(57)【要約】【課題】植物及びその植物を生育する土壌の状態を監視する植物監視装置、植物監視方法、及びプログラムを提供する。【解決手段】植物監視装置１００は、土壌を介して計測された振動に基づいて算出した周波数関連情報を用いて、土壌の状態を示す情報と周波数関連情報とが土壌の状態ごとに関連付けられた土壌状態推定情報を参照し、土壌の状態を推定する、土壌状態推定部２００と、植物の振動に基づいて算出した植物の成長を表す成長関連情報を用いて、植物の地表面以上の植物の状態を示す情報と成長関連情報とが植物の地表面以上の植物の状態ごとに関連付けられた植物状態推定情報を参照し、植物の状態を推定する、植物状態推定部３００と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
土壌を介して計測された振動に基づいて算出した周波数関連情報を用いて、前記土壌の状態を示す情報と周波数関連情報とが前記土壌の状態ごとに関連付けられた土壌状態推定情報を参照し、前記土壌の状態を推定する、土壌状態推定手段と、
植物の振動に基づいて算出した前記植物の成長を表す成長関連情報を用いて、前記植物の地表面以上の植物の状態を示す情報と成長関連情報とが前記植物の地表面以上の植物の状態ごとに関連付けられた植物状態推定情報を参照し、前記植物の状態を推定する、植物状態推定手段と、
を有することを特徴とする植物監視装置。
【請求項２】
請求項１に記載の植物監視装置であって、
前記土壌状態推定手段は、振動が前記土壌を伝わる伝達時間を用いて、前記土壌を介して計測された振動を、前記土壌の深さに応じて分類し、分類した振動ごとに前記周波数関連情報を算出する
ことを特徴とする植物監視装置。
【請求項３】
請求項２に記載の植物監視装置であって、
前記伝達時間は、対象とする前記土壌の地表面に振動を加えた時点から、前記振動に対応する前記振動が前記土壌を介して前記地表面において計測されるまでにかかる時間である
ことを特徴とする植物監視装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の植物監視装置であって、
前記土壌状態推定情報は、前記周波数関連情報に、土に含まれる根の量、又は土の硬度、又は土に含まれる含水量、又は土の組成、又はそれらを二つ以上組み合わせた情報が関連付けられた情報である
ことを特徴とする植物監視装置。
【請求項５】
請求項１に記載の植物監視装置であって、
前記植物状態推定手段は、対象となる植物の振動を用いて、当該振動の周波数特性における特徴量を抽出し、抽出した前記特徴量と、基準となる前記植物の状態に対応する基準特徴量とに基づいて、前記植物の成長を表す変化を算出して、前記成長関連情報とする
ことを特徴とする植物監視装置。
【請求項６】
請求項５に記載の植物監視装置であって、
前記植物状態推定情報は、前記成長関連情報に、幹の状態、又は枝の状態、又は葉の状態、又は果実の状態、又はそれらを二つ以上組み合わせた情報が関連付けられた情報である
ことを特徴とする植物監視装置。
【請求項７】
（ａ）土壌を介して計測された振動に基づいて算出した周波数関連情報を用いて、前記土壌の状態を示す情報と周波数関連情報とが前記土壌の状態ごとに関連付けられた土壌状態推定情報を参照し、前記土壌の状態を推定する、ステップと、
（ｂ）植物の振動に基づいて算出した前記植物の成長を表す成長関連情報を用いて、前記植物の地表面以上の植物の状態を示す情報と成長関連情報とが前記植物の地表面以上の植物の状態ごとに関連付けられた植物状態推定情報を参照し、前記植物の状態を推定する、ステップと、
を有することを特徴とする植物監視方法。
【請求項８】
請求項７に記載の植物監視方法であって、
前記（ａ）のステップにおいて、振動が前記土壌を伝わる伝達時間を用いて、前記土壌を介して計測された振動を、前記土壌の深さに応じて分類し、分類した振動ごとに前記周波数関連情報を算出する
ことを特徴とする植物監視方法。
【請求項９】
請求項８に記載の植物監視方法であって、
前記伝達時間は、対象とする前記土壌の地表面に振動を加えた時点から、前記振動に対応する前記振動が前記土壌を介して前記地表面において計測されるまでにかかる時間である
ことを特徴とする植物監視方法。
【請求項１０】
請求項７又は８に記載の植物監視方法であって、
前記土壌状態推定情報は、前記周波数関連情報に、土に含まれる根の量、又は土の硬度、又は土に含まれる含水量、又は土の組成、又はそれらを二つ以上組み合わせた情報が関連付けられた情報である
ことを特徴とする植物監視方法。
【請求項１１】
請求項７に記載の植物監視方法であって、
前記（ｂ）のステップにおいて、対象となる植物の振動を用いて、当該振動の周波数特性における特徴量を抽出し、抽出した前記特徴量と、基準となる前記植物の状態に対応する基準特徴量とに基づいて、前記植物の成長を表す変化を算出して、前記成長関連情報とする
ことを特徴とする植物監視方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の植物監視方法であって、
前記植物状態推定情報は、前記成長関連情報に、幹の状態、又は枝の状態、又は葉の状態、又は果実の状態、又はそれらを二つ以上組み合わせた情報が関連付けられた情報である
ことを特徴とする植物監視方法。
【請求項１３】
コンピュータに、
（ａ）土壌を介して計測された振動に基づいて算出した周波数関連情報を用いて、前記土壌の状態を示す情報と周波数関連情報とが前記土壌の状態ごとに関連付けられた土壌状態推定情報を参照し、前記土壌の状態を推定する、ステップと、
（ｂ）植物の振動に基づいて算出した前記植物の成長を表す成長関連情報を用いて、前記植物の地表面以上の植物の状態を示す情報と成長関連情報とが前記植物の地表面以上の植物の状態ごとに関連付けられた植物状態推定情報を参照し、前記植物の状態を推定する、ステップと、
を有することを特徴とするプログラム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のプログラムであって、
前記（ａ）のステップにおいて、振動が前記土壌を伝わる伝達時間を用いて、前記土壌を介して計測された振動を、前記土壌の深さに応じて分類し、分類した振動ごとに前記周波数関連情報を算出する
ことを特徴とするプログラム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のプログラムであって、
前記伝達時間は、対象とする前記土壌の地表面に振動を加えた時点から、前記振動に対応する前記振動が前記土壌を介して前記地表面において計測されるまでにかかる時間であ
る
ことを特徴とするプログラム。
【請求項１６】
請求項１３又は１４に記載のプログラムであって、
前記土壌状態推定情報は、前記周波数関連情報に、土に含まれる根の量、又は土の硬度、又は土に含まれる含水量、又は土の組成、又はそれらを二つ以上組み合わせた情報が関連付けられた情報である
ことを特徴とするプログラム。
【請求項１７】
請求項１３に記載のプログラムであって、
前記（ｂ）のステップにおいて、対象となる植物の振動を用いて、当該振動の周波数特性における特徴量を抽出し、抽出した前記特徴量と、基準となる前記植物の状態に対応する基準特徴量とに基づいて、前記植物の成長を表す変化を算出して、前記成長関連情報とする
ことを特徴とするプログラム。
【請求項１８】
請求項１７に記載のプログラムであって、
前記植物状態推定情報は、前記成長関連情報に、幹の状態、又は枝の状態、又は葉の状態、又は果実の状態、又はそれらを二つ以上組み合わせた情報が関連付けられた情報である
ことを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物を監視する植物監視装置、植物監視方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
植物の成長を監視する場合に、撮像装置を用いて植物の成長を監視する方法が知られている。例えば、特許文献１には、植物を撮像した画像を用いて、植物の成長を監視するシステムが開示されている。この植物の成長を監視するシステムによれば、植物を撮像した画像から、植物に設置した基点標識及び植物の所定部位（測定目標）に対応する画像を抽出し、基点標識から目標部位までの長さを計測して、植物の成長を監視している。
【０００３】
また、関連する技術として、特許文献２には、植物の健康状態を把握する装置が開示されている。この装置によれば、振動発信源を用いて植物を振動させ、植物を介して計測した振動に基づいて、植物の変化を特定して、植物の健康状態を把握している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−２０２０５６号公報
【特許文献２】特開２０１５−１１２０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されている植物の成長を監視するシステムは、撮像装置を用いているので、植物に設置した基点標識又は植物の所定部位（測定目標）が撮像できない場合、植物の成長を監視できない。例えば、対象の植物を撮像した画像に、対象の植物又はそれ以外の植物の葉、茎などが成長し、対象の植物の基点標識又は植物の測定目標を遮る場合などが考えられる。
【０００６】
また、特許文献２に開示されている植物の健康状態を把握する装置は、振動発信源を用いて植物に強制的に振動を与えるため、植物の成長に影響を与える場合がある。また、植物に強制的に振動を与えないようにした場合、植物の健康状態を、常時把握することができない。
【０００７】
また、特許文献１、２には、地表面以上における植物の成長、又は植物の健康状態の監視について開示されているが、土壌の状態を監視することについての開示はない。
【０００８】
本発明の目的の一例は、植物及びその植物を生育する土壌の状態を監視する植物監視装置、植物監視方法、及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の一側面における植物監視装置は、
土壌を介して計測された振動に基づいて算出した周波数関連情報を用いて、前記土壌の状態を示す情報と周波数関連情報とが前記土壌の状態ごとに関連付けられた土壌状態推定情報を参照し、前記土壌の状態を推定する、土壌状態推定部と、
植物の振動に基づいて算出した前記植物の成長を表す成長関連情報を用いて、前記植物の地表面以上の植物の状態を示す情報と成長関連情報とが前記植物の地表面以上の植物の状態ごとに関連付けられた植物状態推定情報を参照し、前記植物の状態を推定する、植物状態推定部と、
を有することを特徴とする。
【００１０】
また、上記目的を達成するため、本発明の一側面における植物監視方法は、
（ａ）土壌を介して計測された振動に基づいて算出した周波数関連情報を用いて、前記土壌の状態を示す情報と周波数関連情報とが前記土壌の状態ごとに関連付けられた土壌状態推定情報を参照し、前記土壌の状態を推定する、ステップと、
（ｂ）植物の振動に基づいて算出した前記植物の成長を表す成長関連情報を用いて、前記植物の地表面以上の植物の状態を示す情報と成長関連情報とが前記植物の地表面以上の植物の状態ごとに関連付けられた植物状態推定情報を参照し、前記植物の状態を推定する、ステップと、
を有することを特徴とする。
【００１１】
更に、上記目的を達成するため、本発明の一側面におけるプログラムは、
コンピュータに、
（ａ）土壌を介して計測された振動に基づいて算出した周波数関連情報を用いて、前記土壌の状態を示す情報と周波数関連情報とが前記土壌の状態ごとに関連付けられた土壌状態推定情報を参照し、前記土壌の状態を推定する、ステップと、
（ｂ）植物の振動に基づいて算出した前記植物の成長を表す成長関連情報を用いて、前記植物の地表面以上の植物の状態を示す情報と成長関連情報とが前記植物の地表面以上の植物の状態ごとに関連付けられた植物状態推定情報を参照し、前記植物の状態を推定する、ステップと、
を実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように本発明によれば、植物及びその植物を生育する土壌の状態を監視することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、植物監視装置の一例を示す図である。
【図２】図２は、植物監視装置を有するシステムの一例を示す図である。
【図３】図３は、植物状態推定部の一例を示す図である。
【図４】図４は、選択時間生成情報のデータ構造の一例を示す図である。
【図５】図５は、共振周波数を説明するための図である。
【図６】図６は、土壌推定情報のデータ構造の一例を示す図である。
【図７】図７は、植物モデルごとの周波数特性と共振周波数とを説明するための図である。
【図８】図８は、成長モデルのデータ構造の一例を示す図である。
【図９】図９は、変化情報のデータ構造の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、枝の状態の推定を説明するための図である。
【図１１】図１１は、変形例１の成長モデルのデータ構造の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、葉の状態の推定を説明するための図である。
【図１３】図１３は、変形例２の成長モデルのデータ構造の一例を示す図である。
【図１４】図１４は、果実の状態の推定を説明するための図である。
【図１５】図１５は、変形例３における植物状態推定部の一例を示す図である。
【図１６】図１６は、植物モデルごとの伝達関数の周波数特性と共振周波数とを説明するための図である。
【図１７】図１７は、成長モデルのデータ構造の一例を示す図である。
【図１８】図１８は、変化情報のデータ構造の一例を示す図である。
【図１９】図１９は、土壌状態推定部の動作の一例を示す図である。
【図２０】図２０は、植物状態推定部の動作の一例を示す図である。
【図２１】図２１は、モデル生成部の動作の一例を示す図である。
【図２２】図２２は、植物状態推定部の動作の一例を示す図である。
【図２３】図２３は、モデル生成部の動作の一例を示す図である。
【図２４】図２４は、植物監視装置を実現するコンピュータの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について、図１から図２４を参照しながら説明する。
【００１５】
［装置構成］
最初に、図１を用いて、本実施の形態における植物監視装置１００の構成について説明する。図１は、植物監視装置の一例を示す図である。
【００１６】
図１に示す植物監視装置１００は、植物及びその植物を生育する土壌の状態を監視する装置である。また、図１に示すように、植物監視装置１００は、土壌状態推定部２００と、植物状態推定部３００とを有する。
【００１７】
このうち、土壌状態推定部２００は、土壌を介して計測された振動に基づいて算出した周波数関連情報を用いて、土壌の状態を示す情報と周波数関連情報とが土壌の状態ごとに関連付けられた土壌状態推定情報を参照し、土壌の状態を推定する。
