WO2024090653A1 - 최적 생육조건을 조성하는 아쿠아포닉스 기반의 유기농 스마트팜 및 스마트수산 시스템 - Google Patents

최적 생육조건을 조성하는 아쿠아포닉스 기반의 유기농 스마트팜 및 스마트수산 시스템 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an organic smart farm and smart fisheries system based on aquaponics that creates optimal growth conditions, and more specifically, by applying biofloc aquaponics farming method that recycles fish excrement to produce organic organic matter without the use of chemical fertilizers.
  • biofloc aquaponics farming method that recycles fish excrement to produce organic organic matter without the use of chemical fertilizers.
  • the characteristics preferred by each fish in the fish tank such as pH, EC, DO, ORP, ammonia, nitrite, nitric acid, and water temperature
  • Pesticides and chemical fertilizers are useful for crop growth and pest management and help increase crop productivity, but they also threaten human health and cause environmental problems.
  • Biofloc Technology is one of the aquaponics technologies.
  • Microorganisms and microalgae in the fish breeding tank use ammonia, which is one of the feed excrement and residual feed contaminants during the breeding process, as organic carbon (molasses, glucose, etc.).
  • ammonia is one of the feed excrement and residual feed contaminants during the breeding process, as organic carbon (molasses, glucose, etc.).
  • It is an eco-friendly, no-exchange water aquaculture technology that proliferates microorganisms and induces the formation of a microflora (Biofloc) and then allows the fish to eat it again.
  • Biofloc microflora
  • it does not use chemical antibiotics, pesticides, or chemical fertilizers it does not have a harmful effect on the fish. Since the nutrients necessary for plant growth are provided, the production of cultivated plants can be maintained at a constant maximum, and agricultural water can be saved by providing used water to fish and plants in a circular manner without discarding it.
  • the organic solar nutrient solution conditions are optimal for plant cultivation, that is, the waste nutrient solution purified from the plant grower is supplied back to the fish tank and circulated, but if the waste nutrient solution from the plant grower is directly supplied to the fish tank, it will have a negative effect on the growth of fish in the tank. It can affect.
  • each fish in a fish tank has its own preferred characteristics such as pH, EC, DO, ORP, but if waste nutrient solution from the plant cultivation period is supplied to the fish tank without any measures, the fish's growth may be slowed or diseases may occur due to disorders.
  • One of the problems that the present invention aims to solve is that in the conventional biofloc-aquaponics system, fish excrement alone is insufficient for optimal growth of plants, and natural bulk elements such as chlorella and N, P. K, the main components of flounder liquid fertilizer, etc. Ingredients), microorganisms, trace elements (natural ingredients such as Fe and Mg, the main components of chlorella), and organic attractors to enhance functional ingredients are added to the breeding water discharged from the fish tank, mixed in a mixing tank, and supplied as a cultivation solution. By doing so, it provides a hybrid biofloc-aquaponics-based smart farm and smart fisheries system that optimizes crop production increase and functional ingredient enhancement through optimal growth.
  • Another problem that the present invention aims to solve is to improve the lack of nutrient absorption due to insufficient sunlight in indoor LED cultivation by using flounder liquid fertilizer, an organic natural fertilizer rich in amino acids and proteins that is beneficial for growth promotion. It provides a smart farm system that supplies food to plants.
  • Another of the problems that the present invention aims to solve is that fish breeding water (biofloc) alone tends to lack optimal nutrients for plants, such as potassium (K), calcium (Ca), phosphorus (P), iron (Fe), We provide a smart farm system that supplies plants with chlorella, an organic natural fertilizer rich in magnesium (Mg) and beneficial for growth promotion.
  • biofloc fish breeding water
  • K potassium
  • Ca calcium
  • P phosphorus
  • Fe iron
  • Another of the problems that the present invention aims to solve is to improve the growth environment of fish by resupplying the waste nutrient solution from the plant cultivation season by separating and adjusting it by time and space according to the characteristics such as pH, EC, and DO preferred by each fish in the fish tank.
  • the goal is to simultaneously provide smart farm and smart fisheries systems that can be improved.
  • Another of the problems to be solved by the present invention is to variably provide the composition of a nutrient solution obtained by mixing the nutrients necessary for plant cultivation with the fish tank breeding water according to the variety, growth stage, or growth state of the cultivated crop, variably by time and space.
  • the goal is to provide a smart farm and smart fishery system based on aquaponics.
  • Another of the problems that the present invention aims to solve is to control the acidity of peat moss by placing a peat moss cultivation area, which is a buffer space between the plant cultivation tank and the fish culture tank, in a separate space according to the characteristics of plants preferring a lower pH than fish. and activating the microbial growth function, and separately sensing and controlling mixing, pH, and EC through the biofilter function and purified water (raw water) replenishment in the sump tank, and the second sensor space and time difference, so that the fish tank has a higher pH.
  • the goal is to maintain a separate space to maintain and adjust the waste stream in the sump tank to match the ideal pH of the fish.
  • the cultivation tank does not circulate simultaneously with the fish tank on a regular basis, but rather controls the nutrients, pH, EC, and DO water quality optimal for the plants by controlling the cultivation tank and quantity by time at intervals of 1 to 7 days.
  • the productivity and functionality of the plants are improved by managing low pH and high EC.
  • the water is supplied at a separate time just before the final supply from the sump tank.
  • the cultivation tank and fish tank are managed separately with water quality characteristics by time by discarding and replenishing the same amount of water in the range of 10 to 30%.
  • Another of the problems that the present invention aims to solve is a low-carbon, organic-based smart farm system that reduces carbon emissions by minimizing the use of chemical fertilizers and water for crop cultivation, while creating an organic cultivation environment without the application of chemical pesticides. is to provide.
  • Another of the problems that the present invention aims to solve is to provide a smart farm and smart fisheries system targeting urban agriculture and urban fisheries that can maximize production even in limited cultivation spaces such as city centers.
  • An aquaponics-based organic smart farm and smart fisheries system that creates optimal growth conditions according to an embodiment of the present invention includes a fish tank to which biofloc is applied, a mixing tank in which breeding water from the fish tank is introduced into the cultivation tank, and A plant cultivator that receives the cultivation nutrient solution of the mixed tank, recovers the waste nutrient solution of the plant cultivator, purifies the recovered waste nutrient solution, supplies the purified waste nutrient solution to the fish tank, and supplies the fish species and growth stage of the fish tank.
  • it may include a sump tank that adjusts at least one of the acidity (pH), electrical conductivity (EC), and dissolved oxygen (DO) of the waste nutrient solution by supplementing purified water (raw water) and supplies it to the fish tank.
  • the mixing tank may further include a nutrient supplementer that supplies additional nutrients necessary for plant growth in the plant cultivation period, including at least one of flounder liquid fertilizer, actinomycetes, chlorella, microorganisms (EM, etc.), and trace elements.
  • a nutrient supplementer that supplies additional nutrients necessary for plant growth in the plant cultivation period, including at least one of flounder liquid fertilizer, actinomycetes, chlorella, microorganisms (EM, etc.), and trace elements.
  • It is disposed between the plant cultivator and the sump tank, and is provided with an organic material containing peat moss, and further includes a peat moss buffer cultivation hole that adjusts the acidity of the waste nutrient solution of the plant cultivator, purifies it by acting as a biofilter, and supplies it to the sump tank. You can.
  • a waste nutrient solution regulator that supplies at least one of purified water and trace elements.
  • the amount of trace elements and purified water to be supplied from the waste nutrient solution regulator to the sump tank according to the measured values of a control panel and the second sensor unit for controlling the supply amount of purified water and trace elements supplied from the waste nutrient solution regulator to the sump tank. It may include an inquiry module that calculates and a reporting module that transmits the calculated supply amount information of trace elements and purified water to the control panel.
  • fish breeding water from which toxic components have been removed by biofloc is rich in organic microorganisms such as EM, organic trace elements, actinomycetes, and organic macroelements such as NKP, flounder liquid ratio, chlorella, and functional ingredients for the promotion.
  • organic microorganisms such as EM, organic trace elements, actinomycetes, and organic macroelements such as NKP, flounder liquid ratio, chlorella, and functional ingredients for the promotion.
  • the first sensor unit of the cultivation tank uses the characteristics of pH, EC, DO, and water temperature preferred by each plant in the culture water. By sensing, controlling, and mixing and supplying in the mixing tank, the optimal growth environment for plants can be improved.
  • flounder liquid fertilizer which is an organic natural fertilizer rich in amino acids and proteins and beneficial for growth promotion, can be supplied to the plants. You can.
  • fish breeding water alone contains potassium (K), calcium (Ca), phosphorus (P), iron (Fe), and magnesium (K), and potassium (K), calcium (Ca), phosphorus (P), iron (Fe), and magnesium (K), and potassium (K), calcium (Ca), phosphorus (P), iron (Fe), and magnesium (K), and potassium (K), calcium (Ca), phosphorus (P), iron (Fe), and magnesium (K), and potassium (K), calcium (Ca), phosphorus (P), iron (Fe), and magnesium ( We provide a smart farm system that supplies plants with chlorella, an organic natural fertilizer rich in Mg ingredients and beneficial for growth promotion.
  • K potassium
  • Ca calcium
  • P phosphorus
  • Fe iron
  • magnesium magnesium
  • the waste nutrient solution from the plant cultivator is re-supplied by sensing and controlling the pH, EC, DO, ORP, ammonia, nitrite, nitric acid, and water temperature preferred by each fish in the fish tank, thereby creating an optimal growth environment for fish. can be improved.
  • the composition and physical and chemical properties of the cultivation nutrient solution by variably adjusting the composition and physical and chemical properties of the cultivation nutrient solution, it is possible to supply a nutrient solution optimized for the variety, growth stage, or growth state of the cultivated crop.
  • the amount of feed used can be minimized and the amount of water required for fish farming and crop cultivation can be significantly reduced compared to conventional fish farming.
  • space utilization for fish farming and plant cultivation can be maximized by stacking a plurality of fish tanks and plant growers in a multi-layer structure.
  • the amount of water required for crop cultivation can be minimized and the period required for crop cultivation can be shortened.
  • carbon emissions generated during the manufacturing process of chemical fertilizers can be minimized by applying eco-friendly aquaponics technology that does not use chemical fertilizers.
  • Figure 1 is a perspective view of one side of a smart farm and smart fishery device according to Example 1.
  • Figure 2 is a perspective view of the other side of the smart farm and smart fisheries device according to Example 1.
  • Figure 3 is a front cross-sectional view of the smart farm and smart fisheries device according to Example 1.
  • Figure 4 is a schematic diagram of a smart farm and smart fisheries system according to Example 2.
  • Figure 5 is a configuration diagram of a hybrid aquaponics-based smart farm and smart fishery system according to Example 3.
  • Figure 6 is a schematic diagram of the smart farm and smart fisheries system according to Example 4.
  • Figure 7 is a perspective view of a smart farm and smart fisheries device according to Example 5.
  • Figure 8 is a perspective view showing the cultivation shelf 100 of the smart farm and smart fisheries device according to Example 5 in an open state.
  • Figure 9 is a schematic diagram of a smart farm and smart fisheries system according to Example 6.
  • ...Unit means a unit that processes at least one function or operation, and includes hardware, software, or It can also be implemented through a combination of hardware and software.
  • Example 1 relates to a hybrid aquaponics-based smart farm and smart fisheries device using a fish tank (200) and a plant cultivator (100) to which biofloc is applied.
  • Figure 1 is a perspective view of one side of the smart farm and smart fisheries device according to Example 1
  • Figure 2 is a perspective view of the other side of the smart farm and smart fishery device according to Example 1
  • Figure 3 is a perspective view of the smart farm and smart fishery device according to Example 1. This is a front cross-sectional view of the hydrofluoric acid device.
  • Smart farm and smart fishery devices include a main body rack (10), a plant cultivator (100), a mixing tank (110), a nutrient supplementer (120), a fish tank (200), a sump tank (210), a raw water tank (230), It may include a peat moss buffer planting area (240).
  • the main body rack (10) supports equipment required for smart farm and smart fishery devices.
  • the main body rack 10 may be formed of a steel frame, aluminum pile, or wooden frame.
  • the main body rack 10 may use a steel frame or aluminum pile to support the load.
  • the main body rack (10) forms the external appearance of the smart farm and smart fisheries device (1).
  • the main body rack 10 is divided into a lower layer and an upper layer.
  • a fish tank 200, a mixing tank 110, a peat moss buffer cultivation area 240, a sump tank 210, and a raw water tank 230 are arranged in the lower layer of the main body rack 10.
  • a plant cultivator 100, a cultivation tank 101, and an oxygen generator (not shown) are placed on the upper layer of the main body rack 10.
  • the arrangement structure of the fish tank 200, mixing tank 110, plant cultivator 100, cultivation tank 101, peat moss buffer cultivation area 240, sump tank 210, and raw water tank 230 is only an example. It can vary depending on the installation environment or designer.
  • the plant cultivator 100 is a device for cultivating crops using a hydroponic cultivation method.
  • the plant cultivator 100 and the cultivation tank 101 are placed on the upper layer of the main body rack (10).
  • Figure 1 illustrates a variable gravity rotary plant cultivator 100 in which a cultivation bed is mounted on a circular or oval rotating body toward a concentric axis (artificial light source LED in the center).
  • the plant cultivator 100 need not be limited to the rotary type, and other methods using hydroponic cultivation methods, such as a conventional hydroponics cultivation system using a flat cultivation bed, a plurality of cultivation beds on shelves, etc.
  • Vertical plant growers that are stacked on top of each other, rotating hanging plant growers in which multiple cultivation beds hang upward on a rotating body of various shapes, and tower-type plant growers in which multiple cultivation pots are arranged at an angle on a rod-shaped pillar can also be applied. do.
  • the plant cultivator 100 may be arranged in a structure in which two or more plant cultivators 100 are stacked.
  • the rotary plant cultivator 100 is a vertical plant cultivator (not shown), which can secure more cultivation area per same floor area compared to a conventional flat plant cultivator, uses relatively less water, and crops have a concentric rotation axis. Since it rotates while looking at the surface, it has the advantage of further promoting growth through the secretion of growth substances (Auxin) by cells (Gravisensors) that respond to the movement of gravity.
  • the plant cultivator 100 may be equipped with LED modules (not shown) that provide a variety of different light wavelengths required for plants.
  • the bottom of the plant cultivator 100 is provided with a cultivation tank 101 in which nutrient solution (i.e., cultivation water), which is mixed with culture water from the fish tank 200 and flounder, chlorella, etc., is stored.
  • nutrient solution i.e., cultivation water
  • a part of the plant roots of the rotating plant cultivator 100 is temporarily immersed in the cultivation tank and the plants absorb the bottom.
  • the cultivation tank 101 is set at the optimal EC (nutrient electrical conductivity 1-1.5), pH (low pH slightly acidic 5.5-6.5), and DO (dissolved oxygen 4-6) conditions for crop cultivation, and is maintained for 1 to 7 days. It is also absorbed by crops.
  • the cultivation tank 101 discharges all of the cultivation water once or twice a month and receives new cultivation water, thereby removing/cleaning green algae and debris growing in artificial LED light. .
  • the waste nutrient solution that has passed the crop absorption date (1 to 7 days) in the plant cultivator 200 is recovered into the peat moss buffer cultivation area 240.
  • the mixing tank 110 receives breeding water from the fish farming tank 200.
  • the mixing tank 110 mixes at least one organic nutrient (nutrient solution) from the nutrient supplementer 120 with the breeding water supplied from the fish tank to form a cultivation nutrient solution. Then, the prepared cultivation nutrient solution is supplied to the cultivation tank 101 of the plant cultivator 100.
