JP7440895B2 - 土壌硬度等高線マップを用いた農作業機の運行支援方法 - Google Patents
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Description
また、圃場は、一般道路と異なり、土壌によって安定した走行ができない。
特許文献1には、土壌データその他の情報から作成された走行予定ルートを農作業機により自動走行させることが開示されている。
本発明者は、土壌硬度データを用いて、作物生産性に及ぼす土壌物理性を診断する圃場における土壌物理性診断方法を既に提案している(特許文献2)。
特許文献2で提案している土壌物理性診断方法では、雨水滞留エリアなど、圃場における土壌硬度を把握することができる。
請求項2記載の本発明は、請求項1に記載の土壌硬度等高線マップを用いた農作業機の運行支援方法において、前記農作業機の前記走行速度を速くする場合には、農薬又は肥料の散布量を多くする指示を出力することを特徴とする。
請求項3記載の本発明は、請求項1に記載の土壌硬度等高線マップを用いた農作業機の運行支援方法において、前記走行可能性推定ステップ3において、高硬度エリア63が有ると判断されると、前記高硬度エリア63では前記農作業機の前記走行速度を遅くしロータリー速度を速くする指示を出力することを特徴とする。
請求項4記載の本発明は、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の土壌硬度等高線マップを用いた農作業機の運行支援方法において、前記硬度値推定ステップ2では、現在より前の所定期間の気象データを用いることを特徴とする。
請求項5記載の本発明は、請求項4に記載の土壌硬度等高線マップを用いた農作業機の運行支援方法において、前記気象データとして、前記所定期間での積算降水量を用いることを特徴とする。
請求項6記載の本発明は、請求項4に記載の土壌硬度等高線マップを用いた農作業機の運行支援方法において、前記気象データとして、単位時間当たりの降水強度を用いることを特徴とする。
請求項7記載の本発明は、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の土壌硬度等高線マップを用いた農作業機の運行支援方法において、前記走行可能性推定ステップ3では、前記農作業機によって決定される走破閾値を用いることを特徴とする。
請求項8記載の本発明は、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の土壌硬度等高線マップを用いた農作業機の運行支援方法において、前記硬度値推定ステップ2で推定した前記エリア別硬度値を、前記圃場での代表ポイントにおける深度別硬度実測値によって補正する硬度値補正ステップ8を有することを特徴とする。
請求項9記載の本発明の土壌硬度等高線マップを用いた農作業機の運行支援方法は、作業対象となる圃場について深度別に作成された土壌硬度等高線マップを用いた農作業機の運行支援方法であって、コンピュータが、前記深度別の前記土壌硬度等高線マップから、作業時におけるエリア別硬度値を推定する硬度値推定ステップ2と、前記硬度値推定ステップ2で推定した前記エリア別硬度値から前記農作業機が走行可能か否かを推定する走行可能性推定ステップ3と、を実行し、前記走行可能性推定ステップ3において、前記農作業機が走行できない走行不可能エリアが有ると判断されると、前記圃場における前記農作業機の走行ルートの作成を延期し、又は前記走行不可能エリアを除く走行可能エリアで前記走行ルートを決定し、前記走行不可能エリアが有り、前記走行ルートの作成を延期する場合には、延期日における前記エリア別硬度値を推定し、前記エリア別硬度値から前記農作業機が走行可能か否かを推定することを特徴とする。
本実施の形態によれば、作業対象となる圃場について深度別に作成された土壌硬度等高線マップを用いてエリア別硬度値を推定し、推定されたエリア別硬度値から農作業機が走行可能か否かを推定でき、走行不可能エリアが有ると判断された場合には、農作業機での作業を延期し、又は走行不可能エリアを除いて走行ルートを決定するため、農作業機の安全な運行を支援できる。また、ぬかるみのような走行困難なエリアでの農作業機のスタックを防止できる。
本実施の形態によれば、走行速度に影響することなく一定の散布量とすることができる。
本実施の形態によれば、耕起強度を高めることができる。
本実施の形態によれば、所定期間の気象データを用いることで、作業時におけるエリア別硬度値を正確に推定できる。
