KR20200013140A - 작물 품종 종자 정보 기록저장 블록체인 시스템 및 온도시간모델에 기반한 육묘종자발아확인 IOT-Hub 시스템. - Google Patents

작물 품종 종자 정보 기록저장 블록체인 시스템 및 온도시간모델에 기반한 육묘종자발아확인 IOT-Hub 시스템. Download PDF

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Abstract

본 발명은 작물 품종 종자 정보 기록저장 블록체인 시스템 및 온도시간모델에 기반한 육묘종자발아확인 IOT-Hub 시스템에 관한 것이다.
종자설명서 '품종정보'와 '육묘종자발아변수'를 작물 품종 종자 정보로 하여 고안 블록체인 시스템인 '블록체인 데이터 네트워크서버'(Blockchain Data Network Server, 이하 B-DNS라 함)에 기록저장하면서, 작물 재배 적합 지역(또는 국가) 내의 육묘장에 설치운영되는 고안 IOT-Hub 시스템 '육묘종자발아확인 IOT-Hub 시스템'([도 1]의 [100])과 그 주변의 IOT 센서기기로부터 수집측정된 종자 파종 전후의 분석데이터(상토온도, 상토습도, 광량)로 온도시간모델(Thermal Time Model) 종자 발아속도 계산 시계열 Flow chart를 육묘종자발아확인의 수단으로써 출력하고 종자의 목표 발아율(g, Germination Percentile)에서의 최적 발아속도(Gr(g), Germination rate)를 나타내는 육묘종자발아확인을 통한 작물 품종 종자와 육묘장을 찾는 방법이다.

Description

작물 품종 종자 정보 기록저장 블록체인 시스템 및 온도시간모델에 기반한 육묘종자발아확인 IOT-Hub 시스템.{Blockchain system which records and stores the seed information of crop cultivars, a IOT-Hub system verifying seed germination for raising seedling based on Thermal Time Model therewith.}
본 발명은 작물 품종 종자 정보 기록저장 블록체인 시스템 및 온도시간모델에 기반한 육묘종자발아확인 IOT-Hub 시스템에 관한 것으로서 구체적으로 고안 블록체인 시스템을 통해 작물 품종 종자 정보를 공공 블록체인 기반 분산원장시스템(Distributed Ledger System)의 블록에 기록저장하고, 작물 재배 적합 지역(또는 국가) 내의 육묘장에 설치운영된 '육묘종자발아확인 IOT-Hub 시스템'과 그 주변의 IOT 센서기기로부터 수집측정된 종자 파종 전후의 분석데이터를 온도시간모델(Thermal Time Model)에 대입한 종자의 목표 발아율(g, Germination Percentile)에서의 최적 발아속도(Gr(g), Germination rate)를 나타내는 육묘종자발아확인을 통한 작물 품종 종자와 육묘장을 찾는 기술 분야이다.
작물의 재배 방법은 작물 품종 종자를 작물재배지에서 직접 심어 작물을 수확까지 재배하는 '정식재배'와 작물 품종 종자를 육묘장에 맞춘 이식용 작물 품종 모종을 생산해 이를 다시 작물재배지에 이식해 수확까지 재배하는 '이식재배'가 있다.
육묘장에 맞춘 이식용 작물 품종 모종을 생산하는 이식재배의 성패는 최우선적으로 종자발아의 결과에 크게 의존한다.
일반적인 종자발아는 적정한 상토습도에서 일정한 온도시간(Thermal Time)의 충족 후 일정범위의 상토온도(이하 '발아적온'이라 함) 내에서만 진행된다. 작물 품종 종자는 상토의 발아적온에서 차이가 있겠지만 일반적으로 모두 상토의 기저온도(또는 최저온도)Tb, 최적온도Topt, 천정온도(또는 최고온도)Tc에서 종자의 발아속도(Gr(g), Germination rate)가 변하게 된다.
이러한 종자발아의 특성에 대한 상토온도의 영향은 1982년 Garcia-Huidobro et al에 의해 다음 수학적 모델로 발표된 온도시간모델(Thermal Time Model)[도 12]에 의해 성공적으로 예측되고 특성화되었다.
Figure pat00001
이 모델에 따르면 상토온도에서 종자발아의 기저온도(또는 최저온도)Tb(base temperature)는 동일 종(species) 내에서는 같은 상수로 일정하고, 상토의 최적온도Topt가 아닌 발아적온 온도범위 내의 목표 발아율(g, Germination Percentile)과 그에 요구되는 온도시간(Thermal Time)
Figure pat00002
t(g)은 [도 12]의 (그래프a)와 같이 선형함수 형태의 관계적 특징을 보인다.
더불어 발아속도(Gr(g), Germination rate)는 [도 12]의 (그래프b)와 같이 상토의 최적온도Topt가 아닌 발아적온 온도범위 내의 상토온도(T)의 정규분포의 특성을 가진다. 이에 발아속도(Gr(g), Germination rate)는 상토의 기저온도(또는 최저온도)Tb에서 최적온도Topt로 접근할 때는 더욱 빨라지며, 상토의 최적온도Topt에서 천정온도(또는 최고온도)Tc로 접근할 때는 더욱 느려지는 나타낸다.
