JP2017169511A - Apparatus for estimating normal stock ratio of agricultural crop, apparatus for predicting yield of agricultural crop, and method for estimating normal stock ratio of agricultural crop - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、農作物の収穫量予測(正常株率推定)技術に関する。 The present invention relates to a crop yield prediction (normal stock rate estimation) technique for crops.
農作物の供給量や価格は、天候などの影響により大きく変動することがある。例えば、需要者は、安定した農作物の調達を行うため、出荷量、価格、出荷日などについて事前に生産者と契約を交わす、契約取引を行っている。 Agricultural crop supply and prices can fluctuate significantly due to weather and other factors. For example, in order to procure stable farm products, a consumer makes a contract transaction in which a contract is made with a producer in advance regarding the shipping amount, price, shipping date, and the like.
しかしながら、契約生産者全体の生産量が予定した調達量に満たない場合は、需要者は海外から農作物を輸入するなどして、予定した数量に達するように農作物を別途調達しなければならない。従って、需要者は契約生産者の農作物の収穫量を精度よく予測し、別途調達する農産物の数量を適切に決定する必要がある。 However, if the production volume of the entire contract producer is less than the planned procurement amount, the consumer must procure crops separately to reach the planned quantity, for example, by importing crops from abroad. Accordingly, the consumer needs to accurately predict the crop yield of the contract producer and appropriately determine the quantity of agricultural products to be procured separately.
ところで、根菜類などのように、収穫部分が地中に生育する農作物の場合は、収穫前に圃場調査を行い、圃場内の欠株率や、一株当りの収穫部分の重量を調査することで、収穫量予測を行っていた。 By the way, in the case of crops where the harvested part grows in the ground, such as root vegetables, conduct a field survey before harvesting, and investigate the rate of stock loss in the field and the weight of the harvested part per share. So we were predicting the yield.
しかしながら、この方法による収穫量予測は、契約生産者の圃場が多数あり、かつ、広域に分散している場合などにおいて、手間がかかり非効率的である。また、圃場調査は圃場内の一部の区画でのみ行うため、欠株率や株当りの重量に圃場内でバラつきがあると、精度よく予測できないという問題がある。 However, yield prediction by this method is time consuming and inefficient when there are many fields of contract producers and they are distributed over a wide area. In addition, since the field survey is performed only in a part of the section of the field, there is a problem in that it cannot be accurately predicted if there is a variation in the stock loss rate or the weight per strain in the field.
このような問題を解決するため、人工衛星によるリモートセンシングで観測された衛星画像から農作物の収穫量を予測する方法が考えられている。 In order to solve such problems, a method for predicting the crop yield from satellite images observed by remote sensing using artificial satellites has been considered.
例えば、下記非特許文献1では、人工衛星によるリモートセンシングで観測された予測対象地域の衛星画像から、NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)などの植生指数を算出し、ある期間で累積したNDVIの値から当該地域における農作物の収穫量を予測している。
For example, in Non-Patent
また、下記特許文献1(例えば請求項6)に記載の植生生長分析システムでは、低解像度の衛星データ及び少数の高解像度の衛星データを用いて、NDVIなどの植生指数や植生生長曲線を補正する。これにより、植生指数に基づく収穫量予測の精度を向上することができる。 Further, in the vegetation growth analysis system described in Patent Document 1 (for example, claim 6), vegetation indices such as NDVI and vegetation growth curves are corrected using low-resolution satellite data and a small number of high-resolution satellite data. . Thereby, the accuracy of yield prediction based on the vegetation index can be improved.
下記非特許文献2では、圃場調査の結果を教師データとして、解像度衛星画像から農作物の病害の程度を推定する分類木を学習し、圃場内の推定された病害発生状況と実際の収穫量との関係を分析している。
In
特許文献1(たとえば請求項2)に記載の植生生長分析システムでは、倒伏、病虫害などの災害に対して、予め格納された過去の災害データを教師データとして、高次元分析モデルデータの各点群から災害ありデータと正常生長データを分ける閉曲面・線を学習する。これにより、衛星画像から対象植物の生長が正常か否かを判断することができ、その結果は収穫量予測に適用できる。 In the vegetation growth analysis system described in Patent Document 1 (for example, claim 2), each point cloud of the high-dimensional analysis model data is obtained by using past disaster data stored in advance as teacher data with respect to disasters such as lodging and diseases. To learn the closed surface / line that separates data with disaster from normal growth data. Thereby, it can be determined from the satellite image whether or not the growth of the target plant is normal, and the result can be applied to yield prediction.
しかしながら、非特許文献1や特許文献1に記載の技術では、地上部分の植生の情報のみから農作物の収穫量を予測している。そのため、欠株による収穫量の減少を早期に予測することが難しく、特に収穫部分が地中に生育する農作物では予測誤差が大きくなってしまうという問題がある。
However, in the techniques described in
また、非特許文献2や特許文献1に記載の方法では、分類モデルの学習用に教師データが必要となる。これらの文献では、欠株の推定の場合は、正常株もしくは欠株がラベリングされた衛星画像データを教師データとして、衛星画像データが正常株のものか欠株のものかを判別する分類モデルを学習する。
Further, in the methods described in
ここで、農作物の地上部分の植生は生育の段階に応じて異なる。そのため、同じ正常株であっても、生育の段階によって観測される衛星画像データは異なる。 Here, the vegetation of the above-ground part of the crop varies depending on the stage of growth. Therefore, even if the same normal strain is used, the observed satellite image data differs depending on the stage of growth.
したがって、生育の段階ごとに別の教師データを用意して分類モデルを学習する必要があるが、そのための教師データを実際の圃場調査や衛星画像の分析から十分な量だけ得るのは難しいという問題がある。 Therefore, it is necessary to prepare different teacher data for each stage of growth and learn the classification model. However, it is difficult to obtain a sufficient amount of teacher data for this from actual field surveys and satellite image analysis. There is.
本発明は、欠株による収穫量の減少を早期に予測し、農作物の収穫量を高い精度で予測することができる技術を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a technique capable of predicting a decrease in yield due to a lack of stock at an early stage and predicting a crop yield with high accuracy.
本発明の一観点によれば、農作物の正常株率を推定する正常株率推定装置であって、農作物の作付を一意に識別する作付IDと、作付が実施された圃場を一意に識別する圃場IDと、作付が開始された日付である作付開始日と、農作物を収穫し作付を終了する予定の日付である作付終了予定日と、が登録されている作付情報と、圃場ごとに、圃場の位置と形状とを表す情報が登録されている、圃場別GIS情報と、農作物の作付や生育の段階を表す生育ステージと、画像データ解析対象の生育ステージであるかどうかを表す情報と、が登録されている生育ステージ情報と、第一の解像度の画像を一意に識別する画像IDと、前記第一の解像度の画像を撮影した日付である画像撮影日と、前記第一の解像度の画像データ本体と、が登録されている第一の解像度の画像情報と、第二の解像度の画像を一意に識別する画像IDと、前記第二の解像度の画像を撮影した日付である画像撮影日と、前記第二の解像度の画像データ本体と、が登録されている第二の解像度の画像情報と、を格納する記憶装置と関連付けされており、入力装置から予測対象の作付IDを設定する予測対象作付設定部と、設定された前記作付IDに基づいて、前記作付情報と前記第一の解像度の画像情報とを参照して取得した、前記第一の解像度の画像データから、画像撮影日における予測対象作付の圃場の植生指数代表値を算出する画像データ分析部と、前記生育ステージ情報を参照して、前記植生指数代表値の時系列データに前記農作物の生育モデルを適合して推定植生指数代表値を計算する生育モデル適合部と、適合した前記農作物の生育モデルの変化率及び日数の少なくともいずれか一方から、作付開始日からの経過日数ごとに生育ステージを推定する生育ステージ推定部と、画像データ解析対象の生育ステージごとに、解析対象とする第二の解像度の画像データを選択する第二の解像度に対する画像データ選択部と、前記第二の解像度の画像における予測対象作付の圃場のピクセルごとに、前記解析対象とする前記第二の解像度の画像データから計算したピクセル別植生指数を結合して多次元ベクトルを算出する第二の解像度に対する画像データ分析部と、前記多次元ベクトルを当該ベクトルの値のみからクラスタリングにより分類し、得られたクラスタから正常株の部分のピクセルが分類されるクラスタを所定の条件により一つ以上特定し、圃場の全ピクセルに対する前記特定したクラスタに属するピクセルの割合から圃場内の正常株率を推定する正常株率推定部と、を有することを特徴とする正常株率推定装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided a normal stock rate estimation device for estimating a normal crop rate of a crop, a cropping ID for uniquely identifying crop cropping, and a field for uniquely identifying a cropped field The cropping information in which the ID, the cropping start date that is the date when cropping is started, and the cropping end date that is the date that crops are harvested and cropping is to be completed, Registered are GIS information for each field in which information representing the position and shape is registered, a growth stage representing the cropping and growing stages of the crop, and information representing whether or not the image data analysis target growth stage. Growth stage information, an image ID for uniquely identifying an image of the first resolution, an image shooting date that is a date when the image of the first resolution is shot, and an image data body of the first resolution And is registered Image information of the first resolution, an image ID that uniquely identifies the image of the second resolution, an image shooting date that is a date when the image of the second resolution is shot, and image data of the second resolution A main body and a storage device that stores image information of the second resolution in which the main image is registered, a prediction target cropping setting unit that sets a crop target ID of the prediction target from the input device, and the set Based on the cropping ID, referring to the cropping information and the image information of the first resolution, from the image data of the first resolution, the representative vegetation index value of the field to be predicted cropped on the image shooting date An image data analysis unit that calculates a growth model adaptation unit that refers to the growth stage information and calculates an estimated vegetation index representative value by adapting the growth model of the crop to the time series data of the vegetation index representative value; A growth stage estimation unit that estimates a growth stage for each elapsed day from the start date of cropping based on at least one of the change rate and the number of days of the adapted crop model, and analysis for each growth stage of the image data analysis target The image data selection unit for the second resolution that selects the image data of the second resolution to be the target, and the second pixel that is the analysis target for each pixel of the field to be predicted cropped in the image of the second resolution An image data analysis unit for a second resolution that calculates a multidimensional vector by combining pixel-specific vegetation indexes calculated from image data of a resolution of the above, and classifying the multidimensional vector by clustering from only the vector value. Identify one or more clusters in which the pixels of the normal strain are classified according to the specified conditions There is provided a normal stock rate estimation device comprising: a normal stock rate estimation unit that estimates a normal stock rate in a field from a ratio of pixels belonging to the specified cluster to all pixels.
上記の正常株率推定装置によれば、前記多次元ベクトルを当該ベクトルの値のみからクラスタリングにより分類し、正常株の部分のピクセルが分類されるクラスタを所定の条件により特定するため教師なし学習をすることができる。 According to the normal stock rate estimation apparatus, the multidimensional vector is classified by clustering from only the value of the vector, and unsupervised learning is performed in order to identify a cluster in which the pixels of the normal stock portion are classified according to a predetermined condition. can do.
また、前記第一の解像度は前記第二の解像度よりも低い解像度であることが好ましい。 前記正常株率推定部は、前記クラスタの中心点に対する条件から、正常株の部分のピクセルが分類されるクラスタを特定するようにすると良い。一例として、「植生停止」の生育ステージにおける植生指数の値が最も大きいckを選択することで、正常株のピクセルのクラスタを特定する方法を用いることができる。 The first resolution is preferably lower than the second resolution. The normal stock rate estimation unit may specify a cluster into which pixels of the normal stock portion are classified based on a condition with respect to the center point of the cluster. As an example, a method of specifying a cluster of normal strain pixels can be used by selecting ck having the largest vegetation index value in the growth stage of “vegetation stop”.
正常な株では、「植生停止」の生育ステージまで植生指数が増加していくのに対して、欠株部分では「植生増加」の生育ステージの途中から植生指数が増加しなくなる。また、株が作付されていない土壌部分は「定植直後」の生育ステージから継続して植生指数が低いままとなる。 In the normal strain, the vegetation index increases until the growth stage of “vegetation stop”, whereas in the lacking part, the vegetation index does not increase from the middle of the growth stage of “vegetation increase”. In addition, the vegetation index of the soil portion where the strain has not been planted continues from the growth stage “immediately after planting”.
前記植生指数代表値および前記ピクセル別植生指数はそれぞれNDVI、EVIまたはGRVIのいずれか、であることを特徴とする。 The vegetation index representative value and the vegetation index by pixel are each NDVI, EVI, or GRVI.
前記画像データ分析部は、前記第二の解像度の画像データから当該圃場の画像を抽出し、当該圃場の位置や向きが一致するように座標変換を行い、座標変換処理後の当該圃場の画像の各ピクセルPに対して、ピクセルPにおける植生指数VI(S,P)を計算することが好ましい。 The image data analysis unit extracts an image of the field from the image data of the second resolution, performs coordinate conversion so that the position and orientation of the field match, and outputs the image of the field after coordinate conversion processing. For each pixel P, it is preferable to calculate a vegetation index VI (S, P) at the pixel P.
本発明は、農作物の収穫量を予測する収穫量予測装置であって、上記に記載の正常株率推定装置と、少なくとも前記正常株率を説明変数に含む収穫量予測モデルで、予測対象作付の収穫量を予測する収穫量予測部と、を有する収穫量予測装置であっても良い。ここで、推定率は、欠株率でも良い。 The present invention is a yield predicting device for predicting the yield of agricultural products, the normal stock rate estimating device described above, and a yield predicting model including at least the normal stock rate as an explanatory variable. A yield predicting device having a yield predicting unit for predicting the yield may be used. Here, the estimated rate may be a stock loss rate.
