방제 작업은 병해충을 줄여 농산물의 품질과 생산량을 높이기 위한 필수 작업이다. 하지만 방제 작업은 고온 다습한 환경에서 작업하여 고된 작업 강도와 농민의 농약 중독 문제, 고령화 여성화로 인한 농가 일손 부족 문제로 농촌에서는 기피하고 있는 작업 중 하나이다. 이러한 점을 보완하기 위해 동력 살포기와 같은 기계를 이용하여 살포 작업을 실시하고 있으며, 스피드 스프레이어의 경우 2015년 기준 2,073 대가 농가에 공급되어졌다. 스피드 스프레이어를 사용하는 농가는 점차 증가하고 있으나, 현재 스피드 스프레이어의 살포 방식의 경우 농약을 다량 살포함으로써, 농약의 낭비, 환경오염의 문제점이 나타나고 있다. 이러한 점을 보완하기 위해 최근에는 방제 작업의 방식이 붐을 이용한 방제 작업으로 바뀌어가고 있는 추세이다. 붐 방제기의 경우 붐에 노즐을 배치하여 작물에 근접한 위치에서 농약을 정밀 살포하며, 스피드 스프레이어와 다르게 농약의 낭비를 줄일 수 있으며, 농약의 살포량을 제어하기 쉬운 장점이 있다. 본 연구에서는 기존의 트랙터 부착형 붐 방제기가 아닌 스피드 스프레이어를 개선한 붐식 스피드 스프레이어를 개발하기 위하여 현재 사용되고 있는 붐 방제기의 연구 동향 및 제품을 소개하고 개발에 필요한 기초 자료로 활용하고자 한다. 기존의 붐 방제기는 트랙터에 부착하는 형태로 개발되어졌으며 트랙터의 부착위치에 따라 전륜, 후륜형으로 나뉘고, 작물의 크기에 따라서 붐의 높이 및 붐의 각도를 조절하는 구조로 제작하여 사용되고 있다.

농용트랙터의 전방차축 현가장치는 노면으로부터 발생하는 진동의 영향을 줄일 수 있기 때문에 트랙터의 대형화, 고속화의 추세에 맞춰서 승차감과 조향감을 향상시키는 데 중요한 역할을 한다. 전방차축의 현가장치는 트랙터의 차체 무게에 의한 부하가 크고, 또한 유압 펌프를 비롯한 유압시스템이 존재하기 때문에 유압식 회로로 구성하는 것이 바람직하다. 하지만, 현가장치의 유압회로를 개발하는데 있어서 실제 시스템을 구성하여 실제 실험을 통한 개발에는 비용과 시간이 많이 필요하다. 본 연구에서는 유압식 전방차축 현가장치에 필요한 유압회로부 개발을 위하여 시뮬레이션 기법과 요인시험 장치를 이용 적정 유압회로를 설계하고자 하였다. 이를 위하여 어큐뮬레이터, 가변 오리피스, 릴리프밸브, 체크밸브 등으로 구성된 유압 현가요인 시험 장치를 설계 제작하였으며, 현가 부품인 실린더 행정, 속도, 전달되는 힘을 측정하고, 유압 해석 프로그램인 SimulationX를 이용 구성된 유압회로 부품에 측정값을 입력하여 실제 조건과 유사한 동특성을 나타내는 전방차축 현가요인 시뮬레이션 모델을 개발하였다. 개발된 시뮬레이션 모델을 이용하여 실제 시험조건과 같은 가진 조건을 부여하여 개발 현가장치의 특성 값 변동에 따른 현가 성능을 구명하였다. 이를 위해 시뮬레이션 상에서 120 마력 트랙터 무게의 50% 수준에 해당하는 2,000 kg의 부하가 존재하는 상태에서 현가장치의 유/무에 따른, 감쇠 계수의 변화에 따른 스프링상 질량의 RMS 가속도를 비교하였다. 입력 가진으로는 1 Hz, 4 Hz, 8 Hz의 진동수에 각각 10 mm, 6.4 mm, 3.2 mm의 진폭을 인가하였다. 시뮬레이션 결과, 1 Hz에서는 현가장치가 있는 경우 최대 55.9% 개선되었고, 4 Hz에서는 최대 3.9 % 개선되었고, 8 Hz에서는 최대 61.4%까지 개선되었다. 이는 4 Hz의 경우에는 2,000 kg의 부하에 해당하는 고유 진동수 대역에 해당하기 때문에 그 감쇠 효과가 없는 것으로 나타났다. 하지만, 다른 주파수 대역에서는 현가장치가 효과적으로 작동하는 것을 나타내었다. 설계한 전방차축 현가 유압회로부를 시뮬레이션을 통하여 분석한 결과, RMS 가속도의 개선이 명확하게 이루어지는 것을 확인하였으며 입력 주파수 변화에 따라 감쇠특성도 나타나는 것을 확인하였다. 추후 연구에는 설계한 유압회로부와 관련 부품을 설계 제작하여 실제 트랙터에 장착 그 성능을 검증할 예정이며, 노면조건에 따라 감쇠성능을 유지하기 위한 반능동형 또는 적응형 현가장치 제어 기술을 적용하여 개선된 현가성능을 확보하기 위한 연구를 수행할 예정이다.

본 연구는 수확 작업에 따른 농업용 트랙터의 차축 부하 분석을 목적으로 수행되었다. 트랙터의 부하 측정을 위한 부하 계측 시스템은 4개 차축의 토크 측정을 위한 휠 토크미터, 부하 데이터 수집을 위한 데이터 수집장치, 토크미터에 전원을 공급하기 위한 전원공급장치, 트랙터 배터리를 이용하여 노트북 및 전원공급장치에 전원을 공급하기 위한 인버터, 데이터 처리를 위한 노트북으로 구성하였다. 본 연구에서는 부하계측을 수행하기 위해 동양물산(주)의 60 마력급 트랙터 T623을 사용하였다. 부하 분석은 수확 작업에 따른 주행 단수 별 데이터를 이용하여 통계분석을 수행하였다. 수확 작업 시 L2단에서 좌측 전륜에서의 최대, 최소, 평균, 표준편차 토크는 각각 1735.44, 818.36, 1201.38, 175.53 Nm로 나타났으며, 우측 후륜에서는 3685.11, 1971.68, 2981.80, 258.36 Nm로 나타났다. L3단에서 좌측 전륜에서의 최대, 최소, 평균, 표준편차 토크는 각각 1580.94, 701.06, 1007.93, 125.11 Nm로 나타났으며, 우측 후륜에서는 3239.57, 1735.44, 2472.11, 307.85 Nm로 나타났다. 트랙터의 차축 부하는 L2단에서 L3단으로 작업속도가 증가함에 따라 좌측 전륜에서 약 0.83배, 우측 후륜에서 약 0.82배 감소하는 것으로 나타났다. 향후에는 Romax_Designer (Version 17, Romax Technology, UK)을 사용하여 작업 부하에 따른 트랙터 트랜스미션 해석을 하여 트랙터 PTO 최적설계 가능성을 제시할 계획이다. 정격 출력 조건에서 시뮬레이션을 진행하여 트랙터 트랜스미션을 설계하면 안전성을 확보할 수 있지만 최적설계를 위해서는 실제 포장시험 데이터를 이용한 시뮬레이션이 필요하다고 판단된다.

본 연구는 로타리 작업에 따른 105마력급 농업용 트랙터의 소요동력을 분석하기 위하여 수행되었다. 소요동력 측정 시스템은 차축 토크미터, PTO 토크미터, 주/보조 유압센서, 데이터 수집장치를 이용하여 구성하였다. 시험에 사용된 트랙터는 동양물산 105 HP급 트랙터 (S07, TYM, Korea)이며, 작업기는 로타베이터 (SW 230GL, Sungwoo Industrial Co. Ltd, Korea)를 사용하였다. 포장시험은 전라북도 부안군에 죽림길에 위치한 $4,000m^2$ ($100m{\times}40m$) 크기의 경작지 2곳에서 수행하였다. 포장시험 시 작업 단수는 주행단수 L3단 (2.38 km/h)에서 PTO 단수 1단 (540 rpm)과 2단 (750 rpm)으로 설정하였고, 로타리 작업 시 경심은 13 cm 조건에서 실시하였다. 트랙터 작업은 동양물산의 성능시험 업무를 맡고 있는 숙련된 작업자가 숙달된 방법으로 수행하였다. 포장시험지의 토양환경은 임의의 15곳에서 채취한 시료를 이용하여 토성, 함수율, 원추 관입지수에 대하여 미국 농무부 (USDA)법을 기준으로 분석하였다. 토양환경 분석 결과 토성은 Sandy loam (사양토), 평균 함수율은 35.15%, 평균 원추관입지수는 1,562 kPa로 나타났다. PTO 1단 작업 시 트랙터의 평균 소요동력은 차축, PTO, 주 유압, 보조 유압에 대하여 각각 1.8, 54.0, 1.3, 그리고 1.1 hp로 나타났다. PTO 2단 작업 시 트랙터의 평균 소요동력은 차축, PTO, 주 유압, 보조 유압에 대하여 각각 1.2, 79.4, 1.2, 그리고 1.0 hp로 나타났다. PTO 1단 작업 시 소요동력의 합은 58.2 hp로, 정격 마력 (105 hp) 대비 55.43 % 사용한 것으로 나타났으며, PTO 2단 작업 시 소요동력의 합은 82.8 hp로, 정격 마력 대비 78.85% 사용한 것으로 나타났다. PTO 1단 대비 2단에서는 PTO를 제외한 차축, 주 유압, 보조 유압의 소요동력이 감소하였으나, PTO에서 약 1.47배로 크게 증가하여 전체적으로 소요동력이 증가한 것으로 나타났다. 향후 다양한 작업기 및 작업 단수에 따른 소요동력을 분석하여 농업용 트랙터의 모든 부하 조건에 대한 데이터베이스 구축에 관한 연구를 수행할 예정이다.

입자거동해석소프트웨어(EDEM)은 DEM(Discrete Element Method)기법을 이용한 입자 거동 전용 해석툴로 입자 유입량, 위치 등을 조절하여 입자거동과 관련된 제품 개발, 프로세스 최적화를 위한 비용 및 시간 절감에 활용도가 뛰어난 소프트웨어이다. EDEM을 활용하기 위해선 적용대상에 대한 물성치를 적용하여야 한다. 따라서 본 연구에서는 EDEM를 이용하여 현재 연구개발 중인 카드클리너 방식의 고추 선별기의 성능을 분석을 수행하기 위해 고추 물성측정 실험을 수행 하였다. EDEM을 이용한 입자거동해석에 필요한 개인 물성치에는 포아송비, 전단탄성계수, 밀도가 있다. 또한 입자-입자, 입자-Geometry 간의 상호관계를 위한 물성치인 반발계수, 정지마찰계수, 구름마찰계수가 필요하다. 공시 시료인 고추는 광주광역시 남구 승촌동 소재의 개인농가 Plastic 온실로 재배된 '천상'품종을 사용하였다. 푸아송 비와, 전단 탄성계수를 측정하기 위한 인장시험기기로는 만능인장시험기(TA-XT2, Stable Micro, 영국)를 이용하였으며, 인장에 의한 고추의 변형량 축정은 초고속카메라(NX4-SI, IDT, 미국)을 이용하였다. 밀도는 비중병법에 기초하여 질량과 부피를 측정하여 밀도를 계산하였다. 반발계수는 고추의 충돌 실험을 통해 변화한 높이를 이용하여 계산하였고, 충동 실험을 통해 변화한 높이는 초고속카메라를 이용하여 측정하였다. 정지마찰계수와 구름마찰계수는 고추의 미끄러짐이 시작하는 각도와 등속도 운동으로 구르는 각도를 초고속카메라를 이용하여 측정 후 계산하였다. 모든 실험은 3번 반복을 통해 평균값을 시험 결과 값으로 이용하였다. 고추의 대한 물성치 실험결과 고추의 푸아송 비는 0.294(std : 0.2), 전단탄성계수 4.624E+06 Pa, 밀도 $600kg/m^3$로 나타났다. 또한 입자-입자 간의 물성치인 반발계수는 0.383, 정지마찰계수는 0.455, 구름마찰 계수는 0.043로 나타났다. 추후 본 연구에서 측정한 고추의 물성치를 적용한 EDEM 입자거동해석 시뮬레이션을 통해 카드클리너 방식의 고추 선별기의 성능에 대한 분석을 하고자 한다.

우리나라 고추 재배는 ha당 총 노동투하시간 2,436 hr 중 수확작업시간은 954 hr으로 총 노동투하시간의 39.2%를 점유하고 있어 수확작업의 생력화를 위해 고추수확작업의 기계화가 절실히 필요하다. 고추 수확의 기계화를 위해 국내 T사에서 자주식 고추 수확기를 개발 중에 있다. 현재 고추를 기계로 채취하게 되면 많은 양의 줄기달린 고추가 유입되므로 수확 후 분리하는 작업에 있어 많은 인력과 시간이 소요되는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 드럼 회전 타입의 2차 탈실부 요인시험 장치를 제작하여 드럼의 회전속도, 드럼과 급치 사이 간격에 대해 요인시험을 수행함으로써 자주식 고추수확기 2차 탈실부의 적정 작업조건을 파악함에 목적을 두었다. 탈실부 요인시험 장치는 급치가 부착된 3개의 드럼 형태의 탈실부와 이송벨트로 구성된다. 공시재료인 고추는 광주광역시 남구 승촌동 소재의 개인농가에서 Plastic 온실로 재배된 '천상' 품종을 사용하였다. 본 요인시험은 드럼의 회전속도(40, 70, 100, 130 rpm)와 드럼과 급치 사이 간격(2, 5, 10 mm)으로 요인을 설정하여 시험을 수행하였다. 시험은 각 요인 당 3반복으로 실시하였으며, 투입되는 시료는 줄기달린 고추를 3가지의 형태로 구분하여 제작하였다. 각 요인에 따라 고추의 탈실률, 손상률에 대해 통계프로그램인 SAS를 이용하여 분석하였다. 드럼의 회전속도에 따른 요인시험결과, 손상 대비 탈실률로 비교했을 때 회전속도 40 rpm에서 탈실률 47.69%, 손상률 8.33%로 성능이 가장 낮았으며, 회전속도 70 rpm에서 탈실률 63.89%, 손상률 12.96%로 성능이 가장 높았다. 드럼과 급치 사이의 간격에 따른 요인시험결과, 간격이 클수록 탈실률 및 손상률이 줄어드는 경향을 보였으며, 5 mm일 때 성능이 가장 높았다. 반복이 있는 이원배치법을 이용하여 분석한 결과, 고추 탈실률과 손상률은 드럼의 회전속도와 드럼과 급치 사이 간격 모두에서 유의차가 발생한다고 나타났다. 요인시험 결과를 종합적으로 고려해 보았을 때, 드럼 회전속도 70 rpm, 드럼과 급치 사이 간격 5 mm에서 가장 높은 성능을 보였다. 고추 탈실률이 낮고, 손상률이 높아 탈실장치로서의 기능에 어려움이 있을 것으로 보이므로 추후 급치 타입의 변경 등 탈실장치의 보완 및 개선이 필요할 것으로 판단된다.

지속적인 고령화 추세에 따라 여성과 고령층의 노동력이 차지하는 비율이 높아지고 있어, 사용하기 편리한 소형농기계의 요구가 증가하고 있는 실정이다. 본 연구에서 사용한 소형 관리기는 정식 작업 전 경운, 정지 등 다양한 작업이 가능한 농기계이다. 본 연구에서는 소형 관리기에 토크 측정 시스템을 구성하였으며, 작업 중 가장 큰 부하를 받는 구굴 작업 부하를 측정하였다. 또한, 작업 시 가장 직접적으로 영향을 받는 PTO (Power Take Off) 기어의 부하 용량(load capacity)을 기어 해석 소프트웨어를 이용하여 분석하였다. PTO 기어의 부하 용량은 안전율, 피로수명을 대상으로 평가하였다. 측정된 부하 데이터는 변동 하중이므로, 부하 크기와 빈도수의 규칙적인 신호로 단순화하기 위하여 레인플로우 카운팅 방법을 사용하였으며, SWT (Smith-Watson-Topper) 방법을 이용하여 공칭 토크를 계산하였다. PTO 기어의 안전율은 ISO 6336, 피로 수명은 마이너 법칙(Miner rule)을 이용하여 계산하였다. PTO의 변속 단수 총 2단이며, 5개의 스퍼 기어로 구성되어 있다. 시뮬레이션 결과, 소형 관리기의 주행 속도 또는 PTO의 회전속도 증가에 따라 PTO에서 발생하는 평균 부하가 크게 나타났다. 또한 주행 단수 및 PTO 기어 단수가 증가할수록 기어의 안전율과 피로 수명이 감소하였으며, 특히 PTO 기어의 안전율은 접촉 응력에서의 안전율보다 굽힘 응력에서의 안전율이 급격하게 감소하였다. 소형 관리기의 PTO 수명은 주행 단수 2단, PTO 단수 2단 일 때 가장 적게 나타났다. 따라서 소형 관리기의 주행 속도와 PTO 회전 속도를 저속으로 작업하는 것이 PTO 기어의 수명에 더 유리할 것으로 판단된다.

본 연구에서는 롤러식 양파 파종기의 작동 특성 파악을 위한 동적 시뮬레이션을 수행하였다. 롤러식 양파 파종기의 주요부는 롤러와 포트트레이로 구성된다. 양파 파종기의 작동 특성 파악을 위해 동력전달 경로의 구성요소와 각 주요부의 속도를 분석한 결과 동력원인 모터의 출력은 체인과 스프라켓을 통해 포트트레이와 롤러에 전달되며 모터에서의 회전속도는 1770rpm으로 감속기를 통해 출력축의 회전속도는 17.7rpm으로 감소한다. 이론적으로 도출한 포트트레이의 이동속도는 74.98mm/s, 롤러의 회전속도는 22.13rpm으로 나타났다. 시뮬레이션을 수행하기 위해 스캐너를 이용하여 롤러식 파종기를 실측했으며 후에 3D모델링을 진행하였다. 시뮬레이션 해석조건은 파종기의 실제 작동방식을 고려하여 롤러1과 3은 포트트레이와 면대면 접촉을 통해 회전하도록 설정하였고 롤러2와 롤러4는 동력전달경로에 포함된 스프라켓과 기어의 잇수비를 반영하여 회전속도를 도출하여 적용하였다. 시뮬레이션 결과 롤러의 회전속도는 모두 22.13rpm으로 수식에 근거하여 도출한 값과 계측 값이 같음을 확인하였다. 또한 파종 깊이를 결정하는 요소인 롤러의 상토 압축 정도를 파악하기 위하여 롤러궤적 시뮬레이션을 통해 롤러 끝 단의 궤적을 분석하였는데 롤러궤적 분석 결과 롤러의 끝 단은 약 9.8mm 깊이로 내려가는 것을 확인하였다.

선회시스템의 수명을 정확히 예측하기 위해서는 굴삭기의 상부회전체 및 선회시스템의 모든 구성요소들의 질량관성모멘트를 고려하여 선회감속기의 수명 평가를 수행해야 한다. 선회감속기의 수명 평가방법은 주로 실험실 시험으로 수행이 되며, 시험 장비는 장비 구축 편의성과 비용 등의 이유로 증속기와 굴삭기 상부회전체의 등가 관성체 등으로 구성된다. 굴삭기 선회시스템의 정확한 등가 실험실 시험을 위해서는 시험에 사용되는 등가 관성체의 관성모멘트를 정확히 결정하는 것이 매우 중요하다. 본 연구는 굴삭기 선회시스템의 등가 실험실 시험을 위해 굴삭기 상부회전체의 관성모멘트를 결정하기 위하여 수행되었다. 굴삭기 선회 시험을 통하여 선회감속기 입력 속도 및 토크를 측정하였고, 반복계산법을 이용하여 굴삭기 상부 회전체의 등가관성모멘트를 계산하였다. 굴삭기 상부회전체의 시뮬레이션 모델을 개발하여 선회 시험 결과와 시뮬레이션 모델 비교 분석을 통해 굴삭기 시뮬레이션 모델을 검증하고, 검증된 모델을 이용하여 상부회전체의 관성모멘트가 반영된 등가 실험실 시험 시뮬레이션 모델을 개발하였다.

본 연구는 트랙터 주행노면의 토양 특성이 트랙터 승차진동에 미치는 영향을 분석하는 것을 목표로 하였다. 여러 토양조건에서 실제 트랙터 주행실험을 진행하는 것은 어렵기 때문에, 상용 CAE 프로그램을 이용하여 트랙터를 모델링하고 시뮬레이션을 진행하였다. 이를 통해 여러 토양조건에 따른 승차진동의 특성을 비교, 분석하였다. 모델의 유의성은 트랙터 아스팔트 주행실험을 통해 진동데이터를 획득하고 실측 진동 데이터와 시뮬레이션을 통해 얻어진 진동 데이터를 분석해 검토하였다. 이 때, 노면 토양의 특성에 따라서 트랙터가 장애물을 만났을 때 순간적인 진동 특성을 분석하기 위해서 트랙터 주행 노면을 사인범퍼(sine-bumper) 노면으로 설정하고 주행실험 및 시뮬레이션을 진행하였다. 본 연구에서는 강체 노면, Heavy clay, North Gower Clay Loam 토양, Grenvile Loam 토양의 네 가지 노면 조건을 분석하였다. 분석 결과 침하가 발생하지 않는 강체 노면보다 침하가 발생하는 세 가지 토양 조건에서 장애물에 따른 순간적인 진동이 더 크게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 다만 승차진동이 토양 파라미터와 단순히 선형적인 관계만을 보이는 것은 아니라는 것도 확인할 수 있었다. 이 후, North Gower Clay Loam 토양 조건에서 트랙터 속도에 따른 시뮬레이션 진행 결과를 분석하였을 때, 토양 침하가 발생하는 토양 조건에서도 속도가 증가함에 따라서 진동 크기가 증가하는 것을 확인할 수 있었다.

본 연구는 필드 작업 시 작업조건에 따른 정식기의 PTO 부하를 측정하고, 이를 이용하여 작업조건에 따른 안전율 시뮬레이션을 목적으로 수행하였다. 부하 계측 시스템은 PTO 축의 부하를 측정하기 위한 토크 센서, 토크 센서에서 발생한 신호를 수집하기 위한 데이터 수집장치, 노트북에 전원을 공급하기 위한 파워 컨트롤러로 구성하였다. 토크센서에서 입력된 부하 데이터를 처리하기 위한 소프트웨어는 Labview(Version 2011, National Instrument, USA)를 사용하였다. 포장시험은 유사한 토양 조건에서 4회 반복 시험을 수행하였으며, 작업속도 고속 조건에서 4개의 주간거리(26, 35, 43, 80cm)와 3개의 식부깊이 (85, 105, 136mm)에 대하여 수행하였다. 안전율 시뮬레이션을 위한 소프트웨어는 KISSsoft(Version 2016, Kissling & Co. AG, Switzerland)를 사용하였다. 식부깊이 85mm에서 주간거리 26, 35, 43, 80cm일 때 작업시 각각 굽힘 안전율은 2.2874, 2.4507, 2.7139, 2.8064로 나타났으며 접촉 안전율은 1.1787, 1.2799, 1.3205, 1.3275로 나타났다. 식부깊이 105mm에서 주간거리 26, 35, 43, 80cm일 때 작업 시 각각 굽힘 안전율은 2.1261, 2.2781, 2.4879, 2.5866로 나타났으며 접촉 안전율은 1.1296, 1.1425, 1.2710, 1.2507로 나타났다. 식부깊이 136mm에서 주간거리 26, 35, 43, 80cm일 때 작업 시 각각 굽힘 안전율은 1.6587, 1.6651, 1.7824, 2.2198로 나타났으며 접촉 안전율은 1.0030, 1.0104, 1.0450, 1.1931로 나타났다. 주간거리에 따른 식부깊이의 굽힘 안전율과 접촉 안전율은 가장 차이가 큰 주간거리 80cm에서 식부깊이가 85, 105, 136mm일 때 작업 시 각각 굽힘 안전율은 2.8064, 2.5866, 2.2198로 나타났으며 접촉 안전율은 1.3275, 1.2507, 1.1931로 나타났다. 시뮬레이션 결과 정식기 베벨기어의 안전율은 주간거리가 짧을수록, 식부깊이가 깊을수록 더 낮게 나타났다. 그러므로 정식 작업 시 정식기의 부하와 내구성을 고려하여 적절한 작업조건을 선정해야 함을 알 수 있다. 또한 향후 다양한 토양 조건 및 작업 단수 등에 따른 포장시험을 추가로 진행하여 여러 조건에서의 안전율 시뮬레이션을 수행할 예정이다.

국내 농업인구 감소 대비 식품소비량이 증가함에 따라 농가의 인력을 대체하고 다양한 작업이 가능하며 가격이 저렴한 국내 기계화 기술이 필요하다. 무동력 디스크해로우 작업기는 경운과 배토가 가능한 복합작업기로서 작업기를 구성하는 주요 구성품들은 필드작업에 의해 발생되는 하중에 구조적 강도와 신뢰성이 충분히 확보되어야 한다. 또한, 실제로 필드 작업 시 작업기에 걸리는 하중은 복합하중 형태로 전달되기 때문에 단순한 형태 하중에 비해 하중계측에 어려운 점이 있으므로 하중계측점의 선정이 매우 중요하다. 본 논문에서는 하중계측점을 선정하기 위하여 복합기의 주요 구성품인 치즐(chisel) 및 디스크해로우암(disk harrow arm)에 대하여 구조해석을 수행하였으며, 3축 방향의 단위하중 응력 계산결과로부터 load reconstruction을 위한 스트레인 게이지 위치를 선정하였다. 또한, 스트레인 게이지의 신호가 하중해석에 적절한 값이 되도록 기존의 형상을 수정하였다.

In electric agricultural machine the gearhead is needed to convert the high speed low torque rotation motion generated by DC motor to lower speed high torque motion used by the vehicle. The gearhead consist of several spur gears works as reduction gears. Spur gear have straight tooth and are parallel to the axis of the wheel. Spur gears are the most easily visualized gears that transmit motion between two parallel shafts and easy to produce. The modeling and simulation of spur gears in DC motor gearhead is important to predict the actual motion behavior. A pair of spur gear tooth in action is generally subjected to two types of cyclic stress: contact stress and bending stress including bending fatigue. The stress may not attain their maximum values at the same point of contact fatigue. These types of failure can be minimized by analysis of the problem during the design stage and creating proper tooth surface profile with proper manufacturing methods. To improve its life expectation in this study modal and stress analysis of gearhead is simulated using ansys work bench software based on finite element method (FEM). The modal analysis was done to understand gearhead deformation behaviour when vibration occurs. FEM static stress analysis is also simulated on gearhead to simulate the gear teeth bending stress and contact stress behavior. This methodology serves as an approach for gearhead design evaluation, and the study of gear stress behavior in DC motor gearhead which is needed in the small workshop scale industries.

ISO11783은 농업 산업분야 통신 프로토콜의 국제 표준으로, 농용트랙터 및 작업기 ECU 간의 통신 프로토콜을 표준화한다. 이 표준은 서로 다른 제조사의 제품 간에 호환성을 갖게 하며, 정밀 농업에 대한 핵심 기반을 제공한다. 현재 해외에서는 이미 ISO11783 기반의 AFS(Advanced Farming System)를 통한 정밀농업이 상용화되어 농가에 보급되고 있다. 이에 비해, 국내에서 이러한 표준을 따르는 농기계들은 미비한 실정이며, 향후 농업의 정밀 농업화를 통한 고부가가치 창출 및 선진국의 무역 장벽에 대비와 해외 수출 판로 개척을 위해 ISO11783 표준에 대한 R&D가 필요로 한다. 이에 IsoAgLib를 분석하고 임베디드 보드에 Porting하여 ISO11783 기반 작업기 ECU를 구현하였고, 이를 기반으로 ISO11783 기반 작업기 ECU의 구현 방법을 발표한다. IsoAgLib의 시스템 아키텍처는 계층화 되어 있어, 타겟에 의존적인 계층만 수정하여, IAR 환경에서 Cortex M3 보드에 포팅을 완료하였다. 작업기 ECU들은 자신만의 인터페이스 화면을 갖으며, 이를 Object pool이라 한다. 이것을 Virtual Terminal(VT)에 업로드 하여, VT가 해당 작업기 ECU의 사용자 인터페이스 기능을 제공하도록 한다. 이에 작업기 ECU 구현 1 단계로, 'VT-Designer'를 통하여 Object pool를 설계한다. 2 단계, 'vt2iso'를 통해서 Object pool을 IsoAgLib 상에서 사용할 수 있도록 변환한다. 3 단계, 포팅된 IsoAgLib project에 변환된 파일을 포함 시킨다. 4 단계, 작업기 ECU의 주기적인 작업 및 각 메시지 수신시 수행할 작업을 코딩한다. 5 단계, 빌드 및 타겟 보드에 업로딩 한 후, New Holland 사의 $Intelliview^{TM}$ iv display (VT)과 연결하여 동작을 확인한다. 확인 결과로 VT에 디자인한 Object pool이 표시 되며 soft key 입력 시 작업기 ECU에서 LED가 변한다. 결론적으로, 연구 결과를 바탕으로 ISO11783 기반의 작업기 ECU의 디자인 및 구현이 가능하며, 이를 통해 향후 국내의 ISO11783 기반의 작업기 ECU의 개발에 도움을 줄 수 있다.

자율주행 트랙터를 위한 트랙터 조향제어는 일반적으로 전자모터를 이용한 EPS(Electric Power Steering) 시스템을 스티어링 휠에 연결하여 회전변위를 변경하고 그 결과 오비트롤(Orbitrol) 밸브의 토출유량을 바꾸고 호스로 연결된 조향실린더의 변위를 조절하여 최종적으로 전방 타이어의 방향각을 변경하면서 이루어진다. 이러한 조향방식은 시스템 구조상 조향실린더와 오비트롤 밸브가 상대적으로 멀리 떨어져 있으며, 밸브 특성상 약 ${\pm}5^{\circ}$의 오버랩이 포함되어 있다. 또한, EPS의 전자모터는 관성력, 마찰, 백래시 등의 영향을 가진다. 이와 같은 복합적인 영향은 조향 응답을 느리게 만들어 상대적으로 빠른 속도에서 주행에서 추종성능이 떨어지는 문제가 발생한다. 본 연구에서는 자율주행 트랙터의 조향성능 개선 연구의 일환으로 조향 HILS 시뮬레이터를 설계제작하여 조향 성능의 요인을 실험적으로 구명하고자 하였으며 이를 바탕으로 조향 시스템의 설계개선 방안을 수립하고자 하였다. 시뮬레이터는 동양물산 80 마력급 TX803 트랙터에 사용되는 오픈센터방식의 오비트롤 유압회로 시스템을 기어펌프가 장착된 AC모터로 구동되게 구성하였으며, 유량은 모터의 주파수를 조절 회전속도를 조절 변경하였다. 추가적으로 EPS와 오비트롤 조합의 조향성능을 비교 및 개선하기 위해 비례제어밸브(PVG 32, Danfoss)를 추가 장착하였다. 실제 트랙터 조향 시 나타나는 마찰저항을 모사하기 위해 부하 실린더를 구성하였으며, 조향 실린더의 부하의 크기는 부하 실린더를 폐회로를 구성하고 유량비례제어밸브를 이용한 유로의 개구량 조절을 통해 부하의 크기를 약 4000 N 까지 증가시킬 수 있도록 하였다. EPS와 비례제어밸브를 제어하기 위해 CANoe 8.0 소프트웨어를 이용하여 CAN통신 기반 가상 조향ECU를 구성하였으며 오비트롤의 기본 성능을 확인하기 위해 조향휠에 따른 실린더 동특성 및 계단 추종성능을 비례제어밸브와 비교하였다. 오비트롤 밸브는 약 ${\pm}5^{\circ}$이상 동작 시 실린더 압력이 상승하기 시작하였으며, 이후 약 ${\pm}10^{\circ}$이상 동작 시 조향실린더가 동작하기 시작하였다. 계단 추종성능실험에서는 비례제어밸브가 약 2배 이상의 응답개선을 나타냈다. 자율주행 경로추종 성능을 향상시키기 위해서는 순간적인 출력밀도가 높은 비례제어밸브를 통해 응답개선이 필요한 것으로 나타났다.

궤도형 차량의 이동구조는 에너지 소비 측면에서 단점이 있지만 접지압의 감소로 인한 평지 및 야지험지에서도 원활한 주행이 가능한 장점으로 인해 농업분야의 플랫폼에서 많이 사용된다. 곡식을 베는 일과 탈곡하는 일을 한 번에 하는 콤바인도 이러한 무한궤도형 이동구조를 사용한다. 또한 궤도형 차량의 방향전환 및 주행속도 변환은 좌 우 궤도의 회전 속도를 다르게 하여 동시에 제어하기 때문에 정교한 주행 성능을 위해서는 궤도형 차량의 기구학 모델을 고려한 경로 계획이 필요하다. 본 연구에서는 직교형 포장에서 Round harvesting 기법 기반으로 궤도형 차량의 기구학 모델 및 포장정보를 고려한 자율주행 콤바인 경로계획 알고리즘을 개발하고자 하였다. 이를 위해 Labview 기반의 궤도형 차량 시뮬레이션을 구축하여 실제 포장정보를 이용해 생성 된 경로의 적용 가능성을 구명하고자 하였다. 자율주행 콤바인 경로 계획은 콤바인의 길이, 너비, 회전 시 좌 우 궤도의 속도 비, 직진 속도와 회전 속도 비, 회전 각도, 포장의 외부 경계선, 작업 겹침 량, 회경 횟수를 이용하여 좌현 새머리 선회를 포함한 내부 왕복작업 경로를 생성하며 외부 회경 횟수는 2~3회를 가정하였다. 자율주행 시뮬레이션은 차체와 궤도 자체의 미끄러짐과 작동기 지연시간을 단순화 한 궤도형 기구학 모델형태로 구성하였다. 추종 알고리즘은 선견 거리법을 사용하였으며, 측면 변이값과 방향 오차의 선형조합을 이용하여 조향변수를 정의하고 퍼지로직기반으로 좌 우 궤도 속도를 7 단계화하여 조향장치를 모델링하였다. 실험결과 개발 된 경로생성 알고리즘은 실제 취득 된 포장 외부 경계 GPS 위 경도를 이용해 자동으로 생성이 가능하며 간략화 된 콤바인 시뮬레이션에서 직진주행 RMS 위치 오차는 0.05 m, 선회구간에서 직진 구간 진입 시 RMS 위치 오차는 0.11 m, 직진 구간 RMSE 방향 오차는 3.2 deg로 콤바인 예취부 간격인 30 cm보다 작은 위치 오차를 보이며 생성된 경로 전체 추종이 가능함을 나타내었다.

Recent favor on high quality food and concern on food safety have demonstrated the superiority of Hanwoo (Korean native cattle). In general, the price of cow is higher than those of steer and bull, causing cheating issues in the market. Hence, this study is to discriminate genders of Hanwoo with identification of factors which highly influence gender discrimination based on the big-size deboning data. Totally, there were 31 variables in the deboning data, and we divided into them two categories: data obtained before and after deboning. Discriminant function analysis was then applied into the data to determined the accuracy of gender discrimination in Hanwoo. The result showed that Hanwoo could be classified by gender with 99.2% of accuracy when using all 31 variables. In detail, it was possible to identify 93 of 94 bulls (98.9%), 96 of 96 cows (100%) and 74 of 75 steers (98.7%). The most significant variables was chuck, sirloin, armbone shin, plates, retail and cuts percentage, sequentially. With variables obtainable before deboning, accuracies of classification were 91.5% for bulls, 92.7% for cows, and 89.3% for steers. The most significant variables was water, cold carcass weight and back-fat thickness. The discrimination accuracy was higher with data obtainable after deboning: bulls (98.9%), cows (99.0%) and steers (98.7%). In this case, chuck, sirloin and armbone shin were the factors determined the classification ability. This study showed that Hanwoo can be classified based on deboning data with appropriate statistics, further suggesting weight of cut of beef might be the standard for gender classification.

Biocompatible capsules have recently been highlighted as novel delivery platforms of any "materials" (e.g., drug, food, agriculture pesticide) to address current problems of living systems such as humans, animals, and plats in academia and industry for agriculture, biological, biomedical, environmental, food applications. For example, biocompatible alginate capsules were proposed as a delivery platform of biocontrol agents (e.g., bacterial antagonists) for an alternative to antibiotics, which will be a potential strategy in future agriculture. Here, we proposed a new platform based on biocompatible alginate capsules that can control the movements as an active target delivery strategy for various applications including agriculture and biological engineering. We designed and fabricated large scale biocompatible capsules using alginates and custom-made nozzles as well as gelling solutions. To develop the active target delivery platforms, we incorporated the iron oxide nanoparticles in the large scale alginate capsules. It was found that the sizes of large scale alginate capsules could be controlled via various working conditions such as concentrations of alginate solutions and iron oxide nanoparticles. As a proof of concept work, we showed that the iron oxide particles-incorporated large scale alginate capsules could be moved actively by the magnetic fields, which would be a strategy as active target delivery platforms for agriculture and biological engineering (e.g., controlled delivery of agriculture pesticides and biocontrol agents).

On farm evaluation for the control of airborne diseases like FMD and flu virus has been done in past but control of disease in process of transportation of livestock and manures is still needed. The objective of this study was to predict a common pattern of livestock vehicles movement. The analysis were done on GPS data, collected from drivers of livestock vehicles in Jeju Island, South Korea in year 2012 and 2013. The GPS data include the coordinates of moving vehicles according to time and dates, livestock farms and manure keeping sites. 2012 year data was added to ArcGIS and different tools were used for predicting common vehicle moving pattern. The common pattern of year 2012 were determined and considered as predicted common pattern for year 2013. To compare with actual pattern of year 2013 the same analysis was done to find the difference in 2012 and 2013 pattern. When the manure keeping sites and livestock farms were same in both years, as a result common pattern of 2012 and 2013 were similar but difference were found in patterns when the manure keeping sites and livestock farms were changed. In future for more accurate results and to predict the accurate pattern of vehicles movement, more dependent and independent variables will be required to make a suitable model for prediction.

2012년부터 도입된 "신재생에너지 의무할당제(RPS)"로 인하여 500MW이상의 설비 용량을 갖춘 발전소의 경우 총발전량에서 일정 비율을 신재생에너지로 공급하여야 한다. 이러한 신재생에너지 중 농업부산물은 목질계 바이오매스의 한 종류로 '탄소중립(Carbon Neutral)' 연료이며 기존 화석연료와 혼소로 활용 할 수 있는 장점을 지니고 있다. 그러나 낮은 발열량, 운송 및 저장비용, 일정하지 않은 연소특성의 문제로 인하여 대부분 노지에 방치되거나 버려지고 있다. 이러한 버려지는 농업부산물을 효율적으로 활용하기 위한 방법 중 하나로 반탄화(Torrefacation) 처리가 대두되고 있다. 반탄화 처리 시, 발열량이 증대되며, 저장과 이송에서의 이점을 갖게 된다. 그러나, 반탄화는 공정 과정중 질량손실에 따른 에너지 총량의 감소한다는 단점을 가지고 있다. 이에 본 연구에서는 효율적인 반탄화공정을 위한 질량감소모델을 제시 하고자한다. 승온 속도(heating rate)를 $7.5^{\circ}C/min$, $15^{\circ}C/min$, $22.5^{\circ}C/min$의 조건에서의 열중량분석 결과를 토대로 속도모델식(Arrhenius method, Ingraham & Marrier method 등)을 적용하여, 반응속도상수를 도출하였다. 이 반응속도상수를 이용하여 질량감소 모델을 정립하였고, 이를 실험결과와 비교, 검증하였다.

