特開 2024-171081 土壌評価システム、土壌評価方法、及びセンサ装置

(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】P2024171081

(43)【公開日】2024-12-11

(54)【発明の名称】土壌評価システム、土壌評価方法、及びセンサ装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 22/04 20060101AFI20241204BHJP

   G01N 22/00 20060101ALI20241204BHJP

【ＦＩ】

G01N22/04 C

G01N22/00 V

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023087959

(22)【出願日】2023-05-29

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000198

【氏名又は名称】弁理士法人湘洋特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】池田 一樹

(57)【要約】

【課題】簡便に土壌の水分量を監視できるようにする。
【解決手段】土壌評価システムは、土壌に埋設され、前記土壌に向けて電磁波を放射するセンサと、地上に設置され、前記センサのインピーダンスから算出された前記土壌中の水分量を示す信号を送信する送信回路と、前記信号を受信するステップと、受信した前記信号が示す前記水分量をデータベースに格納するステップとを実行するコンピュータと、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

土壌に埋設され、前記土壌に向けて電磁波を放射するセンサと、
地上に設置され、前記センサのインピーダンスから算出された前記土壌中の水分量を示す信号を送信する送信回路と、
前記信号を受信するステップと、受信した前記信号が示す前記水分量をデータベースに格納するステップとを実行するコンピュータと、
を有する土壌評価システム。

【請求項2】

請求項１に記載の土壌評価システムであって、
前記コンピュータは、
前記土壌の土質を示す土質情報を取得するステップと、
前記土質情報が示す前記土質と前記水分量とに基づいて、前記土壌の危険度を推定するステップとを更に実行し、
前記水分量を前記データベースに格納するステップにおいて、前記危険度を前記水分量に関連付けて前記データベースに格納する、
土壌評価システム。

【請求項3】

請求項２に記載の土壌評価システムであって、
前記コンピュータは、前記水分量を前記データベースに格納するステップにおいて、前記危険度、前記土質、前記水分量、前記水分量を測定した時刻、前記センサの設置位置、及び前記電磁波の周波数の各々を関連付けて前記データベースに格納する、
土壌評価システム。

【請求項4】

請求項１に記載の土壌評価システムであって、
前記センサは、
第１の導電膜と、
前記第１の導電膜に相対するように設けられ、かつ前記土壌に形成された穴の壁面に向けて前記電磁波を放射する第２の導電膜とを有し、
前記インピーダンスは、前記第１の導電膜と前記第２の導電膜との間のインピーダンスである、
土壌評価システム。

【請求項5】

請求項４に記載の土壌評価システムであって、
前記電磁波を透過する材料で形成され、かつ前記穴に通されるケーシングを更に有し、
前記ケーシングの内側に前記センサが設けられる、
土壌評価システム。

【請求項6】

請求項５に記載の土壌評価システムであって、
前記第２の導電膜と前記ケーシングとの間隔の最大値は、前記電磁波の波長の０．２倍以上０．３倍以下である、
土壌評価システム。

【請求項7】

請求項４に記載の土壌評価システムであって、
前記センサが複数設けられ、少なくとも二つの前記センサの前記第１の導電膜同士が相対する、
土壌評価システム。

【請求項8】

土壌に埋設されたセンサが、前記土壌に向けて電磁波を放射するステップと、
地上に設置されたセンサ回路が、前記センサのインピーダンスから算出された前記土壌中の水分量を示す信号を送信するステップと、
コンピュータが、前記信号を受信するステップと、
前記コンピュータが、前記信号が示す前記水分量をデータベースに格納するステップと
を含む土壌評価方法。

【請求項9】

請求項８に記載の土壌評価方法であって、
前記コンピュータは、
前記土壌の土質を示す土質情報を取得するステップと、
前記土質情報が示す前記土質と前記水分量とに基づいて、前記土壌の危険度を推定するステップとを更に実行し、
前記水分量を前記データベースに格納するステップにおいて、前記危険度を前記水分量に関連付けて前記データベースに格納する、
土壌評価方法。

【請求項10】

請求項９に記載の土壌評価方法であって、
前記コンピュータは、前記水分量を前記データベースに格納するステップにおいて、前記危険度、前記土質、前記水分量、前記水分量を測定した時刻、前記センサの位置、及び前記電磁波の周波数の各々を関連付けて前記データベースに格納する、
土壌評価方法。

【請求項11】

土壌に埋設され、前記土壌に向けて電磁波を放射するセンサと、
地上に設置され、前記センサのインピーダンスから算出された前記土壌中の水分量を示す信号を送信する送信回路と、
を有するセンサ装置。