前記生育ステージ情報に、生育度集計対象の生育ステージであるかどうかを表す情報が登録されており、さらに、生育度集計対象の生育ステージにおける予測対象作付の前記推定植生指数代表値を合計することで予測対象作付の推定生育度を計算する、生育度推定部を備え、前記収穫量予測部は、少なくとも前記推定生育度と前記正常株率を説明変数に含む収穫量予測モデルとに基づいて、予測対象作付の収穫量を予測することを特徴とする。ここで、前記推定植生指数代表値は、例えば、植生指数の中央値や最頻値、平均値などである。 In the growth stage information, information indicating whether or not the growth stage is a growth stage subject to growth aggregation is registered, and further, the estimated vegetation index representative value of the prediction target crop in the growth stage subject to growth aggregation is summed And calculating the estimated growth degree of the target crop in step, comprising a growth degree estimation unit, the yield prediction unit based on at least the estimated growth degree and the yield prediction model including the normal stock rate as an explanatory variable, It is characterized by predicting the yield of the target crop. Here, the estimated vegetation index representative value is, for example, a median value, a mode value, or an average value of the vegetation index.
本発明の他の観点によれば、農作物の正常株率を推定する正常株率推定方法であって、農作物の作付を一意に識別する作付IDと、作付が実施された圃場を一意に識別する圃場IDと、作付が開始された日付である作付開始日と、農作物を収穫し作付を終了する予定の日付である作付終了予定日と、が登録されている作付情報と、圃場ごとに、圃場の位置と形状とを表す情報が登録されている、圃場別GIS情報と、農作物の作付や生育の段階を表す生育ステージと、画像データ解析対象の生育ステージであるかどうかを表す情報と、が登録されている生育ステージ情報と、第一の解像度の画像を一意に識別する画像IDと、前記第一の解像度の画像を撮影した日付である画像撮影日と、前記第一の解像度の画像データ本体と、が登録されている第一の解像度の画像情報と、第二の解像度の画像を一意に識別する画像IDと、前記第二の解像度の画像を撮影した日付である画像撮影日と、前記第二の解像度の画像データ本体と、が登録されている第二の解像度の画像情報と、を格納する記憶装置の各情報を参照し、入力装置から予測対象の作付IDを設定する予測対象作付設定ステップと、設定された前記作付IDに基づいて、前記作付情報と前記第一の解像度の画像情報とを参照して取得した、前記第一の解像度の画像データから、画像撮影日における予測対象作付の圃場の植生指数代表値を算出する画像データ分析ステップと、前記生育ステージ情報を参照して、前記植生指数代表値の時系列データに前記農作物の生育モデルを適合して推定植生指数代表値を計算する生育モデル適合ステップと、適合した前記農作物の生育モデルの変化率及び日数の少なくともいずれか一方から、作付開始日からの経過日数ごとに生育ステージを推定する生育ステージ推定ステップと、画像データ解析対象の生育ステージごとに、解析対象とする第二の解像度の画像データを選択する第二の解像度に対する画像データ選択ステップと、前記第二の解像度の画像における予測対象作付の圃場のピクセルごとに、前記解析対象とする前記第二の解像度の画像データから計算したピクセル別植生指数を結合して多次元ベクトルを算出する第二の解像度に対する画像データ分析ステップと、前記多次元ベクトルを当該ベクトルの値のみからクラスタリングにより分類し、得られたクラスタから正常株の部分のピクセルが分類されるクラスタを所定の条件により一つ以上特定し、圃場の全ピクセルに対する前記特定したクラスタに属するピクセルの割合から圃場内の正常株率を推定する正常株率推定ステップと、を有することを特徴とする正常株率推定方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a normal stock rate estimation method for estimating a normal crop rate of a crop, and a crop ID that uniquely identifies crop cropping and a field on which cropping has been performed are uniquely identified. For each field, the field ID, the crop start date that is the date when the crop is started, and the crop end date that is the date that the crop is harvested and the crop is scheduled to end, GIS information by field, information indicating the cropping and growth stages of crops, and information indicating whether or not the image data analysis target growth stage is registered. Registered growth stage information, an image ID for uniquely identifying an image of the first resolution, an image shooting date that is a date when the image of the first resolution is shot, and image data of the first resolution The main unit is registered First resolution image information, an image ID that uniquely identifies the second resolution image, an image shooting date that is the date when the second resolution image was shot, and the second resolution image. A prediction target cropping setting step for setting the cropping ID of the prediction target from the input device with reference to each piece of information of the storage device that stores the image data of the second resolution in which the data body is registered Based on the cropping ID, the vegetation index of the field to be predicted cropped on the date of image capture from the image data of the first resolution acquired with reference to the cropping information and the image information of the first resolution An image data analysis step for calculating a representative value and a growth model that calculates an estimated vegetation index representative value by referring to the growth stage information and adapting the growth model of the crop to the time series data of the vegetation index representative value. A adapting step, a growing stage estimating step for estimating a growing stage for each elapsed day from the start date of cropping based on at least one of the change rate and the number of days of the growing model of the adapted crop, and a growing stage for image data analysis For each second image data selection step for selecting the second resolution image data to be analyzed, and for each pixel in the field of the prediction target cropping in the second resolution image, An image data analysis step for a second resolution for calculating a multidimensional vector by combining pixel-specific vegetation indices calculated from the image data of the second resolution, and clustering the multidimensional vector from only the value of the vector Classify the cluster where the pixels of the normal stock are classified from the obtained cluster. A normal strain ratio, wherein at least one normal strain is identified by a predetermined condition, and a normal stock rate estimation step for estimating a normal stock rate in the field from a ratio of pixels belonging to the identified cluster to all pixels of the field. A rate estimation method is provided.
本発明は、上記に記載の正常株率推定方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであっても良く、当該プログラムを記録するコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であっても良い。 The present invention may be a program for causing a computer to execute the normal stock rate estimation method described above, or a computer-readable storage medium for recording the program.
本発明によれば、欠株による収穫量の減少を早期に予測し、農作物の収穫量を高い精度で予測することができる技術を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the technique which can estimate the reduction | decrease in the yield by a lacking strain at an early stage, and can estimate the crop yield of a crop with high precision can be provided.
以下、本発明の一実施の形態による農作物の正常株率推定技術に基づく収穫量予測技術について、農作物として根菜類を例にし、図面を参照しながら詳細に説明を行う。但し、農作物は根菜類に限定されるものではない。 Hereinafter, a yield prediction technique based on a normal crop rate estimation technique for a crop according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, taking root vegetables as an example of the crop. However, the crops are not limited to root vegetables.
まず、本実施の形態による農作物の収穫量予測装置のシステム構成例について説明する。図1Aは、本実施の形態による収穫量予測装置Aの概略構成例を示す機能ブロック図である。図1Aに示すように、収穫量予測装置Aは、収穫量予測に利用する情報等を格納するデータベース1a、1b、1c、…を有するデータベース群1と、収穫量予測演算を行うための予測演算部Bと、これらを関連付けする例えばインターネットなどのネットワークNTとを有している。予測演算部Bは、各種インタフェース部Cと、制御部7と、演算処理を行うためのプログラムなどを記憶するメモリDとを有している。収穫量予測装置Aと予測演算部Bとは、例えばパーソナルコンピュータPCなどからなり、インターネットなどを介さない一体化した構成であっても良い。
First, a system configuration example of a crop yield prediction device according to the present embodiment will be described. FIG. 1A is a functional block diagram illustrating a schematic configuration example of a yield prediction apparatus A according to the present embodiment. As shown in FIG. 1A, the yield prediction apparatus A includes a
図1Bは、図1Aの構成例の、より詳細な構成例を示す機能ブロック図である。図1Bに示すように、本実施の形態による収穫量予測装置Aは、データベース群1に対応する補助記憶装置1と、各種インタフェース部Cに対応する、例えば、キーボードなどの入力装置3、ディスプレイなどの出力装置5と、中央演算装置(CPU)7を、含み、さらに、各種処理部をソフトウェア構成により実現するためのプログラムを記録する主記憶装置21を有する。各種処理部は、ハードウェア構成により構成されていても良い。
FIG. 1B is a functional block diagram illustrating a more detailed configuration example of the configuration example of FIG. 1A. As shown in FIG. 1B, the yield prediction device A according to the present embodiment includes an
より詳細には、主記憶装置21とCPU7とにより、以下のような各種処理部における処理を実現することができる。
More specifically, the main storage device 21 and the
尚、気象情報取得手段11は、インターネット等を介して、外部のシステムから気象予報を取得する。気象予報には、1か月予報や2か月予報などの長期予報を含む。また、気象情報取得手段11は、過去の気象観測結果(実績データ)も取得する。その詳細については後述する。 The weather information acquisition unit 11 acquires a weather forecast from an external system via the Internet or the like. The weather forecast includes long-term forecasts such as a one-month forecast and a two-month forecast. The weather information acquisition unit 11 also acquires past weather observation results (actual data). Details thereof will be described later.
≪各種情報≫
各種情報は、例えば、以下に説明するようなテーブル形式でメモリに格納されている。図2から図12までは、各種テーブルのデータ構成例を示す図である。
≪Various information≫
Various types of information are stored in the memory in a table format as described below, for example. 2 to 12 are diagrams showing examples of data structures of various tables.
<作付情報テーブル11−1>
図2に示すように、作付情報テーブル11−1は、少なくとも収穫量の予測対象となる作付の情報が登録されているテーブルである。
<Crop information table 11-1>
As illustrated in FIG. 2, the crop information table 11-1 is a table in which information on crops that are targets for at least yield prediction is registered.
例えば、以下のデータを格納する。
農作物の作付を一意に識別する作付ID、作付が実施された圃場を一意に識別する圃場ID、作付が開始された日付である作付開始日、農作物を収穫し作付を終了する予定の日付である作付終了予定日、当該作付において作付した株数である作付株数。
For example, the following data is stored.
The cropping ID that uniquely identifies the crop cropping, the field ID that uniquely identifies the cropping field, the cropping start date that is the date the cropping was started, and the date that the crop is to be harvested and the cropping is scheduled to end The planned end date of planting, the number of planted stocks that are the number of plants planted in the planting.
<圃場別GIS情報テーブル11−2>
図3に示すように、圃場別GIS情報テーブル11−2は、作付を実施している圃場の地図上の位置と形状とを表す情報が登録されているテーブルである。
<Field-specific GIS information table 11-2>
As shown in FIG. 3, the field-specific GIS information table 11-2 is a table in which information indicating the position and shape on the map of the field where cropping is being performed is registered.
例えば、以下のデータを格納する。
圃場ID、圃場の地図上の位置と形状を表す情報を格納したシェープファイル、当該圃場の面積。ここで、シェープファイルとは、圃場の形状をポリゴンで表現することができるデータ形式であり、座標系に経緯度を使用することで地図上での圃場の位置と形状とを表すことができる。圃場の面積は、単位面積当たりの収穫量を取得したいときに利用することができる。必要に応じて、事前にシェープファイルから面積を求めて登録しておいてもよい。
For example, the following data is stored.
A field ID, a shape file storing information representing the position and shape of the field on the map, and the area of the field. Here, the shape file is a data format in which the shape of the field can be expressed by polygons, and the position and shape of the field on the map can be expressed by using longitude and latitude as the coordinate system. The area of the field can be used when it is desired to obtain the yield per unit area. If necessary, the area may be obtained from the shape file and registered in advance.
<生育ステージテーブル11−3>
図4に示すように、生育ステージテーブル11−3は、農作物の各生育ステージとそれに付随する情報が登録されているテーブルである。
<Growth stage table 11-3>
As shown in FIG. 4, the growth stage table 11-3 is a table in which each growth stage of the crop and information accompanying it are registered.
例えば、以下のデータを格納する。
作付や生育の段階を表す、「定植直後」、「植生増加」、「植生停止」、「植生減少」などの生育ステージ、後述する生育度推定部において生育度を推定する際に、推定植生指数平均値の集計対象となる生育ステージかどうかを表す生育度集計対象であるか否かに関する情報、後述する高解像度画像データ選択部において高解像度画像を選択する際に、対象となる生育ステージかどうかを表す高解像度画像データ解析対象であるか否かに関する情報、後述する高解像度画像データ選択部において高解像度画像を選択する際に、作付開始日からの日数である経過日数をもとに、同一の生育ステージ内の複数の高解像度画像から解析対象の画像を選択するための、経過日数選択式等。
For example, the following data is stored.
Estimated vegetation index when estimating the degree of growth in the growth stage such as “immediately after planting”, “vegetation increase”, “vegetation stop”, “vegetation decrease”, etc. Information about whether or not it is a growth level target indicating whether or not it is a growth stage that is the target of aggregation of average values, whether or not it is a target growth stage when selecting a high-resolution image in the high-resolution image data selection section described later The same information based on the number of days that have elapsed since the start date of cropping when selecting a high-resolution image in the high-resolution image data selection unit to be described later. Elapsed days selection formula, etc. for selecting an image to be analyzed from a plurality of high resolution images in the growth stage.
尚、高解像度画像データ解析対象のカラムに“No”が登録されているレコードでは、経過日数選択式は登録しなくてよい。 It should be noted that the elapsed day selection formula need not be registered in a record in which “No” is registered in the column for high resolution image data analysis.
