JP7498341B2 - 圃場水管理システム及び給水栓制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、圃場水管理システム及び給水栓制御装置に関する。

特許文献１には、圃場に設置され圃場への給水を制御するための変位機構を備えた給水栓と、前記給水栓に備えた変位機構を作動させるアクチュエータを備えた給水栓制御装置が開示されている。このような給水栓を用いることにより、圃場水管理サーバを介して圃場への給水を遠隔制御することが可能になる。

当該給水栓制御装置は、給水栓に着脱自在に構成され、給水栓を作動させるアクチュエータと、アクチュエータを制御する給水制御部と、圃場水管理サーバと交信する通信部とを備えている。

特開２０１７－１９３９１４号公報

上述した給水栓制御装置は、各圃場に設置された給水栓に対して着脱自在に構成されているため、例えば豪雪地域などでは給水栓制御装置の故障を回避するために、農閑期になると各給水栓から給水栓制御装置を取り外して屋内に収納しておき、農繁期の直前に各給水栓にそれぞれ給水栓制御装置を再装着する作業が行なわれる。

しかし、各圃場に設置された給水栓に、前回と同じ給水栓制御装置が装着されるとは限らないため、各給水栓の特性に応じて給水栓制御装置の制御特性を調整する煩雑な作業が給水栓ごとに必要とされていた。

具体的には、給水栓に組み込まれた給水バルブの開弁制御を行なう場合に、装着された給水栓に適した弁開度に制御され、閉弁制御を行なう場合に、装着された給水栓に適した止水状態に制御される必要があり、そのための調整作業が必要であった。

本発明の目的は、上述した問題に鑑み、圃場に設置された給水栓制御装置が前年と入れ替わっても継続的にその圃場の過去のデータが引き継がれる圃場水管理システム及び給水栓制御装置を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による圃場水管理システムの第一の特徴構成は、圃場の給排水を管理する圃場管理サーバと、圃場に設置される複数の給水栓と、前記給水栓に着脱自在に構成され、前記給水栓を作動させるアクチュエータと、前記アクチュエータを制御する給水制御部と、前記圃場水管理サーバと交信する通信部とを有し、前記圃場水管理サーバに遠隔制御される給水栓制御装置と、前記圃場水管理サーバと通信可能に接続され、圃場管理者により操作される遠隔操作端末と、を備えている圃場水管理システムであって、前記圃場水管理サーバは、複数の圃場の位置を示す地図情報と、各圃場に設置された各給水栓のＩＤ情報と位置情報および各給水栓制御装置のＩＤ情報を含む属性情報と、を圃場マップ情報として管理する圃場マップ管理部を備え、前記給水栓制御装置が装着される前記給水栓のＩＤ情報が、前記遠隔操作端末を介して前記圃場マップ情報から取得され、前記給水栓に装着される前記給水栓制御装置のＩＤ情報が、前記遠隔操作端末を介して前記給水栓のＩＤ情報と関連付けて前記圃場マップ管理部に送信され、前記圃場マップ管理部は、前記遠隔操作端末から送信された前記給水栓制御装置のＩＤ情報を前記給水栓のＩＤ情報に関連付けて前記圃場マップ情報を更新処理する、ように構成されている点にある。

圃場管理者が圃場に設置された給水栓に給水栓制御装置を装着する際に、圃場管理者が操作する遠隔操作端末を介して圃場マップ情報から当該給水栓のＩＤ情報が取得される。当該給水栓のＩＤ情報に当該給水栓制御装置のＩＤ情報を関連付ける情報が圃場マップ管理部に送信されることで、圃場マップ情報が更新され、当該給水栓制御装置が装着された給水栓とその位置情報が管理されるようになる。

同第二の特徴構成は、上述の第一の特徴構成に加えて、前記圃場水管理サーバは、前記給水栓制御装置が装着された前記給水栓の特性情報を含む属性情報を前記圃場マップ情報から読み出して前記給水栓制御装置に送信する点にある。

