JP2001292684A - 農薬・肥料散布制御システム - Google Patents

農薬・肥料散布制御システム

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JP2001292684A JP2000109323A JP2000109323A JP2001292684A JP 2001292684 A JP2001292684 A JP 2001292684A JP 2000109323 A JP2000109323 A JP 2000109323A JP 2000109323 A JP2000109323 A JP 2000109323A JP 2001292684 A JP2001292684 A JP 2001292684A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 作物の位置を正確に認識して車体移動速度な
どから作物の現在位置を割り出し、電磁弁を開閉作動さ
せて散布ノズルから薬剤あるいは肥料を株間のみ、作物
のみ、あるいは肥料のみに散布し、減農薬・肥料を実現
する。 【解決手段】 作物栽培畝列に沿って移動する移動台車
1に、前部位置において移動台車1の移動とともに作物
栽培畝列の所定範囲を順次撮影するマシンビジョン6
と、該マシンビジョン6により撮影された画像を処理し
て作物の位置を認識する画像処理用コンピュータ8と、
後部位置において電磁弁12を介して薬剤あるいは肥料
を散布する散布ノズル13と、画像処理用コンピュータ
8から送られてくる作物の位置情報と車体の車輪4で測
定された移動速度から作物の現在位置を割り出し、前記
電磁弁12を開閉作動させる散布制御用コンピュータ9
とを備え、株間のみ、作物のみ、あるいは雑草のみに薬
剤あるいは肥料を散布する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マシンビジョンに
より作物栽培畝列の所定範囲を撮影してその画像を画像
処理用コンピュータにより処理し、作物の位置を認識し
て散布制御用コンピュータに送り、ここで車体移動速度
などから作物の現在位置を割り出し、電磁弁を開閉作動
させて散布ノズルから薬剤あるいは肥料を株間のみ、作
物のみ、あるいは雑草のみに散布するようにした農薬・
肥料散布制御システムに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、農業機械化分野において、各種の
センサ、ビデオカメラ、コンピュータなどを用いて各種
の作業を自動化する研究、開発、実用化が進んでいる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】大規模畑作農業で省力
的な作業体系、環境保全の側面から農薬や肥料の使用量
低減が求められている。特に大規模畑作地帯で野菜栽培
を行う場合、除草が大規模化を制限する一要因となって
いる。現在、畝間の除草については多様な方式の機械に
より行われているものの、株間の除草は依然として人力
を用いることが多い。本発明は、例えば除草剤の局所
(スポット)散布を想定し、マシンビジョンで撮影した
画像から判別された作物位置に応じ株間への局所制御を
行い、これによる減農薬・肥料の実現する農薬・肥料散
布制御システムを提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、以下の構成を有することを特徴としてい
る。
【0005】A.作物栽培畝列に沿って移動する移動台
車に、前部位置において移動台車の移動とともに作物栽
培畝列の所定範囲を順次撮影するマシンビジョンと、該
マシンビジョンにより撮影された画像を処理して作物の
位置を認識する画像処理用コンピュータと、後部位置に
おいて電磁弁を介して薬剤あるいは肥料を散布する散布
ノズルと、画像処理用コンピュータから送られてくる作
物の位置情報と車体の車輪で測定された移動速度から作
物の現在位置を割り出し、前記電磁弁を開閉作動させる
散布制御用コンピュータとを備え、株間のみ、作物の
み、あるいは雑草のみに薬剤あるいは肥料を散布する。
【0006】B.画像処理用コンピュータと散布制御用
コンピュータ間のデータ転送は、ネットワークを介して
行う。
【0007】C.散布制御用コンピュータは、ネットワ
ークを介して送られてくる撮影時刻、撮影時点の作物の
位置データ及び車体の車輪で測定された車体の移動速度
から作物の現在位置を割り出し、メモリ上に散布テーブ
ルを作成し、該テーブルに従い、車輪の回転から現在位
置を監視しながら電磁弁を開閉作動させる。
【0008】
【作用】上記A.ないしC.の構成により、作物栽培畝
列の作物の現在位置を正確に知り得て株間のみ、作物の
み、あるいは雑草のみに薬剤あるいは肥料を散布するこ
とができ、必要最小限の薬剤あるいは肥料により株間の
除草を行ったり、作物に対して殺虫剤、殺菌剤、肥料等
の散布を行うことができる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて、添付の図面、ブロック図、フローチャート、構成
図、グラフ等を参照して具体的に説明する。
