농업 인구의 감소와 노령화로 인하여 온실 재배 중심의 스마트 팜에 대한 연구가 활발하게 진행 중이나 채소와 같은 작물의 경우 노지 재배가 70%를 차지한다. 이에 노지 농작물 재배의 자동화, 무인화 및 지능화를 통해 생산성을 향상시키고 토양 오염을 방지할 필요가 있다. 본 논문은 사물인터넷을 이용한 노지 농작물 제배 시스템 구축 사례를 설명하고 노지작물 제배 시스템에서의 환경 변수를 정의하였다. 다양한 센서을 통해서 토양의 온도, 함수율, 전기전도도, 산성도를 측정하여 LoRa 통신모듈을 이용하여 서버로 정보를 전달하고, 서버는 이 데이터를 바탕으로 시비량 및 관수량을 제어한다. 노지농작물 재배에 적합한 통신 방식인 LoRa 기술을 이용하여 넓은 노지를 관리하고 생산량 및 판매실적까지 관리하는 시스템을 개발하였다.
농업 인구의 감소와 노령화로 인하여 온실 재배 중심의 스마트 팜에 대한 연구가 활발하게 진행 중이나 채소와 같은 작물의 경우 노지 재배가 70%를 차지한다. 이에 노지 농작물 재배의 자동화, 무인화 및 지능화를 통해 생산성을 향상시키고 토양 오염을 방지할 필요가 있다. 본 논문은 사물인터넷을 이용한 노지 농작물 제배 시스템 구축 사례를 설명하고 노지작물 제배 시스템에서의 환경 변수를 정의하였다. 다양한 센서을 통해서 토양의 온도, 함수율, 전기전도도, 산성도를 측정하여 LoRa 통신 모듈을 이용하여 서버로 정보를 전달하고, 서버는 이 데이터를 바탕으로 시비량 및 관수량을 제어한다. 노지농작물 재배에 적합한 통신 방식인 LoRa 기술을 이용하여 넓은 노지를 관리하고 생산량 및 판매실적까지 관리하는 시스템을 개발하였다.
Research on smart farms centering on greenhouse cultivation is actively under way due to the decrease in agriculture population and aging, but in the case of vegetables such as vegetables, outdoor cultivation is 70%. Therefore, there is a need to improve productivity and prevent soil contamination b...
Research on smart farms centering on greenhouse cultivation is actively under way due to the decrease in agriculture population and aging, but in the case of vegetables such as vegetables, outdoor cultivation is 70%. Therefore, there is a need to improve productivity and prevent soil contamination by automating, cultivating, and intelligentizing the outdoor cultivation of agriculture crops. In this paper, we show the case of establishing a outdoor production system using the Internet of things and define the environmental variables in the outdoor production system. By measuring soil temperature, water content, electrical conductivity and acidity through sensors, LoRa communication module transmits the information to the outdoor production system. The outdoor production system controls the amount of fertilizer and the volume of water based on this sensor data. We have developed a system that manages a wide range of crops using LoRa technology, which is a suitable communication method for cultivating crops, and manages production volume and sales performance.
Research on smart farms centering on greenhouse cultivation is actively under way due to the decrease in agriculture population and aging, but in the case of vegetables such as vegetables, outdoor cultivation is 70%. Therefore, there is a need to improve productivity and prevent soil contamination by automating, cultivating, and intelligentizing the outdoor cultivation of agriculture crops. In this paper, we show the case of establishing a outdoor production system using the Internet of things and define the environmental variables in the outdoor production system. By measuring soil temperature, water content, electrical conductivity and acidity through sensors, LoRa communication module transmits the information to the outdoor production system. The outdoor production system controls the amount of fertilizer and the volume of water based on this sensor data. We have developed a system that manages a wide range of crops using LoRa technology, which is a suitable communication method for cultivating crops, and manages production volume and sales performance.
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문제 정의
본 논문은 2장에서 구축한 노지 농작물 재배를 위한 지능형 관리 시스템에 대해서 소개하고 시스템에서 사용된 센서와 엑츄에이터에 대해서 알아본다. 그리고 3장에서 시스템을 통한 센서 측정값과 관수와 같은 재배 구동 결과를 보여주고 검토한 후 마지막 장에서 결론을 맺는다.
본 논문은 사물인터넷을 이용한 노지 농작물 제배 시스템 구축 사례를 설명하고 관련 변수를 정의하였다. LoRa 기술을 이용하여 넓은 노지를 관리하고 이를 서버에서 데이터를 취득하여 생산량까지 관리하는 시스템을 개발하였다.
하지만 가변성이 높아 세심히 측정하지 않으면 정확하지 않은 값을 측정할 수 있다. 본 연구에서는 측정하고자 하는 토양의 시료를 취득하여 전극 세척하여 반복적으로 측정하여야 하였다. 범용적으로 사용되는 산성도 측정기를 이용하여 토양에서 측정하여 서버에 수동으로 기록하고 있다.
온실 재배의 경우 많은 연구가 진행되고 있으며 그중 클라우드와 접목한 온실 재배에 관한 연구가 진행되었고 이 연구에서는 통합 데이터, 생육 환경모델, 구동기 제어모델, 스마트 온실 관리, 지식 기반 전문가 시스템 및 농가 대시보드 모듈을 통해 통합 데이터 저장 및 분석을 위한 인프라를 설계하고 생육환경과 생산성 그리고 액츄에이터 제어를 정량화하는 기능에 관한 연구가 진행되었다[5-7].
