KR20240027203A - Aquaponics system with automated monitoring of growth of cultivated plants - Google Patents

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KR20240027203A KR1020220105055A KR20220105055A KR20240027203A KR 20240027203 A KR20240027203 A KR 20240027203A KR 1020220105055 A KR1020220105055 A KR 1020220105055A KR 20220105055 A KR20220105055 A KR 20220105055A KR 20240027203 A KR20240027203 A KR 20240027203A
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Abstract

본 발명은 재배식물 생육 모니터링이 자동화된 아쿠아포닉스 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 최적 생육환경도출 및 정량생산예측을 위한 지능형 아쿠아포닉스 생산관리 서비스형 플랫폼(Paas: Platform-as-a-service)이며, 원격지의 아쿠아포닉스를 연동할 수 있는 네트워크 구조와 머신러닝 기법으로 아쿠아포닉스에서 재배되는 재배식물 생육데이터 분석 및 생육 최적화 조건 도출을 위한 데이터 서버 및 사용자 인터페이스를 제공하는 것으로, 내부에 어류가 서식할 수 있는 어류양식 수조를 포함하여, 어류양식 수조의 상단에 있는 식물 재배가 가능한 재배영역과 물을 호환하는 어류양식부; 식물 재배가 가능한 재배영역이 섹션별로 구비되어 있으며, 어류양식부로부터 섹션별 상기 식물 재배가 가능한 재배영역에 공급된 물에 의하여, 재배식물이 재배됨에 따라 상기 재배식물에 의해 정화된 물을 상기 어류양식부에 공급하는 식물재배부; 실시간 촬영하는 촬영부와 식물 재배 환경센서를 통해 상기 식물재배부를 모니터링하는 하는 모니터링부; 및 모니터링부에서 모니터링한 식물재배정보를 바탕으로, 어류양식부와 상기 식물재배부의 식물 재배 환경의 조건을 자동 제어하는 재배환경제어부;를 포함한다.The present invention relates to an aquaponics system with automated monitoring of cultivated plant growth, and more specifically, to an intelligent aquaponics production management service platform (Paas: Platform-as-a-) for deriving the optimal growth environment and predicting quantitative production. service), which provides a data server and user interface for analyzing growth data of cultivated plants grown in aquaponics and deriving growth optimization conditions using a network structure and machine learning techniques that can link aquaponics in remote locations. A fish aquaculture department that is compatible with water and a cultivation area capable of cultivating plants at the top of the fish aquaculture tank, including a fish aquaculture tank in which fish can live; Cultivation areas where plant cultivation is possible are provided in each section, and as the cultivated plants are grown, the water supplied by the fish farming department to the cultivation areas where plant cultivation is possible is supplied to the fish. a plant cultivation department supplying to the aquaculture department; a monitoring unit that monitors the plant cultivation unit through a real-time imaging unit and a plant cultivation environment sensor; and a cultivation environment control unit that automatically controls the conditions of the plant cultivation environment of the fish farming department and the plant cultivation department, based on the plant cultivation information monitored by the monitoring department.

Description

재배식물 생육 모니터링이 자동화된 아쿠아포닉스 시스템{Aquaponics system with automated monitoring of growth of cultivated plants}Aquaponics system with automated monitoring of growth of cultivated plants}

본 발명은 재배식물 생육 모니터링이 자동화된 아쿠아포닉스 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 최적 생육환경도출 및 정량생산예측을 위한 지능형 아쿠아포닉스 생산관리 서비스형 플랫폼(Paas: Platform-as-a-service)이며, 원격지의 아쿠아포닉스를 연동할 수 있는 네트워크 구조와 머신러닝 기법으로 아쿠아포닉스에서 재배되는 재배식물 생육데이터 분석 및 생육 최적화 조건 도출을 위한 데이터 서버 및 사용자 인터페이스를 제공하는 재배식물 생육 모니터링이 자동화된 아쿠아포닉스 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an aquaponics system with automated monitoring of cultivated plant growth, and more specifically, to an intelligent aquaponics production management service platform (Paas: Platform-as-a-) for deriving the optimal growth environment and predicting quantitative production. service), which provides a data server and user interface to analyze growth data of cultivated plants grown in aquaponics and derive growth optimization conditions using a network structure that can link aquaponics in remote locations and machine learning techniques. This is about an aquaponics system with automated monitoring.

일반적으로 아쿠아포닉스(AQUAPONICS)는 식물 재배 관련 대표적인 친환경 재배 방법인 수경재배(HYDROPONICS)와 민물 어류 양식(AQUACULTURE)이 결합된 친환경 재배 및 양식 방식이다.In general, AQUAPONICS is an eco-friendly cultivation and aquaculture method that combines HYDROPONICS, a representative eco-friendly cultivation method related to plant cultivation, and freshwater fish farming (AQUACULTURE).

수경재배(HYDROPONICS)와 민물 어류 양식(AQUACULTURE)이 동시에 진행이 될 수 있는 기본 원리는 수경재배(HYDROPONICS)에 필요한 주요 영양소인 질산염이 생성되고, 해당 질산염이 물에 녹아 수경재배에 사용되며 수경재배(HYDROPONICS)의 재배작물을 통해 정화된 물은 다시 민물 어류 양식(AQUACULTURE) 수조 쪽으로 공급되어 순환 구조이다.The basic principle that allows HYDROPONICS and freshwater fish farming to proceed simultaneously is that nitrate, the main nutrient required for HYDROPONICS, is produced, and the nitrate is dissolved in water and used for hydroponic cultivation. The water purified through HYDROPONICS crops is supplied back to the freshwater fish farming (AQUACULTURE) tank, creating a circular structure.

하지만 종래의 아쿠아포닉스 시스템에 의한 수경재배기는 대부분 온도제어, 습도 제어 등과 같은 수경재배 생육환경 조건이 대부분 기본 센서에서 검출된 정보에 의존하여, 기본 탑재된 매뉴얼대로 식물의 재배를 수행하고 있어 재배 환경에 따른 즉각적인 환경 대응을 못 한다는 문제점이 존재한다. 따라서, 재배 환경 및 재배 환경 변화에 대응하여 센서 조건을 자동 제어하거나 해당 재배 환경에서 재배할 수 있는 식물의 종류를 파악하는 데 어려움이 있으며, 활용도가 떨어져 폭넓은 사용 기대치를 충족하지 못하게 되는 문제점이 있다.However, in most hydroponic growers using conventional aquaponics systems, hydroponic growth environment conditions such as temperature control and humidity control depend on information detected from basic sensors, and plant cultivation is performed according to the built-in manual. There is a problem of not being able to respond to the environment immediately. Therefore, it is difficult to automatically control the sensor conditions in response to changes in the cultivation environment or to identify the types of plants that can be grown in the corresponding cultivation environment, and there is a problem of not meeting the wide range of usage expectations due to low usability. there is.

한국등록특허공보 제10-2330939호(2021.11.22.)Korean Patent Publication No. 10-2330939 (2021.11.22.) 한국등록특허공보 제10-2400496호(2022.05.17.)Korean Patent Publication No. 10-2400496 (2022.05.17.) 한국등록특허공보 제10-2144282호(2020.08.07.)Korean Patent Publication No. 10-2144282 (2020.08.07.)

