WO2019181341A1 - 圃場管理装置 - Google Patents

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WO2019181341A1
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English (en)
French (fr)
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英樹 三谷
昌紀 奥山
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ヤンマー株式会社
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01B—SOIL WORKING IN AGRICULTURE OR FORESTRY; PARTS, DETAILS, OR ACCESSORIES OF AGRICULTURAL MACHINES OR IMPLEMENTS, IN GENERAL
    • A01B69/00—Steering of agricultural machines or implements; Guiding agricultural machines or implements on a desired track
    • A01B69/007—Steering or guiding of agricultural vehicles, e.g. steering of the tractor to keep the plough in the furrow
    • A01B69/008—Steering or guiding of agricultural vehicles, e.g. steering of the tractor to keep the plough in the furrow automatic
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01B—SOIL WORKING IN AGRICULTURE OR FORESTRY; PARTS, DETAILS, OR ACCESSORIES OF AGRICULTURAL MACHINES OR IMPLEMENTS, IN GENERAL
    • A01B69/00—Steering of agricultural machines or implements; Guiding agricultural machines or implements on a desired track
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Systems or methods specially adapted for specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/02—Agriculture; Fishing; Mining
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/20—Off-Road Vehicles
    • B60Y2200/22—Agricultural vehicles

Definitions

  • This invention relates to a field management device.
  • Patent Document 1 in order to grasp the growth situation of crops in a field for each small area, the field is divided into a plurality of small areas on the field map, for example, a square area with a side of several meters, and each small area is divided. Discloses a farming technique for managing the breeding status and work status.
  • a plurality of elongated rectangular crop growth areas for growing crops are formed in a stripe pattern in the field.
  • crop growth areas cocoons and strips can be mentioned.
  • the work vehicle performs farm work while moving along the crop growth area in the field. Therefore, if the farm can be divided and managed in a plurality of small areas along the moving direction of the work vehicle, the work direction of the work vehicle matches the arrangement direction of the management area, so that it is easy to manage crop cultivation. Become.
  • An object of the present invention is to provide a field management device that can manage a field by dividing it into small areas along the main movement direction of the work vehicle in the field.
  • the information acquisition device is based on position information for each time of the work vehicle measured while the work vehicle is traveling in an agricultural field, and the work vehicle at a position corresponding to each position information.
  • a plurality of areas of the field are formed using a direction determining unit, a first virtual straight line parallel to the main moving direction determined by the main moving direction determining unit, and a second virtual straight line orthogonal to the first virtual straight line.
  • an information generation unit for generating specific information for specifying each management area.
  • the field can be divided into small areas and managed along the main movement direction of the work vehicle in the field. This makes it possible to match the work direction of the work vehicle with the arrangement direction of the management area, so that crop cultivation management is facilitated.
  • the main movement direction calculation unit calculates a probability density function of the distribution of these movement directions based on the movement direction corresponding to all the position information, and the obtained probability density function The main movement direction is calculated based on the above.
  • a plurality of elongated rectangular crop growth regions for growing crops are formed in a stripe shape in the field, and the main movement direction is a direction in which the crop growth region extends. is there.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a field management system to which a field management apparatus according to an embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a side view mainly showing the tractor.
  • FIG. 3 is a plan view of FIG.
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining how a tractor performs sugarcane planting work in an agricultural field.
  • FIG. 5 is a block diagram showing an electrical configuration of the tractor and the management server.
  • FIG. 6A is a flowchart illustrating a part of the procedure of the field division processing executed by the field division processing unit.
  • FIG. 6B is a flowchart illustrating a part of the procedure of the field division processing executed by the field division processing unit.
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the processing in step S1 of FIG. 6A.
  • FIG. 8 is a graph showing an example of the probability density function calculated in step S3 of FIG. 6A.
  • FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the processing in step S6 in FIG. 6A.
  • FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the process of step S8 of FIG. 6B.
  • FIG. 11 is a schematic diagram for explaining the process of step S9 of FIG. 6B.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a field management system to which a field management apparatus according to an embodiment of the present invention is applied.
  • the farm field management system 1 includes a communication terminal 2 mounted on a tractor 11 as a work vehicle, and a management server 3 as a farm field management apparatus.
  • a work machine 13 is attached to the tractor 11.
  • the communication terminal 2 can communicate with the management server 3 via the communication network 5.
  • the communication terminal 2 has a function of positioning the position of the tractor 11 using the positioning satellite 6.
  • the communication terminal 2 transmits position information and movable information to the management server 3.
  • the management server 3 is provided in the management center 4.
  • the management server 3 receives the position information and the movable information transmitted from the communication terminal 2.
  • the management server 3 stores the received position information and movable information in the storage unit.
  • FIG. 2 is a side view mainly showing the tractor 11.
  • FIG. 3 is a plan view of FIG.
  • the tractor 11 includes a traveling machine body 12 as a vehicle body that travels in the field.
  • a traveling machine body 12 as a vehicle body that travels in the field.
  • various working machines such as a planting machine, a cultivator, a plow, a fertilizer machine, a mowing machine, and a sowing machine can be selected and mounted on the traveling machine body 12.
  • the traveling body 12 of the tractor 11 has a front portion supported by a pair of left and right front wheels 17 and a rear portion supported by a pair of left and right rear wheels 18.
  • a bonnet 19 is disposed at the front of the traveling machine body 12.
  • the bonnet 19 accommodates an engine 20 that is a driving source of the tractor 11, a fuel tank (not shown), and the like.
  • this engine 20 can be comprised, for example with a diesel engine, it is not restricted to this, For example, you may comprise with a gasoline engine. Further, an electric motor may be adopted as a drive source instead of or in addition to the engine 20.