【００１８】
周波数関連情報は、例えば、振動から算出した周波数特性における共振周波数、共振周波数の鋭さを表す（Ｑ値）などである。また、土壌状態推定情報は、周波数関連情報に、土に含まれる根の量、又は土の硬度、又は土に含まれる含水量、又は土の組成、又はそれらを二つ以上組み合わせた情報が関連付けられた情報である。なお、土壌を介して計測された振動は、加振器２０１を用いて土壌に振動を発生させ、振動計２０２を用いてその振動を計測する。
【００１９】
植物状態推定部３００は、植物の振動に基づいて算出した植物の成長を表す成長関連情報を用いて、植物の地表面以上の植物の状態を示す情報と成長関連情報とが植物の地表面以上の植物の状態ごとに関連付けられた植物状態推定情報（後述する成長モデル）を参照し、植物の状態を推定する。
【００２０】
成長関連情報は、植物の成長を表す情報で、例えば、対象となる植物の振動の周波数特性における特徴量と、基準となる植物の状態に対応する基準特徴量との差（変化）である。植物状態推定情報は、成長関連情報に、幹の状態、又は枝の状態、又は葉の状態、又は果実の状態、又はそれらを二つ以上組み合わせた情報が関連付けられた情報である。なお、植物の振動は、振動計３０１を用いて計測する。ただし、振動計は複数設けてもよい。
【００２１】
このように、本実施の形態においては、植物監視装置を用いることで、土壌を介して計測された振動と、対象となる植物の地表面以上に発生した振動とに基づいて、その植物を生育する土壌の状態と、植物の地表面以上の状態を、利用者は把握することができる。すなわち、利用者は、地表面以上と地表面より下における植物の状態を把握することができる。
【００２２】
［システム構成］
続いて、図２、図３を用いて、本実施の形態における植物監視装置１００の構成をより具体的に説明する。図２は、土壌状態推定部の一例を示す図である。図３は、植物状態推定部の一例を示す図である。
【００２３】
図２に示す土壌状態推定部２００は、土壌の深さに応じて状態を推定する装置である。また、図２に示すように、本実施の形態における土壌状態推定部２００は、制御部２０４、収集部２０５、選択部２０６、抽出部２０７、推定部２０８、出力情報生成部２０９を有する。
【００２４】
また、土壌状態推定部２００は、まず、加振器２０１を用いて土壌に振動を加え、振動計２０２を用いて土壌を介して振動を計測し、計測した振動に基づいて周波数関連情報を算出する。続いて、土壌状態推定部２００は、算出した周波数関連情報を用いて、土壌の状態ごとに周波数関連情報が関連付けられた土壌状態推定情報を参照し、土壌の状態を推定する。続いて、土壌状態推定部２００は、推定した土壌の状態を利用者に提示するために、出力装置２０３へ出力する。
【００２５】
図３に示す植物状態推定部３００は、植物の振動を用いて植物の状態を監視する装置である。また、図３に示すように、本実施の形態における植物状態推定部３００は、モデル生成部３０２、収集部３０３、抽出部３０４、算出部３０５、推定部３０６、成長情報生成部３０７、出力情報生成部３０８（２０９）を有する。
【００２６】
また、植物状態推定部３００は、まず、振動計３０１ａ、又は３０１ｂ、又は両方を用いて計測した植物の振動に基づいて、植物の成長を表す成長関連情報を算出する。続いて、植物状態推定部３００は、算出した成長関連情報を用いて、植物の地表面以上の植物の状態ごとに成長関連情報が関連付けられた植物状態推定情報を参照し、植物の状態を推定する。続いて、植物状態推定部３００は、推定した植物の状態を利用者に提示するために、出力装置２０３へ出力する。
【００２７】
［土壌状態推定部に関するシステム構成］
土壌状態推定部２００が用いる機器について、図２を用いて、詳細に説明する。
加振器２０１は、土壌に対して振動を与えるために用いる装置である。具体的には、加振器２０１は、土壌の地表面に設置して、土壌に振動を発生させる。加振器２０１は、まず、制御部２０４から、加振器２０１の加振を設定するために用いる加振設定情報を取得する。加振設定情報は、例えば、加振力、加振周波数を設定するための情報である。
【００２８】
続いて、加振器２０１は、制御部２０４から、加振設定情報を取得した場合、加振設定情報に基づいて、土壌に振動を発生させる。加振方法としては、例えば、加振周波数をスイープさせて、複数の周波数の振動を土壌に発生させる方法がある。
【００２９】
なお、加振器２０１は、例えば、機械式、油圧式、動電式、圧電式、電磁式などの加振器、又はハンマーなどが考えられる。また、加振器２０１は、畑などのやわらかい土壌に形成された畝などを破壊しない程度の加振ができればよい。また、加振器２０１は、制御部２０４とのやり取りは、無線通信、又は有線通信などを用いる。
【００３０】
振動計２０２は、土壌に加えられた振動を計測する装置である。具体的には、振動計２０２は、地表面に設置され、加振器２０１により土壌に加えられた振動を、土壌を介して計測する。続いて、振動計２０２は、計測した振動を表す振動情報を収集部２０５へ出力する。
【００３１】
なお、振動計２０２は、例えば、機械式、電磁式、圧電式、光学式、電磁波式などの振動計などが考えられる。また、振動計２０２は、収集部２０５とのやり取りは、無線通信、又は有線通信などを用いる。
【００３２】
出力装置２０３は、出力情報生成部２０９により、出力可能な形式に変換された、出力
情報を取得し、その出力情報に基づいて、生成した画像及び音声などを出力する。出力装置２０３は、例えば、液晶、有機ＥＬ（Electro Luminescence）、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）を用いた画像表示装置などである。更に、画像表示装置は、スピーカなどの音声出力装置などを備えていてもよい。なお、出力装置２０３は、プリンタなどの印刷装置でもよい。出力情報については後述する。
【００３３】
土壌状態推定部２００について具体的に説明する。
制御部２０４は、少なくとも加振器２０１と収集部２０５とを制御する。具体的には、制御部２０４は、加振器２０１へ加振設定情報を送信して、加振器２０１に加振をさせる制御をする。また、制御部２０４は、加振開始指示を収集部２０５へ送信し、収集部２０５に振動情報の収集を開始させる。
【００３４】
収集部２０５は、振動計２０２から振動情報を収集する。具体的には、収集部２０５は、まず、振動計２０２から振動情報を時系列に収集する。続いて、収集部２０５は、収集した振動情報を選択部２０６へ出力する。また、収集部２０５は、振動情報を不図示の記憶部に記憶する。記憶部は、土壌状態推定部２００の内部に設けてもよいし、土壌状態推定部２００の外部に設けてもよい。
【００３５】
選択部２０６は、振動が土壌を伝わる伝達時間を用いて、土壌を介して計測された振動を、土壌の深さに応じて選択する。すなわち、伝達時間が土壌の深さに応じて異なることを利用して、土壌の深さに応じた振動を選択する。
【００３６】
土壌の深さは、例えば、土壌の地表面（土壌表面）から鉛直方向の距離で表される。図２の例では、土壌表面から距離Ｌ１までの土壌を土壌層１とし、距離Ｌ１から距離Ｌ２までの土壌を土壌層２とし、距離Ｌ３から距離Ｌ２までの土壌を土壌層３としている。
【００３７】
伝達時間は、具体的には、対象となる土壌の地表面に振動を加えた時点から、振動に対応する振動が土壌表面において計測されるまでにかかる時間である。土壌に加える振動は、図２に示すように、例えば、加振器２０１を地表面に設置して、土壌に振動を加えることが考えられる。また、当該振動が土壌を介して土壌表面に伝達される振動は、図２に示すように、例えば、振動計２０２を土壌表面に設置して、土壌に伝達された振動を計測する。
【００３８】
また、伝達時間は、土壌が深いほど長くなるので、図２に示すように、土壌層１を介して振動計２０２に伝達される振動１（実線）の伝達時間Ｔ１、土壌層２を介して振動計２０２に伝達される振動２（破線）の伝達時間Ｔ２、土壌層３を介して振動計２０２に伝達される振動３（一点鎖線）の伝達時間Ｔ３には、Ｔ３＞Ｔ２＞Ｔ１の関係が成立する。
【００３９】
具体的には、選択部２０６は、まず、収集部２０５から振動情報を取得する。続いて、選択部２０６は、対象の土壌層に対応する伝達時間から選択時間を算出する。選択時間の算出は、例えば、土壌層１に対応する振動情報を選択する場合、土壌層１に対応する伝達時間Ｔ１を用いて、加振器２０１が土壌に対して発生させた振動が、土壌層１に反射し、反射した振動１が振動計２０２で計測できる時間（選択時間）を算出する。
【００４０】
すなわち、伝達時間Ｔ１が、土壌の地表面に振動を発生させた時点ｔ０から、その振動が土壌層１を介して地表面において計測される時点ｔｅ１で表される場合、土壌層１に対応する選択時間ｔｓ１は、時点ｔｅ１より前の時点（ｔｅ１−ａ１）から、土壌層１で反射した振動が計測できなくなる時点（ｔｅ１＋ｂ１）までの時間となる。
【００４１】
なお、時間ａ１（開始情報）、時間ｂ１（終了情報）それぞれは、例えば、実験、又は
シミュレーションなどにより求められる。また、土壌層１以外の土壌層２、３・・・についても、土壌層１と同様に選択時間ｔｓ２、ｔｓ３・・・を算出する。
【００４２】
図４は、選択時間生成情報のデータ構造の一例を示す図である。上述した、土壌層ごとの伝達時間、開始情報、終了情報は、例えば、図４に示す選択時間生成情報４１のように、土壌層と、伝達時間と、開始情報と、終了情報とを関連付けて、あらかじめ記憶部に記憶される。
【００４３】
又は、図４に示す選択時間生成情報４２のように、土壌層と、選択時間とを関連付けて、あらかじめ記憶部に記憶させてもよい。
【００４４】
続いて、選択部２０６は、選択時間を用いて、取得した振動情報から対象の土壌層に対応する振動情報を選択する。すなわち、選択部２０６は、対象の土壌層に対応する選択時間に計測された振動情報を選択する。
【００４５】
抽出部２０７は、選択した振動情報を用いて、振動の特徴を抽出する。振動の特徴は、例えば、共振周波数などが考えられる。
【００４６】
具体的には、抽出部２０７は、まず、加振器２０１が土壌に対して発生させた振動に対応する基準となる基準振動情報（入力値ｘ（ｔ））と、選択部２０６が選択した土壌層に対応する振動情報（出力値ｙ（ｔ））とを取得する。基準振動情報は、例えば、実験、又はシミュレーションなどにより求めて、記憶部に記憶させる。
【００４７】
また、基準振動情報は、加振直後における土壌の振動を、振動計２０２と別の振動計を用いて計測し、計測した振動に基づいて生成してもよい。
【００４８】
続いて、抽出部２０７は、入力値ｘ（ｔ）と、入力値ｘ（ｔ）に対応する出力値ｙ（ｔ）との関係を表す関数を算出する。例えば、伝達関数Ｇ（ｓ）などを算出する。伝達関数Ｇ（ｓ）は、入力値ｘ（ｔ）と出力値ｙ（ｔ）とをそれぞれラプラス変換し、ラプラス変換した後の入力値Ｘ（ｓ）と出力値Ｙ（ｓ）との比（Ｙ（ｓ）／Ｘ（ｓ））で表される。ここで、比は、土壌への振動の伝わり方を表している。
【００４９】
続いて、抽出部２０７は、振動に対応する周波数（スイープした周波数）と比（振幅）との関係を用いて、比のピークに対応する周波数を抽出して、振動の特徴とする。例えば、図５に示すように、比のピークに対応する周波数を共振周波数とする。図５は、共振周波数を説明するための図である。
【００５０】
なお、共振周波数を用いる理由は、土壌の状態により共振周波数は変化するので、この土壌の状態と共振周波数との関係を利用して、土壌の状態が推定できるからである。
【００５１】
なお、振動の特徴は、上述した方法に限らず、共振周波数以外を振動の特徴としてもよい。例えば、共振周波数以外には、共振周波数の鋭さ（Ｑ値）を表す情報も振動の特徴としてもよい。共振周波数の鋭さを表す情報を用いる理由は、土壌の状態によって共振周波数の鋭さが変化するので、この土壌の状態と共振周波数の鋭さとの関係を利用して、土壌の状態が推定できるからである。
【００５２】
推定部２０８は、抽出した特徴を用いて、土壌推定情報を参照し、土壌の状態を推定する。具体的には、推定部２０８は、まず、抽出部２０７から特徴を取得する。続いて、推定部２０８は、取得した特徴を用いて、特徴と土壌の状態とが関連付けられた土壌推定情報を参照し、土壌の状態を推定する。土壌推定情報は、例えば、不図示の記憶部にあらか
じめ記憶されている。
【００５３】
図６は、土壌推定情報のデータ構造の一例を示す図である。図６に示す土壌推定情報６１は、特徴として共振周波数［Ｈｚ］に、土の硬度［ｋｇ／ｍ２］、又は土に含まれる根の量［ｍ／ｍ３］、又は土に含まれる含水量［％］、又は土の組成、又はそれらを二つ以上組み合わせた情報が関連付けられた情報である。なお、土壌の状態は、上述した情報に限定されるものではない。
【００５４】
土の硬度は、高いほど共振周波数が高くなる。その理由は、硬い物体の場合には外力に対する復元力が強く、そのために共振周波数が高くなるからである。また、土に含まれる根の量が多いほど共振周波数が高くなる。その理由は、根の量が多くなると共振周波数がどのように変化するかは、根の種類と土壌の種類に依存するが、根が土壌よりも張力が強ければ、根の量が増すにつれてその分共振周波数は高くなると考えられるからである。また、土に含まれる含水量が高いほど共振周波数が低くなると考えられるからである。その理由は、一般的には水のような流体の方が土よりも張力が弱いと考えられているからである。また、土の組成（例えば、粘土、泥、砂など）は、共振周波数により異なる。
【００５５】
また、同じ共振周波数において複数の寄与がある場合が考えられる。例えば、共振周波数が１０［Ｈｚ］の場合に、［硬度１０００［ｋｇ／ｍ２］，根の量１．０［ｍ／ｍ３］，含水量１０［％］，粘土]の他に、［硬度２０００［ｋｇ／ｍ２］，根の量１．０［ｍ／ｍ３］，含水量３０［％］，粘土］が考えられるような場合がある。そのような場合に、硬度を求めるためには、硬度以外を他の方法を、例えば、作物シミュレーション、水分量センサ、土壌分析などを用いて、根の量、含水量、土の組成を特定し、特定した結果に基づいて硬度を決定してもよい。
【００５６】
又は、振動の特徴の次元数を増すことが考えられる。振動の特徴の次元数を増す場合には、例えば、特徴量として更に共振周波数のＱ値を特定したり、複数の共振周波数を計測したりすることが考えられる。そうすることで、同じ共振周波数において複数の寄与がある場合でも、土壌の状態を区別することができる。
【００５７】
出力情報生成部２０９は、土壌層に対応する土壌の状態を、出力装置２０３に出力させる。具体的には、出力情報生成部２０９は、まず、推定部２０８から土壌の状態を表す情報を取得する。続いて、出力情報生成部２０９は、選択した土壌層と、その土壌層に対応する土壌の状態と、出力装置２０３に出力させるために用いる、出力情報を生成する。そして、出力情報生成部２０９は、生成した出力情報を出力装置２０３へ出力して、出力装置２０３に、土壌層に対応する土壌の状態を出力させる。
【００５８】
［土壌状態推定部の効果］
以上のように土壌状態推定部２００を用いることで、土壌の深さに応じて振動を選択できるので、土壌層に対応する振動を用いて、対象とする深さ（土壌層）における土壌の状態が推定できる。
