스테레오 비전 및 객체 검출기를 이용한 작물 생장 진단 시스템 설계

이재수(Jaesu Lee),홍영신(Youngsin Hong),이상규(Sanggyu Lee),백정현(Jeonghyun Baek),김태현(Taehyun Kim),허정욱(Jeongwook Heo),노시영(Siyoung Rho),최인찬(Inchan Choi),곽강수(Kangsu Kwak),김현종(Hyunjong Kim) 한국원예학회 2020 한국원예학회 학술발표요지 Vol.2020 No.11

토마토 양액재배시 배지 환경조성이 생육 및 생산성에 미치는 영향

이재수 ( Jaesu Lee ),이현동 ( Hyundong Lee ),이상규 ( Sanggyu Lee ),곽강수 ( Kangsu Kwak ),김밝금 ( Balgeum Kim ),김태현 ( Taehyun Kim ),백정현 ( Jeonghyun Baek ),노시영 ( Siyoung Rho ),홍영신 ( Youngsin Hong ) 한국환경과학회 2019 한국환경과학회지 Vol.28 No.9

The aim of this study was to determine the effects of different compositions of environmental substrates on hydroponic tomato cultivation. Three different substrates were used in coir chip:dust (v/v=50:50; CP1), coir chip:dust (v/v=80:20; CP2), and rock wool cube with CP2 (CPR). The amount of irrigation during the cultivation period was 190 mL/(plant·time) in all substrates. The pH and EC were 5.8-6.2 and 2.6-2.9 dS/m, respectively. The drainage rate in CP1 was 31%, in CP2 was 36%, and in CPR was 29%. The growth of tomato plants in terms of height was higher in CP1 and CPR. The leaf area was greater in CP2. The fresh and dry weights were greater in CP2 and CPR treatments. The net photosynthesis in CP2 (19.31 μmol CO₂/㎡s) and root activity in CP2 were higher among all three treatments. The soluble solid content of fruit was not significantly different among treatments. The yield per plant in CP2 and CPR treatments was 17% greater than the yield per plant in CP1. Therefore, the most suitable substrate for hydroponic tomato cultivation is the substrate mixed with coir chip:dust (v:v=80:20; CP2), i.e., CPR.

폐쇄형 식물생산 시스템에서 태양광 채광시스템 연구

이상규 ( Sanggyu Lee ),이재수 ( Jaesu Lee ),이현동 ( Hyundong Lee ),백정현 ( Jeonghyun Baek ),노시영 ( Siyoung Rho ),홍영신 ( Youngsin Hong ),박종원 ( Jongwon Park ) 한국환경과학회 2019 한국환경과학회지 Vol.28 No.5

In this study, a solar light collector that collects and transmits solar light required for crop production in a closed plant production system was developed. The solar light collector consisted of a Fresnel lens for collecting solar light, and a tracking actuator for tracking solar light from sunrise to sunset to increase the light collection efficiency. The optical fiber that transmitted solar light was made of Glass Optical Fiber (GOF), and it had an excellent optical transmission rate. After collecting the solar light, the amount of light was measured at 5, 10, 15, 20, 25, and 30 cm distances from the GOF through the darkroom by using a light sensor logger connected to a quantum and pyranometer sensor. Compared with solar light, the light intensity of pyranometer sensor measured at 5 cm was 114% higher than solar light, and 61% at 10 cm. In addition, it was observed that it is possible to transmit the necessary amount of light for growing crops up to about 15 cm (as over 22%) through GOF. Therefore, adding diffusers to the solar light collector should be expected to replace artificial light in plant factories or plug seedlings nurseries for leafy vegetables. More studies on the solar light collection devices and the light transmission devices that have high light collection efficiency should be conducted.

