소나무 재선충의 방사선 처리 몬테 카를로 시뮬레이션

김종순 ( Jongsoon Kim ),김동현 ( Dong Hyun Kim ),김준한 ( Jun Han Kim ) 한국농업기계학회 2015 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.20 No.2

초음파 영상 깃각 자동 측정 프로그램 개발

김종순 ( Kim Jongsoon ) 대한통합의학회 2017 대한통합의학회지 Vol.5 No.1

Purpose : The parameters used in architectural analysis are muscle thickness, fascicle length, pennation angle, etc. Pennation angle is an important muscle characteristic that plays a significant role in determining a fascicle`s force contribution to movement. Ultrasonography has been widely used to obtain the image for measurement of a pennation angle since it is non-invasive and real-time. However, manual assessment in ultrasonographic images is time-consuming and subjective, making it difficult for using in muscle function analysis. Thus, in this study, I proposed an automatic method to extract the pennation angle from the ultrasonographic images of gastrocnemius muscle. Method : The ultrasonographic image obtained from 10 healthy participants`s gastrocnemius muscle using for developed automatic measuring program. Automatic measuring program algorithm consists with preprocessing, line detection, line classification, and angle calculation. The resulting image was then used to detect the fascicles and aponeuroses for calculating the pennation angle with the consideration of their distribution in ultrasonographic image. Result : The proposed automatic measurement program showed the stable repeatability of pennation angle calculation. Conclusion : This study demonstrated that the proposed method was able to automatically measure the pennation angle of gastrocnemius, which made it possible to easily and reliably investigate pennation angle more.

간이 라이시미터를 이용한 지하수위가 다른 조건에서 콩의 증발산량 평가

김종순(Jongsoon Kim),김동현(Dong-Hyun Kim),정기열(Ki-Youl Jung),이상훈(Sanghun Lee),전현정(Hyeon-Chung Chun),권순홍(Soon Hong Kwon),서정덕(Jung Duck So),김준한(Jun-Han Kim) 한국토양비료학회 2016 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2016 No.10

라이시미터를 이용한 주요 밭작물(참깨, 수수, 콩)의 증발산량 산정

김종순(Jongsoon Kim),김동현(Dong-Hyun Kim),정기열(Ki-Youl Jung),이상훈(Sanghun Lee),권순홍(Soon Hong Kwon) 한국토양비료학회 2017 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2017 No.10

노지 밭작물 관·배수 통합 자동제어 물관리 시스템 개발

김종순 ( Jongsoon Kim ),권순홍 ( Soon Hong Kwon ),정기열 ( Ki-yeol Jung ),김동현 ( Dong-hyun Kim ),강동균 ( Dong Kyun Kang ),신준기 ( Jun Ki Shin ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2

밭작물의 수요와 부가가치 향상으로 노지 밭작물 재배 면적이 매년 증가하고 있으나 관·배수 기반 시설은 논에 비해 취약하다. 따라서 본 연구의 목적은 ICT 기술을 이용하여 관수와 배수를 동시에 제어할 수 있는 관·배수 통합 물관리 시스템을 개발하는 것이다. 토양 수분 센서를 설치하여 깊이별로 토양 수분, 온도, EC를 실시간으로 측정하였다. 관수와 배수를 겸용할 수 있는 소구경(25mm) 유공관을 토양 하부 50cm 깊이에 매설하였고, 전자 밸브를 이용하여 관수와 배수의 작동을 제어하였다. 자동 물관리 시스템에서 실시간으로 측정된 토양 수분값이 설정된 토양 수분값보다 낮으면 관수 전자 밸브를 작동하여 점적관에 물을 공급하며 배수 전자 밸브는 닫힌다. 강우로 인하여 수분이 포장용수량에 도달하게 되면 배수 전자 밸브는 열리고 관수 전자 밸브는 닫힌다. 모든 센서 데이터는 웹서버로 전송되며, 컴퓨터 및 스마트폰으로 모니터링 및 제어하였다. 관·배수 통합 시스템의 효율성을 평가하기 위하여 무관개, 땅속배수, 지중점적, 관·배수 통합 조건에서 콩을 재배하며 수분 특성을 비교하였다. 콩의 생육기간 동안 관배수 통합 조건에서 평균 토양 수분(30.0%)이 무관개(20.2%)보다 10% 높게 나타났으며, 지중점적(29.7%)과는 유사한 값을 보였다. 땅속배수의 경우 가장 낮은 토양 수분 값(12.0%)을 나타냈다. 강우시 관배수 통합의 경우 지중점적 조건보다 30cm와 40cm 깊이에서 배수로 인하여 토양 수분이 각각 7.47%, 1.02% 낮게 나타났다. 근권부의 토양 수분은 포화 상태에서 시간이 경과함에 따라 빠르게 적정 수분 상태로 유지되었다. 결론적으로 관배수통합의 경우 하나의 유공관을 이용하여 관수와 배수를 모두 효과적으로 수행할 수 있는 것으로 나타났다. 이러한 노지 밭작물의 관·배수 통합 물관리 시스템은 작물 생산성 향상 및 식량 자급률 향상에 크게 기여 할 것으로 기대된다.

