JP2015039356A

JP2015039356A - 表示システム、サーバ装置及びプログラム

Info

Publication number: JP2015039356A
Application number: JP2013173236A
Authority: JP
Inventors: 将慶籠田; Shokei Kagota; 和真小泉; Kazumasa Koizumi; 智子坪田; Tomoko Tsubota; 豊樹古在; Toyoki Kozai; 丸尾　達; Tatsu Maruo; 達丸尾; 哲雄関山; Tetsuo Sekiyama
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd; Chiba University NUC
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd; Chiba University NUC
Priority date: 2013-08-23
Filing date: 2013-08-23
Publication date: 2015-03-02
Anticipated expiration: 2033-08-23
Also published as: JP6120726B2

Abstract

【課題】センサ設置によるコストを抑制しつつ、対象の空間における環境因子を好適に可視化することが可能な表示システム、サーバ装置、及びプログラムを提供する。
【解決手段】表示システムは、センサと、サーバ装置と、端末装置とを有する。サーバ装置は、センサが計測した計測値から、所定空間内における環境因子の局所回帰を行うことで、所定空間内の前記環境因子の予測値を算出し、算出結果を示す表示情報を端末装置に送信する。端末装置は、サーバ装置から受信した表示情報を表示する。
【選択図】図８

Description

本発明は、農作物などの生物の環境因子を可視化するシステムに関する。

従来から、植物等を育てる環境下における気温等の環境因子をセンサにより検出し、その検出結果を表示するシステムが知られている。例えば、特許文献１には、植物を育てる空間での気温や湿度などをセンサにより検出し、これらの変化を示すグラフを表示するシステムが開示されている。また、特許文献２及び非特許文献１には、局所回帰分析に関する技術が開示されている。

特開２００２−１０１７５６号公報特開２０１１−１１８８８３号公報

ＷｉｌｌｉａｍＳ．ＣｌｅｖｅｌａｎｄａｎｄＳｕｓａｎＪ．Ｄｅｖｌｉｎ，「ＬｏｃａｌｌｙＷｅｉｇｈｔｅｄＲｅｇｒｅｓｓｉｏｎ：ＡｎＡｐｐｒｏａｃｈｔｏＲｅｇｒｅｓｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓｂｙＬｏｃａｌＦｉｔｔｉｎｇ」，ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＳｔａｔｉｓｔｉｃａｌＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，８３（４０３）：５９６―６１０，１９８８.

植物工場全体などの比較大きい空間で環境状況を網羅的に監視しようとする場合、種々の環境因子を測定するためのセンサを大量に配置する必要があり、センサ設置のコストが高くなったり、センサの運用管理に手間がかかったりするなどの問題があった。そこで、本発明は、センサ設置によるコストを抑制しつつ、対象の空間における環境因子を好適に可視化することが可能な表示システム、サーバ装置、及びプログラムを提供することを主な目的とする。

本発明の１つの観点では、サーバ装置と、前記サーバ装置と接続する端末装置とを有する表示システムであって、前記サーバ装置は、複数地点における環境因子の計測値を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された計測値から、所定空間内における前記環境因子の局所回帰を行うことで、前記所定空間内の前記環境因子の予測値を算出する算出手段と、前記算出手段の算出結果を示す表示情報を前記端末装置に送信する結果送信手段とを有し、前記端末装置は、前記表示情報の要求信号を前記サーバ装置に送信する送信手段と、前記要求信号の送信に基づき前記サーバ装置から受信した表示情報を表示する表示手段と、を有する。なお、「所定空間」とは、１次元空間、２次元空間、又は３次元空間のいずれであってもよい。

本発明の他の観点では、サーバ装置は、複数地点における環境因子の計測値を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された計測値から、所定空間内における前記環境因子の局所回帰を行うことで、前記所定空間内の前記環境因子の予測値を算出する算出手段と、前記算出手段の算出結果を示す表示情報を、表示手段を有する端末装置に送信する結果送信手段とを有する。

本発明のさらに別の観点では、複数地点における環境因子の計測値を記憶する記憶手段を有するコンピュータが実行するプログラムであって、前記記憶手段に記憶された計測値から、所定空間内における前記環境因子の局所回帰を行うことで、前記所定空間内の前記環境因子の予測値を算出する算出手段と、前記算出手段の算出結果を示す表示情報を、表示手段を有する端末装置に送信する結果送信手段として前記コンピュータを機能させる。

本発明によれば、広い植物工場などの種々の空間を対象にする場合であっても、環境監視用のセンサの数を削減しつつ、かつ、局所回帰分析を用いることで、対象となる空間での環境因子の予測値を高精度に算出し、環境因子を好適に可視化することができる。

各実施形態に係る表示システムの概略構成を示す。センサの配置例を示す。センサ情報ＤＢのデータ構造を示す。計測情報ＤＢのデータ構造を示す。局所回帰式を表すグラフの一例である。パラメータを変化させた場合の各計測値の重み付けの大きさを示す。計測情報生成処理のフローチャートを示す。表示情報生成処理のフローチャートである。表示情報に基づく表示例である。変形例に係る計測情報ＤＢのデータ構造を示す。第２実施形態に係る表示情報生成処理のフローチャートである。差分二乗和の時間変化を示すグラフである。第２実施形態に係る表示情報に基づく表示例である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る第１及び第２実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
まず、第１実施形態について説明する。以後において、「環境因子」とは、農作物、微生物、細胞などの生物の生存、生活に影響する環境の種々の数値化された条件を指すものとする。

