配信先：弘前市役所記者会
解禁日：２０２３年２月２１日

２０２３年２月１６日
国立大学法人弘前大学
報 道 関 係 各 位

青森県鯵ヶ沢町のアユ養殖場でグリーン IoT 養殖システムの実証に成功―自然エネ蓄電と長距離 LoRa 通信による通年・遠隔省力機器制御を実現―【発表のポイント】
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自然エネルギーを活用して遠隔地から養殖場の気象状況や装置の異常を常時監視し、養殖用装置を作動させるグリーンテック型養殖場管理システム GEMCOS-IoT システムを開発

Wi-Fi が利用困難な鯵ヶ沢町の白神山麓にあるアユ養殖場に導入し、国内で初めて屋外フィールドテストに成功

計測したデータはクラウド上で管理でき、停電や自然災害が起きても IoT デバイスやネットワークの電源を維持し、遠隔地から適切な対応が可能

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安全で省エネ・省力な養殖業の実現に貢献すると期待【概要】
近年、数年にわたるコロナ禍や国際情勢悪化によりエネルギーや食料の安全保障（注 1）が求められ、グリーンテック産業（注 2）拡大が必要とされています。特に北日本地域では漁業における海水温上昇や異常気象などの環境変化により収穫量確保に苦戦しています。
弘前大学理工学研究科の丹波澄雄准教授、東北大学マイクロシステム融合研究開発センターの古屋泰文特任教授らは、日本風力エネルギー株式会社（ヴィーナ・エナジー・グループ）、株式会社多摩川ホールディングス、アウラグリーンエナジー株式会社と共同で自然エネルギーを活用し Wi-Fi につながらない山間地でも遠隔から操作可能な養殖システム「グリーンテック自立型 IoT スマート養殖システム」（以下 GEMCOS-IoT システム）を開発し、青森県鯵ヶ沢町にあるアユ養殖場で実証試験に成功しました。
研究グループは 3 台の小型風車と 2 個のソーラーパネルから得られる電力により、養殖場に設置したセンサーを作動させ、その周囲の気象状況や装置の異常など環境パラメーター10種類の変化を常時クラウド上で監視することに成功しました。さらに、養殖場に置かれた給餌装置と大型 LED 照明を、約 30km 離れた弘前市内のスマホ画面から操作できることを確認しました。
本システムは農水産業における生産性向上、地方経済や住民生活の質の向上に寄与することが期待されます。
本実証に関する鯵ヶ沢町養殖場現地のリアルタイム環境計測データ、周辺画像、遠隔制御の動画事例は、1 月 31 日にウェブサイトにて公開されました。
http://weatherstation.t-lab.st.hirosaki-u.ac.jp/observatory
本研究の成果は、2 月 21 日(火) 情報処理学会東北支部研究会(於弘前大学)で「白神非Wi‐Fi 地域での LoRa 通信を用いた自立型グリーン IoT 養殖システム」と題して発表されます。

【詳細な説明】
近年、数年にわたるコロナ禍や国際情勢悪化によりエネルギー・食料安全保障（注 1）が求められ、グリーンテック産業（注 2）の拡大が必要とされています。特に北日本地域は食糧供給の要でありながら、近年は環境の変化により収穫量の確保に苦戦しています。
本研究グループはこうした地方の社会課題を解決するため、白神山麓での自然エネルギー協調型蓄電方式を採用した「グリーンテック自立型 IoT スマート養殖システム」を開発してきました。2021 年 2 月には、研究室内での基礎的な実証実験に成功しました（図 1、図 2）。
実証実験にあたり、東北大学マイクロシステム融合研究開発センターの古屋泰文学術研究員（前特任教授）がシステムを設計し、弘前大学理工学研究科の丹波澄雄准教授が「LoRa 通信システムと IoT デバイス」を設計・制作しました。産学共同で得られた開発技術を統合しました。
2022 年 9 月末には、Wi-Fi につながらない地域である白神山麓赤石川上流域の鯵ヶ沢町
立アユ養殖場に GEMCOS 蓄電装置（注 3、図 1）を研究室から移設し、IoT センサー（注４）、環境計測用ウェザーステーションと省電力・長距離の通信が可能な LoRa 通信デバイス（注５）、養殖場運用機器を遠隔地から操作するためのソフトウェアを結合させ「GEMCOS-IoT 連携制御システム」（注６、図 3）を構築しました。
研究グループは 2022 年 12 月 20 日に実証実験を実施しました（図 4）。3 台の小型風車と 2 個のソーラーパネルから得られる自然エネルギーを現地の GEMCOS 蓄電池に蓄電し、その電力のみで養殖場周囲の環境パラメーター10 種類を計測するセンサーを作動させました。
養殖場での温度、湿度、気圧、風速、風向、日照度、炭酸ガス濃度、粉塵度 PM2.5、 粉塵度
PM10、降水量、積雪量を LoRaWAN（注７）対応センサーで計測、実験の結果、環境パラメーターの変化を常時クラウド上で監視（図 5）することができました。さらに養殖場から約 30km離れた弘前市内のスマホ画面から、養殖場に置かれた給餌装置と大型 LED 照明を操作できることを確認しました。
本システムは停電や自然災害が発生した場合も現地の独立した自然エネルギー蓄電システムにより、IoT 機器の制御やネットワーク用の電源を常時確保できます。養殖用機器の昼夜にわたる動作を維持でき、水循環ポンプの停止による魚大量死や給餌不能な状態を回避し、安全な省エネ・省力型養殖事業化に貢献すると期待されます。また僻地や半島先端沖合など自然エネルギーが豊富かつ Wi-Fi 環境への接続が困難な地域をはじめ、日本各地における人工農業や養殖事業、さらには、通年型のスマートアグリ分野（注８）の農業＋水産融合型 “アクアポニックス”事業（注９）など日本各地でのグリーンテック省力型人工養殖システムへの応用が可能です。同システムを環境調査・気象計測に利用したり、ドローンと連携したりすることで広域のグリーンテック型防災減災システムを構築できると考えられます。
事業化にはコスト設計や現地最適化運用の検証が必要です。研究グループはシステムの実用化に向けて研究開発を進めています。

