KR102154390B1 - 수액유속에 기초한 관개 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 관개 제어 시스템은, 작물에 물을 공급하는 관개설비를 제어하여 상기 작물에 공급되는 물의 양 또는 공급시기를 조절하는 관개 제어부; 상기 작물의 줄기에 삽입되는 프로브를 통해 수액유속을 측정하는 수액유속 센서; 및 상기 측정된 수액유속을 이용하여 상기 작물의 줄기를 통해 흐르는 수액량을 산출하는 수액량 산출부를 포함하고, 상기 관개 제어부는 상기 수액량에 기초하여 상기 관개설비를 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

수액유속에 기초한 관개 제어 시스템 및 방법{System and method for irrigation control based on sap flow rate}
본 발명은 작물에 물을 공급하는 관개설비를 제어하여 작물에 공급되는 물의 양 또는 공급시기를 조절하는 관개 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
작물 재배시 물주기, 즉 관개는 작물의 생장에 가장 큰 영향을 미치는 요인으로서, 작물이 필요로 하는 양만큼의 물을 주는 것이 요구된다. 예컨대, 물이 부족하면 작물이 시들거나 성장 장애를 일으키며, 반대로 물이 과하게 공급되면 뿌리의 공기공급이 부족해지거나 과실의 품질이 떨어지는 등의 문제가 발생한다.
또한 경제적인 측면에서도 작물의 필요량만큼 물을 주는 것이 중요한데, 가령 물이 부족한 지역에서는 물이 작물 재배에 드는 비용의 큰 요인이 되므로, 비용 절감을 위해 보다 정확하게 작물의 필요량만큼 물을 주기 위한 기술이 요구된다.
또한 물을 과잉으로 공급하면 토양에 녹아 있는 작물 재배에 필요한 비료 성분이 씻겨 나가 경제적인 손실뿐만 아니라 폐액의 발생으로 환경 오염의 원인이 되기도 한다.
이에 작물이 필요로 하는만큼 물을 줄 수 있도록 작물에 공급되는 물의 양 또는 공급시기를 조절할 수 있는 관개 제어 시스템이 등장하였다. 기존의 관개 제어 시스템은 작물 재배의 환경 변수, 예컨대 일사량, 온도, 습도 등을 측정하여 관개 제어를 수행하는데, 그 중 일사량이 식물의 증산량과 가장 상관관계가 크므로 일사량에 연동한 관개 제어 시스템이 주로 운용되고 있다.
일사량에 연동한 관개 제어 시스템은 예를 들면, 작물 근처에 일사량 센서를 설치하여 계속적으로 일사량을 측정하고, 누적 일사량이 특정 기준값에 도달하면 일정량의 물(또는 비료가 혼합된 물)을 공급하도록 설계된다. 가령 누적 일사량이 150J/cm2에 도달할 때마다 200ml의 물을 공급하도록 관개설비를 제어하는 것이다. 누적 일사량 기준값이나 물의 공급량 등의 적절한 수치는 해당 작물에 대하여 실험적으로 얻을 수 있다.
기존의 관개 제어 시스템은 다음과 같은 문제점들을 가지고 있다.
식물의 증산작용은 일사량이라는 하나의 환경 변수에 의해서만 영향을 받는 것이 아니라, 배지 상태 등 다양한 환경 요인의 영향을 받는데다가, 각 식물의 상태에 따라 달라지므로 일사량을 기반으로 하는 관개 제어 시스템은 정확도가 떨어질 수밖에 없다. 예를 들어 일사량은 같더라도 습도가 더 높은 경우 식물의 증산량은 떨어지는데, 이를 고려하지 않고 일사량만을 기반으로 관개 제어를 수행할 경우 정확도가 떨어지게 된다.
이를 보완하기 위해 온도나 습도 등 여러 환경 변수들을 고려하려면, 관개 제어에 필요한 각종 수치들을 얻기 위해 방대한 양의 실험을 거쳐야 하는 등 시간과 비용이 많이 들어 실제 현장에 적용하기 어렵다.
또한, 일조량, 온도, 습도 등의 환경 변수가 같더라도 만일 식물이 어떤 요인에 의해 스트레스를 받으면 증산량이 떨어지는데, 이러한 상황까지 반영하여 관개 제어를 수행하는 것은 기존의 시스템으로는 불가능하다.
여러 환경 변수와 식물의 증산작용과의 상관관계를 실험을 통해 얻어 이를 기반으로 관개 제어 시스템을 구현한다 하더라도, 대상 작물이 다르거나 다른 환경 요인이 변할 경우 이를 기준으로 다시 방대한 양의 실험을 하여야 하므로 비용과 시간을 고려하면 현실적으로 불가능하다.
