JP7198496B2 - 灌水タイミング決定システム、灌水制御システム、灌水タイミング決定方法 - Google Patents

Description

本発明は、灌水タイミング決定システム、灌水制御システム、及び灌水タイミング決定方法に関する。

この種の技術として、水分を不足させて水ストレスを与えつつ植物を生育することにより、得られる果実を高品質化する水ストレス栽培が知られている（例えば非特許文献１～３参照）。このような水ストレス栽培においては、例えば、日射量や土壌水分量に基づく制御指標が設定され、当該制御指標が所定の閾値に達したタイミングで植物に灌水が行われる。

新田益男、澁谷和子、玖波井邦昭、小松秀雄、細川卓也、中村和洋、日射比例かん水制御装置の開発および高糖度トマトの根域制限栽培への適合性、知農技セ研報、Vol.18、pp31－38 (2009) 新垣美香、河野雅志、前當正範、赤嶺光、施肥量の違いがトマト果実の糖度、硬度および収量に及ぼす影響、琉球大学農学部学術報告、Vol.63、pp61－63 (2016) 大石直記、トマトの養液栽培における水ストレスに応じた給液制御システムの開発(2)－茎径変化を利用した給液制御－、生物環境調節、Vol.40(1)、pp91－98 (2002)

上述したような水ストレス栽培においては、得られる果実を一層高品質化することが求められる。そこで、本発明は、水ストレス栽培において得られる果実を高品質化することができる灌水タイミング決定システム、灌水制御システム及び灌水タイミング決定方法を提供することを目的とする。

本発明の灌水タイミング決定システムは、植物である対象物に灌水を行う灌水タイミングを決定する灌水タイミング決定システムであって、対象物の水ストレスの程度を表す水ストレス指標を算出するためのセンサデータを取得するセンサと、対象物の水ストレスの程度を表す灌水制御指標を閾値と比較することにより、灌水タイミングを判定する判定部と、センサによって取得されたセンサデータに基づく水ストレス指標の推移を推移データとして記憶する記憶部と、記憶部に記憶された推移データを用いて閾値を変更する閾値変更部と、を備え、閾値変更部は、推移データに含まれる複数の灌水の各々についての、灌水前に対象物に与えられた水ストレス量と、灌水後に対象物が回復した水ストレス量との差分に基づいて、閾値を変更する。

この灌水タイミング決定システムでは、センサによって取得されたセンサデータに基づく水ストレス指標の推移が、推移データとして記憶部に記憶される。そして、当該推移データに含まれる複数の灌水の各々についての、灌水前に対象物に与えられた水ストレス量と、灌水後に対象物が回復した水ストレス量との差分に基づいて、閾値が変更される。これにより、閾値の変更後の灌水における、灌水前に対象物に与えられる水ストレス量と、灌水後に対象物が回復する水ストレス量との差分の大きさを調整することができる。このような閾値の変更を栽培期間中に繰り返し実施することで、対象物（植物）の生長に伴う対象物の状態の変化に順応するように、閾値を動的に調整することが可能となる。その結果、対象物への灌水のタイミングを好適に決定することができ、水ストレス栽培において得られる果実を高品質化することが可能となる。

閾値変更部は、閾値の変更後の灌水において、灌水前に対象物に与えられる水ストレス量と、灌水後に対象物が回復する水ストレス量との差分が目標値に近づくように、閾値を変更してもよい。この場合、灌水前に対象物に与えられる水ストレス量と灌水後に対象物が回復する水ストレス量との差分を目標値に近づけることができる。

閾値変更部は、推移データに含まれる複数の灌水の各々について、灌水前に対象物に与えられた水ストレス量と、灌水後に対象物が回復した水ストレス量との差分である評価値を算出し、評価値と、灌水時における灌水制御指標との間の関係を表す回帰式を算出し、回帰式において評価値が目標値となる灌水制御指標の値を、閾値に設定してもよい。この場合、灌水前に対象物に与えられる水ストレス量と灌水後に対象物が回復する水ストレス量との差分を確実に目標値に近づけることができる。

閾値変更部は、推移データ中の所定期間における対象物の蒸散速度に関する指標が所定条件を満たしていた場合、閾値を変更する一方、所定期間における対象物の蒸散速度に関する指標が所定条件を満たしていなかった場合、閾値を変更しなくてもよい。この場合、蒸散速度に関する指標が所定条件を満たしていないときに取得された推移データに基づいて設定された閾値が、蒸散速度に関する指標が所定条件を満たしているときに用いられるのを防止することができる。

