JP7653698B2 - Information processing device, information processing system, information processing method, and computer program - Google Patents
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Description
本明細書に開示される技術は、圃場の飽差を予測するための情報処理装置等に関する。 The technology disclosed in this specification relates to an information processing device for predicting the saturation deficit of a farm field.
近年、農業就業者が全体として減少している中、農業への新規参入者は増加しつつある。農業への新規参入者は技術的に未熟であることが多く、安定的な生産のために、技術的な補助(支援)がなされることが望まれる。従来、植物(農作物)の栽培に関する知識(例えば、各農作業の好ましい実施時期等)を表形式で記述することにより形式知化し、該知識が不十分な農作業者の支援を行う技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, while the number of people employed in agriculture has been decreasing overall, the number of new entrants to agriculture has been increasing. New entrants to agriculture are often technically inexperienced, and it is desirable to provide them with technical assistance (support) to ensure stable production. A technology is known that formalizes knowledge about plant (crop) cultivation (e.g., the best time to perform each agricultural task) by describing it in a tabular format, thereby providing support to agricultural workers who lack this knowledge (see, for example, Patent Document 1).
植物の栽培においては、圃場の飽差を適切に調整することが重要である。ここで、飽差とは、飽和水蒸気量から実際の水蒸気量を差し引いた数値である。圃場の飽差は、栽培される植物の蒸散量に影響し、光合成効率を左右する。例えば、圃場の飽差が急激に減少すると、植物の病害や裂果の発生率が上昇するおそれがあり、反対に、圃場の飽差が急激に増加すると、植物の気孔が閉じて枯れるおそれがある。そのため、栽培植物の収量や品質の向上のためには、圃場の飽差の急激な増減を回避することが望まれ、そのためには、将来時刻における圃場の飽差を精度良く予測することが求められる。従来の技術では、将来時刻における圃場の飽差を精度良く予測することができない、という課題がある。 In plant cultivation, it is important to appropriately adjust the vapor pressure deficit of the field. Here, the vapor pressure deficit is a value obtained by subtracting the actual amount of water vapor from the saturated water vapor amount. The vapor pressure deficit of the field affects the amount of transpiration of the cultivated plants and determines the photosynthetic efficiency. For example, if the vapor pressure deficit of the field suddenly decreases, the incidence of plant diseases and fruit cracking may increase, and conversely, if the vapor pressure deficit of the field suddenly increases, the stomata of the plants may close and the plants may wither. Therefore, in order to improve the yield and quality of cultivated plants, it is desirable to avoid sudden increases and decreases in the vapor pressure deficit of the field, and to do so, it is necessary to accurately predict the vapor pressure deficit of the field at future times. Conventional technology has the problem that it is not possible to accurately predict the vapor pressure deficit of the field at future times.
本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。 This specification discloses a technology that can solve the above-mentioned problems.
本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。 The technology disclosed in this specification can be realized, for example, in the following forms:
(1)本明細書に開示される情報処理装置は、圃場の飽差を予測するための装置であって、環境予測情報取得部と、モデル取得部と、飽差予測部とを備える。環境予測情報取得部は、将来時刻における、前記圃場の気温である圃場気温を含む環境指標の予測値を示す環境予測情報を取得する。モデル取得部は、飽差予測モデルを取得する。飽差予測モデルは、前記環境指標を説明変数とし、前記圃場の飽差である圃場飽差を目的変数とし、所定の学習手法を用いた機械学習を行うことにより生成されたモデルである。飽差予測部は、前記環境予測情報と前記飽差予測モデルとを用いて、前記将来時刻における前記圃場飽差を予測する。本情報処理装置によれば、圃場気温を含む環境指標を説明変数とし、圃場の飽差である圃場飽差を目的変数とし、所定の学習手法を用いた機械学習を行うことにより生成された飽差予測モデルと、圃場気温を含む環境指標の予測値を示す環境予測情報とを用いて、将来時刻における圃場飽差を予測するため、将来時刻における圃場飽差を精度良く予測することができる。 (1) The information processing device disclosed in this specification is a device for predicting a saturation deficit of a field, and includes an environmental prediction information acquisition unit, a model acquisition unit, and a saturation deficit prediction unit. The environmental prediction information acquisition unit acquires environmental prediction information indicating predicted values of environmental indicators including a field air temperature, which is the air temperature of the field, at a future time. The model acquisition unit acquires a saturation deficit prediction model. The saturation deficit prediction model is a model generated by performing machine learning using a predetermined learning method, with the environmental indicators as explanatory variables and the field saturation deficit, which is the saturation deficit of the field, as an objective variable. The saturation deficit prediction unit predicts the field saturation deficit at the future time using the environmental prediction information and the saturation deficit prediction model. According to this information processing device, the field saturation deficit at a future time is predicted using a saturation deficit prediction model generated by performing machine learning using a predetermined learning method using environmental indicators including the field temperature as explanatory variables and the field saturation deficit, which is the saturation deficit of the field, as the objective variable, and environmental prediction information indicating the predicted values of the environmental indicators including the field temperature. This makes it possible to accurately predict the field saturation deficit at a future time.
(2)上記情報処理装置において、さらに、前記将来時刻における前記圃場飽差の予測値を示す飽差予測値情報を外部装置に向けて送信する予測情報送信部を備える構成としてもよい。本情報処理装置によれば、将来時刻における圃場飽差の予測値を、外部装置によって農作業者に知覚させることができ、農作業の効率化を実現することができる。 (2) The information processing device may further include a prediction information transmission unit that transmits saturation deficit prediction value information indicating the predicted value of the field saturation deficit at the future time to an external device. According to this information processing device, the predicted value of the field saturation deficit at the future time can be made perceptible to the farm worker by the external device, thereby realizing the efficiency of farm work.
(3)上記情報処理装置において、さらに、前記将来時刻における前記圃場飽差の予測値が、予め設定された適切範囲内に含まれない場合に、前記将来時刻における前記圃場気温の予測値に基づき、複数の調整後圃場気温を設定する調整後圃場気温設定部と、各前記調整後圃場気温について、前記飽差予測モデルを用いて、前記将来時刻における調整後の前記圃場飽差である調整後圃場飽差を予測し、各前記調整後圃場飽差の予測値に基づき、前記将来時刻における前記圃場気温の目標値である目標圃場気温を設定する目標圃場気温設定部と、を備える構成としてもよい。本情報処理装置によれば、将来時刻における圃場飽差を適切範囲に近付けるための圃場気温の目標値である目標圃場気温を設定することができ、圃場飽差の調整の容易化を実現することができ、農作業の効率化を実現することができる。 (3) The information processing device may further include an adjusted field temperature setting unit that sets multiple adjusted field temperatures based on the predicted value of the field temperature at the future time when the predicted value of the field saturation deficit at the future time is not within a predetermined appropriate range, and a target field temperature setting unit that predicts an adjusted field saturation deficit, which is the adjusted field saturation deficit at the future time, for each adjusted field temperature using the saturation deficit prediction model, and sets a target field temperature that is a target value of the field temperature at the future time based on the predicted value of each adjusted field saturation deficit. According to this information processing device, it is possible to set a target field temperature that is a target value of the field temperature for bringing the field saturation deficit at the future time closer to the appropriate range, making it possible to easily adjust the field saturation deficit and improving the efficiency of agricultural work.
(4)上記情報処理装置において、さらに、前記将来時刻における前記圃場気温を前記目標圃場気温に近付けるための気温調整指示を外部装置に向けて送信する気温調整指示部を備える構成としてもよい。本情報処理装置によれば、圃場飽差の自動調整(自動制御)を実現することができ、農作業のさらなる効率化を実現することができる。 (4) The information processing device may further include a temperature adjustment instruction unit that transmits a temperature adjustment instruction to an external device to bring the field temperature at the future time closer to the target field temperature. This information processing device can realize automatic adjustment (automatic control) of the field saturation deficit, thereby achieving further efficiency in agricultural work.
