(57)【要約】【課題】植物をより理想に近い快適な生育環境として、高品質な植物を多量に栽培する植物の栽培方法および植物の栽培装置を提供する。【解決手段】植物の栽培方法は、過去の気象データから、植物が要求する肥料、水、養液の要求量などを推測し、推測された要求量に基づいて、供給量を調整する。要求量が多くなるにしたがって、当日の供給量を増加させる。植物の栽培装置は、検出場所に設けたセンサ２で検出された植物の生育環境に関するデータを収集し、収集されたデータを蓄積し、過去のデータに基づいて植物が要求する水や養液の要求量を含む植物育成条件を推測する。植物育成条件に従って養液供給機制御部２６は養液供給機２５を制御し、植物への水または養液の供給量を調整する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
過去の気象データから、植物が将来に要求する肥料の要求量を推測し、推測された肥料の要求量に基づいて肥料供給量を調整し、推測された肥料の要求量が多くなるにしたがって、肥料供給量を増加させる植物の栽培方法。
【請求項２】
過去の気象データから、植物が要求する水の要求量を推測し、推測された水の要求量に基づいて水供給量を調整し、推測された水の要求量が多くなるにしたがって、水供給量を増加させる植物の栽培方法。
【請求項３】
過去の気象データから、植物が要求する肥料の要求量と水の要求量を推測し、推測された肥料の要求量と水の要求量に基づいて、肥料供給量と水供給量を調整し、肥料の要求量と水の要求量が多くなるにしたがって、当日の水供給量と肥料供給量を増加させる植物の栽培方法。
【請求項４】
気象データが日射量、または日射量と温度を含む請求項１ないし３に記載される植物の栽培方法。
【請求項５】
地面から離して配置している栽培ベッド（１２）に培地（１３）を充填しており、この培地（１３）に植物を植え付けして栽培する方法であって、栽培ベッド（１２）の培地（１３）に供給する肥料供給量と水供給量のいずれか又は両方を、推測された肥料の要求量と水の要求量に基づいて調整する請求項１ないし３に記載される植物の栽培方法。
【請求項６】
植物を栽培している路地に供給する肥料供給量と水供給量のいずれか又は両方を、推測された肥料の要求量と水の要求量で調整する請求項１ないし３に記載される植物の栽培方法。
【請求項７】
植物を栽培している栽培場所から離れた検出場所で気象データを検出し、検出された気象データから栽培場所の気象データを演算し、演算気象データから栽培場所における肥料の要求量と水の要求量のいずれか又は両方を推測する請求項１ないし６に記載される植物の栽培方法。
【請求項８】
検出場所で検出された気象データを基地に伝送し、基地に設けているホスト演算装置（１６）でもって、伝送されてくる気象データに基づいて栽培場所の演算気象データを演算し、演算された演算気象データを栽培場所のサブ演算装置に伝送し、栽培場所のサブ演算装置が、栽培場所における肥料の要求量と水の要求量のいずれかまたは両方を推測し、推測された肥料の要求量と水の要求量から、肥料供給量と水供給量のいずれか又は両方を調整する請求項６に記載される植物の栽培方法。
【請求項９】
検出場所で検出された気象データを基地に伝送し、基地に設けているホスト演算装置（１６）でもって、伝送されてくる気象データに基づいて栽培場所の演算気象データを演算し、演算された推測気象データから肥料の要求量と水の要求量のいずれか又は両方を推測し、推測された肥料の要求量と水の要求量のいずれか又は両方を栽培場所のサブ演算装置に伝送し、栽培場所のサブ演算装置が、肥料供給量と水供給量のいずれか又は両方を調整する請求項６に記載される植物の栽培方法。
【請求項１０】
植物の生育環境に関するデータを収集するセンサ（２）と、センサ（２）で収集した過去のデータに基づいて水の要求量を含む植物育成条件を推測すると共に、推測した植物育成条件から植物に供給する水の供給量を制御する制御推測回路（１）と、地面から離して配置され、植物を植え付けして栽培する培地（１３）を充填するための栽培ベッド（１２）と、培地（１３）に植え付けられた植物に水を供給するための給水パイプ（１１）と、給水パイプ（１１）に連結されており、制御推測回路（１）に制御されて植物への水の供給量を調整する水供給機（４）とを備えることを特徴とする植物の栽培装置。
【請求項１１】
植物の栽培装置はさらに、制御推測回路（１）に制御されて肥料の供給量を調整する肥料供給機（３）を備えており、制御推測回路（１）がセンサ（２）で収集した過去のデータに基づいて肥料の要求量を含む植物育成条件を推測すると共に、推測した植物育成条件から植物に供給する肥料を制御するよう構成してなることを特徴とする請求項（１０）記載の植物の栽培装置。
【請求項１２】
植物の生育環境に関するデータを収集するセンサ（２）と、センサ（２）で収集した過去のデータに基づいて植物に供給される水分と養分を含んだ養液の要求量を含む植物育成条件を推測すると共に、推測した植物育成条件から植物に供給する養液の供給量を制御する制御推測回路（１）と、地面から離して配置され、植物を植え付けして栽培する培地（１３）を充填するための栽培ベッド（１２）と、培地（１３）に植え付けられた植物に養液を供給するための給水パイプ（１１）と、給水パイプ（１１）に連結されており、制御推測回路（１）に制御されて植物への養液の供給量を調整する養液供給機（２５）とを備えることを特徴とする植物の栽培装置。
【請求項１３】
検出場所に設けたセンサ（２）で検出された植物の生育環境に関するデータを収集し、収集されたデータを蓄積するためのデータ蓄積部（３１）と、データ蓄積部（３１）に蓄積された過去のデータに基づいて植物が要求する水の要求量または水分と養分を含んだ養液の要求量のいずれかを含む植物育成条件を推測するための養液供給機制御部（２６）と、地面から離して配置され、植物を植え付けして栽培する培地（１３）を充填するための栽培ベッド（１２）と、培地（１３）に植え付けられた植物に水または養液を供給するための給水パイプ（１１）と、給水パイプ（１１）に連結されており、養液供給機制御部（２６）に制御されて植物への水または養液の供給量を調整する養液供給機（２５）とを備えることを特徴とする植物の栽培装置。
【請求項１４】
前記養液供給機（２５）は、水または養液を蓄える養液タンク（２７）と、養液タンク（２７）から水または養液を植物に供給するための養液ポンプ（２８）を備えることを特徴とする請求項１３に記載の植物の栽培装置。
さらに養液供給機（２５）は、水または養液の温度を調整するための養液温度調整部（２９）を追加してもよい。
【請求項１５】
前記栽培ベッドには、栽培ベッドに供給される水または養液の水量、温度、電気伝導度、酸素濃度、ｐＨ濃度、養液の濃度の少なくともいずれかを検出する栽培ベッドセンサ（３２）を、前記栽培ベッドに充填された培地に埋設して備えており、栽培ベッドセンサ（３２）の検出結果は養液供給機制御部（２６）に送出され、養液供給機制御部（２６）は検出結果に基づいて養液供給機（２５）を制御するよう構成してなることを特徴とする請求項１０から１４のいずれかに記載の植物の栽培装置。
【請求項１６】
前記植物の栽培装置はさらに、植物を植え付けして栽培する培地を充填するための前記栽培ベッドを収納する栽培チェンバ（２４）と、栽培チェンバ（２４）内で栽培される植物の育成環境を制御可能な環境制御部（３３）と、環境制御部（３３）に制御されて栽培チェンバ（２４）内の植物の育成環境を調整するための栽培チェンバ環境調整部（３５）とを備えることを特徴とする請求項１０から１５のいずれかに記載の植物の栽培装置。
【請求項１７】
前記栽培チェンバ（２４）には、前記環境制御部（３３）に接続されて、チェンバ内の温度、湿度、照度、酸素濃度、二酸化炭素濃度、ｐＨ濃度、風量、光量の少なくともいずれかを検出する栽培チェンバセンサ（３４）が備えられており、環境制御部（３３）は栽培チェンバセンサ（３４）の検出結果に基づいて栽培チェンバ環境調整部（３５）を制御するよう構成されてなることを特徴とする請求項１６記載の植物の栽培装置。
【請求項１８】
前記栽培チェンバ環境調整部（３５）は、栽培チェンバ（２４）内の温度を調整するための温度調整部（３６）、湿度を調整するための加除湿部、二酸化炭素濃度を調整するための二酸化炭素調整部、外気と換気するための換気部、照明するための照明部、遮光部、給排水部の少なくともいずれかを備えており、これら栽培チェンバ環境調整部（３５）は前記環境制御部（３３）に接続されて制御されることを特徴とする請求項１６または１７のいずれかに記載の植物の栽培装置。
【請求項１９】
前記栽培チェンバ（２４）にはさらに、前記栽培ベッド上で育成される植物に近接して、植物の体温、葉面温度、葉面積、養水分の吸収、移動、呼吸、蒸散発根状態の少なくともいずれかを検出する植物育成センサ（３７）を備えており、植物育成センサ（３７）の検出結果を受けて環境制御部（３３）が栽培チェンバ環境調節部を制御するよう構成してなることを特徴とする請求項１６から１８のいずれかに記載の植物の栽培装置。
