2018 Fiscal Year Research-status Report
PSDセンサを利用したブームスプレーヤの散布高さ検出モジュールの開発
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16K07967
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| Research Institution | Obihiro University of Agriculture and Veterinary Medicine |
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Principal Investigator |
佐藤 禎稔 帯広畜産大学, 畜産学部, 教授 (90142794)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ブームスプレーヤ / 大規模畑作 / 農薬散布 / ブーム高さ / センサ / 高さ制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大規模畑作では大型ブームスプレーヤを利用した高能率防除が行われている。しかし，ブームの長大化によって散布高さの変動が大きな問題になっている。精密防除を行うためにはブーム高さの自動制御が必要であり，本研究はノズルから下方の作物までの高さを非接触で計測するためのPSD散布高さ検出モジュールの開発を目的とした。
1) 供試したPSD（光位置検出素子）は赤外線を利用した距離センサであり，測距範囲は20～150cmである。PSDは距離に応じたアナログ電圧を出力し，その測距特性は作物の葉でも白紙と同様であった。しかし，太陽光の影響を受けるため受光部にIRフィルタを利用した。散布高さ検出モジュールは3個のPSDと組み込み用マイコンで構成されるが，マイコンはA/D変換と計測値の信号処理，データ出力等に利用した。
2) PSDモジュールを水平移動させ，下方の小麦の穂先までの距離を計測した結果，計測値と実測値がほぼ一致することを確認した。またバレイショ圃場ではPSDモジュールをスプレーヤに取り付けブーム高さを計測した。各PSDの計測値にはエラー値を多く含んだが，最小値処理と中央値処理を組み合わせた信号処理を行うことによって対象とした超音波センサと同等の精度で計測可能であることを確認した。
3) 開発したPSDモジュールと試作のブーム高さ自動制御装置による高さ制御の基礎実験を行った。コンクリート路面では設定したブーム高さに自動制御されることを確認できたが，裸地圃場では不安定な制御になった。
以上のように，開発したPSDモジュールはスプレーヤのブーム高さを計測するセンサとして十分な性能を有する。またブーム高さ自動制御装置を試作したが，今後細部を検討する必要があるものの，本研究のPSD散布検出モジュールによるブーム高さの自動制御は大型化するスプレーヤの精密防除を実現する技術として大いに期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
大規模畑作で利用される大型スプレーヤのブーム高さを自動制御するために，本研究はブームから作物までの高さを非接触で計測するPSD散布高さ検出モジュールの開発を目的とした。本研究はこれまでに，供試したPSDの基本的な作物の測距特性や自然光の外乱を除去する方法等を明らかにし，高さセンサとしての基本特性を確認してきた。そこで，組み込み用マイコンと3個のPSDセンサを内蔵した散布高さ検出モジュールを試作し，圃場等でその計測特性に関する実験を実施し，ブーム高さを検出するセンサとしての基本的な有効性を確認してきた。
当該年度は開発したPSD検出モジュールを実際のスプレーヤのブームに取り付け，バレイショ圃場等で計測実験を行った。その結果，個々のPSDが計測する散布高さの計測値には多くのエラー値を含んだが，同時刻に計測する3個のPSDの計測値から最小値を抽出し，さらに時系列の数個の値をメディアンフィルタで処理することにより，安定的な計測データを得るアルゴリズムを開発した。結論として本研究で開発したPSD散布高さ検出モジュールは大型スプレーヤのブーム高さを計測するセンサとして極めて実用性が高いと判断された。
本研究では当初計画していなかったが，実際のブームスプレーヤにPSDモジュールを搭載したブーム高さ自動制御装置を試作した。その制御特性は今後，細部を検討する必要があるものの，PSDモジュールを各ブームに取り付けて長大ブームを自動制御することは基本的に可能であることの知見を得ることができた。
以上のように，当該年度で予定していたPSD検出モジュールとその信号処理方法に関してはほぼ予定通りに実施することができ，さらに当初計画していなかったブーム高さ自動制御装置の試作を行えたことは，当初の計画以上に進展していると自己評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
開発したPSD散布高さ検出モジュールは世界初の光センサを利用したブームスプレーヤ等で利用する作物を対象とした非接触の高さセンサである。既に，本研究は特許出願を行っており，民間企業等からの問い合わせもあり，今後ブーム高さ自動制御装置の開発に向けた発展が期待されている。そのためには，開発したPSD検出モジュールの小型化や種々の畑作物での測距特性について評価実験を行い，ランダムに生育している作物でも安定的な高さ計測データを得るための信号処理等のアルゴリズムを開発する必要がある。また，民間との共同研究を行い，本研究のPSD高さセンサを搭載したブーム高さ自動制御装置の実用化に向けた研究へと進展させる予定である。
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| Causes of Carryover |
本研究は，大型スプレーヤのブーム高さを自動制御する場合の核となるPSD散布高さ検出モジュールを開発することを目的としている。これまでに，圃場実験等で開発したPSD検出モジュールの計測特性を評価した結果，天候不順等で十分な実験が行えなかったものの，その装置の実用化への知見を得た。そこで，研究成果をより確実なものにするために追加実験等を実施し，それを精査して民間との共同研究の実施や論文投稿を行うために，次年度への繰り越し金が生じた。
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| Remarks |
北海道の防除作業では散布幅が30mを超える大型ブームスプレーヤが利用されており，長大ブームによる散布高さの変動や不均一散布等が大きな問題となっている。そこで本研究は，近年市販されているPSD光センサに着目し，予備研究の結果からスプレーヤの散布高さを計測するセンサとしての可能性を得たことから，複数のPSDセンサと組み込み用マイコンで構成される世界初のPSD高さ検出モジュールの開発研究を行っている。
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