ドローン
第２回研究会終了
来年度に向けての準備が続き、ブログの更新頻度が少なくなっています．．．。今回は２月６日に実施した「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」の内容を紹介します。この研究会は昨年にも実施し，今回で第２回目となります。コロナ禍のためオンライン開催となりましたが、約80名の方々から事前登録がありました。ありがとうございます。
第２回研究会のポスター
この研究会は、 「学会」ではなく、実務レベル・技術的な課題などが議論できる場になればと考えているで、実際のドローンの運用や現場での問題など「学会」とは違った話を聞くことができます。講演には研究者だけではなく、各県の農試関係者、農機具、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。
私は、長年のモニタリングによって判明した「圃場内の生育バラつきと作土深の関係」について発表しました。生育のバラつきの要因を格安RTK-GNSSを用いて作成した作土深マップや空中写真判読による地形分類などの視点から探ってみました。
今年はコロナ禍で懇親会ができませんでしたが、来年以降この状況が落ち着くことを願っています。
ビニールハウスでドローン
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）
研究会終了
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。
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！！
機体（Kmap55）
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
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
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
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
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
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
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
ピンポイント投下機
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
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
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
P4pro+テスト飛行
Phantom４pro+を購入された先生の初フライトと機能確
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
Phantom４pro+
私のDJI歴は、Phantom１（2013年販売）が初めてになります。安定し
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
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
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
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！！