(57)【要約】【課題】収穫時期を管理できる植物育成モデル生成システム、植物栽培プラント及び植物育成モデル生成方法を提供する。【解決手段】植物育成モデル生成システムは、植物を撮像し、植物の画像情報を生成する撮像部と、指示された位置まで撮像部が撮像する位置を移動させて、指示された方向から植物を撮像可能とする撮像位置移動手段と、撮像位置移動手段によって移動した位置から撮像された植物の画像情報に基づいて、開花時の花の位置を検出する検出部と、検出部が検出した開花時の花の位置と、花が成実した時の実の重量とに基づいて、花が成実した時の実の位置を推定した育成モデルを生成するモデル生成部と、を備える。【選択図】図３
2015133971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物を撮像し、前記植物の画像情報を生成する撮像部と、
指示された位置まで前記撮像部が撮像する位置を移動させて、指示された方向から植物を撮像可能とする撮像位置移動手段と、
前記撮像位置移動手段によって移動した位置から撮像された植物の画像情報に基づいて、開花時の花の位置を検出する検出部と、
前記検出部が検出した前記開花時の花の位置と、前記花が成実した時の実の重量とに基づいて、前記花が成実した時の実の位置を推定した育成モデルを生成するモデル生成部と、
を備えることを特徴とする植物育成モデル生成システム。
【請求項２】
前記モデル生成部は、
さらに、基準時からの経過時間に基づいて、前記育成モデルを生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の植物育成モデル生成システム。
【請求項３】
前記育成モデルには、前記植物の育成状況の基準を示す情報が含まれ、
前記画像情報と、前記植物の育成状況の基準を示す情報に基づいて、前記植物の育成状況を判定する判定部と、
前記判定部が判定した前記植物の育成状況に基づいて、前記植物の成長速度を制御する制御部と
を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の植物育成モデル生成システム。
【請求項４】
前記モデル生成部は、
生成した前記育成モデルを更新するとともに、前記育成モデルの更新周期を前記植物の育成状況に基づいて変更する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の植物育成モデル生成システム。
【請求項５】
前記モデル生成部は、
さらに、前記画像情報に基づいて推定される前記花が付く枝の強度に基づいて、前記育成モデルを生成する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の植物育成モデル生成システム。
【請求項６】
前記育成モデルに基づいて、前記植物を剪定する剪定計画を設計する剪定計画設計部
を備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の植物育成モデル生成システム。
【請求項７】
前記剪定計画には、前記植物の花を剪定する花剪定計画が含まれ、
前記剪定計画設計部は、
前記育成モデルに基づいて、前記植物の花を剪定する前記花剪定計画を設計する
ことを特徴とする請求項６に記載の植物育成モデル生成システム。
【請求項８】
前記画像情報から実の収穫時期を判定する収穫時期判定部
を備えることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の植物育成モデル生成システム。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の植物育成モデル生成システム
を備えることを特徴とする植物栽培プラント。
【請求項１０】
指示された位置まで撮像部が撮像する位置を移動させて、指示された方向から植物を撮像可能とする撮像位置移動過程と、
植物を前記撮像部によって撮像し、前記植物の画像情報を生成する撮像過程と、
前記撮像過程において撮像された植物の画像情報に基づいて、開花時の花の位置を検出する検出過程と、
前記検出過程において検出された前記開花時の花の位置と、前記花が成実した時の実の重量とに基づいて、前記花が成実した時の実の位置を推定した育成モデルを生成するモデル生成過程と、
を含むことを特徴とする植物育成モデル生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物育成モデル生成システム、植物栽培プラント及び植物育成モデル生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
植物栽培システムは、栽培作業による負荷を低減し、植物の供給を安定化することができるものとして注目されている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平５−１７５０５号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】仁科  弘重、「地域拠点型”知的太陽光植物工場”の進展」、日本学術会議、公開シンポジウム「知能的太陽光植物工場」、2009年7月3日。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、植物栽培システムは、さらなる管理コスト低減が望まれ、栽培設備（植物栽培プラント）の大規模化が望まれている。また、これまでは、栽培する生産者の経験と勘に依存しつつ、栽培が行われていた。
