JP2021129502A - 植物育成システム、コントローラ、植物育成方法、及び、コンピュータプログラム - Google Patents

植物育成システム、コントローラ、植物育成方法、及び、コンピュータプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】実際の植物の状態を考慮した育成システムを提供する。【解決手段】植物育成システム１００は、植物中の水分量に応じたセンサ信号ＳＧ１を出力する第１のセンサＳＥ１と、環境条件の測定値に応じたセンサ信号ＳＧ２を出力する第２のセンサＳＥ２と、育成対象の植物Ｐを第１のセンサが測定することによって得られた第１のセンサからのセンサ信号と、育成対象の植物を育成する環境を第２のセンサが測定することによって得られた第２のセンサからのセンサ信号とを用いて、育成対象の植物の育成環境のうちの、第２のセンサで測定される環境条件に応じた特定の環境パラメータを制御するコントローラ１０と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、植物育成システム、コントローラ、植物育成方法、及び、コンピュータプログラムに関する。
特開２０１４−６０９３４号公報（以下、特許文献１）は、植物が植えられた土壌の水分値の測定値に基づく頻度で水分の測定値の情報を管理装置にアップロードし、管理装置にて土壌の含水レベルを判定する植物支援システムを開示している。特許文献１に開示されているように、植物の育成を管理するための一般的なシステムは、環境を測定して測定値を用いて育成を管理するものである。
特開２０１４−６０９３４号公報
しかしながら、測定で得られた環境の値は、環境を示す値であって、育成している植物の状態を直接示しているものではない。そのため、実際の植物の状態を考慮した育成システムが望まれる。
ある実施の形態に従うと、植物育成システムは、植物中の水分量に応じたセンサ信号を出力する第１のセンサと、環境条件の測定値に応じたセンサ信号を出力する第２のセンサと、育成対象の植物を第１のセンサが測定することによって得られた第１のセンサからのセンサ信号と、育成対象の植物を育成する環境を第２のセンサが測定することによって得られた第２のセンサからのセンサ信号とを用いて、育成対象の植物の育成環境のうちの、第２のセンサで測定される環境条件に応じた特定の環境パラメータを制御するコントローラと、を備える。
他の実施の形態に従うと、コントローラは、植物中の水分量に応じたセンサ信号を出力する第１のセンサからのセンサ信号の入力を受け付けるための第１の入力部と、環境条件の測定値に応じたセンサ信号を出力する第２のセンサからのセンサ信号の入力を受け付けるための第２の入力部と、育成対象の植物を第１のセンサが測定することによって得られた第１のセンサからのセンサ信号と、育成対象の植物を育成する環境を第２のセンサが測定することによって得られた第２のセンサからのセンサ信号とを用いて、育成対象の植物の育成環境のうちの、第２のセンサで測定される環境条件に応じた特定の環境パラメータを制御するためのプロセッサと、を備える。
他の実施の形態に従うと、植物育成方法は、水分量に応じたセンサ信号を出力する第１のセンサを用いて、育成対象の植物中の水分量を示すデータを得、環境条件の測定値に応じたセンサ信号を出力する第２のセンサを用いて、育成対象の植物周囲の環境条件を示すデータを得、第１のセンサからのセンサ信号と、第２のセンサからのセンサ信号とを用いて、育成対象の植物の育成環境のうちの、第２のセンサで測定される環境条件に応じた特定の環境パラメータを制御する、ことを含む。
他の実施の形態に従うと、コンピュータプログラムは、コンピュータに植物育成のための制御を実行させるプログラムであって、制御は、水分量に応じたセンサ信号を出力する第１のセンサから、育成対象の植物中の水分量を示すデータを得ることと、環境条件の測定値に応じたセンサ信号を出力する第２のセンサから、育成対象の植物周囲の環境条件を示すデータを得ることと、第２のセンサで測定される環境条件に応じた特定の環境パラメータについての第１のセンサからのセンサ信号についての第１の閾値と第１のセンサからのセンサ信号とを比較し、第２のセンサからのセンサ信号についての第２の閾値と第２のセンサからのセンサ信号とを比較することと、比較の結果に基づいて環境条件に応じた特定の環境パラメータを制御することと、を含む。
更なる詳細は、後述の実施形態として説明される。
図１は、実施の形態に係る植物育成システム（以下、システム）の構成概略図である。 図２は、システムに含まれる検出装置の回路図である。 図３は、センサの蓄電部の電圧特性の例を示す図である。 図４は、センサの検出信号の間隔を示す図である。 図５は、センサの検出信号の間隔を示す図である。 図６は、センサにおける発電の原理図である。 図７は、ミニトマト育成時の気温、地温、及び湿度の測定結果である。 図８は、ミニトマト育成時の飽差の測定結果である。 図９は、ミニトマト育成時の日射量及び二酸化炭素濃度の測定結果である。 図１０は、ミニトマト育成時の培地の水分割合（土壌水分）の測定結果である。 図１１は、ミニトマト育成時の第１のセンサからの無線信号間隔である。 図１２は、図７の気温と図１１の無線信号間隔との相関を示した図である。 図１３は、図７の湿度と図１１の無線信号間隔との相関を示した図である。 図１４は、図７の地温と図１１の無線信号間隔との相関を示した図である。 図１５は、図８の飽差と図１１の無線信号間隔との相関を示した図である。 図１６は、図９の日射量と図１１の無線信号間隔との相関を示した図である。 図１７は、図９の二酸化炭素濃度と図１１の無線信号間隔との相関を示した図である。 図１８は、図１０の土壌水分と図１１の無線信号間隔との相関を示した図である。 図１９は、コントローラの構成の概略図である。 図２０は、コントローラで行われる演算処理の流れを表したフローチャートである。 図２１は、コントローラで行われる演算処理の流れを表したフローチャートである。 図２２は、昼間の無線信号間隔と日射量の測定値とを示した図である。 図２３は、夜間の無線信号間隔と土壌水分割合の測定値とを示した図である。
