JP2019092455A - 圃場管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】電波が微弱な特定小電力無線を用いて、圃場の管理負担が少ない圃場管理システムを提供する。【解決手段】圃場管理システム１は、用水から圃場への給水または圃場から用水への排水を行う水栓を開閉する水栓開閉装置２と、水栓開閉装置２を遠隔制御するための制御コマンドを水栓開閉装置２に送信するサーバセンタ３と、サーバセンタ３と水栓開閉装置２との通信を中継するゲートウェイ４と、を備え、ゲートウェイ４と水栓開閉装置２との通信は特定小電力無線によって行われ、前記制御コマンドは、水栓開閉装置２が前記制御コマンドを受信してから所定期間にわたる水栓開閉装置２の動作を規定するコマンドである。【選択図】図１

Description

本発明は、田圃等の圃場の状態を管理する圃場管理システムに関する。

近年、農家の高齢化が進み、圃場の状態（水田の水位等）を管理するための負担を軽減する要望が高まっている。これに対し、例えば特許文献１および特許文献２には、圃場への給水を行う給水栓または圃場からの排水を行う排水栓（以下、水栓）を自動開閉させる給水装置または排水装置（以下、水栓開閉装置）を統括制御装置によって遠隔制御するシステムが開示されている。

特許文献１では、統括制御装置は、広域無線局、水田中継無線局および個別無線局といった中継局を介して水栓開閉装置を制御しており、水田中継無線局と個別無線局との間、および個別無線局と水栓開閉装置との間は、特定小電力無線による通信を行っている。

特許文献２では、統括制御装置において、生育期間通年にわたる圃場の水位を設定するためのパターンモデルを生育管理目標ごとに複数用意し、選択されたパターンモデルに沿って圃場の水位を制御するシステムが開示されている。さらに特許文献２では、作期区分および水位設定値を管理者が自由に決定可能な弾力的なパターンモデルも用意されており、管理者の要望や品種、気候や土壌などの生育環境等の諸条件に応じた適切な圃場管理を行うことで、良質米の高収量が得られるとされている。

特開平９−２０５９０８号公報 特許第３５９８３２５号

特定小電力無線は、伝送距離が比較的大きく、電波法の免許を要しないが、通信容量が１９８０バイトと小さい。特許文献２のシステムにおいて水位の管理をパターンモデルに沿って制御するためには、統括制御装置から大量の給水計画を送る必要があるため、通信手段として特定小電力無線を用いることはできない。しかし、大容量のデータを通信可能なシステムを構築するためには、電波法に規定された免許を受ける必要があり、コストも高くなる。

そのため、現状の特定小電力無線を用いたシステムでは、制御コマンドのデータ量を小さくするため、水栓開閉装置をリアルタイムに動作させる制御コマンドを送信している。しかし、特定小電力無線は電波が微弱であるため、水栓開閉装置のアンテナが故障していた場合だけでなく、水栓開閉装置の近傍に大型車が駐車するだけでも、通信が途絶えてしまう。そうなると、制御コマンドが水栓開閉装置に伝わらず、開栓および閉栓の動作ができなくなる恐れがある。また、上述のように、農家の高齢化が進んでいるため、管理者が頻繁に圃場を確認することは難しく、圃場の状態を著しく悪化させる恐れがあった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、電波が微弱な特定小電力無線を用いて、圃場の管理負担が少ない圃場管理システムを提供することを課題とする。