【請求項２０】
前記栽培チェンバ（２４）の近傍に、植物の成育状態や周辺環境を監視するための監視部（３８）を備えることを特徴とする請求項１６から１９のいずれかに記載の植物の栽培装置。
【請求項２１】
植物の栽培装置はさらに、各部を機能させるためのエネルギー供給部（２３）として、商用電力を供給する電力供給装置（４０）と、自然エネルギーを利用してエネルギーを熱または電気エネルギーとして供給可能な自然エネルギー利用装置（４１）を備えることを特徴とする請求項１０から２０のいずれかに記載の植物の栽培装置。
【請求項２２】
植物の栽培装置はさらに、エネルギー供給部（２３）から得られた熱で予熱するための予熱装置（４２）、またはエネルギー供給部（２３）から得られたエネルギーを熱に変換して、あるいは熱エネルギーのまま蓄えるための蓄熱装置（４３）を備えることを特徴とする請求項１０から２１のいずれかに記載の植物の栽培装置。
【請求項２３】
植物の生育環境に関するデータを検出するためのセンサ（２）が、植物の栽培場所と異なる場所に配置されていることを特徴とする請求項１０から２２のいずれかに記載の植物の栽培装置。
【請求項２４】
植物の栽培装置がデータ通信可能な通信部を備えており、植物の栽培場所と異なる場所である検出位置に配置されているセンサ（２）が植物の生育環境に関するデータを検出して、検出されたデータを植物の栽培装置の通信部にデータ通信によって送信するよう構成してなることを特徴とする請求項２３に記載の植物の栽培装置。
【請求項２５】
一以上の検出場所に設けたセンサ（２）で検出された植物の生育環境に関するデータを収集し、収集されたデータを蓄積するためのデータ蓄積部（３１）と、データ蓄積部（３１）に蓄積された過去のデータに基づいて気象予測に従い植物が要求する水の要求量または養分の要求量のいずれかを含む植物育成条件を推測し、栽培場所毎の植物育成条件データを演算する演算回路（１８）と、演算回路（１８）で演算された植物育成条件データを栽培場所に送信するホスト側通信部とを備えるホスト演算装置と、
ホスト演算装置とデータ通信可能な端末側通信器と、ホスト演算装置からデータ通信により受信された植物育成条件データに基づいて植物育成条件を設定し、設定された植物育成条件に従って植物に供給する水または養液の供給を制御する制御推測回路（１）と、地面から離して配置され、植物を植え付けして栽培する培地（１３）を充填するための栽培ベッド（１２）と、培地（１３）に植え付けられた植物に水を供給するための給水パイプ（１１）と、給水パイプ（１１）に連結されており、制御推測回路（１）に制御されて植物への水または養液の供給量を調整する水供給機（４）とを備える端末と、
を備えることを特徴とする植物の栽培装置。
【請求項２６】
ホスト演算装置と端末とがネットワークを介して接続されてなることを特徴とする請求項２５記載の植物の栽培装置。
【請求項２７】
植物の生育環境に関するデータを検出するためのセンサ（２）が、温度、積算温度、湿度、積算湿度、日照量、積算日照量、日射量、積算日射量、水分供給量、肥料、酸素量、二酸化炭素量、ｐＨ値及び空気流動の少なくともいずれかを検出することを特徴とする請求項１０から２６のいずれかに記載の植物の栽培装置。
【請求項２８】
植物の栽培装置はさらに、植物の生育環境に関するデータを検出するためのセンサ（２）に変わってもしくはこれに加えて、外部ソース（３９）より気象観測データもしくは気象予測データを取得し、取得した気象観測データもしくは気象予測データに基づいて、植物育成条件を演算することを特徴とする請求項１０から２７のいずれか記載の植物の栽培装置。
【請求項２９】
前記気象観測データもしくは気象予測データが、気象庁、気象台、気象予測機関、または個別に設置された気象センサから収集されたデータに基づいて生成されたものであることを特徴とする請求項２８に記載の植物の栽培装置。
【請求項３０】
前記気象予測データが、１時間から数時間後の気象予測または長期気象予測情報であることを特徴とする請求項２８または２９のいずれかに記載の植物の栽培装置。
【請求項３１】
植物の栽培装置が前記栽培ベッドを家屋の屋根部分に配置した屋上緑化装置であることを特徴とする請求項１０から３０のいずれかに記載の植物の栽培装置。
【請求項３２】
植物の栽培装置が前記栽培ベッドを家屋の屋根部分に配置した屋上菜園装置であることを特徴とする請求項１０から３１のいずれかに記載の植物の栽培装置。
【請求項３３】
気象予測に基づいた植物の栽培方法であって、
センサ（２）が気象に関するデータを収集するステップと、
センサ（２）が収集した気象データをネットワークを介してホスト演算装置に送信するステップと、
送信された気象データをホスト演算装置が受信して、気象予測データを時系列でデータ蓄積部（３１）に保存するステップと、
ホスト演算装置に設けられた制御推測回路１がデータ蓄積部（３１）に蓄積された過去のデータを参酌して、植物が要求すると思われる水分または養分の要求量を含む植物育成条件を気象予測に基づいて推測するステップと、
ホスト演算装置が推測した植物育成条件を、植物の栽培場所である端末に送信するステップと、
端末は植物育成条件を受信し、これに従って所定の供給量の水または養液を植物に供給するよう、植物への水または養液の供給量を調整する水供給機を制御するステップと、
を備えることを特徴とする植物の栽培方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気象データに基づいて植物に与える肥料と水の量を最適値に調整する植物の栽培方法および植物の栽培装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
植物は、与える水分量と肥料量とを最適値に調整して、栽培環境を理想的な状態にできる。植物栽培において、植物をいかに理想的な環境で生育できるかは極めて大切である。それは、野菜や果物等の収穫量を飛躍的に増加できることに加えて、品質を著しく向上でき、さらに植物の活性力を向上して薬剤の散布量等を少なくできるからである。
【０００３】
しかしながら、肥料と水の供給量を最適に調整して、植物を常に理想的な環境で生育させるのは極めて難しい。肥料と水の供給量は、多すぎても、反対に少なすぎても植物の環境を理想的な状態にはできない。肥料の供給量が多すぎると、過剰養分による塩害等の成育傷害が発生し生産量の低下や品質の低下がおこり、反対に少なすぎても養分欠乏による成育傷害が発生し生産量の低下や品質の低下がおこる。また、水の供給量が多すぎると根腐れ等の悪影響を与え、反対に水分が不足すると枯れたり生育が悪くなってしまう。さらに、植物は、常に一定量の肥料と水とを供給して、理想的な環境にはできない。それは、温度や日射量によって生育量が異なり、肥料や水の消費量が変化するからである。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１６０３０号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平１１−３４６５７８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
植物の生育環境をより理想な状態とすることを目的として、本発明者は日射量をセンサで検出し、検出した日射量に基づいて、翌日の肥料と水の供給量を制御する栽培方法を開発した。この栽培方法は、日射量を考慮して肥料と水の供給量を好ましい方向に近付けようとするものである。ただ、この方法によっても、植物は必ずしも理想的な環境で生育されることはない。それは、日射量を検出した後、その後に供給する肥料と水の供給量を調整するために、植物が太陽のエネルギーで現実に生育しようとするとき、すなわち肥料や水を必要とするときに、肥料と水を最適量には調整できないからである。すなわち、前日に検出した１日の日射量から、次の日に供給する肥料と水の量を調整するために、肥料と水の供給に時間的な遅れが発生し、植物が肥料と水を必要とするときに、これ等が最適な状態で補給されないからである。たとえば、前日が一日中快晴で、次の日が一日中曇りであるとき、前日の日射量の検出量は大きくなるので、次の日の肥料と水の供給量は多くなる。しかしながら、現実に多量の肥料と水が供給される次の日は曇りで、植物の生育が低下するので、肥料と水の要求量は少なくなる。曇りの次の日が快晴になっても、前日の日射量から肥料と水の供給量を少なくするので、快晴で植物が活発に生育するために必要な肥料と水が充分に補給されなくなる。このため、日射量で肥料と水の供給量を制御しても、植物には必ずしも理想の環境にはできない。
【０００７】
