JP2005315768A - Ｇｐｓ信号をトリガとする計測システム - Google Patents

Abstract

【課題】シリアルデータとして出力されるＧＰＳからと、車両などに搭載されたセンサから得られるアナログ信号やパルス信号の情報を簡易に統合して収量やスリップ率などを簡易に計測するシステムの提供。
【解決手段】ＧＰＳ受信機から一定の間隔で送信されてくるシリアルデータを、小型のマイコンボードで受信し、同時に計測しているパルス信号やアナログ信号について、同一のマイコンボードを用いて、ＧＰＳ信号を受信するタイミングを基準として、パルスカウントやＡＤ変換を行い、それらを一つのシリアルデータに統合して出力する計測補助装置を備えた、ＧＰＳ信号をトリガとする計測システム。このシステムをコンバイン７やトラクタ１１に適用し、コンバイン７においては収量を計測し、トラクタ１１においては走行車輪のスリップ率を計測する。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンバインやトラクタなどの作業車両が収集する情報、あるいは車両の情報とＧＰＳから得られる情報を容易に統合する計測手法（システム）に関する。

ＧＰＳ受信機のユーザの立場では、一般にはシリアルデータとしてＧＰＳからの情報を扱う。そのため、アナログ信号やパルス信号を同時に収集し、それらの情報に対応したＧＰＳから得られる位置や速度の情報とを統合するためには、その用途に応じた専用のコントローラやソフトウエアを開発する必要がある（図８参照）。

ＧＰＳの普及に伴い、コンバインやトラクタなど作業車両の位置情報が容易に取得できるようになった。それにより、これまでは位置情報とは別に、コンバインやトラクタなど特殊車両が収集する情報（例えば、土壌条件、生育、収量など）あるいは車両の情報（例えば、エンジン回転、車輸回転、燃料消費量など）を収集していたが、それらの情報に位置情報を対応させることによる新たなデータ解析技術（例えば、ＧＩＳやジオスタティスティクスなど）や農作業技術（例えば、局所管理技術、精密農法など）の研究開発が進展している（例えば、特許文献１、特許文献２、及び特許文献３）。

特開平１１−２３５１２４号公報 特開２００２−１８７４５５号公報 特開２００３−４７号公報

ＧＰＳ受信機のユーザの立場では、一般にはシリアルデータとしてＧＰＳからの情報を扱うが、車両などに搭載されたセンサから得られる信号は、アナログ信号やパルス信号である場合が多い。そのため、それらの情報を収集し、対応したＧＰＳから得られる位置や速度の情報と統合するためには、図８に示すように、データ収集や解析の用途に応じた専用のコントローラやソフトウエアを開発する必要がある。

本発明は、これまで個別の用途に応じた専用のコントローラやソフトウエアを開発して対応してきた処理を、マイコンボードで汎用的に処理できるようにするとともに、データ収集のトリガをＧＰＳの受信タイミングとすることで、マイコンボードは他の制御機器に依存することなく動作する手法を提案するものである。本発明では、コンバインやトラクタなど作業者が収集する情報（例えば、土壌条件、生育、収量など）あるいは車両の情報（例えば、エンジン回転、車輪回転、燃料消費量など）とＧＰＳからの情報を簡便に統合する計測手法の開発、及びこれまで開発された専用のコントローラやソフトアの低価格化に貢献することを目的とし、シリアルデータとして出力されるＧＰＳからと、車両などに搭載されたセンサから得られるアナログ信号やパルス信号の情報を簡易に統合する装置、及び収量やスリップ率などを簡易に計測するシステムを提供しようとするものである。

上記の目的を達成するために、本発明は、以下の手法（システム）を有することを特徴としている。
Ａ．ＧＰＳ受信機から一定の間隔で送信されてくるシリアルデータを、小型のマイコンボードで受信し、同時に計測しているパルス信号やアナログ信号について、同一のマイコンボードを用いて、ＧＰＳ信号を受信するタイミングを基準として、パルスカウントやＡＤ変換を行い、それらを一つのシリアルデータに統合して出力する。

Ｂ．コンバインに、ＧＰＳ及びアナログ信号を出力する収量モニタを搭載し、ＧＰＳ信号を受信するタイミングを基準として、ＧＰＳ信号にＡＤ変換された収量情報を付与し、小型のマイコンボードの処理により位置情報と収量情報を統合して収量を計測する。
Ｃ．コンバイン、トラクタなどの車輪の回転数を回転計で検出し、該コンバイン、トラクタなどに搭載されたＧＰＳの信号に、ＧＰＳ信号を受信するタイミングを基準として、回転計で検出されたパルス数を付与し、小型のマイコンボードの処理により車両速度の情報と車輸回転の情報を統合して、スリップ率を計測する。

