[논문]증강현실 기반 농업용 환경 정보 관리 시스템

김민지; 김종호; 고진광; 이성근; 이재학

증강현실 기반 농업용 환경 정보 관리 시스템
An Environment Information Management System for Cultivation in Agricultural Facilities using Augmented Reality 원문보기

The journal of Bigdata = 한국빅데이터학회지, v.3 no.2, 2018년, pp.113 - 121

김민지 (순천대학교 멀티미디어공학과) , 김종호 (순천대학교 멀티미디어공학과) , 고진광 (순천대학교 컴퓨터공학과) , 이성근 (순천대학교 멀티미디어공학과) , 이재학 (송원대학교 전기전자공학과)

초록
AI-Helper

본 논문은 농지에 구축된 LoRa기반 무선통신망으로부터 수집되는 다양한 환경 센싱 데이터를 스마트폰의 스크린에 증강시켜 시각화하는 증강현실 기반의 농업용 환경 정보 관리 시스템을 제안한다. 제안된 시스템은 사용자가 스마트폰 카메라로 농지를 비추면 그곳에 설치된 다양한 센서로부터 수집된 환경 정보를 스마트폰 스크린의 영상에 증강시켜 시각화한다. 따라서 기존 시스템이 농업 시설물을 검색한 후 센서를 선택하는 번거로운 과정을 거친 후 나열식으로 환경 정보를 제공하는 것에 비해 제안하는 시스템은 이러한 과정 없이 스마트폰의 카메라 영상에 증강되어 나타난다. 원하는 정보를 습득하는 방식이 그림이나 영상인 특징 때문에 보다 더 쉽게 정보를 제공받을 수 있어 농업 재배지의 편리한 모니터링 및 효율적인 관리가 가능하다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, an augmented reality(AR)-based information management system for agricultural facility is proposed. Using a variety of sensed data transmitted by Lora-based wireless networks deployed at the agricultural facility, this system is capable of augmenting the sensed data and displaying them on the user's smartphone screen to provide visualized information to user. When users point their smartphone camera to the agricultural facility, the environment information collected from numerous sensors installed at the facility would be visualized and appear on the screen. Unlike traditional system which requires user to search a specific facility and then select sensor(s) to obtain the environment information, the proposed system shows the information on smartphone screen by augmenting it with real image captured by camera without doing a series of time-taking selection process. Since the way of acquiring information is through image or video, this system contributes to convenient monitoring and efficient management for agricultural facility.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 증강현실 기술을 이용하여 스마트폰에 시각화된 영상으로 농작물 재배지 및 시설물들의 여러 환경 데이터를 관리할 수 있는 증강현실 기반 농업용 환경 정보 관리 시스템을 제안하였다. 제안된 시스템은 증강현실 기술을 이용하여 시설하우스, 축사, 노지 등의 환경 정보를 스마트폰의 카메라 영상과 합성하여 시각화하여 농업 종사자들에게 제공한다.
본 논문은 농업 재배지에 구축된 장거리 무선 통신 기술인 LoRa 네트워크로부터 수집되는 다양한 환경 센싱 데이터를 스마트폰의 스크린에 증강시켜 시각화하는 증강현실 기반의 농업 재배지 환경 정보 관리 시스템을 제안한다. 제안된 시스템은 사용자가 스마트폰 카메라로 농업 시설물을 비추면 그곳에 설치된 다양한 센서들로부터 수집된 환경 정보를 스마트폰 스크린 영상에 증강시켜 시각화한다.

제안 방법

본 논문에서 제안하는 시스템은 증강현실 기반의 농업용 환경 정보 관리 시스템으로서 크게 환경 센서, 싱크 노드 그리고 사용자에게 환경 정보를 제공하는 증강현실 스마트폰 애플리케이션으로 구성된다. 환경 센서들은 여러 재배지의 환경 정보를 센싱하여 얻은 데이터를 LoRa 무선 통신을 이용해 싱크 노드로 전송한다.
본 논문에서 제안하는 증강현실 기술은 야외에서 여러 시설하우스, 축사, 노지를 대상으로 하므로 비전 기반 기술보다는 센서 기반의 증강 현실 기술을 활용한다.
스마트폰에 탑재된 GPS 센서의 데이터를 읽어들여 위도, 경도를 얻어내며, 카메라의 방향은 지자기 센서와 자이로스코프 센서의 값을 읽어들여 계산한다. 다음 표 1은 스마트폰 스크린에 증강시키기 위해 사용되는 데이터를 나타낸다.
환경센서 노드는 ESP8266 MCU에 LoRa무선 통신 모듈, DHT22 온습도 센서, 그리고 GPS 모듈을 연결하여 구현하였다. 싱크노드는 라즈베리파이3에 LoRa 모듈을 연결하여 구현하였다.
본 논문은 농업 재배지에 구축된 장거리 무선 통신 기술인 LoRa 네트워크로부터 수집되는 다양한 환경 센싱 데이터를 스마트폰의 스크린에 증강시켜 시각화하는 증강현실 기반의 농업 재배지 환경 정보 관리 시스템을 제안한다. 제안된 시스템은 사용자가 스마트폰 카메라로 농업 시설물을 비추면 그곳에 설치된 다양한 센서들로부터 수집된 환경 정보를 스마트폰 스크린 영상에 증강시켜 시각화한다.
본 논문에서는 증강현실 기술을 이용하여 스마트폰에 시각화된 영상으로 농작물 재배지 및 시설물들의 여러 환경 데이터를 관리할 수 있는 증강현실 기반 농업용 환경 정보 관리 시스템을 제안하였다. 제안된 시스템은 증강현실 기술을 이용하여 시설하우스, 축사, 노지 등의 환경 정보를 스마트폰의 카메라 영상과 합성하여 시각화하여 농업 종사자들에게 제공한다. 이를 통해 기존 시스템에 비해 보다 향상된 몰입감과 편리한 사용이 가능할 것으로 기대된다.
제안한 증강현실 기반의 농업용 환경 정보 관리 시스템은 센서 노드의 위치 및 온습도 데이터를 제공한다. 환경 센서가 데이터를 수집하고 싱크 노드가 이를 저장, 관리하며 사용자의 스마트폰에 증강시켜 사용자에게 서비스하는 전체 과정은 그림 6과 같다.
테스트를 위해 시설하우스 3개에 각각 환경 센서들을 설치하였으며, 온습도 데이터를 실시간으로 수집하여 이를 싱크 노드에 전송하도록 하였다. 스마트폰에서 싱크 노드를 통해 서비스 받아 증강시켜 화면에 출력된 결과는 그림 8과 같다.
본 논문에서 구현한 환경 센서와 싱크노드를 그림 7에 나타내었다. 환경센서 노드는 ESP8266 MCU에 LoRa무선 통신 모듈, DHT22 온습도 센서, 그리고 GPS 모듈을 연결하여 구현하였다. 싱크노드는 라즈베리파이3에 LoRa 모듈을 연결하여 구현하였다.

