JP2009236638A - データ収集装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水位センサを新たに付加することなく、既存の構成要素を有効活用して水田の水位データを取得して外部端末に送信することができるデータ収集装置を提供する。
【解決手段】環境情報取得手段の１つとして備えるカメラユニット３８により、水田に設置された目盛り付き水位板４０を被写体とした画像を撮像し、このカメラユニット３８により撮像した画像の画像データを水位データとして外部端末であるセンターサーバ４や農家側端末３に送信して、農家側端末３にて閲覧できるようにする。
【選択図】図３

Description

本発明は、屋外の環境情報を収集するデータ収集装置に関する。

近年のＩＴ化に伴い、インターネットなどの電気通信回線を用いた情報通信技術が様々な分野で活用されている。例えば、環境情報を収集するデータ収集装置を遠隔地に設置して、このデータ収集装置により収集した環境情報を電気通信回線を介して集計して一元的に管理したり、データ収集装置により収集した環境情報を自宅の端末にて閲覧できるようにすることが、情報通信技術の利用により実現可能となる。このようなデータ収集装置としては、例えば、農作物を育成する農地に設置され、その設置場所の気温や湿度、日射量、農地の画像等の環境情報を定期的に収集して、収集した環境情報を電気通信回線を介して環境情報の集計や解析を行うサーバなどの外部端末に送信するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−１９９３６８号公報

ところで、以上のようなデータ収集装置を用いて水田の情報を収集して水田の管理に利用する場合には、水田の管理を行う上で水田の水位の把握が非常に重要であることから、データ収集装置が環境情報の１つとして水位データを取得して外部端末に送信することが求められる。データ収集装置により水位データを取得するためには、データ収集装置に水位センサを新たに付加して水位を計測することが考えられるが、このような新たなセンサの付加は、コストの上昇を招くことになる。このため、既存の構成要素を可能な限り有効活用して、新たにセンサを付加することなく水田の水位データを適切に取得できるようにすることが望まれている。

本発明は、以上のような従来の実情に鑑みて創案されたものであり、水位センサを新たに付加することなく、既存の構成要素を有効活用して水田の水位データを取得して外部端末に送信することができるデータ収集装置を提供することを目的としている。

本発明は、少なくともカメラを含む環境情報取得手段を用いて屋外の各種の環境情報を収集し、収集した環境情報を外部端末に対して送信するデータ収集装置において、環境情報取得手段として備えるカメラを用いて水田を背景とした画像を撮像することで水田の水位データを取得し、当該水位データを環境情報の１つとして外部端末に対して送信することにより、上述した課題を解決する。

本発明によれば、環境情報取得手段として備えるカメラで水田を背景とした画像を撮像して水田の水位データを取得し、当該水位データを環境情報の１つとして外部端末に対して送信するようにしているので、水位センサを新たに付加することによるコスト上昇などを招くことなく、水田の水位データを適切に取得して外部端末に送信することができる。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本実施形態のデータ収集装置を使用した水田管理システムの全体構成を示す模式図である。本実施形態のデータ収集装置１は、水田の管理に必要な各種の環境情報を収集するものであり、監視対象となる水田に設置されている。このデータ収集装置１は、インターネット等の電気通信回線２を介して、水田を管理する農家の作業者が利用する端末である農家側端末３や、システム管理センタに設置されてデータ収集装置１が収集した環境情報を集積・解析する端末であるセンタサーバ４などの外部端末との間で情報通信可能とされている。

図２は、データ収集装置１の外観を示す斜視図である。このデータ収集装置１は、情報収集に必要な各種電子部品を内蔵する本体ユニット１０を備えており、この本体ユニット１０の外部又は内部に設けられた各種の環境情報取得手段で取得された環境情報を、この本体ユニット１０にて収集する構成である。本体ユニット１０は、その下部に設けられた脚部１１を地中に埋設することで、監視対象となる水田における適所に立設されている。この本体ユニット１０の内部には、情報収集に必要な各種電子部品が固定されており、個々の電子部品同士は必要な配線が行われている。本体ユニット１０の内部に固定される電子部品としては、例えば、ＣＰＵやメモリのほか無線カードなどで構成されるＣＰＵボード、各種センサやカメラユニットなどの情報取得部からの信号を取得してデータ収集を行うデータ収集ボード、各種の電子部品に電力を供給するＡＣ／ＤＣ電源およびＤＣ／ＤＣ電源が挙げられる。また、これ以外にも、各種センサやカメラユニットに繋がるケーブルが物理的に接続されるセンサインターフェース、各種情報を表示する表示部と操作者による操作入力を受け付ける操作入力部とを一体にしたＨＭＩ（Human Machine Interface）ユニットなどが、本体ユニット１０の内部に設けられている。

