맨위로가기 타임라인 바로가기

정밀 농업

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
타임라인 바로가기
목차

1. 개요

정밀 농업은 농업 생산성을 높이고 지속 가능성을 추구하기 위해 정보 기술을 활용하는 농업 방식이다. 1980년대 미국에서 처음 개념이 등장했으며, GPS, GIS, 센서 기술 등을 활용하여 토양 및 작물 상태를 정밀하게 분석하고, 비료, 농약 등의 투입량을 조절한다. 이러한 기술을 통해 수확량 증대, 비용 절감, 환경 오염 감소 등의 효과를 얻을 수 있으며, 전 세계적으로 다양한 국가에서 발전해왔다. 최근에는 드론, 인공지능 등 첨단 기술을 융합하여 더욱 발전하고 있으며, 한국에서도 스마트 농업이라는 이름으로 관련 기술이 보급되고 있다.

더 읽어볼만한 페이지

  • 농업 혁명 - 신석기 혁명
    신석기 혁명은 기원전 10,000년에서 8,000년 사이 중동 지역에서 시작된 농업 혁명으로, 수렵 채집 생활에서 벗어나 농경 사회로 전환하며 인구 증가, 노동 전문화, 도구 발달 등 사회 전반에 걸친 변화를 가져왔다.
  • 농업 혁명 - 녹색 혁명
    녹색 혁명은 20세기 중반 헨리 A. 월리스와 노먼 볼로그 등의 주도로 개발도상국의 식량 생산성을 획기적으로 향상시킨 농업 기술 혁신이지만, 화학 비료와 농약 사용 증가, 환경 문제, 사회 경제적 불균형 심화 등 비판과 논쟁이 있어 지속 가능한 농업 방식에 대한 관심이 높아지고 있다.
  • 농업 - 비료
    비료는 식물 생장에 필요한 영양분을 공급하거나 토양을 개선하여 작물 생산성을 높이는 물질로, 질소, 인, 칼륨 등의 영양소를 함유하며 유기질 비료와 무기질 비료로 나뉘지만 과도한 사용은 환경 문제를 야기할 수 있다.
  • 농업 - 사직단
    사직단은 토지의 신과 곡식의 신에게 제사를 지내던 제단으로, 한국의 삼국시대부터 조선시대, 중국의 명청시대까지 존재했으며, 현재는 한국의 사직단 터 일부와 중국 베이징의 사직단이 남아 각 지역 문화재로 보호받고 있다.
  • 신기술 - 탄소 나노튜브
    탄소 나노튜브는 탄소 원자로 이루어진 나노미터 크기의 튜브로, 뛰어난 특성으로 인해 다양한 분야에 응용되며, 단일벽과 다중벽으로 구분되고, 아크 방전 등의 방법으로 합성된다.
  • 신기술 - 라이다
    라이다는 레이저를 사용하여 물체의 거리와 3차원 형상 정보를 측정하는 기술로, 코라이더 시스템에서 유래되어 자율주행차, 지형 측량, 대기 관측 등 다양한 분야에서 활용되며, 레이저 빔을 발사하고 반사된 빛의 비행시간을 측정하여 거리를 계산하는 원리를 사용한다.
정밀 농업
소개
이름정밀 농업
다른 이름정밀 농업 기술
위성 농업
처방 농업
개요
정의농업 경영의 한 형태로, 정보 기술을 활용하여 농작물과 토양의 변화를 관찰하고 분석한다.
이를 통해 비료, 살충제, 제초제 등의 투입량을 최적화하여 환경에 미치는 영향을 줄이고 생산성을 향상시킨다.
기술 및 방법
주요 기술GPS
GIS
원격 탐사
센서
드론
빅데이터 분석
응용 분야
작물 관리토양 분석 및 비료 시비 최적화
병충해 감지 및 방제
수분 관리
수확량 예측
축산 관리가축의 건강 상태 모니터링
사료 공급 최적화
방목 관리
장점
경제적 이점생산 비용 절감
수확량 증가
자원 효율성 향상
환경적 이점비료 및 농약 사용량 감소
토양 및 수질 오염 감소
온실가스 배출 감소
단점
초기 투자 비용장비 및 기술 도입 비용 부담
기술 숙련도기술 사용 및 데이터 분석 능력 필요
데이터 의존성데이터 품질 및 접근성 문제 발생 가능성
미래 전망
발전 방향인공지능 및 머신러닝 기술 접목
농업 자동화 및 로봇 기술 개발
데이터 플랫폼 구축 및 정보 공유 강화
관련 연구 및 정책
연구 동향정밀 농업 기술의 효과 분석
지속 가능한 농업 시스템 구축 방안 연구
정책 지원정밀 농업 기술 보급 및 확산 지원
농업 빅데이터 활용 촉진

2. 역사

정밀 농업의 개념은 1980년대 초 미국에서 처음 등장했다. 1985년, 미네소타 대학교 연구원들은 작물 재배지에 석회 투입량을 다양화했고, 같은 시기에 격자 샘플링(1헥타르당 1개의 샘플을 고정 격자에 적용)이 나타났다. 1980년대 말, 이 기술은 비료 및 pH 조정을 위한 최초의 투입 권장 맵을 도출하는 데 사용되었다. 수량 센서의 사용은 GPS 수신기의 출현과 결합되어 이후 계속해서 발전하고 있다.[18]

미국 중서부 지역에서는 비료가 필요한 지역에만 돈을 써서 이윤을 극대화하려는 농부들과 관련이 있다. 농부는 GPS 기반의 격자 또는 구역 샘플링을 통해 확인된 필요에 따라 밭 전체에 걸쳐 비료의 투입량을 다양하게 할 수 있다.