しかしながら、栽培規模の大規模化に伴って収穫時期を管理できる栽培方法が必要とされるが、従来までの経験と勘に依存した管理方法では、収穫時期を管理することは困難であった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、収穫時期を管理できる植物育成モデル生成システム、植物栽培プラント及び植物育成モデル生成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、植物を撮像し、前記植物の画像情報を生成する撮像部と、指示された位置まで前記撮像部が撮像する位置を移動させて、指示された方向から植物を撮像可能とする撮像位置移動手段と、前記撮像位置移動手段によって移動した位置から撮像された植物の画像情報に基づいて、開花時の花の位置を検出する検出部と、前記検出部が検出した前記開花時の花の位置と、前記花が成実した時の実の重量とに基づいて、前記花が成実した時の実の位置を推定した育成モデルを生成するモデル生成部と、を備えることを特徴とする植物育成モデル生成システムである。
また、本発明は、上記発明に記載の植物育成モデル生成システムを備えることを特徴とする植物栽培プラントである。
また、本発明は、指示された位置まで撮像部が撮像する位置を移動させて、指示された方向から植物を撮像可能とする撮像位置移動過程と、植物を前記撮像部によって撮像し、前記植物の画像情報を生成する撮像過程と、前記撮像過程において撮像された植物の画像情報に基づいて、開花時の花の位置を検出する検出過程と、前記検出過程において検出された前記開花時の花の位置と、前記花が成実した時の実の重量とに基づいて、前記花が成実した時の実の位置を推定した育成モデルを生成するモデル生成過程と、を含むことを特徴とする植物育成モデル生成方法である。
【発明の効果】
【０００７】
以上説明したように、本発明によれば、収穫時期を管理することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の本実施形態による植物栽培プラントの概要を示す図である。
【図２】本実施形態における移動型検出装置を示す図である。
【図３】本実施形態における植物栽培システムの構成を示すブロック図である。
【図４】本実施形態における植物の収穫時期の制御を示す図である。
【図５】本実施形態における花と実の位置関係を示す図である。
【図６】本実施形態における実の成熟度の検出を説明する図である。
【図７】本実施形態における葉の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態による植物栽培プラントの概要を示す図である。図１（ａ）は、その断面図を示し、図１（ｂ）は、その平面図を示す。
本発明の植物栽培プラント４は、植物栽培システム１（図３）を備え、植物の栽培を行う設備である。
図1に示すように、植物栽培プラント４は、植物栽培用の植生床６と、植生床６を外気空間７と隔てるために囲うプラント囲い８と、植生床６で植生される植物９に光を照射するランプ１０とを備える。植物栽培プラント雰囲気調整装置２はプラント囲い８の内側空間１３の雰囲気を調整するものである。植生床６は、図示の例では土の床であるが、不図示の液肥循環装置を備える水耕栽培用の水耕床であってもよい。
【００１０】
プラント囲い８は、植生床６の周辺を外気空間７と隔てて、栽培される植物に適した雰囲気に保つためのものである。ランプ１０は、図示の例ではプラント囲い８の内部に設置される。
【００１１】
さらに、植物栽培プラント４はプラント囲い８の内部に、所定条件に調整された空気を供給するための空調機１２を備える。通常、空調機１２は内側空間１３から吸入口１６を通じて空気を取り込んで、調整し、排出口１８から内側空間１３に戻す。
【００１２】
植物栽培プラント雰囲気調整装置２においては、ランプ１０がランプ囲い２０で囲われている。ランプ囲い２０の壁の少なくとも一部は透明である。ランプ囲い２０には、ランプ囲い２０の内側と、内側空間１３及び外気空間７とを選択的に導通する一の管路２２が接続されている。また、ランプ囲い２０には、ランプ囲い２０の内側と、内側空間１３及び外気空間７とを選択的に導通する他の管路２４が接続されている。即ち、一の管路２２は二股管２６の根元で分岐し、二股管２６の一方が内側空間１３に通じ、他方が外気空間７に通じている。他の管路２４は二股管２８の根元で分岐し、二股管２８の一方が内側空間１３に通じ、他方が外気空間７に通じている。二股管２６、２８の根元には２方切り替え弁部３０、３２がそれぞれ設けられている。
【００１３】
外気空間７の温度が内側空間１３の設定温度より高いときには、一の管路２２、他の管路２４とも、外気空間７に通ずるように２方切り替え弁部３０、３２で設定する。外気空間７の温度が内側空間１３の設定温度より低いときには、一の管路２２、他の管路２４とも、内側空間１３に通ずるように２方切り替え弁部３０、３２で設定する。
【００１４】
この選択的な設定により、外気空間７の温度が内側空間１３の設定温度より高いときには、空気が外気空間７から取り込まれ、空気が一の管路２２、ランプ囲い２０、他の管路２４をこの順に経由して矢印Ａの方向に進行して再び外気空間７に放出されるので、ランプ１０がこの空気で冷却される。また、ランプ１０の熱で暖められた空気が内側空間１３に流入することがない。従って、ランプ１０の熱による空調機１２の冷房負荷の増大を防ぎ、空調負荷が軽減される。
【００１５】
また、選択的な設定により、外気空間７の温度が内側空間１３の設定温度より低いときには、空気が内側空間１３から取り込まれ、空気が一の管路２２、ランプ囲い２０、他の管路２４をこの順に経由して矢印Ｂの方向に進行して再び内側空間１３に放出されるので、ランプ１０がこの空気で冷却されるとともにランプ１０の熱で暖められた空気が内側空間１３に還流する。従って、ランプ１０の熱により空調機１２の暖房負荷を軽減することができる。
なお、一の管路２２には、空気を矢印Ａ或いは矢印Ｂの方向に送風するためのファンのような送風手段３６が備えられている。
また、図１（ｂ）に示すように、プラント囲い８の内側空間１３は、移動型隔壁３８によって分割され、内側空間１３−１と１３−２とに分かれている。内側空間１３−１と１３−２のそれぞれが、異なる環境条件に設定することができる。
植物９が栽培されている植生床６の間の通路では、移動型検出装置４０が自走して植物９の状態を検出する。
