JP2021114271A - Smart agriculture support system and smart agriculture support method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スマート農業支援システム及びスマート農業支援方法に関し、特に農業用ドローンによる散布を容易に実施する技術に関する。 The present invention relates to a smart agricultural support system and a smart agricultural support method, and more particularly to a technique for easily carrying out spraying by an agricultural drone.
近代農業は、担い手の人口減少や高齢化という喫緊の問題に対応するため、技術進歩に対する依存度を高めている。例えば、ロボットやICT(Information and Communication Technology)といった科学技術を活用した農作業の軽労化、効率化が進んでいる。特に、農業用ドローンによる農薬散布、肥料散布及び種子散布等に対する期待は高い。 Modern agriculture is becoming more dependent on technological progress to address the urgent issues of population decline and aging. For example, agricultural work that utilizes science and technology such as robots and ICT (Information and Communication Technology) is becoming lighter and more efficient. In particular, expectations are high for agricultural drones for pesticide spraying, fertilizer spraying, and seed dispersal.
例えば、農薬散布用ドローンは、圃場面積に応じた量の農薬(主に液剤)を搭載し、液剤散布用ノズルから一定量を噴射しながら作物上空を飛行する。また、肥料散布用ドローンは、圃場面積に応じた量の肥料(主に粒剤)を搭載し、粒剤散布用スキッドから一定量を吐出しながら作物上空を飛行する。 For example, a drone for spraying pesticides is loaded with a pesticide (mainly a liquid agent) in an amount corresponding to the field area, and flies over the crop while injecting a fixed amount from a nozzle for spraying the liquid agent. In addition, the fertilizer spraying drone is loaded with an amount of fertilizer (mainly granules) according to the field area, and flies over the crop while discharging a fixed amount from the granule spraying skid.
ドローンは、パイロットにより操縦され、圃場全体を網羅的に飛行する。この際、パイロットは、作物の育成状況に応じて、圃場の特定のエリアでは散布剤の散布量を増やすなどの調整を行うことがある。 The drone is piloted and flies over the entire field. At this time, the pilot may make adjustments such as increasing the amount of spraying agent applied in a specific area of the field according to the growing condition of the crop.
作物の育成状況の一つの把握手法としては、マルチスペクトルカメラを搭載したドローンで作物上を飛行し、作物の正規化差植生指数(NDVI)を算出し、植生マップを作成する手法が公知である。植生マップは、圃場のエリアごとにNDVIを表示(色付けなど)したものである。 As one method of grasping the growing situation of crops, a method of flying over a crop with a drone equipped with a multispectral camera, calculating the normalized difference vegetation index (NDVI) of the crop, and creating a vegetation map is known. .. The vegetation map is a display (coloring, etc.) of NDVI for each field area.
また、特許文献1には、農業用ドローンが圃場上空を飛行しながらマルチスペクトルカメラ等で作物を撮影し、作物・地勢情報を収集して、地上の農業用車輌に伝送するシステムが開示されている。農作業者は、収集された情報を活用して農薬等の散布を行う。
Further,
特許文献2には、マルチスペクトルカメラを搭載したドローンを使用して圃場をセンシングし、圃場の植生指数を算出するシステムが開示されている。システムは、栽培前の散布指導や追肥の要否等に役立てることが可能な情報を農作業者に提供する。 Patent Document 2 discloses a system that senses a field using a drone equipped with a multispectral camera and calculates a vegetation index of the field. The system provides farmers with information that can be useful for pre-cultivation spraying guidance and the need for top dressing.
農業従事者は、植生マップや特許文献1及び2が提供する情報等を見ることで、圃場全体の作物の育成状況を把握することができる。しかしながら、把握した育成状況を踏まえてどのような処置を行うか、例えばどの区画にどれだけの量の農薬等を散布するかは、熟練した農業従事者が経験と知恵と勘に基づいて計画しなければならない。また、計画に基づいて実際にドローンを飛行させ、適切な量の農薬等を散布するためにも、経験とノウハウとが必要である。
Agricultural workers can grasp the growing situation of crops in the entire field by looking at the vegetation map and the information provided by
そのため、例えば経験の浅い農業従事者等は、上述のようなドローンを使用するスマート農業システムを活用することは難しかった。すなわち、従来のスマート農業システムは、作物の育成状況に応じた具体的な処置を判断することができない。また、その判断に基づいてドローンを飛行させ、散布を行うことができない。これらのことが、ドローンを活用したスマート農業の普及が進まない要因となっていると考えられる。 Therefore, for example, it is difficult for inexperienced agricultural workers to utilize the smart agricultural system using a drone as described above. That is, the conventional smart agricultural system cannot determine the specific treatment according to the growing situation of the crop. In addition, it is not possible to fly the drone and spray it based on that judgment. It is thought that these are the factors that prevent the spread of smart agriculture using drones.