＜１．植物育成システム、コントローラ、植物育成方法、及び、コンピュータプログラムの概要＞
（１）本実施の形態に従う植物育成システムは、植物中の水分量に応じたセンサ信号を出力する第１のセンサと、環境条件の測定値に応じたセンサ信号を出力する第２のセンサと、育成対象の植物を第１のセンサが測定することによって得られた第１のセンサからのセンサ信号と、育成対象の植物を育成する環境を第２のセンサが測定することによって得られた第２のセンサからのセンサ信号とを用いて、育成対象の植物の育成環境のうちの、第２のセンサで測定される環境条件に応じた特定の環境パラメータを制御するコントローラと、を備える。
第１のセンサと第２のセンサとを用いることで、環境条件の測定値に加えて、育成対象の植物の実際の状態を表す測定値を用いて環境パラメータの適否を判定している。これにより、実際の植物の状態を考慮して育成管理を行うことができる。
（２）好ましくは、第１のセンサは、第１の電極及び第２の電極を有し、水分量に応じたセンサ信号を出力することは、第１の電極及び第２の電極の間に存在する水分中の電解質によって生じる電気エネルギー量に応じた時間間隔でセンサ信号を出力することを含む。これにより、時間間隔によって育成対象の植物の状況を測定できる。
（３）好ましくは、第１の電極と第２の電極との少なくとも一方は育成対象の植物に取り付けられる。これにより、育成対象の植物中の水分量を得ることができる。
（４）好ましくは、第１の電極と第２の電極とのうちの一方電極は育成対象の植物に取り付けられ、他方電極は植物の育成される培地に設置される。これにより、育成対象の植物及び培地中の水分量を得ることができる。
（５）好ましくは、コントローラは、特定の環境パラメータについて第１のセンサからのセンサ信号についての第１の閾値、及び、第２のセンサからのセンサ信号についての第２の閾値を記憶し、第１のセンサからのセンサ信号と第１の閾値との比較、及び、第２のセンサからのセンサ信号と第２の閾値との比較に基づいて特定の環境パラメータを制御する。これにより、実際の植物の状態を考慮して育成管理を行うことができる。
（６）好ましくは、コントローラは、第１のセンサからのセンサ信号と第２のセンサからのセンサ信号とを用いて、特定の環境パラメータのうちの第１の環境パラメータを制御し、第１の環境パラメータの制御の後に得られた第１のセンサからのセンサ信号と第２のセンサからのセンサ信号とを用いて、特定の環境パラメータのうちの第２の環境パラメータを制御する。これにより、第１の環境パラメータの影響を排した後に第２の環境パラメータを制御できる。
（７）好ましくは、第１の環境パラメータ及び第２の環境パラメータは第１のセンサからのセンサ信号の出力と所定以上の相関を有するパラメータであって、第１の環境パラメータが第２の環境パラメータよりも相関が高い。相関性の高い環境パラメータから順に制御することでより高精度に環境条件を調整できる。
（８）好ましくは、第１の環境パラメータは、育成対象の植物周囲の空気の飽差である。発明者らの測定及び分析によって、飽差は第１のセンサからのセンサ信号の出力に対して高い相関性を示すことが確認された。そのため、飽差を最初に制御することで高精度に環境条件を調整できる。
（９）本実施の形態に従うコントローラは、植物中の水分量に応じたセンサ信号を出力する第１のセンサからのセンサ信号の入力を受け付けるための第１の入力部と、環境条件の測定値に応じたセンサ信号を出力する第２のセンサからのセンサ信号の入力を受け付けるための第２の入力部と、育成対象の植物を第１のセンサが測定することによって得られた第１のセンサからのセンサ信号と、育成対象の植物を育成する環境を第２のセンサが測定することによって得られた第２のセンサからのセンサ信号とを用いて、育成対象の植物の育成環境のうちの、第２のセンサで測定される環境条件に応じた特定の環境パラメータを制御するためのプロセッサと、を備える。
（１０）本実施の形態に従う植物育成方法は、水分量に応じたセンサ信号を出力する第１のセンサを用いて、育成対象の植物中の水分量を示すデータを得、環境条件の測定値に応じたセンサ信号を出力する第２のセンサを用いて、育成対象の植物周囲の環境条件を示すデータを得、第１のセンサからのセンサ信号と、第２のセンサからのセンサ信号とを用いて、育成対象の植物の育成環境のうちの、第２のセンサで測定される環境条件に応じた特定の環境パラメータを制御する、ことを含む。第１のセンサと第２のセンサとを用いることで、環境条件の測定値に加えて、育成対象の植物の実際の状態を表す測定値を用いて環境パラメータの適否を判定している。これにより、実際の植物の状態を考慮して育成管理を行うことができる。
（１１）本実施の形態に従うコンピュータプログラムはコンピュータに植物育成のための制御を実行させるプログラムであって、制御は、水分量に応じたセンサ信号を出力する第１のセンサから、育成対象の植物中の水分量を示すデータを得ることと、環境条件の測定値に応じたセンサ信号を出力する第２のセンサから、育成対象の植物周囲の環境条件を示すデータを得ることと、第２のセンサで測定される環境条件に応じた特定の環境パラメータについての第１のセンサからのセンサ信号についての第１の閾値と第１のセンサからのセンサ信号とを比較し、第２のセンサからのセンサ信号についての第２の閾値と第２のセンサからのセンサ信号とを比較することと、比較の結果に基づいて環境条件に応じた特定の環境パラメータを制御することと、を含む。第１のセンサと第２のセンサとを用いることで、環境条件の測定値に加えて、育成対象の植物の実際の状態を表す測定値を用いて環境パラメータの適否を判定している。これにより、実際の植物の状態を考慮して育成管理を行うことができる。
