JP7439905B2 - 植生観測装置、植生観測システム、植生観測方法及び植生観測プログラム - Google Patents

植生観測装置、植生観測システム、植生観測方法及び植生観測プログラム Download PDF

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Description

本発明は、例えば、稲や果樹など農作物の植生を観測する植生観測装置、植生観測システム、植生観測方法及び植生観測プログラムを記憶する記憶媒体に関する。
近年、レーザ光を対象物に向けて照射し、対象物からの反射光を解析することで、対象物の性質や、対象物までの距離を検出するＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）技術が知られている。
例えば、特許文献１は、ＬｉＤＡＲ技術を用いることにより、農作物の育成状況を把握する技術が開示されている。また、特許文献２には、植生を検査する検査装置に関する技術が開示されている。
国際公開第２０１６／２０８４１５号 国際公開第２０１６／００９６８８号
しかし、特許文献１に記載の発明では、レーザレーダ装置により照射されるレーザ光の反射光を撮像した２次元画像を用いて農作物の育成状況を把握する。そのため、植生の状態（例えば、農地内に植えられた農作物の生育状況など）を立体的に観測することができないという問題があった。
本発明の目的は、植生の状態を立体的に観測することができる植生観測装置等を提供することにある。
本発明は、植生観測装置であって、
植生領域を含む光照射領域に照射されるレーザ光が前記植生領域内の植生によって反射された光であるレーザ反射光に基づいて、前記植生領域の３次元モデルである植生モデルを生成する植生モデル生成手段と、
前記植生モデル生成手段により生成される前記植生モデルに基づいて、前記植生領域内の植生を観測する植生観測手段と、を備える。
本発明は、植生観測システムであって、
植生領域を含む光照射領域に照射されるレーザ光が前記植生領域内の植生によって反射された光であるレーザ反射光に基づいて、前記植生領域の３次元モデルである植生モデルを生成する植生モデル生成手段と、
前記植生モデル生成手段により生成される前記植生モデルに基づいて、前記植生領域内の植生を観測する植生観測手段と、を備える。
また、本発明は、植生観測方法であって、
植生領域を含む光照射領域に照射されるレーザ光が前記植生領域内の植生によって反射された光であるレーザ反射光に基づいて、前記植生領域の３次元モデルである植生モデルを生成し、
生成された前記植生モデルに基づいて、前記植生領域内の植生を観測する。
また、本発明は、記憶媒体であって、
植生領域を含む光照射領域に照射されるレーザ光が前記植生領域内の植生によって反射された光であるレーザ反射光に基づいて、前記植生領域の３次元モデルである植生モデルを生成するステップと、
生成された前記植生モデルに基づいて、前記植生領域内の植生を観測するステップと、を情報処理装置に実行させる植生観測プログラムを記憶する。
本発明によれば、植生の状態を立体的に観測することができる植生観測装置、植生観測システム、植生観測方法及び植生観測プログラムを記憶する記憶媒体を提供することが可能である。
本発明の第１の実施形態における植生観測装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態における植生観測装置の詳細を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態における植生観測装置の詳細を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態における植生観測装置の詳細を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態における植生観測装置の動作例を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態における植生観測装置の変形例の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態における植生観測装置の変形例の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態における植生観測装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態における植生観測装置の動作例を示すフローチャートである。
＜第１の実施の形態＞
第１の実施形態における植生観測装置１について、図１、図２、図３、図４及び図５に基づき説明する。図１は、植生観測装置１の構成例を示すブロック図である。図２、図３及び図４は、植生観測装置１の詳細を説明するための図である。図５は、植生観測装置１の動作例を説明するためのフローチャート図である。
植生観測装置１の構成について説明する。植生観測装置１は、光源部１０及び植生観測手段２０を備える。なお、図１において、光源部１０及び植生観測手段２０は一体に設けられているが、別体であっても良い。光源部１０及び植生観測手段２０は、不図示の通信手段により互いに通信可能である。
光源部１０は、光照射手段１１及び光受光手段１３を備える。
