JP6410697B2

JP6410697B2 - 農作業計画支援システム

Info

Publication number: JP6410697B2
Application number: JP2015192546A
Authority: JP
Inventors: 荒木　浩之; 浩之荒木; 裕嗣渡部; 和央阪口; 和樹青田
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2018-10-24
Anticipated expiration: 2035-09-30
Also published as: EP3358518A4; WO2017056583A1; EP3358518A1; US20180276587A1; JP2017068532A

Description

本発明は、コンピュータネットワークを利用して収集した農作業に関する情報を処理し、適切な農作業計画に関する情報を提供する農作業計画支援システムに関する。

特許文献１による圃場管理支援システムには、圃場の地図上の位置及び形状情報を格納した圃場データベースや、補正生育指数データを格納した補正生育指数データベースや、栽培作物の種類と生育指数から作業内容を決定するための条件とを格納している作業条件データベースなどが備えられている。これらのデータベースに格納された情報を用いて、圃場における生育度の分布の違いなど、農作業の判断基準となる情報が抽出され、視覚的に表示される。農業経営者は、表示された情報に基づいて、圃場内の農作業を決定する。データベースは、年毎の複数レイヤ構造となっており、圃場の過去の実績を次回の農作に生かすことができる。

特許文献２による作物の作付支援装置では、画面に表示された地図上に点在する複数の圃場の各圃場特性に基づいて、当該複数の圃場の中から対象作物の作付候補となる圃場の集合が検索され、各圃場に対象作物を作付けした場合の予測収量に基づいて対象作物の目標収量を満たす圃場の組合せが決定される。決定された圃場は他の圃場とは異なる特定の表示形式でモニタ画面の地図上に表示される。複数の圃場を管理する農業経営者は、表示画面を参照して、作付計画を立案する。

特許文献３による営農システムでは、農作区画毎に施される、田植え、施肥、収穫などの農作業の内容を、コストを含めて記録し、これらの実績データに基づいて次に行うべき農作業の計画書が出力される。

特開２００７−３１０４６３号公報特開２０１２−１３７８１９号公報特開２０１４−１９４６５３号公報

上述した農業に関する各コンピュータシステムを用いることにより、管理対象となっている圃場に対する農作業計画等を立案する農業経営者の負担は軽減する。特に、特許文献１による圃場管理支援システムでは、圃場の位置情報と栽培作物の種類等の情報と土壌の情報とを持つ圃場データを記録する圃場レイヤは、年毎に用意されている。これにより、過去から現在までの圃場に関する情報を用いた継時的な評価が可能であり、農業経営者は、保有する圃場の過去数年にわたる情報に基づいた農作業計画を立案することができる。

しかしながら、従来のシステムでは、自己の保有する複数の圃場に関する情報を収集しているだけである。そのため、圃場の評価の基礎となる情報は、自己の保有する圃場に関する情報のみである。統計的な処理などの対象となる情報の量が限られている。このことから、より多くの圃場での農作業情報を参照して、より発展的な営農計画を立案するには、基礎となる情報が不足していた。このため、大規模なデータ処理が可能なコンピュータの処理能力を十分に生かし、他の農業経営者が保有する圃場に関する全国規模の情報を処理し、大量の圃場データを参照することで、農作業の対象である対象圃場におけるより適正な農作業計画を支援するシステムが所望されている。

上述した課題を解決するため、本発明による農作業計画支援システムは、広域に分布している各農家の圃場の農作業情報を個別に取り込み、各圃場に割り当てられる農業環境情報と組み合わせて圃場情報として格納する圃場情報格納部と、各農家から送られてきた当該農家による農作業の対象である対象圃場に対する農作業目標情報を入力パラメータとし、前記圃場情報を参照して前記対象圃場の農作業計画情報を導出する農作業計画演算部と、導出された前記農作業計画情報を当該農家に出力する情報出力部とを備えており、前記圃場情報には、前記圃場毎に実施された農作業計画の実績である農作業実績情報が含まれており、前記農作業計画演算部は、前記農作業目標情報の各要素に基づく入力モデル体を生成し、前記圃場情報格納部から、前記農作業目標情報に類似する農作業を実施している圃場に対応する前記圃場情報を抽出し、抽出された前記圃場情報に基づいて比較モデル体群を生成し、前記入力モデル体と前記比較モデル体群との比較評価処理を通じて前記農作業計画情報を出力する。

