KR102289069B1 - 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 분석을 통한 수경재배 양액 내 조류 농도 추론 장치 및 방법 - Google Patents
용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 분석을 통한 수경재배 양액 내 조류 농도 추론 장치 및 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102289069B1 KR102289069B1 KR1020210054324A KR20210054324A KR102289069B1 KR 102289069 B1 KR102289069 B1 KR 102289069B1 KR 1020210054324 A KR1020210054324 A KR 1020210054324A KR 20210054324 A KR20210054324 A KR 20210054324A KR 102289069 B1 KR102289069 B1 KR 102289069B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- concentration
- carbon dioxide
- algae
- dissolved
- dissolved oxygen
- Prior art date
Links
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 270
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 135
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 135
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 132
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 132
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims abstract description 132
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 title claims abstract description 121
- 241000195493 Cryptophyta Species 0.000 title claims abstract description 104
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 20
- 239000003501 hydroponics Substances 0.000 claims description 22
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 claims description 5
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 abstract description 6
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 abstract 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000645 desinfectant Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000009395 breeding Methods 0.000 description 2
- 230000001488 breeding effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 2
- 230000035764 nutrition Effects 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 241000195628 Chlorophyta Species 0.000 description 1
- 241000192700 Cyanobacteria Species 0.000 description 1
- 108010053210 Phycocyanin Proteins 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 description 1
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 description 1
- 230000000243 photosynthetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/18—Water
- G01N33/1806—Biological oxygen demand [BOD] or chemical oxygen demand [COD]
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
- A01G31/00—Soilless cultivation, e.g. hydroponics
- A01G31/02—Special apparatus therefor
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
- A01G7/00—Botany in general
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
- G06N20/00—Machine learning
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
- G06N5/00—Computing arrangements using knowledge-based models
- G06N5/04—Inference or reasoning models
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2333/00—Assays involving biological materials from specific organisms or of a specific nature
- G01N2333/405—Assays involving biological materials from specific organisms or of a specific nature from algae
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
- Y02P60/20—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions in agriculture, e.g. CO2
- Y02P60/21—Dinitrogen oxide [N2O], e.g. using aquaponics, hydroponics or efficiency measures
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Computational Linguistics (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Immunology (AREA)
- Emergency Medicine (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Pathology (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Botany (AREA)
- Ecology (AREA)
- Forests & Forestry (AREA)
- Hydroponics (AREA)
Abstract
본 발명은 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 분석을 통한 수경재배 양액 내 조류 농도 추론 장치에 관한 것으로, 수경재배 양액 내 조류 농도 추론 장치에 있어서, 상기 양액에서 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도를 획득하는 복수의 센서로 구성된 센서부; 및 상기 획득한 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도의 변화량을 분석하여 상기 양액 내 조류 농도를 추론하는 분석부;를 포함하되, 상기 분석부는 상기 변화량이 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 보다 상기 용존산소 농도는 증가하고, 상기 용존이산화탄소 농도는 감소 된 후 다시 상기 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도로 변화되지 않은 것으로 분석되면, 상기 양액 내 조류 농도가 높아진 상태인 것으로 추론한다.
Description
본 발명은 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 분석을 통한 수경재배 양액 내 조류 농도 추론 장치 및 방법에 관한 것이다.
전통적인 식물의 재배는 토양을 사용하여 작물 재배나 나무를 번식시키는 데 이용되는 뿌리가 있는 어린 식물을 기르는 것이다.
그런데, 최근에는 토양과 무관하게 액체상태인 양액을 사용하여 식물을 재배하는 수경재배가 각광을 받고 있다.
수경재배는 수경재배 베드에 모종을 설치한 후 뿌리 부분에 양액을 공급하여 재배하는 방식이다.
이런 수경재배의 경우 양액에 조류가 쉽게 발생하는데, 양액에 발생한 조류가 작물과 영양경쟁을 하여 작물에 영양이 제대로 공급되지 않는 문제점이 발생한다.