［システム構成］
図１は、第１実施形態に係る表示システム１０の概略構成を示す図である。表示システム１０は、農作物の栽培、育成時の環境因子を可視化するためのシステムである。図１に示すように、表示システム１０は、主に、複数のセンサ３（３ａ、３ｂ、…）と、端末装置４と、サーバ装置５とを備える。センサ３及び端末装置４は、それぞれサーバ装置５とネットワーク９を介して接続している。表示システム１０は、センサ３が計測した計測値に基づき、ユーザが指定した所定範囲（「表示対象範囲Ｒｔａｇ」とも呼ぶ。）内で区切られた各単位領域での環境因子の予測値の算出及び可視化を行う。

センサ３は、１又は複数種類の環境因子を所定間隔（例えば１分）ごとに計測し、生成した計測値、計測日時の情報、及び当該センサ３の識別情報（「センサＩＤ」とも呼ぶ。）を含む検出信号「Ｓｄ」を、ネットワーク９を介してサーバ装置５に送信する。センサ３は、例えば１又は複数のビニールハウスや圃場などに設置される。図２は、センサ３の配置を示す。図２に示すＸＹ軸は、水平面上の位置を示す。図２の例では、二酸化炭素の濃度を計測する８つのセンサ３ａ〜３ｈが配置されている。具体的には、センサ３ａ〜３ｈは、Ｘ座標が２．５ｍから３０ｍの範囲に存在し、Ｙ座標が１．５ｍから７．５ｍの間に存在する。そして、図２では、表示対象範囲Ｒｔａｇは、センサ３ａ〜３ｈを包含する最小の長方形（破線枠参照）に設定される。

再び図１に戻り端末装置４について説明する。端末装置４は、ＣＰＵ等のプロセッサや、ＲＯＭやＲＡＭといったメモリや、ディスプレイや、マウスやキーボード等を備えるパーソナルコンピュータ（例えばノートパソコン）である。端末装置４は、表示対象範囲Ｒｔａｇ内の環境因子の予測値を可視化した情報（「表示情報Ｉｄ」とも呼ぶ。）をサーバ装置５から受信し、当該表示情報Ｉｄに基づく表示を行う。

端末装置４は、表示情報Ｉｄをサーバ装置５から取得する場合、サーバ装置５に対し、表示情報Ｉｄを要求する情報（「要求情報Ｉｒ」とも呼ぶ。）をサーバ装置５に送信する。このとき、端末装置４は、表示情報Ｉｄの表示範囲を示す表示対象範囲Ｒｔａｇの情報、表示情報Ｉｄで表示対象となる日時の情報、表示情報Ｉｄで表示する対象となる環境因子の種別の情報（「種別情報」とも呼ぶ。）、及び表示対象範囲Ｒｔａｇ内で予測値を算出する各単位領域の大きさを指定する情報（「メッシュ情報」とも呼ぶ。）を要求情報Ｉｒに含める。さらに、端末装置４は、後述するパラメータ「α」を要求情報Ｉｒに含めてサーバ装置５に送信する。なお、端末装置４は、要求情報Ｉｒに含める各情報を、要求情報Ｉｒの送信時にユーザの入力に基づき生成してもよく、設定情報として予め記憶しておいてもよい。

サーバ装置５は、ＣＰＵ等のプロセッサや、ＲＯＭやＲＡＭといったメモリを有する。サーバ装置５は、各センサ３の位置情報と当該センサ３が計測する環境因子の種別情報とを関連付けたデータベース（「センサ情報ＤＢ」とも呼ぶ。）、及び、各センサ３から送信される検出信号Ｓｄに含まれる計測値のデータベース（「計測情報ＤＢ」とも呼ぶ）を記憶する。また、サーバ装置５は、端末装置４から送信される要求情報Ｉｒに基づき、表示対象範囲Ｒｔａｇ内の各予測値を算出し、これらの予測値を分布図などにより図示した表示情報Ｉｄを端末装置４に送信する。

図３は、センサ情報ＤＢのデータ構造を示す。図３に示すように、サーバ装置５は、センサ情報ＤＢ内に、各センサ３の識別情報であるセンサＩＤと、ＸＹＺ座標（Ｚ座標は高さ）により定められる位置情報と、計測対象となる環境因子を示す種別情報とを関連付けて記憶する。なお、図３のセンサ情報ＤＢでは、図２に示すセンサ３ａ〜３ｈは、それぞれセンサＩＤ「０１」〜「０８」に相当し、センサＩＤ「０１」〜「０８」にそれぞれセンサ３ａ〜３ｈの位置情報及び種別情報が関連付けられている。

図４は、計測情報ＤＢのデータ構造を示す。図４に示すように、サーバ装置５は、計測情報ＤＢ内に、検出信号Ｓｄにそれぞれ含まれるセンサＩＤ、日時情報、及び計測値を関連付けて記憶する。図４の例では、サーバ装置５は、検出信号Ｓｄを受信するごとに、当該検出信号Ｓｄに含まれる各情報を計測情報ＤＢに加えている。なお、サーバ装置５は、図４の例に代えて、計測情報ＤＢを、センサＩＤごとに分けて記憶してもよく、各センサ３が計測する環境因子ごとに分けて記憶してもよい。

［予測値の算出］
次に、サーバ装置５が実行する表示対象範囲Ｒｔａｇ内の各予測値の算出方法について説明する。概略的には、サーバ装置５は、局所回帰分析により、表示対象範囲Ｒｔａｇ内の環境因子を部分ごとにモデル化した局所回帰式を算出することで、表示対象範囲Ｒｔａｇ内の各予測値を生成する。これにより、サーバ装置５は、局所的な特性を的確に表した表示対象範囲Ｒｔａｇ内の各予測値を生成する。

