JP2021047064A - Water-containing state estimation device, water-containing state estimation program, and water-containing state estimation method - Google Patents

Water-containing state estimation device, water-containing state estimation program, and water-containing state estimation method Download PDF

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Abstract

To provide a water-containing state estimation device and a water-containing state estimation program which solve a problem of a prior art, in other words, can efficiently grasp a water-containing state of an object soil compared to the prior art, and can grasp the water-containing state of the object soil without requiring a worker to approach the object soil, and a water-containing state estimation method using the same.SOLUTION: A water-containing state estimation device is a device for estimating a water-containing state of an object soil by using a result obtained by photographing a sample soil whose water-containing state is known with a hyper-spectral camera, and includes correlation calculation means and two-wavelength relational expression calculation processing, and water-containing state estimation means. The water-containing state estimation means is means for estimating the water-containing state of the object soil on the basis of object soil data composed of a first spectral intensity at a first wavelength and a second spectral intensity at a second wavelength obtained by photographing the object soil by a spectral camera, and the two-wavelength relational expression.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本願発明は、土の含水状態の測定に関する技術であり、より具体的には、含水状態が既知の試料土をハイパースペクトルカメラで撮影した結果のうち所定の2波長のスペクトル強度の関係を用いて、対象となる土の含水状態を推定する装置とプログラム、これらを用いた推定方法に関するものである。 The present invention is a technique for measuring the water content of soil, and more specifically, using the relationship of spectral intensities of two predetermined wavelengths from the results of photographing a sample soil having a known water content with a hyperspectral camera. It relates to a device and a program for estimating the water content of the target soil, and an estimation method using these.

我が国は地震が頻発する国として知られ、近年では、東北地方太平洋沖地震をはじめ、兵庫県南部地震、新潟県中越地震など大きな地震が発生し、そのたびに甚大な被害を被ってきた。特に東日本大震災では、津波によって計り知れない被害を受けたうえ、さらに福島原子力発電所の原子炉が損壊するという事故に見舞われた。原子炉事故に伴い大量に放出された放射性物質は、エアロゾルなどの形で広域に移流拡散し、降雨に伴って地上に降下沈着した結果、地域住民の生活環境に大きな影響を及ぼすに至った。 Japan is known as a country where earthquakes occur frequently, and in recent years, major earthquakes such as the Tohoku-Pacific Ocean Earthquake, the Hyogo-ken Nanbu Earthquake, and the Niigata-ken Chuetsu Earthquake have occurred, and each time they have suffered enormous damage. In particular, the Great East Japan Earthquake caused immeasurable damage from the tsunami and also caused an accident in which the reactor of the Fukushima nuclear power plant was damaged. A large amount of radioactive material released due to the nuclear reactor accident was advected and diffused over a wide area in the form of aerosols, etc., and as a result of falling and depositing on the ground due to rainfall, it had a great impact on the living environment of local residents.

このような背景の下、放射性物質汚染対処特別措置法が施行され、放射性物質が沈着した土壌や、草木、がれき等の除去といったいわゆる除染措置が進められた。人の健康や生活環境に及ぼす影響を速やかに低減することを目的としたこの法律によれば、放射性廃棄物(特定廃棄物)は環境省令で定める基準に従って保管や処分を行うことを義務付けている。この省令では、例えば放射性廃棄物はその放射能濃度によって保管方法が分けられており、放射能濃度が中濃度(8,000Bq/kg超、10万Bq/kg以下)のものは管理型処分場で保管し、放射能濃度が高濃度(10万Bq/kg超)のものは中間貯蔵施設で保管するよう規定している。 Against this background, the Act on Special Measures Concerning Radioactive Contamination was enforced, and so-called decontamination measures such as removal of soil, vegetation, and debris on which radioactive substances were deposited were promoted. According to this law, which aims to quickly reduce the impact on human health and living environment, radioactive waste (specified waste) is required to be stored and disposed of in accordance with the standards specified by the Ordinance of the Ministry of the Environment. .. According to this ministry ordinance, for example, radioactive waste is stored according to its radioactivity concentration, and those with a medium radioactivity concentration (more than 8,000 Bq / kg and less than 100,000 Bq / kg) are managed disposal sites. It is stipulated that those with a high radioactivity concentration (more than 100,000 Bq / kg) should be stored in an interim storage facility.

通常、中間貯蔵施設における除去土壌の埋立は、造成盛土などと同様、ダンプトラック等によって除去土壌を撒き出し、撒き出された除去土壌をブルドーザ等によって敷き均し、そして敷き均された除去土壌を振動ローラ等によって締め固めるといった一連の作業によって行われる。ところが、除去土壌の含水状態(含水比や含水率)によっては、撒き出し作業中や転圧完了後の除去土壌の表面から、風乾による粉じんが飛散することがある。このような粉じんは、作業者等の外部被ばくの要因の一つとなり得ることから除去土壌の含水状態を把握する必要がある。一般的に中間貯蔵施設における除去土壌は広範囲で埋め立てられることから、上空から測定するなど効率的に含水状態を測定することが望ましく、しかも遠隔操作で含水状態を測定することが求められる。 Normally, when landfilling the removed soil in an intermediate storage facility, the removed soil is sprinkled with a dump truck or the like, the sprinkled removed soil is spread with a bulldozer or the like, and the spread removed soil is spread out. It is performed by a series of operations such as compaction with a vibrating roller or the like. However, depending on the water content (moisture content ratio and water content) of the removed soil, dust due to air drying may be scattered from the surface of the removed soil during the sprinkling work or after the completion of compaction. Since such dust can be one of the factors of external exposure of workers and the like, it is necessary to grasp the water content state of the removed soil. In general, the soil removed in the interim storage facility is reclaimed over a wide area, so it is desirable to measure the water content efficiently, such as by measuring from the sky, and it is also required to measure the water content remotely.

遠隔操作によって土の含水状態を測定する手法としては、分光器(スペクトルカメラ)を使用した測定方法が考えられる。例えば特許文献1では、400〜1,000nm波長体のハイパースペクトルカメラを使用し、取得したスペクトルデータと近似する基準スペクトルデータをSAM(Spectral Angle Mapper)法によって特定するとともに、その基準スペクトルデータに関連付けられた属性情報(含水率や土壌種など)に基づいて対象土壌の含水率を判定する技術を提案している。 As a method of measuring the water content of soil by remote control, a measurement method using a spectroscope (spectral camera) can be considered. For example, in Patent Document 1, a hyperspectral camera having a wavelength of 400 to 1,000 nm is used, and reference spectrum data that is close to the acquired spectrum data is specified by the SAM (Spectral Angle Mapper) method and associated with the reference spectrum data. We are proposing a technique for determining the water content of the target soil based on the attribute information (moisture content, soil type, etc.).

特開2015−40851号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-40851

特許文献1によれば、対象土壌に直接触れることなく、すなわち非接触でその含水率を判定することができ、しかもハイパースペクトルカメラを用いるため比較的正確に含水率を判定することができる。その一方で、ハイパースペクトルカメラを用いるが故に、効率的に広範囲の土壌を対象として判定することができないという短所がある。通常、ハイパースペクトルカメラは三脚など用いて地上に設置したうえで測定するのが基本であり、一度の測定に相当の時間(数十秒〜数分間)を要するため、例えば飛行体などを利用して上空から俯瞰的に広範囲を測定する手法に比べると、その測定効率は著しく劣るわけである。 According to Patent Document 1, the water content can be determined without directly touching the target soil, that is, without contact, and since the hyperspectral camera is used, the water content can be determined relatively accurately. On the other hand, since a hyperspectral camera is used, there is a disadvantage that it is not possible to efficiently determine a wide range of soil. Normally, a hyperspectral camera is basically installed on the ground using a tripod, etc., and it takes a considerable amount of time (several tens of seconds to several minutes) to make one measurement. Compared to the method of measuring a wide range from the sky, the measurement efficiency is significantly inferior.

また特許文献1の技術は、ハイパースペクトルカメラを設置するため作業者が対象土壌付近に立ち入る必要があるという問題も指摘することができる。例えば中間貯蔵施設に埋め立てられた除去土壌の含水状態を測定する場合、十分な含水状態が保たれていれば問題ないが、除去土壌の表面が乾燥していれば粉じんが飛散することによって作業者が外部被ばくするおそれがあるわけである。 Further, it can be pointed out that the technique of Patent Document 1 requires an operator to enter the vicinity of the target soil in order to install the hyperspectral camera. For example, when measuring the water content of the removed soil landfilled in the interim storage facility, there is no problem if the water content is sufficiently maintained, but if the surface of the removed soil is dry, dust will scatter and the operator will be able to do so. May be exposed to the outside.

本願発明の課題は、従来技術が抱える問題を解決することであり、すなわち従来技術に比して効率的に対象土の含水状態を把握することができ、しかも作業者が対象土に近づくことなく対象土の含水状態を把握することができる含水状態推定装置と含水状態推定プログラム、これらを用いた含水状態推定方法を提供することである。 The object of the present invention is to solve the problems of the prior art, that is, the water content state of the target soil can be grasped more efficiently than the prior art, and the operator does not approach the target soil. It is to provide a water content estimation device and a water content estimation program capable of grasping the water content state of the target soil, and a water content estimation method using these.

本願発明は、対象土の含水状態を推定するために必要な波長帯をあらかじめ設定し、その波長帯のスペクトル強度を測定するスペクトルカメラを用いることで従来に比して効率的に含水状態を測定する、という点に着目してなされたものであり、これまでにない発想に基づいて行われた発明である。 According to the present invention, a wavelength band required for estimating the water content of the target soil is set in advance, and the water content is measured more efficiently than before by using a spectrum camera that measures the spectral intensity of the wavelength band. It was made with a focus on the point of doing so, and it was an invention made based on an unprecedented idea.