  • a cabin 21 for a user to board is disposed behind the hood 19. Inside the cabin 21, a steering handle 22 for a user to steer, a seat 23 on which a user can sit, a communication terminal 2, various operation devices for performing various operations, and the like are arranged.
  • the communication terminal 2 is detachably attached to a terminal support portion 16 fixed to the lower surface of the roof 15 of the cabin 21.
  • the tractor 11 is not limited to the one with the cabin 21 and may be configured without the cabin 21.
  • a chassis 30 of the tractor 11 is provided at the lower part of the traveling machine body 12.
  • the chassis 30 includes a body frame 31, a transmission 32, a front axle 33, a rear axle 34, and the like.
  • the body frame 31 is a support portion at the front portion of the tractor 11 and supports the engine 20 directly or via a vibration isolating member or the like.
  • the transmission 32 changes the power from the engine 20 and transmits it to the front axle 33 and the rear axle 34.
  • the front axle 33 transmits the power input from the transmission 32 to the front wheels 17.
  • the rear axle 34 transmits the power input from the transmission 32 to the rear wheel 18.
  • the traveling machine body 12 is equipped with a sugar cane planting machine as a work machine 13 for planting sugar cane. Since the structure of the sugar cane planting machine is known, the illustration of the specific structure of the sugar cane planting machine is omitted for convenience of explanation.
  • the sugarcane planting machine (sugarcane transplanting machine) currently disclosed by Unexamined-Japanese-Patent No. 2017-192327 can be used, for example.
  • 2017-192327 includes a groove forming part for forming a groove in a field, a cutting part for cutting a sugarcane seedling to create a seed millet, and dropping the seed millet into the groove A guide section for covering the seed millet, a seat for an operator to seat the sugarcane seedling into the cutting section, and the like. A part of the driving force of the engine 20 of the tractor 11 is transmitted to the sugarcane planting machine via a PTO shaft (not shown).
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining how the tractor 11 performs sugarcane planting work in the field.
  • the tractor 11 may be driven by manual driving or may be driven by automatic driving.
  • a plurality of elongated rectangular crop growth regions L for growing crops are formed in stripes.
  • the lower end in FIG. 4 is referred to as the near end
  • the upper end in FIG. 4 is referred to as the rear end.
  • the tractor 11 performs sugarcane planting work while moving along the crop growth region L in such a posture that the left and right wheels 17 on the front side and the left and right wheels 18 on the rear side sandwich the crop growth region L, respectively. For example, the tractor 11 travels from the near side to the far side end with respect to the leftmost crop growth region L. Then, when reaching the far end of the crop growing area L, the tractor 11 turns rightward in the traveling direction and moves to the far end of the right crop growing area L.
  • the tractor 11 travels from the back end toward the front side in the crop growth region L.
  • the tractor 11 turns leftward in the traveling direction and moves to the front end of the crop growth region L adjacent to the right.
  • Such a traveling operation is repeated. Therefore, the movement path of the tractor 11 is generally folded in a zigzag manner as indicated by a broken line in FIG.
  • FIG. 5 is a block diagram showing an electrical configuration of the tractor 11 and the management server 3.
  • the tractor 11 includes a tractor control device 10 and a communication terminal 2 mounted on the tractor 11.
  • the tractor control device 10 controls the operation of the traveling machine body 12 (operations such as forward, reverse, stop, and turn) and the operation of the work machine 13.
  • the tractor control device 10 is electrically connected to a plurality of controllers (not shown) for controlling each part of the tractor 11.
  • the plurality of controllers controls an engine controller that controls the rotational speed of the engine 20, a vehicle speed controller that controls the vehicle speed of the tractor 11, a steering controller that controls the turning angle of the front wheels 17 of the tractor 11, and a rotation of the PTO shaft. Includes PTO axis controller.
  • the tractor control device 10 provides operation information to the communication terminal 2 at predetermined time intervals.
  • the operation information includes engine speed, exhaust temperature, accelerator operation state, brake operation state, and the like.
  • the communication terminal 2 includes a control unit 40.
  • a position detection unit 51, a communication unit 52, an operation display unit 53, an operation unit 54, a storage unit 55, and the like are connected to the control unit 40.
  • the position detector 51 calculates position information of the tractor 11 (communication terminal 2) based on the satellite positioning system.
  • the satellite positioning system is, for example, GNSS (Global Navigation Satellite System).
  • the position detector 51 receives satellite signals from a plurality of positioning satellites 6 (see FIG. 1) and detects position information of the tractor 11.
  • the position information includes, for example, latitude, longitude and altitude information, and time information when the position information is acquired. In this embodiment, for convenience of explanation, it is assumed that the position information includes latitude information, longitude information, and time information.
  • the storage unit 55 is provided with a position information storage unit 56, an operation information storage unit 57, and the like.
  • the communication unit 52 is a communication interface for the control unit 40 to communicate with the management server 3 via the communication network 5 (see FIG. 1).
  • the operation display unit 53 is composed of, for example, a touch panel display.
  • the operation unit 54 includes, for example, one or a plurality of operation buttons.
  • the storage unit 55 includes a storage device such as a nonvolatile memory.
  • the control unit 40 includes a microcomputer including a CPU and a memory (ROM, RAM, etc.) 41.
  • the control unit 40 includes an information acquisition processing unit 42.
  • the information acquisition processing unit 42 acquires the position information calculated by the position detection unit 51 and stores it in the position information storage unit 56. Then, the information acquisition processing unit 42 transmits the position information stored in the position information storage unit 56 to the management server 3 in real time or at a predetermined timing.
