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JP7702735B2 - Method, device, and program for generating a prediction model for predicting agricultural crop production performance - Google Patents
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JP7702735B2 - Method, device, and program for generating a prediction model for predicting agricultural crop production performance - Google Patents

Method, device, and program for generating a prediction model for predicting agricultural crop production performance Download PDF

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Description

特許法第30条第2項適用 (1)ウェブサイトのアドレス http://www.naro.affrc.go.jp/publicity_report/press/laboratory/rcait/134410.html 掲載日 2020年3月6日 等Article 30, paragraph 2 of the Patent Act applies. (1) Website address: http://www.naro.affrc.go.jp/publicity_report/press/laboratory/rcait/134410.html Date of publication: March 6, 2020, etc.

本発明は、農作物の生産成績を予測する予測モデルの生成方法、生成装置、及び生成プログラムに関する。 The present invention relates to a method, device, and program for generating a prediction model for predicting agricultural crop production performance.

様々な農作物の栽培現場において、栽培管理、出荷計画、販売交渉等に活用するために、気象データを用いて生育期や収穫期の農作物の成分含有量を予測することが試みられている。 At various agricultural production sites, attempts are being made to use meteorological data to predict the component content of crops during the growing and harvesting seasons in order to utilize the data for cultivation management, shipping plans, sales negotiations, etc.

特許文献1には、作物の糖度を目標糖度にするための日射情報及び気温情報を予測し、予測した日射情報及び気温情報に基づき温室内の環境を制御する技術が記載されている。特許文献1に記載された技術では、作物固有の基準糖度と目標糖度との差を、収穫前4週間の日射及び気温の平均値と基準値との差に関連させて、糖度予測に利用している。 Patent Document 1 describes a technology that predicts solar radiation and temperature information to bring the sugar content of a crop to a target sugar content, and controls the environment inside a greenhouse based on the predicted solar radiation and temperature information. In the technology described in Patent Document 1, the difference between a crop's specific standard sugar content and the target sugar content is used to predict sugar content by relating it to the difference between the average solar radiation and temperature values for the four weeks before harvest and the standard values.

非特許文献1には、過去数年間の気象変動の時系列データ及びミカンの品質の時系列データを用いて学習したモデルを構築したことが記載されている。非特許文献1に記載された技術では、構築したモデルを用いて、当年の収穫時期までの気象及びミカンの品質の時系列データから当年の収穫時期におけるミカンの品質を予測している。 Non-Patent Document 1 describes the construction of a model trained using time series data on weather fluctuations over the past few years and time series data on mandarin orange quality. The technology described in Non-Patent Document 1 uses the constructed model to predict the quality of mandarin oranges at the current year's harvest time based on time series data on weather and mandarin orange quality up until the current year's harvest time.

特開2020-48551号公報JP 2020-48551 A

森本ら、植物環境工学17(2):90-98,2005Morimoto et al., Plant Environmental Engineering 17(2): 90-98, 2005

農作物の成分含有量の予測における問題点として、以下の3つが挙げられる。1点目は、データ測定点が少ないことである。生育過程の農作物の成分含有量を高頻度に測定してデータを蓄積する例は稀であり、多くは収穫期又は出荷時にのみ成分含有量が測定されている。2点目は、成分含有量が気象以外の影響も受けることである。例えば、多年生の作物では、経年のゆらぎが成分含有量に影響する場合があり、また、単年性の作物では消費者のし好を反映した栽培管理の経年傾向が成分含有量に影響する場合がある。3点目は、成分含有量に影響する気象データの変数の種類や時期が不明な場合が多いことである。 There are three problems with predicting the elemental content of agricultural crops. The first is the small number of data measurement points. It is rare to frequently measure the elemental content of agricultural crops during the growth process and accumulate the data; in most cases, elemental content is measured only during harvest or shipping. The second is that elemental content is influenced by factors other than weather. For example, in perennial crops, fluctuations over time can affect the elemental content, and in monoennial crops, trends over time in cultivation management that reflect consumer preferences can affect the elemental content. The third is that the type and timing of meteorological data variables that affect elemental content are often unknown.

したがって、過去の成分含有量の測定値と気象データとを用いて、作物生産環境の経年変化を反映した予測モデルが実現できれば、栽培現場に大きく貢献する。 Therefore, if a predictive model could be developed that reflects changes in the crop production environment over time using past measurements of component content and meteorological data, it would be of great benefit to farmers in the field.

特許文献1に記載された技術では、作物固有の基準糖度が不明な場合には糖度予測に適用することが困難である。また、特許文献1に記載された技術では、収穫日が未定の場合には、予測に利用する日射及び気温のデータの起点が定まらないため、糖度予測に適用することが困難である。 The technology described in Patent Document 1 is difficult to apply to sugar content prediction when the crop-specific standard sugar content is unknown. In addition, when the harvest date is undecided, the technology described in Patent Document 1 is difficult to apply to sugar content prediction because the starting point of the solar radiation and temperature data used for the prediction is not determined.

非特許文献1に記載された技術では、みかんの品質の時系列データを作成するために、生育過程で複数回成分含有量の測定を行う必要がある。また、非特許文献1に記載されたモデルは、栽培暦上の次の時期の品質予測には利用できるが、より早期に品質を予測することは困難である。 In the technology described in Non-Patent Document 1, in order to create time-series data on mandarin orange quality, it is necessary to measure the component content multiple times during the growing process. In addition, although the model described in Non-Patent Document 1 can be used to predict the quality of the next period in the growing calendar, it is difficult to predict the quality at an earlier stage.

本発明の一態様は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、農作物の生産成績を予測する技術を実現することを目的とする。 One aspect of the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to realize a technology for predicting the production performance of agricultural crops.

本発明の一態様に係る予測モデルの生成方法は、農作物の生産成績を予測する予測モデルの生成方法であって、過去の年毎の前記生産成績の実測値データを参照して、前記生産成績の経年変化を表す予測モデルであって、前年までの前記生産成績の実測値の少なくとも一部から当年の前記生産成績を予測する予測モデルを生成する工程を包含する。 A method for generating a prediction model according to one embodiment of the present invention is a method for generating a prediction model for predicting the production performance of agricultural crops, and includes a step of generating a prediction model that represents changes in the production performance over time by referring to actual measured value data of the production performance for each past year, and predicts the production performance for the current year from at least a portion of the actual measured values of the production performance up to the previous year.

本発明の一態様に係る予測モデルの生成装置は、農作物の生産成績を予測する予測モデルの生成装置であって、過去の年毎の前記生産成績の実測値データを参照して、前記生産成績の経年変化を表す予測モデルであって、前年までの前記生産成績の実測値の少なくとも一部から当年の前記生産成績を予測する予測モデルを生成する生成部を備えている。 A prediction model generating device according to one embodiment of the present invention is a prediction model generating device for predicting the production performance of agricultural crops, and includes a generating unit that generates a prediction model that represents changes in the production performance over time by referring to actual measured value data of the production performance for each past year, and that predicts the production performance for the current year from at least a portion of the actual measured values of the production performance up to the previous year.

本発明の各態様に係る予測モデルの生成装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを前記生成装置が備える各部(ソフトウェア要素)として動作させることにより前記生成装置をコンピュータにて実現させる生成装置の制御プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。 The predictive model generating device according to each aspect of the present invention may be realized by a computer. In this case, the control program for the generating device that causes the computer to operate as each part (software element) of the generating device to realize the generating device, and the computer-readable recording medium on which the control program is recorded, also fall within the scope of the present invention.

本発明の一態様によれば、農作物の生産成績を予測する技術を実現することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to realize a technology for predicting the production performance of agricultural crops.

本発明の一態様に係る予測システムの要部構成の一例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an example of a configuration of a main part of a prediction system according to an embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る予測装置で利用する前年までの年毎の生産成績の実測値データの一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of actual measurement data of production results for each year up to the previous year used in a prediction device according to an embodiment of the present invention. 農作物の生産成績の経年変化及び気象が生産成績に及ぼす影響について説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating changes in crop production performance over time and the effects of weather on production performance. 本発明の一態様に係る気象データの予測モデル生成装置において利用する、気象データの変数が生産成績に及ぼす影響を説明する図である。1 is a diagram illustrating the influence of meteorological data variables on production performance, which is used in a meteorological data prediction model generation device according to one embodiment of the present invention. FIG. 本発明の一態様に係る予測システムが実行する、予測モデルを用いた農作物の生産成績の予測の概念を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating the concept of predicting agricultural crop production performance using a prediction model, which is executed by a prediction system according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る予測装置が実行する予測処理の一例を示すフローチャートである。1 is a flowchart illustrating an example of a prediction process executed by a prediction device according to an aspect of the present invention. 本発明の一態様に係る予測モデルの生成装置が実行する予測モデル生成処理の一例を示すフローチャートである。1 is a flowchart illustrating an example of a predictive model generation process executed by a predictive model generation device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る気象データの予測モデル生成装置が実行する予測モデルの生成処理の一例を示すフローチャートである。1 is a flowchart illustrating an example of a prediction model generation process executed by a weather data prediction model generation device according to an aspect of the present invention. 実施例の糖度予測精度の検証結果を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the verification results of sugar content prediction accuracy in an embodiment. 実施例の糖度予測精度の検証結果を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the verification results of sugar content prediction accuracy in an embodiment. 実施例の酸度予測精度の検証結果を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the verification results of the acidity prediction accuracy in the examples. 実施例の酸度予測精度の検証結果を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the verification results of the acidity prediction accuracy in the examples. 実施例の糖度予測精度の検証結果を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the verification results of sugar content prediction accuracy in an embodiment. 実施例の酸度予測精度の検証結果を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the verification results of the acidity prediction accuracy in the examples. 実施例における、降水量、平均気温、及び日照時間の糖度への影響を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the effects of precipitation, average temperature, and sunshine hours on sugar content in an example. 土壌水分値が生産成績に及ぼす影響を説明する図である。FIG. 1 illustrates the effect of soil moisture on production performance. 本発明の他の態様に係る予測システムの要部構成の一例を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing an example of a configuration of a main part of a prediction system according to another aspect of the present invention.

本発明の一態様は、農作物の生産成績を予測するための技術を実現するものである。本発明の一態様により予測する農作物の生産成績には、農作物の収穫量;糖度、酸度、タンパク含有量、質量分析等で計測される分子成分、色素量等の成分含有量;色、形、大きさ、長さ等の形態;倒伏度、葉・花・茎・果実の成長指数(茎の長さや葉の出開き度、花や実の色づき具合)、着花数、着果数、葉の数が含まれるがこれに限定されない。すなわち、本発明の一態様によれば、生産された農作物を評価する評価項目の少なくとも1つを予測することができる。本発明の一態様により生産成績を予測する農作物は特に限定されず、ミカン、リンゴ、モモ、ブドウ、びわ、梅、コーヒー、緑茶、ビーツ、トウキ、カンゾウ、シャクヤク、ダイオウ等の多年生植物;イネ、麦、大豆、落花生、きび、トマト、ホウレンソウ、ナス、カボチャ、イチゴ、シソ、センキュウ、サイコ、ジャガイモ、サツマイモ、観賞用花き等の一年生植物等が例として挙げられる。 One aspect of the present invention is to realize a technology for predicting the production performance of agricultural crops. The production performance of agricultural crops predicted by one aspect of the present invention includes, but is not limited to, the yield of the agricultural crop; sugar content, acidity, protein content, molecular components measured by mass spectrometry, pigment content, and other component contents; morphology such as color, shape, size, and length; degree of lodging, growth index of leaves, flowers, stems, and fruits (stem length, degree of leaf opening, coloring of flowers and fruits), number of flowers, number of fruits, and number of leaves. In other words, according to one aspect of the present invention, at least one of the evaluation items for evaluating the produced agricultural crops can be predicted. Agricultural crops whose production performance can be predicted by one embodiment of the present invention are not particularly limited, and examples include perennial plants such as mandarin oranges, apples, peaches, grapes, loquats, plums, coffee, green tea, beets, angelica, licorice, peonies, and rhubarb; and annual plants such as rice, wheat, soybeans, peanuts, millet, tomatoes, spinach, eggplant, pumpkins, strawberries, perilla, cnidium, bupleurum, potatoes, sweet potatoes, and ornamental flowers.

〔予測システム100〕
図1に基づいて、農作物の生産成績を予測するために用いる予測システム100について説明する。予測システム100は、予測装置10、予測モデル生成装置20、及び気象データの予測モデル生成装置30を備えている。また、予測システム100は、さらに、入力装置40、記憶装置50、及び出力装置60を備えている。予測システム100は、予測装置10、予測モデル生成装置20、及び予測モデル生成装置30をそれぞれ独立した装置として備えていてもよいし、一の装置内に一体として備えていてもよい。
Prediction System 100
A prediction system 100 used to predict the production performance of agricultural crops will be described with reference to Fig. 1. The prediction system 100 includes a prediction device 10, a prediction model generation device 20, and a weather data prediction model generation device 30. The prediction system 100 further includes an input device 40, a storage device 50, and an output device 60. The prediction system 100 may include the prediction device 10, the prediction model generation device 20, and the prediction model generation device 30 as independent devices, or may include them as an integrated device within a single device.

入力装置40は、ユーザによる予測システム100に対する入力操作を受け付ける。入力装置40は、一例として、予測装置10において農作物の生産成績を予測するために用いるデータの入力を受け付ける。また、入力装置40は、予測モデル生成装置20において予測モデルを生成するために用いるデータの入力を受け付ける。さらに、入力装置40は、予測モデル生成装置30において気象データの予測モデルを生成するために用いるデータの入力を受け付ける。入力装置40は、例えば、キーボード、マウス、タッチセンサなどであってもよい。 The input device 40 accepts input operations by a user to the prediction system 100. As an example, the input device 40 accepts input of data used to predict the production performance of agricultural crops in the prediction device 10. The input device 40 also accepts input of data used to generate a prediction model in the prediction model generation device 20. Furthermore, the input device 40 accepts input of data used to generate a prediction model of weather data in the prediction model generation device 30. The input device 40 may be, for example, a keyboard, a mouse, a touch sensor, etc.