光照射手段１１は、植生領域２００を含む光照射領域３００にレーザ光を照射する。具体的には、レーザ光は、パルス状のレーザ光である。例えば、光照射手段１１は、図２、図３及び図４に示されるように、光源部１０に設けられた光入出力端ＯＩからレーザ光を照射する。これにより、照射されたレーザ光は、光路ＯＰに沿って伝搬し、植生領域２００内に存在する植生４００の反射点ＲＰに入射する。光路ＯＰは、光入出力端ＯＩと反射点ＲＰとを結ぶ線分である。ここで、植生とは、植物の集団をいい、例えば、稲や、果樹や、樹木をいう。また、植生領域２００とは、植生が生育する領域をいう 。
また、光受光手段１３は、植生領域２００内の植生４００で反射されたレーザ光（以下、「レーザ反射光」とする。）を受光する。例えば、光受光手段１３は、図２、図３及び図４の例においては、植生４００の反射点ＲＰからのレーザ反射光を、光路ＯＰ及び光入出力端ＯＩを介して受光する。また、後述のように光源部１０がレーザ光を照射する方向を変化させることで、光受光手段１３は、異なる反射点ＲＰからのレーザ反射光を受信することができる。
次に、植生観測手段２０について説明する。植生観測手段２０は、植生モデル生成手段２１、植生高さ検出手段２２、生育不良検出手段２３、異常検出手段２４、植生位置検出手段２５、風速算出手段２６及び出力手段２７を備える。植生観測手段２０は、植生モデルに基づいて、植生領域２００内の植生を観測する。
植生モデル生成手段２１について説明する。植生モデル生成手段２１は、光受光手段１３が受光したレーザ反射光に基づいて、植生領域２００の３次元モデルである植生モデルを生成する。３次元モデルとは、ｘ軸の座標、ｙ軸の座標及びｚ軸の座標によって位置が一意に定まる点の集合体である。３次元モデルは、例えば、３次元点群モデルである。
ここで、図２、図３及び図４を用いて、植生モデルの生成方法の詳細を説明する。図２は、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸によって、光源部１０と植生領域２００の位置関係を示すものである。また、図３は、ｚ軸及びａ軸によって、光源部１０と植生領域２００の位置関係を示すものである。ａ軸は、光路ＯＰをｘｙ平面上に正射影することによって得られる。
光源部１０が図２に示されるα方向（ｘｙ平面に対する上下方向）に沿って傾くことにより、光照射手段１１は、図３に示されるように、任意の角度θ１でレーザ光を照射できる。例えば、角度θ１とは、図３に示されるように、レーザ光の光入出力端ＯＩから鉛直下向きに伸びる直線と、光路ＯＰによって形成される角の角度である。植生モデル生成手段２１は、不図示のジャイロセンサなどにより、角度θ１を検出できる。
３次元モデルに含まれる反射点ＲＰのｚ座標を特定する際、植生モデル生成手段２１は、光照射手段１１によりレーザ光が照射されてから、光受光手段１３によりレーザ反射光が受光されるまでの時間（以下、時間ｔとする）から光路ＯＰの長さを求める。具体的には、光路ＯＰの長さは、時間ｔに光速を乗じた値を２で除することにより求められる。植生モデル生成手段２１は、光路ＯＰの長さにｃｏｓθ１を乗じることで、レーザ光の光入出力端ＯＩのｚ座標と、レーザ光の反射点ＲＰのｚ座標との差（図３におけるＨ１）を算出できる。これにより、植生モデル生成手段２１は、光入出力端ＯＩに対する反射点ＲＰのｚ軸上の相対位置を取得する。
更に、植生モデル生成手段２１は、光路ＯＰの長さにｓｉｎθ１を乗じることで、ｘｙ平面上に投影された光路ＯＰの線分Ｄ１の長さを算出する。線分Ｄ１は、図４に示されるように、ｘｙ平面上において、レーザ光の光入出力端ＯＩから反射点ＲＰまでを結ぶ線分である。
光源部１０が図２に示されるβ方向（ｘｙ平面に対して平行な方向）に沿って傾くことにより、光照射手段１１は、任意の角度θ２でレーザ光を照射できる。例えば、角度θ２は、図４に示されるように、ｘｙ平面上に設定された基準線Ｌと、光路ＯＰによって形成される角の角度である。図４に示される例においては、基準線Ｌは、植生領域２００の外周を構成する辺のうちの一辺である。植生モデル生成手段２１は、不図示のジャイロセンサなどにより、角度θ２を検出できる。
植生モデル生成手段２１は、線分Ｄ１の長さにｓｉｎθ２を乗じることで、光入出力端ＯＩのｘ座標と反射点ＲＰのｘ座標の差（図４におけるＤ２）を求める。また、植生モデル生成手段２１は、線分Ｄ１の長さにｃｏｓθ２を乗じることで、光入出力端ＯＩのｙ座標と反射点ＲＰのｙ座標の差（図４におけるＤ３）を求める。これにより、植生モデル生成手段２１は、光入出力端ＯＩに対する反射点ＲＰのｘ軸上の相対位置及びｙ軸上の相対位置を取得する。植生モデル生成手段２１は、取得した各軸上の相対位置を、角度θ１及び角度θ２と対応付けて記憶する。
光源部１０が角度θ１及び角度θ２の少なくとも一方を変化させることにより、レーザ光は異なる位置の反射点ＲＰに入射する。光源部１０は、予め定められた複数の角度θ１及び複数の角度θ２に従ってレーザ光を照射することにより、光照射領域３００内の複数の反射点ＲＰからの反射レーザ光を受光する。これにより、植生モデル生成手段２１は、植生領域２００内の複数の反射点ＲＰごとに、各軸上の相対位置を取得できる。植生モデル生成手段２１は、反射点ＲＰの光入出力端Ｏ１に対する相対位置に基づいて、複数の反射点ＲＰを３次元モデル上にプロットすることにより、植生モデルを生成する。
