準天頂衛星システムによる果樹生産のスマート化

北海道大学 大学院農学研究院
野口 伸
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日本におけるスマート農業
日本農業の現状（2020 年農林業センサス）
 基幹的農業従事者（仕事として 自営農業に主として従事した者）は５年前に比べ22.4％減。
 基幹的農業従事者の平均年齢は0.8歳上昇して67.8歳となり、特に若手の新規就農を増やすことが喫緊の課題とされている。

日本農業の目指す姿

 担い手への農地集積を2023年度までに8割にする
 農業の担い手のほぼすべてが2025 年度までにデータを活用した農業を実践
 担い手の米生産コストを2025 年度までに全国平均1万6000円／60kgから4割削減（9,600円／60kg）
 農林水産物・食品の輸出を2030年度までに5兆円とする

労働力不足が深刻な日本農業を”儲かる”産業へ
スマート農業実装によって期待される効果
 労働力不足の解消
 プロ農家の技術の継承 ⇒ 新規就農者の早期育成
 生産の低コスト化
 農産物の品質向上・収量増
 「プロダクトアウト」型から「マーケットイン」型農業への転換
 農業の魅力アップ ⇒ 青年層の新規就農促進

スマート化による次世代農業の姿
フィジカル空間フィールド
データの観測・収集

準天頂衛星
地球観測
衛星

リモートセンシング
メッシュ気象フィールド
データの通信通信システム

サイバー空間UAV

営農への利活用

生産者

ロボット

フィールド
データの蓄積データベース

営農支援システム

有用な情報の抽出

データ分析
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北海道におけるスマートヴィンヤード
プロジェクト

【研究開発事業】
 農林水産省「イノベーション創出強化研究推進事業」（令和３-７年度)
代表機関：北海道大学【実証事業】
 総務省「課題解決型ローカル５G等の実現に向けた開発実証」（令和３年度)代表機関：NTT東日本
 農林水産省「スマート農業実証プロジェクト」（令和3 -４年度）
代表機関：NTT東日本

4生研支援センター
イノベーション創出強化研究推進事業
開発研究ステージ（実用化研究型）

電動ロボットによるスマートぶどう栽培システムの開発

ー 北海道スマートヴィンヤードプロジェクト ー
令和３年度 ～ 令和７年度（５年間）
研究代表機関北海道大学

5スマート果樹生産(日本経済新聞2021.2.26)地理的表示(GI)
保護制度認定 慢性的な人手不足と、熟練までに期間を要し、きめ細かで行き届いた農作業ができない
 熟練技術を有した作業員の減少
 傾斜地が多く疲労が大きい 農薬散布は回数が多く、作業者の健康被害も懸念。
 草刈作業は年10回、さらに除草剤も施用し、人による作業の限界

北海道は山梨県、長野県に次ぐ醸造用ぶどう産地

精密農薬散布下草刈り（可変散布）

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スマート果樹生産システム
ロボット農業 GNSS、ビジョン、3D-LiDAR併用による中山間地域のナビゲーション精度・安定性向上
 人とロボットの協働による自動化技術

データ駆動型
 EVロボットやドローンのハイパースペ
クトル画像をAI分析基盤において分析し生育状態の見える化と意思決定支援 AI利用により収穫作業や剪定作業の自動化を実現

EVにょる脱炭素
 太陽光・風力など自然エネルギー利用
 温室効果ガスを含む排気ガスゼロ
 農薬などの石油由来の資材の使用量削減

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8

電動ロボットデモンストレーション

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運搬ロボット北海道放送「北のフロンティア」（2021年11月14日）

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運搬ロボットによる公道走行

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運搬ロボットの作業風景

12能登ヴィンヤード（石川県鳳珠郡穴水町）

ワイン用ブドウ
果樹園
16ヘクタールの土地に、10種類のぶどうを18000本栽培
 山間部
 傾斜地（最大勾配10°）
 ネットワーク環境脆弱13

QZSSの測位特性（2021.2.21-24）

果樹園のさまざまな測位環境
 複雑な起伏を含む地形
 防風林・雑木林
 脆弱なネットワーク環境

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QZSSの測位特性

Point 4

Point 9Point4，Point9ともに同じ傾向
QZSSの優位性を確認

雑木林そば

Point 915

EVロボット走行制御
傾斜果樹園におけるGNSSによる自動走行の課題
 果樹園周辺の地形や樹林などによりGNSS電波が届かない 傾斜走行では捕捉するGNSS衛星が頻繁に変わるため測位の安定性が低い
 測位補正信号の取得に必要な無線通信ネットワーク環境が山間部では脆弱

