JP7437062B2 - Growth facility control system - Google Patents
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Description
本開示は、生物の生育環境を制御する技術に関する。 The present disclosure relates to technology for controlling the growth environment of living things.
従来から各種生物を環境が調整できる空間で生育することが、農業や林業、漁業、更には畜産業などの分野で行なわれている。例を挙げれば、ビニールハウス内での野菜や茸類の栽培や繁殖、生け簀の中での魚類・甲殻類・貝類の養殖、大規模施設内での鶏の飼育や採卵などがある。近年、生物の生育環境に対してセンサや空調装置などを組み合わせて様々な支援を行なう技術が検討されている。例えば、特許文献1は、農地の温度を予測して、栽培を支援しようとする技術を開示している。また、特許文献2は、植物を栽培するビニールハウス内にセンサなどを設け、植物の栽培状況を目標に近づけるため、温度が高い場合には、空調装置を用いて温度を下げるといった制御について提案している。なお、本明細書では、「生育」は動物の「成育」を含む概念を示すものとして用いる。
BACKGROUND ART Growing various living things in spaces where the environment can be adjusted has traditionally been practiced in fields such as agriculture, forestry, fishing, and even livestock farming. Examples include growing and breeding vegetables and mushrooms in plastic greenhouses, cultivating fish, crustaceans, and shellfish in cages, and raising chickens and collecting eggs in large-scale facilities. In recent years, various technologies have been studied that combine sensors, air conditioners, and the like to provide various support for living environments for living things. For example,
こうした生物の生育は、工場のように完全に人工的な空間で行なわれることは少なく、外部の環境を取り込んで行なわれることが多い。これは、構造的に、ビニールハウス等では、季節的な気温の変動を無視して生育環境を一定にすることは困難だし、一定にしようとすれば、膨大なコストがかかってしまい、農業としての経済性を毀損する場合が多いからである。このため、生育環境の温度を生育に適切な温度に制御する場合、空調装置にのみに拠るのではなく、窓を開けて外気を取り込むことで温度の上昇または下降を図り、あるいは日照を利用してハウス内の温度上昇を図るといったことが行なわれる。このため、生育環境の制御は極めて複雑なものになり、従来の技術では、温度や湿度などの生育環境を高精度に予測して目標通りに制御することは困難であった。また、精度が低いまま、生育環境の制御を徒に自動化すると、生育環境が適切な環境範囲から外れてしまい、却って生物の生育を阻害することもあり得た。 The growth of these organisms is rarely done in completely artificial spaces such as factories, but is often done by incorporating the outside environment. This is because, structurally, it is difficult to maintain a constant growing environment in greenhouses, etc., ignoring seasonal temperature fluctuations, and if you try to maintain a constant growth environment, it will cost a huge amount of money, so it is not suitable for agriculture. This is because it often impairs the economic efficiency of Therefore, when controlling the temperature of the growing environment to the appropriate temperature for growth, do not rely solely on air conditioners, but also raise or lower the temperature by opening windows and letting in outside air, or use sunlight. This is done to raise the temperature inside the greenhouse. For this reason, controlling the growing environment becomes extremely complicated, and with conventional techniques, it is difficult to predict the growing environment such as temperature and humidity with high accuracy and control it as desired. Furthermore, if the control of the growing environment was automated with low accuracy, the growing environment would deviate from the appropriate environmental range, which could even impede the growth of living organisms.
本開示は、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。 The present disclosure can be realized as the following forms or application examples.
(1)本開示の第1の態様は、生物を生育する内部空間と、前記内部空間の環境状態を表す少なくとも一つの物理量を変更する複数種類の変更装置とを備える生育施設の前記環境状態を制御する生育施設制御システムとしての態様である。この生育施設制御システムは、前記生育施設の少なくとも前記内部空間に設けられ、前記少なくとも一つの物理量を計測する計測部と、前記計測部から取得した前記少なくとも一つの物理量の時系列データを含む計測結果と、予め取得した前記生育施設に対応する対応施設における少なくとも一つの物理量の時系列データと前記対応施設における複数種類の変更装置の駆動量の時系列データとの関係とを用いて、前記変更装置が動作することによって前記生育施設の前記内部空間に生じる現時点から所定時間後の環境状態を予測する予測部と、前記予測部の予測結果を用いて前記複数種類の変更装置を制御することによって前記生育施設の前記環境状態を目標状態に近付ける予測あり制御モードと、前記予測結果を用いずに、フィードバック制御により前記複数種類の変更装置を制御することによって前記環境状態を前記目標状態に近付ける予測なし制御モードとを動作モードとして有し、前記動作モードの切り替えを実行する切替部を備える管理装置と、を備える。前記生育施設に対応する前記対応施設は、前記生育施設および前記生育施設の環境との間で前記機械学習可能な共通性を有する施設の少なくとも一方を含む。 (1) A first aspect of the present disclosure is to adjust the environmental state of a growing facility that includes an internal space in which living things are grown and a plurality of types of changing devices that change at least one physical quantity representing the environmental state of the internal space. This is an embodiment of a growing facility control system. This growth facility control system includes a measurement unit that is provided in at least the internal space of the growth facility and measures the at least one physical quantity, and a measurement result that includes time-series data of the at least one physical quantity acquired from the measurement unit. and the relationship between the time series data of at least one physical quantity in the corresponding facility corresponding to the growing facility and the time series data of the drive amount of the plurality of types of change devices in the corresponding facility, which are obtained in advance , a prediction unit that predicts an environmental state that will occur in the internal space of the growing facility after a predetermined time from the current time when the prediction unit operates; A control mode with prediction that brings the environmental state of the growing facility closer to the target state; and a control mode without prediction that brings the environmental state closer to the target state by controlling the plurality of types of changing devices through feedback control without using the prediction results. control mode as an operation mode, and a management device including a switching unit that executes switching of the operation mode. The corresponding facility corresponding to the growing facility includes at least one of the facilities having the commonality that allows machine learning between the growing facility and the environment of the growing facility .
A.第1実施形態:
(A1)生育施設制御システム100の全体構成:
図1は、生育施設制御システム100を模式的に示す説明図である。図1に示したように、生育施設制御システム100は、生物を生育するための生育施設200の内部空間201の環境状態を制御する。生物を生育するとは、野菜や果物などの植物を栽培すること、茸などの菌類を栽培すること、鶏や牛などの動物を飼育すること、および、魚介類や海藻などの水棲生物を養殖することを含む意味である。本実施形態では、生育施設200は、野菜や果物などの植物を栽培するための圃場を内側に有するビニールハウスである。
A. First embodiment:
(A1) Overall configuration of growth facility control system 100:
FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing a growing
生育施設制御システム100は、上述した生育施設200に加えて、複数種類の変更装置300と、制御ノード301と、複数種類のセンサ400と、計測ノード401と、通信装置500と、管理装置101と、端末装置600と、を備えている。
In addition to the above-mentioned
複数種類の変更装置300は、生育施設200の内部空間201に設けられている。複数種類の変更装置300は、それぞれ、内部空間201の環境状態を変更する。本実施形態では、複数種類の変更装置300には、加熱装置310と、冷却装置315と、加湿装置320と、乾燥装置325と、二酸化炭素発生装置330と、換気装置340と、循環装置345と、遮光装置350と、窓開閉装置355と、灌水装置360と、土壌加熱装置365と、が含まれている。上述した各種変更装置310~365は、制御ノード301の制御下で駆動される。制御ノード301の構成については後述する。なお、上述した各種変更装置310~365の一部が、生育施設200の内部空間201ではなく、生育施設200の外部に設けられてもよい。