【００５９】
また、土壌状態推定部２００によれば、図５に示したゲイン線図に示したような計測ができればよいので、弱い連続波による積算が可能となる。加振器２０１を用いて、土壌に弱い振動を断続的に加えるか、又は連続的に振動を加えることにより、統計的に計測した振動のＳＮ比を上げることができる。そのため、畑などのやわらかい土壌において、畝などを破壊することなく土壌の状態を推定できる。
【００６０】
更に、速度を計測しているわけではないので、強い衝撃が必要ないため、加振器２０１のすぐ隣に振動計２０２を設置して計測が可能である。すなわち、従来のような振動の伝
達速度を使って硬度を計測する方法では、速度差つまり振動の到達時間差を検出する必要がある。また、時間差が計測可能になるくらいに振動源と計測地点とを離す必要があるため、強い振動を加える必要がある。
【００６１】
しかし、土壌状態推定部２００によれば、速度差を検出する必要はなく、加振器２０１を用いて断続的又は連続的に土壌に発生させた振動を、振動計２０２で計測し、その計測した振動の大きさが分かればよいので、加振器２０１のすぐ隣に振動計２０２を設置して計測が可能である。
【００６２】
また、土壌の状態が推定できるので、土壌の状態を出力装置２０３に出力することで、作業者は対象とする土壌層に対して適切な対処ができる。例えば、適切な対処としては、土壌が堅ければ、作業者に耕起することなどを促す。
【００６３】
［植物状態推定部に関するシステム構成］
植物状態推定部３００が用いる機器について、図３を用いて、詳細に説明する。
振動計３０１（３０１ａ、又は３０１ｂ、又は両方）は、外力により発生する植物の振動を計測する装置である。具体的には、振動計３０１は、まず、植物の振動を計測する。続いて、振動計３０１は、計測した振動を表す振動情報を収集部３０３へ出力する。外力とは、風、土壌の揺れなど、植物に外部から振動を与える力である。なお、外力は、加振器などを用いて植物に振動を与えてもよい。ただし、加振器などを用いる場合、植物の成長に影響を与えないような振動であることが望ましい。
【００６４】
また、振動計３０１は、例えば、機械式、電磁式、圧電式、光学式、電磁波式などの振動計が考えられる。また、振動計３０１は、例えば、マイク、超小型マイケルソン型干渉計などの高感度振動センサを用いてもよい。また、振動計３０１と、植物監視装置１００とのやり取りは、無線通信又は有線通信などを用いる。
【００６５】
植物状態推定部３００について具体的に説明する。
モデル生成部３０２は、対象とする植物に対して成長モデルシミュレーションを実行して、対象とする植物の成長モデルを生成し、不図示の記憶部に記憶する。成長モデルを記憶する記憶部は、植物監視装置１００の内部に設けてもよいし、植物監視装置１００の外部に設けてもよい。
【００６６】
成長モデルシミュレーションは、基準状態における対象とする植物の特徴量（基準特徴量）と、成長に応じて変化する特徴量（成長特徴量）とを算出し、算出した基準特徴量に対する成長特徴量の変化と、植物の状態とを関連付けて、成長モデルとして記憶する。
【００６７】
ここで、基準状態とは、対象とする植物が成長した状態の推定を、時点ｔ０で行うと仮定した場合、少なくとも時点ｔ０より前の時点における対象とする植物の状態である。
【００６８】
成長モデルシミュレーションにおける特徴量の算出について説明する。
（ａ１）モデル生成部３０２は、まず、対象とする植物をモデル化して、植物モデルを生成する。モデル生成部３０２は、基準状態、及び、基準状態以降における対象とする植物が成長した際に取りうる様々な状態について、植物モデルを生成する。成長した際に取りうる様々な状態とは、例えば、幹が上方向に伸びた状態、幹が太くなった状態などが考えられる。
【００６９】
また、植物モデルのモデル化は、例えば、有限要素法を用いた数値計算モデル、又は数式を用いた数理モデルなどを用いる。有限要素法を用いた場合には、植物を細かい弾性体の集まりとしてとらえ、要素ごとに力学計算を行う。数理モデルを用いた場合には、例え
ば、地面から生えている植物の幹であれば、復元力を持つ下部固定の倒立振り子として、最大限近似し、近似した運動方程式を用いる。
【００７０】
（ａ２）続いて、モデル生成部３０２は、基準状態を含む、生成した植物モデルの一部又は全部に対して、あらかじめ設定した時間、あらかじめ設定した振動を仮想的に加えて、植物モデルに振動を発生させる。そして、モデル生成部３０２は、その振動を計測して振動情報を生成する。なお、植物モデルの振動を計測する位置は、対象とする植物において実際に振動計３０１が振動を計測する位置に対応する位置が望ましい。ただし、植物モデルの振動を計測する位置は、振動計３０１が対象とする植物を計測する位置と同じにしなくてもよい。
【００７１】
（ａ３）続いて、モデル生成部３０２は、生成した植物モデルそれぞれの振動情報を、時間領域から周波数領域に変換（例えば、フーリエ変換など）して、図７に示すような周波数特性を表す周波数特性情報を生成する。
【００７２】
図７は、植物モデルごとの周波数特性と共振周波数とを説明するための図である。図７に示すグラフ７１は、基準状態における植物モデルの周波数特性を示している。グラフ７２は、対象とする植物の幹が上方向に伸びた場合の植物モデルにおける周波数特性を示している。グラフ７３は、対象とする植物の幹が太くなった場合の植物モデルにおける周波数特性を示している。
【００７３】
（ａ４）続いて、モデル生成部３０２は、生成した植物モデルそれぞれの周波数特性を用いて、特徴量として周波数特性から共振周波数、又は共振周波数の鋭さを表す値（Ｑ値）、又はそれら両方を抽出する。ただし、特徴量は、共振周波数、Ｑ値に限定されるものではない。
【００７４】
図７のグラフ７１には、共振周波数ｆｃ１、ｆｃ２、ｆｃ３が示されている。グラフ７２には、植物の成長にともない、共振周波数ｆｃ３がｆｃ３′に変化することが示されている。グラフ３３には、植物の成長にともない、共振周波数ｆｃ１がｆｃ１′に変化することが示されている。
【００７５】
（ａ５）続いて、モデル生成部３０２は、植物モデルを識別する識別情報と、植物モデルの部位の状態と、一つ以上の特徴量とを関連付けて、植物モデルごとに植物モデル特徴情報を生成する。なお、部位の状態とは、例えば、幹の太さ、幹の高さ、幹の傾きなどの状態を示す情報である。
【００７６】
（ａ６）続いて、モデル生成部３０２は、基準状態の植物モデル特徴情報に対応する特徴量（基準特徴量）と、基準状態から成長した植物モデル特徴情報に対応する特徴量（成長特徴量）との差（変化）を算出する。
【００７７】
（ａ７）続いて、モデル生成部３０２は、植物モデルの部位の状態と、植物モデルの部位の変化を表す変化パラメータと、変化パラメータに対応する一つ以上の特徴量の変化とを関連付けて、図８に示すような植物モデルごとに成長モデルを生成して、成長モデルを記憶部に記憶する。
【００７８】
図８は、成長モデルのデータ構造の一例を示す図である。図８に示す成長モデル８１は、植物モデルの部位を表す「部位」と、植物モデルの部位の状態を表す「変化パラメータ」と、基準特徴量に対する成長特徴量の変化を表す「変化情報」とが関連付けられている。
【００７９】
特徴量の変化の算出について説明する。
例えば、図７に示すように、基準となる植物モデルにおいて、共振周波数ｆｃ１、ｆｃ２、ｆｃ３・・・が抽出された場合に、基準となる植物モデルの幹を上方向に伸ばすように成長させた植物モデルでは、図７のグラフ７２に示すように、共振周波数ｆｃ３と異なる周波数ｆｃ３′に共振周波数が発生する。また、基準となる植物モデルの幹を太く（幹の周囲が長く）するように成長させた植物モデルでは、図７のグラフ７３に示すように、共振周波数ｆｃ１と異なる周波数ｆｃ１′に共振周波数が発生する。
【００８０】
そのような場合において、例えば、図８に示す成長モデルの一行目のように、基準となる植物モデルの幹の太さを＋１．０[ｍｍ]大きく変化させた場合、共振周波数ｆｃ１から＋０．１［Ｈｚ］ずれた位置に共振周波数ｆｃ１′が現れる。そこで、植物の状態を表す幹の太さの変化を表す＋１．０[ｍｍ]（「変化パラメータ」の「太さ」）と、「変化情報」の共振周波数の変化を表す＋０．１［Ｈｚ］（「ｆｃ１の変化」）とを関連付けて、記憶部に記憶する。
【００８１】
他の植物の状態を表す「変化パラメータ」（「太さ」「高さ」「傾き」などの変化）についても、「変化情報」（「ｆｃ１の変化」「ｆｃ１のＱ値の変化」「ｆｃ２の変化」「ｆｃ２のＱ値の変化」「ｆｃ３の変化」「ｆｃ３のＱ値の変化」などの変化）を算出し、図８に示す成長モデル８１に示すように記憶する。
【００８２】
なお、モデル生成部３０２は、植物監視装置１００と別に設けてもよい。その場合、植物監視装置１００は、モデル生成部３０２と通信ができるようにする。
【００８３】
植物状態推定部３００の植物の状態の推定について説明する。
収集部３０３は、実際に対象とする植物の状態を推定する場合に、振動計３０１から振動情報を収集する。具体的には、収集部３０３は、まず、振動計３０１から振動情報を時系列に収集して、不図示の記憶部に記憶する。記憶部は、植物監視装置１００の内部に設けてもよいし、植物監視装置１００の外部に設けてもよい。
【００８４】
抽出部３０４は、対象となる植物の振動を表す振動情報を用いて、振動に関する周波数特性を生成し、生成した周波数特性から特徴量を抽出する。
【００８５】
（ｂ１）抽出部３０４は、あらかじめ設定した間隔で、あらかじめ設定した時間分の振動情報を、上述した記憶部から取得する。ここで、設定した間隔、設定した時間は、利用者により、任意の長さに設定が可能である。
【００８６】
（ｂ２）続いて、抽出部３０４は、あらかじめ設定した時間において収集した振動情報を用いて、当該振動情報を、時間領域から周波数領域に変換（例えば、フーリエ変換など）して、周波数特性を表す周波数特性情報を生成する。
【００８７】
（ｂ３）続いて、抽出部３０４は、生成した周波数特性を用いて特徴量を抽出する。周波数特性から共振周波数、又は共振周波数の鋭さを表す値（Ｑ値）、又はそれら両方を抽出する。ただし、特徴量は、共振周波数、Ｑ値に限定されるものではない。
【００８８】
算出部３０５は、抽出部３０４で抽出した特徴量と、基準となる基準特徴量とに基づいて、植物の成長を表す変化を算出する。
【００８９】
（ｃ１）算出部３０５は、まず、抽出部３０４から特徴情報を取得する。また、算出部３０５は、成長モデルから基準状態の植物モデル特徴情報を取得する。
【００９０】
（ｃ２）続いて、算出部３０５は、基準状態の植物モデル特徴情報が有する基準特徴量と、抽出部３０４から取得した特徴情報が有する特徴量との差（変化）を算出する。算出部３０５は、例えば、図９に示すような特徴量の変化を表す変化情報９１を生成して、記憶部に記憶する。図９は、変化情報のデータ構造の一例を示す図である。
【００９１】
又は、算出部３０５は、植物モデルではなく、基準状態において実測した対象とする植物の特徴情報を基準特徴量として、その基準特徴量と抽出部３０４から取得した特徴情報が有する特徴量との差（変化）を算出してもよい。
【００９２】
推定部３０６は、算出した変化情報を用いて、成長モデルを参照し、算出した変化情報に類似する成長モデルの変化情報を検出し、検出した変化情報に対応する植物の状態を選択することにより、植物の状態を推定する。
【００９３】
（ｄ１）推定部３０６は、算出部３０５が算出した、図９に示すような変化情報９１を用いて、図８に示すような成長モデル８１を参照し、変化情報９１に類似している変化情報を抽出する。
【００９４】
（ｄ２）続いて、推定部３０６は、抽出した変化情報９１に関連付けられている「変化パラメータ」を選択して、「変化パラメータ」の示す植物の成長を、植物の状態として推定する。変化情報９１の場合、推定部３０６は、成長モデル８１の一行目の変化情報に類似しているので、幹の太さが＋１０．０［ｍｍ］を選択して、植物の状態とする。
【００９５】
なお、類似の算出方法としては、例えば、変化情報９１についても、変化情報９１が有する要素をベクトル要素とするベクトルを生成する。また、成長モデル８１の行ごとの変化情報を用いて、当該変化情報が有する要素をベクトル要素とするベクトルを生成する。
【００９６】
そして、生成した変化情報９１のベクトルと、成長モデル８１の行ごとベクトルそれぞれとの間の距離を算出して、距離が最も近い成長モデル８１のベクトルを、変化情報９１のベクトルに類似しているとする。距離は、例えば、ユークリッド距離などを用いる。ただし、類似の算出方法は、上述した方法に限定されない。
【００９７】
成長情報生成部３０７は、推定部３０６において推定した植物の状態と、振動情報を計測した時間を表す時間とを関連付けて成長情報を生成する。そして、成長情報生成部３０７は、生成した成長情報を記憶部に記憶する。なお、振動情報を計測した時間は、例えば、特徴量を抽出する際に用いた、振動情報の計測日時などが考えられる。
【００９８】
また、成長情報には、更に、例えば、温度、湿度、天候、水の供給量、肥料の供給量などを、これらを計測した時間と関連付けて記憶してもよい。
【００９９】
出力情報生成部３０８（２０９）は、成長情報を用いて、成長情報を出力装置２０３に出力するために用いる出力情報を生成する。その後、出力情報生成部３０８は、出力装置２０３へ出力情報を出力する。
［植物状態推定部の効果］
以上のように植物状態推定部３００を用いることで、対象となる植物の部位（例えば、幹、枝、葉など）の振動から周波数特性に関する特徴量を抽出し、基準特徴量と抽出した特徴量との差（変化）を算出し、算出した特徴量の変化に基づいて植物の状態（植物が成長した状態）を推定することができる。
【０１００】
また、植物状態推定部３００においては、植物の成長に影響を与えるような振動を強制的に植物に与えなくても、風、土壌の揺れなどの微小振動による植物の振動を用いること
ができるので、強制的に振動を加えている時間以外の時間でも、植物の状態を監視することができる。すなわち、継続的に植物の状態を監視できる。
【０１０１】
更に、植物状態推定部３００においては、植物の状態を継続して監視できるので、植物の成長を容易に記録することができる。そのため、作業者が遠隔地にいても、植物の状態を継続的に監視することができる。
【０１０２】
［変形例１］
変形例１について説明する。変形例１では、対象とする植物の部位を、幹ではなく枝とした場合について説明する。図１０は、枝の状態の推定を説明するための図である。また、図１０の例では、第一の枝の振動を、図１０における振動計３０１ｂの位置において計測させる。
【０１０３】
変形例１における成長モデルの生成について説明する。
変形例１においては、モデル生成部３０２は、例えば、対象とする植物の部位を図１０に示す第一の枝とし、成長モデルシミュレーションを実行して、図１１に示すような対象とする植物の第一の枝に対応する成長モデル１１１を生成し、不図示の記憶部に記憶する。
【０１０４】
