초록 ▼

본 연구는 고급형 원예시설에서 작물 생산의 생력화, 자동화 및 최적화를 실현하기 위한 기초 단계로, 작물의 생육 조건을 정확히 제어할 수 있는 환경제어 시스템을 개발하고, 식물 생장반응 및 생장량 등에 대한 비파괴적 온라인 계측 방법과 장치를 개발하며, 환경조건과 작물생장과의 관계를 정량적으로 평가함으로써, 실용화를 고려한 온라인 생육 제어시스템 개발의 방법론을 제시하기 위하여 수행되었다. 이를 위하여, 고도화된 작물생산 시설에 적용시키기 위한 각종 계측 및 제어 시스템을 개발하고, 비파괴적 생장 정보를 이용한 작물 생육의 모델링

본 연구는 고급형 원예시설에서 작물 생산의 생력화, 자동화 및 최적화를 실현하기 위한 기초 단계로, 작물의 생육 조건을 정확히 제어할 수 있는 환경제어 시스템을 개발하고, 식물 생장반응 및 생장량 등에 대한 비파괴적 온라인 계측 방법과 장치를 개발하며, 환경조건과 작물생장과의 관계를 정량적으로 평가함으로써, 실용화를 고려한 온라인 생육 제어시스템 개발의 방법론을 제시하기 위하여 수행되었다. 이를 위하여, 고도화된 작물생산 시설에 적용시키기 위한 각종 계측 및 제어 시스템을 개발하고, 비파괴적 생장 정보를 이용한 작물 생육의 모델링 방법을 제시하였으며, 정량화된 모델을 이용한 생육 환경 제어의 타당성을 검토하였다. 본 연구의 방법론과 개발된 장치 및 기술 등은 기술집약형 온실이나 완전제어형 식물공장과 같은 고도제어형 작물생산 시설의 환경계측 및 자동제어 분야에 매우 효과적으로 적용될 수 있으며, 이러한 시설에서 재배되는 대상 작물의 생장반응 연구와 그 정량화 및 생육의 최적제어 등에 있어 활용도가 매우 높을 것으로 판단된다.

Abstract ▼

This study was carried out to develop the methodologies and hardwares necessary for automated optimal plant production, which are applicable to high-tech greenhouses and plnat factories. The measurement and control systems, the nondestructive measurement techniques for plant growth responses, and t

This study was carried out to develop the methodologies and hardwares necessary for automated optimal plant production, which are applicable to high-tech greenhouses and plnat factories. The measurement and control systems, the nondestructive measurement techniques for plant growth responses, and the method of modelling plant growth were developed and evaluated. And the experiment for testing the plant-growth environment control algorithm using the plant growth model were carried out, and the feasibility was evaluated. The methodologies and hardwares developed in this study can be utilized to the development of environmental measurement and control systems for high-tech greenhouses and plant factories. And they can be useful to the researches on the measurement of plant growth responses and the optimal control of plant growth.