전 세계적으로 정밀 농업은 다양한 속도로 발전했다. 선구적인 국가는 미국, 캐나다, 호주였다. 유럽에서는 영국이 먼저 이 기술을 도입했고, 1997-1998년에 프랑스가 그 뒤를 따랐다. 라틴 아메리카에서는 아르헨티나가 선두 국가이며, 1990년대 중반 국립 농업 기술 연구소의 지원을 받아 도입되었다. 브라질은 지속 가능한 농업을 연구하고 개발하기 위해 국영 기업인 엠브라파(Embrapa)를 설립했다. GPS 및 가변 투입 기술의 개발은 정밀 농업 관리 관행을 정착시키는 데 기여했다.[30] 프랑스 농부의 10% 미만이 가변 투입 시스템을 갖추고 있다.[31]

디지털 기술은 농업 기계의 지형을 변화시켜 기계화를 더욱 정밀하고 접근 가능하게 만들 수 있지만, 비기계화 생산은 많은 저소득 및 중간 소득 국가, 특히 사하라 사막 이남 아프리카에서 여전히 지배적이다.[4][5] 비기계화 생산을 위한 정밀 농업 연구가 증가하고 있으며, 채택도 증가하고 있다.[32][33][34] 예시로는 AgroCares 휴대용 토양 스캐너, 무인 항공기(UAV) 서비스(드론이라고도 함), 현장 경계를 매핑하고 토지 소유권을 확립하기 위한 GNSS가 있다.[35]

정밀 축산은 동물 생산성, 환경 영향, 건강 및 복지 매개변수를 지속적으로 모니터링하고 제어하여 실시간으로 농부를 지원한다.[37] 동물이나 축사 장비에 부착된 센서는 기후를 제어하고 동물의 건강 상태, 움직임 및 요구 사항을 모니터링한다. 소에게는 착유 로봇을 허용하는 전자 식별(EID)을 태그할 수 있다.[38] 전 세계 자동 착유 시스템 판매는 최근 몇 년 동안 증가했지만,[39] 채택은 주로 북유럽에서 이루어질 가능성이 높다.[40] 소와 가금류를 위한 자동 사료 공급 장치도 존재하지만, 그 채택 추세 및 동인에 대한 데이터와 증거도 부족하다.[4][5]

정밀 농업의 경제적, 환경적 이점은 중국에서도 확인되었지만, 중국의 농업 시스템은 소규모 가족 농가로 특징지어져 정밀 농업 채택률이 낮다.[42] 2014년 12월, 러시아 대통령은 러시아 의회에서 국가 기술 이니셔티브(NTI)를 촉구하는 연설을 했다. FoodNet 이니셔티브는 정밀 농업과 같은 일련의 선언된 우선 순위를 포함한다.[43][44]

2. 1. 농업 혁명

정밀 농업은 현대 농업 혁명의 세 번째 물결의 핵심 요소이다. 첫 번째 농업 혁명은 1900년부터 1930년까지 기계화된 농업이 증가한 시기였다. 이 시기에는 각 농부가 약 26명의 사람을 먹여 살릴 수 있을 만큼의 식량을 생산했다.[18] 1960년대에는 유전자 변형의 새로운 방법으로 녹색 혁명이 촉발되었고, 이로 인해 각 농부가 약 156명의 사람을 먹여 살릴 수 있게 되었다.[18] 2050년까지 세계 인구는 약 96억 명에 달할 것으로 예상되며, 모든 사람을 먹여 살리기 위해서는 식량 생산량이 현재 수준의 두 배로 늘어나야 한다. 정밀 농업이라는 새로운 농업 혁명의 기술 발전으로 각 농부는 동일한 면적에서 265명의 사람을 먹여 살릴 수 있게 될 것이다.[18]

산업 혁명 이후 인구 급증에 대응하기 위해, 구미에서는 농업의 효율화·대규모화, 즉 농업의 공업화가 이루어졌고, 1980년대까지 비료, 농약의 대량 투입으로 수확량을 증대시키는 농법이 주류였다.[67] 그로 인해 지력(地力)의 감퇴, 지하수 오염, 생태계 파괴 등 다양한 문제가 현저하게 나타났다. 따라서 이러한 경험을 바탕으로 장기적인 시야에서 지속 가능한 농업을 실현하기 위해 최소한의 비료, 농약을 투입하여 수확량을 유지하는 개념이 보급되기 시작했다.[65][66]

2. 2. 세계적 발전

정밀 농업은 농업 혁명의 세 번째 물결의 핵심 요소이다. 1900년부터 1930년까지 첫 번째 농업 혁명은 기계화된 농업의 증가였고, 각 농부는 약 26명의 사람을 먹여 살릴 수 있었다.[18] 1960년대 녹색 혁명으로 각 농부는 약 156명의 사람을 먹여 살릴 수 있게 되었다.[18] 2050년까지 세계 인구는 약 96억 명에 달할 것으로 예상되며, 식량 생산량은 현재의 두 배로 늘어나야 한다. 정밀 농업은 각 농부가 동일한 면적에서 265명의 사람을 먹여 살릴 수 있게 할 것이다.[18]

Pteryx UAV, 롤 안정화 카메라 헤드를 갖춘 항공 사진 및 사진 매핑용 민간 UAV


정밀 농업의 개념은 1980년대 초 미국에서 처음 등장했다. 1985년, 미네소타 대학교 연구원들은 작물 재배지에 석회 투입량을 다양화했다. 1980년대 말, 이 기술은 비료 및 pH 조정을 위한 최초의 투입 권장 맵을 도출하는 데 사용되었다. 새로운 기술에서 개발된 수량 센서의 사용은 GPS 수신기의 출현과 결합되어 이후 계속해서 발전하고 있다.

미국 중서부 지역에서는 비료가 필요한 지역에만 돈을 써서 이윤을 극대화하려는 농부들과 관련이 있다. 농부는 GPS 기반의 격자 또는 구역 샘플링을 통해 확인된 필요에 따라 밭 전체에 걸쳐 비료의 투입량을 다양하게 할 수 있다.

