農業分野の課題解決（自動トラクター等の農機の遠隔監視制御による自動運転等の実現）に向けた
ローカル5G等の技術的条件及び利活用に関する調査検討の請負
報告書
概要版
令和３年３月２５日
東日本電信電話株式会社（岩見沢市スマート・アグリシティ実証コンソーシアム）

実証概要

1

実証体制
総務省・農林水産省
岩見沢市スマート・アグリシティ
実証コンソーシアム

進行管理役(農林水産省実証)

代表機関
東日本電信電話株式会社
・代表業務
・契約/費用管理業務

日本電信電話株式会社

進捗報告

・実証課題の進行管理
及びデータ収集・提出

指示、総務省への実証報告

経営分析のデータ収集等、報告書作成に関する依頼

報告

実証評価WG
北海道大学、岩見沢市、株式会社スマートリンク北海道
・効果計測管理・経営分析

L５G/C5G WG◇㈱NTTドコモ
・岩見沢市
・東日本電信電話㈱(L5G実験試験局免許人)
パナソニックシステムソリュー
ションズジャパン㈱自動走行WG

ビッグデータ収集等WG

排水路監視WG

健康管理WG◇北海道大学・岩見沢市
・㈱NTTドコモ
・㈱クボタ
・㈱スマートリンク北海道
・㈱只野農園・㈲谷本農場・㈲西谷内農場・東日本電信電話㈱・㈱日立ソリューションズ◇㈱スマートリンク北海道
・岩見沢市
・東日本電信電話㈱・北海道大学◇㈱クボタ
・岩見沢市
・東日本電信電話㈱◇北海道大学・岩見沢市
・㈱はまなすインフォメーション
・東日本電信電話㈱WGメンバーは◇が主幹事、他メンバーは五十音順

2

実証地域

北海道岩見沢市北村赤川

・ 北海道中部に位置し、石狩川左岸から夕張山地にかけて東西に広がる。
・ JR・自動車道が放射状に交差・接続しており、道央地区における交通の要衝として位置づけられている。
・ 国が定める特別豪雪地帯であり、1シーズンで累計8メートル近い降雪量がある。
・ 行政面積の約41.2%が農地、耕地面積19,800haの広大で肥沃な土地と石狩川水系の豊富な水を活かし、作付面積、収穫量共に道内1位の水稲を中心に、畑作、野菜、果樹、花きなど幅広く農畜産物を生産。

3

地域課題と解決方法

地域課題

課題解決の方向性

課題解決システム

農業従事者の担い手不足による生産量の低下

少ない稼働で生産規模の維持・拡大を可能とする高効率的な営農作業の実現

自動走行トラクターの遠隔監
視制御

農家数減少に伴う農地集約化による稼働の逼迫

農作業スケジュールの最適化、農機の共同利用・作業委託による営農稼働・コスト削減

ビッグデータ収集

降雪量増加・温暖化等による農業基盤の水害リスク上昇

水路異常の早期発見、水位増加予測による水害リスクの低減

排水路監視システム

高齢化・単独世帯化に伴う健康リスク上昇

健康状態の本人・遠隔者通知による熱中症等の重症化リスク低減

ウェアラブル機器による健康管理システム4

実証全体像
農業従事者の担い手不足による生産量の低下

農家数減少に伴う農地集約化による稼働の逼迫

高齢化・単独世帯化に伴う健康リスク上昇

降雪量増加・温暖化等による農業基盤の水害リスク上昇

5

実証拠点位置実証エリア凡例
・自動走行トラクターの遠隔監視制御
・ビッグデータ収集
・ウェアラブル機器による健康管理シ
ステム

・排水路監視システム

基地局等凡例
ローカル5G基地局
キャリア5G基地局
地域BWA基地局
LPWA（11ah、LoRa）基地局

排水路監視システム拠点

国土地理院（URL：https://www.gsi.go.jp）のデータを使用して作成

6

ネットワーク構成概要
ローカル5Gカバレッジエリアシミュレーション

ローカル5Gネットワーク構成概要

国土地理院（URL：https://www.gsi.go.jp）のデータを使用して作成

ローカル5Gシステム概要
使用周波数4.8-4.9GHz(100MHz幅）

屋内外環境

屋外環境

遮蔽物の概要（静止・移動、素材等）

農機（測定時は静止、金属）
家屋（静止、木造）防風林（静止）反射物の概要（静止・移動、素材等）

なし

端末の台数、静止・移動環境

屋外用端末：10台（測定時は静止）

基地局の台数2局

同期・非同期運用

同期運用、準同期運用（UL:DL比率 5：5)

