CNN 기반 엽채류 엽면적 예측 및 온실 환경 내 증발산 모델 적용성 평가

최영배 ( Young-bae Choi ),이인복 ( In-bok Lee ),조정화 ( Jeong-hwa Cho ),정효혁 ( Hyo-hyeog Jeong ),강솔뫼 ( Sol-moe Kang ),김다인 ( Da-in Kim ),조윤우 ( Yun-woo Cho ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0

시설원예는 전통적인 노지재배와 비교하여 효율적인 생산방법을 통하여 에너지 사용효율(EUE) 및 물 사용 효율(WUE)을 증대시키고 수확량 및 작물 품질을 향상시킬 수 있다. 특히, 이러한 효율성을 달성하기 위하여 작물의 증산 작용을 관리하는 것은 매우 중요하다. 그러나 작물의 증산을 직접 측정하는 것은 환경의 편차, 비용 문제 등으로 인하여 제한적이다. 이에 따라 온실 환경데이터 및 기상데이터를 이용한 다양한 경험적, 물리적 기반의 증발산 모델이 개발되었다. 일반적으로 작물의 증발산을 추정하기 위하여 공기 온도, 습도, 일사량, 기공저항 및 엽면적 등의 측정데이터와 사전 지식이 필요하다. 대부분의 기상 데이터는 온실 내 센서를 통하여 측정할 수 있지만, 엽면적의 경우 일반적으로 파괴적으로 조사하여 측정하므로 이를 연속 측정하는 것은 매우 제한적이다. 따라서, 본 연구는 합성곱 신경망(CNN) 을 이용하여 엽면적을 추정하는 모델을 개발하고자 하였다. 또한, 개발한 CNN 추정 엽면적을 다양한 증산모델에 적용하여, 온실 내 환경에서 CNN 추정 엽면적의 적용성을 평가하고자 하였다. 이를 위하여 현장 실험은 대전광역시의 한국 기계연구원(36°23'N, 127°21'E)에서 수행되었다. 작물의 이미지는 10분 간격으로 촬영되었으며, 작물의 증발산 및 공기 온도, 습도, 일사량, 풍속 등 기상데이터는 1분 간격으로 측정되었다. 또한, 5일 간격으로 파괴조사를 통하여 8개체의 엽면적을 측정하여 평균을 통해 이미지 라벨링 작업을 수행하였다. 실험 결과, U-net 기반 CNN 모델은 데이터 전처리와 최적화 과정을 통하여 R²: 0.9986, RMSE (㎡/㎡): 0.0547, MAPE(%): 4.54 로 높은 추정치를 보였다. CNN 모델을 5가지의 증산모델에 적용한 결과, 모든 증산모델에서 실제 측정한 엽면적을 사용한 경우와 추정 엽면적을 사용한 모델의 상관관계가 매우 높게 나타나 높은 적용성을 보였다(R²>0.99). 개발된 모델을 응용하여, 온실 내 이미지센서와 기상센서만을 이용하여 온실 내 증발산을 예측하고, 이를 통한 온실 관수, 환경 등의 통합 ICT 제어 및 디지털트윈 모델에 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

