JP3547948B2

JP3547948B2 - 土壌測定用ツール、土壌測定ロボット及びその他の関連装置と方法

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Publication number: JP3547948B2
Application number: JP22935297A
Authority: JP
Inventors: 敦司久野
Original assignee: Tokyo University of Agriculture and Technology NUC
Current assignee: Tokyo University of Agriculture and Technology NUC
Priority date: 1997-08-26
Filing date: 1997-08-26
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2017-08-26
Also published as: JPH1164259A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、収穫の対象となる農場（甫場）を複数の区画に分割し、各区画ごとにＰＨ、窒素，燐酸等の要素、土壌の電気的特性などを検出し、土壌をミクロ的に詳細に分析する精密農業において、その実用に供するための装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、作物の栽培を行う甫場の土壌管理は品質や収量に大きく影響を及ぼすために、施肥等を含む土壌管理においては、通常は、土壌のサンプルを採取して、その分析を行うことが要求される。従来、この土壌サンプルを分析するために、適当な場所の土壌を採取して、その土壌サンプルを実験室に持ちかえり、水などの溶媒や抽出試薬を作用させて、土壌の成分が溶け出した液体を試験装置で分析してその成分を測定していた。また、甫場からの採土、分級、計量、抽出試薬注入、濾過液の生成などの分析前処理作業を、特開平９−６１４２０号などに示されているように、ロボットハンドを用いて自動化する方法も提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のいずれの方法も、分析対象の土壌サンプルを自動的に採取するものではなく、あらかじめ採取されて容器に小分けされた土壌サンプルが用意されていることを前提にしている。したがって、農場を移動しながらその場で各位置の土壌の分析や測定をすることは不可能であった。このため、土壌の採取に人手を要し、また分析に時間がかかるために、多数の区画での土壌分析を短時間に行うことが要求される精密農業には事実上対応できないという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、甫場の各区画において短時間に自動的に土壌分析を行うことのできる装置および方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
図１は、本発明が適用される精密農業システムの概略を説明する図である。甫場１は、複数の区画２に分割されており（各区画は等面積である必要はなく、また、区画自体が認識される必要も特になくて良い）、各区画の適当な位置に土壌測定用ツール３が配設されている。土壌測定用ツール３は、その区画内に埋め込まれ、後述の土壌測定ロボットの測定用プローブが嵌合することによって、その場で土壌分析を行うのに使用される装置である。甫場１には、各区画２を通過する農道４が設けられており、この農道４を土壌測定ロボット５が移動できるようになっている。土壌測定ロボット５は複数台用意されており、最初に、集合エリア４に集合した状態から１台づつ農道４を移動していく。各土壌測定ロボット５は、土壌測定用ツール３に嵌合する測定用プローブを備えるとともに、ＧＰＳアンテナ５ａと通信用アンテナ５ｂとを備え、現在の位置をＧＰＳ測位し、且つ基地局６と通信できるようになっている。また、土壌測定ロボット５は、内部に土壌測定部を備えており、測定用プローブを土壌測定用ツール３に嵌合した状態で、その場で土壌の測定を行う。
【０００６】
各土壌測定用ツール３を用いた各区画２の土壌測定スケジュールは、基地局６においてあらかじめ計画されており、このスケジュールに従って各土壌測定ロボット５に対して土壌測定のための測定指示データが通信アンテナ６ａを介して送信される。この場合の測定指示データは、当該土壌測定用ツールに対して現在すべき作業を行うのに最も近い位置にいる土壌測定用ロボットに対するものである。たとえば、一番目の土壌測定用ツールに対して、今回行うべき作業が測定用水を注入する作業の場合、その一番目の土壌測定用ツールに最も近い位置にいる土壌測定用ロボットに対して、測定用水を注入すべき測定指示データが送信される。このようにして、各土壌測定ロボットに対し、次々と基地局６から測定指示データが送信され、各土壌測定ロボット５は、その測定指示データに基づいて土壌測定用ツール３を探し、その位置で位置合わせしながら該ツールに測定用プローブを嵌合して測定指示データに含まれる作業を実施する。また、土壌測定ロボット５は、当該作業を終了すると、その結果とＧＰＳ測位した現在位置とを基地局６に対して送信し、次の測定指示データを待つ。なお、土壌測定ロボット５は、目標とする土壌測定用ツール３に向かって農道４を移動するための車輪、目標とする土壌測定用ツール３の位置に接近して測定用プローブを土壌測定用ツール３に位置合わせしながら嵌合させるために必要なＴＶカメラを含む画像処理装置を含んでいる。また、基地局６には通信アンテナ６ａとともにＧＰＳ信号の位相キャリアを測定するためのＧＰＳアンテナ６ｂが設けられており、各土壌測定ロボット５の測位には、数センチ程度の精度を出すことのできるキネマティックＧＰＳ測位法が用いられる。
【０００７】
本発明では土壌の一部を採取するのではなく、地中に埋め込まれた土壌測定用ツール３を用いてその場で土壌成分の測定を行う。すなわち、土壌中に水などの測定液を浸潤させ、一定時間後に該浸潤領域から測定液を回収し、試薬を注入することで土壌成分の測定を行う。この場合の、測定液の注入による土壌内への浸潤および一定時間後のその回収と試薬の注入は全て人手を介することなく自動的に行う。また、本発明では、１つの土壌測定用ツール３について、同じ土壌測定ロポット５が測定液の土壌内への浸潤と回収をしても良いし、浸潤をさせたロボットとは異なるロボットがその回収をしても良い。このように、土壌の一部を採取することなく土壌中に測定液を浸潤させて一定時間後に回収して成分測定を行うと、回収した測定液内には窒素、燐酸等の要素などが含まれているからそれらの要素を定量測定するとともに正規化することで、土壌成分の測定を高精度に行うことができる。