【００１６】
また、植物栽培プラント４において、移動型検出装置４０が移動しながら、植物の状態を検出する場合を例示する。
図２を参照し、植物栽培プラント４における植物の状態を検出する移動型検出装置４０を示す。
図２は、本実施形態における移動型検出装置４０を示す図である。
移動型検出装置４０は、移動型車両本体４１を台車とする。移動型車両本体４１は、移動手段とする車輪４１Ｗを備え、駆動部（不図示）から供給される動力により移動する。
移動型車両本体４１の上面には、水平方向に回転自在に支持されるブラケット４２Ｂが設けられる。そのブラケット４２Ｂには、アーム部４２が設けられ、ブラケット４２Ｂは、アーム部４２を前後方向に転動自在に支持している。また、図２に示すように、移動型検出装置４０が、連続して接続される複数のアーム部４２（４２−１、４２−２、４２−３、４２−４）を備え、アーム部４２の移動型車両本体４１と反対側の先端には、撮像部３００が設けられている。
【００１７】
移動型検出装置４０は、アーム部４２、撮像部３００、移動型検出装置４０の制御部を機能させ、自走可能とする電源部を備えている。
移動型検出装置制御部は、移動型車両本体４１の移動制御、アーム部４２を要求に応じて駆動して、撮像部３００の位置及び方向を定める駆動制御、撮像部３００を機能させる撮像制御、撮像した画像情報に基づいて検出処理、処理結果などを通信する通信制御などを行う。
移動型検出装置４０は、植物栽培プラント４において栽培される植物９（図１）の状態を移動しながら検出する。
また、移動型検出装置４０は、移動型車両本体４１の代わりに固定的に設けられた台座であっても良い。
【００１８】
植物、すなわち農作物の栽培を制御する植物栽培システムの概要について説明する。
植物栽培システムは、栽培する植物を収穫して出荷されるまでの工程において、各種制御を施すことにより収穫時期を制御して、収穫予定時期の収穫量を高めることができる。
収穫予定時期の収穫量を高めるには、発芽から収穫までの各工程で、植物の生長を管理する直接的な制御と、間接的な制御とがある。
直接的な制御とは、間引き、剪定などにより植物自体を加工することなどが含まれる。
また、間接的な制御とは、各種環境条件の設定を行うことなどが含まれる。
植物栽培システムは、植物と、その植物を栽培する環境を制御対象として、その植物の育成状況、収穫時期などを最適化して、収穫予定時期の収穫量を増加するように制御する。
【００１９】
本実施形態に示す植物栽培システムでは、植物の栽培環境を制御対象として、モデル化することにより、それぞれの栽培工程の制御を容易化する。
その制御にあたり、植物自体を直接的な方法だけで完全に制御しきれないこと、屋内環境であったとしても、バラツキがなくなるように環境の均一性を確保することが困難であることなどが、制御を困難とする要因となる。また、成長度合いが植物の個体差に依存することや、同一の個体内であっても、実の収穫時期がバラツクことにより、制御を困難とする要因となっている。
本実施形態では、その制御対象をモデル化し、制御を困難とする要因を外乱として捉え、生育状況に応じて、そのモデルを最適化することにより、収穫予定時期の収穫量を確保する制御を容易にする。
このような植物栽培システムの構成例について説明する。
【００２０】
図３は、本実施形態における植物栽培システムの構成を示すブロック図である。
この図３に示される植物栽培システム１は、例えば、制御対象部１００、判定部２００、撮像部３００、位置制御部４００、及び、制御部５００を備える。
【００２１】
制御対象部１００は、管理対象である植物９と、植物９の育成環境を制御する環境駆動部１２０を備える。
植物９は、発芽後の葉、茎、花・実、及び根の状態によって生育状況を判定できる。その生育状況は、基準時（発芽時など）からの経過時間に関係付けて判定することができる。
例えば、葉の状態による判定では、葉の枚数、１枚の葉の大きさ、生い茂った葉の投影面積、しおれ具合（角度、縦横比）などがあげられる。茎の状態による判定では、背丈、枝の張り具合、太さなどがあげられる。花・実の状態による判定では、数、密度、配置、実の成熟度などがあげられる。根の状態による判定では、長さ、広がり具合などがあげられる。
【００２２】
環境駆動部１２０は、制御部５００から供給される環境制御量に応じて、植物が栽培される育成環境を制御する。
環境駆動部１２０は、光制御部１２１、空調設備１２２、二酸化炭素処理部１２３及び水調整設備１２４を備える。
【００２３】
光制御部１２１（光制御手段）は、発光部又は遮光部を含み、植物９に与える光の光量又は波長を制御する。一般的な植物９は、適当な光の強度及び照射時間に依存する光の量により光合成が行われ、成長が促進される。また、植物９の好日性を利用して、光の照射方向を制御して、植物９の成長する方向を制御する。また、光制御部１２１は、太陽などの自然光と異なり、特定の波長を制限して与えることにより、特定の成長を促進させる。
例えば、発光波長を制限できる発光部としては、発光ダイオード、高圧ネオンランプなどがある。遮光部によって波長を制限する場合には、波長選択性のフィルターを用いる。
【００２４】
空調設備１２２は、植物９が置かれている周囲温度、湿度、及び、風量を制御する。
十分な容量の空気を、適正な周囲温度、湿度、及び、風量に制御して与えることにより、植物９の成長にダメージを与えることなく成長を促進させることができる。
二酸化炭素処理部１２３は、空調設備１２２によって管理されている空気中の二酸化炭素濃度を制御する。適正量の二酸化炭素濃度を維持することにより、光合成を促進させることができる。二酸化炭素処理部１２３は、単に二酸化炭素を発生させるのではなく、他の設備が発生した二酸化炭素を再利用してもよい。
【００２５】
水調整設備１２４は、植物９に給水する水量、水温、及び、養分濃度のうちから、少なくとも１つを制御する。特に水耕栽培である場合、水温及び養分濃度は大事な管理項目である。