(5)上記情報処理装置において、前記目標圃場気温設定部は、複数の前記調整後圃場気温のうち、各前記調整後圃場気温についての前記調整後圃場飽差の予測値の、前記適切範囲からのずれの絶対値が小さいものを優先的に、前記目標圃場気温として設定する構成としてもよい。本情報処理装置によれば、将来時刻における圃場飽差を適切範囲にできるだけ近付ける目標圃場気温を設定することができ、農作業の最適化を実現することができる。 (5) In the above information processing device, the target field temperature setting unit may be configured to preferentially set as the target field temperature, among the multiple adjusted field temperatures, the predicted value of the adjusted field saturation deficit for each adjusted field temperature having a small absolute deviation from the appropriate range. According to this information processing device, it is possible to set a target field temperature that brings the field saturation deficit at a future time as close as possible to the appropriate range, thereby realizing optimization of agricultural work.
(6)上記情報処理装置において、前記目標圃場気温設定部は、複数の前記調整後圃場気温のうち、前記将来時刻における前記圃場気温の予測値との差の絶対値が小さいものを優先的に、前記目標圃場気温として設定する構成としてもよい。本情報処理装置によれば、将来時刻における圃場気温の現状の予測値からの変動ができるだけ小さい目標圃場気温を設定することができ、農作業の最適化を実現することができる。 (6) In the above information processing device, the target field temperature setting unit may be configured to preferentially set, as the target field temperature, one of the multiple adjusted field temperatures that has a small absolute difference from the predicted value of the field temperature at the future time. According to this information processing device, it is possible to set a target field temperature that has as little variation as possible from the current predicted value of the field temperature at the future time, thereby realizing optimization of agricultural work.
(7)上記情報処理装置において、前記調整後圃場気温設定部は、前記将来時刻における前記圃場気温の予測値を、予め設定されたピッチで増減させることにより、前記複数の調整後圃場気温を設定する構成としてもよい。本情報処理装置によれば、比較的簡単な処理で、目標圃場気温の候補である調整後圃場気温を設定することができ、農作業の最適化や効率化を実現することができる。 (7) In the above information processing device, the adjusted field temperature setting unit may be configured to set the multiple adjusted field temperatures by increasing or decreasing the predicted value of the field temperature at the future time at a preset pitch. According to this information processing device, the adjusted field temperature, which is a candidate for the target field temperature, can be set with relatively simple processing, thereby realizing optimization and efficiency of agricultural work.
(8)上記情報処理装置において、前記調整後圃場気温設定部は、予め設定された温度範囲内で、前記複数の調整後圃場気温を設定する構成としてもよい。本情報処理装置によれば、目標圃場気温の候補である調整後圃場気温が現実的ではない値に設定されることを回避することができ、農作業の最適化を実現することができる。 (8) In the above information processing device, the adjusted field air temperature setting unit may be configured to set the multiple adjusted field air temperatures within a preset temperature range. According to this information processing device, it is possible to avoid the adjusted field air temperatures, which are candidates for the target field air temperature, being set to an unrealistic value, thereby realizing optimization of agricultural work.
(9)上記情報処理装置において、前記所定の学習手法は、決定木モデルを用いた学習手法である構成としてもよい。本情報処理装置によれば、将来時刻における圃場飽差の予測精度を効果的に向上させることができる。 (9) In the above information processing device, the predetermined learning method may be a learning method using a decision tree model. According to this information processing device, it is possible to effectively improve the prediction accuracy of the field saturation deficit at a future time.
(10)上記情報処理装置において、前記所定の学習手法は、ランダムフォレストを用いた学習手法である構成としてもよい。本情報処理装置によれば、将来時刻における圃場飽差の予測精度をさらに効果的に向上させることができる。 (10) In the above information processing device, the predetermined learning method may be a learning method using a random forest. According to this information processing device, it is possible to further effectively improve the prediction accuracy of the field saturation deficit at a future time.
(11)上記情報処理装置において、前記環境指標は、さらに、外部気温と、外部日射と、日平均気温と、日較差と、日照時間と、湿度と、天候と、の少なくとも1つを含む構成としてもよい。本情報処理装置によれば、将来時刻における圃場飽差をさらに精度良く予測することができる。 (11) In the above information processing device, the environmental index may further include at least one of the following: external temperature, external solar radiation, daily average temperature, daily range, sunshine hours, humidity, and weather. According to this information processing device, it is possible to predict the field saturation deficit at a future time with even greater accuracy.
(12)上記情報処理装置において、前記圃場は、半開放型植物工場である構成としてもよい。本情報処理装置によれば、太陽光の利用を前提とするために完全には内部環境の制御が実現できない半開放型植物工場においても、将来時刻における圃場飽差を精度良く予測することができ、農作業の最適化や効率化を実現することができる。 (12) In the above information processing device, the field may be configured as a semi-open plant factory. According to this information processing device, even in a semi-open plant factory where the internal environment cannot be completely controlled because it is premised on the use of sunlight, it is possible to accurately predict the field saturation deficit at a future time, thereby realizing optimization and efficiency of agricultural work.
(13)本明細書に開示される情報処理システムは、上記情報処理装置と、前記情報処理装置との間で通信ネットワークを介して通信可能な端末装置と、を備え、前記情報処理装置は、さらに、前記将来時刻における前記圃場飽差の予測値を示す飽差予測値情報を、前記通信ネットワークを介して前記端末装置に向けて送信する予測情報送信部を備え、前記端末装置は、前記通信ネットワークを介して受信した前記飽差予測値情報に基づき、前記将来時刻における前記圃場飽差の予測値を表示する表示部を備える。本情報処理システムによれば、将来時刻における圃場飽差の予測値を、端末装置の表示部によって農作業者に視認させることができ、農作業の効率化を実現することができる。 (13) The information processing system disclosed in this specification comprises the information processing device and a terminal device capable of communicating with the information processing device via a communication network, the information processing device further comprising a prediction information transmission unit that transmits saturation deficit prediction value information indicating the predicted value of the field saturation deficit at the future time to the terminal device via the communication network, and the terminal device comprises a display unit that displays the predicted value of the field saturation deficit at the future time based on the saturation deficit prediction value information received via the communication network. According to this information processing system, the predicted value of the field saturation deficit at the future time can be visually confirmed by a farm worker on the display unit of the terminal device, thereby making it possible to improve the efficiency of farm work.
なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、情報処理装置、情報処理システム、情報処理方法、それらの方法を実現するコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体等の形態で実現することができる。 The technology disclosed in this specification can be realized in various forms, such as an information processing device, an information processing system, an information processing method, a computer program that realizes these methods, and a non-transitory recording medium on which the computer program is recorded.