この構成によれば、広域に分布している各農家の圃場の農作業情報が収集され、圃場情報として圃場情報格納部に格納される。その際、各圃場での農作業情報には当該圃場での農作において重要な因子となる天候状況や土壌状況などの農業環境情報が組み合わされる。異なる地域の農作業情報であっても、その農作業情報に含まれている農作業データによっては、農業環境情報に基づいて修正する（正規化する）ことで、異なる農業環境下にある圃場の農作業情報も共通して利用することが可能になる。また、農作業情報に含まれている農作業機の作業仕様、例えば、車速や作業速度などは、実質的には、地域による違いが少ないので、そのまま共通して利用することができる。各農業経営者は、自己の圃場に対して農作業を行う場合には、これから行うべき農作業に応じた農作業目標情報を農作業計画演算部に与える。農作業計画演算部は与えられた農作業目標情報を入力パラメータ化し、この入力パラメータから農作業計画情報を導出するように構成されているので、農作業目標情報を入力すれば、農作業計画演算部は、上述した形態で格納された、他人の圃場も含めた圃場情報を参照して、対象圃場の農作業計画情報を導出する。農業経営者は、情報出力部を通じて、より適正な農作業計画情報を得ることができる。

農作業計画情報を導出するための入力パラメータとなる農作業目標情報には、当該農作業について、いつ、どこで、何をやるかを明確にする情報が含まれていることが好ましい。このため、本発明の好適な実施形態における前記農作業目標情報には、前記対象圃場の位置、農作業実施時期、実施作物種が含まれている。

農作業計画において、従来は土壌や気候が類似する狭い地域に存在する圃場から得られる情報を統計処理して、将来の農作業計画の立案に利用していた。コンピュータによるデータ処理の飛躍的な発展により、非常に広範囲のデータを取り扱うことが可能になっている。特に、ビッグデータ処理の分野では、これまで取り扱われなかったデータをも利用することで、より優れた問題解決が可能となっている。このようなコンピュータによる大量データの処理技術を農作業計画においても活用するためには、多くの圃場の情報が処理対象となることが重要である。このため、本発明の好適な実施形態の１つとして、広域に分布している各農家の圃場として、種々の地域に点在する所有者が異なる圃場が含まれ、全国に点在している圃場に対して、この農作業計画支援システムが適用される。

農作業として、基本的には、耕耘、種まき、育成、収穫という植物の成長サイクルに合わせた作業が要求されるので、農作業には種々の農作業機が用いられる。したがって、農作業情報は、農作物の育成段階に対応して用いられる農作業機による農作業を通じて収集されることが重要である。このため、本発明の好適な実施形態では、前記農作業情報には、同一圃場において用いられた複数種類の農作業機による農作業を通じて得られた農作業データが含まれる。

本発明では、広域に分布している各農家の圃場の農作業情報を参照して、新しい農作業計画情報が生成される。このため、広域情報である各農作業情報を、できるだけ正規化された比較モデル体として生成しておく。所望の圃場における所望の農作に適合する農作業計画が要求される場合には、所望の圃場における所望の農作を示す入力モデル体と最も類似する比較モデル体を参照することで、所望の圃場における所望の農作に適合する農作業計画情報の生成が可能となる。

より具体的には、前記農作業計画演算部は、前記比較モデル体群のなかで前記入力モデル体と最も類似する比較モデル体を最類似モデル体として選定し、当該最類似モデル体と前記入力モデル体との相違に基づいて前記最類似モデル体における農作業計画情報を補正して、前記農作業計画情報を出力するように構成されるとよい。これにより、優れた農作モデルにできるだけ正確に準拠した農作業計画の立案が可能となる。