環境情報を取得する環境情報取得手段の一部は、例えば図２に示すように、本体ユニット１０の近傍に立設された支柱１２に取り付けられている。この図２に示す例では、水田における温度や湿度を検出する温湿度センサ３１と、水田を背景とした画像を撮像するカメラユニット３８とが、本体ユニット１０近傍の支柱１２に取り付けられている。これら温湿度センサ３１やカメラユニット３８のように、本体ユニット１０の外部に設けられる環境情報取得手段は、ケーブル１３を介して本体ユニット１０内部のインターフェースに接続されている。

図３は、データ収集装置１の構成を機能的に示すブロック図である。データ収集装置１の本体ユニット１０は、これを機能的に捉えた場合、データ制御部２１と、データ収集部２２と、データ演算部２３と、データ記憶部２４と、データ表示部２５と、無線通信制御部２６と、無線通信部２７と、センサＩ／Ｆ部２８と、電源部２９とを有している。これら本体ユニット１０における各機能的な構成要素は、本体ユニット１０に内蔵された上述した各種電子部品によってその機能が実現されている。

データ制御部２１は、数値計算や情報処理、機器制御などを行い、データ収集装置１の動作を総合的に制御する。例えば、データ制御部２１は、データ演算部２３によって生成される情報をデータ記憶部２４に記憶させたり、データ表示部２５に表示させるといった制御を行う。また、このデータ制御部２１は、予め定められた周期でデータ記憶部２４に記憶された各種環境情報を読み出して無線通信制御部２６に送り、この無線通信制御部２６から電気通信回線２上に環境情報を送出させる制御を行う。

データ収集部２２は、環境情報取得手段である各種センサ３０〜３７からのセンサ信号やカメラユニット３８からの画像信号を、センサＩ／Ｆ部２８を介して、所定タイミングごとに定期的に自動収集する。このデータ収集部２２によって定期的に収集されたデータは、その都度データ演算部２３に対して出力される。

データ演算部２３は、データ収集部２２から出力される各種の信号のそれぞれを対象として、センサ信号（電圧値など）を、利用者が理解することができる所定の形式（例えば、温度）の環境情報に変換する。このデータ演算部２３において形式変換された環境情報は、データ制御部２１に対して出力され、データ記憶部２４に蓄積される。

データ記憶部２４は、データ収集部２２により定期的に収集された環境情報を記憶する機能を担っている。データ収集部２２により収集されてデータ演算部２３によって形式変換された環境情報は、データ制御部２１によってこのデータ記憶部２４に格納される。データ記憶部２４には、収集された環境情報ごとに、例えば、その環境情報を取得した時間や日付などの情報が環境情報に対応付けて記憶される。

データ表示部２５は、データ制御部２１によって制御されて、データ演算部２３から出力される環境情報や、データ収集装置１の現在の動作状況などの各種の情報を表示する。このデータ表示部２５が各種情報を表示することによって、作業者は、データ収集装置１の設置現場において、環境情報をリアルタイムで閲覧したり、データ収集装置１の動作状況を確認することができる。

無線通信制御部２６は、無線通信部２８を駆動して電気通信回線２の指定されたアクセスポイントにアクセスし、データ制御部２１からの信号をパケットに変換し、変換したパケットを無線通信部２７からアクセスポイントに送信する。また、無線通信制御部２６は、無線通信部２７が電気通信回線２経由で外部端末から送信されたパケットを受信した場合は、このパケットの復号化を行い、復号した信号をデータ制御部２１に出力する。なお、アクセスポイントと農家側端末３やセンターサーバ４などの外部端末との間の電気通信回線２経由の通信は、例えばＡＤＳＬやＩＳＤＮなどの既存のインフラを利用することができる。