また、植物の栽培においては、日射量や水分供給量のみならず、積算日射量や日照量、積算日照量、その他温度、積算温度、湿度、肥料、酸素量、二酸化炭素量、ｐＨ値、空気流動等の成育条件等を最適値に調整することで、成育環境をさらに理想的な状態に出来る。しかしながら、これら様々なパラメータを含む生育条件を最適に調整して、植物を常に理想的な環境で成育させるのは極めて困難である。
【０００８】
例えば温度が高すぎると、植物が焼けを起こし、最悪の場合は枯死し、反対に低すぎると、成育が悪くなり、色落ち等がおきてしまう。また湿度が高すぎると病気の発生が起こり、反対に低すぎても、植物の蒸散等の基本生理作用である養水分の吸収や葉面温度等に悪影響をあたえる。さらに日照時間が長すぎても、反対に短すぎても、植物の花芽分化など栄養成長から生殖成長への転換の重要な要因に悪影響を与える。日射量が多いと光合成が促進されるが肥大化し、反対に短すぎると光合成が抑制され成育が悪くなり、色落ち等がおきる。さらにまた酸素量は溶存酸素量とも関係し、溶存酸素量が少なすぎると植物の根の呼吸が抑えられ、作物の地上部の成育が悪くなる。二酸化炭素量が多すぎても一定の濃度以上になれば光合成速度はそれ以上促進されず、反対に少なすぎても光合成速度に影響をあたえ成育に不可欠な有機物の生成が阻害される。ｐＨ値は、根の酵素の働き等、植物の代謝に直接影響を及ぼし、養分の吸収を阻害し、植物の栄養バランスが偏る。空気流動は、植物付近の水蒸気、二酸化炭素、熱エネルギーの移動を促進し、植物の蒸散速度、光合成速度、葉面温度等に影響を与えているため、管理を行うが望ましい。
【０００９】
しかしながら、これら温度、積算温度、湿度、日照量、積算日照量、日射量、積算日射量、水分供給量、肥料、酸素量、二酸化炭素量、ｐＨ値及び空気流動等の成育条件等によって成育量が変化するため、これらを常に理想的な成育条件に維持することは容易でない。
【００１０】
一方、近年屋上菜園や屋上緑化といったビル家屋の屋根、ベランダなどにおける植物の育成が注目を集めている。このような屋上菜園や屋上緑化においては、水やりや肥料やりといった植物育成の手間ができるだけかからない省力化されたシステムが求められている。
【００１１】
本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、植物をより理想に近い快適な生育環境として、理想的な状態で生育して、高品質な植物を多量に栽培できる植物の栽培方法および植物の栽培装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の植物の栽培方法は、過去の気象データから、植物が将来に要求する肥料の要求量を推測し、推測された肥料の要求量に基づいて肥料供給量を調整し、推測された肥料の要求量が多くなるにしたがって、肥料供給量を増加させる。
【００１３】
さらに、本発明の請求項２の植物の栽培方法は、過去の気象データから、植物が要求する水の要求量を推測し、推測された水の要求量に基づいて水供給量を調整し、推測された水の要求量が多くなるにしたがって、水供給量を増加させる。
【００１４】
さらに、本発明の請求項３の植物の栽培方法は、過去の気象データから、植物が要求する肥料の要求量と水の要求量を推測し、推測された肥料の要求量と水の要求量に基づいて、肥料供給量と水供給量を調整し、肥料の要求量と水の要求量が多くなるにしたがって、当日の水供給量と肥料供給量を増加させる。
【００１５】
本発明の植物の栽培方法は、気象データを日射量とし、または日射量と温度を含むことができる。
【００１６】
さらに、本発明の請求項５の植物の栽培方法は、地面から離して配置している栽培ベッド１２に培地１３を充填して、この培地１３に植物を植え付けして栽培する。この栽培方法は、栽培ベッド１２の培地１３に供給する肥料供給量と水供給量のいずれか又は両方を、推測された肥料の要求量と水の要求量に基づいて調整する。
【００１７】
さらに、本発明の請求項６の植物の栽培方法は、植物を栽培している路地に供給する肥料供給量と水供給量のいずれか又は両方を、推測された肥料の要求量と水の要求量で調整する。
【００１８】
さらに、本発明の栽培方法は、植物を栽培している栽培場所から離れた検出場所で気象データを検出し、検出された気象データから栽培場所の気象データを演算し、演算気象データから栽培場所における肥料の要求量と水の要求量のいずれか又は両方を推測することができる。この栽培方法は、検出場所で検出された気象データを基地に伝送し、基地に設けているホスト演算装置１６でもって、伝送されてくる気象データに基づいて栽培場所の演算気象データを演算することができる。ホスト演算装置１６は、演算された演算気象データを栽培場所のサブ演算装置に伝送し、栽培場所のサブ演算装置が、栽培場所における肥料の要求量と水の要求量のいずれかまたは両方を推測し、推測された肥料の要求量と水の要求量から、肥料供給量と水供給量のいずれか又は両方を調整することができる。ホスト演算装置１６は、演算された演算気象データから肥料の要求量と水の要求量のいずれか又は両方を推測し、推測された肥料の要求量と水の要求量のいずれか又は両方を栽培場所のサブ演算装置に伝送し、栽培場所のサブ演算装置で、肥料供給量と水供給量のいずれか又は両方を調整することもできる。
【００１９】
また、本発明の請求項１０に記載される植物の栽培装置は、植物の生育環境に関するデータを収集するセンサ２と、センサ２で収集した過去のデータに基づいて水の要求量を含む植物育成条件を推測すると共に、推測した植物育成条件から植物に供給する水の供給量を制御する制御推測回路１と、地面から離して配置され、植物を植え付けして栽培する培地１３を充填するための栽培ベッド１２と、培地１３に植え付けられた植物に水を供給するための給水パイプ１１と、給水パイプ１１に連結されており、制御推測回路１に制御されて植物への水の供給量を調整する水供給機４とを備えることを特徴とする。
【００２０】
さらに、本発明の請求項１１に記載される植物の栽培装置はさらに、請求項１０に加えて、制御推測回路１に制御されて肥料の供給量を調整する肥料供給機３を備えており、制御推測回路１がセンサ２で収集した過去のデータに基づいて肥料の要求量を含む植物育成条件を推測すると共に、推測した植物育成条件から植物に供給する肥料を制御するよう構成してなることを特徴とする。
【００２１】
さらにまた、本発明の請求項１２に記載される植物の栽培装置は、植物の生育環境に関するデータを収集するセンサ２と、センサ２で収集した過去のデータに基づいて植物に供給される水分と養分を含んだ養液の要求量を含む植物育成条件を推測すると共に、推測した植物育成条件から植物に供給する養液の供給量を制御する制御推測回路１と、地面から離して配置され、植物を植え付けして栽培する培地１３を充填するための栽培ベッド１２と、培地１３に植え付けられた植物に養液を供給するための給水パイプ１１と、給水パイプ１１に連結されており、制御推測回路１に制御されて植物への養液の供給量を調整する養液供給機２５とを備えることを特徴とする。
【００２２】
さらにまた、本発明の請求項１３に記載される植物の栽培装置は、検出場所に設けたセンサ２で検出された植物の生育環境に関するデータを収集し、収集されたデータを蓄積するためのデータ蓄積部３１と、データ蓄積部３１に蓄積された過去のデータに基づいて植物が要求する水の要求量または水分と養分を含んだ養液の要求量のいずれかを含む植物育成条件を推測するための養液供給機制御部２６と、地面から離して配置され、植物を植え付けして栽培する培地１３を充填するための栽培ベッド１２と、培地１３に植え付けられた植物に水または養液を供給するための給水パイプ１１と、給水パイプ１１に連結されており、養液供給機制御部２６に制御されて植物への水または養液の供給量を調整する養液供給機２５とを備えることを特徴とする。
【００２３】
さらにまた、本発明の請求項１４に記載される植物の栽培装置は、請求項１３に加えて、前記養液供給機２５は、水または養液を蓄える養液タンク２７と、養液タンク２７から水または養液を植物に供給するための養液ポンプ２８を備えることを特徴とする。
【００２４】
養液供給機２５はさらに、水または養液の温度を調整するための養液温度調整部２９を追加してもよい。
【００２５】
さらにまた、本発明の請求項１５に記載される植物の栽培装置は、請求項１０から１４のいずれかに加えて、前記栽培ベッドには、栽培ベッドに供給される水または養液の水量、温度、電気伝導度、酸素濃度、ｐＨ濃度、養液の濃度の少なくともいずれかを検出する栽培ベッドセンサ３２を、前記栽培ベッドに充填された培地に埋設して備えており、栽培ベッドセンサ３２の検出結果は養液供給機制御部２６に送出され、養液供給機制御部２６は検出結果に基づいて養液供給機２５を制御するよう構成してなることを特徴とする。
【００２６】
