JP5019025B2 - 土壌検査分析方法 - Google Patents

Description

本発明は土壌の特性を検査する土壌検査分析方法に関し、より詳しくは、土壌からの反射光を取得することによって土壌の特性を検査するようにした土壌検査分析方法に関する。

従来、土壌の特性を検査するには、実際に土壌を採取してその成分等を分析すればよいが、検査範囲が広大となる場合には、多数の地点で土壌を採取する必要がある。
また従来、土壌に検査光を照射するとともに土壌からの反射光を取得する検出手段と、該検出手段を移動させる移動手段とを備え、所定の検査範囲内を移動しながら反射光を取得して該反射光のスペクトルを検出する土壌検査方法が知られている。この種の土壌検査方法においては、予め測定すべき土壌について測定結果が正しい値を示すようなキャリブレーションを得ておく必要があり、このキャリブレーションを得た後に反射光のスペクトルを検出することにより、当該土壌がどのような成分であるかを計測することができるようになる（特許文献１）。
特開２００６−３８５１１号公報

前者の従来方法によれば、土壌を直接分析しているのでその精度は良好なものとなるが、検査範囲が広大となる場合には採取点数も膨大となるので、実用的ではない。これを避けるために採取点数を少なくすれば、検査範囲の全域において高精度な分析を行うことは困難となる。
また後者の土壌検査方法においては、予めキャリブレーションを得る必要があるが、そのキャリブレーションを得るのにかなりの手間と時間を必要とし、また必ずしも正確なキャリブレーションを得られずに、測定結果に誤差を含む危険性もあった。
本発明は上述した事情に鑑み、土壌を直接採取して分析することを前提とした上で、検査範囲が広大であっても採取すべき場所を効率的に特定することができるようにして、最小限の採取点数で広大な検査範囲の全域に亘って高精度な分析を行えるようにし、また土壌を直接採取して分析する以前であっても、簡易的に圃場（検査範囲）の特性を把握して該圃場を評価することができるようにした土壌検査分析方法を提供するものである。

すなわち請求項１の発明は、土壌に検査光を照射するとともに土壌からの反射光を取得する検出手段を、該検出手段を移動させる移動手段によって移動させ、所定の検査範囲内を移動しながら反射光を取得して該反射光のスペクトルを検出する土壌検査分析方法において、
上記移動手段による検出手段の移動位置を検出するとともに、各移動位置毎に、波長毎の反射光の強度を示すスペクトルを検出し、検出したスペクトルを、移動位置と波長とを示すグラフに移動位置毎に並べて、移動位置の変化に対する同一波長における反射光の強度の変化を表示させ、
該表示において、同一若しくは近似したスペクトルが得られた移動位置の中のいずれかの移動位置と、異なったスペクトルが得られた移動位置とについて土壌を採取して分析することを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、移動位置の変化に対するスペクトルの変化を表示させているので、移動位置のどの地点でスペクトルがどのように変化するかを判別することができる。
そして同一若しくは近似したスペクトルを有する箇所は、同一若しくは近似した土壌であると解することができるので、それらの領域についてはその中のどこかの地点の土壌を採取して分析すればよい。
つまり、広大な検査範囲を検査すれば種々の異なったスペクトルが得られることになるが、異なったスペクトルが得られた地点ごとに実際に土壌を採取して分析すればよく、したがって少数の地点における土壌の採取と分析とによって、広大な検査範囲の全域に亘る土壌の特性を高精度に分析することが可能となる。
また上記移動位置の変化に対するスペクトルの変化は、検査を実行しながらリアルタイムに得ることが可能であるので、直ちに簡易的な圃場（検査範囲）の特性を把握することができ、さらにスペクトルの変化が多い又は少ないといった結果から圃場を評価するための新たな指標とすることが可能となる。

以下図示実施例について本発明を説明すると、図１において、土壌に検査光を照射するとともに土壌からの反射光を取得する検出手段１はチゼル部と称される検出部２とこの検出部で検出したデータを演算処理する処理部３とを備えている。上記検出部２はビーム４を介して走行フレーム５に連結してあり、また処理部３は走行フレーム５に設けてある。
上記走行フレーム５はトラクタ６などの作業用車両によって牽引されるようになっており、したがって本実施例ではトラクタ６と走行フレーム５とによって検出手段１を移動させる移動手段が構成されている。また走行フレーム５をトラクタ６によって牽引することにより、上記検出部２を土壌中で進行させることができるようになっている。