본 연구는 온실 $CO_2$ 공급용 Membrane Module이 대기 중 $CO_2$를 포집하는 과정에서 유해병원균을 제거할 수 있는지 알아보기 위해 실험을 진행하였다. 본 실험은 Membrane Module과 유해병원균의 유무로 총 4개의 실험구, 포집하는 시간에 따라 1 min, 3 min, 5 min, 각각 3회씩, 총 36회의 실험을 진행하였다. 실험은 경상대학교 내 온실($W{\times}D{\times}H$, $3000{\times}4000{\times}2500mm$)에서 진행하였고, 유해병원균은 잎점무늬병을 일으키는 병원균(Phoma sp.)을 사용하였다. 온실에 Membrane System을 설치하고 Membrane Module을 통해 외부공기 또는 유해병원균이 포함된 공기를 분리하여 온실 내로 공급하고, 공급한 $CO_2$ 내에 유해병원균의 유무는 에어샘플러를 이용하여 온실 내의 공기를 포집 후 배지에 배양하여 확인하였다. 유해병원균은 PDA배지를 이용하여 포집한 뒤 항온항습기(HB-105SG-O, HANBAEK SCIENTIFIC CO., Korea)에 $25^{\circ}C$, 50%로 48시간 배양하였다. PDA배지 내에 배양된 미생물은 Colony Counter(HYC-560, CORETECH, Korea)로 측정하였다. 결과 값을 분석하기 위해서 IBM SPSS Statistics의 이원분산분석(two-way ANOVA)을 이용하여 통계분석 하였다. 결과 값은 유해병원균을 공급하고 Membrane Module을 사용하지 않았을 때, CFU(Colony-Forming Unit)가 가장 높았고, 유해병원균을 공급하고 Membrane Module을 사용했을 때 CFU가 가장 낮았다. 통계분석을 실시한 결과, Membrane Module을 사용하지 않은 실험구에는 유의한 차이가 나타났고, Membrane Module을 사용한 실험구에는 유의한 차이가 나타나지 않았다. 따라서 Membrane Module이 대기 중 $CO_2$를 분리하여 온실에 공급하는 과정에서 공기 중에 포함된 유해병원균을 제거 할 수 있다고 판단된다.

목질계바이오매스 중 목재펠릿은 '탄소중립(Carbon Neutral)' 연료로써 온실가스 감축 의무에 대응 가능한 에너지원이다. 하지만 목질계바이오매스 연소 시 발생되는 타르는 보일러 내부에 누적되어 효율을 감소시킨다. 타르 및 연소 불꽃에 의한 효율 감소를 최소화하기 위해 반대측면에 내화재(Castable)를 적용하여 실험하였으며 시뮬레이션을 이용하여 구조변경 분석이 실시되었다. 적용된 내화재는 비중이 낮고 단열성이 우수하여 열손실을 막아 연료비 절감의 효과를 가져 오며, 연소실 내부 청소 면적 감소로 인한 경제적 효과도 기대 할 수 있다. 분석결과를 이용하여 최적화된 펠릿보일러가 제작되었으며, 실험을 통하여 200시간 가동 후 열효율 감소량이 나타났다. 단위시간별 동일한 외부환경(산화제량, 부하, 주변 온도, 펠릿소비량)에서 실험이 진행 되었으며, 타르생성이전(Non-tar), 이후(Tar-existence) 보일러의 열효율 성능 비교실험이 실시되었다. 실험결과 타르생성이전 조건에서 구조변경 전 후 보일러의 열효율은 각각 91.87%, 90.73%로 확인되었으며, 타르생성이후 조건에서 각각 82.68%, 83.27%의 열효율을 확인하였다. 타르생성이전 대비 이후 조건에서 열효율 감소량은 각각 9.19%p, 7.46%p로 구조변경 전 대비 변경 후 보일러의 열효율이 약 1.73%p 더 적게 감소됨을 확인되었으며, 시뮬레이션 결과 타르생성이전 조건에서 구조변경 전 후 보일러의 효율은 각각 91.83%, 92.05%로 확인되었으며 타르 생성이후 조건에서 각각 85.25%, 87.43%의 열효율을 확인하였다. 타르생성이전 대비 이후 조건에서 열효율 감소량은 각각 6.58%, 4.62%로 구조변경 전 대비 변경 후 보일러의 열효율이 약 1.96%p 더 적게 감소됨을 확인하였다.

최근 방제 및 예찰과 같은 농작업에 단일 UAV(Unmanned Aerial Vehicle)시스템이 적용되고 있지만, 가반하중과 체공시간 등 기존시스템의 문제가 점차 대두되면서 작업 시간을 보다 단축시키고 작업 효율을 극대화 할 수 있는 농업용 멀티 UAV시스템의 필요성이 증대되고 있다. 본 논문에서는 작업자가 다수의 농업용 UAV를 효과적으로 제어할 수 있는 분산군집제어 알고리즘을 제안하며 알고리즘 검증 및 평가를 위한 시뮬레이터를 소개한다. 분산군집제어는 UAV 제어 계층, VP(Virtual Point) 제어 계층, 원격제어 계층으로 이루어진 3계층 제어구조를 가진다. UAV 제어 계층에서 각 UAV는 point mass로 모델링 되는 VP의 이상적인 경로를 추종하도록 제어한다. VP 제어 계층에서 각 VP는 입력 $p_i(t)=u^c_i+u^o_i+u^{co}_i+u^h_i$-(1)을 받아 제어되는데 여기서, $u^c_i{\in}{\mathbb{R}}^3$는 VP 사이의 충돌방지제어, $u^o_i{\in}{\mathbb{R}}^3$는 장애물과의 충돌방지제어, $u^{co}_i{\in}{\mathbb{R}}^3$는 UAV 상호간의 협조제어, $u^h_i{\in}{\mathbb{R}}^3$는 작업자로부터의 원격제어명령이다. (1)의 제어입력에서 충돌방지제어는 각 $u^i_c:=-{\sum\limits_{j{\in}{\eta}_i}}{\frac {{\partial}{\phi}_{ij}^c({\parallel}p_i-p_j{\parallel})^T}{{\partial}p_i}}$-(2), $u^o_c:=-{\sum\limits_{r{\in}O_i}}{\frac {{\partial}{\phi}_{ir}^o({\parallel}p_i-p^o_r{\parallel})^T}{{\partial}p_i}}$-(3)로 정의되면 ${\phi}^c_{ij}$와 ${\phi}^o_{ir}$는 포텐셜 함수를 나타낸다. 원격제어 계층에서 작업자는 햅틱 인터페이스를 통해 VP의 속도를 제어하게 된다. 이때 스케일변수 ${\lambda}$에 대하여 VP의 원격제어명령은 $u^t_i(t)={\lambda}q(t)$로 정의한다. UAV 시뮬레이터는 리눅스 환경에서 ROS(Robot Operating Systems)를 기반한 3차원 시뮬레이터인 Gazebo상에 구축하였으며, 마스터와 슬레이브 간의 제어 명령은 TCPROS를 통해 서로 주고받는다. UAV는 PX4 기반의 3DR Solo 모델을 사용하였으며 MAVROS를 통해 MAVLink 통신 프로토콜에 접속하여 UAV의 고도, 속도 및 가속도 등의 상태정보를 받을 수 있다. 현재 멀티 드론 시스템을 Gazebo 환경에 구축하였으며, 추후 시뮬레이터 상에 분산군집제어 알고리즘을 구현하여 검증 및 평가를 진행하고자 한다.

본 연구에서는 매실 생산성 향상 분석을 위해 범용 싱글보드 컴퓨터로 제작한 원격 데이터 수집 장치를 개발하였다. 라즈베리파이와 같은 소형 범용 싱글보드 컴퓨터는 저렴하게 IoT 기반의 원격 모니터링 장치를 쉽게 개발할 수 있어 중소규모 매실 농장의 생육 환경 정보 및 재배 이력을 수집하는데 활용도가 매우 높아 생산성 향상을 위한 데이터 수집 분야에서 잠재적인 가능성을 가지고 있다. 따라서 매실의 생산성을 높이는데 영향을 줄 수 있는 환경적, 생육적 요인들을 분석하기 위한 기초적인 단계에서 이러한 소형 싱글보드 컴퓨터를 이용한 원격 센싱 및 데이터 수집 장치를 개발하였다. 수집데이터로는 주변 기온과 습도, 토양의 온도와 수분함량 및 pH이다. 1차 프로토타입은 아두이노 MKR1000을 사용하여 주변 온도 및 습도 데이터 수집 및 전송 장치를 제작하고 대표적인 통신사인 KT가 운영하는 IoT Makers라는 클라우드 저장소를 사용하여 시스템을 구성하였다. MKR1000을 사용한 데이터 수집 장치의 장단점을 평가하기 위해 실내 시험을 실시하였다. 현재는 라즈베리파이를 이용한 주변 기온과 습도, 토양의 온도와 수분함량 및 pH 데이터 수집 및 전송 장치를 제작하였다. 최종 개발된 데이터 수집 장치는 2017년 순천 인근의 매실 밭에 설치되어 실제 센싱 데이터를 수집할 예정이며 수집한 데이터는 매실 생산성 향상과 관련된 요인을 분석하는데 사용할 것이다. 저가의 범용 IoT 장치를 활용한 원격 데이터 수집을 넓은 범위의 매실포장에 활용한다면, 매실의 생산성 및 품질 향상은 물론 매실의 이력추적관리의 기초 데이터를 적은 비용과 노력으로 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구는 빛의 파장대가 넓어 보다 다양한 접근과 검출이 가능한 초분광 카메라 (VNIR spectral camera PS, SPECIN Filand)를 이용하여 정식시기가 다른 배추를 생육단계별로 영상을 취득한 후 배추 캐노피의 전 파장 (400~1000nm)으로 생육 추정모델을 개발하기 위해 수행하였다. 정식시기가 다른 배추를 생육단계별로 초분광 카메라로 영상을 취득한 후 취득된 영상 ($348{\times}1040$)을 ENVI (ver. 5.2, Exelis Visual Information Solutions, USA) 프로그램을 이용하여 식생지수 NDVI로 작물과 배경을 구분하였다. 배추 캐노피 영역에 전 파장을 산출한 후 반사판 영역의 전 파장을 이용하여 광 보정된 반사율을 산출하였다. 통계 프로그램인 R Project (ver.3.3.3, Development Core Team, Vienna, Austria)를 이용하여 배추의 반사율과 계측한 생육 정보를 PLSR (Partial least squares regression) 분석하여 정확도($R^2$) 및 정밀도 (RMSE [g,cm,count], RE [%])로 나타내었고 그 모델은 full-cross validation (FV) 하여 타당성을 검증하였다. 정식시기가 다른 배추의 모든 생육단계의 생육정보를 이용하여 PLSR (Partial least squares regression) 결과 엽장을 추정한 모델의 $R^2$는 84% 이상의 정확도와 RMSE 3.2cm 이하의 좋은 정밀도를 보였다. 엽폭을 추정한 모델의 $R^2$는 73% 이상의 정확도와 RMSE 3.5cm 이하의 정밀도를 보였고 엽수를 추정한 모델의 $R^2$는 93% 이상의 정확도와 RMSE 6.3Count 이하의 정밀도로 보여 캐노피의 전 파장을 이용해 생육을 추정하는 것이 가능하다고 판단되었으며 이 모델들의 타당성 검증에서도 좋은 정확도와 정밀도를 보였다. 그러나 배추의 중요한 생육인자 중 생체중을 추정한 모델의 $R^2$는 89% 이상으로 정확도가 높았으나 RMSE 571.1g 이하로 낮은 정밀도를 보여 생체중을 정확히 추정하기 어려웠다. 따라서 다른 통계분석방법으로 전 파장과 생육정보를 분석하거나 특정 밴드를 선택하여 산출한 식생지수를 이용한 추정 모델의 개발을 통하여 오차를 개선할 필요가 있다고 사료된다. 추후 반복 실험하여 분석한 추정 모델과 비교 분석하여 다양한 환경 및 생물 조건에 범용성을 가진 모델을 개발할 필요가 있다.

본 연구는 초분광 영상을 이용하여 수박 모종의 수분함량을 비파괴적으로 추정하기 위해 수행되었다. 단계적으로 수분 스트레스를 받은 수박(n=45) 모종을 초분광 영상시스템으로 촬영하여 모종 영역의 반사율을 추출하였고, 매 촬영 후 모종의 생체중과 건물중을 측정하여 수분함량을 계산하였다. 모종의 반사율과 계측된 수분함량을 변수로 하여 Partial Least Square Regression(PLSR) 분석을 이용하여 수분 추정 모델을 구축하였다. 수분 추정모델을 작성한 결과 Calibration(Cal.)의 정확도($R^2$)는 0.66, 정밀도(RMSE 및 RE)는 각각 1.06%, 1.14%로 나타났다. 수박 모종의 수분함량 추정모델의 정밀도는 상당히 높게 나타났으나 정확도는 낮게 나타났다. 정확도를 개선하기 위해 Confidence ellipses의 신뢰구간을 95%로 설정하였을 때 3개의 모종이 타원 밖에 위치하는 것을 발견하였으며 이를 제거 후 재분석을 하였다. 3개의 모종을 제외한 수박 모종의 수분함량 추정모델의 정확도는 0.82, 정밀도는 0.73%, 0.78%로 나타났다. 3개의 모종을 제외함으로서 모델의 정확도 및 정밀도가 상승하여 3개의 모종이 정확도 및 정밀도를 낮추는 원인이라 판단된다. 작물은 가뭄스트레스를 받을수록 반사율이 낮아지지만(Yang et al., 2010) 3개의 모종은 다른 모종의 수분함량에 비해 반사율이 큰 차이를 나타내어 정확도 및 정밀도를 낮춘 것으로 판단된다. 본 연구를 통해 초분광 영상을 이용하여 수박 모종의 수분함량 추정가능성을 시사하였고, 모델의 정확도를 개선하기 위해 샘플 수 및 수분함량의 변이를 증가시키는 것이 필요하다고 판단된다.

Prediction of rice yield during a growing season would be very helpful to magnify rice yield as it also allows better farm practices to maximize yield with greater profit and lesser costs. UAV imagery based automatic detection of rice can be a relevant solution for early prediction of yield. So, we propose an image processing technique to predict rice yield using low altitude UAV images. We proposed $L^*a^*b^*$ color space based image segmentation algorithm. All images were captured using UAV mounted RGB camera. The proposed algorithm was developed to find out rice grain area from the image background. We took RGB image and applied filter to remove noise and converted RGB image to $L^*a^*b^*$ color space. All color information contain in both $a^*$ and $b^*$ layers and by using k-mean clustering classification of these colors were executed. Variation between two colors can be measured and labelling of pixels was completed by cluster index. Image was finally segmented using color. The proposed method showed that rice grain could be segmented and we can recognize rice grains from the UAV images. We can analyze grain areas and by estimating area and volume we could predict rice yield.

종자산업은 농작물 생산에 중요한 역할을 끼치는 좌우하는 요소 중에 하나로, 우량종자의 확보는 농작물 수급에 중요한 역할을 하는 농업부문의 원천산업이다. 오이 녹반 모자이크 바이러스(CGMMV)는 박과류에 가장 많은 피해를 끼치는 바이러스로 종자전염을 방지하고, 우량종자의 공급을 위해서는 감염종자와 비 감염종자의 판별은 필수적이다. 이에 본 연구에서는 초분광 영상 시스템을 이용하여 수박종자의 CGMMV의 감염 및 비 감염종자를 판별할 수 있는 기술을 개발하고자 하였다. 본 연구에서 사용된 바이러스 감염 종자는 CGMMV 바이러스 감염 수박종자를 사용하였으며, 생산된 종자를 초분광 영상 시스템을 통해 스크린 후, RNA를 추출하여 PCR분석법으로 바이러스의 감염유무를 확인하였으며, 이후 바이러스의 감염유무와 획득된 스펙트럼을 비교 분석하여 판별모델을 개발하고 이를 선별 시스템에 적용하였다. 모델개발에 사용된 초분광 영상 기술은 초분광 SWIR(Shortwave infraed : 1000-2500nm)영상 기술이 다. 획득된 초분광 SWIR 영상을 분석한 결과 바이러스 감염 종자가 유의미한 정확도로 판별이 되는 것으로 나타났다. 초분광 SWIR 영상기술이 바이러스 감염종자와 비감염종자를 비파괴적으로 선별하는데 효과적으로 적용이 가능할 것으로 판단된다.

The objective of this study was to evaluate firmness, and sweetness index (SI) of tomatoes (Lycopersicum esculentum) by using hyperspectral imaging (HSI) in the range of 1000-1400 nm. The mean spectra of the 95 matured tomato samples were extracted from the hyperspectral images, and the reference firmness and sweetness index of the same sample were measured and calibrated with their corresponding spectral data by partial least squares (PLS) regression with different preprocessing method. The results showed that the regression model developed by PLS regression based on Savitzky-Golay (S-G) second-derivative preprocessed spectra resulted in better performance for firmness, and SI of tomatoes compared to models developed by other preprocessing methods, with correlation coefficients (rpred) of 0.82, and 0.74 with standard error of prediction (SEP) of 0.86 N, and 0.63 respectively. Then, the feature wavelengths were identified using model-based variable selection method, i.e., variable important in projection (VIP), resulting from the PLS regression analyses and finally chemical images were derived by applying the respective regression coefficient on the spectral image in a pixel-wise manner. The resulting chemical images provided detailed information on firmness, and sweetness index (SI) of tomatoes. Therefore, these research demonstrated that HIS technique has a potential for rapid and non-destructive evaluation of the firmness and sweetness index of tomatoes.

On-site monitoring of vegetable growth parameters, such as leaf length, leaf area, and fresh weight, in an agricultural field can provide useful information for farmers to establish farm management strategies suitable for optimum production of vegetables. Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) are currently gaining a growing interest for agricultural applications. This study reports on validation testing of previously developed vegetable growth estimation models based on UAV-based RGB images for white radish and Chinese cabbage. Specific objective was to investigate the potential of the UAV-based RGB camera system for effectively quantifying temporal and spatial variability in the growth status of white radish and Chinese cabbage in a field. RGB images were acquired based on an automated flight mission with a multi-rotor UAV equipped with a low-cost RGB camera while automatically tracking on a predefined path. The acquired images were initially geo-located based on the log data of flight information saved into the UAV, and then mosaicked using a commerical image processing software. Otsu threshold-based crop coverage and DSM-based crop height were used as two predictor variables of the previously developed multiple linear regression models to estimate growth parameters of vegetables. The predictive capabilities of the UAV sensing system for estimating the growth parameters of the two vegetables were evaluated quantitatively by comparing to ground truth data. There were highly linear relationships between the actual and estimated leaf lengths, widths, and fresh weights, showing coefficients of determination up to 0.7. However, there were differences in slope between the ground truth and estimated values lower than 0.5, thereby requiring the use of a site-specific normalization method.

정식기는 주로 노외에서 사용되므로 사용자에 따라 극심한 작업환경 하에 놓일 수 있다. 사용 중 정식기 호퍼에 토양이나 자갈, 돌 등에 의해 반복적인 하중이 가해지거나 순간적인 충격하중이 가해져 취약부가 파손될 가능성이 있으므로, 토양과 직접 맞닿는 삽날부의 경우 내구성을 고려한 설계/제작이 필수적이다. 본 연구에서는 보행형 반자동 정식기 개발에서 고추묘와 같은 초장이 긴 작물의 묘를 효과적으로 이식할 수 있도록 개선된 삽날에 대해 기존 삽날과 강도 및 강성을 비교하고, 그 결과가 삽날의 내구성에 미칠 영향에 대하여 고찰하였다. 실험에는 양날 개폐 방식의 기존 및 개선삽날 2종이 사용되었으며, 각각 3회씩 정적 강도를 평가하였다. 실제 정식기 사용시 하중이 가해지는 방향은 삽날에 수직한 방향의 압축하중으로 이를 모사하여 일정변위 속도로 삽날에 하중을 가하였으며, 시험 진행시 DAQ 시스템을 통해 실시간으로 하중 및 변위 데이터를 저장하여 시험 종료 후 해당 데이터를 이용하여 $P-{\delta}$ 선도를 도출하였다. 시험 결과 기존삽날의 평균 최대하중이 개선삽날에 비해 높은 것으로 나타났으며, 최대 하중이 나타나는 지점의 변위의 경우, 기존삽날이 개선삽날에 비해 짧게 나타났다. 정적 강도측면에서 개선삽날이 기존삽날에 비해 최대 강도가 낮은 것으로 판단할 수 있으나, 실제 호퍼의 내구성에 영향을 줄 수 있는 주요 인자는 반복적으로 가해지는 비교적 낮은 수준의 충격하중으로 볼 수 있다. 이러한 관점에서 볼 때 일정 수준 이상의 강도를 가지면서, 기존삽날에 비해 낮은 강성을 가지는 개선삽날이 변형을 통한 충격에너지 흡수로 오히려 삽날 조립체(호퍼)의 내구성 측면에서 유리할 수 있다. 따라서 향후에는 기존 및 개선삽날을 적용한 호퍼에 대해 피로시험을 수행하여 관련 내용을 실험적으로 검증하고자 한다.

연구목적: 생산자와 소비자의 물리적 사회적 거리가 가까워지고, 1일 유통체계 준수에 의한 높은 신선도 유지, 먹거리에 대한 생산자와 생산정보 공유에 의한 농산물 안전성 향상 등 여러 장점 때문에 늘어나고 있는 로컬 푸드의 지속발전을 모색하고자 로컬 푸드 참여농가의 농작업 어려움 조사 및 기계화 방안 제시 조사방법: 전북 완주군 소재 용진농협에서 운영 중인 로컬 푸드 직매장에 농산물을 공급하는 농업인 21인을 대상으로 2016년 11월에 로컬 푸드의 어려운 점, 주요 생산품목, 가장 힘든 농작업, 기계화가 시급한 농작업, 농기계 도입에 어려운 점, 의견 및 건의사항을 설문 조사 분석하였음 결과 및 고찰: 로컬 푸드 참여 농가들은 4~5개 품목을 소량 생산하고, 농가에서 수확 소포장 라벨 부착 후 매장에 직접 진열하고 있었음. 농협은 정선 선별기, 소형 도정기, 포장기, 바코드 기계 등을 설치하여 농가 공동이용, 안전성 신선도 관리 등 교육, 스마트폰 앱을 매장 재고 현황을 농업인에게 실시간으로 제공 등 지원하고 있음. 조사에 응한 농업인 21명 중 60대(13명) > 50대(5명) > 70대(3명)로 모두 50대 이상이었음. 어려운 점에 대한 물음에 대해서는 '판매가 어렵다'(45%) > '인력이 부족하다'(40%) > '생산비가 많이 든다'(8.5%) > 기타(6.5%) 순이었음. '인력부족'은 파종과 수확 시기에 노동력이 집중적으로 필요한 것에 기인하고, 경지 규모가 다소 큰 농가에서는 농사일을 전문으로 하는 외국인 노동자를 고용함으로 노동력 부족 문제를 해소하지만, 소규모 농가는 품삯을 주고 고용할 경우 오히려 적자이기 때문에 고되더라도 자체 노동력으로 해결하고 있는 것으로 조사되었음. 가장 힘든 작업은 수확(81%) > 파종 정식(19%)으로 수확이 절대적으로 힘든 작업이라고 응답하였고, 기계화가 시급한 작업은 수확(71%) > 파종 정식(29%)으로 응답하였음. 힘든 이유로는 적기에 수확을 끝내야 상품성을 인정받을 수 있기 때문에 단기간에 많은 노동력이 요구된다고 응답하였음. 농기계 도입에 어려운 원인으로는, '적합한 수확기계가 없다'(48%)와 '재배면적이 적어 필요성을 못 느낀다'(29%)가 대부분이었고, 이밖에 '가격이 비싸다'(10%), '기계 정확도가 떨어진다'(10%), '기계 조작이 어렵다'(5%)로 나타났음. 결론: 로컬 푸드 참여 농가를 대상으로 농작업 기계화 현황에 대하여 조사하였음. 로컬 푸드의 지속 발전을 위한 방안을 제시하면; 첫째, 중 소농을 위한 수확기 개발이 가장 시급한 것으로 조사되었고, 둘째, 농기계가 아니더라도 우선 힘든 일을 해소하면서 편하게 자세를 유지할 수 있는 작업 보조기구 또는 편이장비의 개발 보급이 필요함. 셋째, 농가의 영세성과 지역의 특성을 고려하여 기술센터 농기계임대사업이나 시군 보조사업을 통해서 소형 농기계, 농기구, 보조 및 편이장비 보급이 확대되어야 함.

연구목적: 국내 과일 산업의 한 단계 도약과 대외 경쟁력을 높이기 위해서는 수확작업의 기계화가 시급함. 이 연구는 국내외 과일 수확 기계화 현황과 문제점을 분석하고, 향후 수확작업 기계화 방향을 제시하고자 수행 수확기계 실용화 현황 및 고찰 (국내) 과일을 직접 수확이 아닌 수확 작업을 보조해주는 고지 작업기(수동형, 모터 진동형)와 고소 작업차가 대부분임. 수동형은 사과 감 등을 수확하지만, 작업능률이 낮고 작업자가 쉽게 피로하여 장시간 작업이 불가능하므로 실질적인 대안이 되지 못함. 진동형은 자체 동력을 이용하여 나무에 진동을 가하여 주로 대추 매실 등 소과류 수확에 이용되고, 수확능률은 우수하나 충격 손상이 많아 개선이 요구됨. 고소작업차는 동력원에 따라 충전식과 엔진식으로 구분되고, 충전식은 엔진식에 비해 진동 소음이 적어 쾌적하지만, 작업시간이 배터리 용량에 제한을 받음. 또한 작업대 작동방식에 따라 리프트형과 붐형으로 구분함. 리프트형은 리프트를 이용하여 작업대를 상하로 구동하는 방식으로 높은 위치의 과실 수확이 어렵고, 작업대 넓이 만큼의 작업 공간(과수간의 거리)이 필요함. 붐형은 필요한 곳으로 접근성이 우수하나 무거운 무게를 지탱하기 어렵기 때문에 본체를 무겁게 하거나 수시로 수확된 과일을 하차시켜야 함. (국외) 수확 후 가공되는 과일류와 포도 올리브 오렌지 매실 등 소과류 수확이 기계화되었지만, 사과 복숭아 등 신선과일은 아직도 외국의 값싼 노동자들에 의존하여 수확되고 있음. 현재 실용화된 수확 기계는 진동식 수확기계와 터널식 수확기계가 대표적임. 진동식은 집게형의 부착기를 나무 줄기에 고정한 후 트랙터 동력원으로 나무에 진동을 가하여 수확하고, 올리브 대추 등과 같은 소과류와 과피가 두꺼운 오렌지 등에 적용되고, 수확 작업능률이 매우 높으나 과일의 낙하 상처를 피할 수 없는 단점이 있음. 터널형은 규격화(과수 크기 및 형태, 재식거리)된 과수원에 잘 적응하도록 설계 제작되어, 과수 위를 지나가면서 내부에 설치된 진동장치와 컨테이너로 과일을 수확하고, 와인용 포도 수확기가 대표적임. 기계수확이 가능하도록 과수원 조성단계에서부터 재배양식(과수 좌우 및 전후 거리)을 기계의 제원(바퀴 간격, 작업부 간격 등)에 맞추어 재배함. 과일 수확로봇에 관한 연구는 활발하고 일부에서 실증시험단계에 있음. 결론: 구체적인 추진방향을 제시하면, 단기적으로는 과일 수확작업자의 작업편이성과 노동강도를 줄일 수 있도록 소형 저가 범용성이 우수한 보조기구/기계의 보급을 확대하고, 중장기적으로는 수확기계/수확로봇 개발을 위한 연구개발비 투자를 늘리는 동시에, 기계/로봇이 과수원에 잘 적응할 수 있도록 수형 재식거리 등 재배양식의 표준화가 추진되어야 함.

본 연구는 무인 헬리콥터의 양력을 개선하기 위한 기초 단계로서 V1505A 및 V2008B 기본 두 익형의 400 mm 블레이드 섹션에 해당하는 모델에 대한 풍동실험을 실시하여 양력, 항력 및 동력특성을 분석하고 CFD 시뮬레이션의 결과와 비교하고 검증하였다. 시뮬레이션은 풍동 실험과 유사하게 설정하기 위하여 400 mm 블레이드 섹션의 양 끝을 벽으로 제한하여 3차원 와류현상을 억제하여 모델을 구성하였고, 시뮬레이션의 결과와 비교하여 모델을 검증하였다. 사용된 모델은 로터로부터 $Re=0.32{\times}10^6$ 영역까지는 aminar 모델을 사용하였으며, 그 이후 영역역(>$Re=0.32{\times}10^6$)은 양력 및 저항의 급격한 변화를 올바로 포착할 수 있다는 S-A 모델을 적용하여 확장하였다. 시뮬레이션의 격자는 유동 현상에 있어 박리로 야기된 와류 현상을 관찰하기 위하여 익형 주변에 접하는 부분에 격자를 집중시켰다. 시뮬레이션 방법은 유속은 36~141 m/s 까지 5 수준으로 하였으며, 받음각은 $0{\sim}16^{\circ}$로 7 수준으로 변화 시키면서 공력계수 및 동력을 분석하였다. 양력분석에 있어 익형 V1505A에 비해 익형 V2008B의 특성이 우수하였으나, 익형 V1505A는 실속 이후 양력이 급격히 떨어지지 않고 유지되는 특성을 보였다. 익형 V2008B는 낮은 받음각에서 높은 공력과 낮은 항력을 나타냈다. 동력 분석 결과로 익형 V1505A의 유도동력은 총 동력의 56~72%를 차지하고, 형상동력은 총 동력의 27~43%를 차지하였다. 익형 V2008B는 유도동력은 총 동력의 66~81%를 차지하고, 형상동력은 총 동력의 18~33%를 차지하였다. 익형 V2008B이 익형 V1505A보다 유도동력은 크며, 형상동력은 적게 나와 상대적으로 효율적이라 할 수 있다. 헬리콥터 동력원의 규모는 법률적인 총중량에 의하여 제한되므로 일반적인 농용 소형 무인 헬리콥터 엔진의 사양인 24.5 kW (32PS)를 적용한다면, 익형 V1505A은 받음각 $8{\sim}10^{\circ}$에서 그리고 익형 V2008B은 $7{\sim}9^{\circ}$정도에서 받음각이 제한되며 이때 총 양력은 1200~1300 N 정도로 예상된다.

본 연구는 파프리카를 자동 수확하기 위한 시스템 개발의 일환으로 수확작업기의 절단장치를 설계하고자 파프리카 과병의 절단특성을 분석하고자 하였다. 파프리카 과병의 절단특성을 분석하기 위하여 사용한 파프리카는 경기도 평택시에서 재배된 파프리카를 사용하였다. 적색 품종인 Nagano RZ와 황색 품종인 Helsinki, 주황색 품종인 Boogie를 사용하였다. 파프리카 과병의 절단 특성을 분석하기 위하여 상기 세 가지 품종의 파프리카 30개씩 총 90개의 파프리카를 사용하여 과병의 중앙 지점을 절단하였다. 절단 특성을 측정하기 위하여 push-pull gauge인 digitect dtg-20을 사용하였으며, 파프리카의 과병의 절단 특성을 측정하기 위하여 일반 농가에서 사용하는 접도 OLFA CK2의 접도의 칼날을 digitect dtg-20에 장착하여 측정하였다. 파프리카 과병의 절단 특성의 시험 항목은 절단강도를 측정하였다. 파프리카의 과병의 절단 특성 측정은 수확작업기의 파프리카 과병의 절단을 위한 절단장치의 설계를 위하여 진행하였다. 파프리카 과병의 절단 특성은 파프리카의 훼손을 최소화한 수확작업을 위한 중요한 요소이다. 파프리카의 과병의 중앙을 절단하여 절단강도와 절단력을 측정하였다. 그 결과 파프리카 과병의 절단강도는 $4.18{\pm}1.18kgf$로 나타났으며, 최대값은 6.91kgf, 최소값은 2.26kgf로 나타났다. 파프리카 과병은 측정된 절단강도의 최대값인 6.91kgf보다 큰 힘을 이용하여 절단하여야 하므로 그에 맞게 수확작업기의 절단장치의 모터를 선정하고 설계가 이루어져야 한다고 판단한다.

점적 호스 중 PC 드립은 경질 호스의 내부에 Micro-path가 부착된 유로장치와 압력을 보상하는 연질의 실리콘으로 구성되어 있다. 이때 일정압력에서 적정 길이까지 동시에 내부 압력을 유지하며 균등하게 유출구를 통하여 유량을 공급하는 압력보상 기능이 매우 중요하다. 그러나 이 부분에 대한 기술은 선진국에 비해 아직 부족하여 수입에 의존하는 경향이 매우 높다. 뿐만 아니라 선진국 제품에 비해 유로장치 및 연질 실리콘의 탄성이 균일하지 못해 압력에 따른 유량의 편차가 큰 편이다. 본 연구에서는 우리나라 제품의 PC 드립 압력 균등성 기술을 향상시키기 위해 PC 드립의 핵심기술인 연질 실리콘의 성능에 대한 평가와 유량의 편차를 분석하여 문제점을 통한 개선방안을 제시하고자 하였다. 연질 실리콘의 규격은 $17{\times}8{\times}0.85mm$ (가로${\times}$세로${\times}$두께)로서 Water line의 내부에 결합되어 구성된다. PC 드립용 실리콘은 국내 A사 제품을 중심으로 하여 성능을 측정하였다. 측정을 정밀하게 하기 위해 Microtester를 사용하여 일정하게 하중이 부과되도록 하였다. 연질의 실리콘의 경도는 압력 보상에 중요한 기능을 하고 있으며 또한 PC 드립의 경질 미로와 같이 압력을 제어하는 역할을 하고 있다. 국내 A사의 실리콘 경도는 이상적인 실리콘 경도에 비하면 매우 불균일하였다. 세부적으로는 40 이하의 낮은 경도에서는 비교적 일치하였으나 경도 45 이상에서는 큰 차이를 보여주고 있었다. 국내 A사의 실리콘 경도에 따른 공급유량의 특성에서는 실리콘의 경도가 낮을수록 실리콘은 무르며 탄성이 줄어든다. 반면에 경도가 높을수록 탄성이 커지고 딱딱한 특성을 가진다. 동일한 PC 드립에 실리콘의 경도별 특성은 경도에 따른 유량이 반드시 일정하지 않으며 대체로 경도가 높을수록 동일 압력에 대해 유량이 많아지는 것을 알 수 있었다. 압력의 변화에 대해 유량이 일정하게 유지하는 특성을 가질수록 사용범위가 넓어지고 안정성이 높은 것으로 판단되며 실리콘 경도 35~55 범위에서 1~2bar의 공급압력에서 사용하는 것이 적합할 것으로 보여진다. 경도 45의 실리콘을 사용하여 수입 드립, 국내 A사의 드립 및 수입과 국내 혼용시 압력에 따른 공급유량의 특성을 분석하였다. 최대 유량과 최소 유량에서 발생되는 오차는 수입 실리콘이 비교적 작았으나 3.6 bar 이상에서는 유량이 급격히 떨어지는 양상을 보였다. 국내 A사의 제품은 0.8~2.0 bar 까지 성능이 비슷했으나 0.8 bar 이하에서는 오차가 있었으나 높은 압력에서는 오히려 성능이 우수하였다. 수입 드립과 다소 유사한 성능을 나타낸 것이 A사 드립과 수입 실리콘을 혼용하여 사용한 것은 전체적으로 비슷한 양상을 나타내었다. 따라서 실리콘 경도 오차를 고려하면 압력별 유량의 변화는 실리콘의 경도와 밀접한 관계가 있는 것으로 판단되었다.

Water line은 UV 처리된 호스의 내부에 압력보상 기능이 첨부된 경질의 미로 튜브를 끼워 사용하도록 제작되어 있다. 점적 호스의 외경은 15.8mm이며 대부분 0.5~2.5bar 사이의 압력에 1.5~3.0 L/hr의 유량을 공급한다. 따라서 전적 호스의 내부에 위치한 경질 미로 튜브의 설계는 유량의 압력보상에 밀접한 관계가 있다. 본 연구에서는 경질 미로 튜브를 통과하는 작은 돌기의 수가 압력과 유량에 어떤 영향을 미치는지에 대한 기초적인 실험을 수행하였으며 경질 미로의 압력과 유량 특성에 따른 이론적 해석과의 비교분석을 통하여 새로운 미로의 형상 설계에 활용할 기초적 연구를 수행하고자 하였다. 점적 호스의 성능은 길이(보통 300~400m)에 대한 유량의 균등성을 유지하는 것이며 균등성은 압력보상에 의해 이루어진다. 원통형 미로는 점적 호스의 내부에 삽입되어 원통 부분에 형성된 미로의 길이에 따른 유량의 균등성을 유지하도록 설계되어 있다. 점적 호스의 원통 주변에는 8개의 미로로 구성되어 있으며 미로의 길이를 금속 평면으로 금형 제작하여 투명판에서 미로의 형상을 보이게 하였다. 또한 입구부분에 물을 공급하고 미로의 각 위치별 배출구를 설치하여 압력에 따른 유출량을 전자저울에 측정하여 압력별 유량의 균등성에 대한 데이터를 측정하였다. 유입구의 압력을 0.5, 1.5, 2.5, 3.0bar로 각각 공급하였으며 유출량은 미로의 8개 구간에 따라 측정하였다. 경질 미로의 유출량은 미로의 길이가 짧을수록, 압력이 커질수록 유출량이 높게 나타났다. 또한 미로의 길이가 짧을 경우에는 유출량의 차이가 비교적 크게 나타났으나 미로의 길이가 길수록 압력에 대한 유출량에 대한 차이가 크지 않음을 알 수 있었다. 따라서 경질 미로에서 미로의 길이를 길게 할 경우에는 유출량을 비교적 균일하게 할 수 있음을 보여주고 있다. 반면에 미로의 길이가 길어질수록 압력변화에 따른 유출량이 지수적으로 감소함을 나타내고 있다. 미로의 길이가 7번과 8번에서는 상당히 균일한 성능을 보여주므로 경질 미로의 배출구를 전체적으로 모두 활용함으로써 압력보상을 비교적 균일하게 할 수 있음을 보여주고 있다. 압력보상은 탄성을 가진 실리콘과 미로로 구성될 경우에 가장 큰 효과를 나타내지만 점적 호스와 같이 경질 미로만으로 압력보상을 해야 할 경우에는 경질 미로의 길이가 매우 중요하다.

점적 호스의 원통형 미로 구조물내의 유동특성을 분석하기 위해 금속판에 동일한 구조의 미로가 가공된 시험부를 활용하여 압력과 유량의 변화에 대한 실험을 CFD 해석하였다. 해석은 미로의 길이에 따른 유량 특성을 정밀하게 분석하기 위해 전체 미로에 구간별 총 8개의 배출구를 배치하고 밸브 조절을 통해 구간별 압력에 따른 유량을 측정함으로서 실험에 의한 압력과 유량의 관계를 검증하고 새로운 경질 미로를 설계하는데 응용하고자 한다. 경질 미로의 이론적인 해석에서 정밀도가 실험을 대신할 가능성이 있는지에 관심을 두었다. 점적관수의 경질 미로는 디자인을 달리함으로써 성능이 높고 미세한 스케일이 침착되지 않는 고성능의 점적관수 장치의 개발이 가능할 것으로 판단하였다. 미로 입구의 공급 유체 압력(Gauge pressure)을 0.5, 1.5, 2.5, 3.0 bar로 나누어 공급하였으며, 8개의 구간별 유출되는 유량은 전자저울에서 측정하였다. 향후 최적 미로의 새로운 설계를 위해 미로구조 전체를 CFD 해석하였고 그 결과를 실험치와 비교 분석하였다. 또한 경질 미로내 각 구간별 세부적인 유동구조를 분석하였고 해석결과와 실험결과를 통해 향후 새로운 경질 구조의 개발이 가능 할 것으로 판단되었다. 경질 미로의 입구압력에 따른 미로의 길이 #1과 #2에 대한 CFD 분석에서는 전체적으로 경질 미로에 압력이 증가할수록 미로의 유체 속도가 증가됨을 알 수 있었으며 이것은 #2에서도 거의 같은 양상을 나타내었다. 미로 통로에서는 와류로 인한 이물질의 멈춤 현상이 발생하지 않을 만큼 흐름이 원활함을 알 수 있었다. 미로의 길이 #3과 #4에 대한 CFD 분석과 미로의 길이 #5와 #6에 대한 CFD 분석에서는 압력이 증가하고 미로의 길이가 길어질수록 속도에도 영향을 미치고 있는 것으로 나타났으며 미로와 미로 사이의 넒은 통로에서는 유속이 크게 떨어지고 있음을 알 수 있었다. 따라서 이 부분에는 유체속의 이물질이 침착할 수 있는 가능성이 있으며 통로가 좁은 곳에서는 유속이 증가되는 것으로 나타났다. #7과 #8은 미로의 상하단으로 유출되는 부분의 차이이므로 실질적으로 해석의 결과는 차이가 없었다. 경질 미로에 대한 압력에 따른 미로의 길이별 유출량은 지수적인 반비례 현상을 나타내어 앞서 실험한 연구의 결과와 1~2% 오차 범위에서 잘 일치하였다. 따라서 점적 호스의 경질 미로에 대한 설계는 이론적인 해석을 통하여 새로운 디자인이 가능할 것으로 판단되었다. 경질 미로의 미로의 길이에 따른 CFD 분석의 결과는 실험적인 유출량의 값과 거의 일치하였다. 미로와 미로 사이의 넒은 통로에서는 유속이 크게 떨어져 이물질들이 침착될 가능성이 있었으며 실질적으로 넓게 설계하는 것이 유리하지 않을 것으로 판단되었다. 경질 미로에 대한 압력에 따른 미로의 길이별 유출량은 지수적으로 반비례 하였으며 점적 호스의 경질 미로에 대한 새로운 설계는 이론적인 해석을 통하여 가능할 것으로 판단되었다.