本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、水栓開閉装置を制御するための制御コマンドを、水栓開閉装置が前記制御コマンドを受信してから所定期間にわたる水栓開閉装置の動作を規定するコマンドとすることにより、圃場の管理負担を低減できることを見出した。本発明者らは、かかる知見に基づき、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、例えば以下の項に記載の主題を包含する。
項１．
用水から圃場への給水または圃場から用水への排水を行う水栓を開閉する水栓開閉装置と、
前記水栓開閉装置を遠隔制御するための制御コマンドを前記水栓開閉装置に送信する統括制御装置と、
前記統括制御装置と前記水栓開閉装置との通信を中継するゲートウェイと、
を備え、
前記ゲートウェイと前記水栓開閉装置との通信は特定小電力無線によって行われ、
前記制御コマンドは、前記水栓開閉装置が前記制御コマンドを受信してから所定期間にわたる前記水栓開閉装置の動作を規定するコマンドである、圃場管理システム。
項２．
前記所定期間は、２日〜３０日である、項１に記載の圃場管理システム。
項３．
前記所定期間は、５日〜１５日である、項２に記載の圃場管理システム。
項４．
前記制御コマンドのデータ量は、２００バイト以下である、項１〜３のいずれかに記載の圃場管理システム。
項５．
前記制御コマンドのデータ量は、１１０バイト以下である、項４に記載の圃場管理システム。
項６．
前記制御コマンドは、前記水栓開閉装置が前記水栓を開栓または閉栓するタイミングを含む、項１〜５のいずれかに記載の圃場管理システム。
項７．
前記制御コマンドは、前記水栓開閉装置が前記水栓を開栓するときの、前記水栓の開度を含む、項１〜６のいずれかに記載の圃場管理システム。
項８．
前記水栓は、用水から圃場への給水を行う給水栓であり、
前記制御コマンドは、前記所定期間における給水開始のタイミング、給水時間および給水開度を含む、項１〜７のいずれかに記載の圃場管理システム。
項９．
前記制御コマンドは、ＡＳＣＩＩ文字で記述されている、項１〜８のいずれかに記載の圃場管理システム。
項１０．
前記制御コマンドの数値は、アラビア数字と英文字アルファベットを表記に含む６２進数による数値である、項９に記載の圃場管理システム。
項１１．
前記特定小電力無線の周波数帯は、９２０ＭＨｚ帯である、項１〜１０のいずれかに記載の圃場管理システム。
項１２．
前記水栓開閉装置を複数備え、
前記ゲートウェイは複数の前記水栓開閉装置のいずれかと通信を行い、
前記水栓開閉装置間の通信は特定小電力無線によって行われる、項１〜１１のいずれかに記載の圃場管理システム。

本発明によれば、電波が微弱な特定小電力無線を用いて、圃場の管理負担が少ない圃場管理システムを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る圃場管理システムの全体構成を示すブロック図である。 水栓開閉装置および給水栓の正面図および断面図である。 水栓開閉装置の機能ブロック図である。 サーバセンタの機能ブロック図である。 ゲートウェイの機能ブロック図である。 給水計画データの一例である。 圃場管理システムの変形例である。 下り電文のＣＳＶデータの書式の一例である。 上り電文のＣＳＶデータの書式の一例である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではない。

（圃場管理システムの全体構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る圃場管理システム１の全体構成を示すブロック図である。本実施形態では、圃場が水田である場合を想定しており、圃場管理システム１は、水栓開閉装置２と、サーバセンタ（統括制御装置）３と、ゲートウェイ４と、携帯端末５と、固定端末６と、を主に備えている。

水栓開閉装置２は、用水から圃場への給水を行う給水栓（水栓）７を開閉する装置である。水栓開閉装置２および給水栓７はそれぞれｎ（ｎ≧１）個設けられている。本実施形態では、例えばｎ＝１０である。圃場は複数に区画されており、各区画の用水との境界に給水栓７が設けられている。便宜上、ｎ個の水栓開閉装置２を水栓開閉装置２−１〜２−ｎと称することもある。水栓開閉装置２の間隔は、特定小電力無線による通信が可能なものであれば特に限定されないが、例えば約１００ｍである。

本実施形態では、水栓開閉装置２と給水栓７とは一体的に構成されているが、必ずしも一体的に構成しなくてもよい。なお、水栓開閉装置２は、水位計や温度計に接続されており、圃場の水位や温度を計測することができる。これらの計測値は、センサ情報として、サーバセンタ３に送信される。

サーバセンタ３は、水栓開閉装置２を遠隔制御するための制御コマンドを水栓開閉装置２に送信する統括制御装置である。サーバセンタ３は、クラウド上に設けられている。

ゲートウェイ４は、サーバセンタ３と水栓開閉装置２との通信を中継するアクセスポイントである。ゲートウェイ４は、圃場の近傍に設けられており、サーバセンタ３とはインターネットＮを介して通信を行う。一方、ゲートウェイ４と水栓開閉装置２との通信は特定小電力無線によって行われる。

特定小電力無線は、一定の周波数帯域について電波が微弱な無線であり、電波法の免許を要しない。そのため、圃場管理システム１を低コストで構築することができる。特定小電力無線の周波数帯は、３１５ＭＨｚ帯、４００ＭＨｚ帯、９２０ＭＨｚ帯および１２００ＭＨｚ帯があり、通信距離および消費電力の観点から、９２０ＭＨｚ帯が好ましい。