センサデータは、対象物の生育状態に関するデータを含んでいてもよい。この場合、対象物への灌水のタイミングを一層好適に決定することができる。

センサデータは、対象物の茎径及び葉の萎れ具合の少なくとも一方を含んでいてもよい。この場合、対象物への灌水のタイミングをより一層好適に決定することができる。

センサデータに基づく水ストレス指標の算出においては、気象環境の変化に起因する成分が除去されてもよい。この場合、水ストレス指標により、灌水に伴う水ストレスの短期的な変化を表すことができ、水ストレスの短期的な変化を捕捉することが可能となる。

センサデータに基づく水ストレス指標の算出においては、移動平均値を減算することにより、気象環境の変化に起因する成分が除去されてもよい。この場合、水ストレスの短期的な変化を一層好適に捕捉することが可能となる。

灌水制御指標は、直前の灌水から指標算出時刻までに取得されたデータに基づいて算出される指標を含んでいてもよい。この場合、灌水制御指標により、灌水に伴う水ストレスの短期的な変化を表すことができ、水ストレスの短期的な変化を捕捉することが可能となる。

灌水制御指標は、直前の灌水から指標算出時刻までの対象物の茎径の最大値から、指標算出時刻における対象物の茎径を減算することにより算出される指標を含んでいてもよい。この場合、水ストレスの短期的な変化を一層好適に捕捉することが可能となる。

本発明の灌水制御システムは、上記灌水タイミング決定システムと、判定部の判定結果に応じて対象物に灌水を行う灌水装置と、を備える。この灌水制御システムによれば、上述した理由により、水ストレス栽培において得られる果実を高品質化することが可能となる。

本発明の灌水タイミング決定方法は、植物である対象物に灌水を行う灌水タイミングを決定する灌水タイミング決定方法であって、センサにより、対象物の水ストレスの程度を表す水ストレス指標を算出するためのセンサデータを取得する取得ステップと、判定部により、対象物の水ストレスの程度を表す灌水制御指標を閾値と比較することにより灌水タイミングを判定する判定ステップと、記憶部により、センサによって取得されたセンサデータに基づく水ストレス指標の推移を推移データとして記憶する記憶ステップと、閾値変更部により、記憶部に記憶された推移データを用いて閾値を変更する閾値変更ステップと、を備え、閾値変更ステップでは、推移データに含まれる複数の灌水の各々についての、灌水前に対象物に与えられた水ストレス量と、灌水後に対象物が回復した水ストレス量との差分に基づいて、閾値を変更する。この灌水タイミング決定方法によれば、上述した理由により、水ストレス栽培において得られる果実を高品質化することが可能となる。

本発明によれば、水ストレス栽培において得られる果実を高品質化することができる灌水タイミング決定システム、灌水制御システム及び灌水タイミング決定方法を提供することができる。

灌水制御システムの概略構成を示す図である。 データ処理装置のハードウェア構成を示す図である。 データ処理装置の機能構成を示す図である。 灌水制御指標を説明するためのグラフである。 一日の茎径変化の例を示すグラフである。 水ストレス指標を説明するためのグラフである。 閾値変更処理の手順を示すフローチャートである。 評価値を説明するためのグラフである。 回帰分析を説明するためのグラフである。 実験条件を示す表である。 （ａ）及び（ｂ）は、実験結果を示すグラフである。 （ａ）及び（ｂ）は、実験結果を示すグラフである。 （ａ）～（ｃ）は、実験結果を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
［灌水制御システムの構成］

図１に示される灌水制御システム（灌水タイミング決定システム）１は、トマト等の植物である対象物Ｓに灌水を行うタイミング（灌水タイミング）を決定し、決定した灌水タイミングで対象物Ｓに灌水を行うシステムである。対象物Ｓは、トマトに限られず、例えばキュウリ、ナス、メロン、マンゴー等であってもよく、果実が実る他の植物であってもよい。

灌水制御システム１は、茎径センサ３と、飽差計５と、灌水装置７と、データ処理装置１０と、を備えている。茎径センサ３は、対象物Ｓの茎径を検出する。茎径センサ３は、例えば、対象物Ｓの茎に取り付けられており、対象物Ｓの茎径を所定の周期で検出する。茎径センサ３としては、例えば、投光器及び受光器を含むレーザラインセンサを用いることができる。飽差計５は、例えば、対象物Ｓの近傍に設置され、対象物Ｓの栽培環境における飽差を検出する。灌水装置７は、対象物Ｓ又は養液に水を供給することにより、対象物Ｓへの灌水を実施する。灌水装置７は、例えば、対象物Ｓの培地に挿された点滴チューブを介して灌水を実施する（点滴栽培、養液栽培）。

