KR20210149622A

KR20210149622A - Vr 기반 스마트팜 교육 시스템

Info

Publication number: KR20210149622A
Application number: KR1020210071638A
Authority: KR
Inventors: 황큰별
Original assignee: (주) 텔로스
Priority date: 2020-06-02
Filing date: 2021-06-02
Publication date: 2021-12-09

Abstract

본 발명은 VR 기반 스마트팜 교육 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 사용자로부터 사용자 정보, 작물선택정보를 포함하는 로그인 정보를 입력 받아 상기 VR 서버로 전송하는 VR 장치 및 상기 로그인 정보에 따라 가상온실을 구현하여, 상기 VR 장치로 상기 가상온실을 전송하는 VR 서버를 포함하되, 상기 VR 서버는 환경 데이터, 제어 데이터 및 작물 생육 데이터를 포함하는 실온실 데이터를 수집하고, 수집된 실온실 데이터를 기반으로 구현된 통계기반 생육 모델링 알고리즘을 이용하여 상기 가상온실을 구현하는 것을 특징으로 하는 VR 기반 스마트팜 교육 시스템을 제공할 수 있다.

Description

VR 기반 스마트팜 교육 시스템{VR-based smart farm education system}

본 발명은 VR 기반 스마트팜 교육 시스템에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 VR 기술을 이용하여 실제 스마트팜 온실을 기반으로 가상 온실을 제공하되 통계 기반 작물 모델링 알고리즘을 통해 작물 생육성장을 실제적으로 체감할 수 있도록 함으로써, 보다 사실적인 콘텐츠 제공이 가능하며 실제 온실이 존재하지 않는 경우에도 작물 재배를 체험할 수 있도록 하는 VR 기반 스마트팜 교육 시스템에 관한 것이다.

식량안보의 용어 등장과 멀지 않은 미래에 인류의 생존을 위협할 수 있는 식량난이 우려되는 만큼 안정적인 먹거리 확보는 무엇보다 중요한 과제가 되었지만, 자연재해와 같은 예측불가요소에 의해 농산물 가격이 선물(Futures)의 한 종목이 될 만큼 계획한대로 결과가 나오지 않는 문제가 있다. 이러한 문제를 개선하는 방법 중 하나로 스마트팜(Smart Farm)이 등장하였다.

스마트팜(Smart Farm)은 식물의 육종 및 유전학 이후, 제3의 녹색혁명이라고 일컬어지고 있을 만큼, 통제된 시설 내에서 생물의 생육환경인 빛, 공기, 열, 양분을 인공적으로 제어하여 공산품처럼 계획 하에 작물 생산이 가능하도록 한 농업 시스템이다. 스마트 팜은 최근 4차 산업혁명 기술 적용으로 더욱 발전하고 있으며, ICT, IoT, 빅데이터, 클라우드, AI 등의 신기술을 농작물 생육에 적용하여 농장 내부의 실시간 상태에 따라 해당 작물의 생장에 요구되는 환경을 자동으로 제어하는 것을 목표로 많은 연구진들이 연구를 수행하고 있다.

한편, 스마트팜을 이해시키기 위한 방법으로, 실제 작물을 키우는 공간을 제공하여 체험할 수 있도록 하는 교육 방법 또는 가상으로 가상온실을 제공하여 체험할 수 있도록 하는 교육 방법 등이 이용되고 있다.

실제 작물을 키우는 공간을 제공하여 체험할 수 있도록 하는 교육 방법의 경우, 작물의 생육성장을 알아가기 까지에 너무 오랜 시간이 걸린다는 단점이 있었으며, 실수로 작물을 죽이거나 잘못된 재배방법을 설정할 경우 그에 따른 문제를 해결하기에 어려움이 있었다.

가상으로 가상온실을 제공하여 체험할 수 있도록 하는 교육 방법이 적용된 종래 시스템은 가상 현실이 실제 스마트팜 온실에서 사용되는 제어 및 환경데이터를 기반으로 모델링 되어 있지 않고 개발자가 사전에 정해진 시나리오에 따라 서비스가 제공되도록 설계되어 있다.

이 경우 실감성이 떨어지는 한계가 있었다. 이에 몰입도가 떨어지는 문제가 있었다.

또한 실제 작물 생육 정보를 수집하고 통계모델 기반으로 데이터화한 작물 생육 데이터가 적용되어 있지 않아 스마트팜 교육 콘텐츠를 제공함에 있어 작물의 성장 과정에 대해 보다 입체적인 교육이 제공되기에 어려움이 있었다.

종래의 기술로 한국등록특허 제10-0991730호(온라인을 통한 실제 농장 경영 시스템)이 공개되어 있다.

따라서, 실제 데이터를 기반으로 가상온실을 제공함으로써, 사실감이 향상되어 몰입도와 이해도를 높일 수 있는 교육용 체험 기술에 대한 개발이 필요하다.

