07. 농작물 물관리? AI 스마트 관개 시스템에 맡기세요

1. 오프닝

기록적인 폭염과 가뭄이 이어지면서 매년 과수나무 피해가 늘고 있는데요.
이에 농가에서는 “나무에 언제, 얼마나 물을 줘야 할지 모르겠다.”라는 걱정의 목소리 점점 커지고 있습니다.
이를 위해 농촌진흥청에서는 작물의 수분 상태와 토양 속 수분량을 인공지능이 실시간으로 분석해 딱! 필요한 때에 필요한 만큼의 물을 공급하는 ‘AI 스마트 관개 시스템’을 개발했는데요.
날씨와 생육단계에 따라 물이 필요한 시기와 양을 정확히 진단하고, 자동으로 물을 공급해 생산성은 높이고, 일손은 확 줄여 주는 똑똑한 일당백의 일꾼! ‘AI 스마트 관개 시스템’을 지금 공개합니다.

2. <인공지능 기반 스마트 관개 시스템이란?>

식물은 햇빛을 받으며 광합성을 하는데요.
이 과정에서 잎의 작은 구멍 즉, 기공으로 수분을 내보내며 체내 물의 양을 조절합니다.
그리고 만약 공급되는 물이 부족하면 식물은 스트레스를 받아 잎의 기공을 닫는데요.
이 때문에 잎의 온도가 점점 올라가게 되죠.
바로 이 원리를 이용해 만든 것이 바로 AI 관개 시스템입니다.
이 시스템은 잎의 온도를 측정하는 적외선 센서와 열화상 카메라 그리고 주변의 온도, 습도, 햇빛, 바람 등의 정보를 측정하는 환경 센서들을 이용해 식물이 얼마나 스트레스를 받고 있는지를 파악하고, 토양에 있는 물의 양도 함께 분석해요.
이렇게 모은 데이터는 인공지능이 실시간으로 분석해서 ‘작물 수분 스트레스 지수’ 즉, CWSI를 계산합니다.
작물 스트레스 지수는 0에서 1까지의 숫자로 나타내고, 숫자가 높을수록 식물이 더 심한 스트레스를 받고 있다고 할 수 있는데요.
따라서 지수가 높아지면 AI 스마트 관개 시스템은 데이터를 바탕으로 과수나무에 언제, 얼마나 물을 줘야 할지 농업인에게 알려 주거나 스스로 펌프를 작동시켜 물을 주죠.

3. <인공지능 기반 스마트 관개 시스템 운용 과정>

스스로 진단하고 판단해 실행까지 하는 똑똑한 AI 스마트 관개 시스템은 크게 ‘측정’, ‘진단’, ‘처방’! 세 단계를 거쳐 작동하는데요.
첫 번째 ‘측정’은 센서를 통해 작물의 잎 온도와 햇빛의 세기, 공기의 온도와 습도 등을 계측하는 단계입니다.
그동안은 계측을 위해 주로 과수원 곳곳에 고정 센서를 설치해 필요한 데이터를 측정해 왔는데요.
최근에는 고정 센서의 단점을 보완한 휴대용 측정기가 개발돼 더 쉽고 간편하게 잎 온도를 측정할 수 있게 됐습니다.
디지털 체온계를 닮은 휴대용 계측기는 나무 그림자의 영향을 덜 받고, 측정하는 높이에 따라 자동으로 잎 온도를 보정해 주기 때문에 더 정확하게 잎의 온도를 측정할 수 있을 뿐만 아니라 누구나 간편하게 사용할 수 있습니다.
또한, 휴대용 계측기 덕분에 언제 어디서든 손쉽게 정확한 데이터를 측정할 수 있어 고정 센서를 설치하기 어려운 작은 농가에서도 AI 스마트 관개 시스템을 활용할 수 있게 됐습니다.
두 번째 단계는 ‘진단’으로 수집된 데이터를 인공지능, AI가 분석해 작물에 얼마나 물이 필요한지 판단하는 것을 말하는데요.
이를 위해 농촌진흥청은 3년간의 연구를 통해 공기 중 온도와 습도, 햇빛의 세기 등의 날씨 데이터를 기반으로 식물의 수분 스트레스를 예측하는 AI 예측 모델을 개발해 사용하고 있습니다.
마지막은 ‘처방’ 단계인데요.
처방은 AI의 진단 결과를 바탕으로 식물이 필요한 만큼의 물을 정확한 시간에 공급하는 것을 말합니다.
예를 들어, 어제 오전 10시부터 오후 3시 사이에 측정된 작물의 수분 스트레스 지수 평균에 따라 관개 기준보다 지수가 낮으면 물 주기를 바로 멈추고, 지수가 높다면 즉시 물을 공급하게 되고요.
비가 올 가능성이나 작물의 성장 단계, 그리고 면적까지 고려해 물을 주는 때에 비가 오고 있거나 비 예보가 있으면 물을 주어야 할지 말지는 물론 물 공급량도 자동으로 조절합니다.
그리고 이 모든 정보는 사용자가 화면으로 한눈에 확인할 수 있고, 과수원 구역에 따라 물을 주는 양도 사용자가 원격으로 조절할 수 있습니다.

4. <인공지능 기반 스마트 관개 시스템 사용 효과>

똑똑한 일꾼, AI 스마트 관개 시스템의 효과는 농업 현장에서 바로 확인할 수 있는데요.
지난해 AI 스마트 관개 시스템을 도입한 과원에서는 사과와 복숭아 무게가 14~26% 증가하고, 과실의 상품화율과 생산성이 좋아져 농가소득이 10% 증가하는 효과를 얻었고요.
과원에 사용되는 농업용수는 30%, 물 관리 노동력은 95% 절감되는 결과를 보였습니다.

5. <클로징>

작물과 토양의 상태에 맞춰 꼭 필요한 만큼만 물을 주는 AI 스마트 관개 시스템은 농업용수 절약은 물론 기후 변화와 노동력 부족 현상에 대한 좋은 대안으로 떠오르고 있는데요.
지속 가능한 농업, 다음 세대를 위한 농업을 약속하는 AI 스마트 관개 시스템을 지금 바로, 여러분의 농장에도 도입해 보세요.