データ処理装置１０は、有線又は無線の通信ネットワークＮを介して、茎径センサ３、飽差計５及び灌水装置７と通信可能に接続されている。データ処理装置１０は、茎径センサ３及び飽差計５によって取得されたデータを処理すると共に、灌水装置７を制御する。

データ処理装置１０は、例えばコンピュータにより構成されている。データ処理装置１０は、複数台のコンピュータにより構成されてもよい。この場合、後述するデータ処理装置１０の各機能要素は、分散処理により実現され得る。コンピュータの種類は限定されない。例えば、据置型又は携帯型のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）が用いられてもよいし、ワークステーションが用いられてもよいし、高機能携帯電話機（スマートフォン）、携帯電話機、携帯情報端末（ＰＤＡ）等の携帯端末が用いられてもよい。或いは、複数種のコンピュータの組み合わせによりデータ処理装置１０が構築されてもよい。複数台のコンピュータが用いられる場合、複数台のコンピュータは、インターネット、イントラネット等の通信ネットワークを介して接続され得る。

図２には、データ処理装置１０を構成するコンピュータ１００のハードウェア構成の例が示されている。コンピュータ１００は、ＣＰＵ（プロセッサ）１０１と、主記憶部１０２と、補助記憶部１０３と、通信制御部１０４と、入力装置１０５と、出力装置１０６と、を備えている。ＣＰＵ１０１は、オペレーティングシステム、アプリケーション・プログラム等を実行する演算装置である。主記憶部１０２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により構成されている。補助記憶部１０３は、ハードディスク、フラッシュメモリ等により構成されている。通信制御部１０４は、ネットワークカード、無線通信モジュール等により構成されている。入力装置１０５は、キーボード、マウス等により構成されている。出力装置１０６は、ディスプレイ、プリンタ等により構成されている。当然ながら、搭載されるハードウェアモジュールはコンピュータ１００の種類により異なる。例えば、据置型のＰＣ及びワークステーションは、入力装置及び出力装置としてキーボード、マウス及びモニタを備えることが多いが、スマートフォンではタッチパネルが入力装置及び出力装置として機能することが多い。

後述するデータ処理装置１０の各機能要素は、例えば、ＣＰＵ１０１又は主記憶部１０２に所定のソフトウェアを読み込ませ、ＣＰＵ１０１の制御の下で通信制御部１０４、入力装置１０５及び出力装置１０６を動作させ、主記憶部１０２又は補助記憶部１０３におけるデータの読み出し及び書き込みを実行することにより、実現され得る。処理に必要なデータ又はデータベース等は、主記憶部１０２又は補助記憶部１０３内に格納され得る。

図３に示されるように、データ処理装置１０は、機能要素として、算出部１１と、判定部１２と、算出部１３と、記憶部１４と、閾値変更部１５と、を備えている。
［灌水制御システムの動作］

概略的には、灌水制御システム１では、対象物Ｓの水ストレスの程度を表す灌水制御指標が所定の閾値（以下、「灌水閾値」ともいう）に達したタイミング（灌水タイミング）で、対象物Ｓに灌水が行われる。水ストレス（水分ストレス）は、対象物Ｓにおける水分の不足度（対象物Ｓの渇き状態）に対応する。水分を不足させて水ストレスを与えつつ対象物Ｓを生育することにより、得られる果実を高品質化することができる。

更に、灌水制御システム１では、対象物Ｓの栽培期間中に、灌水閾値が動的に調整される。例えば、日中に灌水動作が行われ、翌日の灌水動作再開までに（例えば当日の夜間に）灌水閾値の変更処理が行われる。日中には、対象物Ｓの水ストレスの程度を表す水ストレス指標の推移が、推移データとして記憶される。閾値変更処理においては、日中の所定期間に行われた複数の灌水の各々について、灌水前に対象物Ｓに与えられた水ストレス量と、灌水後に対象物Ｓが回復した水ストレス量との差分が、評価値として算出される。算出された評価値を用いて、翌日以降の灌水において、灌水前に対象物Ｓに与えられる水ストレス量と、灌水後に対象物Ｓが回復する水ストレス量との差分がゼロに近づくように、灌水閾値が変更される。以下、灌水制御システム１の動作の詳細を説明する。

