■ 농촌진흥청은 한국형 스마트팜 기술 개발로 인공지능이 농사짓는 기반 마련!
농업인 홍길동 씨는 어제 밤새 분 강풍에 토마토 온실이 무사한지 걱정이 앞섰습니다. 아침에 눈을 뜨자마자 휴대전화 스마트팜 음성비서에게 “온실 상황이 어때?”라고 물었습니다. 그러자 실시간 온실의 현재 모습과 어제 밤 온실 내부 환경 변화 이력이 나타났습니다.
귀농인 최첨단 씨는 오늘 온실에 농약을 줄 예정입니다. 스마트폰으로 온실에서 재배 중인 토마토를 찍어 클라우드 센터에 전송합니다. 잠시 후, 인공지능이 분석한 토마토의 영양 상태와 질병 정보가 그래프로 그려지고, 필요한 농약의 종류와 양이 표시됩니다.
이어 자동으로 오늘의 일기 예보와 온실 환경을 고려해 환경조절장치도 가동을 시작했습니다.

■ 농촌진흥청은 4차산업혁명 기술 융합과 혁신으로 우리 농업의 한계를 극복하고 본격적인 디지털 농업 시대를 열어갈 한국형 스마트팜 기술개발 추진!
우리나라 농업은 고령화와 높은 노동 강도로 인해 청년인구의 유입이 어려운 구조로 타 분야보다 생산인구 절벽화가 더욱 가시화되고 있다. 이에 대한 대안으로 제시되고 있는 스마트팜은 사물인터넷(IoT), 빅데이터(Big data), 인공지능(AI), 로봇(Robot) 등을 활용하여 농산물의 생육환경을 최적상태로 관리하고 노동력 절감과 생산성 향상을 구현하는 효율적인 농업형태이다.
농촌진흥청은 우리나라 농업 재배여건과 농가규모에 적합하도록 ICT 적용 유형을 나누어 규격화한 것으로, 스마트폰이나 컴퓨터를 이용하여 언제 어디서나 작물의 생육환경을 점검하고, 적정하게 유지관리 할 수 있는 한국형 스마트팜 기술을 개발하여 보급확산에 크게 기여하고 있다.
2020년 스마트팜 보급목표는 7,000ha로 스마트팜이 적용 가능한 보급면적의 70%에 달한다. 이를 달성하기 위해 한국형 스마트팜을 기술 수준에 따라 세대별 모델로 정립하고 ICT 장비표준화, 핵심기술 국산화, 인공지능 기술 적용 및 빅데이터 분석 등에 대한 R&D를 수행하고 있으며, 농림축산식품부의 ICT융복합 확산정책과 연계하여 보급 확산을 추진하고 있다. (*스마트팜 보급면적(누적): `14(405ha)→`18(4,510ha)→`20(목표 7,000ha)

○ 한국형 1세대 스마트팜 - 원격 모니터링과 제어로 편의성 향상!
온도, 습도, 일사 등 센서 정보와 카메라 영상정보를 이용하여 온실을 원격 모니터링 하고 모바일 기기의 앱(app)에서 온실 환경을 원격 제어하는 1세대 스마트팜 시스템은 농업인 편리성 증대를 목적으로 개발되었다. 적용되는 ICT 기술들의 조합에 따라 기본형과 선택형으로 구분되며, 농업인이 재배시설과 작물별 제어 환경요인에 따라 모델을 선택할 수 있는 것이 2016년 개발된 1세대 한국형 스마트팜 모델의 특징이다. 모델 정립에 따라 스마트팜 설치비용이 0.33ha기준 단동형 7백만원→5백만원, 연동형 20백만원→14백만원으로 약 30% 절감되는 것으로 나타났다.
1세대 스마트팜을 도입한 많은 농가에서는 영농의 편의성 향상뿐만 아니라 생산성을 높이는 데도 큰 효과를 보이고 있다. 그러나 1세대의 경우, 모든 농사 환경을 농업인이 직접 설정하고 조작해야 하므로 농사에 대한 지식은 물론, 데이터를 이해하고 분석할 수 있는 ICT 역량도 필요하다. 이에 농사 경험이 적은 젊은 농업인이나 귀농인, 농사 지식은 있지만 ICT가 익숙하지 않은 고령 농업인은 접근이 쉽지 않다는 점이 기술적 한계로 지적되고 있다.