파프리카 수경재배 시 EC 농도와 배지에 따른 생육 및 수량 특성

홍영신,이재수,백정현,이상규,정선옥,Hong, Youngsin,Lee, Jaesu,Baek, Jeonghyun,Lee, Sanggyu,Chung, Sunok 한국환경과학회 2021 한국환경과학회지 Vol.30 No.8

Supply electrical conductivity (EC) concentration of the nutrition solution is an important factor in the absorption of nutrients by plants and the management of the root zone, as it can control the vegetative/reproductive growth of a plant. Paprika usually undergoes its reproductive and vegetative growth simultaneously. Therefore, ensuring proper growth of the plant leads to increased yield of paprika. In this study, growth characteristics of paprika were examined according to the EC concentration of a coir and a rockwool substrate. The supply EC was 1.0, 2.0, and 4.0 mS·cm^-1 applied at the initial stages of the growth using the rockwool (commonly used by paprika farmers) and the coir substrate with a chip and dust ratio of 50:50 and 70:30. For up to 16 weeks of paprika growth, EC concentrations of 1.0 and 2.0 mS·cm^-1 were found to have a greater effect on the growth than EC at 4.0 mS·cm^-1. The normality (marketable) rate of fruit, the soluble solid content, and paprika growth showed that the coir was generally better than the rockwool regardless of the supply EC concentration. The values of the yield per plant at an EC concentration of 4.0 mS·cm^-1 was mostly similar at 1.6 kg (coir 50:50), 1.5 kg (coir 70:30) and 1.5 kg (rockwool), but the yield of the rockwool was 88%, which was lower than 98% and 94% yield of the coir substrate. Therefore, this concludes that coir substrate is more effective than rockwool at improving paprika productivity. The results also suggest that the use of coir substrate for paprika has many benefits in terms of reducing production costs and preventing environmental destruction during post-processing.

서울의 상업용 부동산 시장에서 자본환원율을 이용한 시장 효율성과 CAPM의 검증

박종권,이재수,전재범,Park, Jongkwon,Lee, Jaesu,Jun, Jaebum 한국건설관리학회 2017 한국건설관리학회 논문집 Vol.18 No.1

본 연구는 서울의 상업용 부동산인 오피스 빌딩 및 소매용 부동산 자산을 대상으로 체계적 위험과 자본환원율 간의 관계를 실증분석함으로써 시장의 효율성과 CAPM의 적용여부를 검증하는 것을 목적으로 한다. 이를 위하여 본 연구에서는 투자의 위험을 수반하는 자본자산의 기대수익률 결정이론인 자본자산가격결정모형(CAPM)을 토대로 서울의 3대 오피스 빌딩 시장인 강남권, 여의도 마포권, 도심권 그리고 기타권역과 소매용 부동산의 3대 시장인 강남권, 신촌 마포권, 도심권 그리고 기타 권역에 대하여, 시장포트폴리오인 증권시장선과 권역별 초과자본환원율로 산정된 증권특성선을 비교 및 분석하였으며 그 결과, 오피스 빌딩 시장에서 GBD 권역을 제외한 나머지 권역들(YBD 권역, CBD 권역 그리고 기타 권역), 소매용 부동산 시장에서는 SBD 권역 및 CBD 권역에서 체계적 위험이 증가할수록 분기초과자본환원율이 감소하여 시장이 효율적이지 않음을 알 수 있었다. 이와 함께, 오피스 빌딩 시장의 4개 권역(강남권의 GBD 권역, 마포 여의도권의 YBD 권역, 도심권의 CBD 권역, 그리고 기타 권역)과 소매용 부동산 시장의 4개 권역(강남권의 GBD 권역, 마포 신촌권의 SBD권역, 도심권의 CBD 권역, 그리고 기타 권역) 모두에서 CAPM이 성립하지 않음도 확인할 수 있었다. This paper is to understand the impact of systematic risk on capitalization rate at office building market and retail real estate market in Seoul and to see if CAPM(Capital Asset Pricing Model) is applicable. For this, this paper considers eight different office building and retail real estate markets in Seoul city area, called GBD, YBD, CBD, and Other Business District, and GBD, SBD, CBD, and Other Business District, to find out if there is any positive-linearity between systematic risk and capitalization rate for each business district not. Then, this paper tries to verify applicability of CAPM to four office building markets and four retail real estate markets with Black, Jensen, and Scholes(1972)'s statistical methodology. At last, the result shows that there is positive linearity between systematic risk and capitalization rate only GBD except Others(YBD, CBD, and other business district) in office building market. In addtion, SBD and CBD, they could be figured out that it is not efficient market because increasing systematic risk declines capitalization rate in retail real estate market. However, CAPM is not applicable in all office building(GBD, YBD, CBD, and other business district) and retail real estate markets(GBD, SBD, CBD, and other business district) in Seoul.

