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자료명/저자사항
중앙아시아 내재해형 자동 제설기능을 갖춘 IoT 융합 수출 집중형 무기둥 광폭 비닐온실 개발 최종보고서 / 농림축산식품부 [편] 인기도
발행사항
세종 : 농림축산식품부, 2018
청구기호
631.583 -18-2
자료실
[서울관] 서고(열람신청 후 1층 대출대)
형태사항
250 p. : 삽화, 도표 ; 30 cm
총서사항
Export promotion technology development program R&D report
제어번호
MONO1201826344
주기사항
주관연구기관명: 고등기술연구원연구조합
주관연구책임자: 송형운
참고문헌: p. 247-250
본문은 한국어, 요약문과 목차는 한국어, 영어가 혼합 수록됨
원문

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표제지

제출문

보고서 요약서

SUMMARY

Contents

목차

1장 연구개발과제의 개요 20

1절 연구개발 목적 20

2절 연구개발의 필요성 21

3절 연구개발 범위 26

2장 국내외 기술개발 현황 27

1절 국내현황 27

2절 국내 정책 및 제도현황 28

3절 국외현황 28

3장 연구수행 내용 및 결과 31

1절 온실 작물생산량 예측모델 및 프로그램 개발 31

1. 데이터 활용 가상 데이터 시뮬레이터 및 전처리 31

2. 온실 작물 생산량 예측모델 및 프로그램 개발 42

2절 내재해형 광폭 비닐온실 설계 및 시공기법 개발 71

1. 내재해형 온실 구조해석 71

2. 내재해형 온실 내부 유동 및 풍하중 해석 98

3. 내재해형 온실 서까래 설계프로그램 121

4. 내재해형 온실 기본 및 실시설계 125

5. 내재해형 온실 시공기법 127

3절 1,000㎡ 규모 내재해형 광폭 비닐온실 시공 및 성능 평가 130

1. 온실 구조안정성 확보를 위한 구조해석 보안 및 설계 최적화 130

2. 1,000㎡ 규모 내재해형 광폭 비닐온실 설계 제작 및 시공/시운전 145

3. 현지 온실 내외부 환경 모니터링과 DB화 179

4. 1,000㎡ 규모 내재해형 온실내 환경설비 시공 및 운영 183

5. 장기연속운전을 통한 실측 데이터 수집/분석 및 비닐온실 성능평가 195

4절 내재해형 광폭 비닐온실 적용 IoT기반 자동제설장치 개발 208

1. IoT 기반 온실 모니터링 및 제어시스템 구축 208

2. IoT 기반 스마트 제설장치 설계 및 제작 218

3. 중앙아시아 적용을 위한 자동제설장치 성능실험 230

4. IoT 기반 스마트 자동제설장치 실시설계 241

5절 현지 온실 운영/관리 및 사업화 242

1. 현지영농법인(Adulkhami Agro) 온실 시공/운영 협약 242

2. 10,000㎡ 규모 신규 온실 사업화 243

3. 현지 온실 신규 사업화 244

6절 연구개발성과 247

1. 과학적 성과 247

2. 기술적 성과 250

3. 경제적성과 251

4. 사회적 성과 255

4장 목표달성도 및 관련분야 기여도 256

1절 목표달성도 256

2절 관련분야 기여도 260

5장 연구결과의 활용계획 261

1절 연구개발 기술제품의 사업화 261

2절 기술홍보 및 정책제안 262

3절 온실 설계기술 보급 262

6장 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 263

7장 연구개발결과의 보안등급 263

8장 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 263

