UAV NDVI 기반 마늘 주산단지 생육인자 분포도 작성

나상일 ( Sangil Na ),박찬원 ( Chanwon Park ),이경도 ( Kyungdo Lee ),박재문 ( Jaemoon Park ),소규호 ( Kyuho So ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-

농산물 가격안정은 농업인 소득안정과 물가안정 등 국민경제에 큰 영향을 미치는 요소로 농업정책의 중요한 목표 중 하나이다. 특히, 마늘은 국민 식생활의 필수적인 농산물이며 농업 생산액에서 큰 비중을 차지하여 정부의 주요 수급대책품목 중 하나이다. 그러나 마늘은 유통 경로와 상품적 특징, 가정 및 가공·외식업계의 선호와 구입패턴이 잘 파악되지 않아 수급 및 유통 대책의 결정이나 산업의 대응이 어려운 실정이다. 따라서 마늘의 수급 및 유통을 개선하기 위해서는 전체적인 수급 상황의 파악과 함께 현지 작황 변화에 대한 신속하고 선제적인 평가 기술이 필요하다. 본 연구는 무인항공기(UAV)를 채소 작황평가에 적용하기 위한 실증연구로 UAV를 이용하여 마늘 주산단지인 창녕군, 합천군(난지형) 및 태안군(한지형)을 대상으로 마늘 생육인자 분포도 작성을 목표로 하였다. 이를 위하여 들녘단위(100 ha) 재배단지를 대상으로 UAV를 이용하여 마늘 전 생육기간동안 주기적으로 가싱광선(RGB) 및 근적외선(NIR) 영상을 촬영하였고, 현장 생육조사를 통해 수집한 생육인자(초고, 엽수, 구직경, 생체중)를 기반으로 UAV 기반 NDVI와 기상요인을 이용한 마늘 생육 추정 모형을 작성하였다. 또한, 마늘 생육 추정 모형을 UAV 영상 전체에 적용하여 각 생육인자별 분포도를 작성하였으며, 작성된 분포도를 바탕으로 필지단위 생육상황 변화에 따른 이상판별 및 필지간 생육차이 파악 등이 가능한 것을 확인하였다.

드론 초분광 영상을 이용한 광화학반사지수 모니터링

나상일 ( Sangil Na ),박찬원 ( Chanwon Park ),소규호 ( Kyuho So ),안호용 ( Hoyong Ahn ),이경도 ( Kyungdo Lee ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-

초분광 영상은 밀집된 분광측정 자료의 집합으로 분광밴드가 많고, 좁은 파장 폭의, 연속적인 밴드들을 갖는 높은 분광해상도의 영상을 말한다(Shaw and Burke, 2003). 기존의 다중분광 영상의 경우 상대적으로 넓은 분광폭을 지닌 10개 이내의 분광밴드로 이루어진 반면에 초분광 영상은 수십∼수백 개의 광대한 분광밴드의 수집이 가능해짐으로서 작물고유의 반사특성을 보다 정밀하게 기록할 수 있는 장점으로 농업 분야에서 드론 기반의 초분광 영상의 활용성이 대두되고 있다. 작황 모니터링에 원격탐사의 개념이 도입된 이후 사용되고 있는 식생지수는 작물 고유의 분광반사특성을 이용하여 일부 파장 밴드의 산술적인 조합으로 만들어진다. 따라서 기존의 식생지수는 주로 가시광(RGB) 및 근적외(NIR) 밴드의 비, 차, 선형조합 등으로 산출되었다. 그러나 이와 같은 방법은 식생의 생물량을 추정하는데는 유용하게 사용되지만 생리적 상태에 대한 민감도는 상대적으로 떨어지는 것으로 평가되고 있으며, 작물의 스트레스를 근본적으로 파악하기에는 한계가 있다. 이를 극복하기 위하여 최근 작물의 광합성 능력 및 생리적 스트레스를 파악하기 위하여 광화학반사지수(Photochemical Reflectance Index; PRI)가 개발되었다. 그러나 PRI는 531 nm와 570 nm 반사율의 비로 계산되기 때문에 초분광 영상을 이용하여 산출이 가능하다. 본 연구에서는 배추를 대상으로 드론 기반의 초분광 영상을 이용하여 PRI 분포도를 작성하고 밴드 융합 기법을 이용하여 다중분광 기반의 PRI 모니터링 가능성을 평가하였다. 그 결과, 객체단위로 추출한 초분광 영상 기반 PRI와 다중분광 기반의 PRI간의 결정계수(R2)는 0.682로 나타났으며, 지상고정형 센서인 SRS-PRI의 관측 결과와 증감추이가 유사하게 나타나 밴드 융합을 통한 다중분광 밴드 기반의 PRI 모니터링 가능성을 확인하였다.