라이다를 활용한 온실에서 작물 및 작업자 인식

이성규 ( Sungkyu Lee ),이재수 ( Jaesu Lee ),김태현 ( Taehyun Kim ),백정현 ( Junghyun Baek ),임동혁 ( Donghyuk Lim ),김현종 ( Hyunjong Kim ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2

기후 및 농업환경 변화로 안정적인 수확을 할 수 있는 온실재배가 확대되고 있다. 온실내 환경을 제어하기 위한 스마트팜 기술로서 생육 및 자동화에 관한 여러 연구가 진행되고 있다. 라이다(lidar)는 현재 자율주행 및 맵제작에 활용되고 있으며 농업환경에도 과수원 등 노지에서 사용되고 있다. 본 연구는 라이다를 이용하여, 온실에서 작물의 생장을 확인하고 작업자의 이동을 파악하여 온실 내에서 정밀하고 안정적인 농작업 수행을 지원하는 것을 목표로 하였다. 온실의 환경 및 작업자를 인식하기 위해 라이다(VLP-16/PUCK, Velodyne, San jose, USA)를 사용하였으며, 이용한 온실은 단동형 비닐하우스로 크기는 길이 72m, 폭 6.6m, 높이 3m이다. 온실에는 고설 재배베드(높이 87cm)가 4줄로 설치되어 있으며, 재배베드 위에 화분(높이 18cm)이 놓여 있다. 바닥에는 선반 사이마다 트레이가 놓여 있으며 트레이 위에 작업대(높이 93cm)는 거리 이동이 가능하다. 작업대 위에 라이다를 고정하고, 약 0.5m/s 속도를 유지하면서 영상인식을 수행하였다. 트레이는 3줄이 설치되어 있으며, 실험은 왼쪽줄, 중앙줄, 오른쪽줄 순서로 진행하였다. 작물을 정식하기 전에 1차 실험, 정식 후 2차 실험, 정식 10일 뒤 3차 실험을 진행하였다. 작업자 인식 실험은 온실 내에서 라이다로부터 1m, 5m, 10m, 50m 위치에서 실험하였다. 또한 라이다에서 수직거리 5m, 10m에서 이동하는 작업자를 측정하였다. 실험을 통해 온실 내 작업환경을 3차원 인식할 수 있음을 확인하였고, 작물을 라이다를 통해 인식함으로써 작물 위치 및 생장을 확인할 수 있었다. 작업자 인식 실험의 경우는 이동하는 형체에 대해 확인할 수 있었으나 차폐가 발생하였을 경우 인식하지 못하는 한계가 있었다. 이상의 결과로 라이다를 이용하여 작물 생장 측정이나, 사람의 작업을 인식하여 인공지능 등에 활용이 가능할 것으로 판단된다.

딸기 수확 자동화를 위한 레일형 로봇 시스템 연구

이대현 ( Daehyun Lee ),임동혁 ( Donghyeok Im ),김국환 ( Gookhwan Kim ),이재수 ( Jaesu Lee ),홍영기 ( Younggi Hong ),김성기 ( Sungki Kim ),한새론 ( Saeron Han ),한길수 ( Kilsu Han ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2

국내 시설작물 재배면적은 1990년에 44,613 ha에 불과하였으나 웰빙과 신선채소에 대한 수요가증가에 따라 2013년에는 86,725 ha로 약 2배 증가하였다(통계청, 2013). 특히, 딸기의 경우 국내에서 재배되는 시설원예작물 중 생산액이 2위로 농가 소득 비중이 매우 높을 뿐만 아니라 수출량이 2011년 1926만달러, 2013년 2,856만달러로 급증하고 있어(한국농수산식품유통공사, 2014) 딸기재배에 대한 관심 및 생산량 향상 요구가 지속적으로 증가되고 있다. 이러한 환경 변화에 따라 공급량 확보를 위해 벤치 재배를 통한 작업 개선 등 작업효율 개선 등이 확대되고 있지만 노동력 부족 문제로 인해 자동화, 무인화 기술 보급이 절실히 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 딸기 생산성 향상을 위해 레일형 로봇 시스템을 구축하고 실내 성능평가가 가능한 딸기모형벤치를 구성하였으며, 성능평가를 실시하여 현장 적용성을 검토하였다. 이동형 딸기 수확용 로봇시스템은 벤치 간 설치된 레일 위 자율주행이 가능한 구동부와 좌, 우 벤치의 딸기 수확이 가능한 수확부로 구성되었으며, 수확부의 경우 딸기 위치 인식을 위한 CCD 카메라 및 레이저 센서와 3축 제어를 위한 모터 시스템으로 제작되어 었다. 영상처리는 이미지 필터링을 통해 노이즈를 제거한 후 완숙딸기의 HSV 히스토그램 분석을 통해 색상 영역을 검출하여 이치화(thresholding)를 수행되며, 자동 수확은 영상 획득, 이미지 프로세싱 및 딸기 영역 검출, 모터 시스템 제어를 통한 앤드이펙터 위치 제어, 딸기 수확 및 적재 순으로 제어되었다. 제어 결과 직선방향 축 이동은 약 300 mm/sec, 회전방향 축 이동은 약 180°/sec의 속도로 목표점으로 제어되었으며, 로봇시스템은 약 7 s/S의 속도로 자동 딸기 수확이 가능하였다. 본 시스템의 성능평가 결과 밴치 재배용 딸기의 인식 및 자동 수확이 안정적으로 가능하였으며, 향후 현장 시설 적용을 위해서는 기계학습 알고리즘 등의 적용을 통해 차폐 보정과 적재부 개선을 통한 실용성 향상이 필요할 것으로 판단된다.

