KR102436897B1 - 작물 성장을 촉진하는 관개용수 확보를 위한 ict 기반의 저류조 자동 취수 시스템 - Google Patents

작물 성장을 촉진하는 관개용수 확보를 위한 ict 기반의 저류조 자동 취수 시스템 Download PDF

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Abstract

저류조 자동 취수 시스템으로서, 작물이 생산되는 경지에 공급되는 관개용수를 저장하는 저류조, 지표수가 존재하는 지표수원으로부터 지표수를 취수하여 저류조로 공급하는 지표수 이송펌프, 지하수가 존재하는 관정으로부터 지하수를 취수하여 저류조로 공급하는 지하수 이송펌프, 및 작물의 성장 속도에 기초하여 결정되는 지표수 이송펌프 및 지하수 이송펌프의 각각의 동작 가중치에 따라 지표수 이송펌프 및 지하수 이송펌프를 제어함으로써 저류조에 공급되는 지표수 및 지하수의 비율을 조절하는 서버를 포함함으로써 작물의 성장을 촉진할 수 있는 저류조 자동 취수 시스템에 관한 것이다.

Description

작물 성장을 촉진하는 관개용수 확보를 위한 ICT 기반의 저류조 자동 취수 시스템 {ICT-BASED AUTOMATIC WATER STORAGE TANK INTAKE SYSTEM FOR AGRICULTURE}
본 발명은 저류조 자동 취수 시스템에 관한 것으로서, 특히 논이나 밭에 공급되기 위한 관개용수를 지표수 및 지하수로부터 취수하여 저류조에 저장하는 저류조 자동 취수 시스템에 관한 것이다.
미래 사회의 고령화, 기후 변화, 자원 고갈 등 21세기 인류의 식량 안보를 위협하는 지구 환경 변화에 대응하기 위한 노력의 일환으로, 4차 산업혁명의 핵심인 정보통신기술(ICT : Information and Communications Technologies)을 농업에 접목시켜 농업의 생산성 및 효율성을 재고하기 위한 움직임이 전 세계적으로 활발히 이루어지고 있으며, 그 대표적 사례가 농업에 ICT 기술을 접목한 스마트팜(smart farm)이다. 스마트팜은 ICT를 비닐하우스·축사·과수원 등에 접목해 원격·자동으로 작물과 가축의 생육환경을 적절히 제어할 수 있는 농장으로, 노동력과 에너지, 양분 등을 기존의 관리 방식보다 덜 투입하고도 높은 생산성과 품질향상을 가능하게 한다.
이러한, 스마트팜의 일 예로서, 대한민국 공개특허 제10-2020-0095260호 “농업용수 최적 배분 자동 관리시스템”은 자동으로 저수지에서부터 지거까지의 관개용수의 저장 및 유수를 관리하여, 각각의 논에서 재배하는 농작물의 재배 환경에 맞게 관개용수가 유입되도록 함으로써, 최적의 재배 환경을 조성, 농작물의 생장을 도모할 뿐만 아니라, 자동으로 급작스러운 기상 변화에 대응하여 저수지, 간선, 지선, 지거, 논의 관개용수의 수위를 조절함으로서, 자연재해에 따른 농작물의 피해를 최소화할 수 있도록 하는 관개용수 관리시스템을 개시한다.
그러나, 이러한 종래기술은 단순히 저수지, 간선, 지선, 지거 및 논의 수위에 따라 관개용수의 저장 및 유수를 관리하는 것으로서, 용수의 취수에 있어서 작물의 성장 상태를 반영하지 못하는 문제점이 있다.
지표수원 및 관정으로부터 취수되어 작물의 생산을 목적으로 경지에 공급되는 관개용수를 지표수원 및 관정으로부터 취수하는 데에 있어서 경지에서 재배 중인 작물의 성장 상태에 따라 지하수 및 지표수의 취수 비율을 결정함으로써 작물의 성장을 촉진시킬 수 있는 저류조 자동 취수 시스템을 제공하는 데에 있다. 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 저류조 자동 취수 시스템은 작물이 생산되는 경지에 공급되는 관개용수를 저장하는 저류조; 지표수가 존재하는 지표수원으로부터 지표수를 취수하여 상기 저류조로 공급하는 지표수 이송펌프; 지하수가 존재하는 관정으로부터 지하수를 취수하여 상기 저류조로 공급하는 지하수 이송펌프; 상기 지표수 이송펌프 및 상기 지하수 이송펌프의 각각의 동작 가중치에 따라 상기 지표수 이송펌프 및 상기 지하수 이송펌프를 제어함으로써 상기 저류조에 공급되는 지표수 및 지하수의 비율을 조절하는 서버를 포함하고, 상기 지표수 이송펌프 및 상기 지하수 이송펌프의 각각의 동작 가중치는 상기 작물의 성장 속도에 기초하여 결정된다.
상기 경지에서 생산되는 작물을 촬영하여 작물의 영상을 생성하는 카메라모듈을 더 포함하고, 상기 서버는 상기 카메라모듈에 의해 촬영된 작물의 영상으로부터 상기 작물의 성장속도를 측정하고, 상기 측정된 작물의 성장속도에 기초하여 상기 지표수 이송펌프 및 상기 지하수 이송펌프 각각의 동작 가중치를 결정할 수 있다.
상기 서버는 상기 측정된 상기 작물의 성장속도와 상기 작물의 기준성장속도를 비교함으로써 상기 지표수 이송펌프 및 상기 지하수 이송펌프 각각의 동작 가중치를 결정할 수 있다.
상기 서버는 미리 설정된 주기마다 또는 사용자로부터 동작 가중치 갱신 요청 수신시 상기 지표수 이송펌프 및 상기 지하수 이송펌프 각각의 동작 가중치를 결정할 수 있다.
상기 서버는 상기 측정된 상기 작물의 성장속도가 상기 작물의 기준성장속도과 같거나 상기 작물의 기준성장속도보다 빠른 경우, 상기 동작 가중치 결정 직전에 이미 결정된 상기 지표수 이송펌프 및 상기 지하수 이송펌프 각각의 복수의 동작 가중치에 기초하여 상기 지표수 이송펌프 및 상기 지하수 이송펌프 중 어느 하나의 이송펌프의 동작 가중치가 증가 추세에 있는지를 결정하고, 상기 증가 추세에 있는 것으로 결정된 어느 하나의 이송펌프의 동작 가중치를 증가시키고, 다른 하나의 이송펌프의 동작 가중치를 감소시킬 수 있다.
상기 서버는 상기 측정된 상기 작물의 성장속도가 상기 작물의 기준성장속도보다 느린 경우, 상기 동작 가중치 결정 직전에 이미 측정된 상기 작물의 성장속도와 기준성장속도와의 차이값과 현재 측정된 상기 작물의 성장속도와 기준성장속도와의 차이값을 비교함으로써 상기 지표수 이송펌프 및 상기 지하수 이송펌프 각각의 동작 가중치를 결정할 수 있다.
상기 서버는 상기 동작 가중치 결정 직전에 이미 측정된 상기 작물의 성장속도와 기준성장속도와의 차이값이 현재 측정된 상기 작물의 성장속도와 기준성장속도와의 차이값보다 큰 경우, 상기 동작 가중치 결정 직전에 이미 결정된 상기 지표수 이송펌프 및 상기 지하수 이송펌프 각각의 복수의 동작 가중치에 기초하여 상기 지표수 이송펌프 및 상기 지하수 이송펌프 중 어느 하나의 이송펌프의 동작 가중치가 증가 추세에 있는지를 결정하고, 상기 증가 추세에 있는 것으로 결정된 어느 하나의 이송펌프의 동작 가중치를 증가시키고, 다른 하나의 이송펌프의 동작 가중치를 감소시킬 수 있다.
상기 서버는 상기 동작 가중치 결정 직전에 이미 측정된 상기 작물의 성장속도와 기준성장속도와의 차이값이 현재 측정된 상기 작물의 성장속도와 기준성장속도와의 차이값보다 작은 경우, 상기 동작 가중치 결정 직전에 이미 결정된 상기 지표수 이송펌프 및 상기 지하수 이송펌프 각각의 복수의 동작 가중치에 기초하여 상기 지표수 이송펌프 및 상기 지하수 이송펌프 중 어느 하나의 이송펌프의 동작 가중치가 증가 추세에 있는지를 결정하고, 상기 증가 추세에 있는 것으로 결정된 어느 하나의 이송펌프의 동작 가중치를 감소시키고, 다른 하나의 이송펌프의 동작 가중치를 증가시킬 수 있다.
