(57)【要約】【課題】圃場の環境を観測する圃場観測装置において、内蔵する電池の寿命低下や不良発生を抑制する。【解決手段】圃場観測装置は、装置本体２と地中埋設部３とを備えている。センサ７は圃場の所定の物理量を測定する。電池１０はセンサ７および、その出力を処理する制御部１３等に電力を供給する。電池１０は、地中埋設部３の内部であって、地中埋設部３が地中に埋設されたとき地中に位置する所に配置されている。地中温度は気温に比べて安定しているため、電池１０の温度は地中温度の影響を受けて安定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圃場の環境を観測する圃場観測装置であって、
圃場の環境に関する所定の物理量を測定するセンサと、
前記センサの出力を処理する処理部の少なくとも一部が設けられた、装置本体と、
前記装置本体と一体に設けられており、地中に埋設して用いられる地中埋設部と、
前記センサおよび前記処理部に電力を供給する電池とを備え、
前記電池は、前記地中埋設部の内部であって、前記地中埋設部が地中に埋設されたとき地中に位置する所に、配置されている
ことを特徴とする圃場観測装置。
【請求項２】
請求項１記載の圃場観測装置において、
前記地中埋設部は、地中に埋設されたとき地中深さ方向に延びるように形成された、筒状部を有しており、
前記電池は、前記筒状部の内部に配置される
ことを特徴とする圃場観測装置。
【請求項３】
請求項２記載の圃場観測装置において、
前記電池は、前記筒状部の横断面において、前記筒状部の内壁面の一部の領域に寄った位置に、配置されている
ことを特徴とする圃場観測装置。
【請求項４】
請求項３記載の圃場観測装置において、
前記筒状部は、前記電池が寄った前記一部の領域における肉厚が、他の領域の肉厚よりも薄く形成されている
ことを特徴とする圃場観測装置。
【請求項５】
請求項２記載の圃場観測装置において、
前記電池は、前記筒状部の内壁面に固定された保持部に、収納される
ことを特徴とする圃場観測装置。
【請求項６】
請求項５記載の圃場観測装置において、
前記保持部の内部は、前記電池を覆うように、充填材が設けられている
ことを特徴とする圃場観測装置。
【請求項７】
請求項６記載の圃場観測装置において、
前記地中埋設部は、前記筒状部の先に、前記センサを収納するセンサ収納体を備えており、
前記センサ収納体の内部は、前記センサを覆うように、充填材が設けられており、
前記保持部の内部の充填材と前記センサ収納体の内部の充填材とが一体になるように、前記筒状部の内部の少なくとも一部に、充填材が設けられている
ことを特徴とする圃場観測装置。
【請求項８】
請求項２記載の圃場観測装置において、
前記電池は、前記装置本体に設置され、前記筒状部の内部に延びるように構成された保持部に、収納される
ことを特徴とする圃場観測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、農作業を支援するために圃場の状態を観測する圃場観測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、農作物の栽培の効率化を図るために、圃場の状態を観測するセンシング技術について、様々な研究開発がすすめられている。
【０００３】
特許文献１では、土中に埋設したヒータ装置と、土中温度を計測可能な計測装置とを備え、土壌の熱伝達率を算出する土中温度計測装置が開示されている。特許文献２では、短波長の光を照射する発光部と反射光を受講する受光部とを備えたセンサーヘッドを、ハウス圃場内の土中に埋設し、土壌の含水率を求める水分センサーが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２００１９４号公報
【特許文献２】特開２００７−３３３７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば本願発明者らによって、圃場に埋設した観測装置によって、地中の温度や水分量、あるいは、気温、湿度、照度などのデータを定期的に計測し、計測データを例えば無線によって収集する圃場観測システムが、提案されている。このようなシステムでは、圃場に埋設する観測装置に外部から電源を供給することは困難なので、電池を内蔵し、この電池によってセンサや処理回路などへの電力供給を行う必要がある。
【０００６】
ところが、圃場は、電池にとって劣悪な環境となり得る。例えば、夏の炎天下では、気温が非常に高くなるため、圃場観測装置の内部の温度が気温以上に上昇してしまうことが想定される。このような高温の環境では、電池の寿命の低下や、液漏れなどの不良の発生が起こりやすくなるため、電池の交換を頻繁に行う必要が生じる。このことは、圃場観測システムの維持コストの面で好ましくない。
【０００７】