9장 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 263

1절 연구활동종사자 환경안전교육 실시 263

2절 연구실 안전검검 실시 263

3절 연구실 안전사고 대응 및 예방 265

10장 연구개발과제의 대표적 연구실적 265

11장 기타사항 266

12장 참고문헌 266

표목차 11

［표 1］ 연구개발 과제의 목표 20

［표 2］ 시설 원예 농가의 강풍 피해 유형 23

［표 3］ 시설 원예 농가에 설치된 환경 제어 장비와 생산성 비교 25

［표 4］ 샘플 데이터 예제 및 속성 설명 33

［표 5］ 가상 데이터 시뮬레이터 34

［표 6］ 군집개수 5일 때 재현성 평가를 위한 교차분류표 36

［표 7］ 천안 송남리 3연동 플라스틱하우스 세부 정보 42

［표 8］ 샘플데이터 예시(2013년 8월1일 ~ 7일) 44

［표 9］ 수집된 데이터 속성 45

［표 10］ 재현성 평가를 위한 교차분류표 47

［표 11］ 시간 속성을 고려한 모델링 평가 60

［표 12］ 시간 속성을 고려하지 않은 모델링 평가 60

［표 13］ t-검정을 이용한 예측모델정확도 차이 유의성 검증 60

［표 14］ 데이터 입력 68

［표 15］ 예측모델 평가 69

［표 16］ 실측 생산량 예측 데이터 입력 70

［표 17］ 예측 결과 확인 71

［표 18］ 온실 구조의 재료 물성치 73

［표 19］ 온실 구조의 적용 물성치 80

［표 20］ 지붕경사에 따른 적설하중의 절감계수 80

［표 21］ 지붕경사에 따른 적설하중의 절감계수 80

［표 22］ 지붕면에 작용하는 적설하중 및 무게 환산 81

［표 23］ 온실 구조의 적용 물성치 88

［표 24］ 온실의 Fatigue 해석 결과 98

［표 25］ 온실내 순환팬 경계조건 103

［표 26］ 설치 각도에 따른 방풍파이프 모델 116

［표 27］ 방풍파이프 형태에 따른 분류 117

［표 28］ 온실 모델별 규격 122

［표 29］ 서까래 간격에 따른 한계하중 회귀식(A형 온실) 123

［표 30］ 중요도계수 124

［표 31］ 설하중 노출계수 124

［표 32］ 설하중 온도계수 125

［표 33］ 각국 온실 비교 128

［표 34］ 온실 구조의 적용 물성치 132

［표 35］ 지붕경사에 따른 적설하중의 단위중량 133

［표 36］ 지붕경사에 따른 적설하중의 절감계수 133

［표 37］ 중간층 구조도 및 지붕면의 변형결과 140

［표 38］ 설계모델과 개선모델의 구조 비교 141

［표 39］ 구조설계 최적화 결과와 구조계산서 결과 비교 145

［표 40］ 우즈베키스탄 타쉬켄트 기상자료(http://www.accuweather.com) 148

［표 41］ 우즈베키스탄(타쉬켄트) 현지 적용 온실 154

［표 42］ 우즈베키스탄 비닐온실 주요 재배 품목 및 생산량 155

［표 43］ 온풍기 사양 190

［표 44］ 1차 제설제 적정량 기초실험의 적설 조건 및 제설조건 222

［표 45］ 1차 제설제 적정량 기초실험의 제설조건 223

［표 46］ 분사배관 종류 및 크기 226

［표 47］ 실험실 규모 제설장치 설계사양 227

［표 48］ 제설장치 부분별 장치사진 및 기능 229

［표 49］ 제설 초기시점 실험조건 231

［표 50］ 제설제 적정유량 설정 실험조건 233

［표 51］ 적설율에 따른 제설 효율평가 실험조건 235

［표 52］ 제설제 유량 최적화 실험 조건 239

［표 53］ 장시간(5hr) 제설성능평가 실험조건 241

그림목차 13

［그림 1］ 중앙아시아의 기후 현황 및 폭설 피해 현황 21

［그림 2］ 원예시설의 설해 양상 21

［그림 3］ 서까래 간격에 따른 한계적설심 분석 22

