KR102243902B1 - Heat stress measuring apparatus for plants and heat stress management system and method using the same - Google Patents

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KR102243902B1 KR1020200157413A KR20200157413A KR102243902B1 KR 102243902 B1 KR102243902 B1 KR 102243902B1 KR 1020200157413 A KR1020200157413 A KR 1020200157413A KR 20200157413 A KR20200157413 A KR 20200157413A KR 102243902 B1 KR102243902 B1 KR 102243902B1
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서영진
남효훈
김광섭
김동춘
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경상북도(농업기술원)
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Abstract

According to the present invention, provided are a plant heat stress detection device, and a plant heat stress management system and a heat stress management method using the same. The plant heat stress detection device comprises: an incoming radiation amount measurement unit including a green sensor in which an internal temperature sensor is installed inside a green sphere made of plastics and installed between plants requiring measurement of heat stress, and an external temperature sensor which is installed in a space outside the green sensor; an emission radiation amount measurement unit for measuring the leaf temperature of a plant requiring the measurement of the heat stress; and a data analysis unit for calculating the amount of radiation coming into the plant by radiation by a difference between an internal temperature and an external temperature measured by the internal temperature sensor and the external temperature sensor, and calculating the amount of radiant energy emitted from the plant from a leaf temperature measured by the emission radiation amount measurement unit to calculate a thermal stress index by the ratio of the radiant energy emission amount calculated by the emission radiation measurement unit to the incoming radiation amount calculated by the incoming radiation measurement unit.

Description

식물의 열 스트레스 감지 장치와 이를 이용한 식물의 열 스트레스 관리시스템 및 열 스트레스 관리방법{Heat stress measuring apparatus for plants and heat stress management system and method using the same}TECHNICAL FIELD The heat stress measuring apparatus for plants and heat stress management system and method using the same.

본 발명은 식물의 열적 상태를 관리하는 기술에 관련된 것이며, 더욱 상세하게는 식물의 열 스트레스를 측정할 수 있는 감지 장치와 이를 이용하여 식물의 열 스트레스를 관리하는 관리시스템 및 관리방법에 관한 것이다.The present invention relates to a technology for managing the thermal state of a plant, and more particularly, to a sensing device capable of measuring the thermal stress of a plant, and a management system and a management method for managing the thermal stress of a plant using the same.

기상이변으로 인해, 여름철 폭염에 의한 고온 피해, 서리 등의 저온 장해로 농작물 생산성이 크게 악화되고 있다. 이와 같이 기상재해를 경감시키고 생육을 촉진하기 위한 식물의 열 특성 및 기상조건에 따른 상호작용 등의 생리특성 파악이 중요한데, 특히 잎의 열 특성은 광합성 효율과 고사증상 발생 등에 영향을 미치는 요소이다.Due to extreme weather, the productivity of crops is greatly deteriorating due to high temperature damage due to heatwave in summer and low temperature obstacles such as frost. In this way, it is important to understand physiological characteristics such as thermal characteristics of plants and interactions according to weather conditions in order to alleviate meteorological disasters and promote growth. In particular, the thermal characteristics of leaves are factors that affect photosynthesis efficiency and occurrence of apoptosis.

잎의 열 특성은 단파복사, 장파복사 등의 에너지 유입량과 증산에 의한 잠열 냉각, 토양중으로 지중열 냉각, 대기에 의한 현열 냉각 및 식물 잎에서 장파 방출을 통한 냉각 등의 기작에 의해 결정된다. The thermal characteristics of leaves are determined by mechanisms such as energy inflow such as short-wave radiation and long-wave radiation, latent heat cooling by evaporation, geothermal heat cooling into the soil, sensible heat cooling by the atmosphere, and cooling through long-wave emission from plant leaves.

특히 식물로 유입된 에너지가 식물체 내에서 열로 변환되어 식물의 증산과정을 통해 수증기가 대기로 배출되는 잠열 냉각은 일사량에 주로 영향을 받으며, 그 외에는 바람과 같은 기상요소에 영향을 받을 수 있다.In particular, latent heat cooling in which energy introduced into plants is converted into heat within the plant and water vapor is discharged to the atmosphere through the evaporation process of plants is mainly affected by solar radiation, and other weather factors such as wind may be affected.

따라서, 약한 일사 조건에서는 잠열 냉각이 줄어들므로 지중열 냉각, 현열 냉각 및 잎에서 장파 방출이 증가하여야 식물의 에너지 유출입 균형을 맞출 수 있고 건강한 작물생육을 도모할 수 있다. Therefore, since latent heat cooling is reduced under weak solar conditions, ground heat cooling, sensible heat cooling, and long-wave emission from leaves must be increased to balance the energy inflow and outflow of plants, and healthy crop growth can be promoted.

하지만, 현재까지 증발산량 측정을 위한 Penmann-Monteith식 등과 같이 다양한 종류의 모델식들을 활용하여 잠재 증발산량 계산을 위해 제시하고 있으나, 식물의 증산량만을 측정하는 사례는 없고 추정된 잠열과 현열을 이용하여 보웬비(Bowen ratio)를 사용하여 연속적인 증발산량 추정을 위해 활용하고 있으나 강우가 있을 때나 기온과 대기의 연직방향 수증기압 차이가 적게 날 경우, 오차가 크게 발생하여 연속적인 식물의 증발산량 추정에도 제약이 많은 실정이다.However, until now, various model equations such as the Penmann-Monteith equation for measuring evapotranspiration have been proposed to calculate the potential evapotranspiration, but there is no case of measuring only the transpiration of plants, and Bowen's ratio using the estimated latent and sensible heat. (Bowen ratio) is used to estimate continuous evapotranspiration, but when there is rainfall or when the difference between the temperature and the water vapor pressure in the vertical direction of the atmosphere is small, a large error occurs, so there are many restrictions on the estimation of the evapotranspiration of continuous plants. .

식물의 열에너지 수지 분석을 위하여 기상조건이 양호하거나 강우 등의 기상이 불량한 조건에서 식물의 수분 배출이 원활하게 하거나 바세린 등을 도포하여 증산이 억제된 조건에서 다양한 잠열 배출 특성을 조사하여 수분 스트레스 지수를 산정하여 활용 중이나, 작물의 종류나 생육단계 등에 따라 차이가 많아서 조건별 보정식을 만들어 활용하므로 정확한 식물의 열특성 진단이 곤란하다.In order to analyze the thermal energy balance of plants, the moisture stress index is determined by investigating various latent heat emission characteristics under conditions that facilitate the discharge of water from plants under favorable weather conditions or poor weather conditions such as rainfall, or under conditions where evaporation is suppressed by applying vaseline, etc. Although it is being calculated and utilized, it is difficult to accurately diagnose the thermal characteristics of plants because there are many differences depending on the type of crop or growth stage.

고온, 저온 등 다양한 기상조건에서 건전한 작물의 생육을 도모하기 위하여 식물의 열적 특성 파악이 중요하며 시간의 제약 없이 연속적인 관측이 필요한 실정이다.In order to promote the growth of healthy crops in various weather conditions such as high temperature and low temperature, it is important to understand the thermal characteristics of plants, and continuous observation is required without time constraints.