토양검정에 의한 시비량 수준이 멜론의 생육과 과실 품질에 미치는 영향

황미란,강남준,김희은,권준국,조명환,최효길 (사) 한국생물환경조절학회 2013 생물환경조절학회지 Vol.22 No.2

The objective of this study was to investigate the influence of fertilization levels by soil testing on plantgrowth and fruit quality of musk melon in greenhouse cultivation. Leaf area and fruit weight were severely affectedby fertilization level. Leaf areas were significantly reduced by 54.1% and 24.5% at 0 and 50% fertilization levelcompared to the 100% fertilization level, respectively. Fruit weights were reduced by 38.2% and 19.9% at 0 and 50%fertilization level compared to the 100% fertilization level, respectively. However, soluble solids and sucrose contentswere increased by 1.8% and 23.3% at 50% fertilization level compared to the 100% fertilization level, respectively. These results suggest that reduction of 50% fertilization level by soil testing seem to be effective methods toreduce salt accumulation in the soil as well as increasing of fruit quality such as soluble solids and sucrose contents. 토양검정 후 시비수준이 멜론의 생육과 품질에 미치는영향을 분석한 결과, 추천 시비량을 줄이면 엽면적과 과실 무게는 크게 감소하는 경향을 보였다. 엽면적은 추천시비량의 100% 시비구에 비해 0%와 50% 시비구에서각각 54.1%와 24.5% 감소하였다. 과실무게는 추천 시비량의 100% 시비구에서 2670g인데 비해 0과 50% 시비구에서 각각 1650g과 2140g으로 38.2%와 19.9% 감소토양검정 후 시비수준이 멜론의 생육과 품질에 미치는영향을 분석한 결과, 추천 시비량을 줄이면 엽면적과 과실 무게는 크게 감소하는 경향을 보였다. 엽면적은 추천시비량의 100% 시비구에 비해 0%와 50% 시비구에서각각 54.1%와 24.5% 감소하였다. 과실무게는 추천 시비량의 100% 시비구에서 2670g인데 비해 0과 50% 시비구에서 각각 1650g과 2140g으로 38.2%와 19.9% 감소토양검정 후 시비수준이 멜론의 생육과 품질에 미치는영향을 분석한 결과, 추천 시비량을 줄이면 엽면적과 과실 무게는 크게 감소하는 경향을 보였다. 엽면적은 추천시비량의 100% 시비구에 비해 0%와 50% 시비구에서각각 54.1%와 24.5% 감소하였다. 과실무게는 추천 시비량의 100% 시비구에서 2670g인데 비해 0과 50% 시비구에서 각각 1650g과 2140g으로 38.2%와 19.9% 감소하였다. 그러나 가용성 고형물과 자당 함량은 100% 시비구에 비해 50% 시비구에서는 각각 1.8%와 23.3% 증가하였다. 따라서 멜론 재배시 토양검정 후 추천 시비량의 50%만 시비하여도 엽수, 초장 및 엽면적 등의 생육과 평균과중에 감소가 없어 당도가 높은 멜론을 생산할수 있을 뿐만 아니라 시비량을 줄임으로써 염류집적도방지할 수 있을 것으로 판단되었다.

비산 터널 실험을 이용한 차단식물의 농약 비산 저감 효과 평가

이세연 ( Se-yeon Lee ),박진선 ( Jinseon Park ),최락영 ( Lak-yeong Choi ),홍세운 ( Se-woon Hong ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-

드론과 같은 항공방제기를 활용한 농작물 방제의 비중이 점차 증가하고 있으며, 이는 농촌의 노동력 부족 해소에 도움을 주고 있다. 이와 같이 항공 방제가 노동력 절감 및 경제적으로 유익한 부분이 있으나, 항공 방제 시 발생하는 하향풍 및 자연풍에 따라 농약이 주변 지역으로 비산하는 문제가 있다. 2019년 시행된 PLS(Positive List System) 제도로 인해 등록되지 않은 농약이 주변 지역으로 비산하는 경우, 사회적인 문제로 발전 할 우려가 있어 항공 방제로 인한 약액의 비산을 평가하는 문제가 시급하다. 본 연구에서는 주변 지역으로 비산되는 약액의 비산 저감을 목적으로, 식재할 수 있는 차단식물 및 주변 지역에서 자생하는 식물의 비산 저감 효과를 정량적으로 평가하기 위한 실내모의 실험을 수행하고자 한다. 본 연구는 실내 비산 모의 챔버인 Drift tunnel을 활용하여 약제의 비산을 모의하였고, 약액의 비산을 유발하는 주요 요인인 풍속과 작물의 부착 특성을 반영하기 위한 변수인 엽면적 지수(Leaf Area Index, LAI)를 고려하여 실험을 설계하였다. 엽면적 지수는 잎의 수를 3가지 수준으로 나누어 식물의 성장 단계를 모의하였다. 총 비산량은 식물 뒤로 Drift tunnel 전면에 걸쳐 거치된 나일론 스크린의 포집량을 기준으로 하였으며, 실험 풍속에서 식물 없이 측정하여 총 비산량을 산정하였다. 또한, 약액의 비산 및 식물 부착량을 평가하기 위해 Drift tunnel에 식물을 배치하고 약액을 분사한 후 나일론 스크린은 0.5L의 3차 초순수 담가 교반하고, 식물 부착량은 2L의 3차 초순수로 식물에 부착된 약액을 헹구어 수용액의 총유기탄소(Total Organic Carbon, TOC) 측정법을 활용하여 부착량을 측정하였다. 차단식물의 엽면적 지수에 따른 부착효율은 식물의 약액 부착량을 질량 단위로 환산하였고, 전체 비산량 중 작물 부착량의 비율을 산출하여 평가하였다. 또한 작물이 갖는 포집효율을 수치 모델에 적용하여 산정하였다. 그 결과 엽면적 지수에 따른 식물의 약액 부착효율은 엽면적 지수가 커질수록 증가하는 것으로 나타났다. 또한 동일 엽면적 지수일 때 풍속이 빨라질수록 증가하는 것으로 나타났다.