  • the mixing tank 110 can receive at least one of flounder liquid fertilizer, actinomycetes, chlorella, EM microorganisms, microorganisms, trace elements, elicitors, and natural organic acids for acidity adjustment from the nutrient supplementer 120.
  • flounder liquid fertilizer and chlorella supplement the optimal nutrients needed for plant cultivation.
  • the mixing tank 110 contains flounder liquid fertilizer, actinomycetes, chlorella (or various microalgae), trace elements, EM microorganisms, elicitors, natural organic acids for acidity adjustment, etc. in the breeding water supplied from the fish tank through a nutrient supplementer (see Figure 4). It is supplied from 120), diluted and stored, and supplied to the cultivation tank 101 of the plant cultivator 100 to supply sufficient nutrients to the crops.
  • the mixing tank 110 is composed of EC (nutrient electrical conductivity 1-1.5) and pH (low pH-slightly acidic 5.5-6.5) optimal for the crop.
  • the nutrient supplementer (120 in FIG. 4) is disposed on the lower layer of the main body rack (10).
  • the nutrient supplementer 120 supplies the mixing tank 110 with additional nutrients necessary for plant growth in the plant cultivator 100.
  • the nutrient supplementer 120 may supply at least one of flounder liquid fertilizer, actinomycetes, chlorella, EM microorganisms, microorganisms, specific organic trace elements, organic attractors for enhancing functional ingredients, and natural organic acids for acidity adjustment as additional nutrients.
  • the nutrient supplementer 120 may supply 2 to 3 times more chlorella and flounder liquid fertilizer (animal amino acid liquid fertilizer) to the mixing tank 110.
  • Flatfish liquid fertilizer supplements the nutrients needed for crops grown in the plant cultivation unit (100).
  • the 13 types of nutrients that plants need in aquaponics are N, P, K, S, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo, and Al.
  • N, P, and K are bulk elements and S, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo, and Al are trace elements.
  • the commercially mixed feed fed into the fish tank 200 lacks P (phosphoric acid), Ca (calcium), K (potassium), Fe (iron), and Mg (magnesium) among the 13 types of nutrients, so it is necessary for plant cultivation at the rear stage. For this purpose, it is necessary to artificially supplement the above-mentioned insufficient nutrients with organic ingredients (flatfish liquid ratio, chlorella, etc.).
  • Fe iron
  • zinc Zinc
  • Actinomycetes is one of 98 types of microbial bacteria that live symbiotically in soil and refers to natural antibiotic microbial bacteria such as streptomycin from Streptomyces or kanamycin from Kanamyces.
  • plant seedlings e.g. ginseng seedlings, lettuce seedlings supplied from other places, etc.
  • plant seedlings e.g. ginseng seedlings, lettuce seedlings supplied from other places, etc.
  • Chlorella activates the culture and proliferation of actinomycetes, and potassium (K-960mg/100g), calcium (Ca-750mg/100g), iron (Fe-160mg/100g), and phosphorus (P), which are easily lacking in aquaponics, -105mg/100g), it is a core technology to supplement magnesium (Mg-221mg/100g).
  • the nutrient supplementer 120 may supply various microalgae, including chlorella and/or chitosan and seed cake, to the mixing tank.
  • the fish tank 200 cultivates fish by applying biofloc technology.
  • Biofloc is a form of microorganisms and small microorganisms clumped together like a cotton ball (biofloc) that floats in the water and uses the carbon source in the breeding water and additional carbon sources (molasses, glucose) to remove toxic ammonia (NH3) and nitrite ( It purifies water by changing NO2) into nitric acid (NO3) and bacterial protein. Additionally, biofloc itself can serve as a food source for aquaculture organisms.
  • the fish tank 200 maintains EC (around 0.5) and pH (approximately alkaline 7.0 to 8.0) optimal for fish farming.
  • the fish tank 200 may be provided in plural numbers 200a and 200b, and at least two fish tanks 200 may be stacked or placed side by side to utilize space.
  • Figure 1 shows a case where two fish tanks 200 are arranged side by side, but it is not necessarily limited to this, and the design can be changed to a single-story or three-story or more structure depending on the type, size, and number of fish to be cultured.
  • freshwater fish such as goldfish, eels, catfish, giant shrimp, carp, etc., or sea fish such as flounder, vannamei, sea bream, and yellow perch can be cultured, and there is no need to be limited to the exemplified fish species. . Additionally, different fish species may be cultured in each fish tank 200 (200a, 200b).
  • the sump tank 210 recovers and stores the waste nutrient solution whose use period has expired in the plant cultivator 100 and the buffer cultivation area 240 through the second pipe (P2), and stores the recovered waste nutrient solution in the fish tank 200. It is filtered and purified so that it can be recycled as breeding water.
  • the sump tank 210 includes a physical filter to filter out solids contained in the waste nutrient solution, a biofilter to propagate microorganisms beneficial to fish, a chemical or biological filter to remove harmful components, and a sterilizer to sterilize harmful microorganisms or harmful viruses. At least one of an optical filter, an ozone generator that removes solids and sterilizes using gas, or an oxygen generator may be installed.
  • a biofilter may be provided at the bottom of the sump tank 210.
  • the biofilter of the sump tank 210 has micropores formed and can perform a physical filtration function by absorbing contaminants such as suspended matter between the micropores.
  • microorganisms for neutralizing harmful substances proliferate in the micropores of the biofilter, they can also perform a biological filtration function.
  • the waste nutrient solution that falls from the cultivation tank 101 and is filtered and acidity adjusted in the peat moss buffer cultivation area 240 is moved to the sump tank 210 and mixed in the sump tank 210 through filtration, acidity adjustment, and purified water (raw water) supplementation. And the nutrient solution recovered through purification is supplied back to the fish tank 200 through circulation pipes.
  • the sump tank 210 can recover only about 30% of the waste nutrient solution from the plant cultivator 100 with a recovery cycle of 1 day to 1 week.
  • the reason for recovering about 30% of the waste nutrient solution from the sump tank (210) at intervals of 1 day to 1 week is the time for sufficient nutrient absorption during the plant cultivation period and the acidity (pH) and electrical conductivity (EC) suitable for fish farming. This is to provide time differences such as water quality adjustment and water purification time.
  • waste nutrient solution is recovered from the sump tank 210 at too fast a cycle, low-acid, high-concentration nutrient solution is recovered, and the concentration of the waste nutrient solution subsequently supplied to the fish tank may be inadequate, which may have a negative effect on the fish.
  • the sump tank 210 adjusts at least one of the acidity (pH) and electrical conductivity (EC) of the waste nutrient solution according to the fish species and growth stage of the fish tank and supplies it to the fish tank 200.
  • the sump tank 210 can adjust acidity (pH) and electrical conductivity (EC) by mixing purified water (raw water) with waste nutrient solution.
  • the sump tank 210 is a biofilter (microorganism growth and filter medium) that senses and configures EC (0.5 to 0.8) and pH (approximately alkaline 7.0 to 8.0) suitable for fish to multiply microorganisms.
  • biofilter microorganism growth and filter medium
  • pH approximately alkaline 7.0 to 8.0
  • the raw water tank 230 supplies purified water (raw water) to adjust the acidity (pH), electrical conductivity (EC), and dissolved oxygen (DO) of the waste nutrient solution stored in the sump tank 210.
  • the amount of purified water supplied from the raw water tank 230 to the sump tank 210 may vary depending on the acidity (pH), electrical conductivity (EC), and dissolved oxygen (DO) of the waste nutrient solution stored in the sump tank 210. .
  • the waste nutrient solution from the sump tank 210 may have a negative effect on the growth of fish in the tank.
  • each fish has its own preferred characteristics such as pH, EC (important), DO, etc., so the sensors of the sump tank 210 are used to determine the measured value of the waste nutrient solution and pre-entered fish species, growth stage, population, and health status.
  • the second sensor unit e.g., 262 in FIG. 6 senses the optimal pH, EC, DO, and ORP conditions and takes measures such as supplying additional raw water and adding trace elements in the sump tank 210. It is supplied to the fish tank (200).
  • the growth environment suitable for guppies and subtropical giant spider shrimp among fish is a temperature of 20 to 28 °C, pH 7.0 to 8.0 (slightly alkaline), and general hardness (GH) of 140 to 210 ppm, but in the plant cultivator (100)
  • the optimal temperature for hydroponic cultivation for the germination of lettuce and the growth of ginseng sprouts is 17-25°C
  • the optimal pH for hydroponic cultivation is around 5.5 to 6.5, so there is a difference in the growth water environment of the two and this pH
  • the difference between the peat moss buffer cultivation area (240) and the sump tank (210) is supplied to the fish tank (200) by adjusting the waste nutrient solution through spatial and temporal separation and differentiation.
  • the water level is increased to prevent water from overflowing in the fish tank 200.
  • Some of the water in the fish tank 200 may be discharged using an automatic water control pump using a sensor.
  • the peat moss buffer cultivation area 240 is placed in a space in the middle position below the upper layer cultivator of the main body rack 10 and above the lower layer fish tank 200.
  • the peat moss buffer cultivation area 240 receives waste nutrient solution from the plant cultivator 100 through the first pipe P1.
  • the buffer cultivation area 240 is equipped with organic materials including peat moss, and primarily purifies the waste nutrient solution of the plant cultivation device 100.
  • the peat moss buffer cultivation area 240 filters the waste nutrient solution through microbial biofiltering and adjusts the acidity.
  • the waste nutrient solution purified in the peat moss buffer cultivation area (240) is supplied to the sump tank (210).
  • Peat moss is an organic material that has been deposited and transformed into soil. It is a compound word of peat, which means peat, and moss, which means moss. It corresponds to soil with good water holding capacity, such as coco peat, vermiculite, sphagnum, and bark. It is strongly acidic, sterile, free of pests, and does not produce weeds. . It is also excellent in thermal insulation, breathability, and water holding power, so it is highly effective in improving the soil by promoting microorganisms in the soil. It can be used for agriculture, horticulture, and livestock purposes.
  • the peat moss buffer cultivation zone 240 activates the acidity control and microbial growth functions of the peat moss through the waste nutrient solution of the cultivation tank 101.
  • An LED module (not shown) that provides the light wavelength necessary for plant cultivation may be separately installed on the top of the peat moss buffer cultivation area 240.
  • Crops e.g., lettuce, ginseng sprouts
  • peat moss and waste nutrient solution can be grown in the peat moss buffer cultivation area 240, and can be expected to play a role in acidity adjustment and microbial growth during cultivation, which is helpful for fish farming. It can be.
  • Example 2 relates to an aquaponics-based organic smart farm system and smart fisheries that create optimal growth conditions using a fish tank 200 to which biofloc is applied and a plant cultivator.
  • Figure 4 is a schematic diagram of a smart farm and smart fisheries system according to Example 2.
  • the smart farm and smart fisheries system of Example 2 includes a plant cultivator (100), a mixing tank (110), a nutrient supplementer (120), a fish tank (200), a sump tank (210), a raw water tank (230), and a peat moss buffer. May include volleyball (240).
  • Volleyball 240 includes the plant cultivator 100, mixing tank 110, nutrient supplementer 120, fish tank 200, sump tank 210, raw water tank 230, and peat moss buffer cultivation area described in Example 1. Since it has the same composition and function as (240), redundant description is omitted.
  • Example 3 relates to a smart farm and smart fishery system that further includes cameras (C1, C2) and an analysis server 130 in Examples 1 and 2.
  • Figure 5 is a configuration diagram of a hybrid aquaponics-based smart farm system and smart fisheries according to Example 3.
  • the system of Example 3 includes a plant cultivator 100, a mixing tank 110, a nutrient supplementer 120, a fish tank 200, a sump tank (220 in FIG. 4), a raw water tank (230 in FIG. 4), and peat moss. It may include a buffer cultivation area (240 in FIG. 4), a control panel 140, and an analysis server 130.
  • the plant cultivator 100, mixing tank 110, nutrient supplementer 120, fish tank 200, sump tank 210, raw water tank 230, and peat moss buffer cultivation area 240 of Example 3 are examples. Since it is the same as Example 1 and Example 2, duplicate description will be omitted.
  • the analysis server 130 receives the image of the crop from the camera C1 installed inside the plant cultivator 100, finds the current state of the crop and the composition of the nutrient solution required for each growth stage based on the received captured image, and determines the composition of the nutrient solution required for each growth stage. Control information on supply pipes for each nutrient of the nutrient supplementer 120 to create is transmitted to the control panel 140.
  • the analysis server 130 may include a re-watering analysis module 131, a redistribution inquiry module 132, and a reporting module 133. And the analysis server 130 may further include a breeding number analysis module 131 and a breeding number inquiry module 132. The breeding number analysis module 131, the breeding number inquiry module 132, and the reporting module 133 will be described by assigning the same drawing number.
  • the cultivation number inquiry module 132 is based on the determination result of the cultivation number analysis module 131, and the current cultivation number analysis module 131 analyzes the captured image provided by the camera C1 to determine the crop's growth stage and growth state. Determine at least one of As a specific example, the growth number analysis module 131 detects at least one object among the entire crop, leaves, and flowers from the captured image, and converts the detected object into a reference image of a pre-built recipe database (growth DB, not shown in the drawing). By comparing with , it is possible to determine at least one of the growth stage and growth state of the crop. Specific examples of growth stages include germination stage, growth stage, flowering stage, fruit stage, and shipping stage, and specific examples of growth states include leaf withering, slow growth, macularization, and pest infection.
  • the cultivation number inquiry module 132 is based on the determination result of the cultivation number analysis module 131, and checks the nutrient information required for the current crop in a recipe database (recipe DB, not shown in the drawing).
  • the nutrient information may be information about the composition of nutrients required for the growth stage of the crop or the settings of the control valve for each nutrient supply pipe of the nutrient supplementer 120 matching such composition, and the growth of the crop. That is, for example, it may be information about the composition of a treatment ingredient for curing a condition infected with a specific pest or a setting of a control valve for each nutrient supply pipe of the nutrient supplementer 120 that matches such composition.
  • the reporting module 133 transmits the nutrient information confirmed by the redistribution inquiry module 132 to the control panel 140.
  • the cultivation number analysis module 131 analyzes the image sent by the camera C1 inside the plant cultivator 100 and determines that the growth state of the crop is 'infected with leaf blight disease'
  • the cultivation number inquiry module 132 finds the nutrient information for curing leaf blight, that is, the content ratio of sodium, potassium, calcium, magnesium, etc., or the control information of the supply pipe for each nutrient of the nutrient supplementer 120 to meet such content ratio
  • the reporting module 133 provides the found nutrient information to the control panel 140 so that the control panel 140 controls the operation of the control valves arranged in the supply pipes for each nutrient of the nutrient supplementer 120.
  • the control panel 140 controls the operation of the plant cultivator 100 and controls control valves and pumps of various supply pipes, interlocking pipes, recovery pipes, and circulation pipes based on the analysis results of the analysis server 130.
  • the control panel 140 may open one of the control valves (CV1) of the supply pipes for each nutrient of the nutrient supplementer 120 based on the analysis results of the analysis server 130, or may open two or more simultaneously. there is. Additionally, the opening degree of each control valve(s) (CV1) can be controlled differently.
  • the analysis server 130 receives the image of the fish from the underwater camera (C2) installed inside the fish tank 200, and based on the received captured image, the fish's breeding status, activity level, appropriate amount of feed supply, and water quality (biofloc) , floor cleaning to improve the control of optimal feed supply amount and water quality conditions by analyzing the information conditions of the bottom (impurities), burrow (fish eggs) condition, and optimal fishing time judgment compared to feed efficiency. And the optimal composition ratio is found, and control information for each pipe is transmitted to the control panel 140 based on the pH and EC values of the sump water tank 210 to create the water quality.
