WO2019176882A1 - センシングシステム、センシング方法、および非一時的コンピューター可読媒体 - Google Patents

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繁典 稲本
喬則 花山
章夫 石井
徹 武本
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ミツミ電機株式会社
ヤンマー株式会社
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Definitions

  • the present invention generally relates to a sensing system, a sensing method, and a non-transitory computer-readable medium for sensing the degree of fruit growth of a crop, and more specifically, a crop is generated by applying vibration to the crop.
  • a crop is generated by applying vibration to the crop.
  • one of the plurality of maximum values is specified as the resonance frequency of the vibration of the crop, and the degree of growth of the fruit of the crop is determined based on the specified resonance frequency.
  • the present invention relates to a sensing system, a sensing method, and a non-transitory computer-readable medium.
  • Such a schedule is essential information when an agricultural worker makes a business plan. If the accuracy of this information is low, only an ambiguous business plan can be made.
  • One of the biggest problems among farmers is that only such vague circumstances can be planned, so even if you apply for a loan for business funds from a bank or other financial institution, It is difficult to pass through, and it is virtually impossible to receive financing from financial institutions such as banks. This situation hinders motivated farmers who want to make large-scale investments and increase the efficiency and added value of agriculture.
  • the Japan Agricultural Cooperative Association (JA) is responding to such financing needs of farmers, but not only the Japanese Agricultural Cooperative Association but also the agricultural workers who want to receive loans from more financial institutions. Needs exist. For these reasons, in order to formulate an accurate business plan, there is a very large need to accurately sense the degree of crop growth and to obtain a highly accurate schedule for crop harvesting and shipping.
  • a sensing system related to agricultural products for example, a system for sensing a growing environment (temperature, humidity, etc. in a greenhouse) of agricultural products as disclosed in Patent Document 1 is known.
  • a sensing system is for sensing and controlling the growth environment of crops, not for sensing the degree of growth of crops, and does not meet the above-mentioned very large needs. It was.
  • the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to add a plurality of local maxima in a frequency spectrum obtained from vibration information about vibration of a crop generated by the vibration applied to the crop.
  • a local maximum value is identified as a resonance frequency of the vibration of the crop, and a sensing system, a sensing method, and a non-transitory computer-readable method capable of sensing the degree of growth of the fruit of the crop based on the specified resonance frequency To provide a medium.
  • a sensing system for sensing the degree of fruit growth of agricultural products At least one vibration device attached to the crop stalk and for applying vibration to the crop; At least one sensor attached to the stem of the crop, sensing vibration of the crop generated by the vibration applied to the crop from the vibration device, and transmitting vibration information relating to the vibration of the crop; , In the frequency spectrum obtained from the vibration information received from the at least one sensor, one maximum value among a plurality of maximum values is specified as the resonance frequency of the vibration of the crop, and further based on the specified resonance frequency And a computing device for determining the degree of growth of the fruit of the crop.
  • the sensing system uses the vibration device, the sensor, and the arithmetic device to identify the resonance frequency of the vibration of the crop at a predetermined period
  • the computing device includes the resonance frequency of the vibration of the crop specified from the vibration information obtained in the previous measurement and the vibration of the crop specified from the vibration information obtained in the current measurement. Comparing with the resonance frequency, if the resonance frequency of the vibration of the crop is not less than a predetermined value and shifted to a low frequency side, it is determined that a problem has occurred in the growth of the fruit of the crop.
  • the sensing system according to any one of (1) to (3) above.
  • the fruit of the crop is located at a location between the location where the at least one sensor of the stalk of the crop is attached and the location where the at least one vibration device is attached.
  • the sensing system according to any one of the above (1) to (5), which is fruiting.
  • a sensing method executed by a sensing system including an arithmetic device having a processor in order to sense the degree of growth of fruits of a crop, Using the processor to send a drive signal to at least one vibration device and at least one sensor attached to the crop stalk to drive the at least one vibration device to apply vibration to the crop; Driving the at least one sensor to sense vibration of the crop caused by vibration applied to the crop from the at least one vibration device; Receiving vibration information about the vibration of the crop from the at least one sensor using the processor; Using the processor, in a frequency spectrum obtained from the vibration information received from the at least one sensor, identifying one maximum value among a plurality of maximum values as a resonance frequency of the vibration of the crop, Using the processor to determine the degree of growth of the fruit of the crop based on the identified resonance frequency.
  • a non-transitory computer readable medium storing computer readable instructions executed by a computing device including a processor for sensing the degree of growth of crop fruits, wherein the computer readable instructions include: Transmitting at least one vibration device and at least one sensor attached to the stalk of the crop to drive the at least one vibration device to apply vibrations to the crop and the at least one sensor; Instructions for sensing vibrations of the crops caused by vibrations applied to the crops from the at least one vibration device; Instructions for receiving vibration information about the vibration of the crop from the at least one sensor; In a frequency spectrum obtained from the vibration information received from the at least one sensor, a command for specifying one of a plurality of maximum values as a resonance frequency of the vibration of the crop, A non-transitory computer readable medium comprising: instructions for determining the degree of growth of the fruit of the crop based on the identified resonance frequency.
  • the present invention applies vibration to a crop using a vibration device, and in a frequency spectrum obtained from vibration information about the vibration of the crop generated by the vibration, one maximum value among a plurality of maximum values is resonance of the vibration of the crop.
  • the frequency is specified, and the degree of growth of the fruits of the crop is sensed based on the specified resonance frequency.
  • the vibrated crop can be regarded as a resonant system determined by the spring constant of the crop stalk and the mass of the crop, the vibrating device, and the sensor.
  • the resonant frequency of such a resonant system is not affected by disturbances such as changes in the surrounding environment of the crop (for example, wind or rain blowing on the fruits of the crop). Therefore, by sensing the degree of crop fruit growth based on the resonant frequency of the crop vibration, it is more accurate than the method of directly measuring the mass of crop fruit susceptible to disturbances.
  • the degree of fruit growth can be sensed.
  • the frequency spectrum obtained from the vibration information about the vibration of the crop is not only the maximum value (resonance frequency) caused by the mass of the fruit of the crop, but also the mass of the wire for attracting the crop, It may contain multiple maxima due to factors other than the mass of the crop fruit, such as the mass of a vibration device or sensor attached to the crop stalk.
  • one maximum value among the plurality of maximum values included in the frequency spectrum obtained from the vibration information about the vibration of the crop is specified as the resonance frequency of the vibration of the crop. Therefore, only the measurement of the fruits of the crops to be measured can be performed, and the maximum value (resonance frequency) caused by factors other than the mass of the fruits of the crops can be excluded from the measurement targets.
  • the values of the resonance frequencies caused by the mass of each fruit differ from each other depending on the degree of growth of each fruit.
  • a plurality of maximum values corresponding to each of a plurality of fruits as a resonance frequency of the vibration of the crop among a plurality of maximum values included in the frequency spectrum obtained from the vibration information about the vibration of the crop.
  • the vibration device and sensor used in the present invention are attached to the crop stalk and do not contact the crop fruit. Therefore, it is possible to sense the degree of growth of the crop fruit without bringing the device into contact with the crop fruit, and there is no fear that the crop fruit is damaged and the commercial value is not lowered.
  • the vibration device and the sensor are attached to the crop stalk, it is not necessary to remove the vibration device and the sensor thereafter.
  • the measurement of the degree of growth of the crop can be automatically executed at a predetermined cycle, or can be executed at an arbitrary timing by a command from an arithmetic device that controls the vibration device and the sensor.
  • the vibration device and the sensor are attached to the crop stalk, the labor of the farmer for sensing the degree of growth of the fruit of the crop is very small. Therefore, according to the present invention, it is possible to minimize the labor of the farmer for sensing the degree of growth of the fruits of the crop.
  • the information regarding the growth degree of the fruits of the crops obtained by the present invention can be used for various uses as described in the background art section, and is useful for the activities of agricultural workers.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing crops cultivated by an attraction method in which the sensing system of the present invention is used.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing an embodiment of the sensing system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view of the vibrating device shown in FIG. 4 is an exploded perspective view of the vibrating device shown in FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the vibrating device shown in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a physical model of a vibrating crop.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the change in the resonance frequency of the vibration of the crop due to the increase in the mass of the fruits of the crop.
  • FIG. 8 is a block diagram of the arithmetic device shown in FIG. FIG.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram showing an embodiment of the sensing system according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a flowchart for explaining the sensing method of the present invention.
  • FIG. 11 is a flowchart for explaining in more detail the process for determining the degree of growth of the crop shown in FIG.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing crops cultivated by an attraction method using the sensing system of the present invention.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing an embodiment of the sensing system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view of the vibrating device shown in FIG. 4 is an exploded perspective view of the vibrating device shown in FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the vibrating device shown in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a physical model of a vibrating crop.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the change in the resonance frequency of the vibration of the crop due to the increase in the mass of the fruits of the crop.
  • FIG. 8 is a block diagram of the arithmetic device shown in FIG.
  • the sensing system 1 of the present invention is used for sensing the degree of growth of the fruit 101 of the crop 100 cultivated by the attracting method as shown in FIG.
  • the crops 100 cultivated by such an attracting method are, for example, fruit vegetables such as tomatoes, eggplants, cucumbers and peppers and fruit vegetables such as strawberries.
  • a wire 110 is stretched horizontally above the crop 100 cultivated by the attracting method, and the tip side of the stem 102 of the crop 100 is suspended from the wire 110 by a suspending tool 120 such as a wire or vertical string. ing.
  • the fruit 101 grows in the middle of the stem 102 suspended from the wire 110, and the fruit 101 is cultivated in a state suspended from the stem 102.
  • FIG. 2 schematically shows an embodiment of the sensing system 1 of the present invention.
  • the sensing system 1 is attached to the stalk 102 of the crop 100 and at least one vibration device 10 for applying vibration to the crop 100, and the vibration applied to the stalk 102 of the crop 100 and applied to the crop 100 from the vibration device 10.
  • At least one sensor 20 for sensing the vibration of the crop 100 generated by the above-mentioned and transmitting vibration information related to the vibration of the crop 100, and a plurality of local maxima in the frequency spectrum obtained from the vibration information received from the at least one sensor 20
  • a computing device 30 that identifies one local maximum value as the resonance frequency of the vibration of the crop 100 and further determines the growth degree of the fruit 101 of the crop 100 based on the specified resonance frequency.
  • the vibration device 10 is attached to the root side of the stem 102 of the crop 100.
  • the sensor 20 is attached to the tip end side of the crop stalk 102.
  • the fruit 101 of the crop 100 is fruited so as to be hung at a location between the location where the sensor 20 of the stem 102 of the crop 100 is attached and the location where the vibration device 10 is attached. Yes.
  • a method for attaching the vibration device 10 or the sensor 20 to the stem 102 of the crop 100 is not particularly limited.
  • the vibration device 10 or the sensor 20 is attached to the stem 102 of the crop 100 by any mechanical means such as a clip, a clamp, or a dedicated jig. Can be attached to.
  • the sensor 20 attached to the stalk 102 of the crop 100 is the degree of growth of the fruit 101 that is fruiting at a location between the location where the vibration device 10 of the stalk 102 of the crop 100 is attached and the location where the sensor 20 is attached. Used for sensing.
  • the number of sensors 20 is not limited to one, and a number of sensors 20 corresponding to the number of fruits 101 (or a bunch of fruits 101) whose degree of growth is to be measured can be attached to the stem 102. For example, when a plurality of fruits 101 (or bunches of fruits 101) are fruiting from a plurality of locations on the stem 102, the number of fruits 101 (or bunches of fruits 101) whose growth degree is to be measured is determined.
  • a number of sensors 20 can be attached to the stem 102 of the crop 100 at a location corresponding to a location where the fruit 101 (or a bunch of fruits 101) whose degree of growth is to be measured is fruiting.
  • the number of vibrating devices 10 is not limited to one. If the vibration device 10 is attached to the root side of the stem 102 from the fruit 101 and the sensor 20 is attached to the tip side of the stem 102 from the fruit 101, any number of vibrations is satisfied. Device 10 can be mounted anywhere on stem 102.
  • the vibration device 10 and the sensor 20 depend on the type of the crop 100 (more specifically, the thickness and hardness of the stem 102 of the crop 100 and the size of the fruit 101), but at least 10 to It is preferable that they are arranged so as to be separated from each other by about 20 cm. If the separation distance between the vibration device 10 and the sensor 20 is smaller than this, the main component of vibration sensed by the sensor 20 is not the vibration of the crop 100 but the vibration of the vibration device 10, and the vibration of the crop 100 is reduced. Sensing is impossible.
  • the distance between the vibration device 10 and the sensor 20 depends on the type of the crop 100 (more specifically, the thickness and hardness of the stem 102 of the crop 100 and the size of the fruit 101). It is preferably within 2 m. If the distance between the vibration device 10 and the sensor 20 is longer than this, the vibration of the crop 100 sensed by the sensor 20 becomes too small, and the vibration of the crop 100 cannot be sensed with high accuracy.
  • a set of the vibration device 10 and the sensor 20 that satisfy the positional relationship described above may be attached to a plurality of crops 100.
  • the arithmetic device 30 receives vibration information related to the vibration of each crop 100 from the sensor 20 attached to each of the plurality of crops 100, and analyzes and determines the growth degree of the fruits 101 of many crops 100 in an integrated manner. Can do.
  • the vibration device 10 receives a power supply (not shown) (an internal power supply such as a battery or an external power supply connected by wire) and a signal from the arithmetic device 30 by wired communication or wireless communication, and controls the vibration device 10 ( (Not shown), and in accordance with a signal sent from the computing device 30 at a predetermined cycle (for example, once a day, twice a day, once a month, etc.) or at an arbitrary timing, It is configured to be driven using electric power from an internal power source or an external power source to apply vibration to the crop 100.
  • the vibration device 10 includes a power generation unit that generates power using external energy such as vibration and sunlight, and may be driven using power generated by the power generation unit. In this case, the vibration device 10 may not have an internal power supply or an external power supply.
  • the vibration device 10 is a small-sized (for example, 30 mm height ⁇ 30 mm height ⁇ 30 mm width) type VCM (Voice Coil Motor) type vibration device, and constitutes one resonance system. .
  • VCM Vehicle Coil Motor
  • the vibration device 10 includes a case 11 configured to be attached to the stem 102 of the crop 100 via mechanical means such as a clip, a clamp, and a dedicated jig, and is fixedly provided on the bottom surface of the case 11, and includes a power source (internal power source). Or an external power source) or a coil 12 to which power from a power generation unit is supplied, a leaf spring 13 provided so as to be able to vibrate with respect to the case 11, and attached to the leaf spring 13 and arranged away from the coil 12. And a magnet assembly 14.
  • the case 11 is a cylindrical member, and has a function of fixing the vibration device 10 to the stem 102 of the crop 100 through mechanical means such as a clip, a clamp, and a dedicated jig and storing each component of the vibration device 10.
  • the case 11 includes a cover 11a, a base 11b, and a cylindrical portion 11c located between the cover 11a and the base 11b.
  • Three extending portions extending in the radial direction of the base 11b are formed on the outer peripheral surface of the base 11b, and a through hole 11d is formed on the tip side of each of the three extending portions.
  • a screw (not shown) is passed through the through hole 11d of the base 11b and screwed into a screw hole formed in a mechanical means such as a clip, a clamp, or a dedicated jig.
