Analysis of Soil Characteristics and Inter-Annual Variability for Rice Yield Distribution with Grid System for Precision Agriculture

이경도,안호영,김숙경,김태곤,손연규,고우리,류재현 한국토양비료학회 2023 한국토양비료학회지 Vol.56 No.4

Precision agriculture relies on the uniformity of location-based agricultural environmental data, such as soil, weather, and sensing. In this study, we propose a grid system for precision agriculture to data spatial alignment. Based on this precision agriculture grid system, we analyzed the spatial distribution variability of annual soil chemical components and estimated rice yield distribution based on these components. The results from the years 2018 and 2019 showed that the average values of soil chemical components in non-paved areas exhibited no significant differences. However, even with the similarity in average soil chemical component values, we confirmed through spatial distribution maps that there can be diverse and biased distributions within the soil, as well as inter-annual variations. In the process of estimating rice yield using soil chemical components, the Random Forest model showed higher explanatory power and accuracy compared to the multivariate linear regression model. Both models, however, incorporated a wide range of chemical characteristics as model variables, beyond the key variables typically used in traditional rice fertilizer estimation. This diversity in model variables is presumed to be a result of the unique agricultural environment, such as uneven use of additional fertilizer. Therefore, it is crucial to emphasize that, even after calculating crop fertilizer quantities through soil analysis, stable yield and quality assurance require precision agriculture management based on crop growth monitoring.

코비드19 백신 개발을 위한 인간 도전 시험의 윤리 : Nir Eyal의 논변을 중심으로

이경도 이화여자대학교 생명의료법연구소 2020 Asia Pacific Journal of Health Law & Ethics Vol.13 No.3

현재 신종 코로나 바이러스의 전파를 대항할 수 있는 방안으로 그에 효과적인 백신 개발이 검토 되고 있다. 그러나 통상적으로 백신 개발은 그 절차가 복잡하며 시간이 길게 소요되어 현재 직면한 위 기를 빠르게 대항하기 힘들다는 지적을 받아왔다. 이에 대해 Nir Eyal 등은 병원체를 직접 연구 참여 자에게 노출시켜 그 병원체 노출에 대한 백신의 보호 효과를 더욱 효율적으로 탐구할 수 있게 하는 “인간 도전 시험(Human Challenge Trial)”을 백신 개발의 기간과 절차를 획기적으로 줄일 수 있는 대 안으로 제시했다. 그러나 인간 도전 시험은 신종 코로나 바이러스에 대한 효과적인 치료제가 없는 상 황에서 병원체 노출이 줄 수 있는 위험의 수준이 그 연구를 정당화하기에는 지나치게 크다는 지적을 받아왔다. 그러나 이에 대해 Nir Eyal 등은 다음과 같은 주장을 통해 이를 정당화했다. 첫째, 이 연구 를 통해 얻게 될 막대한 사회적 혜택은 분명히 이 연구의 윤리성을 판단하는 데에 적절히 고려되어야 한다. 둘째, 연구 참여자가 받을 직접적인 혜택(예. 백신의 효과)은 다소 미미할 수 있겠지만, 그들이 받게 될 부차적인 혜택(예. 최선의 의료 서비스 제공)까지 고려한다면 이들이 받을 혜택의 정도는 그 들이 받을 위험을 일부 정당화할 수 있는 정도이다. 셋째, 연구 참여자들에게 지워질 위험은 무시할 수 없는 수준이지만, 그들의 연령층을 20대로 제한한다면 그 치명률은 0.2%로 매우 낮을 것이며 이 는 기존 연구 윤리에서 거칠게 계산한 위험의 한계 수준인 1%를 다소 하회한다. 넷째, 연구에 참여하 지 않거나, 이 시험을 대체할 기존 유효성 검증 시험에 참여하는 경우 노출될 위험 수준과 비교했을 경우, 특히 그 연구 참여자들을 대유행의 위협에 크게 직면한 인구 집단에서 모집할 때, 인간 도전 시 험으로 인해 발생되는 추가적인 위험은 비교적 높은 수준이 아니다. 마지막으로, 연구 참여자들의 구 체적이고 자발적인 동의가 있다면, 그러한 위험을 감수하겠다는 결정을 사회가 금지할 이유가 부족하 며 이들의 이타적이고 숭고한 가치 추구는 윤리적으로 용납된다. 이에 대해 착취의 문제와 개인의 동 의 요건에 대한 여러 반론이 존재하나, 대부분 이를 고려하더라도 인간 도전 시험에 참여할 인구를 일부 제한함으로써 많은 부분이 해소되며, 특히 이러한 문제들에 대한 적절한 규제가 함께 이루어진다 면 인간 도전 시험이 윤리적으로 이루어질 가능성은 충분하다고 판단된다. 끝으로 이 논의는 백신 개 발 이후 분배정의 문제와 직, 간접적으로 연관되어 있으며 관련 논의를 통해 기존 연구윤리에서도 보 다 광범위한 인구 수준(population-level)의 관점이 필요하다는 주장을 덧붙인다.