本願発明の含水状態推定装置は、含水状態(含水比や含水率)が既知である試料土をハイパースペクトルカメラで撮影して得られた結果に基づいて対象土の含水状態を推定する装置であり、相関度算出手段と2波長関係式算定処理、含水状態推定手段を備えたものである。このうち相関度算出手段は、含水状態が異なる複数種類の試料土から得られたスペクトルデータをもとに、第1波長における第1スペクトル強度と第2波長(第1波長とは異なる波長)における第2スペクトル強度を抽出するとともに、同一の含水状態の試料土から得られた第1スペクトル強度と第2スペクトル強度を1組の試料土データとし、複数の含水状態の試料土に係る試料土データから第1スペクトル強度と第2スペクトル強度の相関の程度を求める手段である。また2波長関係式算定処理は、相関の程度があらかじめ定めた相関閾値を超えたとき、第1スペクトル強度と第2スペクトル強度との関係を表す2波長関係式を求める手段である。そして含水状態推定手段は、対象土をスペクトルカメラで撮影して得られた第1波長における第1スペクトル強度と第2波長における第2スペクトル強度からなる対象土データと、2波長関係式に基づいて対象土の含水状態を推定する手段である。 The water content estimation device of the present invention is a device that estimates the water content of the target soil based on the results obtained by photographing the sample soil whose water content (water content ratio and water content) is known with a hyperspectral camera. , It is equipped with a correlation degree calculation means, a two-wavelength relational expression calculation process, and a water content estimation means. Of these, the correlation degree calculation means uses the first spectral intensity at the first wavelength and the second wavelength (wavelength different from the first wavelength) based on the spectral data obtained from a plurality of types of sample soils having different water content. The second spectral intensity is extracted, and the first spectral intensity and the second spectral intensity obtained from the same water-containing sample soil are used as a set of sample soil data, and the sample soil data related to a plurality of water-containing sample soils are used. This is a means for determining the degree of correlation between the first spectral intensity and the second spectral intensity. Further, the two-wavelength relational expression calculation process is a means for obtaining a two-wavelength relational expression representing the relationship between the first spectral intensity and the second spectral intensity when the degree of correlation exceeds a predetermined correlation threshold value. Then, the water content estimation means is based on the target soil data consisting of the first spectral intensity at the first wavelength and the second spectral intensity at the second wavelength obtained by photographing the target soil with a spectrum camera, and the two-wavelength relational expression. It is a means to estimate the water content of the target soil.

本願発明の含水状態推定装置は、無人飛行体と、無人飛行体に搭載された多眼式スペクトルカメラ、そして無人飛行体と多眼式スペクトルカメラを制御する制御手段を有する観測手段をさらに備えたものとすることもできる。なお、この多眼式スペクトルカメラは、2以上のレンズを具備するとともに、所望の波長におけるスペクトル強度を取得するフィルターがそれぞれのレンズに設けられている。この場合、含水状態推定手段は、無人飛行体が飛行しながら多眼式スペクトルカメラによって対象土を撮影して得られた対象土データを用い、2波長関係式によって対象土の含水状態を推定する、 The water content estimation device of the present invention further includes an unmanned aerial vehicle, a multi-lens spectrum camera mounted on the unmanned aerial vehicle, and an observation means having control means for controlling the unmanned aerial vehicle and the multi-lens spectrum camera. It can also be. In addition, this multi-lens spectrum camera is provided with two or more lenses, and each lens is provided with a filter for acquiring spectral intensity at a desired wavelength. In this case, the water content estimation means estimates the water content of the target soil by a two-wavelength relational expression using the target soil data obtained by photographing the target soil with a multi-lens spectrum camera while the unmanned vehicle is flying. ,

本願発明の含水状態推定装置は、対象土データと2波長関係式との較差があらかじめ定めた許容範囲内にあるときに、対象土の含水状態を推定するものとすることもできる。 The water content estimation device of the present invention may also estimate the water content of the target soil when the difference between the target soil data and the two-wavelength relational expression is within a predetermined allowable range.

本願発明の含水状態推定装置は、2波長関係式記憶手段をさらに備えたものとすることもできる。この2波長関係式記憶手段は、異なる2波長の組み合わせからなる2以上の2波長関係式を記憶する手段である。この場合、含水状態推定手段は、対象土をスペクトルカメラで撮影して得られた3以上の波長のスペクトル強度の中から第1スペクトル強度と第2スペクトル強度を選出するとともに、この第1スペクトル強度と第2スペクトル強度に係る2波長関係式を2波長関係式記憶手段から読み出し、対象土データ(選出された第1スペクトル強度と第2スペクトル強度)と読み出した2波長関係式とを照らし合わせ、対象土データと2波長関係式との較差があらかじめ定めた許容範囲外にあるときは、他の第1スペクトル強度と第2スペクトル強度を選出し、許容範囲内にあるときは、対象土の含水状態を推定する。 The water content estimation device of the present invention may further include a two-wavelength relational storage means. This two-wavelength relational expression storage means is a means for storing two or more two-wavelength relational expressions composed of different combinations of two wavelengths. In this case, the water-containing state estimation means selects the first spectral intensity and the second spectral intensity from the spectral intensities of three or more wavelengths obtained by photographing the target soil with a spectrum camera, and the first spectral intensity. And the two-wavelength relational expression related to the second spectral intensity are read out from the two-frequency relational expression storage means, and the target soil data (selected first spectrum intensity and second spectral intensity) are compared with the read out two-wavelength relational expression. When the difference between the target soil data and the two-wavelength relational expression is outside the predetermined permissible range, the other first spectral intensity and the second spectral intensity are selected, and when it is within the permissible range, the water content of the target soil is contained. Estimate the state.

本願発明の含水状態推定プログラムは、含水状態が既知である試料土をハイパースペクトルカメラで撮影して得られた結果に基づいて対象土の含水状態を推定する機能をコンピュータに実行させるプログラムであり、相関度算出処理と2波長関係式算定処理、含水状態推定処理をコンピュータに実行させる機能を備えたものである。このうち相関度算出処理は、含水状態が異なる複数種類の試料土から得られたスペクトルデータをもとに、第1波長における第1スペクトル強度と第2波長における第2スペクトル強度を抽出するとともに、同一の含水状態の試料土から得られた第1スペクトル強度と第2スペクトル強度を1組の試料土データとし、複数の含水状態の試料土に係る試料土データから第1スペクトル強度と第2スペクトル強度の相関の程度を求める処理である。また2波長関係式算定処理は、相関の程度が相関閾値を超えたとき、第1スペクトル強度と第2スペクトル強度との関係を表す2波長関係式を求める処理である。そして含水状態推定処理は、対象土をスペクトルカメラで撮影して得られた第1波長における第1スペクトル強度と第2波長における第2スペクトル強度からなる対象土データと、2波長関係式に基づいて対象土の含水状態を推定する処理である。 The water content estimation program of the present invention is a program that causes a computer to execute a function of estimating the water content of the target soil based on the result obtained by photographing the sample soil whose water content is known with a hyperspectral camera. It is equipped with a function to cause a computer to execute a correlation degree calculation process, a two-wavelength relational expression calculation process, and a water content estimation process. Of these, the correlation degree calculation process extracts the first spectral intensity at the first wavelength and the second spectral intensity at the second wavelength based on the spectral data obtained from a plurality of types of sample soils having different water content, and also extracts the second spectral intensity at the second wavelength. The first spectral intensity and the second spectral intensity obtained from the same water-containing sample soil are used as a set of sample soil data, and the first spectral intensity and the second spectrum are obtained from the sample soil data related to a plurality of water-containing sample soils. This is a process for determining the degree of intensity correlation. The two-wavelength relational expression calculation process is a process for obtaining a two-wavelength relational expression representing the relationship between the first spectral intensity and the second spectral intensity when the degree of correlation exceeds the correlation threshold value. Then, the water content estimation process is based on the target soil data consisting of the first spectral intensity at the first wavelength and the second spectral intensity at the second wavelength obtained by photographing the target soil with a spectrum camera, and the two-wavelength relational expression. This is a process for estimating the water content of the target soil.

本願発明の含水状態推定方法は、含水状態が既知である試料土をハイパースペクトルカメラで撮影して得られた結果に基づいて対象土の含水状態を推定する方法であり、試料土撮影工程と相関度算出工程、2波長関係式算定工程、対象土撮影工程、含水状態推定工程を備えたものである。このうち試料土撮影工程では、含水状態が異なる複数種類の試料土をハイパースペクトルカメラで撮影して、含水状態ごとにスペクトルデータを取得する。また相関度算出工程では、異なる2種類の波長を第1波長と第2波長として選出するとともに、含水状態ごとに取得されたスペクトルデータのうち、第1波長における第1スペクトル強度と第2波長における第2スペクトル強度を抽出し、同一の含水状態の試料土に係る第1スペクトル強度と第2スペクトル強度を1組の試料土データとして、複数の含水状態の試料土に係る試料土データから第1スペクトル強度と第2スペクトル強度の相関の程度を求める。2波長関係式算定工程では、相関の程度が相関閾値を超えたとき、第1スペクトル強度と第2スペクトル強度との関係を表す2波長関係式を求める。対象土撮影工程では、対象土をスペクトルカメラで撮影して、第1波長における第1スペクトル強度と第2波長における第2スペクトル強度とを取得する。そして含水状態推定工程では、対象土撮影工程で取得した第1スペクトル強度と第2スペクトル強度からなる対象土データと、2波長関係式に基づいて対象土の含水状態を推定する。 The water content estimation method of the present invention is a method of estimating the water content of the target soil based on the result obtained by photographing the sample soil whose water content is known with a hyperspectral camera, and correlates with the sample soil photographing step. It is equipped with a degree calculation process, a two-wavelength relational expression calculation process, a target soil photography process, and a water content estimation process. Of these, in the sample soil photographing step, a plurality of types of sample soil having different water content states are photographed with a hyperspectral camera, and spectrum data is acquired for each water content state. Further, in the correlation degree calculation step, two different types of wavelengths are selected as the first wavelength and the second wavelength, and among the spectral data acquired for each water-containing state, the first spectral intensity at the first wavelength and the second wavelength are used. The second spectral intensity is extracted, and the first spectral intensity and the second spectral intensity related to the sample soil in the same water-containing state are used as a set of sample soil data, and the first is obtained from the sample soil data related to the sample soil in a plurality of water-containing states. The degree of correlation between the spectral intensity and the second spectral intensity is determined. In the two-wavelength relational expression calculation step, when the degree of correlation exceeds the correlation threshold value, a two-wavelength relational expression representing the relationship between the first spectral intensity and the second spectral intensity is obtained. In the target soil photographing step, the target soil is photographed with a spectrum camera to acquire the first spectral intensity at the first wavelength and the second spectral intensity at the second wavelength. Then, in the water-containing state estimation step, the water-containing state of the target soil is estimated based on the target soil data consisting of the first spectral intensity and the second spectral intensity acquired in the target soil photographing step and the two-wavelength relational expression.

本願発明の含水状態推定方法は、観測手段を用いる方法とすることもできる。この場合、対象土撮影工程では、2波長関係式に係る第1波長と第2波長で撮影するようフィルターをレンズに取り付けたうえで、無人飛行体が飛行しながら多眼式スペクトルカメラによって対象土を撮影する。 The water content estimation method of the present invention can also be a method using an observation means. In this case, in the target soil photographing process, after attaching a filter to the lens so as to photograph at the first wavelength and the second wavelength related to the two-wavelength relational expression, the target soil is photographed by a multi-lens spectrum camera while the unmanned flying object is flying. To shoot.