各給水栓制御装置が装着された給水栓に関する特性情報を含む属性情報が圃場マップ情報から読み出されて対応する給水栓制御装置に送信されることにより、給水栓制御装置は、どのような特性を備えた給水栓であっても圃場水管理サーバから送信される属性情報に基づいて給水栓を適切に制御できる。

同第三の特徴構成は、上述の第二の特徴構成に加えて、前記給水栓の属性情報に、前記給水栓の圧力特性、前記圃場の減水深特性、前記給水栓の開度情報、前記給水栓の締切トルク情報、前記アクチュエータの過負荷電流情報の何れかが含まれる点にある。

給水栓制御装置はこれらの属性情報に基づいて装着された給水栓を適切に制御できるようになる。例えば、給水栓の圧力特性に基づいて開弁時の適切な弁開度を調整でき、圃場の減水深特性に基づいて圃場の目標水位などが調整でき、給水栓の開度情報に基づいてアクチュエータの制御量が定まり、給水栓の締切トルク情報に基づいて止水位置が定まり、アクチュエータの過負荷電流情報に基づいて異常診断などが可能になる。

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、前記給水栓制御装置の属性情報に帰属情報が含まれ、前記圃場水管理サーバは、前記遠隔操作端末からから送信された前記給水栓制御装置のＩＤ情報に基づいて前記給水栓制御装置が適正な圃場の給水栓に装着されているか否かを判別するように構成されている点にある。

遠隔操作端末からから送信された給水栓と給水栓制御装置とを関連付けるＩＤ情報に基づいて給水栓制御装置が装着された給水栓の位置が把握され、給水栓の帰属情報に基づいて給水栓制御装置が適正な圃場の給水栓に装着されているか否かが判断される。

本発明による給水栓制御装置の第一の特徴構成は、上述の第二または第三の特徴構成を備えた圃場水管理システムに用いられ、圃場に設置された前記給水栓に着脱自在に構成され、前記給水栓を作動させるアクチュエータと、前記アクチュエータを制御する給水制御部と、前記圃場水管理サーバと交信する通信部とを有し、前記圃場水管理サーバに遠隔制御される給水栓制御装置であって、前記給水制御部は、前記給水栓への初期装着時に前記圃場水管理サーバから前記給水栓の特性情報を含む属性情報を取得し、前記属性情報に基づいて前記アクチュエータを制御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、圃場に設置された給水栓制御装置が前年と入れ替わっても継続的にその圃場の過去のデータが引き継がれる圃場水管理システム及び給水栓制御装置を提供することができるようになった。

圃場水管理システムの説明図 給水栓制御装置及び排水栓制御装置の機能ブロックの説明図 給水栓装置の断面図 排水栓装置の断面図 灌漑用水設備の説明図 圃場データベースに登録されるデータの説明図 給水栓制御装置により実行される給水栓初期化処理の手順を示すフローチャート 圃場水管理サーバにより実行される給水栓初期化処理の手順を示すフローチャート

以下に、本発明による圃場水管理システム及び給水栓制御装置を説明する。ここでは、給水栓側の制御部に加え、排水栓側にも制御部を設けた例で説明する。
［圃場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に導く給水栓装置１２と、放水路２１を介して圃場１の水を排水路２０に排水する排水栓装置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中継器３２が設置されている。さらに、給水栓装置１２には圃場１の水位を計測する静電容量式の水位センサ２が設けられている。

各給水栓装置１２及び排水栓装置２２がインターネット３０を介して圃場水管理サーバ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を介して圃場水管理サーバ３４と接続可能に構成されている。即ち、各給水栓装置１２及び排水栓装置２２、携帯端末３６、圃場水管理サーバ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、圃場水管理サーバ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。圃場水管理サーバ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圃場水管理サーバ３４に備えた圃場データベースＤＢに登録するように構成されている。なお、以下の説明で用いる「ＩＤ」との表記は、それぞれを固有に識別可能な識別記号を意味する。

