스마트팜 기술동향 및 전망

Trends and Prospects of Smart Farm Technology

저자
김관중, 허재두 / 융합기술미래연구팀
권호
30권 5호 (통권 155)
논문구분
ICT 융합기술 R&D동향 특집
페이지
1-10
발행일자
2015.10.01
DOI
10.22648/ETRI.2015.J.300501
초록
우리나라 농업 경쟁력을 높이기 위한 방안으로 스마트팜 기술에 대한 논의가 활발하다. 현재 스마트팜은 외산시스템 도입을 통해 선도농가를 중심으로 파프리카, 딸기, 토마토 등의 재배에 일부 적용되고 있고, 농림수산식품부는 시범사업을 통한 확산 의지를 피력하고 있다. 그러나 우리 실정은 스마트팜 주요 장비의 외산 의존에 따른 구조적 한계점(경제성 및 유지보수성 취약)에 봉착하고, 농가의 실질적 소득증가 기여도가 낮은 수준에 머물러 있다. 따라서 본고는 최근 국내외 스마트팜 기술의 현황 및 문제점을 분석하여 이를 기반으로 향후 발전방향에 대해 언급하고자 한다. 스마트팜 주요 장비의 국산화 및 표준화, 가공•유통•외식•관광•레저 등 2/3차 산업 및 기상•물환경 등 타 산업과의 융복합을 통한 새로운 부가가치 창출이 핵심사항으로 여겨진다.
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Ⅰ. 배경 및 필요성

현재 우리나라 농업은 농촌인구의 감소 및 고령화, 곡물자급률 하락, 농가소득 정체, 한반도 기후변화 심화 등의 어려움을 겪고 있다. 농업 인구의 감소 및 고령화 추세가 뚜렷하여 ‘2014년 농림어업조사 결과’에 따르면 농가 고령화율은 2014년 12월 기준 39.1%로 전년보다 1.8%포인트 높아졌다. 고령화율은 2010년 31.8%에서 매년 2%포인트가량씩 빠르게 높아지고 있다. 전체 인구 고령화율(12.7%)의 3배를 넘는 수치다. 농가 경영주 평균연령도 2014년 66.5세며, 고령인구 기준인 65세를 넘어선 2013년보다 1.1세 높아졌다. 농가 경영주의 39.7%는 70세 이상이고 60대 29.5%, 50대 22.5% 등 이다[1].

또한, 수입 농산물은 매년 증가하고 있고 전체 산업에서 농업의 비중은 계속 낮아지고 있다. 국내 총생산 중 농림어업이 차지하는 비중은 2000년 4.4%에서 2014년 2.1%로 급감하였고, 국내 농경지도 2000년 19.0%에서 2014년 17.3%로 지속적인 하락 추세여서 농업 활성화를 위한 대책 마련이 시급한 상황이다. 우리나라의 곡물자급률은 2014년 24.0%에 불과하여 경제협력개발기구(OECD) 회원국 34개국 중 32번째로 낮다. 곡물자급률은 1980년 56%, 1990년 43.1%로 하락했고, 2009년 29.6%로 떨어진 뒤 20%대에 머물고 있다. 2014년 기준 쌀 자급률은 95.7%였지만 보리(24.8%), 밀(0.7%), 옥수수(0.8%), 콩(11.3%) 등 대부분 수입에 의존하고 있다[2][3].

따라서 상기 언급한 노동인구 및 농지 감소, 농업 경쟁력 약화, 한반도 기상 이변 등의 문제점을 타개하기 위한 노력의 일환으로 Information & Communication Technology(ICT) 기반 스마트 농업 기술 도입이 추진되고 있다. 최근 농업 분야의 키워드는 스마트, 고품질(신선도, 맛 등), 생산성, 효율성 등으로 볼 수 있다. 농업과 ICT산업과의 융합을 통해 농업 분야의 생산성, 편리성, 효율성을 증대하고 작물의 품질 향상 노력을 기울이고 있다. 즉 농업과 ICT기술 간의 융합을 통해 농업 생산·가공·유통·소비의 가치사슬 전반에서 정보를 수집·가공·분석·활용하여 각 단계의 효율성 향상을 도모하고 있다. 과거의 단순 생산 중심의 농업이 ICT와 융합하여 고부가가치 산업으로 확대 발전하고 미래 성장 산업화를 추진하고 있다.

