Ⅰ. 서 론
스마트팜이란 정보통신기술과 농업 기술을 접목하여 작물을 재배하거나 관리하는 시스템을 말한다[1]
현재 국내의 스마트팜 보급 현황은 2020년 기준 스 마트 온실은 약 4,500ha, 스마트 축산은 약 1,300호의 보급이 이루어졌다[2]. 이러한 스마트팜 ICT 융복합 확 산사업의 지원을 받은 농가들은 생산량이 20~30% 증 가하고, 인건비 감소 및 편의성 증대 등의 활용 효과 를 보이는 것으로 조사되기도 하였다. 지속적인 스마 트팜 융복합 확산사업 지원자들이 늘어나고 있지만 농가들에게 안전하고 안정적인 보급을 위한 장비 표 준화는 여전히 시급한 상황이다[3].
국내 스마트팜 표준의 부재는 업체의 영세성으로 인하여 기자재 유지보수의 어려움[4]이 발생하고, 농가 고령화[5]로 인해 표준화되지 않은 스마트팜 기기 활용 의 애로사항이 발생한다[6]. 또한 다양한 비표준 기자 재 활용으로 인한 낮은 상호 호환성 문제[7]가 발생하 고 기술인력 부족으로 인한 제품 관리의 어려움 등의 다양한 문제가 발생한다[8]. 이렇듯 스마트팜 기술의 표준화는 보급된 장비 간의 호환성 및 부품 조달에 대 한 문제를 해결할 수 있는 중요한 과제이다.
따라서 본 논문에서는 온실, 축산, 노지 스마트팜의 주요 기술 동향을 소개하고 이와 관련된 표준화 방안 을 제시하고자 한다. 본 논문은 2장에서 스마트팜 분 야별 기술 동향을 소개하고, 이를 토대로 3장에서 분 야별 표준화 방안을 제시하며, 마지막으로 결론 및 향 후 연구 방향으로 마무리하고자 한다.
Ⅱ. 스마트팜 분야별 기술 동향
2.1 스마트 온실 기술 동향
스마트 온실은 원예 농산물의 생산과정에 ICT 기 술을 접목시켜 원예 농산물의 생산성과 부가가치 향 상을 목적으로 하는 기술이다.
스마트 온실의 구성도는 그림 1과 같이 센서를 활 용하여 내·외부 환경 데이터를 확인하고 자동제어나 영상 장비를 통한 모니터링, 원격제어 등이 전형적인 스마트 온실의 모습이다[9]
국내의 그린플러스는 식물공장을 최적화된 환경조 건 데이터를 기반으로 복층 구조로 설계하고 환경제 어기술, 클린룸 등을 통해 무인화 시스템 등의 기술을 개발하였으며, 인공광 완전제어형 식물공장에 대한 시 스템을 구축하였다[11].
또한 농촌진흥청과 한국기계연구원은 냉난방과 CO2, 전기 등 온실 내 작물이 필요로 하는 주요 요소 들을 통합적으로 생산해 온실로 공급하는 체계인 Tri-Gen 시스템을 공동으로 개발하였다[12]
국내의 스마트 온실 기술은 타 국가들과 차별화된 농업생산시스템인 한국형 스마트팜 모델을 구현하여 농업이 우리나라 경제 성장에 기여할 수 있도록 지속 적인 연구를 진행되고 있다.
국외의 경우 농업 강국인 네덜란드는 대표기업인 프리바(Priva)사로부터 전 세계적으로 높은 수준의 온 실 환경제어 시스템을 개발하여 여러 국가에 수출하 고 있다.
프리바(Priva)사는 수십 년간 축적된 데이터와 각종 노하우를 바탕으로 각종 센서와 제어 솔루션을 연구 하여 생산량과 품질을 최적화하는 기술을 지속해서 개발하고 있다. 대표적으로는 온실 환경 제어 시스템 및 양액 자동 제어 시스템을 개발하여 온실에서 작물 생육을 위해 필요한 요소들을 자동으로 관리할 수 있 는 기술이 있다[13].
일본의 후지쯔는 농작물 관련 데이터 수집과 분석 을 통해 과학적으로 농작물을 재배 관리할 수 있는 새 로운 농식품 경영 시스템을 만들기 위한 클라우드 서 비스를 구축하였다.
해당 서비스를 통해 사용자들에게 센서를 통한 환 경 데이터와 파종, 수확시기 등에 관한 정보를 제공한 다[14]. 또한, 스마트기기를 통해 클라우스 서비스를 이 용하여 원하는 자료를 확인할 수 있도록 하였다.