이런 문제점을 해결하기 위한 종래기술로는 한국등록특허 제10-2073374호가 있다.
그러나 종래기술은 초분광 자료 측정 장치로 조류의 피코시아닌 색소의 양을 정량 탐지해 조류를 분석하기 때문에 조류가 상당히 많이 증식한 상태인데, 이 상태는 이미 수경재배에 적합한 수치를 초과한 상태로 조류가 작물과 영양경쟁을 하여 작물에 영양이 제대로 공급되지 않는 문제점과 조류를 조기에 검출하지 못하는 문제점이 있다.
또한, 종래기술은 조기에 조류를 검출하지 못해 조류를 제거하기 위해서는 많은 소독약을 사용해야 하거나 양액을 폐기해야하기 때문에 환경을 오염시키는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 수경재배 시설 내 조류 번식을 조기에 실시간으로 추론할 수 있는 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 분석을 통한 수경재배 양액 내 조류 농도 추론 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 소독약 사용량과 폐양액 배출량을 저감해 환경오염을 줄일 수 있는 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 분석을 통한 수경재배 양액 내 조류 농도 추론 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 측면에 따르면, 수경재배 양액 내 조류 농도 추론 장치에 있어서, 상기 양액에서 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도를 획득하는 복수의 센서로 구성된 센서부; 및 상기 획득한 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도의 변화량을 분석하여 상기 양액 내 조류 농도를 추론하는 분석부;를 포함하되, 상기 분석부는 상기 변화량이 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 보다 상기 용존산소 농도는 증가하고, 상기 용존이산화탄소 농도는 감소 된 후 다시 상기 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도로 변화되지 않은 것으로 분석되면, 상기 양액 내 조류 농도가 높아진 상태인 것으로 추론하는 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 분석을 통한 수경재배 양액 내 조류 농도 추론 장치를 제공할 수 있다.
여기서, 상기 분석부는 상기 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 대비 상기 변화량의 차이가 클수록 상기 양액 내 조류 농도가 더 높은 것으로 추론할 수 있다.
또한, 조류 농도 기준값을 저장하고 있는 저장부; 및 상기 조류를 저감시키는 조류 저감부;를 더 포함하되, 상기 분석부가 상기 양액 내 조류 농도가 상기 조류 농도 기준값 이상이라고 분석하면, 상기 조류 저감부가 작동될 수 있다.
여기서, 상기 센서부는 상기 조류 농도가 다른 복수의 표준양액으로부터 상기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도를 각각 더 획득하고, 상기 분석부는 상기 복수의 표준양액으로부터 상기 센서부가 획득한 각각의 상기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도로 학습될 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 측면에 따르면, 수경재배 양액 내 조류 농도 추론 방법에 있어서, 센서부가 상기 양액에서 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도를 획득하는 단계; 및 분석부가 상기 획득한 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도의 변화량을 분석하여 상기 양액 내 조류 농도를 추론하는 단계;를 포함하되, 상기 분석부는 상기 변화량이 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 보다 상기 용존산소 농도는 증가하고, 상기 용존이산화탄소 농도는 감소 된 후 다시 상기 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도로 변화되지 않은 것으로 분석되면, 상기 양액 내 조류 농도가 높아진 상태인 것으로 추론하는 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 분석을 통한 수경재배 양액 내 조류 농도 추론 방법을 제공할 수 있다.
여기서, 상기 분석부는 상기 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 대비 상기 변화량의 차이가 클수록 상기 양액 내 조류 농도가 더 높은 것으로 추론할 수 있다.