비록 농업+ICT융합 기술은 타 산업보다 아직 초보적인 단계에 머물러 있지만, 최근 가장 활발한 연구개발이 추진되고 있는 분야를 스마트팜으로 간주하고 있다. 스마트팜은 (그림 1)과 같은 시스템 구성으로 온실의 환경과 작물의 생육상태에 대한 실시간 센싱 정보를 기반으로 최적의 환경조건 유지 및 양액 제어를 통해 작물의 생산성 및 품질을 향상하고자 하는 농업ICT융합 기술이다. 더 넓은 의미의 스마트팜은 노지 농업, 시설원예, 축산 등 농업 분야에서 농산물 생산·유통·소비의 전주기적 과정을 농업ICT융합 기술 적용을 통한 농촌의 삶의 질 향상을 도모하는 농업 형태까지를 포함한다.

(그림 1)

스마트팜 시스템의 기본 구성도

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현재 우리나라의 스마트팜은 선진국에 비하면 걸음마 단계에 불과하다. 유럽을 비롯한 일본이 자체 개발 시스템을 적용해 재배작물 품목을 확대하고 생산성 향상 및 경비 절감에 초점을 맞추고 있지만, 우리나라는 주요 장비가 외산에 의존하고 있고, 재배작황 및 생장환경관리 기술이 미흡하여 단위 면적당 작물(예, 토마토) 생산량이 네덜란드의 절반 수준에 머물러 있는 것으로 분석되고 있다. 따라서 향후 지속적인 연구개발을 통해 주요 장비의 국산화, 국내 기후/환경 조건에 적합한 한국형 스마트팜 기술의 확보가 시급하다.

II. 국내외 정책 및 시장동향

1. 국외 정책동향

EU는 정밀농업분야에 대한 EU차원의 연구역량 및 회원국 간의 연구협력네트워크 강화, 농업과 ICT융합 연구개발의 효율성 제고 등을 추진하기 위해 EU 차원의 국제공동 연구 프로젝트(EU ICT-AGRI 프로젝트)를2009년부터 시작하여 2017년까지 진행할 예정이다. 1단계(2009. 5.~2014. 9.)로 7개 프로젝트에 대해 421만 유로 투입하였고, 2단계(2014. 1.~2017. 12.)로 8개 프로젝트에 562.6만 유로 투자 예정이다[4][5].

세계 원예산업을 주도하고 있는 네덜란드는 산학연협력을 통해 그린포트(green ports)와 시드밸리(Seed Valley)라는 원예산업 클러스터 단지를 조성하여 기업, 연구기관, 정부가 산-학-연 협업을 이루며 기술혁신을 추진하고 물류를 비롯한 기반시설을 제공하고 있다.

일본은 정부 차원에서 농업ICT융합 기술 연구개발을 적극적으로 지원하고 있다. 최근 아베 정부는 농업의 국제 경쟁력 향상을 통하여 현재 약 4,500억 엔의 농산물 수출액을 2020년 1조 엔으로 확대할 계획을 밝혔다. 농림수산성은 ‘농업계와 경제계의 협력에 의한 첨단 농업모델 확립 실증사업’을 2014년에 착수하여 농업에 ICT기술을 적용하여 저비용·고효율의 생산체계 구축을 위한 정부와 기업의 공동 프로젝트 대상으로 정부보조금을 지급하고 있다[6]. 또한, 일본 정부는 2009년에 ‘식물공장 보급 확대 종합대책’을 마련, 지속적인 투자를 통해 2013년 3월 기준으로 전국에 304개소의 식물공장(총 33ha 재배면적)을 설치하여 일반 온실보다 50% 정도의 생산량 증대 효과를 보고 있다. 식물공장의 지속적인 보급·확대를 위해 농림수산성은 실증·전시 사업과 설치비를 보조하는 리스 지원사업 등을 추진하고, 경제산업성은 식물공장 기반기술 연구를 지원하고 있다.

미국은 농업 부문의 성장이 식량안보에 직접적인 해결방안이 된다는 인식 하에 90년대부터 장기 지속 가능한 농업 및 환경 촉진을 주요 전략으로 설정하였다. 그 영향으로 미국 농업은 영농규모가 크고 첨단기계의 사용이 활발해 농산물 생산량 및 교역량 측면에서 세계적으로 높은 비중을 차지한다. 농무부(U.S Department of Agriculture)를 중심으로 농업ICT융합 R&D 정책을 추진하고 있고, 주로 장기적이고 고위험·고수익(Hish Risk, High Return) 과제를 추진하고 있다.

