□ 연구실에 대해 간략하게 소개

전라북도농업기술원 스마트농업추진팀은 빠르게 변화하는 농업에 대응하기 위해  김제 스마트팜 혁신밸리 내에 조성되어 있는 빅데이터센터를 운영하고 있다. 

김제 스마트팜 혁신밸리는 2018년부터 3년간에 걸쳐 김제시 백구면 황토로 1079 일원에 21.3ha 규모, 1,044억원 예산으로 조성되었다. 

2021년부터 김제시농업기술센터와 전라북도의 지속적인 협의를 거쳐 2022년 위수탁협약을 맺어, 2022년 4월부터 혁신밸리(0.4ha) 내 빅데이터센터 운영을 시작했다. 

빅데이터센터는 혁신밸리지원센터 내 3층에 위치하며, 2,784백만원 사업비로 구축되었고, 근무인원은 팀장 1명과 연구사 2명, 지도사 1명, 일반직과 공무직 각 1명으로 총 6명으로 구성되어 있다. 

빅데이터센터는 데이터 품질과 정보의 정확성 향상을 위하여 메타데이터 단체표준을 적용하여 규격화된 작물의 생육?환경 데이터를 수집?분석하여 이를 바탕으로 농가서비스를 지원하므로써 전라북도 스마트농업의 중추적인 역할을 하기 위해 연구에 매진하고 있다.

□ 연구실에서 중점적으로 다루고 있는 사업을 소개

○ 김제 스마트팜 혁신밸리내 데이터 수집?분석 및 활용 연구

김제 스마트팜 혁신밸리 내 창업보육센터(2.3ha)의 교육형 온실(4동)과 경영형 온실(10동), 임대형팜(4.5ha) 온실(14동) 총 24동의 실시간 주요 미기후 데이터 등 데이터 현황을 모니터링하며, 온실내?외부 환경?작물생육 데이터와 경영정보 등을 수집하여, 빅데이터센터 시스템을 활용하여 데이터 수집?분석, 농가 컨설팅을 실시하고 있습니다. 

특히, 고품질의 농업 데이터 수집은 정확한 분석을 위해 가장 중요한 부분으로, 농가에 의존하던 기존 생육데이터와 경영정보를 전문요원이 수집하여 오차범위를 줄여, 데이터의 신뢰성과 정확성을 높이고 있습니다. 

수집 작목별 정확한 생육조사 매뉴얼을 정립하여 생육조사를 실시하며, 주기적인 조사로 고품질 데이터를 확보하고 있습니다. 

구체적인 수집 데이터로는 실시간 온실환경(온도, 습도, 조도, CO2, 습구온도, 이슬점온도, 수증기압차(VPD) 등)과 배지모듈을 활용한 급액량, 배액량, 배지무게, 양액소모량 등이며, 의사결정을 위한 데이터의 시각화정보를 제공하며, 분석을 통한 작물 재배의 최적조건과 생산량 향상을 위한 컨설팅을 실시하고 있습니다. 

또한, 스마트팜 혁신밸리 내에 생육하고 있는 작물의 수집된 데이터 정보를 활용한 LSTM(Long Short-Term Memory, 장단기 메모리) 순환신경망 기법으로 기계학습을 통한 생육예측모델로 농가의 스마트 생산을 가능하게 해주는 연구를 진행하고 있습니다. 

○ 전라북도 내 노지?시설재배 생육?환경 데이터 분석

빅데이터 기반 농업 R&D 지원, 농업 빅데이터 생태계 구축, 데이터 수집?활용 현장데이터 전문인력 육성, 수집 빅데이터 활용 모델 및 인공지능 개발 등 스마트 농업 기술 개발을 목적으로 연구 진행하고 있으며 궁극적으로 고품질 농업 데이터셋 확보 및 데이터 기반 농가 컨설팅을 통한 작물의 생산성 향상을 목표로 하고 있습니다. 