まず、表示対象範囲Ｒｔａｇ内の各予測値を算出するのに使用する計測値の抽出方法について説明する。サーバ装置５は、要求情報Ｉｒを受信した場合に、端末装置４から受信した要求情報Ｉｒに含まれる表示対象範囲Ｒｔａｇの情報、表示対象となる日時の情報、及び種別情報に基づき、表示対象範囲Ｒｔａｇ内の各予測値の算出に用いる計測値を計測情報ＤＢから抽出する。この場合、サーバ装置５は、まず、センサ情報ＤＢを参照し、表示対象範囲Ｒｔａｇ内又は表示対象範囲Ｒｔａｇから所定距離以内にあるセンサ３であって、要求情報Ｉｒの種別情報が示す環境因子に関連付けられたセンサＩＤを認識する。そして、サーバ装置５は、認識したセンサＩＤと、要求情報Ｉｒの日時の情報とに関連付けられた計測値を計測情報ＤＢから抽出する。

次に、サーバ装置５は、要求情報Ｉｒに含まれるメッシュ情報及びパラメータαを参照し、局所回帰分析により表示対象範囲Ｒｔａｇ内の各予測値を算出する。具体的には、サーバ装置５は、メッシュ情報に基づき、対象の環境因子の各予測値を算出する表示対象範囲Ｒｔａｇ内の単位領域を認識する。また、サーバ装置５は、要求情報Ｉｒに含まれるパラメータαに基づき、表示対象範囲Ｒｔａｇ内の所定の区分ごとの環境因子をモデル化した局所回帰式を算出する。パラメータαは、局所回帰式において、算出対象となる予測値の地点と計測値の計測地点との距離（「地点間距離ＬＢ」とも呼ぶ。）と、当該計測値に乗算される重み付けの大きさとの関係を規定するパラメータである。計測値に乗算される重み付けの大きさは、地点間距離ＬＢが短いほど大きくなる。そして、パラメータαが大きくなるほど、地点間距離ＬＢの短い計測値の重み付けと地点間距離ＬＢの長い計測値の重み付けとの差が大きくなる。一方、パラメータαが小さくなるほど、地点間距離ＬＢが短い計測値の重み付けと地点間距離ＬＢが長い計測値の重み付けとの差が小さくなる。

ここで、局所回帰式について、図５を参照して説明する。図５は、図２のセンサ３ａ〜３ｆが計測した二酸化炭素の計測値に基づき生成した局所回帰式を表すグラフの一例である。図５の縦軸はＣＯ２濃度を示し、横軸はＹ座標を「４．５」に固定した場合のＸ座標を示す。計測点３０ａ〜３０ｆは、それぞれセンサ３ａ〜３ｆの計測値を示す。また、各計測点３０ａ〜３０ｅを中心とする円３１ａ〜３１ｅは、破線３２に示す位置（即ち、Ｘ座標が「１２」の位置）のＣＯ２濃度の予測値を算出する際の各計測値に対する重み付けの大きさを示す。なお、図５の例では、Ｘ座標「０」かつＹ座標「４．５」の地点にＣＯ２を排出するＣＯ２施用機が設置されているものとする。

図５のグラフに示すように、サーバ装置５は、この場合、線形の回帰式を所定の区分ごとに局所的に算出している。ここで、円３１ａ〜３１ｅが示す各計測値に対する重み付けは、地点間距離ＬＢが短い計測値ほど大きくなる。なお、破線３２が示す地点から最も遠いセンサ３ｆの計測値は、地点間距離ＬＢが所定距離よりも長いことから、破線３２が示す地点の予測値を算出する際に用いられていない。このように、サーバ装置５は、局所回帰式を算出することで、近傍の計測値を重視した回帰モデルを生成することができる。従って、サーバ装置５は、特定領域で突出した値となった計測値を、不必要に全ての表示対象範囲Ｒｔａｇの予測値の算出に用いることを防ぐことができる。

また、サーバ装置５は、パラメータαが大きいほど、地点間距離ＬＢの短い計測値の重み付けを大きくし、地点間距離ＬＢの長い計測値の重み付けを小さくするような局所回帰式を生成する。これについて、図６を参照して具体的に説明する。

図６（Ａ）は、パラメータαを図５の例よりも大きくした場合を示す。図６（Ａ）の例では、図５の例と比較して、地点間距離ＬＢの短い計測値の重み付けがより大きくなり、地点間距離ＬＢの長い計測値の重み付けがより小さくなる。その結果、局所回帰式を示すグラフは、各計測点３０ａ〜３０ｆにフィッテングするように形成される。また、破線３２が示す地点の予測値の算出では、地点間距離ＬＢが短い計測点３０ｃ、３０ｄの重み付けの大きさを示す円３１ｃ、３１ｄが相対的に大きくなり、他の計測点３０ａ、３０ｂ、３０ｅの重み付けの大きさを示す円３１ａ、３１ｂ、３１ｅが相対的に小さくなっている。

図６（Ｂ）は、パラメータαを図５の例よりも小さくした場合を示す。図６（Ｂ）の例では、パラメータαを図５の例より小さくしたことにより、地点間距離ＬＢの短い計測値の重み付けと、地点間距離ＬＢの長い計測値の重み付けとの差が小さくなる。その結果、局所回帰式を示すグラフの各計測点３０ａ〜３０ｆへのフィッテングの度合いが小さくなる。また、破線３２が示す地点の予測値の算出では、図５の例と比較して、地点間距離ＬＢが短い計測点３０ｃ、３０ｄの重み付けの大きさを示す円３１ｃ、３１ｄが相対的に小さくなり、他の円３１ａ、３１ｂ、３１ｅが相対的に大きくなっている。