【0010】図1において、符号1は薬剤・肥料散布機
(移動台車)で、車体2に1輪の前輪3と2輪の後輪4
を装備し、車体2に搭載したエンジン5により前輪3を
駆動して作物栽培畝列に沿って移動する。この薬剤・肥
料散布機1の最前部に、移動台車の移動とともに作物栽
培畝列の所定範囲を順次撮影するCCDビデオカメラ6
が下向きに設けられ、該ビデオカメラ6からデコーダ7
を介して、ビデオカメラ6により撮影された画像を処理
して作物の位置を認識する画像処理用コンピュータ8に
接続されている。薬剤・肥料散布機1の最後部に、電磁
弁14を介して薬剤あるいは肥料を散布する散布ノズル
13が設けられ、電磁弁14から散布ノズル13に給液
パイプが接続されている。画像処理用コンピュータ8か
ら送られてくる作物(この実施例ではキャベツ)の位置
情報と後輪4に設けた位置センサ15で測定された移動
速度から作物の現在位置を割り出し、電磁弁12を開閉
作動させる散布制御用コンピュータ9が車体2上に設け
られている。電磁弁14には薬液タンク10から散布用
ポンプ11を介して薬液あるいは肥料が供給される。
【0011】散布制御用コンピュータ9は、ネットワー
ク17を介して送られてくる撮影時刻、撮影時点の作物
の位置データ及び位置センサ15で測定された車体の移
動速度から作物の現在位置を割り出し、メモリ上に散布
テーブルを作成し、該テーブルに従い、転動輪の回転か
ら現在位置を監視しながらリレー19を介して電磁弁1
2を開閉作動させる。図2〜図4にも示すように、画像
処理用コンピュータ8と散布制御用コンピュータ9間の
データ転送は、IEEE802.3 準拠のインサーネットボード
を用いたネットワーク17を介して行われる。エンジン
5からの動力は変速機で変速されて伝動機構18を介し
て前輪3に伝達され自走する。なお、図示しないが、車
体2上にはリモートコントロールで動作する操縦装置が
設けられている。そして、薬剤・肥料散布機1を作物栽
培畝列に沿って移動させながら、上記各制御装置によ
り、株間のみ、作物のみ、あるいは雑草のみに薬剤ある
いは肥料を散布する作業を行う。図4で符号20は拡張
ユニットである。
【0012】本発明では、画像処理による作物の位置認
識と散布制御を異なるコンピュータ8,9で行い、情報
通信はIEEE802.3 準拠のインサーネットボードを介して
行っている。この認識と制御を分離しているため、.
画像の違いによる画像処理時間の違いについて制御側で
の作物位置の正確な把握、.1回の画像処理で複数の
作物位置情報が測定される点、.2回の画像処理で同
じ作物の位置情報を測定した時の対応に関し、以下の工
夫をしている。
【0013】(1) 作物認識を行うコンピュータ8では画
像処理を行い、以下の情報を散布制御用コンピュータ9
にファイルとして書き出すことにより情報を伝達してい
る。 ○作物数 ○画像撮影時刻 ○入力画像内における各作物の重心位置の座標 ○各作物の大きさ(作物に外接する矩形のXY方向の長
さ)
【0014】(2) 散布制御用コンピュータ9では、作物
認識を行うコンピュータ8からの情報と、情報を受け取
った時刻、センサ15による車両進行位置及び速度を基
に、散布制御用コンピュータ9が情報を受け取った時点
での散布ノズル11と作物との相対的位置関係を計算す
る(式1)。
【0015】 Dnp=Dnc+Yp×a−V×(Tsc−Tia) …………(式1) Dnp:散布制御用コンピュータ9が情報を受け取った時
点での散布ノズル11位置と作物との相対距離 V :車両速度 Tsc:散布制御用コンピュータ9が情報を受け取った時
刻 Dnc:散布ノズル11と撮影画像下端との距離 Yp :撮影画像内の作物の重心位置のY座標値 a :画像内の長さを実距離に換算する係数
【0016】(3) 散布制御用コンピュータ9のハードデ
ィスク内の作物位置情報が更新される度に散布制御用コ
ンピュータ9のメモリ内に散布スケジュールを作成し、
作物位置情報が未更新の際は、スケジュールに応じて散
布制御を行う。これにより、 複数の作物にも対応で
き、画像処理で同じ作物を重視して認識した場合は、散
布スケジュールの更新により常に新しい情報に置き換
わる。
【0017】(4) 散布制御に走行速度変化による散布位
置の補正を行っている。車両の後輪4の車軸に取り付け
られたセンサ15により進行距離を測定しており、これ
により速度を求めている。この速度データと散布制御時
に散布命令から実際の散布制御を行うまでの遅れ時間か
ら遅れ時間相当の距離を計算し補正することにより、速
度変化に対応した精度の高い制御が可能となる(式2,
式3)。
【0018】 散布中止位置の計算 Pstop=Pnow+(Yp−Sy/2)×a+Dnc−(DTstop×V) −V×(Tsc−Tia)−SA …………(式2) 散布開始位置の計算 Pstart=Pnow+(Yp−Sy/2)×a+Dnc−(DTstart×V) −V×(Tsc−Tia)−SA …………(式3) Pstop :散布中止位置 Pstart:散布開始位置 Pnow :散布制御用コンピュータ9が情報を受け取った
