KR20190100541A - 데이터 분석 기법을 이용한 스마트 팜 관리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 스마트 팜 관리 시스템은 농장 내의 온도, 습도, 일조량, 이산화탄소, 토양을 비롯한 농작물 재배 시설의 환경을 측정하기 위한 센서들을 구비하고, 각 센서를 통해 농장 내에서 재배되는 관리 대상 작물의 생장 데이터를 측정하여, 측정된 생장 데이터를 전송하는 스마트 팜, 상기 스마트 팜으로부터 수집된 생장 데이터를 중앙 서버로 전달하고, 상기 중앙 서버로부터 수신한 제어 명령에 따라 상기 스마트 팜의 온도, 습도, 일조량을 포함하는 재배 환경을 제어하는 방식으로 농작물의 생장을 제어하는 제어기, 상기 제어기로부터 수신한 생장 데이터를 데이터베이스에 저장하고, 인터넷 망을 통해 외부 사이트에 접속하여 상기 생장 데이터에 기초한 농작물의 가격 데이터를 추출하여 상기 데이터베이스에 저장하고, 상기 데이터베이스에 저장되어 있는 생장 데이터를 분석하여 생장 정도를 도출하고, 상기 가격 데이터를 분석하여 예상 가격을 계산하는 방식으로 시장 가격 추이를 도출하고, 상기 생장 정도와 상기 시장 가격 추이에 따른 예상 최고 가격과 최고 가격 형성 시기를 도출하고, 이에 따른 농작물의 예상 출하 시기를 계산하여 도출하는 중앙 서버 및 상기 중앙 서버로부터 현재 스마트 팜의 농작물의 생장 정도 정보, 시장 가격 정보, 최고 가격 형성 시기 정보, 예상 출하 시기 정보를 수신하고, 이 정보들을 디스플레이하는 단말을 포함한다.

Description

데이터 분석 기법을 이용한 스마트 팜 관리 시스템 {Smart farm management system using data analysis technique}

본 발명은 스마트 팜에 관한 것이다.

농업은 먹거리를 생산하는 것임에 따라 인류 생존에 필수적인 산업이지만, 전통적인 농업기술이 유지되고 있어 혁신이 가장 느린 산업이기도 하다. 이와 더불어 현재 농업 생산 인구의 감소와 고령화로 미래 먹거리 생산에 대한 불안이 증대되고 있기도 하다.

이에 대응하기 위한 농업의 혁신이 다양하게 시도되고 있는데, 정보통신기술을 농업의 생산/가공/유통/소비 등에 접목하여 원격에서 자동으로 작물의 생육환경을 관리하도록 하고, 생산효율성을 높일 수 있도록 하는 스마트 팜(smart farm)이 현재 주목받고 있다.

우리나라는 기후의 변화가 다양하고 자연재해가 농사를 짓는 농민들에게 큰 위험으로 작용한다. 이에 따라, 비닐하우스 내의 환경을 실시간으로 모니터링이 가능하고 사용자가 원격으로 사전 조치를 하는 스마트 팜 시스템에 대한 개발과 수요가 증가하고 있다.

비닐하우스 내의 환경을 실시간으로 모니터링이 가능하고 사용자가 원격으로 사전 조치를 하는 스마트 팜 시스템은, 지금까지 기본적인 스마트 팜 시스템 제어에만 초점을 맞추고 있는 실정이며, 영농의 편이성이나 생산성 향상 만을 목적으로 하고 있어 생산, 유통, 경영, 농업·농촌 부문으로 광범위한 스마트 팜의 범위에 미치지 못해 발전 가능성이 적다는 단점이 있다.

