異分野融合共同研究 補完研究S5（研究領域︓情報⼯学との連携による農林⽔産分野の情報インフラの構築）

⽇時︓2017年2⽉28⽇ 13:00〜17:00 場所︓東京都品川区 コクヨホール

情報⼊⼒・通信環境機能を備えた低価格センサーシステムの全国圃場への導⼊と共通データベース・情報共有システムの構築による実証試験

グループ名 全国KOSEN研究ネットワーク ICT農業研究会（略称︓⾼専ネットワーク）

神⽥ 和也 （鶴岡⼯業⾼等専⾨学校）千葉 慎⼆ （仙台⾼等専⾨学校）⽩⽯ 和章 （⿃⽻商船⾼等専⾨学校）村上 幸⼀ （⾹川⾼等専⾨学校）吉⽥ 晋 （阿南⼯業⾼等専⾨学校）⽯井 忠司 （合資会社）

拠点研究機関︓名古屋⼤学 「ICT 活⽤農業 事業化・普及プロジェクト」

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①研究⽬的・背景農業分野のICT機材システムは、既存部品の有効な活⽤や集積化によるコストダウン・⾼信

頼化が進んでいない。そのため、導⼊やメンテナンスのコストが⾼くなることが、中⼩規模農家におけるICT導⼊の⼤きな課題となっている。

研究戦略における位置づけ

●センサーの機能の検討と低価格化のための研究（ 補完センサーグループ（P1）センサー実⽤化開発 ）低価格な Ａ ⽣育環境情報・Ｂ ⽣育⽣体情報・Ｃ 農作業者情報センサーの開発

●共通データベース・情報共有システムの構築⾼専シーズである Ｄ「iFarm」の全国展開データの統⼀フォーマットに関する Ｄコンテンツ開発・データベース作成

●各種コンテンツの開発 Ｄ コンテンツ開発・データベース作成

●社会実装の実証試験全国全都道府県に存在する⾼専のネットワークを利⽤し、広く実証試験を実施Ｅ 全国規模の実証実験を実施

研究⽬的低価格なセンサーシステムを開発することで、中⼩規模農家におけるICT導⼊を

阻む要因である「機材導⼊におけるコスト負担」「メンテナンス時のコスト負担」等を解決すると共にデータ活⽤を伴う全国規模の実証実験を実施。

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E全国規模の

実証試験展開

全国KOSEN研究ネットワーク ICT農業研究会

A⽣育環境情報センサー開発

B⽣体⽣育情報センサー開発

C農作業者情報センサー開発

Dコンテンツ開発・データベース

作成

国⽴⼤学法⼈名古屋⼤学 ⼀般社団法⼈ALFAE

技術⽀援拠点連携 定例ミーティング情報提供⇔技術⽀援 成果物共有

国⽴⼤学法⼈⻑岡技術科学⼤学連携機関 ⽀援機関 協⼒機関

運営・情報⽀援

②研究実施体制

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鶴岡⾼専

仙台⾼専

阿南⾼専 ⾹川⾼専

⿃⽻⾼専

次世代技術

研究代表機関

■センサーの機能の検討と低価格化のための研究研究拠点機関の構成機関 三重⼤学・センサーＧ︓⻲岡先⽣・既存センサーシステムの低価格化と低価格新規センサーの検討・中規模農家でもメリットが感じられる新規センサーの研究開発

■情報⼊⼒・通信環境の整備研究拠点機関 中部⼤学・国際GISセンター︓本多先⽣・通信プロトコルの標準化

• A B C 低価格センサー研究開発（鶴岡・⾹川・仙台・⿃⽻・阿南・次世代技術）

• D 通信プロトコルの標準化（仙台）

• D データベース化・コンテンツの開発（仙台・⾹川・⿃⽻）

• D 情報共有システムの構築（仙台・⾹川・⿃⽻）

• E 全国規模の実証試験（阿南・鶴岡・⾹川・仙台・⿃⽻）

• E 栽培管理・原価管理システム iFarm（⾹川）

ICT 活⽤農業 事業化・普及プロジェクト計画研究に対する補完性

• センサー研究開発に関して、センサーＧのリーダーである「国⽴⼤学法⼈三重⼤学・⻲岡孝治先⽣」と連携を密にして、研究の⽅向性、成果の共有を⾏い、効率的に進めている