이에 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 재배되는 작물이 실제로 사용하는 물의 양에 기초하여 관개 제어를 수행할 수 있는 관개 제어 시스템 및 방법과, 이러한 관개 제어 방법을 이용하여 재배된 작물을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 관개 제어 시스템은, 작물에 물을 공급하는 관개설비를 제어하여 상기 작물에 공급되는 물의 양 또는 공급시기를 조절하는 관개 제어부; 상기 작물의 줄기에 삽입되는 프로브를 통해 수액유속을 측정하는 수액유속 센서; 및 상기 측정된 수액유속을 이용하여 상기 작물의 줄기를 통해 흐르는 수액량을 산출하는 수액량 산출부를 포함하고, 상기 관개 제어부는 상기 수액량에 기초하여 상기 관개설비를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 수액량 산출부는, 상기 측정된 수액유속과 상기 작물의 물관의 단면적을 이용하여 상기 수액량을 산출할 수 있다.
상기 관개 제어 시스템은, 일사량을 측정하는 일사량 센서를 더 포함하고, 상기 관개 제어부는 상기 수액량 및 상기 일사량에 기초하여 상기 관개설비를 제어할 수 있다.
상기 관개 제어부는 일정 시간구간 동안 일사량의 변화 경향과 수액량의 변화 경향을 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 관개설비에 대하여 수액량에 기초한 제어와 일사량에 기초한 제어를 선택적으로 수행할 수 있다.
상기 관개 제어부는, 일사량의 변화 경향이 증가로 나타날 때 수액량의 변화 경향도 증가로 나타나거나, 일사량의 변화 경향이 감소로 나타날 때 수액량의 변화 경향도 감소로 나타나면, 상기 일사량에 기초하여 상기 관개설비를 제어하고, 일사량의 변화 경향이 증가로 나타날 때 수액량의 변화 경향이 감소로 나타나거나, 일사량의 변화 경향이 감소로 나타날 때 수액량의 변화 경향이 증가로 나타나면, 상기 수액량에 기초하여 상기 관개설비를 제어할 수 있다.
상기 관개 제어부는, 상기 관개설비를 제어하여 상기 작물에 공급되는 일정량의 물의 공급시기를 조절하되, 누적 일사량 기준값이 미리 정의될 때, 누적 수액량이 상기 누적 일사량 기준값에 따른 일정 기준에 도달하면 물을 공급하도록 상기 관개설비를 제어할 수 있다.
상기 관개 제어부는, 수액량 변화 그래프의 피크치가 일사량 변화 그래프의 피크치와 일치하도록 수액량 변화 그래프의 스케일을 변환하고, 변환된 수액량 그래프의 적분값이 상기 누적 일사량 기준값에 도달하면 물을 공급하도록 상기 관개설비를 제어할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 관개 제어 방법은, 작물에 물을 공급하는 관개설비를 제어하여 상기 작물에 공급되는 물의 양 또는 공급시기를 조절하는 관개 제어 방법으로서, 상기 작물의 줄기에 삽입되는 프로브를 통해 수액유속을 측정하는 단계; 상기 측정된 수액유속을 이용하여 상기 작물의 줄기를 통해 흐르는 수액량을 산출하는 단계; 및 상기 수액량에 기초하여 상기 관개설비를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 산출하는 단계는, 상기 측정된 수액유속과 상기 작물의 물관의 단면적을 이용하여 상기 수액량을 산출할 수 있다.
상기 관개 제어 방법은 일사량 센서로 일사량을 측정하는 단계를 더 포함하고, 상기 제어하는 단계는 상기 수액량 및 상기 일사량에 기초하여 상기 관개설비를 제어할 수 있다.
상기 제어하는 단계는, 일정 시간구간 동안 일사량의 변화 경향과 수액량의 변화 경향을 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과에 따라 상기 관개설비에 대하여 수액량에 기초한 제어와 일사량에 기초한 제어를 선택적으로 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제어를 선택적으로 수행하는 단계는, 일사량의 변화 경향이 증가로 나타날 때 수액량의 변화 경향도 증가로 나타나거나, 일사량의 변화 경향이 감소로 나타날 때 수액량의 변화 경향도 감소로 나타나면, 상기 일사량에 기초하여 상기 관개설비를 제어하는 단계; 및 일사량의 변화 경향이 증가로 나타날 때 수액량의 변화 경향이 감소로 나타나거나, 일사량의 변화 경향이 감소로 나타날 때 수액량의 변화 경향이 증가로 나타나면, 상기 수액량에 기초하여 상기 관개설비를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제어하는 단계는, 상기 관개설비를 제어하여 상기 작물에 공급되는 일정량의 물의 공급시기를 조절하되, 누적 일사량 기준값이 미리 정의될 때, 누적 수액량이 상기 누적 일사량 기준값에 따른 일정 기준에 도달하면 물을 공급하도록 공급시기를 조절할 수 있다.
