KR102039744B1 - Control Method for Collecting and Analyzing Feed-back Control Data for Producing Control Conditions of Plant Growth Environment Conditions for Plant Factory - Google Patents
Control Method for Collecting and Analyzing Feed-back Control Data for Producing Control Conditions of Plant Growth Environment Conditions for Plant Factory Download PDFInfo
- Publication number
- KR102039744B1 KR102039744B1 KR1020180076172A KR20180076172A KR102039744B1 KR 102039744 B1 KR102039744 B1 KR 102039744B1 KR 1020180076172 A KR1020180076172 A KR 1020180076172A KR 20180076172 A KR20180076172 A KR 20180076172A KR 102039744 B1 KR102039744 B1 KR 102039744B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- control
- growth
- crop
- recipe
- section
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 230000008635 plant growth Effects 0.000 title description 5
- 230000012010 growth Effects 0.000 claims abstract description 65
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims abstract description 30
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 claims description 37
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 4
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000013480 data collection Methods 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 5
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 3
- 238000012364 cultivation method Methods 0.000 description 2
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000000575 pesticide Substances 0.000 description 1
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 description 1
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
- G06Q50/02—Agriculture; Fishing; Forestry; Mining
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM]
- G05B19/4183—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by data acquisition, e.g. workpiece identification
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
- A01G9/00—Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
- A01G9/24—Devices or systems for heating, ventilating, regulating temperature, illuminating, or watering, in greenhouses, forcing-frames, or the like
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/0205—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
- Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Human Resources & Organizations (AREA)
- Primary Health Care (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Agronomy & Crop Science (AREA)
- Economics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Marine Sciences & Fisheries (AREA)
- Marketing (AREA)
- Animal Husbandry (AREA)
- Strategic Management (AREA)
- Tourism & Hospitality (AREA)
- General Business, Economics & Management (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Cultivation Of Plants (AREA)
- Greenhouses (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 저비용·고효율 현장보급형 식물공장 생산시스템에 요구되는 각종 장치의 작동 조건이나 필요한 양액(재배액) 조건 등의 작물 생육 환경 조건 제어값 산출을 위한 피드백 제어 데이터를 수집하고 분석하기 위한 제어 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention is a control method for collecting and analyzing the feedback control data for calculating the crop growth environmental condition control value, such as the operating conditions of the various devices required for low-cost, high-efficiency field plant production system and the required nutrient solution (cultivation) conditions And to the system.
일반적으로 식물재배는 토양에 심은 종자에 비료와 물을 주고, 태양광에 의해 식물 내에서 일어나는 광합성을 이용하는 방식으로 이루어진다 그런데 이러한 재배 방법은 기후의 변화가 생산량에 영향을 미칠 뿐 아니라, 비료나 농약의 사용으로 인한 비용 문제와 환경 문제가 발생하게 된다 또한, 식물을 재배하는 데 오랜 시간이 걸리기 때문에 소비자의 수요에 비해 생산량이 따라가지 못하고 있다.In general, plant cultivation is accomplished by feeding fertilizers and water to the seeds planted in the soil and using photosynthesis in the plants by sunlight. This cultivation method allows not only climate change to affect yields, but also fertilizers and pesticides. Costs and environmental problems are also caused by the use of nutrients. Also, because it takes a long time to grow plants, the production cannot keep up with the demand of consumers.
따라서 현재에는 식물공장과 같은 식물재배 시설물을 통한 각종 농산물의 생산이 활발하게 이루어지고 있는 실정이다. 이와 같은 식물공장은 내부공간이 외부로부터 차단되는 구조임에 따라 내부공간의 온도, 습도, CO2 농도 등의 공조 조건을 인위적으로 조절할 필요가 있으며, 아울러 성장에 영향을 미치는 조도, 광 노출 시간, CO2 농도, 배양액 조건 등의 환경 조건을 최적의 상태로 제어할 필요가 있다.Therefore, at present, production of various agricultural products through plant cultivation facilities such as plant factories is being actively performed. As such a plant factory has a structure in which the internal space is blocked from the outside, it is necessary to artificially adjust the air conditioning conditions such as temperature, humidity, and CO 2 concentration of the internal space, as well as illumination intensity, light exposure time, It is necessary to control environmental conditions such as CO 2 concentration and culture medium conditions in an optimal state.
