地上レーザスキャナを用いた水稲生育計測における観測角の影響の検討	 環境リモートセンシング研究室	 小山祐介	 

1．背景	 

向への階層区分は図6に示す通り圃場内最低地盤高を作物の生産においてより高品質の作物を栽培するに基準としたものと，それぞれの水稲の地盤を基準としは，短い間隔での生育診断による生産管理や収量の予たものの2通りによって行った． さらに，それらをY方測が重要な項目である．水稲の場合，田植えから出穂向の距離1m間隔でそれぞれ集計することで， 距離に対までの期間の生育管理が重要となる．現在では，そのする点群の分布を算出し，同一計測距離における観測判断材料として稲株の草丈，茎数，葉色を直接計測す角が取得点群に及ぼす影響を検討した．加えて， 距離る慣行計測が広く用いられている．しかし，慣行計測に対する層ごとの点群取得傾向を把握するため，層ごは特定の水稲を計測するため，点的な情報しか得ることの点群が各領域において占める割合を算出し， 点群とができなく，圃場全体の水稲の生育状態を把握する分布率を求めた．さらに， 移植日からの経過日数と計ことは難しい．

測可能最長距離の関係を求め，器械高の変化が解析結

そこで面情報と点情報の両方を得ることができる地果に及ぼす影響を検討した．

上レーザスキャナ計測により，圃場全体を 3 次元で捉え，慣行計測では得られない水稲の生育判断手法の開発を目指す．
2．目的	  地上レーザスキャナを用いた圃場観測では，レーザスキャナの設置高さによって，取得情報が異なる 1)．
これは，地上レーザスキャナにより斜めから圃場を面的にとらえた場合，距離によって鉛直方向の観測角が変化するためである．	 

そこで本研究では，同一地点を二重の観測角で計測

図 1	  計測圃場位置	 することにより，観測角による計測内容への影響を検討した．

表 1．計測日及び草冠高さ測定結果
7/10

8/3

8/8

8/23

VZ-400○	 	  	 

○	 	  	 GLS-1500○	 ○	 	  	 

○	 

60.0

86.3

90.885.5

計測日	 
3． 使用データと解析方法
計測は，新潟県長岡市越路地区の 2 箇所の圃場にて行った．図 1 に航空写真による計測圃場位置を示す．
なお，本稿では圃場 B のみ記載するものとする．

計測機器	 

草冠高さ[cm]

本研究では地上レーザスキャナ計測と同時に草冠高	  	 さの計測を行った．表 1 にレーザスキャナ計測日及び	 草冠高さの計測結果を示す．また，図 2 に各計測日ご	 との水稲の写真を示す．計測器械は，図 3 に示す	 

VZ-400(RIEGL 社) 及び GLS-1500 (TOPCON 社)の 2 種	 類を使用したが，本稿では，その内 GLS-1500 の解析データのみを記載する． また，観測角による影響を検討するため，図 4 に示す通り，水田面からレーザスキ	 (a)7 月 10 日	 	 ャナまでの高さ(器械高)に約 1m の差を設けた 2 通りの	 条件で計測を行った．	 

水稲の解析を行う際には，RGBの値を用いて緑を強調し，閾値をもうけて圃場内の地面を除外したデータを使用した．	  図5のレーザスキャナデータ上での圃場画像に示す
通り，解析は5×100mの範囲にて行った．また，高さ方(b)8 月 3 日	 	 	 (c)8 月 23	  日	 図 2	  計測日ごとの水稲写真	 VZ-­‐400GLS-­‐1500

4．結果と考察	 4-1.1．基準地盤からの階層区分での距離に対する点群の分布 	 
図 7 に距離に対する点群分布を示す．異なる器械高間で取得点群数に変化が起こるのは，7 月 10 日と 8 月
測定距離精度
レーザ波長
ビーム広がり角角度ステップ幅
鉛直
水平
測定範囲
鉛直
水平

反射強度90% 330m
反射強度18%	   150m
4mm
1535nm0.8mrad

3 日で Y 方向の距離約 30m までであり，8 月 23 日で約0.03 °0.03 °

0.057 °
0.057 °

このことから，水稲が成長するに従って，レーザ観測

100°（+60°/ -­‐40°）360°

75° （+35°/ -­‐35°）360°

反射強度90%反射強度20%5mm
1550nm0.3mrad600m
280m

Y 方向の距離約 18m までであった．またその時の異なる器械高間での観測角の差は 1.5°及び 2.1°であった．
角の変化が点群分布に与える影響は，小さくなるものと考えられる．

図 3	  レーザスキャナ諸元	 

10000010000[点 1000
群数個 100]

1010102030405060
Y方向の距離[m]708090100708090100(a)7 月 10 日
図 4	  レーザスキャナと圃場の位置関係	 

10000010000[点 1000
群数個 100]

100m

1010102030405060
Y方向の距離[m](b)8 月 3 日
1000005m
図 5	  圃場解析範囲10000

点 1000
群数個 10060-80cm[]

40-60cm

1020-40cm
0-20cm

1基準地盤0102030(a)	 水稲点群の基準地盤からの階層区分	 

405060Y方向の距離[m]70809010090100(c)8 月 23 日
2540-60cm

器械高3.7m° 50-20cm]