무인 헬리콥터의 양력을 개선하기 위한 익형 설계 단계로서 두꺼운 익형(V1505A)과 얇고 처진 익형(V2008B)의 기본 두 익형의 특성을 예측하는데 있어 회전하는 블레이드의 현실적 조건을 반영한 3D 모델을 마련하고 성능을 예측하였다. Fluent를 이용한 400 mm 선형모델의 시뮬레이션에서는 V1505A 익형은 높은 받음각에서 안정적인 특성을 보인 반면 V2008B는 비교적 높은 동력효율 특성을 보였으나, 높은 받음각에서는 실속 이후 양력이 급락하는 특성을 나타낸다. 형성된 노드 수는 약 870,000개로 하였다. 시위길이 135 mm인 익형 V2008B의 형상은 ANSYS (Fluent v16.2)를 이용해 반경(길이) 1,502 (1,380) mm 의 로터 블레이드를 구성하였다. 충분하지 않은 유동장이 익형 표면에서의 유동의 영향에 영향을 주지 않도록 직경 20 m의 원방경계(far field)를 형성하였다. 사용된 매쉬의 형태는 정사면체 형태로 로터 표면으로부터의 첫 번째 두께 높이는 0.001 m이고 10개의 층으로 형성하였다. 정지 비행하는 헬리콥터의 상태를 가정하여 회전좌표계를 이용하여 정상상태의 유동을 해석하고 사용된 난류모델은 넓은 영역에서의 유동을 고려하여 Realizable $k-{\varepsilon}$ 모델을 사용하였다. 내측그립 받음각 $6{\sim}22^{\circ}$에 대하여 현실적인 회전속도를 연동하여 600~1000 rpm을 적용하였다. 반복수(iteration)는 2000으로 하여 잔차값(residual)이 충분히 수렴하도록 하였다. 전체적으로 실제 헬리콥터가 발휘하는 양력보다는 낮은 수치로 예측되었으며 모델 및 해석 조건에 대한 검토가 필요해 보인다. 양력 값은 받음각 $10^{\circ}$에서 자중(약 68 kgf)을 극복하였고 받음각 $12^{\circ}$에 유상하중 20 kgf을 발휘하며 888 N의 양력을 보였다, 이어 받음각 $22^{\circ}$에서 실속 현상이 발생하였다. 받음각이 증가함에 따라 항력 역시 증가하였으며 받음각 $12^{\circ}$에서 121 N이었고 실속에 이르며 항력은 갑자기 증가할 것으로 예측된다. 본 연구는 변이 익형 개발의 선행 단계로 기본 익형에 대한 공력특성을 CFD 시뮬레이션을 통하여 예측하였다. 예측 값은 현실적 실험방법을 통하여 검증이 되어야 하며 이후 변이익형에 대한 예측과 설계가 가능하다.

화석연료의 고갈과 환경오염이 문제시 되면서 친환경 에너지개발에 대한 연구가 진행되고 있다. 그중 바이오디젤은 동,식물성유지 및 폐식용유를 이용하여 생산이 가능할뿐더러 농용엔진에 특별한 개조 없이 사용가능하다. 또한 바이오디젤 자체에 산소를 함유하고 있어 이산화탄소 저감에 효율적이다. 바이오 디젤에 관한 많은 연구가 수행되었으며, 기존의 연구는 단일유지의 폐식용유를 사용하여 바이오디젤을 생산하는 연구가 진행되었다. 하지만 가정에서 배출되는 식물성 폐식용유의 경우 여러 가지가 혼합되어 배출되고 있어, 혼합폐식용유지의 바이오디젤 특성평가가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 폐식물성유지(폐대두유, 폐카놀라유, 폐해바라기유)를 중량비(1:4, 1:1.5 1:0.66, 1:0.25)로 혼합하여 바이오디젤을 생산하고, 생산한 바이오디젤을 농용기관에 이용하여 농용기관의 출력특성 및 배기배출물특성 평가를 실시하였다. 실험에 사용된 농용기관은 배기량이 673cc인 직접분사식 디젤기관(ND10DE, Daedong, Korea)이며, 엔진성능평가를 위해 토크는 토크센서(YDL-704s, Setech, Korea)를 사용하였다. 배기배출물 평가는 배기가스분석기(HG-550, Airlex, Germany)를 이용하여 이산화탄소, 질소산화물을의 배출량을 측정하였다. 폐식용유를 이용하여 생산한 바이오디젤과 경유의 기관성능을 비교한 결과 토크와 축출력의 경우 BD의 혼합량이 증가할수록 줄어들었다. 토크는 혼합된 유지에 따라 상용운전범위인 1500rpm~2400rpm에서 평균 대두와 카놀라유를 혼합하여 생산한 BD10은 7.2%, BD20은 12.1% 감소하였고, 대두와 해바라기유를 혼합하여 생산한 BD10은 11.3% BD20은 16.3% 감소하였다. 또한 해바라기와 카놀라유를 혼합하여 생산한 BD10은 8.3%, BD20은 14.6% 감소하였다. 이는 BD의 발열량이 경유에 비해 낮아 토크가 감소한 것으로 판단된다. 또한 배기배출물 평가의 경우 질소산화물은 BD의 함랑이 증가함에 따라 경유에 비해 배출량이 증가하는 경향을 보였고, 이산화탄소는 저감되는 것으로 나타났다. 이는 바이오디젤이 함산소연료이므로, 연료내의 산소로 인해 완전연소를 촉진시켜 이산화탄소를 저감시키고 질소산화물은 증가된 것으로 판단된다.

노지 고추 수확작업은 100% 인력에 의존하고 있으며 7~9월에 걸쳐 5~6회의 다수의 작업이 수행되어 노동 강도가 크다. 또한 농촌의 고령화와 노동력 감소로 인하여 수확인력의 부족이 발생하고 있음에도 불구하고 시중에 유통되고 있는 고추 및 노지채소 수확작업 편이기기는 동력이 아닌 인력으로 이랑사이를 이동하며 작물을 수확하는 구조로 되어있다. 이는 노동 강도를 줄여주는 효과가 미미하기 때문에 동력이 수반된 편이장치가 필요하며 또한 적절한 모터 및 제어장치가 요구된다. 적절한 모터를 선정함에 있어서 영향을 주는 인자는 주행저항(RR)이며, 구성요소로는 구름마찰저항(Rr), 공기저항(RА), 등판저항(Rg), 가속저항(Ra)이 있으며, 다음과 같은 식으로 정의된다. 주행저항(RR)=구름마찰저항(Rr)+공기저항(RA)+등판저항(Rg)+가속저항(Ra) 구름마찰저항(Rr)=구름마찰저항계수(${\mu}$)${\times}$차량총중량(W) 등판저항(Rg)=차량총중량(W)${\times}Sin{\theta}$ 공기저항(RА), 및 가속저항(Ra)은 1m/s 미만의 속도가 요구되기 때문에 무시할 수 있다. 동력원에서 최종 구동축으로 전달된 동력은 주행장치를 통하여 지면에 전달되고 이 동력에 의해 작업차의 주행장치에 추진력이 발생하며 주행장치의 추진력이 주행저항 이상이 될 때 작업차는 전진하게 된다. 따라서 작업차의 주행속도를 V(m/s), 전동기의 효율을 ${\mu}_m$, 동력전달효율을 ${\mu}_{TD}$라고 하면 다음과 같은 식이 산출된다. 전동기의 소요출력(P)=주행저항(RR)${\times}$속도(V)/전동기의 효율(${\mu}_m$)${\times}$동력전달효율(${\mu}_{TD}$) 구름마찰계수를 0.3이라고 할 때 포장의 경사도와 작업차의 주행속도 변화에 따른 주행소요 동력을 비교하였다. 주행소요동력은 포장의 경사각과 주행속도의 증가와 더불어 증가한다. 고추 및 노지채소 수확작업 편이장치의 작업시 요구되는 주행속도는 일반적으로 0.25m/s, 등반각은 5도이다. 이때 구동 전동기의 출력은 안전율을 고려하여 식에 의해 계산한 결과 1ps으로 산출 되었다. 선정한 구동모터의 감속비는 7.18 : 1, 에너지의 효율은 78 %, 기동토크는14 N/m 이며, 축전지의 경우 구동모터에 기반 하여 구입이 간편하고 상용화 되어있는 연축전지를 사용하여 교체 및 수리가 간단하도록 하였다. 축전지는 12V 18Ah의 축전지 2개를 사용한다.

모터와 스크류를 이용한 경량 식혈기를 처음으로 개발함에 따라 실제 산림의 식재 시험에서 발생될 수 있는 것은 감속기와 스크류의 연결부분의 파괴이다. 이 감속기 축의 파괴는 토양내부의 큰 자갈로 인해 스크류가 낄 경우 식재봉을 좌우로 흔들게 되면 가장 취약한 부분인 스크류와 감속기의 연결부위에 가장 강한 모멘트가 걸리게 된다. 물론 작업자의 부주위가 원인이기도 하지만 감속기(K6G30C. Korea)의 축 지름이 8mm이므로 식재봉을 좌우로 흔들면 굽힘파괴가 일어날 가능성이 높다. 감속기의 축이 파괴가 되지 않게 하는 방법은 재료의 강도가 높은 새로운 감속기를 찾은 일과 기존 감속기의 축을 굽힘응력에 안전하게 대응할 수 있게 설계를 하는 방법이 있다. 본 연구에서는 전자에 대한 조사와 동시에 후자에 대한 설계와 제작을 수행하여 기 제작된 경량식혈기와 비교 분석하였다. 스크류 축의 굽힘응력에 대한 대응 방법으로 감속기 축의 보강방법은 감속기 축에 식재봉으로 부터 굽힘응력이 직접 전달되지 않게 하기 위해 모터 하우징의 하부 위치에 감속기 축을 감싸는 Radial Bearing을 결합하였다. 그리고 스크류의 축은 상단의 지름을 크게 키운 상태로 감속기의 축에 연결하는 방법으로 설계하였다. 이때 식혈봉으로 부터 걸리는 모멘트는 스크류의 상단 지름에 걸리게 되는데 상단부는 모터 하우징의 하단과 단단하게 결합함으로써 감속기 축을 보호하게 되고 또한 감속기 축의 길이에서 Bearing과 스크류 상단부 큰 지름이 각각 반반씩 보호하는 형태로 설계하였다. 이와 같이 감속기의 축을 보강한 경우 종전의 식혈기보다 무게가 무거워지게 된다. 즉, 1차 식혈기 무게는 3.38kgf, 2차 시작기는 3.28kgf, 축 강도가 보강된 3차 시작기는 무게가 3.87kgf로 증가되었다. 따라서 종전보가 약 600g 증가되어 다소 무거운 느낌이 들었다. 여기서 리듐 폴리머 배터리와 가방의 무게 3.23kgf를 부가하면 1차, 2차, 3차 시작기의 무게는 각각 6.61kgf, 6.51kgf, 7.1kgf로 나타났다. 따라서 굽힘응력에 대한 보강의 방안으로 설계된 무게 과다가 현장 시험에서 작업자의 피로도 증가와 작업의 비효율성이 예상되어 포트묘의 현장 식재시에 이에 대한 평가를 수행하여 비교 분석할 예정이다.

비료 살포는 작물 생장 촉진을 위하여 반드시 필요한 작업이며 재배 관리의 반 이상을 차지하는 중요한 농작업이다. 비료 사용은 양분 공급과 토양의 물리 화학성 개선 등 여러 이점이 있으나 최근에는 과도한 비료 사용으로 양분의 불균형 등의 문제점이 대두되고 있다. 또한 수작업으로 비료를 살포할 시 유해한 성분이 피부에 흡수되고 작업 능률이 낮기 때문에 비료 살포기의 필요성을 가진다. 현재 시중에 판매되고 있는 비료 살포기는 고속의 기류를 이용하여 비료를 날리는 방법과 중력으로 낙하시키는 방법, 원심력을 가하여 멀리 날려 보내는 방법 등이 있다. 그 중 중력으로 낙하시키는 방법과 고속 기류를 사용하는 방법은 석회, 퇴비, 규산질 비료 살포에 부적절함으로 원심력을 이용한 비료 살포가 많이 사용된다. 하지만 원심력을 이용하여 날리는 방법은 구조가 단순하여 비료가 균일하게 확산되지 않고 트랙터의 이동 속도에 따라서 비료의 살포량이 달라진다. 그에 따라 과도한 비료 살포로 이어지며 토지 또한 양분의 불균형 등으로 환경의 문제점이 대두되고 있다. 국내에서는 균일 살포를 위하여 비료 살포기의 내부 날개의 각도를 조절하여 비료 살포의 패턴을 분석하는 연구가 진행되고 있다. 균일 살포의 중요성은 더욱 대두되고 있지만 현재 균일 살포에 대한 연구가 많이 부족한 상태이다. 본 연구에서는 기존의 비료 살포기에 균일 살포를 위한 설계 인자를 도출하기 위해 살포기를 분석하여 원심식 비료 살포기의 균일 살포를 위한 기초 자료로 활용하고자 한다.

노지 고추 수확작업은 7~9월에 걸쳐 5~6회 수행되며 가장 더운 한 여름의 태양볕에 노출되어 장시간 수확작업을 하며 노지채소 및 고추 수확작업시 자외선 과다 노출되어 악성흑생종, 광선각화증, 편평세포 암 및 각종 피부암발생의 원인되기 때문에 적절한 해가림 장치의 설계가 필요하다. 해를 가려주는 장치에 사용되는 재질로는 우산 및 양산에 널리 사용되어지는 섬유로 폴리에스테르를 선정하였으며 두께로 우산의 재질로 많이 사용되는 75 denier을 채택하였다. 코팅의 종류로는 Foam, Milky, Silver, 폴리우레탄을 채택하여 섬유의 코팅 종류에 따른 차단 효과를 실험하였다. 실험 방법으로서는 KS K 0850 텍스타일의 자외선 차단율 및 차단지수 시험방법에 의거 하여 실험하였다. 자외선 UV-A(365n/m), UV-B(315n/m) 측정장치는 자외선 센서, UV램프, 인디케이터로 구성된 측정기를 이용하였으며 각 재료별 5회 반복 실시하여 평균치를 산출 하였다. UV-A(365n/m) 측정값으로는 FOAM, MILKY코팅이 된 섬유재질이 KS의 우산 및 양산품질표시기준에 부합하여 해가림 장치에 사용이 적절하였으며 UV-B(315n/m) 파장 차단율 측정값으로는 KS의 우산 및 양산품질표시기준에 모두 부합되었다. 또한 해가림 장치는 태양고도에 따라 각도를 조절 가능한 형태로 설계하였으며 직사광선이 가장 강한 시간대인 10시부터 12시를 기준하여 틸팅의 최대 각도는 20도로 개발하였다. 또한 바람에 의한 날림현상을 방지하고 통풍효과를 높이기 위해서 해가림 장치의 섬유를 2중 구조로 설계하여 바람의 순환이 되게하였다.

밭작물 중 양파와 마늘은 높은 노동투하시간, 노임의 상승, 복잡한 수거 과정 등으로 최근 재배면적이 감소하는 추세이다. 밭농업 활성화 방안으로 생산비 절감과 작업 속도 향상을 위한 수확기계 개발 연구로 줄기절단기가 개발되었다. 이 연구는 줄기절단기 예취날의 설치각이 절단부하에 미치는 영향을 분립체 해석 기법으로 분석하고자 하였다. 실험에 사용한 시뮬레이션은 EDEM으로 인장탄성계수, 전단탄성 계수, 중첩길이, 입자 반경 및 질량, 상대속도를 이용하여 충돌시 힘을 해석하고 인장 및 전단강도, 한계, 결합 길이를 통해 입자간 결합을 설정할 수 있다. 시제품으로 설계된 줄기절단기의 치수를 활용하여 프로그램 상에서 줄기 절단 시뮬레이션을 진행하여 절단부하 결과를 얻도록 하였고 칼날 설치각을 30도, 45도, 60도로 변경하여 각각의 부하를 분석하여 경향성을 파악하고자 하였다. 실험에서 사용한 프로그램은 EDEM 2.7.1 Academic Research 버전이며 시뮬레이션을 진행한 PC의 사양은 Intel(R) $Core^{TM}$ i7-4790 CPU @ 3.60GHz, Memory 16.0GB이다. 줄기 절단 시뮬레이션에 적용시킨 줄기 모델은 마늘의 조건을 적용시켜 직경 1mm의 입자로 이루어진 지름 12mm, 높이 214mm의 원통형 모델이며 60.32N의 최대절단력을 가지고 있다. 줄기절단기는 2개의 회전날을 가지고 있으나 좌우대칭을 적용하여 절반에 대한 해석으로 하나의 회전날로 절단을 하도록 줄기 모델은 4조로 하여 3열을 140mm 간격으로 위치시켰다. 줄기절단기의 칼날은 반경 350mm로 회전하며 진행속도는 1.65m/s, 회전속도는 1680rpm으로 작업하도록 하였다. 시뮬레이션은 0.5초의 시간에 대해 해석하도록 하였으며 0.003초 간격으로 칼날에 가해지는 힘을 구하여 저장하도록 하였다. 시뮬레이션 해석시간은 약 116시간이었으며 설치각별 시간에 따른 칼날에 가해지는 압축력 값과 그래프를 얻을 수 있었다. 대부분의 시간에서 절단이 이루어지지 않으므로 0의 값을 나타내었으며 절단이 이루어지는 시점에 절단부하가 나타났다. 결과 해석을 위해 그래프의 피크 값들을 이용하였으며 그 중 상위 6개의 값으로 분석하였다. 30도, 45도, 60도의 설치각에 따른 절단부하의 평균 값은 각각 105.4N, 160.5N, 215.9N으로 나타났다. 설치각에 따른 절단부하의 경향성은 유의수준은 3.93%로 각각의 차이가 유의미하게 나타났으며 상관계수는 0.489로 증가하는 경향이 보였다. 그러나 $R^2$는 0.2394로 낮은 값을 보여 데이터 처리 방법의 개선과 적절한 회귀 모델의 적용이 필요하다. 향후 포장시험을 진행하고 복합적으로 분석하여 경향성을 자세히 분석하고자 한다.

국내 농촌의 인구고령화, 여성화 증가로 인한 농촌노동력 감소 문제를 해결하기 위해 농업기계자동화에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구는 자동화농업기계 중 자동 이식기의 성능평가 기술을 개발하기 위해 수행되었으며 이를 위해 자동 정식기의 핵심부품인 이식호퍼의 결주율, 이식율, 주간간격, 운동궤적 등을 측정할 수 있는 원형토조 실험장치를 개발하였다. 원형토조 실험장치는 원형토조, 이식호퍼 구동장치, 컨트롤러로 구성되어 있으며 이식호퍼의 회전속도(rpm)를 조절하여 주간간격을 조절할 수 있고 초고속 카메라를 이용하여 이식호퍼의 운동궤적을 측정할 수 있다. 이식작물로 고추, 양배추, 브로콜리의 3종류의 육묘를 이용하여 이식호퍼의 회전속도를 20~60 rpm 구간에서 10 rpm 단위로 속도조건변화를 주고 결주율과 이식율을 측정하였다. 이식호퍼 rpm 속도에 따른 주간거리는 190~560 mm로 나타났다. 각 rpm 단수, 작물별 평균 이식율은 고추육묘가 약 97%, 양배추육묘가 약 94%, 브로콜리육묘가 약 95%로 나타났다. 또한 초고속 카메라를 이용하여 측정한 이식호퍼의 운동궤적을 통해 선진사 제품과 대비하여 차이를 보인 것을 확인하였다. 향후 원형토조 실험장치를 이용해 다양한 작물 및 토양조건에서의 실험 및 토양저항 측정장치 개발을 통해 이식작업 진행중에 호퍼에 걸리는 부하에 대한 성능평가시험을 할 계획이다.

국내의 밭작물 재배에서는 부족한 인력과 시간을 단축하기 위한 농기계 사용이 필수가 되었다. 효율적인 농기계의 개발을 위해서는 농민들의 작업실태 분석이 반드시 선행되어야 한다. 본 연구에서는 감자 재배용 작업기 개발을 위해 전국의 감자 재배 농민을 대상으로 트랙터 작업기 사용실태 조사를 수행하였다. 조사대상은 강원도, 경상북도, 전라남도의 지역중 감자 생산량이 많은 곳을 분류하여 각 지역의 농업기계 대리점에서 추천한 농민을 대상으로 조사표에 의한 방문 면접 설문조사를 실시하였다. 분류된 지역은 강원도 홍천, 평창, 경상북도 고령, 김천, 전라남도 영광, 보성이다. 각 지역별 응답자수는 2명으로 진행하였다. 조사항목은 감자 재배시기, 보유하고 있는 작업기, 트랙터의 모델 및 보유대수, 작업기별 트랙터 주행단수 및 PTO 단수, 작업패턴 등이다. 조사결과, 공통적으로 감자품종 중 수미감자를 선호하는 것으로 조사되었고, 지역별로 시기상의 차이가 있지만 평균적으로 1월~5월과 8월~11월 사이에 감자 이모작을 실시하는 것으로 나타났다. 트랙터의 평균 보유대수는 2대였으며, 평균적으로 중형 트랙터 1대와 대형 트랙터 1대의 비율로 보유하고 있는 것으로 조사되었다. 보유하고 있는 작업기는 로타베이터, 수확기, 시비기, 방제기, 파종기 순으로 보유대수가 많았다. 작업기로 수행하는 밭작업으로는 경운정지, 비닐피복, 시비, 방제, 수확 등이 있었으며, 경운정지용 로터리 작업시 트랙터 주행단수와 PTO 단수는 트랙터의 경우 L2~L3단을 주로 사용하고, PTO의 경우 1단과 2단을 병행하여 사용하는 것으로 조사되었다. 로타베이터 작업패턴은 지역별로 차이를 보였으나, 평균적으로 밭의 모서리를 둘러서 작업하고 이후에 8자형식으로 이동하면서 두둑을 형성하는 것으로 나타났다. 이 작업패턴을 사용하는 이유는 후진을 하지않는 작업환경에서 가장 효율적이고 밭의 모서리에 흙이 모이지 않게하기 위함이라고 하였다.

농작업 시에 가장 빈번하게 일어나는 위험한 농기계 관련 사고는 전도사고로 트랙터의 전복이 꼽히고 있다. 따라서 트랙터의 전복을 유발하는 주원인인 무게중심의 측정이 중요시 되고 있다. 지금까지 사용해 왔던 북미와 유럽, 일본 등의 선진 농기계 업체들이 사용하고 있는 트랙터 무게중심 측정방법(ISO 789-6 : OECD code2, 작도법)은 정밀성과 신뢰성이 다소 결여되어 이를 정확히 측정하기 위한 새로운 방법 및 알고리즘의 개발이 시급한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 트랙터 무게 중심을 보다 정확히 측정할 수 있는 방법을 개발하고 이를 ISO에 NP(New Proposal)제안 과정을 거쳐 ISO 개정을 위한 기초연구로 수행되었다. 트랙터 무게중심 측정을 위한 ISO 789-6의 경우 작도법으로 시험하도록 되어 있으나, 본 연구에서는 무게중심을 계산할 수 있는 프로그램을 개발하고, 극좌표계산방식으로 측정된 값을 프로그램에 직접 입력하는 방법을 개발하여 신뢰성과 정밀성을 높일 수 있도록 하였다. 프로그램의 개발은 ISO(OECD) 방법에 대해 계산식을 개발하고 4개의 좌표가 교차하는 좌표와, 트랙터 후방을 들어 올렸을 때의 끝점 좌표, 전방을 들어 올렸을 때의 끝점 좌표 등을 구하는 자동 알고리즘을 개발하고, 중심 위치는 시험방법 및 트랙터의 제원에 따른 치수와 중량 데이터를 측정하여 입력하면 자동으로 계산이 되도록 하였다. 본 연구에서 개발한 방법과 기존 ISO 789-6(작도법)을 비교한 결과 보다 신뢰성 있는 결과를 얻을 수 있었으며, 이를 ISO에 NP제안을 위한 합리적인 시험방법임을 알 수 있었다. 개정작업이 완료될 시에 이 방법을 농기계 업체에 보급함으로써 보다 안전한 농기계 설계 및 제작에 기여하고 농민의 안전사고 예방에 기여할 수 있을 것이다.

농기계의 대형화, 고성능화로 장치가 복잡해지면서 안전표지 및 조작표시의 역할이 증대되고 있으나 기존에 제정된 KS B 7947의 경우 ISO표준 도안 및 작도방법을 준용하지 않고 있어 기호가 조잡하고 복잡하며 명확히 이해하기 어려워 산업체의 활용도가 낮은 상황이며, 제조사별로 상이한 도안을 사용하고 있는 실정이다. 따라서 ISO표준 도안 및 작도방법을 준용하여 그래픽 심볼 도안을 개정하여 산업체의 활용도가 높아져 조작표시를 농업인이 쉽게 인식하고 이해하여 위험 등을 피할 수 있도록 하여 사고 예방에 기여할 수 있도록 하는 것이 중요할 것이다. 본 연구에서는 안전표지 및 조작표시를 ISO 표준 도안 및 작도방법을 준용하여 작성하기 위한 방법을 연구하고 KS B-7946에 제시된 65개 항목 중 일본과 미국에서 동시에 사용되고 있는 항목 4개는 유지하고 10개 항목은 삭제하며, 승용 동력운반차, 매연저감 장치 등 11개 항목을 추가하고 40개 항목의 수정을 통하여 국내 농기계 관련 안전표지 및 조작표시의 그래픽 심볼을 개선하고 그 결과를 ISO에 국제표준 규격도안 추가 및 개정을 제안하고자 수행되었다.

국내에서 사용되는 밭농업용 전동차는 산업용 DC MOTOR를 사용하고 있는 실정이다 왜냐하면 농업용 DC MOTOR는 그 수요가 미미해서 개발상품이 거의 없는 실정이다. 산업용DC MOTOR는 고정된 장치에 부착이 되어 있어 사용상에 별 문제가 없지만 밭농업용 전동차는 비포장 도로에 사용되고 있어 충격이나 과부하에 견디지 못하여 운행도중 심한충격이나 하중 또는 진동에 반복하중에 견디지 못하여 파괴되거나 소음등이 많이 나는경우가 많다. 따라서 본 연구에서는 이를 개선하기 위해 감속기의 재질을 분석하고 마찰 마멸이 일어나는 부분의 재질변경과 표면열처리 등을 통하여 내구성을 증대에 대한연구를 실행 하였다.

농용트랙터의 운전자는 작업, 주행으로 인한 유해한 저주파 진동에 장시간 노출된다. 이에 따라 운전자에게 전달되는 노면 진동을 감소시켜주기 위한 전방차축 현가장치의 역할이 커지고 있다. 트랙터의 전방차축 현가장치는 주로 유압식으로 설계되어 있으며 이를 구성하는 유압요소 선정이 현가장치의 성능에 중요한 영향을 미친다. 하지만, 실제와 유사한 조건에서 트랙터 차체 무게만큼 큰 부하를 제공하여 유압회로의 성능을 실험하는 것은 비용과 시간 측면에서 비효율적이다. 본 연구에서는 이를 대체하기 위하여 개별 유압요소의 성능을 테스트 할 수 있는 현가장치 유압회로 요인 시험기를 설계제작 하였다. 이를 이용하여 개별 부품의 성능곡선을 센서를 이용 측정하였고 얻은 특성값을, 구성한 유압 시뮬레이션 모델에 반영하여 실제조건의 유압특성을 얻을 수 있는 유효한 시뮬레이션 모델 개발에 활용하였다. 또한, 실험실 환경에서 유압식 현가장치를 간소화 시킨 형태로 유압회로의 성능을 예비시험해 볼 수 있도록 다양한 센서를 장착 데이터를 취득할 수 있도록 하였다. 개발한 요인 시험기는 하부에 설치된 가진 실린더를 이용하여 상부에 설치된 현가장치 실린더의 스트로크 변위와 속도에 따른 힘을 측정할 수 있도록 구성하였다. 이를 위해 현가장치 실린더의 헤드부와 로드부에 각각 압력센서를 설치하였으며 헤드부, 로드부의 압력 차이와 로드셀을 이용해 측정한 가진 실린더의 힘의 관계를 확인하였다. 상부의 현가 실린더 장치는 복동 형태로 제작되어 헤드부, 로드부 양쪽 방향으로 유량이 흐를 수 있도록 설계되었다. 이를 이용해 헤드부와 로드부 사이에 어큐뮬레이터, 가변 오리피스, 릴리프 밸브 등으로 유압회로를 구성하였으며 어큐뮬레이터 용량에 따른 힘의 변화, 가변 오리피스의 개도량에 따라서 전달되는 힘의 크기 등을 측정하였다. 하부의 가진 실린더는 사인파, 삼각파, 계단 입력, DC 레벨 등의 신호를 발생시킬 수 있도록 제작되었다. 신호의 주파수는 0~4Hz, 범위에서 사용자가 조절할 수 있도록 설정되었으며 계단응답 성능 측정 시험을 평가한 결과 정상상태오차는 0.470mm~0.536mm, 입상시간은 0.194초~0.202초, 정착시간은 0.230초~0.421초로 나타났다.

국내 농업에서 토양의 반전, 쇄토, 배토, 가능한 복합작업기인 무동력 디스크해로우 방식의 경운과 배토 고효율 복합작업기의 수요가 증가 하고 있다. 경운작업에서 일련의 과정은 작물의 생육과 관리차원에서 큰 의미를 지니며 작물재배의 첫 단계로 중요시 다루어져야할 과정이다. 이러한 작업기의 성능 시험에서 포장시험을 통해 복합기의 신뢰도와 실제 필드에서 발생하는 문제들을 포괄적으로 해결 할 수 있는 방안이 필요하다. 토양 경작을 위한 농업기기의 작업 저항은 식물 생산에서 유용성을 평가하는 가장 중요한 지표중 하나이다. 작업 저항(수평, 수직 방향의 힘)은 트랙터의 힘에 의해 생성된 동작을 방해하므로 토양 경운 시 에너지 소비를 결정하고 설계 매개 변수 측면에서 최적의 작업 조건을 결정하는 데 중요한 영향을 미친다. 따라서 본 연구에서는 경상대학교 내 위치한 실험동에서 Soil-bin에 이송장치를 설치한 후, 이송장치에 디스크 해로우 (Multidisc Vario, Tulip Agri., Netherlands)를 부착하여 실험을 진행하였다. 디스크 해로우의 원주 평면과 수직 평면 사이의 각 a(토양 표면에 수직)와 디스크의 해로우의 원주 평면과 작업 방향 사이의 각 b의 값을 독립 변수로 두고 a, b를 변화 시키면서 발생하는 이송장치의 견인력을 측정하여 농가 및 효율적인 경운작업 시 기초자료로 활용하고자 한다.

가축의 영양소 요구량 유지, 비육, 증체, 생산, 번식, 계절환경에 따라 달라지는 변동요인을 감안하여 하루 동안에 필요로 하는 영양소 요구량을 충족하도록 여러 종류의 사료를 혼합한 TMR(Total Mixed Ration)사료의 중요성이 커지고 있다. 이에 가축의 생산성 향상(등급 향상)과 축산농가의 영농비용 절감, 생력화를 위해 범용적으로 사용가능한 TMR플랜트의 개발이 반드시 필요하다. 본 연구에서는 사료비절감을 위한 식품부산물 발효탱크의 개발을 통해 발효탱크 밑 부분을 구성하고 있는 스위프오거와 이를 고정하면서 Z축으로 회전하는 고정부를 대상으로 하여 시각화 할 수 있는 FEM 시뮬레이션 기법을 이용하여 작업 중 적용되는 하중에 대해 충분한 구조 안전성을 가지고 있는지 해석하였다. 스위프오거의 재질은 SM45C, 작용하는 하중은 감속기의 출력량, RPM을 이용하여 토크 값을 구하고 조사료와 부산물사료가 포함된 TMR사료의 무게와 스위프오거의 단면적을 이용하여 압력 값을 도출하였다. 하지만 부산물사료가 발효되면서 저장탱크를 통해 배출되기 때문에 전체 사료 무게가 줄어 스위프오거에 작용하는 압력 또한 작아지는 것을 확인하였다. 이에 본 연구에서는 저장탱크에서 TMR사료가 배출되기 직전의 가장 높은 압력 상태를 가정하였다. 이 가정을 통해 토크 값은 $1.4N{\cdot}m$, 압력 값은 43 Mpa으로 나타났고 이를 바탕으로 구조해석을 진행하였다. 그 결과 스위프오거는 고정단 부근에서 최대 폰 미세스 응력 310 Mpa이 발생하여 구조적으로 가장 취약한 것으로 나타났다. 하지만 이는 SM45C의 항복강도인 343 Mpa 보다 낮아 안전한 것으로 분석된다. 또한 사료가 배출되면서 스위프오거에 작용하는 압력이 작아져 폰 미세스 응력도 작아지는 것으로 나타났다.

밀식파종 묘 이앙 시스템은 벼농사 생력화를 위한 재배법으로 비용 및 노동력을 획기적으로 줄일 수 있어 시간과 잉여 공간의 유효 활용을 통해 영농 규모의 확대로 인한 농업의 경쟁력을 높일 수 있다. 하지만 밀식 파종한 육묘를 관행과 동일한 1개 소당 3~4주 이앙 가능한 식부부 개발은 미흡한 실정이다. 밀식 파종한 육묘를 기존 이앙기로 이앙작업을 할 경우, 1개 소당 이앙되는 양이 많아져, 벼 생육을 저하 시키는 요인이 된다. 이러한 부분을 해결하기 위해서는 이앙 작업에 직접적으로 영향을 주는 이앙기식부부의 로터케이스, 이앙암을 분석하여 밀식파종 묘에 적용할 수 있는 기술이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 식부부의 로터케이스, 이앙암을 3D 스캐너를 활용하여 스캐닝 작업을 한 뒤 역설계를 통하여 도면화 작업을 실시하여 식부부 궤적 분석을 실시하였다. 분석은 다물체 동역학 해석 프로그램인 Recurdyn(V8R4, Functionbay)을 활용하여 진행하였다. 분석결과, 식부부에 위치하는 이앙집게의 형상 및 로터케이스의 기어 배열에 따라 식부부가 형성하는 궤적의 형태가 달라지는 것을 확인 할 수 있었다. 이러한 부분은 밀식파종 묘에 적합한 궤적 분석 및 현장 필드 실험에 필요한 기초자료로 활용하고자 한다.

3륜 승용관리기는 4륜 승용관리기에 비하여 작업기를 복부에 장착함으로 작업의 정밀도, 편이성, 관측의 용이성 향상과 함께 지상고 제고, 차폭 조절, 조향 등의 성능 개선을 기할 수 있다. 국내에서는 3륜 승용관리기용 복부 장착 부속작업기가 거의 개발되어 있지 않으며, 특히 두류 재배에 있어서 일관기계화 작업을 위한 관리작업기의 개발이 매우 필요한 실정이다. 콩의 순 지르기 작업은 콩이 지나친 생육을 한 경우 미리 줄기의 윗부분을 제거하는 저심처리를 해주면 곁가지들의 왕성한 생육을 유도하여 많은 꼬투리를 얻고 쓰러짐도 줄어들어 수량을 높일 수 있다. 순 지르기 작업은 보통 낫이나 배부식 예취기를 이용하여 작업함으로 노동력이 많이 들고 작업부담이 심하여 개선이 필요한 실정이다. 따라서 본 연구는 3륜 승용관리기에 적합한 복부장착형의 순 지르기 작업기를 설계 제작하였다. 3륜 승용관리기용 순 지르기 작업기는 승용관리기의 복부 PTO에서의 구동력 전달을 위한 연결 조인트, 중간축, 기어 전동기구, 구동축으로 구성된 동력전달부, 2 조의 원판형 작업 날, 다양한 조간거리에 적응을 위한 조간조정 나사부, 3륜 승용관리기에의 부착을 위한 프레임 및 부착보조 작업기 이동용 바퀴장치 등으로 구성 설계 제작하였다. 원판형 칼날은 시판 중인 예취기의 외경 305 mm, 칼날 톱니 수 90개의 초경 비트 부착 날을 사용하였다. 작업 날의 승강높이는 150~540 mm 범위로 조절하도록 하였다. 조간거리의 조절범위는 수동나사에 의하여 660~860 mm 범위로 무단조절 할 수 있도록 하였다. 순 지르기 작업기는 3륜 승용 관리기 복부의 평행링크에 부착되므로 작업기의 이동 및 부착 편이를 위하여 이동용 바퀴를 설치하였다. 제작된 순 지르기 작업기의 크기는 길이${\times}$폭${\times}$높이가 $514{\times}1138{\times}810mm$, 중량은 약 100 kg으로 제작되었다.

4륜 승용관리기는 보통 후방이나 전방에 작업기를 장착하여 작업하나 3륜 승용관리기는 작업기를 복부에 장착함으로 작업의 정밀도, 편이성, 관측의 용이성 향상과 함께 지상고 제고, 차폭 조절, 조향 등의 성능 개선을 기할 수 있다. 국내에서는 3륜 승용관리기용 복부 장착 부속작업기가 거의 개발되어 있지 않으며, 특히 두류 재배에 있어서 일관기계화 작업을 위한 관리작업기의 개발이 매우 필요한 실정이다. 승용관리기의 중경배토기에 의한 작업은 기존 인력에 의한 작업보다 약 87%의 노력을 절감할 수 있으며, 잡초방제 효과도 인력에 비하여 크게 떨어지지 않고, 수량도 증가하는 것으로 보고되고 있다. 따라서 본 연구는 3륜 승용관리기에 적합한 복부장착형의 중경배토기를 설계 제작하였다. 3륜 승용관리기용 중경배토기는 승용관리기의 복부 PTO에서의 구동력 전달을 위한 연결 조인트, 중간축, 기어 및 체인 전동기구, 구동축으로 구성된 동력전달부, 4개의 로타리 날과 후방 1개의 배토날로 구성된 3조의 작업날, 로타리 날과 배토날의 경심 조절을 위한 3조의 바퀴, 흙의 비산 방지를 위한 로타리날 커버 및 케이스, 다양한 조간거리에 적응을 위한 조간조정 나사부, 3륜 승용관리기에의 부착을 위한 프레임 및 부착보조 작업기 이동용 바퀴장치 등으로 구성 설계 제작하였다. 로타리 날과 배토날은 기존 시판 관리기용 날을 사용하였다. 로타리 날은 진행방향으로 회전하도록 하였으며, 날의 회전반경은 약 330 mm, 조당 경운 폭은 약 230 mm 설계하였다. 최대 경심은 100 mm이며, 조간거리의 조절범위는 수동 나사에 의하여 620~900 mm 범위로 무단조절 할 수 있도록 하였다. 중경제초기는 3륜 승용 관리기 복부의 평행링크에 부착되므로 작업기의 이동 및 부착 편이를 위하여 이동용 바퀴를 설치하였다. 제작된 중경배토기의 크기는 길이${\times}$폭${\times}$높이가 $660{\times}2072{\times}880mm$, 중량은 약 200 kg으로 제작되었다.

