농림기술관리센터 Agricultural Research & Development Promotion Center
등록번호
TRKO201100001369
과제고유번호
1380001182
사업명
농림기술개발
DB 구축일자
2013-04-18
초록▼
본 연구는 벼 재배에 적용할 수 있는 정밀농업기술을 개발하는 것으로, 벼 재배에 모든 작업을 정밀농업에 포함시키지 않고 정밀농업을 벼농사에서 실현하는데 필요한 4개의 핵심기술 분야로 나누어 수행 되었다. 첫 번째 핵심기술 분야인 토양 분석용 시료 채취기는 힘든 작업인 토양시료 채취공정의 기계화와 구조가 단순하고 간단한 조작으로 시료채취와 동시에 포장의 위치정보 및 토양 특성을 단기간 내 계량화 할 수 있도록 개발하는 것이다. 단, 토양조사는 실시간 분석이 아니라 특정 간격으로 격자를 구성하여 토양을 샘플링하고, 현장에서 측정해야만
본 연구는 벼 재배에 적용할 수 있는 정밀농업기술을 개발하는 것으로, 벼 재배에 모든 작업을 정밀농업에 포함시키지 않고 정밀농업을 벼농사에서 실현하는데 필요한 4개의 핵심기술 분야로 나누어 수행 되었다. 첫 번째 핵심기술 분야인 토양 분석용 시료 채취기는 힘든 작업인 토양시료 채취공정의 기계화와 구조가 단순하고 간단한 조작으로 시료채취와 동시에 포장의 위치정보 및 토양 특성을 단기간 내 계량화 할 수 있도록 개발하는 것이다. 단, 토양조사는 실시간 분석이 아니라 특정 간격으로 격자를 구성하여 토양을 샘플링하고, 현장에서 측정해야만 하는 토양경도는 현장에서 측정하도록 한다. 여기서 토양분석기술은 연구범위에 해당되지 않는다. 두 번째 핵심기술 분야는 정밀 농업의 시비 의사결정과 처방을 위한 수확량정보를 제공할 수 있는 자탈형 콤바인에 부착 가능한 실시간 벼 수확량 모니터링 시스템을 개발하는 것이다. 즉, 콤바인에 장착할 수 있는 모니터링 시스템과 이 시스템을 사용하는데 필요한 소프트웨어를 개발하고 수확량 평가에 필수적인 곡물 수분을 동시에 측정하여 산물상태에서도 벼의 양을 정확하게 알 수 있도록 한 것이다. 세 번째 핵심기술 분야는 토양의 공간적 변이를 파악하기 위한 방법을 강구하고, 군락반사를 이용하여 작물의 생육상태를 신속하고 비파괴적으로 측정할 수 있는 기술을 개발하며, 목적하는 수량과 목적하는 단백질함량을 위한 수비처방을 위해 벼 생육정보의 비파괴적 수집 및 가변시비처방기술 개발하는 것이다. 즉, 이를 통해 벼의 수량에 영향을 미치는 주요 인자를 확인하고, 벼의 생산량, 벼의 품질, 토양의 이화학특성, 비료시비량의 관계를 구명하여 이를 근거로 시비량을 결정하는 것이다. 네번째 핵심기술 분야는 정밀 농업을 기반으로 하는 벼 재배에서 시비지도를 기반으로 작동되는 변량입제살포기를 개발하기 위해 살포 균등도가 고른 붐형입제 살포기와 시비 지도 정보에 의한 제어되는 입제 배출기를 설계·제작하고, GPS시스템을 도입함으로서 제작된 시스템의 위치 및 속도 정보를 추출할 수 있는 가변 시비 처방 기술개발 하는 것이다. 본 연구는 당초 5년으로 제안되었으나 연구비나 연구기간이 축소되어 개발된 요소기술을 통합하는 연구까지는 포함되지 않았다. 즉, 벼 재배의 완벽한 정밀농업기술이 되려면 생육중 포장변이 측정기술과, 병해충의 실시간 계측기술, 액제 농약의 변량살포기, 정밀관개배수기술이 요청되지만, 실시간 처방량 결정과 처방 지도간의 통합의사결정기술이 요청되는데 이것은 추후 개발되어야 할 부분이다
Abstract▼
The study aimed to develop precision farming technologies for rice farming in paddy filed, All of the rice farming practices are not included in this study. Instead, four major technologies required to conduct precision framing were selected and were researched. The first core technology was dev
