特開 2024-27720 制御装置、制御方法、制御システム、及びプログラム

(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】P2024027720

(43)【公開日】2024-03-01

(54)【発明の名称】制御装置、制御方法、制御システム、及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   G01N 33/24 20060101AFI20240222BHJP

【ＦＩ】

G01N33/24 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022130766

(22)【出願日】2022-08-18

(71)【出願人】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】801000027

【氏名又は名称】学校法人明治大学

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】100164471

【弁理士】

【氏名又は名称】岡野 大和

(74)【代理人】

【識別番号】100176728

【弁理士】

【氏名又は名称】北村 慎吾

(72)【発明者】

【氏名】小林 大樹

(72)【発明者】

【氏名】荒武 淳

(72)【発明者】

【氏名】櫻田 洋介

(72)【発明者】

【氏名】登尾 浩助

(57)【要約】

【課題】土壌水分量を計測するための回帰式を容易に算出することができる。
【解決手段】本開示に係る制御装置は、水槽に収容された水の水位ｄを示す水位情報の入力を受け付ける入力部３１と、衛星から送信され、受信機によって受信された、電磁波の直接波Ｐｄと、該電磁波が水の水面にて反射した反射波Ｐｒとに基づく受信波を示す受信波情報を取得する受信波情報取得部３２と、受信波を示す信号の信号対雑音比を、衛星仰角を変数とする正弦関数にフィッティングしたときの、該正弦関数における位相φを算出する位相算出部３３と、水位と位相との関係を示す回帰式を算出する回帰式算出部３４と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水槽に収容された水の水位を示す水位情報の入力を受け付ける入力部と、
衛星から送信され、受信機によって受信された、電磁波の直接波と、該電磁波が前記水の水面にて反射した反射波とに基づく受信波を示す受信波情報を取得する受信波情報取得部と、
前記受信波を示す信号の信号対雑音比を、衛星仰角を変数とする正弦関数にフィッティングしたときの、該正弦関数における位相を算出する位相算出部と、
前記水位と前記位相との関係を示す回帰式を算出する回帰式算出部と、
を備える、制御装置。

【請求項2】

前記入力部は、受信機による衛星からの電磁波の受信に関する条件を示す条件情報の入力を受け付け、
前記回帰式と、該回帰式に対応する条件情報とを含む回帰式情報を出力する出力部をさらに備える、請求項１に記載の制御装置。

【請求項3】

前記水槽は、複数の、水を収容する水槽サブユニットによって構成され、
前記受信波情報取得部は、水が収容されていた前記水槽サブユニットのうちの一部の前記水槽サブユニットから水が排水されるごとに、前記受信波情報を取得し、
前記位相算出部によって算出された位相と、該位相が算出されたときに水が収容されている前記水槽サブユニットを識別する水槽サブユニット情報とを記憶する位相記憶部と、
前記位相記憶部に直近で記憶された２つの前記位相の差分に基づいて、前記受信波情報に基づいて土壌水分量が検出される検出範囲を決定する検出範囲判定部と、を備える請求項１又は２に記載の制御装置。

【請求項4】

前記水槽は、複数の、水を収容する水槽サブユニットによって構成され、
前記複数の水槽サブユニットは、前記受信機の周囲に設置され、
前記衛星の位置に基づいて、前記複数の水槽サブユニットのうちの、前記水を収容する水槽サブユニットを決定する水槽決定部をさらに備え、
前記入力部は、前記決定された前記水槽サブユニットに収容された水の水位を示す水位情報の入力を受け付ける、請求項１又は２に記載の制御装置。

【請求項5】

制御装置が実行する制御方法において、
水槽に収容された水の水位を示す水位情報の入力を受け付けるステップと、
衛星から送信され、受信機によって受信された、電磁波の直接波と、該電磁波が前記水の水面にて反射した反射波とに基づく受信波を示す受信波情報を取得するステップと、
前記受信波を示す信号の信号対雑音比を、衛星仰角を変数とする正弦関数にフィッティングしたときの、該正弦関数における位相を算出するステップと、
前記水位と前記位相との関係を示す回帰式を算出するステップと、
を含む、制御方法。

【請求項6】

土壌が収容されている水槽に前記土壌の水分が飽和するまで水を供給するステップと、
前記土壌に含まれる水分量である土壌水分量を計測する計測ステップと、
衛星から送信され、受信機によって受信された、電磁波の直接波と、前記電磁波が前記土壌の表面にて反射した反射波とに基づく、前記土壌水分量が計測されたときの受信波を示す受信波情報を取得する取得ステップと、
前記受信波を示す信号の信号対雑音比を、衛星仰角を変数とする正弦関数にフィッティングしたときの、該正弦関数における位相を算出する位相算出ステップと、
前記土壌水分量と前記位相との関係を示す回帰式を算出する回帰式算出ステップと、
所定回数以上、前記回帰式が算出されたか否かを判定する第１の判定ステップと、
前記所定回数以上、前記回帰式が算出されていないと判定されると、前記土壌水分量が所定の土壌水分量閾値未満であるか否かを判定する第２の判定ステップと、を含み、
前記土壌水分量が所定の土壌水分量閾値以上であると判定されると、前記所定回数以上、前記回帰式が算出されたと判定されるか、又は前記土壌水分量が所定の土壌水分量未満であると判定されるまで、前記計測ステップと、前記前記取得ステップと、前記位相算出ステップと、前記回帰式算出ステップとを順に繰り返す、制御方法。

【請求項7】

衛星から送信された電磁波を受信する受信機と、制御装置とを備える制御システムにおいて、
前記制御装置は、
水槽に収容された水の水位を示す水位情報の入力を受け付ける入力部と、
衛星から送信され、受信機によって受信された、電磁波の直接波と、該電磁波が前記水の水面にて反射した反射波とに基づく受信波を示す受信波情報を取得する受信波情報取得部と、
前記受信波を示す信号の信号対雑音比を、衛星仰角を変数とする正弦関数にフィッティングしたときの、該正弦関数における位相を算出する位相算出部と、
前記水位と前記位相との関係を示す回帰式を算出する回帰式算出部と、
を有する、制御システム。

【請求項8】

コンピュータを、請求項１又は２に記載の制御装置として機能させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、制御装置、制御方法、制御システム、及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、土砂災害の予測、農地の管理、気象予報等を目的として土壌水分量を計測することが知られている。これまで、土壌水分量の計測においては、接触式センサを用いたＴＤＲ法が知られている。この方法では、高い精度で土壌水分量を計測することができるが、計測範囲は数ｃｍ（センチメートル）程度の狭い範囲に限られる。

【0003】

近年では、全球測位衛星システム（Global Navigation Satellite System（ＧＮＳＳ））の衛星から送信され、マルチパスで伝搬する電磁波を用いて、土壌水分量を計測する技術が発達している。具体的には、ＧＮＳＳ受信機によって受信された、衛星から送信された電磁波の直接波と、衛星から送信された電磁波が地面で反射した反射波とに基づく電磁波の信号対雑音比（Signal-to-Noise Ratio（ＳＮＲ））の位相は、土壌水分量に依存する。そこで、ＳＮＲの位相に基づいて土壌水分量が計測される（非特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】Larson, K. M., et al. (2010). "GPS Multipath and Its Relation to Near-Surface Soil Moisture Content." IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing 3(1): 91-99.

