KR101948107B1 - Estimation method for ripening ratio of rice - Google Patents

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KR101948107B1
KR101948107B1 KR1020180138930A KR20180138930A KR101948107B1 KR 101948107 B1 KR101948107 B1 KR 101948107B1 KR 1020180138930 A KR1020180138930 A KR 1020180138930A KR 20180138930 A KR20180138930 A KR 20180138930A KR 101948107 B1 KR101948107 B1 KR 101948107B1
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류재현
오도혁
조재일
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전남대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to an estimation method for a ripening ratio of rice by using a remote sensing-based vegetation index. According to the present invention, after a normalized difference vegetation index (NDVI) and a photochemical reflectance index (PRI) that are a vegetation index observed by a spectrometric sensor are individually converted into a relative value, a change in a reduction ratio for 35 to 45 days from growth duration from seeding to heading of two vegetation indexes is used to estimate a ripening ratio of rice regardless of a growth and development degree of different rice for each year to a heading date. Moreover, vegetation indexes data in the shape of an image is used to provide a ripening ratio of rice with two-dimensional space information to help to estimate scale of damage caused by a ripening error and to make compensation, and to be used as auxiliary data of an output estimation model to contribute to related industries.

Description

벼의 등숙률 추정 방법{ESTIMATION METHOD FOR RIPENING RATIO OF RICE}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method of estimating the ripening rate of rice,

본 발명은 벼의 등숙률을 추정하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for estimating the ripeness rate of rice.

벼는 이삭이 나온 다음 벼 꽃이 피고 1주일 정도의 수정 기간을 거쳐 낟알이 여물기 시작하는데, 벼의 등숙률은 낟알이 여무는 비율을 뜻한다. 따라서 등숙률이 낮아질수록 불량 낟알 및 쭉정이 증가로 인해 수량 감소와 벼 품질 등급 저하의 피해가 발생할 수 있다. 그 원인에는 여러 가지가 있을 수 있는데, 벼꽃이 핀 상태에서 강한 또는 건조한 바람을 맞아 수정이 불량했을 때와 이삭이 여무는 시기에 일조량이 부족할 경우가 대표적이며, 최근에는 온난화로 인한 폭염의 고온으로 수정이 이루어지지 않아 등숙률이 낮아질 것이 염려되고 있다.After the rice emerges, the rice blooms, and after about a week 's fertilization period, the grain starts to fade. The rice maturity rate means the ratio of the grain to the grain. Therefore, the lower the ripening rate, the lower the yield and the deterioration of the rice quality grade due to the increase of the defective grain and chaff. There are many reasons for this, such as when the rice is in a pinning state, when strong winds or dry winds are blown, and when fertilization is bad, and when there is no ears, the amount of sunshine is insufficient. In recent years, There is concern that the maturity rate will be lowered because the correction is not made.

특히 지구온난화에 의한 고온 현상은 등숙률에 부정적 영향을 미칠 것으로 보고되고 있다. 지금까지의 등숙률 추정 방법에는 출수기 이후 40일 동안 일 최고기온(이하 최고기온, Maximum Air Temperature) 또는 일 평균기온(이하 평균기온, Mean Air Temperature)의 평균을 사용한 경험식이 대부분이다. 일반적으로 최고기온(평균기온)이 32도(26도)가 넘어서면 감소하기 시작하여 40도(32도)에 도달하면 등숙률이 현저히 낮아지는 경향을 보인다.Especially, high temperature phenomenon caused by global warming is reported to have a negative influence on the ripening rate. Until now, the maturity rate estimation method is mostly empirical formula using average of daily maximum air temperature or average air temperature for 40 days after heading. Generally, when the maximum temperature (average temperature) exceeds 32 degrees (26 degrees), it starts to decrease and when the temperature reaches 40 degrees (32 degrees), the maturity rate tends to be significantly lower.

이렇게 최고 또는 평균 기온을 이용하여 경험적으로 벼의 등숙률을 가늠하는 것은 품종에 따라 온도에 반응하는 정도가 다르기 때문에 각각의 추정식이 새롭게 필요하다는 점과, 기온(Air Temperature)이 측정되는 자동기상관측장비(AWS, Automated Weather Station)가 여러 대 설치한다고 해도 2-3차원의 군락 공간에서 식생밀도, 지표면 습윤 상태, 풍속 등에 의해 미기상적 변동성이 발생하는 기온을 몇 AWS 측정 기온 값만으로 정확히 대표하기 힘든 어려움이 있다.In order to estimate rice ripeness rate empirically using the maximum or average temperature, each of the estimation equations is newly needed because the degree of reactivity to temperature varies according to the varieties, and an automatic meteorological observation device (AWS, Automated Weather Station), it is difficult to accurately represent the temperature where micro-volatility occurs due to vegetation density, surface wetness, .

본 발명에서는 기존의 환경요소(기온 등)를 이용해 경험적으로 추정한 방법에서 벗어나, 벼를 직접 원격탐사로 관측한 분광 자료로부터 계산된 NDVI와 PRI 식생지수를 이용하여 벼의 등숙률을 추정하는 방법이다. 식생지수는 분광기를 이용해 특정 관심 지점에서의 관측이 가능할 뿐만 아니라 분광카메라를 이용할 경우 수 cm ~ 수 m의 공간해상도를 가지는 영상으로 벼의 등숙률 정보를 취득할 수 있다는 장점이 있다.In the present invention, a method of estimating the ripeness rate of rice using NDVI and PRI vegetation index calculated from spectroscopic data obtained by direct remote sensing of rice from the empirical estimation method using existing environmental factors (temperature, etc.) . The vegetation index can be observed at a specific point of interest by using a spectroscope, and it is also advantageous to acquire information on the rice grain maturity using an image having a spatial resolution of several centimeters to several meters when using a spectroscopic camera.

한국등록특허 제1353125호Korean Patent No. 1353125

본 발명은 원격탐사기법으로 관측된 분광 자료로부터 계산된 식생지수를 이용하여 벼의 등숙률을 추정함으로써 벼의 생물량(biomass) 추정에 유용한 NDVI (Normalized Difference Vegetation Index)와 생리적인 변화에 민감한 PRI (Photochemical Reflectance Index)를 이용하여 벼 출수기 이후에 두 식생지수의 상대적인 변화 특성에 착안하여 단시간에 넓은 지역의 벼의 등숙률을 비파괴적인 방식으로 추정하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention estimates the rice seed ripening rate using the vegetation index calculated from the spectroscopic data observed by the remote sensing technique and finds that the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) useful for estimating rice biomass and the PRI The purpose of this paper is to provide a method for estimating the ripeness rate of rice in a large area in a non - destructive manner in a short time by focusing on the relative change characteristics of the two vegetation indexes after rice heading using the Reflectance Index.