The plurality of types of changing
加熱装置310は、生育施設200の内部空間201に熱量を付与する。加熱装置310には、例えば、温風を発生させる暖房を用いることができる。冷却装置315は、生育施設200の内部空間201の熱量を奪う。本実施形態では、加熱装置310は、オンオフ制御によって動作する。冷却装置315には、例えば、生育施設200の内部空間201の熱量を生育施設200の外部に排出するヒートポンプ式の冷房を用いることができる。本実施形態では、冷却装置315は、オンオフ制御によって動作する。なお、加熱装置310と冷却装置315とが1台の空調装置で構成されてもよい。
加湿装置320は、生育施設200の内部空間201に水蒸気を付与する。加湿装置320には、例えば、一定の放出量で水蒸気を放出するミスト発生装置を用いることができる。本実施形態では、加湿装置320は、オンオフ制御によって動作する。乾燥装置325は、内部空間201の水蒸気を奪う。乾燥装置325は、例えば、一定の除去量で水蒸気を除去する。本実施形態では、乾燥装置325は、オンオフ制御によって動作する。
二酸化炭素発生装置330は、生育施設200の内部空間201に二酸化炭素を付与する。二酸化炭素発生装置330には、例えば、オンオフ制御によって動作し、重油を燃焼させることにより一定の放出量で二酸化炭素を発生させるボイラーを用いることができる。
The
換気装置340は、生育施設200の内部空間201と生育施設200の外部との気体の交換を行なう。換気装置340には、例えば、生育施設200の側壁面に設けられた換気扇を用いることができる。本実施形態では、換気装置340は、オンオフ制御によって動作する。循環装置345は、生育施設200の内部空間201内の気体の循環を図る。循環装置345には、例えば、内部空間201に設けられた循環扇を用いることができる。本実施形態では、循環装置345は、オンオフ制御によって動作する。
The
遮光装置350は、生育施設200の内部空間201への日照の入射量を変更する。遮光装置350は、例えば、生育施設200に設けられた遮光カーテンを開閉する。本実施形態では、遮光装置350は、オンオフ制御によって動作する。
The
窓開閉装置355は、生育施設200に設けられた窓を開閉する。窓開閉装置355は、例えば、天窓の開閉量、および、側窓の開閉量を、それぞれ独立に制御する。開閉量は、全開を6/6、全閉を0/6とし、1/6刻みで制御可能である。なお、窓開閉装置355は、オンオフ制御、つまり天窓等を全開と全閉に制御するものであってもよいし、更に細かく開度を制御できるものであってもよい。
The window opening/
灌水装置360は、生育施設200の内部空間201に備えられた培養土に水を供給する。灌水装置360には、例えば、スプリンクラーを用いることができる。本実施形態では、灌水装置360は、オンオフ制御によって動作する。土壌加熱装置365は、生育施設200の内部空間201に備えられた培養土を加熱する。土壌加熱装置365には、例えば、培養土に埋設された電熱線を用いることができる。本実施形態では、土壌加熱装置365は、オンオフ制御によって動作する。
The
生育施設制御システム100は、上述した各種変更装置310~365の全てを備えていなくてもよい。但し、生育施設制御システム100は、上述した各種変更装置310~365のうちの少なくとも二つを備えている。本実施形態では、加熱装置310などは、オンオフ制御するものとして説明したが、これらの装置は、オンの場合に強弱など、2以上の複数の段階に制御できるものであってもよい。各種変更装置310~365について、これらをまとめて扱う場合や、各装置の種類を区別する必要がない場合には、これらを単に変更装置300と呼ぶことがある。
The growing
複数種類のセンサ400は、生育施設200の内部空間201に設けられている。複数種類のセンサ400は、それぞれ、内部空間201の環境状態を反映する複数種類の物理量を計測するために用いられる。本実施形態では、複数種類のセンサ400には、内部空間201の温度を計測する温度センサ410と、内部空間201の湿度を計測する湿度センサ420と、内部空間201の二酸化炭素濃度を計測する二酸化炭素センサ430と、内部空間201と外部との間で交換される気体の換気量を計測する換気センサ440と、内部空間201内の気体の循環量を計測する循環量センサ445と、内部空間201への日照の入射量を計測する日照センサ450と、内部空間201に備えられた培養土が含有する水分量を計測する土壌水分量センサ460と、内部空間201に備えられた培養土の温度を計測する土壌温度センサ465と、が含まれている。上述した各種センサ410~465によって計測された物理量を表すデータは、計測ノード401に送信される。計測ノード401の構成については後述する。
Multiple types of
生育施設制御システム100は、上述した各種センサ410~465の全てを備えていなくてもよい。但し、生育施設制御システム100は、上述した各種センサ410~465のうちの少なくとも二つを備えている。生育施設200の周辺には、生育施設200の外部の環境状態を計測するためのセンサが設けられてもよい。例えば、生育施設200の周辺の気温を計測するための温度センサ、生育施設200の周辺の湿度を計測するための湿度センサ、生育施設200の周辺の風向を計測するための風向センサ、生育施設200の周辺の風速を計測するための風速センサが設けられてもよい。アメダスなど、気象状況を集約しているサイトからデータを取得するようにしてもよい。
The growing
通信装置500は、生育施設200内、あるいは、生育施設200の近傍に配置されている。通信装置500は、管理装置101、制御ノード301、および、計測ノード401と通信可能に構成されている。本実施形態では、通信装置500は、インターネットを介して管理装置101と通信し、通信装置500は、近距離無線通信によって制御ノード301および計測ノード401と通信するように構成されている。もとより、これらの通信は有線・無線を問わないし、その通信プロトコルも、TCP/IPなどに限らず、種々のプロトコルを採用可能である。
The
管理装置101は、生育施設制御システム100を管理する管理会社の建物内に配置されている。管理装置101は、CPU10と、メモリ20と、入出力インタフェース30とを備えるコンピュータで構成されている。なお、管理装置101は、生育施設200の近傍に設けられてもよい。
The
管理装置101は、手動制御部110と、予測なし制御部120と、予測あり制御部130と、書込部140と、通信部150と、切替部160と、を備えている。管理装置101の具体的な構成については後述する。
The
書込部140は、データテーブル142とコマンドテーブル141とを有している。データテーブル142には、上述した各種センサ410~465によって計測された各種物理量の時系列データが書き込まれる。コマンドテーブル141には、上述した各種変更装置310~365の駆動パターンが書き込まれる。
The
切替部160は、管理装置101の動作モードを切り替える。本実施形態では、管理装置101は、動作モードとして、手動制御モードと、予測なし制御モードと、予測あり制御モードとを有している。手動制御モードは、手動制御部110が書込部140のコマンドテーブル141に駆動パターンを書き込む動作モードである。予測なし制御モードは、予測なし制御部120がコマンドテーブルに駆動パターンを書き込む動作モードである。予測あり制御モードは、予測あり制御部130がコマンドテーブルに駆動パターンを書き込む動作モードである。切替部160は、ユーザの求めに応じて、管理装置101の動作モードを、手動制御モード、予測なし制御モード、予測あり制御モードのいずれかに切り替える。本実施形態では、切替部160は、所定の条件に該当した場合に、ユーザの求めによらずに自動で動作モードを切り替えることがある。
The
端末装置600は、管理装置101と通信可能に構成されている。本実施形態では、端末装置600は、インターネットを介して管理装置101と通信する。端末装置600には、例えば、スマートフォン、タブレット、ノート型PC、あるいは、デスクトップ型PCを用いることができる。端末装置600は、生育施設200にて生物を生育するユーザによって操作される。
The
図2は、計測ノード401の構成を示す説明図である。計測ノード401は、CPU402と、メモリ403と、入出力インタフェース404とを備えるコンピュータで構成されている。計測ノード401には、上述した各種センサ410~465が接続されている。計測ノード401のCPU402は、各種センサ410~465から物理量のデータを取得し、メモリ403に記憶させる。メモリ403は、例えば、リングバッファを有しており、各種センサ410~465から取得された最新のデータは、リングバッファに記憶されている最古のデータに上書きされる。CPU402は、例えば、5分間隔などの所定の時間間隔で、メモリ403に記憶されたデータを、通信装置500を介して管理装置101に送信する。この時間間隔は、リングバッファに記憶されているデータが管理装置101に送信される前に上書きされない間隔に設定される。管理装置101に送信されたデータは、書込部140のデータテーブル142に書き込まれる。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the configuration of the
図3は、データテーブル142の一例を示す説明図である。データテーブル142には、計測ノード401から送信されたデータが書き込まれる。図3に示すように、データテーブル142には、図3には、左から順に、各種センサ410~465によって物理量が計測された時刻、温度センサ410によって計測された温度、湿度センサ420によって計測された湿度、土壌温度センサ465によって計測された地温、および、二酸化炭素センサ430によって計測された二酸化炭素濃度が表されている。湿度センサ420によって計測された湿度は、相対湿度で表されている。二酸化炭素センサ430によって計測された二酸化炭素濃度は、百万分率(ppm)で表されている。データテーブル142には、最上段が最新のデータになるように、時系列に沿って、物理量のデータが表されている。なお、本実施形態では、データテーブル142に一旦書き込まれた情報は、管理装置101内の各制御部110,120,130のいずれからも読み出すことができ、また、ユーザは端末装置600を用いていつでも閲覧できる。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of the data table 142. Data transmitted from the
図4は、制御ノード301の構成を示す説明図である。制御ノード301は、CPU302と、メモリ303と、入出力インタフェース304とを備えるコンピュータで構成されている。制御ノード301には、上述した各種変更装置310~365が接続されている。制御ノード301は、例えば、1分間隔などの所定の時間間隔で、通信装置500を介して、書込部140のコマンドテーブル141を参照し、コマンドテーブル141に書き込まれている駆動パターンに従って、各種変更装置310~365を動作させる。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the configuration of the
図5Aは、コマンドテーブル141の一例を示す説明図である。図5Aに示した例では、コマンドテーブル141には、左から順に、制御番号、制御機器、制御フラグ、制御種別、制御時刻を書き込む欄が設けられている。制御番号の欄には、制御IDが書き込まれる。制御機器の欄には、生育施設200の名称、および、管理装置101の管理下で制御される各種変更装置300の名称が書き込まれる。この例では、「ハウス2」という名称の生育施設200に設けられた加熱装置310と換気装置340とが管理装置101の管理下で制御される。
FIG. 5A is an explanatory diagram showing an example of the command table 141. In the example shown in FIG. 5A, the command table 141 is provided with columns for writing a control number, a control device, a control flag, a control type, and a control time in order from the left. The control ID is written in the control number column. In the control equipment column, the name of the growing
制御フラグの欄には、各種変更装置300の駆動パターンが書き込まれる。この例では、加熱装置310と換気装置340との駆動パターンが2桁の数字で表されている。数字の1桁目は、加熱装置310のオンオフを表しており、数字の2桁目は、換気装置340のオンオフを表している。オンオフは、「1」と「0」とで表されており、「1」がオンを意味しており、「0」がオフを意味している。
The drive patterns of the various changing
制御種別の欄には、手動制御部110と予測なし制御部120と予測あり制御部130とのうちのいずれによってコマンドテーブル141に駆動パターンの書き込みが実行されたかが表される。この例では、手動制御部110によって駆動パターンが書き込まれた場合には「A」と表されており、予測なし制御部120によって駆動パターンが書き込まれた場合には「B」と表されており、予測あり制御部130によって駆動パターンが書き込まれた場合には「C」と表されている。制御時刻の欄には、コマンドテーブル141への駆動パターンの書き込みが実行された時刻が表示される。コマンドテーブル141には、例えば、5分間隔などの所定の時間間隔で、各種変更装置300の駆動パターンが書き込まれる。なお、本実施形態では、コマンドテーブル141に一旦書き込まれた情報は、管理装置101内の各制御部110,120,130のいずれからも読み出すことができ、また、ユーザは端末装置600を用いていつでも閲覧することができる。
