簡易式レーザー獣害対策装置

カメラやガルバノミラーを使うと、どうしてもコスト高になるので、安価な材料でレーザーを照射する簡易式レーザー獣害対策装置を作ってみました。電池で動作します。ESP32で制御しています。また、安価なステッピングモーターを使っています。ステップモーターの取付けを工夫することで部品点数を減らしています。

ケースは、バックルコンテナ BL-1.5
外寸:幅約21×奥行16.5×高さ9.5
に入れてあります。

ラインレーザーを上下に振る仕組みです。線を動かしているので、畑一面をカバーできます。動体センサーも内蔵していて、剛体を検知してレーザーを照射します。

センサーノードとも連携して、センサーノードが検知したら、レーザーを照射します。複数の簡易式レーザー獣害対策装置があれば、センサーノードからの通知で、全てのレーザーが照射されます。害獣が視線を向けた途端に、眩しい光に見舞われます。

カメラやガルバノミラーが付いていないので、狙い撃ちはできませんが、面照射でレーザーが害獣の目に入る確率を高くすることができます。


害獣から見ると、このように見えます。目の近くに来ると、かなり眩しいです。

こちらは、点発光レーザーを水平方向に振るタイプです。点が移動して線になります。ラインレーザーよりも強力ですが、害獣の目に当たる確率は低くなります。

中身は、この様になっています。RTCがあるので、WiFiが届かなくても動作します。内部の時計で、動作する時間になるまで、Deep Sleepします。

動きセンサに反応があれば、他の獣害対策装置にも通知します。外観の写真です。ホームセンターで売っている小さなBOXに入れてあります。

バッテリーは、充電式ニッケル水素電池単三6個を使っています。レーザー攻撃をしなければ、長い日数、持ちます。レーザー攻撃をし続けると、一晩で充電切れになります。ACアダプター5Vでも使えるようになっています。電源が使える場合には、ACアダプターを使うと、電池の交換がなくて便利です。

動作時のムービーです。ラインレーザーは3号機です。レーザーを振る方向が上下になっています。線を動かすのでレーザー照射領域は、面になります。

配置方法は、できるだけ複数の装置を使い、対角に配置します。これは、害獣がレーザーにお尻を向けても、反対側のレーザーから攻撃できるからです。

感知領域以外の場所には、SensorNodeを配置します。畑への侵入経路に配置するのが良いでしょう。


こちらの方は、レーザーが視線方向を向いた時だけ明るくなります。しかし、明るさはラインレーザーよりも強力です。

レーザー光線は、地上40cm程度の高さで、水平に照射するようにします。これは、鹿や猪の目の高さに合わせるためです。同時に、人間の目に入らないようにするためです。

複数台の装置があれば、どれかのセンサが反応すれば、全てのレーザーが発射されます。害獣の目に届く確率が高くなります。UDPとHTTPで通知できます。ブラウザからでもレーザー照射を命令できます。

もし、家の近くの畑に、WiFiが届いていなければ、無線LAN中継機を使うと電波が届くようになります。畑は、見通しが良いので、かなり遠くまで届くようになります。

鹿や猪は、夜行性なので、畑への侵入は深夜、早朝になります。獣害対策装置は、夜の9時から、朝の6時までしか動作しません。昼間は、畑で仕事をしていても安全です。

動作中は、IPを持っているので、pingに反応します。パソコンから、動作しているかどうかをチェックできます。

トレイルカメラとの連動も可能です。トレイルカメラの多くは、動物検出時に赤外線ライトを照射します。この赤外線ライトの信号を獣害対策装置に接続すれば、トレイルカメラの動作時にレーザーを照射できます。受動的なだけであったトレイルカメラの攻撃手段となり、害獣を追い払う状況を撮影できます。

 

 

 

PiCamトレイルカメラ

Raspberry PiとI Rライトを使った、トレイルカメラを作成しました。既存のトレイルカメラは、IRライトの到達距離が短く、数m先しか写りません。そこで、強力なIRライトを搭載した、トレイルカメラを考えました。