1. 기준 벼 재배 영역의 벼의 등숙률을 달리하면서 정규 식생 지수(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI) 및 광화학 반사도 지수(Photochemical Reflectance Index, PRI)를 벼 출수일에 1회 측정하여 제1 NDVI 값 및 제1 PRI 값을 얻고, 벼 출수일+(35 내지 45)일에 1회 측정하여 제2 NDVI 값 및 제2 PRI 값을 얻는 단계;1. Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and Photochemical Reflectance Index (PRI) were measured once a day at the beginning of rice paddy by varying the ripening rate of rice in the standard rice growing area. Obtaining a PRI value of 1, measuring it once at the rice planting day + (35 to 45) days to obtain a second NDVI value and a second PRI value;

상기 NDVI 값들을 하기 수학식 1에 대입하여 상대 정규 식생 지수(relative NDVI, rNDVI) 값을 얻는 단계;Obtaining the relative normal vegetation index (rNDVI) by substituting the NDVI values into the following equation (1);

상기 제1 PRI 값 및 제2 PRI 값을 하기 수학식 2에 대입하여 제1 scaled 광화학 반사도 지수(scaled PRI, sPRI) 값 및 제2 PRI 값을 얻고, 상기 sPRI 값들을 하기 수학식 3에 대입하여 상대 scaled 광화학 반사도 지수(relative sPRI, rsPRI) 값을 얻는 단계;The first scaled photorefractive index (sPRI) value and the second PRI value are obtained by substituting the first PRI value and the second PRI value into the following equation (2), and the sPRI values are substituted into the following equation (3) Obtaining a relative scaled photochemical reflectance index (relative sPRI, rsPRI) value;

상기 벼의 등숙률과 하기 수학식 4로 표시되는 값의 관계식을 얻는 단계;Obtaining a relational expression of the maturity rate of the rice and a value represented by the following equation (4);

판단 대상 벼 재배 영역의 NDVI 및 PRI를 벼 출수일에 1회 및 벼 출수일+(35 내지 45)일에 1회 측정하여 rNDVI 및 rsPRI를 얻는 단계; 및Obtaining rNDVI and rsPRI by measuring NDVI and PRI of the rice cultivation region to be determined once at the date of rice seeding and once at the rice seedling date + (35 to 45) days; And

상기 판단 대상 벼 재배 영역에서 얻어진 rNDVI 및 rsPRI를 상기 관계식에 대입하는 단계;를 포함하는 벼의 등숙률 추정 방법:And assigning rNDVI and rsPRI obtained in the rice growing area to be judged to the relational expression,

[수학식 1][Equation 1]

rNDVI = (제2 NDVI - NDVI 이론 최소값) / (제1 NDVI - NDVI 이론 최소값)rNDVI = (second NDVI - NDVI theoretical minimum value) / (first NDVI - NDVI theoretical minimum value)

[수학식 2] &Quot; (2) "

sPRI = (PRI + 1) / 2sPRI = (PRI + 1) / 2

[수학식 3]&Quot; (3) "

rsPRI = (제2 sPRI - sPRI 이론 최소값) / (제1 sPRI - sPRI 이론 최소값)rsPRI = (second sPRI - sPRI theoretical minimum value) / (first sPRI - sPRI theoretical minimum value)

[수학식 4]&Quot; (4) "

(1 - rsPRI) / (1 - rNDVI).(1 - rsPRI) / (1 - rNDVI).

2. 위 1에 있어서, 상기 기준 벼 재배 영역의 기온을 달리하여 벼의 등숙률을 달리하는 것인, 벼의 등숙률 추정 방법.2. A method for estimating the ripeness rate of rice according to 1 above, wherein the ripening rate of rice is varied by varying the temperature of the reference rice growing area.

3. 위 1에 있어서, 상기 NDVI는 하기 수학식 5의 값이며, 상기 PRI는 하기 수학식 6의 값인, 벼의 등숙률 추정 방법:3. The method of claim 1, wherein the NDVI is a value of the following equation (5), and the PRI is a value of the following equation (6):

[수학식 5]&Quot; (5) "

(800nm 파장의 빛의 반사도 - 670nm 파장의 빛의 반사도) / (800nm 파장의 빛의 반사도 + 670nm 파장의 빛의 반사도)(Reflectance of light of 800 nm wavelength - reflectance of light of wavelength of 670 nm) / (reflectance of light of 800 nm wavelength + reflectance of light of wavelength of 670 nm)

[수학식 6] &Quot; (6) "

(531nm 파장의 빛의 반사도 - 570nm 파장의 빛의 반사도) / (531nm 파장의 빛의 반사도 + 570nm 파장의 빛의 반사도).(Reflectance of light at a wavelength of 531 nm - reflectance of light at a wavelength of 570 nm) / (reflectance of light at a wavelength of 531 nm + reflectance of light at a wavelength of 570 nm).

4. 위 1에 있어서, 상기 관계식은 하기 수학식 7인, 벼의 등숙률 추정 방법:4. The method according to claim 1, wherein the relational expression is the following formula (7)

[수학식 7]&Quot; (7) "

벼의 등숙률 (%) = 4.5906 + 114.0050 / (1 + e^(-((상기 수학식 4로 표시되는 값) - 3.4868) / -1.3687).(%) = 4.5906 + 114.0050 / (1 + e? (- ((value represented by the above equation (4) - 3.4868) / -1.3687).

본 발명은 원격탐사기반 식생지수를 이용함으로써 비파괴적인 방식으로 단기간에 넓은 범위의 지역의 벼의 등숙률을 추정할 수 있으며, 이를 통해 우리나라의 주요 식량자원인 벼의 등숙 불량으로 인한 피해 규모를 산정하고 보상하기 위한 객관적인 정보로 활용될 수 있다. 더 나아가 벼의 생산량 모델에 입력 자료로서 등숙률 변수가 제공되면 생산량 예측 정확도를 높이는데 기여할 수 있다.The present invention can estimate the ripeness rate of rice in a wide range in a short period of time in a non-destructive manner by using the remote exploration-based vegetation index, thereby estimating the damage caused by poor rice filling, which is the main food resource in Korea Can be used as objective information to compensate. Furthermore, providing the maturity rate variable as input to the rice yield model can contribute to the accuracy of the yield prediction.

도 1은 원격탐사기반 식생지수를 이용한 벼의 등숙률 추정 방법을 순서도로 나타낸 것이다.
도 2는 등숙률에 따른 rNDVI와 rPRI 식생지수들의 서로 다른 시계열 변화를 도식화한 도이다.
도 3은 출수기로부터 40일 동안의 평균기온와 등숙률(A), 식생지수와 등숙률(B)의 관계의 예시를 표현한 도이다.
FIG. 1 is a flowchart showing a method of estimating the ripeness rate of rice using a remote exploration-based vegetation index.
FIG. 2 is a diagram illustrating different time series changes of rNDVI and rPRI vegetation indexes according to the ripening rate.
FIG. 3 is a diagram showing an example of the relationship between the average temperature and the ripeness rate (A), the vegetation index and the ripeness rate (B) for 40 days from the heading.

이하 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

본 발명은 원격탐사기반 식생지수인 정규식생지수(NDVI)와 광화학반사도지수(PRI)를 이용하여 벼의 등숙률을 추정하는 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 하기 도 1과 같은 순서에 따라 원격탐사기반 식생지수인 NDVI와 PRI를 이용하여 벼의 등숙률을 추정할 수 있다.The present invention relates to a method for estimating the ripeness rate of rice using a normal vegetation index (NDVI) and a photochemical reflectance index (PRI), which are remote exploration-based vegetation indexes. According to one embodiment of the present invention, According to the order, we can estimate the ripeness rate of rice using NDVI and PRI which are remote exploration-based vegetation index.

본 발명의 벼의 등숙률 추정 방법은 기준 벼 재배 영역의 벼의 등숙률을 달리하면서 정규 식생 지수(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI) 및 광화학 반사도 지수(Photochemical Reflectance Index, PRI)를 벼 출수일에 1회 측정하여 제1 NDVI 값 및 제1 PRI 값을 얻고, 벼 출수일+(35 내지 45)일에 1회 측정하여 제2 NDVI 값 및 제2 PRI 값을 얻는 단계;를 포함한다.The method of estimating the ripeness rate of rice according to the present invention is characterized by measuring the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and the Photochemical Reflectance Index (PRI) at the rice paddy day And obtaining the first NDVI value and the first PRI value, and measuring the first NDVI value and the first PRI value once per day on the day of rice seeding + (35 to 45) to obtain the second NDVI value and the second PRI value.

