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드론 풍동에 따른 시설 환경 변수 변이 연구
#VALUE!
이정규 ( Jungkyu Lee ) , 강동현 ( Donghyun Kang ) , 이동훈 ( Donghoon Lee )
UCI I410-ECN-0102-2019-500-001339139
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온실 등의 농업 시설 내에서 적절한 자원을 투입하여 경영 효율을 개선하기 위한 다양한 방면의 연구가 진행 중이다. 또한 작물의 생육 주기에 알맞은 환경 조성을 위한 온도 환경 조성과 아울러 시설 구조적인 문제로 발생하는 에너지 손실을 줄이기 위한 고려도 필요한 것이 사실이다. 이를 위하여 시설 내부의 온도 분포를 공간적으로 재구성하기 위한 연구가 진행 중이다. 기존의 점 단위 계측 방식은 공간적으로 분포해 있는 환경 변수가 균일하다는 가정 하에 실효적이나 다양한 선행 연구에 따르면 충분히 단열을 고려한 시설 내에도 공간적으로 온도의 편차가 있음이 보고되고 있다. 이를 보완하고자 소형 드론을 이용하여 시설 내부의 온도 분포를 공간적으로 관찰할 수 있는 방안이 고려되고 있다. 일반적으로 0.2 m/s 이하의 공기 유동은 작물의 생육에 끼치는 영향이 적으나, 지속적으로 1 m/s 이상의 공기 유동은 작물의 생장에 방해 요소가 될 수 있다는 점을 고려할 때 시설 내에서 드론을 운용하는 방식은 작물의 관점에서 깊이 고려되어야 할 것이다. 또한 드론의 풍동으로 인하여 온습도 등의 환경 변수에 교란이 발생하게 되면 의도와는 다른 결과를 얻게 될 것이다. 본 연구는 드론의 풍동이 온실 환경 변수에 끼치는 영향을 파악하고자 드론 운용 시 온습도를 관찰하였다. 실험을 수행한 테스트 베드는 충북 청주시 소재(충북 청주시 상당구 가덕면 노동리 326)의 딸기 재배 온실(10 m × 100 m)에서 수행하였다. 실험에 사용한 드론은 Phantom 4(DGI, Guangdon, China)이며 최대 풍속은 10 m/s 이다. 상승을 억제하여 최대 풍속 전후의 풍동으로 실험 조건을 고정하였다. 온습도센서는 Hygro(Digilent, WA, USA)로 온도 정밀도는 ±0.2°C 이며 습도 정밀도는 ±0.2 %이다. 드론의 지상고를 시설 지표면에서 1m로 고정하였으며, 좌, 우측 50 cm 거리와 드론 하측 지면으로 부터 0 cm, 33 cm, 66 cm 위치에 설치하였다. 드론 운용 직전에 온습도를 기록하고 드록 운용 직후 10초, 30초, 60초 후의 온습도를 기록하였다. 온실 중앙에서의 실내온도는 23°C이며 습도는 45% 이었다. 총 5지점의 계측 지점에서 측정한 온도는 23±0.1°C 이었으며 습도는 45±1% 이었다. 모든 실험 조건에서 드론 좌우측의 환경 변수에는 변화가 없다고 판단할 수준의 변이를 보였다. 드론 운용 10초 후 하부의 세 지점에서 공히 -0.3°C 대외의 온도 감소가 있었으며 습도의 경우도 3 % 수준의 감소가 있었다. 30초 후에는 드론에서 가장 먼 지점인 지표면에서 -0.5°C의 온도 감소가 있었다. 60초 후에는 지표면의 경우 -0.8°C, 33 cm 위치에는 -0.5°C, 66cm 위치에서는 -0.3°C의 변화가 있었다. 습도도 온도 감소와 비례적으로 동일한 감소를 보였다. 이를 통해 주행 중인 드론의 경우 환경 변수에 끼치는 영향이 매우 적거나 무시할 수준이라고 판단할 수 있다. 그러나 30초 이상 정지 시에는 거리가 멀수록 풍동에 의한 온도 저하가 발생하는 점을 주의 깊게 살펴볼 필요가 있다. 즉, 드론 운용의 방법에 따라 인위적인 공기유동의 형태로 작물 주변의 환경변수에 끼치는 영향이 있으므로 드론 운용의 목적과 방법의 설계 시 고려할 필요가 있을 것이다. 부가적으로 환기 및 증발 잠열을 이용한 온도 조절 시스템 등 시설 내 공기 유동이 필요한 시스템에 응용할 경우 온실 내 드론 운용의 새로운 활용 가능성도 검토 해볼 수 있다.

[자료제공 : 네이버학술정보]
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