CN111836537B - 感测系统、感测方法、以及非暂时性计算机可读介质 - Google Patents

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Abstract

本发明的感测系统(1)包括：振动装置(10)，安装在农作物(100)的茎(102)上，用于对农作物(100)施加振动；至少一个传感器(20)，安装在农作物(100)的茎(102)上，用于感测由从振动装置(10)施加到农作物(100)的振动而产生的农作物(100)的振动，并发送与农作物(100)的振动相关的振动信息；以及运算装置(30)，在根据从至少一个传感器(20)接收到的振动信息获得的频谱中，将多个极大值中的一个极大值确定为农作物(100)的振动的共振频率，进而，基于所确定的共振频率，判断农作物(100)的果实(101)的生长程度。

Description

感测系统、感测方法、以及非暂时性计算机可读介质
技术领域
本发明一般涉及用于感测农作物的果实的生长程度的感测系统、感测方法、以及非暂时性计算机可读介质，更具体地，涉及用于对农作物施加振动，并且，在根据关于由该振动产生的农作物的振动的振动信息获得的频谱中，将多个极大值中的一个极大值确定为农作物的振动的共振频率，进而，基于所确定的共振频率来感测农作物的果实的生长程度的感测系统、感测方法、以及非暂时性计算机可读介质。
背景技术
近年来，由于国际自由贸易政策的推进所引起的农业的国际竞争的激化、农作物的价格低迷、生产材料价格的上升等原因，对农业的效率化和高附加价值化的需求不断增长。为了实现农业的效率化和高附加价值化，非常重要的是，农业从事者准确地预测可以在哪个时期、以何种程度对农作物进行收获和发货的时间表。
这种时间表在农业从事者制定定事业计划时是必不可少的信息，并且，当该信息的精度低时，只能制定模棱两可的事业计划。作为农业从事者的苦恼中特别大的苦恼之一是，由于只能制定这种模棱两可的事业计划，因而即使向银行等金融机构申请事业资金的融资，也很难通过金融机构的融资审查，从而事实上不可能从银行等的金融机构获得资金的融资。这种状况阻碍了农业从事者意欲进行大规模投资并期望实现农业的效率化和高附加价值化。对于这种农业从事者的融资需求，在日本，日本农业合作协会(JA)进行着应对，然而除了日本农业合作协会之外，还存在想要从更多的金融机构获得融资的农业从事者的需求。由于这种原因，存在的非常大的需求是，想要准确地感测农作物的生长程度，并且，获得关于农作物的收获和发货的精度高的时间表，以便制定准确的事业计划。
此外，近年来，已广泛实践的是，农业从事者与超市、蔬菜水果商店等的零售店、餐馆、小酒馆等餐饮店直接签订合同，直接销售农作物。通过这样的在农业从事者与零售店、餐饮店之间直接签订合同，与经由日本农业合作协会等的中介机构向零售店、餐饮店销售农作物的情况相比较，可以为用户保证农作物的安心性和味道，因而可以以较高的价格销售农作物。然而，目前，如上所述，不能准确地预测可以在哪个时期、以何种程度对农作物进行收获和发货的时间表，因而在农业从事者与零售店、餐饮店直接签订合同时，截至交货期要交付的农作物的数量申报得少的情况很多。这是为了防止由于天候不佳等原因而在可交付的农作物的数量达不到签订合同的数量的情况下成为违反合同的情况。然而，像这样在将农作物的数量较少地申报的情况下，在较多地收获了农作物的情况下，会发生超过签订合同的数量的部分的农作物成为废弃品的问题。为了避免这种问题，存在的非常大的需求是，想要准确地感测农作物的生长程度，并且，获得关于农作物的收获和发货的精度高的时间表。
另外，在中国和美国，已广泛实践的是，农业从事者不通过农业协会或零售店而与最终消费者的用户直接签订合同，将高附加价值的农作物销售给用户。这是基于在中国想要确认食品安全性的切实需求的销售方式，而在美国是基于针对面向富裕层的高附加价值的农作物(例如，有机蔬菜)的需求的销售方式。在将农作物直接销售给这样的用户时，存在的需求是，通过互联网等向用户实时提供与农作物的生长程度相关的信息，从而提高用户的满意度。通过提高用户的满意度，可以以更高的价格销售农作物。同样由于这种原因，存在的非常大的需求是，想要准确地感测农作物的生长程度。
此外，通常，在通过农业协会等的中介机构向零售店销售番茄、茄子等的果菜类或草莓等的果实类蔬菜的情况下，从收获果实到作为最终消费者的用户购入的时间比较长。因此，农业从事者在农作物的果实熟透之前的状态(例如，如果是番茄，则果实是青色的状态)下进行收获并发货，以使农作物摆放在零售店时农作物的果实看上去最美味(例如，如果是番茄，则果实变得最红)。另一方面，如上所述，在直接向用户销售农作物的情况下，从收获农作物到到达作为最终消费者的用户的时间短，因而可以确保用于使农作物成熟的时间长。在这种情况下，重要的是掌握哪种果实已熟透、哪种果实何时熟透的信息。为了掌握这种信息，存在的非常大的需求是，准确地感测农作物的生长程度。
作为与农作物相关联的感测系统，例如，已知有专利文献1公开的用于感测农作物的生长环境(塑料大棚内的温度、湿度等)的系统。然而，这种感测系统用于感测和控制农作物的生长环境，而并非用于感测农作物的生长程度，并不符合上述的非常大的需求。
关于番茄、茄子等的果菜类或草莓等的果实类蔬菜，为了定量地判断农作物的果实的生长程度，通常考虑用手拿农作物的果实并测量农作物的果实的重量(质量)。然而，在测量农作物的果实的重量时，需要使秤等的测量器与农作物的果实接触，这有可能损伤农作物的果实。此外，农作物的果实重量的测量容易受到风、雨对果实的吹打等干扰的影响，并且，不能准确地判断农作物的果实的生长程度的情况很多。此外，由于这种作业是由农业从事者逐一通过手动作业进行，因而给农业从事者带来很大的负担。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-136041号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明是鉴于上述以往的问题而做出的，其目的在于提供一种能够对农作物施加振动，并且，在根据关于由该振动产生的农作物的振动的振动信息获得的频谱中，将多个极大值中的一个极大值确定为农作物的振动的共振频率，进而，基于所确定的共振频率来感测农作物的果实的生长程度的感测系统、感测方法、以及非暂时性计算机可读介质。
用于解决问题的手段
这种目的通过以下的(1)至(9)的本发明来实现。
(1)一种感测系统，用于感测农作物的果实的生长程度，其特征在于，包括：
至少一个振动装置，安装在所述农作物的茎上，用于对所述农作物施加振动；
至少一个传感器，安装在所述农作物的所述茎上，用于感测由从所述振动装置施加到所述农作物的所述振动而产生的所述农作物的振动，并发送与所述农作物的所述振动相关的振动信息；以及
运算装置，在根据从所述至少一个传感器接收到的所述振动信息获得的频谱中，将多个极大值中的一个极大值确定为所述农作物的所述振动的共振频率，进而，基于所确定的所述共振频率判断所述农作物的所述果实的所述生长程度。
(2)根据上述(1)所述的感测系统，其中，与所述农作物的所述果实的生长相关的所述判断包括关于所述农作物的所述果实的收获时期的判断。
(3)根据上述(1)或(2)所述的感测系统，其中，所述运算装置在所确定的所述共振频率成为预定阈值以下的情况下，判断为所述农作物的所述果实已生长到应收获的尺寸。