상기 기준 벼 재배 영역이란, PRI 및 NDVI와 벼의 등숙률과의 관계식을 얻어, 판단 대상 벼 재배 영역의 PRI 및 NDVI를 상기 관계식에 대입하여 등숙률을 얻을 수 있도록 하는 벼 재배 영역으로서, 구체적으로는 rsPRI 및 rNDVI와 벼의 등숙률과의 관계식을 얻게 되고, 보다 구체적으로는 하기 수학식 4의 값과 벼의 등숙률과의 관계를 얻게 된다.The reference rice growing area is a rice growing area in which the relationship between PRI and NDVI and the ripeness ratio of rice is obtained and the ripening rate can be obtained by substituting PRI and NDVI of the rice growing area to be judged into the above relation, And the relationship between the rNDVI and the ripeness rate of rice is obtained. More specifically, the relationship between the value of the following equation (4) and the ripeness rate of rice is obtained.

상기 벼는 품종에 제한은 없고 당 분야에 공지된 품종을 사용할 수 있으나, 기준 벼 재배 영역의 벼와 판단 대상 벼 재배 영역의 벼는 동일 품종인 것이 바람직하다.The rice is not limited to the variety and can be a variety known in the art, but it is preferable that the rice in the standard rice growing area and the rice in the rice growing area to be judged are the same variety.

또한, 기준 벼 재배 영역과 대상 벼 재배 영역의 벼 품종과 토양 및 기후 조건이 다르더라도, 이것들이 등숙률에 영향을 미쳤을 때, rNDVI와 rsPRI에 이미 그러한 변화가 반영된 것으로, 이를 이용한 등숙률 추정 신뢰도가 저하되는 것은 아니다.In addition, even when the rice cultivars of the standard rice cultivation area and the target rice cultivation area are different from each other in the soil and climatic conditions, the change in rNDVI and rsPRI has already been reflected when they affects the maturity rate, It is not.

상기 벼의 등숙률이란, 재배된 벼 중 이삭에 달린 영화(穎花) 중 몇 %가 정현미(精玄米)로 되었는가를 의미하며, 등숙의 양부를 나타내는 지표로 삼곤 한다. 다수확을 얻기 위해서는 등숙률을 높이는 것이 가장 바람직하다.The maturity rate of the above-mentioned rice means that a few percent of the cultivated rice in the rice grown on the ears is turned into junhyunmi (精 玄 米). It is most desirable to increase the ripening rate in order to obtain high yield.

등숙률은 예를 들면 기준 벼 재배 영역의 기온을 달리해가면서 조절할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 기온은 벼 출수일 내지 출수일+(35 내지 45)일의 평균 기온일 수 있으며, 평균 기온이 증가할수록 등숙률이 감소할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The ripening rate can be adjusted, for example, by varying the temperature of the reference rice growing area. More specifically, the temperature may be an average temperature of the rice seedling day to the day of planting + (35 to 45) days, and the ripening rate may decrease as the average temperature increases, but the present invention is not limited thereto.

상기 정규식생지수(NDVI)란, 근적외선과 적색광의 빛의 반사도 값의 차이를 두 빛의 반사도 값을 합한 값으로 나누어 계산하는 것으로서, 식생의 유무를 강조하는 데에 사용되는 기술이다.The normal vegetation index (NDVI) is a technique used to emphasize the presence or absence of vegetation, which is calculated by dividing the difference between the reflectance values of light of near infrared rays and red light by the sum of reflectance values of two lights.

상기 근적외선은 예를 들어, 800 nm의 파장을 가진 빛일 수 있고, 상기 적색광은 670 nm의 파장을 가진 빛일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The near-infrared light may be, for example, a light having a wavelength of 800 nm, and the red light may be a light having a wavelength of 670 nm, but is not limited thereto.

보다 구체적으로 상기 NDVI는 하기 수학식 5의 값일 수 있다(102).More specifically, the NDVI may be a value of the following equation (5).

[수학식 5]&Quot; (5) "

(800nm 파장의 빛의 반사도 - 670nm 파장의 빛의 반사도) / (800nm 파장의 빛의 반사도 + 670nm 파장의 빛의 반사도)(Reflectance of light of 800 nm wavelength - reflectance of light of wavelength of 670 nm) / (reflectance of light of 800 nm wavelength + reflectance of light of wavelength of 670 nm)

상기 광화학반사도지수(PRI)란, NDVI와 같이 반사율 측정 방법 중 하나로서, 주로 작물의 생산성 또는 스트레스에 대한 연구에 사용되며, 이를 통해 일반적인 생태계 건강을 평가하는 데 사용할 수 있으며, 농작물 등의 식생 연구에 적용될 수 있고, 저파장의 녹색광과 고파장의 녹색광 간의 빛의 반사도 값의 차이를 두 빛의 반사도 값을 합한 값으로 나누어 계산할 수 있다.The photochemical reflectance index (PRI) is one of the reflectance measurement methods such as NDVI, and is mainly used for the research on the productivity or stress of the crop. It can be used for evaluating general ecosystem health, And the difference between the reflectance values of the light between the green light having the low wavelength and the green light having the high wavelength can be calculated by dividing the reflectance value of the two lights by the sum of the reflectance values.

상기 저파장의 녹색광은 예를 들어, 531 nm의 파장을 가지는 빛일 수 있고, 상기 고파장의 녹색광은 예를 들어, 570 nm의 파장을 가지는 빛일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The green light of the low wavelength may be, for example, a light having a wavelength of 531 nm, and the green light of the high wavelength may be, for example, a light having a wavelength of 570 nm.

보다 구체적으로 상기 PRI는 하기 수학식 6의 값일 수 있다(102).More specifically, the PRI may be a value of the following equation (6).

[수학식 6]&Quot; (6) "

(531nm 파장의 빛의 반사도 - 570nm 파장의 빛의 반사도) / (531nm 파장의 빛의 반사도 + 570nm 파장의 빛의 반사도)(Reflectance of light of 531 nm wavelength - reflectance of light of wavelength 570 nm) / (reflectance of light of 531 nm wavelength + reflectance of light of wavelength 570 nm)

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 NDVI와 PRI를 측정하기 위해 도 1과 같이 광학 스펙트로미터(Spectrometer)를 이용한 지점 관측 자료 또는 분광 카메라가 장착된 드론 영상 자료를 본 발명에 적용할 수 있다(100). 다만 관측 장비는 NDVI와 PRI를 산출하기 위한 531 nm, 570 nm, Red 파장(670 nm), 그리고 NIR (near-infrared) 파장(800 nm)을 보유한 장비여야 한다.According to an embodiment of the present invention, a point observation data using an optical spectrometer or a dron image data equipped with a spectral camera can be applied to the present invention as shown in FIG. 1 for measuring the NDVI and PRI 100). However, observation equipment should be equipped with 531 nm, 570 nm, Red wavelength (670 nm), and near-infrared wavelength (800 nm) for NDVI and PRI.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 출수일 및 출수일+(35 내지 45)일에 각각 531 nm, 570 nm, Red 파장(670 nm), 그리고 NIR 파장(800 nm)에 대한 반사도 정보를 취득할 수 있다(101). 반사도 정보는 맑은 날 정오를 기준으로 취득할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the reflectivity information for 531 nm, 570 nm, Red wavelength (670 nm), and NIR wavelength (800 nm) are obtained at the date of heading and day of water + (35-45) (101). The reflectivity information may be obtained on a clear day at noon, but is not limited thereto.

일반적으로 다중분광(Multi-spectral) 카메라는 531 nm, 570 nm 밴드(Band)를 보유하고 있지 않기 때문에 초분광(Hyper-spectral) 카메라를 이용하거나 필요한 밴드를 추가하여 주문 제작된 다중분광 센서를 사용할 수 있다.Generally, multi-spectral cameras do not have 531 nm and 570 nm bands, so you can use custom-designed multispectral sensors by using a hyper-spectral camera or adding the required bands. .

