KR102642931B1 - Smart sericulture big data construction system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스마트 양잠 농업 빅데이터 구축 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 잠실의 내부, 외부 및 누에 생육 구역에 설치되어 온도, 습도 및 이산화탄소 농도를 포함하는 환경 정보를 획득하는 센서 모듈과, 누에의 열 영상을 획득하는 열화상 카메라 모듈을 포함하는 센서부; 상기 센서부를 통해 상기 환경 정보 및 열 영상을 실시간으로 수집하는 데이터 수집부; 상기 데이터 수집부에서 수집한 환경 정보 및 열 영상을 분석 및 처리하여 빅데이터를 구축하는 빅데이터 구축부; 및 상기 빅데이터 구축부에서 분석 및 처리된 결과에 따라 상기 잠실의 온도, 습도 및 환기 조절 장치를 제어하며, 제어 히스토리를 저장 관리하고 관리자 단말기로 출력하는 통합 관리부를 포함하며, 상기 빅데이터 구축부는, 상기 데이터 수집부에서 수집된 상기 환경 정보 및 열 영상에서 노이즈를 제거하고 보정 처리하는 데이터 처리 모듈; 상기 데이터 처리 모듈에서 처리된 환경 정보를 누에 생육을 위한 기준값과 비교해, 누에 생육환경을 상기 기준값으로 유지하기 위한 제어 신호를 상기 통합 관리부에 전송하는 환경 분석 모듈; 상기 데이터 처리 모듈에서 처리된 열 영상을 분석해 정상 누에와 비정상 누에를 식별하되, 비정상 누에는 정상 누에보다 온도가 낮은 것을 이용해, 상기 열 영상에 촬영된 누에의 온도 차이를 사용해 비정상 누에를 식별하는 영상 분석 모듈; 상기 영상 분석 모듈에서 식별된 비정상 누에의 위치를 상기 통합 관리부에 전달하는 식별 결과 제공 모듈; 및 상기 데이터 처리 모듈에서 처리된 환경 정보 및 열 영상을 저장 및 관리하는 빅데이터 저장 모듈을 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 스마트 양잠 농업 빅데이터 구축 시스템에 따르면, 센서 모듈 및 열화상 카메라 모듈이 무선으로 연결되는 WSN을 구성함으로써, 애기 누에부터 홍잠(실크를 뽑기 직전의 누에)까지 누에 생육에 대한 온도, 습도, 기류, 이산화탄소, 유해가스 등을 수집 및 분석하고, 실시간 모니터링하는 환경을 조성할 수 있고, WSN을 활용해 애누애 잠실, 큰누에 잠실에서 수집한 환경 정보 및 누에 생육, 누에 무게, 열 영상을 분석 및 처리하여 빅데이터를 구축함으로써, 최적의 표준 데이터를 정립하고, 나아가 양잠 농업의 빅데이터를 통해 장소와 시간에 상관없이 공유, 활용, 관리를 통해 국내 누에/홍잠 식품의 품질개선, 품질 균등화, 순도 향상 등을 달성할 수 있으며, 환경 정보 및 열 영상의 분석 결과를 이용해 잠실의 온도, 습도 및 환기 조절 장치를 제어함으로써, 잠실 운영을 자동화하여 양잠 농업 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서 제안하고 있는 스마트 양잠 농업 빅데이터 구축 시스템에 따르면, 열 영상을 분석해 정상 누에와 비정상 누에를 식별하되, 열 영상에 촬영된 누에의 온도 차이를 사용해 비정상 누에를 식별함으로써, 잠실에서 생육 중인 누에의 건강상태를 자동으로 파악하고, 비정상 누에의 위치를 관리자가 쉽게 파악해 신속하게 적절한 조처를 할 수 있다.The present invention relates to a smart sericulture agricultural big data construction system, and more specifically, a sensor module installed inside, outside and in the silkworm growth area of Jamsil to acquire environmental information including temperature, humidity, and carbon dioxide concentration, and A sensor unit including a thermal imaging camera module that acquires a thermal image; a data collection unit that collects the environmental information and thermal images in real time through the sensor unit; A big data construction unit that constructs big data by analyzing and processing environmental information and thermal images collected by the data collection unit; and an integrated management unit that controls the temperature, humidity, and ventilation control device of the jamsil according to the results analyzed and processed by the big data building unit, stores and manages the control history, and outputs it to an administrator terminal. The big data building unit includes , a data processing module that removes noise from the environmental information and thermal images collected by the data collection unit and performs correction processing; an environmental analysis module that compares the environmental information processed by the data processing module with a reference value for silkworm growth and transmits a control signal to the integrated management unit to maintain the silkworm growth environment at the reference value; The thermal image processed in the data processing module is analyzed to identify normal silkworms and abnormal silkworms, but abnormal silkworms have a lower temperature than normal silkworms, and the temperature difference between silkworms captured in the thermal image is used to identify abnormal silkworms. analysis module; An identification result providing module that transmits the location of the abnormal silkworm identified in the image analysis module to the integrated management unit; and a big data storage module that stores and manages environmental information and thermal images processed in the data processing module.
According to the smart sericulture agricultural big data construction system proposed in the present invention, by constructing a WSN where sensor modules and thermal imaging camera modules are wirelessly connected, silkworm growth is monitored from baby silkworms to red silkworms (silkworms just before silk extraction). Temperature, humidity, airflow, carbon dioxide, harmful gases, etc. can be collected and analyzed, and an environment for real-time monitoring can be created. Using WSN, environmental information collected from Anuae Jamsil and Big Silkworm Jamsil, silkworm growth, silkworm weight, By analyzing and processing thermal images to build big data, we establish optimal standard data and further improve the quality of domestic silkworm/red silkworm food through sharing, utilization, and management regardless of place and time through big data in sericulture agriculture. , quality equalization, purity improvement, etc. can be achieved, and by controlling the temperature, humidity, and ventilation control device of the dam using environmental information and thermal image analysis results, the competitiveness of sericulture agriculture can be improved by automating the operation of the dam.
In addition, according to the smart sericulture agricultural big data construction system proposed in the present invention, thermal images are analyzed to identify normal and abnormal silkworms, and abnormal silkworms are identified using the temperature difference between silkworms captured in the thermal images. The health status of growing silkworms can be automatically determined, and managers can easily identify the location of abnormal silkworms and take appropriate measures quickly.
Description
본 발명은 스마트 양잠 농업 빅데이터 구축 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 무선 센서 네트워크 및 영상 처리 기술을 활용해 양잠 농업을 자동화하고 양잠과 관련된 빅데이터를 구축하는 스마트 양잠 농업 빅데이터 구축 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a smart sericulture agricultural big data construction system, and more specifically, to a smart sericulture agricultural big data construction system that automates sericulture agriculture and builds big data related to sericulture using wireless sensor networks and image processing technology. .
일반적으로 양잠(sericulture)은 누에를 사육하여 고치를 생산하는 일을 말한다. 이러한 양잠의 사육 시기는 기존에는 봄누에와 가을누에만 사육하였으나, 뽕나무와 노동력을 구할 수만 있다면 연간 여러 회 사육이 가능하다.Sericulture generally refers to raising silkworms to produce cocoons. Previously, only spring and fall silkworms were raised for this type of sericulture, but if mulberry trees and labor are available, they can be reared several times a year.
특히, 기존 농가에서의 전통 양잠의 경우, 시멘트, 벽돌, 판넬, 및 비닐하우스 등과 같은 간이 시설물을 구비하고, 그러한 간이 시설물의 내부 공간에 누에의 생육 시설을 구비하여 누에를 사육하게 된다. 그러나 기존의 전통 양잠을 위한 누에 생육 시설에서의 시설 노후화는 생산성, 품질 및 친환경 고부가 농산물로서의 이미지 저하를 야기하고, 특히 애누에 사육 시에 필요한 소독과 온도 관리가 불가능하여 병잠 발생의 가능성이 커지게 되며, 노동력에 의존하는 방식으로 온도와 습도 관리 및 소독에 많은 노동력 및 시간이 소요되는 문제가 있었다.In particular, in the case of traditional sericulture in existing farms, simple facilities such as cement, bricks, panels, and greenhouses are provided, and silkworm growth facilities are provided in the interior space of such simple facilities to raise silkworms. However, the aging of facilities in existing silkworm breeding facilities for traditional sericulture causes a decline in productivity, quality, and image as an eco-friendly, high-value agricultural product. In particular, the disinfection and temperature management required when raising silkworms is not possible, increasing the possibility of bedridden disease. In addition, there was a problem that it took a lot of labor and time to manage temperature and humidity and disinfect in a labor-dependent manner.
