JP6705525B1 - 土壌状態推定装置、土壌状態推定方法、及びプログラム - Google Patents

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Abstract

【課題】土壌の深さに応じて状態を推定する、土壌状態推定装置、土壌状態推定方法、及びプログラムを提供する。【解決手段】土壌状態推定装置１は、振動が土壌を伝わる伝達時間を用いて、土壌を介して計測された振動を、土壌の深さに応じて選択する、選択部２と、選択した振動の特徴を抽出する、抽出部３と、特徴を用いて、特徴と土壌の状態とが関連付けられた土壌推定情報を参照し、土壌の状態を推定する、推定部４と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、土壌の状態を推定する土壌状態推定装置、土壌状態推定方法、及びプログラムに関する。
土壌の硬度を計測する場合に、硬度計を用いて計測をする方法が知られている。例えば、特許文献１には、土壌の表面（地表面）の硬度を測定する土壌表面硬度測定装置が開示されている。この土壌表面硬度測定装置によれば、地表面の硬度に応じて貫入深さが変わる円錐形状の感知部を自然落下させて土壌中に貫入させ、このときの貫入深さにより土壌表面の硬度を測定する。
また、関連する技術として、特許文献２には、土の種類及び密度を判定する土質判定装置が開示されている。この土質判定装置によれば、土壌の振動の周波数の特徴を表す周波数特徴振動と水分量とを用いて土の種類及び密度を判定する。
特開平１１−９４７３２号公報 国際公開第２０１６／１３６２１３号
しかしながら、特許文献１に開示されている土壌表面硬度測定装置は、地表面の硬度を測定する装置ではあるが、地中の硬度の測定には適用できない。また、円錐形状の感知部を地表面に自然落下させるので、例えば、畑などのやわらかい土壌での硬度の測定には不向きである。その理由は、畝などが既に形成されている場合、感知部が畝を破壊してしまうためである。
また、特許文献２に開示されている土質判定装置は、地表面を破壊しないように、土の種類及び密度を判定できる。しかし、特許文献２に開示されている土質判定装置は、土壌の深さに応じて土壌の状態を推定するものではない。
本発明の目的の一例は、土壌の深さに応じて状態を推定する、土壌状態推定装置、土壌状態推定方法、及びプログラムを提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一側面における土壌状態推定装置は、
振動が土壌を伝わる伝達時間を用いて、前記土壌を介して計測された振動を、前記土壌の深さに応じて選択する、選択部と、
選択した振動の特徴を抽出する、抽出部と、
前記特徴を用いて、前記特徴と前記土壌の状態とが関連付けられた土壌推定情報を参照し、前記土壌の状態を推定する、推定部と、
を有することを特徴とする。
また、上記目的を達成するため、本発明の一側面における土壌状態推定方法は、
（ａ）振動が土壌を伝わる伝達時間を用いて、前記土壌を介して計測された振動を、前記土壌の深さに応じて選択する、ステップと、
（ｂ）選択した振動の特徴を抽出する、ステップと、
（ｃ）前記特徴を用いて、前記特徴と前記土壌の状態とが関連付けられた土壌推定情報を参照し、前記土壌の状態を推定する、ステップと、
を有することを特徴とする。
更に、上記目的を達成するため、本発明の一側面におけるプログラムは、
コンピュータに、
（ａ）振動が土壌を伝わる伝達時間を用いて、前記土壌を介して計測された振動を、前記土壌の深さに応じて選択する、ステップと、
（ｂ）選択した振動の特徴を抽出する、ステップと、
（ｃ）前記特徴を用いて、前記特徴と前記土壌の状態とが関連付けられた土壌推定情報を参照し、前記土壌の状態を推定する、ステップと、
を実行させることを特徴とする。
以上のように本発明によれば、土壌の深さに応じて状態を推定することができる。
図１は、土壌状態推定装置の一例を示す図である。 図２は、土壌と伝達時間とを説明するための図である。 図３は、土壌状態推定装置を有するシステムの一例を示す図である。 図４は、選択時間生成情報のデータ構造の一例を示す図である。 図５は、共振周波数を説明するための図である。 図６は、土壌推定情報のデータ構造の一例を示す図である。 図７は、土壌状態推定装置の動作の一例を示す図である。 図８は、土壌状態推定装置を実現するコンピュータの一例を示す図である。
（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について、図１から図８を参照しながら説明する。
［装置構成］
最初に、図１、図２を用いて、本実施の形態における土壌状態推定装置１の構成について説明する。図１は、土壌状態推定装置の一例を示す図である。図２は、土壌と伝達時間とを説明するための図である。
図１に示す土壌状態推定装置１は、土壌の深さに応じて状態を推定する装置である。また、図１に示すように、土壌状態推定装置１は、選択部２と、抽出部３と、推定部４とを有する。
