[스크랩] 세계 精密農業의 現狀

세계 精密農業의 現狀

비약적인 기술혁신

北海道大學 助敎授 野口 伸

농경문명의 긴 역사 중에서 제1차 농업혁명은 농기구의 철 이용, 제2차가 증기기관의 발명으로 시작된 트랙터의 보급, 제3차는 지금 진행중인 농업의 정보화라고 일컬어진다. 농업의 정보화란 지금 구체화되어가고 있는 정밀농업(PA)을 말한다. 현재의 PA는 긴 농업기술사 중에 일대 혁명이라고 주장하는 학자ㆍ저널리스트들도 있다. 농업은 시간적ㆍ공간적인 정보량의 팽대함, 정보매체의 정비지연, 각 농가의 경영규모ㆍ자본력 등의 점에서, 그 정보화는 공업분야에 비교해 늦어졌지만, 최근 구미를 중심으로 착실하게 진행되어가고 있다. 또, 현재 구미의 정밀농업에 대한 자세(태세)를 보면, 조직들의 여러가지 의도가 숨어있어서 더욱 흥미롭다. 행정기관측면에서는 화학비료ㆍ농약의 대량소비에 따른 환경오염 문제의 해결책으로 PA를 주목하고 있고, 농기회사는 완숙되어 있다고 말하여지는 현재의 농업기계에 부가가치를 붙여 상품개발, 즉, 사용자인 농가에 컴퓨터농업이라고 하는 하이테크 상품의 구매의욕을 일으키려는데 큰 기대를 걸고 있다. 또 대학의 연구자는 농업의 정보화라고 하는 새로운 연구의 아이디어 및 연구테마를 손에 넣으려 하고 있다. 이와 같이, PA의 추진에 의해 産學官 3자의 이해가 일치한 것이 현재의 정밀농업이 각광을 받는 이유의 하나라고 생각한다. 당연히 기술의 측면에서는 GPS, PC, 인터넷 등 새로운 주변기술이 우리와 친밀해졌다는 것도, PA가 오늘의 붐을 넘어 무언가가 있지 않는가 기대하는 이유이다. PA가 구미의 농업에 도입된지 10여년이 경과했다. 초기에는 PA의 정의 가 불명확했기 때문에, 정밀농법(PF)과 혼동되어 사용된 적이 많았으나, 현재에는, 지역의 정보 유통시스템에 의한 농업의 고도정보화, 농용차량의 나비게이션ㆍ자동화 시스템도 PA에 포함되고, 포장공간의 생육변동을 고려ㆍ보정하는 것을 목표로한 PF도 포괄한다.

