特開 2024-112540 土壌水分量検出センサ及び土壌水分量測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024112540

(43)【公開日】2024-08-21

(54)【発明の名称】土壌水分量検出センサ及び土壌水分量測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 22/04 20060101AFI20240814BHJP

【ＦＩ】

G01N22/04 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023017649

(22)【出願日】2023-02-08

(71)【出願人】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】菊地 直人

(72)【発明者】

【氏名】松沢 晋一郎

(72)【発明者】

【氏名】水野 健太朗

(57)【要約】

【課題】測定したい深さの土壌中の水分量を高い精度で測定する。
【解決手段】土壌水分量検出センサ１０は、保護層２１、導体メッシュ層２２、電波が伝播する誘電体層２３、シールド層２４と、保護層２５とが積層されて構成されている。シールド層２４は、誘電体層２３の一方の面に設けられアルミ等の導電性材料により構成されている。また、導体メッシュ層２２は、誘電体層２３の他方の面に設けられ、送信アンテナ及び受信アンテナが装着される領域と、センシング領域のみが導電性材料によるメッシュ状となっていて、その他の領域がシールド層２４と同じシールド構造となっている。そして、保護層２１、２５は、それぞれ、シールド層２４及び導体メッシュ層２２を覆うように構成されている。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

土壌中の水分量を検出するための土壌水分量検出センサであって、
電波が伝播する誘電体層と、
前記誘電体層の一方の面に設けられ導電性材料により構成されたシールド層と、
前記誘電体層の他方の面に設けられ、送信アンテナ及び受信アンテナが装着される領域と土壌中に挿入された際に水分量を測定するためのセンシング領域が導電性材料によるメッシュ状となっていて、その他の領域が前記シールド層と同じシールド構造となっているメッシュ層と、
前記シールド層及び前記メッシュ層を覆うように構成された保護層と、
を備えた土壌水分量検出センサ。

【請求項2】

送信アンテナと、
受信アンテナと、
電波が伝播する誘電体層と、前記誘電体層の一方の面に設けられ導電性材料により構成されたシールド層と、前記誘電体層の他方の面に設けられ、送信アンテナ及び受信アンテナが装着される領域と土壌中に挿入された際に水分量を測定するための領域が導電性材料によるメッシュ状となっていて、その他の領域が前記シールド層と同じシールド構造となっているメッシュ層と、前記シールド層及び前記メッシュ層を覆うように構成された保護層とを備えた土壌水分量検出センサと、
前記受信アンテナにより受信された受信信号の状態に基づいて、前記メッシュ層のセンシング領域に近接している土壌中の水分量を判定する判定部と、
を備えた土壌水分量測定装置。

【請求項3】

前記判定部は、予め測定された受信信号強度と土壌の含水率との対応関係を用いて、受信信号における受信信号強度から、前記メッシュ層のセンシング領域に近接している土壌の含水率を土壌中の水分量として判定する請求項２記載の土壌水分量測定装置。

【請求項4】

前記判定部は、予め測定された土壌の含水率とチャネル状態情報とを学習データとして機械学習を行うことにより生成された学習モデルを用いて、受信信号におけるチャネル状態情報から、前記メッシュ層のセンシング領域に近接している土壌の含水率を土壌中の水分量として判定する請求項２記載の土壌水分量測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、土壌水分量検出センサ及び土壌水分量測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

農作物等の植物を栽培する圃場を管理する場合、植物を順調に生育させるためには、土壌中の水分量が適切となるように調節する必要がある。そして、圃場の土壌水分量を測定して正確な値を把握することができれば、適切なタイミングで給水を行うことができる。

