KR20230034000A - 최적화를 위한 스마트팜 시뮬레이터 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 최적화를 위한 스마트팜 시뮬레이터 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실제 스마트팜 자동화 시스템에 필요한 여러 종류의 스마트팜와 다양한 환경조건에 대응하는 임의로 환경데이터(온도, 습도, 이산화탄소, 일사량, 외부온도, 외부습도, 감우, 풍향, 풍속 등)를 입력하고 그에 따르는 스마트팜 시스템에서 자동제어기능 실행 시 스마트팜 제어장치(개폐기, 환풍기, 관수시설, 유동휀, 냉난방기 등)의 최적화된 동작 여부 및 상태를 모니터에서 확인하며,스마트팜의 각종 센서값을 자동 및 원격으로 최적화 관리할 수 있도록 하여 농업 활동에 종사하는 사람들에게 편의성 및 소득증대에 이바지할 수 있는 최적화를 위한 스마트팜 시뮬레이터 시스템에 관한 것으로서,
임의로 환경데이터를 가상의 센서 입력값으로 입력받는 가상센서 프로세서; 상기 가상센서 프로세의 입력값에 대응하여 스마트팜 시스템에서 가상 자동제어기능을 실행하는 가상제어기 프로세서; 가상센서 프로세서로 부터의 각종 센서값을 분석하여 가상제어기 프로세서를 통해 스마트팜의 관리를 자동 및 원격으로 관리하는 관리 통합제어 프로세서(130);를 포함하는 스마트팜 시뮬레이터; 및 상기 가상센서 프로세서, 가상제어기 프로세서, 통합제어 프로세서의 동작 여부 및 상태를 모니터에서 확인하도록 하는 영상장치;를 포함한다.
임의로 환경데이터를 가상의 센서 입력값으로 입력받는 가상센서 프로세서; 상기 가상센서 프로세의 입력값에 대응하여 스마트팜 시스템에서 가상 자동제어기능을 실행하는 가상제어기 프로세서; 가상센서 프로세서로 부터의 각종 센서값을 분석하여 가상제어기 프로세서를 통해 스마트팜의 관리를 자동 및 원격으로 관리하는 관리 통합제어 프로세서(130);를 포함하는 스마트팜 시뮬레이터; 및 상기 가상센서 프로세서, 가상제어기 프로세서, 통합제어 프로세서의 동작 여부 및 상태를 모니터에서 확인하도록 하는 영상장치;를 포함한다.
Description
본 발명은 최적화를 위한 스마트팜 시뮬레이터 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실제 스마트팜 자동화 시스템에 필요한 여러 종류의 스마트팜와 다양한 환경조건에 대응하는 임의로 환경데이터(온도, 습도, 이산화탄소, 일사량, 외부온도, 외부습도, 강우, 풍향, 풍속 등)를 입력하고 그에 따르는 스마트팜 시스템에서 자동제어기능 실행 시 스마트팜 제어장치(개폐기, 환풍기, 관수시설, 유동휀, 냉난방기 등)의 최적화된 동작 여부 및 상태를 모니터에서 확인하며, 스마트팜의 각종 센서값을 자동 및 원격으로 최적화 관리할 수 있도록 하여 농업 활동에 종사하는 사람들에게 편의성 및 소득증대에 이바지할 수 있도록 스마트팜 교육에 활용하기 위한 최적화를 위한 스마트팜 시뮬레이터 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 스마트팜이란 정보통신기술(ICT)을 활용하여 원격 및 자동으로 작물의 생육환경을 최적의 상태로 관리하는 편리하고 효율적인 농업형태이다.
이러한 스마트팜의 특성 및 효과를 보면, 농촌진흥청에 따르면 스마트팜의 경영성과를 분석한 결과, 스마트팜 도입 농가는 단위면적당 생산량이 27.9% 증가한 것으로 나타났다. (2016년 농림축산식품부 스마트팜 성과분석 결과)
또한 노동시간은 연간 278시간에서 234시간으로 15.8% 줄고, 노동비용은 평균15.9%나 감소된 것으로 나타났으며, 늘어난 시간만큼 여가활동을 즐길 수 있게 되었다.(2016년 농림축산식품부 스마트팜 성과분석 결과)
또한 농가의 경험과 지식에 의존하던 농장관리 방식에서 벗어나 기계학습과 인공지능의 도움을 받아 최적화된 생산 또는 관리 의사결정이 가능해진다.