【０００８】
以上の精密農業システムにおいて、本発明に係る土壌測定用ツールは次のように構成される。
【０００９】
すなわち、土壌内に埋め込まれる埋込部に、外部から接続可能な電極棒、若しくはこれとは別に、又はこれに加えて、外部から土壌測定液の注入及び回収が可能な測定孔を設けている。埋込部の電極部に外から電極を刺すことで土壌のインピーダンス測定が可能であり、測定孔に水等の測定用液を注入し且つその液を回収することで、土壌成分が混ざった回収液を得ることが出来る。このように、本発明に係る土壌測定用ツールは土壌自体のサンプル摂取を不要にする。
【００１０】
ツール本体の上方に、土壌表面と当接する鍔部を設けることにより、電極や測定孔の土壌内深さの位置を正確に設定可能になる。また、前記電極棒を、長さの異なる複数の電極棒で構成することにより、複数の深さでのインピーダンス測定を可能にし電気的特性のより詳しい状況を把握出来る。また、前記測定孔を、長さの異なる複数の測定孔で構成することでも同様に複数の深さでの土壌状態を測定可能にする。なお、測定孔の底部に多孔体蓋部を形成すると、測定孔内に土壌の一部が侵入しなくなるので、測定用水を注入したり回収するのに不具合を生じない。
【００１１】
さらに、電極棒の上部に導電性ゴムからなる電極部が形成することで、上部から電極を刺して、その後外しても、導電性ゴムの電極部は、また元の状態に戻るから、何度でも使用可能になる。また、電極棒の底部が前記測定孔の底部近辺に位置する長さにすることで、測定孔から回収した測定用水の浸潤した領域での土壌インピーダンス測定が出来、さらに、状況を異にした電気的特性の測定が可能になる。
【００１２】
ツール本体を土壌中で分解可能な有機物等の材料で構成すれば、土壌を汚染したりすることがなく土壌に悪影響を与えない。
【００１３】
また、ツール本体上面模様を、非点対象模様にすることで、土壌測定ロボットが測定用プローブを嵌合するときの位置合わせが一義的に定まる。
【００１４】
本発明に係る土壌測定ロボットは、上記の土壌測定用ツールに嵌合する測定用プローブと、移動するための車輪と、測定用プローブを可動にするロボットアームと、カメラと、試薬等を備えた土壌測定部とを具備している。すなわち、土壌測定ロボットは、被測定対象となった土壌測定用ツールの位置まで車輪で移動して、そのツール位置をカメラで捉えながらロボットアームを動かして位置合わせをしながら該ツールに測定用プローブを嵌合し、その後測定用水を注入したり、回収したり、または電極を通してインピーダンス測定をするなど、指示された測定処理を実行する。この土壌測定ロボットはＧＰＳ測位により自己の正確な位置を知ることが出来る。基地局から送られてくる測定指示データには、測定作業をすべきツールが特定されているため、この位置に移動するときＧＰＳ測位データが用いられる。また、測定結果をこの位置とともに基地局に送信することで、基地局は、測定の終えた各土壌測定ロボットの位置を知ることが出来る。そこで、各土壌測定ロボットから送られてくる情報に基づいて、次の作業に対する各土壌測定ロポットの仕事内容（測定内容）を決めることが出来る。すなわち、基地局は、時々刻々と送られてくる土壌測定ロボットからの情報に基づいて、順次、各土壌測定ロボットに対する測定指示データを作成し送信する。このような動作の繰り返しにより、非常に効率的に甫場の精密土壌測定が自動的にかつ短時間で出来るようになる。
【００１５】
なお、測定用プローブには上記土壌測定用ツールとの嵌合時に結合する、測定管と針型電極が設けられている。
【００１６】
土壌測定ロボットは、農道を移動しながら各土壌測定用ツールの位置で測定を行うが、作業の開始時には、測定部の校正を行うのが好ましいかもしれない。そこで、作業の最初にチェック用エリアに移動して、チェック用の土壌測定用ツールを用いて測定データと既知データとを対比する。この対比される２つの値の差が許容範囲内であれば校正を行う必要がないが、両者に許容範囲を超える差があれば、校正することが必要であるから、そのための処理が行われる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明の土壌測定システムが適用された甫場を示している。
【００１８】
甫場内には作物１０に混ざって土壌測定用ツール１１が一定間隔ごとに配設されている。この土壌測定用ツール１１は、図１に示すように、あらかじめ決められた所定の区画ごとに配設されており、各ツールはその表面を露出させた状態で土壌内に埋め込まれている。図に示すように、各土壌測定用ツールの表面の模様は非点対象模様であって方向性がある。後述のように、この模様の方向性により土壌測定ロボットは位置合わせをしながら測定用プローブを当該土壌測定用ツールに嵌合させることができるようになる。
【００１９】
農道１２は、土壌測定ロボット（以下、ＳＯＩＬＥＲ）１３が移動するためのものである。農道１２の道幅は、少なくともＳＯＩＬＥＲ１３が２台並列して移動可能な幅であり、前進するＳＯＩＬＥＲ１３と後退するＳＯＩＬＥＲ１３が互いに障害とならないようになっている。農道１２の出発位置には、ＳＯＩＬＥＲ１３の帰還エリア１２０と、ＳＯＩＬＥＲ１３の整列のための整列エリア１２１と、ＳＯＩＬＥＲ１３の土壌測定部校正用のチェック用エリア１２２が設けられている。測定を開始するときには、各ＳＯＩＬＥＲ１３は全て帰還エリア１２０に呼び戻され、その後、１台づつチェック用エリア１２２に送られて、ここで土壌測定部が校正された後、整列エリア１２１に整列する。整列エリア１２１には各ＳＯＩＬＥＲ１３が１列に整列し、先頭のＳＯＩＬＥＲ１３から１台づつ農道１２を前進していく。チェック用エリア１２２には、チェック用の土壌測定用ツール（以下、ＰＲＢ）１１０が設けられており、さらにこの位置にＳＯＩＬＥＲ１３が１台来たことを検出するための光電型のＳＯＩＬＥＲ検出センサ１４が設けられている。
【００２０】
