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- 저자 : 손대식 ( Daesik Son ) (검색결과 7 건)
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자동화된 아쿠아포닉 시스템 설계와 온도 및 유량제어 평가
손대식 ( Daesik Son ),박성민 ( Seongmin Park ),양명균 ( Myongkyoon Yang ),최금실 ( Jinshi Cui ),정은성 ( Eun Seong Jeong ),조성인 ( Seong In Cho ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2
식물공장 및 수경재배 시스템과 양액제어를 통한 순환형 수경재배에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이와 더불어서, 수경재배 양액을 사용하지 않고 물고기와 식물을 결합한 아쿠아포닉 시스템에 대한 관심이 대두되고 있다. 아쿠아포닉 시스템은 물고기의 배설물(암모니아)을 질화박테리아를 이용하여 식물의 영양분이 되는 질산염 형태로 전환하여 식물을 생육함과 동시에 물고기의 생육환경에 치명적인 암모늄, 아질산염, 질산염을 제거하는 데에 그 목적이 있다. 아쿠아포닉 시스템은 물고기 및 박테리아가 존재하는 어항부와 식물이 생육되는 재배부로 구성된다. 어항부와 식물재배부의 물은 지속적으로 순환되어야 하며, 식물 재배부는 식물이 생육될 수 있는 온도, 습도, 광 조건이 유지되어야한다. 선행 연구에 따르면 아쿠아포닉 시스템의 효율성은 물이 순환되는 주기와 유속에 영향을 받은 바 있다. 따라서, 본 연구에서는 온도, 습도, 빛, 유량이 제어될 수 있는 환경에서 금붕어와 상추가 생육가능한 아쿠아포닉 시스템을 아두이노를 통해 구성하였다. 히트펌프를 이용하여 계절에 관계없이 냉방 및 난방이 가능하도록 설계하였으며, 온도제어 시 냉방과 난방이 번갈아 작동하며 생기는 과도한 전력 낭비를 방지하기 위하여 아두이노를 통한 온도제어 알고리즘을 구성하였다. 온도제어 알고리즘은, 원하는 온도제어 범위보다 넓은 온도 값을 기준치로 두어 히트펌프가 냉방 및 난방을 번갈아 작동하는 것을 방지하였다. 또한 유량과 습도를 제어하기 위한 펌프와 식물재배부에 광을 공급할 수 있는 LED를 아두이노를 통해 PWM 방식으로 개별제어가 가능하도록 시스템을 설계하였다. 식물재배부 내부공간의 온도제어 성능을 평가하기 위하여 내부공간에 4개의 온도센서를 위치시켜 영역별 온도를 획득하였으며, 유량제어 성능을 평가하기 위하여 정해진 시간에 대해 PWM값에 따른 유량을 기록하였다.
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박성민 ( Seongmin Park ),손대식 ( Daesik Son ),양명균 ( Myongkyoon Yang ),최금실 ( Jinshi Cui ),정은성 ( Eun Seong Jeong ),조성인 ( Seong In Cho ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2
본 연구는 한우육의 상태 및 품질을 판별할 수 있는 전자코 모니터링 시스템 개발을 위한 설계 연구이다. 육류는 저장기간 및 유통기간이 늘어남에 따라 저장 초기에는 지방산패로 인해 가스성분이 발생하며, 우육의 저장 초기인 0~5일에는 헥산알이라는 알데하이드계 성분이 중요한 생성물임이 알려져 있다. 본 연구에서는 기본적으로 반도체식 가스센서를 활용하였는데, 이러한 MOS식 센서의 작동 원리는 세라믹 반도체 표면에 감지 대상 가스가 흡·탈착됨에 따라 유도되는 전기 반응을 신호로 보내는 것으로 대상가스가 없을 때에는 산소를 흡착하여 높은 전기전도성을 나타내고 있다가 대기중 공기질 변화에 따라 가스에 접촉하면서 산소가 떨어져나가 전기전도도의 변화를 일으킨다. 본 연구는 한우육의 상태를 감지하는 개별 MOS 센서 모듈의 성능평가를 통해 최적의 가스센서를 확보하고 이러한 센서들을 어레이 구조로 National Instument 사의 DAQ 장치에 연결시킨 후 동일 회사의 프로그램인 Labview를 통한 데이터 처리 알고리즘을 개발하여 실시간 모니터링을 통한 우육의 상태 판별을 시도하였다. 한우육은 동일 부위를 사용하기 위해 품질판정시 일반적으로 사용되는 등심부위만 시료로 사용하였다. 서울시 관악구에 위치한 한우 공판장으로부터 도축 바로 다음날의 한우육을 입수하여 소량씩 잘라 밀폐용기에 넣고 저장기간에 따라 가스센서에 반응시켰다. 가스센서는 한우육의 상태 변화에 선택적으로 반응하기 위해 6종을 선정하였으며 동일 종류의 센서에 대한 반복 반응을 확인하기 위해 각 3회 이상의 테스트를 거쳤다. 최종적으로 이러한 한우육 상태 판별 시스템을 통해 개별 센서를 테스트한 결과를 토대로 한우육의 상태 변화에 따른 향미 패턴 인식이 가능한 센서 어레이를 설계하고 실시간 모니터링 시스템을 구축하였다. 추후 인공지능 기법을 활용한 데이터 분석이 이루어진다면 더 정밀한 상태판정 시스템이 개발될 것으로 기대된다.