수집한 빅데이터를 기반으로 작물이 자라는데 필요한 최적의 환경을 제공하여 수확 시기와 수확량 예측은 물론 품질과 생산량을 향상 시킬 수 있다.
특히 종래에는 환경조절장치 복합환경제어 및 비례제어 알고리즘 개발 및 테스트를 할 경우, 개폐기의 개폐시간을 설정하기 위해 제어 프로그램에 타이머를 적용하여 설정한 시간만큼 개폐기가 작동하도록 하여야 하고, 또한 개별제어 및 자동 및 수동제어 시 적용하여 주변장치도 설정한 시간만큼 작동 후 설정 환경에 맞지 않을 경우 원하는 시간만큼 작동하여 작물의 생육환경에 맞게 주변장치를 제어할 수 있도록 하는 고난이도의 기술이 필요하였다.
예를 들어 종래에는 스마트팜의 풍상창(공기가 들어오는 창)을 자동개폐 시 한 번에 100% 열고 닫으면 외부온도에 의해 내부온도가 급격하게 변화되어 농작물이 스트레스를 받아 생육에 좋지 않은 영향을 미치기 때문에 스마트팜 내부온도 및 습도 등 작물생육에 적정한 환경을 유지하기 위해 풍상창 등 환경조절장치의 제어알고리즘 개발과 작물별 적정환경값의 범위를 데이터베이스로 구축할 필요가 있고, 측창개폐장치(side wall window switchgear), 천창개폐장치(top window switchgear) 차광막개폐장치(shading screen) 등을 일시에 열고 닫음으로 인해 급속한 온도변화와 광합성작용에 영향을 주게 되므로 내부온도나 외부온도, 풍속, 일사량, 작물생육상태 등을 고려하여 다중제어나 비례제어 등 복합환경제어를 할 필요가 있어 매우 어렵고 불편하였다.
한편 코로나19 이후 대면 교육에 대한 부담을 완화 시킬 수 있으며, 교육적 효과를 높일 수 있다.
따라서 정부의 스마트팜 확산정책과 시설현대화에 따른 스마트팜 기술 습득의 필요성이 대두되고, 이론교육이 아닌, 시물레이션을 이용해 시각적으로 현상을 보여줌으로써 교육 효과의 극대화가 필요하게 되었다.
또한, 시뮬레이션을 도입하여 스마트팜 시스템 구축 농가 확산에 따른 시스템 활용도를 높여 농가 생산성 향상을 꾀하고, 스마트팜 시스템에 대한 막연한 기대감이나 사용 미숙으로 인한 잘못된 편견을 해소하며, 사용자가 주체가 되어서 환경에 맞는 시스템 설치 및 비용 절감을 미리 체험할 수 있는 장치의 개발이 필요하게 되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 스마트팜 자동화 시스템 개발에 필요한 여러 종류의 스마트팜와 다양한 환경조건을 시뮬레이터를 이용해 임의로 환경데이터(온도, 습도, 이산화탄소, 일사량, 외부온도, 외부습도, 강우, 풍향, 풍속 등)를 입력하고 그에 따르는 스마트팜 시스템에서 자동제어기능 실행 시 스마트팜 제어장치(개폐기, 환풍기, 관수시설, 유동휀, 냉난방기 등)의 동작 여부 및 상태를 테스트하며, 스마트팜 교육에 활용하기 위한 최적화를 위한 스마트팜 시뮬레이터 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 날씨, 기후 생성 학습 기능(맑음(저온~고온), 흐림, 눈/비, 바람), 센서류 시뮬레이션 기능(온도, 습도, 강우, 풍속, 풍향, CO2, ph, EC, 지온, 지습), 센서류 모델링 데이터 설정 학습 기능(온도, 습도, 외부기상센서류), 릴레이보드(32ch) 등을 포함하는 제어기 8종 선택 학습 기능(측창, 천창, 환풍기, 유동펜, 관수모터, 히터, 냉방기, 연무기), 배경모델링 데이터 5종 선택 학습 기능(나무, 풀, 기타 ), 제어기기 8종 모델링 데이터 및 작동 에니메이션을 통한 학습 기능, 각종 파티클 데이터 학습 기능(강우, 연무 효과), 자연광원 쉐이터 4종 시뮬레이션 학습 기능 등을 제공하여 표준통합제어 프로세서와 연동 환경 시뮬레이션을 구현하고, 작물재배에 영향을 주는 날씨 기후 등을 생성하여 스마트팜(단동, 연동)모델링이 가능한 최적화를 