현재 국내의 경우 4륜 승용관리기가 개발되었으나 성능 미비와 편이성 부족으로 승용관리기 및 부속 작업기 보급이 매우 저조한 상태이다. 3륜 승용관리기는 작업기 복부 장착으로 작업의 정밀도, 편이성, 관측의 용이성 향상과 함께 지상고 제고, 차폭 조절, 조향 등의 성능 개선을 기할 수 있다. 국내에서는 3륜 승용관리기용 복부 장착 부속작업기가 거의 개발되어 있지 않으며, 특히 두류 재배에 있어서 일관기계화 작업을 위한 관리작업기의 개발은 매우 필요한 실정이다. 승용관리기에 의한 중경제초는 잡초방제는 물론 물 빠짐과 토양 속 통기가 좋아지고, 지온 조절, 쓰러짐 방지, 부정근 발생을 조장하여 콩의 생육과 결실을 좋게 함으로써 수량이 증가되는 효과가 있다. 따라서 본 연구는 3륜 승용관리기에 적합한 복부장착형의 중경제초기를 설계 제작하였다. 3륜 승용관리기용 중경제초기는 승용관리기의 복부 PTO에서의 구동력 전달을 위한 연결 조인트, 중간축, 기어 및 체인 전동기구, 구동축으로 구성된 동력전달부, 중경제초를 위한 5개의 로타리 날과 후방 1개의 제초날로 구성된 3조의 작업날, 경심 조절을 위한 바퀴, 다양한 조간거리에 적응을 위한 조간조정 나사부, 흙의 비산 방지를 위한 로타리 날 커버 및 케이스, 3륜 승용관리기에의 부착을 위한 프레임 및 부착보조 작업기 이동용 바퀴장치 등으로 구성 설계 제작하였다. 로타리 날은 기존 시판 관리기용 로타리 중경 날을 사용하였는데 진행방향에 역으로 회전하도록 하였고, 날의 회전반경은 약 330 mm, 조당 경운 폭은 약 250 mm, 최대 경심 100 mm로 설계하였다. 조간거리의 조절범위는 수동나사에 의하여 620~900 mm 범위로 무단조절 할 수 있도록 하였다. 중경제초기는 3륜 승용 관리기 복부의 평행링크에 부착되므로 작업기의 이동 및 부착 편이성을 위하여 이동용 바퀴를 설치하였다. 제작된 중경제초기의 크기는 길이${\times}$폭${\times}$높이가 $660{\times}2072{\times}880mm$, 중량은 약 200 kg으로 제작되었다.

현재 국내에 공급되고 있는 잡곡류 수확기는 보행형 예취기, 탈곡기 위주의 저능률 기계화 수준으로 고능률의 콤바인 수확기 개발이 필요하며, 특히 잡곡류가 소규모 경작지의 영세농가 위주로 재배되어 저가격의 소형 콤바인 수확기 개발이 절실히 요구되고 있다. 따라서 본 연구는 소규모 밭의 두류 및 잡곡 수확작업에 적응성이 뛰어나며, 농기계 임대사업소의 활용도를 높일 수 있고, 여성과 고령자도 쉽게 운전할 수 있어 수확작업의 노동력을 크게 절감할 수 있는 저가격의 25kW급 자주식 소형 콤바인을 개발하고자 시작기를 설계 제작하였다. 시작기의 주요부로 엔진은 25kW/2600rpm 3기통 디젤엔진을 탑재하였으며, 동력전달부는 주변속 3단, 부변속 2단의 선택맞물림 기어식의 변속장치를 이용하였다. 주행부는 궤도형으로 조향클러치와 습식 원판식 제동장치를 채용하였다. 전처리부는 선단거리 1700 mm의 디바이더와 상하좌우 수동 조절되는 회전속도 약 42 rpm의 정오각형 릴로 구성하였으며, 전처리부의 최대 승강높이는 740 mm이었다. 작물이송부는 돌기부착 오거와 체인컨베이어로 구성되어 있으며, 탈곡부는 단동형 축류식의 직경 440 mm, 길이 1180 mm의 급동과 높이 65 mm, 지름 10 mm의 46개 강봉형 급치, 격자형 수망으로 구성하였으며, 회전속도는 약 325 rpm으로 작동하도록 하였다. 선별 정선부는 요동 송풍선별식으로 곡립판, 볏짚체, 곡립체, 송풍팬으로 구성하였고 송풍팬의 회전속도는 약 850 rpm, 요동진동수는 약 5.8 Hz로 작동하도록 하였다. 곡물이송부와 재처리부는 수평이송 외경 103 mm, 수직이송 외경 110 mm의 피치가 모두 82 mm인 스크류컨베이어를 이용하였으며, 곡물탱크는 용량이 250 로 2개의 배출구로 곡물을 포대에 담도록 하였다. 그 외 시작기는 운전조작부, 유압장치부, 전기장치부 등을 갖도록 설계 제작하였다. 전체적인 기체의 크기는 길이${\times}$폭${\times}$높이 $3935{\times}1900{\times}2440mm$이었으며, 기체 중량은 약 1753 kg이었다. 콩 대상 기초 성능시험 결과 시작기의 작업속도는 약 0.5 m/s, 작업능률은 약 11 a/h로 나타났다.

국내 여름철의 고온다습한 기후환경으로 인하여 온실 내부의 냉방 및 제습이 필수적인데, 온실 냉방 방식 중 증발냉각 시스템이 가장 효율이 높다고 알려져 있다. 하지만 증발냉각 시스템은 건조한 기후 지역에서 발달한 방식으로, 작물의 증산작용으로 인한 온실 내부 습도 상승에 따른 문제점이 발생되어 다습한 여름철 국내 기후에는 반드시 냉각과 제습이 동시에 필요하다. 따라서 증발냉각 방식 중 Fan and Pad 방식과 리튬브로마이드 수용액을 이용한 온실 냉방 및 제습을 위한 복합시스템에 관한 연구가 진행중이다. 현재 리튬브로마이드 수용액 제습 시 발생되는 발열량과 수용액의 무게변화와 같은 수용액의 흡습성질 대한 정확한 지표가 나타나 있지 않다. 이에 연구를 진행하기에 앞서 리튬브로마이드 흡습성질에 관한 데이터 자료가 필요하다고 판단되어 기초실험을 진행하였고, 본 연구에서는 Pilot Scale의 재생 순환시스템을 통해 리튬브로마이드 수용액의 흡습성질을 이용한 재사용 방안을 제시하였고, 시스템 내에서 외부투입공기와 작동유체의 흡습성질에 의한 반응 전후 온도변화 예측 모델을 수립하였다. 따라서 본 연구를 통해 리튬브로마이드 수용액의 흡습성질을 분석하고, 이를 이 용한 재생 순환 시스템에 관한 연구를 진행할 예정이다.

국내에서 대부분 생산되는 사료(사일리지) 수확 작업은 베일 생산 및 비닐 래핑 작업이 독립적으로 수행되고 있어서 비효율적이다. 본 연구에서 개발한 조사료 수확기는 수집, 롤링, 베일 네트 생성, 래핑, 래핑 종료 및 베일 방출작업을 통합적으로 수행하도록 설계-제작하였다. 통합형 다목적 조사료수확기의 설계는 3D 디자인 툴 (CATIA V5R18)을 이용하여 실시하였으며, 기구부 23 파트 어셈블리, 전기제어 어셈블리, 유압요소기술을 통합하여 통합시작기를 제작하였다. 기초 프레임, 오거장치파트, 픽업장치파트, 하부롤러파트, 상부롤러파트, 하부 프레임 및 주행부 파트, 래핑회전파트, 롤러부 구동 동력부, 유압파트, 전기제어파트, 드로우바파트, 체결 및 컨트롤러 파트 등 25개 파트로 구성되어 있다. 본 연구에서 개발한 시작기의 견인력 및 소요동력 분석은 선행 연구에서 사용한 Brixius (1987) 제안 모델을 체택하여 분석하였다. 이 Brixius 제안 모델은 견인력 예측에서 토양변수 및 토양강도 특성을 나타내는 원추지수 (Cone Index, CI)를 이용하여 트랙터의 견인력 예측에 사용하였다. 또한 트랙터-조사료수확기 시스템의 소요 견인력을 예측하는데 있어, 트랙터-조사료수확기 시스템이 운용되는 토양조건과 트랙터의 마력에 따른 소요 견인력 특성을 분석하기 위해 대표적으로 3수준의 토양조건 (CI: 356 kPa, 543 kPa, 1,429 kPa)을 적용하였으며, 베일의 개당 최대무게는 최고 수준인 옥수수 기준으로 800 kgf를 적용하였다. 본 연구에서 적용된 3수준의 CI 조건은 연구팀에서 선행연구과정 (토양특성에 따른 최적 경운작업 시스템 개발, 2006)에서 분석한 전국 10개 지역의 33개 지점의 경반층 CI지수의 측정범위인 1,050-3,170 kPa에 대해 견인력이 많이 소요되는 열악한 조건 수준을 적용하였다. 각 작업에 사용된 소요동력은 베일 작업시 (ASABE D497.7, 2011) 그리고 래핑작업시 (Zhortuylov et al., 2013)를 사용하였으며 두 소요마력을 트랙터-조사료 수확기 시스템의 필요 소요마력의 합계로 계산하였다. 트랙터-조사료수확기 시스템의 최소 소요 동력, 차축 소요 동력과 PTO 소요 동력을 Zoz and Grisso (2003)을 이용하여 계산하였다. 연구에서는 기본적으로 ASAE의 작업속도 및 작업효율을 적용하였는데, 적용된 조사료수확기의 현장 작업효율은 60-86%의 범위이고 일반적으로 70%를 적용하고 이때 작업속도는 2.5-8.0 km/h이며 전형적으로 5.0 km/h를 기준하고 있다. 자주식 (SP; sief-propelled machine) 조사료수확기의 경우 작업속도가 2.5-10.0 km/h의 범위에서 작업효율은 60-85% 범위이다. 적용되는 조사료 수확기의 작업효율인 60-85% 범위에서 일반적으로 적용되는 작업효율인 70%를 적용하면 트랙터의 소요동력은 95hp를 적정 작업환경으로 하였다.

본 연구는 전산유체역학(CFD)을 이용하여 트랙터 캐빈 내부의 온도 변화 시뮬레이션 모델을 개발하고 이를 통해 공조장치의 위치를 최적화 하는 것을 목적으로 하였다. 자동차나 열차를 대상으로 시뮬레이션을 이용한 차량 내부의 유동 해석 연구 사례는 많으나, 트랙터를 대상으로 한 연구 사례는 적다. 이에 트랙터의 공조장치를 설계하고 그 성능을 검증할 때 시뮬레이션 모델을 활용한다면, 인력, 시간 등의 손실을 줄일 수 있을 것이다. 본 연구에서는 상용 CFD 프로그램을 활용하여 공조 장치의 위치에 따른 세 가지 트랙터 캐빈 모델을 제작한 뒤, 각각의 모델에 대해서 열 유동 해석을 수행하였다. 시뮬레이션 결과가 실제 트랙터의 시험 결과와 비슷한 경향을 보이고 있음을 확인할 수 있었으며 이를 통해 모델의 적합성을 확인하였다. 또한 세 가지의 캐빈 모델 중 탑승자에게 가장 쾌적한 환경을 제공할 수 있는 모델은 기존의 국내 트랙터와 같은 천정부에 공조 장치가 있는 것이 아니라, 핸들이 있는 전면부에 위치하는 것이 가장 적합하다는 것을 확인할 수 있었다

현대농업에서 잡초를 조기에 제거하지 못할 경우 작물의 성장에 장애를 초래하므로 제초작업은 매우 중요하다. 최근 친환경 고품질 농산물에 대한 소비자의 관심과 고품질 농산물에 대한 가격 차별화 등으로 제초제를 사용하지 않은 친환경 재배가 주목을 받고 있다. 제초제는 농작물에 따라 분류가 되어있어 종류마다 효과가 다르고 사용방법이 종류에 따라 어떻게 사용되는지 알기가 쉽지 않아 이에 따른 피해 또한 무시 할 수 없다. 현재 상용화되어 있는 제초기는 굴곡이 있는 고랑의 잡초를 효율적으로 제거하기 어려워 밭작물 제초작업에 사용하기 부적합하다. 밭작물 재배 기간에 행해지는 고랑의 제초작업은 평지보다 더 많은 힘이 필요하고 일반적인 제초기로는 좋은 결과를 얻기 어렵다. 또한 제초 작업시 농작물 피해와 멀칭 비닐을 손상시키는 문제가 발생 하고 있다. 따라서 밭작물에 효율적인 잡초를 제거하기 위해 굴곡이 있는 지형의 잡초를 제거하기 위한 제초기 개발이 반드시 필요하다. 밭작물용 제초기를 개발하기 위해 굴곡이 있는 고랑의 잡초 제거가 가능한 제초날의 형상 설계가 우선되어야 하며, 고랑의 잡초제거를 위한 제초날 형상설계를 하기 위해 우리나라 주요 밭작물 재배지의 이랑 넓이, 고랑 깊이 및 고랑 폭을 조사 분석하였다. 조사 작물 대상은 양파, 마늘, 무, 배추, 고추, 당근, 감자 총 7가지 작물을 대상으로 조사하였으며, 각 작물들의 이랑 넓이와 고랑 깊이 및 폭의 평균치를 구하여 제초날 설계에 적용하고자 하였다. 범위가 있는 수치는 높은 수치를 기준으로 계산하였으며 고랑의 평균 폭은 34.2cm이고, 고랑의 평균 깊이는 22.1cm가 나타났다. 잡초를 효과적으로 제거하기 위해 제초날의 형상은 고랑의 크기 및 형태에 맞게 원형으로 설계를 하여야 한다. 형상 설계는 밭작물 고랑 평균직경 및 평균높이를 고려하고, 제초작업시 제초날이 작물 및 멀칭비닐의 손상 하지 않도록 하기 위해 직경은 고랑 평균 폭의 75% 정도 치수로 형상을 설계하고, 제초날 깊이는 고랑의 굴곡형태을 고려할 때 제초날 반경의 70%정도로 설계하여 원형제초날 폭 250mm, 제초날 깊이 87.5mm로 설계해야 할 것으로 분석 되었다.

국내에 유통되는 제초날은 대부분 금속으로 제작되며, 금속 날의 대부분 탄소공구강(SK-3~5)으로 제작되고, 날 수 및 날 형태에 따라 2도 날, 3도 날, 4도 날, 8도 날, 톱날로 구분된다. 대부분 평지 제초작업에 사용되고, 고랑 제초 작업에 알맞은 제초날의 없어 고랑 제초 작업의 효율이 떨어진다. 본 연구는 굴곡이 있는 밭의 고랑 제초 작업에 효율적인 원형 제초날을 설계 하고자 한다. 밭작물의 제초작업은 굴곡이 있는 이랑과 고랑 사이의 잡초를 제거해야 하기 때문에 평지의 잡초를 제거하는 제초날로는 제초작업이 거의 불가능하다. 따라서 고랑 형상에 맞는 원형 제초날을 설계 하였으며, 회전 균형 및 무게의 균일성 설계가 쉬운 뼈대형 원형 제초날을 설계한 후 데이터를 이용하여 원형 제초날을 설계하였다. 또한 고랑의 잡초 뿌리부분을 제거하기 위해 원형 제초날에 돌출부를 추가하는 방법으로 설계하였다. 제초날은 밭작물 고랑폭을 기준으로 하여 높이는 85mm 직경은 300mm로 설계하였으며, 제초날 설계시 원형 제초날은 뼈대형 원형 제초날과 같이 고랑폭을 기준으로 하여 높이 및 직경을 뼈대형 원형 제초날과 동일한 치수로 설계하였다. 원형 제초날 설계에서 돌출부를 볼트 결착방식으로 설계하였으며, 회전중 돌출부의 파손 혹은 이탈을 방지하기 위하여 직경 5mm이상의 볼트 결착이 필요하였다. 볼트 결착방식은 제초날 조립후 제초날 회전시 고랑의 잡초를 효과적으로 제거하기 위한 작업공간 확보가 어려울 것으로 판단되었다. 따라서 제초날 원형부에 돌출부를 절단 절곡하는 방식으로 돌출부를 재설계하였으며, 돌출부 길이는 안쪽 부분 15mm, 바깥 부분 20mm로 설계하고, 돌출부 회전반경은 안쪽 날 20mm, 바깥 날 10mm로 설계하였다. 일반적인 제초날 과 달리 원형 제초날을 개발하기 위해서 회전균형과 안전이 제초날 설계에 중요한 요인이 된다. 뼈대형 제초날을 통하여 제초날의 균형 데이터를 분석하였고 이를 바탕으로 원형 제초날을 설계하였다. 또한 발란싱 머신을 이용한 회전시험에서 unbalance 정도가 3,600rpm에서 4.51/47.1deg로 나타나 제초기에 적용 가능할 것으로 판단되었다.

직립식 마늘파종기는 마늘 종구를 한 알씩 집어 올려 중간이송컵으로 이송하는 자세교정컵과 배종부와 자세교정컵에서 낙하된 마늘종구를 땅속으로 파종하는 구조로 설계 제작되었으며,전라북도 익산시에 테스트베드를 구축하여 기계파종을 통한 파종기의 성능개선연구를 수행하였다. 기계파종은 1차년도 기존 파종기의 성능을 개선한 7조식 시제품과, 국내산과 스페인산 마늘을 파종하였으며, 11조용 참여기업의 기존 파종기를 이용하여 테스트베드에서 수행하였다. 비가 온 뒤의 땅에 파종한 라인의 샘플링 자료조사 결과(5m 구간 기준으로 체크) 결주율이 각각 17.81%, 35.6%로 평균적인 결주율이 0.57%인 일반 기상상태와 비교하면 매우 높은 결주율을 보이는 것을 알 수 있다. 마늘 파종법에 대한 결과로, 총 4가지의 파종법을 사용하였으며, 사용한 파종방법에는 2조 병목식 스페인식 파종법, 11조식 트랙터용 파종법, 7조식 트랙터용 파종법, 6조식 이양기용 파종법이다. 이 4가지 파종법 중에서 3가지 파종법에 대한 성장률에 대해서 조사를 해보았다. 11조식의 경우에는 제주도식 파종을 하여 비닐 멀칭이 되어있지 않으며, 7조식의 경우에는 비닐 멀칭이 되어있는 파종방식을 사용하였고, 2조식 병목식 스페인식 파종법의 경우에는 자유낙하 방식으로 비닐 멀칭의 유무에 따라 성장률에 대해서 조사를 하였다. 결주율은 파종된 마늘 중 샘플링한 데이터에 대해서 얼마나 파종이 잘되었는지에 퍼센트로 나타낸 것으로 11조식의 경우 비닐멀칭도 없고 비온 뒤에 파종 되어 파종시기에 문제가 있는 것으로 사료됨. 비가오지 않은 날씨에서 측정한 7조식 1차년도 성능개선 시작품의 결주율은 0.57%로 우수하게 나타났다. 발아율은 파종된 마늘 중 샘플링한 데이터에 대해서 다립파종 되어서 미성장된 것과 결주율을 합하여 퍼센트로 나타낸 것으로 시제품으로 개발한 7조식 파종기는 스페인산과 국내산 마늘의 발아율이 모두 90% 이상으로 나타났으며, 차이점은 파종시기의 차이에 따라 발아율의 차이가 있는 것으로 사료(토양, 재배환경 및 기후에 따른 변동요인이 많음)되며, 이는 파종법의 종류뿐만 아니라 비닐멀칭의 온도유지가 마늘 성장률에 얼마나 영향을 끼치는지에 대한 병행연구도 필요한 것으로 나타났다. 마늘의 성장률에 대해서는 아직 표준화, 정형화 되어있는 측정방법이 없기 때문에 이를 표준화, 정형화를 할 필요가 있다. 향후 이와 같은 결과를 토대로 직립식 마늘파종기의 성능을 더욱 개선시키는 연구를 지속적으로 수행할 계획이다.

무동력 복합작업기는 치즐쟁기와 디스크의 배열에 따라 작업성능이 좌우된다. 프레임과 디스크, 치즐쟁기에 가해지는 기본적인 힘의 상태를 확인하기 위한 정적 구조해석을 수행하였다. 복합작업기는 디스크는 $18^{\circ}$가 경사진 형태로 전면9개 후면9로 총 18개, 치즐쟁기(Chiselplow)는 4개로, 디스크는 모두 18개이다. 정적인 상태에서 끄는 견인력은 100마력, 150마력, 200마력으로 하였으며 Inventor의 해석 시스템은 힘을 N으로 사용하기 때문에 각 마력에 부가되는 하중을 N으로 치환하여 사용하였다. 구속조건은 frame과, disc, chisel plow에 맞닿는 면을 구속하고, 힘의 방향은 프레임과 트랙터의 연결면, 디스크 날과 땅의 접촉면에 적용했다. front /rear 디스크는 이론상으로는 양 디스크가 쌍으로 마주하고 있어서 스캔데이타를 중심으로 모델링한 결과를 바탕으로, 전후면 디스크해로우의 해석을 수행하였다. 조립 또는 사용상의 문제점이나 자연적인 유격에 의해 어느 정도 대칭이 되지 않을수 있으나 그 정도에 따라 진동과 내구성에 문제가 될 수도 있기에 한쌍에 대해 모델링을 통한 해석을 수행하였다. 해석결과에 따르면 디스크에 작용하는 폰미세스 응력은 극한강도에 미치지 않은 것으로 나타났으며 Frame의 최대 폰 미세스 응력을 제외하면, 대부분의 응력은 항복강도에 현저히 미치지 못하는 수치이고, 프레임의 경우는 150마력, 200마력으로 힘을 가할 때 항복강도는 넘는 수치이지만 극한인장강도에는 미치지 못하는 수치인 것을 알 수 있었다. 100마력에 폰 미세스 응력의 최대값은 0.161918 MPa이고 프레임 강의 항복강도인 207MPa와 디스크의 항복강도인 250MPa에 못 미치는 수치이다. 150마력과 200마력의 힘으로 회전할 때의 폰 미세스 응력의 최대값은 0.286425MPa과 0.381921 MPa로 항복강도인 250MPa에 크게 못 미치는 수치이다. 그 이유는 디스크해로우 방식의 복합작업기는 견인저항력이 작게 설계되고 작업속도를 개선하기 위한 목적으로 사용되기 때문으로 사료된다. 벤치마킹 기대의 Rear 디스크도 마찬가지로 각도는 $18^{\circ}$이며, 동일한 구속조건을 적용하여 시뮬레이션을 수행하였으며 해석결과는 모두 항복강도 이내로 예측 되었다. 디스크에 최대로 응력이 미치는 부분은 디스크와 프레임이 연결되는 허브 부분이다. 각도가 커짐에 따라 응력이 증가하므로 이를 감안한 설계인자 도출이 가능하다. 마력과 각도가 증가함에 따라 디스크 해로우에 작용하는 폰미세스 응력과, 접촉압력이 증가하므로 이에 대한 검토와 동적하중인 로드프로파일을 적용한 해석을 수행하여 내구수명 특성에 대한 연구를 수행할 계획이다.

마늘파종기는 파종기구동부와 파종후 파종홀의 복토역할을 하는 파종기롤러, 지면과의 마찰을 통해 바퀴의 회전토크가 발생하며 발생된 토크는 파종기 내부 동력으로 전달되어 전체 파종시스템(배종, 호퍼캠, 파종부)을 동작 시키는 기능을 수행하는 파종바퀴, 마늘종구를 한알씩 집어올려 중간이송컵으로 이송하는 자세교정컵이 포함된 배종부와 자세교정컵에서 낙하된 마늘종구를 땅속으로 파종하는 파종장치로 구성된다. 배종율 95%, 2립 배종률 5% 성능을 확보할 수 있는 기술이 개발될 경우 세계적으로도 독보적인 기술 우위를 확보할 수 있다. 이와 같은 기본적인 기능을 구현할 수 있는 컨셉모델에 대한 설계를 수행하여 시제품개발 전 기구해석과 구조해석 등을 위한 기본설계를 수행하였다. 배종율 95% 이상을 확보하기 위해서는 기존의 현장경험의 의한 설계 방식으로는 한계가 있기 때문에 시뮬레이션 및 분석 개발이 필요한데, 프레임은 고정밀 마늘종구 배종부 장착을 위한 기본 구조물로써 작동시 동력을 얻기 위한 바퀴와 연계가 되도록 설계되었으며, 호퍼는 배종 수행을 위해 마늘을 저장해 두는 통으로써 배종부와 연결된다. 배종부의 배종판이 회전함에 따라서 배종판의 홈이 호퍼 내로 들어갔다 나오면서 마늘을 집게되며, 동력 전달부는 배종판을 회전시켜주고, 회전 속도 조절을 가능하게 한다. 파종부는 배종부에서 중간컵을 통해 하나씩 공급해준 마늘을 땅에 심는 부분으로서. 프레임의 바퀴 회전과 연동되어 회전하고 설계하였다. 배종판에서 중간컵으로 이송된 마늘을 파종부의 파종컵에 받아 회전하면서 땅속에 파종컵이 묻히면 파종컵이 열리면서 땅속에 마늘을 심는 원리이다. 조간조정은 7조식의 경우 초기설치시 고정되도록 설계되었으며 농촌진흥청 기계화 표준재배안에 따라 의성마늘 기준 $14{\times}14cm$(조간${\times}$주간)를 기준으로 개발하였다. 조간조정은 기계가 설치되면 조정하기 어려우므로 14cm로 설계하였으며, 주간조정은 원형배종장치의 구동기어부의 속도비로 간격을 조정할 수 있도록 기어장치를 설계하였다. 주간조정은 13에서 18cm의 범위에서 작동하도록 설계되었으며, 필요에 따라 간격조절이 가능함. 마늘은 그 크기가 다르고, 형상도 다르기 때문에 종자에 따른 개별적인 파종기술들이 개발되어야하기 때문에 개발 기간이 오래 걸리고, 수익에 비하여 개발비가 과다하게 요구되는 실정인데 축적된 시뮬레이션 툴을 이용한 파종기 분석 기술을 확보할 경우 다른 파종기의 연구 개발에도 크게 도움이 될 것으로 기대되며, 생육측정 실험과 동역학 해석 툴 RecurDyn을 통해 파종기의 기구학적 분석을 통한 설계반영 인자를 도출할 계획이다.

농산물의 품질 및 성분을 측정하는데 있어 기존의 화학적 분석 방식은 정밀도가 높으나 측정에 소요되는 시간과 비용이 많이 들어, 현장 적용하기에는 한계가 있다. 일반적으로 근적외선 분광 분석(Near Infra Red Spectroscopy, NIRS) 방법은 가공 과정에 따라 빠르게 변화되는 단백질 조성 및 수분함량 측정 등에 이용되고 있다. 분석에 소요 시간이 많이 걸리는 켈달법(Kjeldahi method)에 비해 NIR 분광 분석을 통한 보정으로 연속적인 모니터링이 가능하다. 본 연구에서 사용된 시료를 고정시키기 위한 프레임을 제작한 후 NIR센서와 광원인 LED의 각도를 고정시키고 측정 대상체인 사절된 감자 크기에 따라 시료를 고정시킬 수 있는 프레임을 반사면에 위치시켰다. 확산 반사법을 이용하여 프레임에 씨감자 시료를 고정 시킨 후 백색 LED를 이용하여 감자 표면에 빛을 반사시켜 3일 동안 12시간 마다 해당 시료들(열처리, 비누용액 침지, 생감자)의 스펙트럼을 측정하였다. 해당 시료들은 측정 기간 동안 저온상태($4^{\circ}C$)와 실온상태($20^{\circ}C$)에서 보관되었다. 실험 결과는 파장대 145nm에서 저온상태에서 보관된 생감자는 시간경과에 따른 흡광도의 결정 계수값($r^2$)은 0.98 이었다. 이는 감자가 저온에서 생감자의 상태 변화가 일어나고 있다는 것을 의미하고 파장대 145nm에서 시간에 따른 저온상태에서 보관한 감자의 상태 변화 예측이 가능함을 의미한다. 비누용액에 침지시킨 후 실온에 보관한 감자는 시간이 경과함에 따라 파장이 증가함에 따라 흡광도가 증가하였다. 이는 감자에 들어있는 Polyphenol Oxidase 함량 변화로 갈변 현상이 일어난 것을 알 수 있다. 또한 실온에서 보관한 생감자도 시간 경과에 따라 갈변 현상이 일어났지만 용액에 침지시킨 감자보다는 갈변 현상이 36시간 이후로 발견되었다. 열처리 후 실온에서 보관한 감자의 경우에는 갈변현상이 나타나지 않았다. 저온상태에서 보관한 감자시료들 모두 갈변형상이 나타나지 않았지만, 24시간이 지난 후 용액에 침지시킨 감자는 갈변 현상이 발생되었다. 생감자와 열처리한 감자는 시간 경과에 따른 갈변현상이 일어나지 않았으므로, 감자의 갈변현상은 감자의 표면 처리 방법에 국한되지 않고 온도에 영향을 더 많이 받는다는 것을 나타내고 있다. 본 연구는 향후 감자의 품질 및 성분 측정에서 간편하게 사용될 수 있는 감자의 품질 계측 기술에 기여할 것으로 판단된다.

감자 재배 기계화를 위한 전자동 감자 파종기의 기구적인 개념 설계를 수행하고, 시작기를 제작하였다. 시작기의 성능평가를 통해 기계화에 적합한 감자 재배양식에 대한 연구 필요성이 대두되었다. 본 연구의 목적은 감자 재배 양식에 따른 주요 감자의 생육 사항, 수량성, 상품성 및 품질, 주요 생리 장애등을 측정하여 기계파종 후 재배상의 문제점 파악과 파종 시 기계적인 미비점을 파악하여 개선방안을 마련하는데 있다. 기존의 국내 관행적 감자 재배 작형별 재배방식은 1줄 재배의 경우 재배 형식이 둥근두둑 방식이며, 2줄 재배의 경우 평두둑 방식을 채택하고 있다. 감자 파종기를 이용한 기계화 재배의 경우 평두둑으로 2줄 재배 방법을 채택하였다. 본 연구는 공시품종인 수미를 이용하여 봄 재배 형식으로 강릉 재배단지에서 실시하였다. 감자 파종은 2016년 3월 31일에 실시하였으며, 재배기간 92일을 소요하여 수확은 2016년 6월 30일에 하였다. 기계파종의 경우 두둑형식은 평두둑 2줄 재배양식 흑색비닐(파종구 세절) 파종 방법으로 전자동 기계파종을 실시하였고, 인력 파종의 경우 기계 파종과 동일한 방식으로 인력으로 실시하였다. 기존의 재래적 방식인 관행파종은 두둑형식은 외줄 1줄 흑색비닐(유공) 파종 방법으로 인력파종을 실시하였다. 관행 파종 방법은 이랑사이 75-80cm, 주간거리 20-25cm, 흙덮기 8-12cm로 재식밀도는 5,000-5,300주/10a로 씨감자 160kg/10a 소요하여 파종하였다. 실험 결과 감자 파종방법별 출현율은 기계파종의 경우 79.9-88.4%, 인력파종의 경우 97.9-99.2%로 기계파종에서 인력파종대비 결주율이 10.0-18.5% 정도 발생되었다. 씨감자의 절단 방법은 4절에 비하여 2절에서 양호하였다. 상품 지수의 경우 관행파종을 기준(100)으로 기계 파종(90)과 인력 파종(103)은 4절로 작업한 곳에서 상품성이 높았다. 파종 전 싹틔우기 여부에 따라서는 생육 초기(30일 이전)에는 싹틔운 파종 방법이 양호하였으나, 생육 후기(30일 이후)에는 싹을 틔우지 않은 파종 방법이 양호하였다. 기계 파종을 이용한 4절 씨감자 파종은 부패율이 12.2%로 다른 대비군에 비해 높았다(1.9-7.6%). 수확량(kg/10a)은 기계파종에서 2,748-3,503 kg 으로 관행 3,883 kg 대비 71-90% 수준으로 나타났다. 싹틔우지 않은 감자 4절을 이용한 기계 파종 시 결주율이 18.5%, 부패율 12.2%으로 싹틔운 감자 2절을 이용한 기계 파종으로 할 경우 결주율 10%, 부패율 4.1% 으로 낮출 수 있다.

감자 재배 기계화를 위한 전자동 감자 파종기의 기구적인 개념 설계를 수행하고, 시작기를 제작하였다. 시작기의 성능평가를 통해 기계화에 적합한 감자 재배양식에 대한 연구 필요성이 대두되었다. 본 연구의 목적은 감자 재배 양식에 따른 씨감자 소요량 및 종묘비 금액을 측정하여 기계파종의 경제성 분석함에 있다. 기존의 국내 관행적 감자 재배 작형별 재배방식은 1줄 재배의 경우 재배 형식이 둥근두둑 방식이고 2줄 재배의 경우 평두둑 방식을 채택하고 있다. 기존의 국내 관행적 감자 재배 작형별 재배방식은 1줄 재배의 경우 재배형식이 둥근두둑 방식이며, 2줄 재배의 경우 평두둑 방식을 채택하고 있다. 본 연구에서는 감자 파종기를 이용한 기계화 재배의 경우 평두둑으로 2줄 재배를 안으로 채택하였다. 본 연구는 공시품종인 수미를 이용하여 봄 재배 형식으로 강릉 재배단지에서 실시하였다. 감자 파종은 2016년 3월 31일에 실시하였으며, 재배기간 92일을 소요하여 수확은 2016년 6월 30일에 하였다. 기계파종의 경우 두둑형식은 평두둑 2줄 재배양식 흑색비닐(파종구 세절) 파종 방법으로 전자동 기계파종을 실시하였고, 인력 파종의 경우 기계 파종과 동일한 방식으로 인력으로 실시하였다. 기존의 재래적 방식인 관행파종은 두둑형식은 외줄 1줄 흑색비닐(유공) 파종 방법으로 인력파종을 실시하였다. 관행 파종 방법은 이랑사이 75-80cm, 주간거리 20-25cm, 흙덮기 8-12cm로 재식밀도는 5,000-5,300주/10a로 씨감자 160kg/10a 소요하여 파종하였다. 전자동 감자 파종기를 이용한 기계 파종 재배와 관행 파종 재배 방식과 비교하여 씨감자 소요량 및 종묘비 금액을 비교하였다. 기계파종의 경우 씨감자 절단을 2절로 한 파종 방법의 경우 종자 소요량은 370 kg/10a 이고, 2절과 4절 방법을 혼합한 파종은 204kg/10a, 4절 파종의 경우 185 kg/10a 으로 기존의 관행 파종의 결과인 160 kg/10a 에 비하여 각각 231%, 127%, 116%로 씨감자가 더 소요 되었다. 씨감자 가격은 2016년을 기준 20 kg 당 30,740원으로 계산하였을 경우 파종에 소요된 종묘비는 기계파종의 경우 감자밭 10a에 대하여 씨감자 2절 파종 절단의 경우 569,172원, 2절과 4절 혼합 파종은 312,961원, 4절 절단 파종의 경우 284,586원으로 관행 파종 245,920원으로 나타났다. 기계 파종 시 씨감자 절단 파종 방법에 따라 관행파종 대비 씨감자 종묘비가 16-131% 증가하였다. 하지만 이는 인력파종에 드는 인건비를 제외한 종묘비만 계산한 경제성 분석이므로, 종합적인 경제성 분석은 기계파종기 구입비용 및 투입된 노동력을 고려한 경제성 분석이 추가적으로 필요하다.

생력화를 위한 구기자의 수확 기계화는 열악한 수확작업환경을 쾌적한 작업환경으로 개선하고 노동력 감소, 생산비 절감을 할 수 있다. 관행 손 수확과 진동 고리형 수확기 방법보다 높은 작업 능률 향상으로 영농규모의 확대 촉진 및 안정적인 영농 구조를 구축하여 재배농가의 생산비를 절감하여 경쟁력을 높일 수 있으며, 기존 인력에 의존하였던 수확작업을 기계화함으로서 전업농 및 대단위 경작이 가능하게 함으로서 국내에서 생산한 양질의 구기자를 국민에게 안정적으로 제공할 수 있다. 따라서, 본 연구는 구기자 수확작업의 생력화를 위하여 개발 보급된 수목형의 재배법 특성을 분석하고 이를 토대로 타격장치를 적용한 보행형 구기자 수확기를 개발하는데 목적이 있다. 수목형 구기자나무의 분지에 착과되어 있는 숙과를 주행하면서 탈과 할 수 있는 탈과 장치를 제작하기 위하여 타격형 탈과 장치를 3D 모델링 작업(Inventor V.11, Autodesk, USA) 후 시작기를 제작, 구기자 수확 시작기는 주행부, 타격장치, 집과부, 분지유인부로 구성하였다. 구기자 수확 시작기의 최대 높이는 형태학적 특성을 토대로 타격봉의 높이를 900 mm 이하로 제한하였으며, 조향장치의 높이는 800 mm로 하였다. 주행부는 구기자 재식 조사결과를 이용하여 고랑 폭 1,500 mm 이하에서 자유롭게 전 후진 이동이 가능하고 경사로 등을 주행 시에도 안전성을 높이기 위해 자동브레이크 기능이 있으며 타격장치의 타격 봉은 알루미늄 재질로 지름 100 mm, 길이 400 mm로 설계 제작하였으며, 구기자 분지 타격 시 분지와 타격 봉이 수직 상태로 타격이 가능하도록 제작, 집과장치는 포장의 두둑, 고랑은 일괄 표준화가 되어 있지않아 청양구기자시험장에서 측정한 재배법을 바탕으로 설계된 수집부 프레임의 적용범위는 폭 450 mm, 길이 720 mm, 높이 1,500 mm를 집과 범위로 하여 설계 제작하였다. 타격 방식을 적용한 구기자 수확기 성능평가 결과 조숙기에 30초 이상의 탈과 시 87.5 % 이상 탈과는 어려울 것으로 판단되었으며, 성숙기에는 타격시간에 관계없이 92 %의 매우 우수한 탈과율이 나타났다. 성숙기의 주행속도 48 m/h 일 때 탈과율과 집과율은 89 %, 92 %로 나타났다.단위작업시간당 최대 수확 능력은 관행작업 2.9 kg/hr, 진동고리형 수확기 5.2 kg/hr, 타격방식을 적용한 구기자 수확기는 최소 7.6 kg/hr, 최대 24.1 kg/hr로 관행작업과 비교하여 주행속도와 시기별 최소 2.6배, 최대 8.3배의 작업 성능 차이가 나타났다. 재배양식에서는 기계화 수목형이 적합한 것으로 나타났고, 타격방식을 적용한 보행형 구기자 수확기를 이용하여 수형별 시간대별 수확성능을 시험한 결과 우수한 결과가 나타났다. 이에 따라 구기자 재배 농가에 기계화수목형 재배법을 보급하고 타격방식을 적용한 구기자 수확기를 이용하면 작업환경 개선과 노동력, 인건비 절감을 통한 영농규모의 확대 촉진 및 안정적인 영농 구조로 구기자 경쟁력 제고를 할 수 있을 것으로 판단되어진다.

최근 국민 삶의 질 향상, 건강한 먹거리 인식 및 국내 여건 변화 등으로 벼농사에 비해 상대적으로 소득 수준이 높은 밭작물 생산에 대한 수요가 증가하고 있으나, 관련 농업기계 개발이 미흡하여 밭농업 기계화가 절실한 실정이다. 밭작물의 경우 기계화율이 2015년 56.3%이며, 특히 파종, 이식작업이 5%, 수확작업이 13.3% 수준으로 열악한 실정임. 경운정지 기계화율은 99%를 넘으며, 방제 작업도 기계화율이 85~99% 수준으로 다른 작업에 비해 높은 실정으로, 파종, 이식, 수확작업의 기계화는 밭농업 일관기계를 위하여 반드시 필요하다. 감자는 주요 밭작물 중 하나로, 최근 가공용 소비로 수입량이 증가하여 국내에서 자주식 굴취/선별/수집형 수확기(2011, 농촌진흥청)가 개발되었으나, 가격이 높고 표피손상 등 개선이 필요하여 트랙터 부착형 수집형 감자수확기가 개발 중에 있다. 따라서 본 연구에서는 수집형 감자 수확기 시작기 구조해석을 하려고 한다. 우선 시작기의 도면을 CATIA를 활용하여 3D로 작성한 뒤, MIDAS NFX 시뮬레이션 및 구조해석 프로그램으로 구조해석을 진행하였다. 수행한 해석으로는 선형정적해석으로서 외부하중에 대해 구조물의 변형을 검토하는 해석이다. 재질은 SM45C로 선정하였고, 접촉조건과 구속조건을 설정한 뒤 감자수확기 굴취부에 집중하중을 200 ~ 1000 N 까지 200N 간격으로 선형정적해석을 진행하여 Von-Mises 응력, 허용응력, 극한응력, 안전율을 해석하였다.

