[논문]4차 산업혁명과 미래 농업생산기반 정비 방향

최진용

4차 산업혁명과 미래 농업생산기반 정비 방향 원문보기

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문제 정의

본고에서는 농업 인프라로서 농업생산기반이 농업과 4차 산업혁명이 어떻게 융합되어 발전할 것인가를 살펴보고 스마트해지는 농업 발전의 인프라로서 우리나라 농업생산기반이 어떻게 변모해야 할 것인가가 살펴보고자 한다.
IoT, CPS, 인공지능을 기반으로 하는 4차 산업혁명은 갑자기 이루어진 것이라기보다는 ICT(Information Communication Technology), 센서네트워크(Sensor Network), 인공지능 등 이전의 다양한 분야의 기술발전이 서로 융합하고 통합되며, 연결되고, 지능화되는 과정에서 혁신이 일어나는 산업혁명이라고 보는 것이 타당할 것으로 이해된다. 이 중 비교적 생소한 개념은 CPS 인데, CPS는 4차 산업혁명의 핵심 개념과 기술에 일치되는 부분이 있으며, 이는 센서 네트워크, 사이버네틱(cybernetics) 및 메카트로닉스(mechatronics) 시스템을 결합 설계한 임베디드 시스템(embedded systems)이 진화되고 있는 시스템을 의미하며, 현실 세계의 다양한 물리, 화학 및 기계공학적 시스템(physical systems)을 컴퓨터와 네트워크를 통해 자율적, 지능적으로 제어하기 위해 등장하였다. CPS 는 크게 연산(computation), 통신(communication), 제어(control) 기술로 구성되며, 대규모 융‧복합 시스템(system of systems) 구축을 위한 여러 전문 분야가 관련된 다학제적(多學際的, multidisciplinary and interdisciplinary) 이다.

제안 방법

쌀의 과잉생산, 농업/농촌의 고령화, 메가트렌드인 기후변화 등에 비추어 현재의 농업/농촌 문제와 4차 산업혁명 기술을 접목한 미래의 농업생산기반 모습을 제안하고 현재 농업생산기반 정비사업의 한계를 극복하기 위한 몇 가지 방안을 살펴보았다.