시설작목은 딸기 8농가, 완숙토마토 7농가, 방울토마토 3농가로 총 18농가와 노지작목으로 밀 9농가, 양파 3농가 총 12농가로 시설?노지 합계 30농가이며, 재배 기초테이터(농가정보, 작기정보, 품목 등), 환경데이터(온도, 습도, 광량, CO2, 강수량 등), 생육데이터(초장, 엽수, 엽폭, 생체중 등) 및 경영데이터(생산량, 판매단가, 품질등급, 인건비 등 경영비 정보)를 수집하고 있습니다. 

농가의 환경데이터 수집방법은 이기종 시설원예 복합환경 데이터 수집 에이전트를 활용해 데이터 손실을 막고 고품질 데이터를 수집하고 있으며, 생육 데이터 수집개선을 위해 환경데이터 수집 전문인력의 지속적인 교육을 실시하고 있습니다. 

또한, 농가 관수정보 및 배지함수율 정보 등 추가데이터를 수집하여 분석을 실시하고 농가에 피드백을 제공할 예정입니다.

○ 스마트팜을 활용한 복분자 육묘 프로그램 개발 및 건전묘 보급

지역균형뉴딜사업으로 진행하는 이 사업은 고창군의 역점사업인 고창 복분자활성화 사업에도 기여도가 높을것으로 기대하고 있습니다. 

최근 고창군은 복분자의 연작장해 및 병해 발생 등 으로 인한 고사율이 증가하고 있어, 재배농가에 경제적인 손실 뿐만아니라 재배면적의 감소까지 이어 지고 있습니다. 

보통 복분자의 실직적 수확기간은 6～7년 정도이나, 최근 시들음 증상 등으로 재배 가능한 기간이 2∼3년으로 짧아지고 있습니다. 

이러한 문제를 해결하기 위한 대안으로 신품종 복분자를 도입?보급하고자 하며, 보급 효율을 높이기 위하여 전주대학교, 고창 베리팜영농조합법인과 함께 신품종 복분자의 영양체 번식방법에 스마트팜을 접목한 공정육묘시스템 개발하고 있습니다. 

주요내용으로는 센서 모니터링시스템을 통한 육묘기간 데이터 수집 시스템을 구축하고 미세기상환경과 근권부 모니터링, 환경과 생육연계 빅데이터 분석 플랫폼을  구축하고 양액재배 시스템 구현 등 복분자 육묘 프로그램 개발을 목표로 하고 있습니다. 

또한, 건전묘 보급과 관련해서 무병종묘를 얻는 방법중 가장 많이 사용하고 있는 조직배양기술을 활용해서 대량생산체계를 구축할 계획입니다. 종자가 아닌 영양번식체로 번식하는 작물들은 세대가 진전될수록 바이러스 등 피해를 입게 되어 건전묘 보급을 위해 2023년 유니플랜텍과 조직배양 체계를 확립하고 있으며, 금년에는 영양체번식법과 조직배양 방법을 통해 총 9,000주를 농가에 보급할 계획이며, 내년까지 30,000주를 보급하여 농가가 안정적으로 복분자를 생산하고 소득까지 연결될 수 있도록 할 계획입니다.

○ 복분자 수확물 운반 도우미 로봇개발

농촌의 고령화는 해를 거듭할수록 심해지며, 또한 농촌 인력난 또한 가속화 되고 있습니다. 이런 문제를 조금이나마 해결하고, 농가에 도움을 주기 위하여 복분자 수확물 운반 도우미를 개발하고자 합니다. 

주요내용은 군산대학교와 함께 로봇개발을 위해 농지환경 프레임을 제작하고, 자체 통합 제어 유닛 모듈, 제어기 통합 전원관리 및 브레이크 인식 제어모듈, 사이드 외력 감지 및 안전장치 센서 모듈, 주변환경 센서모듈 및 자체 자세 인식 센서모듈, 모터제어 관리 유닛 모듈, 사용자 인터페이스 모듈을 제작하고 수확 도우미 로봇에 적합한 시스템 소프트웨어(운영체계, 펌웨어 등)를 개발하고 있습니다. 

또한, 복분자 로봇 운영을 위한 노지 상태점검 및 분석을 실시하고, 복분자 수확 상황 및 프로세스 분석을 통한 수확 도우미 로봇 운영방식을 결정할 계획입니다. 

