갯방풍(Glehnia littoralis Fr. Schmidt ex Miq.)의 양액 염분 농도 및 생육 상태 실시간 모니터링 시스템 개발

양명균,염문선,조우재 경상대학교 농업생명과학연구원 2022 농업생명과학연구 Vol.56 No.2

최근 농지 및 수자원의 염류화로 인해 염생식물에 대한 작물화와 생육 조건 구명을 위한 연구 필요성이 높아지고 있다. 그러나 재배 조건 변화에 따른 작물의 생육 및 기능성 성분 변화 분석을 위해서는 양액 및 작물 생육부 시료를 채취하여 이를 전처리 및 분석해야 하여 시간적, 인적 자원의 소모가 높다. 본 연구에서는 염생식물의 최적 생육 조건 구명을 효율적으로 수행하기 위해 비파괴적으로 재배 현장에서 실시간으로 작물 생육부와 수경재배 근권부의 염분 농도를 모니터링할 수 있는 시스템을 개발하였다. 개발 시스템을 통해 NaCl 0 mM, 50 mM, 150 mM, 300 mM의 4가지 농도 조건에서 갯방풍을 대상으로 재배실험을 수행한 결과, 재배 중 염분 농도 수치의 변화 및 염분 농도가 높을수록 생체중이 감소하는 것을 확인하였다. 실제 생육 분석 결과에 따르면 개발 시스템을 통한 모니터링 결과에 상응하는 생체중 결과를 확인하여 염생식물의 생육 모니터링 적용이 가능할 것으로 평가되었다. 그러나 단위 생체중 당 기능성물질 함량의 경우, NaCl 농도가 증가할수록 증가하는 것으로 나타나 갯방풍의 상업적 재배 조건의 구명을 위해서는 생체중 외에 기능성 성분의 모니터링을 위한 시스템 보완이 필요하다고 판단되었다. Due to the recent salinization of farmland and water resources, the need for research on halophytes is increasing. However, to analyze the changes in crop growth and functional composition according to the varied cultivation conditions, samples of nutrient solution and plant tissues must be collected, pre-processed, and analyzed. These are highly time-consuming and laborious. In this study, a system was developed that can non-destructively monitor the salinity concentration of the hydroponic rhizome and crop growth in real-time at the cultivation site to efficiently investigate the optimal growth conditions of halophytes. From the application experiment with Glehnia littoralis under four salinity conditions(i.e., NaCl 0 mM, 50 mM, 150 mM, 300 mM), the proposed system showed the salinity changes in the nutrient solutions and the increase of the fresh weight according to the NaCl concentration. The actual growth analysis confirmed that the relationship between the fresh weight and the salinity was corresponded to the monitoring system, indicating the system feasibility on the growth monitoring of halophytes. However, in the case of the functional materials per unit fresh weight, it was found that the functional materials per unit fresh weight increased as the NaCl concentration increased. In a further study, on-site monitoring of the functional ingredients is necessary to investigate the commercial cultivation conditions of Glehnia littoralis.

초분광 영상과 인공지능 알고리즘을 활용한 딸기의 수분 스트레스 분석

양명균 ( Myongkyoon Yang ),박성민 ( Seongmin Park ),김정선 ( Jung-sun Kim ),조성인 ( Seong In Cho ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2

