JP2022164404A - 圃場管理システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圃場管理システム7は、圃場に関する圃場情報を取得する取得部3eと、圃場情報に含まれない圃場の所定現象の状態として水位を検出する水位検出部3hと、圃場情報に基づいて水位検出部3hが前記検出を行う水位検出計画を変更する計画作成部3fと、を備える。計画作成部3fは、圃場情報に基づいて水位検出計画に含まれる圃場の水位の検出頻度又は検出位置を変更する。また、圃場管理システム7は、圃場に設置された水管理装置1であって、水位検出部3hにより検出された圃場の水位に基づいて、圃場に対して水を供給する給水動作又は圃場から水を排出する排水動作を実行する水管理装置1を備える。
【選択図】図7
Description
特許文献1に記載された水位管理システムは、飛行体から圃場及び圃場に設置された水位計測用指標を撮影し、その画像を解析して圃場の水位を計測し、当該水位と基準水位とを比較して、当該比較結果に基づいて圃場の水門に開閉指示信号を送信する。また、圃場に設置センサにより温湿度、地温、及び地中水分などの所定現象の状態を検出し、当該検出結果、気候、圃場の地形情報、圃場で栽培する作物(水稲)に関する情報などに基づいて、基準水位が決定される。
本発明の一態様にかかる圃場管理システムは、圃場の状態を示す圃場情報を取得する取得部と、前記圃場情報に含まれない前記圃場の所定現象の状態を検出する検出部と、前記検出部による前記所定現象の検出計画を前記圃場情報に基づいて変更する変更部と、を備える。
また、本発明の一態様では、前記圃場管理システムは、前記圃場に設置された水管理装置であって、前記検出部の検出結果に基づいて、前記圃場に対して水を供給する給水動作又は前記圃場から水を排出する排水動作を実行する水管理装置を備える。
また、本発明の一態様では、前記検出部は、前記圃場の水位を検出し、前記変更部は、前記圃場情報に基づいて前記圃場の水位変動の傾向と大きさを判断し、当該判断結果に応じて前記検出計画に含まれる前記検出部による前記水位の検出頻度又は検出位置を変更する。
また、本発明の一態様では、前記移動体は、前記圃場の上空を飛行可能な飛行体から成り、前記圃場管理システムは、前記飛行体又は前記圃場に設置された水管理装置に設けられて前記圃場を監視する監視部を備え、前記検出部は、前記監視部の監視結果に基づいて、前記圃場に1か所以上設定された所定位置の水位を検出し、前記変更部は、前記圃場情報と前記検出部の検出結果とに基づいて、前記検出計画に含まれる前記検出部による前記水位の検出頻度又は検出位置を変更する。
また、本発明の一態様では、前記変更部は、前記水位の検出頻度又は検出位置の変更に応じて、前記飛行体の飛行を制限可能である。
また、本発明の一態様では、前記圃場管理システムは、前記検出部により検出された前記所定位置の水位を、前記圃場情報に基づいて補正する補正部と、前記検出部により検出された前記水位と前記補正部による補正後の水位と当該水位の検出位置を示す位置情報とを関連付けて記憶する記憶部と、前記検出部により検出された前記所定位置の水位と前記記憶部に記憶された前記水位と前記位置情報とに基づいて、他の前記所定位置の水位を推定する推定部と、を備える。
<圃場管理システムの構成>
図1は、圃場管理システム7の概略構成図である。
圃場管理システム7は、水管理装置1、マルチコプタ2、支援装置3、端末装置4、及び中継局5を備えている。 図1では、便宜上、水管理装置1、マルチコプタ2、支援装置3、端末装置4、及び中継局5を1台ずつ示しているが、これらは圃場管理システム7に適宜数(1台以上)設けられている。
図2に示す複数の圃場H1~H5は、所定の地域に所定の間隔で設けられている。圃場H1~H5の畔には、水管理装置1が設置されている。圃場H1~H5の外形(広さを含む。)などが考慮されて、水管理装置1は必要に応じて適宜数設置される。以下、便宜上、圃場H1~H5及び他の圃場を、単に圃場Hと言う。
支援装置3は、管理センタ(図示省略)に設置されたサーバ又はパーソナルコンピュータなどから成る。支援装置3は、圃場管理システム7の管理者によって操作可能である。端末装置4は、圃場Hで農作業を行う作業者により携帯されるスマートフォン若しくはタブレット機、又は農作業者の自宅などに設置されたパーソナルコンピュータなどから成る。端末装置4は作業者により使用される。
マルチコプタ2と支援装置3は、インターネット、携帯電話通信網、又はその他のデータ通信網等の通信網6を介して相互に無線で通信を行う。また、マルチコプタ2と支援装置3とは、不揮発性メモリカード又はUSBメモリなどの記憶媒体30(後述の図7など)を介して、情報を付与したり取得したりすることも可能である。端末装置4と支援装置3は、通信網6を介して相互に無線で通信を行う。
図3は、圃場Hと水管理装置1の側面図である。
圃場Hは、例えば水稲から成る作物Uを作付けした水田である。図3に示す圃場Hには、水Wが張られている。水管理装置1は、圃場Hの給水側(図3で左側)と排水側(図3で右側)とにそれぞれ設置されている。給水側に設置された水管理装置1(F)は、パイプライン100の分岐管100bの先端部に、開閉弁100cを介して接続されている。開閉弁100cは、分岐管100bの先端部に装着されている。分岐管100bの根元部は、パイプライン100の供給管100aに接続されている。即ち、分岐管100bは、供給管100aから分岐して、圃場H1に向かって延びている。供給管100aには、用水路(図示省略)を流れる用水が導入される。
図4は、給水側の水管理装置1(F)の内部を示す図である。
給水側の水管理装置1(F)の収容体11は、垂直方向に長く延びる立体構造を有している。収容体11は、筒状に形成されていて、水管理装置1(F)の筐体を構成している。また、収容体11は、開閉弁100cの上方に設置されている。
