特許 7697704 果実表面温度推定装置、果実表面温度推定方法、およびプログラム

(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】2025-06-16

(45)【発行日】2025-06-24

(54)【発明の名称】果実表面温度推定装置、果実表面温度推定方法、およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   A01G 7/00 20060101AFI20250617BHJP

【ＦＩ】

A01G7/00 603

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2023104836

(22)【出願日】2023-06-27

(65)【公開番号】P2025004929

(43)【公開日】2025-01-16

【審査請求日】2024-03-21

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 １．電気通信回線を通じた公開 ウェブサイトの掲載日 ：令和５年３月１４日 ウェブサイトのアドレス：＜ｈｔｔｐｓ：／／ａｇｒｍｅｔ．ｊｐ／ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｓ／ｓａｍｊ２０２３／＃ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ＞ ２．学会を通じた公開 開催日 令和５年３月１７日 集会名、開催場所 日本農業気象学会２０２３年全国大会

(73)【特許権者】

【識別番号】501203344

【氏名又は名称】国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100154852

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 太一

(72)【発明者】

【氏名】紺野 祥平

(72)【発明者】

【氏名】杉浦 俊彦

【審査官】小林 直暉

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－４８０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２１／２０５８３３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特許第７５０６９５９（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２０２２－１２７２２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】中川行夫，植物体温に関する研究，農業気象，日本，1958年，第１４巻、第２号，第１～４頁

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ０１Ｇ２／００－２／３８

５／００－７／０６

９／２８

１７／００－１７／０２

１７／１８

２０／００－２２／６７

２４／００－２４／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

果実の大きさを認識可能な情報と、気温情報とを取得する取得部と、
前記果実の大きさと前記気温情報とに基づいて果実表面温度を推定する推定部と、
を備える果実表面温度推定装置。

【請求項2】

前記推定部は、果実の大きさに応じた関数であって、気温が上昇するのに応じて上昇する関数に前記気温情報が示す気温を入力することで前記果実表面温度を推定する、
請求項１記載の果実表面温度推定装置。

【請求項3】

前記推定部は、更に風速に基づいて前記果実表面温度を推定する、
請求項１記載の果実表面温度推定装置。

【請求項4】

前記推定部は、果実の大きさと風速に応じた関数であって、気温が上昇するのに応じて上昇する関数に前記気温情報が示す気温を入力することで前記果実表面温度を推定する、
請求項３記載の果実表面温度推定装置。

【請求項5】

前記果実の大きさを認識可能な情報は、前記果実を撮像した画像であり、
画像解析によって前記果実の大きさを導出する画像解析部を更に備える、
請求項１記載の果実表面温度推定装置。

【請求項6】

前記取得部は、将来の気温情報を取得し、
前記推定部は、前記将来の気温情報に基づいて、将来の前記果実表面温度を推定する、
請求項１記載の果実表面温度推定装置。

【請求項7】

前記推定部は、気温情報を取得するメッシュデータにおける地点ごとの前記果実表面温度を推定する、
請求項１記載の果実表面温度推定装置。

【請求項8】

果実表面温度推定装置が、
果実の大きさを認識可能な情報と、気温情報とを取得し、
前記果実の大きさと前記気温情報とに基づいて果実表面温度を推定する、
果実表面温度推定方法。

【請求項9】

果実表面温度推定装置が有する一以上のプロセッサに、
果実の大きさを認識可能な情報と、気温情報とを取得させ、
前記果実の大きさと前記気温情報とに基づいて果実表面温度を推定させる、
ためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、果実表面温度推定装置、果実表面温度推定方法、およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

果実温度が高温になると、日焼けや着色不良などの高温障害が起こる。近年の地球温暖化に伴う気温上昇により、多くの樹種で問題となっている。高温障害が発生してしまうと、果実の見た目や品質が悪くなり、商品価値が減少してしまう原因となる。そこで高温障害の発生を防止するために、主にリンゴの日焼けを対象とし、気温等の気象情報から果実温度を推定する研究が行われてきた（非特許文献１、２）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】L. Schrader, J. Zhang, J. Sun ”Environmental Stresses that Cause Sunburn of Apple” August 2003 Acta Horticulturae 618(618) P379-P405

【文献】Okan Ozkaya ”A Simple Numerical Model for the prediction of Apple Temperatures under Evaporative Cooling” Research in Agriculture and Agronomy, Vol.2016 (2016), Article ID 884279, P14

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の技術では、果実温度を推定するために多くのパラメータを用意した上で複雑な計算式を解く必要があったため、作業が繁雑で、また、導入コストが高くなってしまう傾向があった。そのため、導入できる果樹業者がなかった。本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、より簡易的に果実の表面温度を推定することを目的の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

