농촌진흥청은 폐쇄회로텔레비전(CCTV)과 인공지능(AI) 기술을 활용해 중소형 스마트 온실에서 작물의 생육 상태를 실시간으로 관찰할 수 있는 ‘중소형 스마트 온실 인공지능 생육 감시 시스템’을 개발했다고 17일 밝혔다.
이 시스템은 온실에 이미 설치된 CCTV 카메라를 그대로 사용하기 때문에 별도의 고가 장비를 추가로 구매할 필요가 없다는 점이 가장 큰 특징이다. 영상 분석은 엣지(Edge) 인공지능 분석 보드가 담당하는데, 이는 클라우드 서버를 거치지 않고 현장 장치에서 바로 처리하는 방식으로, 실시간 반응성과 보안성이 뛰어나고 네트워크 부하를 크게 줄일 수 있다.
연구진은 AI 객체 탐지 모델인 ‘욜로(YOLO)’를 기반으로 한 생육 인식 모델도 함께 개발했다. 이 모델은 엣지 AI 보드가 분석한 영상을 바탕으로 토마토와 딸기의 성장 정도, 꽃 개수, 잎 면적 등 주요 생육 지표를 실시간으로 측정해 농업인에게 전달한다. 토마토의 경우 생장점 발달, 줄기 두께, 마디 길이, 화방당 개화 수 등을, 딸기의 경우 잎 면적 지수, 화방 수, 개화 단계, 열매 수 등을 자동으로 인식한다.
특히 지난해 개발한 ‘CCTV 활용 병해충 모니터링 기술’을 이번 시스템에 통합해 생육 정보뿐 아니라 병해충 상황도 함께 수집할 수 있도록 했다. 농업인은 토마토의 잿빛곰팡이, 흰가루병, 궤양병과 딸기의 흰가루병, 탄저병, 세균모무늬병 등에 대한 피해 상황을 제공받을 수 있다.
이 시스템은 무선망 기반 사물인터넷(IoT) 감지기 네트워크와 경량 메시지 전송 표준 규약인 MQTT 프로토콜을 활용해 저비용·저전력으로 작동한다. 불안정한 통신 환경에서도 안정적으로 시스템을 가동할 수 있어, 소규모 온실에서도 부담 없이 사용할 수 있는 장점이 있다.
농촌진흥청은 이 시스템에서 수집된 생육·병해충 정보를 온습도, 이산화탄소, 광량 등 환경 데이터와 융합해 우수 농가의 데이터와 비교 분석할 수 있도록 고도화 연구를 추진할 계획이다. 또한 현장 보급에 적합하도록 시스템을 개선해 중소형 농가를 대상으로 현장 실증을 진행하고, 그 결과를 바탕으로 청년 농업인이나 창업농 같은 초보 농업인도 쉽게 활용할 수 있는 스마트농업 재배 관리 플랫폼으로 발전시킬 예정이다.
현재 국내 시설 재배 농가 중 0.5ha 이하 중소규모 농가가 74%를 차지하고, 딸기의 경우 85%가 단동온실에서 재배되고 있다. 특히 딸기는 전체 시설 5560ha 중 비(非)스마트팜 농가가 93%에 달해 AI 기술 적용 확대가 시급한 상황이다. 기존에는 소규모 온실 구역별 환경 관리 정보를 자동으로 수집하기 어렵고 비용이 많이 드는 문제가 있었다.
이번 시스템은 이런 문제를 해결하기 위해 기존 온실 시설을 최대한 활용하면서 AI 관련 장비 투자 비용을 최소화했다. 엣지 AI 기반 자체 통신망을 구축해 외부 클라우드에 의존하지 않고 독립적으로 분석하며, 통신비가 전혀 들지 않는다. 기본형 장비는 엣지 컴퓨팅 장비와 공유기만으로 구성되며, 단동 온실 1개에 리피터(신호 증폭기) 1대를 추가하면 확장이 가능하다. CCTV 영상은 USB 웹캠, IP 카메라, RTSP/RTMP 네트워크 등 다양한 장치를 동시에 지원하고, 온실 규모에 따라 여러 카메라를 동시에 모니터링할 수 있다.
영상 떨림 방지와 보정 기능을 탑재해 정밀 모니터링을 지원하며, 로컬망 전용 엣지AI 자체 클라우드로 데이터 보안을 강화했다. 검출된 정보는 자체 서버에 저장되고, 온실 내 작물 생육 분석 및 병해충 발생 상황을 시각화해 농업인에게 제공한다. AI 기반 생육 자동 진단 기술을 통해 딸기의 엽면적, 화방 수, 열매 수 등을 영상으로 자동 계측해 평균 86%의 인식 정확도를 보였고, 토마토는 생장점, 화방, 줄기 두께, 절간장 등을 자동 계측해 평균 92%의 인식 정확도를 기록했다.
병해충 진단 모니터링 기능도 통합됐다. 토마토는 궤양병, 흰가루병, 잿빛곰팡이, 잎곰팡이, 황화잎말림바이러스 등 5종, 딸기는 세균모무늬병, 탄저병, 흰가루병, 뱀눈무늬병, 잿빛곰팡이, 꽃곰팡이 등 6종의 병해를 진단한다. 충해로는 잎굴파리, 점박이응애, 총채벌레 등이 대상이다. 엣지 AI 기반 분석으로 신속한 현장 대처가 가능하며, 소형 AI 보드(50만원 이하)로 저비용 시스템을 구현해 평생 클라우드 운용비와 통신비가 들지 않는다.
농촌진흥청 스마트팜개발과 이시영 과장은 “이번 시스템은 AI 기술을 이용해 누구나 쉽게 스마트농업을 접할 수 있도록 비용이나 통신 문제를 해결한 것이 가장 큰 특징”이라며 “농촌 일손 부족 문제를 해결하고, 청년 농업인이나 창업농이 활용할 수 있는 지능화 기술을 지속해서 개발해 실용화할 계획”이라고 말했다.
