목차
기후변화 등 변화하는 농업환경에 대응하고, 지속 가능한 농업을 실현하고자 스마트팜 등으로 스마트농업이 확산되고 있다. 재배작물의 생육과 환경정보를 수집하기 위해 다양한 종류의 디지털 센서를 활용하여 현장의 데이터를 수집하고 있으나, 설치 및 재배정보 등 메타데이터의 부족으로 데이터 활용에 어려움이 있다. 노지 스마트팜 환경을 체계적으로 운영하고, 수집된 현장데이터를 활용하기 위하여 메타데이터의 개념과 재배현장의 메타데이터 수집방법에 대해 알아보자.
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of 08배경
① 기후변화 등 변화하는 농업환경에 대응하고, 지속 가능한 농업을 실현하고자 스마트팜 등으로 스마트농업을 확산하고 있음
※ 디지털 센서를 사용하여 노지작물의 생육·환경정보를 수집하고 있으나, 메타데이터 수집·관리가 미흡하여 센서값 분석과 해석이 제한적임
② 현장 데이터 기반의 노지 스마트팜 운영지원을 위해, 수집 분야별 필수 메타데이터 항목과 관련 수집양식의 개발이 요구됨
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of 08영농기술·정보 개요
① 목적 : 현장 메타데이터의 수집 및 효율적 관리
② 활용 : 스마트팜 운영 및 스마트팜 관련 산업 종사자 (시스템 개발) 등
③ 디지털센서/재배관리 메타데이터 및 수집양식 개발
– 분야 : 공통, 기상환경, 작물생육, 토양수분·장력, 지하수위, 작물재배, 토양특성
– 양식 : 센서배치도, 재배관리정보 수집양식
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of 08연구결과
노지 환경에서 수집되는 센서의 설치·관리요건, 재배관리 사항을 메타데이터로 도출
1. 디지털 센서 관리 메타데이터
① 공통 : 설치위치 (위도, 경도, 고도), 배치도, 설치사진
| 지역 | 영덕 | 상주 |
|---|---|---|
| 포장번호 | 라1 | C9 |
| 주소 | 경북 영덕군 병곡면 덕천리 298-5 | 경북 상주시 화서면 달천리 351-31 |
| 경도 | 36.5687879 | 36.4376234 |
| 위도 | 129.4067654 | 127.9411199 |
| 고도 | 6 | 290.8 |
| 비고 | 데이터 로거 7 | 데이터 로거 5 |
※ 데이터로거
| 항목 | 설정 | 비고 |
|---|---|---|
| 연결 | 현장 | ① 센서 단자를 로거 포트에 연결 ② 로거 내부 ‘TEST’ 버튼 누르기 ③ ‘젠트라 유틸리티 (모바일앱) 실행 ④ 포트별 센서연결 상황 및 수집주기 설정 |
| 참고사항 | 인식표 (주황색) | ‘고유번호 및 접근번호 기록(촬영) 및 저장 ※ 추후 클라우드에 데이터로거 등록 시 필요 |
| 참고사항 | 전력공급 | 솔라패널 : 동쪽방향으로 설치 ※ AA 건전지 (니켈수소) : 최대 3년 |
② 기상환경 : 설치높이, 설치방향, 측정주기
| 항목 | 설정 | 세부설명 |
|---|---|---|
| 설치높이 | 1.5m | – 지면~센서까지 높이, 미기상 데이터 측정 범위 – 풍속 및 풍향에 영향 ※ 지지대 규격 (권고) : 지름 (6mm), 길이 (2m) 사용 ※ ‘젠트라 클라우드’ 증발산 모델 계산 시 입력 필요 |
| 설치방향 | 북쪽 | – 센서 내 ‘N’ 표기를 북쪽방향으로 설치 ※ 센서부의 햇빛 영향을 최소화 (기온 등 영향) |
| 측정주기 | 30분 | – 일조시간 산출시 : 1분 간격으로 측정하도록 설정 ※ 일조시간 : 일사량이 120W/m2 이상인 경우 ※ ‘젠트라 유틸리티’ 또는 ‘젠트라 클라우드’ 내 설정 |
| 참고사항 | 설치 | – 센서를 고정하는 ‘V-bolt’는 손으로 조인 후 도구로 체결 (꽉 조이지 말 것) – 설치 후 하단 수평계를 확인할 것 |
③ 작물생육 : 설치높이, 설치각도, 측정면적
※ 정규식생지수 (NDVI), 광화학반사지수 (PRI)
| 항목 | 설정 | 세부설명 |
|---|---|---|
| 설치높이 | 1.2 ~ 1.5m | – 지면~센서까지 높이, 작물의 최대생장 높이를 고려하여 설치 ※ 측정면적 계산 시 필수요소 |
| 설치각도 | 45~60° | – 지지대와 센서 사이의 각도를 디지털 각도계로 측정 (설치 브라켓 확인) ※ 센서 수직 설치 시 홀더 (arm) 필요 ※ 측정면적 계산 시 필수요소 |