  • the information acquisition processing unit 42 acquires the operation information given from the tractor control device 10 and stores it in the operation information storage unit 57. Then, the information acquisition processing unit 42 transmits the operation information stored in the operation information storage unit 57 to the management server 3 in real time or at a predetermined timing.
  • the management server 3 includes a control unit 60.
  • a communication unit 71, an operation display unit 72, an operation unit 73, a storage unit 74, and the like are connected to the control unit 60.
  • the communication unit 71 is a communication interface for the control unit 60 to communicate with the communication terminal 2 via the communication network 5.
  • the operation display unit 72 is composed of, for example, a touch panel display.
  • the operation unit 73 includes, for example, a keyboard and a mouse.
  • the storage unit 74 includes a storage device such as a hard disk or a nonvolatile memory.
  • the storage unit 74 is provided with a position information storage unit 75, an operation information storage unit 76, an agricultural field information storage unit 77, and the like.
  • the position information storage unit 75 stores position information received from the communication terminal 2.
  • the operation information storage unit 76 stores operation information received from the communication terminal 2.
  • the field information storage unit 77 stores information about the field (field information).
  • the control unit 60 includes a microcomputer including a CPU and a memory (ROM, RAM, etc.) 61.
  • the control unit 60 includes an information storage processing unit 62 and an agricultural field division processing unit 63.
  • the information storage processing unit 62 stores the received position information in the position information storage unit 75. Further, when the operation information is received from the communication terminal 2, the information storage processing unit 62 stores the received operation information in the operation information storage unit 76.
  • the field division processing unit 63 performs a field division process for dividing the field F on which the sugarcane planting work has been performed into a plurality of management areas.
  • the field F about to be subjected to the field division process is referred to as a “process target field F”, and is detected by the position detection unit 51 while the sugar cane is being planted in the process target field F.
  • the position information for each time of the tractor 11 is referred to as “processing target data”. It is assumed that processing target data is stored in the position information storage unit 75.
  • the farm field division processing unit 63 includes a movement direction calculation unit 81, a main movement direction determination unit 82, and an information generation unit 83.
  • the moving direction calculation unit 81 calculates the moving direction of the tractor 11 at a position corresponding to each position information in the processing target data.
  • the main movement direction determination unit 82 determines the main movement direction that is the main movement direction of the tractor 11 based on the movement direction corresponding to all the position information calculated by the movement direction calculation unit.
  • the information generation unit 83 uses the first virtual line parallel to the main movement direction determined by the main movement direction determination unit and the second virtual line orthogonal to the first virtual line to determine the region of the processing target field F.
  • the information is divided into a plurality of rectangular management areas, and specific information for specifying each management area is generated.
  • FIG. 6A and FIG. 6B are flowcharts showing the procedure of the field division processing executed by the field division processing unit 63.
  • the moving direction calculation unit 81 in the field division processing unit 63 uses the position information (longitude, latitude) of the longitude and latitude coordinate system (geographic coordinate system) included in the processing target data in the first plane coordinate system. Conversion into position information (X-direction distance, Y-direction distance) (step S1).
  • the first plane coordinate system has a predetermined position as an origin O, a straight line passing through the origin O and extending in the east-west direction as an X axis, and a straight line extending through the origin O and extending in the north-south direction is represented by Y A coordinate system with axes. It is assumed that the positive direction of the Y axis is north and the positive direction of the X axis is east.
  • F indicates a processing target field.
  • S schematically represents the movement trajectory of the tractor 11 during planting work. This movement trajectory is a curve obtained by connecting each position information after the coordinate conversion in step S1 in order of time.
  • the movement trajectory is depicted in a simplified manner, and the actual movement trajectory is more complicated than the movement trajectory shown in FIG.
  • the shape of the processing target field F is a rectangle for convenience of explanation, but the shape of the processing target field F may be a shape other than a rectangle.
  • the movement direction calculation unit 81 calculates the movement direction of the tractor 11 at a position corresponding to each piece of position information after coordinate conversion (step S2).
  • the moving direction of the tractor 11 at a position corresponding to certain position information is calculated as follows, for example.
  • the position information is the position information of interest
  • the coordinates of the position information acquired once in time with respect to the position of interest information are (x1, y1)
  • the coordinates of the position information of interest are Assuming (x2, y2)
  • the movement direction (movement direction angle) ⁇ of the position corresponding to the target position information is calculated based on the following equation (1).
  • the moving direction angle ⁇ takes a value within the range of ⁇ 90 degrees to +90 degrees.
  • the main movement direction determination unit 82 in the field division processing unit 63 calculates a probability density function of the distribution of these movement directions based on the movement directions corresponding to all the position information (step S3).
  • the main moving direction determination unit 82 calculates a probability density function (kernel density function) of the distribution in the moving direction by kernel density estimation.
  • FIG. 8 is a graph showing an example of the probability density function calculated in step S3. This graph is a curve obtained by smoothing the histogram of the distribution in the moving direction. Note that the graph of FIG. 8 does not accurately correspond to the movement trajectory of FIG.
  • the main moving direction determination unit 82 detects the peak of the probability density function (step S4). Then, the main movement direction determination unit 82 determines the movement direction ⁇ corresponding to the peak having the largest peak height among the detected peaks as the main movement direction of the tractor 11 (step S5). In the example of FIG. 8, the main moving direction is 50 degrees.
  • the information generation unit 83 in the field division processing unit 63 sets the point corresponding to the predetermined position information as the origin O ′, passes through the origin O ′, and the main moving direction of the tractor 11.
  • a second plane coordinate system is set in which a parallel straight line is the first axis and a straight line passing through the origin O ′ and orthogonal to the first axis is the second axis (step S6).
