농업직불제 이행점검을 위한 무인항공기 운용 방법

박진기 ( Jin-ki Park ),박종화 ( Jong-hwa Park ) 한국농공학회 2016 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2016 No.-

농업 직불금은 농가의 소득안정 도모 및 농작물의 자급률 제고, 생산기반 유지를 위해서 정부가 농민에게 보조해 주는 보조금이다. 국립농산물품질관리원은 농업 보조금의 부정수령 예방과 정부예산 사용의 투명성 확보를 위해 2012년부터 농업 직불제 이행점검 현장 조사를 수행하고 있다. 그러나 직불제 대상 면적 증가와 산악지역 등 접근이 어려운 지역은 조사원의 업무 능률을 저하시키고, 7월에서 9월의 조사기간은 폭염, 장마 등 기상여건으로 현장 조사의 어려움을 더하고 있다. 이에 대한 방안으로 전체적인 현장 방문 없이도 정책에 필요한 정보를 신속하게 취득하게 해 주는 원격탐사 기술의 적용과 공간정보의 활용 방법은 효율적인 이행점검 방법으로 논의되고 있다. 특히 무인항공기는 위성과 유인항공기가 갖지 못하는 접근성, 순시성, 반복성, 적시성 등의 장점을 가지고 있으며, 적시성은 생육 주기가 짧은 농작물 파악을 위해서 반드시 필요한 요소이다. 본 연구에서는 농업 직불제 이행점검을 위해 음성군 대소면을 대상으로 무인항공기 운용 방안을 검토하고자 하였다. 본 연구에서 사용된 무인항공기는 스위스 Sensefly사의 eBee 고정익이다. 연구에서 사용한 무인항공기는 전체적인 비행조작과 비행운용 소프트웨어 사용이 간편하며, 강풍, 배터리 소모 등 다양한 비상상황에 자동적으로 대처가 가능하다. 또한 재질은 경량스티로폼(EPP 폼) 소재로 무인항공기 이·착륙시 장비 파손이나 착륙지점의 위험성이 적은 장점을 가지고 있다. 연구 대상지역인 대소면은 100 m 내외의 낮은 구릉성 산지를 이루며, 쌀, 고추, 수박, 담배 등을 주로 재배한다. 대소면 전체 면적은 38.2 ㎢이며, 농경지 면적은 17.3 ㎢이다. 농경지는 대소면 전체에 고르게 분포되어 있기 때문에 무인항공기 촬영 면적은 대소면 전체인 38.2 ㎢이다. 무인비행기 촬영은 2016년 8월 5일부터 8월 6일 2일에 걸쳐 수행하였다. 이·착륙 지점은 4지점으로 15회 비행을 수행하였으며, 촬영 시간은 6시간 58분이 소요되었다. 무인항공기 촬영 결과, 전체 11,620 필지 중 99.7 %인 11,580 필지가 포함되었다. 본 연구에서 도출된 결과를 바탕으로 음성군 전체인 520.5 ㎢를 촬영하기 위해서는 13일이 소요될 것이며, 촬영에 소요되는 시간은 91시간으로 예상된다. 따라서 무인항공기를 활용하여 직불제 이행점검 업무에 적용한다면 표본에 대한 이행점검 뿐만 아니라 전수 점검에 대해서도 시간, 예산, 비용 절감 효과가 상당히 클 것으로 예상된다.

무인항공기 영상을 이용한 작물 분류

박진기 ( Jin-ki Park ),배상근 ( Sang-geun Bae ),이동호 ( Dong-ho Lee ),신형섭 ( Hyoung-sub Shin ),박종화 ( Jong-hwa Park ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-

