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作物可変施肥のための生育量計測装置 新技術説明会

国内特許コード P05A007487
整理番号 機械・加工・装置-176
掲載日 2005年9月21日
出願番号 特願2003-154427
公開番号 特開2004-350623
登録番号 特許第3731056号
出願日 平成15年5月30日(2003.5.30)
公開日 平成16年12月16日(2004.12.16)
登録日 平成17年10月21日(2005.10.21)
発明者
  • 八谷 満
  • 山縣 真人
  • 小島 誠
出願人
  • 独立行政法人農業・生物系特定産業技術研究機構
発明の名称 作物可変施肥のための生育量計測装置 新技術説明会
発明の概要

【課題】フォーク状センサ、または圧覚センサによる計測値から圃場の局所的な作物生育指標を判定し、作物の生育量に応じた追肥作業を行う。
【解決手段】計測装置は、垂直方向に自由懸垂状態で取付けたフォーク状センサ2、または垂直方向に固定した板バネ状の圧覚センサ3を備え、センサ2,3を立毛状態の作物16に当てて進行させ、センサ2,3の回動または応力による変位を計測し、作物生育量を非破壊で計測する。フォーク状センサ2は、立毛状態の作物体16に接するバー9を一定間隔に取付けた。圧覚センサ3は、板バネ3aに歪みゲージ3bを貼付した。フォーク状センサ2、または圧覚センサ3は、移動機体から作物16側に張り出して装着される。フォーク状センサ2、または圧覚センサ3を装着した移動機体に、GPSやエンコーダなどの位置センサを設ける。移動機体に作物16の生育量に応じた追肥作業が行える施肥装置15を設ける。
【選択図】 図1

