KR20220060081A - 스마트 농업 방제 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스마트 농업 방제 시스템에 관한 것으로, 무인 비행체에 구성된 카메라를 통해서 비행 대상지역을 촬영하여 비행 대상지역의 NDVI(Normalised Difference Vegetation Index) 정보를 생성한 후, NDVI 정보를 기초로 스마트 방제를 수행함으로써, 농업 방제에 최적화된 방제를 자동 수행할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 스마트 농업 방제 시스템에 관한 것이다.
드론(drone)과 같은 무인 비행체는 군사용으로 개발되었으나, 최근, 군사용뿐 아니라 기업, 미디어나 개인을 위한 용도로 다양하게 활용되고 있으며, 그 활용 범위가 점차 넓어지고 있다.
최근에는 농업 분야의 인력부족 문제와 인건비 문제를 해결하기 위해, 드론(무인 비행체)을 이용하여 방제용 약품을 살포하는 기술이 주목을 받고 있다. 그러나, 농업 분야에서 대부분 드론의 활용은 농약과 같은 약재나 비료 등을 작물에 살포하는 등의 방제업무에 일부 도입된 수준이다.
현재, 드론에 카메라 등을 설치하여, 첨단 영상기술을 이용한 작물의 관제, 토양의 조사, 파종 및 생육 평가 등을 통해 다양한 정보를 수집할 수 있는 기술이 개발되어 있어, 정밀농업 분야에서 드론을 다목적으로 활용할 수 있다. 하지만, 이렇게 다양한 기술이 접목된 드론을 개별 농가에서 구매하여 운용하는 것은 상당한 비용이 소요될 뿐만 아니라 운용 및 분석기술 측면에서 아직 미흡하여 이에 대한 기술 개발이 필요한 실정이다.
전술한 문제점을 개선하기 위한 본 발명 실시예들의 목적은 무인 비행체에 구성된 카메라를 통해서 비행 대상지역을 촬영하여 비행 대상지역의 NDVI(Normalised Difference Vegetation Index) 정보를 생성한 후, NDVI 정보를 기초로 스마트 방제를 수행하는 스마트 농업 방제 시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 스마트 농업 방제 시스템은 소정 지역을 비행하여 해당 지역에 대한 영상 정보 수집 또는 방제 임무를 수행하는 무인 비행체; 및 상기 무인 비행체와 무선통신망을 통해 통신하며, 상기 무인 비행체를 제어하고, 상기 무인 비행체에서 수집된 영상 정보를 기초로 방제 임무 수행을 위한 NDVI(Normalized Difference Vegetation Index) 정보를 생성하는 방제 서버;를 포함하고, 상기 방제 서버는 상기 무인 비행체에서 수집된 영상 정보를 분석하여 방제 임무 수행을 위한 분사 지도를 생성하고, 상기 분사 지도를 통하여 상기 무인 비행체를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 방제 서버는 상기 무인 비행체에서 수집된 영상 정보를 열상, 자외선, 가시선을 포함하는 영상 다각화 분석을 통하여 소정 지역에 대한 생육 상태를 파악후 생육 지도를 생성하고, 상기 생성된 생육 지도를 기초로 소정 지역에 대한 구획을 특정화한 후 상기 분사 지도를 생성하는 것을 특징으로 한다.
상기 무인 비행체는 적외선 카메라 및 멀티 스펙트럼 카메라 중 어느 하나 이상을 포함하는 카메라 장치를 통하여 소정 지역의 식물 표면의 스펙트럼을 촬영하여 상기 방제 서버로 전송하고, 상기 방제 서버는 상기 촬영된 스펙트럼 영상을 기초로 기저장된 병충해 데이터베이스와 비교하여 병충해 유형을 분석한 후, 상기 무인 비행체의 방제 임무 수행을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 카메라 장치는 상기 멀티스펙트럼 카메라를 통하여 소정 지역의 식물 표면을 근적외선으로 촬영하여 상기 방제 서버로 전송하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 스마트 농업 방제 시스템은 상기 무인 비행체를 유지 및 관리하고 대상 지역의 측량 및 항법위성의 지상국 서비스를 제공하는 드론 기지국을 더 포함하고, 상기 방제 서버는, 웹서비스를 통해 사용자의 서비스 요청을 접수하고, 이를 분석하여 상기 무인 비행체에 임무를 전송하며, 수집된 정보 및 수행된 임무 내용을 사용자 단말에 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 농업 방제 시스템은 무인 비행체에 구성된 카메라를 통해서 비행 대상지역을 촬영하여 비행 대상지역의 NDVI(Normalised Difference Vegetation Index) 정보를 생성한 후, NDVI 정보를 기초로 스마트 방제를 수행함으로써, 농업 방제에 최적화된 방제를 자동 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 드론과 같은 무인 비행체를 무선통신망을 통해 누구나 무인 비행체를 이용하여 농업에 이용할 수 있어, 다양한 정보를 수집 및 분석하고, 수집 및 분석된 정보를 농업에 활용함으로써, 농업생산성을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 농업 방제 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 농업 방제 시스템의 방제 서버의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 농업 방제 시스템의 방제 서버에서 수행되는 NDVI 정보 생성과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 농업 방제 시스템의 동작을 나타내는 흐름도이다.