使用したIRライトは、8Wで波長850nmのもので、パワーLEDが6つ搭載されています。20〜30mは照らせるというものです。

電源は12V8.5Aのものです。DCDCで12Vから5Vを作って、Raspberry Pi 3 Model Bに接続してあります。Raspberry Piには、IRカメラがつながっています。

ケースに収めた写真がこれです。

IRライトの上部にカメラが覗いています。このトレイルカメラには、センサーが付いていませんが、獣害対策装置やSensorNodeが害獣を検知した時に、UDPによる通知を受けて、録画を開始します。録画処理には、OpenCVを使っています。mjpg-streamerで画像をストリーミング配信しているので、ブラウザからカメラの画像を見ることもできます。

夜間撮影に備えて、ISOを高くして、露出をNighにしてあります。昼間でも、若干、白黒っぽい画像になります。

 

 

ソーラーパネルによる電源フリー化

獣害対策装置は、屋外に設置されるものです。電源の確保が課題になります。家庭用電源が届くところなら問題ありませんが、畑や山の中では、電源線を引き回す事ができなくなります。バッテリー駆動させることになりますが、バッテリーは消耗するので、時々、バッテリー充電のための交換が必要になり、非常に面倒です。

そこで、ソーラーパネルを使うことにします。バッテリーは、バイク用の12Vの小さなバッテリーを使います。バッテリーの充電には、充電コントローラーが必要です。

ソーラーパネルは、これを使いました。京セラのソーラーセルを使い、アルミ枠で固定されていて、しっかりとした作りになっています。5Wの電力があります。重量は1kgと少々、重ためです。

充放電コントローラーは、これを使いました。安物ですが、十分使えそうです。

バッテリーは、これです。[ サイズ ] 高さ8mm 幅7mm 長さ11mm/[液入り重量 ]約1.48kg と小型です。

配線は、このようになります。

簡単ですね。これで、バッテリーが消耗した時には、ソーラーパネルからの電力がバッテリーにチャージされます。木材を柱にして、ソーラーパネルとバッテリー、充放電コントローラーを取り付けます。充放電コントローラーは雨水が入らないように、ビニールで覆って防水します。購入費用は、約5,500円ほどでした。これで、数年間は電源の心配をしなくても済むと考えれば安いものでしょう。少なくとも、数日おきにバッテリー交換に出向かなくても済みます。

獣害対策装置は、太陽が出ている昼間は、動作していないので、バッテリーチャージに励む事ができます。太陽が沈んだ夜間は、バッテリーに蓄えられた電力で、獣害対策装置が動作します。実験したところ、一晩で、バッテリーの30%ほどが使われていました。昼間の太陽の光で、夕方にはフル充電になっていると思います、

 

ちょっと、かっこいいですね。

 

Loboの作り方

レーザー式獣害対策装置 Lobo Jr.の作り方を説明します。Lobo Jr.は、シンプルな構成で、接近してきた害獣を検知して、レーザーモジュールをモーターで回転させながら、レーザー光線を照射します。夜行性の動物を追い払うものです。害獣の検出には、マイクロ波ドップラーセンサー(RCWL)を使っています。このセンサーは、5m〜7mの検出距離があり、害獣が草陰に隠れていても検出することができます。センサーの検出範囲を拡大するためのSensorNodeもあります。複数のSensorNodeを10m間隔で配置すれば、広い範囲で害獣の検出が可能になります。

材料

ESP32 NodeMCU
Steper Moter(Stepper 28BYJ)
コンデンサ
DC-DC
RCWL-0516
ボタン電池
RTC DS3231
マイクロスイッチ
アクリル板
バックルコンテナ BL-21
DCジャック
TBD62003APG
4.7kΩ カーボン抵抗
3.3V 三端子レギュレター
 5V ACアダプター
グリーンレーザー
アクリルサンデー
ハンダゴテ
ハンダ
カッターナイフ
ラジオペンチ
ニッパ
ドリル
配線材
ユニバーサル基板
ヘッダーピン
スペーサー
ビス類

角柱

注)レーザーを直視しないようにしてください。屋外では、1mW以上のパワーがあるレーザーが効果的です。

配線

配膳図に従って、配線していきます。

 

 

