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技術 表示システム、サーバ装置及びプログラム

出願人 大日本印刷株式会社国立大学法人千葉大学
発明者 籠田将慶小泉和真坪田智子古在豊樹丸尾達関山哲雄
出願日 2013年8月23日 (7年4ヶ月経過) 出願番号 2013-173236
公開日 2015年3月2日 (5年9ヶ月経過) 公開番号 2015-039356
状態 特許登録済
技術分野 特定用途計算機 植物の栽培
主要キーワード Y座標 熱貫流 燃料消費速度 速度変数 表示情報生成処理 フィッテング 所定空間内 最小項
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年3月2日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (14)

課題

センサ設置によるコストを抑制しつつ、対象の空間における環境因子を好適に可視化することが可能な表示システムサーバ装置、及びプログラムを提供する。

解決手段

表示システムは、センサと、サーバ装置と、端末装置とを有する。サーバ装置は、センサが計測した計測値から、所定空間内における環境因子の局所回帰を行うことで、所定空間内の前記環境因子の予測値を算出し、算出結果を示す表示情報を端末装置に送信する。端末装置は、サーバ装置から受信した表示情報を表示する。

概要

背景

従来から、植物等を育てる環境下における気温等の環境因子センサにより検出し、その検出結果を表示するシステムが知られている。例えば、特許文献1には、植物を育てる空間での気温や湿度などをセンサにより検出し、これらの変化を示すグラフを表示するシステムが開示されている。また、特許文献2及び非特許文献1には、局所回帰分析に関する技術が開示されている。

概要

センサ設置によるコストを抑制しつつ、対象の空間における環境因子を好適に可視化することが可能な表示システム、サーバ装置、及びプログラムを提供する。表示システムは、センサと、サーバ装置と、端末装置とを有する。サーバ装置は、センサが計測した計測値から、所定空間内における環境因子の局所回帰を行うことで、所定空間内の前記環境因子の予測値を算出し、算出結果を示す表示情報を端末装置に送信する。端末装置は、サーバ装置から受信した表示情報を表示する。

目的

本発明は、センサ設置によるコストを抑制しつつ、対象の空間における環境因子を好適に可視化することが可能な表示システム、サーバ装置、及びプログラムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

サーバ装置と、前記サーバ装置と接続する端末装置とを有する表示システムであって、前記サーバ装置は、複数地点における環境因子計測値を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された計測値から、所定空間内における前記環境因子の局所回帰を行うことで、前記所定空間内の前記環境因子の予測値を算出する算出手段と、前記算出手段の算出結果を示す表示情報を前記端末装置に送信する結果送信手段とを有し、前記端末装置は、前記表示情報の要求信号を前記サーバ装置に送信する送信手段と、前記要求信号の送信に基づき前記サーバ装置から受信した表示情報を表示する表示手段と、を有することを特徴とする表示システム。

請求項2

環境因子の計測値を生成するセンサをさらに備え、前記サーバ装置の記憶手段は、前記センサから受信した計測値を記憶することを特徴とする請求項1に記載の表示システム。

請求項3

前記端末装置の送信手段は、外部入力に基づき指定された前記所定空間の情報を、前記要求信号に含めて前記サーバ装置に送信し、前記サーバ装置の算出手段は、前記所定空間の情報を受信した場合に、当該所定空間における前記環境因子の予測値の算出を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の表示システム。

請求項4

前記送信手段は、前記環境因子の種別を指定する情報、表示対象の日時を指定する情報、前記所定空間において前記環境因子の予測値を算出する個数を指定する情報、又は前記局所回帰での重み付けに関する情報の少なくとも1つを、前記要求信号に含めて前記サーバ装置に送信することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の表示システム。

請求項5

前記記憶手段は、前記環境因子の計測値を、当該計測値の生成日時の情報と共に記憶し、前記算出手段は、前記環境因子の計測値または予測値の時系列での変化の大きさを示す指標を算出し、当該指標に基づき前記環境因子が定常状態又は過渡状態となる時刻を認識し、前記結果送信手段は、前記環境因子が定常状態又は過渡状態となる時刻に対応する前記環境因子の予測値を示す表示情報を、前記端末装置に送信することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の表示システム。

請求項6

前記端末装置の送信手段は、外部入力により指定された期間を示す期間情報を送信する送信手段を有し、前記算出手段は、前記端末装置から受信した期間情報が示す期間内において、前記環境因子が定常状態又は過渡状態となる時刻を認識することを特徴とする請求項5に記載の表示システム。

請求項7

複数地点における環境因子の計測値を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された計測値から、所定空間内における前記環境因子の局所回帰を行うことで、前記所定空間内の前記環境因子の予測値を算出する算出手段と、前記算出手段の算出結果を示す表示情報を、表示手段を有する端末装置に送信する結果送信手段とを有することを特徴とするサーバ装置。

請求項8

複数地点における環境因子の計測値を記憶する記憶手段を有するコンピュータが実行するプログラムであって、前記記憶手段に記憶された計測値から、所定空間内における前記環境因子の局所回帰を行うことで、前記所定空間内の前記環境因子の予測値を算出する算出手段と、前記算出手段の算出結果を示す表示情報を、表示手段を有する端末装置に送信する結果送信手段として前記コンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。

技術分野

0001

本発明は、農作物などの生物環境因子可視化するシステムに関する。

背景技術

0002

従来から、植物等を育てる環境下における気温等の環境因子をセンサにより検出し、その検出結果を表示するシステムが知られている。例えば、特許文献1には、植物を育てる空間での気温や湿度などをセンサにより検出し、これらの変化を示すグラフを表示するシステムが開示されている。また、特許文献2及び非特許文献1には、局所回帰分析に関する技術が開示されている。

0003

特開2002−101756号公報
特開2011−118883号公報

先行技術

0004

William S.Cleveland and Susan J.Devlin,「Locally Weighted Regression:An Approach to Regresion Analysis by Local Fitting」, Journal of the American Statistical Association, 83(403):596—610,1988.