図１１は、変形例１の成長モデルのデータ構造の一例を示す図である。図１１に示す成長モデル１１１は、植物モデルの第一の枝を表す「部位」と、植物モデルの第一の枝の状態を表す「変化パラメータ」と、基準特徴量に対する成長特徴量の変化を表す「変化」とが関連付けられている。
【０１０５】
変形例１における特徴量の変化の算出について説明する。
図１１に示す成長モデル１１１の場合、基準となる植物モデルの第一の枝の太さを＋１０．０[ｍｍ]大きく変化させた場合、共振周波数ｆｃ２から＋０．３［Ｈｚ］ずれた位置に共振周波数ｆｃ２′が現れる。そこで、植物の状態を表す「変化パラメータ」の「太さ」に幹の太さの変化を表す＋１０．０[ｍｍ]を記憶し、「変化情報」の「ｆｃ２の変化」に共振周波数の変化を表す＋０．３［Ｈｚ］を記憶し、それらを関連付けて、記憶部に記憶する。
【０１０６】
他の植物の状態を表す「変化パラメータ」（「太さ」「高さ」「葉の枚数」「果実の重さ」などの変化）についても、「変化情報」（「ｆｃ１の変化」「ｆｃ１のＱ値の変化」「ｆｃ２の変化」「ｆｃ２のＱ値の変化」「ｆｃ３の変化」「ｆｃ３のＱ値の変化」などの変化）を算出し、図１１に示す成長モデル１１１のように記憶する。
【０１０７】
なお、図１１に示すＱｓｕｂ１は、第一の枝に葉が＋１［枚］増えた場合、基準となる共振周波数ｆｃ１のＱ値がＱｓｕｂ１だけ変化したことを表す値である。また、図１１に示すＱｓｕｂ２は、第一の枝に＋０．５［ｋｇ］の果実が付いた場合、基準となる共振周波数ｆｃ１のＱ値がＱｓｕｂ２に変化したことを表す値である。
【０１０８】
変形例１における植物の状態の推定について説明する。
収集部３０３は、まず、第一の枝の振動を表す振動情報を振動計３０１ｂから収集する。具体的には、収集部３０３は、まず、振動計３０１ｂから振動情報を時系列に収集して、不図示の記憶部に記憶する。
【０１０９】
続いて、抽出部３０４は、第一の枝の振動を表す振動情報を用いて、第一の枝の振動に関する周波数特性を生成し、生成した周波数特性から第一の枝の特徴量を抽出する。
【０１１０】
続いて、算出部３０５は、抽出部３０４で抽出した第一の枝の特徴量と、第一の枝の基準となる基準特徴量とに基づいて、第一の枝の成長を表す変化を算出する。そして、算出部３０５は、算出した第一の枝の変化を用いて、変化情報を生成して、記憶部に記憶する。
【０１１１】
又は、算出部３０５は、植物モデルではなく、基準状態において実測した第一の枝の特徴情報を基準特徴量として、その基準特徴量と抽出部３０４から取得した特徴情報が有する特徴量との差（変化）を算出してもよい。
【０１１２】
続いて、推定部３０６は、算出部３０５が生成した変化情報を用いて、成長モデル１１１を参照し、第一の枝の状態を推定する。
【０１１３】
続いて、成長情報生成部３０７は、推定部３０６において推定した第一の枝の状態と、振動情報を計測した時間を表す時間とを関連付けて成長情報を生成する。そして、成長情報生成部３０７は、生成した成長情報を記憶部に記憶する。なお、振動情報を計測した時間は、例えば、特徴量を抽出する際に用いた、振動情報の計測日時などが考えられる。
【０１１４】
また、成長情報には、更に、例えば、温度、湿度、天候、水の供給量、肥料の供給量などを、これらを計測した時間と関連付けて記憶してもよい。
【０１１５】
出力情報生成部３０８は、成長情報を用いて、成長情報を出力装置２０３に出力するために用いる出力情報を生成する。その後、出力情報生成部３０８は、出力装置２０３へ出力情報を出力する。
［変形例１の効果］
以上のように植物状態推定部３００によれば、対象となる植物の枝の振動から周波数特性に関する特徴量を抽出し、基準特徴量と抽出した特徴量との差（変化）を算出し、算出した特徴量の変化に基づいて植物の状態（植物が成長した状態）を推定することができる。
【０１１６】
［変形例２］
変形例２について説明をする。変形例２では、対象とする植物の部位を葉とした場合について説明する。具体的には、変形例２では、外力により葉と葉とが擦れ合う際に発生する振動を計測し、その計測した振動を用いて、葉の成長を推定する。
【０１１７】
図１２は、葉の状態の推定を説明するための図である。図１２では、対象とする植物の部位を、図１２に示すように第一の枝の葉としている。また、図１２の例では、第一の葉と第二の葉とが擦れ合うことにより発生する振動を、図１２における振動計３０１ａの位置において計測する。なお、図１２において、第一の葉と第二の葉とが擦れ合う範囲１２１を破線で示す。
【０１１８】
変形例２における成長モデルの生成について説明する。
変形例２においては、例えば、対象とする植物の部位を図１２に示す第一の葉とし、モデル生成部３０２が、成長モデルシミュレーションを実行して、図１３に示すような第一の葉を対象とする植物の成長モデル１３１を生成し、不図示の記憶部に記憶する。
【０１１９】
図１３は、変形例２の成長モデルのデータ構造の一例を示す図である。図１３に示す成長モデル１３１は、植物モデルの第一の葉を表す「部位」と、植物モデルの第一の葉の状態を表す「変化パラメータ」と、基準特徴量に対する成長特徴量の変化を表す「変化」とが関連付けられている。
【０１２０】
図１３の「変化パラメータ」の「面積」とは、例えば、図１２における第一の葉の面積を表す。また、第一の葉が第二の葉と擦れ合うことにより発生する振動は、第一の葉と第二の葉の面積の大きさに応じて変化する。
【０１２１】
変形例２の成長モデルの生成について説明する。
（ａ１′）モデル生成部３０２は、まず、図１２の例における第一の植物と第二の植物それぞれに対して植物モデルを生成する。第一の植物、第二の植物それぞれの植物モデルは、基準状態、及び、第一の植物、第二の植物が成長する過程において変化する様々な状態を生成する。具体的には、第一の葉と第二の葉とが成長していく過程において、第一の葉と第二の葉とが重なり合う様々な状態を生成する。なお、葉の重なりは、二枚の葉の重なりに限定されるものではない。
【０１２２】
（ａ２′）続いて、モデル生成部３０２は、第一の植物と第二の植物とを用いて生成した様々な植物モデルに、あらかじめ設定した時間、あらかじめ設定した振動を仮想的に加えて、第一の葉と第二の葉とを擦れ合わせて振動を発生させる。そして、モデル生成部３０２は、その振動を計測して振動情報を生成する。なお、植物モデルの振動を計測する位置は、対象とする植物において実際に振動計３０１ａが振動を計測する位置に対応する位置が望ましい。ただし、植物モデルの振動を計測する位置は、振動計３０１ａが対象とする植物を計測する位置と同じにしなくてもよい。
【０１２３】
（ａ３′）続いて、モデル生成部３０２は、第一の植物と第二の植物とを用いて生成した植物モデルそれぞれの振動情報を、時間領域から周波数領域に変換（例えば、フーリエ変換など）して、周波数特性を表す周波数特性情報を生成する。
【０１２４】
（ａ４′）続いて、モデル生成部３０２は、生成した植物モデルそれぞれの周波数特性を用いて、特徴量として周波数特性から共振周波数、又は共振周波数の鋭さを表す値（Ｑ値）、又はそれら両方を抽出する。ただし、特徴量は、共振周波数、Ｑ値に限定されるものではない。
【０１２５】
（ａ５′）続いて、モデル生成部３０２は、植物モデルを識別する識別情報と、植物モデルの第一の葉の状態（変化パラメータ）と、一つ以上の特徴量とを関連付けて、植物モデルごとの第一の葉の面積に対する植物モデル特徴情報を生成する。
【０１２６】
（ａ６′）続いて、モデル生成部３０２は、基準状態の植物モデル特徴情報に対応する特徴量（基準特徴量）と、基準状態から成長した植物モデル特徴情報に対応する特徴量（成長特徴量）との差（変化）を算出する。
【０１２７】
（ａ７′）続いて、モデル生成部３０２は、植物モデルの第一の葉の状態と、植物モデルの第一の葉の変化を表す変化パラメータと、変化パラメータに対応する一つ以上の特徴量の変化とを関連付けて、図１３に示すような成長モデル１３１を生成して、成長モデル１３１を記憶部に記憶する。
【０１２８】
変形例２の特徴量の変化の算出について説明する。
図１３に示す成長モデル１３１の場合、基準となる植物モデルの第一の葉の面積を＋１０．０[ｍｍ]大きく変化させた場合、基準となる共振周波数ｆｃ１のＱ値がＱｓｕｂ３だけ変化する。そこで、第一の葉の状態を表す「変化パラメータ」の「面積」に葉の面積の変化を表す＋１０．０[ｍｍ]を記憶し、「変化情報」の「ｆｃ１のＱ値の変化」にＱ値の変化を表すＱｓｕｂ３を記憶し、それらを関連付けて、記憶部に記憶する。
【０１２９】
他の植物の状態を表す「変化パラメータ」（面積などの変化）についても、「変化情報
」（「ｆｃ１の変化」「ｆｃ１のＱ値の変化」「ｆｃ２の変化」「ｆｃ２のＱ値の変化」「ｆｃ３の変化」「ｆｃ３のＱ値の変化」などの変化）を算出し、図１３に示す成長モデル１３１に記憶する。
【０１３０】
変形例２における植物の状態の推定について説明する。
収集部３０３は、実際に第一の葉と第二の葉とが擦れ合うことで発生する振動を表す振動情報を、振動計３０１ａから収集する。具体的には、収集部３０３は、まず、振動計３０１ａから振動情報を時系列に収集して、不図示の記憶部に記憶する。
【０１３１】
続いて、抽出部３０４は、収集した振動情報を用いて、第一の葉の振動に関する周波数特性を生成し、生成した周波数特性から第一の葉の特徴量を抽出する。
【０１３２】
続いて、算出部３０５は、抽出部３０４で抽出した第一の葉の特徴量と、第一の葉の基準となる基準特徴量とに基づいて、第一の葉の成長を表す変化を算出する。そして、算出部３０５は、算出した第一の葉の変化を用いて、変化情報を生成して、記憶部に記憶する。
【０１３３】
又は、算出部３０５は、植物モデルではなく、基準状態において実測した第一の葉の特徴情報を基準特徴量として、その基準特徴量と抽出部３０４から取得した特徴情報が有する特徴量との差（変化）を算出してもよい。
【０１３４】
続いて、推定部３０６は、算出部３０５が生成した変化情報を用いて、成長モデル１３１を参照し、第一の葉の状態を推定する。
【０１３５】
続いて、成長情報生成部３０７は、推定部３０６において推定した第一の葉の状態と、振動情報を計測した時間を表す時間とを関連付けて成長情報を生成する。そして、成長情報生成部３０７は、生成した成長情報を記憶部に記憶する。なお、振動情報を計測した時間は、例えば、特徴量を抽出する際に用いた、振動情報の計測日時などが考えられる。
【０１３６】
また、成長情報には、更に、例えば、温度、湿度、天候、水の供給量、肥料の供給量などを、これらを計測した時間と関連付けて記憶してもよい。
【０１３７】
出力情報生成部３０８は、成長情報を出力装置２０３に出力するために、成長情報を用いて出力可能な出力情報を生成する。その後、出力情報生成部３０８は、出力装置２０３へ出力情報を出力する。
【０１３８】
［変形例２の効果］
以上のように植物状態推定部３００によれば、対象となる植物の葉の振動から周波数特性に関する特徴量を抽出し、基準特徴量と抽出した特徴量との差（変化）を算出し、算出した特徴量の変化に基づいて植物の状態（植物が成長した状態）を推定することができる。
【０１３９】
［変形例３］
変形例３について説明をする。変形例３では、果実の成長を、変形例１より精度よく推定することができる。図１４、図１５を用いて、変形例３における植物状態推定部３００′の構成について説明する。
【０１４０】
図１４は、果実の状態の推定を説明するための図である。図１５は、変形例３における植物状態推定部の一例を示す図である。図１４に示すように、変形例３では、第一の枝に果実が生っているような場合に、振動計３０１ａ、３０１ｂを用いて、第一の枝の振動を
計測する。
【０１４１】
図１５に示すように、変形例３においては、振動計３０１ａ、３０１ｂ、植物状態推定部３００′は、モデル生成部４０１、収集部４０２、抽出部４０３、算出部４０４、推定部４０５、成長情報生成部３０７、出力情報生成部３０８を有する。
【０１４２】
また、植物状態推定部３００′は、まず、対象となる植物において、複数の異なる箇所（振動計３０１ａ、３０１ｂ）で計測した振動を用いて伝達関数を算出し、伝達関数の周波数特性における特徴量を抽出する。続いて、植物状態推定部３００′は、抽出した特徴量と、基準となる伝達関数の周波数特性に基づいて生成した基準特徴量とに基づいて、植物の成長を表す変化を算出する。続いて、植物状態推定部３００′は、算出した変化を用いて、植物の成長にともなう特徴量の基準特徴量からの変化と、植物の状態とが関連付けられた状態情報を参照し、植物の状態を推定する。続いて、植物状態推定部３００′は、推定した植物の状態を利用者に提示するために、出力装置２０３へ出力する。
【０１４３】
植物状態推定部３００′について具体的に説明する。
モデル生成部４０１は、対象とする植物に対して成長モデルシミュレーションを実行して、対象とする植物の成長モデルを生成し、不図示の記憶部に記憶する。成長モデルを記憶する記憶部は、植物監視装置１００の内部に設けてもよいし、植物監視装置１００の外部に設けてもよい。
【０１４４】
成長モデルシミュレーションは、基準状態における対象とする植物の特徴量（基準特徴量）と、成長に応じて変化する特徴量（成長特徴量）とを算出し、算出した基準特徴量に対する成長特徴量の変化と、植物の状態とを関連付けて、成長モデルとして記憶する。
【０１４５】
ここで、基準状態とは、対象とする植物が成長した状態の推定を、時点ｔ０で行うと仮定した場合、少なくとも時点ｔ０より前の時点における対象とする植物の状態である。
【０１４６】
成長モデルシミュレーションにおける特徴量の算出について説明する。
（ａ１″）モデル生成部４０１は、まず、対象とする植物をモデル化して、植物モデルを生成する。モデル生成部４０１は、基準状態、及び、基準状態以降における対象とする植物が成長した際に取りうる様々な状態について、植物モデルを生成する。成長した際に取りうる様々な状態とは、図１５の例であれば、第一の枝に生った果実が成長過程において取りうる多種多様な状態である。また、植物モデルのモデル化は、例えば、有限要素法を用いた数値計算モデル、又は数式を用いた数理モデルなどを用いる。
【０１４７】
（ａ２″）続いて、モデル生成部４０１は、基準状態を含む、生成した植物モデルの一部又は全部に対して、あらかじめ設定した時間、あらかじめ設定した振動を仮想的に加えて、植物モデルに振動を発生させる。そして、モデル生成部４０１は、その振動を計測して振動情報を生成する。なお、植物モデルの振動を計測する位置は、図１５の例であれば、実際に振動計３０１ａ、３０１ｂが振動を計測する位置に対応する位置が望ましい。ただし、植物モデルの振動を計測する位置は、振動計３０１ａ、３０１ｂが計測する位置と同じにしなくてもよい。
【０１４８】
（ａ３″）続いて、モデル生成部４０１は、生成した植物モデルそれぞれについて、振動計３０１ａが計測した振動情報に相当する情報を信号ｘ（ｔ）とし、振動計３０１ｂが計測した振動情報に相当する情報を信号ｙ（ｔ）として、伝達関数Ｇ（ｓ）＝Ｙ（ｓ）／Ｘ（ｓ）＝Ｌ（ｙ（ｔ））／Ｌ（ｘ（ｔ））を算出する。そして、モデル生成部４０１は、この伝達関数Ｇ（ｓ）により表される図１６に示すような周波数特性を用いて、周波数特性情報を生成する。
