特許 7412021 水管理システム、水管理サーバ及び水管理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-28

(45)【発行日】2024-01-12

(54)【発明の名称】水管理システム、水管理サーバ及び水管理方法

(51)【国際特許分類】

   A01G 25/00 20060101AFI20240104BHJP

   A01G 7/00 20060101ALI20240104BHJP

【ＦＩ】

A01G25/00 501D

A01G7/00 603

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2021575533

(86)(22)【出願日】2020-02-06

(86)【国際出願番号】 JP2020004642

(87)【国際公開番号】W WO2021157033

(87)【国際公開日】2021-08-12

【審査請求日】2022-07-28

(73)【特許権者】

【識別番号】515019537

【氏名又は名称】株式会社ナイルワークス

(74)【代理人】

【識別番号】100149261

【弁理士】

【氏名又は名称】大内 秀治

(72)【発明者】

【氏名】和氣 千大

(72)【発明者】

【氏名】黒川 圭一

(72)【発明者】

【氏名】柳下 洋

(72)【発明者】

【氏名】加藤 宏記

【審査官】竹中 靖典

(56)【参考文献】

【文献】特許第６５５５７８１（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開２０１８－１６１０８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１４０９５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１３１１３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第４００６０９８（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ０１Ｇ ２５／００ － ２５／１６

Ａ０１Ｇ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圃場の水状態を変化させる被制御対象の動作を介して前記圃場の水管理を行う水管理システムであって、
前記圃場の気温又は日射量を含む気象状態と前記圃場の施肥状態の少なくともいずれかの入力を受け付ける状態入力部と、
前記状態入力部で受け付けた前記気象状態と前記施肥状態の少なくともいずれかに基づいて、前記被制御対象の目標動作を決定し、前記目標動作に基づく前記被制御対象の動作をユーザに要求して又は前記目標動作に基づいて前記被制御対象を動作させて、前記圃場の水状態を管理する水管理装置と、
前記気象状態を用いる生育診断モデルを利用して前記圃場に生育している作物の生育状態を診断して前記生育状態に応じた作業指示を出力する生育診断装置と
を備え、
前記水管理装置は、前記生育診断装置の一部を構成し、
前記生育診断モデルは、前記作物の生育状態値の目標値である目標生育状態値と、前記生育状態値の推定値である推定生育状態値とを生成するものであり、
前記水管理装置は、前記推定生育状態値が前記目標生育状態値に近付くように、前記被制御対象の前記目標動作を決定する
ことを特徴とする水管理システム。

【請求項2】

請求項１に記載の水管理システムにおいて、
前記被制御対象は、水源から前記圃場に水を供給する給水装置を含み、
前記水管理装置は、
前記気象状態と前記施肥状態の少なくともいずれかに基づいて、前記給水装置による給水タイミング及び給水量並びに前記圃場の水深の少なくとも１つを目標値として生成し、
前記目標値に基づく前記給水装置の動作を前記ユーザに要求して又は前記目標値に基づいて前記給水装置を動作させて前記圃場の水状態を制御する
ことを特徴とする水管理システム。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の水管理システムにおいて、
前記被制御対象は、前記圃場から水を排出する排水装置を含み、
前記水管理装置は、
前記気象状態と前記施肥状態の少なくともいずれかに基づいて、前記排水装置による排水タイミング及び排水量並びに前記圃場の水深の少なくとも１つを目標値として生成し、
前記目標値に基づく前記排水装置の動作を前記ユーザに要求して又は前記目標値に基づいて前記排水装置を動作させて前記圃場の水状態を制御する
ことを特徴とする水管理システム。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の水管理システムにおいて、
前記作物は水稲であり、
前記生育状態値は、前記水稲の収量、籾数、赤色光吸収率、有効受光面積率、籾内の蓄積デンプン量及び籾内のタンパク質含有率の少なくともいずれかを含む
ことを特徴とする水管理システム。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載の水管理システムにおいて、
前記生育状態に応じた作業指示は、肥料の種類、散布タイミング及び量に関する内容を含み、
前記水管理装置は、前記肥料の種類、散布タイミング及び量に基づいて、前記被制御対象の前記目標動作を決定する
ことを特徴とする水管理システム。

【請求項6】

請求項５に記載の水管理システムにおいて、
前記肥料の種類は、施肥すべき元素、化学肥料、籾殻及び有機肥料の少なくとも１つを含む
ことを特徴とする水管理システム。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか１項に記載の水管理システムにおいて、
前記生育状態に応じた作業指示は、前記圃場への給水タイミング又は前記圃場からの排水タイミングに関する内容を含む
ことを特徴とする水管理システム。

【請求項8】

請求項７に記載の水管理システムにおいて、
前記生育状態に応じた作業指示は、現時点における前記圃場の検出水温又は推定水温と目標水温の大小関係に応じた、前記圃場への給水タイミング又は前記圃場からの排水タイミングの作業指示を含む
ことを特徴とする水管理システム。

【請求項9】

請求項７に記載の水管理システムにおいて、
前記生育状態に応じた作業指示は、将来における前記圃場の推定水温と目標水温の大小関係に応じた、前記圃場への給水タイミング又は前記圃場からの排水タイミングの作業指示を含む
ことを特徴とする水管理システム。

【請求項10】

請求項１～９のいずれか１項に記載の水管理システムにおいて、
前記生育状態に応じた作業指示は、前記圃場への給水量又は前記圃場からの排水量を含む
ことを特徴とする水管理システム。

【請求項11】

請求項１０に記載の水管理システムにおいて、
将来における推定夜間水温が目標夜間水温よりも高い場合、その前の前記圃場の昼間水深を目標昼間水深よりも浅くするように前記給水量又は前記排水量を設定する
ことを特徴とする水管理システム。

【請求項12】

請求項１０に記載の水管理システムにおいて、
将来における推定夜間水温が目標夜間水温よりも低い場合、その前の前記圃場の昼間水深を目標昼間水深よりも深くするように前記給水量又は前記排水量を設定する
ことを特徴とする水管理システム。

【請求項13】

請求項１０に記載の水管理システムにおいて、
将来における推定昼間水温が目標昼間水温よりも低い場合、その前の前記圃場の昼間水深を目標昼間水深よりも浅くするように前記給水量又は前記排水量を設定する
ことを特徴とする水管理システム。

【請求項14】

請求項１０に記載の水管理システムにおいて、
将来における推定昼間水温が目標昼間水温よりも高い場合、その前の前記圃場の昼間水深を目標昼間水深よりも深くするように前記給水量又は前記排水量を設定する
ことを特徴とする水管理システム。

【請求項15】

圃場の水状態を変化させる被制御対象の動作を介して前記圃場の水管理を行う水管理サーバであって、
前記圃場の気温又は日射量を含む気象状態と前記圃場の施肥状態の少なくともいずれかの入力を受け付ける状態入力部と、
前記気象状態と前記施肥状態の少なくともいずれかに基づいて、前記被制御対象の目標動作を決定し、前記目標動作に基づく前記被制御対象の動作をユーザに要求して又は前記目標動作に基づいて前記被制御対象を動作させて、前記圃場の水状態を管理する水管理装置と、
前記気象状態を用いる生育診断モデルを利用して前記圃場に生育している作物の生育状態を診断して前記生育状態に応じた作業指示を出力する生育診断装置と
を備え、
前記生育診断モデルは、前記作物の生育状態値の目標値である目標生育状態値と、前記生育状態値の推定値である推定生育状態値とを生成するものであり、
前記水管理装置は、前記推定生育状態値が前記目標生育状態値に近付くように、前記被制御対象の前記目標動作を決定する
ことを特徴とする水管理サーバ。

【請求項16】

圃場の水状態を変化させる被制御対象の動作を介して前記圃場の水管理を行う水管理方法であって、
生育診断装置において、生育診断モデルを利用して前記圃場に生育している作物の生育状態を診断して前記生育状態に応じた作業指示を出力する生育診断ステップと、
水管理装置において、前記圃場の気温又は日射量を含む気象状態と前記圃場の施肥状態の少なくともいずれかに基づいて、前記被制御対象の目標動作を決定する目標動作決定ステップと、
前記水管理装置において、前記目標動作に基づく前記被制御対象の動作をユーザに要求して又は前記目標動作に基づいて前記被制御対象を動作させて、前記圃場の水状態を管理する水管理ステップと
を備え、
前記生育診断モデルは、前記作物の生育状態値の目標値である目標生育状態値と、前記生育状態値の推定値である推定生育状態値とを生成するものであり、
前記水管理装置は、前記推定生育状態値が前記目標生育状態値に近付くように、前記被制御対象の前記目標動作を決定する
ことを特徴とする水管理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水管理システム、水管理サーバ及び水管理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特開２０１６－２２０６８１号（以下「ＪＰ２０１６－２２０６８１Ａ」という。）では、各圃場における水門の管理を省力化すること及び各圃場に最適となる水の管理をすることができる水位情報管理システムを提供すること等を目的にしている（［０００７］、要約）。当該目的を達するため、ＪＰ２０１６－２２０６８１Ａ（要約）では、圃場に給水用水門１ａ及び排水用水門１ｂ並びに水位計測用指標を設置し、所定の空路を飛行する無人飛行体２７から圃場又は水位計測指標を撮影する工程と、撮影された画像を無人飛行体から送信する工程と、送信された画像を解析して水位を算出する工程と、所定の基準水位と無人飛行体から送信され解析された水位情報とを比較し、無線モジュールを有した給水用水門又は排水用水門に対して開閉指示を送信する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