このように、植物栽培システム１では、環境駆動部１２０を備えることにより、屋外環境の変化を遮蔽して、人工環境の元で栽培環境を構築する形態と、屋外環境の変化も利用しつつ、適切な環境を補助的に構築する管理支援型の栽培環境とする形態のいずれにも適用可能である。いずれの形態を採用するかは、栽培する植物の種別、栽培時期、成長過程、施設が置かれた環境などの条件により適宜選択される。
例えば、発芽から所定の期間は、人工光を用いて連続照射することにより、成長が促進される植物があることが知られている。また、照射する波長を選択することにより、成長量を制御して目的の成長を促進させることを可能とする。
【００２６】
判定部２００は、撮像部３００によって撮像された画像情報と、植物９の育成モデルとに基づいて、植物９の育成状況を判定する。
判定部２００は、検出部２１０、育成モデル部２２０、状況記憶部２３０、及び、育成状況判定部２４０を備える。
検出部２１０は、撮像された植物９の画像情報から、該植物９の成育状況を検出し、該画像情報と該成育状況を状況記憶部２３０に記憶させる。
また、検出部２１０は、撮像された植物９の画像情報と、その画像を撮像した位置情報から、その画像情報に含まれる植物９の特徴点の位置を検出し、検出した位置情報と撮像した時間情報とを、状況記憶部２３０に記憶される画像情報に関連づけて記憶する。
育成モデル部２２０は、複数の育成モデルを備える。育成モデル部２２０に設定される複数の育成モデルは、例えば、基準時（発芽時など）からの経過時間と植物９の生育状況とを関連づける、経過時間による育成状況モデル２２１（第１育成モデル）、花が成実した時の実の位置を推定した、花の位置に対する実の配置モデル２２２（第２育成モデル）、及び、大きさ、形又は色を基準とするパターンを用いて、検出する対象の特徴を抽出し、収穫時期を判定する収穫時期判定モデル２２３（第３育成モデル）を含む。
【００２７】
状況記憶部２３０は、植物９の画像情報、成育状況、画像情報に含まれる植物９の特徴点の位置情報、及び、撮像した時間情報を関連づけて記憶する。
育成状況判定部２４０は、記憶された画像情報と成育状況との少なくとも一方を用いて、植物９の育成モデルに基づいて育成状況を判定する。
育成状況判定部２４０は、育成モデル部２２０に含まれる、経過時間による育成状況モデル２２１（第１育成モデル）、花の位置に対する実の配置モデル２２２（第２育成モデル）、及び、収穫時期判定モデル２２３（第３育成モデル）の少なくとも一つを基準として、植物９の生育状況を判定する。
【００２８】
撮像部３００は、植物９（と該植物９の周囲の状況）を撮像し、画像情報を生成する。
撮像部３００は、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサなどを搭載した撮像装置、及び、撮像用の補助光の発光装置を備える。
撮像部３００は、撮像位置移動部４００に含まれる移動型検出装置４０(図２)が備えるアーム部４２の先端部に搭載される。アーム部４２の先端部の動きに応じて、撮像位置が変更され、被写体である植物９との相対位置が変化する。また、アーム部４２の先端部に設けられた旋回台に撮像部３００が搭載され、旋回台の制御により任意の方向に旋回可能となる。これらの制御を組み合わせることにより、撮像部３００は、任意の位置、任意の方向から植物９を撮像することが可能となる。
【００２９】
撮像位置移動部４００（撮像位置移動手段）は、指示された位置まで撮像部３００が撮像する位置を移動させて、植物９を指示された方向から撮像可能とする。
撮像位置移動部４００（撮像位置移動手段）は、撮像する位置を移動させる移動型検出装置４０(図２)を備え、移動型検出装置４０(図２)には（多関節型の）アーム部４２（ロボットアーム）が設けられる。
そのアーム部４２の先端には、撮像部３００に被写体からの光を導く光学系が設けられており、撮像位置移動部４００は、その光学系の光軸を指示された方向に転回させる。
【００３０】
制御部５００（制御部）は、撮像位置移動部４００（撮像位置移動手段）によって移動した位置から撮像された植物９の画像情報に基づいて、植物９の育成モデルを基準として育成状況を判定した結果に従って、植物９の育成環境を制御する。
制御部５００は、育成モデル生成部５１０、環境制御部５２０、位置制御部５３０、生産計画設計部５４０、収穫計画作成部５５０、剪定計画設計部５７０を備える。
育成モデル生成部５１０は、育成モデルを画像情報に基づいて生成し、育成モデル部２２０に保持される育成モデルを更新する。
育成モデル生成部５１０は、画像情報から生成された育成状況によって第１育成モデルを決定する第１モデル生成部、画像情報から開花時の花の位置を検出し第２育成モデルを生成する第２モデル生成部、画像情報から収穫時期を判定する第３育成モデルを生成する第３モデル生成部を備える。
【００３１】
環境制御部５２０は、判定された育成状況に応じて育成環境を制御する環境制御量を生成する。例えば、環境制御部５２０は、判定された育成状況に応じて植物９に与える光を制御する場合には、光制御部１２０によって、植物９に与える光の光量又は波長を制御する。環境制御部５２０は、判定された育成状況に応じて植物９に与える二酸化炭素濃度を制御する場合には、二酸化炭素発生部１２３によって、植物９が置かれている二酸化炭素濃度を制御する。環境制御部５２０は、判定された育成状況に応じて植物９に与える空気を制御する場合には、空調設備１２１によって、植物９に給水する周囲温度、湿度、及び、風量の少なくともいずれか１つを制御する。環境制御部５２０は、判定された育成状況に応じて植物９に与える水を制御する場合には、水調整設備１２４によって、植物９に給水する水量、水温、周囲温度、及び、養分濃度の少なくともいずれか１つを制御する。
位置制御部５３０は、撮像位置移動部４００を制御して、植物９を撮像する位置及び方向を指示する。位置制御部５３０は、撮像部３００の位置、撮像方向を変更して目的に応じた画像情報を撮像するために撮像位置移動部４００を制御する。