本発明は、圃場の環境を観測する圃場観測装置において、内蔵する電池の寿命低下や不良発生を、抑制するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様では、圃場の環境を観測する圃場観測装置は、圃場の環境に関する所定の物理量を測定するセンサと、前記センサの出力を処理する処理部の少なくとも一部が設けられた、装置本体と、前記装置本体と一体に設けられており、地中に埋設して用いられる地中埋設部と、前記センサおよび前記処理部に電力を供給する電池とを備え、前記電池は、前記地中埋設部の内部であって、前記地中埋設部が地中に埋設されたとき地中に位置する所に、配置されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、センサおよび、センサの出力を処理する処理部に電力を供給する電池が、地中埋設部の内部であって、地中埋設部が地中に埋設されたとき地中に位置する所に、配置されている。地中温度は気温に比べて安定しているため、このような配置によって、電池の温度は地中温度の影響を受けて安定する。したがって、電池の寿命低下や不良発生を、未然に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態に係る圃場観測装置の一例の外観図
【図２】実施の形態に係る圃場観測装置の内部構造の一例
【図３】計測部の内部構造の詳細を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図
【図４】圃場で観測された気温および地温の変化を示すグラフ
【図５】筒状部の横断面形状の一例
【図６】筒状部の横断面形状の他の例
【図７】実施の形態に係る圃場観測装置を用いた圃場観測システムの一例を示すイメージ図
【図８】クラウドコンピュータを利用する構成のイメージ図
【図９】実施の形態に係る圃場観測装置の外観の他の例
【図１０】他の実施の形態に係る圃場観測装置の内部構造の一例
【図１１】他の実施の形態に係る圃場観測装置の内部構造の一例
【図１２】他の実施の形態に係る圃場観測装置の内部構造の一例
【図１３】他の実施の形態に係る圃場観測装置の内部構造の一例
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は実施の形態に係る圃場観測装置の一例の外観図である。図１に示す圃場観測装置１は、装置本体２と、装置本体２と一体に設けられており、地中に埋設して用いられる地中埋設部３とを備えている。地中埋設部３は、横断面が例えば円形状である筒状部４と、圃場の環境に関する所定の物理量を測定するセンサ７が内蔵された計測部５とを備えている。センサ７が測定する物理量としては、例えば、温度、水分量、電気伝導度などが例示できる。ここでは、センサ７は温度センサであるものとする。筒状部４は、地中埋設部３が地中に埋設されたとき、地中深さ方向に延びるように形成されており、その表面には埋設深さの目安となる基準線９が付されている。ユーザが、地中埋設部３を基準線９の位置まで地中に埋設したとき、センサ７の測定点の位置が、予め想定された所望の地中深さｈになる。筒状部４は例えば樹脂によって構成される。また、図１では、筒状部４は円筒状に形成されているが、これに限るものではなく、例えば横断面の形状が、楕円や、四角形、六角形などの多角形などであってもかまわない。
【００１３】
図２は圃場観測装置１の内部構造を示す断面図である。なお、装置本体２の内部に関しては、ブロック図によって機能的に図示している。図２に示すように、計測部５は、計測モジュール８を内蔵するセンサ収納体６を備えている。計測モジュール８は例えば、表面にセンサ７が実装されたガラスエポキシ製の基板を有しており、この基板に回路パターンが形成されている。計測モジュール８は、水分や、農薬、肥料などの化学薬品を含む地中環境において、正しく動作する必要がある。また、例えば回路パターンを形成する金属など、圃場を汚染する可能性がある物質を含む場合がある。このため、センサ収納体６は、化学薬品に耐性がある樹脂や、塗装を施した金属などによって形成するのが好ましい。樹脂としては例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などが用いられる。
【００１４】
図３は計測部５の内部構造の詳細を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）の線Ｂ−Ｂにおける横断面図である。計測モジュール８は、センサ７がセンサ収納体６の平滑な内壁面に当接する位置に設けられている。センサ収納体６の内部には、計測モジュール８の位置ずれを防ぐために、例えばシリコーンなどの充填材１２が設けられている。また、センサ収納体６は、測定感度の面からみて、センサ７が当接した壁の肉厚ｔ１が、形状を維持できる範囲内で、他の壁の肉厚ｔ２よりも薄く形成されていることが好ましい。例えば、センサ収納体６がポリエチレンなどの樹脂で形成されている場合には、ｔ１＝０．３〜１ｍｍ程度が好ましい。
【００１５】
