KR20200122612A - 작물 생육 제어 시스템 - Google Patents

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KR20200122612A
KR20200122612A KR1020190045520A KR20190045520A KR20200122612A KR 20200122612 A KR20200122612 A KR 20200122612A KR 1020190045520 A KR1020190045520 A KR 1020190045520A KR 20190045520 A KR20190045520 A KR 20190045520A KR 20200122612 A KR20200122612 A KR 20200122612A
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조진형
심소희
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아이오크롭스 주식회사
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Abstract

작물 생육 제어 시스템이 개시된다. 본 개시의 일 실시 예에 따른 작물 생육 제어 시스템은, 온실 내부의 작물의 생육 상태 및 온실 내부의 환경 정보를 센싱하는 센서, 온실 내부의 환경을 관리하기 위한 환경 제어기, 작물에 양액을 공급하는 양액기 및 센서에 의해 센싱된 작물의 생육 상태 정보 및 온실 내부의 환경 정보에 기초하여 환경 제어기의 제어 설정값 및 양액기의 제어 설정값을 획득하는 작물 재배 분석 장치를 포함한다.

Description

작물 생육 제어 시스템{CROP GROWTH CONTROL SYSTEM AND CONTROLLING METHOD OF THEREOF}
본 개시는 작물 생육 제어 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 정밀 농업을 위한 작물 생육 데이터 수집 및 분석을 통해 보다 효율적인 작물 재배를 하는 작물 생육 제어 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
노동 집약적이던 기존의 농업 방식과는 달리, IoT 기술을 접목한 첨단 시설과 장비를 통해 생육 관리가 이루어지는 정밀 농업이 각광받고 있다.
그러나, 고가의 시설비가 필요하고, 해석하기 어려운 데이터를 기반으로 제어 설정 값을 결정해야 하는 주체는 여전히 사람이며, 개인이 이에 대한 총체적인 이해를 가지고 농사를 지어야 하는 등 요구하는 지식 수준이 높아 진입 장벽이 높다는 문제가 있었다.
또한, 현재 농업 전문가 컨설팅에 대한 수요는 높으나 컨설턴트의 지리적, 시간적인 활동 범위에 제한이 있고, 비용 또한 높기 때문에 농가에 부담이며, 농업과 관련된 종합적이고 방대한 데이터를 축적한 시스템이 없어 개인의 경험에 기반한 컨설팅만이 이루어지고 있어 오류의 가능성이 높다는 문제가 있었다.
이로 인해 데이터를 수집하고, 수집된 데이터를 분석하여 재배에 반영되도록 가이드를 제공하기 위한 기술의 필요성이 대두되고 있다.
본 개시는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 작물의 현 생육 상태를 정확하게 파악하고 이를 바탕으로 효과적인 제어 방향을 제시하는 작물 생육 제어 시스템 및 이의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 작물 생육 제어 시스템은, 온실 내부의 작물의 생육 상태 및 온실 내부의 환경 정보를 센싱하는 센서, 상기 온실 내부의 환경을 관리하기 위한 환경 제어기, 상기 작물에 양액을 공급하는 양액기 및 상기 센서에 의해 센싱된 작물의 생육 상태 정보 및 상기 온실 내부의 환경 정보에 기초하여 상기 환경 제어기의 제어 설정값 및 상기 양액기의 제어 설정값을 획득하는 작물 재배 분석 장치를 포함한다.
이 경우, 상기 작물 상태 분석 장치는, 상기 센서로부터 획득된 영상에 기초하여 상기 작물 줄기의 직경을 판단하고, 상기 판단된 작물 줄기의 직경이 기설정된 기준 직경보다 크면, 온실 내부의 평균 온도를 증가시키도록 상기 환경 제어기의 제어 설정값을 획득하고, 상기 판단된 작물 줄기의 직경이 상기 기설정된 기준 직경 이하이면, 온실 내부의 평균 온도를 감소시키도록 상기 환경 제어기의 제어 설정값을 획득할 수 있다.
이 경우, 상기 작물 상태 분석 장치는, 상기 센서로부터 획득된 영상에 기초하여 상기 작물의 과실 부하 여부를 판단하고, 상기 판단된 작물 줄기의 직경이 상기 기설정된 기준 직경 이하이면, 상기 과실 부하가 기준 값을 초과하는지 여부에 기초하여 적과 여부를 판단할 수 있다.
한편, 상기 작물 상태 분석 장치는, 상기 센서로부터 획득된 영상에 기초하여 작물의 개화 위치를 판단하고, 작물의 생장점으로부터 상기 판단된 개화 위치가 기설정된 기준점보다 가까우면, 주야간 온도 편차가 감소되도록 상기 환경 제어기의 제어 설정값을 획득하고, 소량 다회 관수법으로 변경되도록 상기 양액기의 제어 설정값을 획득할 수 있다.
한편, 상기 작물 상태 분석 장치는, 상기 획득된 환경 제어기의 제어 설정값을 바탕으로 상기 환경 제어기를 제어하기 위한 제어 명령을 생성하여 상기 환경 제어기에 전송하고, 상기 획득된 양액기의 제어 설정값을 바탕으로 상기 양액기를 제어하기 위한 제어 명령을 생성하여 상기 양액기에 전송할 수 있다.
한편, 상기 작물 상태 분석 장치는, 디스플레이를 더 포함하고, 상기 획득된 환경 제어기의 제어 설정값 및 상기 획득된 양액기의 제어 설정값을 바탕으로 상기 환경 제어기 및 상기 양액기의 제어를 위한 가이드를 상기 디스플레이에 표시할 수 있다.
한편, 상기 작물 상태 분석 장치는, 통신부를 더 포함하고, 상기 획득된 환경 제어기의 제어 설정값 및 상기 획득된 양액기의 제어 설정값을 바탕으로 상기 환경 제어기 및 상기 양액기의 제어를 위한 가이드를 상기 통신부를 통해 사용자의 단말 장치에 전송할 수 있다.
한편, 상기 작물 상태 분석 장치는, 상기 센서에 의해 시간에 따라 측정된 배지 무게를 바탕으로, 급액 시작 시각을 식별하고, 상기 식별된 급액 시작 시각이 일출 시점부터 누적 광량이 100J/cm2인 시점보다 빠르면, 급액 시작 시각이 늦춰지도록 상기 양액기의 제어 설정값을 획득하고, 상기 식별된 급액 시작 시각이 일출 시점부터 누적 광량이 100J/cm2인 시점보다 느리면, 급액 시작 시각이 빨라지도록 상기 양액기의 제어 설정값을 획득할 수 있다.
한편, 상기 작물 상태 분석 장치는, 상기 센서에 의해 시간에 따라 측정된 배지 무게를 바탕으로, 급액 종료 시각부터 익일 급액 시작 시각 사이의 구간의 함수율 편차를 식별하고, 상기 식별된 함수율 편차가 기설정된 기준 값보다 크면, 급액 종료 시각이 늦춰지도록 상기 양액기의 제어 설정값을 획득하고, 상기 식별된 함수율 편차가 기설정된 기준 값보다 작으면, 급액 종료 시각이 빨라지도록 상기 양액기의 제어 설정값을 획득할 수 있다.
한편, 상기 작물 상태 분석 장치는, 상기 센서에 의해 시간에 따라 측정된 배지 무게를 바탕으로, 최대 함수량 도달 시각을 식별하고, 상기 식별된 최대 함수량 도달 시각이 기설정된 기준 시각보다 빠르면, 관수량이 감소되도록 상기 양액기의 제어 설정값을 획득하고, 상기 식별된 최대 함수량 도달 시각이 기설정된 기준 시각보다 느리면, 관수량이 증가되도록 상기 양액기의 제어 설정값을 획득할 수 있다.
