(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水と培養原液とが混合されてなる培養液を供給する培養液生成部から前記培養液の供給を受けて、作物が植栽される第一の土壌領域に前記培養液の供給と遮断を制御するための第一吐出弁と、
前記第一吐出弁から前記培養液の供給を受けて、前記第一の土壌領域に前記培養液を散布する第一灌水チューブと、
前記培養液生成部から前記培養液の供給を受けて、作物が植栽される第二の土壌領域に前記培養液の供給と遮断を制御するための第二吐出弁と、
前記第二吐出弁から前記培養液の供給を受けて、前記第二の土壌領域に前記培養液を散布する第二灌水チューブと、
所定の制御情報に基づいて前記第一吐出弁及び前記第二吐出弁の排他的な開閉を制御するコントローラと、
前記第一灌水チューブの単位長さ当たりの培養液供給能力と前記第一灌水チューブの長さに基づいて前記第一灌水チューブに供給する前記培養液の供給量を算出し、前記培養液の供給量に基づいて前記第一吐出弁を開閉制御するための情報を前記コントローラに提供し、前記第二灌水チューブの単位長さ当たりの培養液供給能力と前記第二灌水チューブの長さに基づいて前記第二灌水チューブに供給する前記培養液の供給量を算出し、前記培養液の供給量に基づいて前記第二吐出弁を開閉制御するための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、
日照の強度を測定する日射センサと、
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、
前記制御データ作成部は、前記第一吐出弁を開閉制御するための情報として、前記第一灌水チューブに対する前記培養液の供給に必要な前記第一吐出弁の第一の開放時間を算出して、前記第一の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し、前記第二吐出弁を開閉制御するための情報として、前記第二灌水チューブに対する前記培養液の供給に必要な前記第二吐出弁の第二の開放時間を算出して、前記第二の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と共に、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と、前記日射センサの日照測定値を参酌して、前記培養液の供給量を算出する、
養液土耕システム。
【請求項２】
更に、
前記土壌の土壌ＥＣ値を測定する土壌ＥＣセンサと、
前記土壌ＥＣセンサの測定値を格納するセンサ情報テーブルと
を具備し、
前記制御データ作成部は、前記センサ情報テーブルから前記土壌ＥＣセンサの測定値の変動傾向を参酌して、前記培養液の供給量を算出する、
請求項１に記載の養液土耕システム。
【請求項３】
更に、
前記第一吐出弁に紐付く前記第一の土壌領域及び前記第二吐出弁に紐付く前記第二の土壌領域に作物が植栽されているか否かを示すステータス情報を格納する状態情報テーブルと
を具備し、
前記制御データ作成部は、前記第一の土壌領域及び／または前記第二の土壌領域に作物が植栽されていないことを確認して、塩類集積判定のために前記土壌ＥＣセンサの測定値を前記センサ情報テーブルに記録する、
請求項２に記載の養液土耕システム。
【請求項４】
水と培養原液とが混合されてなる培養液を供給する培養液生成部から前記培養液の供給を受けて、作物が植栽される土壌に前記培養液の供給と遮断を制御するための吐出弁の情報を格納する吐出弁テーブルと、
前記吐出弁から前記培養液の供給を受けて、前記土壌に前記培養液を散布する灌水チューブについて、前記吐出弁テーブルに格納される前記吐出弁との関係を示す情報と、単位長さ辺りの培養液供給能力と、長さを格納する灌水チューブテーブルと、
前記灌水チューブテーブルから、前記吐出弁テーブルから特定した前記吐出弁に関連付けられる全ての前記灌水チューブの、前記培養液供給能力及び長さに基づいて、前記培養液生成部による前記培養液の供給量を算出して、前記培養液の供給量に基づいて前記吐出弁を開閉制御するための制御情報を、前記培養液生成部及び前記吐出弁を制御するコントローラに提供する、制御データ作成部と、
前記コントローラに接続され、前記吐出弁に紐付く前記土壌の土壌ＥＣ値を測定する土壌ＥＣセンサの測定値を格納するセンサ情報テーブルと、
前記吐出弁に紐付く前記土壌に作物が植栽されているか否かを示すステータス情報を格納する状態情報テーブルと
を具備し、
前記制御データ作成部は、前記吐出弁を開閉制御するための情報として、前記培養液の供給に必要な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と共に、前記土壌に作物が植栽されていないことを前記状態情報テーブルから確認して、塩類集積判定のために前記コントローラから受信した前記土壌ＥＣセンサの測定値を前記センサ情報テーブルに記録する、
養液土耕制御サーバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、養液土耕システムと、養液土耕システムに使用される養液土耕制御サーバに関する。
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】
土耕栽培は、露地栽培とハウス栽培、すなわちビニルハウス又は温室による栽培に分けられる。我が国の土耕栽培は、気候の変動を緩和して作物の生育環境を制御し易いハウス栽培が広く実施されている。特に東北地方や北海道地方等の寒冷地ではハウス栽培の普及率が高い。なお、これ以降、ビニルハウスと温室を「ハウス」と総称する。
我が国のハウス栽培では、約８割程度、土壌に塩類集積が起きており、ハウス栽培の生産性を低下させる要因になっていることが判明している。塩類集積とは、土壌に肥料を過剰に施肥することで、土壌中の硝酸イオン（ＮＯ３−：硝酸態窒素）の濃度が適正値より大幅に濃くなってしまい、作物の生育に悪影響を及ぼしてしまう現象を指す。
【０００３】
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（「養液土耕栽培」は登録商標）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】
【０００４】
【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】
【０００５】
現在市場で流通する、土壌中の硝酸態窒素の濃度を測定する土壌ＥＣセンサは、測定対象が土壌であるが故に、得られる測定値の絶対値が信用できないという、解決が極めて困難な問題点がある。このため、土壌中の塩類集積を判定するには、事前に土壌を採取して専用の測定装置を用いる等、大掛かりになりがちであり、またコスト高でもあった。
ハウス栽培を実施する農家にとって、土壌に蓄積される塩類の具体的な値は重要ではなく、土壌が塩類集積の状態にあるか否かが重要となる。したがって、土壌の塩類集積を判定するための、簡易かつ安価な方法の提供が望まれている。
【０００６】
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と、これに使用される養液土耕制御サーバ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】
【０００７】
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、水と培養原液とが混合されてなる培養液を供給する培養液生成部から培養液の供給を受けて、作物が植栽される第一の土壌領域に培養液の供給と遮断を制御するための第一吐出弁と、第一吐出弁から培養液の供給を受けて、第一の土壌領域に培養液を散布する第一灌水チューブと、培養液生成部から培養液の供給を受けて、作物が植栽される第二の土壌領域に培養液の供給と遮断を制御するための第二吐出弁と、第二吐出弁から培養液の供給を受けて、第二の土壌領域に培養液を散布する第二灌水チューブと、所定の制御情報に基づいて第一吐出弁及び第二吐出弁の排他的な開閉を制御するコントローラとを具備する。
更に、第一灌水チューブの単位長さ当たりの培養液供給能力と第一灌水チューブの長さに基づいて第一灌水チューブに供給する培養液の供給量を算出し、培養液の供給量に基づいて第一吐出弁を開閉制御するための情報をコントローラに提供し、第二灌水チューブの単位長さ当たりの培養液供給能力と第二灌水チューブの長さに基づいて第二灌水チューブに供給する培養液の供給量を算出し、培養液の供給量に基づいて第二吐出弁を開閉制御するための情報をコントローラに提供する、制御データ作成部と、日照の強度を測定する日射センサと、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、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する。
制御データ作成部は、第一吐出弁を開閉制御するための情報として、第一灌水チューブに対する培養液の供給に必要な第一吐出弁の第一の開放時間を算出して、第一の開放時間を含む制御情報をコントローラに提供し、第二吐出弁を開閉制御するための情報として、第二灌水チューブに対する培養液の供給に必要な第二吐出弁の第二の開放時間を算出して、第二の開放時間を含む制御情報をコントローラに提供すると共に、測位情報と現在日時によって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基準培養液量と、日射センサの日照測定値を参酌して、培養液の供給量を算出する。
【発明の効果】
【０００８】
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と、これに使用される養液土耕制御サーバ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】
【０００９】
【図１】第一の塩類集積判定方法を説明する概略図と、塩類集積がない正常な土壌と、塩類集積が生じている土壌におけるＥＣ値の変化を示す概略的なグラフである。
【図２】第二の塩類集積判定方法の第一の手順と第四の手順を説明する概略図である。
【図３】第一の種類と第二の種類の、塩類集積がない正常な土壌と、塩類集積が生じている土壌におけるＥＣ値の変化を示す概略的なグラフである。
【図４】本実施形態に係るＥＣセンサの横断面図と、ＥＣセンサを用いたＥＣ値簡易測定装置のブロック図である。
【図５】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６】農家の設備を概略的に示すブロック図である。
【図７】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８】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９】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１０】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１１】制御データ作成部の機能を示すブロック図である。
【図１２】ログデータベース、日射量データベース、トレンド情報テーブル、閾値範囲マスタ及びユーザマスタの構成を示す図である。
【図１３】機器データベースの構成を示す図である。
【図１４】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１５】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１６】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１７】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１８】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１９】ＧＵＩ処理部の処理内容を説明するブロック図である。
【図２０】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。
【図２１】塩類集積判定機能における端末の表示画面である。
【図２２】塩類集積判定機能における端末の表示画面である。
【図２３】塩類集積判定機能における端末の表示画面である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
これより説明する実施形態では、先ず、塩類集積を判定する方法を２つ説明する。１つ目は極めて簡易な塩類集積の判定方法である。２つ目は、土壌中の塩類に複数の種類があることを考慮した、より正確な塩類集積の判定方法である。
次に、塩類集積の判定方法を踏まえた、新規な土壌ＥＣセンサを説明する。
２つ目の塩類集積判定方法を実施するためのシステムとして、コンピュータ制御を用いた養液土耕システムの機能を利用することが考えられる。そこで、まず発明者らが研究開発している養液土耕システムについて説明する。そして、養液土耕システムのログ機能によって、判定対象となる土壌が作物を栽培していない状態であることを養液土耕システムが把握して、塩類集積判定処理を実施する実施態様を説明する。
【００１１】
［第一の塩類集積判定方法］
図１Ａは、本発明に係る第一の塩類集積判定方法を説明する概略図である。図１Ｂは、塩類集積がない、正常な土壌におけるＥＣ値の変化を示す概略的なグラフである。図１Ｃは、塩類集積が生じている土壌におけるＥＣ値の変化を示す概略的なグラフである。なお、実際のＥＣ値の変化は曲線であり、ゆらぎを伴うが、図１Ｂ及び図１Ｃでは、理解を容易にするためにあえて直線の折れ線グラフでＥＣ値の変化を表現している。また、後述する図３、図２２及び図２３でも同様である。
任意の作物について土耕栽培を行うに当たり、土耕栽培を行う土壌１０１に塩類集積が生じているか否かを確認するために、先ず、作物の栽培に先立ち、土壌ＥＣセンサ（以下「ＥＣセンサ」と略）１０２を土壌１０１の地表から約３０〜５０ｃｍ程度の深さの土壌中へ埋め込む。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。ＥＣセンサ１０２の埋設深さは、作物が生育する際に、作物が生やす根の長さに適合する深さで埋設することが望ましい。ＥＣセンサ１０２をあまり地表近くに埋設すると、土壌水分が蒸散し易く、ＥＣ値の計測に支障をきたす虞がある。