또한, 상기 분석부가 상기 양액 내 조류 농도가 조류 농도 기준값 이상이라고 분석하면, 조류 저감부가 작동되는 단계;를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 센서부가 상기 양액에서 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도를 획득하는 단계는, 상기 센서부가 상기 조류 농도가 다른 복수의 표준양액으로부터 상기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도를 각각 더 획득하는 단계; 및 상기 분석부가 상기 복수의 표준양액으로부터 상기 센서부가 획득한 각각의 상기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도로 학습하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 측면에 따르면, 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 분석을 통한 수경재배 양액 내 조류 농도 추론 방법을 이용한 수경재배용 양액제어 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 측면에 따르면, 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 분석을 통한 수경재배 양액 내 조류 농도 추론 방법을 이용한 조류저감 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명은 수경재배 시설 내 조류 번식을 조기에 실시간으로 추론할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 조류를 조기에 실시간으로 추론하여 소독약 사용량과 폐양액 배출량을 저감해 환경오염을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 분석을 통한 수경재배 양액 내 조류 농도 추론 장치의 구성도이다.
도 2는 양액 내 용존산소 및 용존이산화탄소의 동적평형을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 분석을 통한 수경재배 양액 내 조류 농도 추론 방법의 순서도이다.
도 2는 양액 내 용존산소 및 용존이산화탄소의 동적평형을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 분석을 통한 수경재배 양액 내 조류 농도 추론 방법의 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나, 또는 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나, '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, '포함한다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 분석을 통한 수경재배 양액 내 조류 농도 추론 장치의 구성도이다.
도 2는 양액 내 용존산소 및 용존이산화탄소의 동적평형을 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 도 2(a)는 양액 내 용존산소의 동적평형을, 도 2(b)는 양액 내 용존이산화탄소의 동적평형을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 분석을 통한 수경재배 양액 내 조류 농도 추론 장치(100)는 양액탱크(110), 수경재배 베드(120), 센서부(130), 분석부(140), 제어부(150), 저장부(160), 조류 저감부(170) 및 출력부(180)를 포함한다.
양액탱크(110)는 수경재배에 사용되는 양액을 저장하는 탱크로, 수경재배 베드(120)에 양액을 공급하고, 수경재배 베드(120)에서 배출된 양액을 다시 공급받는다.
또한, 양액탱크(110)는 수경재배에 사용되는 양액을 저장하기 전, 센서부(130)가 조류 농도가 다른 복수의 표준양액으로부터 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도를 각각 획득할 수 있게, 조류 농도가 다른 복수의 표준양액을 차례대로 저장한 후 배출한다.
수경재배 베드(120)는 식물을 수용하며, 양액탱크(110)에서 양액을 공급받은 후 다시 양액탱크(110)로 양액을 배출한다.
센서부(130)는 용존산소 센서 및 용존이산화탄소 센서 등 복수의 센서로 구성되어 양액탱크(110)에 설치되어, 양액탱크(110)에 저장된 양액 내 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도를 획득한다. 여기서, 센서부(130)가 양액탱크(110)에 설치되는 것으로 설명했으나, 수경재배 베드(120) 등 양액의 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도를 측정할 수 있는 곳이면 어디든 설치될 수 있다.
또한, 센서부(130)는 양액탱크(110)에 저장된 조류 농도가 다른 복수의 표준양액으로부터 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도를 각각 획득한다. 여기서, 센서부(130)는 ISE 센서, EC 센서, pH 센서, 용존산소 센서 및 용존이산화탄소 센서 등 복수의 센서로 구성될 수 있으며, 조류 농도가 다른 복수의 표준양액은 조류 농도를 제외한 모든 것은 동일한 표준양액으로 조류가 없는 표준양액부터 조류 농도별 표준양액일 수 있다.
분석부(140)는 센서부(130)가 획득한 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도의 변화량을 분석하여 양액 내 조류 농도를 추론한다.
또한, 분석부(140)는 복수의 표준양액으로부터 센서부(130)가 획득한 각각의 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도로 학습되며, 복수의 표준양액으로부터 센서부(130)가 획득한 각각의 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도를 바탕으로 센서부(130)를 캘리브레이션(calibration)한다. 여기서, 센서부(130)가 조류 농도가 다른 복수의 표준양액으로부터 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도를 각각 획득하고, 분석부(140)가 센서부(130)를 캘리브레이션(calibration)하는 동작은 주기적으로 하기 때문에 센서부(130)의 양액탱크(110)에 저장된 양액 내 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도를 정확히 획득하는 한편, 분석부(140)의 양액 내 조류 농도를 추론 정확도를 높일 수 있다.
