コ・イノベーション

センサ・センサネットワーク

特 集NTTグループの農業分野での取り組み

音声・音響処理技術

農業分野におけるR&Dの取り組み

NTTでは，農業分野へ適用可能な技術として，圃場の気象状況や土壌状況

つぐひろ † 1

うえまつひさし† 2

大橋 二大

NTTでは，ICTを活用した新規ビジネス領域の拡大に向けた研究開発に取り組んでいます．本稿では新規ビジネス領域である農業分野への取り組みとして，2015年10月13〜15日に幕張メッセで開催された「国際次世代農業EXPO」へ出展した「インテリジェントマイクと音声認識エンジンVoiceRexを用いた農作業記録ソリューション」「920 MHz帯を用いたアクティブRFIDによるクラウド型パレット管理システム」「レーザの光を用いて食品の産地・品質の偽装を抑止する！レーザガスセンシ
ング技術」について紹介します．

農業分野への取り組み

おおはし植松よしむら

そうけんいちろう † 1/宗 研一郎
もちづきのぶあき † 3

尚 /望月 伸晃

りょうこう† ₄ さかい

吉村 了行/界よ し だあきひろ † 2や す い

た か こ†₄/吉田 明弘/保井 孝子

よしひさ † ₄

義久

NTTサービスエボリューション研究所†2
NTTメディアインテリジェンス研究所†3
NTT未来ねっと研究所†4
NTTデバイスイノベーションセンタ
†1

頼った農業経営を改め，日々の農作業な「インテリジェントマイク（1）」と，高を記録し，分析 ･ 活用することで，作精度音声認識エンジン「VoiceRex」を業効率化や高品質化につなげる取り組組み合わせることで実現し，国際次世みが進められています．

代農業EXPOでのデモ展示を通し，提案しました（図 ₂ ）．などをモニタリングできるセンサデバ

NTTメディアインテリジェンス研究

イスや無線センサネットワーク技術，所では，農作業をしながら音声で手軽（1） インテリジェントマイク

作業記録や農機具などの機器操作の作に農作業記録を投入できるソリューショ

インテリジェントマイク技術は，音業負担を軽減に資する技術，生産したンを，高騒音下でもクリアな集音が可能の到来方向，周波数特性，時間的な変農産物の流通管理や産地証明を実現する技術などがあり，ビジネス化に向けた研究開発に取り組んでいます

生産物流・販売（図 ₁ ）．本稿では「国際次世代農業EXPO」へ出展した 3 つの事例について紹介します.

インテリジェントマイクと音 声 認 識エンジン「VoiceRex」を用いた農作業記録ソリューション

●圃場等の気象・土壌・作業状況等のモニタリングなどセンサデバイス技術（超低消費電力センサ，オンライン24時間センシングを実現）■技術概要と特徴

無線センサネットワーク技術（多様なIoT/M2Mサービスの共用化＆広域化を実現）

農業分野において，農業従事者の高齢化や後継者不足，耕作放棄地の増加などが問題となっています．そのような状況の中，2009年の農地法の改正●圃場の作業記録，農機具操作の作業負荷軽減など
音声認識・音声対話技術（雑音下での音声認識による作業記録・機器操作支援，インタラクティブな対話を簡単・低コスト化を実現）

ロボット連携基盤技術により，一般法人が農業に参入するこ（ロボットやデバイスを連携させたサービスを簡単に実現）とが可能になったことから，近年，農●熟練農家のノウハウ継承など業法人が増加傾向にあります．農業法

熟練技術者技能継承●産地証明・産地偽装防止など
レーザガスセンシング技術（食品の成分分析による産地証明を実現）●収穫現場を見せながらの販売など
高臨場映像配信技術（収穫現場の超リアルな映像配信を実現）（ベテラン技能者の暗黙知の蓄積を実現）

人では農業の作業効率化や農作物の高品質化を進めていくことが急務となっ●農作物の所在管理，状態管理など

IoT: Internet of Things

図₁

M2M: Machine to Machine

農業分野におけるNTT R＆Dの技術（一例）ており，これまでの経験や勘，記憶にNTT技術ジャーナル 2016.327

NTTグループの農業分野での取り組み

動特性を最大限に活用し，目的とする音声とそれ以外の雑音を高精度に推音声認識エンジン
VoiceRex

定して分離することを可能とする音響信号処理技術です（図 ₃ ）．従来の技術では，高い騒音レベルに対応しつつ，音声

インテリジェントマイク文字

農作業中でも騒音下でも音声をクリアに集音

目的音の劣化を抑えることは困難でし

本日の作業は，●●●た．一方，この技術を使うことで，目的音声の品質を保持しつつ，周囲雑音インテリジェントマイクのパワーを約 1 万分の 1 まで低減させることが可能となり，100 dBといった超高騒音下において，高精度な音声マイクに話すだけで，簡単に作業記録を投入認識を実現しました．また， 2 ～ 3個のマイク素子で実現できるため，装図₂