農作業計画支援システムの基本的な構成を示す模式図である。農作業計画支援システムの機能構成図である。入力モデル体と比較モデル体を説明する説明図である。最類似モデル体と農作業計画情報とを視覚化して説明するための説明図である。

本発明による農作業計画支援システムの具体的な実施形態の構成の説明の前に、その基本的な構成を、図１を用いて説明する。農作業計画支援システムは、クラウドコンピューティングを採用したコンピュータネットワークシステムである。農作業計画支援システムは、スマートフォンやタブレット端末などであるユーザ端末１と、大規模なデータベースを管理するコンピュータシステムとからなる。ユーザ端末１とコンピュータシステムとは、互いに、インターネットや公衆回線で接続されている。ユーザ端末１には、農作業者が携帯するスマートフォンやタブレット端末、あるいは農作業機に装着されたタブレット端末などのデータ通信端末が含まれている。データベースを管理するコンピュータシステムは、管理センタ５に設置されているので、以後当該コンピュータシステムと管理センタ５とは同義語として取り扱われる。

ユーザ端末１は、広域で、例えば全国規模で分布している多数の農業地域（図１では地域Ａから地域Ｆで示されてる）における圃場（図１では圃場ａ１から圃場ｆ１で示されている）に従事している農作業者や、圃場で作業を行う農作業機によって利用される。各圃場で行われる農作業に関する情報は、圃場ＩＤを付与した農作業情報としてユーザ端末１を通じて管理センタ５に送られる。

管理センタ５のデータベースとして機能する圃場情報格納部６には、登録されている圃場の圃場基礎情報が圃場情報の１つとして記録されている。圃場基礎情報には、圃場ＩＤ，圃場名、圃場の位置（地図位置）、地域、圃場形状、所有者、農作業者などが含まれている。他の圃場情報としては、各圃場における現状農作データ、例えば、栽培品種、栽培履歴、栽培現況、肥料履歴、肥料現況なども含まれている。さらに圃場情報には、農業環境情報も含まれている。農業環境情報には、各圃場における土壌種類、土壌状態、水状況（水はけ、水もち、給水時期など）、圃場が属する地域の気象状況、などが含まれる。

ユーザ端末１から管理センタ５に送られてくる農作業情報は、付加されている圃場名や圃場ＩＤなどの圃場を識別する情報によって特定される圃場の圃場情報に組み込まれる。農作業者のユーザ端末１から送られてきた農作業情報には、作業日時、農作業者名、作業内容、作業時間が含まれている。農作業情報が農作業機に搭載されたユーザ端末１によって収集される場合、そのような農作業情報には、さらに、農作業機種、燃料消費、農作業実績情報などが含まれる。農作業実績情報には、走行速度や走行軌跡といった農作業機動作データが含まれる。さらに、農作業機動作データには、農作業機の機種特有のデータとして、田植機では苗植付量、施肥機では肥料投入量、コンバインでは収量や食味値が含まれる。農作業情報に含まれている農作業に関するデータが農作業データとして取り扱われる。

圃場毎の経済効果を判定するために、圃場情報に、圃場単位のコストや売り上げなどの営農情報を記録することも可能である。また、農作業者のメモなどを記録することも可能である。

管理センタ５には、各農家からユーザ端末１としてのスマートフォンやパソコンなどを通じて送られてきた当該農家による農作業対象となる対象圃場に対する農作業目標情報を入力パラメータとし、当該対象圃場の農作業計画情報を導出する農作業計画演算部７が構築されている。農作業計画演算部７は、圃場情報格納部６に記録されている全国各地の圃場に関する圃場情報を参照して、農作業目標情報に適合する圃場情報を抽出し、抽出された圃場情報に基づいて農作業計画情報を導出する。