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도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 농업 방제 시스템의 방제 서버에서 수행되는 NDVI 정보 생성과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 농업 방제 시스템의 동작을 나타내는 흐름도이다.
상기한 바와 같은 본 발명을 첨부된 도면들과 실시예들을 통해 상세히 설명하도록 한다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 농업 방제 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 농업 방제 시스템의 방제 서버의 구성을 나타내는 블록도이며, 도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 농업 방제 시스템의 방제 서버에서 수행되는 NDVI 정보 생성과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 농업 방제 시스템의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 농업 방제 시스템(100)은 무인 비행체에 구성된 카메라를 통해서 비행 대상지역을 촬영하여 비행 대상지역의 NDVI(Normalised Difference Vegetation Index) 정보를 생성한 후, NDVI 정보를 기초로 스마트 방제를 수행하는 시스템이고, 무인 비행체(140), 방제 서버(110), 드론 기지국(130) 및 사용자 단말(120)을 포함한다.
상기 무인 비행체(140)는 방제 서버(110)의 제어를 받아 제어 명령에 따른 지역에 대한 정보를 수집하는 비행 장치로서, 소정 지역을 비행하여 해당 지역에 대한 영상 정보 수집 또는 방제 임무를 수행하는 장치이다.
상기 무인 비행체(140)는 적외선 카메라 및 멀티 스펙트럼 카메라 중 어느 하나 이상을 포함하는 카메라 장치를 통하여 소정 지역의 식물 표면의 스펙트럼을 촬영하여 방제 서버(110)로 전송한다. 이때, 상기 방제 서버(110)는 무인 비행체(140)에 의하여 촬영된 스펙트럼 영상을 기초로 기저장된 병충해 데이터베이스와 비교하여 병충해 유형을 분석한 후, 무인 비행체(140)의 방제 임무 수행을 제어하게 된다.
예를 들어, 상기 카메라 장치는 멀티스펙트럼 카메라를 통하여 소정 지역의 식물 표면을 근적외선으로 촬영하여 방제 서버(110)로 전송한다.
본 실시예에서, 상기 무인 비행체(140)는 드론(drone)일 수 있으며, 정보를 수집하거나 방제 임무를 수행하고자 하는 지역을 비행하여, 해당 지역을 다양한 방법으로 촬영하여 정보를 수집 또는 방제 임무 수행을 할 수 있다.
구체적으로, 상기 무인 비행체(140)는 고정익 드론(fixed wing drone) 또는 가변익 드론(multi-copter drone)일 수 있다. 고정익 드론은 넓은 지역을 고속으로 비행하면서 해당 지역에 대한 정보를 수집하는 경우에 적합하고, 가변익 드론은 특정 지역에 대한 정밀한 정보를 수집하는 경우에 적합하다.
또한, 이를 위해 무인 비행체(140)에는 적외선 카메라 및 멀티 스펙트럼 카메라 등의 카메라와, 항법위성신호를 수신하기 위한 항법센서, 방위센서, 고도센서, 자이로센서, 속도센서 및 근접센서 등이 장착될 수 있다. 또한, 필요에 따라 더 많은 센서들이 장착될 수 있다.