도 2(a)를 참조하면, 대기 중의 산소분자(210)는 양액 내부로 침투하고, 양액 내부의 산소분자(220)는 대기 중으로 발산한다.
또한, 일반적인 수경재배 양액 시스템 상에서 용존산소는 별도의 화학반응을 일으키지 않는다.
따라서 대기 중의 산소 분자량을 무한대라 가정할 때, 온도, 습도, pH, 양액 내의 이온 등 다른 환경요소들이 모두 동일하다면 양액 내의 용존산소량은 오로지 대기의 산소 분압에 따라 평형점이 결정된다.
도 2(b)를 참조하면, 이산화탄소의 경우 산소와 달리 물 속에 녹아서 화학반응이 일어난다.
화학반응은 대기 중의 이산화탄소가 물에 침투(230)하여 용존상태가 되는 단계, 용존이산화탄소가 대기로 방출(240)되는 단계, 이산화탄소가 물분자와 만나 탄산염(250)이 되는 단계, 탄산염이 용해(260)되는 단계와 그 역반응(270), 한 차례 더 작은 분자가 되는 단계(280)와 그 역반응(290)이다.
온도, 습도 기타 외부의 환경이 일정한 환경일 때, 물 외부의 이산화탄소 양이 무한대라면, 상기의 화학반응의 분자들 중 임의의 요소의 양을 줄인다면 평형이 무너지게 되지만, 대기중의 이산화탄소 대비 용존이산화탄소가 크게 감소하면서 외부로부터 이산화탄소가 물 속으로 들어오게 되고 결과적으로 시간이 흐름에 따라서 다시 원래의 상태로 돌아오게 되므로, 다른 환경이 통제될 때, 용존이산화탄소는 대기 중의 이산화탄소 분압에 의하여 평형점이 결정된다.
도 2(a) 및 도 2(b)에서 설명한 원리에 따라 다른 환경이 통제될 때, 양액 내부의 값이 일시적으로 변하더라도 대기 중의 기체분압에 의존하여 시간이 지남에 따라 원래의 평형상태로 용존기체량이 복귀한다.
결론적으로 센서부(130)가 획득한 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도가 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도와 다르며, 시간이 지남에 따라 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도로 복귀하려는 성질이 관측되지 않는다면 평형을 지속적으로 무너뜨리는 방향의 섭동(perturbation)이 양액계에 가해지고 있다는 의미이다.
이런 원리를 수경재배에 적용하면, 식물 뿌리는 광합성을 하지 않고 호흡만 하므로 용존산소 농도를 감소시키고, 용존이산화탄소 농도를 향상시키는 방향으로 양액에 입력을 가하고, 남조류나 녹조류 등 광합성세균인 조류는 용존산소 농도를 증가시키며 용존이산화탄소 농도를 감소시키는 방향으로 양액에 입력을 가한다.
도 1로 돌아와서, 분석부(140)는 센서부(130)가 획득한 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도의 변화량을 실시간으로 분석하여, 변화량이 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 보다 용존산소 농도는 증가하고, 용존이산화탄소 농도는 감소 된 후 다시 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도로 변화되지 않은 것으로 분석되면, 양액 내 조류 농도가 높아진 상태인 것으로 추론한다. 여기서, 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도는 양액탱크(110)에 처음 공급된 양액 또는 수경재배 베드(120)에 처음 공급된 후 배출되기 전의 센서부(130)로 획득한 양액 내 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도이며, 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도는 센서부(130)가 획득한 후 저장부(160)에 저장될 수 있다.
구체적으로, 분석부(140)는 센서부(130)에서 획득한 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도가 일정한 경우 및 용존산소 농도는 감소하고, 용존이산화탄소 농도가 증가할 경우 식물 뿌리는 광합성을 하지 않으므로 조류가 존재하지 않는 것으로 분석한다.