일반 농가는 물론이고 대규모의 누에 생육 농가에서는 생육하는 누에의 생산성을 향상하기 위한 다양한 시설을 구비하여 계절에 상관없이 누에를 생육함으로써, 고소득을 얻고자 큰 노력을 기울이고 있지만, 여기에는 많은 시설비용과 노동력이 필수적으로 소요되는 반면에 경제적 이익창출은 크게 상승하지 못하는 문제가 있으며, 재배되는 누에에 발생하는 병해충과 환경의 적절한 제어 불능으로 누에의 성장이나 수확이 제대로 이루어지지 못하는 실정에 있다.General farms as well as large-scale silkworm farms are making great efforts to obtain high income by equipping various facilities to improve the productivity of silkworms and growing silkworms regardless of the season, but this involves high facility costs and While labor is essential, there is a problem in that economic profit generation does not increase significantly, and the growth or harvest of silkworms is not properly achieved due to the inability to properly control the environment and diseases and pests that occur in cultivated silkworms.
한편, 센서와 네트워크 기반의 스마트 농업생산 시스템으로 농작물의 생장, 생육 단계부터 온도, 습도 및 이산화탄소(CO2) 등의 정보 관리에 기초해 최적의 환경을 조성하고, 병충해 등의 피해를 방지할 수 있도록 IoT(Internet Of Things)와 연계한 다양한 농산물 재배 시스템이 개발되었다.Meanwhile, a smart agricultural production system based on sensors and networks can create an optimal environment based on information management such as temperature, humidity, and carbon dioxide (CO 2 ) from the growth stage of crops and prevent damage such as pests and diseases. To this end, various agricultural product cultivation systems linked to IoT (Internet of Things) have been developed.
최근 들어, IoT와 연계한 농작물 재배 시스템은 재배시설물 내의 온도 및 습도를 측정하여 표시하고, 카메라, 펌프, 각종 밸브, 전열기구, 조명기구 등을 제어할 수 있도록 한 제어기를 이용하여 원격에서 재배시설물을 모니터링하면서 농작물을 재배하는 것으로서, 최소의 노동력을 통해 다수의 재배시설물을 관리함에 따라 농업 경쟁력을 향상시킬 수 있는 기술로 꼽히고 있으며, 이를 이용한 다양한 제어 기술을 연구하고 있다.Recently, the crop cultivation system linked to IoT measures and displays the temperature and humidity within the cultivation facility and remotely controls the cultivation facility using a controller that can control cameras, pumps, various valves, electric heaters, lighting equipment, etc. It grows crops while monitoring, and is considered a technology that can improve agricultural competitiveness by managing a large number of cultivation facilities with minimal labor, and various control technologies using this are being studied.
본 발명과 관련된 선행기술로서, 공개특허 제10-2020-0031966호(발명의 명칭: 컨테이너를 활용한 전통양잠 팩토리 시스템, 공개일자: 2020년 03월25일) 등이 개시된바 있다.As prior art related to the present invention, Publication Patent No. 10-2020-0031966 (title of the invention: Traditional sericulture factory system using containers, publication date: March 25, 2020) has been disclosed.
본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 센서 모듈 및 열화상 카메라 모듈이 무선으로 연결되는 WSN을 구성함으로써, 애기 누에부터 홍잠(실크를 뽑기 직전의 누에)까지 누에 생육에 대한 온도, 습도, 기류, 이산화탄소, 유해가스 등을 수집 및 분석하고, 실시간 모니터링하는 환경을 조성할 수 있고, WSN을 활용해 애누애 잠실, 큰누에 잠실에서 수집한 환경 정보 및 누에 생육, 누에 무게, 열 영상을 분석 및 처리하여 빅데이터를 구축함으로써, 최적의 표준 데이터를 정립하고, 나아가 양잠 농업의 빅데이터를 통해 장소와 시간에 상관없이 공유, 활용, 관리를 통해 국내 누에/홍잠 식품의 품질개선, 품질 균등화, 순도 향상 등을 달성할 수 있으며, 환경 정보 및 열 영상의 분석 결과를 이용해 잠실의 온도, 습도 및 환기 조절 장치를 제어함으로써, 잠실 운영을 자동화하여 양잠 농업 경쟁력을 향상시킬 수 있는, 스마트 양잠 농업 빅데이터 구축 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention was proposed to solve the above-mentioned problems of previously proposed methods, by constructing a WSN in which a sensor module and a thermal imaging camera module are wirelessly connected, from baby silkworms to red silkworms (silkworms just before silk extraction). It is possible to collect and analyze temperature, humidity, airflow, carbon dioxide, harmful gases, etc. for silkworm growth, and create a real-time monitoring environment. By using WSN, environmental information and silkworm information collected from Anuae Jamsil and Big Silkworm Jamsil can be collected and analyzed. By constructing big data by analyzing and processing growth, silkworm weight, and thermal images, we establish optimal standard data and further share, utilize, and manage domestic silkworms/silkworms regardless of location and time through big data in sericulture agriculture. It is possible to improve the quality of red jam food, equalize quality, and improve purity. By controlling the temperature, humidity, and ventilation control device of the silkworm using the analysis results of environmental information and thermal images, it automates the operation of the silkworm and improves the competitiveness of sericulture agriculture. The purpose is to provide a smart sericulture agricultural big data construction system that can be improved.
또한, 본 발명은, 열 영상을 분석해 정상 누에와 비정상 누에를 식별하되, 열 영상에 촬영된 누에의 온도 차이를 사용해 비정상 누에를 식별함으로써, 잠실에서 생육 중인 누에의 건강상태를 자동으로 파악하고, 비정상 누에의 위치를 관리자가 쉽게 파악해 신속하게 적절한 조처를 할 수 있는, 스마트 양잠 농업 빅데이터 구축 시스템을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, the present invention analyzes thermal images to identify normal silkworms and abnormal silkworms, and uses the temperature difference between silkworms captured in thermal images to identify abnormal silkworms, thereby automatically determining the health status of silkworms growing in a room, Another purpose is to provide a smart sericulture agricultural big data construction system that allows managers to easily identify the location of abnormal silkworms and quickly take appropriate measures.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 스마트 양잠 농업 빅데이터 구축 시스템은,The smart sericulture agricultural big data construction system according to the characteristics of the present invention to achieve the above purpose is,
스마트 양잠 농업 빅데이터 구축 시스템으로서,As a smart sericulture agricultural big data construction system,
잠실의 내부, 외부 및 누에 생육 구역에 설치되어 온도, 습도 및 이산화탄소 농도를 포함하는 환경 정보를 획득하는 센서 모듈과, 누에의 열 영상을 획득하는 열화상 카메라 모듈을 포함하는 센서부;A sensor unit installed inside, outside, and in the silkworm growth area of Jamsil and including a sensor module that acquires environmental information including temperature, humidity, and carbon dioxide concentration, and a thermal imaging camera module that acquires thermal images of the silkworms;
상기 센서부를 통해 상기 환경 정보 및 열 영상을 실시간으로 수집하는 데이터 수집부;a data collection unit that collects the environmental information and thermal images in real time through the sensor unit;
상기 데이터 수집부에서 수집한 환경 정보 및 열 영상을 분석 및 처리하여 빅데이터를 구축하는 빅데이터 구축부; 및A big data construction unit that constructs big data by analyzing and processing environmental information and thermal images collected by the data collection unit; and
상기 빅데이터 구축부에서 분석 및 처리된 결과에 따라 상기 잠실의 온도, 습도 및 환기 조절 장치를 제어하며, 제어 히스토리를 저장 관리하고 관리자 단말기로 출력하는 통합 관리부를 포함하며,An integrated management unit controls the temperature, humidity, and ventilation control device of the room according to the results analyzed and processed by the big data construction unit, and stores and manages control history and outputs it to an administrator terminal,
상기 빅데이터 구축부는,The big data construction department,
상기 데이터 수집부에서 수집된 상기 환경 정보 및 열 영상에서 노이즈를 제거하고 보정 처리하는 데이터 처리 모듈;a data processing module that removes noise from the environmental information and thermal images collected by the data collection unit and performs correction processing;
상기 데이터 처리 모듈에서 처리된 환경 정보를 누에 생육을 위한 기준값과 비교해, 누에 생육환경을 상기 기준값으로 유지하기 위한 제어 신호를 상기 통합 관리부에 전송하는 환경 분석 모듈;an environmental analysis module that compares the environmental information processed by the data processing module with a reference value for silkworm growth and transmits a control signal to the integrated management unit to maintain the silkworm growth environment at the reference value;
상기 데이터 처리 모듈에서 처리된 열 영상을 분석해 정상 누에와 비정상 누에를 식별하되, 비정상 누에는 정상 누에보다 온도가 낮은 것을 이용해, 상기 열 영상에 촬영된 누에의 온도 차이를 사용해 비정상 누에를 식별하는 영상 분석 모듈;The thermal image processed in the data processing module is analyzed to identify normal silkworms and abnormal silkworms, but abnormal silkworms have a lower temperature than normal silkworms, and the temperature difference between silkworms captured in the thermal image is used to identify abnormal silkworms. analysis module;
상기 영상 분석 모듈에서 식별된 비정상 누에의 위치를 상기 통합 관리부에 전달하는 식별 결과 제공 모듈; 및An identification result providing module that transmits the location of the abnormal silkworm identified in the image analysis module to the integrated management unit; and
상기 데이터 처리 모듈에서 처리된 환경 정보 및 열 영상을 저장 및 관리하는 빅데이터 저장 모듈을 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.Its structural feature includes a big data storage module that stores and manages environmental information and thermal images processed in the data processing module.