DU比

0db地点及び10db地点で測定

構成

スタンドアローン構成

7

課題解決システムの実証

8

実証目標

（1）農業領域（自動走行トラクター遠隔監視制御）
自動走行トラクター等の圃場内複数台協調作業、異なる圃場内の複数台協調作業、圃場間移動の遠隔監視下での安全な運用の実現（2）農業領域（ビッグデータ収集）
営農稼働やコスト削減に向けた、農作業データ、気象・土壌等のデータを収集するシステムの構築、収集したデータを利用した、作物の生育ステージの推定、必要な作業実施期間の推定、最も効率的な作業集約日程の推定についての試算（3）生活領域（排水路監視）
水害リスク低減に向けた、複数の無線通信を使用した排水路監視システムの構築による、水位センシング、自動アラート、遠隔監視の実現、運用面の評価、水位異常発見時の情報伝達時間測定による災害リスク低減評価（4）生活領域（健康管理等）
高齢者の熱中症等発生・重症化リスク低減に向けた、ウェアラブル機器による生体情報の把握、家族等への遠隔通知の実現と、サービスの連続運用性、健康リスク低減評価

9課題解決システム１ 自動走行トラクター遠隔監視制御
圃場内複数台協調作業、異なる圃場内の複数台協調作業、圃場間移動

複数台走行試験

公道走行試験

遠隔監視からの安全な運用

緊急停止試験

遠隔監視センター

遠隔制御ソフトウェア

全体検証

効果検証

機能検証

運用検証

全体• ローカル5G等の複数の無線ネットワー
クを用いた遠隔監視制御システムの動作に問題ないことを実運用にて確認• 遠隔監視制御による複数圃場でのス
マート農機の自動走行、（公道走行を含む）を実運用にて確認

作業改善効果• 作業実績に基づく有人・無人比率から作業時間70%減の現実性が高いことを確認

撮影機能• 夜間走行時のカメラナイトモードの有効性を確認

同時複数台の遠隔監視制御• 遠隔監視・制御同時4台の実現性に問題ないことを実運用にて確認

遠隔制御による安全性・有効性確認• 事故、異常走行、異常停止がないことを確認• 遠隔からの非常停止動作の有効性を制動距離測定により確認

伝送遅延時間• システム全体遅延160～200msから、遠隔制御における通信遅延時間の目標値400ms以下を達成

自動走行トラクターの運用• 異常走行、異常停止がないことから、実運用上の問題がないことを確認

10

課題解決システム２ ビッグデータ収集

クラウドストレージへのデータ格納
最適スケジュールの試算

土壌水分等のデータ収集

全体検証

効果検証

機能検証

運用検証

全体
• トラクターカメラ映像、トラクター走行履
歴データ、土壌水分データ、気象データ、農作業履歴データを収集、保存するシステム構築し、動作に問題ないことを確認• 気象データ、農作業履歴データを用いた農作業の最適スケジュール作成を実施、実現性を確認