算出部１１は、灌水制御指標を算出する。灌水制御指標は、対象物Ｓの水ストレスの程度を表す指標である。この例では、灌水制御指標としてＤＳＲ（Difference Stem diameter calculated from most Recent irrigation）（単位：ｍｍ）が用いられている。ＤＳＲは、茎径センサ３によって取得された対象物Ｓの茎径（センサデータ）と、灌水情報とに基づいて算出される。図４に示されるように、ＤＳＲは、直前の灌水（灌水時刻ｔａ）から指標算出時刻（現時刻）ｔまでの対象物Ｓの茎径の最大値ＳＤｍａｘから、指標算出時刻ｔにおける対象物Ｓの茎径ＳＤを減算することにより、算出される。対象物Ｓの茎径は、灌水後に増加し、最大値ＳＤｍａｘに達した後に減少する。ＤＳＲは、灌水後、茎径が最大値ＳＤｍａｘに達するまではゼロであり、茎径が最大値ＳＤｍａｘに達した後に増加する。

判定部１２は、灌水制御指標を灌水閾値と比較することにより、灌水タイミングを判定する。この例では、判定部１２は、灌水制御指標が灌水閾値に達した時点を灌水タイミングと判定する。灌水制御システム１では、判定部１２の判定結果に応じて、灌水装置７による対象物Ｓへの灌水が行われる。例えば、判定部１２が灌水タイミングと判定すると、データ処理装置１０は、対象物Ｓへの灌水が実施されるように灌水装置７（例えば、灌水装置７を構成するポンプ又はバルブ）を制御する。

算出部１３は、水ストレス指標を算出する。水ストレス指標は、対象物Ｓの水ストレスの程度を表す指標である。この例では、水ストレス指標は、茎径センサ３によって取得された対象物Ｓの茎径（センサデータ）に基づいて算出される。

図５には、一日の対象物Ｓの茎径変化の具体例が示されている。矢印ＡＲで示されるように、対象物Ｓの茎径は、時間の経過に伴って変化した。この例では、茎径は、午前から夕方前にわたって減少し、夕方から増加した。これは、気象環境（例えば、温度、湿度、日射量等）の変化に伴う茎径の変化と考えられる。気象環境の変化に伴う茎径の変化は、１日を周期としたものであり、概日変動ともよばれる。

一方、図５にも示されるように、対象物Ｓの茎径は、灌水後に増加する。このような灌水に伴う茎径の変化は、上述したような気象環境の変化に伴う茎径の変化と比べて、短い周期を有する。すなわち、気象環境の変化に伴う茎径の変化が長期的である一方、灌水に伴う茎径の変化は短期的である。

この例では、算出部１３は、茎径センサ３によって取得された対象物Ｓの茎径から、移動平均値を減算することにより、気象環境の変化に起因する成分を除去する。図６に示されるように、算出部１３は、対象物Ｓの茎径のデータＤ１から、その移動平均値Ｄ２を減算することにより、水ストレス指標を算出する。これにより、水ストレス指標として、灌水に伴う短期的な茎径の変化が抽出される。移動平均の区間は、例えば、灌水に伴う茎径の変化の周期と同程度又はそれよりも長い区間に設定される。この例では、移動平均の区間は、午前１０時から午後２時までの期間における最大灌水間隔に設定されている。これにより、移動平均値に、気象環境の変化に起因する成分が含まれないようにすることができる。

記憶部１４は、算出部１３によって算出された水ストレス指標の推移を、推移データ（時系列データ）として記憶している。記憶部１４は、各灌水が行われた時刻における灌水制御指標の値を記憶している。記憶部１４は、飽差計５によって取得された飽差を記憶している。

閾値変更部１５は、記憶部１４に記憶された水ストレス指標の推移データを用いて灌水閾値を変更する。以下、図７を参照しつつ、閾値変更部１５により実行される閾値変更処理を説明する。閾値変更部１５は、例えば、一日ごとに、閾値変更処理を実行する。まず、閾値変更部１５は、記憶部１４に記憶された各データを取得する（ステップＳ１）。

続いて、閾値変更部１５は、飽差計５によって取得された飽差に基づいて、午前１０時から午後２時までの期間における平均飽差を算出する（ステップＳ２）。閾値変更部１５は、平均飽差が所定の閾値（例えば２．５ｇ／ｍ^３）以上であるか否かを判定する（ステップＳ３）。閾値変更部１５は、平均飽差が閾値以上であると判定した場合（ステップＳ３でＹＥＳ）、ステップＳ４に進み、平均飽差が閾値よりも小さいと判定した場合（ステップＳ３でＮＯ）、灌水閾値を変更することなく、処理を終了する。

すなわち、閾値変更部１５は、推移データ中の所定期間（この例では午前１０時から午後２時まで）における平均飽差が所定条件を満たしていた場合、ステップＳ４以降の処理を実行して灌水閾値を変更する一方、所定期間における平均飽差が所定条件を満たしていなかった場合、灌水閾値を変更せずに処理を終了する。平均飽差は、対象物Ｓの蒸散速度に関する指標である。飽差が高いと、対象物Ｓの蒸散が促進され、対象物Ｓに水ストレスがかかり易い。

