JP6446671B2 - 圃場観測装置、および圃場観測システム - Google Patents

Description

本発明は、農作業を支援するために圃場の状態を観測する圃場観測装置、および圃場観測システムに関する。

従来、農作物、例えばメロン等の栽培において、品質の高い作物を効率よく生産するために様々な工夫がなされている。ただし、栽培者の勘や経験に頼った部分が大きいため、品質の高い作物を安定して生産し、市場に供給することは容易ではない。

特許文献１には、様々な環境でも安定した最高級のメロンが供給できるように、赤外線分光測定法を用いて果実の成熟度を測定し、収穫時期を決める方法が開示されている。

しかしながら、特許文献１に開示された方法では、果実の成熟度を測定するために、高額な計測システムの導入が必要となる。また、果実の成熟度を継続的に測定する必要があるため、多大な作業工数が必要となる。したがって、設備コストおよび作業工数が増大するため、好ましくない。

特開２００６−１９１８１６号公報

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、簡便、安価、かつ、多大な作業工数を必要とせずに、収穫時期の予測等を行うことのできる圃場観測装置、および圃場観測システムを提供するものである。

本発明の圃場観測装置は、圃場に埋設される地中埋設部と、地中埋設部に設けられ、所定の物理量を測定するセンサを有する測定部と、記憶部と、を備えている。また、測定部によって取得された測定データを、所定の周期で、記憶部に格納する制御部と、親機に、記憶部に格納された測定データを送信する通信部とを備えている。

また、本発明の圃場観測システムは、上述の、子機としての圃場観測装置と、親機とを備えている。

このような構成によれば、圃場に関する物理量を、圃場観測装置によって所定の周期で自動的に測定し、その測定データを親機に無線を介して収集することができる。したがって、収集した測定データを基にして、例えばメロン等の農作物の収穫時期の予測等を行うことができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る圃場観測システムのイメージ図である。 図２は、本発明の実施の形態における圃場観測装置の外観を示す図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る圃場観測システムの機能構成図である。 図４は、本発明の実施の形態における、積算地温とメロンの糖度との関係を模式的に表す図である。 図５は、本発明の実施の形態における、観測動作とメロン栽培作業との流れを示すフローチャートである。 図６は、本発明の実施の形態において、圃場観測装置で観測されメモリに格納された温度データを模式的に表す図である。 図７は、本発明の実施の形態において、親機である管理装置が保持する積算地温データを模式的に表す図である。 図８は、本発明の実施の形態において、積算地温が目標値に達したときの表示画面の一例を示す図である。 図９は、本発明の実施の形態における、圃場観測装置の別の構成例を示す図である。 図１０Ａは、本発明の実施の形態における、圃場観測装置の地中埋設部の他の構成例を示す図である。 図１０Ｂは、本発明の実施の形態における、圃場観測装置の地中埋設部の他の構成例を示す図である。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る圃場観測システム３００のイメージ図である。

図１に示されるように、圃場観測システム３００は、圃場観測装置１００および管理装置２００を備えている。

子機である圃場観測装置１００は、例えばメロン等の農作物を栽培する圃場に埋設されており、地中の温度を測定し、測定データを無線で発信する。管理装置２００は、例えば農作業を行うユーザ１が携帯しており、圃場観測装置１００の親機として動作する。

管理装置２００を携帯したユーザ１が圃場観測装置１００に近づくと、管理装置２００から圃場観測装置１００に送信要求がなされ、圃場観測装置１００は管理装置２００にデータを送信する。このような通信形態は、ＮＦＣ（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）等の既存の近距離無線通信によって実現可能である。また、例えば、観測の初期設定等においては、管理装置２００から圃場観測装置１００に設定データが送信される。管理装置２００は、データ表示および操作入力が可能なように、タッチパネル５０を有している。

図２は、本発明の実施の形態における圃場観測装置１００の外観を示す図である。

図２に示される例では、圃場観測装置１００は、圃場に埋設される地中埋設部１１０と、装置本体１２０とを備えている。地中埋設部１１０には、４個の温度センサ１１，１２，１３，１４が設けられた測定部１０が内蔵されている。また、地中埋設部１１０の表面には、埋設深さの目安となる基準線１８が付されている。

