JP6633379B2 - 用水管理システム及び用水管理サーバ - Google Patents
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図1は、本実施形態における用水管理システムの全体的な構成例を示している。本実施形態の用水管理システムは、複数の圃場における給排水を管理する。
なお、以降の説明にあたり、圃場FM−1、FM−2、FM−3について特に区別しない場合には、圃場FMと記載する。なお、本実施形態の用水管理システムが管理対象とする圃場FMの数は特に限定されるものではない。
また、圃場FM−1には排水栓200−1が設けられている。排水栓200−1は、圃場FM−1に貯まっている水を排出させるための設備である。排水栓200−1は、圃場FM−1から引き揚げた水を例えばパイプラインに出すまでの流水経路において開閉する栓部(弁)を備えることで、排水量が調節可能なようにされている。
ファームポンドFPに貯留された用水は、ポンプ(図示せず)によって汲み上げられ、圧力が加えられることによりパイプラインPLに供給される。同図の場合、パイプラインPLは3つの経路に分岐され、それぞれ、圃場FM−1、FM−2、FM−3に設けられた給水栓100−1、100−2、100−3と接続されている。これにより、ファームポンドFPからパイプラインPLを経由して送られた用水は、給水栓100−1、100−2、100−3にまで到達する。この際、給水栓100−1、100−2、100−3の栓部が開状態であれば、給水栓100−1、100−2、100−3から圃場FM−1、FM−2、FM−3のそれぞれに対して用水が供給され、灌漑が行われる。
また、用水センサ300−Aは、無線LANに対応したネットワーク通信機能を有している。このため、用水センサ300−Aは、無線LANルータRTからネットワークNTを経由して用水管理サーバ500と通信を行うことが可能である。
例えば給水栓100−1が閉状態にあって給水栓100−1に用水が流れない状態では、給水栓100−1に近い部分のパイプラインPLにおいても用水の流れは生じない。従って、この場合の用水センサ300−B1は、流量がゼロであると検出する。
これに対して、給水栓100−1が開状態にあって給水栓100−1に用水が流れている状態では、給水栓100−1に近い部分のパイプラインPLにおいても用水の流れが生じる。従って、この場合の用水センサ300−B1は、給水栓100−1において流れている用水の量に応じた流量を検出する。
このように、用水センサ300−B1は、給水栓100−1に流れる用水を検出することができる。
また、用水センサ300−B1と給水栓100−1とは比較的近接して設置される。そこで、用水センサ300−B1と給水栓100−1とは、近距離無線通信により通信可能に構成される。これにより、用水センサ300−B1は、検出された結果を示す検出情報を給水栓100−1に送信し、給水栓100−1は受信された検出情報を、無線LANルータRTからネットワークNTを経由して用水管理サーバ500に送信することができる。このように、用水管理サーバ500は、通信を介して用水センサ300−B1の検出情報を取得することができる。
このような近距離無線通信は、消費電力が少ないことから、例えば用水センサ300−B1については、バッテリーを電源として長期間にわたって動作させることが可能であり、メンテナンスの省力化が図られる。また、例えば太陽電池により日中において発生した電力を充電して電源として使用する場合にも、小容量の太陽電池や充電池で済ませることができる。
また、用水センサ300−B2と給水栓100−2とは、近距離無線通信により通信可能とされている。これにより、用水管理サーバ500は、通信を介して給水栓100−2から用水センサ300−B2の検出情報を取得することができる。
また、用水センサ300−B3と給水栓100−3とは、近距離無線通信により通信可能とされている。これにより、用水管理サーバ500は、通信を介して給水栓100−3から用水センサ300−B3の検出情報を取得することができる。
圃場の水位は、例えば圃場における位置ごとに異なっている。このため、1つの圃場に対応して1つの水位を求める場合には、圃場における複数の異なる位置にそれぞれ水位センサを配置し、各水位センサにより検出された水位に基づいて1つの代表的な水位を求めるようにすることが測定結果の信頼性を高めるという点で好ましい。本実施形態においては、このような観点から圃場FM−1において複数の水位センサ400−1が設置されている。