2. 국내 정책동향

우리나라는 과학기술기반 농업혁신 전략 보고회(제16차 국가과학기술자문회의, 2014. 12.)를 통해 한국형 스마트팜을 개발하여 2017년까지 토지면적 1,983m2(약 600평) 이하 영세 농가 8,000가구 대상, 농가당 300만원 대의 저가형으로 제공한다는 계획을 제시하였다. 이에 발맞추어 농업진흥청은 2014년부터 2017년까지 3년간 ICT융복합 기술개발을 위해 143억원을 투자하고, ICT기반 스마트팜 시범 농장도 도별 1개소씩 육성 계획을 발표하였다[7]. 또한, 최근 농림축산식품부는 스마트팜 지원을 위해 예산 216억원을 확보하여 시설원예 350ha와 종돈장 120개소에 투입하고, 농가당 500만원 정도가 드는 저가형 스마트팜 보다는 비닐하우스 5개동 기준 2,000만원의 시설비가 소요되는 고급형 스마트팜 보급에 집중한다고 밝혔다[8]. 고급형 스마트팜의 경우 온도유지, 이산화탄소 제어, 생산단계별 영양소 공급 등을 조절할 수 있어 생산성의 효과가 클 것으로 본다.

3. 국내외 시장동향

가. 국외 시장동향

최근 통계청이 발표한 ‘세계와 한국의 인구현황 및 향후 전망’ 자료에 의하면 현재 세계 인구는 73억명, 2060년이면 99억명으로 35%나 급증할 것으로 전망된다. 지금의 농업 생산방식으로는 필수적인 식량조차 충당하지 못하는 것은 자명하다. 따라서 현재 세계 각국은 첨단 기술을 활용한 농업 경쟁력 향상 노력을 기울이고 있다.

네덜란드는 우리나라 면적의 1/2에 불과하지만, ICT를 활용해 한계를 극복한 대표적인 농업 수출국으로서 농산물 수입액의 1.5배를 수출(세계 2위의 농산품 수출국, 2013년 기준 1,115억불), 축산물과 화훼가 농업 총생산의 74%를 차지하고 있다. Priva사는 세계 최고 수준의 온실 환경제어 시스템을 생산하고, Leiy사는 세계 착유로봇 시장 65% 이상 점유하고 있다.

일본의 스마트 농업 시장 규모는 2013년 66억1400만 엔에서 2020년 308억4900만 엔으로 2013년 대비 3.6배 정도 확대될 전망이다[9]. 일본에서는 2009년 농지법이 개정돼 다른 업종의 농업 진출이 가능해지면서 일반 기업의 진출이 증가하는 추세이다. 농림수산성에 따르면 농업에 진출한 일반 법인 수는 2010년 6월 기준 175개사에서 2014년 12월 1,712개로 대폭 증가하였다[10].

나. 국내 시장동향

현재 우리 농촌은 논밭 중심의 전통적인 농가의 영농 환경이 악화됨에 따라, 고소득 작물의 안정적인 재배가 가능한 비닐하우스의 보급이 급증하는 추세이다. 국내 스마트 온실 적용 가능 면적은 50,598ha로 세계 3위이고, 이 중에서 단동형 82%(41,462ha), 연동형 15%(7,595ha)이며, 스마트온실(환경복합제어 적용 가능) 면적은 15%(7595ha), 스마트하우스(일반제어) 적용 가능 면적은 38%(19,111ha)이다[11].

국내 시설원예 생산액은 5조7000억원으로 전체 농업 생산액의 13%를 차지한다. 수출은 파프리카, 딸기, 토마토 등의 6개 품목을 통해 2억1000만달러에 달한다.

농진청은 앞서 언급한 바와 같이 국내 스마트팜 시장 활성화를 위해 시범농장 4곳과 시범사업을 도별로 1개소 추진을 계획하고 있고, SKT, KT 등은 스마트팜 시범사업을 추진하고 있다. SKT는 세종시에 (그림 2)와 같이 ‘지능형 비닐하우스 관리시스템’을 구축하여 스마트폰을 통해 원격으로 재배시설의 개폐 및 제어, 개폐 과정 CCTV 카메라 모니터링, 온·습도 등 센싱 정보 모니터링이 가능한 서비스를 제공하고 있다. 또한, KT는 (그림 3)과 같이 전남 신안군에 농업(복합환경제어 시스템), 교육(글로벌 멘토링), 문화(Ultra High Definition: UHD, 영화 및 원격 문화강좌), 헬스케어(간편한 건강검진 및 원격 건강강좌) 등 다양한 융합형 ICT 솔루션을 적용하여 지역사회 활성화에 기여하고 있다.

(그림 2)

SKT 및 KT의 스마트팜 시범사업

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<출처>: 농촌진흥청, “한국형 스마트팜 개발방향과 전략 심포지움,” 2015. 3, pp. 98, 111.

