초록 ▼

개발내용 및 결과
1) 도시형 식물공장 통합 환경 표준 기술
식물공장 시스템 참조모델 및 요구사항
- 본 표준에서는, 분류에 따른 각 기술별 표준에 대해서는 다루지 않으며, 각 기술을 효율적으로 구성하고 제어하기 위한 식물공장 구성 요소들에 대한 관리, 모니터링, 제어, 주요 인터페이스, 데이터 명세 및 응용 등 통합 관제에 필요한 세부 요구사항만 언급. 식물 공장 시스템을 위한 레퍼런스 모델 및 주요 요구사항에 대한 것으로 식물공장에 IT기술을 적용함에 있어 요구되는 요소들을 정의하고, 그에 따른 기술적 사항에 대

개발내용 및 결과
1) 도시형 식물공장 통합 환경 표준 기술
식물공장 시스템 참조모델 및 요구사항
- 본 표준에서는, 분류에 따른 각 기술별 표준에 대해서는 다루지 않으며, 각 기술을 효율적으로 구성하고 제어하기 위한 식물공장 구성 요소들에 대한 관리, 모니터링, 제어, 주요 인터페이스, 데이터 명세 및 응용 등 통합 관제에 필요한 세부 요구사항만 언급. 식물 공장 시스템을 위한 레퍼런스 모델 및 주요 요구사항에 대한 것으로 식물공장에 IT기술을 적용함에 있어 요구되는 요소들을 정의하고, 그에 따른 기술적 사항에 대한 필요 사항과 구성 내용, 인터페이스 구성을 정의 함
식물공장 시스템 게이트웨이와 식물공장 통합관리시스템의 인터페이스
- 식물공장 시스템은 센서노드,
피엘씨(PLC, Programmable Logic
Controller), 지그비, 제어노드,
게이트웨이, 식물공장 통합관리
시스템과 같이 다양한 구성요소로
이루어져 있다. 이와 같은 식물공장의
동작을 위해서는 다양한 구성요소간의
인터페이스가 정의함 식물공장 시스템
구성요소들의 연결 인터페이스는 센서노드 와 피엘씨(PLC) 간 인터페이스, 센서노드 와 지그비 간 인터페이스, 제어노드 와 피엘씨(PLC) 간 인터페이스, 제어노드 와 지그비 간 인터페이스, 피엘씨(PLC) 와 게이트웨이 간 인터페이스, 지그비 와 게이트웨이 간 인터페이스, 게이트웨이와 식물공장 통합관리 시스템 간 인터페이스를 정의함
식물공장시스템 생육 DB스키마
- 현재 식물공장이 추구하는 목표는 투입
에너지 대비 고효율 작물생산이며, 이러한 고효율 작물생산을 위해 에너지 이용효율을 고려한 작물생육에 가장 적합한 최적의 환경조절이 절실히 요구된다. 또한 식물공장 내에서 재배되는 작물의 종류, 품종, 형태에 따라 생육 조건이 다르게 적용되고, 이러한 조건들은 사용자에 의하여 식물생육 환경이 대부분 제어 가능한 폐쇄형 식물공장 간에 인터페이스를 위해 필요하다. 따라서 본 표준은 다양한 형태의 작물 생육 진단을 위해서 Database의 효과적인 작성과 운용을 위한 구조적 해석과 각기 다른 조건에 일반화하여 적용될 수 있는 Database의 구조 표준을 정의함.