○ 한국형 2세대 스마트팜 - 클라우드 기반 지능형 정밀생육관리로 생산성 및 품질 향상!
이를 극복하고자 현재 중점적으로 연구 개발 중인 한국형 2세대 스마트팜 기술은 인공지능으로 작물의 재배환경과 생육, 질병 상태를 진단할 뿐만 아니라 인공지능 기반의 음성지원 플랫폼 ‘팜보이스’와 재배 전 과정에서 적합한 의사결정을 지원하는 ‘클라우드 플랫폼’으로 농사 경험이 적은 젊은 창농인이나 ICT에 미숙한 고령 농업인에게도 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.
특히, 식물의 생육 또는 동물의 생장 상태를 계측하고 측정자료를 빅데이터로 관리, 인공지능이 동식물 생장모델을 이용하여 환경관리에 대한 의사결정을 하는 클라우드 기반 2세대 기술 개발이 현재 수행되고 있다. 2017년에는 고령화로 농사지식이 단절될 것을 대비해 기존 농가의 온실 환경, 생육정보, 수확량 빅데이터를 수집하고 인공지능으로 분석하여 현재 농장 환경 분석과 온실 환경 제어 의사결정에 필요한 정보를 제공하는 2세대 스마트팜 모델의 핵심기술인 클라우드 컴퓨팅 시스템 개발과 구축이 시작되었다.

- 한국형 2세대 스마트팜 클라우드 플랫폼 구축
클라우드 플랫폼은 한국형 2세대 스마트팜의 핵심기술이다. 1세대 스마트팜에서 구현된 센서정보, 영상정보, 제어 내역과 같은 온실정보와 날씨정보, 병해충 DB (Data Base)와 같은 부가 정보는 클라우드 플랫폼으로 수집되고 DB에 저장된다. DB에 축적된 정보를 인공지능 엔진으로 분석하여 생육정보 계측, 온실 환경 제어, 병해충 진단 등에 이용하는 것이 2세대 스마트팜이다. 기상청의 환경 데이터와 농촌진흥청 빅데이터 팀에서 개발한 작물생육 모델을 기반으로 작물재배 관련 주 단위 온·습도 등 환경 분석이 가능한 빅데이터 플랫폼(Apache Hadoop/Spark)과 분석결과를 시각화하는 온실 내·외부의 통합 모니터링 시스템을 구축하였다. 현재 온실 환경 및 생육정보 빅데이터를 기반으로 도출된 추론모델을 적용하여 온실 환경을 제어하는 기술과 표준 기반 온실 환경제어장치를 클라우드 시스템과 연동하는 기술 연구를 추진하고 있다.

- 클라우드 기반 영상정보를 이용한 인공지능 플랫폼 운용
1세대 스마트팜 구축으로 온실 내·외부 환경 정보(온·습도, 일사량, 풍속 등)는 수집 가능하다. 2세대 기술 구현을 위해서는 작물의 생육 정보를 수집할 수 있는 센싱 기술이 필요하다. 스마트팜개발과에서는 딥러닝 기반 토마토 생육정보 측정시스템을 연구하여 온실 환경에 반응하는 작물의 생장변화, 꽃, 열매 등 생육정보를 계량화하는 기술을 개발하고 있으며, 현재 인식 정확도는 생장점 길이, 줄기 굵기 등 약80% 수준이다.
또한, 토마토를 대상으로 시설온실에서 발생하는 병해충을 진단할 수 있는 웹 UI (User Interface)를 개발하였다. 병반형태, 잎/줄기 색과 모양변화, 열매변형 등 영상정보를 인공신경망을 통해 학습하여 병해 5종을 진단할 수 있으며 농촌진흥청 영농 정보 데이터베이스인 농사로 서비스와 연계하여 해당 증상에 대한 정보를 제공받을 수 있다. 현재 토마토의 경우, 현장 실증을 위하여 증상 진단과 응답 정확도를 향상시키는 연구가 진행되고 있으며, 딸기, 파프리카로 진단 작목을 확대하기 위해 연구 중이다.