ゲートウェイ４は、ｎ個の水栓開閉装置２のいずれかと通信を行う。本実施形態では、ゲートウェイ４は、自身から最も近距離に位置する水栓開閉装置２−１と通信を行う。なお、水栓開閉装置２が１台のみである場合は、ゲートウェイ４は当該水栓開閉装置２と通信を行う。

水栓開閉装置２が複数台ある場合は、水栓開閉装置２間の通信も特定小電力無線によって行われる。具体的には、水栓開閉装置２−１→水栓開閉装置２−２→水栓開閉装置２−３→・・・→水栓開閉装置２−ｎの順にバケツリレー方式で制御コマンドが転送される。

携帯端末５および固定端末６は、圃場の管理者が所有するコンピュータであり、インターネットＮを介してサーバセンタ３と通信可能である。携帯端末５は、スマートフォンやタブレットによって構成することができ、固定端末６は、汎用のパーソナルコンピュータによって構成することができる。管理者は、携帯端末５および／または固定端末６からサーバセンタ３にアクセスして、サーバセンタ３から水栓開閉装置２に送信される制御コマンドや、制御コマンドを作成するための給水計画の内容を、適宜更新することができる。また、携帯端末５はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）通信によって、水栓開閉装置２の動作を直接制御することもできる。

（水栓開閉装置および給水栓の構成）
図２は、水栓開閉装置２および給水栓７の正面図および断面図であり、図３は、水栓開閉装置２の機能ブロック図である。水栓開閉装置２は給水栓７の上端に取り付けられており、制御装置２１、ソーラーパネル２２、バッテリ２３、直流モータ２４、リミットスイッチ２５、水位計２６、温度計２７、回転軸２８およびスピンドル連接部２９を主に備えている。

また、給水栓７は、給水バルブ７１を備えており、給水バルブ７１は、スピンドル連接部２９に接続されており、直流モータ２４によって回転軸２８が回転すると、スピンドル連接部２９と共に給水バルブ７１が回転する。給水バルブ７１の回転により、圃場への給水が開始または停止される。

水栓開閉装置２の制御装置２１は、図３に示すように、制御部２ａ、ＲＴＣ２ｂ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２ｃ、低電圧検出回路２ｄ、過電圧制限回路２ｅ、モータ駆動回路２ｆ、過電流検出回路２ｇ、記憶装置２ｈ、特定小電力無線モジュール２ｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈモジュール２ｊ、表示器２ｋおよび操作スイッチ２ｍを主に備えている。

制御部２ａはマイクロコンピュータによって構成することができ、水栓開閉装置２の各種動作のための演算処理を行う。ＲＴＣ２ｂは、時計用ＩＣであり、現在の日時の情報を制御部２ａに入力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２ｃは、制御装置２１の電源回路である。低電圧検出回路２ｄは、バッテリ２３の充電不足や経年劣化による電源電圧の異常を検出する。過電圧制限回路２ｅは、ソーラーパネル２２の発電によるバッテリ２３への過充電を防止する。モータ駆動回路２ｆは、直流モータ２４を駆動する。過電流検出回路２ｇは、直流モータ２４に供給される電流の異常を検出する。

記憶装置２ｈは、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリであり、サーバセンタ３から受信した制御コマンドＤ等を記憶する。記憶装置２ｈの容量は、１度の通信で送信される制御コマンドを記憶できる容量であればよい。

特定小電力無線モジュール２ｉは、水栓開閉装置２がゲートウェイ４や他の水栓開閉装置２と特定小電力無線によって通信を行うためのモジュールである。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈモジュール２ｊは、水栓開閉装置２が携帯端末５等とＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）によって通信を行うためのモジュールである。表示器２ｋは、水栓開閉装置２の異常や動作状態の表示を行う。操作スイッチ２ｍは、制御コマンドＤ１によらずに管理者がマニュアルで給水栓７の開閉動作を行ったり、制御モードの切り替えを行うためのスイッチである。

リミットスイッチ２５は、給水バルブ７１の開閉の上限値および下限値を検出する。水位計２６は、フロートセンサ等で構成される。制御コマンドＤ１によらない制御モードにおいて、水位の所定の上限値で給水を停止させ、水位の所定の下限値で給水を開始することもできる。