経過日数選択式の例として、以下の式を用いることができる。ここで、Sは生育ステージ、DSTART(S) は生育ステージSの最初の経過日数、DEND(S) は生育ステージSの最後の経過日数、{ Dn(S) }n=1,…,N は高解像度画像が取得可能な生育ステージSの経過日数であり、DSTART(S) ≦ Dn(S) ≦ DEND(S) を満たすものとする。 As an example of the elapsed days selection formula, the following formula can be used. Here, S is the growth stage, D START (S) is the first elapsed day of the growth stage S, D END (S) is the last elapsed day of the growth stage S, {D n (S)} n = 1,. , N is the number of days of the growth stage S at which a high-resolution image can be acquired, and satisfies D START (S) ≦ D n (S) ≦ D END (S).
ここで、式(1)は、高解像度画像が取得可能な生育ステージSの経過日数から、最も時期が早いものを選択する式である。 Here, Expression (1) is an expression for selecting the earliest time from the elapsed days of the growth stage S where a high-resolution image can be acquired.
式(2)は、高解像度画像が取得可能な生育ステージSの経過日数から、生育ステージS におけるちょうど半分の経過日数である (DEND(S) - DSTART(S)) / 2 に最も近いものを選択する式である。式(3)は、高解像度画像が取得可能な生育ステージSの経過日数から、最も時期が遅いものを選択する式である。 Equation (2) is the closest to (D END (S)-D START (S)) / 2, which is exactly half the elapsed days in the growth stage S from the elapsed days in the growth stage S where high-resolution images can be acquired. It is an expression that selects things. Expression (3) is an expression for selecting the latest one from the elapsed days of the growth stage S where a high-resolution image can be acquired.
<低解像度(第1の解像度)画像情報テーブル11−4>
図5に示すように、低解像度画像情報テーブル11−4は、収穫量予測に使用する低解像度の衛星画像の情報が登録されているテーブルである。
<Low Resolution (First Resolution) Image Information Table 11-4>
As shown in FIG. 5, the low resolution image information table 11-4 is a table in which information on low resolution satellite images used for yield prediction is registered.
例えば、以下のデータを格納する。
低解像度画像を一意に識別する低解像度画像ID、低解像度画像を撮影した日付である画像撮影日、低解像度画像データ本体のファイルである画像ファイル。
For example, the following data is stored.
A low resolution image ID that uniquely identifies the low resolution image, an image shooting date that is the date when the low resolution image was shot, and an image file that is a file of the low resolution image data body.
尚、衛星画像には、Landsatなど、農作物、特に地表に現れる葉を検出可能な可視光と近赤外線とのバンドを含むマルチスペクトルの観測衛星センサーで取得されたものであり、かつ、圃場が識別できる程度の解像度で取得されたものを使用する。但し、衛星画像の種類は、実際には、解像度が低いものに限定しなくても良い。 The satellite image is obtained by a multispectral observation satellite sensor including a band of visible light and near-infrared light that can detect crops, particularly leaves appearing on the ground surface, such as Landsat, and the field is identified. Use what was acquired at a resolution that is possible. However, the type of satellite image does not have to be limited to a low resolution actually.
<高解像度(第2の解像度)画像情報テーブル11−5>
図6に示すように、高解像度画像情報テーブル11−5は、収穫量予測に使用する高解像度の衛星画像の情報が登録されているテーブルである。
<High Resolution (Second Resolution) Image Information Table 11-5>
As shown in FIG. 6, the high resolution image information table 11-5 is a table in which information on high resolution satellite images used for yield prediction is registered.
例えば、以下のデータを格納する。
高解像度画像を一意に識別する高解像度画像ID、高解像度画像を撮影した日付である画像撮影日、高解像画像データ本体のファイルである画像ファイル。
For example, the following data is stored.
A high resolution image ID that uniquely identifies a high resolution image, an image shooting date that is the date when the high resolution image was shot, and an image file that is a file of the high resolution image data body.
衛星画像は、GeoEyeなど、可視光と近赤外線のバンドを含むマルチスペクトルの観測衛星センサーで取得されたもので、かつ圃場内の正常株と欠株の状況が推定できるよう、一つのピクセル内で観測される株数がなるべく少ないものを使用する。ただし、衛星画像の種類は同様に限定しない。 Satellite images were acquired with multispectral observation satellite sensors including visible and near-infrared bands, such as GeoEye, and within one pixel so that the status of normal and missing strains in the field can be estimated. Use as few strains as possible. However, the types of satellite images are not limited in the same manner.
ここで、低解像度と高解像度との区別は、相対的な解像度の違いによるものであり、絶対的な解像度により利用可能な衛星画像を限定するものではない。さらに、低解像度衛星画像には高解像度衛星画像と同一の観測衛星センサーで取得された画像を用いてもよい。 Here, the distinction between the low resolution and the high resolution is based on a difference in relative resolution, and the available satellite images are not limited by the absolute resolution. Furthermore, an image acquired by the same observation satellite sensor as the high-resolution satellite image may be used as the low-resolution satellite image.
<作付別植生指数テーブル11−6>
図7に示すように、作付別植生指数テーブル11−6は、作付ごと、作付開始日からの経過日数ごとに、圃場の植生指数平均値の情報を登録するテーブルである。
<Vegetation index table 11-6 by cropping>
As shown in FIG. 7, the vegetation index table 11-6 according to cropping is a table for registering information on the vegetation index average value of the field for each cropping and for each elapsed day from the cropping start date.
例えば、以下のデータを格納する。
作付ID、当該作付の作付開始日からの経過日数、植生指数平均値、後述する低解像度画像データ分析部で計算された、当該経過日数における当該圃場の推定植生指数平均値、後述する生育ステージ推定部により推定された、当該作付の当該経過日数における生育ステージ、後述する高解像度画像データ選択部により登録された、当該経過日数における当該圃場を含む高解像度画像の高解像度画像ID、高解像度画像データ選択部により登録された、当該高解像度画像を後述する高解像度画像データ分析部で使用するかどうかを表す、高解像度画像選択フラグ。
For example, the following data is stored.
Planting ID, number of days elapsed from the planting start date of the planting, average vegetation index, estimated vegetation index average of the field in the elapsed days calculated by the low-resolution image data analysis unit described later, growth stage estimation described later The high-resolution image ID and high-resolution image data of the high-resolution image including the field in the elapsed days registered by the later-described high-resolution image data selection unit, which is described later. A high-resolution image selection flag indicating whether or not the high-resolution image registered by the selection unit is used in a high-resolution image data analysis unit described later.
当該経過日数における当該圃場を含む低解像度画像が取得できない場合は、当該レコードの植生指数平均値は登録されない。また、当該経過日数における当該圃場を含む高解像度画像が取得できない場合は、当該レコードの高解像度画像IDは登録されない。さらにその場合、高解像度画像選択フラグも登録しない。 When the low resolution image including the field in the elapsed days cannot be acquired, the vegetation index average value of the record is not registered. Further, when a high-resolution image including the field in the elapsed days cannot be acquired, the high-resolution image ID of the record is not registered. In that case, the high-resolution image selection flag is not registered.
<推定生育度テーブル11−7>
図8に示すように、推定生育度テーブル11−7は、収穫部分の推定生育度の情報が登録されるテーブルである。
<Estimated growth degree table 11-7>
As shown in FIG. 8, the estimated growth degree table 11-7 is a table in which information on the estimated growth degree of the harvested portion is registered.
例えば、以下のデータを格納する。
作付ID、後述する生育度推定部により推定された、当該作付の推定生育度。
For example, the following data is stored.
Cropping ID, estimated growing degree of the planting estimated by the growing degree estimating unit described later.
<ピクセル別分析結果テーブル11−8>
図9に示すピクセル別分析結果テーブル11−8は、作付ごと、ピクセルごと、高解像度画像データ解析対象の生育ステージごとに、ピクセル別植生指数の情報が登録されるテーブルである。
<Pixel analysis result table 11-8>
The pixel-by-pixel analysis result table 11-8 illustrated in FIG. 9 is a table in which information on the vegetation index by pixel is registered for each cropping, for each pixel, and for each growth stage for high-resolution image data analysis.
例えば、以下のデータを格納する。
作付ID、当該圃場の高解像度画像におけるピクセルを一意に識別するピクセルID、高解像度画像データ解析対象の生育ステージごとに、高解像度画像データ分析部により分析されたピクセル別植生指数。尚、高解像度画像データ解析対象の生育ステージが複数ある場合は、その数だけ植生指数を登録する列が用意される。
For example, the following data is stored.
A cropping ID, a pixel ID for uniquely identifying a pixel in a high-resolution image of the field, and a vegetation index for each pixel analyzed by the high-resolution image data analysis unit for each growth stage to be analyzed for high-resolution image data. When there are a plurality of growth stages subject to high-resolution image data analysis, columns corresponding to the number of vegetation indexes are prepared.
<推定正常株率テーブル11−9>
図10に示すように、推定正常株率テーブル11−9は、作付ごとに、圃場内の正常株率の推定値の情報が登録されるテーブルである。
<Estimated normal stock ratio table 11-9>
As shown in FIG. 10, the estimated normal stock rate table 11-9 is a table in which information on the estimated value of the normal stock rate in the field is registered for each crop.
例えば、以下のデータを格納する。
作付ID、正常株率推定部により推定された推定正常株率。
For example, the following data is stored.
Cropping ID, estimated normal stock rate estimated by the normal stock rate estimation unit.
<予測収穫量テーブル11−10>
図11に示すように、予測収穫量テーブル11−10は、予測対象となる作付ごとに、予測収穫量の情報が登録されるテーブルである。
<Predicted yield table 11-10>
As shown in FIG. 11, the predicted yield table 11-10 is a table in which information on the predicted yield is registered for each crop that is a prediction target.
例えば、以下のデータを格納する。
作付ID、圃場ID、作付開始日、当該作付の収穫が予定されている日付である収穫予定日、後述する収穫量予測部により予測された予測収穫量。
For example, the following data is stored.
A cropping ID, a field ID, a cropping start date, a planned harvest date that is a date on which the crop is scheduled to be harvested, and a predicted harvest amount predicted by a harvest amount prediction unit described later.
<実績収穫量テーブル11−11>
図12に示すように、実績収穫量テーブル11−11は、過去の作付における実績収穫量の情報が登録されているテーブルである。
<Achievement yield table 11-11>
As shown in FIG. 12, the actual yield table 11-11 is a table in which information on the actual yield in past cropping is registered.
例えば、以下のデータを格納する。
作付ID、圃場ID、作付開始日、当該作付の収穫が実施された日付である収穫実施日、当該作付の収穫量の実績値である実績収穫量。
For example, the following data is stored.
The cropping ID, the field ID, the cropping start date, the harvesting date that is the date on which the crop was harvested, and the actual yield that is the actual value of the crop yield.
次に、全体処理部と各処理部の処理等について説明する。
≪処理の説明≫
<全体処理>
図13は、本実施の形態による農作物の収穫量予測処理の流れを示すフローチャート図である。図1B等も参照しながら説明を行う。
Next, the overall processing unit and the processing of each processing unit will be described.
≪Description of processing≫
<Overall processing>
FIG. 13 is a flowchart showing the flow of crop yield prediction processing according to the present embodiment. The description will be made with reference to FIG.
(ステップS1) 予測対象作付設定部21−1は、入力装置3を介して操作された予測対象作付の作付IDを設定する。
(Step S <b> 1) The prediction target cropping setting unit 21-1 sets the cropping ID of the prediction target cropping operated via the
(ステップS2) 低解像度画像データ分析部21−2は、低解像度画像情報テーブル11−4に登録された低解像度画像データから、当該画像データの画像撮影日における予測対象作付の圃場の植生指数平均値を算出し、作付別植生指数テーブル11−6に登録する。尚、平均値を用いるのは一例であり、その他の統計処理に基づく代表値を用いても良い。以下の処理においても同様である。 (Step S2) The low resolution image data analysis unit 21-2 averages the vegetation index of the field with the prediction target cropping on the image shooting date of the image data from the low resolution image data registered in the low resolution image information table 11-4. The value is calculated and registered in the vegetation-specific vegetation index table 11-6. The average value is used as an example, and a representative value based on other statistical processing may be used. The same applies to the following processing.
(ステップS3) 生育モデル適合部21−3は、植生指数平均値の時系列データに、植生指数の日々の変化を表す曲線である生育モデルを適合し、適合した値である推定植生指数平均値を計算して、作付別植生指数テーブル11−6に登録する。 (Step S3) The growth model adaptation unit 21-3 adapts the growth model, which is a curve representing the daily change of the vegetation index, to the time-series data of the vegetation index average value, and the estimated vegetation index average value that is the adapted value Is calculated and registered in the vegetation-specific vegetation index table 11-6.
(ステップS4) 生育ステージ推定部21−4は、適合した生育モデルの変化率及び/または日数から、作付開始日からの経過日数ごとに、予測対象作付の生育ステージを推定し、作付別植生指数テーブル11−6に登録する。 (Step S4) The growth stage estimation unit 21-4 estimates the growth stage of the target crop for each elapsed day from the start date of cropping based on the change rate and / or the number of days of the adapted growth model, and the vegetation index classified by cropping Register in Table 11-6.
(ステップS5) 生育度推定部21−5は、生育ステージテーブル11−3から、生育度集計対象の生育ステージを取得し、作付別植生指数テーブル11−6から予測対象作付の推定植生指数平均値と生育ステージとを取得し、生育度集計対象の生育ステージに該当する予測対象作付の推定植生指数平均値を合計することで、予測対象作付の推定生育度を計算し、推定生育度テーブル11−7に登録する。 (Step S5) The growth degree estimation unit 21-5 acquires the growth stage as the growth degree target from the growth stage table 11-3, and the estimated vegetation index average value of the prediction target cropping from the vegetation-specific vegetation index table 11-6. And the growth stage, and the estimated growth degree of the target planting is calculated by summing the estimated vegetation index average value of the target planting corresponding to the growth stage subject to the growth degree calculation target, and the estimated growth degree table 11- 7 is registered.