上記のように、ＪＰ２０１６－２２０６８１Ａ（要約）では、無人飛行体２７が撮影した画像に基づいて、圃場の水位を算出し、給水用水門１ａ及び排水用水門１ｂを開閉する。しかしながら、ＪＰ２０１６－２２０６８１Ａでは、圃場の状態を踏まえた水管理の点で改善の余地がある。

【0004】

本発明は上記のような課題を考慮してなされたものであり、圃場の状態に応じてより好適に水管理することが可能な水管理システム、水管理サーバ及び水管理方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明に係る水管理システムは、圃場の水状態を変化させる被制御対象の動作を介して前記圃場の水管理を行うものであって、
前記圃場の気温又は日射量を含む気象状態と前記圃場の施肥状態の少なくともいずれかの入力を受け付ける状態入力部と、
前記状態入力部で受け付けた前記気象状態と前記施肥状態の少なくともいずれかに基づいて、前記被制御対象の目標動作を決定し、前記目標動作に基づく前記被制御対象の動作をユーザに要求して又は前記目標動作に基づいて前記被制御対象を動作させて、前記圃場の水状態を管理する水管理装置と
を備えることを特徴とする。

【0006】

本発明によれば、圃場の水状態を変化させる被制御対象を、圃場の気温又は日射量を含む気象状態と圃場の施肥状態の少なくともいずれかに基づいてユーザ又は水管理システムにより動作させて圃場の水状態を制御する。これにより、圃場に関する気象状態と施肥状態の少なくともいずれかを考慮した水状態で作物を生育することが可能となる。

【0007】

前記被制御対象は、水源から前記圃場に水を供給する給水装置を含んでもよい。前記水管理装置は、前記気象状態と前記施肥状態の少なくともいずれかに基づいて、前記給水装置による給水タイミング及び給水量並びに前記圃場の水深の少なくとも１つを目標値として生成してもよい。また、前記水管理装置は、前記目標値に基づく前記給水装置の動作を前記ユーザに要求して又は前記目標値に基づいて前記給水装置を動作させて前記圃場の水状態を制御してもよい。これにより、圃場の気温又は日射量を含む気象状態と圃場の施肥状態の少なくともいずれかに基づいて圃場の給水を制御可能となる。

【0008】

前記被制御対象は、前記圃場から水を排出する排水装置を含んでもよい。前記水管理装置は、前記気象状態と前記施肥状態の少なくともいずれかに基づいて、前記排水装置による排水タイミング及び排水量並びに前記圃場の水深の少なくとも１つを目標値として生成してもよい。また、前記水管理装置は、前記目標動作に基づく前記排水装置の動作を前記ユーザに要求して又は前記目標動作に基づいて前記排水装置を動作させて前記圃場の水状態を制御してもよい。これにより、圃場の気温又は日射量を含む気象状態と圃場の施肥状態の少なくともいずれかに基づいて圃場の排水を制御可能となる。

【0009】

前記水管理システムは、前記気象状態を用いる生育診断モデルを利用して前記圃場に生育している前記作物の生育状態を診断して前記生育状態に応じた作業指示を出力する生育診断装置を備えてもよい。また、前記水管理装置は、前記生育診断装置の一部を構成してもよい。前記生育診断モデルは、前記作物の生育状態値の目標値である目標生育状態値と、前記生育状態値の推定値である推定生育状態値とを生成するものであってもよい。前記水管理装置は、前記推定生育状態値が前記目標生育状態値に近付くように、前記被制御対象の前記目標動作を決定してもよい。これにより、作物の推定生育状態値を目標生育状態値に近付けて、作物を好適な状態で育成することが可能となる。

【0010】

前記作物が水稲である場合、前記生育状態値は、前記水稲の収量、赤色光吸収率、籾数、有効受光面積率、籾内の蓄積デンプン量及び籾内のタンパク質含有率の少なくともいずれかを含んでもよい。これにより、水稲の生育状態を考慮して、圃場（水田）の水管理を好適に行うことが可能となる。

【0011】

前記生育状態に応じた作業指示は、肥料の種類、散布タイミング及び量に関する内容を含んでもよい。前記水管理装置は、前記肥料の種類、散布タイミング及び量に基づいて、前記被制御対象の前記目標動作を決定してもよい。これにより、水管理を肥料の種類、散布タイミング及び量に関連付けて行うことが可能となる。

【0012】

前記肥料の種類は、施肥すべき元素、化学肥料、籾殻及び有機肥料の少なくとも１つを含んでもよい。

【0013】

前記生育状態に応じた作業指示は、前記圃場への給水タイミング又は前記圃場からの排水タイミングに関する内容を含んでもよい。これにより、気象状態と施肥状態の少なくともいずれかを考慮して、圃場への給水タイミング又は圃場からの排水タイミングの作業指示を行うことが可能となる。

【0014】

前記生育状態に応じた作業指示は、現時点における前記圃場の検出水温又は推定水温と目標水温との大小関係に応じた、前記圃場への給水タイミング又は前記圃場からの排水タイミングの作業指示を含んでもよい。これにより、現時点での圃場の検出水温又は推定水温と目標水温との大小関係に応じた、給水タイミング又は排水タイミングを作業指示として示すことが可能となる。

【0015】

前記生育状態に応じた作業指示は、将来における前記圃場の推定水温と目標水温との大小関係に応じた、前記圃場への給水タイミング又は前記圃場からの排水タイミングの作業指示を含んでもよい。これにより、将来における圃場の推定水温と目標水温との大小関係に応じた、給水タイミング又は排水タイミングを作業指示として示すことが可能となる。

【0016】

前記生育状態に応じた作業指示は、前記圃場への給水量又は前記圃場からの排水量を含んでもよい。これにより、気象状態と施肥状態の少なくともいずれかを考慮して、圃場への給水量又は圃場からの排水量の作業指示を行うことが可能となる。

【0017】

将来における（例えば当日から翌日にかけての）推定夜間水温が目標夜間水温よりも高い場合、その前（例えば当日）の前記圃場の昼間水深を目標昼間水深よりも浅くするように前記給水量又は前記排水量を設定してもよい。これにより、夜間水温が目標夜間水温よりも高い分を、水深を浅くすることで（又は、水量を少なくすることで）補うこと（作物にとって、実質的に夜間水温が下がることと同様の効果を奏すること）が可能となる。

【0018】

将来における（例えば当日から翌日にかけての）推定夜間水温が目標夜間水温よりも低い場合、その前（例えば当日）の前記圃場の昼間水深を目標昼間水深よりも深くするように前記給水量又は前記排水量を設定してもよい。これにより、夜間水温が目標夜間水温よりも低い分を、水深を深くすることで（又は、水量を多くすることで）補うこと（作物にとって、実質的に夜間水温が上がることと同様の効果を奏すること）が可能となる。

【0019】

将来（例えば当日）における推定昼間水温が目標昼間水温よりも低い場合、その前（例えば当日）の前記圃場の昼間水深を目標昼間水深よりも浅くするように前記給水量又は前記排水量を設定してもよい。これにより、昼間水深を浅くすることで（又は水量を少なくすることで）昼間水温を上がり易くし、昼間水温が目標昼間水温よりも低い分を補うことが可能となる。

【0020】

将来（例えば当日）における推定昼間水温が目標昼間水温よりも高い場合、その前（例えば当日）の前記圃場の昼間水深を目標昼間水深よりも深くするように前記給水量又は前記排水量を設定してもよい。これにより、昼間水深を深くすることで（又は水量を多くすることで）昼間水温を上がり難くし、昼間水温が目標昼間水温よりも高い分を補うことが可能となる。

