JP2021023263A - 作業圃場特定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作業が行われた圃場を容易に特定することかできるようになる作業圃場特定装置を提供する。【解決手段】作業圃場特定装置は、作業車両の作業領域を特定する作業領域特定部４３Ａと、作業領域特定部によって特定された作業領域の重心位置を、作業領域重心位置として算出する重心位置算出部４３Ｂと、記作業領域重心位置と圃場重心位置との距離が短い方から順番に２以上の所定数の圃場を作業圃場候補として選択する候補選択部４３Ｃと、候補選択部によって選択された複数の作業圃場候補のうち、作業領域と重なっている面積が最大である作業圃場候補を、作業が行われた作業圃場として特定する作業圃場特定部４３Ｄとを含む。【選択図】図２

Description

本発明は、作業が行われた圃場を特定するための作業圃場特定装置に関する。

特許文献１には、収穫機が収穫作業を行っている間に測定された作業車両の位置情報に基づいて、作業領域を特定し、特定した作業領域の面積を算出することが開示されている。

特開２０１９−４１６１３号公報

特許文献１に記載の発明では、作業領域の特定、特定された作業領域の面積の算出、特定された作業領域での収穫量の把握等は可能である。しかしながら、圃場が多数存在している場合に、特定された作業領域がどの圃場に属するかを特定するには、圃場毎に圃場位置と作業領域とを比較していく必要がある。
隣接する２つの圃場の境界に近い領域で作業が行われた場合には、作業車両位置の測定誤差等により、特定された作業領域が２つの圃場に跨るといったことも起こりうる。このような場合には、特定された作業領域が、いずれの圃場に属するかを特定することは困難となる。

この発明の目的は、作業が行われた圃場を容易に特定することかできるようになる作業圃場特定装置を提供することである。

この発明の一実施形態は、複数の圃場各々について、その位置およびその重心位置を、それぞれ圃場位置および圃場重心位置として記憶する圃場情報記憶部と、作業車両が作業を行っている間に測定された前記作業車両の時刻ごとの位置情報を含む時系列情報を取得する取得部と、前記取得部によって取得された時系列情報に基づいて、前記作業車両の作業領域を特定する作業領域特定部と、前記作業領域特定部によって特定された前記作業領域の重心位置を、作業領域重心位置として算出する重心位置算出部と、前記作業領域重心位置と前記圃場重心位置との距離が短い方から順番に２以上の所定数の圃場を作業圃場候補として選択する候補選択部と、前記候補選択部によって選択された複数の作業圃場候補のうち、前記作業領域と重なっている面積が最大である作業圃場候補を、前記作業が行われた作業圃場として特定する作業圃場特定部とを含む。

この構成によれば、作業が行われた圃場を容易に特定することかできるようになる。
この発明の一実施形態では、前記取得部は、作業毎に、前記作業車両が作業を行っている間に測定された前記作業車両の時刻ごとの位置情報を含む時系列情報を取得するように構成されており、前記作業領域特定部は、作業毎に、前記取得部によって取得された時系列情報に基づいて、前記作業車両の作業領域を特定するように構成されており、前記重心位置算出部は、作業毎に、前記作業領域特定部によって特定された前記作業領域の重心位置を、作業領域重心位置として算出するように構成されており、前記候補選択部は、作業毎に、前記作業領域重心位置と前記圃場重心位置との距離が短い方から順番に２以上の所定数の圃場を作業圃場候補として選択するように構成されており、前記作業圃場特定部は、作業毎に、前記候補選択部によって選択された複数の作業圃場候補のうち、前記作業領域と重なっている面積が最大である作業圃場候補を、前記作業が行われた作業圃場として特定するように構成されている。