바람직하게는, 상기 센서부는,Preferably, the sensor unit,
상기 센서 모듈 및 열화상 카메라 모듈이 무선으로 연결되어 무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Network, WSN)를 구성할 수 있다.The sensor module and the thermal imaging camera module can be wirelessly connected to form a wireless sensor network (Wireless Sensor Network, WSN).
더욱 바람직하게는, 상기 센서 모듈은,More preferably, the sensor module,
잠실의 외부에 설치되어 온도 및 습도를 측정하는 외부 센서 노드; 및An external sensor node installed outside Jamsil to measure temperature and humidity; and
잠실의 내부에 설치되어 온도, 습도, 이산화탄소 농도 및 유해가스를 측정하는 내부 센서 노드를 포함할 수 있다.It may be installed inside Jamsil and include an internal sensor node that measures temperature, humidity, carbon dioxide concentration, and harmful gases.
더더욱 바람직하게는, 상기 센서 모듈은,Even more preferably, the sensor module,
누에 생육 구역에 설치되어 누에의 온도, 누에의 각 령별 생육상태, 누에의 무게, 상기 누에 생육 구역의 pH, 소리 및 토양 정보를 포함하는 누에 생육 상태 정보를 측정하는 생육 센서 노드를 더 포함할 수 있다.It may further include a growth sensor node installed in the silkworm growth area to measure silkworm growth status information, including the temperature of the silkworm, the growth state of each stage of the silkworm, the weight of the silkworm, the pH of the silkworm growth area, sound, and soil information. there is.
바람직하게는, 상기 통합 관리부는,Preferably, the integrated management unit:
상기 빅데이터 구축부에서 분석 및 처리된 결과의 모니터링을 지원하며, 상기 식별 결과 제공 모듈에서 전달받은 비정상 누에의 위치를 상기 관리자 단말기로 출력할 수 있다.It supports monitoring of the results analyzed and processed by the big data construction unit, and the location of the abnormal silkworm received from the identification result providing module can be output to the administrator terminal.
바람직하게는, 상기 데이터 처리 모듈은,Preferably, the data processing module:
서로 다른 양잠 농장 및 잠실에서 수집된 환경 정보 및 열 영상을 보정 처리 및 변환하여 통일된 규격으로 전환할 수 있다.Environmental information and thermal images collected from different sericulture farms and dams can be corrected and converted into a unified standard.
더욱 바람직하게는, 상기 데이터 처리 모듈은,More preferably, the data processing module,
글로벌 포털의 딥러닝 서비스를 이용한 학습이 가능하도록, 딥러닝 서비스 규격으로 변환하여 상기 빅데이터 저장 모듈에 저장할 수 있다.To enable learning using the global portal's deep learning service, it can be converted to deep learning service standards and stored in the big data storage module.
바람직하게는, 상기 빅데이터 저장 모듈은,Preferably, the big data storage module,
상기 환경 분석 모듈의 비교 결과 및 제어 신호, 상기 영상 분석 모듈의 식별 결과를 상기 데이터 처리 모듈에서 처리된 환경 정보 및 열 영상과 연동해 저장하며, 상기 통합 관리부에 의한 제어 히스토리를 연동 저장 관리하되, 양잠 농장 및 잠실별로 저장 관리할 수 있다.The comparison results and control signals of the environmental analysis module, and the identification results of the image analysis module are stored in conjunction with environmental information and thermal images processed by the data processing module, and the control history by the integrated management unit is linked and stored, It can be stored and managed by sericulture farm and dam room.
본 발명에서 제안하고 있는 스마트 양잠 농업 빅데이터 구축 시스템에 따르면, 센서 모듈 및 열화상 카메라 모듈이 무선으로 연결되는 WSN을 구성함으로써, 애기 누에부터 홍잠(실크를 뽑기 직전의 누에)까지 누에 생육에 대한 온도, 습도, 기류, 이산화탄소, 유해가스 등을 수집 및 분석하고, 실시간 모니터링하는 환경을 조성할 수 있고, WSN을 활용해 애누애 잠실, 큰누에 잠실에서 수집한 환경 정보 및 누에 생육, 누에 무게, 열 영상을 분석 및 처리하여 빅데이터를 구축함으로써, 최적의 표준 데이터를 정립하고, 나아가 양잠 농업의 빅데이터를 통해 장소와 시간에 상관없이 공유, 활용, 관리를 통해 국내 누에/홍잠 식품의 품질개선, 품질 균등화, 순도 향상 등을 달성할 수 있으며, 환경 정보 및 열 영상의 분석 결과를 이용해 잠실의 온도, 습도 및 환기 조절 장치를 제어함으로써, 잠실 운영을 자동화하여 양잠 농업 경쟁력을 향상시킬 수 있다.According to the smart sericulture agricultural big data construction system proposed in the present invention, by constructing a WSN where sensor modules and thermal imaging camera modules are wirelessly connected, silkworm growth is monitored from baby silkworms to red silkworms (silkworms just before silk extraction). Temperature, humidity, airflow, carbon dioxide, harmful gases, etc. can be collected and analyzed, and an environment for real-time monitoring can be created. Using WSN, environmental information collected from Anuae Jamsil and Big Silkworm Jamsil, silkworm growth, silkworm weight, By analyzing and processing thermal images to build big data, we establish optimal standard data and further improve the quality of domestic silkworm/red silkworm food through sharing, utilization, and management regardless of place and time through big data in sericulture agriculture. , quality equalization, purity improvement, etc. can be achieved, and by controlling the temperature, humidity, and ventilation control device of the dam using environmental information and thermal image analysis results, the competitiveness of sericulture agriculture can be improved by automating the operation of the dam.