이러한 상토의 최적온도Topt가 아닌 발아적온 온도범위 내의 높은 목표 발아율(g, Germination Percentile)일수록 상토온도에 대한 발아속도(Gr(g), Germination rate)의 정규분포 곡선 기울기와 높이는 낮아지고 최적온도Topt에서의 종자의 발아속도(Gr(g), Germination rate)가 느려지게 된다. 반대로 상토의 최적온도Topt가 아닌 발아적온 온도범위 내의 낮은 목표 발아율(g, Germination Percentile) 일수록 상토온도에 대한 발아속도(Gr(g), Germination rate)의 정규분포 곡선 기울기와 높이는 높아지고 최적온도Topt에서의 발아속도(Gr(g), Germination rate)가 빨라진다.
더불어 [도 12]의 (그래프c)와 같이 상토의 최적온도Topt가 아닌 발아적온 온도범위 내의 목표 발아율(g, Germination Percentile)이 50%에 못 미칠 경우, 기저온도(또는 최저온도)Tb 또는 천정온도(또는 최고온도)Tc 사이의 폭이 넓어져 발아된 종자의 표준편차가 크게 나타난다. 반대로 상토의 최적온도Topt가 아닌 발아적온 온도범위 내의 목표 발아율(g, Germination Percentile)이 50% 초과할 경우, 상토의 기저온도(또는 최저온도)Tb 또는 천정온도(또는 최고온도)Tc 사이의 폭이 좁아져 발아된 종자의 표준편차도 작게 된다.
종자의 발아속도(Gr(g), Germination rate)는 일정한 온도시간(Thermal Time)의 충족 시 상토의 최적온도Topt에서 가장 빠르고 균일하다. 하지만 일정한 온도시간(Thermal Time)의 충족된다 할지라도 상토 내 수분이 낮은 대기상대습도로 증발되어 적정한 상토습도 유지에 실패할 경우 일정범위의 상토온도 하에서도 종자발아는 진행되지 않는다.
더불어 발아적온 온도범위를 벗어나는 상토온도의 변온 발생 시, 어떠한 작물 품종 종자의 경우 열사나 제2차 휴면 유발로 종자발아가 저해하지만, 어떠한 작물 품종 종자의 경우 종자발아가 더욱 촉진되는 경우가 있다. 이러한 상토온도의 변온이 종자발아에 미치는 작용 기구는 명확치는 않으나, 변온으로 인한 종피의 저온수축 또는 고온팽창으로 종자로의 수분흡수, 가스교환 그리고 효소작용 등 종자 내 물질대사에 끼친 영향이 종자발아에 작용한다는 견해가 있다. 물론 변온이건 정온이건 발아상태에도 차이가 없는 경우도 있다.
기타 상토온도와 상토습도 외에 산소와 광량도 종자발아에는 영향을 미친다. 산소는 육묘장 상토의 배수와 토질에 따라 종자발아에 영향을 끼치며, 광량은 상토의 복토 깊이에 따라 종자발아 뿐만아니라 작물재배지로 심겨질 이식용 작물 품종 모종의 개화시기에도 영향을 나타낸다. 일반적으로 종자에는 발아에 빛이 필요한 호광성 광발아 종자 또는 빛이 필요 없는 무광성 암발아 종자가 있다. 이에 따라 호광성 광발아 종자는 얕은 복토를, 무광성 암발아 종자는 다소 깊은 복토를 한다. 더불어 식물은 낮의 길이(보통 12~14시간 기준)로 점점 길어져야 꽃을 피우는 장일식물(봄개화)과 점점 짧아져야 꽃을 피우는 단일식물(가을개화)로 나뉜다.
이러한 종자발아와 개화의 시기 조절을 위하여 상토온도 및 광량의 인위적인 종자춘화처리(seed vernalization)와 더불어 온도시간(Thermal Time)에 의한 파종기 조절법이 사용되어진다.
최근엔 농업부분 전반에서 지구온난화에 따른 기후변화에 따라 작물재배지에 심겨질 이식용 작물 품종 모종의 개화시기를 조절키 위해 최적의 파종시기를 추정코자 작물재배지의 기상 및 토양 데이터를 수집하는 IOT 센서기기 모니터링기술과 이렇게 모아진 빅데이터들을 기록저장 공유하는 DATABASE 기술들이 연구 개발되어지며 또 활용되어지고 있다. 이러한 기술들이 최근 실시간 기상 데이터, 예측 및 기록 데이터를 포함한 날씨 데이터를 전세계 웹 서비스 및 모바일 응용 프로그램 개발자에게 온라인으로 제공하는 서비스 그리고 Cloud Platform 기반 빅데이터 분석과 인공지능AI 분석 서비스로 농업 분야에 활발히 도입되어지고 있다.
US 20180054490 A1 CNCN206710862 U USUS20170295415 A1
[비특허문헌1] Using thermal time models to predict germination of five provenances of silver birch (Betula pendula Roth) in southern England) [비특허문헌 2] Handbook of Seed Physiology: Applications to Agriculture : Roberto Benech-Arnold 2004 [비특허문헌 3] Using Blockchain Technology to Build Trust in Sharing LoRaWAN IoT : Jun Lin, Nanyang Technological University, Singapore
최근 이식용 작물 품종 모종의 생산에 많이 쓰이는 육묘방법으로서 노지 상토를 이용하는 노지육묘법과 포트 상토를 이용하는 포트육묘법이 있다.
이러한 육묘법을 활용한 이식용 작물 품종 모종의 생산에서는 불량 작물 품종 종자의 사용 또는 상토온도 및 상토습도 조절의 실패 시, 낮은 종자의 발아율(g, Germination Percentile)과 낮은 발아속도(Gr(g), Germination rate)와 같이 종자발아의 효율성이 떨어진다. 그 결과로 종자의 재차 파종 등 종자 및 육묘과정의 자원낭비를 발생케 한다. 또한 작물재배지로 심겨질 이식용 작물 품종 모종의 개화시기까지 변화도 일으키게 된다.