또한, 상기 무인 비행체(140)는 내부적으로 방제를 위하여 약제를 탑재하고 이를 살포할 수 있는 방제 수단과 비행을 할 수 있는 비행 수단을 구비함과 아울러 카메라를 통해서 지상의 영상을 촬영하여 방제 서버(110)의 제어에 의하여 해당 영상의 경계를 검출하는 방식으로 방제 대상 영역의 경계를 자동 검출한 후 방제 경로를 최적화하여 산출할 수 있다. 이후 이렇게 산출된 방제 경로를 따라 자동으로 설정된 약제 살포 등의 방제 과정을 수행할 수 있다.
이러한 과정에서 이루어지는 영역의 경계 검출 상태나 자동 방제 경로 생성 결과 등은 무인 비행체(140)가 구비한 통신부(미도시)를 통해서 사용자 단말(120)이나 방제 서버(110)에 제공될 수 있고, 필요에 따라 그 내용을 수정하거나 확인해 줄 수 있다.
보다 상세하게 설명하자면, 상기 무인 비행체(140)는, 센서부(미도시), 메모리부(미도시), 촬영부(미도시), 통신부(미도시) 및 제어부(미도시)를 포함한다.
상기 센서부는 항법센서, 방위센서, 고도센서, 자이로센서, 속도센서 및 근접센서 등을 포함할 수 있다. 항법센서는 무인 비행체(140)가 비행하는 항로를 항법위성으로부터 위치를 수신하기 위해 구비된다. 방위센서는 비행하는 방위를 감지하기 위해 구비되며, 고도센서는 무인 비행체(140)의 비행 고도를 감지하기 위해 구비된다. 그리고, 자이로센서는 무인 비행체(140)의 비행 방향을 감지하기 위해 3축 자이로센서가 구비될 수 있으며, 속도센서는 무인 비행체(140)의 비행 속도를 감지하기 위해 구비될 수 있다. 또한, 근접센서는 무인 비행체(140)에 근접하는 물체 또는 무인 비행체(140)가 특정 물체나 건물 등의 구조물에 근접하는지 여부를 감지하기 위해 구비된다. 이를 위해 근접센서는 레이저 방식의 센서일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
상기 메모리부는 촬영부에서 촬영된 정보를 저장하고, 통신부를 통해 수신된 제어 정보 등을 저장하기 위해 구비된다.
이러한 메모리부는 플래시 메모리 타입(Flash Memory Type), 하드 디스크 타입(Hard Disk Type), 멀티미디어카드 마이크로 타입(Multimedia Card Micro Type), 카드 타입의 메모리(예를 들면, SD 또는 XD 메모리 등), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크, 램(Random Access Memory: RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory: ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory) 중 적어도 하나의 저장매체를 포함할 수 있다.
상기 통신부는 드론 기지국(130)과 통신을 하기 위해 구비되며, 센서부에서 감지된 정보와 촬영부에서 촬영된 정보를 드론 기지국(130)으로 송수신할 수 있다. 본 실시예에서, 상기 통신부는 이동통신망이나 인터넷망에 접속할 수 있는 통신 프로토콜에 의해 통신이 이루어질 수 있으며, 특정의 전용 무선 주파수에 의해 드론 기지국(130)과 통신이 이루어질 수도 있다.
이러한 통신부는 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)에서 제안한 무선 LAN 및 일부 적외선 통신 등을 포함하는 무선 LAN에 대한 무선 네트워크의 표준 규격인 802.11과, 블루투스, UWB, 지그비 등을 포함하는 무선 PAN(Personal Area Network)에 대한 표준 규격인 802.15과, 도시 광대역 네트워크(Fixed Wireless Access: FWA) 등을 포함하는 무선 MAN(Metropolitan Area Network), 광대역 무선 접속(Broadband Wireless Access: BWA)에 대한 표준 규격인 802.16과, 와이브로(Wibro), 와이맥스(WiMAX) 등을 포함하는 무선 MAN(Mobile Broadband Wireless Access: MBWA)에 대한 모바일 인터넷에 대한 표준 규격인 802.20 등의 무선 통신 방식을 이용하여 사용자 단말(120)이나 방제 서버(110)와 통신할 수 있다.
상기 촬영부는 적외선 카메라 및 멀티 스펙트럼 카메라를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 적외선 카메라는 해당 지역의 농작물 성장 상태에 따라 각기 다른 음영이나 색체를 표현할 수 있다. 상기 적외선 카메라는 직하 방향의 가시광 영상으로부터 방제 대상 영역(주로 논, 밭 등과 같이 경계가 선명한 구성)에 대한 경계를 추출하며, 경계가 완전하지 않은 경우 지속적으로 상승 및 경계의 중앙으로 이동하면서 경계를 추출하여 최종적으로 전체 경계를 추출한다.