そこで、ドローンで収集した作物の育成状況に応じた具体的な処置を提案する手法が必要とされている。また、提案に従ってドローンを飛行させ、農薬等の散布を実行する手法が必要とされている。 Therefore, there is a need for a method of proposing specific measures according to the growing situation of the crops collected by the drone. In addition, there is a need for a method of flying a drone according to the proposal and spraying pesticides.
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、農業用ドローンによる散布を容易に実施することが可能なスマート農業支援システム及びスマート農業支援方法を提供することを目的とする。 The present invention is for solving such a problem, and an object of the present invention is to provide a smart agricultural support system and a smart agricultural support method capable of easily carrying out spraying by an agricultural drone.
一実施の形態におけるスマート農業支援システムにおいて、散布用ドローンと、ドローン管理端末と、を含み、前記ドローン管理端末は、圃場におけるNDVI値と、前記圃場への散布材の散布量と、の相関性を学習した学習モデルを有する機械学習部と、散布対象の前記圃場における現在の前記NDVI値を算出するNDVI値算出部と、前記現在のNDVI値を入力し、前記学習モデルに従って前記散布剤の散布量の最適値を推定し、散布対象の前記圃場への前記散布剤の散布量を定義した散布情報を出力する最適解生成部と、を含み、前記散布用ドローンは、前記散布情報に従って、散布対象の前記圃場に前記散布量の前記散布剤を散布する。
一実施の形態におけるスマート農業支援システムにおいて、散布対象の前記圃場をマルチスペクトルカメラでセンシングし、センシングデータを前記ドローン管理端末に送信するマルチスペクトルカメラ搭載ドローンをさらに含み、前記NDVI値算出部は、前記センシングデータに基づいて前記NDVI値を算出する。
一実施の形態におけるスマート農業支援システムにおいて、前記ドローン管理端末は、散布対象の前記圃場における飛行ルートを定義した飛行情報を生成及び出力する飛行プログラム生成部をさらに有し、前記散布用ドローンは、前記飛行情報に基づいて飛行し、前記散布を行う。
一実施の形態におけるスマート農業支援システムにおいて、前記散布用ドローンは、前記散布情報に基づいて、飛行速度又は単位時間あたりの散布量を調整する。
一実施の形態におけるスマート農業支援システムにおいて、散布対象の前記圃場は複数の区画を有しており、前記最適解生成部は、前記散布情報を前記区画ごとに生成する。
一実施の形態におけるスマート農業支援方法において、散布対象の圃場における現在のNDVI値を算出するステップと、前記現在のNDVI値を入力するステップと、圃場におけるNDVI値と、前記圃場への散布材の散布量と、の相関性を学習した学習モデルに従って前記散布剤の散布量の最適値を推定するステップと、散布対象の前記圃場への前記散布剤の散布量を定義した散布情報を散布用ドローンに対し出力するステップと、を含む。
一実施の形態におけるスマート農業支援方法において、散布対象の前記圃場への前記散布剤の散布量を定義した散布情報に基づいて、散布用ドローンの飛行速度又は単位時間あたりの散布量を調整するステップを含む。
In the smart agriculture support system according to one embodiment, a spraying drone and a drone management terminal are included, and the drone management terminal correlates the NDVI value in the field with the amount of spraying material sprayed on the field. A machine learning unit having a learning model that has learned the above, an NDVI value calculation unit that calculates the current NDVI value in the field to be sprayed, and the current NDVI value are input, and the spraying agent is sprayed according to the learning model. The spraying drone includes an optimum solution generator that estimates an optimum amount of the amount and outputs spraying information that defines the spraying amount of the spraying agent to the field to be sprayed, and the spraying drone sprays according to the spraying information. The spraying agent in the spraying amount is sprayed on the target field.
In the smart farming support system of one embodiment, the NDVI value calculation unit further includes a drone equipped with a multispectral camera that senses the field to be sprayed with a multispectral camera and transmits the sensing data to the drone management terminal. The NDVI value is calculated based on the sensing data.
In the smart agricultural support system of one embodiment, the drone management terminal further has a flight program generation unit that generates and outputs flight information that defines a flight route in the field to be sprayed, and the spraying drone is a spraying drone. Fly based on the flight information and perform the spraying.
In the smart agricultural support system of one embodiment, the spraying drone adjusts the flight speed or the amount of spraying per unit time based on the spraying information.
In the smart agriculture support system of one embodiment, the field to be sprayed has a plurality of plots, and the optimum solution generation unit generates the spraying information for each plot.
In the smart agriculture support method of one embodiment, a step of calculating the current NDVI value in the field to be sprayed, a step of inputting the current NDVI value, an NDVI value in the field, and a spraying material to the field. A drone for spraying that defines the step of estimating the optimum value of the spraying amount of the spraying agent according to the learning model that learned the correlation with the spraying amount and the spraying amount of the spraying agent to the field to be sprayed. Includes steps to output to.