  • the point on the west side of the position corresponding to the position information is set as the origin O ′ of the second plane coordinate system.
  • the first axis is set as the Y ′ axis
  • the second axis is set as the X ′ axis.
  • the information generation unit 83 converts each piece of position information in the first plane coordinate system into position information in the second plane coordinate system (step S7).
  • the information generation unit 83 performs the minimum value x′min and the maximum value x′max of the X ′ coordinate value and the minimum value y′min of the Y ′ coordinate value in the second plane coordinate system. From the maximum value y′max, a rectangular area E that approximates the processing target field F is generated (step S8).
  • the information generation unit 63C includes a point a (x′min, y′min), a point b (x′min, y′max), a point c (x′max, y′max), A rectangular area E having the point d (x′max, y′min) as a vertex is generated as a rectangular area that approximates the processing target field F.
  • the information generation unit 83 uses a first imaginary line parallel to the main movement direction and a second imaginary line orthogonal to the first imaginary line to define a plurality of rectangular regions S.
  • the area is divided into rectangular management areas e (step S9).
  • the information generation unit 83 sets a plurality of first imaginary lines K1 at predetermined first intervals for the rectangular region S, and sets the first virtual lines K1 at predetermined second intervals.
  • a plurality of management areas e partitioned by these virtual lines are set in the rectangular area S.
  • the information generation unit 83 generates specific information for specifying each management area e, and stores it in the field information storage unit 77 as field information for the processing target field F (step S10).
  • the information generation unit 83 converts the coordinate values in the second plane coordinate system of the four vertices of each management area e into coordinate values in the longitude and latitude coordinate system. Then, the information generating unit 63C stores the coordinate values of the four latitude and longitude coordinate systems of each management area e in the field information storage unit 77 as field information for the processing target field F.
  • the movement direction calculation unit 81 converts each position information of the longitude and latitude coordinate system included in the processing target data into position information of the first plane coordinate system (see step S1 in FIG. 6A). ), It is not necessary to convert each position information of the longitude-latitude coordinate system included in the processing target data into position information of the first plane coordinate system.
  • step S2 the moving direction of the tractor 11 at the position corresponding to each position information is calculated as follows.
