日には、2~3cm程度の深さで水が張った状態となります。

湛水状態(2017年5月19日撮影)

湛水状態でドローン計測して作成したオルソ画像とDSM(陰影図)

2017年5月19日撮影

 

この日の気象状態は、ほぼ無風で、時折微風によって水面が波を打つ程度でした。空撮時は全くの無風状態で絶好のデータ取得日でした。

水の透明度の高い箇所では底の土壌まではっきりと見ることができます。一方、泥水が撹拌してしまった箇所(圃場の西側)では土壌を見ることはできません。

これらのデータをSfM-MVS処理でオルソ画像・DSMを作成すると、泥水が撹拌している箇所ではマッチングが上手くいかず、ノイズとしてDSMの精度が落ちています。

下図は「湛水状態のDSM - 水のない状態のDSM」 の差分マップです。

 

湛水状態のDSM - 水のない状態のDSM マップ

泥水で底が見えなかった箇所でDSMが高い値(ノイズを含む)となったため、水の有無の差分で約10cmの差が生じました(圃場の西南側)。一方、透明度が高かった箇所では湛水状態のDSMが約2~3cmが高い結果となりました。

赤線部分の断面図

赤線部分の断面図の結果から、湛水状態のDSMが一定の高さを示していないので、水面の高さより圃場の高さが影響していると考えられます。水深や水の屈折率を用いて計算すれば、湛水状態でも圃場の高さを取得できる可能性があることが今回の実験でわかりました。

 

ただし、代かき後(湛水状態)に計測する場合、無風かつ泥が撹拌していない状態でないと精度の良いデータを取得することができないため、撮影条件は結構厳しいと思われます。

来年以降も代かき後は水がない状態で計測するのがベストなのかもしれません。

 


代かき(2017年)

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私の経験(短い期間ですが・・・)から収穫量・品質の向上には「均平化」は大切な作業だと思います。

今年も代かき前には、いろいろと圃場の均平化を試しましたが、容易に圃場内の土を移動できるのは代かきになります。

まずは、代かき前にドローンでDSMを計測し、凹凸マップを作成します。

代かき前の凹凸マップ(2017年)

高い(淡いピンク) ← 地表面の高さ → 低い(紺)

圃場の西(左)の中側が高くなっています。また、圃場の3辺の低い部分はくろつけを行った際のトラクターの車輪跡になります。

屋上から撮影した圃場(画像の上が北)

凹凸マップが示すように地表面がちょっとでも高いところ(数cmの差)は、水が溜まっていないことがわかります。

水が全体的に入ったら、代かきを行います。

圃場の凹凸を意識しながら、トラクターによる均平化

均平化後には、ドローンによる計測を実施します。


ポールカメラによる凹凸計測

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日本の農地上空には、送電線が多く存在しています。残念ながら、私の圃場上空にも送電線があります。

送電線の下にある圃場(紫線)

背景画像:地理院地図

そのため、送電線がある圃場では、安全面を考慮するとドローンによる水稲モニタリングを実施できません。上空からモニタリングできるツールは、ドローン以外にも高所作業車による撮影などがあります(サタケ:圃場生育診断システム「アグリビュー」)。ただ、零細農家にとってモニタリングのたびに高所作業車をレンタルすることはできません。

そこで、今回はポールカメラ方式を採用しました。

ポールカメラは中田ほか(2009)を参考にして、測量スタッフ(約7m)とRicho GR(インターバル間隔を5秒)を用意し、撮影を行います。

 

ポールカメラ撮影のイメージ(場所は圃場ではありませんが…)

 

7mのスタッフに約250gのカメラを取り付けると、スタッフはしなってしまい、上手く扱うには力が必要になります。また、風が吹くと測量スタッフがもっていかれてしまい、同じ場所にとどめるだけでも大変です…。

ポールカメラで撮影するためにはノウハウも必要ですが、改正航空法で飛行制限があるDID地区付近でもモニタリングできるので、ポールカメラは有効なツールだと思います。また、ポールカメラは墜落の心配もありません。

 

青い四角はポールカメラの撮影推定位置

ポールカメラによる3Dモデル(送電線下の圃場)

中田 高,渡辺満久,隈元 崇,後藤秀昭,西谷義数,桜井元康,川口 雄作:地形調査のための簡易高位置撮影装置 (Hi-View)の開発,活断層研究,31,pp.39-43,2009.