한편, 본 개시의 일 실시 예에 따른 작물 생육 제어 시스템의 제어 방법은, 온실 내부의 작물의 생육 상태 및 온실 내부의 환경 정보를 센싱하는 단계, 상기 센싱된 작물의 생육 상태 정보 및 상기 온실 내부의 환경 정보에 기초하여 상기 온실 내부의 환경을 관리하기 위한 환경 제어기의 제어 설정값 및 상기 작물에 양액을 공급하는 양액기의 제어 설정값을 획득하는 단계를 포함한다.
이 경우, 상기 센싱하는 단계는, 상기 작물을 촬상한 영상을 획득하고, 상기 획득하는 단계는, 상기 획득된 영상에 기초하여 상기 작물 줄기의 직경을 판단하고, 상기 판단된 작물 줄기의 직경이 기설정된 기준 직경보다 크면, 온실 내부의 평균 온도를 증가시키도록 상기 환경 제어기의 제어 설정값을 획득하고, 상기 판단된 작물 줄기의 직경이 상기 기설정된 기준 직경 이하이면, 온실 내부의 평균 온도를 감소시키도록 상기 환경 제어기의 제어 설정값을 획득할 수 있다.
한편, 상기 센싱하는 단계는, 시간에 따라 배지 무게를 측정하고, 상기 획득하는 단계는, 상기 시간에 따라 측정된 배지 무게를 바탕으로, 급액 시작 시각을 식별하고, 상기 식별된 급액 시작 시각이 일출 시점부터 누적 광량이 100J/cm2인 시점보다 빠르면, 급액 시작 시각이 늦춰지도록 상기 양액기의 제어 설정값을 획득하고, 상기 식별된 급액 시작 시각이 일출 시점부터 누적 광량이 100J/cm2인 시점보다 느리면, 급액 시작 시각이 빨라지도록 상기 양액기의 제어 설정값을 획득할 수 있다.
한편, 상기 센싱하는 단계는, 시간에 따라 배지 무게를 측정하고, 상기 획득하는 단계는, 상기 시간에 따라 측정된 배지 무게를 바탕으로, 급액 종료 시각부터 익일 급액 시작 시각 사이의 구간의 함수율 편차를 식별하고, 상기 식별된 함수율 편차가 기설정된 기준 값보다 크면, 급액 종료 시각이 늦춰지도록 상기 양액기의 제어 설정값을 획득하고, 상기 식별된 함수율 편차가 기설정된 기준 값보다 작으면, 급액 종료 시각이 빨라지도록 상기 양액기의 제어 설정값을 획득할 수 있다.
한편, 상기 센싱하는 단계는, 시간에 따라 배지 무게를 측정하고, 상기 획득하는 단계는, 상기 시간에 따라 측정된 배지 무게를 바탕으로, 최대 함수량 도달 시각을 식별하고, 상기 식별된 최대 함수량 도달 시각이 기설정된 기준 시각보다 빠르면, 관수량이 감소되도록 상기 양액기의 제어 설정값을 획득하고, 상기 식별된 최대 함수량 도달 시각이 기설정된 기준 시각보다 느리면, 관수량이 증가되도록 상기 양액기의 제어 설정값을 획득할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 개시의 다양한 실시 예에 따르면 작물의 현 생육 상태를 정확하게 파악하고 이를 바탕으로 효과적인 제어 방향을 설정할 수 있으며, 작물의 생산 능력을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 작물 생육 제어 시스템을 도시한 시스템도,
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 작물 상태 분석 장치를 설명하기 위한 블록도,
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따라, 작물의 순 광합성량에 기초하여 환경 제어기를 제어하는 환경 관리 모듈의 동작을 설명하기 위한 흐름도,
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따라, 작물의 개화 위치에 기초하여 환경 제어기를 제어하는 환경 관리 모듈 및 양액기를 제어하는 관수 관리 모듈의 동작을 설명하기 위한 흐름도,
도 5 내지 도 9는 다양한 기준에 기초하여 양액기를 제어하는 관수 관리 모듈의 동작을 설명하기 위한 흐름도,
도 10은 도 5 내지 도 9에 개시된 제어를 수행했을 때 도출되는 시간에 따른 배지 무게 및 증산량을 나타내는 그래프, 그리고,
도 11은 작물 상태 분석 장치에 의한 분석 결과에 기초하여 사용자에게 제공되는 가이드의 일 실시 예를 도시한 도면이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 문서의 실시 예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 문서에서, "가진다," "가질 수 있다," "포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
본 문서에서, "A 또는 B," "A 또는/및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상"등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B," "A 및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.본 문서에서 사용된 "제1," "제2," "첫째," 또는 "둘째,"등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다.
어떤 구성요소(예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 문서에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)," "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)," "~하도록 설계된(designed to)," "~하도록 변경된(adapted to)," "~하도록 만들어진(made to)," 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성된(또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)" 것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 부프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 작물 생육 제어 시스템을 도시한 시스템도이다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 작물 생육 제어 시스템(1000)은 작물(10), 작물 상태 분석 장치(100), 센서(200), 환경 제어기(301) 및 양액기(302)를 포함한다.
작물(10)은 이용할 목적으로 재배하는 식물을 의미할 수 있다. 본 개시에서의 작물(10)은 온도, 습도 등의 환경 제어가 가능한 온실 내부에서 양액 재배될 수 있다. 여기서, 양액 재배란 토양 대신 물이나 고형 배지에서 식물을 기르는 재배방식일 수 있다. 예를 들어, 작물(10)은 토마토, 파프리카, 오이, 딸기 등 양액 재배가 가능한 식물일 수 있다.
센서(200)는 하나 이상일 수 있으며, 온실 내의 작물(10)의 생육 정보, 작물(10)이 재배되는 온실의 환경 정보 또는 온실의 외부 환경 정보를 센싱하는 구성이다. 예를 들어, 센서(200)로는 카메라, 적외선 카메라, 온도 센서, 습도 센서, CO2 농도 센서, 무게 감지 센서, 전기 전도도 센서, pH 센서 등 다양한 종류의 센서가 사용될 수 있다.
여기서, 작물(10)의 생육 정보란, 작물이 자라고 있는 상태를 판단하기 위한 정보일 수 있다. 예를 들어, 작물(10)의 생육 정보는, 작물의 수확량, 과실의 개수 및 크기, 줄기 직경, 개화 위치(생장점으로부터 최근 개화한 화방까지의 길이), 엽면적 지수(LAI:Leaf Area Index), 잎의 길이, 잎의 폭, 잎의 온도, 품종, 생육 단계(정식 일자, 전개 화방 수) 등을 포함할 수 있다.
이때, 작물(10)의 생육 정보는 온실 내에서 재배되는 작물 중 임의의 개수의 작물 개체를 샘플링하여 측정될 수 있다. 예를 들어, 샘플링된 작물 개체를 카메라로 촬영하고, 촬영된 영상을 분석하여 과실의 개수, 크기, 줄기의 직경, 개화 위치 등에 대한 정보를 획득할 수 있다.
그리고, 작물(10)이 재배되는 온실의 환경 정보는 지상부 환경 정보 및 근권부 환경 정보를 포함할 수 있다. 여기서, 지상부 환경 정보는 땅을 기준으로 땅 위에서 작물(10)에 제공되는 환경을 의미하는 것으로, 온도, 습도, 광량, CO2 농도 등을 포함할 수 있다.