(4)根据上述(1)至(3)中任一项所述的感测系统，其中，所述感测系统使用所述振动装置、所述传感器、以及所述运算装置，以预定的周期确定所述农作物的所述振动的所述共振频率，
所述运算装置将根据在前次测量中获得的所述振动信息所确定的所述农作物的所述振动的所述共振频率与根据在本次测量中获得的所述振动信息所确定的所述农作物的所述振动的所述共振频率进行比较，在所述农作物的所述振动的所述共振频率没有以预定值以上向低频率侧偏移的情况下，判断为所述农作物的所述果实的生长发生了问题。
(5)根据上述(1)至(4)中任一项所述的感测系统，其中，所述运算装置将与所述农作物的所述果实的生长相关的所述判断发送到用户装置。
(6)根据上述(1)至(5)中任一项所述的感测系统，其中，所述农作物的所述果实在位于所述农作物的所述茎的安装有所述至少一个传感器的部位和安装有所述至少一个振动装置的部位之间的部位处结实。
(7)根据上述(1)至(6)中任一项所述的感测系统，其中，所述农作物是通过引导方式栽培的果菜类或果实类蔬菜。
(8)一种感测方法，其由包括具备处理器的运算装置的感测系统执行，以感测农作物的果实的生长程度，所述感测方法的特征在于，包括：
感测步骤，使用所述处理器，将驱动信号发送到安装在所述农作物的茎上的至少一个振动装置和至少一个传感器，驱动所述至少一个振动装置，对所述农作物施加振动，并且，驱动所述至少一个传感器，以感测由从所述至少一个振动装置施加到所述农作物的振动而产生的所述农作物的振动；
接收步骤，使用所述处理器，从所述至少一个传感器接收与所述农作物的所述振动相关的振动信息；
确定步骤，使用所述处理器，在根据从所述至少一个传感器接收到的所述振动信息获得的频谱中，将多个极大值中的一个极大值确定为所述农作物的所述振动的共振频率；以及
判断步骤，使用所述处理器，基于所确定的所述共振频率，判断所述农作物的所述果实的所述生长程度。
(9)一种非暂时性计算机可读介质，其保存有由具备处理器的运算装置执行的计算机可读指令，以感测农作物的果实的生长程度，其特征在于，所述计算机可读指令包括：
振动指令，用于将驱动信号发送到安装在所述农作物的茎上的至少一个振动装置和至少一个传感器，驱动所述至少一个振动装置，对所述农作物施加振动，并且，驱动所述至少一个传感器，以感测由从所述至少一个振动装置施加到所述农作物的振动而产生的所述农作物的振动；
接收指令，用于从所述至少一个传感器接收与所述农作物的所述振动相关的振动信息；
确定指令，用于在根据从所述至少一个传感器接收到的所述振动信息获得的频谱中，将多个极大值中的一个极大值确定为所述农作物的所述振动的共振频率；以及
判断指令，用于基于所确定的所述共振频率，判断所述农作物的所述果实的所述生长程度。
发明的效果
在本发明中，使用振动装置对农作物施加振动，并且，在根据关于由该振动产生的农作物的振动的振动信息获得的频谱中，将多个极大值中的一个极大值确定为农作物的振动的共振频率，进而，基于所确定的共振频率来感测农作物的果实的生长程度。在使农作物振动的情况下，振动的农作物可以视为由农作物的茎的弹性常数和农作物、振动装置、及传感器的质量决定的共振系。这种共振系的共振频率不受农作物的周边环境的变化(例如，风、雨对农作物的果实的吹打)等干扰的影响。因此，通过基于农作物的振动的共振频率来执行农作物的果实的生长程度的感测，与直接测量容易受到干扰影响的农作物的果实的质量的方法相比，可以更准确地感测农作物的果实的生长程度。
此外，在使农作物振动的情况下，根据关于农作物的振动的振动信息获得的频谱，除起因于农作物的果实的质量的极大值(共振频率)以外，有时包括起因于用于引导农作物的金属丝的质量、安装在农作物的茎上的振动装置或传感器的质量等的除农作物的果实的质量以外的原因的多个极大值。在本发明中，根据关于农作物的振动的振动信息获得的频谱中包含的多个极大值中的一个极大值被确定为农作物的振动的共振频率。因此，可以仅执行作为测量对象的农作物的果实的测量，并且，可以从测量对象中排除起因于农作物的果实的质量以外的原因的极大值(共振频率)。
另外，在农作物中结实的果实有多个的情况下，起因于各果实的质量的共振频率的值根据各果实的生长程度而彼此不同。在这种情况下，通过将根据关于农作物的振动的振动信息获得的频谱中包含的多个极大值中与多个果实分别对应的多个极大值确定为农作物的振动的共振频率，可以同时感测多个果实的生长程度。
此外，在直接测量农作物的果实的质量的情况下，需要使秤等的测量器与农作物的果实接触，然而在这种情况下，存在农作物的果实受损，商品价值降低的可能性。另一方面，在本发明中使用的振动装置和传感器安装在农作物的茎上，不接触农作物的果实。因此，即使不使设备与农作物的果实接触，也可以感测农作物的果实的生长程度，不用担心农作物的果实受损、商品价值降低。
此外，在直接测量农作物的果实的质量的情况下，农业从事者需要在每次测量时逐一手拿农作物的果实并测量果实的质量。在果实的数量多的情况下，这样的作业需要非常多的劳力，因而给农业从事者带来很大负担。另一方面，在本发明中，只要一旦将振动装置和传感器安装在农作物的茎上，则之后就无需将振动装置和传感器移除。农作物的生长程度的测量既可以以预定的周期自动执行，又可以通过来自控制振动装置和传感器的运算装置的指令在任意的时刻执行。因此，一旦将振动装置和传感器安装在农作物的茎上，则之后用于感测农作物的果实的生长程度的农业从事者的劳力就变得非常少。因此，根据本发明，可以将用于感测农作物的果实的生长程度的农业从事者的劳力抑制到最小限度。
此外，通过本发明获得的与农作物的果实的生长程度相关的信息可以用于在背景技术部分中所描述的各种用途，并且，对农业从事者的活动是有用的。
附图说明
图1是示出通过使用本发明的感测系统的引导方式栽培的农作物的概念图。
图2是示出根据本发明的第一实施方式的感测系统的实施方式的概念图。
图3是图2所示的振动装置的立体图。
图4是图2所示的振动装置的分解立体图。
图5是图2所示的振动装置的剖视图。
图6是用于说明待振动的农作物的物理模型的图。
图7是用于说明农作物的果实的质量增加引起的农作物的振动的共振频率的变化的图。
图8是图2所示的运算装置的框图。
图9是示出根据本发明的第二实施方式的感测系统的实施方式的概念图。
图10是用于说明本发明的感测方法的流程图。
图11是用于更详细地说明图10所示的用于判断农作物的生长程度的步骤的流程图。
具体实施方式
以下，基于附图所示的优选实施方式，对本发明的感测系统、感测方法、以及非暂时性计算机可读介质进行说明。
<第一实施方式>
图1是示出通过使用本发明的感测系统的引导方式栽培的农作物的概念图。图2是示出根据本发明的第一实施方式的感测系统的实施方式的概念图。图3是图2所示的振动装置的立体图。图4是图2所示的振动装置的分解立体图。图5是图2所示的振动装置的剖视图。图6是用于说明待振动的农作物的物理模型的图。图7是用于说明农作物的果实的质量增加引起的农作物的振动的共振频率的变化的图。图8是图2所示的运算装置的框图。
本发明的感测系统1用于感测使用图1所示的引导方式栽培的农作物100的果实101的生长程度。使用这种引导方式栽培的农作物100例如是番茄、茄子、黄瓜、青椒之类的果菜类或草莓之类的果实类蔬菜。
