KR101996528B1 - 생태환경 연구 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

생태환경 연구 시스템 및 그 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 생태환경 연구 시스템은, 식물이 식재된 대지를 복수의 기후영역으로 분할하고, 기후영역별 지붕판넬의 개폐면적을 다르게 적용하여 자연강우의 유입을 단계별로 차단하거나 저장된 우수(雨水)를 기반으로 추가관수를 공급하는 기후조성시설물; 상기 기후영역별로 설치되어 조성된 영역 별 기상정보를 관측하는 기상 관측부; 상기 기후영역별로 설치되어 조성된 기후 별 식물과 토양의 환경정보를 측정하는 환경 센서부; 및 상기 기후조성시설물을 운용하고, 상기 기상정보와 환경정보를 수집하여 상기 기후영역별 강우량 및 대기환경에 따른 토양과 식물의 생태변화를 종합적으로 분석하는 서버를 포함한다.

Description

생태환경 연구 시스템 및 그 방법{SYSTEM AND METHOD FOR ECOLOGICAL ENVIRONMENT RESEARCH}
본 발명은 생태환경 연구 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다양한 기후를 조성하여 식물의 생태환경을 연구하기 위한 생태환경 연구 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
산업과 경제가 발달하면서 대량생산과 대량소비가 확대되고 자원의 소비가 증가하면서 전 지구적 차원의 환경문제는 매우 복잡하고 다양한 형태로 나타나고 있다.
지구 온난화로 인한 이상 기후의 변화, 가뭄, 홍수, 사막화 및 생물 종 감소 등으로 나타나는 전 지구적 차원의 환경문제는 인류를 위협하고 지구 환경의 파괴를 가속화하고 있다. 이는 한 국가의 노력을 해결할 수 있는 것이 아니며 전 세계의 국가 모두의 공동노력으로 해결해야 할 문제로 인식되고 있다.
최근의 기상통계로 볼 때 이미 국내에도 기후변화가 나타나고 있으며 그로 인한 강수와 온도의 변화는 식물의 생태환경에 영향을 미치는 주요 인자이므로 이상기후의 변화에 따른 식물의 생태변화에 대한 연구와 노력이 필요하다.
한편, 종래 기후변화에 대한 생태환경의 반응 연구로는 전국 각지에 기후변화를 측정할 수 있는 관측소를 설치하여 지역 별 강수와 온도 변화에 따른 생태환경을 연구하는 방법이 존재한다.
그러나, 이러한 종래의 생태환경 연구방법으로는 지역별 생태환경을 연구할 수 있지만, 가뭄, 사막화, 홍수 등의 기후대별 실험환경이 마련되지 않아 종합적인 환경문제를 연구하는데 한계가 있는 문제점이 있다.
또한, 각지에 분산되어 있는 환경관측장비의 유지보수 및 관리가 어렵고 연구원들이 직접 전국의 각지를 방문하여 식물 등의 생태정보를 수집해야 하므로 인력 및 연구활동에 제약이 있는 문제점이 있다.
따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해서는 다양한 기후 별 생태환경을 조성하여 기후 별 생태환경을 종합적으로 연구할 수 있는 개선방안이 절실히 요구된다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
특허문헌 1 : 한국등록특허 제1545615호 (2015.08.27. 공고)
본 발명의 실시 예는 강우처리시설을 통해 강수유입량이 차등 조절되는 다양한 기후영역을 조성하고, 센서를 통해 기후영역별 토양의 수분 유지력과 온도에 따른 생태환경 및 식물의 생장상태를 모니터링하여 식물의 종과 종별 개체에 미치는 영향을 종합적으로 평가할 수 있는 생태환경 연구 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 생태환경 연구 시스템은, 식물이 식재된 대지를 복수의 기후영역으로 분할하고, 상기 기후영역별 지붕판넬의 개폐면적을 다르게 적용하여 자연강우의 유입을 단계별로 차단하거나 저장된 우수(雨水)를 기반으로 추가관수를 공급하는 기후조성시설물; 상기 기후영역별로 설치되어 조성된 영역 별 기상정보를 관측하는 기상 관측부; 상기 기후영역별로 설치되어 조성된 기후 별 식물과 토양의 환경정보를 측정하는 환경 센서부; 및 상기 기후조성시설물을 운용하고, 상기 기상정보와 환경정보를 수집하여 상기 기후영역별 강우량 및 대기환경에 따른 토양과 식물의 생태변화를 종합적으로 분석하는 서버를 포함한다.
또한, 상기 생태환경 연구 시스템은, 상기 기상 관측부 및 환경 센서부와 무선통신으로 연결되어 각각 측정된 상기 기상정보와 환경정보를 서버로 전송하는 게이트웨이를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 기후영역은, 상기 자연강우의 조절여부와 그 조절량에 따른 약한가뭄영역, 극심한가뭄영역, 당년강우영역, 평년강우영역 및 홍수강우영역 중 적어도 둘 이상을 포함하여 한 장소에 조성될 수 있다.
또한, 상기 기후조성시설물은, 상기 대지에 일정간격을 두고 수직으로 설치되는 기둥; 높이가 다른 복수의 기둥에 걸쳐 경사지게 설치되는 빼대구조를 갖는 지붕 트러스; 상기 지붕 트러스 상에 조립되며, 상기 기후영역별 개폐면적이 다르게 적용되어 상기 자연강우의 유입량을 차등 조절하는 지붕판넬; 상기 지붕판넬에 의해 차단된 상기 자연강우를 집하하는 빗물받이; 상기 빗물받이를 통해 유입되는 자연강우를 저장하는 우수저장탱크; 상기 우수를 평년강우영역 및 홍수강우영역 중 적어도 하나에 설치된 스프링클러를 통해 상기 추가관수로 공급하는 우수공급기; 상기 기후영역별 경계의 토양에 일정 깊이 삽입되어 수분의 유동을 차단하는 빗물유입방지막; 및 상기 기후조성시설물의 상부나 측부에 그물형태로 설치되는 차양막을 포함할 수 있다.
또한, 상기 지붕판넬은, 일정면적을 갖는 투명소재로 소정 간격으로 이격 배치하되, 상기 약한가뭄영역의 제1 배치간격에 비해 상기 극심한가뭄영역의 제2 배치간격이 좁게 배치될 수 있다.
또한, 상기 지붕판넬은, 상면의 양측 가장자리에 길이방향으로 연장된 돌기가 형성될 수 있다.
또한, 상기 지붕판넬은, 일정면적을 갖는 투명소재로 소정 간격으로 개구를 형성하되, 상기 약한가뭄영역에 설치되는 제1 지붕판넬은 상기 개구가 제1 간격으로 형성되고, 상기 극심한가뭄영역에 설치되는 제2 지붕판넬은 상기 제1 간격보다 넓은 제2 간격으로 복수의 개구가 형성될 수 있다.
또한, 상기 기후영역 중에서 약한가뭄영역과 극심한가뭄영역은 각각 복수 영역으로 구성되어 서로 대각선 구조로 될 수 있다.