発明が解決しようとする課題

0005

植物工場全体などの比較大きい空間で環境状況網羅的に監視しようとする場合、種々の環境因子を測定するためのセンサを大量に配置する必要があり、センサ設置のコストが高くなったり、センサの運用管理に手間がかかったりするなどの問題があった。そこで、本発明は、センサ設置によるコストを抑制しつつ、対象の空間における環境因子を好適に可視化することが可能な表示システム、サーバ装置、及びプログラムを提供することを主な目的とする。

課題を解決するための手段

0006

本発明の1つの観点では、サーバ装置と、前記サーバ装置と接続する端末装置とを有する表示システムであって、前記サーバ装置は、複数地点における環境因子の計測値を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された計測値から、所定空間内における前記環境因子の局所回帰を行うことで、前記所定空間内の前記環境因子の予測値を算出する算出手段と、前記算出手段の算出結果を示す表示情報を前記端末装置に送信する結果送信手段とを有し、前記端末装置は、前記表示情報の要求信号を前記サーバ装置に送信する送信手段と、前記要求信号の送信に基づき前記サーバ装置から受信した表示情報を表示する表示手段と、を有する。なお、「所定空間」とは、1次元空間、2次元空間、又は3次元空間のいずれであってもよい。

0007

本発明の他の観点では、サーバ装置は、複数地点における環境因子の計測値を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された計測値から、所定空間内における前記環境因子の局所回帰を行うことで、前記所定空間内の前記環境因子の予測値を算出する算出手段と、前記算出手段の算出結果を示す表示情報を、表示手段を有する端末装置に送信する結果送信手段とを有する。

0008

本発明のさらに別の観点では、複数地点における環境因子の計測値を記憶する記憶手段を有するコンピュータが実行するプログラムであって、前記記憶手段に記憶された計測値から、所定空間内における前記環境因子の局所回帰を行うことで、前記所定空間内の前記環境因子の予測値を算出する算出手段と、前記算出手段の算出結果を示す表示情報を、表示手段を有する端末装置に送信する結果送信手段として前記コンピュータを機能させる。

発明の効果

0009

本発明によれば、広い植物工場などの種々の空間を対象にする場合であっても、環境監視用のセンサの数を削減しつつ、かつ、局所回帰分析を用いることで、対象となる空間での環境因子の予測値を高精度に算出し、環境因子を好適に可視化することができる。

図面の簡単な説明

0010

各実施形態に係る表示システムの概略構成を示す。
センサの配置例を示す。
センサ情報DBのデータ構造を示す。
計測情報DBのデータ構造を示す。
局所回帰式を表すグラフの一例である。
パラメータを変化させた場合の各計測値重み付けの大きさを示す。
計測情報生成処理フローチャートを示す。
表示情報生成処理のフローチャートである。
表示情報に基づく表示例である。
変形例に係る計測情報DBのデータ構造を示す。
第2実施形態に係る表示情報生成処理のフローチャートである。
差分二乗和時間変化を示すグラフである。
第2実施形態に係る表示情報に基づく表示例である。

実施例

0011

以下、図面を参照しながら、本発明に係る第1及び第2実施形態について説明する。

0012

<第1実施形態>
まず、第1実施形態について説明する。以後において、「環境因子」とは、農作物、微生物細胞などの生物の生存、生活に影響する環境の種々の数値化された条件を指すものとする。

0013

システム構成
図1は、第1実施形態に係る表示システム10の概略構成を示す図である。表示システム10は、農作物の栽培育成時の環境因子を可視化するためのシステムである。図1に示すように、表示システム10は、主に、複数のセンサ3(3a、3b、…)と、端末装置4と、サーバ装置5とを備える。センサ3及び端末装置4は、それぞれサーバ装置5とネットワーク9を介して接続している。表示システム10は、センサ3が計測した計測値に基づき、ユーザが指定した所定範囲(「表示対象範囲Rtag」とも呼ぶ。)内で区切られた各単位領域での環境因子の予測値の算出及び可視化を行う。

0014

センサ3は、1又は複数種類の環境因子を所定間隔(例えば1分)ごとに計測し、生成した計測値、計測日時の情報、及び当該センサ3の識別情報(「センサID」とも呼ぶ。)を含む検出信号「Sd」を、ネットワーク9を介してサーバ装置5に送信する。センサ3は、例えば1又は複数のビニールハウス圃場などに設置される。図2は、センサ3の配置を示す。図2に示すXY軸は、水平面上の位置を示す。図2の例では、二酸化炭素の濃度を計測する8つのセンサ3a〜3hが配置されている。具体的には、センサ3a〜3hは、X座標が2.5mから30mの範囲に存在し、Y座標が1.5mから7.5mの間に存在する。そして、図2では、表示対象範囲Rtagは、センサ3a〜3hを包含する最小の長方形破線枠参照)に設定される。

