JP2015208244A - 農作業管理方法およびコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】圃場における作業者の作業内容を精度良く特定できる農作業管理方法を提供する。【解決手段】作業者の位置を示す位置情報と、作業者の動きを示す動作信号とを取得する（Ｓ１３）。圃場情報を参照し、取得した位置情報を用いて、作業者が農作業を行った圃場および栽培作物の種類を特定する（Ｓ１６，Ｓ１７）。各作業種における動作信号の基本パターンを含む動作パターン情報を参照し、取得した動作信号を基本パターンと比較し、作業者が行った作業種を特定する（Ｓ１８）。【選択図】図９

Description

本発明は、農作物を栽培する作業者が圃場で行う農作業の履歴を管理するための技術に関する。

従来から、圃場で行う農作業の履歴を簡便に管理するために、生産者の作業内容を自動的に把握し記録する方法が提案されている。例えば特許文献１では、ＧＰＳ機能付携帯端末を利用して生産者がいる圃場を特定し、この圃場における作業期間の情報や、気象サイトから取得した現在の気象情報を用いて、作業内容データベースの中から作業を特定し記録するシステムが開示されている。

特開２００８−１４８５６５号公報

上述した特許文献１の技術では、作業者が行っている作業内容を特定する精度が十分ではないため、必ずしも実用的ではない。例えば、圃場における作業内容や作業期間は状況（作物価格、作業者の予定、他の圃場の状況等）によって頻繁に変化し得るが、特許文献１のシステムでは、この変化を的確に反映させることが難しい。また、作業者が圃場で実際に行っている動作を検出している訳ではないので、作業内容を特定する精度を高めるのには限界がある。

本発明は、圃場における作業者の作業内容を精度良く特定することが可能であり、より実用的な農作業管理方法を提供する。

本発明の一態様では、作業者が行う農作業を管理する農作業管理方法は、作業管理装置またはコンピュータが、前記作業者の位置を示す位置情報と、前記作業者の動きを示す動作信号とを取得する第１ステップと、前記作業者が農作業を行う圃場に関する、形状、地図上の位置および栽培作物の種類を含む圃場情報を参照し、前記第１ステップにおいて取得した位置情報を用いて、前記作業者が農作業を行った圃場および栽培作物の種類を特定する第２ステップと、各作業種における動作信号の基本パターンを含む動作パターン情報を参照し、前記第１ステップにおいて取得した動作信号を、前記動作パターン情報に含まれた基本パターンと比較することによって、前記作業者が行った作業種を特定する第３ステップとを実行する。

この態様によると、作業者について、作業者の位置を示す位置情報と、作業者の動きを示す動作信号が取得される。圃場情報を参照して、取得した位置情報を用いて、作業者が農作業を行った圃場および栽培作物の種類が特定される。そして、動作パターン情報を参照し、動作信号を基本パターンと比較することによって、作業者が行った作業種が特定される。このように、実際の作業者の位置から圃場および栽培作物の種類を特定し、実際の作業者の動きから作業者が行った作業種を特定するので、たとえ圃場における作業内容や作業期間が変化したとしても、作業者の実際の作業内容を精度良く特定することができる。

本発明によると、たとえ圃場における作業内容や作業期間が変化したとしても、作業者の実際の作業内容を精度良く特定できるので、より実用的な農作業自動管理を実現することができる。

実施の形態に係る動作計測器の例を示す図であり、（ａ）は機能構成図、（ｂ）は作業者が装着したイメージ図 動作計測の例を示す図であり、（ａ）は歩行動作、（ｂ）はそのときの動作信号のイメージ 動作計測の例を示す図であり、（ａ）は腕を振る動作、（ｂ）はそのときの動作信号のイメージ 実施の形態に係る作業解析装置の機能構成図 圃場情報の例を示す概念図 動作パターン情報の例を示す概念図であり、（ａ）は畝たて、（ｂ）は播種 動作パターン情報の例を示す概念図であり、（ａ）は灌水、（ｂ）は収穫 作業内容情報の例を示す概念図 実施の形態における作業動作と農作業管理方法の流れを示すフローチャート 作業履歴の一例 クラウドコンピュータを利用する構成のイメージ図