また、装置本体２の内部には、センサ７の出力を処理する処理部の例として、センサ７を制御し、その測定データを取得する制御部１３と、センサ７の測定データを記憶するためのメモリ１４と、センサ７の測定データ等を外部との間で送受信する通信部１５とを備えている。そして、圃場観測装置１には、センサ７や、制御部１３、メモリ１４および通信部１５などに電力を供給する電池１０が内蔵されている。電池１０は、防水などの問題がなければユーザが圃場観測装置１に設置してもよい。
【００１６】
本実施形態では、電池１０は、装置本体２の内部ではなく、地中埋設部３の内部であって、当該地中埋設部３が地中に埋設されたとき地中に位置する所に、配置されている。図２の構造では、電池１０は筒状部４の中央あたりに位置しており、筒状部４の内壁面に固定された保持部１１に収納されている。
【００１７】
図４は圃場で観測された気温および地温（地中１５ｃｍ）の変化を示すグラフである。図４では、圃場観測装置１の装置本体２の筐体温度についても併せて示している。図４から分かるように、圃場の気温は約７〜３４℃の範囲で大きく変化しているのに対して、地温の変化は格段に小さく、約１５〜２０℃の範囲でしか変化していない。また、装置本体２の温度は気温の変化とともに大きく変化し、とくに気温が上昇した場合には、気温をはるかに超えた温度にまで達する。
【００１８】
一方、電池１０は、通常、耐熱性はさほど高くないものが多く、夏の炎天下程度の高温にさらされると、寿命が低下したり、あるいは、液漏れなどの不良が起こったりする。このため、図４のグラフから分かるように、電池１０を装置本体２内部に設けた場合には、筐体温度が外部気温以上に上昇してしまうので、寿命低下や不良発生につながってしまう。そこで、本実施の形態では、電池１０を、地中埋設部４の内部であって、温度変化が小さい地中に位置する所に配置するようにしている。地中は、地上の気温と比べて温度変化が極めて小さいので、電池１０を保持する環境として適しているといえる。
【００１９】
また、本実施形態では、電池１０に対する温度変化の影響をより低減するために、電池１０を保持する位置に工夫を加えている。図５は筒状部４において電池１０が保持された位置（図２の線Ａ−Ａ）の横断面形状である。図５に示すように、電池１０は、筒状部４の横断面において、筒状部４の中央ではなく、筒状部４の内壁面４ａの一部の領域に寄った位置に、配置されている。このように、電池１０を筒状部４の内壁面４ａに近づけることによって、安定した地中温度が電池１０に伝わりやすくなるため、電池１０の環境をより好ましい状態に保つことができる。
【００２０】
図６は筒状部４において電池１０が保持された位置（図２の線Ａ−Ａ）の横断面形状の他の例である。図６では、電池１０が寄った領域における筒状部４の肉厚（Ｘ）が、他の領域の肉厚（例えばＹ）よりも薄くなっている。これにより、安定した地中温度が電池１０により伝わりやすくなるため、電池１０の環境をより一層好ましい状態に保つことができる。なお、筒状部４における肉厚の変化のさせ方は、図６に示したものに限られるものではなく、例えば、電池１０が寄った領域のみが薄く形成されており、その他の領域は均一の厚さに形成されていてもかまわない。
【００２１】
図７は本実施の形態に係る圃場観測装置を用いた圃場観測システムの一例を示すイメージ図である。図７において、圃場観測装置１は、センサ７によって地中の温度を測定し、測定データを通信部１５から無線で発信する。管理装置２０は、例えば農作業を行うユーザ５１が携帯しており、圃場観測装置１の親機として動作する。管理装置２０を携帯したユーザ５１が圃場観測装置１に近づくと、管理装置２０から圃場観測装置１に送信要求がなされ、圃場観測装置１は管理装置２０にデータを送信する。このような通信形態は、ＮＦＣ(Near Field Communication)などの既存の近距離無線通信や、特定小電力無線通信などによって実現可能である。また、例えば観測の初期設定などにおいて、管理装置２０から圃場観測装置１に設定データを送信する。
【００２２】
図７のような圃場観測システムでは、例えば、圃場の地中温度を圃場観測装置１によって所定の周期で自動的に測定し、その測定データを管理装置２０に無線を介して容易に収集することができる。そして、収集した測定データから例えば積算地温を算出し、これを作物の収穫時期の予測に用いることができる。
【００２３】
また、クラウドコンピュータの利用も可能である。図８は圃場観測システムがクラウドコンピュータを利用する構成のイメージ図である。図８の構成において、例えば、管理装置２０は、収集した温度データを、インターネット５４を介して、サービス提供者サーバ５５に送信する。そして、サービス提供者サーバ５５が、例えば積算地温を算出し、この積算地温を基にして作物の収穫時期を予測し、インターネット５４を介してその処理結果を管理装置２０に送信する。サービス提供者サーバ５５から送信されるのは、処理結果を通知するためのＵＲＬなどであってもよい。あるいは、収集した温度データを管理装置２０からユーザが保有するＰＣ５３に入力し、このＰＣ５３から、インターネット５４を介して、サービス提供者サーバ５４に送信してもかまわない。