따라서 이식용 작물 품종 모종의 효율적 생산을 위해 종자 파종 전후 분석데이터(상토온도, 상토습도, 광량)의 측정 수집 및 분석을 통해 종자의 목표 발아율(g, Germination Percentile)에서의 발아속도(Gr(g), Germination rate)를 높일 수 있는 육묘 종자 발아 관리 데이터 기술이 요구된다.
더불어 작물 품종 종자 공급자(또는 생산자)와 그 작물 품종 종자를 선택해 육묘장에 맞춘 이식용 작물 품종 모종의 생산을 의뢰하는 자 그리고 해당 작물 품종 종자를 파종해 모종 재배 생산을 담당하는 육묘장 사업자간에 그 종자 및 육묘과정의 자원낭비에 대한 손실 및 손해에 대한 귀책 유무를 규명하기 위한 육묘종자발아확인 수단이 필요하다.
이식용 작물 품종 모종을 생산하는 육묘 과정에서의 상기와 같은 과제의 해결 수단으로서,
본 특허는 멘델의 유전법칙에 따르는 전통육종 및 유전자변형(GMO LMO GE) 모든 형태의 작물 품종 종자 공급자(또는 생산자)가 발행한 종자설명서[도 10]의 '품종정보'[표1] 그리고 그의 의뢰로 시행된 실험실 작물 품종 종자 발아 시험보고서[도 11]에 기재된 '육묘종자발아변수'[표2]를 고안 블록체인 시스템인 '블록체인 데이터 네트워크서버'(Blockchain Data Network Server, 이하 B-DNS라 함)를 통해 공공 블록체인 기반 분산원장시스템(Distributed Ledger System)의 블록에 기록저장하여 작물 품종 종자 정보를 등록관리한다. 그리고 이 품종정보와 육묘종자발아변수와 함께 작물 재배 적합 지역(또는 국가) 내의 육묘장에 설치운영되는 고안 IOT-Hub 시스템 '육묘종자발아확인 IOT-Hub 시스템'([도 1]의 [100])과 그 주변의 IOT 센서기기로부터 수집측정된 종자 파종 전후의 분석데이터(상토온도, 상토습도, 광량)로 종자의 목표 발아속도(Gr(g), Germination Rate)를 계산하는 온도시간 모델(Thermal Time Model)에 대입한 시계열 데이터 분석을 시행한다. 이를 통해 종자의 목표 발아율(g, Germination Percentile)에서의 최적 발아속도(Gr(g), Germination rate)를 나타내는 육묘종자발아확인을 통한 작물 품종 종자와 육묘장을 찾기 위한 방법[대표도]을 제시한다.
종자설명서 '품종정보'[표1]
'육묘종자발아변수'[표2]
고안 블록체인 시스템) '블록체인 데이터 네트워크서버'(B-DNS)([도 4]의 [400]))
고안 IOT-Hub 시스템) '육묘종자발아확인 IOT-Hub 시스템'([도 1]의 [100])
분석데이터) 상토온도, 상토습도, 광량
온도시간모델(Thermal Time Model)[도 12]
본 발명의 고안 블록체인 시스템인 '블록체인 데이터 네트워크서버'(Blockchain Data Network Server, 이하 B-DNS라 함)를 통해 공공 블록체인 기반 분산원장시스템(Distributed Ledger System)의 블록에 멘델의 유전법칙에 따르는 전통육종 및 유전자변형(GMO LMO GE) 모든 형태의 작물 품종 종자 공급자(또는 생산자)가 발행한 종자설명서[도 10]의 '품종정보'[표1] 그리고 그의 의뢰로 시행된 실험실 작물 품종 종자 시험보고서[도 11]에 기재된 '육묘종자발아변수'[표2]를 해킹 및 위변조 위험으로부터 보호하여 데이터의 무결성을 보장할 수 있도록 기록저장함으로써 작물 품종 종자 공급자(또는 생산자)와 그 작물 품종 종자를 선택해 육묘장에 맞춘 이식용 작물 품종 모종의 생산을 의뢰하는 자 그리고 해당 작물 품종 종자를 파종해 모종 재배 생산을 담당하는 육묘장 사업자간에 신뢰성있고 정확하며 검증가능한 데이터를 상호 공유할 수 있다. 즉, 본 발명 작물 품종 종자 정보 기록저장 블록체인 시스템 및 온도시간모델에 기반한 육묘종자발아확인 IOT-Hub 시스템으로 블록체인 기반의 작물품종종자정보센터를 구현할 수 있게 된다.
더불어 작물 재배 적합 지역(또는 국가) 내의 육묘장에 설치운영되는 고안 IOT-Hub 시스템 '육묘종자발아확인 IOT-Hub 시스템'([도 1]의 [100])와 주변 IOT 센서기기로부터 수집측정한 종자 파종 전후의 분석데이터(상토온도, 상토습도, 광량)로 종자의 목표 발아속도(Gr(g), Germination Rate)를 계산하는 온도시간 모델(Thermal Time Model)에 대입해 시계열 데이터 분석함으로써 이를 통해 종자의 목표 발아율(g, Germination Percentile)에서의 최적 발아속도(Gr(g), Germination rate)를 나타내는 육묘종자발아확인을 통한 작물 품종 종자와 육묘장을 찾을 수 있다. 이를 통해 혹시 발생할 종자 및 육묘과정의 자원낭비에 대한 사유를 규명해, 작물 품종 종자 공급자(또는 생산자)와 그 작물 품종 종자를 선택해 육묘장에 맞춘 이식용 작물 품종 모종의 생산을 의뢰하는 자 그리고 해당 작물 품종 종자를 파종해 모종 재배 생산을 담당하는 육묘장 운영 사업자간에 그 손실 및 손해에 대한 책임을 나눌 근거를 마련할 수 있다.