급변하는 기후 상황에 대응하여 농업 경쟁력을 높이고 작물의 안정적인 생산을 위해 융합 기술을 활용한 스마트 농업 분석 기술의 개발이 요구되고 있다. 분석에 있어 원천기술 확보의 중요성이 대두되고 복잡한 품질 특성의 분석이 가능해짐에 따라 작물의 생리, 형태, 생화학적 특성 등과 같은 표현형 전체를 아우르는 연구 분야인 피노믹스의 중요성이 대두되고 있다. 작물의 품질에 대한 표현형 분석에 있어 모폴로지와 같은 겉으로 드러나는 형태와 색상은 다양한 정보를 담고 있기 때문에 중요한 요소 중 하나이다. 본 연구에서는 작물에 수분 스트레스를 주고 나타나는 변화에 대하여, 여러 센서 정보를 바탕으로 다양한 알고리즘을 적용한 분석 모델 개발이 수행되었다. 딸기 모종을 실험 작물로 하여 약 30일간 진행하였으며 각 개체의 독립성을 위해 토양이 담긴 개별 포트에서 실험을 수행하였다. 실험 기간 동안 작물은 수분을 주지 않은 것부터 충분히 준 것까지 4단계의 그룹으로 구분되었다. 수분의 양을 제외한 실험 외부 환경은 모든 작물에 동일하게 유지하였고, 온습도 및 토양 수분 센서 등의 여러 센서 네트워크를 구성하여 실시간으로 환경 데이터를 수집하도록 하였다. 작물의 대한 변화에 대하여 초분광 영상 시스템 (400~1000nm)과 고해상도 이미지를 획득하였고, 환경 센서 데이터와 결합하여 수분스트레스에 대한 알고리즘 적용 및 모델 개발을 수행하였다. 많은 정보를 담고 있는 초분광 영상에 대한 여러 전처리 과정이 수행되었으며 여러 종류의 데이터를 활용하기 위해 영상처리 및 머신러닝 알고리즘이 활용되었다. 이를 통해 수분의 양에 따른 작물의 특성 변화를 판별하는 모델을 개발하였다. 이는 수분 뿐만 아니라 여러 스트레스나 질병 등에 대한 작물 특성의 정밀한 비파괴적인 분석을 수행하는데 있어 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

식물자원의 3차원 영상재현기법에 관한 연구

양명균 ( Myongkyoon Yang ),신기섭 ( Kiseop Shin ),송준한 ( Junhan Song ),홍석주 ( Suk Ju Hong ),박종민 ( Jongmin Park ),김기석 ( Ghiseok Kim ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.1

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.

작물의 3차원 이미지 분석을 위한 영상처리 알고리즘

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.

작물 피노믹스 분석을 위한 3차원 복원 기법 연구

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.

디자인 사고 방법을 활용한 태권도원 문화콘텐츠 구축 방안

양명모,조성균 한국무예학회 2019 무예연구 Vol.13 No.1

If Taekwondo focused on its expansion and dissemination in the past, it is now considered to be a brand value. Taekwondo Won, which opened in 2014, has played a role as a place for Taekwondo people to interact each other, now should become a world-class tourism attraction for Taekwondo culture and also it should contribute to create a new national brand image. The purpose of this study is to present a plan to build cultural content of Taekwondo Won, which will be a broad and creative one combined traditional Korean martial arts and traditional culture. In order to achieve the purpose of the study, IDEO’s 3I Design Thinking methodology and Mapping methodology of Standford D-school’s 5-stages Design Thinking were used. The collection of first and second data was gathered by using purposeful sampling, one of the non-probability sampling and the data from Taekwondo training adult group including trainers and 50 managers. The additional third data collection was from the reliable 488 suvey papers among 500, which were written by Taekwondo trainees who are from elementary school students to secondary school students. The data were collected by convenience sampling, one of the non-probability sampling. We organized the team for categorizing the collected data inductively and establishing cultural content of Taekwondo Won. In addition to, the expert group were jointed to draw the conclusion in order to make plans for its cultural contents. We also strived to ensure validity and reliability through team members' meetings and expert meetings. The results of the study showed that Taekwondo and traditional martial arts convergence contents should be constructed at Taekwondo Won. First, a traditional martial arts cluster was proposed to what creative contents fused Taekwondo and traditional martial arts at Taekwondo Won. Second, a cultural content cluster was proposed at Taekwondo Won to create creative contents that combine Taekwondo and traditional culture. Third, Taekwondo AR (Amplification Reality) game contents were proposed for what cultural contents of Taekwondo Won. Fourth, the change of paradigm was suggested from OSMU (One Source Multi Use) to MSMU (Multi Source Multi Use) on what is the way to build cultural contents at Taekwondo Won. 이 연구는 태권도가 국기(國技)로 법제화(法制化)되면서 태권도원이 태권도와 문화공동체를 이루고 있는 한국 전통무예, 전통문화를 융합한 광의적(廣義的)이며 창의적(創意的)인 문화콘텐츠 구축을 할 수 있도록 태권도원 문화콘텐츠 구축 방안을 제시하는데 목적이 있다. 연구의 목적을 달성하기 위해 IDEO의 3I 디자인 사고 방법론과 스탠포드 디스쿨(d-school) 5단계 디자인 사고를 매핑(mapping)한 방법론을 이용하였다. 연구결과 태권도원에서 태권도와 전통무예 융합 콘텐츠, 태권도원에서 태권도와 전통문화 융합 콘텐츠, 태권도원의 문화콘텐츠, 태권도원 문화콘텐츠 구축 방안, 총 4가지 과정의 결과가 도출되었으며, 첫째, 태권도원에서 태권도와 전통무예가 융합한 창의적인 콘텐츠는 무엇인가에 대해 전통무예클러스터 구축이 제시되었다. 둘째, 태권도원에서 태권도와 전통문화가 융합한 창의적인 콘텐츠는 무엇인가에 대해 문화콘텐츠클러스터 구축이 제시되었다. 셋째, 태권도원의 문화콘텐츠는 무엇인가에 대해 태권도AR(증강현실)게임콘텐츠 구축이 제시되었다. 넷째, 태권도원 문화콘텐츠 구축 방안은 무엇인가에 대해 OSMU(One Source Multi Use)에서 MSMU(Multi Source Multi Use)으로 패러다임(Paradigm)의 전환이 제시되었다.