In the smart agricultural support method of one embodiment, a step of adjusting the flight speed of the spraying drone or the spraying amount per unit time based on the spraying information that defines the spraying amount of the spraying agent to the field to be sprayed. including.
本発明により、農業用ドローンによる散布を容易に実施することが可能なスマート農業支援システム及びスマート農業支援方法を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a smart agricultural support system and a smart agricultural support method capable of easily carrying out spraying by an agricultural drone.
本発明の具体的な実施の形態を、図を参照しながら説明する。
<実施の形態1>
図1は、本発明の実施の形態1にかかるスマート農業支援システム1000の構成を示す全体図である。スマート農業支援システム1000は、マルチスペクトルカメラ搭載ドローン100、ドローン管理端末200、散布用ドローン300を備える。
Specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<
FIG. 1 is an overall view showing the configuration of the smart
マルチスペクトルカメラ搭載ドローン100は、マルチスペクトルカメラ、測位部、記憶部及び通信部を有する。
The
マルチスペクトルカメラは、典型的には、レンズを下に向けた状態で機体下部に取り付けられている。マルチスペクトルカメラは、データキューブと呼ばれる分光された波長(スペクトル)情報を多層的に含んだイメージを生成する。つまり、可視光の画像と、紫外線や赤外線といった不可視光線を可視化した画像と、を同時に撮影し、合成することが可能なデジタルカメラである。 Multispectral cameras are typically mounted at the bottom of the fuselage with the lens facing down. A multispectral camera produces an image that contains multi-layered dispersed wavelength (spectral) information called a data cube. That is, it is a digital camera capable of simultaneously capturing and synthesizing a visible light image and an image that visualizes invisible light such as ultraviolet rays and infrared rays.
測位部は、マルチスペクトルカメラ搭載ドローン100の位置情報を所定の時間おきに測定する。位置情報の測定は、例えばGPS(Global Positioning System)等の衛星測位システム(GNSS:Global Navigation Satellite System)や、SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)等の自己位置推定技術を採用することにより実現できる。
The positioning unit measures the position information of the
記憶部は、マルチスペクトルカメラが撮影した画像と、撮影時におけるマルチスペクトルカメラ搭載ドローン100の位置情報と、を対応付けて格納する。
The storage unit stores the image captured by the multispectral camera and the position information of the
通信部は、無線(有線でも良い)通信回線150を介してドローン管理端末200と接続し、記憶部に格納している画像情報等を送信する。なお、画像情報等には、マルチスペクトルカメラが撮影した画像と、撮影時におけるマルチスペクトルカメラ搭載ドローン100の位置情報と、が含まれる。
The communication unit connects to the
散布用ドローン300は、散布部、通信部、記憶部を備える。
The
散布部は、農薬等の液体を積載するタンクと、圃場に所定量の液体を噴射するためのノズルと、を有する。又は、肥料や種子等の粒子を積載するタンクを備え、圃場に所定量の粒子を吐出するためのスキッドを有する。典型的には、ノズル又はスキッドは下に向けた状態で散布用ドローン300の下部に取り付けられている。散布部は、後述する散布情報に従って農薬又は肥料等の噴射又は吐出量を決定する。
The spraying unit has a tank for loading a liquid such as a pesticide and a nozzle for injecting a predetermined amount of liquid into the field. Alternatively, it is provided with a tank for loading particles such as fertilizer and seeds, and has a skid for discharging a predetermined amount of particles to the field. Typically, the nozzle or skid is attached to the bottom of the
通信部は、無線(有線でも良い)通信回線250を介してドローン管理端末200と接続し、後述の散布情報や飛行情報等を送信する。
The communication unit connects to the
記憶部は、散布情報や飛行情報等を格納する。散布情報は、農薬等の散布量を指定する情報である。散布情報では、例えば農薬又は肥料等の単位区画あたりの噴射又は吐出量が定義される。飛行情報は、散布用ドローン300の飛行ルート等を指定する情報である。飛行情報では、例えば散布用ドローン300が経由すべき座標点のセットが定義される。
The storage unit stores spraying information, flight information, and the like. The spraying information is information that specifies the spraying amount of pesticides and the like. The spraying information defines the amount of injection or discharge per unit section of, for example, pesticides or fertilizers. The flight information is information that specifies the flight route and the like of the spraying