위한 스마트팜 시뮬레이터 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 센서값 변경에 의한 자동제어 알고리즘에 의한 제어장치 변화를 그래픽 영상으로 처리하여 결과 값을 확인할 수 있도록 스마트팜 전용 3D 환경 뷰어를 개발하는 데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 가상공간의 기후 환경을 인위적으로 생성하거나, 가상디바이스에서 적용되는 액션을 가상의 공간에 적용하여 기후변화를 적용하기 위한 환경 제너레이터를 개발하는 데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 실제 센서노드 하드웨어에 대응하는 시뮬레이터 기능을 구현하는 가상화 프로세서, 실제 제어노드 하드웨어에 대응하는 시뮬레이터 기능을 구현하는 가상화 프로세서, 시뮬레이터에서 환경센서 기능을 가상화한 가상센서 프로세스, 시뮬레이터에서 제어기능을 가상화한 가상제어기 프로세스를 개발하는 데 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 임의로 환경데이터(온도, 습도, 이산화탄소, 일사량, 외부온도, 외부습도, 감우, 풍향, 풍속 등)를 가상의 센서 입력값으로 입력받는 가상센서 프로세서; 상기 가상센서 프로세의 입력값에 대응하여 스마트팜 시스템에서 가상 자동제어기능 실행하는 스마트팜 가상 제어장치(개폐기, 환풍기, 관수시설, 유동휀, 냉난방기 등)가상제어기 프로세서; 가상센서 프로세서로 부터의 각종 센서값을 분석하여 가상제어기 프로세서를 통해 스마트팜의 관리를 자동 및 원격으로 관리 통합제어 프로세서; 상기 가상센서 프로세서, 가상제어기 프로세서, 통합제어 프로세서의 동작 여부 및 상태를 모니터에서 확인하도록 하는 영상장치;를 포함한다.
상기 통합제어 프로세서는, 다양한 센서 정보를 가상으로 입력받아, 센서 정보의 변화에 따라서 제어장치들이 자동제어 프로그램 로직에 의해서 구동되어, 상기 센서의 센서값 변경에 의한 변화를 계산하는 자동제어 알고리즘에 의해 상기 제어장치 변화를 상기 영상장치에 그래픽 영상으로 처리하여 결과 값을 확인할 수 있도록 제어하는 스마트팜 전용 3D 환경 뷰어 프로세서;를 더 포함한다.
상기 통합제어 프로세서는, 시뮬레이션을 이용해 가상의 환경을 만들어 스마트팜 형태와 상기 제어장치를 가상으로 설치하여 이를 이용해 외부의 환경을 변화시켜 상기 제어장치가 어떻게 작동하는지를 보여줌으로써 스마트팜에 설치된 제어장치들의 동작 상태를 확인하고 이에 따른 환경 값의 변화를 상기 영상장치를 통해 확인하도록 하는 환경제너레이터;를 더 포함한다.
상기 통합제어 프로세서는, 3d 랜더링 기술을 활용하여 하우스 시설물을 가상의 공간에서 표현하여, 보다 직관적이며 손쉽게 가상의 환경조건을 설정 및 제어할 수 있는 3d 랜더링프로세서;를 포함한다.
상기 통합제어 프로세서는, 스마트팜를 설계 및 시설 후 운영되는 방법에 대하여 학습이 가능하도록 하기 위해 화면에 표시하는 모든 시각적인 데이터를 3차원 모델링 데이터로 제작하는 학습 체험 프로세서;를 포함하고, 학습 체험 프로세서를 통해 사용자가 설정한 가상의 시설환경을 포함하는 복수개의 시설환경블럭;을 조립하여 사용자가 설정한 가상의 시설환경을 쉽게 구축하여 가상의 공간에서 체험이 가능하다.
상기 통합제어 프로세서는, 다양한 기후환경을 생성하여 미리 극한의 환경조건을 만들어내어 환경을 예측해 볼 수 있도록 하는 극한 환경조건 프로세서;를 포함한다.
상기 통합제어 프로세서는, 쉐이더를 적용하여 사실적인 질감표현과 고퀄리티 고해상도 3차원 그래픽 시뮬레이터 구현하는 쉐이더 프로세서;를 더 포함한다.
상기 학습 체험 프로세서는, 물리 엔진을 활용하여 비주얼한 가상의 환경을 사실적인 공간으로 구현한다.