[도 1] 고안 IOT-Hub 시스템 '육묘종자발아확인 IOT-Hub 시스템'의 구성 개념도
[도 2] 고안 IOT-Hub 시스템 '육묘종자발아확인 IOT-Hub 시스템'이 운영되는 블록체인(Blockchain) 기반 IOT 네트워크 설명도
[도 3] 싱가포르 난양공대의 블록체인 기반 LoRaWAN 네트워크서버의 내부 구성 아키텍처(출처 상기 [비특허문헌 3] USING BLOCKCHAIN TO BUILD TRUSTED LORAWAN SHARING SERVER, Jun Lin, Zhiqi Shen, Chunyan Miao,Siyuan Liu, Nanyang Technological University)
[도 4] 싱가포르 난양공대의 블록체인(Blockchain) 기반 LoRaWAN 네트워크서버와 차별화된 고안 블록체인 시스템으로서 '블록체인 데이터 네트워크서버(B-DNS)'의 내부 구성 아키텍처
[도 5] 고안 Application Server의 데이터 처리(Data Process) 로직 구성도
[도 6] 고안 블록체인 시스템 B-DNS의 Blockchain Process의 로직 구성도
[도 7] 고안 블록체인 시스템 D-DMNS의 Dataset Transaction 기능 상세 구성도 [700]
[도 8] UN세계식량농업기구(FAO)가 권장한 ICT E-Agriculuture System 모델
[도 9] 고안 IOT-Hub 시스템 '육묘종자발아확인 IOT-Hub 시스템'[100]이 설치운영되는 육묘장의 지리적 위치 지도
[도 10] 작물 품종 종자 공급자(또는 생산자)가 발행한 종자설명서
[도 11] 멘델의 유전법칙에 따르는 전통육종 및 유전자변형(GMO LMO GE) 모든 형태의 작물 품종 종자 공급자(또는 생산자)의 의뢰를 통해 '육묘종자발아변수' 측정을 위해 시행된 실험실 작물 품종 종자 발아 시험보고서(출처 상기 [비특허문헌1] Using thermal time models to predict germination of five provenances of silver birch (Betula pendula Roth) in southern England)
[도 12] 온도시간(Thermal Time)과 종자발아율(Seed Germination Percentile)과의 상관 관계가 선형함수(Liner Function)으로 표현되는 온도시간모델(Thermal Time Model)
[도 13] Application Server([도 4]의 (405))의 Application Analysis Process[1300]를 통해 종자의 목표 발아율(g, Germination Percentile)에서의 최적 발아속도(Gr(g), Germination rate)를 나타내는 육묘종자발아확인을 통한 작물 품종 종자와 육묘장을 찾기 위한 방법[대표도]
[도 14] Client Web(App)으로 Application Server([도 4]의 (405))에서 IOT-Hub Cloud Server(408) 및 외부 DATABASE Cloud Server(407)를 통해 분석데이터를 Applicaion Server Process[1300]를 거쳐 호출한 화면예.
[도 15] Client Web(App)으로 Application Server([도 4]의 (405))에서 IOT-Hub Cloud Server(408) 및 외부 DATABASE Cloud Server(407)를 통해 분석데이터와 블록체인 데이터 네트워크서버(B-DNS)를 통해 기록저장된 '품종정보'[표1]와 '육묘종자발아변수'[표2]를 통해 Thermal Time Model 종자발아속도 계산 시계열 Flow Chart(15-a)를 출력한 화면예.
본 발명은 종자의 목표 발아속도(Gr(g), Germination Rate)를 계산하기 위해 온도시간 모델(Thermal Time Model)을 이용한다. 또한 작물 재배 적합 지역(또는 국가) 내의 육묘장에 설치운영되는 고안 IOT-Hub 시스템 '육묘종자발아확인 IOT-Hub 시스템'([도 1]의 [100])과 주변 IOT 센서기기로부터 종자 파종 전후의 분석데이터(상토온도, 상토습도, 광량)를 측정수집한다. 이 분석데이터를 [도 14]와 같이 Application Server([도 4]의 (405))는 IOT-Hub Cloud Server(408)로부터 획득한 뒤 온도시간모델(Thermal Time Model)에 대입하게 된다. 이때 고안 블록체인 시스템 '블록체인 데이터 네트워크서버'(Blockchain Data Network Server, 이하 B-DNS라 함)의 블록에 기록저장된 작물 품종 종자 공급자(또는 생산자)가 발행한 종자설명서[도 10]의 '품종정보'[표1] 그리고 '육묘종자발아변수'[표2]로서 그의 의뢰로 시행된 실험실 작물 품종 종자 발아 시험보고서[도 11]에 기재된 '육묘종자발아변수'[표2]도 함께 대입한다. 이러한 과정과 같이 Application Server([도 4]의 (405))의 Application Analysis Process[1300]를 통해 종자의 목표 발아율(g, Germination Percentile)에서의 최적 발아속도(Gr(g), Germination rate)를 나타내는 육묘종자발아확인을 통한 작물 품종 종자와 육묘장를 찾기 위한 방을 구현한다.