記憶装置50は、予測システム100にて使用されるプログラム及びデータを記憶する。記憶装置50は、一例として、入力装置40を介して入力された各種データを記憶している。また、記憶装置50は、一例として、予測装置10において農作物の生産成績を予測するために用いる予測モデル、入力情報、及び出力情報を記憶している。さらに、記憶装置50は、一例として、予測モデル生成装置20において、予測モデルの生成に使用する学習データ及び生成した予測モデルを記憶している。また、記憶装置50は、一例として、予測モデル生成装置30において、予測モデルの生成に使用する学習データ及び生成した予測モデルを記憶している。記憶装置50は、各種データを記憶するデータベースをクラウド又はサーバ上に有していてもよい。 The storage device 50 stores programs and data used in the prediction system 100. As an example, the storage device 50 stores various data input via the input device 40. As an example, the storage device 50 also stores a prediction model, input information, and output information used to predict the production performance of agricultural crops in the prediction device 10. As an example, the storage device 50 also stores learning data used to generate a prediction model and the generated prediction model in the prediction model generation device 20. As an example, the storage device 50 also stores learning data used to generate a prediction model and the generated prediction model in the prediction model generation device 30. The storage device 50 may have a database on the cloud or a server that stores various data.

出力装置60は、予測装置10が予測した結果を出力する。また、出力装置60は、予測装置10が予測した結果に基づく栽培管理指導情報を出力してもよい。栽培管理指導情報には、例えば、マルチング実施時期、排水路の整備に関する情報、摘果数や摘果時期、施肥に関する情報、断根の実施に関する情報等が含まれる。 The output device 60 outputs the results predicted by the prediction device 10. The output device 60 may also output cultivation management guidance information based on the results predicted by the prediction device 10. The cultivation management guidance information includes, for example, the timing of mulching, information on drainage channel maintenance, the number and timing of fruit thinning, information on fertilization, information on root pruning, etc.

出力装置60による出力の態様は特に限定されない。出力装置60は、例えば、当該情報を画像として表示する表示装置、当該情報を印刷する印刷装置、又は、当該情報を音声として出力する警報装置であってもよい。また、出力装置60は、予測装置10が予測した結果や、結果に基づく栽培管理指導情報等を表示する、スマートフォンのようなモバイルデバイスのディスプレイであってもよい。 The form of output by the output device 60 is not particularly limited. The output device 60 may be, for example, a display device that displays the information as an image, a printing device that prints the information, or an alarm device that outputs the information as sound. The output device 60 may also be a display of a mobile device such as a smartphone that displays the results predicted by the prediction device 10 and cultivation management guidance information based on the results.

(予測装置10)
予測装置10は、農作物の生産成績を予測する予測装置である。予測装置10は、過去の年毎の生産成績の実測値データを参照して生成された、生産成績の経年変化を表す予測モデルを用いて、前年までの生産成績の実測値の少なくとも一部から当年の生産成績を予測する。
(Prediction device 10)
The prediction device 10 is a prediction device that predicts the production performance of agricultural crops. The prediction device 10 predicts the production performance of the current year from at least a part of the actual measured values of the production performance up to the previous year, using a prediction model that represents a change in the production performance over time and that is generated by referring to the actual measured value data of the production performance for each past year.

予測装置10は、制御部11を備えている。制御部11は、予測装置10の各部を統括して制御するものであり、一例として、プロセッサ及びメモリにより実現される。この例において、プロセッサはストレージ(不図示)にアクセスし、ストレージに格納されているプログラム(不図示)をメモリにロードし、当該プログラムに含まれる一連の命令を実行する。これにより、制御部11の各部が構成される。当該各部として、制御部11は、入力データ取得部12及び予測部13を備えている。 The prediction device 10 includes a control unit 11. The control unit 11 controls each part of the prediction device 10, and is realized by a processor and a memory, for example. In this example, the processor accesses a storage (not shown), loads a program (not shown) stored in the storage into the memory, and executes a series of instructions contained in the program. This constitutes each part of the control unit 11. As each part, the control unit 11 includes an input data acquisition unit 12 and a prediction unit 13.

入力データ取得部12は、生産成績を予測する予測モデルの入力情報である入力データを取得する。入力データ取得部12は、入力装置40からの予測の開始指示を表す入力信号に基づき、前年までの生産成績の実測値の少なくとも一部を含む実測値データを記憶装置50から読み出す。また、入力データ取得部12は、入力装置40を介して入力された、実測値データを取得してもよい。入力データ取得部12は、取得した入力データを予測部13へ出力する。 The input data acquisition unit 12 acquires input data, which is input information for a prediction model that predicts production performance. Based on an input signal representing an instruction to start prediction from the input device 40, the input data acquisition unit 12 reads out actual measurement value data including at least a portion of the actual measurement values of production performance up to the previous year from the storage device 50. The input data acquisition unit 12 may also acquire actual measurement value data input via the input device 40. The input data acquisition unit 12 outputs the acquired input data to the prediction unit 13.

ここで、前年までの生産成績の実測値とは、生産成績を予測する対象となる年である当年よりも前に測定された生産成績の実測値が意図される。生産成績の実測値は、各年において、少なくとも生育期や収穫期又は出荷時の1回測定されていればよい。実測値データは、少なくとも前年の生産成績の実測値のみを含んでいればよいが、前年までの複数年の生産成績の実測値を含んでいてもよい。 Here, the actual measured values of production performance up to the previous year are intended to mean the actual measured values of production performance measured prior to the current year, which is the year for which production performance is to be predicted. The actual measured values of production performance need only be measured at least once each year during the growing season, harvest season, or at the time of shipping. The actual measured value data need only include the actual measured values of production performance for at least the previous year, but may also include the actual measured values of production performance for multiple years up to the previous year.

予測部13は、過去の年毎の生産成績の実測値データを参照して生成された、生産成績の経年変化を表す予測モデル24を用いて、前年までの生産成績の実測値の少なくとも一部から当年の生産成績を予測する。予測部13は、記憶装置50から予測モデル24を読み出し、入力データ取得部12から送られた実測値データを予測モデル24に入力して、予測モデル24から出力された当年の生産成績を取得する。予測部13は、取得した当年の生産成績を表すデータを、予測結果として、出力装置60へ出力する。 The prediction unit 13 predicts the current year's production performance from at least a portion of the actual measured values of the production performance up to the previous year using a prediction model 24 that represents changes in production performance over time and was generated by referring to actual measured value data of production performance for each past year. The prediction unit 13 reads out the prediction model 24 from the storage device 50, inputs the actual measured value data sent from the input data acquisition unit 12 to the prediction model 24, and acquires the production performance for the current year output from the prediction model 24. The prediction unit 13 outputs the acquired data representing the production performance for the current year to the output device 60 as the prediction result.

予測部13が生産成績を予測するために用いる予測モデル24は、後述する予測モデル生成装置20により生成された予測モデル24であり得る。予測モデル24は、一例として、実測値データを学習データとして機械学習を行うことによって生成されており、前年までの生産成績の実測値の少なくとも一部が入力情報であり、当年の生産成績が出力情報である予測モデルである。すなわち、予測モデル24を用いることにより、農作物の年毎の生産成績の変動(生産成績のゆらぎ)を経年変化として考慮して、生産成績を予測することができる。 The prediction model 24 used by the prediction unit 13 to predict the production performance may be a prediction model 24 generated by a prediction model generation device 20 described below. As an example, the prediction model 24 is generated by performing machine learning using actual measurement value data as learning data, and is a prediction model in which at least a portion of the actual measurement values of the production performance up to the previous year are input information and the production performance of the current year is output information. In other words, by using the prediction model 24, it is possible to predict the production performance by taking into account the annual fluctuations in the production performance of agricultural crops (fluctuations in production performance) as changes over time.

一例として、ミカンのような多年生植物は、生産成績の良かった年の翌年は、木の貯蔵養分が減少するなどの樹勢の低下により生産成績が低下する傾向にあることが知られている。そして、多年生植物は、表年(生産成績の良い年)と裏年(生産成績の悪い年)とを交互に繰り返す。このように、農作物には年単位での生産成績の変動が生じるため、前年までの生産成績の実測値から当年の生産成績を予測する予測モデル24を用いることで、年毎のゆらぎを考慮した生産成績の予測が可能である。 As an example, it is known that perennial plants such as mandarin oranges tend to have a decline in production the year following a good production year due to a decline in tree vigor, such as a decrease in stored nutrients in the tree. Furthermore, perennial plants alternate between good years (years with good production results) and bad years (years with poor production results). As such, the production results of agricultural crops fluctuate on an annual basis, so by using a prediction model 24 that predicts the production results of the current year from the actual measured values of production results up to the previous year, it is possible to predict production results that take into account annual fluctuations.

また、他の例として、単年生植物では、栽培管理方法に年単位での変動が生じ得、この栽培管理方法の変動が、年毎の生産成績のゆらぎに繋がる。したがって、単年生植物においても、前年までの生産成績の実測値から当年の生産成績を予測する予測モデル24を用いることで、栽培管理方法の変動に起因する年毎のゆらぎを考慮した生産成績の予測が可能である。 As another example, in the case of monoannual plants, the cultivation management method may vary from year to year, and this variation in the cultivation management method leads to fluctuations in production performance from year to year. Therefore, even in the case of monoannual plants, by using a prediction model 24 that predicts the production performance of the current year from the actual measured values of the production performance up to the previous year, it is possible to predict the production performance taking into account the year-to-year fluctuations caused by the variation in the cultivation management method.

ここで、生産成績の予測に利用する実測値データについて、図2を参照して説明する。図2は、予測装置10で利用する前年までの年毎の生産成績の実測値データの一例を示す図である。図2の左側のグラフにおいて、X軸は暦、Y軸は糖度、Z軸は年次を示しており、当該グラフは各年の年間の糖度変化を表している。このような各年の年間の糖度変化のデータから、特定の日における年毎の糖度変化のデータを取り出すことで、図2の右側のグラフのように、特定の日における年毎の糖度変化を表すグラフが得られる。なお、図2の左側のグラフは、各年において複数回糖度を測定した結果から得られたものである。図2は、本発明の概念を説明するために示すものであり、本発明を図2に示す態様に限定するものではない。 Here, the actual measurement data used to predict production performance will be described with reference to FIG. 2. FIG. 2 is a diagram showing an example of actual measurement data of production performance for each year up to the previous year used by the prediction device 10. In the graph on the left side of FIG. 2, the X axis shows the calendar, the Y axis shows sugar content, and the Z axis shows the year, and the graph shows the annual sugar content change for each year. By extracting the data on the annual sugar content change for each year on a specific day from such data on the annual sugar content change for each year, a graph showing the annual sugar content change for each year on a specific day can be obtained, as shown in the graph on the right side of FIG. 2. Note that the graph on the left side of FIG. 2 was obtained from the results of measuring sugar content multiple times in each year. FIG. 2 is shown to explain the concept of the present invention, and the present invention is not limited to the embodiment shown in FIG. 2.

一例として、図2においては、過去15年間の各年の年間の糖度変化を表すグラフ(左側のグラフ)と、10月30日の過去15年間の糖度変化を表すグラフ(右側のグラフ)とを示している。予測装置10は、このように、特定の日における年毎の糖度変化を表すデータを用いることで、年毎のゆらぎを考慮して生産成績を予測することができる。 As an example, Figure 2 shows a graph (left graph) showing the annual sugar content change for each year for the past 15 years, and a graph (right graph) showing the sugar content change for the past 15 years as of October 30th. In this way, by using data showing the annual sugar content change on a specific day, the prediction device 10 can predict production results taking into account annual fluctuations.

生産成績の年間の変化を実測する場合、基準となる植物個体(決められた1本の基準木等)において年に複数回測定を繰り返すことになる。つまり、サンプリングのために、基準となる植物個体から葉や実を年間に複数回間引くことになる。サンプリングにより葉や実がなくなったことで、植物個体内の光合成産物の転流が変わったり、サンプリングによる傷が傷害ストレスとなったりして、植物個体の状態が変化し得る。そのため、通常の生育とは異なった状態で生産成績を測定することとなり、実際の生育過程を表していないデータになる可能性がある。このようにして得られたデータに基づき農作物の生産成績を予測すれば、予測精度が低下する虞がある。予測装置10では、年間の生産成績の変化ではなく、特定の日における年毎の生産成績の変化を考慮して生産成績を予測するので、精度よく予測することが可能である。 When measuring the annual change in production performance, measurements are repeated several times a year on a reference plant individual (such as a single designated reference tree). In other words, for sampling, leaves and fruits are thinned out from the reference plant individual several times a year. The loss of leaves and fruits due to sampling may change the translocation of photosynthetic products within the plant individual, or the damage caused by sampling may cause injury stress, which may change the condition of the plant individual. Therefore, production performance is measured in a state different from normal growth, and the data may not represent the actual growth process. If the production performance of agricultural crops is predicted based on the data obtained in this way, there is a risk of the prediction accuracy decreasing. The prediction device 10 predicts production performance taking into account the change in production performance from year to year on a specific day, rather than the change in production performance over the course of a year, making it possible to make accurate predictions.

また、予測部13は、過去の年毎の生産成績の実測値データとそれらの年の気象データの観測値データとを含む測定データを参照して生成された、生産成績の経年変化と気象の影響とを表す予測モデル24を用いて、当年の生産成績を予測し得る。予測部13は、記憶装置50から予測モデル24を読み出し、入力データ取得部12から送られた実測値データと当年の気象データの予報値とを予測モデル24に入力して、予測モデル24から出力された当年の生産成績を取得する。気象データの予報値は、一例として、気象庁等の気象情報を提供する機関が公開しているデータベースから取得することができる。予測装置10は、取得した気象データの予報値を記憶装置50に格納し、予測部13において生産成績を予測する際に、記憶装置50から読み出してもよい。 The prediction unit 13 may predict the current year's production performance using a prediction model 24 that represents the change in production performance over time and the influence of weather, and that is generated by referring to measurement data including actual measurement data of production performance for each past year and observed value data of weather data for those years. The prediction unit 13 reads out the prediction model 24 from the storage device 50, inputs the actual measurement data and the forecast value of the weather data for the current year sent from the input data acquisition unit 12 to the prediction model 24, and obtains the production performance for the current year output from the prediction model 24. Forecast values of the weather data can be obtained, for example, from a database published by an organization that provides weather information, such as the Japan Meteorological Agency. The prediction device 10 may store the acquired forecast values of the weather data in the storage device 50, and read them out from the storage device 50 when predicting the production performance in the prediction unit 13.