在使用引导方式栽培的农作物100的上方，金属丝110沿水平方向拉伸，农作物100的茎102的前端侧通过金属丝、纵绳等的悬吊工具120悬吊在金属丝110上。果实101在悬吊于金属丝110上的茎102的途中结实，并且，果实101在从茎102悬吊的状态下被栽培。
图2示意性示出了本发明的感测系统1的实施方式。感测系统1包括：至少一个振动装置10，安装在农作物100的茎102上，用于对农作物100施加振动；至少一个传感器20，安装在农作物100的茎102上，用于感测由从振动装置10施加到农作物100的振动产生的农作物100的振动，并发送与农作物100的振动相关的振动信息；以及运算装置30，在根据从至少一个传感器20接收到的振动信息获得的频谱中，将多个极大值中的一个极大值确定为农作物100的振动的共振频率，进而，基于所确定的共振频率判断农作物100的果实101的生长程度。
振动装置1安装在农作物100的茎102的根侧。另一方面，传感器20安装在农作物的茎102的前端侧。农作物100的果实101在位于农作物100的茎102的安装有传感器20的部位与安装有振动装置10的部位之间的部位处以悬吊的方式结实。
将振动装置10或传感器20安装在农作物100的茎102上的方法没有特别限制，例如，可以通过夹子、夹具、专用夹具等的任意机械装置，将振动装置10或传感器20安装在农作物100的茎102上。
安装在农作物100的茎102上的传感器20用于感测在农作物100的茎102的安装有振动装置10的部位与安装有传感器20的部位之间的部位处结实的果实101的生长程度。
传感器20的数量不限于一个，可以将与想要测量生长程度的果实101(或果实101的果穗)的数量对应的数量的传感器20安装在茎102上。例如，在多个果实101(或果实101的果穗)从茎102的多个部位结实的情况下，可以将与想要测量生长程度的果实101(或果实101的果穗)的数量对应的数量的传感器20，在与想要测量生长程度的果实101(或果实101的果穗)结实的部位对应的部位处安装在农作物100的茎102上。
此外，振动装置10的数量不限于一个。只要满足振动装置10安装在比果实101更靠近茎102的根侧，并且，传感器20安装在比果实101更靠近茎102的前端侧的位置关系，就可以将任意数量的振动装置10安装在茎102的任意部位处。
此外，振动装置10和传感器20还取决于农作物100的种类(更具体地，农作物100的茎102的厚度和硬度以及果实101的尺寸)，然而优选的是，配置成至少隔开10cm至20cm左右。当振动装置10和传感器20之间的隔开距离小于该距离时，传感器20感测的振动的主要成分不是农作物100的振动，而是振动装置10的振动，导致不能精度良好地感测农作物100的振动。
此外，振动装置10和传感器20之间的隔开距离还取决于农作物100的种类(更具体地，农作物100的茎102的厚度和硬度以及果实101的尺寸)，然而优选的是在2m以内。当振动装置10和传感器20之间的隔开距离为该距离以上时，传感器20感测的农作物100的振动会变得过小，导致不能精度良好地感测农作物100的振动。
另外，如图2所示，满足上述位置关系的振动装置10和传感器20的组合也可以安装在多个农作物100上。运算装置30可以从安装在多个农作物100中的每一个上的传感器20接收与各农作物100的振动相关的振动信息，并且，集中分析和判断多个农作物100的果实101的生长程度。
振动装置10具有未图示的电源(电池等内部电源或有线连接的外部电源)和控制单元，该控制单元通过有线通信或无线通信接收来自运算装置30的信号并进行振动装置10的控制，并且，构成为根据以预定的周期(例如，每日一次，每日两次，每月一次等)或在任意时刻从运算装置30发送来的信号，使用电源(内部电源或外部电源)的电力进行驱动，并对农作物100施加振动。另外，振动装置10具有发电单元，该发电单元使用振动或太阳光等的外部能量执行发电，并且，也可以使用由发电单元发出的电力进行驱动。在这种情况下，振动装置10也可以不具有内部电源或外部电源。
如图3至图5所示，振动装置10是小型(例如，高30mm×纵宽30mm×横宽30mm)的VCM(Voice Coil Motor，音圈电动机)型的振动装置，构成单共振系。
振动装置10具备：壳体11，构成为可通过夹子、夹具、专用夹具等的机械装置安装在农作物100的茎102上；线圈12，固定地设置在壳体11的底表面处，并且，被供给来自电源(内部电源或外部电源)或发电单元的电力；板簧13，设置成可相对于壳体11振动；以及磁体组件14，安装在板簧13上，并且，与线圈12隔开配置。
壳体11是圆筒状的部件，并且，具有这样的功能：通过夹子、夹具、专用夹具等机械装置将振动装置10固定在农作物100的茎102上，并且，收纳振动装置10的各组件。壳体11具备：盖11a、基部11b、以及位于盖11a和基部11b之间的筒状部11c。
在基部11b的外周表面处形成有沿基部11b的半径方向延伸的三个延伸部，并且，在三个延伸部的前端侧分别形成有贯通孔11d。使未图示的螺钉贯通基部11b的贯通孔11d，并且，与形成在夹子、夹具、专用夹具等机械装置中的螺钉孔螺合。由此，基部11b相对于夹子、夹具、专用夹具等机械装置被固定。通过使夹子、专用夹具等机械装置固定在农作物100的茎102上，从而将振动装置10安装(固定)在农作物100的茎102上。通过将振动装置10安装在农作物100的茎102上，可以将振动装置10的振动传递给农作物100，使农作物100振动。
线圈12具有圆筒形状，并且，固定地设置在基部11b上。线圈12的两端部(电信号供给端)连接到电源或发电单元，并且，来自电源或发电单元的电流在线圈12内流动。此外，如图5所示，线圈12在组装有振动装置10的状态下，位于板簧13的中央开口部的内侧。
板簧13具有有中央开口部的环形状，其外周部被保持在基部11b和筒状部11c之间，包括中央开口部的板簧13的中央部能够相对于壳体11沿图5的上下方向振动。磁体组件14安装在板簧13的中央部上，并且，能够相对于线圈12振动。
如图5所示，磁体组件14具有：磁体保持部14a，具有朝图5的下侧开口的圆筒形状；磁体14b，固定在磁体保持部14a的中央下表面处；以及磁轭14c，安装在磁体14b的下表面处。
如图5所示，在组装有振动装置10的状态下，磁体14b和磁轭14c与线圈12隔开地配置在线圈12的中央空洞部内。当从电源或发电单元向线圈12供给电流时，产生用于使磁体组件14(磁体14b)沿图5中的上下方向移动的驱动力。由于磁体组件14安装在以可振动的方式设置的板簧13上，因而磁体组件14沿上下方向振动。
这样，当从电源或发电单元向振动装置10的线圈12供给电流并且电流在线圈12内流动时，振动装置10振动。表示振动装置10那样的单共振系的工作原理的运动方程式可以用下述式(1)来表示。
[算式1]
Figure BDA0002653250340000111
在此，m是磁体组件14(振动器)的质量[kg]，x(t)是磁体组件14(振动器)的位移量[m]，Kf是单共振系的推力常数[N/A]，i(t)是在线圈12内流动的电流[A]，Ksp是板簧13的弹性常数[N/m]，以及D是单共振系的衰减系数[N/(m/s)]。
此外，表示振动装置10那样的单共振系的工作原理的电路方程式可以用下述式(2)来表示。
[算式2]
Figure BDA0002653250340000121