또한, 본 발명에서 제안하고 있는 스마트 양잠 농업 빅데이터 구축 시스템에 따르면, 열 영상을 분석해 정상 누에와 비정상 누에를 식별하되, 열 영상에 촬영된 누에의 온도 차이를 사용해 비정상 누에를 식별함으로써, 잠실에서 생육 중인 누에의 건강상태를 자동으로 파악하고, 비정상 누에의 위치를 관리자가 쉽게 파악해 신속하게 적절한 조처를 할 수 있다.In addition, according to the smart sericulture agricultural big data construction system proposed in the present invention, thermal images are analyzed to identify normal and abnormal silkworms, and abnormal silkworms are identified using the temperature difference between silkworms captured in the thermal images. The health status of growing silkworms can be automatically determined, and managers can easily identify the location of abnormal silkworms and take appropriate measures quickly.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 양잠 농업 빅데이터 구축 시스템의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 양잠 농업 빅데이터 구축 시스템의 전체 잠실 구성도를 예를 들어 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 양잠 농업 빅데이터 구축 시스템에서, 센서부의 세부적인 구성을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 양잠 농업 빅데이터 구축 시스템에서, 빅데이터 구축부의 세부적인 구성을 도시한 도면.
도 5는 누에 사육 구역의 온도 변화에 따른 누에 체온 변화를 나타낸 도면.
도 6은 누에 사육 구역의 습도 변화에 따른 누에식하량을 나타낸 도면.
도 7은 누에 사육 구역의 이산화탄소 농도 변화에 따른 누에 폐사량을 나타낸 도면.
도 8은 실험을 위해 정상 누에, 고치, 비정상누에를 배치한 사진.
도 9는 열화상 카메라 모듈에서 촬영된 열 영상을 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 양잠 농업 빅데이터 구축 시스템에서, 열화상 카메라 모듈에서 촬영된 누에 군집의 열 영상을 나타낸 도면.Figure 1 is a diagram showing the configuration of a smart sericulture agricultural big data construction system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram illustrating, as an example, the overall configuration of a smart sericulture agricultural big data construction system according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram showing the detailed configuration of the sensor unit in the smart sericulture big data construction system according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram showing the detailed configuration of the big data construction unit in the smart sericulture big data construction system according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram showing changes in silkworm body temperature according to temperature changes in the silkworm rearing area.
Figure 6 is a diagram showing the amount of silkworm planting according to changes in humidity in the silkworm rearing area.
Figure 7 is a diagram showing silkworm mortality according to changes in carbon dioxide concentration in the silkworm rearing area.
Figure 8 is a photo of normal silkworms, cocoons, and abnormal silkworms arranged for the experiment.
Figure 9 is a diagram showing a thermal image captured by a thermal imaging camera module.
Figure 10 is a diagram showing a thermal image of a silkworm colony captured by a thermal imaging camera module in a smart sericulture agricultural big data construction system according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, preferred embodiments will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice the present invention. However, when describing preferred embodiments of the present invention in detail, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, the same symbols are used throughout the drawings for parts that perform similar functions and actions.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’ 되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’ 되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’ 되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’ 한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.Additionally, throughout the specification, when a part is said to be 'connected' to another part, this is not only the case when it is 'directly connected', but also when it is 'indirectly connected' with another element in between. Includes. Additionally, ‘including’ a certain component does not mean excluding other components, but rather including other components, unless specifically stated to the contrary.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 양잠 농업 빅데이터 구축 시스템의 구성을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 양잠 농업 빅데이터 구축 시스템은, 센서부(100), 데이터 수집부(200), 빅데이터 구축부(300) 및 통합 관리부(400)를 포함하여 구성될 수 있다.Figure 1 is a diagram showing the configuration of a smart sericulture agricultural big data construction system according to an embodiment of the present invention. As shown in Figure 1, the smart sericulture agricultural big data construction system according to an embodiment of the present invention includes a
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 양잠 농업 빅데이터 구축 시스템은, 센서부(100)의 센서 모듈(110) 및 열화상 카메라 모듈(120)이 무선으로 연결되는 WSN을 구성하고, 데이터 수집부(200)가 WSN으로부터 환경 정보 및 열 영상을 수집하여, 빅데이터 구축부(300)가 분석 및 처리해 빅데이터를 구축할 수 있다. 또한, 통합 관리부(400)가 환경 정보 및 열 영상의 분석 결과를 이용해 잠실의 온도, 습도 및 환기 조절 장치를 제어할 수 있다.In other words, the smart sericulture agricultural big data construction system according to an embodiment of the present invention configures a WSN in which the
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 양잠 농업 빅데이터 구축 시스템의 전체 잠실 구성도를 예를 들어 도시한 도면이다. 도 2에는 유휴 하우스를 활용한 잠실이 도시되었으나, 전통 잠실, 컨테이너 잠실 등 구체적인 형태와 관계없이 다양한 형태의 잠실에 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 양잠 농업 빅데이터 구축 시스템을 구축할 수 있다.Figure 2 is a diagram illustrating, as an example, the overall configuration of the smart sericulture big data construction system according to an embodiment of the present invention. In Figure 2, a damsil using an idle house is shown, but a smart sericulture agricultural big data construction system according to an embodiment of the present invention can be built in various types of damsil, regardless of the specific form, such as a traditional damsil or a container damsil.
이하에서는, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 양잠 농업 빅데이터 구축 시스템의 각 구성에 대해 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 1 and 2, each configuration of the smart sericulture big data construction system according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
센서부(100)는, 잠실의 내부, 외부 및 누에 생육 구역에 설치되어 온도, 습도 및 이산화탄소 농도를 포함하는 환경 정보를 획득하는 센서 모듈(110)과, 누에의 열 영상을 획득하는 열화상 카메라 모듈(120)을 포함할 수 있다.The
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 양잠 농업 빅데이터 구축 시스템에서, 센서부(100)의 세부적인 구성을 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 양잠 농업 빅데이터 구축 시스템의 센서부(100)는, 외부 센서 노드(111), 내부 센서 노드(112) 및 생육 센서 노드(113)를 포함하는 센서 모듈(110)과 열화상 카메라 모듈(120)을 포함하여 구성될 수 있다.Figure 3 is a diagram showing the detailed configuration of the
여기서, 센서부(100)는, 센서 모듈(110) 및 열화상 카메라 모듈(120)이 무선으로 연결되어 무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Network, WSN)를 구성할 수 있다. WSN은 센서 노드(Sensor Node)와 이를 수집해 외부로 내보내는 싱크 노드(Sink Node)로 구성된 네트워크로서, 센서로 감지할 수 있고 수집된 정보를 가공하는 프로세서가 달려 있으며, 이를 전송하는 소형 무선 송수신 장치가 달린 네트워크 시스템을 의미할 수 있다.Here, the
실시예에 따라서, WSN은 아두이노 보드를 활용해 구축될 수 있으며, 파이선(Python) 등 프로그래밍 언어를 사용해 센서 네트워크를 구축할 수 있다면 아두이노 보드 이외에도 다양한 보드가 사용될 수 있다.Depending on the embodiment, a WSN can be built using an Arduino board, and if a sensor network can be built using a programming language such as Python, a variety of boards other than the Arduino board can be used.