  • certain position information is set as attention position information, and longitude and latitude of position information acquired once in time with respect to the attention position information are ( ⁇ 1, ⁇ 1).
  • the latitude and the latitude are ( ⁇ 2, ⁇ 2)
  • the movement direction (movement direction angle) ⁇ of the position corresponding to the target position information is calculated based on the following equation (2).
  • step S3 tan ⁇ 1 ⁇ ( ⁇ 2- ⁇ 1 ⁇ / ( ⁇ 2- ⁇ 1)) (2)
  • the processing after step S3 is the same as the processing after step S3 in FIG.
  • the field F can be divided into small areas and managed along the main moving direction of the tractor 11 in the field F.
  • the work direction of the tractor 11 and the arrangement direction of the management area can be matched, which facilitates crop cultivation management.
  • a GNSS single positioning system is used as the positioning system used for the communication terminal 2, but other than the single positioning system such as RTK-GNSS (real-time kinematic GNSS).
  • RTK-GNSS real-time kinematic GNSS
  • a positioning system may be used.
  • the work vehicle is a tractor, but the work vehicle may be a rice planting machine, a combiner, a civil engineering / construction work device, a snowplow, a riding work machine, a walking work machine, or the like.

Abstract

圃場管理装置４は、圃場内を作業車両が走行している間に測定された作業車両の時刻毎の位置情報に基づいて、各位置情報に対応する位置での作業車両の移動方向を算出する移動方向算出部８１と、移動方向算出部８１によって算出された全ての位置情報に対応する移動方向に基づいて、作業車両の主たる移動方向である主移動方向を決定する主移動方向決定部８２と、主移動方向決定部によって決定された主移動方向に平行な第１仮想直線と第１仮想直線に直交する第２仮想直線とを用いて、圃場の領域を複数の矩形状の管理領域に分割し、各管理領域を特定するための特定情報を生成する情報生成部８３とを含む。

Description

圃場管理装置
　この発明は、圃場管理装置に関する。
　特許文献１には、圃場での農作物の生育状況を小領域毎に把握するために、圃場マップ上で圃場を複数の小領域、例えば一辺が数ｍの正方形の領域に分割し、小領域毎に育成状況および作業状況の管理を図る営農手法が開示されている。
特開２０１７－１０２９２４号公報
　一般的に、圃場内には、作物を生育させるための複数の細長矩形状の作物生育領域が、ストライプ状に形成されている。作物生育領域の代表的な例として、畝や条を挙げることができる。農作業時には、作業車両は、圃場内の作物生育領域に沿って移動しながら農作業を行う。したがって、圃場を作業車両の移動方向に沿った複数の小領域に分割して管理することができれば、作業車両の作業方向と管理領域の配置方向とが合致するので、作物の栽培管理を行いやすくなる。
　この発明の目的は、圃場内における作業車両の主たる移動方向に沿って、圃場を小領域に分割して管理することが可能となる圃場管理装置を提供することである。
　この発明による情報取得装置は、圃場内を作業車両が走行している間に測定された前記作業車両の時刻毎の位置情報に基づいて、前記各位置情報に対応する位置での前記作業車両の移動方向を算出する移動方向算出部と、前記移動方向算出部によって算出された全ての位置情報に対応する移動方向に基づいて、前記作業車両の主たる移動方向である主移動方向を決定する主移動方向決定部と、前記主移動方向決定部によって決定された主移動方向に平行な第１仮想直線と、前記第１仮想直線に直交する第２仮想直線とを用いて、前記圃場の領域を複数の矩形状の管理領域に分割し、前記各管理領域を特定するための特定情報を生成する情報生成部とを含む。
　この構成では、圃場内における作業車両の主たる移動方向に沿って、圃場を小領域に分割して管理することが可能となる。これにより、作業車両の作業方向と管理領域の配置方向とを合致させることが可能となるので、作物の栽培管理を行いやすくなる。
　この発明の一実施形態では、前記主移動方向算出部は、前記全ての位置情報に対応する移動方向に基づいて、これらの移動方向の分布の確率密度関数を算出し、得られた確率密度関数に基づいて、前記主移動方向を算出するように構成されている。
　この発明の一実施形態では、前記圃場内には作物を生育させるための複数の細長矩形状の作物生育領域がストライプ状に形成されており、前記主移動方向が前記作物生育領域の延びる方向である。
　この構成では、作物生育領域の延びる方向に沿って、圃場を小領域に分割して管理することが可能となる。
　本発明における上述の、またはさらに他の目的、特徴および効果は、添付図面を参照して次に述べる実施形態の説明により明らかにされる。