【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、信号対雑音比の位相と土壌水分量との関係を示す回帰式は、予め算出されている必要がある。このため、予め、受信した電磁波のＳＮＲを算出し、土壌水分計を用いて該電磁波が受信されたときの土壌水分量を計測するという作業を複数回にわたって行う必要がある。また、土壌水分計による１回の計測で水分が計測される土壌の範囲は、実運用にて計測の対象となる土壌の全範囲に比べて小さいため、土壌の全範囲に適用される回帰式を算出するために、複数の土壌水分計を面的に設置する必要があり、その負荷が大きくなる。

【0006】

さらに、信号対雑音比の位相と土壌水分量との関係を示す回帰式は、電磁波を送信する衛星、電磁波の周波数、電磁波を受信する受信機、受信機に設けられているアンテナ、及び地面からの受信機の高さを含む条件に依存する。このため、条件ごとの、位相と土壌水分量との関係を算出するために、条件ごとに、土壌水分量計を用いて土壌水分量を計測しなければならず、その負荷が大きくなっている。また、仮に、条件の合わない環境にて、上述した回帰式を用いて土壌水分量を計測した場合、計測の精度は低くなる。

【0007】

かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、土壌水分量を計測するための回帰式を容易に算出することができる制御装置、制御方法、制御システム、及びプログラムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するため、本開示に係る制御装置は、水槽に収容された水の水位を示す水位情報の入力を受け付ける入力部と、衛星から送信され、受信機によって受信された、電磁波の直接波と、該電磁波が前記水の水面にて反射した反射波とに基づく受信波を示す受信波情報を取得する受信波情報取得部と、前記受信波を示す信号の信号対雑音比を、衛星仰角を変数とする正弦関数にフィッティングしたときの、該正弦関数における位相を算出する位相算出部と、前記水位と前記位相との関係を示す回帰式を算出する回帰式算出部と、を備える。

【0009】

上記課題を解決するため、本開示に係る制御方法は、制御装置が実行する制御方法において、水槽に収容された水の水位を示す水位情報の入力を受け付けるステップと、衛星から送信され、受信機によって受信された、電磁波の直接波と、該電磁波が前記水の水面にて反射した反射波とに基づく受信波を示す受信波情報を取得するステップと、前記受信波を示す信号の信号対雑音比を、衛星仰角を変数とする正弦関数にフィッティングしたときの、該正弦関数における位相を算出するステップと、前記水位と前記位相との関係を示す回帰式を算出するステップと、を含む。

【0010】

上記課題を解決するため、本開示に係る制御方法は、土壌が収容されている水槽に前記土壌の水分が飽和するまで水を供給するステップと、前記土壌に含まれる水分量である土壌水分量を計測する計測ステップと、衛星から送信され、受信機によって受信された、電磁波の直接波と、前記電磁波が前記土壌の表面にて反射した反射波とに基づく、前記土壌水分量が計測されたときの受信波を示す受信波情報を取得する取得ステップと、前記受信波を示す信号の信号対雑音比を、衛星仰角を変数とする正弦関数にフィッティングしたときの、該正弦関数における位相を算出する位相算出ステップと、前記土壌水分量と前記位相との関係を示す回帰式を算出する回帰式算出ステップと、所定回数以上、前記回帰式が算出されたか否かを判定する第１の判定ステップと、前記所定回数以上、前記回帰式が算出されていないと判定されると、前記土壌水分量が所定の土壌水分量閾値未満であるか否かを判定する第２の判定ステップと、を含み、前記土壌水分量が所定の土壌水分量閾値以上であると判定されると、前記所定回数以上、前記回帰式が算出されたと判定されるか、又は前記土壌水分量が所定の土壌水分量未満であると判定されるまで、前記計測ステップと、前記前記取得ステップと、前記位相算出ステップと、前記回帰式算出ステップとを順に繰り返す。

【0011】

上記課題を解決するため、本開示に係る制御システムは、衛星から送信された電磁波を受信する受信機と、制御装置とを備える制御システムにおいて、前記制御装置は、水槽に収容された水の水位を示す水位情報の入力を受け付ける入力部と、衛星から送信され、受信機によって受信された、電磁波の直接波と、該電磁波が前記水の水面にて反射した反射波とに基づく受信波を示す受信波情報を取得する受信波情報取得部と、前記受信波を示す信号の信号対雑音比を、衛星仰角を変数とする正弦関数にフィッティングしたときの、該正弦関数における位相を算出する位相算出部と、前記水位と前記位相との関係を示す回帰式を算出する回帰式算出部と、を有する。

【0012】

上記課題を解決するため、本開示に係るプログラムは、コンピュータを、上述した制御装置として動作させる。

【発明の効果】

【0013】

本開示に係る制御装置、制御方法、制御システム、及びプログラムによれば、土壌水分量を計測するための回帰式を容易に算出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１の実施形態に係る制御システムの一例を示す概略図である。

【図2】図１に示す受信機の配置の一例を示す概略図である。

【図3】図２に示す水槽の水位と、受信機によって受信された受信波における信号対雑音比の位相との関係の一例を示すグラフである。

【図4A】図１に示す受信機の配置の他の例を示す概略図である。

【図4B】図１に示す受信機の配置のさらに他の例を示す概略図である。

【図5】図１に示す制御システムによって算出された回帰式を用いて土壌水分量を計測する計測装置の一例を示す概略図である。

【図6】図１に示す制御装置の動作を示すフローチャートである。

【図7】図５に示す計測装置の動作を示すフローチャートである。

【図8】第２の実施形態に係る制御システムの一例を示す概略図である。

【図9】図８に示す受信機の配置の一例を示す概略図である。

【図10】図８に示す制御装置の動作を示すフローチャートである。

【図11】第３の実施形態に係る制御システムの一例を示す概略図である。

【図12】図１１に示す受信機の配置の一例を示す概略図である。

【図13】図１２に示す水槽の上面図の一例である。

【図14】図１１に示す制御装置の動作を示すフローチャートである。

【図15】第４の実施形態に係る制御システムの一例を示す概略図である。

【図16】図１２に示す水槽の上面図の他の例である。

【図17】図１５に示す制御装置の動作を示すフローチャートである。

【図18】制御システムの変形例が備える循環システムの一例を示す概略図である。

【図19】図１に示す制御装置のハードウェア構成の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

＜＜第１の実施形態＞＞
図１を参照して第１の実施形態の全体構成について説明する。図１は、第１の実施形態に係る制御システム１００の一例を示す概略図である。

【0016】

図１に示すように、制御システム１００は、水位計１と、受信機２と、制御装置３とを備える。

【0017】

水位計１は、図２に示すような、水槽ＡＱに収容されている水Ｗの水位ｄを計測する。水位計１は、任意の方法によって水位ｄを計測することができる。

【0018】

受信機２は、ＧＮＳＳの衛星ＳＴから送信されたＧＮＳＳ信号を受信する。受信機２は、ＧＮＳＳアンテナを備えるＧＮＳＳ受信機とすることができる。第１の実施形態では、受信機２は、水槽ＡＱに収容される水Ｗの最大の水位ｄより高い位置に配置されるように設けられている。図２に示す例では、水槽ＡＱ内に設置台ＩＳが配置され、受信機２は、該設置台ＩＳの上に設けられている。

【0019】

＜制御装置の構成＞
図１に示すように、制御装置３は、入力部（第１の入力部）３１と、受信波情報取得部（第１の受信波情報取得部）３２と、位相算出部３３と、回帰式算出部３４と、判定部３５と、出力部（第１の出力部）３６とを備える。制御装置３は、受信機２と一体に構成されていてもよい。

【0020】

入力部３１は、入力インターフェースによって構成される。入力インターフェースは、マウス、キーボード等であってもよいし、通信インターフェースであってもよい。通信インターフェースには、例えば、イーサネット（登録商標）、ＦＤＤＩ（Fiber Distributed Data Interface）、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）等の規格が用いられてもよい。受信波情報取得部３２、位相算出部３３、回帰式算出部３４、及び判定部３５は、コントローラによって構成される。コントローラは、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)、ＦＰＧＡ(Field-Programmable Gate Array)等の専用のハードウェアによって構成されてもよいし、プロセッサによって構成されてもよいし、双方を含んで構成されてもよい。出力部３６は、出力インターフェースによって構成される。出力インターフェースは、有機ＥＬ（Electro Luminescence）、液晶パネル等のディスプレイであってもよいし、通信インターフェースであってもよい。

【0021】

入力部３１は、水槽ＡＱに収容された水Ｗの水位ｄを示す水位情報の入力を受け付ける。水位ｄは、上述したように水位計１によって計測されてもよい。なお、制御システム１００は水位計１を備えなくてもよく、このような構成によって、入力部３１は、制御システム１００に含まれない任意の水位計によって計測された水位ｄを示す水位情報の入力を受け付ける。

