• Journal of agriculture & life science
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• v.53 no.4
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• pp.113-124
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• 2019

In this study, the operational characteristics of a cam-type vegetable transplanter which usually used in domestic was analyzed and operating mechanism of a transplanting device was analyzed. The main components and power path of the transplanter were analyzed. The maximum and minimum control cycles according to the moving speed and the plant spacing were analyzed. 3D modeling and simulation were performed to derive the trajectory of the bottom end of the transplanting hopper and the plant spacing at the each operating condition. The simulation results were verified by the field tests. As main findings of this study, the transplanting device has one degree of freedom (DOF) which consist of 13 links, 17 rotating joints and 1 half joint, and each part has composite structure with cam and links. By continuous and repetitive motion of the structures of transplanting device, the transplanting hopper plants the seedling in the ground with a vertical direction, and the seedling was planted stably. The power is transmitted to the driving part and transplanting device from the engine, and the maximum and minimum plant spacing of the transplanting device were about 900 mm and 350 mm, respectively.

• Proceedings of the Korean Society for Agricultural Machinery Conference
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• 2017.04a
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• pp.168-168
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• 2017

ICT 융합 스마트팜 내의 환경계측 센서, 영상 및 사양관리 시스템의 증가에도 불구하고 이들 장비에서 확보되는 데이터를 적절히 유효하게 활용하는 기술이 미흡한 실정이다. 돈사의 경우 가축의 복지수준, 성장 변화를 실시간으로 모니터링 및 예측할 수 있는 데이터 분석 및 모델링 기술 확보가 필요하다. 이를 위해선 가축의 생리적 변화 및 행동적 변화를 조기에 감지하고 가축의 복지수준을 실시간으로 감시하고 분석 및 예측 기술이 필요한데 이를 위한 대표적인 정보 통신 공학적 접근법 중에 하나가 Data mining 이다. Data mining에 대한 연구 수행에 필요한 다양한 소프트웨어 중에서 Open source로 제공이 되는 4가지 도구를 비교 분석하였다. 스마트 돈사 내에서 열환경 모델링을 목표로 한 데이터 분석에서 고려해야할 요인으로 데이터 분석 알고리즘 도출 시간, 시각화 기능, 타 라이브러리와 연계 기능 등을 중점 적으로 분석하였다. 선정된 4가지 분석 도구는 1) R(https://cran.r-project.org), 2) OpenCV(http://opencv.org), 3) OpenNN (http://www.opennn.net), 4) Orange(http://orange.biolab.si) 이다. 비교 분석을 수행한 운영체제는 Linux-Ubuntu 16.04.4 LTS(X64)이며, CPU의 클럭속도는 3.6 Ghz, 메모리는 64 Gb를 설치하였다. 개발언어 측면에서 살펴보면 1) R 스크립트, 2) C/C++, Python, Java, 3) C++, 4) C/C++, Python, Cython을 지원하여 C/C++ 언어와 Python 개발 언어가 상대적으로 유리하였다. 데이터 분석 알고리즘의 경우 소스코드 범위에서 라이브러리를 제공하는 경우 Cross-Platform 개발이 가능하여 여러 운영체제에서 개발한 결과를 별도의 Porting 과정을 거치지 않고 사용할 수 있었다. 빌트인 라이브러리 경우 순서대로 R 의 경우 가장 많은 수의 Data mining 알고리즘을 제공하고 있다. 이는 R 운영 환경 자체가 개방형으로 되어 있어 온라인에서 추가되는 새로운 라이브러리를 클라우드를 통하여 공유하기 때문인 것으로 판단되었다. OpenCV의 경우 영상 처리에 강점이 있었으며, OpenNN은 신경망학습과 관련된 라이브러리를 소스코드 레벨에서 공개한 것이 강점이라 할 수 있다. Orage의 경우 라이브러리 집합을 제공하는 것에 중점을 둔 다른 패키지와 달리 시각화 기능 및 망 구성 등 사용자 인터페이스를 통합하여 운영한 것이 강점이라 할 수 있다. 열환경 모델링에 요구되는 시간 복잡도에 대응하기 위한 부가 정보 처리 기술에 대한 연구를 수행하여 스마트팜 열환경 모델링을 실시간으로 구현할 수 있는 방안 연구를 수행할 것이다.