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は実施の形態に係る動作計測器の一例を示す図である。本実施形態では、図１のような動作計測器を利用して、農作物の栽培を行う作業者が行う農作業を管理する。図１（ａ）に示すように、動作計測器１は、本体１０と、本体１０と通信可能に構成されている加速度センサ２１，２２とを備えている。加速度センサ２１，２２は、作業者の動きを検出する動作計測手段の一例である。ここでは、図１（ｂ）に示すように、作業者２は、加速度センサ２１，２２を自分の手首と足首にそれぞれ付けて作業を行うものとする。加速度センサ２１，２２によって、作業者の動きを示す動作信号が計測される。

本体１０は、加速度センサ２１，２２と通信を行う通信部１１と、ＧＰＳ(Global Positioning System)機能によって作業者の現在位置を示す位置情報を計測するＧＰＳ部１２と、加速度センサ２１，２２によって計測された動作信号やＧＰＳ部１２によって計測された位置情報などを記憶するための記憶部１３と、通信部１１およびＧＰＳ部１２等の制御を行う制御部１４と、記憶部１３に記憶されたデータを出力するデータ出力部１５と、操作入力部１６とを備えている。ＧＰＳ部１２は位置計測手段の一例である。制御部１４は、動作信号の取得タイミングや、位置情報の計測タイミング等を制御する。データ出力部１５は、例えば無線または有線によって、データを外部に、例えば後述する作業管理装置に出力する。

図２および図３は加速度センサを用いた動作計測の例を示す図である。図２（ａ）では、手首と足首に加速度センサ２１，２２を付けた作業者２が歩行動作を行っている。このとき、加速度センサ２１，２２によって計測された動作信号は図２（ｂ）のようになり、手と足の速度が交互に増加しているのが分かる。一方、図３（ａ）では、作業者２が腕を振る動作を行っている。このとき、加速度センサ２１，２２によって計測された動作信号は図３（ｂ）のようになり、手の速度のみが周期的に増加している。すなわち、加速度センサ２１，２２によって計測された動作信号によって、作業者２が歩行動作を行っているのか、腕を振る動作を行っているのかを識別することができる。このように、作業者２の体に加速度センサを付けることによって、作業者２の動作を計測することができる。なお、図２（ｂ）および図３（ｂ）では、一方向の速度をグラフで示しているが、実際の加速度センサでは３次元の動きを計測することが可能である。図６および図７に示すグラフについても同様である。

図４は実施の形態に係る作業管理装置の一例を示す図である。本実施形態では、図４に示す作業管理装置３０が、図１の動作計測器１から動作信号および位置情報を取得して、農作業の管理を行う。作業管理装置３０は具体的には例えば、作業者の自宅に置かれたＰＣやタブレットである。図４に示すように、作業管理装置３０は、動作信号および位置情報を入力するためのデータ入力部３１と、農作業管理に係る処理を実行する処理部３２と、農作業管理に係る処理のために必要となる各種の情報や、作業者の作業履歴等を記憶するための記憶部３３と、操作入力部３４と、表示部３５とを備えている。データ入力部３１は、例えば無線または有線によって、データを受信する。なお、作業管理装置３０は、操作入力部３４と、表示部３５とを備えていなくてもよい。例えば、操作入力部と、表示部とを備えるスマートフォンとの間で無線通信することにより、スマートフォンが備える操作入力部の操作情報を取得し、スマートフォンが備える表示部へ表示情報を提供する構成であってもよい。

記憶部３３は、圃場情報、動作パターン情報、および、作業内容情報を記憶している。圃場情報は、作業者が農作業を行う圃場に関する情報であり、例えば、圃場の形状、圃場の地図上の位置、圃場で栽培されている作物の種類等の情報を含む。動作パターン情報は、作業者が農作業において行う各作業種における動作信号の基本パターンを含む情報である。作業内容情報は、各作物に関して行う作業種の情報を含む。

