JP7229864B2 - REMOTE SENSING IMAGE ACQUISITION TIME DETERMINATION SYSTEM AND CROPT GROWTH ANALYSIS METHOD - Google Patents

REMOTE SENSING IMAGE ACQUISITION TIME DETERMINATION SYSTEM AND CROPT GROWTH ANALYSIS METHOD Download PDF

Info

Publication number
JP7229864B2
JP7229864B2 JP2019120939A JP2019120939A JP7229864B2 JP 7229864 B2 JP7229864 B2 JP 7229864B2 JP 2019120939 A JP2019120939 A JP 2019120939A JP 2019120939 A JP2019120939 A JP 2019120939A JP 7229864 B2 JP7229864 B2 JP 7229864B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
remote sensing
growth
sensing image
crops
data
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019120939A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021006017A (en
Inventor
涼 石田
直之 橋本
浩二 中島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2019120939A priority Critical patent/JP7229864B2/en
Publication of JP2021006017A publication Critical patent/JP2021006017A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7229864B2 publication Critical patent/JP7229864B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Image Analysis (AREA)

Description

本発明は、リモートセンシング画像に基づいて、作物の生育状況等を分析もしくは推定する技術に係る。特に、画像情報を用いて作物の生育状況等を分析もしくは推定するために必要な画像取得時期の決定技術に関する。 The present invention relates to a technique for analyzing or estimating the growth status of crops based on remote sensing images. In particular, the present invention relates to a technique for determining image acquisition timing necessary for analyzing or estimating the growth status of crops using image information.

衛星画像等のリモートセンシング画像を用い、植物による光の反射の特徴を利用して植生指標を計算し、植生の状況を把握することが知られている。例えば特許文献1の背景技術の項には、高解像度衛星データを用い、収穫前(1-2月前)の現地データ(収穫量データ、土壌サンプリングデータ、気温データ、降水量データなど)と、その時期取られた高解像度衛星画像を併用することにより、衛星画像から計測した植生指標(NDVI、EVI、LAIなど)を統計モデル(線形予測モデル、混合モデルなど)に入れて、収穫量推計を行うことが記載されている。 It is known to use remote sensing images such as satellite images to calculate a vegetation index by utilizing the characteristics of light reflection by plants and to grasp the state of vegetation. For example, in the background art section of Patent Document 1, using high-resolution satellite data, local data before harvest (before January to February) (harvest amount data, soil sampling data, temperature data, precipitation data, etc.), By using high-resolution satellite images taken at that time together, vegetation indicators (NDVI, EVI, LAI, etc.) measured from satellite images are put into statistical models (linear prediction models, mixed models, etc.) to estimate crop yields. stated to be done.

なお、NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)、EVI(Enhanced Vegetation Index)、LAI(Estimation of Leaf Area Index)はよく知られた植生指標の例である。 NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), EVI (Enhanced Vegetation Index), and LAI (Estimation of Leaf Area Index) are well-known examples of vegetation indices.

特許公開2015-188333号公報Patent Publication No. 2015-188333

作物の生育状況をリモートセンシング画像から把握する場合、期待する生育ステージ到達時期にある圃場(ほじょう)が多い時期(以下「最適期」という)に撮影を行うことが望ましい。 When grasping the growth status of crops from remote sensing images, it is desirable to photograph at the time when there are many fields (hereinafter referred to as the "optimal period") at the time when the expected growth stage is reached.

例えば、水稲の収穫量推定を行う場合には、撮影領域に含まれる全ての圃場が登熟期を迎えていることが理想である。穀物の種子が次第に発育・肥大することを登熟という。一般に、稲穂が出て、開花・受粉すると登熟を開始し、稲の場合は、開花から約40~50日間が登熟期となる。 For example, when estimating the yield of paddy rice, it is ideal that all the fields included in the photographing area reach maturity. Ripening is the gradual growth and enlargement of grain seeds. In general, rice begins to ripen when the ear emerges, blooms, and is pollinated. In the case of rice, the ripening period is about 40 to 50 days after flowering.

しかし、現実には各圃場ごとに生育条件が異なるため、登熟期の時期はばらつく。水稲の収穫量推定のためには、撮影領域に含まれるできるだけ多くの圃場が登熟期を迎えている時期に、リモートセンシング画像を取得することが望ましい。 However, in reality, since the growing conditions are different for each field, the timing of the ripening stage varies. In order to estimate the yield of paddy rice, it is desirable to acquire remote sensing images at the time when as many fields as possible included in the photographing area reach maturity.

最適期のリモートセンシング画像を取得するためには、定期的に画像を撮影しておき、撮影後に好ましい時期の画像を抽出することも考えられる。しかし、高精度の分析や推計を行うのに好適な高分解能衛星データは高コストであるため、多数の高分解能画像を取得することを前提とする方式はコストの向上を招く。 In order to acquire the remote sensing image at the optimum time, it is conceivable to take images periodically and then extract the image at the favorable time after taking the image. However, since high-resolution satellite data suitable for high-precision analysis and estimation are expensive, a method that assumes acquisition of a large number of high-resolution images leads to an increase in cost.

また、人が実際に現地に赴いて調査し、最適期を決定することも考えられるが、同様に人的なコストの問題がある。 It is also conceivable that a person actually goes to the site to investigate and determine the optimum period, but there is also the problem of human cost.

そこで、コストをできるだけ抑えながら、最適期に作物の生育状況分析のためのリモートセンシング画像の撮影を可能とする手法が望まれる。 Therefore, there is a demand for a method that enables the capture of remote sensing images for analysis of the growing conditions of crops at the optimum time while keeping costs down as much as possible.

本発明の好ましい一側面は、入力装置、出力装置、処理装置、および記憶装置を備え、地表に分布する圃場を対象として、農作物の生育状況を把握するための、リモートセンシング画像の取得時期を決定するシステムである。このシステムは、時系列データである第1のリモートセンシング画像に基づいて、農作物の生育状況を予測するために用いる基準日を推定する、基準日推定部を備える。また、時系列データである気象データに基づいて、農作物の基準日以降の生育状況を予測して、農作物が特定の生育ステージに到達する時期を推定する、生育予測部を備える。また、農作物が特定の生育ステージに到達している圃場を最も多く撮影できる時期を、第2のリモートセンシング画像の取得時期として決定する、撮影適期決定部を備える。 A preferred aspect of the present invention includes an input device, an output device, a processing device, and a storage device, and determines the acquisition timing of remote sensing images for grasping the growth status of agricultural crops for agricultural fields distributed on the ground surface. It is a system that This system includes a reference date estimating unit that estimates a reference date used for predicting the growth state of crops based on the first remote sensing image, which is time-series data. It also includes a growth prediction unit that predicts the growth state of crops after a reference date based on meteorological data, which is chronological data, and estimates when the crops will reach a specific growth stage. The apparatus also includes an appropriate photographing timing determination unit that determines the timing at which the maximum number of images of a field in which crops have reached a specific growth stage can be photographed as the acquisition timing of the second remote sensing image.

本発明の他の好ましい一側面は、入力装置、出力装置、処理装置、および記憶装置を用い、リモートセンシング画像を用いて、地表に分布する圃場を対象として、農作物の生育状況を把握する作物生育状況分析方法である。この方法では、時系列データである第1のリモートセンシング画像に基づいて、農作物の生育状況を予測するために用いる基準日を推定する。またこの方法では、時系列データである気象データに基づいて、農作物の基準日以降の生育状況を予測して、農作物が特定の生育ステージに到達する時期を推定する。また、この方法では、農作物が前記特定の生育ステージに到達している圃場を最も多く撮影できる時期を、第2のリモートセンシング画像の取得時期として決定する。 Another preferred aspect of the present invention is to use an input device, an output device, a processing device, and a storage device, and use a remote sensing image to grasp the growth status of agricultural crops in fields distributed on the ground surface. It is a situation analysis method. In this method, a reference date used for predicting the growth state of crops is estimated based on the first remote sensing image, which is time-series data. Also, in this method, based on meteorological data, which is chronological data, the growth status of crops after a reference date is predicted, and the timing at which crops reach a specific growth stage is estimated. Also, in this method, the timing at which the maximum number of fields in which crops have reached the specific growth stage can be photographed is determined as the acquisition timing for the second remote sensing image.