상기 NDVI와 PRI는 벼 출수일에 1회 및 벼 출수일+(35 내지 45)일에 1회 측정하는 것으로서, 벼를 출수한 날에 1회 측정하고, 벼를 출수한 날로부터 35일 내지 45일 후에 1회 측정한다.The NDVI and PRI are measured once per day on the day of rice seeding and once per day on the day of rice emergence + (35 to 45). The NDVI and PRI are measured once on the day of rice emergence, and from 35 to 45 Measure once a day.

벼 출수일+(35 내지 45)일은 벼의 등숙이 완료되는 시기로서, 이삭의 무게가 최대가 될 수 있다. 측정 시간은 태양천정각이 하루 중 최소인 시간으로 하는 것이 바람직하다.The day of rice planting + (35 to 45) days is the time when the ripening of rice is completed, and the weight of ear can be the maximum. It is preferable that the measuring time is a time at which the solar zenith angle is the minimum of the day.

출수일의 관측 값의 취득은 필수적이며, 출수일 전후로 관측을 많이 수행한 뒤 식생지수의 최대값을 사용한다면 추정된 벼의 등숙률 신뢰도가 높아질 수 있다. 기상 상황으로 인해 벼 출수일+(35 내지 45)일에 관측을 수행할 수 없다면 벼 출수일+(35 내지 45)일 전후 값을 이용하여 벼 출수일+(35 내지 45)일 식생지수 값을 보간(Interpolation)하여 사용할 수 있다. 상기 벼 출수일+(35 내지 45)일의 관측 값은 바람직하게는 벼 출수일+(38 내지 42)일의 관측 값일 수 있고, 보다 바람직하게는 벼 출수일+40일의 관측 값일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.It is essential to obtain observations on the day of watering. If the maximum value of the vegetation index is used after a lot of observations are made before or after the date of heading, the estimated rice seedling reliability can be increased. (35-45) days from the date of paddy watering (+ 35-45) days if the observations can not be performed on the day of paddy watering (+ 35-45) due to weather conditions. Interpolation can be used. The observation value of the rice seedling day + (35 to 45) days may be an observation value of preferably rice seedling days + (38 to 42) days, more preferably an observation value of rice seedling days +40 days, But is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 NDVI와 PRI는 벼 출수일에 1회 및 벼 출수일+(35 내지 45)일에 1회 측정할 수 있고, 벼 출수일 다음 날 내지 벼 출수일+(35 내지 45)일 전 날 중 1회 이상 더 측정할 수 있으며, 벼 출수일 내지 벼 출수일+(35 내지 45)일 동안 계속해서 측정할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the NDVI and PRI can be measured once per rice seedling day and once per rice seedling day + (35 to 45) days, 35 to 45 days), and can be continuously measured for one day or more from rice seedling to rice seedling + (35 to 45) days, but the present invention is not limited thereto.

상기 NDVI와 PRI는 최소 벼 출수일에 1회 및 벼 출수일+(35 내지 45)일에 1회 측정함으로써, 하기 단계에 따라 rNDVI 및 rsPRI 값을 얻을 수 있다.The rNDVI and rsPRI values can be obtained by measuring the NDVI and PRI once at the minimum number of rice seeding days and once at the rice seedling days + (35 to 45) days, according to the following steps.

본 발명은 상기 NDVI 값들을 하기 수학식 1에 대입하여 상대 정규 식생 지수(relative NDVI, rNDVI) 값을 얻는 단계;를 더 포함한다.The present invention further includes obtaining a relative NDVI (rNDVI) value by substituting the NDVI values into Equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

rNDVI = (제2 NDVI - NDVI 이론 최소값) / (제1 NDVI - NDVI 이론 최소값)rNDVI = (second NDVI - NDVI theoretical minimum value) / (first NDVI - NDVI theoretical minimum value)

출수 시점까지의 벼 생장 정도는 품종, 지역, 기상 상황에 따라 달라질 수 있으며 이에 따라 NDVI 값은 달라질 수 있다. 그러므로 식생지수 값을 사용하는 것이 아닌 NDVI가 가질 수 있는 이론적인 범위에서 최소값을 취하고 출수 시점의 값을 최대값으로 설정하여 상대적인 값을 구하여 이용한다(103).The degree of paddy up to the time of heading may vary depending on the breed, region, weather conditions, and thus the NDVI value may vary. Therefore, taking the minimum value from the theoretical range that the NDVI can have, not using the vegetation index value, and setting the value at the time of heading as the maximum value, the relative value is obtained (103).

상기 NDVI를 상기 수학식 1에 따라 rNDVI로 변환할 수 있다. 일반적인 NDVI 값은 -1 내지 1 범위 내의 값이나, NDVI의 음의 값은 토양이나 식생의 영향이 아닌 물이나 에어로졸 등의 영향으로 인한 것으로 알려져 있다. 실제 모내기 직후 NDVI 값은 0에 가까워, 구체적으로 이론적인 NDVI의 최소값은 모내기 직후의 이론적인 NDVI의 최소값일 수 있고, 이는 보다 구체적으로 0일 수 있다.And convert the NDVI to rNDVI according to Equation (1). Typical NDVI values are in the range of -1 to 1, but the negative values of NDVI are known to be due to the effects of water and aerosols, not the effects of soil or vegetation. The NDVI value immediately after actual planting is close to zero, and specifically, the minimum value of the theoretical NDVI may be the minimum value of the theoretical NDVI immediately after the planting, which may be more specifically zero.

상기 rNDVI는 벼 출수일+(35 내지 45)일의 NDVI가 출수 이후 NDVI의 최소값과 최대값 사이에서 어느 정도에 위치해 있는지를 나타내는 것으로서, NDVI는 기후, 토양 등의 환경 조건에 따라 달라질 수 있는 것인 바, 이러한 환경 조건에 따라 등숙률과의 관계식이 달라지고, 이에 따라 등숙률 추정값이 달라질 수 있는데, 상기 rNDVI를 사용하여 NDVI 값이 아닌 NDVI의 상대적 위치를 변수로 사용하므로, 환경 조건의 변화에 대해서도 높은 신뢰도로 벼의 등숙률을 추정할 수 있다.The rNDVI indicates the degree to which the NDVI of day + (35 to 45) days is located between the minimum value and the maximum value of the NDVI after heading, and NDVI may vary depending on environmental conditions such as climate and soil In accordance with these environmental conditions, relational expressions with respect to the maturity rate are changed, and thus the estimated rate of maturity can be changed. Since the relative position of the NDVI is used as a variable instead of the NDVI value using the rNDVI, It is possible to estimate the ripeness rate of rice with high reliability.

또한, 본 발명은 상기 제1 PRI 값 및 제2 PRI 값을 하기 수학식 2에 대입하여 제1 scaled 광화학 반사도 지수(scaled PRI, sPRI) 값 및 제2 PRI 값을 얻고, 상기 sPRI 값들을 하기 수학식 3에 대입하여 상대 scaled 광화학 반사도 지수(relative sPRI, rsPRI) 값을 얻는 단계;를 더 포함한다.Also, the present invention obtains a first scaled photorefractive index (sPRI) value and a second PRI value by substituting the first PRI value and the second PRI value into the following equation (2) (3) to obtain a relative scaled photochemical reflectance index (relative sPRI, rsPRI) value.

[수학식 2]&Quot; (2) "

sPRI = (PRI + 1) / 2sPRI = (PRI + 1) / 2

[수학식 3]&Quot; (3) "

rsPRI = (제2 sPRI - sPRI 이론 최소값) / (제1 sPRI - sPRI 이론 최소값)rsPRI = (second sPRI - sPRI theoretical minimum value) / (first sPRI - sPRI theoretical minimum value)

출수 시점까지의 벼 생장 정도는 품종, 지역, 기상 상황에 따라 달라질 수 있으며 이에 따라 PRI 값은 달라질 수 있다. 그러므로 식생지수 값을 사용하는 것이 아닌 PRI가 가질 수 있는 이론적인 범위에서 최소값을 취하고 출수 시점의 값을 최대값으로 설정하여 상대적인 값을 구하여 이용한다(103).The degree of rice growth up to the time of heading may vary depending on the breed, region, weather conditions, and therefore the PRI value may vary. Therefore, taking the minimum value from the theoretical range that PRI can have, rather than using the vegetation index, the relative value is obtained by setting the value at the time of heading to the maximum value (103).

