KR102475386B1 - 약액의 영향을 최소화한 LiDAR 활용 스마트 방제 장치 및 그 방법 - Google Patents

약액의 영향을 최소화한 LiDAR 활용 스마트 방제 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LiDAR를 통한 선택적 방제가 가능한 스마트 방제 장치에 관한 것으로, 약액의 영향을 최소화한 LiDAR 활용 과수 인식 및 유무 판별 기술에 관한 것이다. 스마트 방제 장치는 LiDAR를 통해 과수의 형상 및 유무를 판별하는 인식부, 상기 인식부 데이터에 기초하여, t 시간일 때의 전방 데이터와 t+i 시간일 때의 후방 데이터를 비교 연산하는 형상 데이터 처리부 및 상기 형상 데이터 처리부에 기초하여 분사 장치를 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제어부를 포함한다.

Description

약액의 영향을 최소화한 LiDAR 활용 스마트 방제 장치 및 그 방법{SMART PEST CONTROL DEVICE USING LiDAR THAT MINIMIZES THE EFFECT OF CHEMICALS AND OPERATION METHOD THEREOF}
본 발명은 약액의 영향을 최소화한 LiDAR 활용 과수 인식 및 유무 판별 기술에 관한 것이다.
하우스나 밭에 식재된 작물에 대한 농약 살포는, 약통에 담긴 농약을 펌프로 올린 후 작업자가 호스가 연결된 약대를 쥐고 밭이랑을 따라 직접 이동하면서 살포하였으나, 최근에는 약통, 펌프, 연결호스 및 양측에 약대가 탑재된 농업용 동력 운반기를 겸한 농약 살포기가 보급되면서 밭이랑을 따라 더욱 편하게 운전하면서 농약을 칠 수 있게 되었다.
하지만, 농약의 살포작업이 완전히 종료될 때까지 작업자가 일일이 따라다니면서 적절한 운전조작을 행하지 않으면 안되므로, 최소한의 인력이 요구될 뿐 아니라 농약 살포과정에서 정도의 차일뿐 유독성 농약 일부분의 흡입은 여전히 피하기 어려워 작업자의 건강에 이상이 생길 염려가 있다.
또한, 안개의 영향, 즉, 입자 상태의 물(fog)의 인식이 가능하여 이로 인해 안개가 낀 상태에서는 fog의 영향으로 환경에 대한 인식이 매우 어렵다는 문제가 발생한다.
본 발명의 목적은 스마트 방제 장치가 방제 작업을 수행할 때, 분사, 비산된 약액의 영향을 최소화할 수 있는 LiDAR를 통한 방제가 가능한 스마트 방제 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 방제 장치는 LiDAR를 통해 t 시간일 때의 제n과수의 전방 데이터와 제n-1과수의 후방 데이터를 인식하는 인식부, 상기 t 시간일 때의 제n과수의 전방 데이터와 t+i 시간일 때의 제n과수의 후방 데이터에 기초하여 합성 과수 형상 데이터를 생성하는 형상 데이터 처리부 및 상기 형상 데이터 처리부의 결과에 기초하여 상기 제n과수를 방제하기 위한 분사 장치를 제어하는 제어신호를 생성하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 인식부는 상기 t+i 시간일 때, 상기 제n과수의 후방 데이터 및 제n+1과수의 전방 데이터를 인식한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 LiDAR가 j개의 채널로 광원을 조사할 때, 상기 전방 데이터는 상기 주행 방향의 수직 방향을 기준으로 앞부분의 j/3개의 채널의 데이터이고, 상기 후방 데이터는 상기 주행 방향의 수직 방향을 기준으로 뒷부분의 j/3개의 채널의 데이터이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 형상 데이터 처리부는 상기 전방 데이터와 상기 후방 데이터를 AND 연산한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 분사 장치는, 상기 분사량을 조절하는 적어도 하나의 유량 제어부, 상기 분사압력을 조절하는 적어도 하나의 압력 제어부 및 복수의 분사구의 개폐를 개별적으로 제어하는 적어도 하나의 노즐 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 분사 장치는 상기 LiDAR 보다 후방에 위치한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 방제 장치의 동작방법에 있어서, 인식부가 LiDAR를 통해 t 시간일 때의 제n과수의 전방 데이터와 제n-1과수의 후방 데이터를 인식하는 단계, 형상 데이터 처리부가 상기 t 시간일 때의 제n과수의 전방 데이터와 t+i 시간일 때의 제n과수의 후방 데이터에 기초하여 합성 과수 형상 데이터를 생성하는 단계 및 제어부가 상기 형상 데이터 처리부의 결과에 기초하여 상기 제n과수를 방제하기 위한 분사 장치를 제어하는 제어신호를 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 