  • the base 11b is fixed with respect to mechanical means, such as a clip, a clamp, and an exclusive jig.
  • the vibration device 10 is attached (fixed) to the stem 102 of the crop 100 by fixing mechanical means such as a clip or a dedicated jig to the stem 102 of the crop 100. By attaching the vibration device 10 to the stem 102 of the crop 100, the vibration of the vibration device 10 can be transmitted to the crop 100 and the crop 100 can be vibrated.
  • the coil 12 has a cylindrical shape and is fixedly provided on the base 11b. Both end portions (electric signal supply ends) of the coil 12 are connected to a power source or a power generation unit, and a current from the power source or the power generation unit flows in the coil 12. Further, as shown in FIG. 5, the coil 12 is located inside the central opening of the leaf spring 13 in a state where the vibration device 10 is assembled.
  • the leaf spring 13 has a ring shape having a central opening, the outer periphery thereof is held between the base 11b and the cylindrical portion 11c, and the central portion of the leaf spring 13 including the central opening is the case 11. On the other hand, it can vibrate in the vertical direction of FIG.
  • the magnet assembly 14 is mounted on the central portion of the leaf spring 13 and can vibrate with respect to the coil 12.
  • the magnet assembly 14 includes a magnet holding portion 14a having a cylindrical shape that opens toward the lower side of FIG. 5, a magnet 14b fixed to the central lower surface of the magnet holding portion 14a, and a magnet 14b. And a yoke 14c attached to the lower surface.
  • the magnet 14 b and the yoke 14 c are arranged in the central cavity portion of the coil 12 and separated from the coil 12.
  • a driving force for moving the magnet assembly 14 (magnet 14b) in the vertical direction in FIG. 5 is generated. Since the magnet assembly 14 is mounted on the leaf spring 13 provided so as to be able to vibrate, the magnet assembly 14 vibrates in the vertical direction.
  • m is the mass of the magnet assembly 14 (transducer) [kg]
  • x (t ) is the amount of displacement of the magnet assembly 14 (transducer) [m]
  • i (t) is the current [A] flowing through the coil 12
  • Ksp is the spring constant [N / m] of the leaf spring 13
  • D is the damping coefficient [N / (m / s) of one resonance system. ]].
  • circuit equation indicating the operating principle of one resonance system such as the vibrating device 10 can be expressed by the following equation (2).
  • e (t) is a voltage [V] applied to the coil 12
  • R is a resistance [ ⁇ ] of the coil 12
  • L is an inductance [H] of the coil 12
  • K e is a counter electromotive force of one resonance system. Constant [V / (m / s)].
  • the vibration device 10 has a power supply or a power generation unit according to a signal sent from the computing device 30 at a predetermined cycle (for example, once a day, twice a day, once a month, etc.) or at an arbitrary timing. It is possible to apply vibration to the crop 100 by driving with the electric power.
  • a predetermined cycle for example, once a day, twice a day, once a month, etc.
  • FIG. 6 shows a physical model of the crop 100 that vibrates due to the vibration applied from the vibration device 10.
  • the vibration device 10 and the sensor 20 are attached to the stem 102 of the crop 100 in the positional relationship as described above.
  • the crop 100 that vibrates due to the vibration from the vibration device 10 can be regarded as a two-resonance system as shown on the right side of FIG.
  • the equation of motion of vibration of such a two-resonance system includes the spring constant k 1 [N / m] of the stem 102 from the root of the stem 102 to the location where the vibration device 10 is attached, and the mass m 1 [ g], the spring constant k 2 [N / m] of the stem 102 from the place where the vibration device 10 is attached to the place where the fruit 101 is fruited, and the total mass m 2 [g of the sensor 20 and the fruit 101 ] Can be expressed as the following formulas (3) and (4).
  • x 1 is the displacement amount [m] of the fruit 101
  • x 2 is the displacement amount [m] of the vibration device 10.
  • ⁇ is the natural angular frequency and f is the resonance frequency.
  • the resonance frequency f of the vibration of the crop 100 decreases.
  • a change in m 2 can be regarded as a change in the mass of the fruit 101 of the crop 100. Then, as the growth of the fruit 101 of the crop 100 proceeds and the mass of the fruit 101 increases, the resonance frequency f of the vibration of the crop 100 is shifted to the low frequency side.
  • ⁇ 1 and ⁇ 2 are the natural angular frequencies ⁇ in the above equation (5).
  • the transfer function B / X st of the vibration system of mass m 2 has an angular frequency ⁇ (frequency) of the natural angular frequency ⁇ 1 obtained by the above equation (5) and It becomes large near ⁇ 2 (resonance frequency f). Therefore, by obtaining the maximum value of the transfer function of each frequency of the vibration of the crop 100 (more precisely, the vibration of the vibration system of the mass m 2 of the two resonance systems), the resonance frequency f ( The natural angular frequency ⁇ ) can be calculated.
  • the resonance frequency f and the transfer function of the vibration of the crop 100 change in the surrounding environment of the crop (for example, blowing wind or rain on the fruits of the crop) ) And other terms corresponding to disturbances do not exist. This means that the resonance frequency f and the transfer function of the vibration of the crop 100 are not affected by disturbance to the fruit 101 of the crop 100.
  • the degree of growth of the fruit 101 of the crop 100 can be sensed.
  • the resonance frequency f of the vibration of the crop 100 varies according to the mass (growth degree) of the fruit 101 of the crop 100. Therefore, from the maximum value of the transfer function of each frequency of the vibration of the crop 100, the crop 100 By calculating the resonance frequency f of the vibration, the mass (growth degree) of the fruit 101 of the crop 100 can be sensed.
  • FIG. 7 shows an example in which the maximum value (that is, the resonance frequency f) of the transfer function of each frequency of the vibration of the crop 100 is changed by the growth (increase in mass) of the fruit 101 of the crop 100.
  • the graph shown in FIG. 7 is a frequency spectrum obtained from the vibration of the crop 100.
  • the frequency spectrum obtained from the vibration of the crop 100 includes a plurality of maximum values.
  • the frequency spectrum when the degree of growth of the fruit 101 indicated by the solid line in FIG. 7 is advanced (the fruit 101 is large) there are local maximum values around 340 Hz, 390 Hz, 430 Hz, and 570 Hz. ing.
  • the maximum value resulting from the fruit 101 of the crop 100 in the frequency spectrum can be acquired in advance such as the assumed mass of the fruit 101 of the crop 100, the type of the crop 100, the period after the planting of the crop 100, etc. Depending on the information, it can be predicted to some extent.
  • one maximum value among a plurality of maximum values included in the frequency spectrum is calculated as the resonance frequency f of the crop 100.
  • the resonance frequency f of the crop 100 As specified. Therefore, only the measurement of the fruit 101 of the crop 100 to be measured can be performed, and the maximum value (resonance frequency) caused by factors other than the mass of the fruit 101 of the crop 100 can be excluded from the measurement target. .
  • the maximum value resulting from the fruit 101 of the crop 100 is shifted to the low frequency side with the growth (increase in mass) of the fruit 101 of the crop 100.
  • the resonance frequency f the growth of the fruit 101 of the crop 100 can be sensed.
  • the frequency spectrum includes a plurality of maximum values corresponding to the masses of the plurality of fruits 101.
  • a plurality of maximum values corresponding to the masses of the plurality of fruits 101 as the resonance frequency f of the vibration of the crop 100, the degree of growth of the plurality of fruits 101 can be sensed simultaneously.
  • the sensor 20 is attached to the tip side of the stem 102 of the crop 100, senses the vibration of the crop 100 generated by the vibration applied to the crop 100 by the vibration device 10, and relates to the vibration of the crop 100.
  • the vibration information is configured to be transmitted to the computing device 30 via wired communication or wireless communication.
  • the sensor 20 communicates with an arithmetic device 30 via a wired communication or a wireless communication with a power source (not shown) (an internal power source such as a battery or a wired external connection) or a power generation unit similar to the vibration device 10. And a control unit (not shown) that performs the above control, and is sent from the computing device 30 at a predetermined cycle (for example, once a day, twice a day, once a month, etc.) or at an arbitrary timing. In accordance with the signal, it is driven at the same timing as the vibration device 10 using the power of the power source (internal power source or external power source) or the power of the power generation unit.
  • the sensor 20 senses the vibration of the crop 100 generated by the vibration from the vibration device 10 and transmits the vibration information related to the vibration of the crop 100 to the arithmetic device 30 via wired communication or wireless communication.
  • the vibration information transmitted from the sensor 20 to the computing device 30 includes data (such as raw vibration data) necessary for the computing device 30 to calculate the resonance frequency f of the crop 100 vibration.
  • the sensor 20 transmits sensor identification information such as a sensor ID for identifying itself to the arithmetic device 30 together with the vibration information.
  • the sensor 20 may transmit other arbitrary information useful for the computing device 30 to determine the degree of growth of the fruit 101 of the crop 100, together with the vibration information and the sensor identification information, to the computing device 30.
  • the data necessary for the computing device 30 to calculate the resonance frequency f of the vibration of the crop 100 is, for example, data relating to acceleration of vibration (motion) of the crop 100.
  • the arithmetic device 30 can obtain a frequency spectrum representing a transfer function (or energy) of each frequency of vibration of the crop 100 by performing a process such as Fourier transform on the obtained data.
  • One of the plurality of maximum values of the transfer function (or energy) of each frequency of vibration of the crop 100 included in the frequency spectrum can be specified as the resonance frequency f of the vibration of the crop 100.
  • the sensor 20 is not particularly limited as long as it can sense vibration of the crop 100 and transmit vibration information and sensor identification information related to the vibration of the crop 100 to the arithmetic device 30.
  • an acceleration sensor, a strain sensor, or the like is used as the sensor 20. Can be used.
  • the computing device 30 transmits a drive signal to the vibration device 10 and the sensor 20 at a predetermined cycle or at an arbitrary timing, drives the vibration device 10 and the sensor 20, and further vibrates the vibration of the crop 100 from the sensor 20.
  • one of the plurality of maximum values is specified as the resonance frequency f of the vibration of the crop 100, and further, based on the specified resonance frequency f, The growth degree of the fruit 101 of the crop 100 is determined.
  • the computing device 30 makes a determination about the degree of growth of the fruit 101 of the crop 100 through user communication 40_1, 40_2,... Of any number of users who use the sensing system 1 via wired communication or wireless communication.
  • 40_N (hereinafter collectively referred to as user device 40).
  • the user device 40 is an arbitrary information terminal such as a desktop computer, a laptop computer, a notebook computer, a workstation, a tablet computer, a mobile phone, a smartphone, or a PDA, and is an arithmetic device via wired communication or wireless communication. From 30, a judgment about the degree of growth of the fruit 101 of the crop 100 is received.
  • a user who uses the sensing system 1 uses the user device 40 to refer to the determination about the degree of growth of the fruit 101 of the crop 100 from the computing device 30, so that the fruit 101 of the crop 100 is to be harvested. It is possible to grasp information useful for agriculture, such as whether the fruit 101 of the crop 100 is grown or not, and when the fruit 101 of the crop 100 can be harvested.
  • the computing device 30 may be implemented as a single device or in any computing device such as a desktop computer, laptop computer, notebook computer, workstation, tablet computer, mobile phone, smartphone, PDA, wearable terminal, etc. May be implemented.
  • the computing device 30 is communicably connected to at least one processor 31 that executes control of the computing device 30, an I / O (input / output) interface 32, and the processor 31.
  • processor 31 that executes control of the computing device 30, an I / O (input / output) interface 32, and the processor 31.
  • Each component of the computing device 30 is connected to be able to communicate with each other via various buses such as a system bus.
  • the processor 31 includes one or more microprocessors, a microcomputer, a microcontroller, a digital signal processor (DSP), a central processing unit (CPU), a memory control unit (MCU), an image processing processing unit (GPU), a state An arithmetic unit that performs arithmetic processing such as signal manipulation based on computer-readable instructions such as a machine, a logic circuit, an application specific integrated circuit (ASIC), or a combination thereof.
  • the processor 31 is configured to fetch computer readable instructions (eg, data, programs, modules, etc.) stored in the memory 33 to perform signal manipulation and control.
  • the I / O interface 32 is a web interface, various software interfaces such as a graphical user interface (GUI), or a hardware interface.
  • GUI graphical user interface
  • the I / O interface 32 allows the computing device 30 to interact with the vibration device 10, the sensor 20, the user device 40, and any other external device, and allows the user to access the computing device 30.
  • the I / O interface 32 may allow the computing device 30 to communicate with an arbitrary external device such as a web server or a data server provided outside via a network such as the Internet.
  • the computation device 30 When the computing device 30 is wired to the vibration device 10, the sensor 20, the user device 40, and any external device, the computation device 30 includes the vibration device 10, the sensor 20, the user device 40, and any arbitrary device. Wired communication with external devices. When the arithmetic device 30 and the vibration device 10, the sensor 20, the user device 40, and any external device are not connected by wire, NFC (Near Field Radio Communication), Wi-Fi, Bluetooth (registered trademark), etc. The wireless communication technology is used to communicate with the vibration device 10, the sensor 20, the user device 40, and any external device.
  • the memory 33 is a volatile storage medium (for example, RAM, SRAM, DRAM), a nonvolatile storage medium (for example, ROM, EPROM, EEPROM, flash memory, hard disk, optical disk, CD-ROM, digital versatile disk (DVD), A removable or non-removable computer readable medium comprising a magnetic cassette, magnetic tape, magnetic disk), or a combination thereof.
  • RAM random access memory
  • SRAM serial RAM
  • DRAM dynamic random access memory
  • nonvolatile storage medium for example, ROM, EPROM, EEPROM, flash memory, hard disk, optical disk, CD-ROM, digital versatile disk (DVD), A removable or non-removable computer readable medium comprising a magnetic cassette, magnetic tape, magnetic disk), or a combination thereof.
  • the memory 33 stores a plurality of modules 34 that can be executed by the processor 31, and further executes data received, processed, and generated by one or more of the plurality of modules 34 and processing of the computing device 30.
  • a data repository 35 for storing other data necessary for the storage is included.
  • Module 34 is a computer readable instruction executable by processor 31 such as a routine, application, program, algorithm, library, object, component, data structure, or combination thereof.
  • the database 36 includes sensor identification information of each sensor 20, the crop 100 to which each sensor 20 is attached, the location of the stalk 102 to which each sensor 20 is attached, the sensor date and time related to each sensor 20, such as the installation date and time of each sensor 20. It is configured by accumulating data 361, growth determination information 362 that is a parameter necessary for determining the degree of growth of the fruit 101 of the crop 100, and vibration information transmitted from each sensor 20 to the computing device 30. And any non-volatile storage medium (eg, hard disk, server, flash memory) that stores the vibration information storage data 363.
  • non-volatile storage medium eg, hard disk, server, flash memory
  • the module 34 relates to a vibration module 10, a communication device 341 for performing communication between the vibration device 10, the sensor 20, the user device 40, and any external device and the computing device 30, and vibration of the crop 100 received from the sensor 20.
  • the resonance frequency specifying module 342 for specifying one of the plurality of maximum values as the resonance frequency f of the vibration of the crop 100 and the resonance frequency specifying module 342 are specified.
  • the growth degree determination module 343 for determining the degree of growth of the fruit 101 of the crop 100, and any number of other modules for supplementing the functions provided by the computing device 30 344.
