지능형 농촌용수 정보서비스 시스템 구축 방안 연구

문성근 ( Sungkeun Moon ),강석만 ( Seokman Kang ),김대식 ( Daesik Kim ),김선주 ( Sunjoo Kim ),김현호 ( Hyunho Kim ),최현성 ( Hyunsung Choi ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-

최근 농촌용수의 효율적인 개발, 이용 및 보전·관리를 위해서 적정단위의 유역 구분에 의한 용수구역을 분할하고 용수구역별 기초자료를 데이터베이스로 구축하여 유역단위로 관리할 수 있는 GIS를 활용한 농촌용수 정보서비스 시스템 개발에 대한 요구사항이 증가되고 있다. 그러나 현재 농촌용수의 정보화 수준은 낮은 수준이므로, 보다 종합적이고 체계적으로 농촌용수 정보를 통합하기 위해 시·군관리 수리시설을 포함한 마스터플랜 수립이 필요하며 농촌용수의 실시간 계측관리와 의사결정지원시스템을 반영한 지능형 농촌용수 정보서비스 구축의 필요성이 높아지고 있다. 본 연구에서는 관리체계가 한국농어촌공사와 시·군으로 이원화되어 있고 전국에 산재되어 있는 농업용 저수지의 현장자료와 다양한 정보를 하나의 체계에서 통합하고 한국농어촌공사, 국토교통부 등 다양한 기관에서 사용되고 있는 자료와 정보들을 하나의 시스템에 연계하였다. 통합되고 연계된 빅데이터의 관리와 가뭄과 홍수를 분석할 수 있는 응용프로그램을 개발하여 실제로 구현이 가능한 지능형 통합 물관리 정보시스템과 의사결정지원 시스템을 개발하고 시범운영 하였다. 전문가와 일반인에 대하여 평가해본 결과, 실무에 활용할 수 있는 시스템 개발의 가능성과 효율성을 확인하였다. 또한, 농촌용수 정보화 마스터플랜을 수립하고 검증하였다. 향후 농촌용수와 시설물 관리에 대해 전국에 산재되어 있는 수위, 유량 등 실시간 자동 계측시스템과 원격 관리, 가뭄·홍수대비 등 농촌수자원 정보의 통합 관리와 이·치수, 재난 등의 분석·평가 그리고 예측이 가능한 ICT 기반의 종합적인 물관리 지원시스템 구축을 통해 과학적이고 효율적인 물관리 등의 기술적 효과와 농업용수 손실을 절감할 수 있는 비구조적 대책 및 가뭄과 홍수 대응능력 향상으로 수반되는 다양한 경제적 효과가 기대된다.

컴포넌트 기반 농촌용수 물순환 종합해석 모형의 적용성 평가

문성근 ( Sungkeun Moon ),김진택 ( Jintaek Kim ),이용직 ( Yong-jig Lee ),송정헌 ( Jung-hun Song ),강문성 ( Moon Sung Kang ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

우리나라 농업유역은 저수지 상류유역, 저수지, 저수지 하류유역으로 구분되며, 각각의 물순환이 복합적으로 연계되는 복잡한 특징을 가진다. 모의요소로는 상류 유출량, 상류 증발산량, 상류 수질, 농업용수 공급량, 제한수위 방류량, 만수위 방류량, 환경요수 방류량, 저수지 수면 강우량, 저수지 수면 증발량, 저수지 수질, 하류 유출량, 관개지구배수량, 송수손실량, 관개지구 증발산량 등이 있다. 컴포넌트 기반 농촌용수 물순환 종합해석을 위한 COMFARM (COmponent-based Modeling Framework for Agricultural Reservoir watershed Management)은 기존에 널리 사용되던 국외 모형이 고려하지 못하는 농업용 저수지 운영기작과 논의 물수지 등의 우리나라 유역의 특징을 반영하여 서울대학교에서 개발한 모델링 Framework이다. COMFARM은 농촌용수 물순환과 관련된 다양한 목적에 대해 사용자가 맞춤형으로 모형을 구축할 수 있도록 설계되어있다. COMFARM은 전처리 시스템, 주 객체 처리 시스템, 후처리 시스템으로 크게 구분된다. 전처리 시스템에서는 농촌용수 물순환 해석을 위한 방대한 자료를 관리할 수 있는 자료 관리 및 표준화 시스템과 연동하여 맞춤형 모형에 필요한 입력 자료 (기상, 지형, 영농자료)를 제공하며, 주 객체 처리 시스템에서는 객체 지향 모델링 기법 기반의 플랫폼을 통해 사용자의 이용 목적에 맞는 맞춤형 모형을 구축할 수 있는 환경을 제공하고, 후처리 시스템에서는 사용자가 구축한 맞춤형 모형의 매개변수를 자동 보정 및 검정하는 최적화 모듈과 그래프, 표, 보고서를 출력할 수 있는 모듈을 제공한다. 본 연구에서는 농업용수 물순환 종합해석 모형인 COMFARM을 자료품질이 양호한 동진지구 (전라북도 김제)를 중심으로 대화, 금평, 당월, 선암저수지 유역의 저수지 물수지 해석 컴포넌트의 적용성을 평가하였다. 또한 용수 수급상황이 실시간으로 모니터링이 되고 있는 화호, 대평, 감곡, 신용, 용성, 종신 등 총 6개 지선에서의 수로 수위자료를 구축하여 농업용수 공급 컴포넌트 (농업용수 공급량 모형)의 적용성을 분석 및 평가하였다.