謝辞：本研究には、文科省科研費（基盤（B）2017~2019 年度、古屋泰文、東北大学特任教授・代表）を受けております。また、鯵ヶ沢町役場から多くの支援を受けました。ここに、感謝の意を表します。

【説明図面】

図 1. 自然エネルギーの余剰電力を蓄電するシステム（GEMCOS）の原理、および、GEMCOS 電力で開発が期待できる二次事業育成分野を示す。

図 2. 余剰電力の蓄電システム（GEMCOS）を IoT 技術で制御するネットワークシステムの構成と、弘前大学で実施した小規模人工養殖モデル実験（2021.1〜2）。

図 3． 青森県鯵ヶ沢町の白神山麓・赤石川流域にあるアユ養殖場で実施した、GEMCOSIoT システムを活用した設備、LoRa ネットワークシステムの構成および実証試験の概要。

図 4. 鯵ヶ沢町立アユ養殖場で実施した、GEMCOS-IoT システム装置、遠隔的な環境計測（ウェザーステーション）と機器制御用 GEMCOS 蓄電池、人工養殖モデル実証試験の風景。

図 5. 青森県西津軽郡鯵ヶ沢町立アユ養殖場で、GE-MCOS-IoT システムとLoRaWAN ネットワークを使って、環境データ（天候、気象、積雪深さ）を常に観察できるクラウド上のデータ事例。
（弘前大学・丹部研究室のサーバーデータが閲覧可能）【現地環境計データ】
http://weatherstation.t-lab.st.hirosaki-u.ac.jp/observatory【養殖場の機器の遠隔制御事例、実験風景動画等】
http://ajigasawa-farm.t-lab.st.hirosaki-u.ac.jp/other【参考資料】
東北大学での関連成果発表(2021)：
http://www.mu-sic.tohoku.ac.jp/attach/20210209_furuya.pdf
東北大学特許出願:「双方向ワイヤレス IoT センサネットワークシステム」、
特願 2020-108231、特許公開 2022-003861
弘前大学での研究成果発表（2021）：
https://www.st.hirosaki-u.ac.jp/news/awarded/kenkyu/210203.html