상기 제어하는 단계는, 수액량 변화 그래프의 피크치가 일사량 변화 그래프의 피크치와 일치하도록 수액량 변화 그래프의 스케일을 변환하는 단계; 및 변환된 수액량 그래프의 적분값이 상기 누적 일사량 기준값에 도달하면 물을 공급하도록 상기 관개설비를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 상기된 본 발명에 따른 관개 제어 방법을 이용하여 재배된 작물을 제공한다.
본 발명에 의하면, 작물의 줄기를 통해 흐르는 수액량을 이용하여 관개 제어를 수행함으로써, 재배되는 작물이 실제로 사용하는 물의 양에 기초하여 보다 정확하게 관개 제어를 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한 낭비되는 물의 양을 최소화하면서 작물이 필요로 하는 만큼 물주기를 할 수 있고, 물에 씻겨 나가는 비료의 양을 최소화할 수 있어 비용 및 효율성이 크게 개선된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 관개 제어 시스템의 블록도이다.
도 2는 도 1의 관개 제어 시스템을 통해 수행되는, 본 발명의 일 실시예에 따른 관개 제어 방법의 흐름도이다.
도 3은 누적 수액량에 따라 관개 제어가 수행되는 것을 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 관개 제어 시스템의 블록도이다.
도 5는 도 4의 관개 제어 시스템을 통해 수행되는, 본 발명의 일 실시예에 따른 관개 제어 방법의 흐름도이다.
도 6은 일사량의 변환 경향과 수액량의 변화 경향을 비교하여 일사량에 기초한 제어와 수액량에 기초한 제어가 선택적으로 수행되는 것을 보여주는 그래프이다.
도 7은 도 4의 관개 제어 시스템을 통해 수행되는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 관개 제어 방법의 흐름도이다.
도 8은 도 7의 관개 제어 방법에서의 일사량 변화 그래프, 수액량 변화 그래프, 스케일이 변환된 수액량 변화 그래프의 예를 보여준다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하 설명 및 첨부된 도면들에서 실질적으로 동일한 구성요소들은 각각 동일한 부호들로 나타냄으로써 중복 설명을 생략하기로 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
식물의 줄기 내에 직접 프로브를 삽입하여 수액유속을 측정하는 기술이 있다.
예컨대, (i) 식물 줄기에 가열 프로브와 온도측정 프로브를 수액 흐름 방향으로 설치하여 가열 프로브에서 히트 펄스를 발생시키고 발생한 히트 펄스가 온도측정 프로브에 도달할 때까지의 시간을 재어 유속을 측정하는 T-max 기술, (ii) 온도측정 프로브, 히터 프로브, 온도측정 프로브를 수액 흐름 방향으로 순차적으로 설치한 뒤 히터 프로브에서 히트 펄스를 발생시키고 위쪽 프로브와 아래쪽 프로브에 히트 펄스가 도달하는 시간을 측정하여 유속을 측정하는 Compensation Heat Pulse 방법, (iii) 온도측정 프로브, 히터 프로브, 온도측정 프로브를 수액 흐름 방향으로 순차적으로 설치 한 뒤 히터 프로브에서 히트 펄스를 발생시키고 일정 시간 뒤에 위, 아래 프로브에서 증가한 온도 비율을 측정해 유속을 측정하는 Heat Ratio 방법, (iv) 식물 줄기에 가열 프로브와 온도측정 프로브를 수액 흐름 방향으로 설치하고 가열 프로브를 일정하게 가열시키며 온도를 측정하고 이를 비가열 프로브 온도와 비교하여 열 발산량을 측정하고 이를 바탕으로 유속을 추산하는 Heat dissipation 방법 등이 있다.
또한 본 발명의 출원인은, 특허출원 제10-2017-0043259호, 제10-2017-0088635호, 제10-2017-0088635호, 제10-2018-0023544호 등에서 식물의 수액유속 측정 기법을 제안한 바 있다.
본 발명은 작물의 수액 흐름이 해당 작물의 증산량과 직접적으로 연관되는 생체 정보임에 착안한 것으로, 작물이 실제로 사용하는 물의 양에 기초하여 관개 제어를 수행할 수 있도록 하기 위하여, 작물에서 측정되는 수액유속을 이용하여 관개 제어를 수행하는 시스템 및 방법을 제안한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 관개 제어 시스템의 블록도이다.
본 실시예에 따른 관개 제어 시스템은, 관개설비(100), 수액유속 센서(110), 수액량 산출부(120), 관개 제어부(130)를 포함한다.