この発明に係る果実表面温度推定装置、果実表面温度推定方法、およびプログラムは、以下の構成を採用した。
この発明の一態様に係る果実表面温度推定装置は、果実の大きさを認識可能な情報と、気温情報とを取得する取得部と、果実の大きさと前記気温情報とに基づいて果実表面温度を推定する推定部と、を備える果実表面温度推定装置である。
この発明の一態様に係る果実表面温度推定方法は、果実表面温度推定装置が、果実の大きさを認識可能な情報と、気温情報とを取得し、果実の大きさと気温情報とに基づいて果実表面温度を推定する果実表面温度推定方法である。
この発明の一態様に係るプログラムは、果実表面温度推定装置が有する１以上のプロセッサに、果実の大きさを認識可能な情報と、気温情報とを取得させ、果実の大きさと気温情報とに基づいて果実表面温度を推定させるプログラムである。
果実の大きさは、例えば果径や果実の重さで表されるが、これに代えて外接矩形のサイズなど他の態様で表されてもよい。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、より簡易的に果実表面温度を推定可能な果実表面温度推定装置、果実表面温度推定方法、およびプログラムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】果実表面温度推定装置１００の構成および使用環境を示す図である。

【図2】日照時間と方角とリンゴの果実表面温度の関連を示すグラフである。

【図3】リンゴとミカンにおける最高気温と最高果実表面温度の関連を示したグラフである。

【図4】モモ、ナシ、ウメにおける果実の大きさと果実表面温度の関連を示すグラフである。

【図5】第１実施形態の動作の一例を示したフローチャートである。

【図6】リンゴとミカンにおける風速を考慮した最高気温と最高果実表面温度の関連を示すグラフである。

【図7】リンゴにおける風速を考慮した最高気温と最高果実表面温度の関連を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照し、本発明の果実表面温度推定装置、果実表面温度推定方法、およびプログラムの第１実施形態について説明する。

【0009】

＜第１実施形態＞
図１は、果実表面温度推定装置１００の構成および使用環境を示す図である。果実表面温度推定装置１００は、例えばネットワークＮＷを介して端末装置２００や気象情報サーバ４００と通信する。また、果実表面温度推定装置１００は、例えば、カメラ３００と通信して画像を取得する。

【0010】

端末装置２００は、ネットワークＮＷに有線また無線で接続されている端末である。端末装置２００は、例えば、ＰＣ、スマートフォン、タブレット端末やウェアラブル端末である。

【0011】

カメラ３００は、必要に応じて果実表面温度推定装置１００に画像を共有することができるカメラである。カメラ３００は、ネットワークＮＷを介して画像を送信してもよいし、外部記憶装置を用いて画像を果実表面温度推定装置１００に取り込んでもよい。カメラ３００は、例えば、デジタルカメラ等である。

【0012】

気象情報サーバ４００は、例えば、外部機関が運営する、気象情報を配信するサーバである。気象情報サーバ４００は、例えば、メッシュデータ４１０を記憶し、そのメッシュデータ４１０を参照させる形で気象情報を配信する。メッシュデータ４１０は、例えば、１［ｋｍ］×１［ｋｍ］の区画ごとに区切られた地点ごとに気象情報が記録されるデータである。

【0013】

果実表面温度推定装置１００は、例えば、通信部１１０と、取得部１２０と、制御部１３０と、推定部１５０と、通知部１６０と、画像解析部１４０とを備える。これらの構成要素は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。これらの構成要素のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予めＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリなどの記憶装置（非一過性の記憶媒体を備える記憶装置）に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体（非一過性の記憶媒体）に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることでインストールされてもよい。

【0014】

通信部１１０は、例えば、ネットワークＮＷに接続するための通信インターフェースである。通信部１１０は、例えばネットワークカードである。

【0015】

取得部１２０は、外部からの情報を取得する。取得部１２０は、例えば、通信部１１０を介して気象情報等を外部機関から取得したり、果実の大きさを取得したりする。気象情報は、例えば、天候と気温を含む。気象情報は、現在の情報でもよいし、将来の任意の時点の情報でもよい。果実の大きさは、例えば、果径や果実の重さで表される。果実の大きさは、例えば、後述するカメラ３００で撮影した画像を解析することで取得されてもよいし、ノギスや定規などで測定した数値が取得されてもよい。

