토양 수분함량 변화에 따른 용적전기전도도 변화와 포화침출액전기전도도의 상관관계

백누리(Nuri Baek),서보성(Bo-Seong Seo),정영재(Young-Jae Jeong),이승민(Seung-Min Lee),김한중(Han-Joong Kim),오효림(Hyo-Lim, Oh),최현수(Hyeon-Su Choi),박서우(Seo-Woo Park),허수빈(Su-Bin Seo),신은서(Eun-Seo Sin),최우정(Woo-Jung Choi) 한국토양비료학회 2021 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2021 No.11

간척농지 염농도 관리를 위해서 염농도 자동계측기 설치가 확대되고 있다. 자동계측기에서는 용적전기 전도도(Bulk electrical conductivity, EC<SUB>b</SUB>)가 측정되는데, EC<SUB>b</SUB>는 토양 수분에 크게 영향을 받는다. 따라서, EC<SUB>b</SUB>를 토양 수분함량에 독립적인 포화침출액 전기전도도(Saturated-paste extract EC, EC<SUB>e</SUB>)로 환산할 필요가 있다. 본 연구에서는, 실내 토조실험을 통해 사양토와 미사질 양토를 이용하여 EC<SUB>b</SUB>와 EC<SUB>e</SUB>의 상관관계를 구명하였다. 토조에 세 가지 수준의 염농도로 조정된 토양을 충진하고 염농도 센서(Teros12)를 설치한 후 수분을 과포화 상태로 조정하여 각각의 토양에 대해 약 2주간 실험을 수행하였다. 사양토의 EC<SUB>e</SUB>는 4.5, 7.0, 10.5 dS m<SUP>-1</SUP> 였고, 미사질양토의 EC<SUB>e</SUB>는 4.3, 7.8, 11.4 dS m<SUP>-1</SUP> 였다. 시간이 경과함에 따라 토양 수분 함량은 증발에 의해 약 0.2 cm³ cm<SUP>-3</SUP>로 감소하였다. 수분 함량이 과포화에서 약 0.3 cm³ cm<SUP>-3</SUP> 수준으로 감소하는 동안 EC<SUB>b</SUB>는 염 농축에 의해 증가하였지만, 그 이후부터는 수분 함량이 감소함에 따라 이온 활동도가 감소하여 EC<SUB>b</SUB>도 감소하였다. EC<SUB>b</SUB>가 EC<SUB>e</SUB>에 가장 근접하게 측정되는 수분함량은 토양 염농도 수분별로 상이하였는데, 사양토의 경우 ECe는 4.5, 7.0, 10.5 dS m<SUP>-1</SUP>에서 각각 0.39, 0.39, 0.28 cm³ cm<SUP>-3</SUP> 였고, 미사질양토의 경우에는 ECe는 4.3, 7.8, 11.4 dS m<SUP>-1</SUP>에서 각각 0.48, 0.62, 0.50 cm³ cm<SUP>-3</SUP> 였다. 해당 수분 함량에서 EC<SUB>b</SUB>와 EC<SUB>e</SUB>는 매우 강한 상관관계를 보였는데, 회귀식은 사양토와 미사질양토가 각각 EC<SUB>b</SUB>=EC<SUB>e</SUB> 0.80 x + 1.3, EC<SUB>b</SUB>=EC<SUB>e</SUB> –0.27 x² + 4.7 x - 9.8 였다. 본 연구결과는 염농도 자동계측기에서 측정하는 EC<SUB>b</SUB>가 토양 수분함량이 높을 때는 염농도 희석, 그리고 수분함량이 낮을 때는 이온 활동도 감소에 의해 크게 변하는 것을 보여준다. 따라서, EC<SUB>b</SUB>가 EC<SUB>e</SUB>와 유사한 토양 수분 함량 조건에서만 EC<SUB>b</SUB>를 직접 활용할 수 있는 것으로 나타났다. 따라서, 향후 염농도 자동계측기의 활용도를 높이기 위해서는 토양수분함량에 따른 EC<SUB>b</SUB> 변화를 정량화하여 토양수분함량의 영향을 제거할 수 있는 방법 개발이 필요하다.

