드론의 기초 및 기반기술

유찬석,김석구 한국농공학회 2015 韓國農工學會誌 : 전원과 자원 Vol.57 No.3

다중분광 센서를 이용한 과채류의 생육 및 생리활성 추정 모델 개발

유찬석(Chanseok Ryu) 한국원예학회 2022 한국원예학회 학술발표요지 Vol.2022 No.11

초분광 영상을 이용한 Potherb Mustard (Mizuna)의 주요성분 추정

유찬석,小野山博之,村主勝彦,김영복 경상대학교 농업생명과학연구원 2014 농업생명과학연구 Vol.48 No.6

미즈나의 주요성분인 건물중, 전탄소, 전질소, Fe 및 Ca 함유량을 초분광 영상을 이용하여 추정하였다. 샘플은 인공재배기에서 실내온도 20℃, 일조시간 13 h의 조건에서 6 주간 재배한 샘플과 온실에서 동일기간 재배된 샘플을 이용하였다. 재배조건, 영상취득시의 광 환경에 따라 인공재배기, 하우스, 전처리의 유무 및 모든 데이터를 이용한 그룹으로 나누어 각각 모델을 작성하였다. 실내 재배에서는 건물 중, 전탄소, 전질소의 경우 전처리에 따라 평균상대오차(MRE)가 5% 이상 향상되었으나 하우스의 경우 전처리의 효과가 없었다. Ca 이온의 경우 조건에 관계없이 모델을 구축할 수 있었으나 Fe 이온의 경우 하우스 재배에서는 모델을 구축할 수 없었다. 모든 데이터를 이용해 미즈나의 건물중, 전질소, 전탄소, Fe 및 Ca 함유량을 추정할 경우 반사율을 이용해 62% 이상 설명이 가능하였고 검증결과도 57% 이상으로 나타났다. 전처리를 거칠 경우 반사율을 이용해 71% 이상 설명이 가능하였고 검증결과도 62% 이상으로 나타났다. 전처리를 했을 경우 각각 추정오차는 건물중이 0.54 g/m2, 전질소가 39.8 mg/m2, 전탄소가 185 mg/m2, Fe 이온이 0.35 mg/m2, Ca 이온이 14.1 mg/m2였다. In this study, the amount of main properties, such as dry mass, total carbon (TC), total nitrogen (TN), Iron (from Latin: ferrum, Fe), and Calcium (Ca), in Potherb Mustard (Mizuna) was estimated by hyperspectral imagery. The samples were cultivated in the greenhouse and in the controlled chamber with 20℃ and 13 h day light conditions during 6 weeks. Each model was established depending on the conditions of cultivation and reflectance in the image, such as the groups of growth chamber, green house, preprocessing, and all data. In the case of the group of growth chamber, MRE(Mean of Relative Error) was improved more than 5% when the reflectance was preprocessed, but it was not in the case of the group of green house. It was possible to make a model for the ion of Ca in spite of any conditions but it was not for the ion of Fe. When the model was established by all data, the precision of calibration was more than 62% and it of validation was more than 57%. When the reflectance was preprocessed, it was possible to explain the precision of calibration for all data more than 71% and it of validation was more than 62%. The RMSE of validation about the preprocessed model was 0.54 g/m2 for DM, 39.8 mg/m2 for TN, 185 mg/m2 for TN, 0.35 mg/m2 for Fe ion and 14.1 mg/m2 for Ca ion.