The study aimed to develop precision farming technologies for rice farming in paddy filed, All of the rice farming practices are not included in this study. Instead, four major technologies required to conduct precision framing were selected and were researched. The first core technology was development of soil sampler and sampling technologies. The developed soil sampler had simple structure and good controllability. Use of this machine greatly reduced amount of manual hard work for soil sampling and time for data analysis by combining global position information with soil properties. Soil sampling should be conducted at every grid distance that was pre-determined. Measurement of soil hardness, that could be measured only in-situ were conducted at the time of sampling. This study excluded analysis technologies on soil's physiochemical properties. The second core technology was development of real time yield monitoring system, that could be mounted on the head feeding type rice combine harvester. It could provide local rice yield information for decision making of determining amount of fertilizer site-specifically. The study included software development related to the yield monitor. The yield monitor measured amount of rough rice threshed and moisture content at the same time to estimate yield precisely in bulk condition. The third core technology was development of decision making technology for determining amount of fertilizer application based on non-destructive in-situ detection technologies on crop growth information, spatial ariability of soil properties and relationship between panicle N prescription, rice quality (protein content in rice grain), target rice yield, and soil properties. In this study, major factor that affected yield and quality of rice among factors of soil physiochemical properties were evaluated and selected. The last core technology was development of variable-rate granule chemical and fertilizer applicator, that could apply fertilizers uniformly within its application swath, at variable-rate based on the fertilizer application map. This study was proposed as a five year long project. However, research fund