 


圃場均平化(2017年)

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以前、このブログでも紹介した「セミナー(ドローンの農業活用とセンシング・モニタリング技術)」も先日終了しました。

私の予想以上に多くの方々に受講していただき、ドローンによるモニタリングの注目の高さを実感しました。

セミナーでは、水稲以外にも畑作や果樹等に利用したいとの声がありました。いろいろと話をしていると、作物によって欲しい情報が異なり、その情報には需要があることを知ることができたので、私自身の勉強になりました。

 

3月に入ったので、そろそろ2017年度の栽培に向けて、圃場の均平化とドローン計測を実施しました。

 

ドローンによる計測

 

圃場の西中央部が高く、排水口がある東側が周囲に比べて低くなっているので、代かきを実施するまでの約2ヶ月間で地道に土を移動させ、均平化を目指します。

 

点群データを表示できるサイトがありましたので、ドローン計測に用いたデータをアップしました。

 

画像をクリックすると別サイトが開きます。

任意の地点から点群データを表示できるほかに、地点計測(高さも含む)や距離計測も行えます。ただし、計測機能はサイトに会員登録する必要があります。

 


代かき直後のDSM計測

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本来ならば代かきを終えたら、すぐに水を入れて湛水状態にします。

しかし、今回は代かきを行うことによって、どのぐらい圃場内の凸凹を均平にすることができたかを計測するために、あえて水を入れませんでした。

近所の農家さんからは不思議がられましたが...。

ドローンや地上レーザーを用いて、代かき直後のDSM計測は困難でした。なぜなら、圃場内に水を張ってしまうと、水の反射によって正確な高さが求めることができません。しかし、代かきでどのぐらい土壌を移動させ、均平化できたかを数値化してみたいと思い、代かきを実施してから水がなくなった3日目にドローンによるDSM計測を行いました。

 

代かき直後DSM

 

圃場の西側にある取水口側で圃場全体の平均高より約2cm高く、東側の排水口では約2cm低くなっていることがわかりました。水管理を考えると問題ない範囲と考えられます。

 

代かき直後オルソ画像

代かきを実施してから3日後に空撮し、作成したオルソ画像

代かき直後(地上撮影)

地上から撮影した代かき3日後の様子

例年は代かき後に雑草防除初期剤である農将軍フロアブル(3成分)を散布していましたが、今年から散布をやめました。

少しずつですが、農薬を減らす方針で「どろーん米」の栽培を行っていきたいと思います。

 

 


収穫・品質を左右する代かき

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今までのモニタリング結果から、代かきはその年の収穫量・品質を決める重要な作業になります。

代かき前にいろいろと圃場の均平化を試しましたが、圃場内の土を最も多く移動できるのは代かきになります。

今回はドローンで計測したDSMをもとに、まず「土寄せ」を行いました。

圃場の平均高より高い場所を中心に低い方へ...

 

代掻き1

 

ある程度の土寄せが終われば、いよいよ代かきです.

 

代掻き2

 

約3反の圃場にかかった時間は5時間(土寄せ+代かき)です。これでも自分の思い通りの結果にはなりませんでした。

 

代かき後の圃場にうつる夕日です。

次週は田植えになります。5月はいろいろと作業が続きます。

 

代掻き後

 


育苗用ビニールハウス

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塩水選が終えてからは、育苗用に使用しているビニールハウスの整備を行いました。

昨年、大雨による洪水によって土砂が流入し、地盤が凸凹な状態になってしまったので、近所の人たちと作業を行いました。

 

ビニールハウス

 


肥料混ぜ込み&ドローン計測

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前日に粒状の肥料を散布したので、トラクターを使って土に混ぜ込みを行いました。今回は作業深度は浅めの設定です。

トラクタの駆動時間は約2時間(約3反)でした。

その後、ドローンを用いてDSM計測を実施しました。圃場をマップ化することで、均平化作業の状況を確認できます。

ドローンの撮影時間は約5分、DSM・オルソ画像作成時間は約1時間程度です。

 

160410圃場

 


均平化(人力)

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トラクタで圃場の均平化を目指しても、なかなか思い通りにいきません。

今回は人力で圃場の均平化作業を行いました。移動できる土砂量はわずかですが、圃場の高さ(DSM)マップからピンポイントで高低差を均すことができます。

運動不足の体には、少々堪える作業でした...。

 

manpower