[実証2023-2] 北相木森水舎:社会実装に向けたみちびき利用による林業重労働作業「下刈り」の自動化
内閣府は準天頂衛星システムサービス株式会社と連携して毎年、みちびきの利用が期待される新たなサービスや技術の実用化に向けた実証事業を国内外で実施する企業等を募集し、優秀な提案に実証事業の支援を行っています。
株式会社北相木森水舎は、2023年度みちびきを利用した実証事業として、林業における造林作業の中でも特に重労働とされる「下刈り」を効率化させるために、みちびきのCLAS(センチメータ級測位補強サービス)を活用した草刈機の自動化に取り組みました。この「社会実装に向けたみちびき利用による林業重労働作業『下刈り』の自動化」について、同社で代表取締役CEOを務める野本浩幸氏に詳しく話を聞きました。
北相木森水舎は長野県南佐久郡の北相木村を拠点として、林業の素材生産(伐採)や造林、森林土木工事などに携わっています。約3年前の2021年7月に同社を設立した野本氏は、大手製鉄会社に在籍して工場の操業エンジニアを務めた経歴を持ち、機械技術やITに詳しいことから、林業に関する技術コンサルティングも提供しています。
林業では、立木を伐採して丸太として販売する素材生産の部分が、チェーンソーや重機によって機械化が進み、生産性が向上してきた一方で、植栽や下刈りといった造林作業で機械化が進まず、課題の一つとなっています。中でも、苗木を植えてから4~5年間は、成長を阻害する周囲の雑草木を刈り払う「下刈り」作業が欠かせず、人力による過酷な重労働である上に、夏季に行われることもあって熱中症・スズメバチによる被害や刈払機による事故などが頻発し、林業に携わる若年層の離職原因にもなっています。
そのため、今まで刈払機を使って人力で行っていた下刈り作業の自動化は急務であり、野本氏は、みちびきのCLASを活用してこの作業の自動化を図り、省人化と安全性の向上を図れないかと考えました。
「下刈りは人海戦術で行っており、真夏の炎天下で一日中、草刈り機を持って振り続けるという壮絶な作業であり、今のままでは誰もやりたがりません。ぜひ機械化して自動化しなくてはと思い、実証事業に応募しました」(野本氏)
下刈りを行う斜面は、傾斜が急で整地されていない場所が多く、草丈が高く堅い藪に対応できる頑丈な草刈機が必要です。さらに、苗木を避けながら雑草木だけを刈り取らなければならず、苗木を植える標準的な間隔である2m前後(約1.8~2.3m)の間を走行可能な小型機でなければなりません。
そこで今回の実証は、公称60度の急斜面を登坂する能力があり、機械幅1.14~1.54mの小型サイズで、かつクローラー駆動という草刈機、イタリアのMDB社製「LV300 PRO」を選びました。リモコンで操作でき、草を巻き込んで細かく粉砕しながら刈り取るハンマーナイフ式であり、スピンターンによる小回りもできるなど、下刈りに使うための条件を満たしていました。
次に草刈機に搭載するCLAS対応受信機の性能を、下刈りの現場で検証しました。草刈機には予め苗木の位置を登録して、それを避けながら雑草を刈り取る必要がありますが、山林におけるみちびきCLASの性能は未知数でした。そのため、事前に3種類の異なるメーカーのCLAS対応受信機を用意して、性能検証としてFIX率と測位精度の高さを比較して、実証で使用する受信機を選定しました。
続いて草刈機の動作特性を検証しました。LV300 PROを手動で走行させて、傾斜に沿った縦走行と、等高線に沿った横走行を比較したところ、横走行は傾斜20度程度で横滑りが発生し、地面の条件によって滑りの量も大きく異なるため、横走行の自動化は難しいことが分かりました。一方、縦走行では25~30度程度の斜面まで登坂可能で、安定した走行が可能なため、斜面において草刈機を自動走行させる場合は、縦走行で往復する形が適しているという結論に至りました。
以上の事前検証を踏まえて、自動化システムの開発に取り組みました。草刈機には、CLAS対応受信機とアンテナをそれぞれ2台搭載しました。アンテナは草刈機の前後に設置し、2点の位置情報をもとに車両の方位角を検出することができます。また、2つのCLAS対応受信機にはエッジコンピュータが接続され、これにより草刈機の動作が制御されます。エッジコンピュータには、Bluetoothにより自動運転の設定を行うための携帯端末と、手動運転用のプロポ(コントローラー)が無線接続されます。
携帯端末からウェイポイント(走行経路上の地点情報)を設定することにより、エッジコンピュータがCLASの高精度位置情報をもとに方向制御、及び速度のPID制御(比例制御、積分制御、微分制御の3つを組み合わせた制御方式)を行うことで、苗木を避けて雑草木だけを刈り取る自動運転が可能となります。
今回の実証では、まず平地の舗装された駐車場においてウェイポイントを指定して走行を行い、正しく動作することを確認しました。さらに山間部での走行に備えてPID制御パラメーターの調整、及び操舵プログラムの改良を行っていたところ、プロポや携帯端末との通信を行うための受信機にトラブルが発生したため、実証期間内に山間地で実際に自動での草刈り作業を試すことはできませんでした。その結果、雑草木の少ない冬季の林業現場において、草刈りを伴わない移動体測位の実証のみ実施する形となりました。
この実証では、長野県が提供している航空レーザーデータ(数値標高モデル)を背景地図として使用し、苗木が植えられている最大25°程度の斜面においてウェイポイントを設定し、苗木間のほぼセンターを走行させました。FIX完了後に延べ600m、最高速度1.2m/秒で走行させたところ、走行時間967秒の間、FIXが継続したことが確認されました。測位精度も誤差が約4.0cmと、高い精度で走行できることが確認できました。
野本氏はこの結果について、「苗木の植栽間隔が現行制度の最大間隔となる2.23mの場合であれば、測位方式としてCLASを採用することに問題はないことが確認できました」と好評価です。また、林業の現場は斜面や木により電波が遮蔽され、マルチパスが起きやすい環境のためミスFIXが起きやすくなりますが、2台のCLAS対応受信機を使うことで、1台がミスFIXした場合に、2つのアンテナ間の距離を演算することでミスFIXを検知可能であるという知見も得られました。
今回は実証期間内に実際に自動で草刈りを行うまで至りませんでしたが、野本氏は今後も開発を継続し、操舵プログラムを改良してPID制御パラメーターの調整を進めることで、2024年夏までに、草や葉によって測位環境が悪化する環境において改めて公開実証実験を行う予定です。また、今回の成果をもとに苗木と草刈機の位置と方角を携帯端末に表示し、オペレーターによる手動運転を支援するためのガイダンスシステムを開発し、2025年には製品化する予定です。
