최근 '4차 산업 혁명'을 외치는 목소리가 높다. 4차 산업혁명을 가능케 하는 것은 바로 빅데이터이다. 생산 현장에 빅데이터와 ICT(Information and Communications Technologies)가 접목돼 생산성을 획기적으로 향상시키는 것이다. 센서나 장비로부터 측정된 다양한 정보를 계속적으로 모으면 빅데이터가 되고, 이를 생산성 제고에 활용하는 것이다. 빅데이터, 기술자, 최첨단 기술이 있는 나라에서는 더 이상 굳이 인건비를 줄이기 위해 노동력이 저렴한 국가를 찾을 필요가 없게 됐고, 선진국에서는 제조업이 재생되고 있는 상황이다.
농업분야에서도 빅데이터를 활용하기 위한 시도가 본격화되고 있다. 온실에 ICT를 접목해 생산성을 높이는 스마트팜은 작물의 생육에 영향을 미치는 온도, 습도, 이산화탄소 등 실시간으로 수집된 정보들에 의해 환기, 차광, 난방 등의 기능 장치 및 장비들이 유기적으로 작동함으로써 정밀 농업을 실현하는 것이다. 수집된 많은 정보들을 어떻게 활용하느냐에 따라 작물의 생산성은 물론, 노동력, 에너지, 농자재 등의 비용 감소와 노동 위험 요소 배제 등이 크게 달라질 수 있음으로 스마트팜 정보 수집 및 분석의 중요성은 점차 높아지고 있다.
    
◆연구 현황

스마트팜의 이상적인 목표는 각종 센서로부터 수집된 정보들을 기반으로 사람들에게 환경 제어에 대한 의사 결정을 최소화시켜 단위 면적당 최대 생산성을 최적화할 수 있는 인공지능의 온실 운영을 실현하는 것이다.
현재 우리나라 스마트팜 기술 수준은 작물 생육 상태와 그동안 쌓인 정보들을 바탕으로 의사 결정을 내리며, 환경제어시스템에서 환기, 난방 등의 전략을 설정하고 센서 측정값에 의해 연계 장치들을 구동시켜 온실 환경 관리가 이뤄지고 있다.
인공지능의 탑재는 단계별 생육에 미치는 환경 인자의 관계성, 온실 내부 환경 및 외부 기상에 의한 최적화된 환경 변화 전략, 병해충 발생 현황을 고려한 환경관리 등 다양한 분야에서의 기술 개발이 합리적으로 융·복합되면 가능하다.
이런 인공지능은 수많은 정보들을 팁러닝 기술을 이용해 배우고, 결국 알고리즘과 모델이 개발되는 것이다.
이를 위해서는 수많은 정보, 바로 빅데이터가 필요하다. 환경제어시스템이 설치된 스마트팜에서는 환경, 양액 등의 정보는 자동적으로 수집되고 있기 때문에 비교적 쉽게 수집이 가능하지만, 생육 및 기타 정보는 사람들이 직접 수행해 얻을 수밖에 없다.
우리는 2016년부터 전라북도농업기술원과 농촌진흥청이 공동으로 작물의 생산성 향상 모델 개발을 목표로 작물별 생육, 환경, 양액 등의 정보를 수집 및 분석하기 시작했으며, 올해에는 40억 이상의 예산을 해당 연구에 투입하고 있다.
전라북도농업기술원 자원경영과 경영유통실 유영석 박사 연구팀은 2016년부터 일본으로 토마토를 수출하는 경영체(익산 1개소, 김제 2개소)로부터 스마트팜 관련 정보를 수집하기 시작했으며, 2018년 현재, 딸기 16개소, (방울)토마토 29개소, 노지채소 9개소에서 12명의 스마트농업 전문가와 함께 다양한 정보를 수집·분석하고 있다. 