  • the analysis server 130 may include a breeding number analysis module 131, a breeding number inquiry module 132, and a reporting module 133.
  • the breeding water analysis module 131 analyzes the captured image provided by the underwater camera C2 to determine at least one of the growth stage, activity level, and growth state of the fish. As a specific example, the breeding water analysis module 131 determines at least one of the length, body weight, activity level of the fish, color of the fish gills, incubation status of shrimp, etc. (color of the egg, size of the egg, etc.) of the fish, and signs of fish disease from the captured image.
  • growth DB pre-built growth and activity-recipe database
  • growth stages include the fry stage, growth stage, adult stage, and brood stage (the state in which the mother holds her young eggs), and specific examples of the growth state of fish include individual growth rate, poor growth, and early detection of fish diseases.
  • the breeding number inquiry module 132 checks the nutrient information currently needed for fish in a recipe database (recipe DB, not shown in the drawing) based on the determination result of the breeding number analysis module 131.
  • nutrient information refers to the growth stage of the fish, the composition of the feed ingredients required for the growth state, or the setting of the control valve for each automatic feeding supply pipe for each feed amount of the automatic feed feeder 121 that matches such composition. It may be information about the development state of the fish, the active state, that is, for example, the composition of a therapeutic ingredient to cure a disease-infected state of a specific fish, or an automatic feed feeder 121 matching such composition, and replenishment of the therapeutic agent.
  • the reporting module 133 transmits the development information (or nutrient information required for fish) confirmed by the breeding number inquiry module 132 to the control panel 140.
  • the breeding number analysis module 131 analyzes the video sent by the underwater camera (C2) of the fish tank 200 and determines that the fish's development status is 'fish disease infection'
  • the breeding number inquiry module 132 is an automatic feeder ( 121)
  • the control information of the supply pipe for each component of the treatment supply device 122 is found
  • the reporting module 133 provides the found component (nutrient) information to the control panel 140, so that the control panel 140 automatically supplies feed.
  • the operation of the control valves arranged in the supply pipe for each component of the device 121 and the treatment agent supplement 122 is controlled.
  • the control panel 140 controls the water quality of the fish tank 200, and controls the control valves of the raw water supply pipe, interlocking pipe, discharge pipe, and circulation pipe for various pH and EC adjustments based on the analysis results of the analysis server 130. Controls fields and pumps.
  • the control panel 140 may open any one of the control valves (CV2) of the supply pipe for each component of the automatic feed feeder 121 and the treatment supplement 122 based on the analysis results of the analysis server 130. , two or more can be opened simultaneously. Additionally, the opening degree of each control valve(s) (CV2) can be controlled differently.
  • Example 3 may further include a first sensor unit 261, a second sensor unit 262, and a third sensor unit 263.
  • the second sensor unit 262 and the third sensor unit 263 will be described through Example 4.
  • the first sensor unit 261 includes a pH sensor that measures the acidity of the nutrient solution stored in the mixing tank 110, an EC sensor that measures electrical conductivity, a DO sensor that measures the amount of dissolved oxygen, and a water temperature ( It includes at least one of the temperature sensors (not shown in the drawing) that measures temperature.
  • the information measured by each sensor is transmitted to the analysis server 130 via the control panel 140 or directly to the analysis server 130.
  • the analysis server 130 receives images of crops from the camera C1 installed inside the plant cultivator 100 and receives measurement information from the sensor(s) installed in the mixing tank 110. Then, the growth state of the crop is determined based on the received image and measurement information, and nutrient information necessary to cure the corresponding growth state is transmitted to the control panel 140.
  • the cultivation number analysis module 131 comprehensively considers and analyzes the image of the crop provided by the camera C1 and the measurement information provided by the first sensor unit 261 to determine the growth state of the crop. If an example of the growth state is a pest infection, the characteristics of the specific pest that can be found in the image and the measurement information of the first sensor unit 261, which can directly or indirectly know the acidity, oxygen demand, and lack of specific ions among the causes of invention for each pest, are comprehensively collected. By taking this into account, a more accurate diagnosis can be made.
  • the cultivation number analysis module 131 detects at least one object among the entire crop, leaves, and flowers from the captured image, and uses the detected object and the measurement information provided by the first sensor unit 261 to create a pre-built recipe.
  • the growth status of the crop can be determined by comparing it with the reference image and the cause of the disease in the database (growth DB, not shown in the drawing).
  • the cultivation number inquiry module 132 checks the nutrient information required for the current crop in a recipe database (recipe DB, not shown in the drawing) based on the determination result of the cultivation number analysis module 131.
  • nutrient information refers to the growth state of the crop, that is, for example, the composition of a treatment ingredient to cure a condition infected with a specific pest or disease, or the setting of a control valve for each nutrient supply pipe of the nutrient supplementer 120 that matches such composition. It can be information about.
  • the reporting module 133 transmits the nutrient information confirmed by the redistribution inquiry module 132 to the control panel 140.
  • the cultivation analysis module 131 analyzing the image sent by the camera C1 inside the plant cultivator 100, two or more disease candidates with similar external characteristics, such as 'kalium deficiency' or 'calcium deficiency', were derived. This may happen. At this time, when the detection information of the pH sensor is confirmed to be pH 4, the disease that frequently occurs in acidic conditions among the two is calcium deficiency, so the cultivation water analysis module 131 finally determines the growth state of the cultivated crop as calcium deficiency.
  • the rewatering inquiry module 132 provides nutrient information for curing calcium deficiency, that is, the content ratio of a base such as sodium bicarbonate to neutralize acidity, or the ratio of each nutrient in the nutrient supplementer 120 to match such content ratio.
  • the reporting module 133 provides the found nutrient information to the control panel 140 so that the control panel 140 controls the operation of the control valves of the supply pipes for each nutrient of the nutrient supplementer 120.
  • the water cultivation inquiry module 132 finds nutrient information for curing calcium deficiency, that is, nutrient information including the content ratio of bases such as sodium bicarbonate to neutralize acidity, and the reporting module 133 searches for nutrient information including the content ratio of bases such as sodium bicarbonate to neutralize acidity.
  • the information may be output to a separate display device (not shown) or provided to a manager terminal (not shown) to induce the manager to take action.
  • Example 3 may further include a first sensor unit 261, a second sensor unit 262, and a third sensor unit 263.
  • the second sensor unit 262 and the third sensor unit 263 will be described through Example 4.
  • the second sensor unit 261 includes at least one of a pH sensor that measures the acidity of the nutrient solution stored in the sump tank 110 and an EC sensor that measures electrical conductivity. The information measured by each sensor is transmitted to the analysis server 130 via the control panel 140 or directly to the analysis server 130.
  • the analysis server 130 receives images of fish from the underwater camera C2 installed inside the fish tank 200 and receives measurement information from the sensor(s) installed in the fish tank 200. Then, the growth state and activity level of the fish are determined based on the received image and measurement information, and the growth, activity state, nutrients necessary for curing the fish disease, and treatment information are transmitted to the control panel 140.
  • the breeding water analysis module 131 comprehensively considers and analyzes the image of the fish provided by the underwater camera C2 and the measurement information and data provided by the third sensor unit 263 to determine the growth status and activity of the fish.
  • An example of an active state is a fish disease infection, and a third sensor unit ( By comprehensively considering the measurement information of 261), a more accurate diagnosis of the disease can be determined.
  • the breeding number analysis module 131 detects at least one object such as movement, death, or inactivity of a fish from a captured image, and uses the detected object and the measurement information provided by the third sensor unit 261 to By comparing the reference image and the cause of the disease in the recipe database (growth DB, not shown in the drawing), the growth and activity status of the fish can be determined.
  • the breeding number inquiry module 132 checks the nutrients and water quality information currently needed for fish in a recipe database (recipe DB, not shown in the drawing).
  • nutrient and water quality information refers to the growth and active state of the fish, that is, for example, the composition of therapeutic ingredients to cure a condition infected with a specific disease, or the automatic feed feeder (121) and treatment supplement (122) matching such composition.
  • the reporting module 133 transmits the nutrient information confirmed by the breeding number inquiry module 132 to the control panel 140.
  • the breeding water analysis module 131 As a specific example, as a result of the analysis of the video sent by the underwater camera (C2) by the breeding water analysis module 131, two or more disease candidates with similar appearance characteristics such as 'excessive ammonia', 'excessive nitric acid', and 'lack of dissolved oxygen' were identified. This may happen. At this time, the detection information of pH (acidity), DO (dissolved oxygen), ORP (oxidation reduction degree), HH3 (ammonia), NO2 (nitrite), and N03 (nitric acid) sensor information is NO2 (nitrite), which is 0.3mg in warm water fish.
  • the breeding water analysis module 131 determines the fish's active state as excessive nitrite toxicity.
  • the breeding number analysis module 131 determines that movement management measures are needed in a separate tank for appropriate seed multiplication by identifying the egg condition (color and size of the egg).
  • the breeding water inquiry module 132 compiles water quality information, that is, HH3 (ammonia), NH4 (ammonium), N02 (nitrite), and N03 (nitric acid) sensing data to cure diseases caused by excessive nitrite toxicity, and reports module ( 133) provides the found water quality information to the control panel 140 so that the control panel 140 temporarily stops the operation of the control valves in the supply pipe of the automatic feed feeder 120 and temporarily suspends the supply of molasses or glucose. Increase the growth of heterotrophic bacteria using carbon sources and take urgent measures to supplement salt (NaCL, sodium chloride).
  • salt NaCL, sodium chloride
  • the rearing number inquiry module 132 determines that movement management measures are needed to move to a separate tank for appropriate seed multiplication by identifying the incubation status of the fish (egg color, egg size), and the rearing number analysis module 131 finally determines that Urgent measures should be taken regarding seedling propagation.
  • the breeding water inquiry module 132 adjusts the C/N ratio, which is the carbon and nitrogen ratio, to 15, and the reporting module 133 outputs the found water quality information to a separate display device (not shown) or an administrator terminal (not shown). ) can also induce administrator action.
  • Example 4 analyzes the state of the waste nutrient solution stored in the sump tank 210 of Examples 1 to 3 and the breeding water in the fish tank 200, and determines the optimal breeding water in the fish tank 200 preferred by fish. It is about technology to control the state of.
  • Figure 6 is a schematic diagram of a smart farm and smart fisheries system according to Example 4.
  • the system of Example 4 includes a plant cultivator 100, a mixing tank 110, a nutrient supplementer 120, a fish tank 200, a sump tank (220 in FIG. 4), a raw water tank (230 in FIG. 4), and peat moss. It may include a buffer planting hole (240 in FIG. 4), a control panel 240, an analysis server 250, and a first sensor unit 261, a second sensor unit 262, and a third sensor unit 263.
  • the fish tank 200, mixing tank 110, nutrient solution supplementer 111, plant cultivator 100, peat moss buffer cultivation area 240, sump tank 210, and raw water tank 230 of Example 3 are examples. Since it is the same as Examples 1 to 3, redundant description will be omitted.
  • the first sensor unit 261 includes a pH sensor that measures the acidity of the cultivation water absorbed by the plants in the cultivation tank 101, an EC sensor that measures electrical conductivity, and a DO that measures the amount of dissolved oxygen. It may include at least one of a sensor and a temperature sensor that measures water temperature. The first sensor unit 261 may be provided in the mixing tank 110.
  • the second sensor unit 262 measures at least one of acidity (PH) and electrical conductivity (EC) of the phosphorus nutrient solution through physical filtration and biological filtration (biofilter) in the sump tank 210.
  • PH acidity
  • EC electrical conductivity
  • the third sensor unit 263 measures electrical conductivity (EC), dissolved oxygen (DO), oxidation reduction potential (ORP), HH3 (ammonia), NO2 (nitrite), and N03 (nitric acid) of the breeding water in the fish tank 200. , measure at least one hydrothermia.
  • the first sensor unit 261 provides the acidity, electrical conductivity, dissolved oxygen amount, and measured values of the waste nutrient solution in the cultivation tank 101 to the analysis server 250 via the control panel 330. It can be provided directly to the analysis server (250) without any need.
  • the analysis server 250 receives the acidity and electrical conductivity measurements of the waste nutrient solution from the second sensor unit 262 of the sump tank 210 and regenerates the waste nutrient solution into optimal aquaculture water before supplying it to the fish tank 200. find a composition plan for the purpose, and transmit sensor information from the piping of the tank 230 to the control panel 330, including the amount of purified water (raw water) that needs to be supplemented to create optimal breeding water, microorganisms preferred by fish, organic acids, nutrients, etc. do.
  • the analysis server 250 may include a waste nutrient solution analysis module 251 and a reporting module 252.
  • the waste nutrient solution analysis module 251 receives acidity and electrical conductivity measurements of the waste nutrient solution in the sump tank 210 from the second sensor unit 262.
  • the waste nutrient solution analysis module 251 analyzes the state (eg, concentration) of the waste nutrient solution based on electrical conductivity and acidity measurement values.
  • the waste nutrient solution analysis module 251 calculates the amount of purified water, fish-preferred microorganisms, organic acids, nutrients, etc. to be added to the sump tank 210 in order to optimize the analyzed waste nutrient solution.
  • the sump tank 210 receives the amount of purified water, fish-preferred microorganisms, organic acids, and nutrients calculated from the waste nutrient solution analysis module 251, mixes them with the stored waste nutrient solution, and then supplies them to the fish tank 20.
  • the sump tank 210 may receive fish-preferred microorganisms, organic acids, and nutrients from the nutrient supplementer 120.
  • the third sensor unit 263 measures the electrical conductivity (EC), dissolved oxygen amount (DO), oxidation reduction potential (ORP), HH3 (ammonia), NO2 (nitrous acid), N03 (nitric acid), and water temperature of the fish tank 200. It is measured and provided to the analysis server 250.
  • EC electrical conductivity
  • DO dissolved oxygen amount
  • ORP oxidation reduction potential
  • HH3 ammonia
  • NO2 nitrogen acid
  • N03 nitric acid
  • the waste nutrient solution analysis module 251 measures the electrical conductivity (EC), dissolved oxygen amount (DO), oxidation reduction potential (ORP), HH3 (ammonia), and NO2 (nitrite) of the fish tank 200 from the third sensor unit 263. , N03 (nitric acid), and water temperature are received and the condition of the breeding water in the fish tank 200 is analyzed.
  • EC electrical conductivity
  • DO dissolved oxygen amount
  • ORP oxidation reduction potential
  • HH3 ammonia
  • NO2 nitrite
  • the waste nutrient solution inquiry module 252 determines the optimal pH, electrical conductivity (EC), dissolved oxygen amount (DO), oxidation reduction potential (ORP), and water content according to the fish species, growth stage, and health status of the fish tank 200 entered in advance.
  • the levels of HH3 (ammonia), NO2 (nitrite), and N03 (nitric acid) are searched in a pre-built database (not shown).
  • the waste nutrient solution inquiry module 252 compares the measured values received from the third sensor unit 263 and the values searched in the database to determine the fish species, growth stage, health status, and waste nutrient solution analysis module 251 of the fish tank 200.
  • the reporting module 252 transmits the supply information of purified water, fish-preferred microorganisms, and nutrients calculated in the waste nutrient solution inquiry module 252 to the control panel 330.
  • the control panel 240 controls the control valves (CV2) and pumps of various supply pipes based on the analysis results of the analysis server 250.
  • the control panel 240 may open any one of the control valves of the supply pipe of the raw water tank 230 or the nutrient supplementer 120 based on the analysis results of the analysis server 250.