| 센서방향 | 작물 | – 측정면적을 고려하여 작물 (군락)이 있는 방향으로 설치 ※ 두둑 중심에 설치 ※ (상향) 렌즈를 위쪽방향으로 설치, (하향) 설치각도로 고정하여 설치 |
| 측정면적 (폭 80cm기준) | 0.73m (NDVI) | – (높이) 1.2m, (각도) 60° → (타원 폭) 0.73m, (길이) 3.28m, (넓이) 3.74m2 ※ NDVI FOV Calculator 개별 계산식 사용 |
| 측정면적 (폭 80cm기준) | 0.66m (PRI) | – (높이) 1.2m, (각도) 60° → (타원 폭) 0.66m, (길이) 2.94m, (넓이) 3.07m2 ※ PRI FOV Calculator(SI-131) 개별 계산식 사용 |
| 측정주기 | 30분 | – ‘젠트라 유틸리티’ 또는 ‘젠트라 클라우드’ 내 설정 |
| 참고사항 | 설치 | – 단일센서 ‘상향’, ‘하향’ 단자는 동일한 로거에 연결 (자동 계산) |
※ 엽온도
| 항목 | 설정 | 세부설명 |
|---|---|---|
| 설치높이 | 1~1.5m | – 지면~센서까지 높이 ※ 작물 최대생장 높이 고려하여 설치 |
| 설치각도 | 45~60° | – 지지대와 센서 사이의 각도를 디지털 각도계로 측정 (설치 브라켓 확인) ※ 센서 수직 설치 시 홀더 (arm) 필요 |
| 센서방향 | 작물 | – 측정하고자 하는 작물 (군락) 방향 |
| 측정면적 (폭 40cm기준) | 0.43m | – (높이) 0.9m, (각도) 30° → (타원 폭) 0.43m, (길이) 1.03m, (넓이) 0.7m2 * PRI FOV Calculator(SI-111) 개별계산식 사용 |
| 측정주기 | 30분 | – ‘젠트라 유틸리티’ 또는 ‘젠트라 클라우드’ 내 설정 |
④ 토양수분/장력 : 설치위치, 매설깊이, 매립방향
※ 토양장력
| 항목 | 설정 | 세부설명 |
|---|---|---|
| 매립깊이 / 방향 | 중간 (수평) | – 두둑의 중간에 설치 |
| 매립깊이 / 방향 | 15cm (수평) | – 평두둑, 고랑에 설치 |
| 측정주기 | 30분 | – ‘젠트라 유틸리티’ 또는 ‘젠트라 클라우드’ 내 설정 |
| 참고사항 | 설치 (평형화) | ① 센서의 세라믹 부분을 물에 담그기 ② 두둑의 흙은 물과 혼합하여 점토형태로 반죽 ③ 센서의 세라믹 부분을 흙 반죽으로 감싸기 ④ 흙 반죽으로 감싼 센서를 두둑에 설치 (매립) |
※ 토양수분함량
| 항목 | 설정 | 세부설명 |
|---|---|---|
| 매립깊이 / 방향 | 중간 (수평) | – 두둑의 중간에 설치 |
| 매립깊이 / 방향 | 15cm (수평) | – 평두둑, 고랑에 설치 |
| 측정주기 | 30분 | – ‘젠트라 유틸리티’ 또는 ‘젠트라 클라우드’ 내 설정 |
⑤ 지하수위 : 센서측정길이, 지상에 노출된 센서길이
| 항목 | 설정 | 세부설명 |
|---|---|---|
| 센서길이 | 150 ~ 200cm | – 고정용 고리로 길이 보정 후 파이프에 고정 * 2m 계측 후 전기테이프 등으로 표시하여 사용 |
| 센서높이 | 110cm | – 지하수위에 따라 변동 가능 |
| 측정주기 | 30분 | – ‘젠트라 유틸리티’ 또는 ‘젠트라 클라우드’ 내 설정 |
| 참고사항 | 설치 | – 파이프(2m) = 무공관 + 유공관(각 1m) ※ 지하수위 판단기준: 환원토(양토) 또는 물(사양토) ※ 상시 지하수위: 영덕(1m), 상주(2m) ※ 관은 필터거즈로 감싸 매립(점토 유입방지) |
| 참고사항 | 관찰값 보정 | – 담수심(논)/지하수위(밭) = [계측값(mm)/10] – [센서측정길이(cm)-지상부 센서길이(cm)] ※ 논 수위 보정: 전체 논 면적의 50% 정도 물이 빠졌을 때의 값을 기록하여 보정 값으로 활용 ‘논/지하수위 = 계측값-보정값’ |
| 참고사항 | 보관 | – 센서 탈거 후, 센서부 세척하여 가급적 실내 보관 ※ ‘Freeze damage’ 현상: 물에 잠겨있을 때 영하로 온도가 낮아지는 경우 발생하는 압력센서 손상 ※ 지표와 가깝게 설치된(~30cm) 경우 발생 가능 |
2. 재배관리 메타데이터
| 분류 | 조사항목 |
|---|---|
