기계/조선

계측과 제어_Vol.61 2022.10 특집 요약 (547~550)

화상(畵像) 센싱 기술
농업, 임업, 축산업, 수산업에 도전

1. 이번 특집의 배경

최근 ‘지속 가능’ 및 ‘6차 산업화’를 키워드로 농업, 임업, 수산업, 축산업 등과 같은 1차 산업이 크게 변화하고 있다. 농〮림〮축〮수산업에서의 6차 산업화란 ‘1차 산업으로서의 농‧림‧어업, 2차 산업으로서의 제조업 및 3차 산업으로서의 소매업 등의 사업과 종합적이고 일체화된 산업 추진을 도모하는 것으로, 농어촌의 풍부한 지역 자원을 활용한 새로운 부가가치를 창출하는 활동’으로 정의되고 있다. 

헤이세이(平成) 23년(2011년) 3월에 ‘6차산업화 및 지산지소법(地産地消法)’이 시행된 이후, 전국에서 다수의 활동들이 추진되고 있으며 그 상세한 내용은 농림산업성이 ‘6차 산업화의 대응 사례집’을 통해 공개하고 있다. 

환경 변동이 우려되고 있는 요즘, 1차 산업은 그 영향을 가장 많이 받고 있는 업종이지만, 지속 가능성이 크게 강조되는 가운데 기존의 경험과 감을 기반으로 하는 산업에서 데이터와 분석을 기반으로 하는 산업으로의 전환은 필연적이라고 할 수 있다. 이것은 일본의 성장 전략 중 하나로 평가받고 있는 ‘농림수산업 전체에 대한 개혁과 스마트 농림수산업의 실현’과도 일치한다.

6차 산업에 있어 중요한 것은 안정적 공급과 품질 보증이다. 그리고 그것을 뒷받침하는 것이 시시각각 변화하는 포장(圃場), 산림, 목장, 어장 등의 육성 환경 및 재배종, 축산종, 수산종 등 자원종을 적절하게 계측해 파악하는 기술이다. 그 중에서도 화상 센싱은 중요한 역할을 맡고 있다.

병원, 공장, 가정 등, 실제 현장에서의 계측에는 각 현장 고유의 해결해야 할 어려움이 존재한다. 자연을 주요 대상으로 하는 농‧림‧축‧수산업에서의 계측에 있어서도 마찬가지로, 공장 등과는 다른 특유의 어려움이 지적되고 있다. 

그것은 농업, 임업, 축산업, 수산업 등의 업종 체계에 따라 다르며, 또한 같은 업종이라도 농업의 경우에는 포장 작물 농업, 과수원 농업, 시설 원예, 곡물 재배 농업 등으로 나뉘고, 수산업의 경우에는 어업, 양식 수산업 등, 양태의 차이뿐만 아니라, 어류, 패류, 해조류 등 계측 대상인 자원종에 따라서도 크게 다르지만, 대략적으로 기술하자면 다음과 같이 나열할 수 있다. 

■ 흙, 먼지, 물, 염분 등 일반적으로 전자기기 계측 환경이 열악한 경우가 많으며, 이러한 환경 속에서 안정적인 가동을 실현하기 위해 높은 내고장성(耐故障性)이 요구된다.

■ 장시간의 정점 관측이 요구되는 경우도 많지만, 이 경우, 계측기기를 설치 및 고정하는 것 자체가 어려운 현장들도 많다.

■ 특히 해양 등에서는 단기간에 대량의 부착 생물이 계측 기기, 예를 들어 카메라 렌즈 등에 붙어 유효한 데이터를 얻을 수 없게 되는 경우도 많아 이에 대한 대응이 요구되고 있다.

■ 전원, 통신 등, 요즘 보급되고 있는 계측 기기 인프라에 해당하는 설비 준비가 어려운 환경도 많다.

■ 촬영 환경 등을 정비 및 통제하는 것이 어려운 경우가 많으며, 태양광 등 노이즈가 될 수 있는 요소도 많다는 점 때문에 계측 데이터의 품질 보증이 어렵다.