양파정식기 개발: 채소정식기의 식부장치 형태에 따른 식부궤적 분석

민영봉,강정균,유찬석 경상대학교 농업생명과학연구원 2015 농업생명과학연구 Vol.49 No.6

본 연구에서는 양파정식기의 적합한 식부장치를 제시하기 위하여 채소정식기의 식부장치 형태에 따른 식부궤적을 조사 및 분석하였다. 조사대상은 채소정식기에 사용되고 있는 휠 방식, 로터리 방식, 4절 링크 방식, 4절 링크-캠 방식 식부장치들의 구조와 정지궤적을 기준으로 AutoCAD를 이용하여 주행상 태에서의 운동궤적(식부궤적)을 작도하였다. 이 식부궤적으로 식부개공기가 토양에 관입될 때 밀림거리, 토양-식부개공기의 상대속도 0이 되는지 분석하였다. 식부궤적 분석결과 각 식부장치들은 밀림거리를 가졌으며, 가장 적은 밀림거리를 가진 식부장치는 로터리 방식 식부장치이지만 토양-식부개공기의 상 대속도 0는 될 수 없다고 판단된다. 4절 링크-캠 방식 식부장치의 가장 작은 밀림거리는 주간거리 130mm에서 정식할 때 밀림거리 9.89mm로 나타났고 토양-식부개공기의 상대속도가 0이 되지는 않았 다. 하지만 4절 링크-캠 방식 식부장치의 구조는 캠형상을 변경하여 토양-식부개공기의 상대속도가 0 으로 정식 할 수 있다고 판단된다. In this study, transplanting device was investigated and analyzed according to the form of the transplanting device of vegetable transplanter to address transplanting device of a onion transplanter. Investigation was the structure and locus of each transplanting device used in vegetable transplanter. transplanting locus was constructed using AutoCAD. The transplanting locus was analysis by pushed distance and relative velocity 0. The transplanting locus was analyzed by pushed distance and relative velocity 0. The transplanting locus analysis results of each transplanting devices had a pushed distance. transplanting device with the smallest pushed distance is 4bar link-cam transplanting device, when the row space 130mm to pushed distance 9.89mm. 4bar link-cam transplanting devices hopper-soil Relative velocity was not zero. But, If you change a cam shaped, will be able to close the hopper-soil relative velocity 0. Therefore, 4bar link-cam transplanting device in accordance with the needs row space by the hopper-soil relative speed zero have a cam shape is expected to maximize the transplanting performance.

재배방법에 따른 아스파라거스 4 품종의 생장과 생리활성 비교

김호철,허북구,배종향,이승엽,강동현,유찬석,김동억,유찬석,김동억,최이진,구양규 한국자원식물학회 2016 한국자원식물학회지 Vol.29 No.4

In the present study, we investigated the plant growth characteristics and biological activity of four asparagus cultivars grown using two cultural methods and tested the possibility of domestic open field. The number of shoots, buds, roots, shoot and root fresh and dry weights, and total dry weight of the four asparagus cultivars grown in a plastic house were higher than those of the same cultivars grown in an open field. Of the cultivars grown in the open field, Jersey Giant had greater shoot number than the other cultivars. In plastic house cultivation, the number of buds in Jersey Supreme was greater than the other cultivars. The total flavonoid content of the Jersey Giant was greater than the other cultivars, but cultural method was unaffected. The total polyphenol contents in asparagus cultivars grown in the plastic house were higher than those of cultivars grown in the open field. The total polyphenol content of the Jersey Giant grown the plastic house was significantly higher than those of other cultivars. Antioxidant activity such as catalase (CAT) and peroxidase (POX) did not differ significantly with cultural methods and among the cultivars. Ascorbate peroxidase (APX) activity of asparagus cultivars grown in the open field was higher than that of cultivars grown in the greenhouse; the highest APX activity was detected in UC157. Thus, greenhouse cultivation is expected to improve plant growth characteristics and biological activities of asparagus cultivars; each cultural method should be considered when selecting a suitable cultivar for high yield and high bioactive compound content.

무인기 기반 RGB 영상 활용 U-Net을 이용한 수수 재배지 분할

박기수,유찬석,강예성,김은리,정종찬,박진기,Kisu Park,Chanseok Ryu,Yeseong Kang,Eunri Kim,Jongchan Jeong,Jinki Park 대한원격탐사학회 2023 大韓遠隔探査學會誌 Vol.39 No.5