관개설비(100)는 작물에 물을 공급하는 설비로서, 관개용수를 수용하며, 후술할 관개 제어부(130)의 제어에 따라 작물에 공급되는 물의 양 또는 공급시기를 조절한다. 관개설비(100)는 펌프나 밸브와 같이 관개용수의 흐름을 제어하는 수단을 통해 작물에 공급되는 물의 양 또는 공급시기를 조절할 수 있다.
수액유속 센서(110)는 작물의 줄기에 삽입되는 프로브를 통해 작물의 수액유속을 측정한다. 상기 프로브는 작물의 물관에 위치하도록 삽입되는 것이 바람직하다. 필요에 따라서, 여러 개의 수액유속 센서(110)를 작물의 줄기의 여러 부분에 설치할 수도 있다. 이 경우 측정값들의 평균을 활용하거나, 유의미한(예컨대 부정확한 삽입으로 인해 측정값이 낮은 것을 제외한) 일부의 측정값만을 활용할 수 있다.
수액량 산출부(120)는 수액유속 센서(110)를 통해 측정된 수액유속을 이용하여 작물의 줄기를 통해 흐르는 수액량을 산출한다.
수액유속은 물관 내에서 단위시간당 수액이 이동한 거리(예컨대 cm/s)이므로, 수액유속이 주어질 때 물관의 단면적을 알면, 수액유속(cm/s)과 물관의 단면적(cm2)의 곱을 통해 물관을 흐르는 단위시간당 수액량(cm3/s)을 산출할 수 있다. 그리고 단위시간당 수액량(cm3/s)을 일정 시간에 걸쳐 적분하면 그 시간 동안 물관을 흘러간 누적 수액량(cm3)이 된다. 이 누적 수액량은 곧 작물이 실제로 사용하는 물의 양으로 간주할 수 있다.
물관의 단면적은 줄기를 절단하여 직접 측정할 수 있고, 작물의 생장상태 또는 줄기의 외관 사이즈와 상관관계가 있으므로, 사전에 해당 작물의 여러 샘플들을 가지고 물관의 단면적을 측정하여 생장상태나 줄기의 외관 사이즈와의 상관관계를 구할 수 있다. 이렇게 구해진 상관관계를 가지고, 재배 중인 작물의 생장상태나 줄기의 외관 사이즈를 통해 물관의 단면적을 추정할 수 있다. 수액량 산출부(120)는 사용자로부터 물관의 추정된 단면적을 입력받을 수도 있고, 생장상태 또는 줄기의 외관 사이즈를 입력받아 미리 정의된 상기 상관관계를 이용하여 물관의 단면적을 산출할 수도 있다.
관개 제어부(130)는 관개설비(100)를 제어하여 작물에 공급되는 물의 양 또는 공급시기를 조절하는데, 이때 수액량 산출부(120)를 통해 산출된 누적 수액량에 기초하여 관개설비(100)를 제어한다. 예를 들어, 관개 제어부(130)는 누적 수액량이 특정 기준값에 도달할 때마다 일정량의 물을 공급하도록 관개설비(100)를 제어할 수 있다. 다른 예로, 관개 제어부(130)는 일정 주기마다 작물에 물을 공급하도록 관개설비(100)를 제어하되, 당해 주기의 일정 기간 동안의 누적 수액량에 기초하여 물의 공급량을 조절할 수도 있다. 누적 수액량 기준값이나 물의 공급량 등의 적절한 수치는 해당 작물에 대하여 실험적으로 얻을 수 있다.
도 2는 도 1의 관개 제어 시스템을 통해 수행되는, 본 발명의 일 실시예에 따른 관개 제어 방법의 흐름도이다.
210단계에서, 수액유속 센서(110)는 작물의 줄기에 삽입된 프로브를 통해 수액유속을 측정한다.
220단계에서, 수액량 산출부(120)는 상기 수액유속 센서(110)를 통해 측정되는 수액유속과 작물의 물관의 단면적을 이용하여 단위시간당 수액량을 산출한다.
230단계에서, 수액량 산출부(120)는 관개설비(100)를 통해 작물에 최근에 물이 공급된 시점으로부터 단위시간당 수액량을 적분하여 누적 수액량을 산출한다.
240단계에서 누적 수액량이 특정 기준값에 도달하면, 250단계에서 관개 제어부(130)는 관개설비(100)를 제어하여 일정량의 물이 작물에 공급되도록 한다. 그러면 230단계에서 수액량 산출부(120)는 누적 수액량을 리셋하고 다시 단위시간당 수액량을 적분하여 누적 수액량을 산출하기 시작한다.
도 3은 누적 수액량에 따라 관개 제어가 수행되는 것을 보여주는 그래프로서, 가로축은 시간을, 세로축은 단위시간당 수액량, 즉 수액유속과 작물의 물관의 단면적의 곱을 나타낸다.