また、各水位センサ400−1は、近距離無線通信により同じ圃場FM−1に設置された給水栓100−1と通信可能とされている。これにより、各水位センサ400−1は、検出した水位の情報を給水栓100−1に送信することができる。また、給水栓100−1は、各水位センサ400−1から受信した水位の情報を無線LANルータRTからネットワークNTを経由して用水管理サーバ500に送信することができる。つまり、各水位センサ400−1は、検出した水位の情報を、給水栓100−1が中継する通信を介して用水管理サーバ500に送信することができる。
また、圃場FM−3においては、複数の水位センサ400−3が設置される。各水位センサ400−3は、近距離無線通信により同じ圃場FM−3に設置された給水栓100−3と通信可能とされている。これにより、各水位センサ400−3は、検出した水位の情報を、給水栓100−3の中継を介して用水管理サーバ500に送信することができる。
なお、以降の説明にあたり、水位センサ400−1、400−2、400−3について特に区別しない場合には、水位センサ400と記載する。
同様に、用水管理サーバ500は、圃場FM−2に設置された各水位センサ400−2から受信した水位の情報を利用して、圃場FM−2における水位を求め、求めた水位を圃場FM−2における給排水管理に利用することができる。
また、用水管理サーバ500は、圃場FM−3に設置された各水位センサ400−3から受信した水位の情報を利用して、圃場FM−3における水位を求め、求めた水位を圃場FM−3における給排水管理に利用することができる。
給排水管理にあたり、用水管理サーバ500は、ネットワークNTから無線LANルータRTを経由して各圃場FMにおける給水栓100と通信を行うことにより、各給水栓100における栓部の開閉を制御する。これにより、用水管理サーバ500は、圃場FMごとに個別に給水に関する制御を行うことができる。
また、用水管理サーバ500は、ネットワークNTから無線LANルータRTを経由して各圃場FMにおける排水栓200と通信を行うことにより、各排水栓200における栓部の開閉を制御する。これにより、用水管理サーバ500は、圃場FMごとに個別に排水に関する制御を行うことができる。
なお、同図では圃場FM−1、FM−2、FM−3の圃場主がそれぞれ異なる場合に対応して、圃場FM−1、FM−2、FM−3ごとに圃場主端末600−1、600−2、600−3が備えられている例が示されている。しかし、圃場FM−1、FM−2、FM−3のうちで圃場主が同じものについては、1つの圃場主端末600が共通に使用されてもよい。
給水栓100において給水管101は、パイプラインPLから用水が供給される管である。給水管101の下端部側は、図示するように、パイプラインPLの端部と連結されている。これにより、図2において矢印αで示すように、パイプラインPLから送られてきた用水が給水管101における中空部101aに供給される。
本実施形態においては、止水栓ボール104と中空部102aの下側の開口部とにより栓部が形成される。
また、軸部105は、カップ103と吐出管102の中空部102aを貫通するように設けられる。軸部105は、栓駆動部111により図2の矢印Aで示すように一定の可動範囲で上下方向に移動可能とされている。
このように開状態となることにより、パイプラインPLから給水管101に供給された用水は、同図の破線で示す矢印βとして示すように、中空部101a、中空部102a及び中空部103aによる流水経路を通って、給水栓100の外部に吐出される。このようにして用水が給水栓100から圃場FMに供給される。この際、吐出管102の上にはカップ103が設けられていることで、中空部102aから吐出される用水の圧力が高い状態であっても、上に吹き出すことなく、中空部103aを通して下側に流すことができる。
栓駆動部111は、栓部の開閉駆動を行う。つまり、栓駆動部111は、軸部105を上下方向に移動させることで、止水栓ボール104が中空部102aの開口部を塞ぐ閉状態と止水栓ボール104が中空部102aの開口部よりも下側に位置する開状態との間で状態を変化させる。
なお、栓駆動部111は、開状態において軸部105の上下方向における位置を変化させることで、中空部102aの開口部と止水栓ボール104との間の隙間を調節することができる。これにより、給水栓100から吐出される用水の量が調節可能とされる。