0015

再び図1戻り端末装置4について説明する。端末装置4は、CPU等のプロセッサや、ROMやRAMといったメモリや、ディスプレイや、マウスキーボード等を備えるパーソナルコンピュータ(例えばノートパソコン)である。端末装置4は、表示対象範囲Rtag内の環境因子の予測値を可視化した情報(「表示情報Id」とも呼ぶ。)をサーバ装置5から受信し、当該表示情報Idに基づく表示を行う。

0016

端末装置4は、表示情報Idをサーバ装置5から取得する場合、サーバ装置5に対し、表示情報Idを要求する情報(「要求情報Ir」とも呼ぶ。)をサーバ装置5に送信する。このとき、端末装置4は、表示情報Idの表示範囲を示す表示対象範囲Rtagの情報、表示情報Idで表示対象となる日時の情報、表示情報Idで表示する対象となる環境因子の種別の情報(「種別情報」とも呼ぶ。)、及び表示対象範囲Rtag内で予測値を算出する各単位領域の大きさを指定する情報(「メッシュ情報」とも呼ぶ。)を要求情報Irに含める。さらに、端末装置4は、後述するパラメータ「α」を要求情報Irに含めてサーバ装置5に送信する。なお、端末装置4は、要求情報Irに含める各情報を、要求情報Irの送信時にユーザの入力に基づき生成してもよく、設定情報として予め記憶しておいてもよい。

0017

サーバ装置5は、CPU等のプロセッサや、ROMやRAMといったメモリを有する。サーバ装置5は、各センサ3の位置情報と当該センサ3が計測する環境因子の種別情報とを関連付けたデータベース(「センサ情報DB」とも呼ぶ。)、及び、各センサ3から送信される検出信号Sdに含まれる計測値のデータベース(「計測情報DB」とも呼ぶ)を記憶する。また、サーバ装置5は、端末装置4から送信される要求情報Irに基づき、表示対象範囲Rtag内の各予測値を算出し、これらの予測値を分布図などにより図示した表示情報Idを端末装置4に送信する。

0018

図3は、センサ情報DBのデータ構造を示す。図3に示すように、サーバ装置5は、センサ情報DB内に、各センサ3の識別情報であるセンサIDと、XYZ座標(Z座標は高さ)により定められる位置情報と、計測対象となる環境因子を示す種別情報とを関連付けて記憶する。なお、図3のセンサ情報DBでは、図2に示すセンサ3a〜3hは、それぞれセンサID「01」〜「08」に相当し、センサID「01」〜「08」にそれぞれセンサ3a〜3hの位置情報及び種別情報が関連付けられている。

0019

図4は、計測情報DBのデータ構造を示す。図4に示すように、サーバ装置5は、計測情報DB内に、検出信号Sdにそれぞれ含まれるセンサID、日時情報、及び計測値を関連付けて記憶する。図4の例では、サーバ装置5は、検出信号Sdを受信するごとに、当該検出信号Sdに含まれる各情報を計測情報DBに加えている。なお、サーバ装置5は、図4の例に代えて、計測情報DBを、センサIDごとに分けて記憶してもよく、各センサ3が計測する環境因子ごとに分けて記憶してもよい。

0020

[予測値の算出]
次に、サーバ装置5が実行する表示対象範囲Rtag内の各予測値の算出方法について説明する。概略的には、サーバ装置5は、局所回帰分析により、表示対象範囲Rtag内の環境因子を部分ごとにモデル化した局所回帰式を算出することで、表示対象範囲Rtag内の各予測値を生成する。これにより、サーバ装置5は、局所的な特性を的確に表した表示対象範囲Rtag内の各予測値を生成する。

0021

まず、表示対象範囲Rtag内の各予測値を算出するのに使用する計測値の抽出方法について説明する。サーバ装置5は、要求情報Irを受信した場合に、端末装置4から受信した要求情報Irに含まれる表示対象範囲Rtagの情報、表示対象となる日時の情報、及び種別情報に基づき、表示対象範囲Rtag内の各予測値の算出に用いる計測値を計測情報DBから抽出する。この場合、サーバ装置5は、まず、センサ情報DBを参照し、表示対象範囲Rtag内又は表示対象範囲Rtagから所定距離以内にあるセンサ3であって、要求情報Irの種別情報が示す環境因子に関連付けられたセンサIDを認識する。そして、サーバ装置5は、認識したセンサIDと、要求情報Irの日時の情報とに関連付けられた計測値を計測情報DBから抽出する。