일 예로, 관개 제어부(130)는 누적 수액량이 10cm3가 될 때마다 일정량의 물을 작물에 공급하도록 설정된다.
도 3을 참조하면, 0에서 t1까지의 단위시간당 수액량의 적분값(S)이 10cm3가 되어 t1 시점에 작물에 물이 공급되고, t1에서 t2까지의 단위시간당 수액량의 적분값이 10cm3가 되어 t2 시점에 작물에 물이 공급되고, t2에서 t3까지의 단위시간당 수액량의 적분값이 10cm3가 되어 t3 시점에 작물에 물이 공급되고, t3에서 t4까지의 단위시간당 수액량의 적분값이 10cm3가 되어 t4 시점에 작물에 물이 공급된다.
도시된 바와 같이, 예컨대 t1과 t2 사이는 수액량이 비교적 많으므로 작물의 물의 사용량이 많은 상태이고, t3와 t4 사이는 수액량이 비교적 적으므로 물의 사용량이 적은 상태이다. 본 발명의 실시예에 의하면 이처럼 물의 사용량이 많을수록 공급시기가 앞당겨지고(t1~t2), 물의 사용량이 적을수록 공급시기가 늦춰지게(t3~t4) 된다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 관개 제어 시스템의 블록도이다.
본 실시예에 따른 관개 제어 시스템은, 도 1의 실시예와 비교하면 일사량을 측정하는 일사량 센서(140)를 더 포함하고, 관개 제어부(131)는 수액량 산출부(120)를 통해 산출된 누적 수액량 뿐만 아니라, 일사량 센서(140)를 통해 측정된 일사량에 기초하여 관개설비(100)를 제어한다. 본 실시예에 의하면, 수액량에 의한 관개 제어에 일사량에 의한 관개 제어를 연동함으로써 보다 정밀한 제어가 가능하도록 한다.
일 실시예에서, 관개 제어부(131)는 일정 시간구간 동안 일사량의 변화 경향과 수액량의 변화 경향을 비교하여, 비교 결과에 따라 관개설비(100)에 대하여 수액량에 기초한 제어와 일사량에 기초한 제어를 선택적으로 수행할 수 있다.
전형적으로는 일사량이 증가하는 경우 증산작용이 활발하므로 수액량도 증가하는 것이 보통이다. 따라서 일사량과 수액량이 모두 증가하거나 모두 감소하는 동일한 변화 경향을 나타내면, 기존의 방법과 같이 일사량에 기초하여 관개 제어를 수행할 수 있다. 그러나 만일 일사량과 수액량이 정반대의 변화 경향을 보인다면, 예컨대 일사량은 증가하는데 수액량이 감소하는 경우, 어떤 요인으로 인해 작물이 스트레스를 받아서 증산작용을 하지 않고 있음을 의미한다. 이 경우 일사량에 기초하여 많은 물을 공급해 봤자 작물에 흡수되지 않고 그냥 배수되어 버리고 만다. 따라서 이때에는 일사량 대신 수액량에 기초하여 관개 제어를 수행함으로써 실제 증산작용과 연계된 관개 제어를 수행할 수 있다.
도 5는 도 4의 관개 제어 시스템을 통해 수행되는, 본 발명의 일 실시예에 따른 관개 제어 방법의 흐름도이다.
510단계에서, 수액유속 센서(110)는 작물의 줄기에 삽입된 프로브를 통해 수액유속을 측정하고, 520단계에서, 수액량 산출부(120)는 상기 수액유속 센서(110)를 통해 측정되는 수액유속과 작물의 물관의 단면적을 이용하여 단위시간당 수액량을 산출한다.
한편, 530단계에서 일사량 센서(140)는 단위시간당 일사량을 측정한다.
540단계에서, 관개 제어부(131)는 일정 시간구간 동안 일사량의 변화 경향과 수액량의 변화 경향을 비교한다. 여기서, 변화 경향은 '감소'인지 '증가'인지를 의미한다.
비교 결과 550단계에서 변화 경향이 일치하면, 즉 일사량의 변화 경향이 증가로 나타날 때 수액량의 변화 경향도 증가로 나타나거나, 일사량의 변화 경향이 감소로 나타날 때 수액량의 변화 경향도 감소로 나타나면, 560단계에서 관개 제어부(131)는 일사량에 기초하여 관개설비(100)를 제어한다. 예컨대 관개 제어부(131)는 일사량 센서(140)를 통해 측정되는 누적 일사량이 특정 기준값에 도달하면, 관개설비(100)를 제어하여 일정량의 물이 작물에 공급되도록 한다.
