問4 IoT，AIの利用を目指した農業生産システムの開発について

テーマ：最近,IoT,AI を利用した業務システムの構築が増えてきている。

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問4　IoT，AIの利用を目指した農業生産システムの開発に関する次の記述を読んで，設問1〜4に答えよ。

　X社は農業機械メーカであり，トラクタ，田植機などの開発・製造を行っている。これまでも，農業機械の自動化に対する要求は高く，既にX社でも自社開発した自動走行技術を搭載した製品を製造・販売している。
　一方，我が国では，労働環境の改善と生産性の向上を図るために，IoT，AIの利用を目指した農業（以下，スマート農業という）が注目されている。
　X社は，従来の農業機械主体の事業展開では今後，大幅な売上増加は期待できないと考え，農業機械の自動化を基本としながら，スマート農業に対応した農業生産システムの実現に向けた製品開発に取り組むことにした。

〔X社の農業機械の現状と課題〕
　X社の現行製品は，モバイル端末からの指示に従って無人走行し，障害物センサで衝突などを未然に防ぐこともできる。農業機械の動作履歴は，内部に記録され，必要に応じて取り出せる。
　適切かつ迅速な保守サービスへの利用者からの要望は強い。

〔スマート農業に対応した農業生産システムへの取組方針〕
　X社は，スマート農業に対応した農業生産システム（以下，農業生産システムという）への取組方針を検討し，次のとおりまとめた。
・自社開発した自動走行技術を高度化して，省力化及び大規模生産への対応を進める。
・重労働及び危険な作業からの解放，並びに誰もが就労しやすい農業を実現する。
・農場の情報ネットワーク化を通じて，環境モニタリングデータ，過去の作業及び生産結果のデータを活用する。

〔農業生産システムの概要〕
　農業生産システムの開発は，X社のシステムアーキテクトであるY氏が担当することになった。Y氏はまず，農業生産システムへの取組方針と利用者からの要望を踏まえ，開発する農業生産システムの概要を図1に示すものとした。

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図1 開発する農業生産システムの概要


　次にY氏は，開発する農業生産システムの開発項目を，次のように設定した。
(1) 生産計画の立案と作業指示
　過去の作業及び生産結果のデータ，並びに長期天気予報を用いて，農作物の生産計画を立案できるようにする。生産計画に基づいて，実施する作業，農業機械の運用・保守，資材調達などを指示・サポートできるようにする。そのために，農場内オフィスにサーバを設置し，農場内において収集したデータをデータベース化する。
(2) 農場の情報ネットワークの構築と環境モニタリング
　農場内で無線LANが使用できるようにし，サーバと無線LANを接続する。長期天気予報などの情報を収集するために，農場内オフィスに設置したルータを介してインターネットに接続できるようにする。農場内オフィスにPCを設置し，監視と操作もできるようにする。
　無線LAN中継機能を利用して，農場内のどこからでも無線LANに接続できるようにする。そのために，環境モニタリング機能と無線LAN中継機能を併せもつモニタリングポストを開発する。農場内に，モニタリングポストを必要な台数設置し，全てのモニタリングポスト，農業機械，及び作業従事者のモバイル端末を無線LANに接続して，相互にデータ通信を行えるようにする。
(3) 農業機械の自動走行の高度化
　サーバとも連携させて，農業機械の一定範囲内の自動走行と，複数の農業機械による協調走行である縦列走行の実現を目指す。そのために，測位の精度向上，農業機械間のデータ通信機能，安全確保などの技術開発を行う。
(4) 農場内において収集したデータ（環境モニタリングデータなど）の活用
　サーバは，モニタリングポストからの環境モニタリングデータを監視して，生産計画の立案時に使用したデータと比較し，必要に応じて，警告を出したり，生産計画を変更したりする。環境モニタリングデータ，実施した作業及び生産結果の履歴をサーバでデータベース化し，農作物の将来の生産計画の立案に利用できるようにする。また，複数の農場のデータベースを連携させて，より高い精度の生産計画を立案できるようにする。

〔開発項目の検討結果〕
　Y氏は，各開発項目について検討し，結果を次のとおりまとめた。
(1) サーバの機能
　サーバには，農業機械の走行に関する指示を行う機能，農業機械による現在位置の測位をサポートする機能，農場内の機器の監視・制御を行う機能，環境モニタリングデータを監視して必要な措置を行う機能，農場内において収集したデータをデータベース化する機能，これらのデータを分析して生産計画を立案・変更する機能を実装する。生産計画に基づいて，実施する作業，農業機械の運用・保守，資材調達などを指示・サポートできるようにする。サーバをX社が提供するクラウドサービスと接続し，複数の農場のデータベースが連携できるようにする。
(2) モニタリングポストの設置
　農場内のどこからでも無線LANを使用できるようにモニタリングポストを設置する。設置した位置は正確に測位し，モニタリングポストの位置情報としてサーバに登録する。
(3) モニタリングポストによる環境モニタリング
　モニタリングポストは，各種センサを備え，農場の環境モニタリングを行う。15分に1回の頻度で，測定した環境モニタリングデータなどをサーバにアップロードする。また，必要な電源を，太陽電池パネルで供給できるようにする。
　モニタリングポストの仕様・機能の検討結果を，表1に示す。