모바일 기반의 표면영상유속 해석을 이용한 수로의 유량 측정

문성근 ( Sungkeun Moon ),류권규 ( Kwonkyu Yu ),김진택 ( Jintaek Kim ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

본 연구의 목적은 안드로이드 기반의 스마트폰을 비롯한 모바일 장비를 이용하여 실시간으로 수로의 유속을 측정하여 유량을 자동 산정하는 것이다. 유속 측정을 위한 방법은 여러 가지가 있으나, 비접촉식으로 간편하게 수로의 유속을 측정하기 위해 스마트폰을 이용한 표면영상유속계(SIV, surface image velocimeter)를 개발하였다. 이 과정은 관련 정보 획득, 영상 촬영, 영상 분석, 좌표 변환, 결과 도시의 다섯 과정으로 이루어져 있으며, 이 모든 것을 모바일 장비용 앱으로 제작하여 구현하였다. 먼저 관련정보 획득 과정은 스마트폰에 장착된 GPS를 이용하여 유속의 측정 지점의 위치와 관련 정보를 찾아내고, 이를 서버의 데이터베이스에 있는 유속 측정지점 정보와 연계한다. 또한, 이 때 카메라의 자세(방향, 경사각 등)에 대한 정보를 함께 계측한다. 다음에 스마트폰에 장착된 카메라를 이용하여 수로의 수표면을 동영상으로 촬영하고 영상 획득은 1~3초 정도의 동영상을 취득해서, 관련 정보와 함께 저장한다. 영상 분석 과정에서는 저장된 동영상을 JavaCV 라이브러리를 이용하여 시공간 영상(STI, spatio-temporal image)으로 생성하고 이 시공간 영상을 분석하였다. 시공간 영상에서 영상 변위(영상내의 추적자의 움직임)를 산정하는 방법은 최근 개발된 CASTI(Cross-correlation Analysis for Spatio-Temporal Images)법을 수정하여 적용하였다. 분석해낸 영상 변위는 좌표 변환을 통하여 물리 변위로 환산해 주어야 하는데 종래의 방법에서는 이를 위해 참조점을 필요로 하였으나 본 연구에서는 앞서 계측한 카메라의 자세(경사각)와 카메라와 수표면까지의 높이를 입력하여 영상의 좌표 변환에 필요한 정보를 추출하였다. 이 과정을 통하여 기존의 표면영상유속계의 단점 중 하나인 참조점 문제를 해결하였다. 앞서 분석한 영상 변위에 이런 좌표 변환 정보를 입력하여 물리 변위와 유속을 분석하였다. 본 기술은 수로의 유속·유량 측정의 모든 과정이 스마트폰에서 이루어지므로 5초 이내로 유량을 산정할 수 있으며 개발된 시스템을 실험 수로에서 시험한 결과, 이 시스템이 유속 측정에 드는 시간, 노력, 경비를 획기적으로 경감시킬 수 있음을 입증되었다. 이 때의 유속 측정 오차는 측정하는 유속에 따라 다르지만 기존의 표면영상유속계가 지녔던 오차인 최대 10% 이내에 머물렀다.