図１は、この発明の一実施形態に係る圃場管理装置が適用された圃場管理システムの構成を示す模式図である。 図２は、主としてトラクタを示す側面図である。 図３は、図２の平面図である。 図４は、圃場内でトラクタがサトウキビの植付作業を行う様子を説明するための模式図である。 図５は、トラクタおよび管理サーバの電気的構成を示すブロック図である。 図６Ａは、圃場分割処理部によって実行される圃場分割処理の手順の一部を示すフローチャートである。 図６Ｂは、圃場分割処理部によって実行される圃場分割処理の手順の一部を示すフローチャートである。 図７は、図６ＡのステップＳ１の処理を説明するための模式図である。 図８は、図６ＡのステップＳ３によって算出された確率密度関数の一例を示すグラフである。 図９は、図６ＡのステップＳ６の処理を説明するための模式図である。 図１０は、図６ＢのステップＳ８の処理を説明するための模式図である。 図１１は、図６ＢのステップＳ９の処理を説明するための模式図である。
　図１は、この発明の一実施形態に係る圃場管理装置が適用された圃場管理システムの構成を示す模式図である。
　圃場管理システム１は、作業車両としてのトラクタ１１に搭載された通信端末２と、圃場管理装置としての管理サーバ３とを含む。トラクタ１１には作業機１３が装着されている。通信端末２は、通信網５を介して、管理サーバ３と通信可能である。
　通信端末２は、測位衛星６を利用してトラクタ１１の位置を測位する機能を備えている。通信端末２は、位置情報および可動情報を管理サーバ３に送信する。管理サーバ３は、管理センター４内に設けられている。管理サーバ３は、通信端末２から送信されてきた位置情報および可動情報を受信する。管理サーバ３は、受信した位置情報および可動情報を記憶部に記憶する。
　図２は、主としてトラクタ１１を示す側面図である。図３は、図２の平面図である。
　トラクタ１１は、圃場内を走行する車体部としての走行機体１２を備えている。走行機体１２には、例えば、植付機、耕耘機、プラウ、施肥機、草刈機、播種機等の種々の作業機を選択して装着することができるようになっている。
　トラクタ１１の走行機体１２は、図２に示すように、その前部が左右１対の前輪１７で支持され、その後部が左右１対の後輪１８で支持されている。
　走行機体１２の前部にはボンネット１９が配置されている。本実施形態では、このボンネット１９内に、トラクタ１１の駆動源であるエンジン２０、燃料タンク（図示略）等が収容されている。このエンジン２０は、例えばディーゼルエンジンにより構成することができるが、これに限るものではなく、例えばガソリンエンジンにより構成してもよい。また、駆動源として、エンジン２０に代えてまたは加えて電気モータを採用してもよい。
　ボンネット１９の後方には、ユーザが搭乗するためのキャビン２１が配置されている。このキャビン２１の内部には、ユーザが操向操作するためのステアリングハンドル２２、ユーザが着座可能な座席２３、通信端末２、各種の操作を行うための様々な操作装置等が配置されている。通信端末２は、キャビン２１の屋根１５の下面に固定された端末支持部１６に、着脱可能に装着されている。なお、トラクタ１１は、キャビン２１付きのものに限られず、キャビン２１を備えていない構成であってもよい。
　図２に示すように、走行機体１２の下部には、トラクタ１１のシャーシ３０が設けられている。シャーシ３０は、機体フレーム３１、トランスミッション３２、フロントアクスル３３、リアアクスル３４等から構成されている。
　機体フレーム３１は、トラクタ１１の前部における支持部であって、直接または防振部材等を介してエンジン２０を支持している。トランスミッション３２は、エンジン２０からの動力を変化させてフロントアクスル３３およびリアアクスル３４に伝達する。フロントアクスル３３は、トランスミッション３２から入力された動力を前輪１７に伝達する。リアアクスル３４は、トランスミッション３２から入力された動力を後輪１８に伝達する。
　この実施形態においては、走行機体１２には、作業機１３としてサトウキビを植付けるためのサトウキビ植付機が装着されている。サトウキビ植付機の構成は公知なので、説明の便宜上、サトウキビ植付機の具体的な構成の図示は省略する。なお、サトウキビ植付機としては、例えば、特開２０１７-１９２３２７号公報に開示されているサトウキビ植付機（サトウキビ移植機）を用いることができる。特開２０１７-１９２３２７号公報に開示されているサトウキビ植付機は、圃場に溝を形成するための作溝部、サトウキビ苗を切断して種キビを作成する切断部、種キビを溝内に落下させるガイド部、種キビに覆土する覆土部、サトウキビ苗を切断部に投入させる作業者が着座する座席等を備えている。サトウキビ植付機には、トラクタ１１のエンジン２０の駆動力の一部が図示しないＰＴＯ軸を介して伝達されるようになっている。
　図４は、圃場内でトラクタ１１がサトウキビの植付作業を行う様子を説明するための模式図である。トラクタ１１は、手動運転によって走行されてもよいし、自動運転によって走行されてもよい。
　圃場Ｆ内には、作物を生育させるための複数の細長矩形状の作物生育領域Ｌが、ストライプ状に形成されている。作物生育領域Ｌの両端のうち、図４の下側の端部を手前側端といい、図４の上側の端部を奥側端ということにする。
　トラクタ１１は、前側の左右の車輪１７および後側の左右の車輪１８がそれぞれ作物生育領域Ｌを挟むような姿勢で、作物生育領域Ｌに沿って移動しながらサトウキビの植付作業を行う。トラクタ１１は、例えば、最も左側の作物生育領域Ｌに対して手前側から奥側端に向かって走行する。そして、当該作物生育領域Ｌの奥側端に到達すると、トラクタ１１は、進行方向に向かって右方向に旋回して、右隣りの作物生育領域Ｌの奥側端に移動する。
　次に、トラクタ１１は、当該作物生育領域Ｌを奥側端から手前側に向かって走行する。そして、当該作物生育領域Ｌの手前端に到達すると、トラクタ１１は、進行方向に向かって左向に旋回して、右隣りの作物生育領域Ｌの手前端に移動する。このような走行動作が繰り返し行われる。したがって、トラクタ１１の移動経路は、一般的には、図４に破線で示すように、つづら折り状となる。
　図５は、トラクタ１１および管理サーバ３の電気的構成を示すブロック図である。
　トラクタ１１は、トラクタ制御装置１０と、トラクタ１１に搭載された通信端末２とを含む。トラクタ制御装置１０には、走行機体１２の動作（前進、後進、停止、旋回等の動作）と、作業機１３の動作とを制御する。トラクタ制御装置１０は、トラクタ１１の各部を制御するための複数のコントローラ（図示略）が電気的に接続されている。複数のコントローラは、エンジン２０の回転数等を制御するエンジンコントローラ、トラクタ１１の車速を制御する車速コントローラ、トラクタ１１の前輪１７の転舵角を制御する操向コントローラ、ＰＴＯ軸の回転を制御するＰＴＯ軸コントローラ等を含む。
　トラクタ制御装置１０は、稼働情報を所定時間毎に通信端末２に与える。稼働情報には、エンジン回転数、排気温度、アクセルの操作状態、ブレーキの操作状態等が含まれる。