従って、端末装置４の利用者は、表示情報Ｉｄの要求時に、要求信号Ｉｒに含めるパラメータαを指定することで、サーバ装置５が生成する環境因子の局所回帰式の各計測値へのフィッテングの度合いを好適に定めることができる。

［処理フロー］
次に、第１実施形態における処理フローについて図７及び図８を参照して説明する。

（１）計測情報生成処理
図７は、計測情報ＤＢの生成処理のフローチャートを示す。センサ３は、図７に示す処理を繰り返し実行する。

まず、センサ３は、計測値を生成すると共に当該計測値をメモリに記録する（ステップＳ１０１）。次に、センサ３は、記録した計測値の送信タイミングであるか否か判定する（ステップＳ１０２）。例えば、センサ３は、ステップＳ１０１で計測値を生成するごとに当該計測値の送信タイミングであると判定してもよく、所定回数（例えば１０回）だけステップＳ１０１を実行するごとにこれらの計測値の送信タイミングであると判定してもよい。そして、センサ３は、計測値の送信タイミングであると判断した場合（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、当該計測値、センサＩＤ、及び、当該計測値の各生成日時を示す検出信号Ｓｄをサーバ装置５に送信する（ステップＳ１０３）。一方、センサ３は、計測値の送信タイミングでないと判断した場合（ステップＳ１０２；Ｎｏ）、再びステップＳ１０１の処理を行う。

センサ３の検出信号Ｓｄの送信後、サーバ装置５は、検出信号Ｓｄを受信し、計測情報ＤＢに検出信号Ｓｄに含まれるセンサＩＤ、計測値、及び日時情報を関連付けて記録する（ステップＳ２０１）。

（２）表示情報生成処理
図８は、表示情報Ｉｄの生成処理の手順を示すフローチャートである。端末装置４は、図８に示す処理を、ユーザの所定の入力があった場合に実行する。

まず、端末装置４は、サーバ装置５が表示情報Ｉｄを生成するのに必要な表示対象範囲Ｒｔａｇ、日時情報、種別情報、メッシュ情報、及びパラメータαを指定する入力を受け付ける（ステップＳ１０４）。例えば、図２に示す表示対象範囲Ｒｔａｇを指定する場合、利用者は、所定の高さを示すＺ座標（例えば１．５ｍ）を指定すると共に、２．５ｍから３０ｍまでのＸ座標の範囲及び１．５ｍから７．５ｍまでのＹ座標の範囲を指定する入力を行う。そして、端末装置４は、入力された表示対象範囲Ｒｔａｇ等を含む要求情報Ｉｒをサーバ装置５に送信する（ステップＳ１０５）。

サーバ装置５は、要求情報Ｉｒの受信し（ステップＳ２０２）、その後、要求情報Ｉｒに含まれる表示対象範囲Ｒｔａｇ、日時情報、及び種別情報に基づき、使用する計測値を計測情報ＤＢから抽出する（ステップＳ２０３）。そして、サーバ装置５は、抽出した計測値と、要求情報Ｉｒに含まれるメッシュ情報及びパラメータαとを用いて、局所回帰分析を行うことにより、表示対象範囲Ｒｔａｇ内の各予測値を算出する（ステップＳ２０４）。

次に、サーバ装置５は、表示対象範囲Ｒｔａｇ内の各予測値を可視化した画像を示す表示情報Ｉｄを生成し、当該表示情報Ｉｄを端末装置４に送信する（ステップＳ２０５）。そして、端末装置４は、サーバ装置５から表示情報Ｉｄを受信し、表示情報Ｉｄに基づく表示を行う（ステップＳ１０６）。

ここで、サーバ装置５が生成する表示情報Ｉｄに基づく表示の具体例について、図９を参照して説明する。図９（Ａ）は、表示対象範囲Ｒｔａｇ内の予測値の大きさを濃淡により表したマップ（ヒートマップ）を示し、図９（Ｂ）は、表示対象範囲Ｒｔａｇ内の予測値の等高線図を示す。図９（Ａ）では、濃く描かれた領域ほど予測値が大きいものとする。サーバ装置５は、例えば図９（Ａ）、（Ｂ）に示すような画像を示す表示情報Ｉｄを生成し、端末装置４に送信することで、表示対象範囲Ｒｔａｇ内の各予測値を、端末装置４のディスプレイ上で好適に可視化することができる。

なお、図９（Ａ）のヒートマップを生成する場合、サーバ装置５は、例えば、表示対象範囲Ｒｔａｇ内の予測値の最大値及び最小値をそれぞれ認識し、当該最大値及び最小値の範囲で均等に濃淡の変化又は色の変化が生じるようにしてもよい。他の例では、サーバ装置５は、上述の最大値に所定値を加えた値と、上述の最小値に所定値を引いた値との範囲で均等に濃淡の変化又は色の変化が生じるようにしてもよい。さらに別の例では、サーバ装置５は、表示対象範囲Ｒｔａｇ内の予測値のうち上位の所定割合（例えば１０％）にあたる予測値の最小値と、下位の所定割合にあたる予測値の最大値との範囲で均等に濃淡の変化又は色の変化が生じるようにしてもよい。