【００１２】
ＥＣセンサ１０２はデータロガー１０３に接続される。データロガー１０３はＥＣセンサ１０２へ所定の微弱な交流電流を流し、ＥＣ値を測定する。
データロガー１０３によるＥＣ値の測定を開始したＥＣセンサ１０２の近傍に、チューブ１０４等を介して注射器１０５で基準培養液１０６を注入する。基準培養液１０６は、養液土耕等に用いる、ＥＣ値に関与する陰イオンとして硝酸態窒素のみが所定の濃度に調整された培養液である。例えば、硝酸態窒素が１２０ｐｐｍである。この濃度は、通常の土耕栽培等で用いる、標準的な濃度の培養液である。
基準培養液１０６をＥＣセンサ１０２近傍に注入すると、基準培養液１０６が注入された土壌１０１が塩類集積を引き起こしているか否かで、ＥＣ値の変動傾向が異なる。
【００１３】
もし、塩類集積がない、正常な土壌である場合は、注射器１０５によって注入される基準培養液１０６よりもＥＣ値は低い状態である。したがって、図１Ｂのように、基準培養液１０６が注入された時点（Ｔ１１１）から凡そ１〜数時間程度の時間が経過すると、ＥＣ値が上昇する（Ｔ１１２）。そして、ある時点で極値に達した後、また元のＥＣ値へ戻っていく。なお、この極値は基準培養液１０６のＥＣ値にほぼ等しい。
もし、塩類集積が生じている土壌である場合は、注射器１０５によって注入される基準培養液１０６よりもＥＣ値は高い状態である。したがって、図１Ｃのように、基準培養液１０６が注入された時点（Ｔ１１３）から凡そ１〜数時間程度の時間が経過すると、ＥＣ値が下降する（Ｔ１１４）。そして、ある時点で極値に達した後、また元のＥＣ値へ戻っていく。なお、この極値は基準培養液１０６のＥＣ値にほぼ等しい。
以上のように、ＥＣセンサ１０２近傍への基準培養液１０６の注入によって、数時間程度で塩類集積を判定できる。
【００１４】
周知のように、土壌には緩衝能力が備わっている。土壌のある一箇所に対して局所的に施肥や灌水を行うと、その一箇所の施肥量や水分量は一時的に上昇するものの、時間の経過と共に肥料の成分や水分がその一箇所から周囲に分散され、施肥や灌水を行う前の、元の値に近い状態になる。そして、それら施肥量や水分量の変化は非常に緩慢である。
【００１５】
［第二の塩類集積判定方法］
発明者らは前述の第一の塩類集積判定方法を用いて、塩類集積の判定を様々な土壌で実験を行った。そうしてデータを集めていくうちに、第一の塩類集積判定方法では正確に塩類集積を判定できない場合があることがわかってきた。そして、その原因は、ＥＣセンサ１０２で土壌中のＥＣ値を計測する際、ＥＣ値に関与する陰イオンが、硝酸イオンだけではなく、塩素イオン（Ｃｌ−）と硫酸イオン（ＳＯ４２−）もある、ということであった。
塩素イオンと硫酸イオンは作物の栄養にはならず、作物の生育にはむしろ邪魔な存在ですらある。したがって、土壌中にこれら塩素イオンと硫酸イオンがどれだけ含まれているのかを把握することにより、より正確に塩類集積を判定できる。
そこで、これより第一の塩類集積判定方法より正確な塩類集積判定方法を説明する。
【００１６】
図２Ａは、本発明に係る第二の塩類集積判定方法の第一の手順を説明する概略図である。図２Ｂは、本発明に係る第二の塩類集積判定方法の第四の手順を説明する概略図である。図３Ａは、第一の種類の、塩類集積がない正常な土壌におけるＥＣ値の変化を示す概略的なグラフである。図３Ｂは、第二の種類の、塩類集積がない正常な土壌におけるＥＣ値の変化を示す概略的なグラフである。図３Ｃは、塩類集積が生じている土壌におけるＥＣ値の変化を示す概略的なグラフである。
【００１７】
先ず、第二の塩類集積判定方法の手順を以下に示す。
第一の手順：図２Ａに示すように、ＥＣセンサ１０２近傍にグルコース（ブドウ糖）２０１等の炭水化物水溶液を注入する。
第二の手順：図３Ａに示すように、ＥＣセンサ１０２の値が下がり切った時点のＥＣ値を「ＥＣｂａｓｅ」として測定し、取得する。
第三の手順：図３Ａに示すように、ＥＣセンサ１０２の値が再び上昇した時点のＥＣセンサ１０２の値を測定し、取得する。
第四の手順：図２Ａに示すように、ＥＣセンサ１０２の値を取得した後、ＥＣセンサ１０２近傍に基準培養液１０６を注入する。
第五の手順：図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃに示すように、ＥＣセンサ１０２の値が上昇又は下降して、再び元の値に戻ったことを確認して、極値を示した時点におけるＥＣ値を取得する。
なお、第一の手順から第五の手順に至るまで、ＥＣ値の測定は例えば１０分間隔で継続的に実行する。
【００１８】
前述のように、土壌には作物の養分となる硝酸イオンの他、作物の養分とならない塩素イオンと硫酸イオンも存在することがある。塩素イオンと硫酸イオンの濃度が濃いと、硝酸イオンの濃度が薄くても、図１Ｃのように標準培養液注入後にＥＣ値が下降する場合が生じる。したがって、土壌中の陰イオンのうち、硝酸イオンを除いた、塩素イオンと硫酸イオンの濃度を予め把握しておく必要がある。しかし、ＥＣ値の測定は、陰イオンの種類を分けて測定する等ということは不可能である。
そこで、発明者らは土壌から硝酸イオンを除去することで、土壌中の陰イオンのうち、硝酸イオンを除いた、塩素イオンと硫酸イオンの濃度を把握することを考えた。硝酸イオンを土壌から除去するには、硝酸イオンを硝酸イオンでない物質に変換すればよい。そのためには、土壌中の細菌に硝酸イオンに含まれる硝酸態窒素を消費させ、細菌が硝酸態窒素を取り込むことにより有機態窒素に変換させることが効果的である。
【００１９】
細菌としては、土壌中に窒素飢餓を生じさせられる細菌が好ましい。例えば、シュードモナス菌やバチラス菌等、土壌中に多数存在する一般的な細菌は、菌の増殖時に硝酸イオンに含まれる硝酸態窒素を消費する。但し、そのためにはグルコース２０１等の、細菌が栄養とする炭水化物を土壌に多く供給する必要がある。細菌が硝酸態窒素を消費するためには、硝酸態窒素に対する炭素の質量比（Ｃ／Ｎ比）は、１０以上であることが好ましい。
そこで先ず、第一の手順では、図２Ａに示すように、ＥＣセンサ１０２近傍にグルコース２０１等の炭水化物水溶液を、例えば５０ｃｃ程度、注入する。これが図３Ａの時点Ｔ３０１である。すると、土壌中の細菌が炭水化物を硝酸イオンに含まれる硝酸態窒素と共に消費し、硝酸イオン濃度が減少する。やがて、ＥＣセンサ１０２近傍の土壌では、硝酸イオン濃度が殆ど０となり、ＥＣ値はある値まで下がり切る。これが図３Ａの時点Ｔ３０２である。この状態は土壌中に注射器１０５で注入した炭水化物水溶液に含まれる炭水化物が細菌によって殆ど完全に消費されるまで続く。これが図３Ａの時点Ｔ３０３である。
このように、時点Ｔ３０２から時点Ｔ３０３の間は、ＥＣ値の変動が殆どない状態が一定期間続く。そこで、第二の手順として、この時点におけるＥＣ値を測定し、保持しておく。これ以降、この時点Ｔ３０４におけるＥＣ値を「ＥＣｂａｓｅ」と呼ぶ。ＥＣｂａｓｅとは、硝酸イオンが殆ど無い土壌中のＥＣ値であり、土壌中の塩素イオンと硫酸イオンの濃度にほぼ等しい。
【００２０】
土壌中に注射器１０５で注入した炭水化物水溶液の炭水化物が細菌によって消費されると、ＥＣセンサ１０２の周囲の土壌から硝酸イオンが滲み出てくる。すると、ＥＣ値は再び上昇する。最後には炭水化物水溶液を注入した時点のＥＣ値に近い値まで、ＥＣ値が復帰する。これが図３Ａの時点Ｔ３０５である。時点Ｔ３０５以降は、ＥＣ値は平衡状態となる。これが時点Ｔ３０５からＴ３０６の間である。
そこで、第三の手順として、時点Ｔ３０５にてＥＣ値が再度上昇した後、平衡状態に至った時点Ｔ３０６において、ＥＣ値を取得する。この時のＥＣ値であるＥＣｔは、以下の式１で表される。
ＥＣｔ＝ＥＣＮ＋ＥＣｂａｓｅ    （式１）
但し、ＥＣＮ：土壌中の硝酸イオンのＥＣ値
【００２１】
次に、第四の手順として、ＥＣセンサ１０２近傍に基準培養液１０６を注入する。これが図３Ａの時点Ｔ３０６である。すると、ＥＣ値は基準培養液１０６によって変動する。そして、図３Ａの時点Ｔ３０７においてＥＣ値は極値に至った後、土壌の緩衝能力によって徐々にＥＣ値は元の時点Ｔ３０６の状態に近似する。そこで、第五の手順として、時点Ｔ３０７におけるＥＣ値を取得する。図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃ中の「ＥＣｒｅｆ」が、時点Ｔ３０７におけるＥＣ値である。現在が時点Ｔ３０７に至ったか否かは、ＥＣ値を継続的に測定し、ＥＣ値の変動方向が反転した時点を以って時点Ｔ３０７に至ったものと判定する。
【００２２】
塩類集積を判定するための判定式は以下の通りである。以下の不等式が成立する場合、当該土壌に塩類集積は発生していない。
（ＥＣＮ＋ＥＣｂａｓｅ）−ＥＣｒｅｆ≦ＥＣｂａｓｅ  （式２）
式２は、基準培養液１０６を注入する前後におけるＥＣ値の変化が、ＥＣｂａｓｅを超えているか否かを判定することを意味する。
【００２３】
改めて、図３Ａ、図３Ｂそして図３Ｃを参照して、ＥＣ値の変動傾向と塩類集積の判定方法を説明する。なお、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃにおいて、概念の説明上、基準培養液注入後の塩素イオン及び硫酸イオンがＥＣ値であるＥＣｒｅｆに影響を与えるかのように記載されている。しかし、実際には、基準培養液の注入によりこれらのイオン濃度は大きく低下するため、ＥＣｒｅｆにおける塩素イオン及び硫酸イオンの影響はほとんどない。このため、ＥＣｒｅｆは、実質的に基準培養液１０６のＥＣ値にほぼ等しい。
図３Ａは、塩類集積がない、正常な土壌におけるＥＣ値の変化を示す概略的なグラフである。図３Ａに係る土壌は、第一の塩類集積判定方法における図１Ｂに相当する。すなわち、基準培養液１０６をＥＣセンサ１０２近傍に注入する前後で、ＥＣ値は上昇している。すなわち、上記式２の左辺が負の値になる。したがって、上記式２の条件を満たすので、塩類集積はないと判定できる。
図３Ｂは、塩類集積がない、正常な土壌におけるＥＣ値の変化を示す概略的なグラフである。図３Ｂに係る土壌は、図３Ａの土壌と比べると、ＥＣｂａｓｅが多くなっている。このため、基準培養液１０６をＥＣセンサ１０２近傍に注入する前後（時点Ｔ３０６からＴ３０７）で、ＥＣ値は下降している。そこで、式２を検証する。すると、時点Ｔ３０６におけるＥＣ値ＥＣｔから時点Ｔ３０７のＥＣ値であるＥＣｒｅｆを差し引いた値は、ＥＣｂａｓｅよりも小さいことが判る。したがって、上記式２の条件を満たすので、塩類集積はないと判定できる。
【００２４】
図３Ｃは、塩類集積が生じている土壌におけるＥＣ値の変化を示す概略的なグラフである。図３Ｃに係る土壌は、図３Ａの土壌と比べると、ＥＣｂａｓｅが多くなっている。このため、基準培養液１０６をＥＣセンサ１０２近傍に注入する前後で、ＥＣ値は下降している。そこで、式２を検証する。すると、時点Ｔ３０６におけるＥＣ値ＥＣｔから時点Ｔ３０７のＥＣ値であるＥＣｒｅｆを差し引いた値は、ＥＣｂａｓｅよりも大きいことが判る。したがって、上記式２の条件を満たさないので、塩類集積が生じていると判定できる。
【００２５】
改めて式２を見ると、式２の両辺にはＥＣｂａｓｅがある。すなわち、式２は
ＥＣＮ−ＥＣｒｅｆ≦０  （式３）
よって、
ＥＣＮ≦ＥＣｒｅｆ      （式４）
と書き直すことができる。
すなわち、塩類集積が生じているか否かを判定する根拠は、土壌中の硝酸イオンの濃度が基準培養液１０６の硝酸イオンの濃度以下であることである。この算定にＥＣＮの正確な値を得ることが困難なので、ＥＣｂａｓｅを測定するのである。
なお、図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃ中、時点Ｔ３０７ではＥＣｒｅｆは硝酸イオンのみならず塩素イオン及び硫酸イオンも僅かながら含まれている。これらは、基準培養液１０６によって薄められたと考えられる。
【００２６】
前述の、第一の塩類集積判定方法では正確に塩類集積を判定できない場合とは、図３Ｂの状態の土壌である。つまり、ＥＣ値を見ると塩類集積が起こっているように見えるものの、土壌中の硝酸イオンの濃度は決して高くはない、という状態の土壌である。このような土壌に対して、施肥量を減らした栽培を行うと、作物の生育に必要な硝酸イオンが十分に供給されないため、作物が正常に生育できない。第二の塩類集積判定方法は、この図３Ｂの状態の土壌を正しく判定する。
以上のように、グルコース２０１等の炭水化物水溶液をＥＣセンサ１０２近傍に注入し、硝酸イオンを減らしてから基準培養液１０６を注入することで、より正確な塩類の集積の判定を実現できる。
【００２７】
［ＥＣセンサ４０１］
現在、市場で流通するＥＣセンサは高価である。殆どが個人事業者である農家にとって、ＥＣセンサを多数買い揃えることは経済的負担が大きい。
また、ＥＣセンサは土壌に設置した状態、土壌やＥＣセンサに印加される力、土壌中の水分量等で、容易に測定値が変動してしまうために、測定した値の絶対値が信用できない。このため、土耕栽培の制御にＥＣセンサを用いる場合、ＥＣセンサはその値の増減、すなわち相対的な変化を見て、施肥量を算出する際の参考にするものである。
【００２８】
土壌のＥＣ値は土壌の緩衝機能によって緩慢に変化する。そして、ＥＣセンサはその相対的な変動量のみを見て、絶対値を見るものではない。このことと、先に説明した第二の塩類集積判定方法を考慮すると、ＥＣセンサを極めて簡易に実現することが可能になる。
発明者らは、測定するＥＣ値の変動要因である土壌から、ＥＣセンサのセンサモジュールを隔離することで、極めて簡易なＥＣセンサを着想するに至った。
【００２９】
図４Ａは、本実施形態に係るＥＣセンサ４０１の横断面図である。図４Ｂは、ＥＣセンサ４０１を用いたＥＣ値簡易測定装置４１１のブロック図である。先ず、図４Ａを参照して、ＥＣセンサ４０１の構造を説明する。