予測モデル24は、過去の年毎の生産成績の実測値データとそれらの年の気象データの観測値データとを含む測定データを学習データとして機械学習を行うことによって生成される。そして、このような予測モデル24は、前年までの生産成績の実測値の少なくとも一部と当年の気象データの予報値とが入力情報であり、当年の生産成績が出力情報である予測モデルである。このような予測モデル24を用いることにより、農作物の年毎の生産成績のゆらぎと共に、生産成績に影響を及ぼす気象データを考慮して、生産成績を予測することができる。農業に密接に関連する気象データをさらに考慮することによって、年毎の生産成績のゆらぎのみを考慮して生産成績を予測する場合よりも、より精度よく予測することができる。 The prediction model 24 is generated by performing machine learning using measurement data including actual measurement data of past yearly production performance and observed weather data for those years as learning data. Such a prediction model 24 is a prediction model in which at least a portion of the actual measurement values of production performance up to the previous year and forecast values of weather data for the current year are input information, and the current year's production performance is output information. By using such a prediction model 24, production performance can be predicted taking into account the fluctuations in annual production performance of agricultural crops as well as weather data that affects production performance. By further taking into account weather data closely related to agriculture, more accurate predictions can be made than when predicting production performance by considering only the fluctuations in annual production performance.

経年変化及び気象が生産成績に及ぼす影響について、図3を参照して説明する。図3は、農作物の生産成績の経年変化及び気象が生産成績に及ぼす影響について説明する図である。図3のグラフは、X軸が年次、Y軸が糖度を示しており、当該グラフは特定の日における年毎の糖度変化を表すグラフである。この年毎の糖度変化には、生産成績の経年変化だけでなく、気象が影響を及ぼしていると考えられる。そこで、図3の右側のグラフのように、年毎の糖度変化(実線のデータ)を、経年変化の影響による糖度変化(破線のデータ)と、破線のデータと実線のデータとの差により表される気象の影響による糖度変化(矢印の範囲)とに分解する。 The effects of aging and weather on production performance will be explained with reference to Figure 3. Figure 3 is a diagram explaining aging changes in agricultural crop production performance and the effects of weather on production performance. The graph in Figure 3 shows the year on the X axis and sugar content on the Y axis, and the graph shows the yearly change in sugar content on a specific day. It is believed that this yearly change in sugar content is influenced not only by aging changes in production performance but also by weather. Therefore, as shown in the graph on the right side of Figure 3, the yearly change in sugar content (solid line data) is decomposed into the change in sugar content due to aging (dashed line data) and the change in sugar content due to weather effects (arrange of arrows) represented by the difference between the dashed line data and the solid line data.

図3の破線で表される経年変化の影響を表す糖度は、上述した年毎の生産成績のゆらぎを考慮して予測される糖度であり、これを基準糖度(基準生産成績)とする。基準糖度は、年毎のゆらぎのみを考慮して予測されるので、図3の実線で表される実際の糖度とは異なり得る。この実際の糖度と年毎のゆらぎを考慮して予測される基準糖度との差は、気象が糖度に及ぼす影響分であると考えられる。 The sugar content, which indicates the effect of changes over time and is represented by the dashed line in Figure 3, is a predicted sugar content that takes into account the above-mentioned fluctuations in annual production performance, and is referred to as the standard sugar content (standard production performance). Because the standard sugar content is predicted taking into account only annual fluctuations, it may differ from the actual sugar content, which is represented by the solid line in Figure 3. The difference between this actual sugar content and the standard sugar content predicted taking into account annual fluctuations is considered to be the effect that weather has on sugar content.

予測モデル24は、過去の年毎の生産成績の実測値データとそれらの年の気象データの観測値データとを含む測定データから当年の生産成績を予測する予測モデルであるため、年毎のゆらぎのみならず、気象の影響も考慮した生産成績の予測が可能である。したがって、図3の右側のグラフにおいて、破線により表される基準生産成績に、気象の影響を表す矢印の範囲の補正が加えられて、実線により表される実際の生産成績により近い、精度のよい生産成績の予測が可能である。 Because forecast model 24 is a forecast model that forecasts the current year's production performance from measurement data that includes actual measurement data of production performance for each past year and observed weather data for those years, it is possible to forecast production performance that takes into account not only year-to-year fluctuations but also the influence of weather. Therefore, in the graph on the right side of Figure 3, a correction is made to the reference production performance represented by the dashed line within the range of the arrow representing the influence of weather, making it possible to forecast production performance with high accuracy that is closer to the actual production performance represented by the solid line.

また、予測モデル24は、予測対象地点毎に生成した予測モデルであり、当該予測対象地点における前年までの生産成績の実測値の少なくとも一部と当該予測対象地点における当年の気象データの予報値とから、当該予測対象地点における当年の生産成績を予測するモデルであり得る。 The prediction model 24 is a prediction model generated for each prediction target location, and can be a model that predicts the production performance of the prediction target location for the current year based on at least a portion of the actual measured values of production performance up to the previous year at the prediction target location and the forecast values of weather data for the current year at the prediction target location.

生産成績に及ぼす経年変化や気象の影響は、農作物を生育する地域毎に異なり得る。したがって、生産成績を予測する農作物を生育する地域である予測対象地点毎に作成された予測モデル24を用いて生産成績を予測することで、より精度よく生産成績を予測することができる。 The effects of changes over time and weather on production performance may differ depending on the region in which the crop is grown. Therefore, by predicting production performance using a prediction model 24 created for each prediction target point, which is the region in which the crop whose production performance is to be predicted is grown, it is possible to predict production performance more accurately.

予測装置10によれば、前年までの生産成績の実測値の少なくとも一部により、当年の生産成績を予測することができるので、栽培期間の初期であっても、その年の収穫期又は出荷日の生産成績を予測することができる。これにより、栽培期間の初期にその年の生産成績を予測し、予測結果に基づいて、施肥、灌水、摘果等の栽培管理を変更することで、その年の生産成績を向上させることができる。また、予測した生産成績に基づいて、最適な作業時期や収穫時期を決定することもできる。 The prediction device 10 can predict the current year's production performance based on at least a portion of the actual measured values of production performance up to the previous year, so that even in the early stages of the cultivation period, production performance at the harvest time or shipping date of that year can be predicted. This makes it possible to predict the production performance of that year early in the cultivation period, and to improve the production performance of that year by changing cultivation management such as fertilization, irrigation, and fruit thinning based on the prediction results. In addition, the optimal work and harvest times can also be determined based on the predicted production performance.

(予測モデル生成装置20)
予測モデル生成装置20は、農作物の生産成績を予測する予測モデルの生成装置である。予測モデル生成装置20は、過去の年毎の生産成績の実測値データを参照して、生産成績の経年変化を表す予測モデルであって、前年までの生産成績の実測値の少なくとも一部から当年の生産成績を予測する予測モデルを生成する。
(Prediction model generating device 20)
The prediction model generating device 20 is a device for generating a prediction model for predicting the production performance of agricultural crops. The prediction model generating device 20 generates a prediction model that represents changes in production performance over time by referring to actual measured value data of production performance for each past year, and predicts the production performance for the current year from at least a part of the actual measured values of production performance up to the previous year.

予測モデル生成装置20は、制御部21を備えている。制御部21は、予測モデル生成装置20の各部を統括して制御するものであり、一例として、プロセッサ及びメモリにより実現される。この例において、プロセッサはストレージ(不図示)にアクセスし、ストレージに格納されているプログラム(不図示)をメモリにロードし、当該プログラムに含まれる一連の命令を実行する。これにより、制御部21の各部が構成される。当該各部として、制御部21は、学習データ取得部22及び予測モデル生成部(生成部)23を備えている。 The predictive model generating device 20 includes a control unit 21. The control unit 21 controls each part of the predictive model generating device 20, and is realized by a processor and a memory, for example. In this example, the processor accesses a storage (not shown), loads a program (not shown) stored in the storage into the memory, and executes a series of instructions included in the program. This constitutes each part of the control unit 21. As each part, the control unit 21 includes a learning data acquisition unit 22 and a predictive model generating unit (generating unit) 23.

学習データ取得部22は、予測モデル24を学習するための学習データを取得する。学習データ取得部22は、入力装置40からの学習の開始指示を表す入力信号に基づき、学習データを記憶装置50から読み出す。また、学習データ取得部22は、入力装置40を介して入力された学習データを取得してもよい。学習データ取得部22は、取得した学習データを予測モデル生成部23へ出力する。 The learning data acquisition unit 22 acquires learning data for training the prediction model 24. The learning data acquisition unit 22 reads out the learning data from the storage device 50 based on an input signal representing an instruction to start learning from the input device 40. The learning data acquisition unit 22 may also acquire learning data input via the input device 40. The learning data acquisition unit 22 outputs the acquired learning data to the prediction model generation unit 23.

予測モデル生成部23は、過去の年毎の生産成績の実測値データを参照して、生産成績の経年変化を表す予測モデルであって、前年までの生産成績の実測値の少なくとも一部から当年の生産成績を予測する予測モデル24を生成する。 The prediction model generation unit 23 generates a prediction model 24 that represents changes in production performance over time by referring to actual measured production performance data for each past year, and predicts the current year's production performance from at least a portion of the actual measured production performance data for the previous year.

予測モデル生成部23は、学習データ取得部22から取得した学習データを用いて機械学習を行うことにより、予測モデル24を生成する。ここで学習データは、実測値データである。予測モデル生成部23は、一例としては、ニューラルネットワーク、決定木、ランダムフォレスト、サポートベクトルマシン等の既知の機械学習方法を用いて、予測モデル24を生成する。予測モデル生成装置20により生成された予測モデル24は、前年までの生産成績の実測値の少なくとも一部を入力情報として、当年の生産成績を出力情報とする予測モデルである。 The prediction model generation unit 23 generates a prediction model 24 by performing machine learning using the learning data acquired from the learning data acquisition unit 22. Here, the learning data is actual measurement value data. The prediction model generation unit 23 generates the prediction model 24 using, for example, a known machine learning method such as a neural network, a decision tree, a random forest, or a support vector machine. The prediction model 24 generated by the prediction model generation device 20 is a prediction model that uses at least a portion of the actual measured values of production performance up to the previous year as input information and the production performance of the current year as output information.

また、予測モデル生成部23は、一例として、ある年の前年までの年毎の生産成績とその年の生産成績との相関を表す統計モデルを生成してもよい。すなわち、予測モデル24は、線形回帰モデル、スパースモデリング、一般化線形モデル、状態空間モデル、階層ベイズモデル、時系列モデル、クラスタリング等の統計モデルであってもよい。 In addition, as an example, the prediction model generation unit 23 may generate a statistical model that represents the correlation between the production performance for each year up to the year before a certain year and the production performance for that year. In other words, the prediction model 24 may be a statistical model such as a linear regression model, sparse modeling, a generalized linear model, a state space model, a hierarchical Bayes model, a time series model, or clustering.

予測モデル24は、過去の年毎の生産成績の実測値データを参照して、生産成績の経年変化を表すモデルであるため、農作物の年毎の生産成績の変動を経年変化として考慮した、生産成績の予測に利用できる。予測モデル24は、上述した予測装置10において生産成績を予測するために用いられる予測モデルである。予測モデル生成部23は、生成した予測モデル24を記憶装置50に格納してもよい。 The prediction model 24 is a model that represents changes in production performance over time by referring to actual measured production performance data for each past year, and can therefore be used to predict production performance taking into account fluctuations in the annual production performance of agricultural crops as changes over time. The prediction model 24 is a prediction model used to predict production performance in the prediction device 10 described above. The prediction model generation unit 23 may store the generated prediction model 24 in the storage device 50.

また、予測モデル生成部23は、過去の年毎の生産成績の実測値データとそれらの年の気象データの観測値データとを含む測定データを参照して、生産成績の経年変化と気象の影響とを表す予測モデル24を生成し得る。このような予測モデル24は、前年までの生産成績の実測値の少なくとも一部と当年の気象データの予報値とから、当年の生産成績を予測する予測モデルである。気象データの観測値データは、一例として、気象庁等の気象情報を提供する機関が公開しているデータベースから取得することができる。予測モデル生成装置20は、取得した気象データの観測値を記憶装置50に格納し、予測モデル生成部23において予測モデル24を生成する際に、記憶装置50から読み出してもよい。 The prediction model generating unit 23 may also generate a prediction model 24 that represents changes in production performance over time and the effects of weather, by referring to measurement data including actual measurement data of production performance for each past year and observed value data of weather data for those years. Such a prediction model 24 is a prediction model that predicts production performance for the current year from at least some of the actual measurement values of production performance up to the previous year and forecast values of weather data for the current year. As an example, the observed value data of the weather data can be obtained from a database published by an organization that provides weather information, such as the Japan Meteorological Agency. The prediction model generating device 20 may store the obtained observed values of the weather data in the storage device 50, and read them from the storage device 50 when the prediction model generating unit 23 generates the prediction model 24.

予測モデル生成部23は、測定データを学習データとして機械学習を行うことによって、前年までの生産成績の実測値の少なくとも一部と当年の気象データの予報値とが入力情報であり、当年の生産成績が出力情報である予測モデルを生成する。また、予測モデル生成部23は、一例として、ある年の前年までの年毎の生産成績及びその年の気象データの観測値と、その年の生産成績との相関を表す統計モデルを予測モデル24として生成してもよい。 The prediction model generation unit 23 performs machine learning using the measurement data as learning data to generate a prediction model in which at least a portion of the actual values of production performance up to the previous year and forecast values of weather data for the current year are input information, and the production performance for the current year is output information. In addition, as an example, the prediction model generation unit 23 may generate, as the prediction model 24, a statistical model that represents the correlation between the production performance for each year up to the previous year and the observed values of the weather data for that year, and the production performance for that year.

予測モデル24は、農作物の年毎の生産成績のゆらぎと共に、生産成績に影響を及ぼす気象データを考慮した、生産成績の予測に利用できる。農業に密接に関連する気象データを考慮することによって、年毎の生産成績のゆらぎのみを考慮して生産成績を予測する場合よりも、より精度よく予測することに利用できる。 The prediction model 24 can be used to predict production performance, taking into account the fluctuations in crop production performance from year to year as well as meteorological data that affects production performance. By taking into account meteorological data closely related to agriculture, it can be used to make more accurate predictions than when predicting production performance by considering only the fluctuations in crop production performance from year to year.