  • the processor 31 can provide a desired function by executing various modules 34 stored in the memory.
  • the processor 31 can perform communication between the vibration device 10, the sensor 20, the user device 40, and any external device by using the communication module 341.
  • the communication module 341 is used for executing communication between the vibration device 10, the sensor 20, the user device 40, and any external device and the arithmetic device 30.
  • the computing device 30 transmits a drive signal to the vibration device 10 and the sensor 20 using the communication module 341 at a predetermined cycle or at an arbitrary timing. At this time, the computing device 30 may simultaneously drive all the sensors 20 and the vibration devices 10 corresponding thereto with reference to the sensor-related data 361 stored in the database 36, or any sensor 20 and Only the vibration device 10 corresponding thereto may be driven.
  • the vibration device 10 When the vibration device 10 receives the drive signal from the arithmetic device 30, the vibration device 10 is driven using its own power source or the power of the power generation unit, and vibrates the crop 100. At this time, the frequency of vibration of the vibration device 10 is appropriately set according to the type of the crop 100 (more specifically, the thickness and hardness of the stem 102 of the crop 100 and the size of the fruit 101). Is done. For example, when the crop 100 is a tomato, the vibration device 10 vibrates at about 400 to 800 Hz.
  • the sensor 20 senses the vibration of the crop 100, and vibration information regarding the vibration of the crop 100 is transmitted to the arithmetic device 30.
  • the computing device 30 uses the communication module 341 to receive vibration information regarding the vibration of the crop 100 from the sensor 20.
  • the vibration information received by the vibration device 10 includes sensor identification information (for example, sensor ID) for identifying the sensor 20 that has transmitted the vibration information, and arbitrary data useful for analyzing the growth of the fruit 101 of the crop 100. It is associated and stored as vibration information accumulation data 363.
  • the vibration information accumulation data 363 is so-called big data relating to the growth of the fruit 101 of the crop 100, and can be used in applications useful for farmers and extraction of useful information.
  • the resonance frequency specifying module 342 specifies one of the plurality of maximum values as the resonance frequency f of the vibration of the crop 100 in the frequency spectrum obtained from the vibration information regarding the vibration of the crop 100 received from the sensor 20. Used.
  • the method for identifying the resonance frequency f of the vibration of the agricultural product 100 from the vibration information is not particularly limited.
  • the resonance frequency specifying module 342 transmits each frequency of the vibration of the crop 100 by performing a Fourier transform on the acceleration information of the vibration of the crop 100. Obtain a frequency spectrum representing the function (or power).
  • the resonance frequency identification module 342 predicts the mass of the fruit 101 of the crop 100 and the shift amount of the maximum value based on information that can be acquired in advance such as the type of the crop 100 and the period after the planting of the crop 100 is performed. Based on the above, it is possible to specify one of the plurality of maximum values included in the frequency spectrum as the resonance frequency f of the vibration of the crop 100.
  • the growth degree determination module 343 is used to determine the degree of growth of the fruit 101 of the crop 100 based on the resonance frequency f of the vibration of the crop 100 specified using the resonance frequency specifying module 342. As described above, when the fruit 101 of the crop 100 grows and the mass of the fruit 101 increases, the resonance frequency f of the vibration of the crop 100 is shifted to the low frequency side. Therefore, the growth degree determination module 343 determines that the fruit 101 of the crop 100 has grown to a size to be harvested if the resonance frequency f of the vibration of the crop 100 is equal to or less than a predetermined threshold value.
  • the predetermined threshold value is defined in advance according to the type of the crop 100 (more specifically, the thickness and hardness of the stem 102 of the crop 100 and the size of the fruit 101), and the database 36 It is stored in advance as one of the growth judgment information 362.
  • the growth degree determination module 343 also determines the resonance frequency f of the vibration of the crop 100 specified from the vibration information obtained in the previous measurement and the vibration of the crop 100 specified from the vibration information obtained in the current measurement. By comparing with the resonance frequency f, it is determined whether or not an abnormality has occurred in the growth of the fruit 101 of the crop 100. Specifically, the growth degree determination module 343 determines the resonance frequency f of the vibration of the crop 100 identified from the vibration information obtained in the previous measurement and the crop 100 identified from the vibration information obtained in the current measurement. And the resonance frequency f of the crop 100 is determined to determine whether the resonance frequency f of the vibration of the crop 100 is equal to or higher than a predetermined value and is shifted to the low frequency side. Is detected.
  • the resonance frequency f of the vibration of the crop 100 is not less than a predetermined value and not shifted to the low frequency side, that is, the change ⁇ f of the resonance frequency f of the crop 100 is equal to or less than the predetermined value, or the vibration of the crop 100
  • the resonance frequency f is shifted to the high frequency side, it is determined that a problem has occurred in the growth of the fruit 101 of the crop 100.
  • the amount of change ⁇ f in the resonance frequency f of the vibration of the crop 100 is equal to or less than a predetermined value, it is determined that the growth of the fruit 101 of the crop 100 is not smooth.
  • the resonance frequency f of the vibration of the crop 100 is shifted to a high frequency side, the mass of the fruit 101 of the crop 100 is reduced due to the fruit 101 falling from the stem 102 or the fruit 101 being broken. Judged to have decreased.
  • the predetermined value is defined in advance according to the type of the crop 100 (more specifically, the thickness and hardness of the stem 102 of the crop 100 and the size of the fruit 101), and is stored in the database 36. It is stored in advance as one piece of growth judgment information 362.
  • the growth degree determination module 343 has a resonance frequency f of the vibration of the crop 100 that is greater than a predetermined threshold value and the fruit 101 is not grown to a size to be harvested, but has a predetermined resonance frequency f of the vibration of the crop 100. If it is determined that there is no problem in the growth of the fruit 101, the difference between the calculated resonance frequency f of the crop 100 and a predetermined threshold value is determined. And the harvest time of the fruit 101 is judged (predicted) based on the variation ⁇ f of the resonance frequency f of the vibration of the agricultural product 100.
  • a table or mathematical expression for judging the harvest time of the fruit 101 is determined in advance from the difference between the calculated resonance frequency f of the crop 100 and a predetermined threshold value or the change ⁇ f of the resonance frequency f of the crop 100. It is defined and stored as one of the growth judgment information 362 in the database 36, and the growth degree judgment module 343 judges the harvest time of the fruit 101 with reference to this table or mathematical expression.
  • Such determination by the growth degree determination module 343 is transmitted to the user device 40 using the communication module 341.
  • the user of the sensing system 1 can acquire information related to the growth of the fruits 101 of the crop 100 by referring to the judgment transmitted to the user device 40, and can be used for various purposes as described in the background art section. It can be used for.
  • the sensing system 1 of the present invention applies vibration to the crop 100 using the vibration device 10, senses the vibration of the crop 100 generated by the vibration by the sensor 20, and further, vibration information about the vibration of the crop 100.
  • one of the plurality of maximum values is specified as the resonance frequency f of the vibration of the crop 100, and the degree of growth of the fruit 101 of the crop 100 is sensed based on the specified resonance frequency. is doing.
  • the resonance frequency f (and transfer function) of the vibration of the crop 100 does not depend on disturbances such as changes in the surrounding environment of the crop 100 (for example, wind or rain blowing on the fruits of the crop). Therefore, by performing sensing of the growth degree of the fruit 101 of the crop 100 based on the resonance frequency f of the vibration of the crop 100, rather than directly measuring the mass of the fruit 101 of the crop 100 that is easily affected by disturbance. The degree of growth of the fruit 101 of the crop 100 can be sensed more accurately.
  • the frequency spectrum obtained from the vibration information about the vibration of the crop 100 attracts the crop 100 in addition to the maximum value (resonance frequency f) caused by the mass of the fruit 101 of the crop 100.
  • it may include a plurality of maximum values due to factors other than the mass of the fruit 101 of the crop 100, such as the mass of the wire 110, the mass of the vibration device 10 or the sensor 20 attached to the stem 102 of the crop 100.
  • one maximum value among the plurality of maximum values included in the frequency spectrum obtained from the vibration information about the vibration of the crop 100 is specified as the resonance frequency of the vibration of the crop 100. Therefore, only the measurement of the fruit 101 of the crop 100 to be measured can be performed, and the maximum value (resonance frequency) caused by factors other than the mass of the fruit 101 of the crop 100 can be excluded from the measurement target. .
  • the frequency spectrum includes a plurality of maximum values corresponding to the masses of the plurality of fruits 101.
  • a plurality of maximum values corresponding to the masses of the plurality of fruits 101 as the resonance frequency f of the vibration of the crop 100, the degree of growth of the plurality of fruits 101 can be sensed simultaneously.
  • the vibration device 10 and the sensor 20 used in the sensing system 1 of the present invention are attached to the stem 102 of the crop 100 and do not contact the fruit 101 of the crop 100. Therefore, the degree of growth of the fruit 101 of the crop 100 can be sensed without bringing the device into contact with the fruit 101 of the crop 100, and there is no fear that the fruit 101 of the crop 100 is damaged and the commercial value is not lowered.
  • the sensing system 1 of the present invention once the vibration device 10 and the sensor 20 are attached to the stem 102 of the crop 100, it is not necessary to remove them thereafter.
  • the measurement of the degree of growth of the fruit 101 of the crop 100 can be automatically executed at a predetermined cycle, or at an arbitrary timing by a command from the arithmetic device 30 that controls the vibration device 10 and the sensor 20. You can also.
  • the vibration device 10 and the sensor 20 are attached to the crop stalk, the labor of the farmer for sensing the degree of growth of the fruit 101 of the crop 100 is very small. Therefore, according to the sensing system 1 of the present invention, it is possible to minimize the labor of an agricultural worker for sensing the degree of growth of the fruit 101 of the crop 100.
  • the information on the degree of growth of the fruit 101 of the crop 100 obtained by the sensing system 1 of the present invention and stored in the database 36 can be used for various purposes as described in the background art section. Useful for farmer activities.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram showing an embodiment of the sensing system according to the second embodiment of the present invention.
  • the sensing system of the second embodiment will be described with a focus on differences from the sensing system of the first embodiment, and description of similar matters will be omitted.
  • the sensing system 1 according to the second embodiment is the same as the sensing system 1 according to the first embodiment except that the computing device 30, the vibration device 10, the sensor 20, and the user device 40 can communicate via the network 50. It is the same.
  • the network 50 is an extensive network such as an intranet, a local area network (LAN), a wide area network (WAN), the Internet, or a combination thereof.
  • the network 50 may be a dedicated network or a shared network.
  • the shared network is a connection between various types of networks, and communicates with each other using various protocols (for example, HTTP, TCP / IP, WAP).
  • the network 50 may include various network devices including routers, bridges, servers, computing devices, storage devices, and the like.
  • communication between the arithmetic device 30, the vibration device 10 and the sensor 20 and communication between the arithmetic device 30 and the user device 40 are executed via the network 50. Therefore, in this embodiment, it is not necessary to arrange the computing device 30, the vibration device 10, the sensor 20, and the user device 40 close to each other.
  • the sensing system 1 of the present embodiment can be used for large-scale agriculture in which the crop 100 is cultivated in a vast area.
  • the sensing system 1 of the present embodiment the degree of growth of the fruits 101 of the crops 100 cultivated in a vast area can be grasped in an integrated manner, and the increase in scale and efficiency of agriculture can be promoted. it can.
  • the plurality of crops 100 to which the vibration device 10 and the sensor 20 are attached may be cultivated in different greenhouses.
  • the sensing system 1 of this embodiment in such a manner, for example, the growth environment of the crop 100 in each greenhouse is made different, and what kind of environment is most effective for the growth of the fruit 101 of the crop 100. Data for investigating the target can be easily collected.
  • the arithmetic device 30 is implemented as a single device as shown in FIG. 2, but the present invention is not limited to this.
  • the computing device 30 may be implemented in each user device 40.
  • each of the memory 33 and the database 36 are provided in the arithmetic device 30 in which the processor 31 is mounted, but the present invention is not limited to this.
  • each of the memory 33 and the database 36 may be a remote storage device provided outside the arithmetic device 30 so as to be communicable with the processor 31.
  • the present invention is a computer readable medium (ie, memory 33) storing computer readable instructions (ie, module 34).
  • the computer readable instructions include computer readable instructions (that is, a communication module 341, a resonance frequency specifying module 342, a growth degree determining module 343, and other modules 344) for realizing a specific task or function.
  • FIG. 10 is a flowchart for explaining the sensing method of the present invention.
  • FIG. 11 is a flowchart for explaining in more detail the process for determining the degree of growth of the crop shown in FIG.
  • the sensing method of the present invention can be executed using the sensing system 1 of the present invention described above and any system having functions equivalent to those of the sensing system 1 of the present invention.
  • the sensing system 1 is used. Will be described as being executed.
  • the sensing method S100 of the present invention is started when a driving signal is transmitted from the arithmetic device 30 to the vibration device 10 and the sensor 20 at a predetermined interval or at an arbitrary timing.
  • the computing device 30 refers to the sensor-related data 361 in the database 36, and determines any sensor 20 to be driven and the vibration device 10 corresponding thereto.
  • the arithmetic device 30 transmits a drive signal to the sensor 20 to be driven and the vibration device 10 corresponding thereto using the communication module 341 to drive the vibration device 10 and apply vibration to the crop 100.
  • the sensor 20 is driven to sense the vibration of the crop 100 generated by the vibration applied to the crop 100 from the vibration device 10.
  • step S120 the vibration device 10 that has received the drive signal from the arithmetic device 30 is driven to vibrate the crop 100 to which the vibration device 10 is attached.
  • step S ⁇ b> 130 the sensor 20 senses the vibration of the crop 100 generated by the vibration applied from the vibration device 10.
  • step S ⁇ b> 140 the sensor 20 transmits vibration information regarding the vibration of the crop 100 to the arithmetic device 30 together with sensor identification information for identifying the sensor 20 and other arbitrary information.
  • step S150 the computing device 30 specifies one maximum value among the plurality of maximum values as the resonance frequency f of the vibration of the crop 100 in the frequency spectrum obtained from the vibration information received from the sensor 20, and further specifies Based on the resonance frequency f, the degree of growth of the fruit 101 of the crop 100 is determined.
  • the computing device 30 adds the vibration information received from the sensor 20 to the vibration information accumulation data 363 in the database 36 in association with sensor identification information for identifying the sensor 20 and other arbitrary information. .
  • FIG. 11 shows a detailed flowchart of step S150.
  • the computing device 30 uses the resonance frequency specifying module 342 to calculate one of the plurality of maximum values as a vibration frequency of the crop 100 in the frequency spectrum obtained from the vibration information regarding the vibration of the received crop 100. It is specified as the resonance frequency f.
  • the computing device 30 uses the growth degree determination module 343 to determine the resonance frequency f of the vibration of the crop 100 specified in step S151 and a predetermined threshold value included in the growth determination information 362 in the database 36. Compare with When the resonance frequency f of the vibration of the crop 100 is equal to or lower than the predetermined threshold value, the process of step S150 proceeds to step S153.
  • the computing device 30 determines that the fruit 101 of the crop 100 has grown to a size to be harvested, and the process of step S150 ends.
  • step S152 determines whether or not the resonance frequency f of the vibration of the crop 100 is greater than the predetermined threshold.
  • the process of step S150 proceeds to step S154.