本発明は、上記Ａ．（請求項１）〜Ｃ．（請求項３）のシステムを有することにより、以下の効果を奏することができる。
イ．上記Ａ．のシステムにより、各種演算にはマイコンボードを用いるため、従来の技術に比べ小型で安価な計測システムを構築できる。また、マイコンボードのＣＰＵのみによる制御で、ＧＰＳデータの受信、ＡＤ変換、パルスカウント、ＡＤ変換とパルスカウント結果を単位時間当たりの物理量に換算する処理、及びそれらの結果のシリアルデータ形式での出力を行うことができる。さらに、ＡＤ変換やパルスカウントの結果を単位時間当たりの物理量に換算する処理のタイミングは、ＧＰＳ信号の受信タイミングとすることができる。以上により、本発明の計測補助装置以外には、計測の管理を行う装置は必要としない。

ロ．上記Ｂ．のシステムにより、収量計測システムにおいては前記計測補助装置を用い、コンバインに、ＧＰＳ及びアナログ信号を出力する収量モニタを搭載し、ＧＰＳの信号にＡＤ変換された収量情報を付与し、小型のマイコンボードの処理により、位置情報と収量情報を統合し、収量を計測することができる。
ハ．上記Ｃ．のシステムにより、スリップ率計測システムにおいては、前記計測補助装置を用い、コンバイン、トラクタなどの車輪の回転数を回転計で検出し、該コンバイン、トラクタなどに搭載されたＧＰＳの信号に回転計で検出されたパルス数を付与し、小型のマイコンボードの処理により車両速度の情報と車輪回転の情報を統合し、スリップ率を計測することができる。

ニ．以上のように、本発明を用いることにより、ＧＰＳの情報と各種センサ（アナログ、パルス信号）の情報をマイコンボードで容易に統合し、収量計測システムやスリップ率計測システムなどの情報収集システムの簡易な構築に貢献することができる。また、本発明は、新たなデータ解析技術（ＧＩＳやジオスタティスティクスなど）や農作業技術（例えば、局所管理技術、精密農法など）の開発への波及効果も期待される。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付の図面を参照しながら具体的に説明する。
図１は、本発明による、ＧＰＳの情報とパルス信号、アナログ信号を同時に収集するシステム図、図２は、本発明によるデータ処理のフローチャート、図３は、本発明によるデータ受信・処理のタイミングチャート、図４は、本発明による収量計測システムを適用したコンバインの側面図、図５は、本発明による収量計測システムを用いて作成された収量マップ、図６は、本発明によるスリップ率計測システム図、図７は、本発明を用いたスリップ率計測のフローチャート、図８は、従来の技術によるＧＰＳの情報とパルス信号、アナログ信号を同時に収集するシステム図である。

図８に示す、従来の技術によるＧＰＳの情報とパルス信号、アナログ信号を同時に収集するシステムにおいては、専用のハードウエアやソフトウエアを開発するとともに、計測の管理も専用のソフトウエアで制御する必要があった。

そこで本発明は、これまで個別の用途に応じた専用のコントローラやソフトウエアを開発して対応してきた処理を、マイコンボードで汎用的に処理できるようにするとともに、データ収集のトリガをＧＰＳの受信タイミングとすることで、マイコンボードは他の制御機器に依存することなく動作するシステム（手法）を開発した。

本発明のＧＰＳ信号をトリガとする計測補助装置は、ＧＰＳの情報と、パルス信号、アナログ信号を同時に収集するめのマイコンボードを利用した装置であり、データ収集のトリガをＧＰＳの受信タイミングとする。前記従来の技術においては、以上の処理を行なうために、専用のハードウエアやソフトウエアを開発し、計測の管理も専用のソフトウエアで制御する必要があった。本発明では、マイコンボードは他の制御機器に依存することなく動作する点を特徴とし、市販のターミナルソフトなどを併用した汎用的な利用が可能である（図１参照）。

図１のＧＰＳの情報とパルス信号、アナログ信号を同時に収集するシステムでは、マイコンボード１を利用した装置であり、データ収集のトリガをＧＰＳの受信タイミングとしている。そのため、マイコンボード１は他の制御機器に依存することなく動作し、市販のターミナルソフトなどを併用した汎用的な利用が可能である。また、統合したデータを無線でやり取りし、遠隔地で受信して処理することも可能である。