また、制御部112は、センサ対応通信部113を介して、センサ対応通信部113の通信距離にある用水センサ300及び水位センサ400と情報の送受信を行う。また、制御部112は、サーバ対応通信部114を介してネットワークNT経由で用水管理サーバ500と情報の送受信を行う。
サーバ対応通信部114は、ネットワークNT経由で用水管理サーバ500と通信を行う。
あるいは、電源部115は、2次電池または1次電池などの所定の規格の電池により電源を供給するようにされたうえで、電池の残量が少なくなった場合には電池を交換するように使用される構成であってもよい。
通信部301は、近距離無線通信により通信距離の範囲内に位置する給水栓100と通信を行う。
流量センサ302は、当該流量センサ302が取り付けられた部位における水の流量を検出する。流量センサ302により検出された流量の情報は、通信部301によって通信相手の給水栓100に送信される。
本実施形態における制御部502は、ファームポンドFPからの用水の供給の開始に応じた制御に関連する機能部として、給水開始検出部521と給水栓制御部522とを備える。
そして、ファームポンドFPからパイプラインPLに用水を送り出すためのポンプ(図示せず)が作動され、ファームポンドFPから給水栓100への給水が開始されると、圧力が加わることによってファームポンドFPの近傍のパイプラインPLにおいて水の流れが生じる。この際、用水センサ300−Aはゼロより大きい流量値を検出する。即ち、用水センサ300−Aは流量有りと検出する。
そこで、給水開始検出部521は、監視している流量がゼロであった状態から流量有り(ゼロより大きい流量値)の状態に変化した場合に、ファームポンドFPからの給水が開始されたことを検出する。
即ち、給水栓制御部522は、給水開始検出部521により用水の供給が開始されたことが検出されると、各圃場FMにおける全ての給水栓100−1、100−2、100−3(即ち、ファームポンドFPからの用水の供給を受ける全ての給水栓100)に対して栓部を開状態とするための開栓制御信号を送信する。
また、上記の構成であれば、エアハンマーの発生防止のための給水栓100の開栓は、用水管理サーバ500の制御によって人的作業を伴うことなく行われる。これにより、本実施形態においては、エアハンマーの発生防止に関して省力化が図られる。
このため、ファームポンドFPからの用水の供給の開始に応じてエアハンマーの発生を防止するために全ての給水栓100を開状態としたままとしておくことによっては、以下のような不具合が生じる可能性がある。
つまり、今の時期において給水をすべきでない圃場FMがある場合には、この圃場FMに設置された給水栓100から用水が圃場FMに供給されることになる。このような不具合が生じた場合において、圃場主が給水栓100にまで赴いて手動で給水栓100を閉状態とすることは面倒であり省力化の点で好ましくない。
そこで、本実施形態においては、給水をすべきでない圃場FMに設置された給水栓100については、先の開栓制御により開状態としてエアハンマーの発生が回避された後において、用水管理サーバ500の制御によって閉状態に戻すことが行われる。
具体的に、給水栓制御部522は、前述の開栓制御を行った後において、開栓制御の対象とされた給水栓100のそれぞれにおいて、ファームポンドFPから供給された用水が吐出されるのを待機する。ファームポンドFPと給水栓100との間のパイプラインPLは物理的に或る程度の長さを有していることから、ファームポンドFPからの用水の供給が開始されたことに応じて給水栓100から用水が吐出されるようになるまでには或る程度の時間を要する。
未だ給水栓100から用水が吐出されていない状態では、用水センサ300−Bが設けられた給水栓100の近傍のパイプラインPLにおいても水の流れが生じていない。この際、用水センサ300−Bは流量がゼロであると検出する。
そして、給水栓100から用水が吐出される状態となっているときには、用水センサ300−Bが設けられた給水栓100の近傍のパイプラインPLにおいても水の流れが生じる。この際、用水センサ300−Bはゼロより大きい流量値を検出する。即ち、用水センサ300−Bは流量有りと検出する。
そこで、給水栓制御部522は、各用水センサ300−Bのそれぞれが検出する各流量の全てがゼロから流量有りに変化したことを以て、開栓制御の対象とされた給水栓100の全てにおいて用水が吐出された状態になったと判定する。
図6の給水栓管理情報は、ファームポンドIDと給水栓IDと使用フラグとが対応付けられた構造である。
ファームポンドIDは、ファームポンドFPごとに割り当てられた識別子である。
