KR20210074484A - 클라우드 기반 주간 온실 환경 의사결정지원 서버 및 이를 이용한 주간 온실 환경 의사결정지원 시스템 - Google Patents

클라우드 기반 주간 온실 환경 의사결정지원 서버 및 이를 이용한 주간 온실 환경 의사결정지원 시스템 Download PDF

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KR20210074484A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 주간 온실 환경 의사결정지원 서버는 작물 영상 촬영 장치로부터 주간 작물 영상을 수신하여 작물 생육상을 판단하는 작물 생육상 판단부; 작물 생육상을 기반으로 온실 환경 제어 요소를 결정하는 환경 제어 요소 결정부; 데이터 베이스로부터 작물에 대한 선도 농가 월별 데이터를 수신하는 과거 데이터 수신부; 기상청으로부터 주간 기상 예보 데이터를 수신하는 기상 데이터 수신부; 주간 기상 예보 데이터와 선도 농가 월별 데이터를 비교하여 온도 차 및 습도 차를 산출하는 기상 데이터 비교부; 및 온도 차 및 습도 차를 고려하여 환경 제어 수치를 결정하는 환경 제어 수치 결정부를 포함한다.

Description

클라우드 기반 주간 온실 환경 의사결정지원 서버 및 이를 이용한 주간 온실 환경 의사결정지원 시스템{CLOUD-BASED WEEKLY GREENHOUSE ENVIRONMENT DECISION SUPPORT SERVER AND WEEKLY GREENHOUSE ENVIRONMENT DECISION SUPPORT SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 클라우드 기반 주간 온실 환경 의사결정지원 서버 및 이를 이용한 주간 온실 환경 의사결정지원 시스템에 관한 것이다.
최근 정보통신기술을 농업 기술에 접목하여 원격에서 자동으로 작물의 생육 환경을 관리하고 생산 효율성을 높일 수 있도록 하는 스마트 팜(smart farm)이 각광받고 있다.
그러나 이러한 스마트팜 환경 제어 시스템이 장기적인 관점에서 작물의 생산량과 품질에 실질적인 증대 효과를 나타내는지는 불명확한 실정이다. 많은 경우 제어 명령이 수행된 이후에도 온실의 환경이 설정된 목표치에 도달하지 못하는 것으로 확인되며, 이는 온실이 위치한 지역의 기후와 작물의 생장 정도(생육상)가 모두 상이하기 때문인 것으로 파악된다.
현재의 스마트팜 환경 제어 시스템의 경우, 이러한 불확실성을 충분히 고려하고 있지 못하는 문제가 지속적으로 발생하고 있으며, 이에 따라 스마트팜을 효율적으로 관리할 수 있는 환경 제어 시스템 개발의 필요성이 제기되었다.
본 발명의 목적은, 작물의 영양 생장 및 생식 생장 간의 치우침을 방지하여 균형 생장이 가능하도록 유도함으로써, 작물의 착과수, 크기, 및 품질을 향상시킬 수 있는 주간 온실 환경 의사결정지원 서버 및 이를 이용한 주간 온실 환경 의사결정지원 시스템을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은, 선도 농가의 환경 데이터를 함께 활용함으로써, 최대 생산 환경과 유사한 환경을 제공하되, 작물의 생육상을 함께 고려함으로써, 작물에 최적화된 환경을 제공할 수 있는 주간 온실 환경 의사결정지원 서버 및 이를 이용한 주간 온실 환경 의사결정지원 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주간 온실 환경 의사결정지원 서버는 작물 영상 촬영 장치로부터 주간 작물 영상을 수신하여 작물 생육상을 판단하는 작물 생육상 판단부; 작물 생육상을 기반으로 환경 제어 요소를 결정하는 환경 제어 요소 결정부; 데이터 베이스로부터 작물에 대한 과거 기상 데이터와, 이에 대응되는 선도 농가의 과거 온실 데이터를 포함하는 과거 데이터를 수신하는 과거 데이터 수신부; 기상청으로부터 주간 기상 예보 데이터를 수신하는 기상 데이터 수신부; 주간 기상 예보 데이터와 과거 데이터를 비교하여 온도 차 및 습도 차를 산출하는 기상 데이터 비교부; 및 온도 차 및 습도 차를 고려하여 환경 제어 수치를 결정하는 환경 제어 수치 결정부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주간 온실 환경 의사결정지원 서버는 선도 농가의 과거 온실 데이터의 환경 제어 범위를 기반으로 최대값 및 최소값을 가지는 환경 한계값을 설정하는 환경 한계값 설정부를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 환경 한계값은, 작물의 품목에 따라 주간 및 야간 각각에 상이하게 설정된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주간 온실 환경 의사결정지원 서버는 환경 제어 요소 및 환경 제어 수치를 기초로, 주간 환경 제어값을 산출하는 주간 환경 제어값 산출부를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 주간 환경 제어값 산출부는, 환경 한계값 내에서 주간 환경 제어값을 산출한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 과거 온실 데이터는, 작물의 품목에 따른 생육 초기, 중기, 및 말기의 각 시기별 최대 생산 환경에 상응하는 데이터이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 환경 제어 요소는 주간 온도, 주간 습도, 야간 온도, 및 야간 습도 중 적어도 하나 이상을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 작물 생육상은, 생식 생장 혹은 영양 생장 정도에 따라 결정되는 생장상 및 작물의 생장 크기에 따라 결정되는 생장 강도를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 생장상은, 개화속도, 개화거리, 화방 간 거리, 화방 줄기 형상, 엽색, 화색, 개화 균일성, 착과수, 과일의 발달속도, 및 과일의 품질 중 적어도 하나 이상을 기초로 결정된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 