The control type column indicates which of the
図5Bは、各変更装置300の駆動状態の推移の一例を示す説明図である。図には、左から順に、時刻と、加熱装置310のオンオフと、二酸化炭素発生装置330のオンオフと、窓開閉装置355によって開閉される天窓と側窓の開閉量とが表されている。制御ノード301は、コマンドテーブル141を参照することで、最新の駆動パターンに従って、各種変更装置300を制御する。そのため、コマンドテーブル141に新たに書き込まれた駆動パターンが従前の駆動パターンから変更された場合に、制御ノード301によって各種変更装置300の駆動状態が変更される。書込部140は、管理装置101内の各制御部110,120,130がコマンドテーブル141の各欄に書き込んだコマンドを、図5Bの形態に整理し、現在の駆動パターンとして保持しているので、管理装置101内の各制御部110,120,130は、これを読み出すことにより、現在の駆動パターンを知ることができる。
FIG. 5B is an explanatory diagram showing an example of the transition of the driving state of each changing
(A2)手動制御および予測なし制御の概要:
図6は、手動制御モード時に端末装置600に表示されるユーザインタフェースUI1の一例を示す説明図である。ユーザインタフェースUI1には、動作モード選択領域R1と、計測値表示領域R2と、駆動状態選択領域R3と、情報表示領域R4とが設けられている。動作モード選択領域R1には、動作モードを切り替えるためのボタンが設けられている。計測値表示領域R2には、各種センサ410~465によって計測された計測値が表示される。図6に示した例では、計測値表示領域R2には、上から順に、温度センサ410によって計測された温度と、湿度センサ420によって計測された湿度と、土壌温度センサ465によって計測された温度と、二酸化炭素センサ430によって計測された二酸化炭素濃度とが表されている。駆動状態選択領域R3には、各種変更装置310~365の駆動状態を切り替えるためのボタンが設けられている。図6に示した例では、駆動状態選択領域R3には、上から順に、加熱装置310のオンオフを選択するためのボタンと、二酸化炭素発生装置330のオンオフを選択するためのボタンと、換気装置340の天窓および側窓の開度を選択するためのボタンとが表されている。情報表示領域R4には、各種情報が表示される。図6に示した例では、後述する予測部90によって予測された生育施設200内の温度の予測誤差が表示されている。
(A2) Overview of manual control and non-predictive control:
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of the user interface UI1 displayed on the
次に、手動制御部110の動作について説明する。手動制御部110は、既に説明した様に、メモリ20に記憶された手動制御用のプログラムをCPU10が実行することにより、実現される。図7は、CPU10が実行する処理内容を示すフローチャートである。この処理は、管理装置101が手動制御モードで動作している場合に、例えば、5分間隔などの所定の時間間隔で、繰り返し実行され、手動制御部110としての機能を実現する。まず、ステップS110にて、手動制御部110は、ユーザによって端末装置600に入力された駆動パターンを取得する。ステップS120にて、手動制御部110は、各種変更装置310~365の駆動パターンをコマンドテーブル141に書き込む。その後、手動制御部110は、この処理を終了する。管理装置101の動作モードが予測なし制御モードあるいは予測あり制御モードに切り替えられるまで、手動制御部110は、この処理を繰り返し実行する。
Next, the operation of the
図8は、予測なし制御モード時に端末装置600に表示されるユーザインタフェースUI2の一例を示す説明図である。ユーザインタフェースUI2には、動作モード選択領域R1と、計測値表示領域R2と、情報表示領域R4と、目標値入力領域R5と、駆動状態表示領域R6とが設けられている。動作モード選択領域R1、計測値表示領域R2、および、情報表示領域R4の構成は、手動制御モード時のユーザインタフェースUI1における動作モード選択領域R1、計測値表示領域R2、および、情報表示領域R4と同様である。目標値入力領域R5は、各物理量の目標値を入力する欄が設けられている。図8に示した例では、目標値入力領域R5には、上から順に、温度センサ410によって計測される温度の目標値と、湿度センサ420によって計測される湿度の目標値と、土壌温度センサ465によって計測される温度の目標値と、二酸化炭素センサ430によって計測される二酸化炭素濃度の目標値とが表されている。駆動状態表示領域R6には、各種変更装置310~365の駆動状態が表示される。駆動状態表示領域R6に表示される各種変更装置310~365の駆動状態は、コマンドテーブル141に書き込まれている最新の駆動パターンで表示される。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of the user interface UI2 displayed on the
次に、予測なし制御部120の動作について説明する。予測なし制御部120は、既に説明した様に、メモリ20に記憶された予測なし制御用のプログラムをCPU10が実行することにより、実現される。図9は、CPU10が実行する処理内容を示すフローチャートである。この処理は、管理装置101が予測なし制御モードで動作している場合に、例えば、5分間隔などの所定の時間間隔で、繰り返し実行され、予測なし制御部120としての機能を実現する。まず、ステップS210にて、予測なし制御部120は、ユーザによって端末装置600に入力された各種物理量の目標値を取得する。次に、ステップS220にて、予測なし制御部120は、各種センサ410~465によって計測された各種物理量の計測値を取得する。本実施形態では、予測なし制御部は、データテーブル142を参照することによって、各種物理量の計測値を取得する。
Next, the operation of the no-
ステップS230にて、予測なし制御部120は、各種物理量の目標値と計測値とを比較して、各種変更装置310~365の駆動パターンを決定する。予測なし制御部120は、例えば、温度の目標値と計測値とを比較して加熱装置310のオンオフを決定し、湿度の目標値と計測値とを比較して加湿装置320のオンオフを決定し、二酸化炭素濃度の目標値と計測値とを比較して二酸化炭素発生装置330のオンオフを決定する。ステップS240にて、予測なし制御部120は、コマンドテーブル141に駆動パターンを書き込む。その後、予測なし制御部120は、この処理を終了する。管理装置101の動作モードが手動制御モードあるいは予測あり制御モードに切り替えられるまで、予測なし制御部120は、この処理を繰り返し実行する。
In step S230, the
(A3)予測あり制御の概要:
次に、予測あり制御部130の構成と働きについて説明する。予測あり制御部130は、既に説明した様に、メモリ20に記憶された予測あり制御用のプログラムをCPU10が実行することにより実現される。フローチャートを用いたCPU10の処理については、後述する。予測あり制御部130は、生育施設200における各種変更装置310~365の過去の駆動量と、各種計測部400が測定している温度などの物理量の計測値とから、将来の内部環境を予測して、各種変更装置310~365の駆動量の制御を行なう。こうした処理において、生育施設200の将来の内部環境を予測する部分を、予測部90と呼ぶ。
(A3) Overview of control with prediction:
Next, the configuration and function of the
予測に用いてる各種変更装置310~365の駆動量とは、
(A)各種変更装置310~365のオンオフ、
(B)オンの場合のパワー、
(C)窓開閉装置355のように開閉量が調整可能な場合は調整量、
等を含む。各種変更装置310~365のこれらの駆動量の組合わせを、以下、駆動パターンと呼ぶ。この予測あり制御部130は、内部にニューラルネットワークを用いた機械学習済みモデルを持ち、この機械学習済みモデルにより、2以上の変更装置300を複数の駆動パターンで駆動した場合の現在時点から所定時間後(本実施形態では5分後)の生育施設200の内部空間201の温度などの物理量を、駆動パターン毎に予測する。その上で、予測した物理量が目標値に最も近くなる駆動パターンで、各種変更装置310~365を駆動する。
The driving amounts of the various changing
(A) Turning on/off of various changing
(B) Power when on,
(C) If the opening/closing amount can be adjusted like the window opening/
Including etc. The combination of these driving amounts of the various changing
予測あり制御部130は、その動作のために、機械学習済みモデルを必要とするため、予め機械学習を行なうことが必要になる。そこで、予測あり制御部130としての機能を実現するために必要となる工程について、図10を用いて説明する。
Since the
まず、訓練用学習モデルTTMを準備し(工程T1)、更に教師データTDを準備する(工程T2)。予測を可能とする訓練用学習モデルTTMの一例を、図11に示した。本実施形態の訓練用学習モデルTTMに対して、後述する教師データを用いた機械学習を行なわせることで、機械学習済みモデル701が生成される。一旦学習が行なわれて、機械学習済みモデル701が得られれば、この機械学習済みモデル701に過去の駆動パターンおよび計測値の時系列データを入力し、これと、その時点での駆動パターンとから、所定時間後の物理量を予測することが可能となる。本実施形態での以下の説明では、時系列データ等は5分毎のデータであり、予測される物理量は、計測部400の温度センサ410が検出する生育施設200内の温度の推定値Tmである。同一の訓練用学習モデルTTMを用いても、学習の結果得られるものは、その予測結果が異なる。このため、教師付きの機械学習が終わったものは、機械学習済みモデル701として、訓練用学習モデルTTMとは区別する。
First, a training learning model TTM is prepared (step T1), and teacher data TD is further prepared (step T2). An example of a training learning model TTM that enables prediction is shown in FIG. A machine learned
訓練用学習モデルTTMは、内部に複数層のニューラルネットワークを備える。ニューラルネットワークの入力側は、RNN(回帰型ニューラルネットワーク、Recurrent Neural Network)として構成されている。RNNは、図示するように、入力層LR1と中間層LR2と出力層LR3とを備え、中間層LR2が自己回帰構造を備える。自己回帰構造とは、時系列的に読み込まれるデータを、一度処理した後、時間的に後続する次のデータの入力の際に、回帰的に再入力して処理するニューラルネットワークである。訓練用学習モデルTTMの後半は、RNNからの出力および実際の駆動パターンから、その駆動パターンで制御された場合の5分後の温度Thsを予測する2層以上の処理層LL1~LLnを備える。ニューラルネットワークは、RNNの各層LR1、LR2、LR3、および後段のLL1~LLnに複数のノードを備え、隣接する層のノードとの間に重み付けされたリンクを備える。「学習済み」とはこの重み付けの設定が完了した状態を意味する。 The training learning model TTM includes a multi-layer neural network inside. The input side of the neural network is configured as an RNN (Recurrent Neural Network). As illustrated, the RNN includes an input layer LR1, a middle layer LR2, and an output layer LR3, and the middle layer LR2 has an autoregressive structure. An autoregressive structure is a neural network that once processes data that is read in chronological order, and then re-inputs and processes it recursively when the next temporally succeeding data is input. The second half of the training learning model TTM includes two or more processing layers LL1 to LLn that predict the temperature Ths after 5 minutes when controlled by the drive pattern from the output from the RNN and the actual drive pattern. The neural network includes a plurality of nodes in each layer LR1, LR2, LR3 of the RNN, and subsequent stages LL1 to LLn, and includes weighted links between nodes in adjacent layers. “Learned” means that this weighting setting has been completed.
