본 연구에서는 DGPS와 칼라 CCD 카메라를 이용한 잡초의 검출을 위한 영상처리 시스템과 분무시스템을 개발하고 통합하여 정밀 방제 시스템을 개발하였다. 방제 요구부위에 실제 정밀한 살포를 위해 펌프, 노즐 및 레귤레이터로 구성된 장치를 구성하고 컨트롤러를 제작 통합하여 분무 시스템을 개발하였다. 개별 노즐별로 ON/OFF에 의한 변량 살포가 가능하도록 각 노즐별로 레귤레이터를 장착하였다. 정밀 방제용 이동식 차량을 제작하고 노즐별로 ON-OFF 제어가 가능한 살포장치를 부착하였으며, 알고리즘을 통합하여 정밀방제 시스템을 개발하였다. 개발한 시스템은 영상 획득 $\longrightarrow$ DGPS 좌표 획득 $\longrightarrow$ 자이로 컴파스 데이터 획득 $\longrightarrow$ 데이터베이스로부터 작물의 위치정보 획득 $\longrightarrow$ 영상처리를 이용한 방제요구부위 검출 $\longrightarrow$ 노즐별 개별 방제 작업이 순서적으로 반복해서 진행되었다. 완성된 시스템의 성능 및 안정성을 평가하기 위해서 서울대학교 부속 과수원에서 무를 대상으로 개발된 시스템을 검증하였다. 개발된 시스템은 RS-232C 통신을 이용하여 데이터의 전송을 수행할 수 있었으며, 순차적인 진행이 가능하도록 통합 프로그램을 제작하였으며, 검증 결과 정밀방제의 가능성을 보였다.
현 방제작업의 노동집약적, 비효율적, 작업기피성 등을 고려할 때, 농산물의 경제적 생산을 위한 소형무인 항공방제기술을 개발하여 효율적이며 안정된 생산과 농업종사자의 작업환경을 개선하고 생력화함으로써 품질 및 가격에서 경쟁력을 갖출 수 있다. 연구에서 고찰한 내용을 요약하면 다음과 같다. \circled1 노동강도가 큰 수도작의 발제작업 및 적기성에 있어서 항공방제기술의 도입이 절실하다. \circled2 소형헬기의 작업능률은 30-50 ㏊/day로 소규모 지역에서 효율적으로 수행할 수 있다. \circled3 ULV (ultra low volume) 항공방제용 등록약제의 실적용이 가능하다. \circled4 일본의 경우 무인헬기를 이용한 방제 연면적은 44만 ㏊에 이르고 점차 증가하고 있다. \circled5 적기방제, 소규모 정밀방제, 환경과 소음 대책이 타 방법에 비하여 양호하다. \circled6 무인헬기를 이용한 방제작업은 작업자의 노동강도를 현저히 줄일 수 있다. \circled7 농업항공협회 등 안전운용체계를 확립하여 소형헬기의 안전한 운용을 추구해야한다. 현재 일부 방제 및 파종에 사용되는 유인헬기가 외국으로부터 도입되어 일부 사용되고 있으나 상기의 이유로 무인으로 작업이 가능한 소형 헬기의 개발이 절실한 실정이며 특히 항법시스템은 국가 간 기술적으로 폐쇄성이 강한 분야로 독자개발이 필요하다. 소형 무인 헬기의 농업이외의 적용 분야는 많으며 상업용 촬영, 군경용 감시 및 레저용 등으로 그 경제/산업적 파급 효과는 크다 하겠다.
최근 정밀농업기술의 중요성이 인식되면서 점살포, 직접살포, 또는 방제목표물의 크기에 따른 분무량 조절 등의 기술이 개발되고 있으나 모든 기술이 분무량 조절에만 치중되어 있다. 일반적인 수압식 노즐의 경우에 분무압을 이용하여 분무량을 제어하면 분무입자의 크기가 적정 이외의 크기로 살포되어 효율적인 방제효과를 얻기가 어렵다. 하나의 제어인자 즉 분무압만을 이용하여 두 가지의 특성 즉 분무량과 분무입자의 크기를 조절하는 것은 이론적으로 불가능하다 정밀방제에 있어 분무입경과 분무량을 독립적으로 조절할 수 있으려면 두 가지 제어인자를 가진 노즐을 이용해야만 가능하며 이러한 범주에 속하는 노즐로는 원심노즐과 이류체노즐, 정전화노즐 등이 있다. (중략)
최근 4차 산업에 대한 관심으로 농업 분야의 벼농사에서 농민의 방제에 대한 요구수준이 증가하고 농업용 방제 드론의 관심과 활용이 증가하고 있다. 따라서 고농도의 농약을 살포하는 농업용 방제 드론 제품의 다양화와 드론 국가자격증 취득으로 인한 방제사의 증가로 인하여 드론 산업 분야에서 농업 분야가 급성장하고 있다. 세부 사업으로 농약 관리, 방제사 관리, 정밀살포, 방제 작업 물량 분류, 정산, 토양관리, 병충해 예찰 및 감시 등으로 방대한 빅데이터를 구축하고 데이터를 처리하기 위한 효과적인 플랫폼을 요구하고 있다. 그러나 데이터 분석알고리즘, 영상 분석 알고리즘, 생육 관리 알고리즘, AI 알고리즘 등 이를 통합하고 빅데이터를 처리하기 위한 모델과 프로그램 개발에 대한 국내외 연구는 미흡한 실정이다. 본 논문에서는 농업 분야에서의 관리자와 농민 요구도를 만족하고 드론을 활용한 농업용 드론방제 프로세서를 기반으로 정밀 AI 방제를 실현화시키기 위하여 온라인 드론 방제 관리 정보 플랫폼을 제안하고 실증 실험을 통하여 종합 관리 시스템 개발의 토대를 제시하였다.
본 연구에서는 변량방제기술을 적용한 농용 회전익기를 이용하여 살포한 입자의 구간비행 상태에서의 거리별 살포 패턴을 측정함으로써 무인 항공방제의 농약 부착률과 입자경의 분포 균일도를 평가하였다. 비행을 등속으로 유지하는 안내비행과 자동비행 모드에서 유효살포폭 3.6m로 인접비행 구간과 살포폭이 일부 중첩된 피복률에 대한 가로방향 분포의 변이계수는 30% 정도를 보였고, 비행방향 진로위치에 대한 피복률의 변이계수는 10% 미만으로 매우 균등한 것으로 평가되었다. 따라서 살포작업시 기체의 지면속도(ground speed)의 변이를 보상하는 변량살포기술은 균일도 측면에서 우수한 것으로 판명되었으며, 또한 입자경의 분포에 있어서 체적중위직경(VMD)과 개체중위직경(NMD) 모두 항공방제에 적절한 크기와 균일한 분포를 보였다. 따라서 농용 회전익기를 이용하여 소필지의 항공방제작업을 무인화 하는데 있어, 변량방제장치를 적용함으로써 소규모 필지의 균일 정밀방제를 도모하고자 하였다.
방제 작업은 병해충을 줄여 농산물의 품질과 생산량을 높이기 위한 필수 작업이다. 하지만 방제 작업은 고온 다습한 환경에서 작업하여 고된 작업 강도와 농민의 농약 중독 문제, 고령화 여성화로 인한 농가 일손 부족 문제로 농촌에서는 기피하고 있는 작업 중 하나이다. 이러한 점을 보완하기 위해 동력 살포기와 같은 기계를 이용하여 살포 작업을 실시하고 있으며, 스피드 스프레이어의 경우 2015년 기준 2,073 대가 농가에 공급되어졌다. 스피드 스프레이어를 사용하는 농가는 점차 증가하고 있으나, 현재 스피드 스프레이어의 살포 방식의 경우 농약을 다량 살포함으로써, 농약의 낭비, 환경오염의 문제점이 나타나고 있다. 이러한 점을 보완하기 위해 최근에는 방제 작업의 방식이 붐을 이용한 방제 작업으로 바뀌어가고 있는 추세이다. 붐 방제기의 경우 붐에 노즐을 배치하여 작물에 근접한 위치에서 농약을 정밀 살포하며, 스피드 스프레이어와 다르게 농약의 낭비를 줄일 수 있으며, 농약의 살포량을 제어하기 쉬운 장점이 있다. 본 연구에서는 기존의 트랙터 부착형 붐 방제기가 아닌 스피드 스프레이어를 개선한 붐식 스피드 스프레이어를 개발하기 위하여 현재 사용되고 있는 붐 방제기의 연구 동향 및 제품을 소개하고 개발에 필요한 기초 자료로 활용하고자 한다. 기존의 붐 방제기는 트랙터에 부착하는 형태로 개발되어졌으며 트랙터의 부착위치에 따라 전륜, 후륜형으로 나뉘고, 작물의 크기에 따라서 붐의 높이 및 붐의 각도를 조절하는 구조로 제작하여 사용되고 있다.
최근 4차 산업시대를 맞이하여 농업 분야에서 관련 핵심기술의 활용으로 스마트 농업 시대가 진행되고 있다. 대표적인 예로 병해충 방제를 위한 드론의 활용이 증가하고 농업 분야에서의 활용이 증가하고 있으며 기존 방제방식은 고령화를 대체하여 변화하고 있으나 농업 방제용 드론의 증가로 방제 관리의 중요성이 증대되고 있다. 본 연구에서는 방제 작업자의 작업지시의 비표준화, 방제면적 할당 및 방제 정착 등으로 인해 다양한 민원이 발생하고 있다. 본 연구에서는 드론 방제관리자의 입장에서 발생하는 다양한 업무를 전산화하여 관리할 수 있도록 전산화하여 민원을 해결하고자 한다. 이를 통해 방제면적을 대면적으로 관리하고 방제 관리시스템 발전을 위한 기초자료로 활용하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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