植生高さ検出手段２２は、植生領域２００内の植生４００の高さを検出する。具体的には、植生高さ検出手段２２は、光照射領域３００内に設置された植生高さ基準点と、生成された植生モデルに基づいて、植生４００の高さを検出する。植生高さ基準点は、植生４００の高さの基準となる基準点である。
植生高さ検出手段２２は、光照射領域３００のｘｙ平面上の座標の各々に対する高さ（ｚ座標）の基準を記憶している。ここでは、光照射領域３００内に、植生高さ基準点が設置されている。そして、植生高さ検出手段２２は、植生高さ基準点におけるｚ座標（たとえば、標高（海抜高度））を、基準座標として予め記憶している。なお、植生高さ基準点は、三角点のような標石である。
ここで、植生高さ基準点のｚ座標を０(ゼロ)とする。この際、光入出力端ＯＩのｚ座標は、植生高さ基準点から光入出力点ＯＩまでの距離（図３におけるＨ２）で示される。植生高さ検出手段２２は、光入出力端ＯＩのｚ座標（図３におけるＨ２）から、レーザ光の光入出力端ＯＩのｚ座標とレーザ光の反射点ＲＰのｚ座標との差（図３におけるＨ１）を減算することで、植生高さ基準点からの反射点ＲＰの高さ（図３におけるＨ３）を取得する。この際、植生高さ検出手段２２は、植生高さ基準点からの反射点ＲＰの高さを、反射点ＲＰにおける植生４００の高さとして取得する。なお、上記では、植生高さ検出手段２２は、植生高さ基準点におけるｚ座標（たとえば、標高（海抜高度））を、基準座標として予め記憶していると説明した。しかし、植生高さ検出手段２２は、植生高さ基準点と光入出力端ＯＩの間の距離を求めて、これを光入出力端ＯＩのｚ座標として設定することができる。このとき、光照射手段１１は、植生高さ基準点にレーザ光を照射し、光受光手段１３は、植生高さ基準点からの反射光を受光する。そして、植生高さ検出手段２２は、レーザ光が照射されてからレーザ反射光が受光されるまでの時間および光速に基づいて、植生高さ基準点と光入出力端ＯＩとの間の直線距離を求める。さらに、植生高さ検出手段２２は、光源部１０を植生高さ基準点に向けた際の光源部１０の角度の余弦を直線距離の算出値に乗じて、植生高さ基準点から光入出力端ＯＩまでの距離（図３におけるＨ２）を求める。
なお、植生高さ検出手段２２は、植生の高さを示すパラメータを植生モデルに対して付加してもよい。具体的には、植生高さ検出手段２２は、複数の反射点ＲＰが３次元空間上にプロットされた植生モデルにおいて、反射点ＲＰ毎に、反射点ＲＰにおける植生４００の高さを示すパラメータを付加してもよい。
生育不良検出手段２３は、植生４００の高さに基づいて、植生４００の生育不良を検出する。具体的には、生育不良検出手段２３は、反射点ＲＰにおける植生４００の高さが予め設定された閾値以下である場合に、反射点ＲＰにおける植生４００の生育不良を検出する。閾値は、植生４００の成長曲線に基づいて予め定められていてもよい。
また、生育不良検出手段２３は、複数の植生４００の高さに基づいて、植生４００の生育不良を検出する。具体的には、植生高さ検出手段２２は、植生領域２００のうち任意の領域内に位置する複数の反射点ＲＰから複数の植生４００の高さを検出する。生育不良検出手段２３は、取得された複数の植生４００（反射点ＲＰ）のうち、高さが閾値を越えていないものが基準よりも多い場合に、その領域における生育不良（例えば、植生４００の高さが低いことや植生４００の葉や実が少ないこと）を検出する。言い換えると、生育不良検出手段２３は、高さが閾値を越えている植生４００の粗密に応じて、生育不良を検出する。なお、任意の領域は、例えば、光照射領域３００のｘｙ平面上におけるｘ座標の所定範囲及びｙ座標の所定範囲によって一意に定まる。
また、生育不良検出手段２３は、レーザ反射光の強度と植生４００の高さに基づいて、植生４００の生育不良を検出してもよい。反射点ＲＰに入射したレーザ光は、反射点ＲＰの表面状態に応じて散乱する。例えば、反射点ＲＰの表面状態が平滑であるほど、散乱する角度が狭いため、レーザ反射光の強度が強くなる。一方で、反射点ＲＰの表面状態が荒れているほど大きい角度で散乱するため、レーザ反射光の強度が弱くなる。これを利用して、生育不良検出手段２３は、所定の値以上の高さを有する反射点ＲＰのうち、レーザ反射光の強度が閾値以下である反射点ＲＰにおいて、植生４００が枯れていること（生育不良）を検出する。
生育不良検出手段２３は、植生４００の生育不良を検出したことに応じて、植生４００の生育不良を植生観測装置１の外部へ通知してもよい。なお、生育不良検出手段２３が通知するのではなく、植生４００の生育不良が検出されたことに応じて、後述の出力手段２７が、植生４００の生育不良を植生観測装置１の外部へ通知してもよい。
異常検出手段２４は、植生４００の高さの時間変化に基づいて、植生４００における異常の発生を検出する。具体的には、異常検出手段２４は、第１の期間に受光された反射レーザ光から生成された第１の植生モデルと、第１の期間よりも後の第２の期間に受光された反射レーザ光から生成された第２の植生モデルとを比較する。異常検出手段２４は、第１の植生モデル及び第２の植生モデルに含まれる反射点ＲＰのうち、ｘ座標及びｙ座標が互いに一致又は近似する反射点ＲＰの植生４００の高さを比較する。異常検出手段２４は、第２の植生モデルに含まれる反射点ＲＰの植生４００の高さの方が低いとき、植生４００に対する異常（例えば、動物の侵入による植生４００の倒伏など）を検出する。
