정밀 항공 방제를 위한 시공간 분사 특성 분석 시스템 개발 = Development of A Novel Analysis System of Temporal-Spatial Spraying Characteristic for Precise Aerial Spraying
저자
설재휘 ( Jaehwi Seol ) ; 김창조 ( Changjo Kim ) ; 주은지 ( Eunji Ju ) ; 손형일 ( Hyoung Il Son )
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2023
작성언어
-주제어
KDC
500
자료형태
학술저널
수록면
32-32(1쪽)
제공처
농업에서 방제는 농작물의 질과 수확량을 높이는 중요한 작업이다. 최근에는 지상 방제의 방제 영역, 방제 시간 등 한계를 극복하기 위한 무인항공기(UAV: unmanned aerial vehicle) 기반 항공방제가 활용되고 있다. 항공 방제는 기상 조건, 무인항공기에서 발생하는 하향풍의 영향으로 원하는 지역에 방제 작업을 정밀하게 수행하기 어렵다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 항공 방제에 따른 분사 형태를 측정하고, 분석하는 연구가 수행되고 있다. 하지만 대부분의 연구는 실내에서 풍동 실험을 기반으로 특정 조건에서만 실험이 진행되거나, 감수지, 포집기 등을 설치하여 대략적인 특성만을 파악할 수 있다는 한계가 존재한다. 따라서 본 연구에서는 항공 정밀 방제를 위한 분무 특성의 시공간 분석 시스템을 제안한다. 제안하는 시스템은 분무를 실시간으로 측정하고, 분류하여, 분석하는 시스템으로 다음과 같이 구성된다. 1) 분류(segmentation): 주변 환경과 물방울을 구분할 수 있도록 PointNet++ 모델을 기반으로 학습하여 물방울만을 분류한다. 2) 군집화(clustering): 분류된 물방울은 k-means 알고리즘을 기반으로 노즐 위치에 따라 k개의 클러스터 노드를 생성하여 군집화(clustering)를 진행한다. 3) 그룹화(grouping): 생성된 클러스터 노드를 기반으로 보로노이 다이어그램(voronoi diagram)을 통하여 각 노즐에 매칭되는 분사 영역을 분할하여 그룹화를 진행한다. 4) 잡음 제거(noise filtering): 칼만 필터(kalman filter)를 사용하여 주변 잡음(noise)를 제거하여 실시간으로 각 노즐의 분사 형태를 획득한다. 1)~3)은 분무의 공간 데이터에서 처리되고, 4)는 분무의 시계열 데이터에서 처리된다. 제안된 분석 시스템을 검증하기 위해 무인항공기의 비행 조건 중 고도, 속도, 주행경로에 따라 분사 형태를 획득하였으며, 최대분사거리, 분사부피, 분사 중앙 직경(VMD: volume median diameter)로 성능 지표를 정의하여 분석되었다. 실험결과, 고도와 속도가 증가할수록 비의도적 분사가 증가하였다. 제안된 분사 특성 시스템을 기반으로 무인항공기의 노즐 제어가 결합된다면, 의도하는 지역에 정밀한 항공 방제를 수행할 수 있을 것으로 기대한다.
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