図１は、本発明の一実施形態に係る作業圃場特定装置が適用された作業圃場特定システムの構成を示す模式図である。 図２は、トラクタおよび管理サーバの電気的構成を示すブロック図である。 図３は、圃場テーブルの内容の一例を示す模式図である。 図４は、作業圃場特定処理部よって実行される、作業圃場特定処理の手順を示すフローチャートである。 図５Ａは、作業圃場特定処理を具体的に説明するための模式図である。 図５Ｂは、作業圃場特定処理を具体的に説明するための模式図である。 図５Ｃは、作業圃場特定処理を具体的に説明するための模式図である。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る作業圃場特定装置が適用された作業圃場特定システムの構成を示す模式図である。
作業圃場特定システム１は、作業車両２と、作業圃場特定装置としての管理サーバ３とを含む。管理サーバ３は、管理センター４内に設けられている。作業車両２は、通信網５を介して管理サーバ３と通信可能である。

作業車両２は、特定ユーザが所有する圃場に対して作業を行う。この明細書において、作業車両２は、走行機と走行機に牽引される作業機とからなる作業車両や、走行部と作業部とが一体となっている作業車両を含む。
図１に例示された作業車両２は、走行機２Ａと、走行機２Ａに牽引される作業機２Ｂとからなる。図１の例では、走行機２Ａは、トラクタである。以下においては、走行機２Ａをトラクタ２Ａということにする。作業機２Ｂの種類には、例えば、植え付け機、肥料散布機、農薬散布機、ロールベーラ、耕耘機、プラウ、レベラー、草刈機、播種機、収穫機等がある。なお、走行部と作業部とが一体となっている作業車両としては、例えば、田植機、コンバイン等を挙げることができる。

トラクタ２Ａは、測位衛星６を利用してトラクタ２Ａ（作業車両２）の位置を測位する機能を備えている。トラクタ２Ａは、位置情報および稼働情報を管理サーバ３に送信する。管理サーバ３は、トラクタ２Ａから送信されてきた位置情報および稼働情報を受信して、記憶部に記憶する。管理サーバ３は、受信した位置情報に基づいて、作業車両２によって作業が行われた圃場を特定する。

図２は、トラクタ２Ａおよび管理サーバ３の電気的構成を示すブロック図である。
トラクタ２Ａは、トラクタ制御部１０を含む。トラクタ制御部１０は、ＣＰＵおよびメモリ（揮発性メモリ、不揮発性メモリ等）１１を備えたマイクロコンピュータを含む。
トラクタ制御部１０は、トラクタ２Ａの動作（前進、後進、停止、旋回等の動作）と、作業機２Ｂの動作とを制御する。トラクタ制御部１０には、トラクタ２Ａの各部を制御するためのコントローラ類２１が電気的に接続されている。コントローラ類２１は、エンジンの回転数等を制御するエンジンコントローラ、トラクタ２Ａの車速を制御する車速コントローラ、トラクタ２Ａの前輪の転舵角を制御する操向コントローラ、ＰＴＯ軸の回転を制御するＰＴＯ軸コントローラ等を含む。

トラクタ制御部１０には、さらに、位置情報算出部２２、通信部２３、表示部２４、操作部２５、記憶部２６等が接続されている。
位置情報算出部２２には、衛星信号受信用アンテナ２７が電気的に接続されている。衛星信号受信用アンテナ２７は、衛星測位システムを構成する測位衛星６（図１参照）からの信号を受信するものである。衛星測位システムは、たとえば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）である。位置情報算出部２２は、衛星信号受信用アンテナ２７で受信された測位信号に基づいて、トラクタ２Ａ（厳密には、衛星信号受信用アンテナ２７）の位置を算出する。具体的には、位置情報算出部２２は、時刻情報と位置情報とを含む測位情報を生成する。位置情報は、例えば、緯度情報と経度情報とからなる。

通信部２３は、トラクタ制御部１０が通信網５を介して管理サーバ３と通信するための通信インタフェースである。表示部２４は、例えば液晶表示器からなる。操作部２５には、複数のレバーやスイッチ等が設けられている。
記憶部２６は、不揮発性メモリ等の記憶デバイスから構成されている。記憶部２６には、位置情報記憶部３１、稼働情報記憶部３２等が設けられている。