【0003】

例えば、特許文献１には、計測対象部位に計測用送信アンテナと計測用受信アンテナとを設定して、計測用受信アンテナにて受信した計測電波の強度を計測して計測対象部位の湿度を検出する無線式土壌湿度計測装置が開示されている。しかし、この特許文献１では、計測対象部位を植木鉢とした場合のみしか示されていない。そして、この特許文献１に開示された技術では、土壌中において電波を伝播させているため、マルチパスによる影響を受けて測定精度が悪化する。特に、特許文献１に開示された技術において、計測対象部位を植木鉢ではなく実際の土壌とする場合には受信アンテナと送信アンテナをともに土壌中に埋める必要があり電波が周囲にも広がってしまい特定の場所の水分量を精度良く検出することができない。また、特許文献１に開示された技術では、受信アンテナと送信アンテナをともに土壌中に埋める必要があるため、金属腐食を発生させたりする等の課題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８－９６２８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の目的は、測定したい深さの土壌中の水分量を高い精度で測定することが可能な土壌水分量検出センサ及び土壌水分量測定装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明の第１態様の土壌水分量検出センサは、土壌中の水分量を検出するための土壌水分量検出センサであって、
電波が伝播する誘電体層と、
前記誘電体層の一方の面に設けられ導電性材料により構成されたシールド層と、
前記誘電体層の他方の面に設けられ、送信アンテナ及び受信アンテナが装着される領域と土壌中に挿入された際に水分量を測定するためのセンシング領域が導電性材料によるメッシュ状となっていて、その他の領域が前記シールド層と同じシールド構造となっているメッシュ層と、
前記シールド層及び前記メッシュ層を覆うように構成された保護層と、を備えている。

【0007】

また、本発明の第２態様の土壌水分量測定装置は、送信アンテナと、
受信アンテナと、
電波が伝播する誘電体層と、前記誘電体層の一方の面に設けられ導電性材料により構成されたシールド層と、前記誘電体層の他方の面に設けられ、送信アンテナ及び受信アンテナが装着される領域と土壌中に挿入された際に水分量を測定するためのセンシング領域が導電性材料によるメッシュ状となっていて、その他の領域が前記シールド層と同じシールド構造となっているメッシュ層と、前記シールド層及び前記メッシュ層を覆うように構成された保護層とを備えた土壌水分量検出センサと、
前記受信アンテナにより受信された受信信号の状態に基づいて、前記メッシュ層のメッシュ状の領域に近接している土壌中の水分量を判定する判定部と、を備えている。

【0008】

また、本発明の第３態様の土壌水分量測定装置は、前記判定部が、予め測定された受信信号強度と土壌の含水率との対応関係を用いて、受信信号における受信信号強度から、前記メッシュ層のセンシング領域に近接している土壌の含水率を土壌中の水分量として判定する。

【0009】

また、本発明の第４態様の土壌水分量測定装置は、前記判定部が、予め測定された土壌の含水率とチャネル状態情報とを学習データとして機械学習を行うことにより生成された学習モデルを用いて、受信信号におけるチャネル状態情報から、前記メッシュ層のセンシング領域に近接している土壌の含水率を土壌中の水分量として判定する。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、測定したい深さの土壌中の水分量を高い精度で測定することが可能な土壌水分量検出センサ及び土壌水分量測定装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】一般的な２次元通信シート１００の斜視図である。

【図2】図１に示した２次元通信シート１００の断面図である。

【図3】本発明の一実施形態の土壌水分量測定装置において用いる土壌水分量検出センサ１０の外観を示す図である。

【図4】図３に示した土壌水分量検出センサ１０の断面図である。

【図5】土壌水分量検出センサ１０の構造を説明するための図である。

【図6】土壌水分量検出センサ１０を用いた土壌水分量測定装置の構成を説明するための図である。

【図7】水分量判定装置５０の機能ブロック構成示す図である。

【図8】土壌の含水率とＲＳＳＩとの関係を表したデータ例を示す図である。

【図9】本発明の一実施形態における土壌水分量検出センサ１０の変形例である土壌水分量検出センサ１０Ａを示す図である。

【図10】本発明の一実施形態における土壌水分量検出センサ１０の変形例である土壌水分量検出センサ１０Ｂを示す図である。

【図11】機械学習を利用したＣＳＩデータに基づく土壌中の水分量測定の処理の流れを説明するためのフローチャートである。

【図12】水分量判定装置５０において取得したＣＳＩデータをクラウドサービス上のサーバ装置７４に送信して処理を行う場合のシステム構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