목차 Contents

• 제 1 장 서 론...8
• 제 2 장 연구방법...12
• 제 3 장 결과 및 고찰...13
• 제 4 장 결 론...15
• 참 고 문 헌...16
• 제1 세부목차...18
• 제 1 장 서 론...19
• 제 2 장 연구방법...22
• 제 1 절 작물생육환경 계측 및 제어시스템...22
• 1. 육묘장치 및 생육장치 의 개발...22
• 가. 육묘장치의 구성...22
• 나. 작물 생육장치 의 구성...25
• 2. 환경 계측 시스템...30
• 가. 온도계측시스템...30
• 나. 습도계측시스템...32
• 다. 탄산가스 계측시스템...33
• 라. 광강도 계측시스템...35
• 마. 양액 계측시스템...36
• 3. 환경제어 시스템...40
• 가. 온, 습도 제어시스템...40
• 나. 탄산가스 제어시스템...41
• 다. 광강도 제어시스템...42
• 라. 양액 제어시스템...43
• 제 2 절 생장 반응의 정량화...45
• 1. 생육상태 계측시스템...46
• 가. 생체중 계측시스템...46
• 나. 광합성 속도 계측시스템...48
• 다. 투영엽변적 계측시스템...49
• 2. 기본생장모델의 개발...51
• 3. 작물 생육실험...54
• 가. 탄산가스 농도 처리실험...55
• 나. 온도 처리 실험...56
• 다. 광강도 처리실험...56
• 제 3 장 결 과...58
• 제 1 절 작물 생육 시스템의 성능...58
• 1. 환경계측 시스템의 성능...58
• 가. 온도 계측시스템...58
• 제2 세부목차...99
• 제 1 장 서론...102
• 제 2 장 연구방법...104
• 제 1 절 실험장치 및 재료...104
• 1.영상처리시스템...104
• 가.색채영상처리장치...104
• 나.흑백영상처리장치...105
• 다.현미경 영상처리장치...105
• 2.조명장치,시료대 및 육묘장치...106
• 3.공시재료...107
• 4.분석항목...109
• 제 2 절 연구방법...111
• 1.측도설정...111
• 2.색채영상변환...112
• 3.식물체 잎의 기하학적 특성 분석...114
• 가.영상영역화 및 윤곽추출...114
• 나.잎의 기하학적 특성 분석...114
• 4.토양과 식물체의 영상분할...114
• 5.영상처리에 의한 식물체의 구조분석...115
• 가.분석항목...115
• 나.생장에 따른 형상인자분석...115
• 6.영상처리에 의한 식물체의 색채분석...116
• 7.영상처리에 의한 작물의 생장상태 분석...117
• 가.엽색분석에 의한 엽록소 함량 추정...117
• 나.작물의 색체분석에 의한 생장상태분석...118
• 다.작물의 생체중량 추정...118
• 8.현미경영상처리에 의한 기공개도 분석...118
• 9.영상처리에 의한 근계 분석...120
• 10.작물의 생장상태 계측 및 분석용 프로그램 개발...121
• 11.작물의 병충해 진단 및 생장상태 판단을 위한 전문가 시스템 개발...121
• 제 3 장 결 과...122
• 1.영상처리장치의 측도설정...122
• 가.기하학적 측도설정...122
• 나.색채 측도설정...122
• 2.식물체 잎의 기하학적 특성 분석...125
• 가.윤곽추출의 정확성...125
• 나.기하학적 특성 분석 알고리즘...125
• 1)면적 및 둘레길이...125
• 2)장단축 길이 및 방향...126
• 3)푸리에변환(Discrete Fourier Transform)...126
• 4)비대칭계수(Asymetry coefficient)...126
• 5)원형도(Roundness)...126
• 6)굴곡에너지(Bending energy)...127
• 7)굴곡곡선(Curvature Curve)...127
• 다.기하학적 특성분석 알고리즘 평가...127
• 라.각종 잎의 영상의 영상분할...129
• 가.흑백영상처리시스템에서의 영상분할...129
• 나.색채영상처리시스템에서의 영상분할...133
• 4.영상처리에 의한 식물체의 구조분석...135
• 가.상방향 구조분석...135
• 1)영상세선화 알고리즘...135
• 2)엽밀도...136
• 3)프랙탈 차원...136
• 나.측방향 구조분석...137
• 1)특이점 추출...137
• 2)초장,줄기직경,가지 갯수 및 방향의 자동측정...138
• 5.영상처리에 의한 식물체의 색채분석...139