효율적 물관리를 위한 농촌수로 수초제거 기술 개발

김진택 ( Jintaek Kim ),문성근 ( Sungkeun Moon ),김종덕 ( Jongduk Kim ),이현진 ( Hyunjin Lee ) 한국농공학회 2014 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2014 No.-

우리나라의 농업은 외국과는 달리 좁은 농토에 집약적으로 농사를 짓는 집약농업형태로, 고비용·저효율 문제에 당면하여 우리 농산물의 높은 생산비가 가격상승의 주된 요인으로 작용되고 있다. 이러한 우리 농업이 안고 있는 구조적인 문제점들을 개선하기 위하여 수리시설물의 유지관리비를 절감하고, 궁극적으로는 농업의 생산비 절감에 기여하고자 꾸준히 노력하여 왔다. 그러나 우리나라 전체의 용·배수로 중 약 76%가 토공수로로 되어있어 우기에 번성하는 용·배수로의 수초제거작업 미비로 인해 수로의 통수능력을 저하시켰으며, 집중강우시 홍수배제가 제대로 이루어지지 않아 수리시설물의 파손붕괴 등으로 이어지고 수로에 토사물이 퇴적되어 수로의 통수능력 저하가 악순환 되면서 농업생산을 저해하여왔다. 이를 해결하고자 인력을 이용한 작업을 실시하여 왔지만 수로구조 특성상 사면 및 수중작업이 힘들고 제거된 풀을 수거하기가 어렵다. 이를 해결하기 위해 수초제거 기술을 개발하여 안정적인 농업용수의 공급과 수로 관리개선을 통한 수리시설의 유지관리비절감 및 안전성을 확보할 필요가 있다. 본 연구에서는 국내 수로에 적합한 수초제거 기술을 개발하기 위해 먼저 수로의 위치별로 남부, 중부, 북부로, 유형별로 산지, 평지, 간척지의 9개 지역으로 선정한 후 수초 식생과 예취실태를 조사·분석하였으며, 농업수로의 효율적인 수초관리 기술개발을 위하여 예취시기가 농업수로 수초의식생과 수량에 미치는 영향과 예취횟수가 농업수로 수초의 식생과 수량에 미치는 영향을 실험하였다. 또한 국내 수로에 적합한 5가지 수초제거 기술에 대해 조사하였으며 이 중 물리적 방제법에 초점을 맞추어 농촌지역에 보급률이 높은 트랙터에 부착할 수 있는 트랙터용 수초제거 시작품을 제작하고 현장시험을 수행하였다. 갈풀, 환삼덩굴, 고마리 등의 수초가 자생하고 있는 약 50m의 수로변을 대상으로 한 현장시험 결과, 수로변에 자생하는 수초가 95%이상 제거되었다. 향후 효율적인 수초제거를 통해 통수를 원활하게 하여 홍수에 의한 침수피해 경감 및 작물 수확량을 증대시키기 위하여 수초제거 시작품을 보완 및 향상시켜 토공 용·배수로의 통수능력을 거양하고, 작물에 적기 적량의 용수를 공급하여 잉여수를 배제할 수 있게 하고자 한다. 또한 통수능력저하 등의 피해 예방 및 유지관리 비용을 절감하고 효율적이며 신속한 업무 환경 조성을 위한 수로수초·토사 관리정보 시범 시스템을 개발 하고자 한다.

농업용수의 친환경적 절수기법 적용 연구

강석만 ( Seokman Kang ),문성근 ( Sungkeun Moon ),이재남 ( Jaenam Lee ),이승헌 ( Seung-heon Lee ),이용직 ( Yongjig Lee ) 한국농공학회 2016 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2016 No.-

