JP6795049B2 - 植物監視装置、植物監視方法、及びプログラム - Google Patents

植物監視装置、植物監視方法、及びプログラム Download PDF

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Description

本発明は、植物を監視する植物監視装置、植物監視方法、及びプログラムに関する。
植物の成長を監視する場合に、撮像装置を用いて植物の成長を監視する方法が知られている。例えば、特許文献1には、植物を撮像した画像を用いて、植物の成長を監視するシステムが開示されている。この植物の成長を監視するシステムによれば、植物を撮像した画像から、植物に設置した基点標識及び植物の所定部位(測定目標)に対応する画像を抽出し、基点標識から目標部位までの長さを計測して、植物の成長を監視している。
また、関連する技術として、特許文献2には、植物の健康状態を把握する装置が開示されている。この装置によれば、振動発信源を用いて植物を振動させ、植物を介して計測した振動に基づいて、植物の変化を特定して、植物の健康状態を把握している。
特開2015−202056号公報 特開2015−112083号公報
しかしながら、特許文献1に開示されている植物の成長を監視するシステムは、撮像装置を用いているので、植物に設置した基点標識又は植物の所定部位(測定目標)が撮像できない場合、植物の成長を監視できない。例えば、対象の植物を撮像した画像に、対象の植物又はそれ以外の植物の葉、茎などが成長し、対象の植物の基点標識又は植物の測定目標を遮る場合などが考えられる。
また、特許文献2に開示されている植物の健康状態を把握する装置は、振動発信源を用いて植物に強制的に振動を与えるため、植物の成長に影響を与える場合がある。また、植物に強制的に振動を与えないようにした場合、植物の健康状態を、常時把握することができない。
本発明の目的の一例は、植物の振動を用いて植物の状態を監視する、植物監視装置、植物監視方法、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植物監視装置は、
対象となる植物の振動を用いて、当該振動の周波数特性における特徴量を抽出する、抽出部と、
抽出した前記特徴量と、基準となる前記植物の状態に対応する基準特徴量とに基づいて、前記植物の成長を表す変化を算出する、算出部と、
算出した前記変化を用いて、前記植物の成長にともなう特徴量の前記基準特徴量からの変化と、前記植物の状態とが関連付けられた状態情報を参照し、前記植物の状態を推定する、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植物監視装置は、
対象となる前記植物において、複数の異なる箇所で計測した振動を用いて伝達関数を算出し、前記伝達関数の周波数特性における特徴量を抽出する、抽出部と、
抽出した前記特徴量と、基準となる伝達関数の周波数特性に基づいて生成した基準特徴量とに基づいて、前記植物の成長を表す変化を算出する、算出部と、
算出した前記変化を用いて、前記植物の成長にともなう特徴量の前記基準特徴量からの変化と、前記植物の状態とが関連付けられた状態情報を参照し、前記植物の状態を推定する、推定部と、
を有することを特徴とする。
上記目的を達成するため、本発明の一側面における植物監視方法は、
(a)対象となる植物の振動を用いて、当該振動の周波数特性に基づいて特徴量を抽出する、ステップと、
(b)抽出した前記特徴量と、基準となる前記植物の状態に対応する基準特徴量とに基づいて、前記植物の成長を表す変化を算出する、ステップと、
(c)算出した前記変化を用いて、前記植物の成長にともなう特徴量の前記基準特徴量からの変化と、前記植物の状態とが関連付けられた状態情報を参照し、前記植物の状態を推定する、ステップと、
を有することを特徴とする。
また、上記目的を達成するため、本発明の一側面における植物監視方法は、
(a)対象となる前記植物において、複数の異なる箇所で計測した振動を用いて伝達関数を算出し、前記伝達関数の周波数特性における特徴量を抽出する、ステップと、
(b)抽出した前記特徴量と、基準となる伝達関数の周波数特性に基づいて生成した基準特徴量とに基づいて、前記植物の成長を表す変化を算出する、ステップと、
(c)算出した前記変化を用いて、前記植物の成長にともなう特徴量の前記基準特徴量からの変化と、前記植物の状態とが関連付けられた状態情報を参照し、前記植物の状態を推定する、ステップと、
を有することを特徴とする。
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)対象となる植物の振動を用いて、当該振動の周波数特性に基づいて特徴量を抽出する、ステップと、
(b)抽出した前記特徴量と、基準となる前記植物の状態に対応する基準特徴量とに基づいて、前記植物の成長を表す変化を算出する、ステップと、
(c)算出した前記変化を用いて、前記植物の成長にともなう特徴量の前記基準特徴量からの変化と、前記植物の状態とが関連付けられた状態情報を参照し、前記植物の状態を推定する、ステップと、
を実行させることを特徴とする。
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)対象となる前記植物において、複数の異なる箇所で計測した振動を用いて伝達関数を算出し、前記伝達関数の周波数特性における特徴量を抽出する、ステップと、
(b)抽出した前記特徴量と、基準となる伝達関数の周波数特性に基づいて生成した基準特徴量とに基づいて、前記植物の成長を表す変化を算出する、ステップと、
(c)算出した前記変化を用いて、前記植物の成長にともなう特徴量の前記基準特徴量からの変化と、前記植物の状態とが関連付けられた状態情報を参照し、前記植物の状態を推定する、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、植物の振動を用いて植物の状態を監視することができる。
図1は、第一の実施の形態における植物監視装置の一例を示す図である。 図2は、第一の実施の形態における植物監視装置を有するシステムの一例を示す図である。 図3は、植物モデルごとの周波数特性と共振周波数とを説明するための図である。 図4は、成長モデルのデータ構造の一例を示す図である。 図5は、変化情報のデータ構造の一例を示す図である。 図6は、枝の状態の推定を説明するための図である。 図7は、変形例1の成長モデルのデータ構造の一例を示す図である。 図8は、葉の状態の推定を説明するための図である。 図9は、変形例2の成長モデルのデータ構造の一例を示す図である。 図10は、第一の実施の形態における植物監視装置の動作の一例を示す図である。 図11は、第一の実施の形態におけるモデル生成部の動作の一例を示す図である。 図12は、果実の状態の推定を説明するための図である。 図13は、第二の実施の形態における植物監視装置を有するシステムの一例を示す図である。 図14は、植物モデルごとの伝達関数の周波数特性と共振周波数とを説明するための図である。 図15は、成長モデルのデータ構造の一例を示す図である。 図16は、変化情報のデータ構造の一例を示す図である。 図17は、第二の実施の形態における植物監視装置の動作の一例を示す図である。 図18は、第二の実施の形態におけるモデル生成部の動作の一例を示す図である。 図19は、第一、第二の実施の形態における植物監視装置を実現するコンピュータの一例を示す図である。
(第一の実施の形態)
以下、本発明の第一の実施の形態について、図1から図11を参照しながら説明する。
[装置構成]
最初に、図1を用いて、第一の実施の形態における植物監視装置1の構成について説明する。図1は、第一の実施の形態における植物監視装置の一例を示す図である。
図1に示す植物監視装置1は、植物の振動を用いて植物の状態を監視する装置である。また、図1に示すように、植物監視装置1は、抽出部2と、算出部3と、推定部4とを有する。
このうち、抽出部2は、対象となる植物の振動を用いて、当該振動の周波数特性における特徴量を抽出する。算出部3は、抽出した特徴量と、基準となる基準特徴量とに基づいて、植物の成長を表す変化を算出する。推定部4は、算出した変化を用いて、特徴量の変
化と植物の状態とが関連付けられた状態情報(後述する成長モデル)を参照し、植物の状態を推定する。
このように、第一の実施の形態においては、対象となる植物の振動の周波数特性から特徴量を抽出し、基準特徴量と抽出した特徴量との差(変化)を算出し、算出した特徴量の変化に基づいて植物の成長した状態(植物の状態)を推定することができる。
また、第一の実施の形態においては、植物の成長に影響を与えるような振動を強制的に植物に与えなくても、風、土壌の揺れなどの微小振動による植物の振動を用いることができるので、強制的に振動を加えている時間以外の時間でも、植物の状態を監視することができる。すなわち、継続的に植物の状態を監視できる。
更に、第一の実施の形態においては、植物の状態を継続して監視できるので、植物の成長を容易に記録することができる。そのため、作業者が遠隔地にいても、植物の状態を継続的に監視することができる。
[システム構成]
続いて、図2を用いて、第一の実施の形態における植物監視装置1の構成をより具体的に説明する。図2は、第一の実施の形態における植物監視装置を有するシステムの一例を示す図である。
図2に示すように、第一の実施の形態におけるシステム20は、植物監視装置1に加えて、振動計21と、出力装置22とを有する。植物監視装置1は、抽出部2、算出部3、推定部4に加えて、モデル生成部23と、収集部24と、成長情報生成部25と、出力情報生成部26とを有する。
システム20について説明する。
振動計21は、外力により発生する植物の振動を計測する装置である。具体的には、振動計21は、まず、植物の振動を計測する。続いて、振動計21は、計測した振動を表す振動情報を収集部24へ出力する。外力とは、風、土壌の揺れなど、植物に外部から振動を与える力である。なお、外力は、加振器などを用いて植物に振動を与えてもよい。ただし、加振器などを用いる場合、植物の成長に影響を与えないような振動であることが望ましい。