KRKR 10-2010-001455810-2010-0014558 AA KRKR 10-147968510-1479685 B1B1 KRKR 10-2015-006074910-2015-0060749 AA KRKR 10-192762010-1927620 B1B1

따라서 본 발명은, 시간과 장소에 구애받지 않고 식물의 열 스트레스 진단과 재배환경 중 유입되는 복사 에너지량을 관측하고 증산량의 평가없이 식물의 열적 상태를 평가할 수 있으며, 고가의 복사측정장비를 사용하지 않고 식물로 유입되는 단파복사와 장파복사의 총량을 확인할 수 있는 온도 기반 복사유입량 측정 센서를 포함하여, 식물 온도 측정을 통한 식물로부터의 장파 방출량과 총복사량의 관계로부터 식물의 열 스트레스 정도(지수)를 측정할 수 있는 열 스트레스 감지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention can diagnose the heat stress of the plant regardless of time and place, observe the amount of radiant energy introduced during the cultivation environment, and evaluate the thermal state of the plant without evaluating the amount of transpiration, and do not use expensive radiation measuring equipment. Including a temperature-based radiation inflow measurement sensor that can check the total amount of short-wave radiation and long-wave radiation entering the plant without it, the degree of thermal stress of the plant (index) from the relationship between the long-wave emission amount from the plant and the total radiation amount through the plant temperature measurement. An object of the present invention is to provide a thermal stress sensing device capable of measuring.

또한, 본 발명은 상기 측정된 열 스트레스 정도를 바탕으로, 식물의 열 스트레스를 실시간으로 관리하여 식물체의 고온 피해 또는 냉해를 자동으로 관리할 수 있는 식물의 열 스트레스 관리방법과 열 스트레스 관리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, the present invention provides a heat stress management method and a heat stress management system for plants capable of automatically managing high temperature damage or cold damage of plants by managing heat stress of plants in real time based on the measured heat stress level. It aims to do.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 식물의 열 스트레스 감지 장치는,The device for detecting heat stress of a plant according to the present invention for solving the above problem,

열 스트레스의 측정을 요하는 식물체들 사이에 설치되는 플라스틱 재질의 녹색 구의 내부에 내부 온도센서가 설치된 형태로 이루어져 녹색 구 내부의 온도를 측정하는 그린센서와, 상기 그린센서 외부의 공간에 설치되어 녹색 구 외부의 기온을 측정하는 외부 기온센서를 구비한 유입복사량 측정부와;An internal temperature sensor is installed inside a green sphere made of plastic, which is installed between plants requiring heat stress measurement, and a green sensor that measures the temperature inside the green sphere, and a green sensor installed in the space outside the green sensor Inflow radiation amount measuring unit having an external temperature sensor for measuring the temperature outside the sphere;

상기 열 스트레스의 측정을 요하는 식물체의 엽온을 측정하는 방출복사량 측정부; 및An emission radiation amount measuring unit that measures the leaf temperature of a plant that requires the measurement of the heat stress; And

상기 내부 온도센서와 외부 기온센서에서 측정되는 녹색 구 내부의 온도와 녹색 구 외부의 기온간의 차이에 의해 복사에 의한 식물 내로의 복사 유입량을 산출하고,The amount of radiation introduced into the plant by radiation is calculated by the difference between the temperature inside the green sphere and the temperature outside the green sphere measured by the internal temperature sensor and the external temperature sensor,

상기 방출복사량 측정부에서 측정된 엽온으로부터 식물체로부터 방출되는 복사 에너지 방출량을 산출하여,By calculating the amount of radiant energy emitted from the plant from the leaf temperature measured by the radiated radiation amount measuring unit,

상기 유입복사량 측정부에서 산출된 복사유입량에 대한 방출복사량 측정부에서 산출된 복사 에너지 방출량의 비율로 열 스트레스 지수를 산정하는 데이터 분석부를 포함하는 것을 특징으로 한다.And a data analysis unit for calculating a thermal stress index based on a ratio of the radiant energy emission amount calculated by the radiated radiation amount measuring unit to the radiant inflow amount calculated by the incoming radiation amount measuring unit.

본 발명에 따른 식물의 열 스트레스 관리시스템은, The heat stress management system for plants according to the present invention,

열 스트레스 감지 장치와;A heat stress sensing device;

미세 살수 장치 또는 차광 장치를 포함하여 외부 기온 또는 엽온을 조절하는 온도 조절 장치 및 A temperature control device for controlling the outside temperature or leaf temperature, including a fine sprinkling device or a shading device, and

상기 열 스트레스 감지 장치에서 산정된 열 스트레스 지수가 정상 범위를 벗어날 경우, 상기 온도 조절 장치를 가동하는 시스템 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.When the thermal stress index calculated by the thermal stress sensing device is out of a normal range, a system controller for operating the temperature control device is included.

상기 식물의 열 스트레스 관리시스템을 이용하여, 식물의 열 스트레스를 관리하는 방법은,Using the plant heat stress management system, the method of managing heat stress of plants,

상기 유입복사량 측정부의 그린 센서와 외부 기온센서 및 상기 방출복사량 측정부를 이용하여, 실시간 또는 주기별로 녹색 구 내부의 온도와 녹색 구 외부의 기온 및 식물체의 엽온을 측정하고,Using the green sensor of the inflow radiation amount measurement unit, the external temperature sensor, and the emission radiation amount measurement unit, the temperature inside the green sphere, the temperature outside the green sphere, and the leaf temperature of the plant are measured in real time or periodically,

상기 그린 센서에서 측정된 녹색 구 내부의 온도와 녹색 구 외부의 기온의 차이를 복사유입량 검량곡선에 대입하여, 복사유입량(EI)을 산출하고,Substituting the difference between the temperature inside the green sphere and the temperature outside the green sphere measured by the green sensor into the calibration curve for the amount of radiation inflow, calculates the amount of inflow (E I)

상기 식물체의 엽온으로부터 하기 식 1로부터 방출복사량(EO)를 산출하며, The emission radiation amount (E O ) is calculated from the following equation 1 from the leaf temperature of the plant,

EO = ε×σ ×T 4 .......(식 1)E O = ε×σ × T 4 .......(Equation 1)

ε is emissivity coefficient, 0.95 ε is emissivity coefficient, 0.95

σ is Stefan-Boltzmann coefficient (5.6704 × 10-8 W m-2) σ is Stefan-Boltzmann coefficient (5.6704 × 10-8 W m -2 )

T is absolute temperature (273.15 + ℃)T is absolute temperature (273.15 + ℃)

상기 산출된 복사유입량에 대한 방출복사량의 비율로부터 열 스트레스 지수(S=EO/EI)를 산출하고, The thermal stress index (S=E O /E I ) is calculated from the ratio of the radiated radiation amount to the calculated radiation inflow amount,

상기 열 스트레스 지수가 0.4 ~ 0.5의 범위 내에 있을 때에는 정상인 것으로 판단하고, 상기 열 스트레스 지수가 0.4 ~ 0.5를 벗어날 경우에는, 온도 조절 장치를 가동하는 것을 특징으로 한다. When the thermal stress index is in the range of 0.4 to 0.5, it is determined to be normal, and when the thermal stress index exceeds 0.4 to 0.5, the temperature control device is operated.

본 발명에 따르면, 고가의 장비나 시간에 구애받지 않고 식물 재배현장에서 열에너지 유출입량을 측정하여, 식물의 열 스트레스의 진단이 가능하게 된다.According to the present invention, it is possible to diagnose the thermal stress of the plant by measuring the amount of heat energy inflow and outflow at the plant cultivation site regardless of expensive equipment or time.