밭작물 중 마늘 재배를 위한 노동력 투입시간은 2016년 기준 10a 당 126.9시간 이었고, 파종정식의 기계화율은 2015년 기준 15.1%로 조사된다. 이는 마늘 재배에 있어서 파종정식의 기계화가 노동력 절감을 위해 필요하다는 것을 보여준다. 현재의 우리나라 마늘 파종기는 점파식으로 개발, 판매되고 있는데 집개 방식 또는 버킷 방식은 파종 속도를 올리면 파종율이 떨어지기 때문에 파종 속도를 향상시키는데 한계가 있있다. 본 연구에서는 이를 보완하기 위하여 콩, 옥수수 등의 종자에 사용되는 진공식 파종 기술을 마늘에 적용하였다. 마늘의 경우 형상이 비대칭형에다가 종구별 크기, 모양, 무게가 조금씩 다르기 때문에 이론적으로 흡입구를 설계하는 어려움이 있다. 따라서 진공흡입구의 지름과 재질을 파라메터로 하여 변화를 주고 실험을 통하여 배종률 결과의 차이를 확인하였다. 그 결과 경도 $10{\pm}2$의 실리콘 재질에 지름 14mm이상에서 90%이상의 높은 배종률을 보여주었다.

백미의 품질특성 중 탁도는 쌀을 씻는 과정에서 발생하는 쌀뜨물의 탁한 정도이며, 쌀뜨물은 다량의 유기물을 포함하여 하천으로 유입 될 경우 수질오염의 주요 원인이 되고 있다(Cho et al., 2017). 따라서 본 연구에서는 백미 가공공정 중 백미의 품질 및 탁도 특성을 분석하기 위하여 백미 가공 시스템의 1, 2단 주축 회전속도에 따른 적정 가공조건을 구명하고자 하였다. 공시재료는 전북 김제시에서 생산된 2015년산 신동진 백미를 사용하였고, 가공 중 백미의 품질 및 탁도 특성은 1, 2단 주축 회전속도에 따라 800, 900, 1,000 및 1,100 rpm의 네 가지 조건에서 측정하였다. 가공 후 싸라기율은 주축 회전속도 1,000 rpm 조건에서 0.46%로 비교적 낮았으며, 1,100 rpm 조건의 경우 0.61%로 약간 높은 경향을 보였다. 주축 회전속도에 따른 가공 전후 백미의 탁도 감소는 주축 회전속도가 빠를수록 높은 경향을 보였으며, 주축 회전속도 1,100 rpm 조건에서 19.57 ppm 정도 탁도가 감소하는 것으로 나타났다. 주축 회전속도에 따른 백미 가공 중 에너지 소비량은 주축 회전속도가 빠를수록 증가하였으나, 주축 회전속도 800, 900 및 1,000 rpm 조건의 경우 3.41~4.25 kWh로 큰 차이는 보이지 않았다.

농산물 수확 이후 저장 유통 과정에서 일어나는 생리적 현상 변화에 따른 내부품질의 측정 분석연구가 활발히 진행되고 있다. 이 연구에서는 비파괴 측정 방법들 중 하나인 자기공명영상(Magnetic Resonance Imaging, MRI) 기술을 활용하여 후숙 과일인 키위의 저장 일수에 따른 형태 및 내부 구조의 변화를 조사하였다. 공시재료는 국내에서 판매되고 있는 키위들 중 3품종(뉴질랜드산 Sun Gold, 뉴질랜드산 Green, 칠레산 Jin Green)별로 균일한 크기의 과일 5개씩을 이용하였으며, 시료를 실험실내($16.6^{\circ}C$, 38% RH)에서 18~19 일간 보관하면서 3~5일 간격으로 5회 시험하였다. 전북대 농업과학기술연구소가 보유하고 있는 MRI(M10, Aspect Imaging, Israel)를 활용하여 영상 이미지를 얻었으며, 저장 기간에 따른 무게 감소는 전자저울(한성, HK-series)을 이용하였다. 자기공명영상 이미지는 Gradient-Eco 펄스열을 사용하였고, 횡단면(Axial)의 영상면(Image-direction)을 중심으로 영상영역(Field of View, FOV)은 $80mm{\times}80mm$로 1회 촬영 할 때 마다 30개의 영상들을 얻었다. 저장 기간이 길어질수록 내부 공동현상이 커지는 것으로 나타났고, 뉴질랜드산 Sun Gold 품종은 다른 두 품종보다 내부 공동이 빠르게 나타났다. 실험이 끝나는 날에는 껍질이 연화되어 타원형의 형체를 계속 유지하지 못하고 붕괴되는 이미지를 MRI를 통해서 관찰 할 수 있었다. 시간이 지남에 따라 영상들의 위치가 일정하지 않고 일부 회전을 한 것처럼 나타났다. 이는 키위 전용 홀더를 만들어 고정하지 않고 측정하다보니 생긴 오차로 생각 되었다. 키위를 건조한 공간에 오래 보관하였기 때문에 시간이 지남에 따라 수분증발과 연화된 껍질 사이로 과육이 흘러 일부를 제외한 대부분의 키위 무게가 일정하게 감소하는 것을 알 수 있었다.

천일염의 생산공정은 바닷물(나트륨 농도: 2~3%)을 저수지로 유입시킨 바닷물을 농축하는 1차 증발지(난치)와 2차 증발지(누태)로 보내 일반적으로 2주 정도 증발시켜 나트륨 농도 12~15% 소금물을 만든다. 온도가 낮은 겨울철에는 결정지를 거치거나 2차 증발지의 농축시켜 창고(해주)에서 보관 하는 동안 나트륨 농도 25~27%정도로 상승되어 소금 결정을 이루고 채염하여 창고로 운송한다. 보관창고에서 천일염에서 쓴맛을 내는 간수를 제거한 뒤 선별, 건조 및 포장하는 유통하는 단계로 이뤄진다. 천일염의 생산과정 중 해주는 함수를 저장하여 고농도의 함수를 저장하여 불용분 및 이물질을 자연 침전시켜 맑은 함수를 다음 공정으로 이송시켜 천일염 품질향상에 중요한 공정 중에 하나이다. 그러나 일반적인 염전의 해주는 지붕의 복사열로 인하여 저장중인 해수의 대류로 인하여 침전물이 상승되고 이물질이 부유함으로 인하여 품질저하의 원인이 되고 있다. 또한 해주 구조 및 해주 품질에 대한 자료는 전무한 실정이다. 따라서, 본 연구의 목적은 해주의 깊이에 따른 해수의 대류 방지 깊이 및 품질 변화를 측정하여 고품질 천일염 생산공정에 적용하는데 목적이 있다. 해주분석을 위한 염전은 결정지 채염공정을 공유하는 2개지역 3개 염전을 대상으로 하였으며, 무안, 운남 및 만품지역의 3개소를 선정하여 생산방식이 비교적 동일한 염전을 선정하여 조사 및 분석하였다. 해주의 깊이는 1.0, 3.0, 3.5m인 해주의 시료를 채취하여 Calcium, Magnesium, Sulphate, Chloride 의 함량 분석은 Arena 20 XT 자동흡광분석기 (Automated photometric analyzer)을 이용하여 분석을 하였다. 각 염전에서 채취한 해수의 평균 탁도 값은 해주의 깊이가 깊을수록 탁도 값이 낮은 것으로 나타났다. 해수의 색상 "b" 값은 해주 깊이가 깊을수록 낮은 결과를 보였다. Mg 함량은 전반적으로 15,000~40,000 mg/L 범위의 값을 나타냈으며, Sulphate 함량은 약 30,000~65,000 mg/L 범위의 값을 나타났으며, 깊이가 깊을수록 Mg, Sulphate 함량이 낮아지는 결과를 보였으나 Chloride 함량은 뚜렷한 경향을 보이지 않았다. 실험 결과 해주 깊이에 따른 함수의 품질 차이가 발생하는 것을 확인 할 수 있었으며, 해주의 바닥 깊이가 깊을수록 함수의 불용분 침전, 분리에 효율적인 것으로 판단되었다.

대부분의 가정과 요식업체, 식품가공업계에서 이용하고 있는 식용유지는 저장 및 가공과정 중에 산패가 빈번하게 일어나게 된다. 기존에는 유지 산패를 측정하기 위해 산가, 과산화물가 등을 측정하는 이화학적인 적정방법을 이용하였는데 실험자의 숙련도에 따라 결과의 오차가 발생할 수 있고, 반복실험으로 인한 시간과 비용이 많이 소모되는 등 여러 제약사항을 포함하고 있어 식용유지의 산패를 실시간 비파괴적으로 분석할 수 있는 기술의 개발에 많은 관심이 모아지고 있다. 따라서, 본 연구에서는 식용유지의 저장조건에 따른 산패정도를 비파괴적으로 평가하기 위한 근적외선 분광분석과 인공신경망 분석기술을 개발하여 그 실효성을 평가하였다. 식물성 식용유지인 들기름을 특정 온도에서 일정한 시간동안 저장하면서 이화학적 적정방법을 통해 산가와 과산화물가를 측정하였으며 동일한 시료의 근적외선 투과스펙트럼을 획득하였다. 수집된 정보를 이용하여 유지 산패 예측 모델을 개발하기 위해 다변량 분석기법 (주성분 회귀분석, 최소자승 회귀분석과 인공신경망 분석)을 적용하였다. 분석 결과, 인공신경망 분석모델이 산가 ($R^2_{tra}:0.9037$, $R^2_{val}:0.8175$, $R^2_{test}:0.8555$)와 과산화물가 ($R^2_{tra}:0.9210$, $R^2_{val}:0.9341$, $R^2_{test}:0.8286$)의 예측 성능이 가장 우수한 것으로 확인되었다. 본 연구의 결과들은 농산물과 식품의 성분 측정뿐만 아니라 다른 산업분야에서도 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대되어진다.

국내 콩의 소비량은 계속적으로 증가하고 있다. 재배 면적은 1995년 10,000ha에서 2013년 8,000ha까지 계속적으로 감소하였으며, 수입은 2009년 644.9백만 달러에서 2013년 883.3백만 달러까지 계속적인 증가 추세에 있다. 건조는 품질 손상을 최소화 및 수분을 제거하는 공정이다. 모든 곡물에는 건조 조건에 따라서 품질이 크게 변화하며, 건조 과정을 해석하여 해당 곡물의 적정 건조 조건을 구명하여 품질을 유지하는 위해서는 중요하다(Keum, 등 1977). 얇은 두께의 곡물층을 단층으로 하여 건조속도 및 건조공기의 조건을 나타내는 것을 박층(Thin layer)건조모델이라 한다. 박층건조모델을 계속적으로 쌓은 모델을 후층(Deep layer)모델이라 하며, 건조기 개발 및 건조조건 구명에 가장 기본이 된다(Basunia and Abe, 1998). 그러나 해외에서 만들어진 콩 박층건조 모델은 국내의 검은콩과 물성이 상이하여 건조조건이 다르게 설정 되어야 한다. 따라서, 본 연구목적은 건조온도 2수준, 상대습도 3수준에 대하여 검은 콩의 건조속도 측정하고, 곡물건조방정식으로 많이 이용되고 있는 4개의 건조방정식에 대하여 모델 적합성을 검정하여 검은콩 건조에 적합한 박층건조모델 결정하는데 있다. 공시재료는 2015년 강원도지역에서 생산된 검은콩을 실험에 사용하였으며, 초기 함수율은 14.7%,w.b.였다. 박층 건조공기 조성은 공기조화장치(MTH4100, SANYO, UK)를 사용하여 조성하였으며, 송풍기에 의해 공기충만실을 통과하여 건조 층을 통과하도록 구성하였다. 목표 평형함수율에 도달하면 실험을 종료하였다. 건조 층의 초기중량 및 경시적 변화는 전자저울(GF-4000, AND, Japan)을 이용하여 10분 간격 측정하여 저장하였다. 적정 박층건조모델을 결정하기 위하여 기존의 곡물건조방정식 중 널리 사용되고 있는 4개(Lewis, 1921; Page, 1949; Thompson, 1967; Moisture diffusion, 1975)의 건조모델을 이용하여 비교 검증하였다. 건조 초기 2시간 까지는 급격히 감소하다가 건조속도에 영향을 미치는 반건조시간(MR=0.5) 이후에는 완만하게 건조되는 것으로 나타났고 건조조건으로 건조온도 및 상대습도 모두의 영향이 미치는 것으로 나타났다. 4가지 건조 모델과 비교한 결과 Thompson 모델이 전체 건조 영역에서 비교적 잘 일치하였다.

2016년부터 중국에 수출한 진공포장 쌀이 진공이 풀려 중국 현지 소비자들에게 품질에 대한 신뢰저하로 외면 받아 판매에 어려움을 겪었다. 진공풀림 원인은 주로 포장재의 모양, 과열 열접착 및 운송 중 부주의 등을 들 수가 있다. 따라서 본 연구에서는 쌀 진공포장 후 진공 풀림현상이 발생되는 원인을 분석하고, 진공포장에 적절한 포장재 및 취급조건에 대해 구명하여, 중국 쌀 수출 시 품질신뢰도 및 경쟁력 제고로 쌀 수출 확대를 위해 진공 포장재, 진공포장기술 및 운송 취급 방법을 제시하고자 하였다. 미곡종합처리장에서 사용하고 있는 플라스틱 필름 포장재의 적합 여부를 살펴보기 위하여 산소투과도 및 투습도를 산소투과도 측정장치(OX-Tran Model 2/61, Mocon, USA), 투습도 측정장치(Permatran-W Model 3/33, Mocon, USA)를 이용하여 측정하였다. 적정 열접착 온도를 구명하기 위하여 열접착 작업시간 간격 3, 5, 10초 3수준으로 하고 가열시간을 0.2초~2초까지 9수준으로 설정하여 포장필름을 열접착한 후 접착상태를 조사하였다. 진공 포장된 쌀을 골판지상자에 2차 포장하여 운송할 때 진공풀림 현상이 발생 여부를 조사하기 위해 가상 운송시험을 진동시험 장치를 이용하여 수직 및 수평으로 진동시험을 수행하였으며, 또한 취급조건에 따라 진공풀림을 조사하기 위하여 골판지 상자단위, 비닐포장 단위로 50, 70, 90cm 높이에서 낙하 시험을 하고 진공풀림여부를 조사하였다. 유통 중인 쌀 진공 포장재는 나이론(nylon)+선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE) 복합필름으로 산소투과도가 $30{\sim}70cc/m^2{\cdot}day$, 투습도가 $2{\sim}4.5g/m^2{\cdot}day$로 산소투과도 및 투습도가 충분히 낮아 진공포장재로 적합했으며, 적정 열접착온도 조건은 $130{\sim}150^{\circ}C$에서 1~1.5초가량 가열해야 되는 것으로 조사되었다. 진동시험 및 낙하시험결과, 골판지박스 포장 시 완충재를 사이에 넣은 경우 진골풀림이 적었고, 상자단위나 비닐포장단위 모두 가능한 50cm보다 높은 곳에서 낙하충격을 받지 않도록 취급해야 할 것으로 판단되었다.

Beta-glucan is a polymerized polysaccharide on beta-1,3 chemical bonds. It has the main pharmacological action of various anticancer mushrooms and is colorless and odorless. In addition, it enhances phagocytosis of macrophages against mycobacterium tuberculosism and increases resistance of host against food poisoning bacteria. Owing to these advantages, beta-glucan was used in various health supplement foods such as immune boosters, hypotensive agent and hypoglycemic agent. Our study was aimed to investigate the effective components of beta-glucan, which was optimized via the contents of Sarcodon aspratus and rice bran. First, the mixture ratio condition of Sarcodon aspratus and rice bran were respectively 10:0, 7:3, 5:5, 3:7, and 0:10. The raw materials were fabricated using hot water extraction method. Distilled water of 100 mL was added to the raw material and extracted. After the extraction processed, the content of effective components was analyzed. The absorbance of beta-glucan was measured using a beta-glucan kit (Megazyme, (1-3) (1-4) BETA-D-GLUCAN ASSAY KIT). The absorbance analysis was repeated three times for accurate analysis. After the extracts were lyophilized, the yields of extracted raw materials according to the mixture ratio conditions of Sarcodon aspratus and rice bran (10:0, 7:3, 5:5, 3:7, and 0:10) were respectively 33.1%, 34.5%, 35.3%, 30.7%, and 24.3%. The absorbance was 1.52, 1.47, 1.50, 1.79, and 1.56, respectively. As a result, the optimum ratio of beta-glucan is 3:7 at Sarcodon aspratus and rice bran. This study suggested that the optimal amount of beta-glucan could be used as a health supplement foods and food additive such as immune boosters, hypotensive agent and hypoglycemic agent. However, the new condition (temperature, time) of hot water extraction to maximize the content of beta-glucan could be considered, could be necessary to compare with the existing extracts.

제주산 감귤생산량은 51만톤(2016년)으로 수확기에 장마 등과 같은 환경적 요인에 의해 결점과의 비율이 24.9% 정도이다. 결점과로 통칭되는 비상품과는 일부 대기업의 쥬스공장에서 수매하는 량을 제외한 대부분은 자체 농장에서 폐기처분되고 있어 많은 감귤 비상품과 처리에 많은 문제점이 노출되어 오고있다. 성주군에서는 결점과 및 비상품과가 시장에 출하되는 것을 방지하기 위하여 자체 수매하여 액비, 발효퇴비, 사료화 가공 등에 많은 비용을 투자하고 있다. 따라서 본 연구는 당도가 15 Brix에 달하는 고당도 감귤 및 참외의 비상품과를 효과적으로 착즙하여 감귤 착즙액은 생산농자재로 환원하고, 참외 착즙액은 참외조청용 원료로 사용하는 기술을 개발하고자 한다. 착즙장치는 PLATE형 스크류, 테퍼 스크류 하우징, 파쇄된 과즙을 마지막 단계인 압입하는 고깔부 및 동력을 공급하는 구동부로 구성하였다. 개발한 고액분리 착즙장치의 외형은 $W1,000{\times}L2,000{\times}H1,070$이고 사용동력은 0,75kw, 1/30 감속모터를 사용하였다. 일반적인 착즙장치는 1단 분쇄와 동일 원통형의 스크류 압착으로 고액분리를 위한 착즙이 이루어지기 때문에 처리량이 150kg/hr에 불과하지만 개발한 고액분리장치는 2차 분쇄와 원통형과 원추형의 스크류 압착 후 고액분리망을 통과하도록 하여 500kg/hr 이상을 착즙이 가능하도록 개발하였다. 따라서 농산물의 고액분리를 통한 농산물의 가공을 위한 연속 착즙 장치는 2단 분쇄와 원통형 및 원추형 압착 미세망을 이용한 고액분리 착즙기는 기존 착즙기에 비하여 처리량이 3배 이상 증가되었다는 것을 알 수 있었다. 기존 감귤 착즙기의 수율은 60%정도이나 개발 착즙기의 착즙 수율은 66.5%로 나타나 본 연구에서 개발한 착즙기의 수율이 기존 착즙기의 수율보다 약간 높게 나타났다. 기존 착즙기는 원료(농산물의 종류)의 종류나 전처리에 제한이 있어 전용으로 사용하는데 비해 본 연구에서 개발한 고액분리 착즙기는 원료의 종류나 전처리 상태에 관계없이 사용 가능함을 확인하였다.

증발기의 형태에 따라 수치적 해석을 진행하면서 최적의 효율을 나타낼 수 있는 증발기를 설계하는 것이 중요하다. 증발기의 수치적 해석은 EES 프로그램을 이용하여 진행되었으며, 계산의 검증은 자사의 제품의 성능과 비교하면서 검증하였다. 증발기의 수치적 해석의 구성은 지배방정식과 연속방정식을 이용하여, 냉매의 총괄열전달계수, 관내외벽의 열전도율, 공기의 총괄열전달계수를 이용하여 총괄열전달계수를 계산하였으며, 총괄열전달계수를 이용하여 증발기의 열량을 계산하였다. 증발기의 수치적 해석과 자사 제품 5개의 제품과 비교하였고, 평균적으로 약 10%의 오차율을 보였다. 신뢰성이 확보된 계산식을 이용하여 Fin의 간격, 단위 질량유량, 열 교환 코일 길이, 풍량의 조건을 각각 변동시켜 증발기 열량 비교를 하며 경향성을 고찰하였다. Fin의 간격을 1mm에서 20mm으로 0.5mm 간격으로 변화 시켰을 경우, 핀 간격이 좁으면 공기 유속이 빨라져 열 교환 효율이 낮아지며, 반대로 넓어지면 냉매 유량에 비해 공기 유량이 많기 때문에 열 교환 효율이 낮아진다. 열 교환 코일 길이를 500mm에서 2400mm으로 50mm 간격으로 변화 시켰을 경우, 열 교환 코일 길이가 길어질수록 배관의 마찰력과 냉매의 온도 상승으로 인하여 공기 온도와의 온도 차이가 줄어들어 열 교환 효율은 낮아진다. 풍량을 20cmm에서 400cmm으로 10cmm 간격으로 변화 시켰을 경우, 일정 풍량 이상 올라가면 공기 유속이 빨라져서 열량이 낮아지는 경향을 보인다. 질량유량을 3g/sec에서 174g/sec으로 4.5g/sec 간격으로 변화 시켰을 경우, 질량 유량에 따라 비례적으로 열량이 높아지는 경향을 보이다가 일정 질량 유량 이상에서는 공기 풍량에 비해 냉매 유량이 많기 때문에 반비례적으로 열량이 낮아진다. 이처럼 증발기의 설계는 Fin 간격, 열 교환 코일 길이, 풍량, 질량유량 등을 복합적으로 고려하여 증발기 설계를 해야 하며, 저장고의 크기, 부하, 사용목적에 따라 최적화된 증발기를 설계하여야 한다.

정상적인 부화 여부를 판별하기 위한 1차 검란은 일반적으로 5일~7일 이후에 시행된다. 미부화란을 이보다 더 빠른 시간 안에 검출할 경우 부화에 소요되는 에너지의 감소 효과 및 미부화란을 다른 용도로 활용하는 것을 기대할 수 있다. 시중에서 쉽게 구입할 수 있는 산란계인 하이라인 브라운 품종의 유정란 29개와 인위적인 미부화란을 만들기 위한 동일 품종의 무정란 11개를 사용하였으며 $38^{\circ}C$, 70% 조건의 항온항습기에서 96시간 동안 부화하였다. 스펙트럼 획득 장치의 광원은 녹색영역을 발광하는 LED램프와 일반 할로겐 광원을 별도로 사용하였으며 스펙트로미터는 VIS/NIR 영역인 520~1,180nm영역과 NIR영역인 900~1,700nm영역의 것을 사용하였다. 부화 시작 전과 부화 시작 후 1일 간격으로 각각 1개의 샘플에 대한 1개의 스펙트럼을 측정하였다. 측정 영역은 LED광원을 이용한 경우는 520~1,1800nm, 할로겐광원을 이용한 경우에는 520~1,180nm와 900~1,700nm이었다. 정상 부화여부는 4일차에서 할란하여 확인하였고, 측정 일자별로 PLS-DA분석법을 이용한 판별 모델을 개발하였다. 4일차에서 유정란 29개 중 11개가 정상 부화하였고, 18개는 미부화하였다. 3일차에서 판별 모델의 정확도는 LED광원의 VIS/NIR 영역 스펙트럼을 이용한 경우는 100%, 할로겐 광원의 VIS/NIR 영역 스펙트럼을 이용한 경우는 70%, 할로겐 광원의 NIR영역 스펙트럼을 이용한 경우는 70%였다. 4일차에서 판별 모델의 정확도는 LED광원의 VIS/NIR 영역 스펙트럼을 이용한 경우는 100%, 할로겐 광원의 VIS/NIR 영역 스펙트럼을 이용한 경우는 90%, 할로겐 광원의 NIR영역 스펙트럼을 이용한 경우는 100%였다. 부화 3일차는 정상 부화할 경우 피가 생성되는 시기이다. 피가 형성된 이후의 부화 여부를 판단하는 광원으로는 할로겐램프보다 LED램프를 사용하는 것이 더 적합한 것으로 나타났다.

3D bioprinting is a technology to produce complex tissue constructs through printing living cells with hydrogel in a layer-by-layer process. To produce more stable 3D cell-laden structures, various materials have been developed such as alginate, fibrin and gelatin. However, most of these hydrogels are chemically bound using crosslinkers which can cause some problems in cytotoxicity and cell viability. On the other hand, thermosensitive hydrogels are physically cross-linked by non-covalent interaction without crosslinker, facilitating stable cytotoxicity and cell viability. The examples of currently reported thermosensitive hydrogels are poly(ethylene glycol)/poly(propylene glycol)/poly(ethylene glycol) (PEG-PPG-PEG) and poly(ethylene glycol)/poly(lactic acid-co-glycolic acid) (PEG/PLGA). Chitosan, which have been widely used in tissue engineering due to its biocompatibility and osteoconductivity, can be used as thermosensitive hydrogels. However, despite the many advantages, chitosan hydrogel has not yet been used as a bioink. The purpose of this study was to develop a bioink by chitosan hydrogel for 3D bioprinting and to evaluate the suitability and potential ability of the developed chitosan hydrogel as a bioink. To prepare the chitosan hydrogel solution, ${\beta}-glycerolphosphate$ solution was added to the chitosan solution at the final pH ranged from 6.9 to 7.1. Gelation time decreased exponentially with increasing temperature. Scanning electron microscopy (SEM) image showed that chitosan hydrogel had irregular porous structure. From the water soluble tetrazolium salt (WST) and live and dead assay data, it was proven that there was no significant cytotoxicity and that cells were well dispersed. The chitosan hydrogel was well printed under temperature-controlled condition, and cells were well laden inside gel. The cytotoxicity of laden cells was evaluated by live and dead assay. In conclusion, chitosan bioink can be a candidate for 3D bioprinting.

In this study, biocomposite filaments with agricultural by-products can be used in extrusion-based 3D (Three-dimensional) printing. Extrusion-based 3D printing stands as a promising technique owing to its versatility. We hypothesized that bio-filament composite consisted of something derived from agricultural by-products could be used as 3D printing materials that could overcome the drawbacks of PCL (poly-caprolactone). Bio-filament mixed with PCL and agricultural by-products was defined as r-PCL in this study. In order to find it out the optimal mixing ratio of filaments, we had investigated PCL, r-PCL 10%, r-PCL 20%, r-PCL 50% separately. The morphological and chemical characteristics of the filaments were analyzed by FE-SEM (Field emission scanning electron microscope) and EDX (Energy-dispersive X-Ray spectroscopy), and the mechanical properties were evaluated by stress-strain curve, water contact angle, and cytotoxicity analysis. Results of this study have been shown as a promising way to produce eco-friendly bio-filaments composite for FDM (Fused deposition modeling) method based 3D printing technology. Thus, we could establish biomimetic scaffolds based on bio-printer filaments mixed with agricultural by-product.

Cirsium setidens nakai belonging to cirsium has been reported to have various physiological activities including anticancer activity because it contains polyphenols, dietary fiber, minerals and vitamins. Despite these positive positive efficacies, however, no studies have studied cirsium setidens nakai products as biomaterials such as cellular metabolism and bone formation. Thus, the aim of this study was evaluate of osteogenesis differentiation a natural material extracted from cirsium setidens nakai. The natural materials in this studys in this studywere created by 40% ethanol extraction process and then dried. FabricatedFabricatedpowders were added to a medium at various concentrations (0.01, 0.05, 0.1, 0.2, and $0.25{\mu}g/mL$), and pure medium was used as a control. The natural material caused positive increases in cell metabolic activity and mineralized bone formation without cytotoxicity. In addition, we observed higher expression of genes such as ALP, BSP, Runx2 and COL1 in cirsium setidens nakai treatment cells. As a result, this study produced and investigated cirsium setidens nakai extracts and the natural materials showed potential biomaterials. In this research indicated that the cirsium setidens nakai extracts might have promising applications in areas of agricultural, biological and food engineering as a biomaterial.

Biological systems offer unique principles for the design and fabrication of engineering platforms (i.e., popularly known as "Biomimetics") for various applications in many fields. For example, the lotus leaves exhibit unique surfaces consisting of evenly distributed micro and nanostructures. These unique surfaces of lotus leaves have the ability of superhydrophobic property to avoid getting wet by the surrounding water (i.e., Lotus effect). Inspired by the surface topographies of lotus leaves, the artificial superhydrophobic surfaces were developed using various micro- and nanoengineering. Here, we propose new platforms that can control hydrophilic and hydrophobic property of surfaces by mimicking micro- and nanosurfaces of various natural leaves such as common camellia, hosta plantaginea, and lotus. Using capillary force lithography technology and polymers in combination with biomimetic design principle, the unique micro- and nanostructures mimicking natural surfaces of common camellia, hosta plantaginea, and lotus were designed and fabricated. We also demonstrated that the replicated polymeric surfaces had different hydrophilic and hydrophobic properties according to the mimicking the natural leaf surfaces, which could be used as a simple, but powerful methodology for design and fabrication of controlled hydrophilic and hydrophobic platforms for various applications in the field of agriculture and biological engineering.

There still exist adhesives that have toxic compounds or consist of those materials in both our life and lots of industries. For instance, formaldehyde adhesive had been still used for woodworking and some medical adhesives had been considered as toxicity problems. In this situation, natural adhesives from raw materials have been suggested as an one of considerable interests. Natural adhesives in recent have been reported fabrication methods via biological materials such as proteins, celluloses, and starches. By-products derived from agricultural something have them richly and each has additional special properties. Using these properties to make natural adhesives, unique adhesives would be attained. In particular, rice-based adhesive is such a good example. Rice-based by-product adhesives have interestingly some pros pertaining to high adhesive strength, excellent water resistance and could dramatically be reduced a formaldehyde a harmful component of plywood. Hence, rice-based adhesive like glues could be applied to lots of industries including agricultural and biological technology. This review paper highlighted some recent development on natural adhesives as a promising biomaterial for agricultural and biological technology fields. The design of agricultural by-product-based natural adhesives were described to demonstrate the application of agricultural and biological technology

2013년 국내 시설(비닐, 유리 온실)에서 재배되는 토마토, 풋고추, 파프리카의 생산량은 총 632,315 톤으로 잎, 줄기 등 발생되는 부산물은 수확량의 약 30%에 해당되는 189,695 톤으로 추정되며 대부분 노지에 방치 유실되거나, 소각 처리된다. 본 연구에서는 이처럼 단순 폐기되는 농업폐기물을 재활용한 고형연료 제조에 필요한 건조장치를 개발하고 실험을 통해 그 성능을 확인하고자 하였다. 연구를 위해 건조용량 100 kg/hr인 실험실용 건조기를 제작하였다. 경상남도 진주시 농업기술원 온실에서 재배되는 파프리카, 토마토, 딸기, 가지, 고추 등의 부산물을 실험원료로 사용하였다. 원료성상, 원료이송방식, 송풍량, 건조온도, 건조시간에 따른 부산물 건조특성을 파악하였다. 원료를 비교적 짧게 절단하고 열풍이 배출되는 다공판위를 견인형 컨베어로 이송시키는 형태의 경우 건조실험 결과 세절된 원료에서 추출된 내부 수분이 외부로 유출되어 원료들 사이의 공극을 채워 건조공기가 원료층을 통과하지 못하게 하고, 특히 $100^{\circ}C$ 이상 고온에 노출되는 경우 원료표면에 잔류하는 유출 수분이 건조되면서 막을 형성하여 내부 원료들은 전혀 건조가 되지 못하는 현상이 관측되었다. 이러한 원료내부의 공극형성 불량으로 국부적으로 공기가 통과되는 부분만 집중적으로 급격한 건조가 진행되고 공급된 건조공기 대부분이 이 부분으로 유출되어 효과적인 건조가 전혀 진행되지 못하였다. 피건조물 사이의 공극형성을 위해 원료를 절단하지 않고 수행한 건조실험 결과 건조 풍량 및 온도에 따라 건조속도 및 처리용량이 다르게 나타나는 것을 알 수 있다. 특히 송풍량과 압력을 증가 시킨 건조 결과로 건조 상하층 간 불균일 건조 해소 및 건조속도, 건조능력에서 연구목표 치를 상회하는 결과를 보여준다. 특히 건조공기온도 $150^{\circ}C$ 이하에서 풍량을 증가시켜서 원하는 건조작업 수행이 가능함을 확인할 수 있었다.

2012년 국내 총 폐기물(지정폐기물 제외) 발생량은 382,009 톤/일 으로 이 중 12.8%를 차지하는 생활폐기물 중 음식물 채소류폐기물 발생량은 13,209 톤/일 으로 대부분 소각 후 매립 처리되고 있다. 본 연구에서는 고수분 음식물 및 농업 폐기물을 재활용한 고형연료 제조에 필요한 열분해장치를 개발하고 실험을 통해 그 성능을 확인하고자 하였다. 본 연구를 위해 건조용량 50 kg/hr인 실험실용 열분해장치를 제작하였다. 건조 처리된 농업폐기물과 음식물 쓰레기를 열분해용 실험 원료로 사용하였다. 원료종류, 열분해 온도, 열분해 시간에 따른 농업폐기물과 음식물 쓰레기의 열분해 특성을 파악하였다. 농업부산물 건조물의 열분해 처리 결과, 열분해 처리능력은 평균 55.35 kg/hr, 저위발열량은 평균 3,333 kcal/kg으로 측정되었다. 농업부산물을 단순 건조 처리한 경우 고위발열량은 3,400 kcal/kg, 저위발열량은 3,090 kcal/kg으로 측정되어 열분해처리로 발열량이 향상됨을 알 수 있다. 음식물 쓰레기 건조물의 열분해 처리조건 및 결과, 열분해 처리능력은 평균 88.27 kg/hr, 저위발열량은 평균 4,016 kcal/kg으로 측정되었다. 음식물 쓰레기를 단순 건조 처리한 경우 고위발열량은 4,040 kcal/kg, 저위발열량은 3,686 kcal/kg으로 측정되어 열분해처리로 발열량이 향상됨을 알 수 있다. 열분해 처리능력은 연구목표치인 50 kg/hr보다 높게 나타났으며, 저위발열량은 연구목표치인 4,000 kcal/kg 보다 다소 높게 나타났다. 다만 저위발열량 측정 기준 함수율이 습량기준으로 약 10%로 추정되는 바 5%로 조절하고, 열분해 열풍온도를 $200^{\circ}C$ 까지 상승시키면 발열량이 훨씬 향상될 것으로 판단된다.

2012년 국내 총 폐기물(지정폐기물 제외) 발생량은 382,009 톤/일 으로 이 중 12.8%를 차지하는 생활폐기물 중 음식물 채소류폐기물 발생량은 13,209 톤/일 으로 이중 음식물 폐기물은 탈수 후 사료 제조 또는 매립 처리되고 있다. 본 연구에서는 고수분 음식물 쓰레기를 재활용한 고형연료 제조에 필요한 건조장치를 개발하고 실험을 통해 그 성능을 확인하고자 하였다. 본 연구를 위해 건조용량 500 kg/hr인 실험실용 열분해장치를 제작하였다. 회사 구내식당 및 창원시에서 수거된 음식물 쓰레기를 실험 원료로 사용하였다. 건조공기 투입 온도에 따른 음식물 쓰레기의 건조 특성을 파악하였다. 음식물 쓰레기 건조실험 결과, 총 건조소요시간은 약 20시간 정도로 나타났으며, 건조속도는 약 2.90 %/hr로 나타났다. 건조시간은 연구 목표치인 1회당 15시간보다 5시간 소요된 것으로 나타났으나 투입 및 배출에 소요되는 예열 및 냉각 시간을 제외하면 약 16시간으로 연구목표치에 근접한 것으로 판단된다. 투입건조공기 온도에 따른 건조시간은 큰 차이를 보이지 않았으며, 특히 $155^{\circ}C$에서 21시간으로 나타나 향후 폐열 활용 시 $200^{\circ}C$ 이상의 고온의 공기를 사용하지 않아도 건조작업이 가능함을 확인하였다. 건조시간 단축을 위해서는 투입공기의 온도보다는 투입공기와 음식물 쓰레기의 접촉 면적이 큰 영향을 끼치는 것으로 판단된다.

지구 온난화에 따른 환경변화로 인하여 최근 10년('02~'11)간 여름의 일수는 4일, 겨울 일수는 16일 각각 증가하였다. 현재 육계사 내의 고밀도 밀집사육으로 인하여 고온스트레스로 하절기 육계의 폐사율이 증가하고 있는 실정이다. 2016년 폭염으로 닭 406.1천수, 오리 15.7천수, 메추리 70천수, 돼지 8천수가 폐사하였다. 이에 혹서기 가축이 약430만수가 폐사하였으며 피해 보상금액 128억원 소요되었다. 본 연구에서는 하절기 고온스트레스 경감과 폐사율 저감을 위해 계사 냉난방 공조와 냉온 음용수 급수를 병행할 수 있는 고효율 환경 개선 시스템을 개발하여 고온스트레스 저감 및 생산성 향상에 목적이 있다. 계사 냉난방 공조 및 냉온음용수 급수 병행 시스템 설계요인을 분석하고 냉난방 공조부하, 냉온수 생산 부하를 고려한 시스템 용량 산정하고 히트펌프, 축열조, 냉난방 및 냉온수 분배장치 등 구성요소로서 공조 및 냉온음용수 급수시스템을 설치하였다. 시스템 용량은 공기-물 히트펌프(10kW,1대), 축열조(10톤), 음용수조(2톤), 열교환기(열교환량,5만kcal/h), 물순환펌프(250W,2대) 및 팬코일유닛(1만kcal/h,4대)으로 시스템 모니터링 및 제어 시스템 개발하여 계사 내 환경, 시스템 성능에 대한 실시간 모니터링을 통하여 저장하였다. 조사항목으로 위치별 온습도, 체중, 사료섭취량, 페사율 등을 조사 분석하였다. 연구결과 계사의 내부온도는 시험구에서는 평균 $25.3^{\circ}C$를 나타내었고 대조구에서는 평균 $28.1^{\circ}C$로서 $2.8^{\circ}C$ 높게 나타났으나 상대습도는 시험구 76.2%, 대조구 75.0%로 큰 차이가 없었다. 냉수급여에 따른 계사 높이별 내부온도는 상하의 온도차가 $4.5^{\circ}C$로 크게 차이가 났다. 육계의 음수량은 혹서기 냉수를 급여한 시험구에서 일일 23.2L, 대조구에서는 21.5L를 섭취하였다. 일일 사료섭취량은 냉수를 급여한 시험구에서 937g, 대조구에서는 725g을 섭취하였다. 사료섭취량은 냉수를 급여한 시험구가 212g 많이 섭취하였으며 사료요구율은 시험구는 1.86, 대조구는 1.91로서 시험구가 낮게 나타났다. 체중은 냉수를 급여한 시험구가 359g 많았으며 증체량은 냉수를 급여한 시험구에서 495g, 대조구에서는 392g으로 나타났다. 폐사율은 냉수를 급여한 시험구에서 84%가 폐사율을 줄일 수 있었다.