and period was reduced so that testing of the core technologies by combining the individual technologies at research farm level. In oder to develop a complete precision rice farming system, some technologies such as real time pest and weed measurement, variable-rate liquid chemical applicator, and enhancement of decision making technology that could combine real time information with pre-measured or pre-analyzed information. These technologies should be developed at the next research project in future.
목차 Contents
표지 ...1
제출문 ...2
요약문 ...7
SUMMARY ...14
CONTENTS ...24
목차 ...36
제 1장 서론 ...48
제 1절 연구의 필요성 ...48
1. 기술적 측면 ...49
2. 경제.산업적 측면 ...50
3. 사회.문화적 측면 ...50
제 2절 국내외 관련기술의 현황과 문제점 ...51
1. 국내 기술 현황 ...51
2. 국외 기술 현황 ...51
3. 앞으로 전망 ...52
제 3절 연구 개발의 목표 및 내용...53
1. 연구 개발 목표와 내용 ...53
2. 연차별 연구개발 목표와 내용 ...54
제 2장 토양 분석용 시료 채취기 개발 및 분석 기술 확립과 트랙터 부착형 토양 경도 측정 시스템 개발 ...58
SUMMARY...58
제 1절 연구 개발 과제의 개요 ...59
1. 토양채취를 위한 기계적 메카니즘 및 시스템 설계요인 구명 ...59
2. 토양시료 채취장치의 시작기 제작 및 성능시험 ...59
3. 토양시료채취장치와 GPS, 토양경로 측정장치 통합 ...60
제 2절 국내외 기술 개발 현황 ...61
제 3절 연구 개발 수행 내용 및 결과 ...65
1. 국내외 토양 시료 채취기 조사 분석 ...65
가. 구조 및 특징 ...65
나. 핵심 메카니즘 ...67
2. 토양 시료 샘플링 지점의 밀도 분석 ...68
가. 토양분석을 위한 토양 샘플링 지점 밀도 해석모델 개발 ...68
나. 토양분석을 위한 토양 샘플링 밀도 해석모델의 검증 ...70
3. 토양 경도를 이용한 토양특성의 간이 분석 기술 ...72
가. 토양 경도와 토양 물리성 ...72
나. 토양 경도 측정 장치 개발 ...74
4. 토양 EC를 이용한 토양특성의 간이 분석 기술 ...82
가. 토양의 전기 전도도(EC)와 이화학적 특성 ...82
나. 토양 전기전도도 측정 장치 개발 ...83
다. 토양 전기전도도(EC) 측정 장치 시험 ...84
5. 토양시료채취기의 채취부 구조결정을 위한 요인 시험 ...86
가. 다점 채취 방식(수직 관입형) ...86
나. 연속 채취 방식(수평 견인형) ...89
6. 토양 시료 채취기의 설계 제작 ...93
가. 트랙터 부착형 토양시료 채취기 ...93
나. 휴대형 토양 시료 채취기 ...106
7. 토양 분석용 시료 채취기의 경제성 분석 ...110
제 4절 요약 및 결론 ...112
1. 장치의 설계 및 제작 ...113
가. 토양시료 채취부 ...113
나. 토양 경도 측정부 ...114
2. 기능 설계 ...115
3. 시료 채취 및 경도 측정 시험 ...116
4. 성능시험 결과 ...116
가. 관입속도 제어를 위한 오리피스 시뮬레이션 결과 ...116
나. 토양시료 채취시험 ...116
다. 토양 경도측정 시험 ...117
5. 경제성 분석 및 실용성 ...117
6. 금후 연구를 위한 제언 ...117
참고 문헌 ...119
제 3장 실시간 벼 수확량 모니터링 및 수분함량 측정 시스템 개발 ...120
SUMMARY...120
제 1절 연구 개발 과제의 개요 ...122
제 2절 국내외 기술 개발 현황 ...123
1. 국외 기술 개발 현황 ...123