圃場水管理サーバ３４には圃場マップ管理部が設けられ、圃場マップ管理部により圃場データベースＤＢのデータの登録や更新処理が行なわれる。後に詳述するが、圃場データベースＤＢには、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１２Ａ及び排水栓２２Ａを特定する給水栓ＩＤ及び排水栓ＩＤ、並びに圃場の管理者ＩＤなどが圃場ＩＤと関連付けられて登録されている。

圃場水管理サーバ３４は、圃場データベースＤＢ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の排水栓装置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の給水栓装置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装置２２はアクチュエータを介して堰体である排水筒を上下移動させて排水水位を調整し、給水指令を受信した給水栓装置１２はアクチュエータを介して給水弁を開放して圃場１に用水を導く。水位センサ２の信号線が接続された給水栓装置１２は、水位センサ２により検出された圃場水位が所定の貯水水位に達したと判断すると、アクチュエータを介して給水弁を閉止して給水を停止する。また、圃場水管理サーバ３４が各圃場１の貯水水位を把握できるように、給水栓装置１２は水位センサ２により検出された圃場水位を圃場水管理サーバ３４に送信してもよい。この場合、圃場水管理サーバ３４は受信した水位情報から貯水水位が目標水位に達したと判断すると、給水栓装置１２に対して給水停止指令を送信し、給水停止指令を受信した給水栓装置１２がアクチュエータを介して給水弁を閉止して給水を停止するように構成してもよい。

図２に示すように、排水栓装置２２は、排水栓２２Ａと、排水栓２２Ａに着脱自在に構成された排水栓制御装置２２Ｂで構成されている。
排水栓制御装置２２Ｂは、排水栓２２Ａを作動させるアクチュエータ２４０と、アクチュエータ２４０を制御する排水水位制御部２３６と、圃場水管理サーバ３４と交信する通信部２３７と、位置情報取得部の一例であるＧＰＳ受信機２３８と、記憶部２３９を備え、記憶部２３９には排水栓制御装置２２Ｂを固有に識別するＩＤ情報（排水栓制御装置ＩＤ）が格納されている。

給水栓装置１２は、給水栓１２Ａと、給水栓１２Ａに着脱自在に構成された給水栓制御装置１２Ｂで構成されている。
給水栓制御装置１２Ｂは、給水栓１２Ａを作動させるアクチュエータ１４０と、アクチュエータ１４０を制御する給水制御部１３６と、圃場水管理サーバ３４と交信する通信部１３７と、位置情報取得部の一例であるＧＰＳ受信機１３８と、記憶部１３９を備え、記憶部１３９には給水栓制御装置１２Ｂを固有に識別するＩＤ情報（給水栓制御装置ＩＤ）が格納されている。

［給水栓装置の構成］
図３に示すように、給水栓制御装置１２Ｂは、圃場に設けられた給水桝１０１（図１参照。）に収容される給水栓１２Ａの上面に着脱自在に取り付けられる。

給水栓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。

給水栓制御装置１２Ｂは、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、給水制御部として機能する弁の給水制御部１３６と通信部１３７とＧＰＳ受信機１３８と記憶部１３９などが組み込まれている。

給水制御部１３６及び通信部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、ここでは給水栓１２Ａに備えた弁機構に対する開閉制御機能が実現される。

給水制御部１３６は、通信部１３７を介して圃場水管理サーバ３４から吸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を介して排弁機構を制御し、水位センサ２により圃場水位が目標の貯水水位に達したことが検知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の充電電力が給水制御部１３６及び通信部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勘合して、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。

［排水栓装置の構成］
図４に示すように、排水栓制御装置２２Ｂは、圃場に設けられた排水桝２０１（図１参照。）に収容される排水栓２２Ａの上面に着脱自在に取り付けられる。

排水栓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。
排水栓制御装置２２Ｂは、基本的構造が上述した給水栓制御装置１２Ｂと同様である。

