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High-precision yield prediction by fusing drone UAV images and crop growth model

融合无人机图像和作物生长模型进行高精度产量预测

基本信息

批准号：
21K14844
负责人：
LIM JIHYUN
金额：
$ 3万
依托单位：
National Agriculture and Food Research Organization
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14844/
关键词：
ドローン UAV 小型無人飛行機作物モデル

项目摘要

昨年度に続き、茨城県内の水稲（コシヒカリ）の慣行栽培圃場を対象とし，6月から8月までに計7回の現地調査を実施した。ドローン画像（RGB・マルチスペクトル）と生育データ（草高・LAI・地上部乾物重量など）（6回×各10地点）と収量データ（1回×各10地点）を収集した。なお、収集したサンプルにおける窒素分析はまだ行っていない。ドローン画像がら生育量を推定するため、本年度に収集したデータに昨年度と予備試験で得られたデータを加えて（n=135）、機械学習により水稲圃場の反射率画像から地上部乾物重量とLAIを推定するモデルを開発した。結果、地上部乾物重量が0.87（テストデータ）LAIが0.82（テストデータ）と高い推定精度が得られた。また、開発した推定モデルを撮影画像に適用して、圃場全体をLAI・地上部乾物重量を推定し時系列データを生成した。一方、この課題で使用しているドローンに搭載するマルチスペクトルカメラの特徴の把握する研究にも取り組んでいて、放射伝達モデルPROSAILにより異なるマルチスペクトルカメラ間で得られる反射率・植生指数の違いを比較するシミュレーション実験を行い、カメラ間の波長の違いが観測値に及ぼす影響を明らかにした。また、農業分野で広く使用される多眼式マルチスペクトルカメラ間に生じる位置ずれを補正するプログラムを開発し、単一シーンの画像でも一般仕様のPCを用いて解析が可能となる方法を提案した。

The field survey was carried out on 7 occasions from June to August last year in response to the traditional cultivation of rice in Ibaraki Prefecture. The drawings (RGB·Mallkut), fertility data (grass height·LAI·aboveground dry matter weight ∙)(6 rounds × 10 locations each) and photo data (1 round × 10 locations each) were collected. The analysis of the elements in the sample was carried out in the sample. This year's collection was increased by a preliminary test (n=135), and mechanical studies were conducted to estimate the dry weight of the ground. As a result, the weight of dry matter on the ground was 0.87 and the LAI was 0.82 and the estimation accuracy was high. For example, if you want to estimate the weight of dry matter on the ground, you can create a series of images. In this paper, the author studies the characteristics of the reflectance and vegetation index obtained from the study on the use of the reflectance and vegetation index, and compares the reflectance and vegetation index with the measurement value of the wavelength and the influence of the emission. A method for analyzing the possible applications of multiple-eye computer systems for agricultural applications is proposed, which is based on the position correction of multiple-eye computer systems for development and application analysis.