JPH07113842B2 - 温室栽培制御支援装置 - Google Patents

温室栽培制御支援装置

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JPH07113842B2
JPH07113842B2 JP1042658A JP4265889A JPH07113842B2 JP H07113842 B2 JPH07113842 B2 JP H07113842B2 JP 1042658 A JP1042658 A JP 1042658A JP 4265889 A JP4265889 A JP 4265889A JP H07113842 B2 JPH07113842 B2 JP H07113842B2
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expert system
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俊之 大内
敦 狩野
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Yokogawa Electric Corp
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  • Greenhouses (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)
  • Control Of Non-Electrical Variables (AREA)
  • Control Of Temperature (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、エキスパートシステムによる温室栽培制御支
援装置の改善に関するものである。
〈従来技術〉 第2図に基づいてコンピュータを用いた温室制御装置の
概要を説明する。
1は温度,湿度,培養液濃度、給水量などの環境条件が
管理,制御される温室、2はコントローラ手段であり、
測定情報,制御情報を交換するデータ通信手段3により
温室1と結合している。
コントローラ手段2は、制御用コンピュータ201,モニタ
ー用コンピュータ202及びこれらを結合するデータ通信
手段203により実現されている。
4はコントローラ手段2内で取り扱われるオンラインデ
ータ項目であり、各種のセンサーの測定データ並びにそ
れら測定データに基づく演算,積算データ及びコンピュ
ータの状態データ等で形成されている。
支援手段のない場合のコントローラ手段2は、モニター
用コンピュータを介してオペレータにより設定される環
境条件パラメータ設定値と測定されるオンラインデータ
とを比較してその偏差がゼロとなるような操作出力を温
室内の操作手段に供給して各パラメータの自動制御を実
行し、更に、手動操作による各種の処置を実行する。
この様な構成のコントローラ手段では、室温内の作物の
成育状況に応じて周期的に又は任意のタイミングでオペ
レータが最適と判断したパラメータの設定や、状況変化
に対する手動操作処置を実行しているが、その判断基準
は、熟練した栽培者の経験による勘あるいはこつによっ
て決められているのが現状である。
現在の制御システムでは、この勘やこつをアルゴリズム
化することは不可能なために、作物の成育管理を完全に
自動化するには至っていない。
そこで出願人は、実願昭62-48751号により、エキスパー
トの手法を利用してオペレータによるパラメータ設定値
や処置の決定を熟練者の経験や勘に頼ること無く的確に
実行出来る制御装置を提供した。
その特徴は、制御パラメータの設定を周期的又は任意の
タイミングで実行する場合に、エキスパート機能の支援
により、オペレータの判断に基づく入力データ及び現時
点における温室環境のオンライン測定データ並びに過去
一定期間の制御実績データに基づいて現時点の温室環境
条件に対する最適のパラメータ設定値又は処置法が推論
されて表示出力される。
第2図に基いてその特徴部についての説明を追加する。
5はエキスパートシステムによる支援手段であり、推論
機能を具備するコンピュータ501並びに推論に必要な知
識ベースか構築されたデータファイル502よりなる。
6はコントローラ手段2と支援手段5を結合するデータ
通信手段であり、推論に必要なオンラインデータ4を支
援手段5側に送信する機能を含んでいる。
次に、第3図のフローチャートによりその支援機能の動
作手順を説明する。
(1) システムをスタートさせると、まずデータ通信
プログラムが起動し、コントローラ手段2よりオンライ
ンデータを取り込んでデータ処理を実行し、データファ
イルを作成して原因推定エキスパートシステムに渡す。
(2) 同時に現時点の温室の環境状態及び重要な管理
項目例えば溶液の一週間分の供給データをグラフ化して
CRTに表示する。
(3) 原因推定エキスパートシステムは、オペレータ
への質問に対する答えの入力を受け付けると共に、知識
ベースに基づく推論を実行する。