(ステップS6) 高解像度画像データ選択部21−6は、高解像度画像情報テーブル11−5に登録された高解像度画像から、予測対象作付の圃場を含む高解像度画像を抽出し、生育ステージテーブル11−3に予め登録された経過日数選択式に基づき、予測対象作付ごと、高解像度画像データ解析対象の生育ステージごとに、解析対象とする高解像度画像データを選択し、作付別植生指数テーブル11−6に登録する。 (Step S6) The high-resolution image data selection unit 21-6 extracts a high-resolution image including the farm field with the prediction target crop from the high-resolution image registered in the high-resolution image information table 11-5, and the growth stage table 11 Based on the elapsed days selection formula registered in -3 in advance, the high resolution image data to be analyzed is selected for each prediction target cropping and for each growth stage of the high resolution image data analysis target, and the vegetation index table 11-by cropping Register to 6.
(ステップS7) 高解像度画像データ分析部21−7は、解析対象とする高解像度画像データから当該圃場の画像を抽出し、当該圃場の位置が一致するように座標変換を実行し、当該圃場のピクセルごとに、解析対象とする高解像度画像データから計算したピクセル別植生指数を結合して多次元ベクトルを算出し、ピクセル別分析結果テーブル11−8に登録する。 (Step S7) The high resolution image data analysis unit 21-7 extracts the image of the field from the high resolution image data to be analyzed, performs coordinate conversion so that the position of the field matches, For each pixel, a multidimensional vector is calculated by combining the vegetation index for each pixel calculated from the high-resolution image data to be analyzed, and registered in the pixel-by-pixel analysis result table 11-8.
(ステップS8) 正常株率推定部21−8は、多次元ベクトルをクラスタリングによる教師なし学習で分類することで正常株の部分のピクセルを抽出し、圃場の全ピクセルに対する抽出したピクセルの割合から圃場内の正常株率を推定し、推定正常株率テーブル11−9に登録する。
ここで、正常株率に加えて或いは正常株率に代えて、欠株率を求めることもできる。
(Step S8) The normal stock rate estimation unit 21-8 extracts the pixels of the normal stock portion by classifying the multi-dimensional vectors by unsupervised learning by clustering, and calculates the field from the ratio of the extracted pixels to all the pixels of the field. The normal stock rate is estimated and registered in the estimated normal stock rate table 11-9.
Here, in addition to the normal stock rate or in place of the normal stock rate, the missing stock rate can also be obtained.
(ステップS9) 収穫量予測部21−9は、少なくとも推定生育度と正常株率を説明変数に含む収穫量予測モデルで予測対象作付の収穫量を予測し、予測収穫量を予測収穫量テーブル11−10に登録する。 (Step S9) The yield predicting unit 21-9 predicts the yield of the crop to be predicted using a yield prediction model including at least the estimated growth degree and the normal stock rate as explanatory variables, and the predicted yield is calculated in the predicted yield table 11. Register at -10.
(ステップS10) 予測収穫量出力部21−10は、予測収穫量テーブル11−10に登録された予測収穫量を取得し、出力装置5に表示させる。
(Step S <b> 10) The predicted yield output unit 21-10 acquires the predicted yield registered in the predicted yield table 11-10 and displays it on the
次に、各処理部における処理例について詳細に説明する。
<低解像度画像データ分析部21−2における処理(図14)>
ステップS2は、詳細には、以下の処理を含む。
Next, a processing example in each processing unit will be described in detail.
<Processing in Low Resolution Image Data Analysis Unit 21-2 (FIG. 14)>
Step S2 includes the following processing in detail.
(ステップS2−1) 低解像度画像データ分析部21−2は、作付情報テーブル11−1から、予測対象作付の作付IDをキーとして、予測対象作付の圃場IDと作付開始日DSTARTを取得する。 (Step S2-1) The low-resolution image data analysis unit 21-2 obtains the field ID of the prediction target crop and the crop start date D START from the cropping information table 11-1 using the cropping ID of the prediction target cropping as a key. .
(ステップS2−2)圃場別GIS情報テーブル11−2から、予測対象作付の圃場IDをキーとして、当該圃場のGIS情報を格納したシェープファイルを取得する。ここで、前述の通り、シェープファイルとは、圃場の形状をポリゴンで表現することができるデータ形式であり、座標系に経緯度を使用することで地図上での圃場の位置を表すことができる。シェープファイルを用いることで、衛星画像に当該圃場の画像が含まれているか否かを判定したり、衛星画像から当該圃場の画像を抽出したりすることができる。 (Step S2-2) The shape file storing the GIS information of the field is acquired from the field-specific GIS information table 11-2 using the field ID of the crop to be predicted as a key. Here, as described above, the shape file is a data format in which the shape of the field can be expressed by polygons, and the position of the field on the map can be expressed by using longitude and latitude as the coordinate system. . By using the shape file, it is possible to determine whether the image of the field is included in the satellite image, or to extract the image of the field from the satellite image.
(ステップS2−3) 低解像度画像情報テーブル11−4に登録されている全ての低解像度画像について低解像度画像データ分析処理が完了しているか否かを判定する。完了していない場合、ステップS2−4に進む。完了している場合、低解像度画像データ分析部21−2の処理を終了する。 (Step S2-3) It is determined whether or not the low resolution image data analysis processing has been completed for all the low resolution images registered in the low resolution image information table 11-4. If not completed, the process proceeds to step S2-4. If completed, the processing of the low resolution image data analysis unit 21-2 is terminated.
(ステップS2−4) 低解像度画像情報テーブル11−4に登録されている次の低解像度画像データの低解像度画像IDを取得する。 (Step S2-4) The low resolution image ID of the next low resolution image data registered in the low resolution image information table 11-4 is acquired.
(ステップS2−5) 低解像度画像IDをキーとして、低解像度画像情報テーブル11−4から、当該画像の画像撮影日DIMAGEを取得し、D=DIMAGE −DSTART+1により作付開始日からの経過日数Dを算出する。 (Step S2-5) The image shooting date D IMAGE of the image is acquired from the low resolution image information table 11-4 using the low resolution image ID as a key, and D = D IMAGE -D START +1 Elapsed days D are calculated.
(ステップS2−6) 低解像度画像IDをキーとして、低解像度画像情報テーブル11−4から低解像度画像ファイルを取得し、シェープファイルを用いて、当該低解像度画像ファイルに当該圃場の画像が含まれているか否かを判定する。
作付開始日からの経過日数D≧1、かつ、当該低解像度画像ファイルに当該圃場の画像が含まれている場合(yes)、ステップS2−7に進む。そうでない場合(no)、ステップS2−3に戻る。
(Step S2-6) A low resolution image file is acquired from the low resolution image information table 11-4 using the low resolution image ID as a key, and the image of the field is included in the low resolution image file using a shape file. It is determined whether or not.
If the number of days D ≧ 1 from the cropping start date and the image of the field is included in the low-resolution image file (yes), the process proceeds to step S2-7. Otherwise (no), the process returns to step S2-3.
(ステップS2−7) 当該低解像度画像ファイルから、前記シェープファイルを用いて、当該圃場の画像を抽出する。 (Step S2-7) The image of the field is extracted from the low-resolution image file using the shape file.
(ステップS2−8) 前記当該圃場の画像に対して、ピクセルごとに植生指数を算出して平均し、植生指数平均値VIを計算する。 (Step S2-8) A vegetation index is calculated and averaged for each pixel with respect to the image of the field, and a vegetation index average value VI is calculated.
植生指数としては、一例として、NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)を使用することができる。ピクセルPにおける近赤外線と可視光赤の反射率を、それぞれ ρNIR(P)およびρRED(P)としたとき、ピクセルPにおけるNDVIは、以下の数式により算出する。 As an example of the vegetation index, NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) can be used. When the near-infrared reflectance and visible light red reflectance at the pixel P are ρ NIR (P) and ρ RED (P), respectively, NDVI at the pixel P is calculated by the following equation.
さらに、当該圃場の画像がピクセルP1, … , PN から構成される場合、植生指数平均値VIは以下の数式で算出する。 Furthermore, when the image of the field is composed of pixels P 1 ,..., P N , the vegetation index average value VI is calculated by the following formula.
その他の植生指数の例として、以下の数式で定義されるEVI (Enhanced Vegetation Index)およびGRVI(Green-Red Vegetation Index)がある。ここで、ρGREEN(P) と ρBLUE(P) はそれぞれピクセルPにおける可視光緑と可視光青の反射率、C1、C2、Lはそれぞれ定数である。 Other examples of vegetation indices include EVI (Enhanced Vegetation Index) and GRVI (Green-Red Vegetation Index) defined by the following formulas. Here, ρ GREEN (P) and ρ BLUE (P) are reflectances of visible light green and visible light blue at the pixel P, respectively, and C 1 , C 2 , and L are constants.
EVIは大気や背景土壌の影響を補正した指標である。NDVIに比べて密度の高い植生に対する感度が高く、飽和しにくいとされる。GRVIは可視光緑と可視光赤から計算される指標で、植生の緑色の濃さに反応しやすい。 EVI is an index corrected for the effects of the atmosphere and background soil. Compared to NDVI, it is more sensitive to dense vegetation and is less likely to saturate. GRVI is an index calculated from visible light green and visible light red, and is sensitive to the greenness of vegetation.
(ステップS2−9) 作付別植生指数テーブル11−6に、予測対象作付の作付IDと経過日数Dを付加して、植生指数平均値VIを登録する。 (Step S2-9) The vegetation index average value VI is registered by adding the cropping ID of the cropping to be predicted and the elapsed days D to the vegetation-specific vegetation index table 11-6.
<生育モデル適合部21−3における処理(図15)、(図20)>
ステップS3は、詳細には、以下の処理を含む。
<Processing in Growth Model Adaptation Unit 21-3 (FIG. 15), (FIG. 20)>
Step S3 includes the following processing in detail.
(ステップS3−1) 生育モデル適合部21−3は、入力装置3を介して、植生指数の日々の変化を表す曲線である生育モデルf(X)を設定する。低解像度画像を入手できない日の圃場全体での推定植生指数平均値を計算するため、生育モデルを使用する。生育モデル f(X)の経過日数Dにおける値f(D)を、予測対象作付の経過日数Dにおける圃場全体での推定植生指数平均値とする。生育モデルには、例として、以下の式(8)のような多項式関数や、式(9)のガウス関数を用いることができる。ここで、a,b,cは、生育モデルf(x)のパラメータである。
(Step S3-1) The growth model adaptation unit 21-3 sets a growth model f (X), which is a curve representing daily changes in the vegetation index, via the
(ステップS3−2) 入力装置3を介して、外れ値の閾値θを設定する。ここで、θは0以上の定数である。尚、外れ値とは、統計において他の値から大きく外れた値として定義できる。
(Step S <b> 3-2) An outlier threshold value θ is set via the
(ステップS3−3) 作付別植生指数テーブル11−6から、予測対象作付の作付IDをキーとして、予測対象作付に対する経過日数Dnと植生指数平均値VInとの組の時系列データ T={(Dn,VIn)}n=1,2,…,Nを取得する。
ここで、Nは予測対象作付の作付IDを含む作付別植生指数テーブル11−6のレコードで、かつ植生指数平均値が登録されているレコードのレコード数である。
(Step S3-3) from planting different vegetation index table 11-6, as a key planting ID of the prediction target crop, age D n and vegetation index average VI n and the set of time-series data T for the predicted target crop = {(D n , VI n )} n = 1, 2,.
Here, N is the number of records of the vegetation index table 11-6 according to cropping including the cropping ID of the crop to be predicted and the record in which the vegetation index average value is registered.
(ステップS3−4) 生育モデルf(X)と時系列データTとの誤差の二乗和が最小になるように生育モデルf(X)のパラメータを学習する。 (Step S3-4) The parameters of the growth model f (X) are learned so that the sum of squares of errors between the growth model f (X) and the time series data T is minimized.
(ステップS3−5) f(Dn)−VIn≧θとなる1≦n≦Nが存在するか否かを判定する。存在する場合(yes)、ステップS3−6に進む。存在しない場合(no)、ステップS3−7に進む。 (Step S3-5) It is determined whether or not 1 ≦ n ≦ N that satisfies f (D n ) −VI n ≧ θ exists. When it exists (yes), it progresses to step S3-6. If it does not exist (no), the process proceeds to step S3-7.
(ステップS3−6) 時系列データTから点(Dn,VIn)を除外し、Nから1を減算して、ステップS3−4に戻る。 (Step S3-6) The point (D n , VI n ) is excluded from the time series data T, 1 is subtracted from N, and the process returns to step S3-4.
一般的に、衛星画像では雲など大気の影響や、土壌水分、太陽光の入射・反射角の影響により、本来観測されるべき植生指数平均値よりも小さな値が植生指数平均値VInとして観測されることがある。そのようなVInを使用して生育モデルf(X)のパラメータを学習すると、推定植生指数平均値が過小評価されるおそれがある。例えば、図20上図に示すように、外れ値があると、推定植生指数平均値が過小評価される。そこで、図20下図に示すように、外れ値を除外すると、本来観測されるべき植生指数に近い値になる。 Generally observed influence of atmospheric clouds in satellite images, soil moisture, due to the influence of the incident and reflection angle of sunlight is smaller than vegetation index average value to be originally observed as vegetation index average value VI n May be. If the parameters of the growth model f (X) are learned using such VI n , the estimated vegetation index average value may be underestimated. For example, as shown in the upper diagram of FIG. 20, if there is an outlier, the estimated vegetation index average value is underestimated. Therefore, as shown in the lower diagram of FIG. 20, when outliers are excluded, the values are close to the vegetation index that should be observed.