원격탐사 기법을 이용한 동계작물 재배면적 추정

나상일 ( Sangil Na ),박찬원 ( Chanwon Park ),이경도 ( Kyoungdo Lee ),형성득 ( Seongdeuk Hyeong ) 한국농공학회 2016 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2016 No.-

최근 농림수산식품부는 전 세계적인 이상기후로 인한 주요 곡물생산국의 생산량 감소와 곡물시장 불안에 적극 대응하고 겨울철 국내 유휴농지를 활용하여 밀, 보리 및 조사료 재배 확대로 경지이용률을 제고하겠다는 다목적 측면에서 동계작물 재배 확대를 추진하고 있다. 이를 위해서는 현재 동계작물의 재배면적을 정확하게 산정하는 것과 함께 재배지의 공간분포를 파악하는 것이 매우 중요하다. 재배면적 및 공간분포 현황 정보는 작황의 기본 자료이고 수량 및 생산량을 산정하기 위한 필수 정보이기 때문이다. 또한, 식량의 수급 조절, 가격 예측, 농가 소득 보전을 위한 정책 수립의 판단자료로 중요하게 사용될 수 있다. 이와 같이 광범위한 지역의 재배면적 및 공간분포를 신속하고 객관적으로 판단하기 위하여 원격탐사 정보의 활용이 점차 확대되고 있다. 본 연구에서는 무인항공기(UAV)와 Landsat-8 위성영상을 사용하여 시군단위의 동계작물 재배면적 추정을 목적으로 하였다. 이를 위하여 군산시의 동계작물 시험포장을 대상으로 휴대용 분광복사기를 이용하여 동계작물의 분광반사 특성을 파악하고 생육기간동안 주기적으로 촬영한 UAV 영상에 적용하여 재배면적 추출을 위한 위성영상 최적 시기와 식생지수 임계값 등을 도출하였다. 이를 바탕으로 Landsat-8 위성영상에 적용하여 군산시 동계작물 재배지의 공간분포를 추정하고 재배면적을 추정하였다. 그 결과, 현장에서 확인한 동계작물 재배지 분포 현황과 유사한 분포를 나타내었으며, 군산시 농업기술센터에서 파악한 동계작물 재배면적과 비교하여 1% 내외의 오차를 나타내었다. 추후 동계작물 분류기법 개발을 통해 작물별 재배면적을 산출하고 공간분포 현황을 파악하면 동계작물 재배 확대 추진을 위한 영농자료로서 활용이 가능할 것으로 사료된다.

UAV를 이용한 양파 주산단지 생육인자 분포도 작성

나상일 ( Sangil Na ),박찬원 ( Chanwon Park ),이경도 ( Kyoungdo Lee ),형성득 ( Seongdeuk Hyeong ),이예은 ( Yeeun Lee ) 한국농공학회 2016 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2016 No.-