(그림 3)

나노 기술 기반 스마트 농업 개념도

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<출처>: 농촌진흥청, “나노기술: 농업의 신 개척지,” 미래전략리포트, 제3호, 2014. 12, p.16.

대표적인 스마트팜 성공 사례로 언급되는 전남 화순의 한울농장은 2011년부터 생육환경과 환경 데이터를 기반으로 토마토를 생산하여 기존보다 생산성이 40% 이상 높아지고 관리시간이 기존 대비 4배 이상 편리해지고 에너지 절감도 35% 달성한 것으로 보고되고 있다. 본 농장은 토마토 생산량이 기존 3.3m2당 65kg에서 95kg으로 40%가 늘었으며 온실 관리시간도 하루 평균 8시간에서 4시간으로 50% 축소, 연료비 등은 35% 정도 절감한 것으로 알려졌다[12][13].

III. 국내외 기술 및 표준화 동향

1. 국내외 기술동향

미국의 농업은 Internet of Things(IoT) 기술, 나노 기술, 빅데이터·클라우드 기술, 로봇 기술 등을 접목하여 농산품의 생산·가공·저장·포장·수송의 각 과정에 적용되고 있다.

구글 글라스, 무인 자동차 등 최근 구글의 혁신을 이끈 ‘구글X 프로젝트팀’에서는 농업 분야가 매우 유망하다 판단하고 다음과 같은 분야의 연구를 진행 중이다. ① 토양, 수분, 작물건강에 대한 데이터를 수집하여 종자, 비료, 농약 살포에 도움을 주는 의사결정 지원시스템 기술 ② 기후가 악화되어도 생산량이 유지되거나 증가하는 새로운 작물품종 개발 ③ 획일적인 파종을 하지 않고 조건에 맞는 파종을 통한 생산량 극대화 기술 ④ 드론을 이용한 작물 모니터링과 관리 개선 기술 ⑤ 파종, 관개, 수확, 휴경을 관리하는 로봇 기술. 또한, 미국에서는 농업 기술과 나노 기술의 융합을 통한 나노 농약(농약 사용량을 최소화시켜 환경을 보호하고 작물 생산비용을 절감), 나노 제초제, 나노 비료, 나노 센서 및 감별기(토양 분석, 축산 번식관리, 스마트 유통시스템 등에 활용) 등의 분야에 대한 연구개발에 집중하고 있다[14].

아울러 농업 분야에 IoT 기술을 적용한 사례를 살펴보면, IBM은 1~2km2의 좁은 지역들을 위한 정확한 지역 일기예보를 제공하는 ‘지역밀착형(hyperlocal)’ 일기예보를 제공하는 IBM의 딥썬더를 기반으로 작물의 재식, 재배, 추수, 운송 등 농업 전반에서 수확량 증가(기상예측모델과 접목을 통해 작물 손실 25% 축소), 품질개선을 지원할 수 있는 시스템을 개발하였다. 또한, 미국 블루리버 테크놀러지 사의 레터스 봇(Lettuce Bot)은 수백만 장의 식물 이미지가 저장된 데이터베이스에서 식물과 잡초를 즉각적으로 구분하여 잡초를 제거하고, 작물만을 선별하여 비료를 살포한다.

현재 우리나라의 스파트팜 기술은 주요 부품(센서, 제어기 등)은 외산을 구입하여 시스템을 구축하는 수준에 머물러 있다. 상당수 농가는 외산 시스템을 솔루션 형태로 도입/설치하고 있어 제품 가격 및 운용·유지보수비가 비싸고, 제품(부품) 간 상호 호환성 결여로 유지보수에 어려움을 겪고 있다. 작은 고장에도 수리 불가한 상황이 발생하고, AS 어려움으로 시설을 철거하는 농가가 있다. 더욱이 외산 의존적인 구조적인 문제로 농가의 재배 생육정보 데이터가 네덜란드 등 시스템 설치국가로 유출, 해당국에서는 유출 정보를 활용하여 국내 시설재배 농가의 시스템 적용 시 활용되는 안타까운 실정이다.

국내 제품은 영세한 중소기업의 한계성으로 부분적인 기술과 기자재를 개발/공급하여 기자재/부품 간의 호환성이 되지 않아 농가에 보급된 ICT장비 및 S/W에 대한 유지보수에 어려움을 겪고 있고, 기업의 영세성으로 인해 지속적인 개발능력에 한계가 있고 도산하면 농가 피해로 이어지고 있다.