전기저항식 센서 적용 퇴비 수분 측정 연구

정지훈 ( Gi Hun Chung ),박회만 ( Hoe Man Park ),이현동 ( Hyun Dong Lee ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.2

퇴비의 발효 정도는 원료를 분해하는 미생물의 호흡에서 발생하는 이산화탄소와 암모니아를 이용하여 부숙도로 판정한다. 미생물의 발효 과정은 퇴비의 수분 함량에 영향을 받기 때문에, 부숙도 판정의 정확도와 재현성 향상을 위해 퇴비시료 전처리를 위한 수분 측정이 필요하다. 퇴비의 수분함량을 측정하는 방법으로는 상압가열건조 방식과 적외선 수분함량 측정기를 사용하는 방법 등이 있지만 위의 방법은 각각 15~30분, 많게는 24시간 이상의 시간이 걸리기 때문에 오랜 시간이 걸리는 단점이 있다. 따라서 퇴비 부숙도 판정 시료 전처리를 위하여 수분함량을 신속하게 측정 할 수 있는 장치의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 퇴비의 수분함량 측정시간을 줄일 수 있는 센서 기술을 개발하기 위해 시판전기 저항식 토양 수분 센서(HMM-100 Pro, 한영시스템)을 이용하였다. 공시재료는 우분, 돈분, 계분 퇴비를 수분함량은 30%~60%으로 조절하였고, 대조군으로 상토를 사용하였다. 수분함량이 조절된 시료를 계량한 후 부피를 조절할 수 있는 압착 모듈이 장착된 용기를 이용하여 압착 정도에 따른 수분함량을 센서로 측정하였다. 수집된 센서 데이터는 상압가열건조법으로 측정한 데이터에 대해 엑셀로 선형 회귀분석 하였다. 상토를 분석한 결과 압착 밀도에 관계없이 R²≥0.95이상의 높은 일치도를 보였고, 30~60% 수분 함량의 퇴비를 측정한 결과 우분은 10~35%, 돈분은 10~40%, 계분은 10~30% 범위로 상압가열건조로 측정된 수분함량 대비 약 50% 낮은 수준으로 측정되었다. 압착 밀도에 따른 센서 측정값은 수분함량 30% 퇴비시료에서 압착 밀도별 센서 측정값의 표준 편차는 2%수준이었고, 50% 퇴비시료에서는 약 10%의 표준편차를 나타내었다. 이러한 결과는 퇴비의 형상이 40% 이하의 분질상 형태에서 가수된 수분으로 인해 점성이 있는 고체로 변하는 불안정한 상태이기 때문에 밀도의 영향을 많이 받는 것으로 판단된다. 퇴비 수분 측정에 전기저항식 센서를 활용 하기 위하여 상압가열건조법으로 측정한 수분함량 값과 센서 측정값을 선형회귀 분석하여 재현성과 결정계수(R²)값이 높은 데이터를 적용하여 1차 함수 형태의 검량식을 산출하였다. 분석 결과 우분 퇴비는 평균 밀도 0.5에서 검량식의 R²≥0.96이상, 돈분 퇴비는 평균 밀도 0.55에서 R²≥0.99이상, 계분퇴비는 평균 밀도 0.5에서 R²≥0.92이상의 결정계수(R)값이 높은 검량식을 산출할 수 있었다.

육계사 내 바닥재 수분 함량 추정을 위한 초분광 영상의 분광특성 분석

장동화 ( Dong-hwa Jang ),양가영 ( Ka-young Yang ),권경석 ( Kyeong-seok Kwon ),김종복 ( Jong-bok Kim ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-