スケジュール最適化• 気象データ、農作業履歴データから、農作業の最適スケジュールを作成するロジックを作成、試算により実現性を有することを確認

土壌環境データ取得、伝送• 土壌水分センサーを使用したデータ取得、複数の無線ネットワークを使用したデータ伝送に問題ないことを確認

運用面での課題• 各種データの収集自動化方式の策定• 最適スケジュール作成自動化に向けたデータベース構築• データの収集周期、保管条件、命名規則等の策定

データ収集• クラウドストレージへのデータ格納を運用にて問題ないことを確認

11課題解決システム３ 排水路監視システム
水位計

排水機場カメラ

水位監視/カメラサーバー

水位情報・水路監視画像の蓄積
閾値によるアラート発報

排水機場監視画面

アラートメール受信による異常検知の迅速化等の効果確認

複数の無線システムによるデータ伝送

⽔位計1
⽔位上限警報水位トレンドグラフ画面

水位情報・水路監視画像の取得

全体評価

効果検証

機能検証

運用検証

全体・水位センサー・監視カメラを複数の無線システム（ローカル5G/キャリア5G/BWA/LPWA）で接続した排水路監視システムを構築、運用に問題ないことを確認
・水位データ、監視画像、アラート機能による遠隔からの水路管理が有効であることを確認

初動対応の迅速化
・疑似的な水位アラート発生によるメール通知・確認作業に係る時間を計測し有効性を確認

水路監視機能・水位監視機能、水位アラート通知機能、カメラ画像監視機能について、実運用による確認を実施、 機能の正常性、性能に問題無い事を確認

運用面での課題
・降雪・荒天長期化時を想定した電源確保、
カメラ着雪対処・定期的なアラート閾値の見直しと防災訓練・水位トレンドによる増水予測ノウハウの蓄積

遠隔からの広域水位状況把握
・複数の水位トレンドの可視化による状況確認・推測の有効性を実運用にて確認

12

課題解決システム４ 健康管理
実証イメージ

画面イメージ

心拍数
体調変化
通知

ストレス

暑熱リスク

体調変化

眠気リスク

転倒リスク

現状表示
アイコン
・体調・ストレス
・暑熱リスク
・眠気

全体評価

効果検証

機能検証

全体• 複数ネットワーク（ローカル5G/キャリア5G/BWA/ＬＴＥ）を使用した健康管理シ
ステムを運用し、適正動作、見守りへの有効性を確認

緊急対応・予防効果• 複数名での運用、アンケート実施により、単独作業時の緊急対応・予防への有効性が期待できることを確認

データ送受信・通知• 複数ネットワーク（キャリア5G/ローカル
5G/地域BWA/LTE）で構成された環境下で実運用することにより、データ送受信および通知の正確性に問題がないことを確認

13

運用検証
運用面での課題• 高齢者の操作習得• 操作支援体制• 機器装着への抵抗感低減ローカル５Ｇの性能評価等の技術実証

14技術実証目標
以下3項目の検証結果を踏まえて技術基準等の見直しに資する新たな知見を得る（1）フィールドでのローカル5G性能測定及び遮蔽物による性能低下の測定
広大な農地でのローカル5G利用⇒実証フィールド（圃場）におけるSub6帯での性能を測定① 性能測定電波伝搬性能、伝送スループット、伝送遅延を測定【目標値】（農機自動運転を想定）－カバレッジエリア：半径500m－伝送スループット：上り50Mbps－伝送遅延：400msec（エンコーダー、デコーダー処理遅延含む）② 遮蔽物測定
3種類の遮蔽物による性能低下の影響を把握⇒技術的解決方法の検討及び横展開地域に向けた基地局の設置位置や運用時の注意点を検証（2）キャリア5Gとローカル5Gの干渉による性能低下の測定
同期・準同期運用時は省略可（ガイドライン第2版）とされている干渉調整について、キャリア5Gとローカル5Gの基地局隣接環境における干渉を測定、影響・条件等について検証（3）同一周波数帯を利用する同一システム内の基地局間の干渉による性能低下の測定
Sub6では、屋外利用は4.8-4.9GHzだけで、同一周波数での運用となるため、複数基地局のカバレッジ重複エリアにおける干渉を測定、影響や運用時の注意点について検証
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検証結果（1）フィールドでのローカル5G性能測定及び遮蔽物による性能低下の測定
・背景となる技術的課題：Sub6帯は2020年12月に制度化されたばかりのため、フィールドで目標性能を満たすかどうか検証が必要
・計測指標：RSRP、伝送スループット、伝送遅延値
・評価、検証方法：遮蔽物なしの状態を基準とし、どの程度性能低下がみられたか検証
・遮蔽物：トラクター、家屋、防風林
・検証結果：
トラクターによる遮蔽⇒ローカル5G端末をトラクター上部に設置することで影響低下が可能
家屋による遮蔽⇒トラクターを上部に設置してもスループットが半減
防風林による遮蔽⇒RSRPが25dB以上低下、端末の接続が不可能なレベルまで低下