本発明のさらに具体的な形態では、第2のリモートセンシング画像から植生指標を計算し、植生指標を予め定めた統計モデルに適用し、農作物の生育状況を分析する。 In a more specific form of the present invention, a vegetation index is calculated from the second remote sensing image, and the vegetation index is applied to a predetermined statistical model to analyze the growth status of agricultural crops.

最適期に作物の生育状況分析のためのリモートセンシング画像の撮影を可能とする手法を提供する。 To provide a method for capturing remote sensing images for crop growth analysis during the optimum period.

作物生育状況分析システムの構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the structural example of a crop growth condition analysis system. 衛星画像データの構成例を示す模式図。FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration example of satellite image data; 気象データの構成例を示す模式図。Schematic diagram showing a configuration example of weather data. GISデータの構成例を示す模式図。FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration example of GIS data; 作物生育状況分析システムにおける全体の処理のフロー図。The flow chart of the whole processing in a crop growth condition analysis system. 基準日推定処理の詳細フロー図。A detailed flow chart of the reference date estimation process. 生育予測処理の詳細フロー図。Detailed flowchart of growth prediction processing. 生育予測処理での気象データ変化予測式決定方法を説明する概念図。The conceptual diagram explaining the weather data change prediction formula determination method in growth prediction processing. 撮影適期決定処理で撮影適期を決定する方法を説明する概念図。FIG. 10 is a conceptual diagram for explaining a method of determining an appropriate shooting time in an appropriate shooting time determination process;

実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。 Embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments shown below. Those skilled in the art will easily understand that the specific configuration can be changed without departing from the idea or gist of the present invention.

以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、重複する説明は省略することがある。 In the configuration of the invention described below, the same reference numerals may be used in common for the same parts or parts having similar functions between different drawings, and redundant description may be omitted.

同一あるいは同様な機能を有する要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。ただし、複数の要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。 When there are a plurality of elements having the same or similar functions, they may be described with the same reference numerals and different suffixes. However, if there is no need to distinguish between multiple elements, the subscripts may be omitted.

本明細書等における「第1」、「第2」、「第3」などの表記は、構成要素を識別するために付するものであり、必ずしも、数、順序、もしくはその内容を限定するものではない。また、構成要素の識別のための番号は文脈毎に用いられ、一つの文脈で用いた番号が、他の文脈で必ずしも同一の構成を示すとは限らない。また、ある番号で識別された構成要素が、他の番号で識別された構成要素の機能を兼ねることを妨げるものではない。 Notations such as “first”, “second”, “third” in this specification etc. are attached to identify the constituent elements, and do not necessarily limit the number, order, or content thereof isn't it. Also, numbers for identifying components are used for each context, and numbers used in one context do not necessarily indicate the same configuration in other contexts. Also, it does not preclude a component identified by a certain number from having the function of a component identified by another number.

図面等において示す各構成の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。 The position, size, shape, range, etc. of each configuration shown in the drawings, etc. may not represent the actual position, size, shape, range, etc., in order to facilitate understanding of the invention. Therefore, the present invention is not necessarily limited to the positions, sizes, shapes, ranges, etc. disclosed in the drawings and the like.

本明細書で引用した刊行物、特許および特許出願は、そのまま本明細書の説明の一部を構成する。 All publications, patents and patent applications cited herein are hereby incorporated by reference into this description.

本明細書において単数形で表される構成要素は、特段文脈で明らかに示されない限り、複数形を含むものとする。 Elements presented herein in the singular shall include the plural unless the context clearly dictates otherwise.

<1.作物生育状況分析システムの概要>
図1は、発明の一実施形態に係る作物生育状況分析システムの概要を示すブロック図である。本実施例に係る作物生育状況分析システムは、作物生育状況分析装置100を構成要素とする。
<1. Overview of Crop Growth Analysis System>
FIG. 1 is a block diagram showing an overview of a crop growth analysis system according to one embodiment of the invention. The crop growth analysis system according to the present embodiment includes a crop growth analysis device 100 as a component.

本実施例の作物生育状況分析システムは、作物の育成状況を分析する機能のほか、分析のための画像の取得時期を決定する機能を含んでいるが、分析のための画像の取得時期を決定するためのリモートセンシング画像取得時期決定システムの部分を分離して構成することも可能である。 The crop growing condition analysis system of this embodiment includes a function of analyzing the growing condition of crops and a function of determining when to acquire images for analysis. It is also possible to configure the portion of the remote sensing image acquisition timing determination system separately.

作物生育状況分析装置100は、例えば情報処理装置の一種であるサーバで構成されており、CPU(Central Processing Unit)101、半導体メモリなどのメモリ102、磁気ディスク装置などの補助記憶装置103、および入出力装置104を含む。そのほか、サーバに一般的に用いられる装置を備えていてもよい。 The crop growth condition analysis device 100 is composed of, for example, a server which is a type of information processing device, and includes a CPU (Central Processing Unit) 101, a memory 102 such as a semiconductor memory, an auxiliary storage device 103 such as a magnetic disk device, and an input device. An output device 104 is included. In addition, the server may include devices generally used.

メモリ102には、プログラムとして基準日推定部105、生育予測部106、撮影適期決定部107、および作物生育状況分析部108が格納される。プログラムは、情報処理装置を作物生育状況分析装置100の各部として機能させうる。CPU101は、例えば補助記憶装置103からプログラムをメモリ102に読み出して実行することができる。 The memory 102 stores a reference date estimation unit 105, a growth prediction unit 106, an appropriate photographing period determination unit 107, and a crop growth condition analysis unit 108 as programs. The program can cause the information processing device to function as each part of the crop growth situation analysis device 100 . The CPU 101 can, for example, read a program from the auxiliary storage device 103 to the memory 102 and execute it.

本実施例では計算や制御等の機能は、メモリ102に格納されたプログラムがCPU101によって実行されることで、定められた処理を他のハードウェアと協働して実現される。CPU101が実行するプログラム、その機能、あるいはその機能を実現する手段を、「機能」、「手段」、「部」、「ユニット」、「モジュール」等と呼ぶ場合がある。 In this embodiment, functions such as calculation and control are realized by executing a program stored in the memory 102 by the CPU 101, thereby performing predetermined processing in cooperation with other hardware. A program executed by the CPU 101, its function, or a means for realizing the function may be called a "function," "means," "unit," "unit," "module," or the like.

本実施例中、ソフトウエアで構成した機能と同等の機能は、FPGA(Field Programmable Gate Array)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)などのハードウェアでも実現できる。 In the present embodiment, functions equivalent to those configured by software can also be realized by hardware such as FPGA (Field Programmable Gate Array) and ASIC (Application Specific Integrated Circuit).

作物生育状況分析装置100は、衛星画像データ110、気象データ120、GIS(Geographic Information System)データ130を処理すべきデータとする。 The crop growth condition analysis device 100 uses satellite image data 110, weather data 120, and GIS (Geographic Information System) data 130 as data to be processed.

衛星画像データ110は時系列の画像データであり、地球観測衛星140等を用いて撮影される、例えばカラー静止画像である。衛星画像データ110の撮影範囲は、作物の生育状況の把握を行なう対象となる圃場が存在する領域(以下「対象領域」という)を含む。 The satellite image data 110 is time-series image data, and is, for example, a color still image captured using an earth observation satellite 140 or the like. The photographing range of the satellite image data 110 includes a region (hereinafter referred to as “target region”) in which there is a field for which crop growth status is to be grasped.

気象データ120は時系列の気象データであり、対象領域における気温、降雨量、日照時間等から選択されたデータを含む。 The weather data 120 is time-series weather data, and includes data selected from the temperature, amount of rainfall, hours of sunshine, etc. in the target area.

GIS(Geographic Information System)は、対象領域における地形に関するデータであり、例えば標高や土地被覆分類図のデータを含む。 A GIS (Geographic Information System) is data relating to topography in a target area, and includes, for example, elevation and land cover classification map data.

