KR102077221B1 - 빅데이터 기반 스마트 활착 제어 방법 및 이를 이용한 식물공장 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 식물공장 시스템은 식물 모종의 생육 환경을 모니터링하는 모니터부, 상기 식물 모종의 활착 환경을 조절하는 활착 환경 조절부, 식물 모종의 종류에 대응하는 활착 환경 변경 시점, 상기 변경 시점 전후의 광량 및 상기 변경 시점 전후의 습도 중 하나 이상의 환경 제어 패턴을 포함하는 활착 환경 데이터를 저장하는 저장부 및 활착 환경 데이터에 기초하여 상기 활착 환경 조절부를 제어하는 컨트롤러;를 구비한다. 이에 의하여, 활착 기간에 있는 접목묘·삽목묘 등의 활착 환경을 최적화함으로써 식물공장의 효율성을 높이는 한편 활착의 시기별 최적 환경과 관련한 빅데이터를 구축하여 식물공장의 환경 제어를 정밀화할 수 있게 되고, 활착 환경에 있어 가장 중요한 습도 정보의 신뢰성을 확보할 수 있는 매커니즘을 가짐으로써 활착 환경 조절을 더욱 정밀하게 할 수 있게 된다.

Description

빅데이터 기반 스마트 활착 제어 방법 및 이를 이용한 식물공장 시스템{BIG-DATA BASED SMART CONTROLLING METHOD FOR ENHANCING GRAFT-TAKE AND THE PLANT FACTORY SYSTEM}

본 발명은 빅데이터 기반의 스마트 활착 제어 방법 및 이를 이용한 식물공장 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 활착의 시기별 최적 환경과 관련한 빅데이터를 구축하고, 이를 이용하여 접목묘·삽목묘 등의 활착을 촉진시키는 제어 방법 및 이를 이용한 식물공장 시스템에 관한 것이다.

건강에 대한 관심이 높아짐에 따라 친환경 작물에 대한 수요가 높아지고 있고, 환경 보호를 감안한 재배 기술, 효율적 농작법 등에 대한 연구개발도 매우 활발해졌다. 특히, 최근에는 대규모 농경지를 효율적으로 관리할 수 있는 스마트팜 기술과 언제 어디서나 특정 작물을 재배할 수 있는 식물공장 시스템에 대한 관심이 고조되고 있다.

한국 농촌경제연구원 자료에 따르면 식물공장 시장은 2015년 1조 9,114억 원에서 2017년 2조 603억 원으로 급성장했고, 2023년에 이르면 2조 4,826억 원에 이를 것으로 전망했다. 한편, 일본 야노경제연구소의 연구결과에 따르면 일본의 경우 2015년 13,190백만 엔에서 2025년 44,338백만 엔으로 300% 이상의 성장률을 보일 것으로 예측되어 한국뿐만 아니라 해외에서도 식물공장 시장의 급속한 확대를 예상하고 있다.

공정 육묘장의 접목묘는 두 종의 다른 종자를 서로 물리적으로 접합하는 육묘 방법을 이용한 것으로, 뿌리부분을 이루는 대목과 잎 부분을 이루는 접수로 구성된다. 수박, 토마토, 오이, 고추 등의 과채류의 육묘에 널리 이용되고 있다. 대목과 접수를 각각 육묘시킨 후 접목한 접목묘는 발근(뿌리의 발생) 전으로 접수와 대목의 물관이 연결되지 않은 상태이므로 고도의 환경 관리가 요구된다.

이 기간을 활착 기간이라고 하며, 기존에는 활착 과정에 있는 접목묘의 육성을 촉진시키는 별도의 제어 방법이 존재하지 않아 일반적인 새싹 육성방법을 이용하였고, 이는 접목묘의 생산성 저하의 결과를 가져왔다.

한국 특허공개공보 제10-2016-0095647호(발명의 명칭: 활착실용 육묘대차)는 육묘대차 내부의 고습도에 따른 사고를 방지하기 위한 구성과 광량 조절 방식이 개시되어 있으나 활착 기간의 정밀한 환경 조절과 관련해서는 개시가 이루어지지 않았다.

현재 식물공장 관련 환경 제어와 관련하여 식물 생장을 촉진시키기 위한 다양한 연구개발이 진행되고 있으나, 활착 기간의 환경 조절을 통해 접목묘의 활착을 촉진시키는 것에 주안점을 둔 연구개발은 이루어지지 않고 있다. 접목묘 등의 특수 묘종의 생산율은 식물공장 시스템의 전체 효율을 좌우하는 중요한 요소가 되므로 이를 제고시키기 위한 연구개발이 요구되는 실정이다.

특허문헌1: 한국 특허공개공보 제10-2016-0095647호 (2016.07.27. 공개)

본 발명은 상기 기술적 요구를 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 활착의 시기별 최적 환경과 관련한 빅데이터를 구축하고, 이를 이용하여 접목묘·삽목묘 등의 활착을 촉진시킬 수 있는 빅데이터 기반의 스마트 활착 제어 방법 및 이를 이용한 식물공장 시스템을 제공함에 있다. 또한, 본 발명의 목적은 활착 환경에 있어 가장 중요한 습도 정보의 신뢰성을 확보할 수 있는 빅데이터 기반의 스마트 활착 제어 방법 및 이를 이용한 식물공장 시스템을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 식물공장 시스템은 식물 모종의 생육 환경을 모니터링하는 모니터부; 상기 식물 모종의 활착 환경을 조절하는 활착 환경 조절부; 상기 식물 모종의 종류에 대응하는 활착 환경 변경 시점, 상기 변경 시점 전후의 광량 및 상기 변경 시점 전후의 습도 중 하나 이상의 환경 제어 패턴을 포함하는 활착 환경 데이터를 저장하는 저장부; 및 상기 활착 환경 데이터에 기초하여 상기 활착 환경 조절부를 제어하는 컨트롤러;를 구비한다.

그리고, 상기 모니터부는 물리적으로 분리된 복수의 센서를 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 복수의 센서에서 검출되는 센싱값 및 상기 활착 환경 데이터에 기초하여 상기 활착 환경 조절부를 제어할 수 있다.

또한, 상기 복수의 센서는 식물공장 내에 배치되는 활착실 내부에 구비되는 제1 센서, 식물공장 내부이면서 활착실 외부에 구비되는 제2 센서 및 식물공장 외부에 구비되는 제3 센서로 구성되고, 상기 컨트롤러는 상기 제1 센서 내지 제3 센서에서 검출되는 센싱값 변화 패턴에 기초하여 상기 활착실 및 상기 식물공장 내의 환경 제어와 관련된 시스템 오류를 선별적으로 판단하며, 상기 활착 환경 데이터는 상기 활착실 내의 정상 환경 범위, 상기 식물공장 내의 정상 환경 범위 또는 상기 제1 센서 내지 제3 센서의 정상 감지 범위와 관련한 정보를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 컨트롤러는, 상기 제2 센서의 제2 센싱값 변화 패턴이 상기 제3 센서의 제3 센싱값 변화 패턴과 일치하는 경우, 상기 제2 센서가 배치된 식물공장 내부가 상기 제3 센서가 배치된 식물공장 외부와 완전히 격리되지 않은 것으로 판단하여 경고 메시지를 송출하거나 알람을 작동시키고, 상기 컨트롤러는, 상기 제2 센서의 상기 제2 센싱값 변화 패턴이 식물공장 내 정상 환경 범위에 속하는지를 판단하고, 상기 제2 센싱값 변화 패턴이 상기 식물공장 내 정상 환경 범위에 속하지 않으면, 상기 식물공장 내부의 환경 조절 오류로 판단하여 상기 식물공장 내부의 온도 및 습도를 재조절할 수 있다.