상기와 같은 문제를 해결하고자, 본 발명은 VR 기술을 이용하여 실제 스마트팜 온실을 기반으로 가상 온실을 제공하되 통계 기반 작물 모델링 알고리즘을 통해 작물 생육성장을 실제적으로 체감할 수 있도록 함으로써, 보다 사실적인 콘텐츠 제공이 가능하며 실제 온실이 존재하지 않는 경우에도 작물 재배를 체험할 수 있도록 하는 VR 기반 스마트팜 교육 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 VR 기반 스마트팜 교육 시스템은 사용자로부터 사용자 정보, 작물선택정보를 포함하는 로그인 정보를 입력 받아 상기 VR 서버로 전송하는 VR 장치 및 상기 로그인 정보에 따라 가상온실을 구현하여, 상기 VR 장치로 상기 가상온실을 전송하는 VR 서버를 포함하되, 상기 VR 서버는 환경 데이터, 제어 데이터 및 작물 생육 데이터를 포함하는 실온실 데이터를 수집하고, 수집된 실온실 데이터를 기반으로 구현된 통계기반 생육 모델링 알고리즘을 이용하여 상기 가상온실을 구현하는 것을 특징으로 하는 VR 기반 스마트팜 교육 시스템을 제공할 수 있다.

여기서, 상기 VR 서버는 상기 실온실 데이터를 저장하는 데이터베이스; 상기 로그인 정보에 따라 가상온실을 구현하되, 상기 통계기반 생육 모델링 알고리즘을 통해 작물을 모델링하여 상기 가상온실을 생성하는 가상온실구현부 및 상기 VR 장치로부터 가상온실 제어정보가 수신되면, 상기 가상온실구현부가 상기 가상온실 제어정보에 따라 상기 가상온실을 구현하도록 하는 가상온실제어부를 포함할 수 있다.

또한 상기 가상온실구현부는, 자연 재난 및 야생동물 재난 중 하나 이상을 포함하는 재난 이벤트를 상기 가상온실에 적용하여 상기 VR 장치에 전송하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 VR 서버는, 상기 가상온실의 작물 상태를 판단하여 수확작물정보를 생성하고, 상기 수확작물정보에 따른 수확작물판매정보를 생성하여 상기 VR 장치로 전송하는 작물판매부를 더 포함할 수 있다.

또한 상기 VR 서버는, 장비판매정보를 상기 VR 장치로 전송하고, 상기 VR 장치로부터 상기 장비판매정보에 따른 장비구매요청정보를 수신받으면 장비구매가 진행되도록 하는 장비판매부를 더 포함할 수 있다.

또한 상기 VR 서버는, 상기 VR 장치에서 제공되는 상기 가상온실에 따라 작물 재배 기술 정보를 제공하는 재배정보부를 더 포함할 수 있다.

또한 상기 VR 서버는, 상기 VR 장치로 버프 캐릭터 정보를 전송하고, 상기 VR 장치로부터 상기 버프 캐릭터 정보에 따른 고용 요청 정보가 수신되면 결제를 진행하여 상기 가상온실에 버프 캐릭터를 적용할 수 있도록 하는 캐릭터고용부를 더 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 제2 실시예에 따른 VR 기반 스마트팜 교육 시스템은 하나 이상의 실온실과 연결되어, 실온실에 대한 실온실 정보를 수신받는 실온실 서버를 더 포함하고, 상기 가상온실구현부는 상기 로그인 정보에 따라 상기 실온실을 매칭시켜, 상기 가상온실을 구현할 시 해당 실온실의 실온실 정보를 적용하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 로그인 정보는, 실온실 매칭 모드 또는 자유 모드인 온실 모드 정보를 더 포함하고, 상기 가상온실제어부는 상기 실온실 매칭 모드일 경우, 상기 VR 장치로부터 온실제어요청이 수신되면 상기 가상온실 제어정보를 상기 실온실 서버로 전송하여, 매칭된 실온실이 상기 가상온실 제어정보에 따라 제어되도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 VR 기반 스마트팜 교육 시스템은 VR 기술을 이용하여 실제 스마트팜 온실을 기반으로 가상 온실을 제공하되 통계 기반 작물 모델링 알고리즘을 통해 작물 생육성장을 실제적으로 체감할 수 있도록 함으로써, 사실적인 콘텐츠 제공이 가능하여 스마트팜에 대한 이해도와 몰입도를 향상시킬 수 있다.

또한 실제 온실이 존재하지 않는 경우에도 작물 재배를 체험할 수 있도록 한다.

또한 가상작물판매, 판매수익금을 통한 장비구매, 캐릭터고용, 상담소기능, 재난 이벤트 등을 통해 교육 이해도와 재미를 보다 향상시킬 수 있다.