기후변화에 따라 빈번하게 발생되는 극심한 가뭄은 안정적인 농업생산에 어려움을 초래하고, 수자원 부족현상은 농어촌지역의 수자원 환경에 부정적인 영향을 주고 있다. 이에 따라 농업용수의 이용효율 개선에 대한 요구가 증대됨에 따라 실제 논에 적용하여 농민들이 활용할 수 있는 실증 연구에 대한 요구 또한 증대되었다. 본 연구에서는 실제 농민이 경작하고 있는 논을 대상으로 한 현장시험을 실시하여, 농업용수의 친환경적 절수기법 적용하고 이에 대한 확대방안 제시를 위한 실증연구를 수행하고자 한다. 농업용수의 친환경적 절수기법 적용을 위한 시험지구 선정은 공사 관리저수지 중에서 수혜면적, 접근성 등을 고려하고 현장답사를 통해 화성시에 위치한 버들저수지로 선정하였다. 물 절약을 위한 시험포의 관개방법은 관행 및 간단관개 등 3가지를 적용하였고, 농작물 피해를 대비하기 위해 각 방법별 2필지를 대상으로 실증시험을 수행하였다. 실증시험을 위한 시험지구 운영을 위해 용수간선, 용수지거, 필지, 배수로 등에 초음파 수위계를 설치하였고 각 필지별로 취수 · 배수물꼬, 부자식 수위계, 위어, 감수심계, 침투량계를 설치하였다. 주기적인 농민과의 협의를 통해 실증화를 위한 문제점과 보완점 등을 도출하고 현장에 적용하였으며 영농일지를 작성하였다. 논 담수심, 감수심, 침투량 등의 자료는 현장에서 목측과 계측장비의 데이터 값을 대조 검토하여 정확도를 높이고 시험포장 인근에 AWS를 설치하였다. 또한 양방향 모니터링 자료 공유 연계 모듈 및 IoT기반 연계모듈 GUI를 구축하여 실측자료의 모니터링 효율을 제고할 예정이다. 친환경 생태기반 적용을 통한 환경변화 분석을 위해 시험지구 주변 토지, 하천형태 등 생물 서식환경 특성조사를 수행하고 어류상 및 양서 · 파충류상 조사 등 생물상 기초조사를 수행하였다. 생태둠벙, 논어도 등 생태기반의 설치지점을 선정하여 현장적용이 가능한 적정 제원을 설정하고 농민과의 협의를 통해 현장 설치 할 계획이다. 본 연구는 농촌수자원의 효율적인 이용을 도모하기 위하여 농업용수 절약기술 적용에 대한 실증화 연구로써, 친환경적 요소를 접목한 절수기법의 확대방안을 마련하기 위한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

스마트 물관리 기술의 개발과 적용 -전북 동진지구 중심으로-

김정대 ( Jeongdae Kim ),문성근 ( Sungkeun Moon ),김진택 ( Jintaek Kim ),이용직 ( Yong-jig Lee ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

스마트 물관리란 기존시설에 지능형센서를 비롯한 정보통신기술(ICT)과 수자원 분석기술을 접목하여 물이용 효율을 최적화하는 차세대 물관리이다. 한국농어촌공사를 비롯한 국내기관에서는 농어촌용수 이용합리화 계획 및 농업용수관리자동화 개선방안 등으로 현장 물관리 실용화 기술개발과 물관리 전문화를 위하여 신규개발 기술보급을 추진하고 있다. 본 연구는 농촌수자원 관리 전문화를 위하여 스마트 물관리의 시범적용을 실시하고 실용화 촉진 및 물관리 교육·훈련을 위한 시범지구 구축 및 운영에 목적을 두고 있다. 시범지구를 선정하여 현장모니터링 시설을 설치하고, 스마트 물관리 시스템을 개발하였다. 또한 구축된 시스템을 운영하여 확대보급 방안을 제시하였다. 스마트 물관리 시범지구는 대상지구의 특성, 수리시설 및 관련 물관리 시스템 그리고 관할지사의 수리관행 등을 고려하여 전북 동진지구로 선정하였다. 현장관측시설은 136지점(저수지, 양·배수장, 배수갑문, 용수로 등)에 설치 운영 중에 있다. 수위계는 CDMA와 USN 형식으로 설치되었다. 강우영상계는 USN(Zigbee)형식이며, 유량계는 ADCP형식이며 Side looking 방식을 갖고 있다. 정보서비스 시스템은 초기화면, 용수현황, 관측자료, 용수분석, 경보상황, SCADA로 구성되어 있다. 스마트폰의 일반화에 맞춰 모바일 버전의 시스템도 구축되었다. 농촌용수의 효율적인 이용과 물관리를 위하여 대상지구의 용수계통별 최적 용수공급량 산정 및 운영 모듈을 개발하고, 기존 관측 자료와 정보 공유 및 업무 연계를 추진할 수 있는 통합 모듈을 개발함으로써 과학적인 농촌용수 물관리 실현과 농업인에 대한 선진 용수 서비스 제공이 효율적으로 이루어지도록 하였다. 스마트 물관리 시스템은 미래지향적 수자원 관리를 위한 전문화된 물관리 시스템으로서 기존 시설의 이용을 극대화하고 효율적인 물관리가 가능하도록 지원하는 시스템으로 시범사업으로 진행되어 효과가 증명되고 있다.