［第１実施形態の作用・効果］
第１実施形態によれば、端末装置４は、可視化する環境因子の表示対象範囲Ｒｔａｇ、日時、及び種別等を指定する入力に基づき、要求信号Ｉｒを生成してサーバ装置５に送信する。これにより、端末装置４は、サーバ装置５から表示情報Ｉｄを受信し、ユーザが指定した表示対象範囲Ｒｔａｇ内の環境因子の予測値を可視化した図をユーザに好適に視認させることができる。

また、サーバ装置５は、表示対象範囲Ｒｔａｇ内の予測値を算出する際、局所回帰分析を用いることで、算出対象の予測値の地点から近傍にある地点の計測値を重視した環境因子の回帰モデルを生成する。これにより、サーバ装置５は、局所的な特性を的確に表した環境因子の予測値を、表示対象範囲Ｒｔａｇ内で好適に算出することができる。従って、サーバ装置５は、大幅な増大や減少が生じた特定領域での計測値を、不必要に全ての表示対象範囲Ｒｔａｇの予測値の算出に用いることを防ぐことができる。

［第１実施形態の変形例］
以下では、上記した第１実施形態の変形例について説明する。なお、下記の変形例は、任意に組み合わせて第１実施形態に適用することができる。

（変形例１）
サーバ装置５は、図７のフローチャートに基づき各センサ３から検出信号Ｓｄを受信することで、計測情報ＤＢを生成した。これに代えて、サーバ装置５は、他の装置により生成された計測情報ＤＢを予め記憶してもよい。この場合、サーバ装置５は、図７のフローチャートの処理を実行する必要がない。

また、この場合、サーバ装置５は、センサ情報ＤＢ及び計測情報ＤＢをそれぞれ有する代わりに、位置情報及び計測値を最小項目とする計測情報ＤＢを記憶してもよい。図１０は、変形例に係る計測情報ＤＢのデータ構造を示す。図１０に示す計測情報ＤＢは、位置情報の項目と計測値の項目とを有する。この場合、計測値は、予め定められた１つの環境因子（ここでは二酸化炭素）の計測値を示す。

図１０に示す計測情報ＤＢをサーバ装置５が保有する例では、サーバ装置５は、要求情報Ｉｒにより指定された表示対象範囲Ｒｔａｇに含まれる位置情報と関連付けられた計測値を抽出し、メッシュ情報及びパラメータαに基づき表示対象範囲Ｒｔａｇ内の各予測値を算出する。従って、この例では、端末装置４は、要求情報Ｉｒに環境因子の種別情報及び日時の情報を含めなくともよい。また、変形例２で後述するように、端末装置４は、要求情報Ｉｒにメッシュ情報及びパラメータαを含めなくともよい。従って、変形例１及び変形例２を組み合わせた場合、端末装置４は、要求情報Ｉｒに表示対象範囲Ｒｔａｇの情報のみを含めてサーバ装置５に送信してもよい。

（変形例２）
第１実施形態の図８のステップＳ１０４の説明では、端末装置４は、メッシュ情報及びパラメータαを要求情報Ｉｒに含めてサーバ装置５に送信した。これに代えて、端末装置４は、要求情報Ｉｒにメッシュ情報やパラメータαを含めなくともよい。この場合、サーバ装置５は、図８のステップＳ２０４において、予めメモリに記憶したメッシュ情報及びパラメータαを参照し、表示対象範囲Ｒｔａｇの各予測値の算出を行う。

（変形例３）
図９の説明では、サーバ装置５は、対象となる環境因子の予測値の二次元マップを生成して端末装置４に表示させた。これに代えて、サーバ装置５は、要求情報Ｉｒに含まれる表示対象範囲Ｒｔａｇが３次元空間を示す場合には、当該３次元空間における各単位空間での予測値を示す三次元マップを生成して端末装置４に表示させてもよい。

なお、表示対象範囲Ｒｔａｇが３次元空間を示す場合、サーバ装置５は、三次元マップを生成する代わりに、図９に示すＸＹ平面の二次元マップを、Ｚ座標の位置ごとに並べて表示してもよい。別の例では、サーバ装置５は、表示対象となるＺ座標の位置を所定時間ごとにずらした二次元マップの動画を表示することで、３次元空間での予測値を可視化してもよい。

（変形例４）
図９に示す環境因子の予測値の表現方法は一例であり、本発明が適用可能な表示方法はこれに限定されない。

例えば、サーバ装置５は、環境因子の予測値を可視化した図に代えて、又はこれに加えて、表示対象範囲Ｒｔａｇ内の各位置での予測値を示す表や、センサ３の設置地点での予測値と計測値とを比較した表、その他統計情報等を表示させてもよい。

他の例では、サーバ装置５は、要求情報Ｉｒに含まれる日時情報に、複数の時刻や所定の期間が指定されていた場合には、これらの各時刻に対応する環境因子の予測値を生成し、生成した予測値のマップ図を所定時間ごとに時系列に切り替えた動画を、端末装置４に表示させてもよい。

（変形例５）
サーバ装置５は、指定された表示対象範囲Ｒｔａｇ内での各予測値を生成するのに十分な計測値が計測情報ＤＢに記憶されていない場合、表示対象範囲Ｒｔａｇ内での各予測値を適切に生成することができない旨の警告を端末装置４に出力させてもよい。

例えば、サーバ装置５は、図８のステップＳ２０３で抽出した計測値の個数が所定数未満の場合、端末装置４に警告情報を送信し、当該警告情報を端末装置４に出力させる。他の例では、サーバ装置５は、図８のステップＳ２０３で抽出した計測値の個数が、生成すべき予測値の個数の所定割合（例えば０．０１％）未満のとき、端末装置４に警告情報を送信し、当該警告情報を端末装置４に出力させる。