식물공장시스템 단말과 게이트웨이 간 인터페이스
- 본 표준은 식물공장 시스템을 이루고 있는 구성요소(온도조절장치, LED 전등, 센서, 양분 및 수분 조절 장치, 전력 측정 장치)들을 대상으로 데이터를 수집하거나 상태를 제어하기 위한 통신 인터페이스를 정의함
식물공장시스템 병해 DB스키마
- 본 표준은 미래 농업·IT융합 기술의 핵심 분야인 식물공장에 IT기술 적요에 있어 식물공장 운영관리 시스템에서 식물공장 간의 인터페이스를 구축함에 있어 필요한 재배 작물에 발생 가능한 병해충 DB의 내용들에 대한 표준을 정의함
식물공장시스템 생장 제어 프로파일 규격 및 다운로드 절차
- 본 표준에서는 전문가들 의해 구성된 작물별 최적의 환경제어 조건과 이를 기반으로 식물공장 제어장치(액추에이터)를 제어하는 생장 프로파일을 구성, 궁극적으로 무인 자동제어 환경상태에서 최적의 작물 재배 환경을 구현하는 것을 목적으로 함
2) 도시형 식물공장 생육 진단 플랫폼 기술
상추 생육 진단 검토용 아크릴 밀폐 챔버 제작
- 상추 생육 실험용 아크릴 밀폐 챔버 제작
광합성 반응을 통한 Co2 조건과 작물 생장 관계 예측 기술 개발
- Co2 농도에 따른 작물 군락의 이산화탄소 변화 반응 분석
광합성 반응을 통한 광도 조건과 작물 생장 관계 예측 기술 개발
- 광도에 따른 작물 군락의 이산화탄소 변화 반응 분석
광질 조건과 작물 생장 관계 예측 기술 개발
- 생육 DB 구축을 위해 실험을 통한 광질별 생육 Data 작성
- 생육단계에 따른 광도와 Co2 농도의 복합 요인에 의한 광합성 반응 비교
NICOLET 모델의 응용을 통한, 광질, 온도, 이산화탄소를 통제변수로 한 광합성 모델 개발
- modeling software (Berkely madonna)를 이용한 모델 구축
- 주요 변수 및 파라미터 설정
광합성 모델식의 개발
- C3 작물 광합성 수식을 활용한 광도와 Co2농도에 따른 총 광합성 모델 개발
- 순광합성량은 총 광합성량에서 호흡량을 제외한 것으로 계산
- LAI의 증가에 따른 흡관계수(k) 값의 결정은 exponential growth 함수를 이용하여 추정
- 상추의 흡광계수(k) 값은 Lambert-Beer 방정식을 이용하여 계산
- 정식일 수에 따른 엽면적 지수(LAI)를 추정하는 식의 계산
- 정식 일수에 따른 작물이 실제로 수광하는 전체 수광량의 계산
- 작물전체 광합성량 파라미터 추정
생육 진단 및 예측을 위한 작물 생육 시뮬레이션
- 실제 식물공장 가동시 축적되는 환경 데이터에 의한 생육 진단 및 예측 실시
- 시간별 환경 조건을 광합성 모델식에 대입하여 계산하고, 시간에 따라 연속적으로 표현
- 시간별 계산된 광합성량의 누적데이터와 생체중 증가를 위한 변환상수를 이용하여 생체중 증가량을 표현
- 건물중의 증가 속도를 단위 건물중으로 나누어 상대적인 생장량을 표현
병원균 생장상태에 따른 분광분석
- 생장 상태에 따른 병원균 분광특성 분석
영상처리를 통한 잿빛곰팡이병 판단 프로그램
- 잿빛곰팡이병 분광학적특성 분석을 위한 파프리카 함수율 측정 실험
- 잿빛 곰팡이병 분광학적 특성 분석 시험
영상처리를 통한 병해판단 프로그램 개발
- 영상처리를 통한 잿빛곰팡이병 판단 프로그램 개발
- LED 광원에 따른 잿빛곰팡이병 균사 생장 실험
- 영상처리를 위하여 광원을 위에서 아래로 조사하였으며 화이트 광원을 사용하였음
- 영상분석 프로그램 개발기술
3) 광역 식물공장 통합 미들웨어 플랫폼 기술
식물 공장 장비 관리 인터 페이스 개발
- PLC, SIG, Zigbee G/W, 센서, 제어기 장치 관련 환경제어 인터페이스 개발
식물공장 룰엔진 시스템 개발
- 룰엔진 스케줄 생성, 룰 스케줄 적용, 룰 스케줄 생육기기 제어 기능 개발
식물공장 환경 모니터링 시스템 개발
- 식물공장 내부 및 외부의 환경 정보 수집 및 모니터링 시스템 개발
- 생육정보 가시화 및 생육정보 통합관리 시스템 개발
식물공장 에너지 모니터링 시스템 개발
- 식물공장 에너지 모니터링 H/W실용 시제품 개발
- 에너지 모니터링 미들웨어 데이터 수집 및 장치제어