육계 사육 시 적절한 바닥재의 수분관리는 계사 사육환경에 영향을 주어 농가 생산성을 높여준다. 바닥재의 수분함량이 증가하면, 바닥재 부식을 통한 암모니아 농도가 상승하고 각종 세균과 해충의 증식이 용이하여 육계의 발바닥 피부염, 호흡기 질병 등이 발생할 수 있어 개체 품질이 저하될 수 있다. 바닥재의 수분관리를 위해 깔짚을 뿌려 수분함량을 조절할 수 있으나 육안으로 수분 함량이 높은 지점을 탐지하기 어렵고, 깔짚을 뿌리는 작업에 많은 시간과 노동력이 요구된다. 깔짚 살포 작업의 자동화를 위해 깔짚 자동살포기가 보급되고 있으나 깔짚을 계사 전체 면적에 살포하기 때문에 경제적인 측면에서 사용이 제한되고 있다. 계사 전체 면적이 아닌 수분 함량이 높은 영역만을 탐지하여 깔짚을 살포하기 위해서 계사 바닥재의 수분 분포 모니터링기술이 요구되고 있다. 최근 농업 분야에 초분광 영상을 이용한 물체의 수분 함량 추정에 많은 연구가 진행되고 있으나 원예작물에 한정되어있는 실정이다. 따라서 본 연구는 영상을 이용한 계사 내 바닥재의 수분 분포를 추정하기 위한 기초연구로써 계사 내 바닥재 초분광 영상의 분광 특성을 분석하고자 수행되었다. 단계별 수분 함량을 추정하기 위해 계사 내 바닥재를 96시간 오븐 건조한 후 건조된 바닥재를 물과 배합하여 함수비가 0, 10, 20, 30%인 시료를 제작하였다. 초분광 카메라로 배합된 시료를 촬영하였으며, 획득된 초분광 영상은 밝기 보정과 평활화 과정을 통해 데이터 전처리 작업을 진행하였다. 계사 바닥재의 반사율과 수분 함량과의 상관성 분석 결과 1440~1450, 1620~1650nm 대역에서 -0.99의 강한 음의 상관관계를 보였으며, 이는 수분 내 OH기와 깔짚 내 CH기의 영향으로 판단된다. 계사 바닥재 반사율 데이터에서 변수 간 다중 공선성의 문제를 해결하기 위하여 주성분 분석을 진행하였으며, 1 주성분에서 원 데이터의 99% 이상을 보존하는 것으로 나타났다. 향후 주성분회귀분석 및 수분함량과 관련된 지수를 이용한 회귀분석을 통해 육계사 내 바닥재 수분 함량 추정 알고리즘에 관한 연구를 진행할 예정이다.

20대 여성의 스킨토너 도포 횟수에 따른 안면 피부의 수분함량 변화에 대한 연구

김선민,박유진,심보람 중소기업융합학회 2021 융합정보논문지 Vol.11 No.2

본 연구는 만 25세 이하의 여대생을 대상으로 스킨 도포 횟수에 따른 안면 피부의 수분함량 변화에 대한 연구를 하였다. 수분함량(moisture contents)은 피부 수분 측정기(피부 유수분측정기, PRC, 중국)를 이용하여 측 정하였다. 스킨은 I사의 블루베리 리밸런싱 스킨[대용량] 500ml를 임상실험재료로 사용하였다. 이마와 눈가, 볼, 턱 모두 도포 전 보다는 한 겹 도포 후가 수분함량이 더 높았으며, 한 겹 도포 후 보다는 열 겹 도포 후 수분함량이 더 높은 것을 알 수 있다. 이와 같은 결과로 세안 후 기초 제품을 도포할 때 가장 첫 번째 단계인 스킨의 횟수를 늘려 도포 한 후 로션과 수분크림 등 기초 제품을 바른다면 수분함량을 더욱 높일 수 있는 방법이다. In this study, the moisture content of the face skin was changed according to the number of skin applications for female college students under 25 years of age. Moisture contents were measured using a skin moisture meter (skin oil and moisture meter, PRC, China). Skin used 500ml of Innisfree's blueberry rebalancing skin as a clinical trial material. Both the forehead, eyes, cheeks, and chin had a higher moisture content after one layer of application than before and after one layer of application, and after ten layers of application, it can be seen that the moisture content is higher. As a result, when applying basic products after washing your face, the first step is to increase the number of skins, and then apply basic products such as lotion and moisturizing cream to increase the moisture content.