폐쇄형 식물공장내 태양광 파이버를 이용한 상추 재배효과

이상규(Sanggyu Lee),이재수(Jaesu Lee),원진호(Jinho Won) (사)한국생물환경조절학회 2020 생물환경조절학회지 Vol.29 No.2

본 연구는 태양광 기반으로 인공광 병렬 광공급 시스템을 개발하고 상추 재배효과를 구명하기 위하여 수행하였다. 태양광 기반으로 인공광원을 공급하는 장치는 광원 공급부, 전원공급부, 시스템 계측 및 제어부로 구성하였다. 광원공급부는 태양광 전송장치(광파이버)와 LED 램프(인공광)로 구성하였고, 태양광 전송장치는 광 전송률이 우수한 석영재질의 광섬유(Optical fiber)로 제작되었으며, 인공광은 LED 중 White 램프를 사용하였다. 전원 공급부는 누전 차단기, SMPS, LED 제어기 및 릴레이로 구성하였다. 시스템계측 및 제어부는 터치스크린과 지그비(ZigBee) 통신모듈, 광량센서로 구성하였다. 구성한 장치의 성능시험 결과 광량센서로 측정된 강도가 200μmol·m<SUP>-2</SUP>·s<SUP>-1</SUP> 이하가 되면 자동적으로 LED 램프가 작동되어 보광하는 것을 확인하였다. 또한 본 장치를 활용하여 상추를 재배한 결과, 엽장, 뿌리길이, 엽록소 함량 및 지하부 생 체중이 LED 처리보다 큰 것으로 나타났다. 따라서 본 장치는 화석연료 고갈 등으로 전기 사용에 제한이 올 때 폐쇄형 식물공장 같은 시설에서 작물을 재배할 수 있을 것으로 판단된다. This study was conducted to the improvement of solar light-based artificial light supply system and effect of lettuce cultivation. The artificial light supply system was consisted of units such as light source, power, system measurement and controller. The light source supply was composed of a solar transmitter and an LED lamp. The power supply consisted of an leakage breaker, SMPS, LED controller and relay. The solar transmitter was made of a quartz optical fiber with optimal light transmission. Artificial light used white lamp among LEDs. System measurement and control consisted of touch screen, Zigbee communication module and light quantity sensor. The results of test confirmed that the LED light is automatically activated when the intensity measured by the light intensity sensor is 200 μmolm<SUP>-2</SUP>s<SUP>-1</SUP> or less. Moreover, the leaf length, root length, chlorophyll content and root fresh weight of optical fiber treatment was hight than LED lamp treatment. Therefore, it can be inferred that the energy-saving solar light collector device can be effective in the indoor lettuce production. However, the use of LED lamp is also recommended to assure the availability of sufficient sunlight in cloudy and rainy days.