생장 강도는, 생장점, 줄기 두께, 및 화방 높이 중 적어도 하나 이상을 기초로 결정된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주간 온실 환경 의사결정지원 시스템은, 작물 영상을 촬영하는 작물 영상 촬영 장치; 과거 기상 데이터와, 이에 대응되는 선도 농가의 과거 온실 데이터를 포함하는 과거 데이터가 작물의 품목별로 저장되는 데이터 베이스; 온실에 제공되어, 온실 데이터를 감지하는 온실 센서; 작물 영상 촬영 장치, 데이터 베이스, 및 온실 센서와 데이터 송수신을 통해 주간 환경 제어값을 산출하는 주간 온실 환경 의사결정지원 서버; 및 주간 온실 환경 의사결정지원 서버로부터 수신되는 주간 환경 제어값을 기초로 온실 환경을 제어하는 온실 제어기를 포함하며, 주간 온실 환경 의사결정지원 서버는, 작물 영상 촬영 장치로부터 주간 작물 영상을 수신하여 작물 생육상을 판단하는 작물 생육상 판단부; 작물 생육상을 기반으로 환경 제어 요소를 결정하는 환경 제어 요소 결정부; 데이터 베이스로부터 작물에 대한 과거 데이터를 수신하는 과거 데이터 수신부; 기상청으로부터 주간 기상 예보 데이터를 수신하는 기상 데이터 수신부; 주간 기상 예보 데이터와 과거 데이터를 비교하여 온도 차 및 습도 차를 산출하는 기상 데이터 비교부; 및 온도 차 및 습도 차를 고려하여 환경 제어 수치를 결정하는 환경 제어 수치 결정부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 온실 환경 의사결정지원 서버는, 선도 농가의 과거 온실 데이터의 환경 제어 범위를 기반으로 최대값 및 최소값을 가지는 환경 한계값을 설정하는 환경 한계값 설정부를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주간 온실 환경 의사결정지원 방법은, 작물 영상 촬영 장치로부터 주간 작물 영상을 수신하여 작물 생육상을 판단하는 작물 생육상 판단 단계; 작물 생육상을 기반으로 환경 제어 요소를 결정하는 환경 제어 요소 결정 단계; 데이터 베이스로부터 작물에 대한 과거 기상 데이터와, 이에 대응되는 선도 농가의 과거 온실 데이터를 포함하는 과거 데이터를 수신하는 과거 데이터 수신 단계; 기상청으로부터 주간 기상 예보 데이터를 수신하는 기상 데이터 수신 단계; 주간 기상 예보 데이터와 과거 데이터를 비교하여 온도 차 및 습도 차를 산출하는 기상 데이터 비교 단계; 및 온도 차 및 습도 차를 고려하여 환경 제어 수치를 결정하는 환경 제어 수치 결정 단계를 포함한다.
주간 온실 환경 의사결정지원 방법을 실행하기 위한 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 기록매체에 있어서, 주간 온실 환경 의사결정지원 방법은, 작물 영상 촬영 장치로부터 주간 작물 영상을 수신하여 작물 생육상을 판단하는 작물 생육상 판단 단계; 작물 생육상을 기반으로 환경 제어 요소를 결정하는 환경 제어 요소 결정 단계; 데이터 베이스로부터 작물에 대한 과거 기상 데이터와, 이에 대응되는 선도 농가의 과거 온실 데이터를 포함하는 과거 데이터를 수신하는 과거 데이터 수신 단계; 기상청으로부터 주간 기상 예보 데이터를 수신하는 기상 데이터 수신 단계; 주간 기상 예보 데이터와 과거 데이터를 비교하여 온도 차 및 습도 차를 산출하는 기상 데이터 비교 단계; 및 온도 차 및 습도 차를 고려하여 환경 제어 수치를 결정하는 환경 제어 수치 결정 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주간 온실 환경 의사결정지원 서버 및 이를 이용한 주간 온실 환경 의사결정지원 시스템을 활용하면, 작물의 영양 생장 및 생식 생장 간의 치우침을 방지하여 균형 생장이 가능하도록 유도할 수 있는 이점이 있다. 이에 따라, 작물의 착과수, 크기, 및 품질이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 주간 온실 환경 의사결정지원 서버 및 이를 이용한 주간 온실 환경 의사결정지원 시스템을 활용하면, 선도 농가의 환경 데이터를 함께 활용함으로써, 최대 생산 환경과 유사한 환경을 제공하되, 작물의 생육상을 함께 고려함으로써, 작물에 최적화된 환경을 제공할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 주간 온실 환경 의사결정지원 서버를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 주간 온실 환경 의사결정지원 시스템을 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 주간 온실 환경 의사결정지원 방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 작물 생육상 판단 단계의 실시 화면을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 온실 환경 의사결정지원 서버를 도시한 개략도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 주간 온실 환경 의사결정지원 시스템은 작물의 생산 과정에서 실내 환경의 온도 및 습도와 같은 작물 품질에 영향을 미치는 환경 요소를 최적으로 제어하기 위한 것이다. 특히, 본 발명은 작물의 시기별 생육상에 따른 가장 최적의 환경 제어값을 산출 가능함으로써, 작물의 생장을 더욱 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 주로 작물 재배지, 특히 스마트 온실 내부에서 사용될 수 있으나 그 대상이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 분야에서 활용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 주간 온실 환경 의사결정지원 서버의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 주간 온실 환경 의사결정지원 서버(100)는, 다음과 같은 구성을 포함하도록 제공될 수 있다.
