IoT(Internet of Things) 기술이 급속도로 발전함에 따라 다양한 분야에 적용되고 있으며, 새로운 부가가치를 창출하고 있다. 최근에는 IoT 기술을 접목하여 도시 내부에 자동화된 농작물 재배시설을 설비하여 재배된 농작물을 직접 현지에 바로 공급할 수 있는 운영시스템을 구축하고 있다. 본 연구는 도심지 내부의 건물 옥상이나 농작물을 재배할 수 있는 임의의 공간에 온실을 설치하여 작물을 재배할 수 있는 환경을 원격으로 관리하는데 있다. 온실 내부의 환경 데이터를 계측하기 위한 온도, 습도, 조도, 토양상태, CO2 센스를 설치하여 온실 내부의 환경을 라즈베리파이2(raspberry Pi2)를 활용하여 계측하였다. 원격으로의 데이터 전송은 Wi-Fi를 이용하여 데이터를 전송하였으며, 중앙에서 관리된 관리정보를 통하여 온실 하우스의 내부 환경을 제어할 수 도록 모터(motor), 환풍기 팬, 조명용 Led, 워터 펌프 등을 제어하도록 하였다. 본 논문의 연구결과를 통하여 비닐하우스의 내부 상태를 계측하고, 다양한 구동장치를 제어할 수 있도록 IoT 기술을 편리하게 적용할 수 있는 라즈베리파이와 원격관리용 스마트 앱(app.)을 이용하여 비닐하우스 내부 관경을 편리하게 관리할 수 있음을 확인하였다.
온실을 통해 시설원예작물을 재배하는 대다수의 농업인들은 병해충의 예측, 진단 및 방제에 큰 관심을 가지고 있으며, 특히 농가에서는 병해충 관리 문제가 가장 큰 문제로 대두되고 있다. 이를 위해 본 논문에서는 시설원예작물에 발생하는 병해충에 관한 정보를 데이터베이스로 구축하고 이를 토대로 농가단위에서 병해충을 손쉽고 정확하게 예측 및 관리할 수 있는 모바일 사용자를 위한 PDA 기반의 병해충 관리 시스템을 제안한다. 본 시스템에서는 모바일 기기를 기반으로 하기 때문에 온실에 직접 방문하지 않고 이동 중에도 온실 내의 작물의 다양한 정보를 쉽게 얻을 수 있어 적은 인력으로 효율적인 관리가 가능하다. 시스템의 수행성을 검증하게 위해 실제 온실을 축소한 형태의 가상 온실 모형을 제작한 후, 각 환경 센서의 시스템 구성 요소를 구현하여 PDA를 통해 온실의 상태를 손쉽게 확인 할 수가 있었고, 효율적인 병해충 예측 및 관리가 가능한 수행 결과를 보였다.
탄소발자국(carbon footprint)은 인간의 생산 및 소비활동 전 과정에서 발생하는 온실가스의 양을 나타내는 지표 중 하나로, 최근 기후변화 대응 전략의 일환으로 국제사회의 주목을 받고 있는 개념이다. 현재 영국, 일본, 스위스, 프랑스, 미국 등 선진국을 중심으로 탄소발자국 산정을 통해 온실가스 배출을 저감하려는 시도가 활발히 진행되고 있으며, 탄소발자국 개념을 물관리 분야로까지 확대 적용하는 방안이 논의되고 있다. 본 연구의 목적은 영국과 미국의 서로 다른 형태의 물분야 탄소발자국 산정 방안을 비교 분석함으로써 우리나라의 효율적인 기후변화 대응 물관리 계획에 적용하는 방향을 제시하는 데 있다. 영국은 2008년 제정된 기후변화법에 따라 탄소 저감 목표를 수립하고 정부 차원에서 마련한 표준화된 탄소 산정 가이드라인을 바탕으로 지역 물회사들로 하여금 탄소발자국 산정 및 온실가스 저감계획을 이행하도록 하고 있다. 반면 미국의 경우, 정부 차원에서 탄소라벨링 시스템이 제도화되어 있지는 않으나, 하천네트워크(River Network)와 같은 비영리 민간단체를 통해 물 분야의 탄소 저감 인벤토리가 구축되어 왔다. 현재 우리나라 수자원 분야에서 한국수자원공사가 일부 지역 정수장의 수돗물 및 병물의 생산 및 공급 전 과정에서 발생하는 탄소를 정량화하고 있으나, 물관리 시스템 전반의 온실가스 인벤토리 구축을 통한 표준화된 저감계획이 수립되지 않은 상태이다. 본 연구에서는 우선 영국과 미국에서 진행되어 온 물 분야 탄소발자국 논의의 배경과 동향 및 시행 체계를 살펴보고, 영국 정부 차원에서 제시한 물 분야 탄소 산정 가이드라인과 미국 민간부문에서 제시한 안을 각 항목별로 분석하였다. 이를 통해 두 나라가 비슷한 시기에 탄소발자국 논의를 시작하였음에도 불구하고 실제 적용 과정에서 나타나는 차이점과 특수성을 분석하였다. 탄소발자국 산정은 오늘날 수자원 분야의 기후변화 대응력을 강화하기 위한 대안으로 그 중요성이 점차 증대되고 있다. 영국과 미국의 사례에서 살펴보았듯이 효율적인 온실가스 감축을 위해서는 총괄적인 온실가스 감축 인벤토리 구축이 선행되어야 한다. 따라서 본 연구의 결과는 국내 물관리 분야에서 저감 잠재력이 큰 곳을 중심으로 한 온실가스 저감계획 및 방향 설정에 유의한 시사점을 제공할 것이다.