t 시간에 상기 제n과수에 대한 전방 데이터를 인식하는 단계, 상기 t+i 시간에 상기 제n과수에 대한 후방 데이터 및 상기 제n+1과수에 대한 전방 데이터를 인식하는 단계 및 상기 제 n과수에 대한 전방 데이터 및 상기 제n과수에 대한 후방 데이터를 비교하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 t+i 시간에서의 상기 형상 데이터 처리부는, 상기 제n과수의 상기 전방 데이터와 상기 후방 데이터를 AND 연산한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 방제 시스템은 스마트 방제 장치, 상기 스마트 방제 장치의 진행방향을 인식하는 인식장치를 포함하며, 상기 스마트 방제 장치는, LiDAR를 통해 t 시간일 때의 제n과수의 전방 데이터와 제n-1과수의 후방 데이터를 인식하는 인식부, 상기 t 시간일 때의 제n과수의 전방 데이터와 t+i 시간일 때의 제n과수의 후방 데이터에 기초하여 합성 과수 형상 데이터를 생성하는 형상 데이터 처리부 및 상기 형상 데이터 처리부의 결과에 기초하여 상기 제n과수를 방제하기 위한 분사 장치를 제어하는 제어신호를 생성하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 LiDAR를 통한 방제가 가능한 스마트 방제 장치는 스마트 방제 장치가 방제 작업을 수행할 때, 분사, 비산된 약액의 영향을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 방제 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LiDAR의 인식 영역을 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5a 내지 도5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 LiDAR의 데이터 인식 방법을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 방제 장치의 동작방법을 나타낸 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인식부와 형상 데이터 처리부의 동작방법을 나타낸 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부의 동작방법을 나타낸 순서도이다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 스마트 방제 장치의 블록도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 방제 시스템을 나타낸 도면이다.
이하, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하고 자 한다. 본문에서 달리 명시하지 않는 한, 도면의 유사한 참조번호들은 유사한 구성요소들을 나타낸다. 상세한 설명, 도면들 및 청구항들에서 상술하는 예시적인 실시 예들은 한정을 위한 것이 아니며, 다른 실시 예들이 이용될 수 있으며, 여기서 개시되는 기술의 사상이나 범주를 벗어나지 않는 한 다른 변경들도 가능하다. 당업자는 본 개시의 구성요소들, 즉 여기서 일반적으로 기술되고, 도면에 기재되는 구성요소들을 다양하게 다른 구성으로 배열, 구성, 결합, 도안할 수 있으며, 이것들의 모두는 명백하게 고안 되어지며, 본 개시의 일부를 형성하고 있음을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용된 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석 될 수 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 방제 장치(10)의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(300)의 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 스마트 방제 장치(10)는 인식부(100), 형상 데이터 처리부(200), 및 제어부(300)를 포함한다. 인식부(100)는 LiDAR를 통해 t 시간일 때의 제n과수의 전방 데이터와 제n-1과수의 후방 데이터를 인식한다. 이때, n은 2이상의 자연수일 수 있다.
LiDAR는 물체에 전자파보다 짧은 파장을 갖는 레이저(예를 들어, 적외선, 가시광선 등)를 조사하고, 물체로부터 반사된 광을 수신하여 물체의 거리, 방향, 고도, 속도 등을 알 수 있는 감지 센서를 의미한다. 예를 들어, LiDAR는 850nm 내지 950nm의 파장을 활용하여 과수의 형상 및 유무를 인식할 수 있다.
LiDAR는 레이저를 전송하는 광원과 반사광을 수신하는 수신부를 포함할 수 있다. 이러한 LiDAR는 레이더 센서에 비해 방위 분해능, 거리 분해능 등이 높다.