0022

次に、サーバ装置5は、要求情報Irに含まれるメッシュ情報及びパラメータαを参照し、局所回帰分析により表示対象範囲Rtag内の各予測値を算出する。具体的には、サーバ装置5は、メッシュ情報に基づき、対象の環境因子の各予測値を算出する表示対象範囲Rtag内の単位領域を認識する。また、サーバ装置5は、要求情報Irに含まれるパラメータαに基づき、表示対象範囲Rtag内の所定の区分ごとの環境因子をモデル化した局所回帰式を算出する。パラメータαは、局所回帰式において、算出対象となる予測値の地点と計測値の計測地点との距離(「地点間距離LB」とも呼ぶ。)と、当該計測値に乗算される重み付けの大きさとの関係を規定するパラメータである。計測値に乗算される重み付けの大きさは、地点間距離LBが短いほど大きくなる。そして、パラメータαが大きくなるほど、地点間距離LBの短い計測値の重み付けと地点間距離LBの長い計測値の重み付けとの差が大きくなる。一方、パラメータαが小さくなるほど、地点間距離LBが短い計測値の重み付けと地点間距離LBが長い計測値の重み付けとの差が小さくなる。

0023

ここで、局所回帰式について、図5を参照して説明する。図5は、図2のセンサ3a〜3fが計測した二酸化炭素の計測値に基づき生成した局所回帰式を表すグラフの一例である。図5縦軸CO2濃度を示し、横軸はY座標を「4.5」に固定した場合のX座標を示す。計測点30a〜30fは、それぞれセンサ3a〜3fの計測値を示す。また、各計測点30a〜30eを中心とする円31a〜31eは、破線32に示す位置(即ち、X座標が「12」の位置)のCO2濃度の予測値を算出する際の各計測値に対する重み付けの大きさを示す。なお、図5の例では、X座標「0」かつY座標「4.5」の地点にCO2を排出するCO2施用機が設置されているものとする。

0024

図5のグラフに示すように、サーバ装置5は、この場合、線形回帰式を所定の区分ごとに局所的に算出している。ここで、円31a〜31eが示す各計測値に対する重み付けは、地点間距離LBが短い計測値ほど大きくなる。なお、破線32が示す地点から最も遠いセンサ3fの計測値は、地点間距離LBが所定距離よりも長いことから、破線32が示す地点の予測値を算出する際に用いられていない。このように、サーバ装置5は、局所回帰式を算出することで、近傍の計測値を重視した回帰モデルを生成することができる。従って、サーバ装置5は、特定領域で突出した値となった計測値を、不必要に全ての表示対象範囲Rtagの予測値の算出に用いることを防ぐことができる。

0025

また、サーバ装置5は、パラメータαが大きいほど、地点間距離LBの短い計測値の重み付けを大きくし、地点間距離LBの長い計測値の重み付けを小さくするような局所回帰式を生成する。これについて、図6を参照して具体的に説明する。

0026

図6(A)は、パラメータαを図5の例よりも大きくした場合を示す。図6(A)の例では、図5の例と比較して、地点間距離LBの短い計測値の重み付けがより大きくなり、地点間距離LBの長い計測値の重み付けがより小さくなる。その結果、局所回帰式を示すグラフは、各計測点30a〜30fにフィッテングするように形成される。また、破線32が示す地点の予測値の算出では、地点間距離LBが短い計測点30c、30dの重み付けの大きさを示す円31c、31dが相対的に大きくなり、他の計測点30a、30b、30eの重み付けの大きさを示す円31a、31b、31eが相対的に小さくなっている。

0027

図6(B)は、パラメータαを図5の例よりも小さくした場合を示す。図6(B)の例では、パラメータαを図5の例より小さくしたことにより、地点間距離LBの短い計測値の重み付けと、地点間距離LBの長い計測値の重み付けとの差が小さくなる。その結果、局所回帰式を示すグラフの各計測点30a〜30fへのフィッテングの度合いが小さくなる。また、破線32が示す地点の予測値の算出では、図5の例と比較して、地点間距離LBが短い計測点30c、30dの重み付けの大きさを示す円31c、31dが相対的に小さくなり、他の円31a、31b、31eが相対的に大きくなっている。

0028

従って、端末装置4の利用者は、表示情報Idの要求時に、要求信号Irに含めるパラメータαを指定することで、サーバ装置5が生成する環境因子の局所回帰式の各計測値へのフィッテングの度合いを好適に定めることができる。

0029

処理フロー
次に、第1実施形態における処理フローについて図7及び図8を参照して説明する。

0030

(1)計測情報生成処理
図7は、計測情報DBの生成処理のフローチャートを示す。センサ3は、図7に示す処理を繰り返し実行する。

0031

まず、センサ3は、計測値を生成すると共に当該計測値をメモリに記録する(ステップS101)。次に、センサ3は、記録した計測値の送信タイミングであるか否か判定する(ステップS102)。例えば、センサ3は、ステップS101で計測値を生成するごとに当該計測値の送信タイミングであると判定してもよく、所定回数(例えば10回)だけステップS101を実行するごとにこれらの計測値の送信タイミングであると判定してもよい。そして、センサ3は、計測値の送信タイミングであると判断した場合(ステップS102;Yes)、当該計測値、センサID、及び、当該計測値の各生成日時を示す検出信号Sdをサーバ装置5に送信する(ステップS103)。一方、センサ3は、計測値の送信タイミングでないと判断した場合(ステップS102;No)、再びステップS101の処理を行う。

0032

センサ3の検出信号Sdの送信後、サーバ装置5は、検出信号Sdを受信し、計測情報DBに検出信号Sdに含まれるセンサID、計測値、及び日時情報を関連付けて記録する(ステップS201)。