【0022】

また、入力部３１は、受信機２による衛星ＳＴからの電磁波の受信に関する条件を示す条件情報の入力を受け付ける。条件情報は、例えば、衛星ＳＴ、電磁波の周波数又は波長、受信機２、アンテナ、及びアンテナ高さＨを示す情報を含むことができる。衛星ＳＴを示す情報とは、衛星ＳＴを識別するための情報であってもよいし、衛星ＳＴの種類を識別するための情報であってもよい。受信機２及びアンテナをそれぞれ示す情報についても同様である。アンテナ高さＨは、水槽ＡＱの底面からのアンテナの高さである。

【0023】

受信波情報取得部３２は、衛星ＳＴから送信され、受信機２によって受信された受信波を示す受信波情報を取得する。図２に示すように、受信波は、衛星ＳＴから送信された電磁波の直接波Ｐｄと、衛星ＳＴから送信された電磁波が水Ｗの水面にて反射した反射波Ｐｒとに基づく電磁波である。具体的には、受信波は、直接波Ｐｄと反射波Ｐｒとの干渉によって形成される干渉波である。

【0024】

図１に戻って、位相算出部３３は、受信波情報に含まれる受信波を示す信号の信号対雑音比を、衛星仰角Ｅを変数とする正弦関数にフィッティングしたときの、該正弦関数における位相φを算出する。衛星仰角Ｅは、ＧＮＳＳの衛星ＳＴから送信された電磁波の進行方向と、該電磁波が入射する、水槽ＡＱに収容されている水Ｗの水面とがなす鋭角である。

【0025】

具体的には、位相算出部３３は、受信波情報取得部３２によって取得された受信波情報が示す受信波の信号対雑音比を算出する。そして、位相算出部３３は、所定の範囲（例えば、５°以上で２０°以下）の衛星仰角Ｅにおける信号対雑音比を抽出する。さらに、位相算出部３３は、信号対雑音比のトレンドを除去し、以下の式（１）で示される、衛星仰角Ｅを変数とする正弦関数にフィッティングすることにより、位相φを算出する。なお、式（１）において、Ａ、ｈ、及びλは、それぞれ正弦関数によって示される正弦波の振幅、水面からのアンテナの高さ、及び受信波の波長である。

【数1】

【0026】

回帰式算出部３４は、水位ｄと位相φとの関係を示す回帰式を算出する。具体的には、回帰式算出部３４は、図３に示すような、入力部３１によって入力が受け付けられた水位ｄと、位相算出部３３によって算出された位相φとの関係を示す回帰式（図３の例では、直線で表されている回帰線を示す式）を算出する。回帰式算出部３４は、公知の回帰分析により回帰式を算出することができる。

【0027】

判定部３５は、回帰式算出部３４によって回帰式が算出されると、所定回数以上、回帰式が算出されたか否かを判定する。判定部３５は、所定回数以上、回帰式が算出されたと判定されると、回帰式算出部３４によって最後に算出された回帰式を含む回帰式情報を出力部３６に出力させる。

【0028】

回帰式情報は、回帰式算出部３４によって算出された回帰式を含む。また、回帰式情報は、回帰式とともに、該回帰式に対応する条件情報をさらに含んでもよい。回帰式に対応する条件情報とは、回帰式の算出に用いられた受信波情報に含まれる受信波に関する条件情報である。例えば、「ＧＰＳ Ｎｏ.１」で識別される衛星ＳＴから、周波数「Ｌ１」の電磁波を、「Ａ社 製品名ｘ」で識別される受信機２が有する「チョークリング」のアンテナによって受信して、回帰式が算出された場合、判定部３５は、該回帰式とともに、衛星ＳＴ「ＧＰＳ Ｎｏ.１」、周波数「Ｌ１」、受信機２「Ａ社 製品名ｘ」、及びアンテナ「チョークリング」という条件を示す条件情報を含む回帰式情報を出力部３６に出力させる。

【0029】

また、判定部３５は、所定回数以上、回帰式が算出されていないと判定されると、水位ｄが所定の水位閾値未満であるか否かを判定する。所定の水位閾値は、例えば、水槽ＡＱの深さａとすることができる。判定部３５は、水位ｄが所定の水位閾値以上である（所定の水位閾値が水槽ＡＱの深さａである場合、水位ｄが所定の水位閾値と等しい）と判定されると、回帰式算出部３４によって最後に算出された回帰式を含む回帰式情報を出力部３６に出力させる。

【0030】

判定部３５は、水位ｄが所定の水位閾値未満であると判定されると、水位ｄを変化させるための命令を出力部３６に出力させる。なお、判定部３５は、出力部３６によって出力された命令に基づいて水槽ＡＱに水が給排水されて水位ｄが変化すると、水位計によって再び計測された水位ｄを示す情報、受信機２によって受信された受信波に関する受信波情報に基づいて、上述した処理を再び実行することができる。

【0031】

出力部３６は、判定部３５の制御により、回帰式情報を出力する。出力部３６は、有機ＥＬ（Electro Luminescence）、液晶パネル等の表示装置に回帰式情報を表示させてもよいし、通信ネットワークを介して他の装置に回帰式情報を送信してもよい。

【0032】

また、出力部３６は、判定部３５の制御により、水位ｄを変化させるための命令を出力する。出力部３６は、給排水設備を制御する給排水制御装置に該命令を出力してもよいし、表示装置に該命令を表示させてもよい。

【0033】

なお、図４Ａに示すように、制御システム１００は、互いに異なるアンテナ高さＨｋ（ｋは自然数であり、図４Ａに示す例ではｋ＝１～３である）となるように設置された複数の受信機２を備えてもよい。このような構成において、入力部３１は、受信機２、衛星ＳＴ、衛星ＳＴからの電磁波の周波数又は波長、アンテナ、及びアンテナ高さＨｋを含む条件を示す条件情報の入力を受け付ける。そして、回帰式算出部３４は、複数の受信機２それぞれで受信された受信波を含む受信波情報に基づいて回帰式を算出し、出力部３６は、回帰式それぞれと、それぞれに対応する条件情報とを含む回帰式情報を出力する。このように、制御装置３は、異なるアンテナ高さＨｋを含む異なる条件それぞれについての回帰式を算出することができる。したがって、受信機２のアンテナ高さＨｋが様々である場合にも、制御装置３を用いて算出された回帰式のうち、条件に沿った回帰式を用いることによって、高い精度で土壌水分量を算出することができる。

【0034】

また、図４Ｂに示すように、受信機２は、鉛直方向に移動可能であるように設けられていてもよい。このような構成において、入力部３１は、受信機２が互いに異なるアンテナ高さＨとなるときのそれぞれについて、アンテナ高さＨを含む条件を示す条件情報の入力を受け付ける。そして、回帰式算出部３４は、複数の受信機２それぞれで受信された受信波を含む受信波情報に基づいて回帰式を算出し、出力部３６は、回帰式それぞれと、それぞれに対応する条件とを含む回帰式情報を出力する。このように、制御装置３は、異なるアンテナ高さＨを含む異なる条件それぞれについての回帰式を算出することができる。したがって、受信機２のアンテナ高さＨが様々である場合にも、制御装置３を用いて算出された回帰式のうち、条件に沿った回帰式を用いることによって、高い精度で土壌水分量を算出することができる。

【0035】

＜計測装置の構成＞
ここで、図５を参照して、制御装置３によって算出された回帰式を用いて、土壌水分量を計測する計測装置４について説明する。図５は、第１の実施形態に係る計測装置４の一例を示す概略図である。

【0036】

図５に示すように、計測装置４は、入力部（第２の入力部）４１と、受信波情報取得部（第２の受信波情報取得部）４２と、回帰式記憶部４３と、土壌水分量計測部４４と、出力部（第２の出力部）４５とを備える。入力部４１は、入力インターフェースによって構成される。受信波情報取得部４２及び土壌水分量計測部４４は、コントローラによって構成される。回帰式記憶部４３は、メモリによって構成される。メモリは、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等のハードウェアにおけるレジスタによって構成されてもよいし、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、ＲＯＭ（Read-Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等によって構成されてもよい。出力部４５は、出力インターフェースによって構成される。