또한 실제 온실 연동시켜 제어가 가능하도록 함으로써, 보다 사실적인 콘텐츠 제공과 실제 작물에 대한 판매 체험 등으로 사실감, 체험도를 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 VR 기반 스마트팜 교육 시스템을 나타낸 구성도.
도 2는 도 1의 VR 서버를 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 VR 기반 스마트팜 교육 시스템의 VR 장치에 제공되는 가상온실을 도시한 예시도.
도 4의 (a) 및 (b)는 도 3의 가상온실에 재난 이벤트가 적용된 모습을 도시한 예시도.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 VR 기반 스마트팜 교육 시스템의 VR 장치에 수확작물판매정보가 제공되는 모습을 도시한 예시도.
도 6의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 VR 기반 스마트팜 교육 시스템의 VR 장치에 작물 재배 기술 정보가 제공되는 모습을 도시한 예시도.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 VR 기반 스마트팜 교육 시스템의 VR 장치에 버프 캐릭터 정보가 제공되는 모습을 도시한 예시도.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 VR 기반 스마트팜 교육 시스템을 나타낸 구성도.

이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 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 참조부호를 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.

본 발명의 실시예에 따른 VR 기반 스마트팜 교육 시스템은 스마트팜이 적용된 가상온실을 VR 장치를 통해 사용자에게 제공하여 스마트팜을 이용한 작물 재배에 대한 체험을 수행하도록 하여, 스마트팜에 대한 교육이 이루어지도록 하기 위한 것이다.

한편, 스마트팜은 농·림·축·수산물의 생산, 가공, 유통 단계에서 정보 통신 기술(ICT)을 접목하여 지능화된 농업 시스템을 말하는 것으로, 사물 인터넷, 빅데이터, 인공 지능 등의 기술을 이용하여 농작물, 가축 및 수산물 등의 생육 환경을 적정하게 유지·관리하고, PC와 스마트폰 등으로 원격에서 자동 관리할 수 있어, 생산의 효율성뿐만 아니라 편리성도 높일 수 있는 장점을 가진다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도 1 내지 도 8을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 VR 기반 스마트팜 교육 시스템을 나타낸 구성도이고, 도 2는 도 1의 VR 서버를 나타낸 블록도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 VR 기반 스마트팜 교육 시스템의 VR 장치에 제공되는 가상온실을 도시한 예시도이고, 도 4의 (a) 및 (b)는 도 3의 가상온실에 재난 이벤트가 적용된 모습을 도시한 예시도이고, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 VR 기반 스마트팜 교육 시스템의 VR 장치에 수확작물판매정보가 제공되는 모습을 도시한 예시도이고, 도 6의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 VR 기반 스마트팜 교육 시스템의 VR 장치에 작물 재배 기술 정보가 제공되는 모습을 도시한 예시도이며, 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 VR 기반 스마트팜 교육 시스템의 VR 장치에 버프 캐릭터 정보가 제공되는 모습을 도시한 예시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 VR 기반 스마트팜 교육 시스템은 VR 장치(1) 및 VR 서버(2)를 포함할 수 있다.

VR 장치(1)는 사용자에게 가상현실(VR)을 제공할 수 있는 기기로, 머리 착용 디스플레이(HMD, Head mounted Display)가 적용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

이러한 VR 장치(1)는 사용자로부터 로그인 정보를 입력 받아 VR 서버(2)로 전송하여 로그인이 진행되도록 하고, VR 서버(2)로부터 로그인 정보에 따라 구현된 가상온실을 수신 받아 사용자에게 가상온실을 제공할 수 있다.

여기서, 로그인 정보는 아이디, 비밀번호, 사용자 정보, 작물선택정보 등을 포함하는 정보로서, 처음 회원 가입을 통해 로그인 정보를 입력 받을 수 있으며, 추후 아이디와 비밀번호를 입력 받는 것만으로 로그인 정보가 입력될 수 있다. 이에 사용자는 가상온실에 대한 체험을 진행할 시 항상 초기화되어 새로 시작하는 것이 아닌 체험을 이어서 진행할 수 있다.

사용자 정보는 사용자의 이름, 번호 등에 대한 정보일 수 있으며, 작물선택정보는 사용자가 가상온실을 통해 키우고자 하는 작물에 대한 정보로, 작물이름, 재배방법, 토양종류, 재배용기 등 중 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

한편, 작물선택정보는 VR 서버(2)로부터 선택가능작물정보가 수신되어 사용자가 그 중 하나를 선택하는 것으로 입력될 수도 있다. 이와 같이 사용자가 자신이 재배하고 싶은 작물을 선택하여 키울 수 있도록 함으로써 흥미요소를 확보할 수 있다.

또한 VR 장치(1)는 사용자로부터 가상온실 제어정보를 입력 받아 VR 서버(2)로 전송할 수 있다. 가상온실 제어정보의 입력은 사용자의 행위가 인식되어 입력되거나 컨트롤러에 의해 정보가 입력되는 등 다양한 방법으로 이루어질 수 있다.