＜２．植物育成システム、コントローラ、植物育成方法、及び、コンピュータプログラムの例＞
［第１の実施の形態］
図１を参照して、本実施の形態に係る植物育成システム（以下、システム）１００は、ビニルハウスや植物工場などの施設Ｈにおいて植物Ｐを育成するために用いられる。施設Ｈには、育成環境の調整手段の一例として、窓５１、空調設備５２、及び、照明装置５３が設けられている。
窓５１、空調設備５２、及び、照明装置５３は、それぞれ、開閉を調整するための調整部５０Ａ、オンオフや強弱を調整するための調整部５０Ｂ，５０Ｃを有している。調整部５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃを代表させて調整部５０とも称する。これにより、施設Ｈ内の植物Ｐの育成のための環境条件が調整される。
植物Ｐの育成のための環境条件は、１又は複数の環境パラメータを含む。環境パラメータは、植物Ｐの育成に必要であって、育成に影響するパラメータである。環境パラメータは、例えば、気温、地温、湿度、飽差、日射量、土壌水分量、などである。
システム１００は、調整部５０を制御するコントローラ１０を含む。コントローラ１０は、例えばコンピュータによって構成されている。コントローラ１０は調整部５０と通信可能に接続されて、調整部５０に対して開閉や、オンオフや、強弱の調整を指示する制御信号を出力する。コントローラ１０は、施設Ｈ内、又はその近傍に設置されてもよい。又は、コントローラ１０はインターネットなどの通信網を介して通信することで、施設Ｈから離れた、遠隔に設置されるものであってもよい。
システム１００は、植物Ｐ中の水分量を測定するための検出装置２０を有する。検出装置２０は、施設Ｈ内の植物Ｐに対して設置され、植物Ｐ中の水分量に応じたセンサ信号ＳＧ１を出力するセンサＳＥ１を有する。詳しくは、検出装置２０は、第１電極２１及び第２電極２２を備える。第１電極２１と第２電極２２との間に介在する電解質によって、電気エネルギーが発生する。このように第１電極２１及び第２電極２２は、化学電池（ガルバニ電池）における電極として機能し、発電部２３（図２）を構成する。
センサＳＥ１は、第１電極２１と第２電極２２との間で生じる電気エネルギーを検出し、電気エネルギーを示すセンサ信号ＳＧ１を出力する。センサ信号ＳＧ１は、例えば、無線によって、センサＳＥ１からコントローラ１０へ送信される。センサ信号ＳＧ１は、有線で送信されてもよい。なお、センサＳＥ１の仕組みについては後述する。
第１電極２１及び第２電極２２の少なくとも一方は植物Ｐに取り付けられる。植物Ｐに取り付けられることは、植物Ｐの内部に接するように設置されることを指し、一例として、幹中に差し込むことである。第１電極２１及び第２電極２２は、差し込みが容易となるように、例えば、針状に形成される。
一例として、第１電極２１は、培地Ｓ中に設置される。第１電極２１は、例えば、地表から地中に差し込むことによって設置される。第１電極２１は、例えば、植物Ｐの近傍に設置される。第２電極２２は、植物Ｐに取り付けられる。第２電極２２は、例えば、植物の幹に取り付けられる。第２電極２２は、植物Ｐの枝に取り付けられてもよい。第２電極２２は、植物Ｐ中に差し込まれることによって植物Ｐ中の樹液（sap）と接触する。この場合、センサ信号ＳＧ１は、第１電極２１と第２電極２２との間に介在する培地Ｓ及び植物Ｐとに含まれる電解質を表している。
他の例として、第１電極２１及び第２電極２２のいずれもが植物Ｐに取り付けられてもよい。この場合、センサ信号ＳＧ１は、植物Ｐに含まれる電解質を表している。
システム１００は、さらに、環境条件を測定するための第２のセンサＳＥ２を有する。センサＳＥ２は、環境条件に含まれる環境パラメータを測定する。センサＳＥ２は、例えば、温度計、湿度計、照度計、及び、これらのうちの２以上の組み合わせなどである。
センサＳＥ２は、測定した環境パラメータの値に応じたセンサ信号ＳＧ２を出力する。センサ信号ＳＧ２は、例えば、無線によって、センサＳＥ２からコントローラ１０へ送信される。センサ信号ＳＧ２は、有線で送信されてもよい。
コントローラ１０は、センサ信号ＳＧ１及びセンサ信号ＳＧ２を用いて演算処理を実行し、その処理結果に従って植物Ｐの育成のために調整部５０を制御する。コントローラ１０での演算処理については後述する。
センサＳＥ１での植物Ｐ中の水分量のセンシングについて、図２〜図７を用いて説明する。図２は、センサＳＥ１の回路構成の概略図である。図２を参照して、センサＳＥ１は、蓄電部２４を有する。蓄電部２４は、例えば、キャパシタ（コンデンサ）により構成される。蓄電部２４は、電極２１，２２間で生じる電気エネルギー（電荷）を蓄える。
センサＳＥ１は、間欠電源部２５を備える。蓄電部２４に所定量の電荷が蓄えられると、間欠電源部２５は、その電荷を放出させることによって電力を受け、作動する。蓄電部２４から電荷が放出されると発電部２３によって蓄電部２４に再び電荷が蓄えられる。したがって、蓄電部２４は、電荷の蓄積（充電）と放出（放電）とが繰り返し行われ、間欠電源部２５は、蓄電部２４が放電する度に間欠的に作動する。
センサＳＥ１は、発電部２３によって発電された電力によって、検出信号を送信することができるため、発電部２３以外の電源（電池等）を必要としない。
