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あつひろたかはし
6 years ago
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1 自然環境と農業農村の調和をめざして ~ 安全な水と土壌が健康な農作物を育て私たちの生命と地域を守ります~ 農作業用 GPS ガイダンスの概要 GIS フリーソフト Quantum GIS によるGPS データの活用方法一般財団法人北海道農業近代化技術研究センター企画研究グループ南部雄二農業情報システムグループ大原譽丈 1. GPS の農業利用に期待する効果 1 次的効果 ~ 圃場大区画化経営の大規模化に伴う生産性の向上 1 労働生産性 ~ 機械制御制御支援営農 ( 機械 ) 作業の効率化省力化労働負荷の軽減安全性確保 2 作物生産性 ~ 精密農業の取り組みへ土壌診断情報作物収量品質情報と位置情報の連係リアルタイムセンシングによる小麦追肥 ( 分肥 ) の可変施肥収量品質の均一性向上化学肥料の適正施用 ( 資材コストの削減 ) GPS GNSS(Global b l Navigation Satellite System( ( 全地球航法衛星システム )) 2 1. GPS の農業利用に期待する効果 2 次的効果 ~ 環境保全型農業 1 機械作業の効率化燃料代節約 CO 2 排出量削減 2 化学肥料節減肥料製造運搬の CO 2 排出量削減 3 肥料適正量施用流出溶脱の防止等環境負荷軽減 2. GPS の種類と精度単独測位 ( 誤差 ;10m 程度 ) カーナビ携帯電話等 ~ 補正信号不要単独測位 ( 受信機は 1 台 ) 相対測位相対測位 ( 受信機は2 台以上 ) ( 誤差 ; 数 m~ 数 cm) 2 台以上の受信機を使い 2 点間の相対的な位置関係を求めます 3 図は国土地理院ホームページより 4

2 2. GPS の種類と精度 DGPS ( 誤差 ;0.5m 05 程度 ) 海上保安庁中波帯ビーコン MSASの信号を受信 RTK-GPS ( 誤差 ;2~3cm) 移動局と固定局 (GPS 受信機 + 無線送信機 ) 移動局と仮想電子基準点携帯電話インターネットによる補正信号取得 MSASは地上に設置された受信局でGPS 信号を受信し信号に含まれる誤差を補正するための GPS 補強情報を作成し MTSAT を経由して航空機に提供する航法システム DGPS 測位 RTK-GPS 測位図は国土地理院ホームページより 5 2. GPS の種類と精度国土地理院は 5 月 10 日より全国の電子基準点で観測した準天頂衛星 ( 日本 ) 及びグロナス ( ロシア ) のデータ提供を開始します従来のGPS( 米国 ) に加えてこれらの衛星も利用すると都市部や山間部で測量できる場所が広がり測量時間の短縮も期待されますまた民間が電子基準点データを用いてサービスしているリアルタイム測量の安定性も向上し建設機械の制御を行う情報化施工等での活用が期待されます ( 国土地理院ホームページより ) これに伴い VRS 方式によるGPS+GLONASSを用いた補正データ配信が開始 GNSS 配信が開始され従来のGPS 衛星に加えGLONASS 衛星の追加によりさらに利用範囲が広がりこれらの衛星を利用することにより今まで以上に利用拡大が期待される 6 2. GPS の種類と精度 VRS 方式 RTK-GPS(GNSS) の測位状況 X 座標 Y 座標標高 1 kami-gnss kami-gnss kami-gnss kami-gnss kami-gnss kami-gnss kami-gnss kami-gnss kami-gnss kami-gnss GNSS 平均 m 衛星数 =13 最大 m 最小 m 差 m 11 kami-gps kami-gps kami-gps kami-gps kami-gps kami-gps kami-gps kami-gps kami-gps kami-gps GPS 平均 m 衛星数 =7 最大 m 最小 m 差 m 7 2. GPS の種類と精度 VRS 方式 RTK-GPS+GLONASS の測位時刻の衛星数と DOP 測位精度:DOP GNSS 衛星の数配置によって DOP(Dilution of Precision: 精度低下率 ) が変化する最も良い配置で 1 数値が大きくなるにつれ悪い配置を表す目安として DOPが 5 程度までは観測上支障がないと言われている 8