이하에서는, 센서부(100)를 구성하는 각 구성요소에 대해 상세히 설명하도록 한다.Below, each component constituting the
센서 모듈(110)은, 잠실의 내부, 외부 및 누에 생육 구역에 설치되어 온도, 습도 및 이산화탄소 농도를 포함하는 환경 정보를 획득할 수 있다. 보다 구체적으로, 센서 모듈(110)은, 잠실의 외부에 설치되어 온도 및 습도를 측정하는 외부 센서 노드(111) 및 잠실의 내부에 설치되어 온도, 습도, 이산화탄소 농도 및 유해가스를 측정하는 내부 센서 노드(112)를 포함하여 구성될 수 있으며, 누에 생육 구역에 설치되어 누에의 온도, 누에의 각 령별 생육상태, 누에의 무게, 누에 생육 구역의 pH, 소리 및 토양 정보를 포함하는 누에 생육 상태 정보를 측정하는 생육 센서 노드(113)를 더 포함하여 구성될 수 있다.The
즉, 센서 모듈(110)은 온도(외부표준, 잠실내부, 누에), 습도(외부표준, 잠실내부), 이산화탄소 농도(잠실내부), 유해가스(잠실내부), 생육상태(누에 각 령별), 무게(누에), 병징, 질병, PH(산도), 소리(주파수) 등의 환경 정보를 센서 노드를 통해 획득할 수 있다.That is, the
열화상 카메라 모듈(120)은, 누에의 열 영상을 획득할 수 있다. 열화상 카메라는 열을 이용하여 촬영하는 카메라로서, 사람의 눈이 보는 것과 유사한 모습을 담아내는 일반 카메라와는 달리 오직 열을 이용해서 촬영하는 특수 장비이다. 열화상 카메라는 열을 어느 정도 내는지에 따라서 화면을 보여주는데, 열화상 카메라 모듈(120)을 누에 생육 구역에 설치하여 누에의 열 영상을 획득할 수 있다.The thermal
데이터 수집부(200)는, 센서부(100)를 통해 환경 정보 및 열 영상을 실시간으로 수집할 수 있다. 즉, WSN과 유무선 연결되어 센서 모듈(110) 및 열화상 카메라 모듈(120)에서 획득된 여러 가지 데이터를 수집할 수 있다.The
빅데이터 구축부(300)는, 데이터 수집부(200)에서 수집한 환경 정보 및 열 영상을 분석 및 처리하여 빅데이터를 구축할 수 있다. 즉, 빅데이터 구축부(300)는, 환경 정보 및 열 영상을 디지털 전환하며, 데이터를 실시간 수집, 분석, 처리, 시각화하여 빅데이터로 발전시킬 수 있다. 빅데이터 구축부(300)의 세부적인 구성에 대해서는 추후 도 4를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.The big
통합 관리부(400)는, 빅데이터 구축부(300)에서 분석 및 처리된 결과에 따라 잠실의 온도, 습도 및 환기 조절 장치를 제어하며, 제어 히스토리를 저장 관리하고 관리자 단말기로 출력할 수 있다. 즉, 통합 관리부(400)는, 잠실 내의 온도를 제어하는 온도 제어 장치, 스프링클러나 관수 장치를 이용해 습도를 제어하는 습도 제어 장치, 팬 등 환기 장치를 제어하는 환기 조절 장치를 이용해, 온도, 습도, 기류 등이 일정하게 유지되도록 제어할 수 있다.The
특히, 통합 관리부(400)는, 빅데이터 구축부(300)에서 분석 및 처리된 결과의 모니터링을 지원할 수 있다. 보다 구체적으로, 빅데이터 구축부(300)에 저장된 데이터를 시각화해 텍스트, 표, 그래프, 이미지, 동영상 등으로 제공함으로써, 관리자가 통합 관리부(400)를 통해 누에의 생육상태 및 잠실 관리 상태를 원격지에서 모니터링 가능하도록 할 수 있다. 또한, 관리자가 사용하는 전자 장치(관리자 단말기)와 연동하여, 모니터링 데이터를 출력하고 관리자의 체크가 필요한 사항을 알람이나 메시지 등으로 알려줄 수 있다.In particular, the
여기서, 전자 장치는 스마트폰, 태블릿(tablet) PC(personal computer), 이동 전화기, 영상 전화기, 전자책 리더기, 데스크탑(desktop) PC, 랩탑(laptop) PC, 넷북(netbook) 컴퓨터, 워크스테이션(workstation), 서버(server), PDA(personal digital assistant), 미디어 박스, 게임 콘솔, 전자사전 또는 웨어러블 장치(wearable device) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 웨어러블 장치는 액세서리형(예: 시계, 반지, 팔찌, 발찌, 목걸이, 안경, 콘택트렌즈, 또는 머리착용형 장치(HMD, head-mounted-device), 직물 또는 의류 일체형(예: 전자 의복), 신체 부착형(예: 스킨 패드(skin pad) 또는 문신), 또는 생체 이식형 회로(implantable circuit) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지는 않으며, 전술한 다양한 장치 중 둘 이상의 조합일 수 있다.Here, the electronic devices include smartphones, tablet personal computers, mobile phones, video phones, e-book readers, desktop PCs, laptop PCs, netbook computers, and workstations. ), a server, a personal digital assistant (PDA), a media box, a game console, an electronic dictionary, or a wearable device. The wearable device may be an accessory type (e.g., a watch, a ring, Bracelets, anklets, necklaces, glasses, contact lenses, or head-mounted-devices (HMDs), fabric or clothing-integrated (e.g. electronic garments), body-worn (e.g. skin pads or tattoo), or an implantable circuit. In various embodiments, the electronic device is not limited to the above-described devices and may be a combination of two or more of the various devices described above. there is.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 양잠 농업 빅데이터 구축 시스템에서, 빅데이터 구축부(300)의 세부적인 구성을 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 양잠 농업 빅데이터 구축 시스템의 빅데이터 구축부(300)는, 데이터 처리 모듈(310), 환경 분석 모듈(320), 영상 분석 모듈(330), 식별 결과 제공 모듈(340) 및 빅데이터 저장 모듈(350)을 포함하여 구성될 수 있다.Figure 4 is a diagram showing the detailed configuration of the big
데이터 처리 모듈(310)은, 데이터 수집부(200)에서 수집된 환경 정보 및 열 영상에서 노이즈를 제거하고 보정 처리할 수 있다. 보다 구체적으로, 데이터 처리 모듈(310)은, 서로 다른 양잠 농장 및 잠실에서 수집된 환경 정보 및 열 영상을 보정 처리 및 변환하여 통일된 규격으로 전환할 수 있다. 즉, 서로 다른 양잠 농장과 잠실에서 수집된 데이터는 잠실이나 센서의 특성 등에 따라 특유의 노이즈가 포함될 수 있고 서로 다른 규격을 가질 수 있다. 데이터 처리 모듈(310)은, 이러한 데이터를 보정 처리 및 변환해 통일시켜 빅데이터로서 체계화할 수 있다.The
또한, 데이터 처리 모듈(310)은, 글로벌 포털의 딥러닝 서비스를 이용한 학습이 가능하도록, 딥러닝 서비스 규격으로 변환하여 빅데이터 저장 모듈(350)에 저장할 수 있다. 보다 구체적으로, 데이터 처리 모듈(310)은, 환경 정보 및 열 영상을 데이터 운영 소프트웨어를 통해 구글, 페이스북, 아마존, 다음, 네이버 등과 같은 포털에서 제공하는 딥러닝 서비스의 이용이 가능하도록 처리 및 변환할 수 있으며, 글로벌 포털의 빅데이터 서비스에서 제공하는 상용소프트웨어를 사용해 처리할 수도 있다.Additionally, the
환경 분석 모듈(320)은, 데이터 처리 모듈(310)에서 처리된 환경 정보를 누에 생육을 위한 기준값과 비교해, 누에 생육환경을 기준값으로 유지하기 위한 제어 신호를 통합 관리부(400)에 전송할 수 있다.The
누에 생육을 위한 기준값 설정을 위해 환경에 따른 누에 생육 실험을 수행하였다. 누에 사육은 2020년 봄에 하였다. 누에 알까기는 온도 15-26℃, 습도 75-80%, 광주기는 1일 16시간 밝게, 8시간 어둡게 하였다. 그 외 누에 사육은 잠업시험연구사업 지침서(농촌진흥청, 2010)에 준하여 1-3령은 온도 25-26℃, 습도 75-80%로 방 건지 덮어 키우기로 하였고, 4-5령은 온도 23-24℃, 습도 65-75%로 잠박치기를 하였다. 각령의 뽕은 1일 3회 주었고, 시험구 배치는 사육실 33㎡에서 각 2,000마리씩 5회 반복 사육하였다.In order to set standard values for silkworm growth, silkworm growth experiments depending on the environment were performed. Silkworm rearing was conducted in the spring of 2020. Silkworm eggs were grown at a temperature of 15-26℃, humidity of 75-80%, and photoperiod of 16 hours of light and 8 hours of darkness per day. In addition, in accordance with the Silkworm Research Project Guidelines (Rural Development Administration, 2010), the 1st to 3rd instars were to be raised in a covered room at a temperature of 25-26℃ and humidity of 75-80%, and the 4th to 5th instars were to be raised at a temperature of 23-23℃. Sleeping was performed at 24°C and humidity of 65-75%. Mulberries of each age were given 3 times a day, and the test group placement was repeated 5 times with 2,000 animals each in a 33㎡ breeding room.