前記帰還エリア１２０、整列エリア１２１、チェック用エリア１２２を含む出発位置には基地局１５が設けられており、基地局１５は各ＳＯＩＬＥＲ１３と通信を行うための通信アンテナ１５０とＧＰＳアンテナ１５１とを備えている。基地局１５の位置はＧＰＳ測位上既知の位置であって、各ＳＯＩＬＥＲ１３がキネマティックＧＰＳ測位できるように、位相キャリア検出用のＧＰＳアンテナ１５１を備えている。なお、キネマティックＧＰＳ測位によって、各ＳＯＩＬＥＲ１３のＧＰＳ測位精度は数センチ程度に達することができる。基地局１５は、各ＳＯＩＬＥＲ１３と通信を行って、各ＳＯＩＬＥＲ１３に対して測位指示データなどの指示データを送信し、各ＳＯＩＬＥＲ１３からの測定結果やＧＰＳ測位データ（位置データ）を受信する。また、あらかじめ設定されている各ＰＲＢ１１による測定指示スケジュールと、時々刻々各ＳＯＩＬＥＲ１３から送られてくる位置データとに基づいて各ＳＯＩＬＥＲ１３に対する測定指示データを作成する。さらに、チェック用エリア１２２内での各ＳＯＩＬＥＲ１３の土壌測定部の校正のための制御を行ったり、各ＳＯＩＬＥＲ１３からの受信データを収集分析して、その結果を通信アンテナ１５０を介して図外のホストコンピュータに送信したり、内部のハードディスクや入出力装置として接続されている印刷装置やモニタなどに出力する。
【００２１】
ＳＯＩＬＥＲ１３は、農道１２上を移動するための車輪を含む移動制御部を備えるとともに、目標とするＰＲＢ１１に接近して測定用プローブを位置合わせしながら嵌合させるのに必要な画像処理部を備えている。また、基地局１５と通信を行うための通信部や、測定用プローブをＰＲＢ１１と嵌合した状態で土壌測定を行う土壌測定部も備えている。
【００２２】
次に、図２に示した精密農業システムに用いられる各要素の詳細について説明する。
【００２３】
〔土壌測定用ツール〕
図３は、ＰＲＢ（土壌測定用ツール）１１の構造を示す断面図である。
【００２４】
このＰＲＢ全体は、農地を汚染するものであってはならないので、基本的には土壌中で分解可能な材料が望ましい。本実施形態では、電極となる部分を導電性ゴムや炭素棒で構成し、その他を木材で構成している。
【００２５】
ＰＲＢ本体である構造体１１ａは円筒形状であって、その上部に土壌２０の表面と当接する円形の鍔部１１ｂが設けられている。円筒形の構造体１１ａの内側には、２つの測定孔１１ｃと１１ｄ、および２つの電極棒１１ｅ、１１ｆがそれぞれ設けられている。測定孔１１ｃと１１ｄは中空の孔であって、その長さはそれぞれ１５センチメートルと３０センチメートル程度である。この長さに設定したのは、野菜などの作物の成育に影響を与える土壌深さが約４０センチメートルまでだという知見に基づいたものであり、各長さはこの長さの範囲内で適当と思われる測定位置と考えられるからである。これらの測定孔１１ｃ、１１ｄは、ＳＯＩＬＥＲ１３から注入された水を土壌内に浸潤させ、一定時間後に再びその水を回収させるために使用される。各測定孔１１ｃ、１１ｄの底部には多孔体蓋部１１ｇ、１１ｈが設けられている。メッシュ状のこの多孔体蓋部１１ｇ、１１ｈは、土壌内から水を回収する時に土壌の一部が測定孔１１ｃ、１１ｄに入り込まないようにするためのものである。
【００２６】
２つの電極棒１１ｅ、１１ｆがそれぞれ測定孔１１ｃと測定孔１１ｄとほぼ同じ長さに設定されており、長さの短い第１の電極棒１１ｅは長さの短い第１の測定孔１１ｃに隣接し、長さの長い第２の電極棒１１ｆは長さの長い第２の測定孔１１ｄに隣接している。
【００２７】
各電極棒１１ｅ、１１ｆが、それぞれ隣接する各測定孔１１ｃ、１１ｄとほぼ同じ長さに設定されることにより、各測定孔１１ｃ、１１ｄから注入した水が浸潤する土壌領域のインピーダンスがそれぞれの電極棒を用いて測定することが可能になる。
【００２８】
前記各電極棒１１ｅ、１１ｆの上部２には、導電性ゴムからなる電極部１１ｉ、１１ｊが取り付けられている。このように、炭素棒からなる電極部の上部を導電性ゴムで構成することによって、この電極部に後述の測定用プローブの針型電極を突き刺すことができる。導電性ゴムであるから、突き刺して接続した針型電極を上昇させることによって該導電性ゴムを元の状態に復帰させることができる。このため、簡単に何度も電極部の接続が可能となる。なお、後述の測定用プローブの針型電極をこの２つの電極部１１ｉ、１１ｊに突き刺すとともに、アース用の針型電極を土壌２０に突き刺し、さらに２つの測定管を測定孔１１ｃ、１１ｄにそれぞれ挿入することによって、ＰＲＢと測定用プローブとの嵌合を行う。ＰＲＢの上面模様は図４に示すようになっている。すなわち、リング状の鍔部１１ｂ内に、左側から順に、第１の測定孔１１ｃ、第１の電極部１１ｉ、第２の測定孔１１ｄ、第２の電極部１１ｊが配置されているが、第２の測定孔１１ｄが中心位置に配置される一方、第１の測定孔１１ｃが偏心した位置に配置されており、且つ電極部１１ｉ、１１ｊの表面形状が異なっている。したがって、ＰＲＢ本体上面模様は非点対象模様である。これにより、土壌測定ロボットにおいて測定用プローブをＰＲＢに嵌合する時の位置合わせを特定することができる。
【００２９】
〔測定用プローブ〕
図５は、土壌測定ロボットに設けられる測定用プローブの構造図を示す。
【００３０】
円形の構造体１３０ａには、アース用針型電極１３０ｂ、１３０ｃと、ＰＲＢの電極部に突き刺す針型電極１３０ｄ、１３０ｅと、ＰＲＢの測定孔１１ｃ、１１ｄに挿入される測定管１３０ｆ、１３０ｇが設けられ、構造体１３０ａの上面には、それぞれに接続される出力端子１３０ｈ〜１３０ｋと、チューブ１３０ｍ、１３０ｎが設けられている。なお、ＰＲＢ１３の測定孔１１ｃ、１１ｄに注入された水が回収しやすいように、各測定管１３０ｆ、１３０ｇの長さは、それぞれ測定孔１１ｃ、１１ｄの長さよりも少しだけ短い程度の長さに設定されている。
【００３１】
上記の構成の測定用プローブ１３０を、位置合わせしながらＰＲＢ１１に押し当てると、アース用針型電極１３０ｂ、１３０ｃがＰＲＢの周囲の土壌中に挿入されてアースをとる。また、針型電極１３０ｄ、１３０ｅはそれぞれＰＲＢ１１の電極部１１ｉ、１１ｄに突き刺さり、測定管１３０ｆ、１３０ｇは、それぞれ測定孔１１ｃ、１１ｄ内に挿入される。測定用水である水はチューブ１３０ｍ、１３０ｎから測定管１３０ｆ、１３０ｇ内に送り出され、一定時間後に同じチューブを介して負圧により回収され吸い上げられていく。なお、後述のように、測定用水を土壌に注入する土壌測定ロボットと、その測定用水を回収する土壌測定ロボットとが異なることがある。
【００３２】
次に、上記のＰＲＢ１１および測定用プローブ１３０を用いて、土壌測定を行う時の測定概念について説明する。
【００３３】
〔土壌成分の測定概念〕
図６（Ａ）〜（Ｃ）は、測定液である測定用水を土壌内に浸潤させ、一定時間後に回収してその回収水から成分分析を行う手順を示している。
【００３４】