본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로서, 본 발명은 아쿠아포닉스 상부의 수경재배 수조를 섹션(Section)별로 구분하여, 섹션별로 재배식물의 생육 상태와 재배식물 생육환경을 실시간 모니터링함으로써 최적의 수조 환경 조건 센서 조건을 도출하고, 수경재배 수조의 모든 섹션(Section)을 해당 최적의 수조 환경 센서 조건을 갖출 수 있도록 자동 제어하는 재배식물 생육 모니터링이 자동화된 아쿠아포닉스 시스템을 제공하는 것이다.The present invention takes these problems into account, and the present invention divides the hydroponic cultivation tank at the top of aquaponics into sections and monitors the growth status of cultivated plants and the growth environment of cultivated plants in real time for each section to provide an optimal water tank environment. The goal is to provide an aquaponics system with automated plant growth monitoring that derives sensor conditions and automatically controls all sections of the hydroponic cultivation tank to have the optimal tank environmental sensor conditions.

본 발명의 실시예들에 따른 재배식물 생육 모니터링이 자동화된 아쿠아포닉스 시스템은 내부에 어류가 서식할 수 있는 어류양식 수조를 포함하여, 상기 어류양식 수조의 상단에 있는 식물 재배가 가능한 재배영역과 물을 호환하는 어류양식부; 상기 식물 재배가 가능한 재배영역이 섹션별로 구비되어 있으며, 상기 어류양식부로부터 섹션별 상기 식물 재배가 가능한 재배영역에 공급된 물에 의하여 재배식물이 재배됨에 따라, 상기 재배식물에 의해 정화된 물을 상기 어류양식부에 공급하는 식물재배부; 실시간 촬영하는 촬영부와 식물 재배 환경센서를 통해 상기 식물재배부를 모니터링하는 하는 모니터링부; 및 상기 모니터링부에서 모니터링한 식물재배정보를 바탕으로 상기 어류양식부와 상기 식물재배부의 식물 재배 환경의 조건을 자동 제어하는 재배환경제어부;를 포함한다.The aquaponics system in which cultivated plant growth monitoring is automated according to embodiments of the present invention includes a fish culture tank in which fish can live, a cultivation area capable of cultivating plants at the top of the fish culture tank, and Department of Fish Aquaculture with compatible water; Cultivation areas capable of cultivating the plants are provided for each section, and as the plants are grown using water supplied from the fish farming department to the cultivation areas capable of cultivating the plants in each section, water purified by the plants is supplied. a plant cultivation department supplying the fish farming department; a monitoring unit that monitors the plant cultivation unit through a real-time imaging unit and a plant cultivation environment sensor; And a cultivation environment control unit that automatically controls the conditions of the plant cultivation environment of the fish farming department and the plant cultivation department based on the plant cultivation information monitored by the monitoring unit.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 식물재배부는, 상기 식물 재배가 가능한 재배영역이 섹션별로 분류되어 있으며, 상기 식물 재배가 가능한 재배영역은 단일품종 혹은 다품종의 재배식물을 지지하고 있는 식물지지대; 및 상기 식물지지대의 하단에 위치하며, 상기 단일품종 혹은 다품종의 재배식물에 상기 어류양식부로부터 질산염을 포함하는 물을 공급받는 수로를 포함하는 식물수로부;를 포함한다.In embodiments of the present invention, the plant cultivation unit includes a cultivation area in which plants can be cultivated divided into sections, and the cultivation area in which plants can be cultivated includes: a plant support supporting a single variety or multiple varieties of plants; and a plant water channel unit located at the lower end of the plant support unit and including a water channel that supplies water containing nitrate from the fish culture unit to the single variety or multiple varieties of cultivated plants.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 모니터링부는, 섹션별 상기 식물 재배가 가능한 재배영역의 재배식물 성장과 환경을 실시간 모니터링하는 촬영장치; 및 섹션별 상기 식물 재배가 가능한 재배영역의 환경 조건을 센싱할 수 있는 상기 식물 재배 환경센서;를 포함한다.In embodiments of the present invention, the monitoring unit may include an imaging device that monitors in real time the growth and environment of cultivated plants in a cultivation area where the plants can be cultivated for each section; and the plant cultivation environmental sensor capable of sensing environmental conditions of a cultivation area in which the plant cultivation is possible for each section.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 식물 재배 환경센서는, 섹션별 상기 식물 재배가 가능한 재배영역의 수경재배 환경 조건을 센싱할 수 있도록, 상기 식물재배부의 LED의 조사량를 센싱하는 LED조사량센서, 공기 온도를 센싱하는 공기온도센서, 습도를 센싱하는 습도센서, 바람의 세기를 센싱하는 바람센서; 및 상기 어류양식부로부터 상기 식물재배부에 공급되는 물의 온도를 센싱하는 수온센서;를 포함한다.In embodiments of the present invention, the plant cultivation environmental sensor is an LED irradiation sensor that senses the irradiation amount of the LED of the plant cultivation unit, air, and so on, so as to sense the hydroponic cultivation environmental conditions of the cultivation area where the plant cultivation is possible for each section. An air temperature sensor that senses temperature, a humidity sensor that senses humidity, and a wind sensor that senses wind strength; And a water temperature sensor that senses the temperature of water supplied from the fish farming department to the plant cultivation department.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 재배환경제어부는 상기 촬영부에서 실시간 촬영된 섹션별 재배식물의 생육 영상이미지를 분석하여 상기 섹션별 재배식물의 초우성 종을 도출하는 초우성도출부; 상기 식물 재배 환경센서를 통해서 센싱된, 상기 재배식물의 초우성 종이 생장할 수 있는 섹션별 상기 식물 재배가 가능한 재배영역의 최적의 환경 조건 정보(공기 온도, 습도, 바람의 세기, LED양, 수온)를 도출하는 최적센싱정보도출부;를 포함한다.In embodiments of the present invention, the cultivation environment control unit includes a superdominance derivation unit that analyzes growth video images of the cultivated plants in each section captured in real time by the photographing unit to derive superdominant species of the cultivated plants in each section; Optimal environmental condition information (air temperature, humidity, wind strength, LED amount, water temperature) of the cultivation area where the plant can be cultivated for each section where the super-dominant species of the cultivated plant can grow, sensed through the plant cultivation environmental sensor ) includes an optimal sensing information derivation unit that derives.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 초우성도출부는, 상기 촬영부에 포함된 섹션별 RGB-깊이 카메라를 통해서, 촬영된 섹션별 재배식물의 생육 영상이미지 데이터로부터 재배식물의 색상 정보 데이터를 추출하여 재배식물의 분포 면적을 연산하여 도출하는 재배식물분포면적도출부; 상기 섹션별 재배식물의 생육 영상이미지를 3차원 전처리하여, 상기 섹션별 재배식물의 3차원 이미지로부터 재배식물의 부피를 도출하여 재배식물의 생장 정도를 분석하는 재배식물부피연산부;를 포함한다.In embodiments of the present invention, the superdominance deriving unit extracts color information data of the cultivated plant from the growth video image data of the cultivated plant in each section captured through the section-specific RGB-depth camera included in the photographing unit. a cultivated plant distribution area derivation unit that calculates and derives the distribution area of cultivated plants; It includes a cultivated plant volume calculation unit that performs 3D preprocessing on the growth video image of the cultivated plant for each section, derives the volume of the cultivated plant from the 3D image of the cultivated plant for each section, and analyzes the growth degree of the cultivated plant.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 초우성도출부는, 컴퓨터 비젼 알고리즘에 상기 재배식물분포면적도출부에서 도출된 상기 재배식물의 분포 면적데이터;와 상기 재배식물부피연산부에서 도출된 상기 재배식물의 부피 데이터;를 입력으로 하여, 섹션별로 심어진 재배식물의 품종에서 생장 정도를 판단함으로써 초우성 품종을 도출하는 초우성품종도출부;를 더 포함한다.In embodiments of the present invention, the superdominance deriving unit includes distribution area data of the cultivated plant derived from the plant cultivated distribution area deriving unit through a computer vision algorithm; and distribution area data of the cultivated plant derived from the plant cultivated volume calculation unit. It further includes a super-dominant variety derivation unit that derives a super-dominant variety by taking volume data as input and determining the growth degree of the variety of cultivated plants planted in each section.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 재배환경제어부는, 상기 최적센싱정보도출부에서 도출된 섹션별 식물 재배가 가능한 재배영역 최적의 공기, 온도, 바람의 세기, LED양, 수온의 환경 조건 정보를, 상기 식물 재배가 가능한 재배영역의 중앙 환경 제어 알고리즘에 입력으로 하여 자동으로 동일한 조건으로 셋팅 되도록 최적화하는 환경조건최적화부;를 더 포함한다.In embodiments of the present invention, the cultivation environment control unit provides environmental condition information of optimal air, temperature, wind intensity, LED amount, and water temperature in a cultivation area capable of cultivating plants for each section derived from the optimal sensing information derivation unit. It further includes an environmental condition optimization unit that inputs the input to the central environmental control algorithm of the cultivation area where plant cultivation is possible and optimizes the system to automatically set the same conditions.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 어류양식부와 상기 식물재배부를 연결하며, 상기 어류양식부에서 양식 어류의 배설물과 분비물 및 수중 박테리아의 결합을 통해서 생성된 질산염을 포함하는 물이 상기 식물재배부에 일정한 농도로 공급되는 수로를 더 포함한다.In embodiments of the present invention, the fish culture section is connected to the plant cultivation section, and water containing nitrate produced through a combination of excretions and secretions of cultured fish and aquatic bacteria in the fish culture section is used for the plant cultivation. It further includes a water channel that supplies water to the unit at a constant concentration.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 수로는, 상기 재배환경제어부로부터 도출된 피드백 정보를 수신받아, 상기 어류양식부에서 상기 식물재배부에 공급되는 물에 포함된 질산염 농도가 일정하게 유지되도록 물의 온도를 제어하여 최적화하는 질산염농도제어부기;를 포함한다.In embodiments of the present invention, the waterway receives feedback information derived from the cultivation environment control unit and provides water so that the nitrate concentration contained in the water supplied from the fish farming unit to the plant cultivation unit is maintained constant. It includes a nitrate concentration control unit that optimizes temperature by controlling the temperature.