図３は、発電部２３によって発電された電力を、蓄電容量１０ｍＦの蓄電部２４に蓄えた場合における蓄電部２４の電圧特性の例を示している。図３に示すように、約１時間後に、蓄電部２４の電圧は約０．８Ｖになる。間欠電源部２５は、例えば、０．８Ｖが動作電圧であり、蓄電部２４の電圧が０．８Ｖを超えると、蓄電部２４に蓄えられた電力を、送信機２６の電源電力として出力する。蓄電部２４に蓄えられた電力が送信機２６によって消費されると、蓄電部２４には、再び電力が蓄えられる。蓄電部２４の電圧が、間欠電源部２５の動作電圧に達するまでの時間は、発電部２３の発電量に依存して変化する。
送信機２６は、間欠電源部２５から間欠的に供給される電力を受けてセンサ信号ＳＧ１を送信する送信動作を間欠的に行う。図４は、例えば、送信機２６が、約１時間ごとにセンサ信号ＳＧ１を送信することを示している。発電部２３の発電量が多くなると、送信機２６が必要な電力が蓄電部２４に蓄えられる時間が短くなるため、送信機２６は頻繁にセンサ信号ＳＧ１を送信することができる。例えば、図５に示すように、発電部２３の発電量が多くなると、送信機２６は、例えば、約３０分ごとにセンサ信号ＳＧ１を送信し、送信間隔が小さくなる。このように、間欠的に送信されるセンサ信号ＳＧ１の間隔（以下、無線信号間隔とも称する）は、発電部２３の発電量を示す。本実施形態では、間欠的に送信されるセンサ信号ＳＧ１を、発電部２３によって生じた電気エネルギーの検出信号として扱う。
図６は、発電部２３による発電の原理を示している。培地Ｓ中に設置される第１電極２１は、カソードである。第１電極２１は、ステンレス鋼などの不活性金属によって構成される。植物Ｐに取り付けられる第２電極２２は、アノードである。第２電極２２は、活物質を含む。活物質は、例えば、Ｚｎである。
培地Ｓは、一般に、負に帯電しており、土中の陽イオン（Ｋ＋，Ｃａ2＋，Ｍｇ2＋など）を吸着している。陽イオンは、イオン交換により、植物Ｐの根から吸収され、植物Ｐの樹液中の水素イオンが、培地Ｓ中に放出される。植物Ｐに吸収された陽イオンは、植物Ｐの養分となる。
植物Ｐに挿入された第２電極（Ｚｎ）２２は、酸化してＺｎイオンとなり、樹液中に溶解する。これにより、電子が、第２電極２２から第１電極２１へ流れる。土中に放出された水素イオンは、第１電極２１において、第２電極２２から流れてきた電子によって、水素に還元する。したがって、発電部２３による発電の量は、植物Ｐの樹液及び培地Ｓ中の水素イオンの量に依存する。
発電部２３による発電の量は、電極間の水分量に対する依存性を有する。電気エネルギーが生じるには、植物Ｐ中の水素イオンが第１電極２１に到達する必要がある。しかし、電極間の水分が少ないと、水素イオンが第１電極２１に到達し難くなり、発電量が低下する。
第１電極２１及び第２電極２２の少なくとも一方が植物Ｐに設置されていることで、発電部２３による発電量の変化は植物Ｐ中の水分量の変化を示すことになる。また、第１電極２１及び第２電極２２が、それぞれ、植物Ｐ側及び培地Ｓ側に配置されていることで、発電部２３による発電量の変化は植物Ｐ及び培地Ｓ中の水分量の変化を示すことになる。
第１電極２１及び第２電極２２間の水分量、すなわち、植物Ｐ中の水分量は、植物Ｐが光合成を活発に行っているほど増加する。すなわち、植物Ｐは、光合成のため、陽イオンを含む水を根から吸い上げるため、植物Ｐが光合成を活発に行っているほど発電部２３の発電量が増加する。従って、電極間の水分量の水分量は、植物Ｐの育成状況を表すことにもなる。
また、上記のように、発電部２３の発電量が多くなると無線信号間隔が小さくなる。そのため、植物Ｐが光合成を活発に行っているほど無線信号間隔が小さくなる。つまり、無線信号間隔は、植物Ｐの育成状況を表すことにもなる。
なお、検出装置２０は植物Ｐ中の水分量を測定するための装置であるため、上記のセンサＳＥ１を有する装置に限定されない。例えば、サップフローセンサを有し、樹液量を計測する装置であってもよい。
植物Ｐの光合成は、環境条件の影響を受ける。例えば、光合成は日射量の影響を受ける。そのため、発電部２３の発電量は環境条件も表していると考察される。この考察を検証するため、発明者らは特定の植物Ｐについて環境条件に含まれる複数の環境パラメータそれぞれと、無線信号間隔とを測定し、その関係を解析した。
まず、発明者らは、施設Ｈで育成されているミニトマトの品種「アイコ」を育成対象の植物Ｐとし、理想的な育成状態であるときに第２のセンサＳＥ２を用いて数日間にわたって環境パラメータを測定して図７〜図１０の結果を得た。図７は気温、地温、及び湿度の測定結果、図８は飽差の測定結果、図９は日射量及び二酸化炭素濃度の測定結果、並びに、図１０は培地Ｓの水分割合（土壌水分）の測定結果である。図７〜図１０の横軸は時間軸で日時を表し、縦軸が各環境パラメータの測定値を表している。図７〜図１０のグレーに着色された区間は午後６時〜午前６時の夜間の期間を表している。
また、発明者らは、同時に第１のセンサＳＥ１を用いて植物Ｐ中の水分量を数日間にわたって測定し、図１１の結果を得た。図１１の横軸は時間軸で日時を表し、縦軸が時間軸で無線信号間隔を表している。
図７〜図１０を参照して、いずれの環境パラメータも一日周期の増減を繰り返す、サーカディアンリズムを示している。これは、図９に示されたように日射量が一日周期の増減を繰り返し、それによって各環境パラメータが影響を受けるためである。
また、図１１を参照して、無線信号間隔もサーカディアンリズムを示している。これは、植物Ｐの光合成は昼間において優位となり、呼吸は夜間において優位となるためである。従って、図７〜図１０と図１１とを比較すると、各環境パラメータの測定値と無線信号間隔とは相関があることが推測される。