まず、図６（Ａ）に示すように、測定用水を測定孔１１ｃ（１１ｄ）に一定量だけ注入すると、測定管の先端付近の領域に測定用水の浸潤領域が形成される。次に、図６（Ｂ）に示すように、一定時間後に浸潤領域からの測定用水の回収を行う。この時、回収水には、土壌内に含まれる窒素、燐酸等の要素が含まれる。次に、図６（Ｃ）に示すように、回収水の分析を行う測定部に該回収水を導く。土壌測定部は、図に示すように各測定項目ごとの測定部を備えており、これらの測定部に対して回収水が所定量づつ送り出される。各項目別の測定部は、測定用試薬タンクとこのタンク内の試薬を回収水内に注入し、攪拌して上澄み液を取り出して実際の測定を行う項目別測定部を備えている。測定の終了した回収水は全て集められて排水用タンクに貯蔵される。
【００３５】
上記のように、本発明の土壌成分測定は、土壌を採取することなく、土壌内に測定用水を注入したものを回収して、その回収水を対象として分析を行っている。
【００３６】
〔土壌のインピーダンス測定の概念〕
図７は、土壌のインピーダンス測定の概念図である。
【００３７】
土壌の電気的特性の測定は、本来的には土壌の導電率測定を目的とするものであるが、インピーダンス測定を行っても土壌の電気的特性を知ることができる。したがって、インピーダンス測定結果でも導電率と同様に土壌分析に利用可能である。本発明では、土壌の導電率を測定する代わりに、このインピーダンスを測定する。図７に示すように、測定用プローブのアース用針型電極１３０ｂの出力端子１３０ｈ、電極部用の針型電極１３０ｄおよび１３０ｅの出力端子１３０ｊ、１３０ｋの地中内の測定点は、図に示すように、それぞれ地表面から約１ｃｍ、約１５ｃｍ、約３０ｃｍの位置となる。そこで、これらの測定点のインピーダンスは図に示すように、Ｚ_ＡＢ、Ｚ_ＢＣ、Ｚ_ＡＣとなるから、これらのインピーダンスの値を測定することで、ＰＲＢ１１が配置されている土壌の地表面近くの電気的な特性を知ることできる。なお、図８は、土壌インピーダンスの測定形態を示す図である。すなわち、「測定用水の注入なし」、「測定孔１１ｃから測定用水注入後１０分経過した時」、「測定孔１１ｄから測定用水注入後１０分経過した時」、「電極に交流電圧を印加した時（測定用水の注入なし）」の４つの各項目別にＺ_ＡＢ、Ｚ_ＢＣ、Ｚ_ＡＣをそれぞれ測定する。このように、４項目において各土壌インピーダンスを測定することにより、それらの値を正規化し、且つサンプル数を増やすことによって土壌の電気的特性をより詳細に把握できるようになる。
【００３８】
〔土壌測定ロボット（ＳＯＩＬＥＲ）の外観〕
図９は、ＳＯＩＬＥＲ１３の外観図である。
【００３９】
ＳＯＩＬＥＲ本体１３１はほぼ円筒形状にあって、その上部に通信用のアンテナ１３２とＧＰＳ用のアンテナ１３３が取り付けられ、側部に可動ＴＶカメラ１３４が、また底部に１対の車輪１３５が設けられている。また、ＳＯＩＬＥＲ本体１３１の別の側部には、固定アーム１３６が取り付けられ、この先端に上昇および下降が可能なロボットアーム１３７が取り付けられている。ロボットアーム１３７の下端部には測定用プローブ１３０が取り付けられていて、ロボットアーム１３７を下降することによって測定用プローブ１３０を下方に位置するＰＲＢ（土壌測定用ツール）１１に押しつけ、これにより該測定用プローブ１３０をＰＲＢ１１に嵌合させることができる。
【００４０】
以上の構成において、ＳＯＩＬＥＲ１３は、ＧＰＳアンテナ１３３で受信したデータに基づいてＧＰＳ測位（キネマティックＧＰＳ測位）を行って数センチ単位の精度で自己の位置を測定し、その結果を通信アンテナ１３２によって基地局１５に送信し、基地局１５から送信されてきた測定指示データに基づいて所定のＰＲＢの位置に車輪１３５によって移動し、さらにＴＶカメラ１３４を用いて画像処理によって移動制御と測定用プローブ１３０の位置合わせ制御を行う。移動および位置合わせを終えると、測定用プローブ１３０を下降させてＰＲＢ１１に押し当てる。その後、測定指示データによって指令される測定動作を行う。ＳＯＩＬＥＲ１３は、以上のシーケンスによって測定動作を終了すると測定用プローブ１３０を上昇させるとともに、測定結果と自己の現在位置を通信アンテナ１３２によって基地局１５に送信する。各ＳＯＩＬＥＲ１３は、以上の動作を繰り返し行うことによって、次々と移動しながら各種の土壌データをその場で測定していく。
【００４１】
〔ＳＯＩＬＥＲの構成〕
図１０、図１１はＳＯＩＬＥＲ１３の機能ブロック図を示している。
【００４２】
図１０は、ＧＰＳ測位によって得られた自己の位置に最も近いＰＲＢの番号を同定する部分の機能ブロック図である。ＴＶカメラ１３４で得られたコンポジットビデオ信号を画像処理ユニット１４０に入力する。画像処理ユニット１４０はあらかじめ記憶されているＰＲＢのモデルパターン１４１とマッチングを行いながらＰＲＢでの画像上での位置を計測する。ＧＰＳ受信機１４２はＧＰＳアンテナ１３３で受信したデータと基地局１５から周期的に送られてくるキャリア位相データとに基づいてキネマティックＧＰＳ測位を行い、自己の位置をＳＯＩＬＥＲ位置として計測する。この現在位置を、たとえば所定距離ごとに測位データとしてメモリ１４４に記憶しておく。ＳＯＩＬＥＲ１３の方向決定部１４３は、この測位データをつなぎあわせることによってＳＯＩＬＥＲ１３の移動方向θを算出する。前記画像処理ユニット１４０で計測された画像上のＰＲＢ位置と、ＧＰＳ受信機１４２で計測されたＳＯＩＬＥＲ位置と、ＳＯＩＬＥＲ１３の方向決定部１４３で算出された移動方向θと、さらにカメラモデル記憶部１４５に記憶されたカメラモデル（撮像方向など）はＰＲＢ番号の同定部１４６に入力され、ここでこれらの情報を基に、現在ＴＶカメラ１３４で検出しているＰＲＢの絶対位置を算出する。テーブル１４７には、各ＰＲＢの絶対位置に対するＰＲＢ番号が記憶されており、ＰＲＢ番号の同定部１４６は、このテーブル１４７を参照することによって、上記のようにして算出したＰＲＢの絶対位置に最も近いＰＲＢ番号を抽出し、これを画像上で検出しているＰＲＢの番号ｋとして出力する。すなわち、ＰＲＢ番号の同定部１４６は、自己の移動方向で最も近いＰＲＢの番号ｋを逐次出力する。このようにして、現在観測しているＰＲＢの番号ｋが基地局１５から測定対象として指示されているＰＲＢの番号と一致し、且つ現在の状況からそのＰＲＢに対して測定行為が可能であれば、測定可能と判断して、測定動作に移行する。
【００４３】
図１１は、測定シーケンス部の機能ブロック図である。
【００４４】
針型電極制御部１５０は針型電極１３０ｂ〜１３０ｅを用いて土壌インピーダンス測定を行う。その結果を測定シーケンス制御部１５１に出力する。また、測定用水制御ユニット１５２は測定管１３０ｆ、１３０ｇを用いて測定用水の注入や回収の制御を行う。注入には測定用水タンク１５３を用い、排水時には排水用タンク１５４を用いる。また、回収された測定用水は水質ユニット１５５に導かれ、ここで測定項目ごとの水質測定が行われる。測定項目別に用意されている測定試薬タンク１５６は水質測定時に使用される。なお、測定用水は、水ではなく、アルコール等の溶媒であっても良い。
