琉球大学学術リポジトリ
ジュース成分の迅速分析によるサトウキビの生産管理･支援システムの開発
メタデータ

言語: Japanese
出版者: 上野正実
公開日: 2009-09-01
キーワード (Ja): 近赤外分光分析装置, サトウキビ,ジュース成分, 地理情報システム, 迅速計測, モデル,生産支援, 生産管理, 品質データ, 遺伝的アルゴリズム,ジュース成分, プレシジョンファーミング,多成分同時計測
キーワード (En): GIS, production management, model,
Geographic Information System, sugar cane, quality
data, Near Infrared Reflectance, components of canejuice, production support
作成者: 上野, 正実, 川満, 芳信, Ueno, Masami,Kawamitsu, Yoshinobu
メールアドレス:
所属:URLhttp://hdl.handle.net/20.500.12000/12248

ジュース成分の迅速分析 によるサ トウキビの生産管理 ･支援システムの開発(課 題番号 :10556056)

平成 10‑ 12年度科学研究費補 助金 (基盤 研究 (B)(2))

研究成果報告書

平成 13年 3月

研究代表者

上野 正実 (琉球 大学 ･農 学部 .
教授 )

研究分担者

川満 芳信 (琉球 大学 ･農学部 ･助手)

目次

1.

研究 目的

(1)

2.

計画および方法

(2)

3.

結果

(3)

4.

具体 的 内容

(7)

5.

データ集

(173)

研究課題 :

ジュース成分の迅速分析 によるサ トウキ ビの生産管理 ･支援 システムの開発

研究種 目名 :B)(2)
基盤研究 (

課題番号 :

10556056

研究期間 :

平成 10年度〜平成 12年度

研究代表者 :

上野正実

機関 ･部局 ･職 : 琉球大学 ･農学部 ･教授
研究組織 :

2名

代表者

上野正実 (琉球大学 ･農学部 ･教授)

分担者川満芳信 (琉球大学 ･農学部 ･助手)

平成 10年度

9, 500,000

平成 11年度

1,400,000

平成 12年度

1,200,000

計

12, 100,000

合円 円 円 円

研究経費 :キー ワー ド
サ トウキ ビ,ジュース成分,迅速計測,多成分同時計測,近赤外分光分析装置,

GIS,プ レシジ ョンフ ァー ミング,遺伝的アルゴ リズム

1.研究 目的
沖純農業の基幹作物であるサ トウキ ビは,最近の急激な減産 によって存続す ら危供 されてお り,増産および品質の向上 に加えて機械化 ･省力化の推進が重要な課題 とな っている｡ これ らを可能にするのは機械化 と情報化 を中心 とした新 しい生産 システムであるが,機械化 はともか く情報化の実現 には大きな困難 を伴 うのが実状である｡サ トウキ ビのよ うな土地利用型作物 にお いてはその傾向が強い｡
しか し,平成 6年度 よ り原料 の買い入れ精度が晶質取 引に変わ り,すべてのサ トウキ ビ圃場から品質データ (糖度)が組織的 に測定 されるようにな り,得 られた情報 を活か した精密な生産管理の可能性がでてきた｡特 に,品質評価時 に,糖度以外の含有成分 を同時計測できば,栽培管理法の改善な どに有効な情報を提供す るシステムを安価 に構築できる｡
品質),ジュース成分,土壌成分および後述 のよ うに申請者 らの過去 3年間の研究で,糖度 (葉片成分 との間には相関がある ことが明 らかになったので,ジュース成分 によって圃場状態の把握が可能である｡ しか しなが ら,成分分析 に使用 した ICPプラズマ発光分析装置 は,現場での計測 には不向きであるので簡易な計測装置が必要である｡

N, P,Kな ど) を近赤外分光分析装置
本研究では,品質評価用サ ンプル ･ジュースの成分 (で迅速 に測定する法を確立 し,それ に基づ く生産管理 ･支援 システム とその利用法の開発 を目的‑ 1‑

とし,次の項 目を検討す る｡(1)近赤外分光分析装置 によるジュース成分の計測 システムの開発(2) このシステムによる土壌分析および葉片成分分析(3)分析結果の相互関係の確認(4)品質デー タと計測結果か らなるデータベースの構築(5)生産管理 ･支援 システムの構築 とその利用法に関す る検討(6)圃場状態 を地図上に表示する地理情報 システム (G IS)の開発･取 引精度 の中で得 られ るサ ンプル を利用 して成分分析 を行 うので,出所が はっき りした大量のデ‑夕が 自動的に収集できる｡･近赤外分光分析装置 を利用 した迅速かつ簡 易な複数成分計測法 を確立できれ ば,品質および収量への影響因子 を明確 にできる｡･これ らのデータをデー タベース化する ことによって機械利用計画,作業計画,作付計画,土地利用計画な どに利用できる｡･開場状態の空間的 (地図),時間的把握が可能であ り,生産管理 に利用できる｡