また、振動計21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が考えられる。また、振動計21は、例えば、マイク、超小型マイケルソン型干渉計などの高感度振動センサを用いてもよい。また、振動計21と、植物監視装置1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22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、後述する出力情報を取得し、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22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22は、プリンタなどの印刷装置でもよい。
植物監視装置について具体的に説明する。
モデル生成部23は、対象とする植物に対して成長モデルシミュレーションを実行して、対象とする植物の成長モデルを生成し、不図示の記憶部に記憶する。成長モデルを記憶する記憶部は、植物監視装置1の内部に設けてもよいし、植物監視装置1の外部に設けて
もよい。
成長モデルシミュレーションは、基準状態における対象とする植物の特徴量(基準特徴量)と、成長に応じて変化する特徴量(成長特徴量)とを算出し、算出した基準特徴量に対する成長特徴量の変化と、植物の状態とを関連付けて、成長モデルとして記憶する。
ここで、基準状態とは、対象とする植物が成長した状態の推定を、時点t0で行うと仮定した場合、少なくとも時点t0より前の時点における対象とする植物の状態である。
成長モデルシミュレーションにおける特徴量の算出について説明する。
(a1)モデル生成部23は、まず、対象とする植物をモデル化して、植物モデルを生成する。モデル生成部23は、基準状態、及び、基準状態以降における対象とする植物が成長した際に取りうる様々な状態について、植物モデルを生成する。成長した際に取りうる様々な状態とは、例えば、幹が上方向に伸びた状態、幹が太くなった状態などが考えられる。
また、植物モデルのモデル化は、例えば、有限要素法を用いた数値計算モデル、又は数式を用いた数理モデルなどを用いる。有限要素法を用いた場合には、植物を細かい弾性体の集まりとしてとらえ、要素ごとに力学計算を行う。数理モデルを用いた場合には、例えば、地面から生えている植物の幹であれば、復元力を持つ下部固定の倒立振り子として、最大限近似し、近似した運動方程式を用いる。
(a2)続いて、モデル生成部23は、基準状態を含む、生成した植物モデルの一部又は全部に対して、あらかじめ設定した時間、あらかじめ設定した振動を仮想的に加えて、植物モデルに振動を発生させる。そして、モデル生成部23は、その振動を計測して振動情報を生成する。なお、植物モデルの振動を計測する位置は、対象とする植物において実際に振動計21が振動を計測する位置に対応する位置が望ましい。ただし、植物モデルの振動を計測する位置は、振動計21が対象とする植物を計測する位置と同じにしなくてもよい。
(a3)続いて、モデル生成部23は、生成した植物モデルそれぞれの振動情報を、時間領域から周波数領域に変換(例えば、フーリエ変換など)して、図3に示すような周波数特性を表す周波数特性情報を生成する。
図3は、植物モデルごとの周波数特性と共振周波数とを説明するための図である。図3に示すグラフ31は、基準状態における植物モデルの周波数特性を示している。グラフ32は、対象とする植物の幹が上方向に伸びた場合の植物モデルにおける周波数特性を示している。グラフ33は、対象とする植物の幹が太くなった場合の植物モデルにおける周波数特性を示している。
(a4)続いて、モデル生成部23は、生成した植物モデルそれぞれの周波数特性を用いて、特徴量として周波数特性から共振周波数、又は共振周波数の鋭さを表す値(Q値)、又はそれら両方を抽出する。ただし、特徴量は、共振周波数、Q値に限定されるものではない。
図3のグラフ31には、共振周波数fc1、fc2、fc3が示されている。グラフ32には、植物の成長にともない、共振周波数fc3がfc3′に変化することが示されている。グラフ33には、植物の成長にともない、共振周波数fc1がfc1′に変化することが示されている。
(a5)続いて、モデル生成部23は、植物モデルを識別する識別情報と、植物モデルの部位の状態と、一つ以上の特徴量とを関連付けて、植物モデルごとに植物モデル特徴情報を生成する。なお、部位の状態とは、例えば、幹の太さ、幹の高さ、幹の傾きなどの状態を示す情報である。
(a6)続いて、モデル生成部23は、基準状態の植物モデル特徴情報に対応する特徴量(基準特徴量)と、基準状態から成長した植物モデル特徴情報に対応する特徴量(成長特徴量)との差(変化)を算出する。
(a7)続いて、モデル生成部23は、植物モデルの部位の状態と、植物モデルの部位の変化を表す変化パラメータと、変化パラメータに対応する一つ以上の特徴量の変化とを関連付けて、図4に示すような植物モデルごとに成長モデルを生成して、成長モデルを記憶部に記憶する。
図4は、成長モデルのデータ構造の一例を示す図である。図4に示す成長モデル41は、植物モデルの部位を表す「部位」と、植物モデルの部位の状態を表す「変化パラメータ」と、基準特徴量に対する成長特徴量の変化を表す「変化情報」とが関連付けられている。
特徴量の変化の算出について説明する。
例えば、図3に示すように、基準となる植物モデルにおいて、共振周波数fc1、fc2、fc3・・・が抽出された場合に、基準となる植物モデルの幹を上方向に伸ばすように成長させた植物モデルでは、図3のグラフ32に示すように、共振周波数fc3と異なる周波数fc3′に共振周波数が発生する。また、基準となる植物モデルの幹を太く(幹の周囲が長く)するように成長させた植物モデルでは、図3のグラフ33に示すように、共振周波数fc1と異なる周波数fc1′に共振周波数が発生する。
そのような場合において、例えば、図4に示す成長モデルの一行目のように、基準となる植物モデルの幹の太さを+1.0[mm]大きく変化させた場合、共振周波数fc1から+0.1[Hz]ずれた位置に共振周波数fc1′が現れる。そこで、植物の状態を表す幹の太さの変化を表す+1.0[mm](「変化パラメータ」の「太さ」)と、「変化情報」の共振周波数の変化を表す+0.1[Hz](「fc1の変化」)とを関連付けて、記憶部に記憶する。
他の植物の状態を表す「変化パラメータ」(「太さ」「高さ」「傾き」などの変化)についても、「変化情報」(「fc1の変化」「fc1のQ値の変化」「fc2の変化」「fc2のQ値の変化」「fc3の変化」「fc3のQ値の変化」などの変化)を算出し、図4に示す成長モデル41に示すように記憶する。
なお、モデル生成部23は、植物監視装置1と別に設けてもよい。その場合、植物監視装置1は、モデル生成部23と通信ができるようにする。
植物の状態の推定について説明する。
収集部24は、実際に対象とする植物の状態を推定する場合に、振動計21から振動情報を収集する。具体的には、収集部24は、まず、振動計21から振動情報を時系列に収集して、不図示の記憶部に記憶する。記憶部は、植物監視装置1の内部に設けてもよいし、植物監視装置1の外部に設けてもよい。
抽出部2は、対象となる植物の振動を表す振動情報を用いて、振動に関する周波数特性を生成し、生成した周波数特性から特徴量を抽出する。
(b1)抽出部2は、あらかじめ設定した間隔で、あらかじめ設定した時間分の振動情報を、上述した記憶部から取得する。ここで、設定した間隔、設定した時間は、利用者により、任意の長さに設定が可能である。
(b2)続いて、抽出部2は、あらかじめ設定した時間において収集した振動情報を用いて、当該振動情報を、時間領域から周波数領域に変換(例えば、フーリエ変換など)して、周波数特性を表す周波数特性情報を生成する。
(b3)続いて、抽出部2は、生成した周波数特性を用いて特徴量を抽出する。周波数特性から共振周波数、又は共振周波数の鋭さを表す値(Q値)、又はそれら両方を抽出する。ただし、特徴量は、共振周波数、Q値に限定されるものではない。
算出部3は、抽出部2で抽出した特徴量と、基準となる基準特徴量とに基づいて、植物の成長を表す変化を算出する。
(c1)算出部3は、まず、抽出部2から特徴情報を取得する。また、算出部3は、成長モデルから基準状態の植物モデル特徴情報を取得する。
(c2)続いて、算出部3は、基準状態の植物モデル特徴情報が有する基準特徴量と、抽出部2から取得した特徴情報が有する特徴量との差(変化)を算出する。算出部3は、例えば、図5に示すような特徴量の変化を表す変化情報51を生成して、記憶部に記憶する。図5は、変化情報のデータ構造の一例を示す図である。
又は、算出部3は、植物モデルではなく、基準状態において実測した対象とする植物の特徴情報を基準特徴量として、その基準特徴量と抽出部2から取得した特徴情報が有する特徴量との差(変化)を算出してもよい。
推定部4は、算出した変化情報を用いて、成長モデルを参照し、算出した変化情報に類似する成長モデルの変化情報を検出し、検出した変化情報に対応する植物の状態を選択することにより、植物の状態を推定する。
(d1)推定部4は、算出部3が算出した、図5に示すような変化情報51を用いて、図4に示すような成長モデル41を参照し、変化情報51に類似している変化情報を抽出する。
(d2)続いて、推定部4は、抽出した変化情報51に関連付けられている「変化パラメータ」を選択して、「変化パラメータ」の示す植物の成長を、植物の状態として推定する。変化情報51の場合、推定部4は、成長モデル41の一行目の変化情報に類似しているので、幹の太さが+10.0[mm]を選択して、植物の状態とする。
なお、類似の算出方法としては、例えば、変化情報51についても、変化情報51が有する要素をベクトル要素とするベクトルを生成する。また、成長モデル41の行ごとの変化情報を用いて、当該変化情報が有する要素をベクトル要素とするベクトルを生成する。
そして、生成した変化情報51のベクトルと、成長モデル41の行ごとベクトルそれぞれとの間の距離を算出して、距離が最も近い成長モデル41のベクトルを、変化情報51のベクトルに類似しているとする。距離は、例えば、ユークリッド距離などを用いる。ただし、類似の算出方法は、上述した方法に限定されない。