LiDAR는 스마트 방제 장치(10)의 후면에 부착되어 있을 수 있다. LiDAR는 논 또는 밭의 내부의 각각의 지점에 대한 거리 정보를 구할 수 있다. LiDAR는 수직 방향으로 하늘을 보게 장착하여 ±15도의 폭을 기준으로 좌우측의 환경 정보를 인식할 수 있다.
인식부(100)는 t 시간에 제n과수에 대한 전방 데이터를 인식할 수 있다. 또한, t+i 시간에 제n과수에 대한 후방 데이터 및 제n+1과수에 대한 전방 데이터를 인식할 수 있다.
LiDAR가 j개의 채널로 조사할 때, 전방 데이터는 주행 방향의 수직 방향을 기준으로 주행 방향의 j/3채널의 데이터이고, 후방 데이터는 주행 방향의 수직 방향을 기준으로 주행 방향의 역방향의 j/3채널의 데이터일 수 있다.
일 실시예에 있어서, j개의 채널은 16개일 수 있다. 이 경우, LiDAR는 ±15도를 2도 간격으로 16채널로 조사할 수 있다. 다른 일 실시예에 있어서, j개의 채널은 32개일 수 있다. 이 경우, LiDAR는 ±15도를 1도 간격으로 32채널로 조사할 수 있다.
예를 들어, ±15도를 2도 간격으로 16채널로 레이저를 조사할 경우에, 전방 데이터는 주행 방향의 수직 방향을 기준으로 상기 주행 방향의 8채널의 데이터이고, 후방 데이터는 주행 방향의 수직 방향을 기준으로 주행 방향의 역방향의 8채널의 데이터이다.
일 실시예에 있어서, 인식부(100)는 제n-1과수와 제n과수가 스마트 방제 장치의 진행방향에 따라 있을 때, t 시간에서 제n-1과수에 대한 전방 데이터를 인식하고, t+i 시간에서 제n-1과수에 대한 후방 데이터와 제n과수에 대한 전방 데이터를 인식한다.
일 실시예에 있어서, 제1과수의 경우에는 선행 방제 작업이 없어, 약액으로 인향 영향이 없으므로 전방 데이터를 인식하는 과정을 생략할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 인식부(100)는 t+p 시간에서 제n과수의 측면 데이터를 추가적으로 인식할 수 있다. t+p 시간은 t 시간과 t+i 시간의 사이로, 0<p<i일 수 있다. 이때, 주행 속도가 일정할 경우 t+p 시간은 t 시간과 t+i 시간의 중간값일 수 있다. 과수의 측면 데이터는 LiDAR가 j개의 채널을 가지고 있을 때, 주행 방향의 수직 방향을 기준으로, 측부분의 j/3개의 채널을 통해 인식할 수 있다. 이 경우, 형상 데이터 처리부(200)는 과수의 전방 데이터, 후방 데이터뿐만 아니라, 측면 데이터를 추가로 획득함으로써, 데이터 인식의 정확도를 높일 수 있다.
형상 데이터 처리부(200)는 인식부(100)의 데이터에 기초하여, t 시간일 때의 전방 데이터와 t+i 시간일 때의 후방 데이터를 비교 연산한다. 일 실시예에 있어서, 연산 방법은 AND 연산을 이용할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 영상 합성 이미지 데이터를 이용할 수도 있다.
형상 데이터 처리부(200)가 t 시간일 때의 전방 데이터와 t+i 시간일 때의 후방 데이터를 비교함으로써, 비산된 약액으로 인한 영향을 최소화 할 수 있다. 동일한 과수에 대하여, t 시간의 경우에는 분무의 영향이 적은 전방 데이터를 획득할 수 있고, t+i 시간의 경우에는 이전의 과수에 의해 발생한 분무의 영향을 받은 후방 데이터를 획득할 수 있다. 전방 데이터 및 후방 데이터는 과수의 이미지 데이터일 수 있다.
이때, 약액을 분사하는 위치가 LiDAR보다 후방에 위치하기 때문에, 전방 데이터가 없이 후방 데이터에만 의존하여 방제를 할 경우, 기존에 분사된 약액의 영향으로 과수의 인식이 정확하지 않을 수 있다. 따라서, 본 발명은 동일한 과수에 대해 전방 데이터도 획득함으로써, 전방 데이터와 후방 데이터를 비교하여 실시간으로 감지된 정보를 기반하여 스마트 방제 장치(10)를 제어함으로써, 약액의 영향을 최소화 할 수 있다.