【0037】

入力部４１は、条件情報の入力を受け付けることができる。条件情報は、衛星ＳＴ、受信機２、衛星ＳＴから送信される電磁波の周波数又は波長、アンテナ、地面からのアンテナの高さ等の条件を含んでよい。

【0038】

受信波情報取得部４２は、衛星ＳＴから送信され、受信機２によって受信された、電磁波の直接波Ｐｄと、該電磁波が土壌の表面にて反射した反射波Ｐｒとに基づく受信波を示す受信波情報を取得する。

【0039】

回帰式記憶部４３は、上述した制御装置３によって算出された回帰式を記憶している。回帰式記憶部４３は、条件情報に対応して回帰式を記憶することができる。

【0040】

土壌水分量計測部４４は、受信波情報取得部４２によって取得された受信波情報と、回帰式記憶部４３に記憶されている回帰式とに基づいて、土壌水分量を計測する。土壌水分量計測部４４は、入力部４１によって入力が受け付けられた条件情報と、受信波情報と、条件情報に対応する回帰式とに基づいて、土壌水分量を計測してもよい。

【0041】

具体的には、土壌水分量計測部４４は、受信波情報に含まれる受信波を示す信号の信号対雑音比を、衛星仰角Ｅを変数とする正弦関数にフィッティングしたときの、該正弦関数における位相φを算出する。そして、土壌水分量計測部４４は、該位相φと回帰式とに基づいて土壌水分量を計測する。具体的には、土壌水分量計測部４４は、回帰式記憶部４３によって記憶されている回帰式において位相φに対応する水位ｄを算出して、該水位ｄに相当する量を土壌水分量として計測する。

【0042】

上述したように、入力部４１が条件情報の入力を受け付け、回帰式記憶部４３が、条件情報に対応して回帰式を記憶する構成において、土壌水分量計測部４４は、条件情報に対応して記憶されている回帰式において位相φに対応する水位ｄを算出して、該水位ｄに相当する量を土壌水分量として計測する。なお、条件情報に地面からのアンテナの高さが含まれる構成において、土壌水分量計測部４４は、地面からのアンテナの高さに相当するアンテナ高さＨに対応付けられている回帰式を用いて土壌水分量を計測する。

【0043】

また、出力部４５は、土壌水分量計測部４４によって計測された土壌水分量を示す土壌水分量情報を出力してもよい。例えば、出力部４５は、表示装置に土壌水分量情報を表示させてもよいし、通信ネットワークを介して他の装置に土壌水分量情報を送信してもよい。

【0044】

＜制御装置の動作＞
ここで、第１の実施形態に係る制御装置３を用いた動作について、図６を参照して説明する。図６は、第１の実施形態に係る制御装置３を用いた動作の一例を示すフローチャートである。図６を参照して説明する制御装置３を用いた動作は第１の実施形態に係る制御装置３が実行する制御方法を含む。

【0045】

ステップＳ１１において、給水設備が、水槽ＡＱに水Ｗを供給する。ここで、不図示の給排水制御装置が、水槽ＡＱに水Ｗを供給するよう給水設備を制御してもよいし、管理者が、水槽ＡＱに水Ｗを供給するよう給水設備を操作してもよい。

【0046】

ステップＳ１２において、水位計１が水位ｄを計測する。

【0047】

ステップＳ１３において、ステップＳ１２で計測された水位ｄを示す水位情報を制御装置３に入力する。これにより、入力部３１が、水槽ＡＱに収容された水Ｗの水位ｄを示す水位情報の入力を受け付ける。

【0048】

ステップＳ１４において、受信波情報取得部３２が、衛星ＳＴから送信され、受信機２によって受信された、電磁波の直接波Ｐｄと、該電磁波が水Ｗの水面にて反射した反射波Ｐｒとに基づく受信波を示す受信波情報を取得する。

【0049】

ステップＳ１５において、位相算出部３３が、受信波情報に含まれる受信波を示す信号の信号対雑音比を、衛星仰角Ｅを変数とする正弦関数にフィッティングしたときの、該正弦関数における位相φを算出する。

【0050】

ステップＳ１６において、回帰式算出部３４が、水位ｄと位相φとの関係を示す回帰式を算出する。

【0051】

ステップＳ１７において、判定部３５が、所定回数以上、回帰式が算出されたか否かを判定する。

【0052】

ステップＳ１７で、所定回数以上、回帰式が算出されたと判定されると、ステップＳ１８において、判定部３５が、最後にステップＳ１６で算出された回帰式を含む回帰式情報を出力部３６に出力させる。

【0053】

ステップＳ１７で、所定回数以上、回帰式が算出されていないと判定されると、ステップＳ１９において、判定部３５が、水位ｄが所定の水位閾値未満であるか否かを判定する。

【0054】

ステップＳ１９で、水位ｄが所定の水位閾値以上である（所定の水位閾値が水槽ＡＱの深さａである場合、水位ｄが所定の水位閾値に等しい）と判定されると、ステップＳ１８において、判定部３５が、最後にステップＳ１６で算出された回帰式を含む回帰式情報を出力部３６に出力させる。

【0055】

ステップＳ１９で、水位ｄが所定の水位閾値未満であると判定されると、判定部３５が、水位ｄを変化させるための命令を出力部３６に出力させ、ステップＳ１１に戻って処理が繰り返される。

【0056】

なお、上述したステップＳ１１で、給水設備が、水槽ＡＱに水Ｗを供給したが、これに限られない。例えば、水槽ＡＱに水Ｗが満たされている初期状態から動作が開始されて、ステップＳ１１において、排水設備が、水槽ＡＱから水Ｗを排出してもよい。また、判定部３５が、水Ｗを供給又は排出させるように給排水制御装置に命令を送信してもよいし、管理者が、判定部３５による判定の結果を参照して、給水設備又は排水設備を操作してもよい。

【0057】

次に、第１の実施形態に係る計測装置４の動作について、図７を参照して説明する。図７は、第１の実施形態に係る計測装置４の動作の一例を示すフローチャートである。図７を参照して説明する計測装置４の動作は第１の実施形態に係る計測装置４が実行する計測方法に相当する。計測装置４の回帰式記憶部４３は、上述した制御装置３によって出力された回帰式情報を記憶している。

【0058】

ステップＳ２１において、受信波情報取得部４２が、受信機２によって受信された直接波Ｐｄと反射波Ｐｒとに基づく受信波を示す受信波情報を取得する。

【0059】

ステップＳ２２において、土壌水分量計測部４４が、受信波情報に含まれる受信波を示す信号の信号対雑音比を、衛星仰角Ｅを変数とする正弦関数にフィッティングしたときの、該正弦関数における位相φを算出し、該位相φに基づいて、回帰式を用いて算出した水位ｄにより土壌水分量を計測する。

【0060】

ステップＳ２３において、出力部４５が土壌水分量を示す土壌水分量情報を出力する。

【0061】

上述したように、第１の実施形態によれば、制御装置３は、水槽ＡＱに収容された水Ｗの水位ｄを示す水位情報の入力を受け付ける入力部３１と、衛星ＳＴから送信され、受信機２によって受信された、電磁波の直接波Ｐｄと、該電磁波が水Ｗの水面にて反射した反射波Ｐｒとに基づく受信波を示す受信波情報を取得する受信波情報取得部３２と、受信波を示す信号の信号対雑音比を、衛星仰角Ｅを変数とする正弦関数にフィッティングしたときの、該正弦関数における位相φを算出する位相算出部３３と、水位ｄと位相φとの関係を示す回帰式を算出する回帰式算出部３４と、を備える。これにより、制御装置３は、位相φと土壌水分量との関係を示す回帰式を容易に算出することができる。具体的には、従来のように、計測の対象となる土壌の面積の全体にわたって設けられた土壌水分計によって土壌水分量を計測することに比べて、水槽ＡＱに収容された水Ｗの水位ｄを所望の値に設定することは容易である。したがって、水位ｄを様々な値に設定し、該設定それぞれでの水位ｄと受信波の位相φとの関係を示す回帰式を算出することは、土壌水分計によって計測された土壌水分量と受信波の位相φとの関係を示す回帰式を算出することに比べて容易である。