상기 지표수원에 설치되어 상기 지표수원에 존재하는 지표수의 수위를 측정하는 지표수 수위센서; 상기 지표수원에 설치되어 상기 지표수원에 존재하는 지표수 내의 부유물질의 양을 측정하는 지표수 수질측정센서; 상기 관정에 설치되어 상기 관정에 존재하는 지하수의 수위를 측정하는 지하수 수위센서; 및 상기 저류조에 설치되어 상기 저류조에 저장된 관개용수의 수위를 측정하는 저류조 수위센서를 더 포함하고, 상기 서버는 상기 지표수 수위센서, 상기 지표수 수질측정센서, 지하수 수위센서 및 상기 저류조 수위센서의 측정 결과에 기초하여 상기 지표수원 및 관정으로부터의 취수 여부를 결정할 수 있다.
상기 서버는 상기 지표수 수위센서에 의해 검출된 지표수의 수위가 미리 설정된 임계수위 이하, 지표수 수질측정센서에 의해 검출된 지표수 내의 부유물질의 양이 미리 설정된 임계수치 이상, 그리고 저류조 수위센서에 의해 검출된 저류조의 수위가 고수위 이상인 조건 중 적어도 하나를 만족하면 지표수원으로부터의 취수를 중단하는 것으로 결정하고, 상기 지표수 수위센서에 의해 검출된 지표수의 수위가 미리 설정된 임계수위 초과, 지표수 수질측정센서에 의해 검출된 지표수 내의 부유물질의 양이 미리 설정된 임계수치 미만, 그리고 저류조 수위센서에 의해 검출된 저류조의 수위가 저수위 이하인 조건을 만족하면 지표수원으로부터 취수하는 것으로 결정할 수 있다.
상기 서버는 상기 지하수 수위센서에 의해 검출된 지하수의 수위가 저수위 이하 그리고 저류조 수위센서에 의해 검출된 저류조의 수위가 고수위 이상인 조건 중 적어도 하나를 만족하는 경우 관정으로부터의 취수를 중단하는 것으로 결정하고, 상기 지하수 수위센서에 의해 검출된 지하수의 수위가 저수위 초과라면 관정으로부터 취수할 수 있다.
상기 서버는 상기 지하수 이송펌프의 동작 가중치가 0.5를 초과하지 않도록 제어함으로써, 상기 저류조에 저장된 관개용수의 적어도 반 이상이 지표수로 이루어지도록 할 수 있다.
지표수원 및 관정으로부터 취수되어 작물의 생산을 목적으로 경지에 공급되는 관개용수를 지표수원 및 관정으로부터 취수하는 데에 있어서 경지에서 재배 중인 작물의 성장 속도에 기초하여 지표수원 및 관정으로부터 각각 취수되는 지표수 및 지하수의 비율을 결정함으로써 작물의 성장을 촉진시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 저류조 자동 취수 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 서버의 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 서버의 동작 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 저류조 자동 취수 시스템의 동작의 일부를 개념적으로 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 이하에서 설명되는 본 발명의 실시예는 작물 성장을 촉진하는 관개용수 확보를 위한 ICT 기반의 저류조 자동 취수 시스템에 관한 것으로, 간략하게 ‘저류조 자동 취수 시스템’으로 호칭될 수 있다. 또한, 이하에서는 ‘관개용수’를 간략하게 ‘용수’로 호칭할 수 있다.
작물의 생산을 목적으로 경지에 공급되는 관개용수로 지표수 및 지하수가 사용된다. 지표수는 저수지, 용수로, 하천 등 지구 표면에 존재하는 물로서 수원인 저수지, 용수로, 하천 등으로부터 공급될 수 있고, 지하수는 비, 눈, 우박 등이 땅으로 스며들어 형성된 땅 속에 있는 물로서 굴착, 타설 및 관입, 착공 등을 통하여 설치된 관정으로부터 공급될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 저수지, 용수로, 하천 등 지표수가 획득되는 곳을 ‘지표수원’으로, 지하수가 획득되는 곳을 ‘관정’으로 칭하도록 한다. 종래에는 관개용수를 대부분 관정을 이용하여 지하수로 공급했으나, 지하수는 가뭄이 생기면 수급이 어려워 안정적인 관개용수 공급이 불가하고, 과도한 지하수의 사용은 지반을 약화시킬 수 있으므로, 지하수 뿐 아니라 지표수를 관개용수로서 적극 활용하는 저류조 자동 취수 시스템이 요구된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 저류조 자동 취수 시스템(100)의 구성도이다. 도 1을 참조하여 살펴보면 본 발명의 실시예에 따르는 저류조 자동 취수 시스템(100)은 저류조(110), 저류조 수위센서(115), 지표수이송관(120), 지표수 이송펌프(125), 지하수이송관(130), 지하수 이송펌프(135), 용수공급관(140), 용수공급펌프(145), 카메라모듈(150), 지표수 수위센서(160), 지표수 수질측정센서(165), 지하수 수위센서(170), 토양 수분측정센서(180) 및 서버(190)로 구성된다.
저류조(110)는 작물(152)의 생산을 목적으로 경지(151)에 공급되는 관개용수를 저장한다. 저류조(110)에는 지표수원(154)으로부터 취수된 지표수 및 관정(155)으로부터 취수된 지하수가 혼합되어 저장된다.
저류조(110)의 내부에는 저류조(110)에 저장된 관개용수의 수위를 감지하는 저류조 수위센서(115)가 설치된다. 저류조 수위센서(115)는 저류조(110)에 저장된 관개용수의 수위를 감지하여 저류조(110)에 저장된 관개용수의 양을 고수위 이상, 저수위 이하, 그리고 고수위와 저수위 사이의 세 단계로 나누어 검출할 수 있는 다양한 센서가 통상의 기술자에 의해 용이하게 채택되어 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 저류조 수위센서(115)로서 수위의 변화에 의하여 플로트가 부력으로 떠오르기 시작하면 기둥형상 내부의 스틸볼이 반대편으로 이동하고 스틸볼의 이동에 의한 무게중심의 변화로 플로트가 뒤집어지면서 마이크로 스위치 또는 틸트 스위치를 동작시켜 온/오프 상태를 출력하는 오뚜기 센서가 고수위 지점 및 저수위 지점에 위치되도록 설치된 2볼 오뚜기 센서가 이용될 수 있다. 저류조(110)에 저장된 관개용수의 수위가 고수위 이상인 경우, 고수위 지점 및 저수위 지점에 설치된 두 개의 오뚜기 센서가 모두 온 상태가 되고, 저류조(110)에 저장된 관개용수의 수위가 고수위와 저수위 사이인 경우 고수위 지점에 설치된 오뚜기 센서는 오프, 저수위 지점에 설치된 오뚜기 센서는 온 상태가 되며, 저류조(110)에 저장된 관개용수의 수위가 저수위 이하인 경우 고수위 지점 및 저수위 지점에 설치된 두 개의 오뚜기 센서가 모두 오프상태가 됨으로써, 2볼 오뚜기 센서는 저류조(110)에 저장된 관개용수의 수위를 세 단계로 나누어 검출할 수 있다.
지표수이송관(120)은 일단이 지표수원(154)에 연결되고 타단이 저류조(110)에 연결된 관으로서 지표수원(154)에서 취수된 지표수가 저류조(110)로 공급되기 위해 이동하는 통로이다.
지표수 이송펌프(125)는 지표수이송관(120)에 설치되어 서버(190)의 제어에 따라 지표수원(154)으로부터 지표수를 취수하여 저류조(110)로 공급한다.
지하수이송관(130)은 일단이 관정(155)에 연결되고 타단이 저류조(110)에 연결된 관으로서 관정에서 취수된 지하수가 저류조(110)로 공급되기 위해 이동하는 통로이다.
지하수 이송펌프(135)는 지하수이송관(130)에 설치되어 서버(190)의 제어에 따라 관정(155)으로부터 지하수를 취수하여 저류조(110)로 공급한다.
용수공급관(140)은 일단이 저류조(110)에 연결되고 타단이 경지(151)에 위치한 관개장치(153)에 연결된 관으로서 저류조(110)에 저장된 관개용수가 경지(151)로 공급되기 위해 이동하는 통로이다.
용수공급펌프(145)는 용수공급관(140)에 설치되어 서버(190)의 제어에 따라 저류조(110)에 저장되어 있던 관개용수를 경지(151)의 관개장치(153)로 공급한다.