예를 들어 상기 적외선 카메라는 영상 내 경계를 인식하고 경계를 추출할 수 있으며, 이는 다양한 알려진 영상 분석 알고리즘을 통해 수행될 수 있다. 나아가, 이러한 경계에 대한 패턴은 폐곡선을 이루거나 위치(고도를 포함하는 공간 좌표)와 카메라 촬영 각도 및 광 시야각 등의 정보로부터 얻어진 대략적인 경계 영역의 크기가 설정된 범위(방제 대상 영역에 대한 기본적인 설정(면적, 형상 등)을 사용자 단말(120)을 통해 제공할 수 있으며, 혹은 기본 설정이 없는 경우 통상의 방제 영역으로 고려할 수 있는 면적 범위)에 해당하는 지 확인하면서 기준에 대응하는 경계를 추출하여 방제 영역을 설정할 수 있다.
이와 같이 경계 추출을 통해 방제 영역을 확인하면 해당 경계에 해당하는 위치들을 좌표계와 매핑하는데, 이는 무인 비행체(140)의 위치 정보와 카메라 각도 및 광 시야각을 이용하여 수학적으로 산출할 수 있다.
이와 같이 추출된 경계에 따른 방제 영역의 좌표계 매핑을 통해서 무인 비행체(140)가 방제를 수행하고, 설정된 방제 폭, 방제속도, 부하(방제약품)의 무게, 배터리 잔량 등을 고려하고, 비행시 방향전환의 횟수가 가장 작은 비행경로를 설정한다.
또한, 상기 무인 비행체(140)는 멀티 스펙트럼 카메라를 통해서 방제 영역에 대한 NVDI 영상을 얻을 수 있는데, 이렇게 얻은 영상을 방제 서버(110)에 전송함으로써, 방제 서버(110)를 통하여 스팩트럼 별로 분석하여 이상 영역들이 발견되면 해당 영역들의 문제를 종류별, 상태별로 자동 추출하여 방제 영역에 표시한 후 해당 이상 영역에 대한 정보를 설정된 비행 경로에 반영하게 한다.
상기 멀티 스펙트럼 카메라는 촬영된 지역의 농작물이 병충해가 들었거나 가뭄 등을 빠르게 인지할 수 있으며, 열감지 기능이 포함될 수도 있다.
한편, 이러한 NDVI 영상에 대한 스팩트럼 분석을 무인 비행체(140)가 내부 제어부를 통해 자체적으로 수행할 수도 있으나, 본 실시예에서는 무인 비행체(140)가 해당 NDVI 영상을 분석하는 방제 서버(110)에 전송하여 분석을 수행한 결과를 수신한 후 이를 기반으로 방제 수행을 제어할 수 있다.
또한, 상기 촬영부에 포함된 카메라는 필요에 따라 입사되는 빛을 차단할 수 있는 필터가 포함될 수 있다.
상기 제어부는 무인 비행체(140)의 비행 동작을 제어하고, 센서부에서 감지된 정보와 촬영부에서 촬영된 영상 등의 데이터를 메모리부에 저장하고, 통신부를 통해 드론 기지국(130)으로 전송하도록 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어부는 센서부에서 감지된 정보를 바탕으로 무인 비행체(140)의 비행 상태를 제어할 수 있는데, 일례로, 근접센서에서 비행 궤도상에 장애물이 있는 것을 감지하여, 감지된 장애물을 회피하여 비행하도록 비행 방향을 전환할 수 있다.
또한, 상기 무인 비행체(140)는 복수의 드론 기지국(130)으로부터 신호를 동시에 수신할 수 있고, 복수의 드론 기지국(130) 간에 통신은 셀룰러망, 인터넷망 또는 이동통신망을 통해 통신이 이루어질 수 있다. 그리고 복수의 드론 기지국(130)은 일정 반경의 서비스 영역이나 셀(cell)과 같은 커버리지를 형성할 수 있다.