그리고, 근권부 환경 정보는 작물(10)의 뿌리가 존재하는 배지(토양)의 상태 정보를 의미하는 것으로, 배지에 공급되는 1회 양액 공급량, 급액 간격, 하루 중 급액 시작 시간, 하루 중 급액 종료 시간, 시간 구간별 함수율 편차, 급액 전기 전도도(EC)/ pH, 배액 EC/pH, 배액량, 배액율(누적배액량/누적급액량) 등을 포함할 수 있다.
한편, 온실의 외부 환경 정보는 온실의 내부에 영향을 미치는 온실의 외부의 기상 환경에 대한 정보일 수 있으며, 광량, 온도, 습도, 현재 계절, 지역(위경도)/지리 정보, 기상 예보 등을 의미할 수 있다.
한편, 작물(10)의 생육 정보, 작물(10)이 재배되는 온실의 환경 정보 또는 온실의 외부 환경 정보 등은 센서(200)를 통해 측정될 수도 있으나, 수기로 측정되어 전산에 입력되거나, 외부 서버로부터 수신된 정보일 수도 있다.
작물 상태 분석 장치(100)는 센서(200)에 의해 센싱된 온실 내의 작물(10)의 생육 정보, 작물(10)이 재배되는 온실의 환경 정보 또는 온실의 외부 환경 정보를 이용하여 온실 내의 환경을 조절하기 위한 제어 설정 값을 획득하고, 농작업(적과, 적엽 등)과 관련된 사용자의 의사 결정을 지원하기 위한 정보를 제공하는 구성이다. 일 실시 예로, 작물 상태 분석 장치(100)는 PC, 서버 등으로 구현될 수 있다.
구체적으로, 작물 상태 분석 장치(100)는 작물(10)이 재배되는 온실 내의 환경을 조절하기 위해 환경 제어기(301) 및 양액기(302)의 제어 설정값을 획득하는 구성이다.
이때, 획득된 제어 설정값은 사용자에게 제공되어 사용자가 직접 환경 제어기(301) 및 양액기(302)를 제어할 수 있다. 다른 실시 예로, 작물 상태 분석 장치(100)에서 획득된 제어 설정값을 바탕으로 한 제어 명령을 생성하고, 생성된 제어 명령을 환경 제어기(301) 및 양액기(302)에 전송함으로써, 작물 상태 분석 장치(100)가 환경 제어기(301) 및 양액기(302)를 직접 제어할 수도 있다.
또한, 작물 상태 분석 장치(100)는 작물(10)의 생육 정보, 온실의 환경 정보 및 온실의 외부 환경 정보에 기초하여 농작업(적과, 적엽 등)과 관련된 정보를 사용자에게 제공하여 사용자가 해당 농작업을 수행할 수 있도록 할 수 있다.
환경 제어기(301)는 온실 내 환경 조건을 최적의 범위로 유지시켜주는 장치 및 소프트웨어로, 온실 내의 광량, 온도, 습도, CO2 농도 등을 제어하기 위한 것으로, 천창, 난방기, 차광커튼, 보온커튼, 분무기, CO2 공급기 등일 수 있다.
그리고, 양액기(302)는 양액 재배 작물에게 물과 비료를 혼합한 양액(영양액, 배양액)을 자동으로 공급하는 장치로, 물과 비료를 혼합하는 비율은 작물 상태 분석 장치(100)에 의해 기설정된 EC(전기전도도)/pH 농도에 따라 자동으로 제어될 수 있다.
그리고, 양액기(302)는 작물 상태 분석 장치(100)에 의해 기설정된 하루 중 급액이 시작되는 시간, 하루 중 급액이 종료되는 시간, 1회 급액량, 급액 간격에 따라 제어될 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 작물 상태 분석 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 작물 상태 분석 장치(100)는 통신부(110), 메모리(120) 및 프로세서(130)를 포함한다.
통신부(110)는 외부 전자 장치와 통신을 수행할 수 있다. 통신부(110)는 외부 장치와 통신을 수행하기 위한 구성이다. 한편, 통신부(110)가 외부 장치와 통신 연결되는 것은 제3 기기(예로, 중계기, 허브, 엑세스 포인트, 서버 또는 게이트웨이 등)를 거쳐서 통신하는 것을 포함할 수 있다. 무선 통신은, 예를 들면, LTE, LTE-A(LTE Advance), 5G, LoRa, CDMA(code division multiple access), WCDMA(wideband CDMA), UMTS(universal mobile telecommunications system), WiBro(Wireless Broadband), 또는 GSM(Global System for Mobile Communications) 등 중 적어도 하나를 사용하는 셀룰러 통신을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 무선 통신은, 예를 들면, WiFi(wireless fidelity), 블루투스, 블루투스 저전력(BLE), 지그비(Zigbee), NFC(near field communication), 자력 시큐어 트랜스미션(Magnetic Secure Transmission), 라디오 프리퀀시(RF), 또는 보디 에어리어 네트워크(BAN) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 유선 통신은, 예를 들면, USB(universal serial bus), HDMI(high definition multimedia interface), RS-232(recommended standard232), 전력선 통신, 또는 POTS(plain old telephone service) 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 무선 통신 또는 유선 통신이 수행되는 네트워크는 텔레커뮤니케이션 네트워크, 예를 들면, 컴퓨터 네트워크(예: LAN 또는 WAN), 인터넷, 또는 텔레폰 네트워크 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로, 통신부(110)는 온실 내부에 배치된 센서로부터 센싱된 온실 내의 작물의 생육 정보 및 작물이 재배되는 온실의 환경 정보를 수신할 수 있다. 그리고, 통신부(110)는 온실의 외부에 배치된 센서로부터 온실의 외부 환경 정보를 수신할 수 있다.
그리고, 통신부(110)는 외부 서버와 데이터를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 통신부(110)는 외부 서버들로부터 기상 정보, 다른 농가의 데이터 수집하고, 재배 조건과 생산량 간의 데이터 셋의 확보를 통해 도출된 최적의 재배 조건 등을 수신할 수 있다. 그리고, 통신부(110)는 프로세서(130)에 의해 획득된 환경 제어기 및 양액기의 제어 설정값과 이러한 제어 설정값을 획득하는데 사용된 작물의 생육 정보, 온실 내부 및 외부의 환경 정보를 빅데이터로 사용하기 위해 외부 서버로 전송할 수 있다.
한편, 통신부(110)는 프로세서(130)에 의해 획득된 환경 제어기의 제어 설정값 및 양액기의 제어 설정값을 사용자의 단말 장치로 전송하여 사용자에게 제공할 수 있다. 사용자는 전송된 제어 설정값에 기초하여 환경 제어기 및 양액기를 제어할 수 있다.
메모리(120)는 전자 장치(100)의 적어도 하나의 다른 구성요소에 관계된 명령 또는 데이터를 저장할 수 있다. 특히, 메모리(120)는 비휘발성 메모리, 휘발성 메모리, 플래시메모리(flash-memory), 하드디스크 드라이브(HDD) 또는 솔리드 스테이트 드라이브(SSD) 등으로 구현될 수 있다. 메모리(120)는 프로세서(130)에 의해 액세스되며, 프로세서(130)에 의한 데이터의 독취/기록/수정/삭제/갱신 등이 수행될 수 있다. 본 개시에서 메모리라는 용어는 메모리(120), 프로세서(130) 내 롬(미도시), 램(미도시) 또는 전자 장치(100)에 장착되는 메모리 카드(미도시)(예를 들어, micro SD 카드, 메모리 스틱)를 포함할 수 있다. 또한, 메모리(120)에는 디스플레이의 디스플레이 영역에 표시될 각종 화면을 구성하기 위한 프로그램 및 데이터 등이 저장될 수 있다.
