Synthetic Aperture Radar (SAR) at C-band is an ideal remote sensing system for crop monitoring owing to its short wavelength, which interacts with the upper parts of the crop canopy. This study evaluated the potential of dual polarimetric Sentinel-1 at C-band for monitoring rice phenology. Rice phenological variations occur in a short period. Hence, the short revisit time of Sentinel-1 SAR system can facilitate the tracking of short-term temporal morphological variations in rice crop growth. The sensitivity of SAR backscattering coefficients, backscattering ratio, and polarimetric decomposition parameters on rice phenological stages were investigated through a time-series analysis of 33 Sentinel-1 Single Look Complex images collected from 10th April to 25th October 2020 in Gimhae, South Korea. Based on the observed temporal variations in SAR parameters, we could identify and distinguish the phenological stages of the Gimhae rice growth cycle. The backscattering coefficient in VH polarisation and polarimetric decomposition parameters showed high sensitivity to rice growth. However, amongst SAR parameters estimated in this study, the VH backscattering coefficient realistically identifies all phenological stages, and its temporal variation patterns are preserved in both Sentinel-1A (S1A) and Sentinel-1B (S1B). Polarimetric decomposition parameters exhibited some offsets in successive acquisitions from S1A and S1B. Further studies with data collected from various incidence angles are crucial to determine the impact of different incidence angles on polarimetric decomposition parameters in rice paddy fields.
Automated greenhouse production system often require crop growth monitoring involving accurate quantification of plant physiological properties. Conventional methods are usually burdensome, inaccurate, and harmful to crops. A thermal image analysis system can accomplish rapid and accurate measurements of physiological-property changes of stressed crops. In this research a thermal imaging system was used to measure the leaf-temperature changes of several crops according to nutrient stresses. Thermal images were obtained from lettuce, cucumber, and pepper plants. Plants were placed in growth chamber to provide relatively constant growth environment. Results showed that there were significant differences in the temperature of stressed plants and non-stressed plants. In a case of the both N deficiency and excess, the leaf temperatures of cucumber were $2^{\circ}C$ lower than controlled temperature. The leaf temperature of cucumber was $2^{\circ}C$ lower than controlled temperature only when it was under N excess stress. For the potassium deficiency or excess stress, the leaf temperaures of cucumber and hot pepper were $2^{\circ}C$ lower than controls, respectively. The phosphorous deficiency stress dropped the leaf temperatures of cucumber and hot pepper $2^{\circ}C$ and $1.5^{\circ}C$ below than controls. However, the leaf temperature of lettuce did not change. It was possible to detect the changes in leaf temperature by infrared thermography when subjected to nutrition stress. Since the changes in leaf temperatures were different each other for plants and kinds of stresses, however, it is necessary to add a nutrient measurement system to a plant-growth monitoring system using thermography.
Momilactones A and B, the major phytotoxins and phytoalexins in rice plants, were quantified by a HPLC-APCI-MS-MS (APCI-MS-MS) system under multiple reaction monitoring conditions. Since MA and MB were found to be easily extracted with water, these phytotoxic compounds may affect germination and growth of other plant species when the rice straws were left in the fields.
Purpose: Yield monitoring systems are an essential component of precision agriculture. They indicate the spatial variability of crop yield in fields, and have become an important factor in modern harvesters. The objective of this paper was to review research trends related to yield monitoring sensors for grain crops. Methods: The literature was reviewed for research on the major sensing components of grain yield monitoring systems. These major components included grain flow sensors, moisture content sensors, and cutting width sensors. Sensors were classified by sensing principle and type, and their performance was also reviewed. Results: The main targeted harvesting grain crops were rice, wheat, corn, barley, and grain sorghum. Grain flow sensors were classified into mass flow and volume flow methods. Mass flow sensors were mounted primarily at the clean grain elevator head or under the grain tank, and volume flow sensors were mounted at the head or in the middle of the elevator. Mass flow methods used weighing, force impact, and radiometric approaches, some of which resulted in measurement error levels lower than 5% ($R^2=0.99$). Volume flow methods included paddle wheel type and optical type, and in the best cases produced error levels lower than 3%. Grain moisture content sensing was in many cases achieved using capacitive modules. In some cases, errors were lower than 1%. Cutting width was measured by ultrasonic distance sensors mounted at both sides of the header dividers, and the errors were in some cases lower than 5%. Conclusions: The design and fabrication of an integrated yield monitoring system for a target crop would be affected by the selection of a sensing approach, as well as the layout and mounting of the sensors. For accurate estimation of yield, signal processing and correction measures should be also implemented.
In this paper, we developed a system to monitor the storage capacity of suction-type device such as vacuum cleaner or crop harvesters. The monitoring system consists of load cells and a differential pressure sensor which simultaneously monitor the weight and volume of the stock. Since weighing objects stored in storage containers alone cannot fully monitor the level of filling, more accurate monitoring can be achieved by monitoring volume and fusion with weight information. The volume was monitored using a phenomenon in which the flow rate of the inhaled air varies depending on the volume of the object filled in the storage container. In this paper, we developed a system to monitor the storage in three stages: low, medium and high.