또한, 스마트 팜 시스템을 활용한 연구로는 빅데이터 기술을 활용한 스마트 팜과 기상 환경을 토대로 한 스마트 팜 빅데이터 분석 등이 있었다. 그러나, 빅데이터 기술을 활용한 스마트 팜은 가공되지 않은 상태의 데이터만을 제공해서 사용자에게 직접적인 도움이 되기 어려워 비효율적이라는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 10-1726257

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 데이터 분석 기법을 이용하여 농작물의 생장 환경을 제어함으로써, 최적의 시기에 최고의 이익을 창출할 수 있는 스마트 팜 관리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스마트 팜 관리 시스템은 농장 내의 온도, 습도, 일조량, 이산화탄소, 토양을 비롯한 농작물 재배 시설의 환경을 측정하기 위한 센서들을 구비하고, 각 센서를 통해 농장 내에서 재배되는 관리 대상 작물의 생장 데이터를 측정하여, 측정된 생장 데이터를 전송하는 스마트 팜, 상기 스마트 팜으로부터 수집된 생장 데이터를 중앙 서버로 전달하고, 상기 중앙 서버로부터 수신한 제어 명령에 따라 상기 스마트 팜의 온도, 습도, 일조량을 포함하는 재배 환경을 제어하는 방식으로 농작물의 생장을 제어하는 제어기, 상기 제어기로부터 수신한 생장 데이터를 데이터베이스에 저장하고, 인터넷 망을 통해 외부 사이트에 접속하여 상기 생장 데이터에 기초한 농작물의 가격 데이터를 추출하여 상기 데이터베이스에 저장하고, 상기 데이터베이스에 저장되어 있는 생장 데이터를 분석하여 생장 정도를 도출하고, 상기 가격 데이터를 분석하여 예상 가격을 계산하는 방식으로 시장 가격 추이를 도출하고, 상기 생장 정도와 상기 시장 가격 추이에 따른 예상 최고 가격과 최고 가격 형성 시기를 도출하고, 이에 따른 농작물의 예상 출하 시기를 계산하여 도출하는 중앙 서버 및 상기 중앙 서버로부터 현재 스마트 팜의 농작물의 생장 정도 정보, 시장 가격 정보, 최고 가격 형성 시기 정보, 예상 출하 시기 정보를 수신하고, 이 정보들을 디스플레이하는 단말을 포함한다.

상기 제어기는 상기 중앙 서버로부터 예상 출하 시기 정보를 수신하고, 수신한 예상 출하 시기에 따라 농작물이 생장하도록 상기 스마트 팜의 환경을 제어할 수 있다.

상기 중앙 서버는 웹 크롤링(web crawling) 기법을 이용하여 외부 사이트로부터 시장 가격 데이터를 추출하여 수집할 수 있다.

상기 중앙 서버는 회귀분석 알고리즘을 이용하여 상기 예상 가격을 도출할 수 있다.

본 발명에 의하면, 데이터 분석 기법을 이용하여 스마트 팜을 관리함으로써, 실시간으로 스마트 팜의 환경 정보와 시장 가격 정보를 수집할 수 있으므로, 최적의 출하시기에 최고의 가격으로 농작물을 출하시킬 수 있는 효과가 있다. 따라서, 본 발명에 의하면 농가의 소득이 증대되고, 보다 효율적으로 농작물의 생장을 관리할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 사용자가 소지하는 단말을 통해 시간과 장소에 구애받지 않고 스마트 팜 관련 정보를 제공받을 수 있으므로, 사용자의 편의에 기여하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 농작물의 안정적인 공급과 데이터 분석 기법을 통해 얻어진 정보를 이용하여 보다 전략적인 스마트 팜 운영이 가능할 것으로 기대된다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 팜 관리 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 농작물의 예상 가격을 도출하는 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이상값 필터링 의사코드이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 2017년 기준 상추의 예상 가격을 분석한 도표이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 팜 관리 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 팜 관리 시스템은 스마트 팜(10), 제어기(Controller)(100), 중앙 서버(200), 단말(300)을 포함한다.

스마트 팜(10)은 농장 내의 온도, 습도, 일조량, 이산화탄소, 토양을 비롯한 농작물 재배 시설의 환경을 측정하기 위한 센서들을 구비하고, 각 센서를 통해 농장 내에서 재배되는 관리 대상 작물의 생장 데이터를 측정하여, 측정된 생장 데이터를 전송한다.

제어기(100)는 스마트 팜(10)으로부터 수집된 생장 데이터를 중앙 서버(200)로 전달하고, 중앙 서버(200)로부터 수신한 제어 명령에 따라 스마트 팜(10)의 온도, 습도, 일조량을 포함하는 재배 환경을 제어하는 방식으로 농작물의 생장을 제어한다. 본 발명의 일 실시예에서 제어기(100)는 아두이노(Arduinoid)로 구현될 수 있다.