成長情報生成部25は、推定部4において推定した植物の状態と、振動情報を計測した時間を表す時間とを関連付けて成長情報を生成する。そして、成長情報生成部25は、生成した成長情報を記憶部に記憶する。なお、振動情報を計測した時間は、例えば、特徴量を抽出する際に用いた、振動情報の計測日時などが考えられる。
また、成長情報には、更に、例えば、温度、湿度、天候、水の供給量、肥料の供給量などを、これらを計測した時間と関連付けて記憶してもよい。
出力情報生成部26は、成長情報を用いて、成長情報を出力装置22に出力するために用いる出力情報を生成する。その後、出力情報生成部26は、出力装置22へ出力情報を出力する。
[変形例1]
変形例1について説明する。変形例1では、対象とする植物の部位を、幹ではなく枝とした場合について説明する。図6は、枝の状態の推定を説明するための図である。また、図6の例では、第一の枝の振動を、図6における振動計21の位置において計測させる。
変形例1における成長モデルの生成について説明する。
変形例1においては、モデル生成部23は、例えば、対象とする植物の部位を図6に示す第一の枝とし、成長モデルシミュレーションを実行して、図7に示すような対象とする植物の第一の枝に対応する成長モデル71を生成し、不図示の記憶部に記憶する。
図7は、変形例1の成長モデルのデータ構造の一例を示す図である。図7に示す成長モデル71は、植物モデルの第一の枝を表す「部位」と、植物モデルの第一の枝の状態を表す「変化パラメータ」と、基準特徴量に対する成長特徴量の変化を表す「変化」とが関連付けられている。
変形例1における特徴量の変化の算出について説明する。
図7に示す成長モデル71の場合、基準となる植物モデルの第一の枝の太さを+10.0[mm]大きく変化させた場合、共振周波数fc2から+0.3[Hz]ずれた位置に共振周波数fc2′が現れる。そこで、植物の状態を表す「変化パラメータ」の「太さ」に幹の太さの変化を表す+10.0[mm]を記憶し、「変化情報」の「fc2の変化」に共振周波数の変化を表す+0.3[Hz]を記憶し、それらを関連付けて、記憶部に記憶する。
他の植物の状態を表す「変化パラメータ」(「太さ」「高さ」「葉の枚数」「果実の重さ」などの変化)についても、「変化情報」(「fc1の変化」「fc1のQ値の変化」「fc2の変化」「fc2のQ値の変化」「fc3の変化」「fc3のQ値の変化」などの変化)を算出し、図7に示す成長モデル71のように記憶する。
なお、図7に示すQsub1は、第一の枝に葉が+1[枚]増えた場合、基準となる共振周波数fc1のQ値がQsub1だけ変化したことを表す値である。また、図7に示すQsub2は、第一の枝に+0.5[kg]の果実が付いた場合、基準となる共振周波数fc1のQ値がQsub2に変化したことを表す値である。
変形例1における植物の状態の推定について説明する。
収集部24は、まず、第一の枝の振動を表す振動情報を振動計21から収集する。具体的には、収集部24は、まず、振動計21から振動情報を時系列に収集して、不図示の記憶部に記憶する。
続いて、抽出部2は、第一の枝の振動を表す振動情報を用いて、第一の枝の振動に関する周波数特性を生成し、生成した周波数特性から第一の枝の特徴量を抽出する。
続いて、算出部3は、抽出部2で抽出した第一の枝の特徴量と、第一の枝の基準となる基準特徴量とに基づいて、第一の枝の成長を表す変化を算出する。そして、算出部3は、算出した第一の枝の変化を用いて、変化情報を生成して、記憶部に記憶する。
又は、算出部3は、植物モデルではなく、基準状態において実測した第一の枝の特徴情報を基準特徴量として、その基準特徴量と抽出部2から取得した特徴情報が有する特徴量との差(変化)を算出してもよい。
続いて、推定部4は、算出部3が生成した変化情報を用いて、成長モデル71を参照し、第一の枝の状態を推定する。
続いて、成長情報生成部25は、推定部4において推定した第一の枝の状態と、振動情報を計測した時間を表す時間とを関連付けて成長情報を生成する。そして、成長情報生成部25は、生成した成長情報を記憶部に記憶する。なお、振動情報を計測した時間は、例えば、特徴量を抽出する際に用いた、振動情報の計測日時などが考えられる。
また、成長情報には、更に、例えば、温度、湿度、天候、水の供給量、肥料の供給量などを、これらを計測した時間と関連付けて記憶してもよい。
出力情報生成部26は、成長情報を用いて、成長情報を出力装置22に出力するために用いる出力情報を生成する。その後、出力情報生成部26は、出力装置22へ出力情報を出力する。
[変形例2]
変形例2について説明をする。変形例2では、対象とする植物の部位を葉とした場合について説明する。具体的には、変形例2では、外力により葉と葉とが擦れ合う際に発生する振動を計測し、その計測した振動を用いて、葉の成長を推定する。
図8は、葉の状態の推定を説明するための図である。図8では、対象とする植物の部位を、図8に示すように第一の枝の葉としている。また、図8の例では、第一の葉と第二の葉とが擦れ合うことにより発生する振動を、図8における振動計21の位置において計測する。なお、図8において、第一の葉と第二の葉とが擦れ合う範囲81を破線で示す。
変形例2における成長モデルの生成について説明する。
変形例2においては、例えば、対象とする植物の部位を図8に示す第一の葉とし、モデル生成部23が、成長モデルシミュレーションを実行して、図9に示すような第一の葉を対象とする植物の成長モデル91を生成し、不図示の記憶部に記憶する。
図9は、変形例2の成長モデルのデータ構造の一例を示す図である。図9に示す成長モデル91は、植物モデルの第一の葉を表す「部位」と、植物モデルの第一の葉の状態を表す「変化パラメータ」と、基準特徴量に対する成長特徴量の変化を表す「変化」とが関連付けられている。
図9の「変化パラメータ」の「面積」とは、例えば、図8における第一の葉の面積を表す。また、第一の葉が第二の葉と擦れ合うことにより発生する振動は、第一の葉と第二の葉の面積の大きさに応じて変化する。
変形例2の成長モデルの生成について説明する。
(a1′)モデル生成部23は、まず、図8の例において、第一の植物と第二の植物それぞれに対して植物モデルを生成する。第一の植物、第二の植物それぞれの植物モデルは、基準状態、及び、第一の植物、第二の植物が成長する過程において変化する様々な状態を生成する。具体的には、第一の葉と第二の葉とが成長していく過程において、第一の葉と第二の葉とが重なり合う様々な状態を生成する。なお、葉の重なりは、二枚の葉の重なりに限定されるものではない。
(a2′)続いて、モデル生成部23は、第一の植物と第二の植物とを用いて生成した様々な植物モデルに、あらかじめ設定した時間、あらかじめ設定した振動を仮想的に加えて、第一の葉と第二の葉とを擦れ合わせて振動を発生させる。そして、モデル生成部23は、その振動を計測して振動情報を生成する。なお、植物モデルの振動を計測する位置は、対象とする植物において実際に振動計21が振動を計測する位置に対応する位置が望ましい。ただし、植物モデルの振動を計測する位置は、振動計21が対象とする植物を計測する位置と同じにしなくてもよい。
(a3′)続いて、モデル生成部23は、第一の植物と第二の植物とを用いて生成した植物モデルそれぞれの振動情報を、時間領域から周波数領域に変換(例えば、フーリエ変換など)して、周波数特性を表す周波数特性情報を生成する。
(a4′)続いて、モデル生成部23は、生成した植物モデルそれぞれの周波数特性を用いて、特徴量として周波数特性から共振周波数、又は共振周波数の鋭さを表す値(Q値)、又はそれら両方を抽出する。ただし、特徴量は、共振周波数、Q値に限定されるものではない。
(a5′)続いて、モデル生成部23は、植物モデルを識別する識別情報と、植物モデルの第一の葉の状態(変化パラメータ)と、一つ以上の特徴量とを関連付けて、植物モデルごとの第一の葉の面積に対する植物モデル特徴情報を生成する。
(a6′)続いて、モデル生成部23は、基準状態の植物モデル特徴情報に対応する特徴量(基準特徴量)と、基準状態から成長した植物モデル特徴情報に対応する特徴量(成長特徴量)との差(変化)を算出する。
(a7′)続いて、モデル生成部23は、植物モデルの第一の葉の状態と、植物モデルの第一の葉の変化を表す変化パラメータと、変化パラメータに対応する一つ以上の特徴量の変化とを関連付けて、図9に示すような成長モデル91を生成して、成長モデル91を記憶部に記憶する。
変形例2の特徴量の変化の算出について説明する。
図9に示す成長モデル91の場合、基準となる植物モデルの第一の葉の面積を+10.0[mm]大きく変化させた場合、基準となる共振周波数fc1のQ値がQsub3だけ変化する。そこで、第一の葉の状態を表す「変化パラメータ」の「面積」に葉の面積の変化を表す+10.0[mm]を記憶し、「変化情報」の「fc1のQ値の変化」にQ値の変化を表すQsub3を記憶し、それらを関連付けて、記憶部に記憶する。
他の植物の状態を表す「変化パラメータ」(面積などの変化)についても、「変化情報」(「fc1の変化」「fc1のQ値の変化」「fc2の変化」「fc2のQ値の変化」「fc3の変化」「fc3のQ値の変化」などの変化)を算出し、図9に示す成長モデル91に記憶する。
変形例2における植物の状態の推定について説明する。
収集部24は、実際に第一の葉と第二の葉とが擦れ合うことで発生する振動を表す振動情報を、振動計21から収集する。具体的には、収集部24は、まず、振動計21から振動情報を時系列に収集して、不図示の記憶部に記憶する。
続いて、抽出部2は、収集した振動情報を用いて、第一の葉の振動に関する周波数特性を生成し、生成した周波数特性から第一の葉の特徴量を抽出する。
続いて、算出部3は、抽出部2で抽出した第一の葉の特徴量と、第一の葉の基準となる基準特徴量とに基づいて、第一の葉の成長を表す変化を算出する。そして、算出部3は、算出した第一の葉の変化を用いて、変化情報を生成して、記憶部に記憶する。
又は、算出部3は、植物モデルではなく、基準状態において実測した第一の葉の特徴情報を基準特徴量として、その基準特徴量と抽出部2から取得した特徴情報が有する特徴量との差(変化)を算出してもよい。