【0062】

また、第１の実施形態によれば、制御装置３において、入力部３１は、受信機２による衛星ＳＴからの電磁波の受信に関する条件を示す条件情報の入力を受け付け、回帰式と、該回帰式に対応する条件情報とを含む回帰式情報を出力する出力部３６をさらに備える。これにより、制御装置３は、条件ごとに、土壌水分量を計測するための回帰式を容易に算出することができる。したがって、条件ごとの回帰式を用いることによって、高い精度での土壌水分量を計測することが可能となる。

【0063】

＜＜第２の実施形態＞＞
図８を参照して第２の実施形態の全体構成について説明する。図８は、第２の実施形態に係る制御システム１００－１の一例を示す概略図である。第２の実施形態において、第１の実施形態と同一の機能部については同じ符号を付加し、説明を省略する。本実施形態では、図９に示すように、水槽ＡＱには、土壌ＳＬが収容されている。

【0064】

第２の実施形態において、水槽ＡＱに収容されている土壌ＳＬの土性は、計測対象の土壌の土性に類似していることが好ましい。例えば、水槽ＡＱに収容されている土壌ＳＬの粒径と、計測対象の土壌の粒径との差分は、閾値以下とすることができる。また、水槽ＡＱに収容されている土壌ＳＬが含有する所定の有機物の量と、計測対象の土壌が含有する所定の有機物の量との差分は閾値以下とすることができる。なお、この例に限られず、塩、イオン等に関する土性に基づいて、水槽ＡＱに収容される土壌ＳＬが選定されてもよい。

【0065】

図８に示すように、制御システム１００－１は、受信機２と、制御装置３－１と、土壌水分計５とを備える。

【0066】

土壌水分計５は、土壌ＳＬの中の水分の量である土壌水分量を計測する。土壌水分計５は、任意の方法によって土壌水分量を計測することができる。例えば、土壌水分計５は、ＴＤＲ（Time Domain Reflectometer system）又はＴＤＴ（Time Domain Transmissometry）により土壌水分量を計測してもよいし、土壌ＳＬの電気抵抗値に基づいて土壌水分量を計測してもよい。また、土壌水分計５は、水分を含む土の重量を計測することによって土壌水分量を計測してもよい。

【0067】

＜制御装置の構成＞
制御装置３－１は、入力部３１－１と、受信波情報取得部３２と、位相算出部３３と、回帰式算出部３４－１と、判定部３５と、出力部３６とを備える。入力部３１－１は、入力インターフェースによって構成される。回帰式算出部３４－１は、コントローラによって構成される。

【0068】

入力部３１－１は、土壌水分計５によって計測された土壌水分量を示す土壌水分量情報の入力を受け付ける。

【0069】

回帰式算出部３４－１は、土壌水分量情報が示す土壌水分量と、位相算出部３３によって算出された位相φとの関係を示す回帰式を算出する。回帰式算出部３４－１は、公知の回帰分析により回帰式を算出することができる。

【0070】

＜制御装置の動作＞
次に、第２の実施形態に係る制御装置３－１を用いた制御方法について説明する。図１０は、第２の実施形態に係る制御装置３－１を用いて実行する動作の一例を示すフローチャートである。図１０を参照して説明する制御装置３－１を用いて実行する動作は第２の実施形態に係る制御方法を含む。

【0071】

ステップＳ３１において、土壌ＳＬが収容されている水槽ＡＱに土壌ＳＬの水分が飽和するまで水Ｗを供給する（水供給ステップ）。

【0072】

ステップＳ３２において、土壌水分計５が、土壌ＳＬに含まれる水分量である土壌水分量を計測する（計測ステップ）。

【0073】

ステップＳ３３において、ステップＳ３２で計測された土壌水分量を示す土壌水分量情報を制御装置３－１に入力する。ここで、土壌水分計５が有するコントローラが、制御装置３－１に土壌水分量情報を出力してもよいし、管理者が、土壌水分計５によって計測された土壌水分量情報を入力する操作を行ってもよい。これにより、入力部３１－１が、土壌水分量情報の入力を受け付ける。

【0074】

ステップＳ３４において、受信波情報取得部３２が、衛星ＳＴから送信され、受信機２によって受信された、電磁波の直接波Ｐｄと、電磁波が土壌ＳＬの表面にて反射した反射波Ｐｒとに基づく、土壌水分量が計測されたときの受信波を示す受信波情報を取得する（取得ステップ）。

【0075】

ステップＳ３５において、位相算出部３３が、受信波を示す信号の信号対雑音比を、衛星仰角Ｅを変数とする正弦関数にフィッティングしたときの、該正弦関数における位相φを算出する（位相算出ステップ）。

【0076】

ステップＳ３６において、回帰式算出部３４－１が、土壌水分量と位相φとの関係を示す回帰式を算出する（回帰式算出ステップ）。

【0077】

ステップＳ３７において、判定部３５が、所定回数以上、回帰式が算出されたか否かを判定する（第１の判定ステップ）。

【0078】

ステップＳ３７で、所定回数以上、回帰式が算出されたと判定されると、ステップＳ３８において、出力部３６が、最後にステップＳ１６で算出された回帰式を出力する。

【0079】

ステップＳ３７で、所定回数以上、回帰式が算出されていないと判定されると、ステップＳ３９において、判定部３５が、土壌水分量が所定の土壌水分量閾値未満であるか否かを判定する（第２の判定ステップ）。

【0080】

ステップＳ３９で、土壌水分量が所定の土壌水分量閾値未満であると判定されると、ステップＳ３８において、出力部３６が、最後にステップＳ３６で算出された回帰式情報を出力する。

【0081】

ステップＳ３９で、土壌水分量が所定の土壌水分量閾値以上であると判定されると、ステップＳ３２に戻って処理が繰り返される。すなわち、制御装置３－１は、所定回数以上、回帰式が算出されたと判定されるか、又は土壌水分量が所定の土壌水分量未満であると判定されるまで、計測ステップと、取得ステップと、位相算出ステップと、回帰式算出ステップとを順に繰り返す。

【0082】

また、第１の実施形態における計測装置４は、第２の実施形態の制御装置３－１によって算出された回帰式を記憶し、該回帰式を用いて、土壌水分量を計測してもよい。

【0083】

上述したように、第２の実施形態によれば、土壌ＳＬにおいて水分量が飽和している状態から、徐々に乾燥する経過に沿って、効率的に、位相φと土壌水分量との関係を示す回帰式を算出することができる。

【0084】

＜＜第３の実施形態＞＞
図１１を参照して第３の実施形態の全体構成について説明する。図１１は、第３の実施形態に係る制御システム１００－２の一例を示す概略図である。第３の実施形態において、第１の実施形態と同一の機能部については同じ符号を付加し、説明を省略する。

【0085】

図１１に示すように、制御システム１００－２は、水位計１と、受信機２と、制御装置３－２とを備える。

【0086】

第３の実施形態では、図１２に示すように、水槽ＡＱは、複数の、水Ｗを収容する水槽サブユニットＡＱｓによって構成される。水槽サブユニットＡＱｓにおける、水平方向の辺の長さは、衛星ＳＴから送信される電磁波の波長（例えば、２０ｃｍ）以上の長さとすることができる。

【0087】

複数の水槽サブユニットＡＱｓは、受信機２の周囲に設置されている。例えば、受信機２を設置する設置台ＩＳを中心に、一方向にＭ個、該一方向に直交する方向にＬ個の水槽サブユニットＡＱｓが設置されていてもよい。図１３に示す例では、受信機２を設置する設置台ＩＳを中心に、ｘ軸方向に7個、ｙ軸方向に７個の水槽サブユニットＡＱｓが配列されている。

【0088】

＜制御装置の構成＞
図１１に示すように、制御装置３－２は、入力部３１－２と、受信波情報取得部３２－２と、位相算出部３３と、出力部３６－２と、位相記憶部３７と、検出範囲判定部３８とを備える。入力部３１－２は、入力インターフェースによって構成される。出力部３６－２は、出力インターフェースによって構成される。位相記憶部３７は、メモリによって構成される。受信波情報取得部３２－２及び検出範囲判定部３８は、コントローラによって構成される。

【0089】

受信波情報取得部３２－２は、水Ｗが収容されていた水槽サブユニットＡＱｓのうちの一部の水槽サブユニットＡＱｓから水Ｗが排水されるたびに、受信波情報を取得する。

【0090】

位相記憶部３７は、位相算出部３３によって算出された位相φと、該位相φが算出されたときに水Ｗが収容されている水槽サブユニットＡＱｓを識別する水槽サブユニット情報とを記憶する。

【0091】

検出範囲判定部３８は、位相記憶部３７に直近で記憶された２つの位相φの差分に基づいて、受信波情報に基づいて土壌水分量が検出される検出範囲を決定する。

【0092】

具体的には、検出範囲判定部３８は、位相算出部３３によって位相φが算出されると、位相記憶部３７に直近で記憶された２つの位相φの差分が所定の閾値以上であるか否かを判定する。検出範囲判定部３８は、差分が所定の閾値以上であると判定されると、位相記憶部３７に直近に記憶された位相φに対応して記憶されている水槽サブユニット情報に対応する水槽サブユニットＡＱｓによって構成される範囲を土壌水分量の検出範囲として判定する。検出範囲判定部３８は、検出範囲を示す検出範囲情報を出力部３６－２に出力させる。また、検出範囲判定部３８は、制御装置３－２が備える記憶部（メモリ）に検出範囲情報を記憶させてもよい。

【0093】

また、出力部３６－２は、検出範囲判定部３８によって判定された検出範囲を示す検出範囲情報を出力してもよい。例えば、出力部３６－２は、表示装置に検出範囲情報を表示させてもよいし、通信ネットワークを介して他の装置に検出範囲情報を送信してもよい。

【0094】

検出範囲判定部３８は、差分が所定の閾値未満であると判定されると、さらに一部の水槽サブユニットＡＱｓから水Ｗが排出された後に取得された受信波情報に基づいて算出され、位相記憶部３７に記憶された位相φに基づいて、同様の処理を繰り返す。

【0095】

＜制御装置の動作＞
次に、第３の実施形態に係る制御装置３－２を用いた動作について説明する。図１４は、第３の実施形態に係る制御装置３－２を用いた動作の一例を示すフローチャートである。図１４参照して説明する制御装置３－２の動作は第３の実施形態に係る制御装置３－２が実行する制御方法を含む。

【0096】

ステップＳ４１において、給水設備が、全ての水槽サブユニットＡＱｓに水Ｗを供給する。ここで、不図示の給排水制御装置が、各水槽サブユニットＡＱｓに水Ｗを供給するよう給水設備を制御してもよいし、管理者が、水槽サブユニットＡＱｓに水Ｗを供給するよう給水設備を操作してもよい。

【0097】

ステップＳ４２において、排水設備が、一部の水槽サブユニットＡＱｓから水Ｗを排水する。水Ｗが排水される水槽サブユニットＡＱｓは、図１３に示すように、受信機２からの距離が遠い所定数の水槽サブユニットＡＱｓであってもよい（図１３に示す例では、水位「０．０」が示されている水槽サブユニットＡＱｓから水Ｗが排水されている）。また、水Ｗが排水される水槽サブユニットＡＱｓは、受信機２からの距離と軌道情報に基づく衛星の位置によって決定されてもよい。例えば、水Ｗが排水される水槽サブユニットＡＱｓは、衛星ＳＴの位置と、受信機２が有するアンテナの位置とに基づいて、衛星ＳＴから送信され、受信機２によって受信される反射波Ｐｒの反射位置にある水槽サブユニットＡＱｓからの距離が遠い所定数の水槽サブユニットＡＱｓとしてもよい。

【0098】

なお、ステップＳ４２において、不図示の給排水制御装置が、各水槽サブユニットＡＱｓから水Ｗを排水するよう排水設備を制御してもよいし、管理者が、水槽サブユニットＡＱｓから水Ｗを排水するよう排水設備を操作してもよい。

【0099】

ステップＳ４３において、受信波情報取得部３２－２が、衛星ＳＴから送信され、受信機２によって受信された、電磁波の直接波Ｐｄと、該電磁波が水Ｗの水面にて反射した反射波Ｐｒとに基づく受信波を示す受信波情報を取得する。

【0100】

ステップＳ４４において、位相算出部３３が、受信波情報に含まれる受信波を示す信号の信号対雑音比を、衛星仰角Ｅを変数とする正弦関数にフィッティングしたときの、該正弦関数における位相φを算出する。

【0101】

ステップＳ４５において、位相記憶部３７が、位相算出部３３によって算出された位相φを、該位相φが算出されたときに水Ｗが収容されている水槽サブユニットＡＱｓを識別する水槽サブユニット情報とともに記憶する。

【0102】

ステップＳ４６において、検出範囲判定部３８が、位相記憶部３７に直近で記憶された２つの位相φの差分が所定の閾値以上であるか否かを判定する。

【0103】

ステップＳ４６で差分が所定の閾値以上であると判定されると、ステップＳ４７において、検出範囲判定部３８が、位相記憶部３７に直近で記憶された位相φに対応して記憶されている水槽サブユニット情報に対応する水槽サブユニットＡＱｓによって構成される範囲を土壌水分量の検出範囲と判定する。

【0104】

ステップＳ４６で差分が所定の閾値未満であると判定されると、制御装置３－２は、ステップＳ４２に戻って処理を繰り返す。

【0105】

ステップＳ４８において、出力部３６－２が検出範囲情報を出力する。

【0106】

なお、制御装置３－２は、回帰式算出部３４と、判定部３５とをさらに備えてもよい。このような構成において、制御装置３－２は、上述したように検出範囲情報を判定すると、判定された検出範囲にある水槽サブユニットＡＱｓを用いて、第１の実施形態と同様の動作を実行してもよい。

【0107】

以上、第３の実施形態によれば、水槽ＡＱは、複数の、水Ｗを収容する水槽サブユニットＡＱｓによって構成され、受信波情報取得部３２－２は、水Ｗが収容されていた水槽サブユニットＡＱｓのうちの一部の水槽サブユニットＡＱｓから水Ｗが排水されるごとに、受信波情報を取得し、位相算出部３３によって算出された位相φと、該位相φが算出されたときに水Ｗが収容されている水槽サブユニットＡＱｓを識別する水槽サブユニット情報とを記憶する位相記憶部３７と、位相記憶部３７に直近で記憶された２つの位相φの差分に基づいて土壌水分量の検出範囲を判定する検出範囲判定部３８と、を備える。

【0108】

受信機２によって受信された受信波に基づいて土壌水分量を検出することができる検出範囲は、受信機２のアンテナの位置、衛星ＳＴに依存する。第３の実施形態の制御装置３－２は、上述のように構成されることによって、土壌水分量の検出範囲を適切に判定することができる。

【0109】

＜＜第４の実施形態＞＞
図１５を参照して第４の実施形態の全体構成について説明する。図１５は、第４の実施形態に係る制御システム１００－３の一例を示す概略図である。第４の実施形態において、第１の実施形態と同一の機能部については同じ符号を付加し、説明を省略する。

【0110】

図１５に示すように、制御システム１００－３は、水位計１と、受信機２と、制御装置３－３とを備える。

【0111】

第４の実施形態では、第３の実施形態と同様に、図１２に示すように、水槽ＡＱは、複数の、水Ｗを収容する水槽サブユニットＡＱｓによって構成される。

【0112】

＜制御装置の構成＞
図１５に示すように、制御装置３－３は、入力部３１－３と、受信波情報取得部３２と、位相算出部３３と、回帰式算出部３４と、判定部３５と、出力部３６－３と、水槽決定部３９とを備える。入力部３１－３は、入力インターフェースによって構成される。出力部３６－３は、出力インターフェースによって構成される。水槽決定部３９は、コントローラによって構成される。