먼저, 작물 생육상 판단부(110)는 작물 영상 촬영 장치(20)로부터 주간 작물 영상을 수신하여 작물 생육상을 판단한다.
이 때, 작물 생육상 판단부(110)로 수신되는 작물 영상들은 후술할 데이터 베이스에 누적 저장될 수 있으며, 데이터 베이스 내에 작물 영상 분석을 위한 알고리즘이 미리 저장되도록 마련될 수 있다.
이에 따라, 작물의 생장을 분석하기 위한 빅데이터를 구축할 수 있으며, 영상 분석 시 이러한 빅데이터를 적용하여 작물 영상 인식률을 보다 향상시키도록 구현될 수 있다.
작물 영상은 작물의 꽃, 줄기, 잎, 열매, 화방, 몽우리 및 생장점을 포함하는 영상일 수 있으며, 작물의 생육상을 판단하기 위한 자료로 활용된다.
작물 생육상은 작물의 생장상 및 생장 강도를 고려하여 판단된다.
아래 표는 작물의 생장상을 판단하는 방법을 나타낸 것이다.
구분 생식 생장 영양 생장

개화		 생장점에 가까움(15cm 미만)꽃 개약 속도가 빠름
화방 내 꽃이 균일
개화속도가 빠름		 개화거리가 멀고
화판이 서로 붙어 있으며
화방 내 꽃 크기 및 개화 불균일

엽색 및
화색		 진노랑색의 화색, 화방이 말림줄기두께 11mm 이하
엽과 꽃이 작음
엽이 작고 단단함
생장 흔적이 미미		 화색이 옅음
화방이 곧게 뻗고, 꽃이 큼
줄기두께 11mm 이상
옆이 크고 연약함
생장흔적이 많음
화방줄기 두껍고, 억세며, 짧고, 말려있음 가늘고, 길며, 위쪽으로 뻗어 있음

과일		 크기가 큼착과수 많음
품질이 좋으며,
발달속도가 빠름		 크기가 작음
착과수 적음
품질이 좋지 않으며
발달속도 늦음
표 1을 참조하면, 생장상은, 영양 생장 및 생식 생장 간의 생장 방향성을 나타내는 지표로서 사용되는 것으로, 생식 생장 혹은 영양 생장 정도에 따라 결정된다. 생장상은 개화속도, 개화거리, 화방 간 거리, 화방 줄기 형상, 엽색, 화색, 개화 균일성, 착과수, 과일의 발달속도, 및 과일의 품질 중 적어도 하나 이상을 기초로 결정된다.또한, 생장 강도는 작물의 생장 크기를 나타내는 지표로서, 생장점, 줄기 두께, 및 화방 높이 중 적어도 하나 이상을 기초로 결정된다. 여기에서, 생장점이란 수직 방향으로 작물의 가장 높은 위치를 의미한다.
상기와 같이 작물의 생육상을 판단함에 따라, 작물의 영양 생장 및 생식 생장 간의 치우침을 방지하여 균형 생장이 가능하도록 유도할 수 있는 이점이 있으며, 이에 따라, 작물의 착과수, 크기, 및 품질이 향상되는 효과가 있다.
환경 제어 요소 결정부(120)는 작물 생육상을 기반으로 온실의 환경 제어 요소를 결정하며, 결정된 환경 제어 요소는 클라우드 형태로 제공되는 데이터 베이스에 누적 저장될 수 있다.환경 제어 요소는 주간 온도, 주간 습도, 야간 온도, 야간 습도, 평균 온도, 및 평균 습도 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
아래 그림은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 작물 생육상에 따라 환경 제어 요소를 제어하는 방법을 나타낸 것이다.
[그림 1]
Figure pat00001
그림 1을 참조하면, 생장상 및 생장강도를 포함하는 생육상에 기초하여, 환경 제어 요소를 결정할 수 있다.
예를 들어, 생식 생장이 강하고, 생장 강도가 강한 경우, 밤 온도를 높이도록 환경 제어 요소가 결정될 수 있다.
이외에도, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 평균 온도의 제어 방향을 결정할 수 있다.
이하는, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 환경 제어 요소를 결정하기 위한 방법을 나타낸 것이다.
구분 줄기 두께 화방 높이 착과 부하
평균온도 낮추기 10.5mm 이하 13.5cm 이하 낮음
평균온도 높이기 10.5mm 이하 13.5cm 이하 높음
평균온도 유지 10.5mm~11.5mm 13.5cm~17.0cm 보통
평균온도 높이기 11.5mm 이하 17.0cm 이하 높음
표 2를 참조하면, 줄기 두께와 화방 높이를 고려하여 착과 부하 정도를 도출함으로써, 환경 제어 요소를 결정할 수 있다.예를 들면, 줄기 두께 대비 화방 높이가 큰 경우, 착과 부하가 커지므로, 평균 온도를 높여 생장 균형을 맞추도록 환경 제어 요소가 결정될 수 있다.
이어서, 과거 데이터 수신부(130)는 데이터 베이스(30)로부터 작물에 대한 과거 기상 데이터와, 이에 대응되는 선도 농가의 과거 온실 데이터를 포함하는 과거 데이터를 수신한다.
이 때, 과거 온실 데이터는, 작물의 품목에 따른 생육 초기, 중기, 및 말기의 각 시기별 최대 생산 환경에 상응하는 온도, 습도, CO2, EC, pH, 누적일사 등의 데이터를 포함할 수 있다.
