【農業×IoT】新プロジェクト立ち上げを目指して(プロジェクトレポートVol.1)

弊社にて活動を開始した『農業 × IoT』新プロジェクト。
まだまだ案件立ち上げにも満たない状況であり、この先どうなるかも分かりません。

しかし、いざ実現性・実効性が見えてきた時に、多くの方のご協力が必要になることは間違いありません。
また、活動していく中で、様々な(技術的な要素を含む)知見が蓄積されることでしょう。

そこで「プロジェクトレポート」として、定期的に情報発信することに決めました。

当内容が、何かのお役に立ちますと幸いです。
また、少しでもご興味がございましたら、お声がけいただけますととても嬉しいです。
Zoom等も可能です!
(本件に関するご質問・ご相談なども可能です)

おことわり

当記事は、現時点で公開できる情報のみの掲載となります。

機密情報等もございますので、行間がなくてやや「?」かもしれませんが、その点はご了承ください。

また、当記事のご利用によって不都合・不具合などが発生した場合においても、弊社においては何の責も負いません。

登場人物

農家さん

本件の課題発生元であり、学生時代からの親友。

元システムエンジニア。
Java等のプログラミングに始まり、システムプロジェクトマネジメント、システム(サービス)企画など経験。

数年前に、農家になることを目的に地方に移住。その後、農家に転身。

農業 × ITを駆使した、まさに現場で生きている人間。

(弊社)グロリア 石黒

当サイトのオーナーであり、株式会社グロリア 代表取締役。

※弊社、ならびに石黒については以下もご参照ください。

企業理念

この理念の元あなたに寄り添いあなた以上に未来を見据えその未来に向けてトータルでサポートいたします あなたの頭脳になりたい全ては、明るい未来のために […]

企画、アーキテクチャ設計、プログラミング、マネジメントなど、全てをフットワーク軽く活動できるのがウリ。

本件のような「企画」×「課題化」×「システム実装」×「マネジメント」が必要となる活動においては、無双っぷりを発揮する。

全体概況

現在『準備#1』(2022.05)

解決したい課題

農業は自然との戦いです。
様々な事象により、農作物被害が発生します。

もちろん様々な対策は行っていくわけですが、

  • そもそも対策が難しい
  • 費用対効果が合わず、効果的な対策が打てない
  • 導入や運用が難しくて(コスト面以外の理由でも)導入できない

などにより、現実的に手が打てないケースが多く存在します。
※日本中で同じ悩みを抱えているような問題もあります

そんな自然による農作物被害の1つのケースに対して、

  • 現実的に導入できる対策を作り、被害を防ぎたい

ということが大きな目標です。

検討メンバーがそもそもシステムエンジニアでしたので、
もちろんシステム(IoT)などを主眼においた対策を検討していきます。


まず検討している対策として、「周囲の状況を取得する」必要があります。

例えば「カメラで監視する」というのも1つの入口ですね。

※具体的な内容についてはまだ述べられませんので、ご容赦ください。

準備#1

対策の構想はありつつも、実現性が不明で、検証するためのデータも(ほぼ)ない、というのが実状。

まずは「現地(農地)において、実際にどのような情報(主に画像)が取得できるのか」という点を確認する必要があります。

ということで、まずは現地での情報収集を行うことに。

「準備#1」として、現地での情報収集の機材等を準備します。

(準備#1の)目的

現地での情報収集(おもに写真)のための機材等を準備します。

できる範囲で準備するしかありませんが、主な要件を下記と定めました。

  • 連続で写真が撮れること
  • (+α)動体検知した上で写真が撮れること
  • 様々な(レンズの)画角で撮影が試せること
  • 少なくとも15時間は連続稼働できること(1日1回、機材入替は可能)
  • 防水、防塵であること
  • 検証用機材は安価であること
  • 代替機がすぐに準備できること
  • (今回は)通信できる環境ではないため、通信に頼らないこと
  • (+α)画像識別をエッジ側で行い、その識別力の実験ができること

構築物1:Androidスマホで連続撮影(アプリ構築)

そのまま使えるアプリがあるかな?と思いきや、意外とズバリなものが見つかりませんでした。
近しいアプリもあれど、不安定だったり、保存の仕方などに難があったりと・・・
※見つからなかっただけかもしれませんが・・・

今後を考えると、スマホは防水・防塵、通信機能付き、様々な処理が実装可能、と、有力なガジェットでもあります。

ということで、テスト用のAndroidアプリを構築しちゃいました。

超どシンプルです。
「指定した間隔で、写真を撮り続けるのみ」のアプリです。

オートフォーカスは効きますので、周りの状況が変われば自動でフォーカスを合わせてくれます。
給電は必要となりますが、24時間連続稼働できることは確認しています。

Androidが提供している「Camera2 API」を使って構築するか、、、でも、実装するのは結構面倒そうだな、、、と思っていたのですが、
その「Camera2 API」をラッピングしたような「CameraX」というライブラリがGoogleから提供されていました。

さらに、そのチュートリアルが秀逸。
※ここまで簡単に再現できるチュートリアルは珍しいです

https://developer.android.com/codelabs/camerax-getting-started

こちらのチュートリアルに沿ってカメラアプリを構築。

そこからUIや写真保存ロジックを作り込みました。
コルーチン(非同期処理)なども使いつつ、シンプルではありますが、ストレスのない操作ができるように心がけました。

構築物2:Android スマホ内で画像識別(アプリ構築)

