JP2020054394A - 施肥量決定装置および施肥量決定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】指標値を取得するための作業にかかる時間を短くしつつ、高い精度で追肥時の施肥量を求めることができるようにする。【解決手段】施肥量決定装置１は、Ｎ（ただし、Ｎ≧２）個の圃場について、遠隔からの観測により得られた第１指標値を取得すると共に、Ｍ（ただし、Ｍ＜Ｎ）個の圃場について、農作物に対する計測器を用いた計測等により得られた第２指標値を取得し、指標値を入力とし施肥量を出力とする第１計算式を用いて追肥時の施肥量を決定する。施肥量決定装置１は、一の圃場の施肥量を決定する際、当該一の圃場についての第１指標値を、第２指標値に基づいて補正して補正第１指標値を導出し、これから第１計算式により施肥量を導出する。これにより、第１指標値を単純に使用して施肥量を導出するのではなく、第１指標値を第２指標値により補正し、これを用いて施肥量を導出するようにしている。【選択図】図１

Description

本発明は、農作物についての追肥時の施肥量を決定する施肥量決定装置および施肥量決定方法に関する。

従来、圃場で栽培される農作物について、圃場に対する遠隔からの観測により得られた指標値と、追肥時の適切な施肥量との間に相関関係があることが分かっており、圃場に対して追肥するにあたって、圃場に対する遠隔からの観測により指標値を取得し、当該相関関係を反映した計算式を用いて、取得した指標値から適切な施肥量を求めることが行われている。例えば、ドローンや衛星を用いた上空からのセンシングによりＮＤＶＩを取得し、これを用いて施肥量を求めることが行われている。また、特許文献１には、圃場に対する遠隔からの観測により得られる指標値に関して、圃場全体が撮影可能な程度に圃場から遠隔に設けられたカメラにより圃場全体を撮影し、撮影結果に基づいて圃場の作物情報（指標値に相当）を求める技術が記載されている。

特開２００８−１３６４１１号公報

指標値を利用して追肥時の適切な施肥量を高い精度で求めるためには、指標値の精度が重要になる。圃場に対する遠隔からの観測によって指標値を得る場合、短時間の作業で多くの圃場についての指標値を得ることができる。しかしながら、天候、空気の状態等の環境による影響を受けやすく、得られた指標値の精度について改善の余地がある。これを改善するために、葉緑素計を用いた農作物の計測等、農作物の近傍で農作物に直接アクセスして農作物を観測し、指標値を得るようにした場合、指標値の精度は向上するものの、多くの圃場についての指標値を得るためには、作業に多大な時間を要する結果となってしまう。

本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、指標値を取得するための作業にかかる時間を短くしつつ、高い精度で追肥時の施肥量を求めることができるようにすることを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明では、Ｎ（ただし、Ｎ≧２）個の圃場のそれぞれについて、遠隔からの観測により得られた第１指標値を取得すると共に、Ｎ個の圃場のうち、Ｍ（ただし、Ｍ＜Ｎ）個の圃場のそれぞれについて、農作物に対する計測器を用いた計測、または、農作物の近傍で行われる農作物に対する観測により得られた第２指標値を取得し、Ｎ個の圃場のそれぞれについて、指標値を入力とし施肥量を出力とする第１計算式を用いて施肥量を決定する。そして、Ｎ個の圃場のうち第２指標値が取得されていない一の圃場の施肥量を決定する際、取得した当該一の圃場についての第１指標値を、取得したＭ個の圃場についての第２指標値に基づいて補正することによって当該一の圃場についての補正第１指標値を導出し、導出した補正第１指標値から第１計算式により施肥量を導出するようにしている。

上記のように構成した本発明によれば、Ｎ個の圃場のそれぞれの施肥量を決定するにあたって、遠隔からの観測により得られた第１指標値をそのまま計算式に入力するのではなく、「Ｍ個の農作物に対する計測器を用いた計測、または、農作物の近傍で行われる観測により得られた第２指標値」という精度の高い指標値を用いて補正してから計算式に入力するため、高い精度で施肥量を決定できる。また、「農作物に対する計測器を用いた計測、または、農作物の近傍で行われる観測」は、Ｎ個の全ての圃場について行われるのではなく、Ｎ個よりも少ないＭ個の圃場についてのみ行われるため、指標値を取得するための作業にかかる時間を短くすることができる。

本発明の一実施形態に係る施肥量決定装置の機能構成例を示すブロック図である。 対象圃場を識別情報と共に示す図である。 補正用圃場の地上ＮＤＶＩと上空ＮＤＶＩとの関係を示す図である。 補正用計算式の一例によって求められる補正値を示す図である。 追肥時のＮＤＶＩと追肥時の施肥量との関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係る施肥量決定装置の動作例を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る施肥量決定装置１の構成例を示すブロック図である。施肥量決定装置１は、稲作に関して、追肥（追肥についての詳細は後述）時に施す肥料の量（以下「追肥時施肥量」という）を決定し、追肥時施肥量を示す情報をユーザに提供する装置である。特に本実施形態に係る施肥量決定装置１は、複数の圃場を対象として複数の圃場のそれぞれについて、追肥時施肥量を決定する。ユーザは、追肥にあたって施肥量決定装置１により提供された追肥時施肥量を示す情報を参考にして、実際に施す肥料の量を適切に決定することができる。なお、本実施形態で「施肥量」という場合、特に説明がない限り、単位面積あたりの肥料の量を指す。