部品

三端子レギュレターは、レーザーに電源を供給するためのものです。INPUTに5Vを入れれば、OUTPUTから3.3Vがでてきます。

レーザードライバーには、TBD62003APGを使います。

7チャネルあり、各チャネル毎に500mA流せます。7チャネルを一つに束ねて並列で使用します。入力には、3.3Vを与えれば、出力がGNDにつがります。いわば、スイッチのような役割になります。

ステッピングモーターは、5個で1080円の格安ステッピングモーターを使います。このモーターには、ULN2003ドライバーボードが付いています。

モーターの根本のコードが切れやすいので、ホットメルトでコードとモーターを固めて使うのが良いでしょう。

マイクロスイッチは、モーターの原点だしのために使います。このマイクロスイッチは、常閉型(通常ON、押すとOFF)です。過電流が流れないように、4.7kΩをつないでおきます。

RTC(リアルタイム・クロック)は、時刻を保持するために使います。常時、WiFi接続できる環境では必要ありません。RTCは、I2Cインターフェースに接続します。I2Cインターフェースのクロックは、最大で100kHzです。少し低めの500kHzで使ったほうが、読み出しミスが少なくなります。

 

RTCのバッテリーは、充電可能なリチウム電池を使います。RTCにつながっている電源で充電されます。

ESP32は、ESP32-DevKitCが使いやすいですが、少々、値段が高いです。

より安価な ESP32 NodeMCUボードでも使えます。このボードの場合、プログラムを書き込むときに、右側のボタンを押す必要があります。ESP32-DevKitCの方は、ボタンを押す必要はありません。

RCWL-0516マイクロ波レーダーセンサーは、安価に入手できます。VINには4V以上必要なので、5Vを入れます。

レーザーは、高出力タイプのものがよいでしょう。ラインレーザーが適しています。グリーンレーザーが明るく見えます。国内では、入手しにくいので、ebayなどで購入します。様々な種類がありますが、小型のレーザーモジュールを選んでください。

532nm 50mw Green Line Laser Diode Module Brass 3-4.2V w/ Driver + Springならば、1736円で購入できます。

また、ポイントレーザーならば、50mw 532nm DIY Green beam Free Driver Brass Green Laser Dot Module New /Wで、191円で購入できます。

なお、ハイパワーのレーザーの使用は、各人の責任のもとで行ってください。

日本国内では、出力:1mW以下のものが販売されています。

こちらを使う方が安全です。

昇圧型DC-DCは、バッテリー駆動の場合には必要ですが、ACアダプターで5Vを供給する場合には不要です。

モーターの取付け方

ステッピングモーターの取付け方は、回転軸をアクリル板に開けた穴に差し込んで、モーター側を回転させます。モーターに、レーザーを取付けます。レーザーホルダーは、20mmのパイプホルダーを使います。両面テープで貼り付けておけばいいでしょう。

ラインレーザーを使う場合は、レーザーを上下に振るように取付けます。

 

ポイントレーザーを用いる場合には、レーザーを左右に振るように取付けます。

オプション

他には、オプションでソーラーパネルで昼間に充電することもできます。バッテリーには、バイク用のバッテリーを使うと良いでしょう。購入には、両方で約5000円ほどかかります。

ソーラーパネルによる電源フリー化の記事に詳しく書いています。

 

ESP32のプログラミングは、ArduinoのIDEを使います。ソースコードは、近日、Githubなどに公開予定です。実は、ハードウエアよりも、ソフトウエアの方が、開発は大変でした。

効果

2018年5月29日、Lobo Jrの後ろに、大きな鹿の足跡がありました。慌てて逃げたのだろうと思われます。害獣がLoboの背後に回らないように、壁際に設置するようにしましょう。

なお、本製作記事を参考にした制作物による事故などには、責任を持てません。各自の責任で行ってください。

お問い合わせは、ここからお願いいたします。


SensorNode

RCWL-0510マイクロ波レーダーモーションデテクタESP8266を使った、センサーノードです。バッテリーで動作します。昇圧型DC-DCを使っているので、バッテリー電圧が2Vに低下するまで動作します。