초분광 영상을 이용한 다양한 모종의 수분함량 추정

강정균 ( Jeong-gyune Kang ),유찬석 ( Chan-seok Ryu ),김성헌 ( Seong-heon Kim ),강예성 ( Ye-seong Kang ),타파스쿠마 ( Tapash Kumar Sarkar ),강동현 ( Dong-hyeon Kang ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2

본 연구는 초분광 영상을 이용하여 오이, 토마토, 고추, 수박 모종의 수분함량을 비파괴적으로 추정하기 위해 수행되었다. 단계적으로 수분 스트레스를 받은 오이(n=45), 토마토(n=45), 고추(n=45), 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 PLSR분석을 이용하여 수분 추정모델을 구축하였다. 각 모종의 수분 추정모델을 작성한 결과 토마토의 경우 정확도(R²)가 0.74, 정밀도(RMSE 및 RE)가 각각 2.77%, 3.09%로 나타났고, 고추의 경우 수분추정모델의 정확도가 0.68, 정밀도가 각각 1.43%, 1.61%으로 나타났으며, 오이의 경우 정확도가 0.73, 정밀도가 각각 1.45%, 1.58%, 수박의 수분 추정모델의 정확도가 0.66, 정밀도가 각각 1.06%, 1.14%로 나타났다. 위 모종을 박과(오이, 수박) 및 가지과(고추, 토마토)로 구분하여 추정모델을 작성할 경우, 박과 수분 추정모델의 정확도가 0.64, 정밀도가 각각 1.49%, 1.16%로 나타났으며, 가지과의 경우 정확도가 0.67, 정밀도가 각각 2.53%, 2.84%로 나타났다. 생물 분류체계에 관계없이 모든 모종을 이용하여 수분 추정모델을 작성할 경우 모델의 정확도가 0.56, 정밀도가 각각 2.54%, 2.81%로 나타났다. 각 모종의 수분함량을 분석한 결과, 고추, 수박, 오이 모종의 트레이(50공) 셀보다 토마토 모종의 트레이(60공) 셀크기가 작아 수분 스트레스를 더 받은 것으로 판단된다(Jang et al., 2014). 각 모종의 수분함량 추정모델의 결과, 각 모종별로 작성한 수분 추정모델들보다 가지과, 박과, 모든 모종으로 작성한 수분 추정모델들이 정확도는 감소하였지만 정밀도는 차이가 미미한 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 초분광 영상을 이용하여 모종별, 과별, 모든 모종의 수분함량 추정가능성을 시사하였고, 모델의 정확도를 개선하기 위해 샘플 수 및 개채별 수분함량의 변이를 증가시키는 것이 필요하다고 판단된다.

RGB 이미지의 생육지수와 시계열 데이터를 활용한 콩 재배포장의 토양 수분함량 멀티 스텝 예측

김보경 ( Bo-gyeong Kim ),박수환 ( Soo-hwan Park ),이보영 ( Bo-young Lee ),김민지 ( Min-jee Kim ),상완규 ( Wangyu Sang ),서명철 ( Myung Chul Seo ),백재경 ( Jaekyeong Baek ),모창연 ( Changyeun Mo ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.1

수분함량은 작물 생육에 있어 빛과 함께 가장 중요한 요소다. 건조할 경우 생육이 부진하거나 고사의 위험이 있고, 과습일 경우 뿌리 생육이 빈약하고 발병 가능성이 증가한다. 따라서 지속적인 모니터링을 통해 적절한 수분함량을 유지하는 것이 필수적이다. 토양 수분함량의 변화를 실시간으로 파악하고 이후 변화를 예측해 최적의 작물 생육 조건을 유지함으로써 효율적인 재배가 가능하다. 따라서 본 연구에서는 콩의 RGB 영상과 시계열 데이터를 이용하여 토양 수분함량의 변화를 예측하는 모델을 개발하였다. 실험은 전라북도 완주군 이서면에 위치한 5m x 5m의 콩 재배포장에서 2021년 7월부터 10월까지 약 4개월간 수행되었다. 관개하지 않고 재배하였으며 토양 센서를 설치해 10cm, 20cm, 30cm 깊이의 토양 수분함량을 10분 간격으로 측정하였고 재배포장의 인근에 설치한 환경 센서로 강수량, 기온, 습도, 일사량, 풍속을 1시간 간격으로 계측하였다. 센서가 설치된 위치에서 재배포장의 RGB 이미지를 약 2일 간격으로 촬영하였고 생육 이미지의 피복도 및 가시광선 대역(RGB)의 반사율을 이용한 식생 지수를 계산하였다. 토양 수분함량, 환경 데이터, 피복도, 식생지수를 조합하여 1시간 후, 3시간 후, 6시간 후, 12시간 후, 24시간 후의 토양 수분함량을 예측하는 부분최소제곱회귀모델(Partial Least Squares Regression)을 개발하였다. 예측모델은 교차검증법을 사용하였으며 성능은 결정계수 R²와 평균 제곱근 오차 RMSE로 평가하였다. 토양수분 멀티스텝 예측 모델은 1시간 -24시간 이내의 토양 수분함량 정확도가 R² 0.89 이상, RMSE 0.39 이하로 나타났다. 작물의 생육정도를 파악할 수 있는 식생지수를 사용함으로써 근권부의 토양 수분함량을 유의미하게 예측할 수 있을 것으로 기대된다.