2.2 스마트 축산 기술 동향
스마트 축산은 기존의 가축 축산 산업에 ICT 기술 을 접목한 산업으로 정의된다. 국내의 스마트 축산은 수집된 데이터를 활용한 축산 생육 환경 빅데이터 및 자동화 장비개발 등의 새로운 부가가치를 창출하며 발 전하는 것을 목표로 지속적인 연구가 진행되고 있다.
국내의 스마트 축산 기술 중 하나인 팜스플랜은 한 국 축산데이터가 개발하였으며, 그림 2와 같이 축사 내부 영상데이터를 수집, 인공지능 분석기술을 통한 실시간 모니터링 서비스를 제공한다.
팜스플랜은 바이오 데이터 기반의 질병 조기 대응 과 농가 생산성 향상을 위해 사진, 영상, 혈액, 유전자 등 데이터를 분석하여 건강관리에 대한 처방이 이뤄 지도록 개발되었다.
㈜유라이크 코리아는 그림 3과 같이 스마트축산 ICT 서비스 라이브케어를 제공하기 위한 경구 투여용 바이오 캡슐을 개발하였다. 바이오 캡슐은 소의 위장 에 안착하여 체온, 활동량, 사료 섭취량 등 생체 데이 터를 수집할 수 있도록 개발되었다.
이 기술로 인하여 그동안 육안으로 알기 어려운 소 의 건강 상태를 바이오 캡슐을 통해 실시간으로 모니 터링하여 질병, 발정, 분만 징후 등을 관리 할 수 있게 되었다.
㈜딥팜(Deep Farm)은 그림 4와 같이 가축의 특정 행동을 분석하여 발정 탐지 등 행동 및 생태정보를 매 일 농장주에게 알리는 인공지능 기반 비접촉식 반추 동물 행동 인식 및 분석 솔루션“AFA(AI for Animal)”을 개발하였다.
AFA(AI for Animal)의 서비스 화면[ 17]
국외의 경우 인도의 무팜(Mooofarm)에서 그림 5와 같이 머신러닝을 이용하여 소의 나이, 품종, 수명주기 등을 분석하고 식별하는 기술을 개발하였다.
무팜(Mooofarm)은 마이크로 소프트와 협력하여 이미지를 분석하여 소의 질병 여부를 감지하는 머신 비전 제품 등을 지속해서 개발하고 있다.
국내의 스마트 축산은 이러한 첨단기술을 기반으로 가축 생육 관리를 위한 기술의 고도화가 필요하며, 지 속적인 연구 개발을 통해 축산데이터를 활용한 스마 트 사양 관리 시스템, 질병 예찰 시스템 등의 많은 개 발을 수행해야 한다.
2.3 스마트 노지 기술 동향
스마트 노지는 채소밭, 과수원과 같은 농업과 ICT 기술을 결합하여 농작물 재배 효율을 증대하는 시스 템으로 정의된다. 이 기술은 그림 6과 같이 대규모 노 지 농업이 발달 된 미국을 중심으로 자율주행, 인공위 성, 빅데이터 등 다양한 첨단기술이 접목된 데이터 기 반 정밀 농업으로 상용화되고 있다.
스마트 노지 농업 분야 첨단기술 융합 예시[ 19]
국내의 스마트 노지 기술은 광대한 농지의 콩, 옥수 수, 밀, 쌀 등의 경작을 자동화 및 최적화하기 위한 작황 모니터링·예측, 자율주행 트랙터, 스마트 관수·관비 및 기상 데이터 등을 중심으로 연구가 수행되고 있 다. 또한 과수 농업의 경우에는 효과적인 방제·수확 등을 위하여 산업용 로봇이 개량되어 적용되고 있다.
국외의 스마트팜 대규모 기업 중 하나인 미국의 존 디어(John Deere)에서는 토양, 기상, 생육 측정 센서 및 드론 위상 촬영 기술의 발달로 넓은 농지를 정밀하 게 모니터링하며 데이터를 공유하는 빅데이터 플랫폼 서비스 도입 단계에 들어서고 있다.
또한 일본의 쿠보타(Kubota)에서는 GPS, 영상처 리, 3D 맵핑 등의 기술을 기반으로 농기계(트랙터 등) 의 자동 조향 및 주행이 현재 상용화되어 있는 수준으 로 2~3년 내 자율작업 단계에 도달할 것으로 전망되 고 있다.
일본의 얀마(Yanmar)는 노지 작물 중 하나인 벼를 일정 간격으로 논바닥에 심는 이앙기를 연구하였으며, 그림 7과 같이 GPS 기술을 활용한 이앙 작업 구간을 설정하여 직진 어시스트 기능이 탑재된 이앙기를 개 발하였다.