후속연구

기후변화가 가장 영향을 줄 것으로 예상되는 것이 용수 이용에 관련된 것으로서 현재의 용수 이용체계를 보다 고도화하고 효율화해야 할 것이다. 스마트 마이크로 워터 그리드는 센서 IoT의 용수공급 자료, 수요 자료, 작물 생육 자료, 수질 자료 그리고 기상자료 통합한 빅데이터 구축으로 용수 절약과 적기 적소에 용수를 공급하는 합리적인 용수 공급 의사결정이 가능하게 할 것이다.
하지만 국가를 지탱하고 인류의 지속가능성을 생각하면 가장 기본적으로 유지해야하는 기반이기도 하다. 기후변화가 가져올 위협과 경제적 가치로 부터의 한계는 지속적으로 혁신적인 기술 개발에 투자할 때 극복할 수 있을 것이다. 위기는 혁신을 자극하여 보다 발전적인 기회를 가져올 수 있다.
토지이용 변화, 온도 상승, 강우량 증가와 같은 여러 요인들이 농업수자원 수요의 여러 요소에 복합적으로 작용하며, 농업수자원의 수요에 증가, 감소 및 관리 위험 요인으로 관여한다. 기후변화가 농업수자원 수요 증가에 다양하게 영향을 주는 것과 같이 대책도 용수 공급시설의 확대에 보다는 효율적이고 공급의 유연성을 확보할 수 있는 물관리 대책이 보다 강화되어야 할 것이다.
결국 미래 농업생산기반은 고령화 대비 농업생산기반에 대한 고민이 필요하며, 쌀의 과잉생산에 대비하여 영농 다각화를 대응할 수 있는 농업생산기반인가에 대하여 평가해봐야 한다. 또한 기후변화의 대표적 재해인 가뭄/홍수 대응 능력을 증가시켜 회복탄력성을 도모하고 있는가를 살펴보아야 한다. 또한 과거 60년을 돌아보고 농업생산기반을 어떻게 정비해야 미래 농업생산을 뒷받침 해줄 수 있는 기반인가에 대하여 아이디어를 모아야 한다.
미래의 농업생산기반은 농촌의 고령화와 영농의 생산성 증대를 위한 자동화 농기계 도입이 증가할 것이다. 또한 스마트 농업을 위한 시설농업도 증가할 것으로 예견된다. 이에 우리 농업생산기반도 농기계의 자동 주행과 영농이 가능한 형태의 농업생산기반, 그리고 스마트 시설농업을 지원할 수 있는 기반으로 구축되어야 할 것이다.
과거의 농업생산기반은 전기만 공급하면 되었으나, 미래의 농업생산기반에서는 통신망이 기본으로 필요할 것이다. 무인 농기계가 점차 증가하고, 센서 네트워크를 이용한 경지, 용수, 작황 등의 자료를 수집하기 위해서는 통신망이 연결된 농업생산기반을 구축해야 할 것이며, 이는 자동화 농업생산기반의 기반 시설이 될 것이다.
사물 인터넷은 센서의 가격이 저렴해지고, 소형화되면서 다양한 기능의 센서가 개발되고 센서를 탑재한 기기들이 인터넷을 통하여 서로 통신이 가능해 지고, 인공지능이 접목되면서 각광을 받을 것으로 판단된다. 빅데이터 관측자료의 단말로 활용될 수 있으며 자료의 대량 수집이 가능해짐으로 기존에 큰 비용이 필요했던 많은 측정 지점에 대한 관측에 있어서 비용, 개수, 위치의 제한을 극복할 것으로 판단된다. 이를 통해 다량의 다양한 대규모 물리적인 자료 수집이 가능해 짐으로서 빅데이터의 구축이 가능해지고 향후 이를 기반으로 빅데이터 분석 기법, 인공지능을 통한 과학적 의사결정 및 판단이 이루어 질 수 있을 것이다.
빅데이터는 인터넷과 데이터베이스, 센서 기술의 발달로 저장된 많은 데이터를 처리하면서 경향성 분석과 의사결정과 판단 지원을 위한 정보를 추출하는 기술로서 다양한 분야에서 활용되고 있으며 향후 인공지능과 사물인터넷과 더불어 더욱 적용분야와 기술 향상이 이루어 질 수 있을 것으로 판단된다.
기후변화가 가장 영향을 줄 것으로 예상되는 것이 용수 이용에 관련된 것으로서 현재의 용수 이용체계를 보다 고도화하고 효율화해야 할 것이다. 스마트 마이크로 워터 그리드는 센서 IoT의 용수공급 자료, 수요 자료, 작물 생육 자료, 수질 자료 그리고 기상자료 통합한 빅데이터 구축으로 용수 절약과 적기 적소에 용수를 공급하는 합리적인 용수 공급 의사결정이 가능하게 할 것이다. 이는 수요자 중심 공급과 국토 수자원 관리를 위한 생태 환경 보전 측면에서 유리하며 궁극적으로는 용수 절감과 대농민 서비스 향상에 기여할 것이다(그림 2 참고).
이에 안전한 농업생산기반 관리를 위하여 4차 산업혁명 기술인 드론과 센서 IoT로 댐과 방조제 안전관리를 고려할 수 있으며, IoT 측정 자료, 기상 자료, 안전도 검사 자료 등을 통합한 빅데이터 구축으로 안전하고 예측 가능한 시설관리를 이룩할 수 있을 것이다. 이는 미래 유지관리사업 물량, 사업 예산 등의 추산에도 활용할 수 있으며 리스크 맵, 안전지수 맵 등을 기반으로 안전도와 회복 탄력성(Resilience) 등의 평가도 가능할 것으로 판단된다.
빅데이터 관측자료의 단말로 활용될 수 있으며 자료의 대량 수집이 가능해짐으로 기존에 큰 비용이 필요했던 많은 측정 지점에 대한 관측에 있어서 비용, 개수, 위치의 제한을 극복할 것으로 판단된다. 이를 통해 다량의 다양한 대규모 물리적인 자료 수집이 가능해 짐으로서 빅데이터의 구축이 가능해지고 향후 이를 기반으로 빅데이터 분석 기법, 인공지능을 통한 과학적 의사결정 및 판단이 이루어 질 수 있을 것이다.
이는 우리 농업생산기반을 안전에게 관리하는데 있어서 위협요인이며, 유지관리비용도 매년 약 3,400억원에 달하고 있으나 아직도 안전하게 관리하기에는 많은 어려움이 있다. 이에 안전한 농업생산기반 관리를 위하여 4차 산업혁명 기술인 드론과 센서 IoT로 댐과 방조제 안전관리를 고려할 수 있으며, IoT 측정 자료, 기상 자료, 안전도 검사 자료 등을 통합한 빅데이터 구축으로 안전하고 예측 가능한 시설관리를 이룩할 수 있을 것이다. 이는 미래 유지관리사업 물량, 사업 예산 등의 추산에도 활용할 수 있으며 리스크 맵, 안전지수 맵 등을 기반으로 안전도와 회복 탄력성(Resilience) 등의 평가도 가능할 것으로 판단된다.
또한 스마트 농업을 위한 시설농업도 증가할 것으로 예견된다. 이에 우리 농업생산기반도 농기계의 자동 주행과 영농이 가능한 형태의 농업생산기반, 그리고 스마트 시설농업을 지원할 수 있는 기반으로 구축되어야 할 것이다. 농도와 경지의 형태도 자동 로봇 농기계 작업이 효율적으로 이루어질 수 있도록 조성되어야 하며, 스마트 농업을 지원할 에너지, 통신망 통합농업생산기반을 고려할 때이다(그림 3 참고).
드론은 과거에는 많은 비용을 필요로 했던 넓고, 직접 모니터링 할 수 없었던 공간을 쉽게, 여러 가지 광학 센서로 볼 수 없는 것을 탐지할 수 있도록 함으로서 측량과 측정의 공간적 제한, 시간 절약의 혁명을 가져왔으며 원격탐사의 비용을 절대적으로 감소시켰다. 하지만 아직 자료의 처리와 분석기술 개발을 통한 응용 분야를 지속적으로 확대할 필요가 있으며, 자료처리와 분석 비용도 보다 저렴해져야 할 것으로 판단된다. 또한 인공지능과의 통합을 통한 자료 인식과 분석 기술의 발전이 필요하다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