또한, 분석부(140)는 센서부(130)에서 획득한 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도의 변화량이 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 보다 용존산소 농도는 증가하고, 용존이산화탄소 농도는 감소 된 후 다시 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도로 변화하면 양액 내 조류 농도가 조류의 광합성량이 미미하여 대기분압으로 인한 동적평형상태를 붕괴시킬 수 없는 수준인 조류 농도로 추론한다.
또한, 분석부(140)는 센서부(130)에서 획득한 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도의 변화량이 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 대비 용존산소 농도는 증가하고, 용존이산화탄소 농도는 감소 된 후 다시 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도로 변화되지 않은 것으로 분석되면, 동적평형상태를 붕괴시키는 섭동(perturbation)을 가할 수 있을 정도로 양액 내 조류 농도가 높아진 상태로 추론한다.
이어 분석부(140)는 농도가 높을수록 섭동(perturbation)의 진폭이 커지기 때문에, 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도와 현재 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 사이의 차이를 바탕으로 양액 내 조류 농도를 추론한다. 즉, 분석부(140)는 센서부(130)를 통해 획득한 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도의 변화량이 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 대비 차이가 클수록 양액 내 조류 농도가 더 높아지는 것으로 추론한다. 여기서, 변화량은 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 대비 용존산소 농도는 증가하고, 용존이산화탄소 농도는 감소한 직후의 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 또는 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 대비 용존산소 농도는 증가하고, 용존이산화탄소 농도는 감소한 후 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도로 복귀하려는 움직임 후의 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도이다.
제어부(150)는 분석부(130)가 양액 내 조류 농도가 저장부(160)에 저장된 조류 농도 기준값 이상이라고 분석하면, 조류 저감부(170)를 작동되게 제어하고, 표시부(180)에 경고를 표시하게 제어한다.
저장부(160)는 센서부(130)가 획득한 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도와 조류 농도 기준값을 저장한다.
조류 저감부(170)는 수경재배 베드(120) 내부 및 수경재배 베드(120) 근처 외부 중 적어도 어느 하나에 설치되는 UV Light 및 소독물질이 저장된 필터 등과 같은 조류를 저감 시킬 수 있는 것으로, 제어부(150)의 제어에 따라 작동되어 수경재배 베드(120)의 조류를 저감시킨다.
표시부(180)는 분석부(140)가 분석한 실시간 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 변화량을 표시하고, 제어부(150)의 제어에 따라 경고를 표시한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 분석을 통한 수경재배 양액 내 조류 농도 추론 방법의 순서도이다.
도 3을 참조하면, S310단계에서는 센서부(130)가 양액에서 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도를 획득한다. 여기서, 센서부(130)는 양액에서 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도를 획득하기 전, 조류 농도가 다른 복수의 표준양액으로부터 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도를 각각 더 획득하고, 분석부(140)는 복수의 표준양액으로부터 센서부(130)가 획득한 각각의 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도로 학습하고, 센서부(130)를 캘리브레이션하는 단계를 주기적으로 갖는다.
S320단계에서는 분석부(140)가 센서부(130)가 획득한 획득한 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도의 변화량을 분석한다.
S330단계에서는 분석부(140)가 분석한 변화량을 바탕으로 양액 내 조류 농도를 추론한다. 이때, 분석부(140)가 분석한 변화량이 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도가 일정, 용존산소 농도는 감소하고, 용존이산화탄소 농도가 증가 및 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 보다 용존산소 농도는 증가하고, 용존이산화탄소 농도는 감소 된 후 다시 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도로 변화한 것이면 양액 내 조류 농도가 조류의 광합성량이 미미하여 대기분압으로 인한 동적평형상태를 붕괴시킬 수 없는 수준인 조류 농도로 추론해 S310단계를 진행하고, 분석부(140)가 분석한 변화량이 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 대비 용존산소 농도는 증가하고, 용존이산화탄소 농도는 감소 된 후 다시 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도로 변화되지 않은 것이면 동적평형상태를 붕괴시키는 섭동(perturbation)을 가할 수 있을 정도로 양액 내 조류 농도가 높아진 상태로 추론한 후 추론한 양액 내 조류 농도가 저장부(160)에 저장된 조류 농도 기준값 이상이라고 분석하면 S340단계를 진행한다.