  • control valves placed in the pipes may include a check valve function to prevent flow in the reverse direction.
  • Example 5 relates to technology related to the smart farm and smart fisheries device (2) in which the smart farm and smart fisheries systems of Examples 1 to 4 are applied to a vertical plant cultivator that stacks multiple cultivation beds on a shelf.
  • Figure 7 is a perspective view of the smart farm device according to Example 5
  • Figure 8 is a perspective view showing the cultivation shelf 100 of the smart farm device according to Example 5 in an open state.
  • the smart farm and sumat fisheries device of Example 5 includes a case (drawing number not assigned), a cultivation shelf (100), a mixing tank (110), a nutrient supplementer (120), a fish tank (200), and a sump tank (210). , a raw water tank 230, and a buffer cultivation hole 240.
  • Smart farms and smart fisheries devices may further include a first sensor unit (not shown), a second sensor unit (not shown), a third sensor unit (not shown), and an analysis server (not shown).
  • the mixing tank 110, nutrient supplementer 120, fish tank 200, sump tank 210, raw water tank 230, buffer cultivation hole 240, first sensor unit ( (not shown), the second sensor unit (not shown), the third sensor unit (not shown), and the analysis server (not shown) are the same as those of Examples 1 to 4, so duplicate descriptions are omitted.
  • the case forms the appearance of the smart farm and smart fishery devices.
  • the case may be shaped like a refrigerator.
  • the case is divided into an upper layer and a lower layer.
  • a plurality of cultivation shelves 100 are disposed on the upper layer of the case.
  • the cultivation shelf 100 is in the form of a cartridge and can be easily removed and installed from the inside of the case.
  • the cultivation shelf 100 is shown as an example of being mounted in three stages, but it is not limited to this.
  • An opening and closing door (not provided) may be formed on the upper layer of the case to seal the cultivation shelf 100.
  • the opening/closing door may be formed in a hinged or sliding form.
  • a fish tank 200 In the lower layer of the case, a fish tank 200, a mixing tank 110, a nutrient supplementer 120, a sump tank 210, and a raw water tank 230 are disposed.
  • the fish tank 200 is placed on the left side of the lower layer of the case, and the mixing tank 110, nutrient supplementer 120, sump tank 210, and raw water tank 230 are placed on the right side of the lower layer of the case. .
  • the arrangement structure of the fish tank 200, mixing tank 110, nutrient supplementer 120, plant cultivator 100, peat moss buffer cultivation area 240, sump tank 210, and raw water tank 230 is only an example. It can vary depending on the installation environment or designer.
  • the cultivation shelf 100, mixing tank 110, nutrient supplementer 120, sump tank 210, and raw water tank 230 are connected by pipes.
  • a wheel (not provided) may be formed at the bottom of the fish tank 200. That is, the fish tank 200 can be easily removed from the case.
  • the mixing tank 110, nutrient supplementer 120, sump tank 210, and raw water tank 230 are located in front of the compartment where the mixing tank 110, sump tank 210, and raw water tank ( 230), a sealed door (not provided) may be formed to seal the door.
  • Example 5 since the smart farm and smart fisheries device of Example 5 is not equipped with the cultivation cartridge (240 in FIG. 1) of Example 1, the waste nutrient solution from the cultivation shelf 100 is directly discharged into the sump tank 210.
  • Example 6 relates to technology related to a smart farm and smart fisheries system in which the peat moss buffer cultivation area 240 is separated from the smart farm and smart fisheries device 2 of Examples 1 to 5.
  • Figure 9 is a schematic diagram of a smart farm and smart fisheries system according to Example 6.
  • the smart farm and sumat fisheries system of Example 6 includes a case (not shown), a cultivation shelf (100), a mixing tank (110), a nutrient supplementer (120), a fish tank (200), a sump tank (210), and raw water. It may include a tank 230 and a buffer planting hole 240.
  • the smart farm and smart fisheries system may further include a first sensor unit (not shown), a second sensor unit (not shown), a third sensor unit (not shown), and an analysis server (not shown).
  • the cultivation shelf 100, mixing tank 110, nutrient supplementer 120, sump tank 210, raw water tank 230, first sensor unit (not shown), and second sensor unit (not shown) of Example 6 city), a third sensor unit (not shown), and an analysis server (not shown) may be placed inside the first case (not shown).
  • the case may be formed in the shape of a refrigerator as in Example 5.
  • the fish tank 200 may be provided in a second case (not shown).
  • the buffer planting hole 240 may be provided in a third case (not shown).
  • the fish tank 200, cultivation shelf 100, and buffer cultivation hole 240 of the system of Example 6 may be built into different cases (not shown) and arranged separately.
  • the mixing tank 110, the nutrient supplementer 120, the sump tank 210, the raw water tank 230, the first sensor unit (not shown), the second sensor unit (not shown), and the third sensor unit. (not shown) and an analysis server (not shown) may be provided in the second or third case instead of the first case.
  • the invention regarding the method among the embodiments described above may be implemented as a program or as a computer-readable recording medium storing the program.
  • the present invention can be implemented in the form of applications such as Raspberry Pi's minicomputers Raspberry Pi 2, 3, 4 or higher models, Microsoft's Windows, and smartphones running on Google's Android or Apple's IOS.
  • applications such as Raspberry Pi's minicomputers Raspberry Pi 2, 3, 4 or higher models, Microsoft's Windows, and smartphones running on Google's Android or Apple's IOS.
  • It can be implemented as a software program that runs on laptop PCs, desktop PCs, etc. based on .
  • a computer-readable recording medium may include program instructions, data files, data structures, etc., singly or in combination.
  • Examples of the computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and floptical disks. Included are magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and perform program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, USB memory, and the like.

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Abstract

본 발명은 물고기의 배설물을 재활용하는 바이오플락 아쿠아포닉스 농법을 적용하여 화학 비료의 사용 없이 자연생태순환 유기태 비료만으로 식물을 재배하는 유기농 재배 환경을 제공하고, 식물 재배기의 폐양액을 양어 수조의 물고기마다 선호하는 pH, EC, DO 등의 특성으로 조절하여 양어수조로 재공급함으로써 물고기의 생육환경을 향상시킬 수 있는 최적 생육조건을 조성하는 아쿠아포닉스 기반의 유기농 스마트팜 및 스마트수산 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 양어수조와, 식물재배기 및 섬프조를 포함할 수 있다.

Description

최적 생육조건을 조성하는 아쿠아포닉스 기반의 유기농 스마트팜 및 스마트수산 시스템
본 발명은 최적 생육조건을 조성하는 아쿠아포닉스 기반의 유기농 스마트팜 및 스마트수산 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 물고기의 배설물을 재활용하는 바이오플락 아쿠아포닉스 농법을 적용하여 화학 비료의 사용 없이 유기태 영양분 만으로 재배하는 유기농 재배 환경을 제공하고, 식물 재배기의 폐양액을 양어 수조의 물고기마다 선호하는 pH, EC, DO, ORP, 암모니아, 아질산, 질산, 수온 등의 특성으로 센싱, 조절하여 최적의 영양분을 양어수조로 재공급함으로써 물고기의 생육환경을 향상시킬 수 있으며, 아쿠아포닉스 기반에서 유기농 식물 최적재배 조건에 절대적으로 부족한 칼륨, 인, 칼슘, 철분, 마그네슘 성분이 풍부하여 성장촉진에 유익한 유기태 천연비료인 클로렐라 및 실내 재배에서 부족한 일조량에 의해 영양 흡수가 부족해지는 점을 개선하기 위해 아미노산과 단백질이 풍부하여 성장촉진에 유익한 유기태 천연비료인 광어액비를 식물에 공급하는 스마트팜과 스마트 수산이 융합한 최적 생육조건을 조성하는 아쿠아포닉스 기반의 유기농 스마트팜 및 스마트수산 시스템에 관한 것이다.
농약과 화학비료는 농작물 생장과 병해충 관리에 유용하고, 농작물의 생산성을 높이는 데 도움을 주는 반면 인간의 건강을 위협하고, 또 환경문제를 야기한다.
최근 이러한 문제 해결의 대안으로 다양한 친환경 농업기술이 개발되고 있으며, 물고기 양식(Aquaculture) 수경재배(Hydroponics)를 결합한 아쿠아포닉스(Aquaponics)가 대표적인 친환경 농법 중 하나로 꼽힌다.
바이오플락(BFT, Biofloc Technology)은 아쿠아포닉스 기술 중 하나로, 물고기 사육수조 내 미생물과 미세조류가 사육과정의 사료 배설물, 잔여사료 오염물 중 하나인 암모니아를 유기탄소(당밀, 포도당 등)의 사용을 통해 미생물을 증식시키고 미생물총(Biofloc)형성을 유도한 후, 이를 물고기가 다시 섭식하게 하는 사육수의 무환수 친환경 양식기술인바 화학 항생제, 농약 및 화학비료를 사용하지 않아 물고기에게 유해한 영향을 끼치지 않고, 식물의 생육에 필요한 영양분을 제공받기 때문에 재배 식물의 생산량을 최대로 일정하게 유지할 수 있으며, 사용한 물을 버리지 않고 물고기와 식물에게 순환적으로 제공하므로 농업용수를 절약할 수 있다.
바이오플락 기술을 이용한 아쿠아포닉스에 관하여 한국 공개특허공보 제10-2021-0017412호(선행문헌1)를 포함한 다양한 선행기술들이 제안된 바 있다. 다만, 선행문헌1을 포함한 종래 바이오플락 기반의 아쿠아포닉스 기술들은 물고기의 생육에 더 중점을 둔 것으로서 양어수조의 사육수에 바이오플락을 적용하여 유독성분을 제거한 후 일부를 후단의 식물재배시설에 공급함으로써 재배수로 활용하는 것을 내용으로 한다.
하지만 물고기 배설물에 바이오플락을 적용하는 것만으로는 식물 재배에 필요한 최적의 생육조건과 각종 영양분을 충분히 제공할 수 없고, 물고기 사육에서도 최적 생육조건이 부족하여 양사이드 모두 경제성이 담보되지 못하고 있어서, 이에 대한 보완이 필요한 상황이며, 재배 작물의 생육 상황에 따라 사육수의 조성이나 물리적, 화학적인 조건을 시간별, 공간별로 분리하여 가변적으로 제공하는 기술에 대한 제안은 전무한 상황이다.
또한, 식물 재배에 최적합 유기태 양액 조건인 즉, 식물재배기에서 정화된 폐양액은 양어수조로 다시 공급하여 순환하는 시스템이지만 식물 재배기의 폐양액을 곧바로 양어수조로 공급하면 수조의 물고기 생육에 부정적인 영향을 미칠 수가 있다. 예를 들면, 양어 수조의 물고기마다 선호하는 pH, EC, DO, ORP 등의 특성이 있는데 아무런 조치도 없이 식물 재배기의 폐양액을 양어 수조로 공급하게 되면 물고기의 성장이 더디어지거나, 장애로 인하여 병들게 될 수도 있어 물고기양식에 전문성, 경제성이 부족하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제 중 하나는, 종래의 바이오플락-아쿠아포닉스 시스템에서 물고기 배설물 만으로는 식물의 최적 생육에는 부족하기 쉬운 유기태 대량원소(클로렐라 및 광어액비의 주성분인 N, P. K 등 천연성분), 미생물, 미량원소(클로렐라 주성분인 Fe, Mg 등 천연성분) 및 기능성분 증진을 위한 유기 유인제(Elicitor)를 양어수조에서 배출된 사육수에 추가하여 혼합조에서 혼합하여 재배양액으로 공급함으로써 최적생육으로 작물 생산량 증대와 기능성분 증진을 최적화하는 하이브리드 방식의 바이오플락-아쿠아포닉스 기반 스마트팜 및 스마트 수산 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제 중 다른 하나는, 실내 LED재배에서 자칫 부족하기 쉬운 일조량에 의해 영양 흡수가 부족해지는 점을 개선하기 위해 아미노산과 단백질이 풍부하여 성장촉진에 유익한 유기태 천연비료인 광어액비를 식물에 공급하는 스마트팜 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제 중 다른 하나는, 물고기 사육수(바이오플락)만으로는 식물에 최적합 영양성분이 부족하기 쉬운 칼륨(K), 칼슘(Ca), 인(P), 철(Fe), 마그네슘(Mg) 성분이 풍부하여 성장촉진에 유익한 유기태 천연비료인 클로렐라를 식물에 공급하는 스마트팜 시스템을 제공하는 것이다
본 발명이 해결하고자 하는 과제 중 다른 하나는, 식물 재배기의 폐양액을 양어 수조의 물고기마다 선호하는 pH, EC, DO 등의 특성으로 시간대별, 공간별로 분리 조절하여 재공급함으로써 물고기의 생육환경을 향상시킬 수 있는 스마트팜 및 스마트수산 시스템을 동시에 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제 중 다른 하나는, 재배 작물의 품종이나 성장 단계 또는 생육 상태에 따라 양어수조 사육수에 식물재배에 필요한 영양분을 혼합 재생한 양액의 조성을 시간차별, 공간별로 가변적으로 제공하는 아쿠아포닉스 기반의 스마트팜 및 스마트수산 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제 중 다른 하나는, 식물은 물고기보다 낮은 pH를 선호하는 특성에 맞추어 분리된 공간 즉 식물 재배조와 물고기 양식조 사이에 완충 공간인 피트모모스 재배구를 두어 피트모스의 산도조절 및 미생물 증식 기능을 활성화하고, 섬프조에서 바이오필터 기능 겸 정제수(원수) 보충 등으로 혼합 및 pH, EC를 별도 센싱, 조절하는 제2센서부 공간과 시차를 두어 물고기 양어조가 더 높은 pH로 유지하고 섬프조의 폐기물 흐름을 물고기의 이상적인 pH와 일치하도록 조정할 수 있도록 별도 공간을 분리 관리하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제 중 다른 하나는, 재배수조에는 물고기 양어조와 상시로 동시에 순환하지 않고 식물에 최적합한 영양분과 pH, EC, DO 수질관리를 1일~7일 간격으로 시간별로 재배조와 양어조를 분리하여 재배조의 재배수를 10~100% 공급 및 버림을 수행하여 낮은 pH, 높은 EC로 관리하여 식물의 생산성, 기능성을 향상시키며, 양어조에서는 별도 시간별로 섬프조로부터 최종 공급되기 직전 그 동일한 물량을 10~30%범위에서 물 버림과 보충으로 시간별로 재배조와 양어조를 별도 수질 특성으로 관리하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제 중 다른 하나는, 작물 재배를 위한 화학 비료의 사용과 물의 사용을 최소화함으로써 탄소 배출량을 줄이는 한편, 화학 농약의 적용 없이 유기농 재배 환경을 조성하는 저탄소 유기농 기반의 스마트팜 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제 중 다른 하나는, 도심과 같은 제한된 면적의 재배 공간에서도 생산량을 극대화할 수 있는 도시농업 및 도시수산을 겨냥한 스마트팜 및 스마트수산 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 최적 생육조건을 조성하는 아쿠아포닉스 기반의 유기농 스마트팜 및 스마트수산 시스템은 바이오플락이 적용된 양어수조와, 상기 양어수조의 사육수가 재배수조에 인입되는 혼합조와, 상기 혼합조의 재배 양액을 공급받는 식물재배기와, 상기 식물재배기의 폐양액을 회수하고, 회수된 폐양액을 정화하며, 정화된 폐양액을 상기 양어수조에 공급하고, 상기 양어수조의 어종, 생육 단계에 따라 상기 폐양액의 산성도(pH), 전기전도도(EC), 용존산소량(DO) 중 적어도 하나를 정제수(원수) 보충 등으로 조절하여 상기 양어수조에 공급하는 섬프조를 포함할 수 있다.