먼저, 온도에 따른 변화 조사를 위해, 시험구별 누에 10마리씩 3 반복으로 표준누에사육법에 의거 사육하여 누에 3~5령까지 온도별 누에체온을 열화상 카메라로 접촉식 온도계를 사용하였을 경우 발생할 수 있는 오차를 최소화하여 측정하였고, 각 령의 2일 차에 잠실 대기 온도와 누에체온을 측정한 후 차이를 계산하였다.First, to investigate changes according to temperature, 10 silkworms per test group were reared according to the standard silkworm rearing method in three repetitions, and the body temperature of the silkworms was measured at each temperature from the 3rd to the 5th instar to determine the temperature that could occur if a contact thermometer was used with a thermal imaging camera. Measurements were made by minimizing errors, and the air temperature in Jamsil and the silkworm body temperature were measured on the second day of each instar and the difference was calculated.
도 5는 누에 사육 구역의 온도 변화에 따른 누에 체온 변화를 나타낸 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 3령에서는 20℃, 23℃, 26℃, 29℃ 대기 온도에 비하여 각각 -0.2℃, -0.4℃, -0.3℃, -0.3℃의 편차를 보였고, 4령에서는 20℃, 23℃, 26℃, 29℃ 대기 온도에 비하여 각각 -0.3℃, -0.5℃, -0.4℃, -0.3℃의 편차를 보였지만, 5령에서는 20℃, 23℃, 26℃, 29℃ 대기 온도에서 각각 0.5℃, 0.6℃, 0.9℃, 1.1℃의 편차를 보였다. 3~4령까지는 외부 온도에 비해 0.2~0.5℃ 낮았지만, 5령에서는 오히려 0.5~1.1℃ 높은 체온을 보였다. 이는 5령에서의 왕성한 먹이 활동과 소화 활동에 의해서라고 볼 수 있으며, 건강하게 사육하기 위해서 령이 증가할수록 관리온도가 낮아지게 관리해야 함을 파악할 수 있다.Figure 5 is a diagram showing changes in silkworm body temperature according to temperature changes in the silkworm rearing area. As shown in Figure 5, in the 3rd instar, there were deviations of -0.2℃, -0.4℃, -0.3℃, and -0.3℃, respectively, compared to the air temperature of 20℃, 23℃, 26℃, and 29℃, and in the 4th instar, Compared to the air temperature of 20℃, 23℃, 26℃, and 29℃, there were deviations of -0.3℃, -0.5℃, -0.4℃, and -0.3℃, respectively, but in the 5th instar, the temperatures were 20℃, 23℃, 26℃, and 29℃. The air temperature showed deviations of 0.5℃, 0.6℃, 0.9℃, and 1.1℃, respectively. The body temperature was 0.2 to 0.5°C lower than the external temperature in the 3rd and 4th instars, but the body temperature was 0.5 to 1.1°C higher in the 5th instar. This can be seen as due to the vigorous feeding and digestion activities at the 5th instar, and it can be seen that in order to raise them healthily, the management temperature must be lowered as the instar increases.
이와 같은 실험 결과에 기초하여, 온도의 기준값은 누에의 령이 증가할수록 낮아지도록 설정할 수 있다.Based on these experimental results, the reference value of temperature can be set to decrease as the age of the silkworm increases.
다음으로, 습도에 따른 변화 조사를 위해, 누에 1000마리를 표준누에사육법에 의거 사육하여 누에 3~5령까지 40~80% 습도 구간별로 3령에서는 1㎏, 4령 3㎏, 5령 20㎏을 급상하여 누에가 뽕잎을 먹는 양을 조사한 다음 급상량 대비 먹은 양 비율을 조사하여 최적 령별 최적 습도를 파악하였다.Next, to investigate changes due to humidity, 1,000 silkworms were reared according to the standard silkworm rearing method and raised at 40-80% humidity from 3rd to 5th instar. 1kg for the 3rd instar, 3kg for the 4th instar, and 20kg for the 5th instar. The amount of mulberry leaves eaten by silkworms was investigated by rapidly raising the water, and then the ratio of the amount eaten compared to the amount fed was investigated to determine the optimal humidity by optimal age.
도 6은 누에 사육 구역의 습도 변화에 따른 누에식하량을 나타낸 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 3령에서는 습도 70%에서 먹은 비율이 41.8%로 우수했고, 4령에서는 습도 60~80%에서 먹은 비율이 45% 내외로 비슷하였지만, 5령에서는 습도 70%에서 먹는 비율이 56%로 가장 높게 나왔다. 이는 습도와 뽕잎의 수분함량과의 관계로 볼 때 뽕잎을 절단하여 주는 것과 가지 뽕으로 주는 방식 등에 의해서 차이가 날 수 있다. 하지만 대체로 실내습도는 뽕잎의 수분 함량변화에 영향을 주어 누에가 먹이 활동 하는 것에 관여하는 주요 요인임을 도 6으로부터 파악할 수 있다.Figure 6 is a diagram showing the amount of silkworm planting according to changes in humidity in the silkworm rearing area. As shown in Figure 6, in the 3rd instar, the eating rate was excellent at 41.8% at 70% humidity, and in the 4th instar, the eating rate was similar at around 45% at 60-80% humidity, but in the 5th instar, the eating rate was 41.8% at 70% humidity. The eating rate was the highest at 56%. Considering the relationship between humidity and the moisture content of the mulberry leaves, there may be differences depending on whether the mulberry leaves are cut or given as eggplant mulberries. However, it can be seen from Figure 6 that in general, indoor humidity is a major factor involved in feeding activities of silkworms by affecting changes in the moisture content of mulberry leaves.
이와 같은 실험 결과에 기초하여, 습도의 기준값은 70%로 설정할 수 있다.Based on these experimental results, the standard value of humidity can be set to 70%.
다음으로, 이산화탄소 농도에 따른 변화 조사를 위해, 200~2,500ppm까지 500ppm씩 5구간을 나누어 CO2 농도별로 누에 1,000마리씩 표준누에사육법에 의거 번데기 시기까지 사육하여 누에가 죽는 비율을 조사하였다. 평균 대기 중 CO2 농도가 340~450ppm인 것을 고려하여 실내에서 환기가 불량했을 경우 누에에게 어떤 영향을 주는 것에 대한 것과 환경제어의 기본값을 알기 위하여 실험을 실시하였다.Next, to investigate changes according to carbon dioxide concentration, 1,000 silkworms for each CO 2 concentration were divided into 5 sections of 500 ppm from 200 to 2,500 ppm and reared until the pupal stage according to the standard silkworm rearing method, and the death rate of silkworms was investigated. Considering that the average atmospheric CO2 concentration is 340-450ppm, an experiment was conducted to determine the effect on silkworms when indoor ventilation is poor and the basic environmental control values.
도 7은 누에 사육 구역의 이산화탄소 농도 변화에 따른 누에 폐사량을 나타낸 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, CO2의 농도가 올라갈수록 페사율도 함께 올라가는데 특히 1,500ppm 이상일 경우 급격히 폐사율이 높아짐을 알 수 있었다. CO2는 사육밀도와 밀접한 관련이 있는데, 누에의 사육밀도를 높일수록 일정 면적당 CO2 농도도 함께 올라간다. 누에를 CO2가 많은 공간에서 사육하게 되면 고름병이 유발되며 특히 3령 기보다 4~5령 기에 많은 장애가 발생한다. 따라서 사육밀도를 높이면서 사육할 경우 경제적 손실을 최소화하면서 사육할 수 있는 잠실 내 CO2 환경제어조건은 1,000ppm 내외로 환기를 관리할 경우 누에를 밀도를 높이면서 건강하게 키울 수 있다는 것을 알 수 있다.Figure 7 is a diagram showing silkworm mortality according to changes in carbon dioxide concentration in the silkworm rearing area. As shown in Figure 7, as the concentration of CO 2 increases, the mortality rate also increases. In particular, when it is above 1,500 ppm, the mortality rate increases rapidly. CO 2 is closely related to rearing density. As the rearing density of silkworms increases, the CO 2 concentration per certain area also increases. When silkworms are raised in a space with a lot of CO 2 , pus disease occurs, and more disorders occur in the 4th to 5th instar stage than in the 3rd instar stage. Therefore, it can be seen that silkworms can be raised healthily while increasing the density if ventilation is managed to around 1,000 ppm in CO 2 environmental control conditions in Jamsil, which allows breeding while minimizing economic loss. .
