전체상품목록 바로가기

본문 바로가기

 

현재 위치

  1. 고객지원센터
  2. 공지사항

공지사항

공지사항입니다.

게시판 상세
제목 [농업기술] 미리 보는 꿈의 스마트팜 - 시설하우스
작성자 비비코 (ip:)
  • 작성일 2019-10-18 17:57:25
  • 추천 추천하기
  • 조회수 19
평점 0점

미리 보는 꿈의 스마트팜 - 시설하우스

  국내 스마트팜 기술이 진화에 진화를 거듭하고 있습니다. 단순히 원격으로 시설하우스의 각종 장비를 조종하던 시대는 이미 지났습니다. 이제는 최고의 품질과 생산량을 낼 수 있는 모델에 맞춰 온실 환경을 자동으로 제어하는 스마트팜을 향해 연구가 한창 이뤄지고 있습니다. 소개하는 기술들은 당장 상용화하기에는 보완이 필요하지만, 언젠가는 농촌현장에서 활용될 스마트팜 기술임은 분명합니다.
  농촌진흥청 국립농업과학원 에너지환경공학과·스마트팜개발과, 국립원예특작과학원 시설원예연구소의 협조를 얻어 이미 국내에서 개발된 기술과 연구가 꾸준히 진행 중인 최첨단 기술을 한데 모아 가상의 시설하우스를 그려보았습니다.

환경정보와 생육정보 결합해 토마토 ‘쑥쑥’

  • 10,000㎡ 규모의 연동형 온실에서 토마토 '데프니스'를 양액재배하는 최첨단씨. 그는 8월 중순에 토마토를 아주심기하여 10월 중순 첫 수확에 들어가 이듬해 6월 중순까지 수확을 이어갑니다.
  • 온실 곳곳에 달린 센서와 각종 장비들은 최첨단씨의 개입 없이도 24시간 가동되면서 작물에 최적의 환경을 제공합니다. 온실 외부엔 기온·풍향 등을 측정하는 기상센서, 내부엔 온습도·이산화탄소센서와 일사계(태양복사에너지를 측정하는 기구), 토양에는 지온·지습·산도 등 환경변화를 측정하는 각종 장치가 설치되어 있습니다. 이 장비들의 측정값이 생육모델이 제시한 수치에 미치지 못하면 냉난방기·천측창·환기팬·보온다겹커튼 등이 자동으로 작동하여 최적값을 유지하도록 제어합니다.

클라우드 기반 한국형 스마트온실 2세대 기술 개요 : 센서노드에서 온,습도 센서와 풍향,풍속과 강우센서와 일사량/ 센서노드에서 온.습도 센서. CO2센서. 토양온도. 토양 습도.토양 EC. / 센서노드에서 스마트링크를 거쳐 제어노드를 거쳐 전동 개폐기. 보온 커튼. 양역 공급기. 배기팬,환기팬, 냉.난방기에서 재배환경 자동제어(재배패턴 분석, 진단, 유사작목 선도농가 재배패턴 제시) / 외부카메라와 내부카메라와 CCTV로 (장치제어,생장,침입,영상정보) 영상정보를 클라우드서비스에 보내고 인공지능,농업S.W/DB관리/분석 서비스를 농민에게 제공. 스마트링크에서도 센서정보를 클라우드서비스에 보내 농민에게 제공/작물의 질병과 여양ㅇ정보를 클랄우드서비스에 보내 농민에게 제공/날씨정보와 재배이력,병해충DB,작물DB를 클라우드서비스에 보내 농민에게 제공/방제,비료.관수를 클라우드서비스에 보내 농민에게 제공[클라우드 기반 한국형 스마트온실 2세대 기술 개요]

  • 토마토는 3.3㎡당 최대 156㎏을 생산해 낼 수 있는 생육모델이 개발되어 있습니다. 생육모델은 시기별 근권부 온도나 양액 횟수, 대기 온도 등 작물생장에 최적의 환경을 제공합니다. 이 모델은 토마토 선도농가들의 정보를 바탕으로 만들어진 것이라 최첨단씨는 의심 없이 모델을 따르고 있습니다.