また、異常検出手段２４は、植生領域２００の外周部分において植生４００の異常が検出された場合に、植生領域２００に対する動物の侵入を検出する。異常検出手段２４は、植生領域２００の外周部分に位置する反射点ＲＰの光入出力端ＯＩに対する相対位置を予め記憶している。異常検出手段２４は、外周部分に位置する反射点ＲＰにおいて植生４００に対する異常が検出された場合、植生領域２００に対する動物の侵入を検出する。
植生位置検出手段２５は、鉛直方向に対して垂直な面上における植生４００の位置を検出する。具体的には、植生位置検出手段２５は、図２及び図４に示されるようなｘｙ平面上における反射点ＲＰの位置を検出する。例えば、植生位置検出手段２５は、光入出力端ＯＩに対する反射点ＲＰのｘ軸上及びｙ軸上の相対位置に基づいて、ｘｙ平面上における反射点ＲＰの位置を、植生４００の位置として検出する。
また、植生位置検出手段２５は、光照射領域３００内に設置された植生位置基準点の位置と、光源部１０の配置位置に対する植生４００の相対位置とに基づいて求めた植生４００の絶対位置を、植生４００の位置として検出する。植生位置基準点は、植生領域２００内の位置の基準となる基準点である。なお、植生位置基準点は、上述の植生高さ基準点と同じであってもよい。
具体的には、植生位置検出手段２５は、反射点ＲＰの光入出力端Ｏ１に対する相対位置を求める上述の方法と同様に、植生位置基準点の光入出力端ＯＩに対する相対位置を求める。例えば、植生位置検出手段２５は、植生位置基準点の絶対位置を予め記憶しているものとする。植生位置検出手段２５は、植生位置基準点の絶対位置及び植生位置基準点の光入出力端ＯＩに対する相対位置から、光入出力端ＯＩの絶対位置を求める。更に、植生位置検出手段２５は、光入出力端ＯＩの絶対位置及び反射点ＲＰの光入出力端Ｏ１に対する相対位置から反射点ＲＰの絶対位置を求める。そして、植生位置検出手段２５は、求めた絶対位置を植生４００の位置として検出する。なお、植生４００の絶対位置の検出方法は、前述の方法に限られず、植生位置基準点の絶対位置を用いた他の方法であってもよい。
なお、絶対位置とは、例えば、緯度及び経度によって示される。植生位置基準点は、前述の植生高さ基準点と共用されても良い。すなわち、植生位置基準点のｚ座標は、植生高さ基準点と同様に、光照射領域３００における地上の高さを示すｚ座標であっても良い。
風速算出手段２６は、レーザ光およびレーザ反射光の周波数の差分に基づいて植生４００の揺動速度を算出し、揺動速度に基づいて植生４００に加わる風の風速を求める。風速算出手段２６は、光照射手段１１が照射するレーザ光の周波数を予め記憶しておく。光受光手段１３は、レーザ光と同じ周波数の局発光を用いて、レーザ反射光をコヒーレント検波することで、レーザ反射光の周波数を検出する。風速算出手段２６は、レーザ光の周波数とレーザ反射光の周波数の差を、ドップラー効果による周波数シフト量として算出する。更に、風速算出手段２６は、周波数シフト量から反射点ＲＰの移動速度を求めて、反射点ＲＰにおける植生４００の揺動速度とする。
さらに、風速算出手段２６は、求めた揺動速度から風速を求める。例えば、風速算出手段２６は、揺動速度と風速が互いに対応付けられたテーブルを不図示のメモリに予め記憶している。この際、風速算出手段２６は、求めた揺動速度に対応付けられた風速を、反射点ＲＰにおける風速として検出する。なお、前述のテーブルは、揺動速度の実測値と風速の実測値を測定することにより、予め作成されているものとする。一般的に、風速が高い位置の植生は育ちにくい傾向にあるため、植生観測装置１は、植生４００に加わる風の風速を求めることで、育成不良が生じやすい植生４００を特定しておくことができる。
出力手段２７は、植生観測手段２０により観測された植生領域２００の植生４００に関する情報を出力する。具体的には、出力手段２７は、植生モデル生成手段２１が生成した植生モデル、植生高さ検出手段２２が検出した植生４００の高さ、生育不良検出手段２３が検出した植生４００の生育不良、異常検出手段２４が検出した植生４００の異常、植生位置検出手段２５が検出した植生４００の位置、及び風速算出手段２６が算出した植生４００に加わる風の風速のうちの少なくとも一つを、植生観測装置１の外部へ出力する。具体的には、出力手段２７は、不図示のディスプレイ又はスピーカーなどを介して、植生４００に関する情報を出力する。なお、出力手段２７は、植生モデルに対して、各種の情報を重畳して表示しても良い。例えば、出力手段２７は、植生高さ検出手段２２が検出した植生４００の高さを、植生モデルに対して重畳して表示しても良い。
次に、図５を用いて、植生観測装置１の動作例を説明する。
光源部１０は、レーザ光の照射角を調整する（Ｓ１０１）。例えば、光源部１０は、図３に示される角度θ１及び図４に示される角度θ２を所定の角度に調整する。
光源部１０の光照射手段１１は、レーザ光を照射する（Ｓ１０２）。これにより、レーザ光は、植生４００の反射点ＲＰで反射される。
光源部１０の光受光手段１３は、レーザ反射光を受光する（Ｓ１０３）。この際、植生観測装置１に備えられた不図示のメモリには、レーザ光が照射されてから反射レーザ光が受光されるまでの時間ｔが、レーザ光の照射角に対応づけられて記憶される。なお、この際、光源部１０は、時間ｔに加えて、反射レーザ光の強度と、レーザ光及び反射レーザ光間の周波数の差とを記憶してもよい。
光源部１０は、予め定められた角度の範囲で、レーザ光が照射されたかどうかを判断する（Ｓ１０４）。