【用語解説】（注 1）エネルギー・食料安全保障
国民の生活や社会経済の運用に不可欠なエネルギーと食料の入手可能性とその方法に関する国家レベルの施策である。持続的な成長を可能とするために、危機に強いエネルギー供給体制を構築し て、「 食料安全保障 」を政策 に取 り入れること 。以下の 政府報告書 （閣議決 定：2022/10/28）に、「エネルギー・食料等への危機に強い経済構造への転換」との記述がある。
〔参考 URL〕
https://www.cas.go.jp/jp/seisaku/zensedai_hosyo/dai8/siryou5.pdf（注 2）グリーンテック
環境保護の観点から持続可能な社会を実現するために、再生可能な資源やサービスを活用する技術・事業のこと。これは、化学やテクノロジーを活用して再生可能なサービスや事業を創出することを目的としている。工業製品生産プロセスにとどまらずに、農業食料生産、それらの省力化・自動配送や安全な管理システムまでも含む、脱炭素化イノベ―ションが期待できる。グリーンテック市場は、世界的な SDGｓ社会への流れに乗り、地球の生産限界を超える方策として発展が予測されており、IT（ICT）の次の投資分野としても高い期待が寄せられている。
以下を参照のこと。
〔参考 URL〕
１） https://ideasforgood.jp/glossary/green-tech/２） https://jp.weforum.org/agenda/2022/05/jp-green-tech-sustainablegrowth/（注 3）GEMCOSGreen Energy Management for Adaptive Control System の略称。「自然エネル
ギー協調型利活用システム」の英語表現である。自然エネルギー（風力、ソーラー、地熱など）の発電量が気象や昼夜によって変動するため、電力会社は発電量のうち約 2/3 を購入し、残り1/3 を電熱器などで放熱量として捨てているが、この変動部・余剰電力を、ソフトウェアで無駄なく取り込み、付設小型バッテリーに蓄電して、2 次的な事業（人工養殖、スマート農業、サーバー事業、災害時緊急電源など）に適用する余剰電力利活用システム。2018 年にアウラグリーンエナジー社、多摩川ホールディングス社らが開発し、特許第 7096555 号（発明名称：自然エネルギー余剰電力の利活用システム）を取得している。
（注 4）IoT「IoT」とは、Internet of Things の略で、日本語では「モノのインターネット」を意味する。
情報通信技術の概念を指す言葉で、これまで主にパソコンやスマートフォンなどの情報機器が接続していたインターネットに、産業用機器から自動車、家電製品まで、さまざまな「モノ」をつなげる技術である。 IoT は、大量のデータを共有・分析しサービスへの付加価値を見つけるためのさまざまな技術で構成される。あらゆる「モノ」に高度な通信機能が組み込まれ、インターネットで相互の情報伝達が可能になるため、社会インフラやビジネス、人々の日常生活の仕組みに大きな変化を与えるといわれている。
〔引用 URL〕
https://www.keyence.co.jp/ss/general/iot-glossary/iot.jsp（注５）LoRa 通信
長距離での通信が可能で消費電力が少ない、安定した通信ができるオープンな通信無線技術である。また、「無線局免許」が原則不要で、自前で任意の場所に基地局を設置することが容易にできる。通信可能距離は、Wi‐Fi よりも長距離広域性が良く、見通しの良い高度があれば20~30 キロメートルに達する。ただし、送受信の際のデータ量は少ない。
（注６）GEMCOS-IoT システム
低消費電力の広域無線技術 LoRaWAN や Wi‐Fi を使って、グリーンエネルギーの開発地点での双方向通信が可能な、IoT ネットワーク機器制御システムのこと。この技術により、発電（売電）事業に付随する形で、低コストの余剰電力を使って、インフラ診断や新産業用動力制御、温室環境、循環水制御などを可能にし、新しい産業分野を開拓することができる。これにより、スマート農業や陸上養殖事業、低コストの寒冷地サーバー事業、自然災害や停電時の防災減災サステナブル事業などの展開が期待できる。
（注 7）LoRaWANLong Range（LoRa）Wide Area Network（WAN）の略（商標）で、 LoR 素子（基盤）を採用した低電力・広域ネットワークプロトコル（規格・仕様）である。 消費電力を抑えつつ、長距離での通信を可能にする大規模ネットワーク構築を実現する RoLa 通信の上に位置するソフトウ
ェアを含む広域化ネットワークが形成できる。IoT における堅牢なローコストモバイル双方向通信、M2M、スマートシティ、産業アプリケーションなどをサポートするのに必要な機能を備えている。最大 50kbps のデータレートで数百万ものセンサーデバイスとつながった大きなネットワークのサポートに適している。それゆえに、近年、IoT 用 LoRaWAN 対応デバイスは様々な製品が出現してきている。
〔参考 URL〕
https://jp.rs-online.com/web/generalDisplay.html?id=ideas-andadvice/lorawan

（注 8）スマートアグリ
ロボット技術や ICT、IoT などの先端技術を使って、農作業を省力化し、高品質な農作物を生産する新しい農業のこと。スマート農業を導入することで、農作業の省力化、農業技術の継承、食料自給率の向上、環境保全、品質の向上が期待できる。
〔参考 URL〕
https://smartagri-jp.com/smartagri/20（注 9）アクアポニックス
循環型の通年型スマート食料生産システムで、魚の養殖と水耕栽培を組み合わせている。魚が排泄した糞などを微生物が分解し、それを栄養として水耕栽培に使うことで、無肥料・無農薬の栽培が可能となる。グリーンテック SDGs 型農水産業として注目を浴びており、巻き貝、魚、エビなどの飼育と水耕栽培の野菜とで共生環境を形成することが特徴。
〔参考 URL〕
https://ignitionjapan.com/aquaponics/【問い合わせ先】（１）研究内容について
弘前大学大学院理工学研究科
丹波 澄雄（研究者）
TEL：0172−39−3725
E-mail: tanba@hirosaki-u.ac.jp（２）一般的な事務連絡について
弘前大学理工学研究科総務グループ
小笠原 有香（広報担当）
TEL:0172-39-3510 FAX:0172-39-3513
E-mail: r_koho@hirosaki-u.ac.jp