2. 국내 기술 개발 현황 ...125
제 3절 곡물 유량 계측센서 개발 ...126
1. 재료 및 방법 ...126
가. 설계 및 제작 ...126
나. 기초시험 ...128
2. 결과 및 고찰 ...129
가. 포장시험 ...129
나. 시험결과 ...130
3. 요약 및 결론 ...131
제 4절 곡물 총량 계측 센서 개발 ...131
1. 재료 및 방법 ...131
가. 설계 및 제작 ...131
나. 기초 시험 ...133
2. 결과 및 고찰 ...135
가. 포장시험 ...135
나. 시험결과 ...136
3. 요약 및 결론 ...137
제 5절 곡물 수분 계측 센서 개발 ...138
1. 재료 및 방법 ...138
가. 기초자료 ...138
나. 수확시기 벼 수분 변이 ...139
다. 곡물 수분 계측센서 설계 및 제작 ...140
라. 공시 재료 및 시험방법 ...143
2. 결과 및 고찰 ...144
가. 품종별 모델 ...144
나. 온도보정계수 ...146
다. 모델 검증 ...149
3. 요약 및 결론 ...151
제 6절 곡물 수분 계측 시스템 개발 ...152
1. 재료 및 방법 ...152
가. 설계 ...152
나. 제작 ...153
2. 결과 및 고찰 ...157
가. 포장시험 ...157
나. 시험결과 ...159
3. 요약 및 결론 ...160
제 7절 시스템 통합 및 포장 성능시험 ...161
1. 데이터 수집, 처리 및 가시화 장치 개발 ...161
가. 시스템 구성요소 ...161
나. 데이터 수집, 처리 통합 보더 설계 및 제작 ...161
다. 가시화 장치 및 기타 장치 설계 및 제작 ...165
2. 시스템 운영 프로그램 개발 ...170
가. 프로그램 구비 조건 ...170
나. 시스템 권장 사양 ...171
다. 시스템 구조 ...171
라. 사용자 인터페이스 ...173
3. 포장성능시험 ...177
가. 포장시험 ...177
나. 성능평가 ...178
4. 요약 및 결론 ...179
제 8절 종합결론 ...180
참고문헌 ...182
제 4장 수확량 관련 정보의 공간변이성 해석 및 수확량 지도 작성 기법 개발 ...183
SUMMARY...183
제 1절 연구개발 과제의 개요 ...186
제 2절 국내외 기술개발 현황 ...188
제 3절 연구개발 수행 방법 ...189
1. 수확량 관련 정보의 공간변이성 해석 ...189
가. Manual-based Map의 공간변이성 해석 ...189
나. 한계 수확량 변이의 공간 해석 ...189
다. 곡물수분함량의 수량기여도 공간 해석 ...189
2. 수확량 모니터링 센서에 기초한 수확량 지도 작성 기법 개발 ...189
3. 수확량 모니터링 센서의 포장에서의 적합도 검정 ...190
제 4절 연구개발 수행 결과 ...192
1. 수확량 관련 정보의 공간변이성 해석 ...192
가. Manual-based Map의 공간변이성 해석 ...193
나. 한계 수확량 변이의 공간 해석 ...195
다. 곡물수분함량의 수량기여도 공간 해석 ...198
2. 수확량 모니터링 센서에 기초한 수확량 지도 작성 기법 개발 ...200
가. Snesor-based Map의 작성 기법 개발 ...200
나. 포장 적응 시 sensor 보정기법 개발 ...202
다. Real time yield에 기초한 contour map 작성기법 개발 ...203
3. 수확량 모니터링 센서의 포장에서의 적합도 검정 ...209
가. 자탈형 콤바인과 일반형 콤바인 비교 ...209
나. 대규모 포장에서 대형 콤바인을 이용한 수확량 모니터링 ...211
다. 수확량의 보정 ...213
라. 간척지 포장에서의 생육 및 수량 특성 ...215
마. 보리포장에서의 수확량 모니터링 ...217
제 5절 종합고찰 ...220
참고문헌 ...222
제 5장 농약 및 비료의 변량제어 시스템 개발 ...224
SUMMARY...224
제 1절 연구개발과제의 개요 ...226
제 2절 국내외 기술개발 현황 ...227
1. 국외 기술개발 현황 ...227
2. 국내 관련 기술 현황 ...228
제 3절 입제 농약 및 비료의 물성 ...228
1. 수도작에서의 표준시비량/ 시비방법 조사 ...228
가. 표준 시비량 ...228