（サーバセンタの構成）
図４は、サーバセンタ３の機能ブロック図である。本実施形態において、サーバセンタ３はクラウド上のサーバ装置であるが、管理者が所有する汎用のコンピュータであってもよい。サーバセンタ３は、制御部３ａ、ＲＴＣ３ｂ、記憶装置３ｃ、無線ＬＡＮモジュール３ｄおよび有線ＬＡＮモジュール３ｅを主に備えている。

制御部３ａは、サーバセンタ３のＣＰＵが各種プログラムをメモリに読み出して実行することにより実現される機能ブロックであり、サーバセンタ３の動作全般を制御する。ＲＴＣ３ｂは、時計用ＩＣであり、現在の日時の情報を制御部３ａに入力する。

記憶装置３ｃは、例えばハードディスクドライブ（ＨＤＤ）やソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）で構成される。記憶装置３ｃには、給水計画データＤ２およびマップデータＤ３等が記憶されている。給水計画データＤ２は、１年間の圃場の水位を管理するためのデータであり、稲の品種、圃場の気候などに応じて設定される。

制御部３ａは、給水計画データＤ２に基づいて、水栓開閉装置２に送信する制御コマンドＤ１を生成する。給水計画データＤ２の具体例は後述する。マップデータＤ３は、圃場管理システム１の管理対象となっている水栓開閉装置２および給水栓７の個数、位置等に関する情報である。

無線ＬＡＮモジュール３ｄおよび有線ＬＡＮモジュール３ｅは、それぞれ無線ＬＡＮおよび有線ＬＡＮによってサーバセンタ３が他の機器と通信を行うためのモジュールである。

（ゲートウェイの構成）
図５は、ゲートウェイ４の機能ブロック図である。ゲートウェイ４は、制御部４ａ、特定小電力無線モジュール４ｂ、記憶装置４ｃ、無線ＬＡＮモジュール４ｄ、有線ＬＡＮモジュール４ｅおよび３Ｇ／ＬＴＥモジュール４ｆを主に備えている。

制御部４ａは、ゲートウェイ４のＣＰＵが各種プログラムをメモリに読み出して実行することにより実現される機能ブロックであり、ゲートウェイ４の動作全般を制御する。

特定小電力無線モジュール４ｂは、ゲートウェイ４が水栓開閉装置２（２−１）と特定小電力無線によって通信を行うためのモジュールである。

記憶装置４ｃは、例えば不揮発性メモリで構成される。記憶装置４ｃは、サーバセンタ３から受信した制御コマンドＤ１等を記憶する。

無線ＬＡＮモジュール４ｄ、有線ＬＡＮモジュール４ｅおよび３Ｇ／ＬＴＥモジュール４ｆは、それぞれ無線ＬＡＮ、有線ＬＡＮおよび３Ｇ／ＬＴＥによってゲートウェイ４が他の機器と通信を行うためのモジュールである。

（制御コマンドの概要）
サーバセンタ３からゲートウェイ４を介して水栓開閉装置２に送信される制御コマンドＤ１は、水栓開閉装置２が制御コマンドＤ１を受信してから所定期間にわたる水栓開閉装置２の動作を規定するコマンドである。制御コマンドＤ１は、例えば、水栓開閉装置２が給水栓７を開栓または閉栓するタイミング、および／または、水栓開閉装置２が給水栓７を開栓するときの、給水栓７の開度を含む。本実施形態では、制御コマンドＤ１は、所定期間における給水開始のタイミング、給水時間および給水開度などを含む。

水栓開閉装置２に受信された制御コマンドＤ１は、記憶装置２ｈに格納される。前記所定期間は特に限定されないが、例えば２日〜３０日であり、好ましくは５日〜１５日である。本実施形態では、前記所定期間は１０日である。

制御コマンドＤ１のデータ量は、特定小電力無線によって伝送可能な量であり、好ましくは２００バイト以下、さらに好ましくは１１０バイト以下である。本実施形態では、後述するように、数値等がアラビア数字と英文字アルファベットを表記に含む６２進数のＡＳＣＩＩ文字で記述されている。数値とＡＳＣＩＩ文字との対応関係の一例を表１に示す。

このように、０〜９の数値をＡＳＣＩＩ文字の"０"〜"９"とし、１０〜３５の数値をＡＳＣＩＩ文字の"Ａ"〜"Ｚ"で表わし、３６〜６１の数値をＡＳＣＩＩ文字の"ａ"〜"ｚ"で表わしている。ＡＳＣＩＩ文字によって、時刻などを記述することにより、制御コマンドＤ１のデータ量を抑えることができる。