상기 쉐이더 프로세서는 일정치 이상의 농담, 색조, 명암을 포함하는 섬세한 파티클, 광원 효과를 표현할 수 있으며 기후효과(눈, 비, 강풍, 흐림, 맑음)를 자유자재로 설정할 수 있다.
상기 학습 체험 프로세서를 통해 스마트팜 센서 정보 등록에 의한 시뮬레이션 제어 확인 과정 및 작물별 농가별 과거 센서 및 제어정보를 기반으로 에니메이션을 통해 과정별 시뮬레이션 진행 과정을 확인한다.
상기 학습 체험 프로세서는 비교값을 활용한 문제점 분석 및 보완 사항 도출이 가능하다.
상기 학습 체험 프로세서를 이용해 임의로 환경데이터(온도, 습도, 이산화탄소, 일사량, 외부온도, 외부습도, 감우, 풍향, 풍속 등)를 환경데이터모듈에 입력하고 그에 따르는 스마트팜 시스템에서 자동제어기능 실행 시 스마트팜 제어장치(개폐기, 환풍기, 관수시설, 유동휀, 냉난방기 등)의 동작 여부 및 상태를 동작 여부 및 상태 모듈로 테스트하며, 환경데이터모듈과 동작 여부 및 상태 모듈을 통해 계산된 학습 자료를 임의의 환경데이터모듈의 입력값과 동작 여부 및 상태 모듈의 결과값을 동시에 보여주는 스마트팜 교육 모듈을 통해 스마트팜 교육에 활용할 수 있다.
상기 학습 체험 프로세서는 설계 모듈을 통해 스마트팜를 설계하고, 운영 모듈을 통해 시설 후 운영되는 방법에 대하여 디스플레이하고, 상기 운영 모듈에 의한 디스플레이 화면에서 설계와 운영의 연관관계 학습이 가능하다.
본 명세서에서 개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해 되어서는 아니 될 것이다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 스마트팜의 각종 센서값을 자동 및 원격으로 최적화 관리할 수 있도록 하여 농업 활동에 종사하는 사람들에게 편의성 및 소득증대에 이바지할 수 있다.
또한, 본 발명은 3차원 3d 랜더링 기술을 활용하여 하우스 시설물을 가상의 공간에서 표현하여, 보다 직관적이며 손쉽게 가상의 환경조건을 설정 및 제어할 수 있고, 시스템에 대한 이해도를 높이고, 농가에서 스마트팜 시스템의 활용도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 시설환경을 레고 블럭처럼 쉽게 구축하여 가상의 공간에서 체험할 수 있을 뿐 만 아니라 스마트팜를 가상으로 설계 및 시설 후 운영(시뮬레이션)되는 방법에 대하여 학습이 가능하다.
또한, 본 발명은 작물별 환경조건에 맞는 스마트팜 설계에 이용함으로써 제어 장치별 효과를 확인할 수 있게 개발되어 스마트팜 교육 및 학습에 최적화되어 있다.
예를 들어 다양한 기후환경을 생성하여 미리 극한의 환경조건을 만들어내어 환경을 예측해 볼 수 있다.
또한, 본 발명은 전국 시·군 농업기술센터와 스마트팜 전문교육기관에서 농가를 대상으로 하는 스마트팜 시스템을 제공하여 교육 목적으로 활용할 수 있다.
또한, 본 발명은 스마트팜 시스템 개발 관련 전문기업 테스트베드 대용으로 보급할 수 있어 시간 및 비용을 절약할 수 있다.
또한, 본 발명은 시스템에 대한 이해도를 높이고, 농가에서 스마트팜 시스템의 활용도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 작물별 환경조건에 맞는 스마트팜 설계에 이용함으로써 제어 장치별 효과를 일일히 확인할 수 있다.
