보고서 정보
주관연구기관 |
충남대학교 Chungnam National University |
연구책임자 |
박범진
|
참여연구자 |
박병배
,
이상진
|
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2023-01 |
과제시작연도 |
2022 |
주관부처 |
산림청 Korea Forest Service |
과제관리전문기관 |
한국임업진흥원 Korea Forestry Promotion Institute |
등록번호 |
TRKO202300004979 |
과제고유번호 |
1405005360 |
사업명 |
산림융복합전문인력양성 |
DB 구축일자 |
2023-08-16
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키워드 |
스마트임업.신산림경영기술.소나무재선충.산림생태교육.4차산업혁명 요소기술.Smart Forestry.New Forest Management Technology.Pine Wilt Disease.Education of Forest Ecosystem.4IR Technology.
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초록
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연구개발 목표 및 내용
최종 목표
본 연구 개발의 목표는 산림과학 및 임업의 기반이라 할 수 있는 산림경영, 산림보호 그리고 산림활용의 관점에서 ICT기술을 활용한 스마트임업의 실용화 기술을 개발하고, 이를 전문가 교육에 적용하여 스마트임업 기술을 학습한 전문인력을 양성하는 것임
전체 내용 요약
본 연구 개발의 주요 내용은 산림현장에서 적용할 수 있는 4차산업혁명 요소기술 기반 스마트임업 기술을 산림경영분야(목재수확 의사결정, 산림자원관리, 숲가꾸기 의사결정 등), 산림보호분야(재선충 피해목 예측, 수분 및 양
연구개발 목표 및 내용
최종 목표
본 연구 개발의 목표는 산림과학 및 임업의 기반이라 할 수 있는 산림경영, 산림보호 그리고 산림활용의 관점에서 ICT기술을 활용한 스마트임업의 실용화 기술을 개발하고, 이를 전문가 교육에 적용하여 스마트임업 기술을 학습한 전문인력을 양성하는 것임
전체 내용 요약
본 연구 개발의 주요 내용은 산림현장에서 적용할 수 있는 4차산업혁명 요소기술 기반 스마트임업 기술을 산림경영분야(목재수확 의사결정, 산림자원관리, 숲가꾸기 의사결정 등), 산림보호분야(재선충 피해목 예측, 수분 및 양분 스트레스 예측 등), 그리고 산림활용(산림생태교육 플랫폼, 산림휴양 환경정보 플랫폼 개발 등)으로 나누어 실용화 단계까지 개발하는 것임
1차년도
목표
< 1세부 > 스마트 산림경영 플랫폼 개발
· 산림경영 및 임반 특성 지표 데이터베이스화
· 현행 산림정보 빅데이터 관련 자료 분석
· 현행 산림정책 정밀 분석
· 임도망도, 임상도, 임소반도의 최신화 기법 개발
· 기설 임도의 노망 평가 기법 정립
· 임업 경영 정보 분석
· 적용 블록체인 플랫폼(하이퍼렛저, 스마트 컨트랙트 등) 분석
< 2세부 > 스마트 산림보호 플랫폼 개발
· 정사영상 DB설계 및 소나무재선충병 예찰 방법 수집
· 딥러닝 조사 설계
· 주요 가로수 수종에 대한 초분광 영상 DB구축 및 파장 구명
< 3세부 > 스마트 산림활용 플랫폼 개발
· 숲 생태지성 교육 컨텐츠 구축
· 숲 생태지성 교육 앱 기획 및 프로토타입 개발
· 대상지 지형 및 숲길 공간정보 DB작성
· 4차산업과 산림교육의 현황 및 인식조사
내용
< 1세부 > 스마트 산림경영 플랫폼 개발
· 산림경영 및 임반 특성 지표 데이터베이스화
- 제5차, 6차 국가산림자원조사 중 임황 및 지황 데이터베이스 구축
· 현행 산림정보 빅데이터 관련 자료 분석
- 산림청 운영 정보시스템 정밀 분석
- 국유림경영정보시스템, 산림자원통합관리시스템, 산림토목 관리시스템, 사유림경영정보시스템, 사유림업무지원포털, 산림토목관리시스템 장단점 도출 및 연계 가능성 검토