本願発明の含水状態推定装置、含水状態推定プログラム、及び含水状態推定方法には、次のような効果がある。
(1)あらかじめ設定した波長帯でスペクトルデータを取得することから、従来のハイパースペクトルカメラによる測定よりも短時間で作業を終えることができる。また、あらかじめ設定したスペクトルデータを取得する多眼式スペクトルカメラを用い、この多眼式スペクトルカメラを搭載した無人飛行体で測定することによって、さらに効率的に対象土の含水状態を推定することができる。
(2)多眼式スペクトルカメラを搭載した無人飛行体を用いることによって、遠隔操作によって対象土の含水状態を推定することができる。この結果、 例えば中間貯蔵施設に埋め立てられた除去土壌の含水状態を測定する場合であっても、作業者が現地付近に立ち入る必要がなく、すなわち作業者が外部被ばくするおそれがない。
(3)高濃度除去土壌の締固め含水管理や、粉じん飛散を防止するための散水管理に活用することができる。
(4)多眼式スペクトルカメラで含水比推定に有効な第1波長と第2波長波長のスペクトルデータを取得することで、対象土の測定においてハイパースペクトルカメラを使用せずに、ハイパースペクトルカメラによる測定と遜色ない精度で対象土の含水状態を推定することができる。
The water content estimation device, the water content estimation program, and the water content estimation method of the present invention have the following effects.
(1) Since the spectrum data is acquired in the preset wavelength band, the work can be completed in a shorter time than the measurement by the conventional hyperspectral camera. In addition, it is possible to more efficiently estimate the water content of the target soil by measuring with an unmanned flying object equipped with this multi-lens spectrum camera using a multi-lens spectrum camera that acquires preset spectrum data. it can.
(2) By using an unmanned aerial vehicle equipped with a multi-lens spectrum camera, the water content of the target soil can be estimated by remote control. As a result, for example, even when measuring the water content of the removed soil landfilled in the interim storage facility, it is not necessary for the worker to enter the vicinity of the site, that is, there is no risk of the worker being exposed to the outside.
(3) It can be used for compaction water content control of high-concentration removed soil and watering control to prevent dust scattering.
(4) By acquiring the spectral data of the first wavelength and the second wavelength wavelength, which are effective for estimating the water content ratio with the multi-lens spectrum camera, the hyperspectral camera is used instead of the hyperspectral camera in the measurement of the target soil. The water content of the target soil can be estimated with an accuracy comparable to that of the measurement.

本願発明の含水状態推定装置の主な構成を示すブロック図。The block diagram which shows the main structure of the water content estimation apparatus of this invention. 多眼式スペクトルカメラを示す正面図。Front view showing a multi-lens spectrum camera. 複数種類のスペクトルデータから2波長関係式を求めるまでの「事前処理」の流れを示すフロー図。A flow chart showing the flow of "pre-processing" from obtaining a two-wavelength relational expression from a plurality of types of spectral data. 実際に現地で対象土を撮影してその含水比を推定するまでの「観測処理」の流れを示すフロー図。A flow chart showing the flow of "observation processing" until the target soil is actually photographed on site and its water content is estimated. ハイパースペクトルカメラで試料土を撮影して得られたマルチスペクトルデータを説明するモデル図。A model diagram illustrating multispectral data obtained by photographing a sample soil with a hyperspectral camera. (a)は試料土を分割した各領域を示す平面図、(b)は領域ごとに生成されたスペクトルパターンを示すグラフ図。(A) is a plan view showing each region obtained by dividing the sample soil, and (b) is a graph showing a spectral pattern generated for each region. 同一の土質で4種類の含水比の試料土と、それぞれの試料土に対して生成された16領域分のスペクトルパターンを示すモデル図。The model figure which shows the sample soil of 4 kinds of water content ratios with the same soil quality, and the spectral pattern for 16 regions generated for each sample soil. 第1スペクトル強度を横軸、第2スペクトル強度を縦軸とする座標系に各スペクトルパターンから得られた試料土データをプロットした散布図。A scatter plot in which sample soil data obtained from each spectral pattern is plotted in a coordinate system having the first spectral intensity on the horizontal axis and the second spectral intensity on the vertical axis. (a)は第1波長を400nm、第2波長を450nmとする波長セットを選出して試料土データをプロットしたグラフ図、(b)は第1波長を380nm、第2波長を1,000nmとする波長セットを選出して試料土データをプロットしたグラフ図。(A) is a graph in which sample soil data is plotted by selecting a wavelength set having a first wavelength of 400 nm and a second wavelength of 450 nm, and (b) is a graph in which the first wavelength is 380 nm and the second wavelength is 1,000 nm. A graph in which sample soil data is plotted by selecting the wavelength set to be used. (a)は第1波長を485nm、第2波長を500nmとする相関波長セットを選出して試料土データをプロットした散布図、(b)は第1波長を450nm、第2波長を475nmとする相関波長セットを選出して試料土データをプロットした散布図。(A) is a scatter plot in which sample soil data is plotted by selecting a correlated wavelength set having a first wavelength of 485 nm and a second wavelength of 500 nm, and (b) has a first wavelength of 450 nm and a second wavelength of 475 nm. A scatter plot in which sample soil data is plotted by selecting a correlated wavelength set. 対象土データと2波長関係式の較差を考慮した場合の「観測処理」の流れを示すフロー図。A flow chart showing the flow of "observation processing" when the difference between the target soil data and the two-wavelength relational expression is taken into consideration. 対象土データから回帰直線までの垂線によって求められる較差を示すモデル図。A model diagram showing the difference obtained by the perpendicular line from the target soil data to the regression line. 最適な2波長関係式を選別したうえで対象土の含水比を推定する場合の「観測処理」の流れを示すフロー図。A flow chart showing the flow of "observation processing" when estimating the water content ratio of the target soil after selecting the optimum two-wavelength relational expression. 本願発明の含水状態推定プログラムの主な処理の流れを示すフロー図。The flow chart which shows the main processing flow of the water content estimation program of this invention. 本願発明の含水状態推定方法の主な工程の流れを示すフロー図。The flow chart which shows the flow of the main process of the water content estimation method of this invention.

本願発明の含水状態推定装置、含水状態推定プログラム、及び含水状態推定方法の実施形態の例を図に基づいて説明する。 An example of the water content estimation device, the water content estimation program, and the embodiment of the water content estimation method of the present invention will be described with reference to the drawings.

1.全体概要
本願発明は、対象となる土(以下、「対象土」という。)をスペクトルカメラ(以下、「観測用スペクトルカメラ」という。)で撮影することによって、その含水比や含水率といった「含水状態」を推定することができる技術である。そして本願発明に用いられる観測用スペクトルカメラは、特定の波長におけるスペクトル強度を取得することができれば足り、すなわち一度の測定に相当の時間を要するハイパースペクトルカメラを用いる必要がない。このように、いわば簡易な観測用スペクトルカメラを用いることから、例えば無人飛行体(UAV:Unmanned aerial vehicle)に搭載することもでき、広範囲の対象土であっても効率的に撮影することもできるわけである。
1. 1. Overall Overview In the present invention, by photographing the target soil (hereinafter referred to as "target soil") with a spectrum camera (hereinafter referred to as "observation spectrum camera"), the "water content" such as the water content ratio and the water content is "water content". It is a technology that can estimate the "state". As the observation spectrum camera used in the present invention, it is sufficient if the spectrum intensity at a specific wavelength can be acquired, that is, it is not necessary to use a hyperspectral camera that requires a considerable amount of time for one measurement. In this way, since a simple spectrum camera for observation is used, for example, it can be mounted on an unmanned aerial vehicle (UAV), and even a wide range of target soil can be efficiently photographed. That's why.

観測用スペクトルカメラを用いて、つまり限られた情報から対象土の含水状態を推定するには、「2波長関係式」が用いられる。この2波長関係式は、含水状態が既知の土(以下、「試料土」という。)をハイパースペクトルカメラで撮影して得られたスペクトルデータに基づいて求められるものであり、選択された2つの波長(以下、「波長セット」という。)におけるそれぞれのスペクトル強度の関係を表すものである。より詳しくは、同一の試料土に対して得られたスペクトルデータの中から、波長セットのうち一方の波長(以下、「第1波長」という。)におけるスペクトル強度(以下、「第1スペクトル強度」という。)と波長セットのうち他方の波長(以下、「第2波長」という。)におけるスペクトル強度(以下、「第2スペクトル強度」という。)を抽出するとともに、これら第1スペクトル強度と第2スペクトル強度を一組のデータ(以下、「試料土データ」という。)として扱い、複数種類の試料土から得られた試料土データの関係を表したものが2波長関係式である。 The "two-wavelength relational expression" is used to estimate the water content of the target soil using an observation spectrum camera, that is, from limited information. This two-wavelength relational expression is obtained based on the spectral data obtained by photographing soil having a known water content (hereinafter referred to as "sample soil") with a hyperspectral camera, and is obtained from two selected soils. It represents the relationship between the respective spectral intensities at wavelength (hereinafter referred to as "wavelength set"). More specifically, from the spectral data obtained for the same sample soil, the spectral intensity at one wavelength of the wavelength set (hereinafter, referred to as "first wavelength") (hereinafter, "first spectral intensity"). The spectral intensity (hereinafter referred to as "second spectral intensity") at the other wavelength of the wavelength set (hereinafter referred to as "second wavelength") is extracted, and these first spectral intensity and second spectrum intensity are extracted. The two-wavelength relational expression expresses the relationship between the sample soil data obtained from a plurality of types of sample soil by treating the spectral intensity as a set of data (hereinafter referred to as "sample soil data").

本願発明の発明者らは、試料土ごとに特定の波長セットが存在すること、すなわち特定の第1スペクトル強度と第2スペクトル強度が極めて高い相関性を示すことを見出した。なお、異なる種類(土質等)の試料土はそれぞれ別の特定の波長セットが存在し、また種類が同じでも含水状態が異なる試料土はやはりそれぞれ別の特定の波長セットが存在する。そして、特定の第1スペクトル強度と第2スペクトル強度の関係を表す2波長関係式を用いることで、観測用スペクトルカメラから得られる限られた情報であっても対象土の含水状態を推定することができることに着眼したわけである。 The inventors of the present invention have found that a specific wavelength set exists for each sample soil, that is, a specific first spectrum intensity and a second spectrum intensity show an extremely high correlation. Note that sample soils of different types (soil quality, etc.) have different specific wavelength sets, and sample soils of the same type but different water content also have different specific wavelength sets. Then, by using a two-wavelength relational expression expressing the relationship between the specific first spectral intensity and the second spectral intensity, the water content state of the target soil can be estimated even with limited information obtained from the observation spectrum camera. I focused on what I could do.