카메라모듈(150)은 경지(151) 또는 경지(151) 인근에 설치되어 경지(151)에서 경작되는 작물(152)의 영상을 촬영한다. 카메라모듈(150)에 의해 촬영된 영상은 서버(190)로 전송된다.
본 발명의 일 실시예에서, 카메라모듈(150)은 딥러닝을 이용하여 영상을 분석하는 기능을 갖는 AI(Artificial Intelligence) 카메라모듈일 수 있다. AI 카메라모듈은 영상을 촬영하는 카메라와 카메라에 의해 촬영된 영상을 딥러닝을 이용하여 분석하는 AI 엔진으로 구성된다. AI 카메라모듈로 구성된 카메라모듈(150)은 경지(151)에서 경작되는 작물(152)의 영상을 촬영하고, 촬영된 영상을 AI 엔진을 이용하여 분석함으로써 경지(151)에서 재배되는 작물(152)의 종류를 결정할 수 있다.
지표수 수위센서(160)는 지표수원(154)에 설치되어 지표수원(154)에 존재하는 지표수의 수위를 측정한다. 지표수를 관개용수로 원활하게 이용하기 위해서는, 지표수원(154)에 충분한 지표수가 존재해야 하는 바, 지표수 수위센서(160)는 지표수원(154)에 존재하는 지표수의 수위를 실시간으로 측정하여 서버(190)로 전송한다.
지표수 수위센서(160)는 레이더식, 초음파식, 기포식, 부자식, 압력식 등 다양한 방식의 수위센서가 설치 공간 및 비용 등을 고려하여 통상의 기술자에 의해 용이하게 채택되어 사용될 수 있다. 예컨대, 초음파를 수면에 발사하여 반사된 초음파의 도달시간을 수위로 변환하여 수위를 측정하는 초음파식 지표수 수위센서(160)를 이용하는 경우, 수면에 비접촉한 상태에서 수위를 측정하므로 토사퇴적, 수초, 급류 등에 의한 수위측정 방해요소에 방해를 받지 않고 수위를 측정할 수 있는 장점이 있으며, 수심과 수압이 비례하는 원리를 이용하여 수위를 측정하는 압력식 지표수 수위센서(160)를 이용하는 경우 설치가 간단하고 비교적 가격이 저렴한 장점이 있다.
지표수 수질측정센서(165)는 지표수원(154)에 설치되어 저류조 자동 취수 시스템(100)에 의해 취수될 지표수의 수질을 측정한다. 본 발명의 일 실시예에서, 지표수 수질측정센서(165)는 지표수 내의 부유물질(suspended solids, SS)의 양을 측정함으로써 지표수의 수질을 측정할 수 있다. 지표수 수질측정센서(165)는 빛의 흡수나 산란 방식을 이용하여 물의 탁도 및 부유물질을 측정하는 광학적 방식 또는 물의 부유물질 양에 따른 초음파 속도의 차이를 이용하여 물 내부의 부유물질의 농도를 측정하는 초음파 방식이 이용될 수 있으며, 지표수 수질측정센서(165)는 부유물질 양 측정 뿐 아니라, 탁도 및 수온, pH, 용존산소량(dissolved oxygen, DO) 등을 측정하는 센서와 함께 모듈형태로 제작될 수도 있다. 지표수 수질측정센서(165)에 의해 검출된 지표수의 수질 정보는 서버(190)에 전송되어 서버(190)에 의해 모니터링된다.
저수지나 하천 등을 지표수원(154)으로 하여 지표수를 취수하는 경우 부유물질의 유입이 많아 부유물질이 지표수이송관(120) 내부에 적체되어 지표수이송관(120)이 막힐 수 있고, 부유물질이 많이 포함된 용수를 관개용수로 이용하는 경우 용수공급펌프(145) 또는 경지(151)의 관개장치가 막히는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 부유물질이 작물(152) 표면에 붙는 경우 작물(152)의 상품성이 저하될 수 있다. 그러므로, 작물(152)의 상품성 향상 및 시스템의 원활하고 안정적인 동작을 위해서 지표수원(154)에 지표수 수질측정센서(165)를 설치하여 지속적으로 지표수의 수질을 모니터링하는 것은 중요하다.
지하수 수위센서(170)는 관정(155)에 설치되어, 관정(155)에 존재하는 지하수의 수위를 감지한다. 지하수를 관개용수로 원활하게 이용하기 위해서는, 관정(155)에 충분한 지하수가 존재해야 하는 바, 지하수 수위센서(170)는 관정(155)에 존재하는 지하수의 수위를 실시간으로 감지하여 서버(190)로 전송한다.
토양 수분측정센서(180)는 경지(151)에 설치되어 경지(151)의 토양이 함유하고 있는 수분의 양을 측정한다. 다양한 방식을 이용하여 토양의 수분을 측정하는 토양 수분측정센서(180)가 이용될 수 있으나, 토양 수분 측정의 정확도, 토양 수분 변화에 따른 순간 반응도가 우수하고, 설치 및 사용이 편리한 TDR(time domain reflectometry) 방식의 센서가 사용되는 것이 바람직하다. TDR 방식의 센서는 고주파가 매질(즉, 토양 및 수분)에 의해 전파 속도가 달라지는 현상을 이용하여, 고주파를 발생시키고 발생된 고주파가 되돌아오는 속도를 측정하는 것에 의해 토양의 수분함량을 측정한다. 본 발명의 일 실시예에서, 토양 수분측정센서(180)는 실시간으로 토양 내의 수분을 측정하고 측정결과를 서버(190)로 전송할 수 있다.
서버(190)는 저류조 수위센서(115), 지표수 수위센서(160), 지표수 수질측정센서(165), 지하수 수위센서(170), 토양 수분측정센서(180), 카메라모듈(150)로부터 데이터를 전송받아 저류조 자동 취수 시스템(100) 내의 다양한 정보를 수집하고, 수집된 정보에 기초하여 지표수원(154) 및 관정(155)으로부터의 취수를 제어하고, 취수된 관개용수의 경지(151)로의 공급을 제어한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서버(190)의 구성도이다. 도 2를 참조하여 살펴보면, 서버(190)는 성장속도 측정부(210), 이송펌프 가중치설정부(220), 용수취수 결정부(230), 이송펌프 제어부(240), 용수공급 결정부(250) 및 용수공급펌프 제어부(260)로 구성된다. 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 구성 요소들은 특정 기능을 제공하는 하드웨어로 구현될 수도 있고, 특정 기능을 제공하는 소프트웨어가 기록된 메모리, 프로세서, 버스 등의 조합으로 구현될 수도 있음을 이해할 수 있다. 상기된 각 구성 요소는 반드시 별개의 하드웨어로 구현되는 것은 아니며, 여러 개의 구성 요소가 공통 하드웨어, 예를 들어 프로세서, 메모리, 버스 등의 조합에 의해 구현될 수도 있다.
성장속도 측정부(210)는 카메라모듈(150)로부터 카메라모듈(150)에 의해 촬영된 경지(151)의 작물(152)의 영상을 수신하여, 수신한 영상으로부터 작물(152)의 성장속도를 측정하여 작물(152)의 성장속도 정보를 생성한다. 성장속도 측정부(210)의 작물(152)의 성장속도 측정은 미리 설정된 주기(예컨대, 30일)마다 수행되거나, 사용자로부터 요청받은 시점에 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 성장속도 측정부(210)는 작물(152)의 성장속도를 측정하는 시점의 경지(151)의 촬영 영상인 제1 영상과, 작물(152)의 성장속도를 측정하는 시점으로부터 미리 설정된 주기 이전의 시점(예컨대, 30일 전)의 경지(151)의 촬영 영상인 제2 영상을 비교함으로써 작물(152)의 성장속도를 측정할 수 있다. 보다 구체적으로, 성장속도 측정부(210)는 제1 영상과 경지(151)의 배경영상을 비교함으로써 측정 시점에서의 작물(152)의 제1 크기를 추출하고, 제2 영상과 경지(151)의 배경영상을 비교함으로써 측정으로부터 미리 설정된 주기 이전의 시점에서의 작물(152)의 제2 크기를 추출한 후, 제1 크기와 제2 크기를 비교함으로써 30일 동안 성장한 작물(152)의 크기를 결정할 수 있고, 이로부터 작물(152)의 성장속도 정보를 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 경지(151)의 배경영상이란 카메라모듈(150)의 촬영 대상인 경지(151)에, 성장속도 측정의 대상인 작물(152)이 존재하지 않는 상태의 영상을 지칭한다. 이에 따라 경지(151)의 배경영상에는 밭의 시설물, 수로 등의 객체가 포함될 수 있다. 따라서, 경지(151)의 배경영상과 경지(151)의 실시간 촬영영상을 비교하는 것에 의해 경지(151)에서 성장중인 작물(152)의 크기를 측정할 수 있다.