• データベース化・コンテンツの開発において研究拠点機関の通信ネットワーク開発に係る構成機関「中部⼤学・国際GISセンター・本多潔先⽣」と連携

拠点研究機関との連携

• (P2) 情報基盤プラットフォーム設計開発「e-栽培歴」と「i-Farm」との連携• (K1) 戦略的センサー研究開発 三重⼤学・浜松ホトニクスと連携• (S7) 「中⼩農家が使いやすい栽培ナレッジ共有オープンシステム開発と検証」と相互連携• (S1) 凸版印刷様と連携、福島の圃場に簡易ウェザーステーション設置

補完研究等新たな連携

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②研究実施体制（補完研究としての連携状況）

研究項目 平成26年度 平成27年度 平成28年度 自己評価

【計 画】

A．生育環境情報センサーの開発

Ｂ．生体生育情報センサーの開発

C．農作業者情報センサーの開発

D．コンテンツ開発・データベース作成

E．全国規模の実証試験展開

【実 行】

A．生育環境情報センサーの開発プロトタイプを設計試作し、実証試験を開

始。他機関での実証試験を考慮して量産し実証試験を実施する。

標準型を開発、全国規模で実証試験を開始。前倒し分として、年度末までに30ヶ所以上実証試験展開に向け準備。

Ｂ．生体生育情報センサーの開発

C．農作業者情報センサーの開発

D．コンテンツ開発・データベース作成

E．全国規模の実証試験展開

③全体研究計画と研究項目別自己評価

試作機の開発（鶴岡高専、仙台高専、阿南高専）

実証試験（鶴岡高専、仙台高専、阿南高専）実用化実証試験（鶴岡高専、仙台高専、阿南高専）

試作機の開発（鶴岡高専、仙台高専、阿南高専）実証試験（鶴岡高専、仙台高専、阿南高専）

実験準備（香川高専,阿南高専）

全国30機関での実施（香川高専,阿南高専）15機関での試験実施（香川高専,阿南高専）

15機関での実施（香川高専,阿南高専）

全国30機関での実施（香川高専,阿南高専）5高専における情報収集を実施。

機関5高専での実証実験開始22高専の情報収集済み15箇所実証実験1月開始予定

ウェザーセンサー30セット製作30機関での実証実験開始準備

実験準備（香川高専,阿南高専）

プロトタイプのラボ検証（香川高専）

RFIDリーダーライターによるタグ情報の取得，リーダーライターからiPhoneへのデータ取得を行った．

農作業従事者用作業ログセンサーの試作（香川高専）

教師データ収集アプリを開発教師データを解析し、農作業情報へ自動変換するための基礎的なアルゴリズムを提案

プロトタイプのラボ検証（香川高専） 農作業従事者用作業ログセンサーの試作（香川高専）

生体生育情報センサーの開発（鳥羽商船高専、次世代技術）

生体生育情報センサーの開発（鳥羽商船高専、次世代技術）

原価ベースで15,000円を下回る３次元計測センサー２種を製作し、基本性能を確認した。また、

群落光合成量を推定するモデル構築を行い、標準モデルのひな型を作成した。

データベース、生育予測の準備 データベース運用、生育予測との連動データベース、生育予測の実証実験

データベース、生育予測の準備完了 データベース運用開始、生育予測との連動準備

ウェザーステーション全国30箇所での実証試験実施

ウェザーステーション全国30箇所での実証試験実施

温度精度改善，全国実証試験実施

全国実装実験のデータ収集、生育予測システムとの連動実施

温度精度改善，全国実証試験実施

実用化実証試験（鶴岡高専、仙台高専、阿南高専）

【 A.⽣育環境情報⽤センサー】 簡易ウェザーステーションの開発研究計画・育成時の環境データを継続的に計測できる低価格「簡易ウェザーステーション」の開発を行うもので、３ヵ年で試作開発・実証試験・全国展開・普及・商品化を実施する。製造を行う企業の模索、ノウハウの提供を受けた当該企業からの簡易ウェザーステーションの貸し出し、または、ベンチャー企業立ち上げによるサービス事業化の可能性も検討する。