開閉弁100cの本体101は、筒状に形成されていて、内部に用水が通過可能になっている。この本体101の内部には、弁体102と弁軸103と軸受部104とが設けられている。弁軸103の下端部は、弁体102に連結されている。軸受部104は、本体101の上端部の内側に嵌合されている。軸受部104の上部は、本体101から上方に突出している。本体101の周面には、当該本体101を径方向に貫通する貫通孔105が形成されている。貫通孔105は、用水が圃場Hに向かって流出する供給口である。
電動モータ10aのモータ軸12には、当該モータ軸12の回転に伴って回転するギア14が取付けられている。ギア14には、ギア15が噛み合っている。ギア15の内面側には、キー溝(符号省略)が形成されている。当該キー溝には、回転軸10bに設けられた凸状の摺動部17が嵌め込まれている。ギア15は、軸受16に回転自在に支持され、且つ回転軸10bを垂直方向に移動自在に支持している。なお、ギア15と回転軸10bとはスプラインによって連結してもよく、上述した構成に限定されない。
上記アクチュエータ10によれば、電動モータ10aを回転駆動させることで、ギア14、15及び回転軸10bを回転させて、回転軸10bを垂直方向に移動させることができる。そして、回転軸10bの回転と垂直移動に伴って、弁軸103を回転させながら垂直方向に移動させて、弁体102を開閉動作(貫通孔105の開放及び閉塞)させることができる。
筒体11bは、下壁部31と、上壁部32と、これら壁部31、32の間に設けられた中間壁33を有している。中間壁33は、径外方向に突出した突出壁34を有している。突出壁34は、円形に構築されている。突出壁34の内側には、操作盤43が設けられている。操作盤43は、中間壁33の外周面に取り付けられている。上壁部32の内径を中間壁33の内径より大きくすることで、上壁部32と中間壁33の連結部分には、段部35が形成されている。段部35は、筒体11bの径内方向に突出して、筒体11cの下端部を支持している。即ち、筒体11bの上壁部32と段部35とは、筒体11cの下部を上方から差し込む差し込み部となっている。
図5は、排水側の水管理装置1(D)の内部を示す図である。
排水側の水管理装置1(D)の筐体も、収容体11により構成されている。排水側の水管理装置1(D)の収容体11は、落水部123の上部に設置されている。
落水部123は、仕切弁125と移動機構126とを備えている。移動機構126は、仕切部125を垂直方向に移動させる。仕切弁125は、垂直方向に移動することで、圃場Hの水を排水管121に向かって落水させない状態(閉鎖状態)と、落水させる状態(開放状態)とに位置変更可能である。
上述したように、水管理装置1は、圃場Hに供給する給水及び圃場Hから排出する排水のいずれかを開閉動作によって行う弁体(弁体102又は仕切弁125)を含んだ開閉機構を有している。
図6は、マルチコプタ2を側方から見た外観図である。
マルチコプタ2は、機体20a、アーム20b、回転翼20c、スキッド20f、撮像装置28、及び測位装置22を有している。アーム20bは、機体20aの周面に周方向に所定の間隔で複数設けられている。各アーム20bは、機体20aの周面から側方に突出している。
回転翼20cは各アーム20bに設けられ、ロータ(電動モータ)20dとブレード(プロペラ)20eとを含んでいる(符号省略)。ロータ20dは、機体20aの内部に設けられた蓄電池の電力によって回転駆動する。ブレード20eは、ロータ20dの駆動力によって回転する。各回転翼20cのブレード20eが回転することで、揚力が発生して、マルチコプタ2が上空に浮上する。また、各回転翼20cのブレード20eの回転数を異ならせることで、マルチコプタ2のホバリングと様々な方向への移動(上昇、下降、前進、後進、及び左右への旋回など)が可能になる。
撮像装置28は、スキッド20f同士の間に位置するように、機体20aの下面に取り付けられている。撮像装置28は、例えばCCDカメラ、CMOSカメラ、又は赤外線カメラなどから構成されている。マルチコプタ2を圃場Hの上空で飛行させているときに、撮像装置28によって圃場Hを空撮することができる。
図7は、第1実施形態の圃場管理システム7の電気的構成図である。
<水管理装置の電気的構成>
図7に示すように、水管理装置1は、制御装置60、アクチュエータ10、通信装置70、検出装置50、監視カメラ80、電源装置41、及びソーラパネル40を備えている。制御装置60は、CPUとメモリなどから構成されている。制御装置60には、揮発性のメモリと不揮発性のメモリから成る記憶部60aが設けられている。制御装置60は水管理装置1の各部の動作を制御する。
通信装置70は、中継局5と通信網6とを介して支援装置3と通信するための通信モジュールであって、支援装置3に対して様々な情報を無線で送受信可能である。また、通信装置70は、通信網6を介してマルチコプタ2又は端末装置4に対しても通信可能である。さらに、通信装置70は、例えば通信規格であるIEEE802.11シリーズのWi-Fi(Wireless Fidelity、登録商標)、BLE(Bluetooth(登録商標)Low Energy)、LPWA(Low Power, Wide Area)、LPWAN(Low-Power Wide-Area Network)などの方式に従って無線通信を行うことも可能である。
監視カメラ80は、CCDカメラ、CMOSカメラ、又は赤外線カメラなどから構成されている。監視カメラ80は、撮像部80aと画像処理部80bとを有している。撮像部80aは、圃場Hの水面、作物U(図3)、及びこれらの周辺を撮像する。画像処理部80bは、撮像部80aにより撮像された画像のデータを処理する。制御装置60は、監視カメラ80で撮像された画像のデータを記憶部60aに記憶させる。監視カメラ80は、地上で圃場Hを撮像する地上の撮像装置であり、且つ当該撮像動作を行うことによって圃場Hを監視する地上の監視部である。