ＥＣセンサ４０１は、周知のポーラスカップ４０２に電極４０３と水を封入した構造である。全長１０ｃｍ程度のポーラスカップ４０２には同軸ケーブル４０５の芯線４０６が下方向に伸び、芯線４０６の先端には腐食しにくい金やステンレス等の金属製よりなる電極４０３が設けられている。ポーラスカップ４０２の上面の開口部分には塩化ビニール等の絶縁体よりなるパイプ４０７が接続され、更にパイプ４０７の上には腐食しにくい金やステンレス等の金属製よりなるキャップ４０８が装着されている。キャップ４０８の中心には穴が開けられており、穴には同軸ケーブル４０５がゴムパッキンと共に挿入されている。同軸ケーブル４０５の被覆線、すなわちケーブルグランド（接地電極）はキャップ４０８に接触しているので、キャップ４０８がケーブルグランドに接続されている。すなわち、接地電極は水をポーラスカップ４０２から封止するキャップ４０８に設けられているといえる。
ＥＣ値を測定する際、電極４０３とケーブルグランドとの間に存在する、ポーラスカップ４０２に満たされる水に電流が流れる。
【００３０】
ＥＣセンサ４０１を土壌に設置する際には、予めポーラスカップ４０２内を純水で満たす。そして、土壌に埋め込む。
ポーラスカップ４０２は素焼きの器であるので、土壌に埋設されたＥＣセンサ４０１は、ポーラスカップ４０２に形成されている無数の微細な穴を通じて、土壌中の陰イオンがポーラスカップ４０２内の純水に染み込む。そして時間の経過と共に、ポーラスカップ４０２内の水の陰イオン濃度と、土壌中の陰イオン濃度は平衡状態になる。土壌が乾燥していない限り、ポーラスカップ４０２内の水が乾燥することはない。
【００３１】
以上のような構成のＥＣセンサ４０１は、土壌に対する振動、衝撃、圧力等に対して極めて安定している、という、これまでのＥＣセンサ４０１にはない大きな長所を備える。直接的に測定する対象はＥＣセンサ４０１内の水のＥＣ値であるため、土壌が有する不確定要素からＥＣセンサ４０１の電極４０３は隔離され、安定したＥＣ値の測定を実現できる。
一方で、このＥＣセンサ４０１は、土壌中のＥＣ値の変化を直ちに測定できない。しかし、そもそも土壌の陰イオン濃度は緩慢に変化するものであり、土壌の陰イオン濃度の変化に対し、ＥＣセンサ４０１内部の水の陰イオン濃度はほぼ同様な速度で追従できる。したがって、上記の短所は実際に運用する際には、全く問題にならない。
更に、通常、ポーラスカップ４０２は負圧をかけて土壌中の水分を吸収するために作られたものであり、従来の用途であればポーラスカップ４０２は使い捨てとして扱われるが、本実施形態のＥＣセンサ４０１はポーラスカップ４０２に負圧をかけない。したがって、ポーラスカップ４０２の微細な穴に目詰りを起こすことはないので、ポーラスカップ４０２の寿命は極めて長い。現在市場に流通するポーラスカップ４０２自体は使い捨て用途として作られているため、極めて安価である。すなわち、本実施形態のＥＣセンサ４０１は、極めて安価に実現できる。
【００３２】
図４Ｂを参照して、本実施形態のＥＣセンサ４０１を用いた、ＥＣ値簡易測定装置４１１の一例を説明する。
液体等の電気伝導率を測定する際、センサを構成する電極の表面における分極の発生を防ぐため、センサには交流を流すことが必要である。ＥＣセンサ４０１によるＥＣ値の測定も例外ではなく、交流の微弱な電流をＥＣセンサ４０１に流して、その電流を検出する等で実現する。
図４Ｂ中、抵抗Ｒ４１２、Ｒ４１３、可変抵抗ＶＲ４１４、そしてＥＣセンサ４０１は周知のホイートストンブリッジを構成する。ＥＣセンサ４０１は周知のホイートストンブリッジの一辺の抵抗に相当する。可変抵抗ＶＲ４１４の一端とＥＣセンサ４０１のケーブルグランドは接地ノードに接続される。
可変抵抗ＶＲ４１４はデジタルポテンショメータであり、制御値を与えて抵抗値を設定できる。
【００３３】
矩形波電圧源４１５の出力信号はコンデンサＣ４１６によって直流オフセット成分が除去され、抵抗Ｒ４１２とＲ４１３の接続点から交流信号が流れる。ブリッジの交点端子は、それぞれコンパレータ４１７に入力される。ブリッジには交流信号が流れるので、コンパレータ４１７にも交流が出力される。但し、ＥＣセンサ４０１の電位と可変抵抗ＶＲ４１４の電位のどちらが高いかによって、コンパレータ４１７から出力される矩形波交流信号の位相が１８０°変わる。
【００３４】
コンパレータ４１７の出力信号は、排他的論理和ゲート（以下「ＥＸＯＲゲート」）４１８に入力される。また一方、矩形波電圧源４１５の出力信号もＥＸＯＲゲート４１８に入力される。ＥＸＯＲゲート４１８は、入力される信号が同一論理であるか異なる論理であるか、すなわち同一位相か１８０°反転しているかで、出力論理信号が論理の真又は偽になる。ＥＸＯＲゲート４１８の出力信号にはノイズが含まれる可能性があるので、出力信号からＬＰＦ４１９等でノイズを除去することで、ＥＣセンサ４０１のインピーダンスと可変抵抗ＶＲ４１４のインピーダンスのどちらが高いかを示す論理信号を得ることができる。
【００３５】
制御部４２０はこの論理信号を得て、可変抵抗ＶＲ４１４のインピーダンスを変化させる。インピーダンスの制御は、例えば周知の二分探索法等を用いて行う。
点線枠内の矩形波電圧源４１５、コンパレータ４１７、ＥＸＯＲゲート４１８、ＬＰＦ４１９及び制御部４２０は安価なワンチップマイコンで実現可能である。ワンチップマイコンにはコンパレータを内蔵するものがあるので、そのコンパレータをそのまま利用できる。すなわち、抵抗２個、コンデンサ１個、デジタルポテンショメータとワンチップマイコンで、ＥＣ値簡易測定装置４１１が実現できる。
【００３６】
図４Ｂに示すＥＣ値簡易測定装置４１１は、予めＥＣセンサ４０１が採りうるインピーダンスの上限値と下限値がわかっていれば、ブリッジの抵抗を適切に選択するだけでよく、装置製造後の調整工程が全く不要である。例えば、Ａ／Ｄ変換器を用いた測定装置の場合は、Ａ／Ｄ変換器の出力値を調整する工程等が必要になるが、図４Ｂに示すＥＣ値簡易測定装置４１１は、そのような調整工程が全く不要なので、再現性が高い。
ＥＣセンサ４０１の基準値は、基準培養液１０６をＥＣセンサ４０１近傍に注入することで、ＥＣセンサ４０１の較正ができる。
土壌に塩類集積が生じていないことが明らかである場合は、塩類集積の判定を行わずとも、ＥＣセンサ４０１の運用は時間経過に対する相対的な変化のみを見るので、基準培養液１０６を用いたＥＣセンサ４０１の較正作業は必ずしも必須ではない。
【００３７】
［養液土耕システムの全体構成］
上述の第二の塩類集積判定方法は、気候条件にもよるが、一週間から一ヶ月程度の、長期間に及ぶ継続的なＥＣ値の測定を必要とする。塩類集積の判定だけにＥＣセンサ１０２とデータロガー１０３を用意することは非効率であるが、養液土耕システムのオプション機能として提供されるなら、システム全体の費用対効果は高い。
そこで、これより発明者らが開発している養液土耕システムを説明し、その後、この養液土耕システムにおいて第二の塩類集積判定方法をどのように実施するのかについて、説明する。
【００３８】
図５は、本発明の実施形態に係る、養液土耕システム５０１の概略図である。
養液土耕システム５０１は、温室５０２やビニルハウス５０３等の、天候の変動を緩和する作物栽培施設、すなわちハウスに導入される。
第一の農業従事者５０４は、温室５０２に養液土耕システム５０１を導入している。温室５０２にはコントローラ５０５が設置されている。また、第二の農業従事者５０６は、ビニルハウス５０３に養液土耕システム５０１を導入している。ビニルハウス５０３にもコントローラ５０５が設置されている。
このように、コントローラ５０５は多様な農家の設備に対し、柔軟に対応できるように設計されている。
また、第一の農業従事者５０４は必要に応じて、養液土耕システム５０１に指示を与えるためのタブレット端末５０７を操作する。同様に、第二の農業従事者５０６は必要に応じて、養液土耕システム５０１に指示を与えるためのスマートフォン５０８を操作する。
【００３９】
コントローラ５０５、タブレット端末５０７、スマートフォン５０８は、無線通信にてインターネット５０９に接続し、養液土耕制御サーバ５１０と通信を行う。なお、これ以降、タブレット端末５０７とスマートフォン５０８を特に区別しない場合、単に端末と呼ぶ。
コントローラ５０５は農家の設備に設置されている様々なセンサの情報を養液土耕制御サーバ５１０に送信し、養液土耕制御サーバ５１０から培養液を供給するための制御情報を受信して、適切な量の培養液を作物に供給する。
タブレット端末５０７やスマートフォン５０８の端末は、農業従事者の操作を受けて、栽培する作物の種類、作物の栽培の開始と終了、施肥量の微調整等の情報を養液土耕制御サーバ５１０に送信する。
【００４０】
また、養液土耕制御サーバ５１０は必要に応じて、天気予報サーバ５１１から農家が存在する地域の天気予報を取得して、施肥量の微調整や後述する様々な付加機能の実行に使用する。
すなわち、インターネット５０９に接続される機器の観点で見ると、養液土耕システム５０１は、コントローラ５０５と、端末と、養液土耕制御サーバ５１０よりなる。
【００４１】
養液土耕システム５０１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５１０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５１０を単一のサーバとして表現している。
【００４２】
図６は、農家の設備を概略的に示すブロック図である。図６で、コントローラ５０５に接続される機器類を説明する。
農家に設置されたコントローラ５０５は、インターネット５０９に接続される養液土耕制御サーバ５１０から受信した制御情報に基づいて、培養液を作成してハウスに供給する設備を制御する。
【００４３】
農家には、培養液の基となる第一液肥タンク６０１ａと第二液肥タンク６０１ｂが設置されている。
第一液肥タンク６０１ａには第一液肥混入器６０２ａが接続されている。第二液肥タンク６０１ｂには第二液肥混入器６０２ｂが接続されている。
これ以降、第一液肥タンク６０１ａと第二液肥タンク６０１ｂを特に区別しない場合は、液肥タンク６０１と称する。同様に、第一液肥混入器６０２ａと第二液肥混入器６０２ｂを特に区別しない場合は、液肥混入器６０２と称する。
【００４４】
液肥タンク６０１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６０１ａと第二液肥タンク６０１ｂには、異なる種類の液肥が溜め込まれている。
液肥混入器６０２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６０１の液肥を設定した割合にて混入させる器具である。なお、加圧水が供給される水源側には流量センサ６０３が設置されている。
図６を見て判るように、第一液肥混入器６０２ａと第二液肥混入器６０２ｂは直列に接続されており、第二液肥混入器６０２ｂからは第一液肥タンク６０１ａの液肥と第二液肥タンク６０１ｂの液肥とが混合した培養原液が吐出される。
【００４５】
加圧水は水供給弁６０４によって水の吐出が制御される。第二液肥混入器６０２ｂから吐出される培養原液は、培養原液供給弁６０５によって培養原液の吐出が制御される。
コントローラ５０５は、水供給弁６０４と培養原液供給弁６０５を制御することで、適切な濃度の培養液を適切な量だけ、作物に供給する。
水供給弁６０４と培養原液供給弁６０５の吐出側は一つのパイプに接続され、一つ以上の吐出弁に供給される。
以上、液肥タンク６０１、液肥混入器６０２、水供給弁６０４及び培養原液供給弁６０５は、吐出弁に供給する培養液を生成する培養液生成部６０６を構成する。
【００４６】
培養液生成部６０６の構成には、様々なバリエーションが形成可能である。
例えば、第一の培養原液供給弁と第二の培養原液供給弁を並列に設けることで、作物によって培養原液を選択することが可能になる。
また例えば、水供給弁６０４をなくし、同一種類の高濃度液肥を供給する第一の培養原液供給弁と第二の培養原液供給弁を並列に設け、第二の培養原液供給弁は最低限の濃度の培養原液を供給する。このように、水供給弁６０４がなくても培養液生成部６０６は構成可能である。
【００４７】
水供給弁６０４と培養原液供給弁６０５の吐出側は一つのパイプに接続され、一つ以上の吐出弁に供給される。
図６では一例として、一つのハウス６０７に属する第一区画６０８に第一吐出弁６０９ａが、第二区画６１０に第二吐出弁６０９ｂが設けられている。これ以降、第一吐出弁６０９ａと第二吐出弁６０９ｂを区別しない場合には吐出弁６０９と称する。また、これ以降、ハウス内に設けられ、作物を植栽する第一区画６０８及び第二区画６１０を区別しない場合には単に「区画」と略す。
【００４８】
本実施形態の養液土耕システム５０１は、水供給弁６０４と培養原液供給弁６０５、そして複数の吐出弁６０９を制御することで、吐出弁６０９が設けられているハウス６０７内の区画毎に異なる作物や、あるいは作付け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６０９ｂを閉じて第一吐出弁６０９ａを開いた場合には、第一区画６０８に植栽される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６０９ａを閉じて第二吐出弁６０９ｂを開いた場合には、第二区画６１０に、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５０５と、培養液を作成する系統（液肥タンク６０１、液肥混入器６０２、水供給弁６０４、培養原液供給弁６０５及び流量センサ６０３）を、異なる作物あるいは作付け時期をずらした作物において、共有できる。
【００４９】
また、必ずしも吐出弁６０９毎に作物の種類や作付け時期をずらす必要はない。吐出弁６０９には最大許容流速が存在し、接続される灌水チューブ６１１の負荷が大きすぎると吐出弁６０９の耐久能力を超えてしまい、吐出弁６０９が破壊される虞がある。このため、吐出弁６０９に接続可能な灌水チューブ６１１の長さ等は灌水チューブ６１１の培養液供給能力と吐出弁６０９の最大許容流速によって決定される。その長さを超える灌水チューブ６１１を区画に敷設したい場合は、別に新たな吐出弁６０９を設ける必要がある。
【００５０】
ハウス６０７の内部に設けられる区画には、灌水チューブ６１１が一本以上敷設される。
灌水チューブ６１１には、培養液を射出する複数の穴が等間隔に設けられている。灌水チューブ６１１の先端は図示しないエンドキャップによって閉じられている。
灌水チューブ６１１が長くなれば、穴の数も増えるので、単位時間当りの培養液供給量が増加する。つまり、灌水チューブ６１１の培養液供給量は、単位長さ当たりの培養液供給能力に、敷設される灌水チューブ６１１の長さを乗じた数になる。
【００５１】