④⑤研究期間全体の研究計画と研究成果

研究成果・開発したウェザーステーションのトレーサビリティを検証した。 2W太陽電池にて日中強制通風のファンを駆動しながら、センサー部の電源も確保可能とする安価独立電源を開発し、独立電源半強制通風を採用することで、輻射熱の影響を抑えて気温精度を改善した。・全国の30箇所で実証試験を行い、ZigBeeと3G回線により、長期間データをサーバにアップできることを確認した。・ウェザーステーションの実証実験による改善とキット化を進め、キット販売にむけた企業との調整中で、H29年度末までにはキット販売を開始する目処を立てた。

6センサーボード 通信モジュール 電源コントローラ 温度精度改善箱

トレサビリティ実験の様子

実験データ

【 Ｂ.⽣体⽣育情報センサー開発 】

研究計画・「１台あたり１５，０００円」以下の価格実現・植物体標準モデル構築のためのデータ取得実験実施・圃場における実証実験

３次元計測ステレオカメラセンサーの開発、 ストレスセンサーの開発

研究成果・モジュール化（カメラ基板とマイコン基板に分離）⇒廉価で高信頼な汎用ボード＆１層基板⇒原価ベースで15,000円未満内蔵電源型と外部電源型の2種のステレオカメラセンサーにより実証試験・圃場実験⇒奈良県宇陀市にて実施、成長モデル取得

・対象作物：水菜 継続的に草丈を自動計測

・ディープラーニングによる画像高精度化実現→３D精度の向上

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④⑤研究期間全体の研究計画と研究成果

ステレオカ メ ラ センサー ステレオカ メ ラ センサー（ ⼦ 機） （ 親機）

草丈︵単位cm

︶親機ステレオカメラ⼦機ステレオカメラ

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Original image

Intentionally degraded

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研究計画

• スマートフォンアプリの開発

• 栽培管理・原価管理システム iFarmとの連携

• １式あたり５０,０００円の価格実現

【Ｃ．農作業者情報センサー開発 】

研究成果

ー RFIDタグのデータを読み取りサーバへ送信するためのスマートフォンアプリの開発（図１）

ー クラウドサーバへのデータ保存，農作業判定（図２）

ー 圃場実験⇒香川県丸亀市，奈良県宇陀市にて実施（図３）

図３ 実証実験

図１ スマートフォンアプリの画面 図２ クラウドサーバとの連動（バグフィックス前の画面）

④⑤研究期間全体の研究計画と研究成果

【Ｄ．コンテンツ開発・データベース作成】研究計画

本研究で開発するウェザーステーション、各高専既存センサーからのクラウドシステムへのデータ保存・閲覧用API、農作業情報等、センサーデータ以外の情報書き込みAPI、データベースに蓄積されたビッグデータを分散処理によって短時間で解析して育成予測や農作業項目の決定を支援するAPIの開発、以上のシステムを構築し、各地で連携している農家や研究機関等でのデータ収集・解析の実証試験を実施する。

研究成果

全国に設置した気象センサーからのデータを蓄積するクラウドデータベースサーバを構築し、２年以上安定して動作していることを確認した。開発したwebAPIによって蓄積した気象センサーのデータを生育予測システムで活用する手法を確立した。