예를 들어, 제1과수에 대하여 약액을 분사하고 난 다음, 제2 과수에 대하여 약액을 분사해야 될 경우를 가정해본다. 제2과수에 대해 약액을 분사할 때, 제1과수에 대해 분사한 약액의 영향으로 인해 제2과수의 후방 데이터는 인식하기 어려운 문제점이 발생할 수 있다. 그러므로, t 시간에 제2과수에 대한 전방 데이터를 획득하고, t+i 시간에 제2과수에 대한 후방 데이터를 획득하여, 제2 과수에 대한 전방 데이터와 후방 데이터를 비교 연산하여 제2 과수에 약액 분사를 제어함으로써, 이전 과수로 인한 약액의 영향을 최소화할 수 있다.
제어부(300)는 형상 데이터 처리부(200)에 기초하여 제n과수를 방제하기 위한 분사 장치를 제어하는 제어신호를 생성한다. 제어부(300)는 형상 데이터 처리부의 결과에 기반하여 동일한 과수에 대한 전방 데이터와 후방 데이터가 겹치는 경우에만 분사 장치를 제어하도록 한다. 제어부(300)는 과수로 분사되는 분사액의 분사량, 분사압력, 및 분사구 개폐 중 적어도 하나를 제어하는 신호를 생성한다.
제어부(300)는 적어도 하나의 유량 제어부(320), 압력 제어부(340), 및 노즐 제어부(360)를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 유량 제어부(320)는 분사 장치의 분사량을 조절할 수 있다. 적어도 하나의 압력 제어부(340)는 분사 장치의 분사압력을 조절할 수 있다.
적어도 하나의 노즐 제어부(360)는 복수의 분사구의 개폐를 개별적으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 분사 방향이 상측이여야 한다면, 상단의 분사구를 열도록 하고, 하측에만 분사를 해도 된다면, 하단의 분사구만 열도록 할 수 있다.
예를 들어, 사과나무의 높이가 높을 경우에는 압력을 세게하여 분사액이 멀리까지 분사되게 하고 높이에 따라 분사 노즐을 개방한다. 또한, 직선 거리가 멀 경우에는 압력 제어부에 압력을 세게하라는 압력 제어 신호와 유량 제어부에 유량을 많이 하라는 유량 제어 신호를 송신하여 압력을 세게하고 유량을 많이 분사하도록 한다.
일 실시예에 있어서, 형상 데이터 처리부(200)의 연산 결과, 과수가 없는 제1 영역에는 분사구를 폐쇄하여 농약을 분사시키지 않고, 과수가 있는 적어도 하나 이상의 과수를 포함하는 제2 영역에는 기준 정보에 기초하여 적절한 양의 농약을 분사하도록 분사구를 개방할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 스마트 방제 장치(10)는 사용자 단말과 통신할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LiDAR의 인식 영역을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 스마트 방제 장치는 LiDAR를 통해 인식 영역 내의 과수의 형상 및 유무를 판별할 수 있다. LiDAR는 수직 방향으로 하늘을 보게 장착하여 ±15도의 폭을 기준으로 좌우측의 환경 정보를 인식할 수 있다. LiDAR는 수직 방향으로 하늘을 보게 장착하여 높은 과수를 관리할 수 있다. 일 실시예에 있어서, ±15도는 2도 간격으로 16채널로 레이저를 조사할 수 있다.
인식부에서 LiDAR을 통해 인식 영역 내에 과수가 있다고 판단되면, 형상 데이터 처리부에서 전방 데이터와 후방 데이터를 비교 연산한다. 비교 연산 결과, t 시간에서의 전방 데이터와 t+i 시간에서의 후방 데이터에서 인식된 과수가 동일한 과수라고 판단된다면, 제어부는 분사액을 기설정된 양만큼 분사한 후, 분사 노즐의 분사구를 폐쇄한 뒤, 다음 과수로 이동한다.
예를 들어, 기설정된 한 사과나무의 분사액 양은 0.1L이고, 기설정된 한 배나무의 분사액 양은 0.5L일때, 사과나무 영역에서 한 사과나무에 0.1L의 분사액을 분사하고 다음 사과나무에 분사하기까지 분사구를 폐쇄한다. 그 후, 다음 사과나무에 0.1L 분사액을 분사하기 위해 분사구를 개방하고 앞의 과정과 같은 과정을 전 사과나무에 반복한다.