• Proceedings of the Korean Society for Agricultural Machinery Conference
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• 2017.04a
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• pp.167-167
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• 2017

스마트팜 내부의 3차원 공간의 온도, 습도, 기압, 공기질 분석을 통한 돈사 미세 조절 기술에 대한 연구가 진행 중이다. 해당 특성 중에서 기압을 제외한 환경인자들은 돈사 내의 구조 특성상 위치별로, 시간별로 매우 상이한 변이의 형태를 보인다. 일정 시점을 기준으로 계측 지점 이외의 지점에 대한 환경인자들을 공간적으로 추정하는 기술은 대표적으로 컴퓨터 분석 기술에 의존하고 있다. 시간 복잡도가 매우 높은 CFD(Computer Fluid Dynamics) 방식은 정밀도 측면에서 유리하나, 상응하는 제어 기술/하드웨어 등의 부재로 모델링 결과의 활용도가 낮다고 볼 수 있다. 본 연구에서는 CFD를 수행하는 과정에 있어 실질적으로 유효한 단위로 공간 분해능을 낮추고, 동등한 크기의 세부 공간에 대한 모델링을 병렬적으로 수행하기 위한 방안을 연구하였다. 실험적으로 돈사 환경을 3차원으로 구성하기 위하여, 공기 흡입구, 배출구, 기둥, 덕트 요소를 포함시켰다. 실내 공간을 1차적으로 가로, 세로, 높이방향으로 $3{\times}3{\times}3$ 균등 분배한 후 3차원 행렬로 분할하였다. 각 분할된 행렬에 대한 연산 수행을 위하여 현재까지 대중에 공개된 SBC(Single Board Computer) 중 가장 높은 연산 수행 능력이 있는 Odroid-XU4(Hardkernel, AnYang, Korea) 16식을 병렬 클러스터링 기술로 연동하였다. 하나의 AP당 8개의 코어가 내장되어 있으므로, 총 128개의 코어를 이용하여 동시에 128개의 3D 정방행렬 연산이 가능하도록 구성하였다. 모델링을 위한 수학적 모델로는 실험적으로 Steady turbulent model (Newtonian coefficient)을 이용하였다. 클러스터링을 이용한 병렬 처리의 특성상 균등한 정보량을 동시에 배분해야 하므로 108 ($27{\times}4$)개의 코어를 이용하여 1차적으로 나뉜 공간을 다시 4등분하여 동시에 $12{\times}12{\times}12$에 해당하는 공간 분해능에 대한 처리를 동시에 수행할 수 있도록 하였다. 2단계에 걸쳐 분할한 공간 세그먼트에 대한 클러스터링 연산 수행 결과 초당 15회 정도의 연산을 수행할 수 있었으며, 시간 분해능을 100으로 설정한 경우 약 5초가 수행되었다. 선행적으로 수행하였던 CFD 모델링 (OpenFOAM)과 비교하였을 때 상대적으로 정밀도가 낮은 3차원 모델링 결과를 얻을 수 있었다. 모델링에 소요되는 시간을 비약적으로 경감 시킨 장점을 살려 적정한 공간 분할 기법과 추가로 발생하는 다수의 바운더리 조건을 근사적으로 추정할 수 있는 데이터 마이닝 기술이 보완되어야 할 것이다.

• Proceedings of the Korean Society for Agricultural Machinery Conference
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• 2017.04a
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• pp.171-171
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• 2017

전산유체역학(CFD: Computational Fluid Dynamics)를 이용한 스마트팜 환경 내부의 정밀 제어 연구가 진행 중이다. 시계열 데이터의 난해한 동적 해석을 극복하기위해, 비선형 모델링 기법의 일종인 인공신경망을 이용하는 방안을 고려하였다. 선행 연구를 통하여 환경 데이터의 비선형 모델링을 위한 Tensorflow활용 방법이 하드웨어 가속 기능을 바탕으로 월등한 성능을 보임을 확인하였다. 그럼에도 오프라인 일괄(Offline batch)처리 방식의 한계가 있는 인공신경망 모델링 기법과 현장 보급이 불가능한 고성능 하드웨어 연산 장치에 대한 대안 마련이 필요하다고 판단되었다. CFD 해석을 위한 Solver로 SU2(http://su2.stanford.edu)를 이용하였다. 운영 체제 및 컴파일러는 1) Mac OS X Sierra 10.12.2 Apple LLVM version 8.0.0 (clang-800.0.38), 2) Windows 10 x64: Intel C++ Compiler version 16.0, update 2, 3) Linux (Ubuntu 16.04 x64): g++ 5.4.0, 4) Clustered Linux (Ubuntu 16.04 x32): MPICC 3.3.a2를 선정하였다. 4번째 개발환경인 병렬 시스템의 경우 하드웨어 가속는 OpenCL(https://www.khronos.org/opencl/) 엔진을 이용하고 저전력 ARM 프로세서의 일종인 옥타코어 Samsung Exynos5422 칩을 장착한 ODROID-XU4(Hardkernel, AnYang, Korea) SBC(Single Board Computer)를 32식 병렬 구성하였다. 분산 컴퓨팅을 위한 환경은 Gbit 로컬 네트워크 기반 NFS(Network File System)과 MPICH(http://www.mpich.org/)로 구성하였다. 공간 분해능을 계측 주기보다 작게 분할할 경우 발생하는 미지의 바운더리 정보를 정의하기 위하여 3차원 Kriging Spatial Interpolation Method를 실험적으로 적용하였다. 한편 병렬 시스템 구성이 불가능한 1,2,3번 환경의 경우 내부적으로 이미 존재하는 멀티코어를 활용하고자 OpenMP(http://www.openmp.org/) 라이브러리를 활용하였다. 64비트 병렬 8코어로 동작하는 1,2,3번 운영환경의 경우 32비트 병렬 128코어로 동작하는 환경에 비하여 근소하게 2배 내외로 연산 속도가 빨랐다. 실시간 CFD 수행을 위한 분산 컴퓨팅 기술이 프로세서의 속도 및 운영체제의 정보 분배 능력에 따라 결정된다고 판단할 수 있었다. 이를 검증하기 위하여 4번 개발환경에서 운영체제를 64비트로 개선하여 5번째 환경을 구성하여 검증하였다. 상반되는 결과로 64비트 72코어로 동작하는 분산 컴퓨팅 환경에서 단일 프로세서 기반 멀티 코어(1,2,3번) 환경보다 보다 2.5배 내외 연산속도 향상이 있었다. ARM 프로세서용 64비트 운영체제의 완성도가 낮은 시점에서 추후 성공적인 실시간 CFD 모델링을 위한 지속적인 검토가 필요하다.

• Journal of Biosystems Engineering
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• v.21 no.3
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• pp.283-292
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• 1996

Automatic guidance of farm tractors would improve productivity by reducing operator fatigue and increasing machine performance. To control tractors within $\pm$5cm of the desired path, fuzzy and adaptive steering controllers were developed to evaluate their characteristics and performance. Two input variables were position and yaw errors, and a steering command was fed to tractor model as controller output. Trapezoidal membership functions were used in the fuzzy controller, and a minimum-variance adaptive controller was implemented into the 2-DOF discrete-time input-output model. For unit-step and composite paths, a dynamic tractor simulator was used to test the controllers developed. The results showed that both controllers could control the tractor within $\pm$5cm error from the defined path and the position error of tractor by fuzzy controller was the bigger of the two. Through simulations, the output of self-tuning adaptive controller was relatively smooth, but the fuzzy controller was very sensitive by the change of gain and the shape of membership functions. Contrarily, modeling procedure of the fuzzy controller was simple, but the adaptive controller had very complex procedure of design and showed that control performance was affected greatly by the order of its model.

• Journal of Biosystems Engineering
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• v.39 no.4
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• pp.352-356
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• 2014

Purpose: We estimated the dietary qualities of green soybean (edamame) by using a specialized NIR transmission spectrometer to determine the constitutive properties of the soybean, such as the sucrose content and ninhydrine reaction quantity (NRQ; defined by the ninhydrine reaction, which has a high positive correlation with the total free amino acids), with the purpose of establishing a quality assurance system. Methods: We used a newly developed spectrometer probe that enables in situ estimation of the constituents of the soybean. Results: The calibration results obtained using a wavelength range of 760-960 nm were characterized by $R^2$ = 0.57 and standard error of cross-validation (SECV) of 0.78% for sucrose, and $R^2$ = 0.59 and SECV = 0.35% for NRQ. Conclusions: These results are inferior to those of our previous study obtained using a specialized bench-type transmission spectrometer. The poorer results are attributed to several possible reasons, including the effect of direct sunlight and the unstable sample presentation. We plan to conduct further study using improved optical layout and sample presentation.

• Journal of Biosystems Engineering
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• v.12 no.1
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• pp.31-38
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• 1987

In order to improve the traditional post harvest system in Korea, a model for mechanized rice drying and storage system was developed and introduced as the first part of the study(Park, 1986). As the second part of the study, capital requirement and cost of the model system was analyzed. Also, optimum size of the model system was estimated by comparing with the traditional harvest system. From the study, the following results can be concluded: 1. The capital requirement of the model system decreases as the model size increases. For example, a model system having 500 ton storage capacity requires 439,000 Won/ton. However it requires 313,200 Won/ton only, if the model size increases to 1000 ton. 2. Also, total cost of the model system decreases as the model size increases. For example, total costs of the model system having 500 ton and 1000 ton storage capacity are 101,208 Won/ton and 69,320 Won/ton, respectively. 3. The breakeven point (optimum size) of the model can be estimated around 630 ton storage capacity if the operation rate is assumed as 100%. However, the optimum size of the model is 710 ton, if the operation rate it assumed 80%.

• Agricultural and Biosystems Engineering
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• v.4 no.1
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• pp.1-7
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• 2003

Internal defects such as browning of the flesh and blackening and rot of the ovary of pear can be easily developed because of the inadequate environmental conditions during the storage and distribution of fruit. The quality assurance system for the agricultural product is to be settled in Korea. All defected agricultural products should be excluded prior to the distribution to enhance the commercial values. However, early stage on-line defect detection of agricultural product is very difficult and even more difficult in a case of the internal defects. The goal of this research is to develop a system that can detect and classify internal defects of agricultural produce on-line using VIS/NIR transmittance spectroscopy. And Shingo pear, which is one of the famous species of Korean pear, was used for the experiment. Soft independence modeling of class analogy (SIMCA) algorithm was employed to analyze the transmittance spectroscopic data qualitatively. On-line classification system was constructed and classification model was developed and validated. As a result, the correct classification rate (CCR) using the developed classification model was 96.1 ％.

• Journal of Biosystems Engineering
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• v.4 no.1
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• pp.24-34
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• 1979

현재 실용테라스 (Terrace) 축조비용의 추정은 단위 테라스장이나 이동토양의 단가에 근거하고 있다. 그런, 근래 l국의 옥수수 지대 (corn belt)에서 널리 이용되고 있는 평행형 테라스의 경우 각 지점마다 성토 및 절토양이 다르기 때문에 이들 방법은 적합하지 않다. 이들 테라스의 경우 테라스장을 따라 토양의 이동이 불가피하므로 차륜형 자적식 스크레이퍼(scraper)가 테라스 축조에 널리 사용되고 있다. 본연구의 목적은 테라스 축조기계의 운행거리에 근거하여 테라스 축조시의 토공비용을 추정하기 위한 새로운 방법을 개발하는데 있었다. 테라스 축조시 토공작업은 전적으로 스크레이퍼에 의해서 , 그리고 테라스 경호장의 마무리 작업은 모트그레이터 (motor grader )에 의하여 수행되는 것을 가정하였다. 이들 기계의 세부적인 수행동작은 테라스 각지점에서의 절토와 성토량 및 이들 토양의 처리를 디지털 컴퓨터(digital computer)를 이용하므로서 계산할 수 있었다. 또한 테라스 축조에 소요되는 토양은 전적으로 테라스 수로부문에서 절취하는 것으로 가정하였다. (즉, 테라스 전장의 총절토양 과 총성토양은 같음) 연구결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 성토 및 절토양이 균형된 테라스에 있어서는 스크레이퍼의 운행거리에 근거하여 토공비용을 추정할 수 있는 방법의 개발이 가능하다. 2. 스크레이퍼의 수행구간, 회수 및 토공비용을 결정하기 위해서는 컴퓨터 방법을 이용하는 것이 필요하다. 3. 새로운 컴퓨터 모델은 예시의 테라스에 적용한 결과 테라스 토공비용을 추정하는 데 적합함을 보여주었다. 4. 이 방법은 테라스 축조에 있어서 효율적인 스크레이퍼의 적용에 지침이 될 수 있다.

• Journal of Biosystems Engineering
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• v.43 no.4
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• pp.369-378
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• 2018

Purpose: The aim of this study was to construct a saponin content-predicting model using shortwave infrared imaging spectroscopy. Methods: The experiment used a shortwave imaging spectrometer and ENVI spectral acquisition software sampling a spectrum of 910 nm-2500 nm. The corresponding preprocessing and mathematical modeling analysis was performed by Unscrambler 9.7 software to establish a ginsenoside nondestructive spectral testing prediction model. Results: The optimal preprocessing method was determined to be a standard normal variable transformation combined with the second-order differential method. The coefficient of determination, $R^2$, of the mathematical model established by the partial least squares method was found to be 0.9999, while the root mean squared error of prediction, RMSEP, was found to be 0.0043, and root mean squared error of calibration, RMSEC, was 0.0041. The residuals of the majority of the samples used for the prediction were between ${\pm}1$. Conclusion: The experiment showed that the predicted model featured a high correlation with real values and a good prediction result, such that this technique can be appropriately applied for the nondestructive testing of ginseng quality.