以下の説明では、対象とする稲、稲作について、稲の品種や、稲作が行われる環境（地域（寒冷地域や、温暖地域、乾燥地域等）、標高、圃場の規模）、稲作の方法、肥料の種類、その他の稲の生育に影響を与える外部的な要素は共通しているものとする。従って、施肥量決定装置１により決定された追肥時施肥量は、特定の環境で特定の方法により栽培される特定の品種の稲について、特定の種類の肥料を施す場合に適切な施肥量ということになる。

本実施形態において、「追肥」とは以下を意味する。すなわち一般に、ある１つの期において、稲は、田植えによって苗代から圃場に移植された後、分げつ期→幼穂形成期→出穂期→開花・受粉期→穂揃期→登熟期→成熟期という段階を経て成長する。幼穂形成期前後から出穂期前後に至るまでの期間（以下「追肥対象期間」という。）では、通常、穂に着生する籾の個数の増大や、籾に詰まるデンプンの量の増大等を目的として、所定のタイミングで穂肥と呼ばれる肥料の追加が行われる。そして本実施形態では、「追肥」とは追肥対象期間における所定のタイミングで行われる肥料の追加を意味する。

図１で示すように、施肥量決定装置１には、液晶ディスプレイや、有機ＥＬディスプレイ等の表示装置２と、マウスやキーボード等の入力装置３とが接続されている。また図１で示すように、施肥量決定装置１は、機能構成として、施肥量決定部１０と、第１指標値取得部１１と、第２指標値取得部１２とを備えている。上記各機能ブロック１０〜１２は、ハードウェア、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ソフトウェアの何れによっても構成することが可能である。例えばソフトウェアによって構成する場合、上記各機能ブロック１０〜１２は、実際にはコンピュータのＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを備えて構成され、ＲＡＭやＲＯＭ、ハードディスクまたは半導体メモリ等の記録媒体に記憶されたプログラムが動作することによって実現される。また、施肥量決定装置１は、記憶手段として記憶部１３を備えている。記憶部１３に記憶されるデータについては後述する。

本実施形態では、施肥量決定装置１は、ユーザから入力装置３に対して追肥時施肥量を示す情報の提供の指示（以下「情報提供指示」という）があったことをトリガとして、圃場毎の追肥時施肥量を決定し、当該情報を提供する。以下、ユーザから入力装置３に対して情報提供指示があったときの施肥量決定装置１の動作について詳述する。ただし以下の説明では、説明の便宜のため、施肥量決定装置１は、１０個の圃場を対象として追肥時施肥量を決定するものとする。また、追肥時施肥量を決定する対象の１０個の圃場を「対象圃場」という。なお、追肥時施肥量の決定に関する処理を開始するトリガは本実施形態で例示するものに限られず、例えば、予め定められた日時が到来したことをトリガとしてもよい。

施肥量決定部１０は、入力装置３に対して情報提供指示があったことを検出すると、第１指標値取得部１１に上空ＮＤＶＩ（後述）の取得を要求する。

第１指標値取得部１１は、施肥量決定部１０から上空ＮＤＶＩの取得の要求があった場合、以下の処理を実行する。すなわち、まず、第１指標値取得部１１は、記憶部１３に記憶された１０個の対象圃場のそれぞれの上空データを取得する。１個の対象圃場についての上空データとは、追肥を行うタイミングにできるだけ近いタイミングで、ドローンに搭載されたマルチスペクトルセンサにより圃場の稲の群落を上空から撮影することによって生成された画像データである。なお、１０個の対象圃場のそれぞれには識別情報が事前に付与されており、個々の対象圃場は識別情報によって管理され、また、上空データや、後述する地上データには、対応する圃場の識別情報がメタ情報として記録されている。

第１指標値取得部１１は、取得した上空データのそれぞれを分析し、周知の方法で対象圃場毎のＮＤＶＩを導出し、取得する。以下、第１指標値取得部１１により取得されたＮＤＶＩを「上空ＮＤＶＩ」という。上空ＮＤＶＩは、特許請求の範囲の「第１指標値」に相当し、特に「ドローンを用いた上空からのセンシングにより得られるＮＤＶＩ」に相当する。

ここで本実施形態では、上空ＮＤＶＩの導出にあたって使用される上空データは、ドローンに搭載されたマルチスペクトルセンサの撮影結果に基づいて生成されるものである。ドローンを使用することにより、１つの圃場全体にわたる広い領域を上空から撮影することが可能であり、多くの圃場のそれぞれについてスピーディに上空データを生成することができ、上空ＮＤＶＩを取得するための作業にかかる時間を短くすることができる。

このような効果は、例えば葉緑素計を用いて葉を一枚ずつ測定するのではなく、稲の群落に対する遠隔からの観測により得られる指標値を、第１指標値取得部１１が取得する指標値とすることにより得ることが可能である。従って、観測（センシング）に用いる装置は、マルチスペクトルセンサに限られず、例えば、赤外線サーモグラフィであってもよい。また、指標値は、ＮＤＶＩに限られない。また、観測は、必ずしもドローンを用いて行われる必要はなく、塔の上部に設置された装置や、専用の設置台に設置された装置を用いて行われたりしてもよい。また、上空ＮＤＶＩ（またはこれに相当する指標値）の導出に、衛星写真を用いるようにしてもよい。また第１指標値取得部１１がＮＤＶＩを導出し取得するのではなく、外部の装置により導出されたＮＤＶＩが導出され、第１指標値取得部１１がそれを取得する構成としてもよい。

一方、ドローンを利用して圃場を撮影し、その撮影結果に基づいて上空ＮＤＶＩを導出する場合や、これに準じて圃場を遠隔から観測し、観測結果に基づいて上空ＮＤＶＩに準じた指標値を導出する場合、観測結果が天候や、空気の状態等の環境に影響を受け、導出される上空ＮＤＶＩ（またはこれに準じた指標値）の精度が低くなる可能性がある。