즉, 간단한 온도의 계측만으로 식물로 유입되는 에너지와 식물체의 잎으로부터 방출되는 에너지량을 측정하여 열 스트레스의 분석이 가능하게 되는 효과가 있다.That is, there is an effect that thermal stress can be analyzed by measuring the energy flowing into the plant and the amount of energy emitted from the leaves of the plant by simply measuring the temperature.

또한, 열 스트레스 감지 장치와 연계하여 산출된 열 스트레스 지수를 바탕으로, 온도 조절 장치를 가동함으로써, 식물체의 고온 피해 또는 냉해를 방지하여 재배의 효율성을 높일 수 있게 되는 효과가 있다.In addition, by operating the temperature control device based on the heat stress index calculated in connection with the heat stress sensing device, there is an effect that it is possible to increase the efficiency of cultivation by preventing high temperature damage or cold damage to the plant.

도 1은 본 발명에 따른 식물의 열 스트레스 감지 장치와 이를 이용한 열 관리 시스템의 전체 구성을 도시한 블록도;
도 2는 본 발명에 따른 식물의 열 스트레스 감지 장치에 사용되는 그린센서의 내부 구조를 보여주는 단면구조도와 유입복사량 측정부의 외관 사진;
도 3은 복사유입량 실측값과 그린센서에서 측정한 녹색 구 내부의 온도와 녹색 구 외부의 기온의 차와의 관계를 도시한 검량곡선;
도 4는 복사유입량 실측값과 본 발명에 따른 열 스트레스 감지 장치에 의해 산출된 복사유입량 계산값의 관계를 도시한 그래프;
도 5는 잠열 방출량 측정값과 본 발명에 따른 열 스트레스 감지 장치를 통해 도출된 열 스트레스 지수값의 관계를 도시한 그래프;
도 6은, 본 발명에 따라 산출된 열 스트레스 지수에 따른 식물의 상태를 촬영한 사진;
도 7은, 야간 냉각조건에서의 녹색 구 외부의 기온과 엽온 및 그린센서에 의한 녹색 구 내부의 온도의 시간별 변화를 도시한 그래프,
1 is a block diagram showing the overall configuration of a thermal stress sensing device of a plant and a thermal management system using the same according to the present invention;
Figure 2 is a cross-sectional structure diagram showing the internal structure of the green sensor used in the thermal stress sensing device of the plant according to the present invention and an appearance photograph of the incoming radiation measurement unit;
3 is a calibration curve showing the relationship between the measured value of the amount of radiation inflow and the temperature inside the green sphere measured by the green sensor and the temperature outside the green sphere;
4 is a graph showing the relationship between the measured value of the amount of radiation inflow and the calculated value of the amount of radiation inflow calculated by the thermal stress sensing device according to the present invention;
5 is a graph showing a relationship between a measured value of latent heat emission and a thermal stress index value derived through a thermal stress sensing device according to the present invention;
6 is a photograph of the state of the plant according to the heat stress index calculated according to the present invention;
7 is a graph showing changes over time of the temperature outside the green sphere and the temperature inside the green sphere by the green sensor and the temperature outside the green sphere in a cooling condition at night;

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 좀 더 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명에 따른 식물의 열 스트레스 감지 장치와 이를 이용한 열 관리 시스템의 전체 구성을 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 식물의 열 스트레스 감지 장치에 사용되는 그린센서의 내부 구조를 보여주는 단면구조도와 유입복사량 측정부의 외관 사진이다.1 is a block diagram showing the overall configuration of a thermal stress sensing device for plants and a thermal management system using the same according to the present invention, and FIG. 2 is an internal structure of a green sensor used in the thermal stress sensing device for plants according to the present invention. It is a cross-sectional structure diagram and a photograph of the appearance of the incoming radiation measurement unit.

본 발명에 따른 식물의 열 스트레스 관리시스템(1)은 도 1에 나타낸 것과 같이, 열 스트레스 감지 장치(10)와 온도 조절 장치(20) 및 시스템 제어부(30)를 포함하여 구성된다.The heat stress management system 1 for plants according to the present invention includes a heat stress sensing device 10, a temperature control device 20, and a system controller 30, as shown in FIG. 1.

여기서, 열 스트레스 감지 장치(10)는, 유입복사량 측정부(11)와, 방출복사량 측정부(13), 및 데이터 분석부(15)를 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, the thermal stress sensing device 10 is characterized in that it includes an inlet radiation amount measurement unit 11, an emission radiation amount measurement unit 13, and a data analysis unit 15.

유입복사량 측정부(11)는, 열 스트레스의 측정을 요하는 식물체들 사이에 설치되는 도 2에 도시된 것과 같은 플라스틱 재질의 녹색의 구(이하, '그린볼'이라 함)(11A-a)의 내부에 내부 온도센서(11A-b)가 설치된 형태의 그린센서와(11A), 상기 그린볼(11A-a)의 외부의 공간에 설치된 외부 기온센서(11B)를 구비한다.The inflow radiation amount measuring unit 11 is a green sphere made of a plastic material as shown in FIG. 2 (hereinafter referred to as'green ball') installed between plants requiring measurement of heat stress (11A-a) And a green sensor 11A in which an internal temperature sensor 11A-b is installed in the interior of the unit, and an external temperature sensor 11B installed in the space outside of the green ball 11A-a.

상기 내부 온도센서(11A-a)는 식물체의 내부 온도에 대응하는 그린볼 내부의 온도를 측정하고, 외부 기온센서(11B)는 식물체 외부의 기온에 대응하는 그린볼 외부의 기온을 측정하게 되며, 이들에 의해 측정된 온도의 차이에 의해 후술하는 데이터 분석부(15)에서 복사에 의한 유입량을 산출하게 된다.The internal temperature sensor 11A-a measures the temperature inside the green ball corresponding to the internal temperature of the plant, and the external temperature sensor 11B measures the temperature outside the green ball corresponding to the temperature outside the plant, Based on the difference in temperature measured by these, the data analysis unit 15 to be described later calculates the amount of inflow due to radiation.

한편, 방출복사량 측정부(13)는, 상기 열 스트레스의 측정을 요하는 식물체들의 엽온을 측정하며, 이를 이용하여 데이터 분석부(15)에서 식물체로부터 방출되는 복사 에너지 방출량을 산출하게 된다.On the other hand, the radiated radiation amount measuring unit 13 measures the leaf temperature of plants that require the measurement of the thermal stress, and the data analysis unit 15 calculates the amount of radiant energy emitted from the plant by using this.

상기 엽온의 측정에는 적외선 온도계 또는 열화상 분석기를 이용한다.In the measurement of the leaf temperature, an infrared thermometer or a thermal image analyzer is used.

상기 유입복사량 측정부(11)와 방출복사량 측정부(13)의 측정 온도로부터 유입복사량 과 방출복사량을 산출하고, 산출된 유입복사량과 방출복사량의 비율로 열 스트레스 지수를 산출하는 작업은 데이터 분석부(15)에서 수행하게 된다.The operation of calculating the inlet radiation amount and the emitted radiation amount from the measured temperatures of the inlet radiation amount measurement unit 11 and the emission radiation amount measurement unit 13, and calculating the thermal stress index by the ratio of the calculated inlet radiation amount and the emission radiation amount is a data analysis unit. It will be performed in (15).