상기 혼합조에 광어액비, 방선균, 클로렐라, 미생물(EM 등), 미량 원소 중 적어도 하나의 상기 식물재배기의 식물 생장에 필요한 추가 양분을 공급하는 양분 보충기를 더 포함할 수 있다.
상기 식물재배기와 상기 섬프조 사이에 배치되고, 피트모스를 포함하는 유기물질을 구비하여, 상기 식물재배기의 폐양액을 산도조절하고 바이오필터 역할로 정화하여 상기 섬프조로 공급하는 피트모스 완충재배구를 더 포함할 수 있다.
상기 섬프조에 인입된 폐양액의 산성도(pH), 전기전도도(EC) 중 적어도 하나를 측정하는 제2센서부를 더 포함하고, 상기 섬프조에서 측정된 산성도(pH), 전기전도도(EC) 값에 기초하여 정제수, 미량 원소 중 적어도 하나를 공급하는 폐양액 조절기를 더 포함할 수 있다.
상기 폐양액 조절기에서 상기 섬프조로 공급되는 정제수 및 미량 원소의 공급량을 제어하는 제어반(controller) 및 상기 제2 센서부의 측정 값에 따라 상기 폐양액 조절기에서 상기 섬프조로 공급해야 할 미량 원소 및 정제수의 양을 계산하는 조회 모듈, 계산된 미량 원소 및 정제수의 공급량 정보를 상기 제어반으로 송신하는 보고모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 바이오플락에 의해 독성 성분이 제거된 물고기 사육수에 EM 등의 유기농 미생물, 유기 미량원소, 방선균, NKP 등 유기태 대량원소가 풍부한 광어액비, 클로렐라 및 기능성분 증진을 위한 유기 유인제(Elicitor)를 혼합하여 작물 생장에 최적의 양액을 혼합조에서 혼합 공급함으로써 작물 생산량과 기능성분 함유량을 최대로 할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 식물 재배기의 재배수조에 최적의 식물 생육조건의 양액을 공급하기 위하여 양식수에 식물별로 선호하는 pH, EC, DO, 수온의 특성으로 재배수조의 제1센서부에서 센싱, 조절하여 혼합조에서 혼합 공급함으로써 식물의 최적 생육환경으로 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 실내 LED재배에서 자칫 부족하기 쉬운 일조량에 의해 영양흡수가 부족해지는 점을 개선하기 위해 아미노산과 단백질이 풍부하여 성장촉진에 유익한 유기태 천연비료인 광어액비를 식물에 공급할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 물고기 사육수(바이오플락)만으로는 식물에 최적합한 영양성분으로는 부족하기 쉬운 칼륨(K), 칼슘(Ca), 인(P), 철(Fe), 마그네슘(Mg) 성분이 풍부하여 성장촉진에 유익한 유기태 천연비료인 클로렐라를 식물에 공급하는 스마트팜 시스템을 제공하는 것이다
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 식물 재배기의 폐양액을 양어 수조의 물고기마다 선호하는 pH, EC, DO, ORP, 암모니아, 아질산, 질산, 수온을 센싱 및 조절하여 재공급함으로써 물고기의 최적 생육환경을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 재배 양액의 조성과 물리적 화학적인 특성을 가변적으로 조정함으로써 재배 작물의 품종이나 성장 단계 또는 생육 상태에 최적화된 양액을 공급할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 바이오플락 기술을 적용함으로써 통상의 어류 양식에 비해 사료의 사용량을 최소화하고 물고기의 양식과 작물의 재배에 소요되는 물의 양을 대폭 절감할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 복수의 양어수조와 식물재배기를 다층 구조로 적층함으로써 어류 양식 및 식물 재배를 위한 공간 활용을 최대화할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 가변 중력의 회전형 식물재배기를 채택하여 작물 재배에 필요한 물 사용량을 최소로 하고 작물 재배에 소요되는 기간을 단축할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 화학 비료를 사용하지 않는 친환경 아쿠아포닉스 기술을 적용함으로써 화학 비료의 제조 공정 중 발생하는 탄소 배출량을 최소화할 수 있다.
도 1은 실시예 1에 따른 스마트팜 및 스마트수산 장치의 일측 사시도이다.
도 2는 실시예 1에 따른 스마트팜 및 스마트수산 장치의 타측 사시도이다.
도 3은 실시예 1에 따른 스마트팜 및 스마트수산 장치의 정면 단면도이다.
도 4는 실시예 2에 따른 스마트팜 및 스마트수산 시스템의 개략도이다.
도 5는 실시예3에 따른 하이브리드 아쿠아포닉스 기반 스마트팜 및 스마트수산 시스템의 구성도이다.
도 6은 실시예 4에 따른 스마트팜 및 스마트수산의 시스템 개략도이다.
도 7은 실시예5에 따른 스마트팜 및 스마트수산 장치의 사시도이다.
도 8은 실시예5에 따른 스마트팜 및 스마트수산 장치의 재배선반(100)이 개방된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 9는 실시예6에 따른 스마트팜 및 스마트수산 시스템의 개략도이다.
이하 본 발명의 몇 가지 실시예들을 도면을 이용하여 상세히 설명한다. 다만 이것은 본 발명을 어느 특정한 실시예에 대해 한정하려는 것이 아니며 본 발명의 기술적 사상을 포함하는 모든 변형(transformations), 균등물(equivalents) 및 대체물(substitutions)은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서 어느 한 구성이 어떤 서브 구성을 "구비(have)" 또는 "포함(comprise)" 한다고 기재한 경우, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른(other) 구성을 제외하는 것이 아니라 다른 구성을 더 포함할 수도 있음을 의미한다.
본 명세서에서 "...유닛(Unit)", "...모듈(Module)" 및 "컴포넌트(Component)"의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수도 있다.
<실시예 1>
실시예 1은 바이오플락이 적용된 양어수조(200)와 식물재배기(100)를 이용한 하이브리드 아쿠아포닉스 기반의 스마트팜 및 스마트수산 장치에 관한 것이다.
도 1은 실시예 1에 따른 스마트팜 및 스마트수산 장치의 일측 사시도이고, 도 2는 실시예 1에 따른 스마트팜 및 스마트수산 장치의 타측 사시도이며, 도 3은 실시예 1에 따른 스마트팜 및 스마트수산 장치의 정면 단면도이다.
스마트팜 및 스마트수산 장치는 본체랙(10), 식물재배기(100), 혼합조(110), 양분 보충기(120), 양어수조(200), 섬프조(210), 원수 탱크(230), 피트모스 완충재배구(240)를 포함할 수 있다.
본체랙(10)은 스마트팜 및 스마트수산 장치에 필요한 장비들을 지지한다. 본체랙(10)은 철제 프레임, 알미늄 파일 또는 나무 프레임 등으로 형성될 수 있다. 바람직하게 본체랙(10)은 하중을 지지하기 위해 철제 프레임, 알미늄 파일을 사용할 수 있다.
본체랙(10)은 스마트팜 및 스마트수산 장치(1)의 외형을 형성한다. 본체랙(10)은 하부층과 상부층으로 구분된다. 본체랙(10)의 하부층에는 양어수조(200), 혼합조(110), 피트모스 완충재배구(240), 섬프조(210), 및 원수 탱크(230)가 배치된다. 본체랙(10)의 상부층에는 식물재배기(100), 재배수조(101), 산소발생기(미도시)가 배치된다.
양어수조(200), 혼합조(110), 식물재배기(100), 재배수조(101), 피트모스 완충재배구(240), 섬프조(210), 및 원수탱크(230)의 배치 구조는 일 예일 뿐 설치 환경 또는 설계자에 의해 다양하게 변화될 수 있다.
식물재배기(100)는 수경재배방식으로 작물을 재배하는 장치이다. 식물재배기(100) 및 재배수조(101)는 본체랙(10)의 상부층에 배치된다.
도 1은 원형 또는 타원형의 회전체에 재배 베드가 동심축(중앙의 인공광원 LED)을 향해 장착되는 가변 중력의 회전형 식물재배기(100)를 예시한다. 다만 식물재배기(100)는 회전형에 한정될 필요는 없으며 수경재배 방식을 이용하는 기타의 다른 방식들 즉, 평판형의 재배 베드를 이용하는 전형적인(conventional) 하이드로포닉스 재배 시스템, 다수의 재배 베드를 선반에 적층하는 수직형 식물재배기, 다양한 형태의 회전체에 다수의 재배 베드가 상방을 향해 매달리는 회전 걸이형 식물재배기, 막대 형상의 기둥에 다수의 재배 포트가 곳곳에 비스듬히 배치되는 타워형 식물재배기 등도 적용 가능하다.
또한 식물재배기(100)는 둘 이상의 식물재배기(100)가 적층되는 구조로 배치될 수도 있다. 이로 인하여 회전형 식물재배기(100)는 수직형 식물재배기(미도시)로서 관행 평면형 재배기 대비 동일한 바닥 면적당 더 많은 재배 면적을 확보할 수 있고, 물 사용량이 상대적으로 더 적으며, 작물이 동심의 회전축을 바라보면서 회전하므로 중력이동작용에 반응하는 세포(Gravisensors)의 성장물질(Auxin) 분비작용에 의해 성장이 더욱 촉진되는 장점을 가진다.
식물재배기(100)에는 식물에 필요한 다양한, 각기 다른 광 파장을 제공하는 LED 모듈(미도시)이 구비될 수도 있다.
식물재배기(100)의 바닥에는 양어수조(200)로부터의 양식수에 광어백비, 클로렐라 등이 혼합되는 양액(즉, 재배수)이 저장되는 재배수조(101)가 구비된다. 재배수조(101)는 회전하는 식물재배기(100)의 식물 뿌리부분 등 일부가 재배수조에 일시적으로 담궈져서 식물이 저면 흡수한다.
예컨대, 재배수조(101)에는 작물재배 최적 EC(영양분 전기전도도 1~1.5), pH(Low pH 약산성 5.5~6.5), DO(용존산소도 4-6)의 상태로 조성되고, 1~7일정도 작물이 흡수한다. 참고로, 재배수조(101)는 1개월에 1회~2회 정도 재배수의 전체를 배출하고 새로운 재배수를 공급받는 과정을 통해 인공 LED광에서 생장하는 녹조 및 찌거기 등을 제거/청소할 수 있다.
식물재배기(200)에서 작물의 흡수일(1~7일)이 경과된 폐양액은 피트모스 완충재배구(240)로 회수된다.
혼합조(110)는 양어수조(200)로부터 사육수를 공급받는다. 혼합조(110)는 양분 보충기(120) 중 적어도 하나의 유기태 영양분(양액)을 상기 양어수조에서 공급된 사육수와 혼합하여 재배 양액을 조성한다. 그리고 조성된 재배 양액을 식물재배기(100)의 재배수조(101)에 공급한다.
혼합조(110)에는 양분 보충기(120)로부터 광어액비, 방선균, 클로렐라, EM미생물, 미생물, 미량원소, Elicitor, 산도 조절용 천연유기산 중 적어도 하나를 공급받을 수 있다. 특히, 광어액비와 클로렐라는 식물 재배에 필요한 최적의 양분을 보충한다.
예컨대, 혼합조(110)는 양어수조로부터 공급받은 사육수에 광어액비, 방선균, 클로렐라(또는 각종 미세조류), 미량원소, EM 미생물, Elicitor, 산도 조절용 천연유기산 등을 양분 보충기(도 4의 120)으로부터 공급받아 희석 및 저장하고 식물재배기(100)의 재배수조(101)로 공급하여 작물에 충분한 영양분을 공급한다. 예를 들면, 혼합조(110)는 작물에 최적합한 EC(영양분 전기전도도 1~1.5), pH(Low pH-약산성 5.5~6.5)로 조성한다.
양분 보충기(도 4의 120)는 본체랙(10)의 하부층에 배치된다. 양분 보충기(120)는 혼합조(110)에 식물재배기(100)의 식물 생장에 필요한 추가 양분을 혼합조(110)에 공급한다. 양분 보충기(120)는 추가 양분으로 광어액비, 방선균, 클로렐라, EM미생물, 미생물, 특정 유기 미량원소, 기능성분 증진용 유기 유인제(elicitor), 산도 조절용 천연유기산 중 적어도 하나를 공급할 수 있다. 양분 보충기(120)는 클로렐라 및 광어액비(동물성 아미노산 액비)를 혼합조(110)에 2~3배 더 공급할 수도 있다. 광어액비는 식물재배기(100)의 재배 작물에 필요한 양분을 보충한다.
아쿠아포닉스에서 식물이 필요로 하는 13종류의 영양소는 N, P, K, S, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo, Al이다. 여기서 N, P, K는 대량원소이고 S, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo, Al은 미량원소이다.
양어수조(200)에 투입되는 상용의 배합사료는 상기 13종류의 영양소 중 P(인산), Ca(칼슘), K(칼륨), Fe(철), Mg(마그네슘)이 부족하므로 후단의 식물 재배를 위해 상기 부족한 영양소를 인위적으로 유기태 성분(광어액비, 클로렐라 등)으로 보충해줄 필요가 있다.
유기 미량원소 중 Fe(철분)가 결핍되면 어린 식물에서 창백하거나 노란 잎을 유발하는 바, 재배 작물의 기능성분을 증진하기 위하여 통상의 수경재배에 비해 철(Fe) 및 아연(Zn)의 함유량을 늘리기 위하여 클로렐라 양을 2배~8배로 공급할 수도 있다.
방선균(Actinomycetes)은 토양에 공생하는 98종의 미생물균의 하나로서 스트렙토마이세스에 의한 스트렙토마이신 또는 카나마이세스에 기반한 카나마이신 등의 천연 항생물질 미생물균을 지칭한다. 방선균을 식물재배기에 투입하면 식물의 종묘(예를 들면 타장소에서 공급되는 인삼의 묘삼, 상추 묘 등)가 사전에 토양병해충에 오염된 경우 그 치료 및 예방 기능으로 병해충 확산을 억제하여 천연항생제 역할로 무농약 재배를 가능하게 하며, 또한 자연순환하여 양어수조에 투입되면 물고기의 배설물과 결합하여 천연 항생제로서 다양한 항생물질 미생물군이 조성되어 물고기의 무항생제 양식을 가능하게 한다. 종래의 바이오플락 기술에서 더 나아가 양어수조에 방선균을 추가로 투입한다는 의미에서 하이브리드 바이오플락이라 지칭한다.
클로렐라는 방선균의 배양 및 증식을 활성화시키며, 아쿠아포닉스에서 절대적으로 부족하기 쉬운 칼륨(K-960mg/100g), 칼슘(Ca-750mg/100g), 철(Fe-160mg/100g), 인(P-105mg/100g), 마그네슘(Mg-221mg/100g)을 보충하는 핵심기술이다. 양분 보충기(120)는 클로렐라 및/대신/또는 키토산, 깻묵을 비롯한 각종 미세조류를 혼합조로 공급할 수도 있다.
양어수조(200)는 바이오플락 기술을 적용하여 물고기를 양식한다.
양어수조(200) 내에 남은 사료 찌꺼기와 양식생물의 배설물에서 발생하는 암모니아, 아질산은 독성으로 인해 양식생물에게 나쁜 영향을 미친다. 바이오플락은 미생물과 작은 미소생물들이 솜뭉치처럼 뭉쳐져 있는 형태(바이오플락)로 물속을 떠다니며 사육수내의 탄소원 및 추가로 공급되는 탄소원(당밀, 포도당)을 이용하여 독성의 암모니아(NH3) 및 아질산(NO2)을 질산(NO3), 세균 단백질로 변경시킴으로써 수질을 정화한다. 또한 바이오플락은 그 자체로서 양식생물의 먹이원이 되기도 한다.