농업관측지역 토양수분함량 추정기법 적용 및 신뢰성 검증

신용희 ( Yonghee Shin ),김미아 ( Miah Kim ) 한국농공학회 2016 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2016 No.-

최근 지속적인 농업기술의 발달에도 불구하고 가뭄, 홍수와 같은 극한 기후 현상으로 인한 농작물 생산량 감소 피해는 전 세계에 걸쳐 빈번하게 발생하고 있으며 그 피해 강도 또한 심각하게 나타나고 있어 식량안보에 위협적인 요인으로 주목되고 있다. 특히 가뭄으로 인한 농작물 생산량 감소 피해는 그 피해 면적이 광대하고 장기간에 걸쳐 발생하는 경향이 있어 사회 경제적으로 심각한 영향을 미치게 된다. 지속적인 농업생산기반정비사업을 통해 우리나라 논 지역의 수리답률이 80 % 이상을 차지하는 반면 밭작물 재배지역은 관개시설 보급이 15 % 이하로 크게 낮은 수준에 머물고 있어 기후변화로 인한 가뭄발생 위협에 직접적으로 노출되어 있다. 밭작물 재배지역에 있어서 가뭄은 토양내 수분 함량의 부족으로 정의할 수 있다. 밭작물 재배지역 내 토양의 수분함량 변화를 모니터링 함으로서 가뭄의 진행 상태를 파악할 수 있으며 주로 토양수분센서를 통해 토양수분함량을 측정한다. 토양수분센서는 설치가 간편하고 토심별 수분함량에 대한 측정이 가능하지만 센서의 가격이 고가인 단점이 있다. 농촌진흥청 국립농업과학원에서는 전국 170여 곳에 설치된 자동기상관측소(AWS)에서 수집된 기상관측자료를 농업기상정보서비스(http://weather.rda.go.kr/)를 통해 제공하고 있으며 이 중 80여 곳에서는 토양수분센서가 설치되어 토양수분함량의 변화를 모니터링하고 있다. 본 연구에서는 실제 밭작물 재배지역의 생육시기별 토양수분 변동을 추정할 수 있도록 토양수분 관측지점을 대상으로 남한의 농업지역에 대한 토양 수문학적매개변수를 고려한 프로세스 기반의 토양수분 추정기법을 개발하고 추정 결과에 대한 검증을 실시했다. 토양수분함량 추정 모형에는 SWAP(Soil-Water-Atmosphere-Plant) 모형을 이용했다. SWAP 모형의 입력변수인 토양의 수리학적매개변수(θ_r, θ_s, K_s, α, n)는 미국 농무성(USDA)에서 개발된 ROSETTA 프로그램을 이용해 구했다. 기상관측 자료는 토양수분관측이 이루어지고 있는 지점의 AWS 관측자료를 이용했고 일최고기온, 일최저기온, 상대습도, 일사량, 풍속, 강수량 자료를 포함한다. 기상관측자료의 결측이 없고 토양특성 정보가 존재하는 56개 AWS 관측지점을 선정하였다. 토양수분 추정기법의 검증을 위해 2009-2015(2014년 결측)년에 걸쳐 장기간 토양수분 관측이 이루어지고 있는 해남KoFlux 관측지점의 자료와 비교했다. 2015년의 경우 토양수분 관측자료와 SWAP 모형 시뮬레이션 결과 사이에 R²=0.72의 상관성이 나타났으며RMSE=0.026(%), TCC=0.849로 좋은 재현성을 보였다. 검증된 모형을 이용해 농촌진흥청에서 운용 중에 있는 56개 토양수분 관측지점에 대해 시뮬레이션을 실시했다. 토양수분모형의 지점별 환경설정은 동일하게 적용했다. 그 결과 관측지점에 따라 재현성에 큰 차이를 보였으며 남한을 대상으로 한 토양수분 추정 기법의 신뢰성을 높이기 위해서는 대상지역에 대한 상세한 토양정보와 함께 식물 피복 정보에 대한 설정이 중요한 것으로 나타났다.

