JP7375121B2 - 排水栓、圃場の水管理システム及び圃場の水管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、排水栓、圃場の水管理システム及び圃場の水管理方法に関する。

特許文献１には、圃場への給水または圃場からの排水を制御するための変位機構を作動させる圃場用電動アクチュエータを備えた給水栓や排水栓が開示されている。これらの給水栓や排水栓を用いることにより、圃場への給水や圃場からの排水をクラウドサーバなどを介して遠隔制御することが可能になる。

そのために、圃場には水位センサが設けられ、水位センサにより検出された水位に基づいて給水栓や排水栓が制御される。

このような水位センサとして、無線通信機能を備え、所定の範囲内で任意の水位を検出可能な圧力式水位センサや、水深を示す目盛を備え田面に立設された支柱と、支柱に対してアタッチメントを介して取付位置を上下方向に調整可能なフロートスイッチと、信号線とを備えたフロート式水位センサが用いられている。

特開２０１７－１９３９１４号公報

しかし、上述した圧力式水位センサは、初期に圃場の所定位置に設置すると、その後は自動的に水位が計測され、計測された水位が無線通信により給水栓を含む外部装置に送信されるので、その後のメンテナンスから開放され、利便性が高いのであるが、非常に高価であるため多数の圃場に設置するための設備費が嵩むという問題があった。

また、上述したフロート式水位センサは、水面位置を検出するセンサであり非常に安価であるが、各圃場に支柱を立設し、水深を示す目盛が田面からの高さと整合するように位置調整する必要があり、設置後に圃場の水位を調整する必要がある度に、目標となる水深に対応した水面位置を検知できるように目盛に従ってフロートスイッチの上下位置を手動で調整する必要があるなど、煩雑な設置作業や調整作業が必要になるという問題があった。

そのため、上述した圃場用電動アクチュエータを備えた給水栓や排水栓を用いて実施され、コスト負担の低減と同時にメンテナンスの手間を軽減可能な圃場の水管理方法が求められていた。

また、圃場に湛水するような場合に、水位センサによって検出された水位で圃場への給水が停止された後に、圃場の水位が低下したことが水位センサによって検出されると、給水栓からの給水が再開されることになる。しかし、風などの影響うけて水面が波打つと、そのたびに水位センサの出力が切り替わり、給水栓からの給水と給水停止が頻繁に繰り返されるという好ましくない状況が生じる。

本発明の目的は、上述した問題に鑑み、設置作業や検出水位の調整作業が簡素化され、しかも安価に水位を検出可能で、給水栓からの頻繁な給水と給水停止の繰返しが抑制できる排水栓、圃場の水管理システム及び圃場の水管理方法を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による排水栓の第一の特徴構成は、田面からの上下高さを調節可能な排水水位調節部を備え、圃場の貯水水位を調節する排水栓であって、
前記排水水位調節部と連動して上下し、前記排水水位調節部を基準とする圃場の相対水位を測定する第１の水位センサと、前記排水水位調節部と連動して上下し、前記相対水位より低い水位を測定する第２の水位センサと、前記第１または第２の水位センサの測定結果に基づいて相対水位または相対水位から算出した圃場の貯水水位を算出する水位制御部と、を備え、前記水位制御部は、前記第１の水位センサで水面が検出された後は、前記第２の水位センサで水面が低下したことが検知されるまでの間は水面の低下を出力せず、前記第２の水位センサで水面が低下したことが検知されたときに水面の低下を出力するように構成されている点にある。

第１の水位センサが当該排水水位調節部と連動して上下するように構成されるので、排水水位調節部を基準とする圃場の相対水位が第１の水位センサによって測定される。即ち、第１の水位センサによって測定された相対水位と排水水位調節部により調節された圃場の貯水水位とから圃場の水位が把握できる。排水水位調節部の田面からの上下高さの調整に伴って第１の水位センサの上下方向位置が自動調整されるため、第１の水位センサの水位検出位置を手動で調整する作業が不要になる。

圃場に湛水するような場合に、第１の水位センサによって検出された水位で圃場への給水が停止された後に、圃場の水位が低下したことが第１の水位センサによって検出されると、給水栓からの給水が再開されることになる。風などの影響を受けて水面が波打つと、そのたびに第１の水位センサの出力が切り替わり、給水栓からの給水と給水停止が頻繁に繰り返されるという好ましくない状況が生じる。そのような場合でも、第２の水位センサを備えることにより、水面位置が第１の水位センサより低下しても第２の水位センサで水面位置が検知されている場合には給水栓を閉止しておき、第２の水位センサで水面位置が検知されなくなった場合に給水栓からの給水を再開することで、給水栓からの頻繁な給水と給水停止の繰返しが抑制できる。