作物生育状況分析装置100は、衛星画像データ110、気象データ120、GISデータ130を用いて、対象領域において、作物が特定の生育ステージにある圃場が最も多くなる時期をリモートセンシング画像の撮影適期として決定する。以降、「撮影適期」とは、実施例のシステムが、撮影領域について、最適期として撮影に適していると推定した時期をいうものとする。 Using the satellite image data 110, the weather data 120, and the GIS data 130, the crop growth analysis apparatus 100 uses the time when the number of fields in which crops are in a specific growth stage is the largest in the target area as the appropriate time for taking remote sensing images. decide. Hereinafter, the term "appropriate time for imaging" refers to the time when the system of the embodiment estimates that the imaging region is suitable for imaging as the optimal time.

作物生育状況分析装置100の構成は、単体のサーバで構成してもよいし、あるいは、CPU101、メモリ102、補助記憶装置103、および入出力装置104の任意の部分が、ネットワークで接続された他のコンピュータで構成されてもよい。 The configuration of the crop growth condition analysis apparatus 100 may be configured as a single server, or alternatively, any portion of the CPU 101, memory 102, auxiliary storage device 103, and input/output device 104 may be connected via a network. computer.

衛星画像データ110、気象データ120、GISデータ130は、作物生育状況分析装置100と同一の管理者によって管理されていてもよく、例えばこれらは補助記憶装置103にデータベースとして記憶されていてもよい。また、これらのデータは、例えばネットワークで接続された第三者が管理する外部のデータベースから、入出力装置104を介して取得してもよい。 The satellite image data 110, the weather data 120, and the GIS data 130 may be managed by the same administrator as the crop growth analysis device 100, and may be stored as a database in the auxiliary storage device 103, for example. Also, these data may be obtained via the input/output device 104 from an external database managed by a third party connected via a network, for example.

<2.衛星画像データ>
図2は、衛星画像データ110の構成例を示す模式図である。衛星画像データ110は、例えば地球観測衛星140により、対象領域を継続的かつ定期的に撮影を行なった画像である。衛星画像データ110は、対象領域を異なる日時に撮影した複数の静止画像201を含む。静止画像として、動画像の中の特定フレームを用いてもよい。
<2. Satellite image data>
FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration example of the satellite image data 110. As shown in FIG. The satellite image data 110 is an image of a target area continuously and periodically taken by an earth observation satellite 140, for example. The satellite image data 110 includes a plurality of still images 201 of the target area captured on different dates. A specific frame in a moving image may be used as the still image.

継続的に定期的に撮影を行なう場合には、高精度の分析や推計を行うのに好適な、比較的高分解能の画像よりも、低コストで取得できる比較的低分解能の画像とすることが好ましい。 For continuous, periodic imaging, relatively low-resolution images, which can be obtained at low cost, are preferred over relatively high-resolution images, which are suitable for high-precision analysis and estimation. preferable.

図2中のA~Fで示す黒い四角マーク202は、最終的に収穫量推計等を行うために撮影を行いたい対象領域に含まれる全撮影対象圃場のうち、代表的な一部の圃場を、ほぼ同じ面積を持つ地区A~Fとしてサンプリングしたものである(以下「対象圃場地区」あるいは単に「地区」という)。対象圃場地区はユーザが予め定めておいてもよいし、後に説明するように作物生育状況分析システムが自動的に決定してもよい。対象圃場地区の数は任意である。 The black square marks 202 indicated by A to F in FIG. 2 represent a representative part of the fields included in the target area to be photographed in order to finally estimate the yield. , and areas A to F having approximately the same area (hereinafter referred to as "target farm area" or simply "area"). The target field district may be determined in advance by the user, or may be automatically determined by the crop growth analysis system as described later. The number of target farm districts is arbitrary.

<3.気象データ>
図3は、気象データ120の構成を示す模式図である。気象データ120は、基本的に時系列のデータであり、対象領域を含む領域について、例えば観測日毎に時刻、気温、降水量、風向、風速、日照時間、積雪深等の気象データを、時系列に集計したものである。これらの気象データは例示であり、上記の一部のみを用いてもよいし、他の種類のデータを追加してもよい。
<3. Meteorological Data>
FIG. 3 is a schematic diagram showing the structure of the weather data 120. As shown in FIG. The meteorological data 120 is basically time-series data, and meteorological data such as time, temperature, amount of precipitation, wind direction, wind speed, hours of sunshine, snow depth, etc. for each observation day for an area including the target area are displayed in time series. It is aggregated in These meteorological data are examples, and only some of the above may be used, or other types of data may be added.

また、図3に示すように、対象圃場地区A~Fに対応した気象データを準備する。一般には、例えば公共機関から提供される気象データの地理的な粒度は、対象圃場地区の粒度とは異なる。よって、本実施例においては、公知の手法によって準備された気象データから、対象圃場地区の位置あるいは座標に対応したデータを抽出して各地区に対応付け、利用するものとする。 Also, as shown in FIG. 3, weather data corresponding to the target agricultural field areas A to F are prepared. In general, the geographic granularity of weather data provided, for example, by public institutions is different from the granularity of the target field area. Therefore, in this embodiment, data corresponding to the position or coordinates of the target field district is extracted from meteorological data prepared by a known technique, and is used by associating it with each district.

<4.GISデータ>
図4は、GISデータ130の構成を示す模式図である。対象領域を含む領域について数値標高モデル131および土地被覆分類図132を含む。
<4. GIS data>
FIG. 4 is a schematic diagram showing the structure of the GIS data 130. As shown in FIG. A digital elevation model 131 and a land cover classification map 132 are included for the area containing the target area.

数値標高モデル131は、例えば緯度・経度の座標に対応して、標高(例えば海抜)の数値を記録したデータである。 The digital elevation model 131 is data in which numerical values of elevation (e.g. sea level) are recorded corresponding to coordinates of latitude and longitude, for example.

また、土地被覆分類図132は、土地の被覆状況を、例えば水田、畑地、裸地、水域などの対象に分類したものであり、例えば緯度・経度の座標に対応して、土地被覆の種類を記録したデータである。土地被覆分類図132は、例えば衛星画像を用いて、対象によって分光反射特性が異なることを利用して作成することができる。 Also, the land cover classification map 132 classifies the land cover status into objects such as paddy fields, upland fields, bare land, and water areas. This is recorded data. The land cover classification map 132 can be created, for example, by using satellite images and utilizing the fact that the spectral reflection characteristics differ depending on the object.

本実施例においては、公知の手法によって準備されたGISデータから、対象圃場地区A~Fの位置あるいは座標に対応したデータを抽出して利用するものとする。 In the present embodiment, data corresponding to the positions or coordinates of the target agricultural field areas A to F are extracted from GIS data prepared by a known method and used.

<5.画像取得時期推定の全体処理フロー>
図5は、作物生育状況把握システムの処理フロー図である。まず、対象圃場地区設定処理S501では、最終的に収穫量推計等を行うために撮影を行いたい全撮影対象圃場のうち、代表的な一部の圃場を、ほぼ同じ面積を持つ地区A~Fとしてサンプリングする。面積は厳密に同じ必要はないが、±10%程度で均等であるのが望ましい。また、観測対象としたい全圃場を含む必要はなく、また地区A~Fに含まれる圃場数も同一の必要はない。
<5. Overall Processing Flow of Image Acquisition Timing Estimation>
FIG. 5 is a processing flow chart of the crop growth situation grasping system. First, in the target field area setting process S501, of all the target fields to be photographed for the final estimation of yield, some representative fields are selected from areas A to F having approximately the same area. sample as Although the areas do not have to be exactly the same, it is desirable that they are uniform within about ±10%. Moreover, it is not necessary to include all farm fields to be observed, and the number of farm fields included in areas A to F need not be the same.