・自宅などで，登録した作業内容（テキスト情報）を確認・営農指導にも活用可能

農作業記録ソリューション

置の小型化も可能になりました．
（2） VoiceRex
VoiceRexは人間の脳の情報処理様
抑圧エリア

Deep Neural Network）を導入した高生活雑音

リエ音
音声

音声認識では，扱う単語を事前に登録することが必要ですが，本技術は最大音の到来方向，周波数特性，時間的な変動特性を活用し，目的音の劣化を抑えつつ，周囲雑音を抑圧集精度な音声認識エンジンです（図 ₄ ）．

ア式 を 真 似 た 深 層 学 習 技 術（DNN：

他者の発話

ビーム
フォーミング1000万語も登録可能である超大語彙
ア

さまざまな音が混合

エ
抑圧

雑音抑圧された信号
振幅

振幅

ほとんどの単語については事前に登背景雑音
リ

連続音声認識技術です．通常利用する

スペクトル
フィルタ生成録済みであり，さらに農機の名称など，適用領域に特有な単語を追加で登録することによって，さまざまな分野

周波数

周波数

図₃

インテリジェントマイクにカスタマイズして利用することができます．

■農作業記録のアシスト

課題がありました．これらの課題に対発生させる農機を運転しながらでも農従来，農作業の記録 ･ 分析のためにし て，VoiceRexを 活 用 す る こ と で，作業記録を投入できるようになりまし

コンピュータなどへ作業内容を登録す

作業しながらでも音声で手軽に投入でた．このことにより，農作業記録を投るには，農作業終了後に事務所のPCきるようになり，正確な農作業記録を入するためにわざわざ農作業を中断すで投入するか，農作業現場でスマート残すことが可能になりました．

るといったことがなくなり，効率良く農作業を記録することが可能となりまフォンを操作し，文字入力をするしか

しかし，ここでもう 1 つ課題が出てありませんでした．特に農作業終了後きます．それは農機運転中などの高騒に記録する場合には，記憶があいまい

音下では音声認識による投入が難しい

このようにして収集された農作業記になっている，作業で疲労しているたということです．
そこで，インテリジェ

録を分析することで，農作業に関するめ記録すること自体が億劫になってしントマイクを用いることで，コンバイノウハウの見える化や非効率個所の発まい十分な記録を残さない，といったンやトラクターといった大きな騒音を見につながり，作物の品質向上やコス28

NTT技術ジャーナル 2016.3

した．

特 集が必要な移動状態において，それぞれのビーコン信号が干渉することを回避

応用例
目的に応じて，アプリケーションを開発

コールセンタ通話
音声分析システム

認識サーバするため，静止状態と移動状態でビー音声入力

スマートフォン音声入力

分析サーバ

音声入力

オペレータ

統計処理
結果

認識結果
認識結果

分析実施

VoiceRex API

VoiceRex NX 2014新技術
DNN型音響モデル

音声認識エンジンコアモジュール

音声認識コア技術をライブラリ化して提供

コン信号を送信する周波数を分けています．

■農作物の所在管理，状態管理
パレット管理システムはパレットの所在管理に利用することに加えて，パレットに載せたモノの管理にも応用できます．その 1 つの例として農業分野への適用が想定されます．

単語辞書※ 2

音響モデル※ 1※1※2※3

言語モデル※ 3

音響モデル：「音素」と「音の特徴」とを対応付けるモデル
単語辞書：音声認識対象となる語彙とその発音を定義するモデル
言語モデル：単語と単語の接続確率を表現するモデル

図4

VoiceRex

パレット管理システムの農業分野への適用の概要を図 5 に示します．まず，パレットとパレットの上に載った農作物を紐付けてクラウド上のサーバで管理します（例えば，パレット 1 とほうれん草など）．農作物の所在情報，ト削減，作業時間の短縮を実現するこティブRFID（Radio Frequency Iden­