농업분야에서 원격탐사 기술은 고고도 항공사진 및 위성영상을 이용하여 농지 실태 파악, 농업 생산량 파악, 농작물 피해 파악 등에 활용되고 있으며 원격탐사 자료를 적용하는 사례 및 활용 범위는 넓어지고 있다. 원격탐사 활용 방안 중 무인항공기의 활용은 기존 중·저해상도 위성영상의 공간해상도와 고해상도 위성영상의 시간해상도(주기성)의 단점을 보완해주는 좋은 대안으로 부각되고 있다. 또한 무인항공기의 발전, 영상처리 및 분석기술의 발전으로 다양한 분야에 활용성이 높아지고 있다. 본 연구는 충청북도 청주시 북이면을 대상으로 무인항공기 영상을 분석하여 작물 분류를 실시하고자 하였다. 사용된 무인항공기는 스위스 Sensefly사의 고정익 무인항공기이며, 탑재된 촬영 센서는 Sony Cybershot WX로 1,820만 화소이다. 충청북도 청주시 북이면의 전체 면적은 38.2㎢이며, 무인항공기 촬영은 2016년 8월 5일부터 8월 6일까지 15회 실시하였다. 무인항공기로 촬영된 영상은 정사영상으로 제작하였으며, 스마트팜맵을 연계하여 공간자료로 구축하였다. 영상처리는 객체기반 분류 기법을 사용하였다. 작물 분류 항목은 벼, 고구마, 들깨, 옥수수 등 22개 작물과 건물, 도로, 하천, 산림 등 비작물 8개 항목으로 총 30개로 설정하였다. 그 결과 작물 분류 정확도는 6,822필지 중 4,806필지(70.4%)가 일치하며 2,016필지(29.6%)가 불일치하는 것으로 분석되었다. 일치하는 면적은 15.06㎢(농경지 면적) 중 12.77㎢가 일치하여 84.8%의 정확도를 나타냈다. 작물 분류 정확도 분석결과 필지 정확도 보다 면적 정확도가 14.4% 높게 나타나는 것을 알 수 있다. 이는 소규모 필지 보다 면적이 큰 필지의 정확도가 높게 나타나 면적 정확도에 영향을 준 것으로 판단된다. 본 연구를 바탕으로 무인항공기 영상의 농작물 분류 가능성을 확인하였으며, 이를 통해 농업 통계의 활용 가능성과 정밀 농업 정보 획득에 유용하게 활용될 것으로 판단된다.

추풍령의 일사량과 대기투과율의 특성 분석

박진기(Jin Ki Park),김봉섭(Bong Seop Kim),박종화(Jong Hwa Park) 충남대학교 농업과학연구소 2014 농업과학연구 Vol.41 No.2

The surface solar radiation is an important indicators for climate and agricultural research over the Earth system. For the climate and agricultural research, long-term meteorological data and accurate measured data are needed. The daily solar radiation from Jan. 2001 to Dec. 2010 have been employed in this study analyze atmospheric transmissivity for Chupungryeong. The corresponding daily value of atmospheric transmissivity is calculated for Chupungryeong meteorological data. In this paper, relationship analysis of daily solar radiation and atmospheric transmissivity is presented. It shows that atmospheric transmissivity over late December peaked in the 2000s, substantially decreased from the early-January, and changed little after that in summer. Reduction of solar radiation caused a reduction of more than 0.3 in atmospheric transmissivity during July to August. It was concluded that the atmospheric transmissivity could be very useful for evaluating solar radiation. Atmospheric transmissivity approach is suitable for daily-term simulation studies and useful for computing solar radiation.

지형조건을 고려한 한국의 일사량 분포 추정

박진기 ( Jin-ki Park ),오시영 ( Si-young Oh ),김봉섭 ( Bong-seop Kim ),박종화 ( Jong-hwa Park ) 한국농공학회 2013 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2013 No.-

기후변화는 전세계의 화두이자 국제 사회의 주요 의제로 대두되고 있으며, 그로 인한 영향은 태양에너지를 비롯한 신재생에너지의 개발과 활용의 필요성을 요구하고 있다. 태양에너지는 국내외적으로 광범위한 분야에 걸쳐 이를 활용하기 위한 연구사업이 활발하게 진행되고 있으며, 이미 여러 분야에서 경제성과 장래성이 입증되고 있다. 그러나 지표면에 도달하는 태양에너지가 막대함에도 불구하고 태양에너지 활용률은 0.1%에도 미치지 못하고 있기 때문에 태양에너지 활용을 극대화시키고 그 효율을 높이기 위해서는 태양에너지의 공간분포 추정이 필요하다. 또한, 태양에너지 공간분포는 작물의 성장과 수확량, 증발산 등 수문모델 및 열환경 해석 등의 입력데이터로 필요로 하고 있다. 태양에너지는 동일한 위도와, 태양 고도 등이 일정하더라도 지형의 경사도와 경사방향에 따라 입사되는 에너지가 달라진다. 본 연구에서는 지형조건을 고려하여 일사량 지형계수를 산정하고 일사량의 공간분포를 추정하였다. 또한 우리나라 일사량 관측은 37개 관측소에서 수행하고 있어 보다 정확한 일사량 관측을 위해 80개 관측소의 일조시간을 이용하였다. 그 결과 일사량은 태양고도가 낮은 겨울에는 남향과 북향의 편차가 크게 나타나고 태양고도가 높은 여름철에는 편차가 작게 나타났다. 대기밖 일사량이 가장 높은 6월과 7월은 장마 등 여름철에 집중되는 호우로 인해 실제 관측되는 일사량은 5월의 일사량이 가장 높고 12월이 가장 낮게 나타났다. 본 연구에서 추정한 지형계수 및 일사량 분포는 우리나라와 같이 복잡한 지형을 반영한 일사량 추정에 유용하게 활용될 수 있을 것이다.

