[굿타임] = 이강부 기자 = 한국전기공사협회에서 주관한 제5회 전기공사 우수논문공모전에서 아산시의회 김미영 의원이 대표 응모자로 응모한 공장형 다품종 스마트 팜을 위한 IoT기반 적층형 식물 재배 블록이 우수논문으로 선정돼 논문상을 수상했다.

공장형 다품종 스마트 팜을 위한 IoT기반 적층형 식물 재배 블록 연구는 다단 확장과 적층이 가능한 IoT 기반 식물 재배 블록 개발을 통해 스마트 팜 도입 농가를 위한 공장형 다품종 생산 기반을 구축코자 하는 연구 논문이다.

또 다단 확장과 적층이 가능한 스마트 팜 모듈의 성능을 평가키 위해 컨테이너 축소 모형의 토양 재배용 블록과 수경 재배용 블록을 제작하고 모듈화된 스마트 팜은 설치와 이동이 용이하고 다품종 재배가 가능키 때문에 작물의 품질 향상과 생산성 향상을 통해 스마트 팜 도입 사업자 등의 이익 실현에 도움이 될 것으로 기대된다. 

스마트 팜은 센서, 정보통신, 제어 등을 갖추고 네트워크화된 시설농업을 의미하며 4차 산업혁명의 특성인 자동화, 지능화, 연결화 등을 갖추고 스스로 작업하고 제어하고 기계 설비 등과 통신하는 네트워크화를 이룬다

이번 연구 논문은 스마트 팜 모듈, 적층형 식물 재배 블록, 모니터링 소프트웨어, 병충해 진단을 주요 연구 과제로 설정하고 있다.

스마트 팜의 도입은 농작물을 직접 관리하지 않아도 정보통신기술을 활용해 시간과 공간의 제약 없이 다중 모니터링과 제어를 통해 작물의 생육환경을 관측하고 최적의 상태로 관리할 수 있다. 

하지만 일반적인 스마트 팜은 제한된 토지내에서 작물이 자랄수 있는 환경을 만들어야 하기 때문에 품종 단일화는 필연적이라 할수 있으며 품종 단일화의 단점을 극복키 위해 본 연구는 재배할 토지의 면적을 분할하고 재배 블록을 적층한후 각재배 블록별로 다른 품종을 재배할수 있는 모듈화된 IoT 기반의 다단 확장과 적층이 가능한 식물 재배 블록을 개발했다. 

개발된 다단 확장과 적층이 가능한 식물 재배 블록은 모듈 시스템이기 때문에 역할별 모듈로 구성해 초기 구축 비용이 낮고 구축 시간이 짧으며 필요한 모듈만 추가해 늘릴수 있어 유연한 확장이 가능하다. 

4차 산업혁명의 발달과 최근에 전통 제조업의 쇠퇴를 가속화시키고 있으며 이로 인해 공장의 공실률이 증가하고 공장의 유휴 공간이 늘어나는 점을 고려해 공장내부에 규격화된 다단 확장과 적층이 가능한 식물 재배 블록을 설치하고 다품종 생산 스마트 팜으로 이용함으로 빈 공장을 활용한 새로운 산업으로 제조업의 변신을 이룰수 있다. 

공장형 다품종 스마트 팜 모듈농가인구 감소와 심한 기후 변화로 인한 농산물의 작황 변동과 기후 변화 대응 강화 등에 대한 전략적 대응을 위한 스마트 팜의 육성은 우리나라 농업 경쟁력 확보를 위한 대안중의 하나며 4차 산업혁명에 따른 파괴적 기술의 확산으로 제품 생산 방식의 혁신 비즈니스 모델 개발이 가속화되면서 ICT 농업 필요성이 증대되고 있다

공장형 다품종 스마트 팜을 위한 IoT 기반 적층형 식물 재배 블록은 생산비와 노동력 절감, 농산물 품질 향상을 위해 ICT 기술을 접목한 스마트 팜 기술로 에너지 사용 측면에서 조명, 환기, 난방 등의 조건별 정밀 제어를 통한 모듈별 에너지 최적 제어에 의한 비용 절감이 가능하다. 

또 다단 확장과 적층이 가능한 IoT 기반 적층형 식물 재배 블록은 이전과 운송에 용이하고 차량과 선박 적재에 수월키 때문에 도입 이후의 용도 변경이나 이전 등의 사유가 발생하더라도 재배중인 식물의 생육에 지장을 주지 않고 이전 설치가 가능하다.

공장형 스마트 팜 모듈은 초기 도입 비용이 기존의 스마트 팜 시설 공사 방식보다 낮으며 이와같은 장점을 이용해 급격한 기후 변화로 채소 재배에 어려움을 겪는 지역의 국가를 선정해 모듈화된 스마트 팜 수출을 위한 선도적 포지셔닝을 확보할수 있다. 

또 공장형 스마트 팜 모듈을 이용한 도시농업공간을 구축커나 용도 변경에 맞게 적절하게 활용함으로 소규모 사업단위 정책 기반의 국내 장기미집행 시설 활용 사업에 도입 가능하다. 

본 연구는 다단 확장과 적층이 가능한 식물 재배 블록을 개발해 효율적인 공간 사용과 경제성을 고려한 다품종 생산을 구현하는 것을 목표로 하고 있으며 이를 위해 식물 재배 블록내에 재배 환경 자동화 시스템을 구축해 추가적으로 직접 관리치 않아도 통합제어기를 통해 식물 재배에 최적화된 생육환경을 조성토록 했다. 

또 공장의 유휴 공간을 효율적으로 사용할수 있으며 이송과 운송이 용이하며 다단 확장과 적층이 가능한 IoT 기반 식물 재배 블록은 규격화가 가능하며 이런 점을 이용해 공장 내부에 재배 블록을 설치해 다품종 생산을 통한 다양성과 생산성 향상을 이룰수 있으며 규격화된 적층형 식물 재배 블록을 이용함으로 빈 공장을 활용한 새로운 산업으로 제조업의 변신을 이룰수 있다. 

특히 원격 모니터링 소프트웨어IoT 기반 식물 재배 블록과 WLAN으로 연결된 서버 컴퓨터에서 식물 재배 블록의 실시간 모니터링과 제어를 위한 소프트웨어를 개발했으며 DBMS가 포함된 원격 모니터링 소프트웨어에서 현재 선택된 재배 블록의 정보를 표시하며 재배 블록내에 설치된 카메라의 ID를 선택해 실시간으로 전송되는 영상을 확인할수 있다.

또 딥러닝 기반 병해 진단재배 작물의 병해 진단을 위해 객체 검출 모델을 통해 실시간 객체 인식에 특화된 딥러닝 알고리즘으로 R-CNN과는 다르게 영역 제안을 위한 별도의 네트워크를 사용치 않아 처리 속도가 빠른 장점이 있다. 

다단 확장형 컨테이너 형태로 개발된 공장형 스마트 팜 모듈은 이전과 운송이 용이하고 차량과 선박 적재에 수월하며 공장형 스마트 팜 모듈은 초기 도입 비용이 기존의 스마트 팜 시설 공사 방식보다 낮은 장점을 이용해 장기미집행 시설에 IoT 기반 식물 재배 블록을 이용한 스마트 팜을 구성함으로 쾌적한 도시환경 조성에 기여할수 있을 것으로 전망된다.