KR101578809B1 - 변량 시비시스템 및 이를 이용한 시비방법 - Google Patents

변량 시비시스템 및 이를 이용한 시비방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 변량 시비시스템 및 이를 이용한 시비방법에 관한 것으로서, 특히 잔디와 같은 작물에 대해 영상으로 생육정보를 획득하고, 획득된 생육정보를 기반으로 변량시비를 수행하기 위한 것이다. 이에, 본 발명은 농작물에 비료를 공급하기 위한 시비(施肥)시스템에 있어서, 작물의 생육상태를 감지하기 위한 카메라(100); 상기 카메라(100)로 획득한 영상정보를 저장하기 위한 데이터베이스(database)(200); 상기 획득한 영상정보를 분석하기 위한 영상정보분석모듈(300); 상기 분석된 영상정보에 따라 시비량을 조절하기 위해 시비모터를 제어하는 제어부(400); 상기 제어부(400)에 의해 제어되며 시비량을 결정하는 시비모터(500); 상기 시비모터(500)에 의해 결정된 시비량을 공급하는 비료컨테이너(600); 상기 결정된 시비량에 따라 공급된 비료를 살포하기 위한 변량시비살포장치(700); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 변량(變量) 시비(施肥)시스템을 제공한다.

Description

변량 시비시스템 및 이를 이용한 시비방법{A fertilizer application system and the fertilizing method using the same}
본 발명은 변량 시비시스템 및 이를 이용한 시비방법에 관한 것으로서, 특히 잔디와 같은 작물에 대해 영상으로 생육정보를 획득하고, 획득된 생육정보를 기반으로 변량시비를 수행하기 위한 것이다.
작물에 대한 비료의 투입은 동력살포기를 이용하여 포장 전체에 대해 일괄적으로 살포되고 있다. 상기와 같은 일괄적 살포에 따라 각 위치별 비료 요구량이 부족 또는 과잉 처방되어 작물의 품질과 생산비 증가, 환경오염 등의 문제점이 발생되고 있다.
종래의 비료 투입 방식은 인력에 의존하고 있어 고강도의 노동으로 인한 피로도가 높고 관련 질환을 야기하고 있음.
또한, 잔디관리의 경우, 시비 외에 종래의 잔디깎기 기계를 이용한 잔디깎기 작업은 작업 소요시간이 길어 인력부족으로 인해 적기 적시에 관리가 되지 않아 상품성 저하 및 소득 감소를 야기하고 있다.
이에 따라 작업자의 노동부하를 경감시키고 작업의 생산성과 효율성을 높일 수 있는 자율운행 기술과 동시에 잔디깎기 작업 및 시비 작업 제어기술과 함께 각 위치별 특성에 따른 처방이 이루어지는 정밀 농업 기술이 필요한 실정이다.
상술한 바와 같은 정밀농업기술은 농자재의 변량형 투입농법(variable rate agriculture)임과 동시에 과거의 정보를 토대로 농자재를 처방(prescription farming)한다는 측면에서 농업의 정보, 전산화와 시스템화를 내포하는 개념이다.
개개의 포장은 토양의 특성, 양분, 수분함량, 병해충 저항정도 등의 각기 달라 생산된 농산물은 질과 양에서 다른 특징을 나타낸다.
한 포장 내에서도 이러한 차이가 존재하기 때문에 포장의 위치별 특성을 이해하고, 각 위치별 특성에 맞는(site-specific)처리가 이루어 진다면 최소 생산비용으로 최대 생산량 및 수익을 확보할 수 있다.
상기와 같은 위치별 특성에 맞는 관리(site-specific management)를 통하여 포장을 관리함으로써 환경오염 및 생산비의 최소화와 작물의 품질개선을 기대할 수 있다.