電源装置41は、水管理装置1の電源である蓄電池41aを有している。蓄電池41aは、例えばリチウムイオンバッテリから構成されている。電源装置41は、蓄電池41aの電力を水管理装置1の各部に供給する。また、電源装置41は、ソーラパネル40により発電した電力を蓄電池41aに蓄電する。さらに、電源装置41は、ソーラパネル40による発電量を検出する。なお、蓄電池41aは、放電と充電が可能な二次電池であるが、これに代えて、1次電池を水管理装置1に電源として設けてもよい。
マルチコプタ2は、制御装置21、回転翼20c、測位装置22、通信装置23、インタフェイス26、電源装置24、及び撮像装置28を備えている。制御装置21は、CPUとメモリなどから構成されている。制御装置21はマルチコプタ2の各部の動作を制御する。制御装置60には、揮発性のメモリと不揮発性のメモリから成る記憶部21aが設けられている。
撮像装置28は、CCDカメラ、CMOSカメラ、又は赤外線カメラなどから構成されている。撮像装置28は、撮像部28aと画像処理部28bとを有している。撮像部28aは、圃場H及び圃場Hの周辺を撮像(監視)する。画像処理部28bは、撮像部28aにより撮像された画像(静止画)のデータを処理する。撮像装置28は、マルチコプタ2の飛行中に上空から圃場Hを監視する上空の監視部である。なお、撮像部28aの向きを変える機構と当該機構を駆動する電動モータを、マルチコプタ2に備えてもよい。また、撮像部28aの撮像範囲を照明する光源を、マルチコプタ2に備えてもよい。
慣性計測装置22bは、ジャイロセンサ又は加速度センサなどから成り、マルチコプタ2の姿勢又は加速度などを検出する。測位装置22は、受信機22aにより受信した信号に基づいて検出したマルチコプタ2の位置を、慣性計測装置22bの検出結果に基づいて補正してもよい。
支援装置3は、制御部3a、記憶部3b、通信部3c、及びインタフェイス3dを備えている。制御部3aは、CPUとメモリなどから成り、支援装置3の各部の動作を制御する。制御部3aには、取得部3e、計画作成部3f、水位検出部3g、補正部3h、決定部3i、及び推定部3jが設けられている。これら各部3e~3jは、本実施形態では予め制御部3aに記憶されたソフトウェアプログラムから成るが、ハードウェアで構成されていてもよい。
計画作成部3fは、取得部3eにより取得された情報に基づいて、圃場Hを管理するための圃場管理計画を作成したり、当該圃場管理計画を変更したりする。計画作成部3fが作成又は変更した圃場管理計画は、記憶部3bに記憶される。なお、圃場管理計画には、圃場Hで作物Uを栽培するための栽培計画、圃場Hで行う農作業の作業計画、水管理装置1が実行する水管理計画、マルチコプタ2が実行する飛行計画、及び圃場Hの水位を検出する水位検出計画などが含まれる。
端末装置4は、制御部4a、記憶部4b、通信部4c、表示部4d、及び操作部4eを備えている。制御部4aは、端末装置4の各部の動作を制御する。記憶部4bはメモリなどから構成されている。記憶部4bには、水管理装置1とマルチコプタ2の状態と監視結果、並びに圃場管理計画を確認するための圃場管理アプリケーションプログラム(略して「圃場管理アプリ」)が記憶されている。
表示部4dは、液晶又は有機ELなどのディスプレイとスピーカから成る。操作部4eは、マウス、キーボード、タッチパッド、及びマイクから成る。なお、本実施形態では、表示部4cと操作部4dとを別々に設けているが、これらに代えて、表示部兼操作部となるタッチパネルを備えた端末装置4もある。
端末装置4は、支援装置3の記憶部3bのデータベースに記憶された水管理装置1の動作情報、マルチコプタ2の飛行結果、水管理装置1とマルチコプタ2の監視結果、及び圃場管理計画を、支援装置3から取得し、これらを表示部4dに表示させる。具体的には、例えば端末装置4において、上述した圃場管理アプリを起動して、操作部4eで所定の操作を行うことにより、制御部4aが、水管理装置1の動作情報と監視結果、マルチコプタ2の飛行結果と監視結果、又は圃場管理計画を要求する要求信号を、通信部4cにより支援装置3に送信する。支援装置3では、端末装置4から送信された要求信号を通信部3cにより受信すると、制御部3aが当該要求信号に基づいて、水管理装置1の動作情報と監視結果、マルチコプタ2の飛行結果と監視結果、又は圃場管理計画をデータベースから読み出して、当該情報を通信部3cにより端末装置4に送信する。
図8A~図10Bは、第1実施形態の圃場管理システム7の各部の動作を示す図である。詳しくは、図8A及び図8Bは、支援装置3の動作を示すフローチャートである。図9は、マルチコプタ2の動作を示すフローチャートである。図10A及び図10Bは、水管理装置1の動作を示すフローチャートである。
マルチコプタ2では、当該マルチコプタ2の識別情報が付帯された飛行計画が通信装置23により受信されると(図9のS41:YES)、制御装置21が、記憶部21aの記憶内容を参照し、飛行計画が記憶部21aに既に記憶されているか否かを確認する。飛行計画が記憶部21aに既に記憶されていない場合(S42:NO)、制御装置21は、受信された飛行計画を記憶部21aに記憶させる(S43)。飛行計画が記憶部21aに既に記憶されている場合(S42:YES)、制御装置21は、記憶部21aに既に記憶されている飛行計画に対して、受信された飛行計画を上書きすることにより、飛行計画を更新する(S44)。