RGB 식생지수를 활용한 밀 군락 엽면적과 군락 피복 및 적정 노출 평가

이윤호,박혁진,김정원,김보경,장현수,김대욱,윤종탁,황태영 경상국립대학교 농업생명과학연구원 2022 농업생명과학연구 Vol.56 No.6

The leaf area and canopy coverage were important factor for crop production. In recent years, these measurements have been used in digital cameras to measure crop growth as an RGB vegetation index. In this study, the correlation of the RGB vegetation indexes, leaf area index (LAI), and canopy cover light interception (CCLI) were evaluated by setting the appropriate exposure value of the camera during the wheat cultivation period. Leaf area index, canopy cover light interception, and digital camera measurements were performed. It was taken within 30 minutes after the sunrise. The exposure value was performed at 3 levels (1/60s, 1/340s, 1/640s). RGB vegetation indexes analysis was performed in Python. The correlation (r2=0.94) was shown between the leaf area index and canopy cover light interception. EXG, GLI, NGRDI, EXG-EXR, MEXG, TGI, MNGRD, and MeXG-CIVE of canopy coverage images were positive correlated with leaf area index and canopy cover light interception. However, CIVE and EXR showed negative relationships between the leaf area index and canopy cover light interception. As a result of this study, the 1/640s was higher than 1/60s and 1/320s in exposure value. During the separation between the soil and the green ground, the exit was not too young, but the best separation before heading time. These results showed that the exposure value must be set in consideration of the technology that reduces light interference instead of excessive exposure, taking into account the growing stage and weather environment of the crop. 작물 생육 진단에 있어서 군락 엽면적과 군락 피복은 주한 요소 이다. 최근에는 이러한 측정을 디지털 카메라를 활용하여 RGB 식생지수로작물 생육을 측정하고 있다. 본 연구는 밀 재배 기간 카메라의 노출 값을 다르게 설정하여 RGB 컬러 식생 지수와 군락 엽면적지수 및 군락피복에대해 평가하였다. 군락 엽면적, 군락 피복 및 디지털 영상 측정은 출수 16일전부터 출수 후 25일까지 하였다. 일출 후 30분 이내에 촬영하였다. 노출 값은 셔터 속도를3 수준(1/60s, 1/340s, 1/640s)으로 하였다. RGB 컬러 식생지수 분석은 파이썬으로 하였다. 실제 군락 엽면적과 군락피복간에는 정의 상관관계(r2 =0.94)를 보였다. 군락 피복 이미지의 ExG, GLI, NGRDI, ExG-ExR, MExG, TGI, MNGRD 및 MExG-CIVE는군락 엽면적 지수와 및 군락 피복과는 정의 상관관계를 보였다. 그러나 CIVE와 ExR은 부의 상관관계를 보였다. 본 연구 결과 1/640s 가 1/60s와1/320s에 비하여 노출이 높게 설정된 것으로 보였다. 또한, 토양과 녹색 영역을 분리하는데 있어서 너무 어린 시기 보다는 출수 전이 가장 잘분리되었다. 따라서 야외에서의 다양한 광 조건에서는 과도한 노출보다는 광 간섭을 줄이는 기술과 함께 작물의 생육 시기와 기상환경을 고려하여노출 값이 설정되어야 할 것이다.