등록번호 제10-1242278는 시비 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 본 발명은 종래 인력에 의해 골파기, 비료투입 및 메우기 하던 수목의 시비 방식을 탈피하여 기계화하며, 시비 시간 단축, 비용 절감 및 노동력 최소화할 수 있는 시비 시스템에 관한 것이다. 상기의 발명은 동력공급수단을 구비한 견인장치; 상기 견인장치에 연결되어 수목 주변의 지면에 골을 형성하는 복수의 굴착날을 포함하는 굴착수단; 상기 굴착수단의 후방에 설치되어 상기 골에 비료를 공급하는 비료공급수단; 및 상기 비료공급수단의 후방에 설치되어 토출된 흙으로 상기 골을 메우는 복토수단;을 포함하되, 상기 굴착날은 외측방향으로 굽어지고 외측에 설치되는 제1굴착날 및 내측방향으로 굽어지고 내측에 설치되는 제2굴착날을 포함하며, 상기 굴착수단, 비료공급수단 및 복토수단 각각은 상기 견인장치의 좌·우 폭 보다 외측으로 돌출형성되어 소정의 폭으로 식재된 좌·우측의 수목에 대하여 동시에 굴착, 비료공급 및 복토가 이루어지는 것을 특징으로 하는 시비 시스템을 개시한다. 그러나 상기의 시스템은 비료의 양을 조절할 수 없으며 종래의 방법과 같이 일률적인 시비만이 가능하다.
즉, 시비 및 영농 관리 시스템에 있어서, 잔디와 같은 작물에 대해 영상으로 생육정보를 획득하고, 획득된 생육정보를 기반으로 변량시비를 수행하기 위한 기술이 필요한 시점이다.
이에, 본 발명은 농작물에 비료를 공급하기 위한 시비(施肥)시스템에 있어서,
작물의 생육상태를 감지하기 위한 카메라(100);
상기 카메라(100)로 획득한 영상정보를 저장하기 위한 데이터베이스(database)(200);
상기 획득한 영상정보를 분석하기 위한 영상정보분석모듈(300);
상기 분석된 영상정보에 따라 시비량을 조절하기 위해 시비모터를 제어하는 제어부(400);
상기 제어부(400)에 의해 제어되며 시비량을 결정하는 시비모터(500);
상기 시비모터(500)에 의해 결정된 시비량을 공급하는 비료컨테이너(600);
상기 결정된 시비량에 따라 공급된 비료를 살포하기 위한 변량시비살포장치(700);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 변량(變量) 시비(施肥)시스템을 제공함으로써 상기와 같은 문제를 해결하고자 한다.
본 발명에 따르면, 인력에 의한 유인 작업이 아닌 무인작업으로 인력 및 소요시간을 크게 경감시킬 수 있으며, 잔디와 같은 작물의 경우 포장 전체에 대한 일괄적 시비 처방을 각 위치별 특성에 따른 변량적 시비 처방을 할 수 있고, 생육 정보를 측정함에 따라 작물의 생육 상태의 모니터링이 가능하며, 각 위치별 특성에 따라 농자재를 투입함으로써 작물 품질향상 및 생산성 증대의 효과가 있다. 또한 생육 정보에 따라 농자재 요구도를 예측하여 적정량 투입으로 환경 보전의 효과도 기대할 수 있다.
특히, 본 발명은 '영상' 통해 생육정보를 측정하고 모니터링 함으로써 보다 신뢰도 높은 생육정보 수집 및 시비 처방을 기대할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 시비(施肥)시스템의 구성을 설명하는 블록도.
도 2는 본 발명의 영상정보분석모듈을 설명하는 블록도.
도 3은 모터속도에 따른 시비량의 일 실시예를 도시한 그래프.
도 4는 본 발명의 시비(施肥)시스템을 이용한 시비방법을 도시한 순서도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 농작물에 비료를 공급하기 위한 시비(施肥)시스템에 있어서,
작물의 생육상태를 감지하기 위한 카메라(100);
상기 카메라(100)로 획득한 영상정보를 저장하기 위한 데이터베이스(database)(200);
상기 획득한 영상정보를 분석하기 위한 영상정보분석모듈(300);
상기 분석된 영상정보에 따라 시비량을 조절하기 위해 시비모터를 제어하는 제어부(400);
상기 제어부(400)에 의해 제어되며 시비량을 결정하는 시비모터(500);
상기 시비모터(500)에 의해 결정된 시비량을 공급하는 비료컨테이너(600);
상기 결정된 시비량에 따라 공급된 비료를 살포하기 위한 변량시비살포장치(700);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 변량(變量) 시비(施肥)시스템을 제공한다.
