열화상 카메라 활용을 위한 토양비료, 차광생육, 유전특성 차이 관련 작물생리 원격탐지

문현동,조유나,조은이,김현기,김보경,정회정,권동원,조재일,Moon, Hyun-Dong,Cho, Yuna,Jo, Euni,Kim, Hyunki,Kim, Bo-kyeong,Jeong, Hoejeong,Kwon, Dongwon,Cho, Jaeil 대한원격탐사학회 2022 大韓遠隔探査學會誌 Vol.38 No.6

The leaf temperature is principally regulated by the opening and closing of stomata that is sensitive to various kinds of plant physiological stress. Thus, the analysis of thermal imagery, one of remote sensing technique, will be useful to detect crop physiological condition on smart farm system and phenomics platform. However, there are few case studies using a thermal imaging camera on the agricultural application. In this study, three cases are presented: the effect of lime fertilizer on the rice, the different physiological properties of soybean under shading condition, and the screening of soybean breeds for salinity tolerance characteristic. The leaf temperature measured by thermal imaging camera on the three cases was used effectively to the physiological change and characteristics. However, the thermal imagery analysis requires considering the accuracy of measured temperature and the weather conditions that affects to the leaf temperature.

수직 축 회전형 측각기 제작 및 야외 지표면 반사도 관측 시험: 타프와 잔디에서

문현동,조은이,김현기,조유나,김보경,안호용,류재현,조재일,Moon, Hyun-Dong,Jo, Euni,Kim, Hyunki,Cho, Yuna,Kim, Bo-Kyeong,Ahn, Ho-Yong,Ryu, Jae-Hyun,Cho, Jaeil 대한원격탐사학회 2022 大韓遠隔探査學會誌 Vol.38 No.6

Vegetation indices using the reflectance of selected wavelength, associating with the monitoring purpose such as identifying the progress of crop growth, on the vegetation canopy surface is widely used in the digital agriculture technology. However, the surface reflectance anisotropy can distort the true value of vegetation index related to the condition of surface, even though the surface property be unchanged. That causes difficulty to observe accurately crop growth on the monitoring system. In this study, a simple type goniometer was designed to measure the reflectance from the anisotropic surface according to various zeniths and azimuths of sun and viewing sensor in the field. On the tarp like as Lambertian surface, the reflectance of Blue, Green, Red, Near-Infrared band was similar to the tarps' reflectance properties. However, the reflectance was slightly overestimated in the cloudy day. The relative difference values of vegetation indices on grass were overestimated for the forward viewing and underestimated for the backward viewing. In addition, enhanced vegetation index (EVI) showed less sensitive according to the positions of sun and sensor viewing. Field observation with a goniometer will be helpful to understand the anisotropy characteristics on the vegetation surface.

작물 가뭄스트레스 조기탐지 가능성 타진을 위한 서로 다른 종류의 식생지수 활용

문현동,조은이,조유나,김현기,김보경,이유현,정회정,권동원,조재일,Moon, Hyun-Dong,Jo, Euni,Cho, Yuna,Kim, Hyunki,Kim, Bo-kyeong,Lee, Yuhyeon,Jeong, Hoejeong,Kwon, Dongwon,Cho, Jaeil 대한원격탐사학회 2022 大韓遠隔探査學會誌 Vol.38 No.6

The irrigation schedule system using early detection of crop water stress is required to maintain crop production and save water resource. However, because previous studies focused on the crop under stress dominant condition, the crop physiological properties, which can be measured by remote sensing technique, on early crop water stress condition are not well known. In this study, the canopy temperature, MERIS Terrestrial Chlorophyll Index (MTCI), and Chlorophyll/Carotenoid Index (CCI) are observed on the soybeans given the early water stress using thermal imaging camera and hyperspectral camera. The increased canopy temperature and decreased MTCI are consist with the previous studies which are for the crop of stress dominant-sign. However, the CCI was increased contrary to expectation because it may faster the reduction of carotenoid than chlorophyll in early stage. These behaviors will be useful to not only develop the irrigation system but also using the early detection of crop stress.