이송펌프 가중치설정부(220)는 성장속도 측정부(210)에 의해 생성된 작물(152)의 성장속도 정보를 수신하고, 수신한 작물(152)의 성장속도 정보에 기초하여 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135) 각각의 동작 가중치를 설정한다. 이러한 이송펌프 가중치설정부(220)의 동작 가중치 설정은 미리 설정된 시간간격(예컨대, 30일) 마다 또는 사용자의 요청이 있을 때 수행될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135) 각각의 동작 가중치란 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135)에 의해 취수되는 전체 관개용수를 1로 나타낼 때, 전체 관개용수를 구성하는 지표수 및 지하수의 각각의 양을 나타낸다. 즉, 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135) 각각의 동작 가중치란 저류조(110)로 공급되는 관개용수 중 지표수 및 지하수의 비율을 나타낸다. 이에 따라, 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135) 각각의 가중치의 합은 언제나 1이고, 각각의 가중치의 최대값은 1, 최소값은 0이며, 어느 하나의 이송펌프의 가중치가 증가하면, 다른 하나의 이송펌프의 가중치는 감소한다. 예를 들어, 지표수 이송펌프(125)의 동작 가중치가 0.8, 지하수 이송펌프(135)의 동작 가중치가 0.2 라면, 100L의 관개용수를 취수하는 데에 있어서, 지표수원(154)으로부터 80L를, 관정(155)으로부터 20L를 취수함을 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따르는 이송펌프 가중치설정부(220)는 성장속도 측정부(210)에 의해 생성된 작물(152)의 성장속도 정보에 기초하여 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135) 각각의 동작 가중치를 설정한다. 본 발명의 일 실시예에서, 이송펌프 가중치설정부(220)는 성장속도 측정부(210)에 의해 측정된 작물(152)의 성장속도와 미리 설정되어 있는 해당 작물(152)의 기준 성장속도를 비교함으로써 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135) 각각의 동작 가중치를 설정한다. 본 발명의 일 실시예에서, 서버(190)에는 작물(152)의 기준 성장속도 데이터로서, 작물(152) 종류에 따른 시기별 성장속도 데이터가 미리 저장될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 작물(152)의 기준 성장속도 데이터로서, 작물(152) 종류에 따른 시기별 성장속도 데이터는 서버(190) 외부의 데이터베이스(미도시)에 저장될 수 있으며, 이 경우 서버(190)는 통신을 통해 외부의 데이터베이스와 통신하여 필요한 작물(152)의 시기별 성장속도 데이터를 획득할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 경지(151)에서 재배중인 작물(152)의 종류에 대한 정보는 시스템 동작 시작 시 사용자에 의해 입력받거나, 딥러닝을 통해 판별될 수 있다.
이송펌프 가중치설정부(220)에 의해 설정된 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135) 각각의 동작 가중치는 이송펌프 가중치설정부(220)에 저장되어 미리 설정된 시간 기간(예컨대, 30일) 동안 적용된다. 예컨대, 지표수 이송펌프(125)의 동작 가중치가 0.8, 지하수 이송펌프(135)의 동작 가중치가 0.2로 설정되면, 이후 30일 동안은 수원으로부터 관개용수 취수 시 지표수와 지하수의 비율이 4:1로 취수되어 저류조(110)에 저장된다. 미리 설정된 시간 기간(예컨대, 30일) 이후에는, 성장속도 측정부(210)에 의해 측정된 미리 설정된 시간 기간(예컨대, 30일) 동안의 작물(152)의 성장속도 정보에 기초하여 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135) 각각의 동작 가중치가 새롭게 결정되고, 새롭게 결정된 동작 가중치가 미리 결정된 시간 기간(예컨대, 30일) 이후에 다시 동작 가중치를 결정하기 전까지 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135)의 제어에 이용된다.
이송펌프 가중치설정부(220)는 성장속도 측정부(210)에 의해 측정된 작물(152)의 성장속도를 피드백받아 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135) 각각의 동작 가중치를 설정할 수 있다.
이송펌프 가중치설정부(220)는 측정된 작물(152)의 성장속도가 작물(152)의 기준성장속도와 같거나 기준성장속도보다 빠른 경우, 동작 가중치 결정 직전에 이미 결정된 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135) 각각의 복수의 동작 가중치에 기초하여 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135) 중 어느 하나의 이송펌프의 동작 가중치가 증가 추세에 있는지를 결정하여 증가 추세에 있는 것으로 결정된 어느 하나의 이송펌프의 동작 가중치를 증가시키고, 다른 하나의 이송펌프의 동작 가중치를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 이송펌프 가중치설정부(220)는 동작 가중치 결정 직전에 이미 결정된 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135) 각각의 동작 가중치와, 그 바로 이전에 이미 결정된 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135) 각각의 동작 가중치, 즉, 동작 가중치 결정 직전 2회분의 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135) 각각의 동작 가중치를 비교하여 증가 추세에 있는 어느 하나의 이송펌프를 결정할 수 있다.
한편, 이송펌프 가중치설정부(220)는 측정된 작물(152)의 성장속도가 작물(152)의 기준성장속도보다 느린 경우, 현재 동작 가중치 결정 직전에 이미 측정된 작물의 성장속도와 기준성장속도와의 차이값과 현재 측정된 작물(152)의 성장속도와 기준성장속도와의 차이값을 비교한다.
만약, 현재 동작 가중치 결정 직전에 이미 측정된 작물의 성장속도와 기준성장속도와의 차이값이 현재 측정된 성장속도의 차이값보다 큰 경우, 동작 가중치 결정 직전에 이미 결정된 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135) 각각의 복수의 동작 가중치에 기초하여 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135) 중 어느 하나의 이송펌프의 동작 가중치가 증가 추세에 있는지를 결정하여 증가 추세에 있는 것으로 결정된 어느 하나의 이송펌프의 동작 가중치를 증가시키고, 다른 하나의 이송펌프의 동작 가중치를 감소시킬 수 있다.
반면에, 현재 동작 가중치 결정 직전에 이미 측정된 작물의 성장속도와 기준성장속도와의 차이값이 현재 측정된 성장속도의 차이값보다 작은 경우, 동작 가중치 결정 직전에 이미 결정된 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135) 각각의 복수의 동작 가중치에 기초하여 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135) 중 어느 하나의 이송펌프의 동작 가중치가 증가 추세에 있는지를 결정하여 증가 추세에 있는 것으로 결정된 어느 하나의 이송펌프의 동작 가중치를 감소시키고, 다른 하나의 이송펌프의 동작 가중치를 증가시킬 수 있다.
이송펌프 가중치설정부(220)의 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135) 각각의 동작 가중치 갱신 간격이 30일이고, 경지(151)에서 재배중인 작물(152)이 발아한지 60일된 당근이며, 성장속도 측정부(210)에 의해 생성된 최근 30일 동안의 작물(152)의 성장속도가 7cm/30일, 그리고 이송펌프 가중치설정부(220)에 의해 30일 전에 설정된 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135)의 동작 가중치가 각각 0.7 및 0.3인 경우를 예를 들어 설명하기로 한다. 서버(190)에 저장된 작물(152)의 기준 성장속도 데이터로부터 발아한지 60일된 당근의 평균 성장속도가 10cm/30일이라면, 현재 경지(151)에서 재배중인 당근의 성장속도가 기준 성장속도보다 느리므로, 이송펌프 가중치설정부(220)는 지표수 이송펌프(125)의 동작 가중치를 0.75로 증가시키고, 지하수 이송펌프(135)의 동작 가중치를 0.25로 감소시킨다. 이에 따라, 당근은 지표수가 0.75 지하수가 0.25의 비율로 혼합된 관개용수를 공급받게 된다. 이렇게 변화된 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135) 각각의 동작 가중치는 이송펌프 가중치설정부(220)에 저장되어 30일 동안 관개용수 취수 시 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135)의 동작에 적용된다.