［그림 4］ 중앙아시아 비닐온실 채소 생산량 23

［그림 5］ IoT 기술 적용 통합온실 환경시스템 24

［그림 6］ 관련 기술 현황 분석을 통한 연구범위 설정 개요 26

［그림 7］ 세부기술별 출원 점유율 30

［그림 8］ 1차년도 연구 진행 현황 및 진행 시나리오 31

［그림 9］ 아리조나 대학 CEAC에서 모니터링한 실시간 데이터 그래프 33

［그림 10］ 군집화를 이용한 이상치 검출. 빨간 원으로 표시... 36

［그림 11］ 탑승객의 생존 여부를 나타내는 결정트리 예제 37

［그림 12］ 입력층, 결합층, 출력층 등 3개의 계층으로... 38

［그림 13］ 서포트 벡터 머신의 범주 39

［그림 14］ 구축한 앙상블 형태의 분류/예측 모델 40

［그림 15］ 제안한 새로운 분류/예측 알고리즘 설명도 41

［그림 16］ 온실 내부 모습 43

［그림 17］ 실측데이터 기반 예측 모델링 및 검증 시나리오 45

［그림 18］ 데이터 총계 예시 46

［그림 19］ 속성 중요도 평과 결과 46

［그림 20］ 이상치 탐지를 위한 군집분석 결과 48

［그림 21］ 주요 속성 별 히스토그램 49

［그림 22］ 실측데이터 전처리 과정 50

［그림 23］ 시계열 데이터 성분 예시 50

［그림 24］ 온실토마토 재배데이터 Seasonal 성분 51

［그림 25］ 예측모델링 알고리즘 비교분석 및 선별 프레임워크 51

［그림 26］ C&R tree 작물생산량 모델링 적용 예시 52

［그림 27］ CHAID 작물생산량 모델링 적용 예시 53

［그림 28］ 인공신경망 작물생산량 모델링 적용 예시 53

［그림 29］ 지지도벡터기계 작물 생산량 모델링 적용 예시 54

［그림 30］ 주 단위 작물 생산량 예측 모델링 결과 55

［그림 31］ 수확일 포함 3,4일전 평균값 데이터 기반 예측 모델링 결과 56

［그림 32］ 구축한 앙상블 형태의 분류/예측 모델 57

［그림 33］ 실측데이터 처리를 위한 새로운 분류/예측 알고리즘 설명도 57

［그림 34］ 실측데이터 기반 앙상블 예측모델링 결과 58

［그림 35］ IF-THEN 규칙 형태의 가시화 58

［그림 36］ C&R tree 모델 구축과정에서의 속성 별 중요도 59

［그림 37］ 그래프를 이용한 알고리즘별 예측 평가 (시간속성 고려) 61

［그림 38］ 그래프를 이용한 알고리즘별 예측 평가 (시간속성 미고려) 62

［그림 39］ 온실최적화 예측 시스템 구조도 63

［그림 40］ 온실최적화 예측 시스템 명령 처리과정 63

［그림 41］ 메인화면 64

［그림 42］ 예측모델 평가화면 65

［그림 43］ 예측데이터 입력화면 66

［그림 44］ 예측결과 확인 화면 67

［그림 45］ 2-Span 온실 구조의 Geometry 72

［그림 46］ 2-Span 온실구조의 유한요소 모델 73

［그림 47］ 범용프로그램의 해석 모델 74

［그림 48］ 해석모델의 구속조건 74

［그림 49］ 적설하중에 의한 변형형태 75

［그림 50］ 구조해석 결과 75

［그림 51］ MIDAS프로그램의 해석결과 76

［그림 52］ 비교 모델의 각 부재별 발생응력 결과 Data 76

［그림 53］ 연동곡부의 과대 설하중 77

［그림 54］ 광폭 온실 구조의 Geometry 78

［그림 55］ 광폭 온실 구조의 유한요소 모델 79

［그림 56］ 연동곡부의 적설하중 할증률 81

［그림 57］ 해석 모델에 적용된 자중 방향 및 하중 부하 82

［그림 58］ 구속 조건(적설하중 해석) 82

［그림 59］ 하중을 받는 주요 부재 83

［그림 60］ 설하중에 의한 변형 83

［그림 61］ 적설하중에 대한 해석결과 84

