特開 2024-52174 水位管理システムおよび水位管理方法

(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】P2024052174

(43)【公開日】2024-04-11

(54)【発明の名称】水位管理システムおよび水位管理方法

(51)【国際特許分類】

   A01G 25/00 20060101AFI20240404BHJP

【ＦＩ】

A01G25/00 501D

【審査請求】有

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022158711

(22)【出願日】2022-09-30

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2024-01-31

(71)【出願人】

【識別番号】397036309

【氏名又は名称】株式会社インターネットイニシアティブ

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100195408

【弁理士】

【氏名又は名称】武藤 陽子

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 透

(57)【要約】

【課題】稲の生育ステージに合わせたより適切な圃場の水位管理を自動で行うことを目的とする。
【解決手段】
管理対象の水田Ｐにおける気象に関する第１データを取得する第１データ取得部１０Ａと、水田Ｐの水位を示す第２データを取得する第２データ取得部１０Ｂと、第１データに基づいて稲の生育指数（ＤＶＩ）を算出し、かつ、算出された生育指数に応じた水田Ｐの理想水位を求める第１処理部１１と、求められた理想水位に基づいて、水田Ｐにおける目標水位を設定する第２処理部１２と、第２データに基づいて、設定された目標水位に応じた給水または排水を指示する水位制御信号を生成して、水田Ｐへの給水を行う給水装置３または排水を行う排水装置４に送出する水位制御部１３とを備え、第１データは水田Ｐまたは水田Ｐ周辺の気温、または、水温、または、気温および水田Ｐにおける日長時間を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

管理対象の圃場における気象に関する第１データを取得する第１データ取得部と、
前記圃場の水位を示す第２データを取得する第２データ取得部と、
前記第１データに基づいて稲の生育指数（ＤＶＩ）を算出し、かつ、算出された前記生育指数に応じた前記圃場の理想水位を求める第１処理部と、
求められた前記理想水位に基づいて、前記圃場における目標水位を設定する第２処理部と、
前記第２データに基づいて、設定された前記目標水位に応じた給水または排水を指示する水位制御信号を生成して、前記圃場への給水を行う給水装置または排水を行う排水装置に送出する水位制御部と
を備え、
前記第１データは、前記圃場もしくは前記圃場周辺の気温、または、水温、または、前記気温および前記圃場における日長時間を含む
ことを特徴とする水位管理システム。

【請求項2】

請求項１に記載の水位管理システムにおいて、
前記第２処理部は、前記生育指数ごとに規定された、前記理想水位に対して許容できる水位の範囲を考慮して、前記目標水位を設定する
ことを特徴とする水位管理システム。

【請求項3】

請求項２に記載の水位管理システムにおいて、
前記第２処理部は、前記圃場において水深が最も浅い位置での水位が前記理想水位となるように、前記目標水位を設定する
ことを特徴とする水位管理システム。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載の水位管理システムにおいて、
さらに、前記圃場に設置され、前記圃場における水位を測定するセンサを備え、
前記第２データ取得部は、前記センサから前記第２データを取得する
ことを特徴とする水位管理システム。

【請求項5】

請求項４に記載の水位管理システムにおいて、
前記センサは、さらに、前記圃場における気温を測定し、
前記第１データ取得部は、前記第１データに含まれる前記気温を、前記センサから取得する
ことを特徴とする水位管理システム。

【請求項6】

請求項５に記載の水位管理システムにおいて、
前記第１データ取得部は、前記圃場の位置データと暦データとから算出された日長時間を、前記第１データに含まれる前記日長時間として取得する
ことを特徴とする水位管理システム。

【請求項7】

請求項４に記載の水位管理システムにおいて、
前記センサは、さらに、前記圃場における水温を測定し、
前記第１データ取得部は、前記第１データに含まれる前記水温を、前記センサから取得する
ことを特徴とする水位管理システム。

【請求項8】

請求項１から３のいずれか１項に記載の水位管理システムにおいて、
前記理想水位は、稲の生育ステージに応じた値である
ことを特徴とする水位管理システム。

【請求項9】

請求項１から３のいずれか１項に記載の水位管理システムにおいて、
前記給水装置は、前記水位制御信号に基づいて、前記圃場への給水または止水を行う
ことを特徴とする水位管理システム。

【請求項10】

管理対象の圃場における気象に関する第１データを取得する第１ステップと、
前記圃場の水位を示す第２データを取得する第２ステップと、
前記第１データに基づいて稲の生育指数（ＤＶＩ）を算出し、かつ、算出された前記生育指数に応じた前記圃場の理想水位を求める第３ステップと、
求められた前記理想水位に基づいて、前記圃場における目標水位を設定する第４ステップと、
前記第２データに基づいて、設定された前記目標水位に応じた給水または排水を指示する水位制御信号を生成して、前記圃場への給水を行う給水装置または排水を行う排水装置に送出する第５ステップと
を備え、
前記第１データは、前記圃場もしくは前記圃場周辺の気温、または、水温、または、前記気温および前記圃場における日長時間を含む
ことを特徴とする水位管理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圃場における水位管理システムおよび水位管理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、水田などの圃場における水位の管理を自動的に行う技術が提案されている。例えば、特許文献１は、前日の気温、水温、日照度値の実測定値と、当日の気温、水温、日照度値の予想値とを比較して、基準となる実測定値と予想値との差に応じた補正係数を算出して、水田における排水側のゲートの高さを調節する技術を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１１－００９１２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１に開示される水位管理技術では、気温、水温、および日照度のみに対応付けられた所定の水位を基準としており、稲の生育ステージは考慮されていない。そのため、稲の生育ステージに応じた適切な水位を管理しようとした場合、管理を行う人間が、経験等に基づいて稲の生育ステージに応じたより細かい水位を調節することになる。したがって、従来の技術によれば、稲の生育ステージに合わせた適切な圃場の水位管理を自動で行うことが困難であった。