농업분야 무인비행체 초기 활용 사례 소개

이경도,홍석영,나상일 한국농공학회 2015 韓國農工學會誌 : 전원과 자원 Vol.57 No.3

MODIS NDVI와 기상자료를 이용한 미국 일리노이, 아이오와주 옥수수, 콩 수량 추정

이경도,나상일,홍석영,박찬원,소규호,박재문,Lee, Kyung-Do,Na, Sang-Il,Hong, Suk-Young,Park, Chan-Won,So, Kyu-Ho,Park, Jae-Moon 대한원격탐사학회 2017 大韓遠隔探査學會誌 Vol.33 No.5

본 연구는 대표적인 곡물 생산, 수출국인 미국의 일리노이주와 아이오와주에 대하여 카운티별 MODIS 위성영상 식생지수 및 기상자료를 활용하여 수량을 추정할 수 있는 다중회귀 모형을 구축하고 그 결과를 평가하였다. 2002년부터 2012년까지의 MODIS 위성영상 식생지수 및 기상자료로 옥수수와 콩 수량 추정 모형을 구축하고 2013년 수량을 추정한 결과, 일리노이, 아이오와 2개주에 대하여 약 1~16% 내외의 오차 결과를 얻었다. 모형의 수량 추정 정확도 향상을 위해 추후에는 지대 구분 및 다양한 지표면 생물리 모수를 함께 활용하여 수량 추정 모형의 성과를 높여나가야 할 것으로 판단된다. The objective of this study was to estimate corn and soybean yield in Illinois and Iowa in USA using satellite and meteorological data. MODIS products for NDVI were downloaded from a NASA website. Each layer was processed to convert projection and extract layers for NDVI. Relations of NDVI from 2002 to 2012 with corn and soybean yield were investigated to find informative days for rice yield estimation. Weather data for the county of study state duration from 2002 to 2012 to correlate crop yield. Multiple regression models based on MODIS NDVI and rainfall were made to estimate corn and soybean yields in study site. Corn yields estimated for 2013 were $10.17ton\;ha^{-1}$ in Illinois, $10.21ton\;ha^{-1}$ in Iowa and soybean yields estimated were $3.11ton\;ha^{-1}$ in Illinois, $2.58ton\;ha^{-1}$ in Iowa, respectively. Corn and Soybean yield distributions in 2013 were mapped to show spatial variability of crop yields of the Illinois and Iowa state.