도시되어 있지는 않지만, 상기 무인 비행체(140)는 방제와 비행을 위한 구성이 마련된 본체와, RTK GPS(Real Time Kinematic Global Positioning System)나 듀얼 안테나 RTK GPS를 이용하여 현재 좌표를 산출하는 위치 측위부를 더 포함할 수 있고, 제어부는 위치 측위부를 통해 얻은 위치 정보와 메모리부의 저장 정보를 기반으로 본체와 카메라 장치를 제어하고 통신부를 통해 사용자 단말(120)이나 방제 서버(110)와 제어 정보 및 영상 정보를 주고받을 수 있다.
상기 방제 서버(110)는 무인 비행체(140)와 무선통신망을 통해 통신하며, 무인 비행체(140)를 제어하고, 무인 비행체(140)에서 수집된 영상 정보를 기초로 방제 임무 수행을 위한 NDVI(Normalized Difference Vegetation Index) 정보를 생성하는 장치이다.
상기 방제 서버(110)는 도 4에 도시된 바와 같이, 무인 비행체(140)에서 수집된 영상 정보를 분석하여 방제 임무 수행을 위한 분사 지도를 생성하고, 분사 지도를 통하여 무인 비행체(140)를 제어하게 된다.
상기 방제 서버(110)는 무인 비행체(140)에서 수집된 영상 정보를 열상, 자외선, 가시선을 포함하는 영상 다각화 분석을 통하여 소정 지역에 대한 생육 상태를 파악후 생육 지도를 생성하고, 상기 생성된 생육 지도를 기초로 소정 지역에 대한 구획을 특정화한 후 분사 지도를 생성한다.
보다 구체적으로, 상기 방제 서버(110)는 무선 통신망에 접속되며, 무인 비행체(140)를 제어한다. 또한, 상기 방제 서버(110)는 사용자 단말(120)과의 통신을 통해 사용자 단말(120)로부터 무인 비행체(140) 서비스 신청을 받아, 해당 지역에 무인 비행체(140)를 이용하여 관제 및 데이터를 수집할 수 있다. 그에 따라 해당 지역에 대한 농작물의 건강상태, 질병 유무 및 분포에 대한 정보를 수집할 수 있고, 토양상태 및 토양의 수분 함량 등을 분석할 수 있다.
또한, 상기 방제 서버(110)는 무인 비행체(140)를 이용하여 해당 지역에 대한 약제나 비료 또는 농약 등을 살포하는 방제작업이 이루어지도록 제어할 수 있다.
이를 위하여 상기 방제 서버(110)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 영상정보 수신부(111), 영상정보 분석부(112), NDVI 정보 생성부(113), 병충해 데이터베이스(114), 거리 산출부(115), 방제부(116) 및 제어부(117)를 포함한다.
상기 영상정보 수신부(111)는, 기설정된 특정 영역에 대한 영상정보를 수집하기 위해 마련된다.
구체적으로, 영상정보 수신부(111)는, 무인 비행체(140)로부터 특정 영역에 대한 영상정보를 일시적 또는 지속적으로 수집할 수 있다.
상기 영상정보 분석부(112)는 도 3a 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 농작물에 대한 광 스펙트럼 정보가 포함된 영상정보를 수집하여, 수집된 광 스펙트럼 정보를 기반으로 엽록소(Chlorophyll Vegetation Index) 함량 판단, 삼중 지수(Triangular Vegetation Index) 판단하여 제어부(117)에 전송하고, 제어부(117)를 통하여 판단 결과와 병충해 데이터베이스(114)에 기저장된 병충해에 대한 이미지 정보를 비교하여, 비교 결과를 기초로 농작물에 대한 병충해 여부 및 병충해의 종류를 판단할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(117)는 식생이 반사되는 근적외선, 식생이 흡수되는 적생관의 차이를 측정하여 병충해 유형을 판단할 수도 있다.
이때, 광 스펙트럼 정보는, 적외선 영역의 스펙트럼, 자외선 영역의 스펙트럼 및 가시광선 영역의 스펙트럼 중 적어도 하나의 영역의 스펙트럼이 포함된다.
상기 NDVI 정보 생성부(113)는 무인 비행체(140)에서 수집된 영상 정보를 기초로 방제 임무 수행을 위한 NDVI(Normalized Difference Vegetation Index) 정보를 생성하고, 이를 위하여 무인 비행체(140)에서 수집된 영상 정보를 분석하여 방제 임무 수행을 위한 분사 지도를 생성하여 제어부(117)로 전송한다.