또한 VR 장치(1)는 VR 서버(2)로부터 수확작물판매정보를 수신 받을 수 있고, 이에 사용자로부터 작물판매요청을 입력 받아 VR 서버(2)로 전송할 수 있다. 작물 판매가 완료되면 작물판매완료정보를 VR 서버(2)로부터 수신 받을 수 있다.

또한 VR 장치(1)는 VR 서버(2)로부터 장비판매정보를 수신 받고, 사용자로부터 장비판매정보에 따른 장비구매요청정보를 입력 받아 VR 서버(2)로 전송할 수 있다. 이후 장비 구매가 완료됨에 따라 VR 서버(2)로부터 장비구매완료정보를 수신 받을 수 있다. 이에 사용자로부터 구매한 장비를 장착하기 위한 장비장착정보가 입력 되면 VR 서버(3)로 전송하여 가상온실에 적용되도록 할 수 있다.

또한, VR 장치(1)는 VR 서버(2)로부터 작물 재배 기술 정보를 제공받아 사용자에게 제공할 수 있는데, 이때 VR 장치(1)는 사용자로부터 기술 제공 요청 정보를 입력 받아 VR 서버(2)로 전송하는 것으로, 기술 제공 요청 정보에 따른 작물 재배 기술 정보를 제공받을 수도 있다.

또한 VR 장치(1)는 VR 서버(2)로부터 버프 캐릭터 정보를 수신 받아, 사용자에 제공하고, 이에 버프 캐릭터 정보에 따른 고용 요청 정보를 사용자로부터 입력 받아 VR 서버(2)로 전송할 수 있다.

이후 VR 장치(1)는 사용자로부터 캐릭터장착정보를 입력 받아 VR 서버(3)로 전송할 수 있다.

VR 서버(2)는 VR 장치로부터 수신 받은 로그인 정보에 따라 가상온실을 구현하여, 해당 VR 장치(1)로 가상온실을 전송할 수 있다. 이때, VR 서버(2)는 수집된 실온실 데이터를 기반으로 모델링이 이루어져 있어 가상온실을 구현하되, 통계기반 생육 모델링 알고리즘을 이용하여 작물을 모델링하여 가상온실을 구현할 수 있다.

보다 구체적으로, 도 2를 참조하면, VR 서버(2)는 데이터베이스(20), 가상온실구현부(21), 가상온실제어부(22), 작물판매부(23), 장비판매부(24), 재배정보부(25) 및 캐릭터고용부(26)를 포함할 수 있다.

데이터베이스(20)는 실제 온실(실온실)에서 획득한 실온실 데이터, 구현된 가상온실 등을 저장할 수 있다.

여기서, 실온실 데이터는 실온실의 환경 데이터, 제어 데이터 및 작물 생육 데이터를 포함할 수 있고, 이에 한정되지 않으며, 실온실에 대한 다양한 데이터들일 수 있다.

환경 데이터는 실온실의 내부환경데이터 및 외부환경데이터일 수 있으며, 각각 온도, 습도, 이산화탄소, 광량, pH, EC, 양액(성분) 등 중 하나 이상을 포함하는 데이터일 수 있다.

또한 제어 데이터는 실온실에 구비된 제어 장치가 제어되는 제어 신호에 관한 데이터일 수 있다. 여기서 제어 장치는 실온실의 환경을 제어하는 장치로, 조명장치, 환기장치, 분무장치, 방제장치 등 중 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않고 다양한 장치들을 포함할 수 있다.

또한 작물 생육 데이터는 실온실의 환경 데이터와 제어 데이터에 따른 작물 생육 정보를 수집하여 통계 모델을 기반으로 데이터화되어 생성된 데이터일 수 있다.

가상온실구현부(21)는 로그인 정보에 따라 가상온실을 구현하는 것으로, 환경 데이터, 제어 데이터 및 작물 생육 데이터를 기반으로 모델링되어, 로그인 정보에 따라 가상온실을 구현할 수 있다.

즉, 로그인 정보의 작물선택정보에 따라 가상온실을 구현하며, VR 장치(1)로부터 수신되는 가상온실 제어정보 등에 의해 가상온실을 제어하여 도 3과 같이 사용자에게 제공할 수 있다.

이때, 가상온실구현부(21)는 실온실 데이터를 기반으로 구현된 통계기반 생육 모델링 알고리즘을 이용하여 가상온실의 작물을 모델링하여 가상온실을 생성할 수 있다.

통계기반 생육 모델링 알고리즘은 실온실 데이터를 이용하여 작물별 생육에 대한 주요환경인자를 도출하고, 생육의 주요환경인자에 대한 수치적 해석을 통해 구현된 것으로, 가상온실 제어정보 등이 입력됨에 따라 환경인자를 산출하고 생육정도를 수치적으로 산출하여 생육되는 작물을 모델링 할 수 있는 것이다.