ステップＳ４では、閾値変更部１５は、水ストレス指標の推移データを用いて（換言すれば、水ストレス指標により対象物Ｓの水ストレスの程度が表されているとみなして）、評価値Ｅを算出する。評価値Ｅは、灌水前に対象物Ｓに与えられた水ストレス量と、灌水後に対象物Ｓが回復した水ストレス量との差分である。図８では、灌水前に対象物Ｓに与えられた水ストレス量が符号Ｐ１で示され、灌水後に対象物Ｓが回復した水ストレス量が符号Ｐ２で示されている。図８に示されるように、或る灌水前に対象物Ｓに与えられた水ストレス量Ｐ１は、当該灌水直前の水ストレス指標の最大値から、灌水時刻ｔａにおける水ストレス指標を減算した値に対応する。或る灌水後に対象物Ｓが回復した水ストレス量Ｐ２は、当該灌水直後の水ストレス指標の最大値から、灌水時刻ｔａにおける水ストレス指標を減算した値に対応する。

灌水制御システム１では、対象物Ｓから得られる果実の糖度を高めることを目的として、評価値Ｅの目標値がゼロに設定されている。評価値Ｅがゼロであることは、灌水前に対象物Ｓに与えられた水ストレス量Ｐ１が灌水後に対象物Ｓが回復した水ストレス量Ｐ２と等しく、灌水により対象物Ｓに水ストレスが過不足なく与えられたことを意味する。

ステップＳ４に続いて、閾値変更部１５は、回帰分析により灌水閾値を変更する（ステップＳ５）。閾値変更部１５は、評価値Ｅと、灌水時における灌水制御指標との間の関係を表す回帰式Ｆを算出し、回帰式Ｆにおいて評価値Ｅが目標値（この例ではゼロ）となる灌水制御指標の値を、灌水閾値に設定する。この例では、回帰分析には、推移データにおける所定期間（この例では午前１０時から午後２時まで）に行われた複数の灌水についてのデータが用いられる。なお、推移データに含まれる全ての灌水についてのデータが用いられてもよい。

図９には、単回帰分析により灌水閾値を変更する場合の例が示されている。すなわち、この例では、回帰式Ｆとして一次式が用いられている。図９の例では、回帰式Ｆにおいて評価値Ｅがゼロとなる灌水制御指標の値は、０．０１ｍｍである。したがって、この場合、閾値変更部１５は灌水閾値を０．０１ｍｍに設定する。なお、灌水は、灌水制御指標が灌水閾値に達した場合に行われるが、図９の例では、各点における灌水制御指標の値が一定ではない。これは、この例では茎径センサ３が所定の周期で茎径を検出することから、灌水時における灌水制御指標の値には、ばらつきがあるためである。

以上の処理により、翌日以降の灌水動作において評価値Ｅがゼロとなるように、灌水閾値が変更される。このように、閾値変更部１５は、灌水閾値の変更後（翌日以降）の灌水において、灌水前に対象物Ｓに与えられる水ストレス量と、灌水後に対象物Ｓが回復する水ストレス量との差分がゼロに近づくように、灌水閾値を変更する。
［作用及び効果］

灌水制御システム１では、茎径センサ３によって取得されたセンサデータに基づく水ストレス指標の推移が、推移データとして記憶部１４に記憶される。そして、当該推移データに含まれる複数の灌水の各々についての、灌水前に対象物Ｓに与えられた水ストレス量Ｐ１と、灌水後に対象物Ｓが回復した水ストレス量Ｐ２との差分（評価値Ｅ）に基づいて、灌水閾値が変更される。これにより、灌水閾値の変更後の灌水における、灌水前に対象物Ｓに与えられる水ストレス量と、灌水後に対象物Ｓが回復する水ストレス量との差分の大きさを調整することができる。このような灌水閾値の変更を栽培期間中に繰り返し実施することで、対象物Ｓの生長に伴う対象物Ｓの状態の変化に順応するように、灌水閾値を動的に調整（最適化）することが可能となる。その結果、対象物Ｓへの灌水のタイミングを好適に決定することができ、水ストレス栽培において得られる果実を高品質化することが可能となる。灌水制御システム１によれば、対象物Ｓの状態に自律順応する灌水スケジューリング手法を実現することができる。また、灌水制御システム１では、熟練農家の経験又は勘に頼ることなく、適切なタイミングで対象物Ｓに灌水を行うことができる。