제안하는 노지 작물 재배 시스템을 통해서 노지 작물 재배의 최적 환경조건 유지와 제어를 통해 농가의 생산원가 절감과 작물의 생산성 및 품질을 향상시키고자 한다. 노지 작물의 성장 생육에 중요한 요소인 토양, 수분, 온도를 실시간 측정할 수 있는 센서와 측정된 데이터를 실시간 수집하기 위한 통신기술을 통해서, 수집된 데이터를 기반으로 빅데이터 분석을 통해 작물의 종류에 따른 시비량 처방, 토지 개량제 살포, 관수를 자동제어하기 위한 플랫폼을 개발하여 정밀농업 및 과학영농을 실현하고 농업경쟁력 강화를 통해 농업 현장의 혁신과 관련 산업의 발전으로 이어질 수 있도록 질적 고도화를 추구할 필요성이 있다[12-13].
제안 방법
본 논문은 사물인터넷을 이용한 노지 농작물 제배 시스템 구축 사례를 설명하고 관련 변수를 정의하였다. LoRa 기술을 이용하여 넓은 노지를 관리하고 이를 서버에서 데이터를 취득하여 생산량까지 관리하는 시스템을 개발하였다. 장기간 수집을 통해서 최적화된 데이터를 찾는 추가로 병행 되어야 할 것으로 판단한다.
노지에서 측정된 센서로 부터 데이터를 수집하여 전달하기 위해 LoRa 게이트웨이를 설치하였다. 그림 2에서 보는 바와 같이 태양광으로 동작 하며 옥외 제어함은 각종 센서로 부터 데이터를 수집하여 수분 함수율, 지온, 산성도, 전기전도도, 미터링 센서를 통해서 센서의 정보를 취득해서 관리한다.
3에서 보는 바와 같이 디바이스를 등록하고 관리하는 절차를 수행한다. 먼저 사용자가 디바이스 등록을 요청하면 해당 디바이스의 상태를 확인하여 데이터베이스에 쓰고 사용자에게 응답한다.
장기간 수집을 통해서 최적화된 데이터를 찾는 추가로 병행 되어야 할 것으로 판단한다. 본 연구를 통해서 노지 농작물 재배에 필요한 센서 데이터 수집하고 파라미터를 설정하였으나 산성도 측정 센서의 경우 수동으로 측정하여 기록하였다. 이는 산성도 측정 센서의 오차율이 높고 수분의 영향에 따라 민감도가 높아 불가피하게 수동으로 측정하여 기록하였다.
서버에서는 센서로 부터 토양정보 데이터를 수집하고 이 데이터를 바탕으로 관수 및 시비량을 제어할 뿐 아니라 작업이력, 생산이력, 판매실적 까지 관리한다. 이를 위해 기존 작물의 화학적 특성을 데이터베이스로 구성한다. 작물별 비료사용처방 기준과 토양 및 식물체 분석법으로부터 작물별 시비량을 참고하여 데이터베이스를 구성하였다.
이때 실제 관수량을 측정하기 위해 관수 미터링으로 부터 데이터를 수집하여 서버에 데이터를 기록한다. 이를 제어하기 위해 서버에 각 농작물에 대한 시비정보, 최적 지온, 최적 수분함수율과 같은 기초 정보를 입력한 후 해당 농작물에 맞도록 관리하도록 하였다.
이를 위해 기존 작물의 화학적 특성을 데이터베이스로 구성한다. 작물별 비료사용처방 기준과 토양 및 식물체 분석법으로부터 작물별 시비량을 참고하여 데이터베이스를 구성하였다. Fig.
제안하는 노지 농작물 지능형 관리 시스템은 입력부, 처리부, 출력부로 구분되어 있다. Fig.
이론/모형
Table 1은 여러 가지 원거리 무선 통신 방식을 나타내고 있다. 본 논문의 노지 농작물제배 시스템에서는 무선 통신 방식으로 LoRa를 사용하고 있다[14-15]. LoRa는 가격이 저렴하고 접근성이 용이하여 구축이 용이하다.
1dS/m이다. 측정 방법은 임피던스 측정 기술을 이용해서 측정한다.
후속연구
연간 생산량을 측정하여 관리하고 측정된 센서 데이터를 기반으로 차년도 생산량 예측이 필요하다. 본 연구에서는 데이터를 수집 중으로 현재는 생산량과 매출을 기준으로 최적화할 예정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
사물인터넷을 활용한 노지 작물 재배 시스템 개발을 통해 기대할 수 있는 효과는 무엇인가?
노지 작물 환경에 필요한 요소들을 최적으로 관리함으로써 고품질의 작물 생산이 가능하고 경험에 의한 농법을 개선함으로써 투입 자원(재료비, 노동력)을 최소화하여 생산 경비 절감을 통한 경쟁력 확보 적정 시비량으로 토양오염 방지 등을 통한 친환경농업 기반 구축할 수 있다.
노지 농작물 재배의 경우 어떤 통신 방식이 적헙한가?
일반적으로 넓은 토지를 관리해야 하는 노지 농작물 재배의 경우 원거리를 지원하는 저전력 광대혁 무선 통신 방식(Low Power Wide Area Network, LPWAN)이 적합하다. 데이터 전달 범위가 짧은 Bluetooth나 LAN으로는 노지 작물을 재배할 때 필요한 원거리의 센서 데이터를 수집하거나 구동부를 제어할 수 없다.
온실 재배 중심의 스마트 팜에 대한 연구가 활발해지고 있는 이유는 무엇인가?
농업 인구의 감소와 노령화로 인하여 온실 재배 중심의 스마트 팜에 대한 연구가 활발하게 진행 중이나 채소와 같은 작물의 경우 노지 재배가 70%를 차지한다. 이에 노지 농작물 재배의 자동화, 무인화 및 지능화를 통해 생산성을 향상시키고 토양 오염을 방지할 필요가 있다.
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