［圃場マップの構成］
図５には、灌漑用水設備が例示されている。灌漑用水設備は、河川や湖沼などの水源池３３０で取水された灌漑用水を、配水池３２１を介して各圃場１に給水するための給水設備であり、配水池３２１と各圃場１とが幹線となる給水管３２０と支線となる給水管３００，１０で接続されている。

配水池３２１は、各圃場群ＦＧに供給する灌漑揚水を貯水する設備で、水源池３３０に備えた揚水機場３３１のポンプによって灌漑用水が汲み上げられ、一定の水位を保つようにされてある。配水池３２１の配水口には給水管３２０が接続されて水圧により灌漑揚水が圧送される。

幹線となる給水管３２０は配水池３２１から各圃場群ＦＧに向けてそれぞれ分岐され、分岐された各給水管３００への給水量を調整するための分水工として機能する分水装置３４０が設けられている。つまり、配水池３２１から圧送された灌漑用水は、分水装置３４０によって給水量が調整された後に各圃場群ＦＧへ給水される。

支線となる給水管３００も各圃場１に向けて分岐され、分岐した給水管１０に各圃場１へ給水する給水栓１２Ａを備えた給水栓装置１２が接続されている。また、各圃場１には排水栓２２Ａを備えた排水栓装置２２が設けられ、排水栓装置２２を介した各圃場１からの放水が河川に放流されるように排水路２０が設けられている。

圃場マップは、上述した各圃場１の具体的な位置を示す圃場地図であり、地図上の各圃場１には固有に識別可能な圃場ＩＤが設定されている。圃場マップに付された圃場ＩＤの詳細な属性が圃場データベースＤＢに登録されている。

図６には、圃場データベースＤＢに登録されたデータ構造が示されている。圃場データベースＤＢは、各管理者を特定する管理者レコード、各圃場を特定する圃場レコード、各給水栓を特定する給水栓レコード、各給水栓制御装置を特定する給水栓制御装置レコード、各排水栓を特定する排水栓レコード、各排水栓制御装置と特定する排水栓制御装置レコードなどのレコードを備えている。

管理者レコードは各圃場の管理者情報が格納され、管理者ＩＤ、氏名、住所、電話番号、電子メールアドレス、管理する単数または複数の圃場ＩＤなどの属性を示すフィールドデータを備えている。

圃場レコードは圃場ＩＤ、圃場番地、管理者ＩＤ、給水栓ＩＤ、排水栓ＩＤ、給水栓制御装置ＩＤ、排水栓制御装置ＩＤなどの属性を示すフィールドデータを備えている。つまり、圃場ＩＤで特定される圃場に設置された給水栓、排水栓、給水栓制御装置、排水栓制御装置などが固有に特定される。

給水栓レコードは給水栓ＩＤ、圃場ＩＤ、管理者ＩＤ、型式、メーカ、給水栓特性などの属性を示すフィールドデータを備えている。給水栓特性には給水弁の開度情報つまり全開位置を規定するエンコーダ（ＤＣモータ１４１に内蔵されている）のパルス数、給水弁の締切トルク情報である全閉位置を示すモータ電流値及びエンコーダのパルス数、給水栓の圧力特性、圃場の減水深特性、アクチュエータの過負荷電流情報などが含まれる。エンコーダのパルス数に替えてモータの回転数及び回転方向が規定されてもよい。

予め、モータ電流値が全閉位置を示す値に駆動された位置を初期位置としてエンコーダのパルス数で全開位置が規定され、全閉時には全開位置まで駆動されたときのエンコーダの累積パルス数からパルス数を減算して零になる位置までモータが駆動される。エンコーダのパルス数に替えてモータの回転数である場合も同様である。シール部材１２３の劣化などに対応して、全閉位置を示すモータ電流値が所定の値になったときに所定の締切トルクになったと判断してモータを停止し、以降はその位置を全開位置と補正してもよい。この場合には、給水栓制御装置１２Ｂからこれらの特性値が圃場水管理サーバ３４に送信されて給水栓特性が更新される。