本実施の形態によれば、積算降水量を用いることで、作業時におけるエリア別硬度値を正確に推定できる。
本実施の形態によれば、単位時間当たりの降水強度を用いることで、作業時におけるエリア別硬度値を正確に推定できる。
本実施の形態によれば、農作業機の重量や大きさ、農作業機の性能に応じて走行可能か否かを推定できるため、作業時におけるエリア別硬度値に応じて農作業機を選択することもできる。
本実施の形態によれば、作業時におけるエリア別硬度値をより正確に推定できる。
本実施の形態によれば、作業対象となる圃場について深度別に作成された土壌硬度等高線マップを用いてエリア別硬度値を推定し、推定されたエリア別硬度値から農作業機が走行可能か否かを推定でき、走行不可能エリアが有ると判断された場合には、農作業機での作業を延期し、又は走行不可能エリアを除いて走行ルートを決定するため、農作業機の安全な運行を支援できる。また、農作業を延期するか否かの判断に役立つ情報を提供できる。
本実施例による土壌硬度等高線マップを用いた農作業機の運行支援方法は、以下のステップで行われる。
深度別土壌硬度等高線マップ作成ステップ1で作成された深度別の土壌硬度等高線マップから、作業時におけるエリア別硬度値を推定する(S2)。
硬度値推定ステップ2では、現在より前の所定期間の気象データを用いる。所定期間の気象データを用いることで、作業時におけるエリア別硬度値を正確に推定できる。
硬度値推定ステップ2で用いる気象データとしては、所定期間での積算降水量を用いることができる。積算降水量を用いることで、作業時におけるエリア別硬度値を正確に推定できる。
また、気象データとして、単位時間当たりの降水強度を用いることが好ましい。単位時間当たりの降水強度を用いることで、作業時におけるエリア別硬度値を正確に推定できる。
気象データは、例えば気象庁が提供するデータを用いることができるが、出願人が提供する農研機構メッシュ農業気象データや、その他の機関が提供する気象データでもよい。なお、気象データには、公に提供されている気象データだけでなく、作業対象となる圃場で個別の計測機器によって計測される気象データを用いることができる。
走行可能性推定ステップ3では、農作業機によって決定される走破閾値を用いる。保有する農作業機に関しては、農作業機の種類、機体寸法、機体重量、エンジン性能、走行性能など、あらかじめ主要諸元データが入力され(S4)、入力されたデータをもとに、農作業機別に走破閾値が決定される(S5)。特に農作業機の種類では、スタブルカルチ、サブソイラ、及びプラウのような種別、機体寸法では最低地上高、走行性能ではタイヤかクローラーかの区分によって走破閾値が異なる。
このように、農作業機によって決定される走破閾値を用いることで、農作業機の重量や大きさ、農作業機の性能に応じて走行可能か否かを推定できるため、作業時におけるエリア別硬度値に応じて農作業機を選択することもできる。
S6において、農作業機が走行できない走行不可能エリアが存在しないと判断されると、標準走行ルートが決定される(S7)。
硬度値補正ステップ8は、走行可能性推定ステップ3で農作業機の走行可能性を推定された後に、走行不可能領域が存在すると判断された場合(S6でYes)に限って行うことが好ましいが、硬度値推定ステップ2で推定したエリア別硬度値を硬度値補正ステップ8で補正し、硬度値補正ステップ8で補正した後に走行可能性推定ステップ3で農作業機の走行可能性を推定してもよい。
深度別硬度実測値を得るための代表ポイントは、深度別土壌硬度等高線マップを用いて決定する。
硬度値補正ステップ8において、農作業機が走行できないと判断された走行不可能エリアの少なくとも1か所を代表ポイントとして用いることで、すべての走行不可能エリアを実測することなく、走行可能性を推定することができる。
S9において、農作業機が走行できない走行不可能エリアが存在すると判断されると、作業日を延期するか否かを判断する(S11)。
S11における判断には、作業期日の入力が必要である(S12)。入力された作業期日から作業可能日数が算出される(S13)。
S14では、走行不可能エリアを除いて走行ルートが決定される。
S11において、作業日延期が可能と判断されると、延期日の硬度値の推定が行われる(S15)。
S15における延期日の硬度値の推定では、今後の気象予報データが用いられる。
気象予報データは、気象衛星やアメダスを用いて気象庁が提供する気象予報データの他に、気象庁や米国海洋大気局等の気象予測モデルをスーパーコンピュータで計算した予測値(GPV)を提供するGPV気象予報データや、天気予報サイト「SCW」で提供している気象データを用いることができる。