Ng, Chi Tim;Ko, Jonghan;Yeom, Jong-min;Jeong, Seungtaek;Jeong, Gwanyong;Choi, Myungin
Korean Journal of Remote Sensing
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v.35
no.1
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pp.57-81
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2019
Satellite images can be integrated into a crop model to strengthen the advantages of each technique for crop monitoring and to compensate for weaknesses of each other, which can be systematically applied for monitoring inaccessible croplands. The objective of this study was to outline the productivity of paddy rice based on simulation of the yield of all paddy fields in North Korea, using a grid crop model combined with optical satellite imagery. The grid GRAMI-rice model was used to simulate paddy rice yields for inaccessible North Korea based on the bidirectional reflectance distribution function-adjusted vegetation indices (VIs) and the solar insolation. VIs and solar insolation for the model simulation were obtained from the Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) and the Meteorological Imager (MI) sensors of the Communication Ocean and Meteorological Satellite (COMS). Reanalysis data of air temperature were achieved from the Korea Local Analysis and Prediction System (KLAPS). Study results showed that the yields of paddy rice were reproduced with a statistically significant range of accuracy. The regional characteristics of crops for all of the sites in North Korea were successfully defined into four clusters through a spatial analysis using the K-means clustering approach. The current study has demonstrated the potential effectiveness of characterization of crop productivity based on incorporation of a crop model with satellite images, which is a proven consistent technique for monitoring of crop productivity in inaccessible regions.
Lee, Young Seob;Lee, Sang Won;Kim, Yeon Bok;Kim, Ok Tae;Park, Kyeong Hun;Lee, Jae Won;Lee, Dae Young;Kim, Geum Soog;Kwon, Dong Yeul;Han, Sin Hee
Korean Journal of Medicinal Crop Science
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v.24
no.2
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pp.143-151
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2016
Background: The public has increasing concerns about herbal crops owing to insufficient information on biological hazards such as foodborne pathogens. Therefore, the objective of this study is the development of a herbal crop quality control system through monitoring with biological hazard analysis. Today, it is estimated that millions of people become ill every year from food contamination. The public demands agricultural products of stable and consistent quality. Governments have the responsibility of establishing the standards, legislation and enforcement programs necessary to control food quality and safety. However, research on the biosafety of herbal crop products is still insufficient. Therefore, the implementation of monitoring systems with high standards is critical for public safety. Methods and Results: In this study, we collected 52 samples of herbal crop products, and conducted both quantitative and qualitative biological hazard analysis. With biological hazard analysis, aerobic bacteria, Staphylococcus aureus, Salmonella spp., Escherichia coli, Coliforms, and Listeria spp. could be detected. Conclusions: Herbal crops were found to be contaminated with aerobic bacteria at $3.69{\pm}0.32log\;CFU/g$. Staphylococcus aureus, Salmonella spp., Escherichia coli, Coliforms, and Listeria spp. were not detected in any of the samples. This research suggests that continuous monitoring of biological hazards is required to improve the quality of herbal crops.
In a heated rolling process of a steel mill where steel plates are pressed to a sheet coil by spreading and expanding, an irregularly-shaped head portion as well as a tail portion of the sheet coil need to be cropped. Any crop which is not clearly cut and separated from the sheet coil may cause critical damages to the facilities of the following processes. As the cropping process is performed very fast, human eyes are not proper for continuous monitoring of the cropping process. To solve this problem, we have developed a machine-vision based crop-drop detection system. The system also measures lengths of major and minor axes for the crops and thereby determines the proper crop size to minimize steel sheet losses.
Youngjin Kim;Junyong So;Yeongjae On;Jaeyoon Lee;Jaeyoon Lee
Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering
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v.45
no.4
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pp.180-186
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2022
Agrophotovoltaic (APV) system is an integrated system producing crops as well as solar energy. Because crop production underneath Photovoltaic (PV) modules requires delicate management of crops, smart farming equipment such as real-time remote monitoring sensors (e.g., soil moisture sensors) and micro-climate monitoring sensors (e.g., thermometers and irradiance sensors) is installed in the APV system. This study aims at introducing a decision support system (DSS) for smart farming in an APV system. The proposed DSS is devised to provide a mobile application service, satellite image processing, real-time data monitoring, and performance estimation. Particularly, the real-time monitoring data is used as an input of the DSS system for performance estimation of an APV system in terms of production yields of crops and monetary benefit so that a data-driven function is implemented in the proposed system. The proposed DSS is validated with field data collected from an actual APV system at the Jeollanamdo Agricultural Research and Extension Services in South Korea. As a result, farmers and engineers enable to efficiently produce solar energy without causing harmful impact on regular crop production underneath PV modules. In addition, the proposed system will contribute to enhancement of the smart farming technology in the field of agriculture.
An irrigation monitoring system is an efficient approach to save water and to provide effective irrigation scheduling for rice cultivation in desert soils. This research aimed to design, fabricate, and evaluate the basic performance of an irrigation monitoring system based on information and communication technology (ICT) for rice cultivation under drip and micro-sprinkler irrigation in desert soils using a Raspberry Pi. A data acquisition system was installed and tested inside a rice cultivating net house at the United Arab Emirates University, Al-Foah, Al-Ain. The Raspberry Pi operating system was used to control the irrigation and to monitor the soil water content, ambient temperature, humidity, and light intensity inside the net house. Soil water content sensors were placed in the desert soil at depths of 10, 20, 30, 40, and 50 cm. A sensor-based automatic irrigation logic circuit was used to control the actuators and to manage the crop irrigation operations depending on the soil water content requirements. A developed webserver was used to store the sensor data and update the actuator status by communicating via the Pi-embedded Wi-Fi network. The maximum and minimum average soil water contents, ambient temperatures, humidity levels, and light intensity values were monitored as 33.91 ± 2 to 26.95 ± 1%, 45 ± 3 to 24 ± 3℃, 58 ± 2 to 50 ± 4%, and 7160-90 lx, respectively, during the experimental period. The ICT-based monitoring system ensured precise irrigation scheduling and better performance to provide an adequate water supply and information about the ambient environment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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