A.実施形態:
A-1.圃場管理システム10の構成:
図1は、本実施形態における圃場管理システム10の概略構成を示す説明図である。圃場管理システム10は、圃場の管理を行うためのシステムであり、より具体的には、圃場内の飽差の予測や制御を行うことによって、植物栽培の効率化や最適化を図るシステムである。本実施形態において、圃場は、半開放型の植物工場PFである。ここで、半開放型の植物工場PFとは、例えばビニールハウスのように、太陽光を遮断しない材料によって囲われた圃場である。ただし、圃場管理システム10は、他の種類の圃場(例えば、閉鎖型や開放型といった他のタイプの植物工場、露地栽培用の圃場等)にも適用可能である。なお、図1には、1つの植物工場PFのみが示されているが、圃場管理システム10は、複数の植物工場PFのそれぞれの管理に適用可能である。以下では、圃場管理システム10による、特定の1つの植物工場PFの管理について説明する。また、圃場における栽培対象の植物は、葉物野菜(例えば、ほうれん草)や果樹(例えば、トマト)、花き類等、任意の種類の植物であってよい。圃場管理システム10は、特許請求の範囲における情報処理システムの一例である。
A. Embodiments:
A-1. Configuration of farm land management system 10:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a farm
圃場管理システム10は、圃場管理サーバ100と、農作業者P1が使用する端末装置200と、植物工場PFに設置されたセンサ310および空調機320と、気象データサーバ500とを備える。圃場管理システム10を構成する各装置は、通信ネットワークNETを介して互いに通信可能に接続されている。
The farm
植物工場PFに設置されたセンサ310は、植物工場PFの環境指標値を測定するための装置である。本実施形態では、センサ310は、植物工場PF内の気温および飽差や外部日射を、所定の時間間隔で(例えば、1分毎に)測定する。センサ310は、図示しない通信インターフェースを有しており、例えば測定の都度、環境指標の測定値を通信ネットワークNETを介して圃場管理サーバ100に送信する。また、植物工場PFに設置された空調機320は、植物工場PF内に冷気または暖気を供給することによって、植物工場PF内の気温を調整するための装置である。
The
端末装置200は、例えば、スマートフォンやタブレット型端末である。端末装置200は、例えば液晶ディスプレイ等により構成された表示部210を備える(図5および図6参照)。また、端末装置200には、圃場管理のためのアプリケーションプログラムがインストールされている。詳しくは後述するが、端末装置200の使用者(農作業者P1)は、該アプリケーションプログラムを用いることにより、表示部210に植物工場PF内の飽差を表示させることができる。
The
気象データサーバ500は、環境指標値を示す気象データを提供するデータベースとして機能するサーバ装置である。気象データとしては、例えば、1km四方メッシュの気象データが用いられる。また、気象データが示す環境指標値としては、例えば、外気温、日平均気温(最低日平均気温、最高日平均気温等)、日較差、日照時間、湿度、天候等が挙げられる。本実施形態に用いられる気象データは、過去の期間における実績値(実測値)と、将来の期間における予報値とを含んでいる。
The
圃場管理サーバ100は、植物工場PFを管理するためのサーバ装置である。図2は、圃場管理サーバ100の構成を概略的に示すブロック図である。圃場管理サーバ100は、制御部110と、記憶部120と、表示部130と、操作入力部140と、インターフェース部150とを備える。これらの各部は、バス190を介して互いに通信可能に接続されている。なお、圃場管理サーバ100は、特許請求の範囲における情報処理装置の一例である。
The
圃場管理サーバ100の表示部130は、例えば液晶ディスプレイ等により構成され、各種の画像や情報を表示する。また、操作入力部140は、例えばキーボードやマウス、ボタン、マイク等により構成され、管理者の操作や指示を受け付ける。なお、表示部130がタッチパネルを備えることにより、操作入力部140として機能するとしてもよい。また、インターフェース部150は、例えばLANインターフェースやUSBインターフェース等により構成され、有線または無線により他の装置との通信を行う。
The
圃場管理サーバ100の記憶部120は、例えばROMやRAM、ハードディスクドライブ(HDD)等により構成され、各種のプログラムやデータを記憶したり、各種のプログラムを実行する際の作業領域やデータの一時的な記憶領域として利用されたりする。例えば、記憶部120には、後述する圃場管理処理を実行するためのコンピュータプログラムである圃場管理プログラムCPが格納されている。圃場管理プログラムCPは、例えば、CD-ROMやDVD-ROM、USBメモリ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体(不図示)に格納された状態で提供され、圃場管理サーバ100にインストールすることにより記憶部120に格納される。
The
また、圃場管理サーバ100の記憶部120には、後述する圃場管理処理において、環境履歴情報EHを含む学習データLDと、飽差予測モデルMOと、環境予測情報EIと、飽差予測値情報SIとが格納される。これらのデータやモデルについては、後述の圃場管理処理の説明に合わせて説明する。
The
圃場管理サーバ100の制御部110は、例えばCPU等により構成され、記憶部120から読み出したコンピュータプログラムを実行することにより、圃場管理サーバ100の動作を制御する。例えば、制御部110は、記憶部120から圃場管理プログラムCPを読み出して実行することにより、後述の圃場管理処理を実行する圃場管理部111として機能する。圃場管理部111は、モデル取得部113と、環境予測情報取得部114と、飽差予測部115と、予測情報送信部116と、調整後圃場気温設定部117と、目標圃場気温設定部118と、気温調整指示部119とを含む。これら各部の機能については、後述の圃場管理処理の説明に合わせて説明する。
The
A-2.圃場管理処理:
次に、本実施形態の圃場管理サーバ100により実行される圃場管理処理について説明する。図3は、本実施形態における圃場管理処理の内容を示すフローチャートである。圃場管理処理は、植物工場PFの管理を行う処理であり、より具体的には、将来時刻t1における植物工場PF内の飽差を予測し、該飽差の予測値が所定の適切範囲R1に含まれない場合に、該飽差が適切範囲R1に近付くように、植物工場PF内の気温の調整を指示する処理である。圃場管理処理は、例えば、管理者が、圃場管理サーバ100の操作入力部140を操作して開始指示を入力したことに応じて開始される。
A-2. Field management treatment:
Next, the field management process executed by the
圃場管理処理では、はじめに、圃場管理サーバ100のモデル取得部113(図2)が、飽差予測モデルMOを取得する(S110)。図4は、飽差予測モデルMOの一例を概念的に示す説明図である。図4に示すように、飽差予測モデルMOは、植物工場PFの環境指標を説明変数とし、植物工場PF内の飽差を目的変数とし、説明変数から目的変数を推定するためのモデルである。本実施形態では、説明変数として、植物工場PF内の気温、外部日射、外部気温、平年最低日平均気温、平年最高日平均気温、平年日較差、平年日照時間が用いられる。
In the field management process, first, the model acquisition unit 113 (FIG. 2) of the
モデル取得部113は、記憶部120に格納された学習データLDを用いた所定の機械学習を行うことにより、飽差予測モデルMOを取得(作成)する。図2に示すように、飽差予測モデルMOの取得に用いられる学習データLDは、環境履歴情報EHを含んでいる。環境履歴情報EHは、植物工場PFにおける環境指標値(飽差予測モデルMOの説明変数および目的変数として用いられる指標値)の履歴を示す情報である。環境履歴情報EHに含まれる環境指標値のうち、植物工場PF内の飽差、植物工場PF内の気温および外部日射としては、植物工場PFに設置されたセンサ310による測定値が用いられ、それ以外の環境指標値としては、気象データサーバ500から取得された実績値が用いられる。
The
モデル取得部113は、学習データLDに含まれる環境履歴情報EHにより示される各環境指標値のうち、植物工場PF内の飽差以外を説明変数とし、植物工場PF内の飽差を目的変数とし、所定の機械学習を行うことによって飽差予測モデルMOを作成する。飽差予測モデルMOの作成には、例えば、重回帰分析、ridge回帰、lasso回帰といった線形モデルや、Random Forest(ランダムフォレスト)、XGBoostといった決定木モデルを含む、公知の機械学習のアルゴリムを利用可能である。なお、後述するように、飽差予測モデルMOの作成には、決定木モデルが用いられることが好ましく、決定木モデルの中でもRandom Forestが用いられることが特に好ましい。作成された飽差予測モデルMOは、圃場管理サーバ100の記憶部120に格納される。
The