· 현행 산림정책 정밀 분석
- 산림청 산림기본계획과 전략별 추진과제 분석 및 정보현황 파악 통한 통합 산림정보체계 제안
· 임도망도, 임상도, 임소반도의 최신화 기법 개발
- LiDAR를 이용한 임도망도 최신화 기법
- 드론을 활용한 임상도 및 임소반도의 최신화 기법
· 기설 임도의 노망 평가 기법 정립
- 임목축적, 목재수확(집재불능지점, 평균집재거리 등), 개설 비용 등 임도의 노망 평가 기법 정립
- 기설 복합임도망도 평가 및 검증
· 임업 경영정보 및 적용 블록체인 플랫폼 분석
- 기존 임업 정보 관리 현황에 대한 문헌 조사, 정보관리 연구 사례 조사
- 임업 경영에서의 기존 정보관리 체계 문제점 및 블록체인 기술의 도입 필요성에 대한 타당성 분석
- 하이퍼렛저, 스마트 컨트랙트 적용 기술 분석. 빅데이터 수집 및 저장 기술 조사
< 2세부 > 스마트 산림보호 플랫폼 개발
· 정사영상 DB설계 및 소나무재선충병 예찰 방법 수집
- 소나무재선충병 고사목 예찰 방법
- 연구대상지 선정 및 현장조사
- 소나무재선충 감염목 이미지 추출
· 딥러닝 조사 및 설계
- 공간 DBMS를 활용한 재선충 현황지도 구축 설계
- 이미지 학습 기반의 재선충 판독
· 주요 가로수 수종에 대한 초분광 영상 DB구축 및 파장 특성 구명
- 가로수 생육 모니터링을 위한 초분광 및 다분광 영상 활용 기술 분석 및 사전실험
- 수목의 활력 및 피해 상태의 확인을 위한 초분광 영상 DB 구축 및 파장 특성 분석
< 3세부 > 스마트 산림활용 플랫폼 개발대상지 선정
· 대상지 선정
- 전국 산림복지시설(휴양림, 숲체원, 치유의숲 등)을 대상으로 접근성과 환경(식생대 등)을 고려하여 10개의 대상지를 선정함
- 1차년도 대상지(3개소): 장태산자연휴양림, 국립대전숲체원, 김천치유의숲
· 숲 생태지성 교육 컨텐츠 구축 및 대상지 지형, 숲길 공간정보 DB작성
- 구현될 숲 생태지성 교육 앱의 컨텐츠로 활용될 수 있도록 대상지에 출현하는 주요 식물들의 정보(식물체 사진; 생식기관, 영양기관 등)를 수집하고 DB화
- 개발 예정 앱에서 공간정보로 활용할 수 있도록 지형 및 숲길의 정보를 가공하여 DB를 구축함
· 숲 생태지성 교육 앱 기획 및 프로토타입 개발
- 전반적인 앱 시스템 기획 및 디자인(설계): 어플리케이션의 전반적인 기능(생태야장, 개인화페이지, 놀이, 기타 시스템과의 연동기능 등)을 결정하고 이에 따른 기능의 기획과 사용자가 사용하게 될 시스템의 설계(디자인)함
- AR Core(안드로이드 기반의 스마트폰 등에서 증강현실을 구현할 수 있도록 구글이 개발한 기술)를 활용한 공간이미지 분석기술 개발: AR Core를 활용하여 정적인 공간(실내)이 아닌 동적인 공간(실외)에서 이미지 분석에 정확도 분석
· 로드맵 구축을 위한 4차산업과 산림교육 현황 분석
2차년도
목표
< 1세부 > 스마트 산림경영 플랫폼 개발
· 산림경영 의사결정 특성 분석 및 지원체계 구축
· 기설 임도망과 신규개설(연장) 예정 복합노망의 계획
· ICT 기반의 복합임도망도 계획을 위한 공간정보의 수집 및 데이터베이스 구축
· 목재수확 및 산림경영, 재해예방 등을 고려한 복합임도망도의 계획 및 평가
· 임업 정보의 블록체인 기록을 위한 기본 요구사항 도출, 프로토타입 설계 및 개발
< 2세부 > 스마트 산림보호 플랫폼 개발
· 딥러닝 기반의 영상처리 알고리즘 상세화
· 딥러닝 알고리즘의 정확도를 높이기 위한 다양한(항공+드론) 재선충 감염목 영상 DB 제작
· 가로수 Abiotic 스트레스에 따른 초분광 영상 특성 구명
< 3세부 > 스마트 산림활용 플랫폼 개발
· 숲 생태지성 교육 앱 컨텐츠 구축
· 숲 생태지성 교육 앱 현장적용
· 대상지 온열환경 조사 및 폭염주의보 컨텐츠 제작
내용
< 1세부 > 스마트 산림경영 플랫폼 개발
· 산림경영 의사결정 특성 분석 및 지원체계 구축
