KR102197321B1 - 농작물 생육상태 모니터링 장치 - Google Patents

농작물 생육상태 모니터링 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 농작물 생육상태 모니터링 장치에 관한 것으로서, 야외에서 생육되는 농작물에 생육상태에 대한 생육정보를 얻기 위해 중심파장이 상호 다른 광을 농작물로 출사하는 복수 개의 광원이 본체 상에 장착된 광원부와, 본체에 장착되어 광원부에서 조사된 광에 반응하여 농작물로부터 입사되는 광을 검출하는 광검출부와, 광검출부에서 검출된 광으로부터 농작물의 질소?t량지수(NDVI)와, 수분함량지수(WI)를 산출하는 산출부를 구비한다. 이러한 농작물 생육상태 모니터링 장치에 의하면, 노지의 농작물에 대해 질소함량을 포함한 생육관련지수를 용이하게 검출하여 제공할 수 있는 장점을 제공한다.

Description

농작물 생육상태 모니터링 장치{apparatus for monitoring growth state of farm product}
본 발명은 농작물 생육상태 모니터링 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 농작물에 상호 다른 파장의 광을 조사하고 농작물로부터 입사되어 검출된 광으로부터 생육관련 지수를 산출하여 제공하는 농작물 생육상태 모니터링 장치에 관한 것이다.
농업은 외부의 기상 조건에 가장 영향을 받은 산업이다. 특히 농작물의 성장속도, 소출량 및 맛 등의 품질을 안정적으로 유지하기 위해서는 농작물의 생육상태를 지속적으로 모니터링하고, 파악된 생육상태 정보에 따라 적적한 대응조치를 취해주는 것이 필요하다.
최근에는 외부 기상 조건에 대한 영향을 덜 받으면서 생육 환경을 용이하게 조절할 수 있게 시설 하우스를 이용한 재배가 확장되고 있다.
이에 반해 외부 환경에 노출되는 노지에서 생육되는 농작물의 경우 생육환경에 대한 조절이 용이하지 않아 생육 상태에 대한 모니터링이 더욱 요구된다. 한편, 국내 등록특허 제10-1832724호에는 농작물의 이미지를 촬상하고, 촬상된 영상정보를 이용하여 생육상태를 모니터링 하는 시스템이 개시되어 있다. 그런데, 농작물에 대해 영상을 촬상하는 방식의 경우 비에 의한 영향을 받지 않는 시설하우스에는 적용이 가능하나 노지의 농작물의 경우 촬상환경이 수시로 바뀌기 때문에 노지의 농작물에 대해 촬상된 이미지로부터 생육상태를 진단하는 정밀성이 떨어질 수 있고, 시설구축이 용이하지 않는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 노지의 농작물에 대해 질소함량을 포함한 생육관련지수를 용이하게 검출하여 제공할 수 있는 농작물 생육상태 모니터링 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 농작물 생육상태 모니터링 장치는 야외에서 생육되는 농작물에 생육상태에 대한 생육정보를 얻기 위해 중심파장이 상호 다른 광을 농작물로 출사하는 복수 개의 광원이 본체 상에 장착된 광원부와; 상기 본체에 장착되어 상기 광원부에서 조사된 광에 반응하여 상기 농작물로부터 입사되는 광을 검출하는 광검출부와; 상기 광검출부에서 검출된 광으로부터 농작물의 질소?t량지수(NDVI)와, 수분함량지수(WI)를 산출하는 산출부;를 구비한다.
바람직하게는 상기 광원부는 중심파장이 각각 680nm, 720nm, 900nm, 970nm인 광을 출사하는 제1 내지 제4광원을 구비하고, 상기 광검출부는 680nm, 720nm, 900nm, 970nm인 광을 각각 검출하는 제1 내지 제4광검출기를 구비한다. 또한, 상기 산출부는 질소?t량지수(NDVI)를 아래의 산출식에 의해 산출하고,
Figure 112020086536868-pat00001
에 의해 산출하고, R720은 농작물의 720nm파장에 대한 반사도이고, R680은 농작물의 680nm파장에 대한 반사도이며, 수분함량지수(WI)는 아래의 산출식에 의해 산출하고,
Figure 112020086536868-pat00002
에 의해 산출하고, R900은 농작물의 900nm파장에 대한 반사도이고, R970은 농작물의 970nm파장에 대한 반사도이다.
또한, 상기 산출부는 산출된 질소?t량지수(NDVI)와, 수분함량지수(WI)를 등록된 관리자 단말기로 무선으로 송출되게 처리하도록 구축될 수 있다.
더욱 바람직하게는 상기 산출부는 상기 광원부를 설정된 듀디로 온/오프 되게 제어하고, 상기 광원부가 온 상태에서 상기 광검출부에서 검출된 광량신호에서 상기 광원부가 오프된 상태에서 상기 광검출부에서 검출된 광량신호를 차감하여 화이트 노이즈를 제거된 검출신호를 생성하고, 검출신호로부터 상기 질소?t량지수(NDVI)와, 수분함량지수(WI)를 산출한다.
본 발명에 따른 농작물 생육상태 모니터링 장치에 의하면, 노지의 농작물에 대해 질소함량을 포함한 생육관련지수를 용이하게 검출하여 제공할 수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 농작물 생육상태 모니터링 장치를 나타내 보인 도면이고,
도 2는 도 1의 본체에 장착된 광원이 노출되게 일부를 발췌하여 도시한 사시도 이고,
도 3은 도 2의 본체를 절단하여 도시한 단면도이고,
도 4는 도 1의 농작물 생육상태 모니터링 장치의 제어 계통을 나타내 보인 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 농작물 생육상태 모니터링 장치를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 농작물 생육상태 모니터링 장치를 나타내 보인 도면이고, 도 2는 도 1의 본체에 장착된 광원이 노출되게 일부를 발췌하여 도시한 사시도 이고, 도 3은 도 2의 본체를 절단하여 도시한 단면도이고, 도 4는 도 1의 농작물 생육상태 모니터링 장치의 제어 계통을 나타내 보인 블록도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 농작물 생육상태 모니터링 장치(100)는 본체(110), 광원부(120), 광검출부(130) 및 산출부(143)를 구비한다.