이상에서 설명한 바와 같은 재배식물 생육 모니터링이 자동화된 아쿠아포닉스 시스템에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.According to the aquaponics system with automated monitoring of cultivated plant growth as described above, the following effects are achieved.

첫째, 환경오염 및 기후변화와 상관없는 양질의 채소량 예측 공급 시스템 제공할 수 있다.First, it is possible to provide a high-quality vegetable quantity prediction supply system that is independent of environmental pollution and climate change.

둘째, 빅데이터를 통한 자체적 최적 생육 환경 도출 알고리즘 확보할 수 있다.Second, it is possible to secure an algorithm for deriving the optimal growth environment through big data.

셋째, 다중 데이터 분석을 통한 재배작물에 대한 생산량 예측 알고리즘 확보할 수 있다.Third, it is possible to secure a yield prediction algorithm for cultivated crops through multiple data analysis.

넷째, 독창적인 아쿠아포닉스 전용 센서 트랜스미터 제공을 통한 손쉬운 데이터 획득이 가능하다.Fourth, easy data acquisition is possible through the provision of a unique aquaponics-specific sensor transmitter.

다섯째, LED 광원의 효율적인 관리 시스템 적용으로 에너지 절약에 용이하다.Fifth, it is easy to save energy by applying an efficient management system for LED light sources.

여섯째, 지역, 시간, 공간에 제약 없이 자체 개발하게 될 Paas(Platform as a service) 시스템을 통해, 재배식물 생육 모니터링이 가능한 아쿠아포닉스 시스템 인프라를 만들고 유지보수하는 데 복잡함 없이 애플리케이션을 개발, 실행 및 관리할 수 있다.Sixth, through the Paas (Platform as a service) system, which will be developed independently without restrictions on region, time, and space, applications can be developed, executed, and maintained without complexity in creating and maintaining an aquaponics system infrastructure capable of monitoring the growth of cultivated plants. It can be managed.

도 1은 본 발명의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배부(20)의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링부(30)의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 재배환경부(40)의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초우성도출부(40a)의 구성도이다.
1 is a configuration diagram of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram of the present invention.
Figure 3 is a schematic diagram of the plant cultivation unit 20 according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a configuration diagram of the monitoring unit 30 according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a configuration diagram of the cultivation environment unit 40 according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a configuration diagram of the superdominant deriving unit 40a according to an embodiment of the present invention.

첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 따른 재배식물 생육 모니터링이 자동화된 아쿠아포닉스 시스템에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.With reference to the attached drawings, an aquaponics system in which cultivation plant growth monitoring is automated according to embodiments of the present invention will be described in detail. Since the present invention can make various changes and take various forms, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention. While describing each drawing, similar reference numerals are used for similar components. In the attached drawings, the dimensions of the structures are enlarged from the actual size for clarity of the present invention, or reduced from the actual size to understand the schematic configuration.

또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 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 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Additionally, terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component without departing from the scope of the present invention. Meanwhile, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as generally understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and unless explicitly defined in the present application, should not be interpreted in an ideal or excessively formal sense. No.

본 발명은 재배식물 생육 모니터링이 자동화된 아쿠아포닉스 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 최적 생육환경도출 및 정량생산예측을 위한 지능형 아쿠아포닉스 생산관리 서비스형 플랫폼(Paas: Platform-as-a-service)이며, 원격지의 아쿠아포닉스를 연동할 수 있는 네트워크 구조와 머신러닝 기법으로 아쿠아포닉스에서 재배되는 재배식물 생육데이터 분석 및 생육 최적화 조건 도출을 위한 데이터 서버 및 사용자 인터페이스를 제공하는 재배식물 생육 모니터링이 자동화된 아쿠아포닉스 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an aquaponics system with automated monitoring of cultivated plant growth, and more specifically, to an intelligent aquaponics production management service platform (Paas: Platform-as-a-) for deriving the optimal growth environment and predicting quantitative production. service), which provides a data server and user interface to analyze growth data of cultivated plants grown in aquaponics and derive growth optimization conditions using a network structure that can link aquaponics in remote locations and machine learning techniques. This is about an aquaponics system with automated monitoring.