図11Aは、圃場Hに設けられた水位指標部材63a~63cとマルチコプタ2を示す図である。図11Aに示すように、圃場H内の所定位置Pa~Pcには、水位指標部材63a~63cが設置されている。水位指標部材63a~63cは、例えば円形の横断面形状を有する棒状部材から成り、周面(側面)の全体に水位を計測するための目盛りが付されている。圃場Hの給水口と排水口(水管理装置1)の近傍では、給水時又は排水時に水面に波などが生じて、水位が変動するため、当該給水口と排水口の近傍以外の位置に、水位指標部材63a~63cを設置するのが好ましい。
図11Bは、圃場Hに設けられた水位指標部材63a~63cと水管理装置1を示す図である。図11Bに示す例では、水管理装置1が、圃場H内の各位置Pa~Pcに設置された水位指標部材63a~63cの目盛りと圃場Hの水面との接点を含むように、各位置Pa~Pcの周辺部分を監視カメラ80により撮像する。また、水管理装置1が複数台設置されている圃場Hでは、各水管理装置1に備わる監視カメラ80により、各位置Pa~Pcの周辺部分を撮像してもよい。
この際も、水位検出部3gは、所定位置Pa~Pcのうちの1つの位置につき、1枚以上の画像データに基づいて、当該位置の水位を検出する。また、水位検出部3gは、画像データを撮像した監視カメラ80の設置位置(高さ、撮像角度など)にも基づいて、各位置Pa~Pcの水位を検出する。また、水位検出部3gは、所定位置Pa~Pcのうちの1つの位置の周辺部分を異なる角度で撮像した複数の画像データのそれぞれに基づいて、当該位置の水位を検出してもよい。そして、水位検出部3gは、その複数の画像データ毎に検出された複数の水位検出値の平均値を演算し、当該平均値を上記1つの位置の水位として決定してもよい。
次に、取得部3eが、記憶部3bの記憶内容から圃場Hの風情報を抽出する(図8AのS11)。詳しくは、水位検出部3gが各位置Pa~Pcの水位を検出する際に基づいた画像データの撮像時に、圃場Hに吹いていた風の風向と風速を含む風情報(風検出部50dが検出)を、取得部3eが記憶部3bの記憶内容から抽出する。そして、補正部3hが、水位検出部3gにより検出された圃場Hの各位置Pa~Pcの水位(水位検出値)を、取得部3eにより抽出された圃場Hの風情報に基づいて補正する(S12)。
そして、補正部3hは、所定位置Pa、Pcの第1水位補正値Qa、Qcを水位検出値Wa、Wcにそれぞれ加算することにより、所定位置Pa、Pcの水位検出値を補正する(第1水位補正)。これにより、所定位置Pa、Pcの第1水位補正後の水位Wah、Wchは、それぞれ5.0cmとなり、平均値Waveと同値となる(Wah=Wa+Qa=4.5cm+(+0.5cm)=5.0cm=Wave、Wch=Wc+Qc=5.5+(-0.5cm)=0.5cm=Wave)。
なお、他の例として、第1水位補正値Qa、Qcと同様に、平均値Waveから位置Pbの水位検出値Wbを減算することにより、第1水位補正値Qbを求めて、当該第1水位補正値Qbで水位検出値Wbを補正してもよい。この場合、第1水位補正値Qbは、+0.3cmとなり(Qb=Wave-Wb=5.0cm-4.7cm=+0.3cm)、所定位置Pbの第1水位補正後の水位Wbhは、5.0cmとなる(Wbh=Wb+Qb=4.7cm+(+0.3cm)=5.0cm)。
また、前述したように、水位検出部3gがマルチコプタ2の撮像装置28の画像データに基づいて検出した所定位置Pa~Pcの第1水位と、水管理装置1の監視カメラ80の画像データに基づいて検出した所定位置Pa~Pcの第2水位の両方を、水位検出値として出力した場合には、補正部3hが、第1水位と第2水位のうちの少なくとも一方を補正すればよい。
一方、水位検出部3gがマルチコプタ2の撮像装置28の画像データに基づいて検出した所定位置Pa~Pcの第1水位と、水管理装置1の監視カメラ80の画像データに基づいて検出した所定位置Pa~Pcの第2水位とに基づいて、所定位置Pa~Pcの水位検出値を決定した場合には、補正部3hが、当該所定位置Pa~Pcの水位検出値を前述した手順で補正すればよい。そして、決定部3iが、補正後の所定位置Pa~Pcの水位検出値に基づいて、所定位置Pa~Pcの水位と全体水位Woとを決定すればよい。
マルチコプタ2が圃場Hの上空を飛行して、撮像装置28により圃場H内の所定位置Pa~Pcの周辺部分を撮像する場合、マルチコプタ2の高度が低かったり、回転翼20cのロータ20d(又はブレード20e)の回転数が大きかったりすると、ブレード20eの回転により生じる旋回風の影響で、所定位置Pa~Pcの周辺部分の水位が一時的に変動することがある。この場合、撮像装置28により空撮した画像データに基づいて、水位検出部3gにより検出した所定位置Pa~Pcの水位が、実際の所定位置Pa~Pcの水位と異なってしまう。
この対策として、マルチコプタ2が圃場Hに起こす旋回風に基づいて、補正部3hが水位検出部3gによる水位検出値を補正してもよい。具体的には、例えば、自然風の影響を受けない飛行体用の屋内飛行練習場において、水を入れた大きな水槽を設置する。そして、マルチコプタ2を水槽の上空で飛行させて、マルチコプタ2の高度又はロータ20dの回転数を変えながら、マルチコプタ2をホバリングさせて、水槽の水位の変化を調査する実験を行う。
実験用端末装置において、上記実験結果から、マルチコプタ2の高度の変化と水槽の水位の変化との相関関係を抽出する。次に、当該相関関係に基づいて、マルチコプタ2の高度に応じた水位の変動値(低下幅)を第2水位補正値として導出する。そして、マルチコプタ2の高度と第2水位補正値との対応関係を示すテーブル、或いはマルチコプタ2の高度に基づいて第2水位補正値を求める演算式を作成し、当該テーブル或いは演算式を示す補正データを支援装置3の記憶部3bに記憶させる。