【００４５】
ロボットアーム制御部１５７はロボットアーム１３７を上昇または下降制御し、車輪制御部１５８はＳＯＩＬＥＲ１３が前進、後退または回動動作するよう車輪１３５を制御する。
【００４６】
測定シーケンス制御部１５１は、これらの制御部やユニットをシーケンス制御することによって測定動作を実行する。測定に成功すると、その測定データは測定データ記録部１６０によって土壌マップファイル１６１として記憶され、また、データ送受信部１６２を介して基地局１５に送信される。なお、この場合の測定データにはカレンダ時計１６３によって計時される日付データが付加される。
〔基地局の構成〕
図１２は、基地局１５の機能ブロック図である。
【００４７】
各ＳＯＩＬＥＲ１３と通信を行うための通信アンテナ１５０およびデータ送受信部１５２と、キネマティックＧＰＳ測位を行うための位相キャリアを検出するのに必要なＧＰＳアンテナ１５１およびＧＰＳ受信機１５３と、キーボード、モニタ、印刷部、記憶媒体ドライバなどを含む入出力部１５４とが外部インターフェイス機器として基地局制御部１５５に接続されている。外部記憶装置には、測定指示マップ１５６、土壌マップ１５７、土壌管理データ１５８の各ファイルが割り当てられており、これらは基地局制御部１５５によって読み書きされる。
【００４８】
基地局制御部１５５は、作業の開始時に今回の測定指示マップを作成し、これに従って各ＳＯＩＬＥＲ１３に対して測定指示データを順次送信する。なお、測定指示マップは、オペレータによって入出力部１５４から入力されたデータに基づいて作成されるか、または各種パラメータ等に基づいて自動的に作成され、或いはホスト側から送信されるものとする。データ送受信部１５２は、上記測定指示データの他、各ＳＯＩＬＥＲ１３がキネマティックＧＰＳ測位を行うことができるように一定周期で位相キャリアを送信する。各ＳＯＩＬＥＲ１３は、基地局１５から送信されてきた測定指示データに基づいて測位シーケンス動作を実行するが、測定がうまくいった時にその測定結果を送り返してくるから、基地局制御部１５５は、そのデータに基づいて土壌マップファイルを作成し外部記憶装置に記憶する。入出力部１５４は、上記のようにして作成された土壌マップファイルを適宜加工するなどして、所望の土壌管理データを作成し、ファイルとして記憶する。なお、フロッピディスク等の可搬型記憶媒体に、測定指示データを記憶して配付することも可能である。
【００４９】
図１３は、基地局１５の有する測定指示マップファイルを示している。各ＰＲＢごとに、測定項目数、各測定項目ごとの「その測定完了までの最大時間」、「その測定完了までの最小時間」の各データを測定項目用データとして記憶する。たとえば、あるＰＲＢに測定用水を注入する測定項目があった場合、その測定項目用データ内の最大時間、最小時間は、それぞれ、測定用水注入後に該測定用水を回収するまでの許容最大時間、最小時間を意味する。このように、測定項目の測定後に次の測定完了までの許容時間として最大時間と最小時間を記憶することによって、基地局１５は時々刻々送られてくる各ＳＯＩＬＥＲ１３の測定結果（成功か失敗かを含む）や現在位置、及びその時に観測しているＰＲＢ番号ｋに基づいて、上記許容時間内で作業を完了させることのできる最適なＰＲＢを選び、そのＰＲＢに対して該作業を行うための測定指示データを作成する。したがって、たとえば、ある１つのＰＲＢに対して、識別番号１のＳＯＩＬＥＲ１３が水を注入してから１０分後に、識別番号２のＳＯＩＬＥＲ１３がその水を回収し、さらに識別番号３のＳＯＩＬＥＲ１３が土壌インピーダンスを測定するといった作業が行われる。１つの意味のある作業を完了するためには一定の時間が必要であるために、このようにその作業を複数のＳＯＩＬＥＲ１３で分担するようにすれば、全体のＰＲＢに対する作業が効率化することは明らかである。
【００５０】
図１４は測定指示データのデータフォーマットを示している。ヘッダの次の位置の領域Ｄ０には、測定対象となるＳＯＩＬＥＲ１３の識別番号が配置され、次の領域Ｄ１には測定対象となるＰＲＢ番号が配置される。次の領域Ｄ２には、測定動作の内容を表す符号列が配置される。ＳＯＩＬＥＲ１３に対して指令する測定動作の内容は１つに限らず複数の場合もあるから、図に示すような０〜１３の中の１または複数の符号が並べられる。次の領域Ｄ３には測定完了の目標時間が、さらに領域Ｄ４にシステムパラメータの校正指示データが、エリアＤ５には移動先の位置データがそれぞれ配置されている。なお、ＳＯＩＬＥＲ１３は自己の移動速度や測定対象ＰＲＢまでの距離などの諸条件を考慮して、測定完了目標時間まで、指定された全ての測定動作を行えるかどうかを判断し、測定動作が不可能である場合には測定失敗を基地局１５に対して通報することになる。また、チェック用ＰＲＢ１１０（図２参照）において、システムパラメータの校正を行う場合に、エリアＤ４から得られる校正指示データを参照する。また、移動先位置データを受けると、自己の現在位置と比較しながら、その位置データに向かって移動を開始する。
【００５１】
測定動作には、図１４に示すように、測定用水の注入や回収、回収水の分析、および土壌インピーダンスの測定が含まれている。
【００５２】
図１５は、ＳＯＩＬＥＲ番号１〜３の測定シーケンス例を示す図である。また、図１６は、時間ｔ０でＳＯＩＬＥＲ番号１〜３に対して送信される測定指示データの一部を示す図である。
【００５３】
