講演

自動走行農機と生産基盤との関わりについて〜現状と将来〜

農研機構農村工学研究部門農地基盤工学研究領域長

原口暢朗

自動走行農機と生産基盤との関わりについて― 現状と将来 ―ロボット汎用コンバイン （前方の刈り取り高さ調整のマニュアル操作以外、全自動）

2018.10.18 横手市にて

ARICセミナー 2019.11.14
農研機構 農村工学研究部門 農地基盤工学研究領域長 原口 暢朗

話題提供の背景●スマート農業（ICT、ロボット、データ駆動）が今日的な話題【2017年6月 ～ 2018年12月】○大手３農機メーカーより、ロボット農作業機（以下、「自動走行農機」）がモニター販売開始●スマート農業と生産基盤（ほ場整備）の関わり【2019年2月5日】「未来投資会議構造改革徹底推進会合（「地域経済・インフラ」会合）」※資料の中で、以下が明記された○自動走行農機の導入・利用に向けた農地整備の手引き作成○自動走行農機等のスマート農業に対応した農地整備を展開★自動走行農機に適した生産基盤整備について、早急な検討が求められている

技術の進歩とほ場整備※（水田）ほ場整備計画 → 技術の進歩に適合【30a区画】ほ場整備水田（1977）

用水路＜主な諸元の標準的数値とその要因＞

進入路

縦支線農道

●長辺長 100～150m【要因】田面排水●短辺長 30m【要因】畦畔からの薬散距離（15-20m）●縦支線農道幅員 3～4m
【要因】コンバインの全幅（3.5m）

100m(～150m)●進入路 幅4m、勾配18度以下【要因】幅4m（コンバインの全幅、トラクタ旋回半径）【要因】勾配 約18度以下（トラクタの登坂限界値）●縦支線農道と田面の高低差 30cm以上【要因】道路から耕地への機械の出入りを考慮（低め）排水路★トラクタ 40ps級（幅2m）★コンバイン（全幅3.5m）★乗用車（幅2m）★5tトラック（幅2.4m）

30m

技術の進歩とほ場整備※（水田）ほ場整備計画 → 技術の進歩に適合【1ha以上区画】ほ場整備水田（2013）

進入路

進入路
用水路（管路）（縦支線）農道

自動走行農機に適した諸元？

＜主な諸元の標準的数値とその要因＞※赤字は1977基準からの変更点●長辺長 100～150m【要因】田面排水●短辺長 100m以上※（立地条件の制約ない場合）自由に決定→ ラジコンヘリ、薬剤散布ビークルの開発

100(～150m)●縦支線農道幅員 3～5m
【要因】コンバインの全幅（3.5m）
大型機械導入●進入路 幅4m以上、勾配12度以下

排水路
（管路）

【要因（幅）】コンバインの全幅、大型機械導入【要因（勾配）】安全性を考慮

100m <●縦支線農道と田面の高低差 30cm以上【要因】道路から耕地への機械の出入りを考慮★トラクタ 50ps級以上（幅2.3m）★コンバイン（全幅最大3.8m）★乗用車（幅1.7m）★大型トラック（幅2.4m）

話題提供の主旨および内容【主旨】●「自動走行農機と生産基盤との関わり」について、一定の情報共有【内容】 ※話題を、「自動走行農機」に限定。RTK-GNSSは前提条件と仮定。
●自動走行農機等のレベルについて●レベル２の自動走行農機に係る生産基盤（私見）●レベル３の自動走行農機に係る生産基盤（検討中、私的整理）

自動走行農機等のレベルについてスマート農作業機の現状（全体像）
引用：「農業機械の自動走行に関する安全性確保ガイドライン」【レベル１】 運転アシスト（普及）○ガイダンス
２次元（平面）○自動操舵（※GPSレベラー）３次元（＋高さ方向）【レベル２】 ほ場内自動（無人）走行※ 自動走行農機○ロボットトラクタ○ロボットコンバイン

現状【レベル３】 完全自動（完全無人）走行

レベル２の自動走行農機に係る生産基盤

将来自動走行農機の可動範囲
安全性確保ガイドライン（レベル２）に沿った性能※ほ場周囲走行・ほ場間移動で有人作業が必要＜有人：１枚目の形状を認識＞＜無人：認識した形状の内部をプログラム走行＞＜有人：認識した形状外への移動＞
有人

無人

有人

ほ場１枚目

ほ場２枚目

自動走行農機の監視条件（安全性）※近距離監視が必要（→ 有人・無人協調作業_下の写真）

夜間作業 → 営農者が夜に出て近距離監視しなければならない
ロボトラ

レベル２の自動走行農機と生産基盤（イメージ）

農道農道

大区画化
小排水路

小排水路

畦畔

畦畔

有人

有人
無人

●青のライン
自動走行農機を有人で移動

無人※大区画化は、作業効率向上に効果的な手段

レベル２の農機に適した生産基盤と考えられる事例― 大区画、農道ターン、用排水路管路化 ―農道脇（同じ側）に用排水管路

某地区：6.8ha区画（ほ区＝１耕区）

ほ区の短辺が「農道ターン方式」

レベル２の自動走行農機に適した生産基盤について（私見）

レベル２の自動走行農機 → 自動走行はほ場内に限定
ほ場内の労働生産性向上に係る生産基盤の取り組み●大区画化●農道ターン
●用排水路の管路化（概ね）現行の計画・設計基準の範囲内と考えられる