성능/효과

따라서 기존 시스템이 농업 시설물을 검색한 후 센서를 선택하는 번거로운 과정을 거친 후 나열식으로 환경 정보를 제공하는 것에 비해 제안하는 시스템은 이러한 과정없이 스마트폰의 카메라 영상에 증강되어 나타난다. 원하는 정보를 습득하는 방식이 그림이나 영상인 특징 때문에 보다 더 쉽게 정보를 제공받을 수 있어 농업 시설물에 대한 편리한 모니터링 및 효율적인 관리가 가능하다.

후속연구

제안된 시스템은 증강현실 기술을 이용하여 시설하우스, 축사, 노지 등의 환경 정보를 스마트폰의 카메라 영상과 합성하여 시각화하여 농업 종사자들에게 제공한다. 이를 통해 기존 시스템에 비해 보다 향상된 몰입감과 편리한 사용이 가능할 것으로 기대된다.
향후, 본 논문에서 제안한 증강현실 기반의 시설하우스 정보 관리 시스템에 환풍기, 개폐기, 난방기, 제습기, 관수 시스템을 제어하는 기능을 추가함으로써 직관적이고 편리한 인터페이스를 제공하는 복합 제어 및 관리 시스템으로 확장하는 것에 대한 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	비전 기반 기술은 무엇으로 분류할 수 있는가?	비전 기반 기술은 입력 영상으로부터 특징점을 인식하고 추적하여 움직임을 실시간으로 추적하는 방법이 적용되며, 크게 마커 기반과 비마커 기반 기술로 분류할 수 있다. 마커 기반 방식은 카메라 등을 이용해 획득한 영상이나 QR코드와 같은 마커를 인식, 추적하고 매핑하는 기술이다.
	증강현실 구현에 필요한 핵심 기술에는 무엇이 있는가?	증강현실을 구현하기 위한 기술은 다양하다. 구현에 필요한 주요 핵심 기술로는 객체의 움직임, 위치, 방향 등에 대한 추적(Tracking) 기술, 컴퓨터 그래픽을 통해 가상의 영상을 만들어 내는 기술, 실제 영상의 위치에 가상의 영상을 정확하게 배치하는 정합(Registration) 기술 그리고 사용자와의 상호작용을 처리하는 사용자 인터페이스(User Interface) 기술 등이 있다[3]. 그림 1은 증강현실 시스템 구성을 나타낸다.
	센서 기반 기술은 무엇인가?	센서 기반 기술은 그림 2에 나타낸 바와 같이 카메라나 GPS, RFID, 가속도 센서, 자이로스코프 등의 다양한 센서를 이용하여, 사물의 움직임과 위치, 속도, 방향 등을 정밀하게 추적하여 화면에 나타낼 증강 위치를 파악하여 관련 콘텐츠를 시각화하는 기술이다. 비교적 쉽게 구현할 수 있기 때문에 많은 활용 분야를 가지고 있지만 특정 위치에서 정확하게 정보를 증강시키는 것이 어렵다는 단점을 가진다[8][9].

참고문헌 (9)

Haller, M., billinghurst, M. and Bruce, T. "Emerging Technonologies of Augmented Reality: Interfaces and design", Idea Group Publishing, 2007.
Caudell, Thomes P. "Introduction to Augmented Reality", Spie Proceedings Volume 2351: Telemanipulator and Telepresence Technologies, pp. 272-281, 1994.
Julie Carmmigniani, Borko Furht and Marco Anisette, "Augmented Reality Technologies, Systems and Applications" Multimedia Tools and Applications, pp. 314-377, 2011.
Azuma, Ronald T. "A survey of augmented reality." Presence: Teleoperators & Virtual Environments 6.4, pp. 355-385, 1997.

상세보기
Lora : https://lora-alliance.org/
Reda, H.T., Daely, P.T., Kharel, J. and Shin, S.Y., On the application of IoT: Meteorological information display system based on LoRa wireless communication. IETE Technical Review, 35(3), pp. 256-265, 2018.

상세보기
Caudell, Thomas P. and David W. Mizell. "Augmented Reality: An Application of Heads-Up Display Technology to Manual Manufacturing Processes", Proceedings of Hawaii International Conference on System Sciences, pp. 659-669, 1992.
B.H.JO, "Mobile Augmented Reality Technology Trends", IT planning series, NIPA, pp. 16-23, 2013.
오지현, "모바일 환경에서의 하이브리드 방식을 이용한 증강현실 시스템", 한양대학교, 2008.

저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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