続いて、推定部4は、算出部3が生成した変化情報を用いて、成長モデル91を参照し、第一の葉の状態を推定する。
続いて、成長情報生成部25は、推定部4において推定した第一の葉の状態と、振動情報を計測した時間を表す時間とを関連付けて成長情報を生成する。そして、成長情報生成部25は、生成した成長情報を記憶部に記憶する。なお、振動情報を計測した時間は、例えば、特徴量を抽出する際に用いた、振動情報の計測日時などが考えられる。
また、成長情報には、更に、例えば、温度、湿度、天候、水の供給量、肥料の供給量などを、これらを計測した時間と関連付けて記憶してもよい。
出力情報生成部26は、成長情報を出力装置22に出力するために、成長情報を用いて出力可能な出力情報を生成する。その後、出力情報生成部26は、出力装置22へ出力情報を出力する。
[装置動作]
次に、本発明の第一の実施の形態における植物監視装置の動作について図10、図11を用いて説明する。図10は、第一の実施の形態における植物監視装置の動作の一例を示す図である。図11は、第一の実施の形態におけるモデル生成部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9を参照する。また、第一の実施の形態では、植物監視装置を動作させることによって、植物監視方法が実施される。よって、第一の実施の形態、変形例1、2における植物監視方法の説明は、以下の植物監視装置の動作説明に代える。
成長モデルの生成について図10、図11を用いて説明する。
ステップA1においては、モデル生成部23は、対象とする植物の状態を表す状態情報(成長モデル)を生成する。ステップA1について図11を用いて具体的に説明する。
ステップB1(a1)において、モデル生成部23は、まず、対象とする植物をモデル化して、植物モデルを生成する。
続いて、ステップB2(a2)において、モデル生成部23は、基準状態を含む、生成した植物モデルの一部又は全部に対して、あらかじめ設定した時間、あらかじめ設定した振動を仮想的に加えて、植物モデルに振動を発生させる。そして、モデル生成部23は、
その振動を計測して振動情報を生成する。
続いて、ステップB3(a3)において、モデル生成部23は、生成した植物モデルそれぞれの振動情報を、時間領域から周波数領域に変換(例えば、フーリエ変換など)して、図3に示すような周波数特性を表す周波数特性情報を生成する。
続いて、ステップB4(a4)において、モデル生成部23は、生成した植物モデルそれぞれの周波数特性を用いて、特徴量として周波数特性から共振周波数、又は共振周波数の鋭さを表す値(Q値)、又はそれら両方を抽出する。ただし、特徴量は、共振周波数、Q値に限定されるものではない。
続いて、ステップB5(a5)において、モデル生成部23は、植物モデルを識別する識別情報と、植物モデルの部位の状態と、一つ以上の特徴量とを関連付けて、植物モデルごとに植物モデル特徴情報を生成する。
続いて、ステップB6(a6)において、モデル生成部23は、生成した基準状態の植物モデル特徴情報に対応する特徴量(基準特徴量)と、基準状態から成長した植物モデル特徴情報に対応する特徴量(成長特徴量)との差(変化)を算出する。
続いて、ステップB7(a7)において、モデル生成部23は、植物モデルの部位の状態と、植物モデルの部位の変化を表す変化パラメータと、変化パラメータに対応する一つ以上の特徴量の変化とを関連付けて、図4に示すような植物モデルごとに成長モデルを生成して、成長モデルを記憶部に記憶する。
なお、モデル生成部23は、植物監視装置1と別に設けてもよい。その場合、植物監視装置1は、モデル生成部23と通信ができるようにする。
植物の状態の推定について図10を用いて説明する。
ステップA2において、収集部24は、実際に対象とする植物の状態を推定する場合に、振動計21から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24は、まず、振動計21から振動情報を時系列に収集して、不図示の記憶部に記憶する。記憶部は、植物監視装置1の内部に設けてもよいし、植物監視装置1の外部に設けてもよい。
ステップA3において、抽出部2は、対象となる植物の振動を表す振動情報を用いて、振動に関する周波数特性を生成し、生成した周波数特性から特徴量を抽出する。ステップA3においては、次の(b1)から(b3)の処理をする。
(b1)ステップA3において、抽出部2は、まず、あらかじめ設定した間隔で、あらかじめ設定した時間分の振動情報を、上述した記憶部から取得する。ここで、設定した間隔、設定した時間は、利用者により、任意の長さに設定が可能である。
(b2)続いて、ステップA3において、抽出部2は、あらかじめ設定した時間において収集した振動情報を用いて、当該振動情報を、時間領域から周波数領域に変換(例えば、フーリエ変換など)して、周波数特性を表す周波数特性情報を生成する。
(b3)続いて、ステップA3において、抽出部2は、生成した周波数特性を用いて特徴量として周波数特性から共振周波数、又は共振周波数の鋭さを表す値(Q値)、又はそれら両方を抽出する。ただし、特徴量は、共振周波数、Q値に限定されるものではない。
ステップA4において、算出部3は、抽出部2で抽出した特徴量と、基準となる基準特徴量とに基づいて、植物の成長を表す変化を算出する。ステップA4においては、次の(c1)から(c2)の処理をする。
(c1)ステップA4において、算出部3は、まず、抽出部2から特徴情報を取得する。また、算出部3は、成長モデルから基準状態の植物モデル特徴情報を取得する。
(c2)続いて、ステップA4において、算出部3は、基準状態の植物モデル特徴情報が有する基準特徴量と、抽出部2から取得した特徴情報が有する特徴量との差(変化)を算出する。
又は、算出部3は、植物モデルではなく、基準状態において実測した対象とする植物の特徴情報を基準特徴量として、その基準特徴量と抽出部2から取得した特徴情報が有する特徴量との差(変化)を算出してもよい。
ステップA5において、推定部4は、算出した変化情報を用いて、成長モデルを参照し、算出した変化情報に類似する成長モデルの変化情報を検出し、検出した変化情報に対応する植物の状態を選択することにより、植物の状態を推定する。ステップA5においては、次の(d1)から(d2)の処理をする。
(d1)ステップA5において、推定部4は、まず、算出部3が算出した、図5に示すような変化情報51を用いて、図4に示すような成長モデル41を参照し、変化情報51に類似している変化情報を抽出する。
(d2)続いて、ステップA5において、推定部4は、抽出した変化情報51に関連付けられている「変化パラメータ」を選択して、「変化パラメータ」の示す植物の成長を、植物の状態として推定する。
続いて、ステップA6において、成長情報生成部25は、推定部4において推定した植物の状態と、振動情報を計測した時間を表す時間とを関連付けて成長情報を生成する。
続いて、ステップA7において、出力情報生成部26は、成長情報を出力装置22に出力するために、成長情報を用いて出力可能な出力情報を生成する。その後、出力情報生成部26は、出力装置22へ出力情報を出力する。
[変形例1]
変形例1の動作について説明する。変形例1では、対象とする植物の部位を、幹ではなく枝とした場合について説明する。
変形例1における成長モデルの生成について説明する。
変形例1では、ステップA1(ステップB1からB7)において、モデル生成部23は、対象とする植物の部位を図6に示す第一の枝とし、成長モデルシミュレーションを実行して、図7に示すような第一の枝を対象とする植物の成長モデル71を生成して、不図示の記憶部に記憶する。
変形例1における植物の状態の推定について図10を用いて説明する。
ステップA2において、収集部24は、第一の枝の振動を表す振動情報を振動計21から収集する。具体的には、収集部24は、まず、振動計21から振動情報を時系列に収集して、不図示の記憶部に記憶する。
続いて、ステップA3において、抽出部2は、第一の枝の振動を表す振動情報を用いて、第一の枝の振動に関する周波数特性を生成し、生成した周波数特性から第一の枝の特徴量を抽出する。
続いて、ステップA4において、算出部3は、抽出部2で抽出した第一の枝の特徴量と、第一の枝の基準となる基準特徴量とに基づいて、第一の枝の成長を表す変化を算出する。そして、算出部3は、算出した第一の枝の変化を用いて、変化情報を生成して、記憶部に記憶する。
又は、算出部3は、植物モデルではなく、基準状態において実測した第一の枝の特徴情報を基準特徴量として、その基準特徴量と抽出部2から取得した特徴情報が有する特徴量との差(変化)を算出してもよい。
続いて、ステップA5において、推定部4は、算出部3が生成した変化情報を用いて、成長モデル71を参照し、第一の枝の状態を推定する。
続いて、ステップA6において、成長情報生成部25は、推定部4において推定した第一の枝の状態と、振動情報を計測した時間を表す時間とを関連付けて成長情報を生成する。そして、成長情報生成部25は、生成した成長情報を記憶部に記憶する。なお、振動情報を計測した時間は、例えば、特徴量を抽出する際に用いた、振動情報の計測日時などが考えられる。
また、成長情報には、更に、例えば、温度、湿度、天候、水の供給量、肥料の供給量などを、これらを計測した時間と関連付けて記憶してもよい。
続いて、ステップA7において、出力情報生成部26は、成長情報を出力装置22に出力するために、成長情報を用いて出力可能な出力情報を生成する。その後、出力情報生成部26は、出力装置22へ出力情報を出力する。
[変形例2]
変形例2の動作について説明をする。変形例2では、対象とする植物の部位を葉とした場合について説明する。具体的には、変形例2では、外力により葉と葉とが擦れ合う際に発生する振動を計測し、その計測した振動を用いて、葉の成長を推定する。
変形例2における成長モデルの生成について図11を用いて説明する。
変形例2においては、例えば、対象とする植物の部位を図8に示す第一の葉とし、モデル生成部23が、成長モデルシミュレーションを実行して、図9に示すような第一の葉を対象とする植物の成長モデル91を生成し、不図示の記憶部に記憶する。
