이 연구는 초분광 영상으로 두 품종의 콩(청자 3호, 대찬)의 들불병을 진단할 수 있는 모델과 다중분광 영상센서를 개발하기 위해 수행되었다. 무처리구와 들불병 처리구에서 5 nm full width at half maximum (FWHM)으로 구성된 원시 초분광 중심파장들의 콩 식물 영역 반사율들을 추출하여 10 nm FWHM으로 병합한 후, t-test로 차이가 나타난 blue, green, red, red edge, NIR1 및 NIR2 각 영역에서 선정된 대표 밴드로 121개의 식생지수를 계산하였다. 식생지수를 입력변수로 support vector machine (SVM), random forest (RF), extra tree (EXT), extreme gradient boosting (XGB)의 머신러닝 기법과 shapley additive explanation 변수 선택 기법을 적용하여 들불병 진단에 가장 적절한 모델을 선정하고 사용된 식생지수와 파라미터를 나타내었다. T-test 결과 품종에 상관없이 blue 1개(420 nm), green 2개(500, 540 nm), red 1개(600 nm), red edge 2개(680, 700 nm), NIR1 2개(780, 840 nm), NIR2 1개(920 nm)의 총 9개 대표 밴드들이 선택되었고, 성능 평가를 통해 선정된 모델에 청자 3호의 경우 SVM모델(OA=0.86, KC=0.72, 10 VIs)이 선정되었으나 혼동행렬 분석 결과 정상오분류가 적은 RF모델이 선택되었다. RF모델(식 생지수 : RE/Blue, NSI, GDVI, Green/Blue, 파라미터 : max_depth=6, n_estimators=100)은 OA=0.81, KC=0.60, precision=0.86, recall=0.81, F1 score=0.80의 성능을 나타내었다. 대찬은 EXT모델(식생지수 : YVI, RE/Green, 2YVI, 파라미터 : max_depth=8, n_estimators=10)이 선정되 었고, OA=0.86, KC=0.72, precision=0.86, recall=0.86, F1 score=0.86의 성능을 나타내었다.

연구는 초분광 영상을 이용하여 오이 및 수박과 같은 박과 묘의 수분함량을 추정하기 위해 수행되었다. 오이와 수박 묘 샘플에 수분 스트레스를 가한 후 초분광 영상 취득 시스템을 이용하여 오이와 수박 묘 잎을 촬영하여 반사율을 계산하였고, 건조기를 이용하여 해당 모종의 수분함량을 측정하였다. 마지막으로 영상의 반사율과 수분함량을 이용하여 부분최소제곱회귀분석을 통해 수분함량 추정모델을 개발하였다. 오이 묘 수분함량 추 정모델은 R2 0.73, RMSE 1.45%, RE 1.58%의 성능을 보였으며, 수박 묘 수분함량 추정모델은 R2 0.66, RMSE 1.06%, RE 1.14%의 성능을 보였다. 유효범위를 넘어가는 극단치를 제거하여 모델의 성능을 다시 분석한 결과, 오이 모델의 경우 R2 0.79, RMSE 1.10%, RE 1.20으로 상승하였다. 오이와 수박 묘를 함께 분석하여 모델을 제작한 결과, R2 0.67, RMSE 1.26, RE 1.36으 로 분석되었다. 오이 모델이 수박 모델보다 비교적 높은 성능을 보였는데, 이러한 원인은 오이의 수분함량 변이가 넓게 분포되어 있었기 때문이라고 판단된다. 또한 데이터셋에서 유효범위를 넘어가는 극단치를 제거한 결과 오이 모델의 정확도 및 정밀도가 상승하였다. 결론적으로 오이 및 수박 묘 수분함량 추정모델들의 추정선의 기울기 차가 크지 않고, 서로 교차되기 때문에 두 모델 들은 모두 수분함량을 추정하는데 있어서 유의한 것으로 판단된다. 또한 샘플의 변수가 넓게 분포된 변이를 갖는다면 추정모델의 정확도와 정밀도는 분명 상승할 것이며, 개선된 모델을 이용하면 저가형 센서를 개발하는데 활용 될 수 있을 것으로 사료된다.

본 연구에서는 양파정식기의 정식시 개공기와 토양 간 상대속도를 최대한 0으로 근접시키기 위해 4절 링크-캠 기구를 갖는 정식시험장치를 제작하여 정식시험을 실시하고 최적 작업조건 및 형상을 구명하였 다. 시험조건은 모종나이 50일, 주간거리 130, 140, 150mm, 정식속도 45, 50, 55, 60No/min, 토양수 분함유량 10, 20, 30%, 토양 관수 후 경과 일 수 1, 2, 3, 4일로 하였다. 시험결과 정식률은 주간거리 140mm와 정식속도 50∼55No/min에서 100%로 가장 높게 나타났다. 식부자세는 사질양토에서 주간거리 140mm, 정식속도 50No/min일때 평균 11.2±13.9°로 가장 안정적인 자세로 정식하였고 개공폭은 38.2±1.9mm로 가장 작게 나타나 식부개공기 직경 34mm보다 4.2mm밀림이 나타났다. 최대하중평균은 정식속도 60No/min, 주간거리 150mm일때 45.1±5.1N로 나타났고, 최대정식동력은 124.2±11.8W로 나 타났다. 토양수분함유량은 30%일때 가장 낮았고, 관수 후 1일차가 가장 낮았다. 개선된 4절링크-캠 방 식 식부장치는 주간거리 140mm에 맞는 캠 형상을 갖게 함으로서 개공기-토양 상대속도가 0이 될 수 있었다. 따라서 본 양파정식기 식부장치는 필요 주간거리에 맞추어 상대속도 0의 캠 형상을 갖게 함으 로서 식부성능을 최대화할 수 있는 것으로 판단된다.