同第二の特徴構成は、上述の第一の特徴構成に加えて、前記水位制御部は、外部装置からの指令に基づき、前記排水水位調節部の上下高さを自動調整する点にある。

外部装置からの指令に基づき、水位制御部によって排水水位調節部の田面からの上下高さが自動調整されることにより給水栓による圃場の貯水水位が自動調整される。

同第三の特徴構成は、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記水位制御部は、前記排水水位調節部の上下高さを、水面の波打ちによる高さ変動を加味した上下高さに自動調整する点にある。

例えば、水面の波打に備えて、排水水位調節部の上下高さを目標水位より高く設定するとともに、第１の水位センサで目標水位を検出するように構成すれば、第１の水位センサで貯水水位が目標水位に達したことを適切に検出することができ、水面が波打った場合でも排水水位調節部から無駄に排水されることがなくなる。

同第四の特徴構成は、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記水位センサは、圃場の水位に応じて上下するフロートスイッチで構成されている点にある。

圃場内で上下する水面に応じてフロートが上下する。フロートが近接すると作動するスイッチの位置が水位検出位置に調整されていれば、水面の上昇に伴って上昇するフロートが当該スイッチに近接したときにスイッチが作動して水面が水位検出位置に達したことが検知される。

同第五の特徴構成は、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記排水水位調節部は堰板または排水筒で構成され、前記水位センサは前記堰板または排水筒に取付けられている点にある。

排水水位調節部として堰板または排水筒が好適に用いられ、堰板または排水筒を排水水位に合わせて上下位置調整する際に、堰板または排水筒に取付けられた水位センサが堰板または排水筒に連動して上下することで検出水位が調整されるようになる。

本発明による圃場の水管理システムの特徴構成は、用水を圃場に導く給水弁を備えた給水栓と、上述した第一から第五の何れかの特徴構成を備えた排水栓と、前記給水栓及び前記排水栓と通信して前記圃場の水位を管理する外部装置と、を備えた圃場の水管理システムであって、前記外部装置からの排水水位調整指令を受信した前記排水栓は、前記排水水位調節部を介して圃場の貯水水位を調節するとともに、前記水位制御部を介して目標の貯水水位に達したことを前記第１の水位センサによる水面の検出により判定すると、前記外部装置に目標の貯水水位に達した旨を送信し、その後前記水位制御部を介して目標の貯水水位より水面が低下したことを前記第２の水位センサによる水面の低下検出により判定すると、前記外部装置に目標の貯水水位から低下した旨を送信するように構成され、前記外部装置からの給水指令を受信した前記給水栓は、給水停止指令を受信するまでの間、給水弁を開放して圃場に用水を導くように構成され、前記外部装置は、前記排水栓に前記排水水位調整指令を送信するとともに前記給水栓に給水指令を送信し、その後前記排水栓から目標の貯水水位に達した旨を受信すると前記給水栓に給水停止指令を出力するとともに前記排水栓から目標の貯水水位より水面が低下した旨を受信すると前記給水栓に給水指令を出力するように構成されている点にある。

本発明による圃場の水管理方法の特徴構成は、用水を圃場に導く給水弁を備えた給水栓と、上述した第一から第五の何れかの特徴構成を備えた排水栓と、前記給水栓及び前記排水栓と通信して前記圃場の水位を管理する外部装置と、を備えた圃場の水管理方法であって、前記外部装置は、圃場の水位を目標水位に調節するために、前記排水栓に排水水位調整指令を出力するとともに前記給水栓に給水指令を出力し、前記排水栓から目標の貯水水位に達した旨を受信すると、前記排水栓から目標の貯水水位より水面が低下した旨を受信するまでの間、前記給水栓に給水停止指令を出力し、前記排水栓から目標の貯水水位より水面が低下した旨を受信すると前記給水栓に再度給水指令を出力するように動作し、前記排水栓は、前記排水水位調整指令を受信すると、前記排水水位調節部を介して圃場の貯水水位を調節し、前記水位制御部を介して目標の貯水水位に達したことを前記第１の水位センサによる水面の検出により判定すると、前記外部装置に目標の貯水水位に達した旨を送信し、その後前記水位制御部を介して目標の貯水水位より水面が低下したことを前記第２ の水位センサによる水面の低下検出により判定すると、前記外部装置に目標の貯水水位から低下した旨を送信する処理を繰返すように動作し、前記給水栓は、前記給水指令を受信すると前記給水弁を開放して圃場に用水を導き、前記給水停止指令を受信すると給水弁を閉止して給水を停止する処理を繰返すように動作する、ように構成されている点にある。