トラクタ制御部１０は、情報取得処理部１２を含んでいる。情報取得処理部１２は、位置情報算出部２２によって算出される時刻毎の位置情報を取得して位置情報記憶部３１に記憶する。また、情報取得処理部１２は、トラクタ制御部１０から時刻毎に与えられる稼働情報を取得して稼働情報記憶部３２に記憶する。稼働情報には、車速、エンジン回転数等が含まれる。この実施形態では、稼働情報に、作業車両２または作業機２Ｂによって行われた作業に関する情報（以下、「作業関連情報」という場合がある。）が含まれている。「作業関連情報」には、例えば、植え付け機による植え付け量、肥料散布機による肥料散布量（施肥量）、農薬散布機による農薬散布量、収穫機による収穫量等が含まれる。

情報取得処理部１２は、位置情報記憶部３１に記憶された時刻毎の位置情報および稼働情報記憶部３２に記憶された時刻毎の稼働情報を所定のタイミング（例えば、電源キーがオフ操作されたタイミング）で管理サーバ３に送信する。以下において、管理サーバ３に送信される「時刻毎の位置情報および稼働情報」を、「時刻毎の位置・稼働情報」という場合がある。

管理サーバ３は、サーバ制御部４０を備えている。サーバ制御部４０には、通信部５１、操作表示部５２、操作部５３、記憶部５４等が接続されている。通信部５１は、サーバ制御部４０が通信網５を介してトラクタ制御部１０と通信するための通信インタフェースである。操作表示部５２は、例えば、タッチパネル式ディスプレイからなる。操作部５３は、例えば、キーボード、マウス等を含む。記憶部５４は、ハードディスク、不揮発性メモリ等の記憶デバイスから構成されている。

記憶部５４には、時系列情報記憶部５５、圃場テーブル５６、作業情報記憶テーブル５７等が設けられている。時系列情報記憶部５５には、トラクタ制御部１０から受信した時刻毎の位置・稼働情報が記憶される。
圃場テーブル５６には、図３に示すように、サーバ３に登録されている圃場毎に、圃場に関する情報（圃場情報）が記憶される。以下において、サーバ３に登録されている圃場を「登録圃場」という場合がある。この実施形態では、圃場テーブル５６には、登録圃場毎に、圃場ＩＤ、圃場位置特定情報、圃場の重心位置（以下、「圃場重心位置」という。）等が記憶される。

圃場ＩＤは、当該圃場を識別するための識別情報である。圃場位置特定情報は、圃場の位置を特定するための情報であり、例えば、圃場の輪郭線上の複数の特徴点の位置情報からなる。
作業情報記憶テーブル５７には、作業毎に、作業が行われた圃場（作業圃場）に関連付けて作業情報が記憶される。作業情報には、例えば、作業が行われた領域（作業領域）、前述した作業関連情報等が含まれる。なお、作業が行われた圃場は、後述する作業圃場特定処理部４３によって特定される。

サーバ制御部４０は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）４１を備えたマイクロコンピュータを含む。サーバ制御部４０は、情報取得部４２と、作業圃場特定処理部４３と、作業情報記憶処理部４４とを含む。
情報取得部４２は、トラクタ２Ａから時刻毎の位置・稼働情報を受信したときに、受信した時刻毎の位置・稼働情報を時系列情報記憶部５５に記憶する。以下において、作業車両２によって作業が行われている間に、トラクタ２Ａの記憶部２６（３１，３２）に蓄積された時刻毎の位置・稼働情報を「処理対象の時系列情報」ということにする。時系列情報記憶部５５には、処理対象の時系列情報が記憶されているものとする。

