2020 Fiscal Year Research-status Report
Empirical study of CPS to support regional agriculture: Establishment of method to predict yield with high accuracy
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19K11986
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| Research Institution | Numazu National College of Technology |
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Principal Investigator |
山崎 悟史 沼津工業高等専門学校, 制御情報工学科, 准教授 (80635889)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
切岩 祥和 静岡大学, 農学部, 教授 (50303540)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 農業CPS / LPWAネットワーク / 施設栽培果樹作物 / 収穫量予測 / ノンパラメトリック回帰 / 収穫モデル / 状態空間 / 機械学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、Physical空間で得たセンシング情報をCyber空間で解析し、それを次アクションへフィードバックする農業CPS(Cyber-Physical System)の実現を目標としている。データの統計的解析に基づいて環境にロバストな果樹栽培作物の収穫モデルを創出するためには、物理空間の情報(データ)を容易かつ確実に取得できる手段であるIoTネットワークの構築が必須である。本研究では、農業CPSにおけるデ―タ解析精度やセンサノードのライフタイム向上を主目的として、LPWA(Low Power Wide Area)規格に着目した。本年度では、(1)まず昨年度構築したLPWA（Sigfox）ネットワークのエネルギー消費の解析を行い、センサ端末のバッテリー寿命を推定可能とする手法を確立した。(2)その過程で、将来的に稠密なIoT環境が想定されることに着目し、LPWAやWiFiなどをIoTネットワークとして用いた場合のスループット改善に資する手法を提案し、理論解析や数値実験を用いて有効性の確認に成功した。(3)さらに、果樹栽培作物の収穫に関するこれまで蓄積してきた情報（構築したIoTネットワークから自動で取得した環境・施設データと、就農者によって手動で蓄積した収穫量データ）を用いて収穫量予測手法の検討を進めた。具体的には、先に提案してきた差分ノンパラメトリック回帰を用いた手法に基づく予測精度に関する基礎性能を取得できた。
これらの成果は、学術論文誌や国際会議発表を通じて学術分野にて発表され、新聞報道等を通じて地域社会に公開された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度の推進方策にて記載した通り、構築した農業IoTネットワークのエネルギー消費性能を明らかにし、センサ端末のバッテリー寿命を実験的に推定可能とする手法を提案し、有効性を示した。その過程で、将来の稠密なIoT環境を想定したスループット改善手法を提案し理論解析や数値実験によって有効性を示した。さらに、申請書に記載した通り、先に提案した差分ノンパラメトリック回帰手法を用いてデータ解析の基礎検討を行い、収穫量推定法の拡張によって収穫量予測自体の実現可能性の感触が得られた。
以上の結果から、総合的におおむね順調に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで先に提案してきた差分ノンパラメトリック回帰に基づいて取得した予測精度に関する詳細な評価を行い、結果の統計学・農学的な解釈を進めたい。その際、ノンパラメトリック回帰としてGAM(Generalized Additive Model)以外を用いたときの性能も評価する。さらに、状態空間モデルに基づく時系列データ解析手法の構築を検討し、それと回帰分析との性能差、特徴差異を明らかにし、収穫量モデルを確立していく。
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| Causes of Carryover |
2019.3頃から感染拡大した新型コロナウィルスの影響で，申請時に発表参加予定していた学会，研究会等が全て中止となったため，その分の旅費等が残る形となった．次年度以降も学会発表に関してはこのような状況が続くと思われるため，論文投稿や実験設備に伴う経費や情報収集費等に充てる．
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