この推測を検証するため、発明者らは、気温、湿度、地温、飽差、日射量、二酸化炭素濃度、及び、培地Ｓの水分割合（土壌水分）の測定値と無線信号間隔との相関値を算出し、それぞれ、図１２〜図１８の結果を得た。また、これら結果から得られた各環境パラメータの相関係数は以下の通りである。
気温：０．７３７４４７５３６
湿度：−０．７６３３５２５３５
地温：０．３９９７６３８０３
飽差：０．８１０７０９８６３
日射量：０．７９４３７３１２８
二酸化炭素濃度：−０．５１９７１８６２２
培地Ｓの水分割合：０．０１６３１６７４
図１２〜図１８、及び、算出された相関係数より、±０．８〜±１．０の範囲にある飽差については無線信号間隔に対して強い相関があると言える。また、±０．４０〜±０．７９の範囲にある日射量、湿度、気温、及び、二酸化炭素濃度については無線信号間隔に対して中程度の相関があると言える。また、この順に相関性が高いと言える。また、±０．２０〜±０．３９の範囲にある地温については無線信号間隔に対して弱い相関があると言える。なお、それ以下の培地Ｓの水分割合については、この測定結果からは相関があると言えない。
以上の測定及び解析より、育成対象の植物Ｐの環境条件のうちの特定の環境パラメータについては、理想的な値の時間変化と無線信号間隔とに高い相関性があることが分かった。そこで、システム１００では、第１のセンサＳＥ１で得られた無線信号間隔と、第２のセンサＳＥ２で得られた環境パラメータの測定値とを用いて、植物Ｐの育成を管理する。コントローラ１０の実行する演算処理は、植物Ｐの育成を管理するための処理である。
図１９を参照して、コントローラ１０は、プロセッサ１１とメモリ１２とを有するコンピュータで構成される。メモリ１２は、一次記憶装置であってもよいし、二次記憶装置であってもよい。
コントローラ１０は、センサＳＥ１，ＳＥ２と無線通信するための第１通信装置１４とを有する。第１通信装置１４は、第１のセンサＳＥ１からのセンサ信号ＳＧ１の入力を受け付ける第１の入力部として機能し、かつ、第２のセンサＳＥ２からのセンサ信号ＳＧ２の入力を受け付ける第２の入力部として機能する。コントローラ１０は、調整部５０と通信するための第２通信装置１３をさらに有する。第１通信装置１４及び第２通信装置１３は共通であってもよい。
メモリ１２は、変化モデルデータベース（ＤＢ）１２１と、閾値ＤＢ１２２と、を有する。変化モデルＤＢ１２１は、後述するモデル変化を登録するデータベースである。モデル変化は、育成対象の植物Ｐが理想的な育成状態であるときの無線信号間隔の変化を指す。植物Ｐがミニトマトの品種「アイコ」であるときに変化モデルは、例えば、図１１に示された無線信号間隔の変化である。
モデル変化は、メモリ１２に予め登録されていてもよいし、植物Ｐを育成しながら学習し、更新されてもよい。また、モデル変化は、サーバなどのコントローラ１０とは異なる装置に登録され、インターネットなどの通信網を介してコントローラ１０が取得してもよい。
閾値ＤＢ１２２は環境パラメータごとに、植物Ｐの育成に適切、不適切の境界となる閾値を登録するデータベースである。閾値は、メモリ１２に予め登録されていてもよいし、植物Ｐを育成しながら学習し、更新されてもよい。また、閾値は、サーバなどのコントローラ１０とは異なる装置に登録され、インターネットなどの通信網を介してコントローラ１０が取得してもよい。
また、メモリ１２は、第１のセンサＳＥ１から取得したセンサ信号ＳＧ１に関する情報を記憶するための記憶領域である第１センサ信号記憶部１２３と、第２のセンサＳＥ２から取得したセンサ信号ＳＧ２に関する情報を記憶するための記憶領域である第２センサ信号記憶部１２４とを有する。センサ信号ＳＧ１に関する情報は、センサ信号ＳＧ１の受信間隔を示すデータを含み、例えば、無線信号間隔である。センサ信号ＳＧ２に関する情報は、環境パラメータの測定値や、測定値から計算された値、などである。
また、メモリ１２は、プロセッサ１１によって実行されるプログラム１２５を記憶している。プロセッサ１１は、プログラム１２５を実行することによって、植物Ｐの育成を管理するための演算処理を実行する。
プロセッサ１１が実行する演算処理は、抽出処理１１１を含む。抽出処理１１１は、第１センサ信号記憶部１２３及び第２センサ信号記憶部１２４から、植物Ｐの育成の管理に必要な制御のための期間のセンサ信号ＳＧ１に関する情報及びセンサ信号ＳＧ２に関する情報を抽出する処理である。
演算処理は、さらに、算出処理１１２を含む。算出処理１１２は、センサ信号ＳＧ２を用いて環境パラメータの値を算出する処理であって、プロセッサ１１は必要に応じて算出処理１１２を実行する。例えば、環境パラメータとして飽差を用いる場合、プロセッサ１１は、温度計から得られた温度、及び、湿度計から得られた湿度を用いて飽差の値を算出してもよい。
演算処理は、さらに、判定処理１１３を含む。判定処理１１３は、植物Ｐの育成条件が適切であるか否かを判定する処理である。判定処理１１３は、第２のセンサ信号ＳＧ２を閾値と比較する第１比較処理１１４と、第１のセンサ信号ＳＧ１を変化モデルと比較する第２比較処理１１５と、を含む。そして、判定処理１１３でプロセッサ１１は、第１比較処理１１４の結果及び第２比較処理１１５の結果に基づいて、植物Ｐの育成条件が適切であるか否かを判定する。
演算処理は、さらに、制御処理１１６を含む。制御処理１１６は、判定処理１１３での判定結果に基づいて環境パラメータを制御する処理である。環境パラメータを制御する処理は、対象の環境パラメータに関連する機構を動作させるための調整部５０に、必要な動作させるための制御信号を第２通信装置１３に渡して調整部５０に送信させる処理を含む。これにより、判定処理１３３での判定結果に従って植物Ｐの育成に適するように環境パラメータが制御される。