なお、本実施形態では、圃場管理サーバ100のモデル取得部113が、学習データLDを用いた機械学習を行うことによって飽差予測モデルMOを取得する(作成する)ものとしているが、モデル取得部113が、他の装置により作成された飽差予測モデルMOを、通信ネットワークNETを介して取得するものとしてもよい。
In this embodiment, the
次に、圃場管理サーバ100の環境予測情報取得部114(図2)が、環境予測情報EIを取得する(S120)。環境予測情報EIは、植物工場PF内の飽差の予測時刻である将来時刻t1における環境指標の予測値を示す情報である。上述したように、本実施形態では、飽差予測モデルMOの説明変数として、植物工場PF内の気温、外部日射、外部気温、平年最低日平均気温、平年最高日平均気温、平年日較差、平年日照時間が用いられる。これらのうち、外部日射および外部気温としては、気象データサーバ500から取得された予報値が用いられ、平年最低日平均気温、平年最高日平均気温、平年日較差および平年日照時間としては、気象データサーバ500から取得された実績値が用いられ、植物工場PF内の気温としては、それらの情報から公知の手法を用いて予測される予測値が用いられる。公知の手法としては、例えば、回帰分析法や、サポートベクター回帰(SVR)やランダムフォレスト等の機械学習手法等であってもよい。
Next, the environmental prediction information acquisition unit 114 (FIG. 2) of the
次に、圃場管理サーバ100の飽差予測部115(図2)が、環境予測情報EIと飽差予測モデルMOとを用いて、将来時刻t1における植物工場PF内の飽差を予測する(S130)。すなわち、飽差予測部115は、環境予測情報EIにより示される環境指標値(説明変数値)を飽差予測モデルMOに入力し、飽差予測モデルMOから出力される植物工場PF内の飽差の予測値を取得する。
Next, the saturation deficit prediction unit 115 (FIG. 2) of the
なお、本実施形態では、将来時刻t1における植物工場PF内の飽差の予測(S130)が完了すると、圃場管理サーバ100の予測情報送信部116(図2)が、該予測値を示す飽差予測値情報SIを、通信ネットワークNETを介して端末装置200に向けて送信する。その結果、図5に示すように、端末装置200の表示部210に、将来時刻t1における植物工場PF内の飽差の予測値(図5の例では、2.7g/m3)が表示される。なお、図5の例では、端末装置200の表示部210に、飽差の予測値の他に、植物工場名、農作物名、飽差の現在値(図5の例では、5.2g/m3)、過去-現在-将来にわたる飽差の推移を示すグラフが表示されている。農作業者P1は、端末装置200の表示部210に示された情報を視認することにより、植物工場PFに出向かなくても、植物工場PF内の飽差について、現在までの実績と今後の予測とを把握することができる。
In this embodiment, when the prediction of the vapor pressure deficit in the plant factory PF at future time t1 (S130) is completed, the prediction information transmission unit 116 (FIG. 2) of the farm
次に、圃場管理サーバ100の圃場管理部111(図2)は、将来時刻t1における植物工場PF内の飽差の予測値が、予め設定された飽差の適切範囲R1内に含まれるか否かを判定する(S140)。植物工場PF内の飽差の適切範囲R1は、例えば、3.0~7.0g/m3である。植物工場PF内の飽差の適切範囲R1は、栽培品種に応じて変更されてもよい。将来時刻t1における植物工場PF内の飽差の予測値が適切範囲R1内に含まれると判定された場合には(S140:YES)、圃場管理部111は、将来時刻t1における植物工場PF内の飽差についての問題はないとして、圃場管理処理を終了する。なお、その後、将来時刻t1になったとき、あるいは、その前後のタイミングで、S120以降の処理が繰り返し実行される。
Next, the field management unit 111 (FIG. 2) of the
一方、将来時刻t1における植物工場PF内の飽差の予測値が適切範囲R1内に含まれないと判定された場合には(S140:NO)、将来時刻t1における植物工場PF内の飽差について問題があるとして、圃場管理サーバ100は、将来時刻t1における植物工場PF内の飽差を適切範囲R1に近付けるために、以下に説明する処理を実行する。具体的には、圃場管理サーバ100の調整後圃場気温設定部117(図2)が、将来時刻t1における植物工場PF内の気温の予測値(気温To)に基づき、複数の調整後圃場気温Txを設定する(S150)。複数の調整後圃場気温Txは、将来時刻t1における植物工場PF内の気温の目標値の候補である。本実施形態では、調整後圃場気温設定部117は、将来時刻t1における植物工場PF内の気温の予測値(気温To)を、予め設定されたピッチ(本実施形態では、1℃刻み)で増減させることにより、複数の調整後圃場気温Txを設定する。ただし、増減量の絶対値の上限をi(例えば、i=10)とし、かつ、有効温度範囲を規定する最低温度Tmin(例えば、Tmin=16℃)および最高温度Tmax(例えば、Tmax=28℃)を設定している。そのため、複数の調整後圃場気温Txの集合は、以下のように表される。
Tx=(To-i,To-i+1,To-i+2,・・・,To+i-1,To+i)
ただし、Tmin≦Tx≦Tmax
On the other hand, if it is determined that the predicted value of the vapor pressure deficit in the plant factory PF at the future time t1 is not included in the appropriate range R1 (S140: NO), it is determined that there is a problem with the vapor pressure deficit in the plant factory PF at the future time t1, and the
Tx=(To-i, To-i+1, To-i+2,..., To+i-1, To+i)
However, Tmin≦Tx≦Tmax
次に、圃場管理サーバ100の目標圃場気温設定部118(図2)は、各調整後圃場気温Txについて、飽差予測モデルMOを用いて、将来時刻t1における調整後の植物工場PF内の飽差である調整後圃場飽差Sxを予測する(S160)。調整後圃場飽差Sxの予測は、S130の処理と同様に、環境予測情報EIと飽差予測モデルMOとを用いて実行される。ただし、このときには、飽差予測モデルMOへの入力値(説明変数)のうち、植物工場PF内の気温については、環境予測情報EIに示される気温Toに代えて、上述した調整後圃場気温Txが用いられる。調整後圃場飽差Sxの予測は、調整後圃場気温Txの個数だけ繰り返し実行される。これにより、将来時刻t1における植物工場PF内の気温が、現状の予測値である気温Toではなく、各調整後圃場気温Txになると仮定した場合における、植物工場PF内の飽差の予測値(調整後圃場飽差Sx)が得られる。
Next, the target field temperature setting unit 118 (FIG. 2) of the
次に、圃場管理サーバ100の目標圃場気温設定部118(図2)は、各調整後圃場気温Txについての調整後圃場飽差Sxの予測値に基づき、将来時刻t1における植物工場PF内の気温の目標値である目標圃場気温Ttを設定する(S170)。本実施形態では、目標圃場気温設定部118は、複数の調整後圃場気温Txのリストを以下の優先順位に従ってソートし、ソート後のリストの先頭に位置する調整後圃場気温Txを目標圃場気温Ttとして設定する。
(1)調整後圃場飽差Sxの予測値の、飽差の適切範囲R1からのずれの絶対値の昇順
(2)将来時刻t1における植物工場PF内の気温の予測値(気温To)との差の絶対値の昇順
(3)調整後圃場気温Txの降順
Next, the target field temperature setting unit 118 ( FIG. 2 ) of the
(1) In ascending order of the absolute value of the deviation of the predicted value of the adjusted field vapor deficit Sx from the appropriate range R1 of the vapor deficit; (2) In ascending order of the absolute value of the difference with the predicted value (temperature To) of the temperature in the plant factory PF at a future time t1; (3) In descending order of the adjusted field temperature Tx.