以上説明した通り、本発明によれば、設置作業や検出水位の調整作業が簡素化され、しかも安価に水位を検出可能で、給水栓からの頻繁な給水と給水停止の繰返しが抑制できる排水栓、圃場の水管理システム及び圃場の水管理方法を提供することができるようになった。

圃場及び圃場の水管理システムの説明図 （ａ）は排水栓の側面視の説明図、（ｂ）は排水制御機構の説明図 （ａ）は排水機構２２Ａに取付けられた水位センサの説明図、（ｂ），（ｃ）は圃場水位と水位センサの動作の説明図 給水栓の説明図

以下に、排水栓及び給水栓排水栓を備えた圃場管理装置及び圃場管理方法を説明する。［圃場の水管理システムの構成］
図１に示すように、稲作が行なわれている各圃場１には、給水管１０に流れる用水を、導水路１１を介して圃場１に導く給水栓１２と、放水路２１を介して圃場１の水を排水路２０に排水する排水栓２２が設けられ、圃場１の近傍にはインターネット３０との接続を中継するＷｉ-Ｆｉルータなどの中継器３２が設置されている。さらに、排水栓２２には
圃場１の水位を計測する水位センサ２が設けられている。

各給水栓１２及び排水栓２２がインターネット３０を介してクラウドサーバ３４と接続可能に構成され、圃場１の管理者が所有するスマートフォンなどの携帯端末３６がインターネット３０を介してクラウドサーバ３４と接続可能に構成されている。即ち、各給水栓１２及び排水栓２２、携帯端末３６、クラウドサーバ３４と、それらを通信可能に接続するインターネット３０により圃場の水管理システム１００が構成されている。

稲作を例に説明すると、稲作の各工程、例えば、代掻き、田植え、活着期、分げつ期（前期、後期）、幼穂形成期～出穂開花期、登熟期など、各時期に応じて圃場の貯水水位を調整する必要がある。特に代掻き時期には複数の圃場が一斉に導水することになるため、湛水のために効率的に給水管理する必要がある。

そのため、クラウドサーバ３４は、各管理者により携帯端末３６を介して要求された各圃場１に対する給水要求に基づいて各圃場１に対する給水スケジュールを生成するように構成されている。

携帯端末３６から送信される給水要求には、給水対象となる圃場を特定する圃場ＩＤ、給水日時、給水水位が含まれる。クラウドサーバ３４は、予め登録された圃場マップに従って、給水要求があった各圃場に対する給水スケジュールを生成して記憶部に記憶するように構成されている。

圃場マップとは各圃場の位置を示す圃場地図であり、クラウドサーバ３４には当該圃場マップとともに、圃場マップで特定される圃場毎に圃場ＩＤが付され、各圃場に設置された給水栓１２及び排水栓２２を特定する給水栓ＩＤ及び排水栓ＩＤ、並びに管理者ＩＤが圃場ＩＤと関連付けられた圃場データベースを備えている。

クラウドサーバ３４は、記憶部に記憶された給水スケジュールに定められた給水日時に、該当する圃場１の排水栓２２に対して排水水位調整指令を出力するとともに、該当する圃場１の給水栓１２に給水指令を出力する。排水水位とは目標とする圃場の貯水水位を意味する。

排水水位調整指令を受信した排水栓２２は排水水位を調整し、給水指令を受信した給水栓１２は給水弁を開放して圃場に用水を導く。水位センサ２の信号線が接続された排水栓２２は、水位センサ２により圃場水位が所定の貯水水位に達したことが検知されると、クラウドサーバ３４に水位情報を送信し、クラウドサーバ３４は当該水位情報を受信すると給水栓１２に対して給水停止指令を送信する。給水停止指令を受信した給水栓１２は給水バルブを制御して給水を停止する。

［排水栓及び水位センサの構成］
以下、圃場の貯水水位を調節する排水栓２２及び排水栓２２に配された水位センサ２について詳述する。
図２（ａ），（ｂ）に示すように、排水栓２２は、圃場に設けられた排水桝２０１に収容される排水機構２２Ａと、排水桝２０１の上面に着脱自在に取り付けられ、排水機構２２Ａを制御して排水水位（貯水水位）を調整する排水制御機構２２Ｂを備えている。

排水機構２２Ａは、排水桝２０１の底部に設置された受枠部材２１１と、受枠部材２１１によって上下移動可能に支持される円筒状の排水筒である堰体２１２と、堰体２１２を上下移動する昇降機構２２０を備えている。堰体２１２の上端開口が排水口２１２ａとして機能し、圃場１に給水された余剰の用水が当該排水口２１２ａから溢流して放水路２１に流出する。