스마트 노지 기술 중 하나인 자동작업 및 로보틱스 기술의 발달로 카메라, 광학센서 등을 이용한 농약 및 비료 살포와 수확, 제초, 조류퇴치 등의 농작업의 자 동화가 확산되어가며, 자율주행/작업 기술과 융합된 무인 자동 농기계의 상용화를 앞두고 있다
또한 스마트 노지에서 사용되는 무인기와 관련하여 무인기 영상기반 생육 관리 및 정밀 농업 시스템에 관 한 기술도 발전하고 있다. 이 기술은 무인기로부터 촬 영된 영상을 분석하여 생육 이상 지역 구분 및 대처 방안 판별을 위한 딥러닝 알고리즘을 구축하는 것이 다. 이와 관련하여 딥러닝을 통한 수확량 예측 및 무 인 방제/관수 시스템이 구축되고 있다.
Ⅲ. 표준화 방안
3.1 스마트 온실 기술 표준화 방안
국내 스마트 온실의 단체 표준은 한국정보통신기술 협회(TTA)의 표준화 위원회인 PG426으로부터 온실 관제 시스템 인터페이스 표준을 시작으로 현재까지 총 34건이 제(개)정되었다.
또한 단체 표준·인증 종합지원시스템(SPS)에서 제 (개)정된 단체 표준은 총 9건이 제정되었다.
마지막으로 국가 표준의 경우 한국산업표준(KS)에 서 추진한 스마트 온실 분야 센서 인터페이스 등 8건 이 제정되었다.
이처럼 스마트 온실과 관련된 표준화는 지속해서 진행되고 있다. 이 절에서는 현장에서 요구되는 표준 화를 위하여 2장에서 제시한 기술 중 식물공장에 관 한 표준화 방안을 제시하고자 한다.
2장에서 소개한 기술 중 식물공장과 관련한 표준은 국내에서는 전무한 상태이다. 식물공장은 빛, 온·습도, 이산화탄소 농도 및 배양액 등의 환경을 인위적으로 조절해 농작물을 계획 생산하는 스마트팜의 기술로써 정의[21]되며, 그림 8과 같이 재배 후드, 환경을 조절하 는 공조설비와 같은 구동 장치, 재배실, 양액 공급 장 치[22], 제어실 등으로 구성되어 시설 내에 설치된 센서 에 의해 환경제어가 이루어진다.
식물공장의 가장 먼저 수행해야 할 표준 방안으로 는 시설 내부의 센서들과 제어시스템 간 어떻게 통신 을 주고받는지에 대한 인터페이스 표준이 선행되어야 한다.
센서노드와 제어시스템 간 인터페이스 예시[ 24]
그림 9는 식물공장의 시설에 설치된 센서노드와 제 어시스템 간 초기화 과정을 진행하는 인터페이스의 예시이다.
이와 같은 장치 간 통신 인터페이스 표준이 선행되 면, 후속 표준으로써 식물공장의 유즈케이스 및 기능 별 운용 요구사항에 대한 표준으로 확장할 수 있을 것 이다. 이렇게 식물공장의 현장에서 요구되는 표준화가 진행되면 공장 운영자에게는 식물공장의 설치 및 운 용 지침서로 활용하게 되면서 안정적인 운영 효과를 제공하게 될 것이다.
또한 식물공장의 표준화는 다양한 구동 장치와 센 서들로부터 수집되는 작물 관련 데이터를 정보화하여 최적의 생육 모델을 도출하는 효과를 낳을 것이다.
이로 인해 식물공장을 운영하는 기업의 수익을 향상 시키고 작물에 대한 공급량 증진을 이끌어 낼 것이다.
3.2 스마트 축산 기술 표준화 방안
국내 스마트 축산의 단체 표준은 TTA PG426으로 부터 스마트 축사를 위한 외기/내기/안전 센서 인터페 이스를 시작으로 현재까지 총 11건이 제(개)정되었고, SPS에서 3건이 제정되어 총 14건이 제(개)정되었다. 국가 표준의 경우 KS에서 추진한 스마트 축사를 위한 센서 인터페이스 표준이 제정되었다.
스마트 축산 표준의 경우 시설 장치 인터페이스 및 데이터, 동물복지 등 다양한 분야로 접근하여 표준화 가 진행되고 있다. 이 절에서는 2장에서 제시한 기술 중 질병을 유도하는 원인 중 하나인 악취에 관한 문제 를 해결하는 악취 저감 장치의 표준화 방안을 제시하고자 한다.