草刈機の自動化については、現状では走行中の横滑りへの対策が課題となっています。滑りが発生した場合に備えて衛星測位以外のセンサーや制御機器を搭載するのは使用条件が過酷なため難しく、滑りが発生しない10~15度程度の斜度であれば自動化が可能な見通しです。ただ、自動化が商用レベルで実現するまでにはまだ時間がかかると、野本氏は見ています。また、今回は林業の下刈りを想定した実証でしたが、今後は中山間地の農地における草刈りに今回のシステムを展開することも検討しています。
今回、みちびきのCLASを利用した点について野本氏は、「FIXしさえすれば、CLASの測位精度なら下刈りの用途に全く問題なく使用できます。そして、皆伐した場所であればかなりFIXするということも確認できました。CLASの良さは林業の事業者にあまり知られていませんが、無料で簡単に使えるという点がとても魅力的です」と語り、今後CLASの補強対象衛星が多くの衛星測位システムに広がることに期待を寄せています。
(取材/文:片岡義明・フリーランスライター)
参照サイト
※本文中の画像・図版提供:株式会社北相木森水舎
※内閣府は準天頂衛星システムサービス株式会社と連携して毎年、みちびきの利用が期待される新たなサービスや技術の実用化に向けた実証事業を国内外で実施する企業等を募集し、優秀な提案に実証事業の支援を行っています。詳細はこちらでご確認ください。
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2017年01月17日
JR東海、3次元測量で枕木の厚さを高精度に測る装置を開発
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2017年01月16日
セレボ、GPS搭載の自転車用IoTデバイス「RIDE-1」を発売
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2017年01月15日
雪山での滑走経路をスマホに記録できる「Snoway」
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2017年01月11日
神奈川の3市が共同で多言語対応の観光アプリ「おおやまめぐりガイド」
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2017年01月05日
ドライバー向けデジタルラジオ「Amanekチャンネル」で地域活性プロジェクト
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2016年12月21日
Googleが毎年恒例のアプリ「サンタトラッカー」で位置情報ゲームを提供
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2016年12月20日
位置情報で農業経営を支援するヤンマーの「スマートアシスト リモート」
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2016年12月18日
日産が自動運転技術による無人搬送システムを導入
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2016年11月24日
凸版印刷と日の丸リムジンが古地図で江戸観光するタクシーツアーを開始
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2016年11月22日
ゲレンデで現在地が分かるスキー情報情報アプリ「yukiyama」
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2016年11月14日
地図上に画像や情報を記録し、自分だけの地図を作成する「Map Life」
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2016年11月07日
人気キャラ「ハローキティ」の携帯電話が「位置情報」検索に対応
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2016年10月26日
安価な専用端末とスマホを組み合わせた見守りサービス「otta」
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2016年10月24日
マピオン、地図と位置情報を活用した教育アプリの提供を開始
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2016年10月21日
マピオン、観光パンフの電子配信「e-旅めくり」で自治体の観光戦略支援
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2016年10月20日
Google VRに対応したスマホ用の星空アプリ「プラネタリウムVR」
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2016年10月11日
福井県が今年もGPS発信機装着のコウノトリ2羽を放鳥
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2016年10月17日
[続報] 写真で見る福井県コウノトリ放鳥の舞台裏
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2016年10月10日
良心石材、Jリーグ戦スタジアム来場者のスマホに選手のAR映像を提供
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2016年10月05日
バンダイナムコ、位置情報と音声を組み合わせた「ブラメディア」を提供開始
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2016年10月03日
埋もれた観光スポットを発見するデータメディア「spot japan」
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2016年09月27日
SNSで訪日外国人の消費動向を分析する「ロケーショントレンドレポート」
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2016年09月26日
地震発生時に現在地情報を自動通知する防災アプリ「Familoca」
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2016年09月22日