【請求項12】

請求項１１に記載のセンサ装置であって、
前記センサは、
第１の導電膜と、
前記第１の導電膜に相対するように設けられ、かつ前記土壌に形成された穴の壁面に向けて前記電磁波を放射する第２の導電膜とを有し、
前記インピーダンスは、前記第１の導電膜と前記第２の導電膜との間のインピーダンスである、
センサ装置。

【請求項13】

請求項１２に記載のセンサ装置であって、
前記電磁波を透過する材料で形成され、かつ前記穴に通されるケーシングを更に有し、
前記ケーシングの内側に前記センサが設けられる、
センサ装置。

【請求項14】

請求項１３に記載のセンサ装置であって、
前記第２の導電膜と前記ケーシングとの間隔の最大値は、前記電磁波の波長の０．２倍以上０．３倍以下である、
センサ装置。

【請求項15】

請求項１２に記載のセンサ装置であって、
前記センサが複数設けられ、少なくとも二つの前記センサの前記第１の導電膜同士が相対する、
センサ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、土壌評価システム、土壌評価方法、及びセンサ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

降雨等によって土壌水分量が増えて土壌が崩壊すると、住宅地や鉄道等の社会インフラが打撃を受けて社会生活に大きな影響が生じる。これを防ぐために土壌が崩壊する予兆を衛星画像で監視する方法もあるが、この方法では監視対象のエリアを衛星が通過したときしか予兆を監視できず、リアルタイムに危険を把握することができない。

【0003】

一方、土壌中に土壌水分計を埋設し、土壌水分計が観測した土壌水分量に基づいて土壌が崩壊するのを予測するシステムが提案されている（例えば特許文献１）。このシステムによれば、数分～数時間ごとに土壌水分を監視できるため、危険が差し迫っているかを逐次把握することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－１０５１３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記のシステムを実現するには、人が入れる程度の大きさの縦穴をボーリング工事で掘削し、その縦穴の中に人が入って土壌水分計を地中に埋設する必要がある。そのため、ボーリング工事の施工費用が嵩むうえに、縦穴を多数掘削したり、狭小地や傾斜面に縦穴を掘削して土壌水分計を埋設したりするのが難しい。

【0006】

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、簡便に土壌の水分量を監視できるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するため、本発明一態様に係る土壌評価システムは、土壌に埋設され、前記土壌に向けて電磁波を放射するセンサと、地上に設置され、前記センサのインピーダンスから算出された前記土壌中の水分量を示す信号を送信する送信回路と、前記信号を受信するステップと、受信した前記信号が示す前記水分量をデータベースに格納するステップとを実行するコンピュータと、を有する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、簡便に土壌の水分量を監視できる。

【0009】

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本実施形態に係る土壌評価システムの一例を示す概略図である。

【図2】図２は、本実施形態に係る水分センサの一例とその周囲の斜視図である。

【図3】図３は、本実施形態に係る水分センサの一例とその周囲の断面図である。

【図4】図４は、本実施形態に係る土壌評価システムの機能構成の一例を示す図である。

【図5】図５は、本実施形態に係る土質情報のデータ構造の一例を示す模式図である。

【図6】図６は、本実施形態に係る土質別危険度情報のデータ構造の一例を示す模式図である。

【図7】図７は、本実施形態に係る土壌危険度データベースのデータ構造の一例を示す模式図である。

【図8】図８は、本実施形態に係るサーバが行う処理の一例を示すフローチャートである。

【図9】図９は、その他の実施形態に係る土壌評価システムの一例を示す概略図である。

【図10】図１０は、本実施形態に係るサーバのハードウェア構成の一例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明に係る一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は適宜省略する。また、以下の実施形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合及び原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、「Ａからなる」、「Ａよりなる」、「Ａを有する」、「Ａを含む」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。同様に、以下の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含む。

【0012】

＜本実施形態＞
図１は、本実施形態に係る土壌評価システムの一例を示す概略図である。土壌評価システム１は、土壌５に含まれる水分量（土壌水分量）に基づいて土壌５の危険度を評価するシステムである。

【0013】

一例として、土壌評価システム１は、サーバ１０とセンサ装置３０とを備える。

【0014】

センサ装置３０は、複数の水分センサ２ａ～２ｃとセンサ回路２０とを有する。水分センサ２ａ～２ｃは、土壌５の土壌水分量を測定するためのセンサであって、土壌５に鉛直下向きに掘削された縦穴５ｂに配置される。この例では、縦穴５ｂの異なる高さ位置に間隔をおいて各水分センサ２ａ～２ｃを設置する。