サーバセンタ３との通信状態が良好な場合、サーバセンタ３からは、定期的に（例えば１５分ごと）に更新された制御コマンドＤ１がゲートウェイ４を介して水栓開閉装置２に送信される。水栓開閉装置２が制御コマンドＤ１を受信する度に、記憶装置２ｈに記憶されている制御コマンドＤ１が書き換えられ、水栓開閉装置２は、常に最新の制御コマンドＤ１に基づいて給水栓７の開閉動作を行う。

しかし、特定小電力無線の電波は微弱なため、通信が不安定であるという欠点を有する。この点、制御コマンドＤ１は、水栓開閉装置２が制御コマンドＤ１を受信してから所定期間（本実施形態では１０日間）にわたる水栓開閉装置２の動作を規定するコマンドであるため、サーバセンタ３からの通信が途絶えた状態が継続しても、水栓開閉装置２は、制御コマンドＤ１に基づいて、１０日間にわたって給水栓７の開閉動作を行うことができる。これにより、サーバセンタ３からの通信が途絶えたまま、圃場の管理者が何らかの理由で、圃場の状態を確認せずに放置したとしても、水栓開閉装置２が自律的に給水栓７の開閉動作を行うため、例えば長期間、給水が行われずに作物が枯れてしまうといった事態を回避することができる。よって、電波が微弱な特定小電力無線を用いて、圃場の管理負担が少ない圃場管理システムを提供することができる。

（制御コマンドの生成）
制御コマンドＤ１は、図４に示すサーバセンタ３の制御部３ａが、給水計画データＤ２に基づいて生成する。給水計画データＤ２は、田植えを行う５月から収穫を行う９月までの、圃場の水位を管理するためのデータであり、栽培暦に従って管理者等が作成する。給水計画データＤ２の一例を図６に示す。

図６の例では、田植えの時期から一定期間（５月１０日〜６月７日）は、圃場の水位を一定（３ｃｍまたは５ｃｍ）にする。この間は、毎日３時間給水を行う。圃場が集積した田圃である場合には、一つの圃場に給水している間は、減水圧により隣の圃場に供給する流量が確保できない場合があるので、一つの圃場に順番に給水し、同時に開弁している給水弁の数を制限する。これにより、各圃場に一定の流量を確保できる。

断水時期（６月８日〜３０日）には、稲の根をしっかりはらせるために、給水を行わない。

間断潅水の時期（７月１日〜１７日）には、数日おきに数時間水をはり、水がなくなると給水するという方法で幼穂の育成を促す。

夏の暑い時期（７月１８日〜８月２７日）には、高温障害等を避けるため夜間灌漑を行う。夕方から夜にかけて給水し、圃場の温度を下げることで、米の品質が向上する。また、昼は給水せずに寒暖差を設けることで、米の食味が向上する。

稲刈りまでの成熟期（８月２８日〜９月１２日）には、充分水をはり米の最終的な成熟を促進する。そのため、例えば毎日５時間程度給水を行う。

いずれの時期においても、雨が降った場合などには、管理者が携帯端末５または固定端末６からサーバセンタ３にアクセスして、給水計画データＤ２を編集することにより、給水時間等を変更することが可能である。さらに、豪雨等による大量な雨の時には、排水を行って必要以上の水位にならないように給水計画データＤ２を編集することも可能である。

サーバセンタ３の制御部３ａは、図６に矩形の破線で示すウィンドウＷを設定する。ウィンドウＷは、１０日間の幅を有しており、制御部３ａは、ウィンドウＷ内の給水計画内容を制御コマンドＤ１として生成し、水栓開閉装置２に送信する。図６に示す例では、５月１０日から１０日間における給水計画を示す制御コマンドＤ１が生成される。ウィンドウＷ内の期間の開始日は、制御コマンドＤ１を生成する日に対応する。よって、月日の経過とともに、ウィンドウＷは図６の右方向にシフトする。なお、ウィンドウＷの幅は、適宜変更可能である。

このように、制御部３ａは、一定期間ごとに給水計画を分割することで、制御コマンドＤ１を生成しているので、常に最適な給水計画データを水栓開閉装置２に送信できる。よって、本実施形態に係る圃場管理システム１によって、年間の給水処理を自動で行うことができる。また、給水計画を変更したい場合、制御コマンドＤ１の期間の延長や省略をすることで給水計画のシフトが可能となる。