메모리(120)는 센서에 의해 획득된 작물의 생육 정보 및 온실 내부 및 외부의 환경 정보를 저장할 수 있다. 그리고, 메모리(120)는 프로세서(130)에 의해 획득된 환경 제어기의 제어 설정값 및 양액기의 제어 설정값을 저장할 수 있다.
프로세서(130)는 통신부(110) 및 메모리(120)와 전기적으로 연결되어 작물 상태 분석 장치(100)의 전반적인 동작 및 기능을 제어할 수 있다.
프로세서(130)는 작물의 생육 조절이 가능하며, 관수 조절이 가능하다. 여기서, 생육 조절이라 함은 작물의 순 광합성량과 생장상을 포함할 수 있다.
프로세서(130)는 상술한 조절을 위해 환경 관리 모듈(131) 및 관수 관리 모듈(132)을 포함할 수 있다.
환경 관리 모듈(131)은 온실 내부의 환경을 조절하기 위한 제어 설정값을 모듈이다.
환경 관리 모듈(131)은 센서로부터 수신된 카메라 영상, 수기로 측정하여 전산을 통해 입력된 작물의 생육 정보에 기초하여 온실 내부의 온도를 조절할 수 있다.
구체적으로, 환경 관리 모듈(131)은 작물의 생장점 아래 30cm 부근 줄기의 직경을 통해 작물의 순 광합성량을 판단할 수 있다. 구체적으로, 줄기의 직경이 두꺼우면, 순 광합성량이 많은 것으로 진단하고, 작물의 생장 강도, 초세 또는 작물의 세력이 강하다고 표현할 수 있다. 여기서, 작물의 순 광합성량은 총 광합성량에서 호흡량을 뺀 것으로, 순 광합성을 높이고 잉여 양분을 적절히 소모해야 건강한 작물을 많이 수확할 수 있다.
작물의 호흡에 관여하는 요소는 온실 내부의 평균 온도이며, 온실 내부의 온도와 호흡량은 비례하여, 온도가 높으면 작물의 길이 생장도 빨라져서 다음 수확을 위한 화방의 전개 속도를 높일 수 있다. 양분의 생성(source)은 작물의 잎에서 일어나는 광합성을 통해서 이루어지며, 양분을 소모(sink)는 생장점 또는 과실의 비대에서 이루어질 수 있다.
따라서, 환경 관리 모듈(131)은 작물의 순광합성량이 충분히 많을 때(줄기가 두꺼울 때)는 평균온도를 증가시켜 생장 속도를 빠르게 하여 다음 화방을 키우거나, 작물이 매달고 있는 과실의 수를 늘려서 수확량의 증가를 기대할 수 있다. 한편, 순광합성량이 적을 때는, 평균 온도를 감소시켜 호흡량을 감소시키거나, 적과(수확 전 비대 중인 과실을 제거하는 것)를 실시하여 과실 부하를 감소시킴으로써 순광합성량을 늘리고 생장 강도를 회복하여야 한다.
관수 관리 모듈(132)는 관수를 조절하기 위한 제어 설정값을 획득하는 모듈이다. 구체적으로, 관수 관리 모듈(132)는 양액기의 제어 설정값을 산출하기 위한 모듈이다. 토마토, 파프리카, 오이, 딸기 등과 같이 배지 기반 양액 재배를 하는 작물에서는 관수 전략에 따라 작물의 생장이 크게 달라지게 되므로, 관수 전략은 매우 중요하다 할 수 있다.
관수 관리 모듈(132)는 증산량 측정을 통한 작물의 하루 중 실제 수분 요구량을 파악할 수 있다. 구체적으로, 관수 관리 모듈(132)는 배지의 무게를 측정하여 배지 함수량 및 작물이 수분을 흡수(증산)하는 패턴을 정량적으로 파악할 수 있다. 여기서, 배지 함수량이란 배지 속에 있는 수분의 양을 나타내는 지표이며, 용적 기준 함수율은 배지 부피에 대한 수분의 부피의 비율을 의미한다. 이러한 배지 무게 측정을 통해 계산되는 작물의 증산량 값을 이용하여 양액기의 1회 급액량, 급액 간격, 관수 시작 시간 및 관수 종료 시간 등 설정값을 정할 수 있다.
그리고, 관수 관리 모듈(132)는 계절 별, 작물의 생장 단계 별 맞춤형 관수 전략을 획득할 수 있다. 이와 같이, 외부 환경과 작물의 상태에 적합한 관수를 하면서, 고품질의 작물을 획득할 수 있다.
한편, 구체적인 관수 관리 모듈(132)의 동작은 이하 도 5 내지 도 9를 참조하여 자세히 설명하기로 한다.
한편, 생장상은 작물의 영양 생장 및 생식 생장의 구분을 의미하는 것으로, 영양 생장은 잎과 줄기가 우세하게 생장하는 것이고, 생식 생장은 꽃과 과실이 우세하게 생장하는 것이다. 생장과 수확을 연속성 있게 관리하려면, 생성된 양분을 줄기/잎(영양 생장)과 열매/꽃(생식 생장)에 적절히 배분해야한다.
생장상은 생장점으로부터 가장 최근에 개화한 화방까지의 길이를 지표로 삼아 구분하며, 영양 생장 및 생식 생장을 상호 전환시키기 위해서는 주야간 온도 편차 및 관수 조절이 필요하다.
구체적으로, 영양 생장이 우세한 작물을 생식 생장으로 전환시키고자 한다면, 환경 관리 모듈(131)은 온실의 주야간 온도 편차를 증가시키도록 환경 제어기의 제어 설정값을 획득하고, 관수 관리 모듈(132)는 다량 소회 관수법을 적용하도록 양액기의 제어 설정값을 획득할 수 있다. 생식 생장이 우세한 작물을 영양 생장으로 전환시키고자 한다면, 상술한 방식과 반대의 조절법을 사용하므로, 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 이에 대해서는 이하 도 4를 참조하여 보다 자세히 설명하기로 한다.
한편, 도 2에 도시되지는 않았지만, 실시 예에 따라 디스플레이, 스피커와 같은 유저 인터페이스를 더 포함할 수도 있다.
한편, 상술한 설명에서는 환경 관리 모듈과 관수 관리 모듈이 개별적으로만 동작하는 것으로 도시하였으나, 실시 예에 따라 동시에 동작될 수도 있음은 물론이다.
상술한 바와 같이, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 작물의 생육 정보, 온실 내부의 환경 정보 및 온실 외부의 환경 정보를 바탕으로 환경 제어 및 관수 제어를 수행함으로써, 작물에 가장 적합한 환경을 조성할 수 있으며, 사용자가 이러한 가이드를 실시간으로 제공받을 수 있게 된다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따라, 작물의 순 광합성량에 기초하여 환경 제어기를 제어하는 환경 관리 모듈의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 환경 관리 모듈은 작물의 줄기의 직경을 입력 받을 수 있다(S301). 이때, 작물의 줄기의 직경에 대한 정보는 작물을 촬상한 카메라 영상을 분석하거나, 수기로 측정된 줄기의 직경을 전산을 통해 입력한 것일 수 있다.
환경 관리 모듈은 입력된 작물의 줄기의 직경과 기준 직경을 비교할 수 있다(S302). 이때, 입력된 줄기의 직경이 기준 직경보다 크면(S302-Y), 환경 관리 모듈은 작물의 줄기의 생장 속도와 기준 속도를 비교할 수 있다(S303).