そこで、推定植生指数平均値f(Dn)より植生指数平均値VInが閾値θ以上下回るときは、点(Dn,VIn)を外れ値として学習用データから除外し、再度パラメータを学習する。これにより、生育モデルf(X)による推定植生指数平均値が、雲などの影響を受けない本来観測されるべき植生指数平均値により近い値になる。 Therefore, when the vegetation index average value VI n is lower than the estimated vegetation index average value f (D n ) by the threshold θ or more, the point (D n , VI n ) is excluded from the learning data as an outlier, and the parameter is learned again. To do. As a result, the estimated vegetation index average value based on the growth model f (X) becomes closer to the vegetation index average value that should not be affected by clouds and should be observed.
(ステップS3−7) 作付情報テーブル11−1から、予測対象作付の作付IDをキーとして、予測対象作付の作付開始日DSTARTと作付終了予定日DENDを取得する。また、経過日数Dを1で初期化する。 (Step S3-7) From the crop information table 11-1, the crop start date D START and the crop end scheduled date D END of the crop to be predicted are acquired using the crop ID of the crop to be predicted as a key. Also, the elapsed days D are initialized with 1.
(ステップS3−8) 生育モデルf(X)の経過日数Dにおける値 f(D)を予測対象作付の経過日数Dにおける推定植生指数平均値として算出し、作付別植生指数テーブル11−6に、予測対象作付の作付IDと経過日数Dとを付加して、推定植生指数平均値f(D)の値を登録する。 (Step S3-8) The value f (D) in the elapsed days D of the growth model f (X) is calculated as the estimated vegetation index average value in the elapsed days D of the planting to be predicted, and in the vegetation index table 11-6 by cropping, The value of the estimated vegetation index average value f (D) is registered by adding the cropping ID of the crop to be predicted and the number of elapsed days D.
(ステップS3−9) Dに1を加算する。 (Step S3-9) 1 is added to D.
(ステップS3−10) D>DEND−DSTART+1か否かを判定する。そうであれば(yes)、生育モデル適合部21−3の処理を終了する。そうでなければ(no)、ステップS3−8に戻る。 (Step S3-10) It is determined whether or not D> D END -D START +1. If that is right (yes), the process of the growth model adaptation part 21-3 will be complete | finished. Otherwise (no), the process returns to step S3-8.
<生育ステージ推定部21−4における処理、図21>
ステップS4に示すように、生育ステージ推定部21−4では、生育モデル適合部21−3により適合した生育モデルの変化率及び/または日数から、図21に示すように、作付開始日からの経過日数ごとに、作付や生育の段階を表す「定植直後」、「植生増加」、「植生停止」、「植生減少」などの生育ステージを推定する。生育ステージの分割には、例えば、以下のような基準を用いることができる。
<Processing in Growth Stage Estimator 21-4, FIG. 21>
As shown in step S4, in the growth stage estimation unit 21-4, from the change rate and / or the number of days of the growth model adapted by the growth model adaptation unit 21-3, as shown in FIG. For each day, the growth stages such as “just after planting”, “vegetation increase”, “vegetation stop”, “vegetation decrease”, etc., representing the stage of planting and growth are estimated. For the division of the growth stage, for example, the following criteria can be used.
生育モデルf(X)の変化率を表す微分df(X)/dXの値が正から負に変わり、f(X)の値が増加から減少に転じる日(以下「生育モデル極大の日」と称する)DMAXを求めることができる。DMAXは、作付開始(図21の原点(横軸))から数えた日数である。以下、作付開始日を1日目とし、生育モデル極大の日をDMAX日目、作付終了予定日をDEND日目とする。生育ステージ分割の一例として、以下のように定義する方法が考えられる。 The day when the value of the differential df (X) / dX representing the rate of change of the growth model f (X) changes from positive to negative and the value of f (X) changes from increasing to decreasing (hereinafter referred to as “day of maximum growth model”) D MAX ) can be determined. D MAX is the number of days counted from the start of cropping (the origin (horizontal axis) in FIG. 21). Hereinafter, the planting start date is the first day, the growth model maximum day is the D MAX day, and the planting end date is the D END day. As an example of the growth stage division, a method defined as follows can be considered.
生育ステージは、図21に示すように、以下のように1)〜4)までのステージが設定される。
1)「定植直後」は、1日目〜10日目、
2)「植生増加」は、11日目〜(DMAX−31)日目、
3)「植生停止」は、(DMAX−30)日目〜(DMAX−1)日目、
4)「植生減少」は、DMAX日目〜DEND日目。
As shown in FIG. 21, the stages 1) to 4) are set as follows.
1) “Immediately after planting” is the first day to the tenth day,
2) “Increase in vegetation” is from day 11 to day (D MAX- 31),
3) “Vegetation stop” means (D MAX- 30) day to (D MAX- 1) day,
4) “Decrease in vegetation” is from D MAX day to D END day.
生育ステージテーブル11−3において生育度集計対象とされる生育ステージには、収穫部分が成長する時期の生育ステージを指定することが望ましい。詳細は、以下の<生育度推定部>の説明欄に記載する。 In the growth stage table 11-3, it is desirable to designate the growth stage at the time when the harvested portion grows as the growth stage that is the target of the growth degree aggregation. Details are described in the explanation section of <Growth estimation unit> below.
また、生育ステージテーブル11−3において高解像度画像データ解析対象とされる生育ステージには、当該生育ステージにおいて高解像度画像の撮影日が最低1回は存在している必要がある。さらに、雲など天候の影響を考慮すると、同一生育ステージ内に高解像度画像の撮影日が複数回含まれていることが望ましい。そのため、衛星の撮影周期に応じて、最低10日間程度の十分な期間を設けるとよい。 In addition, the growth stage that is the target of high resolution image data analysis in the growth stage table 11-3 needs to have at least one shooting date of the high resolution image in the growth stage. Furthermore, when the influence of weather such as clouds is taken into consideration, it is desirable that the same growth stage includes a plurality of shooting days of high-resolution images. Therefore, a sufficient period of at least about 10 days may be provided according to the imaging period of the satellite.
<生育度推定部21−5における処理、図16、図22>
ステップS5は、詳細には、以下の処理を含む。
<Processing in the growth degree estimation unit 21-5, FIGS. 16 and 22>
Step S5 includes the following processing in detail.
生育度推定部21−5では、収穫量予測に用いるため、予測対象作付における収穫時点での収穫部分の生育度を推定する。 The growth degree estimation unit 21-5 estimates the degree of growth of the harvested portion at the time of harvesting in the prediction target crop for use in yield prediction.
事前の準備として、生育ステージテーブル11−3には、収穫部分が成長する時期の生育ステージが、生育度集計対象の生育ステージとして登録されている。この時期の地上部分の植生は、収穫部分が成長するための光合成活動に用いられる。そのため、この時期の植生指数平均値を累計することで、収穫時点での収穫部分の成長度合いを推定することができる。そこで、この合計値を予測対象作付の推定生育度として用いる。 As a preliminary preparation, the growth stage table 11-3 registers the growth stage at the time when the harvested portion grows as the growth stage subject to growth degree counting. The vegetation of the above-ground part at this time is used for photosynthetic activity for growing the harvested part. Therefore, by accumulating the average value of the vegetation index at this time, the degree of growth of the harvested portion at the time of harvest can be estimated. Therefore, this total value is used as the estimated growth degree of the target crop.
ステップS5−1において、生育度推定部21−5は、生育ステージテーブル11−3から、生育度集計対象のカラムが“Yes”となっているレコード抽出することで、生育度集計対象の生育ステージS1,…,SNを取得する。ここで、Nは抽出したレコード数である。一例として、図22に示すように、地上の植生部分がほぼ最大に達して生育が停止し、光合成活動が最も盛んになる「植生停止」から、収穫時期を含む「植生減少」までの生育ステージを生育度集計対象とする。 In step S5-1, the growth degree estimation unit 21-5 extracts a record in which the growth degree aggregation target column is “Yes” from the growth stage table 11-3, so that the growth degree accumulation target growth stage is obtained. S 1 ,..., S N are acquired. Here, N is the number of extracted records. As an example, as shown in FIG. 22, the growth stage from “vegetation stop” where the vegetation portion on the ground reaches almost the maximum and the growth stops, and the photosynthesis activity is most active, to “vegetation reduction” including the harvest time. Is the target for the growth degree.
ステップS5−2において、作付情報テーブル11−1から、予測対象作付の作付IDをキーとして、予測対象作付の作付開始日DSTARTと作付終了予定日DENDを取得する。また、経過日数Dを1で初期化する。 In step S5-2, the cropping information table 11-1, as a key planting ID of the prediction target crop, to obtain the planting start date D START and planting scheduled end date D END prediction target crop. Also, the elapsed days D are initialized with 1.
ステップS5−3で、推定生育度Vを0で初期化する。 In step S5-3, the estimated growth degree V is initialized to zero.
ステップS5−4で、作付別植生指数テーブル11−6から、予測対象作付の作付IDと経過日数Dをキーとして、予測対象作付の経過日数Dにおける推定植生指数平均値f(D)と、生育ステージS(D)とを取得する。 In step S5-4, the estimated vegetation index average value f (D) in the lapsed days D of the prediction target crop and the growth from the vegetation index table 11-6 classified by cropping using the cropping ID of the prediction target crop and the elapsed days D as keys. Stage S (D) is acquired.
ステップS5−5において、
ステップS5−6において、推定生育度Vに f(D)を加算する。 In step S5-6, f (D) is added to the estimated growth degree V.
ステップS5−7において、Dに1を加算する。 In step S5-7, 1 is added to D.
ステップS5−8において、D>DEND-DSTART+1か否かを判定する(集計終了日に到達)。そうであれば(yes)、ステップS5−9に進む。そうでなければ(no)、ステップS5−4に戻る。 In step S5-8, it is determined whether or not D> D END -D START +1 (reach the end date of counting). If so (yes), go to Step S5-9. Otherwise (no), the process returns to step S5-4.
ステップS5−9において、推定生育度テーブル11−7に、予測対象作付の作付IDを付加して、推定生育度Vを登録する。 In step S5-9, the estimated growth degree V is registered by adding the cropping ID of the predicted cropping to the estimated growth degree table 11-7.
<高解像度画像データ選択部21−6における処理、図17A、図17B、図23,図24>
ステップS6は、詳細には、以下の処理を含む。
<Processing in High Resolution Image Data Selection Unit 21-6, FIGS. 17A, 17B, 23, and 24>
Step S6 includes the following processing in detail.
ステップS6−1において、高解像度画像データ選択部21−6は、作付情報テーブル11−1から、予測対象作付の作付IDをキーとして、予測対象作付の圃場IDと作付開始日DSTARTを取得する。 In step S6-1, the high-resolution image data selection unit 21-6, the cropping information table 11-1, as a key planting ID of the prediction target crop, to obtain the field ID and planting start date D START prediction target crop .
ステップS6−2において、圃場別GIS情報テーブル11−2から、予測対象作付の圃場IDをキーとして、当該圃場のGIS情報を格納したシェープファイルを取得する。シェープファイルについては、前述の通りである。 In step S6-2, the shape file storing the GIS information of the field is acquired from the field-specific GIS information table 11-2 using the field ID of the crop to be predicted as a key. The shape file is as described above.
ステップS6−3において、高解像度画像情報テーブル11−5に登録されている全ての高解像度画像について高解像度画像データ選択処理が完了しているか否かを判定する。完了していない場合(no)、ステップS6−4に進む。完了している場合(yes)、ステップS6−8に進む。 In step S6-3, it is determined whether the high resolution image data selection processing has been completed for all the high resolution images registered in the high resolution image information table 11-5. If not completed (no), the process proceeds to step S6-4. If completed (yes), the process proceeds to step S6-8.
ステップS6−4において、高解像度画像情報テーブル11−5に登録されている次の高解像度画像データの高解像度画像IDを取得する。 In step S6-4, the high resolution image ID of the next high resolution image data registered in the high resolution image information table 11-5 is acquired.
ステップS6−5において、この高低解像度画像IDをキーとして、高解像度画像情報テーブル11−5から、当該画像の画像撮影日DIMAGEを取得し、D=DIMAGE−DSTART +1により作付開始日からの経過日数Dを算出する。 In step S6-5, using this high and low resolution image ID as a key, the image shooting date D IMAGE of the image is acquired from the high resolution image information table 11-5, and the date of cropping starts from D = D IMAGE −D START +1. The elapsed days D are calculated.
ステップS6−6において、ステップS6−4で取得した高解像度画像IDをキーとして、高解像度画像情報テーブル11−5から高解像度画像ファイルを取得し、ステップS6−2で収録したシェープファイルを用いて、当該高解像度画像ファイルに当該圃場の画像が含まれているか否かを判定する。D≧1、かつ、当該高解像度像ファイルに当該圃場の画像が含まれている場合(yes)、ステップS6−7に進む。そうでない場合(no)、ステップS6−3に戻る。 In step S6-6, a high resolution image file is acquired from the high resolution image information table 11-5 using the high resolution image ID acquired in step S6-4 as a key, and the shape file recorded in step S6-2 is used. Then, it is determined whether or not the field image is included in the high-resolution image file. If D ≧ 1 and the image of the field is included in the high-resolution image file (yes), the process proceeds to step S6-7. Otherwise (no), the process returns to step S6-3.