비산 터널 실험을 이용한 차단식물의 농약 비산 저감 효과 평가

이세연 ( Se-yeon Lee ),박진선 ( Jinseon Park ),최락영 ( Lak-yeong Choi ),홍세운 ( Se-woon Hong ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-

드론과 같은 항공방제기를 활용한 농작물 방제의 비중이 점차 증가하고 있으며, 이는 농촌의 노동력 부족 해소에 도움을 주고 있다. 이와 같이 항공 방제가 노동력 절감 및 경제적으로 유익한 부분이 있으나, 항공 방제 시 발생하는 하향풍 및 자연풍에 따라 농약이 주변 지역으로 비산하는 문제가 있다. 2019년 시행된 PLS(Positive List System) 제도로 인해 등록되지 않은 농약이 주변 지역으로 비산하는 경우, 사회적인 문제로 발전 할 우려가 있어 항공 방제로 인한 약액의 비산을 평가하는 문제가 시급하다. 본 연구에서는 주변 지역으로 비산되는 약액의 비산 저감을 목적으로, 식재할 수 있는 차단식물 및 주변 지역에서 자생하는 식물의 비산 저감 효과를 정량적으로 평가하기 위한 실내모의 실험을 수행하고자 한다. 본 연구는 실내 비산 모의 챔버인 Drift tunnel을 활용하여 약제의 비산을 모의하였고, 약액의 비산을 유발하는 주요 요인인 풍속과 작물의 부착 특성을 반영하기 위한 변수인 엽면적 지수(Leaf Area Index, LAI)를 고려하여 실험을 설계하였다. 엽면적 지수는 잎의 수를 3가지 수준으로 나누어 식물의 성장 단계를 모의하였다. 총 비산량은 식물 뒤로 Drift tunnel 전면에 걸쳐 거치된 나일론 스크린의 포집량을 기준으로 하였으며, 실험 풍속에서 식물 없이 측정하여 총 비산량을 산정하였다. 또한, 약액의 비산 및 식물 부착량을 평가하기 위해 Drift tunnel에 식물을 배치하고 약액을 분사한 후 나일론 스크린은 0.5L의 3차 초순수 담가 교반하고, 식물 부착량은 2L의 3차 초순수로 식물에 부착된 약액을 헹구어 수용액의 총유기탄소(Total Organic Carbon, TOC) 측정법을 활용하여 부착량을 측정하였다. 차단식물의 엽면적 지수에 따른 부착효율은 식물의 약액 부착량을 질량 단위로 환산하였고, 전체 비산량 중 작물 부착량의 비율을 산출하여 평가하였다. 또한 작물이 갖는 포집효율을 수치 모델에 적용하여 산정하였다. 그 결과 엽면적 지수에 따른 식물의 약액 부착효율은 엽면적 지수가 커질수록 증가하는 것으로 나타났다. 또한 동일 엽면적 지수일 때 풍속이 빨라질수록 증가하는 것으로 나타났다.