一般に、灌水チューブ６１１は吐出弁６０９に対して同種のものを複数本、並列に接続することとなっている。直列接続では灌水チューブ６１１の根元と先端とを比べて培養液の供給に時間差が生じるので、なるべく時間差を少なくする配慮が必要だからである。また、異なる種類の灌水チューブ６１１が吐出弁６０９に接続されてしまうと、単位面積当たりの区画に対する培養液供給能力に差ができてしまい、培養液供給量の管理ができなくなってしまうからである。
【００５２】
ハウス６０７の内部に設けられる区画には、灌水チューブ６１１が一本以上敷設される。
灌水チューブ６１１には、吐出弁６０９を通じて培養液が供給される。培養液は、灌水チューブ６１１に設けられている複数の穴８０１から、灌水チューブ６１１が敷設されているハウス６０７内の地面に散布される。
灌水チューブ６１１の近傍には土壌センサ６１２が差し込まれる。なお、土壌センサ６１２は吐出弁６０９毎に設けられる場合もあるが、図６では複数の区画で土壌センサ６１２を共用している。
土壌センサ６１２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。
【００５３】
規模が大きいハウスには、空調設備が設けられる場合もある。図６中、ハウス６０７には換気扇６１３とボイラー６１４が設けられている。また、ハウス６０７内の気温を測定するため、気温センサ６１５も設けられている。
ハウス６０７の近傍には、日射センサ６１６が設けられる。日射センサ６１６は日射の強度をアナログ電圧信号にて出力する。
【００５４】
日射センサ６１６、流量センサ６０３、土壌センサ６１２、気温センサ６１５から出力されるアナログ電圧信号は、コントローラ５０５に入力される。またコントローラ５０５は、水供給弁６０４、培養原液供給弁６０５、そして第一吐出弁６０９ａと第二吐出弁６０９ｂを開閉制御する。
図７にて詳述するが、コントローラ５０５は周知のマイコンよりなる。コントローラ５０５には更に測位情報出力部としての機能を有するＧＰＳ端末６１７から測位情報が入力される。そして、コントローラ５０５は無線通信部６１８を通じてインターネット５０９に接続し、養液土耕制御サーバ５１０と情報の送受信を行う。
【００５５】
コントローラ５０５は、日出から日没まで、１０分間隔で、日射センサ６１６、土壌センサ６１２から得られる計測データを養液土耕制御サーバ５１０に送信する。そして、第一吐出弁６０９ａと第二吐出弁６０９ｂのそれぞれに対し、１時間毎、あるいは２時間毎に、計測データを養液土耕制御サーバ５１０に送信した際に、養液土耕制御サーバ５１０から受信するデータに基づいて、水供給弁６０４、培養原液供給弁６０５、第一吐出弁６０９ａ及び第二吐出弁６０９ｂを制御する。そして、その際に流量センサ６０３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５１０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５１０は１時間毎にコントローラ５０５に制御データを送信するものとする。
【００５６】
コントローラ５０５は一つの培養液生成部６０６を制御する。培養液生成部６０６は、一つの吐出弁６０９に対してのみ培養液を供給する。つまり、培養液生成部６０６に並列接続される複数の吐出弁６０９は排他的に時分割で制御される。したがって、コントローラ５０５が制御する吐出弁６０９の数が増えると、吐出弁６０９を時分割で制御する都合上、コントローラ５０５が吐出弁６０９を開放制御する時間は長くなり、コントローラ５０５が養液土耕制御サーバ５１０の命令を待つ待機時間が短くなる。待機時間が無くなる場合は、主に吐出弁６０９を中心とする設備の構成が適切でないので、培養液生成部６０６を別途新たに設ける必要が生じる。
【００５７】
また、農業従事者は端末を用いて、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。
【００５８】
［コントローラ５０５のハードウェア構成］
図７は、コントローラ５０５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５１０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５０９に接続される養液土耕制御サーバ５１０も図示している。
マイコンよりなるコントローラ５０５は、ＣＰＵ７０１、ＲＯＭ７０２、ＲＡＭ７０３、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７中も「ＲＴＣ」と略）７０４、ＮＩＣ（Network Information Card）７０５、第一シリアルインターフェース７０６（図７中では「第一Ｉ／Ｆ」と略）が、バス７０７に接続されている。
更に、バス７０７に接続されているＡ／Ｄ変換器７０８（図７中では「Ａ／Ｄ」と略）には、マルチプレクサ７０９（図７中では「ＭＰＸ」と略）が接続されている。マルチプレクサ７０９には、日射センサ６１６、流量センサ６０３、土壌センサ６１２、そして気温センサ６１５が接続される。
更に、バス７０７に接続されている第二シリアルインターフェース７１０（図７中では「第二Ｉ／Ｆ」と略）には、水供給弁６０４、培養原液供給弁６０５、第一吐出弁６０９ａ、第二吐出弁６０９ｂ、換気扇６１３及びボイラー６１４が接続される。
【００５９】
コントローラ５０５は、ＧＰＳ端末６１７が出力する測位情報を、第一シリアルインターフェース７０６を通じて受信する。
コントローラ５０５は、ＮＩＣ７０５に接続されている無線通信部６１８を通じて、インターネット５０９に接続される。そして養液土耕制御サーバ５１０に、ＧＰＳ端末６１７が出力した測位情報、土壌センサ６１２を区別する土壌センサ番号、日射センサ６１６が出力した日射量、土壌センサ６１２が出力した土壌水分量、土壌ＥＣ及び地温、流量センサ６０３が出力した培養液流量、そして気温センサ６１５が出力したハウス内気温を送信する。更に養液土耕制御サーバ５１０から、第一吐出弁６０９ａ及び第二吐出弁６０９ｂを区別する吐出弁番号、水供給弁開放時間、培養原液供給弁開放時間及び空調制御指令を受信する。
【００６０】
［コントローラ５０５のソフトウェア機能］
図８は、コントローラ５０５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６１６、土壌センサ６１２、流量センサ６０３、気温センサ６１５、そしてＧＰＳ端末６１７が出力する情報は、送信情報作成部８０１によって例えば周知の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８０２によって、ＨＴＴＰＳ（Hyper Text Transfer Protocol Secure）等のプロトコルにて養液土耕制御サーバ５１０に送信される。
ｗｅｂクライアント８０２は、養液土耕制御サーバ５１０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８０３に引き渡す。
制御信号作成部８０３は、テキストストリームデータから、第一吐出弁６０９ａ及び第二吐出弁６０９ｂ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６０４、培養原液供給弁６０５、第一吐出弁６０９ａ、第二吐出弁６０９ｂ、換気扇６１３及びボイラー６１４を制御する。
【００６１】
制御部８０４は、スケジューラの機能を備える。
制御部８０４は、ＲＴＣ７０４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８０２を通じて養液土耕制御サーバ５１０に認証情報８０５を送信して、認証を行う。認証が正常に行われたら、制御部８０４は送信情報作成部８０１を起動する。そして、ｗｅｂクライアント８０２が養液土耕制御サーバ５１０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８０３を起動する。
認証情報８０５は、ＲＯＭ７０２に記憶されている、コントローラ５０５の機器ＩＤとパスワードである。機器ＩＤとは、コントローラ５０５を一意に識別する情報である。
【００６２】
図８を見て判るように、コントローラ５０５には、日射センサ６１６及び土壌センサ６１２から得られるデータに基づいて、水供給弁６０４、培養原液供給弁６０５、第一吐出弁６０９ａ及び第二吐出弁６０９ｂ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６０４、培養原液供給弁６０５、第一吐出弁６０９ａ、第二吐出弁６０９ｂ、換気扇６１３及びボイラー６１４を制御するためのデータは、養液土耕制御サーバ５１０によって作成される。
すなわち、コントローラ５０５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６０４、培養原液供給弁６０５、第一吐出弁６０９ａ及び第二吐出弁６０９ｂ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５１０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５０１は、個人事業者でも比較的容易に導入が可能である。
【００６３】
［養液土耕制御サーバ５１０のハードウェア構成］
図９は、養液土耕制御サーバ５１０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５１０は、ＣＰＵ９０１、ＲＯＭ９０２、ＲＡＭ９０３、ＲＴＣ９０４、インターネット５０９に接続されているＮＩＣ９０５、不揮発性ストレージ９０６が、バス９０７に接続されている。不揮発性ストレージ９０６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５１０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５１０として利用可能である。その場合、表示部９０８と操作部９０９がバス９０７に接続されている。但し、表示部９０８と操作部９０９は必ずしも養液土耕制御サーバ５１０に必要ではない。
【００６４】
［養液土耕制御サーバ５１０のソフトウェア機能］
図１０は、養液土耕制御サーバ５１０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５１０は、ＨＴＴＰＳのｗｅｂサーバである。
ｗｅｂサーバプログラム１００１は、クライアントであるコントローラ５０５とＨＴＴＰＳにて通信を行い、通信の内容に応じて、認証処理部１００２、受信データ処理部１００３、ＧＵＩ処理部１００４を実行する。またｗｅｂサーバプログラム１００１は、制御部１００５によって実行される制御データ作成部１００６が出力する情報を、コントローラ５０５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１００２、受信データ処理部１００３、制御データ作成部１００６及びＧＵＩ処理部１００４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。
【００６５】
認証処理部１００２は、必要に応じてユーザマスタ１００７を参照して、クライアントであるコントローラ５０５や端末の認証を行う。
受信データ処理部１００３は、コントローラ５０５から受信したデータをログデータベース１００８に記録する。
制御データ作成部１００６は制御部１００５によって起動され、ログデータベース１００８、機器データベース１００９、日射量データベース１０１０及びトレンド情報テーブル１０１１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５０５に送信するデータを作成して、ｗｅｂサーバプログラム１００１を通じてコントローラ５０５に送信する。
ＧＵＩ処理部１００４は、クライアントである端末に、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、端末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、閾値範囲マスタ１０１２を参照する。
【００６６】
ＲＴＣ９０４はコントローラ５０５のＲＴＣ７０４と同等の機能を提供する。
制御部１００５は、現在、養液土耕制御サーバ５１０にアクセスしているコントローラ５０５に、水供給弁６０４、培養原液供給弁６０５及び吐出弁６０９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、ＲＴＣ９０４から得られる現在時刻等から判定する。そして、コントローラ５０５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１００６を起動する。
また、制御部１００５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１０１３を起動する。トレンド情報算出部１０１３は、後述するログデータベース１００８の第一ログテーブル１２０１から、土壌水分量及び土壌ＥＣを読み出して、土壌センサ６１２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１０１１に記録する。
【００６７】
図１１は、制御データ作成部１００６の機能を示すブロック図である。
制御データ作成部１００６は、二段階の演算処理を行う。
制御データ作成部１００６は最初に、制御部１００５から現在、養液土耕制御サーバ５１０にアクセスしているコントローラ５０５の機器ＩＤを受け取ると、基本培養液量算出部１１０１を起動する。
基本培養液量算出部１１０１は、ログデータベース１００８を機器ＩＤと吐出弁番号で特定して、測位情報と日射量と作物種別を得る。そして日射量データベース１０１０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１１０２は、ログデータベース１００８を機器ＩＤと吐出弁番号で特定して、吐出弁６０９に紐付く土壌センサ６１２の土壌水分量と土壌ＥＣを得る。そして機器データベース１００９を機器ＩＤと吐出弁番号で特定して、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１０１１を機器ＩＤと吐出弁番号で特定して、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。