하지만, 기존의 식물공장을 이용한 작물 재배방식 관련 기술에서는 예컨대 등록 특허 제10-1321337호(2013.10.17. 공고)와 같이, 기 설정된 시간 단위로 식물공장 내부의 환경정보를 수신하는 컨트롤러 장치가 기 설정된 시간 단위 동안의 환경정보의 변화율이 최소 변화율을 초과한다고 판단되는 경우에 기 설정된 시간 단위를 소정의 범위만큼 감소시키고, 이후 새롭게 설정된 시간 단위 동안 환경정보의 변화율과 작물을 재배하기 위한 최적의 재배조건을 비교하여 작물의 재배환경을 제어하기 위한 제어신호를 생성함으로써 외부환경의 변화에 따라 식물공장 내부의 환경이 급속도로 변화되는 경우, 즉각적인 환경 제어를 수행하여 작물의 재배환경을 최적화하는 데 소모되는 시간과 전력을 감소시키는 방안이 제시되고 있을 뿐이고, 기본적으로 작물을 재배하기 위한 최적의 재배조건 자체를 산출할 수 있는 최적의 방안을 제시하지는 못하고 있는 실정이며, 단순히 관련자들의 경험치에 의존하고 있는 실정이다.However, in the technology related to the crop cultivation method using the existing plant factory, for example, the registered controller 10-1321337 (2013.10.17. Announcement), the controller device for receiving the environmental information inside the plant factory in a predetermined unit of time. If it is determined that the change rate of the environmental information for the set time unit exceeds the minimum change rate, the predetermined time unit is reduced by a predetermined range, and then the optimum cultivation for cultivating the change rate of the environmental information and crops for the newly set time unit. By generating a control signal to control the cultivation environment of the crop by comparing conditions, if the environment inside the plant factory changes rapidly according to the change of the external environment, it is consumed to optimize the cultivation environment of the crop by performing immediate environmental control. It is only proposed to reduce the amount of time and power required. It does not present the best way to calculate the optimal cultivation conditions itself for cultivation, and simply relies on the experience of those involved.
여기에서, 위 특허 공보에 개시된 발명과 동일한 발명자는 특허 등록 제10-1321336호(2013.10.17. 공고)를 통하여 다음과 같은 구성을 가진 시스템을 제안하였다. 즉, 첨부 도면 도 1에 나타낸 바와 같이 각종 센서를 구비한 센서부(140)를 구비한 컨트롤러(130)는 사용자의 입력 또는 영상촬영 장치(180)를 이용하여 기 설정된 재배조건에 근거하여 재배된 작물의 성장 데이터를 수신하는데, 작물의 성장 데이터에는 기 설정된 재배조건에 따른 작물의 성장 및 수확량 등의 정보가 포함되어 있다고 규정하면서 이후, 컨트롤러는 수신한 성장 데이터를 학습하는 과정을 통해 성장 데이터의 결과를 분석하고, 기 설정된 재배조건에 근거하여 재배된 작물의 성장 데이터가 기 설정된 임계치를 만족시킨다고 판단하는 경우, 기 설정된 재배조건을 학습 데이터로서 저장한다. 한편, 컨트롤러(130)는 일정 양의 학습 데이터가 수집되는 동안에는 사용자에 의해 설정된 재배조건을 기반으로 하여 작물을 재배한다. 또한, 컨트롤러(130)는 수신한 성장 데이터를 학습하는 과정을 통해 작물의 성장 데이터의 결과를 분석하고, 기 설정된 재배조건에 근거하여 재배된 작물의 성장 데이터가 기 설정된 임계치를 만족시키지 못한다고 판단하는 경우, 작물의 성장 데이터의 결과를 기반으로 기 설정된 재배조건을 보완하고, 보완된 데이터를 학습 데이터로서 저장한다 이때, 컨트롤러(130)가 기 설정된 재배조건을 보완하는 방법은 먼저 작물의 성장 데이터의 결과를 분석하고, 분석한 성장 데이터와 기 설정된 임계치의 차를 백분율로 환산한 오차값을 추출한다 한편, 컨트롤러(130)에는 오차 범위에 따라 그에 매칭되는 보완값이 설정되어 있으며, 컨트롤러(130)는 계산된 오차값에 대응되는 보완값을 파악하고, 파악된 보완값을 기반으로 기 설정된 재배조건을 보완한다 이때, 오차 범위에 따라 설정되어 있는 보완값은 온도, 습도, CO2, 조도 및 배양액 등의 재배조건의 + 또는 - 값을 포함한다고 설명하고 있다.Here, the same inventor as the invention disclosed in the above patent publication proposed a system having the following configuration through Patent Registration No. 10-1321336 (October 17, 2013.). That is, as shown in FIG. 1, the
이와 같은 선행 기술의 기술 개요에서는, 다양한 제어 변수가 되는 온도, 습도, CO2, 조도 및 배양액 등의 재배조건 각각의 값을 변수로 설정함으로써 분석한 성장 데이터와 기 설정된 임계치의 차를 백분율로 환산한 오차값을 추출하면 기 설정된 재배조건을 보완할 수 있다고 판단하며, 따라서 각각의 재배조건에 대하여 + 또는 - 값을 부가하는 방식으로 최적화된 작물 생육 환경을 도출할 수 있다고 판단하고 있다.In this technical overview of the prior art, the difference between the growth data and the predetermined threshold value analyzed by setting the respective values of the cultivation conditions, such as temperature, humidity, CO 2 , roughness and culture medium, which are various control variables, as variables, is converted into percentages. It is judged that the extraction of one error value can complement the pre-set cultivation conditions. Therefore, it is judged that an optimized crop growth environment can be derived by adding + or-value for each cultivation condition.