ユーザ１が、地中埋設部１１０を基準線１８の深さまで地中に埋めることによって、各温度センサ１１，１２，１３，１４の測定点が、予め想定された地中深さに位置することになる。温度センサ１１，１２，１３，１４の中から、測定を行う温度センサを選択することによって、温度を測定する地中深さを設定することができる。また、圃場観測装置１００には、バッテリーが内蔵されており、このバッテリーによって動作するものとする。

図３は、本発明の実施の形態に係る圃場観測システム３００の機能構成図である。

図３に示されるように、圃場観測装置１００は、上述した測定部１０と、制御部２０と、記憶部としてのメモリ３０と、通信部４０とを備えている。制御部２０は、測定部１０における複数の温度センサ１１，１２，１３，１４の中から、測定データをメモリ３０に格納する温度センサを選択する。そして、制御部２０は、選択された温度センサによって取得された測定データを、所定の周期で、メモリ３０に格納する。通信部４０は、メモリ３０に格納されたデータを管理装置２００に送信する。また、通信部４０は、管理装置２００から送信された設定データ等を受信する。なお、破線で示した演算処理部２５については、任意の構成であり、必須ではない。その動作については後述する。

管理装置２００は、通信部６０と、制御部７０と、メモリ８０と、演算処理部９０とを備えている。通信部６０は、圃場観測装置１００から送信されたデータを受信する。また、通信部６０は、設定データを圃場観測装置１００に送信する。制御部７０は、通信部６０が受信したデータをメモリ８０に格納する。演算処理部９０は、メモリ８０に格納された測定データに含まれた温度値の積算演算等の演算処理を行う。また、管理装置２００は、表示部５１と、操作入力部５２とを備えている。本実施の形態では、表示部５１および操作入力部５２がタッチパネル５０として実現されているが、本発明はこれに限られるものではない。

本実施の形態では、農作物の一例としてメロンの栽培が行われるものとする。従来のメロン栽培では、交配から収穫までの基本日数を基にして、季節や気温等の違いに応じてその日数を調整し、収穫時期が決められている。ただし、この決定は、栽培者の勘や経験に依存しているので、収穫時期が適切かどうかが分かりにくい。一方、本願発明者らの実験によれば、メロンの果実における糖度の変化と積算地温との間に、相関があることが確認されている。すなわち、積算地温がある値になるとメロンの糖度の上昇が始まり、やがて積算地温がある値になると、メロンの糖度の上昇が止まることが確認されている。

図４は、本発明の実施の形態における、積算地温とメロンの糖度との関係を模式的に表す図である。

図４に示されるように、メロンの糖度は、積算地温がある程度大きな値になるまでは大きく変化せず、その後、積算地温の増加とともに徐々に高くなり、積算地温の目標値Ｔｆに達したころにほぼ飽和する。このため、積算地温が目標値Ｔｆに達したときに、収穫作業を行うことが好ましい。これにより、ちょうど良いタイミングでメロンを収穫することができる。そこで、本実施の形態では、交配作業を行ってからの積算地温が目標値Ｔｆに達したときに、圃場観測システム３００がユーザ１に収穫作業を勧めるものとする。なお、ここでの目標値Ｔｆは、例えば、農作業マニュアル等に記載された一般的な数値を設定してもいいし、ユーザ１が独自のノウハウとした値を設定してもよい。

図５は、本発明の実施の形態における、観測動作とメロン栽培作業との流れを示すフローチャートである。

ユーザ１は、メロンを栽培する圃場に、圃場観測装置１００を埋設し、電源をオンする（Ｓ１１）。そして、メロンの交配作業を行う（Ｓ１２）。交配作業は、人手で行われる場合もあるし、例えばハウスで蜜蜂を放して行われる場合もある。

そして、ユーザ１は、管理装置２００を用いて、観測の初期設定を行う（Ｓ１３）。初期設定においては、観測を行う周期、および、選択する温度センサ等から選択される設定データを、管理装置２００から圃場観測装置１００に送信する。なお、観測を行う周期に関しては、各圃場観測装置１００において予めデフォルト値が設定されており、ユーザ１は、このデフォルト値を変更したい場合にのみ、初期設定を行うように構成してもよい。