도 1은 종래 발명에 따른 스마트팜의 각종 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 최적화를 위한 스마트팜 시뮬레이터 시스템의 개략적인 개념을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 최적화를 위한 스마트팜 시뮬레이터 시스템의 구체적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 최적화를 위한 스마트팜 시뮬레이터 시스템의 통합제어 프로세서를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 최적화를 위한 스마트팜 시뮬레이터 시스템의 통합제어 프로세서 구성을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 학습 체험 프로세서 구성을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 학습 체험 프로세서 구성을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 학습 체험 프로세서 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 최적화를 위한 스마트팜 시뮬레이터 시스템의 개략적인 개념을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 최적화를 위한 스마트팜 시뮬레이터 시스템의 구체적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 최적화를 위한 스마트팜 시뮬레이터 시스템의 통합제어 프로세서를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 최적화를 위한 스마트팜 시뮬레이터 시스템의 통합제어 프로세서 구성을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 학습 체험 프로세서 구성을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 학습 체험 프로세서 구성을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 학습 체험 프로세서 구성을 보여주는 도면이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 최적화를 위한 스마트팜 시뮬레이터 시스템의 구체적인 구성을 보여주는 도면이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 최적화를 위한 스마트팜 시뮬레이터 시스템의 통합제어 프로세서를 보여주는 도면이다.
도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 최적화를 위한 스마트팜 시뮬레이터 시스템은 하나 이상의 프로세서들, 및 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행되는 하나 이상의 프로그램들을 저장하는 메모리를 구비한 컴퓨팅 장치이다.
상기 프로그램(프로세스)은 컴퓨터에서 연속적으로 실행되고 있는 컴퓨터 프로그램을 말하며, 스케줄링의 대상이 되는 작업(task)의 총합을 이루는 프로그램 집합이다.
따라서 이하 서술하는 가상공간의 기후 환경을 인위적으로 생성하거나, 가상디바이스에서 적용되는 액션을 가상의 공간에 적용하여 기후변화를 적용하기 위한 스마트팜 시뮬레이터(100) 등의 프로세서는 복수개의 프로세스를 포함하여 작동한다.
상기 스마트팜 시뮬레이터(100)는 임의로 환경데이터(온도, 습도, 이산화탄소, 일사량, 외부온도, 외부습도, 감우, 풍향, 풍속 등)를 가상의 센서 입력값으로 입력받는 가상센서 프로세서(110); 상기 가상센서 프로세의 입력값에 대응하여 스마트팜 시스템에서 가상 자동제어기능 실행하는 스마트팜 가상 제어장치(개폐기, 환풍기, 관수시설, 유동휀, 냉난방기 등)를 제어하는 가상제어기 프로세서(120); 가상센서 프로세서로 부터의 각종 센서값을 분석하여 가상제어기 프로세서를 통해 스마트팜의 관리를 자동 및 원격으로 관리하는 통합제어 프로세서(130);를 포함한다.
상기 스마트팜 시뮬레이터(100)는 상기 가상센서 프로세서, 가상제어기 프로세서, 통합제어 프로세서의 동작 여부 및 상태를 모니터에서 확인하도록 하는 영상장치(200);를 더 포함한다.
따라서 본 발명은 스마트팜의 각종 센서값을 자동 및 원격으로 최적화 관리할 수 있고, 영상장치(200)를 통해 스마트팜에 대한 이해도를 높이고, 농가에서 스마트팜 시스템의 활용도를 높일 수 있다.
상기 통합제어 프로세서(130)는, 다양한 센서 정보를 가상으로 입력받아, 센서 정보의 변화에 따라서 제어장치들이 자동제어 프로그램 로직에 의해서 구동되어, 상기 센서의 센서값 변경에 의한 변화를 계산하는 자동제어 알고리즘에 의해 상기 제어장치 변화를 상기 영상장치에 그래픽 영상으로 처리하여 결과 값을 확인할 수 있도록 제어하는 스마트팜 전용 3D 환경 뷰어 프로세서(131);를 포함한다.
상기 통합제어 프로세서(130)는, 시뮬레이션을 이용해 가상의 환경을 만들어 스마트팜 형태와 상기 제어장치를 가상으로 설치하여 이를 이용해 외부의 환경을 변화시켜 상기 제어장치가 어떻게 작동하는지를 보여줌으로써 스마트팜에 설치된 제어장치들의 동작 상태를 확인하고 이에 따른 환경 값의 변화를 상기 영상장치를 통해 확인하도록 하는 환경제너레이터(132);를 포함한다.
상기 통합제어 프로세서(130)는, 3d 랜더링 기술을 활용하여 하우스 시설물을 가상의 공간에서 표현하여, 보다 직관적이며 손쉽게 가상의 환경조건을 설정 및 제어할 수 있는 3d 랜더링프로세서(133);를 포함하여, 시스템에 대한 이해도를 높이고, 농가에서 스마트팜 시스템의 활용도를 높일 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 최적화를 위한 스마트팜 시뮬레이터 시스템의 통합제어 프로세서 구성을 보여주는 도면이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 학습 체험 프로세서 구성을 보여주는 도면이다.