비교 결과 550단계에서 변화 경향이 불일치하면, 즉 일사량의 변화 경향이 증가로 나타날 때 수액량의 변화 경향이 감소로 나타나거나, 일사량의 변화 경향이 감소로 나타날 때 수액량의 변화 경향이 증가로 나타나면, 570단계에서 관개 제어부(131)는 수액량 산출부(120)를 통해 산출되는 누적 수액량이 특정 기준값에 도달하면, 관개설비(100)를 제어하여 일정량의 물이 작물에 공급되도록 한다.
도 6은 일사량의 변환 경향과 수액량의 변화 경향을 비교하여 일사량에 기초한 제어와 수액량에 기초한 제어가 선택적으로 수행되는 것을 보여주는 그래프로서, (a)는 일사량의 변화 그래프를, (b)는 수액량의 변화 그래프를 나타낸다.
일 예로, 관개 제어부(131)는 일사량에 기초할 경우 누적 일사량(E)이 100J/cm2이 되면 일정량의 물을 작물에 공급하도록 설정되고, 수액량에 기초할 경우 누적 수액량이 10cm3가 되면 일정량의 물을 작물에 공급하도록 설정된다.
도 6을 참조하면, 0에서 t1 사이의 시간구간에서 일사량은 증가하고 수액량도 증가한다. 따라서 관개 제어부(131)는 일사량에 기초하여 관개설비(100)를 제어하고, t1에서 누적 일사량이 100J/cm2이 되었으므로 t1에서 물을 공급한다.
t1에서 t2 사이의 시간구간에서는 일사량은 증가하나 수액량은 감소한다. 따라서 관개 제어부(131)는 수액량에 기초하여 관개설비(100)를 제어한다. t2 시점에서 누적 일사량이 100J/cm2이 되지만, 수액량에 기초한 관개 제어가 수행되므로 t2 시점에서는 물은 공급되지 않는다. 그 후 t3 시점에 비로소 t1에서 t3까지의 누적 수액량이 10cm3가 되어 물이 공급된다.
t3에서 t4 사이의 시간구간에서는 일사량과 수액량 모두 감소하므로, 일사량에 기초한 관개 제어가 수행되어, t4 시점에 t3에서 t4까지의 누적 일사량이 100J/cm2이 되므로 물이 공급된다.
다른 실시예에서, 누적 일사량 기준값이 미리 정의될 때, 관개 제어부(131)는 관개설비(100)를 제어하여 작물에 공급되는 일정량의 물의 공급시기를 조절하되, 수액량 산출부(120)에서 산출되는 누적 수액량이 누적 일사량 기준값에 따른 일정 기준에 도달할 때마다 물을 공급하도록 관개설비(100)를 제어할 수 있다.
예를 들어 관개 제어부(131)는, 수액량 변화 그래프의 피크치가 일사량 변화 그래프의 피크치와 일치하도록 수액량 변화 그래프의 스케일을 변환한다. 이러한 스케일 변환을 통해, 물의 공급시기의 기준이 되는 누적 일사량 기준값을 수액량에 반영할 수 있게 된다. 그러면 관개 제어부(131)는, 스케일이 변환된 수액량 그래프의 적분값이 누적 일사량 기준값에 도달하면 물을 공급하도록 관개설비(100)를 제어한다. 가령 누적 일사량 기준값이 100J/cm2이라 하면, 스케일이 변환된 수액량 그래프의 적분값이 100에 도달하면 물을 공급하도록 관개설비(100)를 제어한다.
도 7은 도 4의 관개 제어 시스템을 통해 수행되는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 관개 제어 방법의 흐름도이다.
710단계에서, 수액유속 센서(110)는 작물의 줄기에 삽입된 프로브를 통해 수액유속을 측정하고, 720단계에서, 수액량 산출부(120)는 상기 수액유속 센서(110)를 통해 측정되는 수액유속과 작물의 물관의 단면적을 이용하여 단위시간당 수액량을 산출한다.
한편, 730단계에서 일사량 센서(140)는 단위시간당 일사량을 측정한다.
740단계에서, 관개 제어부(131)는 수액량 변화 그래프의 피크치가 일사량 변화 그래프의 피크치와 일치하도록 수액량 변화 그래프의 스케일을 변환한다.
도 8은 일사량 변화 그래프(a), 수액량 변화 그래프(b), 스케일이 변환된 수액량 변화 그래프(c)의 예를 보여준다.
도 8을 참조하면, 현재까지 나타난 일사량 변화 그래프(a)의 피크치는 5J/cm2s 이고, 수액량 변화 그래프(b)의 피크치는 0.5cm3/s 이다. 따라서 (c)와 같이 피크치가 '5'가 되도록 수액량 변화 그래프의 스케일을 변환한다.
750단계에서는, 스케일이 변환된 수액량 그래프에서 수액량을 적분하여 적분값을 계산한다. 이 적분값은 누적 수액량에 대응되는 값으로, 스케일이 변환된 누적 수액량에 해당한다.