予測モデル生成部23は、予測対象地点毎に予測モデル24を生成することが好ましい。予測モデル生成部23は、当該予測対象地点における過去の年毎の生産成績の実測値と当該予測対象地点におけるそれらの年の気象データの観測値とを含む測定データを参照して、予測対象地点毎の予測モデル24を生成する。 It is preferable that the prediction model generation unit 23 generates a prediction model 24 for each prediction target location. The prediction model generation unit 23 generates a prediction model 24 for each prediction target location by referring to measurement data including actual measured values of production performance for each past year at the prediction target location and observed values of weather data for those years at the prediction target location.

生産成績に及ぼす経年変化や気象の影響は、農作物を生育する地域毎に異なり得る。したがって、生産成績を予測する農作物を生育する地域である予測対象地点毎に予測モデル24を生成することで、より精度の高い生産成績の予測に利用できる。 The effects of changes over time and weather on production performance may differ depending on the region in which the crop is grown. Therefore, by generating a prediction model 24 for each prediction target point, which is the region in which the crop whose production performance is to be predicted is grown, it can be used to predict production performance with greater accuracy.

予測モデル生成部23は、予測精度を向上させるために、予測結果に基づいて予測モデル24を再生成してもよい。予測モデル24が機械学習により生成された学習モデルである場合、予測モデル24を再学習してもよい。一例として、予測モデル生成部23は、過去のある年の生産成績の実測値と、予測モデル24を用いて予測した、その年の生産成績の予測値との差が最小になるように、予測モデル24を再生成する。 The prediction model generation unit 23 may regenerate the prediction model 24 based on the prediction result in order to improve prediction accuracy. If the prediction model 24 is a learning model generated by machine learning, the prediction model 24 may be re-learned. As an example, the prediction model generation unit 23 regenerates the prediction model 24 so as to minimize the difference between the actual production performance value for a certain past year and the predicted value of the production performance for that year predicted using the prediction model 24.

予測モデル生成部23は、一例として、前年までの各年の生産成績の実測値と、予測モデル24を用いて予測した、それらの年の生産成績の予測値との差を年毎に算出し、全ての年においてその差が最小になるように、予測モデル24を再生成する。また、予測モデル生成部23は、過去のある年の生産成績の実測値と、予測モデル24を用いて予測した、その年の生産成績の予測値との差の二乗和が最小になるように予測モデル24を再生成してもよい。 As an example, the prediction model generation unit 23 calculates for each year the difference between the actual measured values of production performance for each year up to the previous year and the predicted values of production performance for those years predicted using the prediction model 24, and regenerates the prediction model 24 so that the difference is minimized for all years. The prediction model generation unit 23 may also regenerate the prediction model 24 so that the sum of squares of the difference between the actual measured values of production performance for a certain past year and the predicted values of production performance for that year predicted using the prediction model 24 is minimized.

さらに、予測モデル生成部23は、予測モデル24を再生成する場合に、過去のある年の生産成績の実測値と、予測モデル24により予測した、その年の生産成績の予測値との差を、その年の気象データの観測値に基づいて回帰する回帰分析を用いて、予測モデルを再生成してもよい。 Furthermore, when regenerating the prediction model 24, the prediction model generation unit 23 may regenerate the prediction model using regression analysis in which the difference between the actual measured value of production performance in a past year and the predicted value of production performance for that year predicted by the prediction model 24 is regressed based on the observed value of the weather data for that year.

予測装置10に関して説明したように、図3を参照すれば、年毎の生産成績の変化を、経年変化の影響による生産成績の変化と、気象の影響による生産成績の変化とに分解することができる。予測モデル生成部23は、経年変化の影響による生産成績の変化と気象の影響による生産成績の変化とのバランスを考慮して、年毎の生産成績の変化を、経年変化の影響による生産成績の変化と、気象の影響による生産成績の変化とに分解する。 As explained with respect to the prediction device 10, referring to FIG. 3, the change in production performance from year to year can be decomposed into the change in production performance due to the influence of aging and the change in production performance due to the influence of weather. The prediction model generation unit 23 decomposes the change in production performance from year to year into the change in production performance due to the influence of aging and the change in production performance due to the influence of weather, taking into account the balance between the change in production performance due to the influence of aging and the change in production performance due to the influence of weather.

予測モデル生成部23は、一例として、正則化を用いて、経年変化を考慮した生産成績の予測値である基準生産成績を算出する。まず、正則化の強さを様々に変化させて、正則化係数毎に基準生産成績を算出する。そして、生産成績の測定値と正則化係数毎の基準生産成績との差を求め、この差を生産成績に及ぼす気象の影響分としてそれぞれ算出する。そして、気象の影響分をその年の気象データの観測値を用いて回帰する。予測モデル生成部23は、このような処理を繰り返して、生産成績の予測値と実測値との差が最小になる正則化係数、基準生産成績、気象データの回帰係数を決定し、予測モデル24を再生成する。 The prediction model generation unit 23 uses regularization, as an example, to calculate standard production performance, which is a predicted value of production performance taking into account changes over time. First, the strength of regularization is varied to calculate standard production performance for each regularization coefficient. Then, the difference between the measured production performance and the standard production performance for each regularization coefficient is found, and this difference is calculated as the influence of weather on the production performance. The influence of weather is then regressed using the observed values of the weather data for that year. The prediction model generation unit 23 repeats this process to determine the regularization coefficient, standard production performance, and weather data regression coefficient that minimize the difference between the predicted value and the actual measured value of production performance, and regenerates the prediction model 24.

なお、予測モデル生成部23が予測モデル24を再生成する場合に行う、気象データを用いた生産成績に及ぼす気象の影響分の回帰分析の一例は、後述する予測モデル生成装置30において予測モデル生成部33が行う回帰分析であり得る。 An example of a regression analysis of the effect of weather on production performance using weather data, which is performed by the prediction model generation unit 23 when regenerating the prediction model 24, may be a regression analysis performed by the prediction model generation unit 33 in the prediction model generation device 30 described below.

このように、予測モデル24を再生成することによって、より精度よく生産成績を予測することが可能な予測モデル24を生成することができる。 In this way, by regenerating the prediction model 24, it is possible to generate a prediction model 24 that can predict production performance with greater accuracy.

予測モデル生成装置20によれば、前年までの生産成績の実測値の少なくとも一部により、当年の生産成績を予測する予測モデルを生成することができるので、栽培期間の初期にその年の収穫期又は出荷日の生産成績を予測することにも利用することができる。これにより、栽培期間の初期にその年の生産成績を予測し、予測結果に基づいて、施肥、灌水、摘果等の栽培管理を変更することで、その年の生産成績を向上させることに利用することができる。また、予測した生産成績に基づいて、最適な作業時期や収穫時期を決定することにも利用できる。 The prediction model generation device 20 can generate a prediction model that predicts the current year's production performance based on at least a portion of the actual measured values of production performance up to the previous year, so it can also be used to predict production performance for the harvest season or shipping date of that year at the beginning of the cultivation period. This makes it possible to predict the production performance of that year at the beginning of the cultivation period and improve the production performance of that year by changing cultivation management such as fertilization, irrigation, and fruit thinning based on the prediction results. It can also be used to determine the optimal work and harvest times based on the predicted production performance.

(予測モデル生成装置30)
気象データの予測モデル生成装置30は、農作物の生産成績を予測する予測モデルの生成装置である。予測モデル生成装置30は、予測対象日以前の気象データの観測値データを参照して、生産成績と気象の影響とを表す予測モデルであって、予測対象日の気象データの予報値から生産成績を予測する予測モデル34を生成する。予測モデル生成装置30は、過去のある年の生産成績の実測値と、予測モデル34を用いて予測したその年の生産成績の予測値との差が最小となるように、気象データの変数の組み合わせを選択して、予測モデル34を生成する。
(Prediction model generating device 30)
The weather data prediction model generation device 30 is a device for generating a prediction model that predicts the production performance of agricultural crops. The prediction model generation device 30 generates a prediction model 34 that is a prediction model that represents the production performance and the influence of weather by referring to observed value data of the weather data before the target prediction date, and predicts the production performance from the forecast value of the weather data on the target prediction date. The prediction model generation device 30 generates the prediction model 34 by selecting a combination of variables of the weather data so as to minimize the difference between the actual measured value of the production performance in a certain past year and the predicted value of the production performance for that year predicted using the prediction model 34.

予測モデル生成装置30は、制御部31を備えている。制御部31は、予測モデル生成装置30の各部を統括して制御するものであり、一例として、プロセッサ及びメモリにより実現される。この例において、プロセッサはストレージ(不図示)にアクセスし、ストレージに格納されているプログラム(不図示)をメモリにロードし、当該プログラムに含まれる一連の命令を実行する。これにより、制御部31の各部が構成される。当該各部として、制御部31は、学習データ取得部32及び予測モデル生成部33を備えている。 The predictive model generating device 30 includes a control unit 31. The control unit 31 controls each part of the predictive model generating device 30, and is realized by a processor and a memory, for example. In this example, the processor accesses a storage (not shown), loads a program (not shown) stored in the storage into the memory, and executes a series of instructions contained in the program. This constitutes each part of the control unit 31. As each part, the control unit 31 includes a learning data acquisition unit 32 and a predictive model generating unit 33.

学習データ取得部32は、予測モデル34を学習するための学習データを取得する。学習データ取得部32は、入力装置40からの学習の開始指示を表す入力信号に基づき、学習データを記憶装置50から読み出す。また、学習データ取得部32は、入力装置40を介して入力された学習データを取得してもよい。学習データ取得部32は、取得した学習データを予測モデル生成部33へ出力する。 The learning data acquisition unit 32 acquires learning data for training the prediction model 34. The learning data acquisition unit 32 reads out the learning data from the storage device 50 based on an input signal representing an instruction to start learning from the input device 40. The learning data acquisition unit 32 may also acquire learning data input via the input device 40. The learning data acquisition unit 32 outputs the acquired learning data to the prediction model generation unit 33.

予測モデル生成部33は、予測対象日以前の気象データの観測値を参照して、生産成績と気象の影響とを表す予測モデルであって、予測対象日の気象データの予報値から生産成績を予測する予測モデル34を生成する。 The prediction model generation unit 33 generates a prediction model 34, which is a prediction model that represents production performance and the effects of weather by referring to observed values of weather data prior to the prediction target date, and predicts production performance from the forecast values of the weather data for the prediction target date.

予測モデル生成部33は、日毎の気象データの観測値とそれらの日の生産成績の実測値とを含む学習データを参照して、生産成績と気象の影響とを表す予測モデル34を生成する。予測モデル生成部33は、学習データ取得部22から取得した学習データを用いて機械学習を行うことにより、予測モデル34を生成する。予測モデル生成部33は、一例としては、ニューラルネットワーク、決定木、ランダムフォレスト、サポートベクトルマシン等の既知の機械学習方法を用いて、予測モデル34を生成する。 The prediction model generation unit 33 generates a prediction model 34 that represents production performance and the effects of weather, by referring to the learning data including observed values of daily weather data and actual values of production performance on those days. The prediction model generation unit 33 generates the prediction model 34 by performing machine learning using the learning data acquired from the learning data acquisition unit 22. The prediction model generation unit 33 generates the prediction model 34 by using, for example, known machine learning methods such as neural networks, decision trees, random forests, and support vector machines.

また、予測モデル生成部33は、一例として、日毎の気象データとそれらの日の生産成績との相関を表す統計モデルを生成してもよい。すなわち、予測モデル34は、線形回帰モデル、スパースモデリング、一般化線形モデル、状態空間モデル、階層ベイズモデル、時系列モデル、クラスタリング等の統計モデルであってもよい。 In addition, as an example, the prediction model generation unit 33 may generate a statistical model that represents the correlation between daily weather data and the production performance of those days. In other words, the prediction model 34 may be a statistical model such as a linear regression model, sparse modeling, a generalized linear model, a state space model, a hierarchical Bayesian model, a time series model, or clustering.

予測モデル生成装置30は、過去のある年の生産成績の実測値と、予測モデル34を用いて予測したその年の生産成績の予測値との差が最小となるように、気象データの変数の組み合わせを選択して、予測モデル34を生成する。農作物の生産成績に影響することが予想される気象データには、降水量、平均気温、最高気温、最低気温、全天日射量、日照時間等の多くの変数が含まれる。気象データの変数には、相互依存する変数が存在し、一例として、雨が降る日は気温が低め(降水量と気温との関連性)のように、相互依存性の高い変数の組み合わせが存在する。したがって、生産成績の予測に最適な気象データの変数の組み合わせを選択することで、精度よく生産成績を予測可能な予測モデルを生成することができる。 The prediction model generation device 30 generates a prediction model 34 by selecting a combination of weather data variables so as to minimize the difference between the actual production performance of a certain past year and the predicted production performance of that year predicted using the prediction model 34. Weather data that is expected to affect the production performance of agricultural crops includes many variables such as precipitation, average temperature, maximum temperature, minimum temperature, total solar radiation, and hours of sunshine. Some weather data variables are interdependent, and as an example, there are combinations of variables that are highly interdependent, such as lower temperatures on days when it rains (the relationship between precipitation and temperature). Therefore, by selecting a combination of weather data variables that is optimal for predicting production performance, a prediction model that can accurately predict production performance can be generated.

気象データの変数の組み合わせが生産成績に及ぼす影響について、図4を参照して説明する。図4は、気象データの変数が生産成績に及ぼす影響を説明する図である。図4において、上段左側のグラフは降水量の糖度への影響を表しており、上段中央のグラフは平均気温の糖度への影響を表しており、上段右側のグラフは日照時間の糖度への影響を表している。これらのグラフにおいて、X軸は日付、Y軸は糖度の増減値、Z軸は測定対象地点を示している。すなわち、これらのグラフは、測定対象地点毎に、気象データの変数が生産成績に及ぼす影響を示している。 The effect of combinations of weather data variables on production performance will be explained with reference to Figure 4. Figure 4 is a diagram explaining the effect of weather data variables on production performance. In Figure 4, the graph on the top left shows the effect of precipitation on sugar content, the graph in the top center shows the effect of average temperature on sugar content, and the graph on the top right shows the effect of sunshine hours on sugar content. In these graphs, the X-axis shows the date, the Y-axis shows the increase or decrease in sugar content, and the Z-axis shows the measurement location. In other words, these graphs show the effect of weather data variables on production performance for each measurement location.