在此，e(t)是施加到线圈12的电压[V]，R是线圈12的电阻[Ω]，L是线圈12的电感[H]，以及Ke是单共振系的反电动势常数[V/(m/s)]。
这样，振动装置10可以根据以预定的周期(例如，每日一次，每日两次，每月一次等)或在任意时刻从运算装置30发送来的信号，使用电源或发电单元的电力进行驱动，并对农作物100施加振动。
图6示出了通过从振动装置10施加的振动而振动的农作物100的物理模型。振动装置10和传感器20以上述位置关系安装在农作物100的茎102上。通过这种来自振动装置10的振动而振动的农作物100可以视为如图6的右侧所示的双共振系。
这种二共振系的振动的运动方程式可以使用：从茎102的根部到安装振动装置10的部位的茎102的弹性常数k1[N/m]，振动装置10的质量m1[g]，从安装振动装置10的部位到果实101结实的部位的茎102的弹性常数k2[N/m]，以及传感器20和果实101的合计质量m2[g]，如下述式(3)和(4)所示表示。
[算式3]
Figure BDA0002653250340000122
Figure BDA0002653250340000123
在此，x1是果实101的位移量[m]，x2是振动装置10的位移量[m]。
在这种运动方程式(3)和(4)中，当将基本解设置为x1＝Acos(ωt)和x2＝Bcos(ωt)来求出特性方程式时，可以获得下述式(5)。
[算式4]
Figure BDA0002653250340000124
Figure BDA0002653250340000125
在此，ω是固有角振动数，f是共振频率。
从上述特性方程式(5)可以看出，当果实101和传感器20的合计质量m2增加时，农作物100的振动的共振频率f减少。在图2所示的本发明的感测系统1的实施方式中，由于传感器20的质量是恒定的，因而m2的变化可以视为农作物100的果实101的质量的变化。于是，当农作物100的果实101的生长进行并且果实101的质量增加时，农作物100的振动的共振频率f向低频率侧偏移。
此外，以下描述农作物100的振动的共振频率f与由施加给振动装置10的电压产生的农作物100的振动的各频率的传递函数(加速度/电压)的关系。
在振动装置10以正弦波加振力(＝Fcos(ωt))对农作物100施加振动的情况下的运动方程式可以如下述式(6)和(7)所示表示。
[算式5]
Figure BDA0002653250340000131
Figure BDA0002653250340000132
在这种运动方程式(6)和(7)中，当将基本解设置为x1＝Acos(ωt)和x2＝Bcos(ωt)来求出特性方程式时，基本解的常数A和B可以用述式(8)和(9)来表示。
[算式6]
Figure BDA0002653250340000133
Figure BDA0002653250340000134
在此，定义如下。
[算式7]
Figure BDA0002653250340000135
Figure BDA0002653250340000136
Xst＝F/k1
于是，构成双共振系的质量m1的振动系的传递函数和质量m2的振动系的传递函数分别如下述式(10)和(11)所示，可以用A/Xst和B/Xst表示。
[算式8]
Figure BDA0002653250340000141
Figure BDA0002653250340000142
这里，ω1和ω2是上述式(5)中的固有角振动数ω。
从上述式(11)可以看出，在质量m2的振动系的传递函数B/Xst中，角振动数ω(频率)在通过上述式(5)求出的固有角振动数ω1和ω2(共振频率f)的附近变大。因此，通过求出农作物100的振动(更严密地，双共振系内的质量m2的振动系的振动)的各频率的传递函数的极大值，可以计算农作物100的振动的共振频率f(固有角振动数ω)。
此外，从上述式(5)和式(11)可以看出，在农作物100的振动的共振频率f和传递函数中不存在与农作物的周边环境的变化(例如，风、雨对农作物的果实的吹打)等干扰对应的项。这意味着农作物100的振动的共振频率f和传递函数不受对农作物100的果实101的干扰的影响。
因此，通过基于农作物100的共振频率f执行农作物100的果实101的生长程度的感测，与直接测量容易受到干扰影响的农作物100的果实101的质量相比，可以更准确地感测农作物100的果实101的生长程度。
如上所述，由于农作物100的振动的共振频率f根据农作物100的果实101的质量(生长程度)而变化，因而通过根据农作物100的振动的各频率的传递函数的极大值来计算农作物100的振动的共振频率f，可以感测农作物100的果实101的质量(生长程度)。
图7示出了随着农作物100的果实101的生长(质量增加)，农作物100的振动的各频率的传递函数的极大值(即，共振频率f)改变的状况的例子。图7所示的曲线图是从农作物100的振动获得的频谱。
如图7所示，从农作物100的振动获得的频谱包括多个极大值。例如，在图7中用实线表示的果实101的生长程度在进行(果实101大)的情况下的频谱中，在340Hz附近、390Hz附近、430Hz附近、570Hz附近存在极大值。频谱中的起因于农作物100的果实101的极大值，可以根据农作物100的果实101的设想质量、农作物100的种类或者执行农作物100的种植之后的期间等的可事先取得的信息，可以在一定程度上进行预测。此外，如图7所示，可知，起因于农作物100的果实101的极大值伴随农作物100的果实101的生长(质量的增加)而向低频率侧偏移。另一方面，起因于用于引导农作物100的金属丝110的质量、安装在农作物100的茎102上的振动装置10或传感器20的质量等的除农作物100的果实101的质量以外的原因的极大值几乎不偏移。
在本发明中，根据基于这种可事先取得的信息的预测或极大值的偏移量，将频谱中包含的多个极大值中的一个极大值确定为农作物100的共振频率f。因此，仅可以执行作为测量对象的农作物100的果实101的测量，并且，可以从测量对象中排除起因于除农作物100的果实101的质量以外的原因的极大值(共振频率)。
如上所述，由于起因于农作物100的果实101的极大值伴随农作物100的果实101的生长(质量的增加)而向低频率侧偏移，因而通过确定起因于农作物100的果实101的极大值(即，共振频率f)，可以感测农作物100的果实101的生长。
这样，通过利用安装在农作物100的茎102上的振动装置10将振动施加到农作物100，并且，在根据关于由该振动产生的农作物100的振动的振动信息获得的频谱中，将多个极大值中的一个极大值确定为农作物100的振动的共振频率f，可以感测农作物100的果实101的质量的增加，即生长程度。
此外，在农作物100的茎102中，在安装振动装置10的部位与安装传感器20的部位之间结实有多个果实101的情况下，从农作物100的振动获得的频谱包括与多个果实101的质量分别对应的多个极大值。在该情况下，通过将与多个果实101的质量分别对应的多个极大值确定为农作物100的振动的共振频率f，可以同时感测多个果实101的生长程度。
返回图2，传感器20安装在农作物100的茎102的前端侧，并且，构成为感测由振动装置10施加到农作物100的振动而产生的农作物100的振动，将与农作物100的振动相关的振动信息通过有线通信或无线通信发送到运算装置30。