본 발명의 온실 환경 의사결정지원 서버는 상기 과거 온실 데이터 중 온도 및 습도를 제어함으로써 작물의 생장에 가장 최적화된 환경을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 데이터는 각 선도 농가들의 온실 데이터에 따른 작물의 최대수량 데이터를 기반으로 통계 처리를 통해 각 시기별 최대 생산 환경 제어값이 도출되도록 제공될 수 있으며, 월별로 제공될 수 있다.
이어서, 환경 한계값 설정부(140)는 선도 농가의 월별 과거 온실 데이터에 따른 온실 환경 제어 범위를 기반으로 최대값 및 최소값을 가지는 환경 한계값을 설정한다.
환경 한계값은, 작물의 품목에 따라 주간 및 야간 각각에 상이하게 설정될 수 있으며, 주간으로 초기화 및 갱신되도록 제공되어 주간에 가장 최적화된 환경 한계값이 도출되도록 제공될 수 있다.
기상 데이터 수신부(150)는 기상청 혹은 기상 데이터의 제공 인프라와 통신함으로써, 주간 기상 예보 데이터를 수신하도록 제공될 수 있다.
기상 데이터 수신부(150)와 상기 기상청 혹은 인프라와의 통신은 네트워크를 사용하여 이루어지도록 제공될 수 있다. 여기서 네트워크는 유선 또는 무선 인터넷일 수도 있고, 이외에도 유선 공중망, 무선 이동 통신망, 또는 휴대 인터넷 등과 통합된 코어 망일 수 있으며, Cellular 기술(5G 통신 기술, LTE 통신 기술, 3GPP 기술) 등이 활용될 수 있다.
이외에도, 기상 데이터 수신부(150)는 다양한 공지 기술을 사용하여 기상 예보 데이터를 수신하고 이를 저장하여 주간별로 초기화 및 갱신되도록 마련될 수 있다.
또한, 기상 데이터 수신부(150)는 수신된 기상 예보 데이터를 데이터베이스화 하여 후술할 데이터 베이스 내에 누적 저장하도록 제공될 수 있다.
기상 데이터 비교부(160)는 주간 기상 예보 데이터와, 과거 데이터를 비교하여 온도 차 및 습도 차를 산출한다.
환경 제어 수치 결정부(170)는 상기 기상 데이터 비교부(160)에서 산출된 온도 차 및 습도 차를 고려하여 환경 제어 수치를 결정한다.
이 때, 과거 데이터의 과거 온실 데이터와 주간 기상 예보 데이터와의 차이 값을 산출함으로써, 환경 제어 수치를 결정할 수 있다.
예를 들면, 현재 외부 기상 온도가 17℃ 이고, 같은 시기 지난 작기 선도 농가의 실내 온도가 20℃인 경우, 이들의 차이 값인 +3℃가 환경 제어 수치로 결정될 수 있다.
즉, 지난 작기의 선도 농가의 환경 데이터에 상응하도록 온도 및 습도를 제어함으로써, 지난 작기와 유사한 작물 생장 환경을 조성할 수 있게 된다.
또한, 다른 실시예에 있어서, 과거 기상 데이터와 과거 온실 데이터 간의 차이 값을 산출하여 이를 주간 기상 예보 데이터에 적용함으로써, 환경 제어 수치를 결정할 수도 있다.
예를 들면, 현재 외부 기상 온도가 17℃이고, 같은 시기 지난 작기 선도 농가의 외부 기상 온도가 16℃, 실내 온도가 20℃인 경우, 선도 농가의 내외부 온도 차를 산출하여 이를 현재 외부 기상 온도에 적용함에 따라, +4℃가 환경 제어 수치로 결정될 수도 있다.
이어서, 주간 환경 제어값 산출부(180)는 환경 제어 요소 및 환경 제어 수치를 기초로 주간 환경 제어값을 산출한다.
이 때, 주간 환경 제어값 산출부(180)는 선도 농가 월별 데이터를 기초로 얻어진 환경 한계값 내에서 주간 환경 제어값을 산출하도록 제공될 수 있다.
전술한 예시를 들어 설명하면, 현재 외부 기상 온도가 17℃이고, 환경 한계값이 18℃ 내지 20℃로 설정된 경우, 환경 제어 수치는 +4℃로 결정되나, 환경 한계값을 초과하므로, 이를 고려하여 17℃+3℃=20℃로 주간 환경 제어값이 산출될 수 있다.
주간 환경 제어값은, 환경 한계값 내에서 시간별 상이한 값을 갖도록 제공될 수 있다.
이렇게 산출되는 주간 환경 제어값은 클라우드 형태로 제공되는 후술할 데이터 베이스 내에 누적 저장됨에 따라 빅데이터를 구축할 수 있다.
이러한 주간 환경 제어값을 활용하면, 본 발명의 주간 온실 의사결정지원 서버는, 온실 제어기를 통해 온실 센서로부터 수신되는 실시간 온실 내부 온습도를 주간 환경 제어값과 동일해지도록 제어함으로써 온실 환경을 제어할 수 있게 된다.
이에 따라, 산출되는 주간 환경 제어값이 환경 한계값 범위 내에서만 제어되도록 설정함으로써, 작물 최대 생산이 가능한 온도 및 습도 범위 내에서 환경을 제어할 수 있는 이점이 있다.