図１を用いて、本システムでの植物Ｐの育成方法について説明する。図１を参照して、システム１００では、第１のセンサＳＥ１を用いて、植物Ｐ中の水分量を示すデータを得る（ステップＳ１）。植物Ｐ中の水分量を示すデータは、コントローラ１０のプロセッサ１１によって、センサ信号ＳＧ１の受信間隔を測定することによって得られる。
また、システム１００では、第２のセンサＳＥ２を用いて、植物Ｐ周囲の環境条件を示すデータを得る（ステップＳ２）。植物Ｐ周囲の環境条件を示すデータは、コントローラ１０のプロセッサ１１によって、センサ信号ＳＧ２から測定値を読み出す、又は、センサ信号ＳＧ２の示す値を用いて算出する、などによって得られる。
システム１００では、植物Ｐ中の水分量を示すデータ及び植物Ｐ周囲の環境条件を示すデータを用いて、植物Ｐの育成環境のうちの、制御対象の環境パラメータについて育成に適しているか否かが判定され（ステップＳ３）、その結果に従って制御対象の環境パラメータが制御される（ステップＳ４）。環境パラメータの制御は、例えば、温度を低下させる、湿度を上昇させる、飽差を上昇させる、水分割合を上昇させる、などであり、ステップＳ４ではそのために、必要な機構の調整部５０に対して動作を指示する制御信号が出力される。例えば、飽差を上昇させる場合、調整部５０Ａ及び調整部５０Ｂそれぞれに対して、窓５１を閉め、空調設備５２の温度を上昇させるための制御信号を出力する。
システム１００では、ステップＳ４の制御を受けて調整部５０が動作し（ステップＳ５）、これにより環境パラメータが制御される。上の例の場合、窓５１が閉まり、空調設備５２の温度が上昇する。これにより、飽差が上昇する。
図２０及び図２１のフローチャートを用いて、コントローラ１０で行われる演算処理について説明する。図２０のフローチャートに示された演算処理は、環境パラメータを調整するタイミングに行われる。環境パラメータを調整するタイミングは、例えば、一定の時間間隔や、所定のイベント発生時、などである。そして、そのタイミングより前の所定期間、第１のセンサＳＥ１からのセンサ信号ＳＧ１に基づくデータ、及び、第２のセンサＳＥ２からのセンサ信号ＳＧ２に基づくデータが、それぞれ、メモリ１２の第１センサ信号記憶部１２３及び第２センサ信号記憶部１２４に記憶されている。
図２０を参照して、制御のタイミングとなると、コントローラ１０のプロセッサ１１は、第２センサ信号記憶部１２４から、判定に用いる期間の、制御対象の環境パラメータに関連するセンサ信号ＳＧ２に基づくデータを読み出す（ステップＳ１０１）。
好ましくは、制御対象の環境パラメータは、無線信号間隔との相関性が高いものである。発明者らの上記の測定及び解析に基づくと、より好ましくは、飽差を制御対象の環境パラメータとする。より好ましくは、環境条件に含まれる複数の環境パラメータを制御対象とし、その場合、無線信号間隔との相関性が高い順に制御する。従って、上記ステップＳ１０１ではプロセッサ１１は、飽差を得るためのセンサ信号ＳＧ２に基づくデータである温度及び湿度の測定値を、判定に用いる期間分、読み出す。そして、プロセッサ１１は、読み出した測定値を用いて、判定に用いる期間の飽差を算出する（ステップＳ１０３）。ここで算出される飽差は、例えば、判定に用いる期間の飽差の変化である。なお、飽差は、飽差計を用いて測定されるものであってもよく、その場合、ステップＳ１０３の処理は不要となる。
プロセッサ１１は、算出した飽差の値と閾値ＤＢ１２２に登録されている飽差の閾値とを比較する（ステップＳ１０５）。登録されている飽差の閾値は、例えば、特定の期間の飽差の閾値群である。特定の期間は、例えば一日であって、その場合、飽差の閾値は図８に示された一日分周期の変化となる。
プロセッサ１１は、計算又は測定された飽差の閾値からの乖離が、予め記憶している許容範囲以上であった場合に、飽差に関しては理想的な環境条件でない可能性があると判定する（ステップＳ１０７でＮＧ）。上記許容範囲内であった場合には、飽差に関しては理想的な環境条件と判定する（ステップＳ１０７でＯＫ）。
飽差に関して理想的な環境条件でない可能性がある場合（ステップＳ１０７でＮＧ）、プロセッサ１１は、第１センサ信号記憶部１２３から、判定に用いる期間のセンサ信号ＳＧ１に基づくデータを読み出す（ステップＳ１０９）。そして、プロセッサ１１は、読み出したデータから、判定に用いる期間の無線信号間隔を算出する（ステップＳ１１１）。
プロセッサ１１は、判定に用いる期間について得られた無線信号間隔の変化と、変化モデルＤＢ１２１に登録されている変化モデルとを比較する（ステップＳ１１３）。登録されている変化モデルは、例えば、特定の期間の飽差の変化である。特定の期間は、例えば一日であって、その場合、飽差の閾値は図１１に示された一日分周期の変化となる。
プロセッサ１１は、無線信号間隔の変化の変化モデルからの乖離が、予め記憶している許容範囲以上であった場合（ステップＳ１１５でＮＧ）、プロセッサ１１は、上記したような飽差の制御を実行する（ステップＳ１１７）。
無線信号間隔の変化の変化モデルからの乖離が上記許容範囲内であった場合には（ステップＳ１１５でＯＫ）、プロセッサ１１は、他の環境パラメータについて育成に不適切である可能性を考慮する。好ましくは、プロセッサ１１は、無線信号間隔との相関性が次に高い環境パラメータについて判定を行う。
すなわち、プロセッサ１１は、センサ信号ＳＧ２に基づくデータを読み出して他の環境パラメータについての測定値を得、閾値と比較する（ステップＳ１１９）。ステップＳ１１９は、ステップＳ１０１〜Ｓ１０５と同様の処理である。そして、他の環境パラメータの値の閾値からの乖離が、予め記憶している許容範囲以上であった場合に（ステップＳ１２１でＮＧ）、その環境パラメータを制御する（ステップＳ１２３）。
