JP2015112083A - 植物の健康状態の評価方法および評価装置ならびに植物の栽培方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】振動発信源を用いて植物を振動させる振動工程と、前記植物の位置を計測して、振動した植物の位置情報を得る計測工程と、前記位置情報から前記植物の振動波形を求め、その振動波形から解析情報を得て、その解析情報の推移を把握し、その変化から植物の健康状態の変化を把握する評価工程と、を備える植物の健康状態の評価方法。
【選択図】図1
Description
これに対して、本発明は、植物に断続的または継続的に植物を振動させ、これを解析して完成した発明である。
本発明は次の(1)〜(9)である。
(1)振動発生源を用いて植物を振動させる振動工程と、
前記植物の位置を計測して、振動した植物の位置情報を得る計測工程と、
前記位置情報から前記植物の振動波形を求め、その振動波形から解析情報を得て、その解析情報の推移を把握し、その変化から植物の健康状態の変化を把握する評価工程と、
を備える植物の健康状態の評価方法。
(2)前記振動工程が、
前記振動発生源として音波発信源を用い、この音波発信源から前記植物の表面へ音波を照射する工程である、上記(1)に記載の健康状態の評価方法。
(3)前記評価工程が、
前記位置情報から前記植物の振動波形を求め、その振動波形から前記植物の共振周波数を前記解析情報として得て、その共振周波数の推移を把握し、その変化から植物の健康状態の変化を把握する工程である、上記(1)または(2)に記載の植物の健康状態の評価方法。
(4)前記評価工程が、
前記位置情報から前記植物の振動波形を求め、その振動波形における変位の最大値と最小値との合計値を前記解析情報として得て、その合計値の推移を把握し、その変化から植物の健康状態の変化を把握する工程である、上記(1)または(2)に記載の植物の健康状態の評価方法。
(5)植物の表面を振動させ得る振動発信源と、
前記植物の位置を計測して、振動した植物の位置情報を得る計測部と、
前記位置情報から前記植物の振動波形を求め、その振動波形から解析情報を得て、その解析情報を継続的または断続的に出力する解析部と、
を有し、前記解析部から出力される情報の推移の変化から植物の健康状態の評価を行うことができる、植物の健康状態の評価装置。
(6)前記振動発信源が、植物の表面を振動させ得る音波を発生させる音波発信源である、上記(5)に記載の植物の健康状態の評価装置。
(7)前記解析部が、
前記位置情報から前記植物の振動波形を求め、その振動波形から前記植物の共振周波数を前記解析情報として得て、継続的または断続的にその共振周波数の解析情報を出力する、上記(5)または(6)に記載の植物の健康状態の評価装置。
(8)前記解析部が、
前記位置情報から前記植物の振動波形を求め、その振動波形における変位の最大値と最小値との合計値を前記解析情報として得て、継続的または断続的にその合計値の解析情報を出力する、上記(5)または(6)に記載の植物の健康状態の評価装置。
(9)上記(1)〜(4)のいずれかに記載の評価方法によって植物の健康状態を把握し、前記解析情報が所定値となったときに前記植物へ水を供給する供給工程を備える、植物の栽培方法。
本発明は、振動発生源を用いて植物を振動させる振動工程と、前記植物の位置を計測して、振動した植物の位置情報を得る計測工程と、前記位置情報から前記植物の振動波形を求め、その振動波形から解析情報を得て、その解析情報の推移を把握し、その変化から植物の健康状態の変化を把握する評価工程と、を備える植物の健康状態の評価方法である。
このような植物の健康状態の評価方法を、以下では「本発明の評価方法」ともいう。
このような植物の栽培方法を、以下では「本発明の栽培方法」ともいう。
このような植物の健康状態の評価装置を、以下では「本発明の評価装置」ともいう。
図1は本発明の評価装置の好適態様を示す図であり、植物1の表面を振動させ得る音波111を発生させる音波発信源11と、植物1の位置を計測して、音波111を照射されて振動した植物1の位置情報を得る計測部13と、前記位置情報から植物1の振動波形を求め、その振動波形から解析情報を得て、その解析情報を継続的または断続的に出力する解析部151を含むコンピュータ15とを有する装置10を示す概略図である。
なお、本発明の評価装置では、振動発信源として、上記のような音響発信源を好ましく用いることができるが、その他にエアガンや衝撃波もしくは扇風機等を用いることもできる。