0033

(2)表示情報生成処理
図8は、表示情報Idの生成処理の手順を示すフローチャートである。端末装置4は、図8に示す処理を、ユーザの所定の入力があった場合に実行する。

0034

まず、端末装置4は、サーバ装置5が表示情報Idを生成するのに必要な表示対象範囲Rtag、日時情報、種別情報、メッシュ情報、及びパラメータαを指定する入力を受け付ける(ステップS104)。例えば、図2に示す表示対象範囲Rtagを指定する場合、利用者は、所定の高さを示すZ座標(例えば1.5m)を指定すると共に、2.5mから30mまでのX座標の範囲及び1.5mから7.5mまでのY座標の範囲を指定する入力を行う。そして、端末装置4は、入力された表示対象範囲Rtag等を含む要求情報Irをサーバ装置5に送信する(ステップS105)。

0035

サーバ装置5は、要求情報Irの受信し(ステップS202)、その後、要求情報Irに含まれる表示対象範囲Rtag、日時情報、及び種別情報に基づき、使用する計測値を計測情報DBから抽出する(ステップS203)。そして、サーバ装置5は、抽出した計測値と、要求情報Irに含まれるメッシュ情報及びパラメータαとを用いて、局所回帰分析を行うことにより、表示対象範囲Rtag内の各予測値を算出する(ステップS204)。

0036

次に、サーバ装置5は、表示対象範囲Rtag内の各予測値を可視化した画像を示す表示情報Idを生成し、当該表示情報Idを端末装置4に送信する(ステップS205)。そして、端末装置4は、サーバ装置5から表示情報Idを受信し、表示情報Idに基づく表示を行う(ステップS106)。

0037

ここで、サーバ装置5が生成する表示情報Idに基づく表示の具体例について、図9を参照して説明する。図9(A)は、表示対象範囲Rtag内の予測値の大きさを濃淡により表したマップヒートマップ)を示し、図9(B)は、表示対象範囲Rtag内の予測値の等高線図を示す。図9(A)では、濃く描かれた領域ほど予測値が大きいものとする。サーバ装置5は、例えば図9(A)、(B)に示すような画像を示す表示情報Idを生成し、端末装置4に送信することで、表示対象範囲Rtag内の各予測値を、端末装置4のディスプレイ上で好適に可視化することができる。

0038

なお、図9(A)のヒートマップを生成する場合、サーバ装置5は、例えば、表示対象範囲Rtag内の予測値の最大値及び最小値をそれぞれ認識し、当該最大値及び最小値の範囲で均等に濃淡の変化又は色の変化が生じるようにしてもよい。他の例では、サーバ装置5は、上述の最大値に所定値を加えた値と、上述の最小値に所定値を引いた値との範囲で均等に濃淡の変化又は色の変化が生じるようにしてもよい。さらに別の例では、サーバ装置5は、表示対象範囲Rtag内の予測値のうち上位の所定割合(例えば10%)にあたる予測値の最小値と、下位の所定割合にあたる予測値の最大値との範囲で均等に濃淡の変化又は色の変化が生じるようにしてもよい。

0039

[第1実施形態の作用・効果]
第1実施形態によれば、端末装置4は、可視化する環境因子の表示対象範囲Rtag、日時、及び種別等を指定する入力に基づき、要求信号Irを生成してサーバ装置5に送信する。これにより、端末装置4は、サーバ装置5から表示情報Idを受信し、ユーザが指定した表示対象範囲Rtag内の環境因子の予測値を可視化した図をユーザに好適に視認させることができる。

0040

また、サーバ装置5は、表示対象範囲Rtag内の予測値を算出する際、局所回帰分析を用いることで、算出対象の予測値の地点から近傍にある地点の計測値を重視した環境因子の回帰モデルを生成する。これにより、サーバ装置5は、局所的な特性を的確に表した環境因子の予測値を、表示対象範囲Rtag内で好適に算出することができる。従って、サーバ装置5は、大幅な増大や減少が生じた特定領域での計測値を、不必要に全ての表示対象範囲Rtagの予測値の算出に用いることを防ぐことができる。

0041

[第1実施形態の変形例]
以下では、上記した第1実施形態の変形例について説明する。なお、下記の変形例は、任意に組み合わせて第1実施形態に適用することができる。

0042

(変形例1)
サーバ装置5は、図7のフローチャートに基づき各センサ3から検出信号Sdを受信することで、計測情報DBを生成した。これに代えて、サーバ装置5は、他の装置により生成された計測情報DBを予め記憶してもよい。この場合、サーバ装置5は、図7のフローチャートの処理を実行する必要がない。

0043

また、この場合、サーバ装置5は、センサ情報DB及び計測情報DBをそれぞれ有する代わりに、位置情報及び計測値を最小項目とする計測情報DBを記憶してもよい。図10は、変形例に係る計測情報DBのデータ構造を示す。図10に示す計測情報DBは、位置情報の項目と計測値の項目とを有する。この場合、計測値は、予め定められた1つの環境因子(ここでは二酸化炭素)の計測値を示す。