予め定められた角度の範囲でレーザ光が照射されていない場合（Ｓ１０４のＮｏ）、光源部１０は、レーザ光の照射角を調整する（Ｓ１０１）。例えば、光源部１０は、図３に示される角度θ１及び図４に示される角度θ２の少なくとも一方を変化させる。
予め定められた角度の範囲でレーザ光が照射された場合（Ｓ１０４のＹｅｓ）、植生観測手段２０の植生モデル生成手段２１は植生モデルを生成する（Ｓ１０５）。具体的には、植生モデル生成手段２１は、前述の植生モデルの生成方法の詳細に従って植生モデルを生成する。
植生観測手段２０は、植生モデルを観測する（Ｓ１０６）。ここで、植生観測手段２０における観測の例は以下の通りである。第１の例は、植生高さ検出手段２２によって、植生４００の検出することである。第２の例は、生育不良検出手段２３によって、植生４００の生育不良を検出することである。第３の例は、異常検出手段２４によって、植生４００の異常を検出することである。第４の例は、植生位置検出手段２５によって、植生４００の位置を検出することである。第５の例は、風速算出手段２６によって、植生４００に加わる風の風速を算出することである。第６の例は、出力手段２７によって、上記の第１の例～第５の例で検出又は算出されたものを、植生観測装置１の外部へ出力することである。以上、植生観測装置１の動作例を説明した。
なお、上述の説明において、植生観測装置１の植生観測手段２０は、植生モデル生成手段２１、植生高さ検出手段２２、生育不良検出手段２３、異常検出手段２４、植生位置検出手段２５、風速算出手段２６及び出力手段２７の全てを備えているとした。しかし、植生観測手段２０は、これらの要素の全てを備えている必要はない。具体的には、植生観測手段２０は、植生高さ検出手段２２、生育不良検出手段２３、異常検出手段２４、植生位置検出手段２５、風速算出手段２６及び出力手段２７のうちの少なくとも一つと、植生モデル生成手段２１を備えていればよい。
以上のように、植生観測装置１は、レーザ反射光に基づいて、植生領域２００の３次元モデルである植生モデルを生成する植生モデル生成手段２１を備える。ここで、レーザ反射光とは、植生領域２００を含む光照射領域３００に照射されるレーザ光が植生領域２００内の植生４００によって反射された光である。また、植生観測装置１は、植生モデル生成手段２１により生成される植生モデルに基づいて、植生領域２００内の植生を観測する植生観測手段２０を備える。植生観測手段２０は、例えば、植生高さ検出手段２２、生育不良検出手段２３、異常検出手段２４、植生位置検出手段２５、風速算出手段２６又は出力手段２７である。
以上のように、植生モデル生成手段２１は、植生領域２００の３次元モデルである植生モデルを生成する。これにより、植生観測装置１によれば、植生領域２００の３次元モデルである植生モデルを用いて、植生４００の状態を立体的に観測することができる。
また、植生観測装置１は、植生領域２００内の植生４００の高さを検出する植生高さ検出手段２２を備える。これにより、植生観測装置１は、植生４００の高さを立体的に観測できる。
また、植生観測装置１は、植生４００の高さの基準となる基準点であって、光照射領域３００内に設置された植生高さ基準点と、植生モデル生成手段２１により生成される植生モデルに基づいて、植生領域２００内の植生４００の高さを検出する植生高さ検出手段２２を備える。以上のように、植生観測装置１においては、植生モデル生成手段２１が植生モデルを生成したうえで、植生高さ検出手段２２が植生領域２００内の植生４００の高さを検出する。これにより、植生観測装置１によれば、植生４００の高さを立体的に観測できる。
また、植生観測装置１は、植生４００の高さに基づいて、植生４００の生育不良を検出する生育不良検出手段２３を備える。また、生育不良検出手段２３は、予め設定された植生４００の高さの閾値と、植生４００の高さに基づいて、植生４００の生育不良を検出する。これにより、植生観測装置１は、植生領域２００内において、高さの低い植生４００を、生育が不良の植生４００として検出できる。
また、植生観測装置１の生育不良検出手段２３は、レーザ反射光の強度と、植生４００の高さに基づいて、植生４００の生育不良を検出する。これにより、枯れているなどの理由によって表面状態が荒れている植生４００を、生育が不良であると検出できる。
また、植生観測装置１は、植生４００の高さの時間変化に基づいて、植生４００の異常を検出する異常検出手段２４を備える。これにより、植生観測装置１は、植生４００の高さが低くなった場合に、例えば動物の侵入によって植生４００が倒伏したことを、植生４００における異常として検出できる。
また、植生観測装置１は、レーザ光を植生領域２００に照射する光照射手段１１と、レーザ反射光を受光する光受光手段１３と含む光源部１０をさらに備える。植生モデル生成手段２１は、光受光手段１３により受光されるレーザ反射光に基づいて、植生モデルを生成する。
また、植生観測装置１は、鉛直方向に対して垂直な面上における植生４００の位置を検出する植生位置検出手段２５を含む。例えば、植生位置検出手段２５は、光源部１０の配置位置に対する植生４００の相対位置を、植生４００の位置として検出する。また、植生位置検出手段２５は、光照射領域３００内に設置された植生位置基準点の位置と、光源部１０の配置位置に対する植生４００の相対位置とに基づいて求めた植生４００の絶対位置を、植生４００の位置として検出する。なお、植生位置基準点は、植生領域２００内の位置の基準となる基準点である。これにより、植生観測装置１は、植生領域２００条の植生４００の位置を特定できる。