또한, 상기 우수저장탱크는, 우수의 수위가 일정높이를 초과하면 인가되는 제어신호에 따라 배수로에 연결된 우수배출배관의 밸브를 개방하여 상기 우수를 우회경로로 배출할 수 있다.
또한, 상기 우수저장탱크는, 보일러나 히터의 보온설비를 포함할 수 있다.
또한, 상기 우수공급기는, 상기 우수저장탱크의 우수공급배관을 통해 제공되는 우수를 평년강우영역 또는 홍수강우영역에 설치된 스프링클러를 통해 추가관수로 공급하여 해당 기후조건에 맞는 강우량을 조절할 수 있다.
또한, 상기 서버는, 상기 기후영역별 기상정보와 환경정보를 수집하는 통신부; 상기 기후영역별 기상정보와 환경정보를 매칭하여 데이터베이스에 저장하는 정보 분석부; 상기 기후영역별 이미지센서에서 수집된 영상을 처리 하여 기후영역별 영상에서의 잎, 줄기, 꽃, 열매 및 토양 중 적어도 하나의 면적을 산출하는 영상 처리부; 강우정보와 환경정보에 기초한 기후영역별 대기환경과 토양의 특성변화가 식물종별 생장에 미치는 영향을 상기 영상 처리를 통해 분석된 정보로 파악하여 상기 기후영역의 식물종별 적응능력을 평가하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 정보 분석부는, 상기 약한가뭄영역 및 극심한가뭄영역이 각각 복수로 구성된 대각선 위치에서 수집된 기상정보와 환경정보를 취합한 평균을 구하여 저장할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 영상 처리를 통해 현재 분석된 기후영역별 식물의 생장상태 분석정보를 과거에 수집 처리된 영상의 분석정보와 비교하여 기후영역별 식물의 생장상태의 변동정보를 파악할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 기후영역별 식물의 종별 생장상태 분석정보를 입력데이터로 인공신경망을 통해 학습하여 상기 기후영역별 식물 종별 생장모델을 생성하고 이를 축적하여 빅데이터를 구축할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 일 측면에 따른, 식물이 식재된 대지를 복수의 기후영역으로 분할하고, 상기 기후영역별 지붕판넬의 개폐면적을 다르게 적용하여 자연강우의 유입을 단계별로 차단하거나 저장된 우수(雨水)를 기반으로 추가관수를 공급하는 기후조성시설물을 활용한 생태환경 연구 방법은, a) 강우가 시작되면 상기 기후조성시설물에 조성된 기후영역별로 강우 유입량을 조절하는 단계; b) 강우가 종료되면 상기 기후영역별로 수집된 기상정보와 환경정보를 매칭하여 기후영역별 토양의 강우조절 능력 및 토양의 특성 변화를 분석하는 단계; c) 상기 기후영역별 이미지센서에서 수집된 영상처리를 통해 상기 기후영역별 식물의 생장상태를 모니터링 하는 단계; 및 d) 상기 영상처리를 통한 현재 분석정보를 과거 분석정보와 비교하여 기후영역별 강우량 및 대기환경에 따른 토양과 식물의 생태변화를 종합적으로 분석하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 a) 단계는, 우수공급기를 작동하여 우수저장탱크에 저장된 우수를 스프링클러를 통해 평년강우영역 및 홍수강우영역 중 적어도 하나의 추가관수로 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 a) 단계는, 상기 지붕판넬에 의해 차단된 상기 자연강우를 빗물받이에 집하하여 우수저장탱크에 저장하고 상기 우수저장탱크의 우수 수위가 일정높이를 초과하면, 우수배출배관의 밸브를 개방하여 저장된 상기 우수를 배수로를 통한 우회경로로 배출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 c) 단계는, 상기 기후영역별로 수집된 영상을 취합하여 하나의 전체영상을 생성하고 소방형구를 제외한 배경을 삭제하는 단계; 상기 전체영상을 개별 소방형구 영상으로 분할하고, 식물의 윤곽선 및 색상을 추출하여 상기 개별 소방형구 영상에서의 잎, 줄기, 꽃, 열매 및 토양 중 적어도 하나의 픽셀면적을 파악하는 단계; 및 상기 개별 소방형구에서 파악된 정보를 응용하여 상기 기후영역별 식물종 그룹 및 식물종별 개체의 생장상태를 분석하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 d) 단계 이후에, 상기 기후영역별 강우량에 따른 토양 분석정보와 식물 생장상태의 분석정보를 인공신공망을 통해 학습하고 기후영역의 식물종별 생장모델을 생성하여 빅데이터를 구축하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 동일한 대기환경과 토양환경의 한 장소에 약한가뭄영역, 극심한가뭄영역, 당년강우영역, 평년강우영역 및 홍수강우영역을 조성하고 차등된 강우유입에 따른 토양의 특성 및 식물의 생장상태를 모니터링함으로써 가뭄, 사막화, 홍수 등의 기후대별 종합적인 환경문제를 연구할 수 있다.
또한, 한 장소에 다양한 기후영역을 형성함으로써 유지보수 및 관리가 용이하며 식물의 생태정보를 수집을 위한 인력투입의 감소 및 연구활동이 용이한 효과가 있다.
나아가, 기후영역별 식물의 생태환경 및 식물종별 생장상태 모델을 축적하여 이를 기반으로 가뭄이나 홍수가 잦은 지역 별 산림 조성, 가로수 조성, 멸종위기종 및 취약종 관리방안 모색, 공원 조성 및 스마트팜의 식물 식재 및 관리를 위한 의사결정 정보를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 식물의 생태환경 연구 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기후조성시설물의 구성을 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 기후조성시설물의 구성을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 지붕판넬의 단면 구조를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 우수저장탱크와 추가관수 공급을 위한 우수공급기의 연결구성을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 기후영역별 소방형구 및 측정장비의 배치구조를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 서버의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 기후영역별 영상처리과정을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 기후조성시설물을 활용한 식물의 생태환경 연구 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기후조성시설물의 지붕판넬구조를 개략적으로 나타낸 측면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 식물의 생태환경 연구 시스템 및 그 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 식물의 생태환경 연구 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸다.
첨부된 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 생태환경 연구 시스템은 기후조성시설물(100), 기상 관측부(200), 환경 센서부(300), 게이트웨이(400) 및 서버(500)를 포함한다.
기후조성시설물(100)은 전 지구적 기후변화에 따른 식물의 생육환경을 조성하기 위한 시설로 기후영역별 강우변화를 형성하기 위해 자연강우의 유입을 단계별로 차단하거나 저장된 우수(雨水)를 기반으로 추가관수를 공급한다.
즉, 기후조성시설물(100)은 식물이 식재된 실외의 대지를 복수 기후영역으로 분할하고, 다양한 기후조성을 위해 자연강우의 유입을 부분적으로 제한하거나 추가 공급하는 시설물로써 기후영역별(C1 ~ C5) 조건에 맞는 강우의 유입을 조절할 수 있다.
상기 기후영역은 강우 조절여부 및 조절량에 따라 약한가뭄영역(C1), 극심한가뭄영역(C2), 당년강우영역(C3), 평년강우영역(C4) 및 홍수강우영역(C5)을 포함하여 한 장소에 조성된다.