760단계에서 상기 적분값이 누적 일사량 기준값에 도달하면, 770단계에서 관개 제어부(131)는 관개설비(100)를 제어하여 일정량의 물이 작물에 공급되도록 한다. 그러면 750단계에서 관개 제어부(131)는 적분값을 리셋하고 다시 적분값을 계산하기 시작한다.
도 8을 참조하면, 스케일이 변환된 수액량 변화 그래프(c)의 t1 시점에서의 적분값(S)이 누적 일사량 기준값인 100이 되어 t1 시점에 작물에 물이 공급되고, t1에서 t4까지의 적분값(S)이 누적 일사량 기준값인 100이 되어 t4 시점에 작물에 물이 공급된다.
한편, 일사량 변화 그래프(a)를 참조하면, 만일 누적 일사량에 기초하여 물을 공급한다면 누적 일사량(E)이 100J/cm2가 되는 t2 시점과 t4 시점에 물이 공급될 것이다. t2 또는 t1 시점까지는 일사량 변화와 수액량 변화가 유사하므로 일사량에 기초한 공급시기인 t2 시점과 수액량에 기초한 공급시기인 t1 시점은 거의 일치한다. 그러나 t1 시점 이후로는 일사량 변화와 수액량 변화가 전혀 다른 양상을 보이는데, 이것은 앞서 설명한 바와 같이 작물이 스트레스를 받아서 증산작용이 일사량에 의존하지 않는 상태를 의미한다. 따라서 (c)와 같이 스케일이 변환된 수액량 변화 그래프의 적분값(S)이 누적 일사량 기준값인 100이 되는 t4 시점에 물을 공급함으로써, 누적 수액량에 기초하되 누적 일사량 기준값을 반영하여 보다 정확하게 공급시기를 조절할 수가 있다.
나아가 본 발명의 실시예들에 의하면, 수액유속 센서(110)와 수액량 산출부(120)를 통해 산출되는 수액량을 바탕으로, 작물의 생장상태와 연동하여 더욱 정밀한 관개 제어를 수행할 수 있다. 예컨대, 작물의 성장기에는 수액량을 바탕으로 수액량에 비례하여 물주기 양을 조절할 수 있다. 한편 작물의 수확기에는 보통 물주기 양의 조절을 통해 과채류의 크기와 당도를 조절하는데, 수액량, 물주기 양, 그리고 과채류의 크기와 당도의 상관관계의 데이터를 확보하여, 원하는 크기와 당도의 과채류를 재배하는데 활용할 수 있다. 즉, 이러한 상관관계 데이터를 바탕으로, 수액량에 기초하여 물주기 양을 일정 비율 늘리거나 줄이는 등으로 조절하여 원하는 크기와 당도의 과채류를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 장치는 프로세서, 프로그램 데이터를 저장하고 실행하는 메모리, 디스크 드라이브와 같은 영구 저장부(permanent storage), 외부 장치와 통신하는 통신 포트, 터치 패널, 키(key), 버튼 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 매체 상에 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 판독가능하며, 메모리에 저장되고, 프로세서에서 실행될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들은 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 또는/및 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예는 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 집적 회로 구성들을 채용할 수 있다. 본 발명에의 구성 요소들이 소프트웨어 프로그래밍 또는 소프트웨어 요소들로 실행될 수 있는 것과 유사하게, 실시예는 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, 실시예는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. "매커니즘", "요소", "수단", "구성"과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 상기 용어는 프로세서 등과 연계하여 소프트웨어의 일련의 처리들(routines)의 의미를 포함할 수 있다.