特定スポットでレアな魚を取得できる位置情報アプリ「MyAquarium3D」
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2016年09月16日
「だんじり」の岸和田市、無料観光アプリにハザードマップも搭載
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2016年09月10日
想い出の場所を登録し、動画や写真を届けるアプリ「Spot message」
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2016年09月04日
凸版印刷が店舗射程圏内ユーザーを誘客する「ココチラ」を提供
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2016年09月02日
楽天トラベル、観光パンフ閲覧アプリ「PATW」を発表
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2016年08月31日
横須賀市が位置情報ゲーム活用に向け、ヨコスカGO宣言を発表
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2016年08月27日
現在地の地盤の安全性を確認できる「じぶんの地盤アプリ」
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2016年08月17日
過酷な日本縦断トレイルランレースでGPSトラッキングシステム導入
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2016年08月08日
クラウド型勤怠管理サービス「AKASHI」にGPS打刻機能が追加
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2016年08月06日
マピオンと学研が、写真と地図で夏の自由研究を簡単作成するアプリ
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2016年08月03日
スタンプラリーアプリ「ヤマスタ」が、日本百名山イベントを追加
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2016年08月02日
天草のパラグライダーレースでリアルタイム測位システムを検証
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2016年07月30日
凸版印刷がVRとGPSによる「ストリートミュージアム」で新展開
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2016年07月25日
花火の見え方をスマホで事前確認できる「AR花火スコープ」
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2016年07月20日
位置と時間にフォーカスしたライフログアプリ「.location」
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2016年07月17日
GPS応用の速度計でビジネス展開する「バイオスシステム」 [前編]
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2016年07月18日
GPS応用の速度計でビジネス展開する「バイオスシステム」 [後編]
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2016年07月14日
ジョルダン、全世界で利用できる安否確認システムを10月に提供開始へ
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2016年07月13日
ヤマハが衛星測位で無人自律航行できる小型電動観測艇を発表
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2016年07月05日
高崎市、高齢者向けGPS端末の無料貸出を障害者にも拡大
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2016年06月07日
車両の走行状況で保険料率が変わる「テレマティクス保険」
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2016年05月26日
軽貨物配送のマッチングサイト「ハコブリッジ」
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2016年05月24日
観光コンテンツを活性化。青森発ベンチャー「ナビチャリ」への期待
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2016年05月18日
オフラインでGPSルート検索可能な海外観光アプリ「HowTravel」
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2016年05月11日
クボタ、業界初のGPS田植え機を9月に発売
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2016年04月20日
オープンデータで避難所地図を表示する「ヒナンパス」が、熊本地震に暫定対応
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2016年03月27日
「飯田お練りまつり」に位置情報のクラウドサービス導入
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2016年03月23日
車両情報と位置情報でリアルタイムに社用車を管理する「ProPosition」
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2016年02月18日
佐賀で産官学が連携し、ドローン空撮で無農薬・減農薬栽培の害虫探し
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2016年01月23日
「サイレントログ」で生活記録に位置情報を追加する
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2015年12月22日
携帯圏外でもスマートフォンのGPSナビが使える「Geographica」
