(57)【要約】【課題】個人事業者でも容易に導入することができ、かつ高度な制御を実現することが可能な養液土耕システム、養液土耕制御サーバ、養液土耕制御プログラム及びコントローラを提供する。【解決手段】養液土耕システム１０１は、センサのデータを養液土耕制御サーバ１０４に送信し、受信したデータに基づいて水供給弁１０７、培養原液供給弁１０８及び吐出弁１１０を制御するコントローラ１０２と、コントローラ１０２から受信したセンサのデータに基づいて、水供給弁１０７、培養原液供給弁１０８及び吐出弁１１０の制御量を算出してコントローラ１０２に返信する養液土耕制御サーバ１０４よりなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
日射センサと、
前記日射センサの日射量情報に基づいて、所定の時間間隔における積算日射量を算出し、前記積算日射量に基づいて、栽培する作物に供給する培養液の量を算出する基本培養液量算出部と、
前記作物が植栽される土壌の水分量を計測する土壌センサと、
前記土壌センサの土壌水分量情報を所定の基準土壌水分量と比較し、前記作物に供給する培養液の量を調整し、制御情報を算出する培養液量微調整部と、
前記培養液の基となる水の供給を制御する水供給弁と、
前記水供給弁が供給する前記水と混合されることで形成される前記培養液の基となる培養原液の供給を制御する培養原液供給弁と、
前記制御情報に基づいて前記水供給弁の開閉及び前記培養原液供給弁の開閉を制御するコントローラと
を具備する、養液土耕システム。
【請求項２】
前記基本培養液量算出部は、前記培養液の濃度も算出するものであり、
前記土壌センサは、前記土壌のＥＣも計測するものであり、
前記培養液量微調整部は、前記土壌センサが出力する土壌ＥＣ情報を所定の基準土壌ＥＣと比較し、前記作物に供給する培養液の濃度を調整し、制御情報を算出するものである、
請求項１に記載の養液土耕システム。
【請求項３】
更に、
前記作物が植栽される場所の測位情報を出力する測位情報出力部と、
測位情報と作物の種別と日付と時間毎に、可能日射量と、前記可能日射量に対応する基準培養液量を記録する日射量培養液量テーブルと
を具備し、
前記基本培養液量算出部は、前記測位情報と現在日時によって前記日射量培養液量テーブルのレコードを特定して、得られた前記基準培養液量を、前記可能日射量に対する前記積算日射量との比率で算出する、
請求項１又は２に記載の養液土耕システム。
【請求項４】
更に、
前記基準土壌水分量の上限値及び下限値を格納する閾値範囲リストと、
前記基準土壌水分量を所定の端末の表示画面にて編集可能に表示すると共に、前記端末を通じて操作される前記基準土壌水分量が前記上限値または下限値を超えた場合に、前記表示画面にアラーム表示処理を実行するＧＵＩ処理部と
を具備する、請求項１に記載の養液土耕システム。
【請求項５】
日射センサの日射量情報に基づいて、所定の時間間隔における積算日射量を算出し、前記積算日射量に基づいて、栽培する作物に供給する培養液の量を算出する基本培養液量算出部と、
前記作物が植栽される土壌の水分量を計測する土壌センサの土壌水分量情報を所定の基準土壌水分量と比較し、前記作物に供給する培養液の量を調整することで、前記培養液を形成する水の供給を制御する水供給弁と、前記培養液を形成する培養原液の供給を制御する培養原液供給弁の開閉を制御するコントローラが前記水供給弁及び前記培養原液供給弁を制御するための制御情報を算出する培養液量微調整部と
を具備する、養液土耕制御サーバ。
【請求項６】
前記基本培養液量算出部は、前記培養液の濃度も算出するものであり、
前記培養液量微調整部は、前記土壌のＥＣも計測する前記土壌センサが出力する土壌ＥＣ情報を所定の基準土壌ＥＣと比較し、前記作物に供給する培養液の濃度を調整し、制御情報を算出するものである、
請求項５に記載の養液土耕制御サーバ。
【請求項７】
コンピュータを、
日射センサの日射量情報に基づいて、所定の時間間隔における積算日射量を算出し、前記積算日射量に基づいて、栽培する作物に供給する培養液の量を算出する基本培養液量算出部と、
前記作物が植栽される土壌の水分量を計測する土壌センサの土壌水分量情報を所定の基準土壌水分量と比較し、前記作物に供給する培養液の量を調整することで、前記培養液を形成する水の供給を制御する水供給弁と、前記培養液を形成する培養原液の供給を制御する培養原液供給弁の開閉を制御するコントローラが前記水供給弁及び前記培養原液供給弁を制御するための制御情報を算出する培養液量微調整部と
を具備する養液土耕制御サーバとして動作させるための、養液土耕制御プログラム。
【請求項８】
日射センサと、作物が植栽される土壌の水分量を計測する土壌センサが接続され、前記日射センサの日射量情報と、前記土壌センサの土壌水分量情報を養液土耕制御サーバに送信するための送信情報を作成する送信情報作成部と、
水の供給を制御する水供給弁と、培養原液の供給を制御する培養原液供給弁が接続され、前記養液土耕制御サーバから受信した制御情報に基づいて、前記水供給弁の開閉及び前記培養原液供給弁の開閉を制御する制御信号を作成する制御信号作成部と
を具備する、コントローラ。
【請求項９】
水の供給を制御する水供給弁と、
培養原液の供給を制御する培養原液供給弁と、
前記水供給弁から吐出される前記水と、前記培養原液供給弁から吐出される前記培養原液が混合された培養液を受けて、第一の作物が植栽される土壌に前記培養液を供給する第一吐出弁と、
前記培養液を受けて、第二の作物が植栽される土壌に前記培養液を供給する第二吐出弁と、
所定の制御情報に基づいて、前記水供給弁及び前記培養原液供給弁の開閉を制御すると共に、前記第一吐出弁と前記第二吐出弁を排他的に開閉制御するコントローラと
を具備する、養液土耕システム。
【請求項１０】
前記コントローラは、前記第二吐出弁を閉じた状態で前記第一吐出弁を開いた後に、前記水供給弁を第一の開放時間にて開放し、前記第一吐出弁を閉じた状態で前記第二吐出弁を開いた後に、前記水供給弁を第二の開放時間にて開放する、請求項９に記載の養液土耕システム。
【請求項１１】
日射センサと、作物が植栽される土壌の水分量を計測する土壌センサが接続され、前記日射センサの日射量情報と、前記土壌センサの土壌水分量情報を養液土耕制御サーバに送信するための送信情報を作成する送信情報作成部と、
水の供給を制御する水供給弁と、培養原液の供給を制御する培養原液供給弁と、前記水供給弁から吐出される前記水と、前記培養原液供給弁から吐出される前記培養原液が混合された培養液を受けて、第一の作物が植栽される土壌に前記培養液を供給する第一吐出弁と、前記培養液を受けて、第二の作物が植栽される土壌に前記培養液を供給する第二吐出弁が接続され、前記養液土耕制御サーバから受信した制御情報に基づいて、前記水供給弁及び前記培養原液供給弁の開閉を制御すると共に、前記第一吐出弁と前記第二吐出弁を排他的に開閉制御する制御信号作成部と
を具備する、コントローラ。
【請求項１２】
前記制御信号作成部は、前記制御情報に基づいて、前記第二吐出弁を閉じた状態で前記第一吐出弁を開いた後に、前記水供給弁を第一の開放時間にて開放し、前記第一吐出弁を閉じた状態で前記第二吐出弁を開いた後に、前記水供給弁を第二の開放時間にて開放する、請求項１１に記載のコントローラ。
【請求項１３】
水の供給を制御する水供給弁と、
培養原液の供給を制御する培養原液供給弁と、
前記水供給弁から吐出される前記水と、前記培養原液供給弁から吐出される前記培養原液が混合された培養液を受けて、作物が植栽される土壌に前記培養液を供給する吐出弁と、
前記吐出弁に接続され、前記土壌に前記培養液を供給する灌水チューブと、
所定の制御情報に基づいて、前記水供給弁及び前記培養原液供給弁の開閉を制御すると共に、前記吐出弁を開閉制御するコントローラと、
前記灌水チューブの単位長さ辺りの培養液供給能力と、前記灌水チューブの長さに基いて、前記水供給弁及び前記吐出弁の開放時間を算出して、前記開放時間を含む前記制御情報を前記コントローラに提供する、制御データ作成部と
を具備する、養液土耕システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、養液土耕システム、養液土耕制御サーバ、養液土耕制御プログラム及びコントローラに関する。
より詳細には、作物を栽培する養液土耕を、コンピュータ制御にて実現する養液土耕システムと、これに使用する養液土耕制御サーバ、養液土耕制御プログラム及びコントローラに関する。
なお、本明細書において作物とは、農作物と観葉植物を包含する。
【背景技術】
【０００２】
国土面積の狭い我が国において、農業の効率化、収益性向上は喫緊の課題である。
発明者等は、農業の効率化と収益性を向上させる有力な方法として、養液土耕を研究し、これを高度に実現するシステムの開発を進めている。
【０００３】
養液土耕とは、肥料を適切な量の水で薄めた培養液を、土壌で栽培する作物に必要な時に、必要な量だけ、灌水チューブを用いて与える、節水型の作物栽培技術である。