（付記事項）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能であり、例えば、上記実施形態に開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる形態も、本発明の技術的範囲に属する。

例えば、上記実施形態では、水栓開閉装置２は給水栓７を開閉する給水制御装置であったが、排水栓を開閉する排水制御装置であってもよいし、給水および排水の両方を制御する装置であってもよい。

また、図１および図４に示すサーバセンタ３を複数の装置で構成してもよい。例えば、図７に示す圃場管理システム１’では、サーバセンタ３がウェブサーバ３−１、データ分析サーバ３−２およびストレージ３−３に置き換えられている。ストレージ３−３には、図４に示す記憶装置３ｃと同様、給水計画データＤ２やマップデータＤ３等が記憶されている。データ分析サーバ３−２は、給水計画データＤ２に基づいて、水栓開閉装置２に送信する制御コマンドＤ１を生成する機能等を有している。ウェブサーバ３−１は、データ分析サーバ３−２が生成した制御コマンドＤ１を、インターネットＮを介してゲートウェイ４等に送信する。

以下の実施例では、水栓開閉装置２が給水制御装置である場合の制御コマンドＤ１の具体例について説明する。なお、本発明は実施例に限定されない。

制御コマンドＤ１は、上記実施形態で述べたように、給水開始のタイミング、給水時間および給水開度などを含むが、その他に、水栓開閉装置の識別情報（ＩＤ）などを含む。以下では、１回の通信で送受信される制御コマンドＤ１を電文と称すことがある。

（データ構造）
制御コマンドＤ１のデータ構造の一例を下記に示す。
Ｉ．上り電文（水栓開閉装置２→ゲートウェイ３）
１． 基本情報：水栓開閉装置ＩＤ、ゲートウェイＩＤ、タイムスタンプ
２． 給水開始タイミング：週周期、定間隔周期、ランダムカレンダのいずれか
３． 給水時間：１分〜２４時間
４． 給水開度：１〜１０段階
５． ステータス：状態表示
６． センサ情報１（水温、水位、その他）
７． センサ情報２（水温、水位、その他）
II．下り電文（ゲートウェイ３→水栓開閉装置２）
１． 基本情報：水栓開閉装置ＩＤ、ゲートウェイＩＤ、タイムスタンプ
２． 給水計画：最大でランダムカレンダ１０箇所、週周期、定周期のいずれか。
３． 判定値設定：各種警報や、モードの設定値情報

制御コマンドを構成するフィールドの内容一覧を表２に示す。

表２において、◎は常に制御コマンド内に含まれるフィールドであり、○は何れかが一つが選択され使用されるフィールドであり、△は制御コマンド内に含まれる場合と含まれない場合があるフィールドである。また、ＳＣはサーバセンタの略称であり、ＧＷはゲートウェイの略称であり、ＦＤは水栓開閉装置の略称であり、ＲＣは携帯端末（例えばリモコンユニット（アンドロイドＯＳのスマートフォン））の略称である。

各フィールドでは、アスキーの記号を頭に配置し、コンマ記号で区切ることで、データの識別を容易にしている。携帯端末と水栓開閉装置との間では、１パケット２０バイト以下の制約があるため、１回の制御コマンドを１フィールドとしている。下り電文および上り電文では、定間隔周期、週間周期、ランダムカレンダおよび計画クリアは、排他的に使用される。無線センサ１、無線センサ２のフィールド情報は、使用されない場合もある。個体情報は、新規設定や変更設定の際に使用される。

続いて、各フィールドの書式について説明する。

水栓開閉装置ＩＤおよびゲートウェイＩＤはそれぞれ、水栓開閉装置２およびゲートウェイ４を識別するための情報である。水栓開閉装置ＩＤのフィールド書式の一例を表３に示す。
水栓開閉装置ＩＤは２桁（製品バージョン部）＋５桁（シリアル番号部）＝７桁の数値文字列である。製品バージョン部の十の位の意味は、以下のとおりである。
０，１ タイマー型
２，３ リモコン型
４，５ 連動型
６〜９ 遠隔型

