KR102350450B1 - Unmanned irrigation and fertilization system and method - Google Patents

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KR102350450B1
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석민
한경도
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Abstract

The present invention provides an unmanned irrigation and fertilization system and a method thereof which supply water and a fertilizer to soil by using a pipe buried in the ground to prevent loss of moisture and automatize irrigation and fertilization according to states of soil and a plant to maximize efficiency of the irrigation and fertilization.

Description

무인 관수 및 시비 시스템 및 방법{Unmanned irrigation and fertilization system and method}Unmanned irrigation and fertilization system and method

본 발명은 무인 관수 및 시비 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 토양 및 식물의 상태에 따라 자동으로 관수가 이루어지도록 하기 위한 무인 관수 및 시비 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an unmanned irrigation and fertilization system and method, and more particularly, to an unmanned irrigation and fertilization system and method for automatic irrigation according to soil and plant conditions.

종래의 식물을 관리하는 시스템은 지상에 호스를 연결하고 타이머를 이용하여 토양에 일정량의 물 또는 비료를 공급하거나 사람이 직접 공급하거나 살수차 등의 차량을 이용한 방식으로 토양에 물 또는 비료를 공급한다.In the conventional system for managing plants, a hose is connected to the ground and a certain amount of water or fertilizer is supplied to the soil using a timer, or water or fertilizer is supplied to the soil in a way that a person directly supplies or uses a vehicle such as a sprinkler.

그러나, 종래의 지상에 호스를 연결한 관수 시스템은 지상에서 물을 분무하기 때문에 상대적으로 수분의 손실이 클 수 밖에 없고, 특히 토양 표면에서 물이 증발하여 여름철 관수 효율이 크게 떨어지는 문제점이 있었다.However, the conventional irrigation system with a hose connected to the ground has a relatively large loss of moisture because water is sprayed from the ground.

또한, 종래의 살수차 등을 이용한 관수 및 시비 방식은 인건비가 증가하고 음영지역이 발생하여 관수 및 시비의 효율이 떨어지고 과다하게 관수 및 시비가 되는 지역이 존재하게 되어 식물의 생장을 방해하게 되는 문제점도 있었다.In addition, in the conventional irrigation and fertilization method using a sprinkler wheel, etc., labor costs increase, shadow areas occur, the efficiency of irrigation and fertilization decreases, and areas with excessive irrigation and fertilization exist, which impede the growth of plants. there was.

일본 공개특허공보 제2015-223118호 (발명의 명칭: 식물 생육 환경의 제어 방법, 제어 장치 및 제어용 프로그램, 공개일: 2015. 12. 14)Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-223118 (Title of the invention: control method, control device and control program for plant growth environment, publication date: December 14, 2015)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 지중에 매설된 파이프를 이용하여 토양에 물과 비료를 공급함으로써 수분의 손실을 방지하고 토양과 식물의 상태에 따라 자동으로 관수 또는 시비가 이루어지도록 하여 관수 및 시비의 효율을 극대화하는 무인 관수 및 시비 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, and by supplying water and fertilizer to the soil using a pipe buried underground, moisture loss is prevented, and automatically irrigated or irrigated according to the condition of the soil and plants. An object of the present invention is to provide an unmanned irrigation and fertilization system and method that maximizes the efficiency of irrigation and fertilization by allowing fertilization to take place.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 무인 관수 및 시비 시스템은, 토양에 자동으로 물과 비료를 공급하는 무인 관수 및 시비 시스템에 있어서, 토양에 물을 공급하는 관수부와, 액체 상태의 비료를 토양으로 공급하는 시비부와, 토양 및 식물의 상태를 관측하는 관측부 및 상기 관측부에서 관측된 토양 및 식물의 상태에 따라 상기 관수부와 시비부를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 관수부는, 토양에 물을 공급하는 관수스크린을 포함하고, 상기 시비부는, 토양에 비료를 공급하는 시비스크린을 포함하며, 상기 관수스크린은 상기 시비스크린보다 상측에 설치되는 것을 특징으로 하고, 상기 관측부는, 기계 학습 모델을 통해 대기환경 및 토양환경에 따른 식물의 식생지수 예측값을 산출하는 계산부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 계산부에서 산출된 상기 식생지수 예측값이 기존의 식생지수보다 하락되면 상기 관수부 및 시비부에서 각각 관수 및 시비를 실시하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무인 관수 및 시비 시스템.In order to solve the above problems, the unmanned irrigation and fertilization system according to the present invention is an unmanned irrigation and fertilization system for automatically supplying water and fertilizer to the soil, the irrigation unit supplying water to the soil, and a liquid state A fertilization unit for supplying fertilizer to the soil, an observation unit for observing the state of the soil and plants, and a control unit for controlling the irrigation unit and the fertilization unit according to the conditions of the soil and plants observed by the observation unit, wherein the irrigation unit includes: , including an irrigation screen for supplying water to the soil, wherein the fertilization unit includes a fertilization screen for supplying fertilizer to the soil, wherein the irrigation screen is installed above the fertilization screen, the observation unit, Further comprising a calculation unit for calculating the vegetation index predicted value of the plant according to the atmospheric environment and the soil environment through a machine learning model, wherein the control unit, when the vegetation index predicted value calculated by the calculation unit is lower than the existing vegetation index, the irrigation Unmanned irrigation and fertilization system, characterized in that it controls to carry out irrigation and fertilization, respectively, in the part and the fertilization part.