【０００４】
特許文献１は、本発明に一部関係があると思われる、養液土耕を用いた作物の栽培方法の先行技術文献である。特許文献１には、作物を養液土耕により栽培する方法であって、（１）作物を栽培するに先立って、土壌を分析して土壌中の塩素イオン濃度及び硫酸イオン濃度を測定する手段、（２）塩素イオン及び硫酸イオンの電気伝導度への寄与値（ds/m）を求める手段、（３）土壌溶液の電気伝導度について、標準電気伝導度に、上記（２）で求めた寄与値を加算して、管理目標値を決定する手段、（４）栽培期間中、土壌溶液中の電気伝導度を測定する手段、及び（５）上記（４）で求めた電気伝導度が上記（３）で決定した管理目標値の範囲を維持するように、施肥の際に供給する肥料溶液の濃度及び液量を調節する手段を備える、作物の栽培方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−７９２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術の養液土耕は、タイマを用いた簡易型のシステムと、コンピュータ制御のシステムとに分けられる。
前者の場合、天候の変化に即応できないため、肥料を多く与え過ぎてしまい、地下水の汚染を引き起こす虞があった。
後者の場合、コンピュータシステムの導入に多額の資金を要していた。
【０００７】
本発明はかかる課題を解決し、個人事業者でも容易に導入することができ、かつ高度な制御を実現することが可能な養液土耕システム、養液土耕制御サーバ、養液土耕制御プログラム及びコントローラ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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の養液土耕システムは、日射センサと、日射センサの日射量情報に基づいて、所定の時間間隔における積算日射量を算出し、積算日射量に基づいて、栽培する作物に供給する培養液の量を算出する基本培養液量算出部とを具備する。更に、作物が植栽される土壌の水分量を計測する土壌センサと、土壌センサの土壌水分量情報を所定の基準土壌水分量と比較し、作物に供給する培養液の量を調整し、制御情報を算出する培養液量微調整部と、培養液の基となる水の供給を制御する水供給弁と、水供給弁が供給する水と混合されることで形成される培養液の基となる培養原液の供給を制御する培養原液供給弁と、制御情報に基づいて水供給弁の開閉及び培養原液供給弁の開閉を制御するコントローラとを具備する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、個人事業者でも容易に導入することができ、かつ高度な制御を実現することが可能な養液土耕システム、養液土耕制御サーバ、養液土耕制御プログラム及びコントローラを提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る、養液土耕システムの概略図である。
【図２】コントローラのハードウェアの構成を示すブロック図である。
【図３】コントローラのソフトウェアの機能を示すブロック図である。
【図４】養液土耕制御サーバのハードウェアの構成を示すブロック図である。
【図５】養液土耕制御サーバのソフトウェアの機能を示すブロック図である。
【図６】制御データ作成部の機能を示すブロック図である。
【図７】受信データベース、機器データベース、日射量データベース及びユーザマスタの構成を示す図である。
【図８】コントローラと、これに接続される各種センサ及び機器の関係を示す概略図である。
【図９】コントローラの動作の流れを示すフローチャートである。
【図１０】養液土耕制御サーバの制御データ作成部による、あるコントローラのある吐出弁に対する、培養液量及び濃度の演算処理の流れを示すフローチャートである。
【図１１】培養液量微調整部が土壌水分量を補正する手順を説明するための、模式的なグラフである。
【図１２】培養液量微調整部が土壌水分量を補正する手順を説明するための、模式的なグラフである。
【図１３】制御データ作成部のブロック図である。
【図１４】養液土耕制御サーバの制御データ作成部による、あるコントローラのある吐出弁に対する、培養液量及び濃度の演算処理の流れを示すフローチャートである。
【図１５】ＧＵＩ処理部の処理内容を説明するブロック図である。
【図１６】ＧＵＩ処理部が出力する描画情報によってタブレット端末に表示される操作画面である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［養液土耕システムの全体構成］
図１は、本発明の実施形態に係る、養液土耕システム１０１の概略図である。
養液土耕システム１０１は、温室やビニルハウス等の、天候の変動を緩和する作物栽培施設に導入される。本実施形態では、温室やビニルハウスを「ハウス」と総称する。
養液土耕システム１０１は、培養液を作成して、ハウスに供給する設備と、培養液を作成するための情報を演算処理するサーバに分けられる。
前者は農家に設置されたコントローラ１０２を中心とするクライアントである。後者はインターネット１０３に接続される養液土耕制御サーバ１０４である。
養液土耕システム１０１は、いわゆるｗｅｂベースのクライアント・サーバシステムである。特に養液土耕制御サーバ１０４は可用性を鑑みて、複数のサーバの集合体、すなわちクラウドにて構成されている。本実施形態では、説明を簡略化するために、養液土耕制御サーバ１０４を単一のサーバとして表現している。
【００１２】
農家には、培養液の基となる第一液肥タンク１０５ａと第二液肥タンク１０５ｂが設置されている。
第一液肥タンク１０５ａには第一液肥混入器１０６ａが接続されている。第二液肥タンク１０５ｂには第二液肥混入器１０６ｂが接続されている。
これ以降、第一液肥タンク１０５ａと第二液肥タンク１０５ｂを特に区別しない場合は、液肥タンク１０５と称する。同様に、第一液肥混入器１０６ａと第二液肥混入器１０６ｂを特に区別しない場合は、液肥混入器１０６と称する。
【００１３】
液肥タンク１０５には、肥料を水に溶かした高濃度液肥が溜め込まれている。第一液肥タンク１０５ａと第二液肥タンク１０５ｂには、異なる種類の液肥が溜め込まれている。
液肥混入器１０６とは、水道水等の加圧された水（以下「加圧水」と称する）の水圧を利用して、水に対し、液肥タンク１０５の液肥を設定した割合にて混入させる器具である。
図１を見て判るように、第一液肥混入器１０６ａと第二液肥混入器１０６ｂは直列に接続されており、第二液肥混入器１０６ｂからは第一液肥タンク１０５ａの液肥と第二液肥タンク１０５ｂの液肥とが混合した培養原液が吐出される。
【００１４】
加圧水は水供給弁１０７によって水の吐出が制御される。第二液肥混入器１０６ｂから吐出される培養原液は、培養原液供給弁１０８によって培養原液の吐出が制御される。
コントローラ１０２は、水供給弁１０７と培養原液供給弁１０８を制御することで、適切な濃度の培養液を適切な量、作物に供給する。
【００１５】
水供給弁１０７と培養原液供給弁１０８の吐出側は一つのパイプに接続され、流量センサ１０９を通じて、一つ以上の吐出弁に供給される。
図１では、第一吐出弁１１０ａと第二吐出弁１１０ｂが設けられている。これ以降、第一吐出弁１１０ａと第二吐出弁１１０ｂを区別しない場合には吐出弁１１０と称する。
本実施形態の養液土耕システム１０１は、水供給弁１０７と培養原液供給弁１０８、そして複数の吐出弁１１０を制御することで、吐出弁１１０が設けられているハウス内の区画毎に異なる作物や、或は作付時期をずらした作物を栽培することが可能である。すなわち、第二吐出弁１１０ｂを閉じて第一吐出弁１１０ａを開いた場合には、第一の作物に適した量と濃度の培養液を供給する。一方、第一吐出弁１１０ａを閉じて第二吐出弁１１０ｂを開いた場合には、第一の作物とは異なる、第二の作物に適した量と濃度の培養液を供給する。つまり、コントローラ１０２と、培養液を作成する系統（液肥タンク１０５、液肥混入器１０６、水供給弁１０７、培養原液供給弁１０８及び流量センサ１０９）を、異なる作物或は作付時期をずらした作物において、共有できる。
【００１６】
ハウスの内部には、灌水チューブ１１１が一本以上敷設される。
灌水チューブ１１１には、吐出弁１１０を通じて培養液が供給される。培養液は、灌水チューブ１１１に設けられている複数の穴から、灌水チューブ１１１が敷設されているハウス内の地面に散布される。
灌水チューブ１１１の近傍には土壌センサ１１２が差し込まれる。
図１では、第一土壌センサ１１２ａと第二土壌センサ１１２ｂが設けられている。これ以降、第一土壌センサ１１２ａと第二土壌センサ１１２ｂを区別しない場合には土壌センサ１１２と称する。
土壌センサ１１２は、土壌水分量、土壌ＥＣ及び地温を、アナログ電圧信号にて出力する。ＥＣとは「Electrical Conductivity」の略で、硝酸態窒素含有量の指標になる、土壌中の電気伝導率を指す。つまりＥＣとは、転じて土壌中の肥料の濃度とほぼ同義の情報として扱われる。
