(57)【要約】【課題】簡単に芝生の活性度を測定し、芝生管理に貢献できる作業車の提供。【解決手段】走行しながら芝生を管理する作業車は、測位データを出力する衛星測位モジュール８０と、測位データから自車位置を算出する自車位置算出部５１と、芝生の活性度を測定する活性度測定器８１と、活性度とこの活性度の測定点としての自車位置とを関係付けて芝生状態情報を生成する芝生状態情報生成部５５とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行しながら芝生を管理する作業車であって、
測位データを出力する衛星測位モジュールと、
前記測位データから自車位置を算出する自車位置算出部と、
前記芝生の活性度を測定する活性度測定器と、
前記活性度と、前記活性度の測定点としての前記自車位置とを関係付けて芝生状態情報を生成する芝生状態情報生成部と、を備えた作業車。
【請求項２】
前記芝生状態情報、または、前記芝生状態情報から評価された芝生評価情報を報知する報知デバイスが備えられている請求項１に記載の作業車。
【請求項３】
前記活性度測定器は葉色度計であり、赤色帯域から赤外線帯域の光の反射波長から前記芝生の活性度としてＮＤＶＩ値を算出して出力する請求項１または２に記載の作業車。
【請求項４】
前記芝生の表面温度及び周囲温度を測定する温度測定器と、前記芝生を撮影するカメラとが備えられ、前記温度測定器の測定結果、前記カメラの撮影画像、前記撮影画像に対する画像処理の結果のうちの少なくとも１つが前記芝生状態情報に含まれる請求項１から３のいずれか一項に記載の作業車。
【請求項５】
前記芝生を刈取る刈刃を有するモーアデッキが備えられており、作業走行方向でモーアデッキの前方に前記活性度測定器が配置され、前記カメラは前記作業走行方向でモーアデッキの後方に配置されている請求項４に記載の作業車。
【請求項６】
前記撮影画像を走行軌跡に基づいて合成し、芝刈状態を確認するための芝刈面画像を生成する画像処理部が備えられている請求項４または５に記載の作業車。
【請求項７】
前記活性度測定器は、前記芝生を撮影するカメラと、前記カメラによる撮影画像から前記活性度を決定する画像処理部とから構成されている請求項１、４、５、６のいずれか一項に記載の作業車。
【請求項８】
前記芝生状態情報を入力として前記芝生の状態を評価する芝生評価情報を出力する芝生評価部が、クラウドサービスを行う管理コンピュータに構築されている請求項１から７のいずれか一項に記載の作業車。
【請求項９】
前記芝生状態情報を入力として前記芝生の状態を評価する芝生評価情報を出力する芝生評価部が、車内に持ち込まれる携帯通信端末に構築されている請求項１から７のいずれか一項に記載の作業車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
走行しながら芝生を管理する作業車に関する。
【背景技術】
【０００２】
走行しながら、芝生の状態をチェックする作業車として、例えば、特許文献１には、進行方向前方を撮影するカメラからの撮影画像に基づいて、既刈地と未刈地の境界線を検出する芝刈機が開示されている。刈り取られる前と刈り取られた後の芝生との明度が異なることに注目し、撮影画像内における明度に段差にある部分と既刈地と未刈地の境界線として検出する。検出された境界線は自動走行のための目標として用いられる。
【０００３】
さらに、特許文献２による作業車では、進行方向の芝生面領域を撮影するカメラが備えられ、芝生が削られて露出している箇所（デポット）がカメラの撮影画像から検出される。検出されたデポットは、作業車の最後部に設けられた砂を放出するポット修復機によって、砂埋めされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−１３９３０４号公報
【特許文献２】特開２０１４−４２４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１及び特許文献２の作業車では、芝生面の状態を検出するためにカメラによる撮影画像が利用されている。しかしながら、その撮影画像から、芝生自体の生育状態を検出するような技術は開示されていない。芝生地の管理のために、最も重要なのは、芝の生育状態であるが、これは、経験豊富な芝管理者による判断に頼られている。また、大規模な芝地などでは、ドローンなどを用いた空中写真を通じて芝生の活性度（ＮＤＶＩ値：正規化植生指数）を測定することが試みられているが、コスト負担が大きく、かつ部分的な領域の測定が困難という問題がある。なお、ＮＤＶＩとは植生の分布状況や活性度を示す指標である。