このうち、選択部２は、振動が土壌を伝わる伝達時間を用いて、土壌を介して計測された振動を、土壌の深さに応じて選択する。すなわち、伝達時間が土壌の深さに応じて異なることを利用して、土壌の深さに応じた振動を選択する。
土壌の深さは、例えば、土壌の地表面（土壌表面）から鉛直方向の距離で表される。図２の例では、土壌表面から距離Ｌ１までの土壌を土壌層１とし、距離Ｌ１から距離Ｌ２までの土壌を土壌層２とし、距離Ｌ３から距離Ｌ２までの土壌を土壌層３としている。
伝達時間は、具体的には、対象となる土壌の地表面に振動を加えた時点から、振動に対応する振動が土壌表面において計測されるまでにかかる時間である。土壌に加える振動は
、図２に示すように、例えば、加振器２１を地表面に設置して、土壌に振動を加えることが考えられる。また、当該振動が土壌を介して土壌表面に伝達される振動は、図２に示すように、例えば、振動計２２を土壌表面に設置して、土壌に伝達された振動を計測する。
また、伝達時間は、土壌が深いほど長くなるので、図２に示すように、土壌層１を介して振動計２２に伝達される振動１（実線）の伝達時間Ｔ１、土壌層２を介して振動計２２に伝達される振動２（破線）の伝達時間Ｔ２、土壌層３を介して振動計２２に伝達される振動３（一点鎖線）の伝達時間Ｔ３には、Ｔ３＞Ｔ２＞Ｔ１の関係が成立する。
抽出部３は、選択した振動の特徴を抽出する。振動の特徴とは、例えば、共振周波数などの振動の特徴を表す情報である。
推定部４は、抽出した特徴を用いて、特徴と土壌の状態とが関連付けられた土壌推定情報を参照し、土壌の状態を推定する。土壌の状態とは、例えば、土の硬度、又は土に含まれる根の量、又は土に含まれる含水量、又は土の組成などである。ただし、土壌の状態は、上述した状態に限定されるものではない。
このように、本実施の形態においては、土壌の深さに応じて振動を選択できるので、土壌層に対応する振動を用いて、対象とする深さ（土壌層）における土壌の状態が推定できる。
［システム構成］
続いて、図３を用いて、本実施の形態における装置１の構成をより具体的に説明する。図３は、土壌状態推定装置を有するシステムの一例を示す図である。
図３に示すように、本実施の形態における土壌状態推定装置１を有するシステム２０は、土壌状態推定装置１に加えて、加振器２１と、振動計２２と、出力装置２３とを有する。土壌状態推定装置１は、選択部２、抽出部３、推定部４に加えて、制御部２４、収集部２５、出力情報生成部２６を有する。
加振器２１は、土壌に対して振動を与えるために用いる装置である。具体的には、加振器２１は、土壌の地表面に設置して、土壌に振動を発生させる。加振器２１は、まず、制御部２４から、加振器２１の加振を設定するために用いる加振設定情報を取得する。加振設定情報は、例えば、加振力、加振周波数を設定するための情報である。
続いて、加振器２１は、制御部２４から、加振設定情報を取得した場合、加振設定情報に基づいて、土壌に振動を発生させる。加振方法としては、例えば、加振周波数をスイープさせて、複数の周波数の振動を土壌に発生させる方法がある。
なお、加振器２１は、例えば、機械式、油圧式、動電式、圧電式、電磁式などの加振器、又はハンマーなどが考えられる。また、加振器２１は、畑などのやわらかい土壌に形成された畝などを破壊しない程度の加振ができればよい。また、加振器２１は、制御部２４とのやり取りは、無線通信、又は有線通信などを用いる。
振動計２２は、土壌に加えられた振動を計測する装置である。具体的には、振動計２２は、地表面に設置され、加振器２１により土壌に加えられた振動を、土壌を介して計測する。続いて、振動計２２は、計測した振動を表す振動情報を収集部２５へ出力する。
なお、振動計２２は、例えば、機械式、電磁式、圧電式、光学式、電磁波式などの振動計などが考えられる。また、振動計２２は、収集部２５とのやり取りは、無線通信、又は
有線通信などを用いる。
出力装置２３は、出力情報生成部２６により、出力可能な形式に変換された、出力情報を取得し、その出力情報に基づいて、生成した画像及び音声などを出力する。出力装置２３は、例えば、液晶、有機ＥＬ（Electro Luminescence）、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）を用いた画像表示装置などである。更に、画像表示装置は、スピーカなどの音声出力装置などを備えていてもよい。なお、出力装置２３は、プリンタなどの印刷装置でもよい。出力情報については後述する。
土壌状態推定装置について説明する。
制御部２４は、少なくとも加振器２１と収集部２５とを制御する。具体的には、制御部２４は、加振器２１へ加振設定情報を送信して、加振器２１に加振をさせる制御をする。また、制御部２４は、加振開始指示を収集部２５へ送信し、収集部２５に振動情報の収集を開始させる。
収集部２５は、振動計２２から振動情報を収集する。具体的には、収集部２５は、まず、振動計２２から振動情報を時系列に収集する。続いて、収集部２５は、収集した振動情報を選択部２へ出力する。また、収集部２５は、振動情報を不図示の記憶部に記憶する。記憶部は、土壌状態推定装置１の内部に設けてもよいし、土壌状態推定装置１の外部に設けてもよい。