［그림 62］ 유동-구조 연성해석 프로세스 85

［그림 63］ 유동장 모델 86

［그림 64］ 유동해석 결과 87

［그림 65］ 유한요소 모델(풍하중 해석) 88

［그림 66］ 구속조건(풍하중 해석) 89

［그림 67］ 하중조건(풍하중 해석) 89

［그림 68］ 풍하중을 받는 주요 부재 90

［그림 69］ 풍하중 부하에 따른 구조물의 변형 90

［그림 70］ 풍하중 해석결과 91

［그림 71］ 피로수명 예측을 위한 해석절차 93

［그림 72］ 풍속의 확률밀도 분포 94

［그림 73］ 풍속의 time serise data 94

［그림 74］ 구조해석을 위한 온실 모델 95

［그림 75］ 단동 온실의 실험 및 수치해석 결과 비교 96

［그림 76］ 온실의 응력해석 결과 96

［그림 77］ 중력과 wind load가 고려된 온실의 응력해석 결과 97

［그림 78］ 속도 및 속도제곱에 대한 응력 변화 97

［그림 79］ 온실의 Natural frequency 및 model shape 98

［그림 80］ 벽근처 레이어층 구성도 100

［그림 81］ 온실 형상 모델링 및 계산격자 102

［그림 82］ 온실내 압력분포 104

［그림 83］ 온실내 속도 분포 104

［그림 84］ 온실내 속도프로파일 105

［그림 85］ 온실내 유효동점도(ENUT)와 혼합길이(EL1) 105

［그림 86］ 온실내 유선분포 106

［그림 87］ 온실내 압력분포 106

［그림 88］ 온실내 속도 분포 107

［그림 89］ 온실내 속도프로파일 108

［그림 90］ 온실내 혼합길이(EL1)와 유효동점도(ENUT) 108

［그림 91］ 온실내 유선분포 109

［그림 92］ 온실내 속도 분포 110

［그림 93］ 온실내 속도프로파일 110

［그림 94］ 온실내 유효동점도(ENUT)와 혼합길이(EL1) 111

［그림 94］ 온실내 유선분포 111

［그림 96］ 은실내 속도 분포 112

［그림 97］ 온실내 속도프로파일 113

［그림 98］ 온실내 유선분포 113

［그림 99］ 비닐온실 방풍파이프 115

［그림 100］ 유동장 및 입력조건 116

［그림 101］ 설치 각도에 따른 방풍파이프 모델 116

［그림 102］ 설치 각도에 따른 방풍파이프 모델 117

［그림 103］ 풍하중 산정 구역 118

［그림 104］ 방풍파이프 설치각도에 따른 풍력계수 결과 118

［그림 105］ 방풍 파이프 설치각도에 따른 풍력계수 회귀식 119

［그림 106］ 방풍파이프 형태에 따른 풍력계수 결과 120

［그림 107］ 방풍파이프 형태에 따른 풍력계수 회귀식 120

［그림 108］ 서까래 간격 계산 프로그램 122

［그림 109］ 내재해형 광폭온실 평면도 및 기초 125

［그림 111］ 내재해형 광폭온실 정면에 단면 상세도 127

［그림 112］ 온실 주기둥 스파이럴 기초 129

［그림 113］ 다용도 알루미늄 거터 129

［그림 114］ 온실 시공 단축을 위한 알루미늄 이음새 130

［그림 115］ 무기둥 광폭 설계구조 131

［그림 116］ 광폭 온실 구조의 유한요소 모델 131

［그림 117］ 연동곡부의 과대 설하중 132

［그림 118］ 연동곡부의 적설하중 할증률 133

［그림 119］ 해석 모델에 적용된 적설하중과 자중 134

［그림 120］ 구속조건 134

［그림 121］ 설하중에 의한 변형 135

［그림 122］ 적설하중에 대한 해석결과 135

［그림 123］ 풍하중 산정 136

［그림 124］ 구조물에 인가된 하중 방향 136

［그림 125］ 풍하중 부하에 따른 구조물의 변형 137

［그림 126］ 풍하중 해석결과 137