2.計画および方法(平成 10年度)(1)近赤外分光分析装置 によるジュース成分 の計測 システムの開発
近赤外分光分析装置 (本研究で購入予定) を用 い,4‑6種類のジュース成分 を同時 に計測するシステムを開発する (計測 システムの適否が本研究の成否 を決定する)｡(2)ジュース成分の分析
品質デー
製糖期 (1‑ 3月) に大東糖業株式会社の品質分析室 に本 システムを設置 し,糖度 (タ) と並行 して計測す る｡ジュース成分 と品質データをオ ンライ ンで結合す るシステムを開発する｡(3)品質データ と計測結果か らなるデータベースの構築(4)生産管理 ･支援 システムの構築
システムの基本設計および G ISをベース とした仮想 システムの開発 を行 うoG IS構築のた
め に南大東村の地図情報の入 力を行 う｡(5) システムの利用法 に関す る検討(
平成 11･12年度)(1) この システムによる土壌分析および葉片成分分析(2) ジュース成分の分析(3) これ らの分析結果の相互関係の確認
調査 によって得た各種データを分析 し,品質 に対す る因子 とその効果 を明確 にす る｡‑ 2‑

(4)晶質データと計測結果か らなるデータベースの構築(5)GISによる生産管理 ･支援 システムの構築 とその利用法 に関す る検討(6) とりまとめ(研究 の流れ と役割分担)
本研究で開発す る/j三
産管理 ･支援 システムを実用化す る最初の関門は,ジュース成分の近赤外分光分析装置 による複数成分の同時計測である｡単一成分の計測 に関 しては様 々な分野で使用 されてお り, この点 に関 しては特 に問題 はないもの と思われ る｡現在,サ トウキ ビの晶質 (糖度 )も近赤外分光分析装置で評価 されて いる｡ジュース中の他 の成分 も同一の装置で分析できれ ば最も望 ま しいが,取 引用の計量器であるため,専用機器 とな って いる｡本研究で他の成分 を計測する検量線が確定できれ ば,将来,糖度 と他の成分 とを同時計測す る可能性 もでて くる｡
最大の課題は圃場 コー ドの確定な らび に圃場の地図への表示である｡すなわ ち,圃場 コー ドとサ ンプル コー ドを一致 させ,地図上の座標デ‑夕 とを対応づける必要が ある｡ これ はかな り困難な作業であるが,南大東村,製糖工場,農協の全面的な協力を得 る ことができるので,時間 をかけれ ば可能である｡
本 システムが実用化で きれば,沖縄県全域および鹿児島県のサ トウキ ビ栽培地域へ導入す る ことによ り,大規模地域営農情報 システムへ と展開可能である｡

3.結果(
平成 10年度)(1) 近赤外分光分析装置 によるジュース成分の計測 システムの開発

0種類以上のジュース成分 を同時 に計測 した.
本研究で購入 した近赤外分光分析装置 を用 い,1,Pな どい くつかの元素成分が一応の精度で測
サ ンプル数が少ないにも係わ らず,糖度以外 に K定できることを明 らか に した.
(2) 品質データのデータベースの構築

南大東村における 4年間の品質データを用 いたデ‑ タベースを作成 し, この地域 における生産構造 を解析 した.
(3) 生産管理 ･支援 システムの構築

システムの基本設計および GI
Sをベース とした仮想 システム を検討 し,GIS構築のために南大東村の地形図および圃場図を作成 した.さらに,定点 100圃場 を中心 に品質データのマ ッピングを行 った.
(4) システムの利用法 に関す る検討

データベースを利用 して栽培支援 を行 う方法を検討 した.
本年度 は NI
Rの利用法の検討が中心 とな り,その可能性が高 いことを示す ことができたが,檎

0サ ンプル と少な く,品種,栽培方法 ･地域特性 を考えると,量線 の作成 に用いたサ ンプル数は 5‑ 3‑

その精度 には大 きな制限がある.今後,庶汁の NI
R推定精度 とその範囲を向上 させるため,検量線作成 に用 いるサ ンプル数 を増や し.精度な らびに信頼性 の向上を図る予定である.

(平成 11年度)(I) NIR によって測定可能 と判断 され る庶汁 中の各成分 は sucrose,Mg,Ca,K,S な どであった.前年 にお いて もほぼ同様な結果 を得てお り測定可能性が確認できた.

(2) 土壌成分 につ いて も NI
R によって測定可能 と判断 される成分は,TC,TN,p
H,P,K,含水率であった.
庶汁 中の成分 につ いての関係が明 らかになれ ば,効率的な土壌成分の改良によ って甘庶糖度の向上が期待できる.

(3) NI
R による迅速 な情報収集の結果 を分析 し,各肥料成分 の過不足 を判定 し合理的な施肥管Rによって行 うことができると理技術 を確立すれ ば,土壌成分の測定 とサ トウキ ビ栄養診断を NI判断 した.
(4) 比較的少数 の品質データ,庶汁成分デー タ,土壌成分デー タであって も,点表示 あるいはサ‑ フェス表示 によって分布 の特徴が視覚的 に把握できた.特 に,地域的な特徴が明瞭 に解析できるよ うにな った.さ らに,すべての圃場の単位収量,糖度な どをマ ッピングすることによってよ り精密な評価が可能 になった.
(5) 南大東島で特徴 的な傾向 を示す農家 を抽出 しマ ッピングを行 い, 9 年 間の生産実績 を評価するとともに問題点 を明確 にできることを示 した.