選択部２は、対象の土壌の深さ（土壌層）に対応する振動の伝達時間に基づいて、収集部２５が収集した振動情報から、対象の土壌層に対応する振動情報を選択する。具体的には、選択部２は、まず、収集部２５から振動情報を取得する。
続いて、選択部２は、対象の土壌層に対応する伝達時間から選択時間を算出する。選択時間の算出は、例えば、土壌層１に対応する振動情報を選択する場合、土壌層１に対応する伝達時間Ｔ１を用いて、加振器２１が土壌に対して発生させた振動が、土壌層１に反射し、反射した振動１が振動計２２で計測できる時間（選択時間）を算出する。
すなわち、伝達時間Ｔ１が、土壌の地表面に振動を発生させた時点ｔ０から、その振動が土壌層１を介して地表面において計測される時点ｔｅ１で表される場合、土壌層１に対応する選択時間ｔｓ１は、時点ｔｅ１より前の時点（ｔｅ１−ａ１）から、土壌層１で反射した振動が計測できなくなる時点（ｔｅ１＋ｂ１）までの時間となる。
なお、時間ａ１（開始情報）、時間ｂ１（終了情報）それぞれは、例えば、実験、又はシミュレーションなどにより求められる。また、土壌層１以外の土壌層２、３・・・についても、土壌層１と同様に選択時間ｔｓ２、ｔｓ３・・・を算出する。
図４は、選択時間生成情報のデータ構造の一例を示す図である。上述した、土壌層ごとの伝達時間、開始情報、終了情報は、例えば、図４に示す選択時間生成情報４１のように、土壌層と、伝達時間と、開始情報と、終了情報とを関連付けて、あらかじめ記憶部に記憶される。
又は、図４に示す選択時間生成情報４２のように、土壌層と、選択時間とを関連付けて、あらかじめ記憶部に記憶させてもよい。
続いて、選択部２は、選択時間を用いて、取得した振動情報から対象の土壌層に対応する振動情報を選択する。すなわち、選択部２は、対象の土壌層に対応する選択時間に計測された振動情報を選択する。
抽出部３は、選択した振動情報を用いて、振動の特徴を抽出する。振動の特徴は、例えば、共振周波数などが考えられる。
具体的には、抽出部３は、まず、加振器２１が土壌に対して発生させた振動に対応する基準となる基準振動情報（入力値ｘ（ｔ））と、選択部２が選択した土壌層に対応する振動情報（出力値ｙ（ｔ））とを取得する。基準振動情報は、例えば、実験、又はシミュレーションなどにより求めて、記憶部に記憶させる。
また、基準振動情報は、加振直後における土壌の振動を、振動計２２と別の振動計を用いて計測し、計測した振動に基づいて生成してもよい。
続いて、抽出部３は、入力値ｘ（ｔ）と、入力値ｘ（ｔ）に対応する出力値ｙ（ｔ）との関係を表す関数を算出する。例えば、伝達関数Ｇ（ｓ）などを算出する。伝達関数Ｇ（ｓ）は、入力値ｘ（ｔ）と出力値ｙ（ｔ）とをそれぞれラプラス変換し、ラプラス変換した後の入力値Ｘ（ｓ）と出力値Ｙ（ｓ）との比（Ｙ（ｓ）／Ｘ（ｓ））で表される。ここで、比は、土壌への振動の伝わり方を表している。
続いて、抽出部３は、振動に対応する周波数（スイープした周波数）と比（振幅）との関係を用いて、比のピークに対応する周波数を抽出して、振動の特徴とする。例えば、図５に示すように、比のピークに対応する周波数を共振周波数とする。図５は、共振周波数を説明するための図である。
なお、共振周波数を用いる理由は、土壌の状態により共振周波数は変化するので、この土壌の状態と共振周波数との関係を利用して、土壌の状態が推定できるからである。
なお、振動の特徴は、上述した方法に限らず、共振周波数以外を振動の特徴としてもよい。例えば、共振周波数以外には、共振周波数の鋭さ（Ｑ値）を表す情報も振動の特徴としてもよい。共振周波数の鋭さを表す情報を用いる理由は、土壌の状態によって共振周波数の鋭さが変化するので、この土壌の状態と共振周波数の鋭さとの関係を利用して、土壌の状態が推定できるからである。
推定部４は、抽出した特徴を用いて、土壌推定情報を参照し、土壌の状態を推定する。具体的には、推定部４は、まず、抽出部３から特徴を取得する。続いて、推定部４は、取得した特徴を用いて、特徴と土壌の状態とが関連付けられた土壌推定情報を参照し、土壌の状態を推定する。土壌推定情報は、例えば、不図示の記憶部にあらかじめ記憶されている。
図６は、土壌推定情報のデータ構造の一例を示す図である。図６に示す土壌推定情報６１は、特徴として共振周波数［Ｈｚ］に、土の硬度［ｋｇ／ｍ２］、又は土に含まれる根の量［ｍ／ｍ３］、又は土に含まれる含水量［％］、又は土の組成、又はそれらを二つ以上組み合わせた情報が関連付けられた情報である。なお、土壌の状態は、上述した情報に限定されるものではない。
土の硬度は、高いほど共振周波数が高くなる。その理由は、硬い物体の場合には外力に対する復元力が強く、そのために共振周波数が高くなるからである。また、土に含まれる根の量が多いほど共振周波数が高くなる。その理由は、根の量が多くなると共振周波数がどのように変化するかは、根の種類と土壌の種類に依存するが、根が土壌よりも張力が強ければ、根の量が増すにつれてその分共振周波数は高くなると考えられるからである。また、土に含まれる含水量が高いほど共振周波数が低くなると考えられるからである。その