［그림 127］ 개선모델 변형 형태 139

［그림 128］ 개선 모델 해석결과 140

［그림 129］ 개선 모델의 풍하중 해석결과 142

［그림 130］ 1차 실험결과 143

［그림 131］ 구조계산서 구조결과 144

［그림 132］ 우즈베키스탄(타쉬켄트) 연간 최고 및 최저... 146

［그림 133］ 우즈베키스탄(타쉬켄트) 연간 평균 적설량 147

［그림 134］ 우즈베키스탄(타쉬켄트) 2월 중 강수 및 강설 확률 147

［그림 135］ 우즈베키스탄 현지 온실부지 전경 156

［그림 136］ 현지 온실 배치 계획1 157

［그림 137］ 현지 온실 배치 계획2 158

［그림 138］ 내재해형 광폭온실 평면도 및 기초 159

［그림 139］ 내재해형 광폭온실 정면도 160

［그림 140］ 내재해형 광폭온실 정면에 단면 상세도 160

［그림 141］ 온실 철골 구조물 자재 제작 163

［그림 142］ 온실 알루미뉼 구조물 자재 제작 164

［그림 143］ 내재해형 광폭 비닐온실 자재 콘테이너 패킹 사진 165

［그림 144］ 내재해형 광폭 비닐온실 부지조성 공사 166

［그림 145］ 내재해형 광폭 비닐온실 기초 시공 167

［그림 146］ 내재해형 광폭 비닐온실 주기둥 시공 168

［그림 147］ 내재해형 광폭 비닐온실 트러스 시공 169

［그림 148］ 내재해형 광폭 비닐온실 지붕서까래 시공 170

［그림 149］ 내재해형 광폭 비닐온실 방풍벽 시공 171

［그림 150］ 내재해형 광폭 비닐온실 곡부물받이 및 천창 시공 172

［그림 151］ 내재해형 광폭 비닐온실 피복재 시공 173

［그림 152］ 내재해형 광폭 비닐온실 관리실 시공 174

［그림 153］ 내재해형 광폭 비닐온실 외형 검수 175

［그림 154］ 내재해형 광폭 비닐온실 내부 검수 176

［그림 155］ 내재해형 광폭 비닐온실 기초 및 주기둥 검수 177

［그림 156］ 내재해형 광폭 비닐온실 트러스 및 서까래/천창/측창/관리실 검수 178

［그림 157］ 내재해형 광폭 비닐온실 시운전 및 현지관리자 교육 179

［그림 158］ 온실 내외부 환경 모니터링 센서 구성도 180

［그림 159］ 온실 내외부 환경 모니터링 센서 설치 및 DB 구축 전경 180

［그림 160］ 온실 내외부 환경 모니터링 데이터(2016년 6월4일) 181

［그림 161］ 은실 내외부 환경 모니터링 데이타(일일) 182

［그림 162］ 온실 내외부 환경 모니터링 데이타(1달) 183

［그림 163］ 내재해형 광퐁 비닐온실내 환경설비 컨테이너 패킹 사진 184

［그림 164］ 온실내부 작물 재배용 베드 자재 가공 및 바닥 평탄화 185

［그림 165］ 작물 재배용 베드 공사 186

［그림 166］ 분재 재배용 베드 공사 187

［그림 167］ 측면스크린 시공 188

［그림 168］ 온실내 차광 스크린 및 보온 스크린 공사 189

［그림 169］ 온실내 난방설비 공사 190

［그림 170］ 양액 공급 및 관수 설비 공사 191

［그림 171］ 환경설비 전원 및 물받이 공사 192

［그림 172］ 내재해형 온실내 환경설비 및 재배베드 운영 검수 193

［그림 173］ 내재해형 온실내 환경설비 운영 194

［그림 174］ 현지 온실내 작물 재배 용수 특성 파악 195

［그림 175］ IoT 기반 온습도 센서 및 모니터링 구성도 195

［그림 176］ 온습도 센서 CPU 196

［그림 177］ CPU 회로도 197

［그림 178］ DHT Shield 온습도... 198

［그림 179］ DHT Pro Shield... 198

［그림 180］ CPU와 PT온도센서 199

［그림 181］ 배터리 201