이와 같은 실험 결과에 기초하여, CO2 농도의 기준값은 1,000ppm 내외로 설정할 수 있다.Based on these experimental results, the standard value of CO 2 concentration can be set to around 1,000 ppm.
영상 분석 모듈(330)은, 데이터 처리 모듈(310)에서 처리된 열 영상을 분석해 정상 누에와 비정상 누에를 식별하되, 비정상 누에는 정상 누에보다 온도가 낮은 것을 이용해, 열 영상에 촬영된 누에의 온도 차이를 사용해 비정상 누에를 식별할 수 있다. 여기서, 비정상 누에는 죽거나 죽어가는 과정의 누에, 병잠 등을 의미하는 것으로서, 건강한 누에를 가리키는 정상 누에와 구분될 수 있다.The
도 8은 실험을 위해 정상 누에, 고치, 비정상 누에를 배치한 사진이고, 도 9는 열화상 카메라 모듈(120)에서 촬영된 열 영상을 나타낸 도면이다. 즉, 도 8과 같이 배치된 정상 누에, 고치, 비정상 누에를 열화상 카메라로 촬영하면, 도 9에 도시된 바와 같이 고치가 가장 온도가 높고, 그다음 정상 누에, 비정상 누에의 온도가 가장 낮음을 확인할 수 있다. 즉, 비정상 누에의 경우 정상 누에보다 상대적으로 낮은 온도 분포를 보이며 온도 분포가 고르지 않음을 확인할 수 있다. 이처럼 열 영상을 사용하면 도 8과 같이 육안으로는 뚜렷하게 구별할 수 없는 비정상 누에를 온도 분포를 통해 구별할 수 있다.Figure 8 is a photograph of normal silkworms, cocoons, and abnormal silkworms arranged for an experiment, and Figure 9 is a diagram showing a thermal image captured by the thermal
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 양잠 농업 빅데이터 구축 시스템에서, 열화상 카메라 모듈(120)에서 촬영된 누에 군집의 열 영상을 나타낸 도면이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 양잠 농업 빅데이터 구축 시스템에서는, 누에 생육 구역에서 군집으로 누에를 사육할 때에도 열 영상을 사용해 누에 군집 내에서 비정상 누에를 식별할 수 있다.Figure 10 is a diagram showing a thermal image of a silkworm colony captured by the thermal
한편, 영상 분석 모듈(330)은 이미지 처리(Image Processing) 기술을 사용하여 비정상 누에를 식별할 수 있으며, 보다 구체적으로는 딥러닝 기반의 이미지 처리 기술을 사용할 수 있다. 이때, 구글, 페이스북, 다음, 네이버 등 글로벌 포털에서 제공하는 딥러닝 서비스를 사용해 열 영상을 분석하여 비정상 누에를 식별할 수 있다.Meanwhile, the
이와 같이 비정상 누에를 식별하면, 식별된 비정상 누에의 위치, 개수 등을 파악하여 조기에 질병 피해를 예측할 수 있고, 비정상 누에를 분리하거나 환경 조절, 소독 등의 조처를 할 수 있다.By identifying abnormal silkworms in this way, disease damage can be predicted early by identifying the location and number of the identified abnormal silkworms, and measures such as separating the abnormal silkworms, environmental control, and disinfection can be taken.
식별 결과 제공 모듈(340)은, 영상 분석 모듈(330)에서 식별된 비정상 누에의 위치를 통합 관리부(400)에 전달할 수 있다. 통합 관리부(400)는, 식별 결과 제공 모듈(340)에서 전달받은 비정상 누에의 위치를 관리자 단말기로 출력할 수 있다. 따라서 관리자는 비정상 누에의 위치와 개수를 파악하고 신속하게 적절한 조처를 할 수 있다.The identification
빅데이터 저장 모듈(350)은, 데이터 처리 모듈(310)에서 처리된 환경 정보 및 열 영상을 저장 및 관리할 수 있다. 보다 구체적으로, 빅데이터 저장 모듈(350)은, 환경 분석 모듈(320)의 비교 결과 및 제어 신호, 영상 분석 모듈(330)의 식별 결과를 데이터 처리 모듈(310)에서 처리된 환경 정보 및 열 영상과 연동해 저장하며, 통합 관리부(400)에 의한 제어 히스토리를 연동 저장 관리하되, 양잠 농장 및 잠실 별로 저장 관리할 수 있다.The big
본 발명에서 제안하고 있는 스마트 양잠 농업 빅데이터 구축 시스템에 따르면, 센서 모듈(110) 및 열화상 카메라 모듈(120)이 무선으로 연결되는 WSN을 구성함으로써, 애기 누에부터 홍잠(실크를 뽑기 직전의 누에)까지 누에 생육에 대한 온도, 습도, 이산화탄소, 유해가스 등을 수집 및 분석하고, 실시간 모니터링하는 환경을 조성할 수 있고, WSN을 활용해 애누애 잠실, 큰누에 잠실에서 수집한 환경 정보 및 누에 생육, 누에 무게, 열 영상을 분석 및 처리하여 빅데이터를 구축함으로써, 최적의 표준 데이터를 정립하고, 나아가 양잠 농업의 빅데이터를 통해 장소와 시간에 상관없이 공유, 활용, 관리를 통해 국내 누에/홍잠 식품의 품질개선, 품질 균등화, 순도 향상 등을 달성할 수 있으며, 환경 정보 및 열 영상의 분석 결과를 이용해 잠실의 온도, 습도 및 환기 조절 장치를 제어함으로써, 잠실 운영을 자동화하여 양잠 농업 경쟁력을 향상시킬 수 있다.According to the smart sericulture agricultural big data construction system proposed in the present invention, the
또한, 본 발명에서 제안하고 있는 스마트 양잠 농업 빅데이터 구축 시스템에 따르면, 열 영상을 분석해 정상 누에와 비정상 누에를 식별하되, 열 영상에 촬영된 누에의 온도 차이를 사용해 비정상 누에를 식별함으로써, 잠실에서 생육 중인 누에의 건강상태를 자동으로 파악하고, 비정상 누에의 위치를 관리자가 쉽게 파악해 신속하게 적절한 조처를 할 수 있다.In addition, according to the smart sericulture agricultural big data construction system proposed in the present invention, thermal images are analyzed to identify normal and abnormal silkworms, and abnormal silkworms are identified using the temperature difference between silkworms captured in the thermal images. The health status of growing silkworms can be automatically determined, and managers can easily identify the location of abnormal silkworms and take appropriate measures quickly.
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention described above can be modified or applied in various ways by those skilled in the art, and the scope of the technical idea according to the present invention should be determined by the claims below.