또한, 위 제10-1321336호의 선행 기술에서는 도 1과 같이 설치된 하나의 영상촬영 장치(180)로부터 작물의 성장 데이터를 분석하는 구체적인 방법을 제시하지 못하고 있으면서, 컨트롤러(130)가 수신한 성장 데이터를 학습하는 과정을 통해 작물의 성장 데이터의 결과를 분석할 수 있다고만 설명하여 그러한 기술적인 한계점을 해결하지 못하고 있다.In addition, the prior art of the 10-1321336 above does not provide a specific method for analyzing the growth data of the crop from one
아울러, 작물의 생육에 요구되는 다양한 환경 조건, 즉 환경 변수들은 각각이 작물의 생육에 서로 독립된 영향을 주는 것이 아님이 명백한데, 성장 데이터와 기 설정된 임계치의 차를 백분율로 환산한 오차값을 추출한다고 하여서 어떤 환경 조건 변수의 변화가 작물의 생육에 어떤 정도의 영향을 미쳤다고 정확히 분석할 수 있는지 구체적인 방법에 대한 제안이 없다는 문제점을 가지고 있다.In addition, it is clear that the various environmental conditions required for the growth of crops, that is, the environmental variables, do not have independent influences on the growth of the crops. The error value obtained as a percentage of the difference between the growth data and the predetermined threshold is extracted. However, there is a problem that there is no suggestion on how to accurately analyze the change in environmental condition variables affecting the growth of crops.
본 발명을 통하여 해결하고자 하는 주된 과제는 식물공장에서 작물을 재배하기 위한 최적의 재배조건 자체를 작물의 성장구간별로 산출할 수 있는 최적의 방안을 제시하고, 이에 기초하여 식물공장의 환경 조건들을 제어할 수 있도록 함으로써 작물에게는 보다 양호한 생육 환경을 제공하고, 식물 공장 운영자의 입장에서는 최고의 생산성을 달성할 수 있도록 하는 것이다.The main problem to be solved by the present invention proposes an optimal way to calculate the optimum cultivation conditions for growing crops in the plant factory for each growth period, and control the environmental conditions of the plant factory based on this This allows crops to have a better growing environment and for plant plant operators to achieve the highest productivity.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 양태에 따른 식물공장용 작물 생육 환경 조건 제어값 산출을 위한 피드백 제어 데이터를 수집하고 분석하기 위한 제어 방법은, The control method for collecting and analyzing the feedback control data for calculating the plant growth environment condition control value for a plant factory according to an aspect of the present invention for achieving the above object,
환경 변수 제어 컨트롤러가 식물공장 내부의 측정 및 제어 가능한 환경 변수로서, 온도, 습도, CO2 농도, 조명 제어 시간, 및 펌프 제어 시간을 제어 입력 값(x)으로 설정하는 제어 입력 값 세트(이하에서, '레시피'라고도 칭함) 설정 단계;Environmental Variable Control A set of control input values that the controller can measure and control inside the plant, setting temperature, humidity, CO 2 concentration, lighting control time, and pump control time to the control input value (x). , Also called 'recipe') setting step;
상기 제어 입력 값(x) 세트에 기초하여 상기 환경 변수 제어 컨트롤러와 환경센서를 통하여 식물공장 생산시스템에 적용하여 식물공장 내부의 환경을 제어하는 단계;Controlling the environment inside the plant factory by applying to the plant factory production system through the environment variable control controller and an environment sensor based on the set of control input values (x);
상기 환경 변수 제어 컨트롤러가 작물의 성장구간별로 소요되는 소요 시간(D(x)) 및 작물의 성장구간별 전력 사용량(watt)(W(x))를 다양한 재배 기간을 통하여 다양한 제어 입력 값(x) 세트에 대하여 수집하는 출력 데이터 수집 단계; 및 The environmental variable control controller takes various control input values (x (x)) and power consumption (watts) (W (x)) for each growing period of the crop through various growing periods. Collecting output data for the set; And
상기 환경 변수 제어 컨트롤러는 상기 출력 데이터 수집 단계에서 수집된 각각의 성장구간((예: k번째 성장구간)에서 2 이상의 제어 입력 값(x = a or b) 세트(레시피)에 대한 소요 시간(예: Dk(a), Dk(b))과 전력 사용량(watt)(예: Wk(a), Wk(b))를 성장구간별로 비교하되, 레시피 a (x = a)의 해당 구간 소요 시간(도달 시간)보다 레시피 b (x = b)의 해당 구간 소요 시간이 짧으면 레시피 b를 해당 구간의 최적 레시피로 채택하고, 레시피 a의 해당 구간(k번째 성장구간) 소요 시간과 레시피 b의 소요 시간이 같으면 Wk(a)와 Wk(b)를 비교하여 작은 값을 갖는 레시피를 해당 구간의 최적 레시피로 채택하여 차후 작물의 생육시에 식물공장 내부의 측정 및 제어 가능한 환경 변수로 설정하는 최적 환경 변수 산출 및 피드백 단계를 포함하여 이루어지는 식물공장용 작물 생육 환경 조건 제어값 산출을 위한 피드백 제어 데이터를 수집하고 분석하기 위한 제어 방법을 제공한다.The environment variable control controller is a time required for a set (recipe) of two or more control input values (x = a or b) in each growth section (eg kth growth section) collected in the output data collection step. : Compare Dk (a), Dk (b)) and power consumption (watts) (e.g., Wk (a), Wk (b)) by growth period, but use the corresponding time period for recipe a (x = a) ( If the time required for the relevant section of recipe b (x = b) is shorter than the time of arrival), the recipe b is selected as the optimal recipe for the corresponding section, and the time required for the corresponding section (the kth growth section) of recipe a and the time required for recipe b If the same, Wk (a) and Wk (b) are compared and the recipe with small value is selected as the optimum recipe for the corresponding section, and the optimal environmental variable is set to be measured and controllable in the plant factory during the next crop growth. And crop growth environment for a plant factory comprising a feedback step. It provides a control method for collecting and analyzing feedback control data for calculating the gun control value.