부레옥잠은 대량 재배 및 수확이 가능한 수질정화용 식물로 생활하수, 축산폐수, 공장폐수 등의 수질정화 기능이 뛰어나고, 수확물은 건조 및 발효과정을 거쳐 가축 사료, 유기질 비료, 버섯 배지로 사용이 가능하고, 별도의 공업적 처리를 거치면 고부가가치의 바이오 연료, 연소용 연료로 사용이 가능한 친환경 농업 생산물로 본 연구에서는 부레옥잠의 고형연료 제조를 위한 수면에서 수확장치 개발을 위한 견인 특성을 파악하고 장치개발 가능성을 파악하고자 하였다. 부력구조물 부력, 부레옥잠 견인력, 부력을 측정하기 위한 실험 장치를 제작하여 부레옥잠 중량, 견인방식, 견인속도에 따른 견인력을 측정하였고, 경남 거제시에 위치한 저수지에서 실제 견인실험을 수행하였다. 실험결과 견인중량 및 견인 속도가 증가할수록 견인력은 증가하였으며 인력으로 부레옥잠을 견인하는 경우 부레옥잠 중량당 견인력은 약 $0.9{\sim}1.39kg_f$로 나타났으며 이는 향 후 부레옥잠 견인장치를 설계할 경우 부레옥잠 견인중량에 따른 견인력 산정 시 참고 자료로 매우 유용하게 활용 가능할 것으로 판단되었다. 저수지에서 견인실험 결과 견인속도 증가에 따른 유속저항으로 경운기에 의한 견인작업은 불가능하였으며 인력에 위한 견인 실험결과 부레옥잠 단위중량당 견인력은 견인바 3 m의 경우 1.5 ~ 2.6 N/kg, 견인바 6 m의 경우 2.1 ~ 5.4 N/kg로 비교적 크기로 나타났으나, 견인용 바에 따른 요인을 고려한 경우는 0.36 ~ 0.91 N/(kg-m)로 비교적 일정한 값을 보였다. 견인용 바 6 m, 무부하에서 인력과 경운기로 견인하는 경우 견인력은 39.24 N, 153.03 N으로 인력으로 견인하는 경우가 견인력이 작게 측정되었음. 이는 속도증가에 따라 물의 저항력이 증가함으로 나타난 결과로 부레옥잠 견인 시 견인속도는 0.36 m/s가 가장 적합한 것으로 판단되었다.

최근 국내 소비자들의 안전한 음식과 환경문제에 대한 관심이 높아지면서 재배작물과 경작지 토양의 물리 화학적 특성 등에 맞추어 적정 시비 및 재배관리를 적용하는 정밀농업이 시도되고 있다. 정밀농업은 농약 및 비료 등의 양을 적절하게 사용하여 생산 비용을 절감할 수 있으며, 과다사용을 막아 환경오염을 줄일 수 있다. 현재 토양의 수분, EC, pH등과 같은 항목은 신속하고 간단하게 분석이 가능하지만 토양의 필수 원소인 N, P, K 성분을 분석하는 제품은 상용화 되지 않았거나 가격이 비싸 일반 농가에서는 사용이 어렵다. 특히, 토양의 인을 현장에서 분석하기 위한 연구가 많이 수행되고 있으나 실제로 현장에서 사용되는 경우 또한 없는 상황이다. 일반적으로 토양에 포함되어 있는 인을 측정하기 위해서 많은 실험실에서는 이화학적 분석법을 사용하고 있다. 하지만 이 분석법은 오랜 시간과 전문적인 인력이 필요하며 주변 환경변화에 민감하여 실시간으로 분석하기에는 어렵다고 한다. 따라서 본 연구에서는 현장에서 실시간으로 토양의 인을 분석하기 위해 반자동 분석시스템을 제작하고 이를 검증하고자 하였다. 이전 연구에서 현장 토양을 이용한 신속측정법의 가능성($R^2>0.7$)을 확인하여 이 분석법을 바탕으로 반자동 분석시스템을 제작하였고 표준결과 값의 약 70% 이상의 수준을 목표로 하였다. 진주 지역의 현장 토양 20개 샘플과 반자동 침출 장치, 여과 장치, 발색 장치 그리고 통합 반자동 시스템을 이용하여 분석한 후 표준 분석 결과와 비교하였을 때 $R^2$ 값이 각각 0.985, 0.817, 0.893, 0.837로 약 70% 이상의 수준을 달성하였다. 추후, 반자동 토양 인 신속측정시스템을 완전 자동화 시스템으로 개발하고 주행 장치를 부착시켜 현장에서 실시간으로 원하는 위치의 인을 측정 할 수 있을 것으로 판단된다.

오늘날 시장에 유통되는 버섯은 대부분 환경이 조절되는 시설 내부에서 재배된다. 버섯은 다른 식물과 달리 버섯의 종류, 품종 등에 따라 요구되는 환경이 매우 다르다. 특히 대부분의 버섯은 버섯이 생육되는 공간의 온도, 수분, 이산화탄소, 조도 등의 관리가 필수적이다. 버섯의 단위면적당 생산량을 극대화하기 위해서는 이들 버섯이 필요로 하는 환경을 버섯의 생육특성에 따라 적합하게 유지해 주어야만 한다. 현재 대부분의 버섯재배사에는 이들 환경을 컨트롤하는 장치가 설치되어 있고, 이들 시스템의 환경 설정은 농업인이 현장에서 버섯의 상태를 확인 한 후 그때그때 경험에 의해 채득한 정보를 기반으로 환경설정을 하고 있는 실정이다. 이렇다 보니 버섯을 재배하는 기간에는 농업인이 재배사 내부의 환경을 관리하기 위해서 항상 버섯재배사에 머물러야 하고, 재배사의 환경관리 때문에 원거리 또는 장기 출타가 어려운 실정이다. 본 연구에서는 기존에 사람이 버섯재배 현장에서 컨트롤하던 환경관리를 원격에서 컴퓨터 또는 모바일로 구현할 수 있는 시스템을 개발하였다. 시스템에서 모니터링 및 제어하는 환경은 온도, 습도, 이산화탄소, 배기팬 및 입기팬의 가동 등 버섯재배 환경관리에 필요한 모든 요소를 모니터링 및 관리할 수 있도록 하였다. 이들 관리 요소는 인터넷이 연결된 컴퓨터에 접속하여 버섯재배사의 환경을 실시간으로 모니터링 하고 필요에 따라 제어를 할 수 있도록 하였다. 또한 컴퓨터에서 볼 수 있는 환경을 스마트폰을 통해서도 볼 수 있고 또한 제어할 수 있도록 하였다. 그리고 버섯배지를 입상 한 후부터 수확시기까지의 관리 환경을 데이터베이스로 만들어 농민이 버섯배지를 입상하고 데이터베이스와 연동한 제어가 되도록 설정하면 버섯재배사 내부의 환경은 데이터베이스의 정보를 읽어 들여 버섯의 생육단계에 따라 자동으로 내부환경이 제어되도록 하였다. 또한 농업인이 원격에서 버섯재배사 내부 버섯의 생육상황을 모니터링 할 수 있도록 재배사 상부에 CCD 카메라를 달아 실시간으로 버섯의 생육상활을 모니터링 할 수 있도록 구성하였다. 이와 같은 시스템을 사용하면 버섯재배 경험이 없는 농업인도 경험자와 같은 재배관리가 가능하고 원격에서 재배사 내부환경을 모니터링하고 제어 할 수 있기 때문에 농업인이 재배사에 매여 있지않아도 될 것으로 판단된다.

Recently, environmental problems have become an area of growing interests. In-situ monitoring of water quality is fundamental to most environmental applications. The accurate measurement of nitrate concentrations is fundamental to understanding biogeochemistry in aquatic ecosystems. Several studies have reported that one of the most feasible methods to measure nitrate concentration is the use of Ion Selective-electrodes (ISEs). The ISE application to water monitoring has several advantages, such as direct measurement methodology, high sensitivity, wide measurement range, low cost, and portability. However, the ISE methods may yield inconsistent results where there was a difference in temperature between the calibration and measurement solutions, which is associated with the temperature dependence of ionic activity coefficients in solution. In this study, to investigate the potential of using the combination of a temperature sensor and nitrate ISEs for minimizing the effect of temperature on real-time nitrate sensing in natural water, a prototype of on-site water monitoring system was built, mainly consisting of a sensor chamber, an array of 3 ISEs, an waterproof temperature sensor, an automatic sampling system, and an arduino MCU board. The analog signals of ISEs were obtained using the second-order Sallen-key filter for performing voltage following, differential amplification, and low pass filtering. The performance test of the developed water nitrate sensing system was conducted in a monitoring station of drinking water located in Jeongseon, Kangwon. A temperature compensation method based on two-point normalization was proposed, which incorporated the determination of temperature coefficient values using regression equations relating solution temperature and electrode signal determined in our previous studies.

식물공장 내 작물의 생육은 제공되는 인공광원의 광원 및 광질에 영향을 받으며, 광흡수 파장에 따라 다르다. 또한 광합성에 효과적인 형태의 빛의 계속적인 빛의 조사보다는 광 펄스를 조절하여 공급하여 준다면 더욱더 효과적인 생육 환경을 제공해 줄 수 있다. 식물의 최적 생장을 위해 특정 파장대의 빛을 선택적으로 조사할 수 있는 LED특성을 사용하여 UV광원을 포함한 인공광원의 펄스폭 변조에 따른 적치마 상추의 생육특성을 알아보고자 하였다. 광환경은 Red(660 nm), Blue(450 nm), UV(395 nm) LED를 8:1:1 비율로 광량 $160{\mu}mol{\cdot}m^2{\cdot}s^{-1}$, 주파수 1.25, 2.5, 3.75, 5.0 kHz로 조사하여 주었으며, 온도 $20{\sim}23^{\circ}C$, 습도 50~60%, $CO_2$농도 1,000 ppm으로 조성하여 주었다. 아시아종묘 적치마상추를 파종 후 18일 째 되는날 정식, 정식 후 14일 28일 째 되는날 SPAD, 지상부 지하부의 생체중 및 건물중, 엽폭, 엽장을 측정하였으며, 측정한 엽폭과 엽장을 이용하여 엽형지수 산출, 지상부 지하부 생체중 값을 이용하여 S/R율을 산출하였다. SPAD 측정결과 생육시기가 증가할수록 SPAD함량은 감소하였으며, 1.25와 2.5 kHz에서 생육 시기 증가에 대한 SPAD함량 감소가 컸고, 3.75와 5.0 kHz의 경우 SPAD함량의 감소량은 작았다. 지상부 생체중은 3.75 kHz에서 121.51 g으로 가장 높은 값을 나타냈으며, 2.5, 1.75, 5.0 kHz 순으로 높은 값을 나타났다. 지하부 생체중의 경우 3.75 kHz에서 31.31 g으로 가장 높은 값을 나타냈으며 2.5, 5.0, 1.25 kHz 순으로 높게 나타났다. 엽형지수는 생육 시기가 증가에 따라 감소하는 것으로 나타났으며, 1.75, 2.5, 5.0, 3.75 kHz 순으로 크게 나타났다. 지상부 건물중 측정결과는 지상부 생체중 결과와, 지하부 건물중의 측정결과는 지하부 생체중 결과와 동일하였다. S/R율은 1.75 kHz를 제외하고 생육시기가 증가할수록 S/R율은 감소하는 것으로 나타났으며, 주파수가 높아질수록 S/R율은 감소하는 것으로 나타났다. 엽형지수는 엽폭/엽장으로 엽형지수를 산출한 결과로 값이 작을수록 엽폭이 넓은 형태를 의미하며, 생체중값이 가장 크게 나타났던 3.75 kHz에서 엽형지수의 값이 가장 낮게 나타났으며 3.75 kHz를 제외하고 주파수가 높을수록 엽형지수의 값이 낮게 나타났다. 이에 주파수에 따른 적상추의 생육은 3.75 kHz에서 가장 좋은 것으로 판단할 수 있었다.

본 연구에서 원추형 집광기와 CPV셀을 기반으로 한 태양광-열(CPV/T) 복합시스템의 설계 및 제작과정을 다룬다. 원추형 집광기의 경우, 이론적 해석을 통하여 최고의 집열효율을 갖는 원추각 45도의 집광기 4개를 결합하여 사용하였다. 원추형 복합시스템은 태양에너지를 집열하여 열에너지를 생산하는 집광기와 작동유체의 순환을 위해 이중 구조로 제작된 흡수기, 집광된 태양으로부터 전기에너지를 생산하는 CPV셀 등으로 구성되어 있다. 효율적인 태양복사열 집광을 위해 태양 위치에 따라 고도각과 방위각을 추적할 수 있는 2축 태양추적장치를 설비하였다. CPV셀은 원추형 집광기의 중심부에 위치한 이중 흡수관의 고집광부인 상단부에 위치하였으며, CPV셀의 결함을 방지하고, 부가적 태양광 집광을 위해 2차 보조 집광기를 부착하였다. 본 논문에서 소개하는 원추형 CPV/T 복합 시스템은 기존 원추형 시스템에 CPV 셀을 부착하여 전기와 열을 동시에 생산 할 수 있으며, 생산된 전기에너지와 열에너지를 이용하여 온실재배의 난방 문제, 운영비용 절약 등 다양하게 농업 분야에 적용가능하다. 특히, 원추형 복합시스템은 설계 및 제작에 있어 쉽고 간결하며, 제작 단가가 낮다는 점에서 보급에 이점이 있을 것으로 사료된다.

본 연구에서 원추형 태양열 집광기의 흡수관 표면의 흑색 도색 여부에 따른 효율분석을 수행하였다. 원추형 집광기 시스템은 열 손실 최소화 및 집광비가 우수한 $45^{\circ}$의 원추각을 갖는 원추형 집광기를 설계 및 제작하였다. 원추형 태양열 집광시스템은 열매체 축열을 위한 온도센서가 내장된 축열조와 태양에너지를 집열시키는 원추형 집광기, 유량측정을 위한 유량계, 열매체의 강제순환을 위한 펌프로 구성되어있다. 또한 지속적인 태양추적을 위해 2축 태양 추적 장치를 설치하였다. 흡수관은 원추형 집광기의 중심부에 설비되었으며, 열매체의 순환을 위해 이중 열교환기 구조로 제작되었다. 흡수관의 길이는 열 손실을 최소화하기 위하여 집광기의 높이와 동일하게 설계하였다. 원추형 집광시스템의 작동유체인 물은 펌프에 의해 흡수관과 축열조를 강제순환 하게되고, 용량이 70L인 축열조에 흡수관으로부터 흡수된 태양 복사열이 저장된다. 원추형 집광시스템의 성능실험은 청명한 날 유량 2L/min, 4L/min, 6L/min에 대해 수행되었으며, 집열효율을 계산하여 비교 및 분석하였다. 흑색으로 도색된 흡수기를 부착한 원추형 집광시스템의 집열효율은 82.25%로 나타났으며, 무 도색 흡수관을 갖는 원추형 집광시스템은 73.26%의 집열효율을 나타내었다. 따라서 본 연구를 통해 흡수관 표면의 흑색 도색이 원추형 집광시스템의 집열효율에 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다.

본 연구는 가축분뇨를 퇴비화 하는 과정에서 흔히 사용되는 수분조절제인 톱밥, 왕겨 등의 가격적 부담으로 인해 좀 더 가격이 저렴한 수분조절제들의 성분을 비교 분석하여 어떤 차이가 있는지 확인하기 위하여 실시되었다. 이를 위해 6가지 수분조절제를 토대로 유도결합플라즈마분광계 장비를 이용하여 화학적 분석, 인장시험기를 이용하여 물리적 분석을 하였다. 화학적 분석을 통해 수분조절제 내 함유되어 있는 성분들을 분석하였으며 물리적 분석을 통해 중량, 함수율, 흡수율, 인장강도 등을 측정하였다. 화학적으로 분석을 했을 시 K, Cd, Pb, Ni, Zn, Cu, Cr, As 등을 측정을 하였으며 앞서 분석했던 각각의 성분들은 농촌진흥청에 명시되어 있는 유해성분의 최대량보다 대부분 적게 측정이 되었다. 물리적으로 분석을 했을 시, 각 수분조절제의 함수율은 최소 10.29%에서 최대 16.07%까지 측정이 되었다. 전단강도는 기존 상태가 가장 높게 측정이 되었으며 다음으로 건조상태 흡수상태로 측정이 되었다. 일반적으로 사용하기에는 흡수율이 가장 높은 우드 브리켓-1이 가장 적합한 것으로 판단된다.

우리나라 음식물 폐기물은 수분함량 및 유기물 함량이 높기 때문에 부패와 악취, 침출수의 원인이 된다. 하지만 이를 혐기 소화 처리한다면 구성성분에 따라 60-80%가 생분해되어(한국유기성폐자원학회, 2001) 친환경적으로 처리가능하고, 혐기소화 결과물로 발생한 메탄가스를 대체에너지로 사용할 수 있어 유기물을 효과적으로 처리할 수 있다. 그러나 유기성 폐기물은 계절 및 지역에 따라 구성성분의 비가 다르며, 성분 중 지방 함량이 많을 때 바이오가스 생산이 지연되어 생산효율 감소의 주된 원인이 된다(Kafle and Kim, 2013). 전국음식물 폐기물 중 지방함량이 높은 어육류의 발생량은 3차 조사(환경부, 2008)에 비해 2배 이상 증가하였고, 향후 음식 섭취의 서구화로 인한 육류 소비가 증가할 것으로 예상된다(환경부, 2013). 따라서 본 연구는 지방함량이 높은 유기물의 효율적 처리를 위해 지방산 종류에 따라 포화 불포화 지방산을 포함하는 부산물의 혐기소화 능력 및 바이오가스 생산 성능을 구명하는데 목적이 있다. 본 연구 결과, 불포화 지방산 함량이 높은 수준인 부산물의 바이오가스는 629.96-749.14 mL/g VS 이며, 포화 지방산 함량이 높은 수준의 부산물은 560.18-715.43 mL/g VS 였다. 불포화 지방산 함량이 25.31%-46.26%로 많아질수록 초기 순응기간은 13일에서 25일로 증가하였고, 총 바이오가스 생산량의 90%가 생산되는 기간인 T90은 57일에서 72일로 증가하여 바이오가스 생산 속도가 감소한 것으로 판단된다. 포화 지방산은 함량이 24.10-48.74%로 증가할수록 초기 순응기간의 변화는 없었고, T90은 69일에서 62일로 감소하였다. 또한 불포화 지방산이 많은 유기물은 모두 바이오가스 생산 과정에서 2단계의 지연현상을 보였지만, 포화지방산은 함량이 증가하여도 1단계의 지연현상을 보였다. 이러한 차이는 두 지방산에 관여하는 미생물의 차이(Diana, 2007)와 불포화 지방산의 굴곡된 형태가 지방산과 미생물이 상호 작용 방식에 악영향 미치기 때문으로 판단된다(Diana, 2013). 결론적으로, 두 지방산의 소화 방식은 차이가 있으며, 불포화 지방산 함량이 많은 유기물은 탄수화물 함량이 많은 유기물을 10% 이상 혼합하여 지연상을 감소시킬수 있다(Kim, 2017). 포화 지방산 함량이 많은 유기물은 초기 지연 현상 해결을 위한 연구가 추가적으로 요구된다.

현재 식물공장에서 사용되고 있는 이식장치는 핀을 이용하여 육묘트레이 위에서 플러그묘를 뽑아 육묘트레이 또는 포트로 옮겨 심는 방식을 채택하고 있다. 이러한 이식 방식은 셀과 셀 사이에 있는 다른 묘의 잎을 파지함으로써 묘를 2개 이상 취출하는 현상이라든지 핀에 의한 잎 손상 등이 우려되고 있어 이에 대한 개선책이 필요하다. 본 연구는 플러그묘의 이식작업 시 잎 손상을 줄이면서 기계 적응성을 향상시킬 수 있는 이식시스템을 개발하기 위해 진공흡인을 이용한 이식 메커니즘에 대해 검토하였다. 플러그묘 이식시스템은 육묘트레이 셀을 X-Y로 옮기는 묘 이송부, 육묘트레이의 셀 하단으로부터 진공을 발생시켜 묘를 떨어뜨리는 진공 흡인부, 낙하되는 묘를 감지하는 센서와 블로워 및 공압 실린더로 구성된 진공 발생부, 혈공된 포트를 진공 발생부의 유도관으로 옮기는 포트 이송부 등으로 설계 제작하였다. 이식 메커니즘은 육묘트레이 하단부로부터 플러그묘를 1개씩 진공흡인하는 방식을 채택하였고, 이를 위해 상하 모두 개방된 72공 육묘트레이($L538{\times}W280{\times}H45mm$)를 윗부분(Ø35mm) 보다 아랫부분(Ø37mm)의 셀이 넓은 형상으로 PP재질의 육묘트레이를 사출금형 제작하였다. 묘 이송부에 장착된 플러그묘는 X축 방향(12개 셀)으로 이식작업이 이루어지고, Y축(6개 셀)으로 이동된 후 다시 동일한 방향으로 연속 작업이 가능하도록 제어프로그램을 구성하였다. 이식 원리는 진공 흡인부에 플러그묘가 이송되면 진공 발생부의 흡착패드가 위로 전진하여 진공을 발생시켜 묘를 흡인하고, 유도관 내에 부착된 광화이버센서에 의해 묘를 감지하여 블로워와 공압실린더를 제어함으로써 이식 공정이 끝나게 된다. 로메인상추의 플러그묘를 대상으로 진공흡인 시험을 실시한 결과 묘 손상없이 이식작업이 가능한 것으로 확인되었다.

태양광 발전으로 생산된 전력으로 냉방기나 난방기를 직접 구동하는 경우에 냉방을 위해서는 7,8,9월 집광량이 많아야 하고, 난방을 위해서는 12,1,2월에 집광량이 많아야 한다. 하지만 일반적으로 사용되는 집광판은 평판형의 고정식이 대부분으로 필요에 따라서 집광량을 변동시키는 것이 불가능하다. 따라서 전력부하가 가장 큰 시기에 집량광이 가장 많아지도록 설치되어야 한다. 본 연구에서는 최적의 집광판 설치조건을 구명하기 위하여 집광판의 설치 각도에 따른 년중 일사량을 예측하기 위한 모델을 개발하고 계산된 일사량과 기상청에서 실측한 일사량을 비교하였다. 분석 대상은 대전(북위 36도 22분)으로 하였다. 년간 최대 일사량을 확보할 수 있는 집광판 설치각은 $36^{\circ}$로 분석되었다. 반면에 월별로 최대 일사량을 확보하기 위한 집광판 설치각도는 1월에 $57^{\circ}$, 2월에 $48^{\circ}$, 3월에 $36^{\circ}$, 4월에 $24^{\circ}$, 5월에 $15^{\circ}$, 6월에 $12^{\circ}$, 7월에 $15^{\circ}$, 8월에 $24^{\circ}$, 9월에 $36^{\circ}$, 10월에 $45^{\circ}$, 11월에 $57^{\circ}$, 12월에 $60^{\circ}$로 예측되었다. 한편 냉방부하가 많은 6.7.8.9월에 최대 일사량을 확보하기 위한 집광판 설치각도는 $21^{\circ}$로 예측되었다. 이상의 결과로 볼 때 태양광 발전을 위한 집광판은 전력부하와 용처에 따라 적정한 설치각도를 결정하는 것이 중요한 것으로 판단되었고, 본 연구에서 개발된 예측모델이 이러한 작업에 유효하게 사용될 수 있을 것으로 판단되었다.

비닐하우스의 골조를 구성하는 파이프는 부식을 방지할 목적으로 아연도강관을 사용한다. 그러나 시간이 지남에 따라 아연도금량 감소와 여러 외부 환경인자 등에 의하여 부식이나 침식이 진행되어, 외관상 녹이 생기고 강도와 연신율 등이 감소하게 된다. 이는 비닐하우스 전체의 내구성을 저하시키는 요인으로 작용하게 되는데, 이를 평가하기 위한 방법이나 기준은 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 농업시설의 내구성을 평가하기 위한 방법의 하나로 각기 다른 경과년수를 갖는 비닐하우스로부터 채취한 서까래 파이프의 인장 시험을 실시하였다. 인장 시험에 사용된 서까래 파이프는 (구)시설원예시험장에 설치되어 있는 비닐하우스에서 경과년별로 채취하였으며, 지중매설부와 지상노출부로 구분하여 시편을 제작하였다. 인장 실험 결과 서까래 파이프의 경과년이 오래될수록 시편의 인장 강도는 작아지는 경향을 보이고 있으나, 파단연신율은 경과년과 연관성을 찾아보기 어려운 것으로 나타났다. 그리고 동일한 경과년을 갖는 서까래 파이프 시편에서 지중매설부의 인장 강도와 파단연신율이 지상노출부에 비해 대체로 작게 측정되었으며, 경과년이 증가할수록 인장 강도의 감소폭이 커지는 경향을 보이는 것으로 나타났다.

작물의 체온인 엽온은 작물의 증발산량 또는 작물의 스트레스와 관련이 있으며, 일반적으로 일사, 풍속, 습도 등 기상조건과 잎의 크기, 형태 등 생리작용 등에 의해 지배된다. 엽온을 작물의 수분스트레스지수, 증발산량 등을 산정하기 위한 인자로 많이 활용되고 있으며, 최근 ICT 기술의 발달로 인해 열영상 카메라, 적외선 센서 등을 활용해서 실시간 측정을 하고, 정보를 작물 생육환경 제어에 활용하는 연구들이 많이 이루어지고 있다. 본 연구에서는 시설오이를 대상으로 캐노피 온도(Canopy temperature, $T_c$)와 대기온도(Air temperature, $T_a$)간의 상관관계, 또 ($T_c-T_a$)와 포화수증기압차(Vapor pressure deficit, VPD)와의 관계를 분석하였다. 대기온도와 상대습도를 이용하여 산정된 VPD가 엽온에 미치는 영향을 분석한 결과, 엽온 증가에 따라 VPD가 증가하였으며, 캐노피와 대기온도간의 차이 또한 VPD간에 음의 상관관계($R^2=0.82{\sim}0.89$)가 나타났는데, 이는 대기온도에 따른 엽온과 포화수증기압의 상승이 원인인 것으로 나타났다. ($T_c-T_a$)와 VPD값을 이용하면 작물 수분스트레스(Crop Water Stress Index, CWSI)를 산정할 수 있는 데, 결과값을 분석한 결과 $T_c$와 $T_a$의 차가 적은 경우 CWSI값이 증가함을 알 수 있었다. 향후 연구에서는 추가적으로 다양한 재배환경에서의 캐노피 온도, 포화수증기압차, 그리고 CWSI를 산정하여, 적정 생육 환경조성을 위한 지표로 활용할 계획이다.

고품질 농산물을 대량 생산하기 위한 가장 중요한 것은 적절한 관개관리이다. 생육시기별 작물 재배에 있어서 꼭 필요한 만큼의 물을 필요한 때에 준다면, 농업용수를 절약할 수 있을 뿐만 아니라, 작물의 한발 및 습해에 따른 피해를 최소화 할 수 있을 것이다. 기존의 토양 및 증발산량 기반의 자동 물관리 기술의 경우 직접적으로 작물의 상태변화를 실시간으로 확인할 수 없으며, 측정오차가 크고 작물수량이 많을 경우 측정시간 및 소요비용이 크다는 단점이 있다. 이를 극복하기 위해 최근 작물의 수분 스트레스를 비파괴적으로 측정하여 관개계획에 활용하는 연구가 해외에서 활발히 이루어지고 있다. 본 연구에서는 열영상 기술을 활용한 적정 관개계획 수립과 관련된 국내외 연구 사례를 소개하고, 오이를 대상으로 토양수분함량 변화에 따른 엽온 변화를 측정하고, 실시간으로 작물의 수분스트레스 여부를 분석하기 위한 예비실험을 실시하였다. 엽온 측정을 위해 적외선 센서(CT-300-232, DiWell, Korea)를 사용하였으며, 관개조건에 따른 엽온 및 FDR센서를 이용하여 토양수분변화를 모니터링 하였다. 세 가지 토양수분조건, 즉 200% $ET_c$(과다관개), 100% $ET_c$(적정관개), 30% $ET_c$(과소관개),을 시험구에 조성하고, 각각의 처리구에 따른 엽온변화를 측정하였다. 동일한 대기온도하에서 엽온의 변화를 살펴본 결과, 과소관개한 시험구에서의 엽온변화 폭이 가장 컸으며, 적정관개의 엽온 변화폭이 가장 작게 나타났다. 이는 물관리 조건에 따라 많이 줘도, 적게 줘도 스트레스 요인으로 작용함을 확인할 수 있었다. 향후 연구에서는 실시간 엽온자료와 더불어 기상자료를 활용하여 작물 수분스트레스 지수(Crop Water Stress Index, CWSI)을 산정하고, 이를 관개시설 운영 및 제어에 활용하기 위한 모듈 개발을 수행할 계획이다.

최근 딸기 생산이 확대 되면서, 고품질 다수확이 가능한 딸기 우량묘에 대한 수요가 빠르게 늘고 있으며, 딸기 육묘에 관한 관심이 더욱 늘고 있다. 그러나, 육묘시 작물에 따른 포트 혹은 트레이 선정에 대한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다. 또한, 마이크로버블의 세정 능력은 이미 산업현장에서 널리 알려져 있으나 이를 이용한 시스템 개발은 농업분야에서는 미비한 실정이다. 따라서, 딸기 육묘에 적합한 마이크로버블 시스템을 설계하여 실증 개발함으로써 딸기 육묘 농가의 자립능력을 제고하고, 딸기 육묘 생산시스템의 확대 하여 농가소득 증대에 기여하고자 한다. 실험방법은 생육에 적합한 육묘용 트레이를 선정하고, 마이크로 버블 시스템을 적용한 육묘와 기존 방법에 의한 육묘의 비교 실험하였다. 포트의 용량에 따른 뿌린 근부의 성장변화를 관찰하고, SEM 촬영을 통하여 딸기 뿌리근부의 조직의 치밀성을 확인하였다. 기존 저면관수의 경우 딸기탄저병 확산을 억제하지만, 반입에 의한 감염주의 발병을 억제하는 것은 아니다. 따라서 포트 및 트레이를 청결하게 관리할 필요가 있으며 이를 해결하기 위해 미세기포(micro-bubble)를 사용한 클리닝이 상당한 효과가 있는 것으로 확인하였다. 또한 조직의 치밀도을 측정하기 위해 딸기 육묘 조직을 SEM 촬영하여 분석하였으며, 미세기포를 이용한 딸기 육묘 방법이 기존의 딸기 육묘 방법에 비하여 조직이 치밀한 것으로 확인 되었다. 또한 배지량 및 육묘 트레이가 딸기 육묘의 성장에 영향을 미치며 제1액아가 １개밖에 발생하지 않는 포기가 많아지고 '눈 없는 포기'의 발생 현상들이 발생하고 있어 적정 육묘 트레이의 선택 및 배지량 조절하는 비교 실험을 통하여 해결하였다. 본 연구의 결과 개선된 육묘트레이를 사용함으로써 제1액아의 형성이 촉진되어 정과방 후의 제1액과 방의 수확량이 증대한다는 것에 의해서 １월 혹은 ２월부터의 수량이 증대되어 소득향상이 기대되며, 마이크로버블을 저면관수에 적용함으로써 트레이의 청결을 유지하여 병해를 예방하고 딸기모종의 조직을 치밀하게 함으로써 딸기의 우량육묘를 얻는데 기여 할 것으로 기대된다.

전북지역의 130여개 스마트온실 중에서 주요한 10여개의 주요 온실에 대한 온습도, 이산화탄소, 광센서 및 기타 센서의 사용실태에 대한 조사를 수해하였다(2016년 9월~12월). 온실의 선정은 온실의 종류(비닐/유리)와 복합제어기 종류(국산/외산)를 중심으로 조사하였다. 국내외 업체의 장단점, 스마트기기의 활용과 문제점, 클라우드 기반의 3세대 한국형 스마트온실의 적용기반에 대한 조사를 수행하였다. 융복합 제어기와 센서는 자체의 신뢰성 이외에 운용상의 알고리즘 차이에서 오는 문제로 인해 농가에서 측정결과에 대한 신뢰성이 낮고, 측정이 부정확하고 일일측정 데이터에 대한 활용이 어렵고, 설정 값을 사용자가 직접 계산하고 값들을 입력해주어야 한다는 단점에 대한 의견이 대부분이다. 외국 제품은 데이터 측정값의 활용이 용이하고 복합 환경 상황에 알맞게 자동 계산 시스템이 체계적으로 작동하여 제어에 반영되며 국내 업체 설정 값의 범위보다 세밀하게 설정이 가능하다는 장점이 있으나 설치비용이 국내대비 3~4배 높고 고장 시 A/S가 느린 편이며 영어로 구성된 복잡한 시스템이기 때문에 100% 활용하기 어렵다는 단점이 있다. 스마트기기 활용은 복합 환경제어를 하는 농가이면 국내 업체와 외국 업체 모두 활용하고 있으며 주로 스마트 폰으로 사용되고 전용 어플이 아닌 PC원격 제어 소프트웨어인 팀뷰어(Teamviewer)를 이용하여 복합제어기 PC를 직접 조작하여 사용한다. 클라우드 활용으로는 복합환경제어기 회사에서 작물별 제어 방법과 데이터 정보를 제공하지 않는 점에 대한 농가의 불편함이 많은 편으로 작물별 농사방법이 많고 지역별 농사방법이 다르기 때문에 조사한 전북지역의 농가 10곳 모두 클라우드를 사용하지 않는 것으로 조사되었다. 다양한 온실 및 생육환경에 따른 표준화된 운영의 문제점을 개선하여 스마트팜에서 중요한 역할을 수행하는 복합센서의 표준시험방법과 절차를 개발하여 관련산업의 발전에 응용할 필요성이 있으며 단순한 하드웨어의 표준화 또는 개선방향보다는 농가의경험과 누적된 토양,작물 등의 재배 생육정보를 이용한 작물생육모델과 온실모델의 일치를 통해 센서-생육환경예측-검증방법의 포준화가 필요한 것으로 사료된다.

Greenhouse have been developed to provide the plants with good environmental conditions for cultivation crop, two major factors of which are the inside air temperature and humidity. The inside temperature are influenced by the heating systems, ventilators and for systems among others, which in turn are geverned by some type of controller. Likewise, humidity environment is the result of complex mass exchanges between the inside air and the several elements of the greenhouse and the outside boundaries. Most of the existing models are based on the energy balance method and heat balance equation for modelling the heat and mass fluxes and generating dynamic elements. However, greenhouse are classified as complex system, and need to make a sophisticated modeling. Furthermore, there is a difficulty in using classical control methods for complex process system due to the process are non linear and multi-output(MIMO) systems. In order to predict the time evolution of conditions in certain greenhouse as a function, we present here to use of recurrent neural networks(RNN) which has been used to implement the direct dynamics of the inside temperature and inside humidity of greenhouse. For the training, we used algorithm of a backpropagation Through Time (BPTT). Because the environmental parameters are shared by all time steps in the network, the gradient at each output depends not only on the calculations of the current time step, but also the previous time steps. The training data was emulated to 13 input variables during March 1 to 7, and the model was tested with database file of March 8. The RMSE of results of the temperature modeling was $0.976^{\circ}C$, and the RMSE of humidity simulation was 4.11%, which will be given to prove the performance of RNN in prediction of the greenhouse environment.

By-products has been considered lately in Total Mixed Ration (TMR) as an alternative to livestock feed around the world. This is due to the high cost of using forage as feed, less expense in exploring by-products of agriculture origin and environmental concerns with their disposal. However, by-products usually contain contaminants and the production process requires fermentation using a storage and fermentation tank. Animal feed is the start point of the food safety chain in the 'farm-to-fork' model. This necessitated a study to model a protocol that will culminate to safe feed production. Hazard analysis and critical control points (HACCP), a systematic preventive approach to food safety from biological, chemical and physical hazards in production processes that can cause the finished product to be unsafe was explored. Implementation of this model provides a mechanism that ensures product safety is continuously achieved. The entire production process of By-products feed production was evaluated using HACCP wizard software. This includes the plant layout, technical standards, storage and fermentation tank cleansing method, staff assignment, safety control method, and distribution. The potential biological, chemical, and physical hazards that may exist in every step of the production process were identified, and then critical control points (CCPs) were selected. This will ensure the safety of products made from livestock that consumes by-product feed. These includes cheese, milk, beef, etc.

현재 상용화되어 있는 온실 환경제어시스템의 S/W 및 H/W는 서로 호환이 되지 않아 농민들이 원하는 맞춤형 복합 환경 제어시스템을 운영하는데 어려움이 있다. 따라서 본 연구는 다양한 제어알고리즘 및 장비를 적용시킬 수 있는 호환성이 향상된 온실 환경 제어인터페이스 모듈 성능평가를 목표로 한다. 센서 및 제어 인터페이스 모듈 성능평가를 위해 사용된 제어 시스템은 8 bit MCU가 적용된 전용 개발보드를 사용하였고, RS-232 통신 케이블을 사용하여 온실 환경 측정 데이터 값을 PC에서 수신할 수 있도록 하였다. 또한, 창개폐기, 환풍기를 사용하여 온실 내부 온/습도 환경조성을 하였다. 실험은 정오부터 제어장비를 작동시킨 후 1시간 간격으로 총 3시간 동안의 온실 내 온/습도의 변화량을 계측하였다. 3시간 중 1시간동안의 온/습도 값의 변화량을 계측한 결과 평균값은 각각 $33.21^{\circ}C$, 34.94%이었고 표준편차는 각각 $1.44^{\circ}C$, 2.74% 이었다. 제어 알고리즘은 단순한 ON/OFF 방법을 사용 하였고 총 2가지 제어장비를 사용하였으며 모두 정상 작동 하였다. 1시간동안 온실의 온도는 $30^{\circ}C{\sim}35^{\circ}C$사이를 유지하였으며, 습도는 30%~ 40% 사이로 최초 실험 목표였던 온실 내부의 온/습도 범위를 유지하였다. 이번 실험은 ON/OFF 방법의 제어 알고리즘을 사용하였지만 더욱 정밀한 온실 환경제어를 위하여 PID, 퍼지 제어 알고리즘을 추가하여 기상환경에 따른 제어범위를 더욱 세밀화 할 수 있도록 설계한다면 제어장비에 대한 효율성이 향상될 것이라 기대한다.

장미과(Rosaceae)에 속하는 딸기(Fragaria ananassa Duch.)는 비타민 C가 풍부하고 독특한 향기를 갖는 과채류로서 겨울에서 봄까지의 기간 동안 대부분 생식으로 소비되고 있다. 국내에서 재배되는 품종으로는 설향, 매향, 장희 등이 있으며 품종에 따라 성분과 함량이 다양하지만 일반적으로 유기산이 많아서 신맛과 단맛이 조화로운 특징이 있다. 소비자들이 딸기를 구입할 때 딸기가 포장된 상자에 모양이 일정하고 붉은 색상이 선명한 딸기에 호감을 갖게 된다. 딸기는 품종에 따라 기준이 되는 모양이 다르기 때문에 숙련된 선별사에 의해서 대부분 육안으로 선별되고 있는 실정이다. 하지만 개인적인 선별 능력의 차이와 주관적인 판단으로 인해 규격을 벗어난 딸기가 혼입되어 전체적인 품질 등급을 떨어뜨리는 경우가 종종 발생하기도 한다. 따라서 본 연구에서는 품종별로 기준이 되는 표준 형상과 비정상적인 모양의 기형 딸기를 객관적으로 판별하여 선별할 수 있는 영상 시스템을 구축하기 위해 수행되었으며 표준이 되는 딸기의 3차원 형상을 구축하기 위해 2차원 레이저 변위 센서를 이용하여 딸기의 입체 영상을 구축하고자 하였다. 실험을 위해 사용된 딸기는 시중에서 구입한 설향 품종이었으며 2차원 레이저 변위 센서는 라인 스캔 방식으로 1회 프로파일 스캔에 1,280개의 데이터 포인터를 획득할 수 있으며 분해능은 0.095~0.17 mm이었다. 상부에 부착된 2차원 레이저 변위 센서와 하부에 놓인 딸기의 거리는 100 mm였다. 획득한 딸기의 2차원 영상은 높이 차이를 이용하여 색상 농도로 표현하였으며 이 영상을 다시 3차원 영상으로 구축하였다.