농산물 가격안정은 농업인 소득안정과 물가안정 등 국민경제에 큰 영향을 미치는 요소로 농업정책의 중요한 목표 중 하나이다. 특히, 채소류는 재배면적과 단수 변동, 비탄력적 수요 등으로 가격폭등과 하락을 반복하며, 수급문제가 사회적 이슈로 부각되고 있다. 이에 따라 정부는 주요 수급 불안품목에 대해 수급조절 매뉴얼 운영 등 다양한 수급안정 대책을 추진 중에 있으나 이들 대부분은 수급 및 가격 안정에 초점이 맞추어진 생산 및 유통 관련 정책들이며, 관련 연구들 또한 계약재배, 직거래 방안 등 생산 및 유통부문을 주로 다루어 왔다. 따라서 기존의 연구로는 합리적 영농계획 수립 지원에 한계가 있는 것이 사실이며, 이를 해결하기 위해서는 주요 채소류의 작황에 대한 신속하고 선제적인 평가 기술이 필요하다. 본 연구는 무인항공기 (UAV)를 채소 작황평가에 적용하기 위한 실증연구로 UAV를 이용하여 양파 주산단지인 창녕군, 합천군을 대상으로 양파 생육인자 분포도를 작성하였다. 이를 위하여 들녘단위(100ha) 재배단지를 대상으로 UAV를 이용하여 양파 전 생육기간동안 주기적으로 가싱광선(RGB) 및 근적외선(NIR) 영상을 촬영하였고, 현장 생육조사를 통해 생육 시기별 생육인자(초고, 엽수, 생체중)를 수집하였다. 그 결과, 생육시기별 UAV NDVI와 생육인자간의 상관계수는 창녕군과 합천군 모두 0.6 이상으로 높게 나타나 두 인자간의 높은 상관관계를 확인하였다. 각 생육인자 별로는 창녕군의 경우, 초고(r=0.837) > 생체중(r=0.757) > 엽수(r=0.601) 순으로 나타났으며, 합천군의 경우 초고(r=0.885) > 엽수(r=0.754) > 생체중(r=0.680) 순으로 나타났다. 이를 이용하여 작성된 선형회귀모형을 UAV 영상 전체에 적용하여 각 생육인자별 분포도를 작성하였으며, 작성된 분포도를 바탕으로 필지 단위 생육상황 변화에 따른 이상판별 및 필지간 생육차이 파악 등이 가능한 것을 확인하였다.

위성영상 기반 월동배추 재배면적 추정

나상일 ( Sangil Na ),박찬원 ( Chanwon Park ),소규호 ( Kyuho So ),안호용 ( Hoyong Ahn ),이경도 ( Kyungdo Lee ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

최근 국민 식생활의 변화로 인하여 가을 김장배추를 담그는 양은 감소되는 반면에 신선한 월동배추의 수요가 증가하고 있다. 이를 반영하여 전남 해안지방 및 제주도에서 노지 월동배추의 재배면적이 급격히 증가하고 있는 추세이다. 하지만 월동배추의 경우 대부분 노지에서 재배되어 기상여건에 따라 생산량의 변화가 심하다. 특히, 기상이변 등에 의한 지속적인 폭설과 한파로 인한 동해피해가 반복되고 있으며, 장기화 될 경우 월동배추의 수급불안에 따른 가격 급등은 물론 재고량 부족 시 배추 파동의 우려까지 낳고 있다. 또한, 월동배추의 경우 계절 변화에 따라 주산지가 전국으로 이동하기 때문에 전체적인 생산량 추정도 어려운 실정이다. 따라서 월동배추의 수급안정을 위해서는 주산지의 신속한 재배면적 파악과 함께 현지 작황 변화에 대한 신속하고 선제적인 평가 기술이 필요하다. 본 연구는 원격탐사 기술을 채소 작황평가에 적용하기 위한 실증연구로 위성영상을 이용하여 월동배추 주산지인 전남 해남군을 대상으로 월동배추 재배면적을 추정하고 시군단위 재배필지 현황도를 작성하였다. 이를 위하여 Sentinel2A 위성영상과 스마트팜맵을 이용하여 해남군 전체의 배추 재배필지를 추출하고, 식생지수의 시계열 변화를 이용하여 가을배추와 월동배추의 재배필지를 분리하여 현황도를 작성하였다. 그 결과, 2017년 해남군의 배추필지는 총 15910 필지, 4252.77 ha 로 산정되었으며, 그 중 가을배추는 6628 필지, 1931.55 ha, 월동배추는 9282 필지, 2321.22 ha 로 나타났다. 정확도 검증을 위해 해남군 농업기술 센터의 전수조사 자료(4157 ha)와 비교한 결과, 약 2.3 % 과대추정된 것으로 나타났으나 작성된 현황도를 바탕으로 필지 단위 생육상황 변화에 따른 이상판별 및 필지간 생육차이 파악 등이 가능한 것을 확인하였다.