  • step S154 the computing device 30 uses the resonance frequency specifying module 342 to obtain the frequency obtained from the vibration information of the vibration of the crop 100 obtained in the previous measurement stored as the vibration information accumulation data 363 in the database 36. In the spectrum, one of the plurality of maximum values is specified as the resonance frequency f of the vibration of the crop 100 of the previous measurement.
  • the computing device 30 uses the growth degree determination module 343 to determine the resonance frequency f of the vibration of the crop 100 of the previous measurement and the resonance frequency of the vibration of the crop 100 specified from the vibration information obtained by the current measurement. Compare with f.
  • it is determined whether or not the resonance frequency f of the vibration of the crop 100 is shifted to the low frequency side by a predetermined value or more included in the growth determination information 362 in the database 36.
  • step S150 proceeds to step S155.
  • step S155 the computing device 30 determines that the fruit 101 of the crop 100 has not grown to a size to be harvested, but has no problem with growth. Thereafter, in step S156, the computing device 30 uses the growth degree determination module 343 to calculate the resonance frequency f of the vibration of the farm product 100 stored as the growth determination information 362 in the database 36 and a predetermined threshold value.
  • the harvest time of the fruit 101 is determined by referring to a table or a mathematical expression for determining the harvest time of the fruit 101 from the difference between the difference in frequency and the change ⁇ f of the resonance frequency f of the vibration of the crop 100, and the process of step S150 is performed. finish.
  • step S154 when it is determined that the resonance frequency f of the vibration of the crop 100 is not less than a predetermined value and has not shifted to the low frequency side, the process of step S150 proceeds to step S157.
  • step S157 the arithmetic device 30 determines that a problem has occurred in the growth of the fruit 101 of the crop 100, and the process of step S150 ends.
  • step S160 the computing device 30 transmits the determination in step S150 to the user device 40 using the communication module 341, and the sensing method S100 ends.
  • the user can grasp the degree of growth of the fruit 101 of the crop 100 by referring to the determination transmitted from the arithmetic device 30 to the user device 40.
  • the sensing system 1, the sensing method S100, and the non-transitory computer-readable medium according to the present invention have been described based on the illustrated embodiment, but the present invention is not limited thereto.
  • Each component of the present invention can be replaced with any component that can exhibit the same function, or any component of the present invention can be added to each component of the present invention.
  • each component of the sensing system 1 may be realized by hardware, may be realized by software, or may be realized by a combination thereof.
  • the module 34 is described as being implemented as software by computer-readable instructions stored in the memory 33. However, the function of each module 34 may be implemented as hardware. Is within the scope of the present invention. Further, the module 34 may be implemented as a software module executed in a cloud-based computing environment on an arbitrary network.
  • the number and types of steps of the sensing method S100 shown in FIGS. 10 and 11 are merely examples for explanation, and the present invention is not necessarily limited thereto. It is within the scope of the present invention that any step can be added or combined for any purpose or any step can be deleted without departing from the principle and intention of the present invention.
  • a vibration is applied to a crop using a vibration device, and in a frequency spectrum obtained from vibration information about the vibration of the crop generated by the vibration, one maximum value among a plurality of maximum values is obtained. It is specified as the resonance frequency of the vibration, and the degree of growth of the fruits of the crop is sensed based on the specified resonance frequency.
  • the vibrated crop can be regarded as a resonant system determined by the spring constant of the crop stalk and the mass of the crop, the vibrating device, and the sensor.
  • the resonant frequency of such a resonant system is not affected by disturbances such as changes in the surrounding environment of the crop (for example, wind or rain blowing on the fruits of the crop). Therefore, by sensing the degree of crop fruit growth based on the resonant frequency of the crop vibration, it is more accurate than the method of directly measuring the mass of crop fruit susceptible to disturbances. The degree of fruit growth can be sensed.
  • the frequency spectrum obtained from the vibration information about the vibration of the crop is not only the maximum value (resonance frequency) caused by the mass of the fruit of the crop, but also the mass of the wire for attracting the crop, It may contain multiple maxima due to factors other than the mass of the crop fruit, such as the mass of a vibration device or sensor attached to the crop stalk.
  • one maximum value among the plurality of maximum values included in the frequency spectrum obtained from the vibration information about the vibration of the crop is specified as the resonance frequency of the vibration of the crop. Therefore, only the measurement of the fruits of the crops to be measured can be performed, and the maximum value (resonance frequency) caused by factors other than the mass of the fruits of the crops can be excluded from the measurement targets. Therefore, the present invention has industrial applicability.

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Abstract

センシングシステム１は、農作物１００の茎１０２に取り付けられ、農作物１００に振動を加えるための振動デバイス１０と、農作物１００の茎１０２に取り付けられ、振動デバイス１０から農作物１００に加えられた振動によって発生した農作物１００の振動をセンシングし、農作物１００の振動に関する振動情報を送信するための少なくとも１つのセンサー２０と、少なくとも１つのセンサー２０から受信した振動情報から得られる周波数スペクトルにおいて、複数の極大値のうち一の極大値を農作物１００の振動の共振周波数として特定し、さらに、特定した共振周波数に基づいて、農作物１００の果実１０１の生育度合いを判断する演算デバイス３０とを含む。

Description

センシングシステム、センシング方法、および非一時的コンピューター可読媒体
　本発明は、一般に、農作物の果実の生育度合いをセンシングするためのセンシングシステム、センシング方法、および非一時的コンピューター可読媒体に関し、より具体的には、農作物に振動を加え、該振動によって発生した農作物の振動についての振動情報から得られる周波数スペクトルにおいて、複数の極大値のうち一の極大値を農作物の振動の共振周波数として特定し、さらに、特定した共振周波数に基づいて、農作物の果実の生育度合いをセンシングするためのセンシングシステム、センシング方法、および非一時的コンピューター可読媒体に関する。
　近年、国際的な自由貿易政策の推進による農業の国際的な競争の激化、農作物の価格低迷、生産資材価格の上昇等の要因により、農業の効率化および高付加価値化の必要性が増している。農業の効率化および高付加価値化のためには、農業事業者が農作物をどの時期に、どの程度収穫および出荷できるといったスケジュールを正確に予測することが非常に重要である。
　このようなスケジュールは、農業従事者が事業計画を立てる際に必須な情報であり、この情報の精度が低いと曖昧な事業計画しか立てることができない。農業従事者の悩みのうちの特に大きなものの１つとしては、このような曖昧な事情計画しか立てることができないため、銀行等の金融機関に事業資金の融資を申し込んでも、金融機関の融資審査を通過することが困難であり、銀行等の金融機関から資金の融資を受けることが事実上不可能となっている点である。このような状況は、大規模投資を行い農業の効率化および高付加価値化を望む意欲ある農業従事者の妨げとなっている。このような農業従事者の融資ニーズに対し、日本では日本農業協同組合（ＪＡ）が対応を行っているが、日本農業協同組合だけではなく、より多くの金融機関から融資を受けたいという農業従事者のニーズが存在している。このような理由により、正確な事業計画の策定のため、農作物の生育度合いを正確にセンシングし、農作物の収穫および出荷についての精度の高いスケジュールを得たいという非常に大きなニーズが存在している。
　また、近年、農業従事者が、スーパーや八百屋等の小売店やレストランや居酒屋等の飲食店と直接契約を結び、農作物を直接販売することが広く行われている。このような農業従事者と小売店や飲食店との間の直接契約を結ぶことにより、日本農業協同組合等の中間業者を介して小売店や飲食店に農作物を販売する場合と比較して、農作物の安心性や味をユーザーに対して保証することができることから、比較的高い値段で農作物を販売することができる。しかしながら、現状では、上述のように、農作物がどの時期に、どの程度収穫および出荷できるといったスケジュールを正確に予測することができないことから、農業従事者が小売店や飲食店と直接契約を行うときに、納期までに納められる農作物の数を少なめに申告することが多い。これは、天候不順等の要因により、納品できる農作物の数が契約した数に満たなかった場合に、契約違反となってしまうことを防止するためである。しかしながら、このように農作物の数を少なめに申告する場合、農作物が多く収穫できた場合に、契約した数を超えた分の農作物が廃棄品となってしまうという問題が発生する。このような問題を回避するためにも、農作物の生育度合いを正確にセンシングし、農作物の収穫および出荷についての精度の高いスケジュールを得たいという非常に大きなニーズが存在している。