传感器20具有与未图示的电源(电池等内部电源或有线连接的外部电源)或振动装置10相同的发电单元和控制单元(未图示)，该控制单元通过有线通信或无线通信与运算装置30进行通信并进行传感器20的控制，并且，传感器20根据以预定的周期(例如，每日一次，每日两次，每月一次等)或在任意时刻从运算装置30发送来的信号，使用电源(内部电源或外部电源)或发电单元的电力，与振动装置10在相同的时刻进行驱动。传感器20感测由来自振动装置10的振动而产生的农作物100的振动，并且，将与农作物100的振动相关的振动信息通过有线通信或无线通信发送到运算装置30。
从传感器20发送到运算装置30的振动信息包括为使运算装置30计算农作物100的振动的共振频率f所需要的数据(振动的原始数据等)。此外，传感器20将用于识别自身的传感器ID等传感器识别信息与振动信息一起同时发送到运算装置30。此外，传感器20也可以将运算装置30用于判断农作物100的果实101的生长程度有用的其它任意信息与振动信息和传感器识别信息一起发送到运算装置30。
运算装置30计算农作物100的振动的共振频率f所需要的数据例如是与农作物100的振动(运动)的加速度相关的数据等。运算装置30通过对所获得的数据进行傅立叶变换等处理，可以取得表示农作物100的振动的各频率的传递函数(或能量)的频谱，进而，可以将所获得的频谱中包括的农作物100的振动的各频率的传递函数(或能量)的多个极大值中的一个极大值确定为农作物100的振动的共振频率f。
传感器20只要可以感测农作物100的振动并将与农作物100的振动相关的振动信息和传感器识别信息发送到运算装置30，就没有特别限制，例如，可以将加速度传感器或应变传感器等用作传感器20。
运算装置30构成为，以预定的周期或在任意时刻向振动装置10和传感器20发送驱动信号，驱动振动装置10和传感器20，进而，从传感器20接收与农作物100的振动相关的振动信息，在从接收到的振动信息获得的频谱中，将多个极大值中的一个极大值确定为农作物100的振动的共振频率f，进而，基于所确定的共振频率f，判断农作物100的果实101的生长程度。
此外，运算装置30构成为，将关于农作物100的果实101的生长程度的判断通过有线通信或无线通信发送到利用感测系统1的任意数量的用户的用户装置40_1、40_2、…、40_N(以下，统称为用户装置40)。用户装置40是例如台式计算机、膝上型计算机、笔记本计算机、工作站、平板型计算机、移动电话、智能电话、PDA等的任意信息终端，并且，通过有线通信或无线通信，从运算装置30接收关于农作物100的果实101的生长程度的判断。
利用感测系统1的用户通过使用用户装置40，从运算装置30参照关于农作物100的果实101的生长程度的判断，从而可以掌握如下对农业有用的信息：农作物100的果实101是否已生长到应收获的尺寸，农作物100的果实101的生长是否有异常，何时可以收获农作物100的果实101。
运算装置30既可以作为单个装置来实施，又可以在台式计算机、膝上型计算机、笔记本计算机、工作站、平板型计算机、移动电话、智能电话、PDA、穿戴式终端等的任意运算装置内实施。
如图8所示，运算装置30包括：至少一个处理器31，执行运算装置30的控制；I/O(输入/输出)接口32；至少一个存储器33，可通信地连接到处理器31，并且，保存进行运算装置30的控制所需要的数据、程序、模块等；以及数据库36，可通信地连接到处理器31。运算装置30的各组件通过系统总线等的各种总线彼此可通信地连接。
处理器31是基于一个以上的微处理器、微型计算机、微控制器、数字信号处理器(DSP)、中央运算处理装置(CPU)、存储器控制单元(MCU)、图像处理用运算处理装置(GPU)、状态机械、逻辑电路、特殊应用集成电路(ASIC)或它们的组合等的计算机可读指令执行信号操作等的运算处理的运算单元。特别地，处理器31构成为获取保存在存储器33内的计算机可读指令(例如，数据、程序、模块等)，并且，执行信号操作和控制。
I/O接口32是网络接口、图形用户界面(GUI)等的各种软件接口或硬件接口。I/O接口32能够使运算装置30与振动装置10、传感器20、用户装置40、以及其他任意的外部装置相互通信，以及能够使用户访问运算装置30。此外，I/O接口32也可以使运算装置30能够经由互联网等的网络与设置在外部的网络服务器或数据服务器之类的任意外部装置进行通信。
在运算装置30与振动装置10、传感器20、用户装置40、以及任意的外部装置有线连接的情况下，运算装置30与振动装置10、传感器20，用户装置40、以及任意的外部装置进行有线通信。在运算装置30与振动装置10、传感器20、用户装置40、以及任意的外部装置没有有线连接的情况下，使用NFC(Near Field Radio Communication，近场无线电通信)、Wi-Fi、Bluetooth(蓝牙，注册商标)等的无线通信技术，与振动装置10、传感器20、用户装置40、以及任意的外部装置进行通信。
存储器33是包括易失性存储介质(例如，RAM、SRAM、DRAM)、非易失性存储介质(例如，ROM、EPROM、EEPROM、闪存、硬盘、光盘、CD-ROM、数字多用途盘(DVD)、盒式磁带、磁带、磁盘)、或者它们的组合的拆装式或非拆装式的计算机可读介质。
存储器33保存可由处理器31执行的多个模块34，并且，还包括数据存储库35，数据存储库35用于保存由多个模块34中的一个以上的模块接收、处理、生成的数据，以及执行运算装置30的处理所需要的其他数据。
模块34是可由例程、应用程序、程序、算法、库、对象、组件、数据结构或它们的组合等的处理器31执行的计算机可读指令。
数据库36是任意的非易失性存储介质(例如，硬盘、服务器、闪存)，其保存：各传感器20的传感器识别信息、安装有各传感器20的农作物100或安装有各传感器20的茎102的部位、各传感器20的安装日期和时间等与各传感器20相关的传感器关联数据361；用于判断农作物100的果实101的生长程度所需要的参数即生长判断用信息362；以及通过在运算装置30中蓄积从各传感器20发送来的振动信息而构成的振动信息蓄积数据363。
以下，对为了提供运算装置30的功能而由处理器31使用的模块34进行说明。
模块34包括：通信模块341，用于执行振动装置10、传感器20、用户装置40、以及任意的外部装置与运算装置30之间的通信；共振频率确定模块342，用于在根据从传感器20接收到的与农作物100的振动相关的振动信息得到的频谱中，将多个极大值中的一个极大值确定为农作物100的振动的共振频率f；生长程度判断模块343，用于基于使用共振频率确定模块342所确定的农作物100的振动的共振频率f来判断农作物100的果实101的生长程度；以及任意数量的其他模块344，用于补充由运算装置30提供的功能。
处理器31通过执行保存在存储器内的各种模块34，可以提供期望的功能。例如，处理器31通过使用通信模块341，可以执行与振动装置10、传感器20、用户装置40、以及任意的外部装置之间的通信。
通信模块341用于执行运算装置30与振动装置10、传感器20、用户装置40、以及任意的外部装置之间的通信。运算装置30使用通信模块341以预定的周期或在任意的时刻将驱动信号发送到振动装置10和传感器20。此时，运算装置30参照保存在数据库36内的传感器关联数据361，既可以同时驱动所有的传感器20和与其对应的振动装置10，也可以仅驱动任意的传感器20和与其对应的振动装置10。