강원도 춘천지역의 산불 조심기간 산림 연료 수분함량과 기상인자의 관계 분석

한송희(Han, Songhee),채희문(Chae, Heemun) 한국방재학회 2022 한국방재학회논문집 Vol.22 No.2

산림 연료수분함량은 산불 발화와 확산에 밀접한 연관이 있어 산불 예보 시스템에서 중요한 기본 요소이며, 연료의 수분함량 분석은 산불관리에 있어 매우 중요하다. 본 연구는 2018년부터 2020년 봄·가을철 산불 조심기간 동안 임지 내 연료 수분함량과 임내 설치된 기상측정장비(HOBO data Logger)의 기상 자료의 관계 분석을 하였다. 산림 연료 수분함량은 사면별(남사면,북사면)을 나눈 뒤 지피물 채취하였고 수종별로는 활엽수(벚나무, 떡갈나무), 침엽수(소나무, 잣나무)를 대상으로 낙하한 낙엽을 사용하였다. 임내 설치된 기상측정장비의 온도(평균,최저,최고)와 상대습도(평균,최저)를 이용하여 기상인자와 연료수분함량의 상관관계를 분석하였다. 봄철 산불조심기간에는 사면별, 수종별에서 온도(평균,최저,최고)와 상대습도(평균,최저) 모든 인자들이 연료수분함량과 유의성이 있었으며, 가을철엔 평균온도와 평균 상대습도가 높은 유의성을 나타냈다. 연료수분함량과 기상의 상관 분석 결과를 통해 유의성이 높은 인자들을 뽑아 사면별, 수종별 다중회귀분석을 하였으며 1% 수준에서 유의한 것으로 분석되었다. 산림 내의 기상인자와 산림 연료 수분함량 간의 관계 분석을 통하여 향후 우리나라 산불위험예보시스템의 연료 지수를 산정하는데 본 연구는 기초자료로 활용될 수 있다. The amount of moisture contained in fallen leaves in the forest is closely related to the possibility of the ignition and spread of a forest fire. This moisture content is an important fundamental component of the forest fire danger rating system, as well as an essential parameter in forest fire management. This study examined the relationship between the moisture content of fuel in the forests and weather information obtained from HOBO data loggers installed in forests during the forest fire seasons of 2018 and 2020. The moisture content of the forest fuel was divided into two slopes (south and north), and the fallen leaves used were broad-leaved (Prunus serrulate and Quercus dentata) and coniferous (Pinus densiflora and Pinus koraiensis). The temperature (mean, minimum, and maximum) and relative humidity (mean and minimum) data obtained from the weather measuring devices installed in the forests were used to correlate weather factors with fuel moisture content. During the spring forest fire period, the temperature (mean, minimum, and maximum) and relative humidity (mean and minimum) of each slope and tree species were significant, while the average temperature and relative humidity were significant during the autumn. According to the correlations between the fuel moisture content and weather, factors with high significance were selected, and multiple regression analyses of the slope and species were found to be significant at 1 percent. The results of this study are expected to be used as primary data for calculating the fuel index of the forest fire forecasting system by accounting for the effects of weather factors on the moisture content of the fuel.

산림 내 연료 수분함량이 산불 발생에 미치는 영향 분석:홍릉숲 소나무림을 대상으로

Sun Joo Lee,Sung Yong Kim,Song Hee Han,Ye Eun Lee,Kyung Won Seo,Chun Geun Kwon 위기관리 이론과 실천 2021 Crisisonomy Vol.17 No.6