보다 구체적으로, 상기 NDVI 정보 생성부(113)는 무인 비행체(140)에서 수집된 영상 정보를 열상, 자외선, 가시선을 포함하는 영상 다각화 분석을 통하여 소정 지역에 대한 생육 상태를 파악후 생육 지도를 생성하고, 상기 생성된 생육 지도를 기초로 소정 지역에 대한 구획을 특정화한 후 분사 지도를 생성한다.
상기 병충해 데이터베이스(114)는, 내부에 마련된 저장 매체 또는 외부와 통신을 수행하여 병충해의 이미지 정보를 획득하기 위해 마련된다.
구체적으로 병충해의 이미지 정보는, 농작물에 발생하는 주요 병충해들의 개별적인 형상이 포함된 이미지 정보를 의미한다.
예를 들면, 농작물이 딸기인 경우, 병충해의 이미지 정보는 주요 병해인 탄저병, 흰가루병, 잿빛곰팡이병에 걸린 딸기의 이미지 정보가 포함되고, 주요 해충인 딸기 진딧물, 응애, 작은 뿌리파리에 대한 이미지 정보가 포함될 수 있다.
상기 방제부(116)는, 무인 비행체(140)에 구비된 방제수단의 구동을 위한 제반사항을 제어하기 위해 마련된다.
상기 제어부(117)는 영상정보 수신부(111)를 통해 수집된 영상 정보와 NDVI 정보 생성부(113)를 통해 획득된 병충해 정보를 기반으로 수집된 영상정보에 포함된 농작물에 병충해가 발생된 것인지 여부를 판단할 수 있으며, 병충해가 발생된 것으로 판단되는 경우, 병충해 또는 병충해가 발생된 것으로 판단되는 농작물을 향해 비행하도록 비행경로를 생성하고, 생성된 비행경로를 따라 비행하며, 병충해 또는 병충해가 발생된 것으로 판단되는 농작물과 기설정된 거리 이내로 근접한 것으로 판단되면, 방제용 약품이 분사되도록 제어할 수 있다.
상기 제어부(117)는 작물에 병충해가 발생된 것으로 판단되면, 수집된 영상정보를 기반으로 농작물이 심어진 이랑을 따라 비행경로를 생성하거나 또는 병충해가 발생된 것으로 판단되는 농작물을 향해 비행경로를 생성하고, 생성된 비행경로를 따라 비행하면서, 병충해 또는 병충해가 발생된 것으로 판단되는 농작물을 향해 방제용 약품을 분사할 수 있다.
또한, 상기 제어부(117)는 기설정된 영역에 대한 영상정보를 수집하고, 객체의 동작을 감지하도록 하여, 수집된 영상정보와 객체의 동작 감지 여부를 기반으로 작물에 병충해가 발생된 것인지 여부를 판단할 수 있다.
그리고 상기 제어부(117)는 작물에 병충해가 발생된 것으로 판단되면, 병충해 또는 병충해가 발생된 것으로 판단되는 농작물을 향해 비행경로를 생성하고, 생성된 비행경로를 따라 비행하면서, 병충해 또는 병충해가 발생된 것으로 판단되는 농작물을 향해 방제용 약품을 분사할 수 있다.
상기 제어부(117)는 상술한 바와 같이 특정 지역의 농작물에 대한 영상정보를 수집하고, 수집된 영상정보를 기반으로 비행경로를 생성하며, 생성된 비행경로를 따라 비행하며 방제용 약품을 분사하여 농작물에 발생된 병충해를 방제할 수 있다.
상기 거리 산출부(115)는 무인 비행체(140)에 의하여 무인 비행체(140)를 기준으로 기설정된 영역 내에 영상정보를 수집하는 기설정된 영역 내에 객체의 동작이 감지되는지 여부를 판단하고, 수집된 영상정보를 기반으로 객체까지의 거리를 산출하거나, 초음파, 적외선 등을 이용하여 동작이 감지된 객체까지의 거리를 산출할 수 있다.
이때, 상기 제어부(117)는, 동작이 감지된 객체가 병충해인 것으로 판단되면, 거리 산출부를 통해 동작이 감지된 병충해까지의 거리가 산출되도록 할 수 있다.
