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- 저자 : 임동혁 ( Donghyuk Lim ) (검색결과 5 건)
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김형곤 ( Hyeonggon Kim ),이재수 ( Jaesu Lee ),김태현 ( Taehyun Kim ),백정현 ( Junghyun Baek ),임동혁 ( Donghyuk Lim ),김현종 ( Hyunjong Kim ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2
본 연구에서는 관행 양액제어시스템의 내구성 및 신뢰성 저하 문제원인을 파악하고, 개선방안을 도출하여 화훼류 수경재배에 적합한 지능형 양액제어 플랫폼을 설계하고자 수행되었다. 현재 양액제어시스템의 양액농도 센싱은 주로 관삽입형 EC 센서가 사용되고 있다. 관삽입형 EC 센서는 가격이 저렴하지만 센서 접촉 부분이 작고, 양액 흡입 농도가 높을 경우 측정값의 편차가 커서 양액기의 오동작을 빈번하게 발생시킬 경향이 높다. 이를 해결하고자 EC 센서의 접촉 부분을 확대하기 위해 관통형 EC 센서로 대체하고, 오차 및 유지보수를 위해 병렬 배치하도록 설계하였다. 또한, 관행 양액제어시스템은 양액의 고농도 원액 흡입방식인 벤츄리(venturi) 방식으로 대부분 사용되고 있다. 벤츄리방식의 양액 흡입방식은 흡입구가 매우 작아 빈번하게 관로가 막혀서, A제와 B제의 양액(이온)이 불균형하게 공급되는 현상이 자주 발생한다. 이에 우리나라 양액 조성방식에 맞도록 양액흡입방식을 벤츄리방식에서 워터젯(waterjet) 방식으로 개선하였다. 기존 양액공급 장치의 부속 자재도 진동 및 내산성에 취약한 재질로 구성되어 내구성이 현저히 낮은 실정이다. 관행적으로 사용되고 있는 상수도용 유량계의 내부 부속품은 내산성에 취약하며, 구조도 복잡해 수압 손실이 발생한다. 전체 프레임 재질은 주로 조립형 알루미늄 프로파일을 사용하고 있으나, 알루미늄 프로파일은 진동에 약해서 양액공급시스템에는 적합하지 않다. 또한, 프로파일 연결 부속과 체결용 부자재 등은 특히, 내 산성에 취약하기때문에 스테인리스 재질로 보완하여 설계하였다. 마지막으로, 기존 관행의 양액제어시스템은 시간, 유량 및 광강도를 통한 양액 제어로 실제 작물의 근권부 환경 상태가 아니라 지상부 환경요인들로만 양액의 관수 제어가 이루어졌다. 본 연구에서는 실제 작물의 지상부 환경뿐만 아니라 근권부 환경도 고려한 양액의 관수제어를 할 수 있으며, 인공지능 기반 증발산량 예측모델을 통해 더욱 정밀한 양액을 공급할 수 있도록 클라우드 기반 지능형 양액제어 플랫폼도 구성하였다. 이를 통해 관수 및 비료비용이 절감되고, 화훼 작물의 수량 및 품질이 향상될 것으로 판단된다.
