2021 Fiscal Year Research-status Report
高品質ミカン安定栽培に資する深層強化学習かん水技術開発
| Project/Area Number |
19K06325
|
|---|
| Research Institution | Toba National College of Maritime Technology |
|---|
Principal Investigator |
白石 和章 鳥羽商船高等専門学校, その他部局等, 教授 (40442454)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
神田 和也 鶴岡工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (00390401)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 深層学習 / 強化学習 / かん水制御 / マルチドリップ栽培 / 果樹 / 温州ミカン / スマート農業 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
ウンシュウミカンは我が国を代表する果樹作物であるが，近年では果物消費量の低下や価格低迷の影響を受け，さらなる高品質果実の安定生産が求められている．三重県紀南地域では，「マルドリ方式」による生産の導入によって省力化や単価維持に成果を上げているほか，同手法は現在全国的に普及定着している．マルドリ方式は農研機構により開発された生産手法であり，圃場にマルチシートを敷設し点滴チューブによるかん水を行うことで，緻密な水分管理が可能である．しかしながら，マルドリ方式に適するかん水量決定の定量的手法は未だ確立されておらず，農家自らの勘に依存しているのが現状である．また近年においては担い手の高齢化に伴う人手不足や技術継承の問題から高品質果実の安定生産が持続不可能になりつつあり，早急な解決が望まれている．そこで本研究ではAI技術を活用し，ウンシュウミカンのかん水量決定を自動的に実行する手法を提案する．
高品質なウンシュウミカンを栽培するための手法として，マルドリ方式が定着している．圃場へのかん水を電磁弁と点滴チューブを用いて行うマルドリ方式は栽培の省力化に貢献する一方で，この手法に適するかん水量決定の定量的手法は未だ確立されておらず，農家自らの勘に依存しているのが現状である．そこで本研究では，AI技術を用い，ウンシュウミカンのかん水作業を人間の介在なしに，自律的に実行する手法を提案する．ミカン果樹の可視光画像から深層学習を用いて水分ストレスを推定し，推定された水分ストレスと圃場周辺の気象予報を基に強化学習を用いてかん水量を定める．提案手法を用いたかん水を圃場において2021年7月から9月の3ヶ月間にわたって実施したところ，収穫時期を迎えるまでのかん水実施に成功した．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では，ウンシュウミカンを対象とした AI 技術による自律かん水システムを開発し，圃場において約 3ヶ月にわたり「みえ紀南 1 号」を対象に運用を行った．運用の結果，果実品質調査において慣行区と同等の品質を持つ果実の生産に成功した．しかしながら，主に機材の安定性の観点から実用化に向けては課題を残した．また，現在はおおよそ模倣学習の結果に沿ったルールベースでの動作である．強化学習による最適解の導出にはより多数の試行回数が必要であり，より長期に渡る実証や他圃場への展開を視野に検討が必要である．このことから筆者らは今後も研究を継続し，実用性の向上を図る必要がある．
|
| Strategy for Future Research Activity |
2021年度の実地試験結果として，果実品質調査において慣行区と同等の品質を持つ果実の生産に成功した．しかしながら，主に機材の安定性の観点から実用化に向けては課題を残した．特に樹体の水分ストレスを推定するAI技術の肝となる果樹画像を撮影するカメラにおいては，信頼性を向上する必要がある．そのため，安定した動作が可能なカメラの選定・設置を行い，追加試験を行う予定である．また，強化学習による効果の検証においては，さらに試行回数を増やす必要があり，追試験は必須であると考えている．
|
| Causes of Carryover |
コロナ禍の影響により、学会発表等の予定が遅れたことから、旅費等の執行計画および研究計画に遅れが生じたことが大きな理由である。また、補助事業期間延長を行い次年度には、園芸学会および農業情報学会での成果発表を行い、論文を執筆する。また、昨年度行った実地試験の追加試験およびデータ収集を行う予定である。上述の研究計画に基づき、旅費、実地試験に係る物品費を執行する計画である。
|
Research Products
(4 results)