ビジョンセンサにより樹列を検出して自動走行

広角RGB
カメラ

16障害物の検出
ビジョンセンサの多目的利用YOLOv4による障害物検出・安全性の確保
AIによる障害物検出は100％でないので、2D-LiDARも搭載して、多段の安全対策を施している。

2D-LiDAR

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センサフュージョン
センサ

RTK-GNSS

準天頂衛星
みちびき

２Dライダー

レーダー

カメラ

光環境

○

○

○

○

×

霧・土埃

○

○

×

○

×

傾斜(車体姿勢)

△

△

×

○

○

脆弱なネット
ワーク

×

〇

○

〇

○

センサフュージョンによるナビゲーション
シグナルの安定化

日本全国どこでも使用できるEVロボットシステム

他の樹園地におけるニーズ

出典：愛媛県／樹園地の簡易な再編整備をしませんか?
傾斜地での農作業の省力化を目指して！

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ゆず園への適用
高知県安芸郡北川村

土佐北川農園選果場（総務省・農林水産省：ローカル5G活用スマート農業実証プロジェクト）

EVロボットによる柚子運搬作業

土佐北川農園の特長
 周回できる運搬道
 通信ネットワーク環境が脆弱 農道脇に雑木林・斜面がありGNSSにとって悪環境 斜度15～23°の農道20準天頂衛星「みちびき」の有効性

RTK-GNSS

0.8

0.8

0.6

0.6

0.4

0.4

0.2
0-0.2

0100

200

300

-0.4

500

横方向偏差の比較

0.2
0-0.2

0100

200

300

400

500

-0.4
-0.6

-0.6-0.8400

横方向偏差 [m]横方向偏差 [m]準天頂衛星「みちびき」（CLAS）

時間経過 [s]-0.8

時間経過 [s]オレンジではRTK-GNSSは約20秒間Float解により停止

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EVロボットによる自律走行
EVロボットの樹間走行（防除作業を想定）

大型EVロボット（車幅：1.5m）

薬液補給場所

小型EVロボット（車幅: 0.6m） 22

リモート農業

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ぶどう
鶴沼ワイナリー(北海道浦臼町）

ロボット監視室（スマート農業教育研究センター）

700km

柚子
土佐北川農園（高知県安芸郡北川村）

1240kmぶどう
能登ヴィンヤード（石川県鳳珠郡穴水町）

リモート農業による革新的スマート農業
アウトプット 小型マルチロボットによる超省力化 AIロボットが熟練技術を体得
 リモート農業の実現

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アウトカム
 人手不足が深刻な農業の新しいカタチ 必要十分な量と質の食料を安定生産
 世界の食料をMade by Japan

岩見沢市（稲作）

北海道大学
スマート農業教育研究センター

稲 作

畑 作

野菜作

浦臼町（果樹作）

果樹作

世界に向けた発信

首相官邸 国際広報室が『デジタル田園都市国家構想』を海外にPRするためにロイター社に記事作成を依頼
タイトル：The Power of Local 5G. To Revitalize Regional Areas

記事内容

 リモート農業
 岩見沢市（稲作） 浦臼町（果樹作）
 遠隔医療https://www.reuters.com/brandfeature/the-power-of-local-5g-to-revitalize-regional-areas

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まとめ
 スマート農業の特長は「データ活用型農業」と「自動化・ロボット化」であり、作業の省力化とともに環境保全の観点においても有効である。
 果樹は中山間部に展開しているのでスマート化のニーズは高いが、他作目に比べて普及は遅れている。
 通信インフラの整備が不十分なこと、傾斜地が多いこと、雑木林・崖などがあり、安定した測位が難しい環境である。
 「みちびき」CLASは有効な測位手段であり、農業の自動化には十分な測位精度である。

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