すなわち、プロセッサ１１は、環境条件に含まれるすべての環境パラメータについて、同様に判定し、すべての環境パラメータの値について、閾値からの乖離が予め記憶している許容範囲内であった場合には（ステップＳ１２１でＯＫ）、処理を終了する。
ステップＳ１１７又はステップＳ１２３で環境パラメータの制御を実行すると、プロセッサ１１は、次の環境パラメータについて制御を行う。このため、プロセッサ１１は、制御を行う順を予め記憶しておき、順に実行する。制御を行う順は、一例として、無線信号間隔との相関性の高い順である。他の例として、制御しやすい順や、植物Ｐの育成に影響しやすい順であってもよい。
図２１を参照して、プロセッサ１１は、次に制御対象とする環境パラメータがある場合（ステップＳ２０１でＹＥＳ）、センサ信号ＳＧ２に基づくデータを読み出して他の環境パラメータについての測定値を得、閾値と比較する（ステップＳ２０３，Ｓ２０５）。ステップＳ２０３，Ｓ２０５はステップＳ１０１〜Ｓ１０５と同様の処理である。そして、その環境パラメータの値の閾値からの乖離が、予め記憶している許容範囲以上であった場合に、その環境パラメータに関しては理想的な環境条件でない可能性があると判定する（ステップＳ２０７でＮＧ）。上記許容範囲内であった場合には、飽差に関しては理想的な環境条件と判定する（ステップＳ２０７でＯＫ）。
制御対象の環境パラメータに関して理想的な環境条件でない可能性がある場合（ステップＳ２０７でＮＧ）、プロセッサ１１は、第１センサ信号記憶部１２３から、判定に用いる期間のセンサ信号ＳＧ１に基づくデータを読み出す（ステップＳ２０９）。そして、プロセッサ１１は、読み出したデータから、判定に用いる期間の無線信号間隔を算出する（ステップＳ２１１）。
このとき読み出されて算出される無線信号間隔は、ステップＳ１１７又はステップＳ１２３で環境パラメータの制御が行われた後の植物Ｐから測定されたセンサ信号ＳＧ１に基づくものである。すなわち、ステップＳ１１７又はステップＳ１２３によって対象の環境パラメータが適切な値となるように制御され、その影響が排された後の植物Ｐの状態となる。このように制御後にさらに他の環境パラメータの制御の要否を判定することで、環境パラメータの影響を順に排しながら植物Ｐの育成環境を適正化することができる。
以降、プロセッサ１１は、図２０と同様の処理を行う。すなわち、プロセッサ１１は、判定に用いる期間について得られた無線信号間隔の変化と、変化モデルＤＢ１２１に登録されている変化モデルとを比較し（ステップＳ２１３）、無線信号間隔の変化の変化モデルからの乖離が、予め記憶している許容範囲以上であった場合に、その環境パラメータに関しては理想的な環境条件ではないと判定する（ステップＳ２１５でＮＧ）。この場合、プロセッサ１１は、その環境パラメータの制御を実行する（ステップＳ２１７）。
また、無線信号間隔の変化の変化モデルからの乖離が上記許容範囲内であった場合（ステップＳ２１５でＯＫ）、プロセッサ１１は、さらに他の環境パラメータについての測定値を得て、閾値と比較する（ステップＳ２１９）。そして、他の環境パラメータの値の閾値からの乖離が、予め記憶している許容範囲以上であった場合に（ステップＳ２２１でＮＧ）、その環境パラメータを制御する（ステップＳ２２３）。プロセッサ１１は、すべての環境パラメータについて上記の処理を繰り返す。
本システム１００は、上記のように、環境条件の測定値に加えて、植物Ｐの実際の状態を表す測定値である無線信号間隔を用いて環境パラメータの適否を判定している。つまり、本システム１００では、実際の植物の状態を考慮して育成管理を行うことができる。
［第２の実施の形態］
なお、第１の実施の形態に係るシステム１００は、コントローラ１０が調整部５０を制御することで実際の環境パラメータを適した値に変更するものである。育成の管理することは、この手法に替えて、又は、この手法に加えて、他の手法を含んでもよい。他の手法は、例えば、他の装置に判定結果を出力することであってよい。
具体的には、第２の実施の形態に係るシステム１００は、他の装置として、図１に示されたように端末装置７０を含んでもよい。端末装置７０は、例えば、植物Ｐの育成を管理する作業者の携帯するタブレット端末などが想定される。この場合、図１に示されたように、コントローラ１０はステップＳ３の判定を行い、その結果を示すデータを端末装置７０に送信する（ステップＳ４−２）。
このデータを受信した端末装置７０では、ディスプレイに判定結果を表示させることができる（ステップＳ５−２）。これにより、作業者は環境パラメータについて変更する必要を知ることができる。そのため、この手法であっても、適切な環境条件とすることができる。
［第３の実施の形態］
なお、無線信号間隔と環境パラメータの測定値との相関係数を、特定の時間帯について算出してもよい。植物Ｐの光合成も環境パラメータも日照の影響を受けるためである。例えば、無線信号間隔と日射量の測定値とを昼間だけ抽出すると、図２２に示されたように強い相関を示す。また、無線信号間隔と土壌水分割合の測定値とを夜間だけ抽出すると、図２３に示されたように強い相関を示す。
第３の実施の形態に係るシステム１００では、コントローラ１０のメモリ１２には、変化モデルは時間帯別に記憶され、判定に用いる期間の時間帯に応じた変化モデルが用いられてもよい。
これにより、相関係数をより向上させることができ、環境条件の調整の精度を向上させることができる。
＜３．付記＞
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
１０ ：コントローラ
１１ ：プロセッサ
１２ ：メモリ
１３ ：第２通信装置
１４ ：第１通信装置
２０ ：検出装置
２１ ：第１電極
２２ ：第２電極
２３ ：発電部
２４ ：蓄電部
２５ ：間欠電源部
２６ ：送信機
５０ ：調整部