또한, 본 발명에 따른 무인 관수 및 시비 방법은, 토양에 자동으로 물과 비료를 공급하는 무인 관수 및 시비 방법에 있어서, 식물의 식생지수를 측정하는 식생지수 측정 단계와, 상기 측정된 식생지수가 기존의 식생지수보다 하락되었는지 여부에 따라 관수 및 시비의 필요 여부를 판단하는 관수 및 시비 필요 여부 판단 단계와, 상기 관수 및 시비 필요 여부 판단 단계에서 관수 또는 시비가 필요하다고 판단되면, 상기 측정된 식생지수 값을 기반으로 관수 또는 시비 요구량을 계산하는 관수 및 시비 요구량 계산 단계 및 상기 계산된 관수 또는 시비 요구량에 따라 토양에 자동으로 물 또는 비료를 공급하는 관수 및 시비 단계를 포함하되, 상기 식생지수 측정 단계는, 기계 학습 모델을 통해 대기환경 및 토양환경에 따른 식물의 식생지수 예측값을 산출하고, 상기 관수 및 시비 필요 여부 판단 단계는, 상기 식생지수 예측값이 기존의 식생지수보다 하락되었는지를 판단하는 식생지수 하락 예측 단계를 포함하며, 상기 식물의 식생지수 예측값이 기존의 식생지수보다 하락되었는지 여부에 따라 관수 및 시비의 필요 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 무인 관수 및 시비 방법.상기 식생지수 예측값이 기존의 식생지수보다 하락되었는지를 판단하는 식생지수 하락 예측 단계를 포함하며, 상기 식물의 식생지수 예측값이 기존의 식생지수보다 하락되었는지 여부에 따라 관수 및 시비의 필요 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the unmanned irrigation and fertilization method according to the present invention, in the unmanned irrigation and fertilization method for automatically supplying water and fertilizer to the soil, the vegetation index measurement step of measuring the vegetation index of the plant, and the measured vegetation index is When it is determined that irrigation or fertilization is necessary in the irrigation and fertilization necessary determination step and the irrigation and fertilization necessary determination step, determining whether irrigation and fertilization are necessary according to whether or not the existing vegetation index has fallen, the measured vegetation Comprising the irrigation and fertilization requirements calculation step of calculating the irrigation or fertilization requirements based on the index value and the irrigation and fertilization steps of automatically supplying water or fertilizer to the soil according to the calculated irrigation or fertilization requirements, the vegetation index measurement The step is to calculate the vegetation index predicted value of the plant according to the atmospheric environment and the soil environment through the machine learning model, and the irrigation and fertilization necessary determining step is to determine whether the vegetation index predicted value is lower than the existing vegetation index. An unmanned irrigation and fertilization method comprising the step of predicting an index drop, and determining whether irrigation and fertilization are necessary depending on whether the predicted value of the vegetation index of the plant has decreased than the existing vegetation index. It includes a vegetation index drop prediction step to determine whether the vegetation index of the has fallen than the vegetation index, characterized in that it is determined whether irrigation and fertilization is necessary according to whether the predicted value of the vegetation index of the plant is lower than the existing vegetation index.

본 발명의 무인 관수 및 시비 시스템 및 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.According to the unmanned irrigation and fertilization system and method of the present invention, there are one or more of the following effects.

첫째, 토양 환경, 대기 환경 및 식생지수 관측값과 예측값을 바탕으로 관수와 시비의 필요 여부를 판단하고 그에 따른 관수량과 필요량을 계산하여 자동으로 관수와 시비가 이루어지도록 함으로써 관수 및 시비 효율을 극대화할 수 있는 이점이 있다.First, the irrigation and fertilization efficiency is maximized by determining the need for irrigation and fertilization based on the observed and predicted values of the soil environment, atmospheric environment, and vegetation index, and calculating the amount of irrigation and fertilization accordingly to automatically perform irrigation and fertilization. There are advantages to being able to

둘째, 슬롯 형태의 홀이 형성되어 있는 스크린을 관수 호스에 연결하고 지중에 매설하여 토양에 관수 및 시비를 실시함으로써, 토양의 모관압에 따라 일정량의 물이 누출되도록 하여 토양이 작물이 요구하는 적정 수준의 함수율을 유지하도록 하고, 펌프 가공 중단 시에도 잔존수의 지속 공급이 가능하도록 하여 공급되는 물의 손실을 절감하고 토양이 최적의 공극수를 함양하도록 할 수 있는 이점도 있다.Second, by connecting the screen with the slot-shaped hole to the irrigation hose and burying it in the ground to irrigate and fertilize the soil, a certain amount of water is leaked according to the capillary pressure of the soil, so that the soil is adjusted to the proper level required by the crops. There is also the advantage of reducing the loss of supplied water by maintaining a level of moisture content and enabling the continuous supply of residual water even when the pumping process is stopped, so that the soil can contain optimal pore water.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 관수 및 시비 시스템의 블럭 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 관수 및 시비 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 관수 및 시비 시스템의 관수부 및 시비부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 관수 및 시비 시스템의 스크린을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무인 관수 및 시비 시스템의 관수부 및 시비부를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 관수 및 시비 시스템의 관측부를 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 관수 및 시비 방법의 순서도이다.
1 is a block diagram of an unmanned irrigation and fertilization system according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram schematically showing an unmanned irrigation and fertilization system according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining the irrigation unit and fertilization unit of the unmanned irrigation and fertilization system according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a screen of an unmanned irrigation and fertilization system according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining the irrigation unit and fertilization unit of the unmanned irrigation and fertilization system according to another embodiment of the present invention.
6 and 7 are views for explaining the observation unit of the unmanned irrigation and fertilization system according to an embodiment of the present invention.
8 and 9 are flowcharts of an unattended irrigation and fertilization method according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

본 명세서에 첨부된 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의성을 위하여 과장되게 도시될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기술의 기능 및 구성에 관한 상세한 설명은 생략될 수 있다.The size or shape of the components shown in the drawings attached to this specification may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. It should be noted that the same configuration in each drawing is sometimes illustrated with the same reference numerals. In addition, detailed descriptions of functions and configurations of known technologies that may unnecessarily obscure the gist of the present invention may be omitted.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.The terminology used herein is used to describe specific embodiments, not to limit the present invention. As used herein, the singular form may include the plural form unless the context clearly dictates otherwise. In addition, when a part "includes" a certain component throughout the present specification, it means that other components may be further included unless otherwise stated.

어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어” 있다거나 또는 “직접 접속되어” 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it is understood that other components may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there is no other element in the middle. Other expressions for describing the relationship between the elements should be interpreted similarly.

본 명세서에서 사용되는 상단, 하단, 상면, 하면 또는 상부, 하부 등의 용어는 구성 요소들에 있어서 상대적인 위치를 구별하기 위해 사용되는 것이다. 예를 들어, 편의 상 도면상의 위쪽을 상부, 도면상의 아래쪽을 하부로 명명하는 경우 실제에 있어서는 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 상부는 하부로 명명될 수 있고, 하부는 상부로 명명될 수 있다.As used herein, terms such as upper, lower, upper, lower or upper, lower, etc. are used to distinguish relative positions of the components. For example, for convenience, when naming the upper part of the drawing as the upper part and the lower part of the drawing as the lower part, the upper part may be named lower, and the lower part may be named upper part without departing from the scope of the present invention. .

본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어들은 각 구성요소가 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭한 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.Terms including ordinal numbers such as ~1~, ~2~, etc. described in this specification may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The above terms are only used to distinguish that each component is a different component, and are not limited to the order of manufacture, and the names may not match in the detailed description of the invention and the claims.

본 명세서에서 사용되는 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.All terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless otherwise defined. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present specification. does not

이하, 본 발명의 실시예들에 의한 무인 관수 및 시비 시스템 및 방법을 설명하기 위하여 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings in order to explain the unmanned irrigation and fertilization system and method according to embodiments of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 관수 및 시비 시스템의 블럭 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 관수 및 시비 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 관수 및 시비 시스템의 관수부 및 시비부를 설명하기 위한 도면이다.1 is a block diagram of an unmanned irrigation and fertilization system according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an unmanned irrigation and fertilization system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is the present invention It is a view for explaining the irrigation unit and fertilization unit of the unmanned irrigation and fertilization system according to an embodiment.