상기 온도 조절 장치(20)는, 미세 살수 장치나 차광 장치 등을 포함한다.The temperature control device 20 includes a fine sprinkling device, a light shielding device, and the like.

상기 시스템 제어장치(30)는, 제어부(31)를 통하여 상기 열 스트레스 감지 장치(10)를 작동시켜 유입복사량과 방출복사량을 측정하여 열 스트레스 지수를 산출하도록 하고, 산출된 열 스트레스 지수를 바탕으로 상기 온도 조절 장치(20)가 작동하도록 제어한다. The system control device 30 operates the thermal stress sensing device 10 through the control unit 31 to measure the incoming radiation amount and the emitted radiation amount to calculate a thermal stress index, and based on the calculated thermal stress index The temperature control device 20 is controlled to operate.

또한, 상기 제어부(31)는 PC의 웹(Web)이나 스마트폰의 앱(App) 등의 외부장치(40) 통하여 측정된 자료를 표출하거나, 상기 열 스트레스 감지 장치(10)나 온도 조절 장치(20)의 제어가 가능하도록 구성할 수 있다. In addition, the control unit 31 may display data measured through an external device 40 such as a web of a PC or an app of a smartphone, or the thermal stress sensing device 10 or a temperature control device ( It can be configured to enable control of 20).

상기 열 스트레스 감지 장치(10)의 데이터 분석부(15)는 시스템 제어부(30)와 별도로 구성되어 유ㆍ무선 방식으로 통신하도록 할 수 있지만, 바람직하게는 시스템 제어부(30)의 일부를 형성하는 형태로 일체로 구성될 수 있다.The data analysis unit 15 of the thermal stress sensing device 10 may be configured separately from the system control unit 30 to communicate in a wired/wireless manner, but preferably forms a part of the system control unit 30 It can be configured integrally.

본 발명에 따른 열 스트레스 감지 장치(10)에 대해 상술하면, 상기 유입복사량 측정부(11)의 그린센서(11A)는, 도 2에서 보는 것과 같이 식물체 잎과 복사특성이 유사하고, 식물체에 유입되는 단파복사와 장파복사를 반영하기 위하여 플라스틱, 특히 아크릴 재질의 구를 사용하며, 색깔에 따른 복사특성을 일치시키기 위하여 표면에 녹색 도장을 하여 그린볼(11A-a)을 제작하고, 그린볼의 내부에 열전대 등의 내부 온도센서(11A-b)를 삽입하여 제작하게 된다.When the heat stress sensing device 10 according to the present invention is described in detail, the green sensor 11A of the inflow radiation amount measuring unit 11 has similar radiation characteristics to the plant leaf as shown in FIG. 2, and flows into the plant. Plastic, especially acrylic spheres are used to reflect short-wave and long-wave radiation, and green balls (11A-a) are produced by painting green on the surface to match the radiation characteristics according to color. It is manufactured by inserting an internal temperature sensor 11A-b such as a thermocouple inside.

이렇게 제작된 그린센서는 복사에 의해 식물체 내부에서 상승하는 온도를 측정하게 된다.The green sensor manufactured in this way measures the temperature that rises inside the plant by radiation.

상기 그린볼(11A-a)의 크기는 특별히 제한되지 않으며, 도 2에 도시되고, 이하에서 설명하는 시험에 사용된 그린볼은 직경 70mm의 구를 사용하였다.The size of the green ball 11A-a is not particularly limited, and the green ball shown in FIG. 2 and used in the test described below used a sphere having a diameter of 70 mm.

사용되는 그린볼(11A-a)의 직경에 따라 그린센서(11A)를 통해 측정된 녹색 구 내부의 온도와 실제 복사유입량과의 관계에서 약간의 차이가 발생할 수 있으며, 그린볼의 직경을 달리하는 등의 변경이 있을 경우에는 실험을 통해 후술하는 온도와 총복사유입량의 관계를 나타내는 검량곡선을 새로이 작성한 할 필요가 있다.Depending on the diameter of the green ball (11A-a) to be used, there may be a slight difference in the relationship between the temperature inside the green sphere measured through the green sensor (11A) and the actual amount of radiation. In the case of changes such as, it is necessary to create a new calibration curve representing the relationship between temperature and total radiated inflow, which will be described later through an experiment.

한편, 본 발명에 따르면, 상기 그린볼 내부의 온도 측정과 동시에 그린볼(11A-a)의 외부에 설치된 외부 기온센서(11B)를 이용하여 그린볼 외부의 기온을 측정하여, 측정된 그린볼 외부의 기온과 상기 그린센서(11A)를 통해 측정된 그린볼 내부의 온도의 차이를 복사에 의해 식물체 내부에 유입된 총에너지량, 즉 유입복사량에 의해 발생한 상승 온도로 규정하여, 이로부터 유입복사량의 총량을 계산한다. Meanwhile, according to the present invention, at the same time as measuring the temperature inside the green ball, the outside temperature sensor 11B installed outside the green ball 11A-a is used to measure the temperature outside the green ball. The difference between the temperature of and inside the green ball measured through the green sensor 11A is defined as the total amount of energy introduced into the plant by radiation, that is, the rising temperature generated by the incoming radiation. Calculate the total amount.

이러한 온도 차이와 유입복사량의 대응관계를 검증하기 위하여, 별도로 설치한 장파복사센서와 단파복사센서를 통해 실제로 측정된 총 유입복사량(단파+장파)과 그린볼 내부 온도와 그린볼 외부의 기온간의 온도 차이의 관계를 알 수 있는 검량곡선을 작성하였다.In order to verify the correspondence between the temperature difference and the amount of incoming radiation, the total incoming radiation amount (short wave + long wave) actually measured through the separately installed long wave radiation sensor and the short wave radiation sensor, and the temperature between the inside temperature of the green ball and the outside temperature of the green ball. A calibration curve was prepared to know the relationship of the difference.

즉, 장파 복사센서와 단파복사센서를 통해 실제 측정된 총 유입복사량(단파+장파)을 X축으로 하고, 그린센서(11A)에서 측정된 그린볼 내부 온도에서 외부 기온센서(11B)에서 측정된 외부 온도를 뺀 값(즉, 온도 차이)을 Y축으로 하여, 도 3의 검량곡선을 작성하였다.That is, the total incoming radiation amount (short wave + long wave) actually measured through the long-wave radiation sensor and the short-wave radiation sensor is set as the X-axis, and measured by the external temperature sensor 11B at the internal temperature of the green ball measured by the green sensor 11A. The calibration curve of FIG. 3 was created by using the value minus the external temperature (that is, the temperature difference) as the Y-axis.

도 3을 보면, 그린센서(11A)를 이용하여 측정된 그린볼 내부 온도와 외부 기온센서(11B)를 이용하여 측정한 그린볼 외부의 기온의 차이와, 장파복사센서와 단파복사센서를 이용하여 측정된 복사 에너지의 유입량의 총량은 일정한 비례관계를 보이므로, 그린센서를 이용한 본 발명에 따른 열 스트레스 감지 장치(10)의 유입복사량 측정부(11)에 의한 그린볼 내부 온도와 그린볼 외부의 기온의 측정을 통해, 유입복사량을 산출하는 것의 적합성을 확인할 수 있다.3, the difference between the temperature inside the green ball measured using the green sensor 11A and the temperature outside the green ball measured using the external temperature sensor 11B, and the long-wave radiation sensor and the short-wave radiation sensor. Since the total amount of the measured radiant energy inflow has a constant proportional relationship, the temperature inside the green ball and the outside of the green ball by the inflow radiation amount measuring unit 11 of the thermal stress sensing device 10 according to the present invention using a green sensor By measuring the temperature, it is possible to confirm the suitability of calculating the incoming radiation.