５０Ａ ：調整部
５０Ｂ ：調整部
５０Ｃ ：調整部
５１ ：窓
５２ ：空調設備
５３ ：照明装置
７０ ：端末装置
１００ ：システム
１１１ ：抽出処理
１１２ ：算出処理
１１３ ：判定処理
１１４ ：第１比較処理
１１５ ：第２比較処理
１１６ ：制御処理
１２１ ：変化モデルＤＢ
１２２ ：閾値ＤＢ
１２３ ：第１センサ信号記憶部
１２４ ：第２センサ信号記憶部
１２５ ：プログラム
１３３ ：判定処理
Ｈ ：施設
Ｐ ：植物
Ｓ ：培地
ＳＥ１ ：第１のセンサ
ＳＥ２ ：第２のセンサ
ＳＧ１ ：第１のセンサ信号
ＳＧ２ ：第２のセンサ信号

Claims (11)

  1. 植物中の水分量に応じたセンサ信号を出力する第１のセンサと、
    環境条件の測定値に応じたセンサ信号を出力する第２のセンサと、
    育成対象の植物を前記第１のセンサが測定することによって得られた前記第１のセンサからのセンサ信号と、前記育成対象の植物を育成する環境を前記第２のセンサが測定することによって得られた前記第２のセンサからのセンサ信号とを用いて、前記育成対象の植物の育成環境のうちの、前記第２のセンサで測定される前記環境条件に応じた特定の環境パラメータを制御するコントローラと、を備える
    植物育成システム。
  2. 前記第１のセンサは、第１の電極及び第２の電極を有し、
    前記水分量に応じたセンサ信号を出力することは、前記第１の電極及び前記第２の電極の間に存在する水分中の電解質によって生じる電気エネルギー量に応じた時間間隔で前記センサ信号を出力することを含む
    請求項１に記載の植物育成システム。
  3. 前記第１の電極と前記第２の電極との少なくとも一方は前記育成対象の植物に取り付けられる
    請求項２に記載の植物育成システム。
  4. 前記第１の電極と前記第２の電極とのうちの一方電極は前記育成対象の植物に取り付けられ、他方電極は前記植物の育成される培地に設置される
    請求項３に記載の植物育成システム。
  5. 前記コントローラは、前記特定の環境パラメータについて前記第１のセンサからのセンサ信号についての第１の閾値、及び、前記第２のセンサからのセンサ信号についての第２の閾値を記憶し、前記第１のセンサからのセンサ信号と前記第１の閾値との比較、及び、前記第２のセンサからのセンサ信号と前記第２の閾値との比較に基づいて前記特定の環境パラメータを制御する
    請求項１〜４のいずれか一項に記載の植物育成システム。
  6. 前記コントローラは、
    前記第１のセンサからのセンサ信号と前記第２のセンサからのセンサ信号とを用いて、前記特定の環境パラメータのうちの第１の環境パラメータを制御し、
    前記第１の環境パラメータの制御の後に得られた前記第１のセンサからのセンサ信号と前記第２のセンサからのセンサ信号とを用いて、前記特定の環境パラメータのうちの第２の環境パラメータを制御する
    請求項１〜５のいずれか一項に記載の植物育成システム。
  7. 前記第１の環境パラメータ及び前記第２の環境パラメータは前記第１のセンサからのセンサ信号の出力と所定以上の相関を有するパラメータであって、
    前記第１の環境パラメータが前記第２の環境パラメータよりも前記相関が高い
    請求項６に記載の植物育成システム。
  8. 前記第１の環境パラメータは、前記育成対象の植物周囲の空気の飽差である
    請求項６又は７に記載の植物育成システム。
  9. 植物中の水分量に応じたセンサ信号を出力する第１のセンサからのセンサ信号の入力を受け付けるための第１の入力部と、
    環境条件の測定値に応じたセンサ信号を出力する第２のセンサからのセンサ信号の入力を受け付けるための第２の入力部と、
    育成対象の植物を前記第１のセンサが測定することによって得られた前記第１のセンサからのセンサ信号と、前記育成対象の植物を育成する環境を前記第２のセンサが測定することによって得られた前記第２のセンサからのセンサ信号とを用いて、前記育成対象の植物の育成環境のうちの、前記第２のセンサで測定される前記環境条件に応じた特定の環境パラメータを制御するためのプロセッサと、を備える
    コントローラ。
  10. 水分量に応じたセンサ信号を出力する第１のセンサを用いて、育成対象の植物中の水分量を示すデータを得、
    環境条件の測定値に応じたセンサ信号を出力する第２のセンサを用いて、前記育成対象の植物周囲の環境条件を示すデータを得、
    前記第１のセンサからのセンサ信号と、前記第２のセンサからのセンサ信号とを用いて、前記育成対象の植物の育成環境のうちの、前記第２のセンサで測定される前記環境条件に応じた特定の環境パラメータを制御する、ことを含む
    植物育成方法。
  11. コンピュータに植物育成のための制御を実行させるプログラムであって、
    前記制御は、
    水分量に応じたセンサ信号を出力する第１のセンサから、育成対象の植物中の水分量を示すデータを得ることと、
    環境条件の測定値に応じたセンサ信号を出力する第２のセンサから、前記育成対象の植物周囲の環境条件を示すデータを得ることと、
    前記第２のセンサで測定される前記環境条件に応じた特定の環境パラメータについての前記第１のセンサからのセンサ信号についての第１の閾値と前記第１のセンサからのセンサ信号とを比較し、前記第２のセンサからのセンサ信号についての第２の閾値と前記第２のセンサからのセンサ信号とを比較することと、
    前記比較の結果に基づいて前記環境条件に応じた特定の環境パラメータを制御することと、を含む
    コンピュータプログラム。
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