Characteristics of UAV Aerial Images for Monitoring of Highland Kimchi Cabbage

이경도,박찬원,소규호,김기덕,나상일 한국토양비료학회 2017 한국토양비료학회지 Vol.50 No.3

Remote sensing can be used to provide information about the monitoring of crop growth condition. RecentlyUnmanned Aerial Vehicle (UAV) technology offers new opportunities for assessing crop growth conditionusing UAV imagery. The objective of this study was to assess weather UAV aerial images are suitable for themonitoring of highland Kimchi cabbage. This study was conducted using a fixed-wing UAV (Model : Ebee)with Cannon S110, IXUS/ELPH camera during farming season from 2015 to 2016 in the main productionarea of highland Kimchi cabbage, Anbandegi, Maebongsan, and Gwinemi. The Normalized DifferenceVegetation Index (NDVI) by using UAV images was stable and suitable for monitoring of Kimchi cabbagesituation. There were strong relationships between UAV NDVI and the growth parameters (the plant heightand leaf width) (R2≥0.94). The tendency of UAV NDVI according to Kimchi cabbage growth was similar inthe same area for two years (2015~2016). It means that if UAV image may be collected several years, UAVimages could be used for estimation of the stage of growth and situation of Kimchi cabbage cultivation.

무인비행체 영상을 활용한 벼 수량 분포 추정

이경도,안호용,박찬원,소규호,나상일,장수용 한국농공학회 2019 한국농공학회논문집 Vol.61 No.4

Unmanned aerial vehicle(UAV) can acquire images with lower cost than conventional manned aircraft and commercial satellites. It has the advantageof acquiring high-resolution aerial images covering in the field area more than 50 ha. The purposes of this study is to develop the rice grain yielddistribution using UAV. In order to develop a technology for estimating the rice yield using UAV images, time series UAV aerial images were takenat the paddy fields and the data were compared with the rice yield of the harvesting area for two rice varieties(Singdongjin, Dongjinchal). Correlationsbetween the vegetation indices and rice yield were ranged from 0.8 to 0.95 in booting period. Accordingly, rice yield was estimated using UAV-derivedvegetation indices(R2=0.70 in Sindongjin, R2=0.92 in Donjinchal). It means that the rice yield estimation using UAV imagery can provide less cost andhigher accuracy than other methods using combine with yield monitoring system and satellite imagery. In the future, it will be necessary to study avariety of information convergence and integration systems such as image, weather, and soil for efficient use of these information, along with researchon preparing management practice work standards such as pest control and nutrient use based on UAV image information.

원격탐사와 모델을 이용한 작황 모니터링

이경도,박찬원,나상일,정명표,김준환,Lee, Kyung-do,Park, Chan-won,Na, Sang-il,Jung, Myung-Pyo,Kim, Junhwan 대한원격탐사학회 2017 大韓遠隔探査學會誌 Vol.33 No.5

농작물 작황 추정은 생산량 예측을 통한 수급 조절, 가격 예측, 농가 소득 보전을 위한 정책 수립 등에 중요한 판단자료로 활용된다. 급변하는 국내외 여건에서 작물의 안정생산과 식량안보, 생태계 지속성 평가를 위해 원격탐사 등 국가차원의 미래기술 개발 노력이 요구되고 있다. 농촌진흥청은 2010년부터 국내외 주요 곡물생산지대 작황 평가를 위한 원격탐사, 작물모형, 농업기상 분야 원천기술 개발을 위해 노력해왔다. 본 특별호는 농촌진흥청에서 지난 8년간 국내외 작황 평가를 위해 수행해 온 원격탐사, 작물모형, 농업기상 분야의 연구개발 성과 및 연계된 이들 분야 간 융복합 연구 수행 현황을 정리하고 향후 연구 방향을 제시하고자 발간하게 되었다. The periodic monitoring of crop conditions and timely estimation of crop yield are of great importance for supporting agricultural decision-makings, as well as for effectively coping with food security issues. Remote sensing has been regarded as one of effective tools for crop condition monitoring and crop type classification. Since 2010, RDA (Rural Development Administration) has been developing technology for monitoring on crop condition using remote sensing and model. These special papers address recent state-of-the-art of remote sensing and geospatial technologies for providing operational agricultural information, such as, crop yield estimation methods using remote sensing data and process-oriented model, crop classification algorithm, monitoring and prediction of weather and climate based on remote sensing data,system design and architecture of crop monitoring system, history on rice yield forecasting method.