【0021】

本発明に係る水管理サーバは、圃場の水状態を変化させる被制御対象の動作を介して前記圃場の水管理を行うものであって、
前記圃場の気温又は日射量を含む気象状態と前記圃場の施肥状態の少なくともいずれかの入力を受け付ける状態入力部と、
前記気象状態と前記施肥状態の少なくともいずれかに基づいて、前記被制御対象の目標動作を決定し、前記目標動作に基づく前記被制御対象の動作をユーザに要求して又は前記目標動作に基づいて前記被制御対象を動作させて、前記圃場の水状態を管理する水管理装置と
を備えることを特徴とする。

【0022】

本発明に係る水管理方法は、圃場の水状態を変化させる被制御対象の動作を介して前記圃場の水管理を行う方法であって、
水管理装置において、前記圃場の気温又は日射量を含む気象状態と前記圃場の施肥状態の少なくともいずれかに基づいて、前記被制御対象の目標動作を決定する目標動作決定ステップと、
前記水管理装置において、前記目標動作に基づく前記被制御対象の動作をユーザに要求して又は前記目標動作に基づいて前記被制御対象を動作させて、前記圃場の水状態を管理する水管理ステップと
を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、圃場の状態に応じたより好適な水管理が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の第１実施形態に係る作物育成システムの概要を示す全体構成図である。

【図2】第１実施形態の圃場センサ群及びドローンの構成を簡略的に示す構成図である。

【図3】第１実施形態の生育診断サーバの構成を簡略的に示す構成図である。

【図4】第１実施形態の水管理制御のフローチャートである。

【図5】第２実施形態の水管理制御のフローチャートである。

【図6】本発明の第３実施形態に係る作物育成システムの概要を示す全体構成図である。

【図7】第３実施形態の水管理制御のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0025】

Ａ．第１実施形態
＜Ａ－１．構成＞
［Ａ－１－１．全体構成］
図１は、本発明の第１実施形態に係る作物育成システム１０の概要を示す全体構成図である。作物育成システム１０（以下「システム１０」ともいう）は、圃場５００に生育する作物５０２（水稲）の生育診断を行うと共に、作物５０２に薬剤を散布することができる。また、システム１０は、圃場５００の水管理を行う水管理システムでもある。

【0026】

図１に示すように、システム１０は、圃場センサ群２０と、生育診断サーバ２２と、ドローン２４と、第１ユーザ端末２６と、第２ユーザ端末２８と、第３ユーザ端末３０と、上流側水門３２と、下流側水門３４とを有する。圃場センサ群２０、ドローン２４、第１ユーザ端末２６及び第２ユーザ端末２８は、通信ネットワーク３８（無線基地局３６を含む。）を介して互いに無線通信が可能であると共に、生育診断サーバ２２と通信可能である。無線通信としては、無線基地局３６を介さない通信（例えば、ＬＴＥ（Long Term Evolution）、ＷｉＦｉ等）を用いることができる。生育診断サーバ２２は、通信ネットワーク３８を介して情報提供サーバ４０と通信可能である。

【0027】

［Ａ－１－２．圃場センサ群２０］
図２は、第１実施形態の圃場センサ群２０及びドローン２４の構成を簡略的に示す構成図である。圃場センサ群２０は、水田としての圃場５００及びその周辺に設置されて圃場５００及びその周辺における各種データを検出して生育診断サーバ２２等に提供する。

【0028】

図２に示すように、圃場センサ群２０には、例えば、水源水温センサ５０、圃場水温センサ５２、気温センサ５４、水深センサ５６、土壌温度センサ５８、上流側流量センサ６０、下流側流量センサ６２及び照度センサ６４が含まれる。

【0029】

水源水温センサ５０は、圃場５００に水を供給する水源５０４（図１）の水温（以下「水源水温Ｔｓｗ」ともいう。）を検出する。水源５０４は、圃場５００の周りを流れる用水やため池が想定されており、基本的には外気の影響を受けて値が一定しない。圃場水温センサ５２は、水田である圃場５００に貯められた水（以下「貯留水」ともいう。）の水温（以下「圃場水温Ｔｆｗ」又は「水温Ｔｆｗ」ともいう。）を検出する。気温センサ５４は、圃場５００の気温（以下「圃場気温Ｔｆａ」又は「気温Ｔｆａ」ともいう。）を検出する。

【0030】

水深センサ５６は、圃場５００の貯留水の水深（以下「水深Ｈ」ともいう。）を検出する。水深Ｈは、圃場５００における貯留水の深さ（底から表面までの距離）であるが、貯留水の水位（表面の高さ）を代わりに用いてもよい。換言すると、水位は、水深Ｈと実質的に同義のものとして用いることができる。

【0031】

土壌温度センサ５８は、圃場５００の土壌の温度（以下「土壌温度Ｔｅ」ともいう。）を検出するものであり、例えばその検出素子を土壌中に埋没させて値を検出する。上流側流量センサ６０は、水源５０４からの水が圃場５００に流入する給水路５０６（図１）に配設され、給水路５０６における流量（以下「流量Ｑ１」ともいう。）検出する。下流側流量センサ６２は、圃場５００から水を排出する排水路５０８（図１）に配設され、排水路５０８における流量（以下［流量Ｑ２］ともいう。）を検出する。照度センサ６４は、圃場５００の日射量（以下「日射量Ｘ」ともいう。）を検出する。

【0032】

さらに、圃場センサ群２０には、降水量センサ、風速計、気圧計及び湿度計が含まれてもよい。降水量センサは、圃場５００の降水量を検出する。風速計は、圃場５００の風速を検出する。気圧計は、圃場５００の気圧を検出する。湿度計は、圃場５００の湿度を検出する。

【0033】

［Ａ－１－３．生育診断サーバ２２］
（Ａ－１－３－１．概要）
図３は、第１実施形態の生育診断サーバ２２の構成を簡略的に示す構成図である。生育診断サーバ２２（以下「診断サーバ２２」ともいう。）は、生育診断モデルを用いた生育診断を行い、診断結果に基づいてユーザに作業指示を行う生育診断装置である。作業指示には、施肥のタイミング、肥料の種類・量、農薬の散布タイミング、農薬の種類・量、圃場５００の水管理等が含まれる。

【0034】

図３に示すように、診断サーバ２２は、入出力部７０と、通信部７２と、演算部７４と、記憶部７６とを有する。入出力部７０（状態入力部）は、圃場センサ群２０、ドローン２４等との信号の入出力を行う。通信部７２は、図示しないモデム等を有する。通信部７２は、通信ネットワーク３８を介することで、圃場センサ群２０、ドローン２４、第１ユーザ端末２６、第２ユーザ端末２８、第３ユーザ端末３０、情報提供サーバ４０等との通信が可能である。

【0035】

演算部７４は、中央演算装置（ＣＰＵ）を含み、記憶部７６に記憶されているプログラムを実行することにより動作する。演算部７４が実行する機能の一部は、ロジックＩＣ（Integrated Circuit）を用いて実現することもできる。演算部７４は、前記プログラムの一部をハードウェア（回路部品）で構成することもできる。後述するドローン２４の演算部等も同様である。

【0036】

記憶部７６は、演算部７４が用いるプログラム及びデータを記憶するものであり、ランダム・アクセス・メモリ（以下「ＲＡＭ」という。）を備える。ＲＡＭとしては、レジスタ等の揮発性メモリと、ハードディスク、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリとを用いることができる。また、記憶部７６は、ＲＡＭに加え、リード・オンリー・メモリ（ＲＯＭ）を有してもよい。後述するドローン２４の記憶部等も同様である。

【0037】

（Ａ－１－３－２．演算部７４）
図３に示すように、演算部７４は、生育診断管理部８０と、ドローン飛行管理部８２と、画像処理部８４とを有する。生育診断管理部８０は、生育診断モデルを用いた生育診断を行うと共に、生育診断の結果に基づく作業指示を行う。ドローン飛行管理部８２は、ドローン２４の飛行（経路等）を管理する。画像処理部８４は、ドローン２４が撮影した画像を処理して作物５０２の生育状態値Ｖ（検出生育状態値Ｖｄ）を算出する。

【0038】

生育診断管理部８０は、生育診断部９０と、作業指示部９２とを有する。生育診断部９０は、生育診断モデルを用いた生育診断を実行する。作業指示部９２は、生育診断部９０が実行した生育診断の結果に基づいて、ユーザ６００（図１）等への作業指示を生成し、第１ユーザ端末２６等に表示させる。作業指示部９２は、圃場５００の水管理に関する作業指示を行う水管理部１００を有する。