さらにまた、本発明の請求項１６に記載される植物の栽培装置は、請求項１０から１５のいずれかに加えて、前記植物の栽培装置はさらに、植物を植え付けして栽培する培地を充填するための前記栽培ベッドを収納する栽培チェンバ２４と、栽培チェンバ２４内で栽培される植物の育成環境を制御可能な環境制御部３３と、環境制御部３３に制御されて栽培チェンバ２４内の植物の育成環境を調整するための栽培チェンバ環境調整部３５とを備えることを特徴とする。
【００２７】
これによって、栽培チェンバ２４内の植物育成環境を精度良く制御することが可能となり、特に装置全体でなくチェンバ単位で植物育成条件を制御できるため精度の向上と共に省エネルギー化も実現できる。
【００２８】
さらにまた、本発明の請求項１７に記載される植物の栽培装置は、請求項１６に加えて、前記栽培チェンバ２４には、前記環境制御部３３に接続されて、チェンバ内の温度、湿度、照度、酸素濃度、二酸化炭素濃度、ｐＨ濃度、風量、光量の少なくともいずれかを検出する栽培チェンバセンサ３４が備えられており、環境制御部３３は栽培チェンバセンサ３４の検出結果に基づいて栽培チェンバ環境調整部３５を制御するよう構成されてなることを特徴とする。
【００２９】
さらにまた、本発明の請求項１８に記載される植物の栽培装置は、請求項１６または１７のいずれかに加えて、前記栽培チェンバ環境調整部３５は、栽培チェンバ２４内の温度を調整するための温度調整部３６、湿度を調整するための加除湿部、二酸化炭素濃度を調整するための二酸化炭素調整部、外気と換気するための換気部、照明するための照明部、遮光部、給排水部の少なくともいずれかを備えており、これら栽培チェンバ環境調整部３５は前記環境制御部３３に接続されて制御されることを特徴とする。
【００３０】
栽培チェンバセンサ３４で検出された湿度、二酸化炭素濃度などに基づいて、栽培チェンバ環境調整部３５である温度調整部３６、加除湿部、二酸化炭素調整部、換気部などを制御することで、さらに最適な育成条件に調整することが可能となる。
【００３１】
さらに栽培チェンバ２４は、照明部や遮光部に変わって、もしくはこれらに加えて外光を採光するための天窓や側窓を設けてもよい。これらの窓を開閉可能としたり、さらに開閉状態を制御可能とすることで照明部や遮光部と同様の働きをさせることも可能である。
【００３２】
さらにまた、本発明の請求項１９に記載される植物の栽培装置は、請求項１６から１８のいずれかに加えて、前記栽培チェンバ２４にはさらに、前記栽培ベッド上で育成される植物に近接して、植物の体温、葉面温度、葉面積、養水分の吸収、移動、呼吸、蒸散発根状態の少なくともいずれかを検出する植物育成センサ３７を備えており、植物育成センサ３７の検出結果を受けて環境制御部３３が栽培チェンバ環境調節部を制御するよう構成してなることを特徴とする。
【００３３】
これによって、栽培される個々の植物の健康状態を正確に把握し、これに応じた育成条件に調整することができる。
【００３４】
さらにまた、本発明の請求項２０に記載される植物の栽培装置は、請求項１６から１９のいずれかに加えて、前記栽培チェンバ２４の近傍に、植物の成育状態や周辺環境を監視するための監視部３８を備えることを特徴とする。
【００３５】
さらにまた、本発明の請求項２１に記載される植物の栽培装置は、請求項１０から２０のいずれかに加えて、植物の栽培装置はさらに、各部を機能させるためのエネルギー供給部２３として、商用電力を供給する電力供給装置４０と、自然エネルギーを利用してエネルギーを熱または電気エネルギーとして供給可能な自然エネルギー利用装置４１を備えることを特徴とする。
【００３６】
ここで自然エネルギー利用装置４１とは、例えば太陽熱給湯装置、太陽光発電装置、風力発電装置、水力発電装置、地熱交換装置、予熱装置、蓄熱装置などが利用できる。また予熱装置４２と蓄熱装置４３は夜間電力や太陽熱給湯装置からのエネルギーを利用できるので、省エネルギー化に貢献できる。
【００３７】
さらにまた、本発明の請求項２２に記載される植物の栽培装置は、請求項１０から２１のいずれかに加えて、植物の栽培装置はさらに、エネルギー供給部２３から得られた熱で予熱するための予熱装置４２、またはエネルギー供給部２３から得られたエネルギーを熱に変換して、あるいは熱エネルギーのまま蓄えるための蓄熱装置４３を備えることを特徴とする。
【００３８】
太陽光発電装置、風力発電装置及び水力発電装置等が発電した電力は、植物の栽培装置内部の各装置が直接利用することが可能であり、余剰分については蓄電装置等に充電して蓄えることが可能である。
【００３９】
さらにまた、本発明の請求項２３に記載される植物の栽培装置は、請求項１０から２２のいずれかに加えて、植物の生育環境に関するデータを検出するためのセンサ２が、植物の栽培場所と異なる場所に配置されていることを特徴とする。
【００４０】
さらにまた、本発明の請求項２４に記載される植物の栽培装置は、請求項２３に加えて、植物の栽培装置がデータ通信可能な通信部を備えており、植物の栽培場所と異なる場所である検出位置に配置されているセンサ２が植物の生育環境に関するデータを検出して、検出されたデータを植物の栽培装置の通信部にデータ通信によって送信するよう構成してなることを特徴とする。
【００４１】
さらにまた、本発明の請求項２５に記載される植物の栽培装置は、一以上の検出場所に設けたセンサ２で検出された植物の生育環境に関するデータを収集し、収集されたデータを蓄積するためのデータ蓄積部３１と、データ蓄積部３１に蓄積された過去のデータに基づいて気象予測に従い植物が要求する水の要求量または養分の要求量のいずれかを含む植物育成条件を推測し、栽培場所毎の植物育成条件データを演算する演算回路１８と、演算回路１８で演算された植物育成条件データを栽培場所に送信するホスト側通信部とを備えるホスト演算装置と、ホスト演算装置とデータ通信可能な端末側通信器と、ホスト演算装置からデータ通信により受信された植物育成条件データに基づいて植物育成条件を設定し、設定された植物育成条件に従って植物に供給する水または養液の供給を制御する制御推測回路１と、地面から離して配置され、植物を植え付けして栽培する培地１３を充填するための栽培ベッド１２と、培地１３に植え付けられた植物に水を供給するための給水パイプ１１と、給水パイプ１１に連結されており、制御推測回路１に制御されて植物への水または養液の供給量を調整する水供給機４とを備える端末とを備えることを特徴とする。
【００４２】
さらにまた、本発明の請求項２６に記載される植物の栽培装置は、請求項２５に加えて、ホスト演算装置と端末とがネットワークを介して接続されてなることを特徴とする。
【００４３】
さらにまた、本発明の請求項２７に記載される植物の栽培装置は、請求項１０から２６のいずれかに加えて、植物の生育環境に関するデータを検出するためのセンサ２が、温度、積算温度、湿度、積算湿度、日照量、積算日照量、日射量、積算日射量、水分供給量、肥料、酸素量、二酸化炭素量、ｐＨ値及び空気流動の少なくともいずれかを検出することを特徴とする。
【００４４】
制御推測回路１は、例えば栽培対象の個々の植物の成育時期に基づいて植物育成条件を予測することができる。
【００４５】
さらにまた、本発明の請求項２８に記載される植物の栽培装置は、請求項１０から２７のいずれかに加えて、植物の栽培装置はさらに、植物の生育環境に関するデータを検出するためのセンサ２に変わってもしくはこれに加えて、外部ソース３９より気象観測データもしくは気象予測データを取得し、取得した気象観測データもしくは気象予測データに基づいて、植物育成条件を演算することを特徴とする。
【００４６】
さらにまた、本発明の請求項２９に記載される植物の栽培装置は、請求項２８に加えて、前記気象観測データもしくは気象予測データが、気象庁、気象台、気象予測機関、または個別に設置された気象センサから収集されたデータに基づいて生成されたものであることを特徴とする。
【００４７】
さらにまた、本発明の請求項３０に記載される植物の栽培装置は、請求項２８または２９のいずれかに加えて、前記気象予測データが、１時間から数時間後の気象予測または長期気象予測情報であることを特徴とする。
【００４８】
さらにまた、本発明の請求項３１に記載される植物の栽培装置は、請求項１０から３０のいずれかに加えて、植物の栽培装置が前記栽培ベッドを家屋の屋根部分に配置した屋上緑化装置であることを特徴とする。
【００４９】
さらにまた、本発明の請求項３２に記載される植物の栽培装置は、請求項１０から３１のいずれかに加えて、植物の栽培装置が前記栽培ベッドを家屋の屋根部分に配置した屋上菜園装置であることを特徴とする。
【００５０】