　通信端末２は、制御部４０を備えている。制御部４０には、位置検出部５１、通信部５２、操作表示部５３、操作部５４、記憶部５５等が接続されている。位置検出部５１は、衛星測位システムに基づいてトラクタ１１（通信端末２）の位置情報を算出する。衛星測位システムは、例えば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）である。具体的には、位置検出部５１は、複数の測位衛星６（図１参照）からの衛星信号を受信して、トラクタ１１の位置情報を検出する。位置情報は、例えば、緯度、経度および高度情報と、当該位置情報が取得された時刻情報とからなる。この実施形態では、説明の便宜上、位置情報は、緯度情報および経度情報と時刻情報とからなるものとする。記憶部５５には、位置情報記憶部５６、稼働情報記憶部５７等が設けられている。
　通信部５２は、制御部４０が通信網５（図１参照）を介して管理サーバ３と通信するための通信インタフェースである。操作表示部５３は、例えば、タッチパネル式ディスプレイからなる。操作部５４は、例えば、１または複数の操作ボタンを含む。記憶部５５は、不揮発性メモリ等の記憶デバイスから構成されている。
　制御部４０は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）４１を備えたマイクロコンピュータを含む。制御部４０は、情報取得処理部４２を含んでいる。情報取得処理部４２は、位置検出部５１によって算出される位置情報を取得して位置情報記憶部５６に記憶する。そして、情報取得処理部４２は、位置情報記憶部５６に記憶された位置情報を、リアルタイムにまたは所定のタイミングで管理サーバ３に送信する。
　また、情報取得処理部４２は、トラクタ制御装置１０から与えられる稼働情報を取得して稼働情報記憶部５７に記憶する。そして、情報取得処理部４２は、稼働情報記憶部５７に記憶された稼働情報を、リアルタイムにまたは所定のタイミングで管理サーバ３に送信する。
　管理サーバ３は、制御部６０を備えている。制御部６０には、通信部７１、操作表示部７２、操作部７３、記憶部７４等が接続されている。通信部７１は、制御部６０が通信網５を介して通信端末２と通信するための通信インタフェースである。操作表示部７２は、例えば、タッチパネル式ディスプレイからなる。操作部７３は、例えば、キーボード、マウス等を含む。記憶部７４は、ハードディスク、不揮発性メモリ等の記憶デバイスから構成されている。
　記憶部７４には、位置情報記憶部７５、稼働情報記憶部７６、圃場情報記憶部７７等が設けられている。位置情報記憶部７５には、通信端末２から受信した位置情報が記憶される。稼働情報記憶部７６には、通信端末２から受信した稼働情報が記憶される。圃場情報記憶部７７には、圃場に関する情報（圃場情報）が記憶される。
　制御部６０は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）６１を備えたマイクロコンピュータを含む。制御部６０は、情報記憶処理部６２と、圃場分割処理部６３とを含む。情報記憶処理部６２は、通信端末２から位置情報を受信したときに、受信した位置情報を位置情報記憶部７５に記憶する。また、情報記憶処理部６２は、通信端末２から稼働情報を受信したときに、受信した稼働情報を稼働情報記憶部７６に記憶する。
　圃場分割処理部６３は、サトウキビの植付作業が行われた圃場Ｆを複数の管理領域に分割するための圃場分割処理を行う。以下において、圃場分割処理を行おうとしている圃場Ｆを「処理対象圃場Ｆ」といい、処理対象圃場Ｆに対してサトウキビの植付作業が行われている間に、位置検出部５１によって検出されたトラクタ１１の時刻毎の位置情報を「処理対象データ」ということにする。位置情報記憶部７５には、処理対象データが記憶されているものとする。
　圃場分割処理部６３は、移動方向算出部８１と、主移動方向決定部８２と、情報生成部８３とを含む。
　移動方向算出部８１は、処理対象データ内の各位置情報に対応する位置でのトラクタ１１の移動方向を算出する。
　主移動方向決定部８２は、移動方向算出部によって算出された全ての位置情報に対応する移動方向に基づいて、トラクタ１１の主たる移動方向である主移動方向を決定する。
　情報生成部８３は、主移動方向決定部によって決定された主移動方向に平行な第１仮想直線と、第１仮想直線に直交する第２仮想直線とを用いて、処理対象圃場Ｆの領域を複数の矩形状の管理領域に分割し、各管理領域を特定するための特定情報を生成する。
　以下、移動方向算出部８１、主移動方向決定部８２および情報生成部８３の動作の詳細について詳しく説明する。
　図６Ａおよび図６Ｂは、圃場分割処理部６３によって実行される圃場分割処理の手順を示すフローチャートである。
　まず、圃場分割処理部６３内の移動方向算出部８１は、処理対象データに含まれている経緯度座標系（地理座標系）の各位置情報（経度，緯度）を、第１平面座標系の位置情報（Ｘ方向距離，Ｙ方向距離）に変換する（ステップＳ１）。
　第１平面座標系は、例えば、図７に示すように、所定位置を原点Ｏとし、原点Ｏを通りかつ東西方向に延びる直線をＸ軸とし、原点Ｏを通りかつ南北方向に延びる直線をＹ軸とする座標系である。Ｙ軸の正方向が北とされ、Ｘ軸の正方向が東とされているものとする。
　図７において、Ｆは、処理対象圃場を示している。図７において、Ｓは、植付作業時のトラクタ１１の移動軌跡を模式的に表したものである。この移動軌跡は、ステップＳ１による座標変換後の各位置情報を時刻順に結ぶことによって得られる曲線である。図７においては、移動軌跡は簡素化して描かれており、実際の移動軌跡には図７に示される移動軌跡よりも複雑である。また、図７の例では、説明の便宜上、処理対象圃場Ｆの形状を矩形としているが、処理対象圃場Ｆの形状は矩形以外の形状であってもよい。
　次に、移動方向算出部８１は、座標変換後の各位置情報に対応する位置でのトラクタ１１の移動方向を算出する（ステップＳ２）。
　ある位置情報に対応する位置でのトラクタ１１の移動方向は、例えば、次のように算出される。第１平面座標系において、ある位置情報を注目位置情報とし、注目位置情報に対して時間的に１回前に取得された位置情報の座標を（ｘ１，ｙ１）とし、注目位置情報の座標を（ｘ２，ｙ２）とすると、注目位置情報に対応する位置の移動方向（移動方向角）θは、次式（１）に基づいて算出される。
　θ＝tan－１｛（ｙ２－ｙ１｝／（ｘ２－ｘ１））　　　…（１）
　移動方向角θは、－９０度から＋９０度の範囲内の値をとる。
　次に、圃場分割処理部６３内の主移動方向決定部８２は、全ての位置情報に対応する移動方向に基づいて、これらの移動方向の分布の確率密度関数を算出する（ステップＳ３）。