レベル３の自動走行農機に係る生産基盤（検討中、私的整理）

レベル３とレベル２の違い＜レベル２との違い＞●農道、ほ場進入路を無人走行●遠隔監視（※一般道は通れない）【レベル３】 完全自動（完全無人）走行

レベル３の自動走行農機の走行範囲※（仮定）地区内幹線・横支線および縦支線農道を走行
某ほ場整備地区（約240ha）

縦支線農道（走行）

幹線・横支線農道（走行）県道（走行不可）

自動走行農機の農道・ほ場進入路走行＋作業のイメージ― ほ区の無人作業を想定 ―赤矢印：自動農機の走行経路（レベル２との大きな違い）

農道

自動農機の作業範囲
有人の作業範囲

人間は反対側のほ区で作業しながら監視

小排水路
畦畔

●赤のライン
自動走行農機のほ場間移動

自動走行農機の農道・ほ場進入路走行に係る検討事項【計画・設計基準の既存の項目】●農道路肩と障害物○農道からの逸脱・障害物との衝突 → バリアフリー可能か？

●農道およびほ場進入路への安定走行○道路表面の凹凸や水たまりへの対応、等○ほ場進入路の認識○ほ場進入路の形状・強度に応じた慎重な走行●走行経路の指定

ほ場間移動は、左の応用動作【新たな検討項目】○自動走行農機に地区内の地図を搭載する必要（普通自動車のライダーのような高速の周囲認識までは必要ない、と考える）●安全性の確保○例：無人作業中の進入防止●その他○衛星の電波が入りにくい地区での対応 → （例：マーカー）（○遠隔監視の方法）

自動走行農機の走行経路中の障害物等（事例）
公道からほ場整備地区内へ（有人）→ 支線農道からほ場進入路まで（無人）※無人走行の経路図（地図）はあると仮定

黄色：公道

ピンク：公道からほ場整備地区への入口

白：幹線・支線農道から耕作道

障害物（ほ場整備地区への入り口付近）
【近景】
【遠景】
まっすぐ進むと片側に電柱

公道

公道入り口方面（坂、砂利道）
降りてくると、道路中央に電柱
進行方向

農道沿いの障害物（例：用水管の空気弁）

用水パイプラインの空気弁

進入路の障害物（例：管理札）

段差は小さい（平坦地のため）

障害物に対する対応（私見）※維持管理その他の事情で、地下埋設等（バリアフリー）できない施設が多いと思われる

生産基盤側での対応には限界があるのではないか（支線）農道とほ場進入路
現況の問題点農道の凹凸と曖昧な路肩
降雨後には、砂利道で部分的に水たまり。雑草が繁茂し、路肩が曖昧

雑草
水たまり

農道の交差点（形状認識が必要）

勾配の大きいほ場進入路※無人走行は無理そう

軟弱なほ場進入路※軟弱、かつ開水路を跨ぐ

（支線）農道とほ場進入路の検討要素
考え方の基本：ロボットは人間より不器用（切り返しや立て直しは人間の方が上）生産基盤に係る当面の検討要素― 農道 ―※有人（ピンク）では路肩走行、無人（黄色）では安全を見て中央側走行

自動走行農機は、人と違って農道幅一杯を使って走行できない
走行安定性や離合等を想定すると、農道幅を広く取るのが一法

次の３枚は講演にて

安全性

次の２枚は講演にて情報化施工と電子地図

情報化施工、i-construction と UAV測量○情報化施工は、施工工程の自動化（電子化）●i-constructionは、UAVによる出来形測量を含む、全工程の電子化 ⇒ 出来形座標の電子データ取得

ロボット農作業機用地図に使える可能性

自動走行農機の走行経路に係る地図の問題●UAV測量 → ほ場と周辺施設の出来形３次元点群（座標付の多点データ：誤差±5cm以内）●ここから必要な点を抽出 → 自動走行農機用の地図作成に寄与する可能性

UAV（ドローン）測量

３次元点群（すべての点に座標値（x,y,z）が対応）※情報化施工技術の活用ガイドライン（農水省）○UAV出来形管理が追記（平成30年7月）●出来形の電子データ取得に追い風

走行経路作成まとめ●レベル２の自動走行農機と生産基盤（私見）○レベル１及びレベル２の機械が市販化○稼働範囲は「ほ場内に限定」 → ほ場内での作業効率向上＜レベル２の自動走行農機に応じた生産基盤＞→ 従前よりで進めてきた土地改良の枠内と考えられる（大区画化、汎用化、農地集約化など）●レベル３の自動走行農機と生産基盤（私的整理）○レベル３（完全無人化）について、現在検討中○レベル３のロボット農作業機の稼働範囲→ 「ほ場外に拡張」（農道、ほ場進入路など）＜レベル３の自動走行農機に応じた生産基盤＞→ 少なくとも「農道、ほ場進入路」については、生産基盤側でも検討が必要か
論点：どこまでを農機側が対応し、どこまでを生産基盤側で対応するかご静聴ありがとうございました