圃場管理システム7の運用時には、支援装置3の水位検出部3gが、マルチコプタ2の飛行時に撮像装置28により撮像された画像データに基づいて圃場Hの所定位置の水位を検出する。すると、取得部3eが、記憶部3bに記憶されたマルチコプタ2の飛行結果から、当該画像データの撮像時のマルチコプタ2の高度又はロータ20dの回転数を抽出する。次に、補正部3hが、抽出された上記マルチコプタ2の高度と、記憶部3bに記憶された補正データとに基づいて、第2水位補正値を導出する。そして、補正部3hが、当該第2水位補正値に基づいて、水位検出部3gによる水位検出値を補正(第2水位補正)する。詳しくは、補正部3hは、例えば水位検出部3gによる水位検出値に第2水位補正値を加算することにより、第2水位補正後の水位を求める。
それから、補正部3hは、上記第2~第4水位補正の少なくとも1つを行った後の水位を、圃場Hの風情報に基づいて補正(第5水位補正)する。そして、制御部3aが、当該第5補正後の水位を圃場Hの所定位置の水位として決定し、当該第5補正後の水位に基づいて、圃場Hの全体水位を決定する。このときの圃場Hの風情報に基づく第5水位補正の手順は、前述した第1水位補正の手順と同様であり、圃場Hの全体水位の推定手順は、前述した全体水位の推定手順と同様である。
また、制御部3aは、圃場Hに対して排水が必要であると判断した場合(S17:YES)、排水指令を通信部3cにより水管理装置1に送信する(S18)。このとき、制御部3aは、送信先の水管理装置1の識別情報を付帯させた状態で、排水指令を送信する。排水指令には、排水動作の実行指示、排水時間、及び仕切弁125の開度などが含まれている。
図10Bの処理S82の後、水管理装置1では、処理S61から以降の処理が繰り返し実行される。また、当該水管理装置1の識別情報が付帯された給水指令及び排水指令が通信装置70により受信されなくても(S78:NO、S80:NO)、処理S61から以降の処理が繰り返し実行される。また、当該水管理装置1の識別情報が付帯された水管理計画が通信装置70により受信されなくても(図10AのS61:NO)、記憶部61aに水管理計画が既に記憶されている場合(S65:YES)、当該水管理計画が実行させる(S66~S77)。
このとき、取得部3eは、圃場情報として、最新或いは最新から所定回数前までの、圃場Hの外形、大気、給排水、若しくは作物Uなどの状態を示す情報、水管理装置1の動作情報、マルチコプタ2の飛行結果、及び水管理装置1とマルチコプタ2の監視結果を記憶部3bから抽出する。又は、取得部3eは、水位情報として、最新或いは最新から所定回数前までの、水位検出部3gにより検出された圃場Hの水位、補正部3hにより補正された水位、決定部3iにより決定された水位、及び当該水位の検出位置を示す位置情報を記憶部3bから抽出する。
計画作成部3fは、まず頻度判定テーブルT1に従って、圃場Hの水位の検出頻度を設定する。例えば計画作成部3fは、頻度判定テーブルT1により、取得部3eにより取得された圃場情報から、第1圃場H1(図2)では、面積が中程度であり、過去のある時点から現在までにおいて、給水量が所定の中程度で、降雨量が0(ゼロ)で、ソーラパネル40による発電量が所定の中程度であることを確認する。この場合、計画作成部3fは、第1圃場H1の水位変動が中程度であると判断し、第1圃場H1の水位の検出頻度を中程度の20分毎に設定する。
また、圃場Hの所定位置Pa~Pcの水位情報(補正前の水位検出値又は補正後の水位など)と、当該水位情報に関連付けられた圃場Hの風情報(風向又は風速)とが、記憶部3bにある程度集積された場合、計画作成部3fは、圃場Hの基準位置Pbの水位だけを、以前の検出頻度より低い検出頻度で検出するように設定する。さらに、圃場情報が略同等である複数の圃場Hがお互いの近くにある場合には(図2の圃場H1と圃場H3など)、計画作成部3fは、いずれか一方の圃場Hの基準位置Pbの水位を検出し、当該一方の他の位置の水位と、他方の圃場Hの水位とを検出しないように設定する。
また、計画作成部3fは、上述した水位の検出頻度及び検出位置の変更に伴い、次のように水位の検出手順を変更してもよい。例えば水位検出部3gは、まずマルチコプタ2の撮像装置28又は水管理装置1の監視カメラ80により撮像された圃場Hの基準位置Pbの周辺の画像データに基づいて、基準位置Pbの水位を検出する。次に、補正部3hが、風検出部50dと取得部3eにより取得された圃場Hの風向・風量と、記憶部3bに記憶された過去の基準位置Pbの水位情報(水位検出値と補正後の水位など)とに基づいて、水位検出部3gにより検出された基準位置Pbの水位を補正する。そして、制御部3aが、補正後の基準位置Pbの水位と、記憶部3bに記憶された過去の補正後の基準位置Pbの水位と、過去の他の位置の水位などに基づいて、他の位置の水位を推定し、基準位置Pbの水位と他の位置の水位を決定する。また、制御部3aが、決定した各所定位置の水位に基づいて、圃場Hの全体水位を決定する。
具体的には、補正部3hが、記憶部3bに記憶された圃場Hの基準位置Pbの過去の水位と、圃場Hの過去の風情報とに基づいて、圃場Hの風向又は風速と基準位置Pbの水位との相関関係を抽出する。また、補正部3hは、当該相関関係に基づいて、圃場Hの風向又は風速に応じた基準位置Pbの水位の変動値(低下幅又は上昇幅)を第6補正値として導出する。そして、補正部3hは、圃場Hの風向又は風速と水位の第6補正値との対応関係を示すテーブル、或いは圃場Hの風向又は風速に基づいて第6補正値を求める演算式を作成し、当該テーブル或いは演算式を示す補正データを記憶部3bに記憶させる。
この後、補正部3hが、記憶部3bに記憶された上記補正データと、風検出部50dと取得部3eにより取得された圃場Hの風向又は風量に基づいて、水位検出部3gにより検出された基準位置Pbの水位を補正する。そして、制御部3aが、補正後の基準位置Pbの水位と、記憶部3bに記憶された上記推定データに基づいて、他の所定位置の水位を推定し、さらに圃場Hの全体水位を推定する。他の例として、制御部3aが、他の所定位置の水位を推定することなく、補正後の基準位置Pbの水位と、記憶部3bに記憶された各位置の過去の補正後の水位情報とに基づいて、圃場Hの全体水位を推定してもよい。