地区A~Fにおいて、圃場と建物等の圃場以外の地物が混在する場合、衛星画像データ110の分解能によっては、1画素内に圃場と圃場以外の地物が混在してしまい、求められる植生指標値は正確な作物生育状況を表さない。そのため、各地区においては圃場以外の地物を含まないのが望ましい。 In areas A to F, when fields and features other than fields such as buildings coexist, depending on the resolution of the satellite image data 110, the fields and features other than fields may coexist within one pixel. Index values do not represent exact crop growth conditions. Therefore, it is desirable not to include features other than agricultural fields in each district.

サンプリングする地区A~Fはユーザが例えば数値標高モデル131と土地被覆分類図132とを見ながら選定してもよい。地区A~Fの選定上、地区A~Fの作物の育成状況のばらつきが、全撮影対象圃場の育成状況のばらつきを十分網羅していることが望ましい。 Areas A to F to be sampled may be selected by the user while looking at the digital elevation model 131 and the land cover classification map 132, for example. In selecting the areas A to F, it is desirable that the variations in the growing conditions of the crops in the areas A to F sufficiently cover the variations in the growing conditions in all fields to be photographed.

作物生育状況分析システムが自動的に地区A~Fを選定する場合には、基準日推定部105が、気象データ120やGISデータ130に基づいて、選定される地区A~Fの気象や地形のばらつきが、全撮影対象圃場のばらつきを可能な限り網羅できるよう選定する。システムによる計算としては、例えば地区A~Fのデータの分散が大きくなる(例えば最大あるいは、所定閾値を超える)ように選定すればよい。あるいは、公知の他の統計的な手法を用いてもよい。このように地区A~Fを選定することで、全撮影対象圃場の育成状況の差異を把握することができる。 When the crop growth situation analysis system automatically selects districts A to F, the reference date estimating unit 105 calculates the weather and topography of the selected districts A to F based on the weather data 120 and the GIS data 130. The selection should be made so that the variation covers as much as possible the variation in all fields to be photographed. For calculation by the system, for example, it may be selected so that the distribution of the data of districts A to F is large (for example, it is maximum or exceeds a predetermined threshold). Alternatively, other known statistical methods may be used. By selecting the districts A to F in this way, it is possible to grasp the differences in the growing conditions of all the fields to be photographed.

基準日推定部105による他の処理の一例としては、例えば、全撮影対象圃場を標高の観点から「標高高」「標高中」「標高低」の3種類に分類し、さらに、降雨量の観点から「降雨量多」「降雨量中」「降雨量少」3種類に分類する。そして、すべての分類の組み合わせを網羅する、3×3=9種類に分類した結果から、全撮影対象圃場のばらつきを網羅できるように対象圃場地区を選定する。 As an example of other processing by the reference date estimating unit 105, for example, all fields to be photographed are classified into three types of "high altitude", "medium altitude", and "low altitude" from the viewpoint of altitude, and furthermore, from the viewpoint of rainfall, It is classified into three types, "high rainfall", "medium rainfall", and "low rainfall". Then, from the results of classification into 3×3=9 types, which covers all combinations of classifications, target field districts are selected so as to cover variations in all fields to be photographed.

なお、データ処理量のコストを無視すれば、全撮影対象圃場を等しい面積に分割し、全てについて以降の処理を行うことも可能である。 Ignoring the cost of the data processing amount, it is possible to divide all the fields to be photographed into equal areas and perform the subsequent processing on all of them.

基準日推定処理S502では、基準日推定部105が、作物の生育状況を把握したい対象圃場から選定した複数の対象圃場地区に対し、地区毎に対象作物の生育状況を把握するための基準日を推定する。 In the reference date estimating process S502, the reference date estimating unit 105 sets a reference date for ascertaining the growth status of the target crop for each of a plurality of target field districts selected from the target fields for which the growth status of the crop is desired to be ascertained. presume.

生育予測処理S503では、生育予測部106が、各対象圃場地区において、基準日推定処理S502で推定された基準日以降の気象データの変化を予測し、各対象圃場地区における特定の生育ステージへの到達時期を予測する。 In the growth prediction process S503, the growth prediction unit 106 predicts changes in weather data after the reference date estimated in the reference date estimation process S502 in each target field district, and predicts a specific growth stage in each target field district. Predict arrival time.

撮影適期決定処理S504では、撮影適期決定部107が、生育予測処理S503で求めた生育予測結果に基づいて、リモートセンシング画像の撮影適期を決定する。 In the appropriate photographing time determination process S504, the appropriate photographing time determination unit 107 determines the appropriate photographing time of the remote sensing image based on the growth prediction result obtained in the growth prediction process S503.

リモートセンシング画像撮影処理S505では、地球観測衛星140が、対象領域のリモートセンシング画像を撮影する。地球観測衛星140に対する撮影の指示は、別途地球観測衛星140の運用者(以下「観測衛星運用者」という)が行う。観測衛星運用者に対する撮影の場所、時間等の指示は、作物生育状況分析装置100から観測衛星運用者に対してオンラインで、あるいは、オフラインで人を介して行う。 In the remote sensing image capturing process S505, the earth observation satellite 140 captures a remote sensing image of the target area. An operator of the earth observation satellite 140 (hereinafter referred to as an "observation satellite operator") separately instructs the earth observation satellite 140 to take an image. Instructions to the operator of the observation satellite, such as the location and time of photographing, are given from the crop growth condition analysis device 100 to the operator of the observation satellite online or offline via a person.

地球観測衛星140で撮影された(第2の)リモートセンシング画像は、生育状況分析で求める精度に影響するため、高精度で分析を行いたい場合には基準日推定処理S502で用いた(第1の)リモートセンシング画像より高精細であることが望ましい。(第2の)リモートセンシング画像は、観測衛星運用者を経由して、オンライン、あるいは、人を介して作物生育状況分析装置100に入力される。 Since the (second) remote sensing image captured by the earth observation satellite 140 affects the accuracy required in the growing condition analysis, it is used in the reference date estimation process S502 (first ), it is desirable to have a higher definition than the remote sensing image. The (second) remote sensing image is input to the crop growth condition analysis apparatus 100 via an observation satellite operator, online, or via a person.

なお、(第2の)リモートセンシング画像は、(第1の)リモートセンシング画像を取得した設備と同じ設備で取得してもよいし、異なる設備で取得してもよい。例えば、(第1の)リモートセンシング画像が第1の地球観測衛星140-1で取得した画像であり、(第2の)リモートセンシング画像が、第1の地球観測衛星140-1と異なる第2の地球観測衛星140-2で取得した画像であってもよい。 Note that the (second) remote sensing image may be acquired by the same equipment as that for acquiring the (first) remote sensing image, or may be acquired by a different equipment. For example, the (first) remote sensing image is an image acquired by a first earth observation satellite 140-1, and the (second) remote sensing image is a second remote sensing image different from the first earth observation satellite 140-1. may be an image acquired by the earth observation satellite 140-2.

植生指標計算処理S506では、作物生育状況分析部108が、撮影されたリモートセンシング画像を元にして、公知の手法で植生指標を計算する。そして、背景技術の項で述べたように、NDVI、EVI、LAIなどの植生指標を統計モデルに適用して、収穫量推計等の分析を行う(特許文献1参照)。 In the vegetation index calculation process S506, the crop growth condition analysis unit 108 calculates the vegetation index by a known method based on the photographed remote sensing image. Then, as described in the Background Art section, vegetation indicators such as NDVI, EVI, and LAI are applied to the statistical model to perform analysis such as yield estimation (see Patent Document 1).

<6.基準日推定処理>
図6は、基準日推定部105による、基準日推定処理S502の処理フロー図である。まず、対象作物の生育状況を把握するための基準日に関する生育記録情報があるかどうか判定する(S601)。基準日とは、育成の起点となる日であり、例えば、稲の場合、出穂日、穂揃日、開花日、田植日、発芽日等を任意に設定することができる。茎から穂の先端が少しでも出ていることを出穂といい、出穂した穂が、水田全体で40~50%が達した日を出穂日とする。また、茎が水田全体で80~90%出穂した時を穂揃日とする。
<6. Reference date estimation process>
FIG. 6 is a processing flow diagram of reference date estimation processing S502 by the reference date estimation unit 105. As shown in FIG. First, it is determined whether or not there is growth record information relating to a reference date for grasping the growth status of the target crop (S601). The reference date is a date that serves as a starting point for growing rice. For example, in the case of rice, the date of ear emergence, the date of all ears, the date of flowering, the date of rice planting, the date of germination, etc. can be arbitrarily set. When even a little tip of the ear emerges from the stem, it is called heading, and the day when 40 to 50% of the entire paddy field has the heading is defined as the heading date. The time when 80 to 90% of the stalks in the entire paddy field are heading is taken as the heading date.

