有線ドローンの風圧を利用した施設栽培環境下における作物の群落内計測手法の開発

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K05864
• Research Institution: National Agriculture and Food Research Organization
• Principal Investigator: 深津 時広 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農業機械研究部門, グループ長 (40355483)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 坪田 将吾 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農業機械研究部門, 主任研究員 (90643388)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 有線ドローン / 群落内計測 / 風圧モニタリング / 施設栽培

Outline of Annual Research Achievements

ドローンは広域を効率的かつ詳細に計測できるため、作物群落を把握するのに有効であるが、ワイヤなど障害物が多くGNSSの受信が不安定な施設内で安全に飛行させることは難しい。一方で、ドローンが飛行するさいに発生する風圧を利用することで、詳細な作物計測や受粉などの栽培管理支援が期待される。特にイチゴ栽培における群落内には、作物の生長状態を把握するのに重要な新葉が隠れているため、ドローンの風圧を利用してこれを計測できれば収量予測や生育診断を高精度に行うことができる。そこで本研究では、施設内を安全に飛行できる有線ドローンの実現可能性や、ドローンの風圧を利用して群落内の新葉などを計測できるか検討した。

有線ドローンについては、施設内上部にガイドとなるワイヤ等を敷設し、ドローンをワイヤに拘束しながら移動計測させることで、施設内を安全に飛行できるか実現可能性を検討した。有線ドローンは、従来のドローンと離発着・飛行時の制御手法が大きく異なることから、専用の制御アルゴリズムを開発した。また施設内のワイヤ敷設方法やドローンのワイヤ保持機構についても検討・評価を行った。また有線・無線を切り替える制御手法や、非GNSS環境下で飛行可能なドローン手法についての検討・調査を行い、それぞれの実現可能性・特徴・課題などを明らかにした。

群落内部のモニタリング手法については、有線ドローンの風圧を積極的に利用し、対象作物に適切な風圧をかけることで作物の葉の裏や群落内部を露出させ、目的となる対象を明瞭に観測する計測手法の実現可能性を検討した。実験により、作物を傷つけずに群落内を観測するのに適した風圧条件を求め、イチゴ群落内の新葉が観測できることを確認した。また、有線ドローンで定期的に移動観測した場合に必要となる、各作物個体の識別を自動で行えるアルゴリズムも開発した。