【0013】

本実施形態の土壌水分量測定装置は、２次元通信シートと呼ばれる面状の通信媒体を用いる２次元通信技術を利用している。そのため、本実施形態の土壌水分量測定装置について説明する前に、この２次元通信技術について説明する。

【0014】

図１に、一般的な２次元通信シート１００の斜視図を示し、図２に２次元通信シート１００の断面図を示す。

【0015】

２次元通信シート１００は、図２に示されるように、電磁波の入出力を行なう面を表とすると、表面から保護層１０１、メッシュ状の導体配線を形成している導体メッシュ層１０２、誘電体層１０３、シート全面が導体のシールド層１０４、及び、裏面の保護層１０５が順次積層された構造となっている。

【0016】

誘電体層１０３の材料としては、樹脂材料やゴム材料等が用いられ、誘電率および静電正接（tanδ)が低い材料ほど透過特性に優れているため材料として適している。導体メッシュ層１０２及びシールド層１０４に用いられる材料は、アルミや銅、銀といった配線材で用いられる材料が適している。このとき導体メッシュ層１０２の格子形状は、厚みやサイズを含めたシート特性、誘電体層１０３として使用する誘電体材料の特性等によって、最適な配線パターン（線幅、線ピッチ）が存在する。そのため、導体メッシュ層１０２の配線パターンは、最適な線幅、線ピッチに設計されている。

【0017】

次に、この２次元通信シート１００を用いた２次元通信の通信原理について説明する。

【0018】

２次元通信を行う場合、２次元通信シート１００の表面に送信アンテナ（パッチアンテナ）１１０を配置する。そして、２次元通信シート１００の表面に送信アンテナ１１０を配置すると、電磁結合によって誘電体層１０３の内部を電磁波が進行する。その過程において、２次元通信シート１００の表面には、電磁波がわずかに漏れ出る。漏れ出た電磁波はいわゆるエバネッセント波と呼ばれる電磁波の一種である。ここで、２次元通信シート１００の表面の任意の地点に、受信アンテナ１２０を近接させると、電磁結合により通信が確立する。このように行われる２次元通信には、２次元通信シート１００の表面から数ｃｍ離れると電磁波強度が急速に減衰することから、情報漏洩の問題が生じにくく、空間からの電波干渉を受けにくいといった特長がある。そのため、この２次元通信は、２次元通信シート１００上に配置された機器間の通信媒体として利用され、オフィスにおけるＰＣ（パーソナルコンピュータ）やスマートフォン等の機器間の通信に利用されている。

【0019】

ここで、２次元通信において使用される電磁波の周波数は例えば２．４ＧＨｚと高い周波数が使用されるため、２次元通信シート１００上に金属や、水等の誘電体材料が置かれると、２次元通信シート１００の表面において電磁波の吸収が発生し、２次元通信シート１００上に置かれた物質の誘電率や静電正接等の電気的特性に応じて、内部の誘電体層を通過する電磁波の伝搬特性が変化する。そして、土自体の比誘電率は小さいため、土壌中に含まれる水の量によって土壌全体の比誘電率が決定される。そこで、本実施形態の土壌水分量測定装置では、このような２次元通信の特性を利用して、土壌中の水分量を測定する。

【0020】

なお、本実施形態においては、土壌における含水率を土壌中の水分量として測定する場合について説明する。ここで、土壌における含水率とは、土壌に含まれる水分の質量の、土壌全体の質量に対する割合を意味する。なお、土壌における含水比を土壌中の水分量を示す値として用いることも可能である。

【0021】

次に、本実施形態の土壌水分量測定装置において用いる土壌水分量検出センサ１０の外観を図３に示す。また、図３に示した土壌水分量検出センサ１０の断面図を図４に示す。

【0022】

本実施形態の土壌水分量検出センサ１０は、土壌中の水分量を検出するための土壌水分量検出センサであって、図３に示されるように、コの字状又は凹字状に形成され、送信アンテナ又は受信アンテナが装着される領域１１、１２と、土壌中に挿入された際に水分量を測定するための領域であるセンシング領域１３とが設けられている。

