433 MHz 무선주파수와 2G 통신 기반의 스마트 관개 모니터링 시스템

433 MHz Radio Frequency and 2G based Smart Irrigation Monitoring System

개발도상국에 있어서 농업은 국가 경제의 중추임에도 불구하고, 대부분의 개도국에서는 장비와 지능형 시스템, 데이터 모니터링 등을 이용한 현상에 대한 통합적 판단 없이 인력에 의해 농업을 수행하고 있다. 농업의 중요한 요소인 관개는 작물 생산에 영향을 미치는 핵심적인 과정으로서, 연간 강우량의 변동에 대응하고자 대부분의 농장에서는 관개 시스템을 적용하고 있다. 그러나, 농장 관개 시스템의 모니터링과 제어 등에 대한 기술적 기반이 부족하여 생산성의 증대와 효율적인 농업용수 관리가 어려운 실정이다. 본 논문에서는 탄자니아 농촌 지역 관개 시스템의 스마트화를 위하여 433 MHz 무선 주파수 및 2G 기반 스마트 관개 측정 시스템과 농업용수 선불 시스템을 제안한다. 개발된 스마트 관개 시스템은 기상 데이터와 토양 수분 데이터를 하이브리드로 분석하도록 설계되었는데, 탄자니아 Arusha 지역의 Ngurudoto 마을로의 적용을 목적으로 한다. 제안된 시스템은 기상 측정 컨트롤러, 토양 수분 센서, 수류 센서, 솔레노이드 밸브 및 선불 시스템으로 구성되었는데, 센서를 통해 수집된 데이터는 433 MHz 무선 주파수 및 2G 기반 통신 아키텍처 모듈을 통해 서버로 전송된다. 본 시스템은 인터넷 운용이 제한되는 지역에 적합할 뿐만 아니라, 데이터 기반의 상태 판단과 실시간 예측이 가능하다. 개발된 시스템의 데이터 분석 알고리즘은 동적 회귀 알고리즘과 Naïve Bayes 알고리즘을 적용하여 선형 및 비선형분석 모두에 있어서 높은 정밀도를 보인다. 또한, 농장의 용수공급 시기와 용수의 양, 소요되는 전력에 대한 판단 뿐만 아니라 전체 시스템 하드웨어의 작동 및 오류에 대한 모니터링이 가능하다. 부가하여, 사용자가 농업용수를 공급받기 전에 선금을 지불하는 시스템을 적용하여 관리의 효율성을 도모하였으며, 농업의 전 과정에서 측정된 센서 데이터 및 용수 사용량은 사용자 인터페이스를 통하여 실시간으로 모니터링이 가능하도록 개발되었다. 본 연구를 통하여 개발된 RF(Radio Frequency) 및 2G 기반 스마트 관개 모니터링 시스템은 현장 적용의 편의성과 함께 사용자 중심의 모니터링 시스템을 통해 개발도상국의 경제, 사회 분야에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 기대한다.

Agriculture is the backbone of the economy of most developing countries. In these countries, agriculture or farming is mostly done manually with little integration of machinery, intelligent systems and data monitoring. Irrigation is an essential process that directly influences crop production. The fluctuating amount of rainfall per year has led to the adoption of irrigation systems in most farms. The absence of smart sensors, monitoring methods and control, has led to low harvests and draining water sources. In this research paper, we introduce a 433 MHz Radio Frequency and 2G based Smart Irrigation Meter System and a water prepayment system for rural areas of Tanzania with no reliable internet coverage. Specifically, Ngurudoto area in Arusha region where it will be used as a case study for data collection. The proposed system is hybrid, comprising of both weather data (evapotranspiration) and soil moisture data. The architecture of the system has on-site weather measurement controllers, soil moisture sensors buried on the ground, water flow sensors, a solenoid valve, and a prepayment system. To achieve high precision in linear and nonlinear regression and to improve classification and prediction, this work cascades a Dynamic Regression Algorithm and Naïve Bayes algorithm.