【００３２】
生産計画設計部５４０は、撮像された画像情報に基づいて生産計画を設計する。
収穫計画作成部５５０は、第３育成モデルに基づいて、収穫計画を作成する。
配置計画設計部５６０は、対象となる植物９の第１育成モデルに応じて、対象となる植物９の周囲に位置する他の植物９の配置計画を設計する。
剪定計画設計部５７０（第１剪定計画設計部）は、第１育成モデルに応じて、植物９を剪定する剪定計画を設計する。また、剪定計画設計部５７０（第２剪定計画設計部）は、第２育成モデルに応じて、植物９の花（実）を剪定する剪定計画を設計する。
【００３３】
（植物の収穫時期の制御）
図４を参照し、本実施形態における植物の収穫時期の制御について説明する。
図４は、本実施形態における植物の収穫時期の制御を示す図である。
この図４に示されるグラフは、横軸を発芽からの経過日数（時間）、縦軸が植物の成長度合いを示し、いわゆる成長曲線の形状を有する。このグラフが示すように、成長度合いは経過日数に応じた関数として定義することができ、特定の環境条件下における傾向を、過去のデータに基づいて生成された育成モデルを植物９の育成状況管理の基準とする。
【００３４】
グラフＳ４ａは、植物９の育成状況管理の基準とする成長曲線を示す育成モデルである。このグラフＳ４ａに基づいて、収穫時期を設定することができる。
グラフＳ４ｂは、植物の育成状況管理を行わずに、グラフＳ４ａに示した育成モデルより遅れて成長する過程を示す。このグラフＳ４ｂに示すように育成すると収穫時期が、計画より遅れてしまうことになる。そこで、本植物栽培システム１では、育成の過程で検出された育成状況の遅れを、周囲の環境を制御することにより、育成状況を促進させるように制御する。
育成状況を促進する場合には、制御対象である植物９の種別、及び、対策を実施する時期に応じて処理内容が選択される。例えば、対策の内訳として、光照射量を増加させたり、周囲温度、水温を高めたり、必要な養分量を増加させたりするなどの方法があげられる。
【００３５】
一方、育成状況を遅らせる場合にも、制御対象である植物９の種別、及び、対策を実施する時期に応じて処理内容が選択される。例えば、対策の内訳として、光照射量を減少させたり、周囲温度、水温を低下させたり、必要な養分量を減少させたりするなどの方法があげられる。
【００３６】
また、検出部２１０による育成状況の検出は、各個体の状況を検出し、それぞれ検出された結果に基づいて総合的に判定することも可能である。その総合的な判定では、それぞれ検出された検出結果を平均化したり、バラツキを検出したりするなど、各種統計処理の手法を適用できる。
例えば、全体を複数の区画に分割し、その区画に含まれる植物９から検出された結果を区画ごとにまとめて判定することも可能である。このように区画を分割することにより、配置された位置によるバラツキを検出することができる。
【００３７】
また、異なる種類の植物を区画ごとに配置して、それぞれに適した環境を設定することも可能である。
植物９の育成状況の検出には、１つの判定基準によって検出してもよく、或いは、複数の判定基準によって検出した複数の変数に基づいて判定してもよい。
【００３８】
（植物の育成状態の検出）
図５から７を参照し、本実施形態における植物の育成状況の検出について説明する。
植物９の生育状況の検出は、検出対象に応じて複数の方法を選択することができる。
検出対象を、葉、茎、花・実、根のそれぞれを選択することができる。
【００３９】
葉の状態による判定では、葉の枚数、１枚の葉の大きさ、生い茂った葉の投影面積、しおれ具合（角度、一枚の葉の縦横比）などがあげられる。
葉の枚数は、予め定められた範囲に内に存在する枚数、或いは、茎（特定された枝）に着いた葉の枚数を計数することにより検出する。
１枚の葉の大きさは、特定された葉の大きさ、予め定められた範囲に内に存在する葉の大きさの平均、或いは、茎（特定された枝）に着いた葉の大きさの平均を算出することにより検出する。葉の大きさは、長手方向（縦）の長さ、長手方向と直交する方向（横）の長さ、面積とすることができる。
生い茂った葉の投影面積は、植物９の側面から鉛直面に投影された面積を検出する。
葉のしおれ具合は、水分不足などのストレスを容易に検出できる。しおれた状態では、葉先が下を向くことから、水平面と葉の表面とがなす角度から検出することができる。或いは、一枚の葉の縦横比を算出してもよい。しおれたことにより葉の張りがなくなり、見かけ上の横幅が狭くなる。そのため、しおれ具合により、一枚の葉の縦横比が変化する。
【００４０】
茎の状態による判定では、背丈、枝の張り具合、太さなどがあげられる。
背丈は、茎（或いは先端の葉）の先の高さを検出する。撮像部３００の高さを茎の高さと一致させることにより、撮像部３００の高さから検出できる。
枝の張り具合は、枝分かれしている分岐数、或いは、枝の長さを検出する。
茎の太さは、基準の高さの茎の太さを検出する。
【００４１】
花・実の状態による判定では、数、密度、配置、実の成熟度などがあげられる。
図５は、花と実の位置関係を示す図である。
図５（ａ）、（ｃ）に開花期の状態を示し、図５（ｂ）、（ｄ）に成実期の状態を示す。
実の位置は、花の位置に依存することから、花の数及び位置を特定することにより、実の数と位置を特定することができる。開花期に示す花ｆ１とｆ２は、成実期には実Ｆ１とＦ２として変化する。
花（実）の数は、予め定められた範囲に内に存在する数量、或いは、茎（特定された枝）に着いた花（実）の数量を計数することにより検出する。
花（実）の密度は、検出した花（実）の数量を単位容量で除算することにより算出できる。或いは、簡易的には、撮像された画像の所定の範囲に存在する花（実）の数量を計数する。
花（実）の配置は、３次元計測の手法を用いることにより検出する。また、検出された花の位置から、成実期の実の位置を推定することができる。実の大きさ、重量を仮定して、その実がぶら下がる枝の強度と長さを演算条件とすることより、花の３次元位置に基づいて、実の推定位置を算出することができる。