無線通信部２７は、無線通信制御部２６が電気通信回線２のアクセスポイントとの間で無線通信を行うためのアンテナの機能を担っている。

センサＩ／Ｆ部２８は、環境情報取得手段である各種センサ３０〜３７およびカメラユニット３８からの信号を入力し、入力した信号をデータ収集部２２へと伝送する。

電源部２９は、ソーラーパネル，１００Ｖ電源，１２Ｖバッテリ等の電源から電力の供給を受けることにより、本体ユニット１０のシステム各部に電力を供給するとともに、電源状態を制御する機能を担っている。

以上のような本体ユニット１０には、環境情報を取得する環境情報取得手段として、各種センサ３０〜３７およびカメラユニット３８が接続されている。本実施形態では、センサとしては、温湿度センサ３０〜３２と、土壌温度センサ３３と、土壌水分センサ３４と、土壌ＥＣセンサ３５と、日射量センサ３６と、ＣＯ２センサ３７とが設けられている。

温湿度センサ３０〜３２は、温度および湿度を検出するセンサであり、白金測温抵抗体型（温度）および静電容量式高分子ポリマー型（湿度）などを用いることができる。このうち、温湿度センサ３０は、図３に示すように、本体ユニット１０の内部に配置され、図示しないファンなどにより本体ユニット１０内部に取り込まれた空気から、水田における温度および湿度を検出する。また、温湿度センサ３１は、本体ユニット１０外部の適所に、例えば図２に示したように、支柱１２に取り付けられた状態で設置され、水田における温度および湿度を検出する。また、温湿度センサ３２は、水田において温湿度センサ３１とは異なる箇所に設置されており、その場所の温度および湿度を検出する。

土壌温度センサ３３は、水田における土壌温度を検出するセンサである。また、土壌水分センサ３４は、水田における土壌水分を検出するセンサであり、例えば、電気抵抗型のセンサを用いることができる。土壌ＥＣセンサ３５は、電気伝導度を用いて、水田の土壌中に存在している肥料分の含有傾向を検出するセンサである。日射量センサ３６は、地表面上の全天日射量を検出するセンサであり、熱電対型などを用いることができる。ＣＯ２センサ３７は、ＣＯ２濃度を検出するセンサであり、個体高分子型などを用いることができる。

カメラユニット３８は、図示を省略するが、カメラ本体と、このカメラ本体を駆動する電源部とを主体に構成されており、これらの要素がハウジングの内部に収容されている。カメラ本体にはＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどのイメージセンサが設けられており、このイメージセンサで検出した光を電気信号に変換し、画像信号として出力する。電源部は、ソーラーパネル，１００Ｖ電源，１２Ｖバッテリ等の電源から電力の供給を受けることにより、カメラ本体に電力を供給するとともに、電源状態を制御する機能を担っている。このカメラユニット３８は、図２に示したように、例えば支柱１２に取り付けられた状態で本体ユニット１０外部の適所に設置され、水田の画像を撮像し、これを画像信号として本体ユニット１０に対して出力する。

特に、本実施形態のデータ収集装置１においては、このカメラユニット３８が、図４に示すように、水田に設置された目盛り付き水位板４０を被写体とした画像、つまり水田の水面Ｌが指し示す水位板４０の目盛りを目視により確認可能な画像を撮像できるように、支柱１２に対して最適な取付け位置および取付け角度で取り付けられている。そして、このカメラユニット３８は、図４に示すような水位板４０を被写体とした画像を定期的に撮像して、その画像信号を本体ユニット１０に対して随時出力する。なお、このカメラユニット３８に支柱１２に対する取付け角度を可変とするアクチュエータなどを設けておき、水位板４０を被写体とした画像以外にも、他の環境情報となり得る画像についてもこのカメラユニット３８で撮像できるようにしてもよい。

ここで、以上のように構成される本実施形態のデータ収集装置１の動作について、具体的な一例を挙げてそのの概要を説明する。

本実施形態のデータ収集装置１では、各種センサ３０〜３７によって定期的に計測が行われ、そのセンサ信号が、センサＩ／Ｆ部２８を介して本体ユニット１０に入力されて、データ収集部２２により定期的に収集される。データ収集部２２により定期的に収集された各種センサ３０〜３７のセンサ信号は、データ演算部２３により所定形式の環境情報に変換され、データ制御部２１によってデータ記憶部２４に格納される。