また、健康状態を評価しようとする植物の共振周波数が不明な場合であっても、葉や茎に振動が起こせさえすれば、植物1の共振周波数帯を見出すことができる。
また、この減衰曲線は、縦軸をy、横軸をtとおくと、特性角振動数をωとして、ほぼy=Ae-γtsin(ωt+α)のように近似できると考えられる。ここでγは、質量mの質点の減衰振動の運動方程式において速度vに比例した抵抗力を−2mγvとおいたときの減衰係数である。
例えば、解析部151では、上記のような植物1の共振周波数を解析情報として求める。
共振周波数は、図2に示したような振動波形(減衰曲線)をフーリエ変換することで求めることができる。フーリエ変換することで、例えば後述する図5に示すような、横軸(X軸)を周波数、縦軸(Y軸)をパワースペクトル(振動エネルギーに対応した値)とする図が得られ、共振周波数を把握することができる。例えば図5では3〜4Hzに共振周波数が存在することがわかる。
振動波形における変位の最大値は、図2において「a」で示しており、変位の最小値は「b」で示しており、それらの合計値は「c」で示している。このような合計値(c)が解析情報に相当する。この解析情報(c)については、後に詳細に説明する。
図3に示すような実験装置をセットした。図3(a)は実験装置20および計測対象物である植物(小松菜の葉25)を示す概略側面図であり、図3(b)はその写真である。
図3に示すように、レーザ変位計21と音波発生源23とによって、上下から、葉25を挟むように配置した。ここでレーザ変位計21は、上から葉25へレーザ光を照射して、その位置を計測できるように構成されている。また、音波発生源23は、パラメトリックスピーカであり、水平に配置された台の上に配置されていて、音波発生源23から発生した音波が下から葉25へ照射されるように構成されている。また、葉25は、レーザ変位計21および音波発生源23までの距離がほぼ同じ(150mm程度)になるように配置されている。また、CCDカメラを設置し(図示しない)、小松菜の状態を連続して観測した。
なお、実験装置20は、一部のみ図示しており、全体の構成は図1に示した装置10と同様である。すなわち、図1の装置10における計測器13および音波発生源11が、図3ではレーザ変位計21および音波発生源23に相当する。
1.初期実験結果
初めに、音波発生源23から葉25へ、周波数を変化させながら音波を照射してみたところ、3〜4Hz程度で、葉25および茎が共振することが判明した。小松菜への給水をカットして水ストレス状態とした後、周波数特性を調べるため、50Hzのsin波形バースト波の1波を、5分間の間隔にて、音波発生源23から葉25へ照射し、その際の葉25の位置をレーザ変位計21にて計測した。
図5に示す周波数解析結果より3〜4Hz付近に共振ピークが観測されることがわかる。
図5に示したような共振ピークが現れる周波数(以下「共振周波数」ともいう)が、時間の経過とともにどのように変化するのかを観測した。なお、植物には実験開始後からは給水を一切与えていない状態で実験を行った。結果を図6〜8に示す。なお、図6は横軸(X軸)を実験開始からの日数、縦軸(Y軸)は、共振周波数の正午頃の値を示している。また、図7および図8は、横軸(X軸)が時間、縦軸(Y軸)が5分ごとに計測した、共振周波数の値を示している。
給水後は非常に短時間(10分程度)で、葉及び茎の状態が元の位置に戻る現象を確認した。この給水前後における葉および茎の共振周波数の時間変化を示すものが図7および図8である。
このような計測結果より、共振周波数の変化を継続的に計測することで、植物の水ストレスの状態を把握できることがわかった。
強力超音波音源が葉および茎の振動源として非常に有効に使用できることが判明した。このことにより小型で安価な装置で、植物地上部の健康状態を長期間計測が可能となることが明らかになった。初期の簡易実験結果からは水ストレスに対する反応が共振周波数の変化として明確に捉えられることを示していると思われる。将来的には植物全体の健康状態評価にも応用可能と思われる。
実験1の場合と同様に、図3に示した実験装置をセットした。
そして、小松菜への給水をカットして水ストレス状態とした後、50Hzのsin波形バースト波の1波を、5分間の間隔にて、音波発生源23から葉25へ照射し、その際の葉25の位置をレーザ変位計21にて計測した。
そして、レーザ変位計21によって計測された葉25の振動波形を求め、その振動波形における、変位の最大値と最小値との合計を算出した。
レーザ変位計21によって計測された葉25の振動波形の結果の例を図2に示す。また、変位の最大値と最小値との合計値(図2において「c」で示される)の推移を、図9に示す。