【0016】

制御部１３０は、果実の大きさを測定するためにカメラ３００を制御する。カメラ３００は、制御部１３０に制御され、撮影した果実の画像は画像解析部１４０へ送信する。

【0017】

画像解析部１４０は、カメラ３００が撮影した画像を解析して果実の大きさを導出する。画像解析部１４０は、例えば、エッジ抽出処理などによって果実の輪郭候補となるエッジ点を抽出し、所定のサイズで連なるエッジ点を果実の輪郭として抽出する。そして、外接円、近似円を求めるなどして定量的に評価可能な果実の大きさを導出する。

【0018】

推定部１５０は、果実表面温度を推定する。推定部１５０は、果実の大きさと果樹が存在する地点の気温から果実表面温度を推定する。推定方法については後述する。

【0019】

通知部１６０は、例えば、端末装置２００に果実ごとの果実表面温度を通知する。通信部１５０は、例えば、ウェブサーバ機能を有しておりウェブサイトの形式で通知する。

【0020】

以下、推定部１５０の機能について説明する。推定部１５０は、果実の大きさに応じた関数（推定式）に気温を入力するとことで果実表面温度を推定する。気温は、気象情報サーバ４００から取得した情報であって、現時点の気温でもよいし、将来の気温に基づいて推定してもよい。

【0021】

関数は、例えば式（１）で表され、気温が上昇するのに応じて上昇する一次関数である。式中のαｋ、βｋは共に正の値の係数であり、果実の種類と大きさによって異なる値となる係数である。一次関数に代えて、気温が上昇するのに応じて上昇する傾向を有する他の関数（例えば二次関数、指数関数など）が用いられてもよい。

【0022】

（果実表面温度）＝αｋ×気温＋βｋ …（１）

【0023】

以下、上記の処理を行うのが有効であることについて説明する。図２は、日照時間と方角とリンゴの果実表面温度の関連を示すグラフである。図２のグラフは、夏季晴天日にリンゴの果実を、小さい果実の小果を３個と平均的な大きさの果実３個の合計６個用意し、地面に対して水平になるように高さ１．２［ｍ］に取り付けた釘にそれぞれ設置し、果実の赤道面から仰角６０°の位置に当たる表面温度を方位別に熱電対温度計を用いて１分間隔で温度を測定した結果をグラフにしたものである。果実表面温度は、リンゴ、南西および西の方角において１４～１５時に最大となった。また、小果より平均的な大きさの果実のほうが、果実表面温度が高くなった。

【0024】

図３は、リンゴとミカンにおける最高気温と最高果実表面温度の関連を示したグラフである。図３では、複数の夏季晴天日の最高気温と最高果実表面温度に加え、果実の大きさの値を散布図にして示す。右のグラフが、リンゴのグラフであり、丸の記号が、果実の横径が６０［ｍｍ］以上のリンゴ、三角の記号が、果実の横径が６０［ｍｍ］未満のリンゴを示す。左のグラフが、ミカンのグラフであり、丸の記号が、果実の横径が３０［ｍｍ］以上のミカン、三角の記号が、果実の横径が３０［ｍｍ］未満のミカンを示す。晴天日は、全天日日射量の合計値が１０［ＭＪ／ｍ^２］以上の日とする。リンゴとミカン両方とも果実が大きいほうが、最高果実表面温度は高い傾向である。

【0025】

図４は、モモ、ナシ、ウメにおける果実の大きさと果実表面温度の関連を示すグラフである。図４では、すべて幼果であるモモ、ナシ、ウメの３種類を８日間の中の晴天日に最高気温と果実表面温度を測定しグラフに表した。大果Ａは、幼果の中でも大きい果実であり、小果Ｂは、幼果に中でも小さい果実である。モモ、ナシ、ウメのすべての果物が、最高気温に比例して果実表面温度が上昇しており、大果のほうが、小果より果実表面温度が上昇していることがわかる。

【0026】

つまり、果実の種類に関係なく果実の大きさが、大きければ大きいほど果実表面温度は高くなる。また、南西および西の方角において１４～１５時に果樹にある果実が、果実表面温度が高くなりやすい。果実表面温度が高くなりやすいということは、果皮が日焼けしやすいということである。そして、その日の果実表面温度の最高値は、その日の最高気温と果実の大きさから推定できる。推定部１５０は、最高気温と果実の大きさを適用した推定式を用いて果実表面温度を推定する。

【0027】

推定部１５０は、例えば、気象情報サーバ４００から取得した現時点の気温と果実の大きさから関数（推定式）を用いて果実表面温度を推定してもよい。また、推定部１５０は、気象情報サーバ４００から取得する未来の最高気温の予報を用いて、未来の果実表面温度を推定してもよい。気象情報サーバ４００から取得する気温は、メッシュデータ４１０の果樹が存在する区画の気温の情報である。