○ 스마트팜 현장 애로 기술 개발 - 농가 불편 해소와 확산 촉진!
스마트팜이 확산되면서 외출 중에도 온실 상황을 확인하고 조치할 수 있고, 야간에는 설정해놓은 대로 환경을 제어하는 등 편의성이 증대되고 있는 반면, 스마트팜 기자재 간의 호환성 부족, 유지보수의 어려움 등 농업현장에서 발생하는 새로운 현장애로로 연구개발 수요가 발생하고 있다. 스마트팜개발과에서는 세대별 한국형 스마트팜 연구개발과 함께 현장애로 과제도 수행하고 있다.

- 스마트팜 기자재 표준화 추진!
한국형 스마트팜 확대 보급에 따라 농업인의 유지보수 및 확장 편의성을 높이기 위한 ICT 기자재의 호환성 확보가 현장에서 요구되었고, 관련 산업체에서는 향후 수출을 대비한 규격화 필요성이 대두되어 스마트팜 부품과 기자재에 대한 단체표준과 국가표준 제정을 추진하였다.
① 표준화 추진을 위한 산·학·연 등 이해관계자 의견 수렴(`15 ~ 현재)
산업체, 협회, 학계 등이 참여한 스마트팜 ICT 융합 산업화 포럼을 농업기술실용화재단과 함께 구성하여 운영하고 있다. 포럼(소통) 활동을 통해 스마트팜 ICT 핵심부품의 단체표준 대상 발굴과 공동규격 설정을 위하여 이해관계자간 자율적 조율 및 기술적 난제 등에 대한 협의(안)을 도출하고 있다.

② 단체 표준 제정(`15 ~ `18)
2015∼16년 시설온실에 사용되는 ICT 장비 중 센서류 13종, 제어기 9종, 복합장비 3종을 TTA (한국정보통신기술협회) 단체표준으로 등록하여 농가의 시설온실 유지보수를 용이하게 하고 스마트팜 ICT 분야의 세계표준을 선도할 수 있는 기반을 마련하였다. 2017년 분야를 확대하여 축산 스마트팜 환경관리를 위한 외기센서 7종, 내기센서 8종 및 안전센서 4종 등 총 19종을 TTA 단체표준으로 제정하였다. 2018년에는 축산사양관리 기자재(군사식 자동급이기(소), 돈방식 액상사료급이기, 가금음수관리기 등)의 공동규격 25종이 농업기술실용화재단의 최초 단체표준으로 제정되었다.
③ 국가 표준 제정(`19)
꾸준한 포럼 활동으로 산업체와 표준관련 기관에서 스마트팜에 활용되는 ICT 기자재 표준에 대한 이해와 필요성이 높아져 단체표준을 국가표준으로 고도화 하는 연구를 농업기술실용화재단과 공동 수행하였다. 포럼 활동과 전문가 의견을 반영하여 2015∼16년 제정된 스마트온실 센서류 및 제어기 단체표준을 수정·보완하였다. 국립전파연구원 주관 국가표준 전문위원회 심의 및 고시를 통과하여 스마트온실 센서 인터페이스 13종, 환경제어 구동기 9종에 대하여 국가표준을 제정하였다.

○ 세계최고 수준의 한국형 스마트팜(K-Farm) 기술로 농업 한류의 물꼬가 되자!
사회 전반에서 4차 산업 혁명에 많은 관심을 가지고 사물인터넷, 빅데이터, 인공지능, 로봇 등을 활용하고 있다. 일상생활에 사물인터넷 기술이 깊숙이 파고들어 언제 어디서든 모바일로 집과 사무실에 있는 가전 기구들을 제어할 수 있는 시대가 되었다.
농업분야에서도 스마트 기기를 농사에 효과적으로 접목할 수 있는 ICT 융복합 분야 연구개발을 지속적으로 추진해야 할 것이다. 스마트팜 연구개발은 농작업 편리성과 농업 생산성을 높여 국내농가의 소득증대뿐만 아니라 농업 생산기술과 시스템 수출의 길을 열 것이다. 가까운 장래에 한국형 스마트팜의 기반이 구축되고 이를 통해 우리 농업이 우리나라의 미래 성장 동력으로 자리매김하기를 기대해본다.

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