また、植生観測装置１は、レーザ光およびレーザ反射光の周波数の差分に基づいて、植生４００の揺動速度を算出し、揺動速度に基づいて植生４００に加わる風の風速を求める風速算出手段２６を備える。これにより、植生観測装置１は、植生領域２００内における風速を検出することができる。
また、植生観測装置１は、植生観測手段２０により観測された植生領域２００内の植生４００に関する情報を出力する出力手段２７をさらに備える。これにより、植生観測装置１は、植生観測装置１の外部へ植生４００に関する情報を出力できる。
また、植生高さ検出手段２２は、植生モデル生成手段２１により生成された植生モデルに、植生４００の高さを重畳する。これにより、植生観測装置１は、植生４００の高さと植生モデルとを一つの３次元モデルとして表示することができる。
また、生育不良検出手段２３は、植生４００の生育不良が検出された場合、植生４００の生育不良を通知する。これにより、植生観測装置１は、生育不良の発生をすぐに通知することができる。
以上、植生観測装置１について説明した。次に、図６及び図７を用いて、植生観測装置１Ａについて説明する。図６は、植生観測装置１Ａの構成例を示すブロック図である。図７は、植生観測装置１Ａの動作例を示すフローチャートである。
植生観測装置１Ａは、植生観測装置１の変形例である。植生観測装置１Ａに含まれる各構成要素は、植生観測装置１に含まれる構成要素と同様の機能及び構成を備える。一方で、植生観測装置１Ａは、光源部１０を備えない点において、植生観測装置１と相違する。植生観測装置１Ａは、植生領域２００を含む光照射領域３００に照射されるレーザ光が植生領域２００内の植生４００によって反射された光であるレーザ反射光に関する情報を、外部装置より取得する。
植生観測装置１Ａの動作について、図７を用いて説明する。植生観測装置１Ａは、図７に示されるように、植生観測装置１の動作Ｓ１０１～Ｓ１０６のうち、Ｓ１０５及びＳ１０６のみを行う。植生観測装置１Ａは、植生観測装置１の効果と同様の効果を奏する。
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態に係る植生観測装置２について、図８及び図９を用いて説明する。図８は、植生観測装置２の構成例を示すブロック図である。図９は、植生観測装置２の動作例を示すフローチャートである。
図８に示されるように、植生観測装置２は、植生モデル生成手段２１及び植生観測手段２０を備える。例えば、植生観測装置２は、植生領域を含む光照射領域に照射されるレーザ光が植生領域内の植生によって反射された光であるレーザ反射光に関する情報を、外部装置より取得する。
植生モデル生成手段２１は、レーザ反射光に基づいて、植生領域の３次元モデルである植生モデルを生成する。
植生観測手段２０は、植生モデル生成手段２１により生成される植生モデルに基づいて、植生領域内の植生を観測する。植生観測手段２０は、例えば、第１の実施形態に示される植生観測手段２０を構成する、植生高さ検出手段２２、生育不良検出手段２３、異常検出手段２４、植生位置検出手段２５、風速算出手段２６又は出力手段２７を含んで実現される。
次に、図９を用いて植生観測装置２の動作例を説明する。
植生モデル生成手段２１は、レーザ反射光に基づいて、植生領域の３次元モデルである植生モデルを生成する（Ｓ２０１）。
植生観測手段２０は、植生モデル生成手段２１により生成される植生モデルに基づいて、植生領域内の植生を観測する（Ｓ２０２）。具体的には、例えば、植生観測手段２０は、第１の実施形態に記載の植生観測装置１における植生高さ検出手段２２と同様に、植生モデルに含まれる植生の高さを検出する。以上、植生観測装置２について説明した。
以上のように、植生モデル生成手段２１は、植生領域２００の３次元モデルである植生モデルを生成する。これにより、植生観測装置１によれば、植生領域２００の３次元モデルである植生モデルを用いて、植生４００の状態を立体的に観測することができる。
なお、植生モデル生成手段２１及び植生観測手段２０は、別々の装置に設けられた上で、一つの植生観測システムとして動作しても良い。
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
植生領域を含む光照射領域に照射されるレーザ光が前記植生領域内の植生によって反射された光であるレーザ反射光に基づいて、前記植生領域の３次元モデルである植生モデルを生成する植生モデル生成手段と、
前記植生モデル生成手段により生成される前記植生モデルに基づいて、前記植生領域内の植生を観測する植生観測手段と、を備えた植生観測装置。
（付記２）
前記植生観測手段は、鉛直方向に対して垂直な面上における前記植生の位置を検出する植生位置検出手段を含む付記１に記載の植生観測装置。
（付記３）
前記レーザ光を前記植生領域に照射する光照射手段と、前記レーザ反射光を受光する光受光手段と含む光源部をさらに備え、
前記植生モデル生成手段は、前記光受光手段により受光される前記レーザ反射光に基づいて、前記植生モデルを生成する付記１又は２に記載の植生観測装置。
（付記４）
前記植生観測手段は、前記光源部の配置位置に対する前記植生の相対位置を、前記植生の位置として、検出する植生位置検出手段を含む付記３に記載の植生観測装置。