본 발명의 고안 IOT-Hub 시스템 '육묘종자발아확인 IOT-Hub 시스템'([도 1]의 [100])은 End Sensor Node(205)가 주변의 IOT 센서기기로부터 수집한 육묘장의 분석데이터(상토온도, 상토습도, 광량)를 실시간 프로토콜(XMPP, CoAP, MQTT 중의 하나)로 수집하는 기능을 담당한다.
또한 고안 IOT-Hub 시스템 '육묘종자발아확인 IOT-Hub 시스템'([도 1]의 [100])은 내부 메모리([도 1]의 (109)) 상에 Local DATABASE(100D)로 분석데이터(상토온도, 상토습도, 광량)를 기록저장하고 있다가 Client Web(App)의 사용자의 요청에 의해상기 실시간 메시징 프로토콜 중의 하나로 IOT-Hub Cloud Server([도 4]의 (408))에 전송하며, Application Server([도 4]의 (405))를 통해 Client Web(App)의 화면([도 14]의 (D-1), (D-3), (D-4))과 같이 해당 육묘장의 실시간 분석데이터(상토온도, 상토습도, 광량)를 제공한다.
고안 IOT-Hub 시스템 '육묘종자발아확인 IOT-Hub 시스템'([도 1]의 [100])은 M2M Processor([도 1]의 (101)), GPS센서 모듈([도 1]의 (102)), 근거리무선통신 모듈([도 1]의 (103)), 광대역무선통신 모듈([도 1]의 (104)), 저전력광역무선통신 모듈([도 1]의 (105)), Ethernet(WIFI) LAN 모듈([도 1]의 (106)), 전원모듈([도 1]의 (107)), LCD표시모듈([도 1]의 (108)), 메모리모듈([도 1]의 (109)), ROM모듈([도 1]의 (110))을 가지고, 블록체인(Blockchain) 기반 IOT 네트워크[도 2] 상의 Gateway Node([도 2]의 (206))에 위치한다.
고안 IOT-Hub 시스템 '육묘종자발아확인 IOT-Hub 시스템'([도 1]의 [100])은 육묘장 내의 블록체인(Blockchain) 기반 IOT 네트워크[도 2] 상의 End Sensor Node([도 2]의 (205))가 되는 IOT 센서기기로부터 야외에서 반경 1km 내의 비가시권이 되는 원격지에 놓여있다면 그 통신 연결에 각 국의 저전력 광역 무선통신([도 2]의 (202))(예, LTE-M/NB-IOT/SIGFOX/LORA 중의 하나)을, 만일 IOT 센서기기가 야외에서 '육묘종자발아확인 IOT-Hub 시스템'([도 1]의 [100])으로부터 반경 25m 내의 가시권에 놓여있거나, 육묘장의 실내에 '육묘종자발아확인 IOT-Hub 시스템'([도 1]의 [100])와 지근거리에 있다면 그 통신 연결에는 근거리 무선통신([도 2]의 (203))(예, BLE Bluetooth, ZIGBEE 등)을 사용한다. 더불어 고안 블록체인 시스템 B-DNS([도 4]의 [400])와의 통신 연결은 각 국의 광대역 무선통신([도 2]의 (204))(예, GSM/GPR/TRS/CDMA/LTE등의 하나)을 사용한다.
또한 본 발명의 고안 블록체인 시스템 '블록체인 데이터셋 관리 네트워크서버'(이하 B-DNS)([도 4]의 [400])는 육묘장에 설치운영되는 고안 IOT-Hub 시스템 '육묘종자발아확인 IOT-Hub 시스템'([도 1]의 [100])의 Local DATABASE(100D)에 기록저장된 상토 데이터(상토온도, 상토습도, 광량)를 기록저장 목적별로 Application Server([도 4]의 (405))의 데이터 처리(Data Process)[도 5]를 거쳐 IOT-Hub Cloud Server([도 4]의 (408))로 전송된 분석데이터들을 데이터셋(Dataset)으로 분류하여 외부 DATABASE Cloud Server([도 4]의 (407))에 기록저장하거나 블록체인 기반 분산원장 시스템(Distributed Ledger System)([도 7]의 (701))의 블록에 기록저장하는 과정을 수행한다.
고안 Application Server([도 4]의 (405))의 데이터 처리(Data Process) 로직 구성도[도 5]을 상세히 명시하자면
STEP1에서 데이터의 장기 저장이 필요 없는 경우, STEP2에서 데이터의 장기 저장이 필요하지만 다중 데이터가 아닌 경우, 그리고 STEP3에서 데이터의 장기 저장이 필요하며 다중 데이터이지만 데이터의 상시 온라인 연결이 불필요한 경우, '육묘종자발아확인 IOT-Hub 시스템'([도 1]의 [100])의 내부 메모리 Local DATABASE(100D)로 기록저장되는 데이터셋(Dataset)이 된다. 주로 Application Server([도 4]의 (405))가 데이터 처리(Data Process)([도 5]의 [500])로 IOT-Hub Cloud Server(408)을 통해 [도 14], [도 15]과 같이 육묘장 내에 설치운영되는 고안 IOT-Hub 시스템 '육묘종자발아확인 IOT-Hub 시스템'([도 1]의 [100])의 실시간 분석데이터(상토온도, 상토습도, 광량)로 출력된다.
하지만 STEP3에서 데이터의 장기 저장이 필요하고 다중 데이터이며 데이터의 상시 온라인 연결이 필요한 경우는 다음과 같이 처리한다.