農作業目標情報は、農家が対象圃場に対して農作業を計画する場合に目標とする農作業内容に応じた情報である。農作業計画演算部７は、まず、圃場情報格納部６から、この農作業目標情報に類似する農作業を実施している圃場における圃場情報を、比較モデル体として抽出する。さらに、抽出された比較モデル体から、農作業目標情報に最も類似する最類似モデル体を選択する。この最類似モデル体である圃場情報から、必要に応じて補正を行い、農作業計画情報を導出する。農作業目標情報には、圃場ＩＤ、実施作物種、実施時期、投入可能費用などが含まれ、農作業計画情報には、圃場ＩＤ、実施作物種、実施時期、投入可能費用、個別の農作業種類（作業種）、個別の農作業の実施時期、個別の農作業に用いる農作業機種、農作業機の作業時間、などが含まれる。もちろん、農作業目標情報に含まれる項目は、必須である圃場ＩＤ以外、圃場情報格納部６に格納されている項目から任意に選択してもよい。また、農作業計画情報に含まれる情報も、任意の項目を選択することができる。対象圃場の圃場ＩＤは、対象圃場の位置を含む圃場情報や農業環境情報を読み出すために必要となるので、農作業目標情報にとって必須となるが、他の圃場との識別が可能であるなら、圃場名などの項目を圃場ＩＤに代えて用いることも可能である。

農作業計画演算部７によって導出された農作業計画情報は、情報出力部５２によって、可視化され、プリンタ出力やモニタ出力を通じて農家に与えられる。

以下、農作業計画支援システムの具体的な構成を説明する。図２に示すように、農作業計画支援システムにおける中核的な要素である機能部が、管理センタ５に構築されている。この管理センタ５（コンピュータシステム）は、基本的には、情報入力部５１と、圃場情報格納部６と、農作業計画演算部７と、情報出力部５２とを備えている。情報入力部５１は、ユーザ端末１から送られてくる情報をシステム内部に転送する。情報出力部５２は、システム内部で生成された情報をユーザ端末１に送る。農家が農作業計画を立案する際に、ユーザ端末１からデータ通信網を通じて送られてくる情報は、農作業目標情報であり、この農作業目標情報に基づいて農作業計画情報が生成され、ユーザ端末１に送られる。

圃場情報格納部６は、データベースとして構成されており、データベース管理部６０、圃場基礎情報を格納する圃場基礎情報格納部６１、農作業情報を格納する農作業情報格納部６２、農業環境情報を格納する農業環境情報格納部６３、営農情報を格納する営農情報格納部６４を備えている。データベース管理部６０は、圃場基礎情報格納部６１、農作業情報格納部６２、農業環境情報格納部６３、営農情報格納部６４に各種情報を格納し、与えられた検索条件に合致する情報を抽出する機能を有する。圃場基礎情報格納部６１、農作業情報格納部６２、農業環境情報格納部６３、営農情報格納部６４に格納されている情報は、互いに、１つ以上のキーワードを通じて連係されている。例えば、圃場名ないしは圃場ＩＤによって特定される圃場に対して、その圃場の土壌状態、水状況、気象状況、作付け履歴、施肥履歴、収量履歴、食味履歴などをリンクさせることができる。

農作業計画演算部７は、入力モデル生成部７１、比較モデル生成部７２、比較部７３、農作業計画情報生成部７４を備えている。入力モデル生成部７１は、ユーザ端末１を通じて送られてくる農作業目標情報から、データベース管理部６０における検索条件として利用される入力パラメータとなる入力モデル体を生成する。図３で模式的に示されているように、農作業目標情報は、対象圃場で実施したい農作業に応じた情報であり、圃場ＩＤ、実施作物種、作業種類、実施時期、農作業機種などが含まれているので、これらを検索キーワードとして組み合わせたものが入力モデル体となる。つまり、この入力モデル体は、データベース管理部６０において用いられる複合検索キーワードである。データベース管理部６０が入力モデル体を検索条件として、この入力モデル体に類似する情報要素を有する圃場情報を抽出する。抽出された圃場情報を評価するため、比較モデル生成部７２が、抽出された圃場情報から農作業目標情報に含まれている情報要素を取り出して、入力モデルに類似する１つ以上の比較モデルを生成する。