【０１４９】
図１６は、植物モデルごとの伝達関数の周波数特性と共振周波数とを説明するための図である。図１６に示すグラフ１６１は、基準状態における植物モデルの周波数特性を示している。グラフ１６２は、対象とする植物の部位が成長した場合の植物モデルにおける周波数特性を示している。
【０１５０】
（ａ４″）続いて、モデル生成部４０１は、生成した植物モデルそれぞれの周波数特性を用いて、特徴量として周波数特性から共振周波数、又は共振周波数の鋭さを表す値（Ｑ値）、又はそれら両方を抽出する。ただし、特徴量は、共振周波数、Ｑ値に限定されるものではない。
【０１５１】
図１６のグラフ１６１には、共振周波数ｆｃ１１、ｆｃ２２、ｆｃ３３が示されている。グラフ１６２には、部位の成長にともない、共振周波数ｆｃ３がｆｃ３″に変化することが示されている。
【０１５２】
（ａ５″）続いて、モデル生成部４０１は、植物モデルを識別する識別情報と、植物モデルの部位の状態と、一つ以上の特徴量とを関連付けて、植物モデルごとに植物モデル特徴情報を生成する。なお、部位の状態とは、例えば、果実などの状態を示す情報である。
【０１５３】
（ａ６″）続いて、モデル生成部４０１は、基準状態の植物モデル特徴情報に対応する特徴量（基準特徴量）と、基準状態から成長した植物モデル特徴情報に対応する特徴量（成長特徴量）との差（変化）を算出する。
【０１５４】
（ａ７″）続いて、モデル生成部４０１は、植物モデルの部位の状態と、植物モデルの部位の変化を表す変化パラメータと、変化パラメータに対応する一つ以上の特徴量の変化とを関連付けて、図１７に示すような植物モデルごとに成長モデルを生成して、成長モデルを記憶部に記憶する。
【０１５５】
図１７は、成長モデルのデータ構造の一例を示す図である。図１７に示す成長モデル１７１は、植物モデルの部位を表す「部位」と、植物モデルの部位の状態を表す「変化パラメータ」と、基準特徴量に対する成長特徴量の変化を表す「変化情報」とが関連付けられている。
【０１５６】
特徴量の変化の算出について説明する。
例えば、図１６に示すように、基準となる植物モデルにおいて、共振周波数ｆｃ１１、ｆｃ２２、ｆｃ３３・・・が抽出された場合に、基準となる植物モデルの果実を成長させた植物モデルでは、図１６のグラフ１６２に示すように、共振周波数ｆｃ３と異なる周波数ｆｃ３″に共振周波数が発生する。
【０１５７】
そのような場合、例えば、図１７に示す成長モデルの一行目のように、基準となる植物モデルの果実の重さを＋０．５[ｋｇ]変化させた場合、共振周波数ｆｃ３３のから＋０．３［Ｈｚ］ずれた位置に共振周波数ｆｃ３″が現れる。そこで、植物の状態を表す果実の重さの変化を表す＋０．５[ｋｇ]（「変化パラメータ」の「重さ」）と、「変化情報」の共振周波数の変化を表す＋０．３［Ｈｚ］（「ｆｃ３の変化」）とを関連付けて、記憶部に記憶する。
【０１５８】
他の植物の状態を表す「変化パラメータ」（「重さ」などの変化）についても、「変化情報」（「ｆｃ１の変化」「ｆｃ１のＱ値の変化」「ｆｃ２の変化」「ｆｃ２のＱ値の変化」「ｆｃ３の変化」「ｆｃ３のＱ値の変化」などの変化）を算出し、図１７に示す成長モデル１７１に示すように記憶する。
【０１５９】
植物の状態の推定について説明する。
収集部４０２は、実際に対象とする植物の状態を推定する場合に、振動計３０１ａ、３０１ｂから振動情報を収集する。具体的には、収集部４０２は、まず、振動計３０１ａ、３０１ｂから振動情報をそれぞれ時系列に収集して、不図示の記憶部に記憶する。記憶部は、植物監視装置１００の内部に設けてもよいし、植物監視装置１００の外部に設けてもよい。
【０１６０】
抽出部４０３は、振動計３０１ａ、３０１ｂが収集した振動情報を用いて、伝達関数を算出し、算出した伝達関数の周波数特性から特徴量を抽出する。
【０１６１】
（ｂ１″）抽出部４０３は、あらかじめ設定した間隔で、あらかじめ設定した時間分の振動情報を、上述した記憶部から取得する。ここで、設定した間隔、設定した時間は、利用者により、任意の長さに設定が可能である。
【０１６２】
（ｂ２″）続いて、抽出部４０３は、振動計３０１ａが計測した振動情報を信号ｘ（ｔ）とし、振動計３０１ｂが計測した振動情報を信号ｙ（ｔ）として、伝達関数Ｇ（ｓ）＝Ｙ（ｓ）／Ｘ（ｓ）＝Ｌ（ｙ（ｔ））／Ｌ（ｘ（ｔ））を算出する。そして、抽出部４０３は、この伝達関数Ｇ（ｓ）により表される周波数特性を用いて、周波数特性情報を生成する。
【０１６３】
（ｂ３″）続いて、抽出部４０３は、生成した周波数特性を用いて特徴量を抽出する。周波数特性から共振周波数、又は共振周波数の鋭さを表す値（Ｑ値）、又はそれら両方を抽出する。ただし、特徴量は、共振周波数、Ｑ値に限定されるものではない。
【０１６４】
算出部４０４は、抽出部４０３で抽出した特徴量と、基準となる基準特徴量とに基づいて、植物の成長を表す変化を算出する。
【０１６５】
（ｃ１″）算出部４０４は、まず、抽出部４０３から特徴情報を取得する。また、算出部４０４は、成長モデルから基準状態の植物モデル特徴情報を取得する。
【０１６６】
（ｃ２″）続いて、算出部４０４は、基準状態の植物モデル特徴情報が有する基準特徴量と、抽出部４０３から取得した特徴情報が有する特徴量との差（変化）を算出する。算出部４０４は、例えば、図１８に示すような特徴量の変化を表す変化情報１８１を生成して、記憶部に記憶する。図１８は、変化情報のデータ構造の一例を示す図である。
【０１６７】
又は、算出部４０４は、植物モデルではなく、基準状態において実測した対象とする植物の特徴情報を基準特徴量として、その基準特徴量と抽出部４０３から取得した特徴情報が有する特徴量との差（変化）を算出してもよい。
【０１６８】
推定部４０５は、算出した変化情報を用いて、成長モデルを参照し、算出した変化情報に類似する成長モデルの変化情報を検出し、検出した変化情報に対応する植物の状態を選択することにより、植物の状態を推定する。
【０１６９】
（ｄ１″）推定部４０５は、算出部４０４が算出した、図１８に示すような変化情報１８１を用いて、図１７に示すような成長モデル１７１を参照し、変化情報１８１に類似している変化情報を抽出する。
【０１７０】
（ｄ２″）続いて、推定部４０５は、抽出した変化情報１８１に関連付けられている「変化パラメータ」を選択して、「変化パラメータ」の示す植物の部位の成長を、植物の状態
として推定する。変化情報１８１の場合、推定部４０５は、成長モデル１７１の一行目の変化情報に類似しているので、果実の重さ＋０．５［ｋｇ］を選択して、植物の状態とする。
【０１７１】
成長情報生成部３０７は、推定部４０５において推定した植物の部位の状態と、振動情報を計測した時間を表す時間とを関連付けて成長情報を生成する。そして、成長情報生成部３０７は、生成した成長情報を記憶部に記憶する。なお、振動情報を計測した時間は、例えば、特徴量を抽出する際に用いた、振動情報の計測日時などが考えられる。
【０１７２】
また、成長情報には、更に、例えば、温度、湿度、天候、水の供給量、肥料の供給量などを、これらを計測した時間と関連付けて記憶してもよい。
【０１７３】
出力情報生成部３０８は、成長情報を用いて、成長情報を出力装置２０３に出力するために用いる出力情報を生成する。その後、出力情報生成部３０８は、出力装置２０３へ出力情報を出力する。
【０１７４】
［変形例３の効果］
以上のように植物状態推定部３００′によれば、対象となる植物の部位の振動から伝達関数に関する特徴量を抽出し、基準特徴量と抽出した特徴量との差（変化）を算出し、算出した特徴量の変化に基づいて植物の果実などの状態（果実が成長した状態）を推定することができる。
【０１７５】
［装置動作］
土壌状態推定部２００の動作について説明する。
次に、本発明の実施の形態における土壌状態推定部２００の動作について図１９を用いて説明する。図１９は、土壌状態推定部の動作の一例を示す図である。以下の説明においては、適宜図２、図４から図６を参照する。また、本実施の形態では、土壌状態推定部２００を動作させることによって、土壌状態推定法が実施される。よって、土壌状態推定方法の説明は、以下の土壌状態推定部２００の動作説明に代える。
【０１７６】
図１９を用いて、加振周波数をスイープさせて、土壌の状態を推定する場合について説明する。
【０１７７】
ステップＡ１において、最初に、制御部２０４は、加振器２０１を制御して土壌に対して振動を加えさせる。具体的には、ステップＡ１において、制御部２０４は、加振力、加振周波数を設定するために用いる加振設定情報を、加振器２０１へ送信する。その後、加振器２０１は、受信した加振設定情報に基づいて、土壌に振動を発生させる。
【０１７８】
続いて、ステップＡ２において、収集部２０５は、振動計２０２が土壌を介した計測した振動情報を収集する。具体的には、ステップＡ２において、収集部２０５は、まず、振動計２０２から振動情報を時系列に収集する。続いて、収集部２０５は、収集した振動情報を選択部２０６へ出力する。また、収集部２０５は、振動情報を不図示の記憶部に記憶する。
【０１７９】
続いて、ステップＡ３において、選択部２０６は、振動が土壌を伝わる伝達時間を用いて、土壌を介して計測された振動を、土壌の深さに応じて選択する。すなわち、ステップＡ３において、選択部２０６は、対象の土壌の深さ（土壌層）に対応する振動の伝達時間に基づいて、収集部２０５が収集した振動情報から、対象の土壌層に対応する振動情報を選択する。
【０１８０】
具体的には、ステップＡ３において、選択部２０６は、まず、収集部２０５から振動情報を取得する。続いて、選択部２０６は、対象の土壌層に対応する伝達時間から選択時間を算出する。選択時間を算出は、例えば、土壌層１に対応する振動情報を選択する場合、土壌層１に対応する伝達時間Ｔ１を用いて、加振器２０１が土壌に対して発生させた振動が、土壌層１に反射し、反射した振動１が振動計２０２で計測できる時間（選択時間）を算出する。
【０１８１】
続いて、選択部２０６は、選択時間を用いて、取得した振動情報から対象の土壌層に対応する振動情報を選択する。すなわち、選択部２０６は、対象の土壌層に対応する選択時間に計測された振動情報を選択する。
【０１８２】
なお、伝達時間Ｔ１が、土壌の地表面に振動を発生させた時点ｔ０から、その振動が土壌層１を介して地表面において計測される時点ｔｅ１で表される場合、土壌層１に対応する選択時間ｔｓ１は、時点ｔｅ１より前の時点（ｔｅ１−ａ１）から、土壌層１で反射した振動が計測できなくなる時点（ｔｅ１＋ｂ１）までの時間となる。
【０１８３】
また、時間ａ１（開始情報）、時間ｂ１（終了情報）それぞれは、例えば、実験、又はシミュレーションなどにより求められる。また、土壌層１以外の土壌層２、３・・・についても、土壌層１と同様に選択時間ｔｓ２、ｔｓ３・・・を算出する。
【０１８４】
なお、上述した土壌層ごとの伝達時間、開始情報、終了情報は、例えば、図４に示す選択時間生成情報４１のように、土壌層と、伝達時間と、開始情報と、終了情報とを関連付けて、あらかじめ記憶部に記憶させる。
【０１８５】
又は、図４に示す選択時間生成情報４２のように、土壌層と、選択時間とを関連付けて、あらかじめ記憶部に記憶させてもよい。
【０１８６】
続いて、ステップＡ４において、抽出部２０７は、選択した振動ごとに、振動の特徴を表す特徴を抽出する。振動の特徴は、例えば、共振周波数などが考えられる。
【０１８７】
具体的には、ステップＡ４において、抽出部２０７は、まず、加振器２０１が土壌に対して発生させた振動に対応する、基準となる基準振動情報（入力値ｘ（ｔ））と、選択部２０６が選択した土壌層に対応する振動情報（出力値ｙ（ｔ））とを取得する。
【０１８８】
基準振動情報は、例えば、実験、又はシミュレーションなどにより求めて、記憶部に記憶させる。又は、基準振動情報は、加振直後における土壌の振動を、振動計２０２と別の振動計を用いて計測し、計測した振動に基づいて生成してもよい。
【０１８９】
続いて、ステップＡ４において、抽出部２０７は、入力値ｘ（ｔ）と、入力値ｘ（ｔ）に対応する出力値ｙ（ｔ）との関係を表す関数を算出する。例えば、伝達関数Ｇ（ｓ）などを算出する。
【０１９０】
伝達関数Ｇ（ｓ）は、入力値ｘ（ｔ）と出力値ｙ（ｔ）とをそれぞれラプラス変換し、ラプラス変換した後の入力値Ｘ（ｓ）と出力値Ｙ（ｓ）との比（Ｙ（ｓ）／Ｘ（ｓ））で表される。ここで、比は、土壌への振動の伝わり方を表している。
【０１９１】
続いて、ステップＡ４において、抽出部２０７は、振動に対応する周波数（スイープした周波数）と比（振幅）との関係を用いて、比のピークに対応する周波数を抽出して、振動の特徴（共振周波数）とする。例えば、図５に示すように、比（振幅）のピークに対応する周波数を共振周波数とする。
【０１９２】
なお、共振周波数を用いる理由は、土壌の状態により共振周波数は変化するので、この土壌の状態と共振周波数との関係を利用して、土壌の状態が推定できるからである。
【０１９３】
なお、振動の特徴は、上述した方法に限らず、共振周波数以外を振動の特徴としてもよい。
【０１９４】
続いて、ステップＡ５において、制御部２０４は、あらかじめ設定した全ての加振周波数において加振器２０１に加振をさせたか否かを判定する。全ての加振周波数で加振器２０１に加振をさせた場合（ステップＡ５：Ｙｅｓ）、ステップＡ７において、土壌の状態を推定する処理を実行する。まだ加振が実行されていない加振周波数がある場合（ステップＡ５：Ｎｏ）、ステップ６において、制御部２０４は加振周波数を変更する。すなわち、加振周波数をスイープさせるために、現在の加振周波数を変更する。
【０１９５】
続いて、ステップＡ７において、推定部２０８は、特徴を用いて、特徴と土壌の状態とが関連付けられた土壌推定情報を参照し、土壌の状態を推定する。具体的には、ステップＡ７において、推定部２０８は、まず、抽出部２０７から特徴を取得する。続いて、推定部２０８は、取得した特徴を用いて、特徴と土壌の状態とが関連付けられた土壌推定情報を参照し、土壌の状態を推定する。土壌推定情報は、例えば、不図示の記憶部にあらかじめ記憶されている。
【０１９６】
土壌推定情報は、例えば、特徴（例えば、共振周波数［Ｈｚ］など）に、土の硬度［ｋｇ／ｍ２］、又は土に含まれる根の量［ｍ／ｍ３］、又は土に含まれる含水量［％］、又は土の組成、又はそれらを二つ以上組み合わせた情報を関連付けた情報である。なお、土壌の状態は、上述した情報に限定されるものではない。
【０１９７】
続いて、ステップＡ８において、出力情報生成部２０９は、推定した土壌の状態を用いて出力情報を生成し、出力情報を出力装置２０３に出力する。
【０１９８】
具体的には、ステップＡ８において、出力情報生成部２０９は、まず、推定部２０８から土壌の状態を表す情報を取得する。続いて、出力情報生成部２０９は、選択した土壌層と、その土壌層に対応する土壌の状態とを用いて、土壌層に対応する土壌の状態を出力装置２０３に出力させるために用いる出力情報を生成する。そして、出力情報生成部２０９は、生成した出力情報を出力装置２０３へ出力して、出力装置２０３に土壌層に対応する土壌の状態を出力させる。