Development of Soil Moisture Controlling System for Smart Irrigation System

Jongsoon Kim(김종순),Won-Sik Choi(최원식),Ki-Yeol Jung(정기열),Sanghun Lee(이상훈),Jong Min Park(박종민),Soon Gu Kwon(권순구),Dong-Hyun Kim(김동현),Soon Hong Kwon(권순홍) 한국산업융합학회 2018 한국산업융합학회 논문집 Vol.21 No.5

The smart irrigation system using ICT technology is crucial for stable production of upland crops. The objective of this study was to develop a smart irrigation system that can control soil water, depending on irrigation methods, in order to improve crop production. In surface irrigation, three irrigation methods (sprinkler irrigation (SI), surface drip irrigation (SDI), and fountain irrigation (FI)) were installed on a crop field. The soil water contents were measured at 10, 20, 30, and 40 cm depth, and an automatic irrigation system controls a valve to maintain the soil water content at 10 cm to be 30%. In subsurface drip irrigation (SSDI), the drip lines were installed at a depth of 20 cm. Controlled drainage system (CDS) was managed with two ground water level (30 cm and 60 cm). The seasonal irrigation amounts were 96.4 ton/10a (SDI), 119.5 ton/10a (FI), and 113 ton/10a (SI), respectively. Since SDI system supplied water near the root zone of plants, the water was saved by 23.9% and 17.3%, compared with FI and SI, respectively. In SSDI, the mean soil water content was 38.8%, which was 10.8% higher than the value at the control treatment. In CDS, the water contents were greatly affected by the ground water level; the water contents at the surface zone with 30 cm ground water level was 9.4% higher than the values with 60 cm ground water level. In conclusion, this smart irrigation system can reduce production costs of upland crops.

정밀 물관리를 위한 콩의 생장 모델링

김준한 ( Jun-han Kim ),김동현 ( Dong-hyun Kim ),김종순 ( Jongsoon Kim ),권순홍 ( Soon Hong Kwon ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2

콩을 논에서 재배할 경우 습해로 인하여 생산성이 매우 낮다. 따라서 논으로서의 기능을 유지하며 지하수위를 자유롭게 설정할 수 있는 정밀 물관리 기술이 필요하다. 본 연구의 목적은 지하수위가 다른 조건에서 콩의 생육을 측정하고 모델링하여 정밀 물관리 기술 개발에 필요한 기초자료를 제공한다. 콩(대원콩)을 지름 26cm, 높이 50cm의 크기로 제작된 원통형 라이시미터에 2016년7월 5일 파종하였다. 토양은 논토성으로 대표적인 식양질과 밭토성으로 널리 알려진 사양질이고, 지하수위는 각각 20cm와 40cm로 유지하였다. 생장데이터(초장; 지상부에서 줄기의 생장점까지의길이, 경태; 줄기직경)를 콩의 제 3겹잎이 전개되는 유묘기부터 코투리와 잎이 황색으로 변하는 성숙기까지 측정하였다. 생장모델로 널리 이용되는 Gompertz 모델을 적용하여 계수를 구하고 모델 적합도를 평가하였다. 초장과 경태 모두 개화기까지는 지수함수적으로 증가하고 그 이후에는 거의 일정한 값을 유지하고 있었다. 초장의 경우는 사양질과 식양질 모두 결정계수가 0.98보다 높게 나타났다. 증가속도는 사양질에서 0.98(±0.04)mm/day로 식양질(1.11(±0.08)mm/day)에서 보다 낮았다. 사양질에서 최대 초장값은 20cm와 40cm에서 각각 80.8(±0.69)cm, 96.0(±0.67)cm로 수위간 차이가 크지만, 식양질에서는 각각 116.2(±0.99)cm와 111.0(±1.28)cm로 차이는 4%로 크게 줄어들었다. 초장의 경우는 지하수위보다는 토양에 크게 영향을 받는 것으로 나타났다. 경태의 경우는 결정계수가 초장보다 조금 낮아서 0.97(사양질)과 0.94(식양질)로 나타났다. 초장과 달리 증가속도는 식양질(80.1(±16.0)μm/day, 20cm; 116.3(±18.4)μm/day, 40cm)에서의 값이 사양질(61.0(±7.9)μm/day, 20cm; 69.0(±11.1)μm/day, 40cm)보다 크게 나타났다. 최대 경태값은 사양질에서 8.22(±0.14)mm이고 식양질에서 9.82(±0.14)mm로 식양질이 19% 높게 나타났다. 초장과 달리 식양질, 40cm 지하수위에서 최대 증가속도와 최대 값을 보이고 있다. 결론적으로 Gompertz 모델은 콩의 초장과 경태의 생장을 잘 나타내고 있고, 식양질에서의 성장이 빠른 것으로 나타났다. 이러한 성장 모델은 정밀 물관리를 위한 콩의 생장 모델로 잘 활용될 수 있을 것이다.