【００６８】
［データベースの構成］
図１２は、ログデータベース１００８、日射量データベース１０１０、トレンド情報テーブル１０１１、閾値範囲マスタ１０１２及びユーザマスタ１００７の構成を示す図である。
図１３は、機器データベース１００９の構成を示す図である。
ログデータベース１００８は、第一ログテーブル１２０１と第二ログテーブル１２０２と第三ログテーブル１２０３を有する。
日射量データベース１０１０は、日射量培養液量テーブル１２０４と測位情報テーブル１２０５を有する。
機器データベース１００９は、機器マスタ１３０１、土壌センサテーブル１３０２、吐出弁テーブル１３０３、灌水チューブテーブル１３０４、灌水チューブマスタ１３０５、空調設備テーブル１３０６、ハウステーブル１３０７、環境センサテーブル１３０８を有する。
【００６９】
先ず、図１２を参照してログデータベース１００８、日射量データベース１０１０、トレンド情報テーブル１０１１、閾値範囲マスタ１０１２及びユーザマスタ１００７の構成を説明する。
センサ情報テーブルともいえる第一ログテーブル１２０１は、コントローラ５０５から受信した情報を格納するテーブルであり、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、地温フィールド及び他のセンサ情報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５０５に接続される土壌センサ６１２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５０５は、最大６個の土壌センサ６１２が接続可能である。
日時フィールドには、コントローラ５０５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５０５から受信した、ＧＰＳ端末６１７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５０５から受信した、日射センサ６１６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５０５から受信した、土壌センサ６１２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５０５から受信した、土壌センサ６１２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５０５から受信した、土壌センサ６１２の地温データが格納される。
他のセンサ情報フィールドには、コントローラ５０５から受信した、ハウスの気温センサ６１５等、他のセンサのセンサＩＤと測定値の情報が格納される。
【００７０】
なお、本実施形態の養液土耕システム５０１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１２０１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５１０は、複数の農家の情報を第一ログテーブル１２０１及び第二ログテーブル１２０２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。
【００７１】
第二ログテーブル１２０２は、コントローラ５０５へ送信した情報と、コントローラ５０５が培養液を供給する制御を実行した結果として得られた情報を格納するテーブルであり、機器ＩＤフィールド、吐出弁番号フィールド、水供給弁開放時間フィールド、培養原液供給弁開放時間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１２０１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５０５に接続される吐出弁６０９を一意に識別するための吐出弁番号が格納される。
水供給弁開放時間フィールドには、水供給弁を開放した時間が格納される。
培養原液供給弁開放時間フィールドには、培養原液供給弁を開放した時間が格納される。
培養液流量フィールドには、コントローラ５０５から受信した、流量センサ６０３の培養液流量データが格納される。すなわち、流量センサ６０３の情報は、培養液供給制御を実行した結果として得られる情報である。
【００７２】
状態情報テーブルともいえる第三ログテーブル１２０３は、端末から受信した情報を格納するテーブルであり、端末ＩＤフィールド、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、日時フィールド、ステータス情報フィールド及び作物種別フィールドを有する。
端末ＩＤフィールドには、農業従事者が操作する端末の端末ＩＤが格納される。
機器ＩＤフィールドは、第一ログテーブル１２０１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１２０２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１２０１の同名フィールドと同じである。
日時フィールドは、第一ログテーブル１２０１の同名フィールドと同じである。
ステータス情報フィールドには、端末から受信したステータス情報が格納される。
作物種別フィールドには、端末から受信した作物種別が格納される。
この第三ログテーブル１２０３は、機器ＩＤと吐出弁番号で特定される吐出弁６０９に紐付く、作物を栽培する区画がどのような状態にあるのかを指し示す情報が格納される。すなわち、当該区画は作物を栽培しているか否か、またその作物は何か、である。更に、後述する塩類集積判定機能にもこの第三ログテーブル１２０３に記録されるステータス情報が必要である。
【００７３】
測位情報テーブル１２０５は、測位情報範囲フィールドと、測位ＩＤフィールドよりなる。
測位情報範囲フィールドには、等しい培養液量の算定根拠となる地図上の範囲を示す情報が格納される。
測位ＩＤフィールドには、測位情報範囲フィールドを一意に特定する測位ＩＤが格納される。
【００７４】
日射量培養液量テーブル１２０４は、測位ＩＤ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ＩＤフィールドは、測位情報テーブル１２０５の同名フィールドと同じである。
作物種別フィールドは、第三ログテーブル１２０３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・経度と日時において計算上あり得る筈の、最大の日射量（晴天時の日射量）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。
【００７５】
日射量培養液量テーブル１２０４は、気象庁等から得られる、１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５０５に接続されているＧＰＳ端末６１７から得られる測位情報を、測位情報テーブル１２０５と突き合わせて、測位ＩＤを特定する。すなわち、最寄りの日射量観測地点を特定する。
次に、特定した測位ＩＤと、第三ログテーブル１２０３から取得した作物種別と、ＲＴＣ９０４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１２０４のレコードを特定する。
続いて、第一ログテーブル１２０１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１２０４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。
【００７６】
ユーザマスタ１００７は、ユーザＩＤフィールド、ユーザ氏名フィールド、パスワードハッシュ値フィールド、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。
パスワードハッシュ値フィールドには、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５０５の機器ＩＤが格納される。
【００７７】
トレンド情報テーブル１０１１は、機器ＩＤフィールドと、吐出弁番号フィールドと、土壌水分量傾きフィールドと、土壌ＥＣ値傾き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１２０１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１２０２の同名フィールドと同じである。
土壌水分量傾きフィールドには、第一ログテーブルに記録されている、吐出弁番号の吐出弁６０９に紐付く土壌センサから測定した土壌水分量の傾きが格納される。
土壌ＥＣ値傾きフィールドには、第一ログテーブルに記録されている、吐出弁番号の吐出弁６０９に紐付く土壌センサから測定した土壌ＥＣ値の傾きが格納される。
これら土壌水分量の傾きと土壌ＥＣ値の傾きは、前述の培養液量微調整部における培養液量の微調整処理に必要な情報である。
【００７８】
閾値範囲マスタ１０１２は、作物種別フィールドと、日付フィールドと、土壌水分量下限値フィールドと、土壌水分量上限値フィールドと、土壌ＥＣ下限値フィールドと、土壌ＥＣ上限値フィールドを有する。
作物種別フィールドは、第三ログテーブル１２０３の同名フィールドと同じである。
日付フィールドは、日射量培養液量テーブルの同名フィールドと同じである。
土壌水分量下限値フィールドには、目標となる土壌水分量の下限値が格納される。
土壌水分量上限値フィールドには、目標となる土壌水分量の上限値が格納される。
土壌ＥＣ下限値フィールドには、目標となる土壌ＥＣ値の下限値が格納される。
土壌ＥＣ上限値フィールドには、目標となる土壌ＥＣ値の上限値が格納される。
【００７９】
次に、図１３を参照して、機器データベース１００９の構成を説明する。
機器マスタ１３０１はコントローラ５０５のテーブルであり、機器ＩＤフィールド、機器オーナーフィールド、パスワードハッシュ値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１２０１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５０５の所有者の氏名あるいは法人名が格納される。
パスワードハッシュ値フィールドには、コントローラ５０５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５０５の所有者の連絡先を示す情報が格納される。
【００８０】
土壌センサテーブル１３０２は土壌センサ６１２のテーブルであり、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、基準土壌ＥＣフィールド及びハウス番号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１２０１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１２０１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６１２に属する吐出弁６０９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６０９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６０９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６０９において栽培される作物における、基準ＥＣが格納される。
ハウス番号フィールドには、土壌センサ６１２が敷設されるハウスのハウス番号が格納される。
【００８１】
ハウスで栽培される作物は、最低一つ以上の土壌センサ６１２によって管理される。このため、土壌センサテーブル１３０２には作物種別フィールドが設けられている。作物種別フィールドに書き込まれる作物種別は、第三ログテーブルの作物種別フィールドから複写される。
【００８２】
吐出弁テーブル１３０３は吐出弁６０９のテーブルであり、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、培養液供給能力フィールド及びハウス番号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１２０１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１２０２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６０９に属する土壌センサ６１２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６０９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１３０４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６０９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６０９に供給して、吐出弁６０９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。
ハウス番号フィールドは、土壌センサテーブル１３０２の同名フィールドと同じである。
【００８３】
灌水チューブテーブル１３０４は灌水チューブ６１１のテーブルであり、識別コードフィールド、灌水チューブ番号フィールド、灌水チューブ種別コードフィールド及び灌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１３０３の同名フィールドと同じである。
灌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６０９に接続される灌水チューブ６１１を一意に識別するための番号が一つ以上格納される。
灌水チューブ種別コードフィールドには、灌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６１１の種別を示す情報が格納される。