양어수조(200)는 물고기의 양식에 최적합한 EC(0.5 내외), pH(약 알칼리 7.0~8.0) 유지한다.
양어수조(200)는 복수(200a, 200b)로 구비될 수 있으며, 공간 활용을 위해 적어도 두 개의 양어수조(200)가 적층되거나 나란히 배치될 수 있다. 도 1에서는 2개의 양어수조(200)가 나란히 배열된 경우를 도시하였으나 반드시 이에 한정할 필요는 없으며 양식할 어류의 종류, 크기, 개체수 등에 따라 단층 또는 3층 이상의 구조로 설계 변경도 가능하다.
양어수조(200)에는 금붕어, 뱀장어, 메기, 큰징거미새우, 잉어 등과 같은 민물고기 또는 광어, 흰다리새우, 도미, 황복 등과 같은 바다고기가 양식될 수 있으며 예시된 어종에 반드시 한정할 필요는 없다. 또한 양어수조(200)들(200a, 200b)마다 다른 어종이 양식될 수도 있다.
섬프조(210)는 식물재배기(100) 및 완충재배구(240)에서 사용 연한이 만료된 폐양액을 제2 배관(P2)을 통해 회수하여 저장하고, 회수된 폐양액을 양어수조(200)의 사육수로 재활용할 수 있도록 여과 및 정화한다. 이를 위해 섬프조(210)에는 폐양액에 포함된 고형물을 걸러 내기 위한 물리적 여과기, 물고기에 유익한 미생물 증식을 위한 바이오필터, 유해 성분을 제거하기 위한 화학적 또는 생물학적 여과기, 유해 미생물 또는 유해 바이러스를 멸균하기 위한 광학적 여과기, 기체를 이용하여 고형물 제거 및 살균 처리를 수행하는 오존 발생기 또는 산소 발생기 중 적어도 하나가 설치될 수 있다.
섬프조(210)의 바닥에는 바이오필터가 구비될 수 있다. 섬프조(210)의 바이오필터는 미세공이 형성되고 미세공 사이에 부유물 등의 오염원을 흡수하여 물리적 여과 기능을 수행할 수 있다. 또한, 바이오필터의 미세공에 유해 물질 중화용 미생물이 증식하면서 생물학적 여과 기능을 함께 수행할 수도 있다.
재배수조(101)로부터 낙하되어 피트모스 완충재배구(240)에서 여과 및 산도조절된 폐양액은 섬프조(210)로 이동되고, 섬프조(210)에서 여과, 산도조절, 정제수(원수) 보충으로 혼합 및 정화를 통해 재생된 양액은 순환 배관을 통해 양어수조(200)로 다시 공급된다.
예컨대, 섬프조(210)는 1일 내지 1주일의 회수 주기로 식물재배기(100)로부터 약 30%의 폐양액만 회수할 수 있다. 섬프조(210)에서 1일 내지 1주일 간격으로 약 30%의 폐양액을 회수하는 이유는 식물 재배기에서 충분히 양분을 흡수할 수 있는 시간 및 물고기 양식에 적합한 산성도(pH), 전기전도도(EC) 등 수질 조정 및 수질 정화 시간 등 시간차를 제공하기 위한 것이다. 또한, 섬프조(210)에서 너무 빠른 주기로 폐양액을 회수하면 저산성, 고농도의 양액이 회수되기 때문에 이후 양어 수조로 공급되는 폐양액의 농도가 부적합하여 물고기에 부정적인 영향을 미칠 수도 있기 때문이다.
섬프조(210)는 양어 수조의 어종, 생육 단계에 따라 상기 폐양액의 산성도(pH), 전기전도도(EC) 중 적어도 하나를 조절하여 양어수조(200)에 공급한다. 섬프조(210)는 폐양액에 정제수(원수)를 혼합하여 산성도(pH), 전기전도도(EC)를 조절할 수 있다.
예컨대, 섬프조(210)는 바이오필터(미생물 증식 겸 여과재) 등으로 물고기에 적당한 EC(0.5~0.8), pH(약 알칼리 7.0~8.0)로 센싱, 조성하여 미생물을 증식한다.
원수 탱크(230)는 섬프조(210)에 저장된 폐양액의 산성도(pH), 전기전도도(EC), 용존산소량(DO)을 조절하기 위해 정제수(원수)를 공급한다. 섬프조(210)에 저장된 폐양액의 산성도(pH), 전기전도도(EC), 용존산소량(DO)의 수치에 따라 원수 탱크(230)에서 섬프조(210)로 공급되는 정제수의 양은 달라질 수 있다.
예컨대, 섬프조(210)의 폐양액을 곧바로 양어수조(200)로 공급하면 수조의 물고기 생육에 부정적인 영향을 미칠 수가 있다. 또한, 물고기마다 선호하는 pH, EC(중요), DO 등의 특성이 있으므로, 섬프조(210)의 센서들을 이용하여 폐양액의 측정값을 파악하고 미리 입력된 어종, 생육 단계, 개체수, 건강 상태에 따라 제2센서부(예를 들면, 도 6의 262)에서 최적의 pH, EC, DO, ORP 상태가 되도록 센싱하고 추가 원수 공급, 미량원소 추가 등의 조치를 섬프조(210)에서 취한 후에 양어수조(200)로 공급한다.
예를 들어, 어류 중 구피, 아열대성 큰징거미새우에게 적합한 생육환경은 온도 20~28℃, pH 7.0~8.0(약알칼리성), 일반경도(GH) 140-210 ppm이지만, 식물재배기(100)에서 재배중인 작물 중 상추가 발아하고, 새싹인삼이 생육하기 위한 적합한 수경재배의 적정 온도는 17-25℃, 수경재배의 적정 pH는 5.5~6.5 내외이므로, 양자의 생육 수질환경에 차이가 있으며 이러한 pH의 차이를 피트모스 완충재배구(240), 섬프조(210)에서 공간적, 시간적 분리 차별화로 폐양액을 조절한 재생액을 양어수조(200)로 공급한다.
섬프조(210)에서 양어수조(200)로 산성도(pH), 전기전도도(EC), 용존산소량(DO)이 조절된 재생액을 공급할 때 양어수조(200)의 물이 넘치는 것을 방지하기 위해 수위센서에 의한 자동 수워조절 펌프로 양어수조(200)의 물을 일부 배출할 수도 있다.
피트모스 완충재배구(240)는 본체랙(10) 상부층 재배기 아래 및 하부층 양어수조(200) 위인 중간 위치의 공간에 배치된다.
피트모스 완충재배구(240)는 제1 배관(P1)을 통해 식물재배기(100)의 폐양액을 공급받는다. 완충재배구(240)는 피트모스(peat moss)를 포함하는 유기물질이 구비되며, 식물재배기(100)의 폐양액을 1차로 정화한다. 피트모스 완충재배구(240)는 폐양액을 미생물 바이오필터링을 통해 여과하고 산도를 조정한다. 피트모스 완충재배구(240)에서 정화된 폐양액은 섬프조(210)로 공급된다.
피트모스는 수태 종류가 퇴적되어 흙처럼 변한 유기물질이다. 이탄을 뜻하는 피트(peat)와 이끼를 뜻하는 모스(moss)의 합성어이며, 코코피트, 질석, 수태, 바크와 같이 보수력 좋은 흙에 해당하며 강산성에 병해충이 없는 무균 상태로 잡초가 발생하지 않는다. 보온성, 통기성, 보비력 또한 우수하여 토양의 미생물을 촉진해 토양을 개량하는 효과가 높다. 농업용, 원예용, 축산용 등으로 사용이 가능하다.
피트모스 완충재배구(240)는 재배수조(101)의 폐양액을 통해 피트모스의 산도조절 및 미생물 증식 기능을 활성화한다.
피트모스 완충재배구(240) 상부에는 식물재배에 필요한 광 파장을 제공하는 LED 모듈(미도시)이 별도로 설치될 수도 있다.
피트모스 완충재배구(240)에는 피트모스와 폐양액을 양분으로 하는 작물(예를 들면, 상추, 새싹인삼)이 재배될 수 있으며, 재배도중에 산도조정, 미생물 증식의 역할을 기대할 수 있어 물고기 양식에 도움이 될 수 있다.
<실시예 2>
실시예 2는 바이오플락이 적용된 양어수조(200)와 식물 재배기를 이용한 최적 생육조건을 조성하는 아쿠아포닉스 기반의 유기농 스마트팜 시스템 및 스마트 수산에 관한 것이다.
도 4는 실시예 2에 따른 스마트팜 및 스마트 수산 시스템의 개략도이다.
실시예2의 스마트팜 및 스마트 수산 시스템 은 식물재배기(100), 혼합조(110), 양분 보충기(120), 양어수조(200), 섬프조(210), 원수 탱크(230), 피트모스 완충재배구(240)를 포함할 수 있다.
실시예2의 스마트팜 및 스마트 수산 시스템의 식물재배기(100), 혼합조(110), 양분 보충기(120), 양어수조(200), 섬프조(210), 원수 탱크(230), 피트모스 완충재배구(240)는 실시예1에서 설명한 식물재배기(100), 혼합조(110), 양분 보충기(120), 양어수조(200), 섬프조(210), 원수 탱크(230), 피트모스 완충재배구(240)와 동일한 구성 및 작용을 하므로 중복된 설명을 생략한다.
<실시예3>
실시예 3은 실시예1 및 실시예2에서 카메라(C1, C2) 및 분석서버(130)가 더 포함된 스마트팜 및 스마트수산 시스템에 관한 것이다.
도 5는 실시예3에 따른 하이브리드 아쿠아포닉스 기반 스마트팜 시스템 및 스마트 수산의 구성도이다.
실시예3의 시스템은 식물재배기(100), 혼합조(110), 양분 보충기(120), 양어수조(200), 섬프조(도 4의 220), 원수 탱크(도 4의 230), 피트모스 완충재배구(도 4의 240), 제어반(140), 분석서버(130)를 포함할 수 있다.
실시예3의 식물재배기(100), 혼합조(110), 양분 보충기(120), 양어수조(200), 섬프조(210), 원수 탱크(230), 피트모스 완충재배구(240)는 실시예1 및 실시예2와 동일하므로 중복된 설명을 생략한다.
분석서버(130)는 식물재배기(100) 내부에 설치된 카메라(C1)로부터 작물의 영상을 수신하고, 수신된 촬영 영상에 기초하여 작물의 현재 상태 및 생육단계별로 필요한 양액의 조성을 찾아내고, 상기 양액을 조성하기 위한 양분 보충기(120)의 각 양분별 공급 배관의 제어 정보를 제어반(140)에 송신한다. 이를 위해 분석서버(130)는 재배수 분석모듈(131), 재배수 조회모듈(132) 및 보고모듈(133)을 포함할 수 있다. 그리고 분석서버(130)는 사육수 분석모듈(131), 사육수 조회모듈(132)을 더 포함할 수 있다. 사육수 분석모듈(131), 사육수 조회모듈(132) 및 보고모듈(133)을 동일한 도면번호를 부여하여 설명하기로 한다.
재배수 조회모듈(132)은 재배수 분석모듈(131)의 판별 결과에 기초하며, 현 재배수 분석모듈(131)은 카메라(C1)가 제공한 촬영 영상을 분석하여 작물의 성장 단계 및 생육 상태 중 적어도 하나를 판별한다. 구체적인 예로, 재배수 분석모듈(131)은 촬영 영상으로부터 작물 전체, 잎사귀, 꽃 중 적어도 하나의 객체를 탐지하고, 탐지된 객체를 미리 구축된 레시피 데이터베이스(growth DB, 도면에 미도시)의 기준 이미지와 대비함으로써 작물의 성장 단계 및 생육 상태 중 적어도 하나를 판별할 수도 있다. 성장 단계의 구체적인 예로 발아 단계, 성장 단계, 개화 단계, 과실 단계, 출하단계 등을 들 수 있고, 생육 상태의 구체적인 예로 잎마름, 생육부진, 황반화, 병충해 감염 등을 들 수 있다.
재배수 조회모듈(132)은 재배수 분석모듈(131)의 판별 결과에 기초하며, 현재 작물에게 필요한 양분 정보를 레시피 데이터베이스(recipe DB, 도면에 미도시)에서 확인한다. 여기서 양분 정보라 함은 작물의 성장 단계에 필요한 영양 성분의 조성 또는 그러한 조성에 매칭되는 양분 보충기(120)의 각 양분별 공급 배관별 제어 밸브의 설정에 관한 정보가 될 수도 있고, 작물의 생육 상태 즉, 일례로 특정 병충해에 감염된 상태를 치유하기 위한 치료 성분의 조성 또는 그러한 조성에 매칭되는 양분 보충기(120)의 각 양분별 공급 배관별 제어 밸브의 설정에 관한 정보가 될 수도 있다.
보고모듈(133)은 재배수 조회모듈(132)에 의해 확인된 양분 정보를 제어반(140)에 송신한다.
구체적인 예로, 재배수 분석모듈(131)이 식물재배기(100) 내부의 카메라(C1)가 보내온 영상을 분석한 결과 작물의 생장 상태가 '잎마름 병 감염'으로 판단되면, 재배수 조회모듈(132)은 잎마름 병을 치유하기 위한 양분 정보 즉, 나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 등의 함량비 또는 그러한 함량비에 부합하기 위한 양분 보충기(120)의 각 양분별 공급 배관의 제어 정보를 찾아내고, 보고모듈(133)은 상기 찾아낸 양분 정보를 제어반(140)에 제공함으로써 제어반(140)이 양분 보충기(120)의 각 양분별 공급 배관에 배치된 제어밸브들의 동작을 제어하도록 한다.
제어반(140)은 식물재배기(100)의 동작을 제어하는 한편, 분석서버(130)의 분석 결과에 기초하여 각종 공급 배관, 연동 배관, 회수 배관 및 순환 배관의 제어밸브들과 펌프들을 제어한다. 제어반(140)은 분석서버(130)의 분석 결과에 기초하여 양분 보충기(120)의 각 양분별 공급 배관의 제어밸브(CV1) 중 어느 하나를 개방할 수도 있고, 둘 이상을 동시에 개방할 수도 있다. 또한 각 제어밸브(들) (CV1)의 개방 정도를 서로 다르게 제어할 수 있다.
분석서버(130)는 양어수조(200) 내부에 설치된 수중 카메라(C2)로부터 물고기의 영상을 수신하고, 수신된 촬영 영상에 기초하여 물고기의 사육 상태, 활성도, 적정한 사료 공급량, 수질(바이오플락), 바닥의 찌거기(불순물), 포란(물고기가 알을 품은 것)상태 및 사료효율 대비 적정 출어 시기판단 정보 조건을 데이터에 의하여 분석하고, 최적의 사료공급량, 수질 조건의 조절을 개선하기 위한 바닥청소 및 최적 조성비을 찾아내고, 상기 수질을 조성하기 위한 섬프수조(210)의 pH, EC의 값을 기반으로 각 배관의 제어 정보를 제어반(140)에 송신한다. 이를 위해 분석서버(130)는 사육수 분석모듈(131), 사육수 조회모듈(132) 및 보고모듈(133)을 포함할 수 있다.