ハウスの近傍には、日射センサ１１３が設けられる。日射センサ１１３は日射の強度をアナログ電圧信号にて出力する。
【００１７】
日射センサ１１３、流量センサ１０９、第一土壌センサ１１２ａ及び第二土壌センサ１１２ｂから出力されるアナログ電圧信号は、コントローラ１０２に入力される。またコントローラ１０２は、水供給弁１０７、培養原液供給弁１０８、そして第一吐出弁１１０ａと第二吐出弁１１０ｂを開閉制御する。
図２にて詳述するが、コントローラ１０２は周知のマイコンよりなる。コントローラ１０２には更に測位情報出力部としての機能を有するＧＰＳ端末１１４から測位情報が入力される。そして、コントローラ１０２は無線端末である３Ｇ端末１１５を通じてインターネット１０３に接続し、養液土耕制御サーバ１０４と情報の送受信を行う。
なお、天気予報サーバ１１６は後述する図１３において説明する。
【００１８】
コントローラ１０２は、日出から日没まで、１０分間隔で、日射センサ１１３、第一土壌センサ１１２ａ及び第二土壌センサ１１２ｂから得られる計測データを養液土耕制御サーバ１０４に送信する。そして、１時間毎、或は２時間毎に、計測データを養液土耕制御サーバ１０４に送信した際に、養液土耕制御サーバ１０４から受信するデータに基いて、水供給弁１０７、培養原液供給弁１０８、第一吐出弁１１０ａ及び第二吐出弁１１０ｂを制御する。そして、その際に流量センサ１０９から得られる培養液の流量のデータを、養液土耕制御サーバ１０４に送信する。
これ以降、本実施形態では、養液土耕制御サーバ１０４は１時間毎にコントローラ１０２に制御データを送信するものとする。
【００１９】
また、農業従事者はタブレット端末１１７等を用いて、後述する基準土壌水分量及び基準土壌ＥＣを任意に変更できる。
【００２０】
［コントローラ１０２のハードウェア構成］
図２は、コントローラ１０２のハードウェアの構成を示すブロック図である。なお、養液土耕制御サーバ１０４と送受信する情報の概略を説明するため、インターネット１０３に接続される養液土耕制御サーバ１０４も図示している。
マイコンよりなるコントローラ１０２は、ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３、日時情報を出力するリアルタイムクロック（以下「ＲＴＣ」と略、図２中も「ＲＴＣ」と略）２０４、ＮＩＣ（Network Information Card）２０５、シリアルインターフェース２０６（図２中では「Ｉ／Ｆ」と略）が、バス２０７に接続されている。
更に、バス２０７に接続されているＡ／Ｄ変換器２０８（図２中では「Ａ／Ｄ」と略）には、マルチプレクサ２０９（図２中では「ＭＰＸ」と略）が接続されている。マルチプレクサ２０９には、日射センサ１１３、流量センサ１０９、第一土壌センサ１１２ａ及び第二土壌センサ１１２ｂが接続される。
更に、バス２０７に接続されているＤ／Ａ変換器２１０（図２中では「Ｄ／Ａ」と略）には、図示しないラインドライバを通じて水供給弁１０７、培養原液供給弁１０８、第一吐出弁１１０ａ及び第二吐出弁１１０ｂが接続される。
【００２１】
コントローラ１０２は、ＧＰＳ端末１１４が出力する測位情報を、シリアルインターフェース２０６を通じて受信する。
コントローラ１０２は、ＮＩＣ２０５に接続されている３Ｇ端末１１５を通じて、インターネット１０３に接続される。そして養液土耕制御サーバ１０４に、ＧＰＳ端末１１４が出力した測位情報、第一土壌センサ１１２ａ及び第二土壌センサ１１２ｂを区別する土壌センサ番号、日射センサ１１３が出力した日射量、第一土壌センサ１１２ａ又は第二土壌センサ１１２ｂが出力した土壌水分量、土壌ＥＣ及び地温、そして流量センサ１０９が出力した培養液流量を送信する。更に養液土耕制御サーバ１０４から、第一吐出弁１１０ａ及び第二吐出弁１１０ｂを区別する吐出弁番号、水供給弁開放時間及び培養原液供給弁開放時間を受信する。
【００２２】
［コントローラ１０２のソフトウェア機能］
図３は、コントローラ１０２のソフトウェアの機能を示すブロック図である。
日射センサ１１３、第一土壌センサ１１２ａ、第二土壌センサ１１２ｂ、流量センサ１０９、そしてＧＰＳ端末１１４が出力する情報は、送信情報作成部３０１によって周知のＸＭＬ（Extensible Markup Language）仕様のテキストストリームデータに変換される。そして、ＸＭＬテキストストリームデータは、ｗｅｂクライアント３０２によって、ＨＴＴＰＳ（Hyper Text Transfer Protocol Secure）にて養液土耕制御サーバ１０４に送信される。
ｗｅｂクライアント３０２は、養液土耕制御サーバ１０４から受信したテキストストリームデータを、制御信号作成部３０３に引き渡す。
制御信号作成部３０３は、テキストストリームデータから、第一吐出弁１１０ａ及び第二吐出弁１１０ｂを区別する吐出弁番号、水供給弁開放時間及び培養原液供給弁開放時間を取り出して、水供給弁１０７、培養原液供給弁１０８、第一吐出弁１１０ａ及び第二吐出弁１１０ｂを制御する。
【００２３】
制御部３０４は、スケジューラの機能を備える。
制御部３０４は、ＲＴＣ２０４から日時情報を受け取り、所定の時間に至ったことを認識したら、ｗｅｂクライアント３０２を通じて養液土耕制御サーバ１０４に認証情報３０５を送信して、認証を行う。認証が正常に行われたら、制御部３０４は送信情報作成部３０１を起動する。そして、ｗｅｂクライアント３０２が養液土耕制御サーバ１０４から受信したテキストストリームデータに制御情報が含まれていれば、制御信号作成部３０３を起動する。
認証情報３０５は、ＲＯＭ２０２に記憶されている、コントローラ１０２の機器ＩＤとパスワードである。機器ＩＤとは、コントローラ１０２を一意に識別する情報である。
【００２４】
図３を見て判るように、コントローラ１０２には、日射センサ１１３及び土壌センサ１１２から得られるデータに基いて、水供給弁１０７、培養原液供給弁１０８、第一吐出弁１１０ａ及び第二吐出弁１１０ｂを制御するための演算を行う機能がない。このため、水供給弁１０７、培養原液供給弁１０８、第一吐出弁１１０ａ及び第二吐出弁１１０ｂを制御するためのデータは、養液土耕制御サーバ１０４によって作成される。
すなわち、コントローラ１０２は、低価格で比較的演算能力の低いマイコンで実現可能である。水供給弁１０７、培養原液供給弁１０８、第一吐出弁１１０ａ及び第二吐出弁１１０ｂを制御するためのデータを作成するための、複雑かつ高度な演算処理は、養液土耕制御サーバ１０４が担当する。クライアントのハードウェア構成を簡素にすることで、本実施形態の養液土耕システム１０１は、個人事業者でも比較的容易に導入が可能である。
【００２５】
［養液土耕制御サーバ１０４のハードウェア構成］
図４は、養液土耕制御サーバ１０４のハードウェアの構成を示すブロック図である。
周知のコンピュータよりなる養液土耕制御サーバ１０４は、ＣＰＵ４０１、ＲＯＭ４０２、ＲＡＭ４０３、ＲＴＣ４０４、インターネット１０３に接続されているＮＩＣ４０５、不揮発性ストレージ４０６が、バス４０７に接続されている。不揮発性ストレージ４０６には、周知のネットワークＯＳと、コンピュータを養液土耕制御サーバ１０４として機能させるためのプログラムと、後述する種々のデータベースが格納されている。
なお、一般的なパソコンも養液土耕制御サーバ１０４として利用可能である。その場合、表示部４０８と操作部４０９がバス４０７に接続されている。但し、表示部４０８と操作部４０９は必ずしも養液土耕制御サーバ１０４に必要ではない。
【００２６】
［養液土耕制御サーバ１０４のソフトウェア機能］
図５は、養液土耕制御サーバ１０４のソフトウェアの機能を示すブロック図である。
養液土耕制御サーバ１０４は、ＨＴＴＰＳのｗｅｂサーバである。
ｗｅｂサーバプログラム５０１は、クライアントであるコントローラ１０２とＨＴＴＰＳにて通信を行い、通信の内容に応じて、認証処理部５０２、受信データ処理部５０３、ＧＵＩ処理部５０４を実行する。また、制御部５０５によって実行される制御データ作成部５０６が出力する情報を、コントローラ１０２へ送信する。なお、通常、ＨＴＴＰＳはＴＣＰポート４４３番を利用するが、ポート番号はセキュリティを考慮して自由に変更可能である。
認証処理部５０２、受信データ処理部５０３、制御データ作成部５０６及びＧＵＩ処理部５０４は、例えばＣＧＩ（Common Gateway Interface）やアプレットと呼ばれるプログラムである。
【００２７】
認証処理部５０２は、必要に応じてユーザマスタ５０７を参照して、クライアントであるコントローラ１０２やタブレット端末１１７の認証を行う。
受信データ処理部５０３は、コントローラ１０２から受信したデータを受信データベース５０８に記録する。