また、観測の初期設定は、管理装置２００から通信を介して行う代わりに、圃場観測装置１００自体で行うようにしてもかまわない。例えば、観測を行う周期、および、温度センサの選択を入力可能な操作部を圃場観測装置１００に設けておいて、ユーザ１が操作部を操作して初期設定を行うようにしてもよい。

その後、ユーザ１は、観測の開始を指示する操作を行う（Ｓ１４）。この指示についても、ユーザ１が管理装置２００から通信を介して行ってもよいし、圃場観測装置１００自体で行うようにしてもかまわない。

観測が開始されると、圃場観測装置１００は、地中温度を継続して観測する（Ｓ１５）。すなわち、圃場観測装置１００では、制御部２０が、初期設定で選択された温度センサの測定データを、初期設定で設定された周期でメモリ３０に格納する。また、観測を継続している間に、通信部４０が、管理装置２００からデータの送信要求があるか否かをチェックする（Ｓ１６）。管理装置２００からデータの送信要求があったとき（Ｓ１６，Ｙｅｓ）、圃場観測装置１００は、メモリ３０に格納された測定データのうち未送信のデータを、管理装置２００に送信する（Ｓ１７）。

図６は、本発明の実施の形態において、圃場観測装置１００で観測されメモリ３０に格納された温度データを模式的に表す図である。

図６に示されるように、各温度データは、観測された日および時刻と、観測した温度の値と、送信フラグとを含む。送信フラグは、そのデータが過去に管理装置２００に送信されたか否かを表すものである。ここでは、「１」は送信済みを、「０」は未送信を表すものとする。

圃場観測装置１００は、管理装置２００からデータの送信要求があったとき、送信フラグが「０」の温度データを管理装置２００に送信する。なお、メモリ３０の容量が不足した場合には、日時の古い温度データから順に、新しい温度データで上書きしていけばよい。

管理装置２００は、圃場観測装置１００から送信された温度データをメモリ８０に蓄積する。そして、演算処理部９０が、観測を開始した日時からの温度値を積算し、積算地温を求める（Ｓ１８）。得られた積算地温は、表示部５１に表示される。

図７は、本発明の実施の形態において、親機である管理装置２００が保持する積算地温データを模式的に表す図である。

図７に示される例では、各積算地温データは、子機ＩＤ（圃場観測装置１００を特定するＩＤ）と、積算地温値と、更新日時と、開始日時および周期とを含む。

そして、管理装置２００の制御部７０は、算出した積算地温が目標値Ｔｆに達したか否かを判断する（Ｓ１９）。達している場合は（Ｓ１９，Ｙｅｓ）、管理装置２００は、積算地温が目標値Ｔｆに達した旨をユーザ１に伝えるためのシグナルを表示する。例えば、表示部５１の画面を点滅させてもよいし、あるいは、特定の文字およびマークから選択されるものを表示部５１に表示してもよい。一方、目標値に達していない場合は（Ｓ１９，Ｎｏ）、管理装置２００は観測を継続する（Ｓ１５）。

図８は、本発明の実施の形態において、積算地温が目標値に達したときの表示画面の一例を示す図である。

図８に示される例では、管理装置２００のタッチパネル５０に、３個の圃場観測装置１００の積算地温が表示されている。そして、例えば、Ｎｏ．０２の圃場観測装置１００の積算地温が目標値に達したので、その積算地温をハイライト表示するとともに、収穫を勧める旨のメッセージが表示されている。

ユーザ１は、図８に示されるようなシグナルが表示されたことを確認すると、収穫作業を行う（図５，Ｓ２１）。

以上のように、本実施の形態によると、圃場の地中温度を、圃場に埋設した圃場観測装置１００によって所定の周期で自動的に測定し、その測定データを管理装置２００に無線を介して容易に収集することができる。そして、収集した測定データから積算地温を演算し、メロンの収穫時期の予測を行うことができる。

なお、以上の説明では、測定部１０には４個の温度センサ１１〜１４が設けられているものとしたが、測定部１０に設ける温度センサの個数はこれに限られるものではない。なお、温度センサが１個の場合には、初期設定において温度センサを選択する処理は不要になる。