最終的には、TensorFlow等で機械学習をさせ、モデルを作る必要があるかもしれません。
そうした学習済みモデルをエッジ(スマホ)側(TensorFlow Lite)で稼働させることができますが、このご時世、それよりももう一段楽に画像識別ができないか?と思いますよね。

そうです、あります。
これまたGoogleが提供している「MLKit」を活用します。

「MLKit」は、簡単に画像識別ができるエンジンで、Googleが提供している学習済みモデルをエッジに保存、エッジのみで画像識別させることができます。
(Google Cloud側で処理させることも可能、ただし従量課金です。)

Google for Developers

Use on-device machine learning in your apps to easily solve …

「MLKit」自体は「バーコードの読み取り」など色々な部品がありますが、今回目を付けたのは「Image Labeling」です。

対象となるイメージ映像(写真等)に、何が映っているのかをラベリングしてくれます。

現時点、下記の446種類のラベリングが可能なようです。

先ほどの「CameraX」アプリを土台に、MLKitを組み込んで構築。
カメラ画像(ストリーミング)の情報を使い、画像識別できるようにしました。

上記の画像だと「Mobile phone 0.6435943」といった1行が、識別した結果情報です。
※なお、上記のショット時点の内容を識別した情報ではなく、その手前に映していた時に識別した情報です

「0.6435943」というのは、「64%の精度でスマホかな」といった意味合いになります。

1枚のイメージに対して複数のオブジェクトを識別することもあります。(まあ、当たり前ではありますが)

そして、識別した名称(Mobile phone等)をファイル名に付与し、写真として端末に保存できるように実装しました。

こうすることで、
稼働させておくだけで画像識別をし続ける
-> 識別したデータを写真として端末に保存
-> 後で見た時に(写真ファイル名から)何と識別したか分かる

と、放置プレイ可能な形に仕立てました。

構築物3:ラズパイで連続撮影

IoTと言えば、ラズパイでしょうか。(?)

安価ですし、カメラも使えますし、Linuxベースですので使えるフリーソフトが多いです。
カメラ以外の様々なセンサーが導入できる点も魅力です。
WiFiやBluetoothも備わってますし。

レンズの画角が色々ある点も、今回の検証に向いています。

ただし、防水・防塵対策必要。
壊れてもよい前提で、3Dプリンターでケースを作っちゃうか、、、と考えています。

で、ラズパイを使ったことがある人からすると、連続撮影させること自体は簡単です。

極論、カメラ撮影のコマンドをシェル等でループさせるだけですね。。
Androidアプリに比べると、ソフト的には速攻作れますので、取り急ぎ作りました。

ただし、昨今の半導体不足で、ラズパイ本体が手に入りにくいという状況です・・・

ラズパイ自体はいくつか手元にあるので、そちらを活用する予定です。

構築物4:ラズパイで動体検知

お試しするレベルのものを構築するのであれば、実はかなり簡単です。

「motion」というフリーのソフトがあり、インストールして設定するだけでいわゆる「監視カメラ」が作れます。

動体検知を行い、検知した時に写真として残しておく、といったことが簡単にできます。

ネット上に色々と情報もありますので、ご参考ください。(例)

親子ボードゲームで楽しく学ぶ。

前回から間があいてしまいましたが、今回はRaspberry Piを使って動体検知で動画を記録する監視カメラを作ります。 …

まだまだ・・・

実際に現地に設置するには、物理的にどう固定するか、バッテリーをどうするか、などの検討も必要です。
日々の運用を楽にするような工夫も必要になってきます。

準備することはまだまだありますが、とは言え、一番コアとなる部分はある程度クリアできたかなと考えています。

なお、現地設置は6月下旬をターゲットとしています。

購入物

せっかくなので、利用機材を少々ご紹介。

防水・防塵スマホ

防水・防塵、大容量バッテリー、安価、SDカード装着可能、という目線で探してみました。

そこで目についたのが「OUKITEL WP5 Pro」というスマホです。

上記要件を全て満たし、8000mAhという大容量バッテリー。
2021年発売のモデルにも関わらず、2万円未満という価格帯。

Androidアプリの開発機も兼ねて、購入しました。

ラズパイ カメラレンズ

とりあえず広角レンズが欲しかったので、160度を選択。

2000円ちょっとですが、本体であるラズパイZero WHとほぼ同価格帯という、微妙な感じも・・・笑

同志募集中^^

まだまだ企画立ち上げの段階ではありますが、この先、多くの方のご協力が必要になることは間違いありません。
少しでもご興味があります方は、ぜひ、お声がけいただけますと嬉しいです!

雑談、情報交換会、入れ知恵(笑)など、楽しくコミュニケーションできますと嬉しいです。
(Zoom等も可能です)

また、上述でご紹介したアプリ等に関するご質問・ご相談も可能です。
(カスタマイズ等も含めて)ご提供することも可能です。

まだまだ出だしでしかありませんが、日本の農業の課題を解決すべく、弊社の力も注いでいきたいと思います!

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最後までお読みいただき、ありがとうございました。
以下も、ぜひご活用ください^^
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