생장예측모델이란 작물의 생장 시스템 내에서 일어나는 기작이나 생산과정을 수식으로 묘사하는 것이다. 신뢰성 있는 생장예측모델을 만들기 위해서는 생장과 관련된 대량의 데이터가 필요하다. 본 논문에서는 IT와 농업을 융합한 시설 원예작물 생장예측모델을 위한 생장 및 생장환경 데이터 수집 시스템 설계사례를 소개하고자 한다.
본 연구는 기존의 잣나무임분 거리독립 개체목 생장모델을 개선하기 위해 수행되었다. 직경생장함수 및 고사율함수의 매개변수들을 고정표본점의 정기평균생장량을 토대로 추정하고, 이 함수들의 특성을 기존의 총평균생장량을 토대로 추정한 모델과 비교하였다. 여기서 생장함수는 수관율함수, 잠재직경생장함수 및 임분을 구성하는 임목간 경쟁효과를 고려하기 위한 수정율함수를 의미한다. 고사율예측함수의 경우에는 고정표본점 자료의 한계로 인해 정기평균생장량 측정값을 구할 수 없어 대신 총평균생장량과의 관계식을 추정하여 대체하여 적용하였다. 연구결과 정기평균생장량을 토대로 하는 직경생장함수가 총평균생장량을 토대로 추정한 함수에 비해 개체목의 생장특성을 보다 현실적으로 반영하는 것을 보여주었다. 고사율함수의 경우, 총평균생장량을 적용하여 개발한 경우 고사율이 과대한 것으로 나타나는 문제가 있었으나 새로운 모델에서는 이 문제가 개선된 것으로 나타났다.
본 연구는 전통적인 empirical 생장모델에 환경 인자를 독립변수로 사용하여 이를 환경 인자에 대한 생장 모델의 변화를 분석하여 정도가 높은 생장 모형 구축 가능성 여부를 판단하였다. 이를 위하여 기본적으로 추정된 편백의 수고 및 직경 생장모델에 각 지역의 환경 인자인 평균 기온, 평균 강수량, 고도, 토양의 유기질 함유량을 독립 변수로 추가 하였다. 수고 생장 모델은 Gompertz 다형방정식에 점근 변수인 ${\alpha}$에 온도 고도 인자의 2독립 변수로 도입하여 모델의 정도를 향상 시킬 수 있었다. 직경 생장 모델 또한 Gompertz 다형방정식에 연평균 강수량과 해발고를 도입한 모델이 정도가 높은 것으로 나타났다. 환경 인자를 도입하기 전과 후의 모델의 정도 향상을 비교 했을 때 아주 뚜렷하게 모델의 향상은 나타나지 않았으나 일정 비율의 정도를 향상 시킬 수 있었다. 이는 생장 모델을 구축하기 위한 데이터 조사의 어려움 및 투자할 수 있는 예산을 감안하여 모델의 정도를 향상시키기 위하여 비교적 쉽게 구할 수 있는 환경 인자들의 이용 가능성이 많은 것으로 판단된다.