도 1은 본 발명의 구성도이며, 도 2는 본 발명의 모식도이다.Figure 1 is a configuration diagram of the present invention, and Figure 2 is a schematic diagram of the present invention.

도 1과 도 2를 참고하면, 재배식물 생육 모니터링이 자동화된 아쿠아포닉스 시스템은 어류양식부(10), 식물재배부(20), 모니터링부(30) 및 재배환경부(40)를 포함한다. 어류양식부(10)는 내부에 어류가 서식할 수 있는 어류양식 수조를 포함하여, 상기 어류양식 수조의 상단에 있는 식물 재배가 가능한 재배영역과 물을 호환한다. 여기서, 상기 어류양식부에서 양식 어류의 배설물과 분비물 및 수중 박테리아의 결합을 통해서 질산염이 생성되며, 상기 질산염은 상기 어류양식부의 수조에 담긴 물에 녹아져있다. 식물재배부(20)는 상기 식물 재배가 가능한 재배영역이 섹션별로 구비되어 있으며, 어류양식부로(10)부터 섹션별 상기 식물 재배가 가능한 재배영역에 공급된 물에 의하여, 재배식물이 재배됨에 따라 상기 재배식물에 의해 정화된 물을 상기 어류양식부에 공급한다. 모니터링부(30)는 실시간 촬영하는 촬영부와 식물 재배 환경센서를 통해 상기 식물재배부를 모니터링하며, 재배환경제어부(40)는 모니터링부(30)에서 모니터링한 식물재배정보를 바탕으로, 어류양식부(10)와 식물재배부(20)의 식물 재배 환경의 조건을 자동 제어한다.Referring to Figures 1 and 2, the aquaponics system with automated plant growth monitoring includes a fish farming department (10), a plant cultivation department (20), a monitoring department (30), and a cultivation environment department (40). The fish farming unit 10 includes a fish farming tank in which fish can live, and water is compatible with a cultivation area where plants can be grown at the top of the fish farming tank. Here, nitrate is produced in the fish farming unit through a combination of excrement and secretions of farmed fish and bacteria in the water, and the nitrate is dissolved in water contained in the fish tank of the fish farming unit. The plant cultivation unit 20 is equipped with cultivation areas in which the plants can be cultivated for each section, and as the plants are grown, the water supplied from the fish farming unit 10 to the cultivation areas in which the plants can be cultivated is used for each section. Water purified by the cultivated plants is supplied to the fish farming unit. The monitoring unit 30 monitors the plant cultivation unit through a real-time imaging unit and a plant cultivation environment sensor, and the cultivation environment control unit 40 monitors the fish farming unit based on the plant cultivation information monitored by the monitoring unit 30. The conditions of the plant cultivation environment of (10) and the plant cultivation department (20) are automatically controlled.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배부(20)의 모식도이다.Figure 3 is a schematic diagram of the plant cultivation unit 20 according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, 식물재배부(20)는 식물지지대(20a) 및 식물수로부(20b)를 포함한다. 식물지지대(20a)는 상기 식물 재배가 가능한 재배영역이 섹션별로 분류되어 있으며, 상기 식물 재배가 가능한 재배영역은 단일품종 혹은 다품종의 재배식물을 지지하고 있으며, 식물수로부(20b)는 식물지지대(20a)의 하단에 위치하며, 상기 단일품종 혹은 다품종의 재배식물에 어류양식부로(10)부터 질산염을 포함하는 물을 공급받는 수로를 포함하고 있다. 좀 더 상세하게 설명하자면, 식물수로부(20b)는 어류양식부(10)와 상기 수로로 연결되어 있으며, 어류양식부(10)에서 양식 어류의 배설물과 분비물 및 수중 박테리아의 결합을 통해서 생성된 질산염을 포함하는 물이 식물재배부(20)의 식물수로부(20b)로 일정한 농도로 공급될 수 있도록, 어류양식부(10)와 식물재배부(20)를 연결하는 다수의 수로를 더 포함한다. Referring to FIG. 3, the plant cultivation unit 20 includes a plant support unit 20a and a plant water channel unit 20b. The plant support 20a has a cultivation area where the plants can be cultivated divided into sections, and the cultivation area where the plants can be cultivated supports a single variety or multiple varieties of plants, and the plant water channel portion 20b is a plant support ( It is located at the bottom of 20a) and includes a water channel through which water containing nitrate is supplied from the fish farming unit 10 to the single or multiple varieties of cultivated plants. To explain in more detail, the plant waterway unit 20b is connected to the fish farming unit 10 and the waterway, and the fish farming unit 10 produces water through a combination of excretions and secretions from cultured fish and aquatic bacteria. It further includes a plurality of water channels connecting the fish farming unit 10 and the plant cultivation unit 20 so that water containing nitrate can be supplied at a constant concentration to the plant waterway unit 20b of the plant cultivation unit 20. do.