第１指標値取得部１１は、対象圃場のそれぞれの上空ＮＤＶＩを取得した後、取得した上空ＮＤＶＩを各圃場の識別情報と対応付けて施肥量決定部１０に応答する。

また、施肥量決定部１０は、入力装置３に対して情報提供指示があったことを検出すると、第２指標値取得部１２に地上ＮＤＶＩ（後述）の取得を要求する。

第２指標値取得部１２は、施肥量決定部１０から地上ＮＤＶＩの取得の要求があった場合、以下の処理を実行する。すなわち、第２指標値取得部１２は、記憶部１３に記憶された３個の対象圃場のそれぞれの地上データを取得する。３個の対象圃場は、１０個の対象圃場から稲の生育量の相違に着目して選択された３個の対象圃場であり、本実施形態では、生育量が最も多い圃場（以下「最大圃場」という）と、生育量が最も少ない圃場（以下「最小圃場」という）と、生育量が中間程度の圃場（以下「中間圃場」という）との３個の圃場が選択される。中間圃場は例えば、１０個の対象圃場を生育量の多さで昇順に並べたときの５番目または６番目に位置する対象圃場とされる。また、中間圃場は例えば、最大圃場の生育量と最小圃場の生育量との中間の生育量に、生育量が最も近い圃場とされる。なお、各対象圃場の生育量は、例えば既存の技術による観測によって把握され、また例えば対象圃場毎に生育量が計画的に調整されている場合には、生育量の計画に基づいて把握される。以下、最大圃場、最小圃場および中間圃場を総称して「補正用圃場」という。

ここで、補正用圃場の個数は、補正用圃場を含む対象圃場全体の個数よりも少ないものとされる。本実施形態では、補正用圃場の個数は３個となるため、対処圃場は４個以上とされる。ただし、後に明らかとなる通り、補正用圃場の個数に比べて対象圃場の個数が十分に多い場合に、ユーザは本実施形態に係る施肥量決定装置１によるメリットを効果的に得ることができる。このため、本実施形態のように、対象圃場の個数は、補正用圃場の個数よりも十分に多い方が好ましい。

地上データは、地上において、圃場における稲の群生の近傍で、当該群生に対する観測機器を用いた観測の観測結果に基づくデータであって、ＮＤＶＩの導出に利用可能なデータである。例えば、地上データは、人間である作業者が、マルチスペクトルセンサが搭載された可搬型の撮像装置（当然、他のセンサであってもよい）を対象となる圃場の近傍まで運び、群生を自ら撮影することによって得られたデータである。また例えば、地上データは、作業者により圃場の中央部に撮像装置を支持するための支柱が立設され、その支柱の頭頂部に取り付けた撮像装置によって稲の群生が撮影され、その撮影の撮影結果に基づいて生成されたデータである。作業者は、１０個の対象圃場のうち、どの圃場が補正用圃場であるかを認識した上で、補正用圃場のそれぞれについて上述したような作業を行って地上データを生成し、記憶部１３に記憶する。逆に言えば、作業者は、補正用圃場以外の圃場については、地上データを作成するための作業を行わない。

記憶部１３に記憶された補正用圃場のそれぞれの地上データを取得した後、第２指標値取得部１２は、取得した地上データのそれぞれを分析し、周知の方法で補正用圃場毎のＮＤＶＩを導出し、取得する。以下、第２指標値取得部１２により取得されたＮＤＶＩを「地上ＮＤＶＩ」という。地上ＮＤＶＩは、特許請求の範囲の「第２指標値」に相当し、特に「農作物の近傍で行われる農作物に対する観測により得られた第２指標値」および「地上における近傍からのセンシングにより得られるＮＤＶＩ」に相当する。

上述した通り、地上ＮＤＶＩを生成する基礎となる地上データは、圃場における稲の群生の近傍で、当該群生に対する観測機器を用いた観測の観測結果に基づくデータである。従って、ドローンを用いた撮影により生成される上空データと比較して、天候、空気の状態等の影響を受けにくい。このため、地上データに基づいて導出される地上ＮＤＶＩは、上空データに基づいて導出される上空ＮＤＶＩと比較して精度が高い。

第２指標値取得部１２は、補正用圃場のそれぞれの地上ＮＤＶＩを取得した後、取得した地上ＮＤＶＩを各圃場の識別情報と対応付けて施肥量決定部１０に応答する。

さて、第１指標値取得部１１から１０個の対象圃場のそれぞれの上空ＮＤＶＩの応答を受け、第２指標値取得部１２から３個の補正用圃場のそれぞれの地上ＮＤＶＩの応答を受けると、施肥量決定部１０は、補正用計算式生成処理を実行する。以下、補正用計算式生成処理について詳述する。

補正用計算式生成処理において、施肥量決定部１０は、３個の補正用圃場のそれぞれについて、地上ＮＤＶＩに加え、上空ＮＤＶＩを取得する。次いで、施肥量決定部１０は、横軸に地上ＮＤＶＩを取り、縦軸に上空ＮＤＶＩを取った２次元空間に、３個の補正用圃場のそれぞれについて、地上ＮＤＶＩと上空ＮＤＶＩとの組み合わせを示す点をプロットする。次いで、施肥量決定部１０は、プロットした各点の近似曲線を求める。施肥量決定部１０は、近似曲線を表す式を、上空ＮＤＶＩを入力値として入力して、地上ＮＤＶＩを出力値として出力する計算式へと変換し、これを補正用計算式（特許請求の範囲の「第２計算式」に相当）とする。なお、補正用計算式は、単純な数式だけでなく、プログラム上で定義された関数（モデル）や、プログラムから呼び出し可能な関数（モデル）を概念的に表している。このことは他の計算式についても同様である。