상술한 본 발명의 주간 온실 의사결정지원 서버를 사용하는 경우, 작물의 영양 생장 및 생식 생장 간의 치우침을 방지하여 균형 생장이 가능하도록 유도할 수 있는 이점이 있다. 이에 따라, 작물의 착과수, 크기, 및 품질이 향상되는 효과가 있다.
또한, 선도 농가의 환경 데이터를 함께 활용함으로써, 최대 생산 환경과 유사한 환경을 제공하되, 작물의 생육상을 함께 고려함으로써, 작물에 최적화된 환경을 제공할 수 있는 이점이 있다.
이상에서는 주간 온실 환경 의사결정지원 서버에 대해 살펴보았다. 이하에서는 상술한 주간 온실 환경 의사결정지원 서버를 이용하는 주간 온실 환경 의사결정지원 시스템에 대해 설명한다. 설명의 편의를 위해, 도 1을 참조하여 설명한 부분과 중복되는 내용은 생략하거나 간단히 기재한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 주간 온실 환경 의사결정지원 시스템의 개략도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 주간 온실 환경 의사결정지원 시스템(10)은, 작물 영상 촬영 장치(20), 데이터 베이스(30), 온실 센서(40), 주간 온실 환경 의사결정지원 서버(100), 및 온실 제어기(50)를 포함한다.
먼저, 작물 영상 촬영 장치(20)는 작물 영상을 촬영한다.
작물 영상 촬영 장치(20)는 사용자가 소지할 수 있는 카메라 혹은 휴대용 단말의 형태로 제공될 수 있으며, 사용자가 작물 영상 촬영 장치(20)를 수동으로 조작하여 작물 영상을 촬영하도록 제공될 수 있다. 또한, 작물 영상 촬영 장치(20)는 재배지 내에서 자율 주행이 가능하여 각각의 작물을 자동을 인지하고 작물 영상을 촬영할 수 있도록 구현될 수도 있다.
이어서, 데이터 베이스(30)에는 선도 농가의 지난 작기 과거 기상 데이터와, 이에 대응되는 선도 농가의 과거 온실 데이터가 저장되며, 상기 데이터들을 누적 및 갱신하여 저장하도록 제공될 수 있다.
데이터 베이스(30)는 작물의 품목에 따른 환경 제어값을 각 시기별로 데이터베이스(DB)화하여 저장, 분류 및 관리할 수 있다.
예를 들면, 데이터 베이스(30)는 오라클(Oracle), 인포믹스(Infomix), 사이베이스(Sybase), DB2와 같은 관계형 데이터베이스 관리 시스템(RDBMS)이나, 겜스톤(Gemston), 오리온(Orion), O2 등과 같은 객체 지향 데이터베이스 관리 시스템(OODBMS)을 이용하여 본 출원의 목적에 맞게 구현될 수 있고, 자신의 기능을 달성하기 위하여 적당한 필드(field)들을 가지고 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 데이터 베이스(30)는 클라우드 형태로 제공되어 본 발명의 주간 온실 환경 의사결정지원 서버(100)로 수신되는 데이터들을 데이터베이스화하여 누적 저장함에 따라 빅데이터를 구축할 수 있다.
예를 들면, 데이터 베이스(30) 내에 작물 영상들이 품목별 생장 시기에 따라 데이터 베이스화되어 누적 저장됨에 따라 빅데이터가 구축될 수 있으며, 작물 영상 분석을 위한 알고리즘이 별도로 저장될 수 있다. 이에 따라, 작물 영상 인식률을 보다 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 데이터 베이스(30) 내에는 작물의 품목에 따른 생육 초기, 중기, 및 말기의 각 시기별 최대 생산 환경에 상응하는 온실 환경 데이터가 필드별로 데이터베이스화되어 누적 저장됨에 따라 빅데이터가 구축될 수도 있다.
또한, 데이터 베이스(30) 내에는 주간 기상 예보 데이터 및 이에 대응되는 주간 환경 제어값이 데이터베이스화되어 누적 저장되고, 이에 따라 구축되는 빅데이터를 적용하면, 선도 농가의 온실 환경 데이터가 테스트베드 데이터를 대체할 수 있게 되며, 작물의 생장에 가장 최적화된 환경 제어값을 산출할 수 있게 된다.이어서, 온실 센서(40)는 온실 내부에 제공되어, 온도, 습도, CO2, EC, pH, 누적일사 중 적어도 하나를 포함하는 온실 환경 데이터를 감지하는 기능을 한다.
주간 온실 환경 의사결정지원 서버(100)는 상술한 작물 영상 촬영 장치(20), 데이터 베이스(30), 및 온실 센서(40)와 데이터 송수신을 통해 주간 환경 제어값을 산출한다.
온실 제어기(50)는 주간 온실 환경 의사결정지원 서버(100)로부터 수신되는 주간 환경 제어값을 기초로 작물이 재배되는 실내 환경의 온도 및 습도를 제어한다.
이어서, 주간 온실 환경 의사결정지원 서버(100)는, 작물 영상 촬영 장치(20)로부터 주간 작물 영상을 수신하여 작물 생육상을 판단하는 작물 생육상 판단부; 작물 생육상을 기반으로 환경 제어 요소를 결정하는 환경 제어 요소 결정부; 데이터 베이스(30)로부터 작물에 대한 과거 데이터를 수신하는 과거 데이터 수신부; 기상청으로부터 주간 기상 예보 데이터를 수신하는 기상 데이터 수신부; 주간 기상 예보 데이터와 과거 데이터를 비교하여 온도 차 및 습도 차를 산출하는 기상 데이터 비교부; 및 온도 차 및 습도 차를 고려하여 환경 제어 수치를 결정하는 환경 제어 수치 결정부를 포함한다. 주간 온실 환경 의사결정지원 서버(100)는, 선도 농가의 온실 내부 데이터의 환경 제어 범위를 기반으로 최대값 및 최소값을 가지는 환경 한계값을 설정하는 환경 한계값 설정부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상술한 주간 온실 환경 의사결정지원 서버(100)는 IaaS(Infrastructure as Service), PaaS(Platform as a Service), SaaS(Software as a Service) 등 다양한 클라우드 서버의 형태로 제공될 수 있다.