본체(110)는 후술되는 광원부(120)와 광검출부(130) 및 산출부(143)가 장착되는 장착영역을 제공할 수 있도록 형성되어 있다.
본체(110)는 제1외경을 갖으며 원형으로 연장되게 형성된 선단부분과(112)과, 선단부분(112)에서 연장된 연장부분(114)을 갖는 구조로 되어 있다.
선단부분(112)은 중앙에 제1외경보다 작은 제1내경을 갖게 내측으로 인입된 인입홈(113)을 갖는 구조로 되어 있다.
연장부분(114)은 후술되는 산출부(143)를 포함한 작동요소가 수용되며 작업자가 용이하게 파지할 수 있게 형성될 수 있고, 설치대상 지주(미도시)에 장착할 수 있게 결합홀을 갖는 브라켓(114a)이 마련된 구조 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
광원부(120)는 본체(110) 상에 장착되며, 야외에서 생육되는 농작물(10)에 생육상태에 대한 생육정보를 얻기 위해 중심파장이 상호 다른 광을 농작물(10)로 출사하는 제1 내지 제4광원(121 내지 124)을 구비한다.
광원부(120)의 제1 내지 제4광원(121 내지 124)은 선단부분(112)의 가장자리로부터 인입홈(123) 사이의 링형상으로 형성된 링형부분(112a)에 원주방향을 따라 상호 이격되어 외부로 광을 출사하도록 설치되어 있다.
제1광원(121)은 중심파장이 680nm인 레이저광을 출사하는 것이 레이저 다이오드가 적용되고, 제2광원(122)은 중심파장이 720nm인 레이저광을 출사하는 레이저 다이오드가 적용되고, 제3광원(123)은 중심파장이 900nm인 레이저광을 출사하는 레이저 다이오드가 적용되고, 제4광원(124)은 중심파장이 970nm인 레이저광을 출사하는 레이저 다이오드가 적용된다.
광검출부(130)는 본체(110)에 장착되어 광원부(120)에서 조사된 광에 반응하여 농작물(10)로부터 입사되는 광을 검출한다. 광검출부(130)는 본체(110)의 선단부분(112)의 인입홈(113) 내에 상호 이격되게 장착된 제1 내지 제4광검출기(131 내지 134)로 되어 있다.
제1광검출기(131)은 680nm의 광을 검출하며, 제2광검출기(132)는 720nm의 광을 검출하고, 제3광검출기(133)은 900nm의 광을 검출하고, 제4광검출기(134)은 970nm의 광을 검출하도록 구축되어 있다.
제1 내지 제4광검출기(131 내지 134)는 각각 입사된 광을 집속하는 집속렌즈(131a), 측정대상 파장의 광을 투과하는 밴드패스필터(131b)(131c) 및 입사된 광에 대응되는 전기적 신호를 출력하는 포토다이오드로 구축되어 있다.
조작부(1411)는 측정모드의 수행을 온/오프 하는 작동키 등 지원되는 기능을 설정할 수 있도록 되어 있다.
산출부(143)는 측정모드로 수행되는 광원부(120)를 가동하고, 광검출부(130)에서 검출된 광으로부터 농작물(10)의 질소?t량지수(NDVI)와, 수분함량지수(WI)를 산출하고, 산출된 질소?t량지수(NDVI)와, 수분함량지수(WI)를 설정된 기록방식으로 기억부(145)에 저장한다.
또한, 산출부(143)는 통신부(147)를 통해 산출된 질소?t량지수(NDVI)와, 수분함량지수(WI)를 등록된 관리자 단말기(200)의 통신주소로 통신망(180)을 통해 무선으로 송출되게 처리한다. 여기서 통신부(147)는 무선으로 송신대상 정보를 송출하는 무선통신부가 적용되고, 관리자 단말기(200)는 스마트폰이 적용될 수 있다.
또 다르게는 통신부(147)는 관리자 단말기(200)와 블루투스 통신을 통해 송신하도록 구축될 수 있음은 물론이다.
한편, 자연광에 의한 노이즈를 제거하기 위해 산출부(143)는 측정모드에서 광원부(120)를 설정된 듀디로 온/오프 되게 제어하고, 광원부(120)가 광을 출사하는 온 상태에서 광검출부(130)에서 검출된 광량신호에서 광원부(120)에서 광을 출사하지 않는 오프 상태에서 광검출부(130)에서 검출된 광량신호를 차감하여 화이트 노이즈를 제거된 검출신호를 생성하고, 검출신호로부터 질소?t량지수(NDVI)와, 수분함량지수(WI)를 산출한다. 여기서 듀티는 설정된 주기 내에서 광원부(120)가 온구동되는 비율을 말하며, 일 예로서 10 내지 30%의 듀티를 적용할 수 있다.
산출부(143)에서 산출하는 질소?t량지수(NDVI)는 아래의 수학식1에 의해 산출한다.
Figure 112019057665733-pat00003
여기서, R720은 농작물(10)의 720nm파장에 대한 반사도이고, R680은 농작물(10)의 680nm파장에 대한 반사도이다.
반사도(R)는 광원부(130)의 제1 내지 제4광원(121 내지 124) 각각에서 출사된 광량을 기준으로 동일한 파장에 대해 광검출부(130)의 제1 내지 제4광검출기(131 내지 134)에서 수신된 광량의 비율을 말한다.
또한, 산출부(143)는 아래의 수학식2에 의해 수분함량지수(WI)를 산출한다.
Figure 112019057665733-pat00004
여기서, R900은 농작물(10)의 900nm파장에 대한 반사도이고, R970은 농작물(10)의 970nm파장에 대한 반사도이다.
산출부(143)에 의해 산출된 질소?t량지수(NDVI)와, 수분함량지수(WI)는 농작물의 생육상태를 판단할 수 있는 지표로서 이용된다.
이상에서 설명된 농작물 생육상태 모니터링 장치에 의하면, 노지의 농작물에 대해 질소함량을 포함한 생육관련지수를 용이하게 검출하여 제공할 수 있는 장점을 제공한다.
110: 본체 120: 광원부
130: 광검출부 143: 산출부