전 세계적으로 정밀 농업은 다양한 속도로 발전했다. 선구적인 국가는 미국, 캐나다, 호주였다. 유럽에서는 영국이 이 길을 먼저 걸었고, 프랑스가 그 뒤를 바싹 쫓았다. 라틴 아메리카에서는 아르헨티나가 선두 국가이며, 1990년대 중반 국립 농업 기술 연구소의 지원을 받아 도입되었다. 브라질은 지속 가능한 농업을 연구하고 개발하기 위해 국영 기업인 엠브라파(Embrapa)를 설립했다. GPS 및 가변 투입 기술의 개발은 정밀 농업 관리 관행을 정착시키는 데 기여했다.[30] 프랑스 농부의 10% 미만이 가변 투입 시스템을 갖추고 있다. GPS의 채택은 더 광범위하지만, 이는 현장 수준의 권장 맵을 제공하는 정밀 농업 서비스를 사용하는 것을 막지 못했다.[31]

디지털 기술은 농업 기계의 지형을 변화시켜 기계화를 더욱 정밀하고 접근 가능하게 만들 수 있지만, 비기계화 생산은 많은 저소득 및 중간 소득 국가, 특히 사하라 사막 이남 아프리카에서 여전히 지배적이다.[4][5] 비기계화 생산을 위한 정밀 농업 연구가 증가하고 있으며, 채택도 증가하고 있다.[32][33][34] 예시로는 AgroCares 휴대용 토양 스캐너, 무인 항공기(UAV) 서비스(드론이라고도 함), 그리고 현장 경계를 매핑하고 토지 소유권을 확립하기 위한 GNSS가 있다.[35] 그러나 실제로 얼마나 많은 농업 생산자가 디지털 기술을 사용하는지는 불분명하다.[35][36]

정밀 축산은 동물 생산성, 환경 영향, 건강 및 복지 매개변수를 지속적으로 모니터링하고 제어하여 실시간으로 농부를 지원한다.[37] 동물이나 축사 장비에 부착된 센서는 기후를 제어하고 동물의 건강 상태, 움직임 및 요구 사항을 모니터링한다. 예를 들어, 소에게는 특정 소에 대한 유두 좌표 데이터베이스에 액세스할 수 있는 착유 로봇을 허용하는 전자 식별(EID)을 태그할 수 있다.[38] 전 세계 자동 착유 시스템 판매는 최근 몇 년 동안 증가했지만,[39] 채택은 주로 북유럽에서 이루어질 가능성이 높으며,[40] 저소득 및 중간 소득 국가에서는 거의 없을 가능성이 높다.[41] 소와 가금류를 위한 자동 사료 공급 장치도 존재하지만, 그 채택 추세 및 동인에 대한 데이터와 증거도 부족하다.[4][5]

정밀 농업의 경제적, 환경적 이점은 중국에서도 확인되었지만, 중국의 농업 시스템은 소규모 가족 농가로 특징지어져 정밀 농업의 채택률이 다른 국가보다 낮다. 따라서 중국은 정밀 농업 기술을 자국에 더 잘 도입하고 일부 위험을 줄여 미래에 중국 기술이 정밀 농업을 개발할 수 있는 길을 열려고 노력하고 있다.[42]

2014년 12월, 러시아 대통령은 러시아 의회에서 국가 기술 이니셔티브(NTI)를 촉구하는 연설을 했다. 이것은 FoodNet 이니셔티브와 같은 하위 구성 요소로 나뉜다. FoodNet 이니셔티브는 정밀 농업과 같은 일련의 선언된 우선 순위를 포함한다. 이 분야는 러시아에서 바이오 경제 요소를 개발하는 데 중요한 도구로서 러시아에게 특별한 관심사이다.[43][44]

산업 혁명 이후 인구 급증에 대응하기 위해, 구미에서는 농업의 효율화·대규모화, 즉 농업의 공업화가 이루어졌고, 1980년대까지 비료, 농약의 대량 투입으로 수확량을 증대시키는 농법이 주류였다.[67] 그로 인해 지력(地力)의 감퇴, 지하수 오염, 생태계 파괴 등 다양한 문제가 현저하게 나타났다. 따라서 이러한 경험을 바탕으로 장기적인 시야에서 지속 가능한 농업을 실현하기 위해 최소한의 비료, 농약을 투입하여 수확량을 유지하는 개념이 보급되기 시작했다.[65][66]

2. 3. 한국의 정밀 농업 (스마트 농업)

일본에서는 2000년대 초반 정밀 농업 개념이 도입되었지만, 당시 일본 농가들은 이미 자신의 논밭 상태를 파악하고 경험을 바탕으로 세밀하게 관리해왔다.[67] GPS와 항공 사진의 성능도 농업에 사용하기에는 충분하지 않았다.[67] 홋카이도 대학 교수 노구치 신은 이러한 이유로 정밀 농업 개념이 일본에서 널리 보급되지 않았다고 언급한다.[67]

일본에서는 ICT 및 제어 기술 등을 활용하는 농업이 스마트 농업이라는 이름으로 보급되었는데, 노구치 신 교수는 정밀 농업과 큰 차이가 없다고 말한다.[67] 기술 발전으로 농지 정보를 정밀하게 관리하는 정밀 농업은 일본에서 스마트 농업으로 불리며 보급되었다.[67]

3. 원리 및 기술

정밀 농업은 농작물 재배 효율을 극대화하고, 환경 영향을 최소화하며, 경제적 이익을 증진하기 위해 다양한 기술을 활용하는 현대 농업 방식이다.

정밀 농업은 획기적인 디지털 농업 기술을 응용하며, 애그테크(agtech)라고도 불리는 농업 기술 회사들에 46억달러 이상이 투자되었다.[72] 정밀 농업 혁명의 첫 번째 물결은 위성 및 항공 영상, 기상 예측, 가변 속도 비료 살포 및 작물 건강 지표 형태로 나타났으며,[19] 두 번째 물결은 더욱 정확한 파종, 지형 매핑 및 토양 데이터를 위해 기계 데이터를 집계한다.[20]

정밀 농업은 다음과 같은 목표를 추구한다.


  • 작물 과학: 작물 요구에 맞는 정밀한 농업 방식을 통해 생산성을 높인다. (예: 비료 투입 최적화)
  • 환경 보호: 농업으로 인한 환경 위험을 줄인다. (예: 질소 침출 최소화)
  • 경제성: 효율적인 농업 방식을 통해 경쟁력을 강화한다. (예: 비료 사용 및 기타 투입재 관리 개선)


또한, 정밀 농업은 농부에게 농장 기록 구축, 의사 결정 개선, 추적성 증진, 농산물 마케팅 강화, 임대 계약 및 지주와의 관계 개선, 농산물 고유 품질 향상(예: 빵 밀가루 밀의 단백질 수준) 등 다양한 이점을 제공한다.