일반적으로 PA는 한필지의 포장과 포장사이의 작물생육의 흐트러짐(차이)을 파악하여, 포장을 소공간으로 분할하는 것에 의해, 微小적인 시점에서 최적의 관리작업을 목표로 하는 기술이다. 그러므로, PF는 농업기계연구자ㆍ기술자가 중심이 되어 연구개발을 진행하고 있고, 기반기술은 GPS와 GIS(지리정보시스템)이다. 이 기술의 혁신적인 점은 농가가 지금까지 절대로 파악하지 못했던 포장의 詳細(수량과 토양성분)가 지도정보로써 컴퓨터 스크린에 묘사되는 것이다. 이것은 농사가 천직으로 농사만 하는 사람일지라도 대규모 포장의 詳細를 시찰ㆍ기록이 불가능했던 현행의 농법에서 보면 비약적인 기술혁신이다. 또 이와 같은 포장의 詳細정보는 당연히 시비계획 등 작업계획의 적정화에도 유효하다. PF에 스케일메리트가 있는 것은 말할 필요도 없고, 수천ha를 소유하는 집단농장 등에 있어서는 포장환경의 정보화 의의는 두말할 필요도 없다. 구미의 PF기술은 수량지도(map)와 토양지도가 상징적인 상품이다. 수량모니터 부착의 콤바인(PF콤바인)의 판매대수는 신차 판매대수의 약 20%에 달하고 있다. 이 PF콤바인는 DGPS수신기, 레이더속도계, 곡류센서, 함수비센서, 수량모니터가 기본요소이다. 더욱이, 수량측정정도를 향상시키기 위해서, 예취헤드부 양단에 초음파거리계를 장착해서, 實刈幅을 실시간으로 측정해서 수량데이터를 보정하는 시스템도 실용화하고 있다. 이 수량모니터 실시간 시스템은 小麥, 콘, 大豆는 물론, 귀리, 大麥 등에도 대응하고 있다. 또 미국에서는 綿, 채소, 목초 등 곡류이외의 수량지도를 작성하기 위해 센서개발에 열을 올리고 있다. 간단히 한마디로 수량지도라고 말하여도 수량정보를 가공하는 것으로 각양각색의 흥미로운 공간지도가 작성된다. 영국 그랜필드대학의 블랙모어교수가 수량지도를 가공해서 작성한 것에 수m매쉬의 소공간으로 얼마나 수익을 올렸는가를 표시한 수익지도가 있다. 즉, 개략 수입부터 種子ㆍ비료ㆍ농약 등의 필요경비를 뺀 포장내 수익의 공간변동을 조사한 지도이다. 이와 같은 정보를 기본으로 농가는 다양한 경영전략이 만들어진다. 예를 들면, 수익이 적은 공간에 더욱더 비료를 투입해서 전체수량을 올리는 방책, 아니면, 수익성이 낮은 공간의 생산을 포기, 생산효율을 올려서 수익을 증가시키는 방책 등이 작업전략의 후보로 떠오른다. 어느쪽이든, 수치화된 정보는 지금까지 한정된 「개인의 지식(노하우)」으로서 소유된 경험에 의한 농업기술을 「일반화」하는 것을 의미한다. 포장을 기반으로한 食料생산이 인간에 의해 좌우되지 않는 산업으로 진화하는 것이다.

수확후 포장의 토양지도는, 현재 실정으로는 농가가 수확후에 토양 분석을 청부업자, 컨설턴트 회사 등에 토양채집ㆍ분석을 의뢰해서, 토양중 질소, 인, 칼륨 등의 주요 성분, PH, 칼슘, 유기질함유량 등을 분석ㆍ지도화 해서 받는 방법으로 실용화하고 있다. 토양샘플링을 위하여 전용차량과 트랙터의 3점 링크에 장비하는 타이프가 제품화되어 있고, 이것들은 컨설턴트 업자 등이 소유해서 운용하고 있다. 토양샘플링 차량은, DGPS레시버, 자기위치가 視認가능한 모니터, 토양샘플링을 위한 어큐체이터에 의해 구성된다. 즉, 수확후 포장에서 토양을 grid 상태로 샘플링해서, DGPS에 의한 위치 데이터와 함께 격납하여, 지도작성 소프트웨어에 의해 지도화해서 토양 진단을 하는 방식이다.

작업기계 회사도 여러 종류의 잡다한 작업기를 라인업하고 있다. 기본적인 사양은, 파종기ㆍ시비기ㆍ방제기 등에 관해서 자택의 PC로 작성한 작업계획(어프리케이션 지도)에 기준해서 자동적으로 시비량을, 포장에서 조정, 제어할 수 있는 기계군(VRT)이다. 이것은 『지도베이스 PF』라고 불리는 기계로, Ag-Chem사로부터 판매되고 있는 와이렉션이라고 하는 시스템은 미국에서 유명하다. 이 기계는 십종류 이상의 비료의 혼합비율과 유량을 어프리케이션지도에 기준해서 제어할 수 있는, 현재 VRT 작업기로서 상징적인 시스템이다.

이와 같은 PF를 하기 위해서는 트랙터 작업기계가 종래의 3점 링크라고 하는 물리적인 연결만으로는 힘들게 되었다. 사무소의 PC등으로 작성한 어프리케이션 지도에 기준해서 트랙터부터의 신호에 의해 방제기의 분무량을 제어하고, 아니면 시비기의 비료조출량을 제어하는 것이 필요하게 되었기 때문이다. 이와 같은 배경으로부터 이미, 구미에서는 트랙터 작업기간의 정보통신 프로트콜의 표준화가 이루어졌다. 자동차용으로는 이미 규격화된 CAN시스템(Controller Area Network)의 농업기계판이지만, ISO규격(국제표준규격)으로서 이미 인가를 받은 상태이다. 독일에서는 LBS버스시스템이라고 불리어 휀트사의 트랙터에 탑재되어 있다. 미국에서도 곧 버스시스템 탑재의 트랙터가 케이스사로부터 판매될 예정이다. 어째든, 이 정보통신의 규격화는 트랙터 작업기간의 정보 인터페이스의 오픈화를 의미하기 때문에, 농업기계의 Borderless와 PF의 추진에 큰 역할을 담당할 것이다.

PA는 앞에서 말한 바와 같이 GPS가 기반기술이다. 그러므로, GPS를 유효이용하는 것에 의해 「정밀」과 「쾌적」을 양립시키는 기술이 실용화하고 있다. 콤바인ㆍ트랙터 등의 운행나비케이터가 그것에 해당하고, Ag-Chem사와 트린블사에서 상품화하고 있고, 이 시스템을 사용하면 오퍼레이터는, 현재 어디를 주행하고 있는가를 차에 있는 모니터를 통해서 알 수 있다. 또한 시비작업과 같이 旣作業跡을

인식할 수 없을 때도 모니터 정보를 기본으로 작업 중복폭을 정밀하게 조정해서 운전할 수 있어, 고정도의 작업이 가능하다는 선전문구로 판매되고 있다. 한편, 구미의 농기대기업은 자동주행 시스템에 관해서도 정력적으로 개발을 진행하고 있다. 존디어사ㆍ스탠포드대학의 GPS 자동주행트랙터, 케이스사ㆍ일리노이대학ㆍ북해도대학의 센서휴젼 자동주행시스템, 뉴호랜드사ㆍ카네기메론대학의 머신비젼에 의한 목초예취기 등이 대표적인 연구개발 프로젝트이다. 이것들의 개발 목표는 자동화에 의한 경로화와 함께 관행을 넘어서는 작업의 고속화이고, 작업능률과 안정성의 양자의 관점에서 공헌하는 것을 목표로 하고 있다. 이것들의 기술은 PF는 아니지만, 관행보다 정밀하게 그리고 적절하게 작업을 할 수 있는 기술이기 때문에 일반적으로 PA의 한 영역으로 취급되고 있다. 또 PA의 기술로서 정보유통의 고도화에 의해 정밀한 경영을 행하는 의사결정 지원시스템도 보급하고 있다. 예를 들면, 미국 일리노이대학에 설치되어 있는 국립대두연구소가 유지 관리하고 있는 ‘스타트소이’라고 하는 홈페이지(http://www.ag.uiuc.edu/welcome.html)가 그것에 해당한다. 이 홈페이지는 시카코의 선물거래시장의 대두상장을 실시간으로 표시하고, 작업을 결정하고 유효한 지역 날씨와 전문가의 경영기술지도 등이 네트워크를 통해서 적시에 받을 수 있다. 이와 같은 인터넷이라는 정보 인프라의 정비가 농가의 의사결정을 정확하게 하는데 공헌하고 있다. 구미가 지향하고 있는 정밀농법의 금후 전개는 센싱기술과, 복잡계를 최적화할 수 있는 수치해석 기술의 확립에 있다. 현재 실용화ㆍ상품화되어 있는 PF제품은 앞에서 말한바와 같이 기존기술의 범위내에 대응 가능한 오프라인에 의한 토양분석에 의한 토양지도와 PF콤바인을 기본축으로 하고 있다. 즉, 지도베이스PF이다. 또한 현재 상품화되어 있는 토양지도와 수량지도에 의한 PF기술이 복잡계인 작물-토양-대기계를 블랙박스로서 취급하는 것이라는 것도 자명하다. 그러나 유감스럽게도 토양지도와 수량지도만으로 구체적인 관리작업의 처방전을 작성하는 것은 불가능하다. 이 기술 레벨을 돌파하기 위해서는 생물생육기간중의 내부시스템의 관측과 제어 즉, 포장공간의 센싱과 그 결과를 기본으로 적절하게 의사결정해서 농작업을 하는 수밖에 없다. 이와 같은 관점에서 머신비젼이 현재 센싱시스템으로서 주목받고 있다. 옥외 환경하에서의 머신비젼은 이미 리모트센싱의 한 연구영역으로서 성립하고 있지만, 이 기술을 PF에 응용하려고 시도하고 있다. 실시간으로 적절한 작업을 하는 것을 목적으로한 『센서베이스 PF』는 당연히 센싱이 키테크놀러지가 된다. 이른바 On the Go 방식이라고 불리는 기술이다. 예를 들면, 컴퓨터가 잡초의 무성한 상태를 실시간으로 확인해서, 잡초가 존재하고 있는 장소만 제초제를 살포하는 방제기, 콘ㆍ麥 등의 질소스트레스를 관측해서 고스트레스의 작물군만 질소를 추비하는 시비기 등이 이것에 해당한다. 이것들의 기술은 농기대기업에서 연구개발을 진행하고 있다. 예를 들면, 콘, 麥, 벼 등은 질소스트레스가 잎의 가시영역의 분광반사특성변화, 즉, 색변화로서 나타나는 것은 잘 알려져 있어, 이 지식을 이용하면 머신비젼에 의한 작물영양 스트레스 검출센서가 개발될 수 있다. 그러므로, 이론적으로는 CCD카메라와 같은 것에, 투과파장이 제한되는 간섭필터를 장비해서 관측하고 싶은 파장영역의 반사율을 계측하는 것으로 작물과 토양의 식별과 작물의 스트레스상태, 병충해의 오염상태 등을 실시간으로 알 수 있다. 또 머신비젼에 카메라 캐리브레이션을 하면, 영상공간을 실공간에 변환하는 것도 가능하고, 길이ㆍ면적인 대상물의 공간사이즈를 계측할 수도 있다. 본인도 일리노이대학의 리드교수와 함께 미국농기회사와의 공동개발을 통해서 콘ㆍ小麥ㆍ벼 등의 질소스트레스를 검출하는 센서, 작물과 잡초를 인식하는 센서, 작물의 성장량을 검출하는 센서를 머신비젼을 이용해서 개발하고 있고, 수년안에 실용화시킬 예정이다. 이와 같은 센서가 개발되었을때에는 센서베이스PF를 실현한 가변작업기가 틀림없이 차세대 농업기계의 주류가 될 것으로 확신하고 있다. 그 때 머신비젼이 키센서가 될 것은 틀림없는 사실이다.

어째든, 구미는 농업기술이 PA세대로 되어 농업기계 생산의 구도가 변해왔다. 미국에서는 지금까지 농업기계와 관계가 없었던, 센서회사, GPS회사, 소프트웨어회사가 농업기계분야에 참여하고 있다. 또한, 학교측에서도 농업공학의 연구자 이외에 항공우주공학, 전자공학, 컴퓨터공학, 로봇공학의 연구자가 PA의 추진에 큰 역할을 담당하고 있다. 즉, 구미에서는 기업ㆍ대학이 횡적으로 연계하고 있고, 농업이 새로운 산업으로 발전ㆍ전환하고 있다. 이 산업구조의 변화는 나와 같은 대학의 연구자를 포함, 사업의 기회도 된다. 미래의 농업기술을 향한 일본의 농업기계산업의 국제화와 PA기술 개발의욕의 향상을 기대한다.

출처 : 친환경 농업

글쓴이 : 날마다좋은날 원글보기

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