상기 제1 PRI 값 및 제2 PRI 값을 하기 수학식 2에 대입하여 제1 scaled 광화학 반사도 지수(scaled PRI, sPRI) 값 및 제2 PRI 값을 얻고, 상기 sPRI 값들을 하기 수학식 3에 대입하여 상대 scaled 광화학 반사도 지수(relative sPRI, rsPRI) 값을 얻을 수 있다.The first scaled photorefractive index (sPRI) value and the second PRI value are obtained by substituting the first PRI value and the second PRI value into the following equation (2), and the sPRI values are substituted into the following equation (3) Relative scaled photochemical reflectance index (relative sPRI, rsPRI) value can be obtained.

일반적인 PRI 값은 -1 내지 1 범위 내의 값이지만 실제 식생에서 관측된 PRI의 최소값, 예를 들면 2016년 내지 2018년의 관측 결과로부터 산출되는 PRI 최소값은 약 -0.15이다. 본 발명에서는 상기 관측 결과로부터 산출된 PRI의 최소값을 사용한다. 이에 따라 일반적인 sPRI는 0 내지 1 범위 내의 값이며, 2016년 내지 2018년의 관측 결과로부터 산출되는 PRI 최소값을 수학식 2에 대입하여 얻어지는 sPRI의 이론 최소값은 0.425이다.Typical PRI values are in the range of -1 to 1, but the minimum value of the PRI observed in actual vegetation is calculated to be -0.15, for example, from the observation results of 2016-2018. In the present invention, the minimum value of the PRI calculated from the observation result is used. Accordingly, the general sPRI is a value within the range of 0 to 1, and the theoretical minimum value of sPRI obtained by substituting the PRI minimum value calculated from the observation result of 2016 to 2018 into the equation (2) is 0.425.

상기 수학식 2에서 PRI를 sPRI로 변환함으로써, NDVI와 같이 0 내지 1의 값을 갖도록 scaled하고, rsPRI 값으로 수학식 3에서 변환하는데, rsPRI는 벼 출수일+(35 내지 45)일의 sPRI가 출수 이후 sPRI의 최소값과 최대값 사이에서 어느 정도에 위치해 있는지를 나타내는 것으로서, NDVI는 기후, 토양 등의 환경 조건에 따라 달라질 수 있는 것인 바, 이러한 환경 조건에 따라 등숙률과의 관계식이 달라지고, 이에 따라 등숙률 추정값이 달라질 수 있는데, 상기 rsPRI를 사용하여 PRI 또는 sPRI 값이 아닌 sPRI의 상대적 위치를 변수로 사용하므로, 환경 조건의 변화에 따라 등숙률 추정값이 달라지는 것을 방지하여 높은 신뢰도로 벼의 등숙률을 추정할 수 있다.In Equation (2), PRI is converted into sPRI, scaled to have a value of 0 to 1 as in the NDVI, and converted into rsPRI value in Equation 3. rsPRI is the number of sPRIs of rice seeding days + (35 to 45) days The NDVI is different depending on the environmental conditions such as climate and soil. Since the relationship between the NDVI and the maturity rate varies depending on the environmental conditions, Since the relative position of sPRI is used as a variable instead of the value of PRI or sPRI using the rsPRI as described above, it is possible to prevent the variation of the roughness estimation value according to the change of the environmental condition, Can be estimated.

본 발명은 상기 벼의 등숙률과 하기 수학식 4로 표시되는 값의 관계식을 얻는 단계;를 더 포함한다.The present invention further includes obtaining a relational expression of the maturity rate of the rice and a value represented by the following equation (4).

[수학식 4]&Quot; (4) "

x = (1 - rsPRI) / (1 - rNDVI)x = (1 - rsPRI) / (1 - rNDVI)

상기 수학식 4의 값과 벼의 등숙률(%)의 관계식은 회귀분석을 통해 얻을 수 있고(104), 예를 들어 상기 관계식은 하기 수학식 7일 수 있다.The relational expression of the value of the equation (4) and the ripeness rate (%) of the rice can be obtained through a regression analysis (104).

[수학식 7]&Quot; (7) "

벼의 등숙률 (%) = 4.5906 + 114.0050 / (1 + e^(-((상기 수학식 4로 표시되는 값) - 3.4868) / -1.3687)(%) = 4.5906 + 114.0050 / (1 + e < - > - ((value represented by Equation 4) -3.4868) / -1.3687)

상기 수학식 7은 회귀분석을 통해 얻어질 수 있으며, 상기 수학식 7의 계수들은 토양, 기후상태, 벼의 품종 등에 따라 달라질 수 있어, 상기 계수에 제한되는 것은 아니다.Equation (7) can be obtained through regression analysis, and the coefficients of Equation (7) may vary depending on the soil, climatic condition, rice variety, and the like.

본 발명은 판단 대상 벼 재배 영역의 NDVI 및 PRI를 벼 출수일에 1회 및 벼 출수일+(35 내지 45)일에 1회 측정하여 rNDVI 및 rsPRI를 얻는 단계;를 더 포함한다.The present invention further includes a step of obtaining rNDVI and rsPRI by measuring NDVI and PRI of the rice cultivation area to be determined once at the rice paddy watering day and once at the rice paddy watering day + (35 to 45) days.

상기 판단 대상 벼 재배 영역이란, 본 발명의 일 실시예를 따라 NDVI 및 PRI를 이용하여 벼의 등숙률을 판단하고자 하는 벼 재배 영역을 의미한다.The rice growing area to be determined is a rice growing area for determining the ripeness rate of rice using NDVI and PRI according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 상기 판단 대상 벼 재배 영역에서 얻어진 rNDVI 및 rsPRI를 상기 관계식에 대입하는 단계;를 포함한다.The present invention includes a step of assigning rNDVI and rsPRI obtained in the rice growing cultivation area to the relational expression.

상기 관계식에 대입을 통해 본 발명은 NDVI 및 PRI를 출수일에 1회 및 출수일+(35 내지 45)일에 1회 측정함으로써, 비파괴적이고 간단하게 벼의 등숙률을 추정할 수 있다.Through the assignment to the above relation, the present invention can estimate the ripeness rate of the rice nondestructively and simply by measuring NDVI and PRI once at the date of planting and once at the date of planting + (35 to 45) days.

또한, 본 발명은 상기 NDVI는 하기 수학식 5의 값이며, 상기 PRI는 하기 수학식 6의 값인, 벼의 등숙률 추정 방법에 관한 것이다.Further, the present invention relates to a method of estimating the ripeness rate of rice, wherein the NDVI is a value of the following equation (5), and the PRI is a value of the following equation (6).

[수학식 5]&Quot; (5) "

(800nm 파장의 빛의 반사도 - 670nm 파장의 빛의 반사도) / (800nm 파장의 빛의 반사도 + 670nm 파장의 빛의 반사도)(Reflectance of light of 800 nm wavelength - reflectance of light of wavelength of 670 nm) / (reflectance of light of 800 nm wavelength + reflectance of light of wavelength of 670 nm)

[수학식 6]&Quot; (6) "

(531nm 파장의 빛의 반사도 - 570nm 파장의 빛의 반사도) / (531nm 파장의 빛의 반사도 + 570nm 파장의 빛의 반사도)(Reflectance of light of 531 nm wavelength - reflectance of light of wavelength 570 nm) / (reflectance of light of 531 nm wavelength + reflectance of light of wavelength 570 nm)

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.