0044

図10に示す計測情報DBをサーバ装置5が保有する例では、サーバ装置5は、要求情報Irにより指定された表示対象範囲Rtagに含まれる位置情報と関連付けられた計測値を抽出し、メッシュ情報及びパラメータαに基づき表示対象範囲Rtag内の各予測値を算出する。従って、この例では、端末装置4は、要求情報Irに環境因子の種別情報及び日時の情報を含めなくともよい。また、変形例2で後述するように、端末装置4は、要求情報Irにメッシュ情報及びパラメータαを含めなくともよい。従って、変形例1及び変形例2を組み合わせた場合、端末装置4は、要求情報Irに表示対象範囲Rtagの情報のみを含めてサーバ装置5に送信してもよい。

0045

(変形例2)
第1実施形態の図8のステップS104の説明では、端末装置4は、メッシュ情報及びパラメータαを要求情報Irに含めてサーバ装置5に送信した。これに代えて、端末装置4は、要求情報Irにメッシュ情報やパラメータαを含めなくともよい。この場合、サーバ装置5は、図8のステップS204において、予めメモリに記憶したメッシュ情報及びパラメータαを参照し、表示対象範囲Rtagの各予測値の算出を行う。

0046

(変形例3)
図9の説明では、サーバ装置5は、対象となる環境因子の予測値の二次元マップを生成して端末装置4に表示させた。これに代えて、サーバ装置5は、要求情報Irに含まれる表示対象範囲Rtagが3次元空間を示す場合には、当該3次元空間における各単位空間での予測値を示す三次元マップを生成して端末装置4に表示させてもよい。

0047

なお、表示対象範囲Rtagが3次元空間を示す場合、サーバ装置5は、三次元マップを生成する代わりに、図9に示すXY平面の二次元マップを、Z座標の位置ごとに並べて表示してもよい。別の例では、サーバ装置5は、表示対象となるZ座標の位置を所定時間ごとにずらした二次元マップの動画を表示することで、3次元空間での予測値を可視化してもよい。

0048

(変形例4)
図9に示す環境因子の予測値の表現方法は一例であり、本発明が適用可能な表示方法はこれに限定されない。

0049

例えば、サーバ装置5は、環境因子の予測値を可視化した図に代えて、又はこれに加えて、表示対象範囲Rtag内の各位置での予測値を示す表や、センサ3の設置地点での予測値と計測値とを比較した表、その他統計情報等を表示させてもよい。

0050

他の例では、サーバ装置5は、要求情報Irに含まれる日時情報に、複数の時刻や所定の期間が指定されていた場合には、これらの各時刻に対応する環境因子の予測値を生成し、生成した予測値のマップ図を所定時間ごとに時系列切り替えた動画を、端末装置4に表示させてもよい。

0051

(変形例5)
サーバ装置5は、指定された表示対象範囲Rtag内での各予測値を生成するのに十分な計測値が計測情報DBに記憶されていない場合、表示対象範囲Rtag内での各予測値を適切に生成することができない旨の警告を端末装置4に出力させてもよい。

0052

例えば、サーバ装置5は、図8のステップS203で抽出した計測値の個数所定数未満の場合、端末装置4に警告情報を送信し、当該警告情報を端末装置4に出力させる。他の例では、サーバ装置5は、図8のステップS203で抽出した計測値の個数が、生成すべき予測値の個数の所定割合(例えば0.01%)未満のとき、端末装置4に警告情報を送信し、当該警告情報を端末装置4に出力させる。

0053

(変形例6)
本発明が適用可能な可視化の対象となる環境因子の種類は、二酸化炭素や温度に限定されない。これに代えて、又は、これに加えて、可視化の対象となる環境因子は、農作物に関する種々の環境因子であってもよく、バイオ医薬品製造のための細胞及び又は微生物の培養に関する種々の環境因子であってもよい。

0054

例えば、環境因子は、植物生態に関する速度変数システム特性に関する速度変数、管理者に関わる速度変数、物理環境要因に関する速度変数、物理環境要因に関わる状態変数、生態に関する状態変数、又は生体情報に関わる状態変数などであってもよい。

0055

ここで、植物生態に関する速度変数は、例えば、正味光合成速度暗呼吸速度、蒸散速度吸水速度養分吸収速度、出芽速度、開花速度、茎伸長速度である。また、システム特性に関する速度変数は、例えば、換気回数、床面熱流速度、壁面熱貫流速度である。また、管理者に関わる速度変数は、例えば、CO2施用速度、かん水養液給速度消費電力燃料消費速度である。また、物理環境要因に関する速度変数は、例えば、気流速度、光強度・放射束蒸発速度である。また、物理環境要因に関わる状態変数は、例えば、気温、水蒸気飽差(湿度)、CO2濃度、養液のpH、EC(電気伝導度)である。また、生態に関する状態変数は、例えば、草丈葉面積、色、重量、草姿群落構造である。また、生体情報に関わる状態変数は、例えば、葉の温度、クロロフィル蛍光含水率水ポテンシャル植物組織成分組成である。

0056

なお、要求情報Irに含まれる種別情報が示す環境因子が、計測情報DBに記憶した計測値から所定の演算を行うことで求める必要がある環境因子である場合、サーバ装置5は、例えば図8のステップS203で計測情報DBから計測値を抽出後、当該計測値に所定の演算を行い、演算後の計測値を用いてステップS204で予測値の算出を行う。