한편 통계기반 생육 모델링 알고리즘의 변수는 종속변수와 독립변수를 가질 수 있는데, 종속변수는 작물 생육정도 인자로 경경, 화방높이, 기부직경, 개화속도, 신장율, 과실비대, 엽신장 등 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 독립변수는 환경인자로 온도, 습도, 광량, 근권부(수분함량), pH, EC 및 양액 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이에 한정되지는 않는다.

또한 가상온실구현부(21)는 시계열에 따른 작물 생육 예측 데이터를 VR 장치(1)로 가상온실과 함께 전송할 수도 있다. 이에 사용자는 자신이 제어한 내용에 따라 작물의 생육 과정이 어떻게 이루어질지에 대해 먼저 확인할 수 있고, 이에 앞으로 어떻게 제어하여 재배할지에 대해 보다 쉽게 결정할 수 있다.

또한 가상온실제어부(22)는 VR 장치(1)로부터 가상온실 제어정보가 수신 되면, 가상온실 제어정보에 따라 해당 가상온실을 제어할 수 있다.

한편, 가상온실구현부(21)는 가상온실 제어정보가 입력됨에 따라 시간에 따른 온실 내부 환경을 예측하여, 가상온실을 구현할 수도 있다.

즉, 가상온실구현부(21)는 실온실 데이터에 대한 학습을 통해 시간에 따른 온실 내부 환경을 예측할 수 있는 환경 예측 모델이 적용되어 있어, 가상온실 제어정보가 입력됨에 따라 환경 예측 모델이 시간에 따른 온실 내부 환경을 예측할 수 있다.

이에 가상온실구현부(21)는 시간에 따른 온실 내부 환경을 이용하여 가상온실을 구현할 수 있으며, 변화되는 온실의 내부 환경을 반영하여 예측함으로써 시계열에 따른 작물 생육 예측 데이터를 보다 정확하게 생성할 수 있다.

여기서, 환경 예측 모델은 ANN, RNN-LSTM, NARX 등이 적용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

또한 가상온실구현부(21)는 재난 이벤트를 가상온실에 적용하여 VR 장치(1)에 전송할 수 있다. 이는 사용자가 재난 상황에 따라 빠르게 대처하는 것이 필요하도록 하여 사용자의 흥미와 몰입감이 향상될 수 있도록 한 것이다.

여기서 재난 이벤트는 자연 재난, 야생동물/곤충 재난 중 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 다양한 재난 이벤트가 적용될 수 있다.

자연 재난은 태풍, 강풍, 가뭄, 우박 등이 있을 수 있으며, 야생동물/곤충 재난은 말벌, 멧돼지, 메뚜기 침입 등일 수 있다.

이러한 재난 이벤트는 도 4와 같이 가상온실에 적용되어 제공될 수 있으며, 시간이 지남에 따라 재난에 의한 농작물 소실률 등이 나타나도록 하여 사용자에게 빠른 조치의 필요성을 알릴 수 있다.

가상온실제어부(22)는 VR 장치(1)로부터 가상온실 제어정보가 수신되면, 가상온실구현부(21)가 가상온실 제어정보에 따라 가상온실을 구현하도록 할 수 있다.

작물판매부(23)는 가상온실의 작물 상태를 판단하여 수확작물정보를 생성하고, 수확작물정보에 따른 수확작물판매정보를 생성하여 VR 장치(1)로 전송할 수 있다.

이러한 작물판매부(23)는 가상온실의 작물을 판매하여 수익금을 내거나, 사용자가 시스템에서 장비 또는 버프 캐릭터 등을 구매할 수 있도록 하기 위한 것으로, 구현된 가상온실을 분석하여 수확작물정보를 생성할 수 있다.

여기서, 수확작물정보는 수확작물이름, 무게, 신선도, 수량, 등급 등 중 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 정보를 더 포함할 수도 있다.

그 다음 작물판매부(23)는 수확작물정보에 따른 수확작물판매정보를 생성하여 VR 장치(1)로 전송할 수 있다. 이에 VR 장치(1)에서 수확작물판매정보가, 도 5와 같이, 제공될 수 있다.

수확작물판매정보는 판매처, 수확작물이름, 판매금액, 판매수량, 총금액 등 중 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

이에 작물판매부(23)는 VR 장치(1)로부터 작물판매요청을 수신 받을 경우, 작물판매요청에 따라 판매를 진행할 수 있다.

작물판매요청은 판매처, 판매작물이름 및 판매수량 중 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

상기와 같이 판매를 진행하여 판매가 완료됨에 따라 작물판매부(23)는 판매금액을 수익금으로 VR 장치(1)에 제공하고, 작물판매완료정보를 VR 장치(1)에 제공할 수 있다.

여기서 수익금은 가상온실의 작물을 판매하여 생성된 것이므로, 본 시스템에서만 사용할 수 있는 가상머니일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

장비판매부(24)는 장비판매정보를 VR 장치(1)로 전송하고, VR 장치(1)로부터 장비판매정보에 따른 장비구매요청정보를 수신받으면 장비구매가 진행되도록 할 수 있다.