여기서, 약한가뭄영역(C1)은 자연강우의 유입이 약하게 제한된 영역이고, 극심한가뭄영역(C2)은 상기 약한가뭄영역(C1)에 비해 자연강우의 유입이 강하게 제한된 영역을 의미한다.
또한, 당년강우영역(C3)은 강우의 제한 및 추가 시설이 필요 없는 당년의 강우영역을 의미하고, 평년강우영역(C4)은 추가관수로 강우의 빈도를 조절하여 일정기간 동안 통계된 평년강우량을 조성하는 영역이며, 홍수강우영역(C5)은 자연강우에 추가관수를 더해 강우의 빈도와 강도를 높임으로써 홍수를 조성하는 영역을 의미한다.
위 설명에서 당년강우영역(C3)은 대조구라 명명될 수 있고, 나머지 약한가뭄영역(C1), 극심한가뭄영역(C2), 평년강우영역(C4) 및 홍수강우영역(C5)은 처리구 또는 조사구라 명명될 수 있다.
기상 관측부(200)는 상기 기후영역별로 설치되어 조성된 영역 별 기상정보를 관측한다.
환경 센서부(300)는 상기 기후영역별로 설치되어 조성된 기후 별 식물과 토양의 환경정보를 측정한다.
서버(500)는 기후영역별로 설치된 기상 관측부(200) 및 환경 센서부(300)로부터 상기 기후영역별 기상정보와 환경정보를 수집하여 강우의 빈도, 강우량 강도, 조도 및 온도변화 등의 대기환경에 따른 식물 및 토양의 생태계 변화를 종합적으로 분석한다.
이하, 도 2 내지 도 6을 통해 기후조성시설물(100)에 대한 구체적인 설명을 하되, 각 도면에서 설명에 불필요한 부분은 생략한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기후조성시설물의 구성을 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 기후조성시설물의 구성을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
첨부된 도 2 및 도 3을 참조하면, 기후조성시설물(100)은 기둥(110), 지붕 트러스(roof truss, 120), 지붕판넬(130), 빗물받이(140), 우수저장탱크(150), 우수공급기(160), 빗물유입방지막(170) 및 차양막(180)을 포함하여 이루어진다.
이를 통해, 기후조성시설물(100)은 식물이 식재된 대지를 복수의 기후영역으로 분할하고, 상기 기후영역별 지붕판넬(130)의 개폐면적을 다르게 적용하여 자연 강우의 유입량(즉, 강우량)을 차등 조절할 수 있다.
기둥(110)은 대지에 매설된 콘크리트 상에 일정 간격을 두고 수직으로 설치된다.
기둥(110)은 기후조성시설물(100)의 정면에서 볼 때 동일한 높이로 나란히 배치된다. 또한, 기둥(110)은 기후조성시설물(100)의 측면에서 볼 때 도 2와 같이 일 열은 길고 이웃하는 다른 일 열은 짧게 교대로 배치된다.
지붕 트러스(120)는 도 2와 같이 높이가 다른 복수의 기둥(110)에 걸쳐 설치되며, 수직재, 수평재 및 경사재가 세모형태로 경사지게 설치되는 뼈대구조로서 조립되는 지붕판넬(130)을 지지한다.
예컨대, 지붕 트러스(120)는 일 열로 배치된 기둥(110)의 상단을 수평으로 연결하여 기둥을 보강하는 상현재(121) 및 하현재(122)를 경사지게 연결하여 지붕판넬(130)을 받치는 서가래(123)를 포함할 수 있다. 이러한 지붕 트러스(120)는 녹에 강한 알루미늄이 재질로 구성될 수 있으며, 그 재질이 이에 한정되지는 않는다.
지붕판넬(130)은 일정 면적을 갖는 투명소재로 지붕 트러스(120) 위에 일정 배치간격(distance)을 두고 이격 조립되며, 각자 배치된 기후영역에 대해 빛은 투과하고 빗물은 차단하는 역할을 한다.
예컨대, 도 3의 평면도를 살펴보면, 지붕판넬(130)의 배치간격은 약한가뭄영역(C1)의 제1 배치간격(d1)에 비해 극심한가뭄영역(C2)의 제2 배치간격(d2)이 좁게 형성되며, 각각 복수로 구성되는 두 가뭄영역(C1, C2)이 서로 대각선 구조로 배치된다.
상기 약한가뭄영역(C1)의 지붕판넬(130)은 해당 지붕면적의 약40%를 피복하고, 상기 극심한가뭄영역(C2)의 지붕판넬(130)은 해당 지붕면적의 약80%를 피복할 수 있도록 각 배치간격(d1 > d2)을 다르게 설치할 수 있다.
또한 이를 다른 방식으로 설명하면, 상기 기후영역별 지붕판넬(130)의 배치간격은 서로 다른 간격으로 차등 조정되어 약한가뭄영역(C1)은 해당영역 총강우량의 약60%가 유입되도록 설치되고, 극심한가뭄영역(C2)은 해당영역 총강우량의 약20%만 유입되도록 설치될 수 있다.
여기서, 각 기후영역별 지붕판넬(130)의 피복 면적이나 강우량 유입 값은 위 예시에 한정되지 않으며, 당년강우량에 따른 조립식 지붕판넬(130)의 배치간격 조절로 변경될 수 있다.
한편, 상기 도 3의 평면도와 같이, 약한가뭄영역(C1)과 극심한가뭄영역(C2)은 각각 복수로 구성되어 대각선 구조로 배치될 수 있다.
이때, 약한가뭄영역(C1)과 극심한가뭄영역(C2)을 대각선으로 배치하는 이유는 가뭄재현을 위한 기후조성시설물(100)이 실외에 구축되는 특성상 강우량 이외에도 바람 및 조도 등의 다른 환경인자의 영향을 받을 수 있기 때문이며, 서로 다른 환경인자의 영향을 차단하기 위함이다.
가령, 단순하게 약한가뭄영역(C1)과 극심한가뭄영역(C2)을 나란히 배치하는 경우 바람이 부는 방향(풍속/풍량), 해가 뜨고 지는 방향 및 조도(일사량) 조건 등이 다르기 때문에 가뭄이 재현된 각 기후영역의 환경평가에 영향을 줄 수 있다. 그러므로, 약한가뭄영역(C1)과 극심한가뭄영역(C2)을 대각선 구조로 조성하고 각 기후영역에서 측정된 환경정보를 취합한 평균을 구함으로써 측정된 환경정보를 평준화 할 수 있는 이점이 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 지붕판넬의 단면 구조를 나타낸다.
첨부된 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 지붕판넬(130)은 투명 아크릴이나 투명 플라스틱 재료 등으로 구성될 수 있으며, 상면의 양측 가장자리에 길이방향으로 연장된 돌기(131)가 형성될 수 있다.
여기서, 만약에 지붕판넬(130)을 돌기(131) 없이 평면으로만 구성한다면 차단된 빗물이 경사면을 타고 흐르다가 양측의 배치간격의 개구로 유입될 수 있다. 그러므로, 돌기(131)는 지붕판넬(130)의 상면에 차단된 빗물이 상기 개구로 유입되는 것을 방지하고 경사면을 따라 흐르도록 유도할 수 있다.