図4において、下段のグラフは、上段の3つのグラフにおいて、特定の測定対象地点のグラフのみを取出して重ねたグラフである。すなわち、このグラフは、気象データのそれぞれの変数が糖度に及ぼす影響をまとめて示すものである。なお、下段のグラフにおいては、実線は降水量の影響、点線は平均気温の影響、○印プロットは日照時間の影響を示している。 In Figure 4, the bottom graph is an overlay of the top three graphs, showing only the graphs for specific measurement locations. In other words, this graph shows the overall effect of each weather data variable on sugar content. In the bottom graph, the solid line shows the effect of precipitation, the dotted line shows the effect of average temperature, and the circle plots show the effect of sunshine hours.

図4の上段のグラフに示すように、場所毎及び日毎に生産成績が変数の影響を受ける程度が異なっている。図4の下段のグラフに示すように、各変数のグラフを重ねることで、同じ場所及び同じ日であっても、影響を受ける変数の種類やその程度が異なっていることが明白である。 As shown in the top graph of Figure 4, the degree to which production performance is affected by variables varies from place to place and from day to day. As shown in the bottom graph of Figure 4, by overlaying the graphs of each variable, it becomes clear that the types and degrees of affected variables vary even for the same place and the same day.

このように、気象データの変数が生産成績に及ぼす影響の程度に基づいて生産成績の予測に最適な変数の組み合わせを選択すれば、より精度よく生産成績を予測可能な予測モデルを生成することができる。また、最適な変数の組み合わせを、日毎又は場所毎に選択することで、より精度よく生産成績を予測可能な予測モデルを生成する事ができる。 In this way, by selecting the optimal combination of variables for predicting production performance based on the degree of influence of weather data variables on production performance, a prediction model that can predict production performance with greater accuracy can be generated. In addition, by selecting the optimal combination of variables for each day or location, a prediction model that can predict production performance with greater accuracy can be generated.

予測モデル生成部33は、予測対象日以前の気象データの各変数について、それぞれの積算値又は平均値に基づく回帰分析により、気象データの変数の組み合わせを選択する。予測モデル生成部33は、各変数について、それぞれを所定期間積算した積算値、又は、それぞれの所定期間内の平均値を算出し、算出した積算値又は平均値に基づく回帰分析を行って、生産成績の実測値と予測値との差が最小となる変数の組み合わせを選択する。予測モデル生成部33は、一例として、相互依存性の高い変数を解析可能な機械学習による回帰分析を行うことで、最適な変数の組み合わせを選択する。 The prediction model generation unit 33 selects a combination of weather data variables by regression analysis based on the integrated value or average value for each variable of the weather data before the target prediction date. The prediction model generation unit 33 calculates the integrated value for each variable over a specified period or the average value within each specified period, and performs regression analysis based on the calculated integrated value or average value to select a combination of variables that minimizes the difference between the actual production performance value and the predicted value. As an example, the prediction model generation unit 33 selects the optimal combination of variables by performing regression analysis using machine learning that can analyze highly interdependent variables.

予測モデル生成部33は、各変数についての積算値又は平均値を算出する起算日及び終算日、並びに算出日数に基づく回帰分析により、気象データの変数の組み合わせを選択する。生産成績に及ぼす気象の影響は、年単位だけでなく、開花期や着果期のような短い期間単位で変化し得る。したがって、各変数について積算を開始する起算日及び積算を終了する終算日、又は、各変数について平均値の算出を開始する起算日及び算出を終了する終算日に基づく回帰分析を行うことで、期間毎に最適な変数の組み合わせを選択することができる。同様に、各変数について積算する日数又は平均する日数(算出日数)に基づく回帰分析を行うことで、より短い期間単位で最適な変数の組み合わせを選択することができる。 The prediction model generation unit 33 selects a combination of weather data variables by regression analysis based on the start and end dates for calculating the integrated value or average value for each variable, and the number of calculation days. The impact of weather on production performance can change not only on an annual basis, but also on short time periods such as the flowering period and fruit setting period. Therefore, by performing regression analysis based on the start and end dates for the integration of each variable, or the start and end dates for the calculation of the average value of each variable, it is possible to select the optimal combination of variables for each period. Similarly, by performing regression analysis based on the number of days for integration or the number of days for averaging (number of calculation days) for each variable, it is possible to select the optimal combination of variables for a shorter time period.

予測モデル生成部33は、気象データの各変数について、起算日から終算日までの各日における算出日数の積算値又は平均値に基づく回帰分析により、前記気象データの変数の組み合わせを選択する。このように、起算日から終算日までの算出期間内の各日において算出日数分の各変数の積算値又は平均値を算出することで、算出日数分のウインドウを一日ずつずらし、算出期間内の毎日の各変数が生産成績に及ぼす影響を表すベクトルを作成することができる。そして、作成した毎日のベクトルを用いて回帰分析を行い、生産成績の実測値と予測値との差が最小となる変数の組み合わせを選択することで、生産成績の予測に最適な変数の組み合わせを選択することができる。また、毎日のベクトルを用いた回帰分析を行うことで、連日続く猛暑の影響のように、日毎の変数の連続性が生産成績に及ぼす影響についても考慮して、変数の組み合わせを選択することができる。 The prediction model generation unit 33 selects a combination of the weather data variables by regression analysis based on the integrated value or average value of the calculated number of days for each variable of the weather data for each day from the start date to the end date. In this way, by calculating the integrated value or average value of each variable for the calculated number of days for each day within the calculation period from the start date to the end date, the window for the calculated number of days is shifted by one day, and a vector representing the influence of each variable on the production performance for each day within the calculation period can be created. Then, a regression analysis is performed using the created daily vector, and a combination of variables that minimizes the difference between the actual production performance and the predicted production performance is selected, thereby selecting the combination of variables that is optimal for predicting the production performance. In addition, by performing regression analysis using the daily vector, a combination of variables can be selected taking into consideration the influence on the production performance of the continuity of the variables from day to day, such as the influence of a heat wave that continues for days.

予測モデル生成部33は、過去の年毎の前記生産成績の実測値データとそれらの年の気象データの観測値データとを含む測定データを参照して生成した、生産成績の経年変化と気象の影響とを表す予測モデルであって、前年までの生産成績の実測値の少なくとも一部と予測対象日の気象データの予報値とから、生産成績を予測する予測モデル34を生成してもよい。また、このような予測モデル34は、測定データを学習データとして機械学習を行うことによって生成し、これにより、前年までの前記生産成績の実測値の少なくとも一部と前記予測対象日の気象データの予報値とが入力情報であり、当年の前記生産成績が出力情報である予測モデル34を生成してもよい。すなわち、予測モデル生成部33は、上述した予測モデル生成装置20の予測モデル生成部23において、年毎の生産成績の変化を経年変化の影響分と気象の影響分とに分解したときの、気象の影響分を回帰して、生産成績の経年変化と気象の影響を表す予測モデル34を生成し得る。 The prediction model generating unit 33 may generate a prediction model 34 that represents the change over time in production performance and the influence of weather, generated by referring to measurement data including the actual measurement value data of the production performance for each past year and the observation value data of the weather data for those years, and predicts the production performance from at least a part of the actual measurement value of the production performance up to the previous year and the forecast value of the weather data for the prediction target day. In addition, such a prediction model 34 may be generated by performing machine learning using the measurement data as learning data, thereby generating a prediction model 34 in which at least a part of the actual measurement value of the production performance up to the previous year and the forecast value of the weather data for the prediction target day are input information and the production performance for the current year is output information. In other words, the prediction model generating unit 33 may generate a prediction model 34 that represents the change over time in production performance and the influence of weather by regressing the influence of weather when the change in production performance for each year is decomposed into the influence of the change over time and the influence of weather in the prediction model generating unit 23 of the prediction model generating device 20 described above.

また、予測モデル生成部33は、予測対象地点毎に予測モデル34を生成することが好ましい。予測モデル生成部33は、当該予測対象地点における過去の年毎の生産成績の実測値と当該予測対象地点におけるそれらの年の気象データの観測値とを含む測定データを参照して、予測対象地点毎の予測モデル24を生成する。生産成績を予測する農作物を生育する地域である予測対象地点毎に予測モデル34を生成することで、より精度の高い生産成績の予測に利用できる。 The prediction model generating unit 33 preferably generates a prediction model 34 for each prediction target location. The prediction model generating unit 33 generates a prediction model 24 for each prediction target location by referring to measurement data including actual values of production performance for each past year at the prediction target location and observed values of meteorological data for those years at the prediction target location. By generating a prediction model 34 for each prediction target location, which is an area where the agricultural crops whose production performance is to be predicted grow, it can be used to predict production performance with higher accuracy.

予測モデルの生成装置30によれば、予測対象日の気象データの予報値から、当年の生産成績を予測することができるので、栽培期間の初期にその年の収穫期又は出荷日の生産成績を予測することにも利用することができる。これにより、栽培期間の初期にその年の生産成績を予測し、予測結果に基づいて、施肥、灌水、摘果等の栽培管理を変更することで、その年の生産成績を向上させることに利用することができる。また、予測した生産成績に基づいて、最適な作業時期や収穫時期を決定することにも利用できる。 The prediction model generation device 30 can predict the current year's production performance from the forecasted weather data for the prediction date, so it can also be used to predict production performance for the harvest season or shipping date of that year early in the cultivation period. This makes it possible to predict the production performance of that year early in the cultivation period and change cultivation management such as fertilization, irrigation, and fruit thinning based on the prediction results, thereby improving the production performance of that year. It can also be used to determine the optimal work and harvest times based on the predicted production performance.

(予測システム100における生産成績の予測)
予測システム100における予測モデルを用いた生産成績の予測処理の流れの概念について、図5を参照して説明する。図5は、本発明の一態様に係る予測システムが実行する、予測モデルを用いた農作物の生産成績の予測の概念を説明する図である。なお、図5に示す気象データの変数は一例であり、気象データの変数はこれに限定されない。
(Prediction of production performance in prediction system 100)
The concept of the flow of the process of predicting the production performance using the prediction model in the prediction system 100 will be described with reference to Fig. 5. Fig. 5 is a diagram for explaining the concept of predicting the production performance of agricultural crops using the prediction model, which is executed by the prediction system according to one embodiment of the present invention. Note that the variables of the weather data shown in Fig. 5 are merely examples, and the variables of the weather data are not limited thereto.

図5に示すように、過去の年毎の生産成績の実測値データとそれらの年の気象データの観測値データとを含む測定データを用いて学習済みの予測モデルを用いる。当該予測モデルに、前年までの(過去の)生産成績の実測値と当年の気象データの予報値とを入力する。予測モデルは、生産成績の予測値を、当年の基準生産成績と当年の気象の影響分とに分割する。予測モデルは、気象データの変数の組み合わせにより、当年の気象の影響分を回帰し、最適な変数の組み合わせを選択する。予測モデルは、選択された変数の組み合わせに基づいて当年の気象の影響分を回帰する。予測モデルは、当年の基準生産成績と当年の気象の影響分とから、当年の生産成績の予測値を出力する。 As shown in Figure 5, a prediction model that has been trained using measurement data including actual production performance data for each past year and observed weather data for those years is used. The actual (past) production performance values up to the previous year and forecast weather data for the current year are input into the prediction model. The prediction model divides the predicted value of the production performance into the base production performance for the current year and the influence of the weather for the current year. The prediction model regresses the influence of the weather for the current year based on a combination of weather data variables and selects the optimal combination of variables. The prediction model regresses the influence of the weather for the current year based on the selected combination of variables. The prediction model outputs a predicted value of the production performance for the current year from the base production performance for the current year and the influence of the weather for the current year.

(予測処理の流れ)
予測装置10による予測処理(予測方法)の流れについて、図6を参照して説明する。図6は、本発明の一態様に係る予測装置が実行する予測処理の一例を示すフローチャートである。図6に示すように、まず、入力データ取得部12は、前年までの(過去の)生産成績の実測値を取得する(ステップS1)。次に、入力データ取得部12は、当年の気象データの予報値を取得する(ステップS2)。そして、予測部13は、取得した前年までの生産成績の実測値と当年の気象データの予報値とを予測モデル24に入力し、出力された当年の生産成績の予測値を取得する(ステップS3、予測する工程)。予測部は、取得した予測値を予測結果として出力装置60に出力し(ステップS4)、処理を終了する。
(Prediction process flow)
The flow of the prediction process (prediction method) by the prediction device 10 will be described with reference to FIG. 6. FIG. 6 is a flowchart showing an example of the prediction process executed by the prediction device according to one aspect of the present invention. As shown in FIG. 6, first, the input data acquisition unit 12 acquires the actual measured values of (past) production results up to the previous year (step S1). Next, the input data acquisition unit 12 acquires the forecast value of the weather data for the current year (step S2). Then, the prediction unit 13 inputs the acquired actual measured values of the production results up to the previous year and the forecast value of the weather data for the current year into the prediction model 24, and acquires the output forecast value of the production results for the current year (step S3, prediction process). The prediction unit outputs the acquired forecast value to the output device 60 as a prediction result (step S4), and ends the process.

(予測モデル生成処理の流れ)
予測モデル生成装置20による予測モデル24の生成処理(予測モデルの生成方法)の流れについて、図7を参照して説明する。図7は、本発明の一態様に係る予測モデルの生成装置が実行する予測モデル生成処理の一例を示すフローチャートである。図7に示すように、まず、学習データ取得部22は、過去の年毎の生産成績の実測値を取得する(ステップS11)。次に、学習データ取得部22は、それらの年の気象データの観測値を取得する(ステップS12)。そして、学習データ取得部22は、過去の年毎の生産成績に実測値とそれらの年の気象データの観測値とを対応付け、学習データ(測定データ)を生成する(ステップS13)。予測モデル生成部23は、生成した学習データを用いて、前年までの(過去の)生産成績の実測値と当年の気象データの予報値とが入力情報であり、当年の生産成績が出力情報である予測モデル24を生成する(ステップS14、生成する工程)。予測モデル生成部23は、生成した予測モデル24を記憶装置50へ格納する。
(Flow of prediction model generation process)
A flow of a process of generating a prediction model 24 (a method of generating a prediction model) by the prediction model generating device 20 will be described with reference to FIG. 7. FIG. 7 is a flowchart showing an example of a prediction model generating process executed by the prediction model generating device according to one aspect of the present invention. As shown in FIG. 7, first, the learning data acquiring unit 22 acquires actual values of production performance for each past year (step S11). Next, the learning data acquiring unit 22 acquires observed values of weather data for those years (step S12). Then, the learning data acquiring unit 22 associates the actual values of production performance for each past year with the observed values of weather data for those years, and generates learning data (measurement data) (step S13). The prediction model generating unit 23 uses the generated learning data to generate a prediction model 24 in which the actual values of (past) production performance up to the previous year and the forecast values of weather data for the current year are input information, and the production performance for the current year is output information (step S14, generating process). The prediction model generating unit 23 stores the generated prediction model 24 in the storage device 50.