클라우드 서버를 활용하면 작물 영상 촬영 장치(20) 및 기상청으로부터 제공되는 작물 영상과 기상 데이터를 기반으로 작물이 재배되는 실내 환경에 제공되는 온실 제어기(50)를 원격 자동 제어하는 것이 가능하다.
또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 주간 온실 환경 의사결정지원 서버(100)에 연결이 가능한 관리자 단말이 별도로 제공될 수 있다.
관리자 단말은 통상의 웹브라우저(Web Browser)가 구비되고, 농산물 생산 유통 관리 서버에 접속하여 다양한 웹서비스(Web Service)를 이용할 수 있는 모든 종류의 유무선 통신 장치로 제공될 수 있다.
이에 따라, 관리자 단말상에서 작물이 재배되는 환경을 모니터링 할 수 있으며, 온실 제어기(50)를 수동 제어하는 것이 가능하도록 구현될 수 있다.
이하에서는, 상술한 본 발명의 주간 온실 환경 의사결정지원 시스템을 사용하여 주간 환경 제어값을 산출하는 방법에 대해 설명한다.
이하, 각 단계를 설명하는 과정에서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 부분과 중복되는 내용은 생략하거나 간단히 기재하며, 설명의 이해를 돕기 위해, 도 1 및 2를 함께 참조한다. 또한, 특별히 언급하지 않는 한, 이하에서 설명하는 각 단계의 수행 주체는 도 1 및 도 2에 도시한 주간 온실 환경 의사결정지원 서버로 가정한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 주간 온실 환경 의사결정지원 방법을 단계적으로 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 작물 생육상 판단 단계의 실시 화면을 나타낸 것이다.
도 3 및 4를 참조하면, 본 발명의 주간 온실 환경 의사결정지원 방법은 아래 단계들로 구성될 수 있다.
먼저, 작물 영상 촬영 장치로부터 주간 작물 영상을 수신하여 작물 생육상을 판단하는 작물 생육상 판단 단계(S110)가 수행된다.
해당 단계는 도 4와 같이 작물의 화방 높이(cm)와 줄기 두께(cm)를 측정하여 작물의 생장을 모니터링 함과 동시에 작물의 생장 시기별 생육상을 시각화하여 나타내도록 구현될 수 있다.
이후, 작물 생육상을 기반으로 온실 환경 제어 요소를 결정하는 환경 제어 요소 결정 단계(S120)가 수행된다.
해당 단계에서는 환경 제어 요소만이 결정되며, 구체적인 제어 수치는 이하 단계들에서 산출된다.
예를 들면, 생식 생장이 강하고, 생장 강도가 강한 경우, 환경 제어 요소는 “밤 온도 상승”으로 결정될 수 있다.
이후, 데이터 베이스로부터 작물에 대한 선도 농가 월별 데이터를 수신하는 월별 데이터 수신 단계(S130)가 수행된다.
이후, 선도 농가 월별 데이터의 온실 환경 제어 범위를 기반으로 최대값 및 최소값을 가지는 환경 한계값을 설정하는 환경 한계값 설정 단계(S140)가 수행된다.
이후, 기상청으로부터 주간 기상 예보 데이터를 수신하는 기상 데이터 수신 단계(S150)가 수행된다.
이후, 주간 기상 예보 데이터와, 선도 농가 월별 데이터를 비교하여 온도 차 및 습도 차를 산출하는 기상 데이터 비교 단계(S160)가 수행된다.
이 때, 기상 예보가 실시간으로 변경될 수 있으므로, 특정 시간마다 기상 예보의 변경 여부를 확인하여 변경된 기상 예보 데이터가 적용될 수 있도록 기상 데이터 수신 단계(S10)를 다시 수행하도록 제공될 수 있다. 이에 따라, 실시간 가장 정확한 주간 기상 예보 데이터를 기초로 환경 제어 수치를 결정할 수 있는 이점이 있다.
이후, 온도 차 및 습도 차를 고려하여 온실 환경 제어 수치를 결정하는 환경 제어 수치 결정 단계(S170)가 수행된다.
기상 데이터 비교 단계(S160) 및 환경 제어 수치 결정 단계(S170)들에서 선도 농가 월별 데이터의 과거 온실 데이터와 선도 농가 월별 데이터의 외부 기상 데이터의 차이 값을 산출하여, 이를 현재의 기상 예보 데이터에 적용함으로써, 환경 제어 수치를 결정할 수도 있다.
이후, 환경 한계값 내에서 주간 환경 제어값을 산출하는 주간 환경 제어값 산출 단계(S180)가 수행된다.
주간 환경 제어값은 환경 제어 요소 결정 단계(S120)에서 결정된 환경 제어 요소와 환경 제어 수치 결정 단계(S170)에서 결정된 환경 제어 수치를 모두 고려하여 주간 환경 제어값을 산출한다.
이 때, 환경 한계값 설정 단계(S140)에서 설정된 환경 한계값을 고려하여 제한 범위 내에서 주간 환경 제어값을 산출하도록 한다.