制御データ作成部５０６は制御部５０５によって起動され、受信データベース５０８、機器データベース５０９、日射量データベース５１０及びトレンド情報テーブル５１１からデータを読み込み、クライアントであるコントローラ１０２に送信するデータを作成して、ｗｅｂサーバプログラム５０１を通じてコントローラ１０２に送信する。
ＧＵＩ処理部５０４は、クライアントであるタブレット端末１１７に、後述する基準土壌水分量及び基準土壌ＥＣを操作するためのＧＵＩ操作画面を形成して、タブレット端末１１７操作者の指示に従い、基準土壌水分量及び基準土壌ＥＣを変更する。その際、閾値範囲リスト５１２を参照する。
【００２８】
ＲＴＣ４０４はコントローラ１０２のＲＴＣ２０４と同じである。
制御部５０５は、現在、養液土耕制御サーバ１０４にアクセスしているコントローラ１０２に、水供給弁１０７、培養原液供給弁１０８及び吐出弁１１０を制御するための制御データを送信する必要があるか否かを、ＲＴＣ４０４から得られる現在時刻から判定する。そして、コントローラ１０２に制御データを送信する必要があると判定した場合には、制御データ作成部５０６を起動する。
また、制御部５０５はクライアントと同様の、スケジューラとしての機能も有し、深夜にトレンド情報算出部５１３を起動する。トレンド情報算出部５１３は、後述する受信データベース５０８の第一ログテーブルから、土壌水分量及び土壌ＥＣを読み出して、土壌センサ１１２毎に土壌水分量及び土壌ＥＣのトレンド情報を算出し、これをトレンド情報テーブル５１１に記録する。
【００２９】
図６は、制御データ作成部５０６の機能を示すブロック図である。
制御データ作成部５０６は、二段階の演算処理を行う。
制御データ作成部５０６は最初に、制御部５０５から現在、養液土耕制御サーバ１０４にアクセスしているコントローラ１０２の機器ＩＤを受け取ると、基本培養液量算出部６０１を起動する。
基本培養液量算出部６０１は、受信データベース５０８を機器ＩＤで特定して、測位情報と日射量を得る。そして日射量データベース５１０を参照して、基本培養液量を算出する。
次に、培養液量微調整部６０２は、受信データベース５０８を機器ＩＤで特定して、土壌水分量と土壌ＥＣを得る。そして機器データベース５０９を機器ＩＤで特定して、基準土壌水分量と基準土壌ＥＣを得る。更にトレンド情報テーブル５１１を機器ＩＤで特定して、土壌水分量傾きと土壌ＥＣ傾きを得る。そして、これらのデータを基に計算を行い、水供給弁開放時間と、培養原液供給弁開放時間を算出する。
【００３０】
図７は、受信データベース５０８、機器データベース５０９、日射量データベース５１０及びユーザマスタ５０７の構成を示す図である。
受信データベース５０８は、第一ログテーブル７０１と第二ログテーブル７０２を有する。
機器データベース５０９は、機器マスタ７０３、土壌センサテーブル７０４、吐出弁テーブル７０５、灌水チューブテーブル７０６及び灌水チューブマスタ７０７を有する。
日射量データベース５１０は、日射量培養液量テーブル７０８と測位情報リスト７０９を有する。
【００３１】
第一ログテーブル７０１は、機器ＩＤフィールド、土壌センサ番号フィールド、日時フィールド、測位情報フィールド、日射量フィールド、土壌水分量フィールド、土壌ＥＣフィールド及び地温フィールドを有する。
機器ＩＤフィールドには、機器ＩＤが格納される。
土壌センサ番号フィールドには、ある機器ＩＤのコントローラ１０２に接続される土壌センサ１１２を一意に識別するための土壌センサ番号が格納される。本実施形態のコントローラ１０２は、最大６個の土壌センサ１１２が接続可能である。
日時フィールドには、コントローラ１０２からデータを受信した日時が格納される。
測位情報フィールドには、コントローラ１０２から受信した、ＧＰＳ端末１１４の測位情報が格納される。
日射量フィールドには、コントローラ１０２から受信した、日射センサ１１３の日射量データが格納される。
土壌水分量フィールドには、コントローラ１０２から受信した、土壌センサ１１２の土壌水分量データが格納される。
土壌ＥＣフィールドには、コントローラ１０２から受信した、土壌センサ１１２の土壌ＥＣデータが格納される。
地温フィールドには、コントローラ１０２から受信した、土壌センサ１１２の地温データが格納される。
なお、本実施形態の養液土耕システム１０１では、地温を培養液の算出には用いない。しかし、他のセンサの情報と同様に、地温の変化を第一ログテーブル７０１にてログ記録しておくことで、作物の生育状況との相関性等を検証することが可能になる。養液土耕制御サーバ１０４は、複数の農家の情報を第一ログテーブル７０１及び第二ログテーブル７０２に蓄積するので、サーバの運用実績が積み重なれば、いわゆる「ビッグデータ」として様々な分析にも利用が可能である。
【００３２】
第二ログテーブル７０２は、機器ＩＤフィールド、吐出弁番号フィールド及び培養液流量フィールドを有する。
機器ＩＤフィールドは、第一ログテーブル７０１の同名フィールドと同じである。
吐出弁番号フィールドには、ある機器ＩＤのコントローラ１０２に接続される吐出弁１１０を一意に識別するための吐出弁番号が格納される。
培養液流量フィールドには、コントローラ１０２から受信した、流量センサ１０９の培養液流量データが格納される。
【００３３】
機器マスタ７０３は、機器ＩＤフィールド、機器オーナーフィールド、パスワードフィールド及び連絡先フィールドを有する。
機器ＩＤフィールドは、第一ログテーブル７０１の同名フィールドと同じである。
機器オーナーフィールドには、コントローラ１０２の所有者の氏名或は法人名が格納される。
パスワードフィールドには、コントローラ１０２の機器ＩＤを認証するためのパスワードのハッシュ値が格納される。
連絡先フィールドには、コントローラ１０２の所有者の連絡先を示す情報が格納される。
【００３４】
土壌センサテーブル７０４は、機器ＩＤフィールド、土壌センサ番号フィールド、吐出弁番号フィールド、作物種別フィールド、基準土壌水分量フィールド及び基準土壌ＥＣフィールドを有する。
機器ＩＤフィールドは、第一ログテーブル７０１の同名フィールドと同じである。
土壌センサ番号フィールドは、第一ログテーブル７０１の同名フィールドと同じである。
吐出弁番号フィールドには、土壌センサ番号フィールドに格納される土壌センサ１１２に属する吐出弁１１０の吐出弁番号が一つ以上格納される。
作物種別フィールドには、吐出弁番号フィールドに記されている吐出弁１１０において栽培される作物の種別を示す情報が格納される。
基準土壌水分量フィールドには、吐出弁番号フィールドに記されている吐出弁１１０において栽培される作物における、基準土壌水分量が格納される。
基準土壌ＥＣフィールドには、吐出弁番号フィールドに記されている吐出弁１１０において栽培される作物における、基準ＥＣが格納される。
【００３５】
ハウスで栽培される作物は、最低一つ以上の土壌センサ１１２によって管理される。このため、土壌センサテーブル７０４には作物種別フィールドが設けられている。
【００３６】
吐出弁テーブル７０５は、機器ＩＤフィールド、吐出弁番号フィールド、土壌センサ番号フィールド、識別コードフィールド及び培養液供給能力フィールドを有する。
機器ＩＤフィールドは、第一ログテーブル７０１の同名フィールドと同じである。
吐出弁番号フィールドは、第二ログテーブル７０２の同名フィールドと同じである。
土壌センサ番号フィールドには、吐出弁番号フィールドに格納される吐出弁１１０に属する土壌センサ１１２の土壌センサ番号が一つ以上格納される。
識別コードフィールドには、ある機器ＩＤのある吐出弁番号の吐出弁１１０を一意に識別するための識別コードが格納される。これは機器ＩＤと吐出弁番号の組み合わせでもよい。この識別コードは、後述する灌水チューブテーブル７０６にて利用される。
培養液供給能力フィールドには、吐出弁番号フィールドに格納される吐出弁１１０の、単位時間当りの培養液の供給量が格納される。これは、本実施形態の養液土耕システムを農家に導入する際に、設備の状態を計測する目的で、水を吐出弁１１０に供給して、吐出弁１１０の単位時間当りの液体供給量を計測することで、このフィールドに値を記録する。
【００３７】
灌水チューブテーブル７０６は、識別コードフィールド、潅水チューブ番号フィールド、潅水チューブ種別コードフィールド及び潅水チューブ長さフィールドを有する。
識別コードフィールドは、吐出弁テーブル７０５の同名フィールドと同じである。
潅水チューブ番号フィールドには、識別コードにて特定される吐出弁１１０に接続される灌水チューブ１１１を一意に識別するための番号が一つ以上格納される。
潅水チューブ種別コードフィールドには、潅水チューブ番号フィールドにて特定される灌水チューブ１１１の種別を示す情報が格納される。
潅水チューブ長さフィールドには、潅水チューブ番号フィールドにて特定される灌水チューブ１１１の長さを示す情報が格納される。
【００３８】
灌水チューブマスタ７０７は、潅水チューブ種別コードフィールド、潅水チューブ名称フィールド及び培養液散布能力フィールドを有する。