좀 더 상세하게 설명하자면, 상기 다수의 수로는 어류양식부(10)에서 배출되는 질산염이 포함된 물이 이동하는 제1수로; 상기 제1수로와 연결되어 상기 질산염이 포함된 물을 공급받아, 바이오 필터 기반의 상기 질산염이 포함된 물의 농도를 단계별로 희석하는 제2수조; 상기 제2수조에서 배출되는 물이 식물수로부(20b)로 이동하는 제2수로; 박테리아 및 오염 물질을 제거하기 위해 처리되지 않은 물(원수)을 포함하는 제3수조; 상기 박테리아 및 오염 물질을 제거하기 위해 처리되지 않은 물(원수)이 이동하는 제3수로; 제1수로 및 상기 제3수로와 연결되어 있으며, 상기 제3수로로부터 상기 박테리아 및 오염 물질을 제거하기 위해 처리되지 않은(원수)를 공급받아, 상기 제1수로를 통해 흘러들어온 질산염이 포함된 물을 엷게 희석하며 제4수조;를 포함한다. 특별히, 상기 다수의 수로는 질산염농도제어기를 포함하고 있으며, 상기 질산염농도제어기는 재배환경제어부(40)로부터 도출된 피드백 정보를 수신받아, 어류양식부(10)에서 식물재배부(20)의 식물수로부(20b)에 공급되는 물의 최적의 온도를 일정하게 유지할 수 있도록, 질산염 농도가 일정하게 유지되도록 물의 온도를 제어한다. 여기서, 상기 피드백정보는 재배환경제어부(40)에서 도출된 초우성 재배식물이 재배되는 식물재배부(10)의 환경에서 섹션별 식물수로부(20b)로 공급되는 물의 온도(최적화 온도)정보와 실시간 센싱되는 식물수로부(20b)로 공급되는 수온의 변화 정보를 포함한다.To explain in more detail, the plurality of waterways include a first waterway through which water containing nitrate discharged from the fish farming unit 10 moves; a second water tank connected to the first water conduit to receive water containing nitrate and gradually diluting the concentration of the water containing nitrate based on a biofilter; a second water channel through which the water discharged from the second water tank moves to the plant water channel unit (20b); a third tank containing untreated water (raw water) to remove bacteria and contaminants; a third waterway through which untreated water (raw water) moves to remove the bacteria and contaminants; It is connected to the first waterway and the third waterway, and receives untreated (raw water) from the third waterway to remove the bacteria and contaminants, and water containing nitrates flows through the first waterway. It is diluted thinly and includes a fourth water tank. In particular, the plurality of water channels include a nitrate concentration controller, and the nitrate concentration controller receives feedback information derived from the cultivation environment control unit 40, and controls the plants of the plant cultivation unit 20 in the fish farming unit 10. In order to maintain a constant optimal temperature of the water supplied to the water conduit unit 20b, the temperature of the water is controlled so that the nitrate concentration is maintained constant. Here, the feedback information includes the temperature (optimized temperature) information of the water supplied to the plant waterway unit 20b for each section in the environment of the plant cultivation unit 10 where the super-dominant cultivated plants are grown derived from the cultivation environment control unit 40. It includes information on changes in water temperature supplied to the plant water channel unit 20b, which is sensed in real time.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링부(30)의 구성도이다.Figure 4 is a configuration diagram of the monitoring unit 30 according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참고하면, 모니터링부(30)는 촬영장치(30a)와 식물 재배 환경센서(30b)를 포함한다. 촬영장치(30a)는 섹션별 상기 식물 재배가 가능한 재배영역의 재배식물 성장과 환경을 실시간 모니터링하며, 식물 재배 환경센서(30b)는 섹션별 상기 식물 재배가 가능한 재배영역의 환경 조건을 센싱한다. 좀 더 상세하게 설명하자면, 상기 식물 재배 환경센서는 섹션별 상기 식물 재배가 가능한 재배영역의 수경재배 환경 조건을 센싱할 수 있도록, 식물재배부(20)의 LED의 조사량를 센싱하는 LED조사량센서, 공기 온도를 센싱하는 공기온도센서, 습도를 센싱하는 습도센서, 바람의 세기를 센싱하는 바람센서; 및 어류양식부(10)로부터 식물재배부(20)에 포함된 섹션별 식물수로부(20b)로 공급되는 물의 온도를 센싱하는 수온센서;를 포함한다.Referring to FIG. 4, the monitoring unit 30 includes an imaging device 30a and a plant cultivation environment sensor 30b. The imaging device 30a monitors the growth and environment of the plants in the cultivation area where the plants can be cultivated in real time for each section, and the plant cultivation environment sensor 30b senses the environmental conditions of the cultivation area where the plants can be cultivated for each section. To explain in more detail, the plant cultivation environmental sensor is an LED irradiation sensor that senses the irradiation amount of the LED of the plant cultivation unit 20, and air to sense the hydroponic cultivation environmental conditions of the cultivation area where the plant cultivation is possible for each section. An air temperature sensor that senses temperature, a humidity sensor that senses humidity, and a wind sensor that senses wind strength; and a water temperature sensor that senses the temperature of water supplied from the fish farming unit 10 to the plant waterway unit 20b for each section included in the plant cultivation unit 20.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 재배환경부(40)의 구성도이다.Figure 5 is a configuration diagram of the cultivation environment unit 40 according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참고하면, 재배환경제어부(40)는 초우성도출부(40a)와 최적센싱정보도출부(40b) 및 환경조건최적화부(40c)를 포함한다. 초우성도출부(40a)는 상기 촬영부에서 실시간 촬영된 섹션별 재배식물의 생육 영상이미지를 분석하여 상기 섹션별 재배식물의 초우성 종을 도출하며, 최적센싱정보도출부(40b)는 상기 식물 재배 환경센서인 상기 LED조사량센서, 상기 공기온도센서, 상기 습도센서, 상기 바람센서를 통해서 센싱된, 상기 재배식물의 초우성 종이 생장할 수 있는 섹션별 상기 식물 재배가 가능한 재배영역의 최적의 환경 조건 정보(공기 온도, 습도, 바람의 세기, LED양, 수온)를 도출한다. 그리고, 환경조건최적화부(40c)에서 최적센싱정보도출부(40b)에서 도출된 섹션별 식물 재배가 가능한 재배영역 최적의 공기, 온도, 바람의 세기, LED양, 수온의 환경 조건 정보를, 상기 식물 재배가 가능한 재배영역의 중앙 환경 제어 알고리즘에 입력으로 하여 자동으로 동일한 조건으로 셋팅 되도록 최적화한다.Referring to FIG. 5, the cultivation environment control unit 40 includes a superdominance derivation unit 40a, an optimal sensing information derivation unit 40b, and an environmental condition optimization unit 40c. The superdominant derivation unit 40a analyzes the growth video images of the cultivated plants in each section captured in real time by the photographing unit to derive the superdominant species of the cultivated plants in each section, and the optimal sensing information derivation unit 40b analyzes the growth video images of the cultivated plants in each section, and the optimal sensing information derivation unit 40b The optimal environment of the cultivation area in which the plant can be cultivated for each section in which the super-dominant species of the cultivated plant can grow, sensed through the LED irradiation sensor, the air temperature sensor, the humidity sensor, and the wind sensor, which are cultivation environment sensors. Derive condition information (air temperature, humidity, wind strength, amount of LED, water temperature). In addition, the environmental condition optimization unit 40c receives environmental condition information such as optimal air, temperature, wind intensity, LED amount, and water temperature for each section derived from the optimal sensing information derivation unit 40b. It is input into the central environment control algorithm of the cultivation area where plant cultivation is possible and is optimized to automatically set the same conditions.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초우성도출부(40a)의 구성도이다.Figure 6 is a configuration diagram of the superdominant deriving unit 40a according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참고하면, 초우성도출부(40a)는 재배식물분포면적도출부(40aa), 재배식물부피연산부(40ab) 및 초우성품종도출부(40ac)를 포함한다. Referring to FIG. 6, the super-dominant derivation unit 40a includes a cultivated plant distribution area derivation unit 40aa, a cultivated plant volume calculation unit 40ab, and a super-dominant variety derivation unit 40ac.

재배식물분포면적도출부(40aa)는 재배식물 상기 촬영부에 포함된 섹션별 RGB-깊이 카메라를 통해서, 촬영된 섹션별 재배식물의 생육 영상이미지 데이터로부터 재배식물의 색상 정보 데이터를 추출하여 재배식물의 분포 면적을 연산하여 도출하며, 재배식물부피연산부(40ab)는 상기 섹션별 재배식물의 생육 영상이미지를 3차원 전처리하여, 상기 섹션별 재배식물의 3차원 이미지로부터 재배식물의 부피를 도출하여 재배식물의 생장 정도를 분석한다. 초우성품종도출부(40ac)는 컴퓨터 비젼 알고리즘에 재배식물분포면적도출부(40aa)에서 도출된 상기 재배식물의 분포 면적데이터;와 재배식물부피연산부(40ab)에서 도출된 상기 재배식물의 부피 데이터;를 입력으로 하여, 섹션별로 심어진 재배식물의 품종에서 생장 정도를 판단함으로써 초우성 품종을 도출한다. The cultivated plant distribution area derivation unit 40aa extracts the color information data of the cultivated plant from the growth video image data of the cultivated plant in each section captured through the RGB-depth camera for each section included in the photographing unit. It is derived by calculating the distribution area of, and the cultivated plant volume calculation unit 40ab performs 3D preprocessing on the growth video image of the cultivated plant in each section, and derives the volume of the cultivated plant from the 3D image of the cultivated plant in each section. Analyze the growth level of plants. The super dominant variety derivation unit 40ac includes distribution area data of the cultivated plant derived from the cultivated plant distribution area derivation unit 40aa using a computer vision algorithm; and volume data of the cultivated plant derived from the cultivated plant volume calculation unit 40ab. With ; as input, superdominant varieties are derived by determining the growth degree of the cultivated plant varieties planted in each section.