延期日における硬度値は、延期日より前の所定期間の気象予報データを用いる。所定期間の気象データを用いることで、作業時におけるエリア別硬度値を正確に推定できる。
S15で用いる気象予報データとしては、所定期間での積算降水量を用いることができる。積算降水量を用いることで、作業時におけるエリア別硬度値を正確に推定できる。
また、気象予報データとして、単位時間当たりの降水強度を用いることが好ましい。単位時間当たりの降水強度を用いることで、作業時におけるエリア別硬度値を正確に推定できる。
S17における個別走行ルートの決定は、S14における個別走行ルートの決定と同様である。
S16において、延期日で作業が完了すると判断されると延期が決定される(S18)。
このように、走行可能性推定ステップ3又は硬度値補正ステップ8において、走行不可能エリアが有り、走行ルートの作成を延期する場合(S11においてYes)には、延期日におけるエリア別硬度値を推定し(S15)、エリア別硬度値から農作業機が走行可能か否かを推定する(S16)ことで、農作業を延期するか否かの判断に役立つ情報を提供できる。
図2(a)は、図1におけるS7及びS10で標準走行ルートが決定された場合であり、走行不可能エリアが存在しない場合である。
走行可能性推定ステップ3又は硬度値補正ステップ8において、農作業機が走行困難である走行困難エリアが有ると判断されると(S30でYes)、走行困難エリアでは農作業機の走行速度を速くする(S31)。
走行困難エリアでは農作業機の走行速度を速くすることで、ぬかるみのような走行困難なエリアでの農作業機のスタックを防止できる。
なお、農作業機の走行速度を速くする場合には、農薬又は肥料の散布量を多くする(S32)。走行速度に比例して農薬又は肥料の散布量を多くすることで、走行速度に影響することなく一定の散布量とすることができる。
走行可能性推定ステップ3又は硬度値補正ステップ8において、高硬度エリアが有ると判断されると(S33でYes)、高硬度エリアでは農作業機の走行速度を遅くしロータリー速度を速くする(S34)。高硬度エリアでは農作業機の走行速度を遅くしロータリー速度を速くすることで、耕起強度を高めることができる。
なお、農作業機の走行速度を遅くする場合には、農薬又は肥料の散布量を少なくする(S35)。走行速度に比例して農薬又は肥料の散布量を少なくすることで、走行速度に影響することなく一定の散布量とすることができる。
走行可能性推定ステップ3又は硬度値補正ステップ8において、農作業機が走行不可能である走行不可能エリアを判別し、走行不可能エリアを除く走行可能エリアで走行ルートを決定する(S21)。
走行可能性推定ステップ3又は硬度値補正ステップ8において、農作業機が走行困難である走行困難エリアが有ると判断されると(S30でYes)、走行困難エリアでは農作業機の走行速度を速くする(S31)。
走行困難エリアでは農作業機の走行速度を速くすることで、ぬかるみのような走行困難なエリアでの農作業機のスタックを防止できる。
なお、農作業機の走行速度を速くする場合には、農薬又は肥料の散布量を多くする(S32)。走行速度に比例して農薬又は肥料の散布量を多くすることで、走行速度に影響することなく一定の散布量とすることができる。
走行可能性推定ステップ3又は硬度値補正ステップ8において、高硬度エリアが有ると判断されると(S33でYes)、高硬度エリアでは農作業機の走行速度を遅くしロータリー速度を速くする(S34)。高硬度エリアでは農作業機の走行速度を遅くしロータリー速度を速くすることで、耕起強度を高めることができる。
なお、農作業機の走行速度を遅くする場合には、農薬又は肥料の散布量を少なくする(S35)。走行速度に比例して農薬又は肥料の散布量を少なくすることで、走行速度に影響することなく一定の散布量とすることができる。
図3(a)は、圃場を対象とした診断エリア51における測位ポイント52を示し、図3(b)は、一つの測位ポイント52における深度毎の土壌硬度であり、1cm刻みで深さ60cmまでを測定した場合を示し、図3(c)は、7つの深度の異なる土壌硬度等高線マップを示している。
図3(a)に示すように、圃場を対象とした診断エリア51について複数の測位ポイント52を決定する。例えば、測位ポイント52が約10mメッシュとなるように決定する。診断エリア51を1haとすると、診断エリア51の最外周を測位ポイント52から外すことで、測位ポイント52は64地点となる。