또한, 현재 스마트팜 시스템은 주로 스마트미디어를 통한 원격제어(개폐, 관수, 보일러 작동 등), 현장 영상 및 환경정보 제공 등으로 농민에게 편리성 향상에 커다란 기여를 하고 있으나, 아직 작물의 생산성 및 품질 향상에는 기대치에 미치지 못하고 있다. 온실의 복합환경 제어센서가 분단위로 수집하는 데이터(외부 기상·온도·풍향·습도·강우 등)를 실제 영농현장에 어떻게 적용할 것인지 농가에서는 판단하기가 어려운 실정이다. 또한, 현재 실정으로는 농민이 직접 기록해야 하는 생육데이터를 소홀히 다루는 농가도 많아 스마트팜의 시설 내 환경제어가 작물의 생육에 어떤 영향을 주는지 확인하기 어렵다.

아울러, 현재 양액 재배면적이 증가하고 있음에도 불구하고 대부분 비순환 방식으로 재배하고 있으며 일부 순환식 양액재배장비를 갖춘 곳에서도 회수된 배액에 전기전도도(Electrical Conductivity: EC)를 기준으로 미리 조성된 농축 양액을 첨가하여 일정한 전기전도도만 유지하고 있다. 완전한 순환식 재배관리시스템을 통해 작물의 재배환경변화 및 생육단계에 따라 달라지는 양액 내 다양한 영양분의 농도를 개별적으로 측정하고 부족한 이온만 보충하는 정밀 배양액관리 기술이 요구된다. EC 기반 농도제어는 양액 내 개별 이온의 농도를 알 수 없으며 특정 성분이 저하되거나 높아지는 등 개별 이온 농도의 불균형이 발생할 수 있으므로 작물의 생육단계에 따라 부족성분의 보충과 과잉성분의 배제 등 효율적 관리가 어렵다.

그리고 국내 재배시설의 낙후로 시설의 작동성 미흡 및 정밀제어 곤란, 재배자의 운영능력에 따라 효용성과 경제성이 좌우되는 경향이 있다. 즉, 최소한 비닐하우스의 개폐는 가능한 수준의 시설 현대화 작업의 지속적인 추진이 요구된다.

2. 국내외 산업 동향

네덜란드의 Priva는 온실에서 작물이 필요로 하는 온도, 습도, 조명, 영양 요소를 자동으로 관리할 수 있는 온실환경제어시스템 및 양액자동제어시스템을 개발/보급하는 회사로서 브랜드 인지도 및 제품 완성도가 우수한 것으로 알려졌다[(그림 4) 참조]. 또한, 온실의 환경제어 기술을 기반으로 빌딩의 내부 환경과 에너지 소비량을 관리할 수 있는 시스템을 개발하여 현재 네덜란드의 공공건물의 약 30%에 적용하고 있다.

(그림 4)

Priva 사의 온실환경제어시스템 설치 사례

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<출처>: http://www.priva-international.com

네덜란드 와헤닝헌 대학 연구센터(Wageningen UR)는 네덜란드 농업자연식품부의 연구비를 지원받아 오이를 자동 수확할 수 있는 로봇을 개발하였다[(그림 5) 참조]. 온실 환경에서 잘 익은 오이를 95% 정확도로 판별하고 75%를 수확한 것으로 알려져 있다[15].

(그림 5)

Wageningen UR의 오이 자동수확 로봇[15]

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네덜란드의 Hortimax는 복합환경제어기 생산 전문회사로서 브랜드 인지도 우수하고, 우리나라에서는 파프리카 재배 농민들이 주로 적용하고 있다[(그림 6) 참조].

(그림 6)

Hortimax 사의 복합환경제어기

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<출처>: http://www.hortimax.com

일본에서는 후지쯔, NEC, IBM, NTT 등 유수의 기업들이 농업분야에 ICT기술을 접목하여 다양한 서비스를 제공하고 있다. 일본IBM의 농산물 이력추적 서비스, NEC의 M2M 기반 생육환경 감시 및 물류 서비스(Connexive), 후지쯔의 농업관리 클라우드 서비스(아키사이) 등이 대표적인 사례이다. 후지쯔의 아키사이는 (그림 7)과 같이 IoT 센서를 이용하여 재배환경의 데이터를 실시간으로 계측, 수집하는 동시에 클라우드 서비스를 이용하여 데이터를 축적/분석하여 토마토 등 작물재배에 활용하고 있다. 재배시설에서 기온, 지온, 수분, 일사량, 토양의 비료농도 등을 측정, 수분 간격으로 클라우드 서버에 전송되어 수집/분석/예측 등을 수행한 후 각 농가에 최적의 물과 비료의 양을 제시해 준다. 본 시스템을 통해 농가는 수확량이 20~30% 증가하였고, 농가별 생산계획과 수확량 예상 등을 확인하고 일괄 관리할 수 있어 농산물 조달 계획 수립을 위한 기반 데이터로도 활용되고 있다.