로봇사양은 중량 300kg 이하로 연속 주행시간 3시간 이상, 등판능력 12도 이상을 목표로 하며, 경사면 지적은 드론을 사용하여 3D 정밀 측위 모듈 이용 3농가 이상을 측정할 계획입니다. 2024년까지 복분자 수확물 운반도우미 로봇개발을 목표로 하고 있습니다.

○ 권역별 스마트팜 확산을 위한 노후장비 교체 및 유지 보수

스마트팜 시스템 구축에는 초기 투자 비용이 많이 들어가기 때문에, 재배농가에는 초기 투자 비용이 부담스러울 수 있습니다. 

힘들게 결정해서 스마트팜을 운영하다 보면 소소한 소모품부터 고장이 나기 시작합니다. 이에 스마트농업추진팀에서는 전북도내 24농가를 대상으로 양액기 사용법 및 장비 유지?보수방법에 관해 매뉴얼 사용법 등을 안내해 주며, EC 측정기 또는 pH미터 등 자주 고장나는 소모품에 대해서는 직접 교체를 실시해서 스마트팜를 포기하지 않고 지속적으로 운영하고 나아가 스마트팜이 확산될 수 있도록 농업환경을 조성하고 있습니다. 

추진내용으로 사업대상 농가 노후화 시설·장비 교체 및 유지보수를 위해 환경제어 시스템을 점검하고 필요한 소규모 시설·장비 교체 및 수리를 실시하며, 스마트팜 기술 적용 애로사항 해결을 위해 데이터 기반 환경 제어 및 병해충 관리 지도 등 1:1 컨설팅을 추진하고 있습니다. 

또한, 스마트팜 기자재·장비 사용을 위해 스마트팜 관련 전자·전기 기본, 작물 재배기술 교육과 데이터 기반 의사결정, 생산, 가공, 유통 등 경영 마케팅 교육을 실시하고 있습니다.

□ 연구사업을 진행하면서 가장 어려운 점이 있다면

신생팀으로 짧은 기간 동안에 성과를 조기달성 해야 한다는 막중한 책임감을 가지고 첫 업무를 추진하고 있으며, 디지털 농업 실현을 위한 빅데이터분석, 모델링, 인공지능, 사물인터넷, 지능형 로봇 등의 공학 전문지식을 쌓기 위해, 2명의 연구사가 박사과정에 입학하여 농학과 공학의 융복합을 통한 성과 창출에 힘쓰고 있으며, 전 직원이 빅데이터 역량강화를 위해 교육 이수 등 전문지식을 쌓아 가고 있습니다. 

조기성과 도출을 위한 대체방안으로 인공지능분야 박사후 연구원 또는 해외 연구자와의 접촉을 통해 우수한 인재를 확보하여 활용하고, 단기 연수 프로그램에 참여하여 융복합 역량을 강화하여 농생명 빅데이터센터 1번지가 되도록 노력해 나가겠습니다.

□ 어려운 와중에 보람있었던 점이 있다면

2021년 1월 생긴 스마트농업추진팀은 미래 농업의 화두인 기후변화와 식량안정 생산 문제를 해결해야 하는 막중한 목표와 뜨거운 관심을 가지고 시작된 조직이였습니다. 

이제 2년이 조금 넘은 시점에서 바라본다면 모든 것이 새로운 창조였다고 생각합니다. 디지털의 핵심인 인공지능, 정보통신기술, 로봇 등의 기술과 농업의 융합이 필요하여, 가장 중점적으로 추진했던 것은 전북도내 전북대학교, 군산대학교 등 대학 6개, 기업 5개, 농협중앙회 전북지역본부 등 기관 7개 등 총 18개소와 MOU를 체결했고, 이러한 협력체계를 기반으로 행정안전부 지역균형 뉴딜 사업에 선정되었으며, 데이터 수집·분석을 위한 공동연구사업을 수행하고 있습니다. 

또한, 한국은행, 전북은행, 국민연금공단 등 도내 빅데이터센터를 보유한 기관들과 정기적으로 매월 지식공동 교류회를 추진하면서 스마트농업을 위한 융복합 역량과 협력을 강화해 나가고 있습니다. 