온실가스 에너지 목표관리 등의 운영 지침 제 54조(품질관리 및 품질보증)에 따라 관리업체는 온실가스 배출량 등의 산정에 대한 정확도 향상을 위해 활동자료 수집, 배출량 산정, 불확도 관리, 정보 보관 및 배출량 보고에 대한 품질관리 활동을 수행하고, 자료의 품질을 지속적으로 개선하는 체제를 갖추는 등 배출량 산정 보고의 정확성과 객관성을 향상시키기 위한 QC/QA 활동을 수행하여야 한다. 본 연구에서는 관리업체가 산정 보고 원칙을 실천함으로써 신뢰할 수 있는 보고서를 작성할 수 있도록 지원하기 위하여 경영진의 검토 및 내부감사, 정보기술(IT) 및 기업 보고를 책임지는 조직 내의 기능을 효율적으로 수행할 수 있는 QC/QA 활동 체계를 구축 하고자 한다. 따라서 체계적인 활동을 할 수 있는 품질시스템을 제시하고 이에 대한 실행방안을 제시하고자 한다.
본 논문에서는 온실의 상황을 실시간으로 체크하여 온실의 환경을 최적의 상태로 유지하도록 하고, 또한 사용자가 원하는 환경에 대하여 필요한 장비를 수동모드로 변환하여 일시적으로 작동시킬 수 있도록 온실 자동화 시스템을 구현하였다. 온실에서 수집된 환경 데이터는 모니터링 컴퓨터로 전송되는 것은 물론, 웹을 통하여 즉시적인 제어가 가능하도록 웹 기반 시스템이 지원된다. 사용자는 웹 기반 시스템을 이용하여 온실의 상황을 실시간으로 확인이 가능하며, 온실 환경에 대한 조건을 정하여 자동화 기능을 유지할 수 있다.
최근 대두되고 있는 중요한 문제 중 하나인 기후변화협약에 의하여 온실가스 배출량에 대한 감축 및 규제가 실시되고 있으므로, 우리나라에서도 이에 대한 대비를 하지 않으면 안 되며, 유가가 급등하고 있어 에너지 소비를 감소시키는 정책을 적극적으로 수행해 나가야 한다. 전력시스템이 대형화되고 더욱 복잡하게 구성되면서, 전력손실 감소 및 전압관리 차원에서 부하 역률 관리의 중요성이 새롭게 부각되고 있다. 따라서 온실가스 배출량 감축 효과를 반영하여 우리나라의 전력시스템의 적정한 부하역률 기준치가 새롭게 조정될 필요가 있다. 본 논문에서는 온실가스 배출량 감축 효과를 반영하기 위한 기초연구로서 적정 부하역률을 산정하기위한 기법을 제시하고, 이산화탄소의 배출량 감축 효과를 반영하지 않을 때와 반영할 때의 적정 부하역률이 어떻게 변화하는지를 주어진 하나의 전력 시스템을 사용하여 분석한다.
본 논문에서는 온실에 Green U-IT 기술을 적용하여 기온센서, 토양센서, 수분센서 등 환경제어기기를 컴퓨터로 연동시켜 실시간으로 작물 생장환경을 관리하는 원격 모니터링 시스템을 제안한다. 온실의 환경정보를 데이터베이스에 저장하고 저장된 식물의 생장환경을 직선회귀분석법과 DIF 분석을 이용하여 최적의 생장 환경정보를 사용자가 원하는 항목으로 비교 분석하여 모니터링 한다. 온실 환경 제어시스템을 웹 환경과 연동하여 원격으로 제어함으로서 각 사용자들이 농가에 직접 방문하지 않더라도 원격으로 실시간 온실의 환경을 제어할 수 있다. 따라서 최적의 생장환경을 지속적으로 제공하여 농가의 생산 효율성을 증대 시킬 수 있다.