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表1 モニタリングポストの仕様・機能の検討結果


　環境モニタリングデータは，サーバに保存する。ここで，隣接するモニタリングポストからのデータは同じ傾向を示す場合が想定できるので，内容によっては，保存するデータをサーバが選択できるようにする。
　太陽電池パネルの発電量から日射量を求めることを検討した。その結果，各農場の年間日射量と太陽電池パネルの発電量の関係を基に，測定した発電量から日射量をサーバで推計できることが分かった。
(4) 農業機械の現在位置測位の高精度化
　農業機械のGPS受信機による測位は誤差が大きいので，モニタリングポストの位置情報を用い，次の2方式のいずれかによって正確な測位を行う。
・自律算出測位：農業機械はGPS受信機による測位データを基に，近くのモニタリングポストを検索し，ステレオカメラと方位センサを用いてその距離と方位を測定する。測定したデータ及びモニタリングポストの位置情報を用い，農業機械が正確な現在位置を算出する。
・サーバ算出測位：農業機械は，ステレオカメラをスキャンさせて，近くのモニタリングポストを認識する。モニタリングポストの識別コード，測定した距離と方位をサーバに送信して，サーバが農業機械の正確な現在位置を算出する。サーバは算出した測位データを保存し，農業機械にも送信する。
(5) 農業機械の自動走行の高度化
　一定範囲内の自動走行の場合，サーバが農業機械に作業域を指示し，自動走行させる。複数の農業機械に，異なる作業域を自動走行させることもできる。縦列走行の場合，後方の農業機械からステレオカメラで前方の農業機械を監視し，一定の距離を保って自動走行させる。ステレオカメラによって，前方の農業機械との間の障害物も検出できる。障害物を検出した場合は走行を停止し，前方の農業機械にも通知して停止させる。
　農業機械の自動走行の高度化に関する仕様・機能を，表2に示す。

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表2 農業機械の自動走行の高度化に関する仕様・機能

設問一覧＆解答・演習

まずは解答を作成してみましょう。「解答例を見る」をクリックするとIPA公式解答例と採点基準が開きます。

設問1(1)記述問題

制限字数：15 字以内

モニタリングポストについて，(1)，(2)に答えよ。
(1) モニタリングポストを農場内に設置した後，確認すべき機能は何か。二つ挙げ，それぞれ15字以内で答えよ。

0 / 15 文字

【IPA公式解答例】

1 2 ・環境モニタリング機能・無線LAN 中継機能

設問1(2)記述問題

制限字数：30 字以内

モニタリングポストについて，(1)，(2)に答えよ。
(2) 受信した発電量データを用いて，太陽電池パネルの異常もサーバにおいて検出できるようにしたい。その方法を，30字以内で述べよ。

0 / 30 文字

【IPA公式解答例】

隣接するモニタリングポストの発電量データと比較する。

設問2(1)記述問題

制限字数：25 字以内

〔開発項目の検討結果〕について，(1)〜(3)に答えよ。
(1) 何らかの異常によってサーバとのデータ通信が切断された場合の対策として，農業機械に実装しておくべき機能を検討している。
(a) サーバ算出測位を採用した場合に必要となる安全上の対策を，25字以内で述べよ。
(b) データ通信復帰後に，サーバへのデータを漏れなく送るために必要な機能のうち，データの一時保管以外の機能を，25字以内で述べよ。

0 / 25 文字

【IPA公式解答例】

(a) データ通信切断時に自動的に走行を停止する。 (b) サーバがデータを受け取ったことを確認する機能

設問2(2)記述問題

制限字数：20 字以内

〔開発項目の検討結果〕について，(1)〜(3)に答えよ。
(2) 農業機械の現在位置測位の高精度化について，2方式を検討している。
(a) 自律算出測位の場合，走行開始前に農業機械がサーバに要求するデータを，20字以内で述べよ。
(b) サーバ算出測位の場合，算出したデータを農業機械に送信する必要がある。この場合，自動走行の高度化を実現するために配慮しなければならないことを，20字以内で述べよ。

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