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무선 ICT 기술을 활용한 스마트온실 담액식 수경재배 시스템 설계 및 구축
김태현 ( Taehyun Kim ),이재수 ( Jaesu Lee ),백정현 ( Junghyun Baek ),김현종 ( Hyunjong Kim ),임동혁 ( Donghyuk Lim ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2
본 연구에서는 식물공장이 아닌 일반 농가에서 병풀 재배에 사용가능한 자연광 및 인공광이 혼합 된 다단 형태의 담액식 수경재배시스템과 모니터링 시스템을 설계하고 구축하였다. 병풀은 여러해살이풀로 항염증 치료제 및 화장품 등에 많이 쓰이나 국내에서는 거의 토경 재배로 생산되고 있으며, 식물 공장에서 성분 요건을 분석하기 위해 재배하기도 하나 일반 온실에서 첨단 수경재배 기술로 재배하는 것은 현재로서는 거의 전무한 상황이다. 본 연구에서는 일반 온실에서 사용가능한 형태의 순수 수경 재배 시스템을 구축하였으며, 수경 재배 요건을 모니터링 하기 위한 디스플레이와 생육센싱데이터 처리 장치 포함, 다중 센싱 기반 환경 제어를 위해 인공광(LED, 형광), 기포발생기, 양액, 살균기 등의 재배 환경 제어를 복합적으로 설정 가능하도록 설계하였다. 또한 재배대를 1단 자연광, 2단 형광, 3단 LED로 구축하여 비교 실험이 가능하도록 구성하였다. 기본 구조는 순환형 담액식 수경재배 방식을 채택했으며, 뿌리부의 충분한 산소 공급과 양액 공급 환경을 일정하게 유지 하기 위한 기포발생기, 양액기, 살균기, 냉각기 설치 및 양액 공급량과 배수량을 조절하여 담액 높이를 정할 수 있게 베드를 구성하였다. 환경 제어와 모니터링을 온실 구조와 상관없이 편리하게 설치 가능한 형태로 만들기 위해 모든 제어 장치와 모니터링 장비 통신을 무선(Zigbee + Wifi)으로 구현하였으며, 작물 생육 영상, 온/습도, CO2, EC, pH, 조도 데이터를 실시간 모니터링하여 냉난방, 천창, 측창, 양액, 온실 조명 제어에 알고리즘 기반 제어 및 실시간 제어도 가능하도록 환경을 구축하였다. LED와 형광 재배대의 경우 모든 위치에 균일한 인공광량이 조사될 수 있도록 6련 12등 형태로 배치하였으며, 6곳의 포인트를 잡아서 광량 데이터를 분석한 결과 위치 별로 평균 값 대비 최대 ±4.5%p 이내로 차이나는 것을 확인하였다. 본 연구를 통해 자연광ㆍ인공광 병용 병풀 재배를 원격에서 실시간으로 모니터링하면서 제어 및 재배 시험이 가능한 시스템을 구축했으며, 추후 스마트온실 내 재배 환경의 효율성을 판별하기 위해 농업공학부 내의 식물공장 재배와 비교 실험하여 일반 온실 내에서 자연광과 인공광을 병용해서 키웠을 때, 병풀의 성분 함량과 생산량에 미치는 영향을 규명할 예정이다.
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이성규 ( Sungkyu Lee ),이재수 ( Jaesu Lee ),김태현 ( Taehyun Kim ),백정현 ( Junghyun Baek ),임동혁 ( Donghyuk Lim ),김현종 ( Hyunjong Kim ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2
기후 및 농업환경 변화로 안정적인 수확을 할 수 있는 온실재배가 확대되고 있다. 온실내 환경을 제어하기 위한 스마트팜 기술로서 생육 및 자동화에 관한 여러 연구가 진행되고 있다. 라이다(lidar)는 현재 자율주행 및 맵제작에 활용되고 있으며 농업환경에도 과수원 등 노지에서 사용되고 있다. 본 연구는 라이다를 이용하여, 온실에서 작물의 생장을 확인하고 작업자의 이동을 파악하여 온실 내에서 정밀하고 안정적인 농작업 수행을 지원하는 것을 목표로 하였다. 온실의 환경 및 작업자를 인식하기 위해 라이다(VLP-16/PUCK, Velodyne, San jose, USA)를 사용하였으며, 이용한 온실은 단동형 비닐하우스로 크기는 길이 72m, 폭 6.6m, 높이 3m이다. 온실에는 고설 재배베드(높이 87cm)가 4줄로 설치되어 있으며, 재배베드 위에 화분(높이 18cm)이 놓여 있다. 바닥에는 선반 사이마다 트레이가 놓여 있으며 트레이 위에 작업대(높이 93cm)는 거리 이동이 가능하다. 작업대 위에 라이다를 고정하고, 약 0.5m/s 속도를 유지하면서 영상인식을 수행하였다. 트레이는 3줄이 설치되어 있으며, 실험은 왼쪽줄, 중앙줄, 오른쪽줄 순서로 진행하였다. 작물을 정식하기 전에 1차 실험, 정식 후 2차 실험, 정식 10일 뒤 3차 실험을 진행하였다. 작업자 인식 실험은 온실 내에서 라이다로부터 1m, 5m, 10m, 50m 위치에서 실험하였다. 또한 라이다에서 수직거리 5m, 10m에서 이동하는 작업자를 측정하였다. 실험을 통해 온실 내 작업환경을 3차원 인식할 수 있음을 확인하였고, 작물을 라이다를 통해 인식함으로써 작물 위치 및 생장을 확인할 수 있었다. 작업자 인식 실험의 경우는 이동하는 형체에 대해 확인할 수 있었으나 차폐가 발생하였을 경우 인식하지 못하는 한계가 있었다. 이상의 결과로 라이다를 이용하여 작물 생장 측정이나, 사람의 작업을 인식하여 인공지능 등에 활용이 가능할 것으로 판단된다.