(平成 12年度)

N, P, Kな ど)を近赤外
本研究では,サ トウキ ビの品質評価用サ ンプル ･ジュースの成分 (分光分析装置で迅速 に測定す る方法を確立 し,それ に基づ く生産管理 ･支援 システム とその利用法の開発 を 目的 と し,(1)近赤 外分光 分析装 置 によ るジュー ス成分 の計測 システムの開発 ,(2) この システムによる土壌分析および葉片成分分析 ,(3)これ らの分析結果の相互関係の確認 , (4) 晶質デー タと計測結果か らなるデー タベースの構築 , (5) 生産管理 ･支援 システムの構築 とその利用法 に関す る検討 , (6) 圃場状態 を地 図上 に表示す る地理情報 システム (G IS)の開発 を行 った｡今年度の主な結果 は次の通 りである｡(1)近赤外分光分析装置 による計測 システムを利用 した ジュース成分,土壌成分の分析
近赤外分光分析装置 を用 いて開発 した十数種類のジュース成分 を同時 に計測するシステムを用いて,南大東村,北大東村な どで採取 した ジュース成分の分析 を行 った｡カ リウム (K)な どのミネ ラル分の測定 もで きることを示 したが,なぜ これ らが測定できるのか につ いて解明を試みた｡(2)分析結果の相互関係の確認
各種データの分析 によ り品質 に対す る因子 とその効果 を明確 に し,庶汁成分 による圃場診断法 を検討 した｡(3)データベースの解析手法の確立 とその利用
デー タベースを解析 し,収量 ･糖度モデル を作成 し,その利用法 を検討 した｡‑ 4‑

(4)G ISによ る生産管理 ･支援 システムの構築 とその利用法 に関す る検 討
南大東村,北大東村の圃場地 図 を作成 し,デー タベース と リンクさせて,単位 収量,糖度 ,作型な どのマ ッピングを行 った｡(論文)

1) 上野正実 ･孫麗亜 ･川満芳信 ･大川欣之 ･大嶺政明 :品質情報 を核 に したサ トウキ ビ生産 における精密圃場管理,農業機械学会 シンポ ジウム ｢日本型 プ レシジ ョンフ ァー ミングを考 える｣,1998,

31‑442)玉城雄一 ･川満芳信 :窒素処理がサ トウキ ビの葉および茎 のイオ ン含有 量 に及 ぼす影響 ,沖3巻 ,1998,9‑14縄農業 ,33)玉城雄一 ･川溝芳信 :窒素処理がサ トウキ ビの茎の糖蓄積 に及 ぼす影響,沖縄農業 ,33巻,
1998 pp.15‑214)孫麗亜 ･上野正実 ･秋永孝義 ･永 田雅輝 ･川満芳信 :サ トウキ ビの生産支援情報 システム構

0巻第 5号 ,27‑35,1998.9
築 に関す る研究,農業機械学会誌,第 65)孫鹿 亜 ･ヒ野正実 ･秋永孝義 ･永田雅輝 :作型特性 を考慮 したサ トウキ ビ収穫 法の改善 (第1報)‑収量および糖度特性 の解析 とそのモデル化‑,農業機械学会誌,第 60巻第 6号 ,27‑34,1998.ll6)孫巌亜 ･上野正実 ･大嶺政朗 ･川満芳信 ･渡嘉敷義浩 :サ トウキ ビの精 密圃場管理 にお ける

品質情報の利用,沖縄農業,第 3
3巻第 2号 ,9‑19, 1999.67)孫麗亜 ･上野正実 ･大嶺政朗 :作 型特性 を考慮 したサ トウキ ビの収穫法の改善 (第 2報) ‑49‑157,1999.ll
遺伝的アル ゴ リズム (GA)による最適化法 ‑,農業機械 学会誌,第 61巻第 6号 ,18)孫腰亜 ･上野正実 ･大嶺政朗 :作型特性 を考慮 したサ トウキ ビの収穫法の改善 (第 3報)

一

収穫順序および収穫 開始時期 の最適化例 ‑,農業機械 学会誌,第 62巻第 1号 ,73‑82,2000.19)上野正実 ･孫巌 亜 ･川満芳信 ･大川欣之 ･渡嘉敷義浩 ･浅沼康消 ･荻堂盛仁 :品質情報 と地G IS) を用 いた高度生産支援 システム に関す る基礎研究,沖縄甘庶糖年報 ,理情報 システム (5,2000.6
第 31号,4ト710) 上野正実 ･川満芳信 ･川畑裕二 ･平良英三 :N IR (近赤 外分光分析装置) による庶汁 の4巻第 2号 ,25‑31,2000.6
成分分析の可能性 ,沖縄農業,第 31i)Masa
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