2.含水状態推定装置
本願発明の含水状態推定装置の例を、図に基づいて説明する。なお、本願発明の含水状態推定プログラムは、本願発明の含水状態推定装置のうち一部の処理をコンピュータに実行させるものであり、本願発明の含水状態推定方法は、本願発明の含水状態推定装置を用いて含水状態を推定する方法である。したがって、まずは本願発明の含水状態推定装置について説明し、その後に本願発明の含水状態推定プログラムと本願発明の含水状態推定方法について説明することとする。また便宜上ここでは、「含水状態」を含水比とした例で説明する。
2. Water content estimation device An example of the water content estimation device of the present invention will be described with reference to the drawings. The water content estimation program of the present invention causes a computer to perform some processing of the water content estimation device of the present invention, and the water content estimation method of the present invention uses the water content estimation device of the present invention. It is a method of estimating the water content state by using it. Therefore, first, the water content estimation device of the present invention will be described, and then the water content estimation program of the present invention and the water content estimation method of the present invention will be described. Further, for convenience, here, an example in which the "water content state" is used as the water content ratio will be described.

図1は、本願発明の含水状態推定装置100の主な構成を示すブロック図である。この図に示すように本願発明の含水状態推定装置100は、相関度算出手段101と2波長関係式算定処理102、含水状態推定手段103を含んで構成され、さらに2波長関係式記憶手段104やスペクトルデータ記憶手段105、観測手段200を含んで構成することもできる。 FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of the water content estimation device 100 of the present invention. As shown in this figure, the water content estimation device 100 of the present invention is configured to include the correlation degree calculation means 101, the two-wavelength relational expression calculation process 102, and the water-containing state estimation means 103, and further includes the two-wavelength relational expression storage means 104 and the like. It can also be configured to include the spectrum data storage means 105 and the observation means 200.

含水状態推定装置100を構成する主な要素のうち相関度算出手段101と2波長関係式算定処理102、含水状態推定手段103は、専用のものとして製造することもできるし、汎用的なコンピュータ装置を利用することもできる。このコンピュータ装置は、CPU等のプロセッサ、ROMやRAMといったメモリ、マウスやキーボード等の入力手段やディスプレイを具備するもので、パーソナルコンピュータ(PC)や、iPad(登録商標)といったタブレット型PC、スマートフォンを含む携帯端末などによって構成することができる。 Among the main elements constituting the water content estimation device 100, the correlation degree calculation means 101, the two-wavelength relational expression calculation process 102, and the water content estimation means 103 can be manufactured as dedicated ones or are general-purpose computer devices. Can also be used. This computer device is equipped with a processor such as a CPU, a memory such as a ROM and a RAM, an input means such as a mouse and a keyboard, and a display, and includes a personal computer (PC), a tablet PC such as an iPad (registered trademark), and a smartphone. It can be configured by including a mobile terminal or the like.

2波長関係式記憶手段104とスペクトルデータ記憶手段105は、例えば相関度算出手段101などを実装するコンピュータ装置のメモリに構築することもできるし、あるいはローカルなネットワーク(LAN:Local Area Network)で接続されたデータベースサーバに構築することもできるし、インターネット経由(つまり無線通信や有線通信)で記憶させるクラウドサーバとすることもできる。 The two-wavelength relational storage means 104 and the spectrum data storage means 105 can be constructed in the memory of a computer device that implements, for example, the correlation degree calculation means 101, or are connected by a local network (LAN: Local Area Network). It can be built on a built-in database server, or it can be a cloud server that stores data via the Internet (that is, wireless communication or wired communication).

観測手段200は、少なくとも観測用スペクトルカメラを含むものである。この観測用スペクトルカメラは、特定の波長セット、すなわち特定の第1スペクトル強度と第2スペクトル強度を取得することができるもので、例えば図2に示すような多眼式スペクトルカメラ210を利用することができる。多眼式スペクトルカメラ210は、2以上(図では5つ)のレンズ211とフィルター212を備えたものである。このフィルター212は、特定の波長におけるスペクトル強度を取得するためのいわば調整手段であって、それぞれのレンズ211に対して着脱自在に取り付けられる。換言すれば、レンズ211に取り付けるフィルター212を選択することによって、所望の波長におけるスペクトル強度を取得することができるわけである。 The observation means 200 includes at least an observation spectrum camera. This observation spectrum camera can acquire a specific wavelength set, that is, a specific first spectrum intensity and a second spectrum intensity, and for example, a multi-lens spectrum camera 210 as shown in FIG. 2 is used. Can be done. The multi-lens spectrum camera 210 includes two or more lenses 211 (five in the figure) and a filter 212. The filter 212 is a so-called adjusting means for acquiring the spectral intensity at a specific wavelength, and is detachably attached to each lens 211. In other words, by selecting the filter 212 attached to the lens 211, the spectral intensity at a desired wavelength can be obtained.

観測手段200は、さらに無人飛行体と制御手段(コントローラ)を含んで構成することもできる。無人飛行体に観測用スペクトルカメラを搭載し、制御手段で無人飛行体と観測用スペクトルカメラを遠隔操作することによって、空中から対象土を撮影することができる。したがって観測用スペクトルカメラは、無人飛行体の下側に取り付けるとよい。 The observation means 200 can also be configured to include an unmanned aerial vehicle and a control means (controller). By mounting an observation spectrum camera on an unmanned aerial vehicle and remotely controlling the unmanned aerial vehicle and the observation spectrum camera with control means, it is possible to photograph the target soil from the air. Therefore, the observation spectrum camera should be mounted underneath the unmanned aerial vehicle.

以下、主に図3と図4を参照しながら含水状態推定装置100の主な処理について詳しく説明する。含水状態推定装置100は、複数種類のスペクトルデータから2波長関係式を求めるまでの「事前処理」と、実際に現地で対象土を撮影してその含水比を推定するまでの「観測処理」に大別することができ、図3は事前処理の主な流れを示すフロー図であり、図4は観測処理の主な流れを示すフロー図である。なおこれらのフロー図では、中央の列に実施する処理を示し、左列にはその処理に必要なものを、右列にはその処理から生ずるものを示している。 Hereinafter, the main treatments of the water content estimation device 100 will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4. The water content estimation device 100 is used for "pre-processing" to obtain a two-wavelength relational expression from a plurality of types of spectral data and "observation processing" to actually photograph the target soil on site and estimate its water content ratio. It can be roughly divided, FIG. 3 is a flow chart showing the main flow of preprocessing, and FIG. 4 is a flow chart showing the main flow of observation processing. In these flow charts, the central column shows the processing to be performed, the left column shows what is necessary for the processing, and the right column shows what is generated from the processing.

まず、スペクトルデータ記憶手段105(図1)に記憶されたスペクトルデータをもとに、横軸を波長、縦軸をスペクトル強度とするスペクトルパターンを生成する(図3のStep11)。ここでスペクトルパターンを生成するために用意されるスペクトルデータは、ハイパースペクトルカメラで試料土を撮影した結果得られたマルチスペクトルデータである。図5は、ハイパースペクトルカメラで試料土を撮影して得られたマルチスペクトルデータを説明するモデル図である。この図に示すようにハイパースペクトルカメラは、画素ごとに多数の波長λ(図では151バンド)におけるスペクトル強度を得ることができるものであり、この結果、平面画像の2軸(図ではX軸−Y軸)と直交する波長軸(図ではλ軸)からなる3次元空間に配置されるマルチスペクトルデータを取得することができる。なお本願発明では、従来用いられているハイパースペクトルカメラを採用することができる。 First, based on the spectrum data stored in the spectrum data storage means 105 (FIG. 1), a spectrum pattern having a wavelength on the horizontal axis and a spectrum intensity on the vertical axis is generated (Step 11 in FIG. 3). The spectrum data prepared for generating the spectrum pattern here is multispectral data obtained as a result of photographing the sample soil with a hyperspectral camera. FIG. 5 is a model diagram for explaining the multispectral data obtained by photographing the sample soil with a hyperspectral camera. As shown in this figure, the hyperspectral camera can obtain spectral intensities at a large number of wavelengths λ (151 bands in the figure) for each pixel, and as a result, the two axes of the planar image (X-axis in the figure-). It is possible to acquire multispectral data arranged in a three-dimensional space having a wavelength axis (λ axis in the figure) orthogonal to the Y axis). In the present invention, a conventionally used hyperspectral camera can be adopted.

同一の試料土からは、複数のマルチスペクトルデータが取得され、これに応じて複数種類のスペクトルパターンが生成される。例えば、図6(a)に示すように試料土を16の領域RGに分割してそれぞれの領域RGでマルチスペクトルデータを取得し、図6(b)に示すように分割した領域RGの数(この場合は16)だけスペクトルパターンを生成するとよい。またスペクトルパターンは、同じ土質で含水比が異なる複数の試料土を用意し、これら複数の試料土に対して生成される。例えば図7では、同一の土質で4種類の含水比(1.56%、4.37%、16.61%、21.14%)の試料土が用意され、それぞれ16の領域RGのスペクトルパターンが生成されている。なお図3では、m種類の含水比の試料土を用意するとともに、1つの試料土をn箇所の領域RGに分割することで、n×m個のスペクトルパターンを生成している。 A plurality of multi-spectral data are acquired from the same sample soil, and a plurality of types of spectral patterns are generated accordingly. For example, as shown in FIG. 6 (a), the sample soil is divided into 16 region RGs, multispectral data is acquired in each region RG, and the number of divided region RGs as shown in FIG. 6 (b) ( In this case, it is advisable to generate a spectral pattern only for 16). Further, the spectral pattern is generated for a plurality of sample soils having the same soil quality but different water content, and the plurality of sample soils. For example, in FIG. 7, four types of sample soils having the same soil quality and water content ratios (1.56%, 4.37%, 16.61%, 21.14%) are prepared, and the spectral patterns of each of the 16 region RGs are prepared. Has been generated. In FIG. 3, m kinds of sample soils having a water content ratio are prepared, and one sample soil is divided into n region RGs to generate n × m spectral patterns.