중앙 서버(200)는 제어기(100)로부터 수신한 생장 데이터를 데이터베이스(210)에 저장하고, 인터넷 망을 통해 외부 사이트(410)에 접속하여 생장 데이터에 기초한 농작물의 가격 데이터를 추출하여 데이터베이스(210)에 저장한다. 이때, 중앙 서버(200)는 웹 크롤링(web crawling) 기법을 이용하여 외부 사이트(410)로부터 시장 가격 데이터를 추출하여 수집할 수 있다. 예를 들어, 중앙 서버(200)는 웹 크롤링 기법을 이용하여, 농수산 유통정보 사이트에서 제공하는 Open-API 에 접근하여 시장가격 데이터만을 추출하여 저장할 수 있다.

그리고, 중앙 서버(200)는 데이터베이스(210)에 저장되어 있는 생장 데이터를 분석하여 생장 정도를 도출하고, 가격 데이터를 분석하여 예상 가격을 계산하는 방식으로 시장 가격 추이를 도출한다. 그리고, 생장 정도와 시장 가격 추이에 따른 예상 최고 가격과 최고 가격 형성 시기를 도출하고, 이에 따른 농작물의 예상 출하 시기를 계산하여 도출한다.

단말(300)은 중앙 서버(200)로부터 현재 스마트 팜의 농작물의 생장 정도 정보, 시장 가격 정보, 최고 가격 형성 시기 정보, 예상 출하 시기 정보를 수신하고, 이 정보들을 디스플레이한다. 예를 들어, 단말(300)은 PC, 스마트폰, 태블릿 PC 등으로 구현될 수 있다.

본 발명에서 사용자는 단말(300)을 통해 현재 스마트 팜의 농작물의 생장 정보, 시장 가격 정보, 예상 출하시기 등의 정보를 확인하거나, 열람할 수 있다.

제어기(100)는 중앙 서버(200)로부터 예상 출하 시기 정보를 수신하고, 수신한 예상 출하 시기에 따라 농작물이 생장하도록 스마트 팜의 온도, 습도 등의 환경을 제어할 수 있다.

본 발명에서 중앙 서버(200)는 회귀분석 알고리즘을 이용하여 예상 가격을 도출할 수 있다.

회귀분석 알고리즘은 데이터 분석 방법 중의 하나로서, 예측 변인이 변화함에 따라 결과 변인이 얼마나 변화하는지를 예측할 수 있다. 본 발명에서는 회귀분석을 활용하여 시장 관련 데이터를 분석하고, 이에 따라 스마트 팜의 농작물에 대해 최고의 이익을 낼 수 있는 시기를 예측하여, 이에 따라 농작물의 생장 환경을 제어하는 기술을 제안한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 농작물의 예상 가격을 도출하는 방법을 보여주는 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 농작물의 예상 가격을 도출하는 방법은 먼저 시장가격을 입력받으면(S310), 이에 대해 이상값 필터링을 수행한다(S320).

그리고, 회귀분석 알고리즘을 이용하여 예상 가격을 도출하되, 해당 농작물의 최근 등락률을 적용하여 예상 가격을 도출한다(S330, S340, S50). 예를 들어, 최근 등락률이란 최근 10년 간의 등락률을 의미할 수 있다.

예를 들어, S310 단계에서, 웹 크롤링 기법을 이용하여 최근 10년 간 농작물의 시장가격 데이터를 수집한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이상값 필터링 의사코드이다.

도 4는 이상값 필터링을 의사코드(pseudocode)로 나타낸 것으로서, 이상값 필터링 작업에서는 표본들의 평균을 구하고, 표본들의 평균값과 표본 값을 비교하여 평균적인 표본에서 일정 구간 이상 벗어나는 표본들을 제거하는 작업을 하게 된다.

다음, 회귀분석 알고리즘을 수행하는 단계(S330)에서, 회귀분석에 사용되는 회귀식은 다음 수학식 1과 같다.

[수학식 1]

여기서, 각 계수를 구하는 식은 다음과 같다.