時間ｔ０では、ＳＯＩＬＥＲ番号１に対して「ＰＲＢ１への測定用水注入」が指令され、同じく、ＳＯＩＬＥＲ番号２に対して「ＰＲＢ１に対して測定用水の回収」が指令され、また、ＳＯＩＬＥＲ番号３に対しては「ＰＲＢ０に対するインピーダンス測定」が指令される。ＳＯＩＬＥＲ番号１は、上記測定指示データを基地局１５から受けると、測位指示データに含まれる移動先位置データ（ｘ１，ｙ１）とＧＰＳ測位データとを対比しながら該移動先位置まで移動していく。時間ｔ１で移動先位置データ付近まで到達すると、その時の画像上で認識されるＰＲＢ番号が測定指示データで指定されているＰＲＢ番号と一致していることを条件に測定用プローブの嵌合を行い、測定用水の注入動作を開始する。この動作が測定完了の目標時間であるｔ２で完了すると、その測定結果を自己のＧＰＳ測位データとともに基地局１５に対して送信し、再び、基地局１５から送られてくる測定指示データに基づいて移動を開始する。一方、ＳＯＩＬＥＲ番号２に対しては、「ＰＲＢ１に対する測定用水の回収」の指令がされている。ＳＯＩＬＥＲ番号２は、ＰＲＢ１の位置に時間ｔ３に到着すると、ｔ２とｔ３の間隔が１０分であれば（この時間は、測定用水を注入してから回収するまでの設定時間である）、過去に時間ｔ１でＳＯＩＬＥＲ番号１が注入した測定用水を回収する動作を行う。１０分以内のときは同時間になるまで待ってから動作を開始する。時間ｔ４で回収動作を終了すると、その測定結果をＧＰＳ測位データとともに基地局１５に対して送信し、次の測定指示データに従った移動先まで移動を開始する。また、ＳＯＩＬＥＲ番号３に対しては、「ＰＲＢ０に対するインピーダンス測定」が指令されている。ＳＯＩＬＥＲ番号３は、この測定指示データを受信すると、時間ｔ４でＰＲＢ０の位置に到着し、該ＰＲＢ０に対するインピーダンス測定動作を行う。時間ｔ５でこのインピーダンス測定動作を終了すると、その測定結果とＧＰＳ測位データを基地局１５に対して送信する。次の測定指示データを受信すると、そのデータで指令される位置まで移動を開始する。なお、図１５に示す例では、ＳＯＩＬＥＲ番号３はｔ５で反対方向に移動を開始し、時間ｔ６でＰＲＢ２に対する測定動作を行う。また、説明を簡単にするため、各ＳＯＩＬＥＲ１３は、測定動作を終了すると個別に次の測定指示データを受け取るように説明をしたが、基地局１５では全てのＳＯＩＬＥＲ１３からの測定結果報告を待って、その後に一斉に次の測定指示データを各ＳＯＩＬＥＲ１３に送信する。
【００５４】
このような測定指示データに基づく動作が各ＳＯＩＬＥＲ１３ごとに連続して行われることにより、極めて効率的に測定対象となる全てのＰＲＢの測定動作を行うことができる。
【００５５】
〔ＳＯＩＬＥＲの測定動作シーケンス〕
図１７は、ＳＯＩＬＥＲ１３の測定動作シーケンスを示すフローチャートである。
【００５６】
ＳＯＩＬＥＲ１３は、基本動作として、基地局１５からの測定指示データに基づいて測定を行い、その測定結果を現在位置とともに基地局１５に送信する動作を繰り返す。
【００５７】
まず、基地局１５に対してＧＰＳ測位データである現在位置を通報してから（ＳＴ１）、基地局１５からの測定指示データを待つ。この測定指示データを受信すると（ＳＴ２）、移動指示のみかどうかを判断し（ＳＴ３）、測定動作が伴うものであれば自己の進行方向で最も近いＰＲＢを抽出する。もし、この抽出したＰＲＢが測定指示データに含まれる指定ＰＲＢであって、且つそのＰＲＢに対する測定行為が可能であるなら、ＳＴ６以下の動作に移るが、そうでないなら測定失敗と判断して基地局１５に対して通報する（ＳＴ１０）。なお、測定行為が可能かどうかの判断は、自己の速度や指定ＰＲＢまでの距離等の情報を基に、測定指示データ内に含まれる測定完了目標時間まで測定を完了することができるかどうかで行う。
【００５８】
ＳＴ６においては、対象となるＰＲＢの位置まで移動し、ＴＶカメラ１３４を用いて対象となるＰＲＢ１１のサーチと位置合わせを行い、測定用プローブ１３０を当該ＰＲＢ１１に対して押し当てる（ＳＴ７）。さらに、そのＰＲＢ１１に対して測定動作を実行し（ＳＴ８）、測定結果データを得て現在位置データを付加して基地局１５に対して通報する（ＳＴ９）。なお、ＳＴ６〜ＳＴ８の各動作が失敗した場合には、ＳＴ１０に進んで測定失敗を通報する。
【００５９】
以上のＳＴ２〜ＳＴ１０の内、測定失敗がない限り、ＳＴ２〜ＳＴ９の動作を繰り返し実行する。
【００６０】
上記ＳＴ３において、測定指示データが移動指示のみの場合、すなわち、領域Ｄ０の対象ＳＯＩＬＥＲ番号と領域Ｄ５の移動先位置データのみが送信されている場合には、ＳＴ３からＳＴ２０に進む。このＳＴ２０では、移動先位置が帰還エリア１２０（図２参照）か、または整列エリア１２１かどうかを判定し、そうである場合にはＳＴ２１において各エリアへ移動した後停止する。また、チェック用エリア１２２への移動の場合には、そのチェック用エリア１２２へ移動した後、チェック用ＰＲＢ１１０に対する測定動作を実行し（ＳＴ２３）、さらに、その測定結果データを基地局１５に対して通報した後、その後に送られてくる校正指示データを受信してシステムパラメータを校正する（ＳＴ２５）。移動先が、それ以外の位置の場合には、その指定された移動先位置まで移動し（ＳＴ２６）、基地局に対して現在位置を通報して（ＳＴ２７）、ＳＴ２に戻る。
【００６１】
〔基地局の測定動作シーケンス〕
図１８、図１９は、基地局１５の測定動作シーケンスを示すフローチャートである。
【００６２】
基地局１５では、最初に全てのＰＲＢ１１の測定項目を決定し、図１３に示す測定指示マップを作成する（ＳＴ３０）。次に、全てのＳＯＩＬＥＲ１３と順次通信して現在位置を取得し、通信可能リストと可動リストを作成する（ＳＴ３１）。通信可能リストは、通信可能なＳＯＩＬＥＲ１３のリストであり、可動リストは動作可能なＳＯＩＬＥＲ１３のリストである。通信可能ＳＯＩＬＥＲ１３を順次チェック用エリア１２２に行くように指示する。すなわち、領域Ｄ５の移動先位置データをチェック用エリア１２２に設定した測定指示データを各ＳＯＩＬＥＲ１３に対して送信する。この場合、チェック用エリア１２２に近いものから順に指示する。なお、チェック用エリア１２２に来れないＳＯＩＬＥＲ１３が存在するかもしれないので、所定時間内にチェック用エリア１２２に到着しないものは可動リストから削除する（ＳＴ３３、ＳＴ３４）。チェック用エリア１２２にいるＳＯＩＬＥＲ１３は、チェック用ＰＲＢ１１０に対して測定動作を実行するために、その測定結果を受信し（ＳＴ３５）、あらかじめ記憶されているチェック用ＰＲＢ１１０に対する参照データと比較して、そのＳＯＩＬＥＲ１３のシステムパラメータの校正指示データを作成し（ＳＴ３６）、当該ＳＯＩＬＥＲ１３に対して送信する（ＳＴ３７）。さらに、当該ＳＯＩＬＥＲ１３に対して整列エリア１２１に移動するよう指示し（ＳＴ３８）、通信可能リストにある全てのＳＯＩＬＥＲ１３に対して処理が終了していなければ、再びＳＴ３２以下を繰り返す。
【００６３】
図１９のＳＴ５０以下は、図１７のＳＯＩＬＥＲ１３の測定動作におけるＳＴ１〜ＳＴ９の通常の測定動作シーケンスに対応している。
【００６４】
すなわち、ＳＴ５０で通信可能ＳＯＩＬＥＲ１３の現在位置データを受信し、その現在位置データと測定指示マップを基に、各ＳＯＩＬＥＲ１３に対する測定指示データを作成する（ＳＴ５１）。次に、通信可能ＳＯＩＬＥＲ１３に対して、整列エリアにおいて農道１２に近い位置のものから順に測定指示データを送信する（ＳＴ５２）。
【００６５】