COMFARM 사용자 인터페이스

송정헌 ( Jung-hun Song ),강문성 ( Moon Seong Kang ),전상민 ( Sang Min Jun ),문성근 ( Sungkeun Moon ),기우석 ( Woosuk Kee ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

COMFARM (COmponent-based Modeling Framework for Agricultural water-Resources Management)은 농촌용수의 다양한 모의 요소를 각각 독립적인 객체로 모듈화하여 다수의 모듈을 조합하여 농촌용수의 복잡성과 광범위성을 보다 효율적으로 해석할 수 있는 컴포넌트 기반 모델링 Framework 이다. 본 연구에서는 COMFARM의 사용자 인터페이스 모듈을 개발하고자 한다. COMFARM은 이클립스 (Eclipse) 통합 개발 환경 (Integrated Development Environment, IDE)에서 자바언어를 통해 개발되었으며, 이로 인해 자바 런타임 환경 (Java runtime environment, JRE)이 구축되어 있으면 운영체제에 관계없이 동일하게 작동할 수 있다. 또한, COMFARM은 개발언어가 다르고 서로 간의 입력변수가 상이한 모형을 인터페이스를 통해 서로 연동하고 모의할 수 있도록 설계되었다. 사용자 인터페이스 모듈을 통해 사용자는 컴퓨터에 전문 지식 없이 쉽게 기존 모듈을 등록하고 연관관계를 구성하고 시뮬레이션을 수행할 수 있다. 이 모듈은 workspace 윈도우 상에서 아이콘을 끌어놓기 (drag and drop)하여 사용자로 하여금 다양한 모듈과 컴포넌트를 쉽게 연동할 수 있도록 하고, 사용자가 구성하고자 하는 모델링 시스템을 구현하도록 지원한다. 사용자는 연동처리과정을 시각화할 수 있고, 아이콘을 이용하여 직관적으로 다양한 특성을 부여할 수 있다. 또한, 사용자는 사용자인터페이스를 통해 정보나 자료를 입력/출력할 수 있고, 사용자 정의 신규 모듈 또한 추가할 수 있다. COMFARM은 응용프로그램, 모형, 그리고 컴포넌트가 분리된 상태에서 통합할 수 있어 모형의 재사용성을 높일 수 있고 확장성이 큰 특징을 띠고 있어 우리나라 농촌유역의 물리적 특성 및 영농의 다양성·복잡성을 고려하면 그 적용성이 뛰어날 것으로 사료된다.

예취시기 및 예취간격이 간척지 농업수로 수초에 미치는 영향

이현진 ( Hyunjin Lee ),박선호 ( Seonho Park ),김종덕 ( Jongduk Kim ),김진택 ( Jintaek Kim ),문성근 ( Sungkeun Moon ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

농촌수로는 농업생산 및 농촌수자원 관리의 주요한 시설이며 전국 18만km인 농수로의 60%이상은 단면이 흙으로 구성되어 있고, 자연 생장하는 수초를 제거하지 않으면 농수로의 다 기능적 기능을 상실하게 된다. 따라서 농수로의 효율적인 물 관리를 위한 수초를 제거하기 위하여 예취시기 및 예취간격을 달리하여 실시하였다. 간척지 농수로의 사면과 바닥의 비교에서는 5월을 제외하고는 바닥이 사면보다 초장, 생초 수량 및 건물수량이 많았다. 예취시기의 비교에서는 사면은 6월 예취가 다른 처리구보다 생초수량과 건물수량이 많았으며, 바닥은 7월 예취가 다른 처리구보다 생초수량과 건물수량이 많아 예취적기로 판단된다. 한편 예취간격의 비교에서는 6월과 8월 2회 예취가 다른 처리구보다 생초수량 및 건물수량이 많았다. 따라서 간척지 농수로에서 수초를 제거할 경우에는 1회 예취는 6월과 7월 예취가 적합하며, 2회 예취는 6월과 8월에 예취하는 것이 적합한 것으로 판단된다.