決定した測位ポイント52について、深度毎に土壌硬度を測定する。土壌硬度の測定には、貫入式土壌硬度計を用いる。また、測定ポイント52での測定では、衛星測位システム(GNSS)を用い、測位ポイント52の位置データを取得する。
測定した土壌硬度データ及び測位ポイント52の位置データから、深度毎に、土壌硬度等高線マップを作成する。
図4(a)は深度15cm、図4(b)は深度20cm、図4(c)は深度30cm、図4(d)は深度40cm、図4(e)は深度50cm、図4(f)は深度60cmにおける土壌硬度等高線マップである。
図4に示すように、深度20cm以上が下層土であり、少なくとも深度20cm未満が作土であることが分かる。所定の硬度を閾値として定め、閾値以上の硬度が占める比率によって土壌層位が下層土であると判別することができる。
図4に示す土壌硬度等高線マップでは、例えば、深度が深い土壌硬度等高線マップである深度60cmにおける土壌硬度等高線マップから低硬度ポイント60を判別し、深度が浅い土壌硬度等高線マップである深度15cmにおける土壌硬度等高線マップから、低硬度ポイント60を含む低硬度エリア61を雨水滞留エリアと判別することができる。
図5はそれぞれの調査日前10日間の降水量と平均気温を示す表、図6はそれぞれの調査日について同一圃場における下層土(深度40cm)での土壌硬度等高線マップ、図7はそれぞれの調査日について同一圃場における作土(深度12cm)での土壌硬度等高線マップである。
図6及び図7に示すように、降水量や気温によって土壌硬度の絶対値は変化するが、低硬度ポイント60や低硬度エリア61はほぼ同じ位置で発生し、年間を通じて土壌硬度が高い地点と低い地点の相対的な関係は変わらない。
土壌硬度三次元分布と10日前からのアメダスデータを総合して考察すると、積算降水量が少なく、積算平均気温が高い方が、土壌硬度は高い傾向にある。このことから、事前に土壌硬度等高線マップを作成しておけば、降雨後に農作業機で圃場作業を行おうとした場合に、土壌硬度を数点測定することによって、滞りなく圃場作業を行えるかどうかの判定ができる。
図8はそれぞれの調査日前の日降水量(アメダスデータ)を示すグラフと、調査対象とする圃場における作土(深度12cm)での土壌硬度等高線マップ、図9はそれぞれの調査日における圃場の表層での土壌含水率等高線マップ、図10及び図11は同一調査日(2017/6/15)における異なる深度での土壌含水率等高線マップと土壌硬度等高線マップである。
図9では、土壌水分について降雨イベントと表層土壌水分の水平分布を経時的に示している。
図9に示すように、降水量によって含水率の絶対値は変化するが、同一圃場における高含水率エリア62は、低硬度エリア61と重なっており、実際に低硬度エリア61に雨水が溜まることが分かる。
図10(a)は深度0~3cmでの土壌含水率等高線マップ、図10(b)は深度9~12cmでの土壌含水率等高線マップ、図10(c)は深度1cmでの土壌硬度等高線マップ、図10(d)は深度12cmでの土壌硬度等高線マップである。
図10(a)及び図10(b)に示す高含水率エリア62は、図10(c)及び図10(d)に矢印で示すように、高硬度エリア63から低硬度エリア61に雨水が流れ込んでいることが分かる。
図11(a)は深度15~18cmでの土壌含水率等高線マップ、図11(b)は深度24~27cmでの土壌含水率等高線マップ、図11(c)は深度18cmでの土壌硬度等高線マップ、図11(d)は深度27cmでの土壌硬度等高線マップである。
図11(a)及び図11(b)に示す高含水率エリア62は、図11(c)及び図11(d)に矢印で示すように、高硬度エリア63から低硬度エリア61に雨水が流れ込んでいることが分かる。
以上のように、深度毎の土壌硬度等高線マップから、作土及び下層土における雨水の流れや雨水滞留エリアを把握することができる。
また、深度が深い土壌硬度等高線マップである図12(c)から低硬度ポイント60を判別でき、深度が浅い土壌硬度等高線マップである図12(b)から、低硬度ポイント60を含む低硬度エリア61を雨水滞留エリアと判別でき、図12(b)に示すように雨水の流れを推測できる。図12では、高粘土エリア66を図示している。
このように、粒度組成の分布は雨水の流れと相関があることから、粒度組成を測定することなく、本実施例による土壌物理性診断方法によって粒径の小さいシルト画分や粘土画分が多いエリアを判別することができる。