および状態情報（振動センサおよび温とが可能になると考えています．

tifier）の高収容プロトコルを開発し度センサの情報）は，パレットに搭載ました．

された端末から送信されるビーコン信

今回提案したインテリジェントマイ
クとVoiceRexを組み合わせたソリュー

端末が搭載されているパレットが静号を受信することで認識され，それぞションは農業分野だけにとどまらず，止している状態を静止状態，移動してれの農作物の所在管理や状態管理に利高騒音下でも音声で手軽に作業記録をいる状態を振動状態として，端末内で用することができます．例えば，端末残したいといったニーズにこたえるこ

この 2 つの状態を管理しています．静から送信されるビーコン信号を倉庫内とが可能であり，製造工場などへの展止状態は倉庫内に蔵置されている，移の基地局で受信した場合，該当する農開についても検討しています．

動状態はトラックやフォークリフトな作物が倉庫内に保管されており，かつどで運ばれていることを示しており，ビーコン信号で通知される状態情報か端末に搭載された振動センサが振動をら倉庫内での保管状態が分かります．

検知することで状態を認識していま

またトラック内に基地局を設置してす．端末は，管理している状態情報を，ビーコン信号を受信した場合，トラッは，数100端末IDや温度センサの情報などと一クで運搬されていること，さらに運搬m程度の大きさの倉庫内に保管されて緒にビーコン信号として定期的に送信時の農作物の状態情報を取得することいる数万台を超えるパレットの在庫状します．このビーコン信号の送信間隔ができます．また，パレット以外のコ況の管理と，トラックなどで運ばれるを端末の状態情報により制御していまンテナなど農作物を載せて運搬するさ

数百台のパレットの迅速な（数分以内）す．振動状態では迅速に認識すること

まざまなモノに端末を設置すること

入出庫管理が必要とされ，さらにパが必要なので送信間隔を短くし，静止で，多様な農作物の所在管理，状態管レットの耐用年数である10年間，電池状態では端末の収容台数や電池寿命の理が可能になります．

交換なしに連続動作し続けることが望観点を考慮して送信間隔を長くしていその結果，農作物の流通過程においまれています．これらの要求条件を満ます．さらに，多数の端末を収容するて，農作物の管理が必要なユーザに対足するため，920 MHz帯を用いたアクことが必要な静止状態と，迅速な認識して大きな負担をかけずに，倉庫保管

920 MHz帯を用いたアクティブRFIDによるクラウド型パレット管理システム■技術概要と特徴（2）（3），

パレット管理システム

NTT技術ジャーナル 2016.329

NTTグループの農業分野での取り組み

パレット管理クラウドサーバ

インターネット
運搬先

3

2

1

農産物
ほうれん草
トマト
米

パレット 1
パレット 2
パレット 3

所在
トラック
倉庫
倉庫

振動有無無温度
20℃
25℃
‑10℃

倉庫保管時の農産物の状態管理

農産物の所在や状態を確認
3G・LTEなど

パレット管理システムでデータを収集

パレット 1
運搬中

図₅

パレット 2

パレット 3

パレット管理システムの農業分野への適用

時，運搬時などの農作物の所在情報やを蒸発または燃焼することにより，水の安定同位体比は光合成の過程に大き状態情報を管理することが可能になり蒸気（H2O）や二酸化炭素（CO2）なく依存し，育った土地の情報だけでなます．

どのガス（気体）にし，それにNTTく，食品の原料となる植物の種類に関が開発した高性能な半導体レーザからしても情報を得ることができます．おの光を照射して，同位体の違いによる酒や蜂蜜の原料（米，ブドウ，蜜源とわずかな吸収波長の差やその吸収量かなる植物）と糖類の原料（さとうきび，ら，ガスに含まれる元素を同位体レベとうもろこし）では，炭素の安定同位体レーザの光を用いて食品の産地 ･ 品質の偽装を抑止する！レーザガスセンシング技術■技術概要と特徴（₅）

近年，輸入食品を日本産と偽って表ルで分析します ．降水（H2O）の安比が大きく異なるため，安定同位体比示する産地偽装が社会問題化し，消費定同位体比は地域によって異なること分析をすることで，糖類の添加による者の間で食の安全や産地への関心が高が知られています．多くの水分子は品質偽装の推定に役立ちます（図 ₆（b））．

まりつつあります．行政も，食の地域“質量 1 の水素” と “質量1₆の酸素”■産地偽装対策

ブランド保護のための取り組みを強化から構成されていますが，ごく微量，安定同位体比分析の一般的な手法としています ．従来の文書などによる“質量 2 の水素” や “質量1₈の酸素”

