レタスの成長システム同定に関する研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12760175
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 伊藤 博通 神戸大学, 農学部, 講師 (00258063)
• Keywords: レタス / 生体情報 / システム同定 / 逐次最小二乗法 / ARXモデル / ARMAXモデル

Research Abstract

1.研究実施概要
閉鎖系空間内における植物生産の自動化を目途とし,植物生体情報を積極的に活用した成長モデルをシステム同定法により構築することを目的に次のような実験および解析を行った。
・植物栽培,生体情報・環境計測システムの構築および栽培実験。
・生体画像情報の解析。
・生体情報と栽培環境との関係の解析。
2.研究成果
(1)栽培・計測システムの構築
人工気象内に気温,湿度,光量子束密度,二酸化炭素濃度,養液pH,養液ECの各種センサおよびビデオカメラを設置し,これらを計測用コンピュータに接続して栽培環境とレタスの水平投影面積の時系列データを計測できるようにした。
(2)栽培実験
人工気象機内でレタス1株を栽培した。栽培期間は21日間である。この期間中,サンプリング周期を1時間として上記測定項目を測定・記録した。栽培環境設定は光強度のみを変動させ,その他の環境は一定を保った。光強度はM系列信号をプログラムした。これにより光量子束密度を入力,レタス画像情報を出力とする1入力1出力のレタス成長システム解析のための基礎データを収集できた。
(3)画像解析
レタスの水平投影画像をコンピュータで処理し,数十種類の画像特徴量を計算した。これと実際の生体重を対応させ,重回帰分析によってレタス画像からレタス生体重を非接触かつリアルタイムで測定できるようになった。得られた重回帰式は非常に高い有意性(1%)を示し,精度よく生体重推定ができた。
(4)生体情報と栽培環境との関係の解析
画像処理で測定したレタス生体重と光量子束密度の時系列データをシステム同定法を使用して解析した。レタス成長システムの入力となる光量子束密度は疑似白色雑音となっていることを確認した。これにより太陽光併用型のグリーンハウスで実際に生じる不規則な光環境変動の周波数帯域が入力に含まれていることを確認した。
レタス生体重が出力となるが,出力のパワースペクトルは低周波数にのみ存在し,光環境の高速な変動にはほとんど反応しないことがわかった。
このような特性のシステムに対して逐次最小二乗法を適用し,ARXおよびARMAXモデルによって推定精度のよい伝達関数が同定できることがわかった。

Research Products

• [Publications] 伊藤博通: "画像処理によるレタス成長診断-定植後経過日数判別のための画像特徴量抽出法-"農業機械学会関西支部報. 第87号. 89-92 (2000)
• [Publications] 高橋憲子: "レタス成長システム同定-画像処理による同定出力の計測-"農業機械学会関西支部報. 第88号. 73-74 (2000)
• [Publications] 泉貴仁: "レタス成長システム同定-光強度を入力としたシステム同定-"農業機械学会関西支部報. 第88号. 75-76 (2000)
• [Publications] H.Itoh: "IDENTIFICATION OF LETTUCE GROWTH WITH LIGHT INPUT"Proceedings of Bio-Robotics II. 107-112 (2000)
• [Publications] H.Itoh: "Plant Growth Diagnosis by Machine Visioin-Growth Phase Detcction Algorithms-"Proceedins of THE XIV MEMORIAL CIGR WORLD CONGRESS 2000. 1759-1764 (2000)
• [Publications] 伊藤博通: "画像処理によるレタス成長段階判別アルゴリズム"農業機械学会関西支部報. 第89号. 122-125 (2001)