図５は圃場情報の例を示す概念図である。図５の例では、作業者の圃場が３×３の９分割されており、各圃場での栽培作物が示されている。例えばＡＩの圃場ではメロンが栽培されており、ＢＩの圃場ではねぎが栽培されている。また、図示していないが、各圃場の地図上の位置の情報も圃場情報に含まれている。このような圃場情報を参照することによって、作業者の位置情報から、作業者が作業している圃場と栽培作物を特定することができる。なお、圃場の形状や地図上の位置は例えば、農作業管理を開始する前に初期登録しておけばよい。また、栽培作物の情報は例えば、操作入力部３４から作業者が入力すればいいし、あるいは、作業計画立案時に作業計画から自動的に設定されるようにすることも可能である。

図６および図７は動作パターン情報の例を示す概念図である。図６（ａ）は畝たての場合を示している。畝たてでは、作業者はトラクターを運転して作業を行うため、手はハンドル操作を行うものの規則的な動きはなく、足はほとんど動きがない。このため、手首および足首に付けた加速度センサ２１，２２の出力はほとんど変化しない。ただし、グラフに示すように、位置情報（ＧＰＳ）は作業者の移動に伴ってほぼ規則正しく変化する。図６（ｂ）は播種の場合を示している。播種はここでは、画像に示すように機械を用いて作業を行うので、足の運びはほぼ一定になり、このため足首に付けた加速度センサ２２の出力は周期的に増減する。加えて、畝の端まで行くと向きを変えて同じ動作を行うため、向きを変える際に加速度センサ２２の出力の周期に乱れが生じる。一方、手の動きは小さく、手首に付けた加速度センサ２１の出力はほとんど変化せず、周期性もない。

図７（ａ）は灌水の場合を示している。灌水では、足の動きはゆっくりと一定速度になり、手の動きもほぼ一定動作の繰り返しになる。したがって、手首および足首につけた加速度センサ２１，２２の出力はともに周期的に変化する。図７（ｂ）は収穫の場合を示している。収穫では、足の上下運動に比べて、手の上下運動が大きくなる。このため、手首につけた加速度センサ２１の出力が、足首につけた加速度センサ２２の出力と比べて大きく変化する。また、手の左右、前後の動きも顕著となる。

図６および図７に示したような各作業種における動作信号の基本パターンを、動作パターン情報として記憶しておく。そして、実際に得られた動作信号を、動作パターン情報に含まれた基本パターンと比較することによって、例えば動作信号と最も類似した基本パターンを有する作業種を、作業者が行った作業種として特定することができる。なお、動作パターン情報に含まれた基本パターンは、作業者が実際に各作業種の動作を行うことによって、予め取得しておけばよい。あるいは、例えば農作業管理サービス提供者から、標準の基本パターンを予め取得しておいてもかまわない。また、例えば図６（ａ）に示した畝たてのような場合には、位置情報の変化パターンを動作パターン情報に含めておき、これを、実際に取得した位置情報の変化と比較するようにしてもかまわない。

図８は作業内容情報の例を示す概念図である。図８の例では、メロン、ほうれん草およびねぎについて、実際に作業者が作業を行う作業種を特定している。例えばメロンでは、畝たて、苗の定植、交配、摘芯、灌水、収穫を行う。なお、大抵の作業種は実行する回数は一回のみであるが、例えば灌水は土壌の水分量に応じて数回行われる場合がある。このような実行回数の上限の有無や上限回数などの情報を、作業内容情報に含めておいてもよい。また、作業種の作業順についても作業内容情報に含めておいてもよい。なお、作業内容情報の内容は例えば、作業者が予め操作入力部３４を介して入力してもよいし、あるいは、例えば農作業管理サービス提供者から、標準となる作業内容情報を予め取得し、作業者が必要に応じて修正するようにしてもかまわない。