(気象データの予測モデル生成処理の流れ)
予測モデル生成装置30による予測モデル34の生成処理(予測モデルの生成方法)の流れについて、図8を参照して説明する。図8は、本発明の一態様に係る気象データの予測モデル生成装置が実行する予測モデルの生成処理の一例を示すフローチャートである。図8に示すように、まず、予測モデル生成部33は、気象データの各変数の積算値又は平均値を算出する起算日及び終算日、並びに、積算する又は平均する日数(算出日数)を設定する(ステップS21)。次に、予測モデル生成部33は、各変数について、起算日から終算日までの各日における算出日数の積算値又は平均値を算出する(ステップS22)。そして、予測モデル生成部33は、算出した値を用いて予測モデル34を回帰し、予測値と実測値との誤差を求める(ステップS23)。予測モデル生成部33は、誤差が最小となる変数の組み合わせ、積算値又は平均値の起算日及び終算日、並びに、算出日数を求める(ステップS24)。予測モデル生成部33は、得られた変数の組み合わせ、積算値又は平均値の起算日及び終算日、並びに、算出日数に基づいて、予測モデル34を生成する(ステップS25、生成する工程)。予測モデル生成部33は、生成した予測モデル34を記憶装置50へ格納する(ステップS26)。
(Flow of weather data forecast model generation process)
The flow of the generation process (generation method of a prediction model) of the prediction model 34 by the prediction model generation device 30 will be described with reference to FIG. 8. FIG. 8 is a flowchart showing an example of the generation process of a prediction model executed by the weather data prediction model generation device according to one aspect of the present invention. As shown in FIG. 8, first, the prediction model generation unit 33 sets the start date and end date for calculating the integrated value or average value of each variable of the weather data, and the number of days to be integrated or averaged (calculation number of days) (step S21). Next, the prediction model generation unit 33 calculates the integrated value or average value of the calculation number for each variable for each day from the start date to the end date (step S22). Then, the prediction model generation unit 33 regresses the prediction model 34 using the calculated value to obtain the error between the predicted value and the actual value (step S23). The prediction model generation unit 33 obtains the combination of variables that minimizes the error, the start date and end date of the integrated value or average value, and the calculation number of days (step S24). The prediction model generating unit 33 generates a prediction model 34 based on the obtained combination of variables, the start date and end date of the integrated value or average value, and the calculated number of days (step S25, generating step). The prediction model generating unit 33 stores the generated prediction model 34 in the storage device 50 (step S26).

〔ソフトウェアによる実現例〕
予測装置10、予測モデル生成装置20、及び予測モデル生成装置30(以下、「装置」と呼ぶ)の機能は、これらの装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、これらの装置の各制御ブロック(特に制御部11、制御部21、及び制御部31に含まれる各部)としてコンピュータを機能させるためのプログラムにより実現することができる。
[Software implementation example]
The functions of the prediction device 10, the prediction model generating device 20, and the prediction model generating device 30 (hereinafter referred to as the "devices") can be realized by programs for causing a computer to function as these devices, and for causing a computer to function as each control block of these devices (in particular, each part included in the control unit 11, the control unit 21, and the control unit 31).

この場合、これらの装置は、上記プログラムを実行するためのハードウェアとして、少なくとも1つの制御装置(例えばプロセッサ)と少なくとも1つの記憶装置(例えばメモリ)を有するコンピュータを備えている。この制御装置と記憶装置により上記プログラムを実行することにより、上記実施形態で説明した各機能が実現される。 In this case, these devices are equipped with a computer having at least one control device (e.g., a processor) and at least one storage device (e.g., a memory) as hardware for executing the above program. The functions described in the above embodiment are realized by executing the above program using this control device and storage device.

上記プログラムは、一時的ではなく、コンピュータ読み取り可能な、1または複数の記録媒体に記録されていてもよい。この記録媒体は、これらの装置が備えていてもよいし、備えていなくてもよい。後者の場合、上記プログラムは、有線または無線の任意の伝送媒体を介してこれらの装置に供給されてもよい。 The above program may be recorded on one or more computer-readable recording media, not on a temporary basis. These devices may or may not have these recording media. In the latter case, the above program may be supplied to these devices via any wired or wireless transmission medium.

また、上記各制御ブロックの機能の一部または全部は、論理回路により実現することも可能である。例えば、上記各制御ブロックとして機能する論理回路が形成された集積回路も本発明の範疇に含まれる。この他にも、例えば量子コンピュータにより上記各制御ブロックの機能を実現することも可能である。 In addition, some or all of the functions of each of the above control blocks can be realized by a logic circuit. For example, an integrated circuit in which a logic circuit that functions as each of the above control blocks is formed is also included in the scope of the present invention. In addition, it is also possible to realize the functions of each of the above control blocks by, for example, a quantum computer.

また、上記実施形態で説明した各処理は、AI(Artificial Intelligence:人工知能)に実行させてもよい。この場合、AIは上記制御装置で動作するものであってもよいし、他の装置(例えばエッジコンピュータまたはクラウドサーバ等)で動作するものであってもよい。 The processes described in the above embodiments may be executed by AI (Artificial Intelligence). In this case, the AI may run on the control device, or on another device (such as an edge computer or a cloud server).

〔実施例〕
ミカンにおいて、複数の予測対象地点における過去の糖度及び酸度データを用いて生成した予測モデルを用いて糖度及び酸度を予測し、その精度を検証した。糖度予測及び酸度予測の精度は、令和2年度の実測値と予測モデルを用いた予測値とを比較して検証した。平成30年度及び令和1年度の気象観測値、並びに、令和2年度の3月22日時点の気象予報値を用いた。
[Example]
For mandarin oranges, sugar content and acidity were predicted using a prediction model generated using past sugar content and acidity data at multiple target prediction locations, and the accuracy of the prediction was verified. The accuracy of sugar content and acidity predictions was verified by comparing actual measured values in fiscal year 2020 with values predicted using the prediction model. Weather observation values for fiscal years 2018 and 2019, and weather forecast values as of March 22, fiscal year 2020 were used.

2か年の全予測対象地点及び全予測対象日において、予測値と実測値とのRMSE(二乗平均平方根誤差)を求めた。糖度予測において、気象観測値を使用した場合、RMSEは0.6561であった(図9)。糖度予測において、気象予報値を使用した場合、RMSEは1.5267であった(図10)。次に、酸度予測において、気象観測値を使用の場合、RMSEは0.2517であった(図11)。酸度予測において、気象予報値を使用した場合、RMSEは0.2636であった(図12)。 The root mean square error (RMSE) between predicted and measured values was calculated for all prediction locations and all prediction dates over the two-year period. When meteorological observation values were used in sugar content prediction, the RMSE was 0.6561 (Figure 9). When meteorological forecast values were used in sugar content prediction, the RMSE was 1.5267 (Figure 10). Next, when meteorological observation values were used in acidity prediction, the RMSE was 0.2517 (Figure 11). When meteorological forecast values were used in acidity prediction, the RMSE was 0.2636 (Figure 12).

また、令和2年3月22日時点の気象予報値に基づき、令和2年度の糖度及び酸度を予測し、令和2年11月9日時点までの測定値を用いて精度を検証した。令和2年11月9日時点までの精度の検証では、気象予報値を使用した。糖度予測におけるRMSEは0.7355であった(図13)。酸度予測におけるRMSEは0.1615(図14)であった。 In addition, sugar content and acidity for fiscal year 2020 were predicted based on weather forecast values as of March 22, 2020, and accuracy was verified using measured values up to November 9, 2020. Weather forecast values were used to verify accuracy up to November 9, 2020. The RMSE for sugar content prediction was 0.7355 (Figure 13). The RMSE for acidity prediction was 0.1615 (Figure 14).

このように、予測モデルを用いることにより、3月時点で翌年度の生産成績の傾向を把握するために十分な精度で予測できることが示された。 In this way, it was shown that by using a predictive model, it is possible to make predictions with sufficient accuracy as of March to grasp the trends in production performance for the following year.

図15は、ある予測対象地点における令和2年度高糖度系統選果予測における気象3変数の時期別の影響を示す。図15において、実線は降水量の影響、点線は平均気温の影響、○印プロットは日照時間の影響を示している。なお、令和2年3月22日時点の気象予報値を使用しているため、令和2年度の実際の気象の影響とは異なる。平年値となる4月下旬以降が平年並みの気象であったとき、降水量、平均気温、及び日照時間の中では、降水量の糖度への影響が最も大きい。図15に示すように、令和2年6月末頃までの降水量は、選果時糖度を日毎で最大0.01上方修正する効果が見られた。一方で、令和2年7月及び8月の降水量は、選果時糖度を日毎で0.01から最大0.025程度下方修正する効果が見られた。この時期は、マルチシート被覆を行っているが、7月及び8月の降水量の影響はゼロではないことが示唆された。 Figure 15 shows the influence of three meteorological variables by period in the prediction of high sugar content sorting in FY2020 at a certain forecast location. In Figure 15, the solid line indicates the influence of precipitation, the dotted line indicates the influence of average temperature, and the circle plot indicates the influence of sunshine hours. Note that the weather forecast values as of March 22, 2020 are used, so the influence of the actual weather in FY2020 differs. When the weather is normal from late April, which is the normal value, the influence of precipitation on sugar content is the largest among precipitation, average temperature, and sunshine hours. As shown in Figure 15, the precipitation up to the end of June 2020 was found to have the effect of revising the sugar content at the time of sorting up by up to 0.01 per day. On the other hand, the precipitation in July and August 2020 was found to have the effect of revising the sugar content at the time of sorting down by 0.01 to up to 0.025 per day. Although mulch sheet covering was used during this period, it was suggested that the influence of precipitation in July and August was not zero.

〔他の実施形態〕
(生産成績の平均値を用いる態様)
予測装置10は、過去の年毎の生産成績の実測値データを参照して生成された、生産成績の平均値を表す予測モデルを用いて、前年までの生産成績の実測値の少なくとも一部から当年の生産成績を予測してもよい。一例として、過去の年毎の生産成績の蓄積年数が2年から5年程度と少ない場合には、生産成績の経年変化を表す予測モデルではなく、生産成績の平均値を表す予測モデルを用いてもよい。ここで、生産成績の平均値は、所定の年数における各年の生産成績を平均した値であり得る。
また、予測モデル生成装置20が生成する予測モデル24及び予測モデル生成装置30が生成する予測モデル34は、過去の年毎の生産成績の実測値データとそれらの年の気象データの観測値データとを含む測定データを参照して生成された、生産成績の平均値と気象の影響とを表す予測モデルであってもよい。このような予測モデル24及び予測モデル34は、農作物の年毎の変動を平均値として考慮して、生産成績を予測することができる。
Other Embodiments
(Aspect of using average production results)
The prediction device 10 may predict the current year's production performance from at least a part of the actual measured values of the production performance up to the previous year using a prediction model that represents the average value of the production performance, which is generated by referring to the actual measured value data of the production performance for each past year. As an example, when the accumulated years of the production performance for each past year are short, such as about 2 to 5 years, a prediction model that represents the average value of the production performance may be used instead of a prediction model that represents the change in the production performance over time. Here, the average value of the production performance may be a value obtained by averaging the production performance for each year for a predetermined number of years.
Furthermore, the prediction model 24 generated by the prediction model generating device 20 and the prediction model 34 generated by the prediction model generating device 30 may be prediction models that represent the average value of production performance and the influence of weather, generated by referring to measurement data including actual measurement value data of production performance for each past year and observed value data of weather data for those years. Such prediction models 24 and 34 can predict production performance by taking into account the annual fluctuation of agricultural crops as an average value.

すなわち、上述した各実施形態において、生産成績の経年変化に関する説明の全てを、生産成績の平均値に読み替えた実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。 In other words, in each of the above-mentioned embodiments, the technical scope of the present invention also includes embodiments in which all of the descriptions regarding changes in production performance over time are replaced with average production performance values.

(土壌成分の測定値データを測定データとして用いる態様)
予測装置10は、過去の年毎の生産成績の実測値データと、それらの年の気象データの観測値データ及びそれらの年の土壌成分の測定値データの少なくとも一方を含む測定データを参照して生成された、生産成績の経年変化又は平均値と気象の影響とを表す予測モデルを用いて、当年の生産成績を予測してもよい。ここで、土壌成分の測定値データは、一例として、農作物を生育させる圃場に設けられた、土壌水分計のような土壌センサにより測定された土壌成分値(土壌水分値、土壌pH値等)であり得る。
(Aspect in which measurement data of soil components is used as measurement data)
The prediction device 10 may predict the current year's production performance using a prediction model that represents the secular change or average value of the production performance and the influence of weather, which is generated by referring to the actual measurement value data of the production performance for each past year and the measurement data including at least one of the observation value data of the weather data for those years and the measurement value data of the soil components for those years. Here, the measurement value data of the soil components may be, for example, soil component values (soil moisture value, soil pH value, etc.) measured by a soil sensor such as a soil moisture meter installed in a field where agricultural crops are grown.

予測モデル生成装置20が生成する予測モデル24は、過去の年毎の生産成績の実測値データと、それらの年の気象データの観測値データ及び土壌成分の測定データの少なくとも一方を含む測定データを参照して生成された、生産成績の経年変化又は平均値と気象及び土壌成分の少なくとも一方の影響とを表す予測モデルであってもよい。このような予測モデル24は、測定データを学習データとして機械学習を行うことによって生成されており、前年までの前記生産成績の実測値の少なくとも一部と当年の気象データの予報値及び当年の土壌成分の測定値の少なくとも一方とが入力情報であり、当年の前記生産成績が出力値である。予測モデル24によれば、土壌成分を考慮して、生産成績を予測することができる。 The prediction model 24 generated by the prediction model generating device 20 may be a prediction model that represents the change over time or average value of the production performance and the influence of at least one of the weather and the soil components, generated by referring to the actual measurement value data of the production performance for each past year and the measurement data including at least one of the observation value data of the weather data and the measurement data of the soil components for those years. Such a prediction model 24 is generated by performing machine learning using the measurement data as learning data, and at least a part of the actual measurement value of the production performance up to the previous year and at least one of the forecast value of the weather data for the current year and the measurement value of the soil components for the current year are input information, and the production performance for the current year is the output value. According to the prediction model 24, the production performance can be predicted taking into account the soil components.