比較部７３は、入力モデルと比較モデルを比較評価し、入力モデルに最も類似する比較モデルを最類似モデル体として選定する。農作業計画情報生成部７４は、最類似モデル体の元となった圃場情報に基づいて農作業計画情報を生成する。農作業計画情報には、作業内容、作業時期、作業時間、農作業機種などが含まれる。その際、例えば、入力モデル体（農作業目標情報）の圃場面積が、最類似モデル体の圃場面積の数分の一程度であれば、農作業機種は仕様ダウンしたものが農作業計画情報に含まれるように補正される。生成された農作業計画情報は、情報出力部５２を通じて、農作業目標情報を送ってきたユーザ端末１に送られ、ユーザ端末１側で、モニタ表示やプリントアウトによって視覚化される。農家は、視覚化された農作業計画情報を見ながら、最終的な農作業計画を立案する。

次に、具体的な農作業計画の簡単な例として、稲作の施肥作業を説明する。ここでは、特定農家が、管理センタ５にアクセスして、農作業目標情報として、圃場ＩＤ「１０００」を有する圃場での施肥作業であり、かつ品種が△△ヒカリである稲作における施肥作業に関する情報を入力して、農作業計画情報を受け取る例を示している。

圃場情報格納部６から適合する圃場情報を抽出するための検索条件となる農作業目標情報は、圃場ＩＤ「２５６００」、農作業内容「品種が△△ヒカリである稲作の施肥作業」であるが、圃場ＩＤ「２５６００」から圃場名、圃場面積、圃場地域、などの圃場基礎情報や、圃場の農業環境情報などが読み出し可能である。農作業目標情報に基づいて生成された入力モデル体を検索条件として、適合する圃場情報が抽出されると、この抽出された圃場情報から１つ以上の比較モデル体が生成される。生成された比較モデル体と入力モデル体とがさらに比較評価処理されることによって、最類似モデル体が選定される。図４には、この最類似モデル体の視覚化された情報が表形式で示されている。

ここで視覚化された最類似モデル体の例には、この圃場に与えられている圃場基礎情報として、「圃場ＩＤ」、「圃場名」、「面積」、「地域」などが含まれる。また、この圃場の農作業情報に含まれる作業内容として、「土作り肥料」、「基肥」、「追肥１」、「追肥２」、「穂肥」などが含まれる。加えて、農作業情報に含まれる実績情報として、「品種」、「収量」、「食味（タンパクまたは水分）」、「土壌分析値」、「株間」、「苗取量」、「除草剤」、「防虫剤」、「気象情報」などが含まれる。

最類似モデル体の内容に基づいて、対象圃場における施肥作業であり、かつ品種が△△ヒカリである稲作の施肥作業に関する農作業計画情報が生成され、該当するユーザ端末１に送られる。ユーザ端末１に送られ、可視化された圃場基礎情報の形態の一例が、図４に示されている。ここでは、圃場基礎情報と、農作業計画としての施肥作業計画が示されている。この施肥作業計画は、最類似モデル体における施肥作業内容に基づいているが、圃場面積の違いを考慮して施肥量などは調整され、気象情報などの農業環境の違いを考慮して作業日も調整されている。

圃場基礎情報のとして、圃場名や圃場位置などの固定的なデータ以外に、年度によって変化する圃場の肥沃度なども、圃場情報格納部６に格納することができる。肥沃度は、一般には、電気伝導度計などを用いて測定することができる。測定作業員が、電気伝導度計を持ちながら、圃場の多数の箇所で肥沃度を測定することで、圃場の肥沃度分布を得ることができる。また、トラクタのような耕耘作業機に電気伝導度計を装備して、耕耘作業時に同時に肥沃度を測定すると効率的である。

対象圃場に隣接する隣り地に関する隣り地情報も、圃場基礎情報のとして、圃場情報格納部６に格納することができる。この隣り地情報は、農作業計画情報を求める際の限定条件として用いることができる。例えば、隣り地が有機栽培を行っている場合には、対象圃場に対する肥料の選択や施肥量、さらには施肥方法などが考慮される。

農作業計画演算部７において、比較モデル体から最類似モデル体を選定する処理において、比較モデル体を構成する各データ項目に対して重みづけを行って、重み演算する機能を備えてもよい。この重みづけをユーザが操作できるようにすれば、この重み演算に基づいて、ユーザ好みの農作業計画情報を与えることができる。