本実施の形態における作業動作と農作業管理方法の流れについて、図９のフローチャートを用いて説明する。

作業者は、農作業を行う日の朝、まず、加速度センサ２１，２２を手首と足首に装着し、動作計測器１の本体１０を例えば腰のベルトに付け、電源を入れる（Ｓ１１）。そして、農作業を行う圃場へ行き、作業を開始する（Ｓ１２）。動作計測器１は、例えば３０分毎に、ＧＰＳ部１２の動作によって、作業者の現在位置を示す位置情報を取得し、記憶部１３に保存する。また動作計測器１は、例えば３０分毎に、加速度センサ２１，２２を例えば５分間動作させ、その間の動作信号を取得し、記憶部１３に保存する（Ｓ１３）。なお、位置情報を取得する周期や、動作信号を取得する周期および期間は、ここで示したものに限られるものではない。あるいは、周期的に取得する代わりに、例えば午前１回、午後１回というように、所定のタイミングで、位置情報および動作信号を取得してもかまわない。

作業者は、夕方になると作業を終了し、自宅に帰る（Ｓ１４）。その後、動作計測器１の本体１０および加速度センサ２１，２２を自分の体から外し、自宅にある作業管理装置３０に本体１０から位置情報および動作信号を入力する（Ｓ１５）。このデータ入力は、無線または有線の通信で行ってもよいし、あるいは、メモリカードなどのメディアを介して行ってもよい。

作業管理装置３０は、取得した位置情報および動作信号を用いて、次のような処理を繰り返し実行する。まず、取得した位置情報を用いて、記憶部３３に保存されている圃場情報を参照し、作業者が作業を行った圃場を特定する（Ｓ１６）。また、同様にして、作業者が作業を行った栽培作物の種類を特定する（Ｓ１７）。そして、記憶部３３に保存されている動作パターン情報を参照し、取得した動作信号を、動作パターン情報に含まれた基本パターンと比較することによって、作業者が行った作業種を特定する（Ｓ１８）。このときには、位置情報を用いてもかまわない。このような処理を、取得した全てのデータについて実行する（Ｓ１９）。

処理が終了すると、作業管理装置３０は、表示部３５に処理結果を表示する（Ｓ２０）。この処理結果には、例えば、位置情報および動作信号を取得した時刻、特定した圃場、特定した栽培作物の種類、特定した作業種が含まれる。そして、例えば作業者が処理結果を確認した後に、作業管理装置３０は、特定した作業種を、特定した圃場および栽培作物の種類ととともに、作業履歴として記憶部３３に記録する（Ｓ２１）。

図１０は作業履歴の一例である。図１０の例では、圃場ＣIIで栽培されているほうれん草について、実行された作業種とその日付が作業履歴として記載されている。すなわち、１０月１日に畝たてが行われ、１０月７日に播種が行われ、その後灌水が数回行われた後、１１月２５日に収穫が行われている。なお、作業履歴として例えば、時間単位の作業記録を残してもかまわないし、作業を開始・終了した時刻や、作業に要した時間（工数）などを記録することも可能である。

また、図９のステップＳ１８において、作業種を特定する精度を高めるために、次のような処理を行ってもよい。例えば、ステップＳ１７で特定した栽培品種の情報を用いて、記憶部３３に記録された作業内容情報を参照し、行われる作業種の候補を限定する。例えばほうれん草の場合には、図８の作業内容情報を参照すると、作業種の候補は、畝たて、播種、灌水、収穫に限定される。そして、限定した作業種の候補の中から、取得した動作信号と類似した基本パターンを有する作業種を特定すればよい。