予測モデル24は、予測対象地点毎に生成した予測モデルであり、当該予測対象地点における前年までの前記生産成績の実測値の少なくとも一部と当該予測対象地点における当年の気象データの予報値及び当年の土壌成分の測定値の少なくとも一方とから、当該予測対象地点における当年の生産成績を予測してもよい。
予測モデル24は、過去のある年の生産成績の実測値と、予測モデル24により予測した、その年の生産成績の予測値との差を、その年の気象データの観測値及びその年の土壌成分の測定値の少なくとも一方に基づいて回帰する回帰分析を用いて、再生成してもよい。
The prediction model 24 is a prediction model generated for each prediction target point, and may predict the production performance for the current year at the prediction target point from at least a portion of the actual measured values of the production performance at the prediction target point up to the previous year and at least one of the forecast values of meteorological data for the current year at the prediction target point and the measured values of soil components for the current year.
The prediction model 24 may be regenerated using regression analysis in which the difference between the actual measured production performance for a past year and the predicted production performance for that year predicted by the prediction model 24 is regressed based on at least one of the observed meteorological data for that year and the measured values of soil components for that year.

予測モデル生成装置30が生成する予測モデル34は、予測対象日以前の気象データの観測値データ及び土壌成分の測定値データの少なくとも一方を参照して生成された、生産成績と気象及び土壌成分の少なくとも一方の影響とを表す予測モデルであって、予測対象日の気象データの予報値及び土壌成分の測定値の少なくとも一方から生産成績を予測する予測モデルであり得る。 The prediction model 34 generated by the prediction model generating device 30 is a prediction model that represents the production performance and the influence of at least one of the weather and soil components, generated by referring to at least one of the observed value data of the weather data and the measured value data of the soil components before the prediction target date, and can be a prediction model that predicts the production performance from at least one of the forecast value of the weather data and the measured value of the soil components on the prediction target date.

このような予測モデル34は、過去のある年の生産成績の実測値と、予測モデル34を用いて予測したその年の生産成績の予測値との差が最小となるように、気象データの変数の組み合わせ及び土壌成分の変数の組み合わせを選択して生成されている。これらの変数の組み合わせは、予測対象日以前の気象データ及び土壌成分の各変数について、それぞれの変数の積算値又は平均値に基づく回帰分析により選択されてもよい。また、これらの変数の組み合わせは、上記積算値又は平均値を算出する起算日及び終算日、並びに算出日数に基づく回帰分析により選択されてもよい。さらに、これらの変数の組み合わせは、気象データ及び土壌成分の各変数について、起算日から終算日までの各日における算出日数分の積算値又は平均値に基づく回帰分析により選択されてもよい。 Such a prediction model 34 is generated by selecting a combination of weather data variables and a combination of soil component variables so as to minimize the difference between the actual production performance of a certain past year and the predicted production performance of that year predicted using the prediction model 34. These combinations of variables may be selected by regression analysis based on the integrated values or average values of each variable of the weather data and soil components prior to the prediction target date. Furthermore, these combinations of variables may be selected by regression analysis based on the start and end dates for calculating the integrated values or average values, and the number of days for calculation. Furthermore, these combinations of variables may be selected by regression analysis based on the integrated values or average values of the number of days for calculation for each day from the start date to the end date for each variable of the weather data and soil components.

また、予測モデル34は、過去の年毎の前記生産成績の実測値データとそれらの年の気象データの観測値データ及びそれらの年の土壌成分の測定値データの少なくとも一方を含む測定データを参照して生成した、生産成績の経年変化又は平均値と気象及び土壌成分の少なくとも一方の影響とを表す予測モデルであって、前年までの生産成績の実測値の少なくとも一部と予測対象日の気象データの予報値及び土壌成分の測定値の少なくとも一方とから、生産成績を予測する予測モデルである。このような予測モデル34は、測定データを学習データとして機械学習を行うことによって生成することができる。このような予測モデル34は、前年までの生産成績の実測値の少なくとも一部と予測対象日の気象データの予報値及び土壌成分の測定値の少なくとも一方とが入力情報であり、当年の生産成績が出力情報である予測モデルである。 The prediction model 34 is a prediction model that represents the change over time or average value of the production performance and the influence of at least one of the weather and the soil components, generated by referring to the actual measurement data of the production performance for each past year and the measurement data including at least one of the observation value data of the weather data for those years and the measurement value data of the soil components for those years, and predicts the production performance from at least a part of the actual measurement values of the production performance up to the previous year and at least one of the forecast value of the weather data and the measurement value of the soil components for the prediction target day. Such a prediction model 34 can be generated by performing machine learning using the measurement data as learning data. Such a prediction model 34 is a prediction model in which at least a part of the actual measurement values of the production performance up to the previous year and at least one of the forecast value of the weather data and the measurement value of the soil components for the prediction target day are input information, and the production performance of the current year is output information.

土壌成分が生産成績に及ぼす影響について、図16を参照して説明する。図16は、土壌水分値が生産成績に及ぼす影響を説明する図である。図16に示すグラフにおけるX軸は日付、Y軸は土壌水分値の糖度換算影響値を示している。図16に示すグラフは、土壌水分値が収穫時糖度に及ぼす影響を示している。 The effect of soil components on production performance will be explained with reference to Figure 16. Figure 16 is a diagram explaining the effect of soil moisture value on production performance. The X-axis in the graph shown in Figure 16 shows the date, and the Y-axis shows the effect value of soil moisture value converted into sugar content. The graph shown in Figure 16 shows the effect of soil moisture value on sugar content at harvest.

図16に示すように、日毎に土壌水分値が収穫時糖度に影響する程度が異なっている。一例として、図16によれば、7月~9月の土壌水分値が収穫時糖度に大きな影響を与えていることが分かる。この知見は、7月及び8月の乾燥ストレスにより糖度が上昇し、それ以降はその効果が飽和するという、果樹分野における既存の知見に一致する。 As shown in Figure 16, the degree to which soil moisture value affects sugar content at harvest varies from day to day. As an example, Figure 16 shows that soil moisture value from July to September has a large impact on sugar content at harvest. This finding is consistent with existing knowledge in the fruit tree field that drought stress in July and August increases sugar content, and the effect saturates thereafter.

このように、土壌成分を考慮して生産成績を予測することにより、より精度よく生産成績を予測することができる。また、気象と土壌成分との両方を考慮して生産生成器を予測することにより、予測精度のさらなる向上が期待できる。 In this way, by predicting production performance taking into account soil components, it is possible to predict production performance with greater accuracy. Furthermore, by predicting production generators taking into account both weather and soil components, it is expected that prediction accuracy will be further improved.

すなわち、本明細書に記載された各実施形態において、気象データに関する説明の全てを、(i)土壌成分の測定値データ、又は、(ii)気象データ及び土壌成分の測定値データに読み替えた実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。 In other words, in each embodiment described in this specification, the technical scope of the present invention also includes embodiments in which all descriptions of meteorological data are replaced with (i) measurement data of soil components, or (ii) meteorological data and measurement data of soil components.

(情報量基準に基づき変数を選択する態様)
予測モデル生成装置30が生成する予測モデル34における気象データの変数の組み合わせ及び土壌成分の変数の組み合わせの選択は、情報量基準に基づいて実行してもよい。すなわち、予測モデルの生成方法において、情報量基準に基づき、気象データの変数の組み合わせ及び土壌成分の変数の組み合わせを選択して、予測モデル34を生成する態様についても、本発明の技術的範囲に含まれる。ここで、情報量基準としては、従来公知の情報量基準を用いることが可能であり、一例として、カルバック-ライブラー情報量基準、赤池情報量基準、ベイズ情報量基準等が挙げられる。
(Selection of variables based on information criteria)
The selection of the combination of meteorological data variables and the combination of soil component variables in the prediction model 34 generated by the prediction model generation device 30 may be performed based on an information criterion. In other words, in the method for generating a prediction model, an embodiment in which a combination of meteorological data variables and a combination of soil component variables are selected based on an information criterion to generate the prediction model 34 is also included in the technical scope of the present invention. Here, as the information criterion, a conventionally known information criterion can be used, and examples thereof include the Kullback-Leibler information criterion, the Akaike information criterion, and the Bayesian information criterion.

一例として、気象データの変数及び土壌成分の変数の組み合わせにおいて生成した各予測モデルの推定アルゴリズム内にモデル選択基準が内包されていない場合には、情報量基準に基づいて気象データの変数及び土壌成分の変数の組み合わせを選択してもよい。これにより、変数の選択処理に操作者の知識や熟練度等は影響せず、変数の選択処理を画一的に実行することができる。 As an example, if the estimation algorithm of each prediction model generated for a combination of meteorological data variables and soil component variables does not include a model selection criterion, the combination of meteorological data variables and soil component variables may be selected based on an information criterion. This allows the variable selection process to be performed uniformly without being affected by the operator's knowledge or level of expertise.

(生育ステージを予測する態様)
予測装置10は、予測された生産成績と農作物の生育ステージ毎の成績を表す基準値とを比較して、農作物の生育ステージを予測してもよい。ここで、農作物の生育ステージとは、農作物の開花期、収穫期、移植期等が意図される。予測装置10における生育ステージの予測は、予測部13において実行し得る。一例として、予測装置10の予測部13は、予測モデル24により得られた糖度や酸度のような生産成績の予測値が、予め設定された基準値(しきい値)を超えた場合に、収穫基準を満たしたとして、当該生産成績が予測された時期を収穫時期であると予測する。
(Predicting Growth Stage)
The prediction device 10 may predict the growth stage of the crop by comparing the predicted production performance with a reference value that indicates the performance of each growth stage of the crop. Here, the growth stage of the crop refers to the flowering period, harvest period, transplanting period, etc. of the crop. The prediction of the growth stage in the prediction device 10 may be performed by the prediction unit 13. As an example, when a predicted value of the production performance such as sugar content or acidity obtained by the prediction model 24 exceeds a preset reference value (threshold value), the prediction unit 13 of the prediction device 10 determines that the harvest standard is met and predicts that the time when the production performance was predicted is the harvest time.

また、予測装置10は、予測モデルにおける、気象及び土壌成分の少なくとも一方の影響量を算出し、算出した影響量を参照して、農作物の生育ステージを予測してもよい。 The prediction device 10 may also calculate the amount of influence of at least one of the weather and soil components in the prediction model, and predict the growth stage of the crops by referring to the calculated amount of influence.

農作物には、室内で苗を育ててから野外に移植される農作物や、収穫後に屋根のある日陰で貯蔵される農作物等がある。このような農作物に関して、予測モデル生成部23及び予測モデル生成部33において、生産成績に及ぼす気象又は土壌成分の影響量(影響分)を算出すれば、影響量が離散的に切り替わる日付を検出することができる。例えば、収穫後に屋根のある日陰で貯蔵されるような農作物の場合、日照時間の影響量が急激にほぼゼロになる日付が、収穫後に屋根のある貯蔵環境に移送された日に対応する。したがって、予測装置10は、このような影響量を参照することで、農作物の生育ステージを予測することができる。 Agricultural crops include those that are grown indoors as seedlings and then transplanted outdoors, and those that are harvested and stored in the shade under a roof. For such crops, if the prediction model generation unit 23 and the prediction model generation unit 33 calculate the amount of influence (influence portion) of weather or soil components on production performance, it is possible to detect the date on which the amount of influence switches discretely. For example, in the case of crops that are stored in the shade under a roof after harvest, the date on which the amount of influence of sunlight hours suddenly becomes almost zero corresponds to the date on which the crops are transferred to a storage environment under a roof after harvest. Therefore, the prediction device 10 can predict the growth stage of the crops by referring to such influence amounts.

(生育ステージを予測する予測装置)
なお、過去の年毎の農作物の実際の生育ステージの推移を表すデータと、それらの年の気象データの観測値データ及びそれらの年の土壌成分の測定値データの少なくとも一方を含む測定データとを参照して生成された、生育ステージの推移と気象及び土壌成分の少なくとも一方の影響とを表す予測モデルを用いて、前年までの実際の生育ステージの推移の少なくとも一部と当年の気象データの予報値及び当年の土壌成分の測定値の少なくとも一方とから、当年の生育ステージの推移を予測する、生育ステージの予測装置についても、本発明の技術的範囲に含まれ得る。ここで、生育ステージの推移とは、一例として、開花日、収穫日、移植日等の農作物の各生育ステージの切り替わりの日付に関する情報が意図される。
(Prediction device for predicting growth stages)
The technical scope of the present invention also includes a growth stage prediction device that predicts the growth stage transition of the current year from at least a part of the actual growth stage transition up to the previous year and at least one of the forecast values of the weather data for the current year and the measured values of the soil components for the current year, using a prediction model that represents the growth stage transition and the influence of at least one of weather and soil components, which is generated by referring to data representing the actual growth stage transition of agricultural crops for each past year and measurement data including at least one of the observed value data of the weather data for those years and the measured value data of the soil components for those years. Here, the growth stage transition is intended to be, for example, information on the date of change of each growth stage of the agricultural crop, such as the flowering date, harvest date, transplanting date, etc.

すなわち、このような生育ステージの予測装置が用いる予測モデルは、農作物の生育ステージの推移の経年変化又は平均値と気象及び土壌成分の少なくとも一方の影響とを表す生育ステージの予測モデルである。生育ステージの予測装置は、前年までの実際の生育ステージの推移の少なくとも一部と当年の気象データの予報値及び当年の土壌成分の測定値の少なくとも一方とを、生育ステージの予測モデルに入力して、出力される生育ステージの推移を取得する。一例として、生育ステージの予測装置は、生育ステージの予測モデルを用いることで、開花日の日付、所定の日付からの開花日までの日数、播種日から開花日までの日数等の予測結果を取得することができる。 That is, the prediction model used by such a growth stage prediction device is a growth stage prediction model that represents the change over time or average value of the growth stage transition of agricultural crops and the influence of at least one of weather and soil components. The growth stage prediction device inputs at least a portion of the actual growth stage transition up to the previous year and at least one of the forecast values of weather data for the current year and the measured values of soil components for the current year into the growth stage prediction model to obtain the growth stage transition that is output. As an example, by using the growth stage prediction model, the growth stage prediction device can obtain prediction results such as the date of flowering, the number of days from a specified date to flowering, and the number of days from sowing date to flowering.