실시예Example

1. 기후변화모의시설을 통한 평균 기온에 따른 등숙률 측정1. Measuring the maturity rate according to the average temperature through the climate change simulation facility

기후변화모의시설은 지구온난화 상황을 가정한 시설로 입구 기온은 외부 기온과 같으며, 안쪽 기온은 외부 기온+3도로 고온에서의 벼의 생육 반응을 살펴볼 수 있었다. 기후변화모의시설에 중묘를 이앙하여, 고온에 의해 벼의 등숙률이 다른 샘플들을 얻었다. 기후변화모의시설 내 20개 지점에서 출수일로부터 40일 간의 평균 기온과 등숙률 정보가 측정되었으며, 식생지수도 추가적으로 측정되었다. 벼의 재배 시 출수일로부터 40일 간 평균 기온이 임계 기온 이상이 되면 등숙률이 감소되는 것을 확인할 수 있었다.Climate change simulation facility is a facility that assumes the global warming situation. The entrance temperature is the same as the outside temperature, and the inside temperature is the temperature response of the rice at the high temperature of the external temperature +3. The seedlings were moved to the climate change simulation facility and samples with different rice ripeness rates were obtained at high temperature. Average temperature and maturity information for 40 days from the day of planting were measured at 20 sites in the simulated climate change facility, and the vegetation index was also measured. The ripening rate decreased when the mean temperature was above the critical temperature for 40 days from the date of planting.

2. 평균 기온과 벼의 등숙률과의 관계 도출2. Relationship between average temperature and rice ripeness ratio

출수일로부터 40일 간의 평균 기온에 따른 벼의 등숙률을 하기 표 1과 같이 얻었고, 이를 도식화하여 도 3(A)에 나타내었다. 또한, 해당 관계식은 회귀분석을 통해 하기 수학식 8로 얻었다.The ripening rate of rice according to the average temperature of 40 days from the date of planting was obtained as shown in Table 1, and is shown in FIG. 3 (A). Also, the relational expression was obtained by the following equation (8) through regression analysis.

[수학식 8]&Quot; (8) "

벼의 등숙률 (%, y) = -1.0578 + 92.2753 / (1 + e^(-(출수일로부터 40일 간의 평균 기온(℃, x) - 27.2634) / -0.3625)(Average temperature (℃, x) - 27.2634) / -0.3625 from 40 days from the date of planting)

관측 년도Observation year 출수일로부터 40일 간의 평균 기온(℃)Average temperature (℃) for 40 days from day of planting y = 벼의 등숙률(%)y = Ripening rate of rice (%) 실제 벼의 등숙률(%)Accumulation rate of actual rice (%) 20162016 26.1226.12 87.4787.47 91.4891.48 20162016 29.7429.74 0.000.00 0.110.11 20162016 25.4225.42 90.6690.66 90.5790.57 20162016 23.1023.10 91.2291.22 94.6094.60 20162016 23.1023.10 91.2291.22 88.6088.60 20162016 23.1023.10 91.2291.22 92.1092.10 20162016 23.1023.10 91.2291.22 93.0093.00 20172017 23.2223.22 91.2291.22 95.0795.07 20172017 24.1224.12 91.2091.20 82.2782.27 20172017 25.2425.24 90.8790.87 86.5686.56 20172017 23.9223.92 91.2191.21 95.6495.64 20172017 23.7423.74 91.2191.21 91.1391.13 20182018 26.8226.82 70.4270.42 65.4365.43 20182018 27.1627.16 51.3551.35 50.8650.86 20182018 27.3427.34 40.4840.48 47.3647.36 20182018 27.4627.46 32.5832.58 31.0931.09 20182018 28.0828.08 7.717.71 11.3611.36 20182018 28.1928.19 5.515.51 6.116.11 20182018 28.4828.48 2.042.04 2.952.95 20182018 27.9927.99 9.969.96 1.481.48

3. 원격탐사기반 광학 관측 및 rNDVI 및 rsPRI의 측정3. Remote sensing based optical observations and measurements of rNDVI and rsPRI

분광 스펙트로미터를 이용하여 상기 실시예 1에서의 평균 기온에 따라 다른 등숙률을 가진 샘플들을 얻을 때, 해당 샘플들의 빛의 반사도 값을 얻었다.When obtaining samples having different maturity rates according to the average temperature in Example 1 using a spectrophotometer, light reflectance values of the samples were obtained.

상기 분광 스펙트로미터는 가시광선과 근적외선 파장의 빛을 탐지할 수 있다. 2016년 9개 지점, 2017년 11개 지점, 2018년 16개 지점에서 관측을 수행하였으며, 모두 매 맑은 날 정오에 측정하였다.The spectroscopic spectrometer can detect visible light and near infrared light. 9 stations in 2016, 11 stations in 2017, and 16 stations in 2018, all of which were measured at noon on every clear day.

벼 재배지역의 출수일로부터 40일 간의 각각의 정규식생지수(NDVI)를 하기 수학식 5의 값으로, 광화학반사도지수(PRI)를 하기 수학식 6의 값으로 얻었다.(NDVI) for 40 days from the date of planting in the rice growing area to the value of the following equation (5), and the photochemical reflectance index (PRI) was obtained by the following equation (6).

[수학식 5]&Quot; (5) "

(800nm 파장의 빛의 반사도 - 670nm 파장의 빛의 반사도) / (800nm 파장의 빛의 반사도 + 670nm 파장의 빛의 반사도)(Reflectance of light of 800 nm wavelength - reflectance of light of wavelength of 670 nm) / (reflectance of light of 800 nm wavelength + reflectance of light of wavelength of 670 nm)

[수학식 6] &Quot; (6) "

(531nm 파장의 빛의 반사도 - 570nm 파장의 빛의 반사도) / (531nm 파장의 빛의 반사도 + 570nm 파장의 빛의 반사도).(Reflectance of light at a wavelength of 531 nm - reflectance of light at a wavelength of 570 nm) / (reflectance of light at a wavelength of 531 nm + reflectance of light at a wavelength of 570 nm).

또한, 상대정규식생지수(rNDVI)를 하기 수학식 1에 따라 얻었다.Also, the relative normal vegetation index (rNDVI) was obtained according to the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

rNDVI = (벼 출수일+(35 내지 45)일의 NDVI - NDVI 이론 최소값) / (벼 출수일의 NDVI) - NDVI 이론 최소값)(NDVI - NDVI theoretical minimum value) / (NDVI value of paddy days) - NDVI theoretical minimum value)

또한, scaled 광화학반사도지수(sPRI)를 하기 수학식 2에 따라 얻은 뒤, 상대 scaled 광화학반사도지수(rsPRI)를 하기 수학식 3에 따라 얻었다.Also, a scaled photochemical reflectance index (sPRI) was obtained according to the following equation (2), and a relative scaled photochemical reflectance index (rsPRI) was obtained according to the following equation (3).

[수학식 2]&Quot; (2) "

sPRI = (PRI + 1) / 2sPRI = (PRI + 1) / 2

[수학식 3]&Quot; (3) "

rsPRI = (벼 출수일+(35 내지 45)일의 sPRI - sPRI 이론 최소값) / (벼 출수일의 sPRI - sPRI 이론 최소값)(sPRI - sPRI theoretical minimum value at the date of rice planting + (35 - 45) days) / (sPRI - sPRI theoretical minimum value at the rice planting day)

등숙률에 따른 rNDVI와 rsPRI의 서로 다른 시계열 변화의 관계를 표 2 및 도 2에 나타내었다. 등숙률이 약 90%, 77%, 50%, 31%, 1%에 대한 rNDVI 및 rsPRI의 값들을 표 2에 나타내었다.The relationship between different time series of rNDVI and rsPRI according to the ripening rate is shown in Table 2 and Fig. The values of rNDVI and rsPRI for the maturity rate of about 90%, 77%, 50%, 31% and 1% are shown in Table 2.

