자동 수위계측 자료 관리 기술 개발

이재주 ( Jaeju Lee ),김해도 ( Haedo Kim ),강석만 ( Seokman Kang ),신안국 ( Ankook Shin ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

수자원의 개발 및 효율적인 운영을 위해 가장 중요한 것 중에 하나는 정확한 수문자료의 제공이다. 최근 ICT기반 계측인프라의 지속적인 추진으로 다량의 자동 수위계측 자료가 축적되고 있으며, IoT기술 도입이 이뤄지고 있는 현재 농업수자원의 특성을 대변할 수 있는 고품질의 수위계측 자료의 수요는 지속적으로 증가할 것으로 예상된다. 이를 위해 WMO, 영국 IH, 일본 건설성, 미국 USGS 등의 각국 대표적 기관 및 우리나라의 홍수통제소, 한국건설기술연구원, 환경부 등 여러 기관들에서도 개별 품질관리 프로세스를 정립하여 이에 따라 자료 관리를 하고 있는 상황이다. 본 연구에서는 정도 높은 수위자료의 생산을 위하여 일반적인 품질관리(이상치 검정)를 위한 통계적 방법을 소개하고, 자동 수위계측기(USN-1000)에서 수신된 10분단위 원시 계측자료를 대상으로 품질관리를 실시하였다. 더불어 수위계측기 오측 및 결측 상황과 유효자료 비율을 동시에 분석하여 품질관리의 필요성을 도출하고자 하였다. 원시 계측자료는 1,675개소의 농업용저수지에서 구득하였으며, Ronser 방법론, Walsh 방법론, 3-sigma rule of thumb, Moving average(이동평균)을 적용하여 품질관리 가능성을 모니터링 하였다. 농업용저수지 수위계측 자료는 환경적 특성과 인간의 조작 (방류 등)에 의한 특성을 동시해 내포하게 되므로 자연 현상을 측정하는 일반적 수문자료 품질관리와는 차별된 방법을 적용할 필요가 있음을 확일할 수 있었다. 향후 연구에서는 원시 수위자료가 아닌 1차 가공된 수위변화 자료를 대상으로 하며, 2차례의 필터링에 의한 순차적인 방법론을 적용하는 품질관리 모듈 개발을 수행할 계획이다.

농업용수 물관리를 위한 자율학습 기술 개발

이재주 ( Jaeju Lee ),이재남 ( Jaenam Lee ),안현욱 ( Hyunuk An ),강문성 ( Munsung Kang ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-

농업선진국에서도 농지 관개뿐만 아니라 지역용수 등 다목적으로 활용되는 농촌용수의 수요량 증가에 대응하기 위해서는 직접적인 데이터 수집과 자립형 센서로의 전환을 바탕으로 하는 인공지능 의사결정시스템을 현장에 적용해야 하는 필요성을 인지하고는 있으나 아직까지 연구단계에 머무르고 있는 상황이다. 첨단 ICT 기술을 융합한 센서 및 측정기기를 바탕으로 하는 물관리 인프라와 실시간 모니터링 시스템을 구축함으로써 물관리 비용절감과 고효율화를 추구하고 농업환경변화에 선제적으로 대응해야 할 필요성이 있다. 본 연구에서는 ICT/IoT기반의 계측(Sensing)과 모델링(Simulation) 및 인공지능(Artificial Intelligence)기술을 물관리 분야에 적용하여 어떠한 환경에서도 최선의 관개 스케줄을 제공할 수 있는 데이터 기반의 자율학습 물관리 기술을 개발하여 효율적 물 이용을 도출하고자 한다. 자율학습 기술의 물관리 적용방법 분석결과 농업용수의 손실은 대부분 배분관리 용수와 상시 일최대필요수량 관개에서 발생하고 있으며, 효과에 대한 검증단계가 남았있지만 특정 지점에서의 제어를 통하여 손실을 축소시킬 수 있는 결과를 도출하였다. 더불어 관개수로 네트워크 모형 현장검증을 실시하여 모형의 물관리 시스템 적용 가능성을 점검하였으며, 저수지 저수율 예측모형 개발을 위하여 추가적으로 필요한 데이터의 종류와 양 그리고 데이터 처리방법에 관한 분석을 실시하였다. 또한 IoT기반 스마트 수리시설물 도입기술로 저동력 전도식 수문을 선정하고 기본설계를 실시하였으며, 데이터 계측을 위한 최적의 Test Bed를 선정하고 관개수로 네트워크 모의에 적합한 위치에 계측 센서를 설치하여 현재 자율학습 물관리에 필요한 데이터 수집을 진행하고 있다. ICT/IoT 및 자율학습기술은 현재 물관리 방법에서 부족한 물자원 절약과 물관리 효율성을 획기적으로 개선시킬 수 있을 것으로 판단되지만 아직 현장 적용사례가 없기 때문에 요소기술의 개발뿐만 아니라 도입기술의 도출 및 적용성 검토 등 테스트와 실증화과정의 추진이 필요하다. 특히 현재 농업생산기반시설 운영사항의 개선과 자율학습 물관리라는 목표점을 분명히 하기 위해서 현장상황을 기반으로 하는 도입기술의 도출과 함께 공정기술을 시험제작하여 충분한 성능의 검토가 요구된다. 본 연구는 물 절약 기술의 확보와 함께 유지관리 노력을 가장 중요한 시설에 집중 투입할 수 있는 노동력의 효율성을 높이는데 최종목표를 두고 있으며, 4차 산업기술을 전통적인 물관리에 적용함으로써 필요해지는 “전문 물 관리자”라는 신규일자리 창출효과도 발생할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