従来技術、競合技術の概要
高品質小麦の生産を目的とした収量の向上と、子実タンパク質含有率制御を目的とした合理的な肥培管理技術策定に向けて、収量を予測してこれに応じた窒素追肥の情報源の取得が求められている。すなわち、収量性の指標である生育量(繁茂量)の進行した作物群に対して、局所的に窒素葉面施用を行うことにより、収量とタンパク含有率の向上を図るセンシング手法を開発する必要がある。
【0003】
近年、精密圃場管理(Precision Farming;PF)のセンサとして衛星画像、マシンビジョン、マルチスペクトルセンサ等のリモートセンシング技術が注目され、作物の生育状態や、雑草の認識法など日欧米で研究が加速している。しかし、これらセンシングデータの取得には高コストの装置と複雑な物理信号に基づく処理を要する。
【0004】
このような先行技術として、次のようなものが発表されている。
▲1▼「産業用無人ヘリコプタを用いた農地情報のリモートセンシングシステム-ほ場空間データのGISマッピング-」
無人ヘリコプタに搭載されたマシンビジョンやレーザー側距器などのセンサから収集・抽出された作物情報を地理情報システム(GIS)を用いてマッピングできるシステムを開発する。ヘリコプタには慣性航法センサ及び地磁気方位センサ(GDS)が搭載されており、機体のロール角、ピッチ角及び絶対方位が計測できる。ポジショニングセンサとしてRTK-GPSを採用し、絶対座標の計測が可能である。ヘリコプタにイメージングセンサを装備したが、センサによって画像を取得する場合、機体姿勢によって画像に外部歪が生じる。その歪を取り除くために画像座標系を絶対座標系へ変換する必要があり、精度の高いマッピングにはヘリコプタの姿勢角センサの精度向上が不可欠である。GDSと姿勢角センサのバイアス同定法を考案し座標変換精度の向上を目指した。高度30mから70mの範囲で撮影した画像を最大誤差で41cmの精度で絶対座標系に変換できた(非特許文献1参照)。
【0005】
▲2▼「ライトスクリーンシステムによる作物高さの測定」
精密圃場管理(Precision Farming)において、生育過程における作物状態を知ることは、適期適量の追肥、防除作業を行う上で極めて重要な事項である。作物状態を知ることによって、従来のような全面施用ではなく、局所的に必要量を施用することができる。これによって、肥料、農薬などの投資節約からの経済的な利益、さらには、農地周囲環境に対する保全効果などが期待される。生育過程における作物の高さをリアルタイムでセンシングするシステムを開発し、ここでは、トウモロコシを対象にライトスクリーンシステムの適用性を検討する。ライトスクリーンシステムは発光部と受光部、制御ユニットから構成されている。発光部、受光部にそれぞれ40個のビーム素子が19.05mm間隔に並んで取付け螺れ、その全長は742.95mmであった。そして。作物(トウモロコシ)列の高さをリアルタイムで測定した。DGPSを用いて、同時に位置情報も取得した。その結果、作物の高さの測定と同時に、個体数の測定も行えることが確認された(非特許文献2参照)。
【0006】
▲3▼「マシンビジョンを用いたとうもろこしの成長診断」
精密農法用のセンシングデバイスとしてマシンビジョンが現在注目されている。マシンビジョンは、非接触・非破壊で植物の生育状態が取得できるので、従来の測定法と比べてより多くの情報を同時に取得できる。そのため、施肥や防除時の散布量がリアルタイム制御に利用できる。また、取得した画像情報を元にマップベースでの作業ができるなど応用範囲も広い。マシンビジョンで得られた葉面積率を用いて、とうもろこしの成長診断を行った。また、収量も推定可能であった。このシステムは構成がシンプルなので実用化に向けてコスト面などでも大きなメリットがある(非特許文献3参照)。
【0007】
【非特許文献1】
農業機械学会誌 65(1):53~61,2003
【非特許文献2】
農業機械学会北海道支部第51回研究会 講演要旨(2000.11):32~33
【非特許文献3】
農業機械学会北海道支部第51回研究会 講演要旨(2000.11):34~35
産業上の利用分野
本発明は、フォーク状センサ、または圧覚センサによる計測値から圃場の局所的な作物生育指標を判定し、作物の生育量に応じた追肥作業が行えるようにした作物可変施肥のための生育量計測装置に関する。
特許請求の範囲 【請求項1】 作物可変施肥のために作物の生育指標を判定する生育量を計測するための装置であって、
前記計測装置は、垂直方向に自由懸垂状態で取付けたフォーク状センサ、または垂直方向に固定した板バネ状の圧覚センサを備え、
前記フォーク状センサ、または圧覚センサを立毛状態の作物に当てて進行させ、作物の生育量に応じてフォーク状センサの回動、または圧覚センサの応力による変位を計測することによって、圃場の中の局所的な作物生育量を非破壊で計測可能とし、作物の生育指標を判定することを特徴とする作物可変施肥のための生育量計測装置。
【請求項2】 前記フォーク状センサ、または圧覚センサは、移動機体から作物側に張り出すようにして装着され、それぞれのセンサを作物体に接触させて独立したセンサデータを取得し、圃場内における作物群を細分化した生育量を検知することを特徴とする請求項記載の作物可変施肥のための生育量計測装置。
【請求項3】 前記フォーク状センサ、または圧覚センサを装着した移動機体に、GPSやエンコーダなどの位置センサを設け、作物生育量センサによる情報とリンクさせることにより、圃場の局所的な作物生育のバラツキデータを収集することを特徴とする請求項1記載の作物可変施肥のための生育量計測装置。
【請求項4】 前記移動機体に作物の生育量に応じた追肥作業が行える施肥装置を設け、この施肥装置を制御する情報を、前記フォーク状センサ、または圧覚センサによる計測値から判定して得ることを特徴とする請求項1記載の作物可変施肥のための生育量計測装置。
【請求項5】 前記フォーク状センサは、立毛状態の作物体に接するバーを一定間隔に取付け、その回動支点軸に回動変位量を測定する計測装置を設けたことを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の作物可変施肥のための生育量計測装置。
【請求項6】 前記圧覚センサは、板バネに歪みゲージを貼付し、板バネに作物体を水平方向に接触させて進行することによって、板バネ面の応力を検知して生育量を計測することを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の作物可変施肥のための生育量計測装置。
産業区分
  • 農林
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2003154427thum.jpg
出願権利状態 権利存続中


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