ドローン管理端末200は、マルチスペクトルカメラ搭載ドローン100及び散布用ドローン300を制御する端末である。具体的な構成については後述するが、ドローン管理端末200は、マルチスペクトルカメラ搭載ドローン100、散布用ドローン300、及びネットワーク400上に設置するサーバ又はクラウドコンピューティング環境等と通信可能に接続されている。
The
ドローン管理端末200の具体的な構成について説明する。
図2は、ドローン管理端末200の構成例を示すブロック図である。ドローン管理端末200は、通信部21、記憶部22、及び制御部23を有する。なお、記憶部22、制御部23が備える機能の一部又は全部は、ネットワーク400上に設置するサーバに実装されても良いし、図示しないクラウドコンピューティング、フォグコンピューティング又はエッジコンピューティング環境等に実装されても良い。
The specific configuration of the
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the
通信部21は、ドローン管理端末200は、通信回線150を介してマルチスペクトルカメラ搭載ドローン100と接続し、マルチスペクトルカメラ搭載ドローン100が撮影した画像情報等を受信する。また、ドローン管理端末200は、通信回線250を介して散布用ドローン300と接続し、散布情報や飛行情報を送信する。さらに、ドローン管理端末200は、ネットワーク400に接続されており、必要に応じてネットワーク400上に設置するサーバ(図示しない)等と通信して、後述する植生ビッグデータ等を受信する。
The
記憶部22は、マルチスペクトルカメラ搭載ドローン100から送信された画像情報等、画像情報等に基づいて算出されるNDVI(Normalized Difference Vegetation Index)値、NDVIマップ、ネットワーク400を介して受信した植生ビッグデータ、制御部23で実行するためのプログラム等を格納する記憶装置である。
The
制御部23は、NDVI値算出部23a、NDVIマップ生成部23b、機械学習部23c、最適解生成部23d、飛行プログラム生成部23eを備える。
The
NDVI値算出部23aは、マルチスペクトルカメラ搭載ドローン100が圃場上空から撮影した作物の各波長帯画像データを合成し、NDVI値を算出する。NDVI値とは正規化差植生指数(正規化植生指数)と呼ばれる代表的な植生指数であり、この数値によって植物の量や活力を表すことができる。NDVI値算出部23aは、例えば圃場を複数の区画に分割し、区画ごとにNDVI値を算出することができる。NDVI値の算出手法については公知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
The NDVI
NDVIマップ生成部23bは、NDVI値に基づいて、作物の育成状況等を可視化したNDVIマップを生成する。農作業者は、NDVIマップによって、作物の育成状況等のばらつきや、目視では確認が難しい作物の異常等を一目で判断できる。NDVIマップの形態は特に限定されないが、例えば圃場を複数の区画に分割し、区画ごとの作物の育成状況等を色付け等によって表現したものなどを採用できる。
The NDVI
機械学習部23cは、記憶部22に蓄積された植生ビッグデータに基づいて、植生に関わる種々のデータ間の関係性や規則性を表す学習モデルを生成する。
The
植生ビッグデータとは、NDVI値、葉色値、窒素吸収量、茎数、気象条件、土壌条件、作物の品種、散布条件(散布する農薬等の種類、散布量を含む)、植被率、収量等を対応付けた、植生に関わるデータの集合である。これらのデータは、例えば圃場に設置されたセンサ、気象情報等のプロバイダ、農業従事者や研究者等による記録等から収集されうる。本実施の形態では、ネットワーク400上に設置するサーバに予め蓄積された植生ビッグデータが、記憶部22にダウンロードされているものとする。
Vegetation big data includes NDVI value, leaf color value, nitrogen absorption amount, number of stems, weather conditions, soil conditions, crop varieties, spray conditions (including types of pesticides to be sprayed, spray amount), vegetation coverage, yield, etc. It is a set of data related to vegetation that is associated with. These data can be collected from, for example, sensors installed in the field, providers of meteorological information, records by agricultural workers, researchers, and the like. In the present embodiment, it is assumed that the vegetation big data stored in advance in the server installed on the
機械学習部23cは、種々の公知の機械学習手法を用いて学習モデルを構築することができる。例えば、散布条件と、当該散布条件を採用した際に観察された各種データ(NDVI値、葉色値、窒素吸収量、気象条件、土壌条件、作物の品種、植被率、茎数、収量等)と、を対応付けた大量のデータセットを教師データとして使用し、教師あり学習を行うことができる。これにより、散布条件と、その他の各種データとの相関性を示す学習用モデルを構築する。又は、大量の学習用データセット(NDVI値、葉色値、窒素吸収量、気象条件、土壌条件、作物の品種、散布条件、植被率、収量等)を使用して教師なし学習を行うことができる。これにより、例えばある散布条件と相関性の高いデータ(NDVI値、葉色値、窒素吸収量、気象条件、土壌条件、作物の品種、散布条件、植被率、茎数等)を示すクラスタを含む学習モデルを形成することができる。なお、ここで示した機械学習手法、学習用データの作成方法、学習ステップ等はあくまで例示であり、他の任意の手法等を用いることが可能である。例えば、機械学習手法として、強化学習や深層学習等を採用しても良い。また、植生ビッグデータに何らかの前処理を施して学習用データを作成しても良い。また、学習ステップはバッチで行っても良く、あるいはオンライン学習等により随時学習を行う方式を採用しても良く、任意のタイミングで再学習を行っても良い。また、学習用データとして、本発明により取得されたNDVI値等を利用しても良い。
The