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근적외선을 이용한 휴대용 한우 조직감 등급 판별 시스템 개발
박성민 ( Seongmin Park ),손대식 ( Daesik Son ),양명균 ( Myeongkyoon Yang ),윤영권 ( Youngkwon Yun ),김동준 ( Dong Jun Kim ),조성인 ( Seong In Cho ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.1
본 연구는 한우육의 조직감을 판별하기 위한 근적외선 분광분석 시스템 개발에 대한 것이다. 한우육은 등급 판정에 있어서 마블링이 가장 중요한 요소로 알려져 있었으나 최근 과도한 지방 섭취를 피하는 소비자들의 트렌드 및 곡물사료를 사용하는 한우 사육 방식에 대한 문제가 제기되어 육색과 조직감을 중심으로 한 새로운 등급판정체계가 도입될 예정이다. 그런데 조직감에 대한 수치 데이터를 얻기 위해서는 실험실 환경에서 전단 응력을 측정하는 것이 유일한 방법이기 때문에 등심육을 파괴하지 않고 빠르게 판정해야 하는 도축장 환경에서는 전단응력 측정 대신 품질판정사의 감에 의존하고 있다. 판정을 인력에 맡기면 사람마다 결과가 달라지기도 하고 개인의 컨디션 및 환경요소에 의해 영향을 받을 수도 있는 문제가 발생한다. 이에 본 연구에서는 품질판정사의 분류에 따라 조직감 등급이 나누어진 한우육에 대한 근적외선 스펙트럼을 휴대용 스펙트로미터로 획득하여 그 결과를 머신러닝하고, 이렇게 분류된 결과를 토대로 도축장 환경에서 즉시 판정이 이루어질 수 있는 스마트폰 애플릿을 제작하여 현장 테스트까지 수행하는 것을 목표로 하였다. 추후 실험실 환경에서 얻어진 전단응력 데이터와 함께 연계시키면 보다 완성도 높은 결과를 얻을 수 있을 것으로 전망된다.