(그림 7)

후지쯔의 농업관리 클라우드 서비스

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<출처>: http://jp.fujitsu.com/solutions/cloud/agri/

우리나라의 우성하이텍은 국내 온실조건에 적합하도록 환경제어가 가능하고 적용 시스템에 대한 AS 및 기술자문력이 상대적으로 우수하다. 연동 그린하우스 내외부에 설치된 온도센서, 습도센서, CO2센서, 풍향/풍속센서, 강우 센서 등으로 환경상태를 인식하고 분석/예측하여, 각종 환경조절용 기계장치를 유기적으로 작동시켜 최적의 재배환경을 유지한다. 주요생산 제품은 시설원예 원격제어시스템, ICT복합환경시스템, 자연환기시스템, 배양액 자동공급기, 시설원예 커튼제어시스템 등이 있다[16]. 양액 공급기는 원수에 양액을 혼합하여 배지에 연속적으로 공급하는 장치로 원하는 시간과 유량 및 EC, Ph값을 컴퓨터에 설정하면 자동으로 재배지어 관수되며 공급된 시간, 관수량, EC, Ph값 등의 데이터가 컴퓨터에 저장되어 관리한다.

3. 국내외 표준화 동향

그동안 시설농업 분야에서 농수산식품부(한국농업시설협회)의 표준화는 주로 단동형/연동형 비닐하우스, 유리온실 단동형/연동형 및 고형배지/암면배지 양액재배시설 등의 시설 표준에 주안점을 주고 추진되었다. 최근 농진청(한국농식품ICT융복합산업협회)에서는 한국형 스마트팜의 정착과 실용화를 위한 ‘스마트 온실 정보통신기술(ICT) 기기 및 부품’에 대한 단체표준 마련하고 있고, ICT 기기의 온실 도입을 위한 센서 13종의 전기 연결 규격과 측정 범위, 제어장치 10종의 전기 연결 규격과 작동 규칙 등이 포함되어 있다.

현재까지 국내의 농업ICT융합 기술과 관련된 표준화는 사물인터넷협회(舊 RFID/USN융합협회) 및 Telecommunications Technology Association(TTA, 한국정보통신기술협회)을 통해 2010년부터 시설원예 및 식물 공장을 중심으로 표준을 제정하고 있다. 시설원예 분야는 시설원예(온실관제시스템)를 구성하는 장치들의 구성, 구성요소 간의 유무선 인터페이스, 장치와 운영 시스템 간의 인터페이스 등에 관한 표준이 제정되었다. 식물공장 분야는 식물공장 내부를 구성하는 에너지 관련 장치, 재배 장치, 광원, 환경제어, 양액, 자동화 로봇 등의 제어 정보, 환경 정보, 생육 정보, 에너지 정보 수집 절차 및 장치 간 통신 인터페이스, 생육 및 제어 정보를 위한 데이터베이스 및 식물공장 간 광역 인터페이스 등 ICT 관점에서의 표준이 제정되었다.

한편, TTA는 세계 표준화 관련 포럼·컨소시엄에 적극적으로 대응하고, 표준화 참여 활성화 지원을 위해 ICT 표준화 포럼을 매년 선정하고 있는데, 농업ICT융합 기술 관련해서는 농식품IT융합표준포럼의 시설원예분과위원회가 2014년 10월 발족하였다. 본 위원회에서는 전 세계 시설원예면적의 90%를 점유하고 있는 아시아 중심의 표준화의 필요성을 공감하고 현재 일본, 중국 등과 협력하여 온실 환경제어 S/W의 표준화를 진행하고 있다.

또한, TTA 정보기술융합위원회 스마트농업(PG426) 프로젝트 그룹에서는 주로 스마트농업 서비스 프레임워크, 시설원예 ICT융합 기술(복합 환경 센서 기준 및 설치, 복합 환경 제어 플랫폼, 복합 환경 제어 기기 인터페이스 및 설치 기준), 스마트농업 기술 분야 표준적합/상호운용/시험 표준화, 스마트농업 기술 분야 국제표준화 협력(International Telecommunication Union Study Group13: ITU-T SG13 등) 등의 표준화 작업을 진행하고 있다.

농업ICT융합 기술에 대한 국제 표준화는 2012년 6월 스위스 제네바에서 개최된 ITU-T SG13 회의에서 처음으로 ICT농업분야와 연계된 표준문서 개발을 착수하였다. 농업ICT의 기술 및 서비스 분야 표준화는 ITU-T 및 ISO/IEC JTC1을 중심으로 진행되었다. ITU-T SG5에서 에너지절감 관련 분야의 기술 표준이 개발되었고, SG13/SG16에서는 스마트 농업의 서비스 시나리오 및 서비스 모델에 대한 표준이 개발 추진되었다.

