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IoT活用による農地環境データ取得

IoTの活用による農地の環境データ取得とスマート農業への取り組み

芝田 浩(電子制御工学科)

概要 IoT(Internet of Everything)を用いた農地情報観測とデータ解析による小規模農業に対するスマート農業を実現する管理システムを開発することを通して,学生が離島における農業の諸問題をより深く理解し,解決策や軽減策を検討し対応できる人材に育成することに取り組んでいる。システムの検討状況と実現案について述べる。また,開発した。システムを瀬戸内海の島嶼部で盛んに栽培が行われている柑橘類(みかん,レモン等)への適用を検討している。

キーワード IoT/スマート農業/生産環境データ/柑橘類

1.はじめに

我が国の農業を巡る高齢化や新規就農者の不足等の厳しい状況の下で,農林水産業の競争力を強化し,農業を魅力ある産業とし担い手がその意欲と能力を存分に発揮できる環境を創出していく必要がある。現在の農業では,就業人口の高齢化と減少,国際競争力の減退と自由貿易圏への参画,風水害における被害等,様々な問題を抱えている。近年では大企業が農業に参入し,大規模な設備を用いて農業生産に取り組みつつある。このような現状では,農業へ新規に参入することは難しくなり,小規模の農家はますます窮地に追い込まれることが予想され,対策が急務となっている。
一方,農業技術においても省力化・軽労化や精密化・情報化などの視点からその革新を図っていくことが重要である。近年ロボット技術やICT等の技術革新と活用が進展し,農業分野でもその活用が様々な課題の解決や農業の成長産業化に向けた強力な推進力となることが期待される。このような新たな農業を「スマート農業」とし,農林水産省等の各所で推進されつつある。その中でも「精密農業」と呼ばれる農地・農作物の状態をきめ細かく制御する農業管理手法の導入が重要となっており,これにより農作物の収量及び品質の向上が期待できる。これを実現するためには,気温や日照等様々な条件の影響による作物の生育状況の把握から,水量調整,肥料及び農薬散布,収穫時期などの作業のタイミングや適用量を正確に制御することが必要となり,非常に多くの労力を必要とした。そのうえ,これらの管理を最適化し高収益を保つためには,さらに複雑な管理体制やシステムを構築する必要があり,小規模農家では非常に困難である。
このように,スマート農業を推進するにあたって,まずは詳細な環境データの観測が重要となる。これまでの方法としては,気象庁などによる情報提供や近傍の独自の測定点による観測が一般的であった。しかし,農業では個別の詳細なデータが必要である。現実的に個々の農耕地に対して24時間リアルタイムに観測データを取得するには,多くの設備投資や労力が必要となる。個別に農地へ設置する装置も展開されているが,高い設置・ランニングコストや設置場所による観測定点数の制約の問題もあり対応が難しい。近年の制度改革などにより大手企業によるスマート農業へのサービスの展開が模索されているが,小規模な農業ではこれらの要因により対応できない状況にある。

2.事業内容

IoT(Internet of Everything)を用いた農地情報観測とデータ解析による小規模農業のスマート農業の実現に対する管理システムについて研究していく予定である。小規模の農業では,システム構築に対する費用を捻出することは難しい。そのため,1つ1つの機器は初期コスト及び運用コストを最小限に抑えつつ,出来る限り多くの農家への導入してもらえる観測機器を開発し,データを収集する基盤やインフラを構築する。それを可能にするのは,いたるところに普及しつつあるネットワークやインターネットを使用したIoT技術である。
IoTとは,コンピュータなどの情報・通信機器だけでなく,世の中に存在する様々な物体(モノ)に通信機能を持たせ,ネットワークで接続することにより,自動認識や自動制御,遠隔計測などを行うことである。それらの機器をネットワークで接続することにより,情報を一元的に管理する。さらに,得られたデータを解析することにより,高安定性高収益へ向けて農業従事者が状況を把握し次の作業を容易に検討できるようになる。これを発展させてデータを多く取得することで,農業へ新規に参入する方でも,熟練者が実施するような作業内容,作業時期を適切に適用することができる。これにより,農業を活性化させ,農業を基盤として地方創生に寄与することを目指す。
このような基盤やインフラを構築するには,各所・団体等との連携が必要であり,研究協力者と共に推進することが必要不可欠である。さらに発展させると,得られたデータについては,分析結果から自動的に農地の各種設備へフィードバックするインターフェースを設けることで,多種の自動化設備へ接続も可能となる。考えられる例としては,水田の水管理に対して灌漑設備の制御,ビニールハウスの温度・湿度制御などである。これにより,農作業の省力化のみならず,農作物の品質および収穫量の向上に寄与でき,農業の所得向上に繋がることが考えられる。

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図1 スマート農業管理システム

3.成果

本課題の解決策としては,センサを搭載した小型の観測システムを,多数の水田やハウス等の農地に設置し,気象統計データを取得し一元的に管理できるシステムを実現することにある。目的達成のために必要となるのは,データを取得する観測システムと,得られたデータからの分析である。観測システムについては,これまでの研究で導入実績のあるセンサネットワークと呼ばれる近距離の無線技術や携帯電話ネットワーク網への接続技術を活用し,より利用コストを低減する方式を採用するに取り組んでいる。データの分析については,取得したデータを監視場所等のコンピュータで一元的に管理し,より理解しやすい作業の指示のような情報へ変換し提供することを検討している。解決のポイントとしては,農業に関するコツのようなものを数値化し利用者の具体的な作業や判断に活用できるように提供することが必要であると考える。さらに,その分析結果から判断基準を具体的な数値にすることにより,水門やファンなどの機械的な設備の操作へフィードバックすることは比較的容易である。
本システムを作成したのちに,実際の農地への試験的な適用を実施する。そこで,大崎上島をはじめとして瀬戸内海の島嶼部で盛んに栽培が行われている柑橘類(みかん,レモン等)への適用を検討する予定であり,その評価について,地元で農業を営んでおられる方へのヒアリングを実施したいと考えている。この活動を通して,本校での学習内容を実際の農業へどのように応用するか,考えられる人材を育成することができると考える。
本研究の成果を活用することで,農耕地をリアルタイムに観測・制御することができ,農地管理のコストを抑えつつ収益を上げ,農業経営の構造を改革することが期待できる。これにより,新たな地域の創生へ寄与できるのではないかと考えられる。本システムは,関連民間企業が注目しており,実証実験と実際の普及について協力体制がある。検証結果を基に,民間企業と連携した展開が望まれている。

4.まとめ

本研究では,IoT技術を用いた農地情報観測とデータ解析による地方小規模農業集落の高安定性高収益を実現するスマート農業管理システムについて研究していくことについて述べた。現時点では,基本的な設計と既存技術の応用について検討をしている段階である。今後は,学生の研究により実際の観測システムを作成し,実際の農地への試験的な適用を実施する。そこで,大崎上島をはじめ瀬戸内海の島嶼部で盛んに栽培が行われている柑橘類(みかん,レモン等)への適用を検討する予定である。この活動を通して,本校での学習内容を実際の農業へどのように応用するか考られる人材を育成することができると考える。本研究をさらに進めるとともに,本校のカリキュラム内の学習内容に対して離島環境問題への取り組みをなお一層導入する必要がある。それにより,地域に貢献できる人材を輩出し,地域社会の向上のために貢献できるものと考える。

参考文献

1) 農林水産省: “「スマート農業の実現に向けた研究会」検討結果の中間とりまとめ”,
http://www.maff.go.jp/j/kanbo/kihyo03/gityo/g_smart_nougyo/pdf/cmatome.pdf.

(公開:平成28年4月)

 

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