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토마토 온실 내 레일 전동 작업차의 인간공학적 작업 부하 평가
정은성 ( Eun Seong Jeong ),양명균 ( Myongkyoon Yang ),손대식 ( Daesik Son ),조성인 ( Seong In Cho ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.1
산업이 고도화됨에 따라 자동화 기계 및 로봇에 의해 대량 생산 되는 품목과 달리, 작업 절차의 비정형성, 비연속성 등으로 인해 여전히 농업에 많은 인력이 투입되고 있다. 국제노동기구에 따르면, 세계 인력의 절반이 농업 인력에 해당하고 작업 중 부상이나 사망 등으로 인해 가장 위험한 직업군 중 하나에 해당하는 것으로 나타났다. 시설 재배 농업의 경우, 노동집약적인 온실 내 작업 특성상 잘못된 자세로 작업하거나 지나친 작업량 등으로 인해 작업자에게 근골격계 질환이 발생할 수 있다. 근골격계 질환으로 인해 작업효율이 감소하거나 생산비용의 증가로 이어질 수 있으며, 농가 수익에 손실이 발생할 수 있다. 이에 본 연구에서는 현행 시설 재배 농업에서 사용되는 레일 전동 작업차를 이용하여 작업자가 토마토를 수확할 때의 신체에 대한 농작업의 부하를 평가하고자 하였다. 작업차를 이용한 주요 작업 절차는 작물로부터 과실 수확, 과실 상자에 과실 투입, 빈 과실 상자와 가득 찬 과실 상자의 교대, 작업차 위의 과실상자를 운반용 파레트에 하역하는 순서로 이루어지는 것을 확인하였다. 비디오장비로 촬영된 일련의 농작업 과정을 OWAS, RULA, REBA와 같은 체크리스트형 인간공학적 작업 부하 평가 도구를 이용하여 평가한 결과, 기존 레일 전동 작업차를 이용한 농작업의 근골격계 질환 유발 가능성을 확인하였다. 동작별 위험성을 토대로 근골격계 질환 유발 가능성이 높아 개선이 필요한 농작업 동작을 선정하였다. 선정된 동작은 실험실 내 환경에서 피실험자를 통한 모의 동작의 생체 신호 계측을 통해 신체 부하 정도를 정량적으로 측정할 수 있으며, 보조가 필요한 신체 부위를 특정하거나 안전성 확보가 필요한 동작에 대한 증거가 될 수 있다. 본 연구를 통해 향후 토마토 온실 내 신선도 유지를 위한 레일 전동 작업차의 개발에 작업자의 안전과 효율성 향상을 위한 인간공학적 설계를 적용할 수 있을 것으로 기대한다.
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양명균 ( Myongkyoon Yang ),최금실 ( Jinshi Cui ),손대식 ( Daesik Son ),정은성 ( Eun Seong Jeong ),조성인 ( Seong In Cho ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2
농업의 경쟁력 향상과 급변하는 기후 변화의 문제를 해결하기 위해 스마트 팜으로 대표되는 ICT기반 융합 스마트 농업에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있으며 이를 위한 원천기술의 개발 및 확보가 중요해지고 있다. 농작물 분석을 위한 융합 기술의 발전에 따라 작물의 생리, 형태, 생화학적 특성 등 표현형 전체를 관측 및 해석하는 피노믹스 (phenomics) 연구 분야의 중요성이 대두되고 있다. 이에 따라 작물의 정확한 분석을 위해서는 2차원 이미지를 넘어선 3차원 영상의 분석이 요구되는 상황이다. 본 연구에서는 촬영한 작물 2차원 이미지를 3차원 영상 복원 (3DReconstruction)하는데 있어 수행되는 알고리즘을 살펴보고 직접 구현해 보았다. 3차원 영상 복원하는 방법에는 크게 능동형, 수동형 기법이 있으며 본 연구에서는 수동형 기법의 한 종류인 SfM (structure from motion) 방식을 이용하였다. SfM은 다양한 각도에서 촬영된 여러 장의 2차원 영상들을 이용하여 카메라의 촬영 위치를 계산한 뒤 이를 이용해 3차원 영상을 획득하게 되며, 능동형에 비해 촬영의 용이성과 결과물의 품질이 우수하다는 장점이 있다. 알고리즘의 구현에는 SfM의 알고리즘인 특징을 추출하여 카메라의 위치를 계산한 후 특징점들의 3차원좌표를 계산 및 복원하는 방법을 사용하였으며, 구현을 위해 MATLAB (MATLAB_R2016,Mathworks, USA)을 이용하였고 단순한 형태의 식물체에 대하여 스마트폰 카메라 (IPhone 6Plus, Apple, USA)를 이용해 영상을 획득하였다. 몇 장의 이미지를 통해 알고리즘을 구현 및 확인해 보았다. 영상의 특징점을 획득하기 위해 SIFT (Scale-invariant feature transform), SURF (Speeded-Up Robust Features) 등의 알고리즘을 활용하였으며 3차원 특징점을 위해 bundleAdjustment 알고리즘을 사용하였다. 식물체의 3차원복원 결과 기존의 상용프로그램만큼은 아니지만 가능성을 보여주는 결과물을 획득하였다. 3차원복원을 위한 알고리즘에는 다양한 종류가 있고 측정하고자 하는 대상에 따라 최적의 알고리즘이다르므로 다양한 알고리즘의 검증을 통해 작물의 적합한 알고리즘을 찾아야 할 것으로 판단된다.