MODIS(Terra) 영상을 이용한 한반도의 NDVI 변동특성

박진기 ( Park Jin Ki ),박종화 ( Park Jong Hwa ),신형섭 ( Shin Hyoung Sub ),나상일 ( Na Sang Il ) 한국농공학회 2008 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2008 No.-

This study was to use an indirect method to estimate NDVI(Normalized Difference Vegetation Index) from the MODIS satellite data in the Korea Peninsula. We used the MODIS(Terra) data that are 10-day cloud free composite imagery over the Korea Peninsula. We calculated NDVI to use 10-day composite MODIS reflectance products(500m spatial resolution). The NDVI has a great effect on the plant growth conditions. The MODIS data are good to estimate monitoring periodically. The main purpose of this study was to estimate NDVI and to compare NDVI each monthly data in Korea. This study suggests that NDVI from the MODIS satellite data is useful monitoring wide area and periodically. The results were provided information on the growth condition of crops.

분광복사계를 활용한 식생특성 분석

박진기 ( Jin-ki Park ),박종화 ( Jong-hwa Park ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

빛의 파장은 자외선, 가시광선, 적외선 등 폭 넓은 파장으로 구성되어 있으며, 각종 특성 및 효과는 크게 달라진다. 따라서 빛을 이용한 기술은 각 파장마다의 특성, 효과 (분광특성; Spectral Characteristics)의 측정이 매우 중요하다. 분광특성이란 지구의 모든 물체는 각기 다른 성질과 상태에 따라 전자파에너지를 흡수, 반사 또는 투과하는 성질을 의미한다. 이 성질은 물질 고유의 전자파에너지에 대한 파장 특성을 말한다. 따라서 분광특성은 재료 및 물질의 구성성분, 구조, 기하하적 위치 등에 의해 서로 다른 특성을 나타낸다. 일반적으로 식생은 적색파장에 비해 근적외 파장에서 강하게 반사하고, 암반, 나지 및 수역은 적색파장과 근적외 파장에서 거의 같은 반사특성을 보인다. 원격탐사분야에서는 실험실이나 야외에서 다양한 지표물의 파장 특성을 측정하고 검증하기 위하여 분광복사계(Spectro-radiometer)를 사용하고 있다. 현장 분광특성 측정은 광범위한 파장대를 활용하여 물질의 기초자료 수집 및 라이브러리 구축, 위성 센서의 설계, 모니터링 하는 대상체에 적합한 정보추정 및 파장대 추출 등에 활용할 수 있다. 또한 현장 분광특성측정은 위성(항공)영상과 달리 대기의 영향이 거의 없기 때문에 영상의 검·보정을 위해서도 필요한 요소이다. 본 연구에서는 휴대용 UV-VIS-NIR Spectro-radiometer (PSR-2500, 측정 파장영역: 350∼2,500nm, 측정간격: 1.0∼6.3nm)를 사용하여 식생의 분광특성을 분석하였다. 전자파에너지는 계절별, 시간대별 태양복사에너지에 의해 달라지기 때문에 99%의 반사특성을 갖는 표준 백색판(BaSO4)을 이용하여 태양복사에너지의 변화에서 발생할 수 있는 오차를 최소화 하였다. 측정 대상은 아스팔트, 콘크리트, 나지, 벼, 대파, 잔디, 배추, 무의 8개이다. 측정 시기는 2014년 9월에 실시하였다. 대상체별 현장 분광특성은 1차 도함수 및 적분 해석을 통해 분석하였다. 그 결과 식생은 녹색파장인 500∼600nm에서 반사율 변화가 있었으며, 근적외 파장인 750∼1,000nm에서 비식생과 다른 특징을 보였다. 1차 도함수 분석 결과 Red-edge 파장인 680∼740nm에서 가장 큰 변동 특징을 보였다. 특히 분광반사는 식생 활력도가 높을수록 1차 도함수의 평균, 표준편차, 분산 등 통계량을 높게 하였다. 이러한 특징은 적분해석에서도 식생과 비식생의 차이가 뚜렷하였다. 식생의 활력이 높은 작물일수록 적분 값도 높은 경향을 보여 식생이 가지고 있는 반사특성을 잘 표현해 주었다. 본 연구에서는 현장 분광특성 측정을 통해 식생 특성을 분석하였으며, 이를 활용하여 농업분야 및 작물생육 상태 관련 원격탐사 센서의 기초 자료로 활용이 가능할 것이다.