S340단계에서는 제어부(150)가 조류 저감부(170)가 작동되게 제어하는 것과 동시에 표시부(180)를 통해 경고를 표시하게 제어한다.
상술한 본 발명의 실시 예들은 수경재배용 양액제어 시스템 및 조류저감 시스템에서 구현될 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시 예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명의 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 다음의 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
110 : 양액탱크 120 : 수경재배 베드
130 : 센서부 140 : 분석부
150 : 제어부 160 : 저장부
170 : 조류 저감부 180 : 표시부
130 : 센서부 140 : 분석부
150 : 제어부 160 : 저장부
170 : 조류 저감부 180 : 표시부
Claims (10)
- 수경재배 양액 내 조류 농도 추론 장치에 있어서,
상기 양액에서 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도를 획득하는 복수의 센서로 구성된 센서부; 및
상기 획득한 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도의 변화량을 분석하여 상기 양액 내 조류 농도를 추론하는 분석부;를 포함하되,
상기 분석부는 상기 변화량이 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 보다 상기 용존산소 농도는 증가하고, 상기 용존이산화탄소 농도는 감소 된 후 다시 상기 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도로 변화되지 않은 것으로 분석되면, 상기 양액 내 조류 농도가 높아진 상태인 것으로 추론하며,
상기 센서부는 상기 조류 농도가 다른 복수의 표준양액으로부터 상기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도를 각각 더 획득하고,
상기 분석부는 상기 복수의 표준양액으로부터 상기 센서부가 획득한 각각의 상기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도로 학습된 것
을 특징으로 하는 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 분석을 통한 수경재배 양액 내 조류 농도 추론 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 분석부는 상기 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 대비 상기 변화량의 차이가 클수록 상기 양액 내 조류 농도가 더 높은 것으로 추론하는 것
을 특징으로 하는 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 분석을 통한 수경재배 양액 내 조류 농도 추론 장치.
- 제1항에 있어서,
조류 농도 기준값을 저장하고 있는 저장부; 및
상기 조류를 저감시키는 조류 저감부;를 더 포함하되,
상기 분석부가 상기 양액 내 조류 농도가 상기 조류 농도 기준값 이상이라고 분석하면, 상기 조류 저감부가 작동되는 것
을 특징으로 하는 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 분석을 통한 수경재배 양액 내 조류 농도 추론 장치.
- 삭제
- 수경재배 양액 내 조류 농도 추론 방법에 있어서,
센서부가 상기 양액에서 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도를 획득하는 단계; 및
분석부가 상기 획득한 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도의 변화량을 분석하여 상기 양액 내 조류 농도를 추론하는 단계;를 포함하되,
상기 분석부는 상기 변화량이 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 보다 상기 용존산소 농도는 증가하고, 상기 용존이산화탄소 농도는 감소 된 후 다시 상기 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도로 변화되지 않은 것으로 분석되면, 상기 양액 내 조류 농도가 높아진 상태인 것으로 추론하며,
상기 센서부가 상기 양액에서 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도를 획득하는 단계는,
상기 센서부가 상기 조류 농도가 다른 복수의 표준양액으로부터 상기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도를 각각 더 획득하는 단계; 및
상기 분석부가 상기 복수의 표준양액으로부터 상기 센서부가 획득한 각각의 상기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도로 학습하는 단계;를 포함하는 것
을 특징으로 하는 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 분석을 통한 수경재배 양액 내 조류 농도 추론 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 분석부는 상기 초기 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 대비 상기 변화량의 차이가 클수록 상기 양액 내 조류 농도가 더 높은 것으로 추론하는 것
을 특징으로 하는 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 분석을 통한 수경재배 양액 내 조류 농도 추론 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 분석부가 상기 양액 내 조류 농도가 조류 농도 기준값 이상이라고 분석하면, 조류 저감부가 작동되는 단계;를 더 포함하는 것
을 특징으로 하는 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 분석을 통한 수경재배 양액 내 조류 농도 추론 방법.