도 2를 살피면, 출수일 전후에 최고점에 다다르며, 이후 감소하는 것을 확인할 수 있었다.2, it was found that the peak reached about the day before and after the day of heading, and then decreased.

일반적으로 출수기 이후 등숙이 잘 진행되고 있을 경우 NDVI와 PRI는 감소하며, 이에 따라 rNDVI, rsPRI도 감소한다. 이는 이 시기의 광합성 산물의 분배 패턴이 이삭에 집중되면서 줄기와 엽의 노화가 급속히 진행되기 때문이다. 하지만 등숙률이 낮은 경우 줄기와 엽에서 노화가 더디게 진행되어 NDVI와 PRI의 감소폭은 일반적인 경우보다 적어지며, 이를 확인할 수 있었다.Generally, NDVI and PRI decrease when ripening progresses well after heading, and rNDVI and rsPRI decrease accordingly. This is because the distribution patterns of the photosynthetic products of this period are concentrated in the ears, and the aging of the stems and leaves proceeds rapidly. However, when the ripening rate is low, the aging process is slow in the stem and leaf, and the decrease of NDVI and PRI is less than that of the general case.

Figure 112018112569456-pat00001
Figure 112018112569456-pat00001

4. 벼의 등숙률 추정을 위한 rNDVI와 rsPRI의 관계식 도출4. Derivation of the relation between rNDVI and rsPRI for estimating the ripeness rate of rice

광학관측자료를 통해 벼의 등숙률을 추정하기 위해 상기 실시예 3에서 얻은 rNDVI 및 rsPRI와 등숙률과의 관계를 구하였고, 이를 통해 벼의 등숙률을 y로 하며, (1 - rsPRI) / (1 - rNDVI)를 x로 표시하였을 때, 표 3과 같았다. 또한, y와 x의 관계식을 구할 수 있었고, 해당 그래프와 관계식은 도 3(B)에 나타내었다. 또한, 해당 관계식을 회귀분석을 통해 하기 수학식 7과 같이 확인할 수 있었다.(1 - rsPRI) / (1 - rNDVI) / (1 - rNDPRI) and rsPRI obtained from the above Example 3 were used to estimate the ripeness rate of the rice through the optical observation data. ) Was represented by x, the results are shown in Table 3. In addition, a relational expression of y and x can be obtained, and the graph and the relational expression are shown in Fig. 3 (B). In addition, the relational expression can be confirmed as shown in Equation (7) through regression analysis.

임계 기온 이상이 되면 등숙률을 감소하는 일반적으로 알려진 패턴처럼, 식생지수와 등숙률의 관계에서도 유사한 관계가 나타남을 확인할 수 있었다.Similar to the general pattern of decreasing the ripening rate when the temperature exceeds the critical temperature, a similar relationship is found in the relationship between vegetation index and maturity.

[수학식 7]&Quot; (7) "

벼의 등숙률 (%) = 4.5906 + 114.0050 / (1 + e^(-((상기 수학식 4로 표시되는 값) - 3.4868) / -1.3687)(%) = 4.5906 + 114.0050 / (1 + e < - > - ((value represented by Equation 4) -3.4868) / -1.3687)

관측 년도Observation year x = (1 - rsPRI)
/ (1 - rNDVI)
x = (1 - rsPRI)
/ (1 - rNDVI)
y = 벼의 등숙률(%)y = Ripening rate of rice (%) 실제 벼의 등숙률(%)Accumulation rate of actual rice (%)
20162016 2.132.13 87.8087.80 91.4891.48 20162016 11.2011.20 5.005.00 0.110.11 20162016 2.022.02 89.4989.49 90.5790.57 20162016 1.691.69 94.4994.49 94.6094.60 20162016 1.561.56 96.1996.19 88.6088.60 20162016 1.581.58 95.9795.97 92.1092.10 20162016 1.651.65 94.9294.92 93.0093.00 20172017 1.041.04 89.1889.18 95.0795.07 20172017 1.011.01 85.6685.66 82.2782.27 20172017 1.051.05 80.0880.08 86.5686.56 20172017 1.051.05 80.7080.70 95.6495.64 20172017 1.071.07 80.9580.95 91.1391.13 20182018 2.562.56 80.1580.15 65.4365.43 20182018 2.942.94 72.7472.74 50.8650.86 20182018 4.254.25 46.0646.06 47.3647.36 20182018 5.545.54 25.3325.33 31.0931.09 20182018 15.3115.31 4.614.61 11.3611.36 20182018 22.1422.14 4.594.59 6.116.11 20182018 15.9915.99 4.604.60 2.952.95 20182018 29.6329.63 4.594.59 1.481.48

5. NDVI와 PRI를 이용한 벼의 등숙률 추정5. Estimation of ripeness rate of rice using NDVI and PRI

본 발명의 벼의 등숙률 추정방법의 타당성을 검증하기 위해 NDVI 및 PRI를 벼 출수일에 1회, 벼 출수일+40일에 1회 측정하였다.In order to verify the validity of the method of estimating the ripeness rate of the rice of the present invention, NDVI and PRI were measured once every day of rice paddy and once every 40 days of rice day.

이 후 상기 수학식 1 내지 3에 각 값을 대입하여 rNDVI 및 rsPRI를 구하였고, 각 값을 수학식 4에 대입하여, (1 - rsPRI) / (1 - rNDVI) 값을 얻었다.Then, rNDVI and rsPRI were obtained by substituting the respective values into the above Equations (1) to (3), and each value was substituted into Equation (4) to obtain (1 - rsPRI) / (1 - rNDVI).

상기 수학식 4의 값을 상기 수학식 7의 x에 대입하여 벼의 등숙률(%, y)을 구하였고, 이를 21회 반복하여 벼의 등숙률을 추정하였고, 이는 하기 표 4와 같았다.The maturity rate (%, y) of the rice was calculated by substituting the value of the above equation (4) into x in the above equation (7) and the rice maturity rate was estimated by repeating this procedure 21 times.

관측 년도Observation year x = (1 - rsPRI)
/ (1 - rNDVI)
x = (1 - rsPRI)
/ (1 - rNDVI)
y = 벼의 등숙률(%)y = Ripening rate of rice (%) 실제 벼의 등숙률(%)Accumulation rate of actual rice (%)
20162016 6.006.00 20.2420.24 14.0214.02 20162016 3.773.77 55.6255.62 50.5650.56 20172017 1.071.07 79.7079.70 79.2879.28 20172017 1.021.02 93.2893.28 89.6389.63 20172017 1.041.04 82.6182.61 84.6684.66 20172017 1.041.04 81.2881.28 88.6588.65 20172017 1.071.07 87.2187.21 91.9791.97 20172017 1.051.05 66.7266.72 91.5991.59 20182018 1.781.78 93.2093.20 88.7888.78 20182018 1.801.80 92.8992.89 84.6584.65 20182018 1.931.93 90.8690.86 84.4384.43 20182018 2.322.32 84.5884.58 82.1182.11 20182018 2.232.23 86.0286.02 77.5377.53 20182018 9.109.10 6.456.45 18.0018.00 20182018 21.8821.88 4.594.59 5.085.08 20182018 16.8716.87 4.604.60 1.081.08

6. 본 발명에 따른 등숙률 추정의 타당성 검증6. Validation of Maturity Rate Estimation According to the Present Invention

본 발명에 따라 추정된 벼의 등숙률(표 4)이 타당하게 추정된 것인지 판단하기 위해 실제 재배된 벼를 수확하여, 등숙률을 측정하였다(16회 반복). 평균 제곱근 편차(RMSE, Root Mean Square Error)는 약 8.40%로 평균 기온을 이용하여 등숙률을 추정했을 때 나타난 RMSE 9.54%와 유사한 결과(표 5)를 얻었다. 본 발명에 따른 벼의 등숙률 추정이 타당함을 확인할 수 있었다.The actual cultivated rice was harvested in order to determine whether the estimated rice seed ripening rate according to the present invention (Table 4) was reasonably estimated and the ripeness rate was measured (16 replicates). The root mean square error (RMSE) was about 8.40%, which was similar to the RMSE of 9.54% (Table 5) when the maturity rate was estimated using mean temperature. It can be confirmed that the maturity rate estimation of rice according to the present invention is valid.