詳しくは、例えば、水位を検出しない圃場H若しくは圃場Hの所定位置、又は時間については、マルチコプタ2を飛行させて、撮像装置28で空撮する必要がなく、水管理装置1の監視カメラ80で撮像する必要もない。このため、計画作成部3fは、水位の検出位置又は検出頻度の減少に応じて、マルチコプタ2の飛行ルートを短縮し又は飛行スケジュールを減少させる。これに伴い、撮像装置28による空撮位置と空撮回数も減少する。また、計画作成部3fは、水位の検出位置又は検出頻度の減少に応じて、水管理装置1の監視カメラ80で圃場Hの所定位置を撮像する監視スケジュールを減少させる。これに伴い、検出装置50で圃場Hの風情報などの所定現象を検出する検出スケジュールも減少させてもよい。
上述したように、飛行計画が変更されることで、マルチコプタ2の飛行が制限される。また、水管理計画が変更されることで、水管理装置1の動作が制限される。
図8Bの処理S21で、計画作成部3fが水位検出計画を変更する必要がないと判断した場合も(S24:NO)、上述したように処理S24が実行される。また、処理S24の後は、図8Aの処理S1から以降の処理が繰り返し実行される。
図15は、第2実施形態の圃場管理システム7の電気的構成図である。
第2実施形態では、風検出部29dと水位検出部29gとを有する検出装置29が、マルチコプタ2に設けられている。また、補正部21hが、マルチコプタ2の制御装置21に設けられている。図7に示した第1実施形態の風検出部50d、水位検出部3g、及び補正部3hは、第2実施形態では設けられていない。
検出装置29の風検出部29dは、例えば、マルチコプタ2の機体20aの所定位置に取り付けられた風向風速計から成る。マルチコプタ2の飛行時に、風検出部29dは圃場Hの上空の風向と風速を検出する。補正部21hは、マルチコプタ2の制御装置21に予め記憶されたソフトウェアプログラムから成る。補正部21hは、風検出部29dにより検出された上空の風向と風速を、回転翼20cのロータ20dの回転数又はマルチコプタ2の高度に応じた風補正値に基づいて補正することにより、圃場Hに吹く風の風向と風速を検出する。
この場合、具体的には、例えば実験用端末装置において、まず前述した実験結果から、ロータ20dの回転数を設定又は変更する毎に、風検出部29dにより検出された上空の旋回風の風向と風速を示す上空旋回風ベクトルを演算する。また、ロータ20dの回転数を設定又は変更する毎に、地上の風向風速計により検出された地上の旋回風の風向と風速を示す地上旋回風ベクトルを演算する。次に、上空旋回風ベクトルと合成することにより、地上旋回風ベクトルとなる第1補正ベクトルを第1風補正値として演算する(上空旋回風ベクトル+第1補正ベクトル=地上旋回風ベクトル)。そして、ロータ20dの回転数と第1風補正値との対応関係を示すテーブル、或いはロータ20dの回転数に基づいて第1風補正値を求める演算式を作成し、当該テーブル或いは演算式を示す補正データをマルチコプタ2の記憶部21aに記憶させる。
補正部21hは、水位検出部29gにより検出された圃場Hの所定位置の水位を、風検出部29dにより検出された圃場Hの風検出値(風情報)に基づいて補正し、当該補正後の所定位置の水位を記憶部21aに記憶させる。また、補正部21hは、水位を補正する際に用いた関連情報(水位検出値、補正値、風情報、及び位置情報など)を、補正後の水位と関連付けて、水位情報として記憶部21aに記憶させる。制御装置21は、記憶部21aに記憶された水位情報を、通信装置23などにより支援装置3に付与する。
図16は、他の複数の圃場Hの平面図である。
前述した実施形態の圃場管理システム7は、図16に示すような複数の圃場Hにも適用可能である。図16に示す複数の圃場Hには、水管理装置1のような、自動で給排水を行う装置(又は自動給水栓)が設けられていない。複数の圃場Hの周辺には、各圃場Hに対して配水するための配水路201~203が設けられている。配水路201~207の上方は開放されていて、配水路201~207における水の流れが上方から視認可能になっている。図16に矢印で示すように、各配水路201~207には水が流れる。
配水路201~207及び圃場群Ha~Hdの上空でマルチコプタ2を飛行させて、撮像装置28により空撮する。そして、撮像装置28の画像データが支援装置3の取得部3eにより取得されると、計画作成部3fが、当該画像データに基づいて水位検出計画を変更する。
そして、計画作成部3fは、給水されていない圃場群に属する圃場Hの水位の検出頻度を低く(検出周期を長く)設定し、給水されている圃場群に属する圃場Hの水位の検出頻度を高く(検出周期を短く)設定する。この場合、その後計画作成部3fは、各圃場Hにおいて、水位検出部などによる水位検出値(補正前又は補正後の水位)と、当該圃場Hの前回の水位検出値との差(水位変動値)が所定の閾値以上であれば、水位の検出頻度を高く変更する。また、計画作成部3fは、各圃場Hにおいて、水位検出部などによる水位検出値と、当該圃場Hの前回の水位検出値との差が所定の閾値未満であれば、水位の検出頻度を低く変更する。圃場Hの水位の検出は、前述した水位検出部3g、29g、49gの少なくとも一方を用いて行えばよい。
図16に示す例では、配水路の配水状態に基づいて、圃場Hの水位の検出頻度又は検出位置を変更しているが、圃場Hから水が排出される排水路の水が流れる状態に基づいて、計画作成部3fが圃場Hの水位の検出頻度又は検出位置を変更してもよい。
以上の実施形態では、支援装置3又はマルチコプタ2に水位検出部3g、29gを設けたが、図17に示すように、圃場Hに水位検出部として水位センサ49gを設けてもよい。図17に示す水位センサ49gは、圃場Hの所定位置に設置され、当該所定位置の水位を検出する。図17では、水位センサ49gを1つだけ示しているが、水位センサ49gは圃場Hの水位を検出する所定位置の数に応じて、適宜数設置される。