このような実情に鑑み、簡単に芝生の活性度を測定し、芝生管理に貢献でき作業車が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による、走行しながら芝生を管理する作業車は、測位データを出力する衛星測位モジュールと、前記測位データから自車位置を算出する自車位置算出部と、前記芝生の活性度を測定する活性度測定器と、前記活性度と、前記活性度の測定点としての前記自車位置とを関係付けて芝生状態情報を生成する芝生状態情報生成部と、を備えている。
【０００７】
この構成によれば、走行しながら、活性度測定器で芝生の活性度が測定される。得られた活性度は、芝生状態情報として、その測定点を示す自車位置と関係付けられる。このように、走行しながら所定間隔で活性度測定を行うことで、芝生状態情報から走行軌跡に沿った活性度分布を生成することができる。この活性分布を作成すれば、芝生の生育状態が一目瞭然となり、部分的に不良な領域を簡単に見つけ出すことができる。活性度測定の結果を、次に行うべき芝生管理作業の計画に反映させることで、芝生管理が向上する。
【０００８】
運転者が芝生管理者の場合には、作業車の走行中に、活性度測定の結果、つまり芝生状態情報を報知すると、芝生管理者は、肉眼での芝生の生育状態と、測定結果としての生育状態とをリアルタイムで比較できて好都合である。その際、芝生状態情報をそのまま報知するのではなく、芝生状態情報を評価することによって得られる芝生評価情報を報知することが好ましい。特に、芝生評価情報を把握しやすい形態、例えばマップ形態やリスト形態を用いるとさらに好都合である。このことから、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記芝生状態情報、または、前記芝生状態情報から、統計的手法等によって評価された芝生評価情報を報知する報知デバイス（スピーカやディスプレイなど）が備えられている。
【０００９】
走行しながら、微小な区画での芝生の生育状態を測定するには、分解能が優れ、迅速に測定結果が得られる測定器が必要である。したがって、光ビームを用いて、５〜１０平方ｃｍ当たりの芝生の養分吸収度合を即座に測定する葉色度計が好都合である。葉色度計は、赤色帯域から赤外線帯域の光を照射して、芝生で反射して戻ってくる光の反射波長から、ＮＤＶＩ値や反射度を算出することができる。このため、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記活性度測定器は葉色度計であり、赤色帯域から赤外線帯域の光の反射波長から前記芝生の活性度としてＮＤＶＩ値を算出して出力する。
【００１０】
芝生状態情報を統計的に評価して芝生評価情報を作成する場合、芝生状態情報として、上述したＮＤＶＩ値や反射度だけでなく、種々の環境や日時に関するデータが含まれることが好ましい。さらには、カメラによる撮影画像を画像処理して得られる画像処理の結果も好都合である。これらのデータからなる芝生状態情報は、ビッグデータとして取り扱われ、ビッグデータ処理手法を用いることで、より正確な芝生評価情報を作成することができる。このため、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記芝生の表面温度及び周囲温度を測定する温度測定器と、前記芝生を撮影するカメラとが備えられ、前記温度測定器の測定結果、前記カメラの撮影画像、前記撮影画像に対する画像処理の結果のうちの少なくとも１つが前記芝生状態情報に含まれる。
【００１１】