MODIS LAI 데이터를 이용한 툰드라-타이가 경계의 식생 공간분포분석

이민지,한경수 대한공간정보학회 2010 Spatial Information Research Vol.18 No.5

This study observed distribution of vegetation to confirm change of tundra-taiga boundary. Tundra-taiga boundary is used to observe the transfer of vegetation pattern because it is very sensitive to human activity, natural disturbances and climate change. The circumpolar tundra-taiga boundary could observe reaction about some change. Reaction and confirmation about climate change were definite than other place. This study used Leaf Area Index(LAI) 8-Day data in August from 2000 to 2009 that acquire from Terra satellite MODerate resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS) sensor and used Köppen Climate Map, Global Land Cover 2000 for reference data. This study conducted analysis of spatial distribution in low density vegetated areas and inter-annual / zonal analysis for using the long period data of LAI. Change of LAI was confirmed by analysis based on boundary value of LAI in study area. Development of vegetation could be confirmed by area of grown vegetation(730,325㎢) than area of reduced vegetation(22,372㎢) in tundra climate. Also, area was increased with the latitude 64˚ N~66˚ N as the center and around the latitude 62˚ N through area analysis by latitude. Vegetation of tundra-taiga boundary was general increase from 2000 to 2009. While area of reduced vegetation was a little, area of vegetation growth and development was increased significantly. 본 연구에서는 툰드라-타이가 경계영역의 변화를 확인하기 위해 식생의 분포 변화를 관측하였다. 툰드라-타이가 경계영역은 인간 활동 혹은 기후 변화에 따른 신호로 나타나는 식생패턴의 이동을 관측하기 위해 사용된다. 극지의 툰드라-타이가 경계영역은 조금의 변화에 대해서도 두드러진 반응을 관찰 할 수 있으므로 다른 곳에 비해 기후변화에 대한 반응과 확인이 명확하다. 연구 자료로서 2000년에서 2009년까지 총 10년간 매년 8월을 Terra위성 MODIS(MODerate resolution Imaging Spectroradio- meter)센서로부터 취득한 LAI(Leaf Area Index) 8-Day 자료를 사용하였고, 보조 자료로서 기후지도와 GLC 2000(Global Land Cover 2000)토지피복 지도를 사용하였다. 본 연구에서는 엽면적 지수의 10년치 장기간 자료를 이용하여 시・공간 분석과 식생의 밀도가 저조한 지역을 중심으로 위도대 별, 토지피복 별 분석을 시행하였다. 연구대상 지역에 대하여 엽면적 지수의 기준값을 바탕으로 한 분석에서 2000년에서 2009년까지 LAI의 변화를 확인하였다. 툰드라 기후에서 식생의 감소가 일어난 면적(22,372㎢)보다 식생의 성장을 보인 면적은 730,325㎢로서 식생의 발달을 확인할 수 있었다. 또한 위도대 별 면적 분석을 통해 위도 62˚ N의 주위와 위도 64˚ N~66˚ N을 중심으로 면적 증가가 나타났으며, 툰드라-타이가 경계영역의 식생은 2000년부터 2009년까지 전반적인 증가 추세가 나타났다. 전체적으로 식생 감소가 일어나는 면적 변화는 다소 적은 것에 비해 식생의 성장과 발달이 일어나는 곳의 면적은 크게 증가하는 것을 확인하였다.