堰体２１２の上端開口に側面視コの字状の支持部２１３が固定され、当該支持部２１３に昇降機構２２０が取り付けられている。昇降機構２２０は、支持部２１３の上面に固定され、内周面に雌ネジが形成された円筒状の可動部２２１と、外周面に雄ネジが形成され、可動部２２１の雌ネジと螺合する回転軸２２２と、可動部２２１が回転軸２２２と連れ回りすることを防止する一対の棒状体２２３を備えている。

つまり、回転軸２２２が一方向に回転することにより、支持部２１３を介して可動部２２１に取付けられた堰体２１２が可動部２２１とともに上昇し、回転軸２２２が反対方向に回転することにより、支持部２１３を介して可動部２２１に取付けられた堰体２１２が可動部２２１とともに降下する。上述した堰体２１２と昇降機構２２０によって排水水位調節部２１０が構成されている。

排水制御機構２２Ｂは、排水桝２０１の上面に台座２０２を介して着脱自在に取り付けられた水密性のケーシング２３１と、ケーシング２３１の天面に太陽を臨むように傾斜姿勢で取り付けられたソーラーパネル２３２と、ケーシング２３１に収容された駆動機構２４０と、蓄電池２３３と、アンテナ２３４と、制御盤２３５などを備えて構成されている。制御盤２３５には、水位制御部２３６と無線通信部２３７などが組み込まれている。

水位制御部２３６及び無線通信部２３７はＣＰＵ、メモリ、入出力回路や通信回路などの周辺回路を備えて構成され、メモリに格納された制御プログラムがＣＰＵで実行されることにより所定の機能、ここでは排水水位調節部２１０に対する制御機能が実現される。

水位制御部２３６は、無線通信部２３７を介してクラウドサーバ３４から指示された排水水位となるように駆動機構２４０を介して排水水位調節部２１０を制御し、後述の水位センサ２を介して圃場の貯水水位が目標水位となったことを検知すると無線通信部２３７を介してクラウドサーバ３４に貯水水位に達した旨を報告する。

ソーラーパネル２３２による発電電力が蓄電池２３３に充電され、蓄電池２３３の充電電力が水位制御部２３６及び無線通信部２３７の制御電力として消費される。

駆動機構２４０は、エンコーダが内蔵されたＤＣモータ２４１と、ＤＣモータ２４１の出力軸に設けられたギア２４２と噛合する中空のメインギア２４３と、メインギア２４３の中空部に挿通された駆動軸２４６などを備えて構成され、排水水位調節部２１０を昇降駆動するアクチュエータとして機能する。

メインギア２４３は、上下方向に延びる円筒状のボス部２４４と、ボス部２４４の上下方向中央部に延出形成された円盤状のギア部２４５とを備えた両ボス型のギアで、ボス部２４４の上下が軸受で回転可能に支持されている。ボス部２４４の内周面に形成されたキー溝に駆動軸２４６の外周面に突出形成されたキー２４６ｋが勘合して、メインギア２４３と駆動軸２４６とが一体回転するように構成されている。

駆動軸２４６の下端と回転軸２２２の上端がカップリング２４７（図２（ａ）参照。）を介して駆動連結され、ＤＣモータ２４１が一方向に回転駆動すると堰体２１２が上昇して排水水位（貯水水位）が上昇し、ＤＣモータ２４１が反対方向に回転駆動すると堰体２１２が降下して排水水位（貯水水位）が下降する。

堰体２１２の上端開口位置が田面レベルとなる位置を基準位置に設定し、ＤＣモータ２４１の駆動時に検出されるエンコーダのパルス数に基づいて、堰体２１２の上端開口位置を管理することにより、堰体２１２の上端開口位置を所望の高さに制御することができる。

図３（ａ）から（ｃ）に示すように、堰体２１２の上端開口に取付けられた支持部２１３に、水平姿勢で先端が排水桝２０１の開口２０１ａから圃場１側に突出する長さに設定されたアーム部材２５０が取り付けられ、アーム部材２５０の先端側の垂下部２５１に上下高さを異ならせた一対のフロートスイッチ方式の水位計２５２，２５３が取り付けられている。一対のフロートスイッチ方式の水位計２５２が第１の水位センサ、水位計２５３が第２の水位センサとなる。なお、アーム部材２５０は支持部２１３以外に取付けられていてもよく、堰体２１２と一体に上下するように配置されていればよい。

フロートスイッチ方式の水位計は、例えば磁性体が内蔵されたフロートｆと、フロートｆを上下移動可能に保持する支軸ａと、支軸ａの上部位置に設けられたリードスイッチｓなどで構成され、圃場１の貯水水位の上昇に伴ってフロートｆが支軸ａに沿って上昇してリードスイッチｓに達すると、リードスイッチｓの接点が閉じることにより、水位が所定水位に達したことを検知するスイッチである。