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복합 환경 정보 및 영상 데이터 기반 병풀 수경재배 효과 분석
김태현 ( Taehyun Kim ),이재수 ( Jaesu Lee ),백정현 ( Junghyun Baek ),임동혁 ( Donghyuk Lim ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.1
본 연구에서는 기 구축 된 자연광 및 인공광 혼합 3단 담액식 수경재배 모니터링 시스템을 활용하여 환경 및 영상 데이터를 수집하여 결과를 분석하였다. 본 연구에서는 6-10월이 재배적기인 기존 병풀 토경 재배를 수경 재배로 전환하면서 냉난방 온도와 습도 조절을 통해 재배 적기를 연중으로 확대하고 기존 방식과 달리 환경 분석이 용이하도록 양액과 재배 작물 위치에 근접하게 환경 센서와 영상 수집 카메라를 설치하고 환경이 병풀 재배에 미치는 요건을 분석하기 위해 6개월 이상 데이터를 수집하였다. 본 연구에 구축한 다단 수경 재배 시스템 모니터링을 위해 재배대 인공광(LED, 형광) 위치 별로 광량 측정, 양액 EC, pH, 온도, 습도, 근접 영상, CCTV를 구축하고 재배 환경을 지속적으로 모니터링 하였다. 온습도 센서는 다단 베드 높이 별로 2개 씩 총 6개를 설치하여 위치 및 높낮이 별로 센서를 비교할 수 있도록 설치했으며, 광량 센서의 경우, 초기에는 비교를 위해 1단(자연광) 2단(LED), 3단(형광) 재배대 별 2개, 총 6개를 광량 비교 분석할 수 있도록 구축하였다. 이후 실험 시작 1개월 경과 시료 재배 상태를 확인해 본 결과 자연광만 활용하는 3단의 병풀 재배 상태가 균일하지 않고 한여름의 일사량 증가로 인해 내부 온도가 일정하게 유지되기 힘든 부분이 있어 초기에는 한낮에 차광막으로 조절하다가 한여름에는 차광막을 유지한 상태에서 식물공장 수준으로 환경을 통제하여 실험하기로 하고 LED와 형광등 재배대를 비교하는 것으로 한정하였다. 6군데의 재배대 광량은 약간의 편차가 있지만 약 6700~7000 Lux(90~95μmol/m-2/s-1) 사이에서 분포하며, 온도는 평균 야간 15도, 주간 25도 사이, 습도는 평균 60% 정도로 일정하게 유지 됐다. 같은 기간 수집 된 병풀 영상 데이터를 활용하여 형광과 LED 재배대의 작물 상태를 비교 해본 결과 형광등이 LED에 비해 엽색이 좋으며 엽폭이 넓고 생장이 좋게 나타나며 동일한 광 조건일 때는 병풀의 뿌리가 담액에 잠긴 부분이 3~4cm 이내로 얕게 유지 된 경우, 생장 속도가 빠르고 엽 상태가 좋은 것으로 나타났다. 추후 병풀 뿌리부 깊이 및 인공광 세기 별 대조군 시험을 통해 병풀 생장에 미치는 영향을 규명할 예정이다.
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