Deep learningとドローンを用いた空間的圃場診断技術の開発
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20K15631
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 41040:Agricultural environmental engineering and agricultural information engineering-related
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| Research Institution | National Agriculture and Food Research Organization |
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Principal Investigator |
森下 瑞貴 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農業環境研究部門, 研究員 (90845637)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000)
Fiscal Year 2021: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
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| Keywords | 土壌診断 / UAV / 機械学習 / 地理情報システム / リモートセンシング / 深層学習 |
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| Outline of Research at the Start |
圃場内の土壌特性および肥沃度は、土地履歴に応じて空間的に不均質である。そのため、生産現場では土壌特性の空間分布を的確にとらえ、圃場管理に反映させることが必要となる。しかしながら、土壌診断に要する労力および金銭的コストは大きく、面的な土壌特性の把握は農業従事者の負担となる。そのため、農業現場では土壌特性の空間分布を的確かつ低コストで捉えるための技術が求められている。そこで本課題では、深層学習アルゴリズムを主としたAI（人工知能）技術を活用し、UAV（ドローン）画像から土壌特性を予測可能にすることにより、低コストで圃場診断情報を空間的に捕捉できる技術の開発を試みる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
地力ムラに応じた的確な施肥管理・圃場管理のため、ドローンを活用した面的な圃場診断技術が注目されている。また、ドローン空撮により得られる高解像度画像は、人工知能（AI）を駆動するためのビッグデータとしての活用も期待されている。一方で、ドローンとAI技術を用いた圃場診断技術における課題は、作物の生育程度や土壌肥沃度に関するグラウンドトゥルース（地上で取得できる実測値）の点数が不足することである。一般に、AIを構築するために必要な学習データの数は数千～数万点が理想的であるが、これに匹敵するグラウンドトゥルースデータを通常の調査で取得することは、実地調査や試料分析にかかる労力を考えると現実的ではない。そこで本研究では、①土壌分析データの拡張によるビッグデータの構築、②携行型の電磁誘導探査装置による圃場内数千点における土壌情報の取得、の2つのアプローチからデータ不足を解消し、ドローンとAI技術を効果的に活用した空間的な土壌特性の診断技術の開発を試みた。
上記①に関する成果として、地上で取得した土壌診断値が一定範囲内（数ｍ程度）で均質とする仮定に基づいたグラウンドトゥルースデータの拡張法を考案し、技術論文として発表した。上記②については、電磁誘導探査装置により3haの圃場から収集した１万点以上のセンシングデータを用いて学習器を作成したが、深層学習アルゴリズムよりもツリーベースの機械学習アルゴリズムによる学習の方が予測性能の高いモデルが得られた。これらの結果を踏まえ、本課題ではビッグデータを構築するだけでなく、最小限の地上調査で効果的な土壌の面的評価を可能にする技術の必要性にも着目し、事前のドローン空撮に基づく土壌診断地点の選定手法を開発した。
以上の成果は、第41回日本土壌肥料学会奨励賞をはじめ、受賞３件、研究論文２報、特許出願１件などのの成果につながった。
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Report
(4 results)
Research Products
(11 results)