この訓練用学習モデルTTMに学習させるデータを教師データTDと呼ぶ。教師付きとは、そのデータを用いて学習させる際の結果をラベルとして備えるからである。教師付きの機械学習のための教師データは、過去の駆動パターンおよび計測値の時系列データと、次の駆動パターンのデータと、これらのデータに対応するラベルである所定時間後の実際の温度のデータTnとを含む。機械学習は、こうした教師データを多数用意し、各教師データを訓練用学習モデルTTMに入力した際、最終的な出力層LLnの出力ノードop1の出力値Tmが、実際の温度のデータTnと一致する様に、各層間の重み付けの設定を繰り返すことを言う。一般に、処理層LLnの出力ノードop1に現われる値は、値0~値1の間に正規化される。従って、教師データTDに含まれる温度のデータTnが、例えば18℃~30℃の範囲にあるとした場合、教師データTDに含まれる温度のデータTnが18℃であれば、出力ノードop1が値0となり、教師データTDに含まれる温度のデータTnが30℃であれば、出力ノードop1が値1となるように、各層間の重み付けが設定される。これが、訓練用学習モデルTTMの学習処理(工程3)である。
The data to be learned by this training learning model TTM is called teacher data TD. Supervised means that the results of learning using that data are provided as labels. The training data for supervised machine learning includes time-series data of past driving patterns and measured values, data of the next driving pattern, and labels corresponding to these data of the actual temperature after a predetermined time. data Tn. In machine learning, when a large number of such teacher data are prepared and each teacher data is input into the training learning model TTM, the output value Tm of the output node op1 of the final output layer LLn matches the actual temperature data Tn. This refers to repeating the setting of weighting between each layer so that the Generally, the value appearing at the output node op1 of the processing layer LLn is normalized between the
学習用の教師データTDは、既設の生育施設において、実際に行なわれた制御のデータを用いる。図12は、既存の生育施設からのデータを取得する管理装置101が教師データTDを用意する様子を示す説明図である。図示するように、予測あり制御部130を備えるか否かを問わず、管理装置101には、地区Aに設置された複数の生育施設202~207と、地区Bに設置された生育施設212~217が接続されており、各生育施設202~217の内部環境の制御が行なわれている。このため、管理装置101には、複数の生育施設202~217からの駆動パターンと計測値の5分おきのデータである時系列データが収集されている。管理装置101は、この時系列データを用いて、手動制御または予測なし自動制御を行なっており、時系列データを取得・記憶する。この時系列データは、管理装置101に接続されたサーバ700に集められ、ここで教師データTDとして集約され、記憶装置710に記憶される。なお、管理装置101は、各生育施設毎に設けられていてもよい。この場合には、サーバ700は、複数の管理装置から時系列データを集めるように構成すればよい。
As the teacher data TD for learning, data of control actually performed in an existing growing facility is used. FIG. 12 is an explanatory diagram showing how the
記憶装置710に用意された教師データTDは、訓練用学習モデルTTMの学習に用いられる。ここで学習されるのは、制御の対象である生育施設200用の学習モデルである。図示したように、新設する生育施設200とは別に既設の生育施設202~217が存在する。これら既設の生育施設202~217は、新たな生育施設200と同じ地域Aに存在する場合もあるし、異なる地域Bに存在する場合もある。本実施形態では、新たな生育施設200と同じ地域Aに存在する生育施設202~207における制御のデータを教師データTDとして利用する。もとより他の地区Bの生育施設212~217からのデータを併せて用いることも可能である。また、生育施設200が既設であり、従来、手動制御部110および予測なし制御部120による制御を行なっており、新たに予測あり制御部130を導入する場合には、生育施設200について記憶装置710に記憶した時系列データのみを、教師データTDとして用いてもよい。
The teacher data TD prepared in the
訓練用学習モデルTTMと教師データTDとを準備した上で行なう教師付きの機械学習処理(工程T3)の詳細を、図13のフローチャートに示した。このフローチャートに基づいて、教師付きの機械学習処理について説明する。この機械学習は、管理装置101とは異なるサーバ700に設けられた専用のコンピュータにより行なわれる。
The details of the supervised machine learning process (step T3) performed after preparing the training learning model TTM and the teacher data TD are shown in the flowchart of FIG. The supervised machine learning process will be explained based on this flowchart. This machine learning is performed by a dedicated computer provided in
訓練用学習モデルTTMは、学習が行なわれる前は、各層のノード間の接続に設定された重み付けは均一の値、またはランダムな値とされている。図13に示した処理が開始されると、予め記憶装置710に準備された教師データTDを取得する処理を行なう(ステップS500)。上述したように、この処理を開始するまでに、地域Aに存在する実際の複数の生育施設202等から取得された時系列データが教師データTDとして収集されている。教師データTDは駆動パターンと計測値とを含む時系列データである。本実施形態では、駆動パターンとしては、各種変更装置310~365の駆動量の組合わせであり、計測値は、温度、湿度、CO2濃度など、計測部400によって計測している全計測値である。
In the training learning model TTM, before learning is performed, weights set for connections between nodes in each layer are uniform values or random values. When the process shown in FIG. 13 is started, a process of acquiring teacher data TD prepared in advance in the
この教師データTDを取得すると、続いて、訓練用学習モデルTTMを用いた機械学習処理(ステップS510)を、汎化が完了するまで(ステップS520)行なう。訓練用学習モデルTTMに対して教師データTDを与えて機械学習をすることにより、機械学習済みモデル701が生成されるので、最後にこれを生育施設200用の機械学習済みモデルとして保存する(ステップS530)。保存された機械学習済みモデル701は、ネットワークを介してあるいは直接的に、生育施設制御システム100の管理装置101のメモリ20内に、予測あり制御部130から参照可能に保存される。
After acquiring this teacher data TD, machine learning processing using the training learning model TTM (step S510) is subsequently performed until generalization is completed (step S520). A machine learned
以上のようにして、全ての教師データTDに対して、既定回数の重み付けの修正が行われると、訓練用学習モデルTTMの汎化が完了したか否かを判定する(ステップS520)。すなわち、教師データTDを用いて訓練用学習モデルTTMの入力と出力とが一致している度合いを取得し、一致していない度合い、つまり教師データと訓練用学習モデルTTMの出力との誤差を誤差関数を用いて評価し、誤差が予め定めた閾値未満である場合には汎化が完了したと判定する。 After the weighting has been corrected the predetermined number of times for all the teacher data TD as described above, it is determined whether the generalization of the training learning model TTM has been completed (step S520). That is, the degree to which the input and output of the training learning model TTM match is obtained using the teacher data TD, and the degree of disagreement, that is, the error between the teacher data and the output of the training learning model TTM, is calculated as an error. It is evaluated using a function, and if the error is less than a predetermined threshold, it is determined that generalization is complete.
汎化が完了したと判断されなければ、機械学習処理(ステップS510)が繰り返される。つまり、さらに重みを修正する処理が行なわれ、誤差関数を用いた学習誤差の演算と評価が繰り返される。汎化が完了したと判断されると、学習済みの機械学習済みモデル701が生成される。この機械学習済みモデル701を、管理装置101のメモリ20に保存することで(ステップS530)、予測あり制御部130が構成される(工程T4)。以上で、機械学習済みモデル701が生成され、予測あり制御部130が構成される。
If it is not determined that generalization is complete, the machine learning process (step S510) is repeated. In other words, the process of further modifying the weights is performed, and the calculation and evaluation of the learning error using the error function are repeated. When it is determined that generalization is completed, a trained machine learned
図11に示した訓練用学習モデルTTMを用いた機械学習の一例を、図14に示す。図示するように、訓練用学習モデルTTMに時系列データを順次読み込ませる。図では、25分前のデータDp25~着目時間Dp0までの時系列データを示している。時間tがマイナス符号「-」付きで示されているのは、着目時間(t=0)から遡った時間であることを示す。また、時系列データDp25~Dp0には、計測ノード401により計測されて保存されたその時間の各種計測値DS25~DS0、例えば生育施設200の内部空間201の温度や湿度などと、制御ノード301により駆動される各種変更装置300、例えば加熱装置310や二酸化炭素発生装置330などの動作状態を示す駆動パターンデータDD25~DD0が含まれる。なお、図では、加熱装置310を「暖房」として示した。天窓や側窓は、窓開閉装置355により天窓や側窓が開閉される割合を、1/6や、4/6として示す。
FIG. 14 shows an example of machine learning using the training learning model TTM shown in FIG. 11. As shown in the figure, time-series data is sequentially read into the training learning model TTM. The figure shows time series data from
学習の際には、訓練用学習モデルTTMに5分毎の時系列データDp25~Dp0を順次入力し、更に、次の駆動パターンデータDf5とその駆動パターンデータDf5で制御した5分後の気温が21℃であったという結果をラベルとするデータを入力する。これらの入力を受けて、最終的な出力ノードop1に21℃に対応する値が出力されるように、訓練用学習モデルTTM内部のRNNおよび処理層LL1~LLnの各処理層間の重み付けを学習する。 During learning, time series data Dp25 to Dp0 every 5 minutes are sequentially input to the training learning model TTM, and the next drive pattern data Df5 and the temperature after 5 minutes controlled by the drive pattern data Df5 are Input data with the result that the temperature was 21°C as a label. Upon receiving these inputs, the RNN inside the training learning model TTM and the weighting between the processing layers LL1 to LLn are learned so that the value corresponding to 21°C is output to the final output node op1. .
以上の学習処理を行なうことで、機械学習済みモデル701が生成される。予測あり制御部130には、この機械学習済みモデル701が保存されている。そこで、次にこの機械学習済みモデル701を用いた予測あり制御部130の動作について説明する。図15は、機械学習済みモデルを用いた予測部90の概略構成を示す説明図である。この図は、機械学習の様子を示した図14と類似しているが、用いられるのは、訓練用学習モデルTTMではなく機械学習済みモデル701である。この機械学習済みモデル701は、既に説明した学習を済ませているので、時系列データDp25~Dp0を順次入力した段階で、次の駆動パターンデータDPDの一つを入力すると、5分後の生育施設200の内部空間201の予測温度Tmを出力ノードop1から出力する。なお、出力ノードop1の出力値を予測温度Tmに換算して読み取るとき、制御に見合った精度で読み取ればよく、例えば1℃刻みで予測するものとしてもよく、0.1℃刻みで読み取ってもよい。あるいは制御に支障がなければ、2℃刻みなどの粗い刻みで読み取ってもよい。
By performing the above learning process, a machine learned