3 2. GPS の種類と精度 VRS 方式 RTK-GPS の測位時刻の衛星数と DOP 3-1. 現行の GPS ガイダンスシステム TOPCON ホームページより Outback ホームページより TeeJet ホームページより 9 自動操舵システム NIKON-TRIMBLEホームページより satconsystem ホームページより現行の GPS ガイダンスシステム農業用ガイダンスシステムの出荷状況 (H20~24) 調査先 ( 株 ) クロダ農機ジオサーフ ( 株 ) ( 株 ) トプコン ( 株 ) ニコントリンブル ( 株 ) IHIスター年次次別出荷台台数 H20 H21 H22 H23 H24 北海道累加台数北海道累加台数北海道農政部技術普及課調べ現行の GPS ガイダンスシステム GPS アンテナガイダンス本体ライトバーでずれ具合を表示誘導経路の表示枕地での表示経路内の表示 12

4 3-2~3. ガイダンス自動操舵システムの動画ガイダンスシステム自動操舵システム播種作業田植作業 ( 動画提供 : ヰセキ北海道 ) 3-4. ガイダンスシステムの導入効果機械作業ロス減少 ~ 代かき作業の重複回避燃料の削減労力節減夜間作業可能適期の作業時間拡大 ~ モニタをみなが設定作業ライン上を走行可能肥料散布の重複回避肥料代節約できむらの軽減 ~ 作業幅の入力によりブロードキャスタ等肥料散布ラインの確認が可能農作業における GPS の使い分け 3-5. 農作業における GPS の使い分けシステム測位の種類測位精度主な用途システム測位の種類測位精度主な用途カーナビ携帯電話ガイダンスシステム自動操舵高精度アンテナ単独測位 10m オーダ誘導 DGPS 1m 程度作業支援 DGPS 306,000 円 ( 標準パッチアンテナ ) 15~ 20cm 程度作業補助砕土整地施肥代かき防除テッダ等作業走行ライン表示砕土整地施肥代かき防除テッダ等作業ステアリング操作 GPS レベラー RTK-GPS 2~3cm 程度 RTK-GPS で農作業機械の制御を実用化し市販したのは GPS レベラーが初めて作業支援作業機械制御圃場均平作業 ( 測量運土計画作業状況確認均平度評価作業履歴) + 定価 :400, 円定価 : 630,000 円高精度アンテナ + + RTK-GPS 定価 :500,000 円 2~3cm 程度高精度作業補助播種移植等高精度作業ステアリング操作ガイダンス VRS 方式概算費用 GLONASS 対応定価 :500,000 円 + 約 1,000,000 円 +360,000 円 ( 補正信号受信契約料パケット通信料は別途 ) 15 ロボット化開発中 RTK-GPS 2~3cm 程度自動走行作業機械制御の自動化 16

5 4-1. 大区画水田圃場では均平度の維持が重要圃場の大区画化により均平度の維持が重要である区画が大きいので代かき作業だけでは対応が難しくレベラーによる均平作業が有効である 4-2. レベラーシステムの構成レーザーレベラー無代かき栽培 ( 移植 ) 乾田直播栽培では必須の作業である基準計画基準指標値施工仕上り目標 ±35mm 施工管理基準均平精度 <35mm (±50mm80% 以上 ) 栽培様式標準偏差均平精度湛水直播栽培 15mm 以内 ±25mm 以内 90% 乾田直播栽培 20mm 以内 ±25mm 以内 80% 移植栽培 18mm 以内 ±25mm 以内 85% 日本土壌協会 : 大区画水田における先進的稲作技術導入の手引きより 17 RTK-GPS レベラーモニタ PC トラクタ GPS 受信機無線受信機 GPS アンテナ GPS レベラー補正信号無線送信機 GPS 受信機 GPS アンテナ 18 GPS レベラーシステム GPS 基地局 ( 固定局 ) GPS アンテナ 4-3. 均平作業におけるレーザー制御 RTK-GPS 制御の比較項目レーザー制御 RTK-GPS 制御作業前後圃場測量 ( 高低差区画 ) 測量 + 図面作成リアルタイム運土計画表測量 + 図面作成リアルタイムノート PC GPS 受信機コントローラトラクタキャビン内機器搭載状況 GPS レベラー作業状況 19 作業範囲半径 300m 半径 5km 夜間運転レーザーの干渉障害ありなし ( VRS 方式 : 補正信号受信エリアであれば制約なしただし通信の安定性が課題 ) 20