作業圃場特定処理部４３は、処理対象の時系列情報に基づいて、作業車両２によって作業が行われた圃場を特定するための作業圃場特定処理を行う。作業圃場特定処理部４３は、作業領域特定部４３Ａと、重心位置算出部４３Ｂと、候補選択部４３Ｃと、作業圃場特定部４３Ｄとを含む。
作業領域特定部４３Ａは、処理対象の時系列情報に基づいて、作業車両２の作業領域を特定する。

重心位置算出部４３Ｂは、作業領域特定部４３Ａによって特定された作業領域の重心位置を、作業領域重心位置として算出する。
候補選択部４３Ｃは、作業領域重心位置と圃場重心位置との距離が短い方から順番に２以上の所定数Ｍの圃場を作業圃場候補として選択する。
作業圃場特定部４３Ｄは、候補選択部４３Ｃによって選択された複数の作業圃場候補のうち、作業領域と重なっている面積が最大である作業圃場候補を、作業が行われた作業圃場として特定する。

作業情報記憶処理部４４は、作業情報記憶テーブル５７に、作業車両２によって行われた作業に関する作業情報を、作業圃場特定処理部４３によって特定された作業圃場に関連付けて記憶する。
以下、作業圃場特定処理部４３の動作の詳細について詳しく説明する。
図４は、作業圃場特定処理部４３よって実行される、作業圃場特定処理の手順を示すフローチャートである。

まず、作業圃場特定処理部４３内の作業領域特定部４３Ａは、処理対象の時系列情報に含まれる時系列の位置情報に基づいて、作業車両２の作業領域を特定する（ステップＳ１）。
作業領域特定部４３Ａは、例えば、次のようにして、作業領域を特定する。すなわち、処理対象の時系列情報に含まれる時系列の位置情報のうち、誤差が大きいと推定される不正確位置情報を公知の方法によって除去する。次に、作業領域特定部４３Ａは、不正確位置情報除去後の時系列の位置情報に対して補間処理を行うことにより、時系列の位置情報の数を増加させる。最後に、作業領域特定部４３Ａは、補間処理後の時系列の位置情報の集合に対して凸包を求め、凸包に対応する領域を作業領域として特定する。

凸包とは、与えられた点を全て包含する最小の凸多角形をいう。したがって、作業領域特定部４３Ａによって求められる凸包とは、補間処理後の収穫作業期間内の時系列の位置情報に対応する全ての点（位置）を包含する最小の凸多角形をいう。なお、凸包を求めるアルゴリズムとしては、公知のアルゴリズムを用いることができる。
作業領域特定部４３Ａは、凸包を求める方法以外の方法によって、収穫作業領域を特定してもよい。

次に、作業圃場特定処理部４３内の重心位置算出部４３Ｂは、作業領域特定部４３Ａによって特定された作業領域の重心位置を、作業領域重心位置として算出する（ステップＳ２）。
次に、作業圃場特定処理部４３内の候補選択部４３Ｃは、作業領域重心位置と圃場重心位置との距離が短い方から順番に２以上の所定数Ｍの圃場を作業圃場候補として選択する（ステップＳ３）。所定数Ｍは、例えば、１０に設定される。

最後に、作業圃場特定処理部４３内の作業圃場特定部４３Ｄは、候補選択部４３Ｃによって選択された複数の作業圃場候補のうち、作業領域と重なっている面積が最大である作業圃場候補を、作業が行われた作業圃場として特定する（ステップＳ４）。
以下、図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃを参照して、作業領域特定部４３Ａによって特定された作業領域が図５ＡのＲ１である場合、図５ＢのＲ２である場合および図５ＣのＲ３である場合を例にとって、重心位置算出部４３Ｂ、候補選択部４３Ｃおよび作業圃場特定部４３Ｄの動作を説明する。