무인기 기반 다중분광 영상을 이용한 벼 쓰러짐 영역의 특성 분석

문현동 ( Hyun-dong Moon ),류재현 ( Jae-hyun Ryu ),나상일 ( Sang-il Na ),장선웅 ( Seon Woong Jang ),신서호 ( Seo-ho Sin ),조재일 ( Jaeil Cho ) 대한원격탐사학회 2021 大韓遠隔探査學會誌 Vol.37 No.5

벼 쓰러짐은 벼농사의 대표적인 기상재해 피해로써 강한 바람과 강우로 발생한다. 원격탐사 기법은 넓은 지역의 벼 쓰러짐을 효과적으로 탐지하기에 적절한 방법이다. 실제로 벼 쓰러짐은 벼 키가 최대인 생육 시기에 주로 발생하여 군락의 큰 구조적 변화를 불러오기 때문에 분광 반사도 차이를 야기한다. 따라서, 본고에서는 나주에 위치한 전남농업기술원의 2020년 태풍에 의한 논벼 피해를 444 nm부터 842 nm까지 10개 밴드로 구성된 카메라 영상으로 분석하였다. 드론 영상마다 벼 쓰러짐 피해를 받은 영역과 벼 쓰러짐 피해가 없는 영역으로 구분하여 벼 쓰러짐 영역의 분광 반사도 특성 차이와 식생 탐지에 주로 사용되는 식생지수인 NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), NDRE (Normalized Difference Red Edge), CCI (Chlorophyll Carotenoid Index)의 변화를 살펴보았다. 반사도 값의 변화는 밴드6(668 nm)에서 가장 적었으며, 이를 중심으로 밴드 파장이 감소와 증가할수록 일반 논벼 보다 쓰러짐 영역 반사도가 커졌다. 또한, 쓰러진 벼를 묶어 세운 복구 지역은 대부분의 밴드에 걸쳐 반사도가 크게 감소함을 볼 수 있었다. NDVI와 NDRE는 벼 쓰러짐 영역에 대해 민감하게 반응하였으나, 그 반응 대상 및 정도는 서로 달랐다. 본 연구의 결과는 향후 드론과 위성을 이용한 벼 쓰러짐 피해 조사 알고리즘에 기여될 것으로 기대한다. Lodging rice is one of critical agro-meteorological disasters. In this study, the UAV-based multispectral imageries before and after rice lodging in rice paddy field of Jeollanamdo agricultural research and extension services in 2020 was analyzed. The UAV imagery on 14th Aug. includes the paddy rice without any damage. However, 4th and 19th Sep. showed the area of rice lodging. Multispectral camera of 10 bands from 444 nm to 842 nm was used. At the area of restoration work against lodging rice, the reflectance from 531 nm to 842 nm were decreased in comparison to un-lodging rice. At the area of lodging rice, the reflectance of around 668 nm had small increases. Further, the blue and NIR (Near-Infrared) wavelength had larger. However, according to the types of lodging, the change of reflectance was different. The NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) and NDRE (Normalized Difference Red Edge) shows dome sensitivities to lodging rice, but they were different to types of lodging. These results will be useful to make algorithm to detect the area of lodging rice using a UAV.

마늘의 제초제 약해에 대한 구조적, 생화학적, 생리적 계열 식생지수 반응: 지상분광계 및 다중분광카메라를 활용하여

류재현 ( Jae-hyun Ryu ),문현동 ( Hyun-dong Moon ),조재일 ( Jaeil Cho ),이경도 ( Kyung-do Lee ),안호용 ( Ho-yong Ahn ),소규호 ( Kyu-ho So ),나상일 ( Sang-il Na ) 대한원격탐사학회 2021 大韓遠隔探査學會誌 Vol.37 No.6