실시예에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시예들로서, 어떠한 방법으로도 실시 예의 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. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 작물의 줄기에 삽입되는 프로브를 통해 수액유속을 측정하는 수액유속 센서;
    상기 측정된 수액유속을 이용하여 상기 작물의 줄기를 통해 흐르는 단위시간당 수액량을 산출하는 수액량 산출부;
    단위시간당 일사량을 측정하는 일사량 센서; 및
    상기 작물에 물을 공급하는 관개설비를 상기 단위시간당 수액량 및 상기 단위시간당 일사량을 기초로 제어하여 상기 작물에 공급되는 물의 양 또는 공급시기를 조절하는 관개 제어부를 포함하고,
    상기 관개 제어부는, 일정 시간 구간 동안 상기 단위시간당 일사량의 변화 경향과 상기 단위시간당 수액량의 변화 경향을 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 관개설비에 대하여 상기 단위시간당 수액량에 기초한 제어와 상기 단위시간당 일사량에 기초한 제어를 선택적으로 수행하되,
    상기 단위시간당 일사량의 변화 경향이 증가로 나타날 때 상기 단위시간당 수액량의 변화 경향도 증가로 나타나거나, 상기 단위시간당 일사량의 변화 경향이 감소로 나타날 때 상기 단위시간당 수액량의 변화 경향도 감소로 나타나면, 상기 단위시간당 일사량에 기초하여 상기 관개설비를 제어하고,
    상기 단위시간당 일사량의 변화 경향이 증가로 나타날 때 상기 단위시간당 수액량의 변화 경향이 감소로 나타나거나, 상기 단위시간당 일사량의 변화 경향이 감소로 나타날 때 상기 단위시간당 수액량의 변화 경향이 증가로 나타나면, 상기 단위시간당 수액량에 기초하여 상기 관개설비를 제어하는 것을 특징으로 하는 관개 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수액량 산출부는,
    상기 측정된 수액유속과 상기 작물의 물관의 단면적을 이용하여 상기 단위시간당 수액량을 산출하는 것을 특징으로 하는 관개 제어 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 관개 제어부는,
    상기 관개설비를 제어하여 상기 작물에 공급되는 일정량의 물의 공급시기를 조절하되, 누적 일사량 기준값이 미리 정의될 때, 누적 수액량이 상기 누적 일사량 기준값에 따른 일정 기준에 도달하면 물을 공급하도록 상기 관개설비를 제어하는 것을 특징으로 하는 관개 제어 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 관개 제어부는,
    단위시간당 수액량 변화 그래프의 피크치가 단위시간당 일사량 변화 그래프의 피크치와 일치하도록 단위시간당 수액량 변화 그래프의 스케일을 변환하고,
    변환된 단위시간당 수액량 그래프의 적분값이 상기 누적 일사량 기준값에 도달하면 물을 공급하도록 상기 관개설비를 제어하는 것을 특징으로 하는 관개 제어 시스템.
  8. 작물에 물을 공급하는 관개설비를 제어하여 상기 작물에 공급되는 물의 양 또는 공급시기를 조절하는 관개 제어 방법으로서,
    상기 작물의 줄기에 삽입되는 프로브를 통해 수액유속을 측정하는 단계;
    상기 측정된 수액유속을 이용하여 상기 작물의 줄기를 통해 흐르는 단위시간당 수액량을 산출하는 단계;
    일사량 센서로 단위시간당 일사량을 측정하는 단계; 및
    상기 단위시간당 수액량 및 상기 단위시간당 일사량을 기초로 상기 관개설비를 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 제어하는 단계는,
    일정 시간구간 동안 상기 단위시간당 일사량의 변화 경향과 상기 단위시간당 수액량의 변화 경향을 비교하는 단계; 및
    상기 비교 결과에 따라 상기 관개설비에 대하여 상기 단위시간당 수액량에 기초한 제어와 상기 단위시간당 일사량에 기초한 제어를 선택적으로 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 선택적으로 수행하는 단계는,
    상기 단위시간당 일사량의 변화 경향이 증가로 나타날 때 상기 단위시간당 수액량의 변화 경향도 증가로 나타나거나, 상기 단위시간당 일사량의 변화 경향이 감소로 나타날 때 상기 단위시간당 수액량의 변화 경향도 감소로 나타나면, 상기 단위시간당 일사량에 기초하여 상기 관개설비를 제어하고,
    상기 단위시간당 일사량의 변화 경향이 증가로 나타날 때 상기 단위시간당 수액량의 변화 경향이 감소로 나타나거나, 상기 단위시간당 일사량의 변화 경향이 감소로 나타날 때 상기 단위시간당 수액량의 변화 경향이 증가로 나타나면, 상기 단위시간당 수액량에 기초하여 상기 관개설비를 제어하는 것을 특징으로 하는 관개 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 산출하는 단계는,
    상기 측정된 수액유속과 상기 작물의 물관의 단면적을 이용하여 상기 단위시간당 수액량을 산출하는 것을 특징으로 하는 관개 제어 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제8항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는,
    상기 관개설비를 제어하여 상기 작물에 공급되는 일정량의 물의 공급시기를 조절하되, 누적 일사량 기준값이 미리 정의될 때, 누적 수액량이 상기 누적 일사량 기준값에 따른 일정 기준에 도달하면 물을 공급하도록 공급시기를 조절하는 것을 특징으로 하는 관개 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는,
    단위시간당 수액량 변화 그래프의 피크치가 단위시간당 일사량 변화 그래프의 피크치와 일치하도록 단위시간당 수액량 변화 그래프의 스케일을 변환하는 단계; 및
    변환된 단위시간당 수액량 그래프의 적분값이 상기 누적 일사량 기준값에 도달하면 물을 공급하도록 상기 관개설비를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 관개 제어 방법.
  15. 삭제
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