　さらに、中国やアメリカでは、農業従事者が、農業組合や小売店を通さず、最終消費者であるユーザーと直接契約を結び、高付加価値の農作物をユーザーに販売することが広く行われている。これは、中国では、食品の安全性を確認したいという切実なニーズに基づくものであり、アメリカでは、富裕層向けの高付加価値の農作物（例えば、有機野菜）に対するニーズに基づく販売方式である。このようなユーザーに直接農作物を販売する際には、ユーザーに対して、農作物の生育度合いに関する情報を、インターネット等を介してリアルタイムで提供するようにし、ユーザーの満足度を高めたいというニーズが存在している。ユーザーの満足度を高めることにより、より高い値段で農作物を販売することができる。このような理由によっても、農作物の生育度合いを正確にセンシングしたいという非常に大きなニーズが存在している。
　また、一般的に、農業組合等の中間業者を介して、トマトやナス等の果菜類やイチゴ等の果実的野菜を小売店に販売する場合、果実を収穫してから、最終消費者であるユーザーが購入するまでの時間が比較的長い。そのため、農業従事者は、小売店に農作物が並ぶ際に最も農作物の果実が美味しそうに見えるように（例えば、トマトであれば、果実が最も赤くなるように）、農作物の果実が完熟する前の状態（例えば、トマトであれば、果実が青い状態）で収穫を行い、出荷する。一方、上述のようにユーザーに直接農作物を販売する場合には、農作物を収穫してから、最終消費者であるユーザーに届くまでの時間が短いため、農作物を成熟させるための時間を長く確保することができる。このような場合、どの果実が完熟したのか、どの果実がいつ頃完熟するのかという情報を把握することが重要である。このような情報を把握するためにも、農作物の生育度合いを正確にセンシングしたいという非常に大きなニーズが存在している。
　農作物に関連するセンシングシステムとしては、例えば、特許文献１が開示しているような農作物の生育環境（ビニールハウス内の温度、湿度等）をセンシングするシステムが知られている。しかしながら、このようなセンシングシステムは、農作物の生育環境をセンシングおよび制御するためのものであって、農作物の生育度合いをセンシングするものではなく、上述のような非常に大きなニーズに合致するものではなかった。
　トマトやナス等の果菜類やイチゴ等の果実的野菜に関し、農作物の果実の生育度合いを定量的に判断するためには、農作物の果実を手に取り、農作物の果実の重さ（質量）を測定することが一般的に考えられる。しかしながら、農作物の果実の重さを測定する際に、秤等の測定器を農作物の果実に接触させる必要があり、農作物の果実が傷ついてしまう恐れがある。また、農作物の果実の重さの測定は、果実に対する風や雨の吹き付け等の外乱による影響を受けやすく、正確に農作物の果実の生育度合いを判断できないことが多い。また、このような作業は、農業従事者が１つ１つ手作業で行うので、農業従事者にとって多大な負担となる。
特開２０１７－１３６０４１号公報
　本発明は、上記従来の問題点を鑑みたものであり、その目的は、農作物に対して振動を加え、該振動により発生した農作物の振動についての振動情報から得られる周波数スペクトルにおいて、複数の極大値のうち一の極大値を農作物の振動の共振周波数として特定し、さらに、特定した共振周波数に基づいて、農作物の果実の生育度合いをセンシング可能なセンシングシステム、センシング方法、および非一時的コンピューター可読媒体を提供することにある。
　このような目的は、以下の（１）～（９）の本発明により達成される。
　（１）農作物の果実の生育度合いをセンシングするためのセンシングシステムであって、
　前記農作物の茎に取り付けられ、前記農作物に振動を加えるための少なくとも１つの振動デバイスと、
　前記農作物の前記茎に取り付けられ、前記振動デバイスから前記農作物に加えられた前記振動によって発生した前記農作物の振動をセンシングし、前記農作物の前記振動に関する振動情報を送信するための少なくとも１つのセンサーと、
　前記少なくとも１つのセンサーから受信した前記振動情報から得られる周波数スペクトルにおいて、複数の極大値のうち一の極大値を前記農作物の前記振動の共振周波数として特定し、さらに、特定した前記共振周波数に基づいて、前記農作物の前記果実の前記生育度合いを判断する演算デバイスと、を含むことを特徴とするセンシングシステム。
　（２）前記農作物の前記果実の生育に関する前記判断は、前記農作物の前記果実の収穫時期についての判断を含む上記（１）に記載のセンシングシステム。
　（３）前記演算デバイスは、特定した前記共振周波数が所定のしきい値以下となった場合に、前記農作物の前記果実が収穫すべき大きさにまで育ったと判断する上記（１）または（２）に記載のセンシングシステム。
　（４）前記センシングシステムは、前記振動デバイス、前記センサー、および前記演算デバイスを用いて、所定の周期で前記農作物の前記振動の前記共振周波数を特定し、
　前記演算デバイスは、前回の測定で得られた前記振動情報から特定された前記農作物の前記振動の前記共振周波数と、今回の測定で得られた前記振動情報から特定された前記農作物の前記振動の前記共振周波数とを比較し、前記農作物の前記振動の前記共振周波数が所定の値以上で低周波側にシフトしていない場合には、前記農作物の前記果実の生育に問題が発生したと判断する上記（１）ないし（３）のいずれかに記載のセンシングシステム。
　（５）前記演算デバイスは、前記農作物の前記果実の生育に関する前記判断をユーザーデバイスに送信する上記（１）ないし（４）のいずれかに記載のセンシングシステム。
　（６）前記農作物の前記果実は、前記農作物の前記茎の前記少なくとも１つのセンサーが取り付けられている箇所と、前記少なくとも１つの振動デバイスとが取り付けられている箇所との間に位置する箇所において結実している上記（１）ないし（５）のいずれかに記載のセンシングシステム。
　（７）前記農作物は、誘引方式で栽培される果菜類または果実的野菜である上記（１）ないし（６）のいずれかに記載のセンシングシステム。
　（８）農作物の果実の生育度合いをセンシングするために、プロセッサーを備えた演算デバイスを含むセンシングシステムによって実行されるセンシング方法であって、
　前記プロセッサーを用いて、前記農作物の茎に取り付けられた少なくとも１つの振動デバイスおよび少なくとも１つのセンサーに駆動信号を送信し、前記少なくとも１つの振動デバイスを駆動させ、前記農作物に対して振動を加えるとともに、前記少なくとも１つのセンサーを駆動させ、前記少なくとも１つの振動デバイスから前記農作物に加えられた振動によって発生した前記農作物の振動をセンシングする工程と、
　前記プロセッサーを用いて、前記少なくとも１つのセンサーから、前記農作物の前記振動に関する振動情報を受信する工程と、
　前記プロセッサーを用いて、前記少なくとも１つのセンサーから受信した前記振動情報から得られる周波数スペクトルにおいて、複数の極大値のうち一の極大値を前記農作物の前記振動の共振周波数として特定する工程と、
　前記プロセッサーを用いて、特定した前記共振周波数に基づいて、前記農作物の前記果実の前記生育度合いを判断する工程と、を含むことを特徴とするセンシング方法。
　（９）農作物の果実の生育度合いをセンシングするために、プロセッサーを備えた演算デバイスによって実行されるコンピューター可読命令を保存している非一時的コンピューター可読媒体であって、前記コンピューター可読命令は、
　前記農作物の茎に取り付けられた少なくとも１つの振動デバイスおよび少なくとも１つのセンサーに駆動信号を送信し、前記少なくとも１つの振動デバイスを駆動させ、前記農作物に対して振動を加えるとともに、前記少なくとも１つのセンサーを駆動させ、前記少なくとも１つの振動デバイスから前記農作物に加えられた振動によって発生した前記農作物の振動をセンシングするための命令と、
　前記少なくとも１つのセンサーから、前記農作物の前記振動に関する振動情報を受信するための命令と、
　前記少なくとも１つのセンサーから受信した前記振動情報から得られる周波数スペクトルにおいて、複数の極大値のうち一の極大値を前記農作物の前記振動の共振周波数として特定するための命令と、
　特定した前記共振周波数に基づいて、前記農作物の前記果実の前記生育度合いを判断するための命令と、を含むことを特徴とする非一時的コンピューター可読媒体。
　本発明は、振動デバイスを用いて農作物に振動を加え、該振動により発生した農作物の振動についての振動情報から得られる周波数スペクトルにおいて、複数の極大値のうち一の極大値を農作物の振動の共振周波数として特定し、さらに、特定した共振周波数に基づいて、農作物の果実の生育度合いをセンシングしている。農作物を振動させた場合、振動する農作物は、農作物の茎のバネ定数と、農作物、振動デバイス、およびセンサーの質量によって定まる共振系と見なすことができる。そのような共振系の共振周波数は、農作物の周辺環境の変化（例えば、農作物の果実に対する風や雨の吹き付け）等の外乱の影響を受けない。そのため、農作物の振動の共振周波数に基づいて、農作物の果実の生育度合いのセンシングを実行することにより、外乱の影響を受けやすい農作物の果実の質量を直接測定する手法よりも、より正確に農作物の果実の生育度合いをセンシングすることができる。
　また、農作物を振動させた場合、農作物の振動についての振動情報から得られる周波数スペクトルは、農作物の果実の質量に起因する極大値（共振周波数）に加え、農作物を誘引するためのワイヤーの質量や、農作物の茎に取り付けられた振動デバイスやセンサーの質量等の農作物の果実の質量以外の要因に起因する複数の極大値を含むことがある。本発明においては、農作物の振動についての振動情報から得られる周波数スペクトルに含まれる複数の極大値のうち一の極大値が、農作物の振動の共振周波数として特定される。そのため、測定対象とする農作物の果実の測定のみを実行することができ、農作物の果実の質量以外の要因に起因する極大値（共振周波数）を測定の対象から排除することができる。
　さらに、農作物に結実している果実が複数ある場合、各果実の生育度合いによって、各果実の質量に起因する共振周波数の値は互いに異なったものとなる。この場合、農作物の振動についての振動情報から得られる周波数スペクトルに含まれる複数の極大値のうち、複数の果実のそれぞれに対応する複数の極大値を農作物の振動の共振周波数として特定することにより、同時に複数の果実の生育度合いをセンシングすることができる。
　また、農作物の果実の質量を直接測定する場合には、農作物の果実に秤等の測定器を接触させる必要があるが、この場合、農作物の果実が傷つけられ、商品価値が低下してしまう可能性がある。一方、本発明において用いられる振動デバイスおよびセンサーは、農作物の茎に取り付けられ、農作物の果実に接触しない。そのため、農作物の果実に機器を接触させなくとも、農作物の果実の生育度合いをセンシングすることができ、農作物の果実が傷つき、商品価値が低下する恐れがない。
　また、農作物の果実の質量を直接測定する場合には、測定の度に、農業従事者が農作物の果実を１つ１つ手に取り、果実の質量を測定する必要がある。このような作業は、果実の数が多い場合、非常に多くの労力を要するため、農業従事者の多大な負担となる。一方、本発明では、振動デバイスとセンサーを一度農作物の茎に取り付けてしまえば、その後、振動デバイスとセンサーを取り外しする必要はない。農作物の生育度合いの測定は、所定の周期で自動的に実行することもできるし、振動デバイスとセンサーとを制御する演算デバイスからの命令によって、任意のタイミングで実行することもできる。そのため、振動デバイスとセンサーを一度農作物の茎に取り付けてしまえば、その後、農作物の果実の生育度合いをセンシングするための農業従事者の労力は非常に少ないものとなる。そのため、本発明によれば、農作物の果実の生育度合いをセンシングするための農業従事者の労力を最小限に抑えることができる。
　また、本発明によって得られた農作物の果実の生育度合いに関する情報は、背景技術の欄において述べたような様々な用途に利用することができ、農業従事者の活動に有用である。
図１は、本発明のセンシングシステムが用いられる誘引方式により栽培される農作物を示す概念図である。 図２は、本発明の第１実施形態に係るセンシングシステムの実施様態を示す概念図である。 図３は、図２に示す振動デバイスの斜視図である。 図４は、図２に示す振動デバイスの分解斜視図である。 図５は、図２に示す振動デバイスの断面図である。 図６は、振動する農作物の物理モデルを説明するための図である。 図７は、農作物の果実の質量増加による農作物の振動の共振周波数の変化を説明するための図である。 図８は、図２に示す演算デバイスのブロック図である。 図９は、本発明の第２実施形態に係るセンシングシステムの実施様態を示す概念図である。 図１０は、本発明のセンシング方法を説明するためのフローチャートである。 図１１は、図１０に示す農作物の生育度合いを判断するための工程をより詳細に説明するためのフローチャートである。
　以下、本発明のセンシングシステム、センシング方法、および非一時的コンピューター可読媒体を、添付図面に示す好適な実施形態に基づいて、説明する。
　＜第１実施形態＞
　図１は、本発明のセンシングシステムが用いられる誘引方式により栽培される農作物を示す概念図である。図２は、本発明の第１実施形態に係るセンシングシステムの実施様態を示す概念図である。図３は、図２に示す振動デバイスの斜視図である。図４は、図２に示す振動デバイスの分解斜視図である。図５は、図２に示す振動デバイスの断面図である。図６は、振動する農作物の物理モデルを説明するための図である。図７は、農作物の果実の質量増加による農作物の振動の共振周波数の変化を説明するための図である。図８は、図２に示す演算デバイスのブロック図である。
　本発明のセンシングシステム１は、図１に示すような誘引方式で栽培される農作物１００の果実１０１の生育度合いをセンシングするために用いられる。このような誘引方式で栽培される農作物１００は、例えば、トマト、ナス、キュウリ、ピーマンのような果菜類やイチゴのような果実的野菜である。
　誘引方式で栽培される農作物１００の上方には、ワイヤー１１０が水平方向に張られており、農作物１００の茎１０２の先端側がワイヤーや縦ヒモ等の吊り下げ具１２０によって、ワイヤー１１０に吊り下げられている。果実１０１は、ワイヤー１１０に吊り下げられた茎１０２の途中に実っており、果実１０１は、茎１０２から吊り下がった状態で栽培される。
　図２には、本発明のセンシングシステム１の実施様態が概略的に示されている。センシングシステム１は、農作物１００の茎１０２に取り付けられ、農作物１００に振動を加えるための少なくとも１つの振動デバイス１０と、農作物１００の茎１０２に取り付けられ、振動デバイス１０から農作物１００に加えられた振動によって発生した農作物１００の振動をセンシングし、農作物１００の振動に関する振動情報を送信するための少なくとも１つのセンサー２０と、少なくとも１つのセンサー２０から受信した振動情報から得られる周波数スペクトルにおいて、複数の極大値のうち一の極大値を農作物１００の振動の共振周波数として特定し、さらに、特定した共振周波数に基づいて、農作物１００の果実１０１の生育度合いを判断する演算デバイス３０と、を含む。
　振動デバイス１０は、農作物１００の茎１０２の根本側に取り付けられている。一方、センサー２０は、農作物の茎１０２の先端側に取り付けられている。農作物１００の果実１０１は、農作物１００の茎１０２のセンサー２０が取り付けられている箇所と、振動デバイス１０とが取り付けられている箇所との間に位置する箇所において、吊り下がるようにして結実している。
　振動デバイス１０やセンサー２０を農作物１００の茎１０２に取り付ける方法は特に限定されず、例えば、クリップ、クランプ、専用ジグ等の任意の機械的手段によって、振動デバイス１０やセンサー２０を農作物１００の茎１０２に取り付けることができる。
　農作物１００の茎１０２に取り付けられたセンサー２０は、農作物１００の茎１０２の振動デバイス１０が取り付けられた箇所と、センサー２０が取り付けられた箇所の間の箇所において結実している果実１０１の生育度合いをセンシングするために用いられる。
　センサー２０の数は１つに限定されず、生育度合いを測定したい果実１０１（または、果実１０１の房）の数に応じた数のセンサー２０を茎１０２に取り付けることができる。例えば、茎１０２の複数の箇所から複数の果実１０１（または、果実１０１の房）が結実している場合には、生育度合いを測定したい果実１０１（または、果実１０１の房）の数に応じた数のセンサー２０を、生育度合いを測定したい果実１０１（または、果実１０１の房）が結実している箇所に対応した箇所で、農作物１００の茎１０２に取り付けることができる。
　また、振動デバイス１０の数は１つに限定されない。振動デバイス１０が、果実１０１よりも茎１０２の根本側に取り付けられており、センサー２０が、果実１０１よりも茎１０２の先端側に取り付けられているという位置関係を満たせば、任意の数の振動デバイス１０を、茎１０２の任意の箇所に取り付けることができる。
　また、振動デバイス１０とセンサー２０とは、農作物１００の種類（より具体的には、農作物１００の茎１０２の太さおよび硬さ、並びに、果実１０１の大きさ）にもよるが、少なくとも１０～２０ｃｍ程度離間するよう配置されていることが好ましい。振動デバイス１０とセンサー２０との離間距離がこれよりも小さいと、センサー２０がセンシングする振動の主たる成分が、農作物１００の振動ではなく、振動デバイス１０の振動となってしまい、農作物１００の振動を精度良くセンシングすることができない。
　また、振動デバイス１０とセンサー２０との離間距離は、農作物１００の種類（より具体的には、農作物１００の茎１０２の太さおよび硬さ、並びに、果実１０１の大きさ）にもよるが、２ｍ以内であることが好ましい。振動デバイス１０とセンサー２０との離間距離がこれ以上となると、センサー２０がセンシングする農作物１００の振動が小さくなりすぎてしまい、農作物１００の振動を精度良くセンシングすることができない。