악취 저감 장치는 축사 내·외부의 악취를 모니터링 하고, 악취 감지 시 대기 중의 악취를 저감 시키는 장 비를 의미한다. 이러한 악취 저감 장치는 악취 측정/ 저감 장비, 바이오 필터, 바이오 커튼, 고액분리기, 교 반기 등으로 구성되어 있다.
표 1은 악취 저감 장치에 속하는 구성 품목들의 6 가지 공통 설치 기준이며, 표 2는 장치별 장치 운용에 대한 요구사항의 예시이다. 설치 기준에 대한 항목과 악취 저감 장치 운용에 대한 내용을 주제로 표준화한 다면 축산 농가를 대상으로 악취 저감 장치의 적정 설 치 위치와 운용 방법에 대한 하나의 가이드라인이 마 련될 것이다.
또한 농식품 ICT 융복합 확산사업과 관련하여 축 산 ICT 기자재인 악취저감장치를 표준화함으로써 기 존의 스마트 축사 장비와 악취저감장치 간 호환성을 제공하는 효과를 낳게 될 것이다.
3.3 스마트 노지 기술 표준화 방안
국내 스마트 노지의 단체 표준은 TTA PG426으로 부터 노지 분야 ICT 융복합 장비 규격 및 서비스 요 구사항을 시작으로 현재까지 총 3건이 제(개)정되었 다. 그간 스마트 온실에 대한 기술을 중점으로 많은 표준화가 진행되어 왔으나, 현재는 스마트 노지에 대 한 인터페이스 표준을 시작으로 작목별, 운용 장치별 운용 요구사항에 대한 표준활동도 이루어지고 있는 실정이다.
이 절에서는 2장에서 제시한 기술 중 무인기 작업 기술과 관련된 무인기의 항공 방제 표준 방안을 제시 하고자 한다.
표 3은 무인기를 이용한 방제를 비행 전, 비행 중, 비행 후로 나누어 점검해야 할 사항을 나타낸다.
무인기 방제 항목 중 안전에 대한 표준화는 농약 살포를 위한 비행에 관련된 점검 사항을 비행 전, 비 행 중, 비행 후로 나누어 농가에 제공함으로써 항공 방제 작업에서 발생되는 사고를 예방하는 효과를 제 공할 것이다.
표 4는 벼 작물에 대한 주요 병해충 발생 시기와 증상, 농약을 나타낸다. 안전한 항공 방제를 위한 무 인기 점검 사항과 특정 작물에 대한 병해충 발생 시기 및 농약을 함께 표준문서로 제공한다면 농가에서는 작물별 적절한 방제 시기를 파악하고 적합한 농약을 사용할 수 있게 될 것이다.
또한 방제 시 안전한 항공 방제를 수행함으로써 최 종적으로 병해충으로 인한 작물 피해를 예방하여 농 가의 소득 증대에 기여를 하는 효과를 이끌어 낼 것이 다.
Ⅳ. 결론 및 향후 연구방안
본 논문에서는 정부에서 추진 중인 스마트팜 ICT 융복합 확산사업의 안전하고 안정적인 보급을 위한 장비 표준화를 위하여 관련 기술 동향 및 표준화 방안 을 제시하였다.
스마트 온실과 관련한 표준 방안으로는 현재 식물 공장 관련 국내 단체 표준이 전무하여, 시설 간 통신 을 위한 인터페이스 표준화 방안을 제시하였다.
이어서 스마트 축산의 표준 방안으로는 질병을 유 도하는 원인 중 하나인 악취 저감 장치의 설치 기준과 운용 요구사항과 관련한 표준화 방안을 제시하였다.
마지막으로 스마트 노지의 표준 방안으로는 무인기 항공 방제의 안전 점검 사항과 작목별 병해충 방제 시 기와 관련된 표준화 방안을 제시하였다.
이러한 표준 기술에 대한 방안을 근거로 전문가 그 룹을 구성 후 표준화를 진행하면 온실, 축산, 노지와 같은 다양한 농업 현장에 요구되는 문제점과 애로사 항을 해결해주는 솔루션으로 작용할 것이다. 또한 시 설의 장치를 운용하는데 필요한 요구사항과 인터페이 스 등의 가이드라인이 마련되면 농가 운영에 있어 발 생되는 안전 등의 사고를 사전에 방지하고 농가 운영 의 효율성이 증진되어, 생산량 증대 및 농가 소득 향 상에 기여할 것으로 기대된다.
향후 연구로는 국내 스마트팜 단체 표준을 국가 표 준으로 고도화할 방법에 대해 연구하여 국내 농업 표 준 기술의 경쟁력을 높이는데 기여를 하고자 한다.