그리고, 상기 환경 제어 패턴에 있어 상기 활착 환경 변경 시점은 접목 후 120시간이고, 상기 식물 모종의 활착 전기 및 후기의 광량은 각각 50μmol 이하 및 80μmol 이상이고, 상기 식물 모종의 활착 전기 및 후기의 습도는 각각 90∼95% 및 70∼80%일 수 있다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 빅데이터 기반 스마트 활착 제어 방법은 식물 모종의 종류에 대응하는 활착 환경 변경 시점, 상기 변경 시점 전후의 광량 및 상기 변경 시점 전후의 습도 중 하나 이상의 환경 제어 패턴을 포함하는 활착 환경 데이터를 생성하는 단계; 상기 식물 모종의 종류에 대응하는 환경 제어 패턴을 결정하는 단계; 상기 식물 모종의 생육 환경을 모니터링하는 단계; 및 모니터링된 생육 환경 및 상기 환경 제어 패턴에 기초하여 상기 활착 환경 변경 시점 전후의 광량 및 습도를 조절하는 단계;를 포함한다.

그리고, 상기 모니터링하는 단계는, 식물공장에 구비되는 활착실 내부에 구비되는 제1 센서로부터 제1 센싱값을 수신하고 제1 센싱값의 변화 패턴을 생성하는 단계; 상기 식물공장 내 활착실 외부에 구비된 제2 센서로부터 제2 센싱값을 수신하고 제2 센싱값의 변화 패턴을 생성하는 단계; 상기 식물공장 외부에 구비되는 제3 센서로부터 제3 센싱값을 수신하고 제3 센싱값의 변화 패턴을 생성하는 단계; 및 상기 제1 센싱값의 변화 패턴, 상기 제2 센싱값의 변화 패턴, 상기 제3 센싱값의 변화 패턴 및 상기 활착 환경 데이터에 기초하여 상기 활착실 및 상기 식물공장 내의 환경 제어와 관련된 시스템 오류를 선별적으로 판단하는 단계;를 포함하고, 상기 활착 환경 데이터는 활착실 내 정상 환경 범위, 식물공장 내 정상 환경 범위, 상기 제1 센서의 정상 감지 범위, 상기 제2 센서의 정상 감지 범위 또는 상기 제3 센서의 정상 감지 범위와 관련한 정보를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 빅데이터 기반의 스마트 활착 제어 방법 및 이를 이용한 식물공장 시스템에 의하면, 활착 기간에 있는 접목묘·삽목묘 등의 활착 환경을 최적화함으로써 식물공장의 효율성을 높이는 한편 활착의 시기별 최적 환경과 관련한 빅데이터를 구축함으로써 식물공장의 환경 제어를 정밀화할 수 있게 된다. 또한, 활착 환경에 있어 가장 중요한 습도 정보의 신뢰성을 확보할 수 있는 매커니즘을 가짐으로써 활착 환경 조절을 더욱 정밀하게 할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물공장 시스템 내에 배치되는 활착실의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 식물공장 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3a은 활착실 내 활착 환경 제어의 기초로 이용되는 활착 환경 데이터를 나타내는 표이다.
도 3b는 식물공장 시스템 내의 시스템 오류를 판단하기 위한 기초로 이용되는 활착 환경 데이터를 나타내는 표이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 식물공장 시스템의 구성을 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 빅데이터 기반 스마트 활착 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 빅데이터 기반 스마트 활착 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 도 6의 빅데이터 기반 스마트 활착 제어 방법에서 단계A를 확장한 흐름도이다.
도 8은 도 6의 빅데이터 기반 스마트 활착 제어 방법에서 단계B를 확장한 흐름도이다.
도 9는 본 발명에 따른 빅데이터 기반 스마트 활착 제어 방법에 이용되는 사용자 제어 패턴을 나타내는 도면이다.
도 10은 활착실 내 활착 환경 제어의 기초로 이용되는 활착 환경 데이터를 나타내는 표이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

이하의 설명에 있어서 방향이나 지향성에 대한 언급은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 어떠한 방식으로도 본 발명의 권리범위를 제한하지 않는다. 위, 아래, 수평, 수직, 평행, 상측, 하측, 상부, 하부, 상방, 하방 등의 용어는 첨부된 도면에 보이는 방향을 참조하여 이해할 수 있을 것이다. 특히, 상기 용어들은 구체적인 지시가 없는 한 본 발명이 특정 방향으로 구성되거나 동작해야 함을 의미하지 않는다.

또한, 부착, 연결, 이음, 고정, 체결 등의 용어는, 별도의 언급이 없는 한 직접적으로 서로 연결된 상태를 의미하거나, 별개의 매개체를 통해 직간접적으로 상호 부착, 고정 또는 연결된 상태를 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물공장 시스템 내에 배치되는 활착실(100)의 사시도이다. 여기에 기재된 '식물공장 시스템'은 적어도 하나의 활착실, 생육 챔버 등이 배치되는 공간일 수 있고, 상기 활착실, 생육 챔버의 내부 및 외부 환경을 제어할 수 있는 제어 수단을 구비하는 물리적 공간을 포함하는 의미로 사용된다. 따라서, 도 1에 도시된 활착실(100)은 식물공장 시스템의 일정 영역에 배치되며, 식물공장 시스템의 제어 수단에 의하여 활착실(100)의 내부 환경(온도, 습도, 광도 등)이 제어된다. 또한, 식물공장 시스템의 제어 수단은 활착실(100)의 내부 환경뿐만 아니라 활착실(100)의 외부 공간, 즉, 식물공장 시스템으로 정의된 물리적 공간(건물, 룸, 컨테이너 등)의 환경(온도, 습도, 광도 등)을 정밀 제어할 수도 있다.

활착실(100)에는, 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 활착 환경 조절부(120)의 일구성인 LED부(121), 분무기(122), 히터/쿨러(123) 및 환기구(124)가 구비되며, 이는 케이스(C) 내에 수용된다. 케이스(C)는 도 1에 도시된 바와 같이 다층 구조로 이루어질 수 있고, 각 칸에는 접목묘 등의 식물이 수용된 활착 트레이가 삽입된다. 활착 트레이가 삽입되는 공간은 외부로 직접 노출될 수도 있고, 투명 패널에 의하여 외부로부터 격리될 수도 있다. 이때, 식물 모종이 심겨진 활착 트레이가 삽입되지 않고 활착실(100) 내에 직접 심겨질 수도 있다.

LED부(121)는 방습 구조를 가지며, 광합성에 유효한 파장대역의 광 및 광보상점 이상의 광량을 갖는 광을 발생시킨다. LED부(121)는 알루미늄 방열판으로 이루어진 케이스에 방열 접착 시트가 부착되고, PCB판과 LED 소자가 연결된 뒤 방습 구조의 덮개로 커버된다.