また、カメラユニット３８が定期的に起動して、水田に設置された目盛り付き水位板４０を被写体とした画像を撮像する。このカメラユニット３８が撮像した水位板４０の画像の画像データも、センサＩ／Ｆ部２８を介して本体ユニット１０に入力され、各種センサ３０〜３７のセンサ信号とともにデータ収集部２２によって定期的に収集される。そして、データ収集部２２により定期的に収集された水位板４０の画像の画像データは、各種センサ３０〜３７で取得した環境情報とともに、データ制御部２１によってデータ記憶部２４に格納される。

また、データ制御部２１が、予め設定された周期で無線通信制御部２６を起動させるとともに、データ記憶部２４に格納されている各種環境情報（各種センサ３０〜３７により取得した環境情報およびカメラユニット３８で撮像した水位板４０の画像の画像データ）を読み出して無線通信制御部２６に送る。無線通信制御部２６は、無線通信部２７を駆動して電気通信回線２の指定されたアクセスポイントにアクセスし、データ制御部２１から送られた各種環境情報の信号をパケットに変換して、変換したパケットを無線通信部２７からアクセスポイントに無線送信する。電気通信回線２のアクセスポイントにパケット形式で無線送信された各種環境情報は、電気通信回線２経由で外部端末であるセンターサーバ４により受信され、このセンターサーバ４に集積される。

水田を管理する農家の作業者は、農家側端末３を利用して電気通信回線２経由でセンターサーバ４にアクセスすると、このセンターサーバ４に集積されている水田の環境情報を農家側端末３にて閲覧することができる。環境情報の閲覧には専用のＧＵＩが用意されており、作業者の操作入力に応じて、過去データ（例えば、１ヶ月データや１年データなど）を所望の形式で閲覧でき、また、ＣＳＶ形式でデータのダウンロードも可能とされている。

また、水田を管理する農家の作業者が、農家側端末３を利用して電気通信回線２経由でデータ収集装置１にアクセスした場合には、データ収集装置１によりリアルタイムで各種環境情報の収集が行われ、収集された各種環境情報（各種センサ３０〜３７により取得した環境情報およびカメラユニット３８で撮像した水位板４０の画像の画像データ）が農家側端末３に送られる。これにより、水田を管理する農家の作業者は、データ収集装置１により収集された各種環境情報をリアルタイムで閲覧することも可能となっている。

水田を管理する農家の作業者が農家側端末３を利用して閲覧する水田の環境情報には、データ収集装置１のカメラユニット３８により撮像された水田の画像、つまり、水田に設置された目盛り付き水位板４０を被写体とした、図４に示したような画像が含まれる。したがって、水田を管理する農家の作業者は、このカメラユニット３８により撮像された画像を確認することによって、水田の水位を目視により把握することができ、水田の水位が正常でない場合に必要な措置を講ずるなど、水田の管理に役立てることができる。

以上、具体的な例を挙げながら詳細に説明したように、本実施形態のデータ収集装置１は、環境情報取得手段の１つとして備えるカメラユニット３８により、水田に設置された目盛り付き水位板４０を被写体とした画像を撮像し、このカメラユニット３８により撮像した画像の画像データを水位データとして外部端末であるセンターサーバ４や農家側端末３に送信して、農家側端末３にて閲覧できるようにしている。したがって、このデータ収集装置１によれば、水位センサを新たに付加することなく水田の水位を農家の作業者に適切に把握させることができ、水位データを取得するために新たに水位センサを付加した場合に懸念されるコスト上昇などの問題を有効に回避することができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明を適用したデータ収集装置の第２の実施形態について説明する。

図５は、本実施形態のデータ収集装置５０の構成を機能的に示すブロック図である。本実施形態のデータ収集装置５０は、本体ユニット１０の内部に画像処理部５１が付加されたものである。なお、本実施形態のデータ収集装置５０におけるその他の構成および基本的な動作については、上述した第１の実施形態のデータ収集装置１と同様であるので、以下、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して重複した説明を省略し、本実施形態に特徴的な部分についてのみ説明する。