100均で買ったタッパーに入れてあります。こんなに小さいのにIPアドレスを持っています。

動体を検知すると、UDPポート5001番に通報してくれます。

中身は、とてもシンプルです。動体センサーは、障害物があっても透過するので、タッパーの中に貼りつけてあります。

回路図です。配線図かな。

LEDは視認用なので、何でも構いません。

これが動体センサーを外側から見たところです。両面テープで貼りつけてあります。

普段は、ただのタッパーですが、近くに動くものが現れると、LEDが点灯して、UDPに通報してくれます。

通常、RCWLの検知範囲は7mほどです。14m間隔に、センサーノードを置いておけば、広範囲で動体が検知できるようになります。

 

レーザートラッカー試作機

獣害対策の必要性

平成26年度の全国の野生鳥獣による農作物被害状況は、合計で191億円となっています。そのうちでも、鹿による被害が65億円、猪による被害が54億円、猿による被害が13億円、烏による被害が17億円となっています。鹿と猪が、こんなに増えたのは、天敵であった狼が絶滅したこと、狩猟を行うハンターの減少、温暖化で冬でも食べ物があって越冬できるようになったことなどが原因だそうです。

特に鹿は増加傾向にあり、非常にひつこく、頻繁に出現し、畑の農作物を壊滅状態にしてしまいます。何よりも、せっかく作った作物を食べられた時の生産者の落胆が大きく、農作物を作る気が失せてしまいます。新就農者の場合、貸してもらえる土地は、獣害に遭いやすい場所が多く、中には、夜間の見回り中に、猪に襲われて大怪我をしたという話も聞こえてきます。

柵による対策も、2m以上の高さの柵を張り巡らさねければならず、設置の労力や資材費用の面でも大きな負担となっています。

捕獲檻を設置しても、なかなか入ってくれません。また、捕獲檻に餌を入れたり、害獣が檻に入っていないかどうかの見回りも労力がいります。猟友会による捕獲も、数が多くはなく、また、猟友会会員の老齢化が進み、ハンター不足になっています。

レーザーを活用した獣害対策

レーザーを活用した獣害対策を考えてみましょう。

  • 目的  畑の作物を獣害から守る
  • 状況  獣害は、夜間や明け方に発生する
  • 対策
    • 人感センサーで鹿や猪の接近を検知する
    • 赤外線ライトを点灯して、赤外線カメラで瞳の反射を検知
    • 瞳近くにレーザー光線を照射
    • 検知限界まで追跡

レーザーは、非常に明るい輝点が、遠方まで届きます。広い農場をカバーするのに適しています。また、夜行性動物の瞳孔は開ききっているので、明るいレーザー光が一瞬でも目に入ると、非常に眩しく感じるはずです。場合によっては、しばらく白点が目に浮かんで、視覚が機能しなくなることでしょう。

動作時間

夜の9時から翌朝4時まで動作。それ以外の時間帯は動作しない。

利用環境

  • AC100V、WiFiアクセスポイントがある場所で利用する
  • WiFiコントロール (RaspberryPi3利用)
  • 雨露が防げる天井の下に設置する
  • 風で飛ばされないように固定する

試作3号機

試作3号機は、赤外線ライト2基と赤外線カメラ、サーマルカメラをもち、Projection Ballでレーザーを照射する仕組みです。Projection Ballの照射範囲は、あまり広くはありませんが、サーマルカメラの撮影範囲はカバーできます。

赤外線カメラに写った害獣の瞳は、とても明るく写るので、単純な閾値の二値化で検出することができます。

フレーム画像毎に二値化処理を行って、中心座標を算出すれば、瞳孔の追跡ができます。適切な予測フィルター処理を行えれば、害獣がどこに移動するか、予め予測できるかもしれません。

では、人間が写った場合にはどうなるのでしょうか? 害獣のようにレーザーが照射れれるのでしょうか?