また、支援装置3から取得部3e、計画作成部3f、水位検出部3g、補正部3h、決定部3i、推定部3j、又は制御部3aを省略し、これらと同一機能を有する取得部、計画作成部、水位検出部、補正部、決定部、推定部、又は制御部を、水管理装置1若しくはマルチコプタ2に設けてもよい。この場合、マルチコプタ2と水管理装置1とを通信させたり、マルチコプタ2又は水管理装置1で補正後の圃場Hの水位に基づいて、圃場Hの給排水の要否を判断したりして、圃場管理システム7から支援装置3を省略してもよい。
また、監視カメラ80の画像データに基づいて水位検出部3gで圃場Hの水位を検出したり、圃場Hに設置された水位センサ49gで圃場Hの水位を検出したりする場合は、圃場管理システム7からマルチコプタ2を省略してもよい。
また、人工知能(AI)を用いて、圃場Hの風の状態に応じた水位の変動傾向を判断して、圃場Hの水位を検出したりしてもよい。具体的には、例えば、作物Uの生育に要する所定期間に水位検出計画に基づいて、風検出部50d、29dなどにより圃場Hの風向又は風速などを検出し、水位検出部3g、29g、49gと補正部3h、21hなどにより圃場Hの水位(補正前と補正後の水位)を検出し、当該風検出値と水位検出値とを関連付けて支援装置3又はクラウド上に設けたデータベースに記憶させる。そして、支援装置3又はクラウド上に設けた人工知能により、データベースから風検出値と水位検出値を読み出して、深層学習を実行し、圃場Hに吹く風に応じた水位の変動傾向を学習済みモデルとして構築する。その後、制御部3aが、学習済みモデルと、風検出部50d、29dなどで検出された風検出値と、水位検出部3g、29g、49gなどで検出された水位検出値とに基づいて、風の影響を受けていない場合の圃場Hの所定位置の水位又は全体の水位を検出する。
本実施形態の圃場管理システム7は、以下の構成を有し、効果を奏する。
<所定現象の検出結果の補正に関して>
本実施形態の圃場管理システム7は、圃場Hに吹く風の状態を検出する第1検出部(風検出部)50d、29dと、圃場Hの風以外の所定現象の状態を検出する第2検出部3g、29g、49g(水位検出部3g、29g、水位センサ49g)と、第1検出部50d、29dの検出結果に基づいて、第2検出部3g、29g、49gの検出結果を補正する補正部3h、21hとを備える。これにより、圃場Hに風が吹いても、圃場Hの所定現象の状態の検出精度を向上させ、当該検出結果に基づいて圃場Hを適切に管理することができる。
上記により、水位センサなどの電気的な水位検出手段を圃場Hに設置しなくても、第2検出部3g、29gと補正部3h、21hにより圃場Hの水位を精度良く検出することができる。加えて、電気的な水位検出手段と、当該水位検出手段に対して電力や信号を入出力するための電気配線とを圃場Hに設置するのにかかるコストを削減することができる。特に、多数の圃場Hを管理する場合には、各圃場Hの周辺に移動体2を移動させることで、第2検出部3g、29gと補正部3h、21hにより各圃場Hの水位を検出することができるので、従来用いていた多数の電気的な水位検出手段とこれの電気配線を省いて、多額のコストを削減し、当該水位検出手段の調整にかかる手間をなくすことが可能となる。さらに、電気的な水位検出手段と電気配線と移動体2とを圃場Hに常時設置しなくても、第2検出部3g、29gと補正部3h、21hにより圃場Hの水位を検出することができるので、圃場Hで農作業を行う際に、水位検出手段と電気配線と移動体2とが邪魔になるのを防ぐことが可能となる。一方、水位センサ49gを圃場Hに設置し、水位センサ49gと第2検出部3g、29gとを併用する場合には、当該検出部3g、29g、49gと補正部3h、21hにより異なる複数の態様で圃場Hの水位を精度良く検出することができる。加えて、一方の検出態様で不具合が生じても、他方の検出態様で圃場Hの水位を確実に検出することができる。
上記により、飛行体2に設けた第2検出部29g(レーザレーダ又はグリーンレーザスキャナ)と補正部21hにより圃場Hの所定位置の水位を検出する場合には、飛行体2を圃場Hの上空の任意の位置に飛行させて、圃場Hの所定位置の水位を間接的又は直接的に精度良く検出することができる。また、圃場Hの所定位置に設けた第2検出部49g(水位センサ)と補正部3hにより所定位置の水位を検出する場合には、飛行体2を飛行させずに、圃場Hの所定位置の水位を直接的に精度良く検出して、飛行体2及びこれの飛行にかかるコストと手間を削減することができる。さらに、飛行体2と圃場Hにそれぞれ設けた第2検出部29g、49gと補正部21h、3hにより圃場Hの所定位置の水位を検出する場合には、異なる複数の態様で圃場Hの水位を精度良く検出することができる。加えて、一方の検出態様で不具合が生じても、他方の検出態様で圃場Hの水位を確実に検出することができる。
本実施形態の圃場管理システム7は、圃場Hの状態を示す圃場情報を取得する取得部3eと、圃場Hの圃場情報に含まれない所定現象の状態を検出する検出部3g、29g、49g(水位検出部3g、29g、水位センサ49g)と、検出部3g、29g、49gによる所定現象の検出計画を圃場情報に基づいて変更する変更部(計画作成部)3fとを備える。これにより、圃場Hの状態に応じて、圃場の所定現象の検出計画が変更されるので、当該所定現象の状態の検出精度の低下と無駄な検出を抑制して、当該所定現象の状態の検出効率を向上させ、圃場Hを適切に管理することができる。
また、本実施形態の圃場管理システム7は、圃場Hの周辺を移動することで、検出部3g、29gによる所定手順での圃場Hの水位の検出を可能にする移動体(マルチコプタ)2を備える。