【0023】

そして、本実施形態の土壌水分量検出センサ１０は、図４に示されるように、保護層２１、導体メッシュ層２２、電波が伝播する誘電体層２３、シールド層２４と、保護層２５とが積層されて構成されている。

【0024】

シールド層２４は、誘電体層２３の一方の面に設けられアルミ等の導電性材料により構成されている。また、導体メッシュ層２２は、誘電体層２３の他方の面に設けられ、送信アンテナ及び受信アンテナが装着される領域１１、１２と、センシング領域１３のみが導電性材料によるメッシュ状となっていて、その他の領域がシールド層２４と同じシールド構造となっている。

【0025】

そして、保護層２１、２５は、それぞれ、シールド層２４及び導体メッシュ層２２を覆うように構成されている。

【0026】

このように、本実施形態における土壌水分量検出センサ１０は、上述したようなオフィス用の２次元通信シート１００とは異なり、導体メッシュ層２２のメッシュ領域は、シート表面の全体には存在せず、送信アンテナ又は受信アンテナが装着される領域１１、１２及びセンシング領域１３のみとなっており、それ以外の領域はシールド層２４と同材料の導体領域となっている。

【0027】

また、図１、図２に示したような一般的な２次元通信シート１００は、水分に曝された状態で使用されることは想定されていないため、その側部は内層の誘電体層１０３が露出した構造となっている。そのため、一般的な２次元通信シート１００をそのまま土壌中に埋設したのでは、側部に付着する土壌中の水分の影響を受けてしまうことになる。これに対して、本実施形態の土壌水分量検出センサ１０では、図５に示すように、誘電体層２３を、保護層２１、２５、シールド層２４、導体メッシュ層２２よりも若干小さい面積となるようにして、レトルト食品のパッケージのようなパウチ構造となっている。そのため、本実施形態の土壌水分量検出センサ１０では、一般的な２次元通信シート１００とは異なり、誘電体層２３がシート側部に露出しない構造となっている。

【0028】

次に、上述したような土壌水分量検出センサ１０を用いた土壌水分量測定装置の構成について図６を参照して説明する。

【0029】

本実施形態の土壌水分量測定装置は、図６に示されるように、図３及び図４に示した土壌水分量検出センサ１０と、送信アンテナ４１と、受信アンテナ４２と、水分量判定装置５０とから構成されている。

【0030】

送信アンテナ４１、受信アンテナ４２は、それぞれ、土壌水分量検出センサ１０の領域１１、１２のいずれかに装着される。図６では、送信アンテナ４１が領域１１に装着され、受信アンテナ４２が領域１２に装着された場合が示されている。

【0031】

そして、土壌水分量検出センサ１０は、センシング領域１３が水分量を測定しようとする深さに到達するように土壌中に埋設される。ただし、送信アンテナ４１及び受信アンテナ４２が装着された領域１１、１２は地表よりも上になるように調節される。

【0032】

水分量判定装置５０は、送信アンテナ４１及び受信アンテナ４２に接続され、送信アンテナ４１に対して２次元通信のための電磁波を送信するための電気信号を出力し、受信アンテナ４２において受信された受信信号を入力する。そして、水分量判定装置５０は、受信アンテナ４２により受信された受信信号の状態に基づいて、導体メッシュ層２２のメッシュ状のセンシング領域１３に近接している土壌の含水率を土壌中の水分量として判定する。

【0033】

具体的には、水分量判定装置５０は、予め測定された受信信号強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indication）と土壌の含水率との対応関係を用いて、受信信号における受信信号強度から、導体メッシュ層２２のメッシュ状のセンシング領域１３に近接している土壌の含水率を土壌中の水分量として判定する。

【0034】

または、水分量判定装置５０は、予め測定された土壌の含水率とチャネル状態情報（ＣＳＩ：Channel State Information）とを学習データとして機械学習を行うことにより生成された学習モデルを用いて、受信信号におけるチャネル状態情報から、導体メッシュ層２２のセンシング領域１３に近接している土壌の含水率を土壌中の水分量として判定するようにしてもよい。なお、機械学習を利用したチャネル状態情報（ＣＳＩ）に基づく土壌中の水分量測定の詳細については後述する。