また、本発明の請求項３３に記載される植物の栽培方法は、気象予測に基づいた植物の栽培方法であって、センサ２が気象に関するデータを収集するステップと、センサ２が収集した気象データをネットワークを介してホスト演算装置に送信するステップと、送信された気象データをホスト演算装置が受信して、気象予測データを時系列でデータ蓄積部３１に保存するステップと、ホスト演算装置に設けられた制御推測回路１がデータ蓄積部３１に蓄積された過去のデータを参酌して、植物が要求すると思われる水分または養分の要求量を含む植物育成条件を気象予測に基づいて推測するステップと、ホスト演算装置が推測した植物育成条件を、植物の栽培場所である端末に送信するステップと、端末は植物育成条件を受信し、これに従って所定の供給量の水または養液を植物に供給するよう、植物への水または養液の供給量を調整する水供給機を制御するステップとを備えることを特徴とする。
【００５１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するために好ましい植物の栽培方法および植物の栽培装置を例示するものであって、本発明は植物の栽培方法および植物の栽培装置を下記に特定するものでは決してない。とくに、栽培装置、栽培構造、栽培条件等は、特に好ましいものを例示するものであって、本発明を以下に記述するものに特定するものではない。
【００５２】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解し易いように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
【００５３】
本明細書において植物の栽培方法や植物の栽培装置で使用される栽培装置とこれに接続されるデータ収集、予測、検出、操作、制御、表示、その他の処理等のためのコンピュータ、外部記憶装置その他の周辺機器との接続は、単なる電気的な導通の他、データ通信可能な状態での接続も含む。本明細書において接続とは、例えばツイストペアケーブルによる接続、ＩＥＥＥ１３９４、ＲＳ−２３２ｘやＲＳ−４２２、ＵＳＢ等のシリアル接続、パラレル接続、あるいは１０ＢＡＳＥ−Ｔ、１００ＢＡＳＥ−ＴＸ、１０００ＢＡＳＥ−Ｔ等のネットワークを介して電気的に接続して通信を行うことも含まれる。また接続は有線を使った物理的な接続に限られず、ＩＥＥＥ８０２．１１ｘ、ＯＦＤＭ方式等の無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ等の電波、赤外線、光通信等を利用した無線接続等でもよい。
さらにデータ保存や設定の保存等を行うための記録媒体には、メモリカードや磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等が利用できる。また本明細書において制御や演算を行う装置や部位は、システムＬＳＩやＣＰＵ、ＭＰＵなどを使った専用、汎用の制御機器やコンピュータが利用できる。またコンピュータには、汎用あるいは専用の電子計算機の他、ワークステーション、端末、携帯型電子機器、携帯電話、ＰＨＳ、ＰＤＡ、ページャその他の電子デバイスも包含する。
【００５４】
図１は、本発明の植物の栽培方法に使用する栽培装置を示す。この栽培装置は、気象データを検出するセンサ２と、このセンサ２で検出した過去の気象データから肥料の要求量や水の要求量を推測すると共に、推測した肥料の要求量や水の要求量から植物に供給する肥料と水の供給量を制御する制御推測回路１と、この制御推測回路１に制御されて肥料の供給量を調整する肥料供給機３と、制御推測回路１に制御されて植物への水の供給量を調整する水供給機４とを備える。
【００５５】
センサ２は、気象データとして、日射量を検出して制御推測回路１に入力する。センサ２は、気象データとして、日射量に加えて温度も検出して、制御推測回路１に入力することができる。さらに、センサ２は、気象データとして、温度、気圧、風速等を制御推測回路１に入力することもできる。制御推測回路１は、入力される過去の気象データである日射量から、あるいは日射量と温度から、あるいは又、日射量と温度と気圧から、さらにまた日射量と温度と気圧と風速から、植物が要求する肥料の要求量や水の要求量を演算して推測する。制御推測回路１は、最も簡単には、過去の日射量のみからなる気象データに基づいて、植物が要求する肥料の要求量や水の要求量を演算して推測する。ただし、制御推測回路１は、日射量に量に加えて、温度、気圧、風速等の複数のパラメータを含む気象データから肥料の要求量や水の要求量を演算して、より正確に肥料の要求量と水の要求量を演算して推測できる。
【００５６】
制御推測回路１は、センサ２で検出した気象データに基づいて直接に肥料と水の供給量を制御するのではない。過去の気象データに基づいて、植物が要求するであろう肥料と水の要求量を演算、推測し、推測された肥料と水の要求量にしたがって、肥料と水の供給量を制御する。たとえば、日没までの気象データを検出した後、検出した気象データに基づいて翌日に植物が要求すると推測される肥料の要求量と水の要求量を推測する。肥料と水を供給するときには、推測された肥料の要求量や水の要求量にしたがって肥料供給量と水供給量とを制御する。
【００５７】
本発明の実施の形態は、検出した気象データでもって、必ずしも翌日の肥料の要求量や水の要求量を推測する必要はない。検出した気象データに基づいて、翌々日の肥料の要求量や水の要求量を推測し、あるいは、午前中に検出した気象データに基づいて、その日の午後の肥料の要求量や水の要求量を推測し、あるいはまた、午後に検出した気象データに基づいて、翌日の午前中の肥料の要求量や水の要求量を推測することもできる。したがって、本発明の実施の形態は、検出した気象データに基づいて、将来に植物が要求するであろう肥料の要求量や水の要求量を推測するものであって、気象データを検出するタイミングと、植物が肥料と水を要求するタイミングとを特定するものではない。気象データを検出する時間から、植物が肥料と水を要求すると推測されるまでの時間は、栽培する植物の種類、培地１３の保水性や排水性、あるいは季節等により変更することができる。
【００５８】
さらに、本発明の実施の形態は、センサ２で検出した気象データから、肥料と水の要求量を推測する計算方法自体を特徴とするものでない。したがって、気象データから肥料と水の要求量を演算して推測する方法を特定しない。気象データから肥料と水の要求量を演算して推測する方法は現在すでに開発されている方法を利用できる。さらにこれから開発される全ての方法も利用することができる。
【００５９】
気象データから肥料と水の要求量を演算して推測する方法として、センサ２で検出する過去の気象データをパラメータとして、肥料と水の要求量を推測する関数を求め、この関数に当日の気象データを入力して、肥料と水の要求量を演算する。関数の精度は、肥料と水の要求量を推測する誤差を左右する。関数は、過去の気象データ量が多いほど、肥料と水の要求量を高精度に演算して推測できる。
したがって、できるかぎり長い過去の気象データを学習させて高精度な関数を求め、求めた関数に当日の気象データを入力して、肥料と水の要求量を演算して推測する。
【００６０】
制御推測回路１は、推測した肥料や水の要求量に基づいて、肥料供給機３と水供給機４を制御する。肥料供給機３は、肥料を供給する肥料ポンプ５と、この肥料ポンプ５を駆動する肥料モーター６とを備える。肥料モーター６の運転が制御推測回路１に制御されると、肥料ポンプ５が肥料を供給する供給量が制御される。制御推測回路１は、肥料モーター６の運転時間または回転数を制御して、肥料ポンプ５の肥料供給量を制御する。肥料モーター６は、回転時間または回転数が多くなるにしたがって、肥料ポンプ５の肥料供給量が増加する。肥料ポンプ５は、吸入側を肥料槽７に連結して、排出側を水供給機４の排出側に連結している。
【００６１】
水供給機４は、水を供給する水ポンプ８と、この水ポンプ８を駆動する水モーター９とを備える。水モーター９の運転が制御推測回路１に制御されると、水ポンプ８が水を供給する供給量が制御される。制御推測回路１は、水モーター９の運転時間または回転数を制御して、水ポンプ８の水供給量を制御する。水モーター９は、回転時間または回転数が多くなるにしたがって、水ポンプ８の水供給量が増加する。水ポンプ８は、吸入側を水タンク１０または水源に連結して、排出側を給水パイプ１１に連結している。給水パイプ１１は、植物の近傍まで延長されて、植物の近傍で、水を供給する排水孔（図示せず）を開口している。さらに図示しないが、これらの経路には流路計を設けて、流量をフィードバック制御することでより精密な流量制御を行うこともできる。
【００６２】
図の装置は、地面から離して配置している栽培ベッド１２に培地１３を充填して、培地１３に植物を植え付けしている。さらに、栽培ベッド１２を温室１４に配設している。給水パイプ１１を栽培ベッド１２の近傍まで配管して、排水孔を植物の近傍に開口している。この装置は、栽培ベッド１２の培地１３に、肥料供給量と水供給量のいずれか一方を調整して、他方を調整しないで供給し、あるいは肥料供給量と水供給量の両方を調整しながら供給する。このように、肥料供給量と水供給量を調整して栽培ベッド１２に供給する方法は、培地１３の環境を植物により理想的な状態にできる特長がある。