して「質量分析法」が知られています

食品の流通管理体制に科学的検査を加から構成されるわずかに分子量が大きが，レーザガスセンシング装置は小型えることは，偽装抑止に大変有効です．

い「重い水分子」が存在します．この（デスクトップPC大）で，取り扱いが食品に含まれる水素（H），酸素（O）や「重い水分子」の含まれる比率は，赤容易なため，測定時間を大幅に短縮す

炭素（C）などの質量数の異なる「安定道付近の地域では大きく，高い緯度のることが可能となります．商社や小売同位体」の含有量を分析すると，その地域では小さくなる傾向がみられま

業者が利用する流通管理システムに食品の産地などの由来を知ることがです．植物や動物を構成する水素や酸素

レーザガスセンシング装置を用いた検き，科学的な産地の推定などに役立ちの安定同位体比は，育った土地の水の査プロセスを組み込み，科学データにます．

影響を受けるので，食品に含まれる安基づいた産地推定を行うことで，よりレーザガスセンシング技術は，食品定同位体比を調べることは産地の推定

信頼性の高い表示偽装対策が期待できに含まれる水素，酸素，炭素を，食品に役立ちます（図 ₆（a））．また，炭素ます（図 ₇ ）
．

（₄）

30

NTT技術ジャーナル 2016.3

特 集‑10チリ‑20

炭素同位体比水素同位体比‑20‑30‑40‑50‑60‑70カリフォルニア‑7 ‑6‑5‑4‑3‑2‑101234‑22‑24‑26‑2856

7 δ18O（‰）

酸素同位体比普通酒

δ13C（‰）

日本本醸
造酒

0吟醸
酒

10純米吟醸酒
純米酒δD（‰）

アルコー
ル・糖類
添加なし

アルコー
ル・糖 類
添加あり

アルコール添加あり‑30（a） レモンの産地と同位体比

図₆（b） 日本酒の原料分析

安定同位体比による産地および原料分析用，” NTT技 術 ジ ャ ー ナ ル，Vol.2₆，No.2，pp.2₇­30，201₄．

問合せ
照合
流通管理システム（商社）

産地判別エンジン（NTT）

流通管理システム（小売り）

00000 00000

検査

00000 00000

検査

消費者

偽装

小売り
商社

偽装発覚

生産者

（上段後列左から）宗 研一郎/ 大橋 二大/

図₇

サービス例（商社，小売り業の場合）（上段前列左から）植松尚/ 吉田 明弘/

望月 伸晃（下段左から）今後の展開
本稿で紹介した技術以外にもNTT
R＆Dでは，農業分野への適用が見込まれる技術がいくつかあります．今後もこれらの技術を活かした農業分野でのビジネス化を加速させるために，さまざまなパートナーの皆様との積極的なコ ･ イノベーションによるビジネス化を実践していきます．

■参考文献（1） 大 庭 ･ 小 林 ･ 植 松 ･ 浅 見 ･ 丹 羽 ･ 鎌 土 ･ 川
瀬 ･ 堀：“ビジネスシーンにおけるサポートを 実 現 す る メ デ ィ ア 処 理 技 術,” NTT技 術
ジャーナル, Vol.2₇, No.2, pp.2₆­30, 201₅.
（2） h t t p : / / w w w . u p r ­ n e t . c o . j p / p d f /news_201₄090₈_02.pdf（3） 望 月 ･ 清 水 ･ 鈴 木 ･ 水 野 ･ 山 岸 ･ 原 田 ･ 吉
野：“IoT/M2M向けの高収容プロトコル技術の確立とパレット管理システムへの適用，”NTT技術ジャーナル，Vol.2₇，No.₅，pp.₄₈­
₅1，201₅．
（4） http://www.maff.go.jp/j/shokusan/gi_act/index.html（5） 吉村 ･ 神徳 ･ 藤井 ･ 阪本 ･ 界：“高感度レーザガスセンシング技術と同位体比分析応吉村 了行/ 保井 孝子/界義久

農業分野はNTTとして新規に開拓するビジネス領域になりますが，これまで培ったICT分野でのR＆D技術をさまざまなパート
ナーの皆様とのコ ･ イノベーションを実践することで農業分野での新たな価値創造に取り組んでいきます．

◆問い合わせ先

NTTサービスエボリューション研究所
コ ･ イノベーション推進プロジェクト
E-mail eip-agri lab.ntt.co.jp

NTT技術ジャーナル 2016.331