토마토 생산성 향상 모델:높은 생산량을 위한 최적 환경 설정:생육초기에는 일사량: 1,356~1,506/내부온도는 25.3~26.6/상대습도는 88.5~94.0/잔존Co2는 444~505/관수횟수는 15~18/1회공급량은 74~89/염류농도는 2.24~2.52/pH농도는 5.58~5.73, 농업인은 스마트팜 빅데이터를 활용합니다. 중기(9~10월) 일사량은 1,299~1,392/중기(11~12월)일사량은 956~1074, 중기(1~2월)일사량은 832~895/ 중기(3~6월)일사량은 1,391~1,583/생육말기 일사량은 1,872~2,026/내부온도: 25.3~26.1/17.4~18.1/18.5~19.3/19.5~20.2/상대습도:89.9~93.3/85.5~88.1/85.9~88.6/80.1~82.3/83.3~87.2/잔존Co2:474~522/354~399/373~401/501~583/376~395/관수횟수:17~19/6~8/4~6/18~22/16~19/1회공급량:68~76/87~99/90~97/70~78/71~76/염류농도:2.28~2.35/2.54~2.71/2.60~2.69/2.56~2.67/2.42~2.52/5.59~5.74/5.68~5.97/5.77~5.91/5.93~6.13/5.78~6.02 *생육단계별 최적 설정시 162Kg/3.3제곱미터 수확 가능(우수농가 평균: 101Kg/3.3제곱미터)
토마토 생산성 향상 모델:적정 생육을 위한 최적 환경 설정(예: 생육중기(11~12월)): 생육상태(범위): 생산량:4.1는 생장길이 21.8. 줄기굵기는 10.2/화방ㄴ옾이는 19.,4/ 생산량 2.9에 생장길이 20.9/줠기굵기 10.9/화방높이 21.4/ 생산량 1.8에 생장길이 16.6/줄기굵기 10.0/화방높이 17.3. 생산량 0.9에 생장길이 16.3/줄기굵기 9.0/화방높이 14.9/ 적정 생육관리를 위한 환경 설정(일사량 기준: 872~993J/cm2). 내부온도 19.9, 17.3, 17.5, 17.6/ 주간온도 20.8, 20.3, 20.0, 20.1 20.2/ 야간온도 15.9/15.3/15.2/15.8/15.8/ 습도 83.7/84.0/79.8/83.7/88.0/염류농도 3.3/2.6/2.6/2.9/2.5/ 공급 3.7/5.5/5.8/5.4/5.9/1일 관수횟수는 11/10/9/9/9/ 1회 물공급량은 76/64/73/78/77/  생장길이와 줄기굵기가 높을수록 내부온도도 높아지고 1인 관수횟수가 높아집니다/ 화방높이가 낮을수록 주간온도가 올라가고 1회 물공급량과 염류농도가 높아집니다.[토마토 생산성 향상 모델]

  • 이 같은 환경정보가 스마트팜 가동의 기반이 되는 한 축이라면 다른 한 축은 작물의 생육정보입니다. 보다 정확한 작물생육 상태를 파악하기 위하여 온실에선 작물의 생육상태를 측정할 수 있는 고정식·이동식 카메라가 주기적으로 작물을 촬영해 생육상태를 분석하는 연구를 수행하고 있습니다. 고정식 카메라는 동일 작물을 계속 관찰하고, 이동식 카메라는 온실 바닥에 깔린 튜브 레일을 따라 움직이면서 영상을 찍는 원리입니다. 각 카메라는 다시 온도를 측정하는 열화상 카메라, 거리정보를 감지하는 뎁스(Depth) 카메라, 색을 구분하는 RGB 카메라 등 3종으로 구성돼 있습니다. 카메라들이 찍은 영상은 작물생육시스템에 입력되는데, 작물생육시스템은 작물의 잎 크기와 폭, 화방수와 화방 한 개당 꽃의 수 등을 분석합니다. 이 연구가 완료되면 작물이 이전 시기와 비교해 얼마나 자랐고 또 앞으로 얼마나 자랄지를 예측할 수 있습니다. 작물의 생장이 부진하다는 분석 결과가 나오면 ‘배양액 주입량을 늘려라’와 같은 처방도 가능해집니다.