관개지구 물관리기법에 따른 논벼 생육 및 수확량 분석

이도길 ( Do Gil Lee ),강문성 ( Moon Seong Kang ),김계웅 ( Kye Ung Kim ),류정훈 ( Jeong Hoon Ryu ),이현지 ( Hyunji Lee ),이재남 ( Jaenam Lee ),이재주 ( Jaeju Lee ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

최근 기후변화에 따른 가뭄으로 인해 농촌 지역에서 수자원 부족 현상이 빈번하게 발생하고 있다. 수자원의 부족은 안정적인 농업 생산에 어려움을 야기한다. 하지만 농업용수의 수요자인 농민들은 여전히 물 절약에 대한 인식이 미비한 실정이며, 그로 인해 용수의 과잉 사용 및 무효 방류에 따른 용수 손실이 과다하게 발생하고 있다. 농업용수를 관리하는 물관리기법 중 하나인 간단관개는 하루 또는 며칠 간격으로 관개하는 방법으로서, 제한된 수량을 유효하게 이용할 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 간단관개의 적용을 위하여, 시험지구 모니터링 시스템을 구축하고, 간단관개 시나리오를 구축하였으며, 수문 모니터링을 수행하고, 물수지 분석을 통해 유입량을 분석하고, 물관리기법에 따른 논벼의 생육과 수확량을 비교 분석하였다. 물관리기법 적용을 위한 연구 대상지는 경기도 화성시 장안면에 위치한 6개 논 포장이며, 각 2개 포장씩 묶어 대조구(관행 관리담수심 유지), 절수 처리구A(관리담수심: 20∼80 mm), 절수 처리구B(관리담수심: -100 mm)로 시험포장을 구성하였다. 수문 모니터링을 위해 초음파 수위계, 부자식 수위계, 물꼬 및 위어, 감수심계, 침투량계 등을 설치하였으며, 수문 모니터링 결과를 바탕으로 논 물수지 분석을 수행하였다. 물관리기법이 논벼의 생육 특성 및 수확량에 미치는 영향을 분석하기 위해 처리구별 비교 분석을 수행하였다. 본 연구의 결과는 가뭄시 농업용수를 효율적으로 이용하기 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

논에서의 절수기법별 회귀수량 비교

이재남 ( Jaenam Lee ),박종환 ( Jonghwan Park ),신형진 ( Hyungjin Shin ),이재주 ( Jaeju Lee ),강문성 ( Moonsung Kang ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-