폐쇄형 식물 생산 시스템에서 생산되는 식물은 생장속도가 빠르기 때문에 생장속도를 제어하거나 예측할 수 없어 수확적기를 놓치면 품질이 현저히 떨어져 상품성이 저하된다. 이를 해결하기 위해서는 식물생장기간 동안 식물에 따라 적절한 생장환경을 조성하여 생장정도를 균일하게 할 수 있는 최적 환경제어가 필요하다. 본 연구에서는 폐쇄형 식물 생산시스템의 최적 환경제어를 위하여 엽록소형광분석법을 이용하여 상추를 중심으로 광합성효율 모델(photosynthesis efficiency model ; PEM)을 개발하였다. (중략)
본 연구는 5차 국가산림자원조사(National Forest Inventory, NFI) 표본점 자료를 이용하여 충청도 지역에 분포하는 주요 수종에 대한 수고-흉고직경 생장모델을 개발하고자 하였다. 충청도 지역 고정표본지 내에서 수고와 흉고직경이 측정된 주요 수종의 총 임목 본수는 2,681본이었으며, 무작위로 생장모델의 개발을 위해 90% 자료와 모델 타당성 검정을 위해 10% 자료로 나누어서 분석하였고, 본 연구에서 제시된 최종모형의 추정된 계수는 100% 자료를 이용하였다. 8개 주요 수종에 대한 생장모델들의 적합성 검정은 결정계수($R^2$), 추정치의 오차인 평균제곱근오차(RMSE), 평균편의(MD), 절대평균편의(AMD)와 직경급별로 평균편의(MD)를 비교 분석하였다. 본 연구 결과에 의하면, 6개 주요 생장식의 결정계수는 모두 94% 이상의 높은 설명력을 나타냈으며, 특히 C-R 생장모델과 Weibull 생장모델은 다른 모델에 비해 좋은 결과를 나타냈다. 직경급 30 cm 이하에서는 소나무, 리기다소나무, 굴참나무, 신갈나무가 상대적으로 가장 작은 평균편의를 나타낸 반면, 직경급 30 cm 이상에서는 신갈나무, 상수리나무, 졸참나무가 큰 평균편의를 나타냈다. 또한 본 연구의 결과로 제시된 6개 주요 생장식에서 추정한 수고를 임목자원평가 프로그램에 적용하여 간재적을 분석한 결과, 직경급 30 cm까지는 큰 차이를 보이지 않지만, 30 cm 이상인 대경목의 경우 추정된 간재적은 큰 차이를 보이므로, 생장모델 선정에 주의를 기울여야 한다.
본 연구는 시중 유통되고 있는 새싹채소 재배용 적콜라비 종자에서 분리한 E. coli strain RC-4-D의 생장예측모델을 개발하기 위해 수행되었다. 각 온도조건(10, 15, 20, 25, $30^{\circ}C$) 별로 적콜라비 중 E. coli strain RC-4-D 밀도 변화를 조사하였고 Baranyi model을 1차 생장예측모델로 이용하였고 각 온도별로 최대생장률(${\mu}max$)과 $10^{\circ}C$를 제외한 유도기(LPD) 값을 도출하였다. E. coli strain RC-4-D의 최대생장률에 대한 2차 생장예측모델로써 suboptimal Ratkowsky square-root, suboptimal Huang square-root, suboptimal Arrhenius-type 세 종류의 모델을 비교하였다. 모델 적합성 검정 결과, suboptimal Huang square-root 모델이 정확도가 가장 높고 suboptimal Ratkowsky square-root 모델이 편차가 가장 적은 것으로 나타났다. 종합적으로, RMSE가 0.100, $A_f$가 1.255, $B_f$가 0.999인 suboptimal Ratkowsky square-root 모델이 온도의 영향을 설명하는 가장 적합한 2차 생장예측 모델인 것으로 나타났다. 본 연구에서 개발한 모델은 적콜라비 새싹채소 생산에 있어서 E. coli의 생장을 예측하고 미생물 위해성평가를 수행하는데 활용될 것으로 기대된다.
본 연구는 전라북도 동부 산악지역 낙엽송 임분의 흉고직경과 흉고단면적 생장모델을 개발하고, 지역 기후 인자인 고도, 연평균 강우량 그리고 연평균 기온을 독립변수로 이용하여 모델의 정도를 향상시키기 위하여 수행하였다. 그 결과, Schumacher 다형방정식이 흉고직경과 흉고단면적 추정을 위한 최적의 모델인 것으로 분석되었다. 흉고직경 생장모델의 경우 고도와 연평균 강우량을 삽입하여 모델의 정도를 향상시킬 수 있었으며, 흉고단면적 생장모델의 경우 연평균 강우량을 이용하여 모델의 정도를 향상시킬 수 있었다. 한편, 더욱 정도 높은 모델을 개발하기 위해서는 고도와 연평균 등 환경 인자와 더불어 임목본수, 고사율, 간벌율, 그리고 토양상태 등의 다양한 인자를 포함하는 모델의 추정 연구가 필요할 것으로 판단된다.