나. 시비방법 ...229
2. 입제 비료와 농약의 물성 조사 ...230
가. 입도분석 ...231
나. 산물밀도 ...231
다. 진밀도 ...231
라. 안식각 ...232
마. 마찰계수 ...232
바. 수분흡습률 ...233
사. 종말속도 ...234
아. 부양속도 ...235
자. 반발계수 ...235
3. 입제 비료와 농약의 물성 조사 결과 ...235
4. 국외 개발된 입제 살포기와 공시 개발기의 비교 ...239
가. 국내외 입제 살포기 비교 ...239
나. ISEKI 사의 송풍식 입제살포기의 배출장치 ...240
다. 포준시비량/시비방법에 따른 비료의 살포량 결정 ...241
라. 입제 농약의 최대, 최소 살포량 결정 ...242
마. 배출 롤러의 적정 회전속도 결정 ...242
제 4절 입제 변량 살포기 개발 ...245
1. 개념설계 ...245
2. 공시기 ...246
3. 공시 입제 변량살포기 ...247
가. 탑재 방식 ...247
나. 입제 배출장치 설계 ...248
다. 입제 비료통 설계 ...249
라. 입제 배출장치의 구동 모터 선정 ...249
마. 송풍기의 선정과 성능 ...250
바. 입제 이송시스템과 각 지점별 송풍속도와 송풍량 측정 ...252
사. 분두 형상 설계 ...252
4. 입제 변량 제어 시스템의 개발 ...254
가. 입제 변량 제어기의 개발 ...254
나. 입제 변량 살포 제어기의 신호처리 ...254
다. 입제 변량 제어 시스템의 설계 ...256
5. 실험 결과 ...257
가. 송풍기의 선정 ...257
나. 입제 이송시스템에서 송풍특성 ...258
6. 요약 및 결론 ...260
제 5절 입제 변량 살포장치 개발 ...261
1. 입제 비료 살포 분두와 붐섹션 ...261
2. 공시 입제 비료 ...262
3. 충돌판 삽입길이별 살포균등도 실험 ...263
4. 살포높이별 살포균등도 실험 ...265
5. 결과 및 고찰 ...265
가. 충돌판 삽입길이에 따른 입제배출 특성 ...266
나. 살포높이별 살포균등도 ...268
6. 요약 및 결론 ...271
제 6절 입제 변량 살포장치 개선 ...272
1. 고속 카메라를 이용한 입제 비료의 이송 유형 분석 ...272
가. 실험 장치 구성 ...272
나. 입제 비료의 이송 유형 분석 ...274
2. 입제 살포장치 개선 ...278
3. 충돌판 삽입길이별 살포균등도 실험 ...279
4. 살포높이별 살포 균등도 실험 ...280
5. 결과 및 고찰 ...280
가. 충돌판 삽입길이에 따른 입제 살포특성 ...280
나. 살포높이별 살포균등도 ...281
6. 요약 및 결론 ...285
제 7절 입제 변량 살포를 위한 변량 제어기 개발 ...286
1. 입제 변량 살포기 제어를 위한 제어기 설계 및 구성 ...286
가. 입제 변량 살포기의 설계 ...286
나. 제어 시스템의 구성 ...287
다. 입제 배출장치의 제어방식과 구성 ...293
2. 입제 변량 살포 제어 시스템 시뮬레이션 모델 설계 및 분석 ...297
가. 입제 배출기의 회전 속도별 응답 특성 ...297
나. 입제 변량 살포 제어시스템의 제어용 모터 특성 분석 ...298
다. 입제 변량 제어시스템의 시뮬레이션 ...304
라. 시뮬레이션 모델의 성능 검증 및 결과 ...308
3. 입제 변량 제어기의 성능평가 ...312
가. 입제 변량살포기 배출장치의 입제 배출 경향 분석 ...312
나. 입제 변량살포 제어기의 제어 기준 결정 ...316
다. 입제 변량살포 제어기의 배출장치 회전특성 분석 ...319
라. 입제 변량살포 제어기의 배출성능 분석 ...323
4. 요약 및 결론 ...333
제 8절 시비 처방 지도 데이터베이스 및 GPS와 시스템 인터페이스 ...334
1. 시비 처방 지도 데이터베이스 ...334
가. 처방지도 작성을 위한 시비량 결정 ...334
나. 의사결정 지원을 위한 E-ㄲ diagram과 schema ...338
다. 시비 처방지도 데이터베이스 작성 ...340
라 처방지도 시스템 인터페이스 구축 ...341
2. DGPS 시스템 ...342
가. DGPS 시스템의 구성과 DGPS의 정상 작동 여부 판단 ...342