100: 센서부
110: 센서 모듈
111: 외부 센서 노드
112: 내부 센서 노드
113: 생육 센서 노드
120: 열화상 카메라 모듈
200: 데이터 수집부
300: 빅데이터 구축부
310: 데이터 처리 모듈
320: 환경 분석 모듈
330: 영상 분석 모듈
340: 식별 결과 제공 모듈
350: 빅데이터 저장 모듈
400: 통합 관리부100: sensor unit
110: sensor module
111: external sensor node
112: Internal sensor node
113: Growth sensor node
120: Thermal imaging camera module
200: data collection unit
300: Big data construction department
310: data processing module
320: Environmental analysis module
330: Video analysis module
340: Identification result providing module
350: Big data storage module
400: Integrated Management Department
Claims (8)
잠실의 내부, 외부 및 누에 생육 구역에 설치되어 온도, 습도 및 이산화탄소 농도를 포함하는 환경 정보를 획득하는 센서 모듈(110)과, 누에 생육 구역에 설치되어 누에 군집의 열 영상을 획득하는 열화상 카메라 모듈(120)을 포함하는 센서부(100);
상기 센서부(100)를 통해 상기 환경 정보 및 열 영상을 실시간으로 수집하는 데이터 수집부(200);
상기 데이터 수집부(200)에서 수집한 환경 정보 및 열 영상을 분석 및 처리하여 빅데이터를 구축하는 빅데이터 구축부(300); 및
상기 빅데이터 구축부(300)에서 분석 및 처리된 결과에 따라 상기 잠실 내의 온도를 제어하는 온도 제어 장치, 스프링클러나 관수 장치를 이용해 습도를 제어하는 습도 제어 장치, 환기 장치를 제어하는 환기 조절 장치를 제어하고, 제어 히스토리를 저장 관리하고 관리자 단말기로 출력하며, 상기 빅데이터 구축부(300)에서 분석 및 처리된 결과의 모니터링을 지원하고, 상기 빅데이터 구축부(300)에 저장된 데이터를 시각화해 텍스트, 표, 그래프, 이미지 및 동영상으로 상기 관리자 단말기에 제공하여, 관리자가 누에의 생육상태 및 잠실 관리 상태를 원격지에서 모니터링 가능하도록 하는 통합 관리부(400)를 포함하며,
상기 센서부(100)는,
상기 센서 모듈(110) 및 열화상 카메라 모듈(120)이 무선으로 연결되어 무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Network, WSN)를 구성하며,
상기 센서 모듈(110)은,
잠실의 외부에 설치되어 온도 및 습도를 측정하는 외부 센서 노드(111);
잠실의 내부에 설치되어 온도, 습도, 이산화탄소 농도 및 유해가스를 측정하는 내부 센서 노드(112); 및
누에 생육 구역에 설치되어 누에의 온도, 누에의 각 령별 생육상태, 누에의 무게, 상기 누에 생육 구역의 pH, 소리 및 토양 정보를 포함하는 누에 생육 상태정보를 측정하는 생육 센서 노드(113)를 포함하며,
상기 빅데이터 구축부(300)는,
상기 데이터 수집부(200)에서 수집된 상기 환경 정보 및 열 영상에서 노이즈를 제거하고 보정 처리하는 데이터 처리 모듈(310);
상기 데이터 처리 모듈(310)에서 처리된 환경 정보를 누에 생육을 위한 기준값과 비교해, 누에 생육환경을 상기 기준값으로 유지하기 위한 제어 신호를 상기
통합 관리부(400)에 전송하는 환경 분석 모듈(320);
상기 누에 생육 구역에서 군집으로 누에를 사육할 때, 상기 데이터 처리 모듈(310)에서 처리된 열 영상을 분석해 누에 군집 내에서 비정상 누에를 식별하되, 비정상 누에는 정상 누에보다 온도가 낮은 것을 이용해, 상기 열 영상에 촬영된 누에의 온도 차이를 사용해 비정상 누에를 식별하는 영상 분석 모듈(330);
상기 영상 분석 모듈(330)에서 식별된 비정상 누에의 위치를 상기 통합 관리부(400)에 전달하는 식별 결과 제공 모듈(340); 및
상기 데이터 처리 모듈(310)에서 처리된 환경 정보 및 열 영상을 저장 및 관리하는 빅데이터 저장 모듈(350)을 포함하며,
상기 환경 분석 모듈(320)에서 사용하는 상기 누에 생육을 위한 기준값은,
온도의 기준값은 누에의 령이 증가할수록 낮아지도록 설정되고, 습도의 기준값은 70%로 설정되고, 이산화탄소 농도의 기준값은 1,000ppm으로 설정되며,
상기 데이터 처리 모듈(310)은,
서로 다른 양잠 농장 및 잠실에서 수집된 환경 정보 및 열 영상을 보정 처리 및 변환하여 통일된 규격으로 전환하고, 글로벌 포털의 딥러닝 서비스를 이용한 학습이 가능하도록, 딥러닝 서비스 규격으로 변환하여 상기 빅데이터 저장 모듈(350)에 저장하며,
상기 영상 분석 모듈(330)은,
상기 글로벌 포털의 딥러닝 서비스의 이미지 처리(Image Processing) 기술을 사용해 상기 열 영상을 분석하여 비정상 누에를 식별하며,
상기 빅데이터 저장 모듈(350)은,
상기 환경 분석 모듈(320)의 비교 결과 및 제어 신호, 상기 영상 분석 모듈(330)의 식별 결과를 상기 데이터 처리 모듈(310)에서 처리된 환경 정보 및 열 영상과 연동해 저장하며, 상기 통합 관리부(400)에 의한 제어 히스토리를 연동 저장 관리하되, 양잠 농장 및 잠실별로 저장 관리하며,
상기 통합 관리부(400)는,
상기 식별 결과 제공 모듈(340)에서 전달받은 비정상 누에의 위치를 상기 관리자 단말기로 출력하는 것을 특징으로 하는, 스마트 양잠 농업 빅데이터 구축 시스템.As a smart sericulture agricultural big data construction system,
A sensor module 110 installed inside, outside, and in the silkworm growth area of Jamsil to acquire environmental information including temperature, humidity, and carbon dioxide concentration, and a thermal imaging camera installed in the silkworm growth area to acquire thermal images of the silkworm colony. Sensor unit 100 including module 120;
A data collection unit 200 that collects the environmental information and thermal images in real time through the sensor unit 100;
A big data construction unit 300 that constructs big data by analyzing and processing environmental information and thermal images collected by the data collection unit 200; and
According to the results analyzed and processed by the big data construction unit 300, a temperature control device for controlling the temperature in the sleeping room, a humidity control device for controlling humidity using sprinklers or irrigation devices, and a ventilation control device for controlling the ventilation device. Control, store and manage the control history, output to the administrator terminal, support monitoring of results analyzed and processed in the big data construction unit 300, and visualize the data stored in the big data construction unit 300 to create text. , an integrated management unit 400 that provides tables, graphs, images and videos to the manager terminal, allowing the manager to remotely monitor the growth status and silkworm management status of the silkworms,
The sensor unit 100,
The sensor module 110 and the thermal imaging camera module 120 are wirelessly connected to form a wireless sensor network (Wireless Sensor Network, WSN),
The sensor module 110,
An external sensor node 111 installed outside Jamsil to measure temperature and humidity;
An internal sensor node 112 installed inside Jamsil to measure temperature, humidity, carbon dioxide concentration, and harmful gases; and
It includes a growth sensor node 113 that is installed in the silkworm growth area and measures silkworm growth status information, including the temperature of the silkworm, the growth status of each stage of the silkworm, the weight of the silkworm, the pH of the silkworm growth area, sound, and soil information. And
The big data construction unit 300,
a data processing module 310 that removes noise from the environmental information and thermal images collected by the data collection unit 200 and performs correction processing;
The environmental information processed in the data processing module 310 is compared with a reference value for silkworm growth, and a control signal is sent to maintain the silkworm growth environment at the reference value.
Environmental analysis module 320 transmitting to the integrated management unit 400;
When rearing silkworms in a colony in the silkworm growth area, the thermal image processed in the data processing module 310 is analyzed to identify abnormal silkworms in the silkworm colony, using the fact that abnormal silkworms have a lower temperature than normal silkworms. An image analysis module 330 that identifies abnormal silkworms using the temperature difference between silkworms captured in thermal images;
An identification result providing module 340 that transmits the location of the abnormal silkworm identified in the image analysis module 330 to the integrated management unit 400; and
It includes a big data storage module 350 that stores and manages environmental information and thermal images processed in the data processing module 310,
The reference value for silkworm growth used in the environmental analysis module 320 is,
The standard value of temperature is set to decrease as the age of the silkworm increases, the standard value of humidity is set to 70%, the standard value of carbon dioxide concentration is set to 1,000 ppm,
The data processing module 310,
The environmental information and thermal images collected from different sericulture farms and Jamsil are corrected and converted into unified standards, and the big data is converted into deep learning service standards to enable learning using the global portal's deep learning service. Stored in the storage module 350,
The image analysis module 330,
The image processing technology of the global portal's deep learning service is used to analyze the thermal image to identify abnormal silkworms,
The big data storage module 350,
The comparison results and control signals of the environmental analysis module 320 and the identification results of the image analysis module 330 are stored in conjunction with the environmental information and thermal images processed by the data processing module 310, and the integrated management unit ( 400), the control history is stored and managed in conjunction with each sericulture farm and dam room.
The integrated management unit 400,
A smart sericulture agricultural big data construction system, characterized in that the location of the abnormal silkworm received from the identification result providing module 340 is output to the manager terminal.
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