例えば、図２で示すように、１０個の圃場のそれぞれの識別情報がＨ０１、Ｈ０２、Ｈ０３・・・Ｈ１０であり、そのうち識別番号がＨ０１、Ｈ０２およびＨ０９の３個の圃場が補正用圃場であったとする。また、識別番号がＨ０１〜Ｈ１０の圃場についての上空ＮＤＶＩが図に示す通りであり、識別番号がＨ０１、Ｈ０２、Ｈ０９の圃場について地上ＮＤＶＩが図に示す通りであったとする。

この場合において、横軸に地上ＮＤＶＩを取り、縦軸に上空ＮＤＶＩを取った２次元空間に、識別番号がＨ０１、Ｈ０２およびＨ０９の３個の補正用圃場のそれぞれについて、地上ＮＤＶＩと上空ＮＤＶＩとの組み合わせを示す点をプロットし、またその近似曲線を求めると図３で示す通りになる。そして近似曲線に基づいて求められる補正用計算式は、「出力値（地上ＮＤＶＩ）＝入力値（上空ＮＤＶＩ）−０．１０」となる。

このような方法で生成される補正用計算式に一の上空ＮＤＶＩを入力することによって得られる出力値は、補正用圃場を対象とした上空ＮＤＶＩと地上ＮＤＶＩとの相関関係に準じて当該一の上空ＮＤＶＩを仮想的に地上ＮＤＶＩへと変換したものということができる。そして、上述したように地上ＮＤＶＩは、上空ＮＤＶＩよりも精度が高く、補正用圃場を対象とした上空ＮＤＶＩと地上ＮＤＶＩとの相関関係に準じて補正された出力値は、入力値よりも精度が高いＮＤＶＩということができる。

ここで、上述したように本実施形態では、補正用圃場として、生育量が最も多い圃場と生育量が最も少ない圃場と生育量が中間程度の圃場との３個の圃場が選択される。これは以下の理由による。すなわち、周知の通り、圃場における生育量は、圃場についてのＮＤＶＩに影響を与え、生育量とＮＤＶＩとは正の相関関係がある。そして、上記の方針で補正用圃場を選択することにより、横軸に地上ＮＤＶＩを取り、縦軸に上空ＮＤＶＩを取った２次元空間で適度に離間した３つの点をプロットすることが可能となり、各点の位置に基づいて導出される近似曲線の妥当性を高めることができるからである。

なお、施肥量決定部１０が、２次元空間上に点をプロットし、近似曲線を求める処理は、特許請求の範囲の「第１指標値取得部により取得された当該一の圃場についての第１指標値を、第２指標値取得部により取得されたＮ個の圃場についての第２指標値に基づいて補正する処理」および「Ｍ個の圃場のそれぞれについて第１指標値取得部により取得された第１指標値と、第２指標値取得部により取得された第２指標値との相関関係を分析する処理」に相当し、補正用計算式を導出する処理は、「分析結果に基づいて、第１指標値を入力とし第２指標値を出力とする第２計算式を事前に生成する処理」に相当する。

以上の処理が補正用計算式生成処理である。補正用計算式生成処理により補正用計算式を生成した後、施肥量決定部１０は、以下の処理を実行する。すなわち、補正用圃場ではない７個の圃場（以下「被補正圃場」という）のそれぞれについて、補正用計算式に上空ＮＤＶＩを入力し、その出力値を補正値として取得する。補正値は、特許請求の範囲の「補正第１指標値」に相当する。

例えば、図２を参照し、７個の被補正圃場について、上空ＮＤＶＩが図２の通りとし、補正用計算式が「出力値＝入力値−０．１０」であるとすると、これら７個の被補正圃場については、補正値は図４に示す通りとなる。識別番号がＨ０３の被補正圃場に着目すると、当該被補正圃場の上空ＮＤＶＩは「０．５０」であり、これを入力値として補正用計算式に入力することによって出力される出力値は、「０．５０−０．１０＝０．４０」となる。

施肥量決定部１０が７個の被補正圃場のそれぞれについて補正値を取得する処理は、特許請求の範囲の「第１指標値取得部により取得された一の圃場についての第１指標値から第２計算式により当該一の圃場についての補正第１指標値を導出する処理」に相当する。

以上のようにして、施肥量決定部１０は、３個の補正用圃場について地上ＮＤＶＩを得て、更に７個の被補正圃場について補正値を得る。そして、施肥量決定部１０は、３個の補正用圃場については、施肥量導出計算式（内容については後述）に地上ＮＤＶＩを入力し、出力値として得られる施肥量を最終的な追肥時施肥量として決定する。一方、施肥量決定部１０は、７個の被補正圃場については、施肥量導出計算式に補正値を入力し、出力値として得られる施肥量を最終的な追肥時施肥量として決定する。

施肥量導出計算式は、ＮＤＶＩ（指標値）を入力し、施肥量を出力する計算式である。施肥量導出計算式に一のＮＤＶＩを入力したときに出力される施肥量は、追肥時のＮＤＶＩが当該一のＮＤＶＩであった場合に、収穫物の質を目標値とするために必要かつ適切な追肥時施肥量である。本実施形態において、収穫物の質とは、外観的あるいは食味的な品質だけでなく、収穫物の収量や、籾数、追肥後の生育過程の指標等を広く含む概念である。 追肥後の生育過程の指標は、例えば、追肥した後の穂揃期の葉緑素計値（ＳＰＡＤ値）である。なお、穂揃期の葉緑素計値（ＳＰＡＤ値）が一定値以上の場合は、品質が良いということができる。図５は、追肥時のＮＤＶＩを縦軸とし追肥時の施肥量を横軸とする２次元空間に描画された１次式によって、追肥時のＮＤＶＩと追肥時の施肥量との関係を単純化して示している。図５で示すように、収穫物の質を所定値とするときの追肥時の施肥量と、追肥時のＮＤＶＩとの間には、ＮＤＶＩが大きくなるほど施肥量が小さくなる関係がある。