기후변화 연구시설 동향 및 농업적 활용 제고

이경도,최은정,이선일,권효숙,이형석,홍성창,김민욱,김명현,최순군,어진우,엽소진,김용석,허지나,강민구,나상일,안호용,김민경 한국국제농업개발학회 2022 韓國國際農業開發學會誌 Vol.34 No.4

Climate change due to global warming causes a rise in atmospheric air temperature to rise and extreme shift in precipitation patterns. Carbon dioxide (CO2) is widely known as one of the major cause of global warming and accounts for about 72% of total greenhouse gas emissions. Agriculture is more vulnerable to climate change than other industries. Many studies have been conducted to investigate how agroecosystems, both natural and controlled, will respond to the rising level of CO2. Studies on the responses of crops and agricultural environments to climate change are crucial in predicting changes in agro-ecosystems. Research facilities for various types of CO2 treatment have been developed. The representative research facilities are SAR (Soil-Plant-Atmosphere-Research), OTC (Open Top Chamber), FACE (Free Air CO2 Enrichment System), and TGC & CTGC (Temperature Gradient Chamber & CO2-Temperature Gradient Chamber). Therefore, this study reviewed research data and their application in agriculture 1. 기후변화에 대한 농업 분야 연구는 미래의 농업 변화를예측하는데 필수불가결한 요소이다. 따라서 기후변화 연구시설을 이용하여 기후변화·이상기상에 대한 기후값 생산 및 작물을 포함한 농업생태환경의 반응 연구와 실제 농업 생산 활동에서 이루어지는 작물 및 농업환경 모니터링 연구를 종합하여 연구결과를 활용한다면 기후변화로 인한 미래 농업생태계의 변화를 예측하고 피해를 저감하기 위한 대응 기술 개발에기여할 것이다. 2. CO2 농도 변화에 따른 기후변화 연구는 다른 환경요인과달리 CO2 농도를 일정한 수준으로 유지할 수 있는 제어시설이 필요하다. 현재까지 여러 형태의 CO2 처리가 가능한 연구시설들이 개발되어 왔는데, 대표적인 연구시설로는 SAR (SoilPlant-Atmosphere-Research), OTC (Open Top Chamber), FACE (Free Air CO2 Enrichment System), TGC & CTGC (Temperature Gradient Chamber & CO2-Temperature Gradient Chamber) 등이 있다. 그러나, 연구목적에 따라 연구시설을 선정하고 그 규모도 고려해야 하는 등 고려되어야 할 사항들이많다. 3. 기후변화에 따른 농업분야 적응 및 완화기술 개발을 위해서는 미래 기상환경을 구현할 수 있는 기후변화 연구시설을활용한 연구가 필수적이다. 기후변화 연구에 적합한 개방형 및폐쇄형 기후변화 연구시설을 구축하여 신뢰성 있는 데이터를확보하여야 과학적인 기후변화 적응 및 완화 대책 마련에 기여할 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 구축한 기후변화 연구시설은 규격 및 기능 측면에서 다양한 실험 플랫폼을 구축하여다학제적 연구를 추진하는데 활용하여 시설 및 데이터의 활용성을 높이도록 해야 한다고 판단된다.