본 연구에서는 토지 주택 건설부문의 공공기관들에 적합한 온실가스 관리방안을 제시하였다. 토지 주택 건설부문 공공기관들에서 시행하는 사업들은 공공성과 복합성이라는 특징을 갖게 된다. 이러한 사업특성을 반영하여 온실가스 관리영역 및 감축목표를 설정하고 온실가스 관리시스템을 구축하는 방안이 필요하다. 토지 주택 건설부문 공공기관들의 사업들은 대부분 사회기간시설들을 건설하는 것이므로 온실가스 저감노력을 모두 계량화하기가 어렵다. 따라서 온실가스를 계량부문과 비계량부문으로 구분하여 체계적으로 관리하는 방안이 적합함을 제시하였다. 온실가스 배출량 관리방안의 구체적 모델로서 한국토지주택공사의 사업 분야를 대상으로 종합적인 온실가스 배출량 관리방안을 예시하였다.
기존의 환경 제어와 관련된 온실 환경 모니터링 기술은 온실의 비 표준화에 관련되어 정적 자원 모니터링에 국한되었다. 그리고 온실 환경 제어 시스템의 오작동으로 인한 재배 환경 파괴는 관리자로 하여금 치명적 피해를 입게 하였다. 본 연구에서는 비 표준화된 시스템 자원 관리와 환경 제어 모니터링을 수행하기 위해 객체화된 모니터링 제어 엔진을 설계 및 구현한다. 특히, 제어 시스템의 신뢰도 향상을 위해 반자동 제어 모드를 추가시켜 현재 온실 시스템의 운용에 대한 문제점을 보안했다. 추가적으로 사용자를 위한 화훼 정보 제공을 위한 DB 구축과 주문.판매 서비스를 통해 생산자와 소비자 사이의 투명한 유통망을 제공한다.
1. 실시간 모니터링 -온실 내부환경의 계측장치로 모듈화된 단일 칩 마이크로프로세서를 이용한 하우스 모니터를 개발하였다. 개발된 다수의 하우스 모니터는 RS-485통신을 이용하여 개발된 프로토콜을 통하여 그룹 모니터와 통신하면서 계측 데이터를 전송하였고 안정된 계측 성능을 보였다. 또한 그룹 모니터는 하우스모니터로부터 수신한 데이터를 인터넷 환경 TCP/IP 통신에 의해 서버에 정보를 전송하고 데이터베이스 서버에 저장할 수 있었다. 2. 클라이언트 서버 모델 -클라이언트 모니터를 통하여 허용된 사용자들은 해당 온실의 상황을 원격지에서 파악할 수 있는 있었다. 또한 분산환경 기술을 이용하여 서버를 경유하여 데이터베이스 서버에서 데이터 셋을 가져와 과거 재배 사례 등을 조회 및 이용 가능하였다. 이는 전문가에게 접근을 허용함으로써 재배에 관한 지원이 가능하도록 하였다. 데이터 베이스 시스템으로 연계하여 온실환경 정보를 분석하는 것이 가능하였다. 3. 기대효과 및 나아가야 할 방향 -개발된 시스템을 식물 공장 내 작물의 재배환경을 데이터베이스화하여 재배사례 데이터베이스를 형성하고 작물이 가장 잘 자라는 최적 재배 환경을 연구하여 고품질의 작물 재배에 이용될 수 있다. 또한 식물공장의 운전실적, 환경 조건, 환경 조절비용 등의 분석에 효율적으로 이용될 수 있을 것으로 예상되며 각 환경인자들과의 관계를 구명하는데 도움을 줄 것이다. 축적된 작물의 재배 사례 데이터베이스를 이용하여 작물 특성 및 재배 연구에 도움을 줄 수 있을 것이다. 제어 장치들의 운영실적을 분석함으로써 제어 시스템의 효율적이고 경제적인 제어가 가능하도록 할 수 있을 것이다. 이들이 모두 완성되면 전문가 및 전문가 시스템으로부터 지원을 받는 지능형 식물공장이 가능할 것이다. 본 연구에서 개발한 계측 모듈 및 데이터베이스 시스템은 실제 농가에 설치된 전용선을 이용하여 실증 실험을 통해 수정·보완하여야 할 것이다. 또한 시설원예분야에서 있어서 통신체계에 대한 표준화 연구가 수행되어 앞으로 개발될 다른 시스템들과의 호환성을 갖도록 해야 할 것이다. 앞으로 온실의 경영 및 관리 데이터베이스를 개발하여 첨단온실의 통합 관리 및 정보 시스템을 구축하여야 할 것이다. 또한, 시설원예의 환경 설계의 기준을 적용할 수 있도록 하여야 할 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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