□ 연구사업이 농가에 보탬이 될 수 있을까요

전라북도내 시군 농업기술센터와 연계하여 김제 스마트팜혁신밸리 빅데이터센터가 더욱 방대한양의 데이터를 수집?분석하여, 지역거점센터로 확고한 위치를 차지하고, 데이터전문가 양성 뿐만아니라 데이터기반 생육 단계별 최적 환경관리 시스템을 제공하고 개별 농가 맞춤형 컨설팅을 실시하여 생산성을 높이고 유통정보를 연계하여 생산물판매 가격안정화 등을 통해 농가소득에 기여할 수 있습니다. 

2023년 현재 54개소에서 빅데이터를 수집하지만, 2026년에는 65개소로 확대하여 진행할 계획이며, 전북도내 스마트팜 농가가 빅데이터기반 환경?유통관리로 경영비 절감, 생산량 증대 및 소득향상을 통해 안정적인 농촌생활로 이어질 수 있을 것이라 기대합니다.

□ 앞으로 어떤 연구를 진행할 계획인가

전라북도 도내 청년농 인구의 지속적인 감소와 고령화 등에 농업 인력난과 힘든 노동력을 대체할 수 있는 방안이 ICT 기술을 활용한 데이터기반 생산기술 개발과 지능형 로봇 개발 등 스마트농업 연구의 중요성이 더욱 부상하고  있습니다. 

즉,  ICT 기술의 발전으로 농업 생산성이 증가하고 농작물 품질이 개선될 뿐만아니라 사물인터넷(IoT) 기술을 활용하여 농작물의 생육 상황을 실시간으로 모니터링하고, 데이터를 분석하여 효율적인 작물 관리를 할 수 있으며 이를 통해 농작물 생산 비용을 절감하고 수확량을 증대할 수 있습니다. 

스마트농업은 지속가능한 농업을 실현할 수 있는 방안 중 하나이며 최소한의 자원으로 최대한의 생산성을 내는 지속가능한 농업을 실현하는데 큰 역할을 할 것입니다. 

앞으로의 연구는 전라북도내 더 많은 시설?노지 스마트팜 재배농가들의 생산, 유통, 가공 등 다양한 정보를 실시간으로 모니터링하고, 생육환경을 최적화하여 농가의 생산성과 수익성을 높이는 방향으로 진행하고 또한, 농작업을 단순화하고 편하게 할 수 있는 지능형 로봇개발 등 에도 참여하도록 할 계획입니다. 

지능형 로봇 기술을 농작업에 활용하면, 강도 높은 농작업을 대신할 수 있는 효과가 있습니다. 농작물 생산 과정에서 발생하는 다양한 작업을 자동화할 수 있으며, 마지막으로 농작물 생산과 관련된 환경 문제를 해결하기 위해, 인공지능을 활용하여 농가들이 사용하는 비료나 농약의 양을 최소화하고, 친환경적인 방법으로 농작물 생산을 할 수 있는 연구를 추진할 계획입니다. 

기존의 농업 방식과는 다른 새로운 기술의 도입으로 인한 재배농가들이 스마트농업 기술을 습득하고 활용하는 것은 쉽지 않을 수 있기 때문에 현장에서 새로운 기술도입 및 활용을 위한 튜터링 서비스도 제공할 계획입니다.

□ 연구실을 한마디로 정의한다면

스마트농업추진팀을 한마디로 정의한다면 전북 스마트농업의 밝은 미래를 낳는 ‘황금 거위’ 라고 할 수 있습니다. 현대사회를 사는 우리들은 데이터와 인공지능을 빼고 생활한다는 것 자체가 불가능한 시대 임을 매일 매일 경험하고 있습니다.

'함께 혁신, 함께 성공, 새로운 전북' 이라는 도정목표에 맞게 스마트농업추진팀은 연구실원 한명 한명이 각자의 전문성을 높이고, 농업현장의 최전선에서 대학?기업?연구소와 함께 데이터를 기반으로 전북의 농업기술을 혁신하고 있으며, 행복한 농업?농촌과 농생명산업 수도 전라북도를 만들기 위해 노력하고 있습니다./윤홍식기자