管理装置101のCPU10は、図16に示す処理を実行することで、この機械学習済みモデル701を用いた予測部90によって、生育施設200の内部環境の一つとして、内部空間201の5分後の温度を予測する。更に、管理装置101はこの予測値を用いて、各種変更装置310~365の駆動パターンを決定する。図16は、予測あり制御部の処理を示すフローチャートであり、この処理は5分毎に実行される。処理が開始されると、まず目標値Ttを取得する(ステップS700)。ここで目標値は、内部空間201の5分後の温度である。目標値Ttは、図8に例示したように、端末装置600に表示された各種計測値の目標値の一つである。なお、予測あり制御部130では同時2種類以上の物理量を目標値として扱えるが、ここでは、説明の便を図って、単一の物理量として温度を取り上げ、内部空間201の温度を目標値Ttに制御するものとして。以下説明する。複数種類の物理量を目標値に制御する場合には、各物理量毎に機械学習済みモデルを用意し、それらの出力を結合する結合層を設けて、制御すればよい。
The
生育施設200の内部空間201の温度を目標値Ttとして取得した後、次の直近の時系列データDp0を取得する(ステップS710)。時系列データDp0は、既に説明した様に、計測ノード401により計測されて保存されたその時間の各種計測値DS0、例えば生育施設200の内部空間201の温度や湿度などのデータと、制御ノード301により駆動される各種変更装置300、例えば加熱装置310や二酸化炭素発生装置330などの動作状態を示す駆動パターンデータDD0が含まれる。これらのデータは、メモリ20に用意されたコマンドテーブル141とデータテーブル142を読み取ることにより取得できる。この時系列データDp0を機械学習済みモデル701のRNNに入力し(ステップS720)、その後、5分後の温度を推定する処理(ステップS730~S750)を繰り返し実行する。
After acquiring the temperature of the
温度の推定を行なう繰り返しの処理(RPTs~RPTe)は、駆動パターンを読み込む処理(ステップS730)、推定値Tnを取得する処理(ステップS740)、推定値を記憶する処理(ステップS750)からなる。温度の推定処理では、これらの処理を、駆動パターンの全てを尽くすまで繰り返す。駆動パターンとは、各種変更装置300に含まれる各装置のオンオフや駆動量の組み合わせである。図15には、パターン1として、パターンの一部であるが、加熱装置310をOFF(暖房しない)とし、二酸化炭素発生装置330をOFF、遮光装置350により天窓を全閉(0/6)かつ側窓を2/6だけ開いた、という組み合わせを示した。図では、パターン1~4の4つを示したが、全ての組合わせを駆動パターンとして用意し、各駆動パターンでの内部空間201の温度を推定する。なお、駆動パターンの全ての組み合わせに代えて、実際に温度を制御する場合に影響を与える各種変更装置310~365の動作状態の組み合わせだけを駆動パターンとして取り上げてもよいし、教師付き学習の際に学習の対象とした組み合わせだけを駆動パターンとして取り上げてもよい。
The repetitive process (RPTs to RPTe) for estimating the temperature includes a process of reading a drive pattern (step S730), a process of obtaining an estimated value Tn (step S740), and a process of storing the estimated value (step S750). In the temperature estimation process, these processes are repeated until all drive patterns are exhausted. The drive pattern is a combination of on/off and drive amounts of each device included in the various changing
全ての駆動パターンを読み込んで(ステップS730)、温度の推定値Tnを求め(ステップS740)、これを記憶する(ステップS750)。この結果、駆動パターンがn個あれば、n個の推定値T1、T2、・・・Tnがメモリ20に記憶される。全ての駆動パターンについての上記処理が完了すると、次に、得られた推定値Tnの内で、目標値Ttに最も近い推定値を探し、その推定値Tnに対応する駆動パターンを選択する(ステップS760)。この様子を、図17に示した。この例では、目標値Ttを21℃としている。駆動パターンテーブルDPDに含まれる駆動パターン1から順に機械学習済みモデル701に入力して、温度の推定値を取得し記憶する。温度の推定値を記憶した推定結果テーブルRSTには、駆動パターン毎の推定温度が記憶されているから、これと目標温度Tt(21℃)とを突き合わせることで、駆動パターン4が選択される。この結果を受けて、予測あり制御部130は、その駆動パターン(この例では駆動パターン4)で各種変更装置310~365を駆動する(ステップS770)。実際の各種変更装置300の駆動制御は、既に説明した様に、コマンドテーブル141に各種変更装置310~365のオンオフや駆動量を書き込むことにより実現される。
All drive patterns are read (step S730), an estimated temperature value Tn is obtained (step S740), and this is stored (step S750). As a result, if there are n driving patterns, n estimated values T1, T2, . . . Tn are stored in the
(A4)動作モードの切り替え:
図18は、管理装置101の動作モードを切り替える切替制御の内容を示すフローチャートである。この処理は、管理装置101の切替部160によって繰り返し実行される。切替部160は、ステップS905にて、端末装置600のユーザインタフェースを介して選択された動作モードを取得する。
(A4) Switching operation mode:
FIG. 18 is a flowchart showing the details of switching control for switching the operation mode of the
手動制御モードが選択された場合、切替部160は、ステップS910にて、管理装置101の動作モードを手動制御モードに切り替える。ステップS915にて、切替部160は、所定時間が経過したか否かを判定する。この時間は、例えば、データテーブル142が更新される時間間隔に合わせて、動作モード切り替え処理が開始されてから5分に設定される。ステップS915で所定時間が経過したと判断されなかった場合、切替部160は、ステップS910に戻り、手動制御モードを継続する。一方、ステップS915で所定時間が経過したと判断された場合、切替部160は、この処理を終了する。その後、切替部160は、この処理を繰り返す。
If the manual control mode is selected, the
予測なし制御モードが選択された場合、切替部160は、ステップS920にて、管理装置101の動作モードを予測なし制御モードに切り替える。ステップS925にて、切替部160は、所定時間が経過したか否かを判定する。この時間は、例えば、動作モード切り替え処理が開始されてから5分に設定される。ステップS925で所定時間が経過したと判断されなかった場合、切替部160は、ステップS920に戻り、予測なし制御モードを継続する。一方、ステップS925で所定時間が経過したと判断された場合、切替部160は、この処理を終了する。その後、切替部160は、この処理を繰り返す。
If the non-prediction control mode is selected, the
予測あり制御モードが選択された場合、切替部160は、ステップS930にて、管理装置101の動作モードを予測あり制御モードに切り替える。ステップS932にて、切替部160は、所定の解除条件を満たしたか否かを判定する。本実施形態では、解除条件には、予測部90の予測誤差の大きさが所定量以上であるという条件が含まれている。複数の物理量について予測する場合には、各物理量の予測誤差の合計値が所定量以上であるという条件を解除条件としてもよい。この場合、予測部90による予測精度を1つの値で簡単に評価できる。各物理量の予測誤差に所定の重み係数を乗じた値の合計値が所定量以上であるという条件を解除条件としてもよい。この場合、生物の成育のために重要度の高い物理量の誤差が小さいにもかかわらず、生物の生育のために重要度の低い物理量の誤差が大きくなったことにより予測なし制御に切り替わることを抑制できる。また、二酸化炭素濃度が所定時間にわたって400ppm以下である場合には、生育施設200の内部空間201が外部から隔離されていない状態であると想定される。このような状態では、予測部90による予測精度を確保することが難しいので、解除条件には、二酸化炭素センサ430によって計測された二酸化炭素濃度が所定時間にわたって400ppm以下であるという条件が含まれてもよい。解除条件には、他に、日照センサ450によって計測された日射量が所定量以上であるという条件や、生育施設200の設けられている地域の天気予報が荒天であるという条件や、風向が所定の方向であるという条件や、風速が所定量以上であるという条件が含まれてもよい。
If the control mode with prediction is selected, the
ステップS932で解除条件を満たしたと判断された場合、切替部160は、ステップS920に移行して、管理装置101の動作モードを予測なし制御モードに切り替える。なお、他の実施形態では、ユーザインタフェースを介して予測あり制御モードが選択され、その後、ステップS932にて切替部160によって予測なし制御モードに切り替えられた場合であって、ステップS920とステップS925との間にて解除条件を満たさなくなった場合には、切替部160は、予測なし制御モードから予測あり制御モードに復帰させてもよい。
If it is determined in step S932 that the release condition is satisfied, the
ステップS932で解除条件を満たしたと判断されなかった場合、ステップS935にて、切替部160は、所定時間が経過したか否かを判定する。この時間は、例えば、動作モード切り替え処理が開始されてから5分に設定される。所定時間が経過したと判断されなかった場合、切替部160は、ステップS930に戻り、予測あり制御モードを継続する。一方、所定時間が経過したと判断された場合、切替部160は、この処理を終了する。その後、切替部160は、この処理を繰り返す。
If it is determined in step S932 that the release condition is not satisfied, in step S935 the
以上で説明した本実施形態における生育施設制御システム100によれば、予測部90によって、生育施設200の内部環境を、過去の時系列データから精度良く予測し、この予測値に対応する各種変更装置310~365の駆動パターンを選択して、これらを駆動することで、生育施設200の内部空間201の温度を安定に制御することができる。特に、本実施形態では、生育施設制御システム100には、管理装置101の動作モードの切り替えを実行する切替部160が設けられている。そのため、予測部90による予測精度が高い場合には、管理装置101の動作モードを予測あり制御モードに切り替えることにより、予測あり制御モードによって生育施設200における生育環境を適切な環境範囲内に保つことができる。一方、予測部90による予測精度が低い場合には、管理装置101の動作モードを予測なし制御モードに切り替えることにより、予測あり制御モードが継続されることによって生育環境が適切な環境範囲から外れることを抑制できる。
According to the growth
また、本実施形態では、切替部160は、端末装置600においてユーザによる動作モードの切り替え操作が行われた場合には、ユーザによって選択された動作モードに切り替える。そのため、ユーザは、状況に応じて動作モードを切り替えることができる。さらに、本実施形態では、切替部160は、予測部90の予測精度が所定値よりも低い場合には、ユーザによる動作モードの切り替え操作によらずに、自動的に予測あり制御モードから予測なし制御に切り替える。そのため、予測精度が低いまま予測あり制御が継続されて、生育環境が適切な環境範囲から外れることを抑制できる。
Further, in the present embodiment, when the user performs an operation mode switching operation on the
また、本実施形態では、各制御部110,120,130は、コマンドテーブル141に各種変更装置310~365の駆動パターンを書き込み、制御ノード301は、コマンドテーブル141を参照し、コマンドテーブル141に書き込まれている最新の駆動パターンに従って、各種変更装置310~365を動作させる。そのため、3つの制御部110,120,130の変更や削除を容易に行うことができる。また、3つの制御部110,120,130の他に、データテーブル142からの各種計測値の読み込み、および、コマンドテーブル141への駆動パターンの書き込みを実行可能な新たな制御部を容易に追加することができる。
Further, in this embodiment, each
B.第2実施形態:
次に本開示の第2実施形態について説明する。第2実施形態の予測部90Bは、第1実施形態の予測部90と比べて、追加学習の仕組みを有する点で異なり、他はほぼ同様の構成を備える。第2実施形態の予測部90Bの要部を、図19に示す。図示するように、第2実施形態における管理装置101や予測あり制御部130は、第1実施形態と変わる所はない。第2実施形態の予測部90Bは、予測あり制御部130が用いる機械学習済みモデル701を更新する更新装置900を備える点で、第1実施形態と相違する。
B. Second embodiment:
Next, a second embodiment of the present disclosure will be described. The
予測部90Bの更新装置900は、追加学習用の教師データATDを記憶する追加データ蓄積部910と、追加学習を行なう追加学習部920とを備える。追加データ蓄積部910は、追加学習部920指示を受けて、管理装置101のメモリ20のコマンドテーブル141やデータテーブル142から追加学習に必要な時系列データを取得する。追加学習部920は、追加学習の処理を行なう。
The
図20は、追加学習部920が実行する追加学習処理を示すフローチャートである。この処理は、管理装置101とはネットワークNWを介して接続された更新装置900において実行される。更新装置900はこの処理を実行する際、内部に現在管理装置101において用いられている学習済みモデル701と同じものを保存している。追加学習は、本実施形態では、1日に1回行なわれ、現在管理装置101で用いられる機械学習済みモデル701を更新する。つまり、追加学習が行なわれる前には、前日更新された機械学習済みモデル701が、更新装置900に保存されており、追加学習が行なわれて内容が刷新された追加学習済みの機械学習済みモデル701は、管理装置101にコピーされるが、同じものが更新装置900に残されており、翌日の追加学習の際には、この機械学習済みモデル701が用いられる。こうして次第に機械学習済みモデル701は学習が重ねられることになる。
FIG. 20 is a flowchart showing additional learning processing executed by the
更新装置900の図示しないCPUは、図20に示した処理を、所定時間毎、例えば5分毎に実行する。処理が開始されると、まず処理のタイミングについて判定する(ステップS800)。処理のタイミングとは、追加学習を行なうタイミングか、駆動量および計測値のデータの取得・蓄積を行なうタイミングか、のいずれかである。追加学習は一日に1回、例えば生育施設200の外気温が安定する夜間の予め定めたタイミングで行なわれる。これ以外のタイミングであれば、ステップS810に移行し、ネットワークNWを介して、管理装置101のメモリ20から駆動量と計測値のデータを取得する処理を行なう(ステップS810)。続いて、このデータを追加学習用の時系列データとして、追加データ蓄積部910に保存する処理を行なう(ステップS815)。このとき、追加学習部920は、取得したデータを追加学習用における教師データATDとして、ラベル付与などの整形を併せて行なう。以上の処理の後、「RTN」に抜けて、本処理ルーチンを一旦終了する。
A CPU (not shown) of the
管理装置においても本実施形態では、5分毎に各種変更装置310~365を駆動する処理が行なわれ、コマンドテーブル141やデータテーブル142が書き換えられていくから、一日が経過すると、
(60分÷5分)×24時間=12×24=288
個の時系列データが、追加学習用の教師データATDとして、追加データ蓄積部910に用意されることになる。
In this embodiment, the management device also performs processing to drive the