機械学習部23cは、学習を繰り返していくうちに、散布条件と、NDVI値や収量をはじめとする各種パラメータと、の相関性を示す学習モデルを獲得する。形成された学習モデルは、未知のパラメータセット(NDVI値、葉色値、窒素吸収量、気象条件、土壌条件、作物の品種、植被率、茎数、収量等)の入力に対して、最適な散布条件を出力することができるものとなる。
As the learning is repeated, the
最適解生成部23dは、NDVI値算出部23aが算出したNDVI値、所望の収量、気象条件、土壌条件、作物の品種、植被率等を、機械学習部23cが構築した学習モデルに入力する。学習モデルは、これらのパラメータセットに対応する散布条件を出力する。すなわち、最適解生成部23dは、現在の圃場の状況に最適な農薬等の種類や散布量を推定する。好ましくは、最適解生成部23dは、圃場の区画ごとに散布条件を推定する。これにより、最適解生成部23dは、農薬等の散布範囲と、区画ごとに最適な農薬等の種類や散布量を推定することができる。最適解生成部23dは、推定された散布条件を、散布情報として記憶部22に格納する。また、通信部21が、散布情報を散布用ドローン300に送信する。これにより、マルチスペクトルカメラ搭載ドローン100は、散布情報に基づき自律的な散布を行うことが可能となる。
The optimum
なお、NDVI値は、植生ビッグデータのうちの一つのパラメータであるが、例えば、NVDI値とその他の植生ビッグデータ(例えば、葉色値、窒素吸収量、茎数、稙被率等)との一次相関データを取得し(既知の相関データを取得しても良く、又は上述のように機械学習により獲得しても良い)、この相関データと植生品種毎の薬剤又は肥料の最適散布量との二次相関データを取得し(既知の相関データを取得しても良く、又は上述のように機械学習により獲得しても良い)、実際に散布する圃場のセンシングデータから公知の手段で得られるNVDI値と上記二次相関データを用いて、その圃場の植生品種に対する薬剤又は肥料の最適散布量を算出するようにしてもよい。
なお、NVDI値とその他の植生ビッグデータ(例えば、葉色値、窒素吸収量、茎数、稙被率等)との相関データは既知のものを利用することもできる。例えば、「藤井 弘志,“科学研究費助成事業 研究成果報告書 新規開発された高機能デジタルカメラによる作物診断システムの開発”,[online],平成29年6月7日,科研費,[令和2年1月20日検索],インターネット<URL:https://kaken.nii.ac.jp/ja/file/KAKENHI-PROJECT-26450016/26450016seika.pd>」、「福元 伸一,“V 情報処理等先端技術の活用による高生産システムの開発 NDVI測定活用による暖地水稲生育予測診断技術の評価 鹿児島県農業開発総合センター”,[online],公益社団法人農林水産・食品産業技術振興協会,[令和2年1月20日検索],インターネット<https://www.jataff.jp/project/inasaku/pdf/30_5_12-1.pdf>」を参照されたい。
The NDVI value is one of the parameters of the vegetation big data. For example, the NVDI value and other vegetation big data (for example, leaf color value, nitrogen absorption amount, number of stems, coverage rate, etc.) are primary. Correlation data may be obtained (known correlation data may be obtained, or may be obtained by machine learning as described above), and this correlation data and the optimum application amount of chemicals or fertilizer for each vegetation variety are obtained. The NVDI value obtained by a known means from the sensing data of the field in which the next correlation data is acquired (known correlation data may be acquired or may be acquired by machine learning as described above). And the above quadratic correlation data may be used to calculate the optimum amount of chemicals or fertilizers applied to the vegetation varieties in the field.
As the correlation data between the NVDI value and other big vegetation data (for example, leaf color value, nitrogen absorption amount, number of stems, coverage rate, etc.), known data can be used. For example, "Hiroshi Fujii," Grant-in-Aid for Scientific Research Research Results Report "Development of Crop Diagnosis System Using Newly Developed High-performance Digital Camera", [online], June 7, 2017, Kakenhi, [Reiwa Searched on January 20, 2], Internet <URL: https://kaken.nii.ac.jp/ja/file/KAKENHI-PROJECT-26450016/26450016seika.pd>"," Shinichi Fukumoto, "V Information Processing, etc." Development of high production system by utilizing advanced technology Evaluation of warm region paddy rice growth prediction diagnostic technology by utilizing NDVI measurement Kagoshima Prefectural Agricultural Development Center ”, [online], Public Interest Incorporated Association Agriculture, Forestry and Fisheries / Food Industry Technology Promotion Association, [Reiwa 2 Search on January 20, 2014], Internet <https://www.jataff.jp/project/inasaku/pdf/30_5_12-1.pdf> ”.