도 5와 도 6에 도시된 바와 같이 상기 통합제어 프로세서(130)는, 스마트팜를 설계 및 시설 후 운영되는 방법에 대하여 학습이 가능하도록 하기 위해 화면에 표시하는 모든 시각적인 데이터를 3차원 모델링 데이터로 제작하는 학습 체험 프로세서(134);를 포함하고, 학습 체험 프로세서(134)를 통해 사용자가 설정한 가상의 시설환경을 포함하는 복수개의 시설환경블럭(134-2);을 조립하여 사용자가 설정한 가상의 시설환경을 레고 블럭처럼 쉽게 구축하여 가상의 공간에서 체험하게 할 수 있다.
따라서 스마트팜 내의 시설환경을 레고 블럭처럼 쉽게 구축하여 가상의 공간에서 체험할 수 있을 뿐 만 아니라 스마트팜를 가상으로 설계 및 시설 후 운영(시뮬레이션)되는 방법에 대하여 학습이 가능하다.
상기 통합제어 프로세서(130)는, 다양한 기후환경을 생성하여 미리 극한의 환경조건을 만들어내어 환경을 예측해 볼 수 있도록 하는 극한 환경조건 프로세서(135);를 포함하여, 실제 환경에서 접하기 쉽지 않은 환경조건을 만들어 시뮬레이터 해보면서 경험적인 조건을 습득이 가능하게 한다.
상기 통합제어 프로세서(130)는, 색의 농담, 색조, 명암 효과를 주는 쉐이더를 적용하여 사실적인 질감표현과 고퀄리티 고해상도 3차원 그래픽 시뮬레이터 구현하는 쉐이더 프로세서(136)를 포함한다.
상기 학습 체험 프로세서(134)는, 물리 엔진을 활용하여 비주얼한 가상의 환경을 더욱 사실적인 공간으로 구현할 수 있다.
예를 들어 상기 쉐이더 프로세서(136)는 일정치 이상의 농담, 색조, 명암을 포함하는 섬세한 파티클, 광원 효과를 표현할 수 있으며 물리 엔진에 따른 기후효과(눈, 비, 강풍, 흐림, 맑음)를 자유자재로 설정하여 시설물과의 연관성을 주고 사실에 근접한 교육 효과를 줄 수 있다.
상기 환경제너레이터(132)는, 단동형(일중, 이중, 삼중, 보온다겹 선택 적용가능), 연동형(일중, 이중, 삼중, 보온다겹 선택 적용가능), 보조시설(환풍기, 유동휀, 보광등, 관수시설 등), 및 다양한 센서(온도, 습도, 일사량, CO2, 풍향, 풍속, 강우, 감우) 중 하나 이상을 선택하여 3차원 그래픽 영상물로 영상장치(200)를 통해 그래픽화한다.
상기 학습 체험 프로세서(134)를 통해 스마트팜 센서 정보 등록에 의한 시뮬레이션 제어 확인 과정 및 작물별 농가별 과거 센서 및 제어정보를 기반으로 에니메이션을 통해 과정별 시뮬레이션 진행 과정을 확인할 수 있다.
이 때 상기 학습 체험 프로세서(134)는 학습 샘플 등과 비교값을 활용한 합리적인 문제점 분석 및 보완사항 도출을 기대할 수 있다.
즉 농가별 과거 센서 및 제어정보를 비교값(기준값)으로 두고 현재 학습 체험 프로세서(134)를 통한 실제값을 비교하여 최선의 해결 방안을 스스로 찾을 수 있도록 교육할 수 있다.