給水栓制御装置レコードは給水栓制御装置ＩＤ、圃場ＩＤ、管理者ＩＤ、型式、メーカ、装置属性などの属性を示すフィールドデータを備えている。装置属性には、給水栓制御装置に備えた蓄電装置の型式、メーカ、残容量（ここでは無負荷電圧値）、給水栓制御装置に備えたＧＰＳ受信機で受信された位置情報などの属性が含まれる。

排水栓レコードは排水栓ＩＤ、圃場ＩＤ、管理者ＩＤ、型式、メーカ、設定水位などのフィールドデータを備えている。排水栓制御装置レコードは排水栓制御装置ＩＤ、圃場ＩＤ、管理者ＩＤ、型式、メーカ、排水栓制御装置に備えた蓄電装置の型式、メーカ、装置属性などの属性を示すフィールドデータを備えている。装置属性には、排水栓制御装置に備えた蓄電装置の型式、メーカ、残容量（ここでは無負荷電圧値）、排水栓制御装置に備えたＧＰＳ受信機で受信された位置情報などの属性が含まれる。

耕作時期が到来し、冬季に屋内に格納されていた給水栓制御装置１２Ｂや排水栓制御装置２２Ｂを各圃場１に備えた給水栓１２Ａや排水栓２２Ａに装着し、蓄電池から給電が開始されると、給水栓制御装置１２Ｂ及び排水栓制御装置２２Ｂが起動して、圃場水管理サーバ３４と交信を開始する。この時の一連の処理を初期化処理という。

給水栓制御装置１２Ｂの通信部１３７は、ＧＰＳ受信機１３８で捕捉した位置情報と給水栓制御装置ＩＤを圃場水管理サーバ３４に送信する。圃場マップ管理部は、給水栓制御装置１２Ｂから送信された位置情報に基づいて給水栓制御装置１２Ｂ及び給水栓制御装置１２Ｂが装着された給水栓１２Ａを関連付けて圃場マップ情報を更新処理する。

圃場マップ管理部は、給水栓制御装置１２Ｂから送信された位置情報（ＧＰＳ受信機で捕捉された緯度、経度情報）と圃場１の番地とを照合して、給水栓制御装置１２Ｂが装着された給水栓１２Ａを特定し、当該給水栓１２Ａのフィールドに当該給水栓制御装置１２ＢのＩＤを登録するとともに、当該給水栓制御装置１２Ｂのフィールドに当該給水栓１２ＡのＩＤを登録する。

これによって、各圃場１に設置された給水栓１２Ａと給水栓制御装置１２Ｂとが関連付けられる。例えば、圃場１の番地から地理情報システム（Geographic Information System ：ＧＩＳ）を利用して得られた位置情報（緯度、経度情報）と給水栓制御装置１２Ｂから送信された位置情報（緯度、経度情報）とを比較して最も距離の近い圃場１の給水栓１２Ａに給水栓制御装置１２Ｂが装着されたと判断することができる。予め給水栓１２Ａの位置情報（緯度、経度）をデータベースの給水栓レコードのフィールドデータとして登録しておれば、より照合が容易になる。

圃場水管理サーバ３４は、給水栓制御装置１２Ｂから送信された位置情報に基づいて給水栓制御装置１２Ｂが装着された給水栓１２Ａの特性情報を含む属性情報を圃場マップ情報から読み出して給水栓制御装置１２Ｂに送信する。

給水栓制御装置１２Ｂはこれらの属性情報に基づいて装着された給水栓１２Ａを適切に制御できるようになり、圃場に設置された給水栓制御装置１２Ｂが前年と入れ替わっても継続的にその圃場の過去のデータが引き継がれる。例えば、給水栓の圧力特性に基づいて開弁時の適切な弁開度を調整でき、圃場の減水深特性に基づいて圃場の目標水位などが調整でき、給水栓１２Ａの開度情報に基づいてアクチュエータの制御量が定まり、給水栓１２Ａの締切トルク情報に基づいて止水位置が定まり、アクチュエータの過負荷電流情報に基づいて異常診断などが可能になる。