이때, LED 소자는 복수의 LED칩이 구비될 수 있다. 종래에는 단일 파장을 갖는 단일 LED칩으로 이루어진 LED 소자가 이용되었으나, 본 발명에서는 적색 LED칩과 청색 LED칩이 1개의 LED 소자를 구성하여 복합파장을 구현하여 광질 균일도를 향상시킨다. 이때, 1개의 LED 소자는 2개의 적색 LED칩과 1개의 청색 LED칩으로 구성되는 것이 바람직하다. 2개의 적색 LED칩과 1개의 청색 LED칩으로 구성된 1개의 LED 소자는 조사거리 15∼20cm의 근접 조사가 이루어지는 활착실(100) 내에서 바닥에 배치된 활착 트레이 또는 식물 모종이 직접 심겨진 활착실(100)의 바닥부에서 광질(파장)의 균일도가 향상된다.

분무기(122) 및 환기구(124)는 활착실(100) 내부 공간의 습도를 조절하는 기능을 갖는다. 활착실(100) 내 상대습도를 높이도록 제어하는 경우 분무기(122)를 통해 습기를 공급하는 동시에 환기구(124)를 폐쇄한다. 반대로 활착실(100) 내 상대습도를 낮추도록 제어하는 경우 분무기(122)의 작동을 멈추고 환기구(124)를 개방하여 활착실(100) 내부 습기가 외부로 빠져나가도록 한다.

이때, 습도 조절 속도를 향상시키기 위하여 모터를 구비한 팬(fan) 등의 송풍 수단이 마련될 수 있다. 도 1에서는 환기구(124)의 구성이 직접적으로 도시되지 않았으나, 활착 트레이가 놓이는 영역이 투명 패널 등에 의하여 외부와 격리되고, 개폐 가능하도록 구성된 환기구(124)가 상기 투명 패널 상에 구비될 수 있다. 혹은, 케이스(C)의 일부 영역(예를 들어, 천정 패널, 바닥 패널, 천정/바닥 패널의 네 모서리를 지지하는 지지 프레임 등)에 개폐 가능하도록 구성된 환기구(124)가 형성될 수도 있다. 환기구(124)의 구조, 배치, 모양, 크기 등은 다양한 방식으로 구현될 수 있을 것이다.

히터/쿨러(123) 및 환기구(124)는 활착실(100) 내부 공간의 온도를 조절하는 기능을 갖는다. 활착실(100) 내의 온도를 높이도록 제어하는 경우 히터(123)를 가동시켜 열을 공급하고, 활착실(100) 내의 온도를 낮추도록 제어하는 경우 히터(123)의 가동을 중지하고 환기구(124)를 개방하거나 쿨러(123)를 가동하여 냉기를 공급할 수 있다. 마찬가지로, 온도 조절 속도를 향상시키기 위하여 모터를 구비한 팬(fan) 등의 송풍 수단이 마련될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 식물공장 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 식물공장 시스템(1000)은 모니터부(110), 활착 환경 조절부(120), 빅데이터 생성부(130), 알람부(140), 통신부(1500, 저장부(160) 및 컨트롤러(170)를 구비한다.

모니터부(110)는 활착실(100) 내의 활착 환경 및 식물 생장 경과를 실시간 모니터링하는 기능을 갖는다. 모니터부(110)는 카메라부(111), 습도 센서(112), 조도 센서(113), 온도 센서(114) 등의 각종 센서를 포함한다. 카메라부(111)는 식물 생장 경과를 실시간 촬영한다. 촬영된 영상 및 관련 데이터는 후술할 빅데이터 생성부(130)로 전달되어 활착 환경과 관련한 빅데이터를 생성하는 기초 자료로 활용될 수 있다. 또한, 촬영된 영상은 후술할 통신부(150)를 통하여 사용자 단말(미도시)에 송신되어 사용자로 하여금 활착 과정에 있는 식물의 상태를 육안으로 확인할 수 있게 한다. 이때, 활착 환경에 놓인 식물의 촬영 영상을 분석하는 영상 분석부(미도시)가 더 포함될 수 있고, 영상 분석부(미도시)는 촬영 영상에 포함된 식물의 색상, 모양, 크기를 분석하고, 저장부(160)에 저장된 기준 영상과 비교하여 식물의 현재 상태를 판단할 수 있다.

습도 센서(112)는 활착실(100) 내부에 구비될 수 있다. 다만, 다른 실시예에서는 활착실(100) 외부에 구비될 수도 있고, 식물공장 시스템(1000) 밖의 외부 환경에 구비될 수도 있다. 습도 센서(112)는 활착실(100) 내·외부의 습도를 실시간 센싱하는 기능을 갖는다.

조도 센서(113)는 활착실(100) 내부에 구비되되, 식물을 수용하는 활착 트레이가 놓이는 활착실(100) 바닥에 배치되어 식물의 높이에서의 조도를 센싱하도록 설계되는 것이 바람직하다.

온도 센서(114)는 활착실(100) 내부에 구비될 수 있다. 다만, 다른 실시예에서는 활착실(100) 외부에 구비될 수도 있고, 식물공장 시스템(1000) 밖의 외부 환경에 구비될 수도 있다. 온도 센서(114)는 활착실(100) 내·외부의 온도를 실시간으로 감지한다.

빅데이터 생성부(130)는 식물 모종의 종류, 모니터부(110)의 각종 센서(111,112,113,114)로부터 추출된 영상 데이터, 습도 데이터, 조도(광량) 데이터, 온도 데이터 등을 수집하고, 이를 분석하여 접목묘의 활착 환경과 관련한 데이터를 집적한다. 그리고, 빅데이터 생성부(130)는 모니터부(110)에 의해 획득된 식물 모종의 생육 경과 및 실시간 활착 환경 정보에 기초하여 활착 기간별 최적 습도, 최적 광도 및 최적 온도에 대한 활착 환경 데이터를 생성할 수 있다.

예를 들어, 식물 모종A의 영상 데이터 및 습도 변화를 기초로, 특정 시점을 전후로 습도 변화가 이루어졌을 때의 활착 상태를 비교 분석하고, 최적의 활착률을 보이는 습도 변화 시점 및 해당 시점 전후의 습도를 데이터화한다. 해당 데이터는 저장부(160)에 저장되고, 식물 모종A가 수용된 활착 트레이가 삽입되면 저장부(160)로부터 해당 데이터가 독출되어 활착실(100) 내의 환경 제어에 이용된다.

한편, 활착 환경 데이터는 활착실 내 정상 환경 범위, 식물공장 내 정상 환경 범위, 모니터부에 포함된 각종 센서의 정상 감지 범위 등과 관련한 정보를 더 포함할 수 있고, 이에 의하여 활착실(100) 및 식물공장(1000) 내부의 센서 고장, 제어 오류, 환경 조절 오류, 격리 상태 등과 관련한 시스템 오류를 선별적으로 판단할 수 있다.

알람부(140)는 활착실(100) 내의 환경 제어에 오류가 발생하거나, 각종 센서의 고장이 생기는 경우 사용자에게 알리는 기능을 갖는다. 알람부(140)는 메시지 등을 표시하는 표시 수단(예를 들어, 액정 디스플레이, 7-세그먼트 등), 빛을 발생시키는 광원(예를 들어, 엘이디 소자 등), 경고음을 발생시키는 스피커 등으로 구현될 수 있다.

활착 환경 조절부(120)는 위에서 설명한 LED부(121), 분무기(122), 히터/쿨러(123) 및 환기구(124)를 포함할 수 있다.