給水栓IDは、給水栓100を一意に示す識別子である。例えば同図においては、ファームポンドID[P0001]に、3つの給水栓ID[F0001]、[F0002]、[F0003]が対応付けられている。これは、ファームポンドID[P0001]のファームポンドから用水の供給を受ける給水栓が、それぞれ、給水栓ID[F0001]により示される給水栓、給水栓ID[F0002]により示される給水栓、給水栓ID[F0003]の給水栓により示される3つであることを示す。
同図のファームポンドID[P0001]は、図1におけるファームポンドFPを示し、給水栓ID[F0001]、[F0002]、[F0003]は、それぞれ、同じ図1における給水栓100−1、100−2、100−3を示す。
同図の例では、図1の給水栓100−1(給水栓ID[F0001])と、給水栓100−2(給水栓ID=[F0002])については圃場FMへの給水のための使用が許可されているが、給水栓100−3(給水栓ID=[F0003])については、圃場FMへの給水のための使用が禁止されていることが示されている。即ち、給水栓100−3は、給水に使用しないことが定められた給水栓である。
また、給水栓ID[F0011]の給水栓と、給水栓ID[F0012]の給水栓とについては、いずれも圃場への給水のための使用が許可されていることが示されている。
閉栓制御信号を受信した給水栓100の制御部112は、栓駆動部111を制御して栓部を閉状態とする。この結果、開栓制御が行われた後において、給水栓管理情報により給水が許可されている給水栓100からはそのまま圃場FMへの給水が継続される。一方、給水栓管理情報により給水が禁止されている給水栓100について圃場FMへの給水が停止される。このように、給水栓制御部522は、用水センサ300−Bの検出結果に基づいて給水栓100から用水が吐出された状態となったことを判定した場合に閉栓制御を行うように構成される。
ここでは、同図の処理が図1に示したファームポンドFPを対象として行われる処理である場合を例に挙げて説明する。
なお、用水センサ300−Aから送信される検出情報には、例えばファームポンドIDに代えて、用水センサ300−Aを一意に示す用水センサIDを含めてもよい。この場合、用水管理サーバ500は、ファームポンドFPのファームポンドIDと用水センサ300−Aの用水センサIDとを対応付けて管理することで、用水センサ300−Aが流量検出対象とするファームポンドFPを一意に特定することが可能である。
ファームポンドFPを示すファームポンドID[P0001]を含む検出情報が受信されると(ステップS101−YES)、給水開始検出部521は、受信された検出情報において含まれる流量値を取得する(ステップS102)。
ステップS103の判定にあたって、例えば給水開始検出部521は、前回までのステップS102により取得された流量値がゼロであった状態から、今回のステップS102により取得された流量値がゼロであった状態からゼロより大きくなるように変化したか否かについて判定すればよい。つまり、この場合には、ファームポンドFPからの用水の流量が検出されたことに応じて即座に給水栓100を開状態とする制御が行われるようにしている。
なお、流量値がゼロであった状態から、所定のマージン値に応じたゼロより大きい所定値に変化したか否かについて判定するようにしてもよい。なお、例えば流量値がゼロであった状態から、ゼロより大きい所定以上の流量値が連続して一定回数にわたって取得された場合に、ファームポンドFPからの用水の供給が開始されたと判定してもよい。上記2つの構成の場合には、何らかの原因により生じた一時的なパイプラインPL内の水の流れの発生を、ファームポンドFPからの用水の供給開始であると誤判定することが避けられ、判定結果についての信頼性を向上させることが可能になる。
これに対して、ファームポンドFPからの用水の供給が開始されたことが判定された場合(ステップS103−YES)、給水栓制御部522が以下の処理を実行する。
まず、給水栓制御部522は、開栓制御の対象としての給水栓を特定する。このために、給水栓制御部522は、用水供給開始の監視対象のファームポンドFPのファームポンドIDに対応付けられている給水栓IDを、給水栓管理情報記憶部531が記憶する給水栓管理情報から取得する。