【0039】

（Ａ－１－３－３．記憶部７６）
記憶部７６は、生育診断管理部８０、ドローン飛行管理部８２等を実現するために演算部７４が用いるプログラム及びデータを記憶すると共に、圃場データベース１１０（以下「圃場ＤＢ１１０」という。）を有する。圃場ＤＢ１１０は、圃場５００毎のデータを蓄積する。圃場５００毎のデータには、例えば、過去に栽培された作物５０２の種類、収量、くず米率、生育診断モデルのパラメータ及び施肥状態が含まれる。施肥状態には、既に散布した肥料の種類、量及び散布タイミングが含まれる。施肥状態には、これから散布する肥料の種類、量及び散布タイミングが含まれてもよい。

【0040】

［Ａ－１－４．ドローン２４］
第１実施形態において、ドローン２４は、圃場５００（作物５０２）の画像を取得する手段として機能すると共に、作物５０２に対する薬液（液体肥料を含む。）を散布する手段としても機能する。ドローン２４は、発着地点５１０（図１）において離着陸する。

【0041】

図２に示すように、ドローン２４は、ドローンセンサ群１２０と、通信部１２２と、飛行機構１２４と、撮影機構１２６と、散布機構１２８と、ドローン制御部１３０とを有する。

【0042】

ドローンセンサ群１２０は、グローバル・ポジショニング・システム・センサ（以下「ＧＰＳセンサ」という。）、速度計、高度計、ジャイロセンサ、液量センサ（いずれも図示せず）等を有する。ＧＰＳセンサは、ドローン２４の現在位置情報を出力する。速度計は、ドローン２４の飛行速度を検出する。高度計は、ドローン２４下方の地面に対する距離としての対地高度を検出する。ジャイロセンサは、ドローン２４の角速度を検出する。液量センサは、散布機構１２８のタンク内の液量を検出する。

【0043】

通信部１２２は、通信ネットワーク３８を介しての電波通信が可能であり、例えば、電波通信モジュールを含む。通信部１２２は、通信ネットワーク３８（無線基地局３６を含む。）を介することで、生育診断サーバ２２、第１ユーザ端末２６、第２ユーザ端末２８等との通信が可能である。

【0044】

飛行機構１２４は、ドローン２４を飛行させる機構であり、複数のプロペラと、複数のプロペラアクチュエータとを有する。プロペラアクチュエータは、例えば電動モータを有する。

【0045】

撮影機構１２６は、圃場５００又は作物５０２の画像を撮影する機構であり、カメラ１４０を有する。第１実施形態のカメラ１４０は、マルチスペクトルカメラであり、特に作物５０２の生育状況を分析できる画像を取得する。撮影機構１２６は、圃場５００に対して特定の波長の光線を照射する照射部をさらに備え、当該光線に対する圃場５００からの反射光を受光可能になっていてもよい。特定の波長の光線は、例えば赤色光（波長約６５０ｎｍ）と近赤外光（波長約７７４ｎｍ）であってもよい。当該光線の反射光を分析することで、作物５０２の窒素吸収量を推定し、推定した窒素吸収量に基づいて作物５０２の生育状況を分析することができる。

【0046】

カメラ１４０は、ドローン２４の本体の下部に配置され、ドローン２４の周辺を撮影した周辺画像に関する画像データを出力する。カメラ１４０は、動画を撮影するビデオカメラである。或いは、カメラ１４０は、動画及び静止画の両方又は静止画のみを撮影可能としてもよい。

【0047】

カメラ１４０は、図示しないカメラアクチュエータにより向き（ドローン２４の本体に対するカメラ１４０の姿勢）を調整可能である。或いは、カメラ１４０は、ドローン２４の本体に対する位置が固定されてもよい。

【0048】

散布機構１２８は、薬剤（液体肥料を含む。）を散布する機構であり、例えば、薬剤タンク、ポンプ、流量調整弁及び薬剤ノズルを有する。

【0049】

ドローン制御部１３０は、ドローン２４の飛行、撮影、薬剤の散布等、ドローン２４全体を制御する。ドローン制御部１３０は、図示しない入出力部、演算部及び記憶部を含む。ドローン制御部１３０は、飛行制御部１５０、撮影制御部１５２及び散布制御部１５４を有する。飛行制御部１５０は、飛行機構１２４を介してドローン２４の飛行を制御する。撮影制御部１５２は、撮影機構１２６を介してドローン２４による撮影を制御する。散布制御部１５４は、散布機構１２８を介してドローン２４による薬剤散布を制御する。

【0050】

［Ａ－１－５．第１ユーザ端末２６］
第１ユーザ端末２６は、圃場５００において、操作者としてのユーザ６００（図１）の操作によりドローン２４を制御すると共に、ドローン２４から受信した情報（例えば、位置、薬剤量、電池残量、カメラ映像等）を表示する携帯情報端末である。なお、第１実施形態では、ドローン２４の飛行状態（高度、姿勢等）は、第１ユーザ端末２６が遠隔制御するのではなく、ドローン２４が自律的に制御する。従って、第１ユーザ端末２６を介してユーザ６００からドローン２４に飛行指令が送信されると、ドローン２４は自律飛行を行う。但し、離陸や帰還等の基本操作時、及び緊急時にはマニュアル操作が行なえるようになっていてもよい。第１ユーザ端末２６は、図示しない入出力部（タッチパネル等を含む。）、通信部、演算部及び記憶部を備え、例えば、一般的なタブレット端末により構成される。

【0051】

また、第１実施形態の第１ユーザ端末２６は、生育診断サーバ２２からの作業指示等を受信して表示する。

【0052】

［Ａ－１－６．第２ユーザ端末２８］
第２ユーザ端末２８は、圃場５００において、操作者以外のユーザ６０２（図１）が用いる携帯情報端末であり、ドローン２４の飛行情報（現在の飛行状況、飛行終了予定時刻等）、ユーザ６０２に対する作業指示、生育診断の情報等を、診断サーバ２２又はドローン２４から受信して表示する。第２ユーザ端末２８は、図示しない入出力部（タッチパネル等を含む。）、通信部、演算部及び記憶部を備え、例えば、一般的なスマートホンにより構成される。

【0053】

［Ａ－１－７．第３ユーザ端末３０］
第３ユーザ端末３０は、圃場５００以外の場所（例えば、ユーザ６００、６０２が所属する会社）において、生育診断サーバ２２による生育診断を利用するためにユーザ６００、６０２等が用いる端末である。第３ユーザ端末３０は、図示しない入出力部（例えばキーボード及び表示部を含む。）、通信部、演算部及び記憶部を備え、例えば、デスクトップ型パーソナルコンピュータ（ＰＣ）又はノート型ＰＣにより構成される。

【0054】

［Ａ－１－８．上流側水門３２及び下流側水門３４］
上流側水門３２（以下「水門３２」ともいう。）は、圃場５００への給水路５０６に設けられる。下流側水門３４（以下「水門３４」ともいう。）は、圃場５００からの排水路５０８に設けられる。水門３２、３４の開閉は、図示しない第１・第２開閉機構を介してユーザ６００、６０２等が行う。第１・第２開閉機構は、ユーザ６００等が手動で操作するハンドル、バルブ等により構成される。或いは、第１・第２開閉機構は、ユーザ６００等の操作によりオンオフされて水門３２、３４を開閉する電動アクチュエータ（電動モータ等）を有してもよい。

【0055】

［Ａ－１－９．情報提供サーバ４０］
情報提供サーバ４０は、気象衛星等により得られた圃場５００に関する情報（圃場情報）を生育診断サーバ２２に提供する。ここにいう圃場情報には、例えば、圃場５００の気温Ｔｆａ、降水量、天気予報等が含まれる。

【0056】

＜Ａ－２．第１実施形態の制御＞
［Ａ－２－１．概要］
第１実施形態の水管理システム１０では、生育診断制御、ドローン飛行管理制御、生育状態検出制御及び薬液散布制御が行われる。生育診断制御は、圃場センサ群２０からの各種検出値に基づいて、作物５０２の生育診断を行う制御である。生育診断制御では、ユーザ６００等に対する作業指示も行われる。ドローン飛行管理制御は、生育診断制御等のため圃場５００においてドローン２４の飛行を管理する制御である。生育状態検出制御は、ドローン２４のカメラ１４０により圃場５００（又は作物５０２）の画像を取得し、この画像を処理して作物５０２の生育状態を検出する制御である。薬剤散布制御は、ドローン２４を用いて薬液（液体肥料を含む。）を散布する制御である。

【0057】

ドローン飛行管理制御、生育状態検出制御及び薬液散布制御は、いずれも生育診断制御における作業指示に基づいて行われる。以下では、生育診断制御、ドローン飛行管理制御、生育状態検出制御及び薬液散布制御の概要について先に説明した後、生育診断制御の一部としての水管理制御について説明する。