また、以上の説明では、初期設定において選択された温度センサの測定データのみを、メモリ３０に保存するものとしたが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、全ての温度センサ１１，１２，１３，１４の測定データをメモリ３０に蓄積するようにし、管理装置２００へ送信する際には、初期設定において選択された温度センサの測定データのみを送信するようにしてもかまわない。ただしこの場合は、より大きなメモリ容量が必要となる。

なお、図３の構成において破線で示したとおり、圃場観測装置１００に演算処理部２５を設けて、この演算処理部２５により、測定データに含まれた温度値の積算演算を実行してもかまわない。この場合、圃場観測装置１００から管理装置２００へは、演算で得られた積算地温データが送信される。

またこの場合、図９に示されるように、圃場観測装置１００に表示部１３０を設けて、この表示部１３０に積算地温を表示するようにしてもかまわない。

図９は、本発明の実施の形態における、圃場観測装置１００の別の構成例を示す図である。

なお、積算地温の表示は、例えば、特定の時間（例：作業を行う昼間等）だけ行ってもいいし、または、管理装置２００が圃場観測装置１００に近づいて、データ送信が行われるときにのみ行うようにしてもかまわない。また、圃場観測装置１００が、算出した積算地温が目標値Ｔｆに達したか否かを判断し、達している場合には、表示部１３０に、積算地温が目標値Ｔｆに達した旨をユーザ１に伝えるためのシグナルを表示するようにしてもかまわない。

図１０Ａおよび図１０Ｂは、本発明の実施の形態における、圃場観測装置１００の地中埋設部１１０の他の構成例を示す図である。

図１０Ａ，図１０Ｂでは、地中埋設部１１１，１１２に、１個の温度センサ１５が設けられているものとする。

図１０Ａの構成では、地中埋設部１１１の表面に目盛り１９が付されている。ユーザはこの目盛り１９を基にして、地中埋設部１１１を地中に入れる深さを調整することができる。これにより、温度センサ１５の測定点を所望の深さに設定することができる。

図１０Ｂの構成では、地中埋設部１１２の表面に、埋設深さの目安を示すガイド部１４０が設けられている。具体的には、例えば、ガイド部１４０は、発光範囲を調整可能に構成された発光素子であり、制御部２０によってその発光範囲が調整可能になっている。この場合、圃場観測装置１００は管理装置２００から、地中温度の測定点の深さのデータを受信し、ガイド部１４０の発光範囲を、測定点から発光範囲の上端までの長さが、受信データが示す深さに一致するように調整する。ユーザ１は、ガイド部１４０の発光範囲がちょうど見えなくなる位置まで、地中埋設部１１２を地中に入れる。これにより、簡単に、温度センサ１５の測定点を所望の深さに設定することができる。

図１０Ａ，図１０Ｂに示される構成によると、地中埋設部１１１，１１２に内蔵する温度センサ１５は１個であっても、地中温度の測定点の深さを簡易に設定、変更することができる。したがって、圃場観測装置１００の内部構成が簡略化できるとともに、温度センサ１１，１２，１３，１４を選択する処理も省くことができる。さらに、図１０Ａ，図１０Ｂに示されたような構成を、上述の実施形態で説明したような、複数の温度センサ１１，１２，１３，１４を設けて、いずれかの温度センサを選択する構成と組み合わせることも可能である。

なお、上述の実施の形態では、メロンの栽培において、交配作業を起点とした積算地温を観測して、収穫時期をユーザに知らせるものとした。ただし、本発明はこれに限られるものではない。すなわち、対象とする農作物はメロンに限定されない。また、積算地温を観測する起点は、交配作業に限られるものではないし、ユーザに知らせるものは収穫時期に限られるものではない。

また、測定された温度データは、積算演算以外の方法で活用されることも可能である。例えば、日中および夜間の少なくともいずれかにおける土中温度の変化、ならびに、特定時刻における土中温度の経日変化等から選択される変化を求めて、栽培作業のスケジュール等に活かすことも可能である。