무인항공기(UAV)를 이용한 농업재해의 파악

박진기 ( Jin-ki Park ),김봉섭 ( Bong-seop Kim ),김경원 ( Kyong-won Kim ),근순재 ( Sun-je Kun ),김석구 ( Seok-gu Kim ),김주훈 ( Ju-hun Kim ),박종화 ( Jong-hwa Park ) 한국농공학회 2014 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2014 No.-

무인항공기(Unmanned Areal Vehicle, UAV)의 가장 큰 장점은 측정하고자 하는 일정 범위를 짧은 시간에 관측 가능하고 같은 장소를 반복해서 주기적으로 관측이 가능하여 시간변화 파악이 가능하고 재해지역 등 접근이 어려운 현지 상황 파악이 가능한 점 등을 들 수 있다. 이러한 특징은 농업재해 등 방재분야에서 발생하는 문제를 파악하고 해결하는데 있어서도 매우 중요한 것들이다. 접근성과 순시성은 최근에 빈번하게 발생하고 있는 저수지붕괴에 따른 피해규모와 피해액 등을 산정하는데 있어 주변 지역을 일순간에 관측할 수 있고 피해의 정도를 정확하게 파악할 수 있다는 것이다. 반복성과 정시성은 재해전의 상황을 알고 재해에 따른 변화 및 복구상황 파악 등에 유용하게 활용될 수 있다. 원격성은 접근이 곤란한 재해지역의 관측에 매우 유용하게 활용될 수 있다. 본 연구는 2014년 8월 21일 1945년 축조된 경북 영천시 괴연동 괴연저수지 둑이 붕괴된 농업재해지역에 대해 무인항공기를 이용하여 재해상황을 파악하는 방법을 제시하고자 하였다. 괴연저수지는 1945년 축조됐으며 제체 길이는 160m, 높이는 5.5m로 저수량은 6만1천㎥로 나타났다. 2014년 8월 21일 오전 9시에 저수지 물넘이(여수토)가 무너지면서 둑 주변 토사와 저수지의 물이 쏟아지면서 하류로 흐르는 과정에서 저수지 하류지역에 있는 슈퍼마켓 1곳과 오소리농장이 물에 잠기고 포도밭과 옥수수밭 등의 농경지 일부가 침수됐으며, 도로와 가드레일 일부가 파손됐다. 영상촬영은 2014년 8월 22일에 2번 촬영을 통해 338장의 사진을 합성(모자이크)하여 피해지역 2D영상을 제작하였다. 정사영상 및 DEM작성 결과 저수지 규모는 물론 피해지역의 정확한 분석과 피해면적 산정이 가능한 것으로 분석되었다. 특히 4cm/1픽셀 정도의 고해상도 영상을 통한 피해분석은 인공위성 데이터를 활용한 방법보다도 더 정밀하여 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 생각된다. 이와 같이 무인항공기의 농업재해 활용은 최근 들어 증가하고 있는 태풍과 집중호우 등으로 인한 농업재해를 파악하고 피해복구를 위한 방안마련 등에 매우 유용한 수단으로 활용될 수 있을 것이다.

무인항공 영상을 이용한 직불제 이행점검 활용

박진기 ( Jin-ki Park ),윤종률 ( Jong-ryul Yun ),박종화 ( Jong-hwa Park ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