또한, 상기 제어부(117)는, 비행경로를 따라 비행하는 중에도, 거리 산출부(180)를 통해 동작이 감지된 병충해까지의 거리 또는 병충해가 발생된 것으로 판단되는 농작물까지의 거리가 실시간 산출되도록 할 수 있다.
그리고 상기 제어부(117)는, 거리 산출부(115)를 통해, 병충해 또는 농작물까지의 거리를 산출하도록 하고, 상기 산출된 거리가 기설정된 거리 이내인지 여부를 판단하여, 방제용 약품의 분사 여부를 결정할 수 있다.
상기 드론 기지국(130)은 무인 비행체(140)를 유지 및 관리하고 대상 지역의 측량 및 항법위성의 지상국 서비스를 제공하는 장치로서, 무인 비행체(140)가 비행하고자 하는 지역에 일정 간격으로 복수 개가 설치될 수 있다. 상기 드론 기지국(130)은 방제 서버(110)에서 전달된 제어 신호를 수신하여, 수신된 제어 신호를 무인 비행체(140)에 전송할 수 있다. 본 실시예에서, 드론 기지국(130)과 무인 비행체(140)와의 통신은, wifi, 블루투스 등의 통신이 이루어질 수 있으며, LTE나 5G 등의 이동통신을 통해 통신이 이루어질 수도 있다. 또는, 무선통신망은 광대역 이동통신망인 5G 모바일 네트워크 등의 통신을 통한 통신일 수도 있다.
또한, 상기 드론 기지국(130)은 이동통신망에서와 같이, 인접한 드론 기지국(130)과 일부 커버리지가 겹칠 수 있으며, 드론 기지국(130)과 드론 기지국(130) 간의 핸드오버(hand-over)에 의해 무인 비행체(140)와의 통신이 끊어지지 않을 수 있다. 물론, 필요에 따라 일정 시간 간격으로 이루어지는 통신으로 복수의 드론 기지국(130)과 무인 비행체(140)와의 통신이 이루어지도록 할 수도 있다.
또한, 상기 드론 기지국(130)은 무인 비행체(140)를 유지 관리하고, 드론 기지국(130)이 설치된 지역의 측량 및 정밀 GPS의 지상국 서비스 등을 운용하고 제공하기 위해 구비된다.
상기 무선통신망(200)은, 방제 서버(110), 방제 서버(110), 사용자 단말(120) 및 드론 기지국(130)간의 통신이 이루어지는 통신망이며, 본 실시예에서, 무선통신망(200)은 인터넷망이나 이동통신망일 수 있다.
상기 방제 서버(110)는, 웹이나 모바일 서비스를 통해 사용자의 방제 서비스 요청을 접수하고, 이를 분석하여 무인 비행체(140)에 임무를 전송하며, 수집된 정보 및 수행된 임무 내용을 사용자 단말(120)에 제공한다.
상기 사용자 단말(120)은 스마트폰, 노트북, 태블릿 PC 및 PC 중 어느 하나일 수 있고, 사용자가 사용자 단말(120)을 이용하여 특정 지역에 대해 무인 비행체(140)를 통해 수집된 정보를 방제 서버(110)로부터 제공받을 수도 있다.
한편, 상기 무인 비행체(140)의 방제수단의 표면에는 오염물질의 부착방지 및 제거를 효과적으로 달성할 수 있도록 오염 방지 도포용 조성물로 이루어진 오염방지도포층이 도포될 수 있다.
상기 오염 방지 도포용 조성물은 코코암포디아세테이트 및 알킬 글리콜에테르가 1:0.01 ~ 1:2 몰비로 포함되어 있고, 코코암포디아세테이트와 알킬 글리콜에테르의 총함량은 전체 수용액에 대해 1 ~10 중량%이다.
상기 코코암포디아세테이트와 알킬 글리콜에테르는 몰비로서 1:0.01 ~ 1:2가 바람직한 바, 몰비가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 무인 비행체(140)의 방제수단의 도포성이 저하되거나 도포 후에 표면의 수분흡착이 증가하여 도포막이 제거되는 문제점이 있다. 상기 코코암포디아세테이트 및 알킬 글리콜에테르는 전제 조성물 수용액중 1 ~ 10 중량%가 바람직한 바, 1 중량% 미만이면 무인 비행체(140)의 방제수단의 도포성이 저하되는 문제점이 있고, 10 중량%를 초과하면 도포막 두께의 증가로 인한 결정석출이 발생하기 쉽다.