データベースのデータ構造 「i‐Farm]からのwebAPIを活用した圃場状況のモニタリング 9

④⑤研究期間全体の研究計画と研究成果

研究計画３ヵ年計画で、1年目構成機関５校における既存センサーに

よる生育環境情報収集、２年目ネットワーク参画機関１５校に展開し既存センサーに加え試作センサーの実証試験、また、「栽培管理・原価管理システム iFarm」の実証試験を実施する。さらに１５の地域で合計３０機関にて上記A～Dを展開し実証試験を実施する。(前倒し) ２年目の開発成果を反映した開発センサーを３年目の年度始めから３０機関にて実証試験を開始できるように、部材調達して３０セット製作する。なお、高付加価値が期待できる高機能性野菜である「高リコペントマト」を主な対象とし、協力農家における主力野菜についても対象とし、上記試験研究を実施するものとする。

【 Ｅ.全国規模の実証試験展開 】

研究成果E(1)・ iFarmについてアグリビジネス創出フェア2015と2016にて来訪者へiFarmの説明。

・石川高専にて説明会を開催、説明会の意見から簡易版iFarmを開発した。・高専フォーラムにて、20高専へiFarmの実証試験への協力を要請した。・農業ICT技術者育成のためのiFarm講座を阿南高専にて実施した。

E(2)・ウェザーステーションの圃場設置用架台を設計し実証試験にて実用性確認した。・農業系の連携企業から研究員を雇用して実証実験用圃場の整備と実験を実施。・「全国KOSEN研究ネットワーク ICT農業研究会」の12高専にて実証試験を実施。・徳島・奈良・山形・宮城県の13圃場を含む全国30箇所にてウェザーステーションの実証実験を実施。

・実証試験により100件以上のトラブル事例を収集し対策および改善を実施した。・キット化の為の改良を行い、キット部品リストと組立マニュアルを作成した。・キット販売に向けて、企業との打ち合わせを進めH29年度中の販売目処を立てた。

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④⑤研究期間全体の研究計画と研究成果

■社会実装の状況A&D&E︓

簡易ウェザーステーションの開発と実証試験実績により，徳島県の春夏ニンジン栽培環境計測⽤の研究装置として採⽤されH27年度から環境計測中。

⼭形県最上町のアスパラガス農家にて圃場環境センサーとして利⽤され，H28年度から環境データ計測中。

H28から宮城県仙台市の仙台秋保醸造所のブドウ園に設置した気象センサーにより環境データ計測中。

同様の実績から，三重県熊野市において、柑橘栽培における環境計測機器として採⽤され、本年度中に６台を設置し熟練農業技術者の技術継承に向けて活⽤される予定。

■今後の社会実装に向けた対応A&D&E︓

簡易ウェザーステーションのキット化と販売企業との打ち合わせを進めており，H29年度末には，キット販売を開始する予定。キットの製作や修理の⽀援体制の構築として，各⾼専の地域テクノセンター等を利⽤できるように検討中。C

⾹川県庁と共同で，県内いちご，ミカン農家向けのシステムへ改修中（RFタグからNFCタグへ変更）

H31年度までに⾹川県庁主導で，県内農家へシステムの普及を予定

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⑥社会実装の状況及び今後の社会実装に向けた対応

⑥社会実装のイメージ

・環境情報取得センサー（雨量、日射量・温度・湿度・・・etc.）・生体生育情報取得センサー（立体形状・色・水分ストレス・・・etc. ）・作業情報（作業内容の情報入力、自動記録、・・・etc. ）