画像解析部５１は、カメラユニット３８により撮像された画像を解析して水田の水位を算出するものである。本実施形態において、カメラユニット３８により撮像された水田を背景とした画像は、第１の実施形態と同様に、センサＩ／Ｆ部２８を介して本体ユニット１０に入力され、データ収集部２２により収集される。本実施形態では、このデータ収集部２２により収集されたカメラユニット３８からの画像データが画像解析部５１に送られ、画像解析部５１において水田の水位が算出される。

具体的には、画像解析部５１は、例えば、カメラユニット３８により撮像された水田を背景とした画像に対して既知のエッジ検出処理などを行い、この画像中における水田の水面Ｌの位置を検出する。ここで、カメラユニット３８の画角や支柱１２に対する取付け位置および取付け角度は予め分かっているので、これらの値をパラメータとして用い、画像処理によって検出した画像中の水田の水面Ｌの位置を変数とした幾何学計算を行うことにより、水田の水位を算出することができる。

また、このとき、カメラユニット３８が、例えば図６に示すように水田に設置された水位板４１を被写体とした画像を撮像するようにしておけば、画像解析部５１での処理により水田の水位をさらに高精度に算出することができる。この場合、水位板４１としては、図４に示したような細かな目盛りが付されたものを用いる必要はなく、例えば、画像処理によって水田の水面Ｌから水位板４１の上端までの距離を検出することにより、水田の水位を算出することができる。

画像解析部５１により算出された水田の水位の値は、水田の水位を表す水位データとしてデータ記憶部２４に格納され、予め設定された周期で他の環境情報とともにデータ記憶部２４から読み出されて、電気通信回線２経由でセンターサーバ４に対して送信される。また、農家側端末３からデータ収集装置１に対してアクセスがあった場合には、画像解析部５０により算出された水田の水位の値が水位データとして農家側端末３に対して送信される。したがって、水田を管理する農家の作業者は、農家側端末３を利用してこの水位データを確認することによって水田の水位を把握することができ、水田の水位が正常でない場合に必要な措置を講ずるなど、水田の管理に役立てることができる。

以上のように、本実施形態のデータ収集装置５０は、カメラユニット３８によって撮像した水田の画像を本体ユニット１０内部の画像解析部５１により解析処理して水田の水位を算出し、算出した水田の水位の値を水位データとして外部端末であるセンターサーバ４や農家側端末３に送信して、農家側端末３にて閲覧できるようにしている。したがって、このデータ収集装置５０によれば、水位センサを新たに付加することなく水田の水位を農家の作業者に適切に把握させることができ、水位データを取得するために新たに水位センサを付加した場合に懸念されるコスト上昇などの問題を有効に回避することができる。また、特に本実施形態においては、画像解析により得た水田の水位の値を農家側端末３にて閲覧できるようにしているので、農家の作業者は水田の水位をより簡便に把握することが可能となる。

［第３の実施形態］
次に、本発明を適用したデータ収集装置の第３の実施形態について説明する。

図７は、本実施形態のデータ収集装置６０の構成を機能的に示すブロック図である。本実施形態のデータ収集装置６０は、本体ユニット１０の内部に画像処理部５０に加えて水門制御部６１が付加され、さらに水田の水門を駆動する水門アクチュエータ６２が本体ユニット１０に接続されたものである。なお、本実施形態のデータ収集装置６０におけるその他の構成および基本的な動作については、上述した第２の実施形態のデータ収集装置５０と同様であるので、以下、第２の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して重複した説明を省略し、本実施形態に特徴的な部分についてのみ説明する。

水門制御部６１は、画像解析部５０により算出された水田の水位の値が所定値となるように、水田の水門を駆動する水門アクチュエータ６２に対して制御指令を出力するものである。画像解析部５１は、第２の実施形態で説明したように、カメラユニット３８により撮像された水田の画像を解析処理することで、水田の水位を算出する。本実施形態では、この画像解析部５１により算出された水田の水位の値がデータ制御部２１から水門制御部６１へと送られる。水門制御部６１は、この画像解析部５１により算出されてデータ制御部２１から送られてきた水田の水位の値を予め設定された所定値と比較して、水田の水位の値が所定値未満であれば、水門アクチュエータ６２に対して水門の開度を増大させる制御指令を出力する。一方、水田の水位の値が所定値を越えていれば、水門制御部６１は、水門アクチュエータ６２に対して水門の開度を減少させる制御指令を出力する。