【0028】

［フローチャート］
図５は、第１実施形態の動作の一例を示したフローチャートである。まず、制御部１３０は、カメラ３００を用いて果実を撮影する（ステップＳ１００）。

【0029】

次に、画像解析部１４０は、カメラ３００で撮像した果実の画像を用いて、果実の大きさを解析する（ステップＳ１１０）。

【0030】

次に、取得部１２０は、気象情報サーバ４００からメッシュデータ４１０を取得する（ステップＳ１２０）。メッシュデータ４１０に含まれる気象情報は、天気と気温とする。

【0031】

次に、推定部１５０は、対象の果実がある地点の天気が晴れであるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。天気が晴れである場合は、次ステップの処理に進む。天気が晴れ以外である場合は、本フローチャートにおける動作を終了する。

【0032】

次に、推定部１５０は、ステップＳ１２０の処理で取得したメッシュデータ４１０に含まれる気象情報を推定式に当てはめて果実表面温度を推定する（ステップＳ１４０）。

【0033】

次に、通知部１６０は、推定した果実表面温度を端末装置２００に通知する（ステップＳ１５０）。通知方法は、例えば、ウェブサイト形式の画面表示による方法でもよいし、メール等を用いた方法でもよい。

【0034】

上述した第１実施形態よれば、より簡易的に果実表面温度を推定することができる。この結果、推定結果を取得した農家において、果皮の日焼けの対策を講じることができる。

【0035】

＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態について説明する。第２実施形態の構成は、第１実施形態と同様である。気象情報サーバ４００のメッシュデータ４１０には、天気、気温の他に風速が含まれるものとする。推定部１５０は、推定式に気温の他に風速を当てはめて果実表面温度を推定してもよい。

【0036】

関数は、例えば、式（２）で表され、気温が上昇するのに応じて上昇する一次関数である。式中のγｋ、ηｋは共に正の値の係数であり、果実の種類と大きさと風速によって異なる値となる係数である。一次関数に代えて、気温が上昇するのに応じて上昇する傾向を有する他の関数（例えば二次関数、指数関数など）が用いられてもよい。

【0037】

（果実表面温度）＝γｋ×気温＋ηｋ …（２）

【0038】

以下、上記の処理を行うのが有効であることについて説明する。図６は、リンゴとミカンにおける風速を考慮した最高気温と最高果実表面温度の関連を示すグラフである。図７では、複数の夏季晴天日かつ弱風日の最高気温と最高果実表面温度に加え、果実の大きさの値を散布図にして示す。右のグラフが、リンゴのグラフであり、丸の記号が、果実の横径が６０［ｍｍ］以上のリンゴ、三角の記号が、果実の横径が６０［ｍｍ］未満のリンゴを示す。左のグラフが、ミカンのグラフであり、丸の記号が、果実の横径が３０［ｍｍ］以上のミカン、三角の記号が、果実の横径が３０［ｍｍ］未満のミカンを示す。弱風日は、日中（１１時～１６時）の平均風速が３［ｍ／ｓ］以下の日とする。リンゴとミカン両方とも果実が大きいほうが、最高果実表面温度は高い傾向であり、風速の情報を加えることでより正確に最高果実表面温度を推定できる。

【0039】

図７は、リンゴにおける風速を考慮した最高気温と最高果実表面温度の関連を示すグラフである。図７では、全天日射量日合計値が１０［ＭＪ／ｍ^２］以上かつ、日中の平均風速が３［ｍ／ｓ］以下の日（弱風日）における果実ごとの大きさの値を散布図にして示すグラフである。丸の記号が、１００［ｇ］以上のリンゴ、三角の記号が、１００［ｇ］未満のリンゴである。１００［ｇ］以上のリンゴは、最高果実表面温度が高くなる傾向にあることがわかる。また、特定の果実重に依存はせず果実重が大きければ大きいほど最高果実表面温度が高いことがわかる。

【0040】

上述した第２実施形態によれば、より正確に果実表面温度を推定することにより、果皮の日焼けの対策が講じやすくなる。

【0041】

以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。

【符号の説明】

【0042】

１００ 果実表面温度推定装置
１１０ 通信部
１２０ 取得部
１３０ 制御部
１４０ 推定部
１５０ 通知部
１６０ 画像解析部
２００ 端末装置
３００ カメラ
４００ 気象情報サーバ
４１０ メッシュデータ
ＮＷ ネットワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】