0057

(変形例7)
サーバ装置5は、センサ3が送信する検出信号Sdに含まれる日時情報を、計測情報DBの日時情報として記憶した。これに代えて、サーバ装置5は、検出信号Sdを受信して当該検出信号Sdが示す計測値を計測情報DBに記憶する際に、現在日時を示す日時情報を生成して計測値と共に計測情報DBに記憶してもよい。

0058

<第2実施形態>
第2実施形態では、第1実施形態の処理に加え、端末装置4は、要求情報Irに、計測対象の環境因子の変化が小さい定常状態又は当該変化が大きい過渡状態のいずれかを指定する情報(「状態指定情報」とも呼ぶ。)を含める。この場合、サーバ装置5は、当該状態指定情報に基づき、指定された状態に該当する時刻を認識し、当該時刻を含む期間での環境因子の予測値を示す表示情報Idを端末装置4に送信する。これにより、ユーザは、定常状態又は過渡状態となる時間帯での環境因子の状況を好適に認識する。

0059

次に、第2実施形態の具体的な処理について、図11を参照して説明する。図11は、第2実施形態で端末装置4及びサーバ装置5が実行する処理手順を示すフローチャートである。端末装置4は、図11に示す処理を、所定の入力があった場合に実行する。

0060

まず、端末装置4は、表示対象範囲Rtag、種別情報、メッシュ情報、及びパラメータαを指定する入力を受け付けると共に、状態指定情報及び状態指定情報が示す状態を検索する対象となる期間を指定する期間情報の入力を受け付ける(ステップS301)。このように、第2実施形態では、端末装置4は、日時情報に代えて、状態指定情報が示す状態を検索する対象となる期間を指定する期間情報の入力を受け付け、当該期間情報を要求情報Irに含める。なお、期間情報は、昼間、夜間等の時間帯の概念を示す情報、時刻によって区切った時間帯を指定する情報、季節や日時を指定する情報など、期間を限定する1又は複数の情報を有する。

0061

次に、端末装置4は、ステップS301で入力された情報を含む要求情報Irをサーバ装置5に送信する(ステップS302)。そして、サーバ装置5は、要求情報Irを受信する(ステップS401)。そして、サーバ装置5は、要求情報Irの期間情報が示す期間(単に「検索対象期間」とも呼ぶ。)内の各時刻の環境因子の予測値の算出に用いる計測値を計測情報DBから抽出する(ステップS402)。この場合、サーバ装置5は、要求情報Irに含まれる表示対象範囲Rtag及び種別情報に基づき、検索対象期間内の各時刻の環境因子の予測値を算出するために必要な計測値を計測情報DBから抽出する。そして、サーバ装置5は、検索対象期間内の各時刻の環境因子の予測値を算出する(ステップS403)。この場合、サーバ装置5は、第1実施形態の図8のステップS204と同様に、抽出した計測値と、要求情報Irに含まれるメッシュ情報及びパラメータαに基づき、検索対象期間の各時刻での表示対象範囲Rtag内の環境因子の予測値を算出する。

0062

次に、サーバ装置5は、検索対象期間の時刻ごとに、予め定めた複数の位置(「差分対象位置P」とも呼ぶ。)での予測値の変化の2乗和(「差分二乗和Dsam」とも呼ぶ。)を算出する(ステップS404)。ここで、「差分対象位置P」とは、対象となる環境因子の予測値を算出した各単位領域のうち、予め定めた単位領域の位置を指す。

0063

具体的には、サーバ装置5は、差分対象位置「Pi」(iは1からNまでの変数)及び時刻「t」での予測値を「pr(i、t)」とした場合、時刻「t」での差分二乗和Dsamを以下の式(1)により算出する。

0064

0065

なお、式(1)において、及び時刻「t+1」の「1」は、センサ3による計測値の測定間隔(例えば1分)に相当する。このように、サーバ装置5は、連続する時刻の環境因子の予測値に基づき、当該時刻での予測値の変化の大きさの指標となる差分二乗和Dsamを算出する。

0066

次に、サーバ装置5は、算出した各時刻での差分二乗和Dsamの大小に基づき、状態指定情報が示す状態(定常状態又は過渡状態)となる時刻を認識する(ステップS405)。

0067

ここで、ステップS405の処理について、図12を参照して具体的に説明する。図12は、12月15日12時から12月16日12時までの検索対象期間における二酸化炭素を対象にした差分二乗和Dsamの時間変化を示すグラフである。図12の例では、サーバ装置5は、検索対象期間において、計測値の計測間隔である1分ごとの各時刻の環境因子の予測値及び差分二乗和Dsamを算出している。

0068

そして、この場合、サーバ装置5は、検索対象期間内の差分二乗和Dsamのうち、所定の閾値以下の差分二乗和Dsamに対応する時刻を、定常状態に該当する時刻であると認識する。上述の閾値は、例えば、定常状態と認定される差分二乗和Dsamの上限値に実験等に基づき設定される。同様に、サーバ装置5は、検索対象期間内の差分二乗和Dsamのうち、所定の閾値以上の差分二乗和Dsamに対応する時刻を、過渡状態に該当する時刻であると認識する。上述の閾値は、例えば、過渡状態と認定される差分二乗和Dsamの下限値に実験等に基づき設定される。例えば、図12では、破線枠で囲んだ部分に対応する時刻(12月15日16時48分ごろ)において、サーバ装置5は、差分二乗和Dsamが所定の閾値以上であると認識し、当該時刻が過渡状態の時刻であると認識する。なお、サーバ装置5は、上述の閾値を用いる代わりに、検索対象期間において最も差分二乗和Dsamが小さい時刻を定常状態の時刻として認識し、検索対象期間において最も差分二乗和Dsamが大きい時刻を過渡状態の時刻として認識してもよい。