When converting rice fields into fields,sorghum (sorghum bicolor L. Moench) has excellent moisture resistance, enabling stable production along with soybeans. Therefore, it is a crop that is expected to improve the self-sufficiency rate of domestic food crops and solve the rice supply-demand imbalance problem. However, there is a lack of fundamental statistics,such as cultivation fields required for estimating yields, due to the traditional survey method, which takes a long time even with a large manpower. In this study, U-Net was applied to RGB images based on unmanned aerial vehicle to confirm the possibility of non-destructive segmentation of sorghum cultivation fields. RGB images were acquired on July 28, August 13, and August 25, 2022. On each image acquisition date, datasets were divided into 6,000 training datasets and 1,000 validation datasets with a size of 512 × 512 images. Classification models were developed based on three classes consisting of Sorghum fields(sorghum), rice and soybean fields(others), and non-agricultural fields(background), and two classes consisting of sorghum and non-sorghum (others+background). The classification accuracy of sorghum cultivation fields was higher than 0.91 in the three class-based models at all acquisition dates, but learning confusion occurred in the other classes in the August dataset. In contrast, the two-class-based model showed an accuracy of 0.95 or better in all classes, with stable learning on the August dataset. As a result, two class-based models in August will be advantageous for calculating the cultivation fields of sorghum.

양파정식기 개발: 4절링크-캠 방식 식부장치의 성능분석 및 최적형상 구명

민영봉,강정균,유찬석 경상대학교 농업생명과학연구원 2016 농업생명과학연구 Vol.50 No.4

본 연구에서는 양파정식기의 정식시 개공기와 토양 간 상대속도를 최대한 0으로 근접시키기 위해 4절 링크-캠 기구를 갖는 정식시험장치를 제작하여 정식시험을 실시하고 최적 작업조건 및 형상을 구명하였 다. 시험조건은 모종나이 50일, 주간거리 130, 140, 150mm, 정식속도 45, 50, 55, 60No/min, 토양수 분함유량 10, 20, 30%, 토양 관수 후 경과 일 수 1, 2, 3, 4일로 하였다. 시험결과 정식률은 주간거리 140mm와 정식속도 50∼55No/min에서 100%로 가장 높게 나타났다. 식부자세는 사질양토에서 주간거리 140mm, 정식속도 50No/min일때 평균 11.2±13.9°로 가장 안정적인 자세로 정식하였고 개공폭은 38.2±1.9mm로 가장 작게 나타나 식부개공기 직경 34mm보다 4.2mm밀림이 나타났다. 최대하중평균은 정식속도 60No/min, 주간거리 150mm일때 45.1±5.1N로 나타났고, 최대정식동력은 124.2±11.8W로 나 타났다. 토양수분함유량은 30%일때 가장 낮았고, 관수 후 1일차가 가장 낮았다. 개선된 4절링크-캠 방 식 식부장치는 주간거리 140mm에 맞는 캠 형상을 갖게 함으로서 개공기-토양 상대속도가 0이 될 수 있었다. 따라서 본 양파정식기 식부장치는 필요 주간거리에 맞추어 상대속도 0의 캠 형상을 갖게 함으 로서 식부성능을 최대화할 수 있는 것으로 판단된다. The onion transplanting equipment with 4 bar link-cam type of transplanting device, which relative velocity between hopper and field soil close to 0 was manufactured and tested to investigate the optimum operation conditions. The test conditions of seedling age, row space and planting speed were 50 days old, 130, 140 and 150mm and 45, 50, 55 and 60No/min respectively. From the test, the row space of transplanting close to 0 of the relative velocity was 140mm, the row space of 140 0mm and planting speed of 50No/min have the highest planting success of 100%. The percentage with plant tilt over 45° to have the growth trouble was 0% and 40.9% respectively in sandy loam and clay field soil. The planting hole width made by hopper was not different between both soil and 38.2±1.9mm at 140mm of row space due to 3.1mm sliding of hopper. The penetration resistances of hopper were 45.1±5.1N, 58.6±5.6N and Max. transplanter power were 95.5±10.7W, 124.2±11.8W in both soil. When the soil moisture content of 30% and day 1 after watering, Max. transplanter power was the lowest. Thus, the transplanting performance of the 4 bar link-cam type transplanting device could be possibly maximized by using a particular cam structure which is able to adjust the relative velocity between the hopper and the ground to approximately zero.