ゲートウェイＩＤのフィールド書式の一例を表４に示す。

ゲートウェイＩＤは、水栓開閉装置ＩＤと同様、２桁（製品バージョン部）＋５桁（シリアル番号部）＝７桁の数値文字列である。

給水開始タイミングは、給水を開始する月日および時分を示す数値である。給水開始タイミングは、週周期、定間隔周期、ランダムカレンダのいずれかで表わすことができる。

週周期のフィールド書式の一例を表５に示す。

表５における週間周期開始日は、表６のようにビット割付することにより特定される。

表６において、日〜土の枠に、０（給水を実行しない）または１（給水を実行する）が割り付けられる。これにより、日〜火は０〜７の数値で特定され、水〜土は０〜Ｆの数値で特定される。

定間隔周期のフィールド書式の一例を表７に示す。

ランダムカレンダのフィールド書式の一例を表８に示す。

ランダムカレンダでは、給水実行日を最大１０日まで指定できる。給水実行日が設定されていない場合は０月０日とする。

ステータスのフィールド書式の一例を表９に示す。

表９における本体状態、警告情報、有線水位センサおよび自動給止水状態は、表１０のようにビット割付することにより特定される。

表１０において、各ビットは以下のように定義される。
栓開閉状態：０＝給水栓が閉状態、１＝給水栓が開状態
運転状態：００＝切、１０＝自動運転モード、０１＝手動運転モード
ＬＳＷ異常：０＝異常なし、１＝異常あり
低電圧検出：０＝異常なし、１＝バッテリ低電圧
モータ過負荷状態：００＝正常，１０＝過負荷異常，０１＝過負荷警告
有線センサ：０＝センサ無、１＝センサ有
上限水位：０＝検出なし、１＝上限水位検出
下限水位：０＝検出なし、１＝下限水位検出
自動給水水温：０＝通常、１＝水温異常による自動給水実施
自動給水下限：０＝通常、１＝下限水位による自動給水実施
自動止水上限：０＝通常、１＝上限水位による自動止水実施

無線センサ１のフィールド書式の一例を表１１に示す。

無線センサ２のフィールド書式の一例を表１２に示す。

表１１および表１２において、無線センサからの情報がない場合は、“符号”以下全てを０の値とする。

判定値設定のフィールド書式の一例を表１３に示す。

表１３において、自動給止水有効およびセンサ優先は、表１４のようにビット割付することにより特定される。

表１４において、各ビットは以下のように定義される。
無線上限：０＝無線センサの水位値による自動止水無効、１＝有効
無線下限：０＝無線センサの水位値による自動給水無効、１＝有効
無線センサ：０＝無線センサ無し、１＝無線センサ有
有線下限：０＝有線下限センサ無し、１＝有線下限センサ有

個体情報のフィールド書式の一例を表１５に示す。

緯度では、北緯を示す“Ｎ”は省略され、経度では、統計を示す“Ｅ”および百の位は省略されている。また、仮名称では、ＡＳＣＩＩ文字を数値変換せず、そのまま文字として扱う。

要求コマンドのフィールド書式の一例を表１６に示す。

要求電文の識別子は、電気ＢＯＸに要求する電文の識別子である。また、要求内容のビットは、以下のように定義される。
０＝停止
１＝バルブ開動作
２＝バルブ閉動作

なお、電文要求時において、手動給水栓開閉は”停止”、計画クリア非実行に設定し、電文要求以外の時は要求電文識別子は”−”とする。

レスポンスのフィールド書式の一例を表１７に示す。

電文エラーのビットは、以下のように定義される。
０＝正常（使用予定なし）
１＝ＢＣＣエラー（携帯端末から水栓開閉装置に対して、設定されてない給水計画の電文要求があった場合の、電気ＢＯＸからのレスポンス）
２＝要求電文の設定情報なし（水栓開閉装置に給水計画が設定されてない場合（初期状態または計画クリア実施後）の、電気ＢＯＸからゲートウェイへのレスポンス）

計画クリアのフィールド書式の一例を表１８に示す。

（サーバセンタ⇔ゲートウェイ⇔水栓開閉装置間の通信電文）
図１に示すサーバセンタ３がゲートウェイ４および水栓開閉装置２（２−１）との間で送受信する電文のＣＳＶデータの書式の一例を図８および図９に示す。