여기서 장비판매정보는 가상의 장비에 대한 가상장비판매정보일 수 있다. 장비는 온실 시설, 센서, 팬, 환기창, 커튼 등 온실에서 사용될 수 있는 다양한 장치, 설비 등일 수 있다.

장비판매부(24)는 VR 장치)로부터 장비판매정보에 따른 장비구매요청정보를 수신 받으면 장비구매가 진행되어 수익금 또는 다른 결제방식을 통해 결제가 이루어지도록 할 수 있다.

결제가 완료되면, 장비판매부(24)는 VR 장치(1)로 장비구매완료정보를 전송할 수 있다.

이에 VR 장치(1)로부터 장비장착정보가 수신되면 가상온실제어부(22)는 장비장착정보에 따라 해당 가상온실을 제어할 수 있다. 즉, 가상온실에 해당 장비가 반영되고, 제어가 가능한 경우 제어가 가능하며 가상온실에 반영되도록 할 수 있는 것이다.

재배정보부(25)는 VR 장치(1)에서 제공되는 가상온실에 따라 작물 재배 기술 정보를 제공할 수 있다.

즉, 재배정보부(25)는 데이터베이스(20)에 저장된 작물 재배 기술 데이터를 기반으로 해당 가상온실에 맞춰 작물 재배 기술 정보를 VR 장치(1)에 도 6과 같이, 제공할 수 있다.

또한, 재배정보부(25)는 VR 장치(1)로부터 수신 받은 기술 제공 요청 정보에 따라 작물 재배 기술 정보를 제공할 수도 있다.

캐릭터고용부(26)는 VR 장치(1)로 도 7과 같은 버프 캐릭터 정보를 전송하고, VR 장치(1)로부터 버프 캐릭터 정보에 따른 고용 요청 정보가 수신되면 결제를 진행하여 가상온실에 버프 캐릭터를 적용할 수 있도록 한다.

여기서 결제는 수익금을 이용하여 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 다른 결제방식을 통해 이루어질 수도 있다.

이와 같이 버프 캐릭터를 적용함으로써, 버프 캐릭터에 따라 작물별, 재배도구별, 가격별로 다양한 버프 효과를 줄 수 있어 교육의 이해도와 재미를 향상시킬 수 있다.

버프 캐릭터는 우장춘 박사, 찰스 다윈, 장영실과 같은 위인을 이용하여 구현될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 다양한 컨셉들로 구현될 수 있다.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 VR 기반 스마트팜 교육 시스템을 나타낸 구성도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 VR 기반 스마트팜 교육 시스템은 실온실 서버(3), 실온실(4) 및 실온실 단말(5)을 더 포함할 수 있다.

즉, 실온실(4)을 관리하는 실온실 서버(3)와 VR 서버(2)가 연동되어 있어, VR 서버(2)로부터 제공되는 가상온실에 실질적으로 존재하는 실온실(4)이 반영되도록 하여, 교육 콘텐츠를 보다 입체적이고 사실적으로 제공할 수 있도록 한다.

구체적으로, 실온실 서버(3)는 하나 이상의 실온실(4)과 연결되어, 실온실(4)에 대한 실온실 정보를 수신 받을 수 있다.

여기서, 실온실 정보는 센서부(40)로부터 측정된 환경 정보, 영상촬영부(41)로부터 취득된 실온실 영상, 제어장치(42)의 작동 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

실온실 서버(3)는 수신 받은 실온실 정보를 매핑하여 실온실 단말(5)에 제공할 수 있고, 실온실 단말(5)은 이러한 실온실 정보를 제공받아 사용자가 용이하게 모니터링하도록 할 수 있다.

또한 실온실 서버(3)는 실온실 단말(5)로부터 실온실 제어정보가 수신되면, 실온실 제어정보에 따라 해당 실온실(4)의 제어장치(42)를 제어할 수 있다.

또한 실온실 서버(3)는 매핑된 실온실 정보를 VR 서버(2)로 전송할 수 있다.

이에 VR 서버(2)의 가상온실구현부(21)는 로그인 정보에 따라 선택된 작물이 있는 실온실(4)을 매칭시켜, 가상온실을 구현할 시 해당 실온실(4)의 실온실 정보를 적용할 수 있다. 즉, 실온실(4)의 실질적인 환경이 가상온실에 반영되도록 하여 사실감을 높일 수 있는 것이다. 이를 통해 실온실(4)의 환경이 변화됨에 따라 가상온실의 환경이 자동적으로 변화될 수 있는 것이다.

또한 실온실 서버(3)는 VR 서버(2)로부터 가상온실 제어정보가 수신되면, 가상온실 제어정보에 따라 해당 실온실(4)을 제어할 수 있다. 이와 같이 가상온실이 실온실(4)에 반영되도록 함으로써 보다 사실적인 콘텐츠 제공이 가능할 수 있다.