관측 년도Observation year 출수일로부터 40일 간의 평균 기온(℃)Average temperature (℃) for 40 days from day of planting y = 벼의 등숙률(%)y = Ripening rate of rice (%) 실제 벼의 등숙률(%)Accumulation rate of actual rice (%) 20162016 27.7527.75 18.0718.07 14.0214.02 20162016 26.3626.36 84.0884.08 50.5650.56 20172017 22.9222.92 91.2791.27 79.2879.28 20172017 23.5923.59 91.2191.21 89.6389.63 20172017 24.4624.46 91.1891.18 84.6684.66 20172017 26.1426.14 87.1887.18 88.6588.65 20172017 23.5623.56 91.2191.21 91.9791.97 20172017 24.0924.09 91.2091.20 91.5991.59 20182018 25.4525.45 90.6090.60 88.7888.78 20182018 25.5125.51 90.5090.50 84.6584.65 20182018 26.3226.32 84.8884.88 84.4384.43 20182018 26.4026.40 83.3383.33 82.1182.11 20182018 26.5026.50 81.1381.13 77.5377.53 20182018 27.5727.57 26.4126.41 18.0018.00 20182018 28.3228.32 3.723.72 5.085.08 20182018 28.4828.48 2.052.05 1.081.08

100: 원격탐사기반 광학 관측
101: 출수기, 출수기+(35 내지 45)일 관측
102: NDVI, PRI 산출 103: rNDVI, rsPRI 산출
104: 등숙률 추정 105: 등숙률 영상 정보 표출
200: 기후변화모의시설에서 재배 실험
201: rNDVI, rsPRI와 등숙률 관계 도출
100: Remote sensing based optical observation
101: Heading, heading + (35 to 45) days observation
102: NDVI, PRI calculation 103: rNDVI, rsPRI calculation
104: Maturity rate estimation 105: Maturity rate Display of video information
200: Cultivation experiment in climate change simulation facility
201: Relationship between rNDVI and rsPRI

Claims (4)

기준 벼 재배 영역의 벼의 등숙률을 달리하면서 정규 식생 지수(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI) 및 광화학 반사도 지수(Photochemical Reflectance Index, PRI)를 벼 출수일에 1회 측정하여 제1 NDVI 값 및 제1 PRI 값을 얻고, 벼 출수일+(35 내지 45)일에 1회 측정하여 제2 NDVI 값 및 제2 PRI 값을 얻는 단계;
상기 NDVI 값들을 하기 수학식 1에 대입하여 상대 정규 식생 지수(relative NDVI, rNDVI) 값을 얻는 단계;
상기 제1 PRI 값 및 제2 PRI 값을 하기 수학식 2에 대입하여 제1 scaled 광화학 반사도 지수(scaled PRI, sPRI) 값 및 제2 PRI 값을 얻고, 상기 sPRI 값들을 하기 수학식 3에 대입하여 상대 scaled 광화학 반사도 지수(relative sPRI, rsPRI) 값을 얻는 단계;
상기 벼의 등숙률과 하기 수학식 4로 표시되는 값의 관계식을 얻는 단계;
판단 대상 벼 재배 영역의 NDVI 및 PRI를 벼 출수일에 1회 및 벼 출수일+(35 내지 45)일에 1회 측정하여 rNDVI 및 rsPRI를 얻는 단계; 및
상기 판단 대상 벼 재배 영역에서 얻어진 rNDVI 및 rsPRI를 상기 관계식에 대입하는 단계;를 포함하는 벼의 등숙률 추정 방법:
[수학식 1]
rNDVI = (제2 NDVI - NDVI 이론 최소값) / (제1 NDVI - NDVI 이론 최소값)
[수학식 2]
sPRI = (PRI + 1) / 2
[수학식 3]
rsPRI = (제2 sPRI - sPRI 이론 최소값) / (제1 sPRI - sPRI 이론 최소값)
[수학식 4]
(1 - rsPRI) / (1 - rNDVI).
Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and Photochemical Reflectance Index (PRI) were measured once a day at the paddy watering day by varying the ripening rate of the rice in the reference rice growing area, and the first NDVI value and the first PRI Obtaining a second NDVI value and a second PRI value by measuring once at a rice planting day + (35 to 45) days;
Obtaining the relative normal vegetation index (rNDVI) by substituting the NDVI values into the following equation (1);
The first scaled photorefractive index (sPRI) value and the second PRI value are obtained by substituting the first PRI value and the second PRI value into the following equation (2), and the sPRI values are substituted into the following equation (3) Obtaining a relative scaled photochemical reflectance index (relative sPRI, rsPRI) value;
Obtaining a relational expression of the maturity rate of the rice and a value represented by the following equation (4);
Obtaining the rNDVI and rsPRI by measuring NDVI and PRI of the rice cultivation area to be determined once at the rice paddy watering day and once at the rice paddy watering day + (35 to 45) days; And
And assigning rNDVI and rsPRI obtained in the rice growing area to be judged to the relational expression,
[Equation 1]
rNDVI = (second NDVI - NDVI theoretical minimum value) / (first NDVI - NDVI theoretical minimum value)
&Quot; (2) "
sPRI = (PRI + 1) / 2
&Quot; (3) "
rsPRI = (second sPRI - sPRI theoretical minimum value) / (first sPRI - sPRI theoretical minimum value)
&Quot; (4) "
(1 - rsPRI) / (1 - rNDVI).
청구항 1에 있어서, 상기 기준 벼 재배 영역의 기온을 달리하여 벼의 등숙률을 달리하는 것인, 벼의 등숙률 추정 방법.
The method according to claim 1, wherein rice seed ripeness is varied by varying the temperature of the reference rice growing area.
청구항 1에 있어서, 상기 NDVI는 하기 수학식 5의 값이며, 상기 PRI는 하기 수학식 6의 값인, 벼의 등숙률 추정 방법:
[수학식 5]
(800nm 파장의 빛의 반사도 - 670nm 파장의 빛의 반사도) / (800nm 파장의 빛의 반사도 + 670nm 파장의 빛의 반사도)
[수학식 6]
(531nm 파장의 빛의 반사도 - 570nm 파장의 빛의 반사도) / (531nm 파장의 빛의 반사도 + 570nm 파장의 빛의 반사도).
The method according to claim 1, wherein the NDVI is a value of the following equation (5), and the PRI is a value of the following equation (6)
&Quot; (5) "
(Reflectance of light of 800 nm wavelength - reflectance of light of wavelength of 670 nm) / (reflectance of light of 800 nm wavelength + reflectance of light of wavelength of 670 nm)
&Quot; (6) "
(Reflectance of light at a wavelength of 531 nm - reflectance of light at a wavelength of 570 nm) / (reflectance of light at a wavelength of 531 nm + reflectance of light at a wavelength of 570 nm).
청구항 1에 있어서, 상기 관계식은 하기 수학식 7인, 벼의 등숙률 추정 방법:
[수학식 7]
벼의 등숙률 (%) = 4.5906 + 114.0050 / (1 + e^(-((상기 수학식 4로 표시되는 값) - 3.4868) / -1.3687).
The method according to claim 1, wherein the relational expression is the following formula (7)
&Quot; (7) "
(%) = 4.5906 + 114.0050 / (1 + e? (- ((value represented by the above equation (4) - 3.4868) / -1.3687).
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