理由は、一般的には水のような流体の方が土よりも張力が弱いと考えられているからである。また、土の組成（例えば、粘土、泥、砂など）は、共振周波数により異なる。
また、同じ共振周波数において複数の寄与がある場合が考えられる。例えば、共振周波数が１０［Ｈｚ］の場合に、［硬度１０００［ｋｇ／ｍ２］，根の量１．０［ｍ／ｍ３］，含水量１０［％］，粘土]の他に、［硬度２０００［ｋｇ／ｍ２］，根の量１．０［ｍ／ｍ３］，含水量３０［％］，粘土］が考えられるような場合がある。そのような場合に、硬度を求めるためには、硬度以外を他の方法を、例えば、作物シミュレーション、水分量センサ、土壌分析などを用いて、根の量、含水量、土の組成を特定し、特定した結果に基づいて硬度を決定してもよい。
又は、振動の特徴の次元数を増すことが考えられる。振動の特徴の次元数を増す場合には、例えば、特徴量として更に共振周波数のＱ値を特定したり、複数の共振周波数を計測したりすることが考えられる。そうすることで、同じ共振周波数において複数の寄与がある場合でも、土壌の状態を区別することができる。
出力情報生成部２６は、土壌層に対応する土壌の状態を、出力装置２３に出力させる。具体的には、出力情報生成部２６は、まず、推定部４から土壌の状態を表す情報を取得する。続いて、出力情報生成部２６は、選択した土壌層と、その土壌層に対応する土壌の状態と、出力装置２３に出力させるために用いる、出力情報を生成する。そして、出力情報生成部２６は、生成した出力情報を出力装置２３へ出力して、出力装置２３に、土壌層に対応する土壌の状態を出力させる。
［装置動作］
次に、本発明の実施の形態における土壌状態推定装置の動作について図７を用いて説明する。図７は、土壌状態推定装置の動作の一例を示す図である。以下の説明においては、適宜図２から図６を参照する。また、本実施の形態では、土壌状態推定装置を動作させることによって、土壌状態推定法が実施される。よって、本実施の形態における土壌状態推定方法の説明は、以下の土壌状態推定装置の動作説明に代える。
図７を用いて、加振周波数をスイープさせて、土壌の状態を推定する場合について説明する。図７に示すように、
ステップＡ１において、最初に、制御部２４は、加振器２１を制御して土壌に対して振動を加えさせる。具体的には、ステップＡ１において、制御部２４は、加振力、加振周波数を設定するために用いる加振設定情報を、加振器２１へ送信する。その後、加振器２１は、受信した加振設定情報に基づいて、土壌に振動を発生させる。
続いて、ステップＡ２において、収集部２５は、振動計２２が土壌を介した計測した振動情報を収集する。具体的には、ステップＡ２において、収集部２５は、まず、振動計２２から振動情報を時系列に収集する。続いて、収集部２５は、収集した振動情報を選択部２へ出力する。また、収集部２５は、振動情報を不図示の記憶部に記憶する。
続いて、ステップＡ３において、選択部２は、振動が土壌を伝わる伝達時間を用いて、土壌を介して計測された振動を、土壌の深さに応じて選択する。すなわち、ステップＡ３において、選択部２は、対象の土壌の深さ（土壌層）に対応する振動の伝達時間に基づいて、収集部２５が収集した振動情報から、対象の土壌層に対応する振動情報を選択する。
具体的には、ステップＡ３において、選択部２は、まず、収集部２５から振動情報を取得する。続いて、選択部２は、対象の土壌層に対応する伝達時間から選択時間を算出する
。選択時間を算出は、例えば、土壌層１に対応する振動情報を選択する場合、土壌層１に対応する伝達時間Ｔ１を用いて、加振器２１が土壌に対して発生させた振動が、土壌層１に反射し、反射した振動１が振動計２２で計測できる時間（選択時間）を算出する。
続いて、選択部２は、選択時間を用いて、取得した振動情報から対象の土壌層に対応する振動情報を選択する。すなわち、選択部２は、対象の土壌層に対応する選択時間に計測された振動情報を選択する。
なお、伝達時間Ｔ１が、土壌の地表面に振動を発生させた時点ｔ０から、その振動が土壌層１を介して地表面において計測される時点ｔｅ１で表される場合、土壌層１に対応する選択時間ｔｓ１は、時点ｔｅ１より前の時点（ｔｅ１−ａ１）から、土壌層１で反射した振動が計測できなくなる時点（ｔｅ１＋ｂ１）までの時間となる。
また、時間ａ１（開始情報）、時間ｂ１（終了情報）それぞれは、例えば、実験、又はシミュレーションなどにより求められる。また、土壌層１以外の土壌層２、３・・・についても、土壌層１と同様に選択時間ｔｓ２、ｔｓ３・・・を算出する。
なお、上述した土壌層ごとの伝達時間、開始情報、終了情報は、例えば、図４に示す選択時間生成情報４１のように、土壌層と、伝達時間と、開始情報と、終了情報とを関連付けて、あらかじめ記憶部に記憶させる。
又は、図４に示す選択時間生成情報４２のように、土壌層と、選択時間とを関連付けて、あらかじめ記憶部に記憶させてもよい。