人間の場合、衣服を身に着けているので、衣服の漂白成分が明るく写ります。また、人間の瞳はあまり明るく写りません。なので、人間の瞳をめがけてレーザーが照射されることはありません。

さらに、サーマルカメラも併用して、明るく写っている点が体温程度の温度であることを検知することができます。

電子ライターで、赤外線と熱をだした場合、正確にレーザーで狙い撃ちできます。熱源であった場合だけレーザーを照射することで、飛来する虫や風の影響などによる誤動作をなくすことができます。

その他の工夫

基本的に、レーザーは水平よりも下側に照射されるようにセットします。それでも、地形によっては、民家や道路が照射範囲に入るかもしれません。そこで、攻撃する領域のマスク画像を作っておき、レーザーが照射される範囲を限定することができるようにしてあります。

また、計算負荷が増加しますが、人工知能による画像認識で、人間か害獣かの判別も行うことができます。害獣だけにレーザーを照射し、人間や自動車などにはレーザーを照射しないようにすることができます。

しかし、真夜中の畑に入り込んで、這いずり回っている人間がいたとしたら、かなり事件性を疑うべきかもしれません。

利用用途

1.獣害に困っている農地での利用

2.ゴルフ場や公園、屋外施設での獣害対策

3.防犯対策

4.倉庫や工場での発熱検知、発熱源のレーザーポインティング

展示会デモ

本レーザートラッカーは、展示会で参考出品いたします。

2017年10月4日から6日 幕張メッセ バイオオプト展 アイティプランツ ブースにて

2017年10月18日〜20日 長浜バイオ大学ドーム びわ湖環境ビジネスメッセ 「環境」と「健康」産業振興プロジェクトゾーン X-02

 

お問い合わせは、ここからでお願いします。

 

 

 

鹿捕獲状況の整理

鹿や猪が現れる時間帯が分かれば、対策が立てやすくなります。2014年6月に捕獲檻を設置して、2017年3月現在までで、捕獲した害獣の捕獲状況を整理してみます。日の出、日の入り時刻、月齢、月の出、月の入り時刻、天候などが重要な要因となるのではないかと考えます。

2014年6月2日 晴
日の出 04時26分  : 日の入 18時52分
月の出 08時15分  : 月の入 22時04分
最高気温 31.0 (14:30)
最低気温 18.6 (05:20)



2014年6月5日 晴れ
日の出 04時25分  : 日の入 18時54分
月の出 10時57分  : 月の入 23時43分
最高気温 25.8 (16:40)
最低気温 19.7 (00:20)




2014年6月14日 晴れ
日の出 04時24分  : 日の入 18時58分
月の出 19時53分  : 月の入 05時23分
最高気温 25.6 (12:50)
最低気温 16.1 (05:00)


2014年12月8日 晴れ
日の出 06時37分  : 日の入 16時28分
月の出 18時15分  : 月の入 07時40分
最高気温 9.2 (14:20)
最低気温 0.3 (02:30)

2014年12月25日 晴れ
日の出 06時48分  : 日の入 16時34分
月の出 09時03分  : 月の入 20時15分
最高気温 8.2 (00:20)
最低気温 4.2 (14:30)

2015年4月26日 晴れ
日の出 04時55分  : 日の入 18時23分
月の出 11時17分  : 月の入 00時20分
最高気温 24.9 (15:00)
最低気温 8.1 (05:00)


2015年11月5日 晴れ
日の出 06時06分  : 日の入 16時43分
月の出 **時**分  : 月の入 13時17分
最高気温 20.9 (14:00)
最低気温 9.8 (06:30)



2015年12月17日 晴れ
日の出 06時44分  : 日の入 16時30分
月の出 10時48分  : 月の入 22時28分
最高気温 9.4 (13:20)
最低気温 3.7 (22:50)



2016年11月4日 晴れ
日の出 06時06分  : 日の入 16時43分
月の出 09時39分  : 月の入 20時04分
最高気温 16.7 (14:20)
最低気温 8.4 (23:50)

共通することは、天気のいい日の朝に、檻に入っているということです。月齢は、あまり関係ないのかもしれませんが、満月なら、夜明け前でも明るいことは確かです。

4月〜6月末まで、11月〜12月末までが、よく檻に入っているようです。つまり、畑を荒らしに来ているということですね。ちなみに、鹿の繁殖期(9月末~11月頭)だそうです。また、ニホンジカの妊娠期間は約230日で、5月下旬頃から出産が始まり6月の初旬が出産のピークとなります。つまり、繁殖期と出産期に、餌を求めて畑を荒らしに来るようですね。そう言えば、6月に入っていたメス鹿のお腹には、子供がいたようです。