본 연구에서는 안면도 소나무 임지에 대해 임분 내 생장인자들간의 상관관계를 구명하고 이를 기초로 동적 임분생장모델을 구축하였다. 이를 위해 영급이 고루 분포되도록 96개의 표본점을 선정하였고, 각 표본점에서 입목의 흉고직경, 수고를 측정한 후 이를 분석하여 평균흉고직경, 평균수고, 우세목수고, ha당 본수, ha당 단면적, ha당 재적 등을 추정하였다. SAS의 비선형 회귀분석(NLIN) 및 단순선형분석(REG)을 통해 생장인자간의 함수식을 유도하였으며, 이 함수들을 이용하여 관리방법에 따라 임분의 생장 및 수확이 다양하게 예측될 수 있는 동적 임분생장모델을 구축하였다. 다양한 시업주기 및 강도를 적용해 임분의 생장을 예측한 결과, 본 연구에서 구축된 동적 임분생장모델은 일반적인 생장법칙을 잘 나타내고 있어 안면도 소나무임분의 생장 및 수확량 예측에 적합한 것으로 판단되었다. 이러한 동적 임분생장모델은 실제 산림경영에서 다양한 관리방법에 따른 임분의 생장예측을 위하여 이용될 수 있을 것이며, 산림경영계획에 있어 의사결정을 위한 도구로서 이용될 수 있을 것이다.
본 연구에서는 식재본수가 임분 수고생장 및 단면적생장모델의 모수 추정에 미치는 효과를 연구하였다. 삼나무임분의 생장모델에 포함되는 모수들을 추정하기 위하여 기본식으로 Korf 식을 사용하였으며, 식재밀도의 변화가 모수 추정치에 미치는 영향을 분석하기 위해 합리적 분석과정으로 판단되는 추가제곱합(extra sums of square) 원칙을 적용하였다. 적용성 검토결과 임분수고의 생장이 식재밀도에 유의한 영향을 받지 않는다는 기존의 입장과 임분 단면적의 생장곡선은 임분밀도에는 관계없이 동일한 접근선에 접근한다는 사실을 재확인할 수 있었다. 그러나 단면적 생장곡선의 형태는 이와는 달리 식재밀도에 의해 유의한 영향을 받는 것으로 나타났다. 이러한 결과를 토대로 본 연구에서는 삼나무 인공림에서 식재밀도에 따른 효과를 설명할 수 있는 임분단면적 생장모델을 제시하였다.
본 논문에서는 한 장의 실제 나무 영상이 주어졌을 시, 사실적인 3차원 나무 모델링(modeling) 및 자가생장(self-growth) 표현을 위한 방법을 소개하도록 한다. 스켈레톤기반의 간략화(skeleton-based abstraction)를 이용하여 동일한 나무 몸통(trunk)을 갖는 다양한 나무 모델생성과 함께 나무의 다면체구조(manifold structure)를 고려한 지오데식 커널(geodesic kernel)을 이용하여 나무의 자가생장을 표현한다. 나무의 자가생장은 사전 정의된 나무 굵기, 전체 크기, 그리고 가지증식 순서정보와 같은 상대적 성장정보(allometric information)를 동시 이용하여 상대적인 나무 생장(allometric tree growth)을 표현하도록한다. 한편, 보여지지않는 나무 가지와 잎들에 대해선, 나무구조는 로컬하게 자기유사성(local self-similarity)을 갖는다라는 고전적인 절차적(conventional procedural) 가정을 이용하여 자동적으로 생성토록한다. 실제영상을 이용한 몇몇들의 실험을 통해 보다 효과적으로 나무 모델 및 생장 표현이 가능함을 보여주도록한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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