코로나 19로 인한 자원 부족 상황에서 의료 자원의 배분 정의

이경도 한국의료윤리학회 2020 한국의료윤리학회지 Vol.23 No.3

현재 대부분 전문가가 코로나 19의 2차 대유행이 곧 올 것이라 예상하고 있다. 만약 2차 대유행이 온다면, 혹은 그 이후에도 대유행이 다시 온다면, 발생할 다수의 코로나 19 환자를 치료하기 위한 중환자실 병상과 인공호흡기가 극히 부족해 질 것으로 보인다. 극심한 의료 자원 부족 상황에서 누구를 먼저 살리고 누구를 치료하지 않을 것인지 결정하기 위해서는 분명 배분 정의와 관련된 논의가 필요하다. 본 논문은 먼저 최대한 많은 사람을 살리기 위한 의료 자원의 배분은 몇 가지 조건 하에서는 개개인의 권리를 동일하게 대우한다는 근거로 충분히 공정하다는 것을 밝힐 것이다. 그러나 이후 의료 자원의 모든 배분 결정이 많은 사람을 살리기 위해 이루어지는 것이 정당하지 않은 경우 또한 밝힐 것이다. 그 후 실제 코로나 19 환자들에게 의료 자원을 배분할 경우 살릴 수 있는 사람들의 수 외에 고려해야 할 여러 사항(연령, 장애 및 중증도, 의료진 및 타인에게 혜택을 주는 이들, 건강 및 사회경제적 불평등, 기타 사항)을 어떻게 배분 결정에 포함시킬 것인지 논의한다. 그 논의 과정에서, 미국에서 이미 적용 중인 여러 의료 자원 배분 지침은 어떤 윤리적 논거와 가치에 기반하고 있는지도 살펴볼 것이다. 무엇보다 본 논문은 관련된 모든 논쟁을 해결하려고 하기보다, 넓게 동의할 수 있는 합리적인 방식의 배분은 어떤 것일지 정리해본다는 목표를 지니고 있다. Experts have been warning of a second wave of COVID-19 infections that is expected to occur within the next two months. If this prediction comes true, the demand for ventilators, intensive care units, and other healthcare resources may be greater than the supply, raising questions of distributive justice and the rationing of scarce healthcare resources. This article summarizes some of the theoretical issues associated with distributive justice, examines the ethical basis of the rationing principles that have been adopted by certain hospitals in the United States, and attempts to identify common ground that might facilitate broad agreement concerning the principles that should guide resource-allocation decisions during this pandemic. The article aims to show, firstly, that from the perspective of a non-utilitarian, rights-based theory, it is fair or just to allocate life-saving resources in ways that save the greatest number of lives. Nevertheless, it is also argued that there are several other factors need to be considered in the rationing of healthcare resources, including a patient’s age, disability status, health condition, occupation, time of admission to a health care facility, and whether the patient’s disease is COVID-19.

무인비행체 영상 기반 연차 간 벼 생육 및 흰잎마름병 병해 추정

이경도,김상민,안호용,박찬원,홍석영,소규호,나상일 한국농공학회 2020 한국농공학회논문집 Vol.62 No.4

The purpose of this study is to develop a technology for estimating rice growth and damage effect according to bacterial leaf blight using UAVmulti-spectral imagery. For this purpose, we analyzed the change of aerial images, rice growth factors (plant height, dry weight, LAI) and disease effectsaccording to disease occurrence by using UAV images for 3 rice varieties (Milyang23, Sindongjin-byeo, Saenuri-byeo) from 2017 to 2018. Thecorrelation between vegetation index and rice growth factor during vegetative growth period showed a high value of 0.9 or higher each year. As aresult of applying the growth estimation model built in 2017 to 2018, the plant height of Milyang23 showed good error withing 10%. However, itis considered that studies to improve the accuracy of other items are needed. Fixed wing unmanned aerial photographs were also possible to estimatethe damage area after 2 to 4 weeks from inoculation. Although sensing data in the multi-spectral (Blue, Green, Red, NIR) band have limitations inearly diagnosis of rice disease, for rice varieties such as Milyang23 and Sindongjin-byeo, it was possible to construct the equation of infected leaf arearatio and rice yield estimation using UAV imagery in early and mid-September with high correlation coefficient of 0.8 to 0.9. The results of this studyare expected to be useful for farming and policy support related to estimating rice growth, rice plant disease and yield change based on UAV images.