（付記５）
前記植生位置検出手段は、前記植生領域内の位置の基準となる基準点であって、前記光照射領域内に設置された植生位置基準点の位置と、前記光源部の配置位置に対する前記植生の相対位置とに基づいて求めた前記植生の絶対位置を、前記植生の位置として、検出する付記４に記載の植生観測装置。
（付記６）
前記植生観測手段は、前記植生領域内の前記植生の高さを検出する植生高さ検出手段を含む付記１から５の何れか１つに記載の植生観測装置。
（付記７）
前記植生高さ検出手段は、前記植生モデル生成手段により生成された前記植生モデルに対して、前記植生高さ検出手段により検出された前記植生の高さを示す情報を付加する付記６に記載の植生観測装置。
（付記８）
前記植生高さ検出手段は、前記植生の高さの基準となる基準点であって、前記光照射領域内に設置された植生高さ基準点と、前記植生モデル生成手段により生成される前記植生モデルに基づいて、前記植生領域内の前記植生の高さを検出する付記６又は７に記載の植生観測装置。
（付記９）
前記植生観測手段は、前記植生の高さに基づいて、前記植生の生育不良を検出する生育不良検出手段を備えた付記６から８の何れか１つに記載の植生観測装置。
（付記１０）
前記生育不良検出手段は、複数の前記植生の高さに基づいて、前記植生領域における植生の生育不良を検出する付記９に記載の植生観測装置。
（付記１１）
前記生育不良検出手段は、予め設定された前記植生の高さの閾値と、前記植生の高さに基づいて、前記植生の生育不良を検出する付記９又は１０に記載の植生観測装置。
（付記１２）
前記生育不良検出手段は、前記レーザ反射光の強度と、前記植生の高さに基づいて、前記植生の生育不良を検出する付記９から１１の何れか１つに記載の植生観測装置。
（付記１３）
前記生育不良検出手段は、前記植生の生育不良を検出した場合、前記植生の生育不良を外部へ通知する付記９から１２の何れか１つに記載の植生観測装置。
（付記１４）
前記植生観測手段は、前記植生の高さの時間変化に基づいて、前記植生の異常を検出する異常検出手段を備えた付記６から１３の何れか１つに記載の植生観測装置。
（付記１５）
前記異常検出手段は、前記植生領域の外周部分において前記植生の異常が検出された場合に、前記植生領域に対する動物の侵入を検出する付記１４に記載の植生観測装置。
（付記１６）
前記植生観測手段は、前記レーザ光および前記レーザ反射光の周波数の差分に基づいて、前記植生の揺動速度を算出し、前記揺動速度に基づいて、前記植生に加わる風の風速を求める風速算出手段と備えた付記１～１５のいずれか１つに記載の植生観測装置。
（付記１７）
前記植生観測手段により観測された前記植生領域内の植生に関する情報を出力する出力手段を備えた付記１～１６のいずれか１つに記載の植生観測装置。
（付記１８）
植生領域を含む光照射領域に照射されるレーザ光が前記植生領域内の植生によって反射された光であるレーザ反射光に基づいて、前記植生領域の３次元モデルである植生モデルを生成する植生モデル生成手段と、
前記植生モデル生成手段により生成される前記植生モデルに基づいて、前記植生領域内の植生を観測する植生観測手段と、を備えた植生観測システム。
（付記１９）
植生領域を含む光照射領域に照射されるレーザ光が前記植生領域内の植生によって反射された光であるレーザ反射光に基づいて、前記植生領域の３次元モデルである植生モデルを生成し、
生成された前記植生モデルに基づいて、前記植生領域内の植生を観測する、植生観測方法。
（付記２０）
植生領域を含む光照射領域に照射されるレーザ光が前記植生領域内の植生によって反射された光であるレーザ反射光に基づいて、前記植生領域の３次元モデルである植生モデルを生成するステップと、
生成された前記植生モデルに基づいて、前記植生領域内の植生を観測するステップとを、情報処理装置に実行させる植生観測プログラムを記憶する記憶媒体。
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
この出願は、２０２０年３月２７日に出願された日本出願特願２０２０－０５８４０４を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
１、１Ａ、２ 植生観測装置
１０ 光源部
１１ 光照射手段
１３ 光受光手段
２０ 植生観測手段
２１ 植生モデル生成手段
２２ 植生高さ検出手段
２３ 生育不良検出手段
２４ 検出手段
２５ 植生位置検出手段
２６ 風速算出手段
２７ 出力手段

Claims (19)

  1. 植生領域を含む光照射領域に照射されるレーザ光が前記植生領域内の植生によって反射された光であるレーザ反射光に基づいて、前記植生領域の３次元モデルである植生モデルを生成する植生モデル生成手段と、
    前記植生モデル生成手段により生成される前記植生モデルに基づいて、前記植生領域内の植生を観測する植生観測手段と、を備えた植生観測装置であって、
    前記植生観測手段は、前記レーザ光および前記レーザ反射光の周波数の差分に基づいて、前記植生の揺動速度を算出し、前記揺動速度に基づいて、前記植生に加わる風の風速を求める風速算出手段と備えた植生観測装置。
  2. 前記植生観測手段は、鉛直方向に対して垂直な面上における前記植生の位置を検出する植生位置検出手段を含む請求項１に記載の植生観測装置。