　さらに、図２に示すように、上述の位置関係を満たす振動デバイス１０とセンサー２０とのセットが、複数の農作物１００に取り付けられていてもよい。演算デバイス３０は、複数の農作物１００のそれぞれに取り付けられたセンサー２０から、各農作物１００の振動に関する振動情報を受信し、多くの農作物１００の果実１０１の生育度合いを一元的に分析および判断することができる。
　振動デバイス１０は、図示しない電源（バッテリー等の内部電源または有線接続された外部電源）と、演算デバイス３０からの信号を有線通信または無線通信によって受信し、振動デバイス１０の制御を行う制御ユニット（図示せず）とを有しており、所定の周期（例えば、毎日１回、毎日２回、毎月１回等）または任意のタイミングで演算デバイス３０から送られてくる信号に応じて、電源（内部電源または外部電源）の電力を用いて駆動し、農作物１００に振動を加えるよう構成されている。なお、振動デバイス１０は、振動や太陽光等の外部エネルギーを用いて発電を実行する発電ユニットを有しており、発電ユニットによって発電された電力を用いて駆動してもよい。この場合、振動デバイス１０は、内部電源または外部電源を有していなくてもよい。
　図３～図５に示すように、振動デバイス１０は、小型（例えば、高さ３０ｍｍ×縦幅３０ｍｍ×横幅３０ｍｍ）のＶＣＭ（Ｖｏｉｃｅ　Ｃｏｉｌ　Ｍｏｔｏｒ）型の振動デバイスであり、一共振系を構成する。
　振動デバイス１０は、クリップ、クランプ、専用ジグ等の機械的手段を介して農作物１００の茎１０２に取り付け可能に構成されたケース１１と、ケース１１の底面に固定的に設けられ、電源（内部電源や外部電源）または発電ユニットからの電力が供給されるコイル１２と、ケース１１に対して振動可能に設けられた板バネ１３と、板バネ１３に取り付けられ、コイル１２と離間して配置されたマグネット組立体１４とを備えている。
　ケース１１は、円筒状の部材であって、クリップ、クランプ、専用ジグ等の機械的手段を介して振動デバイス１０を農作物１００の茎１０２に固定すると共に、振動デバイス１０の各コンポーネントを収納する機能を有する。ケース１１は、カバー１１ａと、ベース１１ｂと、カバー１１ａとベース１１ｂとの間に位置する筒状部１１ｃとを備えている。
　ベース１１ｂの外周面には、ベース１１ｂの半径方向に延伸する３つの延伸部が形成されており、３つの延伸部の先端側にはそれぞれ貫通孔１１ｄが形成されている。図示しないネジをベース１１ｂの貫通孔１１ｄに貫通させ、クリップ、クランプ、専用ジグ等の機械的手段に形成されたネジ穴と螺合させる。これにより、ベース１１ｂがクリップ、クランプ、専用ジグ等の機械的手段に対して固定される。クリップや専用ジグ等の機械的手段を農作物１００の茎１０２に対して固定することにより、振動デバイス１０が農作物１００の茎１０２に取り付けられる（固定される）。振動デバイス１０を農作物１００の茎１０２に取り付けることにより、振動デバイス１０の振動を農作物１００に伝達させ、農作物１００を振動させることができる。
　コイル１２は、円筒形状を有しており、ベース１１ｂ上に固定的に設けられている。コイル１２の両端部（電気信号供給端）は、電源または発電ユニットに接続されており、電源または発電ユニットからの電流は、コイル１２内を流れる。また、図５に示すように、コイル１２は、振動デバイス１０が組み立てられた状態において、板バネ１３の中央開口部の内側に位置している。
　板バネ１３は、中央開口部を有するリング形状を有しており、その外周部がベース１１ｂと筒状部１１ｃとの間で保持され、中央開口部を含む板バネ１３の中央部がケース１１に対して図５の上下方向に振動可能となっている。マグネット組立体１４は、板バネ１３の中央部上に取り付けられており、コイル１２に対して振動可能となっている。
　図５に示すように、マグネット組立体１４は、図５の下側に向かって開口する円筒形状を有するマグネット保持部１４ａと、マグネット保持部１４ａの中央下面に固定されたマグネット１４ｂと、マグネット１４ｂの下面に取り付けられたヨーク１４ｃとを有している。
　図５に示すように、振動デバイス１０が組み立てられた状態において、マグネット１４ｂおよびヨーク１４ｃは、コイル１２の中央空洞部内に、コイル１２と離間して配置されている。コイル１２に対して電源または発電ユニットから電流が供給されると、マグネット組立体１４（マグネット１４ｂ）を図５中の上下方向に移動させる駆動力が発生する。マグネット組立体１４は、振動可能に設けられた板バネ１３上に取り付けられているので、マグネット組立体１４が上下方向に振動する。
　このように、振動デバイス１０のコイル１２に電源または発電ユニットから電流が供給され、コイル１２内を電流が流れると、振動デバイス１０が振動する。振動デバイス１０のような一共振系の動作原理を示す運動方程式は、下記式（１）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、ｍはマグネット組立体１４（振動子）の質量［ｋｇ］、ｘ（ｔ）はマグネット組立体１４（振動子）の変位量［ｍ］、Ｋｆは一共振系の推力定数［Ｎ／Ａ］、ｉ（ｔ）はコイル１２内を流れる電流［Ａ］、Ｋｓｐは板バネ１３のバネ定数［Ｎ／ｍ］、およびＤは一共振系の減衰係数［Ｎ／（ｍ／ｓ）］である。
　また、振動デバイス１０のような一共振系の動作原理を示す回路方程式は、下記式（２）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ここで、ｅ（ｔ）はコイル１２に印加される電圧［Ｖ］、Ｒはコイル１２の抵抗［Ω］、Ｌはコイル１２のインダクタンス［Ｈ］、およびＫｅは一共振系の逆起電力定数［Ｖ／（ｍ／ｓ）］である。
　このように、振動デバイス１０は、所定の周期（例えば、毎日１回、毎日２回、毎月１回等）または任意のタイミングで演算デバイス３０から送られてくる信号に応じて、電源または発電ユニットの電力を用いて駆動し、農作物１００に振動を加えることができる。
　図６には、振動デバイス１０から加えられた振動によって振動する農作物１００の物理モデルが示されている。農作物１００の茎１０２に、上述のような位置関係で振動デバイス１０およびセンサー２０が取り付けられている。このような振動デバイス１０からの振動によって振動する農作物１００は、図６の右側に示すような２共振系と見なすことができる。
　このような２共振系の振動の運動方程式は、茎１０２の根元から振動デバイス１０が取り付けられた箇所までの茎１０２のバネ定数ｋ１［Ｎ／ｍ］と、振動デバイス１０の質量ｍ１［ｇ］と、振動デバイス１０が取り付けられている箇所から果実１０１が結実している箇所までの茎１０２のバネ定数ｋ２［Ｎ／ｍ］と、センサー２０と果実１０１の合計質量ｍ２［ｇ］によって、下記式（３）および（４）のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ここで、ｘ１は、果実１０１の変位量［ｍ］であり、ｘ２は、振動デバイス１０の変位量［ｍ］である。
　このような運動方程式（３）および（４）において、基本解をｘ１＝Ａｃｏｓ（ωｔ）およびｘ２＝Ｂｃｏｓ（ωｔ）として特性方程式を求めると、下記式（５）を得ることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　ここで、ωは固有角振動数であり、ｆは共振周波数である。
　上記特性方程式（５）から明らかなように、果実１０１とセンサー２０の合計質量であるｍ２が増加すると、農作物１００の振動の共振周波数ｆが減少する。図２において示した本発明のセンシングシステム１の実施様態において、センサー２０の質量は一定なので、ｍ２の変化は農作物１００の果実１０１の質量の変化とみなすことができる。そうすると、農作物１００の果実１０１の生育が進み、果実１０１の質量が増加すると、農作物１００の振動の共振周波数ｆが低周波側にシフトすることになる。
　また、農作物１００の振動の共振周波数ｆと、振動デバイス１０に加えた電圧によって発生する農作物１００の振動の各周波数の伝達関数（加速度／電圧）との関係を以下に述べる。
　振動デバイス１０が正弦波加振力（＝Ｆｃｏｓ（ωｔ））で農作物１００に振動を加える場合の運動方程式は、下記式（６）および（７）のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　このような運動方程式（６）および（７）において、基本解をｘ１＝Ａｃｏｓ（ωｔ）およびｘ２＝Ｂｃｏｓ（ωｔ）として特性方程式を求めると、基本解の定数ＡおよびＢを下記式（８）および（９）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　ここで、以下のように定義する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　そうすると、２共振系を構成する質量ｍ１の振動系の伝達関数および質量ｍ２の振動系の伝達関数は、それぞれ、下記式（１０）および（１１）のように、Ａ／ＸｓｔおよびＢ／Ｘｓｔで表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　ここで、ω１およびω２は、上記式（５）における固有角振動数ωである。
　上記式（１１）から明らかなように、質量ｍ２の振動系の伝達関数Ｂ／Ｘｓｔは、角振動数ω（周波数）が、上記式（５）で求めた固有角振動数ω１およびω２（共振周波数ｆ）付近で大きくなる。したがって、農作物１００の振動（より厳密には、２共振系の内の質量ｍ２の振動系の振動）の各周波数の伝達関数の極大値を求めることにより、農作物１００の振動の共振周波数ｆ（固有角振動数ω）を算出することができる。
　また、上記式（５）および式（１１）から明らかなように、農作物１００の振動の共振周波数ｆおよび伝達関数には、農作物の周辺環境の変化（例えば、農作物の果実に対する風や雨の吹き付け）等の外乱に対応する項が存在しない。これは、農作物１００の振動の共振周波数ｆおよび伝達関数が、農作物１００の果実１０１に対する外乱に影響されないことを意味する。
　そのため、農作物１００の共振周波数ｆに基づいて、農作物１００の果実１０１の生育度合いのセンシングを実行することにより、外乱の影響を受けやすい農作物１００の果実１０１の質量を直接測定するよりも、より正確に農作物１００の果実１０１の生育度合いをセンシングすることができる。
　上述のように、農作物１００の振動の共振周波数ｆは、農作物１００の果実１０１の質量（生育度合い）に応じて変化するので、農作物１００の振動の各周波数の伝達関数の極大値から、農作物１００の振動の共振周波数ｆを算出することにより、農作物１００の果実１０１の質量（生育度合い）をセンシングすることができる。
　図７には、農作物１００の果実１０１の生育（質量の増加）によって、農作物１００の振動の各周波数の伝達関数の極大値（すなわち、共振周波数ｆ）が変化する様子の例が示されている。図７に示すグラフは、農作物１００の振動から得られる周波数スペクトルである。
　図７に示すように、農作物１００の振動から得られる周波数スペクトルは複数の極大値を含んでいる。例えば、図７中において実線で示されている果実１０１の成長度合いが進んでいる（果実１０１が大きい）場合の周波数スペクトルでは、３４０Ｈｚ付近、３９０Ｈｚ付近、４３０Ｈｚ付近、５７０Ｈｚ付近に極大値が存在している。周波数スペクトル中の農作物１００の果実１０１に起因する極大値は、農作物１００の果実１０１の想定される質量、農作物１００の種類や農作物１００の植え付けを実行してからの期間等の事前に取得可能な情報に応じて、ある程度予想できる。また、図７に示すように、農作物１００の果実１０１に起因する極大値は、農作物１００の果実１０１の生育（質量の増加）に伴い、低周波側にシフトしていることがわかる。一方、農作物１００を誘引するためのワイヤー１１０の質量や、農作物１００の茎１０２に取り付けられた振動デバイス１０やセンサー２０の質量等の農作物１００の果実１０１の質量以外の要因に起因する極大値は、ほぼシフトしない。
　本発明においては、そのような事前に取得可能な情報に基づく予想や極大値のシフト量に基づいて、周波数スペクトルに含まれる複数の極大値のうち一の極大値を、農作物１００の共振周波数ｆとして特定する。そのため、測定対象とする農作物１００の果実１０１の測定のみを実行することができ、農作物１００の果実１０１の質量以外の要因に起因する極大値（共振周波数）を測定の対象から排除することができる。
　上述のように、農作物１００の果実１０１に起因する極大値は、農作物１００の果実１０１の生育（質量の増加）に伴い、低周波側にシフトするため、農作物１００の果実１０１に起因する極大値（すなわち、共振周波数ｆ）を特定することにより、農作物１００の果実１０１の生育をセンシングすることができる。
　このように、農作物１００の茎１０２に取り付けられた振動デバイス１０によって振動を農作物１００に加え、該振動によって発生した農作物１００の振動についての振動情報から得られる周波数スペクトルにおいて、複数の極大値のうち一の極大値を農作物１００の振動の共振周波数ｆとして特定することにより、農作物１００の果実１０１の質量の増加、すなわち生育度合いをセンシングすることができる。
　また、農作物１００の茎１０２において、振動デバイス１０が取り付けられた箇所と、センサー２０が取り付けられた箇所との間に複数の果実１０１が結実している場合には、農作物１００の振動から得られる周波数スペクトルは、複数の果実１０１の質量のそれぞれに対応する複数の極大値を含む。この場合、複数の果実１０１の質量のそれぞれに対応する複数の極大値を、農作物１００の振動の共振周波数ｆとして特定することにより、同時に複数の果実１０１の生育度合いをセンシングすることができる。
　図２に戻り、センサー２０は、農作物１００の茎１０２の先端側に取り付けられており、振動デバイス１０によって農作物１００に加えられた振動によって発生した農作物１００の振動をセンシングし、農作物１００の振動に関する振動情報を、有線通信または無線通信を介して、演算デバイス３０に送信するよう構成されている。
　センサー２０は、図示しない電源（バッテリー等の内部電源または有線接続された外部電源）または振動デバイス１０と同様の発電ユニットと、有線通信または無線通信を介して演算デバイス３０と通信を行い、センサー２０の制御を行う制御ユニット（図示せず）とを有しており、所定の周期（例えば、毎日１回、毎日２回、毎月１回等）または任意のタイミングで演算デバイス３０から送られてくる信号に応じて、電源（内部電源または外部電源）または発電ユニットの電力を用いて、振動デバイス１０と同じタイミングで駆動する。センサー２０は、振動デバイス１０からの振動によって発生した農作物１００の振動をセンシングし、農作物１００の振動に関する振動情報を、有線通信または無線通信を介して、演算デバイス３０に送信する。
　センサー２０から演算デバイス３０に送信される振動情報は、演算デバイス３０が農作物１００の振動の共振周波数ｆを算出するために必要なデータ（振動の生データ等）を含んでいる。また、センサー２０は、振動情報と共に、自身を識別するためのセンサーＩＤ等のセンサー識別情報を同時に演算デバイス３０に送信する。また、センサー２０は、演算デバイス３０が農作物１００の果実１０１の生育度合いを判断するために有用なその他任意の情報を、振動情報およびセンサー識別情報と共に、演算デバイス３０に送信してもよい。
　演算デバイス３０が農作物１００の振動の共振周波数ｆを算出するために必要なデータは、例えば、農作物１００の振動（運動）の加速度に関するデータ等である。演算デバイス３０は、得られたデータに対しフーリエ変換等の処理を行うことにより、農作物１００の振動の各周波数の伝達関数（またはエネルギー）を表す周波数スペクトルを取得することができ、さらに、得られた周波数スペクトルに含まれる農作物１００の振動の各周波数の伝達関数（またはエネルギー）の複数の極大値のうちの一の極大値を、農作物１００の振動の共振周波数ｆとして特定することができる。
　センサー２０は、農作物１００の振動をセンシングし、農作物１００の振動に関する振動情報およびセンサー識別情報を演算デバイス３０に送信することができれば特に限定されず、例えば、加速度センサーや歪センサー等をセンサー２０として用いることができる。
　演算デバイス３０は、振動デバイス１０およびセンサー２０に対して、所定の周期または任意のタイミングで駆動信号を送信し、振動デバイス１０およびセンサー２０を駆動させ、さらに、センサー２０から農作物１００の振動に関する振動情報を受信し、受信した振動情報から得られる周波数スペクトルにおいて、複数の極大値のうち一の極大値を農作物１００の振動の共振周波数ｆとして特定し、さらに、特定した共振周波数ｆに基づいて、農作物１００の果実１０１の生育度合いを判断するよう構成されている。
　また、演算デバイス３０は、農作物１００の果実１０１の生育度合いについての判断を、有線通信または無線通信を介して、センシングシステム１を利用する任意の数のユーザーのユーザーデバイス４０＿１、４０＿２、・・・、４０＿Ｎ（以下、集合的にユーザーデバイス４０という）に送信するよう構成されている。ユーザーデバイス４０は、例えば、デスクトップコンピューター、ラップトップコンピューター、ノートパソコン、ワークステーション、タブレット型コンピューター、携帯電話、スマートフォン、ＰＤＡ等の任意の情報端末であり、有線通信または無線通信を介して、演算デバイス３０から農作物１００の果実１０１の生育度合いについての判断を受信する。
