JP2019187259A - Culture support method, culture support program, culture support device and culture support system - Google Patents

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広和 源野
Hirokazu Genno
広和 源野
小林 一樹
Kazuki Kobayashi
一樹 小林
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Shinshu University NUC
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Abstract

To provide useful information useful for culture by evaluating properly, a growth state of a plant such as a fruit tree.SOLUTION: A culture support method executed by a culture support system 1 uses a growth curve approximating to a growth state of fruit for evaluating a growth state of fruit which is being cultured, then, on the basis of the evaluation result, provides advice related to fruit being cultured. Therefore, the method can perform a useful culture support service by properly grasping a growth state of the fruit which is directly coupled to a profit of a farmer. The growth curve determines a size of fruit to an objective variable, and determines an integrated value of a leaf area to an explanatory variable. Then, the growth curve is determined on the basis of the size of the fruit and integrated value of the leaf area in fruit culture performed by an enthusiastic farmer. Therefore, a universal growth curve which does not depend on an environmental condition such as weather, can be obtained for performing culture support for approximating to a growth state of fruit similar to that of by the enthusiastic farmer.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、果樹などの農作物の生育状態を評価して、評価結果に基づき、有用な情報を提供するための栽培支援方法、栽培支援プログラム、栽培支援装置、および栽培支援システムに関する。   The present invention relates to a cultivation support method, a cultivation support program, a cultivation support apparatus, and a cultivation support system for evaluating the growth state of a crop such as a fruit tree and providing useful information based on the evaluation result.

果樹などの農作物の栽培を行う場合、農作物の生育状態を適切に把握して、適切なタイミングで適切な作業を実施することが重要である。また、収量や品質を精度良く予測できれば有用である。そのため、栽培中に生育状態を適宜評価し、生育状態に基づいて適宜必要な情報を提供できれば有用である。例えば、リンゴ樹などの果樹栽培を行う際、果実の生育状態を定期的に評価して、摘果方法や収穫時期、収穫サイズについて適切な情報を提供できれば有用である。また、これらを労力をかけずに比較的安価に実現することが求められている。   When cultivating crops such as fruit trees, it is important to appropriately grasp the growth state of the crops and to carry out appropriate work at an appropriate timing. It is also useful if the yield and quality can be accurately predicted. Therefore, it is useful if the growth state is appropriately evaluated during cultivation and necessary information can be provided appropriately based on the growth state. For example, when cultivating fruit trees such as apple trees, it is useful to periodically evaluate the growth state of the fruit and provide appropriate information on the fruit picking method, harvest time, and harvest size. Moreover, it is required to realize these at relatively low cost without labor.

特許文献1には、果樹や庭木の栽培に有用な情報をデータベースに登録して、インターネットを介して利用者に果樹や庭木の生育に必要な情報を提供する情報提供システムが記載されている。しかしながら、この情報提供システムは、一般的な生育の段階(種まきや植樹など)の情報や病気、施肥の情報を提供するのみである。従って、このシステムだけでは、利用者が栽培する果樹の生育状態を把握することはできず、適切な情報を提供することはできない。   Patent Document 1 describes an information providing system that registers information useful for cultivation of fruit trees and garden trees in a database and provides users with information necessary for the growth of fruit trees and garden trees via the Internet. However, this information provision system only provides information on general stages of growth (seeding, tree planting, etc.) and information on diseases and fertilization. Therefore, with this system alone, it is impossible to grasp the growth state of the fruit tree cultivated by the user, and appropriate information cannot be provided.

特許文献2には、赤外光や近赤外光による画像を解析し、NDVI(正規化植生指数)などの指標を算出して農作物の収量を予測することが記載されている。また、植物の生育状態を示す指標としては、NDVI以外に、LAI(葉面積指数)や、GRVI(Green-Red Vegetation Index)が提案されている。しかしながら、NVDIは計測のために特殊な機材が必要であり、LAIは計測が手作業であるため、負担が大きい。これに対して、GRVIは汎用のカメラで撮影可能な可視光による画像から求めることができるが、空と葉を識別できない場合があり、葉領域を適切に抽出できない。   Patent Document 2 describes that an image of infrared light or near-infrared light is analyzed, and an index such as NDVI (normalized vegetation index) is calculated to predict the crop yield. In addition to NDVI, LAI (leaf area index) and GRVI (Green-Red Vegetation Index) have been proposed as indices indicating the growth state of plants. However, NVDI requires special equipment for measurement, and LAI has a heavy burden because measurement is a manual operation. On the other hand, GRVI can be obtained from an image by visible light that can be taken by a general-purpose camera, but the sky and the leaf may not be identified, and the leaf region cannot be extracted appropriately.

特開2001−318963号公報JP 2001-318963 A 特開2010−166851号公報JP 2010-166851 A

本発明者らは、空と葉を精度良く識別できる新たな指標として、GBVI(Green-Blue
Vegetation Index)を提案し、平成29年3月24日に特許出願を行っている(特願2017−58688号)。この出願には、リンゴ樹を撮影した画像からGBVIを求め、葉領域の面積やフラクタル次元の変化を示す生育曲線を求めることが記載されている。葉領域の面積(葉面積)の変化を近似した生育曲線は、リンゴ樹の葉の盛衰を反映しており、リンゴ樹の生育状態を反映している。
As a new index for accurately identifying the sky and leaves, the present inventors have used GBVI (Green-Blue).
Vegetation Index) was proposed and a patent application was filed on March 24, 2017 (Japanese Patent Application No. 2017-58688). This application describes obtaining GBVI from an image of an apple tree and obtaining a growth curve indicating changes in the area of the leaf region and fractal dimension. The growth curve that approximates the change in the leaf area (leaf area) reflects the rise and fall of the leaves of the apple tree, and reflects the growth state of the apple tree.

上記出願では、GBVIから求めた葉面積や葉領域のフラクタル次元などの指標を用いて、リンゴ樹の生育状況を把握することを提案しているが、農家の利益に直結する果実の生育状態を直接評価することは提案していない。また、上記出願の生育曲線は、横軸が経
過日数、縦軸が葉面積もしくは葉領域のフラクタル次元であり、日数の経過に伴ってリンゴ樹がどのように生育しているかを評価するものである。この生育曲線は、毎年の気象条件が異なるため、その気象条件に対応して毎年変化する。したがって、生育曲線の形から、当該年度のリンゴ樹の生育状態を評価することができるものの、当該年度の生育が早いなどとわかっても、気象が原因なのか、栽培方法が原因なのかわからず、栽培方針を得ることはできなかった。そのため、栽培方法に有用な情報を提供できなかった。
In the above-mentioned application, it is proposed to grasp the growth status of apple trees using indices such as the leaf area obtained from GBVI and the fractal dimension of the leaf region. No direct evaluation is proposed. The growth curve of the above application is the evaluation of how the apple tree grows with the passage of days, with the horizontal axis representing the number of days elapsed and the vertical axis representing the fractal dimension of the leaf area or leaf region. is there. This growth curve changes every year according to the weather conditions because the weather conditions differ every year. Therefore, although the growth state of the apple tree in the current year can be evaluated from the shape of the growth curve, even if it is known that the growth in the current year is fast, etc., it is not clear whether the weather is the cause or the cultivation method The cultivation policy could not be obtained. Therefore, useful information on the cultivation method could not be provided.

果樹栽培に有用な情報とは、例えば、目標サイズの果実を最大数収穫することに役立つ情報である。リンゴの場合、果実の価格は、サイズや色などによって決定されるが、特に、サイズが重要である。一般に、農家が目標とする収穫時サイズは最も高値で売れるサイズであり、基本的には、大きいほうが高値になる。しかし、品種によって生育できる上限サイズが決まっているため、農家は、上限サイズに近いサイズを目標にして、そのサイズの果実をできるだけ多く生育することをめざす。果実のサイズは、主に、葉の光合成によって生成される養分によって大きくなるため、1年を通じて、葉と果実数の管理が重要となる。例えば、リンゴの品種が「ふじ」の場合、篤農家は、おおむね4頂芽(1頂芽あたりの葉は約10枚)に1個の果実を残すように摘果することで、葉と果実数のバランスを保ち、結果として、目標サイズの果実を最大数収穫する。   Information useful for fruit tree cultivation is information useful for harvesting a maximum number of fruits of a target size, for example. In the case of apples, the price of fruit is determined by size, color, etc., but size is particularly important. Generally, the target size for harvesting by farmers is the size that can be sold at the highest price. Basically, the larger one is the higher price. However, since the upper limit size that can be grown is determined depending on the variety, the farmer aims to grow as many fruits of that size as possible, aiming at a size close to the upper limit size. Since the size of the fruit is mainly increased by the nutrients produced by the photosynthesis of the leaves, management of the number of leaves and fruits is important throughout the year. For example, when the apple cultivar is “Fuji”, the farmer picks leaves so that one fruit is left in approximately 4 top buds (about 10 leaves per top bud). And as a result, harvest the maximum number of fruits of the target size.

従来、果樹栽培の指針は、篤農家のカンや経験といった暗黙知によるものであり、定量的な作業指針はなかった。特に、気象条件は年によって異なるため、時期(月日)が同じでも年ごとに果実生育度が変化するのは当然のことであり、気象条件が異なっても共通に使用できる普遍的な果樹栽培の指針は提案されていない。また、上記のように、本発明者らの特願2017−58688号でも、気象などの環境条件によらず、且つ、篤農家と同様の作業を行っている限り変動しない普遍な生育曲線は提案できていない。そのため、果樹栽培に有用な情報を提供できなかった。   Conventionally, fruit tree cultivation guidelines are based on tacit knowledge such as cans and experiences of serious farmers, and there are no quantitative work guidelines. In particular, the weather conditions vary from year to year, so even if the time (month and day) is the same, it is natural that the degree of fruit growth changes from year to year. No guidance has been proposed. In addition, as described above, Japanese Patent Application No. 2017-58688 of the present inventors also proposes a universal growth curve that does not vary as long as the same work as that of a serious farmer is performed regardless of environmental conditions such as weather. Not done. Therefore, information useful for fruit tree cultivation could not be provided.

本発明の課題は、上記の問題点に鑑みて、果樹の生育状態を適切に評価して栽培に有用な情報を提供することにある。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide information useful for cultivation by appropriately evaluating the growth state of fruit trees.

また、本発明の他の課題は、果樹以外の農作物についても、その生育状態を適切に評価して栽培に有用な情報を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide information useful for cultivation by appropriately evaluating the growth state of crops other than fruit trees.

上記の課題を解決するために、本発明の栽培支援方法は、農作物における収穫対象部分の生育状態を近似した生育曲線を用いて、栽培中の農作物における収穫対象部分の生育状態を評価し、評価結果に基づき、前記栽培中の農作物に関する栽培支援サービスを行うことを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems, the cultivation support method of the present invention evaluates the growth state of the portion to be harvested in the crop under cultivation using a growth curve that approximates the growth state of the portion to be harvested in the crop, and evaluates Based on the result, a cultivation support service for the crop under cultivation is performed.

本発明の生育曲線は、農作物の収穫対象部分の生育状態を近似したものである。従って、この生育曲線を用いることにより、栽培中の農作物に関して、農家の利益に直結する部分の現在の生育状態を適切に把握することができる。また、本発明では、生育曲線を用いた評価結果に基づき、栽培中の農作物に関するアドバイスの提供などの栽培支援サービスを行う。このようにすると、単に一般的な栽培方法の知識を提供するのではなく、現在の生育状態に応じた栽培支援を行うことができる。従って、有用な栽培支援を行うことができるので、農家は、提供されたサービスに基づき、適切なタイミングで適切な作業を実施することができる。よって、農家の利益の増大を図ることができる。   The growth curve of the present invention approximates the growth state of the portion to be harvested of the crop. Therefore, by using this growth curve, it is possible to appropriately grasp the current growth state of the portion directly related to the profit of the farmer regarding the crop being cultivated. Moreover, in this invention, based on the evaluation result using a growth curve, cultivation support services, such as provision of the advice regarding the crops during cultivation, are performed. If it does in this way, the cultivation support according to the present growth state can be performed rather than simply providing knowledge of a general cultivation method. Therefore, since useful cultivation support can be performed, the farmer can perform an appropriate operation at an appropriate timing based on the provided service. Therefore, the profit of the farmer can be increased.

本発明において、前記生育曲線は、前記収穫対象部分のサイズを目的変数とし、前記農作物を撮影した画像の葉領域の面積である葉面積の積算値を説明変数として決定される。また、前記栽培対象の農作物は果樹であり、前記収穫対象部分が果実である場合に、前記
生育曲線は、前記果実のサイズを目的変数とし、前記農作物を撮影した画像における葉領域の面積(葉面積)の積算値を説明変数として決定される。そして、前記生育曲線は、篤農家が行った果樹栽培における前記果実のサイズおよび前記葉面積の積算値のデータに基づいて決定されるものである。
In the present invention, the growth curve is determined using the size of the portion to be harvested as an objective variable, and an integrated value of a leaf area that is an area of a leaf region in which the crop is taken as an explanatory variable. Further, when the crop to be cultivated is a fruit tree and the portion to be harvested is a fruit, the growth curve uses the size of the fruit as a target variable, and the area of the leaf region (leaf) in the image of the crop The integrated value of (area) is determined as an explanatory variable. And the said growth curve is determined based on the data of the integrated value of the size of the said fruit, and the said leaf area in fruit tree cultivation which a serious farmer performed.

果樹栽培において、果実の生育に最も寄与する指標は、葉面積である。本発明における葉面積は、実際の葉の面積ではなく、光があたって光合成を行っている部分の面積である。例えば、もし気象条件が悪くて日光が十分に得られない場合、日光があたって光合成を行っている部分の面積も小さくなる。その結果、光合成が十分に行われずに、果実の生長も遅れる。本発明において、葉面積の積算値を説明変数とし、果実のサイズを目的変数とした生育曲線は、光合成量と果実生長の関係を示しているため、気象などの環境条件によらずに普遍である。また、本発明の生育曲線は、篤農家による摘果作業によって、葉面積と果実数のバランスが最適に保たれたときの曲線であるため、もし、人間が不適切な摘果作業を行って、葉面積と果実数のバランスが崩れた時に変化する。すなわち、この生育曲線は、篤農家と同様の作業を行っている限り変動しない普遍的な生育曲線である。   In fruit tree cultivation, an index that contributes most to fruit growth is leaf area. The leaf area in the present invention is not an actual leaf area, but an area of a portion that is subjected to photosynthesis under light. For example, if the weather conditions are bad and sufficient sunlight cannot be obtained, the area of the portion that is exposed to sunlight and performing photosynthesis is also reduced. As a result, photosynthesis is not sufficiently performed, and fruit growth is also delayed. In the present invention, the growth curve with the integrated value of the leaf area as the explanatory variable and the fruit size as the objective variable shows the relationship between the amount of photosynthesis and the fruit growth, so it is universal regardless of environmental conditions such as weather. is there. In addition, the growth curve of the present invention is a curve when the balance between the leaf area and the number of fruits is optimally maintained by fruiting work by a serious farmer, so if a person performs inappropriate fruiting work, It changes when the balance between the area and the number of fruits collapses. That is, this growth curve is a universal growth curve that does not fluctuate as long as the same work as that of a serious farmer is performed.

従って、この生育曲線は、栽培方針のアドバイスを行うために使用できる。例えば、摘果作業の評価に使用できる。また、上記のように、この生育曲線は、気象などの環境条件によらずに普遍であるため、果実の生長予測、収穫時期予測、収穫サイズの予測などに使用できる。なお、この生育曲線は、光合成量と果実生長の関係を表しているため、もし、適正な作業を行っているにもかかわらず、この生育曲線が変化する場合は、病気や害虫などの原因が考えられる。病気や害虫などの発生は、目視で確認できるため、そのような状況が発生した場合は、この生育曲線を用いた有益情報の提供は行わないようにすることができる。このように、有用な栽培支援を行うことができるので、農家の利益の増大を図ることができる。   Therefore, this growth curve can be used for advice on cultivation policy. For example, it can be used for the evaluation of fruit picking work. In addition, as described above, this growth curve is universal regardless of environmental conditions such as weather, and thus can be used for fruit growth prediction, harvest time prediction, harvest size prediction, and the like. This growth curve shows the relationship between the amount of photosynthesis and fruit growth, so if this growth curve changes despite proper work, the cause of disease or pests Conceivable. Since the occurrence of diseases, pests and the like can be confirmed visually, if such a situation occurs, provision of useful information using this growth curve can be avoided. Thus, since useful cultivation support can be performed, the profit of a farmer can be increased.

本発明において、複数年度にわたって前記果実のサイズおよび前記葉面積の積算値のデータを集め、前記生育曲線は、年度毎に計測した前記果実の平均サイズを正規化した後、正規化後の前記複数年度の前記果実のサイズから求めた普遍曲線であることが好ましい。個々の果実のサイズを正規化すると、果実のサイズの見かけの大小の影響、すなわち、計測対象とした果実とカメラとの距離が個々の果実毎に異なることの影響を排除できる。また、年度毎に計測した果実の平均サイズを正規化すれば、正規化した複数年度の果実のサイズを同時に使って生育曲線を作成することができるので、年度によらず使用可能な普遍的な生育曲線を得ることができる。従って、年度毎に気象などの環境条件が違っても、有用な栽培支援を行うことができる。   In the present invention, the data of the integrated value of the fruit size and the leaf area are collected over a plurality of years, and the growth curve is obtained by normalizing the average size of the fruits measured every year, and then normalizing the plurality of the plurality of normalized fruits. It is preferably a universal curve obtained from the size of the fruit in the year. When the size of each fruit is normalized, the influence of the apparent size of the fruit size, that is, the effect that the distance between the fruit to be measured and the camera is different for each fruit can be excluded. In addition, if you normalize the average fruit size measured every year, you can create a growth curve using the normalized fruit sizes of multiple years at the same time. A growth curve can be obtained. Therefore, even if environmental conditions, such as a weather, differ every year, useful cultivation support can be performed.

本発明において、前記葉面積の積算値は、1日の中の異なる時刻に求めた前記葉面積の最大値を1日毎に積算した値である。1日の中の最大値を用いることにより、1日の中の時刻に伴う変化に影響されることがなくなり、かつ、日々の気象変化による光合成量の変化が葉面積の積算値に反映される。従って、光合成量と果実生長の関係を表した生育曲線を得ることができる。   In the present invention, the integrated value of the leaf area is a value obtained by integrating the maximum value of the leaf area obtained at different times of the day every day. By using the maximum value in one day, it is not affected by changes with time in the day, and changes in the amount of photosynthesis due to daily weather changes are reflected in the integrated value of the leaf area . Therefore, a growth curve representing the relationship between the amount of photosynthesis and fruit growth can be obtained.

本発明において、前記生育曲線としてロジスティック曲線を用いることができる。ロジスティック曲線は成長曲線の代表的なものである。本発明者らは、果実のサイズを目的変数とし、葉面積の積算値を説明変数として、ロジスティック曲線による曲線近似を行った。なお、他の成長曲線を用いることもできる。例えば、別の成長曲線であるゴンペルツ曲線を用いることができる。   In the present invention, a logistic curve can be used as the growth curve. A logistic curve is a typical growth curve. The present inventors performed a curve approximation with a logistic curve using the fruit size as an objective variable and the integrated value of the leaf area as an explanatory variable. Other growth curves can also be used. For example, a Gompertz curve which is another growth curve can be used.

本発明において、前記栽培中の果樹を撮影した画像から、前記生育状態の評価を行う時点までの前記葉面積の積算値を求め、当該積算値に対応する前記生育曲線上の値に基づき
、前記栽培中の果樹における前記果実の生育状態を評価することができる。このようにすると、栽培中の果樹に関して、果実の生長予測、収穫時期予測、収穫サイズの予測などを行うことができる。また、摘果方法、収穫時期、収穫サイズなどの有益情報を得ることができる。
In the present invention, from the image of the fruit tree being cultivated, to determine the integrated value of the leaf area until the time of evaluating the growth state, based on the value on the growth curve corresponding to the integrated value, The growth state of the fruit in the fruit tree during cultivation can be evaluated. In this way, fruit growth prediction, harvest time prediction, harvest size prediction, and the like can be performed on the fruit tree being cultivated. In addition, useful information such as fruit picking method, harvest time, and harvest size can be obtained.

本発明において、前記栽培支援サービスとして、収穫時の前記果実のサイズ予測を行うことができる。あるいは、前記栽培支援サービスとして、前記果実の摘果作業のアドバイスを行うことができる。また、前記栽培支援サービスとして、前記果実の収穫日予測を行うことができる。果実のサイズを目的変数とした生育曲線を用いると、果実がどの時期にどのサイズになるかを予測できる。従って、収穫時のサイズ、収穫日を予測できる。また、収穫可能な最大サイズに基づき、摘果作業の指針を決定できる。例えば、収穫可能な最大サイズが目標サイズより小さい場合、摘果を行うべきとのアドバイスを行うことができる。   In the present invention, the fruit size prediction at the time of harvest can be performed as the cultivation support service. Alternatively, as the cultivation support service, advice on the fruit picking operation can be performed. Moreover, the harvest date prediction of the fruit can be performed as the cultivation support service. By using a growth curve with the size of the fruit as the objective variable, it is possible to predict which size the fruit will become at what time. Therefore, the size at the time of harvest and the date of harvest can be predicted. In addition, based on the maximum size that can be harvested, the guidelines for fruit picking can be determined. For example, when the maximum size that can be harvested is smaller than the target size, advice can be given that the fruit should be picked.

本発明において、栽培中の果樹における前記果実のサイズを所定期間計測して、前記果実のサイズの変化を近似した近似直線を求め、前記近似直線の傾きと、前記生育曲線の接線の傾きとを比較し、比較結果に基づき、追加の摘果作業のアドバイスを行うことが好ましい。このようにすると、生育曲線における果実の生長速度(生育曲線の接線の傾き)と、実際に栽培中の植物における果実の生長速度(近似直線の傾き)とを比較することができ、生長速度の違いを考慮してアドバイスを行うことができる。例えば、実際に栽培している植物における果実の生長速度が、生育曲線における果実の生長速度よりも速い場合には、追加の摘果は不要とのアドバイスを行うことができる。   In the present invention, the size of the fruit in the fruit tree being cultivated is measured for a predetermined period, an approximate straight line that approximates the change in the size of the fruit is obtained, and the slope of the approximate straight line and the slope of the tangent line of the growth curve are determined. It is preferable to compare and give advice on additional fruit removal work based on the comparison result. In this way, the growth rate of the fruit in the growth curve (the slope of the tangent line of the growth curve) can be compared with the growth rate of the fruit in the plant that is actually being cultivated (the slope of the approximate line). Advice can be given considering the difference. For example, when the fruit growth rate in the plant actually cultivated is faster than the fruit growth rate in the growth curve, it can be advised that no additional fruit removal is necessary.

本発明において、前記果実のサイズの計測は、前記果樹を撮影したカラー画像から前記果実を抽出することにより行うことが好ましい。このようにすると、現場で果実のサイズを計測する必要がないので、負担を軽減することができる。   In the present invention, it is preferable that the size of the fruit is measured by extracting the fruit from a color image obtained by photographing the fruit tree. If it does in this way, since it is not necessary to measure the size of a fruit on the spot, a burden can be eased.

本発明において、前記果実のサイズの計測は、前記果樹を撮影したカラー画像を用いて、前記果実を抽出する処理を学習したAIを用いて行うことが好ましい。本発明者らは、果樹を撮影したカラー画像を教師データとして用いて、果樹を撮影したカラー画像から果実を抽出する処理をAIに学習させることができることを確認した。   In the present invention, the size of the fruit is preferably measured using an AI that has learned the process of extracting the fruit using a color image obtained by photographing the fruit tree. The present inventors have confirmed that AI can learn a process of extracting fruits from a color image obtained by photographing a fruit tree, using a color image obtained by photographing the fruit tree as teacher data.

本発明において、前記植物を撮影したカラー画像の緑色波長域の画像であるG画像と、前記カラー画像の青色波長域の画像であるB画像を用いて、前記カラー画像の単一画素もしくは単位領域ごとに、以下の式(A)によりGBVIを算出し、
GBVI=(G−B)/(G+B)・・・・・(A)
前記単一画素もしくは単位領域ごとに、前記式(A)によって算出した画素値を固定値である閾値に基づいて2値化してGBVI画像を生成し、前記GBVI画像から前記葉面積を求めることが好ましい。GBVIを用いると空と葉を区別でき、葉領域を適切に抽出できる。従って、葉面積を精度良く求めることができる。また、画像毎に閾値を変えることなく、閾値を固定値にしているので、光合成を行っている部分の面積を葉面積として求めることができる。従って、葉面積の積算値を用いて、植物もしくは果実などの収穫対象部分の生育状態を近似できる。また、GBVIは、汎用のカメラで撮影した画像から求めることができる。従って、簡易で安価な装置を用いて、植物もしくは果実などの収穫対象部分の生育状態を把握することができる。
In the present invention, a single pixel or unit region of the color image using a G image that is an image in a green wavelength region of a color image obtained by photographing the plant and a B image that is an image in a blue wavelength region of the color image. For each, GBVI is calculated by the following formula (A),
GBVI = (GB) / (G + B) (A)
For each single pixel or unit region, generating a GBVI image by binarizing the pixel value calculated by the formula (A) based on a fixed threshold value, and obtaining the leaf area from the GBVI image preferable. When GBVI is used, the sky and the leaf can be distinguished, and the leaf region can be appropriately extracted. Therefore, the leaf area can be obtained with high accuracy. Further, since the threshold value is fixed without changing the threshold value for each image, the area of the portion where photosynthesis is performed can be obtained as the leaf area. Therefore, using the integrated value of the leaf area, the growth state of a portion to be harvested such as a plant or fruit can be approximated. GBVI can be obtained from an image taken with a general-purpose camera. Therefore, it is possible to grasp the growth state of a portion to be harvested such as a plant or a fruit using a simple and inexpensive device.

次に、本発明の栽培支援プログラムは、コンピュータに、上記の栽培支援方法における前記生育曲線に基づく前記栽培中の農作物の生育状態の評価処理と、前記評価結果に基づいて前記栽培支援サービスにおいて提供されるアドバイス情報を決定する処理と、を行わせることを特徴とする。   Next, the cultivation support program of the present invention provides the computer with the cultivation support service based on the evaluation process of the growing state of the crop under cultivation based on the growth curve in the cultivation support method and the evaluation result. And processing for determining advice information to be performed.

本発明の栽培支援プログラムにおいて、コンピュータに、上記の栽培支援方法における前記果実のサイズの計測処理を行わせることが好ましい。果実のサイズを自動計測できれば、利用者の負担を軽減することができる。   In the cultivation assistance program of this invention, it is preferable to make a computer perform the measurement process of the said fruit size in said cultivation assistance method. If the size of the fruit can be automatically measured, the burden on the user can be reduced.

次に、本発明の栽培支援装置は、上記の栽培支援プログラムを記憶する記憶部と、前記記憶部から前記栽培支援プログラムを読み出して実行する制御部と、を有することを特徴とする。   Next, the cultivation assistance apparatus of this invention has a memory | storage part which memorize | stores said cultivation assistance program, and a control part which reads and runs the said cultivation assistance program from the said memory | storage part, It is characterized by the above-mentioned.

次に、本発明の栽培支援システムは、可視光でカラー画像を撮影するカメラと、前記カメラにより撮影された前記カラー画像を記憶するデータ記憶部と、前記カメラを制御して予め定めた撮影スケジュールで前記カラー画像を撮影させ、前記カラー画像を前記データ記憶部に記憶させるデータ計測部と、前記データ記憶部から読み出した前記カラー画像を用いて、請求項2から15の何れか一項に記載の栽培支援方法における前記葉面積の積算値を算出し、前記葉面積の積算値と、請求項2から15の何れか一項に記載の栽培支援方法における前記生育曲線とを用いて前記栽培支援サービスにおいて提供されるアドバイス情報を決定するデータ処理部と、を有することを特徴とする。   Next, the cultivation support system of the present invention includes a camera that captures a color image with visible light, a data storage unit that stores the color image captured by the camera, and a predetermined capturing schedule that controls the camera. The color image is captured by the data storage unit, the data measurement unit that stores the color image in the data storage unit, and the color image read from the data storage unit, and the color image read out from the data storage unit, 16. The integrated value of the leaf area in the cultivation support method is calculated, and the cultivation support is calculated using the integrated value of the leaf area and the growth curve in the cultivation support method according to any one of claims 2 to 15. And a data processing unit for determining advice information provided in the service.

このように、カメラを制御して予め定めたスケジュールで植物を撮影し、カラー画像を時系列に従って自動で蓄積するシステムを構築しておけば、データ処理部からデータ記憶部にアクセスして、蓄積されたカラー画像を用いて葉面積の積算値を自動で求めることができる。また、蓄積されたカラー画像を用いて果実のサイズや生長速度を自動で求めることができる。従って、利用者の負担を少なくすることができる。   In this way, if a system is built that controls the camera to photograph plants according to a predetermined schedule and automatically accumulates color images in time series, the data processing unit accesses the data storage unit and stores it. The integrated value of the leaf area can be automatically obtained using the color image. In addition, the fruit size and growth rate can be automatically obtained using the accumulated color image. Therefore, the burden on the user can be reduced.

このような栽培支援システムを構築するにあたって、前記データ処理部は、ネットワークに接続されたサーバに設けられ、前記サーバは、前記ネットワークを介して、予め登録された通知先に対して前記栽培支援サービスの通知を行うように構成することができる。このようにすると、利用者に対してアドバイス情報の利用を促すことができる。   In constructing such a cultivation support system, the data processing unit is provided in a server connected to a network, and the server provides the cultivation support service to a notification destination registered in advance via the network. It can be configured to perform the notification. In this way, the user can be encouraged to use the advice information.

また、この場合に、前記サーバは、前記ネットワークを介して前記サーバと接続される端末からの要求に基づき、前記データ記憶部から読み出した前記カラー画像を用いて、農作物の生育状態のモニタリングのための表示を前記端末に行わせることが好ましい。このように、撮影した画像そのものを端末に表示させることによって、農作物の生育状態をより的確に把握することができる。   In this case, the server uses the color image read from the data storage unit based on a request from a terminal connected to the server via the network to monitor the growth state of the crop. Is preferably displayed on the terminal. Thus, by displaying the captured image itself on the terminal, it is possible to more accurately grasp the growing state of the crop.

また、本発明の栽培支援システムにおいて、前記サーバは、複数の利用者のそれぞれに対応づけられた前記カラー画像および前記アドバイス情報の全てまたはその一部を、前記複数の利用者の全てまたはその一部が閲覧可能な共有情報として管理する。このようにすると、各利用者(農家)が、他の利用者(農家)における生育状態およびアドバイス情報を参考にすることができる。従って、蓄積したデータを活用して、利用者にとってより役立つ栽培支援システムを提供できる。   In the cultivation support system of the present invention, the server may include all or part of the color image and the advice information associated with each of a plurality of users, or all or one of the plurality of users. Managed as shared information that can be viewed by the department. If it does in this way, each user (farmer) can refer to the growth state and advice information in other users (farmers). Therefore, it is possible to provide a cultivation support system that is more useful for the user by utilizing the accumulated data.

この場合に、前記サーバは、複数の利用者のそれぞれに対応づけられた前記カラー画像および前記アドバイス情報の全てまたはその一部を比較表示させることが好ましい。比較表示を行うことができれば、生育状態の比較が容易になる。また、アドバイス情報に従って作業を行った結果の比較も容易になる。特に、比較表示を行う際に、数値化できるものは、平均値やヒストグラムなどの統計情報を表示し、数値化できないものは、いくつかのカテゴリにわけたときの度数などの分布情報を表示することが好ましい。このようにすることで、多くの農作物の状態や、多くの利用者の集合知を、各利用者が把握でき、それらを参考にして意志決定を行うことが可能になる。   In this case, it is preferable that the server compares and displays all or part of the color image and the advice information associated with each of a plurality of users. If the comparison display can be performed, the growth state can be easily compared. In addition, it becomes easy to compare the results of work performed according to the advice information. In particular, when performing comparison display, statistical information such as averages and histograms is displayed for those that can be quantified, and distribution information such as frequency when divided into several categories is displayed for those that cannot be quantified. It is preferable. In this way, each user can grasp the state of many crops and the collective knowledge of many users, and can make decisions with reference to them.

また、前記サーバは、前記カラー画像および前記アドバイス情報に対するコメントの登録を受け付けて前記コメントの管理を行うことが好ましい。コメント機能を設ければ、利用者間で情報交換やアドバイスを行うことができる。従って、各利用者(農家)にとってより役立つ栽培支援システムを提供できる。   Further, it is preferable that the server manages the comment by receiving registration of a comment for the color image and the advice information. If a comment function is provided, information exchange and advice can be performed between users. Therefore, it is possible to provide a cultivation support system that is more useful for each user (farmer).

さらに、前記サーバは、前記複数の利用者のそれぞれから作業スケジュールの登録を受け付けて前記作業スケジュールを共有情報として管理することが好ましい。このようにすると、利用者間で作業スケジュールを共有して調整できる。従って、利用者が互いに協力して作業を行うために役立つ栽培支援システムを提供できる。   Furthermore, it is preferable that the server receives registration of a work schedule from each of the plurality of users and manages the work schedule as shared information. In this way, the work schedule can be shared and adjusted between users. Therefore, it is possible to provide a cultivation support system that is useful for users to work in cooperation with each other.

本発明を適用した栽培支援方法のフローチャートである。It is a flowchart of the cultivation assistance method to which this invention is applied. 生育曲線の決定方法のフローチャートである。It is a flowchart of the determination method of a growth curve. 農園に設置するデータ計測部の構成例である。It is a structural example of the data measurement part installed in a plantation. 葉面積の積算値および葉領域のフラクタル次元を求める方法のフローチャートである。It is a flowchart of the method of calculating | requiring the integrated value of a leaf area, and the fractal dimension of a leaf area | region. GBVI画像の生成方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the production | generation method of a GBVI image. カラー画像、GBVI画像(グレイスケール表示)、GBVI画像(2値表示)、葉領域の面積、フラクタル次元の経時的変化を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a time-dependent change of a color image, a GBVI image (grayscale display), a GBVI image (binary display), the area of a leaf area, and a fractal dimension. 葉面積とフラクタル次元の経時的変化を示すグラフである。It is a graph which shows a time-dependent change of a leaf area and a fractal dimension. 果実のサイズの経時的変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time-dependent change of the size of a fruit. 普遍的な生育曲線(普遍曲線)の説明図であるIt is explanatory drawing of a universal growth curve (universal curve) 4種類の説明変数を用いて決定した生育曲線の説明図である。It is explanatory drawing of the growth curve determined using four types of explanatory variables. 生育曲線を用いた栽培支援サービスの説明図である。It is explanatory drawing of the cultivation assistance service using a growth curve. AIによる果実の自動検出および近似直線の自動算出の説明図である。It is explanatory drawing of the automatic detection of the fruit by AI, and the automatic calculation of an approximate straight line. 近似直線を用いた摘果要否判定の説明図である。It is explanatory drawing of the necessity determination of fruit extraction using an approximate straight line. 本発明を適用した栽培支援システムの構成図および栽培支援装置のブロック図である。It is a block diagram of a cultivation support system and a cultivation support system to which the present invention is applied. 本発明を適用した栽培支援システムによる栽培支援方法の実施例の説明図である。It is explanatory drawing of the Example of the cultivation assistance method by the cultivation assistance system to which this invention is applied. 栽培支援システムを利用する端末の例である。It is an example of the terminal using a cultivation support system.

以下に、図面を参照して、本発明を適用した栽培支援方法、栽培支援プログラム、栽培支援装置、および栽培支援システムの実施形態を説明する。   Embodiments of a cultivation support method, a cultivation support program, a cultivation support apparatus, and a cultivation support system to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings.

(本発明の背景および概要)
発明が解決しようとする課題の欄でも述べたように、本発明者らは、特願2017−58688号において、果樹の生育状態を近似する生育曲線を提案した。特願2017−58688号の生育曲線は、横軸が経過日数、縦軸が葉領域の面積もしくはフラクタル次元であり、日数の経過に伴って果樹がどのように生育しているかを評価していた。この生育曲線は、毎年の気象条件が異なるため、その気象条件に対応して毎年変化する。したがって、その形から、当該年度の果樹の生育状態を評価することが目的であった。
(Background and Summary of the Invention)
As described in the section of the problem to be solved by the invention, the present inventors have proposed a growth curve that approximates the growth state of fruit trees in Japanese Patent Application No. 2017-58688. In the growth curve of Japanese Patent Application No. 2017-58688, the horizontal axis is the number of days elapsed, the vertical axis is the area of the leaf region or the fractal dimension, and it was evaluated how the fruit tree grew with the passage of days. . This growth curve changes every year according to the weather conditions because the weather conditions differ every year. Therefore, the purpose was to evaluate the growth state of the fruit tree in the year.

これに対し、本発明で用いる生育曲線は、果樹全体の生育を近似するのではなく、農家の利益に直結する果実の生育状態を近似する生育曲線である。特願2017−58688号で行ったように、横軸を経過日数にして、縦軸を実際に計測した果実径にして生育曲線を求めれば、毎年生育曲線の形が変わるので、当該年度の果実の生育状態を評価できる。例えば、平均的な年に比べて、今年の果実は生育が早いなどと評価できる。しかし、この
ような生育曲線を作成して、果実の生長が早いなどとわかっても、気象が原因なのか、栽培方法が原因なのかわからず、栽培方針を得ることはできなかった。そこで、本発明の栽培支援方法は、篤農家と同様の作業を行っている限り変動しない普遍的な果実生育曲線を用いて、摘果方法、収穫時期、収穫サイズなどの有益情報を得る方法となっている。
On the other hand, the growth curve used in the present invention is not a approximation of the growth of the entire fruit tree, but a growth curve that approximates the growth state of the fruit that directly affects the profits of the farmer. As was done in Japanese Patent Application No. 2017-58688, the shape of the growth curve changes every year if the growth curve is obtained with the elapsed time on the horizontal axis and the fruit diameter actually measured on the vertical axis. Can be evaluated. For example, it can be evaluated that this year's fruits grow faster than the average year. However, even if such a growth curve was created and it was found that the growth of the fruit was fast, it was not possible to obtain the cultivation policy because it was not known whether the weather was the cause or the cultivation method. Therefore, the cultivation support method of the present invention is a method for obtaining useful information such as a fruit picking method, harvest time, harvest size, etc., using a universal fruit growth curve that does not vary as long as the same work as that of a serious farmer is performed. ing.

果実の生育に最も寄与する指標は、葉領域の面積であるため、本発明の生育曲線は、横軸を葉領域の面積(葉面積)の積算値とし、縦軸を果実径にした。ここで、本発明は、葉領域の面積(葉面積)の定義を、実際の葉の面積ではなく、光があたって光合成を行っている部分の面積にしていることが特徴である。例えば、もし気象条件が悪くて日光が十分に得られない場合、日光があたって光合成を行っている部分の面積も小さくなる。その結果、光合成が十分に行われずに、果実の生長も遅れる。このように、本発明の生育曲線は、光合成量と果実生長の関係を示しているため、気象などの環境条件によらずに普遍である。   Since the index that contributes most to the growth of the fruit is the area of the leaf region, the growth curve of the present invention has the horizontal axis as the integrated value of the area of the leaf region (leaf area) and the vertical axis as the fruit diameter. Here, the present invention is characterized in that the definition of the area of the leaf region (leaf area) is not the actual area of the leaf, but the area of the part that is subjected to photosynthesis under light. For example, if the weather conditions are bad and sufficient sunlight cannot be obtained, the area of the portion that is exposed to sunlight and performing photosynthesis is also reduced. As a result, photosynthesis is not sufficiently performed, and fruit growth is also delayed. Thus, since the growth curve of the present invention shows the relationship between the amount of photosynthesis and fruit growth, it is universal regardless of environmental conditions such as weather.

また、本発明の生育曲線は、篤農家による摘果作業によって、葉面積と果実数のバランスが最適に保たれたときの曲線である。そのため、もし、人間が不適切な摘果作業を行って、葉面積と果実数とのバランスが崩れた時には生育曲線が変化する。したがって、この生育曲線は、摘果作業の評価に使用できる。また、上記のように、本発明の生育曲線は、気象などの環境条件によらずに普遍であるため、果実の生長予測、収穫時期予測、収穫サイズの予測などに使用できる。   Further, the growth curve of the present invention is a curve when the balance between the leaf area and the number of fruits is optimally maintained by fruiting work by a serious farmer. Therefore, if a human performs an inappropriate fruiting operation and the balance between the leaf area and the number of fruits is lost, the growth curve changes. Therefore, this growth curve can be used for the evaluation of the fruiting operation. In addition, as described above, the growth curve of the present invention is universal regardless of environmental conditions such as weather, and therefore can be used for fruit growth prediction, harvest time prediction, harvest size prediction, and the like.

また、本発明の生育曲線は、光合成量と果実生長の関係を表している。従って、もし、適正な作業を行っているにもかかわらず、この生育曲線が変化する場合は、病気や害虫などの原因が考えられる。病気や害虫などの発生は、目視で確認できるため、そのような状況が発生した場合は、この生育曲線を用いた有益情報の提供は行わないようにしている。   Moreover, the growth curve of the present invention represents the relationship between the amount of photosynthesis and fruit growth. Therefore, if this growth curve changes despite proper work, there may be a cause of disease or pest. Since the occurrence of diseases and pests can be visually confirmed, when such a situation occurs, useful information using this growth curve is not provided.

(果樹を対象とする栽培支援方法)
以下、図1〜16を参照して、果樹(リンゴ樹)を対象とした本発明の実施形態を説明する。図1(a)は本発明を適用した果樹の栽培支援方法のフローチャートである。図1(a)に示すように、本発明の栽培支援方法では、予め、果樹における果実の生育状態を近似した生育曲線を決定する(ステップST1)。次に、生育曲線を用いて、果実の生育状態を評価する(ステップST2)。そして、生育状態の評価結果に基づき、果実の栽培支援サービスを行う(ステップST3)。なお、図1(b)は、本発明を農作物全般を対象とする栽培支援方法に拡張した場合のフローチャートであるが、その説明については後述する。
(Cultivation support method for fruit trees)
Hereinafter, with reference to FIGS. 1-16, embodiment of this invention which aimed at fruit trees (apple tree) is described. Fig.1 (a) is a flowchart of the cultivation support method of the fruit tree to which this invention is applied. As shown to Fig.1 (a), in the cultivation assistance method of this invention, the growth curve which approximated the growth state of the fruit in a fruit tree is determined previously (step ST1). Next, the growth state of a fruit is evaluated using a growth curve (step ST2). And based on the evaluation result of a growth state, the cultivation support service of a fruit is performed (step ST3). FIG. 1B is a flowchart when the present invention is extended to a cultivation support method for all agricultural products, and the description thereof will be described later.

図2は生育曲線の決定方法のフローチャートである。本形態では、リンゴ樹の果実の生育曲線を決定するための説明変数として、葉面積の積算値を用いる。また、目的変数として果実のサイズの計測値を用いる。葉面積は、リンゴ樹を撮影した画像の葉領域の面積であるが、画像から葉領域を抽出する閾値を一定にしているために、実際の葉の面積ではなく、光があたって光合成を行っている部分の面積になっている。果実は、主に、葉の光合成によって生成される養分によって大きくなるため、この葉面積の積算値は、果実の生育の指標となりうる。葉面積(葉領域の面積)は、本発明者らが特願2017−58688号で提案した指標であり、葉面積の積算値は、葉面積の1日毎の積算値である。   FIG. 2 is a flowchart of a method for determining a growth curve. In this embodiment, the integrated value of the leaf area is used as an explanatory variable for determining the growth curve of apple tree fruit. Moreover, the measured value of the size of a fruit is used as an objective variable. The leaf area is the area of the leaf area of the image taken from the apple tree, but since the threshold value for extracting the leaf area from the image is constant, photosynthesis is performed not by the actual leaf area but by light. It is the area of the part. Since fruits are mainly grown by nutrients produced by leaf photosynthesis, the integrated value of the leaf area can be an indicator of fruit growth. The leaf area (the area of the leaf region) is an index proposed by the present inventors in Japanese Patent Application No. 2017-58688, and the integrated value of the leaf area is an integrated value of the leaf area every day.

本形態では、葉面積の算出と、果実のサイズの計測は、農園において果樹(リンゴ樹)を撮影したカラー画像を用いて行う。そのため、図2に示すように、ステップST11において、農園にカメラを設置し、果樹を撮影してカラー画像を取得する。次に、ステップST12では、ステップST11で撮影したカラー画像から葉面積を求め、ステップST13では葉面積の積算値を求める。一方、ステップST14では、ステップST11で撮
影したカラー画像を用いて、果実のサイズを求める。果実のサイズは、カラー画像から手作業で果実を抽出して計測してもよいし、画像から果実を抽出するプログラムにより計測することも可能である。
In this embodiment, the calculation of the leaf area and the measurement of the fruit size are performed using a color image obtained by photographing a fruit tree (apple tree) in the farm. Therefore, as shown in FIG. 2, in step ST11, a camera is installed in the farm, and a fruit tree is photographed to obtain a color image. Next, in step ST12, the leaf area is obtained from the color image taken in step ST11, and in step ST13, the integrated value of the leaf area is obtained. On the other hand, in step ST14, the size of the fruit is obtained using the color image taken in step ST11. The size of the fruit may be measured by manually extracting the fruit from the color image or by a program for extracting the fruit from the image.