複数種類のスペクトルパターンを生成すると、波長セット(第1波長と第2波長)を選定し(図3のStep12)、それぞれのスペクトルパターンから試料土データを抽出する(図3のStep13)。既述したとおり、試料土データとは第1スペクトル強度と第2スペクトル強度を一組のデータとしたものであり、また第1スペクトル強度は第1波長におけるスペクトル強度であって、第2スペクトル強度は第2波長におけるスペクトル強度である。 When a plurality of types of spectral patterns are generated, a wavelength set (first wavelength and second wavelength) is selected (Step 12 in FIG. 3), and sample soil data is extracted from each spectral pattern (Step 13 in FIG. 3). As described above, the sample soil data is a set of data of the first spectral intensity and the second spectral intensity, and the first spectral intensity is the spectral intensity at the first wavelength and is the second spectral intensity. Is the spectral intensity at the second wavelength.

各スペクトルパターンから試料土データを抽出すると、相関度算出手段101(図1)によって「相関の程度」が算出される(図3のStep14)。ここで相関の程度とは、第1スペクトル強度と第2スペクトル強度について相関分析を行った結果得られる値のことであり、例えば相関係数やコヒーレンスを挙げることができる。便宜上ここでは、「相関の程度」を相関係数とした例で説明する。 When the sample soil data is extracted from each spectral pattern, the “degree of correlation” is calculated by the correlation degree calculation means 101 (FIG. 1) (Step 14 in FIG. 3). Here, the degree of correlation is a value obtained as a result of performing a correlation analysis on the first spectral intensity and the second spectral intensity, and examples thereof include a correlation coefficient and coherence. For convenience, here, an example in which the "degree of correlation" is used as the correlation coefficient will be described.

相関係数は、例えば図8に示すように、第1スペクトル強度を横軸とし、第2スペクトル強度を縦軸とする座標系を設定し、この座標系に各スペクトルパターンから得られた試料土データをプロットしたうえで算出するとよい。なおこの図では、便宜上5つの試料土データ、すなわち(X,Y)と(X,Y)、(X,Y)、(X,Y)、(X,Y)のみを示している。 For the correlation coefficient, for example, as shown in FIG. 8, a coordinate system having the first spectral intensity as the horizontal axis and the second spectral intensity as the vertical axis is set, and the sample soil obtained from each spectral pattern is set in this coordinate system. It is advisable to calculate after plotting the data. In this figure, for convenience, five sample soil data, namely (X 1 , Y 1 ) and (X 2 , Y 2 ), (X 3 , Y 3 ), (X 4 , Y 4 ), (X 5 , Y). Only 5 ) is shown.

相関係数を算出すると、その相関係数と、あらかじめ定めた閾値(以下、「相関閾値」という。)とを照らし合わせる(図3のStep15)。選出された波長セットによっては、第1スペクトル強度と第2スペクトル強度に相当の相関性が見られるが、波長セットの組み合わせによっては、第1スペクトル強度と第2スペクトル強度に相関性がないケースもある。図9(a)は、含水比の異なる試料土Aに対して得られたマルチスペクトルデータを用い、第1波長を400nm、第2波長を450nmとする波長セットを選出して、試料土データをプロットした散布図であり、この試料土データの関係を見ると、当該波長セットでは第1スペクトル強度と第2スペクトル強度に相当の相関性があることが分かる。一方、図9(b)は、図9(a)と同じ試料土Aに対して得られたマルチスペクトルデータを用い、第1波長を380nm、第2波長を1,000nmとする波長セットを選出して、試料土データをプロットした散布図であるが、当該波長セットでは第1スペクトル強度と第2スペクトル強度に相当の相関性が認められない。 When the correlation coefficient is calculated, the correlation coefficient is compared with a predetermined threshold value (hereinafter, referred to as “correlation threshold value”) (Step 15 in FIG. 3). Depending on the selected wavelength set, there is a considerable correlation between the first and second spectral intensities, but depending on the combination of wavelength sets, there may be no correlation between the first and second spectral intensities. is there. FIG. 9A uses multispectral data obtained for sample soils A having different water content ratios, selects a wavelength set in which the first wavelength is 400 nm and the second wavelength is 450 nm, and uses the sample soil data. It is a plotted scatter diagram, and the relationship between the sample soil data shows that there is a considerable correlation between the first spectral intensity and the second spectral intensity in the wavelength set. On the other hand, FIG. 9B uses the multispectral data obtained for the same sample soil A as in FIG. 9A to select a wavelength set in which the first wavelength is 380 nm and the second wavelength is 1,000 nm. Then, it is a scatter diagram in which the sample soil data is plotted, but no considerable correlation is observed between the first spectral intensity and the second spectral intensity in the wavelength set.

そこで、第1スペクトル強度と第2スペクトル強度に相当の相関性がある波長セット(以下、「相関波長セット」という。)を選別するため、波長セットから得られる相関係数と相関閾値を照らし合わせる。そして、相関係数が相関閾値を下回ったときは(図3のStep15のNo)、波長セットを選び直し(図3のStep12)、改めて一連の処理(図3のStep13〜Step15)を行う。一方、相関係数が相関閾値を上回ったときは(図3のStep15のYes)、その波長セットを「相関波長セット」としたうえで次のステップ(図3のStep16)に進む。図10は相関波長セットとされた試料土データをプロットした散布図であり、(a)は含水比の異なる試料土B〜Bに対して得られたマルチスペクトルデータを用い、第1波長を485nm、第2波長を500nmとしたケースであり、(b)は含水比の異なる試料土C〜Cに対して得られたマルチスペクトルデータを用い、第1波長を450nm、第2波長を475nmとしたケースであり、いずれも第1スペクトル強度と第2スペクトル強度に相当の相関性があることが分かる。 Therefore, in order to select a wavelength set having a considerable correlation between the first spectral intensity and the second spectral intensity (hereinafter, referred to as “correlated wavelength set”), the correlation coefficient obtained from the wavelength set is compared with the correlation threshold. .. Then, when the correlation coefficient falls below the correlation threshold value (No in Step 15 in FIG. 3), the wavelength set is reselected (Step 12 in FIG. 3), and a series of processes (Step 13 to Step 15 in FIG. 3) are performed again. On the other hand, when the correlation coefficient exceeds the correlation threshold value (Yes in Step 15 in FIG. 3), the wavelength set is set as the “correlation wavelength set” and the process proceeds to the next step (Step 16 in FIG. 3). FIG. 10 is a scatter diagram in which sample soil data set as a correlated wavelength set are plotted, and FIG. 10 (a) uses multispectral data obtained for sample soils B 1 to B 5 having different water content ratios and uses the first wavelength. the 485 nm, a case in which a second wavelength 500 nm, (b) uses a multi-spectral data obtained for the sample soil C 1 -C 5 with different water content ratio, the first wavelength 450 nm, the second wavelength Is 475 nm, and it can be seen that there is a considerable correlation between the first spectral intensity and the second spectral intensity in each case.

相関波長セットが選出されると、2波長関係式算定処理102(図1)によって「2波長関係式」が算出される(図3のStep16)。この2波長関係式は、相関波長セットに係る試料土データに基づいて求められる回帰直線や回帰曲線として算出することができる。ここで算出された2波長関係式は、2波長関係式記憶手段104(図1)に記憶される。なお、相関波長セットが選出され2波長関係式が算定されても、さらに波長セットを変えたうえで(図3のStep12)、一連の処理(図3のStep13〜Step16)を行うこともできる。すなわち、所定の土質の試料土に対して複数の2波長関係式を算出するわけである。さらに試料土の土質を変更したうえで、一連の処理(図3のStep11〜Step16)を行うこともできる。すなわち、異なる土質の試料土に対してそれぞれ2波長関係式を算出するわけである。これらの場合、2波長関係式記憶手段104には複数の2波長関係式が記憶されることとなる。 When the correlation wavelength set is selected, the “two-wavelength relational expression” is calculated by the two-wavelength relational expression calculation process 102 (FIG. 1) (Step 16 in FIG. 3). This two-wavelength relational expression can be calculated as a regression line or a regression curve obtained based on the sample soil data related to the correlation wavelength set. The two-wavelength relational expression calculated here is stored in the two-wavelength relational expression storage means 104 (FIG. 1). Even if the correlated wavelength set is selected and the two-wavelength relational expression is calculated, a series of processes (Steps 13 to 16 in FIG. 3) can be performed after further changing the wavelength set (Step 12 in FIG. 3). That is, a plurality of two-wavelength relational expressions are calculated for a sample soil having a predetermined soil quality. Further, after changing the soil quality of the sample soil, a series of treatments (Steps 11 to 16 in FIG. 3) can be performed. That is, the two-wavelength relational expression is calculated for each sample soil of different soil quality. In these cases, a plurality of two-wavelength relational expressions are stored in the two-wavelength relational expression storage means 104.

図3に示す事前処理によって2波長関係式が用意されると、対象土を撮影するため所望の相関波長セットを選定する。このとき、対象土の土質と概ねの含水比を予測したうえで、相関波長セットを選定するとよい。そして、選定した相関波長セットを構成する第1波長(以下、「相関第1波長」という。)と第2波長(以下、「相関第2波長」という。)で測定できるように観測用スペクトルカメラを調整し、実際に対象土を撮影する。例えば図2に示す多眼式スペクトルカメラ210を使用する場合、5つのレンズ211のうちいずれかに、相関第1波長に対応するフィルター212を取り付けるとともに、相関第2波長に対応するフィルター212を取り付ける。なお、複数の2波長関係式が算出されているケースでは、2以上の相関波長セットを選定するとともに、2種類の相関第1波長と相関第2波長で測定できるように観測用スペクトルカメラを調整したうえで対象土を撮影することもできる。 When the two-wavelength relational expression is prepared by the pretreatment shown in FIG. 3, a desired correlation wavelength set is selected for photographing the target soil. At this time, it is advisable to select the correlation wavelength set after predicting the soil quality of the target soil and the approximate water content ratio. Then, an observation spectrum camera so that measurement can be performed with the first wavelength (hereinafter, referred to as "correlated first wavelength") and the second wavelength (hereinafter, referred to as "correlated second wavelength") constituting the selected correlated wavelength set. Adjust and actually shoot the target soil. For example, when the multi-lens spectrum camera 210 shown in FIG. 2 is used, the filter 212 corresponding to the first correlation wavelength is attached to any of the five lenses 211, and the filter 212 corresponding to the second correlation wavelength is attached. .. In the case where a plurality of two-wavelength relational expressions are calculated, two or more correlated wavelength sets are selected, and the observation spectrum camera is adjusted so that the measurement can be performed with the two types of correlated first wavelength and correlated second wavelength. You can also take a picture of the target soil after doing so.