또한 상기 환경제너레이터(132)는, 맑음, 흐림, 저온 또는 고온, 눈, 비, 바람을 조절하는 날씨 및 기후 생성 기능; 온도, 습도, 강우, 풍속, 풍향, CO2, ph, EC, 지온, 지습을 센싱하는 센서류 시뮬레이션 기능; 센서류 모델링 데이터 선택 기능(온도, 습도, 외부기상센서류); 측창, 천창, 환풍기, 유동펜, 관수모터, 히터, 냉방기, 연무기 중에서 선택하는 제어기 선택 기능; 나무, 풀, 기타 배경 중에서 선택하는 배경모델링 데이터 선택 기능; 강우, 연무 효과 중에서 선택하는 각종 파티클 데이터 선택 기능; 색의 농담, 색조, 명암 효과 중에서 선택하는 자연광원 쉐이더 선택 기능;을 갖는다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 학습 체험 프로세서 구성을 보여주는 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이 본 발명은 다양한 환경조건을 학습 체험 프로세서(134)를 이용해 임의로 환경데이터(온도, 습도, 이산화탄소, 일사량, 외부온도, 외부습도, 감우, 풍향, 풍속 등)를 환경데이터모듈(134-3)에 입력하고 그에 따르는 스마트팜 시스템에서 자동제어기능 실행 시 스마트팜 제어장치(개폐기, 환풍기, 관수시설, 유동휀, 냉난방기 등)의 동작 여부 및 상태를 동작 여부 및 상태 모듈(134-4)로 테스트하며, 환경데이터모듈(134-3)과 동작 여부 및 상태 모듈(134-4)을 통해 계산된 학습 자료를 임의의 환경데이터모듈(134-3)의 입력값과 동작 여부 및 상태 모듈(134-4)의 결과값을 동시에 보여주는 스마트팜 교육 모듈(134-5)을 통해 스마트팜 교육에 활용할 수 있다.
따라서 본 발명은 스마트팜 시스템 개발 관련 전문기업 테스트베드 대용으로 보급할 수 있어 시간 및 비용을 절약할 수 있고, 시스템에 대한 이해도를 높이고, 농가에서 스마트팜 시스템의 활용도를 높일 수 있으며, 작물별 환경조건에 맞는 스마트팜 설계에 이용함으로써 제어 장치별 효과를 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 학습 체험 프로세서 구성을 보여주는 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이 상기 학습 체험 프로세서(134)는 설계 모듈(134-6)을 통해 스마트팜를 설계하고, 운영 모듈(134-7)을 통해 시설 후 운영되는 방법에 대하여 디스플레이하고, 상기 운영 모듈(134-7)에 의한 디스플레이 화면에서 설계와 운영의 연관관계 학습이 가능하도록 한다.
따라서 본 발명은 작물별 환경조건에 맞는 스마트팜 설계에 이용함으로써 제어 장치별 효과를 확인할 수 있게 개발되어 스마트팜 교육 및 학습에 최적화되어 있다.
100 : 스마트팜 시뮬레이터
110 : 가상센서 프로세서
120 : 가상제어기 프로세서
130 : 관리 통합제어 프로세서
131 : 3D 환경 뷰어 프로세서
132 : 환경제너레이터
133 : 3d 랜더링프로세서
134 : 학습 체험 프로세서
134-2 : 시설환경블럭
134-3 : 환경데이터모듈
134-4 : 동작 여부 및 상태 모듈
134-5 : 스마트팜교육모듈
134-6 : 설계 모듈
134-7 : 운영 모듈
134-8 : 교육 모듈
135 : 극한 환경조건 프로세서
136 : 쉐이더 프로세서
200 : 영상장치
110 : 가상센서 프로세서
120 : 가상제어기 프로세서
130 : 관리 통합제어 프로세서
131 : 3D 환경 뷰어 프로세서
132 : 환경제너레이터
133 : 3d 랜더링프로세서
134 : 학습 체험 프로세서
134-2 : 시설환경블럭
134-3 : 환경데이터모듈
134-4 : 동작 여부 및 상태 모듈
134-5 : 스마트팜교육모듈
134-6 : 설계 모듈
134-7 : 운영 모듈
134-8 : 교육 모듈
135 : 극한 환경조건 프로세서
136 : 쉐이더 프로세서
200 : 영상장치
Claims (7)
- 임의로 환경데이터를 가상의 센서 입력값으로 입력받는 가상센서 프로세서(110); 상기 가상센서 프로세의 입력값에 대응하여 스마트팜 시스템에서 가상 자동제어기능을 실행하는 가상제어기 프로세서(120); 가상센서 프로세서로 부터의 각종 센서값을 분석하여 가상제어기 프로세서를 통해 스마트팜의 관리를 자동 및 원격으로 관리하는 관리 통합제어 프로세서(130);를 포함하는 스마트팜 시뮬레이터(100); 및