閾値変更部１５が、灌水閾値の変更後の灌水において、灌水前に対象物Ｓに与えられる水ストレス量と、灌水後に対象物Ｓが回復する水ストレス量との差分が目標値（上記例ではゼロ）に近づくように、灌水閾値を変更する。これにより、灌水前に対象物Ｓに与えられる水ストレス量と灌水後に対象物Ｓが回復する水ストレス量との差分を目標値に近づけることができる。

閾値変更部１５が、複数の灌水の各々について評価値Ｅを算出し、評価値Ｅと、灌水時における灌水制御指標との間の関係を表す回帰式Ｆを算出し、回帰式Ｆにおいて評価値Ｅが目標値となる灌水制御指標の値を、灌水閾値に設定する。これにより、灌水前に対象物Ｓに与えられる水ストレス量と灌水後に対象物Ｓが回復する水ストレス量との差分を確実に目標値に近づけることができる。

閾値変更部１５が、推移データ中の所定期間における対象物Ｓの蒸散速度に関する指標（平均飽差）が所定条件を満たしていた場合、灌水閾値を変更する一方、所定期間における対象物Ｓの蒸散速度に関する指標が所定条件を満たしていなかった場合、灌水閾値を変更しない。これにより、蒸散速度に関する指標が所定条件を満たしていないときに取得された推移データに基づいて設定された灌水閾値が、蒸散速度に関する指標が所定条件を満たしているときに用いられるのを防止することができる。例えば、蒸散速度が低いときに取得された推移データに基づいて灌水閾値が設定されると、蒸散速度が高い環境下において対象物Ｓに過度な水ストレスを与えてしまうおそれがある。この点、灌水制御システム１では、平均飽差が所定条件を満たしていた場合のみに灌水閾値が変更されるため、そのような事態を回避することができる。

水ストレス指標を算出するためのセンサデータが、対象物Ｓの茎径を含んでいる。これにより、対象物Ｓへの灌水のタイミングを好適に決定することができる。

センサデータに基づく水ストレス指標の算出において、移動平均値を減算することにより、気象環境の変化に起因する成分が除去される。これにより、水ストレス指標によって、灌水に伴う水ストレスの短期的な変化を表すことができ、水ストレスの短期的な変化を捕捉することが可能となる。

灌水制御指標が、直前の灌水から指標算出時刻ｔまでに取得された対象物Ｓの生育状態に関するデータに基づいて（すなわち、直前の灌水を起点として）算出される。より具体的には、灌水制御指標が、直前の灌水から指標算出時刻ｔまでの対象物Ｓの茎径の最大値ＳＤｍａｘから、指標算出時刻ｔにおける対象物Ｓの茎径を減算することにより、算出される。これにより、灌水制御指標によって、灌水に伴う水ストレスの短期的な変化を表すことができ、水ストレスの短期的な変化を一層好適に捕捉することが可能となる。
［栽培実験］

図１０に示されるように、処理区Ａ、処理区Ｂ及び処理区Ｃにおいて異なる灌水制御方法を用いて栽培実験を行い、その結果を評価した。処理区Ａでは、上述した灌水制御システム１の灌水制御方法を用い、灌水閾値を動的に変更した。灌水閾値の初期値は、過去の栽培データに基づいて算出された０．０１３ｍｍとした。処理区Ｂでは、灌水閾値を初期値から変更しなかった。処理区Ｃでは、灌水制御指標として積算日射量を用いた。灌水閾値の処理値は、熟練の農業従事者により決定された０．３ＭＪとした。処理区Ｃでは、灌水閾値を初期値から変更しなかった。対象物Ｓはトマトであり、処理区Ａ～Ｃは、静岡県袋井市に所在するハウス内に設定した。評価指標は、得られた果実の平均糖度（ｂｒｉｘ）と収量（可販果実の割合）とした。

図１１（ａ）は、処理区Ａについての栽培期間中における灌水閾値の推移を示すグラフである。図１１（ｂ）は、処理区Ａについての栽培期間中における茎径差（一日における茎径の最大値と最小値との差分）の推移を示すグラフである。図１１（ａ）に示されるように、灌水閾値は、栽培期間の前半には増加し、後半には減少した。これは、図１１（ｂ）に示されるように、時間の経過に伴って対象物Ｓの茎が硬くなったためであると考えられる。処理区Ａでは、対象物Ｓの状態の変化に追従して灌水閾値が動的に調整されたことが分かる。