また、図12(a)に示す表層での土壌硬度等高線マップ、又は図12(b)に示す作土での土壌硬度等高線マップから、明渠の敷設位置を決定することができ、明渠を敷設することで作土における雨水の流れや滞留を調整でき、収穫量の低いエリアを改善することができる。
また、図12(c)に示す下層土での土壌硬度等高線マップから、暗渠の敷設位置を決定することができ、暗渠を敷設することで、作土の土壌含水率を適正に保ち、地下水位を低下させることが可能であり、土壌中の通気性を良好として収穫量を高めることができる。
52 測位ポイント
60 低硬度ポイント
61 低硬度エリア
62 高含水率エリア
63 高硬度エリア
66 高粘土エリア
ステップ1 深度別土壌硬度等高線マップ作成
ステップ2 硬度値推定
ステップ3 走行可能性推定
ステップ8 硬度値補正
Claims (9)
- 作業対象となる圃場について深度別に作成された土壌硬度等高線マップを用いた農作業機の運行支援方法であって、
コンピュータが、
前記深度別の前記土壌硬度等高線マップから、作業時におけるエリア別硬度値を推定する硬度値推定ステップと、
前記硬度値推定ステップで推定した前記エリア別硬度値から前記農作業機が走行可能か否かを推定する走行可能性推定ステップと、
を実行し、
前記走行可能性推定ステップにおいて、前記農作業機が走行できない走行不可能エリアが有ると判断されると、前記圃場における前記農作業機の走行ルートの作成を延期し、又は前記走行不可能エリアを除く走行可能エリアで前記走行ルートを決定し、
前記農作業機が走行困難である走行困難エリアが有ると判断されると、前記走行困難エリアでは前記農作業機の走行速度を速くする
指示を出力する
ことを特徴とする土壌硬度等高線マップを用いた農作業機の運行支援方法。 - 前記農作業機の前記走行速度を速くする場合には、農薬又は肥料の散布量を多くする指示を出力する
ことを特徴とする請求項1に記載の土壌硬度等高線マップを用いた農作業機の運行支援方法。 - 前記走行可能性推定ステップにおいて、高硬度エリアが有ると判断されると、前記高硬度エリアでは前記農作業機の前記走行速度を遅くしロータリー速度を速くする指示を出力する
ことを特徴とする請求項1に記載の土壌硬度等高線マップを用いた農作業機の運行支援方法。 - 前記硬度値推定ステップでは、現在より前の所定期間の気象データを用いる
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の土壌硬度等高線マップを用いた農作業機の運行支援方法。 - 前記気象データとして、前記所定期間での積算降水量を用いる
ことを特徴とする請求項4に記載の土壌硬度等高線マップを用いた農作業機の運行支援方法。 - 前記気象データとして、単位時間当たりの降水強度を用いる
ことを特徴とする請求項4に記載の土壌硬度等高線マップを用いた農作業機の運行支援方法。 - 前記走行可能性推定ステップでは、前記農作業機によって決定される走破閾値を用いる
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の土壌硬度等高線マップを用いた農作業機の運行支援方法。 - 前記硬度値推定ステップで推定した前記エリア別硬度値を、前記圃場での代表ポイントにおける深度別硬度実測値によって補正する硬度値補正ステップを有する
ことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の土壌硬度等高線マップを用いた農作業機の運行支援方法。 - 作業対象となる圃場について深度別に作成された土壌硬度等高線マップを用いた農作業機の運行支援方法であって、
コンピュータが、
前記深度別の前記土壌硬度等高線マップから、作業時におけるエリア別硬度値を推定する硬度値推定ステップと、
前記硬度値推定ステップで推定した前記エリア別硬度値から前記農作業機が走行可能か否かを推定する走行可能性推定ステップと、
を実行し、
前記走行可能性推定ステップにおいて、前記農作業機が走行できない走行不可能エリアが有ると判断されると、前記圃場における前記農作業機の走行ルートの作成を延期し、又は前記走行不可能エリアを除く走行可能エリアで前記走行ルートを決定し、
前記走行不可能エリアが有り、前記走行ルートの作成を延期する場合には、延期日における前記エリア別硬度値を推定し、前記エリア別硬度値から前記農作業機が走行可能か否かを推定する
ことを特徴とする土壌硬度等高線マップを用いた農作業機の運行支援方法。
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