【0005】

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、稲の生育ステージに合わせたより適切な圃場の水位管理を自動で行うことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決するために、本発明に係る水位管理システムは、管理対象の圃場における気象に関する第１データを取得する第１データ取得部と、前記圃場の水位を示す第２データを取得する第２データ取得部と、前記第１データに基づいて稲の生育指数（ＤＶＩ）を算出し、かつ、算出された前記生育指数に応じた前記圃場の理想水位を求める第１処理部と、求められた前記理想水位に基づいて、前記圃場における目標水位を設定する第２処理部と、前記第２データに基づいて、設定された前記目標水位に応じた給水または排水を指示する水位制御信号を生成して、前記圃場への給水を行う給水装置または排水を行う排水装置に送出する水位制御部とを備え、前記第１データは、前記圃場もしくは前記圃場周辺の気温、または、水温、または、前記気温および前記圃場における日長時間を含むことを特徴とする。

【0007】

また、本発明に係る水位管理システムにおいて、前記第２処理部は、前記生育指数ごとに規定された、前記理想水位に対して許容できる水位の範囲を考慮して、前記目標水位を設定してもよい。

【0008】

また、本発明に係る水位管理システムにおいて、前記第２処理部は、前記圃場において水深が最も浅い位置での水位が前記理想水位となるように、前記目標水位を設定してもよい。

【0009】

また、本発明に係る水位管理システムにおいて、さらに、前記圃場に設置され、前記圃場における水位を測定するセンサを備え、前記第２データ取得部は、前記センサから前記第２データを取得してもよい。

【0010】

また、本発明に係る水位管理システムにおいて、前記センサは、さらに、前記圃場における気温を測定し、前記第１データ取得部は、前記第１データに含まれる前記気温を、前記センサから取得してもよい。

【0011】

また、本発明に係る水位管理システムにおいて、前記第１データ取得部は、前記圃場の位置データと暦データとから算出された日長時間を、前記第１データに含まれる前記日長時間として取得してもよい。

【0012】

また、本発明に係る水位管理システムにおいて、前記センサは、さらに、前記圃場における水温を測定し、前記第１データ取得部は、前記第１データに含まれる前記水温を、前記センサから取得してもよい。

【0013】

また、本発明に係る水位管理システムにおいて、前記理想水位は、稲の生育ステージに応じた値であってもよい。

【0014】

また、本発明に係る水位管理システムにおいて、前記給水装置は、前記水位制御信号に基づいて、前記圃場への給水または止水を行ってもよい。

【0015】

上述した課題を解決するために、本発明に係る水位管理方法は、管理対象の圃場における気象に関する第１データを取得する第１ステップと、前記圃場の水位を示す第２データを取得する第２ステップと、前記第１データに基づいて稲の生育指数（ＤＶＩ）を算出し、かつ、算出された前記生育指数に応じた前記圃場の理想水位を求める第３ステップと、求められた前記理想水位に基づいて、前記圃場における目標水位を設定する第４ステップと、前記第２データに基づいて、設定された前記目標水位に応じた給水または排水を指示する水位制御信号を生成して、前記圃場への給水を行う給水装置または排水を行う排水装置に送出する第５ステップとを備え、前記第１データは、前記圃場もしくは前記圃場周辺の気温、または、水温、または、前記気温および前記圃場における日長時間を含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、圃場もしくは圃場周辺の気温、または、水温、または、気温および圃場における日長時間を含む第１データに基づいて、稲の生育指数（ＤＶＩ）を算出し、算出された生育指数に応じた圃場の理想水位を求めるので、稲の生育ステージに合わせたより適切な圃場の水位管理を自動で行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、本発明の実施の形態に係る水位管理システムの構成を示すブロック図である。

【図2】図２は、本実施の形態に係る水位管理システムが備える水田センサの構成を示すブロック図である。

【図3】図３は、本実施の形態に係る水位管理システムが備える給水装置の構成を示すブロック図である。

【図4】図４は、本実施の形態に係る水位管理システムが備える水位管理装置のハードウェア構成を示すブロック図である。

【図5】図５は、本実施の形態に係る水位管理システムによって設定される稲の生育ステージに応じた理想水位を説明するための図である。

【図6】図６は、本実施の形態に係る水位管理システムの動作を説明するためのシーケンス図である。

【図7】図７は、変形例に係る水位管理システムによる目標水位の設定を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の好適な実施の形態について、図１から図７を参照して詳細に説明する。

【0019】

［実施の形態］
図１は、本発明の実施の形態に係る水位管理システムの構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る水位管理システムは、水田Ｐの水位を自動で管理するシステムである。

【0020】

［水位管理システムの構成］
まず、本発明の実施の形態に係る水位管理システムの概要について説明する。図１に示すように、水位管理システムは、水位管理装置１と、管理対象の水田Ｐに設置された水田センサ（センサ）２と、給水装置３と、排水装置４とが、基地局ＧＷを介してネットワーク接続されている。

【0021】

例えば、水位管理システムは、水田センサ２、給水装置３、および排水装置４が、基地局ＧＷを介して、網側にある水位管理装置１とＬＴＥ／３Ｇ無線回線やＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）等の回線で接続されている。端末側の水田センサ２、給水装置３、および排水装置４と基地局ＧＷとは、例えば、ＬｏＲａＷＡＮ（登録商標）等の低消費電力かつ長距離通信に対応した無線通信を行うことができる。基地局ＧＷには、ＬＴＥ／３Ｇ通信およびＬｏＲａＷＡＮ（登録商標）等に対応する通信モジュールが搭載され、水田センサ２からのセンサデータをクラウドシステムである水位管理装置１に転送する。