振动装置10在从运算装置30接收到驱动信号时，使用自身的电源或发电单元的电力进行驱动，并且，对农作物100施加振动。另外，此时，根据农作物100的种类(更具体地，农作物100的茎102的厚度和硬度以及果实101的尺寸)来适当设定振动装置10的振动频率。例如，在农作物100是番茄的情况下，振动装置10以约400Hz至800Hz振动。
当农作物100由于从振动装置10施加的振动而振动时，传感器20感测农作物100的振动，与农作物100的振动相关的振动信息被发送到运算装置30。运算装置30使用通信模块341从传感器20接收与农作物100的振动相关的振动信息。由振动装置10接收到的振动信息与用于识别发送来振动信息的传感器20的传感器识别信息(例如，传感器ID)或对农作物100的果实101的生长的分析有用的任意的数据相关联，保存为振动信息蓄积数据363。
振动信息蓄积数据363是与农作物100的果实101的生长相关的所谓的大数据，可以用于对农业从事者有用的应用、或用于提取有用的信息。
共振频率确定模块342用于在根据从传感器20接收到的与农作物100的振动相关的振动信息获得的频谱中，将多个极大值中的一个极大值确定为农作物100的振动的共振频率f。根据振动信息确定农作物100的振动的共振频率f的方法没有特别限制。例如，在振动信息中包括农作物100的振动的加速度信息的情况下，共振频率确定模块342通过对农作物100的振动的加速度信息施加傅立叶变换，取得表示农作物100的振动的各频率的传递函数(或功率)的频谱。之后，共振频率确定模块342可以根据农作物100的种类或执行农作物100的种植后的期间等的基于事先可取得的信息的农作物100的果实101的质量的预测或极大值的偏移量，将频谱中包含的多个极大值中的一个极大值确定为农作物100的振动的共振频率f。
生长程度判断模块343用于，基于使用共振频率确定模块342所确定的农作物100的振动的共振频率f，判断农作物100的果实101的生长程度。如上所述，当农作物100的果实101生长并且果实101的质量增加时，农作物100的振动的共振频率f向低频率侧偏移。因此，如果农作物100的振动的共振频率f是预定阈值以下，则生长程度判断模块343判断为农作物100的果实101已生长到应收获的尺寸。另外，预定阈值根据农作物100的种类(更具体地，农作物100的茎102的厚度和硬度以及果实101的尺寸)事先规定，作为生长判断用信息362之一事先保存在数据库36内。
此外，生长程度判断模块343将根据在前次测量中获得的振动信息所确定的农作物100的振动的共振频率f与根据在本次测量中获得的振动信息所确定的农作物100的振动的共振频率f进行比较，判断农作物100的果实101的生长是否发生异常。具体地，生长程度判断模块343将根据在前次测量中获得的振动信息所确定的农作物100的振动的共振频率f与根据在本次测量中获得的振动信息所确定的农作物100的振动的共振频率f进行比较，判断农作物100的振动的共振频率f是否以预定值以上向低频率侧偏移，从而检测农作物100的果实101的生长的异常。
在农作物100的振动的共振频率f没有以预定值以上向低频率侧偏移的情况下，即，在农作物100的振动的共振频率f的变化量Δf为预定值以下、或者农作物100的振动的共振频率f向高频率侧偏移的情况下，判断为农作物100的果实101的生长发生了问题。在农作物100的振动的共振频率f的变化量Δf为预定值以下的情况下，判断为农作物100的果实101的生长不顺利。此外，在农作物100的振动的共振频率f向高频率侧偏移的情况下，判断为由于果实101从茎102落下、果实101破裂等的原因而使农作物100的果实101的质量减少。另外，预定值根据农作物100的种类(更具体地，农作物100的茎102的厚度和硬度以及果实101的尺寸)事先规定，作为生长判断用信息362之一事先保存在数据库36内。
此外，尽管农作物100的振动的共振频率f大于预定阈值并且果实101未生长到应收获的尺寸，然而农作物100的振动的共振频率f以预定值以上向低频率侧偏移，在判断为果实101的生长未发生问题的情况下，生长程度判断模块343基于计算出的农作物100的振动的共振频率f与预定阈值之差或农作物100的振动的共振频率f的变化量Δf，判断(预测)果实101的收获时期。根据计算出的农作物100的振动的共振频率f与预定阈值之差或农作物100的振动的共振频率f的变化量Δf，事先规定用于判断果实101的收获时期的表或算式，作为生长判断用信息362之一保存在数据库36内，并且，生长程度判断模块343参照该表或算式来判断果实101的收获时期。
由生长程度判断模块343做出的这种判断使用通信模块341被发送到用户装置40。感测系统1的用户通过参照发送到用户装置40的判断，可以取得与农作物100的果实101的生长相关的信息，并且，可以用于在背景技术部分中所描述的各种用途。
这样，本发明的感测系统1使用振动装置10对农作物100施加振动，并且，通过传感器20感测由该振动产生的农作物100的振动，进而，在根据关于农作物100的振动的振动信息获得的频谱中，将多个极大值中的一个极大值确定为农作物100的振动的共振频率f，进而，基于所确定的共振频率，感测农作物100的果实101的生长程度。
如上所述，农作物100的振动的共振频率f(以及传递函数)不依赖于农作物100的周边环境的变化(例如，风、雨对农作物的果实的吹打)等干扰。因此，通过基于农作物100的振动的共振频率f来执行农作物100的果实101的生长程度的感测，与直接测量容易受到干扰影响的农作物100的果实101的质量相比，可以更准确地感测农作物100的果实101的生长程度。
此外，在使农作物100振动的情况下，根据关于农作物100的振动的振动信息获得的频谱，除起因于农作物100的果实101的质量的极大值(共振频率f)以外，有时包括起因于用于引导农作物100的金属丝110的质量、安装在农作物100的茎102上的振动装置10或传感器20的质量等的除农作物100的果实101的质量以外的原因的多个极大值。在本发明中，根据关于农作物100的振动的振动信息所获得的频谱中包含的多个极大值中的一个极大值被确定为农作物100的振动的共振频率。因此，可以仅执行作为测量对象的农作物100的果实101的测量，并且，可以从测量对象中排除起因于除农作物100的果实101的质量以外的原因的极大值(共振频率)。
此外，在农作物100的茎102中，在安装有振动装置10的部位与安装有传感器20的部位之间结实有多个果实101的情况下，从农作物100的振动获得的频谱包括与多个果实101的质量分别对应的多个极大值。在这种情况下，通过将与多个果实101的质量分别对应的多个极大值确定为农作物100的振动的共振频率f，可以同时感测多个果实101的生长程度。
此外，在直接测量农作物100的果实101的质量的情况下，需要使秤等的测量器与农作物100的果实101接触，然而在这种情况下，存在农作物100的果实101受损从而商品价值降低的可能性。另一方面，在本发明的感测系统1中使用的振动装置10和传感器20安装在农作物100的茎102上，不接触农作物100的果实101。因此，即使不使设备与农作物100的果实101接触，也能够感测农作物100的果实101的生长程度，不会有农作物100的果实101受损、商品价值降低的担忧。