6 RTK-GPS レベラーの特徴 1 圃場の外周高低差を作業前に計測可能 2 圃場高低マップ作成切土盛土マップの作成土量計算面積計算が可能 3 レベラーの仕上げ区域高さを圃場内で自由に設定可能 4 リアルタイムで作業位置の位置高低差を把握することにより高能率な均平作業が可能 5 隣接する圃場でレベラーの複数台並行作業が可能 6 3 次元位置が高精度 ( 誤差 ± 2cm) に計測でき最高均平精度は高低差 ± 2cmを実現 7 PCモニターを見ながら夜間作業が可能圃場外周に近づくと警告音が鳴る 4-5. RTK-GPS レベラーの利用効果 GPSレベラーは大区画圃場における均平 ( または緩傾斜化 ) 作業の省力化コスト低減と均平精度向上 ~ 圃場標高測量運土計画運土実施の省力化空間情報作業状況情報の管理 ~ 圃場均平度の経年的な変化の有無の把握が可能 ~ 作業時間等の均平作業履歴の管理が可能利用効果 GPS 測量により作業前後の均平度評価のための水準測量作業は削減率 85% PCモニタの確認により運土箇所の重複がなく均平整地作業時間の削減率 32% 妹背牛町の直播栽培圃場で来春の均平作業のために圃場の高低測量を実施 A=1.3ha トラクタキャビン天井にガイダンス用 GPS 高低計測用 RTK-GPS のアンテナを設置運転席前に GPS ガイダンスを設置して 10m ごとの測定ラインを表示高低計測用パソコン (GPS データを取り込む ) ~ 計測時の走行状況を表示 ~ 計測後すぐに高低マップを作成 A=1.9ha ha の圃場で外周計測 5 分高低計測 22 分圃場内を10m 間隔で走行して高低差を計測

7 外周計測高低計測時の走行軌跡オレンジのラインは畦畔接近警報線で畦畔に近づくと警報音が鳴るガイダンスの走行データもパソコンに取り込み軌跡作業幅速度等のマップ作成が可能圃場ごとの作業履歴として活用することが可能外周計測高低計測後すぐに高低マップを作成できる切盛表の出力 ± 切土 165 m3 盛土 165 m3 切盛表はパソコンで容易に加工できレベラー作業時の参考にすることができる 27 28

8 切盛表は 1 5m -1 10m -1 など任意のメッシュ間隔に設定できる圃場内の高低状況の把握が容易である ± 均平作業画面白い部分は均平作業終了エリアトラクタ走行位置 GPSレベラーソフトのPC 画面イメージ農作業用 GPS ガイダンスデータの活用 5-1. ガイダンスデータの構成 CFX750( ニコントリンブル ) のデータを例に GIS でデータ活用を図る ( データの構成は EZ-Guide も同様 ) データの構成使用するデータ Q-GISによる軌跡データの解析例速度 map 標高 map 作業面積重複面積積等 GPS と GIS の活用 31 32

9 5-1. ガイダンスデータの構成 5-1. ガイダンスデータの構成 EventHistory.dbf Boundary.dbf Boundary.shp Swaths.dbf Swaths.shp Coverage.bdf Coverage.shp origin.kml 作業履歴ファイル外周ファイル作業基準線 (A~B ライン ) ファイル作業範囲ファイルスタート地点位置データ.bdfは属性ファイルでエクセルでファイルを開くことが可能.shp は作業範囲のポリゴン ( 面 ) データファイル origin.kmlは Google Earth で参照可能ガイダンスデータの構成 EventHistory 5-1. ガイダンスデータの構成 Boundary 35 36

10 5-1. ガイダンスデータの構成 Swaths 5-1. ガイダンスデータの構成 Coverage 37 Speed の単位 m/s 38

スマート農業はもうはじまっている！

スマート農業はもうはじまっている！岩見沢市における地域 ICT 農業の現状株式会社スマートリンク北海道小林伸行 1. スマート農業とは? (1) スマート農業が始まった理由スマート農業の定義ロボット技術や ICT(Information and Communication Technology) 等の先端技術を活用し超省力化や高品質生産等を可能にする新たな農業引用 : 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