밭작물 토양에서 정밀 관배수를 위한 머신러닝을 이용한 토양 온도 예측 모델 개발

김효성 ( Hyosung Kim ),김종순 ( Jongsoon Kim ),정기열 ( Ki-yeol Jung ),송지수 ( Jisu Song ),정은지 ( Eunji Jeong ),황현정 ( Hyunjung Hwang ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.2

토양의 온도는 토양의 함수율, 유기물 함량, 미생물의 활동 등 물리적, 화학적, 생물학적 요소에 큰 영향을 미치는 요인이다. 특히 관수와 배수는 밭작물의 생육에 매우 중요하며 토양의 온도와 매우 밀접하다. 따라서 밭작물의 정밀 관배수를 위하여 정확한 토양의 온도 예측은 매우 중요하다. 본 연구에서는 Python의 머신러닝 회귀분석 알고리즘인 선형회귀(LR), 의사결정나무(DTR), 랜덤포레스트(RFR), 서포트 벡터 머신(SVR)을 활용하였다. 콩을 사양질 토양에서 무관개 조건에서 재배하여 생육 기간(6월 하순부터 10월 중순) 동안 토양의 깊이(10cm~40cm)별로 함수율과 온도를 측정하였다. 기상 측정 장치를 이용하여 외기 온도, 습도, 강우량, 일사량도 측정하였다. 토양의 함수율과 기상 데이터를 머신러닝 프로그램의 입력값으로 사용하여 토양의 온도를 예측하였다. 모델의 성능 최적화를 위해 GridSearchCV 패키지를 이용하여 최적의 하이퍼 파라미터를 찾아내어 데이터 학습을 진행하였다. 각 모델의 RMSE와 R²를 비교하여 추정성능을 비교하였다. LR, DTR, RFR, SVR의 RMSE는 각각 1.838, 1.543, 1.277, 1.342의 값을 보였으며 R²는 각각 0.837, 0.895, 0.928, 0.919의 값을 보였다. RFR은 RMSE의 값이 가장 낮고 R²가 가장 크게 나타나고 있다. RFR은 다수의 결정나무를 통해 학습하여 다른 기법보다 정확하게 예측하고 있다. 토양의 깊이가 깊어질수록 토양의 온도 변화가 적게 나타났고, 외기 온도에 대한 영향도 감소하고 있었다. 전체적으로 토양의 함수율이 증가하면 토양의 온도는 감소하고 있다. 머신러닝을 이용한 토양의 온도 예측은 정밀 관배수를 위한 제어시스템에 유용하게 이용될 수 있을 것이다.

노지 밭작물 재배를 위한 관·배수 통합 유공관의 토양 수분 분포 시뮬레이션

김동현 ( Dong-hyun Kim ),권순홍 ( Soon Hong Kwon ),정기열 ( Ki-yeol Jung ),강동균 ( Dong Kyun Kang ),신준기 ( Jun Ki Shin ),김종순 ( Jongsoon Kim ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2