全てのＳＯＩＬＥＲ１３に対する指示を終了すると（ＳＴ５３）、一定時間後に各ＳＯＩＬＥＲ１３からの測定結果データを受信する（ＳＴ５４）。各ＳＯＩＬＥＲ１３について測定が成功していれば、その測定結果のデータと現在位置データとを土壌マップファイルとして記憶し、全てのＰＲＢに対する測定項目が終了していない限り、測定指示データを作成し、送信して（ＳＴ５９、ＳＴ６０）、再びＳＴ５４以下を繰り返す。各ＳＯＩＬＥＲ１３における測定動作が成功していく限り、以上のＳＴ５０以下の動作が繰り返される結果、図１５に示すような測定動作シーケンスが行われていく。なお、測定に失敗したＳＯＩＬＥＲ１３が存在した場合、すなわち、図１７のＳＴ１０において測定失敗を基地局１５に対して通報したＳＯＩＬＥＲ１３が存在した場合は、失敗カウンタをインクリメントし（ＳＴ７０）、そのカウンタ値が所定のしきい値ＴＨ１を超えれば、帰還エリア１２０への帰還を指示する（ＳＴ７２）。また、そのＳＯＩＬＥＲ１３は使用不能として可動リストから削除する（ＳＴ７３）。また、ＳＴ５８で全てのＰＲＢに対する測定動作が終了した場合にもＳＴ７４において帰還指示を全ＳＯＩＬＥＲ１３に対して送信する。
【００６６】
ＳＯＩＬＥＲ１３および基地局１５の以上の測定動作シーケンスによって、基地局１５は、ＳＯＩＬＥＲ１３からの現在位置データおよび測定結果データを受信しながら順次測定指示データを作成、送信し、一方、ＳＯＩＬＥＲ１３は、基地局１５から時々刻々送られてくる測定指示データに基づいて上述の測定動作シーケンスを繰り返して行う。これにより、複数のＳＯＩＬＥＲ１３によって多数のＰＲＢ１１に対する所定の測定動作を動的に行うことができるから、高効率の測定を短時間に実現することができる。
【００６７】
なお、図２に示す例では、農道１２を１本の道として表したが、格子状の農道であってもよい。また、チェック用エリア１２２を甫場の適当な位置に設けておくことによって、ＳＯＩＬＥＲ１３をその位置で校正することにより、作業開始時に帰還エリア１２０まで戻さないようにすることもできる。また、本発明は、農場の土壌測定のみならず、ゴミ処分場や化学プラントの敷地のように、土壌汚染が心配される地域の土壌測定にも適用出来る。その場合、土壌測定用ツールでの電極棒や測定孔の深さは測定目的に応じた深さとされる。
【００６８】
【発明の効果】
本発明を農業の土壌管理に適用した場合、甫場をマッピングして各区画ごとの土壌特性データを人手を介さずに自動的に簡単に測定して集積、分析することができるために、従来はほとんど不可能であった精密農業を実現できる。また、本発明の土壌測定用ツールは、土壌を採取するための構造を有するものでなく、測定用水を注入、回収し、また土壌インピーダンスを測定するための電極棒を含むだけであるために、構造が簡単であり且つ小型であるために、甫場面積に対する収穫率を悪くすることはなく、また、途中表面から上方に突出するような構造体でないために収穫等の作業を妨害することがない。また、ツール本体を土壌中で分解可能な材料で構成することによって、土壌の特性に悪影響を及ぼすこともない。
【００６９】
本発明に係る土壌測定ロボットは、基地局からの測定指示データに基づいて、農道上の移動、測定用プローブと土壌測定用ツールとの嵌合、自動測定などをインテリジェントに行うために、土壌分析に必要な処理工程のほとんど全部を自動化する。また、本発明に係る土壌測定システムは、各土壌測定ロボットがどの土壌測定用ツールにアクセスして測定動作を行うかを、動的に行うために、非常に短時間で効率的に多数の地点で測定動作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る精密農業システムの概要を示す図
【図２】本発明の実施形態である精密農業システムの概略構成図
【図３】土壌測定用ツールの構成図
【図４】土壌測定用ツールの上面図
【図５】測定用プローブの構成図
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）土壌成分測定の概念図
【図７】土壌のインピーダンス測定の概念図
【図８】土壌インピーダンスの測定形態を示す表
【図９】土壌測定ロボットの外観図
【図１０】土壌測定ロボットの第１の機能ブロック図
【図１１】土壌測定ロボットの第２の機能ブロック図
【図１２】基地局の機能ブロック図
【図１３】測定指示マップ
【図１４】測定指示データのデータフォーマット
【図１５】各ＳＯＩＬＥＲの測定動作シーケンスを示す図
【図１６】図１５におけるＳＯＩＬＥＲ番号１〜３の測定指示データ
【図１７】ＳＯＩＬＥＲの測定動作シーケンスを示すフローチャート
【図１８】基地局の測定動作シーケンスを示す第１のフローチャート
【図１９】基地局の測定動作シーケンスを示す第２のフローチャート

Claims

土壌内に埋め込まれる埋込部に、外部から土壌測定液の注入及び回収が可能な測定孔、および外部から接続可能な電極棒を設けたことを特徴とする土壌測定用ツール。
前記測定孔は、長さの異なる複数の測定孔から構成されている請求項１に記載の土壌測定用ツール。
前記測定孔は、底部に多孔体蓋部が形成されている請求項１または２に記載の土壌測定用ツール。
前記電極棒は、長さの異なる複数の電極棒から構成されている請求項１〜３のいずれかに記載の土壌測定用ツール。
前記電極棒は、上部に導電性ゴムからなる電極部が形成されている請求項１〜４のいずれかに記載の土壌測定用ツール。
前記電極棒は、その底部が前記測定孔の底部近辺に位置する長さである請求項１〜５のいずれかに記載の土壌測定用ツール。
ツール本体の上方に、土壌表面と当接する鍔部を設けた、請求項１〜６のいずれかに記載の土壌測定用ツール。
ツール本体が、土壌中で分解可能な有機物で構成されている請求項１〜７のいずれかに記載の土壌測定用ツール。
ツール本体上面模様が、非点対象模様である請求項１〜８のいずれかに記載の土壌測定用ツール。
請求項１〜９のいずれかに記載の土壌測定用ツールを土壌中に埋め込み、前記測定孔に測定液を注入した後、所定時間後に該測定液を回収し、回収した測定液を処理して土壌成分の測定を行う、土壌成分測定方法。
請求項１〜９のいずれかに記載の土壌測定用ツールを土壌中に埋め込み、前記測定孔に測定液を注入する前後のいずれかまたは両方において前記電極棒により土壌インピーダンスを測定する、土壌インピーダンス測定方法。
請求項１〜９のいずれかの土壌測定用ツールに嵌合して、前記電極棒に電気的に接続する電極と前記測定孔に対する土壌測定液の注入及び回収をする測定管とを備える測定用プローブを備え、さらに、該土壌測定用ツールの配置位置まで移動可能な車輪と、前記プローブを任意の位置に移動可能にするアームと、前記測定用プローブを介して土壌測定を行う土壌測定部とを少なくとも備えた土壌測定ロボット。