【0058】

［Ａ－２－２．生育診断制御］
上記のように、生育診断制御は、生育診断モデルを用いて、作物５０２の生育診断を行う制御であり、主として生育診断サーバ２２（特に生育診断管理部８０の生育診断部９０）が実行する。ここに言う生育診断には、例えば、圃場５００毎の収量の推定値（推定収量）が含まれる。また、生育診断制御では、水田としての圃場５００の水管理、施肥、薬剤散布等に関する作業指示も行われる。作業指示は、例えば、第１ユーザ端末２６、第２ユーザ端末２８又は第３ユーザ端末３０の表示部に表示される。

【0059】

生育診断モデルでは、作物５０２（水稲）の収量、赤色光吸収率、籾数、有効受光面積率、籾内の蓄積デンプン量及び籾内のタンパク質含有率を算出することができる。生育診断モデルとしては、例えば、特開２０１５－００００４９号又は特開２０１８－０８２６４８号に記載のものを用いることができる。

【0060】

第１実施形態の生育診断制御は、圃場５００の水管理を行う水管理制御を含む。水管理制御については、図４を参照して後述する。

【0061】

［Ａ－２－３．ドローン飛行管理制御］
上記のように、ドローン飛行管理制御は、生育診断制御等のため圃場５００においてドローン２４の飛行を管理する制御であり、主として生育診断サーバ２２（特にドローン飛行管理部８２）が実行する。具体的には、ドローン飛行管理制御では、圃場５００を撮影する際の飛行経路、目標速度、目標高度等が指令される。

【0062】

［Ａ－２－４．生育状態値検出制御］
生育状態値検出制御は、ドローン２４のカメラ１４０の画像に基づいて、圃場５００に生育する作物５０２の生育状態値Ｖを検出する制御である。生育状態値検出制御では、ドローン２４のカメラ１４０により圃場５００（作物５０２）の画像を取得して診断サーバ２２に送信し、診断サーバ２２において、画像を処理して作物５０２の生育状態値Ｖ（検出生育状態値Ｖｄ）を算出する。

【0063】

例えば、作物５０２としての水稲の近赤外光（ＮＩＲ）及び赤外光（ＩＲ）を撮影した場合、カメラ１４０で受光した近赤外光と赤外光の光量の差が全体光量に占める割合である赤色光吸収率（つまり、作物５０２に吸収されている赤色光の割合）に基づいて、水稲の成長度合いを判定可能である。ここで算出する検出生育状態値Ｖｄは、作物５０２の生育フェーズに合わせて選択することができる。

【0064】

生育フェーズは、栄養生長期と、生殖生長期と、登熟期とを含む。栄養生長期は、発芽から穂の基となるもの（穂の原基）ができるまでの期間である。生殖生長期は、穂の原基ができてから出穂・開花までの期間である。登熟期は、出穂・開花から成熟までの期間である。

【0065】

栄養生長期では、例えば、作物５０２の高さ、葉の数、赤色光吸収率、有効受光面積率（圃場面積において光合成を行うことができる葉の面積率）、ＮＤＶＩ（Normalized Difference Vegetation Index）、分けつ数、葉身長、作物５０２の密度（土と作物５０２の面積割合）を用いることができる。生殖生長期では、例えば、作物５０２の高さ、葉の数、有効受光面積率、ＮＤＶＩを用いることができる。登熟期では、例えば、籾数、ＮＤＶＩを用いることができる。

【0066】

［Ａ－２－５．薬剤散布管理制御］
薬剤散布制御は、生育診断制御により提示された作業指示に基づいて、圃場５００におけるドローン２４の薬剤散布（液体肥料を含む。）を管理する制御であり、主として生育診断サーバ２２が実行する。

【0067】

［Ａ－２－６．水管理制御］
（Ａ－２－６－１．概要）
上記のように、水管理制御は、圃場５００の水管理を行う制御であり、生育診断制御の一部である。第１実施形態の水管理制御において、診断サーバ２２は、圃場５００の水管理に関する作業指示をユーザ６００等に提示する。具体的には、圃場５００に配置された水門３２、３４に関する作業指示を第１ユーザ端末２６等に提示する。ユーザ６００等は、この作業指示に従って水門３２、３４を操作することで、圃場５００の水管理を行う。

【0068】

ユーザ６００等（農家）が、１日中水門３２、３４を操作し続けることは現実的でない。また、稲作は比較的暑い時期に行われ、日中の暑い時間帯に水門３２、３４を操作することもユーザ６００等にとって酷である。そこで、第１実施形態では、水門３２、３４を朝及び夕方に操作することを前提として作業指示を行う。

【0069】

（Ａ－２－６－２．具体的な流れ）
図４は、第１実施形態の水管理制御のフローチャートである。第１実施形態の水管理制御は、基本的に、診断サーバ２２（特に水管理部１００）が実行する。図４に示す水管理制御の一部は、生育診断制御における他の制御と重複していることに留意されたい。

【0070】

ステップＳ１１において、診断サーバ２２は、生育診断モデルにより、現時点における生育状態値Ｖの目標値（以下「目標生育状態値Ｖｔａｒ」又は「目標値Ｖｔａｒ」という。）を取得する。目標値Ｖｔａｒは、作物５０２の種類、基準時点（例えば田植え）からの経過期間（以下「経過期間Ｔ」ともいう。）等によって生育診断モデルにより算出されるものであり、基準値又は理想値と言い換えることもできる。経過期間Ｔは、現時点の生育フェーズと言い換えてもよい。

【0071】

ステップＳ１２において、診断サーバ２２は、生育診断モデルにより、現時点における生育状態値Ｖの推定値（以下「推定生育状態値Ｖｅ」又は「推定値Ｖｅ」という。）を算出する。推定値Ｖｅは、現時点までの気象条件、施肥の実施状況等に基づいて生育診断モデルにより算出される。圃場センサ群２０からの検出値を用いることができる。ドローン２４が取得した画像に基づく生育状態値Ｖの検出値（以下「検出生育状態値Ｖｄ」又は「検出値Ｖｄ」という。）を用いることができる場合、検出値Ｖｄを優先して用いてもよい。

【0072】

ステップＳ１３において、診断サーバ２２は、目標生育状態値Ｖｔａｒと推定生育状態値Ｖｅ（又は検出生育状態値Ｖｄ）との差分Ｄを算出する。

【0073】

ステップＳ１４において、診断サーバ２２は、経過期間Ｔ（又は生育フェーズ）及び差分Ｄに基づいて、圃場５００の水温Ｔｆｗの目標値（以下「目標水温Ｔｆｗｔａｒ」ともいう。）を算出する。すなわち、作物５０２としての水稲には、生育フェーズ毎に昼夜それぞれの適温が存在する。そのため、差分Ｄがゼロ又はその近傍値である場合（換言すると、差分Ｄが所定範囲内である場合）、現在の生育フェーズに応じた昼夜の適温それぞれを目標水温Ｔｆｗｔａｒとして設定する。以下では、昼間の目標水温Ｔｆｗｔａｒを目標昼間水温Ｔｆｗｄｔａｒともいい、夜間の目標水温Ｔｆｗｔａｒを目標夜間水温Ｔｆｗｎｔａｒともいう。

【0074】

生育状態値Ｖの推定値Ｖｅが目標値Ｖｔａｒを下回り、作物５０２の成長が遅れており、且つ、差分Ｄがゼロであるときの目標水温Ｔｆｗｔａｒよりも作物５０２の成長を早める圃場水温Ｔｆｗが存在する場合、診断サーバ２２は、当該圃場水温Ｔｆｗを目標水温Ｔｆｗｔａｒとして選択する。また、生育状態値Ｖの推定値Ｖｅが目標値Ｖｔａｒを上回り、作物５０２の成長が早過ぎており、且つ、差分Ｄがゼロであるときの目標水温Ｔｆｗｔａｒよりも作物５０２の成長を抑制する圃場水温Ｔｆｗが存在する場合、診断サーバ２２は、当該圃場水温Ｔｆｗを目標水温Ｔｆｗｔａｒとして選択する。このように目標水温Ｔｆｗｔａｒを選択することにより、生育状態値Ｖの目標値Ｖｔａｒと推定値Ｖｅとの差分Ｄを小さくするように試みる。

【0075】

ステップＳ１５において、診断サーバ２２は、情報提供サーバ４０から圃場５００に関する気象予報情報Ｉｃｅを取得する。気象予報情報Ｉｃｅには、圃場５００の気温Ｔｆａの推定値（以下「推定気温Ｔｆａｅ」ともいう。）が含まれる。