- 국유림 관리를 위한 정보시스템의 산림경영 의사결정 관련 특성의 추출방법 도출
- 산림경영 의사결정에 관여하는 다양한 요인의 상호관련성과 이들이 의사결정에 미치는 영향도, 의사결정 지원정보 구성방안을 도출
- 산림경영 의사결정 시나리오 가정해 의사결정지원 시스템 프로토타입 개발
· 기설 임도망과 신규개설(연장) 예정 복합노망의 계획
- ICT 기반의 복합임도망 계획을 위한 산림자원공간정보의 수집 및 데이터베이스 구축
- 목재수확 및 산림경영, 산림재해 등을 고려한 복합임도망의 계획(비교노선)
- 목적에 따른 최적 복합임도망의 선정 및 평가
· ICT 기반의 복합임도망도 계획을 위한 공간정보의 수집 및 데이터베이스 구축
- 드론 및 드론 LiDAR를 활용한 공간정보의 수집 및 데이터베이스 구축을 목표로 함
· 목재수확 및 산림경영, 재해예방 등을 고려한 복합임도망도의 계획 및 평가
- 임상 및 지형정보를 고려한 최적의 임도망도 계획
- 비교노선을 제시하여 계획노선의 상대적인 배치효율 평가
· 임업 정보의 블록체인 기록을 위한 요구사항 도출, 프로토타입 설계 및 개발
- 임산물 품질관리에 다양한 이해 관계자들의 요구사항 조사 및 분석
- 품질관리 프로세스에 대응하는 프로토타입 개발 및 모델 구축
- 프로토타입 테스트 진행 후 발생하는 결과를 기반으로 추가 요구사항 및 향후 개선사항 도출
< 2세부 > 스마트 산림보호 플랫폼 개발
· 딥러닝 기반의 영상처리 알고리즘 상세화
- 이미지 학습을 통한 분류 결과를 활용한 확률 지도 구축
- 소나무재선충 분포 확률 지도 구축 관련 결과
- 이미지 데이터 학습 및 분류 수행
· 딥러닝 알고리즘의 정확도를 높이기 위한 다양한(항공+드론) 재선충 감염목 영상 DB 제작
- 소나무재선충 감염목 현황 파악 및 현장 조사 실시
- 현장조사 영상도면-도엽별 영상도면에 소나무재선충 감염목 선별
- 소나무재선충 감염목 위치 공간정보 자료 제작
· 가로수 Abiotic 스트레스에 따른 초분광 영상 특성 규명
- 드론 시스템을 이용한 주요 가로수 영상 데이터 확보
- 방사보정 및 기하보정을 통한 가로수 보정 데이터베이스 개발
- 식생지수와 다변량 분석법을 활용한 가로수 스트레스 모니터링 기술 개발
< 3세부 > 스마트 산림활용 플랫폼 개발
· 숲 생태지성 교육 앱 컨텐츠 구축
- 대상지 식물자원을 대상으로 계절별 대표수종 선정, 일상생활의 도구로서 활용 가능한 수종선정, 동물의 먹이가 되는 열매수종의 선정, 숲속에 분포하는 고유식물과 외래식물의 이해와 구별법에 대한 교육 컨텐츠 구축
- 식물의 생식형질을 자세히 관찰할 수 있는 기회와 함께 식물의 생식형질 학습과 게임을 통하여 과 집중력과 창의성을 높일 수 있는 컨텐츠 구축
· 숲 생태지성 교육 앱 현장적용
- 대상지의 현장 데이터 기반 세부 게임 시나리오 설계
- 생태야장 설계
- GPS와 AR Core를 활용한 게임 시스템 설계 및 개발
· 대상지 온열환경 조사 및 폭염주의보 컨텐츠 제작
- 추가 대상지와 인근 도시의 온열환경 쾌적성 측정 및 폭염감소율 측정
- 기상정보와 연동하여 리얼타임으로 인근 도시에 폭염주의보가 발령되었을 때 대상지의 폭염감소율을 적용하여 대상지에서 어린이 및 노약자의 야외활동이 가능한지를 판단할 수 있는 컨텐츠 제작
3차년도
목표
< 1세부 > 스마트 산림경영 플랫폼 개발
· ICT 기반 산림경영 의사결정지원 소프트웨어 모형 구축
· 최적 복합임도망의 현장 적용성 평가
· 실시간 임황정보 및 현장 맵핑(Mapping) 정보 교류를 통한 의사결정 플랫폼 마련
· 블록체인 기반 사용자 어플리케이션 설계 및 개발을 통한 품질관리 프로토타입 시스템 고도화
< 2세부 > 스마트 산림보호 플랫폼 개발
· 소나무재선충병 고사목 최종 융합데이터 생성 및 알고리즘 구현
· 가로수의 생육상태 판별모델 및 식생지수 개발
· 가로수 모니터링 플랫폼 개발
< 3세부 > 스마트 산림활용 플랫폼 개발