　具体的には、主移動方向決定部８２は、カーネル密度推定によって、移動方向の分布の確率密度関数（カーネル密度関数）を算出する。図８は、ステップＳ３によって算出された確率密度関数の一例を示すグラフである。このグラフは、移動方向の分布のヒストグラムを滑らかにしたような曲線となる。なお、図８のグラフは、図７の移動軌跡に正確に対応するものではない。
　次に、主移動方向決定部８２は、確率密度関数のピークを検出する（ステップＳ４）。そして、主移動方向決定部８２は、検出されたピークのうち、ピーク高さが最も大きいピークに対応する移動方向θをトラクタ１１の主移動方向として決定する（ステップＳ５）。図８の例では、主移動方向は５０度となる。
　次に、圃場分割処理部６３内の情報生成部８３は、図９に示すように、所定の位置情報に対応する点を原点Ｏ’とし、原点Ｏ’を通りかつトラクタ１１の主移動方向と平行な直線を第１軸とし、原点Ｏ’を通りかつ第１軸と直交する直線を第２軸とする第２平面座標系を設定する（ステップＳ６）。
　図９の例では、位置情報に対応する位置のうち最も西側にある点が、第２平面座標系の原点Ｏ’として設定されている。また、第１軸がＹ’軸に設定され、第２軸がＸ’軸として設定されている。
　次に、情報生成部８３は、第１平面座標系の各位置情報を、第２平面座標系の位置情報に座標変換する（ステップＳ７）。
　次に、情報生成部８３は、図１０に示すように、第２平面座標系において、Ｘ’座標値の最小値ｘ’minおよび最大値ｘ’maxならびにＹ’座標値の最小値ｙ’minおよび最大値ｙ’maxから、処理対象圃場Ｆに近似する矩形領域Ｅを生成する（ステップＳ８）。具体的には、情報生成部６３Ｃは、点ａ（ｘ’min，ｙ’min）と、点ｂ（ｘ’min，ｙ’max）と、点ｃ（ｘ’max，ｙ’max ）と、点ｄ（ｘ’max，ｙ’min）とを頂点とする矩形領域Ｅを、処理対象圃場Ｆに近似する矩形領域として生成する。
　次に、情報生成部８３は、第２平面座標系において、主移動方向に平行な第１仮想線と、第１仮想線に直交する第２仮想線とを用いて、矩形領域Ｓを複数の矩形状の管理領域ｅに分割する（ステップＳ９）。例えば、情報生成部８３は、図１１に示すように、矩形領域Ｓに対して、所定の第１間隔をおきに複数の第１仮想線Ｋ１を設定するとともに、所定の第２間隔おきに第２仮想線Ｋ２を設定することにより、矩形領域Ｓ内に、これらの仮想線によって区画された複数の管理領域ｅを設定する。
　次に、情報生成部８３は、各管理領域ｅを特定するための特定情報を生成し、処理対象圃場Ｆに対する圃場情報として圃場情報記憶部７７内に記憶する（ステップＳ１０）。
　具体的には、情報生成部８３は、各管理領域ｅの４頂点の第２平面座標系での座標値を、経緯度座標系の座標値に変換する。そして、情報生成部６３Ｃは、各管理領域ｅの４頂点の経緯度座標系の座標値を、処理対象圃場Ｆに対する圃場情報として、圃場情報記憶部７７内に記憶する。
　上記実施形態では、移動方向算出部８１は、処理対象データに含まれている経緯度座標系の各位置情報を第１平面座標系の位置情報に変換しているが（図６ＡのステップＳ１参照）、処理対象データに含まれている経緯度座標系の各位置情報を第１平面座標系の位置情報に変換しなくてもよい。
　その場合には、ステップＳ１の処理は省略される。その場合、ステップＳ２では、次のようにして、各位置情報に対応する位置でのトラクタ１１の移動方向が算出される。経緯度座標系において、ある位置情報を注目位置情報とし、注目位置情報に対して時間的に１回前に取得された位置情報の経度および緯度を（λ１，φ１）とし、注目位置情報の経度および緯度を（λ２，φ２）とすると、注目位置情報に対応する位置の移動方向（移動方向角）θは、次式（２）に基づいて算出される。
　θ＝tan－１｛（φ２－φ１｝／（λ２－λ１））　　　…（２）
　ステップＳ３以降の処理は、図６のステップＳ３以降の処理と同様である。
　前述の実施形態では、圃場Ｆ内におけるトラクタ１１の主たる移動方向に沿って、圃場Ｆを小領域に分割して管理することが可能となる。これにより、トラクタ１１の作業方向と管理領域の配置方向とを合致させることが可能となるので、作物の栽培管理を行いやすくなる。
　以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。例えば、前述の実施形態では、通信端末２に用いられている測位システムとして、ＧＮＳＳの単独測位システムが用いられているが、ＲＴＫ－ＧＮＳＳ（リアルタイム・キネマティクＧＮＳＳ）等のような単独測位システム以外の測位システムを用いてもよい。
　前述の実施形態では、作業車両はトラクタであるが、作業車両は、田植え機、コンバイン、土木・建設作業装置、除雪車、乗用型作業機、歩行型作業機等であってもよい。
　本発明の実施形態について詳細に説明してきたが、これらは本発明の技術的内容を明らかにするために用いられた具体例に過ぎず、本発明はこれらの具体例に限定して解釈されるべきではなく、本発明の範囲は添付の請求の範囲によってのみ限定される。
　この出願は、２０１８年３月２２日に日本国特許庁に提出された特願２０１８－５４７６２号に対応しており、その出願の全開示はここに引用により組み込まれるものとする。
　１　圃場管理システム
　２　通信端末
　３　管理サーバ（圃場管理装置）
　１０　トラクタ制御装置
　１１　トラクタ（作業車両）
　６０　制御部
　６１　メモリ
　６２　情報記憶処理部
　６３　圃場分割処理部
　８１　移動方向算出部
　８２　主移動方向決定部
　８３　情報生成部

Claims (3)

  1. 　圃場内を作業車両が走行している間に測定された前記作業車両の時刻毎の位置情報に基づいて、前記各位置情報に対応する位置での前記作業車両の移動方向を算出する移動方向算出部と、
    　前記移動方向算出部によって算出された全ての位置情報に対応する移動方向に基づいて、前記作業車両の主たる移動方向である主移動方向を決定する主移動方向決定部と、
    　前記主移動方向決定部によって決定された主移動方向に平行な第１仮想直線と、前記第１仮想直線に直交する第２仮想直線とを用いて、前記圃場の領域を複数の矩形状の管理領域に分割し、前記各管理領域を特定するための特定情報を生成する情報生成部とを含む、圃場管理装置。
  2. 　前記主移動方向算出部は、前記全ての位置情報に対応する移動方向に基づいて、これらの移動方向の分布の確率密度関数を算出し、得られた確率密度関数に基づいて、前記主移動方向を算出するように構成されている、請求項１に記載の圃場管理装置。
  3. 　前記圃場内には作物を生育させるための複数の細長矩形状の作物生育領域がストライプ状に形成されており、前記主移動方向が前記作物生育領域の延びる方向である、請求項１または２に記載の圃場管理装置。
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