【０１９９】
植物状態推定部３００の動作について説明する。
次に、本発明の実施の形態における植物状態推定部３００の動作について図２０、図２１を用いて説明する。図２０は、植物状態推定部の動作の一例を示す図である。図２１は、モデル生成部の動作の一例を示す図である。以下の説明においては、適宜図３、図７から図１３を参照する。また、実施の形態では、植物状態推定部３００を動作させることによって、植物状態推定方法が実施される。よって、植物状態推定方法の説明は、以下の植物状態推定部３００の動作説明に代える。
【０２００】
成長モデルの生成について図２０、図２１を用いて説明する。
図２０のステップＢ１においては、モデル生成部３０２は、対象とする植物の状態を表す状態情報（成長モデル）を生成する。ステップＢ１について図２１を用いて具体的に説明する。
【０２０１】
図２１のステップＣ１（ａ１）において、モデル生成部３０２は、まず、対象とする植
物をモデル化して、植物モデルを生成する。
【０２０２】
続いて、ステップＣ２（ａ２）において、モデル生成部３０２は、基準状態を含む、生成した植物モデルの一部又は全部に対して、あらかじめ設定した時間、あらかじめ設定した振動を仮想的に加えて、植物モデルに振動を発生させる。そして、モデル生成部３０２は、その振動を計測して振動情報を生成する。
【０２０３】
続いて、ステップＣ３（ａ３）において、モデル生成部３０２は、生成した植物モデルそれぞれの振動情報を、時間領域から周波数領域に変換（例えば、フーリエ変換など）して、図７に示すような周波数特性を表す周波数特性情報を生成する。
【０２０４】
続いて、ステップＣ４（ａ４）において、モデル生成部３０２は、生成した植物モデルそれぞれの周波数特性を用いて、特徴量として周波数特性から共振周波数、又は共振周波数の鋭さを表す値（Ｑ値）、又はそれら両方を抽出する。ただし、特徴量は、共振周波数、Ｑ値に限定されるものではない。
【０２０５】
続いて、ステップＣ５（ａ５）において、モデル生成部３０２は、植物モデルを識別する識別情報と、植物モデルの部位の状態と、一つ以上の特徴量とを関連付けて、植物モデルごとに植物モデル特徴情報を生成する。
【０２０６】
続いて、ステップＣ６（ａ６）において、モデル生成部３０２は、生成した基準状態の植物モデル特徴情報に対応する特徴量（基準特徴量）と、基準状態から成長した植物モデル特徴情報に対応する特徴量（成長特徴量）との差（変化）を算出する。
【０２０７】
続いて、ステップＣ７（ａ７）において、モデル生成部３０２は、植物モデルの部位の状態と、植物モデルの部位の変化を表す変化パラメータと、変化パラメータに対応する一つ以上の特徴量の変化とを関連付けて、図８に示すような植物モデルごとに成長モデルを生成して、成長モデルを記憶部に記憶する。
【０２０８】
なお、モデル生成部３０２は、植物監視装置１００と別に設けてもよい。その場合、植物監視装置１００は、モデル生成部３０２と通信ができるようにする。
【０２０９】
植物の状態の推定について図２０を用いて説明する。
ステップＢ２において、収集部３０３は、実際に対象とする植物の状態を推定する場合に、振動計３０１（３０１ａ、又は３０１ｂ、又は両方）から振動情報を収集する。具体的には、ステップＢ２において、収集部３０３は、まず、振動計３０１から振動情報を時系列に収集して、不図示の記憶部に記憶する。記憶部は、植物監視装置１００の内部に設けてもよいし、植物監視装置１００の外部に設けてもよい。
【０２１０】
ステップＢ３において、抽出部３０４は、対象となる植物の振動を表す振動情報を用いて、振動に関する周波数特性を生成し、生成した周波数特性から特徴量を抽出する。ステップＢ３においては、次の（ｂ１）から（ｂ３）の処理をする。
【０２１１】
（ｂ１）ステップＢ３において、抽出部３０４は、まず、あらかじめ設定した間隔で、あらかじめ設定した時間分の振動情報を、上述した記憶部から取得する。ここで、設定した間隔、設定した時間は、利用者により、任意の長さに設定が可能である。
【０２１２】
（ｂ２）続いて、ステップＢ３において、抽出部３０４は、あらかじめ設定した時間において収集した振動情報を用いて、当該振動情報を、時間領域から周波数領域に変換（例えば、フーリエ変換など）して、周波数特性を表す周波数特性情報を生成する。
【０２１３】
（ｂ３）続いて、ステップＢ３において、抽出部３０４は、生成した周波数特性を用いて特徴量として周波数特性から共振周波数、又は共振周波数の鋭さを表す値（Ｑ値）、又はそれら両方を抽出する。ただし、特徴量は、共振周波数、Ｑ値に限定されるものではない。
【０２１４】
ステップＢ４において、算出部３０５は、抽出部３０４で抽出した特徴量と、基準となる基準特徴量とに基づいて、植物の成長を表す変化を算出する。ステップＢ４においては、次の（ｃ１）から（ｃ２）の処理をする。
【０２１５】
（ｃ１）ステップＢ４において、算出部３０５は、まず、抽出部３０４から特徴情報を取得する。また、算出部３０５は、成長モデルから基準状態の植物モデル特徴情報を取得する。
【０２１６】
（ｃ２）続いて、ステップＢ４において、算出部３０５は、基準状態の植物モデル特徴情報が有する基準特徴量と、抽出部３０４から取得した特徴情報が有する特徴量との差（変化）を算出する。
【０２１７】
又は、算出部３０５は、植物モデルではなく、基準状態において実測した対象とする植物の特徴情報を基準特徴量として、その基準特徴量と抽出部３０４から取得した特徴情報が有する特徴量との差（変化）を算出してもよい。
【０２１８】
ステップＢ５において、推定部３０６は、算出した変化情報を用いて、成長モデルを参照し、算出した変化情報に類似する成長モデルの変化情報を検出し、検出した変化情報に対応する植物の状態を選択することにより、植物の状態を推定する。ステップＢ５においては、次の（ｄ１）から（ｄ２）の処理をする。
【０２１９】
（ｄ１）ステップＢ５において、推定部３０６は、まず、算出部３０５が算出した、図９に示すような変化情報９１を用いて、図８に示すような成長モデル８１を参照し、変化情報９１に類似している変化情報を抽出する。
【０２２０】
（ｄ２）続いて、ステップＢ５において、推定部３０６は、抽出した変化情報９１に関連付けられている「変化パラメータ」を選択して、「変化パラメータ」の示す植物の成長を、植物の状態として推定する。
【０２２１】
続いて、ステップＢ６において、成長情報生成部３０７は、推定部３０６において推定した植物の状態と、振動情報を計測した時間を表す時間とを関連付けて成長情報を生成する。
【０２２２】
続いて、ステップＢ７において、出力情報生成部３０８は、成長情報を出力装置２０３に出力するために、成長情報を用いて出力可能な出力情報を生成する。その後、出力情報生成部３０８は、出力装置２０３へ出力情報を出力する。
【０２２３】
［変形例１］
変形例１の動作について説明する。変形例１では、対象とする植物の部位を、幹ではなく枝とした場合について説明する。
【０２２４】
変形例１における成長モデルの生成について説明する。
変形例１では、図２０のステップＢ１（図２１のステップＣ１からＣ７）において、モデル生成部３０２は、対象とする植物の部位を図１０に示す第一の枝とし、成長モデルシ
ミュレーションを実行して、図１１に示すような第一の枝を対象とする植物の成長モデル１１１を生成して、不図示の記憶部に記憶する。
【０２２５】
変形例１における植物の状態の推定について図２０を用いて説明する。
ステップＢ２において、収集部３０３は、第一の枝の振動を表す振動情報を振動計３０１ｂから収集する。具体的には、収集部３０３は、まず、振動計３０１ｂから振動情報を時系列に収集して、不図示の記憶部に記憶する。
【０２２６】
続いて、ステップＢ３において、抽出部３０４は、第一の枝の振動を表す振動情報を用いて、第一の枝の振動に関する周波数特性を生成し、生成した周波数特性から第一の枝の特徴量を抽出する。
【０２２７】
続いて、ステップＢ４において、算出部３０５は、抽出部３０４で抽出した第一の枝の特徴量と、第一の枝の基準となる基準特徴量とに基づいて、第一の枝の成長を表す変化を算出する。そして、算出部３０５は、算出した第一の枝の変化を用いて、変化情報を生成して、記憶部に記憶する。
【０２２８】
又は、算出部３０５は、植物モデルではなく、基準状態において実測した第一の枝の特徴情報を基準特徴量として、その基準特徴量と抽出部３０４から取得した特徴情報が有する特徴量との差（変化）を算出してもよい。
【０２２９】
続いて、ステップＢ５において、推定部３０６は、算出部３０５が生成した変化情報を用いて、成長モデル１１１を参照し、第一の枝の状態を推定する。
【０２３０】
続いて、ステップＢ６において、成長情報生成部３０７は、推定部３０６において推定した第一の枝の状態と、振動情報を計測した時間を表す時間とを関連付けて成長情報を生成する。そして、成長情報生成部３０７は、生成した成長情報を記憶部に記憶する。なお、振動情報を計測した時間は、例えば、特徴量を抽出する際に用いた、振動情報の計測日時などが考えられる。
【０２３１】
また、成長情報には、更に、例えば、温度、湿度、天候、水の供給量、肥料の供給量などを、これらを計測した時間と関連付けて記憶してもよい。
【０２３２】
続いて、ステップＢ７において、出力情報生成部３０８は、成長情報を出力装置２０３に出力するために、成長情報を用いて出力可能な出力情報を生成する。その後、出力情報生成部３０８は、出力装置２０３へ出力情報を出力する。
【０２３３】
［変形例２］
変形例２の動作について説明をする。変形例２では、対象とする植物の部位を葉とした場合について説明する。具体的には、変形例２では、外力により葉と葉とが擦れ合う際に発生する振動を計測し、その計測した振動を用いて、葉の成長を推定する。
【０２３４】
変形例２における成長モデルの生成について図２０、図２１を用いて説明する。
図２０のステップＢ１においては、モデル生成部３０２は、対象とする植物の状態を表す状態情報（成長モデル）を生成する。ステップＢ１について図２１を用いて具体的に説明する。
【０２３５】
変形例２では、図２１のステップＣ１（ａ１′）において、モデル生成部３０２は、まず、図１２の例における第一の植物と第二の植物それぞれに対して植物モデルを生成する。第一の植物と第二の植物それぞれの植物モデルは、基準状態、及び、第一の植物と第二
の植物が成長する過程において変化する様々な状態を生成する。なお、葉の重なりは、二枚の葉の重なりに限定されるものではない。
【０２３６】
続いて、ステップＣ２（ａ２′）において、モデル生成部３０２は、第一の植物と第二の植物とを用いて生成した様々な植物モデルに、あらかじめ設定した時間、あらかじめ設定した振動を仮想的に加えて、第一の葉と第二の葉とを擦れ合わせて振動を発生させる。そして、モデル生成部３０２は、その振動を計測して振動情報を生成する。なお、振動を計測する位置は、対象とする植物において実際に振動計３０１ａが振動を計測する位置に対応する位置とする。
【０２３７】
続いて、ステップＣ３（ａ３′）において、モデル生成部３０２は、第一の植物と第二の植物とを用いて生成した様々な植物モデルそれぞれの振動情報を、時間領域から周波数領域に変換（例えば、フーリエ変換など）して、周波数特性を表す周波数特性情報を生成する。
【０２３８】
続いて、ステップＣ４（ａ４′）において、モデル生成部３０２は、生成した植物モデルそれぞれの周波数特性を用いて、特徴量として周波数特性から共振周波数、又は共振周波数の鋭さを表す値（Ｑ値）、又はそれら両方を抽出する。ただし、特徴量は、共振周波数、Ｑ値に限定されるものではない。
【０２３９】
続いて、ステップＣ５（ａ５′）において、モデル生成部３０２は、植物モデルを識別する識別情報と、植物モデルの第一の葉の状態（変化パラメータ）と、一つ以上の特徴量とを関連付けて、植物モデルごとの第一の葉の面積に対する植物モデル特徴情報を生成する。
【０２４０】
続いて、ステップＣ６（ａ６′）において、モデル生成部３０２は、生成した基準状態の植物モデル特徴情報に対応する特徴量（基準特徴量）と、基準状態から成長した植物モデル特徴情報に対応する特徴量（成長特徴量）との差（変化）を算出する。
【０２４１】
続いて、ステップＣ７（ａ７′）において、モデル生成部３０２は、植物モデルの第一の葉の状態と、植物モデルの第一の葉の変化を表す変化パラメータと、変化パラメータに対応する一つ以上の特徴量の変化とを関連付けて、図１３に示すような成長モデル１３１を生成して、成長モデル１３１を記憶部に記憶する。
【０２４２】
変形例２における植物の状態の推定について図２０を用いて説明する。
ステップＢ２において、収集部３０３は、第一の葉と第二の葉とが擦れ合うことで発生する振動を表す振動情報を、図１２振動計３０１ａから収集する。具体的には、収集部３０３は、まず、振動計３０１ａから振動情報を時系列に収集して、不図示の記憶部に記憶する。
【０２４３】
続いて、ステップＢ３において、抽出部３０４は、収集した振動情報を用いて、第一の葉の振動に関する周波数特性を生成し、生成した周波数特性から第一の葉の特徴量を抽出する。
【０２４４】
続いて、ステップＢ４において、算出部３０５は、抽出部３０４で抽出した第一の葉の特徴量と、第一の葉の基準となる基準特徴量とに基づいて、第一の葉の成長を表す変化を算出する。そして、算出部３０５は、算出した第一の葉の変化を用いて、変化情報を生成して、記憶部に記憶する。
【０２４５】
又は、算出部３０５は、植物モデルではなく、基準状態において実測した第一の葉の特
徴情報を基準特徴量として、その基準特徴量と抽出部３０４から取得した特徴情報が有する特徴量との差（変化）を算出してもよい。
【０２４６】
続いて、ステップＢ５において、推定部３０６は、算出部３０５が生成した変化情報を用いて、成長モデル１３１を参照し、第一の葉の状態を推定する。
【０２４７】
続いて、ステップＢ６において、成長情報生成部３０７は、推定部３０６において推定した第一の葉の状態と、振動情報を計測した時間を表す時間とを関連付けて成長情報を生成する。そして、成長情報生成部３０７は、生成した成長情報を記憶部に記憶する。なお、振動情報を計測した時間は、例えば、特徴量を抽出する際に用いた、振動情報の計測日時などが考えられる。
【０２４８】
また、成長情報には、更に、例えば、温度、湿度、天候、水の供給量、肥料の供給量などを、これらを計測した時間と関連付けて記憶してもよい。
【０２４９】
続いて、ステップＢ７において、出力情報生成部３０８は、成長情報を出力装置２０３に出力するために、成長情報を用いて出力可能な出力情報を生成する。その後、出力情報生成部３０８は、出力装置２０３へ出力情報を出力する。
【０２５０】
［変形例３］
次に、本発明の実施の形態における植物状態推定部３００′の動作について図２２、図２３を用いて説明する。図２２は、植物状態推定部の動作の一例を示す図である。図２３は、モデル生成部の動作の一例を示す図である。以下の説明においては、適宜図１４から図１８を参照する。また、実施の形態では、植物状態推定部３００′を動作させることによって、植物状態推定方法が実施される。よって、植物状態推定方法の説明は、以下の植物状態推定部３００′の動作説明に代える。