농업분야에 원격탐사 기술을 접목하기 위해서 가장 중요한 점은 작물의 성장에 맞추어 적시에 필요한 영상자료를 취득하는 것이다. 우리나라는 농업여건상 농지 규모가 작고 다양한 시설이 복잡하게 섞여 있으며 산간부 등 복잡한 지형으로 구성되어 있다. 따라서 KOMPSAT, QuickBird 등 고해상도 위성영상은 재배 농작물의 판별이 가능하다. 그러나 우리나라 기상 특성상 식생이 가장 활발한 시기인 7∼9월은 집중호우, 구름 및 태풍의 영향으로 양질의 영상을 획득하는데 어려움이 많다. 소형 무인항공기는 농작물 적시 관측의 문제점을 해결할 수 있는 방안으로 부각되고 있다. 한편, 농업 직불제 이행점검은 농작물 생육시기인 7∼9월에 실시되며 적시성이 요구되는 업무이다. 그러나 매년 실행되는 직불제 이행점검에는 1,500명 이상의 인력과 많은 예산이 투입되고 있다. 또한 조사원은 뱀, 짐승 등의 위협을 받고 있으며 폭염과 폭우 등 기상조건 또한 열악하여 현장 조사에 많은 어려움을 겪고 있다. 본 연구에서는 무인항공기 영상을 이용하여 농업 직불제 이행점검에 효율적인 활용방안을 찾고자 하였다. 연구에 사용한 무인항공기는 스위스 SenseFly사의 고정익 무인항공기인 ebee로 일반적인 비행기와 같은 형상을 하고 있다. 무인항공기 탑재 센서는 일본 Sony사의 Cyber-shot WX100 모델로 1820만 화소를 이용하였다. 연구대상지역은 충청북도 청주시 상당구 미원면으로 면적은 129.1km²를 대상으로 하였다. 무인항공 촬영은 7월 17일부터 8월 10일까지 7일 동안 41회 촬영하였다. 촬영 면적은 72.7km²로 전체 면적의 56.3%이다. 영상촬영은 미원면 19,045 필지 중에서 94.7%에 해당하는 18,034 필지를 촬영하였다. 또한 쌀소득보전직불금 해당 면적은 3,979 필지이다. 이 중 99.2%인 3,947 필지를 촬영하였다. 밭 직불금 이행점검 해당 필지는 2,036 표본 필지 중 97.0%에 해당되는 1,975 필지를 촬영하였다. 무인항공영상을 이용한 밭 직불금 필지 확인 결과, 산림, 도로, 집, 나지, 초지 등의 비경지 면적을 포함하여 신청한 농경지는 370개 필지인 18.0%로 파악되었다. 또한 밭직불금 보조금 신청 내용과 불일치한 농경지는 234개 필지로 11.4%로 나타났다. 연구 결과와 같이 무인항공 영상을 이용한 경우 짧은 시간에 연구대상지역 전체의 정밀 분석이 가능한 것으로 파악되었다. 본 연구는 무인항공영상을 통해 농업 직불제 이행점검의 적용성을 확인하였으며, 이를 활용하여 농업 통계의 활용 가능성과 농산물 수급·예측에 적용한다면 농업정보의 과학화 및 고도화가 가능할 것이다.

농업분야 무인항공기 영상 활용 동향: 리뷰 및 제안

박진기(Jin-Ki Park),Amrita Das,박종화(Jong-Hwa Park) 충남대학교 농업과학연구소 2015 농업과학연구 Vol.42 No.3

Unmanned Aerial Vehicle (UAV) has several advantages over conventional remote sensing techniques. They can acquire high-resolution images quickly and repeatedly. And with a comparatively lower flight altitude, they can obtain good quality images even in cloudy weather. In this paper, we discussed the state-of-the-art of the domestic and international use of UAV in agricultural sector as well as assessed its utilization and applicability for agricultural environment in Korea. Association of robotic, computer vision and geomatic technologies have established a new paradigm of low-altitude aerial remote sensing that has now been receiving attention from researchers all over the world. In a field study, it has been found that use of UAV imagery in an agricultural subsidy program can reduce the farmers’ complain and provide objective evidence. UAV high resolution photography can also be helpful in monitoring the disposal zone for animal carcasses. Due to its expeditiousness and accuracy, UAV imagery can be a very useful tool to evaluate the damage in case of an agricultural disaster for both parties insurance companies and the farmers. Also high spatial and temporal resolution in UAV system can increase the prediction accuracy which in turn help to maintain the agricultural supply and demand chain.

무인항공기를 이용한 직불제 이행점검 적용성 평가

박진기,박종화,Park, Jin Ki,Park, Jong Hwa 한국농공학회 2016 한국농공학회논문집 Vol.58 No.5

Unmanned Aerial Vehicle (UAV) have several advantages over conventional remote sensing techniques. UAV can acquire high-resolution images quickly and repeatedly with a comparatively lower flight altitude i.e. 80~400 m nullifying the effect of extreme weather and cloud. This study discussed the use of low cost-effective UAV based remote sensing application in inspection of agricultural subsidy. The study area accrue $60.5km^2$ of Buljeong-myeon, Goesan-gun, Chungbuk in South Korea. UAV image acquired 25 times from July 25 to August 11, 2015 for 3 days. It is observed that almost 81.1 % (3,571 of 4,410 parcels) parcels are truthful whereas some parcels are incorrect or fraudulent. Surveying with UAV for agricultural subsidy instead of field stuff can reduce the required time as much as 64.8 % (19 of 54 days). Therefore, it can contribute significantly in speedy and more accurate processing of grant application and can end unfair receipt of the grant which in turn will improve customer satisfaction.