통신부(150)는 사용자로부터 제어 명령을 유무선으로 수신하거나, 활착 환경과 관련된 각종 정보를 사용자 단말로 유무선 송신하는 기능을 갖는다. 사용자 단말은 스마트폰(smart phone), 스마트워치(smart watch) 등의 웨어러블 디바이스(wearable device), 데스크탑(desktop), 태블릿 PC(tablet PC), 노트북(laptop), PDA(personal digital assistants)를 비롯하여 통신 기능을 갖춘 카메라, 캠코더, 전자사전, 스마트TV 등으로 구현될 수 있다. 식물공장 시스템(1000)의 통신부(150)와 사용자 단말은 유선 통신 또는 무선 통신을 통하여 정보를 주고받는다. 이때, 무선 통신 방식으로는 인터넷, 와이브로, 와이파이(WiFi) 등의 통신을 비롯하여 블루투스(Bluetooth), NFC(Near Field Communication), 지그비(Zigbee), UWB, RFID 등의 근거리 통신을 이용할 수 있을 것이다.

저장부(160)는 빅데이터 생성부(130)에서 생성된 활착 관련 빅데이터, 모니터부(110)에서 추출된 각종 활착 환경 정보, 식물 모종의 종류에 따른 활착 관련 데이터 등을 저장하며, 특정 식물 모종에 대응하는 활착 환경 데이터가 독출되어 활착실(100) 내의 환경 제어에 이용된다. 또한, 저장부(160)에 저장되는 활착 환경 데이터는 활착실 내 정상 환경 범위, 식물공장 내 정상 환경 범위, 모니터부에 포함된 각종 센서의 정상 감지 범위 등과 관련한 정보를 더 포함할 수 있고, 이에 의하여 활착실(100) 및 식물공장(1000) 내부의 센서 고장, 제어 오류, 환경 조절 오류, 격리 상태 등과 관련한 시스템 오류를 선별적으로 판단할 수 있다.

컨트롤러(170)는 식물공장 시스템(1000) 내외에 구비된 각 구성(모니터부(110), 빅데이터 생성부(130), 알람부(140), 활착 환경 조절부(120), 통신부(150), 저장부(160) 등)을 개별적 혹은 통합적으로 제어한다.

도 3a는 활착실(100) 내 활착 환경 제어의 기초로 이용되는 활착 환경 데이터를 나타내는 표이다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 활착 환경 데이터는 식물 모종의 활착 환경 변경 시점, 변경 시점 전후의 광량 및 습도 정보를 포함한다. 활착 환경 데이터는 식물 모종에 따라 다를 수 있고, 컨트롤러(170)는 식물 모종에 대응하는 습도 및 광도 데이터를 통하여 활착실(100) 내 활착 환경을 제어한다.

접목묘의 활착 기간은 식물 모종에 따라 다를 수 있으나 통상적으로 최소 5일에서 최대 10일 수준이며, 이 기간 내의 환경 관리가 접목묘의 활착률에 중요한 영향을 미칠 수 있다. 본 발명에 있어, 컨트롤러(170)는 접목 직후∼5일(120시간), 120시간∼240시간 사이의 환경 관리 조건을 다르게 한다. 이는, 고습하고 일정한 온도 조건, 낮은 광량 조건에서 생육하던 접목묘가 갑자기 활착실(100) 외부로 나가 건조하고 높은 광량 조건에 노출되면 생육 저하 및 생리 장해를 입을 수 있다.

이와 관련하여, 컨트롤러(170)는 최적의 활착 환경을 조성하기 위하여 최적 활착 환경 데이터를 이용하여 활착실(100) 내 환경을 제어할 수 있고, 최적 활착 환경 데이터에서 활착 환경 변경 시점은 접목 후 120시간(5일)이고, 활착 전기 및 후기의 광량은 각각 50μmol 이하 및 80μmol 이상이고, 상기 식물 모종의 활착 전기 및 후기의 습도는 각각 90∼95% 및 70∼80%일 수 있다.

한편, 사용자는 활착 환경과 관련한 습도 및 광량 정보를 사용자 인터페이스를 통하여 식물공장 시스템(1000)으로 전송할 수 있고, 컨트롤러(170)는 사용자로부터 입력된 활착 환경 데이터에 기초하여 활착실(100) 내 습도, 광량, 온도 등을 제어할 수 있다.

도 3a의 활착 환경 데이터를 이용하는 경우, 활착실(100)에 수용된 식물 모종이 작물A인 경우 컨트롤러(170)는 접목 후 90∼95%의 습도와 40μmol 이하의 광도를 유지하도록 활착 환경 조절부(120)를 제어하고, 접목 후 60시간이 지난 시점에서 습도와 광도가 각각 60∼70%, 80μmol 이상이 되도록 조절한다. 마찬가지로, 활착실(100)에 수용된 식물 모종이 작물D인 경우 컨트롤러(170)는 접목 후 80∼90%의 습도와 30μmol 이하의 광도를 유지하도록 활착 환경 조절부(120)를 제어하고, 접목 후 144시간이 지난 시점에서 습도와 광도가 각각 50∼60%, 60μmol 이상이 되도록 조절한다.

도 3b는 식물공장 시스템 내의 시스템 오류를 판단하기 위한 기초로 이용되는 활착 환경 데이터를 나타내는 표이다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 활착 환경 데이터는 활착실 내 정상 환경(온도/습도/광도 등) 범위, 식물공장 내 정상 환경(온도/습도/광도 등) 범위, 센서(습도센서/온도센서/광도센서)의 정상 감지 범위(습도를 포함한다.

한편, 모니터부(110)는 식물공장 내에 배치되는 활착실 내부에 구비되는 제1 센서, 식물공장 내부이면서 활착실 외부에 구비되는 제2 센서 및 식물공장 외부에 구비되는 제3 센서를 포함할 수 있는데, 도 3b의 표와 같이, 활착 환경 데이터는 활착실 내의 제1 센서의 정상 감지 범위, 식물공장 내의 제2 센서의 정상 감지 범위 및 식물공장 외의 제3 센서의 정상 감지 범위와 관련한 정보를 더 포함할 수 있다. 이에 의하여, 본 발명에 따른 식물공장 시스템(1000)은 시스템 내외부의 각종 센서 고장, 제어 오류, 환경 조절 오류, 격리 상태 등을 선별적으로 판단할 수 있다. 이와 관련해서는 아래에서 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 식물공장 시스템(1000)의 구성을 나타낸다. 도 4의 실시예에서 모니터부(110)는 세 종류의 습도 센서(111a,111b,111c)를 포함한다. 제1 센서(111a)는 각 활착실(100) 내부에 배치되고, 제2 센서(111b)는 식물공장 내 활착실(100)의 외부 공간에 배치되며, 제3 센서(111c)는 식물공장 외부에 배치된다. 그리고, 컨트롤러(170)는 제1 센서(111a) 내지 제3 센서(111c)에서 검출되는 복수의 센싱값 변화 패턴, 및 저장부(160)에 저장된 기준값 패턴에 기초하여 습도와 관련한 시스템 오류를 판단한다.

구체적으로, 컨트롤러(170)는 제1 센서(111a)에서 검출된 제1 센싱값의 변화 패턴이 저장부(160)로부터 독출된 활착 환경 데이터의 환경 제어 패턴과 일치하지 않으면 활착 환경 조절부(120)의 고장 또는 제1 센서(111a)의 고장으로 판단하여 알람부(140)를 동작시킬 수 있다. 사용자는 알람부(140)를 통해 수신한 시스템 오류 정보를 보고 해당 구성을 보수할 수 있다.

