JP7140702B2 - 農業ハウスの環境制御システム、ハウス制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、複数の農業ハウスの環境を制御するシステム及びハウス制御装置に関する。

ＩｏＴ（Internet of Things）など、情報通信技術を用いて農業の効率化を図ることが試行されている。

特許文献１に記載のシステムは、施設園芸用温室の環境を制御するために、環境要因の設定が可能に構成された設定手段と、環境要因の計測を行う計測手段と、環境要因に影響を与える調整手段と、を有し、設定手段、計測手段及び調整手段にはそれぞれコンピュータが設けられ、各々のコンピュータがネットワークで接続されて、独立した統括制御装置を設ける必要がないことが記載されている。

特許第４３４９５７３号公報

近年においては、制御対象となる農業ハウスは一棟だけでなく、複数の地域に設置された複数の農業ハウスの環境が制御対象となる。各々の地域に赴き各農業ハウスごとに管理、指令を与えることは非常に煩雑となる。かといって、複数の農業ハウスに設けられた環境の調整装置に同一の指令値を与えても、調整装置のパワーやハウスの特性によって一律に制御することが難しい。

本開示は、このような課題に着目してなされたものであって、その目的は、各々の農業ハウスの特性に応じた制御を実現しつつも、複数の農業ハウスを一元管理可能な農業ハウスの環境制御システム及びハウス制御装置を提供することである。

本開示の農業ハウスの環境制御システムは、複数の農業ハウスと、前記複数の農業ハウスの環境を制御するためのクラウドコンピューティングシステムと、を備え、前記農業ハウスは、前記ハウス内部の環境情報を計測する計測装置と、前記ハウス内部の環境を調整する調整装置と、前記計測装置の計測データに基づき前記調整装置を制御するハウス制御装置と、を有し、前記クラウドコンピューティングシステムは、前記複数の農業ハウスの前記環境情報を前記ハウス制御装置から取得して記憶すると共に、前記環境情報の目標値を決定して前記ハウス制御装置に前記目標値を送信し、前記ハウス制御装置は、受信した前記目標値と前記計測装置の計測データとに基づき前記調整装置に与える指令値を算出し、前記指令値を用いて前記調整装置を制御するように構成されている。

この構成によれば、作業者が各々の農業ハウスに行かなくてもクラウドコンピューティングシステムに各々の農業ハウスの環境情報が記憶されているので、複数の農業ハウスを一括で管理可能となる。
また、各々の農業ハウスのハウス制御装置は、クラウドコンピューティングシステムが決定した目標値と計測装置の計測データとに基づき指令値を算出し、算出した指令値を用いて調整装置を制御するので、目標値が共通であったとしても各農業ハウスの特性を考慮して各農業ハウスの環境を適切に制御可能となる。

本実施形態の農業ハウスの環境制御システムの構成を示すブロック図 ハウス制御装置が実行するハウス制御処理ルーチンを示すフローチャート

以下に、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。

＜環境制御システム＞
図１に示すように、本実施形態の農業ハウスの環境制御システム１は、複数の農業ハウス２と、クラウドコンピューティングシステム３と、を有する。

農業ハウス２は、ハウス内部の環境情報を計測する１つ以上の計測装置１０と、ハウス内部の環境を調整する１つ以上の調整装置１１と、１つ以上の計測装置１０の計測データに基づき１つ以上の調整装置１１を制御するハウス制御装置１２と、を有する。

計測装置１０は、ハウス内部の環境情報を計測する装置である。環境情報は、例えば、温度、湿度、日射、二酸化炭素濃度、外観（カメラの画像）、水耕栽培の水温、ｐｈ、肥料濃度などが挙げられる。計測装置１０の例として、温度計、湿度計、日射計、二酸化炭素濃度計、カメラ、水温センサ、ｐｈ計、肥料濃度計などが挙げられる。本実施形態において計測装置１０は、ハウス制御装置１２と無線通信可能に構成されているが、有線で通信可能に構成されていてもよい。本実施形態においてハウス制御装置１２は１つの農業ハウス２で１台であり、計測装置１０は複数存在するが、これに限定されず、１つの農業ハウス２に対してハウス制御装置１２が複数設けられていてもよい。なお、計測装置１０の数は、ハウス制御装置１２の数よりも多いことが好ましい。