続いて、ステップＡ４において、抽出部３は、選択した振動ごとに、振動の特徴を表す特徴を抽出する。振動の特徴は、例えば、共振周波数などが考えられる。
具体的には、ステップＡ４において、抽出部３は、まず、加振器２１が土壌に対して発生させた振動に対応する、基準となる基準振動情報（入力値ｘ（ｔ））と、選択部２が選択した土壌層に対応する振動情報（出力値ｙ（ｔ））とを取得する。
基準振動情報は、例えば、実験、又はシミュレーションなどにより求めて、記憶部に記憶させる。又は、基準振動情報は、加振直後における土壌の振動を、振動計２２と別の振動計を用いて計測し、計測した振動に基づいて生成してもよい。
続いて、ステップＡ４において、抽出部３は、入力値ｘ（ｔ）と、入力値ｘ（ｔ）に対応する出力値ｙ（ｔ）との関係を表す関数を算出する。例えば、伝達関数Ｇ（ｓ）などを算出する。
伝達関数Ｇ（ｓ）は、入力値ｘ（ｔ）と出力値ｙ（ｔ）とをそれぞれラプラス変換し、ラプラス変換した後の入力値Ｘ（ｓ）と出力値Ｙ（ｓ）との比（Ｙ（ｓ）／Ｘ（ｓ））で表される。ここで、比は、土壌への振動の伝わり方を表している。
続いて、ステップＡ４において、抽出部３は、振動に対応する周波数（スイープした周波数）と比（振幅）との関係を用いて、比のピークに対応する周波数を抽出して、振動の特徴（共振周波数）とする。例えば、図５に示すように、比（振幅）のピークに対応する周波数を共振周波数とする。図５は、共振周波数を説明するための図である。
なお、共振周波数を用いる理由は、土壌の状態により共振周波数は変化するので、この土壌の状態と共振周波数との関係を利用して、土壌の状態が推定できるからである。
なお、振動の特徴は、上述した方法に限らず、共振周波数以外を振動の特徴としてもよい。
続いて、ステップＡ５において、制御部２４は、あらかじめ設定した全ての加振周波数において加振器２１に加振をさせたか否かを判定する。全ての加振周波数で加振器２１に加振をさせた場合（ステップＡ５：Ｙｅｓ）、ステップＡ７において、土壌の状態を推定する処理を実行する。まだ加振が実行されていない加振周波数がある場合（ステップＡ５：Ｎｏ）、ステップＡ６において、制御部２４は加振周波数を変更する。すなわち、加振周波数をスイープさせるために、現在の加振周波数を変更する。
続いて、ステップＡ７において、推定部４は、特徴を用いて、特徴と土壌の状態とが関連付けられた土壌推定情報を参照し、土壌の状態を推定する。具体的には、ステップＡ７において、推定部４は、まず、抽出部３から特徴を取得する。続いて、推定部４は、取得した特徴を用いて、特徴と土壌の状態とが関連付けられた土壌推定情報を参照し、土壌の状態を推定する。土壌推定情報は、例えば、不図示の記憶部にあらかじめ記憶されている。
土壌推定情報は、例えば、特徴（例えば、共振周波数［Ｈｚ］など）に、土の硬度［ｋｇ／ｍ２］、又は土に含まれる根の量［ｍ／ｍ３］、又は土に含まれる含水量［％］、又は土の組成、又はそれらを二つ以上組み合わせた情報を関連付けた情報である。なお、土壌の状態は、上述した情報に限定されるものではない。
続いて、ステップＡ８において、出力情報生成部２６は、推定した土壌の状態を用いて出力情報を生成し、出力情報を出力装置２３に出力する。
具体的には、ステップＡ８において、出力情報生成部２６は、まず、推定部４から土壌の状態を表す情報を取得する。続いて、出力情報生成部２６は、選択した土壌層と、その土壌層に対応する土壌の状態とを用いて、土壌層に対応する土壌の状態を出力装置２３に出力させるために用いる出力情報を生成する。そして、出力情報生成部２６は、生成した出力情報を出力装置２３へ出力して、出力装置２３に土壌層に対応する土壌の状態を出力させる。
［本実施の形態の効果］
以上のように本実施の形態によれば、土壌の深さに応じて振動を選択できるので、土壌層に対応する振動を用いて、対象とする深さ（土壌層）における土壌の状態が推定できる。
また、本実施の形態によれば、図５に示したゲイン線図に示したような計測ができればよいので、弱い連続波による積算が可能となる。加振器２１を用いて、土壌に弱い振動を断続的に加えるか、又は連続的に振動を加えることにより、統計的に計測した振動のＳＮ比を上げることができる。そのため、畑などのやわらかい土壌において、畝などを破壊することなく土壌の状態を推定できる。
更に、速度を計測しているわけではないので、強い衝撃が必要ないため、加振器２１のすぐ隣に振動計２２を設置して計測が可能である。すなわち、従来のような振動の伝達速度を使って硬度を計測する方法では、速度差つまり振動の到達時間差を検出する必要がある。また、時間差が計測可能になるくらいに振動源と計測地点とを離す必要があるため、強い振動を加える必要がある。しかし、本実施の形態によれば、速度差を検出する必要はなく、加振器２１を用いて断続的又は連続的に土壌に発生させた振動を、振動計２２で計
測し、その計測した振動の大きさが分かればよいので、加振器２１のすぐ隣に振動計２２を設置して計測が可能である。