芝生の管理作業では、芝刈作業が重要であり、頻繁に行われる。このことから、上述した活性度測定器及び衛星測位モジュールを備えた作業車が、芝刈機として機能すると好都合である。芝刈機によって刈り取られた芝生面には刈り草が多く積み重なってしまうので、活性度の測定は、刈取り前の芝生に対して実施することが好ましい。また、カメラが刈取り跡の表面状態をチェックするために用いられる場合、カメラの撮影視野は刈取り跡の芝生にしなければならない。このことから、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記芝生を刈取る刈刃を有するモーアデッキが備えられており、作業走行方向でモーアデッキの前方に前記活性度測定器が配置され、前記カメラは前記作業走行方向でモーアデッキの後方に配置されている。この作業車によって、芝生を刈取り走行しながら、刈取り前の芝生の活性度測定、及び刈取り後の芝生状態のチェックが可能となる。
【００１２】
カメラによる撮影画像によって刈取り後の芝生状態をチェックする機能を備えた作業車では、前記撮影画像を走行軌跡に基づいて合成し、芝刈状態を確認するための芝刈面画像を生成することができる画像処理部が備えられていると、好都合である。この構成により、刈取り走行した全領域を俯瞰的に観察することができる。
【００１３】
カメラの撮影画像は、広帯域の反射光情報を含むので、撮影画像を画像処理することで芝生の活性度を決定することも可能である。この場合、カメラと画像処理との組み合わせが、活性測定器として機能する。
【００１４】
芝生状態情報のデータ量が大きい場合、及び、過去の芝生状態情報または他の芝生地の芝生状態情報を用いて芝生評価情報を作成する場合、芝生評価部に高い演算処理能力が要求される。このため、芝生評価部は、作業車の制御系ではなく、管理センタなどに設置される管理コンピュータに構築されることが好適である。このことから、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記芝生状態情報を入力として前記芝生の状態を評価する芝生評価情報を出力する芝生評価部が、クラウドサービスを行う管理コンピュータに構築される。
【００１５】
また、同一の管理者が複数の作業車を利用して芝生管理を行う場合には、管理者が所有するタブレットコンピュータなどの携帯通信端末に、芝生評価部を構築することが好ましい。もちろん、携帯通信端末を作業車の制御系に組み込むように構成すれば、芝生状態生成部もこの携帯通信端末に構築することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による作業車の一例である乗用電動芝刈機の側面図である。
【図２】芝刈機の動力系統及び制御系統を示す模式図である。
【図３】制御系の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本明細書では、特に断りがない限り、「前」は車体前後方向（走行方向）に関して前方を意味し、「後」は車体前後方向（走行方向）に関して後方を意味する。また、左右方向または横方向は、車体前後方向に直交する車体横断方向（車体幅方向）を意味する。「上」または「下」は、車体の鉛直方向（垂直方向）での位置関係であり、地上高さにおける関係を示す。
【００１８】
次に、図面を用いて、本発明による作業車の具体的な実施形態の１つを説明する。図１は、作業車の一例である乗用電動芝刈機（以下、単に芝刈機と称する）の側面図であり、図２は芝刈機の動力系統及び制御系統を示す平面図である。この芝刈機は、遊転自在なキャスタ型の左前車輪１ａと右前車輪１ｂとからなる前車輪ユニット１、左後車輪２ａと右後車輪２ｂとからなる駆動輪ユニット２、前車輪ユニット１と駆動輪ユニット２とによって支持される車体フレーム１０、車体フレーム１０の後部に配置されたバッテリ７、バッテリ７の前方に配置された運転座席１１、運転座席１１の後方から立設された転倒保護フレーム１２、前車輪ユニット１と駆動輪ユニット２との間で車体フレーム１０の下方空間に昇降リンク機構１３を介して昇降可能に車体フレーム１０から吊り下げられたモーアユニット３を備えている。転倒保護フレーム１２の頂部には、衛星電波を受信するアンテナを含む衛星測位モジュール８０が取り付けられている。
【００１９】