이후, 산출된 주간 환경 제어값을 온실 제어기로 전송하여, 작물이 재배되는 실내 환경의 온도 및 습도 중 적어도 하나 이상을 제어하는 온실 환경 제어 단계가 수행된다.
상술한 본 발명의 주간 온실 환경 의사결정지원 서버와, 이를 이용한 주간 온실 환경 의사결정지원 시스템 및 주간 온실 환경 의사결정지원 방법을 적용하는 경우, 작물의 영양 생장 및 생식 생장 간의 치우침을 방지하여 균형 생장이 가능하도록 유도할 수 있는 이점이 있다.
또한, 작물의 품목에 따른 생육 초기, 중기, 및 말기의 각 시기별 최대 생산 환경에 상응하는 데이터를 적용하되, 온실이 위치한 지역의 기상을 고려하여 최적의 환경 제어값을 산출함으로써 온실별 맞춤 적용이 가능함에 따라, 작물의 생장을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 주간 온실 환경 의사결정지원 방법을 실행하기 위한 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 기록매체가 구현될 수 있다.
이 때, 주간 온실 환경 의사결정지원 방법은, 작물 영상 촬영 장치로부터 주간 작물 영상을 수신하여 작물 생육상을 판단하는 작물 생육상 판단 단계; 작물 생육상을 기반으로 온실 환경 제어 요소를 결정하는 환경 제어 요소 결정 단계; 데이터 베이스로부터 작물에 대한 선도 농가 월별 데이터를 수신하는 월별 데이터 수신 단계; 기상청으로부터 주간 기상 예보 데이터를 수신하는 기상 데이터 수신 단계; 주간 기상 예보 데이터와, 선도 농가 월별 데이터의 외부 기상 데이터를 비교하여 온도 차 및 습도 차를 산출하는 기상 데이터 비교 단계; 및 온도 차 및 습도 차를 고려하여 온실 환경 제어 수치를 결정하는 환경 제어 수치 결정 단계를 포함하도록 구현될 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 주간 온실 환경 의사결정지원 모듈을 포함하는 온실 환경 의사결정지원 서버가 구현될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 온실 환경 의사결정지원 서버를 도시한 개략도이다.
도 5를 참조하면, 온실 환경 의사결정지원 서버는 주간 온실 환경 의사결정지원 모듈, 일간 온실 환경 의사결정지원 모듈, 및 실시간 온실 환경 의사결정지원 모듈을 포함할 수 있다.
먼저, 주간 온실 환경 의사결정지원 모듈은, 본 발명의 주간 온실 환경 의사결정지원 서버의 실질적인 구성을 포함하도록 구현됨에 따라, 주간 환경 제어값을 산출하도록 제공될 수 있다.
이어서, 일간 온실 환경 의사결정지원 모듈은, 상기 주간 온실 환경 의사결정지원 모듈로부터 주간 환경 제어값을 수신하여, 이를 기초로 일간 환경 제어값을 산출할 수 있다.
이어서, 실시간 온실 환경 의사결정지원 모듈은, 상기 일간 온실 환경 의사결정지원 모듈로부터 일간 환경 제어값을 수신하여, 이를 기초로 실시간 환경 제어값을 산출할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 주간 온실 환경 의사결정지원 시스템
100 : 주간 온실 환경 의사결정지원 서버
110 : 작물 생육상 판단부
120 : 환경 제어 요소 결정부
130 : 과거 데이터 수신부
140 : 환경 한계값 설정부
150 : 기상 데이터 수신부
160 : 기상 데이터 비교부
170 : 환경 제어 수치 결정부
180 : 주간 환경 제어값 산출부
20 : 작물 영상 촬영 장치
30 : 데이터 베이스
40 : 온실 센서
50 : 온실 제어기

Claims (14)

  1. 작물 영상 촬영 장치로부터 주간 작물 영상을 수신하여 작물 생육상을 판단하는 작물 생육상 판단부;
    상기 작물 생육상을 기반으로 환경 제어 요소를 결정하는 환경 제어 요소 결정부;
    데이터 베이스로부터 상기 작물에 대한 과거 기상 데이터와, 이에 대응되는 선도 농가의 과거 온실 데이터를 포함하는 과거 데이터를 수신하는 과거 데이터 수신부;
    기상청으로부터 주간 기상 예보 데이터를 수신하는 기상 데이터 수신부;
    상기 주간 기상 예보 데이터와 상기 과거 데이터를 비교하여 온도 차 및 습도 차를 산출하는 기상 데이터 비교부; 및
    상기 온도 차 및 상기 습도 차를 고려하여 환경 제어 수치를 결정하는 환경 제어 수치 결정부를 포함하는 주간 온실 환경 의사결정지원 서버.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 선도 농가의 상기 과거 온실 데이터의 환경 제어 범위를 기반으로 최대값 및 최소값을 가지는 환경 한계값을 설정하는 환경 한계값 설정부를 더 포함하는 주간 온실 환경 의사결정지원 서버.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 환경 한계값은,
    상기 작물의 품목에 따라 주간 및 야간 각각에 상이하게 설정되는 주간 온실 환경 의사결정지원 서버.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 환경 제어 요소 및 상기 환경 제어 수치를 기초로, 주간 환경 제어값을 산출하는 주간 환경 제어값 산출부를 더 포함하는 주간 온실 환경 의사결정지원 서버.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 주간 환경 제어값 산출부는,
    상기 환경 한계값 내에서 상기 주간 환경 제어값을 산출하는 주간 온실 환경 의사결정지원 서버.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 과거 온실 데이터는, 상기 작물의 품목에 따른 생육 초기, 중기, 및 말기의 각 시기별 최대 생산 환경에 상응하는 데이터인 주간 온실 환경 의사결정지원 서버.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 환경 제어 요소는 주간 온도, 주간 습도, 야간 온도, 및 야간 습도 중 적어도 하나 이상을 포함하는 주간 온실 환경 의사결정지원 서버.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 작물 생육상은,
    생식 생장 혹은 영양 생장 정도에 따라 결정되는 생장상 및
    상기 작물의 생장 크기에 따라 결정되는 생장 강도를 포함하는 주간 온실 환경 의사결정지원 서버.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 생장상은, 개화속도, 개화거리, 화방 간 거리, 화방 줄기 형상, 엽색, 화색, 개화 균일성, 착과수, 과일의 발달속도, 및 과일의 품질 중 적어도 하나 이상을 기초로 결정되는 주간 온실 환경 의사결정지원 서버.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 생장 강도는, 생장점, 줄기 두께, 및 화방 높이 중 적어도 하나 이상을 기초로 결정되는 주간 온실 환경 의사결정지원 서버.