実施にあたっては、表１に示されている、計測補助装置（マイコンボード）１の仕様のように、本発明の計測補助装置１に、アナログ出力を持つセンサ（０〜４個）、パルス出力を持つセンサ（０〜１個）、そして、ＲＳ２３２Ｃ経由でシリアルデータを出力するＧＰＳ受信機を接続して、それらの計測結果の情報収集を行なう。

本発明の計測補助装置１（図１及び表１参照）の動作には、マイコンボードを利用し、シリアルポート（Ｐｏｒｔ１、ＲＳ２３２Ｃ）を介して得られるＧＰＳデータを受信するタイミングに合わせて、同時に計測中のアナログ信号及びパルス信号について、積算、平均などの処理を行い、その結果を受信したＧＰＳの情報と統合して、もう一つのシリアルポート（Ｐｏｒｔ２、ＲＳ２３２Ｃ）から出力する。ＧＰＳデータを受信しないときは、アナログ信号については１００ＨｚでＡＤ変換を行い、その結果を積算する。また、ＧＰＳのデータと他のセンサからのデータを統合して、シリアルデータとして出力する。

パルス信号については、パルス数をカウントし、その結果を積算する。ＧＰＳデータを受信するたびに、ＡＤ変換の結果、及びカウントしたパルス数を積算した時間で除し、アナログ信号の平均値、及び単位時間当たりのパルス数を算出する（図２及び図３参照）。図２の、本発明によるデータ処理の流れ（フローチャート）においては、ＧＰＳデータを受信するタイミングに合わせて、同時に計測中のアナログ信号、及びパルス信号について積算、平均などの処理を行い、その結果を受信したＧＰＳの情報と統合して、もう一つのシリアルポートＲＳ２３２Ｃから出力する。

また、図３の本発明によるデータ受信・処理のタイミングチャートにおいては、ＧＰＳデータを受信しないときは、アナログ信号についてはＡＤ変換を行い、その結果を積算する。パルス信号については、パルス数をカウントし、その結果を積算する。ＧＰＳデータを受信するたびに、ＡＤ変換の結果、及びカウントしたパルス数を積算した時間で除し、アナログ信号の平均値、及び単位時間当たりのパルス数を算出する。そして、ＧＰＳデータの受信のタイミングを、演算・出力のトリガとするため、計測の管理に関する処理を別途準備する必要はない。

本発明による収量計測システム、及びスリップ率計測システムを、実施例（１及び２）として取り上げる。

実施例１の収量計測システムは、コンバイン７による収穫作業を行いながら収量計測を行なうためのシステムである。本発明を利用した収量計測システムの構成を、図４に示している。収量計測システムは、本発明の収量計測補助装置、アナログ信号を出力する複数の収量センサ、ＧＰＳ受信、及びアンテナ、データ収集のためのパソコン、あるいはＰＤＡで構成される。図４において、クローラ式走行装置を備えた自説型コンバイン７には、本発明による計測補助装置（マイコンボード）１、ＧＰＳ受信機２、データ収集のためのＰＤＡ４が、操縦席近傍に設けられた１つのパネルに組み込まれている。機体上部には、ＧＰＳアンテナ３が設けられている。脱穀された穀粒を穀粒タンクに搬送するスロワーの上部に、収量センサａとしての光学式穀粒流量計５が設けられている。また、穀粒タンクの底部には、収量センサｂとしての荷重式収量センサ６が設けられている。

また、収量計測システムは、コンバイン７に搭載され、通常の収穫作業時に各種センサ５，６からの収量情報をＧＰＳデータ受信のタイミングで積算、平均などの処理を行い、その結果をＧＰＳの情報と統合してパソコンやＰＤＡなどで記録する。パソコン及びＰＤＡは、いずれも計測補助装置１から出力されたシリアルデータを記録するためのものであり、計測の管理は一切行わない。記録した情報からは、位置に対応した収量の多少を視覚化した収量マップを作成することができる（図５参照）。図５は、本発明による収量計測システムを用いて作成された収量マップの例であり、図中太線の枠が圃場の形状を示し、色の濃い部分が収量の高い場所、色の薄い部分が収量の低い場所を示している。