· 숲 생태지성 교육 앱 컨텐츠 현장검증
· 숲 생태지성 교육 앱 고도화 및 상용화버전 개발
· 숲 생태지성 교육 앱 효과성 및 경제성 평가
내용
< 1세부 > 스마트 산림경영 플랫폼 개발
· ICT 기반 산림경영 의사결정지원 소프트웨어 모형 구축
- 산림경영 의사결정 S/W 엔진 설계 및 구현
- 산림경영 의사결정 응용소프트웨어 구현 및 현장적용성 검토
· 최적 복합임도망의 현장 적용성 평가
- 주변 지형 및 소유구분, 임황정보, 위험지역, 급경사지 등의 현장여건 반영 방안 마련
- 정밀측량을 통한 복합임도망의 현장 적용 및 평가
· 실시간 임황정보 및 현장 맵핑(Mapping) 정보 교류를 통한 의사결정 플랫폼 마련
- 5G 통신기술을 기반으로 현장의 임황정보 및 맵핑 정보 전송 플랫폼 마련
- 임지현황(Field inventory) 정보의 실시간 전송 기술 개발
· 블록체인 기반 사용자 어플리케이션 설계 및 개발을 통한 품질관리 프로토타입 시스템 고도화
- 어플리케이션에서의 필요 기능 및 요소들에 대한 정의, 기능 흐름도 작성
- 어플리케이션 모듈별 기능 개발, 테스트
- 어플리케이션 개발 및 기능 검증
< 2세부 > 스마트 산림보호 플랫폼 개발
· 소나무재선충병 고사목 최종 융합데이터 생성 및 알고리즘 구현
- 재선충병 고사목 알고리즘 구현 및 검증
- 재선충병 고사목 최종 융합데이터 생성 및 점검 완료
- AI 시각화 플랫폼 구축
· 가로수의 생육상태 판별모델 및 식생지수 개발
- 주요 가로수의 파장대를 이용한 생육상태 판별모델 및 식생 지수 개발
· 가로수 모니터링 플랫폼 개발
- 판별모델의 검증 및 ICT 기반 가로수 모니터링 플랫폼 개발
< 3세부 > 스마트 산림활용 플랫폼 개발
· 숲 생태지성 교육 앱 컨텐츠 현장검증
- 개발된 컨텐츠가 구현된 앱 상의 오류를 현장 검토
· 숲 생태지성 교육 앱 고도화 및 상용화버전 개발
- 사용자 피드백을 통한 앱의 고도화 진행
- 상용화 버전 개발
- 오류 수정 및 앱 안정화 테스트 진행
- 앱의 상용화 : 안드로이드 마켓 등에 앱 등제
· 숲 생태지성 교육 앱 효과성 및 경제성 평가
- 앱 사용자를 대상으로 만족도, 운동량의 증가, 자연에 대한 인식, 쾌적성 등의 효과성을 조사
- 이용자의 지불의사 등을 통하여 앱의 추가개발 및 활용 가능한 공간 확장에 대해 기존 재래임업에서 사용되는 요인을 조사· 도출하여, 새롭게 개발된 앱의 경제성 평가
연구개발성과
본 연구 개발의 성과는 다음과 같음
1. 인력양성
2020-2022년까지 석·박사 배출 인원 수(명): 19
2020-2022년까지 사업단 소속 대학원생 및 학부생 취업인원(명): 11
2020-2022년까지 교과목 개발(건수): 3
2020-2022년까지 교과목 개선(건수): 9
2020-2022년까지 4차산업혁명 요소기술 기반 스마트임업 관련 캡스톤 디자인 과제(건수): 39
2. 연구개발
2020-2022년까지 논문 게재(건수): 9
2020-2022년까지 특허출원(건수): 4
2020-2022년까지 소프트웨어 개발(건수): 2
연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
- 지역 대학 4차산업혁명 요소기술 연구 역량 강화 및 임업 산업의 4차산업혁명 요소기술 활성화
- 실무 연구와 개발 능력을 갖춘 기업형 인재 양성 교육체계 구축
- 산림경영 단계별 부가적 가치의 활용성 증대로 인한 산림의 경제적 가치와 공익적 가치 증진
- 현장과 데이터 분석센터의 실시간 의사결정체계 마련 통한 전문 분야 일자리 창출 및 신산업 발굴과 산업화 유도
- 4차산업혁명 요소기술 기반 임업경영 통해 임업 효율성 증대
- 4차산업혁명 요소기술 기술을 기반으로 산림사업의 과학적이고 객관적인 의사결정 체계를 적용함에 따라 국민 및 수요자의 신뢰성 확보
(출처 : 요약문 2p)
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