また、土壌の状態が推定できるので、土壌の状態を出力装置２３に出力することで、作業者は対象とする土壌層に対して適切な対処ができる。例えば、適切な対処としては、土壌が堅ければ、作業者に耕起することなどを促す。
［プログラム］
本発明の実施の形態におけるプログラムは、コンピュータに、図７に示すステップＡ１からＡ８を実行させるプログラムであればよい。このプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、本実施の形態における土壌状態推定装置と土壌状態推定方法とを実現することができる。この場合、コンピュータのプロセッサは、制御部２４、収集部２５、選択部２、抽出部３、推定部４、出力情報生成部２６として機能し、処理を行なう。
また、本実施の形態におけるプログラムは、複数のコンピュータによって構築されたコンピュータシステムによって実行されてもよい。この場合は、例えば、各コンピュータが、それぞれ、制御部２４、収集部２５、選択部２、抽出部３、推定部４、出力情報生成部２６のいずれかとして機能してもよい。
［物理構成］
ここで、実施の形態におけるプログラムを実行することによって、土壌状態推定装置を実現するコンピュータについて図８を用いて説明する。図８は、本発明の実施の形態における土壌状態推定装置を実現するコンピュータの一例を示すブロック図である。
図８に示すように、コンピュータ１１０は、ＣＰＵ１１１と、メインメモリ１１２と、記憶装置１１３と、入力インターフェイス１１４と、表示コントローラ１１５と、データリーダ／ライタ１１６と、通信インターフェイス１１７とを備える。これらの各部は、バス１２１を介して、互いにデータ通信可能に接続される。なお、コンピュータ１１０は、ＣＰＵ１１１に加えて、又はＣＰＵ１１１に代えて、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、又はＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）を備えていてもよい。
ＣＰＵ１１１は、記憶装置１１３に格納された、本実施の形態におけるプログラム（コード）をメインメモリ１１２に展開し、これらを所定順序で実行することにより、各種の演算を実施する。メインメモリ１１２は、典型的には、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性の記憶装置である。また、本実施の形態におけるプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体１２０に格納された状態で提供される。なお、本実施の形態におけるプログラムは、通信インターフェイス１１７を介して接続されたインターネット上で流通するものであってもよい。
また、記憶装置１１３の具体例としては、ハードディスクドライブの他、フラッシュメモリなどの半導体記憶装置があげられる。入力インターフェイス１１４は、ＣＰＵ１１１と、キーボード及びマウスといった入力機器１１８との間のデータ伝送を仲介する。表示コントローラ１１５は、ディスプレイ装置１１９と接続され、ディスプレイ装置１１９での表示を制御する。
データリーダ／ライタ１１６は、ＣＰＵ１１１と記録媒体１２０との間のデータ伝送を仲介し、記録媒体１２０からのプログラムの読み出し、及びコンピュータ１１０における処理結果の記録媒体１２０への書き込みを実行する。通信インターフェイス１１７は、ＣＰＵ１１１と、他のコンピュータとの間のデータ伝送を仲介する。
また、記録媒体１２０の具体例としては、ＣＦ（Compact Flash（登録商標））及びＳＤ（Secure Digital）などの汎用的な半導体記憶デバイス、フレキシブルディスク（Flexible Disk）などの磁気記録媒体、又はＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）などの光学記録媒体があげられる。
［付記］
以上の実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。上述した実施の形態の一部又は全部は、以下に記載する（付記１）から（付記１５）により表現することができるが、以下の記載に限定されるものではない。
（付記１）
振動が土壌を伝わる伝達時間を用いて、前記土壌を介して計測された振動を、前記土壌の深さに応じて選択する、選択部と、
選択した振動の特徴を抽出する、抽出部と、
前記特徴を用いて、前記特徴と前記土壌の状態とが関連付けられた土壌推定情報を参照し、前記土壌の状態を推定する、推定部と、
を有することを特徴とする土壌状態推定装置。
（付記２）
付記１に記載の土壌状態推定装置であって、
前記選択手段は、対象の前記土壌の深さに対応する、あらかじめ設定した前記伝達時間に基づいて算出した、対象の前記土壌の深さに対応する振動を選択するための選択時間を用いて、対象の前記土壌の深さに対応する振動を選択する
ことを特徴とする土壌状態推定装置。
（付記３）
付記１又は２に記載の土壌状態推定装置であって、