무인기로 취득한 콩 생육시기별 다중분광 영상을 통한 식생지수와 콩 수확량간의 상관관계 분석

백현찬 ( Hyeon-chan Baek ),유찬석 ( Chan-seok Ryu ),강예성 ( Ye-seong Kang ),송혜영 ( Hye-young Song ),김태양 ( Tae-yang Kim ),박민준 ( Min-jun Park ),박기수 ( Ki-su Park ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.1

본 연구에서는 생식생장기에 다양한 생육시기별로 취득한 콩 필지의 다중분광 영상을 이용해 콩 수확량과의 관계분석을 통해 수확량 추정에 높은 가능성을 보이는 식생지수를 구명하는 연구를 진행하였다. 본 실험은 경상남도 밀양시에 위치한 실험 포장(35°26'59.8"N 128°47'08.2"E)에서 수행하였으며, 회전익 무인기 (Matrice 200 v2, DJI Technology Co. Ltd., China)에 다중분광 센서 (altum, Micasense Inc, USA)를 탑재하여 2018년도부터 3년간 생육시기 (R2, R5, R6, R7)별로 취득한 다중분광 영상에서 분광영상 소프트웨어 (ENVI 5.6, Exelis Visauall information Solution Inc, USA)로 콩 잎의 반사값을 추출해 수확량과 관련된 6개의 식생지수들을 임의로 산출하였다. 각각의 식생지수와 실측한 수확량 사이의 상관성 (r) 평가와 함께 단순선형회귀분석하여 선형지표 R2와 오차지표 root mean squared error (RMSE) 및 relative error (RE)로 추정성능을 평가하였다. 개화기 (R2)에서는 SAVI가 r=0.47 로 다른 식생지수보다 상대적으로 높은 상관관계를 나타내었지만, 단순선 형회귀분석 결과 R2=0.22, RMSE=65.88kg/10a, RE=31.78% 로 수확량 추정가능성을 보이지 않았다. 입비대시 (R5)에서는 MSAVI가 r=0.84로 가장 높은 상관관계를 나타내었고, 단순선형회귀분석 결과 R2=0.71, RMSE=39.72kg/10a, RE=19.16% 로 전 생육시기에서 가장 높은 추정가능성을 보였다. 이외에 R6 (MSAVI)와 R7 (ARVI)의 예측성능은 R2≥0.43, RMSE≤58.36kg/10a, RE≤28.15% 으로 상대적으로 낮은 추정가능성을 보였다. 다양한 생육단계에서 콩 수확량 추정에 유리한 식생지수를 구명한 이 결과를 다양한 환경조건에서 재배되고 있는 콩 필지에서도 활용가능한 모델을 개발해내는 데 기초자료를 활용할 것이다.

초분광영상 데이터를 이용한 딸기 병증 판별 최적 모델 선정

김은리 ( Eun-ri Kim ),유찬석 ( Chan-seok Ryu ),강예성 ( Ye-seong Kang ),송혜영 ( Hye-young Song ),박기수 ( Ki-su Park ),백현찬 ( Hyeon-chan Baek ),박민준 ( Min-jun Park ),김태양 ( Tae-yang Kim ),박은지 ( Eun-jee Park ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2

딸기는 한국의 대표 과채류 중 하나로 2020년 기준 전체 채소 생산액의 10.9%로 큰 비율을 차지하는 작물이다. 국내 발생 딸기 병해 중 시듦병, 역병은 주로 정식 초기에 토양을 매개로 발생하여 큰 피해를 준다. 본 연구에서는 병증이 유사한 시듦병, 역병, 한해를 신속하고 비 파괴적으로 진단하기 위해 초분광 영상과 머신 러닝 기법을 이용하여 정상 개체와의 분류 모델을 개발하고자 한다. 본 실험은 경상남도 농업기술원 하이테크 유리온실(N35.2105°E128.1174°) 내에서 딸기(매향)로 진행하였으며, 각 처리구별(정상, 시듦병, 역병, 한해) 12개체씩 배치하여 총 48개체로 실험하였다. 온실 내 초분광 센서(FX10, Specim Spectral imaging Ltd, Finland)로 2021년 4월 26일부터 6월 1일까지 총 37일간 매일 1일 1회 11시에서 13시 사이에 영상을 취득하였다. 취득된 영상은 ENVI 5.6 Classic(Exclis Visual Information Solution Inc, USA) 소프트웨어로 암전류 및 광 보정 후, ExG(Excess Green) 지수를 이용하여 식생을 분리하고 단일 개체별 반사값 데이터를 추출하였다. 추출된 데이터는 평활화 유무에 따른 성능 비교를 위해 Savitzky-Golay filtering 기법을 수행하여 학습데이터로 생성하였다. 생성된 데이터로 Decision Tree, Random Forest, XGBoost, LightGBM 4가지 기법을 이용하여 모델을 개발하여 비교하였으며, 평활화 유무와 각 모델에 따른 성능은 Kappa와 F1 Score로 평가하였다. Python(Python 3.7.9, Python Software Foundation, USA)으로 평활화를 진행하지 않은 LightGBM이 Kappa=0.666, F1 Score=0.748로 가장 높은 성능을 나타내었다. Kappa와 F1 Score에서 정상 개체와 병증 간의 오분류가 전체 오분류의 93.7%로 높게 나타났다. 이는 매일 Real Time PCR 결과로 감염 여부를 조사할 수 없어, 최종 PCR 결과를 기반으로 판단된 감염 여부와 실제 감염 시기의 차이로 인한 영향으로 추측된다. 추후 매일 Real Time PCR 검사 또는 병증 감염 지수의 시계열 데이터를 취득하여 분류 모델의 성능을 개선할 수 있을 것으로 판단된다.