［그림 182］ 케이스 제작 201

［그림 183］ CPU와... 201

［그림 184］ 온도센서 결합 201

［그림 185］ 온습도 측정기 202

［그림 186］ 서버프로그램 202

［그림 187］ 온도 모니터링 프로그램 203

［그림 188］ 온도 모니터링 프로그램 204

［그림 189］ 데이터 관리 프로그램 204

［그림 190］ 온도 엑셀 데이터 205

［그림 191］ IOT기반 온습도계 설치 및 테스트 206

［그림 192］ 충북 영동 비닐하우스 IOT 기반 온습도계 장기 모니터링 206

［그림 193］ 대구광역시 비닐하우스 IOT 기반 온습도계 장기 모니터링 207

［그림 194］ 충남예산 비닐하우스 IOT 기반 온습도계 장기 모니터링 208

［그림 195］ 현장에 설치된 라우터(GMR-L100 Router 4G) 209

［그림 196］ 라우터 접속 화면 209

［그림 197］ 서버 PC의 모뎀주소 210

［그림 198］ 포트 Forwarding 화면 210

［그림 199］ DMZ 활성화 설정 211

［그림 200］사용자 관리 화면 211

［그림 201］ DDNS 설정 화면 212

［그림 202］ 원격 데스크톱 연결화면 212

［그림 203］ 데이터서버 기록 213

［그림 204］ 프로그램 소스파일 213

［그림 205］ 현장서버에서 "socket-client-daemon.bat"를 실행한 화면 217

［그림 206］ 데이터 서버 "http://ktj7147.iptime.org:10001"에서 데이터 확인 218

［그림 207］ 스마트 농업(원예시설) 구성도 218

［그림 208］ 태안 간척지에 위치한 (주)그린플러스 데모온실 219

［그림 209］ 데모온실 내 구축된 IoT기반 온실모니터링 및 원격환경제어시스템 220

［그림 210］ 데모온실에 설치된 환경 센서 220

［그림 211］ 온실 내외 환경데이터 수집 및 원격모니터링 220

［그림 212］ 스마트 자동제설장치 구성도 221

［그림 213］ 제설제 적정용량 산정 1차 실험결과 223

［그림 214］ 제설제 적정용량 산정 2차 실험결과 224

［그림 215］ 배관 내 유체의 이론식 225

［그림 216］ 실험장치 구성도 227

［그림 217］ 제작된 실험사진 228

［그림 218］ 자동제설 실험장치 230

［그림 219］ 제설초기시점에 대한 영향 실험 232

［그림 220］ 제설제 유량 설정 실험 233

［그림 221］ 곡부 제설 비교 실험 234

［그림 222］ 적설율에 따른 단위면적당 하중 (적설율 100%) 235

［그림 223］ 적설율 100%일 때 제설실험 결과 236

［그림 224］ 적설율에 따른 단위면적당 하중 (적설율 70%) 237

［그림 225］ 적설율 70%일 때 제설실험결과 237

［그림 226］ 적설율에 따른 단위면적당 하중 (적설율 50%) 238

［그림 227］ 적설율 50%일 때 제설실험 결과 238

［그림 228］ 적설율 70%일 때 유량에 따른 단위면적당 하중 240

［그림 229］ 적설율 5%일 때 유량에 따른 단위면적당 하중 240

［그림 230］ 장시간 연속운전에 따른 단위면적당 하중 (5hr 운전) 241

［그림 231］ IoT 기반 스마트 자동제설장치 계통도 242

［그림 232］ 현지 온실 운영 현황 244

［그림 233］ 온실 부지조성 및 기초 공사 245

［그림 234］ 온실 주기둥 시공 245

［그림 235］ 온실 지붕서까래 시공 246

［그림 236］ 내재해형 온실 현지 제품화 방안 262

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