여기에서, 작물의 성장구간은 식물공장 재베 베드 일측에 수직 방향으로 설치되는 수직 영상 촬영장치(도면 도시 생략) 및 재베 베드 일측에 수평 방향으로 설치되는 수평 영상 촬영장치(도면 도시 생략)를 통하여 얻어지는 잎의 너비라는 개념을 포함한 녹색 영역의 수평 면적 값(수직 영상 촬영장치로 촬영한 이지미의 이미지 프로세싱의 결과)과 잎의 길이라는 개념을 포함한 녹색 영역의 수직 높이 값(수평 영상 촬영장치로 촬영한 이지미의 이미지 프로세싱의 결과)의 곱 함수 형태로 제공되는 작물 부피 산출 값으로서 출력 데이터의 정량화가 가능하다.Here, the growth period of the crop is obtained through a vertical image photographing device (not shown) installed in a vertical direction on one side of the plant plant jabber bed (not shown) and a horizontal image photographing device (not shown) installed in the horizontal direction on one side of the plant bed. The horizontal area value of the green area with the concept of leaf width (as a result of image processing of imagery taken with the vertical imager) and the vertical height value of the green area with the concept of leaf length (image taken with the horizontal imager) It is possible to quantify the output data as the crop volume calculation value provided as a product function of the image processing result of the image.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 제어 방법을 각종 센서 및 환경 변수 제어 컨트롤러가 설치된 식물공장에서 실행하게 되면, 일정 기간 동안 횟수를 거듭하여 생육시키는 작물의 생육에 최적화된 환경 변수의 세트를 찾아내서 이를 성장 단계별 최적화 방식으로 수행할 수 있도록 함으로써 작물의 성장구간별로 보다 최적화된 작물 생육 환경을 도출할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.As described above, when the control method according to the present invention is executed in a plant factory in which various sensors and environmental variable control controllers are installed, a set of environmental variables optimized for the growth of crops that grows a number of times over a period of time is found. By making it possible to carry out this in an optimization method according to the growth stage, it provides the effect of deriving a more optimized crop growth environment for each growing section of the crop.
도 1은 종래의 기술이 적용된 식물공장의 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 식물공장용 작물 생육 환경 조건 제어값 산출을 위한 피드백 제어 데이터를 수집하고 분석하기 위한 제어 방법 의 구조도이다.
도 3은 수직 영상 촬영장치 및 수평 영상 촬영장치에 의해 얻어진 작물 이미지로부터 산출된 작물 생육치(제어 출력 값)에 따라 작물의 성장구간을 구분하는 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 제어 입력 값을 산출하기 위하여 입력 데이터가 정량화되는 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 제어 출력 값 중에서 작물에 대한 타임랩스 이미지로부터 출력 데이터(출력값 ①)가 정량화되는 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 제어 출력 값 중에서 전력사용량에 대한 출력 데이터(출력값 ②)가 정량화되는 상태를 도시한 도면이다.1 is a view of a plant factory to which the prior art is applied.
2 is a structural diagram of a control method for collecting and analyzing feedback control data for calculating a plant growth environment condition control value for a plant factory according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a state in which a growing section of a crop is classified according to a crop growth value (control output value) calculated from a crop image obtained by a vertical image photographing apparatus and a horizontal image photographing apparatus.
4 is a diagram illustrating a state in which input data is quantified in order to calculate a control input value.
5 is a diagram illustrating a state in which output data (output value ①) is quantified from a time lapse image of a crop among control output values.
6 is a diagram illustrating a state in which output data (output value ②) for power consumption is quantified among control output values.