(60 minutes ÷ 5 minutes) x 24 hours = 12 x 24 = 288
This time series data is prepared in the additional
そこで、ステップS800の判断において、追加学習のタイミングであると判断されると、次に追加学習処理を行なう(ステップS820)。追加学習処理は、既に図10~図14を用いて説明した学習処理と同様の処理である。図10~図14を用いて説明した学習処理では、学習の対象は訓練用学習モデルTTMを用いて学習したが、追加学習処理では、既に一度学習された機械学習済みモデル701を対象として学習を行なう。こうした学習済みのモデルの学習は、再学習と呼ぶこともある。いずれにせよ、最新のデータに基づいて用意された追加学習用の教師データATDを用いて、機械学習済みモデル701の各処理層間の結合の重み付けを修正する。追加学習(ステップS820)が終了したら、ネットワークNWを介して、予測あり制御部130に作動停止をリクエストする(ステップS830)。
Therefore, if it is determined in step S800 that it is time for additional learning, then additional learning processing is performed (step S820). The additional learning process is similar to the learning process already described using FIGS. 10 to 14. In the learning process explained using FIGS. 10 to 14, the learning target was learned using the training learning model TTM, but in the additional learning process, learning was performed using the machine learned
このリクエストを受けると、予測あり制御部130は動作を停止する。この場合、生育施設200の内部環境の制御は、予測なし制御部120が行なうものとすればよい。予測あり制御部130の動作をネットワークNWを介して監視し、停止したと判断すれば(ステップS840:「YES」)、追加学習が行なわれた機械学習済みモデル701をネットワークNWを介して、予測あり制御部130に送信し、予測あり制御部130に内蔵された機械学習済みモデル701を更新する(ステップS850)。その後、「RTN」に抜けて、本処理ルーチンを終了する。
Upon receiving this request, the
こうして機械学習済みモデル701が更新されると、その後、予測あり制御部130は制御可能な状態に復し、必要に応じて、生育施設200の内部空間201の各物理量の制御を担う。
When the machine learned
以上説明した第2実施形態の予測部90Bでは、一日に行なわれた制御に基づいて機械学習済みモデル701を追加で学習する追加の教師データATDを用意し、追加学習を行なうので、機械学習済みモデル701が日々更新され、生育施設200が設置された場所毎に異なる外部環境に適合した制御が可能となる。図12に示したように、内部環境の予測と制御を行なおうとする生育施設200が特定の地域Aに設置されており、生育施設200において予測部90Bによる予測と予測あり制御部130による制御が行なわれる前に存在した生育施設202~207からの時系列データを利用して、訓練用学習モデルTTMを学習したとしても、生育施設202~207は生育施設200と同一ではあり得ない。設置場所が違えば、外気温や日照、風量などの条件はもとより、内部空間201の大きさや、各種変更装置300の効率、内部空間201における設置場所なども異なる。従って、実際に制御の対象となる生育施設200において取得された時系列データに基づいて用意された教師データATDを用いて追加学習を行なうことにより、予測精度の向上を図り、延いては制御の高精度化や安定化を図ることが可能となる。
In the
本実施形態では、追加学習は、教師データATDをまとめて保存しておき、一日に一度のタイミングで行なうものとしたが、管理装置101による制御が行なわれて新たな時系列データが得られたタイミングで逐次行なうようにしてもよい。また、一週間や一か月など、長期間毎に追加学習を行なうようにしたり、手動で、追加学習の指示を受けて追加学習するようにしたりしても良い。また、管理装置101のCPU10や付設したGPUなどの性能が高ければ、追加学習を管理装置101内で行なうようにしてもよい。追加学習に代えて、訓練用学習モデルTTMを学習して、別の機械学習済みモデルを生成し、これと既設の機械学習済みモデル701とを連結して予測させるようにしてもよい。
In this embodiment, additional learning is performed once a day by storing the teacher data ATD all at once, but new time-series data is obtained under control by the
本実施形態では、切替部160は、手動制御モードあるいは予測なし制御モードが選択されているときに、予測部90Bの予測精度が所定値以上になった場合に、予測あり制御モードに切り替えることを提案する情報を端末装置600に送信してもよい。予測あり制御モードに切り替えることを提案する情報は、例えば、ユーザインタフェースUI1,UI2の情報表示領域R4に表示されるようにしてもよい。このようにすれば、追加学習が十分に進んだことを確認した上で、予測あり制御モードに切り替えることができるので、ユーザの利便性を高めることができる。
In this embodiment, the
C.他の実施形態:
(1)本開示の他の実施形態の一つは、生物を生育する内部空間と、前記内部空間の環境状態を変更する複数種類の変更装置とを備える生育施設の前記環境状態を制御する生育施設制御システムとしての態様である。この生育施設制御システムは、前記生育施設の少なくとも前記内部空間に設けられ、前記環境状態を反映する複数種類の物理量を計測する計測部と、前記計測部から少なくとも一つの前記物理量の時系列データを取得し、前記時系列データを用いて、前記変更装置が動作することによって前記生育施設の前記内部空間に生じる現時点から所定時間後の環境状態を予測する予測部と、前記予測部の予測結果を用いて前記複数種類の変更装置を制御することによって前記生育施設の前記環境状態を目標状態に近付ける予測あり制御モードと、前記予測結果を用いずに前記複数種類の変更装置を制御することによって前記環境状態を前記目標状態に近付ける予測なし制御モードとを動作モードとして有し、前記動作モードの切り替えを実行する切替部を備える管理装置と、を備える。こうすれば、予測部による予測精度が高い場合には、管理装置の動作モードを予測あり制御モードに切り替えることにより、予測あり制御モードによって生育環境を適切な環境範囲内に保つことができる。一方、予測部による予測精度が低い場合には、管理装置の動作モードを予測なし制御モードに切り替えることにより、予測あり制御モードが継続されることによって生育環境が適切な環境範囲から外れることを抑制できる。
C. Other embodiments:
(1) One of the other embodiments of the present disclosure is a growing facility that controls the environmental state of a growing facility that includes an internal space in which living things are grown and a plurality of types of changing devices that change the environmental state of the internal space. This is an aspect of a facility control system. This growth facility control system includes a measurement unit that is provided in at least the internal space of the growth facility and measures a plurality of types of physical quantities that reflect the environmental state, and a measurement unit that receives time-series data of at least one of the physical quantities from the measurement unit. a prediction unit that uses the time-series data to predict an environmental state that will occur in the internal space of the growth facility when the change device operates, and a predetermined time period from the current time, and a prediction result of the prediction unit; a control mode with prediction that brings the environmental state of the growth facility closer to the target state by controlling the plurality of types of changing devices using the prediction results; A management device having an operation mode including a non-prediction control mode that brings an environmental state closer to the target state, and including a switching unit that executes switching of the operation mode. In this way, when the prediction accuracy by the prediction unit is high, by switching the operation mode of the management device to the control mode with prediction, it is possible to maintain the growing environment within an appropriate environmental range in the control mode with prediction. On the other hand, if the prediction accuracy by the prediction unit is low, the operation mode of the management device is switched to the control mode without prediction, and the control mode with prediction is continued to prevent the growth environment from deviating from the appropriate environmental range. can.
こうした生育施設制御システムは、農業や林業、漁業、更には畜産業などの分野で利用できる。対象となる生育施設としては、野菜や茸類の栽培や繁殖を行なうビニールハウス、魚類・甲殻類・貝類の養殖を行なう生け簀、鶏の飼育や採卵などを行なう大規模施設などがある。 Such a growing facility control system can be used in fields such as agriculture, forestry, fishing, and even livestock farming. Targeted growing facilities include plastic greenhouses for growing and breeding vegetables and mushrooms, cages for cultivating fish, crustaceans, and shellfish, and large-scale facilities for raising chickens and collecting eggs.
環境状態を反映する複数種類の物理量としては、温度、湿度、気圧、日射量など、種々のものを想定できる。また、環境状態を表わしていれば、計測部としてはどのようなセンサでもよい。 Various types of physical quantities that reflect environmental conditions can be assumed, such as temperature, humidity, atmospheric pressure, and amount of solar radiation. Furthermore, any sensor may be used as the measurement unit as long as it represents the environmental state.
環境状態を変更する複数種類の変更装置の駆動量としては、単純なオンオフに対応した駆動量や、多段階あるいは無段階に調整できる駆動量などがあり得る。駆動量は、オンオフといったステータスとして把握してもよいし、駆動時間として把握してもよいし、変更装置が駆動した総エネルギなどにより把握してもよい。全開から全閉までを、何等分かして、つまり全駆動量に対する割合として把握してもよい。 The drive amount of the plurality of types of changing devices that change the environmental state may include a drive amount that corresponds to simple on/off, a drive amount that can be adjusted in multiple stages or steplessly, and the like. The amount of drive may be grasped as a status such as on/off, may be grasped as drive time, or may be grasped as the total energy driven by the change device. The transition from fully open to fully closed may be divided into equal parts, that is, it may be grasped as a percentage of the total drive amount.
(2)こうした上記(1)の構成において、前記切替部は、前記予測部の前記予測結果と前記計測部の計測結果の差異が所定の大きさ以上になった場合には、前記動作モードを前記予測あり制御モードから前記予測なし制御モードに切り替えてもよい。
こうすることで、予測精度が低いまま予測あり制御が継続されて、生育環境が適切な環境範囲から外れることを抑制できる。
(2) In the above configuration (1), the switching unit switches the operation mode when the difference between the prediction result of the prediction unit and the measurement result of the measurement unit becomes a predetermined size or more. The control mode with prediction may be switched to the control mode without prediction.
By doing so, it is possible to prevent the growth environment from deviating from the appropriate environmental range due to continued prediction control with low prediction accuracy.