도 4 및 도 5a 내지 도5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 LiDAR의 데이터 인식 방법을 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5a 내지 도5d를 참조하면, 스마트 방제 장치의 인식부는 t 시간에 제n과수에 대한 전방 데이터를 인식할 수 있다. 이때, 제n-1과수에 대한 후방 데이터를 인식할 수 있으나, 도면에는 도시하지 않았다. 또한, t+i 시간에 제n과수에 대한 후방 데이터 및 제n+1과수에 대한 전방 데이터를 인식할 수 있다.
예를 들어, t 시간 일 때의 스마트 방제 장치가 제1 과수에 대한 전방 데이터를 인식하고, t+i 시간 일 때의 스마트 방제 장치가 제1 과수에 대한 후방 데이터를 인식하여 비교 연산한다. 이때, t+i 시간에서 스마트 방제 장치는 제1 과수에 대한 후방 데이터와 함께 제2 과수에 대한 전방 데이터를 인식한다. 스마트 방제 장치의 진행방향은 제1 과수에서 제2 과수 방향일 수 있다.
형상 데이터 처리부는 제1 과수에 대한 연산 결과를 제어부에 제공한다. 제어부는 연산 결과가 동일하다고 판단될 경우, 분사 장치를 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다.
도 5a는 LiDAR가 광원을 조사할 때의 모습을 상측에서 본 도면이다. 일 실시예에 있어서, LiDAR는 좌측 및 우측에 각각 16개의 채널을 조사할 수 있다. 도 5b는 도 5a에서 조사된 LiDAR의 좌측 및 우측에 각각의 j/3 채널에 해당하는 후방 데이터를 상측에서 본 도면이다. 도 5c는 도 5a에서 조사된 LiDAR 광원이 반사된 결과를 주행 방향에서 본 도면이다. 도 5d는 도 5b에서 조사된 LiDAR 광원이 반사된 결과를 주행 방향에서 본 도면이다. 일 실시예에 있어서, 스마트 방제 장치는 도 5c 및 도 5d에 개시된 것 처럼 L1 내지 L6에 대응하는 좌측의 6개의 분사구 및 R1 내지 R6에 대응하는 우측의 6개의 분사구를 포함할 수 있다. 과수의 각 높이는 분사구에 대응되어, 제어부는 전술한 바와 같이 각 높이에 따라 대응된 분사구의 개폐를 개별적으로 제어할 수 있다.
도 5d와 같이, t+i 시간에 제n과수의 후방 데이터만을 측정할 경우, 선행하는 방제 작업으로 인한 노이즈로 인해 과수의 인식이 어렵다는 문제점이 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명은 t 시간에 제n과수에 대한 전방 데이터를 인식하여 t+i 시간의 제n과수의 후방 데이터와 비교함으로써, 노이즈를 제거하여 과수를 인식할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 방제 장치의 동작방법을 나타낸 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인식부 및 형상 데이터 처리부의 동작방법을 나타낸 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부의 동작방법을 나타낸 순서도이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 스마트 방제 장치의 동작방법은 인식부가 LiDAR를 통해 t 시간일 때의 제n과수의 전방 데이터와 제n-1과수의 후방 데이터를 인식하는 단계(S10), 형상 데이터 처리부가 인식부의 데이터에 기초하여, t 시간일 때의 제n과수의 전방 데이터와 t+i 시간일 때의 제n과수의 후방 데이터를 비교 연산하는 단계(S30) 및 제어부가 형상 데이터 처리부에 기초하여 분사 장치를 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 단계(S50)를 포함한다.
인식부가 LiDAR를 통해 t 시간일 때의 제n과수의 전방 데이터와 제n-1과수의 후방 데이터를 인식하는 단계(S10) 및 형상 데이터 처리부가 인식부의 데이터에 기초하여, t 시간일 때의 제n과수의 전방 데이터와 t+i 시간일 때의 제n과수의 후방 데이터를 비교 연산하는 단계(S30)는 t 시간에 제n과수에 대한 전방 데이터를 인식하는 단계(S11), t+i 시간에 제n과수에 대한 후방 데이터 및 제n+1과수에 대한 전방 데이터를 인식하는 단계(S13), 및 동일 과수에 대해 인식된 전방 데이터와 후방 데이터를 비교 연산(예를 들어, AND 연산)하는 단계(S21)를 포함한다.
