土壌と植物で奏でるアート~農業における新たなパラダイム~

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1. 中村 真理
   土壌と植物で奏でるアート
   農業における新たなパラダイム
   株式会社 B&B Lab.
   

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2. 中村 真理
   Nakamura Shinri
   診療放射線技師
   Line API Expert
   株式会社B&B Lab. 共同ファウンダー
   自己紹介
   株式会社 B&B Lab.
   事業内容：IoTハードウェア及びサービスの開発
   過去にNode-REDとLINEの連携について記事の執筆
   

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3. Nakamura Shinri
   http://b-and-b-lab.jp
   手動ON 自動
   ■開発実績
   SORACOM Air を活用した自動潅水システムの開発
   〇農業ハウス向け自動潅水システム（開発中）
   

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4. 爆発的な普及のために
   本日話をすること
   ・農業IoTの問題点
   ・今後の展開について
   ・pFという指標について
   

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5. 労働力が減少傾向にある
   日本の農業が置かれている状況 ①
   50
   55
   60
   65
   70
   75
   80
   100
   110
   120
   130
   140
   150
   160
   170
   180
   2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022
   農業従事者のうち65歳以上の割合（％）
   基幹的農業従事者（万人）
   西暦（年）
   基幹的農業従事者（個人経営体）数の推移
   基幹的農業従事者 ６５歳以上が占める割合（％）
   農業従事者の高齢化が進んでいる
   図1：基幹的農業従事者数の推移
   農林水産省 農業労働力に関する統計をもとに作成
   

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6. 日本の農業が置かれている状況 ②
   一人当たりの作業面積の限界を突破する必要がある
   平均経営耕地面積が拡大
   図２：経営耕地面積規模別経営耕地面積の集積割合
   農林水産省 2020年農林業センサス結果の概要より
   

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7. 爆発的な普及のために
   IoTでDX化するとよいのでは
   頑張って可視化してみました
   これだけでは
   どうすればよいのか
   わからない
   

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8. 爆発的な普及のために
   実際にはこのようなループが必要
   蓄積 分析
   収集 活用
   データ分析
   AI関連技術など
   自動制御
   （自動潅水など）
   IoT、センサー
   技術など
   クラウドなど
   サイバー空間
   フィジカル空間
   その場で
   フィードバック
   図３： MONOist「いまさら聞けない「デジタルツイン」
   https://monoist.atmarkit.co.jp/mn/articles/1808/08/news043.html
   

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9. 爆発的な普及のために
   現状のスマート農業の問題点
   実証段階のものが多い
   必要な情報を見つけにくい
   通信の整備が必要
   メーカーごとにセンサーや測定方法が
   異なり比較がしにくい
   令和2年度 関東地域研究・普及連絡会議 資料（抜粋）
   スマート農業普及推進上の課題について
   農林水産省
   農業DXをめぐる現状と課題
   

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10. 土壌水分測定を例にとってみます
    土壌水分のデータを電気的に測定しました
    それをどう利用
    するのかしら
    農業で使用されるpF
    という指標を用いたら
    どうでしょうか
    １ ２
    ３ ４
    確かにどう利用したらよいか分
    からない。
    実際に現場で用いられる指標と
    は違うようだ。
    

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11. 今回用いる土壌水分の指標
    農業の現場ではpFという指標が用いられている
    福島県農業試験場 野菜部 ｐＦセンサー制御自動灌水同時施肥システムによる夏秋トマト栽培法より
    ⾧野野菜花き試・野菜部 アスパラガスの二期どり栽培におけるかん水と培土による増収効果より
    

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12. pF計をデジタル化
    pF計用圧力計の開発
    市販のセンサーに取り付けるアタッチメントの開発
    

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13. 活用イメージ
    さくら
    モノプラットフォーム
    データ取得（デバイス） データ通信 データ処理（クラウドアプリケーション）
    LTE
    センサ
    マイコン 通信モジュール
    websocket
    デジタル化することでスマート農場にも使用できる
    情報をスマホへ通知
    

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14. 構成要素
    M5stack さくらのモノプラットフォーム
    通信モジュール
    pF計
    開発したもの
    MIS-2503-015V
    圧力センサー
    MCP3425
    ADコンバータ
    市販のもの
    pF計用圧力計 取付用アタッチメント
    圧力計使用部品
    

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15. pF測定の原理
    水が土にしみ出す
    内部の水が減るため
    圧力が低くなる
    乾燥した土壌
    水が土から流入
    内部の水が増えるため
    圧力が高くなる
    湿潤な土壌
    水
    水
    水
    水
    水
    水
    水
    水
    カラム内の水圧を水柱
    の高さに変換する
    ０
    ＋
    ー
    水柱の高さの
    常用対数がpF
    pFが大きいほど乾燥しており、
    pFが0に近いほど湿潤である
    

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16. pF計の測定範囲
    圧力計の最大値-1000mbar
    https://www.naro.go.jp/laboratory/nire/mail_magazine/files/mm16_05-01.pdf
    pF値３に相当
    https://www.pref.okayama.jp/uploaded/life/737893_6745651_misc.pdf
    使用したい範囲 1.8～2.7
    pF2.7を超えると植物が水を吸えなくなる
    測定範囲は妥当である
    