또한, 도 3의 검량곡선으로부터, Y=0.012X-4.679(r2=0.9740)라는 관계식을 도출하였으며, 그린센서(11A)의 그린볼 내부의 온도와 그린볼 외부의 기온간의 온도 차이가 1℃ 상승할 때, 장파와 단파를 합한 총 복사유입량은 83.3W/㎡인 것으로 산출되었다.In addition, from the calibration curve of FIG. 3 , a relational expression of Y=0.012X-4.679 (r 2 =0.9740) was derived, and the temperature difference between the temperature inside the green ball of the green sensor 11A and the temperature outside the green ball was 1°C. When ascending, the total radiant inflow combined with the long wave and the short wave was calculated to be 83.3W/m².

따라서, 본 발명에 따르면, 식물의 재배현장에서 단파복사센서나 장파복사센서 등을 설치하여 유입복사량을 측정하지 않고도, 그린볼(11A-a)을 이용한 그린센서(11A)와 외부 기온센서(11B)를 통해 그린볼 내부의 온도와 그린볼 외부의 기온을 측정하고, 그 차이를 도 3과 같은 검량곡선에 대입하여 유입복사량을 산출해낼 수 있게 되므로, 온도 계측만으로 유입복사량의 실시간 측정이 가능하게 된다.Therefore, according to the present invention, the green sensor 11A using the green ball 11A-a and the external temperature sensor 11B without measuring the amount of incoming radiation by installing a short-wave radiation sensor or a long-wave radiation sensor at the plant cultivation site. ) To measure the temperature inside the green ball and outside the green ball, and substitute the difference into the calibration curve as shown in FIG. 3 to calculate the inflow radiation, so it is possible to measure the inflow radiation in real time with only temperature measurement. do.

이와 같이, 그린센서(11A)에 의해 측정된 그린볼 내부온도와 외부 기온센서(11B)에 의해 측정된 그린볼 외부의 기온을 사용하여, 상기 도 3의 검량곡선을 이용하여 계산한 유입복사량의 계산치(Y축)를 단파복사센서와 장파복사센서를 이용하여 실측된 유입복사량 측정치(X축)에 대비하여, 도 4의 그래프로 나타내었다.In this way, using the internal temperature of the green ball measured by the green sensor 11A and the temperature outside the green ball measured by the external temperature sensor 11B, the inflow radiation amount calculated using the calibration curve of FIG. The calculated value (Y-axis) is shown in the graph of FIG. 4 in comparison to the measured inflow radiation amount (X-axis) measured using a short-wave radiation sensor and a long-wave radiation sensor.

도 4에 나타난 것과 같이, 본 발명의 열 스트레스 감지장치(10)의 그린센서(11A)와 외부 기온센서(11B)를 이용하여 계산된 유입복사량은 단파복사센서와 장파복사센서를 이용하여 실측된 유입복사량 측정치와 직선적인 비례관계를 나타내고, Y=1.004X+12.90(r2=0.9750)의 관계식이 성립됨을 확인할 수 있었으므로, 장파복사센서와 단파복사센서를 이용하지 않고, 간단한 온도계측장치인 그린센서와 외부 기온센서만으로도 총 복사유입량의 산출이 가능함을 확인할 수 있다.As shown in Fig. 4, the amount of incoming radiation calculated using the green sensor 11A and the external temperature sensor 11B of the thermal stress sensing device 10 of the present invention is measured using a short-wave radiation sensor and a long-wave radiation sensor. It shows a linear proportional relationship with the measured value of inflow radiation, and it can be confirmed that the relationship of Y=1.004X+12.90 (r 2 =0.9750) is established, so it is a simple thermometer measuring device without using a long-wave radiation sensor and a short-wave radiation sensor. It can be seen that the total amount of radiation can be calculated using only the green sensor and the external temperature sensor.

한편, 방출복사량 측정부(12)에서는, 적외선 온도계 또는 열화상 분석기를 식물에 조사하여 엽온을 측정함으로써 식물체로부터 방출되는 복사 에너지 방출량을 측정하게 된다.On the other hand, the emission radiation amount measurement unit 12 measures the amount of radiant energy emitted from the plant by irradiating the plant with an infrared thermometer or a thermal image analyzer to measure the leaf temperature.

엽온의 측정은 예컨대 후술하는 방법으로 이루어진다. The leaf temperature is measured, for example, by a method described later.

식물체(천궁 군락)로부터의 장파 방출량 변화 관측을 위해 384 × 288 픽셀의 해상도를 가지는 열화상 카메라 (TE-Q1 Pro, i3systems, Korea)를 군락 상부 2.5 m 높이에 설치하고, 군락 중앙에 식재된 천궁 4포기를 선정하여 10분 간격으로 잎의 온도 변화를 관측하여 군락의 평균 온도를 관측한다. From plants (Chungoong colony) For observation of long-wave emission changes, a thermal imaging camera (TE-Q1 Pro, i3systems, Korea) with a resolution of 384 × 288 pixels was installed at a height of 2.5 m above the colony, and 4 crests planted in the center of the colony were selected for 10 minutes. The average temperature of the colony is observed by observing the temperature change of the leaves at intervals.

단위면적당 방출되는 복사 에너지 방출량은, 상기 측정된 엽온에 Stefan-Boltzmann 상수와 방사율을 곱하여 아래 (식 1)에 의해 구할 수 있다.The amount of radiant energy emitted per unit area can be obtained by multiplying the measured leaf temperature by the Stefan-Boltzmann constant and the emissivity by the following (Equation 1).

EO = ε×σ ×T 4 .......(식 1)E O = ε×σ × T 4 .......(Equation 1)

ε is emissivity coefficient, 0.95 ε is emissivity coefficient, 0.95

σ is Stefan-Boltzmann coefficient (5.6704 × 10-8 W m-2) σ is Stefan-Boltzmann coefficient (5.6704 × 10 -8 W m -2 )

T is absolute temperature (273.15 + ℃)T is absolute temperature (273.15 + ℃)

상기 복사유입량(EI)과 복사방출량(EO)의 산출은 데이터 분석부(15)에 의해 수행된다.The calculation of the radiation inflow amount E I and the radiation emission amount E O is performed by the data analysis unit 15.

또한, 데이터 분석부(15)는 상기 산출된 총복사유입량(EI)과 복사방출량을 이용하여 식물체 군락의 열 스트레스 지수(S)를 산정한다.In addition, the data analysis unit 15 calculates the thermal stress index (S) of the plant community by using the calculated total radiation inflow amount E I and the radiation emission amount.

상기 열 스트레스 지수(S)는 총 복사유입량(EI)에 대한 식물체 군락으로부터 방출되는 상기 복사 에너지 방출량(EO)의 비율에 의해 산정된다.The heat stress index (S) is calculated by the ratio of the radiant energy emission amount (E O ) emitted from the plant community to the total radiation inflow amount (E I ).