0069

次に、再び図11のフローチャートを参照して説明を行う。サーバ装置5は、ステップS405の実行後、ステップS405で認識した時刻を含む時間帯の環境因子の予測値を表す表示情報Idを生成し、当該表示情報Idを端末装置4に送信する(ステップS406)。そして、端末装置4は、受信した表示情報Idに基づく表示を行う(ステップS303)。

0070

図13は、ステップS303で端末装置4が表示する環境因子の予測値の表示例を示す。図13の例では、端末装置4は、定常状態を指定した状態指定情報を含む要求情報Irをサーバ装置5に送信し、サーバ装置5から定常状態の時刻(ここでは21時42分)を含む所定期間(ここでは21時38分から21時46分まで)の各時刻の予測値のヒートマップ図を受信して表示している。このように、サーバ装置5は、状態指定情報で指定された状態(図13では定常状態)の時刻をステップS404で認識し、当該時刻を含む時間帯の予測値を示す図を端末装置4に表示させる。これにより、サーバ装置5は、端末装置4のユーザが指定した状態となる時刻周辺の予測値を好適に端末装置4上で可視化することができる。

0071

[第2実施形態の作用・効果]
第2実施形態によれば、サーバ装置5は、ユーザが指定した検索対象期間において、定常状態又は過渡状態となる時間帯の環境因子の予測値を、端末装置4上で好適に可視化することができる。また、サーバ装置5は、検索対象期間内の各時刻での環境因子の予測値の変化の大きさの指標となる差分二乗和Dsamを算出することで、差分二乗和Dsamの大小に基づき、定常状態又は過渡状態となる時刻を好適に認識することができる。

0072

[第2実施形態の変形例]
次に、第2実施形態の変形例について説明する。第2実施形態では、第1実施形態の変形例1〜7に加え、以下の変形例8〜11を任意に組み合わせて適用可能である。

0073

(変形例8)
図11のステップS404では、サーバ装置5は、ステップS403で算出した予測値を対象にして差分二乗和Dsamを算出した。これに代えて、サーバ装置5は、ステップS402で抽出した計測値を対象にして差分二乗和Dsamを算出してもよい。この場合、例えば、図2の例では、サーバ装置5は、センサ3a〜3hの8箇所を差分対象位置Pとし、当該差分対象位置Pでの計測値の差分二乗和Dsamを検索対象期間の各時刻で算出する。この例の場合であっても、サーバ装置5は、算出した差分二乗和Dsamに基づき、定常状態の時刻及び過渡状態の時刻を好適に認識することができる。

0074

(変形例9)
図11のステップS404では、サーバ装置5は、差分二乗和Dsamの大小に基づき、定常状態又は過渡状態となる時刻を認識した。しかし、本発明が適用可能な定常状態及び過渡状態の認識方法は、これに限定されない。

0075

これに代えて、例えば、サーバ装置5は、各差分対象位置Pでの予測値の差の絶対値の和(即ち差分二乗和Dsamの平方根)の大小に基づき、定常状態又は過渡状態となる時刻を認識してもよい。他の例では、サーバ装置5は、各差分対象位置Pでの予測値の変化率の絶対値の和の大小に基づき、定常状態又は過渡状態となる時刻を認識してもよい。このように、サーバ装置5は、差分対象位置Ptagでの予測値の変化量を示す種々の指標を算出することによっても、定常状態又は過渡状態となる時刻を好適に認識することができる。

0076

(変形例10)
図11のステップS404において、サーバ装置5は、差分二乗和Dsamを算出する前に、各予測値の時系列における移動平均を算出し、当該移動平均に基づき差分二乗和Dsamを算出してもよい。即ち、この場合、サーバ装置5は、上述した式(1)の予測値「pr(i,t+1)」及び予測値「pr((i,t)」を、それぞれ、時系列上の前後所定個数(例えば5個)分の予測値を対象とした平均値に置き換えて、差分二乗和Dsamを算出する。これにより、サーバ装置5は、異常値に対するロバスト性を向上させ、定常状態及び過渡状態となる時刻を差分二乗和Dsamに基づきより的確に認識することができる。

0077

(変形例11)
図11のステップS404において、サーバ装置5は、計測値の計測間隔ごとに連続する時刻での予測値を対象に、差分二乗和Dsamを算出した。これに代えて、サーバ装置5は、「A」を2以上の正の整数とすると、以下の式(2)に示すように、比較する時刻の間隔を、式(1)の場合と比較して大きくしてもよい。

0078

0079

これにより、サーバ装置5は、環境因子の変化がセンサ3の計測間隔と比較して緩やかである場合であっても、環境因子の変化を差分二乗和Dsamに好適に反映させて過渡状態の時刻を好適に認識することができる。

0080

3センサ
4端末装置
5サーバ装置
9ネットワーク
10 表示システム

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