潅水チューブ種別コードフィールドは、灌水チューブテーブル７０６の同名フィールドと同じである。
潅水チューブ名称フィールドには、灌水チューブ１１１の製造企業名及び商品名が格納される。
培養液散布能力フィールドには、潅水チューブ種別コードにて特定される灌水チューブ１１１の、単位長さ及び単位時間当たりの培養液散布量が格納される。
【００３９】
ここで一旦、第一ログテーブル７０１、第二ログテーブル７０２、土壌センサテーブル７０４、吐出弁テーブル７０５及び灌水チューブテーブル７０６の関係を説明する。
図８は、コントローラ１０２と、これに接続される各種センサ及び機器の関係を示す概略図である。
一つのコントローラ１０２には、一つの日射センサ１１３、一つの流量センサ１０９、一つのＧＰＳ端末１１４、一つの水供給弁１０７、一つの培養原液供給弁１０８が対応付けられている。これらは全て一対一の関係である。すなわち、一つの機器ＩＤについて、日射量、培養液流量、測位情報、水供給弁開放時間、培養原液供給弁開放時間は一対一で対応付けられる。
【００４０】
図８では、三つのハウスが設けられている。
第一ハウス８０１には、第一土壌センサ１１２ａと第一吐出弁１１０ａが敷設されている。
第一吐出弁１１０ａには、第一灌水チューブ１１１ａ、第二灌水チューブ１１１ｂ及び第三灌水チューブ１１１ｃが敷設されている。
したがって、他の吐出弁を閉じて第一吐出弁１１０ａを開放すると、水供給弁１０７と培養原液供給弁１０８から供給される培養液が、第一灌水チューブ１１１ａ、第二灌水チューブ１１１ｂ及び第三灌水チューブ１１１ｃによって、第一ハウス８０１内の土壌に散布される。
第一ハウス８０１内において、第一土壌センサ１１２ａと第一吐出弁１１０ａは一対一の関係である。この第一ハウス８０１内では、一種類の作物を栽培できる。第一ハウス８０１内には土壌センサ１１２が一つしかないので、二種類以上の作物を栽培することはできない。
【００４１】
第二ハウス８０２には、第二土壌センサ１１２ｂと、第二吐出弁１１０ｂ及び第三吐出弁１１０ｃが敷設されている。
第二吐出弁１１０ｂには、第四灌水チューブ１１１ｄ及び第五灌水チューブ１１１ｅが敷設されている。
第三吐出弁１１０ｃには、第六灌水チューブ１１１ｆ及び第七灌水チューブ１１１ｇが敷設されている。
したがって、他の吐出弁１１０を閉じて第二吐出弁１１０ｂを開放すると、水供給弁１０７と培養原液供給弁１０８から供給される培養液が、第四灌水チューブ１１１ｄ及び第五灌水チューブ１１１ｅによって、第二ハウス８０２内の土壌に散布される。
同様に、他の吐出弁１１０を閉じて第三吐出弁１１０ｃを開放すると、水供給弁１０７と培養原液供給弁１０８から供給される培養液が、第六灌水チューブ１１１ｆ及び第七灌水チューブ１１１ｇによって、第二ハウス８０２内の土壌に散布される。
第二ハウス８０２内において、第二土壌センサ１１２ｂと第二吐出弁１１０ｂ及び第三吐出弁１１０ｃは一対多の関係である。この第二ハウス８０２内でも、二種類以上の作物を栽培することはできない。つまり、ハウスにて栽培する作物の種類は、土壌センサ１１２によって制限される。
【００４２】
第三ハウス８０３には、第三土壌センサ１１２ｃ及び第四土壌センサ１１２ｄと、第四吐出弁１１０ｄが敷設されている。
第四吐出弁１１０ｄには、第八灌水チューブ１１１ｈ、第九灌水チューブ１１１ｉ及び第十灌水チューブ１１１ｊが敷設されている。
したがって、他の吐出弁１１０を閉じて第四吐出弁１１０ｄを開放すると、水供給弁１０７と培養原液供給弁１０８から供給される培養液が、第八灌水チューブ１１１ｈ、第九灌水チューブ１１１ｉ及び第十灌水チューブ１１１ｊによって、第三ハウス８０３内の土壌に散布される。
第三ハウス８０３内において、第三土壌センサ１１２ｃ及び第四土壌センサ１１２ｄと第四吐出弁１１０ｄは多対一の関係である。この第三ハウス８０３内でも、二種類以上の作物を栽培することはできない。すなわち、第三土壌センサ１１２ｃと第四土壌センサ１１２ｄは、複数種類の作物の栽培のためではなく、同一の作物を栽培するに際し、測定値の精度の向上を目的として敷設されているのである。
【００４３】
以上より、一つのコントローラ１０２には複数個の土壌センサ１１２と、複数個の吐出弁１１０が対応付けられ得る。また、土壌センサ１１２と吐出弁１１０は、多対多の関係を有する。
土壌センサ１１２と吐出弁１１０の関係は、土壌センサテーブル７０４に含まれる吐出弁番号フィールドと、吐出弁テーブル７０５に含まれる土壌センサ番号フィールドによって、特定できる。すなわち、一つの吐出弁１１０に対応する一つ以上の土壌センサ１１２によって、栽培できる作物が特定される。そして、その土壌センサ１１２に対応する一つ以上の吐出弁１１０によって、供給すべき培養液の量と濃度が特定される。
【００４４】
そして、吐出弁１１０とこれに対応する灌水チューブ１１１は、一対多の関係を有する。
灌水チューブ１１１は、一端が閉じたチューブであり、等間隔で培養液或は水を吐出する穴が開けられている。
灌水チューブ１１１の種類によって、単位時間当りの培養液の供給量である培養液供給強度が変化する。そこで、本実施形態に係る養液土耕制御サーバ１０４では、様々なメーカーから発売されている灌水チューブ１１１の種類と、培養液供給強度を、灌水チューブマスタ７０７に記録するようにした。そして、農家のハウスに敷設されている灌水チューブ１１１について、その種別と長さ、そしてその灌水チューブ１１１がどの吐出弁１１０に接続されているのか（対応付けられているのか）を、灌水チューブテーブル７０６に記録した。
【００４５】
ここで、養液土耕制御サーバ１０４の制御データ作成部５０６は、吐出弁テーブル７０５の培養液供給能力フィールドに記録されている、吐出弁１１０の培養液の供給能力と、吐出弁１１０に対応付けられる一つ以上の灌水チューブ１１１の種類と長さを用いることによって、一つの吐出弁１１０によって供給される培養液の供給能力を算出する。そして、供給すべき培養液の量を培養液の供給能力で除算すれば、水供給弁１０７及び培養液供給弁１０８の開放時間を算出することができる。
【００４６】
すなわち、本実施形態に係る養液土耕制御サーバ１０４は、ハウスの設備を管理するデータベースシステムでもある。
水耕とは異なり、養液土耕の場合、培養液を土壌に供給しても直ちに水分量やＥＣが変化しない。したがって、吐出弁１１０をデータベースに登録するだけでは、作物に対する培養液供給量を正しく算出できない。吐出弁１１０の培養液供給能力と、吐出弁１１０に対応して接続されている灌水チューブ１１１と、灌水チューブ１１１の種別と長さを全てデータベースに登録することで、初めて作物に対する培養液供給量を正しく算出できる。
【００４７】
再び図７に戻って、テーブルの説明を続ける。
日射量培養液量テーブル７０８は、測位情報フィールド、作物種別フィールド、日付フィールド、時刻フィールド、可能日射量フィールド及び基準培養液量フィールドを有する。
測位情報フィールドには、日射量を測定した位置の緯度経度情報が格納される。
作物種別フィールドは、土壌センサテーブル７０４の同名フィールドと同じである。
日付フィールドには、日射量を測定した日の日付が格納される。
時刻フィールドには、日射量を測定した日の時刻が格納される。
可能日射量フィールドには、日付フィールドと時刻フィールドにて特定される日時の、可能日射量が格納される。可能日射量とは「ポテンシャル日射量」とも呼ばれる、ある場所の緯度・経度と日時で計算上あり得る筈の、最大の日射量である。
基準培養液量フィールドには、日付フィールドと時刻フィールドにて特定される日時の、可能日射量における培養液の量が格納される。
測位情報リスト７０９は、日射量培養液量テーブル７０８の測位情報フィールドの値から、重複分を削除したリストである。
【００４８】
日射量培養液量テーブル７０８は、気象庁等から得られる、一年３６５日の緯度経度に対応した可能日射量が登録されている。そして、その土地のその日における可能日射量に対応する、ある作物に必要な培養液の量が、基準培養液量フィールドに記録されている。
先ず、コントローラ１０２に接続されているＧＰＳ端末１１４から得られる測位情報を、測位情報リスト７０９と突き合わせて、日射量培養液量テーブル７０８に登録されている最寄りの日射量観測地点を特定する。
次に、特定した測位情報と、ＲＴＣ４０４から得られる日時情報によって、日射量培養液量テーブル７０８のレコードを特定する。
続いて、第一ログテーブル７０１に記録されている日射量の情報と、日射量培養液量テーブル７０８の特定したレコードに記録されている可能日射量とを比較して、日射量の比率を算出し、その比率と基準培養液量を乗算する。すなわち、現在の日射量が可能日射量に対してどの程度の割合であるのかを算出し、その割合で基準培養液量を調整する。例えば、可能日射量の５０％の日射量であれば、基準培養液量に５０％を乗算する。
【００４９】
ユーザマスタ５０７は、ユーザＩＤフィールド、ユーザ氏名フィールド、パスワードフィールド、連絡先フィールド及び機器ＩＤフィールドを有する。