実験開始時から水の給水をカットして水ストレスを小松菜に与えた。5月23日〜24日の間にいったん茎が倒れたため、給水し復活させた。しかしながら、茎の位置はもどったものの葉の状況はもう元には戻らなかった。
葉および茎の共振周波数の変化を図10に示す。
図10に示すように、葉および茎の共振周波数は徐々に変化していくが、通常その変化幅は小さいため、誤差の影響を受けやすい。最終的に茎が倒れる直前にのみ大きな変化を示すが、このタイミングを潅水制御の指標として用いた場合には、植物にはある程度のダメージが残ってしまうことが予測される。
音波による加振前の葉の初期位置(図2のXで示す位置)の変動を図11に示す。
水ストレスを与え始めた(給水をカットした)初期は葉の初期位置に周期的な変動がみられており、植物の葉や茎が1日のうちで活発に活動していることが観測されている。しかし、給水カットによる水ストレスが加わると、徐々にこの変動はなくなっていき、生体としての動きが不活発となることがわかる。
この葉の初期位置の変動は固定的に常時計測していないとその動きの有り無しの判定ができないが、加振時の変位幅に関しては、健康時の葉の振動変位が既知であれば、特に常時観測の必要はなく、日にちをおいた計測であっても評価可能な点が特徴であると思われる。したがって、超音波加振により葉の振動変位から水ストレスを推定し、閾値等を用いて潅水制御をかける方法により、節水をしつつ植物の健康も維持することができると思われる。また、この方法であれば、特に共振周波数を調べる必要はないので、単純にレーザ変位計の出力する出力値をモニタリングするだけでも計測可能な点が大きな特徴である。
10 本発明の評価装置
11 音響発信源
13 計測部
131 レーザ
15 コンピュータ
151 解析部
152 制御部
153 表示部
17 任意波形発生装置
19 アンプ
Claims (9)
- 振動発生源を用いて植物を振動させる振動工程と、
前記植物の位置を計測して、振動した植物の位置情報を得る計測工程と、
前記位置情報から前記植物の振動波形を求め、その振動波形から解析情報を得て、その解析情報の推移を把握し、その変化から植物の健康状態の変化を把握する評価工程と、
を備える植物の健康状態の評価方法。 - 前記振動工程が、
前記振動発生源として音波発信源を用い、この音波発信源から前記植物の表面へ音波を照射する工程である、請求項1に記載の健康状態の評価方法。 - 前記評価工程が、
前記位置情報から前記植物の振動波形を求め、その振動波形から前記植物の共振周波数を前記解析情報として得て、その共振周波数の推移を把握し、その変化から植物の健康状態の変化を把握する工程である、請求項1または2に記載の植物の健康状態の評価方法。 - 前記評価工程が、
前記位置情報から前記植物の振動波形を求め、その振動波形における変位の最大値と最小値との合計値を前記解析情報として得て、その合計値の推移を把握し、その変化から植物の健康状態の変化を把握する工程である、請求項1または2に記載の植物の健康状態の評価方法。 - 植物の表面を振動させ得る振動発信源と、
前記植物の位置を計測して、振動した植物の位置情報を得る計測部と、
前記位置情報から前記植物の振動波形を求め、その振動波形から解析情報を得て、その解析情報を継続的または断続的に出力する解析部と、
を有し、前記解析部から出力される情報の推移の変化から植物の健康状態の評価を行うことができる、植物の健康状態の評価装置。 - 前記振動発信源が、植物の表面を振動させ得る音波を発生させる音波発信源である、請求項5に記載の植物の健康状態の評価装置。
- 前記解析部が、
前記位置情報から前記植物の振動波形を求め、その振動波形から前記植物の共振周波数を前記解析情報として得て、継続的または断続的にその共振周波数の解析情報を出力する、請求項5または6に記載の植物の健康状態の評価装置。 - 前記解析部が、
前記位置情報から前記植物の振動波形を求め、その振動波形における変位の最大値と最小値との合計値を前記解析情報として得て、継続的または断続的にその合計値の解析情報を出力する、請求項5または6に記載の植物の健康状態の評価装置。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の評価方法によって植物の健康状態を把握し、前記解析情報が所定値となったときに前記植物へ水を供給する供給工程を備える、植物の栽培方法。
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