이를 위해, VR 장치(1)로부터 입력되는 로그인 정보는 온실 모드 정보를 더 포함할 수 있다.

온실 모드 정보는 실온실 매칭 모드 또는 자유 모드일 수 있는데, 실온실 매칭 모드일 경우 실온실(4)과 매칭되어 매칭된 실온실(4)을 기반으로 가상온실이 구현되며, VR 장치(1)로 실온실(4)을 실질적으로 제어할 수 있도록 한다.

이에 가상온실제어부(22)는 실온실 매칭 모드일 경우, VR 장치(1)로부터 온실제어요청이 수신되면, 입력되었던 가상온실 제어정보를 실온실 서버(3)로 전송하여, 매칭된 실온실(4)이 가상온실 제어정보에 따라 제어되도록 할 수 있다.

이는 사용자가 가상온실을 통해 가상온실 제어정보에 따른 작물의 생육 정도를 확인하여 바람직할 경우, 실온실(4)에 해당 가상온실 제어정보가 반영되도록 할 수 있도록 한다.

또한 실온실(4)이 매칭되어 가상온실이 구현되는 실온실 매칭 모드의 경우, 작물판매부(23)는 실온실(4)에서 재배되는 작물을 실질적으로 판매하도록 할 수 있는데, 작물판매요청을 실온실 서버(3)에 전송할 수 있다.

이에 실온실 서버(3)는 실온실 단말(5)로 작물판매요청을 전송하여 실온실(4)의 관리자가 실제 작물에 대한 판매를 준비하도록 할 수 있다.

또한 작물판매부(23)는 작물판매완료정보를 실온실 서버(3)로 전송할 수 있으며, 실온실 서버(3)는 실온실 단말(5)로 작물판매완료정보를 전달하여 관리자가 실제 작물을 수확하여 배송하거나 구매자에게 수확한 작물을 전달하도록 할 수 있다.

이와 같이 실질적으로 작물에 대한 판매가 이루어질 경우, 수익금은 실질적으로 가치를 가지는 수익금일 수 있으며, 이는 시스템에서 사용하거나 현금으로 출금해서 사용할 수도 있도록 한다.

또한 장비판매부(24)에서 제공하는 장비판매정보가 실온실(4)에 설치하는 실제 장비에 대한 실장비판매정보일 수도 있어, 실장비판매정보일 경우 실온실(4)에 구매된 장비가 실질적으로 설치되도록 하고, 가상온실에 적용되도록 할 수도 있다.

한편, 실온실(4)은 스마트팜이 적용된 실제 온실로써, 실제 작물이 재배되는 공간으로 스마트팜이 적용되어 센서부(40), 영상촬영부(41) 및 제어장치(42)를 포함할 수 있다. 이러한 실온실(4)은 하나 이상이 구비될 수 있고, 각각 관리가 이루어질 수 있다.

센서부(10)는 온도, 습도, 조명, 이산화탄소, pH, EC, 토양, 광량, 풍속 , 양액(성분) 등 중 하나 이상 센서로 구비되어, 실온실(1)의 내부/외부 환경을 측정할 수 있고, 측정된 환경 정보를 실온실 서버(2)로 전송할 수 있다. 이에 환경 정보는 내부 환경 정보와 외부 환경 정보를 포함할 수 있다.

영상촬영부(41)는 실온실(4)을 촬영하여 영상을 취득하는 것으로, 취득된 실온실영상을 실온실 서버(3)로 전송할 수 있다. 이러한 실온실영상은 작물모습, 실온실내부모습, 배치모습 등을 포함할 수 있다.

제어장치(42)는 실온실(4)의 환경을 제어하는 장치로, 난방장치, 조명장치, 환기장치, 분무장치, 방제장치 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 제어장치(42)는 실온실 서버(3)에 의해 제어될 수 있고 수동으로 관리자에 의해 제어될 수도 있다.

실온실 단말(5)은 실온실 서버(3)로부터 모든 정보를 수신 받아 모니터링하고 제어 할 수 있도록 한다.

이러한 실온실 단말(5)은 실온실(4)을 농업기술자, 농부 등 관리자의 모바일 단말기일 수 있으며, 이에 한정되지 않고 모바일 단말기 외 PC, 태블릿 등에도 용이하게 적용될 수 있다.

이러한 실온실 단말(5)은 실온실 서버(3)로부터 매핑된 실온실 정보를 수신 받아 출력해 관리자에게 제공할 수 있고, 관리자로부터 실온실 제어정보를 입력 받아 실온실 서버(3)로 전송하는 것으로 실온실(4)을 제어할 수 있도록 한다.