MODIS LAI 데이터를 이용한 툰드라-타이가 경계의 식생 공간분포분석

이민지,한경수,Lee, Min-Ji,Han, Kyung-Soo 한국공간정보학회 2010 한국공간정보학회지 Vol.18 No.5

본 연구에서는 툰드라-타이가 경계영역의 변화를 확인하기 위해 식생의 분포 변화를 관측하였다. 툰드라-타이가 경계영역은 인간 활동 혹은 기후 변화에 따른 신호로 나타나는 식생패턴의 이동을 관측하기 위해 사용된다. 극지의 툰드라-타이가 경계영역은 조금의 변화에 대해서도 두드러진 반응을 관찰 할 수 있으므로 다른 곳에 비해 기후변화에 대한 반응과 확인이 명확하다. 연구 자료로서 2000년에서 2009년까지 총 10년간 매년 8월을 Terra위성 MODIS(MODerate resolution Imaging Spectroradiometer) 센서로부터 취득한 LAI(Leaf Area Index) 8-Day 자료를 사용하였고, 보조 자료로서 기후지도와 GLC 2000(Global Land Cover 2000)토지피복 지도를 사용하였다. 본 연구에서는 엽면적 지수의 10년치 장기간 자료를 이용하여 시 공간 분석과 식생의 밀도가 저조한 지역을 중심으로 위도대 별, 토지피복 별분석을 시행하였다. 연구대상 지역에 대하여 엽면적 지수의 기준값을 바탕으로 한 분석에서 2000년에서 2009년까지 LAI의 변화를 확인하였다. 툰드라 기후에서 식생의 감소가 일어난 면적($22,372km^2$) 보다 식생의 성장을 보인 면적은 $730,325km^2$ 로서 식생의 발달을 확인할 수 있었다. 또한 위도대 별 면적 분석을 통해 위도 $62^{\circ}$ N의 주위와 위도 $64^{\circ}$ N~$66^{\circ}$ N을 중심으로 면적 증가가 나타났으며, 툰드라-타이가 경계영역의 식생은 2000년부터 2009년까지 전반적인 증가 추세가 나타났다. 전체적으로 식생 감소가 일어나는 면적 변화는 다소 적은 것에 비해 식생의 성장과 발달이 일어나는 곳의 면적은 크게 증가하는 것을 확인하였다. This study observed distribution of vegetation to confirm change of tundra-taiga boundary. Tundra-taiga boundary is used to observe the transfer of vegetation pattern because it is very sensitive to human activity, natural disturbances and climate change. The circumpolar tundra-taiga boundary could observe reaction about some change. Reaction and confirmation about climate change were definite than other place. This study used Leaf Area Index(LAI) 8-Day data in August from 2000 to 2009 that acquire from Terra satellite MODerate resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS) sensor and used K$\"{o}$ppen Climate Map, Global Land Cover 2000 for reference data. This study conducted analysis of spatial distribution in low density vegetated areas and inter-annual / zonal analysis for using the long period data of LAI. Change of LAI was confirmed by analysis based on boundary value of LAI in study area. Development of vegetation could be confirmed by area of grown vegetation($730,325km^2$) than area of reduced vegetation ($22,372km^2$) in tundra climate. Also, area was increased with the latitude $64^{\circ}$ N~$66^{\circ}$ N as the center and around the latitude $62^{\circ}$ N through area analysis by latitude. Vegetation of tundra-taiga boundary was general increase from 2000 to 2009. While area of reduced vegetation was a little, area of vegetation growth and development was increased significantly.

국화 “백마”의 생육 일수 및 누적 온도에 따른 건물중과 엽면적의 생장 회귀 모델 개발 및 비교

김성진(Sungjin Kim),김정환(Jeonghwan Kim),박종석(Jongseok Park) (사)한국생물환경조절학회 2020 생물환경조절학회지 Vol.29 No.4