此外，在直接测量农作物100的果实101的质量的情况下，农业从事者需要在每次测量时逐一手拿农作物100的果实101来测量质量。在果实101的数量多的情况下，这种作业需要非常多的劳力，因而给农业从事者带来很大负担。另一方面，在本发明的感测系统1中，一旦将振动装置10和传感器20安装在农作物100的茎102上，则无需之后将它们移除。农作物100的果实101的生长程度的测量既可以以预定的周期自动执行，也可以通过来自控制振动装置10和传感器20的运算装置30的指令，在任意的时刻执行。因此，一旦将振动装置10和传感器20安装在农作物的茎上，则之后用于感测农作物100的果实101的生长程度的农业从事者的劳力就变得非常少。因此，根据本发明的感测系统1，可以将用于感测农作物100的果实101的生长程度的农业从事者的劳力抑制到最小限度。
此外，通过本发明的感测系统1获得的、保存在数据库36内的与农作物100的果实101的生长程度相关的信息可以用于在背景技术部分中所描述的各种用途，并且，对农业从事者的活动是有用的。
<第二实施方式>
接下来，参照图9，对根据本发明的第二实施方式的感测系统进行说明。图9是示出根据本发明的第二实施方式的感测系统的实施方式的概念图。以下，以与第一实施方式的感测系统的不同点为中心来说明第二实施方式的感测系统，并且，省略对相同事项的说明。
在第二实施方式的感测系统1中，除了运算装置30、振动装置10、传感器20、以及用户装置40可经由网络50进行通信这一点之外，与第一实施方式的感测系统1相同。
网络50是内联网、局域网(LAN)、广域网(WAN)、互联网、它们的组合等的广泛的网络。此外，网络50既可以是专用网络，也可以是共享网络。共享网络是各种类型的网络之间的连接，并使用各种协议(例如，HTTP、TCP/IP、WAP)相互进行通信。另外，网络50也可以包括包含路由器、网桥、服务器、运算装置、存储装置等的各种网络装置。
在本实施方式中，经由网络50执行运算装置30与振动装置10和传感器20之间的通信以及运算装置30与用户装置40之间的通信。因此，在本实施方式中，不需要将运算装置30、振动装置10和传感器20以及用户装置40配置在近处。
因此，本实施方式的感测系统1也可以用于在广大的区域中栽培农作物100的大规模农业。通过使用本实施方式的感测系统1，可以集中掌握在广大的区域中栽培的农作物100的果实101的生长程度，可以促进农业的大规模化和效率化。
此外，在本实施方式的感测系统1中，分别安装有振动装置10和传感器20的多个农作物100也可以分别栽培在不同的塑料大棚中。通过以这种方式使用本实施方式的感测系统1，例如，使各塑料大棚内的农作物100的生长环境分别不同，可以容易地收集用于调查哪种环境对农作物100的果实101的生长最有效的数据。
以上的说明通过将运算装置30实施为图2所示的单一装置而提供的，然而本发明不限于此。例如，运算装置30也可以在各用户装置40内实施。
此外，在各实施方式中，存储器33和数据库36设置在搭载有处理器31的运算装置30内，然而本发明不限于此。例如，存储器33和数据库36也可以分别是与处理器31可通信地设置在该运算装置30的外部的远程存储装置。
另外，在不同的实施方式之一中，本发明是保存计算机可读指令(即，模块34)的计算机可读介质(即，存储器33)。该计算机可读指令包括用于实现特定任务或功能的计算机可读指令(即，通信模块341、共振频率确定模块342、生长程度判断模块343、以及其他模块344)。
接下来，参照图10对本发明的感测方法进行说明。图10是用于说明本发明的感测方法的流程图。图11是用于更详细地说明图10所示的用于判断农作物的生长程度的步骤的流程图。
另外，本发明的感测方法可以使用上述的本发明的感测系统1和具有与本发明的感测系统1同等的功能的任意系统来执行，以下，作为使用感测系统1来执行的情况进行说明。
本发明的感测方法S100通过以预定间隔或在任意的时刻将驱动信号从运算装置30发送到振动装置10和传感器20而开始。在步骤S110中，运算装置30参照数据库36内的传感器关联数据361，决定要驱动的任意传感器20和与其对应的振动装置10。之后，运算装置30使用通信模块341将驱动信号发送到要驱动的传感器20和与其对应的振动装置10，驱动振动装置10，对农作物100施加振动，并且，驱动传感器20，感测由从振动装置10施加到农作物100的振动而产生的农作物100的振动。
在步骤S120中，从运算装置30接收到驱动信号的振动装置10驱动，并对安装有自身的农作物100施加振动。在步骤S130中，传感器20感测由从振动装置10施加的振动而产生的农作物100的振动。在步骤S140中，传感器20将与农作物100的振动相关的振动信息与用于识别传感器20的传感器识别信息或其他任意信息一起发送到运算装置30。
在步骤S150中，运算装置30在根据从传感器20接收到的振动信息获得的频谱中，将多个极大值中的一个极大值确定为农作物100的振动的共振频率f，进而，基于所确定的共振频率f，判断农作物100的果实101的生长程度。此外，此时，运算装置30将从传感器20接收到的振动信息与用于识别传感器20的传感器识别信息或其他任意信息相关联地追加到数据库36内的振动信息蓄积数据363。
图11记载了步骤S150的详细流程图。在步骤S151中，运算装置30使用共振频率确定模块342，在根据接收到的与农作物100的振动相关的振动信息获得的频谱中，将多个极大值中的一个极大值确定为农作物100的振动的共振频率f。在步骤S152中，运算装置30使用生长程度判断模块343，将在步骤S151中确定的农作物100的振动的共振频率f与数据库36内的生长判断用信息362中包括的预定阈值进行比较。在农作物100的振动的共振频率f为预定阈值以下的情况下，步骤S150的处理转移到步骤S153。在步骤S153中，运算装置30判断为农作物100的果实101已生长到应收获的尺寸，并且，步骤S150的处理结束。
另一方面，在步骤S152中，在判断为农作物100的振动的共振频率f大于预定阈值的情况下，步骤S150的处理转移到步骤S154。在步骤S154中，运算装置30使用共振频率确定模块342，在作为振动信息蓄积数据363保存于数据库36内的在前次测量中获得的根据农作物100的振动的振动信息获得的频谱中，将多个极大值中的一个极大值确定为前次测量的农作物100的振动的共振频率f。之后，运算装置30使用生长程度判断模块343，将前次测量的农作物100的振动的共振频率f与根据在本次测量中获得的振动信息而确定的农作物100的振动的共振频率f进行比较。在此，判断农作物100的振动的共振频率f是否以数据库36内的生长判断用信息362中包括的预定值以上向低频率侧偏移。
在农作物100的振动的共振频率f以预定值以上向低频率侧偏移的情况下，步骤S150的处理转移到步骤S155。在步骤S155中，运算装置30判断为农作物100的果实101尚未生长到应收获的尺寸，但是生长没有问题。之后，在步骤S156中，运算装置30使用生长程度判断模块343，参照用于根据数据库36内的作为生长判断用信息362而保存的计算出的农作物100的振动的共振频率f与预定阈值之差或农作物100的振动的共振频率f的变化量Δf来判断果实101的收获时期的表或算式，由此，判断果实101的收获时期，并且，步骤S150的处理结束。