정밀 농업은 GPS 및 GIS, 격자 샘플링, 원격 센서 등 다양한 도구를 사용하며, 특히 사물 인터넷(IoT)은 센서와 농장 관리 소프트웨어 발전과 함께 활용되어 농장주들이 영양적으로 불균일한 액비 안의 질소, 인, 칼륨을 분광학적으로 측정하고,[73] 토양 스캔을 통해 가축이 이미 소변을 본 곳을 확인, 비료를 필요한 곳에만 투여하여 비료를 최대 30%까지 절약할 수 있도록 한다.[74]

토양 지도를 활용하여 농부들은 예측적 접근 방식과 제어적 접근 방식 두 가지 전략으로 농지 투입량을 조절할 수 있다.

  • 예측적 접근 방식: 작물 주기 동안 정적 지표(토양, 저항, 경작 이력 등) 분석에 기반한다.
  • 제어적 접근 방식: 정적 지표 정보는 작물 주기 동안 샘플링, 원격 감지, 프록시 감지, 항공 또는 위성 원격 감지를 통해 정기적으로 업데이트된다.


스마트폰 통합 정밀 농업 시스템의 가능한 구성도


최근에는 스마트폰 및 태블릿 애플리케이션이 정밀 농업 분야에서 인기를 얻고 있으며, 머신 러닝은 드론, 로봇, 사물 인터넷(IoT) 장치와 함께 흔히 사용된다.

정밀 농업의 핵심 기술은 다음과 같다.

  • 엽록소 측정기
  • 토양 센싱 매핑 시스템 - 수분, pH, EC(전기 전도도), 총 탄소, 총 질소, 암모니아성 질소, 질산성 질소, 토양 경도 측정
  • 다파장 카메라
  • 농업용 무인 항공기


정밀 농업 기술 채택 여부는 농부가 해당 기술을 유용하고 사용하기 쉽다고 인식하는지에 달려있으며, 경제적 이점에 대한 긍정적인 외부 데이터만으로는 부족할 수 있다.[28]

3. 1. 지리 정보 시스템 (GIS) 및 위치 정보 시스템 (GPS)

지리 정보 시스템(GIS)과 위치 정보 시스템(GPS)은 정밀 농업에서 농작물 재배 효율을 높이는 데 중요한 역할을 한다.
GIS (지리 정보 시스템)

  • 농경지의 다양한 정보(토양 및 잔류 질소 분석, 이전 작물, 토양 저항성 등)를 통합하여 분석할 수 있도록 돕는다.

GPS (위치 정보 시스템)

  • 농경지의 정확한 위치 정보를 제공하여 트랙터, 콤바인 등 농기계의 자동 안내 시스템을 지원하고, 밭 경계 설정 및 항공/위성 이미지 기반 지도 제작에 활용된다.

GIS와 GPS의 결합

  • 드론과 인공위성으로 촬영한 고품질 영상 및 위성 기록 데이터를 GIS와 GPS로 통합 분석한다.
  • 축적된 영상으로 등고선도를 작성하여 물 흐름을 파악하고, 가변적인 씨 뿌리기를 결정하며, 생산성이 높은 지역의 수확량 지도를 만든다.[73]


이러한 기술들은 농부가 비료 사용량을 최적화하고 자원 낭비를 줄이며 수확량을 늘리는 데 도움을 준다.

3. 2. 변수

정밀 농업은 현장 수준 관리를 최적화하여 작물 과학, 환경 보호, 경제성을 향상시키는 것을 목표로 한다. 이를 위해 농부에게 농장에 대한 기록 구축, 의사 결정 개선, 추적성 촉진, 농산물 마케팅 강화, 임대 계약 및 지주와의 관계 개선, 농산물의 고유한 품질 향상 등 풍부한 정보를 제공한다.[19]

지리적 위치 정보를 활용하면 농부는 토양 및 잔류 질소 분석, 이전 작물 및 토양 저항성에 대한 정보를 겹쳐서 볼 수 있다. 지리적 위치 정보는 다음 두 가지 방법으로 수행된다.[19]

  • 농부가 트랙터를 몰고 밭을 돌면서 차량 내 GPS 수신기를 사용하여 밭의 경계를 정한다.
  • 항공 또는 위성 이미지를 기반으로 하는 기본 맵에서 밭의 경계를 정한다. 기본 이미지는 지리적 위치 정보의 정확성을 보장하기 위해 적절한 수준의 해상도와 기하학적 품질을 갖춰야 한다.


내부 및 외부 필드 변동성은 여러 요인으로 인해 발생할 수 있다. 여기에는 기후 조건(우박, 가뭄, 비 등), 토양(질감, 깊이, 질소 수준), 경작 관행(무경운 농법), 잡초 및 질병이 포함된다.[19]

영구 지표, 즉 주로 토양 지표는 농부에게 주요 환경 상수에 대한 정보를 제공한다. 포인트 지표를 통해 작물의 상태를 추적할 수 있다. 즉, 질병이 발생하는지, 작물이 물 스트레스, 질소 스트레스 또는 도복으로 고통받고 있는지, 얼음에 의해 손상되었는지 등을 확인할 수 있다.[19]

이 정보는 기상 관측소 및 기타 센서(토양 전기 저항, 육안 감지, 위성 이미지 등)에서 얻을 수 있다.[19]

토양 저항(Soil resistivity) 측정과 토양 분석을 결합하면 수분 함량(Water content)을 측정할 수 있다. 토양 저항은 또한 비교적 간단하고 저렴한 측정 방법이다.[24]

NDVI 이미지 - 소형 항공 시스템 Stardust II로 한 번의 비행에서 촬영 (299개 이미지 모자이크)


토양 지도를 활용하여 농부들은 다음과 같은 두 가지 전략으로 농지 투입량을 조절할 수 있다.[19]

