コンピュータシミュレーションによる散乱性被覆資材の有効性の検討

• 研究課題/領域番号: 19K06310
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分41040:農業環境工学および農業情報工学関連
• 研究機関: 高崎健康福祉大学
• 研究代表者: 石神 靖弘 高崎健康福祉大学, 農学部, 准教授 (50361415)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2019年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: 温室 / 植物群落 / レイトレーサー法 / 3Dモデル / レイトレーシング / 光学シミュレーション / 受光量 / トマト群落

研究開始時の研究の概要

近年、温室において均一な光環境を得ることを目的として散乱性の高い被覆資材を用いる例が増えている。しかしながら、光環境の改善効果は温室の立地、季節、作物の形状によって異なる。これらの効果を評価するには、実際に温室内に入射する光、さらに植物が受光する光を正確に把握する必要がある。本研究では、温室および植物体の3次元モデルを作成し、コンピュータシミュレーションにより温室内の光環境を詳細に推定可能な手法を開発する。ここに、被覆資材の光透過特性を入力することにより、様々な季節、作物の形状に応じた散乱性被覆資材の有効性について検討することを目的とする。

研究成果の概要

温室内の作物の生産性を向上させるためにはいかに光を有効的に使用できるかが重要な課題である。本研究では、散乱性被覆資材を展張した温室を想定して、 温室内の光環境ならびに、群落の受光量のばらつきについて、光シミュレーションの一種であるレイトレーサー法を用いて推定を行った。温室モデル内にトマト 個体を想定した植物モデルを対象とした。群落の層別受光強度について、上層では被覆資材の散乱性によらずに群落上水平面と同様の推移を示した。被覆資材の拡散性が増すと温室内の光強度および植物群落の場所による受光強度の変動が小さくなることが示された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

温室内において、植物が受光する光はその生産量に影響を及ぼす最も重要な要因の一つであり、様々な環境制御の手法により光環境をはじめとする温室内環境を改善するための研究開発が行われている。しかしながら、温室の光環境について温室内の作物の形状、被覆資材の光透過特性をふくめ、体系的に解析している研究例は少ない。温室内の作物の生産性を向上させるためにはいかに光を有効的に使用できるかが重要な課題であり、本研究の結果は温室の被覆資材の検討を行う上で重要な知見となりうると考えられる。