예를 들어, 제1과수와 제2과수가 스마트 방제 장치의 진행방향에 따라 있을 때, t 시간에서 제1과수에 대한 전방 데이터를 인식한다. t+i 시간에서 제1과수에 대한 후방 데이터와 제2과수에 대한 전방 데이터를 인식한다. t+i 시간에서 제1과수에 대한 후방 데이터가 인식된다면, 이전 t 시간에 저장된 제1과수의 전방 데이터와 비교 연산할 수 있다.
제어부가 형상 데이터 처리부에 기초하여 분사 장치를 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 단계(S50)는 전방 데이터와 후방 데이터에 겹쳐지는 대상에 대해서 분사 장치를 제어하기 위한 제어신호를 생성할 수 있다.
제어부는 적어도 하나의 유량 제어부가 분사량을 조절하는 단계(S51), 적어도 하나의 압력 제어부가 분사압력을 조절하는 단계(S53), 및 적어도 하나의 노즐 제어부가 복수의 분사구의 개폐를 개별적으로 제어하는 단계(S55)를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 유량 제어부가 분사량을 조절하는 단계(S51)는, 각각의 분사 장치의 분사량을 독립적으로 조절할 수 있다. 예를 들어, 제1 과수가 많은 양의 약액이 필요하다면, 제어부는 많은 양의 약액을 제공하라는 신호를 유량 제어부에 제공할 수 있다. 제어부는 과수 기준 특징에 기초하여 분사량을 제어하므로 농약 사용을 최소화 할 수 있으며, 비용을 절감할 수 있다.
적어도 하나의 압력 제어부가 분사압력을 조절하는 단계(S53)는, 각각의 분사 장치의 분사압력을 독립적으로 조절할 수 있다.
적어도 하나의 노즐 제어부가 복수의 분사구의 개폐를 개별적으로 제어하는 단계(S55)는, 각각의 분사 장치의 분사구의 개폐를 독립적으로 제어할 수 있다.
예를 들어, 사과나무의 높이가 높을 경우에는 압력을 세게하여 분사액이 멀리까지 분사되게 하고 상단의 분사구를 개폐하도록 하며, 높이에 따라 분사구를 개방한다. 또한, 직선 거리가 멀 경우에는 압력 제어부에 압력을 세게하라는 압력 제어 신호와 유량 제어부에 유량을 많이 하라는 유량 제어 신호를 송신하여 압력을 세게하고 유량을 많이 분사하도록 한다.
본 발명의 LiDAR를 통한 선택적 방제가 가능한 스마트 방제 장치는 스마트 방제 장치가 동일한 과수에 대하여 전방 데이터와 후방 데이터를 비교 연산함으로써, 후방 데이터만을 이용하여 과수를 인식할 경우에 발생하는 어려움을 해소할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 스마트 방제 장치(20)의 블록도이다.
도 9를 참조하면, 스마트 방제 장치(20)는 복수 개의 센서(50), 인식부(100), 형상 데이터 처리부(200), 제어부(300)를 포함할 수 있다. 인식부(100), 형상 데이터 처리부(200)는 도 1에 개시된 인식부(100), 형상 데이터 처리부(200)와 동일하며, 제어부(300)는 도 1에 개시된 제어부(300)에 시간 제어부(380)가 더 포함될 수 있다.
복수 개의 센서(50)와 LiDAR를 통해 과수의 높이, 색깔, 형태, 크기, 높이, 잎의 분포, 병해충 정보, 병해충에 따른 농약 혼합 비율 정보 및 PLS 정보 중 적어도 하나의 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 병해충 정보에 기초하여 병해충이 있다고 판단되면, 해당 병해충 제거나 방지를 위해 기저장된 해당 병해충에 대한 종류별 농약 정보, 농약의 양 및 각 농약의 혼합 비율 정보를 제공할 수 있다.