도 5에 이렇게 산출된 열 스트레스 지수(Y축)와 식물의 열 스트레스의 지표로 사용되어 온 증산에 의한 잠열 방출량(X축)의 관계를 도시하였다.5 shows the relationship between the thus calculated thermal stress index (Y-axis) and the amount of latent heat released by transpiration (X-axis), which has been used as an index of heat stress of plants.

이때, 증산에 의한 잠열 방출량은 라이시미터를 제작하여 관측하였다. 구체적으로는, 0.01% 분해능을 가지는 250㎏ 용량의 로드셀 4개를 설치하고, 로드셀 상단에 식물(천궁)이 식재된 용기를 올린 후, 재배용기의 무게 변화를 측정하였다. 로드셀 신호는 데이터로거(CR1000, Campbell Scientific Inc., Logan, UT, USA)에 직접 연결하여 1분마다 신호값을 측정한 후, 10분 간격으로 관측자료의 평균값을 기록하였다. 라이시미터에서 10분 간격으로 측정한 무게의 감소량을 증산으로 간주하였고, 이로부터 잠열 방출량을 산출하였다.At this time, the amount of latent heat released by the transpiration was observed by making a lysimeter. Specifically, 4 load cells with a capacity of 250 kg having a resolution of 0.01% were installed, and a container in which plants (cheonggung) were planted was placed on the top of the load cell, and the change in weight of the cultivation container was measured. The load cell signal was directly connected to a data logger (CR1000, Campbell Scientific Inc., Logan, UT, USA) to measure the signal value every 1 minute, and then the average value of the observation data was recorded at 10 minute intervals. The reduction in weight measured at 10-minute intervals by the lysimeter was considered as an increase in production, and the amount of latent heat emission was calculated from this.

식물이 열 스트레스가 없는 상태에서는 증산이 활발하고 증산에 의한 잠열 방출량이 높기 때문에, 도 5에서 X축의 값이 커질수록 식물의 열 스트레스가 없는 것으로 판단할 수 있으며, 이때의 열 스트레스 지수는 0.4 ~ 0.5의 범위에 있는 것으로 나타난다. 반면에, 증산에 의한 잠열방출이 낮은 경우에는, 열 스트레스 지수는 0.5를 넘어 0.9까지 이르는 것으로 나타난다.In a state in which the plant does not have heat stress, since evaporation is active and the amount of latent heat released by evaporation is high, it can be determined that there is no thermal stress of the plant as the value of the X-axis in FIG. 5 increases, and the thermal stress index at this time is 0.4 ~ It appears to be in the range of 0.5. On the other hand, when the latent heat release by evaporation is low, the thermal stress index exceeds 0.5 and reaches 0.9.

이를 토대로, 본 발명에 따르면 복사유입량과 복사방출량의 비로 나타낸 열 스트레스 지수값(S=E0/EI)이 0.4 ~ 05.에서 정상적인 건강한 식물상태인 것으로 판단하며, 그 이상으로 높아질 경우에는 식물체가 열 스트레스를 받는 것으로 판단한다.Based on this, according to the present invention, it is determined that the thermal stress index value (S=E 0 /E I ) expressed as the ratio of the amount of radiation inflow and the amount of radiation emitted is determined to be in a normal healthy plant state from 0.4 to 05. If it is higher than that, the plant It is judged to be under heating stress.

또한, 상기 정상범위를 넘어, 수치가 높을수록 열 스트레스를 받는 정도도 높은 것으로 판단한다.In addition, it is determined that the degree of thermal stress is higher as the value exceeds the normal range.

이와 같이, 본 발명의 열 스트레스 감지장치(10)를 이용하면, 간단한 온도의 측정에 의해 식물로 유입되는 에너지와 식물체 잎으로부터 방출되는 에너지량을 측정하여 열 스트레스의 분석이 가능하다.As described above, by using the thermal stress sensing device 10 of the present invention, it is possible to analyze the thermal stress by measuring the energy introduced into the plant and the amount of energy emitted from the leaf of the plant by simple temperature measurement.

천궁을 이용하여, 그린센서(11A)에 의해 측정한 그린볼 내부의 온도와 그린볼 외부의 기온, 및 엽온으로부터 각각 총복사유입량과 복사방출량을 산출하고, 복사방출량/복사유입량으로 정의되는 열 스트레스 지수를 계산하여 아래 표 1에 나타내었다.Using the crest, the total radiant inflow and radiant emission are calculated from the temperature inside the green ball, the temperature outside the green ball, and the leaf temperature measured by the green sensor 11A, respectively, and thermal stress defined as the amount of radiated emission/the amount of radiated inflow. The index was calculated and shown in Table 1 below.

그린볼
내부 온도
(℃)
Green ball
Internal temperature
(℃)
그린볼
외부 기온
(℃)
Green ball
Outside air temperature
(℃)
온도 차이
(℃)
Temperature difference
(℃)
복사유입량
(W/㎥)
Radiation inflow
(W/㎥)
엽온
(℃)
Leaf temperature
(℃)
복사방출량
(W/㎥)
Radiation Emission Amount
(W/㎥)
열 스트레스 지수Heat stress index
14.8014.80 14.7314.73 0.010.01 387.2387.2 15.4715.47 373.8373.8 0.970.97 16.8816.88 16.4516.45 0.430.43 405.3405.3 17.7417.74 385.7385.7 0.950.95 17.9117.91 17.4617.46 0.450.45 410.8410.8 18.8218.82 391.5391.5 0.950.95 19.8919.89 19.2819.28 0.610.61 426.6426.6 20.3120.31 399.5399.5 0.940.94 21.9821.98 21.2621.26 0.720.72 447.8447.8 22.2722.27 410.3410.3 0.920.92 24.0124.01 22.5222.52 1.501.50 507.2507.2 23.5423.54 417.4417.4 0.820.82 25.9125.91 23.5123.51 2.402.40 560.2560.2 23.8423.84 419.1419.1 0.770.77 28.0128.01 22.2122.21 5.805.80 855.4855.4 26.5426.54 434.62434.62 0.520.52 29.8929.89 24.8724.87 5.025.02 792.7792.7 26.8726.87 436.5436.5 0.580.58 31.7131.71 25.9325.93 5.755.75 855.0855.0 28.0528.05 443.4443.4 0.530.53 33.9233.92 28.3928.39 5.535.53 852.3852.3 28.5228.52 446.5446.5 0.540.54 35.0535.05 28.1028.10 6.956.95 967.0967.0 28.6328.63 446.9446.9 0.470.47 37.8437.84 31.1131.11 6.736.73 930.9930.9 30.7330.73 459.4459.4 0.500.50

위의 표 1에서 확인할 수 있듯이, 식물의 열 스트레스는 단순한 외부 기온이 높거나 낮을 때에 높은 것이 아니며, 식물체 내부로 흡수된 복사 에너지와 잎을 통해 방출되는 복사 에너지의 변화에 따라 결정되는 것이므로, 본 발명에 따른 열 스트레스 감지장치를 이용하여, 그린센서를 이용하여 식물체 내부 온도에 해당하는 그린볼 내부온도와 식물체 외부의 기온에 해당하는 그린볼 외부의 기온 및 엽온을 각각 측정하여, 이를 통해 관리하는 것이 효과적인 것으로 나타난다.As can be seen in Table 1 above, the heat stress of a plant is not simply high when the outside temperature is high or low, and it is determined by changes in the radiant energy absorbed into the plant and the radiant energy emitted through the leaves. Using the thermal stress sensing device according to the invention, the green ball internal temperature corresponding to the temperature inside the plant and the temperature and leaf temperature outside the green ball corresponding to the temperature outside the plant are measured using a green sensor, respectively, and managed through it. Appears to be effective.