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17. Arduinoで変換式を記述 1/2
    #define V_OFFSET 0.15 // 圧力計のオフセット（データシートから）
    #define P_RANGE 1000 // 圧力計のレンジ（-1000）
    // ADCの出力電圧を負圧に変換する
    // 引数：ADCの出力電圧
    float CulcPressure(float voltage){
    float pressure = 0;
    pressure = (voltage - V_OFFSET) / 2.7 * P_RANGE;
    return pressure;
    }
    ADCの出力電圧から負圧(mbar)に変換
    

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18. 式変換
    https://www.waterworks.metro.tokyo.lg.jp/files/items/19004/File/20170412_11.pdf
    東京水道局 参考資料
    水頭圧力 = mbar * 1.02064
    pF = log(水頭圧力)
    // pFへの換算
    // 返り値：pF
    // 引数：圧力
    double CulcpF(float pres){
    double pF;
    double cmH2O;
    cmH2O = (double) pres * 1.02064; // 水柱の高さ
    pF = log10(cmH2O);
    return pF;
    }
    Arduinoで変換式を記述 2/2
    負圧(mbar)から水頭圧力(cmH2O)に変換した後pFに変換
    

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19. pF算出のプログラムの検証
    表１：圧力とpFの関係
    花卉園芸大百科 ２ 土・施肥・水管理
    p41 土壌水分吸引圧の表示値 より作成
    mbar
    pF
    cmH2O
    bar
    0
    0
    0
    1
    0
    1.02
    0.001
    5
    0.7
    5.1
    0.005
    10
    1
    10.2
    0.01
    20
    1.3
    20.4
    0.02
    50
    1.7
    51
    0.05
    100
    2
    102
    0.1
    200
    2.3
    204
    0.2
    500
    2.7
    510
    0.5
    1000
    3
    1020
    1
    y = 0.4343ln(x) + 0.0001
    R² = 1
    0
    0.5
    1
    1.5
    2
    2.5
    3
    3.5
    0 200 400 600 800 1000 1200
    pF
    mbar
    mbarとpFの関係
    ESPで計算したものと表の値を比較
    文献で調べた値と算出した値を比較して問題ないことを確認
    

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20. クラウドへのデータの送信
    さくらのモノプラットフォーム(LTE)を使用してデータ送信
    pF測定 クラウド処理
    モノプラットフォーム
    デバイス
    アダプタ
    サービス
    アダプタ
    LTE
    

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21. クラウドでの可視化
    Node-REDを使用することで
    ローコードで可視化できる
    

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22. UECSとは
    

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23. バルブ 16ch
    電源マネジメント
    システム
    太陽発電
    pF計 電気的な土壌センサー
    今後の展開
    ・自律制御
    ・AIとの組み合わせ
    

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24. 以前にLINE REVUPで発表した内容が
    爆発的な普及のために
    ベジリンガル構想
    技術的に実装可能に！
    ※１ 野菜ちゃんの気持ちがわかるベジリンガルの開発： https://speakerdeck.com/shinrinakamura/storyofvegilingerdevelop-linerevup
    ※１
    

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25. 爆発的な普及のために
    農業IoTに変革を
    目指せ一攫千金
    農業IoTで
    

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26. Appendix
    

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27. MONOist「いまさら聞けない「デジタルツイン」
    https://monoist.atmarkit.co.jp/mn/articles/1808/08/news043.html
    農林水産省 農業労働力に関する統計
    https://www.maff.go.jp/j/tokei/sihyo/data/08.html
    農林水産省 2020年農林業センサス
    https://www.maff.go.jp/j/tokei/census/afc/2020/
    農林水産省 農業DXをめぐる現状と課題
    https://www.maff.go.jp/j/kanbo/dx/attach/pdf/nougyou_dxkousou-16.pdf
    アスパラガスの二期どり栽培におけるかん水と培土による増収効果
    https://www.naro.affrc.go.jp/org/narc/seika/kanto22/06/22_06_17.html
    新しい土壌測定法の計画基準の反映に向けて
    https://www.naro.go.jp/laboratory/nire/mail_magazine/files/mm16_05-01.pdf
    平成16年度試験研究主要成果
    https://www.pref.okayama.jp/uploaded/life/737893_6745651_misc.pdf
    https://www.waterworks.metro.tokyo.lg.jp/files/items/19004/File/20170412_11.pdf
    東京水道局 参考資料
    花卉園芸大百科 ２ 土・施肥・水管理 社団法人 農山漁村文化協会 発行
    ISBN 4-540-01202-9
    野菜ちゃんの気持ちがわかるベジリンガルの開発
    参考情報
    https://speakerdeck.com/shinrinakamura/storyofvegilingerdevelop-linerevup
    https://amzn.asia/d/iIY8a3M
    

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28. 自動潅水システムの実証実験中 1/2
    ⾧崎県農業技術開発センターで動作中
    

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29. 自動潅水システムの実証実験中 2/2
    福岡県大木町 弊社実験農場で動作中
    100m
    

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30. 動作状況のモニタリング
    通信にはモノプラットフォームを活用
    

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