상기 가상센서 프로세서, 가상제어기 프로세서, 통합제어 프로세서의 동작 여부 및 상태를 모니터에서 확인하도록 하는 영상장치(200);를 포함하는 최적화를 위한 스마트팜 시뮬레이터 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 통합제어 프로세서(130)는,
다양한 센서 정보를 가상으로 입력받아, 센서 정보의 변화에 따라서 제어장치들이 자동제어 프로그램 로직에 의해서 구동되어, 상기 센서의 센서값 변경에 의한 변화를 계산하는 자동제어 알고리즘에 의해 상기 제어장치 변화를 상기 영상장치에 그래픽 영상으로 처리하여 결과 값을 확인할 수 있도록 제어하는 스마트팜 전용 3D 환경 뷰어 프로세서(131);
시뮬레이션을 이용해 가상의 환경을 만들어 스마트팜 형태와 상기 제어장치를 가상으로 설치하여 이를 이용해 외부의 환경을 변화시켜 상기 제어장치가 어떻게 작동하는지를 보여줌으로써, 스마트팜에 설치된 제어장치들의 동작 상태를 확인하고 이에 따른 환경 값의 변화를 상기 영상장치를 통해 확인하도록 하는 환경제너레이터(132);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최적화를 위한 스마트팜 시뮬레이터 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 통합제어 프로세서(130)는,
3d 랜더링 기술을 활용하여 스마트하우스 시설물을 가상의 공간에서 표현하여, 보다 직관적이며 손쉽게 가상의 환경조건을 설정 및 제어할 수 있는 3d 랜더링프로세서(133);
상기 스마트팜을 설계 및 시설 후 운영되는 방법에 대하여 학습이 가능하도록 하기 위해 화면에 표시하는 모든 시각적인 데이터를 3차원 모델링 데이터로 제작하는 학습 체험 프로세서(134);를 포함하고, 학습 체험 프로세서(134)를 통해 사용자가 설정한 가상의 시설환경을 포함하는 복수개의 시설환경블럭(134-2);을 조립하여 사용자가 설정한 가상의 시설환경을 쉽게 구축하여 가상의 공간에서 체험이 가능한 것을 특징으로 하는 최적화를 위한 스마트팜 시뮬레이터 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 통합제어 프로세서(130)는,
다양한 기후환경을 생성하여 미리 극한의 환경조건을 만들어내어 환경을 예측해 볼 수 있도록 하는 극한 환경조건 프로세서(135);
쉐이더 기능을 적용하여 사실적인 질감표현과 고퀄리티 고해상도 3차원 그래픽 시뮬레이터 구현하는 쉐이더 프로세서(136);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최적화를 위한 스마트팜 시뮬레이터 시스템. - 청구항 3에 있어서,
상기 학습 체험 프로세서(134)는,
물리 엔진을 활용하여 비주얼한 가상의 환경을 사실적인 공간으로 구현하며,
상기 학습 체험 프로세서(134)를 통해 상기 스마트팜의 센서 정보 등록에 의한 시뮬레이션 제어 확인 과정 및 작물별 농가별 과거 센서 및 제어정보를 기반으로 에니메이션을 통해 과정별 시뮬레이션 진행 과정을 확인하는 것을 특징으로 하는 최적화를 위한 스마트팜 시뮬레이터 시스템. - 청구항 4에 있어서,
상기 쉐이더 프로세서(136)는 일정치 이상의 농담, 색조, 명암을 포함하는 섬세한 파티클, 광원 효과를 표현할 수 있으며 기후효과를 자유자재로 설정할 수 있는 것을 특징으로 하는 최적화를 위한 스마트팜 시뮬레이터 시스템. - 청구항 3에 있어서,
상기 학습 체험 프로세서(134)는 비교값을 활용한 문제점 분석 및 보완 사항 도출이 가능하며,
상기 학습 체험 프로세서(134)를 이용해 임의로 환경데이터를 환경데이터모듈(134-3)에 입력하고 그에 따르는 스마트팜 시스템에서 자동제어기능 실행 시 스마트팜 제어장치의 동작 여부 및 상태를 동작 여부 및 상태 모듈(134-4)로 테스트하며, 환경데이터모듈(134-3)과 동작 여부 및 상태 모듈(134-4)을 통해 계산된 학습 자료를 임의의 환경데이터모듈(134-3)의 입력값과 동작 여부 및 상태 모듈(134-4)의 결과값을 동시에 보여주는 스마트팜 교육 모듈(134-5)을 통해 스마트팜 교육에 활용할 수 있는 것을 특징으로 하는 최적화를 위한 스마트팜 시뮬레이터 시스템.
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