이하, 본 발명에 따른 제어 방법의 각 단계를 구성하는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through embodiments constituting each step of the control method according to the present invention. Since these examples are only for illustrating the present invention, the scope of the present invention is not to be construed as being limited by these examples.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 식물공장용 작물 생육 환경 조건 제어값 산출을 위한 피드백 제어 데이터를 수집하고 분석하기 위한 제어 방법 의 구조도에 따르면,2 is a structural diagram of a control method for collecting and analyzing feedback control data for calculating a plant growth environment condition control value for a plant factory according to an embodiment of the present invention,
환경 변수 제어 컨트롤러가 식물공장 내부의 측정 및 제어 가능한 환경 변수로서, 온도, 습도, CO2 농도, 조명 제어 시간, 및 펌프 제어 시간을 제어 입력 값(x)으로 설정하는 제어 입력 값 세트('레시피') 설정 단계;Environmental Variable Control A set of control input values ('recipe') that sets the temperature, humidity, CO 2 concentration, lighting control time, and pump control time to the control input value (x) as an environmental variable that can be measured and controlled inside the plant. ') Setting step;
상기 제어 입력 값(x) 세트에 기초하여 상기 환경 변수 제어 컨트롤러와 환경센서를 통하여 식물공장 생산시스템에 적용하여 식물공장 내부의 환경을 제어하는 단계;Controlling the environment inside the plant factory by applying to the plant factory production system through the environment variable control controller and an environment sensor based on the set of control input values (x);
상기 환경 변수 제어 컨트롤러가 작물의 성장구간별로 소요되는 소요 시간(D(x)) 및 작물의 성장구간별 전력 사용량(watt)(W(x))를 다양한 재배 기간을 통하여 다양한 제어 입력 값(x) 세트에 대하여 수집하는 출력 데이터 수집 단계; 및 The environmental variable control controller takes various control input values (x (x)) and power consumption (watts) (W (x)) for each growing period of the crop through various growing periods. Collecting output data for the set; And
상기 환경 변수 제어 컨트롤러는 출력 데이터 수집 단계에서 수집된 각각의 성장구간((예: k번째 성장구간)에서 2 이상의 제어 입력 값(x = a or b) 세트(레시피)에 대한 소요 시간(예: Dk(a), Dk(b))과 전력 사용량(watt)(예: Wk(a), Wk(b))를 성장구간별로 비교하되, 레시피 a (x = a)의 해당 구간 소요 시간(도달 시간)보다 레시피 b (x = b)의 해당 구간 소요 시간(도달 시간)이 짧으면 레시피 b를 해당 구간의 최적 레시피로 채택하고, 레시피 a의 해당 구간(k번째 성장구간) 소요 시간과 레시피 b의 소요 시간이 같으면 Wk(a)와 Wk(b)를 비교하여 작은 값을 갖는 레시피를 해당 구간의 최적 레시피로 채택하여, 차후 작물의 생육시에 식물공장 내부의 측정 및 제어 가능한 환경 변수로 설정하는 최적 환경 변수 산출 및 피드백 단계를 포함하여 이루어지는 식물공장용 작물 생육 환경 조건 제어값 산출을 위한 피드백 제어 데이터를 수집하고 분석하기 위한 제어 방법이 제공된다.The environment variable control controller is a time required for a set (recipe) of two or more control input values (x = a or b) in each growth section (eg kth growth section) collected in the output data collection step. Compare Dk (a), Dk (b)) and power consumption (watts) (e.g., Wk (a), Wk (b)) by growth period, but spend the time (reach) for the corresponding interval of recipe a (x = a) If the time required (reach time) for recipe b (x = b) is shorter than Time), select recipe b as the optimal recipe for the corresponding section, and take the time required for recipe a (the kth growth section) and recipe b. If the time required is the same, Wk (a) and Wk (b) are compared, and the recipe with small value is selected as the optimum recipe for the corresponding section, and it is set as an environmental variable that can be measured and controlled inside the plant factory at the time of future crop growth. Growing crops for plant plants, including calculating and feeding back optimal environmental variables The control method for collecting and analyzing the feedback control data for the calculated light control value condition is provided.
재배 베드상의 고정된 위치에 설치된 수직 영상 촬영장치 및 수평 영상 촬영장치의 촬영 이미지(조명 ON 시간대에 일 1회 촬영)가 환경 변수 제어 콘트롤러를 포함한 제어 시스템으로 전송(유무선)되어 오면, 도 3에 예시된 바와 같이, 수직 영상 촬영장치 및 수평 영상 촬영장치에 의해 얻어진 작물 촬영 이미지로부터 상기 제어 시스템에 의해 산출된 작물 생육치(출력 데이터 값: 수평 방향의 면적(또는 너비), 수직 방향의 높이)에 따라 작물의 성장구간을 구분하는 하나의 방안이 예시되어 있는데, 0구간에서 5구간의 구간 기준이 되는 작물 생육치 기준값(0, 160, 4,500, 20,000, 37,500, 60,000)을 식물의 성장 계수로 취급하여 작물의 성장구간을 구분하고, 조명 ON 시간대에 일 1회 촬영한 작물의 수평 이미지 및 수직 이지미로부터 수평 방향의 면적(또는 너비)과 수직 방향의 높이를 산출하게 된다. 그리고 곱 함수 형태로 제공되는 작물 부피 산출 값으로서 출력 데이터의 정량화한다.When the captured image (once per day in the lighting ON time zone) of the vertical imaging apparatus and the horizontal imaging apparatus installed at a fixed position on the cultivation bed is transmitted (wired or wireless) to the control system including the environmental variable control controller, FIG. As illustrated, the crop growth value calculated by the control system from the crop image captured by the vertical imaging apparatus and the horizontal imaging apparatus (output data value: area (or width) in the horizontal direction, height in the vertical direction) According to the above, one method of dividing the growth intervals of crops is illustrated. Crop growth standard values (0, 160, 4,500, 20,000, 37,500, 60,000), which are based on intervals from 0 to 5, are represented by the growth coefficient of plants. Handle the crops, and divide the growing section of the crop, and the horizontal area (or width) and horizontal image and vertical image of the crop once Thereby calculating the height of the vertical direction. The output data are then quantified as crop volume calculation values provided in the form of product functions.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 제어 입력 값을 산출하기 위하여 입력 데이터가 다음과 같이 정량화(도 4 참조)될 수 있다.According to one preferred embodiment of the present invention, the input data can be quantified as follows (see FIG. 4) to calculate the control input value.