◆정보 수집 현황

(방울)토마토 정보 수집 지역은 군산(1), 익산(1) 정읍(3), 김제(7, 방울2), 완주(2), 진안(2), 장수(10), 임실(1) 등 8개 지역 29개소이며, 보통 8월에 정식해 이듬해 6~7월 중에 작기를 종료하기 때문에 토마토의 1작기 정보를 총체적으로 수집하기 위해서는 최소 2년이 소요된다.
장수지역은 평야지보다 여름철, 겨울철 평균 온도가 낮기 때문에 늦은 여름과 추석에 토마토를 수확할 수 있는 6~7월 정식 후 12월에 종료하고, 다시 정식해 6월에 종료하는 2작기 재배 작형을 따르는 일부 경영체(4개소)도 있다.
딸기는 남원(4), 김제(11), 부안(1) 등 3개 지역 16개소, 노지 고추 정읍(3), 임실(3), 고창(3) 등 3개 지역 9개소에서 생육 정보를 중점 수집하고 있다.
정보 수집은 유영석 박사 연구팀 2인 1조가 주 3일(월, 화, 수) 동안 직접 스마트팜에 방문해 추진한다. 토마토는 생장 길이, 화방, 경경(줄기굵기), 엽장, 엽 폭, 엽수, 개화군, 착과군, 수확 군, 착과 수 등을, 딸기는 초장, 엽장, 엽 폭, 엽 병경, 관부직경(줄기 굵기), 엽수, 출뢰기, 개화기, 수확기, 개화 수, 착과 수 등을, 고추는 초장, 주 경장, 경경, 절 간장, 착과 수, 수확 수, 병해충 비율 등을 조사하고 필요에 따라 과실 등 작물체 사진을 촬영한다.
4개월에 1회 정도 PC의 환경제어시스템으로부터 저장된 환경, 양액 등의 정보를 추출하고 품종, 재배관련 기술, 경영 등의 정보는 경영주로부터 대화를 통해 수집한다.
나머지 주 2일(목, 금요일)은 3일 동안 수집한 정보를 등록 양식에 입력하고 검토하며, 딸기, 토마토, 고추 등의 수확과 조사(과고, 과 폭, 중량) 및 분석(경도, 당도, 산도), 스마트농업전문가 이론 및 현장 교육(집합 또는 자체)을 실시한다.

◆스마트농업전문가 육성

전국적으로 활동하고 있는 스마트농업전문가(60명)는 농진청 및 도원에서 월 1회 정도 모여 연구윤리, 공동체 의식, 기본적인 작물의 생리·생태, 생육 조사 방법, 온실의 구조, 스마트팜 및 환경제어프로그램 이해, 스마트농업전문가 직업군 소개, 수집 자료 오류 여부 판단 방법, 자료 입력, 환경 및 생육 정보 시각화, 엑셀 및 R 프로그램 활용 등을 교육 받고 있으며, 도별로 자체 활동을 추진하고 있다.
전북 유영석 박사 연구팀은 딸기 및 토마토 생육조사 요령, 생육조사 개체 선정 방법, 개인별 오차 최소화 방안, 전문 컨설턴트와의 만남을 통한 컨설팅 방법 등으로 역량을 제고시키고 있다.
또한 수집한 정보의 오류 여부를 시각적으로 쉽게 판단할 수 있도록 모니터링 챠트를 만들어 사용하고 있으며, 매일 스마트팜에서 일어나는 눈멎이 발생 시 개화군 기록 방법, 팁번(잎 끝이 불에 그을린 것과 같은 증상) 발생 시 잎 조사 방법 등 다양한 상황의 대처 방법에 대한 토론 시간을 갖고 있다.