この算出された推定位置から、隣接する実との干渉を推定することができる。つまり、実の大きさより、相対距離が近い場合には、干渉が生じると推定することができる。
【００４２】
実の成熟度は、実の色の変化に基づいて検出できる場合がある。
図６は、実の成熟度の検出を説明する図である。
図６（ａ）に示されるように、熟した実Ｆ３の色と熟しきらない実Ｆ４の色とが異なる場合に適用できる。熟しきらない実Ｆ４の色Ｃ１に対し、熟した実Ｆ３の色Ｃ２への色の変化を検出することにより、成熟度を検出できる。
図６（ｂ）に示されるように、実の一部（例えば、下側）の色Ｃ２が変色し、その変色した範囲（Ｚ２）を検出することにより成熟度を検出できる。
実の成熟度は、成熟度が高くなるにつれ、光の透過量が高く変化する場合がある。実に対して所定の光量の光（測定補助光）を照射して、その透過光の量を検出する。例えば、実の下部（又は側面）に接近した位置から測定補助光を照射して、撮像部３００は、透過された光を検出する。その際、撮像部３００の画角に、補助光源からの直接光が入らないように位置関係を調整する。
【００４３】
根の状態による判定では、長さ、広がり具合などがあげられる。水耕栽培であれば、根の長さを検出できる場合がある。根の長さは、株の位置からの長さを検出する。根の広がり具合は、株の位置から根が広がった面積を検出する。根の長さも広がり具合も、いずれも水中であることから直接的に検出しにくいが、補助光を照射して、根による影を間接的に検出することができる。
【００４４】
上記に示した直接的な検出方法のほかに、直接検出された結果に基づいた３次元モデルを作成することにより、直接測定できない情報を間接的に検出してもよい。
図７は、葉の状態を示す図である。
図７（ａ）に、４枚の葉の着いた茎を俯瞰した画像として示す。
植物９の側面から撮像した画像情報では、この図に示されるような画像情報を取得できるが、平面的な状態を検出するのは困難である。そこで、４枚の葉を３次元情報として抽出する。
図７（ｂ）に、図７（ａ）に示した４枚の葉を３次元情報とした結果に基づいて、水平面に投射した結果を示す。このような次数変換の方法を採ることにより、植物９の上部からの撮像が困難な場合でも、任意の高さの葉の平面投射図を作成することができる。破線の円は、葉の先端の近傍を通過する円を示す。
【００４５】
図７（ｃ）に、図７（ａ）に示した４枚の葉が、しおれた状態を示す。それぞれの葉の先端が地面に向かって垂れ下がった状態を示す。この状態の４枚の葉を３次元情報として抽出する。
図７（ｄ）に、図７（ｂ）と同様に図７（ｃ）に示した４枚の葉を３次元情報とした結果に基づいて、水平面に投射した結果を示す。４枚の葉がしおれた状態となったことにより、葉の先端の近傍を通過する円は、図７（ｂ）に示した葉の先端の近傍を通過する円より小さな円となる。
このように投射された葉のイメージが示す葉の先端の近傍を通過する円の直径により、葉の成長度合い、しおれ具合などの検出を行うことができる。
また、茎の先端に花が咲く「菊」のような植物の花の状態を検出することに応用できる。
【００４６】
（育成モデルの生成）
次に、育成モデルについて説明する。
前述の「（植物の育成状態の検出）」において、目的にあった検出条件による植物９の育成状態を示した。検出された育成状態を判定するための基準として用いる育成モデルの生成について示す。
最初に、基準時（発芽時など）からの経過時間に応じて、植物９の生育状況を判定するために、基準時（発芽時など）からの経過時間と植物９の生育状況とを関連づける経過時間による育成状況モデル（第１育成モデル）が必要となる。
この第１育成モデルには、各種項目を選択することができる。例えば、葉の状態による判定では、葉の枚数、１枚の葉の大きさ、生い茂った葉の投影面積、しおれ具合（角度、縦横比）などがあげられる。茎の状態による判定では、背丈、枝の張り具合、太さなどがあげられる。花・実の状態による判定では、数、密度、配置、実の成熟度などがあげられる。根の状態による判定では、長さ、広がり具合などがあげられる。
選択された項目において、基準時（発芽時など）からの経過時間に応じ成長曲線に基づいた数値を基準値とすることにより、モデル化することができる。
この第１育成モデルは、個体の成長の基準とするだけでなく、隣接する個体との干渉を判定する場合にも用いることができる。
【００４７】
また、花が成実した時の実の位置を推定した、花の位置に対する実の配置モデル（第２育成モデル）が必要とされる。
この第２育成モデルには、花・実の状態による判定では、数、密度、配置などがあげられる。
選択された項目において、花の位置に対する実の配置を推定した位置、大きさを基準値とすることにより、モデル化することができる。
この第２育成モデルは、個々の実の成長の基準とするだけでなく、隣接する実のそれぞれの大きさと隔離距離により、隣接する実の干渉を判定する場合にも用いることができる。
【００４８】
また、大きさ、形又は色を基準とするパターンを用いて、検出する対象の特徴を抽出する、収穫時期を判定する収穫時期判定モデル（第３育成モデル）が必要となる。
【００４９】
つまり、育成モデル生成部５１０は、判定項目として選択された項目に対応する数値をモデル化することにより基準値を生成し、育成モデル部２２０の初期値とする。
育成モデル生成部５１０は、育成モデルの生成を画像情報に基づいて生成して、更新する。生成した育成モデルと、実際の状態との乖離が大きい場合には、無理な制御量を与えることとなる場合がある。その場合には、育成モデル生成部５１０は、予め定めた閾値を基準に、判定し育成モデルを補正して、育成モデル部に保持された値を更新する。なお、育成モデルの更新は、段階的に定めた成長課程によって更新周期を変更してもよい。
【００５０】
判定部２００では、検出部２１０によって検出された値と、育成モデル部２２０に保持された各育成モデルの値とに基づいて育成状況判定部２４０によって判定（演算）することにより、検出された値と、育成モデル部２２０に保持された各育成モデルの値との差を算定し、育成状況を判定する。