본 연구에서는 파프리카를 자동 수확하기 위한 시스템 개발의 일환으로 파프리카 재배환경에서 획득한 영상 내에 존재하는 파프리카 영역과 비 파프리카 영역의 RGB 정보를 입력으로 하는 인공신경망을 설계하고 학습을 수행하고자 하였다. 학습된 신경망을 이용하여 영상 내 파프리카 영역과 비 파프리카 영역의 구분이 가능 할 것으로 사료된다. 심층 신경망을 설계하기 위하여 MS Visual studio 2015의 C++, MFC와 Python 및 TensorFlow를 사용하였다. 먼저, 심층 신경망은 입력층과 출력층, 그리고 은닉층 8개를 가지는 형태로 입력 뉴런 3개, 출력 뉴런 4개, 각 은닉층의 뉴런은 5개로 설계하였다. 일반적으로 심층 신경망에서는 은닉층이 깊을수록 적은 입력으로 좋은 학습 결과를 기대 할 수 있지만 소요되는 시간이 길고 오버 피팅이 일어날 가능성이 높아진다. 따라서 본 연구에서는 소요시간을 줄이기 위하여 Xavier 초기화를 사용하였으며, 오버 피팅을 줄이기 위하여 ReLU 함수를 활성화 함수로 사용하였다. 파프리카 재배환경에서 획득한 영상에서 파프리카 영역과 비 파프리카 영역의 RGB 정보를 추출하여 학습의 입력으로 하고 기대 출력으로 붉은색 파프리카의 경우 [0 0 1], 노란색 파프리카의 경우 [0 1 0], 비 파프리카 영역의 경우 [1 0 0]으로 하는 형태로 3538개의 학습 셋을 만들었다. 학습 후 학습 결과를 평가하기 위하여 30개의 테스트 셋을 사용하였다. 학습 셋을 이용하여 학습을 수행하기 위해 학습률을 변경하면서 학습 결과를 확인하였다. 학습률을 0.01 이상으로 설정한 경우 학습이 이루어지지 않았다. 이는 학습률에 의해 결정되는 가중치의 변화량이 너무 커서 비용 함수의 결과가 0에 수렴하지 않고 발산하는 경향에 의한 것으로 사료된다. 학습률을 0.005, 0.001로 설정 한 경우 학습에 성공하였다. 학습률 0.005의 경우 학습 횟수 3146회, 소요시간 20.48초, 학습 정확도 99.77%, 테스트 정확도 100%였으며, 학습률 0.001의 경우 학습 횟수 38931회, 소요시간 181.39초, 학습 정확도 99.95%, 테스트 정확도 100%였다. 학습률이 작을수록 더욱 정확한 학습이 가능하지만 소요되는 시간이 크고 국부 최소점에 빠질 확률이 높았다. 학습률이 큰 경우 학습 소요 시간이 줄어드는 반면 학습 과정에서 비용이 발산하여 학습이 이루어지지 않는 경우가 많음을 확인 하였다.

산업이 고도화됨에 따라 자동화 기계 및 로봇에 의해 대량 생산 되는 품목과 달리, 작업 절차의 비정형성, 비연속성 등으로 인해 여전히 농업에 많은 인력이 투입되고 있다. 국제노동기구에 따르면, 세계 인력의 절반이 농업 인력에 해당하고 작업 중 부상이나 사망 등으로 인해 가장 위험한 직업군 중 하나에 해당하는 것으로 나타났다. 시설 재배 농업의 경우, 노동집약적인 온실 내 작업 특성상 잘못된 자세로 작업하거나 지나친 작업량 등으로 인해 작업자에게 근골격계 질환이 발생할 수 있다. 근골격계 질환으로 인해 작업효율이 감소하거나 생산비용의 증가로 이어질 수 있으며, 농가 수익에 손실이 발생할 수 있다. 이에 본 연구에서는 현행 시설 재배 농업에서 사용되는 레일 전동 작업차를 이용하여 작업자가 토마토를 수확할 때의 신체에 대한 농작업의 부하를 평가하고자 하였다. 작업차를 이용한 주요 작업 절차는 작물로부터 과실 수확, 과실 상자에 과실 투입, 빈 과실 상자와 가득 찬 과실 상자의 교대, 작업차 위의 과실 상자를 운반용 파레트에 하역하는 순서로 이루어지는 것을 확인하였다. 비디오장비로 촬영된 일련의 농작업 과정을 OWAS, RULA, REBA와 같은 체크리스트형 인간공학적 작업 부하 평가 도구를 이용하여 평가한 결과, 기존 레일 전동 작업차를 이용한 농작업의 근골격계 질환 유발 가능성을 확인하였다. 동작별 위험성을 토대로 근골격계 질환 유발 가능성이 높아 개선이 필요한 농작업 동작을 선정하였다. 선정된 동작은 실험실 내 환경에서 피실험자를 통한 모의 동작의 생체 신호 계측을 통해 신체 부하 정도를 정량적으로 측정할 수 있으며, 보조가 필요한 신체 부위를 특정하거나 안전성 확보가 필요한 동작에 대한 증거가 될 수 있다. 본 연구를 통해 향후 토마토 온실 내 신선도 유지를 위한 레일 전동 작업차의 개발에 작업자의 안전과 효율성 향상을 위한 인간공학적 설계를 적용할 수 있을 것으로 기대한다.

쌈 채소 생산 및 유통의 효율성, 생산성 개선으로 경쟁력 향상을 위해 IoT 기반 스마트 저울과 쌈 채소전용 포장용 가이드를 개발 융합하여 안전하고 빠른 포장, 이동성 개선, 포장과 무게측정 동시 진행 및 출하량 자동측정으로 작업공정개선을 통해 최종적으로 생산성을 향상시킬 수 있는 제품을 개발하고자 한다. 1) 쌈 채소 포장용 가이드를 포함한 실시간 포장 무게 측정 장치 개발 ${\circ}$ 포장 박스와 관계없이 용이하게 사용할 수 있는 쌈 채소 포장용 가이드 개발 ${\circ}$ 실시간 포장 무게를 측정하여 출하 무게에 도달하였을 때 생산담당자에게 부저를 통해 신호전달 2) 생산패턴 분석을 통한 생산관리 애플리케이션 개발 ${\circ}$ 생산 패턴을 파악하여 실시간 생산량을 BLE 통신을 통해 관리자 스마트 폰으로 통지 ${\circ}$ 포장용 지그, 스마트 스케일, 이동체 1식으로 구성하여 용이하게 하우스 이동 3) 센서 디바이스 개발 ${\circ}$ 각종 센서(온도, 습도, 조도 등)의 디바이스를 활용하여 주위환경 데이터 수집 ${\circ}$ 스마트 폰 등을 활용한 콘텐츠 개발 및 노동복지 환경조성(작업환경 개선)

농작업 자세 중에서 중량물을 반복적으로 들고 내리는 자세는 요통과 같은 근골격계 질환의 유발행위로 분류된다. 이는 인간공학적 유해요인 평가도구에 의해 위험도 별로 정량화 할 수 있다. 이러한 평가방법은 농작업 자세를 개선하여 근골격계 질환을 예방할 수 있다는 측면에서 매우 중요하다. 그러나 기존의 작업자세 부하 평가방법들은 동적 자세를 평가하는데 있어 어려움이 있을 뿐 만 아니라 평가 과정에서 관찰자의 주관성이 개입 될 수 있다는 한계점을 갖고 있다. 이에 본 연구에서는 중량물을 들고 내리는 동적 자세에서 발생하는 부하를 Energy expenditure를 이용하여 평가할 수 있는 시스템을 개발하는 것이다. Energy expenditure는 체중, 성별 등과 같은 작업자 관련 변수와 중량물의 무게, 들어 올리는 높이, 빈도수 등과 같은 작업환경 관련 변수를 이용하여 최대 산소소비량을 예측하는 방법이다. 본 연구에서 제안하는 작업자 및 작업환경 관련 변수를 자동 측정하는 시스템은 초음파 거리측정 센서와 깔창 형태의 센서를 이용하여 구성하였다. 이를 통해 남성(6명), 여성(6명)을 대상으로 20kg의 중량물을 들고 내리는 동작에서 발생하는 Energy expenditure 값을 산출하였고, 산소소비량 측정 장비를 통해 획득된 최대 산소소비량($VO_2$)과 비교하여 검증하였다. 여성을 대상으로 한 Energy expenditure 값과 최대 산소소비량 간 상관관계는 0.984로 나타났으며, 남성의 경우에는 0.998로 높은 상관관계를 보였다. 이와 같은 에너지 대사율 평가시스템은 연속적이고 반복적인 실제 농작업 자세 부하를 동적인 상태에서 평가할 수 있을 뿐 만 아니라 산소소비량 측정기와 같은 추가적인 장비가 필요하지 않아 현장 적용성이 뛰어 날 것으로 기대된다.

현대의 스마트폰 및 태블릿pc등을 가능하게 만든 집적 기술 중의 하나는 3차원 집적 회로(3D-IC)와 같은 패키징 기술이다. 이러한 첨단 3차원 집적 기술은 메모리집적을 통한 대용량 메모리 모듈 개발뿐만 아니라, 메모리와 프로세서의 집적, high-end FPGA, Back side imaging (BSI) 센서 모듈, MEMS 센서와 ASIC 집적, High Bright (HB) LED 모듈 등에 적용되고 있다. 3D-IC의 3차원 모듈 제작 시에는 기존에 발생하지 않았던 여러 가지 파괴 모드들이 발생하고 있는데 Thermal/Photonic Emission 장비 등 기존의 2차원 결함분리 (Fault Isolation) 기술로는 첨단의 3차원 적층 제품들에서 발생하는 불량을 비파괴적으로 혹은 3차원적으로 분리하는 것이 불가능하므로, 비파괴 3차원 결함 분리 기술은 향후 선행 제품 적기 개발에 매우 필수적인 기술이다. 본 연구는 3D-IC 반도체의 비파괴적 내부결함 검사를 위하여 가시광선-근적외선 대역(351nm~1770nm)의 InGaAs (Indium Galium Arsenide) 계열 영상검출기 (imaging detector)를 사용하여 분광 시스템 광학 설계를 통한 초분광 영상 기반 검출 모듈을 제작하였다. 제작된 초분광 영상 기반 검출 모듈을 이용하여 구리 회로 위에 실리콘 웨이퍼가 3단 적층 된 반도체 더미 샘플의 초분광 영상을 촬영하였으며, 촬영된 초분광 영상에 대하여 Chemometrics model 기반의 분석기술을 적용하여 실리콘 웨이퍼 내부의 집적 구조에 대한 검사가 가능함을 확인하였다.

우리나라에서는 수입 개방화 추세에 따라 공정한 유통질서 확립하고 국내 생산자와 소비자를 보호하기 위하여 원산지 표시제가 시행되고 있다. 그러나 수입 농산물과 국산 농산물의 큰 가격차이로 인하여 원산지를 허위 표시하는 경우가 증가하고 있다. 특히 쌀 관세화 전환 의무에 따른 수입산 쌀 증가하고 있으며 단립종과 중립종 수입산 쌀은 국내산 쌀과 외관이 유사하여 육안식별이 어려워 국내산 쌀로 둔갑할 우려가 있다. 이에 신속하고 비파괴적으로 쌀의 원산지를 판별할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 국내산 쌀과 중국산 쌀의 원산지를 신속하게 판별가능한 영상 처리기술을 개발하였다. 쌀은 국내에서 생산된 중립종 50점과 중국에서 생산된 단립종 및 중립종 51점이 수집되어 사용되었다. 쌀의 분광 영상은 초분광 가시광 및 근적외선 영상 시스템을 이용하여 측정하였다. 이 시스템은 할로겐-텅스텐 라인광, 시료 이송부, 초분광 영상 획득부로 구성되어 있다. 텅스텐-할로겐 라인광은 $15^{\circ}$ 각도로 대칭으로 시료에 조사되고 400 ~ 1000 nm 파장 영역의 반사광 영상 스펙트럼이 측정되었다. 초분광 영상 데이터는 광에 노출되지 않은 암실에서의 파장별 영상과 반사율이 99% 이상인 기준판의 파장별 영상을 이용하여 교정되었다. 부분최소제곱회귀법을 이용하여 쌀 원산지 판별모델 식을 개발하였고, 이 판별 모델식을 교정된 초분광 영상에 적용하여 영상처리 판별 모델을 개발하였다. 그 결과, 원산지 판별정확도가 97.4% 이상으로 나타났으며, 국내산과 중국산 쌀의 원산지 판별이 가능하였다.

방역 차량의 약액탱크, 차량의 연료, 워셔액 등의 탱크 내부에는 잔존량을 측정하기 위해 기둥과 floating box로 이루어진 부력식 수위레벨센서가 사용되고 있으나 액체레벨에 따라 float이 상하로 움직이는 측정원리상 차량 주행 중 정확성이 매우 떨어진다(Park et al. 2016). 방역차량이 주행 중 분사할 때, 슬로싱 현상과 방역소독기의 노즐과 펌프에서 발생하는 진동으로 인해 기존의 부력식 센서를 이용한 약제 살포량 측정방법은 정확성이 매우 떨어지는 경향이 있다. 본 연구의 목적은 방역차량이 주행하면서 분사할 때, 수위레벨 센서를 이용한 약제살포량 측정의 정확성을 개선하는 것으로 디지털 칼만필터, Low pass filter와 댐퍼를 제작하여 이용했다. 본 연구에서는 압력식 레벨센서를 이용해 약액탱크의 높이당 단면적과 수위를 측정하여 약제살포량을 계산했다. Python 2.7을 이용해 디지털 칼만필터와 Low pass filter(LPF)를 구현하였으며 3D프린터를 이용해 댐퍼를 제작했다. 실내에서 슬로싱 현상을 인공적으로 만들어 필터와 댐퍼의 수위 측정 정확성 개선효과를 확인 후 실제 방역차량에 부착하여 비포장도로에서 주행하면서 분사할 때 필터와 댐퍼의 효과를 확인하였다. 댐퍼의 공극률(p)을 바꿔가며 수위 측정 정확성 개선효과를 확인하였다. 실내, 현장 실험 결과, 칼만필터가 LPF보다 개선효과가 더 크지만 데이터 50개 처리에 1.71초의 시간지연이 발생했다. 댐퍼는 수위센서를 고정시키고 유체의 운동을 방해하여 이상치와 큰 오차제거에 효과적이었다. 칼만필터와 댐퍼를 동시에 이용할 경우, 수위 측정정확성 $R^2$는 0.9985, 0.9981로 ${\pm}4.3cm$의 범위내에서 수위를 측정할 수 있었다. 필터의 시간지연과 수위 측정정확성을 고려하여 데이터 기록간격을 3초로 설정하면 ${\pm}3cm$이내에서 약탱크 내 수위를 측정할 수 있었다. 공극률(p)가 0.294, 0.291, 0.17에서 측정정확성 $R^2$는 각각 0.9897, 0.9858, 0.9872 로 p가 0.294에서 개선효과가 가장 좋았으나 개선효과의 차이는 크지 않았다.

본 논문은 생산라인 자동화를 위한 로봇으로 제조업 시장 확대에 가장 큰 걸림돌이 되는 가격 경쟁력 및 인력난 해소를 위해 설계하였으며 다양한 소재에 대응하기 위해 그리퍼를 교체하여 적용이 되도록 하였다. 자동화를 위한 로봇은 소재의 내외경 가공 및 검사까지 모든 공정이 일괄적으로 이루어 져야하며 LCD 모니터에 생산수량 및 불량률 등의 정보를 실시간으로 나타내어 효율적인 생산계획을 수립할 수 있도록 하였다. 생산라인 자동화를 위해 로봇의 설계는 Auto CAD를 이용하였다. 부품의 가공은 CNC에 적용하기 위해 자동공급장치를 설계하였다. 가공이 완료된 후 측정한 값을 LCD모니터를 통하여 작업자가 알아볼 수 있게 나타냈다. 외경 1은 40.405, 외경2는 32.201, 내경 1은 23.346, 내경 2는 34.302로 나타났다. 측정결과 불량 측정을 위해 측정부의 결과 값이 나타나며 불량이 발생하면 그래프를 이용하여 어떤 부위에서 발생했는지를 알 수 있도록 하였다. 또한 결과 값은 자동으로 저장되도록 하였다. 생산라인 자동화를 위해 100EA를 측정한 결과 외경 1은 40.40438, 외경2는 32.20164, 내경 1은 23.34830 내경 2는 34.30033의 평균값을 나타냈다. 측정값의 검증은 하이트게이지로 측정한 결과 0.003 이내의 결과를 나타냈다. 따라서 본 로봇 자동화 시스템을 적용한다면 생산성 향상 및 불량률 감소가 가능하여 인력대체 및 가격경쟁력이 가능하다고 판단된다.

조립라인에서 볼트의 수량을 정확하게 검출하는 장치는 작업속도의 향상 및 불량발생을 줄이기 위해 필요한 것이다. 현재 조립에 필요한 수량을 작업자의 시각에 의해 파악하고 있기 때문에 작업시간이 증가되고 있으며 특히 조립 과정 중 작업자의 실수로 볼트가 제품의 내부에 침투하여 제품의 소음, 성능저하 및 수명단축을 초래하고 있다. 본 연구에서는 작업자의 편의성 및 조립속도 향상을 위해 볼트를 감지하여 자동으로 수량을 검출하는 장치를 개발하였다. 볼트의 특성에 따라 볼트 선별부의 치수를 수정하면 되도록 하였다. 조립라인의 생산성을 향상시키기 위한 설계는 Auto CAD를 이용하였다. 조립라인의 공간 효율 증가를 위하여 볼트 수량 검출기의 가로${\times}$세로의 크기를 최소로 하여 $220{\times}360{\times}1170mm$로 설계하였다. 받침대는 $60{\times}60$ 프로파일을 이용하였고 다른 구성 부품은 SUS304 재질을 가공하여 조립하였다. 실험은 실험구 마다 100회 측정하여 평균값을 나타냈으며, 소수점은 시스템에 영향이 없기 때문에 절사하였다. Test 19-27 구간이 배출부가 가장 적게 구동하는 것으로 나타났다. 정렬부의 각도가 10, $15^{\circ}$의 경우는 볼트와 배출부의 마찰력이 증가하여 구동횟수가 증가한 것으로 판단된다. $20^{\circ}$이상의 각도에서는 볼트가 배출부에 안착하기 전에 하강하기 때문에 반복횟수가 증가한 것으로 판단된다. 따라서 최적의 정렬부 각도는 $20^{\circ}$로 나타났다. 볼트의 지름이 3, 5, $7{\phi}$ 일 때 정렬부의 각도에 따른 정렬부의 반복횟수에 대한 결과 값을 한 결과 $20^{\circ}$에서 정렬부의 구동횟수가 가장 적은 것 으로 나타났다. 정렬부의 각도가 큰 경우 구동에 의한 볼트와의 운동에너지의 증가로 반복횟수가 증가한 것으로 판단된다.

본 연구는 인력을 이용한 품질검사를 수행하고 있는 현장에서 불량 및 품질에 대한 신뢰성이 떨어지고 있는 현상을 해소하기 위해 자동으로 평면도를 측정하고자 하였다. 설계는 Auto CAD를 이용하였다. 평면도 측정기의 크기는 가로${\times}$세로${\times}$높이를 $1000{\times}600{\times}1800mm$로 하였다. 프레임은 $60{\times}60$ 프로파일을 이용하였고 다른 구성 부품은 SUS304 재질을 이용하였다. 측정대상을 올려놓은 상태에서 녹색 버튼을 누루면 작동되도록 되어 있다. 그림 8은 측정결과를 나타낸 것이다. 측정기는 국내업체인 데바의 모델명 EA-20N의 Air Micrometer을 사용하였으며 측정핀의 위치는 조정이 가능하도록 하였다. 평면도 측정 중 설정치수와 같이 않으면 NG 명령과 함께 부저가 울리도록 프로그램하였다. 불량이 발생하면 그림 8과 같이 나타났다. 불량 측정을 위해 측정부의 결과 값이 나타나며 불량이 발생하면 어느 위치에서 불량이 발생했는지를 알 수 있도록 하였다. 또한 결과 값은 자동으로 저장되도록 하였다. 품질확보를 위해 100EA를 측정한 결과 0.00258, 0.00259, 0.00259, 0.00263, 0.00251, 0.00286, 0.00275의 평균값을 나타냈다. 측정값의 검증은 하이트게이지로 측정한 결과 0.002 이내의 결과를 나타냈다. 따라서 본 평면도 측정기를 이용한다면 생산성 향상이 가능하여 가격경쟁력이 있다고 판단된다.

본 연구에서는 비례제어밸브를 이용한 자율주행 트랙터 조향 시스템 제어를 위하여 저가의 임베디드 시스템을 사용한 제어기를 개발하였다. 차륜의 조향각 측정을 위하여 전륜 킹핀에 포텐시오미터를 설치하였으며, 비례제어밸브는 -10 ~ +10V의 전압으로 밸브 스풀의 위치제어를 수행하도록 하였다. 조향각 측정과 비례제어밸브의 위치제어를 위하여 각각에 AT90CAN128 AVR보드를 사용하였으며, CAN통신으로 조향각 데이터가 비례제어밸브 제어용 데이터로 전송될 수 있도록 하였다. 비례제어밸브 제어 보드에는 DAC기능을 추가하였으며 0 ~ 5V의 출력을 -10 ~ +10V의 전압으로 변환해 주는 인터페이스회로를 추가하였다. 일반적으로 GPS 등의 데이터 수신율이 20 Hz인 점을 감안하여 비례제어 밸브는 50 ms의 주기로 P-제어를 수행할 수 있도록 하였다. 향후 트랙터의 방향각을 설정하는 또 하나의 시스템으로부터 목표 조향각을 부여받는 것을 가상하여 별도의 MCU를 통해 목표 조향각을 송신한 후, 조향 유압실린더에 의한 전륜의 조향각 시간 응답 특성을 조사하였다. 실험은 트랙터의 전륜을 지면으로부터 들어올린 무 부하 상태에서 진행하였으며, 목표 조향각은 $7.5^{\circ}$, $15.0^{\circ}$, $22.5^{\circ}$ 등 3단계로 변경하며 시간응답 특성을 측정하였다. 최대 오버슈트 11%, 최소 오버슈트 8.6%, 정상상태 오차 약 $0.825^{\circ}$, 시정수(Time Constant)는 3단계의 목표 조향각 설정에서 각각 0.706초, 0.488초, 0.38초로 나타났다.

본 연구에서는 농작업지내 모서리 점을 이용하여 자율주행 트랙터의 경로점을 생성하는 알고리즘을 개발하였다. 작업지는 직사각형의 형태에서 거리가 긴 방향으로 직선주행 경로로 하고, 직선경로의 수는 작업폭에 의해 결정되며 홀수 또는 짝수 개일 수 있다. 또한 TM좌표계에서 직선주행 경로의 기울기는 양수 또는 음수 일 수 있으며, 선회시 전체적으로 좌회전 또는 우회전하는 경우로 구분하여, 즉 총 8가지의 경우에 대하여 조건이 주어지면 경로점을 구할 수 있도록 프로그램하였다. 선회를 위한 곡선경로 생성에는 트랙터의 최소 회전반경 데이터를 사용하였으며, 이때 새로 진입할 다음 경로가 충분히 떨어져 있는 경우에는 선회 구간에서도 직선 경로 구간이 생길 수 있음을 고려하였다. 한 주기의 경로점은 직선 경로 구간의 시작점과 끝점, 선회 구간의 시작점과 끝점, 다음 직선경로로 진입을 위해 선회하기 직전까지의 직선 구간에 대한 시작점과 끝점 등 6가지의 경우로 구분할 수 있다. 이때 어떤 끝점 경로점은 다음 조작 구간의 시작점 경로점이 되므로 최종적인 경로점 데이터는 4개가 된다. 여기서, 첫 번째 경로점 생성에서는 직선구간 진입을 위한 선회구간의 시작점과 끝점은 제외하였으며, 작업지로 진입할 수 있는 입구와 출구는 동일한 것으로 가정하여, 작업이 완료되는 지점에서 선회하여 다시 출발점으로 돌아올 수 있도록 추가 구성하였다. 실제 상황에서는 직선주행 경로의 수가 정수가 되지 않을 수 있으며, 이때는 작업 구간이 약간씩 오버랩되도록 작업폭을 조정하여 경로의 수가 항상 정수가 되도록 하였다. 알고리즘 평가에 사용된 작업 패턴은 관행적인 방법으로서 작업 포장을 반으로 나누어 8자형 패턴을 이용하였다.

Root is an important organ of plant that typically lies below the surface of the soil. Root surface determines the ability of plants to absorb nutrient and water from the surrounding soil. This study describes an application of image processing and computer vision which was implemented for rapid measurement of seed germination such as root length, surface area, average diameter, branching points of roots. A CCD camera was used to obtain RGB image of seed germination which have been planted by wet paper in a humidity chamber. Temperature was controlled at approximately 250C and 90% relative humidity. Pre-processing techniques such as color space, binarized image by customized threshold, removal noise, dilation, skeleton method were applied to the obtained images for root segmentation. The various morphological parameters of roots were estimated from a root skeleton image with the accuracy of 95% and the speed of within 10 seconds. These results demonstrated the high potential of computer vision technique for the measurement of seed germination.

최근 애플망고 스마트 농가에 에너지 사용량이 증가됨에 따라 에너지 절감을 위한 대책들과 화석연료를 대체하는 다양한 신재생에너지 도입에 대한 요구들이 늘고있다. 본 연구에서는 애플망고 스마트 농가에 여러 에너지원들을 혼합하여 사용할 수 있도록 실증시험 모델을 구축하고 운영함으로써 그 효용성을 검토하고자 하였다. 우선 애플망고 특성을 고려한 비닐온실의 최대 냉난방부하량과 에너지모델을 분석하여 신재생 에너지원들의 혼합 및 기존 공조설비와의 연계를 계산하였다. 애플망고 시험 농지로는 재배에 적합한 제주도 서귀포를 선정하였으며, 기존의 경유 난방기를 사용하는 비교시험 하우스, 기존의 경유와 태양광, 지하 공기 히트펌프 난방기를 혼합하여 사용하는 실증시험 하우스, 경유와 지하공기 히트펌프 난방기를 사용하는 대조시험 하우스를 10~11월 두 달간 운영하여 그 결과들을 평가하였다. 온실 내외부에 온도, 습도, CO2를 측정할 수 있는 6점의 센서부들을 설치하였고, 적산 전력계와 유량계를 설치하여 데이터를 수집하였으며, 모든 시험 데이터는 모바일 원격으로 제어 및 모니터링이 가능하도록 구성하였다. 시험 결과, 각 하우스들에서 수확한 과실의 수량과 품질은 유사하게 평가되었지만, 실증시험 하우스의 난방비가 비교시험 하우스보다 절감되었다. 하지만 실증시험 하우스의 경우 높은 시설유지비로 인해 이를 고려한 사용료는 비교시험 하우스보다 더 비싸게 평가되었다. 본 연구를 통해 생산된 잉여전력을 매전할 때 이로 인한 이용비는 비교시험 하우스보다 더 경제적임을 확인할 수 있었다. 또한 기존의 경유와 지하공기 히트펌프 난방기를 혼합한 대조시험 하우스의 난방비용이 경제성에서 더 유리함을 알 수 있었다. 따라서 본 연구를 통해 애플망고 스마트 농가에 적합한 에너지-믹스 모델을 구축할 수 있었으며, 다양한 신재생에너지들의 효용성들을 검토할 수 있었다.

Most crop damages have been occurred by vermin(e.g., wild birds and herbivores) during the period between seeding and the cotyledon level. In this study, to minimize the damage by vermin and acquire the benefits such as protection against weeds and maintenance of water content in soil, immediately vinyl mulching after seeding was devised. Vinyl mulching has been generally covered with black color vinyl, that crop seeding locations cannot be detected by visible light range. Before punching vinyl, non-contact and non-destructive methods that can continuously determine the locations are necessary. In this study, a crop position detection method was studied that uses infrared thermal image sensor to determine the cotyledon position under vinyl mulch. The moving system for acquiring image arrays has been developed for continuously detecting crop locations under plastic mulching on the field. A sliding mechanical device was developed to move the sensor, which were arranged in the form of a linear array, perpendicular to the array using a micro-controller integrated with a stepping motor. The experiments were conducted while moving 4.00 cm/s speed of the IR sensor by the rotational speed of the stepping motor based on a digital pulse width modulation signal from the micro-controller. The acquired images were calibrated with the spatial image correlation. The collected data were processed using moving averaging on interpolation to determine the frame where the variance was the smallest in resolution units of 1.02 cm. For this study, the spline method was relatively faster than the other polynomial interpolation methods, because it has a lower maximum order of formulation when using a system such as the tridiagonal linear equation system which provided the capability of real-time processing. The temperature distribution corresponding to the distance between the crops was 10 cm, and the more clearly the leaf pattern of the crop was visually confirmed. The frequency difference was decreased, as the number of overlapped pixels was increased. Also the wave pattern of points where the crops were recognized were reduced.

To minimize the damage by wild birds and acquire the benefits such as protection against weeds and maintenance of water content in soil, the mulching black color vinyl after seeding should be carried out. Non-contact and non-destructive methods that can continuously determine the locations are necessary. In this study, a crop position detection method was studied that uses infrared thermal image sensor to determine the cotyledon position under vinyl mulch. The moving system for acquiring image arrays has been developed for continuously detecting crop locations under plastic mulching on the field. A sliding mechanical device was developed to move the sensor, which were arranged in the form of a linear array, perpendicular to the array using a micro-controller integrated with a stepping motor. The experiments were conducted while moving 4.00 cm/s speed of the IR sensor by the rotational speed of the stepping motor based on a digital pulse width modulation signal from the micro-controller. The acquired images were calibrated with the spatial image correlation. The collected data were processed using moving averaging on interpolation to determine the frame where the variance was the smallest in resolution units of 1.02 cm. Non-linear integral interpolation was one of method for analyzing the frequency using the normalization image and then arbitrarily increasing the limited data value of $16{\times}4pixels$ in one frame. It was a method to relatively reduce the size of overlapping pixels by arbitrarily increasing the limited data value. The splitted frames into 0.1 units instead of 1 pixel can propose more than 10 times more accurate and original method than the existing correction method. The non-integral calibration method was conducted by applying the subdivision method to the pixels to find the optimal correction resolution based on the first reversed frequency. In order to find a correct resolution, the expected location of the first crop was indicated on near pixel 4 in the inversion frequency. For the most optimized resolution, the pixel was divided by 0.4 pixel instead of one pixel to find out where the lowest frequency exists.

비닐포장 하부에 위치한 콩의 생장 초기에 발생한 초엽을 인식하기 위한 연구를 수행중이다. 선행 연구에서 비닐포장에 접촉한 콩 초엽으로 인해 비닐포장 상부 표면의 열 반응 분포에 변화가 있음을 발견하였다. 현장에서 주행 중에 콩 초엽의 위치를 실시간으로 인식하고 연동된 선형 또는 회전형 엑츄에이터를 제어하여 정확한 위치에 천공을 수행하기 위해서는 계측 시스템과 제어 시스템간의 시간적 차이를 최소할 수 있는 실시간 신호 처리 기술이 필수적이다. 선행 연구에서 사용한 다중 IR 센서의 분해능은 $16{\times}4pixel$이며 주파수는 3 Hz로, 폭이 30cm 내외인 비닐포장 상부의 정밀 분석에 한계가 있음을 발견하였다. 이를 해결하기 위하여 분해능과 계측 주기를 개선할 수 있는 초소형 ($1cm{\times}1cm{\times}1cm$) 열화상 센서를 이용하였다. LWIR(Longwave infrared)영역에 해당하는 $8{\mu}m{\sim}14{\mu}m$의 영역에서 $0.05^{\circ}C$의 분해능을 보이는 $ Lepton^{TM}$ (500-0690-00, FLIR, Goleta, CA)모델을 사용하였다. 프레임당 $80{\times}60$ 픽셀의 정보가 2 Byte의 단위로 계측이 되며 9 Hz의 주파수로 대상면의 열 분포를 측정할 수 있다. 이론적으로 초당 정보 전송량은 86,400 Byte ($80{\times}60{\times}2{\times}9$)이며, 1 m를 진행하는 주행형 천공기에 적용할 경우 1 프레임당 10cm 정도의 면적을 측정하므로, 최대 위치 판정 분해능은 약 10 cm / 60 pixel = 0.17 cm/pixel로 상대적으로 정밀한 위치 판별이 가능하다. $80{\times}60{\times}2Byet$의 정보를 0.1초 이내에 분석해야 하는 기술적 과제를 해결하기 위하여 천공 작업기에 적합한 상용 SBC(Single board computer)의 클럭 속도(1 Ghz)로 처리 가능한 공간 분포 분석 알고리즘을 개발하였다. 전체 이미지 도메인을 한 번에 분석하는데 소요되는 시간을 최소화하기 위하여 공간정보 행렬을 균등히 배분하고 별도의 프로세서에서 Feature를 분석한 후 개별 프로세서의 결과를 경합식으로 판정하는 기술을 연구하였다. 오픈 소스인 MPICH(www.mpich.org) 라이브러리를 이용하여 개발한 신호 분석 프로그램을 클러스터링으로 연동된 개별 코어에 설치/수행 하였다. 2D 행렬인 열분포 정보를 공간적으로 균등 분배하여 개별 코어에서 행렬의 Spatial domain analysis를 수행하였다. $20{\times}20$의 클러스터링 단위를 이용할 경우 총 12개의 코어가 필요하였으며, 초당 10회의 연산이 가능함을 확인하였다. 병렬 클러스터링 기술을 이용하여 1m/s 내외의 주행 속도에 대응이 가능한 비닐포장 상부 열 분포 분석 시스템을 구현하였다.

스마트 시설환경은 대표적으로 원예, 축산 분야 등 여러 형태의 농업현장에 정보 통신 및 데이터 분석 기술을 도입하고 있는 시설화된 생산 환경이라 할 수 있다. 근래에 하드웨어적으로 급증한 스마트 시설환경에서 생산되는 방대한 생육/환경 데이터를 올바르고 적합하게 사용하기 위해서는 일반 산업 현장과는 차별화 된 분석기법이 요구된다고 할 수 있다. 소프트웨어 공학 분야에서 연구된 빅데이터 처리 기술을 기계적으로 농업 분야의 빅데이터에 적용하기에는 한계가 있을 수 있다. 시설환경 내/외부의 다양한 환경 변수는 시계열 데이터의 난해성, 비가역성, 불특정성, 비정형 패턴 등에 기인하여 예측 모델 연구가 매우 난해한 대상이기 때문이라 할 수 있다. 본 연구에서는 근래에 관심이 급증하고 있는 인공신경망 연구 소프트웨어인 Tensorflow (www.tensorflow.org)와 대표적인 Open source인 OpenNN (www.openn.net)을 스마트 시설환경 환경변수 상호간 상관성 분석에 응용하였다. 해당 소프트웨어 라이브러리의 운영환경을 살펴보면 Tensorflow 는 Linux(Ubuntu 16.04.4), Max OS X(EL capitan 10.11), Windows (x86 compatible)에서 활용가능하고, OpenNN은 별도의 운영환경에 대한 바이너리를 제공하지 않고 소스코드 전체를 제공하므로, 해당 운영환경에서 바이너리 컴파일 후 활용이 가능하다. 소프트웨어 개발 언어의 경우 Tensorflow는 python이 기본 언어이며 python(v2.7 or v3.N) 가상 환경 내에서 개발이 수행이 된다. 주의 깊게 살펴볼 부분은 이러한 개발 환경의 제약으로 인하여 Tensorflow의 주요한 장점 중에 하나인 고속 연산 기능 수행이 일부 운영 환경에 국한이 되어 제공이 된다는 점이다. GPU(Graphics Processing Unit)의 제공하는 하드웨어 가속기능은 Linux 운영체제에서 활용이 가능하다. 가상 개발 환경에 운영되는 한계로 인하여 실시간 정보 처리에는 한계가 따르므로 이에 대한 고려가 필요하다. 한편 근래(2017.03)에 공개된 Tensorflow API r1.0의 경우 python, C++, Java언어와 함께 Go라는 언어를 새로 지원하여 개발자의 활용 범위를 매우 높였다. OpenNN의 경우 C++ 언어를 기본으로 제공하며 C++ 컴파일러를 지원하는 임의의 개발 환경에서 모두 활용이 가능하다. 특징은 클러스터링 플랫폼과 연동을 통해 하드웨어 가속 기능의 부재를 일부 극복했다는 점이다. 상기 두 가지 패키지를 이용하여 2016년 2월부터 5월 까지 충북 음성군 소재 딸기 온실 내부에서 취득한 온도, 습도, 조도, CO2에 대하여 Large-scale linear model을 실험적(시간단위, 일단위, 주단위 분할)으로 적용하고, 인접한 세그먼트의 환경변수 예측 모델링을 수행하였다. 동일한 조건의 학습을 수행함에 있어, Tensorflow가 개발 소요 시간과 학습 실행 속도 측면에서 매우 우세하였다. OpenNN을 이용하여 대등한 성능을 보이기 위해선 병렬 클러스터링 기술을 활용해야 할 것이다. 오프라인 일괄(Offline batch)처리 방식의 한계가 있는 인공신경망 모델링 기법과 현장 보급이 불가능한 고성능 하드웨어 연산 장치에 대한 대안 마련을 위한 연구가 필요하다.

자동화 기술을 통한 한국형 스마트팜의 발전이 비약적으로 이루어지고 있는 가운데 무인화를 위한 지능적인 스마트 시설환경 관찰 및 분석에 대한 요구가 점점 증가 하고 있다. 스마트 시설환경에서 취득 가능한 시계열 데이터는 온도, 습도, 조도, CO2, 토양 수분, 환기량 등 다양하다. 시스템의 경계가 명확함에도 해당 속성의 특성상 타임도메인과 공간도메인 상에서 정확한 추정 또는 예측이 난해하다. 시설 환경에 접목이 증가하고 있는 지능형 관리 기술 구현을 위해선 시계열 공간 데이터에 대한 신속하고 정확한 정량화 기술이 필수적이라 할 수 있다. 이러한 기술적인 요구사항을 해결하고자 시도되는 다양한 방법 중에서 공간 분해능 향상을 위한 다지점 계측 메트릭스를 실험적으로 구성하였다. $50m{\times}100m$의 단면적인 연동 딸기 온실을 대상으로 $3{\times}3{\times}3$의 3차원 환경 인자 계측 매트릭스를 설치하였다. 1 Hz의 주기로 4가지 환경인자(온도, 습도, 조도, CO2)를 계측하였으며, 계측 하는 시점과 동시에 병렬적으로 공간통계법을 이용하여 미지의 지점에 대한 환경 인자들을 실시간으로 추정하였다. 선행적으로 50 cm 공간 분해능에 대응하기 위하여 Kriging interpolation법을 횡단면에 대하여 분석한 후 다시 종단면에 대하여 분석하였다. 3 Ghz에 해당하는 연산 능력을 보유한 컴퓨터에서 1초 동안 획득한 데이터에 대한 분석을 마치는데 소요되는 시간이 15초 내외로 나타났다. 이는 해당 알고리즘의 매우 높은 시간 복잡도(Order of $O=O^3$)에 기인하는 것으로 다양한 시설 환경의 관리 방법론에 적절히 대응하기에 한계가 있다 할 수 있다. 실시간으로 시간 복잡도가 높은 연산을 수행하기 위한 기술적인 과제를 해결하고자, 근래에 관심이 증가하고 있는 NVIDIA 사에서 제공하는 CUDA 엔진과 Apple사의 제안을 시작으로 하여 공개 소프트웨어 개발 컨소시엄인 크로노스 그룹에서 제공하는 OpenCL 엔진을 비교 분석하였다. CUDA 엔진은 GPU(Graphics Processing Unit)에서 정보 분석 프로그램의 연산 집약적인 부분만을 담당하여 신속한 결과를 산출할 수 있는 라이브러리이며 해당 하드웨어를 구비하였을 때 사용이 가능하다. 반면, OpenCL은 CUDA 엔진이 특정 하드웨어에서 구동이 되는 한계를 극복하고자 하드웨어에 비의존적인 라이브러리를 제공하는 것이 다르며 클러스터링 기술과 연계를 통해 낮은 하드웨어 성능으로 인한 단점을 극복하고자 하였다. 본 연구에서는 CUDA 8.0(https://developer.nvidia.com/cuda-downloads)버전과 Pascal Titan X(NVIDIA, CA, USA)를 사용한 방법과 OpenCL 1.2(https://www.khronos.org/opencl/)버전과 Samsung Exynos5422 칩을 장착한 ODROID-XU4(Hardkernel, AnYang, Korea)를 사용한 방법을 비교 분석하였다. 50 cm의 공간 분해능에 대응하기 위한 4차원 행렬($100{\times}200{\times}5{\times}4$)에 대하여 정수 지수화를 위한 Quantization을 거쳐 CUDA 엔진과 OpenCL 엔진을 적용한 비교한 결과, CUDA 엔진은 1초 내외, OpenCL 엔진의 경우 5초 내외의 연산 속도를 보였다. CUDA 엔진의 경우 비용측면에서 약 10배, 전력 소모 측면에서 20배 이상 소요되었다. 따라서 우선적으로 OpenCL 엔진 기반 하드웨어 가속 기술 최적화 연구를 통해 스마트 시설환경 실시간 시뮬레이션 기술 도입을 위한 기술적 과제를 풀어갈 것이다.