ステップS6−7において、作付別植生指数テーブル11−6に、予測対象作付の作付IDと経過日数Dとを付加して、ステップS6−4において取得した高解像度画像IDを登録する。その後、ステップS6−3に戻る。 In step S6-7, the cropping ID of the crop to be predicted and the elapsed days D are added to the vegetation index table 11-6 by cropping, and the high resolution image ID acquired in step S6-4 is registered. Thereafter, the process returns to step S6-3.
ステップS6−8において、生育ステージテーブル11−3に登録されている全ての生育ステージに対して、以下の処理が完了しているか否かを判定する。完了していない場合(no)、ステップS6−9に進む。完了している場合(yes)、高解像度画像データ選択部21−6の処理を終了する。 In step S6-8, it is determined whether or not the following processing has been completed for all the growth stages registered in the growth stage table 11-3. If not completed (no), the process proceeds to step S6-9. If completed (yes), the process of the high resolution image data selection unit 21-6 is terminated.
ステップS6−9において、生育ステージテーブル11−3から、次の生育ステージSを取得する。 In step S6-9, the next growth stage S is acquired from the growth stage table 11-3.
ステップS6−10において、当該レコードの高解像度画像データ解析対象のカラムが“yes”であれば、生育ステージSは高解像度画像データ解析対象であると判定し、ステップステップS6−11に進む。“no”であれば、ステップS6−8に戻る。 In step S6-10, if the high resolution image data analysis target column of the record is “yes”, it is determined that the growth stage S is the high resolution image data analysis target, and the process proceeds to step S6-11. If “no”, the process returns to step S6-8.
ステップS6−11において、生育ステージテーブル11−3から、生育ステージSをキーとして、経過日数選択式Qを取得する。 In step S6-11, an elapsed day selection formula Q is acquired from the growth stage table 11-3 using the growth stage S as a key.
図4に記載の経過日数選択式の例に従えば、図23、図24に示すように、高解像度画像データ選択処理は、以下のようになる。
a)「定植直後」は経過日数の早いものが選択されるため、高解像度画像撮影日1)となる(S1)。
b)「植生増加」は当該生育ステージにおけるちょうど半分の経過日数(図24の点線の箇所)に最も近いものが選択されるため、高解像度画像撮影日4)となる(S2)。
c)「植生停止」は、経過日数の最も遅いものが選択されるため、高解像度画像撮影日9)となる(S3)。
尚、経過日数選択式の詳細は<生育ステージテーブル>の欄で説明する。
According to the example of the elapsed days selection formula shown in FIG. 4, as shown in FIGS. 23 and 24, the high resolution image data selection processing is as follows.
a) “Immediately after planting” is selected as one having a high number of elapsed days, and thus becomes a high-resolution image shooting date 1) (S 1 ).
b) “Increase in vegetation” is selected as the one closest to the elapsed number of days (dotted line in FIG. 24) in the growth stage, and thus becomes the high-resolution image capturing date 4) (S 2 ).
c) “Vegetation stop” is selected as the one with the latest number of elapsed days, and thus becomes the high-resolution image shooting date 9) (S 3 ).
Details of the elapsed days selection formula will be described in the <Growth Stage Table> column.
ステップS6−12において、作付別植生指数テーブル11−6から、予測対象作付の作付IDと生育ステージSをキーとしてレコードを抽出し、抽出したレコードの経過日数から、最初の経過日数DSTART(S)、最後の経過日数 DEND(S)、高解像度画像IDが登録されている経過日数{Dn(S)}n=1,…,Nを取得する。ここで、Nは抽出したレコードのうち高解像度画像IDが登録されているレコードのレコード数である。尚、図には記載していないが、N=0のときは以下の処理を省略し、ステップS6−8に戻る。 In step S6-12, a record is extracted from the vegetation index table 11-6 according to the cropping using the cropping ID of the crop to be predicted and the growth stage S as keys, and the first elapsed day number D START (S ), Last elapsed days D END (S), and elapsed days {D n (S)} n = 1,. Here, N is the number of records in which the high-resolution image ID is registered among the extracted records. Although not shown in the figure, when N = 0, the following processing is omitted, and the process returns to step S6-8.
ステップS6−13において、経過日数の添え字nを、n=Q(DSTART(S),DEND(S), {Dn(S)}n=1,…,N)により計算する。 In step S6-13, the subscript n of the elapsed days is calculated by n = Q (D START (S), D END (S), {D n (S)} n = 1,..., N ).
ステップS6−14において、作付別植生指数テーブル11−6に、予測対象作付の作付IDと経過日数Dn(S)を付加して、高解像度画像選択フラグのカラムに“Yes”を登録する。ここでnは、ステップS6−13において計算された経過日数の添え字nである。 In step S6-14, the cropping ID and the elapsed days D n (S) of the cropping to be predicted are added to the vegetation-specific vegetation index table 11-6, and “Yes” is registered in the column of the high resolution image selection flag. Here, n is a subscript n of the elapsed days calculated in step S6-13.
<高解像度画像データ分析部21−7における処理、図18、図25、図26>
ステップS7は、詳細には、以下の処理を含む。
<Processing in High Resolution Image Data Analysis Unit 21-7, FIG. 18, FIG. 25, FIG. 26>
Step S7 includes the following processing in detail.
ステップS7−1において、高解像度画像データ分析部21−7は、作付情報テーブル11−1から、予測対象作付の作付IDをキーとして、予測対象作付の圃場IDを取得する。 In step S7-1, the high-resolution image data analysis unit 21-7 acquires the field ID of the prediction target cropping from the cropping information table 11-1 using the cropping ID of the prediction target cropping as a key.
ステップS7−2において、圃場別GIS情報テーブル11−2から、予測対象作付の圃場IDをキーとして、当該圃場のGIS情報を格納したシェープファイルを取得する。シェープファイルについては、前述の通りである。 In step S7-2, the shape file storing the GIS information of the field is acquired from the field-specific GIS information table 11-2 using the field ID of the crop to be predicted as a key. The shape file is as described above.
ステップS7−3において、生育ステージテーブル11−3に登録されている全ての生育ステージに対して、以下の処理が完了しているか否かを判定する。完了していない場合(no)、ステップS7−4に進む。完了している場合(yes)、高解像度画像データ分析部21−7の処理を終了する。 In step S7-3, it is determined whether or not the following processing has been completed for all the growth stages registered in the growth stage table 11-3. If not completed (no), the process proceeds to step S7-4. If it has been completed (yes), the processing of the high resolution image data analysis unit 21-7 is terminated.
ステップS7−4においては、生育ステージテーブル11−3から、次の生育ステージSを取得する。 In step S7-4, the next growth stage S is acquired from the growth stage table 11-3.
ステップS7−5において、生育ステージテーブル11−3から、生育ステージSをキーとしてレコードを取得する。当該レコードの高解像度画像データ解析対象のカラムが“yes”であれば、生育ステージSは高解像度画像データ解析対象であると判定し、ステップS7−6に進む。“no”であれば、ステップS7−3に戻る。 In step S7-5, a record is acquired from the growth stage table 11-3 using the growth stage S as a key. If the high resolution image data analysis target column of the record is “yes”, it is determined that the growth stage S is the high resolution image data analysis target, and the process proceeds to step S7-6. If "no", the process returns to step S7-3.
ステップS7−6において、作付別植生指数テーブル11−6から、予測対象作付の作付IDと生育ステージSをキーとしてレコードを抽出し、さらに高解像度画像選択フラグのカラムが“Yes”であるレコードを抽出して、当該レコードの高解像度画像IDを取得する。なお、高解像度画像データ選択部21−6の処理より、当該レコードは存在すれば一意に定まる。存在しない場合は、予測対象作付の収穫量予測はできないものとし、これ以降の全ての処理を中断する。 In step S7-6, a record is extracted from the vegetation index table 11-6 according to cropping using the cropping ID of the crop to be predicted and the growth stage S as a key, and a record in which the column of the high resolution image selection flag is “Yes”. Extract the high-resolution image ID of the record. Note that, if the record exists, it is uniquely determined by the processing of the high resolution image data selection unit 21-6. If it does not exist, it is assumed that the yield of the crop to be predicted cannot be predicted, and all subsequent processing is interrupted.
ステップS7−7において、当該高解像度画像データから当該圃場の画像を抽出し、当該圃場の位置や向きが一致するように座標変換を実行する。図25は、座標変換処理の概要を示す図である。高解像度画像データにおける当該圃場の位置や向きは、衛星の撮影時の位置や角度により異なる。そこで、当該圃場の位置や向きが一致するよう、抽出した当該圃場の画像を平行移動、回転、拡大縮小により座標変換し、例えば、高解像度画像1と高解像度画像2とで、当該圃場の最北部と最西部が同じ座標になるようにする。座標変換の結果ピクセル値の再計算が必要になる場合は、最近傍法などの手法で再サンプリングを行う。
In step S7-7, an image of the field is extracted from the high-resolution image data, and coordinate conversion is executed so that the position and orientation of the field match. FIG. 25 is a diagram showing an outline of the coordinate conversion process. The position and orientation of the field in the high-resolution image data vary depending on the position and angle at the time of capturing the satellite. Therefore, the extracted image of the field is coordinate-transformed by translation, rotation, and enlargement / reduction so that the position and orientation of the field match, and, for example, the
次いで、ステップS7−8に示すように、ステップS7−7の座標変換処理後の当該圃場の画像の各ピクセルPに対して、ピクセルPにおけるピクセル別植生指数VI(S,P)を計算する(図26参照)。そして、予測対象作付の作付IDとピクセルPのIDを付加し、ピクセル別分析結果テーブル11−8における生育ステージSのピクセル別植生指数のカラムにVI(S,P)を登録する。 Next, as shown in step S7-8, a vegetation index VI (S, P) for each pixel in the pixel P is calculated for each pixel P of the image of the field after the coordinate conversion processing in step S7-7 (step S7-8). (See FIG. 26). Then, the cropping ID of the crop to be predicted and the ID of the pixel P are added, and VI (S, P) is registered in the column of the vegetation index by pixel of the growth stage S in the analysis result table 11-8 by pixel.
ここで、ピクセル別植生指数には、低解像度画像データ分析部21−2で用いる植生指数とは別の指標を用いてもよい。特に(7)式で定義されるGRVIは、葉の緑色の濃さに反応しやすい指標であり、欠株部分の識別に好適である。また、一般的に可視光の衛星画像は近赤外線よりも解像度の高いパンシャープン画像が取得できる場合が多い。GRVIは可視光の反射率のみから算出される指標であるので、近赤外線を使用したNDVIよりも高い解像度で分析できるという利点がある。 Here, as the vegetation index for each pixel, an index different from the vegetation index used in the low-resolution image data analysis unit 21-2 may be used. In particular, GRVI defined by the formula (7) is an index that easily reacts to the greenness of the leaves, and is suitable for identifying a lacking part. In general, in many cases, visible satellite images can obtain pan-sharpened images with higher resolution than near infrared rays. Since GRVI is an index calculated only from the reflectance of visible light, there is an advantage that analysis can be performed with higher resolution than NDVI using near infrared rays.
<正常株率推定部21−8における処理、図19、図27A、図27B>
ステップS8は、詳細には、以下の処理を含む。
<Processing in Normal Stock Rate Estimator 21-8, FIG. 19, FIG. 27A, FIG. 27B>
Step S8 includes the following processing in detail.
ステップS8−1において、正常株率推定部21−8は、生育ステージテーブル11−3から、高解像度画像データ解析対象のカラムが“Yes”となっているレコードを抽出することで、高解像度画像データ解析対象の生育ステージS1,…,SNを取得する。ここで、Nは抽出したレコード数であり、高解像度画像データ解析対象の生育ステージの数である。 In step S8-1, the normal stock rate estimation unit 21-8 extracts a record in which the column of the high-resolution image data analysis target is “Yes” from the growth stage table 11-3, thereby obtaining a high-resolution image. The growth stages S 1 ,..., S N to be analyzed are acquired. Here, N is the number of extracted records, and is the number of growth stages to be analyzed for high-resolution image data.
ステップS8−2において、ピクセル別分析結果テーブル11−8から、予測対象作付の作付IDをキーとしてレコードを抽出し、ピクセルIDのカラムの情報から、抽出したレコードに登録されているピクセル {Pm}m=1,…,Mを取得する。ここで、Mは抽出したレコード数であり、高解像度画像から抽出した予測対象作付の圃場の画像全体のピクセル数である。 In step S8-2, a record is extracted from the pixel-by-pixel analysis result table 11-8 using the cropping ID of the prediction target cropping as a key, and the pixel {P m registered in the extracted record from the pixel ID column information } Obtain m = 1,. Here, M is the number of extracted records, and is the number of pixels of the entire image of the field with the prediction target crop extracted from the high resolution image.
ステップS8−3において、ピクセル別分析結果テーブル11−8から、予測対象作付の作付IDをキーとしてレコードを抽出し、各ピクセル別植生指数のカラムの情報から、以下の数式で定義されるN次元のピクセル別植生指数のベクトルの集合Xを取得する。 In step S8-3, a record is extracted from the pixel-by-pixel analysis result table 11-8 using the cropping ID of the prediction target cropping as a key, and the N dimension defined by the following formula from the information of the column of each vegetation index by pixel A set X of pixel-specific vegetation index vectors is obtained.
ステップS8−4において、前記N次元のピクセル別植生指数のベクトルの集合Xをクラスタリング手法によりK個のクラスタC1,…,Ckに分割する。ここで、Kはクラスタの分割数であり、少なくとも2以上の整数値として事前に登録されているものとする。 In step S8-4, the vector set X of the N-dimensional vegetation index by pixel is divided into K clusters C 1 ,..., C k by a clustering method. Here, K is the number of cluster divisions, and is registered in advance as an integer value of at least 2 or more.