설명에 앞서, 도 2에 나타낸 A 지점은 관수부(100) 및 시비부(200)의 수직파이프(130, 230) 및 스크린(140, 240)이 설치되는 지점을 의미하며, 상기 수직파이프(130, 230) 및 스크린(140, 240)이 설치되는 지점이 이에 한정되는 것은 아니다.Prior to the description, the point A shown in FIG. 2 means the point at which the vertical pipes 130 and 230 and the screens 140 and 240 of the irrigation unit 100 and the fertilization unit 200 are installed, and the vertical pipe 130 , 230) and the screens 140, 240 are installed points are not limited thereto.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 관수 및 시비 시스템(1)은 토양에 물을 공급하는 관수부(100), 액체 상태의 비료를 토양으로 공급하는 시비부(200), 토양 및 식물의 상태를 관측하는 관측부(300) 및 관측부(300)에서 관측된 토양 및 식물의 상태에 따라 관수부(100)와 시비부(200)를 제어하는 제어부(400)를 포함할 수 있다.1 and 2, the unmanned irrigation and fertilization system 1 according to an embodiment of the present invention includes a irrigation unit 100 for supplying water to the soil, and a fertilization unit for supplying liquid fertilizer to the soil ( 200), the control unit 400 for controlling the irrigation unit 100 and the fertilization unit 200 according to the conditions of the soil and plants observed by the observation unit 300 and the observation unit 300 for observing the state of the soil and plants (400) may include

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 관수부(100)는 관수탱크(110), 관수호스(120), 수직파이프(130), 스크린(140), 관수펌프(150), 관수밸브(160) 및 유량계(170)를 포함할 수 있다.2 and 3 , the irrigation unit 100 according to an embodiment of the present invention includes an irrigation tank 110 , an irrigation hose 120 , a vertical pipe 130 , a screen 140 , and an irrigation pump 150 . ), the irrigation valve 160 and the flow meter 170 may be included.

상기 관수탱크(110)에는 토양으로 공급할 물이 저장되어 관수호스(120)가 연결되고, 후술할 관수펌프(150) 및 관수밸브(160)가 설치되어 후술할 제어부(400)에 의해 관수밸브(160)가 개방되면 관수펌프(150)에 의해 상기 관수탱크(110)에 저장되어 있는 물을 관수호스(120)를 통해 토양으로 이동시킬 수 있다.Water to be supplied to the soil is stored in the irrigation tank 110, an irrigation hose 120 is connected, and an irrigation pump 150 and an irrigation valve 160, which will be described later, are installed, and the irrigation valve ( When 160 is opened, the water stored in the irrigation tank 110 by the irrigation pump 150 may be moved to the soil through the irrigation hose 120 .

관수호스(120)는 일단이 상기 관수탱크(110)에 연결되고 타단이 수분을 공급하기 위한 토양의 지면에 설치되어, 관수탱크(110)에 저장되어 있는 물이 관수호스(120)를 통해 토양으로 이동하도록 할 수 있다.One end of the irrigation hose 120 is connected to the irrigation tank 110 and the other end is installed on the ground surface of the soil for supplying moisture, and water stored in the irrigation tank 110 is transferred to the soil through the irrigation hose 120 can be moved to

수직파이프(130)는 상단이 상기 관수호스(120)의 타단에 연결되고, 하단에는 후술할 스크린(140)이 연결되어 토양에 매립 또는 반매립되도록 설치될 수 있다. 스크린(140)이 매설되는 위치는 토양의 토질 상태에 따라 조절될 수 있다.The vertical pipe 130 may be installed such that the upper end is connected to the other end of the irrigation hose 120 , and the screen 140 to be described later is connected to the lower end to be buried or semi-buried in soil. The position where the screen 140 is buried may be adjusted according to the soil condition of the soil.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 관수 및 시비 시스템의 스크린을 도시한 도면이다.4 is a view showing a screen of an unmanned irrigation and fertilization system according to an embodiment of the present invention.

스크린(140)은 상기 수직파이프(130)의 하단에 연결되어 지중에 매설될 수 있다. 상기 스크린(140)은 원형의 파이프 형상으로 측면에 슬롯 형태의 홀(141, 241)이 복수개 형성될 수 있다. 상기 스크린(140)의 재질은 PVC(Poly Vinyl Chloride), 세라믹(ceramic), 스테인리스(stainless) 등으로 제작될 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다.The screen 140 may be connected to the lower end of the vertical pipe 130 and buried underground. The screen 140 may have a circular pipe shape, and a plurality of slot-shaped holes 141 and 241 may be formed on the side thereof. The material of the screen 140 may be made of PVC (Poly Vinyl Chloride), ceramic, stainless steel, etc., but is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수직파이프(130)는 일정 수두를 유지하도록 관수탱크(110)로부터 물이 공급된다. 즉, 수직파이프(130)가 일정 수두를 유지함으로써 수직파이프(130)의 하단에 연결되어 있는 스크린(140)의 홀(141, 241)을 통해 토양의 모관압에 따라 일정량의 물이 누출되도록 함으로써 토양이 작물이 요구하는 적정 수준의 함수율을 유지할 수 있다. 또한, 펌프의 가공 중단 시에도 잔존수의 지속 공급이 가능하도록 하여 공급되는 물의 손실을 절감하고 토양이 최적의 공극수를 함양하도록 할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, water is supplied from the irrigation tank 110 to the vertical pipe 130 to maintain a constant water head. That is, the vertical pipe 130 maintains a constant water head so that a certain amount of water leaks according to the capillary pressure of the soil through the holes 141 and 241 of the screen 140 connected to the lower end of the vertical pipe 130 . Soil can maintain an appropriate level of moisture content required by crops. In addition, it is possible to reduce the loss of supplied water by enabling the continuous supply of residual water even when the processing of the pump is stopped, and to allow the soil to contain optimal pore water.

다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 관수펌프(150)는 관수호스(120) 상에 설치되어 상기 관수탱크(110)에 저장되어 있는 물을 상기 관수호스(120)를 통해 토양으로 이동시킬 수 있다.Referring back to FIGS. 2 and 3 , the irrigation pump 150 is installed on the irrigation hose 120 to move the water stored in the irrigation tank 110 to the soil through the irrigation hose 120 . have.