【0113】

水槽決定部３９は、衛星ＳＴの位置に基づいて、複数の水槽サブユニットＡＱｓのうちの、水Ｗを収容する水槽サブユニットＡＱｓを決定する。なお、衛星ＳＴの位置（予定されている軌道）は、該衛星ＳＴを運用する機関等によって公開されており、例えば、受信波情報取得部３２が、通信ネットワークを介して、該機関等から取得することができる。

【0114】

例えば、水槽決定部３９は、衛星ＳＴの位置と、受信機２が有するアンテナの位置とに基づいて、衛星ＳＴから送信され、受信機２によって受信される反射波Ｐｒの反射位置を算出する。そして、水槽決定部３９は、反射位置に配置されている水槽サブユニットＡＱｓを、水Ｗを収容する水槽サブユニットＡＱｓとして決定してもよい。また、水槽決定部３９は、反射位置に配置されている水槽サブユニットＡＱｓと、該水槽サブユニットＡＱｓに隣接している水槽サブユニットＡＱｓとを、水Ｗを収容する水槽サブユニットＡＱｓとして決定してもよい。図１６に示す例では、水槽決定部３９は、太線の矩形で囲まれている、反射位置に配置されている水槽サブユニットＡＱｓと、該水槽サブユニットＡＱｓに隣接している水槽サブユニットＡＱｓとを、水Ｗを収容する水槽サブユニットＡＱｓとして決定する。

【0115】

これにより、水槽決定部３９によって決定された水槽サブユニットＡＱｓに水Ｗが収容され、水槽決定部３９によって決定されなかった水槽サブユニットＡＱｓには水Ｗが収容されないようにすることができる。図１６に示す例では、各水槽サブユニットＡＱｓに記載されている数値は、水Ｗの水位ｄを示している。本例では、水Ｗを収容する水槽サブユニットＡＱｓであると決定された、太線の矩形で囲まれている水槽サブユニットＡＱｓに収容されている水Ｗの水位ｄは、０．１ｍ（メートル）であり、水Ｗを収容する水槽サブユニットＡＱｓであると決定されなかった、太線の矩形で囲まれていない水槽サブユニットＡＱｓに収容されている水Ｗの水位ｄは０．０ｍである。

【0116】

入力部３１－２は、水槽決定部３９によって決定された水槽サブユニットＡＱｓに収容された水Ｗの水位ｄを示す水位情報の入力を受け付けることができる。

【0117】

出力部３６－３は、水槽決定部３９によって決定された、水Ｗを収容する水槽サブユニットＡＱｓを示す水槽情報を出力する。出力部３６－３は、表示装置に水槽情報を表示させてもよいし、通信ネットワークを介して他の装置に水槽情報を送信してもよい。他の装置は、例えば、水槽サブユニットＡＱｓに水Ｗを給水する給水設備、又は水槽サブユニットＡＱｓから排水する排水設備を制御する給排水制御装置であってもよい。これにより、給排水制御装置は、給水設備が、水槽決定部３９によって決定された水槽サブユニットＡＱｓに水Ｗを供給したり、排水設備が、水槽サブユニットＡＱｓから排水したりするよう制御することができる。

【0118】

＜制御装置の動作＞
次に、第４の実施形態に係る制御装置３－３を用いた動作について説明する。図１７は、第４の実施形態に係る制御装置３－３を用いた動作の一例を示すフローチャートである。図１７を参照して説明する制御装置３－３の動作は第４の実施形態に係る制御装置３－３が実行する制御方法を含む。

【0119】

ステップＳ５１において、受信波情報取得部３２が、衛星ＳＴの位置を示す位置情報を取得する。

【0120】

ステップＳ５２において、水槽決定部３９が、位置情報によって示される、衛星ＳＴの位置に基づいて、複数の水槽サブユニットＡＱｓのうちの、水Ｗを収容する水槽サブユニットＡＱｓを決定する。

【0121】

ステップＳ５３において、給水設備が、ステップＳ５２で決定された水槽サブユニットＡＱｓに水Ｗを供給する。

【0122】

ステップＳ５４において、水位計１が、水位ｄを計測する。

【0123】

ステップＳ５５において、ステップＳ５４で計測された水位ｄを示す水位情報を制御装置３－２に入力する。これにより、入力部３１が、水位ｄを示す水位情報の入力を受け付ける。

【0124】

ステップＳ５６において、受信波情報取得部３２が、衛星ＳＴから送信され、受信機２によって受信された、電磁波の直接波Ｐｄと、該電磁波が水Ｗの水面にて反射した反射波Ｐｒとに基づく受信波を示す受信波情報を取得する。

【0125】

ステップＳ５７において、位相算出部３３が、ステップＳ５６で取得された受信波情報に含まれる受信波を示す信号の信号対雑音比を、衛星仰角Ｅを変数とする正弦関数にフィッティングしたときの、該正弦関数における位相φを算出する。

【0126】

ステップＳ５８において、回帰式算出部３４が、水位ｄと位相φとの関係を示す回帰式を算出する。

【0127】

ステップＳ５９において、判定部３５が、所定回数以上、回帰式が算出されたか否かを判定する。

【0128】

ステップＳ５９で、所定回数以上、回帰式が算出されたと判定されると、ステップＳ６０において、判定部３５が、最後にステップＳ５８で算出された回帰式を含む回帰式情報を出力部３６－３に出力させる。

【0129】

ステップＳ５９で、所定回数以上、回帰式が算出されていないと判定されると、ステップＳ６１において、判定部３５が、水位ｄが所定の水位閾値未満であるか否かを判定する。

【0130】

ステップＳ６１で、水位ｄが所定の水位閾値以上である（所定の水位閾値が水槽ＡＱの深さａである場合、水位ｄが所定の水位閾値と等しい）と判定されると、ステップＳ６０において、判定部３５が、最後にステップＳ５８で算出された回帰式を含む回帰式情報を出力部３６－３に出力させる。

【0131】

ステップＳ６１で、水位ｄが所定の水位閾値未満であると判定されると、判定部３５が、水位ｄを変化させる命令を出力部３６－３に出力させ、ステップＳ５１に戻って処理が繰り返される。

【0132】

なお、上述したステップＳ５３で、給水設備が、水槽情報に示される水槽サブユニットＡＱｓに水Ｗを供給したが、これに限られない。例えば、水槽情報に示される水槽サブユニットＡＱｓに水Ｗが満たされている初期状態から動作が開始されて、ステップＳ５３において、排水設備が、水槽情報に示される水槽サブユニットＡＱｓから水Ｗを排出してもよい。

【0133】

また、第１の実施形態における計測装置４は、第４の実施形態の制御装置３－３によって算出された回帰式を記憶し、該回帰式を用いて、土壌水分量を計測してもよい。

【0134】

上述したように、第４の実施形態によれば、水槽ＡＱは、複数の、水Ｗを収容する水槽サブユニットＡＱｓによって構成され、複数の水槽サブユニットＡＱｓは、受信機２の周囲に設置され、制御装置３－３は、衛星ＳＴの位置に基づいて、複数の水槽サブユニットＡＱｓのうちの、水Ｗを収容する水槽サブユニットＡＱｓを決定する水槽決定部３９をさらに備え、入力部３１－３は、決定された水槽サブユニットＡＱｓに収容された水Ｗの水位ｄを示す水位情報の入力を受け付ける。これにより、水槽ＡＱを構成する複数の水槽サブユニットＡＱｓのうちの一部の水槽サブユニットＡＱｓのみに水Ｗを収容することによって回帰式を算出することができる。したがって、回帰式の算出に用いられる水Ｗの量を節減することができる。

【0135】

＜変形例＞
なお、上述した第１の実施形態において、制御システム１００は、さらに、水槽ＡＱに給排水する水Ｗの循環システム６００を備えてもよい。循環システム６００は、例えば、図１８に示すように、ドレインパン６１と、グレーチング６２と、ポンプ６３と、排水管６４と、貯水タンク６５と、給水管６６と、弁６７と、給排水制御装置６８と、タンク水位計６９とを備える。