■ 계측 대상이 자연물이기 때문에 개체 차이 및 상태 차이가 크며, 이러한 환경 속에서 안정적인 인식을 하기 위해서는 연구가 필요하다.

■ 포식자로부터 자신을 지키기 위한 기능인 의태(擬態), 보호색, 잠사(潜砂) 등, 본질적으로 '찾아내기 어려운' 특성을 가진 계측 대상들도 많다.

이번 특집은 스마트한 농‧림‧축‧수산업 실현을 위한 센싱 기술 개발과 그 이용 및 활용에 관해 농업, 임업, 축산업, 수산업 등 각 분야에서의 활동을 소개하는 것이 목적이다.

먼저, 농‧림‧축‧수산업에 있어서의 센싱 기술의 개관(槪觀)과 각 활동의 우위성, 선진성, 유효성을 소개하고, 기술적 측면뿐만 아니라 운용 측면도 포함한 현재의 과제 및 센싱 기술의 향후 기대되는 역할과 가능성에 대해서도 제시하는 것을 목표로 하고 있다. 

앞에서 서술한 바와 같이 이러한 것들을 포괄적으로 총망라해 논하는 것은 매우 어렵지만, 우수한 사례들을 소개함으로써 '자연에 도전하는 화상 센싱 기술'을 이해하는 데 도움이 될 수 있을 것으로 기대한다.

2. 이번 특집의 구성

이번 특집은 스마트한 농‧림‧축‧수산업 실현을 위한 센싱 기술 개발과 그 이용 및 활용과 관련해 그 현황 및 미래 전망에 대한 소개를 목적으로 한다. 농업, 임업, 축산업, 수산업의 각 분야에 대해 각각 2편씩 총 8편으로 구성되어 있다.

가즈사(かずさ)DNA연구소 소속의 나나츠키(七月) 씨와 이소베(磯部) 씨는 '식물의 성장을 평가하는 기술 개발과 화상 센싱 기술의 활용'이란 제목으로, 스마트농업, 정밀농업이라고 불리는 차세대형 농업의 형태를 뒷받침하는 식물의 형질 평가 기술로서 센싱 기술을 활용한 개발 사례들을 소개해주었다. 

가시광을 이용한 기술뿐만 아니라, 멀티스펙트럴 카메라(Multispectral Camera, 다중분광 카메라), X선 CT장치 등을 이용한 것도 포함해 폭 넓게 소개. 또한, 이러한 형질 평가 기술들을 실제 현장에서 원활하게 이용하기 위해 필요한 기술로 자동화 기술, 드론 등의 이동 기술, 환경 제어 기술도 소개해주었다. 

더 나아가, 식물연구자가 직접 계측 대상에 맞춰 계측 장치를 제작할 수 있도록 하는 'DIY Plant Phenotyping'의 콘셉트에 대해서도 소개해주었다.

주식회사 woodinfo의 나카무라(中村) 씨는 '리모트 센싱을 이용한 삼림 관리와 생육 정보의 이용 및 활용'이라는 제목으로, 삼림 계획을 목적으로 한 리모트 센싱 기술로서 인공위성, 항공 레이저, 드론, 지상 레이저 등 각 기술들을 이용한 계측 사례의 개관과 이러한 계측 데이터를 활용한 효율적인 삼림 관리 및 운용에 대해 설명해주었다.

미야자키대학(官崎大学)의 가와스에(川末) 씨는 '카메라를 이용한 돼지의 체중 측정과 응용'이라는 제목으로, 카메라를 이용한 돼지의 체중(지육(枝肉) 중량) 측정의 기본 원리와 그 응용으로 돼지의 자동 선별 장치 등에 대해 소개해주었다. 이와 함께 장치의 보급을 위한 과제도 설명해주었다.

광대한 해양이 주요 활동 장소인 수산업에서 활동을 뒷받침하는 일련의 정보를 수집해 상황을 파악하는 '가시화' 기술은 높은 코스트, 정보의 정밀도, 속보성(Time-lag)의 과제가 있다. 