30일 이후, 이송펌프 가중치설정부(220)는 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135) 각각의 동작 가중치를 재설정하기 위해 성장속도 측정부(210)에 의해 측정된 발아한지 90일 된 당근의 성장속도 정보를 수신하고, 수신된 90일된 당근의 성장속도와 기준성장 속도를 비교한다. 만약, 경지(151)에서 재배 중인 당근의 성장속도가 기준 성장속도와 같거나 기준 성장속도 보다 큰 경우 관개용수 중 지표수 비율의 증가가 당근의 성장에 긍정적인 영향을 미친 것이므로, 이송펌프 가중치설정부(220)는 지표수 이송펌프(125)의 동작 가중치를 증가시키고, 지하수 이송펌프(135)의 동작 가중치를 감소시킴으로써 당근의 성장속도를 촉진할 수 있다.
한편, 경지(151)에서 재배 중인 당근의 성장속도가 기준 성장속도보다 작은 경우, 이송펌프 가중치설정부(220)는 측정된 성장속도와 기준 성장속도와의 차이 값의 변화량을 측정한다. 만약, 현재 측정된 성장속도와 기준 성장속도와의 차이값이 현재 동작 가중치 결정 직전의 동작 가중치 결정 시 측정된 성장속도와 기준 성장속도와의 차이값(즉, 발아한지 60일된 당근의 성장속도 및 기준 성장속도와의 차이값)에 비해 감소하였다면, 작물(152)에 공급되는 관개용수 중 지표수 비율의 증가가 당근의 성장에 긍정적인 영향을 미친 것이므로, 이송펌프 가중치설정부(220)는 지표수 이송펌프(125)의 동작 가중치를 증가시키고, 지하수 이송펌프(135)의 동작 가중치를 감소시킴으로써 당근의 성장을 촉진할 수 있다.
만약, 현재 측정된 성장속도와 기준 성장속도와의 차이값이 현재 동작 가중치 결정 직전의 동작 가중치 결정 시 측정된 성장속도와 기준 성장속도와의 차이값(즉, 발아한지 60일된 당근의 성장속도 및 기준 성장속도와의 차이값)에 비해 증가하였다면, 이는 관개용수 중 지표수 비율의 증가가 당근의 성장에 악영향을 미친 것이므로, 이송펌프 가중치설정부(220)는 지표수 이송펌프(125)의 동작 가중치를 감소시키고, 지하수 이송펌프(135)의 동작 가중치를 증가시킴으로써 당근의 성장속도를 촉진할 수 있다.
이와 같이, 서버(190)는 특정 비율로 취수된 지표수 및 지하수를 공급받은 작물(152)의 성장 속도를 측정하고 이에 기초하여 지표수 및 지하수의 취수 비율을 결정함으로써 작물(152)의 성장을 촉진시키는 방향으로 지표수 및 지하수를 취수할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 이송펌프 가중치설정부(220)는 관개용수 중 지표수의 비율을 일정 이상으로 유지하기 위해, 지하수 이송펌프(135)의 동작 가중치가 0.5를 초과하지 않는 범위에서 설정되도록 제어할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 저류조 자동 취수 시스템의 동작의 일부를 개념적으로 도시한 도면이다. 도 4를 참조하여 살펴보면, 서버(190)는 저류조(110)에 저장된 관개용수를 공급받는 경지(151)에서 성장중인 작물(152)의 성장속도에 기초하여 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135) 각각의 동작을 가중치를 설정하고, 동작 가중치에 따라 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135)를 제어함으로써 저류조(110)에 저장되는 지표수 및 지하수의 비율을 조정한다. 이와 같이, 관개용수를 취수하기 위한 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135)의 동작을 제어하는데에 있어서, 이전에 관개용수를 공급받아 성장한 작물(152)의 성장속도를 측정하고, 측정된 성장속도에 기초하여 관개용수를 구성하는 지표수 및 지하수의 혼합 비율을 결정함으로써 작물(152)의 성장을 촉진시킬수 있는 방향으로 관개용수를 취수할 수 있다.
용수취수 결정부(230)는 지표수 수위센서(160), 지하수 수위센서(170), 지표수 수질측정센서(165), 저류조 수위센서(115) 등 저류조 자동 취수 시스템(100) 내의 다양한 센서로부터 센서에 의해 검출된 정보를 수신하여, 지표수원(154) 및 관정(155)으로부터 용수를 취수할 것인지 여부를 결정한다. 보다 구체적으로, 용수취수 결정부(230)는 저류조 자동 취수 시스템(100) 내의 다양한 센서에 의해 검출된 정보에 기초하여 관개용수로서 지표수원(154) 또는 관정(155)으로부터 용수를 취수하거나, 지표수원(154) 및 관정(155) 모두로부터 용수를 취수하거나, 지표수원(154) 및 관정(155) 모두로부터 용수를 취수하지 않는 것으로 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 용수취수 결정부(230)는 지표수 수위센서(160)에 의해 검출된 지표수의 수위 정보, 지표수 수질측정센서(165)에 의해 검출된 지표수의 수질 정보 및 저류조 수위센서(115)에 의해 검출된 저류조의 수위 정보에 기초하여 지표수 이송펌프(125)를 통한 지표수원(154)으로부터의 지표수 취수 여부를 결정한다.
용수취수 결정부(230)는 지표수 수위센서(160)에 의해 검출된 지표수의 수위가 미리 설정된 임계수위 이하, 지표수 수질측정센서(165)에 의해 검출된 지표수 내의 부유물질의 양이 미리 설정된 임계수치 이상, 그리고 저류조 수위센서(115)에 의해 검출된 저류조(110)의 수위가 고수위 이상인 조건 중 적어도 하나를 만족하는 경우에는 지표수원(154)으로부터 용수가 취수되지 않는 것으로 결정한다. 이는, 지표수원(154)에 안정적으로 관개용수를 공급할 수 있는 정도의 지표수가 존재하지 않거나, 지표수 내에 부유물질이 임계수치 이상이여서 관개용수로 사용하지 적절하지 않거나, 이미 저류조(110)에 저장된 관개용수의 양이 사용하기에 충분하게 저장되어 있어 추가적인 취수가 필요하지 않은 경우로서, 지표수의 취수가 불필요하거나 지표수원(154)으로부터의 취수가 부적절한 경우이므로 용수취수 결정부(230)는 지표수원(154)으로부터의 지표수 취수를 하지 않는 것으로 결정한다.
한편, 용수취수 결정부(230)는 지표수 수위센서(160)에 의해 검출된 지표수의 수위가 미리 설정된 임계수위 초과, 지표수 수질측정센서(165)에 의해 검출된 지표수 내의 부유물질의 양이 미리 설정된 임계수치 미만, 그리고 저류조 수위센서(115)에 의해 검출된 저류조(110)의 수위가 저수위 이하인 조건을 모두 만족하는 경우에 지표수원(154)으로부터 용수가 취수되는 것으로 결정한다. 이와 같이, 용수취수 결정부(230)는 지표수원(154)의 수위가 일정 이상, 즉 관개용수를 안정적으로 공급할 수 있는 정도의 용수가 지표수원(154)에 존재하고, 저류조(110)에 저장된 관개용수가 충분하지 않아 관개용수의 보충이 필요한 경우에, 부유물질의 양이 일정 미만인 용수가 취수되어 저류조(110)에 저장되도록 함으로써 관개용수의 보충이 필요한 경우에만 안정적으로 양호한 품질의 용수를 취수하도록 할 수 있다.
이에 더해, 용수취수 결정부(230)는 지하수 수위센서(170)에 의해 검출된 지하수의 수위 정보 및 저류조 수위센서(115)에 의해 검출된 저류조의 수위 정보에 기초하여 지하수 이송펌프(135)를 통한 관정(155)으로부터의 지하수 취수 여부를 결정한다.
용수취수 결정부(230)는 지하수 수위센서에 의해 검출된 지하수의 수위가 저수위 이하 그리고 저류조 수위센서(115)에 의해 검출된 저류조(110)의 수위가 고수위 이상인 조건 중 적어도 하나를 만족하는 경우에는 관정(155)으로부터 용수를 취수하지 않는 것으로 결정한다. 이는, 관정(155)에 안정적으로 관개용수를 공급할 수 있는 정도의 지하수가 존재하지 않거나, 이미 저류조(110)에 저장된 관개용수의 양이 사용하기에 충분하게 저장되어 있어 추가적인 취수가 필요하지 않은 경우로서, 지하수의 취수가 불필요하거나 관정(155)으로부터의 취수가 부적절한 경우이므로 용수취수 결정부(230)는 관정(155)으로부터의 지하수를 취수하지 않는 것으로 결정한다.