上記により、飛行体2に設けた検出部29g(レーザレーダ又はグリーンレーザスキャナ)により圃場Hの所定位置の水位を検出する場合には、飛行体2を圃場Hの上空の任意の位置に飛行させて、圃場Hの所定位置の水位を間接的又は直接的に検出することができ、当該水位の検出計画を変更部3fにより変更して、当該水位の検出精度と検出効率を向上させることが可能となる。また、圃場Hの所定位置に設けた検出部(水位センサ)49gにより所定位置の水位を検出する場合には、飛行体2を飛行させずに、圃場Hの所定位置の水位を直接的に検出して、飛行体2及びこれの飛行にかかるコストと手間を削減することができ、当該水位の検出計画を変更部3fにより変更して、当該水位の検出精度と検出効率を向上させることが可能となる。さらに、飛行体2と圃場Hにそれぞれ設けた検出部29g、49gにより圃場Hの所定位置の水位を検出する場合には、異なる複数の態様で圃場Hの水位を検出することができ、当該水位の検出計画を変更部3fにより変更して、当該水位の検出精度と検出効率を向上させることが可能となる。加えて、一方の検出態様で不具合が生じても、他方の検出態様で圃場Hの水位を確実に検出することができる。
また、本実施形態では、変更部3fは、水位の検出頻度又は検出位置の変更に応じて、飛行体2の飛行スケジュール又は飛行ルートを変更する。これにより、圃場Hの水位を精度良く且つ効率良く検出することができるとともに、飛行体2をより効率良く飛行させることができる。
2 マルチコプタ(飛行体、移動体)
3 支援装置
3e 取得部
3f 計画作成部(変更部)
3g、29g 水位検出部(検出部)
3h、21h 補正部
3j 推定部
7 水管理システム
28 撮像装置(監視部)
49g 水位センサ(検出部)
80 監視カメラ(監視部)
H、H1~H5 圃場
Pa、Pc 所定位置
Pb 基準位置(所定位置)
Claims (13)
- 圃場の状態を示す圃場情報を取得する取得部と、
前記圃場情報に含まれない前記圃場の所定現象の状態を検出する検出部と、
前記検出部による前記所定現象の検出計画を前記圃場情報に基づいて変更する変更部と、を備えた圃場管理システム。 - 前記変更部は、前記圃場情報に基づいて前記検出計画に含まれる前記所定現象の検出頻度又は検出位置を変更する請求項1に記載の圃場管理システム。
- 前記圃場に設置された水管理装置であって、前記検出部の検出結果に基づいて、前記圃場に対して水を供給する給水動作又は前記圃場から水を排出する排水動作を実行する水管理装置を備えた請求項1又は2に記載の圃場管理システム。
- 前記圃場情報には、前記圃場の外形、大気、給排水、又は作物の状態を示す情報が含まれている請求項1~3のいずれか1項に記載の圃場管理システム。
- 前記検出部は、前記圃場の水位を検出し、
前記変更部は、前記圃場情報に基づいて前記圃場の水位変動の傾向と大きさを判断し、当該判断結果に応じて前記検出計画に含まれる前記検出部による前記水位の検出頻度又は検出位置を変更する請求項1~4のいずれか1項に記載の圃場管理システム。 - 前記圃場の周辺を移動することで、前記検出部による所定手順での前記圃場の水位の検出を可能にする移動体を備えた請求項5に記載の圃場管理システム。
- 前記移動体は、前記圃場の上空を飛行可能な飛行体から成り、
前記飛行体又は前記圃場に設置された水管理装置に設けられて前記圃場を監視する監視部を備え、
前記検出部は、前記監視部の監視結果に基づいて、前記圃場に1か所以上設定された所定位置の水位を検出し、
前記変更部は、前記圃場情報と前記検出部の検出結果とに基づいて、前記検出計画に含まれる前記検出部による前記水位の検出頻度又は検出位置を変更する請求項6に記載の圃場管理システム。 - 前記移動体は、前記圃場の上空を飛行可能な飛行体から成り、
前記検出部は、前記飛行体又は前記圃場に設けられて前記圃場に1か所以上設定された所定位置の水位を検出し、
前記変更部は、前記圃場情報と前記検出部の検出結果とに基づいて、前記検出計画に含まれる前記検出部による前記水位の検出頻度又は検出位置を変更する請求項6に記載の圃場管理システム。 - 前記変更部は、前記飛行体が前記圃場の上空を飛行することにより、前記検出部が検出可能な前記圃場の所定位置の第1水位と、前記飛行体が前記圃場の上空を飛行しなくても、前記検出部が検出可能な前記圃場の所定位置の第2水位とに基づいて、前記水位の検出頻度又は検出位置を変更する請求項7又は8に記載の圃場管理システム。
- 前記変更部は、前記水位の検出頻度又は検出位置の変更に応じて、前記飛行体の飛行を制限可能である請求項7~9のいずれか1項に記載の圃場管理システム。
- 前記変更部は、前記水位の検出頻度又は検出位置の変更に応じて、前記飛行体の飛行スケジュール又は飛行ルートを変更する請求項10に記載の圃場管理システム。
- 前記検出部により検出された前記所定位置の水位を、前記圃場情報に基づいて補正する補正部と、
前記検出部により検出された前記水位と前記補正部による補正後の水位と当該水位の検出位置を示す位置情報とを関連付けて記憶する記憶部と、
前記検出部により検出された前記所定位置の水位と前記記憶部に記憶された前記水位と前記位置情報とに基づいて、他の前記所定位置の水位を推定する推定部と、を備えた請求項7~11のいずれか1項に記載の圃場管理システム。 - 前記圃場に設置された水管理装置及び前記飛行体と通信可能な支援装置を備え、
前記支援装置は、前記検出部により検出された前記水位に基づいて、前記水管理装置に給水指令又は排水指令を送信し、
前記水管理装置は、前記支援装置から受信した前記給水指令又は前記排水指令に基づいて、前記圃場に対して給水又は排水を行う請求項7~12のいずれか1項に記載の圃場管理システム。
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