【0035】

次に、受信アンテナ４２により受信された受信信号のＲＳＳＩを用いて土壌の含水率を判定する場合の水分量判定装置５０の機能ブロック構成を図７に示す。

【0036】

図７に示されるように、水分量判定装置５０は、送信回路５１と、受信回路５２と、信号処理部６０と、表示パネル５３と、データ記憶部５４とを備えている。また、信号処理部６０は、回路制御部６１と、信号強度検出部６２と、土壌含水率算出部６３と、表示制御部６４とから構成されている。

【0037】

送信回路５１は、回路制御部６１により制御され、送信アンテナ４１に対して高周波信号を送信する。受信回路５２は、受信アンテナ４２において受信された電磁波を受信信号に変換して回路制御部６１に送信する。

【0038】

回路制御部６１は、信号処理部６０の動作を制御するとともに、送信回路５１、受信回路５２の動作を制御している。回路制御部６１は、定期的な測定を行なうため、特定の周期で送信回路５１及び受信回路５２を制御し、電磁波の送受信を行う。

【0039】

信号処理部６０は、記憶部等を有するコンピュータにより構成されており、送信回路５１及び受信回路５２を含む各部へ出力信号及び各部からの信号を処理する。

【0040】

信号強度検出部６２は、回路制御部６１から、受信アンテナ４２において受信された受信信号のＲＳＳＩの情報を取得する。

【0041】

土壌含水率算出部６３は、信号強度検出部６２により取得されたＲＳＳＩの情報から土壌水分量を算出する。土壌の含水率とＲＳＳＩとは、図８に示すような線形の関係にあり、土壌含水率算出部６３は、このような関係に基づいて生成された対応テーブルを参照することによって、土壌中の水分量を算出する。例えば、データ記憶部５４には、図８に示すような、土壌含水率とＲＳＳＩの値との対応関係を示すデータが格納されている。そして、土壌含水率算出部６３は、この図８に示すようなデータを用いて、信号強度検出部６２により取得されたＲＳＳＩの値から、土壌含水率を算出する。

【0042】

そして、土壌含水率算出部６３は、算出した土壌含水率のデータをデータ記憶部５４に格納するとともに、表示制御部６４を介して表示パネル５３上に表示させる。なお、表示パネル５３上において表示させるだけでなく、無線通信機器等により算出した土壌含水率のデータを外部に送信するようにしても良い。さらに、地中または地表の温度を測定可能なサーミスタ等の温度検出部や土壌中のＰＨが検出可能なＰＨ検出部といった土壌情報を測定するための検出機構が水分量判定装置５０に設けられていても良い。

【0043】

このような制御が行われることにより、土壌に埋設された土壌水分量検出センサ１０のセンシング領域１３近傍の土壌の含水率が測定され、データ記憶部５４に記憶されるとともに、表示パネル５３に表示される。

【0044】

本実施形態における土壌水分量検出センサ１０は、図６に示したように、土壌に埋設させたときに、土壌が接触する領域のうちメッシュ状となっているのはセンシング領域１３のみである。そのため、センシング領域１３以外の領域において接触する土壌によって、シート内部の誘電体層２３内を進行する電磁波の伝搬特性に影響を与えることはない。

【0045】

そのため、本実施形態によれば、土壌中の水分量を測定しようとする所望の土壌深さ、つまりセンシング領域１３の位置における土壌の水分量を正確に測定することができる。また、土壌水分量検出センサ１０の形状は、図３に示すようなコの字状又は凹字状となっている。このように、土壌水分量検出センサ１０を、コの字状又は凹字状にすることで、土壌内の植物の根および地表付近における葉の成長を出来るだけ妨げない構造となる。また、図６に示すように、送信アンテナ４１、受信アンテナ４２の装着面である導体メッシュ層２２の領域１１、１２は地上にある。そのため、本実施形態では、送信アンテナ及び受信アンテナを地中に埋設する必要がある従来の土壌水分センサと異なり、送信アンテナ４１及び受信アンテナ４２を地中に埋設する必要は無く、送信アンテナ４１及び受信アンテナ４２は必ずしも高コストな完全防水の構造とする必要はない。