【0015】

センサ回路２０は、送信回路の一例であって、各水分センサ２ａ～２ｃの出力に基づいて各水分センサ２ａ～２ｃの深さ位置における土壌５の水分量を算出し、その水分量を含む水分測定信号をアンテナ２３から無線送信する回路である。この例では、ケース等にセンサ回路２０を収容し、そのケースと共にセンサ回路２０を地面５ａ上の地上に設置する。これにより、縦穴５ｂにセンサ回路２０を埋設する場合と比較して、作業者がセンサ回路２０をメンテナンスするのが容易となる。

【0016】

サーバ１０は、センサ回路２０が無線送信した水分測定信号をアンテナ１８で受信して、その水分測定信号に含まれる土壌水分量をデータベースに格納する処理等を行うコンピュータである。

【0017】

図２は、本実施形態に係る水分センサ２ａの一例とその周囲の斜視図である。図２に示すように、縦穴５ｂには管状のケーシング７が通されており、ケーシング７の内側に水分センサ２ａが設けられる。ケーシング７の下端面は、土壌５中の水分がケーシング７内に浸入するのを防ぐために閉じた形状とするのが好ましい。同様の理由により、ケーシング７の上端面は、同軸ケーブル８等を通す部分を除いて閉じるのが好ましい。また、ケーシング７の断面形状は円形に限らず、任意の形状としてよい。

【0018】

水分センサ２ａは、同軸ケーブル８に電気的に接続される。例えば、同軸ケーブル８は、モールド成型等によって成形された樹脂部材（不図示）に嵌め込まれた状態でケーシング７に挿入して固定される。また、ブラケット等の固定部材で同軸ケーブル８をケーシング７に固定してもよい。同軸ケーブル８にはセンサ回路２０から高周波電圧が供給されており、これにより水分センサ２ａは縦穴５ｂの壁面に向けて電磁波を放射するアンテナとして機能する。水分センサ２ａは、電磁波の放射面が露出するように樹脂封止されており、ブラケット等によりケーシング７に固定される。

【0019】

図３は、本実施形態に係る水分センサ２ａの一例とその周囲の断面図である。なお、水分センサ２ｂ、２ｃの構造も水分センサ２ａの構造と同一である。図３に示すように、水分センサ２ａは、第１の導電膜２ｘ、絶縁膜２ｙ、及び第２の導電膜２ｚをこの順に積層した構造を有する。第１の導電膜２ｘは、例えば銅箔であって、絶縁膜２ｙの一方の主面の略全面に形成される。また、第２の導電膜２ｚは、第１の導電膜２ｘよりも小さい面積にパターニングされた銅箔であって、絶縁膜２ｙの他方の主面に形成される。絶縁膜２ｙは、例えばエポキシ樹脂等の樹脂やセラミックからなる膜である。

【0020】

同軸ケーブル８のシールド線（不図示）は第１の導電膜２ｘに接続されており、これにより第１の導電膜２ｘは接地電位に維持される。また、同軸ケーブル８の芯線（不図示）は、第１の導電膜２ｘと絶縁膜２ｙに設けられたスルーホール（不図示）を介して第２の導電膜２ｚに接続されており、これにより第２の導電膜２ｚには高周波電圧が印可される。

【0021】

この例では各導電膜２ｘ、２ｚを相対するように設けたため、上記のように第１の導電膜２ｘを接地電位に維持しながら第２の導電膜２ｚに高周波電圧を印加することで、第２の導電膜２ｚから指向性を有する電磁波９を放射させることができる。その電磁波９の進行方向は、第１の導電膜２ｘから見て第２の導電膜２ｚの方向となるため、第２の導電膜２ｚに相対する縦穴５ｂの壁面に向けて電磁波９を照射することができる。

【0022】

その電磁波９がケーシング７を透過して土壌５に照射されるようにするために、電磁波９を透過する材料でケーシング７を形成するのが好ましい。例えば、電磁波９の透過を阻害する金属や水を含まない材料でケーシング７を形成するのが好ましい。そのような材料としては、例えば、塩化ビニー等がある。

【0023】

また、ケーシング７の内側に水分センサ２ａを設けることで、縦穴５ｂの壁面に露出する土壌に水分センサ２ａが触れて劣化するのを防止できる。

【0024】

更に、この例では、縦穴５ｂの同じ高さ位置に二つの水分センサ２ａを配置し、これらの水分センサ２ａの第１の導電膜２ｘ同士が相対するようにする。これにより、各水分センサ２ａから放射される電磁波９が互いに反対方向を向くため、同じ高さ位置における土壌５の異なる部分の土壌水分量を各水分センサ２ａで測定することができる。更に、これらの二個の水分センサ２ａを一組にし、同じ高さ位置に複数の組を配置してもよい。この場合、水分センサ２ａから放射される電磁波９の向きを組みごとに変えることで、同じ高さ位置における土壌の水分量を満遍なく測定することができる。なお、水分センサ２ａをまとめる単位は組単位に限らず、一個、三個、五個等の奇数個単位で水分センサ２ａをまとめてもよい。