CPS의 등장 배경은 무엇인가?

IoT, CPS, 인공지능을 기반으로 하는 4차 산업혁명은 갑자기 이루어진 것이라기보다는 ICT(Information Communication Technology), 센서네트워크(Sensor Network), 인공지능 등 이전의 다양한 분야의 기술발전이 서로 융합하고 통합되며, 연결되고, 지능화되는 과정에서 혁신이 일어나는 산업혁명이라고 보는 것이 타당할 것으로 이해된다. 이 중 비교적 생소한 개념은 CPS 인데, CPS는 4차 산업혁명의 핵심 개념과 기술에 일치되는 부분이 있으며, 이는 센서 네트워크, 사이버네틱(cybernetics) 및 메카트로닉스(mechatronics) 시스템을 결합 설계한 임베디드 시스템(embedded systems)이 진화되고 있는 시스템을 의미하며, 현실 세계의 다양한 물리, 화학 및 기계공학적 시스템(physical systems)을 컴퓨터와 네트워크를 통해 자율적, 지능적으로 제어하기 위해 등장하였다. CPS 는 크게 연산(computation), 통신(communication), 제어(control) 기술로 구성되며, 대규모 융‧복합 시스템(system of systems) 구축을 위한 여러 전문 분야가 관련된 다학제적(多學際的, multidisciplinary and interdisciplinary) 이다.

4차 산업혁명은 무엇인가?

산업혁명이란 기술 혁신이 경제, 사회, 산업 전반에 영향을 주어 새로운 산업을 창출하거나 생산성 향상을 촉진하여 급진적이고 근본적인 변화를 이루는 것이다. 최근 3차 산업혁명이라 일컬어지는 지식정보혁명에 이어서 대두된 4차 산업혁명은 사물인터넷(IoT, Internet of Things), 가상물리 시스템(CPS, Cybernetic Physical Systems), 인공지능(AI, Artificial Intelligence) 등을 기반으로 한 만물초지능 혁명을 일컫는다.

사물 인터넷의 장점은 무엇인가?

사물 인터넷은 센서의 가격이 저렴해지고, 소형화되면서 다양한 기능의 센서가 개발되고 센서를 탑재한 기기들이 인터넷을 통하여 서로 통신이 가능해 지고, 인공지능이 접목되면서 각광을 받을 것으로 판단된다. 빅데이터 관측자료의 단말로 활용될 수 있으며 자료의 대량 수집이 가능해짐으로 기존에 큰 비용이 필요했던 많은 측정 지점에 대한 관측에 있어서 비용, 개수, 위치의 제한을 극복할 것으로 판단된다. 이를 통해 다량의 다양한 대규모 물리적인 자료 수집이 가능해 짐으로서 빅데이터의 구축이 가능해지고 향후 이를 기반으로 빅데이터 분석 기법, 인공지능을 통한 과학적 의사결정 및 판단이 이루어 질 수 있을 것이다.

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