- 온도 : 성장구간 평균 온도-Temperature: Growth section average temperature
- 습도 : 성장구간 평균 습도-Humidity: Average humidity of growing section
- CO2 농도 : 성장구간 평균 CO2 농도-CO 2 concentration: Growth period average CO 2 concentration
- 양액의 pH/EC (전기음성도) : 성장구간 평균 측정 값-PH / EC (electronegativity) of nutrient solution: Mean value of growing section
- 조명 제어 시간 : 성장구간 중 켜져 있는 적산 시간-Lighting control time: Integration time that is turned on during the growth section
- 펌프 제어 시간 : 성장구간 중 켜져 있는 적산 시간-Pump control time: Integration time that is turned on during the growth section
그리고, 제어 출력 값 중에서 작물에 대한 타임랩스 이미지로부터 출력 데이터(출력값 ①)가 다음과 같이 정량화(도 5 참조)될 수 있다.Then, the output data (output value ①) from the time-lapse image for the crop among the control output value may be quantified as follows (see FIG. 5).
- 잎의 너비(수직 촬영 이미지) = 녹색영역의 수평 면적 -The width of the leaf (vertical image) = the horizontal area of the green area
- 잎의 높이(수평 촬영 이미지) = 녹색영역 y축 기준 최장 길이-Height of the leaf (horizontal image) = longest length along the green axis y-axis
한편, 제어 출력 값 중에서 전력사용량에 대한 출력 데이터(출력값 ②)는 다음과 같이 정량화(도 6 참조)될 수 있다.On the other hand, the output data (output value ②) for the power consumption among the control output value may be quantified as follows (see FIG. 6).
- 각각의 성장구간 중 LED 누적 전력 사용량-LED cumulative power consumption during each growth period
- 각각의 성장구간 중 재배액 PUMP 일일 누적 전력 사용량-Cumulative PUMP Daily Power Consumption during each Growth Sector
- 각각의 성장구간 중 공조기 누적 전력 사용량-Accumulated air conditioner consumption in each growth section
이와 같이 제어 출력 값 중에서 전력사용량에 대한 출력 데이터를 포함하도록 함으로써 식물공장 운영 효울성의 최적화에도 기여하게 된다.Thus, by including the output data on the power consumption from the control output value contributes to the optimization of plant plant operating efficiency.
이상에서 설명된 본 발명에 따른 제어 방법이 수행되는 제어 시스템은 다음과 같은 기능을 구비하는 것이 바람직하다.It is preferable that the control system in which the control method according to the present invention described above is performed has the following functions.
- 생장환경(입력값)과 식물의 생장 모습(출력값)을 함께 서버에 저장하는 기능.-A function that saves the growth environment (input value) and plant growth state (output value) together on the server.
- 영상 촬영장치(카메라)는 1일 1회 촬영으로 사용자가 원하는 시간을 설정할 수 있으며 촬영된 이미지는 데이터서버로 전송.-The video recording device (camera) can be set once a day by the user to set the desired time, and the captured image is transferred to the data server.
- 사용자는 서버에 모아진 입력과 출력에 대한 데이터를 확인하고 생육 환경에 대한 평가를 내리는 기능.-Ability to check data on inputs and outputs collected on the server and to evaluate the growth environment.
- 평가 결과에 따라 선택되는 최적화된 제어 입력 값을 각종 장치(LED, 양액 펌프, 공조 장치 등)의 운전 변수를 콘트롤러를 통하여 설정하는 기능.-The function to set the operating control parameters of various devices (LED, nutrient pump, air conditioner, etc.) through the controller.
나아가, 환경센서 구성 및 데이터 전송 구성은 다음과 같이 제공될 수 있다. Furthermore, the environmental sensor configuration and the data transmission configuration may be provided as follows.