【0025】

なお、ケーシング７の外周側面には土壌中の水分等が付着することがあり、その水分によって土壌５の水分量の測定が阻害されることがある。これを防ぐために、第２の導電膜２ｚとケーシング７との間隔D1の最大値を電磁波９の波長λの１／４程度、例えば波長λの０．２倍以上０．３倍以下とするのが好ましい。第２の導電膜２ｚからλ／４離れた位置では電磁波９の節が形成され、その位置における水分センサ２ａの感度が低下する。これにより、ケーシング７の外周側面に付着した水等によって土壌５の水分量の測定が阻害されるのを抑制することができる。

【0026】

なお、電磁波９の波長は、同軸ケーブル８の芯線に印加する高周波電圧の周波数をセンサ回路２０が調節することで制御できる。また、その周波数が高いと土壌５への電磁波９の侵入深さが短くなり、逆に周波数が低いと侵入深さが長くなる。この性質を利用して、センサ回路２０が高周波電圧の周波数を制御することにより、土壌５の水分の測定範囲を制御してもよい。

【0027】

また、水分センサ２ａは、構造がシンプルで小型化が可能であるため、直径D2が100mm程度のケーシング７に収容することができる。そのため、縦穴５ｂの直径D3も100mm程度で済み、人が入れる程度に大きな縦穴５ｂを掘削する必要がない。その結果、縦穴５ｂの掘削費用を低減でき、簡便に土壌５の水分量を監視することができる。

【0028】

図４は、本実施形態に係る土壌評価システム１の機能構成の一例を示す図である。

【0029】

センサ装置３０は、例えばバッテリ、太陽光発電、商用電源等で駆動する装置であって、水分量測定部２１と通信部２２とを有する。

【0030】

水分量測定部２１は、電磁波９を放射しているときの各水分センサ２ａ～２ｃのインピーダンスを計測し、そのインピーダンスに基づいて土壌中の水分量を算出する。この例では、各水分センサ２ａ～２ｃがそれぞれ異なる高さ位置A～Cに設置されており、水分量測定部２１はこれらの高さ位置A～Cにおける土壌５の水分量を算出する。

【0031】

各水分センサ２ａ～２ｃのインピーダンスは、各水分センサ２ａ～２ｃと同軸ケーブル８の接続点から見た第１の導電膜２ｘと第２の導電膜２ｚとの間のインピーダンスである。そのインピーダンスは、電磁波９に曝される土壌５の水分量に応じて変化する。水分量測定部２１は、インピーダンスと水分量とを対応付けたテーブルや、インピーダンスから水分量を算出する数式に基づいて、土壌５の水分量を算出する。算出する水分量の単位は特に限定されず、単位体積の土壌５に含まれる水分の重量を水分量としてもよい。本実施形態では、土壌５に含まれる水の重量と当該土壌５の重量の比の百分率（含水率）を水分量として採用する。

【0032】

更に、水分量測定部２１は、複数のセンサ装置３０の各々を識別するセンサIDと、水分量を測定した測定時刻と、水分量と、電磁波９の周波数とが関連付けられた水分測定信号を１時間程度の所定の時間間隔で生成する。水分測定信号に含まれる水分量は、水分センサ２ａ～２ｃごとの値である。また、水分量測定部２１は、各水分センサ２ａ～２ｃを識別する個別IDと水分量とを関連付けて水分測定信号に含める。

【0033】

この例では一つのセンサ装置３０に含まれる各水分センサ２ａ～２ｃが同時に水分量を測定するが、一つのセンサ装置３０に含まれる水分センサ２ａ～２ｃごとに測定時刻を異ならせてもよい。更に、この例では一つのセンサ装置３０に含まれる各水分センサ２ａ～２ｃが同じ周波数の電磁波９を放射するが、一つのセンサ装置３０に含まれる水分センサ２ａ～２ｃごとに電磁波９の周波数を異ならせてもよい。