ステップB1(a1′)において、モデル生成部23は、まず、図8の例において、第一の植物と第二の植物それぞれに対して植物モデルを生成する。第一の植物と第二の植物それぞれの植物モデルは、基準状態、及び、第一の植物と第二の植物が成長する過程において変化する様々な状態を生成する。なお、葉の重なりは、二枚の葉の重なりに限定されるものではない。
続いて、ステップB2(a2′)において、モデル生成部23は、第一の植物と第二の植物とを用いて生成した様々な植物モデルに、あらかじめ設定した時間、あらかじめ設定した振動を仮想的に加えて、第一の葉と第二の葉とを擦れ合わせて振動を発生させる。そして、モデル生成部23は、その振動を計測して振動情報を生成する。なお、振動を計測する位置は、対象とする植物において実際に振動計21が振動を計測する位置に対応する
位置とする。
続いて、ステップB3(a3′)において、変形例2のステップA1において、モデル生成部23は、第一の植物と第二の植物とを用いて生成した様々な植物モデルそれぞれの振動情報を、時間領域から周波数領域に変換(例えば、フーリエ変換など)して、周波数特性を表す周波数特性情報を生成する。
続いて、ステップB4(a4′)において、モデル生成部23は、生成した植物モデルそれぞれの周波数特性を用いて、特徴量として周波数特性から共振周波数、又は共振周波数の鋭さを表す値(Q値)、又はそれら両方を抽出する。ただし、特徴量は、共振周波数、Q値に限定されるものではない。
続いて、ステップB5(a5′)において、モデル生成部23は、植物モデルを識別する識別情報と、植物モデルの第一の葉の状態(変化パラメータ)と、一つ以上の特徴量とを関連付けて、植物モデルごとの第一の葉の面積に対する植物モデル特徴情報を生成する。
続いて、ステップB6(a6′)において、モデル生成部23は、生成した基準状態の植物モデル特徴情報に対応する特徴量(基準特徴量)と、基準状態から成長した植物モデル特徴情報に対応する特徴量(成長特徴量)との差(変化)を算出する。
続いて、ステップB7(a7′)において、モデル生成部23は、植物モデルの第一の葉の状態と、植物モデルの第一の葉の変化を表す変化パラメータと、変化パラメータに対応する一つ以上の特徴量の変化とを関連付けて、図9に示すような成長モデル91を生成して、成長モデル91を記憶部に記憶する。
変形例2における植物の状態の推定について図10を用いて説明する。
ステップA2において、収集部24は、第一の葉と第二の葉とが擦れ合うことで発生する振動を表す振動情報を、振動計21から収集する。具体的には、収集部24は、まず、振動計21から振動情報を時系列に収集して、不図示の記憶部に記憶する。
続いて、ステップA3において、抽出部2は、収集した振動情報を用いて、第一の葉の振動に関する周波数特性を生成し、生成した周波数特性から第一の葉の特徴量を抽出する。
続いて、ステップA4において、算出部3は、抽出部2で抽出した第一の葉の特徴量と、第一の葉の基準となる基準特徴量とに基づいて、第一の葉の成長を表す変化を算出する。そして、算出部3は、算出した第一の葉の変化を用いて、変化情報を生成して、記憶部に記憶する。
又は、算出部3は、植物モデルではなく、基準状態において実測した第一の葉の特徴情報を基準特徴量として、その基準特徴量と抽出部2から取得した特徴情報が有する特徴量との差(変化)を算出してもよい。
続いて、ステップA5において、推定部4は、算出部3が生成した変化情報を用いて、成長モデル91を参照し、第一の葉の状態を推定する。
続いて、ステップA6において、成長情報生成部25は、推定部4において推定した第一の葉の状態と、振動情報を計測した時間を表す時間とを関連付けて成長情報を生成する。そして、成長情報生成部25は、生成した成長情報を記憶部に記憶する。なお、振動情
報を計測した時間は、例えば、特徴量を抽出する際に用いた、振動情報の計測日時などが考えられる。
また、成長情報には、更に、例えば、温度、湿度、天候、水の供給量、肥料の供給量などを、これらを計測した時間と関連付けて記憶してもよい。
続いて、ステップA7において、出力情報生成部26は、成長情報を出力装置22に出力するために、成長情報を用いて出力可能な出力情報を生成する。その後、出力情報生成部26は、出力装置22へ出力情報を出力する。
[第一の実施の形態の効果]
以上のように第一の実施の形態によれば、対象となる植物の部位(例えば、幹、枝、葉など)の振動から周波数特性に関する特徴量を抽出し、基準特徴量と抽出した特徴量との差(変化)を算出し、算出した特徴量の変化に基づいて植物の状態(植物が成長した状態)を推定することができる。
また、第一の実施の形態においては、植物の成長に影響を与えるような振動を強制的に植物に与えなくても、風、土壌の揺れなどの微小振動による植物の振動を用いることができるので、強制的に振動を加えている時間以外の時間でも、植物の状態を監視することができる。すなわち、継続的に植物の状態を監視できる。
更に、第一の実施の形態においては、植物の状態を継続して監視できるので、植物の成長を容易に記録することができる。そのため、作業者が遠隔地にいても、植物の状態を継続的に監視することができる。
[プログラム]
本発明の第一の実施の形態におけるプログラムは、コンピュータに、図10に示すステップA1からA7、図11に示すステップB1からB7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、第一の実施の形態における植物監視装置と植物監視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、モデル生成部23、収集部24、抽出部2、算出部3、推定部4、成長情報生成部25、出力情報生成部26として機能し、処理を行なう。
また、第一の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、モデル生成部23、収集部24、抽出部2、算出部3、推定部4、成長情報生成部25、出力情報生成部26のいずれかとして機能してもよい。
(第二の実施の形態)
以下、本発明の第二の実施の形態について、図12から図18を参照しながら説明する。第二の実施の形態においては、果実の成長を、変形例1より精度よく推定することができる。
[システム構成]
次に、図12、図13を用いて、第二の実施の形態における植物監視装置100と、植物監視装置100を有するシステム200の構成について説明する。図12は、果実の状態の推定を説明するための図である。図13は、第二の実施の形態における植物監視装置を有するシステムの一例を示す図である。
図12に示すように、第二の実施の形態では、第一の枝に果実が生っているような場合
に、振動計21a、21bを用いて、第一の枝の振動を計測する。また、図13に示す植物監視装置1は、植物の振動を用いて植物の状態を監視する装置である。
図13に示すように、第二の実施の形態におけるシステム200は、振動計21a、21b、植物監視装置100、出力装置22を有する。植物監視装置100は、モデル生成部101、収集部102、抽出部103、算出部104、推定部105、成長情報生成部25、出力情報生成部26を有する。
このうち、抽出部103は、対象となる植物において、複数の異なる箇所で計測した振動を用いて伝達関数を算出し、伝達関数の周波数特性における特徴量を抽出する。また、算出部104は、抽出した特徴量と、基準となる伝達関数の周波数特性に基づいて生成した基準特徴量とに基づいて、植物の成長を表す変化を算出する。推定部105は、算出した変化を用いて、植物の成長にともなう特徴量の前記基準特徴量からの変化と、植物の状態とが関連付けられた状態情報を参照し、植物の状態を推定する。
システム200について説明する。
振動計21a、21bは、外力により発生する植物の振動を計測し、収集部102へ送品する装置である。なお、振動計21a、21bは、第一の実施の形態において説明した振動計21と同じ装置であるので、説明を省くものとする。また、出力装置22は、第一の実施の形態において説明をしたので、説明を省くものとする。
植物監視装置について具体的に説明する。
モデル生成部101は、対象とする植物に対して成長モデルシミュレーションを実行して、対象とする植物の成長モデルを生成し、不図示の記憶部に記憶する。成長モデルを記憶する記憶部は、植物監視装置100の内部に設けてもよいし、植物監視装置100の外部に設けてもよい。
成長モデルシミュレーションは、基準状態における対象とする植物の特徴量(基準特徴量)と、成長に応じて変化する特徴量(成長特徴量)とを算出し、算出した基準特徴量に対する成長特徴量の変化と、植物の状態とを関連付けて、成長モデルとして記憶する。
ここで、基準状態とは、対象とする植物が成長した状態の推定を、時点t0で行うと仮定した場合、少なくとも時点t0より前の時点における対象とする植物の状態である。
成長モデルシミュレーションにおける特徴量の算出について説明する。
(a1″)モデル生成部101は、まず、対象とする植物をモデル化して、植物モデルを生成する。モデル生成部101は、基準状態、及び、基準状態以降における対象とする植物が成長した際に取りうる様々な状態について、植物モデルを生成する。成長した際に取りうる様々な状態とは、図12の例であれば、第一の枝に生った果実が成長過程において取りうる多種多様な状態である。また、植物モデルのモデル化は、例えば、有限要素法を用いた数値計算モデル、又は数式を用いた数理モデルなどを用いる。
(a2″)続いて、モデル生成部101は、基準状態を含む、生成した植物モデルの一部又は全部に対して、あらかじめ設定した時間、あらかじめ設定した振動を仮想的に加えて、植物モデルに振動を発生させる。そして、モデル生成部101は、その振動を計測して振動情報を生成する。なお、植物モデルの振動を計測する位置は、図12の例であれば、実際に振動計21a、21bが振動を計測する位置に対応する位置が望ましい。ただし、植物モデルの振動を計測する位置は、振動計21a、21bが計測する位置と同じにしなくてもよい。