- 삭제
- 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항의 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 분석을 통한 수경재배 양액 내 조류 농도 추론 방법을 이용한 수경재배용 양액 제어 시스템.
- 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항의 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 분석을 통한 수경재배 양액 내 조류 농도 추론 방법을 이용한 조류저감 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210054324A KR102289069B1 (ko) | 2021-04-27 | 2021-04-27 | 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 분석을 통한 수경재배 양액 내 조류 농도 추론 장치 및 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210054324A KR102289069B1 (ko) | 2021-04-27 | 2021-04-27 | 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 분석을 통한 수경재배 양액 내 조류 농도 추론 장치 및 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102289069B1 true KR102289069B1 (ko) | 2021-08-12 |
Family
ID=77314481
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210054324A KR102289069B1 (ko) | 2021-04-27 | 2021-04-27 | 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 분석을 통한 수경재배 양액 내 조류 농도 추론 장치 및 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102289069B1 (ko) |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010022331A (ja) * | 2008-07-24 | 2010-02-04 | Takenaka Komuten Co Ltd | 二酸化炭素回生システム及び二酸化炭素回生方法 |
| US20130283689A1 (en) * | 2011-10-26 | 2013-10-31 | Deborah Walliser | Hydroponic method and system |
| KR101381951B1 (ko) * | 2013-01-25 | 2014-04-07 | 조선대학교산학협력단 | 평판형 광생물반응기 모듈과 이를 이용한 광생물 배양 시스템 |
| KR101384971B1 (ko) * | 2013-06-25 | 2014-04-16 | 김혜봉 | 녹조 사전 탐지, 예측 및 제거 장치 및 그 방법 |
| KR20160031766A (ko) * | 2014-09-15 | 2016-03-23 | 주식회사 국토해양환경기술단 | Uv-c램프와 초음파발생장치를 이용한 녹조제거장치 |
| KR20160076728A (ko) * | 2014-12-23 | 2016-07-01 | 한국건설기술연구원 | 녹조유발물질 제거 및 용존산소 공급 시스템 및 그 방법 |
| CN106871955A (zh) * | 2015-12-14 | 2017-06-20 | 重庆丽友软件科技有限公司 | 一种浮游生物快速监测装置 |
| JP2018183107A (ja) * | 2017-04-27 | 2018-11-22 | 株式会社Ihi | 液中物測定装置 |
| KR102134655B1 (ko) * | 2020-04-23 | 2020-07-16 | 농업회사법인 상상텃밭 주식회사 | 용존산소량 및 양액 농도 조절이 가능한 양액 재배 장치 및 방법 |
| KR20200099970A (ko) * | 2020-01-21 | 2020-08-25 | 코리아베르톨드(주) | 초음파를 이용한 조류제거장치 |
-
2021
- 2021-04-27 KR KR1020210054324A patent/KR102289069B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010022331A (ja) * | 2008-07-24 | 2010-02-04 | Takenaka Komuten Co Ltd | 二酸化炭素回生システム及び二酸化炭素回生方法 |
| US20130283689A1 (en) * | 2011-10-26 | 2013-10-31 | Deborah Walliser | Hydroponic method and system |
| KR101381951B1 (ko) * | 2013-01-25 | 2014-04-07 | 조선대학교산학협력단 | 평판형 광생물반응기 모듈과 이를 이용한 광생물 배양 시스템 |
| KR101384971B1 (ko) * | 2013-06-25 | 2014-04-16 | 김혜봉 | 녹조 사전 탐지, 예측 및 제거 장치 및 그 방법 |
| KR20160031766A (ko) * | 2014-09-15 | 2016-03-23 | 주식회사 국토해양환경기술단 | Uv-c램프와 초음파발생장치를 이용한 녹조제거장치 |
| KR20160076728A (ko) * | 2014-12-23 | 2016-07-01 | 한국건설기술연구원 | 녹조유발물질 제거 및 용존산소 공급 시스템 및 그 방법 |