STEP4에서 모든 데이터의 공개가 요구됨이 없는 경우나 STEP5에서 모든 데이터의 무결성 요구가 필요치 않는 경우, 블록체인 없이 외부 DATABASE Cloud Server([도 4]의 (407))에 기록저장하는 데이터셋(Dataset)으로 분류하게 된다. 주로 작물 품종 종자 공급자(또는 생산자)가 Application Server([도 4]의 (405))의 데이터 처리(Data Process)([도 5]의 [500])로 외부 DATABASE Cloud Server에 블록체인 없이 비암호화(non-Encrypted)된 품종정보[표1]과 육묘종자발아변수[표2]를 입력하는 경우이다.
'품종정보'
1 잘물 품종명 Cultivars name
2 작물 일반명 common name
3 작물 종명 species
4 작물재배적합지역(또는 국가)
5 작물 품종 유형 Cultivars type
6 작물 품종 종자 공급자(또는 생산자)
7 작물 품종 개발자
'육묘종자발아변수'
1 Thermal Time Model의 종자발아 기저온도(또는 최저온도)Tb
2 목표 발아율(g, Germination Percentile)에 요구되는 온도시간(Thermal Time)
- 목표 발아율 25%, 50%, 75%, 100% 각기의 총 4개의 온도시간(Thermal Time)
하지만 모든 데이터의 공개가 요구되며 모든 데이터의 무결성이 요구되는 경우 STEP6에서 모든 데이터의 접속 권한을 소유하지 않았다면, 공공 블록체인 기반 분산원장시스템([도 7]의 (701)) 상의 블록에 기록저장하는 데이터셋(Dataset)으로 분류하게 된다. 주로 Application Server([도 4]의 (405))가 데이터 처리(Data Process)([도 5]의 [500])로 상기 외부 DATABASE Cloud Server([도 4]의 (406))에 비암호화(non-Encrypted)된 품종정보[표1]과 육묘종자발아변수[표2]를 본 발명의 고안 블록체인 시스템 '블록체인 데이터셋 관리 네트워크 서버(B-DNS)([도 4]의 [400])로 암호화(Encrypted)된 데이터셋(Dataset)으로 공공 블록체인 분산원장시스템([도 7]의 (701))의 블록에 저장하는 경우이다. 이렇게 암호화(Encrypted)된 데이터셋은 작물 품종 종자 공급자(또는 생산자)와 그 작물 품종 종자를 선택해 육묘장에 맞춘 이식용 작물 품종 모종의 생산을 의뢰하는 자 그리고 해당 작물 품종 종자를 파종해 모종 재배 생산을 담당하는 육묘장 운영 사업자간 모든 스마트 계약의 조항 데이터로 이용된다.
마지막으로 모든 데이터의 공개가 요구되며 모든 데이터의 무결성이 요구되는 경우 STEP6에서 모든 데이터의 접속 권한을 소유하는 경우, Application Server([도 4]의 (405))가 데이터 처리(Data Process)([도 5]의 [500])로 사설 블록체인 기반 분산원장시스템([도 7]의 (701)) 상의 블록에 기록저장하는 데이터셋(Dataset)으로 분류하게 된다. 주로 B-DNS 공공 블록체인 분산원장시스템에 블록에 '품종정보'[표1]와 '육묘종자발아변수'[표2]를 암호화(Encrypted)된 데이터셋(Dataset)과 IOT-Hub M2M Server로 부터의 실시간 분석데이터를 기반으로 목표 발아율(g. Germination Percentile)에 따른 온도시간모델(Thermal Time Model) 종자 발아속도 계산 시계열 Flow chart를 출력할때 이용된다.
STEP6에서 모든 블록체인 기반 분산원장시스템([도 7]의 (701)) 상의 블록에 기록저장하는 데이터셋(Dataset)은 [도 6], [도 7]과 같은 블록체인 처리(Blockchain Process : [도 4]의 (403))을 거치게 된다.
이에 고안 블록체인 시스템 B-DNS([도 4]의 [400])의 블록체인 처리(Brockchain Process) 로직[도 6], [도 7]을 상세히 명시하자면,
고안 Application Server([도 4]의 (405))의 데이터 처리(Data Process) 로직 구성도[도 5]을 거쳐 모든 블록체인 기반 분산원장시스템([도 7]의 (701)) 상의 블록에 기록저장할 데이터셋(Dataset)은 승인관리(Permission Management) 단계에서 데이터셋(Dataset)에 개인키(private key)로 암호화(Encrypt)하고 블록체인 데이터셋 관리(Blockchain Dataset Management)([도 7]의 (704))과정을 거쳐 다시 공개키(Public key)로 재인증한 뒤 데이터 Nounce hash 값을 생성될 블록에 삽입하여 추가함으로써 Transaction에 서명하는 블록체인 처리(Blockchain Process)([도 6]의 [600]) 로직을 처리하게 된다. 이후 블록체인 기반 분산원장 시스템(Distributed Ledger System)([도 7]의 (701))의 블록(Block)은 Dataset Transaction[700]의 Blockchain Dataset 등록API(702) 조회 API(703)을 통해 App Service Management(402)로 Application Server와 데이터를 교류하게 된다.