또한, 고온, 가뭄 등의 열 스트레스 조건시 증산이 억제되어 피해발생이 많은 약용작물인 천궁을 이용하여, 본 발명에 따른 열 스트레스 감지장치를 이용하여 열 스트레스 지수를 계산하고, 건강한 상태로 약간 스트레스를 받은 경우, 그리고 심하게 스트레스를 받은 경우의 작물의 상태를 각각 촬영하여 도 6에 나타내었다.In addition, by using a medicinal crop, a medicinal crop that has a lot of damage due to suppression of evaporation under heat stress conditions such as high temperature and drought, the heat stress index is calculated using the heat stress detection device according to the present invention, and a little stress is performed in a healthy state. In the case of receiving and severely stressed, the conditions of the crops were respectively photographed and shown in FIG. 6.

도 6에 나타난 것과 같이, 열 스트레스 지수의 산출 결과, 열 스트레스가 높은 것으로 판단되는 경우에, 실제로 식물의 상태도 확연히 나빠졌음을 확인할 수 있어, 본 발명에 따른 열 스트레스 감지장치가 실제 식물의 열 스트레스의 정도를 확인하는 데에 유용하게 활용될 수 있음을 알 수 있다.As shown in FIG. 6, when it is determined that the heat stress is high as a result of the calculation of the heat stress index, it can be confirmed that the state of the plant is also markedly deteriorated, so that the heat stress sensing device according to the present invention is the actual heat stress of the plant. It can be seen that it can be usefully used to check the degree of.

한편, 일사가 없는 야간에는 장파복사 유입량 변화에 따라 식물체 표면의 온도가 결정되므로, 본 발명에 따른 열 스트레스 감지장치(10)를 사용하여 식물의 냉해를 진단할 수도 있다.Meanwhile, since the temperature of the surface of the plant is determined according to the change in the inflow amount of long-wave radiation at night without sunlight, the heat stress sensing device 10 according to the present invention may be used to diagnose cold damage to the plant.

즉, 기온과 더불어 장파복사가 대기 상층으로 유출되어 나갈 경우, 식물체 등의 표면의 온도는 기온 이하로 내려가게 되는데, 상기 그린센서(11A)는 식물체 잎과 유사한 물성을 가지므로, 그린센서(11A)에 의해 측정된 그린볼 내부의 온도는 식물체 잎의 온도와 유사하게 변화하게 된다.That is, when long-wave radiation flows out to the upper atmosphere along with the temperature, the temperature of the surface of the plant, etc., decreases below the temperature. Since the green sensor 11A has similar physical properties to the leaves of the plant, the green sensor 11A The temperature inside the green ball measured by) changes similarly to the temperature of the leaf of the plant.

도 7에 본 발명의 열 스트레스 감지장치(10)를 사용하여 야간 냉각조건에서 10분 간격으로 측정한 그린볼 외부의 기온과 엽온, 그리고 그린센서에 의한 그린볼 내부의 온도를 시간대별로 나타내었다.In FIG. 7, the temperature outside the green ball and the leaf temperature measured at 10-minute intervals in the night cooling condition using the thermal stress sensing device 10 of the present invention, and the temperature inside the green ball by the green sensor are shown for each time period.

도 7에 나타난 것과 같이, 그린볼 외부의 기온이 영상을 기록하더라도, 엽온과 식물체 내부의 온도(그린센서의 그린볼 내부의 온도)는 영하로 내려가 냉해가 발생할 수 있으므로, 그린볼 외부 기온이 아니라, 그린센서에 의해 측정된 그린볼 내부의 온도가 영하로 내려갈 경우에는, 냉해를 입지 않도록 온도조절장치(20)를 가동할 필요가 있다.As shown in FIG. 7, even if the temperature outside the green ball records the image, the leaf temperature and the temperature inside the plant (the temperature inside the green ball of the green sensor) may drop below zero and cause cold damage, so it is not the temperature outside the green ball. If the temperature inside the green ball measured by the green sensor goes below zero, it is necessary to operate the temperature control device 20 so as not to receive cold damage.

상기한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 식물의 열 스트레스 관리시스템(1)의 작용을 설명하면,When explaining the action of the plant heat stress management system 1 according to the present invention consisting of the above configuration,

시스템 제어부(30)의 제어에 의해, 유입복사량 측정부(11)를 구성하는 그린센서(11A)와 외부 기온센서(11B)는 시간별로 식물체 내부 온도(그린볼 내부의 온도)와 식물체 외부의 기온(그린볼 외부의 기온)을 측정하고, 데이터 분석부(15)는 상기 온도의 차이로부터 총 복사유입량을 계산한다.Under the control of the system control unit 30, the green sensor 11A and the external temperature sensor 11B constituting the incoming radiation amount measuring unit 11 are each time the temperature inside the plant (the temperature inside the green ball) and the temperature outside the plant. (The temperature outside the green ball) is measured, and the data analysis unit 15 calculates the total amount of radiation inflow from the difference in temperature.

또한, 상기 유입복사량의 측정과 동시간에 적외선 온도계 또는 열화상온도센서로 이루어진 방출복사량 측정부(13)에서는 식물체의 엽온을 측정한다. 데이터 분석부(15)는 (식 1)을 이용하여, 상기 엽온으로부터 복사 에너지 방출량(EO)을 산출한다.In addition, at the same time as the measurement of the inflow radiation amount, the emission radiation amount measuring unit 13 made of an infrared thermometer or a thermal image temperature sensor measures the leaf temperature of the plant. The data analysis unit 15 calculates a radiant energy emission amount EO from the leaf temperature using (Equation 1).

EO = ε×σ ×T 4 .......(식 1)E O = ε×σ × T 4 .......(Equation 1)

ε is emissivity coefficient, 0.95 ε is emissivity coefficient, 0.95

σ is Stefan-Boltzmann coefficient (5.6704 × 10-8 W m-2) σ is Stefan-Boltzmann coefficient (5.6704 × 10-8 W m -2 )

T is absolute temperature (273.15 + ℃)T is absolute temperature (273.15 + ℃)

상기 데이터 분석부(15)는 상기 산출된 복사유입량(EI)과 방출복사량(EO)으로부터 열 스트레스 지수(S=EO/EI)를 계산한다.The data analysis unit 15 calculates a thermal stress index (S=E O /E I ) from the calculated amount of radiation inflow (E I ) and emission amount (E O ).

상기 열 스트레스 지수(S)가 0.4~0.5의 범위에 있을 때를 정상으로 판단하고, 상기 범위를 벗어난 경우에는, 시스템 제어부(30)는 온도 조절 장치(20)가 작동하도록 제어한다.When the thermal stress index S is in the range of 0.4 to 0.5, it is determined as normal, and when the thermal stress index S is out of the range, the system controller 30 controls the temperature control device 20 to operate.