본 연구는 대륜 국화 ‘백마’의 생육 특성인 생체중, 건물중, 엽면적을 조사하여, 생장 및 기후요소에 따른 생장 예측모델 개발을 위하여 수행되었다. 정식후 일수 및 누적온도에 따른 국화의 건물중 및 엽면적 분석에 기반한 ‘백마’의 생장예측을 위한 시그모이드 회귀모델을 개발하였다. ‘백마’의 건물중 상대생장률(RGR)은 재배기간 평균 0.084 g·g<SUP>-1</SUP>·d<SUP>-1</SUP>이었다. 정식 후 재배 기간에 따른 건물중에 대한 상대 생장률은 정식 초기부터 단일처리 전까지 높았으며 최고 0.133 g·g<SUP>-1</SUP>·d<SUP>-1</SUP>까지 증가하였고, 63일째 단일처리가 시작된 후 수확 시기에서는 0.030 g·g<SUP>-1</SUP>·d<SUP>-1</SUP>으로 감소하는 경향을 보였다. 누적온도에 따른 국화의 건물중, 엽면적에 대한 생장 모델(sigmoid 곡선)을 개발하였다. 정식 후 일수와 누적온도에 따른 ‘백마’의 건물중 및 엽면적은 지수함수적으로 증가하였으며, 건물중의 경우 63일(누적온도 1601℃)까지 평균 39.1%씩 증가하였고, 이후 평균 7.4%씩 증가하였다. 엽면적의 경우 정식 후 28일차까지 평균 63.3%씩 증가하였고, 화아분화가 발생하기 전인 84일차까지 평균 6.5%씩 증가하였으며 화아분화가 발생하기 전 84일까지 평균 6.5%로 증가했고, 이후 수확 전까지 평균 10.6%씩 증가하는 경향을 보였다. 본 실험은 충남지역에서 대륜 국화 ‘백마’의 재배관리 체계와 계획적 연중 생산 체계를 구축하는데 유용한 자료로 활용될 수 있다. 보다 정밀한 생육 예측 모델을 만들기 위해서는 누적 일사량을 포함한 다양한 기상자료를 바탕으로 하여 교정 및 검증이 필요하다. This study was carried out to investigate the growth characteristics of standard chrysanthemum ‘Baekma’, such as fresh weight, dry weight, and leaf area and to develop prediction models for the production greenhouse based on the growth parameters and climatic elements. Sigmoid regressions models for the prediction of growth parameters in terms of dry weight and leaf area were analyzed according to the number of the day after transplanting and the accumulate temperature during this experimental period. The relative growth rate (RGR) of the chrysanthemum was 0.084 g·g<SUP>-1</SUP>·d<SUP>-1</SUP> on average during the period.The dry weight and leaf area of "Beakma" increased exponentially according to the number of day after transplanting and the accumulated temperature, in the case of dry weight increased by an average of 39.1% until 63 days (accumulated temperature of 1601℃), after that dry weight increased by an average of 7.4% before harvest. The leaf area increased by an average of 63.3% until the 28th day after transplanting, and by an average of 6.5% until the 84th day before flower bud differentiation occurred, and increased by an average of 10.6% before harvest. This experiment can be used as a useful data for establishing a cultivation management system and a planned year-round production system for standard chrysanthemum “Baekma”. To make a more precise growth prediction model, it will need to be corrected and verified based on various weather data including accumulated irradiation.

