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씨눈 인식을 위한 인공지능 모델 및 씨감자 자동절단장치 개발
임금재 ( Geumjae Lim ),김선종 ( Seonjong Kim ),오주선 ( Jooseon Oh ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.2
밭농업의 경우 기계화의 정도가 상대적으로 낮기 때문에 농산물의 품질, 자급률, 단가 등에서 문제가 발생하고 있다. 특히 감자 재배과정의 경우 파종 전 감자를 절단하는 과정은 여전히 인력으로 진행하고 있는 상황이다. 이는 씨감자의 씨눈을 손상하지 않고 잘라낸 절편 내에 씨눈이 존재해야 한다는 씨감자 파종 작업의 복잡성에 기인한 것으로 지금까지의 기술로는 기계화가 불가능한 작업이었다. 하지만 최근 농업에 인공 지능 기술의 적용 및 무인 자동화 등의 연구를 통하여 농업의 생산성을 높이고자 하고 있으며, 감자 파종 작업 역시 인공지능 기술 적용을 통해 기계화가 가능하다. 본 연구에서는 씨감자 절단을 자동화하기 위하여 인공지능 모델을 개발하고 이를 이용하여 자동 절단장치를 개발하였다. 개발 과정을 배치, 절단, 전송의 과정으로 정의하였으며, 씨눈을 인식하는 기술과 인식된 씨눈을 피해 씨감자를 절단하는 방법을 자동화하는 방법을 제안한다. 씨눈 이미지 데이터를 인공지능 모델에 학습시킨 후 모델을 이용해 절단 알고리즘을 작성하였다. 알고리즘은 카메라로 감자를 촬영하고, 촬영된 이미지에서 씨눈을 인식하며, 이미지의 중심점과 씨눈의 중심점을 기준으로 최적의 절단 직선을 생성하는 과정으로 개발되었다. 최적 절단 직선은 시리얼 통신으로 씨감자 절단기로 전송되어 절단 장치가 작동하도록 하였다. 실제 시험 결과 인공지능 모델이 씨눈을 인식하는 속도는 평균 0.4초가 소요되며 F1-score는 0.926, 절단 성공률은 80%였다. 추가 연구를 통해 씨감자의 배치와 이송 작업의 자동화, 절단된 씨감자 절편의 선별 등을 통해 씨감자 절단 과정 전체를 자동화하고자 하며, 이는 감자 재배 농가 수익의 증대 및 노동력 절감 등의 효과를 가져올 것으로 예상된다.
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최일수 ( Ilsu Choi ),김영근 ( Youngkeun Kim ),최용 ( Yong Choi ),전현종 ( Hyeonjong Jun ),강태경 ( Taegyoung Kang ),이상희 ( Sanghee Lee ),김진구 ( Jingu Kim ),유승화 ( Seounghwa Yu ),박영은 ( Youngeun Park ),조지홍 ( Jihong Jo ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2
감자는 세계적으로 옥수수, 쌀, 밀, 다음으로 많이 생산되는 중요 식량자원으로 국내에서도 최근 식생활 서구화로 가공용 감자의 소비량이 증가하고 있으나, 농촌 노동력 부족, 재배면적 감소로 수입량이 증가하고 있는 실정이다. 국내 감자 재배면적은 ’05년 32.7천ha에서 ’10년 24.9천ha, ’16년 22.0천ha로 감소하고 있으며, 이에 따라 생산량도 ’12년 607.5천톤에서 ’14년 590.5천톤, ’16년 555.7천톤으로 감소해 자급률은 ’05년 93.1%에서 ’10년 88.5%, ’16년 76.0%까지 감소된 것으로 보고되고 있다. 국내 감자 재배의 경우 지역별 재배양식이 다양하고 씨감자를 크기에 따라 2∼6등분한 절편감자를 파종하고 있어 자동 파종기 개발에 어려움이 있는 실정으로, 기계화율은 67.4%로 파종과 수확작업의 인력의존도가 높은 것으로 조사되고 있다. 이에 농촌진흥청은 감자 재배 생력화를 위해 기계화 적응 재배양식을 설정하였으며, 국내 실정에 맞게 통감자를 자동으로 절단하여 파종하는 전자동 감자 파종기를 개발하고 경운· 정지에서 수확까지 감자 생산 주요 작업공정에 농기계를 투입한 전과정기계화 기술을 확립하였다. 그러나, 새로 개발된 전자동 감자 파종기는 통감자를 자동으로 2등분 절단 후 소독제를 살포하여 동시에 파종하는 파종기로, 관행 농가의 재배방법(관행방법 : 씨감자 2~4등분 절단 및 큐어링 후 파종)과 차이가 있어 조기 실용화에 어려움이 예상된다. 이에 본 연구는 전자동 감자 파종기의 지역적응성 향상을 위해 신개발 기종을 투입한 주산지 중심의 지역 적응성 시험을 수행하고 기계 파종에 따른 출현율과 생리장애 등 생육 특성을 분석하였다. 전자동 감자 파종기 지역적응성 시험은 봄감자를 대상으로 국내 감자 주산지인 경북 거창에서 수행하였으며, 재식거리(주간거리 25cm, 28cm, 30cm)를 요인으로 파종 후 결주율 등 파종성능과 출현율, 생리장애 등을 관행 인력파종 재배구와 비교하여 분석하였다. 시험 결과 주간거리가 28cm일 때 결주율이 1.4%, 주간거리 29.4±4.77, 파종깊이 9.87±0.69로 파종성능과 작업정도가 양호하게 분석되었으며, 출현율은 기계파종구 96.3%, 인력 파종구 98.1%로 분석되었다.
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