• 가.색채 영상처리장치를 이용한 색채분석...139
• 나.흑백 영상처리장치를 이용한 잎의 녹색정도 분석...142
• 6.영상처리에 의한 작물의 생장상태 분석...145
• 가.엽색 분석에 의한 엽록소 함량 추정...145
• 1)상추에 대한 엽록소 함량 추정...145
• 2)검정콩에 대한 엽록소 함량 추정...146
• 나.작물의 색채분포에 의한 생장상태분석...148
• 다.작물의 생체중량 추정...149
• 7.현미경영상처리에 의한 기공개도 분석...150
• 가.기공윤곽추출의 정확성...150
• 나.기공개도 분석...151
• 8.영상처리에 의한 근계 분석...151
• 9.영상처리에 의한 작물의 생장상태 계측 및 분석용...153
• 10.작물의 병충해 진단 및 생장상태 판단 지원을 위한...160
• 가.전문가시스템의 구성...160
• 나.지식의 획득 및 추론구조...160
• 다.데이터 베이스 및 지식 베이스의 구축...161
• 1)데이터 베이스의 구축...161
• 2)영상정보의 표현...164
• 제 4 장 고 찰...165
• 1.영상처리시스템에 의한 식물체 잎의 기하학적 특성 분석...165
• 2.토양과 식물체 영상분할...166
• 3.영상처리에 의한 식물체의 구조분석...167
• 4.영상처리에 의한 식물체의 색채분석...168
• 5.영상처리에 의한 엽록소 함량 추정...168
• 6.작물의 생장에 따른 색채분포 분석...169
• 7.영상처리시스템을 이용한 작물의 생체중량 추정...170
• 8.현미경영상처리에 의한 기공개도 분석...172
• 9.영상처리에 의한 근계분석...173
• 10.영상처리에 의한 작물의 생장상태 계측 및 분석 프로그램 개발...173
• 11.작물의 병충해 진단 및 생장상태 판단을 위한 전문가 시스템 개발...174
• 제 5 장 결 론...176
• 제 6 장 참고문헌...179
• 제3 세부목차...187
• 제 1 장 서 론...189
• 제 1 절 연구배경...189
• 제 2 절 연구목적 및 범위...190
• 제 2 장 연구 방법...193
• 제 1 절 식물의 생장률 계측...193
• 1.식물의 초장 계측...193
• 2.식물의 줄기 직경 계측...195
• 3 식물의 생체중 계측...195
• 제 2 절 체내 수분 변화의 계측...198
• 1. 줄기 내 수분 이동 상태 계측...198
• 2. 수분 포텐셜 계측...200
• 제 3 절 염온 및 기공저항 계측...201
• 1 엽온 계측...201
• 2 기공저항 계측...203
• 제 3 장 결 과...205
• 제 1 절 식물 생장 정보 계측을 위한 전체 시스템...205
• 1.공시작물의 생육환경...205
• 2.양액 유동제어...207
• 제 2 절 식물의 초장,줄기 직경 및 생체중 계측...209
• 1.초음파 구동 시스템 제작...209
• 2.줄기직경 계측...215
• 3.생체중 계측 시스템 제작 및 측도설정...217
• 제 3 절 식물 줄기 내의 정전용량 및 잎의 수분포텐셜 계측...219
• 1.줄기 내의 정전용량 계측...219
• 2.수분포텐셜 계측 방법의 선정...220
• 제 4 절 식물의 엽온 및 기공저항 계측...221
• 1.엽온 계측 시스템 제작...221
• 2.기공저항 계측...223
• 제 5 절 식물 생장 정보 계측 및 제어 프로그램의 개발...223
• 제 4 장 고 찰...225
• 제 1 절 식물의 생장에 따른 생장률의 변화...225
• 1.초장,줄기 직경 및 생체중 시스템의 검증...225
• 2.식물생장에 따른 초장,줄기 직경 및 생체중의 일변화...225
• 제 2 절 식무르이 수분 이동상태와 잎의 수분포텐셜...229
• 1.수분의 이동에 따른 정전용량의 변화...229
• 2.수분 포텐셜 계측 시 실온,상대습도 및 광량의 조건...231
• 3.줄기직경 및 정전용량과 수분포텐셜의 관계...231
• 제 3 절 생육환경과 엽온 및 기공저항...233
• 1.실온 및 상대 습도에 따른 엽온의 변화...233
• 2.기공저항에 미치는 환경요인...234
• 3.실온,상대습도 및 엽온이 기공저항에 미치는 영향...234
• 4.기공저항과 줄기 직경 및 정전용량과의 관계...234
• 5.줄기의 정전용량과 증산률과의 관계...237
• 제 5 장 결 론...238
• 참고문헌...240