이때, 작물의 줄기의 생장 속도가 기준 속도보다 크면(S303-Y), 환경 관리 모듈은 과실 부하와 기준 개수를 비교할 수 있다(S304). 여기서, 과실 부하란 작물에 열린 과실의 개수를 의미할 수 있다.
과실 부하가 기준 개수보다 많으면(S304-Y), 환경 관리 모듈은 작물의 순 광합성량이 많고, 빨리 자라고, 과실이 많은 것으로 판단할 수 있다. 그리고, 계절에 따라 광이 강해지는지, 약해지는지 판단할 수 있다(S305), 광이 강해지면(S305-Y), 환경 관리 모듈은 온실 내부의 평균 온도를 높이도록 환경 제어기의 제어 설정값을 획득할 수 있다(S306). 이로 인해, 착과수가 증가될 수 있다. 한편, 광이 약해지면(S305-N), 환경 관리 모듈은 현재 상태를 유지할 수 있다(S307).
한편, 과실 부하가 기준 개수 이하이면(S304-N), 환경 관리 모듈은 작물의 순광합성량이 많고, 빨리 자라고, 과실이 적은 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 환경 관리 모듈은 착과수를 증가시킬 수 있다(S308).
한편, 작물의 줄기의 생장 속도가 기준 속도 이하이면(S303-N), 환경 관리 모듈은 과실 부하와 기준 개수를 비교할 수 있다(S309). 과실 부하가 기준 개수보다 많으면(S309-Y), 환경 관리 모듈은 작물의 순 광합성량이 많고, 느리게 자라고, 과실이 많은 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 환경 관리 모듈은 온실 내부의 평균 온도를 높이도록 환경 제어기의 제어 설정값을 획득할 수 있다(S310).
한편, 과실 부하가 기준 개수 이하이면(S309-N), 환경 관리 모듈은 작물의 순 광합성량이 많고, 느리게 자라고, 과실이 적은 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 환경 관리 모듈은 온실의 평균 온도를 높이도록 환경 제어기의 제어 설정값을 획득할 수 있다(S311).
한편, 입력된 줄기의 직경이 기준 직경 이하이면(S302-N), 환경 관리 모듈은 작물의 줄기의 생장 속도와 기준 속도를 비교할 수 있다(S312).
이때, 작물의 줄기의 생장 속도가 기준 속도보다 크면(S312-Y), 환경 관리 모듈은 과실 부하와 기준 개수를 비교할 수 있다(S313).
과실 부하가 기준 개수보다 많으면(S313-Y), 환경 관리 모듈은 작물의 순 광합성량이 적고, 빨리 자라고, 과실이 많은 것으로 판단할 수 있다. 그리고, 환경 관리 모듈은, 계절에 따라 광이 강해지는지, 약해지는지 판단할 수 있다(S314), 광이 강해지면(S314-Y), 환경 관리 모듈은 온실 내부의 평균 온도를 낮추도록 환경 제어기의 제어 설정값을 획득할 수 있다(S315). 한편, 광이 약해지면(S314-N), 환경 관리 모듈은 온실 내부의 평균 온도를 낮추도록 환경 제어기의 제어 설정값을 획득하거나, 적과가 필요하다는 판단을 할 수 있다(S316). 환경 관리 모듈이 적과가 필요하다고 판단하는 경우, 이러한 판단 결과를 사용자의 단말 장치로 전송하거나, 작물 상태 분석 장치에 구비된 유저 인터페이스를 통해 제공하여, 사용자가 적과를 수행하도록 유도할 수 있다.
한편, 과실 부하가 기준 개수 이하이면(S313-N), 환경 관리 모듈은 작물의 순광합성량이 적고, 빨리 자라고, 과실이 적은 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 환경 관리 모듈은 온실 내부의 평균 온도를 낮추도록 환경 제어기의 제어 설정값을 획득할 수 있다(S317).
한편, 작물의 줄기의 생장 속도가 기준 속도 이하이면(S312-N), 환경 관리 모듈은 과실 부하와 기준 개수를 비교할 수 있다(S318). 과실 부하가 기준 개수보다 많으면(S318-Y), 환경 관리 모듈은 작물의 순 광합성량이 적고, 느리게 자라고, 과실이 많은 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 환경 관리 모듈은 적과가 필요한 것으로 판단할 수 있다(S319).
한편, 과실 부하가 기준 개수 이하이면(S318-N), 환경 관리 모듈은 작물의 순 광합성량이 적고, 느리게 자라고, 과실이 적은 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 환경 관리 모듈은 재배 환경에 문제가 있는 것으로 판단하고, 관수 항목을 점검 및 작물의 생리 장애를 진단이 필요하다고 판단할 수 있다.(S320). 이 경우, 환경 관리 모듈은 이러한 판단 결과를 사용자의 단말 장치로 전송하거나, 작물 상태 분석 장치에 구비된 유저 인터페이스를 통해 제공하여, 사용자가 적과를 수행하도록 유도할 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따라, 작물의 개화 위치에 기초하여 환경 제어기를 제어하는 환경 관리 모듈 및 양액기를 제어하는 관수 관리 모듈의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
잎과 줄기가 상대적으로 우세하게 생장하는 것을 영양 생장이라고 부르며, 꽃과 과실이 우세하게 생장하는 것을 생식 생장이라 한다. 이와 같이 영양 생장과 생식 생장을 구분하는 것을 생장상이라 하며, 생장상의 판단 기준은 작물의 생장점으로부터 가장 최근에 개화한 화방까지의 길이를 지표로 한다.
도 4를 참조하면, 작물 상태 분석 장치는 작물의 개화 위치 데이터를 입력 받을 수 있다(S401). 이때, 작물의 생장점으로부터 가장 최근에 개화한 위치까지의 길이에 대한 정보는 작물을 촬상한 카메라 영상을 분석하거나, 수기로 측정된 값이 전산을 통해 입력된 것일 수 있다.
그리고, 작물 상태 분석 장치는 개화 위치와 기준 위치를 비교할 수 있다(S402). 예를 들어, 기준 위치는, 작물의 생장점으로부터 15cm일 수 있다. 작물의 생장점으로부터의 개화 위치가 기준 위치보다 미만이면(S402-Y), 작물 상태 분석 장치는 현재 작물이 생식 생장을 하고 있는 것으로 판단할 수 있다.
생식 생장이 우세하여 영양 생장으로 전환시키고자 하면, 작물 상태 분석 장치는 주야간온도편차(min-max difference, DIF)를 감소시키도록 제어 설정값을 획득할 수 있다(S403). 구체적으로, 환경 제어기의 제어 설정값을 획득하는 환경 관리 모듈은 온실 내부의 주간 온도를 낮추거나 야간 온도를 높이도록 환경 제어기의 제어 설정값을 획득할 수 있다. 이때, 환경 관리 모듈은 작물의 생장 강도 및 도 3에 도시된 온실 내부의 평균 온도의 조절을 동시에 고려할 수 있다.
그리고, 양액기의 제어 설정값을 획득하는 관수 관리 모듈은 소량 다회 관수가 실시되도록 양액기의 제어 설정값을 획득할 수 있다. 구체적으로, 관수 관리 모듈은 1회 급액량을 감소시키고, 급액 간격을 증가시킬 수 있다(S404). 이때, 관수 관리 모듈은 1일 총 급액량은 유지한 상태에서 1회 급액량 및 급액 간격을 조절할 수 있다.
