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친환경 수도작 정밀농업 변량형 농작업 시스템 개발
Development of Variable Rate Application System for Environment Friendly Precision Rice Farming in Paddy Field 원문보기

보고서 정보
주관연구기관 농촌진흥청농업공학연구소
연구책임자 박우풍
참여연구자 김상철 , 성제훈 , 정병학 , 황성준
보고서유형최종보고서
발행국가대한민국
언어 한국어
발행년월2006-08
과제시작연도 2005
주관부처 농림부
사업 관리 기관 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

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

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
  • 제 3절 관련 분야에의 기여도 ...446
  • 제 9장 연구개발결과의 활용계획 ...447
  • 제 1절 현장보급 방안 ...447
  • 제 2절 산업화 계획 방안 ...447
  • 제 3절 기술이전 방안 ...448
  • 제 4절 논문발표 ...448
  • 부 록 ...449
  • 1. 트랙터 부착 토양 분석용 시료 채취기의 취급 설명서 ...449
  • 가. 각부의 명칭 ...449
  • 나 작동 순서 ...451
  • 다. 제어 프로그램 사용 설명 ...456
  • 2. 토양경도 측정 시스템 제어 프로그램 source code ...459

연구자의 다른 보고서 :

참고문헌 (25)

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