例えば、各調整後圃場気温Txについて算出された調整後圃場飽差Sxが、すべて、飽差の適切範囲R1に含まれない場合には、上記優先順位(1)に従って、予測された各調整後圃場飽差Sxのうち、飽差の適切範囲R1からのずれの絶対値が最も小さいものに対応する調整後圃場気温Txが、目標圃場気温Ttとして設定される。なお、この場合において、飽差の適切範囲R1からのずれの絶対値が最も小さいものが複数ある場合には、上記優先順位(2)および(3)に従って、それらの間でソートが行われる。また、各調整後圃場気温Txについて算出された調整後圃場飽差Sxのうちの複数が、飽差の適切範囲R1に含まれる場合には、上記優先順位(2)に従って、それらに対応する複数の調整後圃場気温Txのうち、将来時刻t1における植物工場PF内の気温の予測値(気温To)との差の絶対値が最も小さいものが、目標圃場気温Ttとして設定される。なお、この場合において、将来時刻t1における植物工場PF内の気温の予測値(気温To)との差の絶対値が最も小さいものが複数ある場合には、上記優先順位(3)に従って、それらの間でソートが行われる。このようにして目標圃場気温Ttを設定することにより、複数の調整後圃場気温Txのうち、将来時刻t1における植物工場PF内の飽差を適切範囲R1にできるだけ近付けることができ、将来時刻t1における植物工場PF内の気温の現状の予測値(気温To)からの変動ができるだけ小さく、かつ、なるべく高い温度が、目標圃場気温Ttとして設定される。 For example, if all of the adjusted field saturation deficits Sx calculated for each adjusted field temperature Tx are not included in the appropriate saturation deficit range R1, the adjusted field temperature Tx corresponding to the predicted adjusted field saturation deficit Sx with the smallest absolute deviation from the appropriate saturation deficit range R1 is set as the target field temperature Tt according to the above priority order (1). In this case, if there are multiple predicted adjusted field saturation deficits Sx with the smallest absolute deviation from the appropriate saturation deficit range R1, they are sorted according to the above priority orders (2) and (3). Also, if multiple predicted adjusted field saturation deficits Sx calculated for each adjusted field temperature Tx are included in the appropriate saturation deficit range R1, the corresponding multiple predicted adjusted field temperatures Tx with the smallest absolute difference from the predicted value (temperature To) of the temperature in the plant factory PF at future time t1 is set as the target field temperature Tt according to the above priority order (2). In this case, if there are multiple values with the smallest absolute difference from the predicted value (temperature To) of the temperature in the plant factory PF at future time t1, they are sorted according to the above priority order (3). By setting the target field temperature Tt in this way, it is possible to bring the saturation deficit in the plant factory PF at future time t1 as close as possible to the appropriate range R1 among the multiple adjusted field temperatures Tx, and a temperature that has as little variation as possible from the current predicted value (temperature To) of the temperature in the plant factory PF at future time t1 and is as high as possible is set as the target field temperature Tt.
次に、圃場管理サーバ100の圃場管理部111(図2)は、設定された目標圃場気温Ttが、将来時刻t1における植物工場PF内の気温の予測値(気温To)と同一であるか否かを判定する(S180)。目標圃場気温Ttが将来時刻t1における植物工場PF内の気温の予測値(気温To)と同一ではないと判定された場合(S180:NO)、圃場管理サーバ100の気温調整指示部119は、将来時刻t1における植物工場PF内の気温を目標圃場気温Ttに近付けるための気温調整指示を、通信ネットワークNETを介して植物工場PFの空調機320に向けて送信する(S190)。例えば、目標圃場気温Ttが、将来時刻t1における植物工場PF内の気温の予測値(気温To)より高い場合には、気温調整指示部119は、空調機320に植物工場PF内の気温を上げさせる気温調整指示を発行する。反対に、目標圃場気温Ttが、将来時刻t1における植物工場PF内の気温の予測値(気温To)より低い場合には、気温調整指示部119は、空調機320に植物工場PF内の気温を下げさせる気温調整指示を発行する。気温調整指示を受信した空調機320が指示に従い動作することにより、将来時刻t1における植物工場PF内の気温を目標圃場気温Ttに近付かせることができ、その結果、将来時刻t1における植物工場PF内の飽差を、飽差の適切範囲R1に近付かせることができる。
Next, the field management unit 111 (FIG. 2) of the
なお、本実施形態では、気温調整指示の発行(S190)が完了すると、圃場管理サーバ100の予測情報送信部116(図2)が、気温調整指示に従い空調機320が動作した場合(内部気温調整後)の飽差の予測値を示す飽差予測値情報SIを、通信ネットワークNETを介して端末装置200に向けて送信する。その結果、図6に示すように、端末装置200の表示部210に、内部気温調整後の将来時刻t1における植物工場PF内の飽差の予測値(図6の例では、3.5g/m3であり、飽差の適切範囲R1内の値である。)が表示される。なお、図6の例では、飽差の推移を示すグラフにおいて、内部気温調整前後の飽差の推移が示されており、農作業者P1は、端末装置200の表示部210に示された情報を視認することにより、空調機320による内部気温調整によって将来時刻t1における植物工場PF内の飽差が適切範囲R1内に収まることが予想されることを把握することができる。
In this embodiment, when the issuance of the temperature adjustment instruction (S190) is completed, the prediction information transmission unit 116 ( FIG. 2 ) of the farm
なお、目標圃場気温Ttが将来時刻t1における植物工場PF内の気温の予測値(気温To)と同一であると判定された場合には(S180:YES)、S190の処理はスキップされる。以上をもって、圃場管理処理が終了する。なお、その後、将来時刻t1になったとき、あるいは、その前後のタイミングで、S120以降の処理が繰り返し実行される。 If it is determined that the target field temperature Tt is the same as the predicted temperature (temperature To) in the plant factory PF at the future time t1 (S180: YES), the process of S190 is skipped. This ends the field management process. Thereafter, when the future time t1 arrives or at a timing around that time, the processes from S120 onwards are repeatedly executed.
A-3.実施例:
種々の学習手法を用いて飽差予測モデルMOを作成し、その評価を行った。図7は、各学習手法についての評価結果を示す説明図である。評価にあたっては、2018年4月から同年12月までの期間において、ある植物工場PFを対象として、環境指標値を収集した。なお、環境指標値における「平年」は、1981年から2010年とした。収集された全244件のデータを無作為に分割し、70%(171件)を学習用データとし、残り30%(73件)を検証用データとした。学習用データを用いて、各学習手法(重回帰分析、ridge回帰、lasso回帰、Random Forest、XGBoost)による機械学習を行って飽差予測モデルMOを作成し、検証用データを用いて、作成された飽差予測モデルMOの評価を行った。評価項目としては、二乗平均平方誤差(RMSE)および相関係数(R)を用いた。なお、二乗平均平方誤差は、0以上の値を取り、0に近いほど精度が良いことを示す。また、相関係数は、-1以上、1以下の値を取り、1に近いほど精度が良いことを示す。
A-3. Example:
A saturation deficit prediction model MO was created using various learning methods, and was evaluated. FIG. 7 is an explanatory diagram showing the evaluation results for each learning method. In the evaluation, environmental index values were collected from a certain plant factory PF during the period from April 2018 to December of the same year. The "average years" for the environmental index values were set to 1981 to 2010. All 244 collected data were randomly divided, and 70% (171 cases) were used as learning data, and the remaining 30% (73 cases) were used as verification data. Using the learning data, machine learning was performed using each learning method (multiple regression analysis, ridge regression, lasso regression, Random Forest, XGBoost) to create a saturation deficit prediction model MO, and the created saturation deficit prediction model MO was evaluated using the verification data. The root mean square error (RMSE) and correlation coefficient (R) were used as evaluation items. The root mean square error takes a value of 0 or more, and the closer to 0, the better the accuracy. The correlation coefficient takes a value of -1 or more and 1 or less, and the closer to 1, the better the accuracy.
図7に示すように、決定木モデル(Random Forest、XGBoost)を用いた場合には、線形モデル(重回帰分析、ridge回帰、lasso回帰)を用いた場合と比較して、良好な評価結果が得られた。決定木モデルのうちのRandom Forestを用いた場合には、特に良好な評価結果が得られた。図8は、Random Forestを用いて作成された飽差予測モデルMOの精度を示す説明図である。図8に示すように、Random Forestを用いて作成された飽差予測モデルMOは、植物工場PF内の飽差の予測に関し、概ね良好な精度を示した。 As shown in FIG. 7, when a decision tree model (Random Forest, XGBoost) was used, better evaluation results were obtained compared to when a linear model (multiple regression analysis, ridge regression, lasso regression) was used. When Random Forest, one of the decision tree models, was used, particularly good evaluation results were obtained. FIG. 8 is an explanatory diagram showing the accuracy of the saturation deficit prediction model MO created using Random Forest. As shown in FIG. 8, the saturation deficit prediction model MO created using Random Forest showed generally good accuracy in predicting the saturation deficit in the plant factory PF.