対象土のスペクトルデータが得られると、相関第1波長における第1スペクトル強度と相関第2波長における第2スペクトル強度(以下、これら第1スペクトル強度と第2スペクトル強度の組み合わせを「対象土データ」という。)を抽出する(図4のStep21)。そして含水状態推定手段103(図1)が、ここで抽出された対象土データと、選定された相関波長セットに係る2波長関係式に基づいて、対象土の含水比を推定する(図4のStep22)。例えば図10(a)に示すケースでは、試料土データが略直線上に配置され、しかも含水比ごとにまとまって配置されている。したがって、この散布図から2波長関係式として回帰直線を算出することができ、対象土データのうち第1スペクトル強度(あるいは第2スペクトル強度)と回帰直線によって対象土の含水比を推定することができる。具体的には、対象土データのうち第1スペクトル強度が550であれば対象土の含水比を6.07%(試料土Bの含水比に相当)と推定することができ、第2スペクトル強度が400であれば対象土の含水比を11.45%(試料土Bの含水比に相当)と推定することができる。同様に図10(b)に示すケースでは、対象土データのうち第1スペクトル強度が1,000であれば対象土の含水比を4.43%(試料土Cの含水比に相当)と推定することができ、第2スペクトル強度が600であれば対象土の含水比を5.93%(試料土Cの含水比に相当)と推定することができる。 When the spectral data of the target soil is obtained, the first spectral intensity at the correlation first wavelength and the second spectral intensity at the correlation second wavelength (hereinafter, the combination of these first spectral intensity and the second spectral intensity is referred to as "target soil data". ) Is extracted (Step 21 in FIG. 4). Then, the water content estimation means 103 (FIG. 1) estimates the water content ratio of the target soil based on the target soil data extracted here and the two-wavelength relational expression related to the selected correlation wavelength set (FIG. 4). Step22). For example, in the case shown in FIG. 10A, the sample soil data are arranged on a substantially straight line, and are arranged together for each water content ratio. Therefore, the regression line can be calculated as a two-wavelength relational expression from this scatter plot, and the water content ratio of the target soil can be estimated from the first spectral intensity (or the second spectral intensity) and the regression line in the target soil data. it can. Specifically, it is possible to estimate that if the first spectral intensity of the target soil data 550 a water content ratio of the target soil 6.07% (corresponding to the water content ratio of the sample soil B 2), the second spectral strength can be estimated water content ratio of the target soil if 400 11.45% (corresponding to a water content ratio of the sample soil B 3). Similarly, in the case shown in FIG. 10 (b), if the first spectral intensity of the target soil data is 1,000 to water content ratio of the target soil 4.43% (corresponding to a water content ratio of the sample soil C 2) can be estimated, the second spectral intensity can be estimated with a water content ratio of the target soil if 600 5.93% (corresponding to the water content ratio of the sample soil C 3).

ところで、対象土データが2波長関係式(回帰直線や回帰曲線)上に(あるいは周辺に)プロットされないことも考えられる。そこで、対象土データと2波長関係式の較差を考慮したうえで対象土の含水比を推定するとよい。図11は、対象土データが2波長関係式との較差を考慮した場合の「観測処理」の流れを示すフロー図である。このケースでは、含水状態推定手段103(図1)が、対象土の含水比を推定する(図11のStep22)前に、対象土データと2波長関係式の較差を算出した(図11のStep23)うえで、その較差と許容範囲を照らし合わせる(図11のStep24)。なおこの較差は、対象土データと2波長関係式との最短距離として求めることができ、例えば図12に示すように2波長関係式が回帰直線であれば対象土データから回帰直線(2波長関係式)までの垂線の長さを較差とすることができる。 By the way, it is conceivable that the target soil data is not plotted on (or around) the two-wavelength relational expression (regression line or regression curve). Therefore, it is advisable to estimate the water content ratio of the target soil after considering the difference between the target soil data and the two-wavelength relational expression. FIG. 11 is a flow chart showing the flow of “observation processing” when the target soil data considers the difference from the two-wavelength relational expression. In this case, the water content estimation means 103 (FIG. 1) calculated the difference between the target soil data and the two-wavelength relational expression before estimating the water content ratio of the target soil (Step 22 in FIG. 11) (Step 23 in FIG. 11). ) Then, the difference is compared with the permissible range (Step 24 in FIG. 11). This difference can be obtained as the shortest distance between the target soil data and the two-wavelength relational expression. For example, if the two-wavelength relational expression is a regression line as shown in FIG. 12, a regression line (two-wavelength relationship) is obtained from the target soil data. The length of the perpendicular line up to (Equation) can be used as the difference.

複数の2波長関係式が算出され(つまり相関波長セットが選出され)、2以上の相関波長セットを選定して対象土を撮影した場合、最も適した相関波長セット(つまり2波長関係式)を選出したうえで対象土の含水比を推定することもできる。図13は、最適な2波長関係式を選出したうえで対象土の含水比を推定する場合の「観測処理」の流れを示すフロー図である。このケースでは、まず算出された複数の相関波長セットのうちいずれかの相関波長セットを選定し(図13のStep25)、その相関波長セットに基づいて対象土データを抽出する(図13のStep21)。そして、選定した相関波長セットに係る2波長関係式を2波長関係式記憶手段104から読み出し(図13のStep26)、対象土データと2波長関係式の較差を算出する(図13のStep23)。 When multiple two-wavelength relational expressions are calculated (that is, a correlation wavelength set is selected) and two or more correlation wavelength sets are selected and the target soil is photographed, the most suitable correlation wavelength set (that is, the two-wavelength relational expression) is selected. It is also possible to estimate the water content of the target soil after selection. FIG. 13 is a flow chart showing the flow of “observation processing” in the case of estimating the water content ratio of the target soil after selecting the optimum two-wavelength relational expression. In this case, first, one of the calculated correlation wavelength sets is selected (Step 25 in FIG. 13), and the target soil data is extracted based on the correlation wavelength set (Step 21 in FIG. 13). .. Then, the two-wavelength relational expression related to the selected correlation wavelength set is read out from the two-wavelength relational expression storage means 104 (Step 26 in FIG. 13), and the difference between the target soil data and the two-wavelength relational expression is calculated (Step 23 in FIG. 13).

対象土データと2波長関係式の較差を算出すると、その較差と許容範囲を照らし合わせる(図13のStep24)。そして、その較差が許容範囲内であれば(図13のStep24のYes)、選定された相関波長セットに係る2波長関係式に基づいて、対象土の含水比を推定する(図13のStep22)。一方、その較差が許容範囲外となると(図13のStep24のNo)、相関波長セットを選び直し(図13のStep25)、改めて一連の処理(図13のStep21、Step26、Step23、Step24)を行う。あるいは、選出されたすべての相関波長セットについて較差を算出し、最も較差が小さくなった相関波長セットに基いて対象土の含水比を推定することもできる。 When the difference between the target soil data and the two-wavelength relational expression is calculated, the difference is compared with the permissible range (Step 24 in FIG. 13). Then, if the difference is within the permissible range (Yes in Step 24 in FIG. 13), the water content ratio of the target soil is estimated based on the two-wavelength relational expression related to the selected correlation wavelength set (Step 22 in FIG. 13). .. On the other hand, when the difference is out of the permissible range (No in Step 24 in FIG. 13), the correlation wavelength set is reselected (Step 25 in FIG. 13), and a series of processes (Step 21, Step 26, Step 23, Step 24 in FIG. 13) are performed again. .. Alternatively, the range can be calculated for all the selected correlation wavelength sets, and the water content of the target soil can be estimated based on the correlation wavelength set with the smallest difference.

3.含水状態推定プログラム
続いて、本願発明の含水状態推定プログラムについて図14を参照しながら説明する。なお、本願発明の含水状態推定プログラムは、ここまで説明した含水状態推定装置100のうち一部の処理をコンピュータに実行させるものであり、したがって含水状態推定装置100で説明した内容と重複する説明は避け、本願発明の含水状態推定プログラムに特有の内容のみ説明することとする。すなわち、ここに記載されていない内容は、「2.含水状態推定装置」で説明したものと同様である。
3. 3. Water content estimation program Subsequently, the water content estimation program of the present invention will be described with reference to FIG. The water content estimation program of the present invention causes a computer to execute some of the processes of the water content estimation device 100 described so far. Therefore, the description overlapping with the content described in the water content estimation device 100 is described. To avoid this, only the contents specific to the water content estimation program of the present invention will be described. That is, the contents not described here are the same as those described in "2. Water content estimation device".

図14は、本願発明の含水状態推定プログラムの主な処理の流れを示すフロー図である。まず、オペレータによって入力された波長セット(第1波長と第2波長)を受け付ける(図14のStep101)。なお、オペレータが入力する仕様に代えて(あるいは加えて)自動的に波長セットを順次設定していく仕様とすることもできる。波長セットが入力(自動設定)されると、複数の試料土のスペクトルパターンを読み出し、試料土データを抽出する(図14のStep102)。 FIG. 14 is a flow chart showing a main processing flow of the water content estimation program of the present invention. First, the wavelength set (first wavelength and second wavelength) input by the operator is accepted (Step 101 in FIG. 14). In addition, instead of (or in addition to) the specifications input by the operator, the wavelength sets can be automatically set in sequence. When the wavelength set is input (automatically set), the spectral patterns of a plurality of sample soils are read out and the sample soil data is extracted (Step 102 in FIG. 14).

試料土データが抽出されると、この試料土データから相関係数を算出し(図14のStep103)、その相関係数と相関閾値を照らし合わせる(図14のStep104)。そして、相関係数が相関閾値を下回ったときは(図14のStep104のNo)、波長セットを入力し直し(図14のStep101)、改めて一連の処理(図14のStep102〜Step104)を行う。一方、相関係数が相関閾値を上回ったときは(図14のStep104のYes)、その波長セットを「相関波長セット」としたうえで次のステップ(図14のStep105)に進む。相関波長セットが選出されると、2波長関係式が算出される(図14のStep105)。 When the sample soil data is extracted, the correlation coefficient is calculated from the sample soil data (Step 103 in FIG. 14), and the correlation coefficient is compared with the correlation threshold value (Step 104 in FIG. 14). Then, when the correlation coefficient falls below the correlation threshold value (No in Step 104 in FIG. 14), the wavelength set is input again (Step 101 in FIG. 14), and a series of processes (Step 102 to Step 104 in FIG. 14) are performed again. On the other hand, when the correlation coefficient exceeds the correlation threshold value (Yes in Step 104 in FIG. 14), the wavelength set is set as the “correlation wavelength set” and the process proceeds to the next step (Step 105 in FIG. 14). When the correlated wavelength set is selected, a two-wavelength relational expression is calculated (Step 105 in FIG. 14).