また、温度以外の所定の物理量が測定される構成であってもかまわない。例えば、土中の水分量およびＰＨ値のうち少なくともいずれかを測定し、測定データを収集することによって、栽培作業のスケジュール等に活かすことも可能である。

以上述べたように、本実施の形態の圃場観測装置１００は、圃場に埋設される地中埋設部１１０，１１１，１１２と、地中埋設部１１０，１１１，１１２に設けられ、所定の物理量を測定するセンサを有する測定部１０と、記憶部であるメモリ３０と、を備えている。また、測定部１０によって取得された測定データを、所定の周期で、記憶部に格納する制御部２０と、親機である管理装置２００に、記憶部に格納された測定データを送信する通信部４０とを備えている。

このような構成によれば、圃場に関する物理量を、圃場観測装置１００によって所定の周期で自動的に測定し、その測定データを親機である管理装置２００に無線を介して収集することができる。したがって、収集した測定データを基にして、例えばメロン等の農作物の収穫時期の予測等を行うことができる。

また、通信部４０は、親機から送信要求があったとき、記憶部に格納された測定データのうち、未送信の測定データを、親機に送信する構成であってもよい。

このような構成によれば、さらに、記憶部であるメモリ３０の容量を有効に利用することのできる構成を実現することができる。

また、制御部２０は、親機から通信部４０を介して受信した設定データに従って、所定の周期を設定する構成であってもよい。

このような構成によれば、さらに、ユーザ１が設定を行う必要がなく、自動的に周期を設定することができるので、ユーザ１が使いやすい構成を実現することができる。

また、測定部１０は、地中埋設部１１０，１１１，１１２が圃場に埋設されたとき、地表面からの深さが互いに異なる複数のセンサを有し、制御部２０は、複数のセンサの中から、親機に測定データを送信するセンサを選択する構成であってもよい。

このような構成によれば、最も望ましい位置で物理量を測定することのできる構成を、ユーザ１の手を煩わせることなく実現することができる。

また、制御部２０は、親機から通信部４０を介して受信した設定データに従って、センサの選択を行う構成であってもよい。

このような構成によれば、さらに、管理装置２００側で設定された条件で物理量を測定することのできる構成を、ユーザ１の手を煩わせることなく実現することができる。

また、センサは、温度を測定する温度センサ１１〜１５であり、所定の周期で記憶部に格納された測定データに含まれた温度値を、所定の日時から積算する演算処理部２５をさらに備え、通信部４０は、親機からの送信要求があったとき、演算処理部２５による積算結果のデータを、親機に送信する構成であってもよい。

このような構成によれば、さらに、圃場観測装置１００側で積算を行うことができるので、親機である管理装置２００側での処理を軽くすることのできる構成を実現することができる。

さらに、演算処理部２５による積算結果を表示する表示部１３０をさらに備え、表示部１３０は、積算結果が目標値を超えているとき、シグナルを表示する構成であってもよい。

このような構成によれば、さらに、ユーザ１が管理装置２００を持たない状態でも、収穫時期を判断することのできる構成を実現することができる。

また、地中埋設部１１２の表面には、埋設深さの目安を示すガイド部１４０が設けられており、ガイド部１４０が示す埋設深さの目安は、制御部２０によって調整可能であり、制御部２０は、親機から通信部４０を介して受信した設定データに従って、測定部１０の測定点が所定の深さになるように、ガイド部１４０が示す埋設深さの目安を調整する構成であってもよい。

このような構成によれば、センサの測定点を所望の深さに設定することができるとともに、ユーザ１に負担のかからない、利便性の高い構成を実現することができる。

また、本実施の形態の圃場観測システム３００は、上述した構成の圃場観測装置１００と、親機である管理装置２００とを備えたシステムである。

このような構成によれば、圃場に関する物理量を、圃場観測装置１００によって所定の周期で自動的に測定し、その測定データを親機である管理装置２００に無線を介して収集することができる。したがって、収集した測定データを基にして、例えばメロン等の農作物の収穫時期の予測等を行うことができる。

また、センサは、温度を測定する温度センサ１１〜１５であり、親機は、圃場観測装置１００から送信された測定データに含まれた温度値を、所定の日時から、積算する演算処理部９０を備える構成であってもよい。