식물공장 inter-working Interface 개발
- SCIENCE 플랫폼의 사용자 인증을 통한 Inter-working Interface 서비스 사용자 등록
- SCIENCE Open API를 이용한 식물공장 사용자의 등록된 장치(SIG, Zigbee G/W, 센서, 제어기)정보 수집
- Inter-working Interface 서비스에 등록된 SCIENCE 플랫폼 정보 변경 가능
- 서로 다른 SCIENCE 식물공장 간 작물별 조건 판단 정보 공유를 위한 룰 파일의 Upload/Download 제공
- Download 하는 룰 파일의 제어기 타입과 현재 사용자 식물공장의 제어기 타입의 비교를 통해 룰 파일 적용 확인
미들웨어용 통계자료 시각화 시스템 설계 및 개발
- 통계자료 시각화용 시스템 구성 설계
- 미들웨어와 줄간 연계를 위한 데이터 가공 설계
- 통계 데이터에 영향을 줄 수 있는 요소 분석
- 사용자 서비스단 웹베이스 통계자료 시각화용 시스템 개발
작육생물 예측 알고리즘에 따른 통계데이터 재처리 기능 구현
- 연구자가 필요한 특정 연산의 값을 선정하여 데이터 재처리를 통한 통계데이터를 시각화 하며 수행한 연산 값과 그래프는 연구원 정보에 기록관리
- 통합미들웨어 플랫폼용 상호 기능연계가 가능한 작육생물 예측 알고리즘 연산수식 적용 통계데이터 API 제작
통계자료 시각화시스템 통합미들웨어 플랫폼 연계구현
- 기존 동작환경 프레임워크 spring 3.0, mvc2에서 통합미들웨어 플랫폼 운영환경에 적합하도록 마이그레이션 통합
- 룰엔진과 연계하여 기본 룰데이터 기준값을 로딩하여 사용자, 연구자가 정의 변경 설정 가능 비교분석예측 시각화기능 개발
통계시각화 프로그램 데이터 처리구조 업데이트
- 로 및 지수 연산으로 발생할 수 있는 최저, 최고값을 최대한 표현 하며 그래프로 시각화 하는 과정 중 표현이 어려운 수치에 대해 수정값 연산을 더하여 표현
- 일부 데이터 처리 과정에서 발생했던 시스템 지연 현상 보완 및 수정
- 값 처리로 인해 그래픽의 깨짐, 화면밀림 현상을 수정보완 미들웨어용 통계자료 시각화 시스템테스트 및 최적화
- 사용자 서비스단 웹베이스 통계자료 시각화용 시스템 테스트
- 멀티 데이터 처리 테스트
- 선형 데이터 그래프 처리 테스트
- Web 기반 인터페이스 최적화
이동식 영상취득 시스템 제작
- 식물공장 재배작물의 생육 상태, 모니터링을 위해 재배 베드에서 전후좌우 이동하며 작물영상을 취득할 수 있는 이동식 영상취득 시스템 제작
에너지 모니터링 미들웨어
- 실시간 전력 사용량 데이터 수집
- 장치별 누적 사용량 저장
- 장치 동작 상태 모니터링
- 일자별 전력 사용량 분석
4) 도시형 식물공장 보급형 통합 S/W 제작 및 응용 S/W 기술
SCIENCE Open API 기반의 응용S/W 기술개발
- SCIENCE 식물공장 원격 모니터링/제어 어플리케이션
- SCIENCE Open API 이용하기 위한 사용자 인증 및 Token 획득
- 사용자 인증 및 획득한 Token 값을 통한 Open API 사용
- 구역별 및 재배별 모니터링(장비상태, 센서 상태 및 데이터, CCTV 모니터링)
- 재배 정보: 개인 재배 현황, 공유 재배현황, 완료 재배 현황 조회
- 장비 정보(SIG, Zigbee G/W, 센서, PLC, 제어기, CCTV) 조회
- 제어: SCIENCE 미들웨어에 등록된 제어기 On/Off 제어
- 테스트 베드용 원격 모니터링 제어 테스트 프로그램
- TCP/IP기반 서버/클라이언트 프로그램
- 센서 데이터 수집 및 모니터링
- 원격지에서 제어기 제어
식물공장 교육, 서비스 등 스마트 단말활용 응용기술 개발
- SCIENCE 병해 조회 어플리케이션
- 병균 정보 조회
* 관련 식물, 병균 명, 학술 명 기반 검색 기능
* 병명, 학명, 병균 분류, 크기, 온도, 상세 설명, 증상 조회
- 해충 정보 조회
* 관련 식물, 해충 명, 학술 명 기반검색 기능
* 관련 식물, 해충 명, 학명, 발생 시기, 발육 적온, 특징, 증상 조회
- SCIENCE 플랫폼 장비 매뉴얼 어플리케이션