灌水チューブ長さフィールドには、灌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６１１の長さを示す情報が格納される。
【００８４】
灌水チューブマスタ１３０５は、灌水チューブ種別コードフィールド、灌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。
灌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１３０４の同名フィールドと同じである。
灌水チューブ名称フィールドには、灌水チューブ６１１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、灌水チューブ６１１種別コードにて特定される灌水チューブ６１１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。
【００８５】
［農家の設備の関係］
ここで一旦、第一ログテーブル１２０１、第二ログテーブル１２０２、土壌センサテーブル１３０２、吐出弁テーブル１３０３、灌水チューブテーブル１３０４、空調設備テーブル１３０６、ハウステーブル１３０７及び環境センサテーブル１３０８の関係を説明する。
図１４は、コントローラ５０５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５０５には、一つの日射センサ６１６、一つの流量センサ６０３、一つのＧＰＳ端末６１７、一つの水供給弁６０４、一つの培養原液供給弁６０５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。
【００８６】
図１４では、第一ハウス１４０１、第二ハウス１４０２、そして第三ハウス１４０３の、三つのハウスが設けられている。
第一ハウス１４０１には、第一土壌センサ６１２ａと第一吐出弁６０９ａが敷設されている。
第一吐出弁６０９ａには、第一灌水チューブ６１１ａ、第二灌水チューブ６１１ｂ及び第三灌水チューブ６１１ｃが敷設されている。
したがって、他の吐出弁６０９を閉じて第一吐出弁６０９ａを開放すると、水供給弁６０４と培養原液供給弁６０５から供給される培養液が、第一灌水チューブ６１１ａ、第二灌水チューブ６１１ｂ及び第三灌水チューブ６１１ｃによって、第一ハウス１４０１内の土壌に散布される。
第一ハウス１４０１内において、第一土壌センサ６１２ａと第一吐出弁６０９ａは一対一の関係である。この第一ハウス１４０１内では、一種類の作物を栽培できる。第一ハウス１４０１内には土壌センサ６１２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。
【００８７】
第二ハウス１４０２には、第二土壌センサ６１２ｂと、第二吐出弁６０９ｂ及び第三吐出弁６０９ｃが敷設されている。
第二吐出弁６０９ｂには、第四灌水チューブ６１１ｄ及び第五灌水チューブ６１１ｅが敷設されている。
第三吐出弁６０９ｃには、第六灌水チューブ６１１ｆ及び第七灌水チューブ６１１ｇが敷設されている。
したがって、他の吐出弁６０９を閉じて第二吐出弁６０９ｂを開放すると、水供給弁６０４と培養原液供給弁６０５から供給される培養液が、第四灌水チューブ６１１ｄ及び第五灌水チューブ６１１ｅによって、第二ハウス１４０２内の土壌に散布される。
同様に、他の吐出弁６０９を閉じて第三吐出弁６０９ｃを開放すると、水供給弁６０４と培養原液供給弁６０５から供給される培養液が、第六灌水チューブ６１１ｆ及び第七灌水チューブ６１１ｇによって、第二ハウス１４０２内の土壌に散布される。
第二ハウス１４０２内において、第二土壌センサ６１２ｂと第二吐出弁６０９ｂ及び第三吐出弁６０９ｃは一対多の関係である。この第二ハウス１４０２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、吐出弁６０９と土壌センサ６１２によって制限される。
【００８８】
第三ハウス１４０３には、第三土壌センサ６１２ｃ及び第四土壌センサ６１２ｄと、第四吐出弁６０９ｄが敷設されている。
第四吐出弁６０９ｄには、第八灌水チューブ６１１ｈ、第九灌水チューブ６１１ｉ及び第十灌水チューブ６１１ｊが敷設されている。
したがって、他の吐出弁６０９を閉じて第四吐出弁６０９ｄを開放すると、水供給弁６０４と培養原液供給弁６０５から供給される培養液が、第八灌水チューブ６１１ｈ、第九灌水チューブ６１１ｉ及び第十灌水チューブ６１１ｊによって、第三ハウス１４０３内の土壌に散布される。
第三ハウス１４０３内において、第三土壌センサ６１２ｃ及び第四土壌センサ６１２ｄと第四吐出弁６０９ｄは多対一の関係である。この第三ハウス１４０３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６１２ｃと第四土壌センサ６１２ｄ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。
【００８９】
更に、第三ハウス１４０３には空調設備として、換気扇６１３、ボイラー６１４が、また第三ハウス１４０３内の気温を測定する気温センサ６１５が、設置されている。これら空調設備と気温センサ６１５の存在は、養液土耕システム５０１による、ハウスの空調制御を実現する。この空調制御を実現するには、ハウスと吐出弁との関係、ハウスと空調設備との関係、ハウスと各種センサとの関係を格納するデータベースが必要である。吐出弁テーブル１３０３のハウス番号フィールド、ハウステーブル１３０７、空調設備テーブル１３０６、環境センサテーブル１３０８はこのために設けられている。
【００９０】
以上より、一つのコントローラ５０５には複数個の土壌センサ６１２と、一つ以上の吐出弁６０９が対応付けられる。また、土壌センサ６１２と吐出弁６０９は、多対多の関係を有する。
土壌センサ６１２と吐出弁６０９の関係は、土壌センサテーブル１３０２に含まれる吐出弁番号フィールドと、吐出弁テーブル１３０３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６０９に対応する一つ以上の土壌センサ６１２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６１２に対応する一つ以上の吐出弁６０９によって、供給すべき培養液の量と濃度が特定される。
【００９１】
そして、吐出弁６０９とこれに対応する灌水チューブ６１１は、一対多の関係を有する。
前述のように、灌水チューブ６１１は一端がエンドキャップ８０２によって閉じたチューブであり、等間隔で培養液あるいは水を吐出する穴８０１が開けられている。
灌水チューブ６１１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５１０では、様々なメーカーから発売されている灌水チューブ６１１の種類と、培養液供給強度を、灌水チューブマスタ１３０５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６１１について、その種別と長さ、そしてその灌水チューブ６１１がどの吐出弁６０９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１３０４に記録した。
【００９２】
養液土耕制御サーバ５１０の制御データ作成部１００６は、先ず、コントローラ５０５から指定された吐出弁６０９に紐付く作物について、灌水チューブ６１１の単位長さ当たりの培養液供給量を算出する。次に、単位長さ当たりの培養液供給量を、吐出弁６０９に紐付く全ての灌水チューブ６１１の全長で積算して、吐出弁６０９に供給すべき培養液の総量を算出する。次に、培養液の総量を、吐出弁６０９の単位時間当りの培養液供給能力で除算することで、吐出弁６０９、水供給弁６０４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。
なお、農家の設備に敷設されている灌水チューブ６１１の品質が高い場合は、吐出弁６０９、水供給弁６０４及び培養液供給弁１０８の開放時間の算出に吐出弁６０９の単位時間当りの培養液供給能力を用いる代わりに、灌水チューブ６１１の培養液供給能力を用いてもよい。
【００９３】
すなわち、本実施形態に係る養液土耕制御サーバ５１０は、ハウスの設備を正しく把握し、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６０９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６０９の培養液供給能力と、吐出弁６０９に対応して接続されている灌水チューブ６１１と、灌水チューブ６１１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することができる。
【００９４】
なお、吐出弁６０９、水供給弁６０４及び培養液供給弁１０８の開放時間を算出する代わりに、流量センサ６０３の測定値を用いたフィードバック制御を行ってもよい。但し、この場合は加圧水を導入する水路に何らかの障害が発生した場合、その発生を検出して、適切な例外処理を養液土耕制御サーバ５１０及び／またはコントローラ５０５が実行する必要がある。
【００９５】
再び図１３に戻って、機器データベース１００９の構成の説明を続ける。
ハウステーブル１３０７はハウスのテーブルであり、機器ＩＤフィールドと、ハウス番号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１２０１の同名フィールドと同じである。
ハウス番号フィールドには、機器ＩＤのコントローラ５０５に属する（紐付けられる）ハウスのハウス番号が格納される。
【００９６】
空調設備テーブル１３０６は、ハウスに対応する空調設備のテーブルであり、機器ＩＤフィールドと、ハウス番号フィールドと、空調設備ＩＤフィールドと、冷暖房種別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１２０１の同名フィールドと同じである。
ハウス番号フィールドは、ハウステーブル１３０７の同名フィールドと同じである。
空調設備ＩＤフィールドには、ハウスに設置されている空調設備を一意に識別する空調設備ＩＤが格納される。
冷暖房種別フィールドには、空調設備ＩＤで特定される空調設備が冷房なのか暖房なのかを示す種別情報が格納される。
【００９７】
環境センサテーブル１３０８は、ハウスに対応する気温センサ６１５や湿度センサあるいは日射量センサのテーブルであり、機器ＩＤフィールドと、ハウス番号フィールドと、センサＩＤフィールドと、センサ種別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１２０１の同名フィールドと同じである。
ハウス番号フィールドは、ハウステーブル１３０７の同名フィールドと同じである。
センサＩＤフィールドには、ハウスに設置されているセンサを一意に識別するセンサＩＤが格納される。
センサ種別フィールドには、センサＩＤで特定されるセンサが気温センサ、湿度センサあるいは日射量センサ等のどれなのかを示す種別情報が格納される。
【００９８】
［コントローラ５０５の動作］
図１５は、コントローラ５０５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５０５の制御部８０４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（Ｓ１５０１）、先ず制御部８０４は養液土耕制御サーバ５１０と所定の認証を行った後、送信情報作成部８０１を起動する。送信情報作成部８０１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、地温等のデータをＸＭＬテキストストリームデータに変換する。制御部８０４は、ｗｅｂクライアント８０２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５１０へ送信する（Ｓ１５０２）。
【００９９】
次に、制御部８０４は養液土耕制御サーバ５１０からレスポンスが来るまで待つ（Ｓ１５０３のＮＯ）。
養液土耕制御サーバ５１０からレスポンスが来たら（Ｓ１５０３のＹＥＳ）、次に、制御部８０４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（Ｓ１５０４）。もし含まれていなければ（Ｓ１５０４のＮＯ）、そのまま一連の処理を終了する（Ｓ１５０５）。
【０１００】
ステップＳ１５０４において、養液土耕制御サーバ５１０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（Ｓ１５０４のＹＥＳ）、制御部８０４は制御信号作成部８０３を起動する。
制御信号作成部８０３は、養液土耕制御サーバ５１０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６０４、培養原液供給弁６０５、吐出弁６０９を制御する（Ｓ１５０６）。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８０４はｗｅｂクライアント８０２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５１０へ送信して（Ｓ１５０７）、一連の処理を終了する（Ｓ１５０５）。
【０１０１】
図１５の処理を見て判るように、コントローラ５０５は各種センサの測定値を養液土耕制御サーバ５１０に送信することと、養液土耕制御サーバ５１０から命令されたことしか実行しない。コントローラ５０５には自身で何らかの情報を判定する等の処理を行わない。このように、コントローラ５０５の処理内容は極めてシンプルである。
なお、図１５に示した処理は、コントローラ５０５に接続されている全ての吐出弁６０９に対して、一つずつ実行される。図１４の場合、第一吐出弁６０９ａ、第二吐出弁６０９ｂ、第三吐出弁６０９ｃ及び第四吐出弁６０９ｄについて、図１５の処理がそれぞれ実行される。
【０１０２】
［養液土耕制御サーバ５１０の動作：培養液量及び濃度演算処理］
図１６は、養液土耕制御サーバ５１０の制御データ作成部１００６による、あるコントローラ５０５のある吐出弁６０９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（Ｓ１６０１）、先ず、制御データ作成部１００６は、制御部１００５から受け取ったコントローラ５０５の機器ＩＤを手がかりに、現在、養液土耕制御サーバ５１０にアクセスしているコントローラ５０５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１２０１の日射量フィールドの値を読み出して、算出する（Ｓ１６０２）。