시간 제어부(380)는 복수 개의 센서(50)와 LiDAR를 통해 과수의 높이 및 과수와 스마트 방제 장치(20)의 거리를 계산하여, 약액을 분사하기 위해 필요한 스마트 방제 장치(20)의 정지 시간을 제어할 수 있다. 예를 들어, 0.5L의 약액이 필요한 과수는 스마트 방제 장치(20)가 1분간 정지하도록 하고, 1L의 약액이 필요한 과수는 스마트 방제 장치(20)가 2분간 정지하도록 할 수 있다. 시간 제어부(380)는 기설정된 약액을 분사할 수 있도록, 분사에 필요한 시간만큼 스마트 방제 장치(20)를 멈추도록 제어할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 방제 시스템을 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 스마트 방제 시스템은 인식장치(80)와 스마트 방제 장치(30)를 포함할 수 있다. 인식장치(80)는 스마트 방제 장치(30)의 진행방향을 인식한다. 인식장치(80)는 스마트 방제 장치(30)의 상측에 위치할 수 있다.
인식장치(80)는 LiDAR를 포함할 수 있다. LiDAR은 j개의 채널로 분사될 수 있다. 인식장치(80)는 IP카메라, HD-SDI 카메라, 아날로그 카메라, 화재감지 컬러카메라, 열화상 카메라, SD(720x486, NTSC)급의 해상도에서 HD(1920x5080, HD5080p) 카메라, IP줌 스피드 카메라 또는 CCTV 카메라, 초음파 센서, 레이저 센서, 적외선 및 열감지 센서, 근접 센서, 스테디캠, 자이로센서, 제스처 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 컬러 센서, 생체 센서, 조도 센서, 및 UV(ultra violet) 센서 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 스마트 방제 시스템(1000)은 인식장치(80)를 통해 과수의 인식 정확도를 더 높일 수 있다.
스마트 방제 장치(30)는 인식부(100), 형상 데이터 처리부(200), 및 제어부(300)를 포함한다. 인식부(100)는 LiDAR를 통해 과수의 형상 및 유무를 판별한다. 스마트 방제 장치(30)는 도 1에 개시된 스마트 방제 장치(10)와 동일할 수 있다.
본 발명의 LiDAR를 통한 선택적 방제가 가능한 스마트 방제 장치는 스마트 방제 장치가 방제 작업을 수행할 때, 분사, 비산된 약액의 영향을 최소화할 수 있다.
10, 20, 30 : 스마트 방제 장치
50 : 센서
80 : 인식장치
100 : 인식부
200 : 형상 데이터 처리부
300 : 제어부
320 : 분사 노즐 제어부
340 : 유량 제어부
360 : 압력 제어부
380 : 시간 제어부
1000 : 스마트 방제 시스템

Claims (10)

  1. LiDAR를 통해 t 시간일 때의 제n과수의 전방 데이터와 제n-1과수의 후방 데이터를 인식하고, t+p(o<p<i) 시간일 때 제n과수의 측면 데이터를 인식하는 인식부;
    상기 t 시간일 때의 제n과수의 전방 데이터와 t+p 시간일 때의 제n과수의 측면 데이터와 t+i 시간일 때의 제n과수의 후방 데이터에 기초하여 합성 과수 형상 데이터를 생성하는 형상 데이터 처리부; 및
    상기 형상 데이터 처리부의 결과에 기초하여 상기 제n과수를 방제하기 위한 분사 장치를 제어하는 제어신호를 생성하는 제어부를 포함하며,
    상기 인식부는 상기 t+i 시간일 때, 상기 제n과수의 후방 데이터 및 제n+1과수의 전방 데이터를 인식하고,
    상기 LiDAR가 j개의 채널로 광원을 조사할 때,
    상기 전방 데이터는 주행 방향의 수직 방향을 기준으로 앞부분의 j/3개의 채널의 데이터이고,
    상기 측면 데이터는 상기 주행 방향의 수직 방향의 j/3개의 채널의 데이터이고,
    상기 후방 데이터는 상기 주행 방향의 수직 방향을 기준으로 뒷부분의 j/3개의 채널의 데이터인 스마트 방제 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 형상 데이터 처리부는 상기 전방 데이터와 상기 측면 데이터와 상기 후방 데이터를 AND 연산하는 스마트 방제 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 분사 장치는,
    분사량을 조절하는 적어도 하나의 유량 제어부;
    분사압력을 조절하는 적어도 하나의 압력 제어부; 및
    복수의 분사구의 개폐를 개별적으로 제어하는 적어도 하나의 노즐 제어부를 포함하는 스마트 방제 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 분사 장치는 상기 LiDAR 보다 후방에 위치하는 스마트 방제 장치.