高付加価値をもたらす低価格センサーの開発

高専は全国に５５キャンパス！５高専を主体に全国規模の実証試験

農業ICT技術者の育成支援

低価格ストレスセンサー（水分ストレスを定量化）

低価格３次元計測センサー（立体形状と色を定量化）

生体生育情報 作業情報iFarm

（スマホによる情報入力）

iFarm（スマホ＋RFIDによる

作業内容の自動入力）

・センサーからのデータは、全国の実証試験地からiFarmへ集約！！

全国規模での実証試験

一般消費者

農業関係者

高専シーズ

高専シーズ

高専シーズ

中小規模農家でもICT導入で，栽培の安定化と高収益化ができた！

最近、話題のこのトマト、とっても体に良いんですって

・「水分ストレス」や「環境変化」「作業内容」の影響を、立体形状と色で定量的に把握

高付加価値な農作物作りを実現

高専シーズ iFarm・栽培記録・原価管理・作業ノウハウの共有

マーケットイン情報

トレーサビリティ情報

作業内容入力

開発したセンサーの実証試験

・ICT農業研究ネットワークで開発した成果をオープン化

・高専の組織を活かしたICT農業技術者の教育・育成

・全国各地で、農家、農業関連事業へのICT導入研修を実施

・地域毎にファブラボを開設・農家のファブラボ利用支援

全国普及へ向けた活動

次世代技術

簡易ウェザーステーション

（風向、風速、雨量、日射量、温度、湿度

を低価格でお手軽に）

生育環境情報

高専シーズ

篤農家の作業ノウハウ共有等

生育・環境・作業情報の蓄積（篤農家の情報・一般農業者の情報）

高専のものづくり力で低価格センサーを実現！

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農業ICTの全国普及

拠点を補完するデータベース構築

キット化 販売

支援体制構築

Web販売

受託研究としてキット製作

キットWeb販売

所在する⾼専と地元企業が連携し、サポート

サポート

センサキット

通信キット

電源キット

KOSEN：キット製作

受託納品

センサ、基板、電⼦部品、3Dプリンタバーツ、等を部品販売パーツWeb販売

農家、農業法人、農業関係

者等

Web注⽂

納品

組⽴、設置、動作確認、データ収集、閲覧

連携地元企業等

組⽴・据付設置、動作確認、技術フォロー等

地域⾼専への技術相談

各地域で⾼専と地域企業、ユーザーが参加する公開講座等を開催し普及・サ

ポートに努める

サーバ管理会社

閲覧＆公開 ※詳細な条件設定必要データハード

サーバ運⽤

データサービス

ソリューションサービス

KOSEN版簡易ウェザステーション運⽤製品製作・据付設置・サポート〜データサービス〜ソリューションサービス

データサービス、ソリューションズサービスは既存の実績あるサービス会社と提携

2014年11月12～14日アグロイノベーション2014 （東京ビッグサイト）

2015年5月27～29日 ワイヤレステクノロジーパーク2015（東京ビッグサイト）

2015年6月10～12日 Interop Tokyo 2015（幕張メッセ）

2015年6月17～18日 スマートコミュニティJapan2015（東京ビッグサイト）

2015年8月27日 全国高専フォーラムにて成果発表会開催（東北大学）

2015年10月8～9日 おおた研究開発フェア2015出展（大田区産業プラザPIO）

2015年10月26～28日 スマートフォン＆モバイルEXPO秋（幕張メッセ）

2015年11月18～20日 アグリビジネス創出フェア2015出展（東京ビッグサイト）

2015年11月18～20日 Embedded Technology ／IoT Technology 2015（パシフィコ横浜）

2015年12月3日～5日 システムコントロールフェア2015出展（東京ビッグサイト）

2015年12月9日 産学官連携フェア2015 みやぎ（仙台国際センター）

スマートコミュニティJapan2015

ワイヤレステクノロジーパーク2015 アグリビジネス創出フェア2015システムコントロールフェア 2015 展示ポスター＆チラシ14

⑦アウトリーチ活動 2014〜2015年

⑦アウトリーチ活動 2016年度

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2016年3⽉24⽇ シンポジウム開催（学術会館⼀ツ橋講堂） 2016年4⽉28⽇〜30⽇ G7⾹川・⾼松情報通信⼤⾂会合開催記念「ICT⾒本展」（サン

ポート⾼松） 2016年8⽉26⽇ 全国⾼専フォーラムにて成果発表会開催（岡⼭⼤学） 2016年12⽉14⽇〜16⽇ アグリビジネス創出フェア2016出展（東京ビッグサイト）

アグリビジネス創出フェア2016 展示ポスター＆チラシ