한편, 작물의 생장점으로부터의 개화 위치가 기준 위치보다 길면(S402-N), 작물 상태 분석 장치는 현재 작물이 영양 생장을 하고 있는 것으로 판단할 수 있다.
영양 생장이 우세하여 생식 생장으로 전환시키고자 하면, 작물 상태 분석 장치는 주야간온도편차(min-max difference, DIF)가 증가되도록 제어 설정값을 획득할 수 있다(S405). 구체적으로, 환경 제어기의 제어 설정값을 획득하는 환경 관리 모듈은 온실 내부의 주간 온도를 높이거나 야간 온도를 낮추도록 환경 제어기의 제어 설정값을 획득할 수 있다. 이때, 환경 관리 모듈은 작물의 생장 강도 및 도 3에 도시된 온실 내부의 평균 온도의 조절을 동시에 고려할 수 있다.
그리고, 양액기의 제어 설정값을 획득하는 관수 관리 모듈은 다량 소회 관수가 실시되도록 양액기의 제어 설정값을 획득할 수 있다. 구체적으로, 관수 관리 모듈은 1회 급액량을 증가시키고, 급액 간격을 감소시킬 수 있다(S406). 이때, 관수 관리 모듈은 1일 총 급액량은 유지한 상태에서 1회 급액량 및 급액 간격을 조절할 수 있다.
도 5 내지 도 9는 다양한 기준에 기초하여 양액기를 제어하는 관수 관리 모듈의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
구체적으로, 도 5는 관수 관리 모듈이 양액기의 1회 급액량과 급액 간격을 조절하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
관수 관리 모듈은 1회 급액량으로 배지 부피의 3% (약 100cc)로 설정하며 하루 관수를 진행해보고, 작물의 실제 증산량과 일일 평균 누적광량을 통해 적절한 1회 급액량과 급액 간격을 조절할 수 있다.
도 5를 참조하면, 우선 관수 관리 모듈은 일일 평균 누적 광량(Radiation Sum, Rs) 및 작물의 일일 누적 증산량(Transpiration, Tr)을 획득할 수 있다(S501).
그리고, 관수 관리 모듈은 (1회 급액량/급액 간격)이 (Tr/Rs)*130%보다 큰지 판단할 수 있다(S502). 이때, (1회 급액량/급액 간격)이 (Tr/Rs)*130%보다 크면(S502-Y), 관수 관리 모듈은 1회 급액량 감소 또는 급액 간격을 증가시키도록 양액기의 제어 설정값을 획득할 수 있다.
한편, (1회 급액량/급액 간격)이 (Tr/Rs)*130%보다 작으면(S502-N), 관수 관리 모듈은 1회 급액량 증가 또는 급액 간격을 감소시키도록 양액기의 제어 설정값을 획득할 수 있다.
도 6은 관수 관리 모듈이 양액기의 하루 중 관수 시작 시간을 조절하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6을 참조하면,, 관수 관리 모듈은 양액기의 하루 중 급액 시작 시간을 획득할 수 있다(S601). 그리고, 관수 관리 모듈은 획득된 급액 시작 시간이 P1보다 작은지 판단할 수 있다(S602). 여기서, P1보다 작다는 것은, 시간이 P1보다 빠름을 의미할 수 있다. 그리고, P1은 평균적으로 일출 후 누적 광량이 100J/cm2일 때, 또는 일출 시점 이후 2시간이 되는 시점을 의미할 수 있다.
이는, 하루 중 관수 시작 시간은 일출 후 작물이 활발하게 증산을 시작하고 난 다음이 바람직하기 때문이다. 일출 이후에 배지 함수량이 급격히 떨어지는 것(증산이 급격히 증가)을 morning dip이라고 부르며 이 시점 이후부터 양액을 공급해야한다.
따라서, 획득된 급액 시작 시간이 P1보다 빠르면(S602-Y), 관수 관리 모듈은 급액 시작 시간을 늦추도록 양액기의 제어 설정값을 획득할 수 있다(S603). 한편, 획득된 급액 시작 시간이 P1보다 느리면(S602-N), 관수 관리 모듈은 급액 시작 시간을 앞당기도록 양액기의 제어 설정값을 획득할 수 있다(S604).
도 7은 관수 관리 모듈이 양액기의 하루 중 관수 종료 시간을 조절하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 우선 관수 관리 모듈은 P3 구간 함수율 편차를 획득할 수 있다(S701). 여기서, P3 구간은 전날의 급액 종료 시점부터 다음날 급액 시작 시점까지의 구간으로 정의된다. 그리고, 관수 관리 모듈은 P3 구간의 함수율 편차가 기준보다 큰지 판단할 수 있다(S702). 여기서 기준은 -6 ~-8%일 수 있다. P3 구간의 함수율 편차가 기준보다 크면(S702-Y), 관수 관리 모듈은 급액 종료 시간을 늦추도록 양액기의 제어 설정값을 획득할 수 있다(S703). 한편, P3 구간의 함수율 편차가 기준보다 작으면(S702-N), 배지가 과습하였다는 뜻이므로, 관수 관리 모듈은 급액 종료 시간을 앞당기도록 양액기의 제어 설정값을 획득할 수 있다(S704). 보통의 경우에는 관수 관리 모듈(132)는 일몰 3~4시간 전으로 관수 종료 시간을 설정할 수 있다.
도 8은 관수 관리 모듈이 배지의 최대 함수량 도달 시각에 따라 양액기의 관수량을 조절하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 우선 관수 관리 모듈은 배지의 최대 함수량 도달 시각을 획득할 수 있다(S801). 그리고, 관수 관리 모듈은 획득된 최대 함수량 도달 시각이 P2 시작 시각보다 작은지 판단할 수 있다(S802). 여기서, 시각이 작다는 것은 시각이 빠른다는 것을 의미하는 것이다. 예를 들어, P2는 오전 11시 내지 오후 12시일 수 있다.
최대 함수량 도달 시각이 P2 시작 시각보다 빠르면(S802-Y), 관수 관리 모듈은 관수량이 감소되도록 양액기의 제어 설정값을 획득할 수 있다(S803). 구체적으로, 관수 관리 모듈은 1회 급액량을 감소시키거나 급액 간격을 증가시킬 수 있다. 한편, 최대 함수량 도달 시각이 P2 시작 시각보다 느리면(S802-N), 관수 관리 모듈은 관수량이 증가되도록 양액기의 제어 설정값을 획득할 수 있다(S804). 구체적으로, 관수 관리 모듈은 1회 급액량을 증가시키거나 급액 간격을 감소시킬 수 있다.
도 9는 관수 관리 모듈이 일일 총 배액률에 따라 양액기의 관수량을 조절하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 여기서, 배액률은 누적 급액량에 대한 누적 배액량의 비율을 의미하는 것으로, 배액이라 함은 배지가 포화된 이후에 양액이 공급되었을 때 배지가 더 이상 양액을 머금을 수 없어 배출구를 통해 새어나오는 남은 양액을 의미할 수 있다.
도 9를 참조하면, 우선 관수 관리 모듈은 배지의 일일 총 배액율을 획득할 수 있다(S901). 그리고, 관수 관리 모듈은 획득된 일일 총 배액율이 기준보다 큰지 판단할 수 있다(S902). 여기서 기준은 20 내지 30%일 수 있다.
일일 총 배액율이 기준보다 크면(S902-Y), 관수 관리 모듈은 관수량이 감소되도록 양액기의 제어 설정값을 획득할 수 있다(S903). 구체적으로, 관수 관리 모듈은 1회 급액량을 감소시키거나 급액 간격을 증가시킬 수 있다. 한편, 일일 총 배액율이 기준보다 작으면(S902-N), 관수 관리 모듈은 관수량이 증가되도록 양액기의 제어 설정값을 획득할 수 있다(S904). 구체적으로, 관수 관리 모듈은 1회 급액량을 증가시키거나 급액 간격을 감소시킬 수 있다.