対象作物について現地で生育状況を調査した育成記録情報がある場合には、当該情報を記録した生育調査記録610を参照し、過去に記録された基準日に基づいて、各対象圃場地区の基準日を推定する(S602)。推定は自動的に行ってもよいし、人が経験に基づいて推定したものをデータとして入力してもよい。生育調査記録610とは、例えば圃場毎の移植日に関する記録などを指す。また、生育調査記録610に出穂日や穂揃日そのものの記録があるときには、そのものを基準日として用いればよい。 If there is growth record information obtained by investigating the growth status of the target crop locally, refer to the growth survey record 610 that records the information, and based on the reference date recorded in the past, the reference date of each target field area is estimated (S602). The estimation may be performed automatically, or data estimated based on human experience may be input. The growth survey record 610 refers to, for example, a record related to the date of transplantation for each field. Also, if the growth survey record 610 contains a record of the date of heading and the date of full-heading itself, that date may be used as the reference date.

現地での圃場観察により対象作物について生育状況を調査した結果がない場合には、リモートセンシング画像を用いて基準日の推定を行う。対象圃場地区A~Eを含む衛星画像データ110から、時系列の画像データを衛星画像読み込み処理(S603)で読み込む。読み込んだそれぞれの衛星画像に基づいて各対象圃場地区における植生指標値を算出する(S604)。各対象圃場地区で求めた植生指標値の時間変化から対象作物の生育状況を把握するための基準日を推定する(S605)。 If there is no result of surveying the growth status of target crops by field observation, the reference date is estimated using remote sensing images. From the satellite image data 110 including the target agricultural field districts A to E, time-series image data is read by the satellite image reading process (S603). A vegetation index value in each target field area is calculated based on each read satellite image (S604). A reference date for grasping the growth status of the target crop is estimated from the temporal change in the vegetation index value obtained in each target field area (S605).

本実施例の基準日推定処理S502では、圃場レベルでの植生指標値を求めるのではなく、圃場の集合体(地区)レベルでの植生指標値を求めるため、入力データである時系列衛星画像データ110は、空間分解能より時間分解能が優れているのが望ましい。例えば、MODIS(中分解能撮像分光放射計)画像のような、空間分解能は低くても、毎日撮影するような高頻度撮影衛星画像が適している。また衛星画像の代わりに、航空機やドローンなどで撮影した空中写真に基づいて、植生指標値を算出してもよい。 In the reference date estimation process S502 of the present embodiment, the vegetation index value is not obtained at the farm field level, but the vegetation index value at the collective (district) level of farm fields is obtained. 110 preferably has better temporal resolution than spatial resolution. For example, high-frequency satellite images taken every day, such as MODIS (moderate resolution imaging spectroradiometer) images, are suitable even if the spatial resolution is low. Also, instead of the satellite image, the vegetation index value may be calculated based on an aerial photograph taken by an aircraft, drone, or the like.

S604で算出される植生指標値は、例えば、次式で表されるNDVIを用いる。また、入力する衛星画像データ110として用いる、時系列の衛星画像の撮影バンド構成や、把握したい基準日を特定する植生指標などを考慮して、他の植生指標値を用いてもよい。
NDVI=(IR-R)/(IR+R)
ここで、Rは赤色バンドの観測値、IRは近赤外バンドの観測値である。上記のようにNDVIは、植物体によって反射される近赤外バンドとクロロフィルが吸収する赤色バンドの反射率の差を和で除したものであり、植物体の量や活性度の高さを示す指標として用いることができる。
For the vegetation index value calculated in S604, for example, NDVI represented by the following equation is used. Other vegetation index values may be used in consideration of the time-series photographing band configuration of the satellite images used as the input satellite image data 110, the vegetation index specifying the reference date to be grasped, and the like.
NDVI=(IR−R)/(IR+R)
where R is the observed value in the red band and IR is the observed value in the near-infrared band. As described above, NDVI is the difference between the reflectance of the near-infrared band reflected by the plant body and the red band absorbed by chlorophyll divided by the sum, and indicates the amount and activity of the plant body. It can be used as an index.

S605では、S604で算出された植生指標値の時間変化から、対象作物の生育状況を分析し、生育状況を把握するための基準日を推定する。例えば、NDVIの時系列的変化を用いた生育状況の推定に関しては、「リモートセンシングによる水稲生育ステージの評価法」 独立行政法人 農業環境技術研究所 生態系計測研究領域 坂本利弘、平成18年革新的農業技術習得研修(http://www.naro.affrc.go.jp/archive/niaes/techdoc/inovlec2006/7_sakamoto.pdf)等の文献があり、当該技術を本実施例の一部に適用することができる。 In S605, the growth status of the target crop is analyzed from the time change of the vegetation index value calculated in S604, and the reference date for grasping the growth status is estimated. For example, regarding the estimation of the growth situation using the chronological change of NDVI, "Evaluation method of paddy rice growth stage by remote sensing" Independent administrative agency National Institute for Agro-Environmental Sciences Ecosystem measurement research area Toshihiro Sakamoto, Innovative 2006 There are documents such as agricultural technology acquisition training (http://www.naro.affrc.go.jp/archive/niaes/techdoc/inovlec2006/7_sakamoto.pdf), and applying this technology to part of this example can be done.

<7.生育予測処理>
図7は、生育予測部106による、生育予測処理S503の処理フロー図である。各対象圃場地区における過去複数年の時系列気象データ120Aから、対象作物の生育状況に影響を与える気象データについて、各地区における気象データの変化予測式を決定する(S701)。
<7. Growth prediction processing>
FIG. 7 is a processing flow diagram of the growth prediction processing S503 by the growth prediction unit 106. As shown in FIG. From the time-series weather data 120A of each target field district for a plurality of years in the past, a weather data change forecasting formula for each district is determined for the weather data that affects the growth status of the target crop (S701).

一般的に、水稲や麦、大豆など圃場で栽培される農作物の生育状況や収穫量の推定・予測は、種蒔(しゅじ)や定植・移植をおこなった日、あるいは出穂日等を基準日として、基準日以降の気温に基づいて基準日以降の生育状況の把握を行うことができる。この把握で最も一般的に用いられるのは、日々の平均気温のうち、一定の基準値を超えた分を取り出し合計した有効積算温度と呼ばれる指標であり、この値が一定の値を超えた時に一定の生育状況に達すると予測する。このように有効積算温度によって作物の生育状況が影響を受ける場合においては、気象データとして気温を抽出する。そして、各地区において、観測日を横軸、平均気温を縦軸として平均気温の変動を示した、日別平均気温変化曲線のグラフに基づき、日別平均気温の変化予測式を算定する。 In general, the growth status and yield of crops grown in fields such as paddy rice, wheat, and soybeans are estimated and predicted based on the date of sowing, planting, or transplanting, or the date of emergence of the head. , the growth status after the reference date can be grasped based on the temperature after the reference date. The most commonly used index for this understanding is an index called the effective cumulative temperature, which is the sum of the daily average temperatures that exceed a certain reference value. Predict to reach a certain growth status. In this way, when the growing conditions of crops are affected by the effective cumulative temperature, the air temperature is extracted as the weather data. Then, in each area, a prediction formula for daily average temperature change is calculated based on a graph of a daily average temperature change curve, which shows the average temperature change with the observation date on the horizontal axis and the average temperature on the vertical axis.