【0076】

ステップＳ１６において、診断サーバ２２は、目標水温Ｔｆｗｔａｒ、現在水温Ｔｆｗ、現在気温Ｔｆａ及び推定気温Ｔｆａｅに基づいて圃場５００の水深Ｈの目標値（以下「目標水深Ｈｔａｒ」ともいう。）を算出する。上記のように、第１実施形態では、ユーザ６００等（農家）の利便性を考慮して、水門３２、３４の操作を朝と夕方に行うことを前提としている。そこで、例えば、朝に水門３２、３４を操作することにより、例えば日中最も暑い時間帯（例えば１４時頃）の推定水温Ｔｆｗｅが目標昼間水温Ｔｆｗｄｔａｒに近付くように、目標水深Ｈｔａｒを設定する。

【0077】

例えば、昼間の推定気温Ｔｆａｅが比較的高く、現在の水深Ｈ及び現在の水温Ｔｆｗでは推定水温Ｔｆｗｅが目標昼間水温Ｔｆｗｄｔａｒを上回ることが想定される場合、目標昼間水深Ｈｄｔａｒを深くして、水温Ｔｆｗの上昇を抑制する（但し、現在の水温Ｔｆｗが目標昼間水温Ｔｆｗｄｔａｒを上回っている場合はこの限りでない。）。反対に、昼間の推定気温Ｔｆａｅが比較的低く、現在の水深Ｈ及び現在の水温Ｔｆｗでは推定水温Ｔｆｗｅが目標昼間水温Ｔｆｗｄｔａｒを下回ることが想定される場合、目標水深Ｈｔａｒを浅くして、水温Ｔｆｗの上昇を促進する（但し、現在の水温Ｔｆｗが目標昼間水温Ｔｆｗｄｔａｒを上回っている場合はこの限りでない。）。

【0078】

同様に、夕方に水門３２、３４を操作することにより、例えば夜間最も寒い時間帯（例えば翌日の４時頃）の推定水温Ｔｆｗｎｅが目標夜間水温Ｔｆｗｎｔａｒに近付くように、目標夜間水深Ｈｎｔａｒを設定する。

【0079】

例えば、夜間の推定気温Ｔｆａｅが比較的高く、現在の水深Ｈ及び現在の水温Ｔｆｗでは推定水温Ｔｆｗｅが目標夜間水温Ｔｆｗｎｔａｒを上回ることが想定される場合、目標水深Ｈｔａｒを浅くして、水温Ｔｆｗの下降を促進する（但し、現在の水温Ｔｆｗが目標夜間水温Ｔｆｗｎｔａｒを下回っている場合はこの限りでない。）。反対に、夜間の推定気温Ｔｆａｅが比較的低く、現在の水深Ｈ及び現在の水温Ｔｆｗでは推定水温Ｔｆｗｅが目標夜間水温Ｔｆｗｎｔａｒを下回ることが想定される場合、目標水深Ｈｔａｒを深くして、水温Ｔｆｗの下降を促進する（但し、現在の水温Ｔｆｗが目標夜間水温Ｔｆｗｎｔａｒを大幅に上回っている場合はこの限りでない。）。

【0080】

ステップＳ１７において、診断サーバ２２は、目標水深Ｈｔａｒを実現するためのユーザへの作業指示を算出する。具体的には、診断サーバ２２は、ユーザ６００等が水門３２、３４を操作する想定時刻における水門３２、３４の操作方法（開度、開時間等）を特定する。換言すると、診断サーバ２２は、上流側水門３２による給水タイミング及び給水量、下流側水門３４による排水タイミング及び排水量、並びに圃場５００の水深Ｈを目標値として算出する。

【0081】

上記の処理を経ることで、例えば、将来における（例えば当日から翌日にかけての）推定夜間水温Ｔｆｗｎｅが目標夜間水温Ｔｆｗｎｔａｒよりも高い場合、その前（例えば当日）における圃場５００の昼間水深Ｈｄを目標昼間水深Ｈｄｔａｒよりも浅くするように給水量及び排水量を設定する。また、将来における推定夜間水温Ｔｆｗｎｅが目標夜間水温Ｔｆｗｎｔａｒよりも低い場合、その前における圃場５００の水深Ｈを目標昼間水深Ｈｄｔａｒよりも深くするように給水量及び排水量を設定する。さらに、将来（例えば当日）における推定昼間水温Ｔｆｗｄｅが目標昼間水温Ｔｆｗｄｔａｒよりも低い場合、その前（例えば当日）における圃場５００の昼間水深Ｈｄを目標昼間水深Ｈｄｔａｒよりも浅くするように給水量及び排水量を設定してもよい。さらにまた、将来における推定昼間水温Ｔｆｗｄｅが目標昼間水温Ｔｆｗｄｔａｒよりも高い場合、その前における圃場５００の昼間水深Ｈｄを目標昼間水深Ｈｄｔａｒよりも深くするように給水量及び排水量を設定してもよい。

【0082】

ステップＳ１８において、診断サーバ２２は、ステップＳ１７で特定した水門３２、３４の操作方法を、第１ユーザ端末２６等を介してユーザ６００等に提示する。

【0083】

＜Ａ－３．第１実施形態の効果＞
第１実施形態によれば、圃場５００の水状態を変化させる水門３２、３４（被制御対象）を、圃場５００の気温Ｔｆａを含む気象状態に基づいてユーザ６００等により動作させて圃場５００の水状態を制御する（図４）。これにより、圃場５００の気象状態を考慮した水状態で作物５０２を生育することが可能となる。

【0084】

第１実施形態において、作物育成システム１０（水管理システム）は、水源５０４から圃場５００に水を供給する上流側水門３２（給水装置）を被制御対象として含む（図１）。水管理部１００（水管理装置）は、圃場５００の気象状態に基づいて、上流側水門３２による給水タイミング及び給水量並びに圃場５００の水深Ｈを水門３２の目標値として生成する（図４のＳ１６、Ｓ１７）。また、この目標値に基づく水門３２の動作を、作業指示を介してユーザ６００等に要求して圃場５００の水状態を制御する（Ｓ１８）。これにより、圃場５００の気温Ｔｆａに基づいて圃場５００の給水を制御可能となる。

【0085】

第１実施形態において、作物育成システム１０（水管理システム）は、圃場５００から水を排出する下流側水門３４（排水装置）を被制御対象として含む（図１）。診断サーバ２２（水管理装置）は、圃場５００の気象状態に基づいて、水門３４による排水タイミング及び排水量並びに圃場５００の水深Ｈを目標値として生成する（図４のＳ１６、Ｓ１７）。また、この目標値に基づく水門３４の動作を、作業指示を介してユーザ６００等に要求して圃場５００の水状態を制御する（Ｓ１８）。これにより、圃場５００の気温Ｔｆａに基づいて圃場５００の排水を制御可能となる。

【0086】

第１実施形態において、作物育成システム１０（水管理システム）は、圃場５００の気象状態（気温Ｔｆａ等）を用いる生育診断モデルを利用して圃場５００に生育している作物５０２の生育状態を診断して生育状態に応じた作業指示を出力する生育診断サーバ２２（生育診断装置）を備える（図１、図３）。水管理部１００（水管理装置）は、生育診断サーバ２２の一部を構成する（図３）。生育診断モデルは、作物５０２の目標生育状態値Ｖｔａｒと、推定生育状態値Ｖｅを生成する（図４のＳ１１、Ｓ１２）。水管理部１００は、推定生育状態値Ｖｅが目標生育状態値Ｖｔａｒに近付くように、水門３２、３４（被制御対象）の目標動作を決定する（Ｓ１７）。これにより、作物５０２の推定生育状態値Ｖｅを目標生育状態値Ｖｔａｒに近付けて、作物５０２を好適な状態で育成することが可能となる。

【0087】

第１実施形態において、生育状態値Ｖは、水稲の収量、赤色光吸収率、籾数、有効受光面積率、籾内の蓄積デンプン量及び籾内のタンパク質含有率を含む。これにより、水稲の生育状態を考慮して、圃場５００（水田）の水管理を好適に行うことが可能となる。

【0088】

第１実施形態において、生育状態に応じた作業指示は、圃場５００への給水タイミング及び圃場５００からの排水タイミングを含む（図４のＳ１７、Ｓ１８）。これにより、圃場５００の気象状態を考慮して、圃場５００への給水タイミング及び圃場５００からの排水タイミングの作業指示を行うことが可能となる。

【0089】

第１実施形態において、生育状態に応じた作業指示は、将来における圃場５００の推定水温Ｔｆｗｅと目標水温Ｔｆｗｔａｒの大小関係に応じた、圃場５００への給水タイミング及び圃場５００からの排水タイミングの作業指示を含む（図４のＳ１７、Ｓ１８）。これにより、将来における圃場５００の推定水温Ｔｆｗｅと目標水温Ｔｆｗｔａｒとの大小関係に応じた、給水タイミング及び排水タイミングを作業指示として示すことが可能となる。