다중분광카메라의 기술 개발로 인해 구조적 특성뿐만 아니라 생화학적, 생리적 특성을 가지는 식생지수를 다양한 공간 규모에서 활용할 수 있게 되었다. 이에 본 연구는 스트레스를 받은 노지작물을 대상으로 지상 초분광계 및 무인기 영상 기반 구조적, 생화학적, 생리적 계열의 식생지수 반응을 평가하였다. 마늘을 대상으로 서로 다른 생육시기에 고농도의 제초제를 살포하여 약해 처리하였으며, 정상 생육에 비해 지상부 건물중이 46.9~84.5% 감소하는 등 큰 피해가 나타났다. 제초제를 살포한 처리구에서 근적외선 분광반사도 값은 꾸준하게 감소하였으며, 구조적 식생지수에서 작물의 약해 피해가 명확하게 표현되었다. 생화학적 식생지수의 경우 일부 지수를 제외하고는 작물의 피해 상태를 표현하였으나 생리적 식생지수는 잎이 고사하고 드러나는 멀칭비닐의 영향으로 약해 피해를 해석하기에 어려움이 있었다. 제초제 살포 후 서로 다른 공간 규모에서 관측된 식생지수의 감소율 차이는 구조적 식생지수의 경우 평균적으로 2.3%로 나타났으며, 정규화 식생지수의 경우 1.3~4.1%의 분포를 보였다. 비록 생리적 식생지수가 작물 스트레스에 민감하다고 알려졌지만, 노지작물의 경우 작물 스트레스 종류와 재배 환경에 따라 적합한 식생지수를 활용하여야 한다는 것, 공간 규모에 따른 오차를 최소화하기 위해서는 정규화 식생지수를 활용해야 한다는 것을 확인하였다. The response of vegetation under the crop stress condition was evaluated using structural, biochemical, and physiological vegetation indices based on unmanned aerial vehicle (UAV) images and field-spectrometer data. A high concentration of herbicide was sprayed at the different growth stages of garlic to process crop stress, the above ground dry matter of garlic at experimental area (EA) decreased about 46.2~84.5% compared to that at control area. The structural vegetation indices clearly responded to these crop damages. Spectral reflectance at near-infrared wavelength consistently decreased at EA. Most biochemical vegetation indices reflected the crop stress conditions, but the meaning of physiological vegetation indices is not clear due to the effect of vinyl mulching. The difference of the decreasing ratio of vegetation indices after the herbicide spray was 2.3% averagely in the case of structural vegetation indices and 1.3~4.1% in the case of normalization-based vegetation indices. These results meant that appropriate vegetation indices should be utilized depending on the types of crop stress and the cultivation environment and the normalization-based vegetation indices measured from the different spatial scale has the minimized difference.

논벼에서 관측된 태양 유도 엽록소 형광 자료: 나주에서 2020년 6월 10일부터 10월 5일까지

류재현 ( Jae-hyun Ryu ),장선웅 ( Seon Woong Jang ),김현기 ( Hyunki Kim ),문현동 ( Hyun-dong Moon ),신서호 ( Seo-ho Sin ),이양원 ( Yang-won Lee ),조재일 ( Jaeil Cho ) 한국농림기상학회 2021 한국농림기상학회지 Vol.23 No.1

Sun-induced fluorescence (SIF) retrieval using remote sensing technique has been used in an effort to understand the photosynthetic efficiency and stress condition of vegetation. Although optical devices and SIF retrieval methodologies were established in order to retrieve SIF, the SIF m easurements are domesticallys parse. S IF data of paddy rice was measured in Naju, South Korea from June 10, 2020 to October 5, 2020. The SIFs based red (O₂A) and far-red (O₂B) were retrieved using a spectral fitting method and an improved Fraunhofer line depth, and photosynthetically active radiation was also produced. In addition, the SIF data was filtered considering solar zenith angle, saturation conditions, the rapid and sudden change of solar irradiance, and sun glint. The provided SIF data can help to understand a SIF product and the filtering method of SIF data can contribute to producing high-quality SIF data.

농업적 활용을 위한 산란일사와 직달일사 관측 자료: 나주에서 2019년 5월부터 2020년 11월까지

김현기 ( Hyunki Kim ),문현동 ( Hyun-dong Moon ),조유나 ( Yuna Cho ),신서호 ( Seo-ho Sin ),김종현 ( Jong-hyeon Kim ),이양원 ( Yang-won Lee ),조재일 ( Jaeil Cho ) 한국농림기상학회 2021 한국농림기상학회지 Vol.23 No.2