ユーザＩＤフィールドには、農業従事者を一意に識別するための識別情報であるユーザＩＤが格納される。
ユーザ氏名フィールドには、農業従事者の氏名が格納される。
パスワードフィールドには、ユーザＩＤフィールドに格納されるユーザＩＤで特定される農業従事者を認証するための、パスワードのハッシュ値が格納される。
連絡先フィールドには、農業従事者の連絡先を示す情報が格納される。
機器ＩＤフィールドには、農業従事者が使用するコントローラの機器ＩＤが格納される。
【００５０】
［コントローラ１０２の動作］
図９は、コントローラ１０２の動作の流れを示すフローチャートである。
コントローラ１０２の制御部３０４が所定の時間に至ったことを識別して、処理を開始すると（Ｓ９０１）、先ず制御部３０４は養液土耕制御サーバ１０４と所定の認証を行った後、送信情報作成部３０１を起動する。送信情報作成部３０１は、機器ＩＤ、土壌センサ番号、測位情報、日射量、土壌水分量、土壌ＥＣ、地温のデータをＸＭＬテキストストリームデータに変換する。制御部３０４は、ｗｅｂクライアント３０２を通じて、ＸＭＬテキストストリームデータを養液土耕制御サーバ１０４へ送信する（Ｓ９０２）。
【００５１】
次に、制御部３０４は養液土耕制御サーバ１０４からレスポンスが来るまで待つ（Ｓ９０３のＮＯ）。
養液土耕制御サーバ１０４からレスポンスが来たら（Ｓ９０３のＹＥＳ）、次に、制御部３０４はそのレスポンスに吐出弁番号、水供給弁開放時間及び培養原液供給弁開放時間のデータが含まれているか否かを確認する（Ｓ９０４）。もし含まれていなければ（Ｓ９０４のＮＯ）、そのまま一連の処理を終了する（Ｓ９０５）。
【００５２】
ステップＳ９０４において、養液土耕制御サーバ１０４から受信したレスポンスに吐出弁番号、水供給弁開放時間及び培養原液供給弁開放時間のデータが含まれていれば（Ｓ９０４のＹＥＳ）、制御部３０４は制御信号作成部３０３を起動する。
制御信号作成部３０３は、養液土耕制御サーバ１０４から受信したレスポンスのテキストストリームデータから、吐出弁番号、水供給弁開放時間及び培養原液供給弁開放時間を取り出して、水供給弁１０７、培養原液供給弁１０８、吐出弁１１０を制御する（Ｓ９０６）。そして、目的のハウスに対する培養液の供給が終了したら、制御部３０４はｗｅｂクライアント３０２を通じて、機器ＩＤ、吐出弁番号、培養液流量を養液土耕制御サーバ１０４へ送信して（Ｓ９０７）、一連の処理を終了する（Ｓ９０５）。
【００５３】
なお、図９に示した処理は、コントローラ１０２に接続されている全ての吐出弁１１０に対して、一つずつ実行される。図８の場合、第一吐出弁１１０ａ、第二吐出弁１１０ｂ、第三吐出弁１１０ｃ及び第四吐出弁１１０ｄについて、図９の処理がそれぞれ実行される。
【００５４】
［養液土耕制御サーバ１０４の動作：培養液量及び濃度演算処理］
図１０は、養液土耕制御サーバ１０４の制御データ作成部５０６による、あるコントローラ１０２のある吐出弁１１０に対する、培養液量及び濃度の演算処理の流れを示すフローチャートである。
処理を開始すると（Ｓ１００１）、先ず、制御データ作成部５０６は、制御部５０５から受け取ったコントローラ１０２の機器ＩＤを手がかりに、現在、養液土耕制御サーバ１０４にアクセスしているコントローラ１０２の、前回培養液量等を演算した時点から現時点までの積算日射量を、第一ログテーブル７０１の日射量フィールドの値を読み出して、算出する（Ｓ１００２）。
【００５５】
次に制御データ作成部５０６は、制御部５０５から受け取ったコントローラ１０２の機器ＩＤ及び吐出弁番号を手がかりに、吐出弁テーブル７０５と土壌センサテーブル７０４を参照して、吐出弁１１０に紐付けられている土壌センサ１１２を特定し、更にその土壌センサ１１２に紐付けられている作物種別を特定する（Ｓ１００３）。
【００５６】
次に制御データ作成部５０６は、第一ログテーブル７０１からコントローラ１０２の測位情報を読み出す。そして、測位情報リスト７０９と突き合わせて、日射量培養液量テーブル７０８に登録されている最寄りの日射量観測地点を特定する（Ｓ１００４）。
【００５７】
次に制御データ作成部５０６は、特定した測位情報と、ＲＴＣ４０４から得られる日時情報と、特定した作物種別によって、日射量培養液量テーブル７０８のレコードを特定する。そして、先に算出した積算日射量と、日射量培養液量テーブル７０８の特定したレコードに記録されている可能日射量とを比較して、日射量の比率を算出する。その後、算出した日射量の比率と基準培養液量を乗算して、現時点の、ある吐出弁１１０に対する基本培養液供給量を算出する（Ｓ１００５）。
【００５８】
制御データ作成部５０６は、ステップＳ１００５で基本培養液供給量を算出した後、算出した基本培養液供給量と、コントローラ１０２の機器ＩＤ、吐出弁番号、土壌センサ番号等の、テーブルを参照するに必要な諸情報を、培養液量微調整部６０２に引き渡す。
先ず、培養液量微調整部６０２は、機器ＩＤと吐出弁番号を手がかりに、トレンド情報テーブル５１１を参照して、吐出弁１１０が培養液を散布する土壌における、土壌水分量傾きを読み取る。次に、機器ＩＤと吐出弁番号を手がかりに、第一ログテーブル７０１を参照して、吐出弁１１０が培養液を散布する土壌における基準土壌水分量と、現時点の土壌水分量を読み取る。そして、基準土壌水分量と土壌水分量傾きと、現在の土壌水分量を基に、土壌水分量の補正値を算出する（Ｓ１００６）。
【００５９】
次に、培養液量微調整部６０２は、機器ＩＤと吐出弁番号を手がかりに、トレンド情報テーブル５１１を参照して、吐出弁１１０が培養液を散布する土壌における、土壌ＥＣ値の傾きを読み取る。そして、機器ＩＤと吐出弁番号を手がかりに、第一ログテーブル７０１を参照して、吐出弁１１０が培養液を供給する土壌における基準土壌ＥＣと、現時点の土壌ＥＣを読み取る。そして、基準土壌ＥＣと土壌ＥＣの傾きと、現在の土壌ＥＣを基に、土壌ＥＣの補正値を算出する（Ｓ１００７）。
【００６０】
次に、培養液量微調整部６０２は、基本培養液供給量に、土壌水分量の補正値と土壌ＥＣの補正値を加算して、最終的な培養液の量と濃度を算出する。そして、吐出弁テーブル７０５と灌水チューブテーブル７０６及び灌水チューブマスタ７０７を参照して、水供給弁１０７の開放時間と、培養原液供給弁１０８の開放時間を算出する（Ｓ１００８）。
【００６１】
最後に、培養液量微調整部６０２はｗｅｂサーバプログラム５０１を通じて、コントローラ１０２に水供給弁１０７の開放時間と培養原液供給弁１０８の開放時間を送信して（Ｓ１００９）、一連の処理を終了する（Ｓ１０１０）。
【００６２】
図１１Ａ及び図１１Ｂ、図１２Ａ及び図１２Ｂは、培養液量微調整部６０２が土壌水分量を補正する手順を説明するための、模式的なグラフである。なお、基準土壌ＥＣに基づく培養液の濃度を補正する手順もこれと同じなので、培養液の濃度の補正については説明を割愛する。
図１１Ａは、直近２日分の土壌水分量の一例を示すグラフである。図１１Ａに示すように、土壌水分量は日射量等の天候や、作物の生育状況によって変動する。
図１１Ｂは、直近２日分の土壌水分量の一例と、その積分値を示すグラフである。図１１Ｂに示すように、土壌水分量の変化をスカラ値に変換するために、−２日から−１日までの土壌水分量の積分値と、−１日から今日までの土壌水分量の積分値を算出する。そして、その傾きを土壌水分量傾きとして、トレンド情報テーブル５１１に記録する。
【００６３】
図１２Ａは、現在の土壌水分量と基準土壌水分量との差と、トレンドによる補正を説明する模式的なグラフである。
今、現在の土壌水分量（点Ｐ１２０１）が、基準土壌水分量に対して不足しているとする。基準土壌水分量から現在の土壌水分量を差し引いた差分を、Δ土壌水分量とする。
水耕栽培の場合、不足したり過剰である水分量をすぐに補正すれば、直ちに水分量が追従する。しかし、養液土耕の場合、いきなりΔ土壌水分量の分だけ水分量を増やしてしまうと、土壌に水分が行き渡らないうちに過剰に水分が供給され、土壌水分量が過多な状態に陥ってしまう。このため、土壌水分量の補正は、２日掛けて補正する、という考え方で、水分量の補正値を決定する。すなわち、明後日の、現在と同じ時刻に、現在の土壌水分量が目標とする基準土壌水分量に到達する（点Ｐ１２０２）ように、少しずつ水分の補給を行う。
図１２Ｂは、図１２Ａの一部を拡大した図である。現在の土壌水分量から目標の土壌水分量を導き出す手順を説明する図である。
培養液を供給するタイミングを１時間に一回とすると、一日の培養液供給回数は、日出から日没を例えば朝６時から夕方１８時とすると、１３回である。２日分なので、Δ土壌水分量を２６で割った値が、一回に補正すべき土壌水分量となる（点Ｐ１２０３）。
【００６４】
また、土壌水分量を補正するに際し、それまで土壌水分量がどのように推移していたかを考慮する必要がある。そこで、２日前までの土壌水分量の推移を、トレンド情報として予め算出しておく。そして、土壌水分量が増加していた場合は、基準土壌水分量を減じる補正を加える。これがトレンドによるマイナス補正である（点Ｐ１２０４）。逆に、土壌水分量が減少していた場合は、基準土壌水分量を増加する補正を加える。これがトレンドによるプラス補正である（点Ｐ１２０５）。