◆연구 성과

빅데이터 분석을 위해 품질 좋은 정보 수집은 우선적이며 필수적이다.
농진청에서 토마토 생산성 향상 모델 개발에 사용된 정보 중에는 유영석 박사팀이 제공한 것이 다수이다. 유 박사팀은 지속적으로 품질 좋은 정보를 제공하기 위해 최선의 정보 수집을 수행하고 있다.
2016년에는 3개소, 2017년에는 45개소, 2018년에는 54개소의 주간(週間) 생육, 환경, 양액, 경영 정보 등을 수집해 DB화 하고 있다.
수집한 정보를 토대로 생산량에 크게 영향을 미치는 주요인을 일사량, 내부온도, 상대습도, 잔존CO2, 염류농도, pH농도, 양액 공급량 등 7개 항목으로 분리했다.
유영석 박사는 "우리 수집 정보만으로 분석했을 경우 토마토의 주간생장 길이는 가을철 21.0cm, 겨울철 15.1cm, 봄철 16.3cm, 화방높이는 가을철 22.5cm, 겨울철 25.9cm, 봄철 17.0cm, 경경은 가을철 11.4cm, 겨울철 10.6cm, 봄철 8.2cm로 도출됐기 때문에 생산농가들은 토마토 생육 및 환경 설정 값을 설정하는데 참고하면 좋을 것이다"고 설명했다.  
이어 "딸기 경영성과 측면에서 1화방 생산 매출이 경영체 매출에 적지 않은 영향을 미쳤지만, 매출이 높은 경영체일수록 1화방의 매출 비중이 낮은 것으로 분석돼 딸기 재배기간 내내 생육을 꾸준히 유지하는 것이 경영성과에 도움이 되는 것으로 분석됐다"고 밝혔다.

◆애로사항

빅데이터 수집을 처음 시작했던 유영석 박사 연구팀은 곳곳에서 어려움에 직면하는 경험을 했다.
조사 시기를 적절하게 선택해야 하는 것도 중요하다. 때를 놓치면 연구팀이 원치 않는 정보가 수집될 가능성이 높게 된다.
유영석 박사는 "스마트농업전문가는 재배 컨설턴트, 빅데이터 분석가, 창농 등으로 진로가 있지만, 충분한 역량을 쌓기에는 1년이라는 시간은 충분치 않다"면서 "정보를 수집하는 사람들이 기초가 부족한 상태에서 현장에 투입될 수밖에 없는 현실을 극복하기 위해서는 생육조사 지침서 제작 및 단기 맞춤형 교육 실시, 그리고 소속 연구원들의 정보 수집 요령을 기본적으로 숙지하는 것이 필요하다"고 밝혔다.
또한 "주 3일씩 1년 내내 출장을 다녀야 하고 리프트를 타고 2m 이상의 높이에서 토마토 생육 조사를 실시하는 등 어려움이 수반되는 직업인 것도 스마트농업전문가가 알아야 할 사항"이라고 덧붙였다.

◆전북의 방향

유영석 박사는 "청년 인력 양성 목적과 함께 기술 혁신 등의 기능을 집약시켜 농업과 전후방 산업의 동반성장을 도모하는 정보통신기술 기반 농산업 클러스트 개념인 '스마트팜혁신밸리'가 전북 김제에 들어선다."면서 "이 사업에 참여하는 청년 인력, 스마트팜 생산 단지에 데이터를 수집하고 활용하는 요령들에 대한 기술 제공이 가능하고, 혁신밸리 운영 인력이 필요하다면 역량을 갖춘 스마트농업전문가 있음을 알리고 싶다"고 밝혔다.
유영석 박사 연구팀은 스마트팜 경영주와 네트워크를 강화해 환경제어시스템에서 수집되는 환경, 양액 정보 등을 자동으로 분석해 환경관리 등의 문제 여부를 판단하고 알려줄 수 있는 시스템을 구축하는 것도 목표다.
유영석 박사는 "전북지역 생산성이 우수한 경영체의 정보 수집을 확대하고 분석 기능 및 역량을 강화해 스마트팜 생산성 향상에 기여하는 연구팀이 되도록 노력하겠다."고 밝혔다./황성조기자 전라북도농업기술원 취재지원