Penman-Monteith 모델에 의한 식물공장 내 상추(Lactuca sativa L.)의 증산량 예측

이준우,엄정남,강우현,신종화,손정익 (사) 한국생물환경조절학회 2013 생물환경조절학회지 Vol.22 No.2

In closed plant production system like plant factory, changes in environmental factors should be identifiedfor conducting efficient environmental control as well as predicting energy consumption. Since high relativehumidity (RH) is essential for crop production in the plant factory, transpiration is closely related with RH andshould be quantified. In this study, four varieties of lettuces (Lactuca sativa L.) were grown in a plant factory, and theleaf areas and transpiration rates of the plants according to DAT (day after transplanting) were measured. The coefficientsof the simplified Penman-Monteith equation were calibrated in order to calculate the transpiration rate in theplant factory and the total amount of transpiration during cultivation period was predicted by simulation. The followingmodel was used: Ed = a * (1 − e−k*LAI) * RADin + b * LAI * VPDd (at daytime) and En = b * LAI * VPDn (atnighttime) for estimating transpiration of the lettuce in the plant factory. Leaf area and transpiration rate increasedwith DAT as exponential growth. Proportional relationship was obtained between leaf area and transpiration rate. Total amounts of transpiration of lettuces grown in plant factory could be obtained by the models with high r2 values. The results indicated the simplified Penman-Monteith equation could be used to predict water requirements aswell as heating and cooling loads required in plant factory system. 밀폐된 식물공장 환경에서 환경 조절 및 에너지 소비예측을 위해서는 환경요소들의 변화 요인을 파악해야 한다. 식물체는 광합성 과정에서 많은 양의 물을 증산을통해 대기 중으로 방출하게 되는데, 일반적으로 식물공장의 특성상 비교적 높은 습도 유지가 필요하며, 증산은실내 습도에 직접적인 영향을 주기 때문에 식물의 증산량에 대한 정량화가 필요하다. 본 연구에서는 식물공장생육조건에서 4가지 품종의 상추를 재배하면서 생육기간에 따른 엽면적 변화와 증산속도를 측정하고 이를 바탕으로 Penman-Monteith 방정식을 식물공장 조건에 맞게변형시켰다. 그리고 이러한 결과들을 토대로 식물공장에서 재배 기간 중 증산으로 인해 발생하는 수분의 양을시뮬레이션을 통해 예측하였다. 그 결과 작물의 엽면적과 증산속도는 생육기간이 진전됨에 따라 점차 증가하는것으로 나타났으며 엽면적과 증산량 사이는 비례관계를나타냈다. 증산량 추정 모델식 변형은 일반적으로 다양한 환경 요인들에 의해 증산량이 결정되던 기존의 모델식들에 비해 엄밀한 환경 요소들에 대한 제어가 가능한식물공장에서 증산량은 환경 요소들은 상수로 취급 가능하며, 작물의 엽면적지수의 변화에 대해서만 주로 결정되었다. 또한 설정된 환경 조건에서 생육기간에 따른 증산량 추정모델을 이용하여 전체 생육기간 중 작물 개체당 누적 증산량을 높은 결정계수(r2)로 예측할 수 있었다. 이렇게 예측된 증산량은 식물공장 환경 제어 기술 중냉난방 부하 계산 및 관수 계획을 세우는데 활용 가능할 것이다.

농약 비산 저감을 위한 경계 작물의 공력 저항 및 차단 효과 분석

박진선 ( Jinseon Park ),이세연 ( Se-yeon Lee ),최락영 ( Lak-yeong Choi ),홍세운 ( Se-woon Hong ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-

농작업 과정 중 방제의 기계화가 보편적으로 시행됨에 따라 드론을 활용한 방제가 활발하다. 드론을 활용한 방제는 공기 중 분사로 작업효율이 높고, 작업 속도가 빨라 비용 절감 및 인력 투입에 유리하다. 이때 공기 중 약액 입자는 기상 작용에 의한 풍속 및 풍향과 드론에서 발생하는 하향풍의 영향으로 목표 작물을 벗어나 주변 지역으로 비산되기 쉽다. 한편, 대기 중 약액이 비산될 때 주변 지역에 수목 또는 기타 작물이 존재 할 경우 약액 입자를 운반하는 공기의 투과성이 저하되고, 공기 중에 분포하던 약액 입자는 작물에 부착되어 비산 도달 거리가 짧아질 수 있다. 작물의 공기 투과 저항력은 작물의 엽면적의 크기 및 밀도에 영향을 받는데, 이와 같은 특성을 나타내는 지표로 엽면적 지수를 꼽을 수 있다. 또한 작물의 공기 투과 저항력은 일정 풍압이 발생할 때 작물을 중심으로 전후의 압력을 측정하고, 그 차이를 이용하여 측정할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 엽면적 지수와 외부 풍속을 달리하여 식물의 공기 투과 저항력을 평가하고자 한다. 실험 설계는 실내 비산 모의 챔버를 활용하였으며, 식물은 잎의 밀도를 달리하여 엽면적 지수를 세 단계로 구분하였고, 풍속은 1-3 m s^-1 로 설정하여 풍동 구간 내 발생하는 압력을 측정하기 위해 작물 앞과 뒤에 동일 간격을 두고 압력계를 설치하였다. 압력은 정압과 동압의 합으로 얻어지며 동압은 내부에 바람이 일정한 속도로 불기 때문에 전구간이 동일하여 정압을 측정하여 작물의 공기 투과 저항력을 추정하였다. 작물의 공기 투과 저항력은 경험식과 Darcy-Forchheimer가 제안한 식을 활용하여 경향을 분석하였다.