　センシングシステム１を利用するユーザーは、ユーザーデバイス４０を用いて、演算デバイス３０から農作物１００の果実１０１の生育度合いについての判断を参照することにより、農作物１００の果実１０１が収穫すべき大きさにまで育ったのか、農作物１００の果実１０１の生育に異常があるのか否か、いつ頃農作物１００の果実１０１を収穫できるのかといった、農業に有用な情報を把握することができる。
　演算デバイス３０は、単体のデバイスとして実施されていてもよいし、デスクトップコンピューター、ラップトップコンピューター、ノートパソコン、ワークステーション、タブレット型コンピューター、携帯電話、スマートフォン、ＰＤＡ、ウェアラブル端末等の任意の演算装置内において実施されていてもよい。
　図８に示すように、演算デバイス３０は、演算デバイス３０の制御を実行する少なくとも１つのプロセッサー３１と、Ｉ／Ｏ（入出力）インターフェース３２と、プロセッサー３１に通信可能に接続され、演算デバイス３０の制御を行うために必要なデータ、プログラム、モジュール等を保存している少なくとも１つのメモリー３３と、プロセッサー３１に通信可能に接続されたデータベース３６とを含む。演算デバイス３０の各コンポーネントは、システムバス等の種々のバスを介して相互通信可能に接続されている。
　プロセッサー３１は、１つ以上のマイクロプロセッサー、マイクロコンピューター、マイクロコントローラー、デジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、メモリーコントロールユニット（ＭＣＵ）、画像処理用演算処理装置（ＧＰＵ）、状態機械、論理回路、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、またはこれらの組み合わせ等のコンピューター可読命令に基づいて信号操作等の演算処理を実行する演算ユニットである。特に、プロセッサー３１は、メモリー３３内に保存されているコンピューター可読命令（例えば、データ、プログラム、モジュール等）をフェッチし、信号操作および制御を実行するよう構成されている。
　Ｉ／Ｏインターフェース３２は、ウェブインターフェース、グラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）等の様々なソフトウェアインターフェース、またはハードウェアインターフェースである。Ｉ／Ｏインターフェース３２は、演算デバイス３０が、振動デバイス１０、センサー２０、ユーザーデバイス４０、およびその他任意の外部デバイスと相互通信すること、および、ユーザーが演算デバイス３０にアクセスすることを可能とする。また、Ｉ／Ｏインターフェース３２は、演算デバイス３０が、インターネット等のネットワークを介して、外部に設けられたウェブサーバーやデータサーバーのような任意の外部デバイスと通信を行うことを可能としてもよい。
　演算デバイス３０と、振動デバイス１０、センサー２０、ユーザーデバイス４０、および任意の外部デバイスとが有線接続されている場合には、演算デバイス３０は、振動デバイス１０、センサー２０、ユーザーデバイス４０、および任意の外部デバイスと有線通信を行う。演算デバイス３０と、振動デバイス１０、センサー２０、ユーザーデバイス４０、および任意の外部デバイスとが有線接続されていない場合には、ＮＦＣ（Ｎｅａｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｒａｄｉｏ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）、Ｗｉ－Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の無線通信技術を用いて、振動デバイス１０、センサー２０、ユーザーデバイス４０、および任意の外部デバイスと通信を行う。
　メモリー３３は、揮発性記憶媒体（例えば、ＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ）、不揮発性記憶媒体（例えば、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリー、ハードディスク、光ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク）、またはこれらの組み合わせを含む着脱式または非着脱式のコンピューター可読媒体である。
　メモリー３３は、プロセッサー３１により実行可能な複数のモジュール３４を保存しており、さらに、複数のモジュール３４の１つ以上によって受信、処理、生成されたデータと、演算デバイス３０の処理を実行するために必要なその他データを保存するためのデータレポジトリ３５を含んでいる。
　モジュール３４は、ルーティーン、アプリケーション、プログラム、アルゴリズム、ライブラリー、オブジェクト、コンポーネント、データ構造、またはこれらの組み合わせ等のプロセッサー３１により実行可能なコンピューター可読命令である。
　データベース３６は、各センサー２０のセンサー識別情報、各センサー２０が取り付けられている農作物１００や各センサー２０が取り付けられている茎１０２の箇所、各センサー２０の取り付け日時等の各センサー２０に関するセンサー関連データ３６１と、農作物１００の果実１０１の生育度合いを判断するために必要なパラメーターである生育判断用情報３６２と、演算デバイス３０に各センサー２０から送信されてくる振動情報を蓄積することにより構成される振動情報蓄積データ３６３と、を保存している任意の不揮発性記憶媒体（例えば、ハードディスク、サーバー、フラッシュメモリー）である。
　以下、演算デバイス３０の機能を提供するためにプロセッサー３１によって用いられるモジュール３４について説明する。
　モジュール３４は、振動デバイス１０、センサー２０、ユーザーデバイス４０、および任意の外部デバイスと、演算デバイス３０との間の通信を実行するための通信モジュール３４１と、センサー２０から受信した農作物１００の振動に関する振動情報から得られる周波数スペクトルにおいて、複数の極大値のうち一の極大値を農作物１００の振動の共振周波数ｆとして特定するための共振周波数特定モジュール３４２と、共振周波数特定モジュール３４２を用いて特定された農作物１００の振動の共振周波数ｆに基づいて、農作物１００の果実１０１の生育度合いを判断するための生育度合い判断モジュール３４３と、演算デバイス３０が提供する機能を補うための任意の数のその他モジュール３４４と、を含んでいる。
　プロセッサー３１は、メモリー内に保存されている各種モジュール３４を実行することにより、所望の機能を提供することができる。例えば、プロセッサー３１は、通信モジュール３４１を用いることにより、振動デバイス１０、センサー２０、ユーザーデバイス４０、および任意の外部デバイスとの間の通信を実行することができる。
　通信モジュール３４１は、振動デバイス１０、センサー２０、ユーザーデバイス４０、および任意の外部デバイスと、演算デバイス３０との間の通信を実行するために用いられる。演算デバイス３０は、通信モジュール３４１を用いて、所定の周期または任意のタイミングで、振動デバイス１０およびセンサー２０に駆動信号を送信する。この際、演算デバイス３０は、データベース３６内に保存されているセンサー関連データ３６１を参照して、全てのセンサー２０およびそれに対応する振動デバイス１０を同時に駆動してもよいし、任意のセンサー２０およびそれに対応する振動デバイス１０だけを駆動してもよい。
　振動デバイス１０は、演算デバイス３０から駆動信号を受信すると、自身の電源または発電ユニットの電力を用いて駆動し、農作物１００に振動を加える。なお、この際、振動デバイス１０の振動の周波数は、農作物１００の種類（より具体的には、農作物１００の茎１０２の太さおよび硬さ、並びに、果実１０１の大きさ）に応じて適宜設定される。例えば、農作物１００がトマトの場合には、振動デバイス１０は、約４００～８００Ｈｚで振動する。
　振動デバイス１０から加えられる振動によって農作物１００が振動すると、センサー２０が農作物１００の振動をセンシングし、農作物１００の振動に関する振動情報が演算デバイス３０に送信される。演算デバイス３０は、通信モジュール３４１を用いて、センサー２０から農作物１００の振動に関する振動情報を受信する。振動デバイス１０によって受信された振動情報は、振動情報を送ってきたセンサー２０を識別するためのセンサー識別情報（例えば、センサーＩＤ）や農作物１００の果実１０１の生育の分析に有用な任意のデータと関連付けられ、振動情報蓄積データ３６３として保存される。
　振動情報蓄積データ３６３は、農作物１００の果実１０１の生育に関するいわゆるビックデータであり、農業従事者にとって有用なアプリケーションでの利用や、有用な情報の抽出に活用することができる。
　共振周波数特定モジュール３４２は、センサー２０から受信した農作物１００の振動に関する振動情報から得られる周波数スペクトルにおいて、複数の極大値のうち一の極大値を農作物１００の振動の共振周波数ｆとして特定するために用いられる。振動情報から、農作物１００の振動の共振周波数ｆを特定する方法は特に限定されない。例えば、共振周波数特定モジュール３４２は、振動情報に農作物１００の振動の加速度情報が含まれる場合には、農作物１００の振動の加速度情報にフーリエ変換を施すことにより、農作物１００の振動の各周波数の伝達関数（またはパワー）を表す周波数スペクトルを取得する。その後、共振周波数特定モジュール３４２は、農作物１００の種類や農作物１００の植え付けを実行してからの期間等の事前に取得可能な情報に基づく農作物１００の果実１０１の質量の予想や極大値のシフト量に基づいて、周波数スペクトルに含まれる複数の極大値の一の極大値を、農作物１００の振動の共振周波数ｆとして特定することができる。
　生育度合い判断モジュール３４３は、共振周波数特定モジュール３４２を用いて特定された農作物１００の振動の共振周波数ｆに基づいて、農作物１００の果実１０１の生育度合いを判断するために用いられる。上述のように、農作物１００の果実１０１が育ち、果実１０１の質量が増加すると、農作物１００の振動の共振周波数ｆは、低周波側にシフトする。そのため、生育度合い判断モジュール３４３は、農作物１００の振動の共振周波数ｆが、所定のしきい値以下であれば、農作物１００の果実１０１が収穫すべき大きさにまで育ったと判断する。なお、所定のしきい値は、農作物１００の種類（より具体的には、農作物１００の茎１０２の太さおよび硬さ、並びに、果実１０１の大きさ）に応じて事前に規定され、データベース３６内に生育判断用情報３６２の１つとして事前に保存されている。
　また、生育度合い判断モジュール３４３は、前回の測定で得られた振動情報から特定された農作物１００の振動の共振周波数ｆと、今回の測定で得られた振動情報から特定された農作物１００の振動の共振周波数ｆとを比較して、農作物１００の果実１０１の生育に異常が発生しているか否かを判断する。具体的には、生育度合い判断モジュール３４３は、前回の測定で得られた振動情報から特定された農作物１００の振動の共振周波数ｆと、今回の測定で得られた振動情報から特定された農作物１００の振動の共振周波数ｆとを比較し、農作物１００の振動の共振周波数ｆが所定の値以上で低周波側にシフトしているか否かを判断することにより、農作物１００の果実１０１の生育の異常を検出する。
　農作物１００の振動の共振周波数ｆが所定の値以上で低周波側にシフトしていない場合、すなわち、農作物１００の振動の共振周波数ｆの変化量Δｆが所定の値以下、または、農作物１００の振動の共振周波数ｆが高周波側にシフトしている場合には、農作物１００の果実１０１の生育に問題が発生したと判断する。農作物１００の振動の共振周波数ｆの変化量Δｆが所定の値以下である場合には、農作物１００の果実１０１の生育が順調ではないと判断される。また、農作物１００の振動の共振周波数ｆが高周波側にシフトしている場合には、果実１０１が茎１０２から落下した、果実１０１が割れてしまった等の原因により農作物１００の果実１０１の質量が減少したと判断される。なお、所定の値は、農作物１００の種類（より具体的には、農作物１００の茎１０２の太さおよび硬さ、並びに、果実１０１の大きさ）に応じて事前に規定され、データベース３６内に生育判断用情報３６２の１つとして事前に保存されている。
　また、生育度合い判断モジュール３４３は、農作物１００の振動の共振周波数ｆが所定のしきい値より大きく、果実１０１が収穫すべき大きさに育っていないものの、農作物１００の振動の共振周波数ｆが所定の値以上で低周波側にシフトしており、果実１０１の生育に問題が発生していないと判断した場合には、算出した農作物１００の振動の共振周波数ｆと所定のしきい値との差や農作物１００の振動の共振周波数ｆの変化量Δｆに基づいて、果実１０１の収穫時期を判断（予想）する。算出した農作物１００の振動の共振周波数ｆと所定のしきい値との差や農作物１００の振動の共振周波数ｆの変化量Δｆから、果実１０１の収穫時期を判断するためのテーブルまたは数式が事前に規定されており、データベース３６内の生育判断用情報３６２の１つとして保存されており、生育度合い判断モジュール３４３は、このテーブルまたは数式を参照して、果実１０１の収穫時期を判断する。
　生育度合い判断モジュール３４３によるこのような判断は、通信モジュール３４１を用いて、ユーザーデバイス４０に送信される。センシングシステム１のユーザーは、ユーザーデバイス４０に送信されてきた判断を参照することにより、農作物１００の果実１０１の生育に関する情報を取得することができ、背景技術の欄において述べたような様々な用途に活用することができる。
　このように本発明のセンシングシステム１は、振動デバイス１０を用いて農作物１００に振動を加え、該振動により発生した農作物１００の振動をセンサー２０によりセンシングし、さらに、農作物１００の振動についての振動情報から得られる周波数スペクトルにおいて、複数の極大値のうち一の極大値を農作物１００の振動の共振周波数ｆとして特定し、さらに、特定した共振周波数に基づいて、農作物１００の果実１０１の生育度合いをセンシングしている。
　上述のように、農作物１００の振動の共振周波数ｆ（および伝達関数）は、農作物１００の周辺環境の変化（例えば、農作物の果実に対する風や雨の吹き付け）等の外乱に依存しない。そのため、農作物１００の振動の共振周波数ｆに基づいて、農作物１００の果実１０１の生育度合いのセンシングを実行することにより、外乱の影響を受けやすい農作物１００の果実１０１の質量を直接測定するよりも、より正確に農作物１００の果実１０１の生育度合いをセンシングすることができる。
　また、農作物１００を振動させた場合、農作物１００の振動についての振動情報から得られる周波数スペクトルは、農作物１００の果実１０１の質量に起因する極大値（共振周波数ｆ）に加え、農作物１００を誘引するためのワイヤー１１０の質量や、農作物１００の茎１０２に取り付けられた振動デバイス１０やセンサー２０の質量等の農作物１００の果実１０１の質量以外の要因に起因する複数の極大値を含むことがある。本発明においては、農作物１００の振動についての振動情報から得られる周波数スペクトルに含まれる複数の極大値のうち一の極大値が、農作物１００の振動の共振周波数として特定される。そのため、測定対象とする農作物１００の果実１０１の測定のみを実行することができ、農作物１００の果実１０１の質量以外の要因に起因する極大値（共振周波数）を測定の対象から排除することができる。
　また、農作物１００の茎１０２において、振動デバイス１０が取り付けられた箇所と、センサー２０が取り付けられた箇所との間に複数の果実１０１が結実している場合には、農作物１００の振動から得られる周波数スペクトルは、複数の果実１０１の質量のそれぞれに対応する複数の極大値を含む。この場合、複数の果実１０１の質量のそれぞれに対応する複数の極大値を、農作物１００の振動の共振周波数ｆとして特定することにより、同時に複数の果実１０１の生育度合いをセンシングすることができる。
　また、農作物１００の果実１０１の質量を直接測定する場合には、農作物１００の果実１０１に秤等の測定器を接触させる必要があるが、この場合、農作物１００の果実１０１が傷つけられ、商品価値が低下してしまう可能性がある。一方、本発明のセンシングシステム１において用いられる振動デバイス１０およびセンサー２０は、農作物１００の茎１０２に取り付けられ、農作物１００の果実１０１に接触しない。そのため、農作物１００の果実１０１に機器を接触させなくとも、農作物１００の果実１０１の生育度合いをセンシングすることができ、農作物１００の果実１０１が傷つき、商品価値が低下する恐れがない。
　また、農作物１００の果実１０１の質量を直接測定する場合には、測定の度に、農業従事者が農作物１００の果実１０１を１つ１つ手に取り、質量を測定する必要がある。このような作業は、果実１０１の数が多い場合、非常に多くの労力を要するため、農業従事者の多大な負担となる。一方、本発明のセンシングシステム１では、振動デバイス１０とセンサー２０を一度農作物１００の茎１０２に取り付けてしまえば、その後、取り外しする必要はない。農作物１００の果実１０１の生育度合いの測定は、所定の周期で自動的に実行することもできるし、振動デバイス１０とセンサー２０とを制御する演算デバイス３０からの命令によって、任意のタイミングで実行することもできる。そのため、振動デバイス１０とセンサー２０を一度農作物の茎に取り付けてしまえば、その後、農作物１００の果実１０１の生育度合いをセンシングするための農業従事者の労力は非常に少ないものとなる。そのため、本発明のセンシングシステム１によれば、農作物１００の果実１０１の生育度合いをセンシングするための農業従事者の労力を最小限に抑えることができる。
　また、本発明のセンシングシステム１によって得られ、データベース３６内に保存されている農作物１００の果実１０１の生育度合いに関する情報は、背景技術の欄において述べたような様々な用途に利用することができ、農業従事者の活動に有用である。
　＜第２実施形態＞