0-20cm20-40cm

器械高2.7m[20-40cm

観 20測15角
θ 1040-60cm

0

基準地盤

0102030405060
Y方向の距離[m]7080(b)	 水稲点群の水稲高さによる階層区分	 
図 6	  水稲点群の階層区分	 

図 7．基準地盤からの階層区分での	 	 距離に対する点群分布

4-1.2．水稲高さによる階層区分での距離に対する4-2．距離に対する点群分布率	 

点群分布4-2.1．基準地盤からの階層区分での距離に対する

図 8 に距離に対する点群分布を示す．器械高を変化

点群分布率	 

させたところ取得点群数は，7 月 10 日では Y 方向の距

図 10 に距離に対する点群分布率を示す．異なる器械離 20m 以下において下層部で，また，中層部では全体高間で取得点群数に変化が起こるのは，7 月 10 日では的な増加がみられたが，8 月 3 日では，距離 20m 以下ほぼ全域であり，8 月 3 日で Y 方向の距離約 20m までにおいて下層部の取得点群数が増加するに留まり，8であり，8 月 23 日で約 Y 方向の距離約 15m までであ

月 23 日では，距離 10m 以下においてわずかに増加しった．またその時の異なる器械高間での観測角の差はたのみであった．このことから，水稲が成長するに従2.0°及び 2.3°であった．このことから，水稲が成長って，レーザ観測角の変化が点群分布に与える影響は，するに従って，レーザ観測角の変化が点群分布に与え小さくなるものと考えられる．

る影響は，小さくなるものと考えられる．

10000010000[

点 1000
群数個 100]

1010102030405060Y方向の距離[m]708090100a)7 月 10 日
100000(a)7 月 10 日
100%

10000

90%80%

点 1000群
数個 100

[70%
点 60%
群
分 50%
布 40%率30%]1020%

10102030405060
Y方向の距離[m]

7080

90

10010%0%(b)8 月 3 日

05101520100000

253035404550

35404550

Y方向の距離[m](b)8 月 3 日

10000

100%
90%

点 1000群
数個 10080%

[70%
点 60%
群
分 50%
布 40%
率30%]

1010102030

405060Y方向の距離[m]

7080

90

10020%
10%0%(c)8 月 23 日

051015202530

Y方向の距離[m]25
観 20測15角
θ 10(c)8 月 23 日

器械高2.7m
器械高3.7m

[]

° 525
観 20測
角 15θ 10° 50器械高2.7m
器械高3.7m[0102030405060
Y方向の距離[m]708090100]

0051015202530
Y方向の距離[m]354045

図 8．水稲高さによる階層区分での	 

図 9．基準地盤からの階層区分での	 距離に対する点群分布	 	 	 	 	 	 距離に対する点群分布率変化504-2.2．水稲高さによる階層区分での距離に対する点群分布率	 

4-3．移植日からの経過日数と計測可能最長距離の関係	 

図 9 に距離に対する点群分布率を示す．器械高を

図 11 に移植日からの経過日数と計測可能最長距離

2.7m と 3.7m の解析結果を比較すると， 7 月 10 日におの関係を示す．40-60cm 層において，器械高 2.7m ではいては，最下層以外のすべての層で約 20％程度の点群

草冠高さの変化に対する計測可能最長距離の変化は約分布率の差がみられたが，8 月 3 日では約 10％程度，820m と小さいが，器械高 3.7m では約 50m となってお

月 23 日ではほぼ 5％未満と，その差は縮小していった．

り，草冠高さの変化に対する計測可能最長距離の変化

このことから，水稲が成長していくに従って，レーザが大きくなっていることが分かる．これは，近距離の観測角の変化が点群分布率に与える影響は，小さくな低層では，観測角の影響をより大きく受けるためであるものと考えられる．

る．このことから，器械高を上昇させることで，移植日からの経過日数と計測可能最長距離に，より強い相100%関を与えることが可能であると言える．

90%

80%
70%
点 60%
群 50%分
布 40%
30%

20%
10%
0%
051015202530Y方向の距離[m]35404550(a)器械高 2.7m(a)7 月 10 日
100%90%80%70%

点 60%
群 50%
分
布 40%
30%20%10%(b)器械高 3.7m

0%051015202530
Y方向の距離[m]35404550(b)8 月 3 日

図 11．移植日からの経過日数と計測可能最長距離の関係

100%
90%
80%

5．まとめ	 70%	  地上レーザスキャナによる圃場観測において，器械

点 60%
群 50%
分
布 40%
30%

高を 2.7m から 3.7m へ変化させたとき、距離ごとの点群数分布において点群取得傾向に差が無くなるのは，

20%

7 月 10 日と 8 月 3 日で観測角差 1.5°以上であり，8 月

10%23 日で 2.1°以上となった．また，距離ごとの点群分0%05101520253035404550

Y方向の距離[m]布率においては，7 月 10 日で全域，8 月 3 日で 2.0°8
月 23 日で 2.3°となった．

(c)8 月 23 日	  また，移植日からの経過日数と計測可能最長距離では，

25
観 20測
角 15
θ 10° 5040-60cm 層において，器械高 2.7m では草冠高さの変化

器械高2.7mに対する計測可能最長距離の変化は約 20m と小さいが，器械高3.7m[

器械高 3.7m では約 50m となっており，器械高を上昇]させることで，移植日からの経過日数と計測可能最長
051015202530
Y方向の距離[m]3540

図 10．水稲高さによる階層区分での	 距離に対する点群分布率変化

4550

距離に，より強い相関を与えることが可能であると言える．
参考文献
1) 板垣宏和：地上レーザスキャナ斜め計測による水稲の生育状態把握手法の検討，第 29 回 土木学会関東支部新潟会研究調査発表会論集， pp282‐283，201