본 발명의 하나의 실시예로써, 상기 컴퓨터 비전 기반의 알고리즘은 상기 2D 및 3D 카메라를 이용하여 작물의 색상과 부피 정보를 추출한 후, 이를 통해 작물의 생육 정도를 측정정보를 도출하는데 우선, RGB(2D) 카메라-깊이(3D) 카메라를 통해서 관심 영역(ROI, Region of Interest)을 설정한다. 상기 관심 영역은 작물 영역과 토양 영역으로 구성되며, 상기 관심 영역에서 상기 작물 영역을 추출하기 위해 영상 분할을 수행한다. 상기 영상 분할은 RGB 카메라(2D) 영상의 색상 정보 또는 깊이-카메라(3D)영상의 깊이 정보를 사용하여 수행 가능하다.As an embodiment of the present invention, the computer vision-based algorithm extracts color and volume information of crops using the 2D and 3D cameras, and then derives measurement information about the growth level of crops through this. First, RGB (RGB) 2D) Set a region of interest (ROI) through a camera-depth (3D) camera. The area of interest consists of a crop area and a soil area, and image segmentation is performed to extract the crop area from the area of interest. The image segmentation can be performed using color information from an RGB camera (2D) image or depth information from a depth-camera (3D) image.

즉, 좀 더 상세하게 설명하자면, 상기 RGB 카메라(2D) 영상에서 작물의 색상과 토양의 색상이 상이함을 이용하거나 혹은, 상기 깊이-카메라(3D)영상에서 작물과 토양 영역의 깊이 값 차이를 이용하여 영상 분할을 수행할 수 있다. 여기서, 작물의 모종의 높이가 비교적 작을 뿐 아니라 토양 영역의 깊이 값이 균일하지 않은 점을 고려하여 색상 정보를 이용하여 영상 분할을 수행한다. 색상 정보를 이용한 영상 분할의 경우 Grab Cut 알고리즘 등 다양한 방법을 활용할 수 있으나, 상기 작물의 색상이 대체로 균일하며 또한 대부분 녹색 계통임을 고려하여 상기 RGB(2D) 카메라 영상의 녹색 성분을 이용하여 영상 분할을 수행한다. 이후, 상기 깊이-카메라(3D)영상 에서 영상 분할 마스크 의 값이 1인 화소 값의 합으로 아래의 식과 같이 작물 부피 를 추출한다.In other words, to explain in more detail, the difference between the color of the crop and the soil in the RGB camera (2D) image is used, or the difference in depth values between the crop and soil area in the depth-camera (3D) image is used. Image segmentation can be performed using . Here, image segmentation is performed using color information, taking into account that not only the height of the crop seedlings is relatively small but also the depth value of the soil area is not uniform. In the case of image segmentation using color information, various methods such as the Grab Cut algorithm can be used. However, considering that the color of the crops is generally uniform and mostly green, image segmentation is performed using the green component of the RGB (2D) camera image. Perform. Afterwards, the depth-camera (3D) image image segmentation mask The crop volume is the sum of the pixel values whose value is 1, as shown in the formula below. Extract .

상기 remind

이후, 통합 생장값을 이용한 생육 정도 측정 작물의 생육 정도를 판단하기 위해 면적 정보와 부피 정보를 활용한 통합 생장값을 추출하고, 상기 작물의 생장 정도를 판단하기 위해 일정한 기간 내에 주기적으로 작물의 면적과 부피를 측정한다. 작물의 생장 과정에서 총 번의 작물 면적과 부피를 측정하여 작물의 평균 면적 과 평균 부피 를 계산하고, 측정 시점에서 아래의 식과 같이 통합 생장값 는 작물의 면적과 부피의 가중치 합으로 계산한다.Afterwards, to determine the growth level of the crop, the integrated growth value is extracted using area information and volume information to determine the growth level of the crop using the integrated growth value, and periodically within a certain period to determine the crop's growth level. and measure the volume. During the crop growth process, total Average crop area by measuring crop area and volume and average volume Calculate the integrated growth value at the time of measurement as shown in the equation below is calculated as the weighted sum of the area and volume of the crop.

상기 여기서, 상기 통합 생장값은 작물의 생장 과정에서 작물의 면적과 부피가 점진적으로 변화하는 것을 반영하며, 상기 통합 생장값을 이용하여 해당 작물의 생육 정도를 판단할 수 있다. 이에 따라, 상기 재배식물의 부피 계산은, 작물 재배에 사용된 프로파일의 상단과 중간 부분에 깊이 카메라와 화분이 각각 배치되어 있으므로 작물이 생장함에 따라 깊이 카메라의 깊이 값이 감소하게 된다. 이러한 점을 고려하여 상기 재배식물의 부피인 는 다음과 같다. 관심 영역 내 토양 영역 의 면적을 라고 할 때, 토양 영역의 평균 깊이 는 상기 이며, 따라서 상기 재배식물의 부피인 는 상기 이다. remind Here, the integrated growth value reflects gradual changes in the area and volume of the crop during the crop's growth process, and the growth level of the crop can be determined using the integrated growth value. Accordingly, in calculating the volume of the cultivated plant, the depth value of the depth camera decreases as the crop grows because the depth camera and the flower pot are respectively placed at the top and middle of the profile used for crop cultivation. Taking this into account, the volume of the cultivated plant is is as follows: Soil area within area of interest the area of When the average depth of the soil area is above And therefore, the volume of the cultivated plant is above am.