水門アクチュエータ６２は、水門制御部６１からの制御指令に従って、水田の水門を駆動する。本実施形態では、データ処理装置６０が所定周期で以上の処理が繰り返すことにより、水田の水位を自動調整するようにしている。なお、画像解析部５１により算出された水田の水位の値は、水田の水位の自動調整に用いられるだけでなく、第２の実施形態と同様に、環境情報の１つとして電気通信回線２経由でセンターサーバ３や農家側端末４に送信されるようにしてもよい。

以上のように、本実施形態のデータ収集装置６０は、カメラユニット３８によって撮像した水田の画像を画像解析部５１により解析処理して水田の水位を算出し、この画像解析部５１により算出された水田の水位が所定値となるように、水門制御部６１が水門アクチュエータ６２に対して制御指令を出力して水門の開度を調整するようにしている。したがって、このデータ収集装置６０によれば、水位データを取得するために新たに水位センサを付加した場合に懸念されるコスト上昇などの問題を有効に回避しながら、水門の水位を自動調整することができ、農家の作業者による水田の管理を効果的に支援することができる。

以上、本発明の実施形態として第１乃至第３の実施形態について説明したが、以上の各実施形態は本発明の一適用例を例示したものであり、本発明の技術的範囲が以上の各実施形態で説明した内容に限定されることを意図するものではない。つまり、本発明の技術的範囲は、以上の各実施形態で開示した具体的な技術事項に限らず、この開示から容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含むものである。

データ収集装置を使用した水田管理システムの全体構成を示す模式図である。 データ収集装置の外観を示す斜視図である。 第１の実施形態のデータ収集装置の構成を機能的に示すブロック図である。 第１の実施形態のデータ収集装置において、カメラユニットにより撮像される画像の一例を示す図である。 第２の実施形態のデータ収集装置の構成を機能的に示すブロック図である。 第２の実施形態のデータ収集装置において、カメラユニットにより撮像される画像の一例を示す図である。 第３の実施形態のデータ収集装置の構成を機能的に示すブロック図である。

符号の説明

１ データ収集装置
２ 電気通信回線
３ 農家側端末
４ センターサーバ
１０ 本体ユニット
２１ データ制御部
２２ データ収集部
２３ データ演算部
２４ データ記憶部
２５ データ表示部
２６ 無線通信制御部
２７ 無線通信部
２８ センサＩ／Ｆ部
３０〜３７ 各種センサ
３８ カメラユニット
５０ データ収集装置
５１ 画像解析部
６０ データ収集装置
６１ 水門制御部
６２ 水門アクチュエータ

Claims (4)

1. 少なくともカメラを含む環境情報取得手段を用いて屋外の各種の環境情報を収集し、収集した環境情報を外部端末に対して送信するデータ収集装置において、
   前記カメラで水田を背景とした画像を撮像することで水田の水位データを取得し、当該水位データを前記環境情報の１つとして前記外部端末に対して送信することを特徴とするデータ収集装置。
2. 前記カメラで撮像した画像は、水田に設置された目盛り付き水位板を被写体とした画像であり、
   前記カメラで撮像した画像の画像データそのものを前記水位データとして外部端末に対して送信することを特徴とする請求項１に記載のデータ収集装置。
3. 前記カメラで撮像した画像を解析して水田の水位を算出する画像解析手段を備え、
   前記画像解析手段で算出した水位の値を前記水位データとして外部端末に対して送信することを特徴とする請求項１に記載のデータ収集装置。
4. 水田の水門を駆動するアクチュエータに対して制御指令を出力する水門制御部をさらに備え、
   前記水門制御部は、前記画像解析手段で算出した水位の値が所定値となるように、前記アクチュエータに対して制御指令を出力することを特徴とする請求項２に記載のデータ収集装置。

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