飛行プログラム生成部23eは、散布用ドローン300が散布を行うための飛行情報を生成する。飛行情報は、典型的には散布用ドローン300が経由すべき座標点を順に定義したものである。飛行プログラム生成部23eは、生成した飛行情報を記憶部22に格納する。また、通信部21が、飛行情報を散布用ドローン300に送信する。これにより、マルチスペクトルカメラ搭載ドローン100は、飛行情報に基づき自律的な飛行を行うことが可能となる。
The flight
図6を用いて、飛行情報の生成例について説明する。図6は、本実施の形態における、散布用ドローン300の飛行ルートを示す図である。この例では、圃場全体を4m×4mの正方形のメッシュ(A,B,C,D,E・・・)に分割している。
An example of generating flight information will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram showing a flight route of the spraying
このメッシュの大きさは、散布用ドローン300の諸元に依存して決定されている。本実施の形態では、散布用ドローン300は左右一対のノズル又はスキッドを備えている。1つのノズル又はスキッドによる散布幅は2mである。したがって、散布用ドローン300は、2m×2=4m幅にわたって散布が可能となる。そこで、圃場全体を4m×4mの正方形のメッシュに分割し、これらのメッシュを網羅するように飛行ルートを計画する。
The size of this mesh is determined depending on the specifications of the spraying
この場合、飛行プログラム生成部23eは、例えば各区画の中心点の座標を順に指定した飛行情報を生成できる。図6の例であれば、まず最も左側の列の区画A,B,C,D,Eの中心点、次に左から2列目の区画E,D,C,B,Aの中心点・・・を順に指定していく。
In this case, the flight
また、飛行プログラム生成部23eは、同様の手法により、マルチスペクトルカメラ搭載ドローン100が圃場のNVDI値を取得するための飛行情報を生成しても良い。この場合、通信部21が、飛行情報をマルチスペクトルカメラ搭載ドローン100に送信する。これにより、マルチスペクトルカメラ搭載ドローン100は、飛行情報に基づき自律飛行してセンシングを行うことが可能となる。
Further, the flight
なお、ドローン管理端末200には、キーボードやタッチパネル等の入力部、ディスプレイ等の出力部を備えるラップトップ・コンピュータやタブレット端末を用いることができる。
As the
好ましくは、ドローン管理端末200は、NDVIマップ生成部23bが生成したNDVIマップ、最適解生成部23dが生成した散布情報、飛行プログラム生成部23eが生成した飛行情報等を画面表示することができる。例えば、散布情報や飛行情報をNDVIマップに重畳させて表示することにより、農業従事者は、圃場の現況と、これから実施する散布作業と、を容易に比較検討することができる。
Preferably, the
さらに、ドローン管理端末200は、表示された散布情報や飛行情報の修正手段を提供することができる。例えば、散布情報であれば各区画における農薬等の種類や量、飛行情報であれば各区画の飛行順序等を修正するためのインタフェースを提供する。これにより、機械学習による推定に加え、農業従事者独自の知見や好みなどを散布に反映させることができる。ドローン管理端末200は、修正された散布情報や飛行情報を記憶部22に格納する。
Further, the
図3は、本発明の実施の形態1におけるスマート農業支援システム1000の動作を示すフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the smart
S101:ドローン管理端末200で、マルチスペクトルカメラ搭載ドローン100の飛行情報を作成する(自動航行)。又は、パイロットの手動操作により圃場の上空を飛行する(手動航行)。
マルチスペクトルカメラ搭載ドローン100は飛行しながら圃場を撮影し、センシングを行う。マルチスペクトルカメラ搭載ドローン100はデータキューブ・イメージを生成し、通信回線150を介してドローン管理端末200に送信する。
S101: The
The
S102:NDVI値算出部23aは、受信したデータキューブ・イメージを分析し、NDVI値を算出する。
NDVIマップ生成部23bが、NDVI値を計算処理し、作物の生育状況等を色付け等によって可視化したNDVIマップを生成する。ドローン管理端末200が、NDVIマップを表示する。
S102: The NDVI
The NDVI
S103:最適解生成部23dは、機械学習部23cが植生ビッグデータを使用して生成した学習モデルに基づき、圃場のNDVI値等に応じた最適な散布条件を推定する。最適解生成部23dは、推定した散布条件をドローン管理端末200に表示する。
S103: The optimum
S104:農業従事者は、ドローン管理端末200に表示された散布条件を確認し、必要に応じ手動で修正する。ドローン管理端末200は、散布条件の修正を受け付ける。最適解生成部23dは、承認された散布条件を散布情報として出力する。
S104: The agricultural worker confirms the spraying conditions displayed on the
S105:通信部21は、飛行情報及び散布情報を散布用ドローン300に送信する。散布用ドローン300は、受信した飛行情報に従って圃場上空を飛行し、散布情報に従って農薬等を散布する。
S105: The
本実施の形態によれば、スマート農業支援システム1000は、マルチスペクトルカメラ搭載ドローン100が収集した圃場の状況に基づき、農薬等の最適な散布条件を、植生ビッグデータを利用した機械学習により自動的に推定する。これにより、従来、熟練した農業従事者の経験に基づく知恵と勘が必要とされていたドローンによる散布条件の決定を容易に実施することができる。
According to this embodiment, the smart
<実施の形態2>
実施の形態2では、区画ごとに散布条件が異なる場合における散布用ドローン300の具体的な制御手法について説明する。