【０２５１】
変形例３における成長モデルの生成について図２２、図２３を用いて説明する。
図２２のステップＢ１′においては、モデル生成部４０１は、対象とする植物の状態を表す状態情報（成長モデル）を生成する。ステップＢ１′について図２３を用いて具体的に説明する。
【０２５２】
ステップＣ１′（ａ１″）において、モデル生成部４０１は、まず、対象とする植物をモデル化して、植物モデルを生成する。
【０２５３】
続いて、ステップＣ２′（ａ２″）において、モデル生成部４０１は、基準状態を含む、生成した植物モデルの一部又は全部に対して、あらかじめ設定した時間、あらかじめ設定した振動を仮想的に加えて、植物モデルに振動を発生させる。そして、モデル生成部４０１は、その振動を計測して振動情報を生成する。なお、植物モデルの振動を計測する位置は、図１４の例であれば、実際に振動計３０１ａ、３０１ｂが振動を計測する位置に対応する位置が望ましい。ただし、植物モデルの振動を計測する位置は、振動計３０１ａ、３０１ｂが計測する位置と同じにしなくてもよい。
【０２５４】
続いて、ステップＣ３′（ａ３″）において、モデル生成部４０１は、生成した植物モデルそれぞれについて、振動計３０１ａが計測した振動情報に相当する情報を信号ｘ（ｔ）とし、振動計３０１ｂが計測した振動情報に相当する情報を信号ｙ（ｔ）として、伝達関数Ｇ（ｓ）＝Ｙ（ｓ）／Ｘ（ｓ）＝Ｌ（ｙ（ｔ））／Ｌ（ｘ（ｔ））を算出する。そして、モデル生成部４０１は、この伝達関数Ｇ（ｓ）により表される図１６に示すような周波数特性を用いて、周波数特性情報を生成する。
【０２５５】
続いて、ステップＣ４′（ａ４″）において、モデル生成部４０１は、生成した植物モデルそれぞれの周波数特性を用いて、特徴量として周波数特性から共振周波数、又は共振周波数の鋭さを表す値（Ｑ値）、又はそれら両方を抽出する。ただし、特徴量は、共振周波数、Ｑ値に限定されるものではない。
【０２５６】
続いて、ステップＣ５′（ａ５″）において、モデル生成部４０１は、植物モデルを識別する識別情報と、植物モデルの部位の状態と、一つ以上の特徴量とを関連付けて、植物モデルごとに植物モデル特徴情報を生成する。なお、部位の状態とは、例えば、果実などの状態を示す情報である。
【０２５７】
続いて、ステップＣ６′（ａ６″）において、モデル生成部４０１は、基準状態の植物モデル特徴情報に対応する特徴量（基準特徴量）と、基準状態から成長した植物モデル特徴情報に対応する特徴量（成長特徴量）との差（変化）を算出する。
【０２５８】
続いて、ステップＣ７′（ａ７″）において、モデル生成部４０１は、植物モデルの部位の状態と、植物モデルの部位の変化を表す変化パラメータと、変化パラメータに対応する一つ以上の特徴量の変化とを関連付けて、図１７に示すような植物モデルごとに成長モデルを生成して、成長モデルを記憶部に記憶する。
【０２５９】
植物の状態の推定について図２２を用いて説明する。
図２２のステップＢ２′において、収集部４０２は、実際に対象とする植物の状態を推定する場合に、振動計３０１ａ、３０１ｂから振動情報を収集する。具体的には、ステップＢ２′において、収集部４０２は、まず、振動計３０１ａ、３０１ｂから振動情報をそれぞれ時系列に収集して、不図示の記憶部に記憶する。記憶部は、植物監視装置１００の内部に設けてもよいし、植物監視装置１００の外部に設けてもよい。
【０２６０】
ステップＢ３′において、抽出部４０３は、振動計３０１ａ、３０１ｂが収集した振動情報を用いて、伝達関数を算出し、算出した伝達関数の周波数特性から特徴量を抽出する。ステップＢ３′においては、次の（ｂ１″）から（ｂ３″）の処理をする。
【０２６１】
（ｂ１″）ステップＢ３′において、抽出部４０３は、あらかじめ設定した間隔で、あらかじめ設定した時間分の振動情報を、上述した記憶部から取得する。ここで、設定した間隔、設定した時間は、利用者により、任意の長さに設定が可能である。
【０２６２】
（ｂ２″）続いて、ステップＢ３′において、抽出部４０３は、振動計３０１ａが計測した振動情報を信号ｘ（ｔ）とし、振動計３０１ｂが計測した振動情報を信号ｙ（ｔ）として、伝達関数Ｇ″（ｓ）＝Ｙ（ｓ）／Ｘ（ｓ）＝Ｌ（ｙ（ｔ））／Ｌ（ｘ（ｔ））を算出する。そして、抽出部４０３は、この伝達関数Ｇ（ｓ）により表される周波数特性を用いて、周波数特性情報を生成する。
【０２６３】
（ｂ３″）続いて、ステップＢ３′において、抽出部４０３は、生成した周波数特性を用いて特徴量を抽出する。周波数特性から共振周波数、又は共振周波数の鋭さを表す値（Ｑ値）、又はそれら両方を抽出する。ただし、特徴量は、共振周波数、Ｑ値に限定されるものではない。
【０２６４】
ステップＢ４′において、算出部４０４は、抽出部４０３で抽出した特徴量と、基準となる基準特徴量とに基づいて、植物の成長を表す変化を算出する。ステップＢ４′においては、次の（ｃ１″）から（ｃ２″）の処理をする。
【０２６５】
（ｃ１″）ステップＢ４において、算出部４０４は、まず、抽出部４０３から特徴情報を
取得する。また、算出部４０４は、成長モデルから基準状態の植物モデル特徴情報を取得する。
【０２６６】
（ｃ２″）続いて、ステップＢ４において、算出部４０４は、基準状態の植物モデル特徴情報が有する基準特徴量と、抽出部４０３から取得した特徴情報が有する特徴量との差（変化）を算出する。
【０２６７】
又は、算出部４０４は、植物モデルではなく、基準状態において実測した対象とする植物の特徴情報を基準特徴量として、その基準特徴量と抽出部４０３から取得した特徴情報が有する特徴量との差（変化）を算出してもよい。
【０２６８】
ステップＢ５′において、推定部４０５は、算出した変化情報を用いて、成長モデルを参照し、算出した変化情報に類似する成長モデルの変化情報を検出し、検出した変化情報に対応する植物の状態を選択することにより、植物の状態を推定する。
ステップＢ５′においては、次の（ｄ１″）から（ｄ２″）の処理をする。
【０２６９】
（ｄ１″）ステップＢ５′において、推定部４０５は、算出部４０４が算出した、図１８に示すような変化情報１８１を用いて、図１７に示すような成長モデル１７１を参照し、変化情報１８１に類似している変化情報を抽出する。
【０２７０】
（ｄ２″）続いて、ステップＢ５′において、推定部４０５は、抽出した変化情報１８１に関連付けられている「変化パラメータ」を選択して、「変化パラメータ」の示す植物の部位の成長を、植物の状態として推定する。
【０２７１】
続いて、ステップＢ６′において、成長情報生成部３０７は、推定部４０５において推定した植物の状態と、振動情報を計測した時間を表す時間とを関連付けて成長情報を生成する。
【０２７２】
続いて、ステップＢ７′において、出力情報生成部３０８は、成長情報を出力装置２０３に出力するために、成長情報を用いて出力可能な出力情報を生成する。その後、出力情報生成部３０８は、出力装置２０３へ出力情報を出力する。
［本実施の形態の効果］
以上のように本実施の形態によれば、植物監視装置を用いることで、土壌を介して計測された振動と、対象となる植物の地表面以上に発生した振動とに基づいて、その植物を生育する土壌の状態と、植物の地表面以上の状態を、利用者は把握することができる。すなわち、利用者は、地表面以上と地表面より下における植物の状態を把握することができる。
【０２７３】
また、土壌状態推定部２００を用いることで、土壌の深さに応じて振動を選択できるので、土壌層に対応する振動を用いて、対象とする深さ（土壌層）における土壌の状態が推定できる。
【０２７４】
また、土壌状態推定部２００によれば、図５に示したゲイン線図に示したような計測ができればよいので、弱い連続波による積算が可能となる。加振器２０１を用いて、土壌に弱い振動を断続的に加えるか、又は連続的に振動を加えることにより、統計的に計測した振動のＳＮ比を上げることができる。そのため、畑などのやわらかい土壌において、畝などを破壊することなく土壌の状態を推定できる。
【０２７５】
また、速度を計測しているわけではないので、強い衝撃が必要ないため、加振器２０１のすぐ隣に振動計２０２を設置して計測が可能である。すなわち、従来のような振動の伝
達速度を使って硬度を計測する方法では、速度差つまり振動の到達時間差を検出する必要がある。また、時間差が計測可能になるくらいに振動源と計測地点とを離す必要があるため、強い振動を加える必要がある。しかし、本実施の形態によれば、速度差を検出する必要はなく、加振器２０１を用いて断続的又は連続的に土壌に発生させた振動を、振動計２０２で計測し、その計測した振動の大きさが分かればよいので、加振器２０１のすぐ隣に振動計２０２を設置して計測が可能である。
【０２７６】
また、土壌の状態が推定できるので、土壌の状態を出力装置２０３に出力することで、作業者は対象とする土壌層に対して適切な対処ができる。例えば、適切な対処としては、土壌が堅ければ、作業者に耕起することなどを促す。
【０２７７】
また、植物状態推定部３００を用いることで、対象となる植物の部位（例えば、幹、枝、葉など）の振動から周波数特性に関する特徴量を抽出し、基準特徴量と抽出した特徴量との差（変化）を算出し、算出した特徴量の変化に基づいて植物の状態（植物が成長した状態）を推定することができる。
【０２７８】
植物状態推定部３００′によれば、対象となる植物の部位の振動から伝達関数に関する特徴量を抽出し、基準特徴量と抽出した特徴量との差（変化）を算出し、算出した特徴量の変化に基づいて植物の果実などの状態（果実が成長した状態）を推定することができる。
【０２７９】
また、植物状態推定部３００、３００′においては、植物の成長に影響を与えるような振動を強制的に植物に与えなくても、風、土壌の揺れなどの微小振動による植物の振動を用いることができるので、強制的に振動を加えている時間以外の時間でも、植物の状態を監視することができる。すなわち、継続的に植物の状態を監視できる。
【０２８０】
また、植物状態推定部３００、３００′においては、植物の状態を継続して監視できるので、植物の成長を容易に記録することができる。そのため、作業者が遠隔地にいても、植物の状態を継続的に監視することができる。
【０２８１】
［プログラム］
本発明の実施の形態におけるプログラムは、コンピュータに、図１９に示すステップＡ１からＡ８、図２０に示すステップＢ１からＢ７、図２１に示すステップＣ１からＣ７、図２２に示すステップＢ１′からＢ７′、図２３に示すステップＣ１′からＣ７′を実行させるプログラムであればよい。
【０２８２】
このプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、本実施の形態における植物監視装置と植物監視方法とを実現することができる。この場合、コンピュータのプロセッサは、土壌状態推定部２００（制御部２０４、収集部２０５、選択部２０６、抽出部２０７、推定部２０８、出力情報生成部２０９）、植物状態推定部３００（モデル生成部３０２、収集部３０３、抽出部３０４、算出部３０５、推定部３０６、成長情報生成部３０７、出力情報生成部３０８（２０９））として機能し、処理を行なう。
【０２８３】
また、本実施の形態におけるプログラムは、複数のコンピュータによって構築されたコンピュータシステムによって実行されてもよい。この場合は、例えば、各コンピュータが、それぞれ、土壌状態推定部２００（制御部２０４、収集部２０５、選択部２０６、抽出部２０７、推定部２０８、出力情報生成部２０９）、植物状態推定部３００（モデル生成部３０２、収集部３０３、抽出部３０４、算出部３０５、推定部３０６、成長情報生成部３０７、出力情報生成部３０８（２０９））のいずれかとして機能してもよい。
【０２８４】
［物理構成］
ここで、実施の形態におけるプログラムを実行することによって、植物監視装置を実現するコンピュータについて図２４を用いて説明する。図２４は、本発明の実施の形態における植物監視装置を実現するコンピュータの一例を示すブロック図である。
【０２８５】
図２４に示すように、コンピュータ１１００は、ＣＰＵ１１０１と、メインメモリ１１０２と、記憶装置１１０３と、入力インターフェイス１１０４と、表示コントローラ１１０５と、データリーダ／ライタ１１０６と、通信インターフェイス１１０７とを備える。これらの各部は、バス１１１１を介して、互いにデータ通信可能に接続される。なお、コンピュータ１１００は、ＣＰＵ１１０１に加えて、又はＣＰＵ１１０１に代えて、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、又はＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）を備えていてもよい。
【０２８６】
ＣＰＵ１１０１は、記憶装置１１０３に格納された、本実施の形態におけるプログラム（コード）をメインメモリ１１０２に展開し、これらを所定順序で実行することにより、各種の演算を実施する。メインメモリ１１０２は、典型的には、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性の記憶装置である。また、本実施の形態におけるプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体１１１０に格納された状態で提供される。なお、本実施の形態におけるプログラムは、通信インターフェイス１１０７を介して接続されたインターネット上で流通するものであってもよい。
【０２８７】
また、記憶装置１１０３の具体例としては、ハードディスクドライブの他、フラッシュメモリなどの半導体記憶装置があげられる。入力インターフェイス１１０４は、ＣＰＵ１１０１と、キーボード及びマウスといった入力機器１１０８との間のデータ伝送を仲介する。表示コントローラ１１０５は、ディスプレイ装置１１０９と接続され、ディスプレイ装置１１０９での表示を制御する。
【０２８８】
データリーダ／ライタ１１０６は、ＣＰＵ１１０１と記録媒体１１１０との間のデータ伝送を仲介し、記録媒体１１１０からのプログラムの読み出し、及びコンピュータ１１００における処理結果の記録媒体１１１０への書き込みを実行する。通信インターフェイス１１０７は、ＣＰＵ１１０１と、他のコンピュータとの間のデータ伝送を仲介する。
【０２８９】
また、記録媒体１１１０の具体例としては、ＣＦ（Compact Flash（登録商標））及びＳＤ（Secure Digital）などの汎用的な半導体記憶デバイス、フレキシブルディスク（Flexible Disk）などの磁気記録媒体、又はＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）などの光学記録媒体があげられる。
【０２９０】
［付記］
以上の実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。上述した実施の形態の一部又は全部は、以下に記載する（付記１）から（付記１８）により表現することができるが、以下の記載に限定されるものではない。