또한, 농축수산물의 이력관리를 통한 유통구조의 혁신을 위해 Global Standard No.1(GS1) 표준이 적용되고 있다. 현재 GS1 기반의 농축산물 트래킹, 트레이스 및 리콜을 지원하는 글로벌 이력 추적 시스템 등이 개발 중이다. 아울러 중국 China Food and Drug Administration(CFDA, 국가식품약품감독관리총국) 및 Fudan 대학과 컨소시움을 통해 중국의 GS1 기반 농업분야의 IoT 시스템과 연동을 추진하고 있다.

IV. 향후 발전방향

최근 시설재배(딸기) 농가를 상대로 실시한 설문조사 결과에 의하면, 현재 스마트팜 도입에 있어 장애 요인은 시설비 부담(24%), 설치업체 사후관리 미흡(19%), 잦은 고장(16%), 관리기술 미흡(15%) 등으로 나타났다. 즉, 열악한 비닐하우스 환경(고온, 다습 등)에서 장기간 견딜 수 있는 고신뢰성의 센서와 시스템 개발이 중요하다. 즉, 스마트팜의 환경제어용 각종 단일 센서(온도, 습도, 전기전도도, 수소이온, 광량, 광도 등)의 개발과 더불어 (그림 8)과 같은 환경제어용 복합센서 기술의 연구개발이 필요하다. 아울러, 양액 내에서 부족한 영양분만 보충하는 정밀 배양액 관리 시스템 구축을 위해 양액의 다양한 영양분(질산태 질소, 칼륨, 무기인산, 칼슘 등)의 농도를 개별적으로 측정할 수 있는 센서의 개발도 필요하다.

(그림 8)

스마트팜의 통합 환경제어센서 개념도

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현재 우리 농가에 적용되고 있는 스마트팜 시스템은 주로 환경정보(온·습도, CO2, 조도 등) 기반으로 스마트미디어를 통해 재배시설의 개폐 및 제어(보온덮개, 천창, 커튼, 환풍기, 스프링클러, 양액, 열풍기 등)하는 수준에 머물러 있다. 따라서 향후 재배 생육정보 기반의 생육단계별 정밀한 작물관리를 위한 생육 최적 환경설정 모델 개발 및 작물생리 장해 및 병충해 진단 전문가 모델을 개발이 요구된다. 더욱이 (그림 9)와 같이 하우스 내의 환경정보, 생육정보 이외에 기상정보, 외부환경정보, 농산물 유통정보, 농산물 생산량 정보, 농산물 가격 정보 등을 빅데이터/클라우드 기반의 정보처리를 통해 고부가가치의 다양한 지식 서비스를 제공할 수 있는 기술을 개발하는 것이 매우 중요하다. 즉, 스마트팜 시스템이 단순히 생산 시설 영역에서 벗어나 농업 가치사슬 전반(생산, 유통, 서비스)의 효율성 강화 및 새로운 부가가치를 창출할 수 있도록 확대·발전시켜야 한다. 스마트팜 시설농업과 가공·유통·외식·관광·레저 등 2/3차 산업과의 융합, 특히 기후환경, 물환경 등 타 산업과의 융합을 통한 새로운 상품 및 시장을 만들어야 한다. 이와 같은 유관/타 산업과 연계된 시스템을 통해 생산량 및 출하시기 조절, 유통 정보 제공(최적의 유통 경로 제공, 소비 패턴 정보 등), 파종 시기 및 농약 살포 시기 등의 정보가 제공될 수 있어야 한다. 즉, 향후 스마트팜 시스템은 기상 정보(기상청), 작물의 가격정보 및 통계 정보(농정원), 영농정보시스템(농진청), 농업재해예측시스템(농어촌공사) 등과의 연동을 통한 통합 시스템 관점에서의 접근이 요구된다.