従って、フロートスイッチ方式の水位計は、圧力式の水位計とは異なり、田面からの水位を直接検出できないのであるが、リードスイッチなどの接点が位置する高さに水位が達したことをフロートの上昇により検知することができる。本実施形態では、排水水位調節部２１０と連動して上下し、排水水位調節部２１０を基準とする圃場の相対水位が測定される。

具体的に、アーム部材２５０の先端側の垂下部２５１のうち、田面１ｓを基準に排水水位調節部２１０を構成する堰体２１２の上端開口の高さｈ１に相当する位置に第１の水位センサとなる水位計２５２のリードスイッチが設けられ、堰体２１２の上端開口の高さｈ２（＝ｈ１－Δｈ）に相当する位置に第２の水位センサとなる水位計２５３のリードスイッチが設けられている。

図３（ｂ）は、水位が所定のｈ３に設定され、図３（ｃ）は水位がｈ４（＜ｈ３）に設定された例を示している。それぞれ圃場１の水位がｈ３、ｈ４になった時に水位計２５２により水面が目標水位に達したことが検知される。この場合、何れも第２の水位センサである水位計２５３は既にオンしていることはいうまでもない。

圃場１への給水開始後に第１の水位センサとなる水位計２５２で水位が検知されると、排水栓２２に備えた水位制御部２３６は目標の貯水水位に達したと判断して、無線通信部２３７を介してクラウドサーバ３４に目標貯水水位に達したことを報告する。クラウドサーバ３４は、これに応答して対応する圃場１の給水栓１２に止水指令を送信する。

水面が波打っているような場合に、第１の水位センサとなる一方の水位計２５２のフロートが水面の波打ちに伴って上下するリードスイッチの接点が断続するチャターが生じ、これに応答してクラウドサーバ３４に水位の上下変動が報告されると、給水栓１２に対して給水指令と止水指令が交互に送信されるような不都合な事態が生じる。

そのような場合に備えて、水位制御部２３６は、第１の水位センサとなる一方の水位計２５２で水面が検出された後は、第２の水位センサとなる他方の水位計２５３で水面が低下したことが検知されるまでの間はクラウドサーバ３４に水位変動を報告せず、他方の水位計２５３で水面が低下したことが検知されて初めてクラウドサーバ３４に水位低下を報告するように構成されている。水位計２５２，２５３の検出水位差は数十ｍｍ（例えば２０ｍｍ程度）に設定されている。

なお、水面の波打に備えて、堰体２１２の上端開口の高さをｈ３（＝ｈ１＋Δｈ）に設定するとともに、田面を基準に堰体２１２の上端開口の高さよりΔｈ低い位置に一方の水位計２５２のリードスイッチが設けられていてもよい。この様に設定すると、一方の水位計２５２により貯水水位が目標水位に達したことを適切に検出することができ、水面が波打った場合でも堰体２１２の上端開口から無駄に排水されることがなくなる。

上述した実施形態では、水位センサとして、排水水位調節部と連動して上下し、排水水位調節部を基準とする圃場の相対水位を測定する第１の水位センサと、排水水位調節部と連動して上下し、排水水位調節部を基準とする圃場の相対水位より低い相対水位を測定する第２の水位センサを備えた例を説明したが、第１の水位センサのみ備えた構成であってもよい。

また、第１の水位センサにより検出される圃場の相対水位と、第２の水位センサにより検出される圃場の相対水位との中間の相対水位を検出する第３の水位センサを備えてもよい。

上述した実施形態では、排水水位調節部２１０が排水筒（堰体２１２）で構成され、水位センサ２が排水筒と連動して上下する例を説明したが、排水水位調節部２１０が圃場１と放水路２１を仕切る堰板で構成され、水位センサ２が堰板と連動して上下するように構成してもよい。圃場と放水路を仕切る堰板の上下高さを調整することにより圃場からの溢流水位が調整され、調整された溢流水位を検出するように堰板に上述したアーム部材が圃場に延びるように配置されていればよい。

即ち、排水栓２２は、田面１ｓからの上下高さを調節可能な排水水位調節部と、アクチュエータを介して排水水位調節部の上下高さを自動調整する水位制御部と、水位制御部と外部装置であるクラウドサーバ３４とを接続する無線通信部とを備えて構成されている。

そして、排水水位調節部と連動して上下し、排水水位調節部を基準とする圃場の相対水位を測定する水位センサと、同様に排水水位調節部と連動して上下し、排水水位調節部を基準とする圃場の相対水位より低い下限水位を検出する下限水位センサを備えている。