運転座席１１の前方には運転者の足載せ場であるフロアプレート１４が設けられており、そこからブレーキペダル１６が突き出している。運転座席１１の両側には、車体横断方向の水平揺動軸回りに揺動する左操縦レバー１５ａと右操縦レバー１５ｂとからなる操縦ユニット１５が配置されている。左後車輪２ａの回転速度は左操縦レバー１５ａによって変更可能であり、右前車輪１ｂの回転速度は右操縦レバー１５ｂによって変更可能である。左後車輪２ａと右後車輪２ｂとがそれぞれ独立して変更可能であり、それぞれの回転方向を逆にすることで急旋回が可能である。運転座席１１の片側には、運転者に種々の情報を報知するための報知デバイス７３が備えられている。報知デバイス７３には、視覚メッセージを運転者に報知するディスプレイまたは聴覚メッセージを運転者に報知するスピーカあるいはその両方が含まれている。
【００２０】
モーアユニット３は、モーアデッキ３０と、２枚の回転式の刈刃２０が備えられている。左側の刈刃２０と右側の刈刃２０とが車体横断方向に横並びしている。モーアデッキ３０は、天壁３１とこの天壁３１の外周縁から下方に延びた側壁３２とを備えている。各刈刃２０は、天壁３１と側壁３２とによって作り出されるモーアデッキ３０の内部空間に配置される。
【００２１】
モーアデッキ３０の作業走行方向で前側の側壁３２には、芝生状態を検出するための活性度測定器として芝生用の葉色度計８１が設けられている。葉色度計８１は、６６０ｎｍから８５０ｎｍの帯域の光ビーム（赤色帯域から赤外線帯域の波長の光ビーム）を用いて、芝生に照射して戻ってきた反射光をスペクトル分析して（反射波長の分析）、ＮＶＤＩ（正規化植生指数）や反射度（％）を測定結果として出力する。この出力値から活性度を算出することができる。葉色度計８１と同じハウジング内に、または独自のハウジング内に、温度測定器８３が設けられている。この温度測定器８３は、芝生の表面温度及び周囲温度（環境温度）を測定結果として出力することができる。
【００２２】
モーアデッキ３０の作業走行方向で後方、この実施形態では、車体フレーム１０の後端部に、モーアユニット３によって刈り取られた芝生面の状態を撮影するカメラ８２が設けられている。カメラ８２による撮影画像がディスプレイ表示されることで、運転者は刈取り状態を即座に確認することができる。また、その際、継時的に得られた撮影画像を順次合成することで、広範囲の刈取り跡の芝生の観察も可能となる。
【００２３】
図２には、芝刈機の動力系統及び制御系統が示されている。刈刃２０を取り付けている回転軸２１に動力を供給するモーアモータ４は、モーアデッキ３０に装着されている。モーアモータ４から回転軸２１への動力伝達のために、ベルト伝動機構２２が採用されている。左後車輪２ａを回転させるために、左モータ４１が設けられ、右後車輪２ｂを回転させるために、右モータ４２が設けられている。この実施形態では、互いに得率して駆動される左モータ４１と右モータ４２とが走行モータである。
【００２４】
左モータ４１と右モータ４２とモーアモータ４とには、インバータ７０から電力が供給される。インバータ７０は、左モータ４１と右モータ４２とに電力を供給する走行モータ用インバータ７１と、モーアモータ４に電力を供給するモーアモータ用インバータ７２とを含む。インバータ７０は、制御ユニット５からの制御信号に基づいて駆動する。インバータ７０は、電力源としてのバッテリ７と接続されている。
【００２５】
図３には、上述した芝刈機に構築されている制御系と、管理コンピュータ１００における芝生管理クラウドサービスを構成する機能部とが示されている。この管理コンピュータ１００は、作業地から離れた管理センタに設置されている。なお、芝生管理が小規模である場合、管理コンピュータ１００に構築されている機能部は、ユーザが保有する、パソコンやタブレットコンピュータである、データ通信可能な携帯通信端末２００に構築される。
【００２６】
芝刈機の制御系の中核要素である制御ユニット５には、入出力インタフェースとして機能する入出力処理部５８と通信部５９とが備えられている。通信部５９は、管理コンピュータ１００の通信部１０４及び携帯通信端末２００とデータ通信するための無線通信機器である。なお、通信部５９は、近距離の無線通信機能も有しており、運転者が有する携帯電話と無線データ通信することができる。したがって、この携帯電話を介して、芝刈機の制御ユニット５と、携帯通信端末２００または管理コンピュータ１００との間でデータ通信することも可能である。