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2015年11月27日
鳥取市の「1000円タクシー」が位置情報で翻訳精度上げる社会実証
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2015年11月25日
街の利便性向上に位置情報を役立てる富山市の「おでかけっち」
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2015年11月03日
岩手県滝沢市が「モバイル登山届」を導入へ
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2015年10月25日
福井で放鳥された2羽のコウノトリが位置情報を発信中
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2015年10月06日
ラグビーやサッカーに使われるGPSportsの衛星トラッキングシステム
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2015年10月01日
高円寺の阿波踊りで「踊る阿呆」を追跡するシステム
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2015年09月25日
警報に連動して位置情報を自動通知する『ココダヨ』サービス
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2015年09月24日
高崎市が徘徊高齢者をGPSで発見する救援システム運用へ
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2015年09月21日
安全で楽しい登山を! 緻密なプランニングを可能にする「ヤマプラ」
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2015年09月20日
来年配信のポケモン最新作は、位置情報を活用したスマホゲーム
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2015年09月15日
JR東日本がGPSを活用した列車接近警報装置を開発導入
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2015年09月14日
“爆買い”を加速!? 位置情報でピンポイントの広告配信
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2015年09月11日
東芝がGPS機能付き腕時計型生体センサ「Silmee W21」を11月発売
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2015年09月10日
陸上自衛隊が富士通の災害救助活動支援サービスを導入
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2015年09月09日
「最短20分!」という楽天の新・配送サービス
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2015年09月07日
山形の新庄まつりで山車の位置把握にGPSを導入
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2015年09月02日
SNSと位置情報を連動させるO2Oサービス「Social Beacon」が始動
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2015年08月21日
奈良市、認知症高齢者の見守りにGPS端末貸出を開始
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2015年08月14日
GPSで現在地を示して不便を解消。東京都交通局の「バスロケシステム」
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2015年08月13日
コロプラとKDDIが共同で位置情報ビッグデータの分析サービス
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2015年08月12日
GPS機能を活用して、今いる場所にスピーディな宅配サービスを実現
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2015年08月05日
弘前市、公用車にGPS機能を搭載した車両管理システムを導入
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2015年07月23日
全国の花火大会を位置情報ゲームで回るイベント、9月まで開催中
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2015年07月15日
位置情報でアウトドア・ライフを後押し! 登山者向けコミュニティ「YAMAP」
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2015年07月13日
UPRとKDDIが温度・湿度を管理できる位置情報端末「なんつい」を開発
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2015年07月09日
ペットや子どもの迷子を防ぐ! GPS機能搭載の迷子札「BiKN」のシステム
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2015年06月25日
北海道で活用が進む、農業用GPSガイダンスシステム
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2015年06月11日
[実証] 都市部でのQZ1測位モード比較
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2015年05月20日
日本交通が提供する位置情報を活用したタクシー配車アプリ
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2015年04月22日
NTTドコモが、位置情報を活用したモビリティシェア事業で新たな取り組み
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2015年03月23日
神奈川・横須賀市が、位置情報ゲーム「Ingress」で観光振興