【0090】

第１実施形態において、生育状態に応じた作業指示は、圃場５００への給水量及び圃場５００からの排水量を含む（図４のＳ１７、Ｓ１８）。これにより、圃場５００の気象状態を考慮して、圃場５００への給水量及び圃場５００からの排水量の作業指示を行うことが可能となる。

【0091】

第１実施形態において、将来における（例えば当日から翌日にかけての）推定夜間水温Ｔｆｗｎｅが目標夜間水温Ｔｆｗｎｔａｒよりも高い場合、その前（例えば当日）における圃場５００の昼間水深Ｈｄを目標昼間水深Ｈｄｔａｒよりも浅くするように給水量及び排水量を設定する（図４のＳ１７）。これにより、夜間水温Ｔｆｗｎが目標夜間水温Ｔｆｗｎｔａｒよりも高い分を、水深Ｈを浅くすることで（又は、水量を少なくすることで）補うこと（作物５０２にとって、実質的に夜間水温Ｔｆｗｎが下がることと同様の効果を奏すること）が可能となる。

【0092】

第１実施形態において、将来における推定夜間水温Ｔｆｗｎｅが目標夜間水温Ｔｆｗｎｔａｒよりも低い場合、その前における圃場５００の水深Ｈを目標昼間水深Ｈｄｔａｒよりも深くするよう給水量及び排水量を設定する（図４のＳ１７）。これにより、夜間水温Ｔｆｗｎが目標夜間水温Ｔｆｗｎｔａｒよりも低い分を、水深Ｈを深くすることで（又は、水量を多くすることで）補うこと（作物５０２にとって、実質的に夜間水温Ｔｆｗｎが上がることと同様の効果を奏すること）が可能となる。

【0093】

第１実施形態において、将来における推定昼間水温Ｔｆｗｄｅが目標昼間水温Ｔｆｗｄｔａｒよりも低い場合、その前における圃場５００の昼間水深Ｈｄを目標昼間水深Ｈｄｔａｒよりも浅くするように給水量及び排水量を設定してもよい（図４のＳ１７）。これにより、昼間水深Ｈｄを浅くすることで（又は圃場５００の水量を少なくすることで）昼間水温Ｔｆｗｄを上がり易くし、昼間水温Ｔｆｗｄが目標昼間水温Ｔｆｗｄｔａｒよりも低い分を補うことが可能となる。

【0094】

将来における推定昼間水温Ｔｆｗｄｅが目標昼間水温Ｔｆｗｄｔａｒよりも高い場合、その前における圃場５００の昼間水深Ｈｄを目標昼間水深Ｈｄｔａｒよりも深くするように給水量及び排水量を設定してもよい（図４のＳ１７）。これにより、昼間水深Ｈｄを深くすることで（又は水量を多くすることで）昼間水温Ｔｆｗｄを上がり難くし、昼間水温Ｔｆｗｄが目標昼間水温Ｔｆｗｄｔａｒよりも高い分を補うことが可能となる。

【0095】

Ｂ．第２実施形態
＜Ｂ－１．構成（第１実施形態との相違）＞
第２実施形態の基本的構成は、第１実施形態（図１～図３）と同様である。以下では、第１実施形態と同様の構成要素には、同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。第１実施形態の水管理制御は図４に示すものであったが、第２実施形態の水管理制御は図５に示すものである点で第１実施形態と異なる。

【0096】

＜Ｂ－２．第２実施形態の制御＞
図５は、第２実施形態の水管理制御のフローチャートである。第１実施形態の水管理制御（図４）では、生育フェーズ及び差分Ｄに基づいて目標水温Ｔｆｗｔａｒを算出し（Ｓ１４）、現在水温Ｔｆｗ、目標水温Ｔｆｗｔａｒ、現在気温Ｔｆａ及び推定気温Ｔｆａｅに基づいて目標水深Ｈｔａｒを算出した（Ｓ１６）。これに対し、第２実施形態の水管理制御（図５）では、施肥の状態を考慮する。

【0097】

図５のステップＳ２１～Ｓ２３は、図４のステップＳ１１～Ｓ１３と同様である。

【0098】

図５のステップＳ２４において、診断サーバ２２は、対象となっている圃場５００の現在の施肥状態を確認する。現在の施肥状態には、既に散布した肥料の種類、量、散布タイミング及び散布方法が含まれる。現在の施肥状態の確認は、圃場ＤＢ１１０から読み出して行う。

【0099】

ステップＳ２５において、診断サーバ２２は、現在の生育フェーズ、差分Ｄ及び現在の施肥状態に基づいて、必要な肥料の種類、量、散布タイミング及び散布方法（将来的な施肥の情報）を判定する。散布タイミングは、今回の作業周期の話である（そうでない場合、将来的な肥料の情報は今回の判定で考慮しない。）。

【0100】

ステップＳ２６において、診断サーバ２２は、生育フェーズ（又は経過期間Ｔ）、現在の施肥状態及び将来的な施肥の情報に基づいて、圃場５００の目標水温Ｔｆｗｔａｒを算出する。すなわち、診断サーバ２２は、現在の施肥状態及び将来的な施肥の情報に基づいて、土壌の窒素濃度（アンモニウムイオン）を推定する。そして、土壌の窒素濃度に応じた目標水温Ｔｆｗｔａｒを算出する。

【0101】

或いは、肥料には、効果を発揮しやすい水温が存在するものがある。そのため、現在の施肥状態及び／又は将来的な施肥状態に応じて好適な水温Ｔｆｗが存在する。そこで、第２実施形態では、現在又は将来の施肥状態に基づいて目標水温Ｔｆｗｔａｒを設定してもよい。

【0102】

ステップＳ２７、Ｓ２８は、図４のステップＳ１５、Ｓ１６と同様である。但し、目標水深Ｈｔａｒを設定するに際し、肥料が機能しなくなる水深Ｈになることは制限される。

【0103】

ステップＳ２９において、診断サーバ２２は、ステップＳ２５で判定した施肥のための具体的な作業を特定する。ここでの肥料の種類は、施肥すべき元素、化学肥料、籾殻及び有機肥料の少なくとも１つを含む。加えて、診断サーバ２２は、ステップＳ２８で設定した目標水深Ｈｔａｒを実現するためのユーザへの作業指示も算出する。具体的には、診断サーバ２２は、ユーザ６００等が水門３２、３４を操作する想定時刻における水門３２、３４の操作方法（開度、開時間等）を特定する。換言すると、診断サーバ２２は、上流側水門３２による給水タイミング及び給水量、下流側水門３４による排水タイミング及び排水量、並びに圃場５００の水深Ｈを目標値として算出する。

【0104】

ステップＳ３０において、診断サーバ２２は、ステップＳ２９で特定した将来的な施肥の内容（肥料の種類、量、散布方法、散布タイミング）並びに水門３２、３４の操作方法を、第１ユーザ端末２６等を介してユーザ６００等に提示する。

【0105】

＜Ｂ－３．第２実施形態の効果＞
第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて又はこれに代えて、以下の効果を奏することができる。

【0106】

第２実施形態によれば、圃場５００の水状態を変化させる水門３２、３４（被制御対象）を、圃場５００の施肥状態に基づいてユーザ６００等により動作させて圃場５００の水状態を制御する（図５）。これにより、圃場５００の施肥状態を考慮した水状態で作物５０２を生育することが可能となる。

【0107】

第２実施形態において、生育状態に応じた作業指示は、肥料の種類、散布タイミング及び量を含む（図５のＳ２９、Ｓ３０）。水管理部１００（水管理装置）は、肥料の種類、散布タイミング及び量に基づいて、水門３２、３４（被制御対象）の目標動作を決定する（Ｓ２９）。これにより、水管理を肥料の種類、散布タイミング及び量に関連付けて行うことが可能となる。

【0108】

Ｃ．第３実施形態
＜Ｃ－１．構成（第１・第２実施形態との相違）＞
図６は、本発明の第３実施形態に係る作物育成システム１０Ａの概要を示す全体構成図である。第３実施形態の基本的構成は、基本的に、第１・第２実施形態（図１～図３）と同様である。以下では、第１・第２実施形態と同様の構成要素には、同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。第１・第２実施形態は、診断サーバ２２からの作業指示に基づいて、ユーザ６００等が水門３２、３４を操作するものであった（図４及び図５）。これに対し、第３実施形態は、診断サーバ２２が水門３２、３４の動作を制御する。