연합 디지털 트윈 기반 예측 및 의사결정 시스템 설계

최진철(Jinchul Choi),박찬원(Chanwon Park) 한국통신학회 2023 한국통신학회 학술대회논문집 Vol.2023 No.2

MODIS NDVI와 기상요인을 이용한 시군단위 양파 단수 추정 모형 개발

나상일 ( Sangil Na ),박찬원 ( Chanwon Park ),이경도 ( Kyungdo Lee ),박재문 ( Jaemoon Park ),소규호 ( Kyuho So ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-

양파는 우리나라의 중요한 양념채소로서 전남, 경남 등 남부 해안지역 밭작물의 근간으로 농가의 주소득 작목이다. 그러나 최근 양파 주산지에서 연작재배에 의한 병충해 피해로 품질과 수량이 감소하고 있는 추세이며, 기상여건 변화에 따른 주요 채소류의 수급불안이 빈번해짐에 따라 연도별 가격 변동이 심하고, 유통단계별 가격의 움직임도 그 규칙성을 알기 어려워 종종 언론의 이슈로 제기되기도 하였다. 또한 유통 경로와 상품적 특징, 가정 및 가공·외식업계의 선호와 구입패턴이 잘 파악되지 않아 수급 및 유통 대책의 결정이나 산업의 대응도 어려운 실정이다. 따라서 정부에서는 양파를 배추, 무, 마늘, 고추와 함께 5대 채소로 지정하고 생산자의 안정적 소득 확보와 소비자 물가안정을 위하여 노력하고 있다. 하지만 대부분 노지에서 재배되어 기상 변화에 따라 생산량의 변화가 심하고, 계절 변화에 따라 주산지가 전국으로 이동하기 때문에 전체적인 생산량 추정이 어려운 실정이다. 총생산량은 해당 작물의 재배면적과 단위면적당 수량(이후, 단수)을 이용하여 추정할 수 있다. 그러나 재배면적은 수확 전 사전 조사 및 예상이 가능하지만 단수는 사전에 파악이 어렵다. 따라서 수확기 전 주산지별 단수 추정이 가능하다면 수급물량을 사전에 파악하여 가격 결정 및 수급조절에 중요한 자료로 사용이 가능하다. 본 연구에서는 양파의 7개 주산지(고흥, 해남, 영천, 의성, 청도, 함양, 합천)를 대상으로 MODIS NDVI와 기상요인을 이용하여 시군단위 마늘 단수 추정 모형을 개발하고, 단수 추정 결과와 통계청에서 발표한 단수 통계 자료를 비교하여 적용성을 검토하고자 하였다.

UAV를 이용한 IRG 생육특성 평가

나상일 ( Sangil Na ),박찬원 ( Chanwon Park ),소규호 ( Kyuho So ),이경도 ( Kyungdo Lee ),박재문 ( Jaemoon Park ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-

최근 중국, 베트남, 뉴질랜드 등 FTA 체결국이 확대됨에 따라 축산물의 수입 급증과 국내 축산분야 피해가 예상되는 등 국내 축산농가가 매우 어려운 처지에 놓여 있다. 이에 따라 농림축산식품부는 FTA 체결 및 급변하는 축산 환경에 능동적으로 대응하고 축산업 피해 최소화 등 대책 마련에 최선의 노력을 기울이고 있다. 특히, 국내 축산농가 경쟁력 확보를 위하여 FTA 피해 예상분야인 한우, 낙농, 양돈분야에 대한 개량사업과 함께 적정사육두수 조절을 위한 대책을 동시에 추진 중에 있으며, 양질의 조사료 생산기반 확대를 위하여 조사료 생산면적 확대 조성 및 품질향상을 위해 노력하고 있다. 이를 위하여 본 연구에서는 현장에서 신속하고 정확하게 품질을 평가할 수 있는 기술개발을 위하여 IRG를 대상으로 무인항공기 (UAV)를 이용한 생육 평가 방법을 제안한다. IRG는 벼과 작물로서 기후가 온화하며 토양 수분이 풍부하고 비옥한 토양에서 잘 자라며, 다른 사료작물에 비해 줄기가 가늘고 잎이 많으며 맥류보다 당분함량이 많아 원형곤포 담근먹이 제조에 적합하다. 또한 초기 생육이 빠르고 재생력이 좋아 여러 번 수확할 수 있어 건초, 사일리지, 방목 등 이용방법이 다양하고 따뜻한 기후에서 생산성이 높아지는 IRG의 재배적 특성은 근래에 심화되고 있는 기후변화 영향을 고려할 때 양질의 자급조사료 확대생산에 무엇보다 중요한 작물이라 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 논산시의 IRG 재배단지를 대상으로 UAV 영상에서 추출한 식생지수와 현장에서 측정한 생육인자와의 관계식을 도출하고, 이를 UAV 영상에 적용하여 IRG 재배단지의 필지별 생육인자 분포도를 작성하였다.