另一方面，在步骤S154中，在判断为农作物100的振动的共振频率f没有以预定值以上向低频率侧偏移的情况下，步骤S150的处理转移到步骤S157。在步骤S157中，运算装置30判断为农作物100的果实101的生长发生了问题，并且，步骤S150的处理结束。
返回图10，在步骤S160中，运算装置30使用通信模块341将步骤S150中的判断发送到用户装置40，并且，感测方法S100结束。用户通过参照从运算装置30发送到用户装置40的判断，可以掌握农作物100的果实101的生长程度。
以上，基于图示的实施方式说明了根据本发明的感测系统1、感测方法S100、以及非暂时性计算机可读介质，然而本发明不限于此。本发明的各结构可以与能够发挥相同功能的任意结构置换，或者可以在本发明的各结构中附加任意结构。
例如，图2所示的感测系统1或图8所示的运算装置30的组件的数量或种类仅仅是用于说明的例示，本发明不一定限于此。在不脱离本发明的原理和意图的范围内，追加或组合任意组件或删除任意组件的方式也在本发明的范围内。此外，感测系统1的各组件既可以以硬件形式来实现，也可以以软件形式来实现，还可以通过它们的组合来实现。特别地，尽管模块34被描述为通过保存在存储器33内的计算机可读指令以软件形式来实现，然而各模块34的功能以硬件形式来实现的情况也在本发明的范围内。此外，模块34也可以作为在任意网络上的基于云的运算环境中执行的软件模块来实施。
此外，图10和图11所示的感测方法S100的步骤的数量或种类只不过是用于说明的例示，本发明不一定限于此。在不脱离本发明的原理和意图的范围下，以任意目的追加或组合任意的步骤、或者删除任意的步骤的方式也在本发明的范围内。
工业可利用性
在本发明的感测系统中，使用振动装置对农作物施加振动，在根据关于由该振动产生的农作物的振动的振动信息获得的频谱中，将多个极大值中的一个极大值确定为农作物的振动的共振频率，进而，基于所确定的共振频率，感测农作物的果实的生长程度。在使农作物振动的情况下，振动的农作物可以视为由农作物的茎的弹性常数和农作物、振动装置、以及传感器的质量决定的共振系。这种共振系的共振频率不受农作物的周边环境的变化(例如，风、雨对农作物的果实的吹打)等干扰的影响。因此，通过基于农作物的振动的共振频率来执行农作物的果实的生长程度的感测，与直接测量容易受到干扰影响的农作物的果实的质量的方法相比，可以更准确地感测农作物的果实的生长程度。
此外，在使农作物振动的情况下，根据关于农作物的振动的振动信息获得的频谱，除了起因于农作物的果实的质量的极大值(共振频率)以外，有时还包括起因于用于引导农作物的金属丝的质量、安装在农作物的茎上的振动装置或传感器的质量等的除农作物的果实的质量以外的原因的多个极大值。在本发明的感测系统中，根据关于农作物的振动的振动信息获得的频谱中包含的多个极大值中的一个极大值被确定为农作物的振动的共振频率。因此，可以仅执行作为测量对象的农作物的果实的测量，并且，可以从测量对象中排除起因于除农作物的果实的质量以外的原因的极大值(共振频率)。因此，本发明具有工业可利用性。

Claims (12)

1.一种感测系统，用于感测农作物的果实的生长程度，其特征在于，包括：
至少一个振动装置，安装在所述农作物的茎上，用于对所述农作物施加振动；
至少一个传感器，安装在所述农作物的所述茎上，用于感测由从所述振动装置施加到所述农作物的所述振动而产生的所述农作物的振动，并发送与所述农作物的所述振动相关的振动信息；以及
运算装置，在根据从所述至少一个传感器接收到的所述振动信息获得的频谱中，将多个极大值中的一个极大值确定为所述农作物的所述振动的共振频率，进而，基于所确定的所述共振频率，判断所述农作物的所述果实的所述生长程度。
2.根据权利要求1所述的感测系统，其中，与所述农作物的所述果实的生长相关的所述判断包括关于所述农作物的所述果实的收获时期的判断。
3.根据权利要求1所述的感测系统，其中，所述运算装置在所确定的所述共振频率成为预定阈值以下的情况下，判断为所述农作物的所述果实已生长到应收获的尺寸。
4.根据权利要求1所述的感测系统，其中，所述感测系统使用所述振动装置、所述传感器、以及所述运算装置，以预定的周期确定所述农作物的所述振动的所述共振频率，
所述运算装置将根据在前次测量中获得的所述振动信息所确定的所述农作物的所述振动的所述共振频率与根据在本次测量中获得的所述振动信息所确定的所述农作物的所述振动的所述共振频率进行比较，在所述农作物的所述振动的所述共振频率没有以预定值以上向低频率侧偏移的情况下，判断为所述农作物的所述果实的生长发生了问题。
5.根据权利要求1所述的感测系统，其中，所述运算装置将与所述农作物的所述果实的生长相关的所述判断发送到用户装置。
6.根据权利要求1所述的感测系统，其中，所述农作物的所述果实在位于所述农作物的所述茎的安装有所述至少一个传感器的部位和安装有所述至少一个振动装置的部位之间的部位处结实。
7.根据权利要求1所述的感测系统，其中，所述农作物是通过引导方式栽培的果菜类或果实类蔬菜。
8.一种感测方法，其由包括具备处理器的运算装置的感测系统执行，以感测农作物的果实的生长程度，所述感测方法的特征在于，包括：
感测步骤，使用所述处理器，将驱动信号发送到安装在所述农作物的茎上的至少一个振动装置和至少一个传感器，驱动所述至少一个振动装置，对所述农作物施加振动，并且，驱动所述至少一个传感器，以感测由从所述至少一个振动装置施加到所述农作物的振动而产生的所述农作物的振动；
接收步骤，使用所述处理器，从所述至少一个传感器接收与所述农作物的所述振动相关的振动信息；
确定步骤，使用所述处理器，在根据从所述至少一个传感器接收到的所述振动信息获得的频谱中，将多个极大值中的一个极大值确定为所述农作物的所述振动的共振频率；以及
判断步骤，使用所述处理器，基于所确定的所述共振频率，判断所述农作物的所述果实的所述生长程度。
9.一种非暂时性计算机可读介质，其保存有由具备处理器的运算装置执行的计算机可读指令，以感测农作物的果实的生长程度，其特征在于，所述计算机可读指令包括：
振动指令，用于将驱动信号发送到安装在所述农作物的茎上的至少一个振动装置和至少一个传感器，驱动所述至少一个振动装置，对所述农作物施加振动，并且，驱动所述至少一个传感器，以感测由从所述至少一个振动装置施加到所述农作物的振动而产生的所述农作物的振动；
接收指令，用于从所述至少一个传感器接收与所述农作物的所述振动相关的振动信息；
确定指令，用于在根据从所述至少一个传感器接收到的所述振动信息获得的频谱中，将多个极大值中的一个极大值确定为所述农作物的所述振动的共振频率；以及
判断指令，用于基于所确定的所述共振频率，判断所述农作物的所述果实的所述生长程度。
10.根据权利要求1所述的感测系统，其中，根据基于包含所述农作物的所述果实的设想质量、所述农作物的种类或者执行所述农作物的种植之后的期间的可事先取得的信息的预测，将所述频谱中包含的所述多个极大值中的所述一个极大值确定为所述农作物的所述共振频率。
11.根据权利要求1所述的感测系统，其中，根据所述多个极大值各自的偏移量，将所述频谱中包含的所述多个极大值中的所述一个极大值确定为所述农作物的所述共振频率。
12.根据权利要求6所述的感测系统，其中，所述振动装置和所述至少一个传感器配置成至少隔开10cm至20cm。
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