최근 통합물관리 시대가 본격화되면서 농업용수에 대한 관심이 높아지고 있다. 우리나라 농업용수는 하천유지용수를 제외하면 전체 물 사용량의 61%를 차지하고 있으며 농민들은 그동안 농업용수 이용에 대한 보장을 받아왔다. 그러나 현재 한정된 수자원의 배분측면에서 농업용수를 절약하고 절약된 물을 환경보전에 활용하고자 하는 의견이 대립하고 있는 실정이다. 농업용수는 모든 수량이 작물에 의해 소비되는 것이 아니며 공급된 일부수량은 다시 하천으로 회귀된다. 따라서 농업용수는 하천유량에 포함되어 작물 생산뿐만 아니라 하천유량의 증대에도 기여하는 바가 크다. 이때 회귀수량은 이론적으로 논에서의 관개방법에 따라 변화되는 요소이나 회귀수량 조사는 농촌지역의 용수공급체계가 복잡하고 장기간의 모니터링자료 확보가 어려워 이를 정량화하는데 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 2016년부터 현재까지 장기간동안 농어촌연구원에서 운영하고 있는 절수기법 시험포장을 대상으로 실측 모니터링 자료를 이용하여 논에서의 관개방법별 회귀수량 및 회귀율을 산정하였다. 시험포장 물관리는 관행관개, 절대간단관개, 간단관개 시나리오에 따라 담수심을 각각 다르게 설정하였고, 각 시험포장에서 관개량, 배수량, 침투량 등의 자료를 계측하였다. 회귀수량은 강우의 영향이 없고 물관리가 안정된 기간에 대해 논에서의 물수지 분석을 수행하여 신속회귀수량과 지연회귀수량으로 구분하여 산정하였고, 관개기법별 회귀율을 비교 분석하였다. 본 연구는 논에서의 관행 물관리에 의한 농업용수 사용량이 하천유량에 기여하는 정도를 정량적으로 파악할 수 있을 뿐만 아니라 물절약을 위한 관개방법에 따라 하천유량에 미치는 정도를 분석함으로써 농촌지역의 용수관리계획을 수립함에 있어 기초자료로 활용할 수 있다.

논 물관리에 따른 절수기법 평가모듈 개발

이재남 ( Jaenam Lee ),이재주 ( Jaeju Lee ),신형진 ( Hyungjin Shin ),신안국 ( Ankook Shin ),강석만 ( Seokman Kang ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

우리나라의 농업용수 이용량은 하천유지용수를 제외한 물 사용량의 약 62%인 159억 ㎥로 수자원 이용의 많은 부분을 차지한다. 농업용수는 농민들의 물 사용 습관에 따라 용수 손실이 달라지므로 농어촌연구원에서는 실제 농민이 경작하고 있는 농경지를 대상으로 물을 절약할 수 있는 물 관리기법에 대해 실증화 연구를 수행하고 있다. 물 관리기법에 따른 절수효과를 분석하기 위해서는 논에서의 물수지분석이 필요하며, 실무에서는 HOMWRS를 이용하고 있다. 그러나 이 프로그램은 저수지 설계를 위한 관개용수량 산정을 위해 개발되어 절수관개를 적용한 논 물수지를 분석하기에는 한계가 따른다. 따라서 본 연구에서는 절수관개 시나리오에 따라 생육 상황에 따른 담수심을 다양하게 설정하여 논 물수지를 모의분석할 수 있는 절수관개 평가모듈을 개발하였다. 개발된 모듈은 생육시기 및 논 물관리 방법을 사용자가 임의로 설정하여 관개량, 배수량 등을 모의할 수 있도록 하였다. 시험포장에서 수집된 수문계측 자료의 절수효과를 손쉽게 검토할 수 있어 논 물관리 방법의 적정성 판단이 가능하게 하였고, 논 담수심 조절에 따른 모의를 사전에 분석함으로써 최적 물관리 방법을 도출할 수 있는 기능도 포함하였다. 본 연구결과는 실증화 연구의 시험포장에서 수집된 수문 모니터링 자료의 품질을 검증하고 나아가 절수효과를 정량적으로 분석하는데 활용함으로써 향후 절수기법의 확대방안을 마련하는데 기여할 것으로 판단된다.