調整装置１１は、ハウス内部の環境を調整する装置である。調整装置１１は、例えば、エアコン、湿度制御装置、日射の遮蔽シートの開閉装置、二酸化炭素の施用装置、水耕栽培制御装置、換気扇、ハウスの窓の開閉装置などが挙げられる。本実施形態において調整装置１１は、ハウス制御装置１２と無線通信可能に構成されているが、有線で通信可能に構成されていてもよい。本実施系チアにおいてハウス制御装置１２が１つの農業ハウス２で１台であり、調整装置１１は複数存在するが、調整装置１１の数はハウス制御装置１２の数よりも多いことが好ましい。

ハウス制御装置１２は、計測装置１０からのデータを受け、調整装置１１への指令値を決定する、ハウス内部の環境を制御するエッジコンピュータである。具体的には、ハウス制御装置１２は、記憶部１２ａと、指令値算出部１２ｂと、通信異常時処理部１２ｃと、データ量低減処理部１２ｄと、を有する。

指令値算出部１２ｂは、クラウドコンピューティングシステム３から受けた環境情報の目標値と、計測装置１０の計測データとに基づき調整装置１１に与える指令値を算出する。算出された指令値は記憶部１２ａに時系列データとして記憶される。指令値算出部１２ｂによる指令値の更新は所定のタイミングで繰り返し実行される。例えば、環境情報が室温であり、目標値は２５度に設定されている場合には、エアコンを駆動するための指令値が風量「強」、「中」、「弱」という値をとりうる。同じ目標値であっても、地域や日照の強さ、ハウスの断熱性などのハウスの特性によって、第１農業ハウス２における指令値が「強」で、第２農業ハウス２における指令値が「弱」という場合があり得る。このように、指令値算出部１２ｂは、目標値だけでなく、計測装置１０の計測データも考慮するので、ハウスの特性を考慮した指令値を算出可能となる。なお、指令値算出部１２ｂは、計測データがない場合には目標値に基づき指令値を算出する。

記憶部１２ａは、クラウドコンピューティングシステム３から受けた環境情報の目標値を記憶する。更に、記憶部１２ａは、計測装置１０の計測データ（環境情報）を時系列データとして記憶する。

通信異常時処理部１２ｃは、クラウドコンピューティングシステム３との通信を定期的に行い、クラウドコンピューティングシステム３との通信状態を監視する。通信状態として、通信可能状態、通信不可状態が挙げられる。通信異常時処理部１２ｃは、通信不可状態であることを検知した場合には、少なくとも異常検知後の指令値の更新を時系列データとして記憶部１２ａに記憶する。なお、本実施形態では、異常検知に拘わらず指令値の更新を時系列データとして常時記憶しているが、これに限定されない。通信異常時処理部１２ｃは、クラウドコンピューティングシステム３との通信状態が通信可能状態に戻った場合に、記憶部１２ａに記憶している指令値の時系列データをクラウドコンピューティングシステム３へ送信する。なお、ここでは、通信障害発生後から復旧後までに記憶部１２ａに記憶する時系列データとして指令値をあげているが、指令値だけでなく計測装置１０の計測値なども含めることが好ましい。

データ量低減処理部１２ｄは、クラウドコンピューティングシステム３へ送信する環境情報が所定のデータサイズを超えている場合に、環境情報のデータサイズを低減する処理を実行する。データ量低減処理としては、データの圧縮処理、複数計測データを有する時系列データを統計処理（例えば平均など）を実行することによるデータ数の削減、複数カメラから得られる複数画像の統合処理、画像からの不要部分の削除処理（例えば果実部分のみを抽出する処理や、日照で白飛びしている部分の削除など），画像から物体の名称や特性等の情報を抽出することにより画像をテキストデータに変換する処理などが挙げられる。

なお、本実施形態のハウス制御装置１２は、通信異常時処理部１２ｃと、データ量低減処理部１２ｄとを有するが、これらは適宜省略可能である。

クラウドコンピューティングシステム３は、各々の農業ハウス２のハウス制御装置１２と通信可能に構成されており、ハウス制御装置１２を介して各々の農業ハウス２の環境を統括制御する。具体的に、クラウドコンピューティングシステム３は、目標値決定部３０と、記憶部３１と、を有する。記憶部３１は、複数の農業ハウス２の環境情報をハウス制御装置１２から取得して記憶する。目標値決定部３０は、複数の農業ハウス２の環境情報の目標値を決定してハウス制御装置１２へ目標値を送信する。

なお、クラウドコンピューティングシステム３は、１つ以上のサーバ及び１つ以上のストレージ（データベースシステム等）がネットワークを介して接続され、クラウドコンピューティングシステム３を構成する各機能を広域ネットワーク上に分散配置又は集約配置されて実現される。勿論、クラウドコンピューティングシステム３は、１台のサーバ及びストレージで実現されていてもよい。