【００２４】
図９は本実施の形態に係る圃場観測装置の外観の他の例である。図９の圃場観測装置は、装置本体２の外面に例えば液晶画面などの表示部１８を備えている。表示部１８には、例えば、算出した積算地温のデータ等を表示することができる。
【００２５】
以上のように本実施形態によると、センサ７、および、センサ７の出力を処理する制御部１３、メモリ１４、通信部１５などの処理部に電力を供給する電池１０が、地中埋設部３の内部であって、地中埋設部３が地中に埋設されたとき地中に位置する所に配置されている。地中温度は気温に比べて格段に安定しているため、このような配置によって、電池１０の温度は地中温度の影響を受けて安定する。したがって、電池１０の寿命低下や不良発生を未然に抑制することができる。これにより、電池１０を頻繁に交換する必要がなくなるため、圃場観測システムの維持コストを大幅に抑えることができる。
【００２６】
（他の実施の形態）
図１０〜図１３は他の実施の形態に係る圃場観測装置の内部構造の例である。これらの圃場観測装置についても、上述の実施形態と同様に、電池１０の寿命低下や不良発生を未然に抑制することができる。
【００２７】
図１０の構造では、電池１０は、装置本体２に設置された保持部１１Ａに収納されている。保持部１１Ａは、筒状部４の内部に延びるように構成されているため、電池１０は、地中埋設部３が地中に埋設されたとき地中に位置する所に配置される。また、図１０の構造でも、図２の構造と同様に、電池１０は、筒状部４の中央でなく、筒状部４の内壁面に寄った位置に配置されている。図１０の構造では例えば、装置本体２と地中埋設部３とを外して電池を交換する場合に、図２の構造と比べて電池１０の交換が容易になる、というさらなる効果がある。
【００２８】
図１１の構造では、装置本体２にセンサ７Ａが設けられており、センサ収納体６内部のセンサ７および計測モジュール８が省かれている。センサ７Ａが測定する物理量としては、例えば、気温、湿度、照度などが例示できる。ここではセンサ７Ａは照度センサであるものとしている。このように、圃場観測装置１のセンシング対象が地中の物理量でない場合であっても、電池１０をあえて地中に位置させることによって、電池１０の寿命低下や不良発生を抑制することができる。なお、装置本体２と地中埋設部３の両方にセンサを設けてもかまわない。
【００２９】
図１２の構造では、保持部１１の内部は、電池１０を覆うように、充填材３１が設けられている。すなわち、保持部１１の内部では、電池１０と保持部１１との間の隙間に充填材３１が配置されている。これにより、地中の温度を電池１０に効率よく伝達できるので、例えば装置本体２の内部温度が急激に高くなった場合であっても、電池１０の温度変化を抑制することができる。また、電池１０に液漏れが生じた場合であっても、圃場の汚染を防ぐことができる。
【００３０】
図１３の構造では、地中埋設部３内部において、計測部５から筒状部４にわたって、充填材４１が配置されている。すなわち、図１２の構造における保持部１１内部の充填材３１とセンサ収納体６内部の充填材１２とが一体になるように、地中埋設部３内部に充填材４２が設けられている。これにより、図１２の構造と同様の作用効果が得られるとともに、充填材４２を効率よく形成できるという効果が得られる。
【００３１】
なお、上述の各実施形態では、装置本体２内部にセンサ７，７Ａの出力を処理する処理部として、制御部１３、メモリ１４および通信部１５を備えた構成を示しているが、これに限られるものではない。例えば、制御部１３やメモリ１４等を地中埋設部３内部に設けてもかまわないし、制御部１３、メモリ１４および通信部１５以外の構成要素を装置本体２内部に設けてもよい。ただし、通信部１５については、通信感度の面からみて地中に埋設しない方がよいため、装置本体２内部に設けるのが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明では、圃場の環境を観測する圃場観測装置において、電池の寿命低下や不良発生を抑制することができるので、例えば、圃場観測システムにおける維持コスト低減に有効である。
【符号の説明】
【００３３】
１  圃場観測装置
２  装置本体
３  地中埋設部
４  筒状部
４ａ  内壁面
５  計測部
６  センサ収納体
７，７Ａ  センサ
１０  電池
１１，１１Ａ  保持部
１２，３１，４１  充填材
１３  制御部
１４  メモリ
１５  通信部
【図１】
2015220997.tif 000003
【図２】
2015220997.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図７】
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