빗물받이(140)는 경사진 지붕 트러스(120)의 하부에 'U'자형으로 형성되며, 지붕판넬(130)에 의해 차단된 빗물(자연강우)을 우수저장탱크(150)에 집하하는 역할을 한다.
빗물받이(140)는 경사진 지붕판넬(130)에 의해 모아진 빗물이 흐르는 과정에서 낙엽 등의 이물을 걸러내는 필터(미도시)가 구비되고, 일단부의 연결된 우수유입배관(151)을 통해 우수저장탱크(150)에 빗물을 저장할 수 있다.
여기서, 빗물받이(140)는 단순히 지붕판넬(130)에 의해 차단된 빗물(이하, '우수'와 동일한 의미로 사용됨)의 재사용을 위해 우수저장탱크(150)에 저장하는 역할만 하는 것이 아니라, 상기 차단된 빗물의 배출과정에서 가뭄재현 처리구(C1, C2)로 재유입되는 것을 방지하기 위하여 우수저장탱크(150)를 통해 우회경로로 배출시하는 역할을 한다.
한편, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 우수저장탱크와 추가관수 공급을 위한 우수공급기의 연결구성을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
첨부된 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 우수저장탱크(150)는 부식이 일어나지 않는 합성수지 재로 구성되어 10톤 내외의 빗물(즉, 우수)를 저장 수 있으며, 우수유입배관(151), 우수공급배관(152) 및 우수배출배관(153)의 연결구조를 포함한다.
우수저장탱크(150)는 빗물받이(140, 미도시)와 연결된 우수유입배관(151)을 통해 유입되는 우수를 저장한다. 그리고, 저장된 우수를 우수공급배관(152)과 연결된 우수공급기(160)를 통해 평년강우영역(C4) 및 홍수강우영역(C5)의 기후 조성을 위한 추가 관수(灌水)로 제공할 수 있다.
또한, 우수저장탱크(150)는 측면의 일부에 수조의 높이를 육안으로 확인할 수 있게 구성하거나 일정높이의 수위를 측정하는 수위센서(154)를 더 포함할 수 있다.
이를 통해, 우수저장탱크(150)는 우수의 수위가 일정높이를 초과하면, 인가되는 제어신호에 따라 배수로에 연결된 우수배출배관(153)의 밸브(V)를 자동으로 개방하여 기후영역에 영향이 가지 않도록 우수를 우회경로로 배출할 수 있다.
여기서, 상기 배수로는 도 1에서와 같이 기후조성시설물(100)에 조성된 전체 기후영역의 토양과 일정거리 떨어진 주변에 형성된 배수로이며, 집중호우 등으로 인해 범람하여 상기 기후영역이 침수되지 않도록 원활한 배수처리량을 확보한다.
또한, 우수저장탱크(150)는 보일러나 히터와 같은 보온설비를 더 포함하여 겨울철에 우수가 동결되는 것을 방지할 수 있다.
우수공급기(160)는 우수저장탱크(150)의 우수공급배관(152)을 통해 제공되는 우수를 평년강우영역(C4) 또는 홍수강우영역(C5)에 설치된 스프링클러(164)를 통해 공급하여 해당 기후조건에 맞는 강우량을 조절한다.
여기서, 상기 우수는 평년강우영역(C4) 또는 홍수강우영역(C5)의 강우조절을 위한 추가관수로 사용된다. 이때, 본 발명의 실시 예에서는 수돗물이나 지하수가 아닌 상시 빗물을 우수저장탱크(150)에 저장하고, 저장된 우수만을 추가관수로 사용함으로써 순수 자연강우에 의한 기후영역별 생태환경을 그대로 재현할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 우수공급기(160)는 펌프(161), 파이프(162), 개폐밸브(163) 및 스프링클러(164)를 포함한다.
펌프(161)는 우수공급배관(152)에서 유입되는 우수에 압력을 가하여 스프링클러(164)로 이송한다.
파이프(162)는 펌프(161)의 압력으로 이송되는 우수를 스프링클러(164)가 설치된 영역 별 파이프라인으로 공급하기 위한 복수의 개폐밸브(163)를 포함한다.
개폐밸브(163)는 인가되는 제어신호에 따라 선택적으로 개폐(Open/Close)되며, 개방 시 해당 라인의 스프링클러(164)를 통해 우수를 배출한다.
한편, 상기 도 2에 나타낸 빗물유입방지막(170)은 상기 기후영역별 경계의 토양에 일정 깊이 삽입되어 수분의 유동을 차단한다. 즉, 빗물유입방지막(170)은 복수의 기후영역으로 분할된 토양의 경계를 따라 복수로 삽입되어 서로 다른 기후영역별 토양으로부터 빗물이 유입되거나 수분이 확산되는 것을 방지한다.
차양막(180)은 기후조성시설물(100)의 상부나 측부에 그물형태로 설치되는 차광망으로 구성된다.
차양막(180)은 기후조성을 위해 펼쳐진 상태로 태양의 일부를 차단하거나 접힌 상태로 상기 차단을 해제할 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 기후영역별 소방형구 및 측정장비의 배치구조를 나타낸다.
첨부된 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 각 기후영역(C1 ~ C5)은 사각의 격자형태로 복수의 소방형구가 배치되고, 각 기후영역별로 기상 관측부(200)와 환경 센서부(300)가 설치된다.
각 소방형구는 배수 불균등에 의한 문제를 상쇄시키기 위해 균일한 조건의 토양환경이 조성되고, 기후 별 생태 실험연구를 위해 소방형구별 다양한 종의 식물이 식재된다. 예컨대, 토양은 마사토를 지표의 약20cm 높이로 피복한 후 굵은 모래를 약5cm 높이로 덮어 동일한 토양환경이 조성되고, 주요 조림수종, 주요 가로수종, 국내 자생수종 및 희귀수종 등의 이종식물이 동일한 조건으로 식재 될 수 있다.
기상 관측부(200)는 강우량, 일사량, 대기온도, 대기습도, 풍향 및 풍속 중 적어도 하나의 환경정보를 측정하는 간이 자동기상관측장비(AWS)이며, 각 기후영역별로 설치된다.
기상 관측부(200)는 무선통신모듈(미도시)을 포함하여, 측정된 환경정보를 설치된 기후영역에 매칭된 식별정보(ID)를 통해 서버(500)로 전송할 수 있다.
환경 센서부(300)는 이미지센서(310), 토양수분센서(320) 및 토양온도센서(330)를 포함한다.
이미지센서(310)는 각 기후영역의 상측에 설치되어 식재된 식물의 평면을 촬영하는 방수 카메라로 구성될 수 있다(도 2 참조). 이미지센서(310)는 기후영역별 크기에 따라 전체면적을 촬영하기 위하여 복수로 구성될 수 있다.
토양수분센서(320)는 소방형구 내 식물의 뿌리가 분포하는 지표에 매설되어 토양 깊이 별 토양 수분을 측정한다.
토양온도센서(330)는 위와 마찬가지로 소방형구 내 매설되어 토양 온도를 측정한다.