- SCIENCE 플랫폼에서 사용되는 장비들의 정보를 제공하는 매뉴얼 서비스 어플리케이션
- 식물공장 장치 구성, 식물공장 네트워크의 구성도, 자동화 로직에 대한 소개
- SCIENCE 플랫폼 사용자 매뉴얼 어플리케이션
- SCIENCE 미들웨어를 사용하는 사용자들이 편리하게 SCIENCE 식물공장을 운영 할 수 있도록 도와주는 미들웨어 매뉴얼 어플리케이션
- SCIENCE 미들웨어 전체적인 이용 방법 소개
통합S/W 배포기술
- 식물공장 통합 S/W 보급을 위한 자동인스톨 상용화 배포툴 개발
작물생장 영상관제 기술
- 식물공장내 작물 생장을 파악하기 위한 고정식(PTZ 제어방식) 영상 촬영 기술 및 기록 S/W모듈 개발
- DC모터를 이용한 이동형 카메라 영상장치 및 촬영 영상용 관제 S/W 모듈 개발
- 영상서버를 이용한 다지점 통합형 영상장치용 관제 S/W 모듈 개발
5) 도시형 식물공장 검증 기술
실증시험 기준 명세 및 검증 S/W개발
- 식물공장 기기 및 S/W 검증을 위한 유저인터페이스, 프레임워크 API, 데이터베이스로 구성된 기기 비교/검증 엔진을 제작함
식물공장 테스트베드 실증용 핵심S/W 적용 시험
- 식물공장의 PLC에 연결된 센서로부터 수집된 환경정보를 수집하여 모니터링하고 룰기반으로 센서의 이상 상황 감지 SW제작
- 재배작물의 감시를 위한 카메라 이동장치의 정확한 위치제어를 위한 DC모터의 위치 감지 및 제어 모듈 제작

목차 Contents

• 제 출 문 ... 1
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 2
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 53
• 목 차 ... 69
• 제 1 장 서론 ... 30
• 제 1 절 과제의 개요 ... 30
• 제 2 절 국내·외 관련 기술의 현황 ... 76
• 제 3 절 기술개발 시 예상되는 기술적·경제적 파급 효과 ... 79
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과 (기술개발 내용 및 방법) ... 85
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 85
• 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 90
• 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 91
• 제 4 절 수행 결과의 보안등급 ... 99
• 제 5 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 99
• 제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 100
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 100
• 1. 연구개발 추진 일정 ... 100
• 2. 연구개발 추진 실적 ... 104
• 3. 기술개발 결과의 유형 및 무형 성과 ... 112
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 157
• 1. 각 기관/ 기업별 역할 및 추진 내역 ... 157
• 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 165
• 제 4 절 고용 창출 효과 ... 168
• 제 5 절 자체보안관리진단표 ... 169
• 부 록 ... 170
• 1. 식물공장 Open API 설계서 ... 171
• 2. 미들웨어 구성의 유연성 시험 ... 197
• 3. 식물공장 장비의 유연성 기능 시험 및 패킷 송수신 성공률 시험 ... 198
• 4. 생장이상 예측 및 작물 생산성 향상 시험 ... 199
• 5. 식물공장 에너지 비용 절감을 위한 요소기술 ... 201
• 6. SCIENCE 플랫폼 활용 응용 서비스 ... 202
• 7. 식물공장 테스트 베드 적용 ... 221
• 8. 국내외 포상 실적 ... 225
• 끝페이지 ... 227