디지털 트윈 시스템을 적용한 IoT 스마트 온실 설계

김영진,정도균,채정주,양명균 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.2

4차 산업혁명에 따라 다양한 산업 분야에 디지털 트윈이 활용되고 있다. 디지털 트윈은 현실 세계를 디지털 공간에 정확하게 구현하는 기술로, 현실에 존재하는 사물의 쌍둥이 객체를 디지털 공간에서 구현하는 것을 의미한다. 디지털 트윈의 가장 큰 장점은 시각적이고, 직관적이라는 점이다. 제품의 전체 수명주기에서 특정 판단을 신속하고 종합적으로 내릴 수 있으며, 다양한 상황을 설정하여 시뮬레이션을 수행할 수 있다. 이에 따라 제조업, 도시 개발 및 자연재해 대책마련 등 다양한 분야에서 적용 중이다. 하지만 농업의 경우, 최근에 이르러서야 디지털 트윈 기술의 도입이 이루어지고 있기 때문에 다른 분야에 비해 연구가 상대적으로 적은 편이다. 따라서 본 연구에서는 디지털 트윈을 시설원예 및 온실에 적용하기 위해 스마트 온실을 3차원 가상환경에 구현하는 기초 시스템을 설계하고자 하였다. 스마트 온실은 아두이노 기반으로 수집된 환경 데이터를 통한 제어가 가능하도록 구성되었다. 식물의 성장에 중요한 요소인 온실 내 온도, 습도, 빛의 세기는 센서를 통해 측정하였고, 이 값과 디지털 트윈 환경이 상호작용하도록 설계 및 구현하였다. 온실 스케줄러 상 특정 시간대에 맞춰 실제 조명, 환기팬 작동 시 가상환경에서도 똑같이 제어됨과 급수 펌프에서 물 공급 시가상환경에서도 물의 공급을 확인하였다. 본 연구의 결과를 인공지능을 통한 작물 표현형 분석에 적용한다면 온실 운영을 자동화하고 최적 생장 및 수확량 증대 효과에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

비파괴적인 경도 측정을 통한 저온저장 토마토(티와이250)의 감모율 예측

최금실,유아름,양명균,조성인 한국식품저장유통학회 2017 한국식품저장유통학회지 Vol.24 No.2

This study was conducted to investigate the weight loss, firmness, external color and vitamin C (VC) content of tomatoes (Lycopersicon esculentum) using non-destructive method to measure identical tomato samples during 15 days storage at low temperature and high humidity. Tomatoes were harvested at the light red stage, sorted, box packed and then stored in thermo-hygrostat (10±1℃, 90±10%RH). The quality changes in weight loss, firmness and external color were measured every 3 day interval. Weight loss was increased by 1.13±0.15%, but it may not be considered to affect quality. Surface color of fruit was changed, especially in lightness and hue angle value. The color values were analyzed by analysis of variance (ANOVA), and the results were significant (p<0.001). Firmness of fruit declined during storage, but it did not decrease in direct proportion. On the storage of day 15, firmness was decreased to 40% of initial state. At last, all the experiment data are summarized and the relationship between firmness and weight loss is analyzed to construct a linear regression mathematical model that can predict the weight loss with the firmness value measured by non-destructive method. This research result could be useful in helping tomato exporters and suppliers to get real-time quality factor by using proposed method and regression model.

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.