토양수분센서(320)와 토양온도센서(330)는 각 기후영역 내 식재된 식물 종별그룹에 한 쌍씩 설치될 수 있다.
또한, 환경 센서부(300)는 위 센서에 한정되지 않고, 토양 내 탄소와 질소량을 측정하는 센서를 더 포함할 수 있으며, 이를 통해 토양 내 유기물의 함량이나 변동량을 측정할 수 있도록 한다.
한편, 기상 관측부(200) 및 환경 센서부(300)는 각자 측정된 기상정보와 환경정보를 무선통신으로 연결된 게이트웨이(400)를 통해 서버(500)로 전송한다.
여기서, 상기 무선통신은 사물인터넷(IoT) 기반 센터네트워크 통신, 지그비 및 무선랜 등의 통신을 활용할 수 있다.
게이트웨이(400)는 기후조성시설물(100) 내의 제어반(미도시)에 탑재될 수 있으며, 기후조성시설물(100)에 포함된 장비와 서버(500)와의 통신을 연결하여 송수신되는 데이터를 중계하는 역할을 한다.
또한, 게이트웨이(400)는 서버(500)의 지령에 따른 기후조성시설물(100) 내 장비들을 원격으로 제어할 수 있으며, 상기 기상정보와 환경정보를 수집하여 전송할 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 서버의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
첨부된 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 서버(500)는 통신부(510), 정보 분석부(520), 영상 처리부(530), 데이터베이스(540) 및 제어부(550)를 포함한다.
통신부(510)는 기후조성시설물(100) 측의 게이트웨이(400)와 통신을 연결하여 각 기후영역의 기상 관측부(200) 및 환경 센서부(300)에서 측정된 기상정보와 환경정보를 수집한다.
또한, 통신부(510)는 우수저장탱크(150) 및 우수공급기(160)의 작동신호와 상기 기상정보와 환경정보의 요청신호를 게이트웨이(400)를 통해 전송할 수 있다.
정보 분석부(520)는 통신부(510)에서 동일한 날짜와 시간에 수집된 기상정보와 환경정보를 분석하여 기후영역별로 기상정보와 환경정보를 매칭하여 데이터베이스(540)에 저장한다.
이를 위해, 정보 분석부(520)는 기후조성시설물(100)의 기후영역별 소방형구에 식재된 식물정보(ID), 기상 관측부(ID) 및 환경 센서부(ID)의 설치위치를 관리한다.
즉, 정보 분석부(520)는 기후영역별 기상 관측부(200) 및 환경 센서부(300)의 설치 위치에 따른 강우량, 일사량, 대기온도, 대기습도, 풍향 및 풍속 중 적어도 하나의 기상정보와 기후영역별 영상, 토양 깊이 별 수분 및 온도 중 적어도 하나의 환경정보를 분류하여 저장할 수 있다.
이때, 정보 분석부(520)는 약한가뭄영역(C1) 및 극심한가뭄영역(C2)의 경우 각각의 대각선 위치에서 수집된 기상정보와 환경정보를 취합한 평균을 구하여 저장할 수 있다.
영상 처리부(530)는 식물의 생육상태를 파악하기 위해 기후영역별 이미지센서(310)에서 수집된 영상을 전처리 하여 해당 기후영역 영상에서의 토양, 잎, 줄기, 꽃 및 열매 중 적어도 하나를 구분한다.
예컨대, 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 기후영역별 영상처리과정을 나타낸다.
첨부된 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 영상 처리부(530)가 약한가뭄영역(C1)에 설치된 복수의 이미지센서(310)로부터 각각 촬영된 제1 영상과 제2 영상을 수집한 것을 가정하여 설명한다.
영상 처리부(530)는 상기 제1 영상과 제2 영상을 취합하여 하나의 전체영상을 생성하고, 약한가뭄영역(C1)의 전체 소방형구를 제외한 배경은 삭제한다(S1).
영상 처리부(530)는 상기 전체영상을 개별 소방형구영상으로 분할하고, 식물의 윤곽선 및 색상(RGB)을 추출하여 개별 소방형구 영상에서의 토양, 잎 및 줄기의 픽셀면적을 파악한다(S2). 이때, 영상 처리부(530)는 상기 식물에 꽃이나 열매가 존재하는 경우 해당 픽셀면적을 더 파악할 수 있으며, 상기 파악된 요소들의 픽셀면적을 합하여 개별 소방형구 영상 1개의 면적을 산출할 수 있다. 또한, 전체영상 및 분할 영상의 면적대비 식물이 분포되는 비율을 산출할 수 있다. 여기서, 잎, 줄기, 꽃 및 열매 등의 식물 면적을 파악하는 이유는 단위별 영상에서 해당 요소별 식물의 면적이 늘어나는 것으로 식물의 생육상태가 좋아지는 반면, 식물이 병충해를 입거나 시드는 현상으로 상기 면적이 줄어들수록 생육상태가 나빠지는 것을 파악할 수 있기 때문이다.
영상 처리부(530)는 상기 개별 소방형구에서 추출된 정보를 응용하여 식물종 별 소방형구를 그룹핑하여 식물종 그룹별 생장상태를 도출할 수 있도록 분석정보를 제공한다(S3). 또한, 영상 처리부(530)는 전체 소방형구 영상에서 추출된 정보를 취합하여 해당 기후영역 전체에 대한 식물의 생장상태 분석정보를 제공할 수 있다.
데이터베이스(540)는 본 발명의 실시 예에 따른 생태환경 연구를 위한 각종 프로그램 및 데이터를 저장하고, 상기 생태환경 연구를 통해 생성되는 정보를 데이터화하여 저장한다.
제어부(550)는 본 발명의 실시 예에 따른 생태환경 연구를 위한 기후조성시설물(100)의 운용, 조성된 기후영역별 토양과 식물의 모니터링 및 그 생태연구를 위한 전반적인 동작을 제어한다.
제어부(550)는 수집된 강우정보와 데이터베이스(540)에 저장된 기상통계데이터를 토대로 가뭄 처리구(C1, C2)의 강우 차단조건을 설정할 수 있으며, 평년강우영역(C4) 및 홍수강우영역(C5)의 추가관수(우수)공급 시점과 공급량을 조절할 수 있다.
예컨대, 제어부(550)는 평년강수량에 비해 당년강수량이 기준치를 초과하여 많거나 적은 경우, 해당 기후조건에 맞도록 지붕판넬(130)의 배치간격(d1/d2)을 줄이거나 넓히도록 강우 차단조건의 변경을 알람 할 수 있다.
또한, 제어부(550)는 우수저장탱크(150)의 수위센서(154)로부터 우수의 수위가 일정높이를 초과한 이벤트신호를 수신하면, 제어신호를 통해 우수배출배관(153)의 밸브(V)를 개방하여 우수를 배수로로 배출할 수 있다.
제어부(550)는 각 기후영역에서 수집된 강우정보와 환경정보에 기초하여 기후영역별 토양의 강우조절 능력 및 토양의 특성 변화를 모니터링하고 이를 누적하여 분석된 정보를 데이터화한다.
예컨대, 제어부(550)는 동일한 대기환경의 기후영역(C1 ~ C5)에 동시에 강우가 발생되는 경우 강우가 유입되는 양과 빈도에 따른 토양의 수분 유지력 변화와 토양온도 변화에 미치는 영향을 분석할 수 있다.
또한, 제어부(550)는 강우의 종료시점으로부터 일정 주기(예; 1분, 10분, 30분, 1일 등) 단위로 기상정보와 환경정보를 수집하여 강우량, 강우기간, 강우빈도, 강우강도 중 적어도 하나에 기초한 토양의 수분량, 수분변화폭, 수분유지기간 및 온도변화를 분석할 수 있다.
또한, 제어부(550)는 토양 내 탄소와 질소량을 더 수집하여 토양 내 유기물의 함량이나 변동량을 분석 할 수 있다.
한편, 제어부(550)는 상기 기후영역별 대기환경과 토양의 특성변화가 다양한 종 식물의 생장에 미치는 영향을 영상 처리를 통해 분석된 정보를 통해 파악하여 기후영역별 식물 종의 적응능력을 평가할 수 있다.
이때, 제어부(550)는 영상 처리부(530)에서 현재 분석된 기후영역별 식물의 생장상태 분석정보를 데이터베이스(540)에 저장된 이전/과거에 수집 처리된 영상의 분석정보와 비교하여 기후영역별 식물의 생장상태의 변동정보를 파악한다.
예컨대, 제어부(550)는 현재 분석된 식물의 잎, 줄기, 꽃, 열매의 면적을 과거의 분석정보와 비교하여, 기후영역별, 식물종 그룹별 및 개별 식물별 생장상태 변동을 분석할 수 있다.
이를 통해, 제어부(550)는 기후영역별 대기환경, 가뭄 정도 및 홍수여부 등에 따른 주요 수종의 발아율, 생존률, 생장량, 자연번식/확산에 따른 개체 수 증가, 해충 및 병해 발생여부와 피해정도, 계절에 따른 식물의 변화, 자연유입종의 군집구조 및 상태변화조사 등의 비교를 통해 기후영역별 식물의 생장상태의 변동정보를 종합적으로 분석할 수 있다.
한편, 제어부(550)는 상기 분석된 기후영역별 식물의 종별 생장상태 분석정보를 입력데이터로 인공신경망에 학습하여 기후영역별 식물 종별 생장모델을 생성하고 이를 축적하여 빅데이터를 구축하거나 지역별 식물의 생태 분석정보로 활용할 수 있다.
예를 들면, 제어부(550)는 축적된 상기 기후영역별 식물 종별 생장모델을 기반으로 식물의 영상(이미지) 정보에 기초한 해당 식물의 종자와 식재된 지역의 기후와 생장환경을 예측할 수 있다.
또한, 지역별 기후정보를 토대로 신규종이나 외래종 등의 식물 종별 생장환경을 예측할 수 있으며, 상기 지역에서의 생장에 적합한 주요수종을 추천할 수 있다.
이러한 상기 기후영역별 식물 종별 생장모델은 추수 가뭄이나 홍수가 잦은 지역 별 산림 조성, 가로수 조성, 공원 조성 및 식물 재배를 위한 식재 및 관리를 위한 의사결정의 기초자료로 활용될 수 있다.
한편, 전술한 생태환경 연구 시스템의 구성을 바탕으로 본 발명의 실시 예에 따른 생태환경 연구 방법을 다음의 도 9를 통해 설명하되, 앞선 설명에서의 기후조성시설물(100)이 구축된 상태를 가정한 서버(500)를 주체로 하여 설명한다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 기후조성시설물을 활용한 식물의 생태환경 연구 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
첨부된 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 서버(500)는 기상 관측부(200)로부터 강우 발생신호를 수신하면 강우 시작으로 판단한다(S101).
서버(500)는 강우가 시작되면 기후조성시설물(100)에 조성된 기후영역별로 강우 유입량을 조절한다(S102).
이때, 약한가뭄영역(C1)과 극심한가뭄영역(C2)은 각각 지붕판넬(130)의 배치간격(d1/d2)에 따른 개폐면적이 다르게 조절되어 강우 유입량이 차등 유입된다.
또한, 서버(500)는 우수공급기(160)를 작동하여 우수저장탱크(150)에 저장된 우수를 스프링클러(164)를 통해 평년강우영역(C4) 및 홍수강우영역(C5) 중 적어도 하나의 추가관수로 공급할 수 있다. 여기서, 서버(500)는 평년강우영역(C4) 및 홍수강우영역(C5)에 당년의 누적된 강우량 및 개별 일정시간당 강우량을 파악하여 평년강우조건 및 홍수강우조건을 위해 필요한 추가관수의 공급여부와 공급량을 각각 결정할 수 있다.
서버(500)는 우수저장탱크(150)의 수위센서(154)로부터 저장된 우수의 수위가 일정높이를 초과한 신호를 수신하면(S103; 예), 우수배출배관(153)의 밸브(V)를 개방하여 저장된 우수를 배수로의 우회경로로 배출한다(S104). 상기 우수의 배출은 우수의 수위가 일정 하한치에 밸브(V)를 폐쇄하여 중단할 수 있다.
반면, 서버(500)는 상기 우수의 수위가 일정높이를 초과한 신호가 수신되지 않으면(S103; 아니오), 위 설명된 우수 배출 단계를 생략할 수 있다.
서버(500)는 기상 관측부(200)로부터 일정시간 강우 유입이 없는 강우 종료신호를 수신하면 강우 종료로 판단하고(S105), 기상 관측부(200)와 환경 센서부(300)로부터 기상정보 및 환경정보를 수집한다(S106).
서버(500)는 수집된 상기 기상정보와 환경정보를 기후영역별로 매칭하여 데이터베이스(540)에 저장한다(S107). 즉, 서버(500)는 기후영역별 기상 관측부(200) 및 환경 센서부(300)의 설치 위치에 따른 강우량, 일사량, 대기온도, 대기습도, 풍향 및 풍속 중 적어도 하나의 기상정보와 기후영역별 영상, 토양 깊이 별 수분 및 온도 중 적어도 하나의 환경정보를 매칭하여 저장할 수 있다.
서버(500)는 각 기후영역에서 수집된 강우정보와 환경정보에 기초하여 기후영역별 토양의 강우조절 능력 및 토양의 특성 변화를 모니터링하고 이를 누적하여 분석된 정보를 데이터화한다(S108). 이때, 서버(500)는 일사량, 대기온도, 대기습도, 풍향 및 풍속 등의 기상정보를 더 고려하여 동일한 대기환경의 기후영역(C1 ~ C5)에 동시에 강우가 발생되는 경우 강우가 유입되는 양과 빈도에 따른 토양의 수분 유지력 변화와 토양온도 변화에 미치는 영향을 종합적으로 분석할 수 있다.
또한, 서버(500)는 환경 센서부(300)의 이미지센서(310)에서 수집된 영상처리를 통한 기후영역별 식물의 생장상태를 분석한다(S109).
그리고, 서버(500)는 상기 영상처리를 통한 현재 분석정보를 과거 분석정보와 비교하여 기후영역별 식물의 생장상태의 변동정보를 파악한다(S110). 예컨대, 서버(500)는 현재 분석된 식물의 잎, 줄기, 꽃, 열매의 면적을 이전의 분석정보와 비교하여, 기후영역별, 식물종 그룹별 및 개별 식물별 생장상태 변동을 분석할 수 있다.
서버(500)는 기후영역별 강우에 따른 토양 분석정보와 식물 생장상태의 분석정보를 인공신공망을 통해 학습하여 기후영역의 식물종별 생장모델을 생성하여 빅데이터를 구축한다(S111).
이후, 도 9에서는 생략되었으나, 서버(500)는 상기 빅데이터에 축적된 상기 기후영역별 식물 종별 생장모델을 기반으로 신규종 및 외래종 등의 식물생장환경을 예측할 수 있으며, 기후가 다른 지역에서의 생장에 적합한 주요수종을 추천할 수 있다.
또한, 서버(500)는 상기 생장모델을 기반으로 가뭄이나 홍수가 잦은 지역 별 산림 조성, 가로수 조성, 멸종위기종 및 취약종 관리방안 모색, 공원 조성 및 스마트팜의 식물 식재 및 관리를 위한 의사결정을 위한 자료로 제공할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 식물이 식재된 토양을 복수의 영역으로 분할하여 강우유입량이 차등 조절되는 강우처리시설을 구축하고, 센서를 통해 영역별 토양의 수분 유지력과 온도에 따른 생태환경 및 식물의 생장상태를 모니터링하여 식물의 종과 종별 개체에 미치는 영향을 평가할 수 있는 효과가 있다.
또한, 동일한 대기환경과 토양환경의 한 장소에 약한가뭄영역, 극심한가뭄영역, 당년강우영역, 평년강우영역 및 홍수강우영역을 조성하고 차등된 강우유입에 따른 토양의 특성 및 식물의 생장상태를 모니터링함으로써 가뭄, 사막화, 홍수 등의 기후대별 종합적인 환경문제를 연구할 수 있다.
또한, 한 장소에 다양한 기후영역을 형성함으로써 유지보수 및 관리가 용이하며 식물의 생태정보를 수집을 위한 인력투입의 감소 및 연구활동이 용이한 효과가 있다.
나아가, 기후영역별 식물의 생태환경 및 식물종별 생장상태 모델을 축적하여 이를 기반으로 가뭄이나 홍수가 잦은 지역 별 산림 조성, 가로수 조성, 멸종위기종 및 취약종 관리방안 모색, 공원 조성 및 스마트팜의 식물 식재 및 관리를 위한 의사결정 정보를 제공할 수 있는 효과가 있다.
이상에서는 본 발명의 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되는 것은 아니며 그 외의 다양한 변경이 가능하다.
예컨대, 도 2 및 도 3에 도시한 본 발명의 실시 예에서는 상기 기후영역별 지붕판넬(130)의 배치간격(d1, d2)의 차이로 약한가뭄영역(C1)과 극심한가뭄영역(C2) 개폐면적을 다르게 함으로써 강우유입을 차증 조절하는 것으로 설명하였으나 본 발명의 실시 예는 이에 한정되지 않으며 아래의 다른 실시 예를 적용할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기후조성시설물의 지붕판넬구조를 개략적으로 나타낸 측면도이다.
첨부된 도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기후조성시설물(100)은 앞서 설명된 구조와 유사하며, 약한가뭄영역(C1)과 극심한가뭄영역(C2) 개폐면적을 다르게 조절하기 위한 지붕판넬(130-1, 130-2)의 구성만 상이하므로 이를 위주로 설명한다.
약한가뭄영역(C1)에 설치되는 제1 지붕판넬(130-1')은 복수의 개구가 제1 간격(d1)으로 배치되고, 극심한가뭄영역(C2)에 설치되는 제2 지붕판넬(130-2')은 상기 제1 간격(d1)보다 넓은 제2 간격(d2)으로 복수의 개구가 배치된다.
즉, 동일한 크기의 제1 지붕판넬(130-1')이 제2 지붕판넬(130-2')에 비해 더 많은 개구가 배열됨으로써 약한가뭄영역(C1)과 극심한가뭄영역(C2)의 강수 유입량을 차등 조절할 수 있는 이점이 있다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 기후조성시설물 110: 기둥
120: 지붕 트러스 130: 지붕판넬
140: 밧물받이 150: 우수저장탱크
151: 우수유입배관 152: 관수공급배관
153: 우수배출배관 154: 수위센서
160: 우수공급기 161: 펌프
162: 파이프 163: 개폐밸브
164: 스프링클러 170: 빗물유입방지막
180: 차양막 200: 기상 관측부
300: 환경 센서부 400: 게이트웨이
500: 서버 510: 정보 수집부
520: 정보 분석부 530: 영상 처리부
540: 데이터베이스 550: 제어부

Claims (20)

  1. 식물이 식재된 대지를 복수의 기후영역으로 분할하고, 기후영역별 지붕판넬의 개폐면적을 다르게 적용하여 자연강우의 유입을 단계별로 차단하거나 우수저장탱크에 저장된 우수(雨水)를 기반으로 추가관수를 공급하는 기후조성시설물;
    상기 기후영역별로 설치되어 조성된 영역 별 기상정보를 관측하는 기상 관측부;
    상기 기후영역별로 설치되어 조성된 기후 별 식물과 토양의 환경정보를 측정하는 환경 센서부; 및
    상기 기후조성시설물을 운용하고, 상기 기상정보와 환경정보를 수집하여 상기 기후영역별 강우량 및 대기환경에 따른 토양과 식물의 생태변화를 종합적으로 분석하는 서버를 포함하며,
    상기 기후영역은 상기 자연강우의 조절여부와 그 조절량에 따른 약한가뭄영역, 극심한가뭄영역, 당년강우영역, 평년강우영역 및 홍수강우영역을 포함하여 한 장소에 조성하되, 한 지붕 내의 상기 약한가뭄영역과 극심한가뭄영역이 각각 복수 영역으로 구성되어 서로 대각선 구조로 상기 지붕판넬의 개폐면적이 다르게 배치되며, 상기 서버는 각 기후영역의 대각선 위치에서 수집된 기상정보와 환경정보를 취합한 평균을 구하여 데이터 베이스에 저장하고,
    상기 우수저장탱크는 상기 지붕판넬에 의해 차단된 자연강우를 집하하는 빗물받이를 통해 유입되는 자연강우를 저장하며, 상기 우수의 수위가 일정높이를 초과하면 인가되는 제어신호에 따라 배수로에 연결된 우수배출배관의 밸브를 개방하여 상기 기후영역에 영향이 가지 않도록 상기 우수를 우회경로로 배출하는 생태환경 연구 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기상 관측부 및 환경 센서부와 무선통신으로 연결되어 각각 측정된 상기 기상정보와 환경정보를 서버로 전송하는 게이트웨이를 더 포함하는 생태환경 연구 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기후조성시설물은,
    상기 대지에 일정간격을 두고 수직으로 설치되는 기둥;
    높이가 다른 복수의 기둥에 걸쳐 경사지게 설치되는 빼대구조를 갖는 지붕 트러스;
    상기 지붕 트러스 상에 조립되며, 상기 기후영역별 개폐면적이 다르게 적용되어 상기 자연강우의 유입량을 차등 조절하는 지붕판넬;