【0022】

また、水位管理システムにおいて、水位管理装置１がＡＰＩ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を介して、図示されないユーザのスマートフォンやタブレット端末などの通信端末ＵＥに情報を提供することができる。ユーザのスマートフォン等において、水位管理システムのアプリケーションプログラムを予めインストールすることで、管理対象の水田Ｐにおける水位管理情報、気温、水温、水位等をユーザが遠隔でモニタすることができると共に、水位管理装置１に対する操作を行うことができる。

【0023】

稲が栽培される水田Ｐには、給水路Ｉおよび排水路Ｄが設けられており、水田Ｐ単位での給水および排水を行う。給水路Ｉには、用水を水田Ｐに供給する給水装置３が設けられている。また、排水路Ｄには、水田Ｐの排水を行う排水装置４が設けられている。なお、本実施の形態では、水田Ｐ内に一つの水田センサ２が設置されている場合を例に挙げて説明するが、水田センサ２の数は、管理対象の水田Ｐの面積等に応じて複数配置することができる。

【0024】

［水田センサの構成］
水田センサ２は、水田Ｐに設置され、例えば、水田Ｐにおける気温、水温、および水位を測定する。水田センサ２は、例えば、水田Ｐに打ち込んだ支柱の地面側に固定されているセンサ部と、支柱の他端側に固定された通信部とが配線により接続された構造を有する。図２に示すように、水田センサ２は、例えば、基板温度計２０、水温計２１、水位計２２、バッテリ２３、および通信インターフェース２４を備える。基板温度計２０、水温計２１、および水位計２２により水田センサ２のセンサ部が構成される。

【0025】

また、通信インターフェース２４は水田センサ２の通信部を構成する。通信インターフェース２４は、例えば、ＬｏＲａＷＡＮ（登録商標）等の通信規格に準拠する無線通信インターフェースである。なお、基板温度計２０は、支柱の他端側、つまり、外気側に設けられる。

【0026】

水田センサ２においては、リチウムイオン二次電池や二酸化マンガンリチウム一次電池などのバッテリ２３によってセンサ部および通信部に電力が供給される。水田センサ２は、基板温度計２０、水温計２１、および水位計２２でそれぞれ測定された、基板温度、水田Ｐの水温、および水位を、例えば、３０分などの所定の周期で水位管理装置１に送出する。なお、水田センサ２の基板温度計２０で測定される基板温度は、水田Ｐの気温を示す。

【0027】

基板温度計２０、水温計２１、および水位計２２は、データの送出周期のタイミングで基板温度、水温、および水位を測定することができる。また、センサデータには、水田センサ２の識別情報、測定日時などの情報が含まれる。本実施の形態では、水田センサ２が、水田Ｐの気温（基板温度）、水温、および水位を測定する場合を例示して説明するが、水田センサ２の構成はこれに限定されない。水田センサ２は、少なくとも水位を測定すればよく、設計に応じて気温および／または水温を測定する構成とすればよい。

【0028】

［給水装置の構成］
給水装置３は、水位管理装置１からの水位制御信号に基づいて、水田Ｐへの給水または止水を行う。給水装置３は、図３に示すように、例えば、アクチュエータ３０、ゲート３１、バッテリ３２、および通信インターフェース３３を備える。給水装置３は、水位管理装置１による水位制御信号に基づいて、アクチュエータ３０がゲート３１を開閉操作し、ゲート３１の開度に応じた量の用水を水田Ｐに取り込む。給水装置３は、ゲート３１の開閉による一定量の給水および止水を行う場合だけでなく、ゲート３１の開度の調整や給水周期、および給水時間に応じて給水量を可変に制御する給水処理を行ってもよい。

【0029】

給水装置３は、例えば、リチウムイオン二次電池などのバッテリ３２によって電源が確保されるが、太陽電池などによって電力を供給する構成を採用してもよい。通信インターフェース３３は、例えば、ＬｏＲａＷＡＮ（登録商標）等の通信規格に準拠する無線通信インターフェースを用いることができる。

【0030】

なお、給水装置３は、ゲートの開閉操作により給水を行う方式に限らず、水位制御信号に応じて自動で水田Ｐに給水を行うことができれば、バルブの開閉操作による給水方式等、他の方式を採用してもよい。

【0031】

排水装置４は、例えば、アクチュエータ、ゲート、バッテリ、および通信インターフェースを備える。排水装置４は、アクチュエータがゲートの開閉操作を行い、ゲートの開度に応じた量の水を水田Ｐから排水する。排水装置４は、水位管理装置１からの水位制御信号に応じて、排水処理を行うことができる。

【0032】

［水位管理装置の構成］
次に、水位管理装置１の機能ブロックについて、図１を参照して説明する。水位管理装置１は、図１に示すように、データ取得部１０、第１処理部１１、第２処理部１２、水位制御部１３、記憶部１４、および提示部１５を備える。

【0033】

データ取得部１０は、第１データ取得部１０Ａおよび第２データ取得部１０Ｂを備える。第１データ取得部１０Ａは、管理対象の水田Ｐにおける気象に関する第１データを取得する。第１データには、水田Ｐもしくは水田Ｐ周辺の気温、または、水温、または、気温（水田Ｐの気温もしくは水田Ｐ周辺の気温）および水田Ｐにおける日長時間が含まれる。第２データ取得部１０Ｂは、水田Ｐの水位を示す第２データを取得する。第２データ取得部１０Ｂは、水田センサ２から第２データ、すなわち水田Ｐの水位を取得する。

【0034】

なお、第１データに含まれる水田Ｐの気温とは、以下に説明するように水田センサ２から取得される気温であるのに対し、水田Ｐ周辺の気温とは、特に、後述する外部の気象サーバなどから取得される気温をいう。以下においては、これらの水田Ｐの気温および水田Ｐ周辺の気温を総称して「気温」と呼ぶことがある。