ICT/IoT 기반 자율학습 기술의 농업용수 물관리 적용방안 분석

김해도 ( Haedo Kim ),이재주 ( Jaeju Lee ),강석만 ( Seokman Kang ),장규상 ( Kyusang Jang ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

가뭄은 이미 국가적 차원의 극복과제로 농업용수 부족은 자연재해 차원을 넘어 사회적인 갈등요인이고, 가뭄시 용수 배분은 환경, 경제를 뛰어넘는 생존의 문제로 발전하고 있는데 가뭄의 근본적인 해소방법으로 물 절약기술이 우선적으로 필요한 기술이다. 그리고 최근의 농촌지역은 농민의 영농방식이 논에서 밭으로 변화하고 있어 이에 맞추어 농업용수 공급시설 및 운영기술도 논 용도에서 다목적 용도로의 효율적 물관리 운영기술이 필요한 상황이다. 더욱이 물관리 종사자 연령이 매우 높은 상황으로 물관리 부담이 가중되고 있는 상황에서 농업생산기반시설의 효율적 운영기술은 데이터를 기반으로 하는 지능형 물관리 방식으로의 전환이다. 본 연구에서는 ICT/IoT기반의 계측(Sensing)과 모델링(Simulation) 및 자율학습(Unsupervised learning)기술을 물 관리 분야 적용하여 어떠한 환경에서도 최적이고 최선의 관개 스케줄을 제공할 수 있는 데이터 기반의 자율학습 물관리기술을 개발하여 물 절약 및 효율적 물 이용을 도출하고자 한다. ICT/IoT 및 자율학습기술은 현재 물관리방법에서 부족한 물자원 절약과 효율적 물관리분야를 획기적으로 개선시킬 수 있을 것으로 판단되지만 아직 현장 적용사례가 없기 때문에 요소기술의 개발뿐만 아니라 도입기술의 도출 및 적용성 검토 등 테스트와 실증화과정의 추진이 필요하다. 특히 현재 농업생산기반시설 운영사항의 개선과 자율학습 물관리라는 목표점을 분명히 하기 위해서 현장상황을 기반으로 하는 도입기술의 도출과 함께 공정기술을 시험제작하여 충분한 성능의 검토가 요구된다. 자율학습 기술의 물관리 적용방법 분석결과 농업용수의 손실은 대부분 배분관리용수와 일최대필요수량 단면적용 및 도수와 급수과정에서 발생하고 있으며, 자율학습 물관리 기술에 필요한 제어지점을 도출하였다. 또한 물관리자의 관개방식과 수요자인 농민의 영농방식을 다양한 시나리오 데이터로 작성하여 기계학습(Machine Learning)하는 자율학습기술을 물관리에 적용하는 방안을 도출하였다. 본 연구에서 기대하는 효과는 물 절약 기술의 확보와 함께 유지관리 노력을 가장 중요한 시설에 집중 투입함으로써 발생하는 노동력의 감소이다. 또한 4차 산업기술을 전통적인 물 관리에 적용함으로써 필요한 “전문 물 관리자”라는 신규일자리 창출도 기대하고 있다.

논 내 수혜면적 변화에 따른 용수량 변화 모의분석

신안국 ( Ankook Shin ),강문성 ( Munsung Kang ),이재주 ( Jaeju Lee ),정인균 ( Inkyun Jung ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-