(4) 更に遠因推定エキスパートシステムは、オンラ
インデータに基づいて現在の問題点を推論して原因推論
結果を表示すると共に、入力回答データ,オンラインデ
ータをファイル化して処置法推定用エキスパートシステ
ムに渡す。
(5) 処置法推定用エキスパートシステムは、そのデ
ータを用いて処置法の推論を実行し、その結果をCRTに
表示する。
〈発明が解決すべき課題〉 このようなエキスパートシステムによる支援手段では、
与えられた情報から結論を出して栽培者に指示を出すオ
フライン形のシステムであるから、栽培者が観察し、作
物状態を入力してやる必要がある。
従って、どのような良いエキスパートシステムがあって
も、作物状態の把握が悪ければ栽培がうまくゆかないと
いう問題点がある。
また、データベースに保持されている過去のデータと比
較して判断したとしても、そのデータの善し悪しにより
判断結果が左右されるという問題がある。
更に、エキスパートシステムによる支援がオフライン構
成となっていて制御のループに含まれないので、支援手
段による自動的な温室環境制御が実現できないという問
題点がある。
本発明は、このような問題点を解消した温室栽培制御支
援装置の提供を目的とする。
〈課題解決のための手段〉 本発明の構成上の特徴の第1は、温室における作物栽培
制御装置において、温室環境測定値と目標環境値に基づ
いて温室環境の操作量を出力するコントローラ手段と、
上記操作量を入力する作物モデル機能と、このモデル機
能の作物状態値出力を入力して知識データベースの支援
により上記目標環境値を算出すると共に、上記作物状態
値と実際の作物状態との差異を栽培者に確認し、許容以
上の差異がある場合には上記作物モデル機能のパラメー
タを修正する機能を有するエキスパートシステム機能と
を具備せしめた点にある。
特徴の第2は、上記構成に加えて、上記作物の状態測定
値を上記作物モデル機能及び上記エキスパートシステム
機能に供給する状態センサー手段とを具備せしめた点に
ある。
〈作用〉 コントローラ手段は、温室環境測定値と目標環境値に基
づいて温室環境の操作量を出力する。
作物モデル機能は、操作量を入力して仮想的な作物状態
値を出力する。
エキスパートシステムは、作物モデル機能の作物状態値
出力を入力して知識データベースの支援によるコントロ
ーラ手段への目標環境値を算出する。
更にこのエキスパートシステムは、インターフェイスを
介して作物モデル機能からの仮想的な作物状態値と実際
の作物状態との差異を栽培者に確認し、許容以上の差異
がある場合には作物モデル機能のパラメータを修正す
る。
状態センサー手段は、作物の状態測定値を作物モデル機
能及びエキスパートシステム機能に供給する。
〈実施例〉 第1図に基づいて本発明の実施例を説明する。第2図で
説明した要素には同一符号を付して示す。
1は温度、湿度,CO2濃度,土壌水分等の環境条件が制
御される温室である。
2はコントローラ手段であり、支援手段であるエキスパ
ートシステム5からのデータ通信による目標環境値SVと
温室の環境測定値PVの偏差Eを制御演算し、操作出力MV
によりデータ通信により温室環境を制御する。
4はコントローラ手段で扱うオンラインデータ項目であ
り、各種のセンサーの測定データ並びにそれらの測定デ
ータに基づく演算データ及びコンピュータの状態データ
などで構成されている。
このような基本ループの構成は、従来技術と同一であ
る。
7は温室内で栽培される作物、8はこの作物の各種の状
態項目をシミュレートする作物モデル機能であり、温室
のオンラインデータを入力して現状の作物状態管理項
目、例えば光合成,乾物量,蒸散,生体重,水分状態,
葉面積等で代表される作物状態値Fをシミュレートし、
これをエキスパートシステム5に仮想的な作物状態値デ
ータとして供給する。
光合成の最大値Ppoに関する基本モデルの一例を下式に
示す。
Ppot=Pmax(I/(Pmax/Ei+I)((Ci-Cc)/(1/Ec
+(C1-C0)))f(Ti) ここで、 Ppot:光合成の最大値の推定量 mg-2s−1 Pmax:最適環境下での光合成速度 mg-2s−1 I:光の強さ Wm-2 Ei:光の利用効率 Jg-1 Ci:葉の中のCO2濃度 gm-3 Cc:CO2補償値 gm-3 Ec:CO2の利用効率 m3g-1 f(T1):葉温度 この式からの最大光合成量に基づいて所定の関数関係に
ある光合成速度を求めることが可能である。
初期のセット又は修正指令によりチューニング可能なパ
ラメータは、Pmax,Ei,Cc,Ec等であり、他のパラメー
タについてもこれを演算する式内の定数項がチューニン
グ可能である。
シミュレーションモデルのパラメータは、マンマシン手
段9によりメンテナンス可能であり、エキスパートシス
テム側からの自動的な修正が可能とされている。
ベテラン栽培者のモデルとして機能するエキスパートシ
ステム5は、エキスパートの知識を蓄積したデータファ
イル502と通信し、作物モデル機能8からの作物状態値
Fに基づいてオンラインデータ項目で扱うパラメータに
ついての最適な環境目標値SVを推論して出力する。
