農場上空での電波減衰の分布とそれに基づく最適経路
Distribution of radio wave attenuation in the sky of crop field and optimal route based on this distribution

 

優先すべきセンサ選択の方法
How to select sensors with high priority

 

センサ選択後のデータ回収の様子
Data collection route after selecting sensors with high priority

 

農作物の栽培は長い歴史の中で培われた勘と経験に基づいて行われてきました．大規模な圃場に高密度に配置した圃場のデータを回収・分析することができれば，作物の収穫量を改善したり，灌水量を減らすことが可能になります．私たちは，圃場データを取得するセンサをインクジェット印刷等により低コストで開発する技術と，電波減衰の大きな圃場で自律航空機を用いて効率的にデータを回収する技術の発展に取り組んできました．
圃場では，作物による電波減衰が生じるため，自律航空機の飛行経路によってはデータを受信することが困難となります．そこで，COST235というモデルを利用することで電波強度を推定し，自律航空機の最適なデータ回収経路を決定しました．具体的には，センサと自立航空機を直線で結んだ際に電波が植物の内部を通る距離が最小となるよう，近距離では低高度で，中距離では電波強度が最大になると推定された高度で，遠距離では一定の高度で飛行する経路が最適となります．また安価な自律航空機はたかだか数十分しか飛行することができず，大規模な農場に設置された多数のセンサの全てを訪問することは困難です．大規模農場において，水はけの良さ等の土壌の性質は，植え付けられた作物や生育時期によって，時間的にも空間的にも異なります．センサ毎に過去のデータから最新のデータを予測することで，限られた飛行時間の中で優先度の高いセンサから順にデータを回収できるようになります．シミュレーションでは，センサをランダムに選択する場合と比較して，必要なデータの回収率が約20%上昇しました．

Agricultural activities involve a lot of farmers’ experiences and intuitions acquired in the long history. More crops can be harvested with less water by gathering and analyzing the soil moisture data thanks to sensors densely deployed in a crop field. We propose the way of gathering the data by a low-cost field sensors fabricated using a printed electronics technology. The data from the sensor are collected by cheap unmanned aerial vehicle (UAV) with GPS and a module for near field communication.
Densely planted crops cause attenuation of the signals. If the UAV selects an unappropriate route, it is difficult to receive the data because of this attenuation above the field. Therefore we analyzed the radio wave propergation and derived the optimal trajectory for the UAV to gather the data by utilizing the model COST235. UAVs can fly for only a few dozen minutes and can’t visit all sensors set in a big crop field, so it is important to prioritize important sensors. We proposed the way to select sensors with high priority by predicting the future data from the past data.

【参考文献】
Y. Kawahara et al., “Sensprout: inkjet-printed soil moisture and leaf wetness sensor,” Proceedings of the 2012 ACM Conference on Ubiquitous Computing, pp.545–545, ACM, 2012.
山本啓太他, “クアッドコプターを用いた農場データ回収システムにおける電波強度を考慮した立体的飛行経路に関する一検討,” 信学総大, B-18-53, 2014.
鈴木孝男他, “土壌の水分量変化特性を考慮した自律航空機によるデータ回収の最適経路決定,” 信学ソ大, B-18-38, 2014.