【0034】

通信部２２は、水分量測定部２１が水分量測定信号を生成する度に、当該水分測定信号を所定のデータ形式にエンコードし、アンテナ２３から水分測定信号を無線送信する。

【0035】

水分測定信号は、インターネットや携帯電話網等のネットワーク４０を介してサーバ１０のアンテナ１８によって受信される。

【0036】

サーバ１０は、演算部１１、通信部１２、記憶部１３、入力部１４、及び表示部１９を備える。通信部１２は、アンテナ１８が受信した水分測定信号をデコードして演算部１１に出力する。

【0037】

入力部１４は、ユーザがサーバ１０に種々の入力を行うキーボード等のデバイスである。

【0038】

表示部１９は、サーバ１０の管理時等にユーザに種々の情報を表示するディスプレイである。

【0039】

演算部１１は、サーバ１０の各部を制御する処理を行う。例えば、演算部１１は、記憶部１３の土質情報１５や土質別危険度情報１６を参照したり、水分測定信号に含まれる水分量を土壌危険度データベース１７に格納したりする。

【0040】

記憶部１３は、前述の土質情報１５、土質別危険度情報１６、及び土壌危険度データベース１７を記憶する。

【0041】

図５は、本実施形態に係る土質情報１５のデータ構造の一例を示す模式図である。図５に示すように、土質情報１５は、センサID１５ａ、設置位置１５ｂ、及び深さ位置１５ｃの各々を関連付けた情報である。

【0042】

センサID１５ａは、センサ装置３０を識別するIDであり、前述の水分測定信号に含まれるIDである。

【0043】

設置位置１５ｂは、センサ装置３０が設置されている緯度、経度、及び標高である。

【0044】

深さ位置１５ｃは、センサ装置３０が備える各水分センサ２ａ～２ｃの深さ位置と、その深さ位置における土壌５の土質とを関連付けた情報である。例えば、地面５ａから測った各水分センサ２ａ～２ｃの深さが深さ位置である。また、土質は、縦穴５ｂから掘削された土壌５の解析結果であり、まさ土やローム等の土の種類が格納される。

【0045】

深さ位置１５ｃの各々は、水分測定信号に含まれる個別IDに関連付けられている。そのため、個別IDに基づいて、個別IDが示す水分センサに関連付けられた深さ位置１５ｃを特定することができる。

【0046】

作業者は、土壌５の土質の解析結果や、水分センサ２ａ～２ｃの設置状況等に基づき土質情報１５を作成し、予め記憶部１３に格納する。

【0047】

図６は、本実施形態に係る土質別危険度情報１６のデータ構造の一例を示す模式図である。図６に示すように、土質別危険度情報１６は、土壌中の含水率１６ａと土質ごとの危険度１６ｂとを関連付けた情報である。

【0048】

含水率１６ａは、土壌５の水分量である。また、危険度１６ｂは、土壌が崩壊する危険性を示す指標である。

【0049】

含水率１６ａが高くなると土壌５の吸着力が低下して土壌崩壊の危険性が高まる。この例では、土壌崩壊の危険性が低い順に「安全」、「警戒」、及び「危険」の３段階に危険度１６ｂを分ける。また、同一の含水率１６ａであっても危険度は土質によって変わる。例えば、まさ土は、ロームよりも危険度が高くなる。作業者は、土質と含水率に応じた危険度１６ｂを求め、危険度１６ｂを含水率１６ａと関連付けて予め土質別危険度情報１６に格納する。

【0050】

図７は、本実施形態に係る土壌危険度データベース１７のデータ構造の一例を示す模式図である。土壌危険度データベース１７は、水分センサ２ａ～２ｃごとに時刻１７ａ、緯度１７ｂ、経度１７ｃ、センサ高度１７ｄ、土質１７ｅ、測定周波数１７ｆ、含水率１７ｇ、及び危険度１７ｈを関連付けた情報であって、演算部１１が生成する。

【0051】

時刻１７ａは、水分センサ２ａ～２ｃが水分量を測定した時刻である。例えば、演算部１１は、水分測定信号に含まれる測定時刻を時刻１７ａに格納する。

【0052】

緯度１７ｂと経度１７ｃは、水分センサ２ａ～２ｃの緯度と経度である。同一のセンサ装置３０に含まれる各水分センサ２ａ～２ｃの緯度と経度は同一の値となる。例えば、演算部１１は、水分測定信号に含まれるセンサIDに関連付けられた設置位置１５ｂを土質情報１５から特定する。そして、演算部１１は、センサIDが示すセンサ装置３０に含まれる各水分センサ２ａ～２ｃの緯度１７ｂと経度１７ｃに、特定した設置位置１５ｂにおける緯度と経度を格納する。

【0053】

センサ高度１７ｄは、水分センサ２ａ～２ｃが設置されている標高である。例えば、演算部１１は、センサIDに関連付けられた標高を土質情報１５の設置位置１５ｂから特定する。更に、演算部１１は、水分測定信号に含まれる個別IDが示す水分センサ２ａ～２ｃのそれぞれの深さを土質情報１５の深さ位置１５ｃから特定する。そして、演算部１１は、設置位置１５ｂの標高から深さ位置１５ｃの深さを減じた値を各水分センサ２ａ～２ｃのセンサ高度１７ｄに格納する。

【0054】

土質１７ｅは、各水分センサ２ａ～２ｃの深さ位置における土壌５の土質である。例えば、演算部１１は、各水分センサ２ａ～２ｃの個別IDに関連付けられた深さ位置１５ｃを土質情報１５から特定し、深さ位置１５ｃにおける土質を土質１７ｅに格納する。

【0055】

測定周波数１７ｆは、電磁波９の周波数である。例えば、演算部１１は、水分測定信号に含まれるセンサIDを特定し、水分測定信号においてそのセンサIDに関連付けられた周波数を水分センサ２ａ～２ｃの周波数として土壌危険度データベース１７に格納する。

【0056】

含水率１７ｇは、各水分センサ２ａ～２ｃが測定した水分量である。例えば、演算部１１は、水分測定信号に含まれる個別IDを特定し、水分測定信号においてその個別IDに関連付けられた水分量を水分センサ２ａ～２ｃの含水率１７ｇとして土壌危険度データベース１７に格納する。

【0057】

危険度１７ｈは、土壌が崩壊する危険性を示す指標である。例えば、演算部１１は、土質１７ｅと含水率１７ｇに関連付けられた危険度を土質別危険度情報１６から特定し、特定した危険度を危険度１７ｈに格納する。

【0058】

このように各項目１７ａ～１７ｇを危険度１７ｈに関連付けて土壌危険度データベース１７に格納することで、ユーザが土壌危険度データベース１７を用いて種々の解析をすることができる。例えば、時刻１７ａにより危険度の時間的な推移を把握できる。また、緯度１７ｂと経度１７ｃにより、センサ２ａ～２ｃの設置位置ごとの危険度を把握することができる。更に、センサ高度１７ｄにより、同じ設置位置における異なる深さ位置での危険度を把握することができる。また、土質１７ｅと含水率１７ｇにより、例えば危険度が増加した原因が土質と含水率のどちらにあるのかを判別できる。更に、測定周波数１７ｆにより、含水率１７ｇの測定結果を検証することができる。

【0059】

図８は、本実施形態に係るサーバ１０が行う処理の一例を示すフローチャートである。

【0060】

まず、通信部１２は、センサ装置３０から水分測定信号を受信する（ステップＳ１）。前述のようにセンサ装置３０は１時間程度の所定の時間間隔で水分測定信号を生成するため、通信部１２もその時間間隔で水分測定信号を受信する。

【0061】

次に、演算部１１は、水分測定信号に含まれる個別IDと水分量とに基づいて、水分センサ２ａ～２ｃが測定した水分量を特定する（ステップＳ２）。

【0062】

次いで、演算部１１は、土質情報１５を参照して、水分測定信号に含まれるセンサIDに関連付けられた設置位置１５ｂと深さ位置１５ｃとを特定する（ステップＳ３）。

【0063】

続いて、演算部１１は、深さ位置１５ｃにおける土質と、各水分センサ２ａ～２ｃが測定した水分量とに基づいて、土壌５の危険度を水分センサ２ａ～２ｃごとに推定する（ステップＳ４）。例えば、演算部１１は、土質別危険度情報１６を取得して、土質と含水率１６ａとに関連付けられた危険度を水分センサ２ａ～２ｃごとに特定する。

【0064】

ここまでのステップにより、演算部１１は、土壌危険度データベース１７の土質１７ｅ、含水率１７ｇ、及び危険度１７ｈの各項目を得ることができる。

【0065】

次に、演算部１１は、水分測定信号に基づいて、土壌危険度データベース１７の残りの時刻１７ａ、緯度１７ｂ、経度１７ｃ、センサ高度１７ｄ、及び測定周波数１７ｆの各項目を特定する（ステップＳ５）。

【0066】

続いて、演算部１１は、各項目１７ａ～１７ｈを互いに関連つけて土壌危険度データベース１７に格納する（ステップＳ６）。これにより危険度１７ｈが含水率（水分量）１７ｇと関連付けられて土壌危険度データベース１７に格納される。そのため、例えば演算部１１がユーザに危険度１７ｈを提示することで、土壌５が崩壊する危険性をユーザが把握することができる。この後は、センサ装置３０ごとにステップＳ１～Ｓ６を繰り返す。