【００６３】
ただ、本発明の栽培方法は、植物を栽培している路地に、肥料供給量と水供給量のいずれか一方を調整して、他方を調整しないで供給し、あるいは肥料供給量と水供給量の両方を調整しながら供給することもできる。
【００６４】
本発明の栽培方法は、気象データに基づいて、肥料の要求量や水供給量を推測するものであるが、気象データを植物を栽培している場所から離れた検出位置で検出することができる。この方法は、たとえば図２に示すように、特定の地域の離れた場所に栽培場所ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ・・等がある場合に有効である。それは、栽培場所の数に比較して、検出位置を少なくできるからである。各々の栽培場所ａ〜ｈの気象データは、複数の検出位置Ａ〜Ｄで検出した気象データから演算して求めることができる。たとえば、各々の栽培場所の気象データは、検出位置で検出された気象データを補間して演算することができる。また、検出位置で検出した気象データから距離や位置関係を考慮して、気象データを平均や補完して求めることもできる。また、気象データの精度を高めるために、気象データの検出位置を栽培場所よりも多く設けることも可能であることはいうまでもない。
【００６５】
図３は、検出位置で検出された気象データを基地に伝送し、基地から各々の栽培場所に情報を伝送するシステムを示している。検出位置には、気象データを検出するセンサ２と、このセンサ２で検出した気象データを無線伝送する送信器１５とを備える。基地は、ホスト演算装置１６を備えている。ホスト演算装置１６は、検出位置の送信器１５から無線伝送される電波を受信する受信器１７と、この受信器１７の出力から気象データを検出し、検出した気象データから各々の栽培場所の気象データを演算する演算回路１８と、演算回路１８で演算された各々の気象データを各々の栽培場所に無線伝送し、あるいは演算された各々の気象データから肥料の要求量と水の要求量とを演算して各々の栽培場所に伝送する送信器１９とを備えている。
【００６６】
各々の栽培場所は、サブ演算装置２０を備える。サブ演算装置２０は、基地から無線伝送されてくる電波を受信して、受信した電波から自分の場所の気象データを検出する受信器２１と、この受信器２１で得られた気象データから肥料の要求量と水の要求量を演算して推測する制御推測回路１とを備える。さらに、栽培場所は、この制御推測回路１に制御される肥料供給機３及び水供給機４を備える。基地のホスト演算装置１６が、肥料の要求量と水の要求量を推測して、肥料の要求量と水の要求量を栽培場所に無線伝送する装置は、栽培場所の制御推測回路１で肥料の要求量と水の要求量を演算して推測する必要がない。このため、基地から伝送される肥料の要求量と水の要求量に基づいて、肥料供給機３と水供給機４とを制御して、植物に要求量の肥料と水を供給する。
【００６７】
さらに、気象データを植物を栽培している場所から離れた検出位置で検出する方法は、検出位置で検出された気象データを基地に伝送することなく、直接に各々の栽培場所に伝送することもできる。このシステムは、複数の検出位置で検出されて送信器から無線伝送された気象データを、各々の栽培場所において受信器で受信する。各々の栽培場所では、制御推測回路が、検出位置から無線伝送されてくる電波から自分の場所の気象データを演算し、この気象データから肥料の要求量と水の要求量を演算して推測する。さらに、制御推測回路は、演算された肥料の要求量と水の要求量に基づいて、肥料供給機と水供給機とを制御して、植物に要求量の肥料と水を供給する。
【００６８】
なお本発明は、肥料の要求量と水の要求量の演算を実行する位置を特定しない。例えば、気象データを検出する位置や栽培場所と別の位置に設けられた演算装置で演算を実行することもできる。特に、ネットワーク接続された分散型サーバを利用すれば、システムの任意の位置で必要な演算や予測を実行できるので、気象データの検出位置や栽培場所における装置の負荷を低減したシステムとすることができる。
【００６９】
さらにまた、本発明の実施の形態は、屋上緑化や屋上菜園にも利用することができる。例えば、図１に示すような独立して気象データを検出する植物の栽培装置をユニット状に構成して、例えばビルの屋上、建物のバルコニーや屋根など所望の場所に設置する。これによって、植物の育成が最適に行われるよう育成条件を制御でき、しかも水やりや肥料やりといった手間のかからない半自動的な緑化や菜園が実現される。また屋上緑化装置においては、高品質な植物の収穫よりも育成による緑化が主眼となることがある。このように植物の育成条件を厳密にコントロールする必要がない場合は、システム自体を簡素化してコストを低減することができる。例えば、肥料の供給機構を省略して水の供給のみとする。あるいは、図１や図３の装置において、温室１４を省略する。これによって簡易的な緑化装置が安価に実現できる。
【００７０】
あるいは、図２に示すように、気象データの検出位置と植物の栽培場所を複数設ける方法や、図３に示すようにホスト演算装置とサブ演算装置に分けて、気象データの収集を分離して行う方法も採用できる。特にこの方法は、複数の植物栽培場所を共通の気象データ検出位置で共有できるので、端末におかれる植物の栽培装置のコストを低減して、安価な屋上緑化装置を実現することができる。
【００７１】
［第２の実施の形態］
次に図４に、本発明の第２の実施の形態に係る植物の栽培装置を示す。この図に示す植物の栽培装置は、植物栽培装置本体２２と、植物栽培装置本体２２にエネルギーを供給するエネルギー供給部２３とを備える。植物栽培装置本体２２は、植物を植え付けして栽培する培地１３を充填するための栽培ベッド１２を収納する栽培チェンバ２４と、栽培チェンバ２４内で栽培される植物に対し水分と養分を備える養液を供給するための養液供給機２５と、制御推測回路１の一形態として、養液供給機２５を制御するための養液供給機制御部２６を備えている。
【００７２】
［養液供給機２５］
養液供給機２５は、養液を蓄える養液タンク２７と、養液タンク２７から養液を植物に供給するための養液ポンプ２８と、養液の温度を調整するための養液温度調整部２９を備える。図４に示す養液タンク２７には、植物に供給すべき水分と養分とが予め混合された養液が蓄えられている。養液は、予め調製された養液を利用することもできるし、水と肥料などの養分を混合して養液を調合することもできる。ただ、養液タンク２７には水のみを供給してもよい。また、図１に示すような水タンクと肥料タンクに分離し、これらを混合する構成あるいは水分と養分を個別に供給する構成としてもよい。
【００７３】
養液タンク２７には、開閉弁３０が接続されており、開閉弁３０は養液供給機制御部２６で開閉を制御される。養液供給機２５は、培地１３に植え付けられた植物に養液を供給するための供給経路である給水パイプ１１と連結されている。
給水パイプ１１は、養液ポンプ２８および開閉弁３０を介して養液タンク２７と連結されている。養液ポンプ２８を駆動させて、養液タンク２７内に蓄えられた養液を給水パイプ１１を介して栽培ベッド１２の培地１３に供給する。あるいは、給水パイプ１１に供給される水または養液が栽培ベッド１２の培地内を循環するように給水パイプ１１および養液ポンプ２８を設置してもよい。養液温度調整部２９は給水パイプ１１に近接して設けられたヒータなどの熱交換器で構成され、供給される養液を加熱あるいは冷却する。これらの開閉弁３０、養液ポンプ２８、養液温度調整部２９は養液供給機制御部２６によって制御可能なように構成されている。
【００７４】
図４に示す養液供給機制御部２６は、制御推測回路１の一形態であり、データ蓄積部３１と接続されている。データ蓄積部３１は、センサ２で検出あるいは収集された植物の生育環境に関するデータを蓄積する。養液供給機制御部２６は、データ蓄積部３１に蓄積された過去の様々なデータの履歴に基づいて演算を行い、植物が適切に育成されるよう植物に必要な養分の要求量を推測する。そして推測された要求量に基づいて、養液供給機制御部２６は養液供給機２５を制御し、植物に対し最適な養液量の養液を供給する。植物の生育環境に関するデータは、温度、積算温度、湿度、積算湿度、日照量、積算日照量、日射量、積算日射量などの気象データが利用できる。これらのデータは植物の栽培場所近傍に設置されたセンサ２で検出できる。ただ、後述するようにセンサは必ずしも植物栽培装置本体２２に設置する必要はなく、栽培場所と離れた検出位置にセンサを設けて遠隔地で検出したデータを利用することもできる。この場合、データ蓄積部３１はデータ通信を行う端末側通信器として機能する。例えば複数の検出位置で検出されたデータを分析して、総合的な気象予測データを得たり、検出位置と栽培場所との位置関係からデータを補正したり補完することもできる。