이로써 본 발명의 B-DNS는 이와 같은 블록체인 처리(Blockchain Process : [도 4]의 (403)) 과정을 통해 기존의 Client-Server 방식 데이터베이스서버 방식이 아닌 블록체인 기반 분산원장시스템(Distributed Ledger System)([도 7]의 701)의 블록에 데이터셋(Dataset)으로 기록저장함으로써 데이터 해킹 및 위변조의 위험으로부터 데이터 무결성을 보장할 수 있다
본 발명은 상기의 모든 과정을 통해 Client Web(App)으로 고안 IOT-Hub 시스템 '육묘종자발아확인 IOT-Hub 시스템'[100]이 설치운영되는 육묘장의 지리적 위치 지도[도 9]로부터 [표3]와 같은 단계의 Application Analysis Process[1300]를 따라 육묘장의 분석데이터(상토온도, 상토습도, 광량)과 특정 작물 품종의 '품종정보'[표1]와 '육묘종자발아변수'[표2]를 온도시간모델(Thermal Time Model)에 대입 종자 발아속도를 계산함으로써 [도 14] [도 15]의 화면과 같이 Application Server([도 4]의 (405))의 Application Analysis Process[1300]를 통해 종자의 목표 발아율(g, Germination Percentile)에서의 최적 발아속도(Gr(g), Germination rate)를 나타내는 육묘종자발아확인을 통한 작물 품종 종자와 육묘장을 찾기 위한 방법[도 13]을 제시하게 된다.
단계1 화면 좌측의 D1에서 원하는 이식용 작물 품종 모종의 생산용 작물 일반명을 검색한다.
단계2 화면 좌측의 D2에서 해당 작물 재배 적합 지역(또는 국가)를 선택한다.
단계3 화면 좌측의 D3에 해당 지역(또는 국가) 내 재배(또는 판매)되는 작물 품종명의 List가 열거되고, 그 중 하나 또는 다중의 작물 품종을 선택해
단계4 화면 좌측의 D4를 클릭해 선택된 작물 품종의 육묘장 보기로 하면,
단계5 화면 우측의 D5 지도 상에 선택된 작물 품종의 육묘장 2D 지도가 출력된다.
단계6 화면 우측의 D6는 클릭할 경우 선택된 이식용 작물 품종 모종의 생산 육묘장 위성 지도가 출력된다.
단계7 화면 우측의 D5 또는 D6 지도 상의 마커를 클릭하면 Client Web(App)은 [도 14] 또는 [도 15]의 DATA를 호출한 화면으로 출력 전환된다.
여기서 사설 블록체인(Private Blockchain) 기반 분산원장시스템(Distributed Ledger System)(701)의 모든 데이터의 접속 권한을 소유한 자의 [도 15]의 Data가 호출된 Client Web(App) 화면 상에는 목표 발아율(g. Germination Percentile)과 작물 품종의 선택란이 활성되며, 실험실 작물 품종 종자 발아 시험보고서[도 11]의 '육묘종자발아변수'[표2]와 해당 육묘장의 최적온도Topt가 아닌 발아적온 온도범위 내의 상토온도(T)의 시계열 변화값을 온도시간 모델(Thermal Time Model)[도 12]에 대입함으로써 작물 재배 적합 지역(또는 국가) 내의 육묘장에 맞춘 이식용 작물 품종 모종 생산용 최적 작물 품종 종자를 찾기위한 작물 품종 종자의 발아속도(Gr(g), Germination rate)를 계산할 수 있는 시계열 Flow Chart가 출력된다.([도 15] (D-5) (15a))
더불어 고안 블록체인 시스템 B-DNS([도 4]의 [400])에서 고안 IOT-Hub 시스템 '육묘종자발아확인 IOT-Hub 시스템'([도 1]의 [100]) 및 드론을 포함한 무인비행체(UAV, Unmanned Aerial Vehicle)([도 2]의 (201))과의 통신 연결을 TCP/IP 기반 각 국의 광대역무선통신([도 2]의 (204))(예, GSM/GPR/TRS/CDMA/LTE등)을 사용하며, Application Server([도 4]의 (405)), P2P 연결 타 B-DNS([도 4]의 (406)), 외부 DATABASE Cloud Server([도 4]의 (407)), IOT-Hub Cloud Server([도 4]의 (408))과의 통신 연결은 TCP/IP 기반 Ethernet(WIFI) LAN 또는 각 국의 광대역무선통신([도 2]의 (204))(예, GSM/GPR/TRS/CDMA/LTE등)을 사용한다.
이때 육묘종자발아확인 IOT-Hub 시스템과 토양 IOT 센서기기는 육묘장에 설치 운영하며, 블록체인 데이터 네트워크서버B-DNS는 작물 품종 종자 공급자(또는 생산자)에 설치 운영하고, Application Server를 포함한 IOT-Hub Cloud Server 및 외부 DATABASE Server는 Cloud Platform으로 작물품종종자정보센터가 운영하는 Network Topology을 갖는다.
본 발명인 작물 품종 종자 정보 기록저장 블록체인 시스템 및 온도시간모델에 기반한 육묘종자발아확인 IOT-Hub 시스템으로 블록체인 기반의 작물품종종자정보센터를 구현할 수 있게 된다.
이로써 본 발명으로 작물 재배 적합 지역(또는 국가) 내의 육묘장에 맞춘 이식용 작물 품종 모종 생산용 최적 작물 품종을 온도시간모델(Thermal Time Model) 기반으로 추천하는 서비스를 제공할 수 있을 뿐만아니라 Cloud Platform 기반 빅데이터 분석과 인공지능AI 분석 기술과 연계해 시설재배 온실(스마트팜 또는 수직농장)에 맞춘 최적 작물 품종 종자를 추천하는 서비스로 확대할 수 있다.