時点での散布ノズル11の位置 Dnc :散布ノズル11と撮影画像下端との距離 Yp :撮影画像内の作物の重心位置のY座標値 Sy :作物のY軸方向の大きさ a :画像内の長さを実距離に換算する係数 DTstop:散布停止時に散布停止命令から実際の散布制御
までの遅れ時間 DTsart:散布開始時に散布開始命令から実際の散布制御
までの遅れ時間 V :車両速度 Tsc :散布制御用コンピュータ9が情報を受け取った
時刻 Yia :画像処理用コンピュータ8が画像を撮影した時
刻 SA :飛散や散布制御の安全性を見込んだ安全領域
【0019】上記構成の薬剤散布機1により試験を行っ
た。曇天時に本葉3〜4葉期のキャベツに対し、栽培畝
列に沿って0.29m/sの走行速度で1000倍の蛍
光塗料を散布した結果、散布量と比例関係にある蛍光出
力値の作物位置での明確な低下が見られる(表1及び図
5参照)。
【0020】
【表1】
【0021】
【発明の効果】以上説明したように本発明の農薬・肥料
散布制御システムは、作物栽培畝列に沿って移動する移
動台車に、前部位置において移動台車の移動とともに作
物栽培畝列の所定範囲を順次撮影するマシンビジョン
と、該マシンビジョンにより撮影された画像を処理して
作物の位置を認識する画像処理用コンピュータと、後部
位置において電磁弁を介して薬剤あるいは肥料を散布す
る散布ノズルと、画像処理用コンピュータから送られて
くる作物の位置情報と車体の車輪で測定された移動速度
から作物の現在位置を割り出し、前記電磁弁を開閉作動
させる散布制御用コンピュータとを備え、株間のみ、作
物のみ、あるいは雑草のみに薬剤を散布するので、移動
台車を作物栽培畝列に沿って走行させることにより、作
物栽培畝列の作物の現在位置を正確に知りことができ、
散布ノズルから株間のみ、作物のみ、あるいは雑草のみ
に薬剤あるいは肥料を散布することができ、必要最小限
の薬剤あるいは肥料により株間の除草を行ったり、作物
に対して殺虫剤、殺菌剤、肥料等の散布を行ったりし、
減農薬・肥料を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による薬剤・肥料散布機の概略側面図で
ある。
【図2】本発明による農薬・肥料散布制御システムの概
要を示すブロック図である。
【図3】散布制御フローチャートである。
【図4】散布制御部の構成図である。
【図5】畝方向の散布量分布を示すグラフである。
【符号の説明】
1 薬剤・肥料散布機(移動台車) 2 車体 3 前輪(1輪) 4 後輪(2輪) 5 エンジン 6 ビデオカメラ(マシンビジョン) 7 デコーダ 8 画像処理用コンピュータ 9 散布制御用コンピュータ 10 薬液タンク 11 散布用ポンプ 12 電磁弁 13 散布ノズル 14 給液ホース 15 位置センサ 16 変速機 17 ネットワーク 18 伝動機構 19 リレー 20 拡張ユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山縣 真人 北海道帯広市西21条南2丁目36−12 Fターム(参考) 2B052 BC04 BC11 DB04 DC02 DC07 DC09 DC13 DD01 DD07 EB11 FA08 2B121 CB01 CB20 CB24 CB33 CB35 CB42 CB47 CB61 CC01 EA21 FA04 FA11 FA14 5C054 AA01 CA04 CC02 CH01 EA01 EA05 FC00 FC12 FF07 HA11

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 作物栽培畝列に沿って移動する移動台車
    に、前部位置において移動台車の移動とともに作物栽培
    畝列の所定範囲を順次撮影するマシンビジョンと、該マ
    シンビジョンにより撮影された画像を処理して作物の位
    置を認識する画像処理用コンピュータと、後部位置にお
    いて電磁弁を介して薬剤あるいは肥料を散布する散布ノ
    ズルと、画像処理用コンピュータから送られてくる作物
    の位置情報と車体の車輪で測定された移動速度から作物
    の現在位置を割り出し、前記電磁弁を開閉作動させる散
    布制御用コンピュータとを備え、株間のみ、作物のみ、
    あるいは雑草のみに薬剤あるいは肥料を散布することを
    特徴とする農薬・肥料散布制御システム。
  2. 【請求項2】 画像処理用コンピュータと散布制御用コ
    ンピュータ間のデータ転送は、ネットワークを介して行
    うことを特徴とする請求項1記載の農薬・肥料散布制御
    システム。
  3. 【請求項3】 散布制御用コンピュータは、ネットワー
    クを介して送られてくる撮影時刻、撮影時点の作物の位
    置データ及び車体の車輪で測定された車体の移動速度か
    ら作物の現在位置を割り出し、メモリ上に散布テーブル
    を作成し、該テーブルに従い、車輪の回転から現在位置
    を監視しながら電磁弁を開閉作動させることを特徴とす
    る請求項1又は2記載の農薬・肥料散布制御システム。
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