UAV 기반의 고랭지배추 주산단지 재배현황맵 활용방안

나상일 ( Sangil Na ),박찬원 ( Chanwon Park ),이경도 ( Kyoungdo Lee ),민병걸 ( Byoungkeol Min ),백신철 ( Shinchul Baek ),한중곤 ( Junggon Han ) 한국농공학회 2016 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2016 No.-

배추는 우리나라 국민들이 가장 많이 소비하는 채소 중 하나로서 출하되는 시기에 따라 월동배추(3~4월), 봄배추(5~6월), 여름배추(8월~9월), 가을배추(10월~11월)로 구분된다. 그 중 여름배추는 높은 온도와 습도로 인한 생리장해와 병해충으로 평지에서 재배하기 어려워 대부분 고랭지 지역 노지에서 재배되고 있어 고랭지배추라고도 한다. 고랭지는 해발고도가 높아질수록 기온이 점차 낮아지는 기후특성 때문에 포장재배 가능 기간이 짧다는 단점에도 불구하고 평난지에서 고온으로 재배가 어려운 각종 채소작물의 단경기 고품질 생산에 매우 중요한 역할을 맡고 있다. 그러나 최근 재배면적 감소와 기상이변으로 가격 변동이 커짐에 따라 고랭지배추 가격은 매년 사회적 관심사가 되고 있다. 이에 따라 농촌진흥청 국립농업과학원은 채소의 안정적인 공급을 위해 재배 면적 및 단수 예측이 필요하다고 판단하여 2015년부터 2018년까지 4년간 채소 작황과 관련된 연구에 무인비행체 영상을 적극적으로 활용하고 있다. 본 발표에서는 국립농업과학원의 연구 결과를 바탕으로 고랭지배추 주산단지 중 하나인 강원도 강릉시 안반덕의 재배현황맵 작성 현황 및 활용방안을 소개하고자 한다. 재배현황맵이란 무인항공기(UAV)로 촬영한 영상 분석 결과와 현장 표본조사 자료를 바탕으로 필지별 정식시기, 작물 분포, 생육 상황 등을 지도에 표시한 것으로 이를 통해 수확시기 추정, 재배면적 산정, 생육 이상 평가 등이 가능하다. 특히, UAV를 이용하여 촬영된 영상은 10cm 내외의 고공간해상도로 들녘 단위 재배단지의 필지별 생육상황 파악이 가능하고 기상이변 등에 따른 작황변화를 신속하게 판단할 수 있다. 또한, 주산지별로 정보가 축척되면 생산량 변동을 신속·정확하게 추정하여 채소 가격 안정화에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

무인항공기를 활용한 농업수자원관리 및 농경지침수예측 서비스

류재현 ( Jaehyeon Ryu ),이경도 ( Kyungdo Lee ),박찬원 ( Chanwon Park ),나상일 ( Sangil Na ),소규호 ( Kyuho So ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-

An Unmanned Aerial System (UAS, a.k.a drone) is widely used in various fields, including but not limited to agriculture, real estate industry, natural resources management, commercial delivery, and public safety. During the presentation, we will share what kinds of UAS technologies are currently available and how we can apply such technologies to agricultural water research and environmental studies by meeting federal regulations and requirements. Additionally, we will have an opportunity to seek cohesive collaborations to advance UAS technologies and to mitigate climate-driven hydrological events, such as farmland inundation and agricultural water shortage. Through interactions with attendees, we will also brainstorm research ideas that we can benefit our society and contribute to research on water conservation, sustainable water management, and environmental stewardship in the future.