【0136】

ドレインパン６１は、水槽ＡＱから排出された水Ｗを収容する。

【0137】

グレーチング６２は、１つ以上の脚部６２１と、棚部６２２とを備える。脚部６２１において、鉛直方向の一方の端部がドレインパン６１の底部に取り付けられ、他方の端部がドレインパン６１の上端部より高い位置に配置される。棚部６２２は、板状の部材であって、該部材が有する平面が略水平となるように、脚部６２１の他方の端部の上側に取り付けられている。水槽ＡＱは、棚部６２２の上側の面に設けられている。これによって、ドレインパン６１の底面と、グレーチング６２の棚部６２２とによって、二重床が構成される。

【0138】

ポンプ６３は、ドレインパン６１に収容されている水Ｗを汲み上げて、排水管６４を介して、貯水タンク６５に送出する。

【0139】

排水管６４は、ポンプ６３と貯水タンク６５との間を接続する管である。ポンプ６３から送出された水は、排水管６４を通って、貯水タンク６５に搬送される。

【0140】

貯水タンク６５は、ポンプ６３から送出され、排水管６４を通って搬送された水Ｗを貯える。

【0141】

給水管６６は、貯水タンク６５の排水口に接続されている菅である。貯水タンク６５から送出された水Ｗは、給水管６６を通って、水槽ＡＱに供給される。

【0142】

弁６７は、給水管６６に取り付けられている。弁６７が、給排水制御装置６８の制御によって開くことによって、給水管６６を通って水槽ＡＱに水Ｗが供給される。また、弁６７が、給排水制御装置６８の制御によって閉じることによって、水槽ＡＱへの水Ｗの供給が停止される。弁６７は電磁弁とすることができる。

【0143】

給排水制御装置６８は、水槽ＡＱにおける水Ｗの供給及び排出を制御する。具体的には、給排水制御装置６８は、ポンプ６３がドレインパン６１に収容されている水Ｗを汲み上げて、排水管６４を介して送出するよう制御する。また、給排水制御装置６８は、貯水タンク６５から水槽ＡＱに水Ｗが供給されるように弁６７を開くように制御し、貯水タンク６５から水槽ＡＱへの水Ｗの供給が停止されるように弁６７を閉じるように制御する。

【0144】

タンク水位計６９は、貯水タンク６５に収容されている水Ｗの水位ｄを計測する。これにより、例えば、給排水制御装置６８は、貯水タンク６５に収容されている水Ｗの水位ｄが所定の閾値以上である場合に、ポンプ６３が、貯水タンク６５への水Ｗの送出を停止するように制御してもよい。

【0145】

また、第３の実施形態に係る制御システム１００－２、又は第４の実施形態に係る制御システム１００－３が、同様にして、ドレインパン６１と、グレーチング６２と、ポンプ６３と、排水管６４と、貯水タンク６５と、給水管６６と、弁６７と、給排水制御装置６８と、タンク水位計６９とをさらに備えてもよい。

【0146】

＜プログラム＞
上述した制御装置３、３－１、３－２、及び３－３並びに計測装置４は、コンピュータ１０１によって実現することができる。また、上述した制御装置３、３－１、３－２、及び３－３、並びに計測装置４として機能させるためのプログラムが提供されてもよい。また、該プログラムは、記憶媒体に記憶されてもよいし、ネットワークを通して提供されてもよい。図１９は、制御装置３として機能するコンピュータ１０１の概略構成を示すブロック図である。制御装置３－１、３－２、及び３－３並びに計測装置４としてそれぞれ機能するコンピュータも、コンピュータ１０１と同様に構成されてよい。ここで、コンピュータ１０１は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、ワークステーション、ＰＣ（Personal Computer）、電子ノートパッドなどであってもよい。プログラム命令は、必要なタスクを実行するためのプログラムコード、コードセグメントなどであってもよい。

【0147】

図１９に示すように、コンピュータ１０１は、プロセッサ１１０と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１２０と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１３０と、ストレージ１４０と、入力部１５０と、出力部１６０と、通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）１７０とを備える。各構成は、バス１８０を介して相互に通信可能に接続されている。プロセッサ１１０は、具体的にはＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＳｏＣ（System on a Chip）などであり、同種又は異種の複数のプロセッサにより構成されてもよい。

【0148】

プロセッサ１１０は、各構成の制御、及び各種の演算処理を実行する。すなわち、プロセッサ１１０は、ＲＯＭ１２０又はストレージ１４０からプログラムを読み出し、ＲＡＭ５３０を作業領域としてプログラムを実行する。プロセッサ１１０は、ＲＯＭ１２０又はストレージ１４０に記憶されているプログラムに従って、上記各構成の制御及び各種の演算処理を行う。上述した実施形態では、ＲＯＭ１２０又はストレージ１４０に、本開示に係るプログラムが記憶されている。

【0149】

プログラムは、コンピュータ１０１が読み取り可能な記憶媒体に記憶されていてもよい。このような記憶媒体を用いれば、プログラムをコンピュータ１０１にインストールすることが可能である。ここで、プログラムが記憶された記憶媒体は、非一時的（non-transitory）記憶媒体であってもよい。非一時的記憶媒体は、特に限定されるものではないが、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリなどであってもよい。また、このプログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。

【0150】

ＲＯＭ１２０は、各種プログラム及び各種データを記憶する。ＲＡＭ５３０は、作業領域として一時的にプログラム又はデータを記憶する。ストレージ１４０は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）により構成され、オペレーティングシステムを含む各種プログラム及び各種データを記憶する。

【0151】

入力部１５０は、ユーザの入力操作を受け付けて、ユーザの操作に基づく情報を取得する１つ以上の入力インターフェースを含む。例えば、入力部１５０は、ポインティングデバイス、キーボード、マウスなどであるが、これらに限定されない。

【0152】

出力部１６０は、情報を出力する１つ以上の出力インターフェースを含む。例えば、出力部１６０は、情報を映像で出力するディスプレイ、又は情報を音声で出力するスピーカであるが、これらに限定されない。なお、出力部１６０は、タッチパネル方式のディスプレイである場合には、入力部１５０としても機能する。

【0153】

通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）１７０は、外部の装置と通信するためのインターフェースである。

【0154】

本明細書に記載された全ての文献、特許出願および技術は、個々の文献、特許出願、および技術が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記載された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

【0155】

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本開示の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形又は変更が可能である。

【符号の説明】

【0156】

１ 水位計
２ 受信機
３、３－１、３－２、３－３ 制御装置
４ 計測装置
５ 土壌水分計
３１、３１－１、３１－２、３１－３ 入力部（第１の入力部）
３２、３２－２ 受信波情報取得部（第１の受信波情報取得部）
３３ 位相算出部
３４、３４－１ 回帰式算出部
３５ 判定部
３６、３６－２、３６－３ 出力部（第１の出力部）
３７ 位相記憶部
３８ 検出範囲判定部
３９ 水槽決定部
４１ 入力部（第２の入力部）
４２ 受信波情報取得部（第２の受信波情報取得部）
４３ 回帰式記憶部
４４ 土壌水分量計測部
４５ 出力部（第２の出力部）
６１ ドレインパン
６２ グレーチング
６３ ポンプ
６４ 排水管
６５ 貯水タンク
６６ 給水管
６７ 弁
６８ 給排水制御装置
６９ タンク水位計
１００、１００－１、１００－２ 制御システム
１０１ コンピュータ
１１０ プロセッサ
１２０ ＲＯＭ
１３０ ＲＡＭ
１４０ ストレージ
１５０ 入力部
１６０ 出力部
１７０ 通信インターフェース
１８０ バス
６００ 循環システム
６２１ 脚部
６２２ 棚部
ＡＱ 水槽
ＡＱｓ 水槽サブユニット
ＧＲ 地面
ＩＳ 設置台
Ｐｄ 直接波
Ｐｒ 反射波
ＳＬ 土壌
ＳＴ 衛星
Ｗ 水

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】