対象圃場が複数点在している場合には、農作業計画演算部７は、対象圃場に対する農作業の順番、農作業機の圃場から圃場への走行ルートなども考慮することができる。また、農作物輸送車や農資材補給車などの農作補助車の配車計画も農作業計画に含ませることも可能である。配車計画を決定するためのパラメータとしては、農作物の品質（良品質のものを優先させる）、各圃場での作業時間（一日の有効作業時間の効率化）、穀物収穫の場合では乾燥施設の稼働状態、収穫作業の場合では収穫品種の品種差、農作補助車の容量などの稼働許容度などである。

〔別実施の形態〕
（１）上述した実施形態では、圃場情報格納部６から適切な圃場情報を抽出するために入力モデル体という概念を用いたが、この入力モデル体は複数キーワードからなる検索条件を分かりやすく説明するために用いられたものであり、その他の任意のデータベース検索手法を採用してもよい。
（２）圃場情報には、圃場に投入された農作業機のコストを含ませてもよい。そのような農作業機のコストには、作業機燃料コスト、作業機運転コスト、作業機保守点検コストが含まれる。
（３）上述した実施形態では、最類似モデル体を決定し、この最類似モデル体に基づいて生成された農作業計画情報を農家に送信している。これに代えて、類似度の高い複数の比較モデル体を農作業計画情報として農家に送信してもよい。
（４）上述した実施形態では、管理センタ５（コンピュータシステム）は一箇所だけに設置されていたが、複数個所に設置され、ユーザ端末１から各管理センタ５にアクセスして、個別に農作業計画情報を受け取るような構成にしてもよい。

本発明による営農システムは、米作や麦作などのための農作業のみならず、種々の農作業のための作業計画支援システムとして適用することができる。

１：ユーザ端末
５：管理センタ（コンピュータシステム）
５１：情報入力部
５２：情報出力部
６：圃場情報格納部
６０：データベース管理部
６１：圃場基礎情報格納部
６２：農作業情報格納部
６３：農業環境情報格納部
６４：営農情報格納部
７：農作業計画演算部
７１：入力モデル生成部
７２：比較モデル生成部
７３：比較部
７４：農作業計画情報生成部

Claims

広域に分布している各農家の圃場の農作業情報を個別に取り込み、各圃場に割り当てられる農業環境情報と組み合わせて圃場情報として格納する圃場情報格納部と、
各農家から送られてきた当該農家による農作業の対象である対象圃場に対する農作業目標情報を入力パラメータとし、前記圃場情報を参照して前記対象圃場の農作業計画情報を導出する農作業計画演算部と、導出された前記農作業計画情報を当該農家に出力する情報出力部とからなり、
前記圃場情報には、前記圃場毎に実施された農作業計画の実績である農作業実績情報が含まれており、
前記農作業計画演算部は、前記農作業目標情報の各要素に基づく入力モデル体を生成し、前記圃場情報格納部から、前記農作業目標情報に類似する農作業を実施している圃場に対応する前記圃場情報を抽出し、抽出された前記圃場情報に基づいて比較モデル体群を生成し、前記入力モデル体と前記比較モデル体群との比較評価処理を通じて前記農作業計画情報を出力する農作業計画支援システム。
前記農作業目標情報には、前記対象圃場の位置、農作業実施時期、実施作物種が含まれている請求項１に記載の農作業計画支援システム。
広域に分布している各農家の圃場は、種々の地域に点在する所有者が異なる圃場である請求項１または２に記載の農作業計画支援システム。
前記農作業情報には、同一圃場に投入された複数種類の農作業機による農作業を通じて得られた作業データが含まれている請求項１から３のいずれか一項に記載の農作業計画支援システム。
前記農作業計画演算部は、前記比較モデル体群のなかで前記入力モデル体と最も類似する比較モデル体を最類似モデル体として選定し、当該最類似モデル体と前記入力モデル体との相違に基づいて前記最類似モデル体における農作業計画情報を補正して、前記農作業計画情報を出力する請求項１から４のいずれか一項に記載の農作業計画支援システム。