給水栓制御装置１２Ｂの属性情報に帰属情報つまり管理者ＩＤが含まれ、圃場水管理サーバ３４は、給水栓制御装置１２Ｂから送信された位置情報と給水栓制御装置ＩＤ情報に基づいて給水栓制御装置１２Ｂが適正な圃場１の給水栓１２Ａに装着されているか否かを判別するように構成され、不適切な圃場１の給水栓１２Ａに装着された場合には、当該給水栓制御装置１２Ｂの管理者に電子メールなどを用いて通報するように構成されている。

例えば、給水栓制御装置１２Ｂが誤って管理者の異なる圃場の給水栓１２Ａに装着されたような場合に適切に対応できるようになり、また給水栓制御装置１２Ｂが盗難に遭い、転売されて第三者の圃場の給水栓１２Ａに装着されたような場合に対応してセキュリティを高めることができるようになる。

図７には給水栓１２Ａに電源が投入されたときに実行される初期化処理の手順が示され、図８にはそのときの圃場水管理サーバ３４の手順が示されている。

以後、圃場水管理サーバ３４は、圃場データベースＤＢ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の排水栓制御装置２２Ｂ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の給水栓制御装置１２Ｂに給水指令を出力して、各圃場１を湛水する。

上述した例では、給水栓装置１２及び排水栓装置２２が中継器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、給水栓制御装置１２Ｂ及び排水栓制御装置２２Ｂに備えた通信部１３７，２３７を携帯電話回線に接続可能な端末で構成し直接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装置１２Ｂ及び排水栓装置２２Ｂに備えた通信部１３７，２３７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。

排水栓制御装置２２Ｂに対する初期化処理も上述と同様に行なわれるので、説明は省略する。なお、圃場水管理システム１００に排水栓制御装置２２Ｂを設けることなく、排水栓２２Ａによる排水水位の設定を手動で行なう排水栓装置２２を用いる場合もあり、その場合には、排水栓制御装置２２Ｂに対する初期化処理などは行われることはない。

以上の説明では、位置情報取得部がＧＰＳ受信機を備えて構成された例を説明したが、位置情報取得部は衛星測位システムを利用可能な衛星受信機を備えて構成されていればよくＧＰＳ受信機以外の衛星受信機を用いてもよい。

例えば、ＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）以外のＧＮＳＳ（全地球的航法衛星システム）として、Ｇａｌｉｌｅｏ、ＧＬＯＮＡＳＳ、ＢＤＳなどの現在運用され、或は将来運用予定の衛星測位システムを用いた衛星受信機を採用することができる。さらに、例えば、ＱＺＳＳ（準天頂衛星システム）などの地域衛星システムを用いた衛星受信機を採用することも可能である。

位置情報取得部として衛星測位システムを用いる場合には、一つの受信機で同時に４個以上の衛星からの電波を受信し、各衛星からの距離を算出して測位する単独測位、複数の受信機で４個以上の衛星を同時に観測して受信機間の相対的な位置関係を計測する相対測位などを適宜採用することができる。なお、相対測位を採用する場合には、少なくとも一つの受信機は位置情報が既知の圃場近傍の設備に配置することが望ましい。

位置情報取得部として衛星測位システム以外の方法、例えば、無線を用いて測位する任意の方法を用いた受信機を採用することも可能である。例えば、Ｗｉ－Ｆｉ測位、ＲＦＩＤ測位、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ測位などである。

上述した実施形態では、位置情報取得部としてＧＰＳ受信機のような衛星受信機を用いる場合には、衛星電波を適切に受信できない場合や捕捉した位置情報に大きな誤差がある場合に、圃場マップ情報を更新することができず、システムの運用が適切に行なえない虞がある。また、高価な衛星受信機を購入することが困難な場合もある。

そのような場合に備えて、ある給水栓制御装置１２Ｂをある給水栓１２Ａに装着した場合に、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を介して圃場水管理サーバ３４にアクセスし、圃場水管理サーバ３４の圃場データベースＤＢに登録されている当該給水栓１２Ａの給水栓ＩＤと関連付けるように、当該給水栓制御装置１２Ｂを固有に識別するＩＤ情報（給水栓制御装置ＩＤ）を登録処理するように構成することができる。