推論の手法には、単純なIF…THEN…方式に加えて曖昧度
を加味したファジィ理論による最適評価を実行する高度
の推論が現在の技術レベルでは可能である。
10は栽培者であり、作物7の大きさ,色,形等を現実に
観察する。
エキスパートシステム5は、マンマシン手段を有するイ
ンターフェイス手段11を介して栽培者に対して作物モデ
ル機能8からの架空の作物状態値データが現実の作物状
態と差異がないかどうかを確認する。
栽培者は、この確認指示に対して観察結果をインターフ
ェイスを介してエキスパートシステムに回答する。
確認の仕方は、例えばエキスパートシステム側から栽培
者に対して、 「光合成速度は現在いくらです。速度を上げる(又は下
げる)よう目標値修正をしますがOKですか?」と環境目
標値を出力する前に問いかけ、10分たって栽培者からの
応答がなければ出力する。
エキスパートシステムでは、回答内容と作物モデル機能
の作物状態値の間に許容以上の差異があった場合はモデ
ルのパラメータ修正を実行してモデルの精度を向上させ
る。
このように、本発明のエキスパートシステムは、常に実
際の作物状態データを栽培者に確認しながら、作物モデ
ル機能が実際の作物と同一の挙動をするように修正する
学習機能をもっている。
従って、作物モデルの設計(パラメータのセット)精度
が十分でなくても、制御が開始されてからモデルの精度
を学習機能により向上させることができ、精度が向上し
て制御が安定すれば、栽培者は殆ど介入することなく、
作物モデル機能による作物状態値により自動的な温室環
境制御が可能となる。
Gで示したルートは、作物7の状態センサー12による測
定値を作物モデル機能8及びエキスパートシステム5に
供給するルートである。
この測定値は、茎径,蒸散流の測定データ及び大きさ,
形等のイメージ解析データ等であり、このデータの利用
により栽培者の確認情報を補強することができ、モデル
の精度をより向上せしめることが可能となり、栽培者の
負担を更に軽減させた温室環境運転が実現できる。
現在利用できるセンサーの例としては、茎系を測定する
ものとしては直接測定するゲージや画像解析手法が、NM
Rを利用した茎中の水の流れの測定、光を当てて葉の葉
緑素の量からの光合成の測定、茎の両側に付けた電極間
の容量測定による水の流れの測定などである。
〈発明の効果〉 以上説明したように、従来の支援装置による制御では、
栽培者が作物の状態を観察してその状態値をエキスパー
トシステムに入力して環境目標値を入手してるために、
栽培者の適切な観察能力を必要としていたが、本発明に
よれば作物モデル機能の導入,状態センサー機能の導入
により、栽培者の観察能力に頼らないシステムを構築す
ることが可能となる。
これにより、栽培者の観察力のレベルによって同じシス
テムを使っても栽培結果に差が出るという問題点が解消
され、栽培者の負担を大巾に軽減した理想的な温室環境
制御装置の実現に近付けることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す構成図、第2図は従来の
支援装置による温室環境制御装置の構成図、第3図はそ
の動作を説明するためのフローチャートである。 1……温室、2……コントローラ手段、3,6……データ
通信手段、4……オンラインデータ項目、5……エキス
パートシステム、7……作物、8……作物モデル機能、
9……マンマシン手段、10……栽培者、11……インター
フェイス手段、12……状態センサー

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】温室における作物栽培制御装置において、
    温室環境測定値と目標環境値に基づいて温室環境の操作
    量を出力するコントローラ手段と、上記操作量を入力す
    る作物モデル機能と、このモデル機能の作物状態値出力
    を入力して知識データベースの支援により上記目標環境
    値を算出すると共に、上記作物状態値と実際の作物状態
    との差異を栽培者に確認し、許容以上の差異がある場合
    には上記作物モデル機能のパラメータを修正する機能を
    有するエキスパートシステム機能とを具備した温室栽培
    制御支援装置。
  2. 【請求項2】室温における作物栽培制御装置において、
    温室環境測定値と目標環境値に基づいて温室環境の操作
    量を出力するコントローラ手段と、上記操作量を入力す
    る作物モデル機能と、このモデル機能の作物状態値出力
    を入力して知識データベースの支援により上記目標環境
    値を算出すると共に、上記作物状態値と実際の作物状態
    との差異を栽培者に確認し、許容以上の差異がある場合
    には上記作物モデル機能のパラメータを修正する機能を
    有するエキスパートシステム機能と、上記作物の状態測
    定値を上記作物モデル機能及び上記エキスパートシステ
    ム機能に供給する状態センサー手段とを具備した温室栽
    培制御支援装置。
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