바이오인

빅데이터를 활용한 스마트농업

요약문

스마트팜(Smart Farming)은 사이버-물리적 시스템(cyber-physical system)으로 농장을 관리하는, 정보통신 기술의 사용을 강조하는 혁신 농업기술이다. 사물 인터넷(Internet of Things)과 클라우드 컴퓨팅(cloud computing)과 같은 새로운 기술은 이러한 혁신을 가속화하여, 앞으로 농업에 더 많은 로봇과 인공지능이 도입될 것으로 예상된다. 이는 광범위한 데이터를 수집, 분석 및 의사 결정에 사용할 수 있는 방대한 양의 빅데이터(Big data)를 통해 이루어질 수 있다. 본 총설 논문은 스마트팜의 최신 빅데이터 활용 방법에 대한 통찰력을 얻고, 해결해야 할 관련된 사회적, 경제적 과제를 파악하는 것을 목표로 한다.

목차

1. 서론
2. 개념적 프레임워크
3. 당면과제
4. 결론 및 제언


1. 서론

스마트 머신과 센서가 팜에 보급됨에 따라 팜에서 생산되고 팜 데이터가 양과 범위가 늘어나고, 팜 프로세스가 데이터 중심으로 변화되고 있다. 또한 사물 인터넷과 클라우드 컴퓨팅의 급속한 발전은 스마트팜의 발전을 가속화시키고 있다. 기존의 정밀농업(Precision Agriculture)은 팜의 현장 내 변화만을 고려하지만, 스마트팜은 실시간으로 촉발되는 상황 인식 및 그에 따라 관리 작업을 위치뿐만 아니라 데이터에 기초함으로써 한단계 더 발전되었다. 운영 조건이 갑자기 변경되거나 날씨 또는 질병 경고와 같은 기타 상황이 발생한 경우, 신속한 변화를 위한 작업을 수행하려면 실시간 보조 기능이 필요하다. 이러한 기능에는 일반적으로 기술 구현, 유지보수 및 사용에 대한 지능형 지원 체계가 포함된다. 그림 1은 관리 주기를 따르는 스마트팜의 개념을 사이버-물리적 시스템으로 요약해서 보여주며, 이는 인터넷에 연결된 스마트 장치가 팜 시스템을 제어하고 있다는 것을 의미한다. 스마트 장치는 모든 종류의 센서, 내장된 인공 지능, 자동 실행 또는 원격 조작이 가능한 자동 상황 인식 기능을 추가하여 기존 도구의 활용성을 증가시킨다. 로봇은 이미 제어에 중요한 역할을 할 수 있다고 제안되었으며, 분석과 계획 과정에서 인간의 역할이 점점 더 기계들에 의해 대체되어 사이버 물리적 관리 시스템이 거의 자율화 될 것으로 예상된다. 인간은 항상 전체 프로세스에 관여할 수 있지만, 점점 더 지능 수준이 높아지면서 결국 대부분의 운영 활동을 기계에 맡기게 될 것이다.

그림 1. 클라우드 기반 사건 및 데이터 관리를 활용한 스마트팜의 사이버-물리적 시스템.

스마트팜의 동작에 사용되는 환경에서 데이터를 측정하는 모든 종류의 센서가 갖춰짐에 따라, 빅데이터 기술은 스마트팜의 발전에 필수적이고 상호적인 역할을 수행한다. 활용 방안은 상대적으로 단순한 피드백 메커니즘을 통해 온도 조절 능력뿐만 아니라 심층 학습 알고리즘을 통한 올바른 농작물 보호 전략 구현까지 다양하다. 날씨, 시장 데이터와 같은 외부 빅데이터 정보와 다른 팜을 결합하여 활용할 수도 있다. 이 분야의 급속한 발전으로 인해 빅데이터에 대한 통합적인 정의를 내리기는 어렵지만, 일반적으로 데이터의 규모가 너무 크거나 복잡하여 기존 데이터 처리 방법이 적절하지 않은 데이터 세트를 빅데이터라고 부른다. 빅데이터에는 다양하고 복잡하며 대규모 데이터 세트에서 통찰력을 얻을 수 있도록 새로운 형태의 통합 및 분석 기술이 필요하다. 빅데이터는 이러한 특정 기술을 필요로 하는 대량의, 다양한, 빠르게 증가하는 정보 자산을 담고 있다. 데이터 페어포트(FAIRport) 기구에서는 ‘데이터를 검색할 수 있고 (Findable), 접근할 수 있으며 (Accessible), 상호운용 가능하고 (Interoperable), 재사용 가능해야 한다 (Re-usable)’는 FAIR 원칙을 제공하여 빅데이터의 운영 측면을 강조하고 있다. 또한 '데이터에 대한 데이터'라고 불리는 메타데이터도 중요하다.

빅데이터와 스마트팜 모두 비교적 새로운 개념이기 때문에, 빅데이터와 스마트팜의 응용 프로그램에 대한 지식과 이러한 응용 프로그램이 연구 및 개발에 미치는 영향에 대한 지식이 아직은 널리 확산되어 있지 않다. 일각에서는 빅데이터 및 관련 기술의 출현을 실현되지 못할 수 있는 또 다른 기술 과대 광고라고 생각한다. 따라서 본 총설 논문은 스마트팜과 관련된 최신 빅데이터 활용 방법에 대한 통찰력을 제공하고, 향후 해결해야 할 가장 중요한 연구 및 개발 과제를 파악하는 것이 목적이다. 문헌을 검토함에 있어 기술적 측면과 사회 경제적 측면 모두에 주의를 기울이고자 한다. 이 분야에서 기술은 급속히 변화하고 있기에, 본 논문에서 다루는 기술이 금새 시대에 뒤쳐진 것이 될 것이다. 따라서 여기서의 분석은 빅데이터가 농장 관리와 그 주변 네트워크에 미치는 사회적, 경제적 영향에 주로 초점을 맞춘다. 이러한 관점에서 이 검토에서 다루어야 할 연구 질문은 다음과 같다.

1) 스마트팜에서 빅데이터가 수행하는 역할은 무엇입니까?
2) 어떤 이해관계자가 참여하며 어떻게 구성됩니까?
3) 빅데이터 개발로 인해 예상되는 변화는 무엇입니까?
4) 앞선 질문과 관련하여 해결해야 할 과제는 무엇입니까?

특히 마지막 질문은 미래의 연구 주제로 연결될 수 있다.

...................(계속)

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