図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃに示すように、複数の登録圃場は、４つの登録圃場Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４を含んでいるものとする。図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃでは、これらの登録圃場Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４の重心位置（圃場重心位置）を、それぞれＧ_Ｆ１、Ｇ_Ｆ２、Ｇ_Ｆ３、Ｇ_Ｆ４で示している。
図５Ａに示すように、作業領域特定部４３Ａによって特定された作業領域が図５ＡのＲ１である場合について説明する。作業領域Ｒ１は、登録圃場Ｆ２の内側に存在する領域と登録圃場Ｆ２の外側に存在する領域からなる。登録圃場Ｆ２の外側に存在する領域は、他の登録圃場とは重なっていない。

この場合、重心位置算出部４３Ｂは、作業領域Ｒ１の重心位置Ｇ_Ｒ１を作業領域重心位置として算出する。候補選択部４３Ｃは、作業領域重心位置Ｇ_Ｒ１と各登録圃場の圃場重心位置との距離に基づいて、例えば、４つの登録圃場Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４を作業圃場候補として選択する（ここではＭ＝４とする）。作業圃場特定部４３Ｄは、複数の作業圃場候補Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４のうち、作業領域Ｒ１と重なっている面積が最大である作業圃場候補Ｆ２を作業圃場として特定する。

図５Ｂに示すように、作業領域特定部４３Ａによって特定された作業領域が図５ＢのＲ２である場合について説明する。作業領域Ｒ２は、登録圃場Ｆ２と登録圃場Ｆ４とに跨っている。ただし、作業領域Ｒ２における登録圃場Ｆ２と重なっている部分の面積は、作業領域Ｒ２における登録圃場Ｆ４と重なっている部分の面積よりも大きい。
この場合、重心位置算出部４３Ｂは、作業領域Ｒ２の重心位置Ｇ_Ｒ２を作業領域重心位置として算出する。候補選択部４３Ｃは、作業領域重心位置Ｇ_Ｒ２と各登録圃場の圃場重心位置との距離に基づいて、例えば、４つの登録圃場Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４を作業圃場候補として選択する（ここではＭ＝４とする）。作業圃場特定部４３Ｄは、複数の作業圃場候補Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４のうち、作業領域Ｒ２と重なっている面積が最大である作業圃場候補Ｆ２を作業圃場として特定する。

図５Ｃに示すように、作業領域特定部４３Ａによって特定された作業領域が図５ＣのＲ３である場合について説明する。作業領域Ｒ３は、登録圃場Ｆ４の内側に存在している。ただし、作業領域Ｒ３の重心位置Ｇ_Ｒ３は、登録圃場Ｆ４の重心位置Ｇ_Ｆ４よりも、登録圃場Ｆ３の重心位置Ｇ_Ｆ３に近い。
この場合、重心位置算出部４３Ｂは、作業領域Ｒ３の重心位置Ｇ_Ｒ３を作業領域重心位置として算出する。候補選択部４３Ｃは、作業領域重心位置Ｇ_Ｒ３と各登録圃場の圃場重心位置との距離に基づいて、例えば、４つの登録圃場Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４を作業圃場候補として選択する（ここではＭ＝４とする）。

作業圃場特定部４３Ｄは、複数の作業圃場候補Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４のうち、作業領域Ｒ３と重なっている面積が最大である作業圃場候補Ｆ４を作業圃場として特定する。つまり、作業領域Ｒ３の重心位置Ｇ_Ｒ３は、登録圃場Ｆ４の重心位置Ｇ_Ｆ４よりも、登録圃場Ｆ３の重心位置Ｇ_Ｆ３に近いが、作業領域Ｒ３と重なっている面積が最大である作業圃場候補Ｆ４が作業圃場として特定される。

本実施形態では、作業領域の重心位置（作業領域重心位置）と各登録圃場の重心位置（圃場重心位置）とに基づいて、複数の登録圃場のうちから２以上の所定数の作業圃場候補が選択される。つまり、まず、作業領域および各登録圃場の重心位置に基づいて作業圃場候補が絞り込まれる。そして、絞り込まれた複数の作業圃場候補のうち、作業領域と重なっている面積が最大である作業圃場候補が作業圃場として特定される。これにより、作業が行われた圃場を容易に特定することかできるようになる。