図１２（ａ）は、処理区Ａ～Ｃの平均糖度を示すグラフである。図１２（ｂ）は、処理区Ａ～Ｃの一株当たりの可販果実の収量（ｋｇ／株）を示すグラフである。図１３（ａ）～（ｃ）は、処理区Ａ～Ｃの収量割合を示すグラフである。図１３（ａ）～（ｃ）では、ハッチングにより、不可販果実の割合が示されている。図１２（ａ）に示されるように、処理区Ａ，Ｃの平均糖度は、処理区Ｂの平均糖度よりも高かった。これは、処理区Ｂでは、灌水閾値が変更されないために、灌水量が過多になったためであると考えられる。図１２（ｂ）及び図１３（ａ）～図１３（ｃ）に示されるように、処理区Ａ，Ｂの収量割合は、処理区Ｃの収量割合よりも高かった。これは、処理区Ａ，Ｂでは、水ストレスの短期的な変化を考慮した灌水制御が行われたためであると考えられる。

図１２（ｂ）に示されるように、処理区Ａにおける一株当たりの収量は、処理区Ｃにおける一株当たりの収量よりも多かった。これは、図１３（ａ）～図１３（ｃ）に示されるように、処理区Ｃでは、不可販果実の割合が処理区Ａよりも１３％高かったためであると考えられる。対象物Ｓに水を与え過ぎると、果実が割れてしまい、不可販果実の割合が高くなる。灌水制御指標として積算日射量を用いた処理区Ｃでは、例えば天候が変動した日には灌水量を適切に制御できない場合があったのに対し、灌水閾値を動的に変更した処理区Ａでは、そのような天候の変動にも追従することができたと考えられる。このように、灌水制御システム１の灌水制御方法用いた処理区Ａでは、灌水閾値を変更しない処理区Ｂ及び処理区Ｃと比べて、果実の糖度及び収量を高めることができた。
［変形例］

水ストレス指標は、対象物Ｓの水ストレスの程度を表すことができればよく、茎径以外のセンサデータに基づいて算出されてもよい。例えば、水ストレス指標は、茎径に代えて又は加えて、積算日射量、土壌内水分量等に基づいて算出されてもよい。この場合、灌水制御システム１は、積算日射量、土壌内水分量等を算出するためのセンサデータを取得するセンサを備える。水ストレス指標は、茎径に代えて又は加えて、対象物Ｓの生育状態に関するデータである対象物Ｓの葉の萎れ具合に基づいて算出されてもよい。葉の萎れ具合は、例えば、対象物Ｓの草姿（外観）の画像をカメラにより所定の周期で取得し、取得された画像から検出されたオプティカルフローに基づいて葉の移動方向及び移動距離を特定することにより、算出することができる。葉の萎れ具合の変化は、灌水に伴う短期的な茎径の変化との間に高い相関を有する。葉の萎れ具合が用いられる場合、灌水制御システム１は、対象物Ｓの草姿の画像（センサデータ）を取得するためのカメラを備える。

灌水制御指標は、対象物Ｓの水ストレスの程度を表すことができればよく、茎径以外のセンサデータに基づいて算出されてもよい。例えば、灌水制御指標は、茎径に代えて又は加えて、積算日射量、土壌内水分量等に基づいて算出されてもよい。この場合、灌水制御システム１は、積算日射量、土壌内水分量等を算出するためのセンサデータを取得するセンサを備える。上記実施形態では、水ストレス指標及び灌水制御指標の双方が茎径に基づいて算出されていたが、水ストレス指標及び灌水制御指標は、異なるセンサデータに基づいて算出されてもよく、互いに独立していてもよい。

灌水制御システム１は、灌水装置７を備えていなくてもよい。この場合、例えば、判定部１２が灌水タイミングと判定すると、所定の報知手段によってユーザに灌水タイミングである旨が報知され、報知を受けたユーザ又は作業者が手作業により対象物Ｓへの灌水を実施してもよい。すなわち、灌水制御システム１は、灌水タイミング決定システムとみなすこともできる。

上述した回帰分析では、多項式回帰分析が用いられてもよい。或いは、重回帰分析が用いられてもよい。この場合、例えば、灌水時における灌水制御指標に加えて、飽差等の他のデータが説明変数として用いられてもよい。回帰分析に代えて、統計量（平均値、中央値等）による演算を用いて、灌水閾値の変更後の灌水において、灌水前に対象物Ｓに与えられる水ストレス量と、灌水後に対象物Ｓが回復する水ストレス量との差分が目標値に近づくように、灌水閾値が変更されてもよい。例えば、現在の灌水閾値に対して、各灌水時における評価値の平均値又は中央値を減算することにより、灌水閾値が変更されてもよい。