(a3″)続いて、モデル生成部101は、生成した植物モデルそれぞれについて、振動計21aが計測した振動情報に相当する情報を信号x(t)とし、振動計21bが計測した振動情報に相当する情報を信号y(t)として、伝達関数G(s)=Y(s)/X(s)=L(y(t))/L(x(t))を算出する。そして、モデル生成部101は、この伝達関数G(s)により表される図14に示すような周波数特性を用いて、周波数特性情報を生成する。
図14は、植物モデルごとの伝達関数の周波数特性と共振周波数とを説明するための図である。図14に示すグラフ141は、基準状態における植物モデルの周波数特性を示している。グラフ142は、対象とする植物の部位が成長した場合の植物モデルにおける周波数特性を示している。
(a4″)続いて、モデル生成部101は、生成した植物モデルそれぞれの周波数特性を用いて、特徴量として周波数特性から共振周波数、又は共振周波数の鋭さを表す値(Q値)、又はそれら両方を抽出する。ただし、特徴量は、共振周波数、Q値に限定されるものではない。
図14のグラフ141には、共振周波数fc11、fc22、fc33が示されている。グラフ142には、部位の成長にともない、共振周波数fc3がfc3″に変化することが示されている。
(a5″)続いて、モデル生成部101は、植物モデルを識別する識別情報と、植物モデルの部位の状態と、一つ以上の特徴量とを関連付けて、植物モデルごとに植物モデル特徴情報を生成する。なお、部位の状態とは、例えば、果実などの状態を示す情報である。
(a6″)続いて、モデル生成部101は、基準状態の植物モデル特徴情報に対応する特徴量(基準特徴量)と、基準状態から成長した植物モデル特徴情報に対応する特徴量(成長特徴量)との差(変化)を算出する。
(a7″)続いて、モデル生成部101は、植物モデルの部位の状態と、植物モデルの部位の変化を表す変化パラメータと、変化パラメータに対応する一つ以上の特徴量の変化とを関連付けて、図15に示すような植物モデルごとに成長モデルを生成して、成長モデルを記憶部に記憶する。
図15は、成長モデルのデータ構造の一例を示す図である。図15に示す成長モデル151は、植物モデルの部位を表す「部位」と、植物モデルの部位の状態を表す「変化パラメータ」と、基準特徴量に対する成長特徴量の変化を表す「変化情報」とが関連付けられている。
特徴量の変化の算出について説明する。
例えば、図14に示すように、基準となる植物モデルにおいて、共振周波数fc11、fc22、fc33・・・が抽出された場合に、基準となる植物モデルの果実を成長させた植物モデルでは、図14のグラフ142に示すように、共振周波数fc3と異なる周波数fc3″に共振周波数が発生する。
そのような場合、例えば、図15に示す成長モデルの一行目のように、基準となる植物モデルの果実の重さを+0.5[kg]変化させた場合、共振周波数fc33のから+0.3[Hz]ずれた位置に共振周波数fc3″が現れる。そこで、植物の状態を表す果実の重さの変化を表す+0.5[kg](「変化パラメータ」の「重さ」)と、「変化情報」の共振周波数の変化を表す+0.3[Hz](「fc3の変化」)とを関連付けて、記憶部
に記憶する。
他の植物の状態を表す「変化パラメータ」(「重さ」などの変化)についても、「変化情報」(「fc1の変化」「fc1のQ値の変化」「fc2の変化」「fc2のQ値の変化」「fc3の変化」「fc3のQ値の変化」などの変化)を算出し、図15に示す成長モデル151に示すように記憶する。
植物の状態の推定について説明する。
収集部102は、実際に対象とする植物の状態を推定する場合に、振動計21a、21bから振動情報を収集する。具体的には、収集部102は、まず、振動計21a、21bから振動情報をそれぞれ時系列に収集して、不図示の記憶部に記憶する。記憶部は、植物監視装置100の内部に設けてもよいし、植物監視装置100の外部に設けてもよい。
抽出部103は、振動計21a、21bが収集した振動情報を用いて、伝達関数を算出し、算出した伝達関数の周波数特性から特徴量を抽出する。
(b1″)抽出部103は、あらかじめ設定した間隔で、あらかじめ設定した時間分の振動情報を、上述した記憶部から取得する。ここで、設定した間隔、設定した時間は、利用者により、任意の長さに設定が可能である。
(b2″)続いて、抽出部103は、振動計21aが計測した振動情報を信号x(t)とし、振動計21bが計測した振動情報を信号y(t)として、伝達関数G(s)=Y(s)/X(s)=L(y(t))/L(x(t))を算出する。そして、抽出部103は、この伝達関数G(s)により表される周波数特性を用いて、周波数特性情報を生成する。
(b3″)続いて、抽出部103は、生成した周波数特性を用いて特徴量を抽出する。周波数特性から共振周波数、又は共振周波数の鋭さを表す値(Q値)、又はそれら両方を抽出する。ただし、特徴量は、共振周波数、Q値に限定されるものではない。
算出部104は、抽出部103で抽出した特徴量と、基準となる基準特徴量とに基づいて、植物の成長を表す変化を算出する。
(c1″)算出部104は、まず、抽出部103から特徴情報を取得する。また、算出部104は、成長モデルから基準状態の植物モデル特徴情報を取得する。
(c2″)続いて、算出部104は、基準状態の植物モデル特徴情報が有する基準特徴量と、抽出部2から取得した特徴情報が有する特徴量との差(変化)を算出する。算出部104は、例えば、図16に示すような特徴量の変化を表す変化情報161を生成して、記憶部に記憶する。図16は、変化情報のデータ構造の一例を示す図である。
又は、算出部104は、植物モデルではなく、基準状態において実測した対象とする植物の特徴情報を基準特徴量として、その基準特徴量と抽出部103から取得した特徴情報が有する特徴量との差(変化)を算出してもよい。
推定部105は、算出した変化情報を用いて、成長モデルを参照し、算出した変化情報に類似する成長モデルの変化情報を検出し、検出した変化情報に対応する植物の状態を選択することにより、植物の状態を推定する。
(d1″)推定部105は、算出部104が算出した、図16に示すような変化情報161を用いて、図15に示すような成長モデル151を参照し、変化情報161に類似して
いる変化情報を抽出する。
(d2″)続いて、推定部105は、抽出した変化情報161に関連付けられている「変化パラメータ」を選択して、「変化パラメータ」の示す植物の部位の成長を、植物の状態として推定する。変化情報161の場合、推定部105は、成長モデル151の一行目の変化情報に類似しているので、果実の重さ+0.5[kg]を選択して、植物の状態とする。
成長情報生成部25は、推定部4において推定した植物の部位の状態と、振動情報を計測した時間を表す時間とを関連付けて成長情報を生成する。そして、成長情報生成部25は、生成した成長情報を記憶部に記憶する。なお、振動情報を計測した時間は、例えば、特徴量を抽出する際に用いた、振動情報の計測日時などが考えられる。
また、成長情報には、更に、例えば、温度、湿度、天候、水の供給量、肥料の供給量などを、これらを計測した時間と関連付けて記憶してもよい。
出力情報生成部26は、成長情報を用いて、成長情報を出力装置22に出力するために用いる出力情報を生成する。その後、出力情報生成部26は、出力装置22へ出力情報を出力する。
[装置動作]
次に、本発明の第二の実施の形態における植物監視装置の動作について図17、図18を用いて説明する。図17は、第二の実施の形態における植物監視装置の動作の一例を示す図である。図18は、第二の実施の形態におけるモデル生成部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12から図16を参照する。また、第二の実施の形態では、植物監視装置を動作させることによって、植物監視方法が実施される。よって、第二の実施の形態における植物監視方法の説明は、以下の植物監視装置の動作説明に代える。
成長モデルの生成について図17、図18を用いて説明する。
図17のステップA1′においては、モデル生成部101は、対象とする植物の状態を表す状態情報(成長モデル)を生成する。ステップA1′について図18を用いて具体的に説明する。
ステップB1′(a1″)において、モデル生成部101は、まず、対象とする植物をモデル化して、植物モデルを生成する。
続いて、ステップB2′(a2″)において、モデル生成部101は、基準状態を含む、生成した植物モデルの一部又は全部に対して、あらかじめ設定した時間、あらかじめ設定した振動を仮想的に加えて、植物モデルに振動を発生させる。そして、モデル生成部101は、その振動を計測して振動情報を生成する。なお、植物モデルの振動を計測する位置は、図12の例であれば、実際に振動計21a、21bが振動を計測する位置に対応する位置が望ましい。ただし、植物モデルの振動を計測する位置は、振動計21a、21bが計測する位置と同じにしなくてもよい。
続いて、ステップB3′(a3″)において、モデル生成部101は、生成した植物モデルそれぞれについて、振動計21aが計測した振動情報に相当する情報を信号x(t)とし、振動計21bが計測した振動情報に相当する情報を信号y(t)として、伝達関数G(s)=Y(s)/X(s)=L(y(t))/L(x(t))を算出する。そして、モデル生成部101は、この伝達関数G(s)により表される図14に示すような周波数
特性を用いて、周波数特性情報を生成する。
続いて、ステップB4′(a4″)において、モデル生成部101は、生成した植物モデルそれぞれの周波数特性を用いて、特徴量として周波数特性から共振周波数、又は共振周波数の鋭さを表す値(Q値)、又はそれら両方を抽出する。ただし、特徴量は、共振周波数、Q値に限定されるものではない。
続いて、ステップB5′(a5″)において、モデル生成部101は、植物モデルを識別する識別情報と、植物モデルの部位の状態と、一つ以上の特徴量とを関連付けて、植物モデルごとに植物モデル特徴情報を生成する。なお、部位の状態とは、例えば、果実などの状態を示す情報である。
続いて、ステップB6′(a6″)において、モデル生成部101は、基準状態の植物モデル特徴情報に対応する特徴量(基準特徴量)と、基準状態から成長した植物モデル特徴情報に対応する特徴量(成長特徴量)との差(変化)を算出する。