홋카이도립종합연구기구(北海道立總合硏究機構)/ 도카이대학(東海大学)의 야마구치(山口) 씨는 홋카이도의 수산업의 불가시(不可視)를 개선하는 연구개발에 대해 '수산업의 가시화를 위한 활동'이라는 제목으로, 해양 환경 데이터, 수산 생물 정보, 어업 정보의 관점에서 데이터의 계측, 공유, 이용 사례에 대해 정리해주었다.

고치(高知) 현의 기간 산업 중 하나는 시설 원예 농업이다. 현재, 내각부지방대학 지역산업창생교부금 'IoP(Internet of Plants)'가 이끄는 'Next 차세대형 시설 원예농업'이 추진되고 있다. 

해당 사업의 일익의 담당하고 있는 고치공과대학의 구리하라(栗原) 씨는 'Next 차세대 시설 원예농업 IoP에 있어서의 과채류 검출 프로젝트'라는 제목으로, Next 차세대형 시설 원예농업의 개요와 프로젝트에서 추진되고 있는 과채류 검출 기술 개발에 대해 가지와 피망 사례를 소개해주었다.

임업의 적절한 관리와 임업의 성장 산업화, 더 나아가 임업 자원 순환의 활용 및 환경보존에는 임업의 가시화, 데이터화가 열쇠가 된다. 도쿄덴키대학(東京電機大学)의 이와세(岩瀨) 씨는 'LiDAR(Light Detection And Ranging)' 등, 다양한 기술들을 활용한 활동에 대해 설명. 그 중에서도 특히 멀티콥터에 LiDAR를 탑재한 3차원 점군 계측 시스템과 그 이용 사례 및 평가에 대해 상세하게 소개해주었다.

와세다대학(早稻田大学)의 오가와(小川) 씨는 '영상 감시에 기반을 둔 번식우의 분만 징조 검지--유저가 납득하고 의사 결정을 할 수 있는 영상 감시 시스템을 어떻게 구축하고 운용해야 할까?'라는 제목으로, 실제 사회에서 유저의 의사 결정을 지원하는 것을 목적으로 한 영상 감시 시스템에 필요한 요건을 정리. 

그 요건을 충족하는 영상 감시 시스템을 구축하기 위한 개발 프로세스를 소개해주었다. 축산업에 있어 중요한 과제인 번축우 감시에 착안, 소개한 개발 프로세스를 이용해 구축한 분만 징조 검지 시스템에 대해 개발 흐름과 시스템의 상세한 내용도 소개해주었다.

시가현립대학(滋賀県立大学)의 에노모토(榎本) 씨는 '수산업에 뿌리내린 영상 처리 기술'이라는 제목으로 양식어를 위한 개체 식별 기술, 수하식 큰가리비 양식업을 위한 3차원 계측 기술, 계측을 지원하는 심층학습 데이터셋 생성 툴을 이용한 활동 및 연구개발 사례에 대한 상세한 내용을 소개해주었다.

이상 8편 모두 매우 흥미로운 연구개발 사례인 것은 두말할 나위 없다. 하지만, 농‧림‧축‧수산 분야에 깊이 침투해있는 계측 기술은 그 모습이 분명하지 않으며, 해당 분야에 폭 넓게 이용 및 활용될 수 있는 기술 체계 확립이라는 관점에서는 아직 여명기라고 할 수 있을 것이다. 

이번 특집을 통해 독자들이 농‧림‧축‧수산 분야에 흥미를 가지게 되고, 더 나아가 독자가 가지고 있는 기술이나 노하우, 경험을 바탕으로 연구개발 활동에 참여하는 것을 검토하는 계기가 될 수 있다면 더할 나위 없이 기쁠 것이다.

마지막으로, 바쁘신 와중에도 폭 넓은 경험과 깊은 지식을 바탕으로 흥미로운 기사를 집필해주신 저자 여러분들께 깊은 감사의 뜻을 전하고 싶다.

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