実施例２のスリップ率計測システムは、走行条件によって生じる作業車両のスリップ（車輪のすべり率）を計測するためのシステムである。本発明を利用したスリップ率計測システムの構成を図６に示す。図６は、ハーフトラック式の走行装置を備えたトラクタ１１の操縦席近傍に位置して、１つのパネルに本発明による計測補助装置１、ＧＰＳ受信機２、データ収集のためのＰＤＡ４などを組み込んでいる。機体上部にＧＰＳアンテナ３が設けられ、ハーフトラックの車軸には、パルス信号を出力する車軸回転計１０が設けられている。また、データ収集のためのパソコン、あるいはＰＤＡなどが搭載され、図７に示すスリップ率計測システム１２を構成している。

このスリップ率計測システム１２は、トラクタ１１や管理ビークルなどに搭載され、耕耘、代かき、防除、管理、収穫など、通常の作業時に車軸の回転数をＧＰＳデータを受信するタイミングで積算、平均などの処理を行い、その結果をＧＰＳの情報と統合してパソコンやＰＤＡなどで記録する。パソコン及びＰＤＡは、いずれも計測補助装置１から出力されたシリアルデータを記録するためのものであり、計測の管理は一切行わない。記録した情報からは、車輸の回転数と位置の変化による速度が求められ、位置に対応したスリップ率を算出することができる（図７参照）。図７において、車軸回転からの算出される無負荷時の速度とＧＰＳ算出される速度から、連続的にスリップ率を計測する。解析するデータはすべての情報が統合されているので、有無負荷時の速度と実際の速度の対応が容易である。また、走行阻害の程度を視覚化したスリップマップを作成することができる。

なお、本発明は、上記実施例１（収量計測システム）及び実施例２（スリップ率計測システム）に限らず、例えば、土壌条件、作物生育量、機械の稼働状況、散布履歴、オペレータ作業負担など、広い範囲の計測システムを構築することができるものである。

本発明のＧＰＳ信号をトリガとする計測システムにより、シリアルデータとして出力されるＧＰＳからと、牽引車両、作業機体などに搭載されたセンサから得られるアナログ信号やパルス信号の情報を簡易に統合して、作業状況、収量などを簡易に計測することができ、また、統合したデータを無線でやり取りし、遠隔地で受信して制御、記録などに役立てることができる。

本発明による、ＧＰＳの情報とパルス信号、アナログ信号を同時に収集するシステム図である。 本発明によるデータ処理のフローチャートである。 本発明によるデータ受信・処理のタイミングチャートである。 本発明による収量計測システムを適用したコンバインの側面図である。 本発明による収量計測システムを用いて作成された収量マップである。 本発明によるスリップ率計測システム図である。 本発明を用いたスリップ率計測のフローチャートである。 従来の技術によるＧＰＳの情報とパルス信号、アナログ信号を同時に収集するシステム図である。

符号の説明

１ 本発明による計測補助装置（マイコンボード）
２ ＧＰＳ受信機
３ ＧＰＳアンテナ
４ データ収集のためのＰＤＡ
５ 収量センサａ（例えば、光学式穀粒流量計）
６ 収量センサｂ（例えば、荷重式収量センサ）
７ 自説型コンバイン
８ 収穫した圃場の形状（枠）
９ 位置ごとに収量に応じて塗りわけした結果（枠内）
１０ 車軸回転計
１１ トラクタ
１２ 本発明を用いたスリップ率計測システム

Claims (3)

1. ＧＰＳ受信機から一定の間隔で送信されてくるシリアルデータを、小型のマイコンボードで受信し、同時に計測しているパルス信号やアナログ信号について、同一のマイコンボードを用いて、ＧＰＳ信号を受信するタイミングを基準として、パルスカウントやＡＤ変換を行い、それらを一つのシリアルデータに統合して出力することを特徴とするＧＰＳ信号をトリガとする計測システム。
2. コンバインに、ＧＰＳ及びアナログ信号を出力する収量モニタを搭載し、ＧＰＳ信号を受信するタイミングを基準として、ＧＰＳ信号にＡＤ変換された収量情報を付与し、小型のマイコンボードの処理により位置情報と収量情報を統合して収量を計測することを特徴とするＧＰＳ信号をトリガとする計測システム。
3. コンバイン、トラクタなどの車輪の回転数を回転計で検出し、該コンバイン、トラクタなどに搭載されたＧＰＳの信号に、ＧＰＳ信号を受信するタイミングを基準として、回転計で検出されたパルス数を付与し、小型のマイコンボードの処理により車両速度の情報と車輸回転の情報を統合して、スリップ率を計測することを特徴とするＧＰＳ信号をトリガとする計測システム。

Images