- 환경센서의 구성 : 대기온도, 대기습도, 조도, 양액온도, CO2 농도-Configuration of environmental sensor: Air temperature, air humidity, illuminance, nutrient solution temperature, CO 2 concentration
- 센서 데이터 전송 구성 : 센서 - 게이트웨이(wifi) - 서버-Sensor data transmission configuration: sensor-gateway (wifi)-server
- 영상 촬영장치(카메라) 데이터 전송 구성 : 카메라(wifi) - 서버-Image recording device (camera) data transmission configuration: camera (wifi)-Server
Claims (2)
상기 제어 입력 값(x) 세트에 기초하여 상기 환경 변수 제어 컨트롤러와 환경센서를 통하여 식물공장 생산시스템에 적용하여 식물공장 내부의 환경을 제어하는 단계;
상기 환경 변수 제어 컨트롤러가 작물의 성장구간별로 소요되는 소요 시간(D(x)) 및 작물의 성장구간별 전력 사용량(watt)(W(x))를 다양한 재배 기간을 통하여 다양한 제어 입력 값(x) 세트에 대하여 수집하는 출력 데이터 수집 단계; 및
상기 환경 변수 제어 컨트롤러는 상기 출력 데이터 수집 단계에서 수집된 각각의 성장구간((예: k번째 성장구간)에서 2 이상의 제어 입력 값(x = a or b) 세트(레시피)에 대한 소요 시간(예: Dk(a), Dk(b))과 전력 사용량(watt)(예: Wk(a), Wk(b))를 성장구간별로 비교하되, 레시피 a (x = a)의 해당 구간 소요 시간(도달 시간)보다 레시피 b (x = b)의 해당 구간 소요 시간(도달 시간)이 짧으면 레시피 b를 해당 구간의 최적 레시피로 채택하고, 레시피 a의 해당 구간(k번째 성장구간) 소요 시간과 레시피 b의 소요 시간이 같으면 Wk(a)와 Wk(b)를 비교하여 작은 값을 갖는 레시피를 해당 구간의 최적 레시피로 채택하여, 차후 작물의 생육시에 식물공장 내부의 측정 및 제어 가능한 환경 변수로 설정하는 최적 환경 변수 산출 및 피드백 단계를 포함하여 이루어지고, 그리고
수직 영상 촬영장치 및 수평 영상 촬영장치에 의해 얻어진 작물 촬영 이미지로부터 환경 변수 제어 콘트롤러를 포함한 제어 시스템에 의해 산출된 작물 생육치(제어 출력 값: 수평 방향의 면적, 수직 방향의 높이)에 따라 다수개의 작물의 성장구간을 구분하고, 조명 ON 시간대에 일 1회 촬영한 작물의 수평 이미지 및 수직 이지미로부터 수평 방향의 면적과 수직 방향의 높이를 산출하는데, 생육되는 작물의 잎의 면적은 수직 촬영 이미지에서 녹색영역의 수평 면적으로부터 산출하고, 생육되는 작물의 잎의 높이는 수평 촬영 이미지에서 녹색영역 y축 기준 최장 길이에 의해 산출되며, 잎의 면적과 잎의 높이의 곱 함수 형태로 출력 데이터의 정량화를 거쳐서 작물 부피 산출 값이 제공되는 특징을 가지며, 그리고
상기 작물의 성장구간별 전력사용량에 대한 출력 데이터는 각각의 성장구간 중 LED 누적 전력 사용량, 각각의 성장구간 중 재배액 PUMP 일일 누적 전력 사용량, 및 각각의 성장구간 중 공조기 누적 전력 사용량을 포함하여 이루어지는 특징을 가진 식물공장용 작물 생육 환경 조건 제어값 산출을 위한 피드백 제어 데이터를 수집하고 분석하기 위한 제어 방법.Environmental Variable Control A set of control input values ('recipe') that sets the temperature, humidity, CO 2 concentration, lighting control time, and pump control time to the control input value (x) as an environmental variable that can be measured and controlled inside the plant. ') Setting step;
Controlling an environment inside a plant factory by applying to the plant factory production system through the environment variable control controller and an environment sensor based on the set of control input values (x);
The environmental variable control controller controls the time required for each growth period (D (x)) and the power consumption (watt) (W (x)) for each growth period through various cultivation periods. Collecting output data for the set; And
The environment variable control controller is a time required for a set (recipe) of two or more control input values (x = a or b) in each growth section (eg kth growth section) collected in the output data collection step. : Compare Dk (a), Dk (b)) and power consumption (watts) (e.g., Wk (a), Wk (b)) by growth period, but use the corresponding time period for recipe a (x = a) ( If the time required for the section (reach time) of recipe b (x = b) is shorter than the time of arrival), the recipe b is adopted as the optimal recipe for the section, and the time and recipe b for the section (kth growth section) of recipe a If the time required is the same, Wk (a) and Wk (b) are compared, and the recipe with small value is selected as the optimal recipe for the corresponding section, and it is set as an environmental variable that can be measured and controlled inside the plant factory at the time of future crop growth. The optimal environment variable calculation and feedback steps are made, and
Crop growth values (control output values: area in the horizontal direction, height in the vertical direction) calculated by the control system including the environmental variable control controller from the crop image obtained by the vertical image capture device and the horizontal image capture device. The area of crop is divided and the horizontal area and vertical height are calculated from the horizontal image and the vertical image of the crop, which are photographed once in the lighting time zone. Calculated from the horizontal area of the green area, the height of the leaves of the growing crop is calculated by the longest length based on the y-axis of the green area in the horizontal photographed image, and the output data is quantified in the form of the product of the area of the leaves and the height of the leaves. Crop volume yield values are provided, and