이와 관련하여, 컨트롤러(170)는 제1 센싱값 변화 패턴이 제1 센서(111a)의 정상 감지 범위(활착 환경 데이터에 포함된 정보에 기초함, 도 3b 참조)에 속하는지를 판단하고, 해당 범위에 속한다면 제1 센서(111a)는 정상 작동하지만 활착 환경 조절부(120)가 고장난 것으로 판단하여 활착 환경 조절부(120)의 동작을 중지시킬 수 있다. 이와 달리, 해당 범위에 속하지 않는다면 제1 센서(111a)의 센싱 오류(제1 센서의 고장)으로 판단하여, 활착 환경 조절부(120)의 동작은 계속 유지하되, 알람부(140)를 제어하여 경고 메시지를 송출하거나 알람을 작동시킨다.

예를 들어, 활착실 내부의 복수의 센서 사이의 센서간 최대 습도차(±2%)를 벗어나는 경우 정상 감지 범위를 벗어나는 것으로 판단하고, 활착실 내의 센서(111a)와 식물장 내의 센서(111b) 사이의 센서간 최대 습도차(±7%)를 벗어나는 경우 정상 감지 범위를 벗어나는 것으로 판단할 수 있다. 또, 각 센서(습도/온도/광도 센서)의 센싱값이 정상환경범위(온도/습도/광도)를 벗어나는 경우에도 정상 감지 범위를 벗어나는 것으로 판단할 수 있다. 경우에 따라서는, 기설정된 시간(예를 들어, 1시간) 동안 감지되는 센싱값의 변화폭이 기설정된 범위를 벗어나는 경우에도 정상 감지 범위를 벗어나는 것으로 판단할 수 있다. 이는 사용자 조작에 의하여 환경 설정이 달리 이루어질 수 있을 것이다.

또, 컨트롤러(170)는 제1 센서(111a)에서 검출된 제1 센싱값 변화 패턴이 정상 환경 범위(활착 환경 데이터에 포함된 정보에 기초함, 도 3b 참조) 내에 속하는지를 판단한다. 정상 환경 범위와 관련한 데이터는 활착실 내에서 기본적으로 유지될 수 있는 최고 및 최저 습도/온도/광도와 관련된 정보로써, 이를 벗어나는 경우 환경 제어가 제대로 이루어지지 않았거나 센서의 오류가 있는 것으로 판단된다.

제1 센싱값 변화 패턴이 정상 환경 범위에 속하지 않는 경우, 제1 및 제2 센싱값 변화 패턴이 제1 및 제2 센서의 정상 감지 범위(활착 환경 데이터에 포함된 정보에 기초함, 도 3b 참조)에 속하는지를 판단한다.

만약, 해당 정상 감지 범위에 속하는 경우에는, 활착 환경 데이터 내 제어 패턴(S431-Y)으로 제어가 이루어졌으나 정상 환경 범위 내에 있지 않고(S436-N), 센서의 오류는 없기 때문에, 컨트롤러(170) 자신의 제어 오류로 판단하여 활착 환경 조절부(120)의 동작을 중지시키고, 알람부(140)를 제어하여 경고 메시지를 송출하거나 알람을 작동시켜 사용자로 하여금 컨트롤러(170)의 고장을 수리할 수 있게 한다.

이와 달리, 해당 정상 감지 범위에 속하지 않으면, 제1 센서(111a) 또는 제2 센서(111b)의 오류로 판단하여, 활착 환경 조절부(120)의 동작을 유지시키는 한편 경고 메시지를 송출하거나 알람을 작동시킨다.

한편, 컨트롤러(170)는 제2 센서(111b)의 제2 센싱값 변화 패턴이 제3 센서(111c)의 제3 센싱값 변화 패턴과 일치하는지를 판단한다. 일치하는 경우라면 제2 센서(111b)가 배치된 식물공장 내부가 제3 센서(111c)가 배치된 식물공장 외부 환경에 영향을 받는 것을 의미하므로, 식물공장 내부의 완전 격리가 이루어지지 않은 것으로 판단하여 경고 메시지를 송출하거나 알람을 작동시키도록 알람부(140)를 제어한다.

또한, 컨트롤러(170)는, 제2 센싱값 변화 패턴이 활착 환경 데이터 내에 포함된 식물공장 내 정상 환경 범위에 속하는지를 판단하고, 제2 센싱값 변화 패턴이 식물공장 내부의 정상 범위 패턴에 속하지 않으면 식물공장 내부의 환경 조절 오류로 판단하여 활착 환경 데이터에 포함된 정상 환경 패턴대로 식물공장 내부의 온도 및 습도를 조절한다. 이때, 식물공장 내에도 가습기, 히터/쿨러, 환기구 등의 구성이 포함될 수 있다.

상술한 방법에 의하여, 외부 환경의 습도와 완전히 독립적으로 조절되어야 함에도 불구하고 외부 환경 변화에 영향을 받는 경우, 습도값 패턴을 서로 비교함으로써 센서의 고장, 컨트롤러의 오류, 활착 환경 조절부의 오작동 등을 선별적으로 판단해낼 수 있게 된다.

도 4에서는 식물공장(1000) 내부에 4개의 활착실(100-1 내지 100-4)이 배치되는 것으로 도시되었으나 그보다 많거나 적은 수의 활착실이 배치될 수도 있다. 이와 같이, 활착실이 배치되는 경우에는 각 활착실마다 습도 센서(111a)가 배치되는 것이 바람직하다. 물론, 식물공장(1000)의 내외부에 배치된 제2/제3 센서(111b,111c) 역시 복수개로 구비될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 빅데이터 기반 스마트 활착 제어 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 5의 실시예는 도 4에 도시된 실시예의 식물공장 시스템(1000)에 적용될 수 있다. 따라서, 별도의 설명이 없는 한 이하의 설명에서 각 구성에 대한 도면번호는 도 2 및 도 4에 기재된 도면 번호를 따른다.

본 발명에 따른 빅데이터 기반 스마트 활착 제어 방법은 먼저 식물 모종의 종류에 따른 활착 환경 변경 시점, 상기 변경 시점 전후의 광량 및 습도 정보를 포함하는 활착 환경 데이터를 생성한다(S200).

활착 환경 데이터는 사용자에 의하여 직접 입력될 수도 있지만, 모니터부(110)에 의하여 센싱된 각종 정보에 기초하여 빅데이터 생성부(130)로부터 자동 생성된 데이터일 수 있다. 따라서, S200단계는 사용자 인터페이스에 의한 입력에 따른 데이터 생성과 빅데이터 생성부(130)에 의한 데이터 수집 처리를 통한 데이터 생성을 모두 포함할 수 있을 것이다.

활착 환경 데이터가 생성되면, 활착 과정을 거칠 접목묘 등의 식물 모종에 대응하는 활착 환경 데이터를 결정한다(S300). 식물 모종에 대한 판단은 다양하게 이루어질 수 있다. 예를 들어, 사용자 인터페이스를 통한 사용자 입력에 따라 식물 모종이 선택되면, 선택된 식물 모종에 대응하는 활착 환경 데이터가 저장부로부터 독출되는 방식으로 환경 제어 패턴이 결정될 수 있다.

이후, 활착실(100) 내부에 수용되어 활착 과정이 이루어지는 식물 모종의 생육 환경을 모니터부(110)를 통해 실시간 모니터링한다(S400).