한편, 상술한 도 3 내지 도 9는 별개의 동작이 것으로 도시되었으나, 실제 구현시에는 하나 이상의 도면에 도시된 동작이 동시에 수행될 수 있음은 물론이다.
도 10은 도 5 내지 도 9에 개시된 제어를 수행했을 때 도출되는 시간에 따른 배지 무게 및 증산량을 나타내는 그래프이다.
도 10에서의 P1 내지 P3는 기준 구간을 표시한 것으로, P1 구간은 하루 중 급액 시작 시각부터 배지의 최대 함수량 기준 시각 사이의 구간을 의미할 수 있다. 여기서, 하루 중 급액 시작 시각은, 일출 후 누적 광량이 100J/cm2인 시점이거나, 일출 후 2시간이 경과한 시간일 수 있다. 그리고, 최대 함수량 기준 시각은 약 오전 11시 반일 수 있다.
그리고, P2 구간은 배지의 최대 함수량 기준 시각부터 하루 중 급액 종료 시각 사이의 구간을 의미할 수 있다. 예를 들어, 하루 중 급액 종료 시점은 일몰로부터 약 3시간 30분 전일 수 있다.
그리고, P3 구간은, 전날의 급액 종료 시각부터 다음날 급액 시작 시각 사이의 구간을 의미할 수 있다.
도 10을 참조하면, 배지 무게와 증산량을 분석하였을 때, 급액 시작 시각이 P1 구간의 시작 시점과 일치하므로 급액 시작 시각은 조절할 필요가 없다. 또한, 급액 종료 시각도 P3 구간의 시작 시점과 일치하므로 급액 종료 시각도 조절할 필요가 없다.
한편, 최대 함수량의 경우 P2 구간의 시작 시점보다 빠르므로, 관수 관리 모듈은 관수량을 감소시키도록 양액기의 제어 설정값을 획득할 수 있다. 구체적으로, 관수 관리 모듈은 1회 급액량을 감소시키거나 급액 간격을 증가시키도록 양액기를 제어할 수 있다.
도 11은 작물 상태 분석 장치에 의한 분석 결과에 기초하여 사용자에게 제공되는 가이드의 일 실시 예를 도시한 것이다. 이러한 는 사용자의 단말 장치에 전송되는 것이거나, 작물 상태 분석 장치에 구비된 디스플레이와 같은 유저 인터페이스를 통해 사용자에게 제공될 수 있다.
도 11에는 일 실시 예로, 배지 무게 센서에 의해 측정된 시간에 따른 배지의 무게 그래프가 도시되어 있다.
도 11을 참조하면, 급액 시작 시각이 P1 구간의 시작점 이후이므로, 작물 상태 분석 장치는 급액 시작 시각을 앞당겨야 한다고 판단할 수 있다. 이때, 작물 상태 분석 장치는 급액 시작 시각과 P1 구간의 시작 시각의 차이를 바탕으로 급액 시작 시각을 얼마나 앞당겨야하는지 산출하고, 이러한 결과를 사용자에게 가이드로써 제공할 수 있다. 한편, 작물 상태 분석 장치는 분석 결과에 기초하여 양액기를 제어하기 위한 제어 설정값을 획득할 수도 있다.
한편, 도 11을 참조하면, 최대 함수량이 유지되는 P2 구간에서 최대 함수량이 유지되지 않으므로, 작물 상태 분석 장치는 급액량을 증가시켜야한다고 판단할 수 있다. 이때, 작물 상태 분석 장치는 배지 무게에 기초한 함수량과 최대 함수량의 차이를 바탕으로 급액량이 얼마나 증가되어야하는지 산출하고, 이러한 결과를 사용자에게 가이드로써 제공할 수 있다. 한편, 작물 상태 분석 장치는 분석 결과에 기초하여 양액기를 제어하기 위한 제어 설정값을 획득할 수도 있다.
상술한 바와 같이 효과적인 재배 방법에 대한 농가의 이해 증진을 통해 작물의 생산성과 품질을 향상시킬 수 있으며, 기존의 스마트팜의 진입 장벽을 낮출 수 있다. 또한, 작물의 상태를 나타내는 여러 지표의 상관관계를 분석하여 작물의 현 상태를 파악가능하다.
또한, 본 발명에 따르면, 데이터를 통해 커스터마이징된 컨설팅을 실시간으로 받을 수 있고, 다양한 농가의 데이터를 수집하여 빅데이터로 활용할 수 있으며, 효율적인 재배 경영을 통한 농가의 소득 증대를 기대해볼 수 있다.
한편, 본 개시에서 사용된 용어 "부" 또는 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구성된 유닛을 포함하며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로 등의 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. "부" 또는 "모듈"은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)으로 구성될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들은 기기(machine)(예: 컴퓨터)로 읽을 수 있는 저장 매체(machine-readable storage media에 저장된 명령어를 포함하는 소프트웨어로 구현될 수 있다. 기기는, 저장 매체로부터 저장된 명령어를 호출하고, 호출된 명령어에 따라 동작이 가능한 장치로서, 개시된 실시 예들에 따른 전자 장치(예: 전자 장치(100))를 포함할 수 있다. 상기 명령이 프로세서에 의해 실행될 경우, 프로세서가 직접, 또는 상기 프로세서의 제어 하에 다른 구성요소들을 이용하여 상기 명령에 해당하는 기능을 수행할 수 있다. 명령은 컴파일러 또는 인터프리터에 의해 생성 또는 실행되는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장매체는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, '비일시적'은 저장매체가 신호(signal)를 포함하지 않으며 실재(tangible)한다는 것을 의미할 뿐 데이터가 저장매체에 반영구적 또는 임시적으로 저장됨을 구분하지 않는다.
일 실시 예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시 예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory (CD-ROM))의 형태로, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 온라인으로 배포될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따른 구성 요소(예: 모듈 또는 프로그램) 각각은 단수 또는 복수의 개체로 구성될 수 있으며, 전술한 해당 서브 구성 요소들 중 일부 서브 구성 요소가 생략되거나, 또는 다른 서브 구성 요소가 다양한 실시 예에 더 포함될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 일부 구성 요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 개체로 통합되어, 통합되기 이전의 각각의 해당 구성 요소에 의해 수행되는 기능을 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따른, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성 요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적, 병렬적, 반복적 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 적어도 일부 동작이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 다른 동작이 추가될 수 있다.