또한 실온실 서버(3)를 통해 제공된 정보들을 분석하여 작물 생장률 데이터 등을 확보할 수도 있다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 VR 기반 스마트팜 교육 시스템은 VR 기술을 이용하여 실제 스마트팜 온실을 기반으로 가상 온실을 제공하되 통계 기반 작물 모델링 알고리즘을 통해 작물 생육성장을 실제적으로 체감할 수 있도록 함으로써, 사실적인 콘텐츠 제공이 가능하여 스마트팜에 대한 이해도와 몰입도를 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 VR 기반 스마트팜 교육 시스템을 제1 및 제2 실시예로 나누어서 설명하였으나, 이는 설명의 편의성 및 이해가 쉽도록 하기 위해 실시예를 나눠 설명한 것으로, 각 실시예에 한정되는 것이 아니며, 실시예의 구성은 설계 변경하여 서로 적용될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

1: VR 장치
2: VR 서버
20: 데이터베이스
21: 가상온실구현부
22: 가상온실제어부
23: 작물판매부
24: 장비판매부
25: 재배정보부
26: 캐릭터고용부
3: 실온실 서버
4: 실온실
40: 센서부
41: 영상촬영부
42: 제어장치
5: 실온실 단말

Claims

사용자로부터 사용자 정보, 작물선택정보를 포함하는 로그인 정보를 입력 받아 상기 VR 서버로 전송하는 VR 장치 및
상기 로그인 정보에 따라 가상온실을 구현하여, 상기 VR 장치로 상기 가상온실을 전송하는 VR 서버를 포함하되,
상기 VR 서버는,
환경 데이터, 제어 데이터 및 작물 생육 데이터를 포함하는 실온실 데이터를 수집하고, 수집된 실온실 데이터를 기반으로 구현된 통계기반 생육 모델링 알고리즘을 이용하여 상기 가상온실을 구현하는 것을 특징으로 하는 VR 기반 스마트팜 교육 시스템.
제1항에 있어서,
상기 VR 서버는,
상기 실온실 데이터를 저장하는 데이터베이스;
상기 로그인 정보에 따라 가상온실을 구현하되, 상기 통계기반 생육 모델링 알고리즘을 통해 작물을 모델링하여 상기 가상온실을 생성하는 가상온실구현부 및
상기 VR 장치로부터 가상온실 제어정보가 수신되면, 상기 가상온실구현부가 상기 가상온실 제어정보에 따라 상기 가상온실을 구현하도록 하는 가상온실제어부를 포함하는 VR 기반 스마트팜 교육 시스템.
제2항에 있어서,
상기 가상온실구현부는,
자연 재난 및 야생동물 재난 중 하나 이상을 포함하는 재난 이벤트를 상기 가상온실에 적용하여 상기 VR 장치에 전송하는 것을 특징으로 하는 VR 기반 스마트팜 교육 시스템.
제2항에 있어서,
상기 VR 서버는,
상기 가상온실의 작물 상태를 판단하여 수확작물정보를 생성하고, 상기 수확작물정보에 따른 수확작물판매정보를 생성하여 상기 VR 장치로 전송하는 작물판매부를 더 포함하는 VR 기반 스마트팜 교육 시스템.
제2항에 있어서,
상기 VR 서버는,
장비판매정보를 상기 VR 장치로 전송하고, 상기 VR 장치로부터 상기 장비판매정보에 따른 장비구매요청정보를 수신받으면 장비구매가 진행되도록 하는 장비판매부를 더 포함하는 VR 기반 스마트팜 교육 시스템.
제2항에 있어서,
상기 VR 서버는,
상기 VR 장치에서 제공되는 상기 가상온실에 따라 작물 재배 기술 정보를 제공하는 재배정보부를 더 포함하는 VR 기반 스마트팜 교육 시스템.
제2항에 있어서,
상기 VR 서버는,
상기 VR 장치로 버프 캐릭터 정보를 전송하고, 상기 VR 장치로부터 상기 버프 캐릭터 정보에 따른 고용 요청 정보가 수신되면 결제를 진행하여 상기 가상온실에 버프 캐릭터를 적용할 수 있도록 하는 캐릭터고용부를 더 포함하는 VR 기반 스마트팜 교육 시스템.
제2항에 있어서,
하나 이상의 실온실과 연결되어, 실온실에 대한 실온실 정보를 수신받는 실온실 서버를 더 포함하고,
상기 가상온실구현부는,
상기 로그인 정보에 따라 상기 실온실을 매칭시켜, 상기 가상온실을 구현할 시 해당 실온실의 실온실 정보를 적용하는 것을 특징으로 하는 VR 기반 스마트팜 교육 시스템.
제8항에 있어서,
상기 로그인 정보는,
실온실 매칭 모드 또는 자유 모드인 온실 모드 정보를 더 포함하고,
상기 가상온실제어부는,
상기 실온실 매칭 모드일 경우, 상기 VR 장치로부터 온실제어요청이 수신되면 상기 가상온실 제어정보를 상기 실온실 서버로 전송하여, 매칭된 실온실이 상기 가상온실 제어정보에 따라 제어되도록 하는 것을 특징으로 하는 VR 기반 스마트팜 교육 시스템.