これらマイナス補正、プラス補正によって、一回に補正すべき土壌水分量も変動する（点Ｐ１２０６及びＰ１２０７）。
【００６５】
これまで、作物栽培をコンピュータ制御による自動化の一つとして、作物係数という水面蒸発に対する実蒸散の比を基に演算する手法が多かった。作物係数の演算は高度かつ複雑であり、必ずしも作物の蒸散に適合するとはいえなかった。
以上の説明から明らかなように、本実施形態の養液土耕システム１０１は、作物係数を一切使用していない。測位情報と作物種別と日射量に基いて基本培養液量を算出した後、目標土壌水分量と目標土壌ＥＣに追従するための補正を行うだけである。これらの演算は基本的に四則演算で殆ど実現できる。この、養液土耕制御サーバ１０４が実行する培養液供給制御は単純な制御なので、培養液の量や濃度が極端に不足したり、或は過剰になる等の、暴走の可能性が極めて低い。作物の種類によっては、培養液が枯渇しない限り、全くハウスの監視をせずに作物を栽培し、収穫することも不可能ではない。
【００６６】
［天気予報情報の利用］
以上説明した養液土耕システム１０１は、日射量追従という基本的な作物栽培技術に、土壌水分量と土壌ＥＣの追従制御を加えることで、安定した養液土耕における作物栽培制御を実現する。しかし、日射量追従は日射量の後追い制御である。日射センサ１１３のデータに基いて算出される積算日射量は、過去の積算日射量である。したがって、厳密には、日射量が増加する午前では培養液が不足しがちになり、日射量が減少する午後では培養液が過剰気味になる。
日射センサ１１３から得られる過去の積算日射量だけでなく、将来の積算日射量を考慮して基本培養液量を算出できれば、作物にとって理想に近い培養液の量と濃度を算出することができる。そこで、将来の積算日射量を類推するために、天気予報を用いる。
【００６７】
図１３は、制御データ作成部５０６のブロック図である。図６に示した制御データ作成部５０６と異なる点は、天気予報テーブル１３０１が追加されている点である。
養液土耕制御サーバ１０４は、図示しないｗｅｂクライアント３０２を用いて、例えば１時間毎に天気予報サーバ１１６から、気象庁や天気予報情報提供会社が提供する、直近１時間の天気予報の情報を取得して、天気予報テーブル１３０１に書き込む。
【００６８】
天気予報テーブル１３０１は、測位情報フィールド、予想天気フィールド、予想日射量フィールド及び予想気温フィールドを有する。
測位情報フィールドには、天気予報サーバ１１６が提供する天気予報情報の目標地点が格納される。
予想天気フィールドには、測位情報フィールドに格納される目標地点における、１時間先の予想天気の情報が格納される。
予想日射量フィールドには、測位情報フィールドに格納される目標地点における、１時間先の予想積算日射量の情報が格納される。
予想気温フィールドには、測位情報フィールドに格納される目標地点における、１時間先の予想気温の情報が格納される。
【００６９】
図１４は、養液土耕制御サーバ１０４の制御データ作成部５０６による、あるコントローラ１０２のある吐出弁１１０に対する、培養液量及び濃度の演算処理の流れを示すフローチャートである。
図１４のフローチャートと図１０のフローチャートとの違いは、ステップＳ１００５に相当するステップＳ１４０５において、天気予報から算出される予想積算日射量を考慮して、基本培養液供給量を演算している点と、異常気温であるか否かを判定して（Ｓ１４０８）、異常気温における処理（Ｓ１４０９）を追加している点である。
【００７０】
ステップＳ１４０５において、制御データ作成部５０６は、ステップＳ１４０４において特定した測位情報と、ＲＴＣ４０４から得られる日時情報と、ステップＳ１４０３において特定した作物種別によって、日射量培養液量テーブル７０８のレコードを特定する。
次に制御データ作成部５０６は、先に算出した積算日射量と、日射量培養液量テーブル７０８の特定したレコードに記録されている可能積算日射量とを比較して、日射量の比率を算出する。そして、算出した日射量の比率と基準培養液量を乗算して、現時点の、ある吐出弁１１０に対する第一培養液供給量を算出する。この第一培養液供給量は、１時間前に本来土壌に与えるべきだった培養液の量である。
次に制御データ作成部５０６は、第二ログテーブル７０２から直近の培養液流量を取得して、第一培養液供給量との誤差を得る。これ以降、この誤差を培養液供給誤差と呼ぶ。
次に制御データ作成部５０６は、天気予報テーブル１３０１から最寄りの地域における１時間先の予想日射量を取得する。そして再度、日射量培養液量テーブル７０８を参照して、第一培養液量と同様の演算による、１時間先の、ある吐出弁１１０に対する第二培養液供給量を算出する。この第二培養液供給量に、培養液供給誤差を加算して、最終的な基本培養液供給量を算出する（Ｓ１４０５）。
【００７１】
ステップＳ１４０７において、土壌ＥＣの補正値を算出した後、培養液量微調整部６０２は、天気予報テーブル１３０１を参照して、１時間先の予想気温が異常気温になるか否かを確認する（Ｓ１４０８）。もし、異常な低温或は異常な高温であった場合は（Ｓ１４０８のＹＥＳ）、異常気温における応急処置を行う（Ｓ１４０９）。
例えば、予想気温が４℃を下回る場合は、土壌中の水分が凍結する可能性が考えられる。このような状況で培養液を与えると、培養液が凍ってしまい、作物を痛める可能性がある。そこで、培養液の供給を止めるために、培養液供給量を強制的に「ゼロ」にする。
逆に、予想気温が３０℃を上回る場合は、培養液の浸透ポテンシャルの低さと、作物の根の機能低下が相乗して培養液の吸収が阻害され、これに蒸散の多さが加わり、作物の体内水分が不足する可能性がある。そこで、培養液の濃度を薄めるために、培養液供給量に所定の値を加算する。
【００７２】
［基準土壌水分量及び基準土壌ＥＣの変更］
一般的に、作物には生育ステージというものが存在する。生育ステージ毎に、作物が要求する培養液の量と濃度は異なる。また、例えばトマトの場合、培養液の量を多くすると収量が増え、培養液の量を少なくすると収量が少なくなる代わりに、味覚や食感が向上する。
本実施形態の養液土耕システム１０１は基本的に全て自動で培養液の供給が行われるが、基準土壌水分量及び基準土壌ＥＣを人の手によるマニュアル操作にて変更することで、農業従事者のノウハウを養液土耕システム１０１に反映させることができる。
【００７３】
図１５は、ＧＵＩ処理部５０４の処理内容を説明するブロック図である。
図１６Ａ及び図１６Ｂは、ＧＵＩ処理部５０４が出力する描画情報によってタブレット端末１１７に表示される操作画面である。
ＧＵＩ処理部５０４は、農業従事者が操作するタブレット端末１１７に、図１６Ａ及び図１６Ｂに示すような操作画面を表示する。その際、ＧＵＩ処理部５０４は制御部５０５から機器ＩＤと吐出弁番号を受け取り、吐出弁テーブル７０５と土壌センサテーブル７０４を参照して、ある吐出弁１１０に対する基準土壌水分量或は基準土壌ＥＣを、描画情報に含めて出力する。
【００７４】
図１６Ａに示されるように、グラフ状の操作画面において、基準土壌水分量は横棒Ｌ１６０１にて表示される。タブレット端末１１７の操作者である農業従事者は、タブレット端末１１７の画面に表示されるこの横棒Ｌ１６０１に触れて、上下に動かす。すると、動いた量に呼応して、基準土壌水分量が変更される。
但し、設定される基準土壌水分量が、閾値範囲リスト５１２に記述されている土壌水分量下限値或は土壌水分量上限値（Ｌ１６０２）を超えると、アラーム機能として、図１６Ｂに示すように横棒Ｌ１６０１の色を変更して、異常値であることを操作者に示す。
【００７５】
上述の実施形態の他、以下のような応用例が考えられる。
（１）灌水チューブ１１１は、市場に流通する全ての灌水チューブ１１１が灌水チューブマスタ７０７に登録されていることが理想であるが、新製品がすぐにハウスに導入されたり、或は農業従事者が独自に灌水チューブ１１１を自作した場合、灌水チューブマスタ７０７には登録されていない灌水チューブ１１１が存在することとなる。このような例外的な状況に対応するために、灌水チューブテーブル７０６に培養液供給強度フィールドを設ける。そして、灌水チューブ１１１が敷設されている現場にて、灌水チューブ１１１に水を流して、灌水チューブ１１１の培養液供給強度を直接測定して、灌水チューブテーブル７０６の培養液供給強度フィールドに登録する。灌水チューブ種別コードには、灌水チューブマスタ７０７に登録されていないことを示す情報を記入する。このように灌水チューブテーブル７０６を構成することで、養液土耕制御サーバ１０４は未登録の灌水チューブ１１１にも対応でき、正しい水供給弁開放時間及び培養原液供給弁開放時間を算出することができる。
【００７６】
（２）天気予報情報を最大限に活用することで、日射センサ１１３を省略し、予想日射量だけで基本培養液供給量を算出することも可能である。