따라서, 본 발명은 아쿠아포닉스 상부의 수경재배 수조를 섹션(Section)별로 구분하여, 섹션별로 재배식물의 생육 상태와 재배식물 생육환경을 실시간 모니터링함으로써 최적의 수조 환경 조건 센서 조건을 도출하고, 수경재배 수조의 모든 섹션(Section)을 해당 최적의 수조 환경 센서 조건을 갖출 수 있도록 자동 제어하는 재배식물 생육 모니터링이 자동화된 아쿠아포닉스 시스템을 제공하는 것으로 다음과 같은 효과가 있다. 첫째, 환경오염 및 기후변화와 상관없는 양질의 채소량 예측 공급 시스템 제공할 수 있다. 둘째, 빅데이터를 통한 자체적 최적 생육 환경 도출 알고리즘 확보할 수 있다. 셋째, 다중 데이터 분석을 통한 재배작물에 대한 생산량 예측 알고리즘 확보할 수 있다. 넷째, 독창적인 아쿠아포닉스 전용 센서 트랜스미터 제공을 통한 손쉬운 데이터 획득이 가능하다. 다섯째, LED 광원의 효율적인 관리 시스템 적용으로 에너지 절약에 용이하다. 여섯째, 지역, 시간, 공간에 제약 없이 자체 개발하게 될 Paas(Platform as a service) 시스템을 통해, 재배식물 생육 모니터링이 가능한 아쿠아포닉스 시스템 인프라를 만들고 유지보수하는 데 복잡함 없이 애플리케이션을 개발, 실행 및 관리할 수 있다.Therefore, the present invention divides the hydroponic cultivation tank at the top of aquaponics into sections, monitors the growth status of cultivated plants and the growth environment of cultivated plants in real time for each section, thereby deriving the optimal aquarium environmental condition sensor conditions and hydroponic cultivation. It provides an aquaponics system with automated plant growth monitoring that automatically controls all sections of the cultivation tank to ensure optimal tank environmental sensor conditions, and has the following effects. First, it is possible to provide a high-quality vegetable quantity prediction supply system that is independent of environmental pollution and climate change. Second, it is possible to secure an algorithm for deriving the optimal growth environment through big data. Third, it is possible to secure a yield prediction algorithm for cultivated crops through multiple data analysis. Fourth, easy data acquisition is possible through the provision of a unique aquaponics-specific sensor transmitter. Fifth, it is easy to save energy by applying an efficient management system for LED light sources. Sixth, through the Paas (Platform as a service) system, which will be developed independently without restrictions on region, time, and space, applications can be developed, executed, and maintained without complexity in creating and maintaining an aquaponics system infrastructure capable of monitoring the growth of cultivated plants. It can be managed.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although the detailed description of the present invention described above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art or those skilled in the art will understand the spirit of the present invention as described in the patent claims to be described later. It will be understood that the present invention can be modified and changed in various ways without departing from the technical scope.

10: 어류양식부 20: 식물재배부
30: 모니터링부 30a: 촬영장치
30b: 환경센서 40: 재배환경부
40a: 초우성도출부 40b: 최적센싱정보도출부
40c: 환경조건최적화부 40aa: 재배식물분포면적도출부
40ab: 재배식물부피연산부 40ac: 초우성품종도출부
10: Fish Farming Department 20: Plant Cultivation Department
30: monitoring unit 30a: imaging device
30b: Environmental sensor 40: Cultivation environment department
40a: Super-dominant derivation unit 40b: Optimal sensing information derivation unit
40c: Environmental conditions optimization unit 40aa: Cultivated plant distribution area derivation unit
40ab: Cultivated plant volume calculation unit 40ac: Super dominant variety derivation unit

Claims (10)