  • 예측적 접근 방식: 작물 주기 동안 정적 지표(토양, 저항, 경작 이력 등) 분석에 기반한다.
  • 제어적 접근 방식: 정적 지표의 정보는 작물 주기 동안 다음을 통해 정기적으로 업데이트된다.
  • 샘플링: 생물량 측정, 잎의 엽록소 함량 측정, 과일 무게 측정 등.
  • 원격 감지: 무선 센서 네트워크[25] 및 사물 인터넷(IoT)을 통해 온도(공기/토양 온도), 습도(공기/토양 습도/잎), 바람 또는 줄기 지름과 같은 매개변수를 측정할 수 있다.
  • 프록시 감지: 차량 내 센서가 잎의 상태를 측정한다. 이를 위해서는 농부가 농지 전체를 돌아다녀야 한다.
  • 항공 또는 위성 원격 감지: 초분광 영상을 획득하고 처리하여 질병 지표를 포함한 작물 생물물리적 매개변수 지도를 도출한다.[26] 항공 기기는 식물 덮개량을 측정하고 작물과 잡초를 구별할 수 있다.[27]

3. 3. 전략

정밀 농업은 현장 수준 관리를 최적화하여 작물 과학, 환경 보호, 경제성을 향상시키는 것을 목표로 한다.[19][20] 농부에게는 농장 기록 구축, 의사 결정 개선, 추적성 촉진, 농산물 마케팅 강화, 임대 계약 및 지주와의 관계 개선, 농산물의 고유한 품질 향상 등의 이점을 제공한다.
전략농부들은 토양 지도를 활용하여 농지 투입량을 조절하기 위해 예측적 접근 방식과 제어적 접근 방식 두 가지 전략을 활용할 수 있다.

  • 예측적 접근 방식: 작물 주기 동안 정적 지표(토양, 저항, 경작 이력 등) 분석에 기반한다.
  • 제어적 접근 방식: 정적 지표의 정보는 작물 주기 동안 샘플링, 원격 감지, 프록시 감지, 항공 또는 위성 원격 감지를 통해 정기적으로 업데이트된다.[25][26][27]
  • 샘플링: 생물량 측정, 잎의 엽록소 함량 측정, 과일 무게 측정 등.
  • 원격 감지: 무선 센서 네트워크[25] 및 사물 인터넷(IoT)을 통해 온도(공기/토양 온도), 습도(공기/토양 습도/잎), 바람 또는 줄기 지름과 같은 매개변수를 측정.
  • 프록시 감지: 차량 내 센서가 잎의 상태를 측정하며, 농부가 농지 전체를 돌아다녀야 한다.
  • 항공 또는 위성 원격 감지: 초분광 영상을 획득하고 처리하여 질병 지표를 포함한 작물 생물물리적 매개변수 지도를 도출한다.[26] 항공 기기는 식물 덮개량을 측정하고 작물과 잡초를 구별할 수 있다.[27]


의사 결정은 빅 데이터 기반의 의사 결정 지원 개념 모델(작물 시뮬레이션 모델 및 추천 시스템)을 기반으로 할 수 있지만, 최종 결정은 농부가 사업 가치와 자연 환경에 미치는 영향 측면에서 내려야 한다. 기계 학습 및 인공 신경망 기반의 인공 지능(AI) 시스템이 이 역할을 대체하기도 한다.

'''처방적 파종'''은 단일 필드 내에서 변화하는 조건을 수용하기 위해 가변 파종률을 결정하여 수확량을 극대화할 수 있는 데이터 기반 파종 조언을 제공하는 농업 시스템의 한 유형이다. "농장의 빅 데이터"로 묘사되며, 몬산토, 듀폰 등은 미국에서 이 기술을 출시하고 있다.[21][22]

정밀 농업 기술 채택 여부는 농부가 해당 기술을 유용하고 사용하기 쉽다고 인식하는지에 달려있다. 경제적 이점에 대한 긍정적인 외부 데이터만으로는 부족할 수 있다.[28]

정밀 농업의 정의는 국가별로 다를 수 있다. 예를 들어 전미 연구 협의회에서는 "정밀 농업이란, 정보를 활용하여 작물 생산에 관련된 데이터를 획득·분석하고, 요인 간의 관계성을 과학적으로 해명하면서 의사 결정을 지원하는 영농 전략 체계이다"라고 정의하고, 영국의 환경식량부 곡물국에서는 "정밀 농업이란, 하나의 포장 내를 서로 다른 수준으로 관리하는 재배 관리 기법이다"라고 정의한다.[61]

겉으로는 균일하게 보이는 포장에서 공간적·시간적으로 기온, 토양 비옥도, 토양 수분 등이 달라지는 것을 전제로 하여, 이를 인식하고 제어함으로써 수량 등을 개선하는 것을 목표로 한다. 정보 통신 기술을 적극적으로 도입하여 각 요소를 수치화하여 관리하는 기법을 도입하여, 농업 종사자의 감이나 경험에 기반한 의사 결정을 암묵지에서 형식지로 바꾸는 것을 목표로 한다. 농업의 스마트화는 영상 분석이나 원격 탐사 등을 활용하여 농장의 상태 정보를 수치화하고, 빅데이터를 다양한 관점·지견으로 분석함으로써 단위 면적당 수확량 증가, 저농약화, 고부가가치화, 노동력 절감 등을 실현한다.[62]

농작물의 파장별 반사 계수와 생육 상황 사이에는 상관 관계가 있다는 것이 알려져 있으며[63], 작물의 생육 상황을 파악하기 위해 엽록소계(SPAD)를 사용하여 잎을 한 장씩 끼워 색을 측정하는 대신, 다파장 카메라를 탑재하여 작물의 생육도 데이터를 수집하는 농업용 드론의 이용도 고려하고 있다.[64] 위성 사진이 유사한 용도로 사용되어 왔지만, 기동성이 뛰어난 드론을 사용함으로써 더욱 손쉽게 포장 내의 고정밀 정보를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.