상기 변량 시비시스템은 재배하기 위한 작물이 잔디일 경우, 잔디를 깎기 위한 모워(mower)부(800)를 포함한다.
상기 변량 시비시스템은 자동운행을 위한 자동운행부(900)를 포함하며, 상기 자동운행부는 GPS모듈(910), 지리정보데이터베이스(920), 운행스케줄네비게이터(930) 및 맵핑(mapping)모듈(940)를 포함하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 구성에 따라 계획적인 운행관리가 가능해진다.
상기 영상정보분석모듈(300)은 작물의 길이를 분석하기 위한 작물길이분석모듈(310)을 포함하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 재배작물의 길이에 따른 기준 비료투입량에 따라 모터 회전량을 결정하게 된다.
또, 상기 영상정보분석모듈(300)은 작물의 단위면적(㎡)당 피복도(coverage)(잔디가 지면에 덮인정도(%))를 분석하는 피복도분석모듈(320)을 포함하는 것이 바람직하다. 잔디의 경우, 피복도는 잔디가 단위면적 혹은 포장 전체에 얼마만큼이나 분포되어있는 정도를 판단하며, 이 피복도를 기준으로 잔디의 생육정도 및 비료 등의 시비량을 결정할 수 있게 된다.
또한, 상기 영상정보분석모듈(300)은 단위면적당(㎡) 작물의 색상좌표계에 따른 작물의 색상을 분석하는 색상분석모듈(330)을 포함할 수 있다. 잔디의 경우, 상기의 색상좌표계는 60-180도의 녹색생상좌표계를 적용할 수 있다.
상기 영상정보분석모듈(300) 수집된 영상 정보에 기초하여 작물의 등급을 판단하는 등급분류모듈(340)을 포함할 수 있다.
잔디의 경우 잔디 생육등급분류는 최우선적으로 피복도로 분류하게 되며 이에 따라 시비량을 결정하고, 두 번째 판단기준으로 색상에 따라서 시비량의 가감을 추가적으로 결정한다.
<실시예 1>
잔디의 피복도 20%, 40%, 60%, 80%, 100% 로 하여 1, 2, 3, 4, 5 등급으로 설정할 경우, 비료량은 5등급일 때 0g, 4등급 10g, 3등급 20g, 2등급 30g 1등급 40g 으로 시비량을 결정한다. 여기에 잔디 색상에 따라 시비량을 가감한다 예를 들면 살포 피복도 60%(3등급)일 때 시비량은 20g일 때 잔디의 색상을 3단계로 구분하여 연녹색(저)일 때 +10g, 녹색(중) 0, 암녹색(고)일때 -10g으로 비료량을 추가하거나 줄인다. 즉, 피복도 3등급 + 연녹색일 때는 20g + 10g = 30g 이 된다.
<실시예 2>
잔디 생육 등급에 따른 시비량 조절 방법
잔디의 등급 분류는 피복도를 기준으로 5단계의 등급으로 분류한다 즉, 피복도를 기준으로 피복도 20%, 40% ~ 100% 로 하여 1, 2, 3, 4, 5 등급으로 한다. 등급에 따른 시비량은 5등급일 때 가장 적고 1등급일 때 가장 많은 양의 비료를 살포한다 각 등급별 시비량 범위는 0 ~ 50g/㎡ 이다. 이 때의 시비량 제어는 모터의 속도로 결정된다. 모터 속도에 따른 시비량은 도 3에 도시된 바와 같다.
또한, 상기 변량 시비 시스템은 외부서버 또는 단말기와 통신하기 위한 통신모듈(100)을 포함하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 구성에 따라 상기 외부서버나 단말기에 의해 외부로부터의 통제 및 정보공유가 가능하게 된다.