図5は、本発明の実施の形態2におけるスマート農業支援システム1000の動作を示すフローチャートである。S201からS205までは、実施の形態1におけるS101からS105までと同様であるため、説明を省略する。
<Embodiment 2>
In the second embodiment, a specific control method of the spraying
FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the smart
S206:ドローン管理端末200は、飛行情報及び散布情報を、通信回線250を介して散布用ドローン300に送信する。ここで、飛行情報には、例えば散布用ドローン300が経由すべき座標点のセットが含まれる。散布情報には、例えば農薬又は肥料等の単位区画あたりの噴射又は吐出量が含まれる。
S206: The
S207:散布用ドローン300は受信した飛行情報に従って、すなわち飛行情報で指定された座標点を順に経由しながら航行し、農薬又は肥料等の散布を行う。
S207: The spraying
航行中、散布用ドローン300は、現在どの区画の上空を航行しているかを常に認識する。これは、散布用ドローン300の位置情報と、予め定義された区画情報(各区画の座標値の範囲)と、を比較することにより行われる。
During navigation, the spraying
散布用ドローン300は、現在航行中の区画における散布情報、つまり単位区画あたりの散布量を取得する。そして、当該区画で規定量を散布するため、飛行速度か、ノズル又はスキッドからの単位時間あたりの農薬又は肥料等の噴射又は吐出量か、のいずれかを調整する。すなわち、ノズル又はスキッドからの単位時間あたりの農薬又は肥料等の噴射又は吐出量を一定としつつ、飛行速度を変更することにより、規定の散布量を実現する。又は、飛行速度を一定としつつ、ノズル又はスキッドからの単位時間あたりの農薬又は肥料等の噴射又は吐出量を変更することにより、規定の散布量を実現する。いずれの方式を採用するかを農業従事者に選択させても良い。
The spraying
本実施の形態によれば、スマート農業支援システム1000は、区画ごとに農薬等の散布量が指定されている場合、飛行速度か、ノズル又はスキッドからの単位時間あたりの農薬又は肥料等の噴射又は吐出量か、のいずれかを自動的に調整する。これにより、所定量の農薬等の散布を自律的かつ容易に行うことができる。
According to the present embodiment, when the amount of pesticide or the like to be sprayed is specified for each section, the smart
最後に、図4のチャートを用いて、本実施の形態1及び実施の形態2にかかるスマート農業支援システム1000と従来システムとの相違点について整理する。
STEP1において、システムは、マルチスペクトルカメラ搭載ドローンを用いて圃場をセンシングする。STEP2において、システムは、圃場のセンシング結果をソフトウェアにより解析し、NDVI値の算出と植生マップ(NDVIマップ)の作成を実施する。これらは両システムに共通の処理である。
Finally, using the chart of FIG. 4, the differences between the smart
In
一方、スマート農業支援システム1000は、STEP2において、機械学習により最適な散布条件(散布すべき農薬等の種類、量、区画)を推定する。また、STEP3では、スマート農業支援システム1000は、システムが推定した散布条件の手動修正を受け付ける。他方、従来システムは、このような構成を有しておらず、散布条件を人が決定する。
On the other hand, the smart
ステップ4においては、スマート農業支援システム1000は、システムにより決定された散布条件及び飛行条件に基づいて散布用ドローン300を制御する。すなわち、散布用ドローン300は、散布条件及び飛行条件に基づいて自律的に飛行及び散布を行う。なお、自律飛行中に突風が吹いた場合や障害物を発見した場合等に、例えば、薬剤散布を自動制御にした状態で急遽飛行制御を手動にすること、あるいは飛行速度を自動制御にした状態で飛行ルートを手動制御に切り替えることなども可能である。これに対し、従来システムでは、すべて手動操作または飛行速度や薬剤散布量は一定の自律的な飛行及び散布を行う。
In
換言すれば、スマート農業支援システム1000は、ドローンが収集した圃場作物情報を単に提供するという従来のレベルに留まらず、圃場作物情報に基づいて、農薬等の散布に関する最適かつ具体的な提案を行うことができる。また、生成した提案に基づき、自律的に散布を行うことができる。
In other words, the smart
以上の通り、本発明の実施の形態について説明したが、スマート農業支援システム1000の具体的な構成は上述した実施に形態に限られるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。本発明の範囲内で、実施の形態の任意の構成要素を均等物により置換したり、省略したりすることができる。また、発明の趣旨を損なわない範囲で、任意の処理を置換、省略し、又は順序を入れ替えて実行することができる。
As described above, the embodiment of the present invention has been described, but the specific configuration of the smart
例えば、上述の実施の形態では、学習用データとして、ドローンにより取得したNDVI値などを使用したが、農業従事者により地上で確認された圃場作物情報など、機械学習に使用可能な任意のデータを使用することができる。 For example, in the above-described embodiment, the NDVI value acquired by the drone is used as the learning data, but any data that can be used for machine learning, such as the field crop information confirmed on the ground by the farmer, can be used. Can be used.