【0067】

以上説明した本実施形態によれば、図３に示したように、各膜２ｘ～２ｚを積層した簡単な構造のセンサ２ａ～２ｃで電磁波９を放射できるため、センサ２ａ～２ｃを小型化することができる。そのため、縦穴５ｂの直径D3を小さくすることができ、土壌５の水分量を簡便に監視することができる。

【0068】

＜その他の実施形態＞
図９は、その他の実施形態に係る土壌評価システムの一例を示す概略図である。本実施形態では、河川や池沼等の水５０の近くに縦穴５ｂを掘削した場合を想定する。

【0069】

この場合、水５０の近傍の土壌５は湿った土壌５ｄとなり、その土壌５ｄの近くに縦穴５ｂが位置する。そのため、図９の破線矢印のように電磁波９が湿った土壌５ｄに到達すると、水分センサ２ａが湿った土壌５ｄの水分量を測定してしまい、縦穴５ｂの近傍における土壌５の水分量を正確に測るのが難しい。特に、土壌５における電磁波９の侵入深さは電磁波９の周波数が低いほど長くなるため、低い周波数の電磁波９を用いた場合にこの問題が顕著となる。

【0070】

そのため、本実施形態では、図９の実線矢印に示すように、センサ回路２０が電磁波９の周波数を高めることにより電磁波９の侵入深さを短くする。例えば、電磁波９の侵入深さと周波数との関係を示すテーブルを作業者が予め作成し、センサ回路２０がそのテーブルを参照することで、湿った土壌５ｄに到達しない程度の周波数の電磁波９を生成してもよい。これにより、電磁波９が湿った土壌５ｄに到達し難くなり、縦穴５ｂの近傍の水分量を水分センサ２ａで精度良く測定することができる。

【0071】

＜ハードウェア構成＞
図１０は、本実施形態に係るサーバのハードウェア構成の一例を示す模式図である。サーバ１０は、データの生成、送信、受信及びこれら以外の各種処理を行うため、メモリリソースに格納された土壌評価プログラムを、プロセッサが読み込むことで、プロセッサが土壌評価プログラムに応じた処理を実行する。なお、サーバ１０は、例えばパーソナルコンピュータ、タブレット端末、スマートフォン、ブレードサーバ、及びクラウドサーバ等のコンピュータでもよく、また少なくともこれらコンピュータを１つ以上含むシステムでもよい。すなわち、サーバ１０は、例えばクラウドサーバと、表示用の計算機（例えば、タブレット端末またはスマートフォン）と、を含むシステムも包含する。また、プロセッサとメモリリソースを含む、何かしらの装置を制御又は管理するコントローラもサーバ１０の一例である。

【0072】

具体的には、サーバ１０は、図１０に示すように、１以上のプロセッサ１０ａと、１以上のUI(User Interface)デバイス１０ｂと、１以上のNI(Network Interface)デバイス１０ｃと、１以上のメモリリソース１０ｄとを有している。なお、サーバ１０は、これら以外の構成物を含んでもよい。また、プロセッサ１０ａ、UIデバイス１０ｂ、NIデバイス１０ｃ、及びメモリリソース１０ｄはバス１０ｅを介して相互に接続される。

【0073】

プロセッサ１０ａは、メモリリソース１０ｄに格納されている各種プログラムを読み込んで、各プログラムに対応する処理を実行する演算装置である。なお、プロセッサ１０ａは、マイクロプロセッサ、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、量子プロセッサ、あるいはその他の演算できる半導体デバイスが例である。また、図４の演算部１１は、プロセッサ１０ａによって実現される。

【0074】

メモリリソース１０ｄは、土壌評価プログラム１００を記憶する記憶装置であり、不揮発メモリ又は/及び揮発メモリが例である。揮発メモリの例は、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)である。不揮発メモリの例は、フラッシュメモリ、ハードディスクあるいはSSD(Solid State Drive)等の書き換え可能な記憶媒体であってもよく、USB(Universal Serial Bus)メモリ、メモリカードおよびハードディスクなどであっても良い。また、MRAM(Magnetoresistive RAM)、PRAM(Phase change RAM)、ReRAM(Resistive RAMといったRAMを不揮発メモリと見なしてもよい。なお、プロセッサ１０ａは、メモリリソース１０ｄに格納されている土壌評価プログラム１００を他のコンピュータに配信するサービスを行ってもよい。また、図４の記憶部１３は、メモリリソース１０ｄによって実現される。