【0035】

例えば、第１データ取得部１０Ａは、第１データに含まれる水田Ｐの気温を、水田センサ２から取得する。また、第１データ取得部１０Ａは、第１データに含まれる水田Ｐの水温を、水田センサ２から取得する。また、第１データ取得部１０Ａは、第１データに含まれる水田Ｐにおける日長時間を、水田Ｐの位置データと暦データとから算出し、取得する。具体的には、第１データ取得部１０Ａは、後述の記憶部１４に記憶されている水田センサ２の位置データに含まれる緯度と暦データとに基づいて日長時間を算出することができる。

【0036】

第１データ取得部１０Ａは、水田センサ２によって３０分毎の周期で測定された基板温度から、１日の平均気温を算出する。同様に、第１データ取得部１０Ａは、水田センサ２によって３０分毎の周期で測定された水温から１日の平均水温を算出する。

【0037】

第１処理部１１は、第１データ取得部１０Ａによって取得された、水田Ｐもしくは水田Ｐ周辺の気温、または、水温、または、気温（水田Ｐの気温もしくは水田Ｐ周辺の気温）および水田Ｐにおける日長時間を含む第１データに基づいて、稲の生育指数（ＤＶＩ：ＤｅＶｅｌｏｐｍｅｎｔａｌ Ｉｎｄｅｘ）を算出し、かつ、算出した生育指数に応じた水田Ｐの理想水位を求める。具体的には、第１処理部１１は、水田Ｐもしくは水田Ｐ周辺の１日の平均気温、または、水田Ｐの１日の平均水温、または、水田Ｐもしくは水田Ｐ周辺の１日の平均気温および水田Ｐにおける日長時間に基づいて、ＤＶＲ値を算出し、積算することで、ＤＶＩ値を算出する。

【0038】

ＤＶＩ値は、稲の出芽、幼穂形成期、出穂期の各生育ステージをそれぞれ生育指数０，１，２と規定し、発芽後の日々の発育速度（ＤＶＲ：ＤｅＶｅｌｏｐｍｅｎｔａｌ Ｒａｔｅ）を積算して得られる値である。ＤＶＲ値は、気温に対する１日あたりの稲の発育速度である。ＤＶＲ値は、気温のみ、水温のみ、または、気温および日長時間を用いて算出することが一般的である。なお、ＤＶＩ値は、稲の品種や稲が栽培される地域の気候に応じて事前に調整される既知の値である。

【0039】

第１処理部１１がＤＶＲ値の算出およびＤＶＩ値を求める際に、気温、水温、および、気温と日長時間のうちのどの気象データを用いるかについては、設計に応じて定めればよい。例えば、第１処理部１１は、水田センサ２の構成に応じた気象データを選択し、ＤＶＲ値およびＤＶＩ値を算出することができる。

【0040】

第１処理部１１は、後述の記憶部１４に記憶されている、稲の生育ステージと、ＤＶＩ値と、理想水位とが関連付けられたテーブルＴ１を参照し、管理対象の水田Ｐにおける稲のＤＶＩ値に対応する理想水位を取得する。図５は、稲の生育ステージと、ＤＶＩ値と、理想水位との関係を説明するための図である。本実施の形態における水田Ｐの理想水位とは、冷害から幼穂を保護する観点から適切とされる水位である。図５のテーブルＴ１に示すように、生育ステージは、発芽から、幼穂形成期、前歴期間、穂ばらみ期、および出穂期までの各ステージで構成される。

【0041】

また、ＤＶＩ値は、生育ステージごとに値が規定され、発芽時の「０」から始まり、幼穂形成期「１．０」、前歴期間「１．１」「１．２」「１．３」、穂ばらみ期「１．４」「１．５」「１．６」、および出穂期「２．０」と規定される。さらに、水田Ｐの理想水位［ｃｍ］は、幼穂形成期では「４ｃｍ」、前歴期間ではＤＶＩ値「１．１」に対しては「７ｃｍ」、前歴期間のＤＶＩ値「１．２」「１．３」に対しては「１０ｃｍ」、穂ばらみ期のＤＶＩ値「１．４」に対しては「１５ｃｍ」、ＤＶＩ値「１．５」「１．６」「１．７」に対しては「２０ｃｍ」がそれぞれ関連付けられている。穂ばらみ期に続くＤＶＩ値「１．８」に対しては「中干し」、ＤＶＩ値「１．９」では「間断灌漑」を行うため、理想水位の値は規定されていない。さらに、出穂期のＤＶＩ値「２．０」に対しても、「間断灌漑」を行うことから、理想水位の値は規定されていない。

【0042】

特にＤＶＩ値１．４～１．７の穂ばらみ期は、幼穂における冷害危険期であり、この生育ステージにおいては、水位１５ｃｍ～２０ｃｍが幼穂の冷害保護の観点から理想とされる。また、図５に示すように、幼穂形成期の幼穂ｙｐ１に対しては理想水位ｄ１（４ｃｍ）とされ、前歴期間の幼穂ｙｐ２に対しては理想水位ｄ２（１０ｃｍ）、および穂ばらみ期の幼穂ｙｐ３に対しては理想水位ｄ３（２０ｃｍ）が冷害からの保護に適切な水位としてそれぞれ規定されている。

【0043】

第２処理部１２は、第１処理部１１によって求められた理想水位に基づいて、水田Ｐにおける目標水位を設定する。第２処理部１２は、ＤＶＩ値ごとに規定された、理想水位に対して許容できる水位の範囲を考慮して、実際の水位である目標水位を設定する。具体的には、第２処理部１２は、理想水位に対する水位の許容幅に方向指定を定め、水位の上限値および下限値の範囲を目標水位として設定する。なお、理想水位に対して許容できる水位の範囲、すなわち水位の許容幅（以下、「水位幅」という。）は、ＤＶＩ値ごとに予め規定された値が用いられる。