＜ハウス制御装置１２の動作＞
図２を用いて、ハウス制御装置１２の動作を説明する。図２に示すように、ハウス制御装置１２は、ステップＳＴ１００においてクラウドコンピューティングシステム３から新たな目標値が与えられたか否かを判定する。ステップＳＴ１００において新たな目標値が与えられたと判定した場合（ＳＴ１００：ＹＥＳ）には、次のステップＳＴ１０１においてハウス制御装置１２は、目標値を更新して記憶部１２ａに記憶し、ステップＳＴ１０２に移る。なお、ＳＴ１０２，１０３を経て、目標値に加え、さらに計測データも加味して指令値が決定されることになる。

ステップＳＴ１００において、新たな目標値が与えられていないと判定した場合（ＳＴ１００：ＮＯ）には、次のステップＳＴ１０２において、計測装置１０からの計測データを得られているか否かを判定する。ステップＳＴ１０２において、計測データがあると判定した場合（ＳＴ１０２：ＹＥＳ）には、次のステップＳＴ１０３において、指令値算出部１２ｂが計測データと目標値に基づき調整装置１１への指令値を算出する。次のステップＳＴ１０４において、ハウス制御装置１２は、算出した指令値を対応する調整装置１１へ与え、調整装置１１の駆動を制御し、ステップＳＴ１００の処理に戻る。

ステップＳＴ１０２において、計測データがないと判定した場合（ＳＴ１０２：ＮＯ）には、次のステップＳＴ１０５において、指令値算出部１２ｂが目標値に基づき調整装置１１への指令値を算出する。次のステップＳＴ１０４において、ハウス制御装置１２は、算出した指令値を対応する調整装置１１へ与え、調整装置１１の駆動を制御し、ステップＳＴ１００の処理に戻る。

以上のように、本実施形態の農業ハウスの環境制御システムは、
複数の農業ハウス２と、複数の農業ハウス２の環境を制御するためのクラウドコンピューティングシステム３と、を備え、
農業ハウス２は、ハウス内部の環境情報を計測する計測装置１０と、ハウス内部の環境を調整する調整装置１１と、計測装置１０の計測データに基づき調整装置１１を制御するハウス制御装置１２と、を有し、
クラウドコンピューティングシステム３は、複数の農業ハウス２の環境情報をハウス制御装置１２から取得して記憶すると共に、環境情報の目標値を決定してハウス制御装置１２に目標値を送信し、
ハウス制御装置１２は、受信した目標値と計測装置１０の計測データとに基づき調整装置１１に与える指令値を算出し、指令値を用いて調整装置１１を制御するように構成されている。

本実施形態のハウス制御装置１２は、
ハウス内部の環境情報を計測する計測装置１０およびハウス内部の環境を調節する調整装置１１を有する農業ハウス２に設けられており、クラウドコンピューティングシステム３と通信可能に構成されており、計測装置１０の計測データに基づき調整装置１１を制御するハウス制御装置１２であって、
クラウドコンピューティングシステム３から受信した環境情報の目標値を記憶する記憶部１２ａと、
受信した目標値と計測装置１０の計測データとに基づき調整装置１１に与える指令値を算出する指令値算出部１２ｂと、を備え、
指令値算出部１２ｂが算出した指令値を用いて調整装置１１を制御するように構成されている。

この構成によれば、作業者が各々の農業ハウス２に行かなくてもクラウドコンピューティングシステム３に各々の農業ハウス２の環境情報が記憶されているので、複数の農業ハウス２を一括で管理可能となる。
また、各々の農業ハウス２のハウス制御装置１２は、クラウドコンピューティングシステム３が決定した目標値と計測装置１０の計測データとに基づき指令値を算出し、算出した指令値を用いて調整装置１１を制御するので、目標値が共通であったとしても各農業ハウス２の特性を考慮して各農業ハウス２の環境を適切に制御可能となる。

図１及び図２に示す実施形態のように、ハウス制御装置１２は、目標値と計測装置１０の計測データとに基づき指令値の更新を繰り返すと共に、クラウドコンピューティングシステム３との通信状態を監視しており、通信不可状態であることを検知した場合には、少なくとも異常検知後の指令値の更新を時系列データとして記憶し、クラウドコンピューティングシステム３との通信状態が通信可能状態に戻った場合に、指令値の時系列データをクラウドコンピューティングシステム３へ送信するように構成されていることが好ましい。