(3)こうした上記(2)の構成において、前記切替部は、複数の前記物理量の予測誤差の合計値を、前記差異の大きさとして算出してもよい。
こうすることで、1つの値で簡単に予測精度を評価できる。
(3) In the above configuration (2), the switching unit may calculate a total value of prediction errors of the plurality of physical quantities as the magnitude of the difference.
In this way, prediction accuracy can be easily evaluated using a single value.
(4)こうした上記(2)の構成において、前記切替部は、複数の前記物理量の予測誤差に所定の重み計数を乗じた値の合計値を、前記差異の大きさとして算出してもよい。
こうすることで、生物の成育のために重要度の高い物理量の誤差が小さいにもかかわらず、生物の生育のために重要度の低い物理量の誤差が大きくなることによって、予測なし制御に切り替わることを抑制できる。
(4) In the above configuration (2), the switching unit may calculate the total value of the prediction errors of the plurality of physical quantities multiplied by a predetermined weight factor as the magnitude of the difference.
By doing this, even though the error in physical quantities that are highly important for the growth of living organisms is small, the error in physical quantities that are less important for the growth of living organisms becomes large, resulting in switching to non-predictive control. can be suppressed.
(5)こうした上記(1)の構成において、さらに、前記管理装置と通信可能に構成され、前記管理装置の前記動作モードを切り替え可能なユーザインタフェースを有する端末装置を備えてもよい。
こうすれば、ユーザは、状況に応じて動作モードを切り替えることができる。
(5) The configuration of (1) above may further include a terminal device that is configured to be able to communicate with the management device and has a user interface that can switch the operation mode of the management device.
This allows the user to switch the operation mode depending on the situation.
(6)こうした上記(1)の構成において、前記予測部は、前記生育施設に対応する施設における少なくとも一つの物理量の時系列データと前記施設における複数種類の変更装置の駆動量の時系列データとの関係を教師データとした機械学習を行なうことで得られた機械学習済みモデルを用いて、前記生育施設において取得された前記物理量の計測値の時系列データと前記駆動量の時系列データとに基づいて、前記少なくとも一つの前記物理量の現時点から所定時間後の値である予測値を予測するようにしてもよい。
こうすれば、生育施設のように外部環境と接しており、内部空間の環境を予測しがたいものであっても、少なくとも一つの前記物理量の現時点から所定時間後の値である予測値を予測でき、これを表示や制御に利用できる。
(6) In such a configuration as described in (1) above, the prediction unit may generate time-series data of at least one physical quantity in a facility corresponding to the growth facility and time-series data of drive amounts of a plurality of types of changing devices in the facility. Using a machine learned model obtained by performing machine learning using the relationship as training data, the time series data of the measured values of the physical quantity acquired at the growth facility and the time series data of the drive amount are Based on this, a predicted value that is a value of the at least one physical quantity after a predetermined time from the current time may be predicted.
In this way, even if the environment in the internal space is difficult to predict because it is in contact with the external environment, such as in a growing facility, it is possible to predict the predicted value of at least one physical quantity after a predetermined time from the current point in time. This can be used for display and control.
生育施設に対応する施設は、その生育施設そのものでもよいし、予測の対象となる生育施設とは別の生育施設でもよい。他の生育施設は、予測の対象となる生育施設と、環境に共通点を有する地域に存在するものであれば、初期の機械学習の結果が近いものとなり、好ましいが、多数の教師データで学習を行なうという観点や、汎用性の高い機械学習済みモデルを利用するという観点では、共通性は低くても差し支えない。 The facility corresponding to the growing facility may be the growing facility itself, or may be a different growing facility from the growing facility that is the target of prediction. It is preferable that other growing facilities exist in areas with similar environments to the growing facility that is the target of prediction, as the initial machine learning results will be similar, but learning with a large amount of training data is preferable. From the perspective of doing the following and using highly versatile machine learned models, there is no problem even if the commonality is low.
少なくとも一つの物理量としては、温度、湿度、気圧、日射量など、種々のものを想定できる。こうした物理量は2以上であってもよい。この場合、複数の物理量の組合わせを予測することになり、複数の物理量の組み合わせの数を扱えるだけの大きさを備えた訓練用学習モデルを用意するか、各物理量毎に訓練用学習モデルを用意して、各訓練用学習モデルの出力層を結合して両者の予測値を出力する最終層を用意するなどの対応をとることができる。 Various types of physical quantities can be assumed as the at least one physical quantity, such as temperature, humidity, atmospheric pressure, and amount of solar radiation. These physical quantities may be two or more. In this case, combinations of multiple physical quantities will be predicted, so either prepare a training learning model large enough to handle the number of combinations of multiple physical quantities, or create a training learning model for each physical quantity. It is possible to take measures such as preparing a final layer that combines the output layers of each training learning model and outputs the predicted values of both.
(7)こうした上記(6)の構成において、前記機械学習済みモデルに対して、前記生育施設での少なくとも一つの前記物理量の時系列データと前記生育施設における前記複数種類の変更装置の駆動量の時系列データとの関係を教師データとして追加学習を行なって、前記機械学習済みモデルの更新を行なう更新装置を備えるものとしてよい。
こうすれば、生育施設での生物の生育が行なわれるにしたがって、予測の精度を高めることができる。特に、訓練用学習モデルの学習を行なった教師データが、対象となる生育施設自体のものではなく、生育施設に対応する施設のものであった場合には、こうした追加学習の効果は大きい。生育施設に生育環境予測装置を付設する場合、生物の生育を開始する時点では、地域や全国の施設、あるいは内部空間の大きさや備えられた変更装置の種類や能力が異なる施設から取得した時系列データに基づく教師データで学習した機械学習済みモデルを用意せざるを得ない場合があり、こうした場合に、生物の生育を繰り返すことで、生育施設が存在する場所に固有の機械学習済みモデルに成長させることができる。従って、生物の生育を繰り返すことで、次第に予測の精度を高められる。
(7) In such a configuration as described in (6) above, the machine learned model is provided with time-series data of at least one of the physical quantities in the growing facility and drive amounts of the plurality of types of changing devices in the growing facility. It may also include an updating device that updates the machine learned model by performing additional learning using the relationship with time series data as teaching data.
In this way, the accuracy of prediction can be improved as the organisms grow in the growth facility. In particular, if the teacher data on which the training learning model is learned is not from the target growing facility itself but from a facility corresponding to the growing facility, the effect of such additional learning is large. When attaching a growth environment prediction device to a growth facility, the time series obtained from regional or national facilities, or facilities with different internal space sizes and types and capacities of changing devices installed, is used at the time when organisms start growing. There are cases where it is necessary to prepare a machine-learned model that has been trained using training data based on the data, and in such cases, by repeating the growth of the organism, it grows into a machine-learned model that is specific to the location where the growing facility is located. can be done. Therefore, by repeating the growth of organisms, the accuracy of prediction can be gradually improved.
(8)こうした上記(6)の構成において、更に、所定時間の間の前記生育施設での少なくとも一つの前記物理量の時系列データと前記生育施設における前記複数種類の変更装置の駆動量の時系列データとの関係を所定期間に亘って蓄積する蓄積部を備え、前記更新装置は、前記所定期間の経過後、前記蓄積された前記関係を用いて前記追加学習を行なうものとしてよい。
こうすれば、まとめて追加学習を行なうことができ、効率的に機械学習済みモデルを更新できる。もとより、生育環境予測装置の処理能力が十分に高ければ、更新装置を生育環境予測装置内に設け、時系列データを蓄積せず、新たな時系列データが得られる度に追加学習を行なうものとしてもよい。
(8) In the above configuration (6), further, the time series data of at least one of the physical quantities in the growth facility during a predetermined time and the time series of the driving amounts of the plurality of types of changing devices in the growth facility are further provided. The update device may include a storage unit that stores relationships with data over a predetermined period of time, and the update device may perform the additional learning using the stored relationships after the predetermined period has elapsed.
In this way, additional learning can be performed all at once, and the machine learned model can be updated efficiently. Of course, if the processing capacity of the growth environment prediction device is sufficiently high, an update device can be installed in the growth environment prediction device to perform additional learning every time new time series data is obtained, without accumulating time series data. Good too.
(9)こうした上記(1)~(8)の構成において、前記複数種類の変更装置は、前記生育施設において、前記内部空間に熱量を付与する加熱装置、前記内部空間の熱量を奪う冷却装置、前記内部空間に水蒸気を付与する加湿装置、前記内部空間の水蒸気を奪う乾燥装置、前記内部空間にミストを付与するミスト付与装置、前記内部空間に二酸化炭素を付与する二酸化炭素発生装置、前記内部空間と外部との気体の交換を行なう換気装置、前記内部空間内の気体の循環を図る循環装置、前記内部空間への日照の入射量を変更する遮光装置、前記内部空間に備えられた培養土に水を供給する灌水装置、前記生育施設の天井または壁面に設けられた窓の開口量を調整する開口量調整装置のうちの少なくとも二つを備えるものとしてよい。
こうすれば、生育施設の内部空間の環境の制御を種々行なうことができる。もとより変更装置としては、複数種類備えられていればよく、3種類以上備えても差し支えない。
(9) In the above configurations (1) to (8), the plurality of types of changing devices include, in the growing facility, a heating device that imparts heat to the internal space, a cooling device that takes away heat from the internal space, A humidifying device that applies water vapor to the internal space, a drying device that removes water vapor from the internal space, a mist applying device that applies mist to the internal space, a carbon dioxide generator that applies carbon dioxide to the internal space, and a carbon dioxide generator that applies carbon dioxide to the internal space. A ventilation device for exchanging gas with the outside, a circulation device for circulating gas in the interior space, a shading device for changing the amount of sunlight incident on the interior space, and a culture soil provided in the interior space. The growing facility may include at least two of an irrigation device that supplies water and an opening adjustment device that adjusts the opening amount of a window provided on the ceiling or wall of the growth facility.
In this way, the environment inside the growing facility can be controlled in various ways. Of course, it is only necessary to provide a plurality of types of changing devices, and there is no problem even if three or more types of changing devices are provided.
(10)こうした上記(1)~(8)の構成において、前記計測部は、前記生育施設において、前記内部空間の温度を計測する温度センサ、前記内部空間の湿度を計測する湿度センサ、前記内部空間の二酸化炭素濃度を計測する二酸化炭素センサ、前記内部空間と外部との間で交換される気体の換気量を計測する換気センサ、前記内部空間内の気体の循環量を計測する循環量センサ、前記内部空間への日照の入射量を計測する日照センサ、前記内部空間に備えられた培養土が含有する水分量を計測する水分量センサ、のうちの少なくとも一つを備えるものとしてよい。もとより、複数のセンサを備えることも差し支えない。 (10) In the above configurations (1) to (8), the measuring unit includes, in the growing facility, a temperature sensor that measures the temperature of the internal space, a humidity sensor that measures the humidity of the internal space, and a humidity sensor that measures the humidity of the internal space. a carbon dioxide sensor that measures the carbon dioxide concentration in the space; a ventilation sensor that measures the amount of gas exchanged between the interior space and the outside; a circulation amount sensor that measures the amount of gas circulated within the interior space; It may be provided with at least one of a sunlight sensor that measures the amount of sunlight incident on the internal space, and a moisture sensor that measures the amount of moisture contained in the culture soil provided in the internal space. Of course, it is also possible to include a plurality of sensors.