농업용 유리온실 또는 플라스틱하우스의 투과율을 산정하거나 영농형 태양광 하부 작물의 수광량을 평가할 때, 그리고 작물 군락 광합성량을 모의하거나 분석할 때에 직달과 산란 일사량을 구분하여 접근할 필요가 있다. 본고에서는 산란과 직달 일사량 자료의 농업적 활용 촉진을 위해 나주에서 2019년 5월부터 2020년 11월까지 측정한 자료를 공개하였다. 또한, 기존 연구에서 9개의 산란계수 추정식을 본 자료로 검증하였다. 추정식들 대부분은 결정계수(R²)가 0.79∼0.80, RMSE가 0.13∼0.15의 범위를 가졌다. 직달·산란 일사량의 농업적 활용을 높이기 위해 본 데이터뿐만 아니라 다양한 자료가 관측되고 공개되어야 할 것이고, 그에 따른 추정식도 정교화될 필요가 있다. Global solar radiation consists of direct and diffuse radiations. Both components are necessary for not only atmospheric science and solar energy domains but also agricultural applications. In this study, the data of direct and diffuse radiations are uploaded to Github. It was observed in Naju during May 2019 to November 2020. Using this data, the previous empirical equations using the relation between clearness index and diffuse ratio were validated. All coefficients of determination (R²) and RMSE were similar as 0.79∼0.80 and 0.13∼0.15. However, to get the lower RMSE, other non-linear approaches will be required with more observation data.

지상 고정형 작물 원격탐사 센서 자료와 표준 생육정보를 융합한 작물 모니터링 기법

김현기 ( Hyunki Kim ),문현동 ( Hyun-dong Moon ),류재현 ( Jae-hyun Ryu ),권동원 ( Dong-won Kwon ),백재경 ( Jae-kyeong Baek ),서명철 ( Myung-chul Seo ),조재일 ( Jaeil Cho ) 대한원격탐사학회 2021 大韓遠隔探査學會誌 Vol.37 No.5

원격탐사 기술을 이용하면 작물의 생육·생리 상태를 비파괴적이고 연속적으로 탐지할 수 있어 그 농업적 활용 가치가 크다. 원격탐사 기반 센서를 농장에 설치하여 스마트팜 시스템에 활용하면, 작물의 이상 여부를 실시간으로 연속해서 감시하여 농업정보(Agro-information)를 생산할 수 있다. 하지만, 작물은 동적으로 변하는 생물이므로, 관측 물리량이 작물의 이상 상태를 나타내는 것인지 생육단계에 따른 생육 변화를 나타내는 것인지 판단하기는 쉽지 않다. 따라서, 작물의 표준 생육정보(Standard growth information) 와 비교한 상대적인 생육을 파악해야 한다. 이상적인 재배관리에서 획득한 작물 생육관련 누적기온인 GDD (Growing Degree Days)와 식생지수의 관계를 표준 생육정보로 두고, 표준 재배관리 시행 논과 무비료처리한 논 각각에서 분광반사측정 센서로 관측된 식생지수(NDVI, Normalized Difference Vegetation Index; CCI, Chlorophyll/Carotenoid Index)와 비교해 작물 상태를 파악했다. 영양생장기 동안에는 생육 정도에 따라 NDVI의 차이가 나타났으며, 식물 스트레스에 따라 CCI가 반응했다. 벼가 익는 동안은 NDVI와 CCI 모두 감소하지만, 표준 생육에서 노화에 따른 그 감소 폭이 더 컸다. 향후 공학적 관측 기법과 농학적 해석 방법을 융합하여 유용한 농업정보를 생산하기 위해 다양한 기후조건과 품종을 대상으로 표준 생육정보 데이터베이스 구축이 필요하겠다. Accordingly, attention is also being paid to the agricultural use of remote sensing technique that non-destructively and continuously detects the growth and physiological status of crops. However, when remote sensing techniques are used for crop monitoring, it is possible to continuously monitor the abnormality of crops in real time. For this, standard growth information of crops is required and relative growth considering the cultivation environment must be identified. With the relationship between GDD (Growing Degree Days), which is the cumulative temperature related to crop growth obtained from ideal cultivation management, and the vegetation index as standard growth information, compared with the vegetation index observed with the spectral reflectance sensor (SRSNDVI& SRSPRI) in each rice paddy treated with standard cultivation management and non-fertilized, it was quantitatively identified as a time series. In the future, it is necessary to accumulate a database targeting various climatic conditions and varieties in the standard cultivation management area to establish a more reliable standard growth information.