한편, 용수취수 결정부(230)는 지하수 수위센서(170)에 의해 검출된 지하수의 수위가 저수위 초과라면 관정(155)으로부터 용수를 취수하는 것으로 결정한다. 이와 같이, 용수취수 결정부(230)는 관정(155)의 수위가 저수위 초과, 즉 관개용수를 안정적으로 공급할 수 있는 정도의 용수가 관정(155)에 존재하는 경우에 관정(155)으로부터 지하수가 취수되어 저류조(110)에 저장되도록 함으로써 안정적으로 양호한 품질의 용수를 취수할 수 있도록 한다.
이송펌프 제어부(240)는 용수취수 결정부(230)에 의해 결정된 지표수원(154) 및 관정(155)으로부터의 용수 취수 여부 및 이송펌프 가중치설정부(220)에 의해 설정된 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135) 각각의 동작 가중치에 기초하여 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135)의 동작을 제어한다.
이송펌프 제어부(240)는 용수취수 결정부(230)에 의해 지표수원(154) 및 관정(155) 모두로부터 용수를 취수하는 것으로 결정되면, 이송펌프 가중치설정부(220)에 의해 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135) 각각에 대해 설정된 동작 가중치에 기초하여 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135)의 동작을 제어하여 각각의 동작 가중치에 대응하는 비율로 지표수 및 지하수가 취수되어 저류조(110)에 저장되도록 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 이송펌프 제어부(240)는 이송펌프 가중치설정부(220)에 의해 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135) 각각에 대해 설정된 동작 가중치에 비례하는 시간기간 동안 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135)가 동작하도록함으로써 저류조(110)에 저장되는 지표수 및 지하수의 비율을 조절할 수 있다. 예컨대, 이송펌프 가중치설정부(220)에 의해 설정된 지표수 이송펌프(125)의 동작 가중치가 0.75, 지하수 이송펌프(135)의 동작 가중치가 0.25라면 이송펌프 제어부(240)는 지표수 이송펌프(125)가 30초, 지하수 이송펌프(135)가 10초 동안 동작하도록 제어함으로써 저류조(110)에 저장되는 관개용수가 지표수 3, 지하수 1의 비율로 혼합되도록 할 수 있다.
한편, 이송펌프 제어부(240)는 용수취수 결정부(230)에 의해 지표수원(154) 또는 관정(155)으로부터 용수를 취수하는 것으로 결정되면, 이송펌프 가중치설정부(220)에 의해 설정된 동작 가중치와 상관없이, 요구되는 관개용수를 모두 지표수원(154) 또는 관정(155)으로부터 취수한다. 보다 구체적으로, 이송펌프 제어부(240)는 용수취수 결정부(230)에 의해 지표수원(154) 및 관정(155) 중 하나로부터 용수를 취수하는 것으로 결정되면, 용수 취수가 결정된 수원의 이송펌프(지표수 이송펌프(125) 또는 지하수 이송펌프(135))를 동작시켜 요구되는 관개용수의 전량을 하나의 수원으로부터 취수한다.
용수공급 결정부(250)는 저류조 수위센서(115)에 의해 검출된 저류조(110)에 저장된 관개용수의 수위 및 토양 수분측정센서(180)에 의해 검출된 경지(151)의 토양에 함유된 수분함유량에 기초하여 저류조(110)에 저장된 관개용수를 경지(151)에 공급할 것인지 여부를 결정하고, 용수공급펌프 제어부(260)는 용수공급 결정부(250)에 의해 저류조(110)에 저장된 관개용수를 경지(151)에 공급하는 것으로 결정되면 용수공급펌프(145)를 통작시켜 저류조(110)에 저장된 관개용수가 경지(151)에 공급되도록 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 용수공급 결정부(250)는 저류조 수위센서(115)에 의해 검출된 저류조(110)에 저장된 관개용수의 수위가 저수위 이하이거나, 토양 수분측정센서(180)에 의해 검출된 토양의 수분함유량이 미리 설정된 기준치 이상인 조건 중 적어도 하나를 만족하는 경우 저류조(110)에 저장된 관개용수를 경지(151)에 공급하지 않는 것으로 결정하고, 이에 따라 용수공급펌프 제어부(260)는 용수공급펌프(145)가 동작하지 않도록 제어한다. 이는, 저류조(110)에 저장된 관개용수가 저수위 이하인 경우 관개용수 공급이 원활하게 이루어질 수 없고, 토양에 함유된 수분함유량이 기준치 이상인 경우 추가적인 관개용수의 공급은 오히려 작물(152)의 성장을 방해할 수 있기 때문이다.
한편, 용수공급 결정부(250)는 저류조 수위센서(115)에 의해 검출된 저류조(110)에 저장된 관개용수의 수위가 저수위 초과이고, 토양 수분측정센서(180)에 의해 검출된 토양의 수분함유량이 미리 설정된 기준치 미만이라면 저류조(110)에 저장된 관개용수를 경지(151)에 공급하는 것으로 결정하고, 이에 따라 용수공급펌프 제어부(260)는 용수공급펌프(145)가 동작하도록 제어함으로써 저류조(110)에 저장된 관개용수를 경지(151)에 공급한다.
본 발명의 일 실시예에서, 사용자는 데스크탑은 물론이고 휴대폰, PDA 등 휴대용 단말기를 통해 서버(190)에 접속하여 지표수 수위센서(160), 지표수 수질측정센서(165), 지하수 수위센서(170), 저류조 수위센서(115), 토양 수분측정센서(180) 로부터 수신되는 다양한 측정 데이터들을 모니터링 할 수 있으며, 지표수 이송펌프(125), 지하수 이송펌프(135), 용수공급펌프(145)의 동작을 제어할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 저류조(110)의 하단에는 저류조(110)에 저장된 관개용수가 배출될 수 있는 드레인밸브(미도시)가 설치될 수 있고, 서버(190)는 드레인밸브(미도시)의 개폐를 제어하는 드레인밸브 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
서버(190)의 드레인밸브 제어부는 미리 설정된 시간 간격(예컨대, 48시간) 마다 저류조 수위센서(115)에 의해 검출된 저류조(110)의 수위 및 용수공급펌프(145)의 동작 상태를 모니터링한다. 모니터링 결과 저류조(110)의 수위가 고수위 이상이고, 용수공급펌프(145)가 정지되어 있는 경우, 드레인밸브 제어부는 저류조(110)의 드레인 밸브를 개방하여 저류조(110)에 저장된 관개용수를 배출한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 서버의 동작 흐름도이다.
310 단계에서, 서버(190)의 성장속도 측정부(210)는 경지(151)에서 재배중인 작물(152)의 성장속도를 측정한다. 본 발명의 일 실시예에서, 성장속도 측정부(210)는 경지(151)의 인근 또는 경지(151)에 설치되어 작물(152)을 촬영하는 카메라모듈(150)로부터 촬영된 작물(152)의 영상을 수신하여 작물(152)의 성장속도를 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 서버(190)의 성장속도 측정부(210)는 작물(152)의 성장속도를 측정하는 시점의 경지(151)의 촬영 영상인 제1 영상과, 작물(152)의 성장속도를 측정하는 시점으로부터 미리 설정된 주기(예컨대, 30일) 이전의 경지(151)의 촬영 영상인 제2 영상을 비교함으로써 작물(152)의 성장속도를 측정할 수 있다. 보다 구체적으로, 성장속도 측정부(210)는 제1 영상과 경지(151)의 배경영상을 비교함으로써 성장속도 측정 시점에서의 작물(152)의 제1 크기를 추출하고, 제2 영상과 경지(151)의 배경영상을 비교함으로써 성장속도 측정 시점으로부터 미리 설정된 주기 이전의 시점에서의 작물(152)의 제2 크기를 추출한 후, 제1 크기와 제2 크기를 비교함으로써 30일 동안 성장한 작물(152)의 크기를 결정할 수 있고, 이로부터 작물(152)의 성장속도 정보를 생성할 수 있다.
320 단계에서, 서버(190)의 이송펌프 가중치설정부(220)는 310 단계에서 성장속도 측정부(210)에 의해 측정된 경지(151)에서 재배중인 작물(152)의 성장속도에 기초하여 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135) 각각의 동작 가중치를 설정한다. 본 발명의 실시예에서, 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135) 각각의 동작 가중치란 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135) 각각의 동작에 의해 취수되는 관개용수의 비율을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에서, 이송펌프 가중치설정부(220)는 성장속도 측정부(210)에 의해 측정된 작물(152)의 성장속도와 미리 설정되어 있는 해당 작물(152)의 기준 성장속도를 비교함으로써 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135) 각각의 동작 가중치를 설정한다. 서버(190)에는 작물(152)의 기준 성장속도 데이터로서, 작물(152) 종류에 따른 시기별 성장속도 데이터가 미리 저장된다.