（変形例６）
本発明が適用可能な可視化の対象となる環境因子の種類は、二酸化炭素や温度に限定されない。これに代えて、又は、これに加えて、可視化の対象となる環境因子は、農作物に関する種々の環境因子であってもよく、バイオ医薬品製造のための細胞及び又は微生物の培養に関する種々の環境因子であってもよい。

例えば、環境因子は、植物生態に関する速度変数、システム特性に関する速度変数、管理者に関わる速度変数、物理環境要因に関する速度変数、物理環境要因に関わる状態変数、生態に関する状態変数、又は生体情報に関わる状態変数などであってもよい。

ここで、植物生態に関する速度変数は、例えば、正味光合成速度、暗呼吸速度、蒸散速度、吸水速度、養分吸収速度、出芽速度、開花速度、茎伸長速度である。また、システム特性に関する速度変数は、例えば、換気回数、床面熱流速度、壁面熱貫流速度である。また、管理者に関わる速度変数は、例えば、ＣＯ２施用速度、かん水・養液供給速度、消費電力、燃料消費速度である。また、物理環境要因に関する速度変数は、例えば、気流速度、光強度・放射束、蒸発速度である。また、物理環境要因に関わる状態変数は、例えば、気温、水蒸気飽差（湿度）、ＣＯ２濃度、養液のｐＨ、ＥＣ（電気伝導度）である。また、生態に関する状態変数は、例えば、草丈、葉面積、色、重量、草姿、群落構造である。また、生体情報に関わる状態変数は、例えば、葉の温度、クロロフィル蛍光、含水率、水ポテンシャル、植物組織の成分組成である。

なお、要求情報Ｉｒに含まれる種別情報が示す環境因子が、計測情報ＤＢに記憶した計測値から所定の演算を行うことで求める必要がある環境因子である場合、サーバ装置５は、例えば図８のステップＳ２０３で計測情報ＤＢから計測値を抽出後、当該計測値に所定の演算を行い、演算後の計測値を用いてステップＳ２０４で予測値の算出を行う。

（変形例７）
サーバ装置５は、センサ３が送信する検出信号Ｓｄに含まれる日時情報を、計測情報ＤＢの日時情報として記憶した。これに代えて、サーバ装置５は、検出信号Ｓｄを受信して当該検出信号Ｓｄが示す計測値を計測情報ＤＢに記憶する際に、現在日時を示す日時情報を生成して計測値と共に計測情報ＤＢに記憶してもよい。

＜第２実施形態＞
第２実施形態では、第１実施形態の処理に加え、端末装置４は、要求情報Ｉｒに、計測対象の環境因子の変化が小さい定常状態又は当該変化が大きい過渡状態のいずれかを指定する情報（「状態指定情報」とも呼ぶ。）を含める。この場合、サーバ装置５は、当該状態指定情報に基づき、指定された状態に該当する時刻を認識し、当該時刻を含む期間での環境因子の予測値を示す表示情報Ｉｄを端末装置４に送信する。これにより、ユーザは、定常状態又は過渡状態となる時間帯での環境因子の状況を好適に認識する。

次に、第２実施形態の具体的な処理について、図１１を参照して説明する。図１１は、第２実施形態で端末装置４及びサーバ装置５が実行する処理手順を示すフローチャートである。端末装置４は、図１１に示す処理を、所定の入力があった場合に実行する。

まず、端末装置４は、表示対象範囲Ｒｔａｇ、種別情報、メッシュ情報、及びパラメータαを指定する入力を受け付けると共に、状態指定情報及び状態指定情報が示す状態を検索する対象となる期間を指定する期間情報の入力を受け付ける（ステップＳ３０１）。このように、第２実施形態では、端末装置４は、日時情報に代えて、状態指定情報が示す状態を検索する対象となる期間を指定する期間情報の入力を受け付け、当該期間情報を要求情報Ｉｒに含める。なお、期間情報は、昼間、夜間等の時間帯の概念を示す情報、時刻によって区切った時間帯を指定する情報、季節や日時を指定する情報など、期間を限定する１又は複数の情報を有する。

次に、端末装置４は、ステップＳ３０１で入力された情報を含む要求情報Ｉｒをサーバ装置５に送信する（ステップＳ３０２）。そして、サーバ装置５は、要求情報Ｉｒを受信する（ステップＳ４０１）。そして、サーバ装置５は、要求情報Ｉｒの期間情報が示す期間（単に「検索対象期間」とも呼ぶ。）内の各時刻の環境因子の予測値の算出に用いる計測値を計測情報ＤＢから抽出する（ステップＳ４０２）。この場合、サーバ装置５は、要求情報Ｉｒに含まれる表示対象範囲Ｒｔａｇ及び種別情報に基づき、検索対象期間内の各時刻の環境因子の予測値を算出するために必要な計測値を計測情報ＤＢから抽出する。そして、サーバ装置５は、検索対象期間内の各時刻の環境因子の予測値を算出する（ステップＳ４０３）。この場合、サーバ装置５は、第１実施形態の図８のステップＳ２０４と同様に、抽出した計測値と、要求情報Ｉｒに含まれるメッシュ情報及びパラメータαに基づき、検索対象期間の各時刻での表示対象範囲Ｒｔａｇ内の環境因子の予測値を算出する。