さらに、記憶部３３に記録された作業内容情報を参照して、作業種の作業順を特定し、この作業順と、作業履歴とを基にして、行われる作業種の候補をさらに限定してもよい。例えばほうれん草の場合には、図８の作業内容情報を参照すると、作業種の候補は、畝たて、播種、灌水、収穫に限定される。さらに、記憶部３３に記録された作業履歴を参照すると、すでに播種まで作業が済んでいることが分かったとする。この場合には、作業種の候補は、灌水か収穫かに限定される。そして、限定した作業種の候補の中から、取得した動作信号と類似した基本パターンを有する作業種を特定すればよい。

以上のように本実施形態によると、作業者について、作業者が身につけている動作計測器１０のＧＰＳ部１２によって位置情報が計測されるとともに、作業者の動きを検出する加速度センサ２１，２２によって動作信号が計測される。作業管理装置３０は、取得した位置情報を用いて、記憶部３３に格納した圃場情報を参照して、作業者が農作業を行った圃場および栽培作物の種類を特定する。そして、記憶部３３に格納した動作パターン情報を参照し、動作信号を基本パターンと比較することによって、作業者が行った作業種を特定する。このように、実際に検出した作業者の位置から圃場および栽培作物の種類が特定され、実際に検出した作業者の動きから作業者が行った作業種が特定されるので、たとえ圃場における作業内容や作業期間が変化したとしても、作業者の実際の作業内容を精度良く特定することができる。これにより、より実用的な農作業自動管理を実現することができる。

（他の実施形態）
なお、作業履歴の記録は、必ずしも作業管理装置３０が行わなくてもよい。例えば作業者自身が、作業管理装置３０に表示された処理結果を見て、必要な情報を適宜抽出して、作業ノートなどに記録してもかまわない。また、特定した圃場、栽培作物の種類、作業種の情報を、作業履歴の記録以外の他の用途、例えば、効率のよい農作業を行うための作業分析等に利用してもかまわない。

また、各作物に関して行う作業種を示す作業内容情報は、予め準備していなくてもかまわない。この場合は、ステップＳ１８において、例えば動作信号を、動作パターン情報に含まれた作業種の基本パターンの全てと比較して、作業種を特定すればよい。ただし、作業内容情報を予め準備しておき、この作業内容情報を参照して、候補となる作業種を限定することによって、作業種を特定する精度がより高くなる。

また、加速度センサは、手足以外の部位、例えば、腰や首に付けてもかまわない。また、本体と加速度センサとを一体化して、例えば腰につけるようにしてもかまわない。

また、作業者の動きを検出する動作計測手段は、加速度センサに限られるものではない。例えば、圃場に設置したカメラを動作計測手段として用いてもよい。この場合は、作業者の動きを示す動作信号は、カメラで撮影した画像信号から抽出すればよい。

また、作業者の位置を計測する位置計測手段はＧＰＳを用いるものに限られない。例えば、圃場に設置される無線局と通信することにより位置情報を取得してもよい。

また、上の実施形態では、作業管理装置３０が圃場や作業種の特定処理を行うものとしたが、これに限られるものではなく、例えば、クラウドコンピュータを利用してもよい。コンピュータを用いて処理を行う場合には例えば、コンピュータプログラムが、コンピュータを、作業者の位置を示す位置情報を取得する位置取得部と、作業者の動きを示す動作信号を取得する動作取得部と、取得された位置情報と、取得された動作信号とに基づいて特定された、作業者が行った作業種を示す作業情報を取得する作業取得部と、取得された作業情報を表示する表示部として機能させればよい。

図１１はクラウドコンピュータを利用する構成のイメージである。図１１の構成において、例えば、動作計測器１によって計測された位置情報および動作信号が、作業者の自宅にあるＰＣ３に入力され、このＰＣ３から、インターネット４を介して、サービス提供者サーバ５に送信される。あるいは、動作計測器１によって計測された位置情報および動作信号が、動作計測器１自体から、インターネット４を介して、サービス提供者サーバ５に送信される。そして、サービス提供者サーバ５が、上述の実施形態で示した処理を行い、インターネット４を介して、その処理結果あるいは作業履歴を、ＰＣ３に送信する。