관수밸브(160)는 관수탱크(110)에 설치되어 관수가 필요할 경우 후술할 제어부(400)에 의해 자동으로 개방되어 관수탱크(110)의 물이 바깥으로 빠져나오도록 할 수 있다.The irrigation valve 160 is installed in the irrigation tank 110 and is automatically opened by the control unit 400 to be described later when irrigation is required so that the water in the irrigation tank 110 flows out.

유량계(170)는 관수호스(120) 상에 설치되어 관수탱크(110)에서 토양으로 관수가 이루어진 양을 측정하여 측정값을 제어부(400)로 전송할 수 있다. 이에 따라 제어부(400)에서는 관수가 이루어진 양을 실시간으로 기록하며 지속적으로 모니터링을 실시할 수 있다.The flow meter 170 may be installed on the irrigation hose 120 to measure the amount of water irrigated from the irrigation tank 110 to the soil, and transmit the measured value to the controller 400 . Accordingly, the control unit 400 may record the amount of irrigation in real time and continuously monitor it.

본 발명의 일 실시예에 따른 시비부(200)는 액비탱크(210), 액비호스(220), 수직파이프(230), 스크린(240), 액비펌프(250), 액비밸브(260) 및 유량계(270)을 포함할 수 있다.The fertilization unit 200 according to an embodiment of the present invention includes a liquid fertilizer tank 210, a liquid fertilizer hose 220, a vertical pipe 230, a screen 240, a liquid fertilizer pump 250, a liquid fertilizer valve 260, and a flow meter. (270).

상기 액비탱크(210)에는 토양으로 공급할 액상비료가 저장되어 액상비료가 이동하기 위한 액비호스(220)가 연결되고, 후술할 액비펌프(250) 및 액비밸브(260)가 설치되어 후술할 제어부(400)에 의해 액비밸브(260)가 개방되면 액비펌프(250)에 의해 액비탱크(210)에 저장되어 있는 액상비료를 액비호스(220)를 통해 토양으로 이동시킬 수 있다.The liquid fertilizer to be supplied to the soil is stored in the liquid fertilizer tank 210, and a liquid fertilizer hose 220 for moving the liquid fertilizer is connected, and a liquid fertilizer pump 250 and a liquid fertilizer valve 260 to be described later are installed and a control unit to be described later ( When the liquid fertilizer valve 260 is opened by 400 ), the liquid fertilizer stored in the liquid fertilizer tank 210 by the liquid fertilizer pump 250 may be moved to the soil through the liquid fertilizer hose 220 .

액비호스(220)는 일단이 상기 액비탱크(210)에 연결되고 타단이 토양에 양분을 공급하기 위해서 토양의 지면에 설치되어, 액비탱크(210)에 저장되어 있는 물이 액비호스(220)를 통해 토양으로 이동하도록 할 수 있다.The liquid fertilizer hose 220 has one end connected to the liquid fertilizer tank 210 and the other end is installed on the ground of the soil to supply nutrients to the soil, and the water stored in the liquid fertilizer tank 210 uses the liquid fertilizer hose 220 . through which it can migrate into the soil.

액비호스(220)의 하단에 연결되는 수직파이프(230) 및 스크린(240)은 상기 관수부(100)의 관수호스(120) 하단에 연결되는 것과 동일한 것으로, 이는 도 3 및 도 4를 참조하여 상술하였으므로 중복되는 내용은 생략한다.The vertical pipe 230 and the screen 240 connected to the lower end of the liquid non-hose 220 are the same as those connected to the lower end of the irrigation hose 120 of the irrigation unit 100, which with reference to FIGS. 3 and 4 Since it has been described above, overlapping contents are omitted.

액비펌프(250)는 액비호스(220) 상에 설치되어 상기 액비탱크(210)에 저장되어 있는 물을 상기 액비호스(220)를 통해 토양으로 이동시킬 수 있다.The liquid fertilizer pump 250 may be installed on the liquid fertilizer hose 220 to move the water stored in the liquid fertilizer tank 210 to the soil through the liquid fertilizer hose 220 .

액비밸브(260)는 액비탱크(210)에 설치되어 시비가 필요할 경우 후술할 제어부(400)에 의해 자동으로 개방되어 액비탱크(210)의 액상비료가 바깥으로 빠져나오도록 할 수 있다.The liquid fertilizer valve 260 is installed in the liquid fertilizer tank 210 and, when fertilization is necessary, is automatically opened by the control unit 400 to be described later so that the liquid fertilizer of the liquid fertilizer tank 210 comes out.

유량계(270)는 액비호스(220) 상에 설치되어 액비탱크(210)에서 토양으로 시비가 이루어진 양을 측정하여 측정값을 제어부(400)로 전송할 수 있다. 이에 따라 제어부(400)에서는 시비가 이루어진 양을 실시간으로 기록하며 지속적으로 모니터링을 실시할 수 있다.The flow meter 270 may be installed on the liquid fertilizer hose 220 to measure the amount of fertilization made to the soil in the liquid fertilizer tank 210 and transmit the measured value to the controller 400 . Accordingly, the control unit 400 may record the amount of fertilization in real time and continuously monitor it.

상기 관수부(100) 및 시비부(200)에서 수행되는 관수 위치와 시비 위치는 경사 및 주변 식생에 따라 위치가 조절될 수 있으며, 관수호스(120) 및 액비호스(220)에 연결되는 수직파이프(130, 230)와 스크린(140, 240)의 수는 적어도 하나 이상으로 복수개 설치될 수 있으며, 갯수의 제한은 없다.The irrigation position and fertilization position performed in the irrigation unit 100 and the fertilization unit 200 can be adjusted according to the slope and surrounding vegetation, and the vertical pipe connected to the irrigation hose 120 and the liquid fertilization hose 220 (130, 230) and the number of screens (140, 240) is at least one or more may be installed in plurality, there is no limit to the number.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무인 관수 및 시비 시스템의 관수부 및 시비부를 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining the irrigation unit and fertilization unit of the unmanned irrigation and fertilization system according to another embodiment of the present invention.

도 5a를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무인 관수 및 시비 시스템(1)은 시비부(200)의 스크린(240)이 관수부(100)의 스크린(140)보다 더 아래에 위치하도록 설치될 수 있다. 관수부(100)의 스크린(140)이 시비부(200)의 스크린(240)보다 토양 아래에서 상대적으로 더 위쪽에 위치되어 설치됨으로써, 물이 토양 아래로 공급됨과 동시에 액상비료를 토양 아래로 더 골고루 분포되도록 할 수 있어 작물이 영양분을 더욱 효과적으로 흡수할 수 있다.Referring to FIG. 5A , in the unmanned irrigation and fertilization system 1 according to another embodiment of the present invention, the screen 240 of the fertilization unit 200 is positioned lower than the screen 140 of the irrigation unit 100 . can be installed. The screen 140 of the irrigation unit 100 is installed relatively higher under the soil than the screen 240 of the fertilization unit 200, so that water is supplied under the soil and liquid fertilizer is further applied below the soil. It can be evenly distributed so that crops can absorb nutrients more effectively.