【００２７】
入出力処理部５８には、インバータ７０、報知デバイス７３、衛星測位モジュール８０、葉色度計８１、カメラ８２、温度測定器８３、作業走行機器センサ群８４などが接続している。インバータ７０は、走行モータ用インバータ７１とモーアモータ用インバータ７２とからなる。作業走行機器センサ群８４には、図２に示されている、左操縦角検出センサ９１ａ、右操縦角検出センサ９１ｂ、左モータ回転検出センサ９２ａ、右モータ回転検出センサ９２ｂ、モーアモータ回転検出センサ９３が含まれている。
【００２８】
制御ユニット５には、自車位置算出部５１、走行モータ制御部５２、モーアモータ制御部５３、報知部５４、芝生状態情報生成部５５、画像処理部５６などを備えている。
【００２９】
自車位置算出部５１は、ＧＰＳ等を採用した衛星測位モジュール８０からの測位データに基づいて、自車位置算出する。この実施形態では、自車位置算出部５１に地図データが含まれているので、自車位置として経緯度データのみならず、作業地の住所なども出力される。また、測位データには、日時も含まれているので、作業地の住所と日時とから、ウエブサービスなどを用いることで、作業時の天候等を取得することも可能である。
【００３０】
走行モータ制御部５２は、左輪速度演算と右輪速度演算と制御信号生成機能を有する。左輪速度演算機能は、運転者による左操縦レバー１５ａの操作量を検出する左操縦角検出センサ９１ａからの検出信号に基づいて左後車輪２ａの回転速度（回転数）、つまり左モータ４１の回転速度（回転数）を算出する。右輪速度演算機能は、運転者による右操縦レバー１５ｂの操作量を検出する右操縦角検出センサ９１ｂからの検出信号に基づいて右後車輪２ｂの回転速度（回転数）、つまり右モータ４２の回転速度（回転数）を算出する。制御信号生成機能は、算出された左モータ４１の回転速度と右モータ４２の回転速度を実現するために必要な電力を左モータ４１及び右モータ４２送るための制御信号を生成して、走行モータ用インバータ７１に与える。走行モータ用インバータ７１は、左モータ４１と右モータ４２とに対してそれぞれ独立的して給電する。これにより、左後車輪２ａと右後車輪２ｂの回転速度を相違させることができ、この左右後車輪速度差によって芝刈機の方向転換が行われる。
【００３１】
モーアモータ制御部５３は、モーアモータ用インバータ７２を制御して、モーアモータ４を駆動する。モーアモータ制御部５３は、葉色度計８１から得られる活性度に基づいて、芝生の剛性を判定し、剛性が高いほど、より高トルクで刈刃２０を回転させることも可能である。
【００３２】
芝生状態情報生成部５５は、葉色度計８１から得られる活性度（ＮＤＶＩ値）及び反射度、温度測定器８３から得られる芝生の表面温度及び周囲温度などを自車位置及び日時データと関係付けて芝生状態情報を生成する。葉色度計８１の測定点は自車位置から決定できるので、地図上の正確な位置での芝生状態情報が生成される。
【００３３】
画像処理部５６は、カメラ８２によって取得された撮影画像を画像処理して、芝生管理に有益な画像データを生成する。例えば、色度フィルタ処理等によって葉の生育に関係する画像を生成して、芝生状態情報に加えることが可能である。さらには、所定走行距離毎に取得された芝生面の撮影画像を合成して、芝生地の既刈領域の全てまたは一部分をディスプレイに表示することも可能である。画像処理部５６は、芝刈状態を確認するための芝刈面画像を生成する機能だけでなく、撮影画像から、芝の種類などを判定する機能を備えることも可能である。
【００３４】
芝生状態情報生成部５５によって生成された芝生状態情報は、管理コンピュータ１００にアップロードされる。管理コンピュータ１００には、芝生状態情報格納部１０１、芝生評価部１０２、芝生地管理部１０３が構築されている。
【００３５】
芝生地管理部１０３には、この管理コンピュータ１００で管理されている芝生地の属性データ、例えば、場所、所有者、芝の種類、管理履歴などが登録されている。芝生状態情報格納部１０１は、芝刈機からアップロードされた芝生状態情報を、芝生地別で、時系列で格納する。
【００３６】