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양명균 ( Myongkyoon Yang ),최금실 ( Jinshi Cui ),손대식 ( Daesik Son ),박성민 ( Seongmin Park ),정은성 ( Eun Seong Jeong ),조성인 ( Seong In Cho ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2
급변하는 기후 상황에 대응하여 농업 경쟁력을 높이고 안정적인 생산을 위해 융합 기술을 활용한 작물분석 기술 개발이 요구되고 있다. 이러한 분야 중 피노믹스(phenomics)는 작물의 여러 특성에 해당하는 표현형 전체를 관측 및 분석하는 연구 분야로 이에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 작물의 표현형분석에 있어 형태적인 특성은 작물의 다양한 정보를 담고 있기에 중요한 인자이다. 작물의 형태에 대한 보다 입체적이고 정확한 분석을 위해서는 2차원 이미지 뿐 아니라 3차원 영상에 대한 분석이 필요하다. 본 연구에서는 3차원 영상 복원(3D Reconstruction)된 이미지를 분석하기 위한 여러 영상처리 과정을 수행하였다. 작은 포트에 담긴 17~25 cm정도의 고추 모종에 대한 3차원 복원 영상 분석이 이루어졌으며, 이를 위해 스마트폰 카메라(IPhone 6 Plus, Apple, USA)와 Kinect v2 (Microsoft, USA)를 활용하였다. 이미지 분석을 위한 알고리즘의 구현 및 적용에는 MATLAB (MATLAB_R2016b, Mathworks, USA)을 이용하였다. 먼저 복원된 고추 모종의 3차원 영상에서 작물 부분만 추출하기 위한 몇 가지 후보 알고리즘 중 최적의 알고리즘을 선정해 준다. 이를 통해 작물 부분만 추출된 3차원 이미지를 얻게 되고 좌표 변환 과정을 거치게 된다. 복원된 3차원 영상의 경우 이미지에 따라 독립적인 좌표계를 갖기 때문에 일정한 분석과 편의를 위해 고추 모종의 주된 줄기를 z축으로 하고 작물의 하단을 원점으로 하는 변환을 수행하였다. 마지막으로 여러 알고리즘을 활용하여 잎과 줄기를 분리하는 이미지 분할(Image Segmentation)을 수행해 보았다. 이러한 과정을 보완해 나간다면 3차원 작물 이미지에 대한 자동화된 분석을 할 수 있을 것으로 기대된다.
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초분광 영상 시스템을 활용한 딸기의 수분 스트레스 분석
양명균 ( Myongkyoon Yang ),최금실 ( Jinshi Cui ),박성민 ( Seongmin Park ),손대식 ( Daesik Son ),김정선 ( Jung-sun Kim ),조성인 ( Seong In Cho ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.1
기후 변화와 농업경쟁력 확보를 위해 스마트팜으로 대표되는 융합 기술 활용 스마트 농업에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 특히 분석에 있어 원천기술 확보의 중요성이 대두되면서 표현형 분석을 위한 피노믹스 연구의 중요성이 대두되고 있다. 표현형 분석에 있어 겉으로 드러나는 형태와 색상은 다양한 정보를 담고 있기 때문에 중요한 요소 중 하나이다. 이에 본 연구에서는 딸기 모종에 인위적인 스트레스를 주고 나타나는 변화에 대하여 초분광 영상 시스템 (400~1000nm)과 고해상도 이미지를 획득하여 영상처리 알고리즘 적용 및 모델 개발을 수행하였다. 실험과정에서 모종은 실내의 동일한 외부 환경에서 수분의 양을 다르게 한 4개의 그룹으로 나누어 진행되었으며, 여러 센서 네트워크를 구성하여 실시간으로 환경 데이터를 수집하도록 하였다. 초분광 영상과 고해상도 이미지를 분석하여 모델을 개발한 결과, 수분에 따른 작물 스펙트럼과 형태의 복합 판별이 가능한 것으로 파악되었다. 이는 스마트팜 내부의 비파괴적인 분석을 진행하는데 있어 여러 스트레스나 질병에 대한 분석에 활용할 수 있는 것으로 기대된다.
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