およそ
半減およそ1/3

遮蔽物測定 上りスループット比較（移動局をトラクター上部に設置）

およそ
半減

遮蔽物測定 上りスループット比較（移動局をトラクター内部に設置）

16検証結果（2）
キャリア5Gとローカル5Gの干渉による性能低下の測定
・背景となる技術的課題：農機自動運転の社会実装時にはキャリア5Gも組み合わせて利用する可能性があるため、キャリア5Gとローカル5Gの端末を近接（1m）に設置しても性能低下が起きないか検証が必要
・計測指標：RSRP、下り伝送スループット（キャリア5G）、上りスループット（ローカル5G）、伝送遅延値・評価、検証方法：ローカル5GをTDDパターン１で同期運用しているときの性能を基準とし、TDDパターン２で準同期運用に変えた場合にどの程度性能低下がみられるか検証
・検証結果：キャリア5Gの下りスループット、ローカル5Gの上りスループットともにTDDパターン２の準同期運用に変えても大きな性能低下は見られなかった

TDDパターン

同期と準同期下りスループット比較（キャリア5G）

同期と準同期上りスループット比較（ローカル5G）

17検証結果（3）同一周波数帯を利用する同一システム内の基地局間の干渉による性能低下の測定
・背景となる技術的課題：Sub6では、屋外利用は4.8-4.9GHzだけで、同一周波数での運用となるため、複数基地局のカバレッジ重複エリアでは干渉が起きる可能性がある
・計測指標：RSRP、伝送スループット、伝送遅延値
・評価、検証方法：片方の基地局を停波した状態を基準とし、両方の基地局を送波した際のDU比のポイントごとに性能低下の影響を比較する。
・検証結果：DU比0dBのエリアでも、DU比10dBのエリアでも性能低下は見られなかった。

下りスループット DU比0dB程度地点

下りスループット DU比10dB程度地点

18考察及び更なる技術的課題（1）フィールドでのローカル5G性能測定及び遮蔽物による性能低下の測定
・カバレッジとしては目標の半径500m以上を達成し、広大な農地での利用に適していると考えられる。
・スループットについては目標の上り50Mbpsを達成できなかった。機器が開発品であり、フィールで受信レベルが変動したことが原因と考えられる。
・遅延値については、目標の400msec(機器の処理遅延含む）を達成し、200msec程度の遅延で映像伝送できており、十分な性能が確認された。
・遮蔽物による遮蔽はローカル5G端末をトラクター上部に取り付けることで性能低下を抑えられる場合もあるが、家屋など高さのある遮蔽物ではスループットが半減する。
・防風林はかなり電波を遮り、同距離のポイントと比較して25dB以上もRSRPが低下した。防風林を境界とし、別の基地局を設置するエリア設計を推奨する。
（2）キャリア5Gとローカル5Gの干渉による性能低下の測定
・準同期運用の場合、端末を近接（隔離距離1m）させてもスループット等性能低下は見られないことからガイドライン通り干渉調整は不要であることが確認できた。
（3）同一周波数帯を利用する同一システム内の基地局間の干渉による性能低下の測定
・DU比０dBのポイントでもDU比10dBのポイントでも性能低下は見られなかったが、端末を移動させて利用する場合はハンドオーバー機能を実装した機器を選定したほうがより安定した運用が可能と考える。
（４）更なる技術的課題
・遮蔽物による性能低下に対しては基地局アンテナ高を上げることで改善が図れる見込みがあり、実際の走行ルートで発生する遮蔽物との距離を踏まえて検証する必要がある。
・本実証では準同期でも上りスループットが平均値17.2Mbps、最大値42.2Mbpsという結果となった。ユースケースとしてより多くのトラクターを走行させる場合、上りのスループットはさらに必要になるため、準同期以上にULのスロットを増やす非同期での検証も必要だと考える。
・DU比が0dB程度のエリアに端末を固定して設置する場合には「空中線利得は20dBi以下であること。ただし、等価等方輻射電力が43dBm以下である場合は、この限りではない。」という規定に則り、さらに指向性のある端末を選定するとDU比を安定させることが可能と考えられる。指向性のある端末を選定することでどの程度安定するのか、本実証結果と比較し検証する必要があると考える。
（５）制度上の課題
・本実証のユースケースは複数圃場での作業や公道での走行を行うことから、ローカル5Gガイドラインの規定では「他者の建物または土地等での利用（他社土地利用）」に分類されるため、固定通信（原則として、無線局を移動させずに利用する形態。）の利用に限定されてしまうため、制度として他社土地での移動通信の利用可能条件を設けてほしい。