ＧＰＳ測位によりロボット位置を特定する位置特定手段と、基地局とデータ送受信を行う通信部と、前記位置特定手段で得られたロボット位置と基地局から送信された移動先土壌測定用ツール位置とに基づいて前記車輪を該移動先土壌測定用ツール位置まで移動制御する移動制御手段と、を備えた請求項１２記載の土壌測定ロボット。
前記位置特定手段で得られたロボット位置の履歴からロボット移動方向を特定する移動方向特定手段と、前記カメラで得られたカメラ座標上の土壌測定用ツール位置を特定するカメラ座標位置特定手段と、前記カメラの撮像方向を特定する撮像方向特定手段と、を備え、
前記移動制御手段は、前記ロボット位置、ロボット移動方向、カメラ座標上の土壌測定用ツール位置およびカメラの撮像方向に基づいて土壌測定用ツール位置の候補を特定し、該候補中に基地局から送信された移動先土壌測定用ツール位置が含まれるときに、前記車輪を該移動先土壌測定用ツール位置まで移動制御することを特徴とする、請求項１３載の土壌測定ロボット。
前記車輪を移動制御した後に、前記カメラによる土壌測定用ツールの撮像画像と予め記憶されている土壌測定用ツールモデル画像とのパターンマッチング法により、前記測定用プローブが該土壌測定用ツールに正しく嵌合するよう前記ロボットアームを制御するロボットアーム制御部を備えた、請求項１４記載の土壌測定ロボット。
前記測定用プローブを土壌測定用ツールに嵌合した後に、前記土壌測定部で測定した結果を現在位置とともに基地局に送信する送信手段を備えた、請求項１２記載の土壌測定ロボット。
前記送信手段は、前記車輪により移動先土壌測定用ツール位置まで移動制御出来なかった場合、前記測定用プローブを該土壌測定用ツールに正しく嵌合するよう前記ロボットアームを制御出来なかった場合、または前記土壌測定部で測定出来なかった場合に基地局に対して測定失敗を送信することを特徴とする、請求項１６記載の土壌測定ロボット。
前記移動制御手段は、基地局から帰還指示があったとき、予め決められた帰還位置までに帰還するよう前記車輪を移動制御することを特徴とする、請求項１３〜１５のいずれかに記載の土壌測定ロボット。
各土壌測定用ツールの位置とその番号とを予め記憶した土壌測定用ツールデータベースと、土壌測定用ツール位置を該土壌測定用ツールデータベースを参照してツール番号で同定する土壌測定用ツール番号同定手段と、を備え、土壌測定用ツール位置を土壌測定用ツール番号で表すようにした、請求項１２〜１８のいずれかに記載の土壌測定ロボット
前記土壌測定部は、前記測定用プローブの測定管を介して土壌測定用ツールの測定孔に土壌測定液を注入し、かつ該測定孔から土壌測定液を回収する測定水制御ユニットと、抽出した土壌測定液を処理して水質測定を行う水質測定ユニットと、を備えた請求項１２〜１９のいずれかに記載の土壌測定ロボット。
請求項１２の土壌測定用ロボットを制御する方法であって、位置特定手段で得られたロボット位置と基地局から送信された移動先土壌測定用ツール位置とに基づいて前記車輪を該移動先土壌測定用ツール位置まで移動制御することを特徴とする、土壌測定ロボット制御方法。
前記移動制御は、
ロボット位置、ロボット移動方向、カメラ座標上の土壌測定用ツール位置、及びカメラの撮像方向に基づいて土壌測定用ツール位置の候補を特定し、該候補中に基地局から送信された移動先土壌測定用ツール位置が含まれるときに、前記車輪を該移動先土壌測定用ツール位置まで移動制御するものである、請求項２１記載の土壌測定ロボット制御方法。
請求項１２〜２０のいずれかに記載の土壌測定ロボットにおいて、土壌データが既知のチェック用土壌エリアに土壌測定用ツールを埋め込んで得られた土壌データを、前記既知の土壌データと比較して土壌測定部の校正を行う手段を備えたことを特徴とする、土壌測定ロボット。
請求項１２〜２０のいずれかに記載の土壌測定ロボットを制御する方法であって、被測定土壌に移動する前に、土壌データが既知のチェック用土壌エリアに土壌測定用ツールを埋め込んで得られた土壌データを、前記既知の土壌データと比較して土壌測定部の校正を行うことを特徴とする、土壌測定ロボットの制御方法。
土壌測定ロボットが移動する農道の周囲に請求項１〜９のいずれかに記載の土壌測定用ツールが配置されていることを特徴とする、農場の配置構造。
土壌測定ロボットが移動する農道の周囲に請求項１〜９のいずれかに記載の土壌測定用ツールが配置され、前記土壌測定ロボットの帰還エリアと、該帰還エリアから農道への移動時に一列に整列する整列エリアとが農道の出発位置に配置されていることを特徴とする、農場の配置構造。
請求項１〜９のいずれかに記載の土壌測定用ツールが土壌データが既知の土壌に埋め込まれたエリアを、土壌測定ロボットの土壌測定部を校正するためのチェック用土壌エリアとして、前記帰還エリアと整列エリアの間に配置されていることを特徴とする、請求項２６記載の農場の配置構造。
請求項１〜９のいずれかに記載の土壌測定用ツールと、請求項１２〜２０のいずれかに記載の土壌測定用ロボットと、通信により該土壌測定ロボットの制御を行う基地局とを備える土壌測定システム。
前記基地局は、各土壌測定ロボットの現在位置を取得し、それらの位置データと予め決められている各土壌測定用ツールによる測定指示スケジュールとに基づいて、各土壌測定ロボットの測定指示データを作成して送信する制御手段を備える請求項２８記載の土壌測定システム。
各土壌測定ロボットの測定指示データは、当該土壌測定用ツールに対して現在すべき作業を行うのに最も近い位置にいる土壌測定用ロボットに対するものである、請求項２９記載の土壌測定システム。
前記制御手段は、土壌測定ロボットの測定動作が所定回数失敗したことを知ったときには、該土壌測定ロボットに対し帰還指示を送信する、請求項２９記載の土壌測定システム。
請求項２９の土壌測定システムで作成する測定指示データを記憶する記憶媒体であって、該記憶媒体は、
データを送信すべき土壌測定ロボットを特定するための対象ロボット番号記憶領域と、測定すべき土壌測定ツールを特定するための対象ツール番号記憶領域と、前記特定された土壌測定ロボットで前記特定された土壌測定ツールにおいて土壌測定するときの測定内容を表す符号を記憶する測定内容記憶領域と、
該測定を行うときの測定完了目標時刻を記憶する測定完了目標時間記憶領域と、を少なくとも具備し、
前記特定された土壌測定ロボットで前記特定された土壌測定ツールにおいて前記測定完了目標時間内に土壌測定が可能かどうかを土壌測定ロボットにおいて判断出来るようにした、測定指示データ記憶媒体。