사육수 분석모듈(131)은 수중 카메라(C2)가 제공한 촬영 영상을 분석하여 물고기의 성장 단계, 활성도 및 생육 상태 중 적어도 하나를 판별한다. 구체적인 예로, 사육수 분석모듈(131)은 촬영 영상으로부터 물고기의 체장, 체중, 활성도, 물고기 아가미의 색상, 새우 등의 포란 상태(포란의 색상, 포란의 사이즈 등), 물고기 질병 징후 중 적어도 하나의 객체를 탐지하고, 탐지된 객체를 미리 구축된 성장, 활성도-레시피 데이터베이스(growth DB, 도면에 미도시)의 기준 이미지와 대비함으로써 물고기의 성장 단계, 활성도, 포란 상태, 물고기의 질병,사육 상태 및 사료효율 대비 적정 출어(수획) 시기 등에 관한 정보 중 적어도 하나를 판별할 수도 있다.
성장 단계의 구체적인 예로 치어 단계, 성장 단계, 성어 단계, 포란(모어가 새끼 알을 품은 상태) 단계 등을 들 수 있고, 물고기의 생육 상태의 구체적인 예로 개체별 성장속도, 발육부진, 물고기 질병 조기발견, 사료효율 대비 적정 출어시기 판단으로 사료량 대비 발육 비교로 사료효율 및 낭비 예측으로 수질부하, 사료비 절감 및 포란 상태 파악에 의한 적정 종묘 증식 등을 관찰, 분석으로 적정한 시기와 방법에 의한 종묘생산 및 사료효율 대비 적정 출어시기 판단으로 수익증대 등에 관한 정보도움을 줄 수 있다.
사육수 조회모듈(132)은 사육수 분석모듈(131)의 판별 결과에 기초하여 현재 물고기에게 필요한 양분 정보를 레시피 데이터베이스(recipe DB, 도면에 미도시)에서 확인한다. 여기서 양분 정보라 함은 물고기의 성장 단계, 생육상태에 필요한 사료 성분의 조성 또는 그러한 조성에 매칭되는 자동 공급되는 사료 자동급이기(121)의 각 사료량의 자동급이 공급 배관별 제어 밸브의 설정에 관한 정보가 될 수도 있고, 물고기의 발육 상태, 활성상태 즉, 일례로 특정 물고기의 질병에 감염된 상태를 치유하기 위한 치료 성분의 조성 또는 그러한 조성에 매칭되는 사료 자동 급이기(121), 치료제 보충기(122)의 각 성분별 공급 배관별 제어 밸브의 설정에 관한 정보 및 포란 상태(포란의 색상, 포란의 사이즈) 파악에 의한 적정 종묘 증식을 위한 별도수조에 이동관리 조치, 사료효율 대비 적정 출어(수획) 시기 판단으로 수익증대 등에 관한 정보가 될 수도 있다.
보고모듈(133)은 사육수 조회모듈(132)에 의해 확인된 발육 정보(또는 물고기에 필요한 양분 정보)를 제어반(140)에 송신한다.
구체적인 예로, 사육수 분석모듈(131)이 양어수조(200)의 수중 카메라(C2)가 보내온 영상을 분석한 결과 물고기의 발육 상태가 '물고기의 질병 감염'으로 판단되면, 사육수 조회모듈(132)은 병 물고기의 질병을 치료하기 위한 수질 정보 및 사료정보 즉, pH, EC, DO, ORP, NH4, NH3, NO2 등의 수질상태 또는 사료량과 그러한 사료량에 부합하기 위한 사료 자동 급이기(121), 치료제 공급기(122)의 각 성분별 공급 배관의 제어 정보를 찾아내고, 보고모듈(133)은 상기 찾아낸 성분(양분) 정보를 제어반(140)에 제공함으로써 제어반(140)이 사료 자동 급이기(121), 치료제 보충기(122)의 각 성분별 공급 배관에 배치된 제어밸브들의 동작을 제어 및 하도록 한다.
제어반(140)은 양어수조(200)의 수질을 제어하는 한편, 분석서버(130)의 분석 결과에 기초하여 각종 pH 및 EC조절을 위한 원수 공급 배관, 연동 배관, 퇴수 배관 및 순환 배관의 제어밸브들과 펌프들을 제어한다. 제어반(140)은 분석서버(130)의 분석 결과에 기초하여 사료 자동 급이기(121), 치료제 보충기(122)의 각 성분별 공급 배관의 제어밸브(CV2) 중 어느 하나를 개방할 수도 있고, 둘 이상을 동시에 개방할 수도 있다. 또한 각 제어밸브(들)(CV2)의 개방 정도를 서로 다르게 제어할 수 있다.
한편, 실시예3의 시스템에는 제1 센서부(261), 제2 센서부(262) 및 제3 센서부(263)가 더 포함될 수도 있다. 제2 센서부(262) 및 제3 센서부(263)는 실시예4를 통해 설명하기로 한다.
제1 센서부(261)는 혼합조(110)에 저장된 양액의 산성도를 측정하는 pH센서, 전기전도도(Electric Conductivity)를 측정하는 EC센서, 용존 산소량(Dissolved Oxygen)을 측정하는 DO센서, 수온(Temperature)을 측정하는 온도센서(도면에 미도시) 중 적어도 하나를 포함한다. 각 센서들에 의해 측정된 정보는 제어반(140)을 경유하여 분석서버(130)로 송신되거나 또는 직접 분석서버(130)로 송신된다.
분석서버(130)는 식물재배기(100) 내부에 설치된 카메라(C1)로부터 작물의 영상을 수신하고 혼합조(110)에 설치된 센서(들)로부터 측정 정보를 수신한다. 그리고 수신된 영상 및 측정 정보에 기초하여 작물의 생육 상태를 판단하고, 해당 생육 상태의 치유에 필요한 양분 정보를 제어반(140)에 송신한다.
재배수 분석모듈(131)은 카메라(C1)가 제공한 작물의 영상과 제1 센서부(261)가 제공한 측정 정보를 종합적으로 고려 및 분석하여 작물의 생육 상태를 판별한다. 생육 상태의 예가 병충해 감염이라면 영상에서 찾을 수 있는 특정 병충해의 특징과 병충해 별로 발명 원인 중 산성도, 산소 요구량, 특정 이온의 부족을 직간접적으로 알 수 있는 제1 센서부(261)의 측정 정보를 종합적으로 고려함으로써 보다 정확한 병명을 판단할 수 있게 된다.
구체적인 예로, 재배수 분석모듈(131)은 촬영 영상으로부터 작물 전체, 잎사귀, 꽃 중 적어도 하나의 객체를 탐지하고, 탐지된 객체와 제1 센서부(261)가 제공한 측정 정보를 미리 구축된 레시피 데이터베이스(growth DB, 도면에 미도시)의 기준 이미지 및 발병 원인과 대비함으로써 작물의 생육 상태를 판별할 수 있다.
재배수 조회모듈(132)은 재배수 분석모듈(131)의 판별 결과에 기초하여 현재 작물에게 필요한 양분 정보를 레시피 데이터베이스(recipe DB, 도면에 미도시)에서 확인한다. 여기서 양분 정보라 함은 작물의 생육 상태 즉, 일례로 특정 병충해에 감염된 상태를 치유하기 위한 치료 성분의 조성 또는 그러한 조성에 매칭되는 양분 보충기(120)의 각 양분별 공급 배관별 제어 밸브의 설정에 관한 정보가 될 수 있다.
보고모듈(133)은 재배수 조회모듈(132)에 의해 확인된 양분 정보를 제어반(140)에 송신한다.
구체적인 예로, 재배수 분석모듈(131)이 식물재배기(100) 내부의 카메라(C1)가 보내온 영상을 분석한 결과 ‘칼리결핍증’ 또는 ‘칼슘결핍증'과 같이 외관상 특징이 유사한 둘 이상의 병해 후보가 도출되는 경우가 발생할 수 있다. 이때 pH센서의 감지 정보가 pH4로 확인될 때 둘 중에서 산성에서 자주 발생하는 병해는 칼슘결핍증이므로 재배수 분석모듈(131)은 재배 작물의 생육 상태를 칼슘결핍증으로 최종 판단한다.
재배수 조회모듈(132)은 칼슘결핍증을 치유하기 위한 양분 정보 즉, 산성을 중화하기 위한 탄산수소나트륨 등 염기물의 함량비 또는 그러한 함량비에 부합하기 위한 양분 보충기(120)의 각 양분별 비율을 찾아내고, 보고모듈(133)은 상기 찾아낸 양분 정보를 제어반(140)에 제공함으로써 제어반(140)이 양분 보충기(120)의 각 양분별 공급 배관의 제어밸브들의 동작을 제어하도록 한다.
또는 재배수 조회모듈(132)은 칼슘결핍증을 치유하기 위한 양분 정보 즉, 산성을 중화하기 위한 탄산수소나트륨 등 염기물의 함량비를 포함하는 양분 정보를 찾아내고, 보고모듈(133)은 상기 찾아낸 양분 정보를 별도의 디스플레이 장치(미도시)에 출력하거나 관리자 단말(미도시)에 제공함으로써 관리자의 조치를 유도할 수도 있다.
한편, 실시예3의 시스템에는 제1 센서부(261), 제2 센서부(262) 및 제3 센서부(263)이 더 포함될 수도 있다. 제2 센서부(262) 및 제3 센서부(263)는 실시예4를 통해 설명하기로 한다.
제2 센서부(261)는 섬프조(110)에 저장된 양액의 산성도를 측정하는 pH센서, 전기전도도(Electric Conductivity)를 측정하는 EC센서 중 적어도 하나를 포함한다. 각 센서들에 의해 측정된 정보는 제어반(140)을 경유하여 분석서버(130)로 송신되거나 또는 직접 분석서버(130)로 송신된다.
분석서버(130)는 양어수조(200) 내부에 설치된 수중 카메라(C2)로부터 물고기의 영상을 수신하고 양어수조(200)에 설치된 센서(들)로부터 측정 정보를 수신한다. 그리고 수신된 영상 및 측정 정보에 기초하여 물고기의 생육 상태, 활성도를 판단하고, 해당 생육, 활성 상태, 어병의 치유에 필요한 양분, 치료제 정보 및 를 제어반(140)에 송신한다.
사육수 분석모듈(131)은 수중 카메라(C2)가 제공한 물고기의 영상과 제3 센서부(263)가 제공한 측정 정보, 데이터를 종합적으로 고려 및 분석하여 물고기의 생육 상태, 활성도를 판별한다. 활성 상태의 예가 물고기질병 감염이라면 영상에서 찾을 수 있는 특정 질병의 특징과 질병 별로 발병 원인 중 암모니아, 아질산, 질산, 산성도, 산소 요구량, 특정 이온의 부족을 직간접적으로 알 수 있는 제3 센서부(261)의 측정 정보를 종합적으로 고려함으로써 보다 정확한 병명을 판단할 수 있게 된다.
구체적인 예로, 사육수 분석모듈(131)은 촬영 영상으로부터 물고기의 움직임, 폐사, 불활성 등 적어도 하나의 객체를 탐지하고, 탐지된 객체와 제3 센서부(261)가 제공한 측정 정보를 미리 구축된 레시피 데이터베이스(growth DB, 도면에 미도시)의 기준 이미지 및 발병 원인을 대비함으로써 물고기의 생육, 활성 상태를 판별할 수 있다.
사육수 조회모듈(132)은 사육수 분석모듈(131)의 판별 결과에 기초하여 현재 물고기에게 필요한 양분, 수질 정보를 레시피 데이터베이스(recipe DB, 도면에 미도시)에서 확인한다. 여기서 양분, 수질 정보라 함은 물고기의 생육, 활성 상태 즉, 일례로 특정 질병에 감염된 상태를 치유하기 위한 치료 성분의 조성 또는 그러한 조성에 매칭되는 사료 자동 급이기(121), 치료제 보충기(122)의 각 양분별 공급 배관별 제어 밸브의 설정에 관한 정보 및 조치에 관한 정보가 될 수 있다.
보고모듈(133)은 사육수 조회모듈(132)에 의해 확인된 양분 정보를 제어반(140)에 송신한다.
구체적인 예로, 사육수 분석모듈(131)이 수중 카메라(C2)가 보내온 영상을 분석한 결과 ‘암모니아 과다’ 또는 ‘질산 과다', '용존 산소 부족'과 같이 외관상 특징이 유사한 둘 이상의 질병 후보가 도출되는 경우가 발생할 수 있다. 이때 pH(산성도), DO(용존산소), ORP(산화환원도), HH3(암모니아), NO2(아질산), N03(질산) 센서 정보의 감지 정보가 NO2(아질산)로 온수성 어류에서는 0.3mg/L 이상에 노출될 때 갈색혈액이 확인될 때, 초콜릿 색으로 변하는 상태시에는 어류 혈액내 해모글로빈이 체조직으로 산소를 운반하지 못하기 때문에 심한 산소결핍과 함께 폐사하는 바, 아질산 과다로 발생하는 질병에는 사육수 분석모듈(131)은 물고기의 활성 상태를 아질산 독성과다로 최종 판단한다. 또한 포란 상태(포란의 색상, 포란의 사이즈) 파악에 의한 적정 종묘 증식을 위한 별도수조에 이동관리 조치가 필요한 것으로 사육수 분석모듈(131)은 최종 판단한다.
사육수 조회모듈(132)은 아질산 독성과다로 인한 질병을 치유하기 위한 수질 정보 즉, HH3(암모니아), NH4(암모늄), N02(아질산), N03(질산)센싱 자료를 종합하고, 보고모듈(133)은 상기 찾아낸 수질 정보를 제어반(140)에 제공함으로써 제어반(140)이 사료 자동급이기(120)의 공급 배관의 제어밸브들의 동작을 제어하여 일시적으로 중단하고, 당밀 또는 포도당 공급을 일시적으로 늘려 탄소원으로 타가영양세균 증식을 높이고, 소금(NaCL, 염화나트륨)을 긴급 보충하는 조치를 취하도록 한다.
또한 사육수 조회모듈(132)은 물고기의 포란 상태(포란의 색상, 포란의 사이즈) 파악에 의한 적정 종묘 증식을 위한 별도수조에 이동관리 조치가 필요한 것으로 사육수 분석모듈(131)은 최종 판단하여 종묘증식에 관한 긴급 조치를 취하도록 한다
또는 사육수 조회모듈(132)은 탄소와 질소비율인 C/N비를 15로 조정, 보고모듈(133)은 상기 찾아낸 수질 정보를 별도의 디스플레이 장치(미도시)에 출력하거나 관리자 단말(미도시)에 제공함으로써 관리자의 조치를 유도할 수도 있다.
<실시예4>
실시예4는 실시예1 내지 실시예3의 섬프조(210)에 저장된 폐양액의 상태와 양어수조(200)의 사육수를 분석하고, 양어수조(200)의 사육수를 물고기가 선호하는 최적의 상태로 조절하는 기술에 관한 것이다.
도 6은 실시예 4에 따른 스마트팜 및 스마트수산 시스템의 개략도이다.
실시예4의 시스템은 식물재배기(100), 혼합조(110), 양분 보충기(120), 양어수조(200), 섬프조(도 4의 220), 원수 탱크(도 4의 230), 피트모스 완충재배구(도 4의 240), 제어반(240), 분석서버(250) 및 제1 센서부(261), 제2 센서부(262), 제3 센서부(263)을 포함할 수 있다.
실시예3의 양어수조(200), 혼합조(110), 양액 보충기(111), 식물재배기(100), 피트모스 완충재배구(240), 섬프조(210), 원수 탱크(230)는 실시예1 내지 실시예3과 동일하므로 중복된 설명을 생략한다.
제1 센서부(261)는 재배수조(101)에서 식물이 흡수하는 재배수의 산성도를 측정하는 pH센서, 전기전도도(Electric Conductivity)를 측정하는 EC센서, 용존 산소량(Dissolved Oxygen)을 측정하는 DO센서, 수온을 측정하는 온도센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1 센서부(261)는 혼합조(110)에 구비될 수도 있다.