최근 논 구역에서 벼 외에 타작물의 재배가 늘어나고 있고 정책적으로도 타작물의 재배를 권고하고 있는 추세이다. 논에서의 관개시설들은 벼 재배에 초점을 맞춰 설치되었으나, 타작물 재배지가 늘어나면서 기존 관개시설에 의해 공급되는 논구역내 수혜면적이 감소하고 있다. 특히, 타작물 재배지의 위치가 계획에 의해 조성되지 않다보니 논구역의 상류, 중간, 말단 곳곳에 위치하고 있으며, 이런 영향으로 기존 논에 대한 용수공급의 효율도 저하시키고 있다. 본 연구에서는 수혜면적 감소로 용수공급량을 줄이면 개수로에서 수위확보가 어려워서 논의 중간, 말단에 위치한 벼 재배지에 용수공급이 원활하지 못할 수 있으므로, 수혜면적이 줄었다고 해서 용수공급량을 줄일 수 없게 된다. 이에 따라 전체 조용수량 중 직접 관개에 이용되는 용수는 줄어들고 시설관리용수량이 차지하는 비율은 증가하고 있는 실정이다. 이를 확인하기 위해 본 연구에서는 SWMM을 활용하여 모의분석을 실시하였다. 즉, 논에서 타작물 재배지가 34%를 차지하는 구역에 대해 조용수량을 기존 조용수량 대비 100%, 90%, 80%, 70%로 변화시켜가면서 중간 및 말단에 위치한 벼 재배지에도 용수공급이 가능한지 살펴보았다. 기존대로 공급했을 때는 말단까지 용수공급이 원활한 것을 확인할 수 있었지만, 당초에 전부 논이었을 때 보다는 시설관리용수량이 증가하여 수로 말단에서 방류되는 수량이 당초 53.4㎥/s에서 147.5㎥/s으로 약 3배 증가된 것으로 분석되었다. 또한, 조용수량을 80%미만으로 공급하였을 때, 중간 및 말단의 벼재배지에 원활한 용구공급이 불가한 것으로 분석되었다. 최근 수혜면적의 감소를 이유로 농업용수에 대한 축소를 주장하는 경우가 많으나, 본 분석에서와 같이 수혜면적이 줄더라도 개수로 위주의 용수공급체계에서는 시설관리용수량이 차지하는 비율이 증가할 수 밖에 없음을 보여주고 있다. 또한, 감소한 수혜면적 비율만큼 공급량을 줄여버리면 중간 및 말단에 위치한 벼 재배지에 용수공급이 어렵다는 것을 보여주고 있다. 즉, 본 연구는 수혜면적과 용수공급량은 반드시 비례관계에 의해 관리가 이뤄져야 한다는 주장에 대한 반박자료로 활용 가능할 것으로 판단된다.

RUSLE 모형을 이용한 토지이용변화에 따른 토양유실량 평가

신형진 ( Hyungjin Shin ),이준구 ( Joongu Lee ),이지완 ( Jiwan Lee ),김해도 ( Haedo Kim ),이재주 ( Jaeju Lee ),강석만 ( Seokman Kang ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

기후변화는 영농환경의 변화를 가져와 안전한 영농을 위협하고 있으며, 농업용수와 농업기반시설의 적정규모 및 이용방법에 영향을 미치고 있다. 기후변화 영향·취약성 평가와 관련한 법적, 제도적 근거를 최근에 마련하여 농촌진흥청과 산림청에서는 소관 분야를 위임하고 농어촌용수 및 농업생산기반시설 분야는 한국농어촌공사가 위탁 방식으로 제도화가 되었다. 기후변화 영향·취약성 평가방법은 현재를 기준으로 영향이 미치는 대상을 실태조사하여 5년간의 변화량을 수집하여 평가한다. 본 연구에서는 기후변화에 따른 저수지에 유입되는 토양량을 추정하기 위해 경기도 화성의 버들저수지 유역을 대상으로 2001년, 2007년, 2009년, 2014년의 환경부 토지피복도를 이용하여 GIS 및 수정범용토양유실모형(RUSLE)를 이용하였다. 토양유실량 예측 모형인 RUSLE 인자를 생성하기 위하여 DEM, 토양도, 토지피복도 자료를 이용하였다. 모형의 검증을 위해 저수지의 설계 내용적과 2018년 현재 측정에 의한 내용적을 이용하여 비교하였다.

Video Overlay Board를 이용한 MPEG 영상 부호화기의 구현

박재형(Jaehyoung Park),남명우(Myoungwoo Nam),이재주(Jaeju Lee),노승용(Seungryong Rho) 한국정보과학회 1993 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.20 No.2

동영상 부호화를 위한 소프트웨어 및 하드웨어의 요구가 증가함에 따라, 많은 동영상 압축기술들이 출현하였고, 이 중 MPEG이 표준으로 정착되었다. 본 논문은 PC상에서 Video Overlay를 이용하여, MPEG 부호화기를 구현하였다. 프레임 단위의 처리를 위해, Device Driver를 제작하여 RS-232C가 내장된 VCR 제어에 사용하였다. 동영상 부호화를 구현하기 위하여 이용한 Video Overlay Board는 영상 획득 및 획득한 영상을 다루기에 용이하다. PC상에서 C 언어와 어셈블러를 사용하여 소프트웨어로 구현한 MPEG 부호화기는, 부호화를 실시간으로 할 수는 없지만, 상당한 압축률과 VCR 화질의 동영상을 얻을 수 있었다.