A-4.本実施形態の効果:
以上説明したように、本実施形態の圃場管理サーバ100は、圃場(植物工場PF)の飽差を予測するための情報処理装置であり、環境予測情報取得部114と、モデル取得部113と、飽差予測部115とを備える。環境予測情報取得部114は、将来時刻t1における、圃場の気温である圃場気温を含む環境指標の予測値を示す環境予測情報EIを取得する。モデル取得部113は、飽差予測モデルMOを取得する。飽差予測モデルMOは、圃場気温を含む環境指標を説明変数とし、圃場の飽差である圃場飽差を目的変数とし、所定の学習手法を用いた機械学習を行うことにより生成されたモデルである。飽差予測部115は、環境予測情報EIと飽差予測モデルMOとを用いて、将来時刻t1における圃場飽差を予測する。
A-4. Advantages of this embodiment:
As described above, the
このように、本実施形態の圃場管理サーバ100によれば、圃場気温を含む環境指標を説明変数とし、圃場の飽差である圃場飽差を目的変数とし、所定の学習手法を用いた機械学習を行うことにより生成された飽差予測モデルMOと、圃場気温を含む環境指標の予測値を示す環境予測情報EIとを用いて、将来時刻t1における圃場飽差を予測するため、将来時刻t1における圃場飽差を精度良く予測することができる。
In this way, according to the
また、本実施形態の圃場管理サーバ100は、さらに、将来時刻t1における圃場飽差の予測値を示す飽差予測値情報SIを、外部装置としての端末装置200に向けて送信する予測情報送信部116を備える。そのため、本実施形態の圃場管理サーバ100によれば、将来時刻t1における圃場飽差の予測値を、端末装置200によって農作業者P1に知覚させることができ、農作業の効率化を実現することができる。
The farm
また、本実施形態の圃場管理サーバ100は、さらに、調整後圃場気温設定部117と、目標圃場気温設定部118とを備える。調整後圃場気温設定部117は、将来時刻t1における圃場飽差の予測値が、予め設定された適切範囲R1内に含まれない場合に、将来時刻t1における圃場気温の予測値(気温To)に基づき、複数の調整後圃場気温Txを設定する。目標圃場気温設定部118は、各調整後圃場気温Txについて、飽差予測モデルMOを用いて、将来時刻t1における調整後の圃場飽差である調整後圃場飽差Sxを予測し、各調整後圃場飽差Sxの予測値に基づき、将来時刻t1における圃場気温の目標値である目標圃場気温Ttを設定する。そのため、本実施形態の圃場管理サーバ100によれば、将来時刻t1における圃場飽差を適切範囲R1に近付けるための圃場気温の目標値である目標圃場気温Ttを設定することができ、圃場飽差の調整の容易化を実現することができ、農作業の効率化を実現することができる。
In addition, the
また、本実施形態の圃場管理サーバ100は、さらに、将来時刻t1における圃場気温を目標圃場気温Ttに近付けるための気温調整指示を、外部装置としての空調機320に向けて送信する気温調整指示部119を備える。そのため、本実施形態の圃場管理サーバ100によれば、圃場飽差の自動調整(自動制御)を実現することができ、農作業のさらなる効率化を実現することができる。
The
また、本実施形態の圃場管理サーバ100では、目標圃場気温設定部118は、複数の調整後圃場気温Txのうち、各調整後圃場気温Txについての調整後圃場飽差Sxの予測値の、適切範囲R1からのずれの絶対値が小さいものを優先的に、目標圃場気温Ttとして設定する。そのため、本実施形態の圃場管理サーバ100によれば、将来時刻t1における圃場飽差を適切範囲R1にできるだけ近付ける目標圃場気温Ttを設定することができ、農作業の最適化を実現することができる。
In addition, in the
また、本実施形態の圃場管理サーバ100では、目標圃場気温設定部118は、複数の調整後圃場気温Txのうち、将来時刻t1における圃場気温の予測値(気温To)との差の絶対値が小さいものを優先的に、目標圃場気温Ttとして設定する。そのため、本実施形態の圃場管理サーバ100によれば、将来時刻t1における圃場気温の現状の予測値(気温To)からの変動ができるだけ小さい目標圃場気温Ttを設定することができ、農作業の最適化を実現することができる。
In addition, in the
また、本実施形態の圃場管理サーバ100では、調整後圃場気温設定部117は、将来時刻t1における圃場気温の予測値(気温To)を、予め設定されたピッチで増減させることにより、複数の調整後圃場気温Txを設定する。そのため、本実施形態の圃場管理サーバ100によれば、比較的簡単な処理で、目標圃場気温Ttの候補である調整後圃場気温Txを設定することができ、農作業の最適化や効率化を実現することができる。
In addition, in the
また、本実施形態の圃場管理サーバ100では、調整後圃場気温設定部117は、予め設定された温度範囲内で、複数の調整後圃場気温Txを設定する。そのため、本実施形態の圃場管理サーバ100によれば、目標圃場気温Ttの候補である調整後圃場気温Txが現実的ではない値に設定されることを回避することができ、農作業の最適化を実現することができる。
In addition, in the
なお、飽差予測モデルMOの取得に用いられる所定の学習手法は、決定木モデルを用いた学習手法であることが好ましい。このような構成を採用すると、将来時刻t1における圃場飽差の予測精度を効果的に向上させることができる。また、飽差予測モデルMOの取得に用いられる所定の学習手法は、ランダムフォレストを用いた学習手法であることが好ましい。このような構成を採用すると、将来時刻t1における圃場飽差の予測精度を極めて効果的に向上させることができる。 The specified learning method used to obtain the saturation deficit prediction model MO is preferably a learning method using a decision tree model. By adopting such a configuration, it is possible to effectively improve the prediction accuracy of the field saturation deficit at future time t1. The specified learning method used to obtain the saturation deficit prediction model MO is preferably a learning method using a random forest. By adopting such a configuration, it is possible to extremely effectively improve the prediction accuracy of the field saturation deficit at future time t1.
また、本実施形態の圃場管理サーバ100では、環境指標は、さらに、外部気温と、外部日射と、日平均気温と、日較差と、日照時間と、湿度と、天候と、の少なくとも1つを含む。そのため、本実施形態の圃場管理サーバ100によれば、将来時刻t1における圃場飽差をさらに精度良く予測することができる。
In addition, in the farm
また、本実施形態では、圃場は、半開放型植物工場である。本実施形態の圃場管理サーバ100によれば、太陽光の利用を前提とするために完全には内部環境の制御が実現できない半開放型植物工場においても、将来時刻t1における圃場飽差を精度良く予測することができ、農作業の最適化や効率化を実現することができる。
In addition, in this embodiment, the field is a semi-open plant factory. According to the
また、本実施形態の圃場管理システム10は、圃場管理サーバ100と、圃場管理サーバ100との間で通信ネットワークNETを介して通信可能な端末装置200とを備える。圃場管理サーバ100は、さらに、将来時刻t1における圃場飽差の予測値を示す飽差予測値情報SIを、通信ネットワークNETを介して端末装置200に向けて送信する予測情報送信部116を備える。端末装置200は、通信ネットワークNETを介して受信した飽差予測値情報SIに基づき、将来時刻t1における圃場飽差の予測値を表示する表示部210を備える。本実施形態の圃場管理システム10によれば、将来時刻t1における圃場飽差の予測値を、端末装置200の表示部210によって農作業者P1に視認させることができ、農作業の効率化を実現することができる。
The farm
B.変形例:
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
B. Variations:
The technology disclosed in this specification is not limited to the above-described embodiments, and can be modified in various forms without departing from the spirit of the invention. For example, the following modifications are also possible.