마지막으로, 식물 모종의 생육 환경 정보(온도/습도/광도 등)와 S300단계에서 결정된 환경 제어 패턴에 기초하여 활착 환경 조절부(120)를 제어한다(S500). 활착 환경 조절부(120)의 제어는, 예를 들어, 활착 환경 변경 시점 이전의 습도가 너무 높다면 환기구(124)를 제어하여 습도를 환경 제어 패턴에 대응하는 적정 상태로 조절하고, 활착 환경 변경 시점에 대응되는 시점이 되면 환경 제어 패턴에 대응되는 변경 시점 이후 환경을 취하도록 분무기(122) 등의 활착 환경 조절부(120)를 제어한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 빅데이터 기반 스마트 활착 제어 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 6의 각 단계는 기본적으로 도 5의 S400단계의 연장선상의 단계들이다.

먼저, 활착실(100) 내부에 배치된 제1 센서(111a)로부터 제1 센싱값을 추출하고, 식물공장 내부이면서 활착실(100) 외부 공간에 배치된 제2 센서(111b)로부터 제2 센싱값을 추출하며, 식물공장 외부에 배치된 제3 센서(111c)로부터 제3 센싱값을 추출한다(S410). 이후, 추출된 각 센싱값에 기초하여 변화 패턴을 생성한다(S420). 즉, 제1 센싱값으로부터 실시간으로 추출된 센싱값에 기초하여 제1 센싱값의 변화 패턴을 생성하고, 제2 센싱값으로부터 실시간으로 추출된 센싱값에 기초하여 제2 센싱값의 변화 패턴을 생성하고, 제3 센싱값으로부터 실시간으로 추출된 센싱값에 기초하여 제3 센싱값의 변화 패턴을 생성한다.

이후, 도 5의 S200 단계에서 생성되거나, 저장부(160)로부터 독출된 활착 환경 데이터를 상기 S410 단계에서 생성된 제1 센싱값의 변화 패턴, 제2 센싱값의 변화 패턴 및 기준값 패턴과 상호 비교 및 분석한다(S430). 위에서 설명한 바와 같이, 활착 환경 데이터는 활착실 내 정상 환경 범위, 식물공장 내 정상 환경 범위, 모니터부에 포함된 각종 센서(제1 내지 제3 센서 등)의 정상 감지 범위 등과 관련한 정보를 더 포함한다.

제1 센싱값의 변화 패턴, 제2 센싱값의 변화 패턴 및 기준값 패턴과 상호 비교 분석 및 이를 통한 시스템 오류 판단 방법과 관련해서는 도 7을 참조한다. 도 7은 도 6의 A단계를 확장한 흐름도이다.

도 7을 참조하면, 제1 센싱값 변화 패턴이 활착 환경 데이터 내 환경 제어 패턴과 일치하는지를 판단한다(S431).

사용자로부터 입력되거나 저장부(160)로부터 독출된 활착 환경 데이터에 포함된 환경 제어 패턴은 컨트롤러(170)에 의하여 조절되어야 할 활착실(100) 내부의 최적 환경이므로, 제1 센싱값 변화 패턴이 저장부(160)로부터 독출된 환경 제어 패턴과 일치하지 않는다면(S431-N), 활착 환경 조절부(120)에 오류가 생겨서 활착실 내 환경 조절에 실패했거나, 활착실 내에 구비된 제1 센서(111a)의 고장으로 센싱 데이터에 오류가 있는 상태이다. 따라서, 컨트롤러(170)는 다시 제1 센싱값 변화 패턴이 제1 센서의 정상 감지 범위 내에 있는지를 판단한다(S432). 그 결과, 제1 센싱값 변화 패턴이 제1 센서의 정상 감지 범위 내에 있다면(S432-Y), 센서의 오류는 없으므로 활착 환경 조절부의 고장이 있는 것으로 판단하여(S440), 활착 환경 조절부의 동작을 중지시키고(S440), 사용자가 이를 알 수 있도록 경고 메시지를 송출하거나 알람을 작동시킨다(S441).

이와 달리, 제1 센싱값 변화 패턴이 제1 센서의 정상 감지 범위 내에 있는지를 판단한 결과(S432), 제1 센싱값 변화 패턴이 제1 센서의 정상 감지 범위 내에 속하지 않으면(S432-N), 제1 센서(111a)의 센싱 오류 혹은 고장으로 판단하여(활착실 내의 환경 조절은 제대로 이루어지고 있음을 의미함), 활착 환경 조절부(120)의 동작을 그대로 유지시키고(S434), 사용자가 이를 알 수 있도록 경고 메시지를 송출하거나 알람을 작동시킨다(S441).

제1 센싱값 변화 패턴이 저장부(160)로부터 독출된 환경 제어 패턴과 일치한다면(S431-Y), 컨트롤러(170)는 제1 또는 제2 센싱값 변화 패턴이 활착 환경 데이터 내의 정상 환경 범위에 있는지를 판단한다(S436). 이는 활착실 내의 환경 제어가 제대로 이루어지고 있는지를 검증하기 위한 것으로, 제1 또는 제2 센싱값 변화 패턴이 활착 환경 데이터 내의 정상 환경 범위에 있지 않다면(S436-N), 제1 및 제2 센싱값 변화 패턴이 제1 및 제2 센서의 정상 감지 범위에 있는지를 판단한고(S437), 해당 범위에 있다면(S437-Y), 센서의 고장은 아니므로 컨트롤러(170)의 제어 오류로 판단하여 활착 환경 조절부(120)의 동작을 중지시킨다(S440). 이와 달리, 해당 범위에 있지 않다면(S437-N), 제1 또는 제2 센서의 센싱 오류로 판단하여, 활착 환경 조절부(120)의 동작은 그대로 유지시키고(S434), 사용자가 센서의 오류를 알 수 있도록 경고 메시지를 송출하거나 알람을 작동시킨다(S441).

제1 또는 제2 센싱값 변화 패턴이 활착 환경 데이터 내 정상 환경 범위 내에 있다면(S436-Y), 활착실(100)의 내부 환경 제어가 정상적으로 이루어지는 것으로 판단하고, S431 내지 S441 단계를 지속적으로 수행함으로써 시스템 오류를 실시간으로 검출한다.

다시, 도 6으로 돌아와서, S430 단계가 수행된 뒤 제2 센싱값 변화 패턴, 제3 센싱값 변화 패턴 및 활착 환경 데이터를 비교한다(S450).

제2 센싱값의 변화 패턴, 제3 센싱값의 변화 패턴 및 활착 환경 데이터의 상호 비교 분석과 관련해서는 도 8을 참조하여 설명한다. 도 8은 도 6의 빅데이터 기반 스마트 활착 제어 방법에서 B단계를 확장한 흐름도이다.

먼저, 제2 센서(111b)로부터 추출되어 생성된 제2 센싱값 변화 패턴과 제3 센서(111c)로부터 추출되어 생성된 제3 센싱값 변화 패턴의 일치 여부를 확인한다(S451).

식물공장에서 육성되는 식물 모종의 경우 온습도 환경 조절이 매우 중요하므로 열이나 습기의 유입이 완벽히 차단되어야 한다. 따라서, 식물공장 내의 제2 센서(111b)로부터 센싱된 제2 센싱값 변화 패턴과 식물공장 밖의 제3 센서(111c)로부터 센싱된 제3 센싱값 변화 패턴이 일치한다는 것은 식물공장의 내부 환경이 외부 환경에 그대로 영향을 받는 것을 의미한다. 따라서, 제2 센싱값 변화 패턴과 제3 센싱값 변화 패턴이 일치하면(S451-Y), 식물공장의 외부 격리가 실패한 것으로 판단하고(S452), 알람부(140)를 동작시켜 경고 메시지를 송출하거나 알람을 울려 사용자로 하여금 외부 환경의 격리를 철저히 할 수 있도록 조치한다.