본 연구에서는 양파정식기의 적합한 식부장치를 제시하기 위하여 채소정식기의 식부장치 형태에 따른 식부궤적을 조사 및 분석하였다. 조사대상은 채소정식기에 사용되고 있는 휠 방식, 로터리 방식, 4절 링크 방식, 4절 링크-캠 방식 식부장치들의 구조와 정지궤적을 기준으로 AutoCAD를 이용하여 주행상 태에서의 운동궤적(식부궤적)을 작도하였다. 이 식부궤적으로 식부개공기가 토양에 관입될 때 밀림거리, 토양-식부개공기의 상대속도 0이 되는지 분석하였다. 식부궤적 분석결과 각 식부장치들은 밀림거리를 가졌으며, 가장 적은 밀림거리를 가진 식부장치는 로터리 방식 식부장치이지만 토양-식부개공기의 상 대속도 0는 될 수 없다고 판단된다. 4절 링크-캠 방식 식부장치의 가장 작은 밀림거리는 주간거리 130mm에서 정식할 때 밀림거리 9.89mm로 나타났고 토양-식부개공기의 상대속도가 0이 되지는 않았 다. 하지만 4절 링크-캠 방식 식부장치의 구조는 캠형상을 변경하여 토양-식부개공기의 상대속도가 0 으로 정식 할 수 있다고 판단된다.

미즈나의 주요성분인 건물중, 전탄소, 전질소, Fe 및 Ca 함유량을 초분광 영상을 이용하여 추정하였다. 샘플은 인공재배기에서 실내온도 20℃, 일조시간 13 h의 조건에서 6 주간 재배한 샘플과 온실에서 동일기간 재배된 샘플을 이용하였다. 재배조건, 영상취득시의 광 환경에 따라 인공재배기, 하우스, 전처리의 유무 및 모든 데이터를 이용한 그룹으로 나누어 각각 모델을 작성하였다. 실내 재배에서는 건물 중, 전탄소, 전질소의 경우 전처리에 따라 평균상대오차(MRE)가 5% 이상 향상되었으나 하우스의 경우 전처리의 효과가 없었다. Ca 이온의 경우 조건에 관계없이 모델을 구축할 수 있었으나 Fe 이온의 경우 하우스 재배에서는 모델을 구축할 수 없었다. 모든 데이터를 이용해 미즈나의 건물중, 전질소, 전탄소, Fe 및 Ca 함유량을 추정할 경우 반사율을 이용해 62% 이상 설명이 가능하였고 검증결과도 57% 이상으로 나타났다. 전처리를 거칠 경우 반사율을 이용해 71% 이상 설명이 가능하였고 검증결과도 62% 이상으로 나타났다. 전처리를 했을 경우 각각 추정오차는 건물중이 0.54 g/m2, 전질소가 39.8 mg/m2, 전탄소가 185 mg/m2, Fe 이온이 0.35 mg/m2, Ca 이온이 14.1 mg/m2였다.

In the present study, we investigated the plant growth characteristics and biological activity of four asparagus cultivars grown using two cultural methods and tested the possibility of domestic open field. The number of shoots, buds, roots, shoot and root fresh and dry weights, and total dry weight of the four asparagus cultivars grown in a plastic house were higher than those of the same cultivars grown in an open field. Of the cultivars grown in the open field, Jersey Giant had greater shoot number than the other cultivars. In plastic house cultivation, the number of buds in Jersey Supreme was greater than the other cultivars. The total flavonoid content of the Jersey Giant was greater than the other cultivars, but cultural method was unaffected. The total polyphenol contents in asparagus cultivars grown in the plastic house were higher than those of cultivars grown in the open field. The total polyphenol content of the Jersey Giant grown the plastic house was significantly higher than those of other cultivars. Antioxidant activity such as catalase (CAT) and peroxidase (POX) did not differ significantly with cultural methods and among the cultivars. Ascorbate peroxidase (APX) activity of asparagus cultivars grown in the open field was higher than that of cultivars grown in the greenhouse; the highest APX activity was detected in UC157. Thus, greenhouse cultivation is expected to improve plant growth characteristics and biological activities of asparagus cultivars; each cultural method should be considered when selecting a suitable cultivar for high yield and high bioactive compound content.