3. 4. 핵심 기술

정밀 농업은 획기적인 디지털 농업 기술을 응용하는 분야이다. 애그테크(agtech)라고도 불리는 농업 기술 회사들에 46억달러 이상이 투자되었다.[72]

사물인터넷은 데이터 수집을 가능하게 하는 전자기기와 연결된 물리적인 물체들의 네트워크이다. IoT는 센서와 농장 관리 소프트웨어의 발전과 함께 적용되기 시작했다. 예를 들어, 농장주들은 영양적으로 불균일한 액비 안의 질소, 인, 칼륨을 분광학적으로 측정한다.[73] 그 다음 토양을 스캔하여 가축이 이미 소변을 본 곳을 확인하고 비료를 필요한 곳에만 투여할 수 있다. 이렇게 하면 비료를 최대 30%까지 절약할 수 있다.[74] 토양의 수분 센서는 식물에 원격으로 물을 주는 최적의 시기를 결정한다. 관개 시스템을 프로그래밍하면 식물의 필요와 강수량에 따라 물을 줄 나무 줄기의 부분을 선택할 수 있다.[73]

정밀 농업 혁명의 첫 번째 물결은 위성 및 항공 영상, 기상 예측, 가변 속도 비료 살포 및 작물 건강 지표의 형태로 나타났다.[19] 두 번째 물결은 더욱 정확한 파종, 지형 매핑 및 토양 데이터를 위해 기계 데이터를 집계한다.[20]

정밀 농업은 다음과 같은 농업 장비에 기술을 사용한다. (예: 트랙터, 살포기, 수확기 등):

  • 위치 시스템 (예: 위성 신호를 사용하여 지구상의 위치를 정확하게 결정하는 GPS 수신기)
  • 지리 정보 시스템(GIS), 즉 사용 가능한 모든 데이터를 이해하는 소프트웨어
  • 가변 속도 농업 장비(파종기, 살포기)


토양 지도를 활용하여 농부들은 다음과 같은 두 가지 전략으로 농지 투입량을 조절할 수 있다.

  • 예측적 접근 방식: 작물 주기 동안 정적 지표(토양, 저항, 경작 이력 등) 분석에 기반한다.
  • 제어적 접근 방식: 정적 지표의 정보는 작물 주기 동안 다음을 통해 정기적으로 업데이트된다.
  • 샘플링: 생물량 측정, 잎의 엽록소 함량 측정, 과일 무게 측정 등.
  • 원격 감지: 무선 센서 네트워크[25] 및 사물 인터넷(IoT)을 통해 온도(공기/토양 온도), 습도(공기/토양 습도/잎), 바람 또는 줄기 지름과 같은 매개변수를 측정.
  • 프록시 감지: 차량 내 센서가 잎의 상태를 측정. 이를 위해서는 농부가 농지 전체를 돌아다녀야 함.
  • 항공 또는 위성 원격 감지: 초분광 영상을 획득하고 처리하여 질병 지표를 포함한 작물 생물물리적 매개변수 지도를 도출.[26] 항공 기기는 식물 덮개량을 측정하고 작물과 잡초를 구별 가능.[27]


스마트폰 및 태블릿 애플리케이션은 정밀 농업 분야에서 점점 더 인기를 얻고 있다. 스마트폰에는 카메라, 마이크, GPS, 가속도계 등 유용한 애플리케이션이 이미 많이 설치되어 있다. 또한 현장 매핑, 동물 추적, 날씨 및 작물 정보 획득 등 다양한 농업 응용 분야에 특화된 애플리케이션도 있다. 휴대성이 뛰어나고, 가격이 저렴하며, 높은 컴퓨팅 성능을 갖추고 있다.[57]

머신 러닝은 드론, 로봇, 사물 인터넷(IoT) 장치와 함께 흔히 사용된다. 이는 이러한 각 소스에서 데이터를 입력할 수 있도록 한다.

정밀 농업의 핵심 기술은 다음과 같다.

  • 엽록소 측정기
  • 토양 센싱 매핑 시스템 - 수분, pH, EC(전기 전도도), 총 탄소, 총 질소, 암모니아성 질소, 질산성 질소, 토양 경도 측정
  • 다파장 카메라
  • 농업용 무인 항공기

4. 경제적 및 환경적 영향

정밀 농업은 작물 과학 측면에서 농업 방식을 작물 요구에 더 가깝게 맞추고(예: 비료 투입), 환경 보호 측면에서 농업으로 인한 환경 위험 및 발자국을 줄이며(예: 질소 침출 제한), 경제성 측면에서 보다 효율적인 방식을 통해 경쟁력을 강화(예: 비료 사용 및 기타 투입재의 개선된 관리)하는 것을 목표로 한다.[19][20]

2013년 기사에서는 정밀 농업이 인도를 포함한 개발도상국 농부들에게 도움이 될 수 있음을 보여주었다.[47]

정밀 농업은 다양하고 방대한 양의 센싱 데이터를 생성하여 고고학 및 문화 유산 작업을 위해 해당 데이터를 활용하고 재사용할 수 있는 기회를 창출하여, 현대 농업 환경에서 고고학에 대한 이해를 높인다.[49]

4. 1. 경제적 이점

정밀 농업은 비료 투입량을 줄이고, 농업으로 인한 환경 위험 및 발자국(예: 질소 침출 제한)을 줄이며, 보다 효율적인 방식을 통해 경쟁력을 강화하는(예: 비료 사용 및 기타 투입재의 개선된 관리) 것을 목표로 한다.[19][20]

정밀 농업은 농부에게 다음과 같은 풍부한 정보를 제공한다.[45]

  • 농장에 대한 기록 구축
  • 의사 결정 개선
  • 더 큰 추적성 촉진
  • 농산물 마케팅 강화
  • 임대 계약 및 지주와의 관계 개선
  • 농산물의 고유한 품질 향상 (예: 빵 밀가루 밀의 단백질 수준)


정밀 농업은 작물에 물, 비료, 살충제 등과 같은 투입물을 정확하고 올바른 양으로 적절한 시기에 사용하여 생산성을 높이고 수확량을 극대화한다. 정밀 농업 관리 방식은 수확량을 늘리면서 사용되는 영양분 및 기타 작물 투입물의 양을 상당히 줄일 수 있다.[45] 따라서 농부는 물, 살충제 및 비료 비용을 절감하여 투자 수익을 얻는다.