제2 센서부(262)는 섬프조(210)에서 물리적 여과 및 생물학적 여과(바이오필터)로 인 페양액을 산성도(PH)와 전기전도도(EC) 중 적어도 하나를 측정한다.
제3 센서부(263)는 양어수조(200)에서 사육수의 전기전도도(EC), 용존 산소량(DO), 산화환원전위(ORP), HH3(암모니아), NO2(아질산), N03(질산), 수온 증 적어도 하나를 측정한다.
제1 센서부(261)는 재배수조(101)의 폐양액의 산성도와 전기전도도, 용존 산소량 및 측정값을 제어반(330)을 경유하여 분석서버(250)로 제공하거나, 제어반(330)의 경유 없이 곧바로 분석서버(250)로 제공할 수 있다.
분석서버(250)는 섬프조(210)의 제2 센서부(262)로부터 폐양액의 산성도와 전기전도도 측정값을 수신하고 양어수조(200)로 공급하기 전에 폐양액을 최적 양식수로 재생하기 위한 조성방안을 찾아내고, 최적의 사육수를 조성하기 위한 보충해야 할 정제수(원수)의 양, 물고기 선호 미생물, 유기산, 영양소 등을 탱크(230)의 배관의 센서정보를 제어반(330)에 송신한다.
분석서버(250)는 폐양액 분석모듈(251) 및 보고모듈(252)을 포함할 수 있다.
폐양액 분석모듈(251)은 제2 센서부(262)로부터 섬프조(210) 내의 폐양액의 산성도와 전기전도도 측정값을 수신한다. 폐양액 분석모듈(251)은 전기전도도, 산성도 측정값에 기초하여 폐양액의 상태(예를 들면 농도)를 분석한다.
폐양액 분석모듈(251)은 분석된 폐양액을 최적의 상태로 맞추기 위해 섬프조(210)에 보충해야 할 정제수의 양, 물고기 선호 미생물, 유기산, 영양소 등을 산출한다.
섬프조(210)는 폐양액 분석모듈(251)에서 산출된 정제수의 양, 물고기 선호 미생물, 유기산, 영양소를 공급받아 저장된 폐양액에 혼합한 후 양어수조(20)로 공급한다. 참고로, 섬프조(210)는 물고기 선호 미생물, 유기산, 영양소를 양분 보충기(120)로부터 공급받을 수도 있다.
제3 센서부(263)는 양어수조(200)의 전기전도도(EC), 용존 산소량(DO), 산화환원전위(ORP), HH3(암모니아), NO2(아질산), N03(질산), 수온을 측정하여, 분석서버(250)로 제공한다.
폐양액 분석모듈(251)은 제3 센서부(263)로부터 양어수조(200)의 전기전도도(EC), 용존 산소량(DO), 산화환원전위(ORP), HH3(암모니아), NO2(아질산), N03(질산), 수온의 측정 값을 수신받고 양어수조(200)의 사육수 상태를 분석한다.
폐양액 조회모듈(252)은 미리 입력된 양어수조(200)의 어종, 생육 단계 및 건강 상태에 따라 최적의 pH, 전기전도도(EC), 용존 산소량(DO), 산화환원전위(ORP), 수 HH3(암모니아), NO2(아질산), N03(질산)온 수치를 상태 미리 구축된 데이터베이스(미도시)에서 조회한다.
폐양액 조회모듈(252)은 제3 센서부(263)로부터 수신된 측정값과 데이터베이스에서 조회된 수치를 비교하여 양어수조(200)의 어종, 생육 단계, 건강 상태 및 폐양액 분석모듈(251)에서 분석된 현재 양어수조(200)의 사육수 상태에 따른 최적의 사육수를 조성할 수 있는 폐양액의 상태를 조절하기 위해 원수탱크(230)에서 섬프조(210)로 공급해야 할 정제수 또는 물고기 선호 미생물 및 영양소의 양을 계산한다.
보고모듈(252)은 폐양액 조회모듈(252)에서 계산된 정제수, 물고기 선호 미생물 및 영양소의 공급량 정보를 제어반(330)에 송신한다.
제어반(240)은 분석서버(250)의 분석 결과에 기초하여 각종 공급 배관의 제어밸브(CV2)들과 펌프들을 제어한다. 제어반(240)은 분석서버(250)의 분석 결과에 기초하여 원수 탱크(230) 또는 양분 보충기(120)의 공급 배관의 제어밸브 중 어느 하나를 개방할 수다. 본 발명에서 각종 배관들은 일방의 유체 흐름만을 허용하므로 배관들에 배치되는 제어밸브는 역 방향으로의 유동을 방지하는 체크밸브(check valve)의 기능을 포함할 수도 있다.
<실시예5>
실시예5는 실시예1 내지 실시예4의 스마트팜 및 스마트 수산 시스템이 다수의 재배 베드를 선반에 적층하는 수직형 식물재배기에 적용된 스마트팜 및 스마트수산 장치(2)에 관한 기술에 관한 것이다.
도 7은 실시예5에 따른 스마트팜 장치의 사시도이고, 도 8은 실시예5에 따른 스마트팜 장치의 재배선반(100)이 개방된 상태를 나타낸 사시도이다.
실시예5의 스마트팜 및 수마트수산 장치는 케이스(도면번호 미부여), 재배선반(100), 혼합조(110), 양분 보충기(120), 양어수조(200), 섬프조(210), 원수 탱크(230), 완충재배구(240)를 포함할 수 있다. 스마트팜 및 스마트수산 장치는 제1 센서부(미도시), 제2 센서부(미도시), 제3 센서부(미도시) 및 분석서버(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
실시예5의 스마트팜 장치의 혼합조(110), 양분 보충기(120), 양어수조(200), 섬프조(210), 원수 탱크(230), 완충재배구(240), 제1 센서부(미도시), 제2 센서부(미도시), 제3 센서부(미도시) 및 분석서버(미도시)는 실시예1 내지 실시예4의 그것들과 동일하므로 중복된 설명을 생략한다.
케이스(도면부호 미부여)는 스마트팜 및 스마트수산 장치의 외형을 형성한다. 예컨대, 케이스는 냉장고와 같은 형태로 형성될 수 있다.
케이스는 상부층과 하부층으로 구분된다. 케이스의 상부층에는 복수의 재배선반(100)이 배치된다.
재배선반(100)은 카트리지 형태로 케이스의 내부에서 용이하게 탈거 및 장착될 수 있다. 도 7에서 재배선반(100)은 3개의 단으로 장착된 것으로 예로 들어 도시하였으나 이에 한정하지 않는다.
케이스의 상부층에는 재배선반(100)을 밀폐하기 위한 개폐문(도면부호 미부여)이 형성될 수 있다. 개폐문은 여닫이 또는 미닫이 형태로 형성될 수 있다.
케이스의 하부층에는 양어수조(200), 혼합조(110), 양분 보충기(120), 섬프조(210) 및 원수 탱크(230)가 배치된다.
예컨대, 양어수조(200)는 케이스 하부층의 좌측부분에 배치되고, 혼합조(110), 양분 보충기(120), 섬프조(210) 및 원수 탱크(230)는 케이스 하부층의 우측 부분에 배치된다.
양어수조(200), 혼합조(110), 양분 보충기(120), 식물재배기(100), 피트모스 완충재배구(240), 섬프조(210) 및 원수 탱크(230)의 배치 구조는 일 예일 뿐 설치 환경 또는 설계자에 의해 다양하게 변화될 수 있다.
재배선반(100), 혼합조(110), 양분 보충기(120), 섬프조(210) 및 원수 탱크(230)들은 배관에 의해 연결된다.
양어수조(200)의 바닥에는 바퀴(도면부호 미부여)가 형성될 수 있다. 즉, 양어수조(200)는 케이스로부터 용이하게 탈거될 수 있다.
케이스의 하부층 중 혼합조(110), 양분 보충기(120), 섬프조(210) 및 원수 탱크(230)가 배치된 칸의 전면에는 혼합조(110), 섬프조(210) 및 원수 탱크(230)를 밀폐하기 위한 밀폐문(도면부호 미부여)이 형성될 수도 있다.
참고로, 실시예5의 스마트팜 및 스마트수산 장치는 실시예1의 재배카트리지(도 1의 240)가 구비되지 않기 때문에 재배선반(100)의 폐양액은 곧바로 섬프조(210)로 배출된다.
<실시예6>
실시예6은 실시예 1 내지 실시예5의 스마트팜 및 스마트수산 장치(2)에서 피트모스 완충재배구(240)가 분리되어 구비된 스마트팜 및 스마트수산 시스템에 관한 기술에 관한 것이다.
도 9는 실시예6에 따른 스마트팜 및 스마트수산 시스템의 개략도이다.
실시예6의 스마트팜 및 수마트수산 시스템은 케이스(미도시), 재배선반(100), 혼합조(110), 양분 보충기(120), 양어수조(200), 섬프조(210), 원수 탱크(230), 완충재배구(240)를 포함할 수 있다. 스마트팜 및 스마트수산 시스템은 제1 센서부(미도시), 제2 센서부(미도시), 제3 센서부(미도시) 및 분석서버(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
실시예6의 재배선반(100), 혼합조(110), 양분 보충기(120), 섬프조(210), 원수 탱크(230), 제1 센서부(미도시), 제2 센서부(미도시), 제3 센서부(미도시) 및 분석서버(미도시)는 제1 케이스(미도시)의 내부에 배치될 수 있다.
예컨대, 케이스는 실시예5에서처럼 냉장고의 형태로 형성될 수 있다.
양어수조(200)는 제2 케이스(미도시)에 구비될 수 있다.
완충재배구(240)는 제3 케이스(미도시)에 구비될 수 있다.
즉, 실시예6의 시스템의 양어수조(200)와 재배선반(100)과 완충재배구(240)는 각각 다른 케이스(미도시)에 내장되어 분리 배치될 수 있다.
참고로, 혼합조(110), 양분 보충기(120), 섬프조(210), 원수 탱크(230), 제1 센서부(미도시), 제2 센서부(미도시), 제3 센서부(미도시) 및 분석서버(미도시)는 제1 케이스 대신 제2 케이스 또는 제3 케이스에 구비될 수도 있다.
이상에서는 본 발명에 관한 몇 가지 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한 이상에서 설명한 실시예들 중 방법에 관한 발명은 프로그램으로 구현되거나 그 프로그램이 저장된 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체로 구현될 수 있다.
즉, 본 발명은 라즈베리파이사의 미니컴퓨터인 라즈베리파이 2, 3, 4 또는 그 상위 모델 등과 마이크로소프사의 윈도우 등 애플리케이션 형태로 구현될 수 있으며, 구글사의 안드로이드나 애플사의 IOS를 기반으로 실행되는 스마트폰, 태블릿PC 등의 모바일 단말기에서 실행되는 소프트웨어 프로그램으로 구현되거나, 구글 글래스, 애플 워치, 삼성 갤럭시 워치, 스마트 워치 등과 같은 웨어러블 장치에서 실행되는 소프트웨어 프로그램으로 구현되거나, 마이크로소프트사의 윈도우즈나 구글사의 크롬OS를 기반으로 실행되는 노트북PC, 데스크탑PC 등에서 실행되는 소프트웨어 프로그램으로 구현될 수 있다.
또한 상술한 장치 또는 시스템의 부분적 기능들은 이를 구현하기 위한 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현됨으로써 컴퓨터를 통해 판독될 수 있는 기록매체에 포함되어 제공될 수도 있다. 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리, USB 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.

Claims (6)

  1. 바이오플락이 적용된 양어수조;
    상기 양어수조의 사육수가 인입되는 혼합조;
    상기 혼합조의 재배 양액을 공급받는 재배수조를 포함하는 식물재배기;
    상기 식물재배기의 폐양액을 회수하고, 회수된 폐양액을 정화하며, 정화된 폐양액을 상기 양어수조에 공급하고, 상기 양어수조의 어종, 생육 단계에 따라 상기 폐양액의 산성도(pH), 전기전도도(EC), 용존산소량(DO) 중 적어도 하나를 조절하여 상기 양어수조에 공급하는 섬프조:
    식물재배기의 재배수조와 상기 섬프조 사이 공간에 완충지대인 피트모스 완충재배구:
    를 포함하는 최적 생육조건을 조성하는 아쿠아포닉스 기반의 유기농 스마트팜 및 스마트수산 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 혼합조에 광어 액비, 방선균, 클로렐라, EM 미생물, 미량 원소, 산도 조절용 천연유기산 중 적어도 하나의 상기 식물재배기의 식물 생장에 필요한 추가 양분을 공급하는 양분 보충기
    를 더 포함하는 최적 생육조건을 조성하는 아쿠아포닉스 기반의 유기농 스마트팜 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 식물재배기외 상기 섬프조 사이에 배치되고, 피트모스를 포함하는 유기물질이 구비되며, 상기 식물재배기의 폐양액을 정화하여 상기 섬프조로 공급하는 피트모스 완충재배구
    를 더 포함하는 최적 생육조건을 조성하는 아쿠아포닉스 기반의 유기농 스마트팜 및 스마트수산 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 섬프조에 인입된 폐양액의 산성도(pH), 전기전도도(EC), 용존산소량(DO) 중 적어도 하나를 측정하는 센서부를 더 포함하고,
    상기 섬프조에서 측정된 산성도(pH), 전기전도도(EC), 용존산소량(DO)의 값에 기초하여 정제수, 미량 원소 중 적어도 하나를 조절하여 공급하는 폐양액 조절기
    를 더 포함하는 최적 생육조건을 조성하는 아쿠아포닉스 기반의 유기농 스마트팜 및 스마트수산 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 폐양액 조절기에서 상기 섬프조로 공급되는 정제수 및 미량 원소의 공급량을 제어하는 제어반(controller); 및
    상기 센서부의 측정 값에 따라 상기 폐양액 조절기에서 상기 섬프조로 공급해야 할 미량 원소 및 정제수의 양을 계산하는 조회모듈, 계산된 미량 원소 및 정제수의 공급량 정보를 상기 제어반으로 송신하는 보고모듈을 포함하는 분석서버를 더 포함하는 최적 생육조건을 조성하는 아쿠아포닉스 기반의 유기농 스마트팜 및 스미트 수산 시스템.
  6. 제1항에 있어서
    상기 양어수조 내부에 설치된 수중카메라로부터 제공받은 영상을 분석하여 물고기의 성장 단계, 활성도, 포란 상태(포란의 색상, 포란의 사이즈) 및 생육 상태를 판별하는 분석모듈과, 상기 물고기의 성장 단계, 활성도 및 생육 상태에 따라 물고기에게 필요한 양분 정보를 레시피 데이터베이스에서 조회하는 조회모듈 및 상기 조회모듈에 의해 조회된 양분 정보를 상기 양어수조에 공급되는 사료 자동 급이기 또는 치료제 보충기의 동작을 제어하는 제어반에 송신하는 보고모듈 및 포란 상태(포란의 색상, 포란의 사이즈) 파악에 의한 적정 종묘 증식을 위한 별도수조에 이동관리 조치가 필요한 정보 제공 및 사료효율 대비 적정 출어시기 판단에 관한 정보를 제공하는 보고모듈을 포함하는 분석서버를 더 포함하는 최적 생육조건 및 데이터 기반 포란상태 파악 종묘증식 조치, 데이터 기반 사료효율 대비 적정 출어시기 판단에 관한 인공지능 생육 정보관리를 조성하는 아쿠아포닉스 기반의 유기농 스마트팜 및 스미트 수산 시스템.
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