나. 위치정보의 정확도 ...346
다. 속도정보의 정확도 ...347
라. GPS 신호 수신 간격 결정 ...349
3. 처방지도 시스템 인터페이스 구축 ...351
가. 좌표 변환, 셀 좌표 결정 알고리즘 ...351
나. 개발 소프트웨어 소개 ...353
제 9절 입제 변량살포기의 포장실험 ...356
1. 개발한 입제 변량살포기 ...356
2. 무게 중심 측정 ...359
3. 비료 살포량의 변화에 따른 살포 균등도 실험 ...361
4. 입제 변량살포기의 실외 실험 ...363
제 10절 종합결론 ...365
1. 입제 변량 살포기 개발 ...368
2. 입제 변량 살포장치 개발 ...369
3. 입제 변량 살포장치 개선 ...370
4. 입제 변량 살포를 위한 변량 제어기 개발 ...371
5. 입제 변량 살포기 포장실험 ...372
참고문헌 ...374
제 6장 벼 생육 정보의 비파괴적 수집 및 가변시비처방 기술 개발 및 토양의 이화학적 특성, 수량과 미질의 필지내 공간적 변이 조사 ...377
SUMMARY...377
제 1절 연구개발과제 개요 ...382
제 2절 국내외 기술개발 현황 ...383
제 3절 연구개발 수행 방법 ...385
1. 토양의 이화학적 특성, 수량과 미질의 필지내 공간적 변이조사 ...386
2. 벼 유수분화기 질소영양상태의 비파괴적 진단에 의한 질소 수비량 결정 ...387
3. 벼 질소영양상태의 비파괴적 진단방법 개선 및 목표형질을 위한 질소 수비량 결정연구 ...390
제 4절 연구개발 수행 결과 ...392
1. 토양의 이화학적 특성, 수량과 미질의 필지내 공간적 변이조사 ...392
가. 필지내 토양의 이화학적 특성의 공간적 변이조사 ...392
나. 필지내 토양특성의 공간적 변이에 따른 가변시비시의 수량반응 ...397
다. 가변수비처방 모델의 검증 ...399
2. 벼 유수분화기 질소영양상태의 비파괴적 진단에 의한 질소 수비량 결정 ...404
가. 군락반사 및 SPAD값과 작물 생육 및 질소영양 특성치와의 관계 ...404
나. 가변수비시 질소흡수량에 따른 수량 및 단백질함량 반응 ...409
다. 수량 및 미립단백질함량 예측 중회귀모형 ...413
3. 벼 질소영양상태의 비파괴적 진단방법 개선 및 목표형질을 위한 질소 수비량 결정연구(2005) ...417
가. 벼의 생육 및 질소영양 특성치 추정에 적합한 파장대 검색 ...418
나. 수비시용시기 및 지상부 질소흡수량에 따른 수량 및 단백질함량 변화 ...423
다. 군락반사에 PLS 모델에 의한 생육예측에 근거한 가변수비처방 ...425
라. 벼 유수분화기 SPAD 측정값과 생체중을 이용한 가변수비질소처방 ...427
제 5절 종합고찰 ...431
참고문헌 ...434
제 7장 종합결론 ...437
1. 토양분석용 시료 채취기 개발 및 분석 기술 확립과 트랙터 부착용 토양경도 측정 시스템 개발 ...437
2. 실시간 벼 수확량 모니터링 및 수분함량 측정시스템 개발 ...438
3. 수확량 관련 정보의 공간변이성 해석 및 수확량 지도 작성 기법 개발 ...439
가. 수확량 관련 정보의 공간변이성 해석 ...439
나. 수확량 모니터링 센서에 기초한 수확량 지도 작성 기법 개발 ...440
4. 농약 및 비료 변량제어 시스템 개발 ...440
5. 벼 생육정보의 비파괴적 수집 및 가변시비처방기술 개발 ...441
제 8장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ...442
제 1절 목표달성도 ...442
제 2절 과제별 연구개발 목표의 달성도 ...443
1. 토양분석용 시료 채취기 개발 및 분석기술 확립과 트랙터 부착형 토양경도 측정시스템 개발 ...443
2. 실시간 벼 수확량 모니터링 및 수분함량 측정 시스템 개발 ...443
3. 수확량 관련 정보의 공간변이성 해석 및 수확량 지도 작성기법 개발 ...444
4. 농약 및 비료의 변량 제어시스템 개발 ...444
5. 벼 생육 정보 비파괴적 수집 및 가변시비처방 기술 개발 및 토양의 이화학적 특성, 수량과 기질의 필지내 공간적 변이조사 ...445
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