2波長関係式が用意され、対象土のスペクトルデータが得られると、この対象土のスペクトルデータと相関波長セット(相関第1波長と相関第2波長)を読み出し、対象土データを抽出する(図14のStep106)。そして2波長関係式と対象土データを読み出して、対象土の含水比を推定する(図14のStep107)。推定された含水比は、プリンタやディスプレイといった出力手段に出力される。なお含水比を推定するにあたっては、図11に示すように対象土データと2波長関係式(回帰直線や回帰曲線)の較差と許容範囲を照らし合わせたうえで推定する仕様とすることもできるし、あるいは図13に示すように最も適した相関波長セット(つまり2波長関係式)を選出したうえで推定する仕様とすることもできる。 When the two-wavelength relational expression is prepared and the spectrum data of the target soil is obtained, the spectrum data of the target soil and the correlation wavelength set (correlation first wavelength and correlation second wavelength) are read out, and the target soil data is extracted (Fig.). Step 106 of 14). Then, the two-wavelength relational expression and the target soil data are read out to estimate the water content ratio of the target soil (Step 107 in FIG. 14). The estimated water content is output to an output means such as a printer or a display. When estimating the water content ratio, as shown in FIG. 11, the specifications can be used to estimate the water content after comparing the target soil data with the difference between the two wavelength relational expressions (regression line and regression curve) and the permissible range. Alternatively, as shown in FIG. 13, the specifications may be such that the most suitable correlation wavelength set (that is, a two-wavelength relational expression) is selected and then estimated.

4.含水状態推定方法
続いて、本願発明の含水状態推定方法について図15を参照しながら説明する。なお、本願発明の含水状態推定方法は、ここまで説明した含水状態推定装置100を用いて含水状態を推定する方法であり、したがって含水状態推定装置100で説明した内容と重複する説明は避け、本願発明含水状態推定方法に特有の内容のみ説明することとする。すなわち、ここに記載されていない内容は、「2.含水状態推定装置」で説明したものと同様である。
4. Water content estimation method Subsequently, the water content estimation method of the present invention will be described with reference to FIG. The water content estimation method of the present invention is a method of estimating the water content state using the water content estimation device 100 described so far, and therefore, avoiding the description overlapping with the content explained by the water content estimation device 100, the present application. Only the contents peculiar to the method for estimating the water content state of the present invention will be described. That is, the contents not described here are the same as those described in "2. Water content estimation device".

図15は、本願発明の含水状態推定方法の主な工程の流れを示すフロー図である。この図に示すように本願発明の含水状態推定方法は、試料土の撮影から2波長関係式を求めるまでの「事前工程」と、実際に現地で対象土を撮影してその含水比を推定するまでの「観測工程」に大別することができる。この事前工程では、まずハイパースペクトルカメラで撮影して試料土のマルチスペクトルデータが取得する(図15のStep201)。このとき、含水比が異なる複数種類の試料土が用意され、それぞれの試料土を分割した領域RGごとにマルチスペクトルデータが取得される。 FIG. 15 is a flow chart showing the flow of the main steps of the water content estimation method of the present invention. As shown in this figure, the water content estimation method of the present invention includes a "preliminary process" from photographing the sample soil to obtaining a two-wavelength relational expression, and actually photographing the target soil in the field to estimate the water content ratio. It can be roughly divided into the "observation process" up to. In this preliminary step, first, the multispectral data of the sample soil is acquired by photographing with a hyperspectral camera (Step 201 in FIG. 15). At this time, a plurality of types of sample soils having different water content are prepared, and multispectral data is acquired for each region RG in which each sample soil is divided.

試料土のマルチスペクトルデータが取得されると、波長セット(第1波長と第2波長)を選定したうえで試料土データを抽出し、相関係数を算出する(図15のStep202)。そして、相関係数が相関閾値を上回ったときは2波長関係式を算出し(図15のStep203)、相関係数が相関閾値を下回ったときは波長セットを選び直す。 When the multispectral data of the sample soil is acquired, the wavelength set (first wavelength and the second wavelength) is selected, the sample soil data is extracted, and the correlation coefficient is calculated (Step 202 in FIG. 15). Then, when the correlation coefficient exceeds the correlation threshold value, the two-wavelength relational expression is calculated (Step 203 in FIG. 15), and when the correlation coefficient falls below the correlation threshold value, the wavelength set is reselected.

事前工程によって2波長関係式が用意されると、対象土を撮影するため所望の相関波長セットを選定する。このとき、対象土の土質と概ねの含水比を予測したうえで、相関波長セットを選定するとよい。そして、選定した相関波長セットを構成する相関第1波長と相関第2波長で測定できるように観測用スペクトルカメラを調整し、実際に対象土を撮影する(図15のStep204)。例えば図2に示す多眼式スペクトルカメラ210を使用する場合、5つのレンズ211のうちいずれかに、相関第1波長に対応するフィルター212を取り付けるとともに、相関第2波長に対応するフィルター212を取り付ける。なお、複数の2波長関係式が算出されているケースでは、2以上の相関波長セットを選定するとともに、2種類の相関第1波長と相関第2波長で測定できるように観測用スペクトルカメラを調整したうえで対象土を撮影することもできる。 When the two-wavelength relational expression is prepared by the preliminary process, a desired correlation wavelength set is selected for photographing the target soil. At this time, it is advisable to select the correlation wavelength set after predicting the soil quality of the target soil and the approximate water content ratio. Then, the observation spectrum camera is adjusted so that the measurement can be performed with the correlation first wavelength and the correlation second wavelength constituting the selected correlation wavelength set, and the target soil is actually photographed (Step 204 in FIG. 15). For example, when the multi-lens spectrum camera 210 shown in FIG. 2 is used, the filter 212 corresponding to the first correlation wavelength is attached to any of the five lenses 211, and the filter 212 corresponding to the second correlation wavelength is attached. .. In the case where a plurality of two-wavelength relational expressions are calculated, two or more correlated wavelength sets are selected, and the observation spectrum camera is adjusted so that the measurement can be performed with the two types of correlated first wavelength and correlated second wavelength. You can also take a picture of the target soil after doing so.

観測用スペクトルカメラで撮影して対象土のスペクトルデータを得ると、この対象土のスペクトルデータと相関波長セットに基づいて対象土データを抽出し、2波長関係式と対象土データから対象土の含水比を推定する(図15のStep205)。なお含水比を推定するにあたっては、図11に示すように対象土データと2波長関係式(回帰直線や回帰曲線)の較差と許容範囲を照らし合わせたうえで推定することもできるし、あるいは図13に示すように最も適した相関波長セット(つまり2波長関係式)を選出したうえで推定することもできる。 When the spectrum data of the target soil is obtained by taking a picture with an observation spectrum camera, the target soil data is extracted based on the spectrum data of the target soil and the correlation wavelength set, and the water content of the target soil is extracted from the two-wavelength relational expression and the target soil data. Estimate the ratio (Step 205 in FIG. 15). In estimating the water content ratio, as shown in FIG. 11, it is possible to estimate by comparing the target soil data with the difference between the two wavelength relational expressions (regression line and regression curve) and the permissible range, or in the figure. As shown in 13, the most suitable correlation wavelength set (that is, the two-wavelength relational expression) can be selected and estimated.

本願発明の含水状態推定装置、含水状態推定プログラム、及び含水状態推定方法は、中間貯蔵施設で埋め立てられた除去土壌に利用できるほか、造成盛土、道路路床や路体、河川堤防、海岸堤防、ダム、堰堤などの土構造物に広く利用することができる。本願発明は、汚染土壌の管理に対して好適な解決策を提供することを考えれば、産業上利用できるばかりでなく社会的にも大きな貢献を期待し得る発明である。 The water content estimation device, the water content estimation program, and the water content estimation method of the present invention can be used for the removed soil buried in the intermediate storage facility, as well as the embankment, road bed and road body, river embankment, coastal embankment, and dam. , Can be widely used for soil structures such as dams. The invention of the present application is an invention that can be used not only industrially but also can be expected to make a great contribution to society, considering that it provides a suitable solution for the management of contaminated soil.

100 本願発明の含水状態推定装置
101 (含水状態推定装置の)相関度算出手段
102 (含水状態推定装置の)2波長関係式算定処理
103 (含水状態推定装置の)含水状態推定手段
104 (含水状態推定装置の)2波長関係式記憶手段
105 (含水状態推定装置の)スペクトルデータ記憶手段
200 (含水状態推定装置の)観測手段
210 多眼式スペクトルカメラ
211 (多眼式スペクトルカメラの)レンズ
212 (多眼式スペクトルカメラの)フィルター
RG 領域
100 Water content estimation device 101 (of water content estimation device) Correlation degree calculation means 102 (water content estimation device) Two-wavelength relational expression calculation process 103 (water content estimation device) Water content estimation means 104 (water content state estimation device) Two-wavelength relational storage means (of the estimator) 105 (of the water content estimator) Spectral data storage means 200 (of the water content estimator) Observation means 210 Multi-eye spectrum camera 211 (of the multi-lens spectrum camera) Lens 212 ( Filter RG region (of multi-lens spectrum camera)

Claims (7)