3月下旬から6月末までと、10月下旬から12月末までが、要警戒期間となりますね。

レーザーは雨が降ったり、雪が降ったり、霧が出たりすると効果が半減しますが、獣害が起こるのは、晴れた朝方なので、レーザー効果があると思われます。

 

ジビエ肉

2017年6月11日(日)

オス鹿捕獲

久しぶりに鹿が入っていました。

頭に角がありました。オス鹿です。今まで、メス鹿がほとんどでしたが、オス鹿はこれで2頭目です。まだ、角が生えだしていないので、若いオス鹿でしょう。

捕獲の記録を残します。今年から、スケールも一緒に撮影することになったそうです。

ダニがいっぱい取り付いています。ちょっと引いてしまします。。

清流が流れている山で捌きます。

 

血抜きと熟成を兼ねて、少し吊るしておきます。虫がたからないようにビニール袋を被せてあります。

 

ロース肉部分と、ハツ(心臓)です。エバラ焼肉のタレに漬けて、焼いて食べると美味しいそうです。

 

 

獣害対策(追払い編)

レーザーをランダムに照射する方法は、失敗でした。最初は、遠くからレーザーの輝点が動くのを観察していたのでしょう。そして、そろそろと近づいてきても、自分の動きには反応しないことを学習したのだと思います。鹿は、「この光は、自分には関係ない、ただのそういう現象だ」ということを学習したのだと思います。単なる現象ならば、恐れるに足りずということで、どんどん畑に入ってきて、植えてある野菜を食べだしたことでしょう。食べている時に、レーザーが目の近くに来ると眩しいので、レーザーの方にお尻を向けて、食害を続けたことだと思います。

レーザーを動かすサーボモーターも、1ヶ月間、夜間連続で動かしたためか、動きがおかしくなってきました。サーボモーターの故障のようです。レーザーの動く範囲が狭くなりました。

今回のレーザー光線ランダム照射実験から得られた課題をあげていきましょう。

1.鹿や猪の検出

やっぱり、害獣が畑に来たことを検出してからレーザーを動かさなければなりません。レーザーが動くのは、極、短時間でいいのです。

2.追払い動作

害獣の目の近くにレーザーが照射されなければ効果がありません。検出した害獣の目を検出して、正確に、レーザーを命中させる必要があります。これは、かなり高度な技術になります。

3.追撃動作

追払い動作だけでなく、害獣が逃げ出したら、すかさず追撃して、害獣に、ここまで来れば安全だと思わせないことです。完全に姿が消えるまで、追撃動作を続ける必要があります。

他にも気がついたことは、追払い動作の前に、何か特徴的な音をだすことです。害獣は、この音と追い払われて追撃されたことを記憶して、この音を聞くだけで逃避行動を起こすようになるでしょう。

4.逃げない時には?

レーザーでは逃げない可能性もあります。そこで、逃避行動が確認されない場合には、第二の追払い動作を行います。ロケット花火の自動発射がいいと思います。市役所に行けば、害獣追払い用のロケット花火や爆竹を無償で配布してくれます。このロケット花火を空に向けて発射すれば、爆音に驚いて逃げると思います。2発くらいは、発射したいところです。

ロケット花火以外には、BB弾のおもちゃの機関銃とか、水鉄砲とかが考えられます。

5.課題は?

先ず、真っ先に思い浮かぶのは、害獣ではなく、通りすがりの人間や自動車に向けての追払い行動が発生しないかどうかということでしょう。自動車の運転手の視界にレーザーが入ってきては、事故になりかねません。誤動作がないように、安全対策を施さなければなりません。他にも、何も来ていないのにロケット花火が打ち上がることも防がなければなりません。当然のことながら、雨や霧、風による草木の揺れ、昆虫の飛翔、日射変動にも反応しないようにしなければなりません。攻撃よりも、むしろ、安全対策のほうが大変そうです。

6.その他の難しさ

電源やWiFiが届かない場所での設置があげられます。ソーラーバッテリーで電源の確保をしなければなりません。また、バケツリレー方式でWiFiが届く範囲を広げるか、FONみたいなパブリックWiFiにつなげるかしなければなりません。WiFiスポットがなければ、3G通信になります。