【００５１】
なお、育成モデル生成部５１０は、育成モデルの値を、過去に検出された検出値、過去に設定されたモデルの値などを統計処理して算定しても良い。
【００５２】
（周囲環境の制御）
環境制御部５２０は、判定された育成状況に応じて育成環境を制御する環境制御量を生成する。例えば、環境制御部５２０は、判定された育成状況に応じて植物９に与える光を制御する場合には、光制御部１２０によって、植物９に与える光の光量又は波長を制御する。環境制御部５２０は、判定された育成状況に応じて植物９に与える二酸化炭素濃度を制御する場合には、二酸化炭素発生部１２３によって、植物９が置かれている二酸化炭素濃度を制御する。環境制御部５２０は、判定された育成状況に応じて植物９に与える空気を制御する場合には、空調設備１２１によって、植物９に給水する周囲温度、湿度、及び、風量の少なくともいずれか１つを制御する。環境制御部５２０は、判定された育成状況に応じて植物９に与える水を制御する場合には、水調整設備１２４によって、植物９に給水する水量、水温、周囲温度、及び、養分濃度の少なくとも１つを制御する。
周囲環境の制御は、栽培時には、比較的短い周期で繰り返し行われ、異常値の検出を早く行うことにより、植物９へのダメージを低減し、適切な環境で栽培できるようにする。
【００５３】
（撮像位置の制御）
位置制御部５３０は、撮像位置移動部４００を制御して、植物９を撮像する位置及び方向を指示する。位置制御部５３０は、撮像部３００の位置、撮像方向を変更して目的に応じた画像情報を撮像するために撮像位置移動部４００を制御する。
撮像位置制御部４００は、多間接型のアーム部４２を備える移動型検出装置４０を備えていることから、撮像部３００の位置を柔軟に設定することができる。
植物９の実が、葉や他の実の影になるような位置であっても、それらに影響されない位置に撮像部３００を容易に移動させることができる。これにより、撮影対象の植物９の実が葉や他の実の影に隠れていたとしても、それらに妨げられることなく、撮影対象の植物９の実を撮像部３００で確実に撮像することができる。
なお、撮像部３００は、アーム部４０の先端部に配置するものとしたが、アーム部４０の先端に近いアームや、同アームに設けられた雲台に設けられていても良い。また、アーム部４０の先端としたが、アーム部４０に内蔵されていても良い。
【００５４】
（生産計画の設計）
生産計画設計部５４０は、撮像された画像情報に基づいて生産計画を設計する。画像情報に基づいた生産計画を設計することにより、収穫するか否かの判定に限らず、植物栽培システム１の設備を有効に利用して、効率良く植物９を栽培することが可能となる。また、この生産計画は、目的の時期の出荷量を調整することにも利用できる。
【００５５】
（収穫計画の設計）
収穫計画作成部５５０は、第３育成モデルに基づいて、収穫計画を設計する。
第３育成モデルに基づいて設計することにより、収穫可能か否かの判定の制度を高めることができる。この判定を行うことにより、例えば、それぞれの実の収穫時期を適正化させることができ、品質を揃えることが可能となる。
収穫計画を作成するための画像情報は、各植物９に対して他の処理を行う際に接近した際に、所得することもできる。或いは、過去に設計した収穫計画によって、収穫順序が策定されていれば、その収穫順に応じて検出頻度を制御することも可能である。すなわち、収穫計画により収穫時期が遅くなると判定された実に対する検出頻度を粗くして、収穫時期が近い実に対する検出頻度を高めることができるので、検出効率を高めることができる。
また、収穫時期を繰り上げ、或いは延期させる判定条件として用いることもできる。これにより、必要な出荷量に応じた量を収穫することができる。
【００５６】
（配置計画の設計）
配置計画設計部５６０は、第１育成モデルに応じて、周囲に位置する植物９の配置計画を設計する。第１育成モデルに基づいて設計することにより、成長後の植物９の個体の大きさを算定することができる。
この配置計画を策定することにより、成長過程で隣接する植物、或いは、施設との干渉を未然に防いで、効率良く植物を配置することができる。この配置計画は、いわゆる、間引きを行う場合や、互いの異なる種類の植物同士の相性が合わない場合の適切な配置等の判定基準となる。
【００５７】
（剪定計画の設計）
剪定計画設計部５７０は、第１育成モデルに応じて、植物９を剪定する剪定計画を設計する。
これにより、隣接する植物９、或いは、自らの枝に干渉する場合を推定することができ、剪定する枝とその位置を適正に選定することができる。
また、剪定計画設計部５７０は、第２育成モデルに応じて、植物９の花（実）を剪定する剪定計画を設計する。
これにより、植物９に成実する位置を算定することにより、自らの枝や実に干渉する場合を推定することができ、剪定する枝や実を選定し、剪定する位置を適正に選定することができる。
【００５８】
（植物栽培システムの制御）
本実施形態に示した植物栽培システム１では、撮像部３００は、植物１１０を撮像し、画像情報を生成する。
撮像位置移動部４００（撮像位置移動手段）は、撮像部３００が撮像する位置を移動させる（多関節型の）アーム部４２(ロボットアーム)を備えることにより、自由な位置と方向から植物９の状況を測定することができ、その測定された画像情報に基づいて、環境条件を制御することにより、収穫時期を制御することが可能となる。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の変更等も含まれる。
例えば、図３に示した構成において、制御部５００は、独立して設ける必要ななく、複数の植物栽培システムを制御する形態としてもよい。
【００５９】