給水栓レコードには、給水栓を固有に識別する給水栓ＩＤと給水栓の設置位置を示す経度、緯度を含む位置情報などのフィールドデータを予め登録しておけばよく、給水栓制御装置ＩＤを主体とする管理体系を、給水栓ＩＤを主体とする管理体系に転換すればよい。排水栓制御装置２２Ｂに対しても同様である。

アクチュエータの稼働時間より配置転換情報を提供する
複数の圃場に備えた複数の給水栓と、各給水栓に装着される複数の給水栓制御装置の組み合わせを管理することにより、各給水栓制御装置に備えたアクチュエータの交換頻度を抑制し、メンテナンス期間を伸ばして管理コストの低減を図ることが可能になる。

例えば、給水栓に装着された給水栓管理装置ごとにアクチュエータの累積稼働時間や累積開閉回数などの稼働実績データを圃場データベースＤＢで管理するように構成し、これらの稼働実績データに基づいて、例えば、農繁期の直前にアクチュエータの累積稼働時間が比較的長くまたは累積開閉回数が比較的多い給水栓管理装置と、アクチュエータの累積稼働時間が比較的短くまたは累積開閉回数が比較的少ない給水栓管理装置との間で、装着される給水栓を入れ替えることで、管理コストの低減を図ることが可能になる。

さらに、各給水栓の位置情報に基づいて給水管の上流側に接続された給水栓に対する負荷率（重み係数）を下流側に設置された給水栓に対する負荷率（重み係数）よりも大きく設定し、各給水栓に装着された給水栓管理装置の稼働実績データに負荷率（重み係数）を乗じた重み付け稼働実績データに基づいて各給水栓に装着する給水栓管理装置を決定してもよい。

また、給水栓管理装置の稼働実績データが均等になるように配置する以外に、一部の給水栓管理装置を使用環境の厳しい給水栓に優先的に配置し、これらの給水栓管理装置とそれ以外の給水栓管理装置との間でアクチュエータの交換時期やメンテナンス期間を異なる値に設定してもよい。

給水栓管理装置の稼働実績データが均等になるように配置し、或いは一部の給水栓管理装置を使用環境の厳しい給水栓に優先的に配置する場合に、どの給水栓制御装置をどの給水栓に装着することが適切であるのかを機械学習装置を用いて決定することができる。

例えば、給水栓管理装置ＩＤで特定される給水栓管理装置ごとにアクチュエータの累積稼働時間や累積開閉回数などの複数の稼働実績データを其々正規化した値と、給水栓ＩＤで特定される給水栓ごとに設定した負荷率（重み係数）とを定めて、任意の給水栓管理装置と給水栓とを組み合わせた場合に、過去の所定期間にわたる累積稼働時間と負荷率（重み係数）との積和演算値、及び／または、累積開閉回数と負荷率（重み係数）の積和演算値を入力とし、故障発生時期または故障発生率を出力とする機械学習装置を構築し、その結果に基づいて各給水栓管理装置を装着する給水栓を決定することができる。

例えば、稼働実績データが均等になるように配置するための組合わせや一部の給水栓管理装置を使用環境の厳しい給水栓に優先的に配置する組合せなどの目的に応じて各給水栓管理装置を装着する給水栓を決定することができる。

機械学習装置に用いられるアルゴリズムとして、特定の組み合わせによる異常発生を予測するワン－クラス・サポート・ベクター・マシン（One-Class Support Vector Machine）や、ＬＯＦ（local outlier factor）法、ＩＦ(Isolation Forest)法、ＲＣ(Robust Covariance)法などのアルゴリズムを用いることができる。