芝生評価部１０２は、芝生状態情報格納部１０１に格納された芝生状態情報を入力し、芝生評価情報として、芝生の健康状態情報及び芝生管理のアドバイス情報を出力する。芝生状態情報では、活性度（ＮＤＶＩ値）、反射度、芝生の表面温度、周囲温度、日時などのデータが、自車位置と関係付けられているので、地図位置毎（所定区画毎）の芝生評価情報、例えば、活性度分布が生成可能である。また、走行軌跡に沿った活性度分布を、芝刈機のディスプレイに表示させることも可能である。さらには、芝生状態情報格納部１０１には、時系列で膨大な芝生状態情報が格納されているので、これをビッグデータとして、種々の統計的な演算手法を用いて、現時点での芝生の健康状態、今後の施肥計画、刈取り計画（刈高さや刈取り時期など）を、芝生評価情報として出力することも可能である。さらには、カメラ８２による刈り跡の撮影画像や葉色度計８１からの反射度などから、芝生地の所定区画毎及び芝生地全体の芝生の美しさも評価することができる。
【００３７】
芝生評価部１０２によって、実質的にリアルタイムで出力された芝生評価情報は、芝刈機の報知部５４に送られ、報知デバイス７３を通じて、運転者に報知される。芝生評価部１０２によって作成された芝生状態情報は、芝生地管理部１０３に格納されているので、ユーザは、携帯通信端末２００からアクセスして、所望の芝生状態情報をダウンロードすることができる。
【００３８】
上述した、芝生状態情報及び芝生評価情報の生成により、以下のような効果が得られる。
（１）芝生を管理する多数の個人ユーザ、及び、業として芝生を管理する業者ユーザが管理コンピュータ１００を利用することで、広い地域にわたる芝生管理が可能となる。
（２）芝生管理の知識が不足しているユーザにとって、芝の健康状態や施肥のタイミング等が通知されることで、芝管理が容易となる。
（３）芝生の病気の流行を早期発見することができ、病気の予防策を適切に講じることができる。
（４）活性度に応じてモーアモータ４のトルク制御（電流制限）を行うことで、刈取り品質の向上と省エネが実現する。
（５）多くの適用例としての芝生状態情報の解析を通じて、芝刈機の性能改善が向上する。
【００３９】
〔別実施の形態〕
（１）上述した実施形態では、作業車として電動芝刈機が取り上げられたが、内燃機関を用いた芝刈機にも本発明は適用可能である。
（２）上述した実施形態における、管理コンピュータ１００に構築されていた機能を、芝刈機の制御系に構築することができる。あるいは、この該制御系に接続可能なタブレット型コンピュータなどの携帯通信端末２００に、芝生状態情報及び芝生評価情報の生成に関する機能を構築することができる。
（３）上述した実施形態では、芝生の活性度を測定する活性度測定器として、葉色度計８１が用いられたが、その他の測定器が代用されてもよい。例えば、カメラによる芝生の撮影画像を画像処理することによって、芝生の活性度を決定する装置を用いてもよい。その際、活性度算出のために用いるカメラと、芝生の刈取り状態を撮影するカメラ８２とが兼用されてもよい。
（４）上述した実施形態では、走行しながら芝生を管理する作業車として、芝刈機が取り上げられたが、芝施肥機や散水車などの芝管理機にも本発明は適用可能である。
【００４０】
なお、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、作業車を走行しながら芝生を管理する芝管理分野において利用可能である。
【符号の説明】
【００４２】
３      ：モーアユニット
５      ：制御ユニット
５１    ：自車位置算出部
５４    ：報知部
５５    ：芝生状態情報生成部
５６    ：画像処理部
８０    ：衛星測位モジュール
８１    ：葉色度計（活性度測定器）
８２    ：カメラ
８３    ：温度測定器
１００  ：管理コンピュータ
１０１  ：芝生状態情報格納部
１０２  ：芝生評価部
１０３  ：芝生地管理部
１０４  ：通信部
２００  ：携帯通信端末
【図１】
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【図２】
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【図３】
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