図２に示すように、上記検出部２の先端部分が土中貫入部２ａとなっており、この検出部２の先端と後端２ｂとの中間部分の底部に均平板１１を設けている。そして上記トラクタ６の前進に伴って土中貫入部２ａで土中に穴を開けるとともに、均平板１１でその穴の下面を均して土壌観測面１２を作成することができるようにしてある。
上記検出部２には照明用光ファイバ１３の一端部となる照射部１３ａを前後に２つ設けてあり、各照明用光ファイバ１３の他端部は上記ビーム４の内部を介して地上に引出して、上記処理部３内に設けた図示しない光源に接続してある。したがって光源からの検査光は各照明用光ファイバ１３を介して照射部１３ａから上記土壌観測面１２に照射されるようになる。
また上記検出部２には集光ファイバ１４の一端部となる受光部１４ａを設けてあり、上記照射部１３ａから土壌に照射された検査光を該土壌で反射させて、その反射光を上記受光部１４ａによって受光させることができるようにしてある。この集光ファイバ１４の他端部は上記ビーム４の内部を介して地上に引出して、上記処理部３に接続してある。
なお、上記検出部２には照射部１３ａや受光部１４ａの他に、土壌観測面１２と照射部１３ａ及び受光部１４ａとの間隔を検出する土壌変位センサや、ＣＣＤカラーカメラ、或いは温度計などが設けられている。

図３に示すように、上記処理部３は分光器としての反射型回析格子２１を備えており、上記受光部１４ａによって受光された反射光は集光ファイバ１４から凹面状の上記回折格子２１に照射されるようになっている。
上記回析格子２１に向けて多数のアレイ状の検出素子を有する光検出器２２を配置してある。上記回析格子２１に照射された反射光は、回析格子２１によって短い波長から長い波長に連続的に分岐され、上記光検出器２２におけるアレイ状に配置された多数の検出素子の一端部側から他端部側へ入力されるようになる。
そして光検出器２２に接続された強度検出手段２３は、上記光検出器２２からの信号を入力して反射光のスペクトルを取得し、これを図示しない記憶装置に記憶させるようになっている。

図５は上記強度検出手段２３が取得した反射光のスペクトルの一例を示すものである。同図において、横軸が波長を、縦軸が反射光の強度としての吸光度の大きさを示している。吸光度は光が土壌に吸収された度合いを示すので、反射光の強度が大きければ吸光度は小さいという関係を有している。
図３に示すように、上記強度検出手段２３は検出手段１の移動位置を検出する移動位置検出手段２４を備えており、図５で示したような反射光のスペクトルを取得した際には、同時にその測定を行った際の検出手段１の移動位置も上記記憶装置に記録するようになっている。

上記検出手段１の移動位置は、例えば図４に示すように予め検査範囲（圃場）Ｓ内に検査経路Ｌ１〜Ｌ６が設定されている場合には、検査手段１の移動速度（トラクタ６の速度）と計測間隔とから算出することができる。
より具体的には、最初の検査経路Ｌ１のスタート地点に上記検査手段１の検出部２をセットしたら、トラクタ６により検出部２を前進させるとともに、一定間隔ごとに検出手段１によって反射光のスペクトルを取得する。上記一定間隔を例えば３秒のように予め設定しておけば、トラクタ６の速度を検出することにより、上記スタート地点における検査開始時間を基準として、順次反射光のスペクトルを取得した上記検査経路Ｌ１の位置を算出することができる。このとき、トラクタ６による検出部２の前進速度と反射光のスペクトルを取得する間隔とをそれぞれ一定に保持しておけば、ほぼ等間隔の距離で反射光のスペクトルを取得することができるので、検査範囲（圃場）Ｓ内の全域で均等に反射光のスペクトルを取得することが可能となる。
このようにして、上記検査経路Ｌ１上における検出部２の移動位置を検出するとともに、各移動位置における反射光のスペクトルを多数取得することができる。上記検査経路Ｌ１の終了地点となったら、検出部２による検査を終了する。次に、検査経路Ｌ２のスタート地点に上記検査手段１の検出部２をセットしたら、上述と同様にして、検査経路Ｌ２上における検出部２の移動位置を検出するとともに、当該移動位置のスペクトルを検出することができる。
このようにして、全ての検査経路Ｌ１〜Ｌ６上における検出部２の移動位置と当該移動位置のスペクトルとを順次検出することができる。
なお、上記検出手段１の移動位置は、走行フレーム５などにＧＰＳを設けてこれによって得るようにしてもよい。