本実施形態では、施肥量導出計算式は、蓄積された過去の実際の追肥時の施肥量および追肥時のＮＤＶＩ（植生関連値）の組み合わせと収穫物の質との関係について、収穫物の質を目的変数とし、追肥時の施肥量および追肥時の植生関連値を説明変数とする重回帰分析を行って求められた重回帰式に基づいて求められる。

詳述すると、事前に、実験や既存の圃場に対する観察により、追肥時の施肥量および追肥時のＮＤＶＩの組み合わせと、収穫物の質との関係を示すデータ、つまり、追肥時の施肥量が○○であり、追肥時のＮＤＶＩが○○であった場合に、収穫物の質は○○であったというデータが蓄積される。収穫物の質は、様々な観点から定義可能であり、一例として、収穫物全体に対する低外観品質の収穫物の割合（以下「低品質割合」という）である。この場合において低外観品質の収穫物は、例えば、白未熟粒（腹白粒や、背白粒、基部未熟粒、心白粒、乳白粒等）や、その他の未熟粒、被害粒、死米、着色粒等とすることができる。

そして、蓄積されたデータについて、収穫物の質を目的変数とし、追肥時の施肥量および追肥時のＮＤＶＩを説明変数とする重回帰分析が行われ、収穫物の質を目標値とするための追肥時の施肥量と追肥時のＮＤＶＩとの関係が定義された重回帰式が生成される。例えば、収穫物の質が上述した低品質割合である場合には、低品質割合を目標値（一例として５％）とするための、追肥時の施肥量と追肥時のＮＤＶＩとの関係が定義された重回帰式が生成される。そして重回帰式に基づいて、ＮＤＶＩを入力とし、重回帰式により表されるＮＤＶＩと施肥量との関係から決定される施肥量を出力とする施肥量導出計算式が生成される。このようにして生成される施肥量導出計算式の出力は、追肥時のＮＤＶＩが入力された値である場合に収穫物の質を目標値とするために必要かつ適切な追肥時の施肥量に相当する。なお重回帰式を、稲の生育時期毎、例えば出穂前３０日、２５日、２０日、１５日、１０日、５日といったように作成するようにしてもよい。この場合において、生育診断する時期が出穂前何日なのかを判定するには、作付け地点、品種、移植日、苗の葉齢及び苗姿、気温や、日長時間等から推定したり、幼穂の長さから推定したりすることができる。

なお、本実施形態の施肥量導出計算式の内容は、あくまで単純化した一例である。施肥量導出計算式は、追肥時のＮＤＶＩを入力の１つとし、収穫物の質を目標値とするために必要かつ適切な追肥時の施肥量を出力する計算式であれば、どのようなものであってもよい。一例として、追肥時のＮＤＶＩ以外に、収穫物の質に影響を与える要素の要素値を入力とし、当該要素を加味して追肥時の施肥量を出力する式であってもよい。当該要素は、一例として、特定の期間の気温（到来していない期間（例えば登熟期）については予想気温）や、特定の期間における雨量等である。また、施肥量導出計算式は重回帰分析により生成されるものである必要はなく、施肥量導出計算機の生成には様々な機械学習（一例としてニューラルネットワークを用いた機械学習）を応用可能である。

ここで施肥量導出計算式を利用して追肥時施肥量を高い精度で求めるためには、入力値としてのＮＤＶＩの精度が重要になる。上述したように上空ＮＤＶＩを導出するために用いる上空データは、ドローンを利用した圃場に対する遠隔からの観測によって得ることが可能であるため、短時間の作業で多くの圃場について得ることができる。しかしながら、撮影結果が天候、空気の状態等の環境による影響を受けやすく、得られた上空ＮＤＶＩの精度について改善の余地がある。

これを改善するためには、全ての圃場について地上ＮＤＶＩを導出するようにすればよいが、上述したように、地上ＮＤＶＩの導出に用いられる地上データを準備するためには、作業者が機材をもって圃場の近傍に赴き、撮影装置その他のセンサを使用して圃場の群生を観測するといった作業や、圃場の中央部に撮像装置が取り付けられた支柱を立設する等の作業を１つ１つの圃場について行う必要があり、作業に非常に時間がかかる。

一方で本実施形態では、被補正圃場については、被補正圃場に係る上空ＮＤＶＩが単純に施肥量導出計算式に入力されるのではなく、被補正圃場に係る上空ＮＤＶＩが３個の補正用圃場に係る地上ＮＤＶＩに基づいて上述した方法で補正され、精度について高められた上で施肥量導出計算式に入力される。このため、施肥量導出計算式を利用して導出される追肥時補正量の精度を高めることができる。更に、地上での観測が行われる圃場を１０個ではなく３個に限定できるため、作業に要する時間を短縮することができる。

さて１０個の対象圃場のそれぞれについて最終的な追肥時施肥量を決定した後、施肥量決定部１０は、表示装置２を制御して、１０個の対象圃場のそれぞれについて識別情報と対応付けて、決定した追肥時施肥量を示す情報を表示装置２の表示領域に表示する。ユーザは、表示装置２を参照することにより、１０個の対象圃場のそれぞれについて施肥量決定装置１が決定した追肥時施肥量を認識でき、追肥の際に実際に供給する施肥量を決定するときの参考とすることができる。