この構成によれば、クラウドコンピューティングシステム３との通信障害が発生したとしても、通信障害中に指令値算出部１２ｂにより更新される指令値の時系列データが通信障害の回復後にクラウドコンピューティングシステム３に送信されるので、クラウドコンピューティングシステム３においてハウス制御装置１２の指令値の時系列データを適切に管理可能となる。

図１及び図２に示す実施形態のように、ハウス制御装置１２は、計測装置１０が計測した環境情報が所定のデータサイズを超えている場合には、環境情報のデータ量低減処理を実行し、データ量低減処理がなされた環境情報をクラウドコンピューティングシステム３に送信するように構成されていることが好ましい。

この構成によれば、クラウドコンピューティングシステム３とハウス制御装置１２との間の通信容量を低減することができるので、クラウドコンピューティングシステム３とハウス制御装置１２の連携速度を向上させることが可能となる。さらに、通信コストの低減やデータ蓄積コストの低減も可能となる。

以上、本開示の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１０ 計測装置
１１ 調整装置
１２ ハウス制御装置
２ 農業ハウス
３ クラウドコンピューティングシステム

Claims (6)

1. 複数の農業ハウスと、前記複数の農業ハウスの環境を制御するためのクラウドコンピューティングシステムと、を備え、
   前記農業ハウスは、前記ハウス内部の環境情報を計測する計測装置と、前記ハウス内部の環境を調整する調整装置と、前記計測装置の計測データに基づき前記調整装置を制御するハウス制御装置と、を有し、
   前記クラウドコンピューティングシステムは、前記複数の農業ハウスの前記環境情報を前記ハウス制御装置から取得して記憶すると共に、前記環境情報の目標値を決定して前記ハウス制御装置に前記目標値を送信し、
   前記ハウス制御装置は、前記計測装置の計測データがある場合には、受信した前記目標値と前記計測装置の計測データとに基づき前記調整装置に与える指令値を算出し、前記計測装置の計測データがない場合には、受信した前記目標値に基づき前記調整装置に与える指令値を算出し、前記指令値を用いて前記調整装置を制御するように構成されている、農業ハウスの環境制御システム。
2. 前記ハウス制御装置は、前記目標値と前記計測装置の計測データとに基づき前記指令値の更新を繰り返すと共に、前記クラウドコンピューティングシステムとの通信状態を監視しており、通信不可状態であることを検知した場合には、少なくとも異常検知後の前記指令値の更新を時系列データとして記憶し、前記クラウドコンピューティングシステムとの通信状態が通信可能状態に戻った場合に、前記指令値の時系列データを前記クラウドコンピューティングシステムへ送信するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記ハウス制御装置は、前記計測装置が計測した前記環境情報が所定のデータサイズを超えている場合には、前記環境情報のデータ量低減処理を実行し、前記データ量低減処理がなされた前記環境情報を前記クラウドコンピューティングシステムに送信するように構成されている、請求項１又は２に記載のシステム。
4. ハウス内部の環境情報を計測する計測装置および前記ハウス内部の環境を調節する調整装置を有する農業ハウスに設けられており、クラウドコンピューティングシステムと通信可能に構成されており、前記計測装置の計測データに基づき前記調整装置を制御するハウス制御装置であって、
   クラウドコンピューティングシステムから受信した前記環境情報の目標値を記憶する記憶部と、
   前記計測装置の計測データがある場合には、受信した前記目標値と前記計測装置の計測データとに基づき前記調整装置に与える指令値を算出し、前記計測装置の計測データがない場合には、受信した前記目標値に基づき前記調整装置に与える指令値を算出する指令値算出部と、を備え、
   前記指令値算出部が算出した前記指令値を用いて前記調整装置を制御するように構成されている、ハウス制御装置。
5. 前記目標値と前記計測装置の計測データとに基づき前記指令値の更新を繰り返すと共に、前記クラウドコンピューティングシステムとの通信状態を監視しており、通信不可状態であることを検知した場合には、少なくとも異常検知後の前記指令値の更新を時系列データとして記憶し、前記クラウドコンピューティングシステムとの通信状態が通信可能状態に戻った場合に、前記指令値の時系列データを前記クラウドコンピューティングシステムへ送信するように構成されている、請求項４に記載のハウス制御装置。
6. 前記計測装置が計測した前記環境情報が所定のデータサイズを超えている場合には、前記環境情報のデータ量低減処理を実行し、前記データ量低減処理がなされた前記環境情報を前記クラウドコンピューティングシステムに送信するように構成されている、請求項４又は５に記載のハウス制御装置。

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