| CN106871955A (zh) * | 2015-12-14 | 2017-06-20 | 重庆丽友软件科技有限公司 | 一种浮游生物快速监测装置 |
| JP2018183107A (ja) * | 2017-04-27 | 2018-11-22 | 株式会社Ihi | 液中物測定装置 |
| KR20200099970A (ko) * | 2020-01-21 | 2020-08-25 | 코리아베르톨드(주) | 초음파를 이용한 조류제거장치 |
| KR102134655B1 (ko) * | 2020-04-23 | 2020-07-16 | 농업회사법인 상상텃밭 주식회사 | 용존산소량 및 양액 농도 조절이 가능한 양액 재배 장치 및 방법 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Saaid et al. | Automated pH controller system for hydroponic cultivation | |
| ES2252495T3 (es) | Procedimiento y sistema para el crecimiento de plantas. | |
| Van Oijen et al. | The effects of climatic variation in Europe on the yield response of spring wheat cv. Minaret to elevated CO2 and O3: an analysis of open-top chamber experiments by means of two crop growth simulation models | |
| Dresbøll et al. | Timelapse scanning reveals spatial variation in tomato (Solanum lycopersicum L.) root elongation rates during partial waterlogging | |
| AU2002321221A1 (en) | Method and system for growing plants | |
| JP2015202056A (ja) | 農作物の成長観察システム | |
| Jung et al. | Modeling the canopy photosynthetic rate of romaine lettuce (Lactuca sativa L.) grown in a plant factory at varying CO 2 concentrations and growth stages | |
| Atmadja et al. | Hydroponic system design with real time OS based on ARM Cortex-M microcontroller | |
| KR102062081B1 (ko) | 재배시설의 양액공급 제어기용 통합컨버터 | |
| CN113920288A (zh) | 一种基于物联网的温室黄瓜种植管理系统 | |
| WO2020054053A1 (ja) | 人工知能を搭載したキク科植物の水耕栽培システム | |
| KR102289069B1 (ko) | 용존산소 농도 및 용존이산화탄소 농도 분석을 통한 수경재배 양액 내 조류 농도 추론 장치 및 방법 | |
| Kurashina et al. | Growth control of leaf lettuce with exposure to underwater ultrasound and dissolved oxygen supersaturation | |
| Li et al. | Whole-plant compensatory responses of isoprene emission from hybrid poplar seedlings exposed to elevated ozone | |
| KR20100073700A (ko) | 식물의 생장 환경 감지 및 감성 인터페이스가 내장된 애완 화분 장치 | |
| Okamoto et al. | An image analysis method for lettuce leaf and root growth analysis in hydroponic culture | |
| KR20170062784A (ko) | 맞춤형 led 식물 재배장치 | |
| KR102162817B1 (ko) | 센서의 자동 캘리브레이션이 가능한 양액 제어 장치 및 방법 | |
| Bergeron et al. | Irrigation control and physiological responses of nursery-grown black spruce seedlings (1+ 0) cultivated in air-slit containers | |
| Klyuchka et al. | New methods of seeds functional state and activity control for the development of the biotechnical feedback concept | |
| JP6266423B2 (ja) | 植物栽培装置 | |
| Patko et al. | Spatial and temporal detection of root exudates with a paper-based microfluidic device | |
| Thalange et al. | Design of Versatile Hydroponic Prototype for Efficient Genesis of Nutrient Environment-A Machine Learning Approach. | |
| Chen | In situ measurement of microclimate for the plantlets cultured in vitro | |
| KR20210049400A (ko) | 도시 농장 시스템 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |