KR20090011061A - 유비쿼터스센서네트워크와 미들웨어를 이용한 재선충탐지용 삼림관측시스템 - Google Patents

유비쿼터스센서네트워크와 미들웨어를 이용한 재선충탐지용 삼림관측시스템 Download PDF

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KR20090011061A
KR20090011061A KR1020070074279A KR20070074279A KR20090011061A KR 20090011061 A KR20090011061 A KR 20090011061A KR 1020070074279 A KR1020070074279 A KR 1020070074279A KR 20070074279 A KR20070074279 A KR 20070074279A KR 20090011061 A KR20090011061 A KR 20090011061A
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강현중
여현
이명훈
주휘동
임혁진
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순천대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 수목관측시스템을 이용한 재선충 탐지용 삼림관측시스템에 관한 것으로, 보다 자세하게는 수목에 센서를 부착하고 수목의 외적 변화를 관찰하기 위한 카메라를 설치하며 미들웨어를 통해 종합적으로 분석함으로써, 수목의 재선충 감염 여부와 확산 가능성을 예찰 하는 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 수목관측시스템은 재선충의 의해 수액의 흐름이 방해받고 있는지 확인하기 위해 수목의 수관부에 삽입된 수액흐름센서와, 재선충 침입으로 인해 발생할 수 있는 수목의 처짐이나 색깔 변화 등을 관측하기 위한 카메라를 통해 수목의 재선충 피해 유무를 파악할 수 있도록 한다. 또한 풍향 및 풍속 센서를 이용해 재선충의 이동 방향을 유추하고 온도센서를 통해 재선충이 가장 번식하기 좋은 온도를 함께 측정하여 분석에 활용토록 한다. 그리고 이러한 정보를 센서노드들 간의 자가 네트웍(USN:Ubiquitous Sensor Network)을 통해 알려 줌으로써 재선충을 미리 예측하고 전파 방향 및 범위를 유추할 수 있게 한다.
따라서, 본 발명의 USN과 미들웨어를 이용한 재선충 탐지용 삼림관측시스템은 재선충을 예방하고 피해 지역을 조기에 확인할 수 있는 효과가 있다.
모니터링, 재선충, 수액흐름센서, 미들웨어, 수목관측, 삼림관측

Description

유비쿼터스센서네트워크와 미들웨어를 이용한 재선충 탐지용 삼림관측시스템{USN and Middleware based Wood Watch System for detecting Bursaphelenchus xylophilus}
본 발명은 USN과 미들웨어를 이용한 재선충 탐지용 수목관측시스템에 관한 것으로, 보다 자세하게는 수목에 수액흐름 센서, 온도센서, 풍향센서, 풍속센서를 부착하여 수목의 수관부 상태와 주변 환경을 측정하고, 카메라를 이용해 수목의 처짐이나 잎의 색 변화 등을 관찰하여 수목의 재선충 감염 의심 여부를 관찰하며, context-aware 과정을 통해 센서로부터 수집한 각종 센싱 정보를 종합하여 인근 수목의 재선충 피해 규모 및 솔수염하늘소의 이동 방향 등을 예측하는 시스템에 관한 것이다.
또한 수목의 수액흐름변화, 인근 수목 영상, 풍향, 풍속, 온도 등의 수집된 정보를 센서노드들간에 자가망을 구성하여 중앙관제센터로 전송하는 시스템에 관한 것이다.
우리나라에 재선충이 1988년 부산에서 처음 발견된 이래로 해마다 그 피해가 늘어나고 있다. 효과적인 재선충 치료를 위해서는 모든 소나무에 대한 예찰이 중요한데 우리나라 전역에 고루 퍼진 터라 예찰을 위해서는 많은 인력이 필요할 뿐만 아니라, 육안으로 관측하기도 쉽지 않으며, 재선충을 옮기는 솔수염하늘소의 이동방향도 예측하기 힘들어 재선충의 확산을 막기가 어려운 실정이다. 또한 재선충이 2004년 세계최초로 잣나무에서도 발견되는 등 다른 수종으로도 번질 우려가 현실로 나타나고 있다.
종래에는, 재선충 감염여부를 확인하기 위해 인공위성을 통한 고성능 카메라영상, 육안관찰 등의 방법이 있으며, 기존의 시스템은 실제 수목의 상태를 확인할 수 없어 보다 대응이 늦고 수목이 식재된 범위가 워낙 넓어 관측을 위한 인력이 턱없이 부족한 형편이다.
또한 재선충의 피해를 줄이기 위해 수목에 주사를 하게 되는데, 이 역시도 수목의 규모가 광범위해 한정된 지역에만 적용되고 있는 실정이다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 소나무를 포함한 수목에 번식이 우려되는 기온을 예찰하기 위한 온도센서, 재선충으로 인해 수액의 흐름이 방해받고 있는지 측정하기 위한 수액흐름 측정 센서, 솔수염하늘소의 예상 이동방향의 유추를 위한 풍속 및 풍향센서를 수목에 부착하고, 카메라를 통해 수목의 처짐 상태 와 색깔의 변화를 측정하여 재선충 감염 의심 여부를 예찰하고, context-aware 매니저를 통해 다양한 센서로 부터 입수된 정보들을 종합하여 인근 수목의 재선충 피해 규모와 솔수염하늘소의 이동방향을 예상하기 위한 미들웨어를 제공함으로써 관리 인력 규모를 최소화 하고 피해지역을 보다 빨리 파악하기 위한 USN기반의 미들웨어를 이용한 재선충 탐지용 삼림관측시스템에 관한 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 첫째. 전원 절감의 측면에서 다음과 같이 해결하고자 한다.
센서의 실제 적용에 있어 가장 문제는 전력이다. 이를 위해 본 시스템의 모든 노드는 태양광을 이용한 보조전원을 장착한다. 또한 센서가 해당 센싱값을 측정하는 주기를 수 분에서 수 십분 주기로 하여 전력낭비를 예방토록 한다.
둘째, 재선충의 피해 범위를 유추하고 실제로 확인하기 위해 각종 센서와 카 메라를 활용한다.
이를 통해 수액의 흐름이 방해받고 있지않는지 주기적으로 측정할 수 있어 육안관측보다 정확성을 높일 수 있고, 풍향, 풍속, 온도 정보를 DB상에 저장해 이를 분석함으로써 피해 수목이 발생했을 경우 재선충을 옮기는 숙주인 솔수염하늘소가 어느 방향으로 이동하였는지 유추할 수 있으며, 센서노드에 부착된 카메라를 통해 인근 수목의 상태를 원격으로 관측할 수 있으므로 직접 인력이 해당지역을 방문하지 않고도 수목의 상태를 확인할 수 있으므로 보다 정확한 관측이 가능하다.
셋째, 측정된 센싱 정보를 CDMA망과 같은 유료망을 이용하지 않고 센서노드들 간의 자가 네트웍을 구성해 전송함으로써 데이터 전송비용도 최소화한다. 삼림 곳곳에 설치된 센서노드들은 인근의 센서노드를 경유해 자신의 센싱 정보를 넘겨주게 되며 이러한 과정을 거쳐 중앙관제센터로 데이터가 전송되게 된다. 이러한 중앙관제센터가 하나만 설치되어서는 모든 데이터를 안정적으로 입수할 수 없으므로 삼림 인근에 몇 개의 수신기를 설치하고 이를 유료 유선망과 연결해 안정성을 보장하도록 한다.
USN과 미들웨어를 이용한 재선충 탐지용 삼림관측시스템은 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해 석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물들과 변형예들이 있을 수 있음을 이해해야 한다.
도 1은 수목관측센서를 이용한 수목관측시스템의 구성도이고, 더 자세하게는, 도 2는 수목에 부착된 수액흐름센서노드(120)를 구성하는 그림이며, 도 3은 센서노드(10)가 자가망을 구성해 어떻게 데이터를 전송하는지를 나타내는 그림이고, 도 4는 중앙관제센터 단말에서 보여지는 GUI를 나타낸 그림이다.
도 1을 참조하여 본 발명의 구성을 살펴보면, 본 발명은, 태양광모듈(340)을 통해 전원을 공급받아 축전지부(320)에 저장하였다가 전원제어부(240)를 통해 각각의 장치로 전원을 분배한다. 센서수집부(60)는 풍향센서(104), 풍속센서(106), 온도센서(108), 수액흐름센서(102) 로부터 들어온 센싱값을 수집하여 DB(40)로 전송한다.
미들웨어(80)는 DB(40)로부터 주기적으로 센싱값을 분석하여 미리 입력된 정보인 재선충 번식 우려 온도, 수액흐름이 방해 받을 경우의 수액흐름 변화, 풍향, 풍속 등과 비교해 재선충감염 여부를 결정한다. 감염여부가 의심되면 중앙제어부(20)를 통해 카메라제어부(220)를 제어하도록 하고 카메라(200)로부터 촬영된 화상을 전송데이터에 포함시키도록 한다.
도 2는 수목에 부착된 수액흐름센서노드(120)를 구성하는 그림이다.
각각의 센서노드(10) 인근 수목 중 몇 개를 셈플링 하여 수액흐름센서노드(120)를 설치한다. 센서노드(10)와 마찬가지로 수액흐름센서노드(120)도 태양광모듈(340)과 축전지부(320)를 가지게 된다. 다른 점이 있다면 전원을 분배하는 전원제어부(240)이 따로 장착되어 있지 않다. 센서노드(10)와 달리 기기가 단순하기 때문이다. 중앙제어장치(402)는 수액흐름 센서(102)가 주기적으로 측정한 값을 근거리무선송/수신부(404) 를 통해 센서노드(10)로 전송할 수 있게 한다. 수액흐름센서(102)는 수목의 수관부에 장착된 센서로 Heat pulse 방식으로 수액의 흐름을 측정하게 된다.
도 3은 센서노드(10)가 자가망을 구성해 어떻게 데이터를 전송하는지를 나타내는 그림이다.
삼림 곳곳에 설치된 센서노드(10)는 근거리 저전력 통신방식을 통해 인근 센서노드(10)로 데이터를 전송하게 되며 데이터를 받은 센서노드(10)는 이를 다른 센서노드(10)로 넘겨 줌으로써 데이터가 전송된다. 중앙관제선터단말(600)은 중앙관제센터수신부(500)를 통해 이렇게 전달된 데이터를 확인하게 된다.
도 4는 중앙관제센터단말(600)에서 보여지는 GUI를 나타낸 그림이다.
센서노드(10)로부터 주기적으로 들어오는 정보를 map(702)을 통해 보여주게 되며 이러한 map(702)은 센서노드(10)를 설치하면서 측정한 GPS 정보를 기초로 한다. map(702)상의 삼각형은 각 센서노드(10)의 위치와 함께 해당 센서노드(10) 주변 수목이 재선충 피해로부터 안전한지, 경계해야 하는지 혹은 위험한지를 나타낸다.
지역선택리스트메뉴(704)를 통해 센서노드(10)가 설치된 전지역을 선택해 가며 확인할 수 있다.
지역선택리스트메뉴(704)에서 지역을 선택하게 되면 map(702)상에는 그 지역의 지도가 보여 지게 되며 map(702)상에서 해당 번호를 클릭하거나 센서노드선택리스트메뉴(740)를 통해 현재 상태를 확인하고자 하는 센서노드(10)를 선택할 수 있다.
카메라화상부(706)와 카메라제어버튼(708)을 통해 해당지역 센서노드(10)에 설치된 카메라(200)를 원격 조정해 가며 해당지역 수목을 확인할 수 있다.
주간온도변화(720)와 주간풍속변화(740) 또한 확인할 수 있다.
종합풍속및풍향(802)을 통해 재선충이 감염된 수목 인근 전파 범위를 예상할 수 있으며, 종합텍스트(800)을 통해 해당지역의 GPS 좌표와 지명을 확인하고 발생가능성 유무를 확인할 수 있다.
도 1은 수목관측센서를 이용한 수목관측시스템의 구성도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 센서노드 20: 중앙제어부
40: DB 60: 센서수집부
80: 미들웨어 100: 센서부
102: 수액흐름센서 104: 풍향센서
106: 풍속센서 108: 온도센서
120: 수액흐름센서노드 200: 카메라
220: 카메라제어부 240: 전원제어부
300: 태양광전원부 320: 축전지부
340: 태양광모듈 400: 무선송/수신부
도 2는 수목에 부착된 수액흐름센서노드(120)을 구성도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
102: 수액흐름센서 120: 수액흐름센서노드
300: 태양광전원부 320: 축전지부
340: 태양광모듈 402: 중앙제어장치
404: 근거리무선송/수신부
도 3은 센서노드(10)가 자가망을 구성도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 센서노드 500: 중앙관제센터수집부
600: 중앙관제센터단말
도 4는 중앙관제센터단말(600)에서 보여지는 GUI
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
600: 중앙관제센터단말 702: map
704: 지역선택리스트메뉴 706: 카메라화상부
708: 카메라제어버튼 720: 주간온도변화
740: 센서노드선택리스트 760: 주간풍속변화
800: 종합텍스트 802: 종합풍속/풍향

Claims (1)

  1. USN과 미들웨어를 이용한 재선충 탐지용 삼림관측시스템에 있어서,
    재선충을 조기에 발견하기 위해 수목에 설치하는 수액흐름센서노드(120)와 수액흐름센서(102) 및 재선충의 증식이 왕성해지는 온도를 측정하기 위한 온도센서(108)와 재선충의 숙주인 솔수염하늘소가 이동한 진행방향을 예측하기 위한 풍향센서(104)와 풍속센서(106)와,
    센서가 측정한 값을 DB(40)로부터 불러와 종합하여 재선충 감염 의심여부를 판단하는 미들웨어(80)와,
    센서노드(10)와 수액흐름센서노드(120)에 전원을 공급하기 위한 태양광전원부(300)와,
    근거리무선송/수신부(404) 및 무선송/수신부(400)를 통해 센서노드(10)가 다른 센서노드(10)를 경유해 중앙관제센터(600)로 데이터를 전달하기 위한 근거리저전력 통신 기반의 자가망과,
    해당 센서노드(10)의 GPS값을 기초로 만들어진 map(702)을 통해 삼림 곳곳에 배치된 센서노드(10) 인근의 수목이 재선충 감염이 의심되는지 확인할 수 있고 사람이 종합하여 대처할 수 있도록 카메라화상부(706)과 카메라제어버튼(708), 주간온도변호(720), 주간풍속변화(740), 종합풍속풍향(802) 및 종합텍스트(800)으로 구성됨을 특징으로 하는 USN과 미들웨어를 이용한 재선충 탐지용 삼림관측시스템.
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