[수학식 2]

[수학식 3]

본 발명에서 스마트 팜 관리 시스템은 생장 LED, 조도 센서, 스프링클러, 온도 센서, 습도 센서 난방시스템 등이 기본적으로 구비된 스마트 팜 시스템을 전제로 한다. 예를 들어, 생장 LED의 경우, 실험에 의하면, 생장 LED를 비추는 양에 비례하여 작물의 생장이 빠른 것을 확인할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 2017년 기준 상추의 예상 가격을 분석한 도표이다.

도 5는 예상가격 책정 실험 결과를 나타낸 것으로서, 상추 품목에 대하여 2007년부터 2016년까지 10년 간의 데이터를 표본 데이터로 입력하여 실험한 결과이다.

도 5의 도표에서 첫번째 열은 예상 가격을 책정하고자 하는 날짜이고, 두번째 열은 도출된 가격이고, 세번째 열은 실제 가격이고, 네번째 열은 실제 가격 대비 예상 가격의 오차이고, 다섯번째 열은 오차율을 나타낸다.

도 5의 도표에서는 5월 15일, 9월 10일, 9월 21일에 실험한 가격을 나타내고 있다.

4차 산업혁명이 도래하고 있고 그에 맞는 농업테크가 요구되고 있는 가운데, 기존의 스마트 팜 시스템들은 1차원적인 제어에만 초점을 맞추고 있어서 향후 발전 가능성에 대한 준비가 미흡하다는 한계점이 있다.

이에 대해 본 발명에서 제안하는 데이터 분석 기법을 이용한 스마트 팜 시스템을 제안하며, 이 시스템을 통해 작물 상품의 안정적인 공급과 데이터 분석기법을 이용한 전략적인 스마트 팜 운영을 통한 경제적 효과를 기대할 수 있다.

이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.

10 스마트 팜 100 제어기
200 중앙 서버 210 데이터베이스
300 단말 410 외부 사이트

Claims (4)

1. 농장 내의 온도, 습도, 일조량, 이산화탄소, 토양을 비롯한 농작물 재배 시설의 환경을 측정하기 위한 센서들을 구비하고, 각 센서를 통해 농장 내에서 재배되는 관리 대상 작물의 생장 데이터를 측정하여, 측정된 생장 데이터를 전송하는 스마트 팜;
   상기 스마트 팜으로부터 수집된 생장 데이터를 중앙 서버로 전달하고, 상기 중앙 서버로부터 수신한 제어 명령에 따라 상기 스마트 팜의 온도, 습도, 일조량을 포함하는 재배 환경을 제어하는 방식으로 농작물의 생장을 제어하는 제어기;
   상기 제어기로부터 수신한 생장 데이터를 데이터베이스에 저장하고, 인터넷 망을 통해 외부 사이트에 접속하여 상기 생장 데이터에 기초한 농작물의 가격 데이터를 추출하여 상기 데이터베이스에 저장하고, 상기 데이터베이스에 저장되어 있는 생장 데이터를 분석하여 생장 정도를 도출하고, 상기 가격 데이터를 분석하여 예상 가격을 계산하는 방식으로 시장 가격 추이를 도출하고, 상기 생장 정도와 상기 시장 가격 추이에 따른 예상 최고 가격과 최고 가격 형성 시기를 도출하고, 이에 따른 농작물의 예상 출하 시기를 계산하여 도출하는 중앙 서버; 및
   상기 중앙 서버로부터 현재 스마트 팜의 농작물의 생장 정도 정보, 시장 가격 정보, 최고 가격 형성 시기 정보, 예상 출하 시기 정보를 수신하고, 이 정보들을 디스플레이하는 단말
   을 포함하는 스마트 팜 관리 시스템.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어기는 상기 중앙 서버로부터 예상 출하 시기 정보를 수신하고, 수신한 예상 출하 시기에 따라 농작물이 생장하도록 상기 스마트 팜의 환경을 제어하는 것을 특징으로 하는 스마트 팜 관리 시스템.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 중앙 서버는 웹 크롤링(web crawling) 기법을 이용하여 외부 사이트로부터 시장 가격 데이터를 추출하여 수집하는 것을 특징으로 하는 스마트 팜 관리 시스템.
   
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 중앙 서버는 회귀분석 알고리즘을 이용하여 상기 예상 가격을 도출하는 것을 특징으로 하는 스마트 팜 관리 시스템.
   

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