【０２９１】
（付記１）
土壌を介して計測された振動に基づいて算出した周波数関連情報を用いて、前記土壌の状態を示す情報と周波数関連情報とが前記土壌の状態ごとに関連付けられた土壌状態推定情報を参照し、前記土壌の状態を推定する、土壌状態推定部と、
植物の振動に基づいて算出した前記植物の成長を表す成長関連情報を用いて、前記植物の地表面以上の植物の状態を示す情報と成長関連情報とが前記植物の地表面以上の植物の状態ごとに関連付けられた植物状態推定情報を参照し、前記植物の状態を推定する、植物状態推定部と、
を有することを特徴とする植物監視装置。
【０２９２】
（付記２）
付記１に記載の植物監視装置であって、
前記土壌状態推定部は、振動が前記土壌を伝わる伝達時間を用いて、前記土壌を介して計測された振動を、前記土壌の深さに応じて分類し、分類した振動ごとに前記周波数関連情報を算出する
ことを特徴とする植物監視装置。
【０２９３】
（付記３）
付記２に記載の植物監視装置であって、
前記伝達時間は、対象とする前記土壌の地表面に振動を加えた時点から、前記振動に対応する前記振動が前記土壌を介して前記地表面において計測されるまでにかかる時間である
ことを特徴とする植物監視装置。
【０２９４】
（付記４）
付記１又は２に記載の植物監視装置であって、
前記土壌状態推定情報は、前記周波数関連情報に、土に含まれる根の量、又は土の硬度、又は土に含まれる含水量、又は土の組成、又はそれらを二つ以上組み合わせた情報が関連付けられた情報である
ことを特徴とする植物監視装置。
【０２９５】
（付記５）
付記１に記載の植物監視装置であって、
前記植物状態推定部は、対象となる植物の振動を用いて、当該振動の周波数特性における特徴量を抽出し、抽出した前記特徴量と、基準となる前記植物の状態に対応する基準特徴量とに基づいて、前記植物の成長を表す変化を算出して、前記成長関連情報とする
ことを特徴とする植物監視装置。
【０２９６】
（付記６）
付記５に記載の植物監視装置であって、
前記植物状態推定情報は、前記成長関連情報に、幹の状態、又は枝の状態、又は葉の状態、又は果実の状態、又はそれらを二つ以上組み合わせた情報が関連付けられた情報である
ことを特徴とする植物監視装置。
【０２９７】
（付記７）
（ａ）土壌を介して計測された振動に基づいて算出した周波数関連情報を用いて、前記土壌の状態を示す情報と周波数関連情報とが前記土壌の状態ごとに関連付けられた土壌状態推定情報を参照し、前記土壌の状態を推定する、ステップと、
（ｂ）植物の振動に基づいて算出した前記植物の成長を表す成長関連情報を用いて、前記植物の地表面以上の植物の状態を示す情報と成長関連情報とが前記植物の地表面以上の植物の状態ごとに関連付けられた植物状態推定情報を参照し、前記植物の状態を推定する、ステップと、
を有することを特徴とする植物監視方法。
【０２９８】
（付記８）
付記７に記載の植物監視方法であって、
前記（ａ）のステップにおいて、振動が前記土壌を伝わる伝達時間を用いて、前記土壌
を介して計測された振動を、前記土壌の深さに応じて分類し、分類した振動ごとに前記周波数関連情報を算出する
ことを特徴とする植物監視方法。
【０２９９】
（付記９）
付記８に記載の植物監視方法であって、
前記伝達時間は、対象とする前記土壌の地表面に振動を加えた時点から、前記振動に対応する前記振動が前記土壌を介して前記地表面において計測されるまでにかかる時間である
ことを特徴とする植物監視方法。
【０３００】
（付記１０）
付記７又は８に記載の植物監視方法であって、
前記土壌状態推定情報は、前記周波数関連情報に、土に含まれる根の量、又は土の硬度、又は土に含まれる含水量、又は土の組成、又はそれらを二つ以上組み合わせた情報が関連付けられた情報である
ことを特徴とする植物監視方法。
【０３０１】
（付記１１）
付記７に記載の植物監視方法であって、
前記（ｂ）のステップにおいて、対象となる植物の振動を用いて、当該振動の周波数特性における特徴量を抽出し、抽出した前記特徴量と、基準となる前記植物の状態に対応する基準特徴量とに基づいて、前記植物の成長を表す変化を算出して、前記成長関連情報とする
ことを特徴とする植物監視方法。
【０３０２】
（付記１２）
付記１１に記載の植物監視方法であって、
前記植物状態推定情報は、前記成長関連情報に、幹の状態、又は枝の状態、又は葉の状態、又は果実の状態、又はそれらを二つ以上組み合わせた情報が関連付けられた情報である
ことを特徴とする植物監視方法。
【０３０３】
（付記１３）
コンピュータに、
（ａ）土壌を介して計測された振動に基づいて算出した周波数関連情報を用いて、前記土壌の状態を示す情報と周波数関連情報とが前記土壌の状態ごとに関連付けられた土壌状態推定情報を参照し、前記土壌の状態を推定する、ステップと、
（ｂ）植物の振動に基づいて算出した前記植物の成長を表す成長関連情報を用いて、前記植物の地表面以上の植物の状態を示す情報と成長関連情報とが前記植物の地表面以上の植物の状態ごとに関連付けられた植物状態推定情報を参照し、前記植物の状態を推定する、ステップと、
を有することを特徴とするプログラム。
【０３０４】
（付記１４）
付記１３に記載のプログラムであって、
前記（ａ）のステップにおいて、振動が前記土壌を伝わる伝達時間を用いて、前記土壌を介して計測された振動を、前記土壌の深さに応じて分類し、分類した振動ごとに前記周波数関連情報を算出する
ことを特徴とするプログラム。
【０３０５】
（付記１５）
付記１４に記載のプログラムであって、
前記伝達時間は、対象とする前記土壌の地表面に振動を加えた時点から、前記振動に対応する前記振動が前記土壌を介して前記地表面において計測されるまでにかかる時間である
ことを特徴とするプログラム。
【０３０６】
（付記１６）
付記１３又は１４に記載のプログラムであって、
前記土壌状態推定情報は、前記周波数関連情報に、土に含まれる根の量、又は土の硬度、又は土に含まれる含水量、又は土の組成、又はそれらを二つ以上組み合わせた情報が関連付けられた情報である
ことを特徴とするプログラム。
【０３０７】
（付記１７）
付記１３に記載のプログラムであって、
前記（ｂ）のステップにおいて、対象となる植物の振動を用いて、当該振動の周波数特性における特徴量を抽出し、抽出した前記特徴量と、基準となる前記植物の状態に対応する基準特徴量とに基づいて、前記植物の成長を表す変化を算出して、前記成長関連情報とする
ことを特徴とするプログラム。
【０３０８】
（付記１８）
付記１７に記載のプログラムであって、
前記植物状態推定情報は、前記成長関連情報に、幹の状態、又は枝の状態、又は葉の状態、又は果実の状態、又はそれらを二つ以上組み合わせた情報が関連付けられた情報である
ことを特徴とするプログラム。
【産業上の利用可能性】
【０３０９】
以上のように本発明によれば、植物及びその植物を生育する土壌の状態を監視することができる。本発明は、植物及びその植物を生育する土壌の状態の推定が必要な分野において有用である。
【符号の説明】
【０３１０】
１００  植物監視装置
２００  土壌状態推定部
２０１  加振器
２０２  振動計
２０３  出力装置
２０４  制御部
２０５  収集部
２０６  選択部
２０７  抽出部
２０８  推定部
２０９、３０８  出力情報生成部
３００  植物状態推定部
３０１、３０１ａ、３０１ｂ  振動計
３０２、４０１  モデル生成部
３０３、４０２  収集部
３０４、４０３  抽出部
３０５、４０４  算出部
３０６、４０５  推定部
３０７  成長情報生成部
１１００  コンピュータ
１１０１  ＣＰＵ
１１０２  メインメモリ
１１０３  記憶装置
１１０４  入力インターフェイス
１１０５  表示コントローラ
１１０６  データリーダ／ライタ
１１０７  通信インターフェイス
１１０８  入力機器
１１０９  ディスプレイ装置
１１１０  記録媒体
１１１１  バス
【図１】
2020145981.tif 000003
【図２】
2020145981.tif 000004
【図３】
2020145981.tif 000005
【図４】
2020145981.tif 000006
【図５】
2020145981.tif 000007
【図６】
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【図７】
2020145981.tif 000009
【図８】
2020145981.tif 000010
【図９】
2020145981.tif 000011
【図１０】
2020145981.tif 000012
【図１１】
2020145981.tif 000013
【図１２】
2020145981.tif 000014
【図１３】
2020145981.tif 000015
【図１４】
2020145981.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
2020145981.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
2020145981.tif 000020
【図１９】
2020145981.tif 000021
【図２０】
2020145981.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年6月8日(2020.6.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象とする土壌の地表面に振動を加えた時点から、当該振動に対応する振動が前記土壌を介して前記地表面において計測されるまでにかかる伝達時間を用いて、前記土壌を介して計測された振動を、前記土壌の深さに応じて分類し、分類した振動ごとに周波数関連情報を算出し、算出した前記周波数関連情報を用いて、前記土壌の状態を示す情報と周波数関連情報とが前記土壌の状態ごとに関連付けられた土壌状態推定情報を参照し、前記土壌の状態を推定する、土壌状態推定手段と、
植物の振動に基づいて算出した前記植物の成長を表す成長関連情報を用いて、前記植物の地表面以上の植物の状態を示す情報と成長関連情報とが前記植物の地表面以上の植物の状態ごとに関連付けられた植物状態推定情報を参照し、前記植物の状態を推定する、植物状態推定手段と、
を有することを特徴とする植物監視装置。
【請求項２】
請求項１に記載の植物監視装置であって、
前記土壌状態推定情報は、前記周波数関連情報に、土に含まれる根の量、又は土の硬度、又は土に含まれる含水量、又は土の組成、又はそれらを二つ以上組み合わせた情報が関連付けられた情報である
ことを特徴とする植物監視装置。
【請求項３】
請求項１に記載の植物監視装置であって、
前記植物状態推定手段は、対象となる植物の振動を用いて、当該振動の周波数特性における特徴量を抽出し、抽出した前記特徴量と、基準となる前記植物の状態に対応する基準特徴量とに基づいて、前記植物の成長を表す変化を算出して、前記成長関連情報とする
ことを特徴とする植物監視装置。
【請求項４】
請求項３に記載の植物監視装置であって、
前記植物状態推定情報は、前記成長関連情報に、幹の状態、又は枝の状態、又は葉の状態、又は果実の状態、又はそれらを二つ以上組み合わせた情報が関連付けられた情報である
ことを特徴とする植物監視装置。
【請求項５】
（ａ）対象とする土壌の地表面に振動を加えた時点から、当該振動に対応する振動が前記土壌を介して前記地表面において計測されるまでにかかる伝達時間を用いて、前記土壌を介して計測された振動を、前記土壌の深さに応じて分類し、分類した振動ごとに周波数関連情報を算出し、算出した前記周波数関連情報を用いて、前記土壌の状態を示す情報と周波数関連情報とが前記土壌の状態ごとに関連付けられた土壌状態推定情報を参照し、前記土壌の状態を推定する、ステップと、
（ｂ）植物の振動に基づいて算出した前記植物の成長を表す成長関連情報を用いて、前記植物の地表面以上の植物の状態を示す情報と成長関連情報とが前記植物の地表面以上の植物の状態ごとに関連付けられた植物状態推定情報を参照し、前記植物の状態を推定する、ステップと、
を有することを特徴とする植物監視方法。
【請求項６】
請求項５に記載の植物監視方法であって、
前記土壌状態推定情報は、前記周波数関連情報に、土に含まれる根の量、又は土の硬度、又は土に含まれる含水量、又は土の組成、又はそれらを二つ以上組み合わせた情報が関連付けられた情報である
ことを特徴とする植物監視方法。
【請求項７】
請求項５に記載の植物監視方法であって、
前記（ｂ）のステップにおいて、対象となる植物の振動を用いて、当該振動の周波数特性における特徴量を抽出し、抽出した前記特徴量と、基準となる前記植物の状態に対応する基準特徴量とに基づいて、前記植物の成長を表す変化を算出して、前記成長関連情報とする
ことを特徴とする植物監視方法。
【請求項８】
請求項７に記載の植物監視方法であって、
前記植物状態推定情報は、前記成長関連情報に、幹の状態、又は枝の状態、又は葉の状態、又は果実の状態、又はそれらを二つ以上組み合わせた情報が関連付けられた情報である
ことを特徴とする植物監視方法。
【請求項９】
コンピュータに、
（ａ）対象とする土壌の地表面に振動を加えた時点から、当該振動に対応する振動が前記土壌を介して前記地表面において計測されるまでにかかる伝達時間を用いて、前記土壌を介して計測された振動を、前記土壌の深さに応じて分類し、分類した振動ごとに周波数関連情報を算出し、算出した前記周波数関連情報を用いて、前記土壌の状態を示す情報と周波数関連情報とが前記土壌の状態ごとに関連付けられた土壌状態推定情報を参照し、前記土壌の状態を推定する、ステップと、
（ｂ）植物の振動に基づいて算出した前記植物の成長を表す成長関連情報を用いて、前記植物の地表面以上の植物の状態を示す情報と成長関連情報とが前記植物の地表面以上の植物の状態ごとに関連付けられた植物状態推定情報を参照し、前記植物の状態を推定する、ステップと、
を有することを特徴とするプログラム。
【請求項１０】
請求項９に記載のプログラムであって、
前記土壌状態推定情報は、前記周波数関連情報に、土に含まれる根の量、又は土の硬度、又は土に含まれる含水量、又は土の組成、又はそれらを二つ以上組み合わせた情報が関連付けられた情報である
ことを特徴とするプログラム。
【請求項１１】
請求項９に記載のプログラムであって、
前記（ｂ）のステップにおいて、対象となる植物の振動を用いて、当該振動の周波数特性における特徴量を抽出し、抽出した前記特徴量と、基準となる前記植物の状態に対応する基準特徴量とに基づいて、前記植物の成長を表す変化を算出して、前記成長関連情報とする
ことを特徴とするプログラム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のプログラムであって、
前記植物状態推定情報は、前記成長関連情報に、幹の状態、又は枝の状態、又は葉の状態、又は果実の状態、又はそれらを二つ以上組み合わせた情報が関連付けられた情報である
ことを特徴とするプログラム。