다중분광 영상을 이용한 오이 묘 수분함량 추정

장시형 ( Si-hyeong Jang ),유찬석 ( Chan-seok Ryu ),강예성 ( Ye-seong Kang ),박준우 ( Jun-woo Park ),김태양 ( Tae-yang Kim ),강경석 ( Kyeong-suk Kang ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.1

오이는 박과 작물로 재배환경에 따라 생육에 크게 영향을 받는다. 육묘기때 수분 관리를 소홀히 하면 생육장해가 발생하기 때문에 실시간으로 생육 진단 기술 개발이 필요하다. 본 연구는 온실 내 다중분광 센서가 설치된 영상 시스템을 이용하여 오이 묘의 수분함량 추정 모델을 개발하였다. 본 연구는 전라북도 완주군에 위치한 농촌진흥청 국립원예특작과학원 내 온실에서 2020년 3월 9일부터 12일까지 총 4일 간 실험을 수행하였다. 실험 장비는 5개의 (Blue, Green, Red, Red edge, NIR) 파장으로 이루어진 다중분광 센서(Rededge-M, Micasense Inc., USA)를 이용하였다. 정오마다 촬영한 오이묘 영상은 영상처리를 통해 캐노피의 반사값 추출 및 식생지수 NDVI, GNDVI를 산출하였다. 오이 묘의 수분함량은 촬영 직후 측정한 생체중과 건물중을 이용하여 계산하였다. 오이 묘의 식생지수와 수분함량을 선형회귀분석하여 추정 모델을 개발하였다. 개발된 추정 모델은 정확도(R²)및 정밀도(RMSE)로 성능을 평가하였다. 식생지수 NDVI, GNDVI를 이용한 오이 묘 수분함량 추정 모델의 정확도는 0.31, 0.13로 나타났으며 정밀도는 8.19%, 9.14%로 낮게 나타났다. 온실 내 구조물에 발생하는 그림자 영향을 최소화하고자 촬영시 차광막을 설치했으나 샘플 위치마다 그림자의 영향을 받아 광이 불균일하여 모델의 성능이 낮게 나타난 것으로 판단된다. 이러한 문제를 해결하고자 샘플 위치를 나누어 재분석하였다. 그 결과 NDVI를 이용한 앞쪽 배치된 오이 묘 수분함량 추정 모델의 정확도 및 정밀도는 0.58, 5.97%가 나타났으며 뒷쪽 배치된 오이묘 수분함량 추정 모델의 정확도 및 정밀도는 0.15, 9.99%가 나타나 앞쪽에 배치한 샘플은 뒷쪽에 배치한 샘플에 비해 상대적으로 그림자의 영향을 덜 받아 광이 균일하여 모델의 성능이 개선되었을 것으로 판단된다. 문제점을 보완하고 개선한 모델을 통해 변량 관수 시스템 도입에 기초자료로 사용할 수 있을 것으로 판단된다.