1000: 작물 생육 제어 시스템
100: 작물 상태 분석 장치
200: 센서
301: 환경 제어기
302: 양액기

Claims (15)

  1. 작물 생육 제어 시스템에 있어서,
    온실 내부의 작물의 생육 상태 및 온실 내부의 환경 정보를 센싱하는 센서;
    상기 온실 내부의 환경을 관리하기 위한 환경 제어기;
    상기 작물에 양액을 공급하는 양액기; 및
    상기 센서에 의해 센싱된 작물의 생육 상태 정보 및 상기 온실 내부의 환경 정보에 기초하여 상기 환경 제어기의 제어 설정값 및 상기 양액기의 제어 설정값을 획득하는 상기 작물 재배 분석 장치;를 포함하는 작물 생육 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 작물 상태 분석 장치는,
    상기 센서로부터 획득된 영상에 기초하여 상기 작물 줄기의 직경을 판단하고,
    상기 판단된 작물 줄기의 직경이 기설정된 기준 직경보다 크면, 온실 내부의 평균 온도를 증가시키도록 상기 환경 제어기의 제어 설정값을 획득하고,
    상기 판단된 작물 줄기의 직경이 상기 기설정된 기준 직경 이하이면, 온실 내부의 평균 온도를 감소시키도록 상기 환경 제어기의 제어 설정값을 획득하는, 작물 생육 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 작물 상태 분석 장치는,
    상기 센서로부터 획득된 영상에 기초하여 상기 작물의 과실 부하 여부를 판단하고,
    상기 판단된 작물 줄기의 직경이 상기 기설정된 기준 직경 이하이면, 상기 과실 부하가 기준 값을 초과하는지 여부에 기초하여 적과 여부를 판단하는, 작물 생육 제어 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 작물 상태 분석 장치는,
    상기 센서로부터 획득된 영상에 기초하여 작물의 개화 위치를 판단하고,
    작물의 생장점으로부터 상기 판단된 개화 위치가 기설정된 기준점보다 가까우면, 주야간 온도 편차가 감소되도록 상기 환경 제어기의 제어 설정값을 획득하고, 소량 다회 관수법으로 변경되도록 상기 양액기의 제어 설정값을 획득하는, 작물 생육 제어 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 작물 상태 분석 장치는,
    상기 획득된 환경 제어기의 제어 설정값을 바탕으로 상기 환경 제어기를 제어하기 위한 제어 명령을 생성하여 상기 환경 제어기에 전송하고,
    상기 획득된 양액기의 제어 설정값을 바탕으로 상기 양액기를 제어하기 위한 제어 명령을 생성하여 상기 양액기에 전송하는, 작물 생육 제어 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 작물 상태 분석 장치는,
    디스플레이;를 더 포함하고,
    상기 획득된 환경 제어기의 제어 설정값 및 상기 획득된 양액기의 제어 설정값을 바탕으로 상기 환경 제어기 및 상기 양액기의 제어를 위한 가이드를 상기 디스플레이에 표시하는, 작물 생육 제어 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 작물 상태 분석 장치는,
    통신부;를 더 포함하고,
    상기 획득된 환경 제어기의 제어 설정값 및 상기 획득된 양액기의 제어 설정값을 바탕으로 상기 환경 제어기 및 상기 양액기의 제어를 위한 가이드를 상기 통신부를 통해 사용자의 단말 장치에 전송하는, 작물 생육 제어 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 작물 상태 분석 장치는,
    상기 센서에 의해 시간에 따라 측정된 배지 무게를 바탕으로, 급액 시작 시각을 식별하고,
    상기 식별된 급액 시작 시각이 일출 시점부터 누적 광량이 100J/cm2인 시점보다 빠르면, 급액 시작 시각이 늦춰지도록 상기 양액기의 제어 설정값을 획득하고,
    상기 식별된 급액 시작 시각이 일출 시점부터 누적 광량이 100J/cm2인 시점보다 느리면, 급액 시작 시각이 빨라지도록 상기 양액기의 제어 설정값을 획득하는, 작물 생육 제어 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 작물 상태 분석 장치는,
    상기 센서에 의해 시간에 따라 측정된 배지 무게를 바탕으로, 급액 종료 시각부터 익일 급액 시작 시각 사이의 구간의 함수율 편차를 식별하고,
    상기 식별된 함수율 편차가 기설정된 기준 값보다 크면, 급액 종료 시각이 늦춰지도록 상기 양액기의 제어 설정값을 획득하고,
    상기 식별된 함수율 편차가 기설정된 기준 값보다 작으면, 급액 종료 시각이 빨라지도록 상기 양액기의 제어 설정값을 획득하는, 작물 생육 제어 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 작물 상태 분석 장치는,
    상기 센서에 의해 시간에 따라 측정된 배지 무게를 바탕으로, 최대 함수량 도달 시각을 식별하고,
    상기 식별된 최대 함수량 도달 시각이 기설정된 기준 시각보다 빠르면, 관수량이 감소되도록 상기 양액기의 제어 설정값을 획득하고,
    상기 식별된 최대 함수량 도달 시각이 기설정된 기준 시각보다 느리면, 관수량이 증가되도록 상기 양액기의 제어 설정값을 획득하는, 작물 생육 제어 시스템.
  11. 작물 생육 제어 시스템의 제어 방법에 있어서,
    온실 내부의 작물의 생육 상태 및 온실 내부의 환경 정보를 센싱하는 단계;
    상기 센싱된 작물의 생육 상태 정보 및 상기 온실 내부의 환경 정보에 기초하여 상기 온실 내부의 환경을 관리하기 위한 환경 제어기의 제어 설정값 및 상기 작물에 양액을 공급하는 양액기의 제어 설정값을 획득하는 단계;를 포함하는 작물 생육 제어 시스템의 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 센싱하는 단계는,
    상기 작물을 촬상한 영상을 획득하고,
    상기 획득하는 단계는,
    상기 획득된 영상에 기초하여 상기 작물 줄기의 직경을 판단하고,
    상기 판단된 작물 줄기의 직경이 기설정된 기준 직경보다 크면, 온실 내부의 평균 온도를 증가시키도록 상기 환경 제어기의 제어 설정값을 획득하고,
    상기 판단된 작물 줄기의 직경이 상기 기설정된 기준 직경 이하이면, 온실 내부의 평균 온도를 감소시키도록 상기 환경 제어기의 제어 설정값을 획득하는, 작물 생육 제어 시스템의 제어 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 센싱하는 단계는,
    시간에 따라 배지 무게를 측정하고,
    상기 획득하는 단계는,
    상기 시간에 따라 측정된 배지 무게를 바탕으로, 급액 시작 시각을 식별하고,
    상기 식별된 급액 시작 시각이 일출 시점부터 누적 광량이 100J/cm2인 시점보다 빠르면, 급액 시작 시각이 늦춰지도록 상기 양액기의 제어 설정값을 획득하고,
    상기 식별된 급액 시작 시각이 일출 시점부터 누적 광량이 100J/cm2인 시점보다 느리면, 급액 시작 시각이 빨라지도록 상기 양액기의 제어 설정값을 획득하는, 작물 생육 제어 시스템의 제어 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 센싱하는 단계는,
    시간에 따라 배지 무게를 측정하고,
    상기 획득하는 단계는,
    상기 시간에 따라 측정된 배지 무게를 바탕으로, 급액 종료 시각부터 익일 급액 시작 시각 사이의 구간의 함수율 편차를 식별하고,
    상기 식별된 함수율 편차가 기설정된 기준 값보다 크면, 급액 종료 시각이 늦춰지도록 상기 양액기의 제어 설정값을 획득하고,
    상기 식별된 함수율 편차가 기설정된 기준 값보다 작으면, 급액 종료 시각이 빨라지도록 상기 양액기의 제어 설정값을 획득하는, 작물 생육 제어 시스템의 제어 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 센싱하는 단계는,
    시간에 따라 배지 무게를 측정하고,
    상기 획득하는 단계는,
    상기 시간에 따라 측정된 배지 무게를 바탕으로, 최대 함수량 도달 시각을 식별하고,
    상기 식별된 최대 함수량 도달 시각이 기설정된 기준 시각보다 빠르면, 관수량이 감소되도록 상기 양액기의 제어 설정값을 획득하고,
    상기 식별된 최대 함수량 도달 시각이 기설정된 기준 시각보다 느리면, 관수량이 증가되도록 상기 양액기의 제어 설정값을 획득하는, 작물 생육 제어 시스템의 제어 방법.
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