(그림 9)

차세대 스마트팜 시스템의 개념도

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마지막으로 농업ICT 융합 기업 간에 상생협력을 통한 산업 생태계의 조성과 국내 스마트팜 기술의 표준 제정 및 제품 인증 절차를 강화할 필요가 있다. 현재 우리 농가의 실정을 감안하여 단동형 비닐하우스, 연동하우스, 유리온실 순으로 단계별로 스마트 온실 표준화 모델을 개발하는 것이 바람직하다. 시설농업 관련한 주요 표준 개발 항목을 제시하면, 스마트농업 서비스 프레임워크(스마트농업 서비스 시나리오, 스마트농업 센서 디바이스 인터페이스, 스마트농업 생장생육 관리 및 유통 메타데이터 구조 정립, 이용안정성 먹거리를 위한 인증, 이력추적 및 안정성 표준), 시설원예 ICT융합 기술(복합 환경 센서 기준 및 설치, 복합 환경 제어 플랫폼, 복합 환경 제어 기기 인터페이스 및 설치 기준), 에너지 절감 시설농업 기자재 등이 있고, 이를 토대로 시설농업의 성장 산업화 모델 개발이 요구된다. 나아가 한국ITU연구위원회 관련 연구반 협력(ITU-T SG13 등), 유엔농업정보관리 표준 등과 협력을 통해 시설농업의 국제 표준화도 적극적으로 추진하여 세계 시장을 선도할 필요가 있다.

용어해설

GS1 표준 국제 공급 망(Supply Chain) 관리를 위해 필요한 표준 기술로 식별(identify), 수집(capture), 공유(share) 체계를 표준화하며, RFID와 사물 인터넷 표준 기술 개발이 궁극적인 목표임.

약어 정리

ICT

Information & Communication Technology

UHD

Ultra High Definition

IoT

Internet of Things

AGRI

Agriculture

EC

Electrical Conductivity

TTA

Telecommunications Technology Association

ITU-T SG

International Telecommunication Union Study Group

GS1

Global Standard No.1

CFDA

China Food and Drug Administration

[1] 

통계청 보도자료, “2014년 농림어업 조사결과,” 2015. 4. 17, pp. 5-6.

[2] 

농림축산식품부, “농림축산식품 주요 통계,” 2014.

[3] 

세계일보, “곡물자급률 OCED 최하위권…대책은 겉돌아,” 2015. 7. 3.

[4] 

“Coordination of ICT and Robotics in Agriculture and Related Environmental Issues,” http://db-ictagri.eu/ic t-agri/content/home.php

[5] 

EPIS, “EPIS World Trade & Policy Research,” 2014, 12.

[6] 

KOTRA 글로벌윈도우, “일본 대기업이 주목하는 농업IT,” KOTRA, 2014. 10. 20.

[7] 

중앙일보, “로컬푸드 직매, 생태체험…새 부가가치 키우는 농촌,” 2015. 6. 24.

[8] 

아시아경제, “정부, 올 스마트팜 지원에 216억 투입,” 2015. 6. 4.

[9] 

야노경제연구소, “스마트 농업에 관한 조사결과 2015,” 2015. 4.

[10] 

KOTRA 글로벌윈도우, “일본, 스마트 농업으로 열러가는 신세계,” 2015. 5. 6.

[11] 

조일환, “한국형 스마트 원예시설 구축 방향,” 한국형 스마트팜 개발 방향과 전략 심포지움, 2015. 3. 25.

[12] 

농촌진흥청, “2014년 농업연구개발사업 대표성과,” 2014. 12, p. 8.

[13] 

전북일보, “한국형 스마트팜 개발·육성 박차,” 2015. 2. 24.

[14] 

농촌진흥청, “나노기술: 농업의 신 개척지,” 미래전략리포트 제3호, 2014. 12, pp. 18-21.

[15] 

KOTRA 해외 비즈니스 정보포털, “미래를 좌우할 로봇산업, 네덜란드의 현주소는,” KOTRA, 2014. 5. 24.

[16] 

㈜우성하이텍 홈페이지, “우성하이텍 스마트팜 환경제어시스템,” http://www.wandw.net/farmsys.html

(그림 1)

스마트팜 시스템의 기본 구성도

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(그림 2)

SKT 및 KT의 스마트팜 시범사업

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<출처>: 농촌진흥청, “한국형 스마트팜 개발방향과 전략 심포지움,” 2015. 3, pp. 98, 111.

(그림 3)

나노 기술 기반 스마트 농업 개념도

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<출처>: 농촌진흥청, “나노기술: 농업의 신 개척지,” 미래전략리포트, 제3호, 2014. 12, p.16.

(그림 4)

Priva 사의 온실환경제어시스템 설치 사례

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<출처>: http://www.priva-international.com

(그림 5)

Wageningen UR의 오이 자동수확 로봇[15]

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(그림 6)

Hortimax 사의 복합환경제어기

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<출처>: http://www.hortimax.com

(그림 7)

후지쯔의 농업관리 클라우드 서비스

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<출처>: http://jp.fujitsu.com/solutions/cloud/agri/

(그림 8)

스마트팜의 통합 환경제어센서 개념도

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(그림 9)

차세대 스마트팜 시스템의 개념도

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