【００７５】
さらに、気象データに限られず植物への水分供給量、肥料、酸素量、二酸化炭素量、ｐＨ値、空気流動などを植物の生育環境に関するデータとして利用することもできる。例えば図４の例では栽培ベッド１２の培地内にさらに栽培ベッドセンサ３２を付加的に埋設している。栽培ベッドセンサ３２は、栽培ベッド１２に供給される養液の濃度、電気伝導度、栽培ベッド内を循環する循環水の水量、温度、循環水溶存酸素濃度、ｐＨ濃度といった供給される養液や養液の供給された後の培地１３に関する何らかの項目を検出可能とする。栽培ベッドセンサ３２も養液供給機制御部２６に接続され、検出したデータを養液供給機制御部２６に送出する。栽培ベッドセンサ３２の検出結果に基づいて養液供給機制御部２６は実際の変化を把握できるので、フィードバック制御によって養液供給機２５をより詳細に制御できる。なお本発明の第２の実施の形態においても、過去の気象データから将来の気象データを演算して推測することを特徴とするものでなく、従って過去の気象データから将来の気象データを演算する方法を特定するものでない。演算方法は、現在既に開発されている方法あるいは将来開発される方法が適宜利用できる。
【００７６】
［環境制御部３３］
また図４の植物栽培装置本体２２は、制御推測回路１の一形態として、養液供給機制御部２６に加えて、栽培チェンバ２４内で栽培される植物の育成環境を制御可能な環境制御部３３を備えている。一方栽培チェンバ２４には、栽培チェンバ２４内の温度、湿度、照度、酸素濃度、二酸化炭素濃度、ｐＨ濃度、風量、光量といった植物の育成に関する何らかのパラメータを検出可能な栽培チェンバセンサ３４と、栽培チェンバ２４内の植物の育成環境を調整するための栽培チェンバ環境調整部３５とが備えられる。栽培チェンバ環境調整部３５は、例えば栽培チェンバ２４内の温度を調整するための温度調整部３６が利用できる。温度調整部３６は、クーラやヒータといった熱交換器で構成される。さらに、温度調整部３６に加えて、あるいはこれに変わって、栽培チェンバ２４内の湿度を調整するための加除湿部、二酸化炭素濃度を調整するための二酸化炭素調整部、外気と換気するための換気部、照明するための照明部、遮光部、給排水部などを設けてもよい。例えば二酸化炭素調整部は、炭酸ガス施肥のための既存の技術が利用できる。炭酸ガス施肥とは、気密性の高い設備においては日の出後、植物の光合成が開始されると共に室内は炭酸ガス不足になるため、このような炭酸ガス不足を回避し、さらに最適濃度まで炭酸ガスを付与して作柄の向上を図ることであり、一般には晴天日は１０００〜１５００ｐｐｍ、曇天日は５００〜１０００ｐｐｍが良いとされている。これによって栽培チェンバ２４などの閉鎖空間内においても二酸化炭素を必要な濃度として、植物の光合成を促進できる。これらの栽培チェンバ環境調整部３５は環境制御部３３に接続されて制御される。
【００７７】
環境制御部３３も、養液供給機制御部２６と同様にデータ蓄積部３１と接続されている。図４の例では、データ蓄積部３１は一のデータ蓄積部３１を環境制御部３３と養液供給機制御部２６で共用する構成としているが、データ蓄積部を環境制御部３３と養液供給機制御部２６にそれぞれ設けてもよい。環境制御部３３は、データ蓄積部３１に蓄積された過去の気象データなど植物の生育環境に関するデータに基づいて、植物の育成に適した温度、湿度、照度といった植物育成条件を演算、予測する。あるいは、既に演算、予測されたデータを受けとる構成としてもよい。この演算された植物育成条件と、栽培チェンバセンサ３４で実際に検出した栽培チェンバ２４内の現実の植物育成条件とを比較して、適切な植物育成条件に近付けるように栽培チェンバ環境調整部３５を制御する。例えば検出された栽培チェンバ２４内の温度が適切な育成温度と比較して低すぎる場合は、温度調整部３６を作動させて栽培チェンバ２４内の温度を上昇させる。このように、栽培チェンバセンサ３４と栽培チェンバ環境調整部３５を環境制御部３３に接続することで、栽培チェンバ２４内の植物育成環境を精度良く制御できる。特に植物栽培装置本体２２の屋内全体でなく、栽培チェンバ２４毎に植物を収納する方式では、栽培チェンバ２４単位で植物育成条件を制御できるため、精度の向上と共に省エネルギー化も実現できる。
【００７８】
さらに栽培チェンバ２４は、照明部や遮光部に変わって、もしくはこれらに加えて外光を採光するための天窓や側窓を設けてもよい。これらの窓を開閉可能としたり、さらに開閉状態を制御可能とすることで照明部や遮光部と同様の働きをさせることも可能である。
【００７９】
さらにまた、栽培チェンバセンサ３４に加えて、あるいはこれに変わって、植物の育成状態を検出可能な植物育成センサ３７を設けることもできる。植物育成センサ３７は、栽培ベッド１２上で育成される植物に近接して設けられ、植物の体温、葉面温度、葉面積、養水分の吸収、移動、呼吸、蒸散発根状態の少なくともいずれかを検出する。植物育成センサ３７は検出結果を環境制御部３３に送出するよう接続されている。これによって、栽培される個々の植物の健康状態を植物育成センサ３７で正確に把握でき、環境制御部３３はより詳細に栽培チェンバ環境調節部を制御することが可能となる。
【００８０】
さらにまた、植物の成育状態や周辺環境を監視するための監視部３８を栽培チェンバ２４近傍に設けてもよい。監視部３８は例えばリアルタイムの映像を撮像可能なカメラや一定の時間間隔で静止画像を撮像するスチルカメラなどが利用できる。監視部３８は一の監視部３８で複数の栽培チェンバ２４をモニタすることが可能であるが、各栽培チェンバ２４毎に監視部３８を設けてもよいことはいうまでもない。栽培チェンバ２４で生育される植物の映像を栽培チェンバ２４の上方に設置した監視部３８で撮像し、植物の育成状態をライブで確認したり、画像処理によって成長の大きさや色合いなどを測定できる。
【００８１】
特に、遠隔地で植物の栽培装置を操作、管理するネットワークシステムにおいては、ネットワークを介して各育成場所における植物の様子をモニタ映像を確認でき、一元的に育成状態の観察や監視が可能となり、また実際の映像を見ながらより詳細な育成条件に調整することも可能となる。
【００８２】
［第３の実施の形態］
次に本発明の第３の実施の形態として、ネットワーク接続された複数の場所で植物を育成するシステムを図５に基づいて説明する。図５においては、各栽培場所に相当する端末ａ〜ｇが、中央に位置するホスト演算装置とネットワーク接続され、一元的に管理されている。図５において各端末は、図１や図４に示す植物の栽培装置などで構成することができる。
【００８３】
ネットワーク接続の形態は、特に限定されず、既存の方法や将来開発される方法が適宜利用できる。例えばイーサネット（登録商標）を利用したＬＡＮやＷＡＮ、インターネットなどが利用できる。また回線には固定電話やＰＨＳなどの電話回線や光ファイバ、電灯線、屋内配線、ツイストペアケーブルなどが適宜利用できる。さらに有線に限られず無線接続も利用でき、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ｘ、ＯＦＤＭ方式等の無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ等の電波、赤外線、光通信等を利用した赤外線や光通信などが適宜利用できる。
【００８４】
ホスト演算装置は、図３に示すホスト演算装置と同様に、演算回路１８と、ホスト側受信器１７Ａと、ホスト側通信器１９Ａを備える。ホスト側受信器１７Ａとホスト側通信器１９Ａとは、一の通信装置で併用してもよい。さらに図５に示すホスト演算装置は、データを蓄積するためのデータ蓄積部３１を備える。一方、端末は演算回路１８と通信を行うための端末側通信器２１Ａと、制御推測回路１を備える。
【００８５】
ホスト演算装置は、各検出位置に設けたセンサ２で植物の生育環境に関するデータ、例えば気象データを検出して、必要なデータを収集する。センサ２は、植物の栽培場所である端末に併設する他、図５に示すように端末と別の検出位置に設けられたセンサ２を使用したり、あるいはこれらを併用する形態としてもよい。
【００８６】
あるいはまた、外部ソース３９から必要なデータを収集することもできる。外部ソース３９には、気象庁や、気象台、気象予測会社などが提供するデータを利用できる。これらの植物の生育環境に関するデータに基づいて、ホスト演算装置は演算回路１８で気象観測データや気象予測データを生成あるいは演算する。
【００８７】
［データ蓄積部３１］