具体的に、この場合における用水供給開始の監視対象のファームポンドFPのファームポンドIDは、[P0001]である。そこで、この場合の給水栓制御部522は、給水栓管理情報から、ファームポンドID[P0001]に対応付けられている3つの給水栓ID[F0001]、[F0002]、[F0003]を取得する。このように給水栓IDを取得することにより、開栓制御の対象としての給水栓が、給水栓100−1、100−2、100−3であることが特定される。このように特定された給水栓100−1、100−2、100−3は、監視対象のファームポンドFPから用水の供給を受ける給水栓100である。
そして、給水栓制御部522は、上記のように開栓制御の対象として特定した給水栓100−1、100−2、100−3に対して、開栓制御信号を送信する。このようにして、ステップS104における開栓制御が行われる。
上記のように開栓制御が行われることに応じて、給水栓100−1、100−2、100−3における各制御部112は、栓部が開状態となるように栓駆動部111を制御する。これにより、開栓制御の対象の給水栓100の全てが開状態となる。
ここで、ステップS104の開栓制御による給水栓100の開状態としては、全開(100%の開度)とすればよい。給水栓100を全開の状態とすることにより止水栓ボール104のストローク距離ができるかぎり小さくなるので、エアハンマーの現象による破壊もさらに生じにくくなる。
そこで、上記のように開栓制御の対象の給水栓100の全てを開状態とした後において、給水栓制御部522は、用水が給水栓100から吐出される状態となることを待機する。このために、給水栓制御部522は、以下のようにステップS105及びS106の処理を行う。
つまり、給水栓制御部522は、全ての給水栓100のそれぞれに対応する用水センサ300−Bが検出する流量を監視する(ステップS105)。
用水センサ300−B1、300−B2、300−B3は、それぞれ、給水栓100−1、100−2、100−3の近傍のパイプラインPLにおける流量を検出し、検出した流量を示す流量値を含む検出情報を、用水センサ300−B1、300−B2、300−B3を経由して用水管理サーバ500に対して一定時間ごとに送信する。
また、用水センサ300−B1、300−B2、300−B3が送信する検出情報には、対応の給水栓を示す情報として、それぞれ、給水栓100−1、100−2、100−3の給水栓IDが含まれる。
このために、給水栓制御部522は、用水センサ300−Bのそれぞれにて検出された流量の全てが、ゼロの状態からゼロより大きい状態に変化したか否かについて判定すればよい。用水センサ300−Bにより検出された流量の全てがゼロより大きい状態に変化したということは、開栓制御対象とされて開状態にある全ての給水栓100において、ファームポンドFPから供給された用水が吐出されているということである。
一方、開栓制御対象の全ての給水栓100から用水が吐出された状態となったことを判定した場合(ステップS106−YES)、給水栓制御部522は、以下の制御に移行する。つまり、給水栓制御部522は、開栓制御対象とされた給水栓100のうちで、給水のための使用が禁止されている給水栓100については閉状態とするための制御に移行する。
そこで、給水栓制御部522は、まず、開栓制御対象とされた給水栓100のうちで、給水のための使用が禁止されている給水栓100を特定する(ステップS107)。このため、給水栓制御部522は、給水栓管理情報において格納される開栓制御対象の給水栓100の給水栓IDのうち、対応付けされている使用フラグが「0」の給水栓IDを特定する。このようにして給水栓IDの特定が行われることにより、給水のための使用が禁止されている給水栓100の特定が行われる。
図6の給水栓管理情報の例では、給水栓ID[F0001]、[F0002]、[F0003]のうち、給水栓ID[F0003]に対応付けられた使用フラグが「0」となっている。従って、この場合には、給水栓ID[F0003]により示される給水栓100−3が給水のための使用が禁止されている給水栓として特定される。
ステップS104の開栓制御により開状態とされていた給水栓100のうち、ステップS107により特定された給水栓100は、閉栓制御信号を受信する。閉栓制御信号を受信した給水栓100は、これまで開状態とされていた栓部が閉状態となるように栓駆動部111を制御する。
これにより、開栓制御の対象とされた給水栓100のうち、給水のための使用が許可されている給水栓100は開状態が維持され、給水のための使用が禁止されている給水栓100が閉状態となる。この結果、給水の必要のある圃場FMには給水が行われ、その一方で、給水の必要がない圃場FMには給水が行われないこととなり、給水栓管理情報の設定に従って適正な給水管理が可能となる。