次に、サーバ装置５は、検索対象期間の時刻ごとに、予め定めた複数の位置（「差分対象位置Ｐ」とも呼ぶ。）での予測値の変化の２乗和（「差分二乗和Ｄｓａｍ」とも呼ぶ。）を算出する（ステップＳ４０４）。ここで、「差分対象位置Ｐ」とは、対象となる環境因子の予測値を算出した各単位領域のうち、予め定めた単位領域の位置を指す。

具体的には、サーバ装置５は、差分対象位置「Ｐｉ」（ｉは１からＮまでの変数）及び時刻「ｔ」での予測値を「ｐｒ（ｉ、ｔ）」とした場合、時刻「ｔ」での差分二乗和Ｄｓａｍを以下の式（１）により算出する。

なお、式（１）において、及び時刻「ｔ＋１」の「１」は、センサ３による計測値の測定間隔（例えば１分）に相当する。このように、サーバ装置５は、連続する時刻の環境因子の予測値に基づき、当該時刻での予測値の変化の大きさの指標となる差分二乗和Ｄｓａｍを算出する。

次に、サーバ装置５は、算出した各時刻での差分二乗和Ｄｓａｍの大小に基づき、状態指定情報が示す状態（定常状態又は過渡状態）となる時刻を認識する（ステップＳ４０５）。

ここで、ステップＳ４０５の処理について、図１２を参照して具体的に説明する。図１２は、１２月１５日１２時から１２月１６日１２時までの検索対象期間における二酸化炭素を対象にした差分二乗和Ｄｓａｍの時間変化を示すグラフである。図１２の例では、サーバ装置５は、検索対象期間において、計測値の計測間隔である１分ごとの各時刻の環境因子の予測値及び差分二乗和Ｄｓａｍを算出している。

そして、この場合、サーバ装置５は、検索対象期間内の差分二乗和Ｄｓａｍのうち、所定の閾値以下の差分二乗和Ｄｓａｍに対応する時刻を、定常状態に該当する時刻であると認識する。上述の閾値は、例えば、定常状態と認定される差分二乗和Ｄｓａｍの上限値に実験等に基づき設定される。同様に、サーバ装置５は、検索対象期間内の差分二乗和Ｄｓａｍのうち、所定の閾値以上の差分二乗和Ｄｓａｍに対応する時刻を、過渡状態に該当する時刻であると認識する。上述の閾値は、例えば、過渡状態と認定される差分二乗和Ｄｓａｍの下限値に実験等に基づき設定される。例えば、図１２では、破線枠で囲んだ部分に対応する時刻（１２月１５日１６時４８分ごろ）において、サーバ装置５は、差分二乗和Ｄｓａｍが所定の閾値以上であると認識し、当該時刻が過渡状態の時刻であると認識する。なお、サーバ装置５は、上述の閾値を用いる代わりに、検索対象期間において最も差分二乗和Ｄｓａｍが小さい時刻を定常状態の時刻として認識し、検索対象期間において最も差分二乗和Ｄｓａｍが大きい時刻を過渡状態の時刻として認識してもよい。

次に、再び図１１のフローチャートを参照して説明を行う。サーバ装置５は、ステップＳ４０５の実行後、ステップＳ４０５で認識した時刻を含む時間帯の環境因子の予測値を表す表示情報Ｉｄを生成し、当該表示情報Ｉｄを端末装置４に送信する（ステップＳ４０６）。そして、端末装置４は、受信した表示情報Ｉｄに基づく表示を行う（ステップＳ３０３）。

図１３は、ステップＳ３０３で端末装置４が表示する環境因子の予測値の表示例を示す。図１３の例では、端末装置４は、定常状態を指定した状態指定情報を含む要求情報Ｉｒをサーバ装置５に送信し、サーバ装置５から定常状態の時刻（ここでは２１時４２分）を含む所定期間（ここでは２１時３８分から２１時４６分まで）の各時刻の予測値のヒートマップ図を受信して表示している。このように、サーバ装置５は、状態指定情報で指定された状態（図１３では定常状態）の時刻をステップＳ４０４で認識し、当該時刻を含む時間帯の予測値を示す図を端末装置４に表示させる。これにより、サーバ装置５は、端末装置４のユーザが指定した状態となる時刻周辺の予測値を好適に端末装置４上で可視化することができる。

［第２実施形態の作用・効果］
第２実施形態によれば、サーバ装置５は、ユーザが指定した検索対象期間において、定常状態又は過渡状態となる時間帯の環境因子の予測値を、端末装置４上で好適に可視化することができる。また、サーバ装置５は、検索対象期間内の各時刻での環境因子の予測値の変化の大きさの指標となる差分二乗和Ｄｓａｍを算出することで、差分二乗和Ｄｓａｍの大小に基づき、定常状態又は過渡状態となる時刻を好適に認識することができる。

［第２実施形態の変形例］
次に、第２実施形態の変形例について説明する。第２実施形態では、第１実施形態の変形例１〜７に加え、以下の変形例８〜１１を任意に組み合わせて適用可能である。

（変形例８）
図１１のステップＳ４０４では、サーバ装置５は、ステップＳ４０３で算出した予測値を対象にして差分二乗和Ｄｓａｍを算出した。これに代えて、サーバ装置５は、ステップＳ４０２で抽出した計測値を対象にして差分二乗和Ｄｓａｍを算出してもよい。この場合、例えば、図２の例では、サーバ装置５は、センサ３ａ〜３ｈの８箇所を差分対象位置Ｐとし、当該差分対象位置Ｐでの計測値の差分二乗和Ｄｓａｍを検索対象期間の各時刻で算出する。この例の場合であっても、サーバ装置５は、算出した差分二乗和Ｄｓａｍに基づき、定常状態の時刻及び過渡状態の時刻を好適に認識することができる。