투입물을 목표로 하는 두 번째로 큰 규모의 이점은 환경적 영향과 관련이 있다. 적절한 양의 화학 물질을 적절한 장소와 적절한 시기에 적용하는 것은 작물, 토양 및 지하수, 따라서 전체 작물 주기에도 도움이 된다.[46] 결과적으로 정밀 농업은 지속 가능한 농업의 초석이 되었다.

정밀 농업은 기계의 효율성을 높여 환경에 대한 농업의 압력을 줄인다. 예를 들어, GPS와 같은 원격 관리 장치의 사용은 농업용 연료 소비를 줄이는 반면, 가변 속도 살포를 통해 영양분 또는 살충제의 사용을 줄여 비용을 절감하고 수로로의 유해한 유출을 줄일 수 있다.[48] GPS는 또한 이전에 만들어진 안내선을 따라 이동하여 땅의 압축량을 줄인다. 이는 또한 현장 작업 시간을 줄이고 장비 및 화학 물질의 환경 영향을 줄인다.

4. 2. 환경적 이점

정밀 농업은 투입물을 적절히 조절하여 더 적은 양의 영양분 및 기타 작물 투입물을 사용하면서도 수확량을 늘릴 수 있게 한다.[45] 이를 통해 농부는 물, 살충제, 비료 비용을 절감하여 투자 수익을 얻는다.

화학 물질을 적절한 양으로, 적절한 장소와 시기에 적용하면 작물, 토양, 지하수, 그리고 전체 작물 주기에 이롭다.[46] 정밀 농업은 작물, 토양, 농부를 존중하므로 지속 가능한 농업의 초석이 되었다. 지속 가능한 농업은 장기적으로 생산을 유지하는 데 필요한 생태적, 경제적, 사회적 한계 내에서 지속적인 식량 공급을 보장하고자 한다.

정밀 농업은 기계의 효율성을 높여 농업이 환경에 미치는 압력을 줄인다. 예를 들어, GPS와 같은 원격 관리 장치를 사용하면 농업용 연료 소비를 줄일 수 있다. 또한, 가변 속도 살포를 통해 영양분이나 살충제 사용을 줄여 비용을 절감하고 수로로 유해 물질이 유출되는 것을 막을 수 있다.[48]

GPS는 이전에 만들어진 안내선을 따라 이동하여 땅의 압축량을 줄인다. 이는 현장 작업 시간을 줄이고 장비 및 화학 물질이 환경에 미치는 영향을 줄인다.

산업 혁명 이후 인구가 급증함에 따라, 서구에서는 농업 효율성과 규모를 늘리는 농업 공업화가 이루어졌다. 1980년대까지 비료와 농약을 대량으로 투입하여 수확량을 늘리는 농법이 주류를 이루었다.[67] 그 결과, 지력 감퇴, 지하수 오염, 생태계 파괴 등 다양한 문제가 나타났다. 이러한 경험을 바탕으로 장기적인 관점에서 지속 가능한 농업을 실현하기 위해 최소한의 비료와 농약을 투입하여 수확량을 유지하는 개념이 보급되기 시작했다.[65][66]

5. 국제 학술회의


  • InfoAg 컨퍼런스
  • 정밀 농업에 관한 유럽 컨퍼런스(ECPA) (격년)
  • 국제 정밀 농업 컨퍼런스(ICPA) (격년)