しかしながら、エアハンマーの防止にあたり、1つのファームポンドFPに対応する給水栓100のうちの一部を開状態とするように制御し、残りの給水栓100については閉状態のままとしてもよい。この場合においては、空気の圧力が給水栓100の間でできるだけ偏らないように、一定数おき(例えば1つおき、2つおき)の給水栓100を開状態の制御対象とするとよい。
このようにファームポンドFPに対応する一部の給水栓100を開状態としても、閉状態にある給水栓100にかかる空気の圧力は十分に低減させることができるため、エアハンマーによる破壊が防止される。このようにファームポンドFPに対応する給水栓100のうち開状態とする給水栓100を一部に制限することによっては、開状態の制御対象とされない給水栓100については栓駆動部111が動作しなくともよいため、例えば電源部115における2次電池あるいは1次電池の容量を節約することができる。
しかしながら、本実施形態においては、例えば、用水センサ300−Aについて、流量を検出するとともに、検出した流量に基づいてファームポンドFPからの給水が開始されたか否かを検出可能なように構成してもよい。即ち、給水開始検出部521は、用水センサ300−Aに備えられてもよい。この場合、用水センサ300−Aの給水開始検出部521は、ファームポンドFPからの給水が開始されたことを検出すると、その旨を示す給水開始通知を用水管理サーバ500に送信する。用水管理サーバ500における給水栓制御部522は、給水開始通知が受信されたことに応じて開栓制御を行うようにされればよい。
また、給水開始検出部521は、例えばファームポンドFPからパイプラインPLに用水を送り出すためのポンプの動作状態を監視し、ポンプが停止している状態から動作を開始した状態となったことに応じて、給水が開始されたことを検出するようにしてもよい。あるいは、ポンプに給水開始検出部521を設けてもよい。つまり、この場合には、ポンプ自体が、自己の動作を開始したことに応じて給水が開始されたことを検出し、作開始通知を用水管理サーバ500に送信するように構成すればよい。
Claims (4)
- 用水供給源からパイプラインを経由して供給された用水を圃場に供給するように設けられる給水栓と、用水管理サーバとを備える用水管理システムであって、
前記給水栓において、前記パイプラインから供給された用水が前記給水栓の外部に吐出されるまでの流水経路に設けられる栓部の開閉駆動を行う栓駆動部と、
前記用水供給源から前記給水栓への用水の供給の開始を検出する給水開始検出部と、
前記用水管理サーバにおいて、前記給水開始検出部により用水の供給の開始が検出されたことに応じて、前記栓駆動部が前記栓部を開状態とするように開栓制御を行う給水栓制御部とを備え、
前記給水栓制御部は、
前記開栓制御を行ったことにより前記給水栓から用水が吐出された状態となった後において、開栓制御の対象とされた給水栓のうち、圃場への給水に使用しないことが定められた給水栓においては前記栓駆動部が前記栓部を閉状態とするように閉栓制御を行う
用水管理システム。 - 前記用水供給源から前記給水栓に流れる用水を検出する第1用水センサをさらに備え、
前記給水開始検出部は、前記第1用水センサの検出結果に基づいて用水の供給が開始されたか否かについて判定する
請求項1に記載の用水管理システム。 - 前記給水栓に流れる用水を検出する第2用水センサをさらに備え、
前記給水開始検出部は、前記第2用水センサによる検出結果に基づいて前記給水栓から用水が吐出された状態となったことを判定した場合に前記閉栓制御を行う
請求項1または2に記載の用水管理システム。 - 用水供給源からパイプラインを経由して供給された用水を圃場に供給するように設けられ、前記パイプラインから供給された用水が外部に吐出されるまでの流水経路に設けられる栓部の開閉駆動を行う栓駆動部を備える給水栓と通信を行う通信部と、
前記用水供給源から前記給水栓への用水の供給の開始が検出されたことに応じて、前記栓駆動部が前記栓部を開状態とするように開栓制御を行う給水栓制御部とを備え、
前記給水栓制御部は、
前記開栓制御を行ったことにより前記給水栓から用水が吐出された状態となった後において、開栓制御の対象とされた給水栓のうち、圃場への給水に使用しないことが定められた給水栓においては前記栓駆動部が前記栓部を閉状態とするように閉栓制御を行う
用水管理サーバ。
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