【0075】

UIデバイス１０ｂは、ユーザ（オペレーターでもよい）の指示をサーバ１０に入力する入力デバイス、及びサーバ１０で生成した情報等を出力する出力デバイスである。入力デバイスには、例えばキーボード、タッチパネル、マウスなどのポインティングデバイスやマイクロフォンのような音声入力デバイスなどがある。また、出力デバイスには、例えばディスプレイ、プリンタ、及び音声合成装置等がある。サーバ１０とユーザとの間の情報の入出力は、UIデバイス１０ｂを介して実行される。なお、UIデバイス１０ｂは、入力デバイスのみでもよく、出力デバイスのみでもよい。図４の入力部１４と表示部１９は、UIデバイス１０ｂによって実現される。

【0076】

NIデバイス１０ｃは、外部装置との間で情報通信を行う通信装置である。NIデバイス１０ｃは、ネットワーク４０を介して複数のセンサ装置３０の各々と情報通信を行う。サーバ１０（又はプロセッサ１０ａ）とセンサ装置３０との情報通信は、NIデバイス１０ｃを介して実行される。また、図４の通信部１２は、NIデバイス１０ｃによって実現される。

【0077】

本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、他の効果があってもよい。

【0078】

本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した各実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明が、必ずしも説明した全ての構成要素を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を、他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に、他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【0079】

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現されてもよい。各機能を実現するプログラム、判定テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、HDD、SSD等の記憶装置、または、IC(Integrated Circuit)カード、SD(Secure Digital)カード、DVD(Digital Versatile Disc)等の記録媒体に置くことができる。また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

【0080】

土壌評価システム１は、土壌評価プログラム１００により実現される機能や処理の一部または全部をユーザ（オペレータ）が実施することで実現してもよい。

【0081】

なお、サーバ１０がUIデバイス１０ｂを持たず、代わりにサーバ１０の外部のスマートフォンやタブレット端末等のプロセッサシステム（外部プロセッサシステムと呼ぶ）に、ユーザへの出力処理や、ユーザからの入力処理の一部を任せる場合がある。このような場合、サーバ１０（又はプロセッサ１０ａ、土壌評価プログラム１００）は、以上に説明の通りの処理やプログラムの他の部分を実行するために、以下を行ってもよい。

【0082】

＊以上に説明のUIデバイス１０ｂを用いたユーザへの出力の代わりとして、NIデバイス１０ｃを介して外部プロセッサシステムに、ユーザへの出力に必要なデータの送信をする。当該データの例としては、出力するデータそのもの、出力データを別プロセッサシステムで生成するためのデータが考えられるが、外部プロセッサシステムでユーザ出力を行う処理が記述されたプログラムやWebデータであってもよい。

【0083】

＊以上に説明のUIデバイス１０ｂを用いたユーザからの入力又は操作受信の代わりとして、NIデバイス１０ｃを介して外部プロセッサシステムから、ユーザ入力又は操作を示すデータを受信する。別な視点では、ユーザへのデータ出力の意味は、サーバ１０自身が行うことも含む以外に、サーバ１０以外の別の存在に当該データ出力をさせる（使役）ことを含めてもよい。また、ユーザからの入力又は操作受信の意味は、サーバ１０のUIデバイス１０ｂでユーザへ直接出力や受信をする以外に、サーバ１０が間接的に当該受信をすることを含めてもよい。

【符号の説明】

【0084】

１…土壌評価システム、２ａ～２ｃ…水分センサ、２ｘ…第１の導電膜、２ｙ…絶縁膜、２ｚ…第２の導電膜、５…土壌、５ａ…地面、５ｂ…縦穴、５ｄ…湿った土壌、７…ケーシング、８…同軸ケーブル、９…電磁波、１０…サーバ、１０ａ…プロセッサ、１０ｂ…UIデバイス、１０ｃ…NIデバイス、１０ｄ…メモリリソース、１０ｅ…バス、１１…演算部、１２…通信部、１３…記憶部、１４…入力部、１５…土質情報、１５ａ…センサID、１５ｂ…設置位置、１５ｃ…深さ位置、１６…土質別危険度情報、１６ａ…含水率、１６ｂ…危険度、１７…土壌危険度データベース、１７ａ…時刻、１７ｂ…緯度、１７ｃ…経度、１７ｄ…センサ高度、１７ｅ…土質、１７ｆ…測定周波数、１７ｇ…含水率、１７ｈ…危険度、１８…アンテナ、１９…表示部、２０…センサ回路、２１…水分量測定部、２２…通信部、２３…アンテナ、３０…センサ装置、４０…ネットワーク、５０…水、１００…土壌評価プログラム。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】