또한, 도 5b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무인 관수 및 시비 시스템(1)은 작물의 종류에 따라서 관수부(100)의 스크린(140)과 시비부(200)의 스크린(240)이 설치되는 갯수가 조절될 수 있다. 도 5b에 도시된 바와 같이 수분에 비해 비료의 양이 많이 필요한 작물에는 시비부(200)의 스크린(240) 갯수를 더 많이 설치할 수 있다.In addition, referring to FIG. 5B , in the unmanned irrigation and fertilization system 1 according to another embodiment of the present invention, the screen 140 of the irrigation unit 100 and the screen 240 of the fertilization unit 200 according to the type of crop ) can be adjusted. As shown in FIG. 5B , a larger number of screens 240 of the fertilization unit 200 may be installed in crops that require a large amount of fertilizer compared to moisture.

도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 관수 및 시비 시스템의 관측부를 설명하기 위한 도면이다.6 and 7 are views for explaining the observation unit of the unmanned irrigation and fertilization system according to an embodiment of the present invention.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 관측부(300)는 일정 구역의 토양에 대해서 영상을 촬영하고 이를 통해 작물에 대한 식생지수를 관측 및 예측할 수 있다.Referring to FIGS. 6 and 7 , the observation unit 300 according to an embodiment of the present invention may take an image of the soil in a certain area and observe and predict the vegetation index of the crop through this.

본 발명의 일 실시예에 따른 관측부(300)는 카메라(310), 레퍼런스 플레이트(320), 계산부(330), 센서부(340)를 포함할 수 있다.The observation unit 300 according to an embodiment of the present invention may include a camera 310 , a reference plate 320 , a calculator 330 , and a sensor unit 340 .

상기 카메라(310)는 지상에서 일정 거리만큼 이격되어 설치되어, 토양의 작물들에 대하여 영상을 지속적으로 촬영할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 카메라(310) 한 대를 15미터 높이에 설치할 경우 약 500에서 1000평에 해당하는 공간을 모니터링할 수 있다.The camera 310 may be installed to be spaced apart from the ground by a certain distance, and may continuously capture images of crops in the soil. According to an embodiment of the present invention, when one camera 310 is installed at a height of 15 meters, a space corresponding to about 500 to 1000 pyeong can be monitored.

여기서, 카메라(310)는 작물의 식생지수를 관측 및 예측하기 위한 필터(311)를 포함할 수 있다. 상기 필터(311)는 청색광을 차단하고 적색광, 녹색광 및 근적외광만 투과시킬 수 있다. 따라서, 카메라(310)는 적색광, 녹색광 및 근적외광에 대한 영상을 획득할 수 있다.Here, the camera 310 may include a filter 311 for observing and predicting the vegetation index of crops. The filter 311 may block blue light and transmit only red light, green light, and near-infrared light. Accordingly, the camera 310 may acquire images for red light, green light, and near-infrared light.

레퍼런스 플레이트(320)는 반사도 보정을 위하여 토양의 지면 상에 설치될 수 있다.The reference plate 320 may be installed on the ground surface of the soil for reflectivity correction.

계산부(330)는 상기 카메라(310)에서 획득한 적색광, 녹색광 및 근적외광에 대한 영상을 상기 레퍼런스 플레이트(320)를 이용하여 적색광, 녹색광 및 근적외광에 대해 반사도 보정을 실시한 후에 아래 [수학식 1]을 통하여 식생지수 중 하나인 정규화식생지수(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)를 계산할 수 있다.The calculator 330 performs reflectance correction on the red light, green light, and near-infrared light images obtained from the camera 310 for red light, green light and near-infrared light using the reference plate 320, and then the following [Equation 1], one of the vegetation indexes, the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), can be calculated.

Figure 112021062859995-pat00001
Figure 112021062859995-pat00001

여기서,

Figure 112021062859995-pat00002
는 근적외선 파장의 반사도,
Figure 112021062859995-pat00003
는 빨간색 파장의 반사도를 나타내며, 상기 수학식 1은 정규화식생지수를 구하는 식 중의 하나의 예시일 뿐이며 이에 한정되는 것이 아닌 다른 계산식으로도 계산될 수 있다.here,
Figure 112021062859995-pat00002
is the reflectivity of the near-infrared wavelength,
Figure 112021062859995-pat00003
represents the reflectivity of the red wavelength, and Equation 1 is only an example of one of the formulas for obtaining the normalized vegetation index, and it can be calculated by other formulas rather than being limited thereto.

이 때, 식생지수는 상술한 바와 같이 정규화식생지수(NDVI) 뿐만 아니라 적변식생지수(Normalized Difference Red Edge, NDRE), 녹생정규식생지수(Green Normalized Difference Vegetation Index, GNDVI), 향상된 식생지수(Enhanced Vegetation Index, EVI), 진보된 식생지수(Advanced Vegetation Index, AVI) 등이 포함될 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다.At this time, the vegetation index is not only the normalized vegetation index (NDVI) as described above, but also the normalized difference red edge (NDRE), the green normalized difference vegetation index (GNDVI), the enhanced vegetation index (Enhanced Vegetation) Index, EVI), advanced vegetation index (Advanced Vegetation Index, AVI), and the like may be included, but is not limited thereto.

이 때, 계산부(330)는 현재 식물로부터 관측된 식생지수를 계산하는 것 뿐만 아니라 미래의 식생지수를 계산하는 기계 학습 모델을 통해 식생지수 예측값을 계산할 수 있다. 상기 기계 학습 모델은 식물의 종류, 생장일수, 과거 식생지수, 과거 기온, 과거 상대습도, 과거 강수량, 과거 함수율, 과거 EC(Electrical Conductivity, 전기전도도)를 포함하는 값을 예측변수로 두고 관측된 식생지수 값과 함께 기계 학습 모델을 훈련시켜 미래의 식생지수 값을 추정해낼 수 있다.At this time, the calculator 330 may calculate the vegetation index predicted value through a machine learning model that calculates the vegetation index of the future as well as calculating the vegetation index observed from the current plant. The machine learning model is a plant type, growth days, past vegetation index, past temperature, past relative humidity, past precipitation, past moisture content, past vegetation observed with a value including EC (Electrical Conductivity) as a predictor variable By training a machine learning model with the index values, it is possible to estimate future vegetation index values.

여기서, 상기 카메라(310)로부터 획득한 영상 및 계산부(330)에 의해 계산된 각종 데이터들은 라즈베리 파이(Raspberry Pi)의 메모리에 저장될 수 있다.Here, the image acquired from the camera 310 and various data calculated by the calculator 330 may be stored in the memory of the Raspberry Pi.