次に各地区における当年の時系列気象データ120Bと、S701で求めた気象データ変化予測式から、当年の基準日以降の気象データの変化を予測する(S702)。例えばS702で日別平均気温変化曲線から変化予測式を決定する場合には、過去の日別平均気温変化曲線を特性別のパターンに分類して、当年のデータと比較し、最も類似した時間変化を示すパターンの変化予測式を採用する。 Next, from the current year's time-series weather data 120B for each district and the weather data change prediction formula obtained in S701, changes in weather data after the reference date of the current year are predicted (S702). For example, when determining a change prediction formula from the daily average temperature change curve in S702, the past daily average temperature change curve is classified into patterns according to characteristics, compared with the data of the current year, and the most similar time change is determined. Adopt a change prediction formula for a pattern that shows

図8は、横軸に時間(日)、縦軸に平均気温(摂氏)を取り、A~Fの地区ごとの日別平均気温変化曲線を示したものである。上から「生育状況が平年並み(平均的気温)」、「生育状況が平年より良好(高温)」、「生育状況が平年より不良(低温)」の3つに分類されている。 In FIG. 8, the horizontal axis represents time (day) and the vertical axis represents average temperature (Celsius). From the top, they are categorized into three categories: “Growth conditions are the same as average year (average temperature)”, “Growth conditions are better than average year (high temperature)”, and “Growth conditions are worse than average year (low temperature)”.

図8に示すように、例えば、対象作物の生育状況を平均的、高温、低温の3通りのパターンに分類することができる。気象データ変化予測(S702)では、これらの日別平均気温変化曲線と、当年の日別平均気温の変動状況とを比較し、最も類似するパターンに基づく変化予測式から、将来の日別平均気温の変動状況を予測できる。 As shown in FIG. 8, for example, the growth conditions of target crops can be classified into three patterns: average, high temperature, and low temperature. In weather data change prediction (S702), these daily average temperature change curves are compared with the current year's daily average temperature fluctuations, and future daily average temperatures are calculated from a change prediction formula based on the most similar pattern. It is possible to predict the fluctuation situation of

続いてS702で求めた各地区における将来気象データの変動予測結果と、S602またはS605で求めた基準日の推定結果に基づき、各地区において対象作物が基準日以降、特定の生育ステージに到達する時期を推定する生育状況予測を行う(S703)。 Next, based on the prediction results of future weather data for each district obtained in S702 and the estimation results of the reference date obtained in S602 or S605, the time when the target crop reaches a specific growth stage after the reference date in each district (S703).

本実施例では、気象データ変化予測(S702)による予測データを用いて基準日からの積算気温を計算し、基準日からの積算気温が一定の値に到達する時期を特定の生育ステージの到達日、また積算気温が一定の範囲にある時期を生育ステージの期間とする(S703)。 In this embodiment, the cumulative temperature from the reference date is calculated using the prediction data obtained by weather data change prediction (S702), and the time when the cumulative temperature from the reference date reaches a certain value is determined as the arrival date of a specific growth stage. , and the period when the accumulated temperature is within a certain range is defined as the period of the growth stage (S703).

例えば、特定の生育ステージとして、水稲の収穫期に達する時期を推定したい場合、基準日を出穂日あるいは穂揃日とし、出穂後積算気温が一定の範囲にある時期を収穫期とする。また、例えば水稲の出穂期を推定したい場合、基準日を移植日や幼穂形成期とし、基準日以降の積算気温が一定の範囲にある時期を出穂期とする。 For example, when it is desired to estimate the time when paddy rice reaches the harvesting stage as a specific growth stage, the reference date is set as the date of heading or the date of full-heading, and the time when the integrated temperature after heading is within a certain range is set as the harvesting stage. Further, for example, when the heading date of paddy rice is to be estimated, the reference date is the date of transplantation or the young panicle formation period, and the time when the accumulated temperature after the reference date is within a certain range is the heading date.

<8.撮影適期決定処理>
撮影適期決定処理S504では、撮影適期決定部107が、生育予測処理S503で求めた各対象圃場地区が特定の生育ステージにある期間を各地区における撮影期間として、最も多くの対象圃場地区が撮影期間にある時期を抽出して、撮影適期とする。
<8. Appropriate Shooting Timing Decision Processing>
In the appropriate photographing period determination process S504, the appropriate photographing period determination unit 107 sets the period during which each target field district obtained in the growth prediction process S503 is in a specific growth stage as the photographing period in each district, and determines the photographing period for the most target farm field district as the photographing period. Extract a certain time and set it as the appropriate time for shooting.

各地区における撮影期間は、例えば、生育予測処理S503で求めた生育ステージに到達日を撮影開始日、生育ステージにある最終日を撮影終了日、その間を撮影期間として解析的に定める。あるいは、対象作物やその生育ステージ、天候条件、撮影条件などを考慮して、生育ステージの到達日を撮影開始日として、任意の日数を撮影期間として定める。 The photographing period in each district is analytically determined, for example, by taking the date of reaching the growth stage obtained in the growth prediction process S503 as the photographing start date, the photographing end date as the last day at the growth stage, and the photographing period between them. Alternatively, taking into account the target crop, its growth stage, weather conditions, photography conditions, etc., the date of arrival at the growth stage is set as the photography start date, and an arbitrary number of days is set as the photography period.

図9に各対象圃場地区の撮影期間から、対象領域におけるリモートセンシング画像の撮影適期を決定する方法の概念を示す。リモートセンシング画像の撮影対象となる各対象圃場地区を縦軸に、暦日を横軸として、各地区の撮影期間をハッチングで図示している。最も早い撮影開始日から最も遅い撮影終了日までの期間において、撮影期間にある地域が最も重複している期間901を撮影適期とする。例えば、図9では(d-2)~(d+2)の期間が、A地区からF地区までの6地区全てが撮影期間にあることから、撮影適期と決定される。 FIG. 9 shows the concept of a method for determining the appropriate timing for photographing remote sensing images in a target area from the photographing period for each target field area. The vertical axis represents each target agricultural field district to be photographed for the remote sensing image, the horizontal axis represents calendar days, and the photographing period of each district is indicated by hatching. In the period from the earliest shooting start date to the latest shooting end date, the period 901 in which the areas in the shooting period overlap the most is set as the appropriate shooting time. For example, in FIG. 9, the period from (d−2) to (d+2) is determined as the appropriate time for photographing because all six districts from district A to district F are in the photographing period.

対象領域の収穫量推計等を行うためには、地球観測衛星140からの撮影は、撮影適期期間内で最低1回行えばよい。収穫量推計を行なうような高分解能衛星の場合、衛星軌道の都合で毎日撮影できるとは限らず、一般には数日に一度程度しか撮影が可能ではない。また、光学センサーのため天候条件等で撮影できない日も発生する為、撮影適期はある程度幅を持たせることが望ましい。 In order to estimate the yield of the target area, it is sufficient to take a photograph from the earth observation satellite 140 at least once within the suitable period for photographing. In the case of a high-resolution satellite for estimating crop yields, it is not always possible to take pictures every day due to the satellite orbit, and in general it is possible to take pictures only once every few days. In addition, since it is an optical sensor, there are days when it is not possible to shoot due to weather conditions, etc., so it is desirable to have a certain amount of latitude in the appropriate shooting period.

<9.リモートセンシング画像取得および植生指標計算>
撮影適期決定処理S504で決定された撮影適期に、地球観測衛星140は高コストだが十分に高画質(高精細)な画像を取得することができる(S505)。
<9. Remote Sensing Image Acquisition and Vegetation Index Calculation>
The earth observation satellite 140 can acquire a sufficiently high-quality (high-definition) image at a high cost at the appropriate photographing timing determined in the appropriate photographing timing determination processing S504 (S505).

取得された高画質のリモートセンシング画像110は、作物生育状況分析部108により処理され、収穫量推計等に適した植生指標が計算される(S506)。当該植生指標計算技術に関しては、例えば特許文献1等の公知技術がある。 The acquired high-quality remote sensing image 110 is processed by the crop growth condition analysis unit 108 to calculate a vegetation index suitable for yield estimation (S506). Regarding the vegetation index calculation technique, there is a known technique such as Patent Document 1, for example.