本形態では、葉面積の積算値を、1年のうちで葉と果実が生育する期間全体にわたって求める。本発明者らは、2016年に行った撮影では、4月1日から12月15日までの期間に、原則、毎日の8時から20時の間に1時間毎に、ステップST11の撮影を行い、この結果、3281枚のカラー画像が得られた。ステップST12では、この期間中の撮影日について、まず、その日に撮影したすべての画像の葉面積を算出し、その後、その日の最大の葉面積を、その日の葉面積に決定した。ステップST13では、撮影期間の開始日からの葉面積の積算値を、毎日、算出した。また、目的変数である果実のサイズは、撮影した画像から果実を認識できるようになった時期から、果実の収穫までの期間にわたって撮影した画像から計測した。本発明者らは、2016年の例では、6月1日から収穫日(11月21日)までの期間で、各撮影日の原則12時に撮影された画像から、手作業で6個の果実を抽出して、単位を画像のピクセル(pixel)にしてサイズを計測した。ここで計測した6個の果実は、6月1日から収穫日までの期間で固定とし、12時に撮影された画像で当該果実が葉などに隠れていた場合は、その日の別時刻の画像を使用してサイズを計測した。   In this embodiment, the integrated value of the leaf area is obtained over the entire period in which the leaves and fruits grow in one year. In the shooting performed in 2016, the inventors performed the shooting of step ST11 every hour from 8 to 20 o'clock every day in principle during the period from April 1 to December 15. As a result, 3281 color images were obtained. In step ST12, for the shooting date during this period, first, the leaf area of all images shot on that day was calculated, and then the maximum leaf area of that day was determined as the leaf area of that day. In step ST13, the integrated value of the leaf area from the start date of the imaging period was calculated every day. In addition, the fruit size, which is the objective variable, was measured from images taken over the period from the time when the fruits could be recognized from the taken images to the fruit harvest. In the example of 2016, the present inventors have manually picked six fruits from images taken at 12:00 on each shooting day in the period from June 1 to the harvest date (November 21). Was extracted, and the unit was measured as a pixel. The six fruits measured here are fixed in the period from June 1 to the harvest date, and if the fruit is hidden in the leaves etc. in the image taken at 12:00, an image at another time of the day is displayed. Used to measure size.

図3は農園に設置するデータ計測部10の構成例である。本発明者らは、図3のデータ計測部10を用いて、果樹のカラー画像の自動撮影を行った。図3に示すように、データ計測部10は、カメラ11と、計測用コンピュータ12と、通信部13と、電源部14を備える。データ計測部10の構成は、特願2017−58688号に記載にものと同一であるため、詳細な説明は省略する。すなわち、カメラ11は汎用の一眼レフカメラであり、設定はオートフォーカスおよび絞り優先(F5.6)である。カメラ11は、評価対象の植物(果樹)がファインダー内に表示されるように位置決めされて設置される。   FIG. 3 is a configuration example of the data measuring unit 10 installed in the farm. The inventors of the present invention performed automatic photographing of a color image of a fruit tree using the data measuring unit 10 of FIG. As shown in FIG. 3, the data measurement unit 10 includes a camera 11, a measurement computer 12, a communication unit 13, and a power supply unit 14. Since the configuration of the data measuring unit 10 is the same as that described in Japanese Patent Application No. 2017-58688, detailed description thereof is omitted. That is, the camera 11 is a general-purpose single-lens reflex camera, and the settings are autofocus and aperture priority (F5.6). The camera 11 is positioned and installed so that the plant (fruit tree) to be evaluated is displayed in the viewfinder.

計測用コンピュータ12は、CPUなどの処置装置が制御プログラムを読み出して実行することにより、カメラ11を制御して所定のスケジュールで植物の画像を撮影するとともに、通信部13を介して撮影した画像をクラウドサーバ20(図14(a)参照)に蓄積させる計測部として機能する。本形態では、計測用コンピュータ12としてマイクロコントローラを用いる。また、本形態では、通信部13としてLTEモデムを用いている。   The measurement computer 12 reads and executes a control program by a treatment device such as a CPU, thereby controlling the camera 11 to take an image of a plant on a predetermined schedule, and taking an image taken via the communication unit 13. It functions as a measurement unit that accumulates in the cloud server 20 (see FIG. 14A). In this embodiment, a microcontroller is used as the measurement computer 12. In this embodiment, an LTE modem is used as the communication unit 13.

ここで、葉面積の積算値と果樹のサイズから生育曲線を決定するステップ(ステップST15〜ST17)を説明する前に、本発明で説明変数として採用した指標である葉面積の積算値と、採用はしていないが説明変数の候補として検討した葉領域のフラクタル次元について説明する。   Here, before explaining the steps (steps ST15 to ST17) for determining the growth curve from the integrated value of the leaf area and the size of the fruit tree (steps ST15 to ST17), the integrated value of the leaf area, which is an index adopted as an explanatory variable in the present invention, The fractal dimension of the leaf region that was not considered but was considered as a candidate for the explanatory variable will be described.

(葉面積および葉領域のフラクタル次元)
図4は葉面積の積算値および葉領域のフラクタル次元を求める方法のフローチャートである。葉領域のフラクタル次元は、葉面積と共に特願2017−58688号で提案した指標である。また、図5はGBVI画像の生成方法を示す説明図である。葉面積および葉領域のフラクタル次元を求める方法は、特願2017−58688号に記載した方法と同じであるため、その概略のみ説明する。葉面積は、GBVIから求められる。GBVI(Green-Blue Vegetation Index)は、植物を可視光で撮影したカラー画像の緑色波長域の画像であるG画像と、カラー画像の青色波長域の画像であるB画像から求められる。
(Leaf area and fractal dimension of leaf area)
FIG. 4 is a flowchart of a method for obtaining the integrated value of the leaf area and the fractal dimension of the leaf region. The fractal dimension of the leaf region is an index proposed in Japanese Patent Application No. 2017-58688 together with the leaf area. FIG. 5 is an explanatory diagram showing a method for generating a GBVI image. Since the method for obtaining the leaf area and the fractal dimension of the leaf region is the same as the method described in Japanese Patent Application No. 2017-58688, only the outline thereof will be described. Leaf area is determined from GBVI. GBVI (Green-Blue Vegetation Index) is obtained from a G image that is an image in the green wavelength region of a color image obtained by photographing a plant with visible light and a B image that is an image in the blue wavelength region of the color image.

図4に示すように、葉面積を求めるには、まず、植物のカラー画像を取得する(ステップST21)。そして、カラー画像の画素(単位領域)ごとに、GBVIを算出する(ステップST22)。図5に示すように、原画像のうち、評価対象のリンゴ樹が写った主要
領域を切り出して解析対象とする。例えば、2048×2048ピクセルのカラー画像を切り出す。カラー画像(RGB画像)には、緑色波長域の画像であるG画像と、青色波長域の画像であるB画像と、赤色波長域の画像であるR画像が含まれる。GBVIは、例えば、G画像およびB画像の各画素(各単位領域)の輝度値を用いて、画素ごとに、以下の式(A)により算出される。
GBVI=(G−B)/(G+B)・・・・・(A)
As shown in FIG. 4, in order to obtain the leaf area, first, a color image of a plant is acquired (step ST21). Then, GBVI is calculated for each pixel (unit region) of the color image (step ST22). As shown in FIG. 5, the main area in which the apple tree to be evaluated is shown in the original image is cut out as an analysis target. For example, a color image of 2048 × 2048 pixels is cut out. The color image (RGB image) includes a G image that is an image in the green wavelength region, a B image that is an image in the blue wavelength region, and an R image that is an image in the red wavelength region. GBVI is calculated by the following formula (A) for each pixel, for example, using the luminance value of each pixel (each unit region) of the G image and B image.
GBVI = (GB) / (G + B) (A)

式(A)により求めたGBVIは、−1から1の範囲となる。ステップST23では、各画素(各単位領域)のGBVIを0から255の範囲の輝度値(画素値)に変換することにより、8ビット(256階調)のグレイスケール画像を生成する。本明細書では、ステップST23で得られるグレイスケール画像をGBVI画像(グレイスケール表示)とする。次に、ステップST24では、ステップST23で求めたGBVI画像(グレイスケール表示)をモノクロ2値画像に変換する2値化処理を行う。本明細書では、ステップST24で得られるモノクロ2値画像をGBVI画像(2値表示)とする。   GBVI obtained from the formula (A) is in the range of −1 to 1. In step ST23, the GBVI of each pixel (each unit region) is converted into a luminance value (pixel value) in the range of 0 to 255, thereby generating an 8-bit (256 gradation) grayscale image. In this specification, the gray scale image obtained in step ST23 is a GBVI image (gray scale display). Next, in step ST24, binarization processing is performed for converting the GBVI image (grayscale display) obtained in step ST23 into a monochrome binary image. In this specification, the monochrome binary image obtained in step ST24 is a GBVI image (binary display).

GBVI画像(グレイスケール表示)からGBVI画像(2値表示)への変換(2値化処理)は、所定の閾値を用いて行う。本発明では、2値化処置に用いる閾値は固定値であり、全ての画像を同じ閾値を用いて2値化する。例えば、リンゴ樹のカラー画像を用いたGBVI画像(2値表示)の生成例においては、閾値Thの値を150に設定する。GBVI画像(2値表示)の白色領域、すなわち2値化した画像の高輝度側の画素の領域は、図5に示すように、カラー画像におけるリンゴ樹の葉領域を良好に抽出できている。   Conversion (binarization processing) from a GBVI image (grayscale display) to a GBVI image (binary display) is performed using a predetermined threshold. In the present invention, the threshold value used for the binarization process is a fixed value, and all images are binarized using the same threshold value. For example, in the example of generating a GBVI image (binary display) using a color image of an apple tree, the value of the threshold Th is set to 150. As shown in FIG. 5, the white region of the GBVI image (binary display), that is, the pixel region on the high luminance side of the binarized image, can successfully extract the apple tree leaf region in the color image.

ステップST25では、以下の式(B)で示すように、GBVI画像(2値表示)の中の白色の画素数を算出して、全画素数(2048×2048)に対する白色の画素の比率を算出することにより、葉領域の面積を求める。
葉領域の面積(%)=白色の画素数/全画素数・・・(B)
また、ステップST27では、葉領域のフラクタル次元を求める。葉領域のフラクタル次元は、自己相似性がある画像の複雑性を示す指標である。葉領域のフラクタル次元は、葉面積を求める際に用いた2048×2048ピクセルの画像から、ボックスカウント法を用いて算出できる。図6は、カラー画像、GBVI画像(グレイスケール表示)、GBVI画像(2値表示)、葉領域の面積、フラクタル次元の経時的変化を示す説明図であり、4月15日、5月15日、6月15日、7月15日、8月16日、9月15日、10月15日、11月16日、12月15日の11時に撮影した画像を示す。このように、撮影した全てのカラー画像に対して、葉面積とフラクタル次元を求めることができる。
In step ST25, as shown by the following formula (B), the number of white pixels in the GBVI image (binary display) is calculated, and the ratio of the white pixels to the total number of pixels (2048 × 2048) is calculated. Thus, the area of the leaf region is obtained.
Leaf area (%) = number of white pixels / total number of pixels (B)
In step ST27, the fractal dimension of the leaf region is obtained. The fractal dimension of the leaf region is an index indicating the complexity of an image having self-similarity. The fractal dimension of the leaf region can be calculated using a box count method from an image of 2048 × 2048 pixels used when obtaining the leaf area. FIG. 6 is an explanatory diagram showing temporal changes in color image, GBVI image (grayscale display), GBVI image (binary display), leaf area, and fractal dimension. April 15th, May 15th , Images taken at 11:00 on June 15, July 15, August 16, September 15, October 15, November 16, and December 15 are shown. In this way, the leaf area and fractal dimension can be obtained for all photographed color images.

(葉面積の代表値と葉領域フラクタル次元の代表値の決定)
図7は、葉面積とフラクタル次元の経時的変化を示すグラフであり、4月1日からの経過日数を横軸にした。2016年のデータであり、葉面積とフラクタル次元のそれぞれについて、1日の中の代表値を示した。本発明者らは、葉面積や葉領域のフラクタル次元のデータからその積算値を求めるとき、全ての時間帯(8時〜20時)のデータを用いるのでなく、各撮影日の代表値を用いることとした。その理由は、日々の気象の変化によるデータの変動は果実の生育に影響するが、時刻による変化は気象の変化がなくても常に存在し、果実の生育に影響しないからである。
(Determining the representative value of leaf area and representative value of fractal dimension of leaf region)
FIG. 7 is a graph showing changes in leaf area and fractal dimension with time, and the horizontal axis represents the number of days elapsed from April 1st. It is data of 2016, and the typical value in one day was shown about each of a leaf area and a fractal dimension. When obtaining the integrated value from the fractal dimension data of the leaf area and the leaf area, the present inventors use the representative value of each photographing day instead of using the data of all the time zones (8:00 to 20:00). It was decided. The reason for this is that data fluctuations due to daily weather changes affect fruit growth, but changes with time always exist even without weather changes and do not affect fruit growth.

(積算値の算出)
本形態では、葉面積および葉領域のフラクタル次元の代表値は、その日の最大値としたが、その日に撮影した全画像から算出した値の平均値や、その日の一定時刻内に撮影した画像から算出した値の最大値や中央値や最小値などでも代用できることを確認している。ステップST26、28では、代表値(最大値)を用いて、積算値を求める。すなわち、ステップST26では、葉面積の毎日の代表値(最大値)を1日毎に積算して葉面積の積
算値を求める。また、ステップST26では、葉領域のフラクタル次元の毎日の代表値(最大値)を1日毎に積算して葉領域のフラクタル次元の積算値を求める。
(Calculation of integrated value)
In this embodiment, the representative value of the fractal dimension of the leaf area and the leaf region is the maximum value of the day, but from the average value of the values calculated from all images taken on that day or from images taken within a certain time of the day It has been confirmed that the maximum, median, and minimum values of the calculated values can be substituted. In steps ST26 and ST28, the integrated value is obtained using the representative value (maximum value). That is, in step ST26, the daily representative value (maximum value) of the leaf area is integrated every day to obtain the integrated value of the leaf area. In step ST26, the daily representative value (maximum value) of the fractal dimension of the leaf area is integrated every day to obtain an integrated value of the fractal dimension of the leaf area.

(生育曲線の決定方法)
図2を参照して、生育曲線の決定方法の後半を説明する。上記のように、ステップST12〜13では、説明変数である葉面積の積算値を、1年のうちで葉と果実が生育する期間全体(例えば、4月1日から12月15日)にわたって求める。また、ステップST14では、目的変数である果実のサイズを、果実が確認できる期間(例えば、6月1日から収穫日)までの期間にわたって求める。ステップST15では、これらのデータを用いて、式(C)に示すロジスティック曲線式を用いた曲線近似を行う。すなわち、生育曲線のモデルとして、生物の成長曲線の代表例であるロジスティック曲線を採用する。
(Determination method of growth curve)
With reference to FIG. 2, the latter half of the growth curve determination method will be described. As described above, in steps ST12 to ST13, the integrated value of the leaf area, which is an explanatory variable, is obtained over the entire period (for example, from April 1 to December 15) in which leaves and fruits grow within one year. Moreover, in step ST14, the size of the fruit which is an objective variable is calculated | required over the period (for example, June 1 to a harvest day) in which a fruit can be confirmed. In step ST15, curve approximation using the logistic curve equation shown in equation (C) is performed using these data. That is, a logistic curve that is a typical example of a growth curve of an organism is employed as a growth curve model.