센서부(340)는 토양 함수율 센서, EC 센서, 지온 센서, 기온 센서, 습도 센서, 일조량 센서 등 각종 환경 데이터를 측정하는 센서들을 포함할 수 있다. 계산부(330) 및 센서부(340)에서 측정된 데이터들을 바탕으로 후술할 제어부(400)에서 상기 관수부(100) 및 시비부(200)를 제어하도록 할 수 있다.The sensor unit 340 may include sensors for measuring various environmental data, such as a soil moisture content sensor, an EC sensor, a geo temperature sensor, a temperature sensor, a humidity sensor, and a sunlight sensor. Based on the data measured by the calculation unit 330 and the sensor unit 340 , the control unit 400 to be described later may control the irrigation unit 100 and the fertilization unit 200 .

제어부(400)는 상기 관측부(300)에서 관측된 토양 및 식물의 상태에 따라 관수부(100)와 시비부(200)의 밸브의 개폐를 제어할 수 있다. 예를 들어, 토양 함수율이 15% 이하거나 식생지수가 기존에 관측되었던 식생지수 값보다 하락한 것으로 관측되었거나 하락할 것으로 예측되었을 때 관수펌프(150) 또는 액비펌프(250)의 릴레이와 유량계(170, 270)의 전원을 키고, 토양의 EC 측정값 또는 식생지수의 관측값 및 예측값을 기반으로 관수밸브(160)와 액비밸브(260)의 개폐를 판단할 수 있다. 관수밸브(160) 또는 액비밸브(260)를 개방하여 관수 및 시비 요구량만큼 관수와 시비가 완료되면 펌프의 전원을 차단하고, 현재의 유량계(170, 270) 값을 저장하여 유량 누적값을 저장할 수 있다. 이후 유량계(170, 270)와 관수밸브(160) 및 액비밸브(260)의 밸브를 폐쇄할 수 있다. 이 때, 관수부(100) 또는 시비부(200)의 유량계(170, 270) 값이 일정 수준 미만인 경우 고장으로 판단하고 사용자에게 경보 메시지를 통보할 수 있다.The control unit 400 may control opening and closing of valves of the irrigation unit 100 and the fertilization unit 200 according to the conditions of soil and plants observed by the observation unit 300 . For example, when the soil moisture content is 15% or less or the vegetation index has been observed or predicted to decrease than the previously observed vegetation index value, the relay and flow meters 170 and 270 of the irrigation pump 150 or liquid fertilizer pump 250 ), it is possible to determine whether to open or close the irrigation valve 160 and the liquid fertilizer valve 260 based on the observed and predicted values of the EC measurement value of the soil or the vegetation index. When irrigation and fertilization are completed as much as the required amount of irrigation and fertilization by opening the irrigation valve 160 or liquid fertilizer valve 260, the power to the pump is cut off, and the current flow meter (170, 270) value is stored to store the accumulated flow rate. have. Thereafter, the valves of the flowmeters 170 and 270 , the irrigation valve 160 , and the liquid rain valve 260 may be closed. At this time, when the value of the flowmeters 170 and 270 of the irrigation unit 100 or the fertilization unit 200 is less than a predetermined level, it is determined as a failure and an alarm message can be notified to the user.

이상에서 상술한 본 발명에 따른 무인 관수 및 시비 시스템(1)의 구성요소들은 하나 이상의 신호 처리 또는 어플리케이션에 특화된 집적 회로를 포함하는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어 양자의 조합으로 구현될 수 있으며, 이하에서 사용되는 '~부' 및 '~기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.The components of the unmanned irrigation and fertilization system 1 according to the present invention described above may be implemented as hardware including one or more signal processing or application-specific integrated circuits, software, or a combination of both hardware and software, Terms such as '~ unit' and '~ group' used in , mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software.

이하에서는 도 8 및 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 관수 및 시비 방법에 대해 설명한다.Hereinafter, an unattended irrigation and fertilization method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 and 9 .

도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 관수 및 시비 방법의 순서도이다.8 and 9 are flowcharts of an unattended irrigation and fertilization method according to an embodiment of the present invention.

도 8 및 도 9에 도시된 방법은 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 관수 및 시비 시스템(1)에 의해 수행될 수 있다. 무인 관수 및 시비 시스템(1)에 대한 자세한 설명은 도 1 내지 도 7을 참조하여 상술하였으므로 이하에서는 중복을 피하기 위해 생략될 수 있다.The method shown in FIGS. 8 and 9 may be performed by the unmanned irrigation and fertilization system 1 according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1 . Since the detailed description of the unmanned irrigation and fertilization system 1 has been described above with reference to FIGS. 1 to 7 , the following may be omitted to avoid duplication.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 관수 및 시비 방법은 식생지수 측정 단계(S100), 관수 및 시비 필요 여부 판단 단계(S200), 관수 및 시비 요구량 계산 단계(S300) 및 관수 및 시비 단계(S400)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8 , the unmanned irrigation and fertilization method according to an embodiment of the present invention includes a vegetation index measurement step (S100), a irrigation and fertilization necessary determination step (S200), a watering and fertilization demand calculation step (S300) and irrigation And it may include a fertilization step (S400).

식생지수 측정 단계(S100)에서는 상기 무인 관수 및 시비 시스템(1)의 관측부(300)에서 상술한 바와 같이 필터(311)를 사용한 카메라(310)를 이용하여 토양의 식물에 대하여 파장에 따른 반사도를 획득하고, 그에 따라 식생지수 값을 측정하거나 기계 학습 모델을 통해 식생지수 예측값을 산출할 수 있다. 이 때, 식생지수 측정 단계(S100)에서는 도 9에 도시된 바와 같이 식생지수 뿐만 아니라 상기 센서부(340)로부터 토양 함수율, EC, 지온, 기온, 습도, 일조량 등을 측정할 수도 있다.In the vegetation index measurement step (S100), as described above in the observation unit 300 of the unmanned irrigation and fertilization system 1, using the camera 310 using the filter 311, the reflectance according to the wavelength for the plants in the soil can be obtained, and the vegetation index value can be measured accordingly or the vegetation index predicted value can be calculated through a machine learning model. At this time, in the vegetation index measurement step ( S100 ), as shown in FIG. 9 , soil moisture content, EC, ground temperature, temperature, humidity, sunlight, etc. may be measured from the sensor unit 340 as well as the vegetation index.