    상기 우수를 평년강우영역 및 홍수강우영역 중 적어도 하나에 설치된 스프링클러를 통해 상기 추가관수로 공급하는 우수공급기;
    상기 기후영역별 경계의 토양에 일정 깊이 삽입되어 수분의 유동을 차단하는 빗물유입방지막; 및
    상기 기후조성시설물의 상부나 측부에 그물형태로 설치되는 차양막
    을 포함하는 생태환경 연구 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 지붕판넬은,
    일정면적을 갖는 투명소재로 소정 간격으로 이격 배치하되,
    상기 약한가뭄영역의 제1 배치간격에 비해 상기 극심한가뭄영역의 제2 배치간격이 좁게 배치되는 것을 특징으로 하는 생태환경 연구 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 지붕판넬은,
    상면의 양측 가장자리에 길이방향으로 연장된 돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 생태환경 연구 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 지붕판넬은,
    일정면적을 갖는 투명소재로 소정 간격으로 개구를 형성하되,
    상기 약한가뭄영역에 설치되는 제1 지붕판넬은 상기 개구가 제1 간격으로 형성되고, 상기 극심한가뭄영역에 설치되는 제2 지붕판넬은 상기 제1 간격보다 넓은 제2 간격으로 복수의 개구가 형성되는 것을 특징으로 하는 생태환경 연구 시스템.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제4항에 있어서,
    상기 우수저장탱크는,
    보일러나 히터의 보온설비를 포함하는 생태환경 연구 시스템.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 우수공급기는,
    상기 우수저장탱크의 우수공급배관을 통해 제공되는 우수를 평년강우영역 또는 홍수강우영역에 설치된 스프링클러를 통해 추가관수로 공급하여 해당 기후조건에 맞는 강우량을 조절하는 생태환경 연구 시스템.
  12. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서버는,
    상기 기후영역별 기상정보와 환경정보를 수집하는 통신부;
    상기 기후영역별 기상정보와 환경정보를 매칭하여 데이터베이스에 저장하는 정보 분석부;
    상기 기후영역별 이미지센서에서 수집된 영상을 처리 하여 기후영역별 영상에서의 잎, 줄기, 꽃, 열매 및 토양 중 적어도 하나의 면적을 산출하는 영상 처리부;
    강우정보와 환경정보에 기초한 기후영역별 대기환경과 토양의 특성변화가 식물종별 생장에 미치는 영향을 상기 영상 처리를 통해 분석된 정보로 파악하여 상기 기후영역의 식물종별 적응능력을 평가하는 제어부
    를 포함하는 생태환경 연구 시스템.
  13. 삭제
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 영상 처리를 통해 현재 분석된 기후영역별 식물의 생장상태 분석정보를 과거에 수집 처리된 영상의 분석정보와 비교하여 기후영역별 식물의 생장상태의 변동정보를 파악하는 생태환경 연구 시스템.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 기후영역별 식물의 종별 생장상태 분석정보를 입력데이터로 인공신경망을 통해 학습하여 상기 기후영역별 식물 종별 생장모델을 생성하고 이를 축적하여 빅데이터를 구축하는 생태환경 연구 시스템.
  16. 식물이 식재된 대지를 복수의 기후영역으로 분할하고, 기후영역별 지붕판넬의 개폐면적을 다르게 적용하여 자연강우의 유입을 단계별로 차단하거나 우수저장탱크에 저장된 우수(雨水)를 기반으로 추가관수를 공급하는 기후조성시설물을 활용한 생태환경 연구 시스템 내 서버의 생태환경 연구 방법에 있어서,
    a) 강우가 시작되면 상기 기후조성시설물에 조성된 기후영역별로 강우 유입량을 조절하는 단계;
    b) 강우가 종료되면 상기 기후영역별로 수집된 기상정보와 환경정보를 매칭하여 기후영역별 토양의 강우조절 능력 및 토양의 특성 변화를 분석하는 단계;
    c) 상기 기후영역별 이미지센서에서 수집된 영상처리를 통해 상기 기후영역별 식물의 생장상태를 모니터링 하는 단계;
    d) 상기 영상처리를 통한 현재 분석정보를 과거 분석정보와 비교하여 기후영역별 강우량 및 대기환경에 따른 토양과 식물의 생태변화를 종합적으로 분석하는 단계를 포함하며,
    상기 a) 단계는 상기 지붕판넬에 의해 차단된 상기 자연강우를 빗물받이에 집하하여 우수저장탱크에 저장하고 상기 우수저장탱크의 우수가 일정높이를 초과하면, 우수배출배관의 밸브를 개방하여 상기 기후영역에 영향이 가지 않도록 저장된 상기 우수를 배출로를 통해 우회경로로 배출하는 단계를 포함하고,
    상기 기후영역은 상기 자연강우의 조절여부와 그 조절량에 따른 약한가뭄영역, 극심한가뭄영역, 당년강우영역, 평년강우영역 및 홍수강우영역을 포함하여 한 장소에 조성하되, 한 지붕 내의 상기 약한가뭄영역과 극심한가뭄영역이 각각 복수 영역으로 구성되어 서로 대각선 구조로 상기 지붕판넬의 개폐면적이 다르게 배치되며, 상기 b) 단계는 상기 약한가뭄영역과 극심한가뭄영역의 대각선 위치에서 수집된 기상정보와 환경정보를 취합한 평균을 구하여 데이터베이스에 저장하는 단계를 포함하는 생태환경 연구 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 a) 단계는,
    우수공급기를 작동하여 우수저장탱크에 저장된 우수를 스프링클러를 통해 평년강우영역 및 홍수강우영역 중 적어도 하나의 추가관수로 공급하는 단계를 포함하는 생태환경 연구 방법.
  18. 삭제
  19. 제16항에 있어서,
    상기 c) 단계는,
    상기 기후영역별로 수집된 영상을 취합하여 하나의 전체영상을 생성하고 소방형구를 제외한 배경을 삭제하는 단계;
    상기 전체영상을 개별 소방형구 영상으로 분할하고, 식물의 윤곽선 및 색상을 추출하여 상기 개별 소방형구 영상에서의 잎, 줄기, 꽃, 열매 및 토양 중 적어도 하나의 픽셀면적을 파악하는 단계; 및
    상기 개별 소방형구에서 파악된 정보를 응용하여 상기 기후영역별 식물종 그룹 및 식물종별 개체의 생장상태를 분석하는 단계
    를 포함하는 생태환경 연구 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 d) 단계 이후에,
    상기 기후영역별 강우량에 따른 토양 분석정보와 식물 생장상태의 분석정보를 인공신공망을 통해 학습하고 기후영역의 식물종별 생장모델을 생성하여 빅데이터를 구축하는 단계를 더 포함하는 생태환경 연구 방법.
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