본 발명은 이에 나아가, 농작물에 비료를 공급하기 위한 변량 시비(施肥)시스템을 이용한 시비방법에 있어서,
시비시스템의 카메라(100)를 ON시키는 카메라 작동단계(s100);
상기의 카메라(100)로 부터 영상수신 여부를 판단하는 영상수신 판단단계(s200);
시비시스템의 운행을 위한 시비시스템 시동단계(s300);
시비시스템의 자동운행부(900)에 의한 자동운행단계(s400);
자동운행 중 카메라(100)의 촬영에 따른 카메라 촬영 및 저장단계(s500);
상기 촬영 및 저장된 영상정보를 영상정보분석모듈(300)을 통해 분석하는 영상정보분석단계(s600);
상기 영상정보로부터 작물의 생육정보를 추출하여 분석하는 생육정보 분석단계(s700);
상기 분석된 생육정보에 따라 시비량을 결정하는 시비량 결정단계(s800);
상기 결정된 시비량에 상응하는 시비모터속도을 제어하는 시비모터(500) 제어단계(s900);
상기 시비모터(500)에 의해 변량시비살포장치(700)로 비료를 살포하는 시비단계(s1000)
를 포함하는 것을 특징으로 하는 변량 시비(施肥)시스템을 이용한 시비방법을 제공한다.
재배작물이 잔디인 경우, 상기 시비시스템 시동단계(s300) 이후에 모워(mower)부 작동여부를 결정하기 위한 모워작동여부 판단단계(s310)를 포함하게 된다.
상기 영상정보분석단계(s600)는 작물길이 확인단계(s610);
작물의 단위면적(㎡)당 피복도(coverage)(잔디가 지면에 덮인정도)를 확인하는 작물 피복도분석단계(s620);
단위면적당(㎡) 작물의 색상좌표계에 따른 작물의 색상을 분석하는 색상분석단계(s630);
중 적어도 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 시비시스템의 자동운행부(900)에 의한 자동운행단계(s400)는 상술한 바와 같이,
경작지의 지리정보에 따른 GPS수신단계(s410);
상기 수신된 GPS 정보와 지리정보데이터베이스(920)의 지리정보에 따라 운행 스케줄(schedule)을 산출하는 스케줄링 단계(s420);
운행에 따른 맵핑(mapping) 단계(s430);
를 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 영상정보로부터 작물의 생육정보를 추출하여 분석하는 생육정보 분석단계(s700)는 영상정보분석모듈(300)로부터의 정보에 기초하여 잔디의 등급을 판단하는 작물등급분류단계(s710)를 포함하며, 상기 분석된 생육정보에 따라 시비량을 결정하는 시비량 결정단계(s800)는, 생육정보에 따라 살포할 비료의 종류를 결정하는 비료종류 결정단계(s810)를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 각 단계로부터 수집된 정보를 서버 또는 단말기로 송신하는 송신단계(s2000);
사용자로부터의 입력정보를 상기 시비시스템으로 전송하는 사용자정보 전송단계(s300);
를 포함할 수 있다.
본 발명을 첨부된 도면과 함께 설명하였으나, 이는 본 발명의 요지를 포함하는 다양한 실시 형태 중의 하나의 실시예에 불과하며, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있는 것으로, 본 발명은 상기 설명된 실시예에만 국한되는 것이 아님은 명확하다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 하기의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서의 변경, 치환, 대체 등에 의해 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함될 것이다. 또한, 도면의 일부 구성은 구성을 보다 명확하게 설명하기 위한 것으로 실제보다 과장되거나 축소되어 제공된 것임을 명확히 한다.