산림연료수분함량은 산불위험을 예측하는 데 있어 매우 중요한 인자이다. 본 연구의 목적은 기상인자를 활용하여 산불위험에 영향을 미치는 연료의 수분함량 변화를 분석하여 산불 발생 추이 분석을하고자 하였다. 이를 위해 2018년 4월 28일부터 2019년 6월 14일까지 418일간 홍릉숲 내 소나무림연료를 매일 15시에 6개의 샘플 채집 및 연료의 수분함량을 측정하였다. 기상인자와 연료수분함량간의 상관관계는 평균 상대습도, 온도, 강수량이 가장 높은 상관성을 나타났다. 연료수분함량추정식의 결정계수는 0.627로 나타났으며, 통계적인 유의성을 보였다(P<0.05). 과거 산불 발생 이력을 통해연료 수분함량을 추정한 결과, 산불발생일의 평균 연료 수분함량이 산불 미 발생일의 평균 연료수분함량보다 약 2.5배 낮게 나타났다. 강수량에 따른 산불 예방 일수는 5mm당 1.1일의 효과가 있는것으로 나타났다. 본 연구 결과는 기상적요인과 산불발생 간의 관계규명을 통해 산불발생 위험징후를 예보할 수 있는 체계마련에 기초자료로 활용될 것으로 기대된다. FMC(Fuel moisture contents) is very important factor in predicted risk of forest fires. Weather factors are closely related to change in FMC, so it is important to identify the relationship between weather factor and FMC. The purpose of this study is to analysis the change of FMC that affects fire risk with weather factors. We collected 6 sample plots at 3pm every day from Apr 28, 2018 to Jun 14, 2019(418 days) and dried fuel using drying oven for measured FMC(Fuel Moisture Contents). The correlation between weather factors and fuel moisture contents showed the highest correlation between average relative humidity, temperature, and precipitation. As a result of a developed model for predicting fuel water content, the determination factor ranges from 0.51 to 0.63, showing statistical significance (P <0.05). According to an analysis of the relationship between the weather on the date of the actual forest fire and the predicted fuel water content, the higher the number of forest fires per day, the lower the predicted fuel water content. The number of forest fire prevention days due to precipitation were found to be effective 1.1 days per 5mm. This research data is expected to be used as a basic data for upgrading the forest fire risk in forecast system.

원격 탐지 분광 기법 기반 토양수분함량 예측 PLSR 모델과 SVR 모델의 성능 비교

이혜인 ( Hye-in Lee ),이재은 ( Jae-eun Lee ),김남욱 ( Nam-wook Kim ),김민지 ( Min-jee Kim ),임경재 ( Kyoung Jae Lim ),모창연 ( Changyeun Mo ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.1

국내에서는 표토 자원의 지속적인 관리를 위한 표토 생태계 서비스 제공의 필요성에 따라 표토 환경 데이터베이스 구축 및 표토 변화 예측 기술의 개발이 요구되고 있다. 표토의 환경인자 중 하나인 수분함량은 표토 침식과 유실, 농업 생산성, 수자원 저장 기능 등과 밀접한 관련 있다. 따라서 토양수분함량은 침식과 유실로부터 표토를 보전하고 지속 가능한 수자원 관리를 위해 주요하게 모니터링되어야 하며, 체계적인 정보 제공을 위한 빅데이터 기반의 머신러닝 분석기술이 필요하다. 본 연구에서는 토양수분함량 변화 모니터링을 위해 원격 탐지 분광 기법을 이용한 머신러닝 분석기술을 개발하고자 하였다. 이를 위해 노지 표토에서 측정된 반사 스펙트럼을 이용하여 수분함량 예측 모델을 개발하고 그 성능을 비교하였다. 350~2,500 nm의 파장 대역의 휴대용 분광기를 이용하여 표토의 분광 스펙트럼을 획득하고, 측정지점의 시료를 채취하여 건조감량법으로 수분함량을 분석하였다. 스펙트럼 데이터는 노이즈 제거 등을 위해 전처리를 적용하였으며, 토양수분함량 예측을 위한 PLSR(Partial Least Squares Regression) 모델과 SVR(Support Vector Regression) 모델을 개발하였다. 검증에 이용한 지표는 결정계수(R2)와 평균 제곱근 편차(RMSE)이다. 모델 검증 결과, 머신러닝 기반 표토 수분함량 예측 모델의 성능이 우수하게 나타났다. 본 연구 결과는 원격 탐지 분광분석기술이 노지에서 토양수분함량의 실시간 변화를 예측할 수 있음을 보여준다. 개발한 토양수분함량 분석기술은 추후 표토 환경 모니터링에 필요한 정보 제공과 더불어 기술 고도화를 거쳐 현장 적용이 가능할 것으로 기대된다.