排水水位調節部は堰板または排水筒で構成され、水位センサ及び下限水位センサは、圃場の水位に応じて上下するフロートスイッチで構成され、排水筒に取付けられている。

なお、水位センサとしてフロートスイッチ以外のセンサ、例えば電気接点式のセンサなどを用いてもよい。例えば、一方の接点を目標水位に対応付けてアーム部材の垂下部に取り付け、他方の接点を田面近傍位置に設置し、両電極間に流れる電流の有無を検出するような構成であってもよい。

上述した例では、給水栓１２及び排水栓２２がＷｉ-Ｆｉルータなどの中継器３２を介
してインターネットに接続される態様を説明したが、給水栓１２及び排水栓２２に備えた無線通信部を携帯電話回線に接続可能な端末で構成し、ゲートウェイを介してインターネットに接続可能に構成してもよい。

また、複数の圃場をグループ化して給水栓１２及び排水栓２２に備えた無線通信部を特定小電力無線に基づく通信を行なう通信機で構成し、親機となる１台の通信機と子機となる他の通信機が互いに無線通信し、親機となる通信機に備えたインターネット接続可能な通信機が、子機から集信した水位情報などを含めて一括してクラウドサーバに送信するような構成であってもよい。

［給水栓の構成］
以下、給水栓１２について詳述する。
図４に示すように、給水栓１２は、圃場に設けられた給水桝１０１に収容される給水機構１２Ａと、給水機構１２Ａの上面に着脱自在に取り付けられ、給水機構１２Ａを制御して給水または止水の何れかに切り替える給水制御機構１２Ｂを備えている。

給水機構１２Ａは、円筒状の弁箱１２０と、弁箱１２０の上下方向中央部に内周側に突出形成された弁座１２１と、弁座１２１に対向配置され、下面にゴム製のシール部材１２３が取り付けられた円盤状の弁体１２４を備えている。弁箱１２０の下端が給水管１０から分岐した導水路１１に接続されている。

弁箱１２０の上端部には、内周面に雌ネジが形成された軸受１２６が取り付けられ、軸受１２６には外周面に雄ネジが形成された弁軸１２５が螺合されている。そして弁軸１２５の下端が弁体１２４に固定されている。

弁座１２１の中央部には通水孔１２２が形成され、弁箱１２０の側壁上部には、複数の出水窓１２７が周方向に並ぶように形成されている。弁軸１２５に回転力が付与されると、軸受１２６に沿って弁軸１２５が上下移動し、弁軸１２５の上下移動に伴って弁体１２４が上下する。即ち、弁座１２１と弁体１２４と弁座１２１と弁体１２４との間に設けられたシール部材１２３などで弁機構が構成されている。

給水制御機構１２Ｂは、上述した排水栓２２に備えた排水制御機構２２Ｂと同様に、水密性のケーシング１３１と、ケーシング１３１の天面に太陽を臨むように傾斜姿勢で取り付けられたソーラーパネル１３２と、ケーシング１３１に収容された駆動機構１４０と、蓄電池１３３と、アンテナ１３４と、制御盤１３５などを備えて構成されている。制御盤１３５には、弁の開閉制御部１３６と無線通信部１３７などが組み込まれている。

開閉制御部１３６及び無線通信部１３７はＣＰＵ、メモリ、入出力回路や通信回路などの周辺回路を備えて構成され、メモリに格納された制御プログラムがＣＰＵで実行されることにより所定の機能、ここでは給水機構１２Ａに備えた弁機構に対する開閉制御機能が実現される。

開閉制御部１３６は、無線通信部１３７を介してクラウドサーバ３４から給水指示されると予め設定された弁開度まで開弁するべく駆動機構１４０を介して弁機構を制御し、クラウドサーバ３４から圃場の貯水水位が目標水位となったことが送信されると弁機構を閉止する。

ソーラーパネル１３２による発電電力が蓄電池１３３に充電され、蓄電池１３３の充電電力が開閉制御部１３６及び無線通信部１３７の制御電力として消費される。

駆動機構１４０は、エンコーダが内蔵されたＤＣモータ１４１と、ＤＣモータ１４１の出力軸に設けられたギア１４２と噛合する中空のメインギア１４３と、メインギア１４３の中空部に挿通された駆動軸１４６などを備えて構成され、弁体１２４を昇降駆動するアクチュエータとして機能する。

メインギア１４３は、上下方向に延びる円筒状のボス部１４４と、ボス部１４４の上下方向中央部に延出形成された円盤状のギア部１４５とを備えた両ボス型のギアで、ボス部１４４の上下が軸受で回転可能に支持されている。ボス部１４４の内周面に形成されたキー溝に駆動軸１４６の外周面に突出形成されたキーが嵌合して、メインギア１４３と駆動軸１４６とが一体回転するように構成されている。