上記実施形態における圃場管理システム10の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態において、圃場管理システム10は気象データサーバ500を備えていなくてもよい。また、上記実施形態では、植物工場PFに、植物工場PF内に冷気または暖気を供給することによって植物工場PF内の気温を調整する空調機320が設けられているが、空調機320に代えて、または、空調機320と共に、植物工場PF内の気温を調整する他の装置(外部装置)が設けられていてもよい。このような他の装置としては、例えば、植物工場PF内の気流を調整することによって植物工場PF内の気温を調整するファンや、植物工場PF内への日射量を調整することによって植物工場PF内の気温を調整する遮蔽装置等が挙げられる。
The configuration of the farm
また、上記実施形態における圃場管理サーバ100の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、圃場管理サーバ100の記憶部120に環境履歴情報EHを含む学習データLDや飽差予測モデルMOが格納されているが、学習データLDや飽差予測モデルMOが別のサーバに格納され、圃場管理サーバ100が別のサーバに格納された学習データLDや飽差予測モデルMOを参照するものとしてもよい。
The configuration of the
また、上記実施形態における圃場管理処理の内容は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態における、適切範囲R1や調整後圃場気温Tx、目標圃場気温Ttの設定方法は、あくまで一例であり、種々変形可能である。また、上記実施形態では、将来時刻t1における圃場飽差の予測(S130)の後、該予測値がR1内に含まれるか否かの判断(S140)以降の処理が実行されるが、S140以降の処理が実行されなくてもよい。 The content of the field management process in the above embodiment is merely an example and can be modified in various ways. For example, the method of setting the appropriate range R1, the adjusted field temperature Tx, and the target field temperature Tt in the above embodiment is merely an example and can be modified in various ways. In addition, in the above embodiment, after predicting the field saturation deficit at future time t1 (S130), the process from determining whether the predicted value is included within R1 (S140) onwards is executed, but the process from S140 onwards does not have to be executed.
また、上記実施形態では、圃場として植物工場PFを例に説明しているが、本発明は、他の種類の圃場(例えば、露地栽培用の圃場)にも同様に適用可能である。 In addition, in the above embodiment, a plant factory PF is used as an example of a farm field, but the present invention can be similarly applied to other types of farm fields (e.g., fields for open-field cultivation).
また、上記各実施形態において、ハードウェアによって実現されている構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、反対に、ソフトウェアによって実現されている構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。 In addition, in each of the above embodiments, some of the configurations realized by hardware may be replaced by software, and conversely, some of the configurations realized by software may be replaced by hardware.
10:圃場管理システム 100:圃場管理サーバ 110:制御部 111:圃場管理部 113:モデル取得部 114:環境予測情報取得部 115:飽差予測部 116:予測情報送信部 117:調整後圃場気温設定部 118:目標圃場気温設定部 119:気温調整指示部 120:記憶部 130:表示部 140:操作入力部 150:インターフェース部 190:バス 200:端末装置 210:表示部 310:センサ 320:空調機 500:気象データサーバ CP:圃場管理プログラム EH:環境履歴情報 EI:環境予測情報 LD:学習データ MO:飽差予測モデル NET:通信ネットワーク P1:農作業者 PF:植物工場 R1:適切範囲 SI:飽差予測値情報 Sx:調整後圃場飽差 Tt:目標圃場気温 Tx:調整後圃場気温 10: Field management system 100: Field management server 110: Control unit 111: Field management unit 113: Model acquisition unit 114: Environmental prediction information acquisition unit 115: Saturation deficit prediction unit 116: Prediction information transmission unit 117: Adjusted field temperature setting unit 118: Target field temperature setting unit 119: Temperature adjustment instruction unit 120: Memory unit 130: Display unit 140: Operation input unit 150: Interface unit 190: Bus 200: Terminal device 210: Display unit 310: Sensor 320: Air conditioner 500: Weather data server CP: Field management program EH: Environmental history information EI: Environmental prediction information LD: Learning data MO: Saturation deficit prediction model NET: Communication network P1: Farm worker PF: Plant factory R1: Appropriate range SI: Saturation deficit prediction information Sx: Adjusted field saturation deficit Tt: Target field temperature Tx: Adjusted field temperature
Claims (14)
将来時刻における、前記圃場の気温である圃場気温と、外部気温と、外部日射と、日平均気温と、日較差と、日照時間とを含む環境指標の予測値を示す環境予測情報を取得する環境予測情報取得部と、
飽差予測モデルを取得するモデル取得部であって、前記飽差予測モデルは、前記環境指標を説明変数とし、前記圃場の飽差である圃場飽差を目的変数とし、所定の学習手法を用いた機械学習を行うことにより生成されたモデルである、モデル取得部と、
前記環境予測情報と前記飽差予測モデルとを用いて、前記将来時刻における前記圃場飽差を予測する飽差予測部と、
前記将来時刻における前記圃場飽差の予測値が、予め設定された適切範囲内に含まれない場合に、前記将来時刻における前記圃場気温の予測値に基づき、複数の調整後圃場気温を設定する調整後圃場気温設定部と、
各前記調整後圃場気温について、前記飽差予測モデルを用いて、前記将来時刻における調整後の前記圃場飽差である調整後圃場飽差を予測し、各前記調整後圃場飽差の予測値に基づき、前記将来時刻における前記圃場気温の目標値である目標圃場気温を設定する目標圃場気温設定部と、
を備える、情報処理装置。 An information processing device for predicting a saturation deficit of a farm field,
an environmental prediction information acquisition unit that acquires environmental prediction information indicating predicted values of environmental indices including a field temperature, which is the temperature of the field , an external temperature, external solar radiation, a daily average temperature, a daily range, and sunshine hours at a future time;
a model acquisition unit that acquires a saturation deficit prediction model, the saturation deficit prediction model being a model generated by performing machine learning using a predetermined learning method with the environmental index as an explanatory variable and a field saturation deficit, which is a saturation deficit of the field, as an objective variable;
a saturation deficit prediction unit that predicts the field saturation deficit at the future time by using the environmental prediction information and the saturation deficit prediction model;
an adjusted field air temperature setting unit that sets a plurality of adjusted field air temperatures based on the predicted value of the field air temperature at the future time when the predicted value of the field saturation deficit at the future time is not included in a predetermined appropriate range;
a target field temperature setting unit that uses the saturation deficit prediction model to predict an adjusted field saturation deficit, which is the field saturation deficit after adjustment at the future time, for each of the adjusted field air temperatures, and sets a target field temperature, which is a target value of the field air temperature at the future time, based on the predicted value of each adjusted field saturation deficit;
An information processing device comprising:
前記将来時刻における前記圃場飽差の予測値を示す飽差予測値情報を外部装置に向けて送信する予測情報送信部を備える、情報処理装置。 The information processing device according to claim 1 , further comprising:
an information processing device comprising: a prediction information transmitting unit configured to transmit, to an external device, saturation deficit prediction value information indicating a prediction value of the field saturation deficit at the future time.
前記将来時刻における前記圃場気温を前記目標圃場気温に近付けるための気温調整指示を外部装置に向けて送信する気温調整指示部を備える、情報処理装置。 3. The information processing device according to claim 1 , further comprising:
an information processing device comprising: a temperature adjustment instruction unit that transmits a temperature adjustment instruction to an external device to bring the field temperature at the future time closer to the target field temperature;
前記目標圃場気温設定部は、複数の前記調整後圃場気温のうち、各前記調整後圃場気温についての前記調整後圃場飽差の予測値の、前記適切範囲からのずれの絶対値が小さいものを優先的に、前記目標圃場気温として設定する、情報処理装置。 The information processing device according to any one of claims 1 to 3 ,
The target field temperature setting unit preferentially sets, as the target field temperature, the adjusted field temperature for which the predicted value of the adjusted field saturation deficit for each of the adjusted field temperatures has a small absolute deviation from the appropriate range, among the multiple adjusted field temperature.