給水栓管理装置と給水栓の組み合わせによる過去の稼働実績データとメンテナンスデータが蓄積されている場合には、アクチュエータの累積稼働時間や累積開閉回数などの正規化されたデータで特定される給水栓管理装置と、個別の負荷率（重み係数）で特定される給水栓を其々入力する入力層と、単一または複数の中間層と、稼働実績データが均等になるように配置するための組合わせ、または、一部の給水栓管理装置を使用環境の厳しい給水栓に優先的に配置する組合せを出力層とするニューラルネットワークを構築し、過去の稼働実績データを入力したときに得られるメンテナンスデータを出力とする教師信号で学習した機械学習装置を用いることができる。

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、給水栓装置、排水栓装置、圃場水管理サーバ、圃場データベースＤＢに登録された各レコードの構成などの具体的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：圃場水管理システム
１：圃場
２：水位センサ
１０：給水管
１２：給水栓装置
１２Ａ：給水栓
１２Ｂ：給水栓制御装置
２０：排水路
２２：排水栓装置
２２Ａ：排水栓
２２Ｂ：排水栓制御装置
３２：中継器
３０：インターネット
３４：圃場水管理サーバ

Claims (5)

1. 圃場の給排水を管理する圃場水管理サーバと、
   圃場に設置される複数の給水栓と、
   前記給水栓に着脱自在に構成され、前記給水栓を作動させるアクチュエータと、前記アクチュエータを制御する給水制御部と、前記圃場水管理サーバと交信する通信部とを有し、前記圃場水管理サーバに遠隔制御される給水栓制御装置と、
   前記圃場水管理サーバと通信可能に接続され、圃場管理者により操作される遠隔操作端末と、
   を備えている圃場水管理システムであって、
   前記圃場水管理サーバは、複数の圃場の位置を示す地図情報と、各圃場に設置された各給水栓のＩＤ情報と位置情報および各給水栓制御装置のＩＤ情報を含む属性情報と、を圃場マップ情報として管理する圃場マップ管理部を備え、
   前記給水栓制御装置が装着される前記給水栓のＩＤ情報が、前記遠隔操作端末により前記圃場マップ管理部を介して前記圃場マップ情報から取得され、前記給水栓に装着される前記給水栓制御装置のＩＤ情報が、前記遠隔操作端末を介して前記給水栓のＩＤ情報と関連付けて前記圃場マップ管理部に送信され、
   前記圃場マップ管理部は、前記遠隔操作端末から送信された前記給水栓制御装置のＩＤ情報を前記給水栓のＩＤ情報に関連付けて前記圃場マップ情報を更新処理する、ように構成されている圃場水管理システム。
2. 前記圃場水管理サーバは、前記給水栓制御装置が装着された前記給水栓の特性情報を含む属性情報を前記圃場マップ情報から読み出して前記給水栓制御装置に送信する請求項１記載の圃場水管理システム。
3. 前記給水栓の属性情報に、前記給水栓の圧力特性、前記圃場の減水深特性、前記給水栓の開度情報、前記給水栓の締切トルク情報、前記アクチュエータの過負荷電流情報の何れかが含まれる請求項２記載の圃場水管理システム。
4. 前記給水栓制御装置の属性情報に帰属情報が含まれ、前記圃場水管理サーバは、前記遠隔操作端末からから送信された前記給水栓制御装置のＩＤ情報に基づいて前記給水栓制御装置が適正な圃場の給水栓に装着されているか否かを判別するように構成されている請求項１から３の何れかに記載の圃場水管理システム。
5. 請求項２または３記載の圃場水管理システムに用いられ、圃場に設置された前記給水栓に着脱自在に構成され、前記給水栓を作動させるアクチュエータと、前記アクチュエータを制御する給水制御部と、前記圃場水管理サーバと交信する通信部とを有し、前記圃場水管理サーバに遠隔制御される給水栓制御装置であって、
   前記給水制御部は、前記給水栓への初期装着時に前記圃場水管理サーバから前記給水栓の特性情報を含む属性情報を取得し、前記属性情報に基づいて前記アクチュエータを制御するように構成されている給水栓制御装置。
   

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