관수 및 시비 필요 여부 판단 단계(S200)에서는 상기 식생지수 측정 단계(S100)에서 측정된 식생지수가 기존의 식생지수보다 하락되었는지 여부에 따라 관수 및 시비의 필요 여부를 판단할 수 있다. 측정된 식생지수 값 또는 식생지수 예측값이 전에 측정되었던 식생지수 값보다 하락되었을 경우 관수 또는 시비가 필요하다고 판단할 수 있다.In the determining step (S200) whether irrigation and fertilization is necessary, it is possible to determine whether irrigation and fertilization are necessary according to whether the vegetation index measured in the vegetation index measurement step (S100) has fallen compared to the existing vegetation index. If the measured vegetation index value or the vegetation index predicted value is lower than the previously measured vegetation index value, it can be determined that irrigation or fertilization is necessary.

도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 관수 및 시비 필요 여부 판단 단계(S200)는 식생지수 하락 예측 단계(S210), 원인 분석 단계(S220) 및 적정 수준 판단 단계(S230)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9 , the determining step (S200) of whether irrigation and fertilization is necessary according to an embodiment of the present invention includes a vegetation index drop prediction step (S210), a cause analysis step (S220) and an appropriate level determination step (S230). can do.

식생지수 하락 예측 단계(S210)에서는 측정된 식생지수 값 또는 식생지수 예측값이 전에 측정되었던 식생지수 값보다 하락되었는지 판단할 수 있다.In the vegetation index decline prediction step (S210), it can be determined whether the measured vegetation index value or the vegetation index predicted value has fallen than the previously measured vegetation index value.

원인 분석 단계(S220)에서는 상기 측정된 식생지수 값 또는 식생지수 예측값이 기존 식생지수 값보다 하락한 이유가 통제 가능한 환경 요인 때문인지 분석하며, 통제 불가능한 환경 요인 때문일 경우 식생지수 저하 원인을 판단하고 그 원인을 사용자에게 통보할 수 있다.In the cause analysis step (S220), it is analyzed whether the reason that the measured vegetation index value or the vegetation index predicted value has decreased than the existing vegetation index value is due to a controllable environmental factor, and if it is due to an uncontrollable environmental factor, the cause of the vegetation index decrease is determined and the cause may notify the user.

적정 수준 판단 단계(S230)에서는 상기 측정된 식생지수 값 또는 식생지수 예측값이 기존 식생지수 값보다 하락한 이유가 통제 가능한 환경 요인 때문일 경우에 상기 통제 가능한 환경 요인이 적절한 수준을 유지하고 있는지를 판단하고, 적절한 수준을 유지하고 있을 경우 시스템(1)에 이상이 생긴 것으로 판단하여 병해충에 의하여 식물에 문제가 생겼거나 미상의 이유가 발생한 것으로 보고 사용자에게 이에 대해 통보할 수 있다. 상기 통제 가능한 환경 요인이 적절한 수준을 유지하고 있지 않을 경우 최종적으로 토양에 관수 또는 시비가 필요하다고 판단할 수 있다.In the appropriate level determination step (S230), when the reason that the measured vegetation index value or the vegetation index predicted value is lower than the existing vegetation index value is due to a controllable environmental factor, it is determined whether the controllable environmental factor maintains an appropriate level, If it is maintained at an appropriate level, it is determined that an abnormality has occurred in the system 1, and it is considered that a problem has occurred in the plant due to a pest or an unknown reason, and the user can be notified of this. If the controllable environmental factors are not maintained at an appropriate level, it may be determined that finally irrigation or fertilization is necessary for the soil.

관수 및 시비 요구량 계산 단계(S300)에서는 상기 관수 및 시비 필요 여부 판단 단계(S200)에서 관수 또는 시비가 필요하다고 판단되면, 상기 측정된 식생지수 값을 기반으로 관수 또는 시비 요구량을 계산할 수 있다. 관수 또는 시비 요구량은 토양 및 식물의 종류, 토양 상태, 대기 상태, 식생지수 관측값 및 예측값 등에 따라 인공지능 알고리즘을 통해 계산될 수 있다. 상기 상태값에 따라 관수 또는 시비가 필요한 부분에 선택적으로 필요한 요구량만큼 관수 또는 시비를 자동으로 이루어지도록 함으로써 과다한 물 공급이나 비료 공급을 방지하고 적절한 양을 유지시킬 수 있어 관수 및 시비 효율을 극대화할 수 있다.When it is determined that irrigation or fertilization is necessary in the irrigation and fertilization required determination step (S200) in the irrigation and fertilization requirement calculation step (S300), the irrigation or fertilization requirement can be calculated based on the measured vegetation index value. The amount of irrigation or fertilization required may be calculated through an artificial intelligence algorithm according to soil and plant types, soil conditions, atmospheric conditions, vegetation index observed values and predicted values, and the like. By automatically irrigating or fertilizing the part that needs irrigation or fertilization according to the state value, it is possible to prevent excessive water supply or fertilizer supply and maintain an appropriate amount, thereby maximizing the irrigation and fertilization efficiency. have.

관수 및 시비 단계(S400)에서는 상기 관수 및 시비 요구량 계산 단계(S300)에서 계산된 관수 또는 시비 요구량만큼 관수밸브(160) 또는 시비밸브를 개방하여 자동으로 물 또는 비료가 공급되도록 할 수 있다.In the irrigation and fertilization step (S400), the water or fertilizer is automatically supplied by opening the irrigation valve 160 or the fertilization valve as much as the required amount of irrigation or fertilization calculated in the irrigation and fertilization required amount calculation step (S300).

즉, 본 발명에서는 식물 상태를 식생지수 관측값 예측값으로 지속적인 모니터링을 실시하고, 대기환경 및 토양환경에 대해서 온도, 습도, 강수량, 일조량, 함수율, EC, 지온 등을 지속적으로 모니터링함으로써 획득한 데이터를 이용하여 기계 학습을 통해 작물의 식생지수를 예측하고, 그에 따른 관수 및 시비 필요 여부를 판단하며, 관수 및 시비 요구량에 따라 자동으로 관수와 시비가 이루어지도록 하고 그에 따른 식물의 상태를 지속적으로 사용자에게 통보할 수 있다.That is, in the present invention, continuous monitoring of the plant state as an observation value of the vegetation index is performed, and the data obtained by continuously monitoring temperature, humidity, precipitation, sunlight, moisture content, EC, ground temperature, etc. for the atmospheric environment and soil environment. Predict the vegetation index of crops through machine learning using machine learning, determine whether irrigation and fertilization are necessary, and automatically perform irrigation and fertilization according to the required amount of irrigation and fertilization, and continuously provide the user with the status of the plants. can notify

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 관수 및 시비 방법은 무인 스테이션에서 측정한 토양 환경(함수율, EC, 지온 등), 대기 환경(기온, 습도, 일조량, 미세먼지 등) 및 식생지수 관측값과 예측값을 바탕으로 관수와 시비의 필요 여부를 판단하고 그에 따른 관수량과 필요량을 계산하여 자동으로 관수와 시비가 이루어지도록 함으로써 관수 및 시비 효율을 극대화할 수 있다.Accordingly, in the unmanned irrigation and fertilization method according to an embodiment of the present invention, the soil environment (moisture content, EC, ground temperature, etc.), atmospheric environment (temperature, humidity, sunlight, fine dust, etc.) and vegetation index observed values measured by the unmanned station The irrigation and fertilization efficiency can be maximized by determining the need for irrigation and fertilization based on the irrigation and fertilization and calculating the amount of irrigation and fertilization accordingly to automatically perform irrigation and fertilization.