次に本実施形態に係る施肥量決定装置１の動作について図６のフローチャートを用いて説明する。図６（Ａ）は施肥量決定部１０の動作を示し、図６（Ｂ）は第１指標値取得部１１の動作を示し、図６（Ｃ）は第２指標値取得部１２の動作を示している。以下の説明では、施肥量決定装置１は、Ｎ（ただし、Ｎ≧２）個の圃場を対象として追肥時施肥量を決定するものとし、Ｎ個の対象圃場のうち、Ｍ（ただし、Ｍ＜Ｎ）個の圃場が補正用圃場であるものとする。

図６（Ａ）で示すように、施肥量決定部１０は、情報提供指示があったか否かを監視する（ステップＳＡ１）。情報提供指示があった場合（ステップＳＡ１：ＹＥＳ）、施肥量決定部１０は、第１指標値取得部１１に上空ＮＤＶＩの取得を要求する（ステップＳＡ２）。更に施肥量決定部１０は、第２指標値取得部１２に地上ＮＤＶＩの取得を要求する（ステップＳＡ３）。ステップＳＡ２とステップＳＡ３の処理の順番は順不同であり、また、並行して実行されてもよい。

図６（Ｂ）で示すように、第１指標値取得部１１は、施肥量決定部１０から上空ＮＤＶＩの取得の要求があったか否かを監視する（ステップＳＢ１）。当該要求があった場合（ステップＳＢ１：ＹＥＳ）、第１指標値取得部１１は、記憶部１３に記憶されたＮ個の対象圃場の上空データを取得する（ステップＳＢ２）。次いで、第１指標値取得部１１は、ステップＳＢ２で取得した上空データのそれぞれを分析し、対象圃場毎の上空ＮＤＶＩを取得する（ステップＳＢ３）。次いで、第１指標値取得部１１は、ステップＳＢ３で取得した対象圃場毎の上空ＮＤＶＩのそれぞれを圃場の識別情報と対応付けて、施肥量決定部１０に応答する（ステップＳＢ４）。

図６（Ｃ）で示すように、第２指標値取得部１２は、施肥量決定部１０から地上ＮＤＶＩの取得の要求があったか否かを監視する（ステップＳＣ１）。当該要求があった場合（ステップＳＣ１：ＹＥＳ）、第２指標値取得部１２は、記憶部１３に記憶されたＭ個の補正用圃場のそれぞれの地上データを取得する（ステップＳＣ２）。次いで、第２指標値取得部１２は、ステップＳＣ２で取得した地上データのそれぞれを分析し、Ｍ個の補正用圃場毎の地上ＮＤＶＩを取得する（ステップＳＣ３）。次いで、第２指標値取得部１２は、ステップＳＣ３で取得した補正用圃場の地上ＮＤＶＩのそれぞれを圃場の識別情報と対応付けて、施肥量決定部１０に応答する（ステップＳＣ４）。

図６（Ａ）で示すように、ステップＳＡ３の処理後、施肥量決定部１０は、第１指標値取得部１１からの上空ＮＤＶＩの応答、および、第２指標値取得部１２からの地上ＮＤＶＩの応答の双方があったか否かを監視する（ステップＳＡ４）。双方の応答があった場合（ステップＳＡ４：ＹＥＳ）、施肥量決定部１０は、補正用計算式生成処理を実行し、補正用計算式を生成する（ステップＳＡ５）。上述したように補正用計算式生成処理では、補正用圃場についての上空ＮＤＶＩと地上ＮＤＶＩとの相関関係が分析され、上空ＮＤＶＩを入力とし、相関関係を反映して補正されたＮＤＶＩを出力とする補正用計算式が生成される。

次いで、施肥量決定部１０は、「Ｎ−Ｍ」個の被補正圃場のそれぞれについて、ステップＳＡ５で生成した補正用計算式に上空ＮＤＶＩを入力することによって、補正値を得る（ステップＳＡ６）。次いで、施肥量決定部１０は、施肥量導出計算式を用いてＮ個の対象圃場のそれぞれについて最終的な追肥時施肥量を決定する（ステップＳＡ７）。詳述すると施肥量決定部１０は、補正用圃場については、施肥量導出計算式に地上ＮＤＶＩを入力して得られる出力値を最終的な追肥時施肥量として決定し、一方、被補正圃場については、施肥量導出計算式に補正値を入力して得られる出力値を最終的な追肥時施肥量として決定する。次いで、施肥量決定部１０は、決定した追肥時施肥量を示す情報を表示装置２に表示する（ステップＳＡ８）。

以上詳しく説明したように、施肥量決定装置１は、Ｎ（ただし、Ｎ≧２）個の対象圃場のそれぞれについて、遠隔からの観測により得られた上空ＮＤＶＩを取得すると共に、Ｎ個の圃場のうち、Ｍ（ただし、Ｍ＜Ｎ）個の補正用圃場のそれぞれについて、地上ＮＤＶＩを取得する。そして施肥量決定装置１は、被補正圃場の追肥時施肥量を決定する際、被補正圃場についての上空ＮＤＶＩを、３個の補正用圃場の地上ＮＤＶＩに基づいて補正することによって補正値を導出し、導出した補正値から施肥量導出計算式により追肥時の施肥量を導出するようにしている。

この構成によれば、Ｍ個の圃場のそれぞれの施肥量を決定するにあたって、遠隔からの観測により得られた上空ＮＤＶＩをそのまま施肥量導出計算式に入力するのではなく、地上ＮＤＶＩという精度の高い指標値を用いて補正してから当該計算式に入力するため、高い精度で施肥量を決定できる。また、地上ＮＤＶＩの導出は、Ｎ個の全ての圃場について行われるのではなく、Ｎ個よりも少ないＭ個の圃場についてのみ行われるため、地上ＮＤＶＩを取得するための作業にかかる時間を短くすることができる。

＜変形例＞
次に上記実施形態の変形例について図１を援用し、上記実施形態と相違する部分を中心として説明する。本変形例に係る施肥量決定装置１は、Ｎ（ただし、Ｎ≧２）個の圃場を対象として追肥時施肥量を決定するものとし、Ｎ個の対象圃場のうち、Ｍ（ただし、Ｍ＜Ｎ）個の圃場が補正用圃場であるものとする。

上記実施形態では、第２指標値取得部１２が取得する指標値は、補正用圃場のそれぞれの地上ＮＤＶＩであった。一方、本変形例に係る第２指標値取得部１２は、補正用圃場のそれぞれのＳＰＡＤ値を取得する。詳述すると、記憶部１３には、補正用圃場のそれぞれについて、ＳＰＡＤ値が記録されたＳＰＡＤ値データが事前に記憶される。第２指標値取得部１２は、施肥量決定部１０からの要求に応じて、記憶部１３に記憶された補正用圃場毎のＳＰＡＤ値を取得する。

各補正用圃場についてのＳＰＡＤ値は、作業者が各補正用圃場に実際に赴き、葉緑素計を用いて測定される。ＳＰＡＤ値は、特許請求の範囲の「農作物に対する計測器を用いた計測により得られた第２指標値」および「葉緑素計を用いた計測により得られたＳＰＡＤ値」に相当する。

また、本変形例に係る施肥量決定部１０は、以下の処理を実行する。すなわち、第１指標値取得部１１からＮ個の対象圃場についての上空ＮＤＶＩの応答を受け、第２指標値取得部１２からＭ個の補正用圃場についてのＳＰＡＤ値の応答を受けると、施肥量決定部１０は、まず、補正用計算式生成処理を実行する。

本変形例に係る補正用計算式生成処理において、本変形例に係る施肥量決定部１０は、補正用圃場のそれぞれの上空ＮＤＶＩとＳＰＡＤ値とに基づいて、上記実施形態と同様の方法で、上空ＮＤＶＩとＳＰＡＤ値との相関関係を分析する。本変形例に係る施肥量決定部１０は、分析結果に基づいて、上空ＮＤＶＩを入力値として入力し、補正用圃場を対象とした上空ＮＤＶＩとＳＰＡＤ値との相関関係に準じて、上空ＮＤＶＩを補正値へと変換し、この補正値を出力する補正用計算式を生成する。この補正値は、ＳＰＡＤ値と同じ単位で表される値である。

ここでＳＰＡＤ値は、葉緑素計を用いた計測に基づいて導出されるものであり、地上ＮＤＶＩよりも精度が高く、補正用圃場を対象とした上空ＮＤＶＩとＳＰＡＤ値との相関関係に準じて補正され、出力された補正値は、入力値よりも精度が高いということができる。

補正用計算式を生成した後、本変形例に係る施肥量決定部１０は、「Ｎ−Ｍ」個の被補正圃場のそれぞれについて、補正用計算式に上空ＮＤＶＩを入力し、その出力値を補正値として取得する。次いで、本変形例に係る施肥量決定部１０は、施肥量導出計算式を利用して、対象圃場の追肥時施肥量を決定する。本変形例では、施肥量導出計算式は、追肥時のＳＰＡＤ値を入力とし、収穫物の品質を目標値とするために必要かつ適切な追肥時施肥量を出力する計算式である。施肥量導出計算式は、上記実施形態で説明した方法と同様の方法で事前に生成される。

追肥時施肥量を決定する方法は上記実施形態と同様であり、本変形例に係る施肥量決定部１０は、補正用圃場については、施肥量導出計算式にＳＰＡＤ値を入力し、その出力を追肥時施肥量として決定し、また、被補正圃場については、施肥量導出計算式に補正値を入力し、その出力を追肥時施肥量として決定する。本変形例に係る施肥量決定装置１が奏する効果は、上記実施形態と同様である。なお、第２指標値として、変形例のＳＰＡＤ値に代えて、他の指標値を用いてもよいことは勿論である。一例として、葉色板を用いた地上での計測により得られる葉色板値を用いることができる。

以上、本発明の一実施形態（変形例を含む）を説明したが、上記実施形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

例えば上記実施形態では、施肥量決定装置１は、稲を対象として、稲作の追肥時の施肥量を決定した。しかしながら、対象とする農作物は稲に限られない。すなわち、本発明は、栽培に際して追肥が行われる農作物に広く適用可能である。一例として小麦、大麦、大豆その他の穀物や、野菜、果物等に適用可能である。

また、対象圃場のうち、補正用圃場を選択するときのルールは、上記実施形態で例示したものに限らない。ただし、例えば、生育量以外の要素に基づいて補正用圃場を選択するようにしてもよい。ただし補正用圃場の個数が少ないほど、作業に要する時間が短くなるものの、補正用計算式を生成するときのサンプル数が少なくなるため補正用計算式の精度が低くなり、逆に、補正用圃場の個数が多いほど補正用計算式の精度が高くなる一方、作業に要する時間が長くなる。補正用圃場の個数は、このことを考慮して定められる必要がある。

また、上空ＮＤＶＩを地上ＮＤＶＩによって補正する方法は、上記実施形態で例示した方法に限られない。すなわち、上空ＮＤＶＩの値に地上ＮＤＶＩを反映させることにより、上空ＮＤＶＩの精度が向上する方法であれば、どのような方法であってもよい。一例として、施肥量決定部１０が、補正用圃場の上空ＮＤＶＩと地上ＮＤＶＩとの相関関係を分析することによって、上空ＮＤＶＩを地上ＮＤＶＩに近づけるための加算値または減算値を固定値として導出し、被補正圃場の上空ＮＤＶＩに対して加算値を加算しまたは減算値を減算して補正値を求めるようにしてもよい。