作業圃場特定処理部４３は、作業毎に、作業圃場特定処理を行う。これにより、作業毎に、当該作業が行われた作業圃場を特定できる。したがって、作業毎に、当該作業が行われた圃場に関連付けて、当該作業情報（例えば、植え付け量、肥料散布量（施肥量）、農薬散布量、収穫量）を記憶することができる。
前述の実施形態では、作業車両２（トラクタ制御部１０）は、時刻毎の位置情報および稼働情報（時刻毎の位置・稼働情報）を管理サーバ３に送信している。しかし、作業車両２（トラクタ制御部１０）は、時刻毎の位置情報のみを管理サーバ３に送信するようにしてもよい。この場合、例えば、管理サーバ３（サーバ制御部４０）は、時刻毎の位置情報に基づいて、作業車両２の時刻毎の車速を算出し、算出された作業車両２の時刻毎の車速から、作業車両２が作業中であるか否か、作業車両２が行っている作業の種類等を判別し、これらの判別結果を作業情報として記憶するようにしてもよい。

この発明は、実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変更を行うことができる。

１ 作業圃場特定システム
２ 作業車両
２Ａ トラクタ（走行機）
２Ｂ 作業機
３ 管理サーバ
１０ トラクタ制御部
１２ 情報取得処理部
２２ 位置情報算出部
２７ 衛星信号受信アンテナ
３１ 位置情報記憶部
３２ 稼働情報記憶部
４０ サーバ制御部
４１ メモリ
４２ 情報取得部
４３ 作業圃場特定処理部
４３Ａ 作業領域特定部
４３Ｂ 重心位置算出部
４３Ｃ 候補選択部
４３Ｄ 作業圃場特定部
４３ 作業情報記憶処理部
５５ 時系列情報記憶部
５６ 圃場テーブル
５７ 作業情報記憶テーブル

Claims (2)

1. 複数の圃場各々について、その位置およびその重心位置を、それぞれ圃場位置および圃場重心位置として記憶する圃場情報記憶部と、
   作業車両が作業を行っている間に測定された前記作業車両の時刻ごとの位置情報を含む時系列情報を取得する取得部と、
   前記取得部によって取得された時系列情報に基づいて、前記作業車両の作業領域を特定する作業領域特定部と、
   前記作業領域特定部によって特定された前記作業領域の重心位置を、作業領域重心位置として算出する重心位置算出部と、
   前記作業領域重心位置と前記圃場重心位置との距離が短い方から順番に２以上の所定数の圃場を作業圃場候補として選択する候補選択部と、
   前記候補選択部によって選択された複数の作業圃場候補のうち、前記作業領域と重なっている面積が最大である作業圃場候補を、前記作業が行われた作業圃場として特定する作業圃場特定部とを含む、作業圃場特定装置。
2. 前記取得部は、作業毎に、前記作業車両が作業を行っている間に測定された前記作業車両の時刻ごとの位置情報を含む時系列情報を取得するように構成されており、
   前記作業領域特定部は、作業毎に、前記取得部によって取得された時系列情報に基づいて、前記作業車両の作業領域を特定するように構成されており、
   前記重心位置算出部は、作業毎に、前記作業領域特定部によって特定された前記作業領域の重心位置を、作業領域重心位置として算出するように構成されており、
   前記候補選択部は、作業毎に、前記作業領域重心位置と前記圃場重心位置との距離が短い方から順番に２以上の所定数の圃場を作業圃場候補として選択するように構成されており、
   前記作業圃場特定部は、作業毎に、前記候補選択部によって選択された複数の作業圃場候補のうち、前記作業領域と重なっている面積が最大である作業圃場候補を、前記作業が行われた作業圃場として特定するように構成されている、請求項１に記載の作業圃場特定装置。

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