이송펌프 가중치설정부(220)에 의해 설정된 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135)각각의 동작 가중치는 이송펌프 가중치설정부(220)에 저장되어 미리 설정된 시간 기간(예컨대, 30일) 동안 이송펌프 제어부(240)가 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135)를 제어하기 위해 적용될 수 있다. 예컨대, 지표수 이송펌프(125)의 가중치가 0.8, 지하수 이송펌프(135)의 가중치가 0.2로 설정되면, 이후 30일 동안은 관개용수 취수 시, 지표수와 지하수의 비율이 4:1로 취수되어 저류조(110)에 저장된다. 미리 설정된 시간 기간 이후에는, 성장속도 측정부(210)에 의해 새롭게 측정된 미리 설정된 시간 기간 동안의 작물(152)의 성장속도 정보에 기초하여 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135) 각각의 동작 가중치를 갱신한다.
330 단계에서, 서버(190)의 용수취수 결정부(230)는 지표수원(154) 및 관정(155)으로부터 용수를 취수할 것인지 여부를 결정한다. 보다 구체적으로, 용수취수 결정부(230)는 저류조 자동 취수 시스템(100) 내에 설치된 다양한 센서에 의해 검출된 정보에 기초하여 관개용수로서 지표수원(154) 또는 관정(155)으로부터 용수를 취수하거나, 지표수원(154) 및 관정(155) 모두로부터 용수를 취수하거나, 지표수원(154) 및 관정(155) 모두로부터 용수를 취수하지 않는 것으로 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 용수취수 결정부(230)는 지표수 수위센서(160)에 의해 검출된 지표수의 수위 정보, 지표수 수질측정센서(165)에 의해 검출된 지표수의 수질 정보 및 저류조 수위센서(115)에 의해 검출된 저류조의 수위 정보에 기초하여 지표수 이송펌프(125)를 통한 지표수원(154)으로부터의 지표수 취수 여부를 결정한다.
서버(190)의 용수취수 결정부(230)는 지표수 수위센서(160)에 의해 검출된 지표수의 수위가 미리 설정된 임계수위 이하, 지표수 수질측정센서(165)에 의해 검출된 지표수 내의 부유물질의 양이 미리 설정된 임계수치 이상, 그리고 저류조 수위센서(115)에 의해 검출된 저류조(110)의 수위가 고수위 이상인 조건 중 적어도 하나를 만족하는 경우에는 지표수원(154)으로부터 용수가 취수되지 않는 것으로 결정한다.
한편, 용수취수 결정부(230)는 지표수 수위센서에 의해 검출된 지표수의 수위가 미리 설정된 임계수위 초과, 지표수 수질측정센서(165)에 의해 검출된 지표수 내의 부유물질의 양이 미리 설정된 임계수치 미만, 그리고 저류조 수위센서(115)에 의해 검출된 저류조(110)의 수위가 저수위 이하인 조건을 모두 만족하는 경우에 지표수원(154)으로부터 용수가 취수되는 것으로 결정한다.
이에 더해, 서버(190)의 용수취수 결정부(230)는 지하수 수위센서(170)에 의해 검출된 지하수의 수위 정보 및 저류조 수위센서(115)에 의해 검출된 저류조의 수위 정보에 기초하여 지하수 이송펌프(135)를 통한 관정(155)으로부터의 지하수 취수 여부를 결정한다.
용수취수 결정부(230)는 지하수 수위센서(170)에 의해 검출된 지하수의 수위가 저수위 이하 그리고 저류조 수위센서(115)에 의해 검출된 저류조(110)의 수위가 고수위 이상인 조건 중 적어도 하나를 만족하는 경우에는 관정(155)으로부터 용수를 취수하지 않는 것으로 결정한다.
한편, 용수취수 결정부(230)는 지하수 수위센서(170)에 의해 검출된 지하수의 수위가 저수위 초과라면 관정(155)으로부터 용수를 취수하는 것으로 결정한다.
340 단계에서, 서버(190)의 이송펌프 제어부(240)는 330 단계에서 서버(190)의 용수취수 결정부(230)에 의해 결정된 지표수원(154) 및 관정(155)으로부터의 용수 취수 여부 및 320 단계에서 이송펌프 가중치설정부(220)에 의해 설정된 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135) 각각의 동작 가중치에 기초하여 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135)의 동작을 제어한다.
보다 구체적으로, 서버(190)의 이송펌프 제어부(240)는 용수취수 결정부(230)에 의해 지표수원(154) 및 관정(155) 모두로부터 용수를 취수하는 것으로 결정되면, 이송펌프 가중치설정부(220)에 의해 설정된 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135) 각각의 동작 가중치에 기초하여 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135)의 동작을 제어한다.
본 발명의 일 실시예에서, 이송펌프 제어부(240)는 이송펌프 가중치설정부(220)에 의해 설정된 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135) 각각의 동작 가중치에 비례하는 시간동안 지표수 이송펌프(125) 및 지하수 이송펌프(135)가 동작하도록 제어함으로써 저류조(110)에 저장되는 지표수 및 지하수의 비율을 조절할 수 있다. 예컨대, 이송펌프 가중치설정부(220)에 의해 설정된 동작 가중치가 지표수 이송펌프(125)가 0.75, 지하수 이송펌프(135)가 0.25라면 이송펌프 제어부(240)는 지표수 이송펌프가 30초, 지하수 이송펌프(135)가 10초 동안 동작하도록 제어함으로써 저류조(110)에 저장되는 관개용수가 지표수 3, 지하수 1의 비율로 혼합되도록 할 수 있다.
한편, 이송펌프 제어부(240)는 용수취수 결정부(230)에 의해 지표수원(154) 또는 관정(155)으로부터 용수를 취수하는 것으로 결정되면, 이송펌프 가중치설정부(220)에 의해 설정된 동작 가중치와 상관없이, 취수가 요구되는 관개용수의 전량을 모두 지표수원(154) 또는 관정(155)으로부터 취수한다. 예컨대, 이송펌프 제어부(240)는 용수취수 결정부(230)에 의해 지표수원(154)으로부터 용수를 취수하고, 관정(155)으로부터는 용수를 취수하지 않는 것으로 결정되면, 지표수 이송펌프(125) 만을 동작시켜 취수가 요구되는 관개용수의 전량을 지표수원(154)으로부터 취수하여 지표수가 저류조(110)에 저장되도록 한다.
350 단계에서, 서버(190)의 용수공급 결정부(250)는 저류조 수위센서(115)에 의해 검출된 저류조(110)에 저장된 관개용수의 수위 및 토양 수분측정센서(180)에 의해 검출된 경지(151)의 토양에 함유된 수분함유량에 기초하여 저류조(110)에 저장된 관개용수를 경지(151)에 공급할 것인지 여부를 결정한다.
본 발명의 일 실시예에서, 용수공급 결정부(250)는 저류조 수위센서(115)에 의해 검출된 저류조(110)에 저장된 관개용수의 수위가 저수위 이하이거나, 토양 수분측정센서(180)에 의해 검출된 토양의 수분함유량이 미리 설정된 기준치 이상인 조건 중 적어도 하나를 만족하는 경우 저류조(110)에 저장된 관개용수를 경지(151)에 공급하지 않는 것으로 결정한다.
한편, 용수공급 결정부(250)는 저류조 수위센서(115)에 의해 검출된 저류조(110)에 저장된 관개용수의 수위가 저수위 초과이고, 토양 수분측정센서(180)에 의해 검출된 토양의 수분함유량이 미리 설정된 기준치 미만이라면 저류조(110)에 저장된 관개용수를 경지(151)에 공급하는 것으로 결정한다.
360 단계에서, 서버(190)의 용수공급펌프 제어부(260)는 350 단계에서 용수공급 결정부(250)에 의해 저류조(110)에 저장된 관개용수를 경지(151)에 공급할 것인지 여부가 결정되면, 용수공급 결정부(250)의 결정에 따라 용수공급펌프(145)의 동작을 제어한다.