(11)上記各実施形態において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよい。ソフトウェアによって実現されていた構成の少なくとも一部は、ディスクリートな回路構成により実現することも可能である。また、本開示の機能の一部または全部がソフトウェアで実現される場合には、そのソフトウェア(コンピュータプログラム)は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納された形で提供することができる。「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスクやCD-ROMのような携帯型の記録媒体に限らず、各種のRAMやROM等のコンピュータ内の内部記憶装置や、ハードディスク等のコンピュータに固定されている外部記憶装置も含んでいる。すなわち、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、データパケットを一時的ではなく固定可能な任意の記録媒体を含む広い意味を有している。 (11) In each of the above embodiments, a part of the configuration realized by hardware may be replaced by software. At least a part of the configuration that has been realized by software can also be realized by a discrete circuit configuration. Further, when part or all of the functions of the present disclosure are realized by software, the software (computer program) can be provided in a form stored in a computer-readable recording medium. "Computer-readable recording media" is not limited to portable recording media such as flexible disks and CD-ROMs, but also various internal storage devices in computers such as RAM and ROM, and fixed devices such as hard disks. It also includes external storage devices. That is, the term "computer-readable recording medium" has a broad meaning including any recording medium on which data packets can be fixed rather than temporarily.
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present disclosure is not limited to the embodiments described above, and can be implemented in various configurations without departing from the spirit thereof. For example, the technical features in the embodiments corresponding to the technical features in each form described in the summary column of the invention may be used to solve some or all of the above-mentioned problems, or to achieve one of the above-mentioned effects. In order to achieve some or all of the above, it is possible to replace or combine them as appropriate. Further, unless the technical feature is described as essential in this specification, it can be deleted as appropriate.
10…CPU、20…メモリ、30…入出力インタフェース、90,90B…生育環境予測装置、100…生育施設制御システム、101…管理装置、110…手動制御部、120…予測なし自動制御部、130…予測あり制御部、140…書込部、141…コマンドテーブル、142…データテーブル、150…通信部、160…切替部、200…生育施設、201…内部空間、202~207,212~217…生育施設、300…変更装置、301…制御ノード、302…CPU、303…メモリ、304…入出力インタフェース、310…加熱装置、315…冷却装置、320…加湿装置、325…乾燥装置、330…二酸化炭素発生装置、340…換気装置、345…循環装置、350…遮光装置、355…窓開閉装置、360…灌水装置、365…土壌加熱装置、400…計測部、401…計測ノード、402…CPU、403…メモリ、404…入出力インタフェース、410…温度センサ、420…湿度センサ、430…二酸化炭素センサ、440…換気センサ、445…循環量センサ、450…日照センサ、460…土壌水分量センサ、465…土壌温度センサ、500…通信装置、600…端末装置、700…サーバ、701…機械学習済みモデル、710…記憶装置、900…更新装置、910…追加データ蓄積部、920…追加学習部、TTM…訓練用学習モデル 10... CPU, 20... Memory, 30... Input/output interface, 90, 90B... Growth environment prediction device, 100... Growth facility control system, 101... Management device, 110... Manual control section, 120... Automatic control section without prediction, 130 ...Control unit with prediction, 140...Writing unit, 141...Command table, 142...Data table, 150...Communication unit, 160...Switching unit, 200...Growing facility, 201...Internal space, 202-207, 212-217... Growth facility, 300... Change device, 301... Control node, 302... CPU, 303... Memory, 304... Input/output interface, 310... Heating device, 315... Cooling device, 320... Humidifying device, 325... Drying device, 330... Dioxide Carbon generator, 340... Ventilation device, 345... Circulation device, 350... Shading device, 355... Window opening/closing device, 360... Irrigation device, 365... Soil heating device, 400... Measurement unit, 401... Measurement node, 402... CPU, 403... Memory, 404... Input/output interface, 410... Temperature sensor, 420... Humidity sensor, 430... Carbon dioxide sensor, 440... Ventilation sensor, 445... Circulation amount sensor, 450... Sunlight sensor, 460... Soil moisture sensor, 465 ... soil temperature sensor, 500 ... communication device, 600 ... terminal device, 700 ... server, 701 ... machine learned model, 710 ... storage device, 900 ... update device, 910 ... additional data storage section, 920 ... additional learning section, TTM …Learning model for training
Claims (10)
前記生育施設の少なくとも前記内部空間に設けられ、前記少なくとも一つの物理量を計測する計測部と、
前記計測部から取得した前記少なくとも一つの物理量の時系列データを含む計測結果と、予め取得した前記生育施設に対応する対応施設における少なくとも一つの物理量の時系列データと前記対応施設における複数種類の変更装置の駆動量の時系列データとの関係とを用いて、前記変更装置が動作することによって前記生育施設の前記内部空間に生じる現時点から所定時間後の環境状態を予測する予測部と、
前記予測部の予測結果を用いて前記複数種類の変更装置を制御することによって前記生育施設の前記環境状態を目標状態に近付ける予測あり制御モードと、前記予測結果を用いずに、フィードバック制御により前記複数種類の変更装置を制御することによって前記環境状態を前記目標状態に近付ける予測なし制御モードとを動作モードとして有し、前記動作モードの切り替えを実行する切替部を備える管理装置と、
を備え、
前記生育施設に対応する前記対応施設は、前記生育施設および前記生育施設の環境との間で機械学習可能な共通性を有する施設の少なくとも一方を含む、生育施設制御システム。 A growing facility control system for controlling the environmental state of a growing facility, comprising an internal space in which organisms are grown, and a plurality of types of changing devices that change at least one physical quantity representing the environmental state of the internal space,
a measurement unit that is provided in at least the internal space of the growth facility and measures the at least one physical quantity;
Measurement results including time-series data of the at least one physical quantity acquired from the measurement unit, time-series data of at least one physical quantity in a corresponding facility corresponding to the growth facility acquired in advance, and multiple types of changes in the corresponding facility. a prediction unit that predicts an environmental state that will occur in the internal space of the growing facility when the changing device operates, using the relationship between the drive amount of the device and time-series data ;
A control mode with prediction that brings the environmental state of the growing facility closer to the target state by controlling the plurality of types of changing devices using the prediction results of the prediction unit ; a management device that has a non-prediction control mode that brings the environmental state closer to the target state by controlling a plurality of types of changing devices as an operating mode, and includes a switching unit that executes switching of the operating mode;
Equipped with
A growing facility control system, wherein the corresponding facility corresponding to the growing facility includes at least one of facilities that have commonality that allows machine learning between the growing facility and the environment of the growing facility .
請求項1に記載の生育施設制御システム。 The switching unit changes the operation mode from the control mode with prediction to the control mode without prediction when the difference between the prediction result of the prediction unit and the measurement result of the measurement unit becomes a predetermined value or more. switch,
The growing facility control system according to claim 1.
請求項2に記載の生育施設制御システム。 The switching unit calculates a total value of prediction errors of the plurality of physical quantities as the magnitude of the difference.
The growing facility control system according to claim 2.
請求項2に記載の生育施設制御システム。 The switching unit calculates the total value of the prediction errors of the plurality of physical quantities multiplied by a predetermined weight factor as the magnitude of the difference.
The growing facility control system according to claim 2.
請求項1に記載の生育施設制御システム。 comprising a terminal device configured to be able to communicate with the management device and having a user interface capable of switching the operation mode of the management device;
The growing facility control system according to claim 1.
請求項1に記載の生育施設制御システム。 The prediction unit is configured to perform machine learning using as training data a relationship between time series data of at least one physical quantity in the corresponding facility and time series data of driving amounts of a plurality of types of changing devices in the corresponding facility. A predetermined period of time has elapsed from the current time of the at least one physical quantity based on time-series data of the measured values of the physical quantity and time-series data of the driving amount acquired in the growth facility using a machine-learned model. predict the predicted value, which is the value of
The growing facility control system according to claim 1.
請求項6に記載の生育施設制御システム。 Additional learning is performed on the machine learned model using the relationship between time-series data of at least one physical quantity in the growing facility and time-series data of driving amounts of the plurality of types of changing devices in the growing facility as training data. and an update device that updates the machine learned model by updating the machine learned model.
The growing facility control system according to claim 6.
前記更新装置は、前記所定期間の経過後、前記蓄積された前記関係を用いて前記追加学習を行なう、
請求項7に記載の生育施設制御システム。 Furthermore, a relationship between time-series data of at least one of the physical quantities in the growth facility during a predetermined period of time and time-series data of drive amounts of the plurality of types of changing devices in the growth facility is accumulated over a predetermined period of time. Equipped with a storage section,
The updating device performs the additional learning using the accumulated relationships after the predetermined period has elapsed.
The growing facility control system according to claim 7.
請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の生育施設制御システム。 The plurality of types of changing devices include, in the growing facility, a heating device that applies heat to the internal space, a cooling device that removes heat from the internal space, a humidifier that applies water vapor to the internal space, and a water vapor in the internal space. a drying device that removes carbon dioxide, a mist applying device that applies mist to the internal space, a carbon dioxide generator that applies carbon dioxide to the internal space, a ventilation device that exchanges gas between the internal space and the outside, and a mist applying device that applies mist to the internal space; a circulation device for circulating gas, a shading device for changing the amount of sunlight incident on the interior space, an irrigation device for supplying water to culture soil provided in the interior space, and a water supply device installed on the ceiling or wall of the growth facility. comprising at least two of the opening amount adjusting devices for adjusting the opening amount of the window.
The growth facility control system according to any one of claims 1 to 8.
請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の生育施設制御システム。 The plurality of types of physical quantities include, in the growth facility, a temperature sensor that measures the temperature of the internal space, a humidity sensor that measures the humidity of the internal space, a carbon dioxide sensor that measures the carbon dioxide concentration of the internal space, and a carbon dioxide sensor that measures the carbon dioxide concentration of the internal space. A ventilation sensor that measures the amount of gas ventilation exchanged between the space and the outside, a circulation amount sensor that measures the amount of gas circulating within the interior space, and a sunlight sensor that measures the amount of sunlight incident on the interior space. , a moisture sensor that measures the amount of moisture contained in the culture soil provided in the internal space;
The growth facility control system according to any one of claims 1 to 8.
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