한편, 본 오염 방지 도포용 조성물을 무인 비행체(140)의 방제수단 상에 도포하는 방법으로는 스프레이법에 의해 도포하는 것이 바람직하다. 또한, 무인 비행체(140)의 방제수단 상의 최종 도포막 두께는 550 ~ 2000Å이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1100 ~ 1900Å이다. 상기 도포막의 두께가 550 Å미만이면 고온 열처리의 경우에 열화되는 문제점이 있고, 2000 Å을 초과하면 도포 표면의 결정석출이 발생하기 쉬운 단점이 있다. 또한, 본 오염 방지 도포용 조성물은 코코암포디아세테이트 0.1 몰 및 알킬 글리콜에테르 0.05몰을 증류수 1000 ㎖에 첨가한 다음 교반하여 제조될 수 있다.
이상에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예들에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 첨부하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능할 것이다.
100: 스마트 농업 방제 시스템
110: 방제 서버 120: 사용자 단말
130: 드론 기지국 140: 무인 비행체
200: 무선 통신망
110: 방제 서버 120: 사용자 단말
130: 드론 기지국 140: 무인 비행체
200: 무선 통신망
Claims (5)
- 소정 지역을 비행하여 해당 지역에 대한 영상 정보 수집 또는 방제 임무를 수행하는 무인 비행체; 및
상기 무인 비행체와 무선통신망을 통해 통신하며, 상기 무인 비행체를 제어하고, 상기 무인 비행체에서 수집된 영상 정보를 기초로 방제 임무 수행을 위한 NDVI(Normalized Difference Vegetation Index) 정보를 생성하는 방제 서버;를 포함하고,
상기 방제 서버는 상기 무인 비행체에서 수집된 영상 정보를 분석하여 방제 임무 수행을 위한 분사 지도를 생성하고, 상기 분사 지도를 통하여 상기 무인 비행체를 제어하는 것을 특징으로 하는 스마트 농업 방제 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 방제 서버는 상기 무인 비행체에서 수집된 영상 정보를 열상, 자외선, 가시선을 포함하는 영상 다각화 분석을 통하여 소정 지역에 대한 생육 상태를 파악후 생육 지도를 생성하고, 상기 생성된 생육 지도를 기초로 소정 지역에 대한 구획을 특정화한 후 상기 분사 지도를 생성하는 것을 특징으로 하는 스마트 농업 방제 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 무인 비행체는 적외선 카메라 및 멀티 스펙트럼 카메라 중 어느 하나 이상을 포함하는 카메라 장치를 통하여 소정 지역의 식물 표면의 스펙트럼을 촬영하여 상기 방제 서버로 전송하고, 상기 방제 서버는 상기 촬영된 스펙트럼 영상을 기초로 기저장된 병충해 데이터베이스와 비교하여 병충해 유형을 분석한 후, 상기 무인 비행체의 방제 임무 수행을 제어하는 것을 특징으로 하는 스마트 농업 방제 시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 카메라 장치는 상기 멀티스펙트럼 카메라를 통하여 소정 지역의 식물 표면을 근적외선으로 촬영하여 상기 방제 서버로 전송하는 것을 특징으로 하는 스마트 농업 방제 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 무인 비행체를 유지 및 관리하고 대상 지역의 측량 및 항법위성의 지상국 서비스를 제공하는 드론 기지국을 더 포함하고,
상기 방제 서버는, 웹서비스를 통해 사용자의 서비스 요청을 접수하고, 이를 분석하여 상기 무인 비행체에 임무를 전송하며, 수집된 정보 및 수행된 임무 내용을 사용자 단말에 제공하는 것을 특징으로 하는 스마트 농업 방제 시스템.
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101801746B1 (ko) | 2017-01-03 | 2017-11-27 | (주)세이프어스드론 | 방제용 스마트 드론, 이를 이용한 스마트 방제 시스템 및 방법 |
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2020
- 2020-11-03 KR KR1020200145325A patent/KR20220060081A/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101801746B1 (ko) | 2017-01-03 | 2017-11-27 | (주)세이프어스드론 | 방제용 스마트 드론, 이를 이용한 스마트 방제 시스템 및 방법 |
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