이를 통해 기후변화 시대 글로벌 무역 작물의 플랜테이션 농장의 이식용 작물 품종 모종을 생산하는 육묘(Nursery) 비즈니스나 작물 품종 종자를 생산하는 채종(Green Fieid) 비즈시스에도 적용할 수 있으며, 국제 식물 신품종 보호 연합(UPOV. 'INTERNATIONAL UNION FOR THE PROTECTION OF NEW VARIETIES OF PLANTS')에 등록된 작물 품종 종자에 연계하여 UN 세계식량농업기구(FAO)가 권장한 ICT E-Agriculuture System 모델[800]과 연결된 개별 국가 내 또는 국제기구 지역내 블록체인 네트워크 상에 종자은행 서비스로 확대 제공할 수 있다.
[100] 고안 IOT-Hub 시스템 '육묘종자발아확인 IOT-Hub 시스템'([도 1]의 [100])
(100D) Local DATABASE
(101) M2M Processor
(102) GPS센서 모듈
(103) 근거리무선통신 모듈
(104) 광대역무선통신 모듈
(105) 저전력광역무선통신 모듈(LTE-M/NB-IOT/SIGFOX/LORA 중의 하나)
(106) Ethernet(WIFI) LAN 모듈
(107) 전원모듈
(108) LCD표시모듈
(109) 메모리모듈
(110) ROM모듈
[200] 블록체인(Blockchain) 기반 IOT 네트워크
(201) 무인비행체
(202) 저전력광역 무선통신(LTE-M/NB-IOT/SIGFOX/LORA 중의 하나)
(203) 근거리 무선통신
(204) 광대역 무선통신
(205) End Sensor node(IOT 센서기기)
(206) Gateway Node(고안 IOT-Hub 시스템 '육묘종자발아확인 IOT-Hub 시스템'([도 1]의 [100]))
(207) Network Node(P2P연결 B-DNS)
(208) Application Node
(209) Customer Node
[400] B-DNS의 구성 기능 프로세스의 개략도
(400a) B-DNS의 구성 기능 프로세스의 핵심 로직
(401) DATABASE
(402) App Services Management
(403) Blockchain Process
(404) Dataset Transaction
(405) Application Servers
(406) P2P 연결 다른 B-DNS
(407) 외부 DATABASE Cloud Server
(408) IOT-Hub Cloud Server
(409) REST API
(410) Gateway Management(Routing)
(411) End Sensor Node Management(ADR)
(412) Key Management
(413) Join Servers
(414) Web Administration
[500] B-DNS의 Data Process의 로직 구성도
[600] B-DNS의 Blockchain Process 로직 구성도
[700] D-DMNS의 Dataset Transaction 기능 프로세스 개략 구성도
[701] 블록체인 기반 분산원장시스템(Distributed Ledger System)
[702] Blockchain Dataset 등록 API
[703] Blockchain Dataset 조회 API
[704] Blockchain Dataset Management
[800] UN세계식량농업기구(FAO) 권장 ICT E-Agriculuture System 모델
[1300] Application Analysis Process

Claims (5)

  1. 종자의 목표 발아율(g, Germination Percentile)에서의 최적 발아속도(Gr(g), Germination rate)를 나타내는 육묘종자발아확인을 통한 작물 품종 종자와 육묘장을 찾는 방법으로 [표3]의 단계로 처리되는 Application Analysis Process[1300].
  2. 멘델의 유전법칙에 따르는 전통육종 및 유전자변형(GMO LMO GE) 모든 형태의 작물 품종 종자 공급자(또는 생산자)가 발행한 종자설명서[도 10]의 '품종정보'[표1] 그리고 그의 의뢰로 시행된 실험실 작물 품종 종자 발아 시험보고서[도 11]에 기재된 '육묘종자발아변수'[표2]를 작물 품종 종자 정보로서 공공(또는 사설) 블록체인 기반 분산원장시스템(Blockchain Based Distributed Ledger System)의 블록에 암호화된(Encrypted) 데이터셋(Dataset)으로 기록저장하는 고안 블록체인 시스템 '블록체인 데이터 네트워크서버'(Blockchain Data Network Server, 이하 B-DNS라 함)
  3. 제1항의 Application Analysis Process[1300]에서 다음 세개 시스템의 데이터를 분류하는 데이터처리(Data Process) 방법.([도 5]의 [500])
    ㉠ 작물 재배 적합 지역(또는 국가) 내의 육묘장에 설치운영되는 고안 IOT-Hub 시스템 '육묘종자발아확인 IOT-Hub 시스템'([도 1]의 [100])과 그 주변의 IOT 센서기기로부터 IOT-Hub M2M Server가 수집측정한 종자 파종 전후의 실시간 분석데이터(상토온도, 상토습도, 광량)
    ㉡ 비암호화된(Encrypted) 데이터셋(Dataset)으로 외부 DATABASE Cloud Server에 기록저장된 '품종정보'[표1] 및 '육묘종자발아변수'[표2]
    ㉢ 암호화된(Encrypted) 데이터셋(Dataset)으로 공공 블록체인 기반 분산원장시스템(Blockchain Based Distributed Ledger System)의 블록에 기록저장된 '품종정보'[표1] 및 '육묘종자발아변수'[표2]
  4. 제1항에서 [표3]의 단계로 처리되는 Application Analysis Process[1300]를 위해 '육묘종자발아확인 IOT-Hub 시스템'[100]이 설치운영되는 육묘장의 지리적 위치 지도를 사용하는 Client Web(App) 화면[도 9]의 Graphic User Interface.
  5. 이후 전환되는 [도 14] 화면 상에서 온도시간 모델(Thermal Time Model) 종자 발아속도 계산 시계열 Flow chart([도 15]의 (15-a))을 육묘종자발아확인의 수단으로써 출력하는 Graphic User Interface.
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