  7. 스마트 방제 장치의 동작방법에 있어서,
    인식부가 LiDAR를 통해 t 시간일 때의 제n과수의 전방 데이터와 제n-1과수의 후방 데이터를 인식하는 단계;
    상기 인식부가 t+p(0<p<i) 시간일 때 제n과수의 측면 데이터를 인식하는 단계;
    상기 인식부가 t+i 시간일 때의 제n+1과수의 전방 데이터와 제n과수의 후방 데이터를 인식하는 단계;
    형상 데이터 처리부가 상기 t 시간일 때의 제n과수의 전방 데이터와 상기 t+p 시간일 때 제n과수의 측면 데이터와 상기 t+i 시간일 때의 제n과수의 후방 데이터에 기초하여 합성 과수 형상 데이터를 생성하는 단계; 및
    제어부가 상기 형상 데이터 처리부의 결과에 기초하여 상기 제n과수를 방제하기 위한 분사 장치를 제어하는 제어신호를 생성하는 단계를 포함하며,
    상기 LiDAR가 j개의 채널로 광원을 조사할 때,
    상기 전방 데이터는 주행 방향의 수직 방향을 기준으로 앞부분의 j/3개의 채널의 데이터이고,
    상기 측면 데이터는 상기 주행 방향의 수직 방향의 j/3개의 채널의 데이터이고,
    상기 후방 데이터는 상기 주행 방향의 수직 방향을 기준으로 뒷부분의 j/3개의 채널의 데이터인 스마트 방제 장치의 동작방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 합성 과수 형상 데이터를 생성하는 단계는,
    상기 t 시간에 상기 제n과수에 대한 전방 데이터를 인식하는 단계;
    상기 t+p 시간에 상기 제n과수의 측면 데이터를 인식하는 단계;
    상기 t+i 시간에 상기 제n과수에 대한 후방 데이터를 인식하는 단계; 및
    상기 제n과수에 대한 전방 데이터, 상기 제n과수에 대한 측면 데이터 및 상기 제n과수에 대한 후방 데이터를 비교하는 단계를 포함하는 스마트 방제 장치의 동작방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 t+i 시간에서의 상기 형상 데이터 처리부는, 상기 제n과수의 상기 전방 데이터와 상기 측면 데이터와 상기 후방 데이터를 AND 연산하는 스마트 방제 장치의 동작 방법.
  10. 스마트 방제 장치;
    상기 스마트 방제 장치의 진행방향을 인식하는 인식장치를 포함하며,
    상기 스마트 방제 장치는,
    LiDAR를 통해 t 시간일 때의 제n과수의 전방 데이터와 제n-1과수의 후방 데이터를 인식하고, t+p(0<p<i) 시간일 때 제n과수의 측면 데이터를 인식하는 인식부;
    상기 t 시간일 때의 제n과수의 전방 데이터와 t+p 시간일 때의 제n과수의 측면 데이터와 t+i 시간일 때의 제n과수의 후방 데이터에 기초하여 합성 과수 형상 데이터를 생성하는 형상 데이터 처리부; 및
    상기 형상 데이터 처리부의 결과에 기초하여 상기 제n과수를 방제하기 위한 분사 장치를 제어하는 제어신호를 생성하는 제어부를 포함하며,
    상기 인식부는 상기 t+i 시간일 때, 상기 제n과수의 후방 데이터 및 제n+1과수의 전방 데이터를 인식하하고,
    상기 LiDAR가 j개의 채널로 광원을 조사할 때,
    상기 전방 데이터는 주행 방향의 수직 방향을 기준으로 앞부분의 j/3개의 채널의 데이터이고,
    상기 측면 데이터는 상기 주행 방향의 수직 방향의 j/3개의 채널의 데이터이고,
    상기 후방 데이터는 상기 주행 방향의 수직 방향을 기준으로 뒷부분의 j/3개의 채널의 데이터인 스마트 방제 시스템.
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