駆動軸１４６の下端と弁軸１２５の上端がカップリング１４７を介して駆動連結され、ＤＣモータ１４１が一方向に回転駆動すると弁体１２４が上昇して給水状態となり、ＤＣモータ１４１が反対方向に回転駆動すると弁体１２４が降下して止水状態になる。

［圃場の水管理方法］
上述した圃場の水管理システム１００により、無線通信部を介して外部装置（クラウドサーバ）から圃場の貯水水位を送信する貯水水位指令ステップと、水位制御部によりアクチュエータを介して排水水位調節部を貯水水位に対応した上下高さに調整する排水水位調節ステップと、水位センサにより水位が検出されると、相対水位または相対水位から算出した圃場の貯水水位を、無線通信部を介して外部装置（クラウドサーバ）に送信する圃場水位送信ステップと、を備えた圃場の水管理方法が実行される。

貯水水位指令ステップで外部装置（クラウドサーバ）から圃場の貯水水位が送信されると、排水水位調節ステップでアクチュエータを介して排水水位調節部が貯水水位に対応した上下高さに調整され、排水水位調節部に連動して水位センサの上下高さが自動で調整される。給水栓からの用水の給水が開始され、圃場水位送信ステップで水位センサにより検出された相対水位または相対水位から算出した圃場の貯水水位が外部装置（クラウドサーバ）に送信される。例えば外部装置が給水栓であれば、圃場水位送信ステップで圃場の貯水水位が所定水位に達したことを判定して給水を停止することができ、例えば外部装置がクラウドサーバであれば、圃場への貯水制御が遠隔で行なうことができる。

以下、排水栓及び排水栓に配された水位センサの別実施形態を説明する。
上述した実施形態では、水位制御部によりアクチュエータを介して排水水位調節部の上下高さが自動調整される例を説明したが、排水水位調節部の上下高さが手動調整可能に構成されていてもよい。

つまり、田面からの上下高さを手動により調整可能な排水水位調節部を備え、圃場の貯水水位を調節する排水栓であって、排水水位調節部と連動して上下し、排水水位調節部を基準とする圃場の相対水位を測定する水位センサを備えていればよい。

例えば、上述した排水制御機構２２Ｂに替えて、回転軸２２２を手動回転させるハンドルを排水桝２０１の上面に設けてもよいし、堰体２１２の上端開口に取付けた支持部２１３を直接手動で上下操作するように構成してもよい。

手動で調節される排水水位調節部と連動して水位センサが上下するため、排水水位調節部の上下高さを調節する度に手動で水位センサの上下位置を調節する作業が不要になる。

また、排水水位調節部の上下高さが手動調整され、排水水位調節部に連動して水位センサが上下調整される場合でも、排水水位調節部に対する水位センサの相対水位または相対水位から算出した圃場の貯水水位を外部装置に送信する無線通信部を備えていることが好ましく、水位センサにより検出された相対水位または相対水位から算出した圃場の貯水水位が通信部を介して上述したクラウドサーバのような外部装置に送信されると、当該水位に基づいて外部装置で適切な処理、例えば給水栓の遠隔制御などが可能になる。

この様な手動で調節される排水水位調節部を備えた排水栓では、水位センサにより水位が検出されると、相対水位または相対水位から算出した圃場の貯水水位を、無線通信部を介してクラウドサーバなどの外部装置に送信する圃場水位送信ステップと、圃場の貯水水位を調整するために、無線通信部を介して、当該外部装置より給水栓に開閉を指示する指令を送信する給水栓開閉指令ステップと、を備えることにより圃場の水管理方法が実行される。

水位センサの相対水位または相対水位から算出した圃場の貯水水位を外部装置に送信するために無線通信部に替えて有線の通信部、具体的には水位センサの接点状態を出力する信号線を備えていてもよい。当該信号線を介して外部装置である無線通信機能を備えた給水栓１２に接点状態を出力することで、給水栓１２からクラウドサーバに水位情報を報告することができる。

このような排水栓では、水位センサにより水位が検出されると、相対水位または相対水位から算出した圃場の貯水水位を、通信部を介して給水栓に送信する圃場水位送信ステップと、圃場の貯水水位を調整するために、給水栓と通信したクラウドサーバなどの外部装置が給水栓に開閉を指示する指令を送信する給水栓開閉指令ステップと、を備えることにより圃場の水管理方法が実行される。

以上説明した実施形態は本発明の一例に過ぎず、該記載により本発明の技術的範囲が限定されることを意図するものではなく、排水栓、圃場の水管理方法の具体的な構成は本発明による作用効果を奏する範囲において適宜変更設計可能であることはいうまでもない。