評価値Ｅの目標値は、ゼロ以外に設定されてもよい。例えば、評価値Ｅの目標値は、負の値に設定されてもよい。この場合、灌水前に対象物Ｓに与えられる水ストレス量よりも、灌水後に対象物Ｓが回復する水ストレス量を多くすることができ、対象物Ｓから得られる果実の収量を増加させることが可能となる。

算出部１３は、移動平均値を減算すること以外の他の手法により、対象物Ｓの茎径のセンサデータから、気象環境の変化に起因する成分を除去してもよい。例えば、算出部１３は、センサデータの階差を算出することにより、気象環境の変化に起因する成分を除去してもよい。或いは、気象環境の変化に起因する成分が除去されることなく、対象物Ｓの茎径のデータがそのまま水ストレス指標として用いられてもよい。

上述した例では、閾値変更部１５は、推移データ中の所定期間（午前１０時から午後２時まで）における対象物Ｓの蒸散速度に関する指標（平均飽差）が所定条件を満たしていた場合に、灌水閾値を変更した。所定期間は、任意に設定されてよく、例えば、推移データ中の全期間であってもよい。対象物Ｓの蒸散速度に関する指標は、飽差に限られない。所定条件は、当該指標に応じて適宜設定されてよい。

１…灌水制御システム（灌水タイミング決定システム）、３…茎径センサ、７…灌水装置、１２…判定部、１４…記憶部、１５…閾値変更部、Ｅ…評価値、Ｆ…回帰式、Ｓ…対象物。

Claims (8)

1. 植物に灌水を行う灌水タイミングを決定する灌水タイミング決定システムであって、
   直前の灌水から算出時刻までの植物の茎径の最大値から、該算出時刻における植物の茎径を減算した値を算出する第一の算出部と、
   植物の茎径から、気象環境の変化に起因する成分を除去した値を算出する第二の算出部と、
   前記第二の算出部で算出された値の推移を推移データとして記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶された推移データを用いて閾値を変更する閾値変更部と、
   前記第一の算出部で算出された値を前記閾値変更部で変更された閾値と比較することにより、灌水タイミングを判定する判定部と、を備え、
   前記閾値変更部は、前記記憶部に記憶された推移データに含まれる複数の灌水の各々についての、灌水前と灌水後の、前記第二の算出部で算出された値の差分に基づいて、閾値を変更する、灌水タイミング決定システム。
2. 前記閾値変更部は、該差分が目標値に近づくように、閾値を変更する、請求項１に記載の灌水タイミング決定システム。
3. 前記閾値変更部は、該差分と、前記記憶部に記憶された、灌水時における前記第一の算出部で算出された値との間の関係を表す回帰式を算出し、
   該回帰式において該差分が目標値となる前記第一の算出部で算出された値を、閾値に設定する、請求項１又は２に記載の灌水タイミング決定システム。
4. 前記閾値変更部は、前記記憶部に記憶された推移データ中の所定期間における植物の平均飽差が、所定条件を満たしていた場合、閾値を変更し、所定条件を満たしていなかった場合、閾値を変更しない、請求項１～３のいずれか一項に記載の灌水タイミング決定システム。
5. 前記第二の算出部は、植物の茎径からその移動平均値を減算することにより、気象環境の変化に起因する成分を除去する、請求項１～４のいずれか一項に記載の灌水タイミング決定システム。
6. 植物に灌水を行う灌水タイミングを決定するためのデータを取得するセンサを備える、請求項１～５のいずれか一項に記載の灌水タイミング決定システム。
7. 請求項１～６のいずれか一項に記載の灌水タイミング決定システムと、
   前記判定部の判定結果に応じて植物に灌水を行う灌水装置と、を備える、灌水制御システム。
8. 植物に灌水を行う灌水タイミングを決定する灌水タイミング決定方法であって、
   直前の灌水から算出時刻までの植物の茎径の最大値から、該算出時刻における植物の茎径を減算した値を算出する第一の算出ステップと、
   植物の茎径から、気象環境の変化に起因する成分を除去した値を算出する第二の算出ステップと、
   前記第二の算出ステップで算出された値の推移を推移データとして記憶する記憶ステップと、
   前記記憶ステップで記憶された推移データを用いて閾値を変更する閾値変更ステップと、
   前記第一の算出ステップで算出された値を前記閾値変更ステップで変更された閾値と比較することにより、灌水タイミングを判定する判定ステップと、を備え、
   前記閾値変更ステップは、前記記憶ステップで記憶された推移データに含まれる複数の灌水の各々についての、灌水前と灌水後の、前記第二の算出ステップで算出された値の差分に基づいて、閾値を変更する、灌水タイミング決定方法。

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