19実装・横展開に関する検討

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持続可能な事業モデル等の構築・計画
スマート農機、通信環境、遠隔監視等必要な機材を含めた委託サービス体制を構築し、生産者等が委託料を支払ってサービスを利用するモデルにより、生産者の収入増、事業の持続性を図る【課題解決】 農業生産者 ： 働き手が不足、生産者の高齢化、耕作面積が広い
スマート農業 ： スマート農機が高い、通信環境が不足、ITスキルが必要
事業モデル

実装スケジュール

農業領域

生活領域等
排水路監視

実装上の課題通信環境等の活用による費用分担
健康管理

除雪作業

・レベル３における安全性確保ガイドラインの策定
・道路交通法、ローカル５G（私有地）など法整備・通信環境整備費用（光ファイバ、５G等）の負担
・リスク評価及び対応策の検討確ドライン策定

草刈作業・体温・心拍数などの計測

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横展開に資する普及モデルに関する検討（1）想定されるターゲット①農業領域
耕作放棄地や農業生産者減少による過疎化に直面している地域、若手生産者が多く耕作面積が年々拡大している地域、且つスマート農業導入の意識が高く、補助金の活用や街全体のスマート化（スマートシティ構想）を検討している自治体や、JA等の農業団体が存在する地域をターゲットとする。
②生活領域
排水路監視は防災、減災の観点から全自治体をターゲットとする。健康ウェアラブルは高齢者が多い農業生産者や林業生産者の多い自治体やＪＡ等農業協同組合、森林組合などをターゲットとする。

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横展開に資する普及モデルに関する検討（２）体制・事業スキーム等【体制・事業スキーム】

【役割】
事業主体
・農業生産者、農業法人へ農作業委託サービスの提供
・スマート農機、遠隔監視センターの運用

農業領域

ＳＩｅｒ
・事業主体へ監視センター、遠隔監視制御等システム提供
・自治体へ地域通信環境提案、構築
・ビッグデータ収集、分析による最適作業スケジュール構築・生活領域等他分野への通信環境の活用検討
自治体
・地域通信環境計画の検討、活用
・スマート農業普及の促進
リース会社
・ＳＩｅｒのシステムを購入し、事業主体へリース
農機メーカー（複数のメーカーを想定）
・安全性確保ガイドラインに則したスマート農機の開発

生活領域等
排水路監視

クラウド、ＡＩ会社
・ＳＩｅｒと協業しながらビッグデータの収集、分析検討

通信環境等の活用による費用分担（ＳＩｅｒ⇒自治体）
健康管理

除雪作業

草刈作業

横展開の課題・体温・心拍数

・通信環境整備費用（光ファイバ、５G等）の負担
・農地の区画整理状況
・事業主体の安定した経営の持続化
・事業主体の人材確保、スキル等ドライン策定
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横展開に資する普及モデルに関する検討（３）生活領域にける普及モデルに必要な要素①スマート農機②ローカル5G通信環境