  11. 작물 영상을 촬영하는 작물 영상 촬영 장치;
    과거 기상 데이터와, 이에 대응되는 선도 농가의 과거 온실 데이터를 포함하는 과거 데이터가 작물의 품목별로 저장되는 데이터 베이스;
    온실에 제공되어, 온실 데이터를 감지하는 온실 센서;
    상기 작물 영상 촬영 장치, 상기 데이터 베이스, 및 상기 온실 센서와 데이터 송수신을 통해 주간 환경 제어값을 산출하는 주간 온실 환경 의사결정지원 서버; 및
    상기 주간 온실 환경 의사결정지원 서버로부터 수신되는 상기 주간 환경 제어값을 기초로 온실 환경을 제어하는 온실 제어기를 포함하며,
    상기 주간 온실 환경 의사결정지원 서버는,
    작물 영상 촬영 장치로부터 주간 작물 영상을 수신하여 작물 생육상을 판단하는 작물 생육상 판단부;
    상기 작물 생육상을 기반으로 환경 제어 요소를 결정하는 환경 제어 요소 결정부;
    상기 데이터 베이스로부터 상기 작물에 대한 상기 과거 데이터를 수신하는 과거 데이터 수신부;
    기상청으로부터 주간 기상 예보 데이터를 수신하는 기상 데이터 수신부;
    상기 주간 기상 예보 데이터와 상기 과거 데이터를 비교하여 온도 차 및 습도 차를 산출하는 기상 데이터 비교부; 및
    상기 온도 차 및 상기 습도 차를 고려하여 환경 제어 수치를 결정하는 환경 제어 수치 결정부를 포함하는 주간 온실 환경 의사결정지원 시스템.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 주간 온실 환경 의사결정지원 서버는,
    상기 선도 농가의 상기 과거 온실 데이터의 환경 제어 범위를 기반으로 최대값 및 최소값을 가지는 환경 한계값을 설정하는 환경 한계값 설정부를 더 포함하는 주간 온실 환경 의사결정지원 시스템.
  13. 작물 영상 촬영 장치로부터 주간 작물 영상을 수신하여 작물 생육상을 판단하는 작물 생육상 판단 단계;
    상기 작물 생육상을 기반으로 환경 제어 요소를 결정하는 환경 제어 요소 결정 단계;
    데이터 베이스로부터 상기 작물에 대한 과거 기상 데이터와, 이에 대응되는 선도 농가의 과거 온실 데이터를 포함하는 과거 데이터를 수신하는 과거 데이터 수신 단계;
    기상청으로부터 주간 기상 예보 데이터를 수신하는 기상 데이터 수신 단계;
    상기 주간 기상 예보 데이터와 상기 과거 데이터를 비교하여 온도 차 및 습도 차를 산출하는 기상 데이터 비교 단계; 및
    상기 온도 차 및 상기 습도 차를 고려하여 환경 제어 수치를 결정하는 환경 제어 수치 결정 단계를 포함하는 주간 온실 환경 의사결정지원 방법.
  14. 주간 온실 환경 의사결정지원 방법을 실행하기 위한 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 기록매체에 있어서,
    상기 주간 온실 환경 의사결정지원 방법은,
    작물 영상 촬영 장치로부터 주간 작물 영상을 수신하여 작물 생육상을 판단하는 작물 생육상 판단 단계;
    상기 작물 생육상을 기반으로 환경 제어 요소를 결정하는 환경 제어 요소 결정 단계;
    데이터 베이스로부터 상기 작물에 대한 과거 기상 데이터와, 이에 대응되는 선도 농가의 과거 온실 데이터를 포함하는 과거 데이터를 수신하는 과거 데이터 수신 단계;
    기상청으로부터 주간 기상 예보 데이터를 수신하는 기상 데이터 수신 단계;
    상기 주간 기상 예보 데이터와 상기 과거 데이터를 비교하여 온도 차 및 습도 차를 산출하는 기상 데이터 비교 단계; 및
    상기 온도 차 및 상기 습도 차를 고려하여 환경 제어 수치를 결정하는 환경 제어 수치 결정 단계를 포함하는 컴퓨터 판독가능 기록매체.
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KR20150000435A (ko) * 2013-06-21 2015-01-02 순천대학교 산학협력단 작물 생장 단계 인식 및 환경 제어 시스템 및 그 방법
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