前記目標圃場気温設定部は、複数の前記調整後圃場気温のうち、前記将来時刻における前記圃場気温の予測値との差の絶対値が小さいものを優先的に、前記目標圃場気温として設定する、情報処理装置。 The information processing device according to any one of claims 1 to 4 ,
The target field temperature setting unit preferentially sets, as the target field temperature, one of the adjusted field temperatures having a small absolute value of difference from the predicted value of the field temperature at the future time, according to the information processing device.
前記調整後圃場気温設定部は、前記将来時刻における前記圃場気温の予測値を、予め設定されたピッチで増減させることにより、前記複数の調整後圃場気温を設定する、情報処理装置。 The information processing device according to any one of claims 1 to 5 ,
The adjusted field air temperature setting unit sets the plurality of adjusted field air temperatures by increasing or decreasing the predicted value of the field air temperature at the future time at a preset pitch.
前記調整後圃場気温設定部は、予め設定された温度範囲内で、前記複数の調整後圃場気温を設定する、情報処理装置。 The information processing device according to any one of claims 1 to 6 ,
The adjusted field air temperature setting unit sets the plurality of adjusted field air temperatures within a preset temperature range.
前記所定の学習手法は、決定木モデルを用いた学習手法である、情報処理装置。 The information processing device according to any one of claims 1 to 7 ,
The information processing device, wherein the predetermined learning method is a learning method using a decision tree model.
前記所定の学習手法は、ランダムフォレストを用いた学習手法である、情報処理装置。 9. The information processing device according to claim 8 ,
The information processing device, wherein the predetermined learning method is a learning method using a random forest.
前記環境指標は、さらに、外部湿度と、天候と、の少なくとも1つを含む、情報処理装置。 The information processing device according to any one of claims 1 to 9 ,
The information processing device, wherein the environmental indicators further include at least one of external humidity and weather.
前記圃場は、半開放型植物工場である、情報処理装置。 The information processing device according to any one of claims 1 to 10 ,
The information processing device, wherein the field is a semi-open plant factory.
前記情報処理装置との間で通信ネットワークを介して通信可能な端末装置と、
を備える情報処理システムであって、
前記情報処理装置は、さらに、前記将来時刻における前記圃場飽差の予測値を示す飽差予測値情報を、前記通信ネットワークを介して前記端末装置に向けて送信する予測情報送信部を備え、
前記端末装置は、前記通信ネットワークを介して受信した前記飽差予測値情報に基づき、前記将来時刻における前記圃場飽差の予測値を表示する表示部を備える、情報処理システム。 An information processing device according to any one of claims 1 to 11 ,
a terminal device capable of communicating with the information processing device via a communication network;
An information processing system comprising:
The information processing device further includes a prediction information transmission unit that transmits saturation deficit prediction value information indicating a prediction value of the field saturation deficit at the future time to the terminal device via the communication network,
The terminal device includes a display unit configured to display the predicted value of the field saturation deficit at the future time based on the saturation deficit predicted value information received via the communication network.
将来時刻における、前記圃場の気温である圃場気温と、外部気温と、外部日射と、日平均気温と、日較差と、日照時間とを含む環境指標の予測値を示す環境予測情報を取得する工程と、
飽差予測モデルを取得する工程であって、前記飽差予測モデルは、前記環境指標を説明変数とし、前記圃場の飽差である圃場飽差を目的変数とし、所定の学習手法を用いた機械学習を行うことにより生成されたモデルである、飽差予測モデルを取得する工程と、
前記環境予測情報と前記飽差予測モデルとを用いて、前記将来時刻における前記圃場飽差を予測する工程と、
前記将来時刻における前記圃場飽差の予測値が、予め設定された適切範囲内に含まれない場合に、前記将来時刻における前記圃場気温の予測値に基づき、複数の調整後圃場気温を設定する工程と、
各前記調整後圃場気温について、前記飽差予測モデルを用いて、前記将来時刻における調整後の前記圃場飽差である調整後圃場飽差を予測し、各前記調整後圃場飽差の予測値に基づき、前記将来時刻における前記圃場気温の目標値である目標圃場気温を設定する工程と、
を備える、情報処理方法。 An information processing method for predicting a saturation deficit in a farm field, comprising:
acquiring environmental prediction information indicating predicted values of environmental indices including a field temperature, which is the temperature of the field , an external temperature, external solar radiation, a daily average temperature, a daily range, and sunshine hours at a future time;
A step of acquiring a saturation deficit prediction model, the saturation deficit prediction model being a model generated by performing machine learning using a predetermined learning method with the environmental index as an explanatory variable and a field saturation deficit, which is a saturation deficit of the field, as a target variable;
predicting the field saturation deficit at the future time by using the environmental prediction information and the saturation deficit prediction model;
setting a plurality of adjusted field temperatures based on the predicted value of the field air temperature at the future time when the predicted value of the field saturation deficit at the future time is not included in a predetermined appropriate range;
A step of predicting an adjusted field saturation deficit, which is the field saturation deficit after adjustment at the future time, for each of the adjusted field air temperatures using the saturation deficit prediction model, and setting a target field air temperature, which is a target value of the field air temperature at the future time, based on the predicted value of each adjusted field saturation deficit;
An information processing method comprising:
コンピュータに、
将来時刻における、前記圃場の気温である圃場気温と、外部気温と、外部日射と、日平均気温と、日較差と、日照時間とを含む環境指標の予測値を示す環境予測情報を取得する処理と、
飽差予測モデルを取得する処理であって、前記飽差予測モデルは、前記環境指標を説明変数とし、前記圃場の飽差である圃場飽差を目的変数とし、所定の学習手法を用いた機械学習を行うことにより生成されたモデルである、飽差予測モデルを取得する処理と、
前記環境予測情報と前記飽差予測モデルとを用いて、前記将来時刻における前記圃場飽差を予測する処理と、
前記将来時刻における前記圃場飽差の予測値が、予め設定された適切範囲内に含まれない場合に、前記将来時刻における前記圃場気温の予測値に基づき、複数の調整後圃場気温を設定する処理と、
各前記調整後圃場気温について、前記飽差予測モデルを用いて、前記将来時刻における調整後の前記圃場飽差である調整後圃場飽差を予測し、各前記調整後圃場飽差の予測値に基づき、前記将来時刻における前記圃場気温の目標値である目標圃場気温を設定する処理と、
を実行させる、コンピュータプログラム。 A computer program for predicting a saturation deficit in a field, comprising:
On the computer,
A process of acquiring environmental prediction information indicating predicted values of environmental indices including a field temperature, which is the temperature of the field , an external temperature, external solar radiation, a daily average temperature, a daily range, and sunshine hours at a future time;
A process of acquiring a saturation deficit prediction model, the saturation deficit prediction model being a model generated by performing machine learning using a predetermined learning method with the environmental index as an explanatory variable and a field saturation deficit, which is a saturation deficit of the field, as a target variable;
A process of predicting the field saturation deficit at the future time by using the environmental prediction information and the saturation deficit prediction model;
a process of setting a plurality of adjusted field temperatures based on the predicted value of the field air temperature at the future time when the predicted value of the field saturation deficit at the future time is not included within a predetermined appropriate range;
a process of predicting an adjusted field saturation deficit, which is the field saturation deficit after adjustment at the future time, for each of the adjusted field air temperatures using the saturation deficit prediction model, and setting a target field air temperature, which is a target value of the field air temperature at the future time, based on the predicted value of each adjusted field saturation deficit;
A computer program that executes the following:
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| 榎 淳哉,農業ハウスモニタリングサービスの紹介 飽差の管理により好適な環境での栽培を支援,月刊自動認識,日本,日本工業出版株式会社,第31巻、 第12号 ,第27-31頁 |
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