【0046】

次に、本実施形態における土壌水分量検出センサ１０の変形例である土壌水分量検出センサ１０Ａを図９に示す。

【0047】

図９に示す土壌水分量検出センサ１０Ａは、図３に示した土壌水分量検出センサ１０を２つ折りにした帯状の構造となっている。具体的には、土壌水分量検出センサ１０Ａは、２次元通信シートを挟み込むようにして送信アンテナ４１、受信アンテナ４２を、それぞれ領域１１、１２に対向させて装着するような構造となっている。このような土壌水分量検出センサ１０Ａの構造では、送信アンテナ４１及び受信アンテナ４２の両アンテナが、近い位置に装着されるため、送信アンテナ４１及び受信アンテナ４２の回路部や制御部、それらに電力を供給する電源部は、共通の基板上で実装することができ、一体化したユニットの構成が可能となる。そのため、図９に示す土壌水分量検出センサ１０Ａでは、図３に示した土壌水分量検出センサ１０に比べ、省配線、省スペース、低コスト化が可能となる。

【0048】

上記では、１つの土壌水分量検出センサ１０を用いて土壌中の水分量を測定する場合を用いて説明したが、複数の土壌水分量検出センサ１０を圃場に埋設して、無線信号等によって連動した測定および測定値を収集するための信号処理機構を構成するようにしても良い。

【0049】

さら上記で説明した実施形態では、土壌水分量検出センサ１０上の１箇所のセンシング領域１３に対し、送信アンテナ４１及び受信アンテナ４２のペアを装着して用いる構成について説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、センシング領域１３が複数個所設けられているような構成であってもよいし、送信アンテナ４１及び受信アンテナ４２のいずれかが複数装着されるような構成であっても良い。

【0050】

例えば、図１０に示す土壌水分量検出センサ１０Ｂのような構成であっても良い。この図１０に示した土壌水分量検出センサ１０Ｂでは、２つのセンシング領域１３Ａ、１３Ｂが設けられ、送信アンテナ４１が装着される領域１１が１箇所、受信アンテナ４２Ａ、４２Ｂが装着される領域１２Ａ、１２Ｂが２箇所の構成となっている。なお、図１０に示した土壌水分量検出センサ１０Ｂでは、説明を簡単にするため、送信アンテナ４１から各受信アンテナ４２Ａ、４２Ｂまでのシート長、およびセンシング領域１３Ａ、１３Ｂの面積は同一としている。２つのセンシング領域１３Ａ、１３Ｂにおける灌漑量（土壌水分量）が同程度であれば、受信アンテナ４２Ａ、４２ＢにおけるＲＳＳＩの差分は、ほぼゼロとなる。灌漑量に差がある場合、ＲＳＳＩの差分が大きくなる。このような構成の土壌水分量検出センサ１０Ｂを用いることにより、少ない設置数で広い範囲の灌漑状態を監視することが可能となる。

【0051】

このように１つの送信アンテナ４１に対して複数の受信アンテナ４２Ａ、４２Ｂを設けることにより、複数のセンシング領域１３Ａ、１３Ｂの近傍の土壌中の水分量をそれぞれ個別に判定することが可能となる。特に、以下において説明するＣＳＩデータと機械学習により学習モデルとを用いて土壌中の水分量を判定することによりこのような判定が可能となる。例えば、土壌水分量の判定を少ない、普通、多いという３水準で判定する場合、２箇所のセンシング領域１３Ａ、１３Ｂによる判定では、最小９通りの組み合わせ試験を行って学習モデルを生成すればよい。

【0052】

次に、機械学習を利用したチャネル状態情報（ＣＳＩ）に基づく土壌中の水分量測定について説明する。

【0053】

近年、室内に無線ＬＡＮ（Local Area Network）アクセスポイントと無線デバイス（パソコンやスマートフォン等）を配置し、その間の電波状態や変動をチャネル状態情報データ（以下ＣＳＩデータと略す。）として取得し、取得したＣＳＩデータを解析することにより、人の位置測位、行動認識、個人識別を検知することが行われている。