図8は、果実のサイズの経時的変化を示すグラフであり、横軸は4月1日からの経過日数、縦軸は果実のサイズ(リンゴの半径)である。果実のサイズは、葉面積を算出するために用いた2048×2048ピクセルの画像から手作業で果実を抽出して、単位をピクセル(pixel)にして、その半径を計測している。これらは、複数個(本形態では、6個)の果実を測定対象としたデータである。図8(a)、(b)は2016年のデータであり、図8(c)、(d)は2017年のデータである。図8(a)、(c)は各年度における個別の果実のサイズの推移を示し、図8(b)、(d)は各年度における平均の果実のサイズの推移を示す。図8に示すように、個別の果実のサイズはばらつきが大きく、また、平均の果実のサイズも年度によって異なっている。これは、計測対象にした画像内の果実が、カメラからの距離が一定ではないために生じている。すなわち、画像に写っている果実は、カメラに近ければ大きくなり、遠ければ小さくなるため、実サイズは不明である。しかしながら、画像から計測できる果実のサイズは、その果実の生長に合わせて大きくなるため、相対的な変化を把握することができる。ステップST14では、図8(b)、(d)に示した各年度における平均の果実のサイズを求める。   FIG. 8 is a graph showing the change in fruit size over time, where the horizontal axis represents the number of days elapsed from April 1 and the vertical axis represents the fruit size (apple radius). The size of the fruit is measured by manually extracting the fruit from an image of 2048 × 2048 pixels used for calculating the leaf area and setting the unit as a pixel, and measuring the radius. These are data in which a plurality of (in this embodiment, six) fruits are measured. 8A and 8B are data for 2016, and FIGS. 8C and 8D are data for 2017. FIGS. 8A and 8C show changes in individual fruit sizes in each year, and FIGS. 8B and 8D show changes in average fruit sizes in each year. As shown in FIG. 8, individual fruit sizes vary widely, and the average fruit size varies from year to year. This occurs because the fruit in the image to be measured is not constant from the camera. That is, the fruit in the image becomes larger as it is closer to the camera and smaller as it is farther, so the actual size is unknown. However, since the size of the fruit that can be measured from the image increases with the growth of the fruit, it is possible to grasp a relative change. In step ST14, the average fruit size in each year shown in FIGS. 8B and 8D is obtained.

ステップST15により、1年間の葉と果実の生育状態のデータから、生育曲線が決定される。ステップST15で決定した生育曲線(単年度のデータから決定した生育曲線)を栽培支援に用いることもできるが、ステップST16で果実のサイズの正規化を行い、ステップST17で複数年のデータを用いて普遍的な生育曲線(普遍曲線)を作成することもできる。   In step ST15, a growth curve is determined from data on the growth state of leaves and fruits for one year. The growth curve determined in step ST15 (the growth curve determined from single-year data) can be used for cultivation support, but fruit size is normalized in step ST16, and data for multiple years is used in step ST17. A universal growth curve (universal curve) can also be created.

(正規化処理)
図8に示した果実のサイズは、計測対象とした果実のカメラからの距離に依存する見かけのサイズである。ステップST16の正規化処理は、果実のカメラからの距離の影響を排除する処理である。ステップST16では、年度毎に決定した生育曲線の係数a、b、cのうち、ロジスティック曲線の漸近線(すなわち、果実のサイズの上限)である係数aを用いて目的変数である果実のサイズの正規化を行う。例えば、果実のサイズの各年度のデータを当該年度の係数aで割ることにより、2016年と2017年の果実のサイズを全て0から1の範囲になるように正規化できる。
(Normalization processing)
The fruit size shown in FIG. 8 is an apparent size depending on the distance from the camera of the fruit to be measured. The normalization process in step ST16 is a process for eliminating the influence of the distance from the fruit camera. In step ST16, among the coefficients a, b, and c of the growth curve determined every year, the coefficient a which is an asymptote of the logistic curve (that is, the upper limit of the fruit size) is used to determine the fruit size as the objective variable. Perform normalization. For example, by dividing the fruit size data for each year by the coefficient a for that year, the fruit sizes in 2016 and 2017 can all be normalized to be in the range of 0 to 1.

(普遍曲線の作成)
図9は、普遍的な生育曲線(普遍曲線)の説明図である。図9(a)は2016年のデータを用いて作成した生育曲線に正規化処理を行った結果である。図9(b)は2017年のデータを用いて作成した生育曲線に正規化処理を行った結果である。そして、図9(c)は、正規化後の2016年と2017年のデータを用いて作成した生育曲線である。ステップST17では、正規化後の複数年のデータを用いて生育曲線を決定する。これにより、図9(c)のような生育曲線(普遍曲線)が得られる。
(Create universal curve)
FIG. 9 is an explanatory diagram of a universal growth curve (universal curve). FIG. 9A shows the result of normalizing the growth curve created using the 2016 data. FIG. 9B shows the result of normalizing the growth curve created using the 2017 data. And FIG.9 (c) is the growth curve created using the data of 2016 and 2017 after normalization. In step ST17, a growth curve is determined using data for a plurality of years after normalization. Thereby, a growth curve (universal curve) as shown in FIG. 9C is obtained.

(生育曲線の普遍性の検証)
栽培支援に使用する生育曲線は、年度によって曲線形状が変化しない普遍的な生育曲線(普遍曲線)であることが望ましい。本発明者らは、正規化処理を行った果実のサイズを目的変数として、4種類の説明変数を用いて2016年と2017年の生育曲線を作成し、それぞれの普遍性を検証した。図10は、4種類の説明変数を用いて決定した生育曲線の説明図である。図10(a)は4月1日からの経過日数を説明変数とした生育曲線であり、図10(b)は有効積算温度を説明変数とした生育曲線であり、図10(c)は、葉面積の積算値(積算面積)を説明変数とした生育曲線であり、図10(d)は葉領域のフラクタル次元の積算値(積算次元)を説明変数とした生育曲線である。どの説明変数についても、2016年と2017年の生育曲線を作成した。葉面積の積算値を説明変数とした場合は、年度が異なる2本の生育曲線がほとんど重なっているのに対して、他の3種類の指標を説明変数とした場合は、年度が異なる2本の生育曲線がずれていることがわかる。
(Verification of the universality of the growth curve)
The growth curve used for cultivation support is preferably a universal growth curve (universal curve) whose curve shape does not change depending on the year. The present inventors created growth curves for 2016 and 2017 using four types of explanatory variables using the size of the fruit subjected to normalization as an objective variable, and verified the universality of each. FIG. 10 is an explanatory diagram of a growth curve determined using four types of explanatory variables. FIG. 10 (a) is a growth curve with the number of days elapsed from April 1 as an explanatory variable, FIG. 10 (b) is a growth curve with an effective integrated temperature as an explanatory variable, and FIG. FIG. 10 (d) is a growth curve using the integrated value (integrated dimension) of the fractal dimension of the leaf region as an explanatory variable. Growth curves for 2016 and 2017 were created for any explanatory variable. When the integrated value of the leaf area is used as an explanatory variable, two growth curves with different fiscal years almost overlap, whereas when the other three types of indicators are used as explanatory variables, two different fiscal years are used. It can be seen that the growth curves of

説明変数の検証に用いた2年間のデータは、気象条件が異なっており、2016年が不作、2017年が豊作であった。葉面積の積算値を説明変数とした場合は、気象条件が異なるデータを用いて2本の生育曲線を求めたにもかかわらず、2本の生育曲線の一致度が他の説明変数を用いた場合よりも高い。つまり、葉面積の積算値を説明変数として用いれば、年度にかかわらずに使用できる普遍的な生育曲線が得られる。   The two-year data used to verify the explanatory variables differed in weather conditions, with 2016 being a bad crop and 2017 being a good crop. When the integrated value of the leaf area was used as an explanatory variable, the degree of coincidence of the two growth curves used other explanatory variables, even though two growth curves were obtained using data with different weather conditions. Higher than the case. That is, if the integrated value of the leaf area is used as an explanatory variable, a universal growth curve that can be used regardless of the year can be obtained.

本形態の葉面積は、屋外で日光を光源として撮影されたカラー画像を用いて求められる。カラー画像から特願2017−58688号に記載した方法により葉領域を求める場合、日光が陰れば葉領域は小さくなり、雨天や曇天の時に葉領域は小さくなるが、これは、光合成を行う領域が小さくなることを意味する。本発明者らは、この葉面積は、光合成によって生成される養分に関係していると推察し、果実の生育を表す生育曲線の説明変数として葉面積の積算値を用いる、という着想を得た。そして、図10に示したように、葉面積の積算値を説明変数とした場合には、他の指標を説明変数とした場合よりも、複数年度の生育曲線の一致度が高く、年度にかかわらずに使用できる普遍的な生育曲線(普遍曲線)が得られることを検証した。そのため、葉面積の積算値を説明変数にして作成した生育曲線を生育状態の評価に用いることとした。   The leaf area of this embodiment is obtained using a color image taken outdoors using sunlight as a light source. When a leaf region is obtained from a color image by the method described in Japanese Patent Application No. 2017-58688, the leaf region becomes small when the sunlight is shaded, and the leaf region becomes small when it is raining or cloudy. Means smaller. The present inventors inferred that this leaf area is related to nutrients generated by photosynthesis, and obtained the idea that the integrated value of the leaf area is used as an explanatory variable of a growth curve representing the growth of fruits. . As shown in FIG. 10, when the integrated value of the leaf area is used as the explanatory variable, the degree of coincidence of the growth curves of the multiple years is higher than when the other indicators are used as the explanatory variables, and it is related to the year. It was verified that a universal growth curve (universal curve) that can be used without failure was obtained. Therefore, the growth curve created using the integrated value of the leaf area as an explanatory variable was used for the evaluation of the growth state.

(生育曲線を用いた栽培支援サービス)
図11は、生育曲線を用いた栽培支援サービスの説明図である。図11(a)は、生育曲線であるロジスティック曲線式を収穫時の果実のサイズ(収穫時直径)の予測式として用いて、摘果作業のアドバイスを行うサービスの方法である。図11(a)に示す生育曲線は、果実(リンゴ)のサイズを0〜1の範囲に正規化して係数a≒1としたロジスティック曲線式であり、ここでは、図9(a)の2016年式を用いている。
(Cultivation support service using growth curves)
FIG. 11 is an explanatory diagram of a cultivation support service using a growth curve. FIG. 11A shows a service method for providing advice on fruit-picking operations using a logistic curve formula, which is a growth curve, as a predictive formula for the fruit size (harvest diameter) at the time of harvest. The growth curve shown in FIG. 11 (a) is a logistic curve equation in which the size of fruit (apple) is normalized to a range of 0 to 1 and the coefficient a≈1, and here, 2016 in FIG. 9 (a). The formula is used.

生育曲線を用いた評価・アドバイスを受けるためには、サービスを受ける農家の農園にデータ計測部10を設置し、評価対象の果樹のカラー画像を予め設定した撮影スケジュールに従って撮影し、毎日、自動的に葉面積の積算値を算出しておく。予測式(生育曲線)と、サービスを受ける農家での計測によって得られた葉面積の積算値から、果実の生育状態を評価し、アドバイスを行う。評価およびアドバイスの実施は、予め決定したスケジュ
ールに従って自動で実施してもよいし、サービスを受ける農家からのリクエストに従って随時行うこともできる。
In order to receive evaluation / advice using the growth curve, the data measurement unit 10 is installed in the farm of the farmer receiving the service, and color images of the fruit trees to be evaluated are taken according to a preset shooting schedule, and automatically every day. The integrated value of the leaf area is calculated in advance. From the prediction formula (growth curve) and the integrated value of the leaf area obtained by measurement at the farmer receiving the service, the growth state of the fruit is evaluated and advice is given. Evaluation and advice may be automatically performed according to a predetermined schedule, or may be performed at any time according to a request from a farmer who receives the service.

例えば、図11(a)に示すように、現在の葉面積の積算値(積算面積)が4000の時、生育中の果実の1つの実測径が8.5cmなら、生育曲線を用いて作成した予測式から、その果実の収穫時直径は、現在の1.000/0.654倍になるので、約13cmになることがわかる。このように、個々の果実の収穫時のサイズを予測することができる。従って、予測した収穫時のサイズをアドバイス情報として提供することができる。   For example, as shown in FIG. 11 (a), when the integrated value (integrated area) of the current leaf area is 4000, if the measured diameter of one of the growing fruits is 8.5 cm, the growth curve is used. From the prediction formula, it can be seen that the harvested diameter of the fruit is 1.000 / 0.654 times the current value, so it is about 13 cm. In this way, the size at the time of harvest of individual fruits can be predicted. Accordingly, the predicted harvest size can be provided as advice information.

現在の葉面積の積算値と、個々の果実の現在のサイズから予測した収穫時のサイズは、このまま栽培を続けた場合のこの果実の最大サイズであり、収穫可能な最大サイズである。もし、収穫時直径を13cm以上にすることを目指すのなら、現時点の実測径が8.5cm未満の果実は、もはや13cm以上になる見込みはないので、全て摘果してしまう必要がある。このように、摘果の要否と、摘果するサイズを定量的に示すことができ、この情報をアドバイス情報として提供することができる。   The integrated value of the current leaf area and the size at the time of harvest predicted from the current size of each fruit is the maximum size of this fruit when cultivation is continued as it is, and is the maximum size that can be harvested. If the harvested diameter is aimed to be 13 cm or more, the fruit whose current measured diameter is less than 8.5 cm is not expected to become 13 cm or more anymore, so all must be plucked. In this way, it is possible to quantitatively indicate the necessity of fruit removal and the size of fruit removal, and this information can be provided as advice information.

図11(b)は、葉面積の積算値(積算面積)と経過日数の関係を示すグラフである。予測式(生育曲線)で示された関係により、葉面積の積算値(積算面積)が9700になったときに収穫できるサイズ(直径13cm)になることがわかっている。現在までの葉面積の積算値(積算面積)の推移から、9700に達する日はおおむね予測できるので、収穫日の予想も可能になる。従って、予想収穫日の情報をアドバイス情報として提供することができる。リンゴの栽培では、最低気温が一定値以下になるとリンゴの食感が下がるので、食感を落としてでもサイズ増加を優先するか、サイズを犠牲にして食感を優先するかの判断が必要になる。このような判断を行うためにも、収穫日の予測は有益である。   FIG. 11B is a graph showing the relationship between the integrated value of the leaf area (integrated area) and the number of days elapsed. From the relationship shown by the prediction formula (growth curve), it is known that when the integrated value (integrated area) of the leaf area becomes 9700, the size (diameter 13 cm) can be harvested. From the transition of the integrated value (integrated area) of the leaf area up to now, the day when it reaches 9700 can be roughly predicted, so the harvest date can also be predicted. Therefore, the expected harvest date information can be provided as advice information. In apple cultivation, when the minimum temperature falls below a certain value, the texture of the apple decreases, so it is necessary to decide whether to prioritize increasing the size even if the texture is lowered or prioritizing the texture at the expense of size. Become. In order to make such a determination, the prediction of the harvest date is useful.

(追加の摘果の要否を判定するサービス)
次に、サービス対象の農家が、篤農家と同様の果実生長ができているかを判断し、必要に応じて作業のアドバイスを行うサービスについて説明する。篤農家と同様の果実生長には、葉と果実数のバランスを最適に保つ摘果作業が必要である。普通の農家は、一般的に、篤農家のように思い切った摘果ができないことが多い。したがって、多くの場合、少し、果実の割合が多くなってしまう。その場合は、生育曲線の傾きよりも、実際の果実の生育が少し緩やかになる。従って、実際の果実の生育を近似した近似直線の傾きと、生育曲線の接線の傾き(果実の理想的な生長速度)を比較することにより、追加の摘果の要否を判定する。
(Service for determining the necessity of additional fruit picking)
Next, a service will be described in which it is judged whether the farm to be serviced has grown in the same manner as a mature farmer, and work advice is provided if necessary. Fruit growth similar to that of an elderly farmer requires fruit removal work that keeps the balance of the number of leaves and fruits optimal. Ordinary farmers are generally unable to perform drastic fruit picking as they do in general. Therefore, in many cases, the proportion of fruits increases slightly. In that case, the actual fruit growth is a little slower than the slope of the growth curve. Therefore, the necessity of additional fruit picking is determined by comparing the slope of the approximate straight line that approximates the actual fruit growth and the slope of the tangent line of the growth curve (the ideal growth rate of the fruit).

果実の生育を近似した近似直線は、対象日を中心として、その前後7日間の15日間の果実の半径の推移を、1個の果実でいいので実測し、15日間の実測データを、横軸を葉面積の積算値にして直線近似して決定する。そして、決定した近似直線の傾きと、対象日における生育曲線の接線の傾きと比較する。このとき、15日間の実測データは、実サイズであるので、そのままでは両者の傾きを比較できない。したがって、実サイズを正規化する必要がある。その方法は、15日間の実測データの平均値と、対象日の生育曲線(普遍曲線)の値との比率を算出して、その比率を15日間の実測データに乗算すればよい。   The approximate straight line approximating the growth of the fruit measured the transition of the radius of the fruit for 15 days for 7 days before and after the subject day as a single fruit, and measured the data for 15 days on the horizontal axis. Is determined by linear approximation with the integrated value of the leaf area. Then, the inclination of the determined approximate straight line is compared with the inclination of the tangent line of the growth curve on the target day. At this time, since the actual measurement data for 15 days is an actual size, the inclinations of the two cannot be compared as they are. Therefore, it is necessary to normalize the actual size. In this method, the ratio between the average value of the 15-day actual measurement data and the value of the growth curve (universal curve) on the target day is calculated, and the ratio is multiplied by the 15-day actual measurement data.

もし、近似直線の傾きが生育曲線よりも緩やかであれば、追加で摘果を行うべきである。一方、傾きが生育曲線よりも急であれば、それを自覚したうえで、追加の摘果は必要ない。なお、この傾きの大小の判定は、篤農家であっても、生育曲線(普遍曲線)の傾きから±8%程度のばらつきがあるため、±8%の範囲内であれば、追加作業は行わない。以上のような内容を、アドバイス情報として提供する。   If the slope of the approximate line is slower than the growth curve, additional fruit picking should be performed. On the other hand, if the slope is steeper than the growth curve, it is not necessary to take additional fruit after knowing it. In addition, even if it is a serious farmhouse, the judgment of the magnitude of this inclination has about +/- 8% dispersion | variation from the inclination of a growth curve (universal curve), Therefore If it is in the range of +/- 8%, additional work will be performed Absent. The above contents are provided as advice information.

上記の検証を行う場合、15日間のリンゴの半径の推移の計測を手作業で行うこともで
きるが、自動で行うこともできる。本発明者らは、カラー画像内の果実を自動で検出する処理をAI(人工知能)に学習させ、自動計測を可能にした。使用した一般物体検出アルゴリズムはYOLO(You Only Look Once)と呼ばれるものである。生育曲線の決定に用いた約3000枚のカラー画像に対して手作業で果実を抽出したデータを教師データとしてディープラーニングにより学習を実施したところ、AIは良好に果実を抽出できるようになった。
When the above verification is performed, the transition of the radius of the apple for 15 days can be manually measured, but can also be performed automatically. The present inventors made AI (artificial intelligence) learn the process of automatically detecting fruits in a color image, and enabled automatic measurement. The general object detection algorithm used is called YOLO (You Only Look Once). When learning was performed by deep learning using data obtained by manually extracting fruits on about 3000 color images used for determining a growth curve as teacher data, AI was able to extract fruits satisfactorily.

図12は、AIによる果実の自動検出および近似直線の自動算出の説明図である。近似直線を求める対象日がN日目であるとき、N±p日間の画像から近似直線の傾きを求める。まず、N日目の画像から果実の自動抽出を行う。図12(a)に示すように、AIによって抽出された1個1個の果実(リンゴ)は、四角形で囲まれて表示される。次に、AIの出力から、抽出された果実の重心座標(x、y)と半径(r)を算出すれば、図12(b)に示すような結果が得られる。このように、対象日(N日目)の画像の果実位置(重心座標)と半径が決定される。   FIG. 12 is an explanatory diagram of automatic fruit detection by AI and automatic calculation of approximate straight lines. When the target date for obtaining the approximate line is the Nth day, the slope of the approximate line is obtained from the images for N ± p days. First, the fruit is automatically extracted from the image on the Nth day. As shown in FIG. 12A, each individual fruit (apple) extracted by AI is surrounded and displayed by a rectangle. Next, if the barycentric coordinates (x, y) and radius (r) of the extracted fruit are calculated from the output of the AI, a result as shown in FIG. 12B is obtained. Thus, the fruit position (center of gravity coordinates) and radius of the image on the target day (Nth day) are determined.

その後、図12(c)に示すように、対象日(N日目)の画像内の全ての果実について、対象日(N日目)とは異なる日に計測された画像から、同一の果実を追跡し、その半径の変化を把握する。本形態では傾きを計測する対象日(N日目)の果実の重心(x、y)を基準にして、±p日間の同一時刻に計測された画像について、重心±半径の範囲(x±r、y±rの矩形のエリア)を探索し、見つかった果実の中から、その重心と最も近い果実を同一果実と特定した。本形態では、p=7とし、対象日±7日間の合計15日間の画像に対して重心±半径の範囲の探索による同一果実の特定を行った。15日間の画像から、N日目の果実と同一果実であると特定できる果実を8個以上抽出できた場合に、最小2乗法を用いて直線近似を行って、その傾きを算出した。ただし、傾きを算出する前に、抽出された果実の半径と生育曲線の2乗誤差が最小になるように、抽出された果実の半径を正規化した。そして、算出したすべての傾きの平均値を求めた。   Then, as shown in FIG.12 (c), about all the fruits in the image of a target day (Nth day), the same fruit is taken from the image measured on the day different from a target day (Nth day). Track and keep track of changes in radius. In this embodiment, the center of gravity ± radius range (x ± r) of images measured at the same time within ± p days with reference to the center of gravity (x, y) of the fruit on the target day (day N) for measuring the inclination. , Y ± r rectangular area), and from the found fruits, the fruit closest to the center of gravity was identified as the same fruit. In this embodiment, p = 7, and the same fruit is specified by searching for the range of the center of gravity ± the radius of the images for a total of 15 days of the subject date ± 7 days. When 8 or more fruits that can be identified as the same fruit as the Nth day were extracted from the 15-day image, linear approximation was performed using the least square method, and the inclination was calculated. However, before calculating the slope, the radius of the extracted fruit was normalized so that the square error between the radius of the extracted fruit and the growth curve was minimized. And the average value of all the calculated inclinations was calculated | required.

図13は近似直線を用いた摘果要否判定の説明図である。図13(a)〜(e)は、それぞれ、異なる対象日の生育曲線の接線、および、近似直線を示している。このように、対象日ごとに、生育曲線の接線の傾きと、近似直線の傾きを同時に示すことで、篤農家と同様の果実生長ができているかを、視覚的に判断できる。なお、図13における○印は傾きを算出した任意の1個の果実の半径を示している。また、この図の例は、篤農家のデータを用いているため、いずれの対象日でも、生育曲線の傾きから±8%程度の変動に収まっている。本形態では、算出した傾きが生育曲線よりも−8%以上緩やかであれば、追加で摘果を行うようにアドバイスを行い、もし、+8%以上急であれば、それを示したうえで、追加作業は必要ないというアドバイスを行う。また、生育曲線の傾きから±8%に収まっている場合は、良好な生育状態であるので追加の摘果作業は不要というアドバイスを行う。なお、近似直線を用いた摘果要否判定は、対象日をすぎてから7日間経過しないと判断ができないため、少なくとも7日間ごとに、過去の15日間のデータから傾きを自動で算出して、アドバイスを行うことが望ましい。   FIG. 13 is an explanatory diagram of determination of necessity of fruit removal using an approximate straight line. FIGS. 13A to 13E show tangent lines and approximate straight lines of growth curves on different target days, respectively. Thus, for each target day, it is possible to visually determine whether or not fruit growth similar to that of a serious farmer has been achieved by simultaneously showing the slope of the tangent line of the growth curve and the slope of the approximate line. In FIG. 13, the ◯ marks indicate the radius of any one fruit whose inclination is calculated. Moreover, since the example of this figure uses the data of a serious farmer, the fluctuation is about ± 8% from the slope of the growth curve on any target day. In this form, if the calculated slope is -8% or more gentler than the growth curve, advice is given to perform additional fruiting, and if it is + 8% or more steep, it is indicated and added Advise that no work is required. Further, if the growth curve is within ± 8% of the inclination of the growth curve, it is in a good growth state, and advice is given that an additional fruit removal operation is unnecessary. In addition, since it is not possible to determine that the fruit extraction necessity determination using the approximate straight line does not elapse for 7 days after the target date, the inclination is automatically calculated from the data for the past 15 days at least every 7 days, It is desirable to give advice.

(栽培支援システムおよび栽培支援装置)
図14(a)は、本発明を適用した栽培支援システム1の構成図である。栽培支援システム1は、サービスを受ける農家の農園に設置されたデータ計測部10と、インターネットなどのネットワークを介してデータ計測部10と通信可能なクラウドサーバ20(データ記憶部)と、クラウドサーバ20とインターネットを介して通信可能なサーバである栽培支援装置30(データ処理部)を備える。サービスを受ける利用者の端末40は、インターネットを介して栽培支援装置30およびクラウドサーバ20と通信可能である。本形態の栽培支援システム1は、栽培支援サービスを受ける場合は、各農家の農園にデータ計測部10を設置して、自動計測により、果樹の画像を自動計測することが前提である。な
お、データ計測部10は、気温、土壌温度、湿度、土壌水分、照度、風速などの環境データを計測するセンサを備えていてもよく、これらのセンサを計測用コンピュータ12によって制御して画像データと共に環境データを自動計測することもできる。自動計測により得られたデータは、クラウドサーバ20に蓄積される。すなわち、クラウドサーバ20は、本発明を適用した栽培支援システム1においてデータ記憶部として機能する。
(Cultivation support system and cultivation support device)
Fig.14 (a) is a block diagram of the cultivation assistance system 1 to which this invention is applied. The cultivation support system 1 includes a data measuring unit 10 installed in a farm of a farmer who receives a service, a cloud server 20 (data storage unit) that can communicate with the data measuring unit 10 via a network such as the Internet, and a cloud server 20. And a cultivation support device 30 (data processing unit) that is a server capable of communicating via the Internet. The terminal 40 of the user who receives the service can communicate with the cultivation support device 30 and the cloud server 20 via the Internet. When receiving the cultivation support service, the cultivation support system 1 according to the present embodiment is premised on that the data measurement unit 10 is installed in each farm and the fruit tree image is automatically measured by automatic measurement. The data measuring unit 10 may include sensors for measuring environmental data such as air temperature, soil temperature, humidity, soil moisture, illuminance, and wind speed, and these sensors are controlled by the measurement computer 12 to obtain image data. At the same time, environmental data can be automatically measured. Data obtained by automatic measurement is accumulated in the cloud server 20. That is, the cloud server 20 functions as a data storage unit in the cultivation support system 1 to which the present invention is applied.

図14(b)は、栽培支援装置30のブロック図である。栽培支援装置30は、本発明を適用した栽培支援システム1においてデータ処理部として機能する。栽培支援装置30は、例えば汎用のパーソナルコンピュータであり、液晶ディスプレイなどの表示部31と、コンピュータ本体32と、キーボードやマウス、タッチパネルなどの操作部33を備える。コンピュータ本体32は、CPUなどの処理装置を備える制御部34と、栽培支援プログラムを含む各種の制御プログラムを記憶する記憶部35と、インターネットを介してクラウドサーバ20に接続するための通信部36等を備える。なお、栽培支援装置30と、画像データ蓄積用のクラウドサーバ20とを別に設けず、統合することもできる。   FIG. 14B is a block diagram of the cultivation support device 30. The cultivation support device 30 functions as a data processing unit in the cultivation support system 1 to which the present invention is applied. The cultivation support device 30 is, for example, a general-purpose personal computer, and includes a display unit 31 such as a liquid crystal display, a computer main body 32, and an operation unit 33 such as a keyboard, a mouse, and a touch panel. The computer main body 32 includes a control unit 34 including a processing device such as a CPU, a storage unit 35 that stores various control programs including a cultivation support program, a communication unit 36 for connecting to the cloud server 20 via the Internet, and the like. Is provided. Note that the cultivation support device 30 and the cloud server 20 for storing image data can be integrated without being provided separately.

生育曲線を用いた評価、および、アドバイスの提供などの栽培支援サービスを行う栽培支援方法を実行するためのデータ処理部の機能は、コンピュータ本体32の制御部34が栽培支援プログラムを記憶部35から読み出して実行することにより実現される。栽培支援プログラムは、栽培支援装置30に、生育曲線に基づく生育状態の評価処理と、生育状態の評価結果に基づいて栽培支援サービスにおいて提供されるアドバイス情報を決定する処理を行わせる。また、栽培支援プログラムは、AIを用いた果実のサイズの計測処理を栽培支援装置30に行わせる。なお、栽培支援装置30はパーソナルコンピュータ以外のコンピュータ装置であってもよい。すなわち、栽培支援プログラムを記憶する不揮発性記憶手段と、栽培支援プログラムを読み出して実行するCPUなどの処理装置を備えているものであればよい。   As for the function of the data processing unit for executing the cultivation support method for performing the cultivation support service such as the evaluation using the growth curve and the provision of advice, the control unit 34 of the computer main body 32 stores the cultivation support program from the storage unit 35. This is realized by reading and executing. The cultivation support program causes the cultivation support apparatus 30 to perform a growth state evaluation process based on the growth curve and a process of determining advice information provided in the cultivation support service based on the growth state evaluation result. Further, the cultivation support program causes the cultivation support apparatus 30 to perform fruit size measurement processing using AI. The cultivation support device 30 may be a computer device other than a personal computer. That is, what is necessary is just to be provided with processing apparatuses, such as a non-volatile memory | storage means which memorize | stores a cultivation assistance program, and CPU which reads and runs a cultivation assistance program.

(栽培支援方法の実施例)
図15は本発明を適用した栽培支援方法を図14の栽培支援システム1において実施する場合の実施例の説明図である。栽培支援システム1の利用者の農園にはデータ計測部10を設置し、スケジュールに従って自動撮影を実施する。撮影されたカラー画像はデータ計測部10からクラウドサーバ20へ送られて蓄積される。データ処理部である栽培支援装置30は、クラウドサーバ20から取得したカラー画像から葉面積を算出し、葉面積の代表値を1日毎に積算した積算値を1日毎に求める。求めた積算値は、画像データと対応付けて記憶しておく。また、果実を含む画像に対しては、一日毎に果実のサイズを自動計測する。栽培支援装置30は、予め定めたスケジュールに従って、もしくは、端末40からの要求に基づき、生育状態の評価を行って評価結果に基づく栽培支援サービスを行う。
(Example of cultivation support method)
FIG. 15 is an explanatory diagram of an embodiment when the cultivation support method to which the present invention is applied is implemented in the cultivation support system 1 of FIG. A data measuring unit 10 is installed in the farm of the user of the cultivation support system 1 and automatic photographing is performed according to a schedule. The captured color image is sent from the data measuring unit 10 to the cloud server 20 and stored. The cultivation support device 30 that is a data processing unit calculates a leaf area from the color image acquired from the cloud server 20 and obtains an integrated value obtained by integrating the representative value of the leaf area every day. The obtained integrated value is stored in association with the image data. For an image containing fruit, the size of the fruit is automatically measured every day. The cultivation support device 30 performs the cultivation support service based on the evaluation result by evaluating the growth state according to a predetermined schedule or based on a request from the terminal 40.

栽培支援装置30は、栽培支援サービスとは別に、端末40からのモニタリング要求に基づき、蓄積されたカラー画像などを時系列で表示させるモニタリングサービスを行う。モニタリングサービスは、例えば、農園にデータ計測部10を設置して栽培支援システム1の利用者となった農家が、栽培支援システム1のサイトにログインすると、農園のカラー画像が時系列で端末40に表示されて、農園の植物の生育状態のモニタリングを行うことができるサービスである。栽培支援装置30は、このような表示を端末40に行わせる。栽培支援システム1の利用者のログイン情報は、利用者の農園で撮影されたカラー画像およびカラー画像から生成されたデータ(栽培支援サービス用のデータも含む)と対応付けられている。   In addition to the cultivation support service, the cultivation support device 30 performs a monitoring service that displays accumulated color images and the like in time series based on a monitoring request from the terminal 40. For example, when a farmer who has installed a data measurement unit 10 in a plantation and becomes a user of the cultivation support system 1 logs in to the site of the cultivation support system 1, the color image of the plantation is displayed on the terminal 40 in time series. It is a service that can be displayed and monitor the growth state of plants in the farm. The cultivation support device 30 causes the terminal 40 to perform such display. The login information of the user of the cultivation support system 1 is associated with the color image photographed at the user's farm and the data (including the data for the cultivation support service) generated from the color image.

栽培支援サービスのサービス内容は、収穫時のサイズ予測、摘果作業のアドバイス、収穫日予測、追加の摘果作業のアドバイスを含み、これら以外にも有用なサービスがあれば適宜追加することができる。栽培支援装置30は、アドバイスを決定すると、利用者に通
知を行う。通知先は、予め登録しておくことができる。例えば、利用者のメールアドレスに通知させることができる。また、利用者が栽培支援システム1のサイトにログインすると、利用者画面にアドバイスが表示される。また、利用者は、農園での作業情報を記録しておくこともできる。
The service contents of the cultivation support service include size prediction at harvesting, advice on fruiting work, harvest date prediction, and advice on additional fruiting work, and other useful services can be added as appropriate. When the cultivation support apparatus 30 determines the advice, the cultivation support apparatus 30 notifies the user. The notification destination can be registered in advance. For example, the user's mail address can be notified. Moreover, when a user logs in to the site of the cultivation support system 1, advice is displayed on the user screen. The user can also record work information on the farm.

また、栽培支援システム1は、モニタリングおよび生育曲線を用いたアドバイス以外のサービスを提供することができる。例えば、栽培支援装置30に、複数の利用者間で利用者データ(カラー画像、アドバイス情報、作業記録)を相互に閲覧可能な共有情報として管理させることができる。利用者データの閲覧の際、複数の利用者のデータの比較表示を行わせることができる。これにより、利用者は、同じ地域に属する農家の果実の生育状況、収穫可能日、作業記録などを自由に確認できるため、自分の農園の状況と比較しながら、栽培支援システム1が自動で提示したアドバイスに従うかどうかを検討できる。比較表示を行う際に、数値化できるものは、平均値やヒストグラムなどの統計情報を表示し、数値化できないものは、いくつかのカテゴリにわけたときの度数などの分布情報を表示することが好ましい。このようにすることで、多くの農作物の状態や、多くの利用者の集合知を把握でき、それらを参考にして意志決定を行うことが可能になる。   Moreover, the cultivation assistance system 1 can provide services other than advice using monitoring and a growth curve. For example, the cultivation support apparatus 30 can manage user data (color images, advice information, work records) as shared information that can be browsed between a plurality of users. When browsing user data, a plurality of user data can be compared and displayed. As a result, the user can freely check the growth status, harvestable date, work record, etc. of the fruits of the farmers who belong to the same region, so that the cultivation support system 1 automatically presents the comparison with the status of his / her farm. You can consider whether to follow the advice you gave. When performing comparative display, statistical information such as averages and histograms can be displayed for those that can be quantified, and distribution information such as frequency when divided into several categories can be displayed for those that cannot be quantified. preferable. By doing so, it is possible to grasp the state of many crops and the collective knowledge of many users, and to make decisions with reference to them.

栽培支援システム1は、他のサービスとして、コメントサービス、作業スケジュール共有サービス、地域コミュニティ活性化サービスなどの機能も提供することができる。コメントサービスは、他の利用者のカラー画像やアドバイス情報に対するコメントの登録を受け付けて、コメント先の利用者あるいは利用者全員に閲覧可能にする機能である。コメント機能により、利用者間でのアドバイスおよびそのフィードバックが可能になるため、地域全体で栽培技術の向上を図ることができる。また、作業スケジュール共有サービスは、利用者が農園の作業スケジュールを登録して地域の農家間で共有化を図る機能である。他の農家の収穫や出荷などの予定を予め知ることができれば、スケジュールの調整を行い、人手や資材を有効利用することができ、出荷調整も行うことができる。地域コミュニティ活性化サービスは、イベント情報の告知、参加受付、掲示板などが考えられる。   The cultivation support system 1 can also provide functions such as a comment service, a work schedule sharing service, and a local community activation service as other services. The comment service is a function that accepts registration of comments on color images and advice information of other users and makes them available for viewing by the commented user or all users. The comment function enables advice and feedback between users, so that cultivation technology can be improved throughout the region. The work schedule sharing service is a function in which a user registers a work schedule of a farm and shares it with local farmers. If it is possible to know in advance the harvesting and shipping schedules of other farmers, it is possible to adjust the schedule, make effective use of manpower and materials, and adjust shipping. Local community activation services include event information announcements, participation receptions, and bulletin boards.

このように、栽培支援システム1は、個別の農家に対するサービスにとどまらず、地域全体に対するサービスを行う農業コミュニティプラットフォームとして運営されるように拡張することが可能である。わが国の農業は、農業従事者の減少や高齢化により個別農家の存続が厳しくなっており、地域のJAなどを中心として、地域単位で交流しながら農業を行うことが多くなっている。農業コミュニティプラットフォームを提供することにより、情報交流を支援することができる。   In this way, the cultivation support system 1 can be extended to be operated as an agricultural community platform that provides services not only for individual farmers but also for the entire region. In Japan's agriculture, the persistence of individual farmers has become severe due to a decrease in the number of farmers and an aging population, and farming is often carried out while exchanging on a regional basis, mainly in regional JAs. Information exchange can be supported by providing an agricultural community platform.

図16は、栽培支援システム1を利用する端末40の例である。端末40と通信可能なコミュニケーションロボット41を導入して、会話によって栽培支援システム1の利用を可能にする。これにより、ITリテラシーの低い農業従事者であっても、あるいは、農作業に疲れてパソコン操作を行う気力をなくした者などであっても、会話による作業記録や、会話に連動した端末へのデータ提示が可能になる。   FIG. 16 is an example of a terminal 40 that uses the cultivation support system 1. A communication robot 41 that can communicate with the terminal 40 is introduced to enable the cultivation support system 1 to be used by conversation. Even if it is a farmer with low IT literacy, or even a person who is tired of farming work and loses the power to operate a personal computer, the work record by conversation and the data to the terminal linked to the conversation Presentation is possible.

(本形態の主な作用効果)
以上のように、本形態の栽培支援方法、栽培支援プログラム、栽培支援装置30、および栽培支援システム1では、果実の生育状態を近似した生育曲線を用いる。従って、農家の利益に直結する果実の現在の生育状態を適切に把握することができる。また、一般的な栽培方法の知識を提供するのではなく、現在の果実の生育状態に応じた有用な栽培支援サービスを行うことができる。
(Main effects of this embodiment)
As described above, the cultivation support method, the cultivation assistance program, the cultivation assistance apparatus 30, and the cultivation assistance system 1 according to the present embodiment use a growth curve that approximates the growth state of fruits. Therefore, it is possible to appropriately grasp the current growing state of the fruit that directly affects the profits of the farmer. Moreover, the useful cultivation support service according to the present growth state of a fruit can be performed rather than providing the knowledge of a general cultivation method.

本形態では、果実のサイズを目的変数とし、葉面積の積算値を説明変数として生育曲線を決定する。葉面積は、GBVI画像(グレイスケール表示)を2値化する際の閾値を固
定値として算出したものであるため、光合成を行っている部分の面積となる。従って、葉面積の積算値を用いることにより、光合成により生長する果実の生育状態を近似した生育曲線を求めることができる。また、気象などの環境条件によらない普遍な生育曲線を得ることができる。更に、年度毎に果実のサイズのデータを正規化した後、正規化後の複数年度のデータから生育曲線を決定するので、年度によらず使用可能な普遍的な生育曲線(普遍曲線)を得ることができる。従って、年度毎に気象などの環境条件による違いがあっても、有用な栽培支援を行うことができる。例えば、果実の生長予測、収穫時期予測、収穫サイズの予測を行うことができる。また、摘果作業の評価を行うことができる。更に、適正な作業を行っているにもかかわらず、この生育曲線が変化する場合は、病気や害虫などの原因が考えられる。病気や害虫などの発生は、目視で確認できるため、そのような状況が発生した場合は、この生育曲線を用いた有益情報の提供は行わないようにすることができる。
In this embodiment, the growth curve is determined with the fruit size as the objective variable and the integrated value of the leaf area as the explanatory variable. The leaf area is an area of a portion where photosynthesis is performed because the threshold value when binarizing the GBVI image (grayscale display) is calculated as a fixed value. Therefore, by using the integrated value of the leaf area, a growth curve that approximates the growth state of the fruit that grows by photosynthesis can be obtained. In addition, a universal growth curve that does not depend on environmental conditions such as weather can be obtained. Furthermore, after normalizing the fruit size data for each year, the growth curve is determined from the data for multiple years after normalization, so a universal growth curve (universal curve) that can be used regardless of the year is obtained. be able to. Therefore, even if there is a difference due to environmental conditions such as weather every year, useful cultivation support can be performed. For example, fruit growth prediction, harvest time prediction, and harvest size prediction can be performed. Moreover, it is possible to evaluate the fruit picking work. Furthermore, if the growth curve changes despite the proper operation, there may be a cause of disease or pest. Since the occurrence of diseases, pests and the like can be confirmed visually, if such a situation occurs, provision of useful information using this growth curve can be avoided.

本形態では、篤農家が行った果樹栽培における前記果実のサイズおよび前記葉面積の積算値のデータに基づいて生育曲線を決定するので、栽培中の果実を篤農家と同じ生育状態に近づけるための栽培支援を行うことができる。従って、農家の利益の増大を図ることができる。   In this embodiment, since the growth curve is determined based on the data of the size of the fruit and the integrated value of the leaf area in the fruit tree cultivation performed by the successful farmer, the fruit being grown is brought close to the same growing state as the successful farmer. Cultivation support can be performed. Therefore, the profit of the farmer can be increased.

本形態では、栽培支援サービスを行う際、データ計測部10を用いて、利用者の農園を自動撮影して撮影した画像をクラウドサーバ20に自動で蓄積するシステムを構築している。また、栽培支援装置30(データ処理部)は、自動で葉面積の積算値を算出し、画像から果実のサイズを自動で計測して、自動で生育状態の評価を行い、自動でアドバイスを決定して通知する。従って、栽培支援サービスを実施するための労力を少なくすることができ、利用者の負担を軽減できる。また、利用者に対して、適切なタイミングでアドバイス情報を提供することができる。   In this embodiment, when performing the cultivation support service, the data measuring unit 10 is used to construct a system that automatically captures an image of the user's farm and automatically stores the image in the cloud server 20. The cultivation support device 30 (data processing unit) automatically calculates the integrated value of the leaf area, automatically measures the size of the fruit from the image, automatically evaluates the growth state, and automatically determines the advice. And notify. Therefore, the labor for carrying out the cultivation support service can be reduced, and the burden on the user can be reduced. Also, advice information can be provided to the user at an appropriate timing.

本形態では、栽培支援システム1に様々な追加の機能を持たせている。例えば、生育状態のモニタリングを行うことができる。また、利用者間で生育状態のデータやアドバイス情報、作業記録のデータなどを共有することができ、データの比較表示を行うこともできる。従って、多くの農作物の状態や、多くの利用者の集合知を、各利用者が把握でき、それらを参考にして意志決定を行うことが可能になる。更に、生育状態のデータやアドバイスに対するコメント機能や、各利用者の作業スケジュールの共有機能を持たせることができる。加えて、地域コミュニティ活性化サービス機能を持たせることもできる。従って、個別の農家に対するサービスにとどまらず、地域全体に対するサービスを行う農業コミュニティプラットフォームとして運営可能である。   In this embodiment, the cultivation support system 1 has various additional functions. For example, the growth state can be monitored. Further, growth state data, advice information, work record data, and the like can be shared among users, and data can be compared and displayed. Accordingly, each user can grasp the state of many crops and the collective knowledge of many users, and can make a decision with reference to them. Furthermore, it is possible to provide a comment function for growth state data and advice, and a function for sharing the work schedule of each user. In addition, a community community activation service function can be provided. Therefore, it can be operated as an agricultural community platform that provides services not only for individual farmers but also for the entire region.

(他の形態:農作物全般を対象とする栽培支援方法)
上記形態は、篤農家の栽培による果実の生育状態を近似する生育曲線を用いて、果実の生育状態を評価して栽培支援を行う方法であったが、本発明では、葉領域の面積(葉面積)の定義を、実際の葉の面積ではなく、光があたって光合成を行っている部分の面積にしている。そのため、本発明は、果樹以外の農作物にも適用が可能である。例えば、稲に関して、葉面積の積算値を横軸とし、収穫対象部分である稲穂のサイズ等を縦軸にした生育曲線を決定して、コメの生育状態を評価できる。また、葉菜類に関して、葉面積の積算値を横軸とし、収穫対象部分のサイズを縦軸にした生育曲線を決定して、葉菜類の生育状態を評価できる。このように、本発明は、全ての農作物を対象にすることができる。
(Other forms: Cultivation support method for crops in general)
The above form is a method for evaluating the growth state of a fruit by using a growth curve that approximates the growth state of a fruit by cultivation of a serious farmer. The definition of (area) is not the area of the actual leaf, but the area of the portion that is exposed to light and performing photosynthesis. Therefore, the present invention can be applied to agricultural crops other than fruit trees. For example, with respect to rice, the growth state of rice can be evaluated by determining a growth curve with the integrated value of the leaf area as the horizontal axis and the size of the ear of rice that is the harvest target portion as the vertical axis. Further, regarding leaf vegetables, the growth state of leaf vegetables can be evaluated by determining a growth curve with the integrated value of the leaf area as the horizontal axis and the size of the portion to be harvested as the vertical axis. Thus, the present invention can be applied to all crops.

図1(b)は、本発明の最も広い概念である、農作物全般を対象とする栽培支援方法のフローチャートである。図1(b)に示すように、本発明の栽培支援方法では、予め、農作物における収穫対象部分の生育状態を近似した生育曲線を決定する(ステップST1a)。次に、生育曲線を用いて、栽培中の農作物における収穫対象部分の生育状態を評価す
る(ステップST2a)。そして、生育状態の評価結果に基づき、栽培中の農作物に関する栽培支援サービスを行う(ステップST3a)。
FIG. 1B is a flowchart of a cultivation support method for all agricultural products, which is the broadest concept of the present invention. As shown in FIG.1 (b), in the cultivation assistance method of this invention, the growth curve which approximated the growth state of the harvesting target part in agricultural products is determined previously (step ST1a). Next, the growth state of the portion to be harvested in the crop being grown is evaluated using the growth curve (step ST2a). And based on the evaluation result of a growth state, the cultivation assistance service regarding the crop under cultivation is performed (step ST3a).

本明細書において、栽培支援サービスとは、利用者に対してアドバイス情報を提供することである。アドバイス情報は、利用者(農家)にとって有用な情報であれば何でも良い。例えば、アドバイス情報は、目標どおりに栽培するために役立つ情報であり、どの時期にどのような作業をどの程度行うべきかなどの作業提案を含む。また、収穫物の収量や収穫時のサイズ、収穫時期などの予想結果でもよい。あるいは、生育状態の評価結果をそのままアドバイス情報として提供することもできる。   In this specification, the cultivation support service is to provide advice information to the user. The advice information may be anything useful for the user (farmer). For example, the advice information is information useful for cultivating according to the target, and includes work proposals such as what work should be done at what time and how much. Further, the predicted result such as the yield of the harvest, the size at the time of harvest, and the harvest time may be used. Or the evaluation result of a growth state can also be provided as advice information as it is.

ステップST1aで決定する生育曲線は、農作物における収穫対象部分の生育状態を近似した曲線である。本発明の栽培支援方法は、一般の農家に対して、篤農家がカンや経験といった暗黙知により達成している生育状態を実現させることを目指す。そのため、ステップST1aの生育曲線の決定には、篤農家が栽培した農作物の生育状態のデータを用いる。あるいは、特定のサイズの果実を収穫するなど、特定の目的を実現するように栽培した場合の生育状態のデータを用いることもできる。   The growth curve determined in step ST1a is a curve that approximates the growth state of the portion to be harvested in the crop. The cultivation support method of the present invention aims at realizing a growing state achieved by tacit farmers by tacit knowledge such as cans and experiences for general farmers. Therefore, the growth curve of step ST1a is determined using data on the growth state of the crop cultivated by a serious farmer. Or the data of the growth state at the time of growing so that a specific objective may be implement | achieved, such as harvesting the fruit of a specific size, can also be used.

1…栽培支援システム、10…データ計測部、11…カメラ、12…計測用コンピュータ、13…通信部、14…電源部、20…クラウドサーバ、30…栽培支援装置、31…表示部、32…コンピュータ本体、33…操作部、34…制御部、35…記憶部、36…通信部、40…端末、41…コミュニケーションロボット DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cultivation support system, 10 ... Data measurement part, 11 ... Camera, 12 ... Computer for measurement, 13 ... Communication part, 14 ... Power supply part, 20 ... Cloud server, 30 ... Cultivation support apparatus, 31 ... Display part, 32 ... Computer main body 33 ... operation part 34 ... control part 35 ... storage part 36 ... communication part 40 ... terminal 41 ... communication robot

Claims (25)

農作物における収穫対象部分の生育状態を近似した生育曲線を用いて、栽培中の農作物における収穫対象部分の生育状態を評価し、
評価結果に基づき、前記栽培中の農作物に関する栽培支援サービスを行うことを特徴とする栽培支援方法。
Using the growth curve that approximates the growth state of the harvested portion of the crop, evaluate the growth status of the harvested portion of the crop being grown,
The cultivation support method characterized by performing the cultivation assistance service regarding the said agricultural crop under cultivation based on an evaluation result.
前記生育曲線は、前記収穫対象部分のサイズを目的変数とし、前記農作物を撮影した画像の葉領域の面積である葉面積の積算値を説明変数として決定されることを特徴とする請求項1に記載の栽培支援方法。   2. The growth curve according to claim 1, wherein the growth curve is determined using the size of the portion to be harvested as an objective variable, and an integrated value of a leaf area that is an area of a leaf area in which the crop is captured as an explanatory variable. The cultivation support method as described. 前記農作物は果樹であり、前記収穫対象部分は果実であり、
前記生育曲線は、前記果実のサイズを目的変数とし、前記葉面積の積算値を説明変数として決定されることを特徴とする請求項2に記載の栽培支援方法。
The crop is a fruit tree, and the harvest target portion is a fruit,
The cultivation support method according to claim 2, wherein the growth curve is determined using the size of the fruit as an objective variable and the integrated value of the leaf area as an explanatory variable.
前記生育曲線は、篤農家が行った果樹栽培における前記果実のサイズおよび前記葉面積の積算値に基づいて決定されることを特徴とする請求項3に記載の栽培支援方法。   The cultivation support method according to claim 3, wherein the growth curve is determined based on an integrated value of the size of the fruit and the leaf area in fruit tree cultivation performed by a serious farmer. 複数年度にわたって前記果実のサイズおよび前記葉面積の積算値のデータを集め、
前記生育曲線は、年度毎に前記果実のサイズのデータを正規化した後、正規化後の前記複数年度のデータから求めた普遍曲線であることを特徴とする請求項3または4に記載の栽培支援方法。
Collect the data of the fruit size and the integrated value of the leaf area over multiple years,
The cultivation according to claim 3 or 4, wherein the growth curve is a universal curve obtained from the data of the plurality of years after normalization after normalizing the data of the fruit size for each year. Support method.
前記葉面積の積算値は、1日の間に求めた前記葉面積の最大値を1日毎に積算した値であることを特徴とする請求項3から5の何れか一項に記載の栽培支援方法。   6. The cultivation support according to claim 3, wherein the integrated value of the leaf area is a value obtained by integrating the maximum value of the leaf area obtained during one day every day. Method. 前記生育曲線は、ロジスティック曲線であることを特徴とする請求項3から6の何れか一項に記載の栽培支援方法。   The cultivation support method according to any one of claims 3 to 6, wherein the growth curve is a logistic curve. 栽培中の果樹を撮影した画像から、前記生育状態の評価を行う時点までの前記葉面積の積算値を求め、当該積算値に対応する前記生育曲線上の値に基づき、前記栽培中の果樹における前記果実の生育状態を評価することを特徴とする請求項3から7の何れか一項に記載の栽培支援方法。   From the image of the fruit tree being cultivated, find the integrated value of the leaf area up to the point of time when the growth state is evaluated, and based on the value on the growth curve corresponding to the integrated value, in the fruit tree being cultivated The cultivation support method according to any one of claims 3 to 7, wherein a growth state of the fruit is evaluated. 前記栽培支援サービスは、収穫時の前記果実のサイズ予測であることを特徴とする請求項3から8の何れか一項に記載の栽培支援方法。   The cultivation support method according to any one of claims 3 to 8, wherein the cultivation support service is a size prediction of the fruit at the time of harvest. 前記栽培支援サービスは、前記果実の摘果作業のアドバイスであることを特徴とする請求項3から9の何れか一項に記載の栽培支援方法。   The cultivation support method according to any one of claims 3 to 9, wherein the cultivation support service is an advice on a fruit picking operation. 前記栽培支援サービスは、前記果実の収穫日予測であることを特徴とする請求項3から10の何れか一項に記載の栽培支援方法。   The cultivation support method according to any one of claims 3 to 10, wherein the cultivation support service is prediction of a harvest date of the fruit. 栽培中の果樹における前記果実のサイズを所定期間計測して、前記果実のサイズの変化を近似した近似直線を求め、
前記近似直線の傾きと、前記生育曲線の接線の傾きとを比較し、
比較結果に基づき、追加の摘果作業のアドバイスを行うことを特徴とする請求項3から11の何れか一項に記載の栽培支援方法。
Measure the size of the fruit in the fruit tree during cultivation for a predetermined period, and obtain an approximate straight line approximating the change in the size of the fruit,
Compare the slope of the approximate line with the slope of the tangent line of the growth curve,
The cultivation support method according to any one of claims 3 to 11, wherein advice on additional fruit removal work is performed based on the comparison result.
前記果実のサイズの計測は、前記果樹を撮影したカラー画像から前記果実を抽出するこ
とにより行うことを特徴とする請求項12に記載の栽培支援方法。
The cultivation support method according to claim 12, wherein the size of the fruit is measured by extracting the fruit from a color image obtained by photographing the fruit tree.
前記果実のサイズの計測は、前記果樹を撮影したカラー画像を用いて前記果実を抽出する処理を学習したAIを用いて行うことを特徴とする請求項13に記載の栽培支援方法。   The cultivation support method according to claim 13, wherein the measurement of the fruit size is performed using an AI that has learned a process of extracting the fruit using a color image obtained by photographing the fruit tree. 前記農作物を撮影したカラー画像の緑色波長域の画像であるG画像と、前記カラー画像の青色波長域の画像であるB画像を用いて、前記カラー画像の単一画素もしくは単位領域ごとに、以下の式(A)によりGBVIを算出し、
GBVI=(G−B)/(G+B)・・・・・(A)
前記単一画素もしくは単位領域ごとに、前記GBVIから生成した画素値を固定値である閾値に基づいて2値化したGBVI画像を生成し、
前記GBVI画像から前記葉面積を求めることを特徴とする請求項2から14の何れか一項に記載の栽培支援方法。
For each single pixel or unit region of the color image, using a G image that is an image in the green wavelength region of the color image obtained by photographing the crop and a B image that is an image in the blue wavelength region of the color image, GBVI is calculated by the formula (A) of
GBVI = (GB) / (G + B) (A)
For each single pixel or unit region, generate a GBVI image obtained by binarizing the pixel value generated from the GBVI based on a threshold value that is a fixed value;
The cultivation support method according to any one of claims 2 to 14, wherein the leaf area is obtained from the GBVI image.
コンピュータに、請求項1から15の何れか一項に記載の栽培支援方法における前記生育曲線に基づく前記栽培中の農作物の生育状態の評価処理と、前記評価結果に基づいて前記栽培支援サービスにおいて提供されるアドバイス情報を決定する処理と、を行わせることを特徴とする栽培支援プログラム。   The computer provides to the cultivation support service based on the evaluation process of the growth state of the crop under cultivation based on the growth curve in the cultivation support method according to any one of claims 1 to 15, and based on the evaluation result. The cultivation support program characterized by performing the process which determines advice information to be performed. コンピュータに、請求項13または14に記載の栽培支援方法における前記果実のサイズの計測処理を行わせることを特徴とする請求項16に記載の栽培支援プログラム。   The cultivation support program according to claim 16, which causes a computer to perform measurement processing of the fruit size in the cultivation support method according to claim 13 or 14. 請求項16または17に記載の栽培支援プログラムを記憶する記憶部と、
前記記憶部から前記栽培支援プログラムを読み出して実行する制御部と、を有することを特徴とする栽培支援装置。
A storage unit for storing the cultivation support program according to claim 16 or 17,
And a control unit that reads and executes the cultivation support program from the storage unit.
可視光でカラー画像を撮影するカメラと、
前記カメラにより撮影された前記カラー画像を記憶するデータ記憶部と、
前記カメラを制御して予め定めた撮影スケジュールで前記カラー画像を撮影させ、前記カラー画像を前記データ記憶部に記憶させる計測部と、
前記データ記憶部から読み出した前記カラー画像を用いて、請求項2から15の何れか一項に記載の栽培支援方法における前記葉面積の積算値を算出し、前記葉面積の積算値と、請求項2から15の何れか一項に記載の栽培支援方法における前記生育曲線とを用いて前記栽培支援サービスにおいて提供されるアドバイス情報を決定するデータ処理部と、を有することを特徴とする栽培支援システム。
A camera that captures color images with visible light;
A data storage unit for storing the color image photographed by the camera;
A measurement unit that controls the camera to shoot the color image in a predetermined shooting schedule, and stores the color image in the data storage unit;
The integrated value of the leaf area in the cultivation support method according to any one of claims 2 to 15 is calculated using the color image read from the data storage unit, and the integrated value of the leaf area, A data processing unit for determining advice information provided in the cultivation support service using the growth curve in the cultivation support method according to any one of Items 2 to 15, and a cultivation support characterized by system.
前記データ処理部は、ネットワークに接続されたサーバに設けられ、
前記サーバは、前記ネットワークを介して、予め登録された通知先に対して前記栽培支援サービスの通知を行うことを特徴とする請求項19に記載の栽培支援システム。
The data processing unit is provided in a server connected to a network,
The cultivation support system according to claim 19, wherein the server notifies the cultivation support service to a notification destination registered in advance via the network.
前記サーバは、前記ネットワークを介して前記サーバと接続される端末からの要求に基づき、前記データ記憶部に記憶される前記カラー画像を用いて、農作物の生育状態のモニタリングのための表示を前記端末に行わせることを特徴とする請求項20に記載の栽培支援システム。   Based on a request from a terminal connected to the server via the network, the server uses the color image stored in the data storage unit to display a display for monitoring a growing state of a crop. The cultivation support system according to claim 20, wherein the cultivation support system is performed. 前記サーバは、複数の利用者のそれぞれに対応づけられた前記カラー画像および前記アドバイス情報の全てまたはその一部を、前記複数の利用者の全てまたはその一部が閲覧可能な共有情報として管理することを特徴とする請求項20または21に記載の栽培支援システム。   The server manages all or a part of the color image and the advice information associated with each of a plurality of users as shared information that can be browsed by all or a part of the plurality of users. The cultivation support system according to claim 20 or 21 characterized by things. 前記サーバは、複数の利用者のそれぞれに対応づけられた前記カラー画像および前記アドバイス情報の全てまたはその一部を比較表示させることを特徴とする請求項22に記載の栽培支援システム。   The cultivation support system according to claim 22, wherein the server compares and displays all or part of the color image and the advice information associated with each of a plurality of users. 前記サーバは、前記カラー画像および前記アドバイス情報に対するコメントの登録を受け付けて前記コメントの管理を行うことを特徴とする請求項22または23に記載の栽培支援システム。   The cultivation support system according to claim 22 or 23, wherein the server receives a registration of a comment on the color image and the advice information and manages the comment. 前記サーバは、前記複数の利用者のそれぞれから作業スケジュールの登録を受け付けて前記作業スケジュールを共有情報として管理することを特徴とする請求項22から24の何れか一項に記載の栽培支援システム。   The cultivation support system according to any one of claims 22 to 24, wherein the server receives registration of a work schedule from each of the plurality of users and manages the work schedule as shared information.
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