安全性確保ガイドラインに基づいて販売されているスマート農機（トラクタ、コンバイン）に、遠隔制御に必要な機能を追加

技術基準適合証明を受けたローカル5G無線システム（5G
コア装置、基地局、移動局）【移動局機器】
ローカル5G無線設備のシステムとして技術基準適合証明を受けた製品が必要【スマート農機標準機能】
・測位衛星＋測位補強信号により無人で走行できる機能
・周囲センサーによる自動停止機能【基地局間ネットワーク】
5Gコア装置と基地局間は光ケーブルで接続する必要があり、自治体等で整備された自営光設備を活用するか新たに整備が必要【追加機能】
・4Ｋ映像撮影・送信機能
・ローカル5G通信機能
・駆動系の遠隔制御機能③遠隔監視制御（センター）④最適作業スケジュール【必要機器等】・監視センタースペース
・モニター
・映像受信機器・ネットワーク機器
・遠隔制御用ソフトウェア【必要なデータ】
・地区を細分した気象観測データ
・スマート農機の稼働情報
・乾燥機等の農業関連機器の稼働情報
・農作業日報、標準作業スケジュール等の作業日程
・作物毎の積算気温等の育成情報【遠隔制御ソフトの機能】
・スマート農機の位置情報に基づいた稼働マップ作製
・スマート農機への開始・停止・再スタート信号送信による遠隔制御機能【機能】
・作物の生育ステージの推定
・必要な作業実施期間の推定
・最も効率的な作業集約日程の推定

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実装・横展開に関する検討
共同利用型プラットフォームに求められる機能
今回の実証を通じ「５Gソリューション提供センター（仮称）」についてプラットフォームのあるべき姿を検討し、センター機能として、以下の２つの機能から企画・設立検討していくことが望ましいと考えます。
①ローカル 5G 実証成果等を横展開するためのインデックス機能②エッジプラットフォーム連携機能
事業種別

垂直統合型

通信キャリア型

ソフトウェア提供型

事業者例

ビジネス領域

大手SIer等

各分野への従前からの知見・実績等を活かし、アプリケーションに加えハードウェア、インテグレーション、保守、運用等を囲い込み、1つのユーザからの収益最大化を目指す。
そのため、5Gソリューション提供センターへのアプリケーション提供には一定のハードルがあると想定される。

固定通信、携帯電話事業者等

アクセス回線や接続回線の販売に資するアプリケーションの提供を行いネットワーク収入による収益最大化を目指す。
そのため、5Gソリューション提供センター上のアプリケーション活用が自社のネットワーク販売に寄与するのであればサービス提供の意欲は高いと想定される。

アプリケーション提供事業者

ソフトウェア販売、ライセンス提供にて収益最大化を目指す。
そのため、5Gソリューション提供センターにアプリケーション提供することで販売機会の増が見込めるのであればサービス提供の意欲は高いと想定される。

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まとめ

26

まとめ
地域課題
就業人口減少や稼働負担増が深刻化する農業分野の持続性確保と地域整備・コミュニティ活性化

本実証のねらいSociety5.0社会の実現に向けた「スマート農業の社会実装」と「地域整備・コミュニティの高度化」の実現性評価および必要な通信インフラ基盤の検証
１ ローカル5Gを使用した課題解決システムを構築、有効性を確認① スマート農業の社会実装を加速させるための環境形成
・高効率化による生産性維持向上→ 自動走行トラクターの遠隔監視制御
・生産者の導入推進・持続性確保→ 作業スケジュールの最適化② ICT/IoT活用による定住基盤・産業基盤強化（安心・安全な生活環境）
・生活・農業基盤の水害リスク低減→ 排水路遠隔監視・住民の健康リスク低減→ 健康状態可視化・遠隔見守り

２ ローカル5Gを地域で使用する際の技術条件等の検証を実施、課題点等を確認
・ ローカル5GをTDDパターン２で運用し、キャリア5G端末とローカル5G端末を近接（1m隔離）させても干渉による性能低下は見られない。
・ 2基のローカル5G基地局のカバレッジ重複エリアでも干渉による性能低下は見られない。
事業モデルの持続性向上に向けて、作業スケジュールの最適化および農機のシェアリング・作業委託の検証を、農林水産省
スマート農業実証プロジェクト（ローカル5G）にて継続実施
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