このような構成によれば、さらに、親機である管理装置２００側で温度値の積算を行う構成を実現することができる。また、圃場観測装置１００側の演算負担を軽くすることのできる構成を実現することができる。

また、親機は、演算処理部９０による積算結果を表示するための表示部５１をさらに備え、表示部５１は、積算結果が目標値を超えているとき、シグナルを表示する構成であってもよい。

このような構成によれば、さらに、管理装置２００を有するユーザ１に、必要な情報、たとえば収穫時期等を報知することができる。特に、圃場観測装置１００が複数ある場合には、複数の圃場観測装置１００からの情報を一つの管理装置２００で知ることができる。

以上述べたように、本発明によれば、簡便、安価、かつ、多大な作業工数を必要とせずに、収穫時期の予測等を行うことができる、という格別な効果を奏することができる。よって、本発明は農作業を支援するために圃場の状態を観測する圃場観測装置、および圃場観測システム等として有用である。

１ ユーザ
１０ 測定部
１１，１２，１３，１４，１５ 温度センサ
１８ 基準線
１９ 目盛り
２０ 制御部
２５ 演算処理部
３０ メモリ
４０ 通信部
５０ タッチパネル
５１ 表示部
５２ 操作入力部
６０ 通信部
７０ 制御部
８０ メモリ
９０ 演算処理部
１００ 圃場観測装置
１１０，１１１，１１２ 地中埋設部
１２０ 装置本体
１３０ 表示部
１４０ ガイド部
２００ 管理装置
３００ 圃場観測システム

Claims (10)

1. 圃場に埋設される地中埋設部と、
   前記地中埋設部に設けられ、所定の物理量を測定するセンサを有する測定部と、
   記憶部と、
   前記測定部によって取得された測定データを、所定の周期で、前記記憶部に格納する制御部と、
   親機に、前記記憶部に格納された前記測定データを送信する通信部とを備え、
   前記地中埋設部の表面には、埋設深さの目安を示すガイド部が設けられており、
   前記ガイド部が示す埋設深さの目安は、前記制御部によって調整可能であり、
   前記制御部は、前記親機から前記通信部を介して受信した設定データに従って、前記測定部の測定点が所定の深さになるように、前記ガイド部が示す埋設深さの目安を調整する
   圃場観測装置。
2. 前記通信部は、前記親機から送信要求があったとき、前記記憶部に格納された前記測定データのうち、未送信の測定データを、前記親機に送信する
   請求項１に記載の圃場観測装置。
3. 前記制御部は、前記親機から前記通信部を介して受信した設定データに従って、前記所定の周期を設定する
   請求項１に記載の圃場観測装置。
4. 前記測定部は、前記地中埋設部が前記圃場に埋設されたとき、地表面からの深さが互いに異なる複数の前記センサを有し、
   前記制御部は、前記複数のセンサの中から、前記親機に前記測定データを送信するセンサを選択する
   請求項１に記載の圃場観測装置。
5. 前記制御部は、前記親機から前記通信部を介して受信した設定データに従って、前記センサの選択を行う
   請求項４に記載の圃場観測装置。
6. 前記センサは、温度を測定し、
   前記所定の周期で前記記憶部に格納された前記測定データに含まれた温度値を、所定の日時から積算する演算処理部をさらに備え、
   前記通信部は、前記親機からの前記送信要求があったとき、前記演算処理部による積算結果のデータを、前記親機に送信する
   請求項１に記載の圃場観測装置。
7. 前記演算処理部による積算結果を表示する表示部をさらに備え、
   前記表示部は、前記積算結果が目標値を超えているとき、シグナルを表示する
   請求項６に記載の圃場観測装置。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の圃場観測装置と、
   前記親機とを備えた圃場観測システム。
9. 前記センサは、温度を測定し、
   前記親機は、前記圃場観測装置から送信された測定データに含まれた温度値を、所定の日時から、積算する演算処理部を備える
   請求項９に記載の圃場観測システム。
10. 前記親機は、
    前記演算処理部による積算結果を表示するための表示部をさらに備え、
    前記表示部は、前記積算結果が目標値を超えているとき、シグナルを表示する
    請求項１０に記載の圃場観測システム。

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