【0044】

表１は、稲の生育ステージおよびＤＶＩ値ごとの、理想水位、許容される水位幅、水位の上限値、および水位の下限値を示すテーブルＴ２である。

【0045】

【表1】

【0046】

第２処理部１２は、後述の記憶部１４に記憶されている表１に示すテーブルＴ２を参照し、第１処理部１１が求めた水田Ｐの理想水位に対応する、水位の上限値および下限値を取得する。さらに、第２処理部１２は、取得した水位の上限値および下限値の範囲を、目標水位として設定する。例えば、第１処理部１１において求められた水田Ｐの理想水位が、穂ばらみ期のＤＶＩ値１．４に対応する１５ｃｍであるとする。この場合、第２処理部１２は、表１のテーブルＴ２を参照し、許容される水位幅±２ｃｍに対応する水位の上限値１７ｃｍから下限値１３ｃｍの範囲を目標水位として設定する。

【0047】

水位制御部１３は、第２データ取得部１０Ｂによって取得された第２データ、すなわち水田Ｐの水位に基づいて、第２処理部１２によって設定された目標水位に応じた給水または排水を指示する水位制御信号を生成して、水田Ｐへの給水を行う給水装置３または排水を行う排水装置４に送出する。水位制御部１３が生成する水位制御信号は、水田Ｐの水位が、第２処理部１２によって設定された目標水位まで上昇するように、給水装置３に対して給水あるいは止水を行うように指示する信号である。同様に、水位制御信号は、水田Ｐの水位が、目標水位まで減少するように、排水装置４に対して排水を行うように指示する信号でもある。

【0048】

より具体的には、水位制御部１３は、水田センサ２によって測定された水田Ｐの水位と、第２処理部１２によって設定された目標水位とを比較して、水田Ｐの水位が目標水位よりも低い場合には、水田Ｐに給水を行うことを示す水位制御信号を生成する。一方、水位制御部１３は、水田センサ２によって測定された水田Ｐの水位が、目標の水位よりも高い場合には、水田Ｐの排水を行うことを示す水位制御信号を生成する。

【0049】

ここで、前述の例を用いると、例えば、現状の水田Ｐの水位が１０ｃｍであった場合には、実際の水位を上限値１７ｃｍから下限値１３ｃｍの範囲とするために、＋３ｃｍから＋７ｃｍの範囲で水位の上昇が必要である。この場合、水位制御部１３は、＋３ｃｍから＋７ｃｍの範囲で水位を上昇させるための水位制御信号を給水装置３に送出する。

【0050】

具体的には、水位制御信号を受信した給水装置３は、＋３ｃｍから＋７ｃｍの範囲など、所定の水位の上昇を得るために、水田Ｐの面積および給水量等に応じてアクチュエータ３０が一定の時間にわたってゲート３１を開操作する構成とすることができる。あるいは、水位制御部１３が水田センサ２の水位を監視して、実際の水位に到達したか否かを確認し、到達した場合には、給水装置３に対して給水停止を指示する水位制御信号を送出する構成としてもよい。

【0051】

具体的には、水位制御部１３は、水田センサ２が３０分毎に水田Ｐの水位を測定するタイミングに合わせて、水田Ｐの水位が、第２処理部１２によって設定された水位の上限値および下限値の範囲内、すなわち目標水位に到達しているか否かを判定する。水田Ｐの水位が、目標水位に到達している場合には、水位制御部１３は、給水処理を停止することを指示する水位制御信号を生成し、給水装置３に送出する。一方、目標水位に到達していない場合には、水位制御部１３は、給水を指示する水位制御信号を再度、給水装置３に送出する。

【0052】

なお、水位制御部１３が、排水を示す水位制御信号を生成する場合には、排水装置４に対して水位制御信号を送出する。この場合、排水装置４は、アクチュエータにゲートの開操作をさせて水田Ｐの排水を行う。

【0053】

記憶部１４は、稲の生育ステージと、ＤＶＩ値と、理想水位とが関連付けられたテーブルＴ１を記憶する。また、記憶部１４は、許容される水位幅と、水位の上限値と、下限値とがさらに関連付けられたテーブルＴ２を記憶する。記憶部１４は、管理対象の水田Ｐに関する情報、水田センサ２、給水装置３、および排水装置４の識別情報等を記憶する。さらに、記憶部１４は、水田センサ２の緯度および経度を含む位置データ、および暦データを記憶する。

【0054】

提示部１５は、管理対象の水田Ｐの水位管理に関する情報を提示する。例えば、提示部１５は、ユーザの端末装置に対して、水田Ｐの現状の水位、ＤＶＩ値、理想水位、および給水装置３に対する給水指示の有無等の水位管理に関する情報を提示することができる。

【0055】

［水位管理装置のハードウェア構成］
次に、上述した機能を有する水位管理装置１を実現するハードウェア構成の一例について、図４を用いて説明する。

【0056】

図４に示すように、水位管理装置１は、例えば、バス１０１を介して接続されるプロセッサ１０２、主記憶装置１０３、通信インターフェース１０４、補助記憶装置１０５、入出力Ｉ／Ｏ１０６を備えるコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。また、水位管理装置１は、バス１０１を介して接続される表示装置１０７を備えることができる。

【0057】

主記憶装置１０３には、プロセッサ１０２が各種制御や演算を行うためのプログラムが予め格納されている。プロセッサ１０２と主記憶装置１０３とによって、図１に示したデータ取得部１０、第１処理部１１、第２処理部１２、水位制御部１３など、水位管理装置１の各機能が実現される。