The output data on the power consumption of each crop section includes the cumulative power consumption of LEDs in each growth section, the cumulative power consumption of cultivation pumps in each growth section, and the cumulative power consumption of air conditioners in each growth section. Control method for collecting and analyzing the feedback control data for the calculation of the control condition of crop growth environment condition for the characteristic plant plant.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180076172A KR102039744B1 (en) | 2018-06-30 | 2018-06-30 | Control Method for Collecting and Analyzing Feed-back Control Data for Producing Control Conditions of Plant Growth Environment Conditions for Plant Factory |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180076172A KR102039744B1 (en) | 2018-06-30 | 2018-06-30 | Control Method for Collecting and Analyzing Feed-back Control Data for Producing Control Conditions of Plant Growth Environment Conditions for Plant Factory |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102039744B1 true KR102039744B1 (en) | 2019-11-26 |
Family
ID=68731332
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180076172A KR102039744B1 (en) | 2018-06-30 | 2018-06-30 | Control Method for Collecting and Analyzing Feed-back Control Data for Producing Control Conditions of Plant Growth Environment Conditions for Plant Factory |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102039744B1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112930926A (en) * | 2021-01-28 | 2021-06-11 | 电凯(常州)新能源技术研究院有限公司 | Plant production parameter optimization method based on deep learning |
| CN117075547A (en) * | 2023-08-15 | 2023-11-17 | 上海市农业科学院 | Optimized regulation and control method for lettuce cultivation environment in plant factory |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120072985A (en) * | 2010-12-24 | 2012-07-04 | 주식회사 케이티 | System and method for growing plants |
| KR20140071313A (en) * | 2014-05-26 | 2014-06-11 | 공주대학교 산학협력단 | Plant Factory Energy Management System and Method Based on USN |
-
2018
- 2018-06-30 KR KR1020180076172A patent/KR102039744B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120072985A (en) * | 2010-12-24 | 2012-07-04 | 주식회사 케이티 | System and method for growing plants |
| KR20140071313A (en) * | 2014-05-26 | 2014-06-11 | 공주대학교 산학협력단 | Plant Factory Energy Management System and Method Based on USN |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112930926A (en) * | 2021-01-28 | 2021-06-11 | 电凯(常州)新能源技术研究院有限公司 | Plant production parameter optimization method based on deep learning |
| CN117075547A (en) * | 2023-08-15 | 2023-11-17 | 上海市农业科学院 | Optimized regulation and control method for lettuce cultivation environment in plant factory |
| CN117075547B (en) * | 2023-08-15 | 2024-03-12 | 上海市农业科学院 | Optimized regulation and control method for lettuce cultivation environment in plant factory |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101852987B1 (en) | Module type plants factory system for cultivating mushroom | |
| CN107622361B (en) | A kind of mathematical modeling and its control method for edible mushroom greenhouse-environment | |
| KR101516732B1 (en) | Control system and method for automation of plant-curture factory | |
| KR101518212B1 (en) | Plant Factory Energy Management System and Method Based on USN | |
| KR20120052469A (en) | Cultivation management system for crop | |
| CN110825139A (en) | Greenhouse intelligent management system based on Internet of things | |
| KR20190106388A (en) | Plant growing system providing growing recipe | |
| KR102039744B1 (en) | Control Method for Collecting and Analyzing Feed-back Control Data for Producing Control Conditions of Plant Growth Environment Conditions for Plant Factory | |
| KR20200063500A (en) | A Smart Farm mushroom cultivation system of module type | |
| CN114004458A (en) | Polymorphic potential perception fusion plant growth management system | |
| CN111026206A (en) | Automatic control system for hydroponic plants | |
| CN112465109A (en) | Green house controlling means based on cloud limit is in coordination | |
| CN104920103A (en) | Intelligent seedling culturing system and method | |
| KR20140143272A (en) | System and method for providing optical growth environments in cultivation under structure | |
| KR102071175B1 (en) | Management system for plant growth according to growth state | |
| CN204994345U (en) | Intelligence system of growing seedlings | |
| CN102156469A (en) | Intelligent control system for edible mushroom industrial cultivation | |
| KR20160064558A (en) | Smart plant cultivating system and method thereof | |
| CN113190059A (en) | Greenhouse automatic control system and method based on crop feedback | |
| CN111090291A (en) | Warmhouse booth intelligence control system | |
| CN205721453U (en) | A kind of fine work automatic culture system of vegetable based on Internet of Things and smart mobile phone | |
| CN110716598A (en) | Intelligent greenhouse control and management system based on Internet of things | |
| CN110865668A (en) | Remote monitoring and intelligent decision-making system for facility gardening | |
| CN110377082A (en) | A kind of automatic control system in greenhouse | |
| CN108205345A (en) | A kind of vegetable greenhouse booth internet environment automatic control system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |