농업은 대표적인 데이터 산업입니다.
우리나라 농업이 직면한 어려움의 가장 큰 요소는 기후변화에 따른 이상기상을 들 수 있습니다. 온난화 등에 따른 빈번한 이상기온 현상은 생육은 물론 병충해의 발생도 예측 및 통제를 어렵게 만듭니다. 잦은 가축 전염병의 발생, 생활채소의 수급 불안도 농업 현장의 어려움입니다. 기존의 대처법만으로도 이와 같은 문제를 해결하기는 매우 어렵습니다.
날씨, 시세 정보, 병해충 정보, 종자를 심고 작물을 키우는 과정, 수확 후 유통‧판매에 이르기까지 농업의 전 과정에서 디지털혁신 바람이 불고 있는 것은 너무도 당연한 일입니다. 빅데이터, 인공지능, 로봇 등 4차 산업혁명 기술을 농업에 적용하는 것이야말로 지속 가능한 농업의 미래를 약속한다는 게 일반적인 결론이기 때문입니다.
디지털 농업은 4차 산업혁명의 기술이 적용된 농업을 말합니다. 이 디지털 농업의 핵심은 무엇일까요? 바로 데이터입니다. 공간과 시기, 품종의 선택이 아주 중요하게 작용하는 농업은 대표적인 데이터 산업입니다. 드론은 정확하고 광범위한 데이터를 수집하고 분석하기 위한 도구로써 가장 유용한 시스템입니다. 정밀농업(Precision Agriculture)의 시작은 드론이라 해도 크게 틀리지 않은 말입니다. 현재까지는 시설원예를 중심으로 디지털 농업 기술이 개발 및 적용되었습니다. 그러나 우리나라 농경지 면적의 85.6%는 노지입니다. 그래서 노지와 노지 작물에 대한 데이터 수집 및 분석이 절대적으로 요청되는 것이 현실입니다.
농업의 생산성과 재배 성공 여부를 판단하기 위한 가장 기초작업인 작황조사의 경우만 봐도 그렇습니다. 조사요원이 재배농가나 경작지를 일일이 방문하는 식입니다. 당연히 많은 인력과 시간이 투입됩니다. 또 기상이변에 신속히 대응하기도 어렵습니다. 그러나 드론과 다중분광영상 진단 기술을 활용하면, 이 같은 어려움을 일거에 해소할 수 있습니다.
출처: CSTM 유튜브
디지털 농업의 꽃, 다중분광영상 기술
다중분광영상(multi-spectral image)은 인간이 볼 수 없는 것을 보게 해주는 영상기술 중 하나입니다.
빛의 진동으로 만들어지는 전자기파는 파장이 아주 짧은 감마선부터 파장이 긴 라디오파까지 넓은 스펙트럼을 갖고 있습니다. 인간이 눈으로 볼 수 있는 것은 가시광선 영역뿐입니다. 분광(다중분광, 초분광) 이미지는 눈에 보이지 않는 근적외선, 적외성 파장 영역까지 기록한 이미지입니다. 세분화된 대역의 스펙트럼 정보를 얻어 특정 대상이나 물질을 더 쉽게 식별하는 것이 가능합니다.
다중분광 이미징 기술은 분광분석법과 영상처리 기술을 접목하여 측정 대상에서 공간(Spatial) 정보와 분광(Spectral) 정보를 동시에 획득하는 기술입니다. 스펙트럼 밴드가 10개 이하이면 다중분광 이미징(Multispectral imaging), 10개 이상이면 초분광 이미징(Hyperspectral imaging)으로 구분합니다. 다중분광 이미징 기술은 공간정보, 분광기술을 접목하고, 여기에 각 파장대의 밴드를 세분화하여 촬영하기 때문에 3차원 데이터를 구현할 수 있습니다.
다중분광 이미징 기술은 주로 날씨예보 인공위성에서 군사, 환경, 산림 분야의 원격탐사에 활용되고 있는 핵심기술입니다. 최근에는 디지털 농업 부문 중에서도 정밀농업에 가장 각광을 받는 기술로 그 중요성이 부각되고 있습니다. 농업 생육현장의 파악과 진단, 예측과 대처를 모두 가능하게 하는 기술이기 때문입니다.
데이터 과학 농사로 예측과 대응이 손쉽게 해결됩니다.
다중분광 및 초분광 영상진단 기술을 활용하면 가뭄‧과습에 따른 작물의 생육, 양분 결핍과 과잉, 병‧제초제 피해진단 등 작물생육 통합진단 및 이상징후 감지를 정확히 할 수 있습니다. 물론 토지 정보나 시설 정보를 동시에 모니터링할 수 있습니다.
다중분광 영상진단 기술에 한하여 이야기한다면, 농가현장에서 재배포장의 생육정보를 한눈에 확인할 수 있고, 접근성이 나쁜 산간지에서도 쉽게 이용할 수 있다는 장점이 있습니다. 또 작물이 태양 빛을 반사할 때 생기는 적색파장(660nm)과 근적외파장(790nm)을 검출하고 정규화 식생지수(NDVI)를 분석해 작물의 건강상태를 한눈에 확인할 수 있습니다. 또한 재배포장의 생육정보 지도는 드론의 영상을 2차원 또는 3차원으로 만들어 표고정보, 좌표정보를 포함한 빅데이터 구축이 가능합니다.
(다중분광센서 장착 드론 활용... 농작물 건강상태 한눈에 확인 진단 출처: 디지털경제 2018.08.13)
국내 농업에 활용된 다중분광 드론 카메라 사례
앞서 언급한 바와 같이 다중분광 영상진단 기술의 가장 큰 장점은 노지 작물의 생육현황과 식생지수를 한눈에 파악한다는 것입니다. 이로써 재선충 병충해나 녹조 등을 포함하여 농지와 산림 등에 발생하는 다양한 문제를 사전에 예방, 파악하여 피해를 최소화할 수 있습니다. 넓은 농지나 대규모 산림지의 계절별 주기적인 변화를 손쉽게 파악하고 수집한 데이터를 수치화 하여 농작물의 수확시기, 수목의 생육 이상에 대한 현황을 분석할 수 있습니다. 한마디로 파종에서 수확까지 전 과정 작물 모니터링을 통하여 리스크 관리와 수익성 극대화를 동시에 달성할 수 있습니다.
우리나라 경북 지역의 경우 사과나 포도 등 과수와 밭 작물, 약용작물은 주로 산간 경사지에서 재배하는 경우가 많습니다. 이 같은 재배 조건은 가뭄과 고온에 취약한 문제를 안고 있습니다.
경상북도 농업기술원의 다중분광 영상을 이용한 농작물 건강 상태 진단 모습
경상북도 농업기술원에서는 다중분광 영상진단 기술을 활용했습니다. 드론을 이용한 다중분광 영상을 토대로 작성한 재배포장 작황지도를 해당 지역 농민과 시군 농업기술센터에 제공, 작황이 부진한 곳을 집중 관리하는 성과를 만들어 냈습니다.
위는 경상북도 농업기술원이 경북 봉화군 소천면 참당귀 재배지 상공에서 드론으로 찍은 실물영상(왼쪽)과 다중분광 영상입니다. 이런 영상 데이터를 통해 농지를 개량하여 작물의 생산량을 증대하고, 작물의 수분 지수를 파악하여 물 공급 시기, 작물 상태에 따른 물 공급량 결정, 해당 농지의 성격에 따른 작목의 선택과 파종 등을 결정할 수 있습니다.
(사진:경상북도 제공, 출처: 디지털경제 2018.08.13)
헬셀 다중분광 드론 카메라 소나무 재선충 병해 지역 출동
소나무 재선충 현황 파악과 분석이 필요하다는 요청을 받고 헬셀의 전문팀이 충남 태안으로 출동했습니다.
Trinity F90+ 기체에 MicaSense RedEdge-MX Dual 다중분광 카메라를 장착했습니다. 정밀하게 비행계획을 수립하고, 약 1시간의 드론 촬영을 진행하여 22,620장의 사진 이미지를 확보했습니다. 다중분광 카메라와 PIX4D 소프트웨어를 통해 광범위한 지형 파악과 재선충 병해 현황을 촬영했습니다.
NDVI 지수에 대한 설명으로는, 사진처럼 파란색 값에 가까울수록 재선충 병해를 입은 소나무이고, 빨간색 1에 가까울수록 재선충 병해를 입지 않은 소나무입니다.
명확하게 파란 색으로 나뉘어져 있는 부분은 생육 상태가 없는 도로이며, 숲속에서 NDVI지수가 파란색으로 보이는 곳은 재선충 병해를 입은 곳으로 추정할 수 있습니다. 이 방법으로 병충해의 진행 현황이나 노지의 작물 생육상태를 한눈에 파악하는 것입니다.
좌측 NDVI 사진 / 우측 정사영상 사진 (Orthomosaic)
좌측 NDVI 사진을 통해 파란색으로 나타나는 부분은 식생지수가 마이너스(-)입니다. 즉 식물이 죽어 있는 상태라고 봐야 합니다. 우측 정사영상 사진에서는 붉은 색으로 표현됩니다. 재선충으로 인해 수맥이 막힌 소나무의 상황을 동일하게 확인할 수 있습니다. 다중분광 영상기술을 이용하면, 이처럼 사람의 접근이 용이하지 않은 곳도 손쉽게 파악할 수 있습니다. 사람이 가도 직접 눈으로 확인하기 쉽지 않은 일을 거뜬히 해내는 능력, 이것이 바로 다중분광 드론 카메라의 장점입니다.
MicaSense RedEdge-P는 다중분광 드론 카메라의 가장 완벽한 해답입니다.
MicaSense RedEdge-P는 가장 대표적인 다중분광 이미징 드론 카메라입니다. 농업 노지의 재배포장의 생육정보를 사계절 모니터링하여 농작 계획의 수립과 관리의 효율성을 높여 농업 생산성을 증대시킬 수 있습니다. 또한 재선충 피해 등 다양한 노지 재해지역의 피해 현황을 손쉽게 파악이 가능하여 이에 대해 체계적으로 대처할 수 있습니다.
MicaSense RedEdge-P는 고품질의 견고성이 뛰어난 멀티 스펙트럴 센서로 60m에서 2cm/pixel, 120m에서 4cm/pixel의 고해상도를 발휘하는 패널크롬 밴드를 갖추고 있습니다. MicaSense RedEdge-P의 높은 공간 해상도의 비결은 위성 이미지에 사용되는 팬샤프닝 기술의 적용입니다. 이는 저해상도 컬러밴드와 고해상도 그레이 스케일 밴드를 융합하여 고해상도 컬러 이미지를 만드는 기술입니다.
고해상도 RGB 및 다중 스펙트럼 데이터를 위한 최고의 솔루션을 원하는 고객에게 MicaSense RedEdge-P는 MicaSense RedEdge-MX와 더불어 최상의 해답을 제공합니다.
다중분광 영상기술이 여는 디지털 농업의 미래
노지 농사의 생명은 정확한 현황 파악과 예측 및 대처입니다. 다중분광 영상기술은 농업이 출현한 이래 거의 불변이라고 여겨왔던 농업의 불예측성을 제거하는 핵심기술로 역할을 더욱 확대해갈 것입니다. Plant Health Measurement (식물의 건강 관리) , Chlorophyll a, b (엽록소 a, b), Nitrogen (질소 관리), Vegetation Index( NDVI, NDRE, VARI, SCCI...), 수분상태 모니터링, 관개 관리, 식품 표현형, 바이오매스 피복 지수 등 다중분광 영상기술로 인하여 노지 농업의 전 부문에서 데이터 농업이 가능합니다. 다중분광 영상기술, 바로 농업의 성공기술입니다.
다중 스펙트럼 이미징의 획기적인 기술이 포함된 완전체 카메라
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MicaSense RedEdge-MX Dual두 배로 늘어난 스펙트럼 해상도
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