제2 센싱값 변화 패턴과 제3 센싱값 변화 패턴이 일치하지 않는 경우(S441-N)에는, 제2 센싱값 변화 패턴이 활착 환경 데이터 내의 정상 환경 범위에 속하는지를 판단한다(S453).

만약, 제2 센싱값 변화 패턴이 활착 환경 데이터 내의 정상 환경 범위에 속한다면, 식물공장 내의 온습도가 제대로 유지되어 있음을 의미하므로 모니터링을 종료한다.

반면, 제2 센싱값 변화 패턴이 활착 환경 데이터 내의 정상 환경 범위에 속하지 않는다면, 식물공장 내부의 환경 조절 오류로 판단한다(S454). 식물공장의 경우 활착실(100) 내부 공간의 환경제어도 중요하지만, 식물공장 내에 구비되어 있는 각종 부품의 유지를 위해 식물공장 내부의 환경도 엄격히 제어되어야 한다. 이는, 식물공장 내부가 고온, 고습으로 유지되면 각종 부품의 부식 등 치명적인 손상을 초래할 위험이 있기 때문이다.

따라서, 제2 센싱값 변화 패턴이 기준값 패턴과 일치하지 않으면(S443-N), 컨트롤러는 식물공장 내 온습도를 재조절한다(S455). 이때, 활착실뿐만 아니라 식물공장 내부에도 환경 조절 관련 구성(가습기, 히터/쿨러, 환풍기 등)이 구비될 수 있음은 위에서 설명한 바와 같다. 식물공장 내 온습도의 재조절과 함께 컨트롤러(170)는 알람부(140)를 동작시켜 경고 메시지를 송출하거나 알람을 작동시킨다(S456).

상술한 방법에 의하여, 활착실 내부 센서의 고장, 활착실 제어 관련 컨트롤러의 오류, 활착 환경 조절부의 오작동뿐만 아니라 활착실을 수용하는 식물공장 내 환경 제어의 오류, 외부와의 격리 상태까지 선별적으로 판단해낼 수 있게 된다.

도 9는 본 발명에 따른 빅데이터 기반 스마트 활착 제어 방법에 이용되는 사용자 제어 패턴을 나타내는 도면이다.

본 발명에 따른 빅데이터 기반 스마트 활착 제어 방법은 도 3a나 3b와 같은 빅데이터를 이용할 수도 있으나, 도 9와 같은 특수 제어 패턴 관련 데이터에 기초하여 활착실 내 환경을 조절할 수도 있다.

컨트롤러(170)는 복수의 패턴을 순차적으로 반복하는 방식으로 활착 기간 동안의 환경 조절을 수행할 수 있다. 예를 들어, 활착 기간을 7일로 설정하면, 1일∼5일 동안은 활착을 완료시키는 과정, 나머지 6일∼7일은 온실로 나가기 전의 순화 과정으로 볼 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 좌측의 패턴1(Pattern 1)과 우측의 패턴2(Pattern 2)는 각각 패턴 반복 횟수(n회, m회)가 설정되어 있고, 각 패턴은 시간에 따른 온도/습도/광도를 정의하고 있다.

컨트롤러(170)는 활착 기간 동안 패턴1을 n회 반복한 후 패턴2를 m회 반복하고, 다시 패턴1을 n회 반복한 뒤 패턴2를 m회 반복할 수 있다. 도 9에서는 2개의 패턴만 예시했으나, N개의 패턴이 생성되어 활착 기간 동안 N개의 각 패턴이 순차적으로 적용될 수 있다.

이때, 도 9의 시간, 온도, 습도, LED 광량은 장기간에 축적된 데이터(빅데이터)에 기초하여 설정될 수도 있고, 사용자의 직접 입력을 통하여 설정될 수도 있다. 상기와 같은 제어 방식에 의하면, 활착 기간(5일간)과 순화 기간(2일간) 동안의 환경 제어를 더욱 정밀하게 할 수 있어, 활착률 및 생산율을 높일 수 있게 된다.

도 10은 활착실 내 활착 환경 제어의 기초로 이용되는 활착 환경 데이터를 나타내는 표이다.

본 발명에 따른 빅데이터 기반 스마트 활착 제어 방법은 도 3a나 3b와 같은 빅데이터, 위의 도 9와 같은 빅데이터를 이용할 수도 있으나, 도 10과 같이 명기와 암기의 환경 패턴을 세분화해서 정밀 제어할 수도 있다.

컨트롤러(170)는 도 10에 도시되 바와 같이, 활착 기간 동안의 온도/습도/광량 데이터에 기초하여 환경 조절을 수행할 수 있다. 예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이, 활착 제어 빅데이터는 활착 기간 일자별 온도/습도/광량 정보를 포함한다. 이때, 일자가 지날수록 습도는 90∼95%에서 85∼90%로 감소하고, 광량은 50μmol에서 100μmol로 증가하는 방식으로 조절함에 따라 온실로 나가기 전 식물이 외부 환경에 적응될 수 있다.

한편, 각 일자별 온도/습도/광량은 명기와 암기로 구분되어 다르게 설정될 수 있다. 광량이 0μmol인 암기 동안의 온도는 광량이 0μmol이 아닌 명기 동안의 온도에 비하여 다소 낮게 설정(도 10에서는 대략 5℃ 낮게 설정)될 수 있다. 광량이 0μmol인 암기는 사용자에 의하여 적당한 시간대로 설정될 수 있을 것이다. 이와 같은 방법으로 실제 식물의 생장 환경과 유사한 환경을 실현함으로써, 식물의 활착률 및 생산율을 높일 수 있게 된다. 이때, 광량은 최종 130∼150μmol까지 높이는 것이 유리하다. 다만, 비용적인 부분을 고려하면 100μmol 수준으로 설정할 수도 있을 것이다.

이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

상기 살펴본 실시예들에 따른 시스템 혹은 장치는 프로세서, 프로그램 데이터를 저장하고 실행하는 메모리, 외부 장치와 통신하는 통신 포트, 터치 패널, 키(key), 버튼, 디스크 드라이브와 같은 영구 저장부(permanent storage) 등과 같은 사용자 인터페이스 장치 등을 포함할 수 있다. 소프트웨어 모듈 또는 알고리즘으로 구현되는 방법들은 상기 프로세서상에서 실행 가능한 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드들 또는 프로그램 명령들로서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있다. 여기서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로 마그네틱 저장 매체(예컨대, ROM(read-only memory), RAM(random-access memory), 플로피 디스크, 하드 디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예컨대, 시디롬(CD-ROM), 디브이디(DVD: Digital Versatile Disc)) 등이 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템들에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 판독 가능한 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 매체는 컴퓨터에 의해 판독 가능하며, 메모리에 저장되고, 프로세서에서 실행될 수 있다.

본 실시예는 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 구현될 수 있다. 이러한 기능 블록들은 특정기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 또는/및 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시 예는 하나 이상의 마이크로프로세서들의 제어 또는 다른 제어 장치들에 의해서 다양한 기능들을 실행할 수 있는, 메모리, 프로세싱, 로직(logic), 룩 업 테이블(look-up table) 등과 같은 직접 회로 구성들을 채용할 수 있다. 구성 요소들이 소프트웨어 프로그래밍 또는 소프트웨어 요소들로 실행될 수 있는 것과 유사하게, 본 실시 예는 데이터 구조, 프로세스들, 루틴들 또는 다른 프로그래밍 구성들의 조합으로 구현되는 다양한 알고리즘을 포함하여, C, C++, 자바(Java), 어셈블러(assembler) 등과 같은 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능적인 측면들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 실시 예는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다.