【0058】

通信インターフェース１０４は、水位管理装置１と基地局ＧＷ、および各種外部電子機器との間をネットワーク接続するためのインターフェース回路である。通信インターフェース１０４は、例えば、ＬＰＷＡ（Ｌｏｗ Ｐｏｗｅｒ Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ）、ＬＰＷＡＮ（Ｌｏｗ－Ｐｏｗｅｒ Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＷｉＦｉ（登録商標）等により無線通信をすることができる。また、通信インターフェース１０４は、ＬＴＥ／３Ｇ／４Ｇなどの携帯電話通信網またはデータ通信網などにより無線通信を行うことができる。通信インターフェース１０４によって図１で示したデータ取得部１０、および提示部１５が実現される。

【0059】

補助記憶装置１０５は、読み書き可能な記憶媒体と、その記憶媒体に対してプログラムやデータなどの各種情報を読み書きするための駆動装置とで構成されている。補助記憶装置１０５には、記憶媒体としてハードディスクやフラッシュメモリなどの半導体メモリを使用することができる。

【0060】

補助記憶装置１０５は、水位管理装置１が実行する給水管理プログラムを格納するプログラム格納領域を有する。補助記憶装置１０５によって、図１で説明した記憶部１４が実現される。さらには、補助記憶装置１０５は、例えば、上述したデータやプログラムやなどをバックアップするためのバックアップ領域などを有していてもよい。

【0061】

入出力Ｉ／Ｏ１０６は、外部機器からの信号を入力したり、外部機器へ信号を出力したりするＩ／Ｏ端子により構成される。

【0062】

表示装置１０７は、液晶ディスプレイなどによって構成される。表示装置１０７によっても図１で説明した提示部１５を実現することができる。

【0063】

［水位管理システムの動作シーケンス］
次に、上述した構成を有する水位管理システムの動作について、図６のシーケンス図を用いて説明する。なお、以下においては、水田Ｐの水位が理想水位よりも低い場合の水位管理を例に挙げて説明する。また、水田センサ２が測定するセンサデータは、基板温度、水温、および水位である場合を例示して説明する。

【0064】

まず、ユーザの通信端末ＵＥにおいて、初期設定を行う操作入力が受け付けられると、水位管理システムにおいて水位管理の初期設定が行われる（ステップＳ１）。より具体的には、設定情報が水位管理装置１によって受信されると、水位管理装置１において、水田Ｐの水位管理のための初期設定が行われる。通信端末ＵＥからの設定情報には、水田センサ２の位置データが含まれる。また、設定情報には、管理対象の水田Ｐの識別情報や、水田Ｐに設置されている給水装置３に関する情報等が含まれる。

【0065】

次に、水田Ｐに設置された水田センサ２は、水田Ｐの気温を示す基板温度、水温、および水位を測定する（ステップＳ２）。次に、水田センサ２は、測定した基板温度、水温、および水位を含むデータを、水位管理装置１に送信する（ステップＳ３）。

【0066】

続いて、水位管理装置１のデータ取得部１０は、水田Ｐにおける気温、水温、および水位を含むデータを水田センサ２から取得する（ステップＳ４）。より詳細には、第１データ取得部１０Ａは、水田Ｐにおける気象に関する第１データを取得する。第１データには、水田Ｐもしくは水田Ｐ周辺の気温、または、水温、または、気温および水田Ｐにおける日長時間が含まれる。

【0067】

図６に例示する水位管理システムでは、第１データ取得部１０Ａは、第１データに含まれる気温および水温を、水田センサ２から取得する。また、第１データ取得部１０Ａは、通信端末ＵＥから受信した、水田センサ２の位置データ、および記憶部１４に記憶されている暦データに基づいて、水田Ｐにおける日長時間を算出して、第１データに含まれる日長時間として取得することができる。さらに、第２データ取得部１０Ｂは、水田センサ２から水田Ｐの水位を示す第２データを取得する。

【0068】

次に、水位管理装置１の第１処理部１１は、ステップＳ４で取得された第１データに基づいてＤＶＲ値を算出し、積算することで、稲のＤＶＩ値を算出し、かつ、算出されたＤＶＩ値に応じた水田Ｐの理想水位を求める（ステップＳ５）。具体的には、第１処理部１１は、事前の設定にしたがって、第１データに含まれる、水田Ｐもしくは水田Ｐ周辺の気温、または、水温、または、気温および水田Ｐにおける日長時間を用いてＤＶＲ値を算出し、積算することでＤＶＩ値を求める。さらに、第１処理部１１は、記憶部１４に記憶されているテーブルＴ１を参照し、算出されたＤＶＩ値に対応する理想水位を取得する。

【0069】

次に、水位管理装置１の第２処理部１２は、ステップＳ５で求められた水田Ｐの理想水位に基づいて、水田Ｐにおける目標水位を設定する（ステップＳ６）。具体的には、第２処理部１２は、記憶部１４に記憶されている、生育ステージおよびＤＶＩ値と、許容される水位幅と、水位の上限値と、下限値とが対応付けられているテーブルＴ２を参照し、上限値と下限値とを有する水田Ｐの目標水位を設定する。

【0070】

次に、水位管理装置１の水位制御部１３は、ステップＳ４で水田センサ２から取得された水位と、ステップＳ６で設定された水田Ｐの目標水位とに基づいて、水田Ｐへの給水を指示する水位制御信号を生成して、水田Ｐへの給水を行う給水装置３に送出する（ステップＳ７）。次に、給水装置３は、給水開始を指示する水位制御信号を水位管理装置１から受信し、アクチュエータ３０にゲート３１の開操作をさせる（ステップＳ８）。例えば、給水装置３は、水位制御信号に基づいて、ゲートを一定時間開き、水田Ｐが設定された水位の上限値および下限値の範囲内となるように給水することができる。