예컨대, 열 스트레스 지수가 0.5를 넘어갈 때에는, 미세 살수 장치 가동 또는 차광장치 가동 등의 방법으로 기온을 낮추거나 복사에너지 유입량을 감소시키고, 일사가 없는 야간에 대기로 복사방출이 많아 그린센서 내부의 온도가 영하로 내려가면 식물체 표면온도도 영하로 냉각되므로, 장치의 작동시간을 감안하여 영상 0.2℃에서 미세 살수 장치를 가동하여 응결 잠열을 이용한 냉해 방지 조치를 취하거나, 식물체의 복사가 유출되는 것이 방지되도록 차광장치를 작동하도록 제어한다.For example, when the thermal stress index exceeds 0.5, the temperature inside the green sensor is reduced by lowering the temperature or reducing the amount of radiant energy inflow by operating a fine sprinkling device or a shading device. As the surface temperature of the plant drops below zero, the surface temperature of the plant is also cooled to below zero. Therefore, take measures to prevent cooling damage using latent heat of condensation by operating a micro sprinkler at 0.2°C in consideration of the operating time of the device, or to prevent the radiation of the plant from leaking out. Control to operate the shading device as much as possible

이러한 제어작용은 통신을 이용하여 외부장치(40)인 웹, 앱 등을 통해 이루어질 수 있도록 하거나 제어결과나 자료를 표출하도록 할 수도 있다.Such a control action may be performed through a web, an app, etc. of the external device 40 using communication, or a control result or data may be displayed.

10: 열 스트레스 감지 장치
11: 유입복사량 측정부
11A: 그린센서 11B: 외부 기온센서
12: 방출복사량 측정부 13: 데이터 분석부
20: 온도 조절 장치
30: 시스템 제어부
40: 외부장치
10: thermal stress detection device
11: Inflow radiation measurement unit
11A: Green sensor 11B: External temperature sensor
12: emission radiation amount measurement unit 13: data analysis unit
20: thermostat
30: system control unit
40: external device

Claims (4)

열 스트레스의 측정을 요하는 식물체들 사이에 설치되는 플라스틱 재질의 녹색 구의 내부에 내부 온도센서가 설치된 형태로 이루어져 녹색 구 내부의 온도를 측정하는 그린센서와, 상기 그린센서 외부의 공간에 설치되어 녹색 구 외부의 기온을 측정하는 외부 기온센서를 구비한 유입복사량 측정부와;
상기 열 스트레스의 측정을 요하는 식물체의 엽온을 측정하는 방출복사량 측정부; 및
상기 내부 온도센서와 외부 기온센서에서 측정되는 녹색 구 내부의 온도와 녹색 구 외부의 기온간의 차이에 의해 복사에 의한 식물 내로의 복사 유입량을 산출하고,
상기 방출복사량 측정부에서 측정된 엽온으로부터 식물체로부터 방출되는 복사 에너지 방출량을 산출하여,
상기 유입복사량 측정부에서 산출된 복사유입량에 대한 방출복사량 측정부에서 산출된 복사 에너지 방출량의 비율로 열 스트레스 지수를 산정하는 데이터 분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물의 열 스트레스 감지 장치.
An internal temperature sensor is installed inside a green sphere made of plastic, which is installed between plants requiring heat stress measurement, and a green sensor that measures the temperature inside the green sphere, and a green sensor installed in the space outside the green sensor Inflow radiation amount measuring unit having an external temperature sensor for measuring the temperature outside the sphere;
An emission radiation amount measuring unit that measures the leaf temperature of a plant that requires the measurement of the heat stress; And
The amount of radiation introduced into the plant by radiation is calculated by the difference between the temperature inside the green sphere and the temperature outside the green sphere measured by the internal temperature sensor and the external temperature sensor,
By calculating the amount of radiant energy emitted from the plant from the leaf temperature measured by the radiated radiation amount measuring unit,
And a data analysis unit for calculating a thermal stress index based on a ratio of the radiant energy emission amount calculated by the radiated radiation amount measuring unit to the radiant inflow amount calculated by the incoming radiation amount measuring unit.
제 1항에 따른 열 스트레스 감지 장치와;
미세 살수 장치 또는 차광 장치를 포함하여 외부 기온 또는 엽온을 조절하는 온도 조절 장치, 및
상기 열 스트레스 감지 장치에서 산정된 열 스트레스 지수가 정상 범위를 벗어날 경우, 상기 온도 조절 장치를 가동하는 시스템 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 식물의 열 스트레스 관리시스템.
A thermal stress sensing device according to claim 1;
A temperature control device for controlling external air temperature or leaf temperature, including a fine sprinkling device or a shading device, and
And a system controller configured to operate the temperature control device when the thermal stress index calculated by the thermal stress sensing device is out of a normal range.
제 2 항에 따른 식물의 열 스트레스 관리시스템을 이용하여, 식물의 열 스트레스를 관리하는 방법으로서,
상기 유입복사량 측정부의 그린 센서와 외부 기온센서 및 상기 방출복사량 측정부를 이용하여, 실시간 또는 주기별로 녹색 구 내부의 온도와 녹색 구 외부의 기온 및 식물체의 엽온을 측정하고,
상기 그린 센서에서 측정된 녹색 구 내부의 온도와 녹색 구 외부의 기온의 차이를 복사유입량 검량곡선에 대입하여, 복사유입량(EI)을 산출하고,
상기 식물체의 엽온으로부터 하기 식 1로부터 방출복사량(EO)를 산출하며,
EO = ε×σ ×T 4 .......(식 1)
ε is emissivity coefficient, 0.95
σ is Stefan-Boltzmann coefficient (5.6704 × 10-8 W m-2)
T is absolute temperature (273.15 + ℃)
상기 산출된 복사유입량에 대한 방출복사량의 비율로부터 열 스트레스 지수(S=EO/EI)를 산출하고,
상기 열 스트레스 지수가 0.4 ~ 0.5의 범위 내에 있을 때에는 정상인 것으로 판단하고, 상기 열 스트레스 지수가 0.4 ~ 0.5를 벗어날 경우에는, 온도 조절 장치를 가동하는 것을 특징으로 하는 식물의 열 스트레스 관리방법.
As a method of managing heat stress of a plant by using the heat stress management system of a plant according to claim 2,
Using the green sensor of the inflow radiation amount measurement unit, the external temperature sensor, and the emission radiation amount measurement unit, the temperature inside the green sphere, the temperature outside the green sphere, and the leaf temperature of the plant are measured in real time or periodically,
Substituting the difference between the temperature inside the green sphere and the temperature outside the green sphere measured by the green sensor into the calibration curve for the amount of radiation inflow, calculates the amount of inflow (E I)
The emission radiation amount (E O ) is calculated from the following equation 1 from the leaf temperature of the plant,
E O = ε×σ × T 4 .......(Equation 1)
ε is emissivity coefficient, 0.95
σ is Stefan-Boltzmann coefficient (5.6704 × 10-8 W m -2 )
T is absolute temperature (273.15 + ℃)
The thermal stress index (S=E O /E I ) is calculated from the ratio of the radiated radiation amount to the calculated radiation inflow amount,
When the thermal stress index is in the range of 0.4 to 0.5, it is determined to be normal, and when the thermal stress index is out of 0.4 to 0.5, a temperature control device is operated.
제 3 항에 있어서,
상기 열 스트레스 지수와 무관하게, 그린센서에 의해 측정된 녹색 구 내부 온도가 소정 온도 이하인 경우, 온도 조절 장치를 가동하는 것을 특징으로 하는 식물의 열 스트레스 관리방법.
The method of claim 3,
Regardless of the heat stress index, when the temperature inside the green sphere measured by the green sensor is less than or equal to a predetermined temperature, a temperature control device is operated.
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