図7と図8で示した生育予測処理を行う他の方式として、人口知能(AI)を利用してもよい。例えば、気象データを入力として特定の生育ステージに到達する時期を出力とするDNN(Deep Neural Network)を利用し、過去の気象データと経験者が特定した予測時期を教師データとしてAIの学習を行ない、学習済みのAIを用いて生育予測処理を行ってもよい。 Artificial intelligence (AI) may be used as another method for performing the growth prediction processing shown in FIGS. For example, using a DNN (Deep Neural Network) that outputs the time when a specific growth stage is reached with meteorological data as input, AI learns using past meteorological data and predicted times specified by experienced people as teacher data. , growth prediction processing may be performed using learned AI.

以上説明したように、科学技術の発展にともない、農作物の生育状況や収穫量予測に、人工衛星や航空機・ドローン等から取得した光学的なリモートセンシング画像を用いる技法が研究、実運用で利用されている。 As explained above, along with the development of science and technology, techniques using optical remote sensing images obtained from artificial satellites, aircraft, drones, etc. are being researched and used in practical applications to predict crop growth conditions and yields. ing.

本実施例では、分析に好適な良質のリモートセンシング画像を低コストで取得することができる。そして、光学リモートセンシング画像から算出される植生指標等に基づき、低コストで収穫量推計をおこなうことができる。 In this embodiment, a good quality remote sensing image suitable for analysis can be acquired at low cost. Then, based on the vegetation index and the like calculated from the optical remote sensing image, the yield can be estimated at low cost.

リモートセンシング画像を取得する際に用いる人工衛星等機材の仕様によって、画像の分解能あるいは撮影可能範囲が異なるため、航空機やドローンで取得した空中写真や高分解能衛星画像を用いる場合には圃場単位で、中~低分解能衛星画像を用いる場合には複数圃場を纏めた地域単位での生育状況の把握に適している。いずれのリモートセンシング画像を用いた場合であっても、複数の圃場を1回の撮影で撮影できるため、個々圃場に対して現地調査を繰り返しおこなう従来の方法と比べて、広範囲に均質な生育状況を効率的に把握することが可能である。 Since the resolution of images and the range that can be captured differ depending on the specifications of the satellites and other equipment used to acquire remote sensing images, when using aerial photographs or high-resolution satellite images obtained by aircraft or drones, When medium to low resolution satellite images are used, they are suitable for grasping the growth situation in each area where multiple fields are grouped together. Regardless of which remote sensing image is used, multiple fields can be photographed in a single shot, so compared to the conventional method of repeating field surveys for each field, the growing conditions are uniform over a wide area. can be efficiently grasped.

作物生育状況分析装置100、CPU101、メモリ102、補助記憶装置103、入出力装置104、基準日推定部105、生育予測部106、撮影適期決定部107、作物生育状況分析部108、衛星画像データ110、気象データ120、GISデータ130、地球観測衛星140 Crop growth condition analysis device 100, CPU 101, memory 102, auxiliary storage device 103, input/output device 104, reference date estimation unit 105, growth prediction unit 106, appropriate photographing period determination unit 107, crop growth condition analysis unit 108, satellite image data 110 , weather data 120, GIS data 130, earth observation satellite 140

Claims (10)

入力装置、出力装置、処理装置、および記憶装置を備え、
地表に分布する圃場を対象として、農作物の生育状況を把握するための、リモートセンシング画像の取得時期を決定するシステムであって、
時系列データである第1のリモートセンシング画像に基づいて、農作物の生育状況を予測するために用いる基準日を推定する、基準日推定部、
時系列データである気象データに基づいて、農作物の基準日以降の生育状況を予測して、農作物が特定の生育ステージに到達する時期を推定する、生育予測部、
農作物が前記特定の生育ステージに到達している圃場を最も多く撮影できる時期を、第2のリモートセンシング画像の取得時期として決定する、撮影適期決定部、
を備えるリモートセンシング画像取得時期決定システム。
comprising an input device, an output device, a processing device, and a storage device;
A system for determining the acquisition timing of remote sensing images for grasping the growth status of agricultural crops targeting agricultural fields distributed on the ground,
a reference date estimation unit for estimating a reference date used for predicting the growth status of agricultural crops based on the first remote sensing image, which is time-series data;
a growth prediction unit that predicts the growth status of crops after a reference date based on meteorological data, which is time-series data, and estimates when the crops will reach a specific growth stage;
an appropriate photographing timing determination unit that determines, as the acquisition timing of the second remote sensing image, the timing at which the largest number of crops having reached the specific growth stage can be photographed;
A remote sensing image acquisition timing determination system comprising:
前記第2のリモートセンシング画像は、前記第1のリモートセンシング画像より高精細である、
請求項1記載のリモートセンシング画像取得時期決定システム。
wherein the second remote sensing image has higher definition than the first remote sensing image;
The remote sensing image acquisition timing determination system according to claim 1.
前記基準日推定部は、
前記第1のリモートセンシング画像に基づいて植生指標値を算出し、該植生指標値の時間変化から前記基準日を推定する、
請求項1記載のリモートセンシング画像取得時期決定システム。
The reference date estimation unit
calculating a vegetation index value based on the first remote sensing image, and estimating the reference date from a temporal change in the vegetation index value;
The remote sensing image acquisition timing determination system according to claim 1.
前記基準日は、出穂日または出穂揃日である、
請求項3記載のリモートセンシング画像取得時期決定システム。
The reference date is the date of heading or the date of all headings.
4. The remote sensing image acquisition timing determination system according to claim 3.
前記生育予測部は、
過去の時系列気象データから、対象作物の生育状況に影響を与える気象データについて、変化予測式を決定し、
前記変化予測式から、前記基準日以降の気象データの変化を予測し、
前記気象データの変化に基づいて、農作物の基準日以降の生育状況を予測して、農作物が特定の生育ステージに到達する時期を推定する、
請求項1記載のリモートセンシング画像取得時期決定システム。
The growth prediction unit
From past time-series weather data, determine a change prediction formula for weather data that affects the growth status of the target crops,
Predicting changes in weather data after the reference date from the change prediction formula,
Based on changes in the weather data, predicting the growth status of crops after a reference date, and estimating when the crops will reach a specific growth stage.
The remote sensing image acquisition timing determination system according to claim 1.
前記気象データは気温データであり、
予測された前記気温データの変化に基づいて、日々の平均気温のうち、一定の基準値を超えた分を取り出し合計して積算温度を得、この値が一定の値を超えた時に農作物が一定の生育状況に達すると予測する、
請求項5記載のリモートセンシング画像取得時期決定システム。
the weather data is temperature data;
Based on the predicted changes in the temperature data, out of the daily average temperatures, the amount exceeding a certain reference value is extracted and totaled to obtain an integrated temperature. predicted to reach a growth state of
6. The remote sensing image acquisition timing determination system according to claim 5.
前記基準日推定部は、
農作物の生育状況を把握する対象となる全ての圃場の一部から、基準日を推定する対象となる対象圃場地区をサンプリングする、
請求項1記載のリモートセンシング画像取得時期決定システム。
The reference date estimation unit
Sampling the target field area for estimating the reference date from a part of all the target fields for grasping the growth status of agricultural crops,
The remote sensing image acquisition timing determination system according to claim 1.
前記基準日推定部は、
前記気象データおよびGISデータの少なくとも一つを用い、前記対象圃場地区のデータの分散が大きくなるようにサンプリングする、
請求項7記載のリモートセンシング画像取得時期決定システム。
The reference date estimation unit
Using at least one of the weather data and GIS data, sampling so that the data variance of the target field area is large;
8. The remote sensing image acquisition timing determination system according to claim 7.
入力装置、出力装置、処理装置、および記憶装置を用い、リモートセンシング画像を用いて、地表に分布する圃場を対象として、農作物の生育状況を把握する作物生育状況分析方法であって、
時系列データである第1のリモートセンシング画像に基づいて、農作物の生育状況を予測するために用いる基準日を推定し、
時系列データである気象データに基づいて、農作物の基準日以降の生育状況を予測して、農作物が特定の生育ステージに到達する時期を推定し、
農作物が前記特定の生育ステージに到達している圃場を最も多く撮影できる時期を、第2のリモートセンシング画像の取得時期として決定する、
作物生育状況分析方法。
A crop growth condition analysis method for grasping the growth condition of crops in a field distributed on the ground surface using an input device, an output device, a processing device, and a storage device, using a remote sensing image,
Based on the first remote sensing image, which is time-series data, estimating the reference date used to predict the growth status of agricultural crops,
Predicting the growth status of crops after a reference date based on meteorological data, which is time-series data, and estimating when crops will reach a specific growth stage,
Determining a time at which a maximum number of fields in which crops have reached the specific growth stage can be photographed as the acquisition time of the second remote sensing image;
Crop growth analysis method.
前記第2のリモートセンシング画像から植生指標を計算し、
前記植生指標を予め定めた統計モデルに適用し、
農作物の生育状況を分析する、
請求項9記載の作物生育状況分析方法。
calculating a vegetation index from the second remote sensing image;
applying the vegetation index to a predetermined statistical model;
Analyze the growth of crops,
The method for analyzing crop growth conditions according to claim 9.
JP2019120939A 2019-06-28 2019-06-28 REMOTE SENSING IMAGE ACQUISITION TIME DETERMINATION SYSTEM AND CROPT GROWTH ANALYSIS METHOD Active JP7229864B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019120939A JP7229864B2 (en) 2019-06-28 2019-06-28 REMOTE SENSING IMAGE ACQUISITION TIME DETERMINATION SYSTEM AND CROPT GROWTH ANALYSIS METHOD