【０１０３】
次に制御データ作成部１００６は、制御部１００５から受け取ったコントローラ５０５の機器ＩＤ及び吐出弁番号を手がかりに、吐出弁テーブル１３０３と土壌センサテーブル１３０２を参照して、吐出弁６０９に紐付けられている土壌センサ６１２を特定し、更にその土壌センサ６１２に紐付けられている作物種別を特定する（Ｓ１６０３）。
【０１０４】
次に制御データ作成部１００６は、第一ログテーブル１２０１からコントローラ５０５の測位情報を読み出す。そして、測位情報テーブル１２０５と突き合わせて、日射量培養液量テーブル１２０４に登録されている最寄りの日射量観測地点を特定する（Ｓ１６０４）。
【０１０５】
次に制御データ作成部１００６は、特定した測位情報と、ＲＴＣ９０４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１２０４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１２０４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６０９に対する基本培養液供給量を算出する（Ｓ１６０５）。
【０１０６】
制御データ作成部１００６は、ステップＳ１６０５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５０５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１１０２に引き渡す。
先ず、培養液量微調整部１１０２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１０１１を参照して、吐出弁６０９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１２０１を参照して、吐出弁６０９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（Ｓ１６０６）。
【０１０７】
次に、培養液量微調整部１１０２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１０１１を参照して、吐出弁６０９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１２０１を参照して、吐出弁６０９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（Ｓ１６０７）。
【０１０８】
次に、培養液量微調整部１１０２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１３０３と灌水チューブテーブル１３０４及び灌水チューブマスタ１３０５を参照して、水供給弁６０４の開放時間と、培養原液供給弁６０５の開放時間を算出する（Ｓ１６０８）。
【０１０９】
最後に、培養液量微調整部１１０２はｗｅｂサーバプログラム１００１を通じて、コントローラ５０５に水供給弁６０４の開放時間と培養原液供給弁６０５の開放時間を送信して（Ｓ１６０９）、一連の処理を終了する（Ｓ１６１０）。
【０１１０】
図１７Ａ及び図１７Ｂ、図１８Ａ及び図１８Ｂは、培養液量微調整部１１０２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１７Ａ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１７Ａ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１７Ｂ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１７Ｂ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１０１１に記録する。
【０１１１】
図１８Ａ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Ｐ１８０１）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、不足または過剰にな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Ｐ１８０２）ように、少しずつ水分の補給を行う。
図１８Ｂは、図１８Ａ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Ｐ１８０３）。
【０１１２】
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Ｐ１８０４）。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Ｐ１８０５）。
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Ｐ１８０６及びＰ１８０７）。
【０１１３】
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５０１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づ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５１０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する、あるいは過剰になる等の、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。
【０１１４】
［端末を用いた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５０１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５０１に反映させることができる。
【０１１５】
図１９は、ＧＵＩ処理部１００４の処理内容を説明するブロック図である。
図２０Ａ及び図２０Ｂは、ＧＵＩ処理部１００４が出力する描画情報によって端末２００３に表示される操作画面である。なお、これ以降、タブレット端末５０７とスマートフォン５０８を総称して端末２００３と呼ぶ。
ＧＵＩ処理部１００４は、農業従事者が操作する端末２００３に、図２０Ａ及び図２０Ｂに示すような操作画面を表示する。その際、ＧＵＩ処理部１００４は制御部１００５から機器ＩＤと吐出弁番号を受け取り、吐出弁テーブル１３０３と土壌センサテーブル１３０２を参照して、ある吐出弁６０９に対する基準土壌水分量あるいは基準土壌ＥＣを、描画情報に含めて出力する。
【０１１６】
図２０Ａに示されるように、端末２００３の画面に表示されるグラフ状の操作画面において、基準土壌水分量は横棒Ｌ２００１にて表示される。端末２００３の操作者である農業従事者は、端末２００３の画面に表示されるこの横棒Ｌ２００１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、閾値範囲マスタ１０１２に記述されている土壌水分量下限値あるいは土壌水分量上限値（Ｌ２００２）を超えると、アラーム機能として、図２０Ｂに示すように横棒Ｌ２００１の色を変更して、異常値であることを操作者に示す。
【０１１７】
［養液土耕システムにおける塩類集積判定機能］
以上、図５から図２０を参照して、養液土耕システムを説明した。養液土耕システムの養液土耕制御サーバ５１０には、土壌センサ６１２の測定値を記録する第一ログテーブルの他に、端末２００３から受信した情報として吐出弁６０９におけるステータス情報を記録する第三ログテーブル１２０３が設けられている。
先に説明した第二の塩類集積判定方法は、塩類集積を判定しようとする土壌が作物の栽培中であるか否かに関わらず使用可能であるが、当該判定を行うにあたり作物の栽培中でないことが好ましい。作物を栽培していない状態であれば、その土壌の硝酸イオンが作物に摂取されず、より正しい判定が可能となる。
すなわち、作物を栽培していない状態で第二の塩類集積判定方法を先に説明した養液土耕システムで実施するには、これから塩類集積を判定しようとする対象となる土壌において、作物を栽培していないことを、養液土耕制御サーバ５１０が把握している必要がある。そのためには、作物を栽培していないことを示すステータス情報が格納される第三ログテーブル１２０３の存在が必須である。
また、グルコース２０１水溶液や基準培養液１０６を土壌センサ近傍に注入したことを養液土耕制御サーバ５１０に知らせるために、端末２００３が必須である。
【０１１８】
図２１Ａ、図２１Ｂ、図２１Ｃ、図２２Ｄ、図２２Ｅ、図２２Ｆ、図２３Ｇ及び図２３Ｈは、塩類集積判定機能における端末２００３の表示画面である。
これより、養液土耕システムにおける付加機能である、塩類集積判定機能について説明する。塩類集積判定機能は、養液土耕制御サーバ５１０のＧＵＩ処理部１００４に付加機能として実装される。
動作の流れは以下の通りである。
（１）先ず、養液土耕制御サーバ５１０は、端末２００３から様々な情報を受信すると、第三ログテーブル１２０３にそれら情報を記録する。その際、当該端末２００３に属するコントローラ５０５に紐付く吐出弁６０９について、栽培中の作物の有無をチェックする。そして、栽培が終了を迎える吐出弁番号の区画があれば、収穫が終わったか否かを問い合わせる画面を端末２００３に表示する（図２１Ａ）。画面には操作ボタン２１０１が表示される。
（２）もし、当該吐出弁６０９に作物の栽培がない場合、その吐出弁６０９に紐付く土壌センサ６１２において、塩類集積の判定を行うか否かのメニュー画面を端末２００３に提示する（図２１Ｂ）。
【０１１９】
（３）端末２００３から塩類集積の判定処理の指示を受信したら、ＧＵＩ処理部１００４は第三ログテーブル１２０３に塩類集積判定処理の指示を受けたことを示すステータス情報を記録して、塩類集積判定処理を開始する。端末２００３を通じてグルコース２０１の注入を農業従事者に指示し（図２１Ｃ）、土壌センサ６１２によるＥＣ値の測定を継続的に行い、第一ログテーブルに記録し続ける。その際、端末２００３から問い合わせを受けた場合には、ＥＣ値の推移をグラフとして端末２００３に表示する（図２２Ｄ）。
（４）第一ログテーブルに記録されたＥＣ値からＥＣｂａｓｅの検出を行ったら、第三ログテーブル１２０３にステータス情報と共にＥＣｂａｓｅを記録する。またこの時点から、端末２００３から問い合わせを受けた場合には、ＥＣ値の推移をグラフ表示する際に、ＥＣｂａｓｅを検出した旨のメッセージを端末２００３の画面に表示する（図２２Ｅ）。
（５）第一ログテーブルに記録されたＥＣ値がＥＣｂａｓｅから再度上昇したら、端末２００３を通じて標準培養液の注入を農業従事者に指示する（図２２Ｆ）。
【０１２０】
（６）標準培養液が土壌センサ近傍に注入された後もＥＣ値の測定を続け、最終的にＥＣ値が極値に至ったら、土壌の塩類集積の判定処理を行う。正常な土壌であると判明したらその旨のメッセージを端末２００３に表示し（図２３Ｇ）、塩類集積が認められる土壌であると判明したらその旨のメッセージを端末２００３に表示する（図２３Ｈ）。塩類集積判定処理が終了したら、ＧＵＩ処理部１００４は塩類集積判定処理が終了した旨を示すステータス情報を、第三ログテーブル１２０３に記録する。塩類集積判定処理が実行している間は、塩類集積判定を実行している土壌センサ６１２に紐付く区画において作物の栽培はできないので、ステータス情報の記録は必要である。
【０１２１】
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６１１は、市場に流通する全ての灌水チューブ６１１が灌水チューブマスタ１３０５に登録されていることが理想である。しかし、新製品がすぐにハウスに導入されたか、あるいは農業従事者が独自に灌水チューブ６１１を自作した場合、灌水チューブマスタ１３０５には登録されていない灌水チューブ６１１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１３０４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６１１が敷設されている現場にて、灌水チューブ６１１に水を流して、灌水チューブ６１１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１３０４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１３０５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１３０４を構成することで、養液土耕制御サーバ５１０は未登録の灌水チューブ６１１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。
【０１２２】
（２）天気予報情報を最大限に活用することで、日射センサ６１６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。
（３）本実施形態の養液土耕システム５０１に使用する日射センサ６１６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。
【０１２３】
（４）図２１に示した養液土耕システム５０１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５０５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５０５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５０１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。
【０１２４】