Claims (4)

  1. 야외에서 생육되는 농작물에 생육상태에 대한 생육정보를 얻기 위해 중심파장이 상호 다른 광을 농작물로 출사하는 복수 개의 광원이 본체 상에 장착된 광원부와;
    상기 본체에 장착되어 상기 광원부에서 조사된 광에 반응하여 상기 농작물로부터 입사되는 광을 검출하는 광검출부와;
    상기 광검출부에서 검출된 광으로부터 농작물의 질소?t량지수(NDVI)와, 수분함량지수(WI)를 산출하는 산출부;를 구비하고,
    상기 광원부는 중심파장이 각각 680nm, 720nm, 900nm, 970nm인 광을 출사하는 제1 내지 제4광원을 구비하고,
    상기 광검출부는 680nm, 720nm, 900nm, 970nm인 광을 각각 검출하는 제1 내지 제4광검출기를 구비하며,
    상기 산출부는 질소?t량지수(NDVI)를 아래의 산출식에 의해 산출하고,
    Figure 112020086536868-pat00005
    에 의해 산출하고, R720은 농작물의 720nm파장에 대한 반사도이고, R680은 농작물의 680nm파장에 대한 반사도이며,
    수분함량지수(WI)는 아래의 산출식에 의해 산출하고,
    Figure 112020086536868-pat00006
    에 의해 산출하고, R900은 농작물의 900nm파장에 대한 반사도이고, R970은 농작물의 970nm파장에 대한 반사도이며,
    상기 산출부는 산출된 질소?t량지수(NDVI)와, 수분함량지수(WI)를 등록된 관리자 단말기로 무선으로 송출되게 처리하고,
    상기 산출부는 상기 광원부를 설정된 듀디로 온/오프 되게 제어하고, 상기 광원부가 온 상태에서 상기 광검출부에서 검출된 광량신호에서 상기 광원부가 오프된 상태에서 상기 광검출부에서 검출된 광량신호를 차감하여 화이트 노이즈를 제거된 검출신호를 생성하고, 검출신호로부터 상기 질소?t량지수(NDVI)와, 수분함량지수(WI)를 산출하고,
    상기 본체는 제1외경을 갖으며 원형으로 연장되게 형성된 선단부분과, 상기 선단부분에서 연장된 연장부분을 갖는 구조로 되어 있고, 상기 선단부분은 중앙에 제1외경보다 작은 제1내경을 갖게 내측으로 인입된 인입홈을 갖는 구조로 되어 있고,
    상기 광원부의 상기 제1 내지 제4광원은 상기 선단부분의 가장자리로부터 상기 인입홈 사이의 링형상으로 형성된 링형부분에 원주방향을 따라 상호 이격되어 외부로 광을 출사하도록 설치되어 있고,
    상기 광검출부의 상기 제1 내지 제4광검출기는 상기 선단부분의 인입홈 내에 상호 이격되게 장착된 것을 특징으로 하는 농작물 생육상태 모니터링 장치.
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