図８は、サーバセンタ３からゲートウェイ４を介して水栓開閉装置２−１に送信される下り電文の書式である。水栓開閉装置ＩＤ、ランダムカレンダ、判定値設定、要求コマンドの各フィールドはカンマ（，）で区切られ、これらのデータが水栓開閉装置１台分の電文を構成している。下り電文には、１台目の水栓開閉装置２−１からｎ台目の水栓開閉装置２−ｎまでのｎ台分のデータが含まれている。１台目の水栓開閉装置２−１は、自己に必要なデータを抽出し、残りのデータ（２台目の水栓開閉装置ＩＤからｎ台目の水栓開閉装置の要求コマンドまでの電文）を水栓開閉装置２−２に転送する。以降、バケツリレー方式で水栓開閉装置２−ｎまで電文が転送される。

下り電文に含まれる水栓開閉装置１台分の電文のバイト数は、表１９に示すように、最大５３バイトとなる。

例えば水栓開閉装置２が１０台設けられている場合、下り電文のペイロード最大サイズは、５３０バイトとなる。

図９は、水栓開閉装置２−１からゲートウェイ４を介してサーバセンタ３に送信される上り電文の書式である。括弧で示されたフィールドは、必要な場合のみ付加される。

上り電文に含まれる水栓開閉装置１台分の電文のバイト数は、表２０に示すように、最大１０４バイトとなる。

例えば水栓開閉装置２が１０台設けられている場合、上り電文のペイロード最大サイズは、１０４０バイトとなる。

以上のように、下り電文および上り電文のいずれのペイロード最大サイズも、特定小電力無線の通信容量である１９８０バイトを下回るため、安定して通信を行うことができる。また、１台の水栓開閉装置あたり、最大サイズの上り電文および下り電文が送受信されたとしても、１５７バイト程度で通信が行えるため、非常に安価で頻度の少ない通信が可能となる。

本発明に係る圃場管理システムは、水田の他、作物を育てるための水が存在するあらゆる圃場に適用できる。

１ 圃場管理システム
１’ 圃場管理システム
２ 水栓開閉装置
３ サーバセンタ（統括制御装置）
４ ゲートウェイ
５ 携帯端末
６ 固定端末
７ 給水栓
Ｄ１ 制御コマンド

Claims (12)

1. 用水から圃場への給水または圃場から用水への排水を行う水栓を開閉する水栓開閉装置と、
   前記水栓開閉装置を遠隔制御するための制御コマンドを前記水栓開閉装置に送信する統括制御装置と、
   前記統括制御装置と前記水栓開閉装置との通信を中継するゲートウェイと、
   を備え、
   前記ゲートウェイと前記水栓開閉装置との通信は特定小電力無線によって行われ、
   前記制御コマンドは、前記水栓開閉装置が前記制御コマンドを受信してから所定期間にわたる前記水栓開閉装置の動作を規定するコマンドである、圃場管理システム。
2. 前記所定期間は、２日〜３０日である、請求項１に記載の圃場管理システム。
3. 前記所定期間は、５日〜１５日である、請求項２に記載の圃場管理システム。
4. 前記制御コマンドのデータ量は、２００バイト以下である、請求項１〜３のいずれかに記載の圃場管理システム。
5. 前記制御コマンドのデータ量は、１１０バイト以下である、請求項４に記載の圃場管理システム。
6. 前記制御コマンドは、前記水栓開閉装置が前記水栓を開栓または閉栓するタイミングを含む、請求項１〜５のいずれかに記載の圃場管理システム。
7. 前記制御コマンドは、前記水栓開閉装置が前記水栓を開栓するときの、前記水栓の開度を含む、請求項１〜６のいずれかに記載の圃場管理システム。
8. 前記水栓は、用水から圃場への給水を行う給水栓であり、
   前記制御コマンドは、前記所定期間における給水開始のタイミング、給水時間および給水開度を含む、請求項１〜７のいずれかに記載の圃場管理システム。
9. 前記制御コマンドは、ＡＳＣＩＩ文字で記述されている、請求項１〜８のいずれかに記載の圃場管理システム。
10. 前記制御コマンドの数値は、アラビア数字と英文字アルファベットを表記に含む６２進数による数値である、請求項９に記載の圃場管理システム。
11. 前記特定小電力無線の周波数帯は、９２０ＭＨｚ帯である、請求項１〜１０のいずれかに記載の圃場管理システム。
12. 前記水栓開閉装置を複数備え、
    前記ゲートウェイは複数の前記水栓開閉装置のいずれかと通信を行い、
    前記水栓開閉装置間の通信は特定小電力無線によって行われる、請求項１〜１１のいずれかに記載の圃場管理システム。