【0054】

このＣＳＩとは、無線ＬＡＮの電波における伝播損失や反射・回析等の影響による振幅と位相の変化を示す情報である。具体的には、このＣＳＩは、サブキャリア毎の振幅と位相の情報となっている。そして、土壌中に埋設された土壌水分量検出センサ１０のセンシング領域１３近傍の土壌の水分量が変化することにより、このＣＳＩも変化する。そこで、本実施形態における水分量判定装置５０は、このＣＳＩデータと機械学習を組み合わせることにより土壌中の水分量の推定を行う。

【0055】

機械学習を利用したＣＳＩデータに基づく土壌中の水分量測定の処理の流れについて図１１のフローチャートを参照して説明する。

【0056】

まず、予め測定された土壌の含水率とＣＳＩデータとを学習データとして機械学習を行うことにより学習モデルを生成する。生成された学習モデルは、受信アンテナ４２により受信された受信信号のＣＳＩデータを入力することにより、そのＣＳＩデータに対応した含水率が出力されるものとなっている。そして、学習モデルを水分量判定装置５０のデータ記憶部５４に格納しておく。この学習モデルは、例えば、入力層と同数の隠れ層を複数有する分類器型のニューラルネットワークモデルを用いて構成することができる。

【0057】

そして、土壌中の水分量を測定する場合、水分量判定装置５０は、受信した受信信号からＣＳＩデータを取得する（ステップＳ１０１）。次に、水分量判定装置５０は、格納された学習モデルをデータ記憶部５４から読み出す（ステップＳ１０２）。そして、水分量判定装置５０は、読み出した学習モデルに、取得したＣＳＩデータを入力して、学習モデルから出力される土壌含水率のデータを取得する（ステップＳ１０３）。最後に、水分量判定装置５０は、取得した土壌含水率を測定結果として表示パネル５３等に表示することによりユーザに通知する（ステップＳ１０４）。

【0058】

このようにして機械学習を利用したＣＳＩデータに基づく土壌水分量（含水率）の推定値と、実際の真値とを比較して評価結果について説明する。

【0059】

この評価では、含水率が０％、２．５％、５．０％、７．５％、１０．０％、１２．５％、１５．０％、１７．５％、２０．０％という２．５％刻みの黒ぼく土の土壌サンプルにおいて、本実施形態の土壌水分量測定装置によりＣＳＩを測定した。これらから生成した学習モデルを用い、未学習の土壌のＣＳＩを評価した。その結果、９９．５９％という高い正答精度により、土壌の含水率を推定することができた。

【0060】

なお、図１２に示すように、水分量判定装置５０に無線通信装置７１を接続して、携帯電話通信網７２を介してインターネット７３経由でクラウドサービス上のサーバ装置７４にＣＳＩデータを送信するようなシステム構成としてもよい。クラウドサービス上のサーバ装置７４には、上記で示したような土壌水分量を推定する学習モデルのデータが格納されており、このサーバ装置７４上において土壌水分量の推定を実行して、パソコン７５又はスマートフォンを通じて、ユーザに推定した土壌水分量の情報を通知するようにするようにしても良い。

【符号の説明】

【0061】

１０、１０Ａ、１０Ｂ 土壌水分量検出センサ
１１、１２、１２Ａ、１２Ｂ 領域
１３、１３Ａ、１３Ｂ センシング領域
２１ 保護層
２２ 導体メッシュ層
２３ 誘電体層
２４ シールド層
２５ 保護層
４１ 送信アンテナ
４２、４２Ａ、４２Ｂ 受信アンテナ
５０ 水分量判定装置
５１ 送信回路
５２ 受信回路
５３ 表示パネル
５４ データ記憶部
６０ 信号処理部
６１ 回路制御部
６２ 信号強度検出部
６３ 土壌含水率算出部
６４ 表示制御部
７１ 無線通信装置
７２ 携帯電話通信網
７３ インターネット
７４ サーバ装置（クラウドサービス）
７５ パソコン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】