植物の生育環境に関するデータは演算回路１８に接続されたデータ蓄積部３１に記録される。データを記録する際は、データと併せて時間に関する情報も記録される。例えばデータの収集時間や記録時間などが記録されるので、蓄積されたデータを時系列的に管理することができる。データ蓄積部３１はメモリやハードディスクなどの記憶素子で構成され、ホスト演算装置と別個のサーバで構成したり、あるいは端末側に設けることもできる。また、データ蓄積部３１には気象データ等の植物の生育環境に関するデータの他、演算された気象観測データや気象予測データも併せて記録することもできる。
【００８８】
このようにデータ蓄積部３１に蓄積された過去のデータに基づいて、ホスト演算装置の演算回路１８あるいは端末の制御推測回路１は気象予測データを演算する。過去のデータを参酌することで、時間的な気象条件の変化などを考慮することができ、より正確な気象予測が実現される。気象予測データは、１時間から数時間後の気象予測や長期気象予測情報としてもよい。ホスト演算装置で演算された気象予測データは、ネットワークを介して端末側に送られる。端末側では、受け取った気象予測データに基づいて、制御推測回路１である養液供給機制御部２６が植物の育成に望ましい養液供給量に養液供給機２５を制御し、あるいは環境制御部３３が植物の育成に望ましい環境に栽培チェンバ環境調整部３５を制御する。これによって、気象予測に基づいた適切な植物の育成が実現される。
【００８９】
あるいは、ホスト演算装置が収集した気象に関するデータに基づいて、端末側で独自に気象予測データを演算する構成としてもよい。あるいはまた、端末側で外部ソース３９から直接気象データや気象予測データを入手してもよい。さらには、端末側に気象に関するデータを検出するセンサ２を設けて、検出位置と栽培場所を兼用する構成とすることもできる。これによって、各端末から収集される気象データなどをホスト演算装置で収集して解析し、これに基づいて各端末の制御量を総合的に判断するシステムとできる。さらに端末で検出された気象に関するデータをホスト演算装置を介して他の端末に送信することで、検出位置の異なる気象に関するデータを複数の端末が共有することもできる。これによって、複数の気象に関するデータを分析し、より精度の高い気象予測が可能となる。
【００９０】
ただ、ホスト演算装置側で各育成場所毎の気象予測データを準備して送出する構成の方が、演算や予測をホスト側で効率的に実行でき、端末側の負荷を軽減できセンサ２や演算部を省略できるので好ましい。また図５の構成ではホスト演算装置を一設けた例を示したが、ホスト演算装置を複数設けてホスト側の処理を分散できることはいうまでもない。
【００９１】
このように、検出位置や育成場所などがネットワーク接続されたシステムにおいては、遠隔地の情報を集中管理できるので、省力化に適しており、また端末側の負荷をセンターのホストやサーバ側で処理できるため、スケールメリットやコストメリットも享受できる。特に複数の家屋やビルの屋上緑化や屋上菜園においては、育成場所において植物の手入れなどの管理を定常的に行う手間を省き、大幅な省力化、あるいは無人化が可能で半自動的に植物を育成できるシステムとできる。
【００９２】
［エネルギー供給部２３］
図４に示す植物の栽培装置は、エネルギー供給部２３として、商用電力を利用した電力供給装置４０と、自然エネルギーを利用してエネルギーを熱または電気エネルギーとして供給可能な自然エネルギー利用装置４１を備える。これらのエネルギー供給部２３は、環境制御部３３や養液供給機制御部２６、養液供給機２５などに駆動エネルギーである電力や、温度調整部３６を加熱するための熱エネルギーを供給する。また図４に示す構成では、エネルギー供給部２３と環境制御部３３等との間に、予熱装置４２あるいは蓄熱装置４３を設けている。予熱装置４２は、熱エネルギーを直接、あるいは電気エネルギーを熱エネルギーに変換して、環境制御部３３などを予熱する。蓄熱装置４３は同様に熱エネルギーや電気エネルギーを熱エネルギーとして蓄積する。
【００９３】
電力供給装置４０は、電力会社から供給される電力をそのまま電気エネルギーとして利用する。また、昼間の電力のみならず、電力料金の安い夜間電力を利用することもできる。夜間電力は、直接環境制御部３３などを駆動する他、予熱装置４２や蓄熱装置４３に熱エネルギーとして供給される。例えば午後２３時から翌朝午前７時までの電力を使って予熱装置４２を予熱し、あるいは蓄熱装置４３に蓄熱する。蓄熱装置４３には、例えば電力需要の少ない時刻に蓄電してあとで放電する蓄熱ヒータなどが利用できる。
【００９４】
一方、自然エネルギー利用装置４１には、例えば太陽熱給湯装置、太陽光発電装置、風力発電装置、水力発電装置、地熱交換装置などが利用できる。自然エネルギー利用装置４１で発生されるエネルギーは、電力供給装置４０と同様に直接熱エネルギーとして、あるいは電気エネルギーに変換されて、植物の栽培装置内で環境制御部３３など各装置に供給される。さらに自然エネルギー利用装置４１が発電した電力の内、余剰分については蓄電装置等に充電して蓄えることが可能である。例えば太陽光発電装置にバッテリ４４を接続することで、余剰電力をバッテリ４４に蓄積し、一方で太陽光発電装置の出力が低下する曇りや夜間などはバッテリ４４から電力が環境制御部３３や養液供給機制御部２６を駆動する。また太陽熱給湯装置で得られた熱エネルギーも予熱装置４２や蓄熱装置４３に利用できる。このように、自然エネルギー利用装置４１は夜間電力や自然エネルギーを利用できるので、省エネルギー化に貢献でき、環境にも優しいシステムとできる。
【００９５】
【発明の効果】
本発明の植物の栽培方法および植物の栽培装置は、植物をより理想に近い快適な生育環境として、理想的な状態で生育して、高品質な植物を多量に栽培できる特長がある。それは、本発明の植物の栽培方法および植物の栽培装置が、過去の気象データから、植物が要求する肥料の要求量と水の要求量のいずれか又は両方あるいは水分と養分を含む養液の要求量を推測し、推測された要求量に基づいて、肥料供給量や水供給量、養液供給量などを調整しているからである。また、これらに加えて植物が要求する温度、積算温度、湿度、日照量、積算日照量、日射量、積算日射量、水分供給量、肥料、酸素量、二酸化炭素量、空気流動等の成育条件を検出、予測することでさらに高精度、効果的な植物の栽培が可能となる。この栽培方法は、センサで検出した気象データ等の植物の生育環境に関するデータに基づいて直接に肥料と水の供給量を制御するのではなく、過去のデータに基づいて、植物が要求するであろう肥料、水、養液などの要求量や育成条件を演算、推測し、推測された条件にしたがって、肥料、水、養液などの供給量や温度などの条件を制御する。したがって、植物の生育に必要な肥料、水、養液など供給量を最適にして、より理想に近い快適な環境で、理想的な状態で植物を生育できる。特に気象予測を利用することで、植物の育成を効率的に行える。さらに、複数の栽培場所をネットワーク接続して集中的に管理することで、省力化された安価な屋上緑化や屋上菜園が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る植物の栽培方法に使用する栽培装置の概略構成図
【図２】複数の検出位置と複数の栽培場所の位置関係の一例を示す図
【図３】検出位置で検出された気象データを各々の栽培場所に伝送するシステムの一例を示す概略構成図
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る植物の栽培装置の概略構成図
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る植物の栽培装置をネットワーク接続した一例を示す概略図
【符号の説明】
１…制御推測回路
２…センサ
３…肥料供給機
４…水供給機
５…肥料ポンプ
６…肥料モーター
７…肥料槽
８…水ポンプ
９…水モーター
１０…水タンク
１１…給水パイプ
１２…栽培ベッド
１３…培地
１４…温室
１５…送信器
１６…ホスト演算装置
１７…受信器　　　　　　　　１７Ａ…ホスト側受信器
１８…演算回路
１９…送信器　　　　　　　　１９Ａ…ホスト側通信器
２０…サブ演算装置
２１…受信器　　　　　　　　２１Ａ…端末側通信器
２２…植物栽培装置本体
２３…エネルギー供給部
２４…栽培チェンバ
２５…養液供給機
２６…養液供給機制御部
２７…養液タンク
２８…養液ポンプ
２９…養液温度調整部
３０…開閉弁
３１…データ蓄積部
３２…栽培ベッドセンサ
３３…環境制御部
３４…栽培チェンバセンサ
３５…栽培チェンバ環境調整部
３６…温度調整部
３７…植物育成センサ
３８…監視部
３９…外部ソース
４０…電力供給装置
４１…自然エネルギー利用装置
４２…予熱装置
４３…蓄熱装置
４４…バッテリ
【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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