【0071】

ここで、水田センサ２は、給水装置３による給水が開始された後においても、例えば、３０分毎などの一定の周期で水田Ｐの水位を測定し、水位管理装置１に送信する（ステップＳ９）。そして、水位管理装置１は、水田センサ２で測定された水位を取得し、実際の水位が上限値と下限値との範囲内となったか否かを判定する（ステップＳ１０）。具体的には、水位制御部１３は、水田センサ２から受信した水田Ｐの水位と、目標水位とを比較して、水位が目標水位に到達している場合には、給水停止を指示する水位制御信号を生成し、給水装置３に送出する（ステップＳ１１）。一方、水位が目標水位に到達していない場合には、再度、給水を指示する水位制御信号を生成し、給水装置３に送出する。

【0072】

その後、給水停止を指示する水位制御信号を受信した給水装置３は、アクチュエータ３０にゲート３１の閉操作をさせる（ステップＳ１２）。

【0073】

その後、水位管理装置１の提示部１５は、水田Ｐの水位管理情報を提示する（ステップＳ８）。例えば、提示部１５は、ユーザのスマートフォンやタブレット端末に係る端末装置ＵＥに、水田Ｐの給水状況や、水田Ｐにおける気温、水温、水位、稲の生育ステージやＤＶＩ値などを含む水位管理情報を表示させることができる。

【0074】

以上説明したように、本実施の形態に係る水位管理システムによれば、水田Ｐもしくは水田Ｐ周辺の気温、または、水温、または、気温および日長時間を含む水田Ｐの気象に関する第１データに基づいて、日々の発育速度（ＤＶＲ値）を算出し、積算することでＤＶＩ値を算出し、かつ、算出されたＤＶＩ値に応じた水田Ｐの理想水位を求める。そのため、稲の生育ステージに合わせた、定量的でより適切な圃場の水位管理を自動で行うことができる。

【0075】

なお、上述の実施の形態では、水位管理前の水田Ｐの水位が理想水位よりも低い場合に、給水処理をおこなって水位を上昇させる場合について説明した。しかし、水田Ｐの水位が理想水位よりも高い場合には、水位管理装置１の水位制御部１３が、排水を指示する水位制御信号を排水装置４に対して送出し、排水装置４が排水処理を行うことにより目標水位を得る。この場合においても、水田センサ２の測定した水田Ｐの水位を水位管理装置１が取得して、水田Ｐの水位を監視することで、水位管理装置１は、水田Ｐにおいて目標水位が得られたことを確認することができる。

【0076】

また、説明した実施の形態では、水田センサ２が、基板温度、水温、および水位の３つのデータを測定する場合について説明した。しかし、水田センサ２の構成は、これら全てのデータを測定する場合に限定されない。すなわち、第１データ取得部１０ＡにおいてＤＶＲ値およびＤＶＩ値を算出するために必要となる、水田Ｐもしくは水田Ｐ周辺の気温、または、水温、または、気温および日長時間を取得することができれば、各データの取得元および取得経路は上述の構成に限定されない。

【0077】

例えば、水田センサ２は、水位のみ、または、水位および基板温度の２つのデータ、あるいは、水位および水温の２つのデータを測定する構成とすることができる。水田センサ２が水位のみを測定する場合、第１データ取得部１０Ａは、外部の気象サーバなどから水田Ｐ周辺の気温を取得することができる。あるいは、水田センサ２は水位のみを測定し、水田Ｐに設置された別のセンサによって水田Ｐの気温、および／または水温を測定する構成としてもよい。

【0078】

例えば、第１処理部１１は、上記のように外部の気象サーバから取得された水田Ｐ周辺の気温、および算出された水田Ｐにおける日長時間に基づいて、ＤＶＲ値を算出し、積算することでＤＶＩ値を求めることができる。あるいは、第１処理部１１は、外部の気象サーバから取得された水田Ｐ周辺の気温のみに基づいて、ＤＶＲ値を算出し、ＤＶＩ値を求めることもできる。

【0079】

また、説明した実施の形態では、第１データ取得部１０Ａが、水田Ｐの日長時間を位置データと暦データとから算出する場合を例示した。しかし、日長時間の算出は、第１データ取得部１０Ａが行う場合に限らず、例えば、第１処理部１１が行う構成としてもよい。この場合、第１データ取得部１０Ａは、水田Ｐの日長時間の算出に必要な位置データをユーザの端末装置ＵＥから取得し、暦データを記憶部１４から読み出して第１処理部１１に渡す構成とすればよい。

【0080】

［変形例］
次に、本実施の形態の変形例について図７を参照して説明する。上述の実施の形態に係る水位管理システムでは、理想水位に一定の水位幅を許容し、水位の上限値と下限値とにより、水田Ｐの目標水位を設定する場合について説明した。これに対して、本変形例では、さらに、水田Ｐ内の作土表面の起伏によって水田Ｐの深さにバラつきが存在する場合に、水田Ｐの水深が最も浅い位置、すなわち水田Ｐの深さが最も浅い位置での水位が理想水位となるように、目標水位を設定する。

【0081】

なお、本変形例における水位管理装置１、水田センサ２、給水装置３、および排水装置４を含む水位管理システムの構成は、上述の実施の形態と同様である。

【0082】

図７は、本実施の形態の変形例に係る、水位管理システムにおける目標水位の設定を説明するための図である。図７では、水田Ｐを断面図で模式的に示している。水田Ｐの作土表面ｐｓは、起伏があり、水田Ｐ内でその高さにバラつきがある。上述した実施の形態では、水田センサ２が設置されている位置の作土表面の高さを基準とした水面までの位置を水田Ｐ全体の水位として用いた。しかし、例えば、水田Ｐ内の位置ｓでは、他の位置と比較して作土がせり上がっており、重力方向に沿った高さが最も高くなっている。図７に示すように、水田センサ２の設置位置における作土表面の高さは、位置ｓでの作土表面の高さよりも高さｃだけ低い。そのため、水田センサ２の設置位置で理想水位ｄを適用し、水田Ｐ全体の目標水位を設定した場合、位置ｓでの水位は、高さｃ分だけ低くなってしまう。