（５）前述のように、吐出弁６０９には最大許容流速が存在する。吐出弁６０９に接続される灌水チューブ６１１の負荷が大きすぎると吐出弁６０９の耐久能力を超えてしまい、吐出弁６０９が破壊される虞があるので、吐出弁６０９に接続可能な灌水チューブ６１１の長さ等は灌水チューブ６１１の培養液供給能力と吐出弁６０９の最大許容流速によって決定される。
そこで、吐出弁についても灌水チューブマスタ１３０５のように吐出弁の種類と最大許容流速等の情報を格納する吐出弁マスタを設けることで、農家に養液土耕システム５０１を導入する際の、設備敷設計画作成支援機能を養液土耕制御サーバ５１０に持たせることが可能になる。設備の設計図を端末２００３から入力して、養液土耕制御サーバ５１０がチェックを行い、吐出弁６０９の最大許容流速を超える敷設計画には警告を端末２００３に表示する等の機能が考えられる。
【０１２５】
（６）本実施形態の養液土耕システム５０１は、スタンドアロンの構成にすることもできる。すなわち、コントローラと養液土耕制御サーバを一体化することで、スタンドアロンの養液土耕システムになる。
【０１２６】
（７）本実施形態の養液土耕システム５０１は、以下のような構成も取ることができる。
＜１＞
水と培養原液とが混合されてなる培養液を供給する培養液生成部から前記培養液の供給を受けて、作物が植栽される土壌に前記培養液の供給と遮断を制御するための吐出弁と、
前記吐出弁から前記培養液の供給を受けて、前記土壌に前記培養液を散布する第一灌水チューブと、
前記第一灌水チューブと共に前記吐出弁から前記培養液の供給を受けて、前記土壌に前記培養液を散布する第二灌水チューブと、
所定の制御情報に基づいて、前記培養液生成部による前記培養液の生成と前記吐出弁の開閉を制御するコントローラと、
前記第一灌水チューブの長さと、前記第二灌水チューブの長さと、前記吐出弁の単位時間当たりの培養液供給能力に基づいて、前記培養液生成部による前記吐出弁の開放時間を算出して、前記吐出弁の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。
＜２＞
更に、
日照の強度を測定する日射センサと、
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、
前記制御データ作成部は、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と、前記日射センサの日照測定値を参酌して、前記培養液の供給量を算出する、
＜１＞に記載の養液土耕システム。
＜３＞
更に、
前記土壌の土壌ＥＣ値を測定する土壌ＥＣセンサと、
前記土壌ＥＣセンサの測定値を格納するセンサ情報テーブルと
を具備し、
前記制御データ作成部は、前記センサ情報テーブルから前記土壌ＥＣセンサの測定値の変動傾向を参酌して、前記培養液の供給量を算出する、
＜２＞に記載の養液土耕システム。
＜４＞
更に、
前記吐出弁に紐付く前記土壌に作物が植栽されているか否かを示すステータス情報を格納する状態情報テーブルと
を具備し、
前記制御データ作成部は、前記土壌に作物が植栽されていないことを確認して、塩類集積判定のために前記土壌ＥＣセンサの測定値を前記センサ情報テーブルに記録する、
＜３＞に記載の養液土耕システム。
＜５＞
水と培養原液とが混合されてなる培養液を供給する培養液生成部から前記培養液の供給を受けて、作物が植栽される第一の土壌領域に前記培養液の供給と遮断を制御するための第一吐出弁と、
前記第一吐出弁から前記培養液の供給を受けて、前記第一の土壌領域に前記培養液を散布する第一灌水チューブと、
前記培養液生成部から前記培養液の供給を受けて、作物が植栽される、前記第一の土壌領域とは異なる第二の土壌領域に前記培養液の供給と遮断を制御するための第二吐出弁と、
前記第二吐出弁から前記培養液の供給を受けて、前記第二の土壌領域に前記培養液を散布する第二灌水チューブと、
所定の制御情報に基づいて、前記培養液生成部による前記培養液の生成と前記第一吐出弁及び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、
前記第一吐出弁の単位時間当たりの培養液供給能力と、前記第一灌水チューブの長さに基づいて、前記培養液生成部による前記第一吐出弁の開放時間を算出すると共に、前記第二吐出弁の単位時間当たりの培養液供給能力と、前記第二灌水チューブの長さに基づいて、前記培養液生成部による前記第二吐出弁の開放時間を算出して、前記第一吐出弁を開放制御するための第一の制御情報と前記第二吐出弁を開放制御するための第二の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。
＜６＞
更に、
日照の強度を測定する日射センサと、
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、
前記制御データ作成部は、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と、前記日射センサの日照測定値を参酌して、前記培養液の供給量を算出する、
＜５＞に記載の養液土耕システム。
＜７＞
更に、
前記土壌の土壌ＥＣ値を測定する土壌ＥＣセンサと
を具備し、
前記制御データ作成部は、前記土壌ＥＣセンサの測定値の変動傾向を参酌して、前記培養液の供給量を算出する、
＜６＞に記載の養液土耕システム。
＜８＞
更に、
前記吐出弁に紐付く前記土壌に作物が植栽されているか否かを示すステータス情報を格納する状態情報テーブルと
を具備し、
前記制御データ作成部は、前記土壌に作物が植栽されていないことを確認して、塩類集積判定のために前記土壌ＥＣセンサの測定値を前記センサ情報テーブルに記録する、
＜７＞に記載の養液土耕システム。
＜９＞
水と培養原液とが混合されてなる培養液を供給する培養液生成部から前記培養液の供給を受けて、作物が植栽される土壌に前記培養液の供給と遮断を制御するための吐出弁の情報を格納する吐出弁テーブルと、
前記吐出弁から前記培養液の供給を受けて、前記土壌に前記培養液を散布する灌水チューブについて、前記吐出弁テーブルに格納される前記吐出弁との関係を示す情報と、単位長さ辺りの培養液供給能力と、長さを格納する灌水チューブテーブルと、
前記灌水チューブテーブルから、前記吐出弁テーブルから特定した前記吐出弁に関連付けられる全ての前記灌水チューブの、前記培養液供給能力及び長さに基づいて、前記培養液生成部による前記培養液の供給量を算出して、前記培養液の供給量を含む制御情報を、前記培養液生成部及び前記吐出弁を制御する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制御サーバ。
＜１０＞
更に、
前記コントローラに接続され、前記吐出弁に紐付く前記土壌の土壌ＥＣ値を測定する土壌ＥＣセンサの測定値を格納するセンサ情報テーブルと、
前記吐出弁に紐付く前記土壌に作物が植栽されているか否かを示すステータス情報を格納する状態情報テーブルと
を具備し、
前記制御データ作成部は、前記土壌に作物が植栽されていないことを前記状態情報テーブルから確認して、塩類集積判定のために前記コントローラから受信した前記土壌ＥＣセンサの測定値を前記センサ情報テーブルに記録する、
＜９＞に記載の養液土耕制御サーバ。
【０１２７】
本実施形態で開示した塩類集積判定方法は、塩類集積を判定したい土壌にグルコースをＥＣセンサの近傍に注入し、ＥＣ値を継続的に測定する。やがてＥＣ値は極小値に達する。この時のＥＣ値をＥＣｂａｓｅとして取得する。再度ＥＣ値が上昇したら、基準培養液をＥＣセンサの近傍に注入する。基準培養液を注入した時点のＥＣ値から、時間の経過と共にＥＣ値の上昇又は下降が極値に至ってから再度元の値に戻ったことを確認する。そして、極値に至った時点のＥＣ値から基準培養液を注入した時点のＥＣ値を差し引いた値とＥＣｂａｓｅを比較して、塩類集積を判定する。比較的長い期間を要するものの、簡単かつ精緻に土壌の塩類集積の有無を判定することができる。
【０１２８】
本実施形態で開示した養液土耕システム５０１は、センサのデータを養液土耕制御サーバ５１０に送信し、受信したデータに基づいて水供給弁６０４、培養原液供給弁６０５及び吐出弁６０９を制御するコントローラ５０５と、コントローラ５０５から受信したセンサのデータに基づいて、水供給弁６０４、培養原液供給弁６０５及び吐出弁６０９の制御量を算出してコントローラ５０５に返信する養液土耕制御サーバ５１０よりなる。
【０１２９】
第一に、本実施形態の養液土耕システム５０１は、水供給弁６０４及び培養原液供給弁６０５と吐出弁６０９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け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５０１は、吐出弁６０９に接続される灌水チューブ６１１の種別と長さを養液土耕制御サーバ５１０に登録しておくことにより、灌水チューブ６１１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６０４及び培養原液供給弁６０５と吐出弁６０９の制御量を算出できる。
【０１３０】
第三に、本実施形態の養液土耕システム５０１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６０４及び培養原液供給弁６０５と吐出弁６０９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５０１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、培養液の供給過剰あるいは供給不足を防止することができる。
【０１３１】
第五に、本実施形態の養液土耕システム５０１は、農家の設備とその状態を把握することで、付加的な機能として、塩類集積の判定も的確に実施できる。
【０１３２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態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に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、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることは可能であり、更にはある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態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）等の揮発性あるい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】
【０１３３】
１０１…土壌、１０２…ＥＣセンサ、１０３…データロガー、１０４…チューブ、１０５…注射器、１０６…基準培養液、１０８…培養液供給弁、２０１…グルコース、４０１…ＥＣセンサ、４０２…ポーラスカップ、４０３…電極、４０５…同軸ケーブル、４０６…芯線、４０７…パイプ、４０８…キャップ、４１１…ＥＣ値簡易測定装置、４１５…矩形波電圧源、４１７…コンパレータ、４１８…ＥＸＯＲゲート、４１９…ＬＰＦ、４２０…制御部、５０１…養液土耕システム、５０２…温室、５０３…ビニルハウス、５０４…農業従事者、５０５…コントローラ、５０６…農業従事者、５０７…タブレット端末、５０８…スマートフォン、５０９…インターネット、５１０…養液土耕制御サーバ、５１１…天気予報サーバ、６０１…液肥タンク、６０２…液肥混入器、６０３…流量センサ、６０４…水供給弁、６０５…培養原液供給弁、６０６…培養液生成部、６０７…ハウス、６０８…第一区画、６０９…吐出弁、６１０…第二区画、６１１…灌水チューブ、６１２…土壌センサ、６１３…換気扇、６１４…ボイラー、６１５…気温センサ、６１６…日射センサ、６１７…ＧＰＳ端末、６１８…無線通信部、７０１…第一培養原液供給弁、７０２…第二培養原液供給弁、８０１…穴、８０２…エンドキャップ、７０１…ＣＰＵ、７０２…ＲＯＭ、７０３…ＲＡＭ、７０４…ＲＴＣ、７０５…ＮＩＣ、７０６…第一シリアルインターフェース、７０７…バス、７０８…Ａ／Ｄ変換器、７０９…マルチプレクサ、９１０…第二シリアルインターフェース、８０１…送信情報作成部、８０２…ｗｅｂクライアント、８０３…制御信号作成部、８０４…制御部、８０５…認証情報、９０１…ＣＰＵ、９０２…ＲＯＭ、９０３…ＲＡＭ、９０４…ＲＴＣ、９０５…ＮＩＣ、９０６…不揮発性ストレージ、９０７…バス、９０８…表示部、９０９…操作部、１００１…ｗｅｂサーバプログラム、１００２…認証処理部、１００３…受信データ処理部、１００４…ＧＵＩ処理部、１００５…制御部、１００６…制御データ作成部、１００７…ユーザマスタ、１００８…ログデータベース、１００９…機器データベース、１０１０…日射量データベース、１０１１…トレンド情報テーブル、１０１２…閾値範囲マスタ、１０１３…トレンド情報算出部、１１０１…基本培養液量算出部、１１０２…培養液量微調整部、１２０１…第一ログテーブル、１２０２…第二ログテーブル、１２０３…第三ログテーブル、１２０４…日射量培養液量テーブル、１２０５…測位情報テーブル、１３０１…機器マスタ、１３０２…土壌センサテーブル、１３０３…吐出弁テーブル、１３０４…灌水チューブテーブル、１３０５…灌水チューブマスタ、１３０６…空調設備テーブル、１３０７…ハウステーブル、１３０８…環境センサテーブル、１４０１…第一ハウス、１４０２…第二ハウス、１４０３…第三ハウス、２００３…端末、２１０１…操作ボタン
【図１】
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【図２】
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【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７】
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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１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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