上記強度検出手段２３は、各移動位置毎にそれぞれのスペクトルを表示して、移動位置の変化に対するスペクトルの変化を表示させる表示処理手段２５を備えており、この表示処理手段２５で得られたグラフはモニタ２６に表示することができるようになっている。
図６は上記表示処理手段２５によって得られた例えば上記検査経路Ｌ１についてのグラフを示したもので、横軸が計測番号を、したがって移動位置（測定位置）を示しており、縦軸が波長を示している。図６の例では、計測番号１が上記移動経路Ｌ１のスタート地点を示しており、計測番号１１１が計測終了地点を示している。
図６は図面上では白黒で表現されているが、実際にはスペクトルの強度はその強度の大きさに応じて色分けされて表現されている。より具体的には、一例として、赤色を最大の吸光度２．０００（図面上では白）とし、また青色を吸光度０．０００（図面上では黒）としてあり（吸光度の大きさの範囲は図５の縦軸参照）、上記赤色からオレンジ色、黄色、緑色、水色、青色の順に、スペクトルの強度の大きさに応じて連続的に色彩が変化するように設定してある。
そして図６に示されているように、計測番号１〜５１までは概略同じようなスペクトルが得られており、計測番号５１−１１１までは波長７００〜９００ｎｍの範囲における吸光度が徐々に小さく（図面上は黒く）なっていることが理解できる。

作業者は、図６の結果を見ることにより、どの地点の土壌を採取すればよいのかを判断することができる。図６の結果からすれば、例えば代表的に、計測番号１〜５１の中間位置である計測番号３１の地点の土壌と、計測番号１１１の地点の土壌とを実際に採取してその土壌を分析比較すれば、両地点で何の成分が異なっているのかを検出することができる。
両者の土壌の分析の結果、例えば計測番号３１の地点の土壌には充分の窒素が含まれているが、計測番号１１１の地点の土壌では窒素が不足している場合には、図６の図表から、計測番号５１から計測番号１１１にかけて窒素が徐々に減少するであろうことが理解できる。したがってその結果を、後の施肥管理等に反映させることができる。

このように本実施例においては、キャリブレーションを実行することなく直ちに土壌の計測を行ってどの地点の土壌を採取すればよいのかを判断することができる。したがって少数の地点における土壌の採取と分析とによって、広大な検査範囲の全域に亘る土壌の特性を高精度に分析することが可能となる。
また実際に土壌を採取して分析する以前に、上記移動位置の変化に対するスペクトルの変化から、直ちに簡易的な圃場の特性を把握することができ、特にスペクトルの変化が多い又は少ないといった検査結果を、圃場を評価するための新たな指標とすることが可能となる。

なお、上記表示処理手段２５は上記検査経路Ｌ１〜Ｌ６の全てのグラフを演算していることは勿論であり、これらグラフは１枚ずつモニタ２６に表示させたり、６枚全ての図表を同時にモニタ２６に表示させることができるようになっている。
また上記実施例では、スペクトルの強度をその強度の大きさに応じて色分けして表現しているがこれに限定されるものではないことは勿論である。例えばスペクトルの強度の大きさをグレースケールで表現し、黒を吸光度０．０００、白を最大の吸光度２．０００とし、その間を２５６階調などの複数の諧調で表示することができる。

本発明の一実施例を説明するための装置全体の該略正面図。 図１に示す検出部２の拡大断面図。 図１に示す処理部３の内部の構成図。 検査範囲Ｓ内における検査経路Ｌ１〜Ｌ６を説明する平面図。 検査手段１によって取得したスペクトルの一例を示す図表。 検出手段１の移動位置毎に取得したそれぞれのスペクトルを移動位置毎に表示して、移動位置の変化に対するスペクトルの変化を表示させた図表。

符号の説明

１ 検出手段 ２ 検出部
３ 処理部 ５ 走行フレーム
６ トラクタ １２ 土壌観測面
１３ 照明用ファイバ １３ａ 照射部
１４ 集光ファイバ １４ａ 受光部
２１ 反射型回析格子 ２２ 光検出器
２３ 強度検出手段 ２４ 移動位置検出手段
２５ 表示処理手段 ２６ モニタ

Claims (3)

1. 土壌に検査光を照射するとともに土壌からの反射光を取得する検出手段を、該検出手段を移動させる移動手段によって移動させ、所定の検査範囲内を移動しながら反射光を取得して該反射光のスペクトルを検出する土壌検査分析方法において、
   上記移動手段による検出手段の移動位置を検出するとともに、各移動位置毎に、波長毎の反射光の強度を示すスペクトルを検出し、検出したスペクトルを、移動位置と波長とを示すグラフに移動位置毎に並べて、移動位置の変化に対する同一波長における反射光の強度の変化を表示させ、
   該表示において、同一若しくは近似したスペクトルが得られた移動位置の中のいずれかの移動位置と、異なったスペクトルが得られた移動位置とについて土壌を採取して分析することを特徴とする土壌検査分析方法。
2. 上記反射光の強度は、その大きさに応じて色分けされており、上記同一波長における反射光の強度の変化が色の変化として表示されていることを特徴とする請求項１に記載の土壌検査分析方法。
3. 上記反射光のスペクトルは、検出手段を移動させながら、一定時間間隔ごとに取得されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の土壌検査分析方法。