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Modeling crop growth by using hybrid Petri net and deep learning

Research Project

Project/Area Number 18K05914
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 41040:Agricultural environmental engineering and agricultural information engineering-related
Research InstitutionNational Agriculture and Food Research Organization

Principal Investigator

Guan Senlin  国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 九州沖縄農業研究センター, 上級研究員 (30554092)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 鹿内 健志  琉球大学, 農学部, 教授 (20264476)
深見 公一郎  国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 九州沖縄農業研究センター, 上級研究員 (50399424)
名嘉村 盛和  琉球大学, 工学部, 教授 (80237437)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2020: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2019: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Keywordsハイブリッドペトリネット / 作物生育モデル / 生育形質 / ドローン / リモートセンシング / 生育指標 / AI / 並列高速コンピューティング
Outline of Final Research Achievements

Crops growing under natural conditions have their growth traits such as plant height, number of stems, number of leaves, number of ears, etc. They have to respond to many uncertain external factors including surrounding environmental conditions and human activities during their entire life cycle. Modeling crop growth requires considering not only the growth traits but also the uncertain external factors. In this study, we have developed a new crop growth model that can deal with any possible growth-related trait and external factor, not limited to several types of growth traits and external factors applied to conventional crop growth models. When applying this model to some crops like rice, wheat, and sugarcane, the growth process, growth-related traits, and external factors were well modeled and simulated along with the growth time. The modeling result assists to propose and review an optimum cultivation plan for improving yield or quality.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で開発した作物生育に対する一体化モデリングする手法は、多くの外的要因に影響される自然環境下の作物に対応できる初めてのモデリング手法である。また、生育形質の連続的変化に対する新しい計測機材と方法(特許出願済)は独創的であった。
開発したモデルを利用し、作物の生育が時間経過に伴う状態と変化を可視化または予測することができ、営農生産中の適期管理が可能となった。また、大豆・トウモロコシ・飼料作物などの全ての土地利用型作物に応用可能であるため汎用性は高い。

Report

(4 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 4 results) Presentation (8 results) Patent(Industrial Property Rights) (4 results)

  • [Journal Article] ドローンを利用した広域でのほ場単位の生育診断2020

    • Author(s)
      大段秀記, 官森林
    • Journal Title

      農研機構技報

      Volume: 5 Pages: 26-29

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] GNSS,ドライブレコーダを活用した農作業データの収集2020

    • Author(s)
      鹿内健志,官森林
    • Journal Title

      農作業研究

      Volume: 55(3) Pages: 163-167

    • NAID

      130008053896

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Work Analysis of Small-Sized Sugarcane Harvester Using GPS and On-Board Camera in Southern Part of Okinawa Island and its Possibility of Utilization2019

    • Author(s)
      鹿内健志・世嘉良康太・官森林
    • Journal Title

      Japanese Journal of Farm Work Research

      Volume: 54 Issue: 2 Pages: 85-92

    • DOI

      10.4035/jsfwr.54.85

    • NAID

      130007769621

    • ISSN
      0389-1763, 1883-2261
    • Year and Date
      2019-06-20
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Assessing Correlation of High-Resolution NDVI with Fertilizer Application Level and Yield of Rice and Wheat Crops using Small UAVs2019

    • Author(s)
      Guan Senlin、Fukami Koichiro、Matsunaka Hitoshi、Okami Midori、Tanaka Ryo、Nakano Hiroshi、Sakai Tetsufumi、Nakano Keiko、Ohdan Hideki、Takahashi Kimiyasu
    • Journal Title

      Remote Sensing

      Volume: 11 Issue: 2 Pages: 112-112

    • DOI

      10.3390/rs11020112

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Practical scheduling problem for sugarcane-farming corporations and its solution2018

    • Author(s)
      Guan Senlin、Shikanai Takeshi、Nakamura Morikazu、Fukami Koichiro、Takahashi Kimiyasu
    • Journal Title

      Engineering in Agriculture, Environment and Food

      Volume: 11 Issue: 4 Pages: 211-219

    • DOI

      10.1016/j.eaef.2018.07.002

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  • [Presentation] RTK-GNSSドローンを用いた人口密集地の農用施設や敷地地形の計測方法2021

    • Author(s)
      官森林・中野恵子・高橋仁康・山崎篤・赤星光男
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      2020年農作業学会
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  • [Presentation] ドローン空撮画像によるサトウキビの生育診断2020

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      上地涼子・鹿内健志・官森林・深見公一郎
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      2020年農作業学会
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  • [Presentation] ドローン空撮画像によるサトウキビの生育診断2020

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      上地涼子・鹿内健志・官森林・深見公一郎
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      日本農作業学会2020年度春季大会
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  • [Presentation] ドローンリモートセンシングにおけるRTK- GNSS高精度測位とその活用2020

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      官森林・中野恵 子・趙元在・深見公一郎・ 大段秀記・高橋仁康
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      日本農作業学会2020年度春季大会
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  • [Presentation] 空中写真から作成したサトウキビ圃場の三次元モデルによる生育解析2019

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      上地 涼子・鹿内 健志・官 森林
    • Organizer
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      大段秀記・官森林・深見公一郎
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      九州雑草防除研究会第77回例会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] ドローンを用いた100haの高速リモートセンシング2019

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      官森林・大段秀記・深見公一郎・佐々木豊・中野恵子・高橋仁康
    • Organizer
      日本農作業学会2019(平成31)年度 春季大会
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  • [Patent(Industrial Property Rights)] 情報処理装置、情報処理方法、およびプログラム(作物の管理方法、管理時期の提示システム)2021

    • Inventor(s)
      官森林・深見公一郎・高橋仁康・松中仁
    • Industrial Property Rights Holder
      官森林・深見公一郎・高橋仁康・松中仁
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2021-039461
    • Filing Date
      2021
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 情報処理装置、情報処理方法、およびプログラム2021

    • Inventor(s)
      官森林・高橋仁康・深見公一郎・中野恵子・大段秀記
    • Industrial Property Rights Holder
      官森林・高橋仁康・深見公一郎・中野恵子・大段秀記
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2021-018888
    • Filing Date
      2021
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 対空標識、熱画像生成装置、熱画像生成方法、及びプログラム2021

    • Inventor(s)
      官森林・高橋仁康・本部朗利
    • Industrial Property Rights Holder
      官森林・高橋仁康・本部朗利
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2021-012401
    • Filing Date
      2021
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      2020 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 食害推定装置及び食害推定システム2021

    • Inventor(s)
      高橋仁康・官森林・深見公一郎
    • Industrial Property Rights Holder
      高橋仁康・官森林・深見公一郎
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2021-050211
    • Filing Date
      2021
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2022-01-27  

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