태양광 집광장치의 광 특성분석 및 유묘기 상추의 생장에 미치는 영향

이상규 ( Sanggyu Lee ),이재수 ( Jaesu Lee ),원진호 ( Jinho Won ) 한국환경과학회 2019 한국환경과학회지 Vol.28 No.11

The aim of this study was to analyze the light traits in a solar light-collector device and its effects on lettuce growth at an early growth stage. The three hyper parameters used were the reflector diameter (2 cm and 4 cm), coating inside the reflector (chrome-coated, non-coated) and distance from the light fiber (15 cm and 20 cm). The results showed that light efficiency, which is the ratio of light intensity inside the fiber to the solar intensity, improved by 41.1 % when using a 2 cm diameter chrome-coated reflector at a distance of 15 cm from the light fiber; whereas it only improved by 20.6% when a non-coated reflector was used. As the reflector size was increased to 4 cm, the light efficiency for the coated and non-coated reflectors increased by 28.5 % and 26.4 %, respectively, hence, no significant difference was observed. When the light fiber was placed at a distance of 20 cm, the increase in light efficiency with coating treatment was 8 % higher than without coating treatment. We also compared the efficiency of light-fiber treatment with that of LED treatment in our lettuce nursery, and observed that the plants exhibited better growth with light-fiber treatment. We observed an average increase of 1.7 cm in leaf height, 7 cm2/plant increase in leaf area, and 32 mm increase in root length upon light-fiber treatment as opposed to those observed with LED treatment. These findings indicate that the collector light-fiber is economically feasible and it improves lettuce growth compared with the LED treatment.

복합 환경 정보 및 영상 데이터 기반 병풀 수경재배 효과 분석

김태현 ( Taehyun Kim ),이재수 ( Jaesu Lee ),백정현 ( Junghyun Baek ),임동혁 ( Donghyuk Lim ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.1

본 연구에서는 기 구축 된 자연광 및 인공광 혼합 3단 담액식 수경재배 모니터링 시스템을 활용하여 환경 및 영상 데이터를 수집하여 결과를 분석하였다. 본 연구에서는 6-10월이 재배적기인 기존 병풀 토경 재배를 수경 재배로 전환하면서 냉난방 온도와 습도 조절을 통해 재배 적기를 연중으로 확대하고 기존 방식과 달리 환경 분석이 용이하도록 양액과 재배 작물 위치에 근접하게 환경 센서와 영상 수집 카메라를 설치하고 환경이 병풀 재배에 미치는 요건을 분석하기 위해 6개월 이상 데이터를 수집하였다. 본 연구에 구축한 다단 수경 재배 시스템 모니터링을 위해 재배대 인공광(LED, 형광) 위치 별로 광량 측정, 양액 EC, pH, 온도, 습도, 근접 영상, CCTV를 구축하고 재배 환경을 지속적으로 모니터링 하였다. 온습도 센서는 다단 베드 높이 별로 2개 씩 총 6개를 설치하여 위치 및 높낮이 별로 센서를 비교할 수 있도록 설치했으며, 광량 센서의 경우, 초기에는 비교를 위해 1단(자연광) 2단(LED), 3단(형광) 재배대 별 2개, 총 6개를 광량 비교 분석할 수 있도록 구축하였다. 이후 실험 시작 1개월 경과 시료 재배 상태를 확인해 본 결과 자연광만 활용하는 3단의 병풀 재배 상태가 균일하지 않고 한여름의 일사량 증가로 인해 내부 온도가 일정하게 유지되기 힘든 부분이 있어 초기에는 한낮에 차광막으로 조절하다가 한여름에는 차광막을 유지한 상태에서 식물공장 수준으로 환경을 통제하여 실험하기로 하고 LED와 형광등 재배대를 비교하는 것으로 한정하였다. 6군데의 재배대 광량은 약간의 편차가 있지만 약 6700~7000 Lux(90~95μmol/m-2/s-1) 사이에서 분포하며, 온도는 평균 야간 15도, 주간 25도 사이, 습도는 평균 60% 정도로 일정하게 유지 됐다. 같은 기간 수집 된 병풀 영상 데이터를 활용하여 형광과 LED 재배대의 작물 상태를 비교 해본 결과 형광등이 LED에 비해 엽색이 좋으며 엽폭이 넓고 생장이 좋게 나타나며 동일한 광 조건일 때는 병풀의 뿌리가 담액에 잠긴 부분이 3~4cm 이내로 얕게 유지 된 경우, 생장 속도가 빠르고 엽 상태가 좋은 것으로 나타났다. 추후 병풀 뿌리부 깊이 및 인공광 세기 별 대조군 시험을 통해 병풀 생장에 미치는 영향을 규명할 예정이다.