なお、本明細書に記載された実施形態において、生産成績の予測に関する説明の全てを生育ステージの推移の予測に読み替えた実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。 In addition, in the embodiments described in this specification, embodiments in which all of the descriptions regarding prediction of production performance are replaced with prediction of the progression of growth stages are also included in the technical scope of the present invention.

(生産成績のポテンシャル値を算出する態様)
予測装置の他の形態について、図17を参照して説明する。なお、説明の便宜上、上述した予測システム100及び予測装置10にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。図17は、本発明の他の形態に係る予測システム200の要部構成を示すブロック図である。予測システム200は、予測装置210の制御部211に、入力値生成部212、出力値取得部213、設定部214、及び算出部215を備える点において、図1に示す予測システム100と異なっている。
(Aspects of calculating potential value of production performance)
Another embodiment of the prediction device will be described with reference to Fig. 17. For ease of explanation, the same reference numerals are given to components having the same functions as those described in the prediction system 100 and the prediction device 10 described above, and the description thereof will not be repeated. Fig. 17 is a block diagram showing the main configuration of a prediction system 200 according to another embodiment of the present invention. The prediction system 200 differs from the prediction system 100 shown in Fig. 1 in that the control unit 211 of the prediction device 210 includes an input value generating unit 212, an output value acquiring unit 213, a setting unit 214, and a calculating unit 215.

入力値生成部212は、過去の気象データの観測値及び土壌成分の測定値の少なくとも一方に基づき、気象データの観測値及び土壌成分の測定値の少なくとも一方のシミュレーション入力値を生成する(入力値を生成する工程)。入力値生成部212は、入力データ取得部12が取得した気象データの観測値及び土壌成分の測定値の少なくとも一方において、一日単位でデータを入れ替え、シミュレーション入力値を生成する。データの入れ替えは、同一場所における過去の別の年の同じ日のデータと入れ替えるように実行する。すなわち、入力値生成部212が生成するシミュレーション入力値は、複数年分のデータを一日単位でつぎはぎした気象データの観測値及び土壌成分の測定値の少なくとも一方のデータであり得る。入力値生成部212は、生成したシミュレーション入力値を、出力値取得部213へ出力する。 The input value generation unit 212 generates simulation input values of at least one of the observed values of meteorological data and the measured values of soil components based on at least one of the observed values of past meteorological data and the measured values of soil components (input value generation process). The input value generation unit 212 replaces at least one of the observed values of meteorological data and the measured values of soil components acquired by the input data acquisition unit 12 on a daily basis to generate simulation input values. The data replacement is performed by replacing it with data for the same day in a different past year at the same location. In other words, the simulation input value generated by the input value generation unit 212 can be at least one of the observed values of meteorological data and the measured values of soil components, which are data for multiple years patched together on a daily basis. The input value generation unit 212 outputs the generated simulation input value to the output value acquisition unit 213.

出力値取得部213は、予測モデル24又は予測モデル34を用いて、シミュレーション入力値から予測された、生産成績のシミュレーション出力値を取得する(出力値を取得する工程)。出力値取得部213は、予測モデル24又は予測モデル34に、シミュレーション入力値を入力し、出力される生産成績の予測値をシミュレーション出力値として取得する。出力値取得部213は、取得したシミュレーション出力値を設定部214へ出力する。 The output value acquisition unit 213 acquires a simulation output value of the production performance predicted from the simulation input value using the prediction model 24 or the prediction model 34 (a process of acquiring an output value). The output value acquisition unit 213 inputs the simulation input value to the prediction model 24 or the prediction model 34, and acquires the predicted value of the production performance to be output as a simulation output value. The output value acquisition unit 213 outputs the acquired simulation output value to the setting unit 214.

設定部214は、得られたシミュレーション出力値が最も高くなるときのシミュレーション入力値をポテンシャル値に設定する(設定する工程)。設定部214は、さまざまなシミュレーション入力値に対して得られたシミュレーション出力値を比較して、シミュレーション出力値が最も高くなる時のシミュレーション入力値をポテンシャル値に設定する。すなわち、設定部214は、つぎはぎの態様が異なる複数の気象データ又は土壌成分のデータを用いて予測された生産成績を比較して、ポテンシャル値を設定する。設定部214は設定したポテンシャル値を算出部215へ出力する。 The setting unit 214 sets the simulation input value when the obtained simulation output value is the highest as the potential value (setting process). The setting unit 214 compares the simulation output values obtained for various simulation input values, and sets the simulation input value when the simulation output value is the highest as the potential value. In other words, the setting unit 214 compares production performance predicted using multiple pieces of weather data or soil component data with different patchwork patterns, and sets the potential value. The setting unit 214 outputs the set potential value to the calculation unit 215.

算出部215は、ポテンシャル値が得られたときのシミュレーション入力値を最適環境値として算出する(算出する工程)。すなわち、算出部215は、最もよい生産成績が得られたときの気象データ又は土壌成分のデータを、当該生産成績を得るための気象条件及び土壌成分の条件の少なくとも一方を、最適環境値として算出する。 The calculation unit 215 calculates the simulation input value when the potential value is obtained as the optimal environmental value (calculation process). That is, the calculation unit 215 calculates the weather data or soil component data when the best production performance is obtained, and calculates at least one of the weather conditions and soil component conditions for obtaining the production performance, as the optimal environmental value.

予測装置210においては、気象データの観測値及び土壌成分の測定値の少なくとも一方について、同一場所における過去の別の年の同じ日のデータと入れ替えたシミュレーション入力値を仮想環境条件とし、仮想環境条件により予測される生産成績をポテンシャル値とする。このようなシミュレーション入力値は、例えば、「2010年3月3日の最高気温、日照時間及び降水量」を「2011年3月3日の最高気温、日照時間及び降水量」と入れ替えるというような処理を生育期間のすべての日付において実行することで、生成する。このように、仮想環境条件ごとに生産成績を比較することで、最も理想的な環境条件を予測することができる。 In the prediction device 210, simulation input values in which at least one of the observed values of meteorological data and the measured values of soil components is replaced with data for the same day in a different past year at the same location are used as virtual environmental conditions, and the production performance predicted based on the virtual environmental conditions is used as the potential value. Such simulation input values are generated by, for example, executing a process for all dates in the growing season, such as replacing "maximum temperature, hours of sunshine, and amount of precipitation on March 3, 2010" with "maximum temperature, hours of sunshine, and amount of precipitation on March 3, 2011." In this way, by comparing production performance for each virtual environmental condition, the most ideal environmental conditions can be predicted.

なお、入力値生成部212は、予測モデル生成部23及び予測モデル生成部33から得られる生産成績に及ぼす気象又は土壌成分の影響分に関する情報から、どの時期のどの気象条件又は土壌成分の条件を入れ替えるかを決定してもよい。また、入力値生成部212は、生産成績に及ぼす気象又は土壌成分の影響分に関する情報に基づき、入れ替えるデータを決定するようなアルゴリズムを用いて、シミュレーション入力値を生成してもよい。 The input value generation unit 212 may determine which weather conditions or soil component conditions to replace at which time based on information regarding the influence of weather or soil components on production performance obtained from the prediction model generation unit 23 and the prediction model generation unit 33. The input value generation unit 212 may also generate simulation input values using an algorithm that determines the data to be replaced based on information regarding the influence of weather or soil components on production performance.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the claims. The technical scope of the present invention also includes embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in different embodiments.

10、210 予測装置
13 予測部
20 予測モデル生成装置
23 予測モデル生成部(生成部)
30 予測モデル生成装置
33 予測モデル生成部
100、200 予測システム
10, 210 Prediction device 13 Prediction unit 20 Prediction model generation device 23 Prediction model generation unit (generation unit)
30 Prediction model generating device 33 Prediction model generating unit 100, 200 Prediction system

Claims (7)

農作物の生産成績を予測する予測モデルの生成方法であって、
前記生成方法は、ソフトウェアの制御によってコンピュータが実行するものであり、
過去の年毎の特定の日における前記生産成績の実測値データを参照して、前記生産成績の経年変化を表す予測モデルであって、前年までの前記生産成績の実測値の少なくとも一部から当年の前記生産成績を予測する予測モデルを生成する工程をコンピュータが実行し、
前記生成する工程においては、前記年毎の特定の日における前記生産成績の実測値データを学習データとして機械学習を行うことによって、前年までの前記生産成績の実測値の少なくとも一部が入力情報であり、当年の前記生産成績が出力情報である予測モデルを生成する、生成方法。
A method for generating a prediction model for predicting crop production performance, comprising:
the generating method is executed by a computer under the control of software;
A computer executes a step of generating a prediction model that represents a change in the production performance over time by referring to actual measurement value data of the production performance on a specific day of each past year, the prediction model predicting the production performance of the current year from at least a part of the actual measurement values of the production performance up to the previous year;
In the generating step, machine learning is performed using actual measured value data of the production performance on a specific day of each year as learning data to generate a predictive model in which at least a portion of the actual measured values of the production performance up to the previous year are input information and the production performance for the current year are output information.
前記生成する工程においては、前記年毎の特定の日における前記生産成績の実測値データと、それらの年の気象データの観測値データ及びそれらの年の土壌成分の測定値データの少なくとも一方を含む測定データを学習データとして機械学習を行うことによって、前記生産成績の経年変化と気象及び土壌成分の少なくとも一方の影響を表す予測モデルであって、前年までの前記生産成績の実測値の少なくとも一部と当年の気象データの予報値及び当年の土壌成分の測定値の少なくとも一方とが入力情報であり、当年の前記生産成績が出力情報である予測モデルを生成する、請求項1に記載の生成方法。 The generating method according to claim 1, wherein in the generating step, machine learning is performed using as learning data actual measured value data of the production performance on a specific day of each year and measurement data including at least one of observed value data of meteorological data for those years and measured value data of soil components for those years, to generate a predictive model that represents changes in the production performance over time and the influence of at least one of weather and soil components, wherein at least a portion of the actual measured values of the production performance up to the previous year and at least one of forecast values of meteorological data for the current year and measured values of soil components for the current year are input information, and the production performance for the current year is output information. 前記生成する工程においては、予測対象地点における前記年毎の特定の日における前記生産成績の実測値データと当該予測対象地点におけるそれらの年の気象データの観測値データ及びそれらの年の土壌成分の測定値の少なくとも一方を含む測定データを学習データとして機械学習を行うことによって、予測対象地点毎の予測モデルを生成する、請求項2に記載の生成方法。 The generation method of claim 2, wherein in the generating step, a prediction model is generated for each prediction target location by performing machine learning using as learning data actual measured value data of the production performance on a specific day of each year at the prediction target location and measurement data including at least one of observed value data of meteorological data for those years at the prediction target location and measured values of soil components for those years. 過去のある年の前記生産成績の実測値と、前記予測モデルを用いて予測した、その年の前記生産成績の予測値との差が最小になるように、前記予測モデルを再学習する工程をさらにコンピュータが実行する、請求項2又は3に記載の生成方法。 The method of claim 2 or 3, further comprising the step of re-learning the prediction model so that the difference between the actual value of the production performance in a past year and the predicted value of the production performance in that year predicted using the prediction model is minimized. 前記再学習する工程においては、過去のある年の前記生産成績の実測値と、前記予測モデルにより予測した、その年の前記生産成績の予測値との差を、その年の気象データの観測値及びその年の土壌成分の測定値の少なくとも一方に基づいて回帰する回帰分析を用いて、前記予測モデルを再学習する、請求項4に記載の生成方法。 The method of claim 4, wherein in the re-learning step, the prediction model is re-learned using a regression analysis that regresses the difference between the actual measured value of the production performance for a certain past year and the predicted value of the production performance for that year predicted by the prediction model based on at least one of the observed values of meteorological data for that year and the measured values of soil components for that year. 農作物の生産成績を予測する予測モデルの生成装置であって、
過去の年毎の特定の日における前記生産成績の実測値データを参照して、前記生産成績の経年変化を表す予測モデルであって、前年までの前記生産成績の実測値の少なくとも一部から当年の前記生産成績を予測する予測モデルを生成する生成部を備え、
前記生成部は、前記年毎の特定の日における前記生産成績の実測値データを学習データとして機械学習を行うことによって、前年までの前記生産成績の実測値の少なくとも一部が入力情報であり、当年の前記生産成績が出力情報である予測モデルを生成する、生成装置。
A prediction model generating device for predicting crop production performance, comprising:
a generation unit that generates a prediction model that represents a change in the production performance over time by referring to actual measurement value data of the production performance on a specific day of each past year, and that predicts the production performance of the current year from at least a part of the actual measurement values of the production performance up to the previous year;
The generation unit performs machine learning using actual measured value data of the production performance on a specific day of each year as learning data to generate a predictive model in which at least a portion of the actual measured values of the production performance up to the previous year are input information and the production performance for the current year are output information.
農作物の生産成績を予測する予測モデルの生成プログラムであって、
過去の年毎の特定の日における前記生産成績の実測値データを参照して、前記生産成績の経年変化を表す予測モデルであって、前年までの前記生産成績の実測値の少なくとも一部から当年の前記生産成績を予測する予測モデルを生成するステップをコンピュータに実行させるためのプログラムであり、
前記生成するステップにおいては、前記年毎の特定の日における前記生産成績の実測値データを学習データとして機械学習を行うことによって、前年までの前記生産成績の実測値の少なくとも一部が入力情報であり、当年の前記生産成績が出力情報である予測モデルを生成する、生成プログラム。
A program for generating a prediction model for predicting crop production performance,
a program for causing a computer to execute a step of generating a prediction model that represents a change in the production performance over time by referring to actual measurement value data of the production performance on a specific day of each past year, and predicts the production performance of the current year from at least a part of the actual measurement values of the production performance up to the previous year,
In the generating step, a generation program performs machine learning using actual measured value data of the production performance on a specific day of each year as learning data to generate a predictive model in which at least a portion of the actual measured values of the production performance up to the previous year are input information and the production performance for the current year are output information.
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