【水耕栽培】テスト運用を踏まえた改善点の検討

こんにちは。桂田社長の右腕の兼田です。

数日だけでしたが、豆苗の水耕栽培システムのテスト運用を終えました。今回のテスト運用について、まとめたいと思います。

概要

本格的な水耕栽培の実施のために、最初のステップとして比較的簡単に行える「豆苗の水耕栽培」に挑戦しています。

豆苗の水耕栽培をする上で、重要な要素の一つである室温を計測し(1)、同時に豆苗の輪郭面積も計算(2)しました。2つの値をデータベースに登録した後、時系列変化をグラフに描画(3)しました。

今後、水温や湿度など水耕栽培に必要な数値を扱っていく上で、室温の計測を通して機材の扱いに慣れることや、さらに室温と豆苗の成長率の相関について考察できると期待しています。

具体的な手法

(1)はRaspberry Piに繋いだ温度センサーを、Pythonで書いたプログラムで1時間に1度動かし、室温を取得します。id（データの順番）と室温、日時をデータベース（SQLite）に登録しておきます。

(2)は、定点カメラで(1)と同じ時刻に豆苗を撮影するように設定しました。画像データは定点カメラ内のSDカードに保存されます。後に時刻がわかりやすいように、隣に時計もおいておきます。

SDカードから画像を読み込み、OpenCVとPython（C++も使えるのですが、簡単に導入できるということでPythonを選びました）で豆苗の輪郭面積を計算します。

(3)は、(1)、(2)のデータを取得し、Bokehというライブラリを使ってそれぞれグラフに描画します。グラフを画像で保存して、「室温変化グラフ」、「豆苗の輪郭面積変化グラフ」としてGitHub Pagesで使った専用のサイトで公開します。

結果

上記の手法で、最初のテスト運用を終えました。結果は下のようになりました。

↓「室温変化グラフ」（2021年7月1週を選択して下さい。）

↓「豆苗の輪郭面積変化グラフ」（2021年7月1週を選択してください）

↓定点カメラで撮影した映像はこちらです。

これらの結果を踏まえて、改善点を上げようと思います。

改善点①

まず、豆苗の輪郭面積のグラフですが、本来時間がたつにつれ豆苗が成長して、グラフは正の傾きになっているはずです。

しかし、下のようにグラフ縦軸（豆苗の輪郭面積）は常に増加しているわけではありませんでした。

原因として、上の定点カメラで撮影した映像を見てもらうと分かると思うのですが、豆苗の成長部分（上の方）が切れちゃっていることが挙げられます・・・。

また、誤差として考えるべきなのかもしれませんが、値にかなり変動があります。

水の入れ替えをするときに、豆苗を置く位置が変わってしまっていたのかもしれません（気を付けていたのですが）。もしかすると、この豆苗はある程度成長したものを購入しているので、0から成長していく様子を観察した方が分かりやすいのかもしれないとも思います。

これらは、撮影前に画角を確認すること、豆苗を動かさずに水を入れ替えることで改善できると思います。

豆苗がうまく成長していないようだったら、種から育てるか、一度切って晩御飯にします。

改善点②

次に、YouTubeに投稿した定点カメラで撮影した映像ですが、温度センサーは毎時の00分にプログラムを起動させています（しているつもりです）。しかし、動画を確認すると数分遅れています。

また、これは僕の方でしか分からないのですが、温度を取得するプログラムは無限ループで動かしています（詳しくはこの記事）。これではループをこなす度に、プログラムを動かす時間が誤差として生まれてきます。恐らくこれが原因で、温度を取得した時間にも若干のズレがありました。

改善点③

更に、定点カメラで撮影した映像をYouTubeに投稿したのですが、画像を繋ぎ合わせてタイムラプス（映像）に編集したわけではないのです。定点カメラのSDカードには、タイムラプスがそのまま入っていました。

これでは豆苗の輪郭面積を計算するために、タイムラプスからいちいち画像をキャプチャしなければいけません。さすがにめんどくさいのですが、僕の使っている定点カメラはどうやら画像だけ保存するということができないようです…。

改善点②のこともあって、定点カメラはRaspberry Piに直接つなげるカメラに変えた方がよさそうです。Raspberry Piにつなぐことで、cronで（詳しくはこの記事）豆苗を撮影・温度を取得する時間を合わせる事ができるはずです。

桂田農園に来てくださり、ありがとうございます。

苦戦して、結局扱うことが出来なかったcronを使う必要が出てきました・・。受験勉強などもあるので、すぐにできるかは分からないのですが、豆苗の寿命ってどんなもんなんでしょうね・・？