また、動作計測器１と作業管理装置３０とが一体となって、スマートフォンで構成されてもよい。この場合、スマートフォン用のアプリケーションソフトが、スマートフォンを、動作計測器１と作業管理装置３０として機能させる。スマートフォン用のアプリケーションソフトは、スマートフォン用のアプリケーションソフトを格納するプログラムサーバからインターネットを介してスマートフォンへ提供されてもよいし、ＵＳＢメモリやＳＤカードなどのメモリデバイスを介してスマートフォンへ提供されてもよい。

本発明では、農作業管理において、作業者の実際の作業内容を精度良く特定できるので、例えば、農作業管理の簡便化や農作業の効率化に有用である。

１ 動作計測器
２ 作業者
３ ＰＣ
４ インターネット
５ サービス提供者サーバ
１０ 動作計測器本体
１２ ＧＰＳ部（位置計測手段）
２１，２２ 加速度センサ（動作計測手段）
３０ 作業管理装置
３２ 処理部
３３ 記憶部

Claims (8)

1. 作業者が行う農作業を管理する農作業管理方法であって、
   作業管理装置またはコンピュータが、
   前記作業者の位置を示す位置情報と、前記作業者の動きを示す動作信号とを取得する第１ステップと、
   前記作業者が農作業を行う圃場に関する、形状、地図上の位置および栽培作物の種類を含む圃場情報を参照し、前記第１ステップにおいて取得した位置情報を用いて、前記作業者が農作業を行った圃場および栽培作物の種類を特定する第２ステップと、
   各作業種における動作信号の基本パターンを含む動作パターン情報を参照し、前記第１ステップにおいて取得した動作信号を、前記動作パターン情報に含まれた基本パターンと比較することによって、前記作業者が行った作業種を特定する第３ステップとを実行する
   ことを特徴とする農作業管理方法。
2. 請求項１記載の農作業管理方法において、
   前記第３ステップにおいて特定した作業種を、前記第２ステップにおいて特定した圃場および栽培作物の種類とともに、作業履歴として記録する
   ことを特徴とする農作業管理方法。
3. 請求項１記載の農作業管理方法において、
   前記第３ステップにおいて、各栽培作物に関して行う作業種の情報を含む作業内容情報を参照し、前記第２ステップにおいて特定した栽培作物の種類を用いて、前記作業者が行った作業種の候補を限定する
   ことを特徴とする農作業管理方法。
4. 請求項３記載の農作業管理方法において、
   前記第３ステップにおいて、前記作業内容情報を参照して、当該栽培作物に関して行う作業種の作業順を特定し、この作業順と、前記作業者の作業履歴とを基にして、前記作業者が行った作業種の候補をさらに限定する
   ことを特徴とする農作業管理方法。
5. 請求項１記載の農作業管理方法において、
   作業管理装置またはコンピュータは、前記第１〜第３ステップを実行する前に、前記動作パターン情報として、各作業種における動作信号の基本パターンを取得する
   ことを特徴とする農作業管理方法。
6. 請求項１記載の農作業管理方法において、
   前記動作信号は、加速度センサにより計測される
   ことを特徴とする農作業管理方法。
7. 作業者が行う農作業を管理する農作業管理方法であって、
   作業管理装置またはコンピュータが、
   前記作業者の位置を示す位置情報と、前記作業者の動きを示す動作信号とを取得し、
   前記取得した位置情報と前記取得した動作信号とに基づいて特定される、前記作業者が行った作業種を提供する
   農作業管理方法。
8. 作業者が行う農作業を管理するためのコンピュータプログラムであって、
   コンピュータを、
   前記作業者の位置を示す位置情報を取得する位置取得部と、
   前記作業者の動きを示す動作信号を取得する動作取得部と、
   前記取得された位置情報と、前記取得された動作信号とに基づいて特定された、前記作業者が行った作業種を示す作業情報を取得する作業取得部と、
   前記取得された作業情報を表示する表示部と
   して機能させるコンピュータプログラム。