이상에서 설명된 실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD­ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기­광 매체(magneto­optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment described above may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment, or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CDROMs and DVDs, and magneto-optical media such as floppy disks. (magnetooptical media) and hardware devices specially configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.As described above, although preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described with reference to the drawings, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the present invention is not limited to the scope of the present invention as claimed in the claims. Various modifications may be made by those of ordinary skill in the art to which the invention pertains, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or prospect of the present invention.

1: 무인 관수 및 시비 시스템
100: 관수부
110: 관수탱크
120: 관수호스
130, 230: 수직파이프
140, 240: 스크린
141, 241: 홀
150: 관수펌프
160: 관수밸브
170, 270: 유량계
200: 시비부
210: 액비탱크
220: 액비호스
250: 액비펌프
260: 액비밸브
300: 관측부
310: 카메라
311: 필터
320: 레퍼런스 플레이트
330: 계산부
340: 센서부
400: 제어부
1: Unmanned irrigation and fertilization system
100: irrigation department
110: irrigation tank
120: irrigation hose
130, 230: vertical pipe
140, 240: screen
141, 241: Hall
150: irrigation pump
160: irrigation valve
170, 270: flow meter
200: fertilization
210: liquid fertilizer tank
220: liquid hose
250: liquid fertilizer pump
260: liquid rain valve
300: observation unit
310: camera
311: filter
320: reference plate
330: calculator
340: sensor unit
400: control unit

Claims (2)

토양에 자동으로 물과 비료를 공급하는 무인 관수 및 시비 시스템에 있어서,
토양에 물을 공급하는 관수부;
액체 상태의 비료를 토양으로 공급하는 시비부;
토양 및 식물의 상태를 관측하는 관측부; 및
상기 관측부에서 관측된 토양 및 식물의 상태에 따라 상기 관수부와 시비부를 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 관수부는,
토양에 물을 공급하는 관수스크린을 포함하고,
상기 시비부는,
토양에 비료를 공급하는 시비스크린을 포함하며,
상기 관수스크린은 상기 시비스크린보다 상측에 설치되는 것을 특징으로 하고,
상기 관측부는,
기계 학습 모델을 통해 대기환경 및 토양환경에 따른 식물의 식생지수 예측값을 산출하는 계산부를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 계산부에서 산출된 상기 식생지수 예측값이 기존의 식생지수보다 하락되면 상기 관수부 및 시비부에서 각각 관수 및 시비를 실시하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무인 관수 및 시비 시스템.
In the unmanned irrigation and fertilization system that automatically supplies water and fertilizer to the soil,
irrigation unit that supplies water to the soil;
Fertilizer that supplies liquid fertilizer to the soil;
Observation unit for observing the condition of soil and plants; and
A control unit for controlling the irrigation unit and the fertilization unit according to the conditions of the soil and plants observed by the observation unit,
The irrigation unit,
Includes an irrigation screen for supplying water to the soil,
The fertilization part,
Includes a fertilization screen that supplies fertilizer to the soil,
The irrigation screen is characterized in that it is installed above the fertilization screen,
The observation unit,
Further comprising a calculator that calculates the predicted value of the vegetation index of plants according to the atmospheric environment and the soil environment through the machine learning model,
The control unit is
Unmanned irrigation and fertilization system, characterized in that when the predicted value of the vegetation index calculated by the calculator is lower than that of the existing vegetation index, controlling to perform irrigation and fertilization in the irrigation unit and the fertilization unit, respectively.
제 1항의 무인 관수 및 시비 시스템에서 토양에 자동으로 물과 비료를 공급하기 위한 무인 관수 및 시비 방법에 있어서,
식물의 식생지수를 측정하는 식생지수 측정 단계;
상기 측정된 식생지수가 기존의 식생지수보다 하락되었는지 여부에 따라 관수 및 시비의 필요 여부를 판단하는 관수 및 시비 필요 여부 판단 단계;
상기 관수 및 시비 필요 여부 판단 단계에서 관수 또는 시비가 필요하다고 판단되면, 상기 측정된 식생지수 값을 기반으로 관수 또는 시비 요구량을 계산하는 관수 및 시비 요구량 계산 단계; 및
상기 계산된 관수 또는 시비 요구량에 따라 토양에 자동으로 물 또는 비료를 공급하는 관수 및 시비 단계를 포함하되,
상기 식생지수 측정 단계는,
기계 학습 모델을 통해 대기환경 및 토양환경에 따른 식물의 식생지수 예측값을 산출하고,
상기 관수 및 시비 필요 여부 판단 단계는,
상기 식생지수 예측값이 기존의 식생지수보다 하락되었는지를 판단하는 식생지수 하락 예측 단계를 포함하며,
상기 식물의 식생지수 예측값이 기존의 식생지수보다 하락되었는지 여부에 따라 관수 및 시비의 필요 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 무인 관수 및 시비 방법.
In the unmanned irrigation and fertilization method for automatically supplying water and fertilizer to the soil in the unmanned irrigation and fertilization system of claim 1,
A vegetation index measurement step of measuring the vegetation index of plants;
A determination step of whether or not irrigation and fertilization is necessary for determining whether irrigation and fertilization are necessary according to whether the measured vegetation index is lower than that of the existing vegetation index;
If it is determined that irrigation or fertilization is necessary in the determining whether irrigation and fertilization is necessary, a calculation step of irrigation and fertilization required for calculating irrigation or fertilization requirements based on the measured vegetation index value; and
Including the irrigation and fertilization step of automatically supplying water or fertilizer to the soil according to the calculated irrigation or fertilization requirements,
The vegetation index measurement step,
Calculate the predicted value of the vegetation index of plants according to the atmospheric environment and the soil environment through the machine learning model,
The step of determining whether irrigation and fertilization is necessary,
Including a vegetation index decline prediction step of determining whether the vegetation index predicted value is lower than the existing vegetation index,
Unmanned irrigation and fertilization method, characterized in that it is determined whether irrigation and fertilization are necessary depending on whether the predicted value of the vegetation index of the plant is lower than that of the existing vegetation index.
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