また、記憶部１３は、施肥量決定装置１とは異なる外部記憶装置が有する構成でもよい。

また、施肥量決定装置１を、インターネット上のサーバとして構成し、インターネットを介してクライアントから追肥時施肥量を示す情報の提供の要請があったときに、上述した手法で追肥時施肥量を導出し、クライアントに提供する構成としてもよい。

また、施肥量決定装置１は、単体のコンピュータである必要はなく、複数のコンピュータにより構成されていてもよい。例えば、インターネットを介して接続された端末とクラウドサーバとが協働して施肥量決定装置１として機能し、端末が適宜クラウドサーバと協働して処理を実行する構成でもよい。

また、上記実施形態では、施肥量決定装置１は、３個（Ｍ個）の補正用圃場については、施肥量導出計算式に３個の補正用圃場についての地上ＮＤＶＩを入力し、出力値として得られる施肥量を最終的な追肥時施肥量として決定した。この点に関し、３個の補正用圃場についても、上空ＮＤＶＩから補正用計算式を用いて補正値を取得し、補正値を施肥量導出計算式に入力し、当該計算式の出力値を最終的な追肥時施肥量として決定する構成でもよい。

１ 施肥量決定装置
１０ 施肥量決定部
１１ 第１指標値取得部
１２ 第２指標値取得部

Claims (7)

1. Ｎ（ただし、Ｎ≧２）個の圃場のそれぞれについて、追肥時の施肥量を決定する施肥量決定装置であって、
   Ｎ個の圃場のそれぞれについて、遠隔からの観測により得られた第１指標値を取得する第１指標値取得部と、
   Ｎ個の圃場のうち、Ｍ（ただし、Ｍ＜Ｎ）個の圃場のそれぞれについて、農作物に対する計測器を用いた計測、または、農作物の近傍で行われる農作物に対する観測により得られた第２指標値を取得する第２指標値取得部と、
   Ｎ個の圃場のそれぞれについて、指標値を入力とし施肥量を出力とする第１計算式を用いて施肥量を決定する施肥量決定部とを備え、
   前記施肥量決定部は、
   Ｎ個の圃場のうち第２指標値が取得されていない一の圃場の施肥量を決定する際、前記第１指標値取得部により取得された当該一の圃場についての第１指標値を、前記第２指標値取得部により取得されたＭ個の圃場についての第２指標値に基づいて補正することによって当該一の圃場についての補正第１指標値を導出し、導出した補正第１指標値から前記第１計算式により施肥量を導出する
   ことを特徴とする施肥量決定装置。
2. 前記施肥量決定部は、
   当該一の圃場についての補正第１指標値を導出する際、Ｍ個の圃場のそれぞれについて前記第１指標値取得部により取得された第１指標値と、前記第２指標値取得部により取得された第２指標値との相関関係を分析し、分析結果に基づいて、第１指標値を入力とし第２指標値を出力とする第２計算式を事前に生成し、
   前記第１指標値取得部により取得された当該一の圃場についての第１指標値から前記第２計算式により当該一の圃場についての補正第１指標値を導出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の施肥量決定装置。
3. Ｍ個の圃場は、Ｎ個の圃場のうち、農作物の生育量の相違に着目して選択された複数の圃場であることを特徴とする請求項２に記載の施肥量決定装置。
4. 前記第１指標値取得部は、Ｎ個の圃場のそれぞれについて、ドローンを用いた上空からのセンシングにより得られるＮＤＶＩを取得することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の施肥量決定装置。
5. 前記第２指標値取得部は、Ｍ個の圃場のそれぞれについて、葉緑素計を用いた計測により得られたＳＰＡＤ値、地上における近傍からのセンシングにより得られるＮＤＶＩ、または、色板を用いた地上での計測により得られた葉色板値を取得することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の施肥量決定装置。
6. 前記施肥量決定部は、
   蓄積された過去の実際の追肥時の施肥量および追肥時の指標値の組み合わせと収穫物の質との関係について、収穫物の質を目的変数とし、追肥時の施肥量および追肥時の指標値を説明変数とする重回帰分析を行って求められた重回帰式に基づく計算式を前記第１計算式として利用して追肥時の施肥量を決定する
   ことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の施肥量決定装置。
7. Ｎ（ただし、Ｎ≧２）個の圃場のそれぞれについて、追肥時の施肥量を決定する施肥量決定方法であって、
   Ｎ個の圃場のそれぞれについて、遠隔からの観測により得られた第１指標値を取得すると共に、Ｎ個の圃場のうち、Ｍ（ただし、Ｍ＜Ｎ）個の圃場のそれぞれについて、農作物に対する計測器を用いた計測、または、農作物の近傍で行われる農作物に対する観測により得られた第２指標値を取得する第１ステップと
   Ｎ個の圃場のそれぞれについて、指標値を入力とし施肥量を出力とする第１計算式を用いて施肥量を決定する第２ステップとを備え、
   前記第２ステップにおいて、Ｎ個の圃場のうち第２指標値が取得されていない一の圃場の施肥量を決定する際、前記第１ステップで取得した当該一の圃場についての第１指標値を、前記第１ステップで取得したＭ個の圃場についての第２指標値に基づいて補正することによって当該一の圃場についての補正第１指標値を導出し、導出した補正第１指標値から前記第１計算式により施肥量を導出する
   ことを特徴とする施肥量決定方法。