  3. 前記レーザ光を前記植生領域に照射する光照射手段と、前記レーザ反射光を受光する光受光手段と含む光源部をさらに備え、
    前記植生モデル生成手段は、前記光受光手段により受光される前記レーザ反射光に基づいて、前記植生モデルを生成する請求項１又は２に記載の植生観測装置。
  4. 前記植生観測手段は、前記光源部の配置位置に対する前記植生の相対位置を、前記植生の位置として、検出する植生位置検出手段を含む請求項３に記載の植生観測装置。
  5. 前記植生位置検出手段は、前記植生領域内の位置の基準となる基準点であって、前記光照射領域内に設置された植生位置基準点の位置と、前記光源部の配置位置に対する前記植生の相対位置とに基づいて求めた前記植生の絶対位置を、前記植生の位置として、検出する請求項４に記載の植生観測装置。
  6. 前記植生観測手段は、前記植生領域内の前記植生の高さを検出する植生高さ検出手段を含む請求項１から５の何れか１項に記載の植生観測装置。
  7. 前記植生高さ検出手段は、前記植生モデル生成手段により生成された前記植生モデルに対して、前記植生高さ検出手段により検出された前記植生の高さを示す情報を付加する請求項６に記載の植生観測装置。
  8. 前記植生高さ検出手段は、前記植生の高さの基準となる基準点であって、前記光照射領域内に設置された植生高さ基準点と、前記植生モデル生成手段により生成される前記植生モデルに基づいて、前記植生領域内の前記植生の高さを検出する請求項６又は７に記載の植生観測装置。
  9. 前記植生観測手段は、前記植生の高さに基づいて、前記植生の生育不良を検出する生育不良検出手段を備えた請求項６から８の何れか１項に記載の植生観測装置。
  10. 前記生育不良検出手段は、複数の前記植生の高さに基づいて、前記植生領域における植生の生育不良を検出する請求項９に記載の植生観測装置。
  11. 前記生育不良検出手段は、予め設定された前記植生の高さの閾値と、前記植生の高さに基づいて、前記植生の生育不良を検出する請求項９又は１０に記載の植生観測装置。
  12. 前記生育不良検出手段は、前記レーザ反射光の強度と、前記植生の高さに基づいて、前記植生の生育不良を検出する請求項９から１１の何れか１項に記載の植生観測装置。
  13. 前記生育不良検出手段は、前記植生の生育不良を検出した場合、前記植生の生育不良を外部へ通知する請求項９から１２の何れか１項に記載の植生観測装置。
  14. 前記植生観測手段は、前記植生の高さの時間変化に基づいて、前記植生の異常を検出する異常検出手段を備えた請求項６から１３の何れか１項に記載の植生観測装置。
  15. 前記異常検出手段は、前記植生領域の外周部分において前記植生の異常が検出された場合に、前記植生領域に対する動物の侵入を検出する請求項１４に記載の植生観測装置。
  16. 前記植生観測手段により観測された前記植生領域内の植生に関する情報を出力する出力手段を備えた請求項１～１５のいずれか１項に記載の植生観測装置。
  17. 植生領域を含む光照射領域に照射されるレーザ光が前記植生領域内の植生によって反射された光であるレーザ反射光に基づいて、前記植生領域の３次元モデルである植生モデルを生成する植生モデル生成手段と、
    前記植生モデル生成手段により生成される前記植生モデルに基づいて、前記植生領域内の植生を観測する植生観測手段と、を備えた植生観測システムであって、
    前記植生観測手段は、前記レーザ光および前記レーザ反射光の周波数の差分に基づいて、前記植生の揺動速度を算出し、前記揺動速度に基づいて、前記植生に加わる風の風速を求める風速算出手段と備えた植生観測システム。
  18. 植生領域を含む光照射領域に照射されるレーザ光が前記植生領域内の植生によって反射された光であるレーザ反射光に基づいて、前記植生領域の３次元モデルである植生モデルを生成し、
    生成された前記植生モデルに基づいて、前記植生領域内の植生を観測する、植生観測方法であって、
    前記レーザ光および前記レーザ反射光の周波数の差分に基づいて、前記植生の揺動速度を算出し、前記揺動速度に基づいて、前記植生に加わる風の風速を求める植生観測方法。
  19. 植生領域を含む光照射領域に照射されるレーザ光が前記植生領域内の植生によって反射された光であるレーザ反射光に基づいて、前記植生領域の３次元モデルである植生モデルを生成するステップと、
    生成された前記植生モデルに基づいて、前記植生領域内の植生を観測するステップと、
    前記レーザ光および前記レーザ反射光の周波数の差分に基づいて、前記植生の揺動速度を算出し、前記揺動速度に基づいて、前記植生に加わる風の風速を求めるステップを、
    情報処理装置に実行させる植生観測プログラム。
JP2022510428A 2020-03-27 2021-03-19 植生観測装置、植生観測システム、植生観測方法及び植生観測プログラム Active JP7439905B2 (ja)

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片岡崇、岡本博史、金子利弘、園田雄平、端俊一、盛雅道、廣島冴美、増田稔，３Ｄイメージセンサーによる作物高さの計測，農業機械学会北海道支部会報，日本，農業機械学会北海道支部，2003年03月20日，Vol. 43，pp. 43 - 48

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