（変形例９）
図１１のステップＳ４０４では、サーバ装置５は、差分二乗和Ｄｓａｍの大小に基づき、定常状態又は過渡状態となる時刻を認識した。しかし、本発明が適用可能な定常状態及び過渡状態の認識方法は、これに限定されない。

これに代えて、例えば、サーバ装置５は、各差分対象位置Ｐでの予測値の差の絶対値の和（即ち差分二乗和Ｄｓａｍの平方根）の大小に基づき、定常状態又は過渡状態となる時刻を認識してもよい。他の例では、サーバ装置５は、各差分対象位置Ｐでの予測値の変化率の絶対値の和の大小に基づき、定常状態又は過渡状態となる時刻を認識してもよい。このように、サーバ装置５は、差分対象位置Ｐｔａｇでの予測値の変化量を示す種々の指標を算出することによっても、定常状態又は過渡状態となる時刻を好適に認識することができる。

（変形例１０）
図１１のステップＳ４０４において、サーバ装置５は、差分二乗和Ｄｓａｍを算出する前に、各予測値の時系列における移動平均を算出し、当該移動平均に基づき差分二乗和Ｄｓａｍを算出してもよい。即ち、この場合、サーバ装置５は、上述した式（１）の予測値「ｐｒ（ｉ，ｔ＋１）」及び予測値「ｐｒ（（ｉ，ｔ）」を、それぞれ、時系列上の前後所定個数（例えば５個）分の予測値を対象とした平均値に置き換えて、差分二乗和Ｄｓａｍを算出する。これにより、サーバ装置５は、異常値に対するロバスト性を向上させ、定常状態及び過渡状態となる時刻を差分二乗和Ｄｓａｍに基づきより的確に認識することができる。

（変形例１１）
図１１のステップＳ４０４において、サーバ装置５は、計測値の計測間隔ごとに連続する時刻での予測値を対象に、差分二乗和Ｄｓａｍを算出した。これに代えて、サーバ装置５は、「Ａ」を２以上の正の整数とすると、以下の式（２）に示すように、比較する時刻の間隔を、式（１）の場合と比較して大きくしてもよい。

これにより、サーバ装置５は、環境因子の変化がセンサ３の計測間隔と比較して緩やかである場合であっても、環境因子の変化を差分二乗和Ｄｓａｍに好適に反映させて過渡状態の時刻を好適に認識することができる。

３センサ
４端末装置
５サーバ装置
９ネットワーク
１０表示システム

Claims

サーバ装置と、前記サーバ装置と接続する端末装置とを有する表示システムであって、
前記サーバ装置は、
複数地点における環境因子の計測値を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された計測値から、所定空間内における前記環境因子の局所回帰を行うことで、前記所定空間内の前記環境因子の予測値を算出する算出手段と、
前記算出手段の算出結果を示す表示情報を前記端末装置に送信する結果送信手段とを有し、
前記端末装置は、
前記表示情報の要求信号を前記サーバ装置に送信する送信手段と、
前記要求信号の送信に基づき前記サーバ装置から受信した表示情報を表示する表示手段と、
を有することを特徴とする表示システム。
環境因子の計測値を生成するセンサをさらに備え、
前記サーバ装置の記憶手段は、前記センサから受信した計測値を記憶することを特徴とする請求項１に記載の表示システム。
前記端末装置の送信手段は、
外部入力に基づき指定された前記所定空間の情報を、前記要求信号に含めて前記サーバ装置に送信し、
前記サーバ装置の算出手段は、
前記所定空間の情報を受信した場合に、当該所定空間における前記環境因子の予測値の算出を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の表示システム。
前記送信手段は、前記環境因子の種別を指定する情報、表示対象の日時を指定する情報、前記所定空間において前記環境因子の予測値を算出する個数を指定する情報、又は前記局所回帰での重み付けに関する情報の少なくとも１つを、前記要求信号に含めて前記サーバ装置に送信することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の表示システム。
前記記憶手段は、前記環境因子の計測値を、当該計測値の生成日時の情報と共に記憶し、
前記算出手段は、前記環境因子の計測値または予測値の時系列での変化の大きさを示す指標を算出し、当該指標に基づき前記環境因子が定常状態又は過渡状態となる時刻を認識し、
前記結果送信手段は、前記環境因子が定常状態又は過渡状態となる時刻に対応する前記環境因子の予測値を示す表示情報を、前記端末装置に送信することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の表示システム。
前記端末装置の送信手段は、外部入力により指定された期間を示す期間情報を送信する送信手段を有し、
前記算出手段は、前記端末装置から受信した期間情報が示す期間内において、前記環境因子が定常状態又は過渡状態となる時刻を認識することを特徴とする請求項５に記載の表示システム。
複数地点における環境因子の計測値を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された計測値から、所定空間内における前記環境因子の局所回帰を行うことで、前記所定空間内の前記環境因子の予測値を算出する算出手段と、
前記算出手段の算出結果を示す表示情報を、表示手段を有する端末装置に送信する結果送信手段とを有することを特徴とするサーバ装置。
複数地点における環境因子の計測値を記憶する記憶手段を有するコンピュータが実行するプログラムであって、
前記記憶手段に記憶された計測値から、所定空間内における前記環境因子の局所回帰を行うことで、前記所定空間内の前記環境因子の予測値を算出する算出手段と、
前記算出手段の算出結果を示す表示情報を、表示手段を有する端末装置に送信する結果送信手段
として前記コンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。