１００：圃場の水管理システム
１：圃場
１ｓ：田面
２，２５２，２５３：水位センサ
１０：給水管
１２：給水栓
２０：排水路
２２：排水栓
３０：インターネット
３２：中継器
３４：圃場管理サーバ（外部装置）
２１０：排水水位調節部
２３６：水位制御部
２４０：駆動機構（アクチュエータ）

Claims (7)

1. 田面からの上下高さを調節可能な排水水位調節部を備え、圃場の貯水水位を調節する排水栓であって、
   前記排水水位調節部と連動して上下し、前記排水水位調節部を基準とする圃場の相対水位を測定する第１の水位センサと、
   前記排水水位調節部と連動して上下し、前記相対水位より低い水位を測定する第２の水位センサと、
   前記第１または第２の水位センサの測定結果に基づいて相対水位または相対水位から算出した圃場の貯水水位を算出する水位制御部と、
   を備え、
   前記水位制御部は、前記第１の水位センサで水面が検出された後は、前記第２の水位センサで水面が低下したことが検知されるまでの間は水面の低下を出力せず、前記第２の水 位センサで水面が低下したことが検知されたときに水面の低下を出力するように構成されている排水栓。
2. 前記水位制御部は、外部装置からの指令に基づき、前記排水水位調節部の上下高さを自動調整する請求項１記載の排水栓。
3. 前記水位制御部は、前記排水水位調節部の上下高さを、水面の波打ちによる高さ変動を加味した上下高さに自動調整する請求項２記載の排水栓。
4. 前記水位センサは、圃場の水位に応じて上下するフロートスイッチで構成されている請求項１から３の何れかに記載の排水栓。
5. 前記排水水位調節部は堰板または排水筒で構成され、前記水位センサは前記堰板または排水筒に取付けられている請求項１から４の何れかに記載の排水栓。
6. 用水を圃場に導く給水弁を備えた給水栓と、請求項１から５の何れかに記載の排水栓と、前記給水栓及び前記排水栓と通信して前記圃場の水位を管理する外部装置と、を備えた圃場の水管理システムであって、
   前記外部装置からの排水水位調整指令を受信した前記排水栓は、前記排水水位調節部を介して圃場の貯水水位を調節するとともに、前記水位制御部を介して目標の貯水水位に達したことを前記第１の水位センサによる水面の検出により判定すると、前記外部装置に目標の貯水水位に達した旨を送信し、その後前記水位制御部を介して目標の貯水水位より水面が低下したことを前記第２の水位センサによる水面の低下検出により判定すると、前記外部装置に目標の貯水水位から低下した旨を送信するように構成され、
   前記外部装置からの給水指令を受信した前記給水栓は、給水停止指令を受信するまでの間、給水弁を開放して圃場に用水を導くように構成され、
   前記外部装置は、前記排水栓に前記排水水位調整指令を送信するとともに前記給水栓に給水指令を送信し、その後前記排水栓から目標の貯水水位に達した旨を受信すると前記給水栓に給水停止指令を出力するとともに前記排水栓から目標の貯水水位より水面が低下した旨を受信すると前記給水栓に給水指令を出力するように構成されている圃場の水管理システム。
7. 用水を圃場に導く給水弁を備えた給水栓と、請求項１から５の何れかに記載の排水栓と、前記給水栓及び前記排水栓と通信して前記圃場の水位を管理する外部装置と、を備えた圃場の水管理方法であって、
   前記外部装置は、圃場の水位を目標水位に調節するために、前記排水栓に排水水位調整指令を出力するとともに前記給水栓に給水指令を出力し、前記排水栓から目標の貯水水位に達した旨を受信すると、前記排水栓から目標の貯水水位より水面が低下した旨を受信するまでの間、前記給水栓に給水停止指令を出力し、前記排水栓から目標の貯水水位より水面が低下した旨を受信すると前記給水栓に再度給水指令を出力するように動作し、
   前記排水栓は、前記排水水位調整指令を受信すると、前記排水水位調節部を介して圃場の貯水水位を調節し、前記水位制御部を介して目標の貯水水位に達したことを前記第１の水位センサによる水面の検出により判定すると、前記外部装置に目標の貯水水位に達した旨を送信し、その後前記水位制御部を介して目標の貯水水位より水面が低下したことを前記第２の水位センサによる水面の低下検出により判定すると、前記外部装置に目標の貯水水位から低下した旨を送信する処理を繰返すように動作し、
   前記給水栓は、前記給水指令を受信すると前記給水弁を開放して圃場に用水を導き、前記給水停止指令を受信すると給水弁を閉止して給水を停止する処理を繰返すように動作する、
   ように構成されている圃場の水管理方法。