クラスタリング手法には、Fuzzy c-means 法などのファジークラスタリング手法を用いてもよい。Fuzzy c-means 法の場合の出力は、各クラスタの中心点ck(k = 1, … , K) と、各ベクトル x ∈ X の各クラスタCkへの帰属度 wk(x) である。ここで、帰属度 wk(x) は0以上1以下の実数である。 As the clustering method, a fuzzy clustering method such as a Fuzzy c-means method may be used. The output in the case of the Fuzzy c-means method is the center point c k (k = 1,..., K) of each cluster and the degree of membership w k (x) of each vector x ∈ X to each cluster C k . . Here, the degree of membership w k (x) is a real number from 0 to 1.
図27Aに示すように、ステップS8−5において、各クラスタCk(k=1,…,K)に対して、クラスタCk に属するベクトルの平均を計算して、クラスタの中心点ckを算出する。クラスタCk の要素数をMk とすると、クラスタの中心点ckは、以下の数式で算出される。 As shown in FIG. 27A, in step S8-5, for each cluster C k (k = 1,..., K), the average of the vectors belonging to cluster C k is calculated, and the center point c k of the cluster is calculated. calculate. When the number of elements of the cluster C k is M k , the cluster center point c k is calculated by the following equation.
なお、Fuzzy c-means 法では出力として既に得られているので、算出する必要はない。 Note that the Fuzzy c-means method does not need to be calculated because it has already been obtained as an output.
ステップS8−6において、クラスタの中心点c1,…,ckに対する条件から、正常株のピクセルのクラスタCkを特定する。
In step S8-6, the
一例として、「植生停止」の生育ステージにおける植生指数の値が最も大きいckを選択することで、正常株のピクセルのクラスタCkを特定する方法を用いることができる。 As an example, a method of identifying a cluster C k of pixels of normal strains can be used by selecting ck having the largest vegetation index value in the growth stage of “vegetation stop”.
正常な株では、「植生停止」の生育ステージまで植生指数が増加していくのに対して、欠株部分では「植生増加」の生育ステージの途中から植生指数が増加しなくなる。また、株が作付されていない土壌部分は「定植直後」の生育ステージから継続して植生指数が低いままとなる。 In the normal strain, the vegetation index increases until the growth stage of “vegetation stop”, whereas in the lacking part, the vegetation index does not increase from the middle of the growth stage of “vegetation increase”. In addition, the vegetation index of the soil portion where the strain has not been planted continues from the growth stage “immediately after planting”.
このことから、「植生停止」の生育ステージにおける植生指数の値が最も大きいckは、正常株のピクセルのクラスタの中心点であると考えられる。「植生停止」の生育ステージがSNであり、cj = (c1j, … , cNj) (j = 1, … , K) であったとすると、上記の方法を用いる場合に特定されるクラスタの添え字kは、以下の数式で算出できる。 From this, it is considered that ck having the largest value of the vegetation index in the growth stage of “vegetation stop” is the center point of the cluster of normal strain pixels. If the growth stage of “vegetation stop” is SN , and c j = (c 1j ,..., C Nj ) (j = 1,..., K), then the cluster specified when using the above method The subscript k can be calculated by the following formula.
このように、本実施の形態においては、図27Aに示すように、正常株の部分のピクセルが分類されるクラスタを所定の条件により特定することが可能であり、従って、教師なし学習を使用しても正常株を精度良く推定することができるため、分類モデルを学習するために教師データを用意する必要がないという利点がある。 As described above, in the present embodiment, as shown in FIG. 27A, it is possible to specify a cluster into which pixels of a normal stock portion are classified according to a predetermined condition. Therefore, unsupervised learning is used. However, since normal strains can be accurately estimated, there is an advantage that it is not necessary to prepare teacher data in order to learn a classification model.
図27Bは、単一の生育ステージの情報だけでは欠株部分と正常株のピクセルを識別できない場合の例を示す図である。 FIG. 27B is a diagram illustrating an example of a case where a missing part portion and a normal strain pixel cannot be identified only by information on a single growth stage.
入力装置を介して設定された閾値ηに対して、下記の条件を満たすckを選択することで、正常株のピクセルのクラスタCkを特定する方法がある。ここでηは正の定数であり、SL (1 ≦L < N) は「植生増加」の生育ステージであるとする。 There is a method for specifying a cluster C k of normal strain pixels by selecting c k that satisfies the following condition with respect to the threshold value η set via the input device. Here, η is a positive constant, and S L (1 ≦ L <N) is a growth stage of “vegetation increase”.
全ての j = 1, … , K に対して、次の(A)または(B)が成り立つ:
(A)cNk− η ≧cNj
(B)|cNk− cNj| ≦ η かつ cLk ≧cLj
この例は、「植生停止」の時期に欠株部分が周囲の株の葉で覆われ、欠株部分のピクセルと正常株のピクセルとで植生指数に差が生じない場合などに適した例である。このような場合、先の例では「植生停止」の生育ステージにおける植生指数のみ使用するため、誤ったクラスタが選択されてしまう可能性がある。そこで、「植生停止」の生育ステージにおける植生指数の値にη以上の差がないときは、「植生増加」の生育ステージにおける植生指数の値で比較し、その値が最も大きくなるckを選択する。
The following (A) or (B) holds for all j = 1,…, K:
(A) c Nk − η ≧ c Nj
(B) | c Nk − c Nj | ≦ η and c Lk ≧ c Lj
This example is suitable for cases where the missing plant part is covered with the leaves of surrounding strains at the time of `` vegetation stop '' and there is no difference in the vegetation index between the missing plant pixel and the normal plant pixel. is there. In such a case, in the previous example, only the vegetation index at the growth stage of “vegetation stop” is used, so that an incorrect cluster may be selected. Therefore, if there is no difference of more than η in the vegetation index value in the growth stage of “vegetation stop”, compare with the value of the vegetation index in the growth stage of “vegetation increase” and select the ck that maximizes the value. To do.
図27Bに示す例のように、多次元ベクトルを用いて複数の生育ステージにおける植生指数を同時に考慮することで、単一の生育ステージの情報だけでは識別できない欠株部分と正常株のピクセルを、適切に識別できるようになる。 As in the example shown in FIG. 27B, by considering the vegetation index in a plurality of growth stages simultaneously using a multidimensional vector, pixels of a missing strain and a normal strain that cannot be identified only by information of a single growth stage, It becomes possible to identify properly.
なお、本実施例では正常株のピクセルのクラスタは一つが特定されるものとしたが、二つ以上の複数のクラスタが正常株のピクセルのクラスタとして特定されてもよい。 In the present embodiment, one normal stock pixel cluster is specified, but two or more clusters may be specified as normal stock pixel clusters.
ステップS8−7において、特定したクラスタCkの要素数Mkをカウントし、予測対象作付における推定正常株率Rを、R=Mk/Mにより算出する。 In step S8-7, it counts the number of elements M k of the specified cluster C k, the estimated normal strain ratio R in the prediction target planting is calculated by R = M k / M.
Fuzzy c-means 法では、MkはクラスタCkに対する各ベクトルの帰属度の総和であり、以下の数式で算出される。 In the Fuzzy c-means method, M k is the sum of the degree of attribution of each vector with respect to the cluster C k and is calculated by the following equation.
ステップS8−8において、推定正常株率テーブル11−9に、予測対象作付の作付IDを付加して、推定正常株率Rを登録する。
この処理までを行うのが、正常株率推定装置である。
In step S8-8, the estimated normal stock rate R is registered by adding the cropping ID of the predicted cropping to the estimated normal stock rate table 11-9.
It is a normal stock rate estimation device that performs this processing.
<収穫量予測部21−9:S9>
収穫量予測部21−9では、生育度推定部21−5で推定した推定生育度と、正常株率推定部21−8で推定した正常株率を説明変数に含む収穫量予測モデルで、予測対象作付の収穫量を予測する。一例として、以下のような数式の収穫量予測モデルで、収穫量Yを予測することができる。
<Yield prediction unit 21-9: S9>
In the yield prediction unit 21-9, the estimated growth degree estimated by the growth degree estimation unit 21-5 and the normal stock rate estimated by the normal stock rate estimation unit 21-8 are used as a yield prediction model including explanatory variables. Predict the crop yield. As an example, the yield Y can be predicted with the following yield prediction model.
収穫量予測モデルのパラメータ a, b, c, d は、過去に実施した作付の実績収穫量をもとに推定することができる。過去に実施した作付の情報が作付情報テーブル11−1に登録されている場合、上記と同様の方法で、過去に実施した作付に対しても式(16)による収穫量予測値を算出することができる。このようにして算出した収穫量予測値と、実績収穫量テーブル11−11に登録されている実績収穫量との誤差の二乗和が最小になるようにパラメータを学習することで、収穫量予測モデルのパラメータを推定することができる。 The parameters a, b, c, and d of the yield prediction model can be estimated based on the actual yield of cropping that has been carried out in the past. When information on cropping that has been carried out in the past is registered in the cropping information table 11-1, a yield prediction value according to equation (16) is calculated for cropping that has been carried out in the past in the same manner as described above. Can do. By learning the parameters so that the sum of squares of the error between the predicted yield value calculated in this way and the actual yield value registered in the actual yield table 11-11 is minimized, the yield prediction model is obtained. Parameters can be estimated.
ここで、a, b, c, d は収穫量予測モデルのパラメータであり、Nは作付情報テーブル11−1から取得した予測対象作付の作付株数、Rは正常株率推定部で推定した正常株率、Vは生育度推定部で推定した推定生育度、Tは気象情報取得手段から取得した最寄観測所における平均気温の生育度集計対象の生育ステージでの合計値、Sは気象情報取得手段から取得した最寄観測所における日射量の生育度集計対象の生育ステージでの合計値である。 Here, a, b, c, d are parameters of the yield prediction model, N is the number of planted plants for the crop to be predicted obtained from the cropping information table 11-1, and R is a normal strain estimated by the normal stock rate estimation unit Rate, V is the estimated growth degree estimated by the growth degree estimation unit, T is the total value of the average temperature at the nearest observation station obtained from the weather information acquisition means, and S is the weather information acquisition means It is the total value at the growth stage that is the target of the growth rate of the amount of solar radiation obtained from the nearest observation station.
尚、将来の平均気温や日射量は、気象情報取得手段11により取得した、1か月予報や3か月予報などの長期予報と過去の気象観測結果から予測値を算出して使用することができる。予測値の算出方法の、一例を以下に示す。 The future average temperature and the amount of solar radiation can be used by calculating predicted values from long-term forecasts such as one-month forecasts and three-month forecasts obtained by the weather information obtaining means 11 and past weather observation results. it can. An example of the calculation method of the predicted value is shown below.
長期予報が「低い(少ない)」という予報であれば、例えば過去30年の観測値を小さい順に並べて、小さいほうから順に1〜10番目の平均値を取る。
「平年並み」という予報であれば、小さいほうから順に11〜20番目の平均値を取る。
「平年より高い(多い)」という予報であれば、小さいほうから順に21〜30番目の平均値を取る。
求めた予測収穫量の値Yを、予測収穫量テーブル11−10に格納する。
If the long-term forecast is a forecast of “low (small)”, for example, the observation values for the past 30 years are arranged in ascending order, and the first to tenth average values are taken in order from the smallest.
If the forecast is “normal”, the 11th to 20th average values are taken in ascending order.
If the forecast is “higher than normal (more)”, the 21-30th average value is taken in ascending order.
The obtained predicted yield value Y is stored in the predicted yield table 11-10.
<予測収穫量出力部21−10:S10>
予測収穫量出力部21−10は、予測収穫量テーブル11−10に基づいて、出力装置5に予測された収穫量を出力することができる。
<Predicted yield output unit 21-10: S10>
The predicted yield output unit 21-10 can output the predicted yield to the
図12に示す実績収穫量テーブル11−11は、過去の作付における実績収穫量の情報が登録されているテーブルである。 The actual yield table 11-11 shown in FIG. 12 is a table in which information on the actual yield in past cropping is registered.
例えば、作付ID、圃場ID、作付開始日、当該作付の収穫が実施された日付である収穫実施日、当該作付の収穫量の実績値である実績収穫量を、図11の予測収穫量と比較等することができる。 For example, the cropping ID, the field ID, the cropping start date, the harvesting date, which is the date when the crop was harvested, and the actual yield, which is the actual value of the crop, are compared with the predicted yield in FIG. And so on.
以上に説明したように、本発明の実施の形態によれば正常株率推定部で推定した正常株率を説明変数として収穫量の予測を行う収穫量予測部を有しているため、欠株による収穫量の減少を考慮した予測ができ、高い精度で収穫量を予測することができる。 As described above, according to the embodiment of the present invention, since there is a yield predicting unit that predicts the yield using the normal stock rate estimated by the normal stock rate estimating unit as an explanatory variable, Therefore, it is possible to make a prediction in consideration of a decrease in the yield due to the above, and to predict the yield with high accuracy.
また、正常株率推定部においては、クラスタリングによる教師なし学習を使用して正常株率を推定することができるため、分類モデルを学習するために教師データを用意する必要がない。従って、そのための事前の圃場調査や衛星画像の分析を行うことなく実施することができるという利点がある。 Further, since the normal stock rate estimation unit can estimate the normal stock rate using unsupervised learning by clustering, it is not necessary to prepare teacher data to learn the classification model. Therefore, there is an advantage that it can be carried out without conducting prior field surveys and satellite image analysis.
上記の処理および制御は、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)によるソフトウェア処理、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)によるハードウェア処理によって実現することができる。 The above processing and control can be performed by software processing using a CPU (Central Processing Unit) or GPU (Graphics Processing Unit), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or FPGA (Field Programmable Gate) hardware.