내부에 어류가 서식할 수 있는 어류양식 수조를 포함하여,
상기 어류양식 수조의 상단에 있는 식물 재배가 가능한 재배영역과 물을 호환하는 어류양식부;
상기 식물 재배가 가능한 재배영역이 섹션별로 구비되어 있으며,
상기 어류양식부로부터 섹션별 상기 식물 재배가 가능한 재배영역에 공급된 물에 의하여, 재배식물이 재배됨에 따라 상기 재배식물에 의해 정화된 물을 상기 어류양식부에 공급하는 식물재배부;
실시간 촬영하는 촬영부와 식물 재배 환경센서를 통해 상기 식물재배부를 모니터링하는 하는 모니터링부; 및
상기 모니터링부에서 모니터링한 식물재배정보를 바탕으로,
상기 어류양식부와 상기 식물재배부의 식물 재배 환경의 조건을 자동 제어하는 재배환경제어부;를 포함하는 재배식물 생육 모니터링이 자동화된 아쿠아포닉스 시스템.
Including a fish culture tank where fish can live inside,
A fish culture unit compatible with water and a cultivation area capable of cultivating plants at the top of the fish culture tank;
Cultivation areas where the above plants can be grown are provided in each section,
A plant cultivation unit that supplies water purified by the cultivated plants to the fish farming unit as the cultivated plants are grown by water supplied from the fish farming unit to a cultivation area capable of cultivating the plants in each section;
a monitoring unit that monitors the plant cultivation unit through a real-time imaging unit and a plant cultivation environment sensor; and
Based on the plant cultivation information monitored by the monitoring department,
An aquaponics system with automated cultivation plant growth monitoring, including a cultivation environment control unit that automatically controls the conditions of the plant cultivation environment of the fish culture unit and the plant cultivation unit.
제1항에 있어서,
상기 식물재배부는,
상기 식물 재배가 가능한 재배영역이 섹션별로 분류되어 있으며,
상기 식물 재배가 가능한 재배영역은 단일품종 혹은 다품종의 재배식물을 지지하고 있는 식물지지대; 및
상기 식물지지대의 하단에 위치하며,
상기 단일품종 혹은 다품종의 재배식물에 상기 어류양식부로부터 질산염을 포함하는 물을 공급받는 수로를 포함하는 식물수로부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 재배식물 생육 모니터링이 자동화된 아쿠아포닉스 시스템.
According to paragraph 1,
The plant cultivation department,
The cultivation areas where the above plants can be cultivated are classified into sections,
The cultivation area where plants can be cultivated includes a plant support supporting a single variety or multiple varieties of cultivated plants; and
Located at the bottom of the plant support,
An aquaponics system with automated monitoring of cultivated plant growth, comprising a plant waterway unit that receives water containing nitrate from the fish culture unit to the single or multiple varieties of cultivated plants.
제1항에 있어서,
상기 모니터링부는,
섹션별 상기 식물 재배가 가능한 재배영역의 재배식물 성장과 환경을 실시간 모니터링하는 촬영장치; 및
섹션별 상기 식물 재배가 가능한 재배영역의 환경 조건을 센싱할 수 있는 상기 식물 재배 환경센서;를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 재배식물 생육 모니터링이 자동화된 아쿠아포닉스 시스템.
According to paragraph 1,
The monitoring unit,
An imaging device for real-time monitoring of the growth and environment of cultivated plants in a cultivation area where the plants can be cultivated for each section; and
An aquaponics system with automated cultivation plant growth monitoring, comprising: a plant cultivation environmental sensor capable of sensing environmental conditions of a cultivation area in which the plant cultivation is possible for each section.
제3항에 있어서,
상기 식물 재배 환경센서는,
섹션별 상기 식물 재배가 가능한 재배영역의 수경재배 환경 조건을 센싱할 수 있도록,
상기 식물재배부의 LED의 조사량를 센싱하는 LED조사량센서, 공기 온도를 센싱하는 공기온도센서, 습도를 센싱하는 습도센서, 바람의 세기를 센싱하는 바람센서; 및
상기 어류양식부로부터 상기 식물재배부에 공급되는 물의 온도를 센싱하는 수온센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 재배식물 생육 모니터링이 자동화된 아쿠아포닉스 시스템.
According to paragraph 3,
The plant cultivation environmental sensor is,
To be able to sense the hydroponic cultivation environmental conditions of the cultivation area where the above plant cultivation is possible for each section,
An LED irradiation sensor that senses the irradiation amount of the LED of the plant cultivation unit, an air temperature sensor that senses the air temperature, a humidity sensor that senses humidity, and a wind sensor that senses the intensity of the wind; and
An aquaponics system with automated monitoring of cultivated plant growth, comprising a water temperature sensor that senses the temperature of water supplied from the fish farming unit to the plant cultivation unit.
제1항에 있어서,
상기 재배환경제어부는,
상기 촬영부에서 실시간 촬영된 섹션별 재배식물의 생육 영상이미지를 분석하여 상기 섹션별 재배식물의 초우성 종을 도출하는 초우성도출부;및
상기 식물 재배 환경센서를 통해서 센싱된,
상기 재배식물의 초우성 종이 생장할 수 있는 섹션별 상기 식물 재배가 가능한 재배영역의 최적의 환경 조건 정보(공기 온도, 습도, 바람의 세기, LED양, 수온)를 도출하는 최적센싱정보도출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 재배식물 생육 모니터링이 자동화된 아쿠아포닉스 시스템.
According to paragraph 1,
The cultivation environment control department,
A superdominance derivation unit that analyzes the growth video images of the cultivated plants in each section captured in real time by the imaging unit to derive the superdominant species of the cultivated plants in each section; and
Sensed through the plant cultivation environmental sensor,
An optimal sensing information deriving unit that derives optimal environmental condition information (air temperature, humidity, wind strength, LED amount, water temperature) of a cultivation area where the plant can be cultivated for each section where the super-dominant species of the cultivated plant can grow; An aquaponics system with automated monitoring of cultivated plant growth, comprising:
제5항에 있어서,
상기 초우성도출부는,
상기 촬영부에 포함된 섹션별 RGB-깊이 카메라를 통해서,
촬영된 섹션별 재배식물의 생육 영상이미지 데이터로부터 재배식물의 색상 정보 데이터를 추출하여 재배식물의 분포 면적을 연산하여 도출하는 재배식물분포면적도출부;
상기 섹션별 재배식물의 생육 영상이미지를 3차원 전처리하여,
상기 섹션별 재배식물의 3차원 이미지로부터 재배식물의 부피를 도출하여 재배식물의 생장 정도를 분석하는 재배식물부피연산부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 재배식물 생육 모니터링이 자동화된 아쿠아포닉스 시스템.
According to clause 5,
The super-dominant derivation part,
Through the section-specific RGB-depth camera included in the photographing unit,
a cultivated plant distribution area derivation unit that extracts color information data of the cultivated plant from the captured growth video image data of the cultivated plant for each section and calculates and derives the distribution area of the cultivated plant;
By 3D pre-processing the growth video images of the cultivated plants in each section,
An aquaponics system with automated monitoring of cultivated plant growth, comprising: a cultivated plant volume calculation unit that derives the volume of the cultivated plant from the three-dimensional image of the cultivated plant for each section and analyzes the growth degree of the cultivated plant.
제6항에 있어서,
상기 초우성도출부는,
컴퓨터 비젼 알고리즘에 상기 재배식물분포면적도출부에서 도출된 상기 재배식물의 분포 면적데이터;와 상기 재배식물부피연산부에서 도출된 상기 재배식물의 부피 데이터;를 입력으로 하여,
섹션별로 심어진 재배식물의 품종에서 생장 정도를 판단함으로써 초우성 품종을 도출하는 초우성품종도출부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재배식물 생육 모니터링이 자동화된 아쿠아포닉스 시스템.
According to clause 6,
The super-dominant derivation part,
As input to the computer vision algorithm, the distribution area data of the cultivated plant derived from the plant distribution area derivation unit and the volume data of the cultivated plant derived from the plant volume calculation unit,
An aquaponics system with automated cultivation plant growth monitoring, further comprising a super-dominant variety derivation unit that derives super-dominant varieties by determining the growth degree of the cultivated plant varieties planted in each section.
제5항에 있어서,
상기 재배환경제어부는,
상기 최적센싱정보도출부에서 도출된 섹션별 식물 재배가 가능한 재배영역 최적의 공기, 온도, 바람의 세기, LED양, 수온의 환경 조건 정보를,
상기 식물 재배가 가능한 재배영역의 중앙 환경 제어 알고리즘에 입력으로 하여 자동으로 동일한 조건으로 셋팅 되도록 최적화하는 환경조건최적화부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재배식물 생육 모니터링이 자동화된 아쿠아포닉스 시스템.
According to clause 5,
The cultivation environment control department,
Information on environmental conditions such as optimal air, temperature, wind intensity, amount of LED, and water temperature in the cultivation area where plant cultivation is possible for each section derived from the optimal sensing information derivation unit,
An aquaponics system with automated cultivation plant growth monitoring, characterized in that it further comprises an environmental condition optimization unit that inputs input to the central environment control algorithm of the cultivation area in which the plants can be cultivated and optimizes the settings to automatically set the same conditions.
제1항에 있어서,
상기 어류양식부와 상기 식물재배부를 연결하며,
상기 어류양식부에서 양식 어류의 배설물과 분비물 및 수중 박테리아의 결합을 통해서 생성된 질산염을 포함하는 물이 상기 식물재배부에 일정한 농도로 공급되는 수로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재배식물 생육 모니터링이 자동화된 아쿠아포닉스 시스템.
According to paragraph 1,
Connecting the fish farming department and the plant cultivation department,
Cultivated plant growth monitoring, characterized in that it further comprises a water channel through which water containing nitrate produced through the combination of excrement and secretions of cultured fish and aquatic bacteria in the fish culture department is supplied to the plant cultivation department at a constant concentration. Automated aquaponics system.
제9항에 있어서,
상기 수로는,
상기 재배환경제어부로부터 도출된 피드백 정보를 수신받아,
상기 어류양식부에서 상기 식물재배부에 공급되는 물에 포함된 질산염 농도가 일정하게 유지되도록 물의 온도를 제어하여 최적화하는 질산염농도제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 재배식물 생육 모니터링이 자동화된 아쿠아포닉스 시스템.
According to clause 9,
The waterway is,
Upon receiving feedback information derived from the cultivation environment control unit,
Aquaphor with automated cultivation plant growth monitoring, comprising a nitrate concentration controller that optimizes the temperature of the water so that the nitrate concentration contained in the water supplied from the fish culture department to the plant cultivation department is maintained constant. Knicks system.
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KR102330939B1 (en) 2019-12-12 2021-11-25 고정호 Smart aquaponics system device for urban agriculture
KR102400496B1 (en) 2020-02-11 2022-05-19 중부대학교 산학협력단 Smart farm, smart farm management method and apparatus

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102144282B1 (en) 2018-07-23 2020-08-13 건국대학교 산학협력단 Aquaponics device and method for operating aquaponics device
KR102330939B1 (en) 2019-12-12 2021-11-25 고정호 Smart aquaponics system device for urban agriculture
KR102400496B1 (en) 2020-02-11 2022-05-19 중부대학교 산학협력단 Smart farm, smart farm management method and apparatus

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