"매커니즘", "요소", "수단", "구성"과 같은 용어는 광의적 의미로 사용되었으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되지 않는다. 상기 용어는 프로세서 등과 연계하여 소프트웨어의 일련의 처리들(routines)을 의미할 수도 있다. 본 실시예에서 설명하는 특정 실행들은 예시들로서, 어떠한 방법으로도 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다.

본 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 마지막으로, 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 한정되는 것은 아니다. 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등(etc.))의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.

100: 활착실
110: 모니터부
120: 활착 환경 조절부
130: 빅데이터 생성부
140: 알람부
150: 통신부
160: 저장부
170: 컨트롤러
1000: 식물공장

Claims (7)

1. 식물 모종의 생육 환경을 모니터링하는 모니터부;
   상기 식물 모종의 활착 환경을 조절하는 활착 환경 조절부;
   상기 식물 모종의 종류에 대응하는 활착 환경 변경 시점, 상기 변경 시점 전후의 광량 및 상기 변경 시점 전후의 습도 중 하나 이상의 환경 제어 패턴을 포함하는 활착 환경 데이터를 저장하는 저장부; 및
   상기 활착 환경 데이터에 기초하여 상기 활착 환경 조절부를 제어하는 컨트롤러;를 구비하고,
   상기 모니터부는 물리적으로 분리된 복수의 센서를 포함하고,
   상기 컨트롤러는 상기 복수의 센서에서 검출되는 센싱값 및 상기 활착 환경 데이터에 기초하여 상기 활착 환경 조절부를 제어하며,
   상기 복수의 센서는 식물공장 내에 배치되는 활착실 내부에 구비되는 제1 센서, 식물공장 내부이면서 활착실 외부에 구비되는 제2 센서 및 식물공장 외부에 구비되는 제3 센서로 구성되고,
   상기 컨트롤러는 상기 제1 센서에서 검출되는 제1 센싱값 변화 패턴, 상기 제2 센서에서 검출되는 제2 센싱값 변화 패턴 및 상기 제3 센서에서 검출되는 제3 센싱값 변화 패턴에 기초하여 상기 활착실 및 상기 식물공장 내의 환경 제어와 관련된 시스템 오류를 선별적으로 판단하며, 상기 활착 환경 데이터는 상기 활착실 내의 정상 환경 범위, 상기 식물공장 내의 정상 환경 범위 또는 상기 제1 센서 내지 제3 센서의 정상 감지 범위와 관련한 정보를 더 포함하고,
   상기 컨트롤러는, 상기 제1 센서의 제1 센싱값 변화 패턴이 상기 환경 제어 패턴과 일치하지 않는 경우 상기 제1 센싱값 변화 패턴이 상기 제1 센서의 정상 감지 범위에 속하는지 판단하고, 상기 제1 센싱값 변화 패턴이 상기 제1 센서의 정상 감지 범위 내에 있지 않으면, 상기 제1 센서의 센싱 오류로 판단하여 상기 활착 환경 조절부의 동작을 그대로 유지시키고, 상기 제1 센서의 정상 감지 범위 내에 있으면, 상기 활착 환경 조절부의 고장으로 판단하여 상기 활착 환경 조절부의 동작을 중지시키도록 제어하며,
   상기 제1 센싱값 변화 패턴 또는 상기 제2 센싱값 변화 패턴이 상기 활착실 내 정상 환경 범위 또는 상기 식물공장 내 정상 환경 범위 내에 속하지 않는 경우, 상기 제1 센싱값 변화 패턴 또는 제2 센싱값 변화 패턴이 상기 제1 센서 또는 제2 센서의 정상 감지 범위 내에 있는지 판단하고, 상기 제1 센싱값 변화 패턴 또는 제2 센싱값 변화 패턴이 상기 제1 센서 또는 제2 센서의 정상 감지 범위 내에 있지 않으면 상기 제1 센서 또는 상기 제2 센서의 센싱 오류로 판단하여 상기 활착 환경 조절부의 동작을 유지시키고, 상기 제1 센서 또는 제2 센서의 정상 감지 범위 내에 있으면 상기 컨트롤러의 제어 오류로 판단하여 상기 활착 환경 조절부의 동작을 중지시키도록 제어하는 빅데이터 기반의 식물공장 시스템.
2. 식물 모종의 생육 환경을 모니터링하는 모니터부;
   상기 식물 모종의 활착 환경을 조절하는 활착 환경 조절부;
   상기 식물 모종의 종류에 대응하는 활착 환경 변경 시점, 상기 변경 시점 전후의 광량 및 상기 변경 시점 전후의 습도 중 하나 이상의 환경 제어 패턴을 포함하는 활착 환경 데이터를 저장하는 저장부; 및
   상기 활착 환경 데이터에 기초하여 상기 활착 환경 조절부를 제어하는 컨트롤러;를 구비하고,
   상기 모니터부는 물리적으로 분리된 복수의 센서를 포함하고,
   상기 컨트롤러는 상기 복수의 센서에서 검출되는 센싱값 및 상기 활착 환경 데이터에 기초하여 상기 활착 환경 조절부를 제어하며,
   상기 복수의 센서는 식물공장 내에 배치되는 활착실 내부에 구비되는 제1 센서, 식물공장 내부이면서 활착실 외부에 구비되는 제2 센서 및 식물공장 외부에 구비되는 제3 센서로 구성되고,
   상기 컨트롤러는 상기 제1 센서에서 검출되는 제1 센싱값 변화 패턴, 상기 제2 센서에서 검출되는 제2 센싱값 변화 패턴 및 상기 제3 센서에서 검출되는 제3 센싱값 변화 패턴에 기초하여 상기 활착실 및 상기 식물공장 내의 환경 제어와 관련된 시스템 오류를 선별적으로 판단하며, 상기 활착 환경 데이터는 상기 활착실 내의 정상 환경 범위, 상기 식물공장 내의 정상 환경 범위 또는 상기 제1 센서 내지 제3 센서의 정상 감지 범위와 관련한 정보를 더 포함하고,
   상기 컨트롤러는, 상기 제2 센서의 제2 센싱값 변화 패턴이 상기 제3 센서의 제3 센싱값 변화 패턴과 일치하는 경우, 상기 제2 센서가 배치된 식물공장 내부가 상기 제3 센서가 배치된 식물공장 외부와 완전히 격리되지 않은 것으로 판단하여 경고 메시지를 송출하거나 알람을 작동시키고,
   상기 컨트롤러는, 상기 제2 센서의 상기 제2 센싱값 변화 패턴이 식물공장 내 정상 환경 범위에 속하는지를 판단하고, 상기 제2 센싱값 변화 패턴이 상기 식물공장 내 정상 환경 범위에 속하지 않으면, 상기 식물공장 내부의 환경 조절 오류로 판단하여 상기 식물공장 내부의 온도 및 습도를 재조절하는 빅데이터 기반의 식물공장 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 환경 제어 패턴에 있어 상기 활착 환경 변경 시점은 접목 후 120시간이고, 상기 식물 모종의 활착 전기 및 후기의 광량은 각각 50μmol 이하 및 80μmol 이상이고, 상기 식물 모종의 활착 전기 및 후기의 습도는 각각 90∼95% 및 70∼80%인 빅데이터 기반의 식물공장 시스템.
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