続いて、ステップB7′(a7″)において、モデル生成部101は、植物モデルの部位の状態と、植物モデルの部位の変化を表す変化パラメータと、変化パラメータに対応する一つ以上の特徴量の変化とを関連付けて、図15に示すような植物モデルごとに成長モデルを生成して、成長モデルを記憶部に記憶する。
植物の状態の推定について図17を用いて説明する。
ステップA2′において、収集部102は、実際に対象とする植物の状態を推定する場合に、振動計21a、21bから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102は、まず、振動計21a、21bから振動情報をそれぞれ時系列に収集して、不図示の記憶部に記憶する。記憶部は、植物監視装置100の内部に設けてもよいし、植物監視装置100の外部に設けてもよい。
ステップA3′において、抽出部103は、振動計21a、21bが収集した振動情報を用いて、伝達関数を算出し、算出した伝達関数の周波数特性から特徴量を抽出する。ステップA3においては、次の(b1″)から(b3″)の処理をする。
(b1″)ステップA3′において、抽出部103は、あらかじめ設定した間隔で、あらかじめ設定した時間分の振動情報を、上述した記憶部から取得する。ここで、設定した間隔、設定した時間は、利用者により、任意の長さに設定が可能である。
(b2″)続いて、ステップA3′において、抽出部103は、振動計21aが計測した振動情報を信号x(t)とし、振動計21bが計測した振動情報を信号y(t)として、伝達関数G″(s)=Y(s)/X(s)=L(y(t))/L(x(t))を算出する。そして、抽出部103は、この伝達関数G(s)により表される周波数特性を用いて、周波数特性情報を生成する。
(b3″)続いて、ステップA3′において、抽出部103は、生成した周波数特性を用いて特徴量を抽出する。周波数特性から共振周波数、又は共振周波数の鋭さを表す値(Q値)、又はそれら両方を抽出する。ただし、特徴量は、共振周波数、Q値に限定されるものではない。
ステップA4′において、算出部104は、抽出部103で抽出した特徴量と、基準となる基準特徴量とに基づいて、植物の成長を表す変化を算出する。ステップA4′においては、次の(c1″)から(c2″)の処理をする。
(c1″)ステップA4′において、算出部104は、まず、抽出部103から特徴情報を取得する。また、算出部104は、成長モデルから基準状態の植物モデル特徴情報を取得する。
(c2″)続いて、ステップA4′において、算出部104は、基準状態の植物モデル特徴情報が有する基準特徴量と、抽出部103から取得した特徴情報が有する特徴量との差(変化)を算出する。
又は、算出部104は、植物モデルではなく、基準状態において実測した対象とする植物の特徴情報を基準特徴量として、その基準特徴量と抽出部103から取得した特徴情報が有する特徴量との差(変化)を算出してもよい。
ステップA5′において、推定部105は、算出した変化情報を用いて、成長モデルを参照し、算出した変化情報に類似する成長モデルの変化情報を検出し、検出した変化情報に対応する植物の状態を選択することにより、植物の状態を推定する。
ステップA5′においては、次の(d1″)から(d2″)の処理をする。
(d1″)ステップA5′において、推定部105は、算出部104が算出した、図16に示すような変化情報161を用いて、図15に示すような成長モデル151を参照し、変化情報161に類似している変化情報を抽出する。
(d2″)続いて、ステップA5′において、推定部105は、抽出した変化情報161に関連付けられている「変化パラメータ」を選択して、「変化パラメータ」の示す植物の部位の成長を、植物の状態として推定する。
続いて、ステップA6′において、成長情報生成部25は、推定部4において推定した植物の状態と、振動情報を計測した時間を表す時間とを関連付けて成長情報を生成する。
続いて、ステップA7′において、出力情報生成部26は、成長情報を出力装置22に出力するために、成長情報を用いて出力可能な出力情報を生成する。その後、出力情報生成部26は、出力装置22へ出力情報を出力する。
[第二の実施の形態の効果]
以上のように第二の実施の形態によれば、対象となる植物の部位(例えば、果実など)の振動から伝達関数に関する特徴量を抽出し、基準特徴量と抽出した特徴量との差(変化)を算出し、算出した特徴量の変化に基づいて植物の部位の状態(植物の部位が成長した状態)を推定することができる。
また、第二の実施の形態においては、植物の成長に影響を与えるような振動を強制的に植物に与えなくても、風、土壌の揺れなどの微小振動による植物の部位の振動を用いることができるので、強制的に振動を加えている時間以外の時間でも、植物の状態を監視することができる。すなわち、継続的に植物の状態を監視できる。
更に、第二の実施の形態においては、植物の部位の状態を継続して監視できるので、植物の部位の成長を容易に記録することができる。そのため、作業者が遠隔地にいても、植物の状態を継続的に監視することができる。
[プログラム]
本発明の第二の実施の形態におけるプログラムは、コンピュータに、図17に示すステ
ップA1′からA7′、図18に示すステップB1′からB7′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、第二の実施の形態における植物監視装置と植物監視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、モデル生成部101、収集部102、抽出部103、算出部104、推定部105、成長情報生成部25、出力情報生成部26として機能し、処理を行なう。
また、第二の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、モデル生成部101、収集部102、抽出部103、算出部104、推定部105、成長情報生成部25、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、第一、第二の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、植物監視装置を実現するコンピュータについて図19を用いて説明する。図19は、本発明の第一、第二の実施の形態における植物監視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19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12)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)
対象となる植物の振動を用いて、当該振動の周波数特性における特徴量を抽出する、抽出部と、
抽出した前記特徴量と、基準となる前記植物の状態に対応する基準特徴量とに基づいて、前記植物の成長を表す変化を算出する、算出部と、
算出した前記変化を用いて、前記植物の成長にともなう特徴量の前記基準特徴量からの変化と、前記植物の状態とが関連付けられた状態情報を参照し、前記植物の状態を推定する、推定部と、
を有することを特徴とする植物監視装置。
(付記2)
付記1に記載の植物監視装置であって、
前記抽出部は、前記植物の部位の振動を用いて、前記部位の成長に対応する周波数特性における特徴量を抽出し
前記算出部は、抽出した前記部位の前記特徴量と、基準となる前記部位の基準特徴量とに基づいて、前記部位の成長を表す変化を算出する、
前記推定部は、算出した前記部位の成長を表す変化を用いて、前記部位の成長にともなう特徴量の前記部位の基準特徴量からの変化と、前記部位の状態とが関連付けられた状態情報を参照し、前記部位の状態を推定する
ことを特徴とする植物監視装置。
(付記3)
付記2に記載の植物監視装置であって、
前記部位は、前記植物の幹、又は枝、又は葉である
ことを特徴とする植物監視装置。
(付記4)
対象となる植物において、複数の異なる箇所で計測した振動を用いて伝達関数を算出し、前記伝達関数の周波数特性における特徴量を抽出する、抽出部と、
抽出した前記特徴量と、基準となる伝達関数の周波数特性に基づいて生成した基準特徴量とに基づいて、前記植物の成長を表す変化を算出する、算出部と、
算出した前記変化を用いて、前記植物の成長にともなう特徴量の前記基準特徴量からの変化と、前記植物の状態とが関連付けられた状態情報を参照し、前記植物の状態を推定する、推定部と、
を有することを特徴とする植物監視装置。
(付記5)
(a)対象となる植物の振動を用いて、当該振動の周波数特性に基づいて特徴量を抽出する、ステップと、
(b)抽出した前記特徴量と、基準となる前記植物の状態に対応する基準特徴量とに基づいて、前記植物の成長を表す変化を算出する、ステップと、
(c)算出した前記変化を用いて、前記植物の成長にともなう特徴量の前記基準特徴量からの変化と、前記植物の状態とが関連付けられた状態情報を参照し、前記植物の状態を推定する、ステップと、
を有することを特徴とする植物監視方法。
(付記6)
付記5に記載の植物監視方法であって、
前記(a)のステップにおいて、前記植物の部位の振動を用いて、前記部位の成長に対応する周波数特性における特徴量を抽出し
前記(b)のステップにおいて、抽出した前記部位の前記特徴量と、基準となる前記部位の基準特徴量とに基づいて、前記部位の成長を表す変化を算出する、
前記(c)のステップにおいて、算出した前記部位の成長を表す変化を用いて、前記部位の成長にともなう特徴量の前記部位の基準特徴量からの変化と、前記部位の状態とが関連付けられた状態情報を参照し、前記部位の状態を推定する
ことを特徴とする植物監視方法。
(付記7)
付記6に記載の植物監視方法であって、
前記部位は、前記植物の幹、又は枝、又は葉である
ことを特徴とする植物監視方法。
(付記8)
(a)対象となる植物において、複数の異なる箇所で計測した振動を用いて伝達関数を算出し、前記伝達関数の周波数特性における特徴量を抽出する、ステップと、
(b)抽出した前記特徴量と、基準となる伝達関数の周波数特性に基づいて生成した基準特徴量とに基づいて、前記植物の成長を表す変化を算出する、ステップと、
(c)算出した前記変化を用いて、前記植物の成長にともなう特徴量の前記基準特徴量からの変化と、前記植物の状態とが関連付けられた状態情報を参照し、前記植物の状態を推定する、ステップと、
を有することを特徴とする植物監視方法。
(付記9)
コンピュータに、
(a)対象となる植物の振動を用いて、当該振動の周波数特性に基づいて特徴量を抽出する、ステップと、
(b)抽出した前記特徴量と、基準となる前記植物の状態に対応する基準特徴量とに基づいて、前記植物の成長を表す変化を算出する、ステップと、
(c)算出した前記変化を用いて、前記植物の成長にともなう特徴量の前記基準特徴量からの変化と、前記植物の状態とが関連付けられた状態情報を参照し、前記植物の状態を推定する、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10)
付記9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、前記植物の部位の振動を用いて、前記部位の成長に対応する周波数特性における特徴量を抽出し
前記(b)のステップにおいて、抽出した前記部位の前記特徴量と、基準となる前記部位の基準特徴量とに基づいて、前記部位の成長を表す変化を算出する、
前記(c)のステップにおいて、算出した前記部位の成長を表す変化を用いて、前記部位の成長にともなう特徴量の前記部位の基準特徴量からの変化と、前記部位の状態とが関連付けられた状態情報を参照し、前記部位の状態を推定する
ことを特徴とするプログラム。
(付記11)
付記10に記載のプログラムであって、
前記部位は、前記植物の幹、又は枝、又は葉である
ことを特徴とするプログラム。
(付記12)
コンピュータに、
(a)対象となる植物において、複数の異なる箇所で計測した振動を用いて伝達関数を算出し、前記伝達関数の周波数特性における特徴量を抽出する、ステップと、
(b)抽出した前記特徴量と、基準となる伝達関数の周波数特性に基づいて生成した基準特徴量とに基づいて、前記植物の成長を表す変化を算出する、ステップと、
(c)算出した前記変化を用いて、前記植物の成長にともなう特徴量の前記基準特徴量からの変化と、前記植物の状態とが関連付けられた状態情報を参照し、前記植物の状態を推定する、ステップと、
を実行させることを特徴とするプログラム。
以上のように本発明によれば、植物の振動を用いて植物の状態を監視することができる。本発明は、植物の状態(植物の成長)を監視することが必要な分野において有用である。
1、100 植物監視装置
2、103 抽出部
3、104 算出部
4、105 推定部
20、200 システム
21、21a、21b 振動計
22 出力装置
23、101 モデル生成部
24、102 収集部
25 成長情報生成部
26 出力情報生成部
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 (9)

  1. 対象となる植物の幹、枝、葉、果実のいずれかの部位の振動を用いて、当該振動の少なくとも共振周波数と前記共振周波数のQ値とを含む特徴量を抽出する、抽出手段と、
    対象となる前記植物の基準状態をモデル化した植物モデルに仮想的に振動を加え、少なくとも共振周波数と前記共振周波数のQ値とを含む基準特徴量を抽出し、前記基準状態以降の対象となる前記植物の前記部位の成長をモデル化した植物モデルに仮想的に振動を加え、少なくとも共振周波数と前記共振周波数のQ値とを含む成長特徴量を抽出し、前記基準特徴量と前記成長特徴量との変化と、前記部位と、前記部位の状態とを関連付けて、成長モデルを生成する、モデル生成手段と、
    抽出した前記特徴量と、前記基準特徴量とに基づいて、対象となる前記植物の成長を表す変化を算出する、算出手段と、
    算出した前記変化を用いて、前記成長モデルを参照し、前記部位の状態を推定する、推定手段と、
    を有する植物監視装置。
  2. 請求項1に記載の植物監視装置であって、
    前記モデル生成手段は、第一の植物モデルの第一の葉と、第二の植物モデルの第二の葉とが重なり合う場合、前記第一の植物モデルと前記第二の植物モデルに仮想的に振動を加え、第一の葉と第二の葉とを擦れ合わせて振動を発生させる
    植物監視装置。
  3. 対象となる植物の幹、枝、葉、果実のいずれかの部位において、複数の異なる箇所で計測した振動を用いて伝達関数を算出し、前記伝達関数の少なくとも共振周波数と前記共振周波数のQ値とを含む特徴量を抽出する、抽出手段と、
    対象となる前記植物の基準状態をモデル化した植物モデルに仮想的に振動を加え、少なくとも共振周波数と前記共振周波数のQ値とを含む基準特徴量を抽出し、前記基準状態以降の対象となる前記植物の前記部位の成長をモデル化した植物モデルに仮想的に振動を加え、少なくとも共振周波数と前記共振周波数のQ値とを含む成長特徴量を抽出し、前記基準特徴量と前記成長特徴量との変化と、前記部位と、前記部位の状態とを関連付けて、成長モデルを生成する、モデル生成手段と、
    抽出した前記特徴量と、前記基準特徴量とに基づいて、対象となる前記植物の成長を表す変化を算出する、算出手段と、
    算出した前記変化を用いて、前記成長モデルを参照し、前記部位の状態を推定する、推定手段と、
    を有する植物監視装置。
  4. (a)対象となる植物の幹、枝、葉、果実のいずれかの部位の振動を用いて、当該振動の少なくとも共振周波数と前記共振周波数のQ値とを含む特徴量を抽出する、ステップと、
    (b)対象となる前記植物の基準状態をモデル化した植物モデルに仮想的に振動を加え、少なくとも共振周波数と前記共振周波数のQ値とを含む基準特徴量を抽出し、前記基準状態以降の対象となる前記植物の前記部位の成長をモデル化した植物モデルに仮想的に振動を加え、少なくとも共振周波数と前記共振周波数のQ値とを含む成長特徴量を抽出し、前記基準特徴量と前記成長特徴量との変化と、前記部位と、前記部位の状態とを関連付けて、成長モデルを生成する、ステップと、
    )抽出した前記特徴量と、前記基準特徴量とに基づいて、対象となる前記植物の成長を表す変化を算出する、ステップと、
    )算出した前記変化を用いて、前記成長モデルを参照し、前記部位の状態を推定する、ステップと、
    を有する植物監視方法。
  5. 請求項4に記載の植物監視方法であって、
    前記(b)のステップにおいて、第一の植物モデルの第一の葉と、第二の植物モデルの第二の葉とが重なり合う場合、前記第一の植物モデルと前記第二の植物モデルに仮想的に振動を加え、第一の葉と第二の葉とを擦れ合わせて振動を発生させる
    植物監視方法。
  6. (a)対象となる植物の幹、枝、葉、果実のいずれかの部位において、複数の異なる箇所で計測した振動を用いて伝達関数を算出し、前記伝達関数の少なくとも共振周波数と前記共振周波数のQ値とを含む特徴量を抽出する、ステップと、
    (b)対象となる前記植物の基準状態をモデル化した植物モデルに仮想的に振動を加え、少なくとも共振周波数と前記共振周波数のQ値とを含む基準特徴量を抽出し、前記基準状態以降の対象となる前記植物の前記部位の成長をモデル化した植物モデルに仮想的に振動を加え、少なくとも共振周波数と前記共振周波数のQ値とを含む成長特徴量を抽出し、前記基準特徴量と前記成長特徴量との変化と、前記部位と、前記部位の状態とを関連付けて、成長モデルを生成する、ステップと、
    )抽出した前記特徴量と、前記基準特徴量とに基づいて、対象となる前記植物の成長を表す変化を算出する、ステップと、
    )算出した前記変化を用いて、前記成長モデルを参照し、前記部位の状態を推定する、ステップと、
    を有する植物監視方法。
  7. コンピュータに、
    (a)対象となる植物の幹、枝、葉、果実のいずれかの部位の振動を用いて、当該振動の少なくとも共振周波数と前記共振周波数のQ値とを含む特徴量を抽出する、ステップと、
    (b)対象となる前記植物の基準状態をモデル化した植物モデルに仮想的に振動を加え、少なくとも共振周波数と前記共振周波数のQ値とを含む基準特徴量を抽出し、前記基準状態以降の対象となる前記植物の前記部位の成長をモデル化した植物モデルに仮想的に振動を加え、少なくとも共振周波数と前記共振周波数のQ値とを含む成長特徴量を抽出し、前記基準特徴量と前記成長特徴量との変化と、前記部位と、前記部位の状態とを関連付けて、成長モデルを生成する、ステップと、
    )抽出した前記特徴量と、前記基準特徴量とに基づいて、対象となる前記植物の成長を表す変化を算出する、ステップと、
    )算出した前記変化を用いて、前記成長モデルを参照し、前記部位の状態を推定する、ステップと、
    を実行させるプログラム。
  8. 請求項7に記載のプログラムであって、
    前記(b)のステップにおいて、第一の植物モデルの第一の葉と、第二の植物モデルの第二の葉とが重なり合う場合、前記第一の植物モデルと前記第二の植物モデルに仮想的に振動を加え、第一の葉と第二の葉とを擦れ合わせて振動を発生させる
    プログラム。
  9. コンピュータに、
    (a)対象となる植物の幹、枝、葉、果実のいずれかの部位において、複数の異なる箇所で計測した振動を用いて伝達関数を算出し、前記伝達関数の少なくとも共振周波数と前記共振周波数のQ値とを含む特徴量を抽出する、ステップと、
    (b)対象となる前記植物の基準状態をモデル化した植物モデルに仮想的に振動を加え、少なくとも共振周波数と前記共振周波数のQ値とを含む基準特徴量を抽出し、前記基準状態以降の対象となる前記植物の前記部位の成長をモデル化した植物モデルに仮想的に振動を加え、少なくとも共振周波数と前記共振周波数のQ値とを含む成長特徴量を抽出し、前記基準特徴量と前記成長特徴量との変化と、前記部位と、前記部位の状態とを関連付けて、成長モデルを生成する、ステップと、
    )抽出した前記特徴量と、前記基準特徴量とに基づいて、対象となる前記植物の成長を表す変化を算出する、ステップと、
    )算出した前記変化を用いて、前記成長モデルを参照し、前記部位の状態を推定する、ステップと、
    を実行させるプログラム。
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