　次に、図９を参照して、本発明の第２実施形態に係るセンシングシステムを説明する。図９は、本発明の第２実施形態に係るセンシングシステムの実施様態を示す概念図である。以下、第２実施形態のセンシングシステムについて、第１実施形態のセンシングシステムとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
　第２実施形態のセンシングシステム１では、演算デバイス３０、振動デバイス１０、センサー２０、およびユーザーデバイス４０がネットワーク５０を介して通信可能となっている点を除き、第１実施形態のセンシングシステム１と同様である。
　ネットワーク５０は、イントラネット、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、インターネット、これらの組み合わせ等の広範なネットワークである。また、ネットワーク５０は、専用ネットワークであってもよいし、共有ネットワークであってもよい。共有ネットワークは、様々な種類のネットワーク同士の接続であり、各種プロトコル（例えば、ＨＴＴＰ、ＴＣＰ／ＩＰ、ＷＡＰ）を用いて、互いに通信を行う。さらに、ネットワーク５０は、ルーター、ブリッジ、サーバー、演算デバイス、ストレージデバイス等を含む様々なネットワークデバイスを含んでいてもよい。
　本実施形態では、演算デバイス３０と、振動デバイス１０およびセンサー２０との間の通信、並びに、演算デバイス３０と、ユーザーデバイス４０との間の通信が、ネットワーク５０を介して実行される。そのため、本実施形態では、演算デバイス３０と、振動デバイス１０およびセンサー２０と、ユーザーデバイス４０とを近くに配置する必要がない。
　そのため、本実施形態のセンシングシステム１は、広大な領域において農作物１００を栽培する大規模農業に対しても用いることができる。本実施形態のセンシングシステム１を用いることにより、広大な領域で栽培される農作物１００の果実１０１の生育度合いを一元的に把握することができ、農業の大規模化および効率化を促進することができる。
　また、本実施形態のセンシングシステム１では、それぞれ振動デバイス１０およびセンサー２０が取り付けられている複数の農作物１００は、それぞれ異なるビニールハウス内において栽培されていてもよい。このような様態で本実施形態のセンシングシステム１を用いることにより、例えば、各ビニールハウス内の農作物１００の生育環境をそれぞれ異なるものとし、どのような環境が農作物１００の果実１０１の生育に最も効果的かを調査するためのデータを容易に収集することができる。
　以上の説明は、演算デバイス３０が、図２に示すような単一のデバイスとして実施されているものとして提供されたが、本発明はこれに限られない。例えば、演算デバイス３０は、各ユーザーデバイス４０内において実施されていてもよい。
　また、各実施形態において、メモリー３３およびデータベース３６は、プロセッサー３１が搭載されている演算デバイス３０内に設けられているが、本発明はこれに限られない。例えば、メモリー３３およびデータベース３６のそれぞれは、該演算デバイス３０の外部に、プロセッサー３１と通信可能に設けられた遠隔ストレージデバイスであってもよい。
　さらに、異なる実施形態の１つにおいて、本発明は、コンピューター可読命令（すなわち、モジュール３４）を保存しているコンピューター可読媒体（すなわち、メモリー３３）である。該コンピューター可読命令は、特定のタスクまたは機能を実現するためのコンピューター可読命令（すなわち、通信モジュール３４１、共振周波数特定モジュール３４２、生育度合い判断モジュール３４３、その他モジュール３４４）を含んでいる。
　次に、図１０を参照して、本発明のセンシング方法について説明する。図１０は、本発明のセンシング方法を説明するためのフローチャートである。図１１は、図１０に示す農作物の生育度合いを判断するための工程をより詳細に説明するためのフローチャートである。
　なお、本発明のセンシング方法は、上述した本発明のセンシングシステム１および本発明のセンシングシステム１と同等の機能を有する任意のシステムを用いて実行することができるが、以下、センシングシステム１を用いて実行されるものとして説明する。
　本発明のセンシング方法Ｓ１００は、所定の間隔または任意のタイミングで演算デバイス３０から振動デバイス１０およびセンサー２０に駆動信号が送信されることにより開始される。工程Ｓ１１０において、演算デバイス３０は、データベース３６内のセンサー関連データ３６１を参照し、駆動させる任意のセンサー２０およびそれに対応する振動デバイス１０を決定する。その後、演算デバイス３０は、通信モジュール３４１を用いて、駆動させるセンサー２０およびそれに対応する振動デバイス１０に対して、駆動信号を送信し、振動デバイス１０を駆動させ、農作物１００に対して振動を加えるとともに、センサー２０を駆動させ、振動デバイス１０から農作物１００に加えられた振動によって発生した農作物１００の振動をセンシングする。
　工程Ｓ１２０において、演算デバイス３０から駆動信号を受信した振動デバイス１０が駆動し、自身が取り付けられている農作物１００に対して振動を加える。工程Ｓ１３０において、センサー２０が、振動デバイス１０から加えられた振動によって発生した農作物１００の振動をセンシングする。工程Ｓ１４０において、センサー２０は、農作物１００の振動に関する振動情報を、センサー２０を識別するためのセンサー識別情報やその他任意の情報とともに、演算デバイス３０へ送信する。
　工程Ｓ１５０において、演算デバイス３０は、センサー２０から受信した振動情報から得られる周波数スペクトルにおいて、複数の極大値のうち一の極大値を農作物１００の振動の共振周波数ｆとして特定し、さらに、特定した共振周波数ｆに基づいて、農作物１００の果実１０１の生育度合いを判断する。また、この際、演算デバイス３０は、センサー２０から受信した振動情報を、センサー２０を識別するためのセンサー識別情報やその他任意の情報と関連付けて、データベース３６内に振動情報蓄積データ３６３に追加する。
　図１１には、工程Ｓ１５０の詳細なフローチャートが記載されている。工程Ｓ１５１において、演算デバイス３０は、共振周波数特定モジュール３４２を用いて、受信した農作物１００の振動に関する振動情報から得られる周波数スペクトルにおいて、複数の極大値のうち一の極大値を農作物１００の振動の共振周波数ｆとして特定する。工程Ｓ１５２において、演算デバイス３０は、生育度合い判断モジュール３４３を用いて、工程Ｓ１５１において特定した農作物１００の振動の共振周波数ｆと、データベース３６内の生育判断用情報３６２に含まれる所定のしきい値と比較する。農作物１００の振動の共振周波数ｆが、所定のしきい値以下である場合には、工程Ｓ１５０の処理は、工程Ｓ１５３に移行する。工程Ｓ１５３において、演算デバイス３０は、農作物１００の果実１０１が収穫すべき大きさにまで育ったと判断し、工程Ｓ１５０の処理は終了する。
　一方、工程Ｓ１５２において、農作物１００の振動の共振周波数ｆが、所定のしきい値より大きいと判断された場合は、工程Ｓ１５０の処理は、工程Ｓ１５４に移行する。工程Ｓ１５４において、演算デバイス３０は、共振周波数特定モジュール３４２を用いて、データベース３６内に振動情報蓄積データ３６３として保存されている前回の測定で得られた農作物１００の振動の振動情報から得られる周波数スペクトルにおいて、複数の極大値のうち一の極大値を前回の測定の農作物１００の振動の共振周波数ｆとして特定する。その後、演算デバイス３０は、生育度合い判断モジュール３４３を用いて、前回の測定の農作物１００の振動の共振周波数ｆと、今回の測定で得られた振動情報から特定された農作物１００の振動の共振周波数ｆとを比較する。ここで、農作物１００の振動の共振周波数ｆがデータベース３６内の生育判断用情報３６２に含まれる所定の値以上で低周波側にシフトしているか否かが判断される。
　農作物１００の振動の共振周波数ｆが、所定の値以上で低周波側にシフトしている場合には、工程Ｓ１５０の処理は、工程Ｓ１５５に移行する。工程Ｓ１５５において、演算デバイス３０は、農作物１００の果実１０１が収穫すべき大きさにまで育ってはいないが、生育に問題はなしと判断する。その後、工程Ｓ１５６において、演算デバイス３０は、生育度合い判断モジュール３４３を用いて、データベース３６内の生育判断用情報３６２として保存されている算出した農作物１００の振動の共振周波数ｆと所定のしきい値との差や農作物１００の振動の共振周波数ｆの変化量Δｆから果実１０１の収穫時期を判断するためのテーブルまたは数式を参照することにより、果実１０１の収穫時期を判断し、工程Ｓ１５０の処理は終了する。
　一方、工程Ｓ１５４において、農作物１００の振動の共振周波数ｆが所定の値以上で低周波側にシフトしていないと判断された場合には、工程Ｓ１５０の処理は、工程Ｓ１５７に移行する。工程Ｓ１５７において、演算デバイス３０は、農作物１００の果実１０１の生育に問題が発生したと判断し、工程Ｓ１５０の処理は終了する。
　図１０に戻り、工程Ｓ１６０において、演算デバイス３０は、通信モジュール３４１を用いて、工程Ｓ１５０における判断をユーザーデバイス４０に送信し、センシング方法Ｓ１００が終了する。ユーザーは、演算デバイス３０からユーザーデバイス４０に送信された判断を参照することにより、農作物１００の果実１０１の生育度合いを把握することができる。
　以上、本発明に係るセンシングシステム１、センシング方法Ｓ１００、および非一時的コンピューター可読媒体を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明の各構成は、同様の機能を発揮し得る任意のものと置換することができ、あるいは、本発明の各構成に任意の構成のものを付加することができる。
　例えば、図２に示されたセンシングシステム１や図８に示された演算デバイス３０のコンポーネントの数や種類は、説明のための例示にすぎず、本発明は必ずしもこれに限られない。本発明の原理および意図から逸脱しない範囲において、任意のコンポーネントが追加若しくは組み合わされ、または任意のコンポーネントが削除された態様も、本発明の範囲内である。また、センシングシステム１の各コンポーネントは、ハードウェア的に実現されていてもよいし、ソフトウェア的に実現されていてもよいし、これらの組み合わせによって実現されていてもよい。特に、モジュール３４は、メモリー３３内に保存されているコンピューター可読命令によってソフトウェア的に実現されているものとして記載したが、ハードウェア的に各モジュール３４の機能が実現されているような場合もまた、本発明の範囲内である。また、モジュール３４は、任意のネットワーク上のクラウドベース演算環境において実行されるソフトウェアモジュールとして実施されていてもよい。
　また、図１０および図１１に示されたセンシング方法Ｓ１００の工程の数や種類は、説明のための例示にすぎず、本発明は必ずしもこれに限られない。本発明の原理および意図から逸脱しない範囲において、任意の工程が、任意の目的で追加若しくは組み合され、または、任意の工程が削除される様態も、本発明の範囲内である。
　本発明のセンシングシステムでは、振動デバイスを用いて農作物に振動を加え、該振動により発生した農作物の振動についての振動情報から得られる周波数スペクトルにおいて、複数の極大値のうち一の極大値を農作物の振動の共振周波数として特定し、さらに、特定した共振周波数に基づいて、農作物の果実の生育度合いをセンシングしている。農作物を振動させた場合、振動する農作物は、農作物の茎のバネ定数と、農作物、振動デバイス、およびセンサーの質量によって定まる共振系と見なすことができる。そのような共振系の共振周波数は、農作物の周辺環境の変化（例えば、農作物の果実に対する風や雨の吹き付け）等の外乱の影響を受けない。そのため、農作物の振動の共振周波数に基づいて、農作物の果実の生育度合いのセンシングを実行することにより、外乱の影響を受けやすい農作物の果実の質量を直接測定する手法よりも、より正確に農作物の果実の生育度合いをセンシングすることができる。
　また、農作物を振動させた場合、農作物の振動についての振動情報から得られる周波数スペクトルは、農作物の果実の質量に起因する極大値（共振周波数）に加え、農作物を誘引するためのワイヤーの質量や、農作物の茎に取り付けられた振動デバイスやセンサーの質量等の農作物の果実の質量以外の要因に起因する複数の極大値を含むことがある。本発明のセンシングシステムにおいては、農作物の振動についての振動情報から得られる周波数スペクトルに含まれる複数の極大値のうち一の極大値が、農作物の振動の共振周波数として特定される。そのため、測定対象とする農作物の果実の測定のみを実行することができ、農作物の果実の質量以外の要因に起因する極大値（共振周波数）を測定の対象から排除することができる。したがって、本発明は、産業上の利用可能性を有する。

Claims (9)

  1. 　農作物の果実の生育度合いをセンシングするためのセンシングシステムであって、
    　前記農作物の茎に取り付けられ、前記農作物に振動を加えるための少なくとも１つの振動デバイスと、
    　前記農作物の前記茎に取り付けられ、前記振動デバイスから前記農作物に加えられた前記振動によって発生した前記農作物の振動をセンシングし、前記農作物の前記振動に関する振動情報を送信するための少なくとも１つのセンサーと、
    　前記少なくとも１つのセンサーから受信した前記振動情報から得られる周波数スペクトルにおいて、複数の極大値のうち一の極大値を前記農作物の前記振動の共振周波数として特定し、さらに、特定した前記共振周波数に基づいて、前記農作物の前記果実の前記生育度合いを判断する演算デバイスと、を含むことを特徴とするセンシングシステム。
  2. 　前記農作物の前記果実の生育に関する前記判断は、前記農作物の前記果実の収穫時期についての判断を含む請求項１に記載のセンシングシステム。
  3. 　前記演算デバイスは、特定した前記共振周波数が所定のしきい値以下となった場合に、前記農作物の前記果実が収穫すべき大きさにまで育ったと判断する請求項１または２に記載のセンシングシステム。
  4. 　前記センシングシステムは、前記振動デバイス、前記センサー、および前記演算デバイスを用いて、所定の周期で前記農作物の前記振動の前記共振周波数を特定し、
    　前記演算デバイスは、前回の測定で得られた前記振動情報から特定された前記農作物の前記振動の前記共振周波数と、今回の測定で得られた前記振動情報から特定された前記農作物の前記振動の前記共振周波数とを比較し、前記農作物の前記振動の前記共振周波数が所定の値以上で低周波側にシフトしていない場合には、前記農作物の前記果実の生育に問題が発生したと判断する請求項１ないし３のいずれかに記載のセンシングシステム。
  5. 　前記演算デバイスは、前記農作物の前記果実の生育に関する前記判断をユーザーデバイスに送信する請求項１ないし４のいずれかに記載のセンシングシステム。
  6. 　前記農作物の前記果実は、前記農作物の前記茎の前記少なくとも１つのセンサーが取り付けられている箇所と、前記少なくとも１つの振動デバイスとが取り付けられている箇所との間に位置する箇所において結実している請求項１ないし５のいずれかに記載のセンシングシステム。
  7. 　前記農作物は、誘引方式で栽培される果菜類または果実的野菜である請求項１ないし６のいずれかに記載のセンシングシステム。
  8. 　農作物の果実の生育度合いをセンシングするために、プロセッサーを備えた演算デバイスを含むセンシングシステムによって実行されるセンシング方法であって、
    　前記プロセッサーを用いて、前記農作物の茎に取り付けられた少なくとも１つの振動デバイスおよび少なくとも１つのセンサーに駆動信号を送信し、前記少なくとも１つの振動デバイスを駆動させ、前記農作物に対して振動を加えるとともに、前記少なくとも１つのセンサーを駆動させ、前記少なくとも１つの振動デバイスから前記農作物に加えられた振動によって発生した前記農作物の振動をセンシングする工程と、
    　前記プロセッサーを用いて、前記少なくとも１つのセンサーから、前記農作物の前記振動に関する振動情報を受信する工程と、
    　前記プロセッサーを用いて、前記少なくとも１つのセンサーから受信した前記振動情報から得られる周波数スペクトルにおいて、複数の極大値のうち一の極大値を前記農作物の前記振動の共振周波数として特定する工程と、
    　前記プロセッサーを用いて、特定した前記共振周波数に基づいて、前記農作物の前記果実の前記生育度合いを判断する工程と、を含むことを特徴とするセンシング方法。
  9. 　農作物の果実の生育度合いをセンシングするために、プロセッサーを備えた演算デバイスによって実行されるコンピューター可読命令を保存している非一時的コンピューター可読媒体であって、前記コンピューター可読命令は、
    　前記農作物の茎に取り付けられた少なくとも１つの振動デバイスおよび少なくとも１つのセンサーに駆動信号を送信し、前記少なくとも１つの振動デバイスを駆動させ、前記農作物に対して振動を加えるとともに、前記少なくとも１つのセンサーを駆動させ、前記少なくとも１つの振動デバイスから前記農作物に加えられた振動によって発生した前記農作物の振動をセンシングするための命令と、
    　前記少なくとも１つのセンサーから、前記農作物の前記振動に関する振動情報を受信するための命令と、
    　前記少なくとも１つのセンサーから受信した前記振動情報から得られる周波数スペクトルにおいて、複数の極大値のうち一の極大値を前記農作物の前記振動の共振周波数として特定するための命令と、
    　特定した前記共振周波数に基づいて、前記農作物の前記果実の前記生育度合いを判断するための命令と、を含むことを特徴とする非一時的コンピューター可読媒体。
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