최근 밭작물의 생산량 증가를 위하여 논에서의 밭작물 재배 생산기술이 개발되고 있다. 논 범용화를 위해 암거배수와 가뭄피해 예방에 필요한 관개기술이 각각 개발되었으나, 반복적인 설치 및 철거에 소요되는 노력 비용이 가중되고 있다. 이러한 노력비용을 감소시키기 위하여 관·배수를 통합할 수 있는 기자재가 필요하다. 본 연구의 목적은 토양에서의 수분 이동 시뮬레이션을 통하여 관수와 배수를 겸용하는 소구경 유공관의 적절한 크기를 설정하는 것이다. HYDRUS를 이용하여 토양 하부 50cm 깊이에 25mm, 35mm, 50mm 유공관을 설정하여 비교하였으며, 토성은 사양토로 하였다. 유공관에서 관·배수에 적절한 크기를 설정하기 위하여 관수와 배수를 각각 시뮬레이션하였다. 관수는 초기조건 토양 수분 20%에서 실시하여, 근권부의 토양 수분이 30%까지 증가하는데 걸리는 시간을 비교하였으며, 배수는 초기조건 토양 수분 40%에서 실시하여 근권부의 토양 수분이 30%까지 감소하는데 걸리는 시간을 비교하였다. 관수 시뮬레이션 결과에서 근권부의 토양 수분은 각각 60분(25mm), 46분(35mm), 30분(50mm)이 경과한 후 증가하기 시작하여, 토양 수분이 30%가 되는 시간은 210분(25mm), 128분(35mm), 76분(50mm)이 걸렸다. 유공관의 크기가 클수록 토양수분이 빠르게 공급되었으며, 근권부의 토양수분함량이 급격하게 증가하였다. 반면에, 배수 시뮬레이션에서는 근권부의 토양수분이 30%까지 감소하는데 걸리는 시간이 380분(25mm), 370분(35mm), 360분(50mm)으로 유공관의 크기에 따른 차이가 거의 나타나지 않았다. 결론적으로 관·배수 통합 유공관의 크기를 설정하기 위해서는 배수보다 관수의 효율을 고려하는 것이 적절한 것으로 나타났다. 작물과 토양에 맞는 적절한 관·배수 통합 유공관을 사용한다면, 노지 밭작물의 생산 효율이 크게 증가하여 밭작물의 안정생산에 크게 기여 할 것이다.

HYDRUS와 SWAP을 이용한 노지 밭작물 토양에서 깊이별 함수율 예측

송지수 ( Jisu Song ),김종순 ( Jongsoon Kim ),권순홍 ( Soon Hong Kwon ),정기열 ( Ki-yeol Jung ),김효성 ( Hyosung Kim ),정은지 ( Eunji Jung ),황현정 ( Hyunjung Hwang ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.2

노지 밭작물의 생육에 있어서 토양의 함수율이 너무 높으면 물빠짐이나 뿌리 부패의 문제가 발생하고, 너무 낮으면 성장 지연이나 수확량 감소를 초래한다. 따라서 정확한 토양 함수율의 예측은 작물의 물관리에 있어 매주 중요하며, HYDRUS와 SWAP은 토양의 수분 이동과 흐름을 모델링하는 대표적인 프로그램이다. 본 연구의 목적은 HYDRUS와 SWAP을 이용하여 노지 밭토양에서 깊이별 토양 수분을 예측하고, 실제 측정값과 비교하여, 두 프로그램을 성능을 비교 분석하는 것이다. 일별 토양수분을 계산하기 위하여 토양의 수리학적 매개 변수, 지표 및 토양의 하부 조건, 작물 특성 및 기상 조건을 프로그램에 입력하였다. 계산된 값들을 검증하기 위하여 사양질 토양에 시험 작물인 콩을 무관개 조건에서 재배하였다. 토양 수분 센서를 토양 표면부터 10cm 간격으로 40cm 깊이까지 매설하여 층위 수분을 측정하고, 수분이동 프로그램의 추정치와 비교 검증하였다. HYDRUS에서 10cm에서 40cm 깊이까지 R2(결정계수)는 0.973 ~ 0.979, RMSE(평균 제곱근 편차)는 2.7% ~ 3.3%의 값을 보이고 있다. SWAP에서는 R2값이 0.975 ~ 0.990, RMSE값이 1.6% ~ 3.2%로 계산되었다. 콩의 영양생장 단계에서는 두 프로그램 모두 측정값과 매우 유사한 값을 추정하고 있다. 하지만 콩의 생식생장 단계가 시작되는 8월 중순경부터는 HYDRUS가 작물의 생장 모듈을 포함하고 있지 않아 HYDRUS의 차이값이 SWAP 보다 큰 것을 알 수 있다. 전체적으로 두 프로그램 모두 높은 R2와 낮은 RMSE로 계산값이 측정값을 잘 예측하는 것으로 나타났다. 결론적으로 HYDRUS와 SWAP 모두 노지 스마트 환경조건에서 토양 함수율 관리와 생산성 향상에 매우 유용하게 이용될 수 있을 것이다.