보다 구체적으로, 350 단계에서 용수공급 결정부(250)에 의해 관개용수를 경지(151)에 공급하는 것으로 결정되면 용수공급펌프 제어부(260)는 용수공급펌프(145)를 동작시켜 저류조(110)에 저장된 관개용수를 경지(151)에 공급하고, 용수공급 결정부(250)에 의해 관개용수를 경지(151)에 공급하지 않는 것으로 결정되면 용수공급펌프 제어부(260)는 용수공급펌프(145)의 동작을 정지시킴으로써 저류조(110)에 저장된 관개용수가 경지(151)에 공급되지 않도록 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르는 저류조 자동 취수 시스템(100)에 의하면 작물(152)의 성장 속도 및 지표수원(154), 관정(155), 및 저류조(110)에 존재하는 용수의 수위에 기초하여 지표수원(154) 및 관정(155)으로부터의 용수 취수 여부 및 용수 취수 비율을 결정하여 취수를 수행함로써 작물(152)의 성장을 촉진함은 물론 안정적이고 효율적인 용수 취수 및 용수 공급이 가능하다.
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로해석되어야 할 것이다.
100: 저류조 자동 취수 시스템
110: 저류조
125: 지표수 이송펌프
135: 지하수 이송펌프
145: 용수공급펌프
150: 카메라모듈
151: 경지
152: 작물
154: 지표수원
155: 관정
190: 서버

Claims (12)

  1. 작물이 생산되는 경지에 공급되는 관개용수를 저장하는 저류조;
    지표수가 존재하는 지표수원으로부터 지표수를 취수하여 상기 저류조로 공급하는 지표수 이송펌프;
    지하수가 존재하는 관정으로부터 지하수를 취수하여 상기 저류조로 공급하는 지하수 이송펌프;
    상기 지표수 이송펌프 및 상기 지하수 이송펌프의 각각의 동작 가중치에 따라 상기 지표수 이송펌프 및 상기 지하수 이송펌프를 제어함으로써 상기 저류조에 공급되는 지표수 및 지하수의 비율을 조절하는 서버; 및
    상기 경지에서 생산되는 작물을 촬영하여 작물의 영상을 생성하는 카메라모듈을 포함하고,
    상기 서버는 상기 카메라모듈에 의해 촬영된 작물의 영상으로부터 상기 작물의 성장속도를 측정하고, 미리 설정된 주기마다 또는 사용자로부터 동작 가중치 갱신 요청 수신시 상기 측정된 상기 작물의 성장속도와 상기 작물의 기준성장속도를 비교함으로써 상기 지표수 이송펌프 및 상기 지하수 이송펌프 각각의 동작 가중치를 결정하고,
    상기 서버는 상기 측정된 상기 작물의 성장속도가 상기 작물의 기준성장속도과 같거나 상기 작물의 기준성장속도보다 빠른 경우,
    상기 동작 가중치 결정 직전에 이미 결정된 상기 지표수 이송펌프 및 상기 지하수 이송펌프 각각의 복수의 동작 가중치에 기초하여 상기 지표수 이송펌프 및 상기 지하수 이송펌프 중 어느 하나의 이송펌프의 동작 가중치가 증가 추세에 있는지를 결정하고, 상기 증가 추세에 있는 것으로 결정된 어느 하나의 이송펌프의 동작 가중치를 증가시키고, 다른 하나의 이송펌프의 동작 가중치를 감소시키는 것을 특징으로 하는 저류조 자동 취수 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 서버는 상기 측정된 상기 작물의 성장속도가 상기 작물의 기준성장속도보다 느린 경우, 상기 동작 가중치 결정 직전에 이미 측정된 상기 작물의 성장속도와 기준성장속도와의 차이값과 현재 측정된 상기 작물의 성장속도와 기준성장속도와의 차이값을 비교함으로써 상기 지표수 이송펌프 및 상기 지하수 이송펌프 각각의 동작 가중치를 결정하는 것을 특징으로 하는 저류조 자동 취수 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 서버는 상기 동작 가중치 결정 직전에 이미 측정된 상기 작물의 성장속도와 기준성장속도와의 차이값이 현재 측정된 상기 작물의 성장속도와 기준성장속도와의 차이값보다 큰 경우,
    상기 동작 가중치 결정 직전에 이미 결정된 상기 지표수 이송펌프 및 상기 지하수 이송펌프 각각의 복수의 동작 가중치에 기초하여 상기 지표수 이송펌프 및 상기 지하수 이송펌프 중 어느 하나의 이송펌프의 동작 가중치가 증가 추세에 있는지를 결정하고, 상기 증가 추세에 있는 것으로 결정된 어느 하나의 이송펌프의 동작 가중치를 증가시키고, 다른 하나의 이송펌프의 동작 가중치를 감소시키는 것을 특징으로 하는 저류조 자동 취수 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 서버는 상기 동작 가중치 결정 직전에 이미 측정된 상기 작물의 성장속도와 기준성장속도와의 차이값이 현재 측정된 상기 작물의 성장속도와 기준성장속도와의 차이값보다 작은 경우,
    상기 동작 가중치 결정 직전에 이미 결정된 상기 지표수 이송펌프 및 상기 지하수 이송펌프 각각의 복수의 동작 가중치에 기초하여 상기 지표수 이송펌프 및 상기 지하수 이송펌프 중 어느 하나의 이송펌프의 동작 가중치가 증가 추세에 있는지를 결정하고, 상기 증가 추세에 있는 것으로 결정된 어느 하나의 이송펌프의 동작 가중치를 감소시키고, 다른 하나의 이송펌프의 동작 가중치를 증가시키는 것을 특징으로 하는 저류조 자동 취수 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 지표수원에 설치되어 상기 지표수원에 존재하는 지표수의 수위를 측정하는 지표수 수위센서;
    상기 지표수원에 설치되어 상기 지표수원에 존재하는 지표수 내의 부유물질의 양을 측정하는 지표수 수질측정센서;
    상기 관정에 설치되어 상기 관정에 존재하는 지하수의 수위를 측정하는 지하수 수위센서; 및
    상기 저류조에 설치되어 상기 저류조에 저장된 관개용수의 수위를 측정하는 저류조 수위센서를 더 포함하고,
    상기 서버는 상기 지표수 수위센서, 상기 지표수 수질측정센서, 지하수 수위센서 및 상기 저류조 수위센서의 측정 결과에 기초하여 상기 지표수원 및 관정으로부터의 취수 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 저류조 자동 취수 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 서버는
    상기 지표수 수위센서에 의해 검출된 지표수의 수위가 미리 설정된 임계수위 이하, 지표수 수질측정센서에 의해 검출된 지표수 내의 부유물질의 양이 미리 설정된 임계수치 이상, 그리고 저류조 수위센서에 의해 검출된 저류조의 수위가 고수위 이상인 조건 중 적어도 하나를 만족하면 지표수원으로부터의 취수를 중단하는 것으로 결정하고,
    상기 지표수 수위센서에 의해 검출된 지표수의 수위가 미리 설정된 임계수위 초과, 지표수 수질측정센서에 의해 검출된 지표수 내의 부유물질의 양이 미리 설정된 임계수치 미만, 그리고 저류조 수위센서에 의해 검출된 저류조의 수위가 저수위 이하인 조건을 만족하면 지표수원으로부터 취수하는 것으로 결정하는 것을 특징으로 하는 저류조 자동 취수 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 서버는
    상기 지하수 수위센서에 의해 검출된 지하수의 수위가 저수위 이하 그리고 저류조 수위센서에 의해 검출된 저류조의 수위가 고수위 이상인 조건 중 적어도 하나를 만족하는 경우 관정으로부터의 취수를 중단하는 것으로 결정하고,
    상기 지하수 수위센서에 의해 검출된 지하수의 수위가 저수위 초과라면 관정으로부터 취수하는 것으로 결정하는 것을 특징으로 하는 저류조 자동 취수 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 서버는 상기 지하수 이송펌프의 동작 가중치가 0.5를 초과하지 않도록 제어함으로써, 상기 저류조에 저장된 관개용수의 적어도 반 이상이 지표수로 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 저류조 자동 취수 시스템.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101712582B1 (ko) * 2016-12-30 2017-03-06 주식회사 청오엔지니어링 Ict를 활용한 시설재배의 양액 재활용 공급시스템
KR20190138067A (ko) * 2018-06-04 2019-12-12 한국농어촌공사 밭 지대 용수 확보를 위한 다기능 저류조
KR20200122612A (ko) * 2019-04-18 2020-10-28 아이오크롭스 주식회사 작물 생육 제어 시스템

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