인공지능 기반 영상정보 활용 생육정보 계측 시스템[인공지능 기반 영상정보 활용 생육정보 계측 시스템]

  • 최첨단씨는 이러한 시설에다 최근 환경제어를 보다 완벽하게 하기 위해 2,479㎡당 한대씩 ‘식물 지상부 생리 측정장치’를 달았습니다. 관수량을 더 정밀하게 맞추기 위해서입니다. 토마토 줄기 꼭대기 부분에 다는 이 장치는 작물의 생장점 근처에서 잎의 온도와 온실 내부 온습도·광량 등을 측정해 식물의 실제 증·발산량을 계산합니다. 엽온과 환경온도의 차이가 평소보다 크면 증·발산량도 그만큼 늘어났다는 뜻이기 때문에 관수량을 늘릴 것을 명령합니다. 예전에는 일사계가 측정하는 누적 일사량으로만 관수량을 결정했었습니다.

여름 더위는 겨울 난방에, 겨울 추위는 여름 냉방에

  • 한때 땀이 뻘뻘 흐르는 무더운 여름은 최첨단씨에겐 다른 계절보다 마음이 가벼운 시기였습니다. 야간온도가 15℃ 이상으로 유지되면서 난방이 필요하지 않았기 때문입니다. 하지만 지구온난화로 그마저도 이젠 옛일이 돼버렸습니다. 여름철 폭염이 극심해지면서 겨울철 난방 못지않게 여름에도 냉방이 필요해졌기 때문입니다. 유류나 전기를 에너지원으로 하는 보일러로 냉방을 할 수는 있지만 무시무시한 비용이 발목을 잡기에, 그는 타개책으로 ‘계절간 축열 온실 냉난방시스템’을 도입했습니다.

하절기 운전: 온실에서 축염조에서 히트펌프에서 지상부에서 지하부로가면 20도씨./ 냉수정에서 10도씨에서 (층적대수층 축염)에서 온수정에서 히트펌프에서 축염조에서 온실로.하절기 운전

동절기 운전: 온실에서 축염조에서 히트펌프에서 냉수정 10도씨로.(충적대수층 축냉). 지하부와 지상부에서 히트펌프에서 축염조에서 온실로.동절기 운전

[계절간 축열 이용 냉난방시스템]
  • 이 시스템은 여름철 더위를 겨울 난방에 사용하고, 겨울철 추위를 여름 냉방에 사용하는 원리입니다. 히트펌프를 기반으로 하지만 지중 열교환기 대신 20~30m의 관정만 있으면 돼 설치비를 절약할 수 있습니다. 히트펌프를 가동하면 나오는 냉열과 온열을 지하수층에 저장해두고 필요할 때 냉온 관수정으로 뽑아 올려 시설의 온도를 조절하는 데 씁니다. 다만 땅속에 열을 저장할 수 있는 저장조를 마련하려면 자갈이 가득한 ‘충적대수층’이 온실 지하에 위치해야 합니다. 최첨단씨 농장은 다행히 이 조건에 부합했습니다.

스마트트랩으로 해충 구별, 사진 찍어 병해 판독

  • 최첨단씨는 가끔 문자 메시지로 병해충 경보문자를 받습니다. 온실 10a당 한대씩 설치한 ‘스마트트랩’에서 발송된 것입니다. 시설하우스는 노지보다는 병해충 발생이 적지만, 그렇다고 해도 병해충의 공격으로부터 완전히 자유로울 수는 없습니다. 천측창을 여닫는 과정에서 몸집이 작은 해충이 유입될 수 있어서 입니다.
  • 해충 자동예찰 스마트트랩[해충 자동예찰 스마트트랩]

    사각형 모양인 스마트트랩의 네 귀퉁이에는 왕담배나방·담배거세미나방·파밤나방·흰뒷날개나방 등 4개 해충을 유인할 수 있는 성페로몬이 담겨 있습니다. 수컷은 이 성페로몬이, 암컷은 페로몬보다 위쪽에 달린 광(光)이 유인합니다. 이 트랩에 걸린 나방은 상단부에 설치된 카메라에 찍혀 개체수와 종이 분석됩니다. 이 트랩에 잡힌 나방이 1주일에 8마리 이상일 때 경보문자가 전송됩니다. 어떤 종류의 해충이 많이 발생했는지, 해당 해충에 등록된 약제는 무엇인지도 바로 알 수 있습니다.
  • 최첨단씨가 발품을 파는 일이라곤 병해의 발생여부를 확인하기 위해 하루 한두번 온실을 둘러보는 것뿐입니다. 이상증상이 나타난 작물이 보이면 사진을 찍어 바로 병 판독을 해주는 웹에 사진을 올립니다. 그러면 실시간으로 사진 속 토마토가 어떤 병에 걸렸는지 알 수 있습니다. 토마토에 자주 발생하는 흰가루병·잿빛곰팡이병 등의 병징을 학습한 인공지능이 감염률을 보여주는 방식입니다. 만약 인공지능이 학습한 병징이 아닌 새로운 병이면 전문가에게 문의하라는 메시지가 뜹니다.

인공지능 기반 토마토 병해 진단분석 시스템: 원본이미지에서 작업선택한 후 진단이미지가 나오고 작목별병해충 정보가 나옵니다(대상작물., 목/과명, 속명, 상태정보 등)[인공지능 기반 토마토 병해 진단분석 시스템]

노지 스마트팜에는 어떤 기술이 어떻게 적용되고 있을까?

  • 물론 1세대를 거쳐 2세대로 진입한 스마트팜 온실과 비교하면 다소 늦은 출발입니다. 노지는 외부환경에 그대로 노출된 특성 탓에 작물생육에 최적의 환경을 조성해준다는 스마트팜 개념을 적용하기가 까다롭다고 여겨져 왔습니다.
  • 하지만 농촌진흥청은 지난해 ‘노지 스마트팜 모델개발사업’을 시작하면서 노지 스마트팜의 가능성을 제시했습니다. 노지 스마트팜 대상작물은 지난해 5개 작물(무·배추·마늘·양파·고추)에서 올해는 모든 노지작물로 확대했습니다.
  • 현재 노지 스마트팜 기술은 농작업 자동화를 통한 노동력 절감을 목표로 하고 있습니다. 오이, 블루베리, 사과, 복숭아 등의 과채류에 적용된 스마트 관개시스템이 대표적인 예입니다. 이 시스템은 농장에 설치된 토양수분센서와 온습도·풍향·풍속 등을 감지하는 기상센서, 엽온과 같은 작물생체정보 수집센서 등의 측정값에 따라 스프링클러, 점적관수시설 등을 자동으로 가동시킵니다. 예컨대 토양수분 함유량이 농가가 설정한 값 밑으로 떨어지거나, 작물이 받는 수분 스트레스가 높을 경우 스프링클러에서 자동으로 물이 뿌려집니다. 농장주는 현장에 가지 않고도 스마트폰으로 시스템에 접속해 내 농장의 토양정보를 실시간으로 확인할 수 있고, 관수장비가 제대로 가동되는지를 실시간 확인 및 제어할 수 있습니다.

데이터 수집부[데이터 수집부]

관개시스템 제어부[관개시스템 제어부]

원격 모니터링 및 제어[원격 모니터링 및 제어]

  • 1㏊ 규모로 양파·콩을 재배하는 이승남씨(68·전남 무안)는 지난해 자동관수시스템을 설치했습니다. 이씨는 “농장에는 스프링클러가 100개가량 설치돼 있는데, 이 시스템을 도입하기 전에는 밭에 나가 일일이 스프링클러 밸브를 열고 일정 시간이 지나면 다시 닫아야 해 번거로웠다”며 “지금은 스마트폰으로도 간단히 스프링클러 밸브를 조절할 수 있어 농사일이 훨씬 편해졌다”고 말했습니다.
첨부파일
비밀번호 수정 및 삭제하려면 비밀번호를 입력하세요.
관리자게시 게시안함 스팸신고 스팸해제
목록 삭제 수정 답변
댓글 수정

비밀번호 :

수정 취소

/ byte

비밀번호 : 확인 취소