100 マルチスペクトルカメラ搭載ドローン
150 無線通信回線
300 散布用ドローン
250 無線通信回線
200 ドローン管理端末
21 通信部
22 記憶部
23 制御部
23a NDVI値算出部
23b NDVIマップ生成部
23c 機械学習部
23d 最適解生成部
23e 飛行プログラム生成部
400 ネットワーク
1000 スマート農業支援システム
100 Drone with
Claims (7)
ドローン管理端末と、を含み、
前記ドローン管理端末は、
圃場におけるNDVI値と、前記圃場への散布材の散布量と、の相関性を学習した学習モデルを有する機械学習部と、
散布対象の前記圃場における現在の前記NDVI値を算出するNDVI値算出部と、
前記現在のNDVI値を入力し、前記学習モデルに従って前記散布剤の散布量の最適値を推定し、散布対象の前記圃場への前記散布剤の散布量を定義した散布情報を出力する最適解生成部と、を含み、
前記散布用ドローンは、
前記散布情報に従って、散布対象の前記圃場に前記散布量の前記散布剤を散布する
スマート農業支援システム。 With a drone for spraying
Including drone management terminal
The drone management terminal is
A machine learning unit having a learning model that learned the correlation between the NDVI value in the field and the amount of the spraying material sprayed on the field.
An NDVI value calculation unit that calculates the current NDVI value in the field to be sprayed, and
Optimal solution generation that inputs the current NDVI value, estimates the optimum value of the spraying amount of the spraying agent according to the learning model, and outputs the spraying information that defines the spraying amount of the spraying agent to the field to be sprayed. Including the part
The spraying drone is
A smart agriculture support system that sprays the spraying agent in the spraying amount to the field to be sprayed according to the spraying information.
前記NDVI値算出部は、前記センシングデータに基づいて前記NDVI値を算出する
請求項1記載のスマート農業支援システム。 Further including a drone equipped with a multispectral camera that senses the field to be sprayed with a multispectral camera and transmits the sensing data to the drone management terminal.
The smart agricultural support system according to claim 1, wherein the NDVI value calculation unit calculates the NDVI value based on the sensing data.
前記散布用ドローンは、前記飛行情報に基づいて飛行し、前記散布を行う
請求項1記載のスマート農業支援システム。 The drone management terminal further has a flight program generation unit that generates and outputs flight information that defines a flight route in the field to be sprayed.
The smart agricultural support system according to claim 1, wherein the spraying drone flies based on the flight information and performs the spraying.
請求項1記載のスマート農業支援システム。 The smart agricultural support system according to claim 1, wherein the spraying drone adjusts the flight speed or the spraying amount per unit time based on the spraying information.
前記最適解生成部は、前記散布情報を前記区画ごとに生成する
請求項1記載のスマート農業支援システム。 The field to be sprayed has a plurality of plots and has a plurality of plots.
The smart agricultural support system according to claim 1, wherein the optimum solution generation unit generates the spraying information for each section.
前記現在のNDVI値を入力するステップと、
圃場におけるNDVI値と、前記圃場への散布材の散布量と、の相関性を学習した学習モデルに従って前記散布剤の散布量の最適値を推定するステップと、
散布対象の前記圃場への前記散布剤の散布量を定義した散布情報を散布用ドローンに対し出力するステップと、を含む
スマート農業支援方法。 Steps to calculate the current NDVI value in the field to be sprayed,
The step of inputting the current NDVI value and
A step of estimating the optimum value of the spraying amount of the spraying agent according to a learning model that learned the correlation between the NDVI value in the field and the spraying amount of the spraying material on the field.
A smart agricultural support method including a step of outputting spraying information defining a spraying amount of the spraying agent to the field to be sprayed to a spraying drone.
スマート農業支援方法。
Spraying information that defines the spraying amount of the spraying agent to the field to be sprayed A smart agricultural support method including a step of adjusting the flight speed of the spraying drone or the spraying amount per unit time based on the spraying information.
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-
2020
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