【0083】

本変形例では、水位管理装置１の第２処理部１２が、実際の水位設定を行う際に、水田Ｐにおいて水深が最も浅い位置での水位が理想水位となるように、実際の水位設定を行う。より具体的には、第２処理部１２は、水田Ｐにおける目標水位である上限値および下限値を設定する際に、水位の計測基準である水田センサ２の位置での作土表面の高さを、水田Ｐ内において最も高い作土表面の高さで補正する。つまり、図７において、位置ｓの作土表面の高さと、水田センサ２が設置されている位置での作土表面の高さとの差分ｃを補正値として用いる。

【0084】

第２処理部１２は、次の式（１）（２）にしたがって、水位の上限値および下限値を決定する。
（上限値）＝（理想水位）＋（補正値）＋（水位幅） ・・・（１）
（下限値）＝（理想水位）＋（補正値）－（水位幅） ・・・（２）
なお、上式（１）（２）において、補正値は、（水田Ｐ内において最も高い作土表面の高さ）－（水田センサ２の設置位置における作土表面の高さ）である。

【0085】

このように、本変形例によれば、水田Ｐの水位設定を行う際に、水田Ｐの深さが最も浅い場所の水位が理想水位となるように水位を調整するので、より適切に、幼穂を冷害から守ることができる。

【0086】

以上、本発明の水位管理システムおよび給水管理方法における実施の形態について説明したが、本発明は説明した実施の形態に限定されるものではなく、請求項に記載した発明の範囲において当業者が想定し得る各種の変形を行うことが可能である。

【符号の説明】

【0087】

１…水位管理装置、２…水田センサ、３…給水装置、４…排水装置、１０…データ取得部、１０Ａ…第１データ取得部、１０Ｂ…第２データ取得部、１１…第１処理部、１２…第２処理部、１３…水位制御部、１４…記憶部、１５…提示部、２０…基板温度計、２１…水温計、２２…水位計、２３，３２…バッテリ、３０…アクチュエータ、３１…ゲート、１０１…バス、１０２…プロセッサ、１０３…主記憶装置、２４、３３、１０４…通信インターフェース、１０５…補助記憶装置、１０６…入出力Ｉ／Ｏ、１０７…表示装置、ＮＷ…ネットワーク、ＧＷ…基地局、Ｐ…水田。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【手続補正書】

【提出日】2023-11-10

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

管理対象の圃場における気象に関する第１データを取得する第１データ取得部と、
前記圃場の水位を示す第２データを取得する第２データ取得部と、
前記第１データに基づいて稲の生育指数（ＤＶＩ）を算出し、かつ、算出された前記生育指数に関連付けられた稲の育成ステージに応じた前記圃場の理想水位を求める第１処理部と、
求められた前記理想水位に基づいて、前記圃場における目標水位を設定する第２処理部と、
前記第２データに基づいて、設定された前記目標水位に応じた給水または排水を指示する水位制御信号を生成して、前記圃場への給水を行う給水装置または排水を行う排水装置に送出する水位制御部と
を備え、
前記第１データは、前記圃場もしくは前記圃場周辺の気温、または、水温、または、前記気温および前記圃場における日長時間を含み、
前記第２処理部は、前記生育指数ごとに規定された、前記理想水位に対して許容できる水位の範囲を考慮して、前記目標水位を設定する
ことを特徴とする水位管理システム。

【請求項2】

請求項１に記載の水位管理システムにおいて、
前記第２処理部は、前記圃場において水深が最も浅い位置での水位が前記理想水位となるように、前記目標水位を設定する
ことを特徴とする水位管理システム。

【請求項3】

請求項１または２に記載の水位管理システムにおいて、
さらに、前記圃場に設置され、前記圃場における水位を測定するセンサを備え、
前記第２データ取得部は、前記センサから前記第２データを取得する
ことを特徴とする水位管理システム。

【請求項4】

請求項３に記載の水位管理システムにおいて、
前記センサは、さらに、前記圃場における気温を測定し、
前記第１データ取得部は、前記第１データに含まれる前記気温を、前記センサから取得する
ことを特徴とする水位管理システム。

【請求項5】

請求項４に記載の水位管理システムにおいて、
前記第１データ取得部は、前記圃場の位置データと暦データとから算出された日長時間を、前記第１データに含まれる前記日長時間として取得する
ことを特徴とする水位管理システム。

【請求項6】

請求項３に記載の水位管理システムにおいて、
前記センサは、さらに、前記圃場における水温を測定し、
前記第１データ取得部は、前記第１データに含まれる前記水温を、前記センサから取得する
ことを特徴とする水位管理システム。

【請求項7】

請求項１または２に記載の水位管理システムにおいて、
前記給水装置は、前記水位制御信号に基づいて、前記圃場への給水または止水を行う
ことを特徴とする水位管理システム。

【請求項8】

管理対象の圃場における気象に関する第１データを取得する第１ステップと、
前記圃場の水位を示す第２データを取得する第２ステップと、
前記第１データに基づいて稲の生育指数（ＤＶＩ）を算出し、かつ、算出された前記生育指数に関連付けられた稲の育成ステージに応じた前記圃場の理想水位を求める第３ステップと、
求められた前記理想水位に基づいて、前記圃場における目標水位を設定する第４ステップと、
前記第２データに基づいて、設定された前記目標水位に応じた給水または排水を指示する水位制御信号を生成して、前記圃場への給水を行う給水装置または排水を行う排水装置に送出する第５ステップと
を備え、
前記第１データは、前記圃場もしくは前記圃場周辺の気温、または、水温、または、前記気温および前記圃場における日長時間を含み、
前記第４ステップは、前記生育指数ごとに規定された、前記理想水位に対して許容できる水位の範囲を考慮して、前記目標水位を設定する
ことを特徴とする水位管理方法。