前記伝達時間は、対象となる土壌の地表面に振動を加えた時点から、前記振動が前記土壌を介して前記地表面において計測された時点までの時間である
ことを特徴とする土壌状態推定装置。
（付記４）
付記１から３のいずれか一つに記載の土壌状態推定装置であって、
前記土壌推定情報は、前記特徴に、土の硬度、又は土に含まれる根の量、又は土に含まれる含水量、又は土の組成、又はそれらを二つ以上組み合わせた情報が関連付けられた情報である
ことを特徴とする土壌状態推定装置。
（付記５）
付記１から４のいずれか一つに記載の土壌状態推定装置であって、
地表面に設置した加振器を用いて振動を前記土壌に加えさせ、前記地表面に設置した振動計を用いて前記土壌を介して前記振動を計測する
ことを特徴とする土壌状態推定装置。
（付記６）
（ａ）振動が土壌を伝わる伝達時間を用いて、前記土壌を介して計測された振動を、前記土壌の深さに応じて選択する、ステップと、
（ｂ）選択した振動の特徴を抽出する、ステップと、
（ｃ）前記特徴を用いて、前記特徴と前記土壌の状態とが関連付けられた土壌推定情報を
参照し、前記土壌の状態を推定する、ステップと、
を有することを特徴とする土壌状態推定方法。
（付記７）
付記６に記載の土壌状態推定方法であって、
前記（ａ）のステップにおいて、前記選択手段は、対象の前記土壌の深さに対応する、あらかじめ設定した前記伝達時間に基づいて算出した、対象の前記土壌の深さに対応する振動を選択するための選択時間を用いて、対象の前記土壌の深さに対応する振動を選択する
ことを特徴とする土壌状態推定方法。
（付記８）
付記６又は７に記載の土壌状態推定方法であって、
前記伝達時間は、対象となる土壌の地表面に振動を加えた時点から、前記振動が前記土壌を介して前記地表面において計測された時点までの時間である
ことを特徴とする土壌状態推定方法。
（付記９）
付記６から８のいずれか一つに記載の土壌状態推定方法であって、
前記土壌推定情報は、前記特徴に、土の硬度、又は土に含まれる根の量、又は土に含まれる含水量、又は土の組成、又はそれらを二つ以上組み合わせた情報が関連付けられた情報である
ことを特徴とする土壌状態推定方法。
（付記１０）
付記６から９のいずれか一つに記載の土壌状態推定方法であって、
地表面に設置した加振器を用いて振動を前記土壌に加えさせ、前記地表面に設置した振動計を用いて前記土壌を介して前記振動を計測する
ことを特徴とする土壌状態推定方法。
（付記１１）
コンピュータに、
（ａ）振動が土壌を伝わる伝達時間を用いて、前記土壌を介して計測された振動を、前記土壌の深さに応じて選択する、ステップと、
（ｂ）選択した振動の特徴を抽出する、ステップと、
（ｃ）前記特徴を用いて、前記特徴と前記土壌の状態とが関連付けられた土壌推定情報を参照し、前記土壌の状態を推定する、ステップと、
を実行させることを特徴とするプログラム。
（付記１２）
付記１１に記載のプログラムであって、
前記（ａ）のステップにおいて、前記選択手段は、対象の前記土壌の深さに対応する、あらかじめ設定した前記伝達時間に基づいて算出した、対象の前記土壌の深さに対応する振動を選択するための選択時間を用いて、対象の前記土壌の深さに対応する振動を選択する
ことを特徴とするプログラム。
（付記１３）
付記１１又は１２に記載のプログラムであって、
前記伝達時間は、対象となる土壌の地表面に振動を加えた時点から、前記振動が前記土
壌を介して前記地表面において計測された時点までの時間である
ことを特徴とするプログラム。
（付記１４）
付記１１から１３のいずれか一つに記載のプログラムであって、
前記土壌推定情報は、前記特徴に、土の硬度、又は土に含まれる根の量、又は土に含まれる含水量、又は土の組成、又はそれらを二つ以上組み合わせた情報が関連付けられた情報である
ことを特徴とするプログラム。
（付記１５）
付記１１から１４のいずれか一つに記載のプログラムであって、
地表面に設置した加振器を用いて振動を前記土壌に加えさせ、前記地表面に設置した振動計を用いて前記土壌を介して前記振動を計測させる
ことを特徴とするプログラム。
以上のように本発明によれば、土壌の深さに応じて状態を推定することができる。本発明は、土壌の状態の推定が必要な分野において有用である。
１ 土壌状態推定装置
２ 選択部
３ 抽出
４ 推定部
２０ システム
２１ 加振器
２２ 振動計
２３ 出力装置
２４ 制御部
２５ 収集部
２６ 出力情報生成部
４１、４２ 選択時間生成情報
６１ 土壌推定情報
１１０ コンピュータ
１１１ ＣＰＵ
１１２ メインメモリ
１１３ 記憶装置
１１４ 入力インターフェイス
１１５ 表示コントローラ
１１６ データリーダ／ライタ
１１７ 通信インターフェイス
１１８ 入力機器
１１９ ディスプレイ装置
１２０ 記録媒体
１２１ バス

Claims (15)

  1. 振動が土壌を伝わる伝達時間を用いて、前記土壌を介して計測された振動を、前記土壌の深さに応じて選択する、選択手段と、
    選択した振動の特徴を抽出する、抽出手段と、
    前記特徴を用いて、前記特徴と前記土壌の状態とが関連付けられた土壌推定情報を参照し、前記土壌の状態を推定する、推定手段と、
    を有することを特徴とする土壌状態推定装置。
  2. 請求項１に記載の土壌状態推定装置であって、
    前記選択手段は、あらかじめ設定した前記伝達時間に基づいて、対象の前記土壌の深さに対応する振動を選択するために用いる選択時間を算出し、算出した前記選択時間を用いて対象の前記土壌の深さに対応する振動を選択する
    ことを特徴とする土壌状態推定装置。
  3. 請求項１又は２に記載の土壌状態推定装置であって、
    前記伝達時間は、対象となる土壌の地表面に振動を加えた時点から、前記振動が前記土壌を介して前記地表面において計測された時点までの時間である
    ことを特徴とする土壌状態推定装置。
  4. 請求項１から３のいずれか一つに記載の土壌状態推定装置であって、
    前記土壌推定情報は、前記特徴に、土の硬度、又は土に含まれる根の量、又は土に含まれる含水量、又は土の組成、又はそれらを二つ以上組み合わせた情報が関連付けられた情報である
    ことを特徴とする土壌状態推定装置。
  5. 請求項１から４のいずれか一つに記載の土壌状態推定装置であって、
    地表面に設置した加振器を用いて振動を前記土壌に加えさせ、前記地表面に設置した振動計を用いて前記土壌を介して前記振動を計測する
    ことを特徴とする土壌状態推定装置。
  6. （ａ）振動が土壌を伝わる伝達時間を用いて、前記土壌を介して計測された振動を、前記土壌の深さに応じて選択する、ステップと、
    （ｂ）選択した振動の特徴を抽出する、ステップと、
    （ｃ）前記特徴を用いて、前記特徴と前記土壌の状態とが関連付けられた土壌推定情報を参照し、前記土壌の状態を推定する、ステップと、
    を有することを特徴とする土壌状態推定方法。
  7. 請求項６に記載の土壌状態推定方法であって、
    前記（ａ）のステップにおいて、あらかじめ設定した前記伝達時間に基づいて、対象の前記土壌の深さに対応する振動を選択するために用いる選択時間を算出し、算出した前記選択時間を用いて対象の前記土壌の深さに対応する振動を選択する
    ことを特徴とする土壌状態推定方法。
  8. 請求項６又は７に記載の土壌状態推定方法であって、
    前記伝達時間は、対象となる土壌の地表面に振動を加えた時点から、前記振動が前記土壌を介して前記地表面において計測された時点までの時間である
    ことを特徴とする土壌状態推定方法。
  9. 請求項６から８のいずれか一つに記載の土壌状態推定方法であって、
    前記土壌推定情報は、前記特徴に、土の硬度、又は土に含まれる根の量、又は土に含まれる含水量、又は土の組成、又はそれらを二つ以上組み合わせた情報が関連付けられた情報である
    ことを特徴とする土壌状態推定方法。
  10. 請求項６から９のいずれか一つに記載の土壌状態推定方法であって、
    地表面に設置した加振器を用いて振動を前記土壌に加えさせ、前記地表面に設置した振動計を用いて前記土壌を介して前記振動を計測する
    ことを特徴とする土壌状態推定方法。
  11. コンピュータに、
    （ａ）振動が土壌を伝わる伝達時間を用いて、前記土壌を介して計測された振動を、前記土壌の深さに応じて選択する、ステップと、
    （ｂ）選択した振動の特徴を抽出する、ステップと、
    （ｃ）前記特徴を用いて、前記特徴と前記土壌の状態とが関連付けられた土壌推定情報を参照し、前記土壌の状態を推定する、ステップと、
    を実行させることを特徴とするプログラム。
  12. 請求項１１に記載のプログラムであって、
    前記（ａ）のステップにおいて、あらかじめ設定した前記伝達時間に基づいて、対象の前記土壌の深さに対応する振動を選択するために用いる選択時間を算出し、算出した前記選択時間を用いて対象の前記土壌の深さに対応する振動を選択する
    ことを特徴とするプログラム。
  13. 請求項１１又は１２に記載のプログラムであって、
    前記伝達時間は、対象となる土壌の地表面に振動を加えた時点から、前記振動が前記土壌を介して前記地表面において計測された時点までの時間である
    ことを特徴とするプログラム。
  14. 請求項１１から１３のいずれか一つに記載のプログラムであって、
    前記土壌推定情報は、前記特徴に、土の硬度、又は土に含まれる根の量、又は土に含まれる含水量、又は土の組成、又はそれらを二つ以上組み合わせた情報が関連付けられた情報である
    ことを特徴とするプログラム。
  15. 請求項１１から１４のいずれか一つに記載のプログラムであって、
    地表面に設置した加振器を用いて振動を前記土壌に加えさせ、前記地表面に設置した振動計を用いて前記土壌を介して前記振動を計測させる
    ことを特徴とするプログラム。
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