| 시험정보 | 시험번호*, 시험년도*, 연구과제명*, 연구과제번호, 담당자명, 시험지역명*, 시험포장명*, 재배작물명*, 비고 |
| 재배양식 | 품종명*, 작부체계, 재식방법*, 비고, 재식밀도*(재식간격*, 재식본수*), 피복여부*, 솎음여부 |
| 시비관리 | 전작여부, 전작물, 시비여부*(기비, 추비, 엽면시비, 퇴비, 기타), 상세시비*(분시비율, 비료종류, 비료명, 성분량, 시비시기, 비고) |
| 작물관리 | 병해충약제(병, 충, 기타) 처리여부, 제초제(토양처리제, 경엽처리제, 기타) 처리여부 |
| 토양환경 | 토성, 배수등급, 지하수위 |
* 필수 작성 요소
3. 현장 메타데이터 수집양식
※ 센서 배치도
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of 08파급효과
① 논·밭의 효율적 재배관리 및 스마트팜 운영 확대로 스마트농업 활성화
② 현장 데이터 기반 안정재배에 따른 노지 식량(밭)작물 생산성 향상
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of 08관련 참고 영농기술정보 목록
① 본 영농정보는 노지환경의 메타데이터와 수집양식 개발에 관한 내용으로 온실(시설) 환경의 메타데이터 관리 방법과는 다름
② 참고 영농기술 및 영농정보
| 활용분야 | 영농활용기술명 | 개발연도 개발자 |
|---|---|---|
| 농업공학 | 온실 환경 데이터 및 메타 데이터 관리 방법 | 2023 방지웅 |
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of 08데이터(Data)와 메타데이터(Metadata)
① ‘데이터’는 연구나 조사 등 어떤 일의 바탕이 되는 자료이며, ‘메타데이터’는 특정 데이터를 설명하는 부가적인 정보를 의미한다.
※ (예시) 데이터 (사진), 메타데이터 (촬영일자, 위치, 사진크기, 촬영자 등)
② 노지 스마트팜 운영시 생산되는 데이터는 크게 디지털 센서로 측정되는 센서데이터와, 조사방법에 따라 수집된 생육데이터로 나뉜다.
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of 08센서관리 메타데이터
센서 관리와 데이터의 활용을 위해 데이터가 수집되는 위치와 설치정보를 메타데이터로 수집한다. 설치위치는 ‘위도-경도-고도’ 형태로 작성하며, 설치 후 현장 배치도를 그려 설치정보를 기록하고 및 설치사진을 함께 보관한다. 또한 센서별로 요구되는 필수 메타데이터가 다르므로 아래 내용을 참고하여 유형에 맞게 기록한다.
- (공통) 설치위치 (위도, 경도, 고도/36.5687879, 129.4067654, 6), 배치도, 설치사진
- (기상환경) 설치높이 (1.5m), 설치방향 (북쪽), 측정주기 (1분 또는 30분)
- (작물생육) 설치높이 (1.2~1.5m), 설치각도 (45~60°), 측정면적 (0.4~0.8m2)
- (토양수분/장력) 매립깊이 (지면에서 15cm 아래), 매립방향 (수평)
- (지하수위) 센서측정길이 (200cm), 지상부 센서길이(110cm)
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of 08재배관리 메타데이터
① 생육 데이터 활용을 위해 재배되는 작물의 영농정보는 메타데이터로 수집되어야 하며, 재배년도, 지역명, 작물명, 품종명, 파종일 및 수확일은 필수로 작성되어야 한다.
② 재배양식, 시비관리, 작물관리, 토양관리와 관련된 항목은 필수는 아니나, 장기적인 데이터 수집과 축적을 위해 작성이 권고되는 항목이다. 아래 조사 양식을 활용하면 작물재배 전 영농계획을 수립할 수 있을 뿐만 아니라, 재배와 관련된 메타데이터 수집이 가능하다.
- (공통) 재배년도 (2024), 지역 (영덕), 작물명 (콩), 품종명 (선유2호), 파종일 (2024-06-12), 수확일(2024-10-21) 등
- (재배양식) 재식방법 (점파), 재식밀도 (60x20cm), 피복여부 (없음) 등
- (시비관리) 전작여부 (밀), 시비량 (3.0-3.0-3.4kg/10a), 시비시기 (2024-06-01) 등
- (작물관리) 병해충 약제 (불마름병 등) 및 제초제 (경엽처리제) 처리여부 등
- (토양환경) 토성 (양토), 배수등급 (약간불량), 지하수위 (110cm) 등