【0109】

図６に示すように、作物育成システム１０Ａは、水門３２、３４の開閉を行う水門アクチュエータ２００、２０２を有する。水門アクチュエータ２００、２０２は、通信ネットワーク３８（無線基地局３６を含む。）を介して診断サーバ２２と通信可能であり、診断サーバ２２からの制御信号に基づいて水門３２、３４の開度を制御する。水門３２、３４の開度は、全閉及び全開に加えて、半開等を調節することができる。或いは、水門３２、３４の開度は、全閉及び全開のみ調整可能としてもよい。

【0110】

＜Ｃ－２．第３実施形態の制御＞
図７は、第３実施形態の水管理制御のフローチャートである。上記のように、第１・第２実施形態の水管理制御（図４及び図５）では、診断サーバ２２からの作業指示に基づいて、ユーザ６００等が水門３２、３４を操作するものであった。そのため、ユーザ６００等の利便性を考慮して、水門３２、３４の操作は、朝及び夕方に行うものとして作業指示が行われた。これに対し、第３実施形態の水管理制御（図７）では、診断サーバ２２が水門３２、３４の動作を制御する。そのため、第１・第２実施形態と比較して、水門３２、３４の制御は、時間的制約が少ないため、リアルタイムに行うことができる。但し、騒音等を考慮して、水門３２、３４の開閉を制限する時間帯を設けてもよい。

【0111】

図７のステップＳ３１、Ｓ３２、Ｓ３３、Ｓ３４、Ｓ３５、Ｓ３６は、基本的に図４のステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６と同様である。但し、ステップＳ３６で算出する目標水深Ｈｔａｒは、各時点での目標値として設定され、時々刻々変化する。

【0112】

ステップＳ３７において、診断サーバ２２は、目標水深Ｈｔａｒに基づいて水門アクチュエータ２００、２０２それぞれの目標開度Ｏｔａｒを算出する。

【0113】

ステップＳ３８において、診断サーバ２２は、目標開度Ｏｔａｒに基づいて水門アクチュエータ２００、２０２を遠隔制御する。

【0114】

＜Ｃ－３．第３実施形態の効果＞
第３実施形態によれば、第１・第２実施形態の効果に加えて又はこれに代えて、以下の効果を奏することができる。

【0115】

第３実施形態によれば、圃場５００の水状態を変化させる水門３２、３４（被制御対象）を、圃場５００の気温Ｔｆａに基づいて作物育成システム１０（水管理システム）により動作させて圃場５００の水状態を制御する（図７）。これにより、圃場５００の気象状態を考慮した水状態で作物５０２を生育することが可能となる。

【0116】

第３実施形態において、生育状態に応じた水門３２、３４の制御は、現時点における圃場５００の検出水温Ｔｆｗｄ又は推定水温Ｔｆｗｅと目標水温Ｔｆｗｔａｒの大小関係に応じた、圃場５００への給水タイミング及び圃場５００からの排水タイミングを含む（図７）。これにより、現時点での圃場５００の検出水温Ｔｆｗｄ又は推定水温Ｔｆｗｅと目標水温Ｔｆｗｔａｒとの大小関係に応じた、給水タイミング又は排水タイミングで水門３２、３４を制御することが可能となる。

【0117】

第３実施形態において、水管理部１００（水制御装置）は、比較的短い間隔で水門３２、３４（被制御対象）を制御する（図７）。これにより、第１・第２実施形態と比較してリアルタイム性を持った水管理をすることが可能となる。

【0118】

Ｄ．変形例
なお、本発明は、上記実施形態に限らず、本明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。

【0119】

＜Ｄ－１．構成＞
第１実施形態の作物育成システム１０は、図１に示すような構成要素を有していた。しかしながら、例えば、圃場５００の気温Ｔｆａ（又は日射量Ｘ）を含む気象状態と圃場５００の施肥状態の少なくともいずれかに基づいて圃場５００の水状態を制御する観点からすれば、これに限らない。例えば、作物育成システム１０は、ドローン２４、第１ユーザ端末２６、第２ユーザ端末２８、第３ユーザ端末３０、水門３２、３４及び情報提供サーバ４０の１つ又は複数を省略することも可能である。第２・第３実施形態も同様である。

【0120】

第１実施形態では、生育診断の機能（生育診断管理部８０）を生育診断サーバ２２に設けた（図３）。しかしながら、例えば、圃場５００の気温Ｔｆａ（又は日射量Ｘ）を含む気象状態と圃場５００の施肥状態の少なくともいずれかに基づいて圃場５００の水状態を制御する観点からすれば、これに限らない。例えば、生育診断の機能をドローン２４に持たせることも可能である。第２・第３実施形態も同様である。

【0121】

第１実施形態では、作物５０２として水稲を用いた。しかしながら、例えば、圃場５００の気温Ｔｆａ（又は日射量Ｘ）を含む気象状態と圃場５００の施肥状態の少なくともいずれかに基づいて圃場５００の水状態を制御する観点からすれば、これに限らない。例えば、作物５０２は、小麦、大麦、大豆等であってもよい。第２・第３実施形態も同様である。

【0122】

第１実施形態では、水源５０４から圃場５００に水を供給する給水装置として、上流側水門３２を用いた（図１）。しかしながら、例えば、水源５０４から圃場５００に水を供給する観点からすれば、これに限らない。例えば、水門３２に加えて又はこれに替えて、バルブ又はポンプを用いてもよい。また、例えば、圃場５００の水深Ｈを制御する観点からすれば、下流側水門３４等の排水装置が存在すれば、上流側の給水装置は省略することも可能である。第２・第３実施形態も同様である。

【0123】

第１実施形態では、圃場５００から水を排出する排水装置として、下流側水門３４を用いた（図１）。しかしながら、例えば、圃場５００から水を排出する観点からすれば、これに限らない。例えば、水門３４に加えて又はこれに替えて、バルブ又はポンプを用いてもよい。また、例えば、圃場５００の水深Ｈを制御する観点からすれば、上流側水門３２等の給水装置が存在すれば、下流側の排水装置は省略することも可能である。第２・第３実施形態も同様である。

【0124】

＜Ｄ－２．制御＞
第１・第３実施形態では、圃場５００の気温Ｔｆａを用いた制御を行った（図４及び図７）。しかしながら、例えば、気象状態に基づいて圃場５００の水状態を制御する観点からすれば、これに限らない。例えば、圃場５００の気温Ｔｆａの代わりに又はこれに加えて圃場５００の日射量Ｘ（目標値、推定値及び検出値）を用いることも可能である。

【0125】

第１・第３実施形態では、圃場５００の気温Ｔｆａを用いて目標水温Ｔｆｗｔａｒを算出したのに対し（図４のＳ１４、図７のＳ３４）、第２実施形態では現在の施肥状態等を用いて目標水温Ｔｆｗｔａｒを算出した（図５のＳ２４、Ｓ２５）。両方を組み合わせて、圃場５００の気温Ｔｆａ及び現在の施肥状態等を用いて目標水温Ｔｆｗｔａｒを算出してもよい。

【0126】

第１～第３実施形態では、水管理制御は生育診断モデルの利用を前提としていた（図４、図５及び図７）。しかしながら、例えば、圃場５００の気象状態と施肥状態の少なくともいずれかに基づいて圃場５００の水状態を制御する観点からすれば、これに限らない。例えば、生育診断モデルを用いずに、気象状態又は施肥状態を入力として、これらの状態に対応する出力を記憶したテーブルを設けておくことで、水管理を行うことも可能である。

【0127】

＜Ｄ－３．その他＞
第１～第３実施形態では、図４、図５及び図７に示すフローを用いた。しかしながら、例えば、本発明の効果を得られる場合、フローの内容（各ステップの順番）は、これに限らない。例えば、図４のステップＳ１１とＳ１２の順番を入れ替えることが可能である。

【符号の説明】

【0128】

１０…作物育成システム（水管理システム）
２２…生育診断サーバ（生育診断装置、水管理サーバ）
３２…上流側水門（被制御対象、給水装置）
３４…下流側水門（被制御対象、排水装置）
７０…入出力部（状態入力部）
１００…水管理部（水管理装置）
５００…圃場 ５０２…作物
５０４…水源 Ｈ…圃場の水深
Ｈｄ…圃場の昼間水深
Ｈｄｔａｒ…圃場の目標昼間水深
Ｔｆａ…圃場の気温 Ｔｆｗｄ…圃場の検出水温
Ｔｆｗｄｅ…圃場の推定昼間気温 Ｔｆｗｅ…圃場の推定水温
Ｔｆｗｎｅ…圃場の推定夜間気温
Ｔｆｗｔａｒ…圃場の目標水温
Ｖ…生育状態値 Ｖｅ…推定生育状態値
Ｖｔａｒ…目標生育状態値 Ｘ…日射量

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】