また、本実施形態の植物栽培プラント４は、陸上の施設であることを制限するものではない。例えば、植物栽培プラント４は、水上を航行する移動手段を備えることにより、海上を移動することも可能となる。植物栽培プラント４は、四季の気温変動に応じて、適正な緯度に移動することにより、気候による温度と、植物栽培プラントの温度差を少なくすることができ、空調設備や、水温制御設備による損失を低減させることが可能となる。その移動は、例えば、四季に応じて設定して４回程度とすることとしてもよい。
【００６０】
また、例えば、植物栽培プラント４は、地中、水中に構築することにより、温度の変化の少ない環境を構築することが可能となる。
【００６１】
なお、本実施形態の植物栽培プラント４は、一つのプラント内に複数の種類の植物９を一緒に栽培することができる。
植物栽培プラント４の内部の空間を分割する隔壁を設けて、隔てられた空間単位で栽培する植物９の種類を設定することにより実現できる。また、その隔壁の位置を移動可能な構造とすることにより、分割する空間の広さ（容量）を変更することができる。このような隔壁を設けたことにより、栽培する植物の量に応じて空間を分割することができる。
例えば、収穫が終わった空間を利用して、次の栽培の準備を開始することができる。
また、同じ種類を栽培する場合では、環境条件を変更して、収穫時期を分割された空間ごとに制御することができる。
【００６２】
なお、上述の植物栽培システム１、移動型検出装置４０は、内部にコンピュータシステムを有している。そして、各機能部の動作の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータシステムが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでいうコンピュータシステムとは、ＣＰＵ及び各種メモリやＯＳ、周辺機器等のハードウェアを含むものである。
【００６３】
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
【符号の説明】
【００６４】
１…植物栽培システム、
９…植物、
１００…制御対象部、
２００…判定部、
３００…撮像部
４００…撮像位置移動部、
５００…制御部
【図１】
2015133971.tif 000003
【図２】
2015133971.tif 000004
【図３】
2015133971.tif 000005
【図４】
2015133971.tif 000006
【図５】
2015133971.tif 000007
【図６】
2015133971.tif 000008
【図７】
2015133971.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成27年3月20日(2015.3.20)
【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】
植物栽培用の植生床と、
前記植生床の周辺を外気空間と隔てて、栽培される植物に適した雰囲気に保つプラント囲いと、
前記植生床で植生される植物に光を照射するランプを備える植物栽培プラント雰囲気調整装置と、
前記植生床と、前記プラント囲いと、前記植物栽培プラント雰囲気調整装置とを、水上航行可能にする移動手段と、
を備えることを特徴とする植物栽培プラント。
【請求項２】
少なくとも前記植生床と前記プラント囲いとが、水中に設置される
ことを特徴とする請求項１に記載の植物栽培プラント。
【請求項３】
指示された位置まで撮像する位置を移動させて、指示された方向から植物を撮像可能とする撮像位置移動手段と、
前記撮像位置移動手段によって移動した位置から撮像された植物の画像情報に基づいて、前記植物の育成環境を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の植物栽培プラント。
【請求項４】
植物を撮像し、前記画像情報を生成する撮像部
を備え、
前記撮像位置移動手段は、
前記撮像する位置を移動させるアーム部を備え、
前記アーム部には、前記撮像部が備えられており、
前記制御部は、
前記撮像位置移動手段を制御して、前記植物を撮像する位置及び方向を指示する
ことを特徴とする請求項３に記載の植物栽培プラント。
【請求項５】
前記制御部は、
前記撮像位置移動手段により前記撮像位置を制御する位置制御部
を備えることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の植物栽培プラント。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、植物栽培プラントに関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
植物栽培プラントは、栽培作業による負荷を低減し、植物の供給を安定化することができるものとして注目されている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
ところで、植物栽培プラントは、さらなる管理コスト低減が望まれ、栽培設備（植物栽培プラント）の大規模化が望まれている。また、これまでは、栽培する生産者の経験と勘に依存しつつ、栽培が行われていた。
しかしながら、栽培規模の大規模化に伴って収穫時期を管理できる栽培方法が必要とされるが、従来までの経験と勘に依存した管理方法では、収穫時期を管理することは困難であった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、収穫時期を管理できる植物栽培プラントを提供することを目的とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、植物栽培用の植生床と、前記植生床の周辺を外気空間と隔てて、栽培される植物に適した雰囲気に保つプラント囲いと、前記植生床で植生される植物に光を照射するランプを備える植物栽培プラント雰囲気調整装置と、前記植生床と、前記プラント囲いと、前記植物栽培プラント雰囲気調整装置とを、水上航行可能にする移動手段と、を備えることを特徴とする植物栽培プラントである。