また、上記の実施の形態において、添付図面に図示されている構成等については、これらに限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。 In the above-described embodiment, the configuration and the like illustrated in the accompanying drawings are not limited to these, and can be changed as appropriate within the scope of the effects of the present invention. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the object of the present invention.
また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれるものである。 Each component of the present invention can be arbitrarily selected, and an invention having a selected configuration is also included in the present invention.
例えば、本発明は、収穫量の予測の基になる正常株の推定技術に利用することも可能である。 For example, the present invention can also be used in a normal strain estimation technique that is a basis for yield prediction.
また、本実施の形態で説明した機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。尚、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。 In addition, a program for realizing the functions described in the present embodiment is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read into a computer system and executed to execute processing of each unit. May be performed. The “computer system” here includes an OS and hardware such as peripheral devices.
また、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。 Further, the “computer system” includes a homepage providing environment (or display environment) if a WWW system is used.
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また前記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。機能の少なくとも一部は、集積回路などのハードウェアで実現しても良い。 The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Furthermore, the “computer-readable recording medium” dynamically holds a program for a short time like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In this case, a volatile memory in a computer system serving as a server or a client in that case, and a program that holds a program for a certain period of time are included. The program may be a program for realizing a part of the above-described functions, or may be a program that can realize the above-described functions in combination with a program already recorded in a computer system. At least a part of the functions may be realized by hardware such as an integrated circuit.
本発明は、農作物の収穫量予測装置として利用可能である。 The present invention can be used as a crop yield prediction apparatus for agricultural products.
A…収穫量予測装置、1…データベース群(補助記憶装置)、C…各種インタフェース部、3…入力装置、5…出力装置、7…中央演算装置(CPU)(制御部)、11…気象情報取得手段、21…主記憶装置、21−1…予測対象作付設定部、21−2…低解像度画像データ分析部、21−3…生育モデル適合部、21−4…生育ステージ推定部、21−5…生育度推定部、21−6…高解像度画像データ選択部、21−7…高解像度画像データ分析部、21−8…正常株率推定部、21−9…収穫量予測部、21−10…予測収穫量出力部。 A ... Yield prediction device, 1 ... Database group (auxiliary storage device), C ... Various interface units, 3 ... Input device, 5 ... Output device, 7 ... Central processing unit (CPU) (control unit), 11 ... Weather information Acquisition means, 21 ... main memory, 21-1 ... prediction target cropping setting unit, 21-2 ... low resolution image data analysis unit, 21-3 ... growth model adaptation unit, 21-4 ... growth stage estimation unit, 21- 5 ... Growth degree estimation unit, 21-6 ... High resolution image data selection unit, 21-7 ... High resolution image data analysis unit, 21-8 ... Normal stock rate estimation unit, 21-9 ... Yield prediction unit, 21- 10: Predicted yield output unit.
Claims (7)
農作物の作付を一意に識別する作付IDと、作付が実施された圃場を一意に識別する圃場IDと、作付が開始された日付である作付開始日と、農作物を収穫し作付を終了する予定の日付である作付終了予定日と、が登録されている作付情報と、
圃場ごとに、圃場の位置と形状とを表す情報が登録されている、圃場別GIS情報と、
農作物の作付や生育の段階を表す生育ステージと、画像データ解析対象の生育ステージであるかどうかを表す情報と、が登録されている生育ステージ情報と、
第一の解像度の画像を一意に識別する画像IDと、前記第一の解像度の画像を撮影した日付である画像撮影日と、前記第一の解像度の画像データ本体と、が登録されている第一の解像度の画像情報と、
第二の解像度の画像を一意に識別する画像IDと、前記第二の解像度の画像を撮影した日付である画像撮影日と、前記第二の解像度の画像データ本体と、が登録されている第二の解像度の画像情報と、を格納する記憶装置と関連付けされており、
入力装置から予測対象の作付IDを設定する予測対象作付設定部と、
設定された前記作付IDに基づいて、前記作付情報と前記第一の解像度の画像情報とを参照して取得した、前記第一の解像度の画像データから、画像撮影日における予測対象作付の圃場の植生指数代表値を算出する画像データ分析部と、
前記生育ステージ情報を参照して、前記植生指数代表値の時系列データに前記農作物の生育モデルを適合して推定植生指数代表値を計算する生育モデル適合部と、
適合した前記農作物の生育モデルの変化率及び日数の少なくともいずれか一方から、作付開始日からの経過日数ごとに生育ステージを推定する生育ステージ推定部と、
画像データ解析対象の生育ステージごとに、解析対象とする第二の解像度の画像データを選択する第二の解像度に対する画像データ選択部と、前記第二の解像度の画像における予測対象作付の圃場のピクセルごとに、前記解析対象とする前記第二の解像度の画像データから計算したピクセル別植生指数を結合して多次元ベクトルを算出する第二の解像度に対する画像データ分析部と、
前記多次元ベクトルを当該ベクトルの値のみからクラスタリングにより分類し、得られたクラスタから正常株の部分のピクセルが分類されるクラスタを所定の条件により一つ以上特定し、圃場の全ピクセルに対する前記特定したクラスタに属するピクセルの割合から圃場内の正常株率を推定する正常株率推定部と
を有することを特徴とする正常株率推定装置。 A normal stock rate estimation device for estimating the normal stock rate of agricultural products,
A crop ID that uniquely identifies the crop cropping, a field ID that uniquely identifies the crop field, a crop start date that is the date that the crop was started, and the crop will be harvested and cropping will be terminated. The planting information in which the planned planting end date, which is the date, is registered,
Field-specific GIS information in which information representing the position and shape of the field is registered for each field,
Growth stage information in which a growth stage indicating the cropping and growing stage of the crop and information indicating whether it is a growth stage of image data analysis target are registered,
An image ID for uniquely identifying an image of the first resolution, an image shooting date that is a date when the image of the first resolution is shot, and an image data body of the first resolution are registered. Image information of one resolution,
An image ID for uniquely identifying an image of the second resolution, an image shooting date that is a date when the image of the second resolution is shot, and an image data main body of the second resolution are registered. Two-resolution image information, and a storage device for storing the image information,
A prediction target cropping setting unit for setting a crop target ID of the prediction target from the input device;
Based on the set crop ID, the first resolution image data acquired with reference to the crop information and the first resolution image information is used to predict the crop field to be predicted on the image capturing date. An image data analysis unit for calculating a vegetation index representative value;
With reference to the growth stage information, a growth model adapting unit that calculates an estimated vegetation index representative value by adapting the growth model of the crop to the time series data of the vegetation index representative value;
A growth stage estimation unit that estimates a growth stage for each elapsed day from the start date of cropping, from at least one of the change rate and the number of days of the growth model of the adapted crop,
For each growth stage of the image data analysis target, an image data selection unit for the second resolution for selecting the image data of the second resolution to be analyzed, and a pixel of the farm field with the prediction target in the image of the second resolution For each, the image data analysis unit for the second resolution to calculate a multidimensional vector by combining the vegetation index by pixel calculated from the image data of the second resolution to be the analysis target,
The multi-dimensional vector is classified by clustering based only on the vector value, and one or more clusters in which the pixels of the normal stock portion are classified are identified by a predetermined condition from the obtained clusters, and the identification for all the pixels in the field is performed. A normal stock rate estimation apparatus comprising: a normal stock rate estimation unit that estimates a normal stock rate in a field from a ratio of pixels belonging to a cluster obtained.
前記クラスタの中心点に対する条件から、正常株の部分のピクセルが分類されるクラスタを特定する請求項1又は2に記載の正常株率推定装置。 The normal stock rate estimator is
The normal stock rate estimation apparatus according to claim 1 or 2, wherein a cluster into which pixels of a normal stock portion are classified is specified from a condition with respect to a center point of the cluster.
少なくとも前記正常株率を説明変数に含む収穫量予測モデルで、予測対象作付の収穫量を予測する収穫量予測部と、を有する収穫量予測装置。 A yield predicting device for predicting a yield of an agricultural crop, wherein the normal stock rate estimating device according to any one of claims 1 to 4,
A yield prediction apparatus comprising: a yield prediction model that predicts a yield of a crop to be predicted with a yield prediction model including at least the normal stock ratio as an explanatory variable.
さらに、
生育度集計対象の生育ステージにおける予測対象作付の前記推定植生指数代表値を合計することで予測対象作付の推定生育度を計算する、生育度推定部を備え、
前記収穫量予測部は、少なくとも前記推定生育度と前記正常株率を説明変数に含む収穫量予測モデルとに基づいて、予測対象作付の収穫量を予測することを特徴とする請求項5に記載の収穫量予測装置。 In the growth stage information, information indicating whether or not the growth stage is a growth stage subject to growth degree counting is registered,
further,
A growth degree estimation unit that calculates the estimated growth degree of the predicted target crop by summing the estimated vegetation index representative values of the predicted target crop in the growth stage of the growth degree target,
The said harvest amount prediction part predicts the harvest amount of cropping to be predicted based on at least the estimated growth degree and the yield prediction model including the normal stock rate as explanatory variables. Yield prediction device.
農作物の作付を一意に識別する作付IDと、作付が実施された圃場を一意に識別する圃場IDと、作付が開始された日付である作付開始日と、農作物を収穫し作付を終了する予定の日付である作付終了予定日と、が登録されている作付情報と、
圃場ごとに、圃場の位置と形状とを表す情報が登録されている、圃場別GIS情報と、
農作物の作付や生育の段階を表す生育ステージと、画像データ解析対象の生育ステージであるかどうかを表す情報と、が登録されている生育ステージ情報と、
第一の解像度の画像を一意に識別する画像IDと、前記第一の解像度の画像を撮影した日付である画像撮影日と、前記第一の解像度の画像データ本体と、が登録されている第一の解像度の画像情報と、
第二の解像度の画像を一意に識別する画像IDと、前記第二の解像度の画像を撮影した日付である画像撮影日と、前記第二の解像度の画像データ本体と、が登録されている第二の解像度の画像情報と、を格納する記憶装置の各情報を参照し、
入力装置から予測対象の作付IDを設定する予測対象作付設定ステップと、
設定された前記作付IDに基づいて、前記作付情報と前記第一の解像度の画像情報とを参照して取得した、前記第一の解像度の画像データから、画像撮影日における予測対象作付の圃場の植生指数代表値を算出する画像データ分析ステップと、
前記生育ステージ情報を参照して、前記植生指数代表値の時系列データに前記農作物の生育モデルを適合して推定植生指数代表値を計算する生育モデル適合ステップと、
適合した前記農作物の生育モデルの変化率及び日数の少なくともいずれか一方から、作付開始日からの経過日数ごとに生育ステージを推定する生育ステージ推定ステップと、
画像データ解析対象の生育ステージごとに、解析対象とする第二の解像度の画像データを選択する第二の解像度に対する画像データ選択ステップと、前記第二の解像度の画像における予測対象作付の圃場のピクセルごとに、前記解析対象とする前記第二の解像度の画像データから計算したピクセル別植生指数を結合して多次元ベクトルを算出する第二の解像度に対する画像データ分析ステップと、
前記多次元ベクトルを当該ベクトルの値のみからクラスタリングにより分類し、得られたクラスタから正常株の部分のピクセルが分類されるクラスタを所定の条件により一つ以上特定し、圃場の全ピクセルに対する前記特定したクラスタに属するピクセルの割合から圃場内の正常株率を推定する正常株率推定ステップと、
を有することを特徴とする正常株率推定方法。 A normal stock rate estimation method for estimating the normal stock rate of agricultural products,
A crop ID that uniquely identifies the crop cropping, a field ID that uniquely identifies the crop field, a crop start date that is the date that the crop was started, and the crop will be harvested and cropping will be terminated. The planting information in which the planned planting end date, which is the date, is registered,
Field-specific GIS information in which information representing the position and shape of the field is registered for each field,
Growth stage information in which a growth stage indicating the cropping and growing stage of the crop and information indicating whether it is a growth stage of image data analysis target are registered,
An image ID for uniquely identifying an image of the first resolution, an image shooting date that is a date when the image of the first resolution is shot, and an image data body of the first resolution are registered. Image information of one resolution,
An image ID for uniquely identifying an image of the second resolution, an image shooting date that is a date when the image of the second resolution is shot, and an image data main body of the second resolution are registered. Referring to each information of the storage device storing the image information of the second resolution,
A prediction target cropping setting step for setting the cropping ID of the prediction target from the input device;
Based on the set crop ID, the first resolution image data acquired with reference to the crop information and the first resolution image information is used to predict the crop field to be predicted on the image capturing date. An image data analysis step for calculating a vegetation index representative value;
With reference to the growth stage information, a growth model fitting step of calculating an estimated vegetation index representative value by fitting a growth model of the crop to the time series data of the vegetation index representative value;
A growth stage estimation step for estimating a growth stage for each elapsed day from the start date of cropping, from at least one of the change rate and the number of days of the growth model of the adapted crop,
An image data selection step for selecting the second resolution image data to be analyzed for each growth stage of the image data analysis target, and a pixel of the farm field with the prediction target in the second resolution image Image data analysis step for the second resolution, which combines a vegetation index for each pixel calculated from the image data of the second resolution to be analyzed, and calculates a multidimensional vector,
The multi-dimensional vector is classified by clustering based only on the vector value, and one or more clusters in which the pixels of the normal stock portion are classified are identified by a predetermined condition from the obtained clusters, and the identification for all the pixels in the field is performed. A normal stock rate estimation step for estimating the normal stock rate in the field from the proportion of pixels belonging to the selected cluster,
A normal stock rate estimation method comprising:
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