含水比や含水率といった含水状態が既知の試料土をハイパースペクトルカメラで撮影して得られた結果に基づいて、測定対象である対象土の含水状態を推定する装置であって、
含水状態が異なる複数種類の前記試料土から得られたスペクトルデータから、第1波長における第1スペクトル強度と、該第1波長とは異なる第2波長における第2スペクトル強度と、を抽出するとともに、同一の含水状態から得られた該第1スペクトル強度及び該第2スペクトル強度を1組の試料土データとして、複数の含水状態に係る該試料土データから該第1スペクトル強度と該第2スペクトル強度の相関の程度を求める相関度算出手段と、
前記相関の程度があらかじめ定めた相関閾値を超えたとき、前記第1スペクトル強度と前記第2スペクトル強度との関係を表す2波長関係式を求める2波長関係式算定処理と、
前記対象土をスペクトルカメラで撮影して得られた前記第1波長における前記第1スペクトル強度及び前記第2波長における前記第2スペクトル強度からなる対象土データと、前記2波長関係式と、に基づいて該対象土の含水状態を推定する含水状態推定手段と、を備えた、
ことを特徴とする含水状態推定装置。
It is a device that estimates the water content of the target soil to be measured based on the results obtained by photographing the sample soil with known water content such as water content ratio and water content with a hyperspectral camera.
From the spectral data obtained from the plurality of types of sample soils having different water content, the first spectral intensity at the first wavelength and the second spectral intensity at the second wavelength different from the first wavelength are extracted, and at the same time, The first spectral intensity and the second spectral intensity obtained from the same water-containing state are used as a set of sample soil data, and the first spectral intensity and the second spectral intensity are obtained from the sample soil data related to a plurality of water-containing states. Correlation degree calculation means for determining the degree of correlation of
When the degree of correlation exceeds a predetermined correlation threshold value, a two-wavelength relational expression calculation process for obtaining a two-wavelength relational expression representing the relationship between the first spectral intensity and the second spectral intensity, and
Based on the target soil data consisting of the first spectral intensity at the first wavelength and the second spectral intensity at the second wavelength obtained by photographing the target soil with a spectrum camera, and the two-wavelength relational expression. A means for estimating the water content of the target soil, and a means for estimating the water content of the target soil.
A water content estimation device.
無人飛行体と、該無人飛行体に搭載された多眼式スペクトルカメラと、該無人飛行体と該多眼式スペクトルカメラを制御する制御手段と、を有する観測手段を、さらに備え、
前記多眼式スペクトルカメラは、2以上のレンズを具備するとともに、所望の波長におけるスペクトル強度を取得するフィルターがそれぞれのレンズに設けられ、
前記含水状態推定手段は、前記無人飛行体が飛行しながら前記多眼式スペクトルカメラによって前記対象土を撮影して得られた前記対象土データと、前記2波長関係式と、に基づいて該対象土の含水状態を推定する、
ことを特徴とする請求項1記載の含水状態推定装置。
An observation means having an unmanned vehicle, a multi-lens spectrum camera mounted on the unmanned vehicle, and a control means for controlling the unmanned vehicle and the multi-lens spectrum camera is further provided.
The multi-lens spectrum camera is provided with two or more lenses, and each lens is provided with a filter for acquiring spectral intensity at a desired wavelength.
The water content estimation means is based on the target soil data obtained by photographing the target soil with the multi-lens spectrum camera while the unmanned vehicle is flying, and the two-wavelength relational expression. Estimate the water content of the soil,
The water content estimation device according to claim 1.
前記含水状態推定手段は、前記対象土データと前記2波長関係式との較差があらかじめ定めた許容範囲内にあるとき、前記対象土の含水状態を推定する、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の含水状態推定装置。
The water content estimation means estimates the water content of the target soil when the difference between the target soil data and the two-wavelength relational expression is within a predetermined allowable range.
The water content estimation device according to claim 1 or 2, wherein the water content estimation device is characterized.
異なる2波長の組み合わせからなる2以上の前記2波長関係式を記憶する2波長関係式記憶手段を、さらに備え、
前記含水状態推定手段は、前記対象土をスペクトルカメラで撮影して得られた3以上の波長のスペクトル強度の中から前記第1スペクトル強度及び前記第2スペクトル強度を選出するとともに、該第1スペクトル強度及び該第2スペクトル強度に係る前記2波長関係式を前記2波長関係式記憶手段から読み出し、読み出した該2波長関係式と、該第1スペクトル強度及び該第2スペクトル強度による前記対象土データと、を照らし合わせ、該対象土データと該2波長関係式との較差があらかじめ定めた許容範囲外にあるときは、他の前記第1スペクトル強度及び前記第2スペクトル強度を選出し、
前記含水状態推定手段は、読み出した前記2波長関係式と、該2波長関係式に係る前記第1スペクトル強度及び前記第2スペクトル強度と、の較差が前記許容範囲内となると、前記対象土の含水状態を推定する、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の含水状態推定装置。
Further comprising a two-wavelength relational expression storage means for storing two or more said two-wavelength relational expressions composed of a combination of two different wavelengths
The water-containing state estimation means selects the first spectral intensity and the second spectral intensity from the spectral intensities of three or more wavelengths obtained by photographing the target soil with a spectrum camera, and the first spectrum. The two-wavelength relational expression relating to the intensity and the second spectral intensity is read out from the two-frequency relational expression storage means, and the two-wavelength relational expression read out, and the target soil data based on the first spectral intensity and the second spectral intensity. And, when the difference between the target soil data and the two-wavelength relational expression is out of the predetermined allowable range, the other first spectral intensity and the second spectral intensity are selected.
When the difference between the read-out two-wavelength relational expression and the first spectral intensity and the second spectral intensity related to the two-wavelength relational expression is within the permissible range, the water content estimation means of the target soil Estimate the water content,
The water content estimation device according to claim 1 or 2, wherein the water content estimation device is characterized.
含水比や含水率といった含水状態が既知の試料土をハイパースペクトルカメラで撮影して得られた結果に基づいて、測定対象である対象土の含水状態を推定する機能をコンピュータに実行させるプログラムであって、
含水状態が異なる複数種類の前記試料土から得られたスペクトルデータから、第1波長における第1スペクトル強度と、該第1波長とは異なる第2波長における第2スペクトル強度と、を抽出するとともに、同一の含水状態から得られた該第1スペクトル強度及び該第2スペクトル強度を1組の試料土データとして、複数の含水状態に係る該試料土データから該第1スペクトル強度と該第2スペクトル強度の相関の程度を求める相関度算出処理と、
前記相関の程度があらかじめ定めた相関閾値を超えたとき、前記第1スペクトル強度と前記第2スペクトル強度との関係を表す2波長関係式を求める2波長関係式算定処理と、
前記対象土をスペクトルカメラで撮影して得られた前記第1波長における前記第1スペクトル強度及び前記第2波長における前記第2スペクトル強度からなる対象土データと、前記2波長関係式と、に基づいて該対象土の含水状態を推定する含水状態推定処理と、を前記コンピュータに実行させる機能を備えた、
ことを特徴とする含水状態推定プログラム。
It is a program that causes a computer to execute a function to estimate the water content of the target soil to be measured based on the results obtained by photographing the sample soil with known water content such as water content ratio and water content with a hyperspectral camera. hand,
From the spectral data obtained from the plurality of types of sample soils having different water content, the first spectral intensity at the first wavelength and the second spectral intensity at the second wavelength different from the first wavelength are extracted, and at the same time, The first spectral intensity and the second spectral intensity obtained from the same water-containing state are used as a set of sample soil data, and the first spectral intensity and the second spectral intensity are obtained from the sample soil data related to a plurality of water-containing states. Correlation degree calculation processing to find the degree of correlation of
When the degree of correlation exceeds a predetermined correlation threshold value, a two-wavelength relational expression calculation process for obtaining a two-wavelength relational expression representing the relationship between the first spectral intensity and the second spectral intensity, and
Based on the target soil data consisting of the first spectral intensity at the first wavelength and the second spectral intensity at the second wavelength obtained by photographing the target soil with a spectrum camera, and the two-wavelength relational expression. It has a function of causing the computer to execute a water content estimation process for estimating the water content of the target soil.
A water content estimation program characterized by this.
含水比や含水率といった含水状態が既知の試料土をハイパースペクトルカメラで撮影して得られた結果に基づいて、測定対象である対象土の含水状態を推定する方法であって、
含水状態が異なる複数種類の前記試料土をハイパースペクトルカメラで撮影して、含水状態ごとにスペクトルデータを取得する試料土撮影工程と、
異なる2種類の波長を第1波長と第2波長として選出するとともに、含水状態ごとに取得されたスペクトルデータのうち、該第1波長における第1スペクトル強度と該第2波長における第2スペクトル強度とを抽出し、同一の含水状態に係る該第1スペクトル強度及び該第2スペクトル強度を1組の試料土データとして、複数の含水状態に係る該試料土データから該第1スペクトル強度と該第2スペクトル強度の相関の程度を求める相関度算出工程と、
前記相関の程度があらかじめ定めた相関閾値を超えたとき、前記第1スペクトル強度と前記第2スペクトル強度との関係を表す2波長関係式を求める2波長関係式算定工程と、
前記対象土をスペクトルカメラで撮影して、前記第1波長における前記第1スペクトル強度と前記第2波長における前記第2スペクトル強度とを取得する対象土撮影工程と、
前記対象土撮影工程で取得した前記第1スペクトル強度及び前記第2スペクトル強度からなる対象土データと、前記2波長関係式と、に基づいて前記対象土の含水状態を推定する含水状態推定工程と、を備えた、
ことを特徴とする含水状態推定方法。
It is a method of estimating the water content of the target soil to be measured based on the results obtained by photographing the sample soil whose water content such as the water content ratio and the water content is known with a hyperspectral camera.
A sample soil photographing process in which a plurality of types of sample soils having different water content states are photographed with a hyperspectral camera and spectral data is acquired for each water content state.
Two different types of wavelengths are selected as the first wavelength and the second wavelength, and among the spectral data acquired for each water-containing state, the first spectral intensity at the first wavelength and the second spectral intensity at the second wavelength. The first spectral intensity and the second spectral intensity related to the same water-containing state are used as a set of sample soil data, and the first spectral intensity and the second spectral intensity and the second spectral intensity related to a plurality of water-containing states are used as a set of sample soil data. Correlation degree calculation process to find the degree of correlation of spectral intensity,
When the degree of correlation exceeds a predetermined correlation threshold value, a two-wavelength relational expression calculation step for obtaining a two-wavelength relational expression representing the relationship between the first spectral intensity and the second spectral intensity, and a step of calculating the two-wavelength relational expression.
A target soil photographing step of photographing the target soil with a spectrum camera to acquire the first spectral intensity at the first wavelength and the second spectral intensity at the second wavelength.
A water content estimation step for estimating the water content state of the target soil based on the target soil data consisting of the first spectral intensity and the second spectral intensity acquired in the target soil photographing step and the two wavelength relational expression. With,
A method for estimating the water content state.
無人飛行体と、該無人飛行体に搭載された多眼式スペクトルカメラと、該無人飛行体と該多眼式スペクトルカメラを制御する制御手段と、を有する観測手段を用い、
前記多眼式スペクトルカメラは、2以上のレンズを具備するとともに、所望の波長におけるスペクトル強度を取得するフィルターがそれぞれのレンズに設けられ、
前記対象土撮影工程では、前記2波長関係式に係る前記第1波長及び前記第2波長で撮影するようフィルターをレンズに取り付けたうえで、前記無人飛行体が飛行しながら前記多眼式スペクトルカメラによって前記対象土を撮影する、
ことを特徴とする請求項6記載の含水状態推定方法。
Using an observation means having an unmanned vehicle, a multi-lens spectrum camera mounted on the unmanned vehicle, and a control means for controlling the unmanned vehicle and the multi-lens spectrum camera.
The multi-lens spectrum camera is provided with two or more lenses, and each lens is provided with a filter for acquiring spectral intensity at a desired wavelength.
In the target soil photographing step, after attaching a filter to the lens so as to photograph at the first wavelength and the second wavelength according to the two-wavelength relational expression, the multi-lens spectrum camera while the unmanned flying object is flying. The target soil is photographed by
The water content estimation method according to claim 6, wherein the water content state is estimated.
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