참조

[1] 웹사이트 Precision Farming : Image of the Day http://earthobservat[...] earthobservatory.nasa.gov 2001-01-30
[2] 웹사이트 Precision Ag Definition https://www.ispag.or[...] 2024-12-02
[3] 논문 Precision Agriculture for Crop and Livestock Farming—Brief Review 2021
[4] 서적 The State of Food and Agriculture 2022 − Leveraging agricultural automation for transforming agrifood systems https://doi.org/10.4[...] Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO)
[5] 서적 In Brief to The State of Food and Agriculture 2022 − Leveraging automation in agriculture for transforming agrifood systems https://doi.org/10.4[...] Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO)
[6] 문서 Future Directions of Precision Agriculture 2005
[7] 문서 Definition and Interpretation of potential management zones in Australia, In: Proceedings of the 11th Australian Agronomy Conference, Geelong, Victoria, 2–6 Feb. 2003 2003
[8] 서적 Phytogeomorphology Wiley 1985
[9] 논문 Relationship Between Six Years of Corn Yields and Terrain Attributes 2003-03
[10] 논문 Estimating Average and Proportional Variograms of Soil Properties and Their Potential Use in Precision Agriculture 1999-09
[11] 문서 https://doi.org/10.1[...] 2002
[12] 문서 A Stand-Alone, In Situ, Soil Quality Sensing System for Precision Agriculture
[13] 문서 Precision agriculture: Challenges in sensors and electronics for real-time soil and plant monitoring 2017
[14] 웹사이트 IoT & Thick-Film Technology for Underground Sensors in Agriculture http://www.sensorsma[...]
[15] 웹사이트 DJI Agriculture http://djiag.it/
[16] 간행물 Agricultural Drones Relatively cheap drones with advanced sensors and imaging capabilities are giving farmers new ways to increase yields and reduce crop damage https://www.technolo[...] 2014-05
[17] 논문 '[No title found]' http://link.springer[...] 2002
[18] 웹사이트 Digital agriculture: Helping to feed a growing world https://consulting.e[...] 2017-02-23
[19] 문서 25 years Precision Agriculture in Germany – a retrospective https://www.openagra[...] 2016
[20] 웹사이트 Can Digital Farming Deliver on its Promise? http://www.agnewscen[...] 2016-04-27
[21] 뉴스 Big Data Comes to the Farm, Sowing Mistrust https://www.wsj.com/[...] 2014-02-25
[22] 뉴스 Digital disruption on the farm https://www.economis[...] 2014-05-24
[23] 웹사이트 Important tools to succeed in precision farming https://precisionagr[...] 2019-11-20
[24] 웹사이트 Precision Farming Tools: Soil Electrical Conductivity https://pubs.ext.vt.[...] 2016-06-12
[25] 웹사이트 New Waspmote Sensor Board enables extreme precision agriculture in vineyards and greenhouses- Libelium http://www.libelium.[...]
[26] 논문 Plant Disease Detection by Imaging Sensors – Parallels and Specific Demands for Precision Agriculture and Plant Phenotyping 2015-09-01
[27] 뉴스 The future of agriculture: Factory fresh https://www.economis[...] 2016-06-09
[28] 논문 IT as enabler of sustainable farming: An empirical analysis of farmers' adoption decision of precision agriculture technology https://publications[...] 2012
[29] 웹사이트 Precision Farming : Feature Articles http://earthobservat[...] earthobservatory.nasa.gov 2001-01-29
[30] 웹사이트 Simon Blackmore: Farming with robots http://spie.org/news[...] SPIE Newsroom 2016-06-02
[31] 웹사이트 precision agriculture with satellite imagery http://www.spotimage[...]
[32] 논문 Precision agriculture research in sub-Saharan Africa countries: a systematic map 2021-08-01
[33] 논문 Precision Agriculture for Resource Use Efficiency in Smallholder Farming Systems in Sub-Saharan Africa: A Systematic Review 2021-01-22
[34] 웹사이트 Proceedings of 1st African Conference of Precision Agriculture – African Plant Nutrition Institute (APNI) https://www.apni.net[...] 2022-12-23
[35] 논문 Setting the Record Straight on Precision Agriculture Adoption https://onlinelibrar[...] 2019
[36] 서적 Adoption level is the most underestimated factor in fertiliser recommendations https://www.agrocare[...] AgroCares 2022-12-23
[37] 간행물 Exploring the Potential of Precision Livestock Farming Technologies to Help Address Farm Animal Welfare 2021
[38] 간행물 Review: Sensor techniques in ruminants: more than fitness trackers 2020
[39] 웹사이트 Global milking robots market size by type, by herd size, by geographic scope and forecast https://www.verified[...] 2022-07-24
[40] 간행물 Robotic milking: Technology, farm design, and effects on work flow 2017
[41] 서적 Economics of adoption for digital automated technologies in agriculture. Background paper for The State of Food and Agriculture 2022 https://doi.org/10.4[...] Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO)
[42] 간행물 Precision Agriculture in China: Exploring Awareness, Understanding, Attitudes and Perceptions of Agricultural Experts and End-Users in China https://eprint.ncl.a[...]
[43] 간행물 Recent biotechnology developments and trends in the Russian Federation 2018
[44] 웹사이트 Рынки Нти https://nti2035.ru/m[...]
[45] 웹사이트 Hacking the farm: How farmers use 'digital agriculture' to grow more crops https://money.cnn.co[...] 2016-08-03
[46] 뉴스 The future of agriculture https://www.economis[...] 2016-06-09
[47] 뉴스 Is precision agriculture the solution to India's farming crisis http://newindianexpr[...]
[48] 간행물 The economic and environmental impacts of precision agriculture and interactions with agro-environmental policy
[49] 간행물 Remote Sensing Data to Support Integrated Decision Making in Cultural and Natural Heritage Management - Impasses and opportunities for collaboration in agricultural areas https://intarch.ac.u[...] 2023
[50] 서적 Precision Agriculture Technology for Crop Farming CRC Press 2016
[51] 뉴스 This new farming robot uses lasers to kill 200,000 weeds per hour https://interestinge[...] 2022-11-17
[52] 웹사이트 Verdant Robotics launches multi-action agricultural robot for 'superhuman farming' https://roboticsanda[...] 2022-11-17
[53] 웹사이트 Five technologies changing agriculture http://idealog.co.nz[...] 2016-10-07
[54] 서적 Thick-Film Underground Sensors https://www.morebook[...] LAP LAMPERT Academic Publishing
[55] 간행물 A novel thick-film electrical conductivity sensor suitable for liquid and soil conductivity measurements
[56] 웹사이트 Precision beekeeping with wireless temperature monitoring https://iotone.com/c[...] 2018-04-27
[57] 문서 Suporn Pongnumkul, Pimwadee Chaovalit, and Navaporn Surasvadi, “Applications of Smartphone-Based Sensors in Agriculture: A Systematic Review of Research,” Journal of Sensors, vol. 2015.
[58] 간행물 An IoT based smart irrigation management system using Machine learning and open source technologies 2018-12
[59] 간행물 Determining and Predicting Soil Chemistry with a Point-of-Use Sensor Toolkit and Machine Learning Model 2020-10-09
[60] 웹사이트 精密農業とドローン https://www.secure-d[...]
[61] 웹사이트 日本型精密農業を目指した技術開発 http://www.affrc.maf[...]
[62] 웹사이트 日本型精密農業を目指した技術開発 https://www.monsanto[...]
[63] 웹사이트 農業分野でのハイパースペクトルイメージデータの利用 https://www.eorc.jax[...]
[64] 웹사이트 空から農業を一変させる。リモートセンシングと無人ヘリで切り開く農業の未来とは？ https://www.yanmar.c[...]
[65] 간행물 プレシジョンファーミング 1997
[66] 간행물 米国穀倉地帯におけるプレシジョンアグリカルチャ 1999
[67] 웹사이트 日本における精密農業、スマート農業の歩みを振り返る 〜北海道大学 野口伸教授（前編） https://smartagri-jp[...] 2023-01-27
[68] 웹인용 Precision Farming : Image of the Day http://earthobservat[...] earthobservatory.nasa.gov 2001-01-30
[69] 문서 McBratney, A., Whelan, B., Ancev, T., 2005. Future Directions of Precision Agriculture. Precision Agriculture, 6, 7-23.
[70] 문서 Whelan, B.M., McBratney, A.B., 2003. Definition and Interpretation of potential management zones in Australia, In: Proceedings of the 11th Australian Agronomy Conference, Geelong, Victoria, Feb. 2-6 2003.
[71] 저널 A multi‑sensor robotic platform for ground mapping and estimation beyond the visible spectrum 2018
[72] 웹인용 Digital agriculture: Helping to feed a growing world https://consulting.e[...] 2019-01-31
[73] 웹인용 The future of agriculture http://www.economist[...]
[74] 웹인용 Five technologies changing agriculture http://idealog.co.nz[...] 2016-10-07

관련 사건 타임라인

( 최근 20개의 뉴스만 표기 됩니다. )


본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.

문의하기 : help@durumis.com