100. 카메라
200. 데이터베이스
300. 영상정보 분석모듈
310. 작물길이분석모듈
320. 피복도분석모듈
330. 색상분석모듈
340. 등급분석모듈
400. 제어부
500. 시비모터
600. 비료컨테이너
700. 변량시비살포장치
800. 모워부
900. 자동운행부
910. GPS모듈
920. 지리정보데이터베이스
930. 운행스케줄네비게이터
940. 맵핑모듈
1000. 통신모듈

Claims (15)

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  9. 농작물에 비료를 공급하기 위한 변량 시비(施肥)시스템을 이용한 시비방법에 있어서,
    시비시스템의 카메라(100)를 ON시키는 카메라 작동단계(s100);
    상기의 카메라(100)로 부터 영상수신 여부를 판단하는 영상수신 판단단계(s200);
    시비시스템의 운행을 위한 시비시스템 시동단계(s300);
    시비시스템의 자동운행부(900)에 의한 자동운행단계(s400);
    자동운행 중 카메라(100)의 촬영에 따른 카메라 촬영 및 저장단계(s500);
    상기 촬영 및 저장된 영상정보를 영상정보분석모듈(300)을 통해 분석하는 영상정보분석단계(s600);
    상기 영상정보로부터 작물의 생육정보를 추출하여 분석하는 생육정보 분석단계(s700);
    상기 분석된 생육정보에 따라 시비량을 결정하는 시비량 결정단계(s800);
    상기 결정된 시비량에 상응하는 시비모터속도을 제어하는 시비모터(500) 제어단계(s900);
    상기 시비모터(500)에 의해 변량시비살포장치(700)로 비료를 살포하는 시비단계(s1000)
    를 포함하되,
    상기 변량 시비 시스템은,
    작물의 생육상태를 감지하기 위한 카메라(100);
    상기 카메라(100)로 획득한 영상정보를 저장하기 위한 데이터베이스(database)(200);
    상기 획득한 영상정보를 분석하기 위한 영상정보분석모듈(300);
    상기 분석된 영상정보에 따라 시비량을 조절하기 위해 시비모터를 제어하는 제어부(400);
    상기 제어부(400)에 의해 제어되며 시비량을 결정하는 시비모터(500);
    상기 시비모터(500)에 의해 결정된 시비량을 공급하는 비료컨테이너(600);
    상기 결정된 시비량에 따라 공급된 비료를 살포하기 위한 변량시비살포장치(700);
    를 포함하되,
    상기 영상정보분석 모듈(300)은,
    작물의 단위면적(㎡)당 피복도(coverage)(잔디가 지면에 덮인 정도)를 분석하는 피복도분석모듈(320)을 포함하고,
    단위면적당(㎡) 작물의 색상좌표계에 따른 작물의 색상을 분석하는 색상분석모듈(330)을 포함하고
    최우선적으로 피복도로 분류하게 되며 이에 따라 시비량을 결정하고, 두 번째 판단기준으로 색상에 따라서 시비량의 가감을 추가적으로 결정하는 것을 특징으로 하는 변량 시비(施肥)시스템을 이용한 시비방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 시비시스템 시동단계(s300) 이후에 모워(mower)부 작동여부를 결정하기 위한 모워작동여부 판단단계(s310)를 포함하는 것을 특징으로 하는 변량 시비(施肥)시스템을 이용한 시비방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 영상정보분석단계(s600)는 작물길이 확인단계(s610);
    작물의 단위면적(㎡)당 피복도(coverage)(잔디가 지면에 덮인정도)를 확인하는 작물 피복도분석단계(s620);
    단위면적당(㎡) 작물의 색상좌표계에 따른 작물의 색상을 분석하는 색상분석단계(s630);
    중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 변량 시비(施肥)시스템을 이용한 시비방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 시비시스템의 자동운행부(900)에 의한 자동운행단계(s400)는
    경작지의 지리정보에 따른 GPS수신단계(s410);
    상기 수신된 GPS 정보와 지리정보데이터베이스(920)의 지리정보에 따라 운행 스케줄(schedule)을 산출하는 스케줄링 단계(s420);
    운행에 따른 맵핑(mapping) 단계(s430);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 변량 시비(施肥)시스템을 이용한 시비방법.

  13. 제 9항에 있어서,
    상기 영상정보로부터 작물의 생육정보를 추출하여 분석하는 생육정보 분석단계(s700)는 영상정보분석모듈(300)로부터의 정보에 기초하여 잔디의 등급을 판단하는 작물등급분류단계(s710)를 포함하는 것을 특징으로 하는 변량 시비(施肥)시스템을 이용한 시비방법.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 분석된 생육정보에 따라 시비량을 결정하는 시비량 결정단계(s800)는, 생육정보에 따라 살포할 비료의 종류를 결정하는 비료종류 결정단계(s810)를 포함하는 것을 특징으로 하는 변량 시비(施肥)시스템을 이용한 시비방법.
  15. 제 9항에 있어서,
    상기 각 단계로부터 수집된 정보를 서버 또는 단말기로 송신하는 송신단계(s2000);
    사용자로부터의 입력정보를 상기 시비시스템으로 전송하는 사용자정보 전송단계(s300);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 변량 시비(施肥)시스템을 이용한 시비방법.
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