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019120939A JP7229864B2 (en) 2019-06-28 2019-06-28 REMOTE SENSING IMAGE ACQUISITION TIME DETERMINATION SYSTEM AND CROPT GROWTH ANALYSIS METHOD

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021006017A JP2021006017A (en) 2021-01-21
JP7229864B2 true JP7229864B2 (en) 2023-02-28

Family

ID=74165080

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019120939A Active JP7229864B2 (en) 2019-06-28 2019-06-28 REMOTE SENSING IMAGE ACQUISITION TIME DETERMINATION SYSTEM AND CROPT GROWTH ANALYSIS METHOD

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7229864B2 (en)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113468990B (en) * 2021-06-18 2023-10-13 首都师范大学 Model training method and device, electronic equipment and storage medium
JP2023028354A (en) * 2021-08-19 2023-03-03 ヒタチ・エナジー・スウィツァーランド・アクチェンゲゼルシャフト Vegetation management system and vegetation management method
JP2023170710A (en) 2022-05-19 2023-12-01 横河電機株式会社 Photographing support device, photographing support method, and photographing support program
JP2023170711A (en) 2022-05-19 2023-12-01 横河電機株式会社 Data acquisition apparatus, data acquisition method, and data acquisition program
CN115164845B (en) * 2022-07-04 2024-04-05 新疆维吾尔自治区环境保护科学研究院 Ecological restoration remote sensing automatic detection device and method
CN115511158B (en) * 2022-09-01 2023-08-29 珠海市现代农业发展中心(珠海市金湾区台湾农民创业园管理委员会、珠海市农渔业科研与推广中心) Intelligent crop breeding analysis method and system based on big data
CN115565085B (en) * 2022-12-05 2023-03-17 中国科学院空天信息创新研究院 Method for constructing dense time series data of remote sensing image
CN115994833B (en) * 2023-03-14 2023-06-20 中化现代农业有限公司 Crop growth time sequence prediction method, device and storage medium
CN117035471B (en) * 2023-10-10 2023-12-22 中科领讯(北京)科技有限公司 Fertilizing decision method and system based on multi-vegetation index image
CN117789023A (en) * 2023-12-26 2024-03-29 江苏省金威遥感数据工程有限公司 Remote sensing identification system of crop planting structure

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015000049A (en) 2013-06-18 2015-01-05 株式会社日立製作所 Harvest-predicting system and harvest-predicting apparatus
JP2015188333A (en) 2014-03-27 2015-11-02 株式会社日立製作所 Vegetation growth analyzing system and method
JP2016123369A (en) 2015-01-06 2016-07-11 株式会社日立製作所 Plant growth analysis system and plant growth analysis method
JP2017163956A (en) 2016-03-18 2017-09-21 国立大学法人名古屋大学 Prediction method, prediction program, and prediction apparatus
JP2017169511A (en) 2016-03-24 2017-09-28 株式会社日立ソリューションズ東日本 Apparatus for estimating normal stock ratio of agricultural crop, apparatus for predicting yield of agricultural crop, and method for estimating normal stock ratio of agricultural crop

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015000049A (en) 2013-06-18 2015-01-05 株式会社日立製作所 Harvest-predicting system and harvest-predicting apparatus
JP2015188333A (en) 2014-03-27 2015-11-02 株式会社日立製作所 Vegetation growth analyzing system and method
JP2016123369A (en) 2015-01-06 2016-07-11 株式会社日立製作所 Plant growth analysis system and plant growth analysis method
JP2017163956A (en) 2016-03-18 2017-09-21 国立大学法人名古屋大学 Prediction method, prediction program, and prediction apparatus
JP2017169511A (en) 2016-03-24 2017-09-28 株式会社日立ソリューションズ東日本 Apparatus for estimating normal stock ratio of agricultural crop, apparatus for predicting yield of agricultural crop, and method for estimating normal stock ratio of agricultural crop

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021006017A (en) 2021-01-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7229864B2 (en) REMOTE SENSING IMAGE ACQUISITION TIME DETERMINATION SYSTEM AND CROPT GROWTH ANALYSIS METHOD
Ballesteros et al. Onion biomass monitoring using UAV-based RGB imaging
Burkart et al. Phenological analysis of unmanned aerial vehicle based time series of barley imagery with high temporal resolution
Guo et al. Integrating spectral and textural information for identifying the tasseling date of summer maize using UAV based RGB images
US9734400B2 (en) System and method for field variance determination
Sharifi Estimation of biophysical parameters in wheat crops in Golestan province using ultra-high resolution images
US20210345567A1 (en) Method and system for plant stress determination and irrigation based thereon
Zhou et al. Low altitude remote sensing technologies for crop stress monitoring: A case study on spatial and temporal monitoring of irrigated pinto bean
JP5021293B2 (en) Crop growth status analysis method, crop growth status analysis device, and crop growth status analysis program
Sianturi et al. Mapping cropping patterns in irrigated rice fields in West Java: Towards mapping vulnerability to flooding using time-series MODIS imageries
Sobayo et al. Integration of convolutional neural network and thermal images into soil moisture estimation
Shen et al. Mapping corn and soybean phenometrics at field scales over the United States Corn Belt by fusing time series of Landsat 8 and Sentinel-2 data with VIIRS data
AU2019252982A1 (en) Crop coefficients and use thereof for irrigation guidance
Diao Innovative pheno-network model in estimating crop phenological stages with satellite time series
CN107437262B (en) Crop planting area early warning method and system
Silva et al. Mapping two competing grassland species from a low-altitude Helium balloon
JP2021171057A (en) Crop related value derivation device and crop related value derivation method
Waine et al. Towards improving the accuracy of opium yield estimates with remote sensing
Grenzdörffer Automatic generation of geometric parameters of individual cauliflower plants for rapid phenotyping using drone images
Samani Majd et al. Estimation of the fractional canopy cover of pecan orchards using Landsat 5 satellite data, aerial imagery, and orchard floor photographs
Tumlisan Monitoring growth development and yield estimation of maize using very high-resolution UAV-images in Gronau, Germany
Marconi et al. Application of unmanned aerial system for management of tomato cropping system
Zheng et al. Using high spatial and temporal resolution data blended from SPOT-5 and MODIS to map biomass of summer maize
Siegfried Unmanned Aerial Remote Sensing for Estimating Cotton Yield
Vong et al. Estimation of corn emergence date using UAV imagery

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220519

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230116

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230124

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230215

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7229864

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150