스마트 시설환경의 제어 요소는 난방기, 창 개폐, 수분/양액 밸브 개폐, 환풍기, 제습기 등 직접적으로 시설환경의 조절에 관여하는 인자와 정보 교환을 위한 통신, 사용자 인터페이스 등 간접적으로 제어에 관련된 요소들이 복합적으로 존재한다. PID 제어와 같이 하는 수학적 논리를 바탕으로 한 제어와 전문 관리자의 지식을 기반으로 한 비선형 학습 모델에 의한 제어 등이 공존할 수 있다. 이러한 다양한 요소들을 복합적으로 연동시키기 위해선 기존의 시퀀스 기반 제어 방식에는 한계가 있을 수 있다. 관행의 방식과 같이 시계열 상에서 획득한 충분한 데이터를 이용하여 제어의 양과 시점을 결정하는 방식은 예외 상황에 충분히 대처하기 어려운 단점이 있을 수 있다. 이러한 예외 상황은 자연적인 조건의 변화에 따라 불가피하게 발생하는 경우와 시스템의 오류에 기인하는 경우로 나뉠 수 있다. 본 연구에서는 실시간으로 변하는 시설환경 내의 다양한 환경요소를 실시간으로 분석하고 상응하는 제어를 수행하여 수학적이며 예측 가능한 논리에 의해 준비된 제어시스템을 보완할 방법을 연구하였다. 과거의 고성능 컴퓨팅(HPC; High Performance Computing)은 다수의 컴퓨터를 고속 네트워크로 연동하여 집적적으로 연산능력을 향상시킨 기술로 비용과 규모의 측면에서 많은 투자를 필요로 하는 첨단 고급 기술이었다. 핸드폰과 모바일 장비의 발달로 인해 소형 마이크로프로세서가 발달하여 근래 2 Ghz의 클럭 속도에 이르는 어플리케이션 프로세서(AP: Application Processor)가 등장하기도 하였다. 상대적으로 낮은 성능에도 불구하고 저전력 소모와 플랫폼의 소형화를 장점으로 한 AP를 시설환경의 실시간 제어에 응용하기 위한 방안을 연구하였다. CPU의 클럭, 메모리의 양, 코어의 수량을 다음과 같이 달리한 3가지 시스템을 비교하여 AP를 이용한 마이크로 클러스터링 기술의 성능을 비교하였다.1) 1.5 Ghz, 8 Processors, 32 Cores, 1GByte/Processor, 32Bit Linux(ARMv71). 2) 2.0 Ghz, 4 Processors, 32 Cores, 2GByte/Processor, 32Bit Linux(ARMv71). 3) 1.5 Ghz, 8 Processors, 32 Cores, 2GByte/Processor, 64Bit Linux(Arch64). 병렬 컴퓨팅을 위한 개발 라이브러리로 MPICH(www.mpich.org)와 Open-MP(www.openmp.org)를 이용하였다. 2,500,000,000에 이르는 정수 중 소수를 구하는 연산에 소요된 시간은 1)17초, 2)13초, 3)3초 이었으며, $12800{\times}12800$ 크기의 행렬에 대한 2차원 FFT 연산 소요시간은 각각 1)10초, 2)8초, 3)2초 이었다. 3번 경우는 클럭속도가 3Gh에 이르는 상용 데스크탑의 연산 속도보다 빠르다고 평가할 수 있다. 라이브러리의 따른 결과는 근사적으로 동일하였다. 선행 연구에서 획득한 3차원 계측 데이터를 1초 단위로 3차원 선형 보간법을 수행한 경우 코어의 수를 4개 이하로 한 경우 근소한 차이로 동일한 결과를 보였으나, 코어의 수를 8개 이상으로 한 경우 앞선 결과와 유사한 경향을 보였다. 현장 보급 가능성, 구축비용 및 전력 소모 등을 종합적으로 고려한 AP 활용 마이크로 클러스터링 기술을 지속적으로 연구할 것이다.

구글에서 공개한 Tensorflow를 이용한 여러 학문 분야의 연구가 활발하다. 농업 시설환경을 대상으로 한 빅데이터의 축적이 증가함과 아울러 실효적인 정보 획득을 위한 각종 데이터 분석 및 마이닝 기법에 대한 연구 또한 활발한 상황이다. 한편, 타 분야의 성공적인 심층학습기법 응용사례에 비하여 농업 분야에서의 응용은 초기 성장 단계라 할 수 있다. 이는 농업 현장에서 취득한 정보의 난해성 및 완성도 높은 생육/환경 모델링 정보의 부재로 실효적인 전과정 처리 기술 도출에 소요되는 시간, 비용, 연구 환경이 상대적으로 부족하기 때문일 것이다. 특히, 센서 기반 데이터 취득 기술 증가에 따라 비약적으로 방대해진 수집 데이터를 시간 복잡도가 높은 심층 학습 모델링 연산에 기계적으로 단순 적용할 경우 시간 효율적인 측면에서 성공적인 결과 도출에 애로가 있을 것이다. 매우 높은 시간 복잡도를 해결하기 위하여 제시된 하드웨어 가속 기능의 경우 일부 개발환경에 국한이 되어 있다. 일례로, 구글의 Tensorflow는 오픈소스 기반 병렬 클러스터링 기술인 MPICH를 지원하는 알고리즘을 공개하지 않고 있다. 따라서, 본 연구에서는 심층학습 기법 연구에 있어서, 예상 가능한 다양한 자원을 활용하여 최대한 연산의 결과를 빨리 도출할 수 있는 하드웨어적인 접근 방법을 모색하였다. 호스트에서 수행하는 일방적인 학습 알고리즘과 달리 이기종간 심층 학습이 가능하기 위해선 우선, NFS(Network File System)를 이용하여 데이터 계층이 상호 연결이 되어야 한다. 이를 위해서 고속 네트워크를 기반으로 한 NFS의 이용이 필수적이다. 둘째로 제한된 자원의 한계를 극복하기 위한 메모 공유 라이브러리가 필요하다. 셋째로 이기종간 프로세서에 최적화된 병렬 처리용 컴파일러를 이용해야 한다. 가장 중요한 부분은 이기종간의 처리 능력에 따른 작업을 고르게 분배할 수 있는 작업 스케쥴링이 수행되어야 하며, 이는 처리하고자 하는 데이터의 형태에 따라 매우 가변적이므로 해당 데이터 도메인에 대한 엄밀한 사전 벤치마킹이 수행되어야 한다. 이러한 요구조건을 대부분 충족하는 Open-CL ver1.2(https://www.khronos.org/opencl/)를 이용하였다. 최신의 Open-CL 버전은 2.2이나 본 연구를 위하여 준비한 4가지 이기종 시스템에서 모두 공통적으로 지원하는 버전은 1.2이다. 실험적으로 선정된 4가지 이기종 시스템은 1) Windows 10 Pro, 2) Linux-Ubuntu 16.04.4 LTS-x86_64, 3) MAC OS X 10.11 4) Linux-Ubuntu 16.04.4 LTS-ARM Cortext-A15 이다. 비교 분석을 위하여 NVIDIA 사에서 제공하는 Pascal Titan X 2식을 SLI로 구성한 시스템을 준비하였다. 개별 시스템에서 별도로 컴파일 된 바이너리의 이름을 통일하고, 개별 시스템의 코어수를 동일하게 균등 배분하여 100 Hz의 데이터로 입력이 되는 온도 정보와 조도 정보를 입력으로 하고 이를 습도정보에 Linear Gradient Descent Optimizer를 이용하여 Epoch 10,000회의 학습을 수행하였다. 4종의 이기종에서 총 32개의 코어를 이용한 학습에서 17초 내외로 연산 수행을 마쳤으나, 비교 시스템에서는 11초 내외로 연산을 마치는 결과가 나왔다. 기보유 하드웨어의 적절한 활용이 가능한 심층학습 기법에 대한 연구를 지속할 것이다

모돈은 교배, 임신, 분만, 포유, 이유를 순환적 반복을 요구하는 개체로서 스마트 농장 시스템의 생산성 향상에 있어서 중요한 요소이다. 본 연구에서는 모돈 능력의 극대화 및 최적의 시스템 관리를 위해서 초음파 센서를 활용한 모돈의 지제 이상 징후를 실시간으로 계측할 수 있는 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 높이에 따라 상-중-하(30 cm 간격), 위치에 따라 전면부-후면부에 초음파 센서를 설치하고 이를 마이크로 컨트롤러에 연결하여 모돈의 지제 이상 유무 측정이 가능하도록 하였다. 모돈의 체형과 위치를 고려하여 설치된 초음파 센서의 위치 조절이 가능하도록 하였다. 또한 소형 LCD 모듈을 내장하여 실시간 모니터링이 가능하도록 하였으며, 측정된 데이터는 저장장치인 microSD 카드에 저장되도록 하였다. 모돈사의 환경을 고려하여 방밀형 구조로 하우징 마감하였다. 이 모돈 지체 이상 분석 시스템에 사용된 툴은 C언어를 이용하였다. 건강한 모돈을 대상으로 모돈의 지제의 관찰을 위하여 총 12회의 현장 실증실험이 수행되었으며, 현장 실증 시험 중 소요된 시간은 현장의 상황에 따라 다소 상이하였다 (8시간-28일). 높이 상에 위치한 전면부 및 후면부 초음파 센서 모두에서 모돈이 검출이 된 경우 정상 기립으로 간주하였고, 높이 상에 위치한 전면-후면부 초음파 센서 모두에서 모돈이 검출이 되지 않은 경우 정상적으로 누워 있는 걸로 간주하였다. 높이 하에 위치한 전면부 혹은 후면부 초음파 센서 한곳만 모돈이 검출된 경우 비정상적인 기립으로 간주하였다. 취득된 데이터를 분석한 결과 모돈의 정상적 상태 (기립상태, 누운 상태, 앉은 상태)와 그 외의 비정상적 상태로 분류가 가능하다. 또한 측정된 초음파 센서의 진동의 유무 및 파동형태에 따라서 모돈의 상태 예측이 가능하다. 초음파 센서의 진동 파동이 크고 안정된 상태인 경우 정상적인 활동 상태로 판단하였으며, 진동 파동이 작고 안정적인 경우는 수면 상태로 분류하였다. 실시간으로 지속적인 데이터 획득을 위하여 차후 초음파 센서 및 시스템의 보완작업이 필요하다. 이와같은 모돈의 행동 패턴에 따른 취득된 데이터를 분류하여 모돈의 발정에 의한 행동 특성(기립시간) 분석에 따른 발정 적기 발견 및 정량화 기술 개발에 활용이 가능하다.

스마트 돈사 환경의 복지 및 생산성 향상을 위하여 정량 분석법을 기반으로 한 모돈 관리의 중요성이 증가하고 있다. 모돈은 교배, 임신, 분만, 포유, 이유를 순환적 반복하여 이루어지는데 모돈의 관리는 돈사 농장의 생산성 및 경제성과 직결된다. 모돈 관리에 필요한 환경 및 계측정보를 획득하고 이 정보로부터 모돈의 개체관리를 극대화시키고 최적의 방안을 찾고자 지속적으로 계측이 가능한 모돈의 돈사 모니터링 시스템이 필요하다. 모돈의 행동특성 계측이 가능한 시스템이 필요한 이유는 모돈의 행동 특성(섭식 및 지제불량 등)에 상응하는 대사 불량, 질병 및 발정 징후 등을 조기에 발견할 수 있기 때문이다. 돈사 내에서 정지 상태로 판별이 되는 모돈의 지제상태(기립상태, 누운 상태, 앉은 상태)와 다르게 연속적인 움직임으로부터 판별되는 모돈의 섭식상태를 분석하기 위해서는 계측 시스템과 이를 분석해주는 시스템간의 시간적 차이를 최소화 할 수 있는 실시간 신호 처리 기술이 필수적이다. 모돈의 섭식을 정량적으로 지수화하기 위한 센서의 최소 SPS(sample per second)는 600 Hz($100Hz{\times}6$개)로서 최소 6개 ADC 채널과 최소 1,200 Hz 이상으로 샘플링 할 수 있는 마이크로 컨트롤러가 필요하다. 또한 16 비트의 분해능으로 1분 동안 연속 계측을 수행할 경우 필요한 정보량은 153,600 KByte ($1,200sample/s{\times}16bit/sample{\times}8Byte/bit$)으로 실시간 처리를 수행하기에 매우 큰 정보량이라 판단할 수 있다. 수행하고자 하는 정보처리 기법에 따라 다소 상이할 수 있으나, 1분을 주기로 모돈의 섭식 분석을 수행하고자 할 경우 최도 150 MByte의 정보량을 처리하기 위한 최소의 클럭수는 단순 대입의 경우 2.5 Mhz (clock/second) ($=1clock/Byte{\times}150MByte/60seconds$) 이며 덧셈(4 clock)의 경우 10 Mhz, 곱셈(16 clock)의 경우 40 Mhz의 클럭이 필요하다. 또한 정보의 저장 및 도시를 위해 필요한 부가적인 회로(LCD, SD메모리) 구동을 위해 필요한 클럭을 고려할 경우 추가적인 클럭이 필요하다. 이를 종합적으로 고려하여 120 Mhz ($= 40Mhz{\times}3$) 이상의 클럭이 필요하다고 판단할 수 있다. 또한 센서 계측 주기의 시간 분해능을 균등하게 유지하기 위해선 계측->도시->저장의 과정을 교차적으로 수행해야 한다. 이러한 과정을 거처 최종적으로 선정한 마이크로 프로세서는 ARM Cortex-M4이며 168 MHz로 연산 수행이 가능하여 목표하고자 하는 신호처리를 수행 할 수 있다. 현장 예비 실험을 통해 기대 성능을 만족하였으며, 시간 복잡도가 높은 연산을 대비하여 최적 시분할 스케쥴링 기법에 대한 보완이 필요하다고 판단되었다.

모돈은 사육 특성상 제한된 파일롯 공간 안에 장시간 머물기 때문에 과중한 몸무게에 의한 지제 이상, 섭식 등의 불량, 수면상태의 불량 등을 지속적으로 관찰해야 하는 대상이다. 측면에 다수의 초음파 센서를 설치하여 기립의 상태 및 운동 시 몸체 궤적의 특성을 분석하여 종합적으로 모돈의 행동 특성을 정량화 하고자 하였다. 이 과정에서 계측 신호의 값을 대수적으로 비교하는 방식에 한계가 있음을 발견하였고, 이를 해결하고자 10 Hz/Ch 내외의 시계열 상대거리 궤적 신호를 주파수 도메인으로 변경하여 분석을 수행하였다. 일정 주파수에 집중되어 있는 주파수 값의 크기 변화(파워 스펙트럼 밀도)를 기준으로 모돈의 움직임의 정상 상태 유무 판별이 가능하였다. 단, 이러한 분석은 계측 데이터를 일괄 처리 방식으로 분석하는 방법으로 도출이 되었으므로, 계측과 정량 분석을 동시에 수행하기 위한 개선이 필요하였다. 계측 시스템에서 사용한 마이크로 프로세서는 Nucleo-446(STMelectronics, CA, USA)로 180 Mhz의 클럭 속도로 작동하나, 총 100 Hz 내외의 16비트 계측 신호에 대해 추가적으로 FFT 등의 주파수 변환 신호 처리를 수행하기에는 연산 능력이 부족하였다. 한편, 주파수 분석의 주기를 1분 단위로 할 경우 처리해야할 정보의 크기는 $100{\times}60{\times}5{\times}2Byte$ 이므로 1분 내에 해당 연산을 종료할 수 있는 추가의 연산 장치가 필요하였다. 계측과 주파수 도메인 변환 연산을 동시에 수행하기 위하여 1 Ghz의 연산능력을 가진 ARM A9 계열의 초소형 멀티코어 AP인 NanoPi Neo Air(Friendlyarm, Guangzhou, China)을 선정하였다. 4개의 코어를 각각 계측, Median 필터링, Smoothing 연산, FFT 분석에 사용하여 1분 단위, 2분 단위, 5분 단위의 주파수 분석을 동시에 수행하였다. 병렬 연산 라이브러리는 오픈 소스인 MPICH(www.mpich.org)를 이용하였다. 상대적으로 여유있는 자원을 보유하고 코어를 실시간으로 결정하여 다수의 모돈 개체 동시 모니터링을 위한 네트워크 연결 역할을 동시에 수행하도록 하였다. 1주일 내외의 요인 실험 수행 결과, 약 70 Mbyte의 데이터가 축적이 되었으며, 1분 단위, 2분 단위, 5분 단위의 주파수 도메인 변환 후 결과를 동시에 취득할 수 있었다. 일부 주파수 도메인 상의 파워 밀도 값이 모돈의 행동 특성에 분석에 유효한 정보를 제공함을 발견하였다. 모돈사 내 현장 보급이 가능한 초소형 AP와 멀티 코어 기반 병렬 처리 기법을 이용한 현장 진단 시스템 개발 연구를 지속적으로 수행할 것이다.

모돈의 건강 상태를 정량 지수화 하기 위한 연구를 수행 중이다. 지제이상, 섭식 불량, 수면 패턴 등의 운동 특성 분석을 위하여 복수의 초음파 센서를 이용하였다. 시계열 계측 신호를 분석하여 정량 지수화를 수행하는 과정에서 주파수 도메인 분석을 시도하였다. 이 과정에서 주파수 도메인의 분해능에 따른 편차 극복을 위한 비선형 모델링을 수행하였다. 또한 인접한 시계열 데이터 구간 간의 상관성 분석이 가능하면 대용량 데이터의 실시간 처리로 인한 지연 시간 극복 및 기대되는 예후에 대한 조기 진단이 가능할 것이다. 본 연구에서는 구글에서 제공하는 Tensorflow와 NVIDIA에서 제공하는 CUDA 엔진을 동시 적용한 심층 학습 시스템을 이용하였다. 전 처리를 위하여 주파수 분해능 (2분, 3분, 5분, 7분, 11분, 13분, 17분, 19분)에 따른 데이터 집합을 1단계로 두고, 상위 10 순위 안에 드는 파워 스펙트럼 밀도의 크기를 2단계로 하여, 총 2~10개의 입력 노드를 순차적으로 선정하였고, 동일한 방식으로 인접한 시계열의 파워 스펙터럼 밀도를 순위를 변화시켜 지정하였다. 대표적인 심층학습 모델인 Softmax regression with a multilayer convolutional network를 이용하여 Recursive feature selection 경우의 수를 $8{\times}9{\times}9$로 총 648 가지 선정하고, Epoch는 10,000회로 지정하였다. Calibration 모델링의 경우 Cost function이 10% 이하인 경우 해당 경우의 학습을 중단하였으며, 모델 간 상호 교차 검증을 수행하기 위하여 $_8C_2{\times}_8C_2{\times}_8C_2$ 경우의 수에 대한 Verification test를 수행하였다. Calibration 과정 상 모든 경우에 대하여 10% 이하의 Cost function 값을 보였으나, 검증 테스트 과정에서 모든 경우에 대하여 $r^2$ < 0.5 인 결정 계수 값이 나타났다. 단적으로 심층학습 모델의 과도한 적합(Over fitting) 방식의 한계를 보인 것이라 판단할 수 있다. 적합한 Feature selection 및 심층 학습 모델에 대한 지속적이고 추가적인 고려를 통해 과도적합을 해소함과 동시에 실효적이고 활용 가능한 Classification을 위한 입, 출력 노드 단의 전후 Indexing, Quantization에 대한 고려가 필요할 것이다. 이를 통해 모돈 생체 정보 정량화를 위한 지능형 현장 진단 기술 연구를 지속할 것이다.

스마트팜 내부의 3차원 공간의 온도, 습도, 기압, 공기질 분석을 통한 돈사 미세 조절 기술에 대한 연구가 진행 중이다. 해당 특성 중에서 기압을 제외한 환경인자들은 돈사 내의 구조 특성상 위치별로, 시간별로 매우 상이한 변이의 형태를 보인다. 일정 시점을 기준으로 계측 지점 이외의 지점에 대한 환경인자들을 공간적으로 추정하는 기술은 대표적으로 컴퓨터 분석 기술에 의존하고 있다. 시간 복잡도가 매우 높은 CFD(Computer Fluid Dynamics) 방식은 정밀도 측면에서 유리하나, 상응하는 제어 기술/하드웨어 등의 부재로 모델링 결과의 활용도가 낮다고 볼 수 있다. 본 연구에서는 CFD를 수행하는 과정에 있어 실질적으로 유효한 단위로 공간 분해능을 낮추고, 동등한 크기의 세부 공간에 대한 모델링을 병렬적으로 수행하기 위한 방안을 연구하였다. 실험적으로 돈사 환경을 3차원으로 구성하기 위하여, 공기 흡입구, 배출구, 기둥, 덕트 요소를 포함시켰다. 실내 공간을 1차적으로 가로, 세로, 높이방향으로 $3{\times}3{\times}3$ 균등 분배한 후 3차원 행렬로 분할하였다. 각 분할된 행렬에 대한 연산 수행을 위하여 현재까지 대중에 공개된 SBC(Single Board Computer) 중 가장 높은 연산 수행 능력이 있는 Odroid-XU4(Hardkernel, AnYang, Korea) 16식을 병렬 클러스터링 기술로 연동하였다. 하나의 AP당 8개의 코어가 내장되어 있으므로, 총 128개의 코어를 이용하여 동시에 128개의 3D 정방행렬 연산이 가능하도록 구성하였다. 모델링을 위한 수학적 모델로는 실험적으로 Steady turbulent model (Newtonian coefficient)을 이용하였다. 클러스터링을 이용한 병렬 처리의 특성상 균등한 정보량을 동시에 배분해야 하므로 108 ($27{\times}4$)개의 코어를 이용하여 1차적으로 나뉜 공간을 다시 4등분하여 동시에 $12{\times}12{\times}12$에 해당하는 공간 분해능에 대한 처리를 동시에 수행할 수 있도록 하였다. 2단계에 걸쳐 분할한 공간 세그먼트에 대한 클러스터링 연산 수행 결과 초당 15회 정도의 연산을 수행할 수 있었으며, 시간 분해능을 100으로 설정한 경우 약 5초가 수행되었다. 선행적으로 수행하였던 CFD 모델링 (OpenFOAM)과 비교하였을 때 상대적으로 정밀도가 낮은 3차원 모델링 결과를 얻을 수 있었다. 모델링에 소요되는 시간을 비약적으로 경감 시킨 장점을 살려 적정한 공간 분할 기법과 추가로 발생하는 다수의 바운더리 조건을 근사적으로 추정할 수 있는 데이터 마이닝 기술이 보완되어야 할 것이다.

ICT 융합 스마트팜 내의 환경계측 센서, 영상 및 사양관리 시스템의 증가에도 불구하고 이들 장비에서 확보되는 데이터를 적절히 유효하게 활용하는 기술이 미흡한 실정이다. 돈사의 경우 가축의 복지수준, 성장 변화를 실시간으로 모니터링 및 예측할 수 있는 데이터 분석 및 모델링 기술 확보가 필요하다. 이를 위해선 가축의 생리적 변화 및 행동적 변화를 조기에 감지하고 가축의 복지수준을 실시간으로 감시하고 분석 및 예측 기술이 필요한데 이를 위한 대표적인 정보 통신 공학적 접근법 중에 하나가 Data mining 이다. Data mining에 대한 연구 수행에 필요한 다양한 소프트웨어 중에서 Open source로 제공이 되는 4가지 도구를 비교 분석하였다. 스마트 돈사 내에서 열환경 모델링을 목표로 한 데이터 분석에서 고려해야할 요인으로 데이터 분석 알고리즘 도출 시간, 시각화 기능, 타 라이브러리와 연계 기능 등을 중점 적으로 분석하였다. 선정된 4가지 분석 도구는 1) R(https://cran.r-project.org), 2) OpenCV(http://opencv.org), 3) OpenNN (http://www.opennn.net), 4) Orange(http://orange.biolab.si) 이다. 비교 분석을 수행한 운영체제는 Linux-Ubuntu 16.04.4 LTS(X64)이며, CPU의 클럭속도는 3.6 Ghz, 메모리는 64 Gb를 설치하였다. 개발언어 측면에서 살펴보면 1) R 스크립트, 2) C/C++, Python, Java, 3) C++, 4) C/C++, Python, Cython을 지원하여 C/C++ 언어와 Python 개발 언어가 상대적으로 유리하였다. 데이터 분석 알고리즘의 경우 소스코드 범위에서 라이브러리를 제공하는 경우 Cross-Platform 개발이 가능하여 여러 운영체제에서 개발한 결과를 별도의 Porting 과정을 거치지 않고 사용할 수 있었다. 빌트인 라이브러리 경우 순서대로 R 의 경우 가장 많은 수의 Data mining 알고리즘을 제공하고 있다. 이는 R 운영 환경 자체가 개방형으로 되어 있어 온라인에서 추가되는 새로운 라이브러리를 클라우드를 통하여 공유하기 때문인 것으로 판단되었다. OpenCV의 경우 영상 처리에 강점이 있었으며, OpenNN은 신경망학습과 관련된 라이브러리를 소스코드 레벨에서 공개한 것이 강점이라 할 수 있다. Orage의 경우 라이브러리 집합을 제공하는 것에 중점을 둔 다른 패키지와 달리 시각화 기능 및 망 구성 등 사용자 인터페이스를 통합하여 운영한 것이 강점이라 할 수 있다. 열환경 모델링에 요구되는 시간 복잡도에 대응하기 위한 부가 정보 처리 기술에 대한 연구를 수행하여 스마트팜 열환경 모델링을 실시간으로 구현할 수 있는 방안 연구를 수행할 것이다.

스마트 돈사 내의 열환경 분석에 필수적으로 고려되어야 인자는 가축의 복사 에너지 변화로 볼 수 있다. 열환경 제어의 대상이기도 하지만 회귀적으로 열환경 변화의 인자이기도 하다. 이러한 가축의 복사 에너지 분석을 위하여 시설 내에 용이하게 배포가 가능한 열화상 계측 시스템을 개발하였다. 초소형 마이크로 열화상 계측 시스템에 부가적으로 IOT(Internet of Thing) 기반 기술을 이용한 모듈화 개발을 병행하였다. 열화상 계측 센서로 LWIR(Longwave infrared)영역에 해당하는 $8{\mu}m{\sim}4{\mu}m$의 영역에서 $0.05^{\circ}C$의 분해능을 보이는 $Lepton^{TM}$ (500-0690-00, FLIR, Goleta, CA)모델을 사용하였다. SPI(Serial Peripheral Interface) 속도 2 Mhz로 마이크로프로세서(NanoPi NEO Air, FrendlyArm, CA, USA)와 고속 통신을 수행하여 9 Hz의 계측이 가능하다. 열화상 센서와 마이컴으로 구성되는 단위 계측 시스템의 통신 기능 확장을 위하여 다음과 같이 세 단계의 정보 전달 시나리오를 설계하였다. 1) 단독적으로 열화상을 계측 하고 내장된 메모리에 저장하는 형식 2) 인접한 사용자 인터페이스에서 1번 단독 모듈에 접속하여 열화상을 실시간으로 전송하여 화면에 도시하는 형식 3) 2번 사용자 도시모듈과 병행적으로 Local WI-FI 통신을 이용한 모바일 기기에 화면을 도시하는 형식. 이와 같은 계층적이며 모듈화된 계측 시스템을 구성하기 위해서 1번 모듈에 공개 소프트웨어인 Hostapd 2.5(http://w1.fi/hostapd)버전을 설치하였다. 외부 인터넷 환경이 없는 상황에 1번 모듈 단독으로 AP(Access Point) 기능을 제공하여 지근 거리에 있는 2번 모듈과 3번 모바일 기기의 접속을 관리할 수 있다. 2번 모듈의 경우 화면 다수의 1번 모듈에 접속을 교차적으로 수행하는 방식과 2번 모듈 자체가 AP가 되어 1번 모듈의 접속을 허용하는 형태로 구성되어 있다. 계측 시스템의 계측 매트릭스 구성에 따라 선택적으로 결정할 수 있다. 1번 2번 모듈 공통적으로 TCP/IP Listener와 Client 서비스를 병렬적으로 수행할 수 있도록 개발을 하였다. 3번 모바일 기기에서 사용자 인터페이스 구현을 위하여 범용 Android 기반 GUI 프로그램과 Socket 통신을 연동시켰다. 1개의 열화상 Frame의 전송량은 9,600 Byte ($=80{\times}60{\times}2Byte$) 로 WI-FI 통신 전송 시 2회 ~ 6회 정도 내외로 가변적인 통신 수행 횟수를 나타내었다. 센서 계측 시스템과 정보 전송 시스템을 병렬적으로 구성한 모듈화 된 계측시스템의 전 요소에서 센서에서 제공하는 최대 계측 주기인 9 Hz 구현이 일반적으로 가능하였다. 이를 이용한 추후 연구를 통해 가축 객체의 열복사 정보와 돈사 내 열환경 간의 역학성을 연구할 것이다.

기후변화 따른 스마트팜 돈사 외부 환경의 변화에 대응하고, 사육 환경을 능동적으로 개선하기 위한 연구가 수행 중이다. 돈사 내 열전달 요소 간 상호 역학성 분석을 위해서 고려해야할 사항은 입기구, 보온 등, 열풍기, 단열제, 위치, 방향, 돈사의 연평균 온도, 습도, 연중 일사량, 가축의 열복사 등 상호 복잡하게 연관되어 있는 물리량이다. 돈사 전체 열손실, 자연발생 에너지량, 강제발생 에너지량, 난방용량 등을 고려한 순간 열부하 산정을 위한 여러 방법 중 우선적으로 CFD(Computational Fluid Dynamics)를 이용하였다. 순간 열부하 산정을 위한 해석 도구 선정에 있어서 다양한 유체 및 기체 전산 유체역학 Solver(Fluent, Open-FOAM, Blender)를 고려하였다. 공간 Mech를 수행하기 위한 도구로는 공개 소프트웨어 인 FreeFem++ 3.51-4 (http://www.freefem.org)를 이용하였다. 이 과정에서 일부 기체 (암모니아)의 농도를 난수로 변화시키는 기법을 적용하여 가상적으로 돈사의 환경을 Pseudo 시뮬레이션 하였다. 결과적으로 Fluent에 비하여 OpenFOAM을 이용하여 얻은 열유동의 방향(속도)과 크기 백터가 상대적으로 크게 나타났다. Fluent가 시계열 상에서 혼합 기체 물리량 변화를 무시할 수 있는 안정되고 균일한 환경에 적합하기 때문인 것으로 판단되었다. Blender의 경우 Lattice Boltzmann methods 과 Smoothed-particle hydrodynamics 방법을 이용한 유체/입자 동력학 모델링을 제공함에 있어 시각적 효과를 강조하는 기능에 중점을 두었다. Fluent와 Blender에서 제공하는 해석 연산 모듈의 정확성 검증을 위해선 공간 분해능을 높인 정밀 계측 시스템을 이용하여 검증할 필요가 있다. Open-FOAM를 이용한 열부하 분석 수행이 상대적으로 높은 절대값을 보이는 특성은 열부하 제어 시스템의 Overshoot를 유발할 가능성이 있으므로 이에 대한 해석 모델의 보정이 추가적으로 필요할 것이다. CFD의 한계인 시간 복잡도를 낮추고 상대적으로 높은 시계열 분해능을 확보할 경우 돈사 내 환기시스템에 맞는 소요 환기량 실시간 산정이 가능해지고 외부기상 및 돈사내부 복사열을 활용함과 동시에 돈군 순환에 상응하는 실시간 열부하 관리 시스템 도출이 가능할 것이다.

전산유체역학(CFD: Computational Fluid Dynamics)를 이용한 스마트팜 환경 내부의 정밀 제어 연구가 진행 중이다. 시계열 데이터의 난해한 동적 해석을 극복하기위해, 비선형 모델링 기법의 일종인 인공신경망을 이용하는 방안을 고려하였다. 선행 연구를 통하여 환경 데이터의 비선형 모델링을 위한 Tensorflow활용 방법이 하드웨어 가속 기능을 바탕으로 월등한 성능을 보임을 확인하였다. 그럼에도 오프라인 일괄(Offline batch)처리 방식의 한계가 있는 인공신경망 모델링 기법과 현장 보급이 불가능한 고성능 하드웨어 연산 장치에 대한 대안 마련이 필요하다고 판단되었다. CFD 해석을 위한 Solver로 SU2(http://su2.stanford.edu)를 이용하였다. 운영 체제 및 컴파일러는 1) Mac OS X Sierra 10.12.2 Apple LLVM version 8.0.0 (clang-800.0.38), 2) Windows 10 x64: Intel C++ Compiler version 16.0, update 2, 3) Linux (Ubuntu 16.04 x64): g++ 5.4.0, 4) Clustered Linux (Ubuntu 16.04 x32): MPICC 3.3.a2를 선정하였다. 4번째 개발환경인 병렬 시스템의 경우 하드웨어 가속는 OpenCL(https://www.khronos.org/opencl/) 엔진을 이용하고 저전력 ARM 프로세서의 일종인 옥타코어 Samsung Exynos5422 칩을 장착한 ODROID-XU4(Hardkernel, AnYang, Korea) SBC(Single Board Computer)를 32식 병렬 구성하였다. 분산 컴퓨팅을 위한 환경은 Gbit 로컬 네트워크 기반 NFS(Network File System)과 MPICH(http://www.mpich.org/)로 구성하였다. 공간 분해능을 계측 주기보다 작게 분할할 경우 발생하는 미지의 바운더리 정보를 정의하기 위하여 3차원 Kriging Spatial Interpolation Method를 실험적으로 적용하였다. 한편 병렬 시스템 구성이 불가능한 1,2,3번 환경의 경우 내부적으로 이미 존재하는 멀티코어를 활용하고자 OpenMP(http://www.openmp.org/) 라이브러리를 활용하였다. 64비트 병렬 8코어로 동작하는 1,2,3번 운영환경의 경우 32비트 병렬 128코어로 동작하는 환경에 비하여 근소하게 2배 내외로 연산 속도가 빨랐다. 실시간 CFD 수행을 위한 분산 컴퓨팅 기술이 프로세서의 속도 및 운영체제의 정보 분배 능력에 따라 결정된다고 판단할 수 있었다. 이를 검증하기 위하여 4번 개발환경에서 운영체제를 64비트로 개선하여 5번째 환경을 구성하여 검증하였다. 상반되는 결과로 64비트 72코어로 동작하는 분산 컴퓨팅 환경에서 단일 프로세서 기반 멀티 코어(1,2,3번) 환경보다 보다 2.5배 내외 연산속도 향상이 있었다. ARM 프로세서용 64비트 운영체제의 완성도가 낮은 시점에서 추후 성공적인 실시간 CFD 모델링을 위한 지속적인 검토가 필요하다.

최근 급변하는 농촌인구 감소와 고령화로 인한 농업농촌의 경쟁력 향상을 위해 농업에 정보통신기술(ICT)을 접목한 스마트 팜 기술개발이 추진되고 있다. 현재 농촌진흥청에서는 한국형 스마트 팜 ICT 기자재 표준규격을 개발하고 단체 표준을 제정하고 있다. 개발된 시설원예용 기자재 중 센서 13종, 구동기 9종 그리고 환경제어용 3종 등 총 25종의 표준규격에 대한 검정이 요구되어, 표준규격 부합 여부를 객관적으로 확인하기 위한 검인증 체계 구축을 필요로 하게 되었으며 본 연구에서는 표준규격이 설정된 기자재에 대한 검인증방법과 계측시스템을 구성하여 검인증체계를 구축하고자 하였다. 센서 13종 중 온도센서는 비교시험을 하기위해 기준 온도센서가 정밀도는 $0.01^{\circ}C$, 정확도는 ${\pm}0.01^{\circ}C$를 갖는 것으로 선정하고 항온조는 작동범위가 온도는 $(-)50{\sim}(+)120^{\circ}C$, 습도는 (30 ~ 98)%R.H.로 조절이 되는 구조의 것으로 구성하여 기준센서와 오차정도를 산출하는 방법으로 실시할 것이며, 센서 인터페이스 등 구조는 T.T.A. 단체 표준에 적합여부를 확인하여 적합성 여부를 판단하고 현재까지 센서 13종과 구동기 9종에 대한 검정방법 제정을 추진하고 있다. 지금까지는 스마트 팜 중 시설원예용 기자재 표준규격 부합여부를 확인하는 수준이지만 향후 개별 성능확인 호환성 확인시험방법을 추가하여 고도화를 추진 하고자 한다.

드론의 시장규모가 커짐에 따라 초창기 군사 목적에서 현재 민간부문으로 확대되고 있다. 현재 드론은 실외에서 사용될 목적으로 제작된 것이 많으나 실내에서도 드론의 활용 여부가 증가할 것으로 예상된다. 본 연구에서는 실외에서만 사용 가능한 GPS를 대신하여 영상 촬영으로 획득한 이미지를 CNN으로 학습을 시켜 자율고도제어비행을 하도록 한다. 첫 번째로 수동 조작하는 드론에 IMU센서를 부착하여 획득한 고도 데이터를 표로 제시함으로써 GPS를 사용하지 않는 드론의 실내주행에서 일정한 고도 유지는 다소 무리가 있음을 보여준다. 두 번째로 드론의 수동 조작은 일정하지 않은 고도 때문에 CNN의 학습할 영상 획득이 어렵다. 일정한 고도의 영상 획득을 위한 실험용 높이 조절 Base를 제작하여 고도별 영상을 획득한다. 획득한 영상을 통해 얻은 이미지를 CNN 학습을 시킨 후, 학습에 사용되지 않은 이미지를 사용하여 고도 판별을 확인한다. 대조군으로 실내장소를 바꾸어 미리 학습된 CNN으로 고도 판별을 확인한다. 학습에 사용된 이미지의 환경(생명공학관)과 대조군(제 2 공학관)이 촬영된 장소의 환경요소의 차이로 오차가 발생한다. 오차는 실내 장소의 총 높이의 차이 및 서로 상이한 천장 구조물에 따른 것으로 사료되며 Data crop을 통해 획득한 이미지의 천정 부분을 제거하여 노이즈를 줄여 고도 판별의 정확도를 높일 수 있을 것으로 예상한다. 세 번째, CNN으로 학습을 통해 Model을 도출하여 자율 고도 제어 프로세스를 제시한다. 그리고 해당 프로세스를 이용한 자율고도제어 주행과 수동조작을 통한 주행에서의 Z축 가속도 데이터의 표준편차를 비교하여 본 연구의 실효성을 보여준다

농지의 구성물을 인식하는 기술은 농작업 기계를 로봇으로 전환하는데 필요한 기술 중 하나이다. 하지만 실외에서는 태양광과 날씨 변화에 따른 광 조건의 변화가 매우 커서 기존의 영상처리 방법으로 구성물을 인지하는데 한계가 있었다. 본 연구에서는 광 조건의 변화에 따른 영향을 줄이는 방안으로 IR 이미지를 이용한 농지 구성물의 인지를 수행하였다. 농지 구성물로는 토양, 식물, 멀칭비닐, 자갈을 선정하였다. 농지의 IR 이미지에서 농지 구성물을 구별하기 위한 픽셀값을 작게 적용하면 미세한 구분은 가능하지만 토양, 식물, 멀칭 비닐 등을 구성물 단위로 구별할 대는 후처리가 필요로 해지는 문제가 발생하였다. 본 연구에서는 IR 영상의 픽셀값을 평균 처리하여 농지 구성물의 인지를 수행 때의 효과를 확인 하였다. 평균 처리하는 픽셀값이 많을수록 처리속도가 빠르고, 작은 노이즈를 제어하는 효과가 있었지만, 픽셀값이 너무 커지면 구조물의 구별 정확도가 떨어졌다. 이 결과를 바탕으로 농지 구성물 인지를 위한 효율적인 IR 이미지 평균 처리 수준을 확인하였다.