【００７７】
（３）本実施形態の養液土耕システム１０１に使用する日射センサ１１３は、さほど高い精度でなくてもよい。例えば小型の安価なフォトトランジスタを利用する他、太陽光パネルで代用できる等、様々なものが利用可能である。
【００７８】
（４）土壌センサ１１２と吐出弁１１０の関係をより的確にかつ容易に把握するために、ハウスデータベースを設けることが考えられる。
ハウスを「単一種類の作物を栽培する設備」と定義して、このハウスに属する土壌センサ１１２と吐出弁１１０をそれぞれ一対多の関係で登録する。
ハウス土壌センサテーブルには、機器ＩＤフィールドと、ハウスの番号を格納するハウス番号フィールドと、作物種別フィールドと、土壌センサ番号フィールドを有する。
ハウス吐出弁テーブルには、機器ＩＤフィールドと、ハウス番号フィールドと、吐出弁番号フィールドを有する。
これらのテーブルを設けることにより、ハウスと、ハウスで栽培される作物の種別と、ハウスに属する土壌センサ１１２と吐出弁１１０の関係が明確になる。
【００７９】
（５）図１に示した養液土耕システム１０１は、高濃度液肥を希釈した単一種類の培養原液を、更に水で希釈して培養液を作る仕様である。作物によっては、単一種類の培養原液では対応できない場合もある。このような作物を単一のコントローラ１０２で対応するためには、培養原液を複数種類用意すればよい。すなわち、培養原液を作成する系統を、複数、並列に設ける。培養原液供給弁はそれぞれの系統に設ける。
例えば、第一の作物には第一の培養原液を適用し、第二の作物には第二の培養原液を適用する。第一の培養原液は第一の培養原液供給弁で供給し、第二の培養原液は第二の培養原液供給弁で供給する。複数設けられた培養原液供給弁は、コントローラ１０２を通じて、作物の種類に応じて排他的に制御してもよいし、作物によっては第一の培養原液と第二の培養原液を混合してもよい。このように養液土耕システム１０１を構成することで、農家は幅広い種類の作物を僅かな設備で対応可能になる。
【００８０】
本実施形態で開示した養液土耕システム１０１は、センサのデータを養液土耕制御サーバ１０４に送信し、受信したデータに基づいて水供給弁１０７、培養原液供給弁１０８及び吐出弁１１０を制御するコントローラ１０２と、コントローラ１０２から受信したセンサのデータに基づいて、水供給弁１０７、培養原液供給弁１０８及び吐出弁１１０の制御量を算出してコントローラ１０２に返信する養液土耕制御サーバ１０４よりなる。
【００８１】
第一に、本実施形態の養液土耕システム１０１は、水供給弁１０７及び培養原液供給弁１０８と吐出弁１１０の組み合わせにより、単一の設備で複数種類の作物や作付時期をずらした作物を栽培できる。
第二に、本実施形態の養液土耕システム１０１は、吐出弁１１０に接続される灌水チューブ１１１の種別と長さを養液土耕制御サーバ１０４に登録しておくことにより、灌水チューブ１１１の単位時間当りの培養液散布量を正確に把握できる。このことにより、正確な水供給弁１０７及び培養原液供給弁１０８と吐出弁１１０の制御量を算出できる。
【００８２】
第三に、本実施形態の養液土耕システム１０１は、日射追従で基本培養液供給量を定めた後、基準土壌水分量及び基準土壌ＥＣに対する追従制御を加算することで、簡素かつ低負荷の演算処理でありながら、作物の生育状況に柔軟かつ適切に対応する、水供給弁１０７及び培養原液供給弁１０８と吐出弁１１０の制御量を算出できる。
第四に、本実施形態の養液土耕システム１０１は、基準土壌水分量及び基準土壌ＥＣを農業従事者が任意に変更可能にすることで、農業従事者のノウハウを機械制御のシステムに無理なく導入できると共に、培養液の供給過剰或は供給不足を防止することができる。
【００８３】
第五に、本実施形態の養液土耕システム１０１は、基本培養液供給量の演算処理に天気予報に基づく予想日射量を導入することで、より理想に近い培養液供給量を算出できる。
第六に、本実施形態の養液土耕システム１０１は、天気予報から異常気温を検出して、異常気温に対する例外処理を導入することで、作物の低温、高温等による障害を軽減することができる。
【００８４】
以上、本発明の実施形態例について説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。
例えば、上記した実施形態例は本発明をわかりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細かつ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることは可能であり、更にはある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
また、上記の各構成、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計するなどによりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行するためのソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の揮発性或は不揮発性のストレージ、または、ＩＣカード、光ディスク等の記録媒体に保持することができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【００８５】
１０１…養液土耕システム、１０２…コントローラ、１０３…インターネット、１０４…養液土耕制御サーバ、１０５…液肥タンク、１０５ａ…第一液肥タンク、１０５ｂ…第二液肥タンク、１０６…液肥混入器、１０６ａ…第一液肥混入器、１０６ｂ…第二液肥混入器、１０７…水供給弁、１０８…培養原液供給弁、１０９…流量センサ、１１０…吐出弁、１１０ａ…第一吐出弁、１１０ｂ…第二吐出弁、１１０ｃ…第三吐出弁、１１０ｄ…第四吐出弁、１１１…灌水チューブ、１１１ａ…第一灌水チューブ、１１１ｂ…第二灌水チューブ、１１１ｃ…第三灌水チューブ、１１１ｄ…第四灌水チューブ、１１１ｅ…第五灌水チューブ、１１１ｆ…第六灌水チューブ、１１１ｇ…第七灌水チューブ、１１１ｈ…第八灌水チューブ、１１１ｉ…第九灌水チューブ、１１１ｊ…第十灌水チューブ、１１２…土壌センサ、１１２ａ…第一土壌センサ、１１２ｂ…第二土壌センサ、１１２ｃ…第三土壌センサ、１１２ｄ…第四土壌センサ、１１３…日射センサ、１１４…ＧＰＳ端末、１１５…３Ｇ端末、１１６…天気予報サーバ、１１７…タブレット端末、２０１…ＣＰＵ、２０２…ＲＯＭ、２０３…ＲＡＭ、２０４…ＲＴＣ、２０５…ＮＩＣ、２０６…シリアルインターフェース、２０７…バス、２０８…Ａ／Ｄ変換器、２０９…マルチプレクサ、２１０…Ｄ／Ａ変換器、３０１…送信情報作成部、３０２…ｗｅｂクライアント、３０３…制御信号作成部、３０４…制御部、３０５…認証情報、４０１…ＣＰＵ、４０２…ＲＯＭ、４０３…ＲＡＭ、４０４…ＲＴＣ、４０５…ＮＩＣ、４０６…不揮発性ストレージ、４０７…バス、４０８…表示部、４０９…操作部、４４３…ＴＣＰポート、５０１…ｗｅｂサーバプログラム、５０２…認証処理部、５０３…受信データ処理部、５０４…ＧＵＩ処理部、５０５…制御部、５０６…制御データ作成部、５０７…ユーザマスタ、５０８…受信データベース、５０９…機器データベース、５１０…日射量データベース、５１１…トレンド情報テーブル、５１２…閾値範囲リスト、５１３…トレンド情報算出部、６０１…基本培養液量算出部、６０２…培養液量微調整部、７０１…第一ログテーブル、７０２…第二ログテーブル、７０３…機器マスタ、７０４…土壌センサテーブル、７０５…吐出弁テーブル、７０６…灌水チューブテーブル、７０７…灌水チューブマスタ、７０８…日射量培養液量テーブル、７０９…測位情報リスト、８０１…第一ハウス、８０２…第二ハウス、８０３…第三ハウス、１３０１…天気予報テーブル
【図１】
2015080438.tif 000003
【図２】
2015080438.tif 000004
【図３】
2015080438.tif 000005
【図４】
2015080438.tif 000006
【図５】
2015080438.tif 000007
【図６】
2015080438.tif 000008
【図７】
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【図８】
2015080438.tif 000010
【図９】
2015080438.tif 000011
【図１０】
2015080438.tif 000012
【図１１】
2015080438.tif 000013
【図１２】
2015080438.tif 000014
【図１３】
2015080438.tif 000015
【図１４】
2015080438.tif 000016
【図１５】
2015080438.tif 000017
【図１６】
2015080438.tif 000018