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이 책은 4차산업혁명에 의해 제조업의 혁신이 실현되고 있고
그 파도는 계속해서 농업으로 다가오고 있음을 보여주고 있으며
우리나라가 지향해야 할 농업은 무엇인가를 제시하고 있다!

우리나라 농업은 과거부터 중요한 산업으로 인식되어 왔으며 단순히 식료품 생산이나 경제활동에 그치지 않고, 우리의 문화와 역사의 근간을 이루어 왔다. 그러나 공업이나 서비스업의 발전으로 인해 농업은 산업으로서의 중요성이 상대적으로 저하되어 왔으나, 우리 소비자의 식탁뿐만 아니라 문화와 지역경제를 지탱하는 꼭 필요한 존재임을 부인할 수 없다.
지금 초고령 사회와 4차 산업혁명이라는 엄청난 변화의 쓰나미가 우리에게 다가오면서, 우리의 미래를 더욱 불투명하게 만들고 있다.

4차 산업혁명에 의해 제조업의 혁신이 실현되고 있으며, 그 파도는 계속해서 농업으로 다가오고 있다. 더욱이 신종 코로나 바이러스(코로나19)의 전 세계적 대유행(pandemic)으로 식량무기화의 가속화가 우려되고 있으며, 이것이 농업의 4차 산업혁명을 앞당기는 계기가 될 것으로 보고 있다.
농업?농촌의 일손은 날이 갈수록 부족해지는 상황에서 소득의 감소, 인구의 감소, 경작 포기지의 증가 등, 현재 농업은 중대한 전환점을 맞이하고 있다. 이제 초고령사회의 늘어난 시니어 인력으로 생산성을 유지할 수 있고, 적은 인구로도 스마트 농업기술로 대처 할 수 있도록 하여야 한다.
이것이 농업의 어려운 현실을 극복하는 하나의 방안인 스마트 농업혁명이라고 할 수 있다. 스마트 농업이란 로봇과 IoT, ICT 등을 활용하여서 생력화(省力化), 정밀화와 고품질 생산의 실현을 목표로 하는 것이다.

지금 필요한 것은 위기를 기회로 바꾸는 역발상이다. 농업인구의 감소는 관점을 바꾸면 한 사람당 농경지 면적의 증가라고 바꿔 해석할 수도 있다. 말하자면 현재의 위기를 농업 인구의 감소와 좁은 농지라는 농업의 오랜 과제를 해소하는 하나의 기회로 활용 할 수도 있다.
스마트 농업을 육성하기 위해서는 새로운 기술을 적극적으로 농업에 도입하는 것이 중요하다. 농업생산에는 기온, 습도, 토양, 품종 등 많은 변동요인이 작용하기 때문에, 오랜 세월 축적된 농민들의 경험에 의존해야만 하는 부분이 컸지만, 첨단기술의 진보로 다양한 데이터를 손쉽게 손에 넣을 수 있고, 또한 그것들을 통합하고 분석하는 것까지 가능해지고 있다.

진화되어가는 첨단기술을 활용하여 농업인에게 보다 양질의 서비스를 제공하고, 또한 그 기술을 사용하기 쉬운 형태로 경영에 도입할수 있게 되어야 한다. 그리하여 지금까지 없었던 농기계나 장치를 개발함으로써, 작업부담을 대폭적으로 줄이고, 작업의 효율을 올리는 계기를 마련할 수 있다.
농업 IT와의 융·복합 산업은 비교적 IT 선진국에 속하는 우리나라에 큰 기회로 활용될 수 있는 가능성이 매우 크다.

특히 우리나라는 스마트폰, 반도체 등에서 일부 패권형성에 성공한 경험이 있기 때문에 우수한 기술력을 바탕으로 4차 산업혁명주도의 첨단기술을 기반으로 하여 고품질의 농산물을 효율적으로 생산할 수 있는 혁신적인 한국형 농업모델을 만들어 낼 수 있다. 앞으로 다양한 농업부문에 농업의 신기술을 개발하여 농가의 소득을 높이고 생산기술과 시스템까지 수출하여 한국형 스마트 농업기술이 국제경쟁력을 높이는 혁신성장의 동력이 되도록 추진해 나가야 한다. 일본은 이미 1980년대 인공지능과 새로운 농업기술(1989.1), 인공지능과 농업정보(1989.10), 인공지능과 장치화 농업(1990.8) 등의 책이 출간되었고 이후 지속적으로 농업에 인공지능 기술을 적용하려는 연구가 이어져왔었다. 또한 2001년 농업 IT 혁명이라는 책이 출간되면서 농업 정보화와 첨단기술을 활용한 농업의 새로운 개념을 도입하여 스마트 농업을 주도하는 선진국이 되는 계기가 되었다. 일본과 더불어 스마트 농업을 주도하고 있는 미국과 네덜란드의 경우 각 국가마다 시행되고 있는 정책이 조금씩 다르다.

국가별로 과거 시행했던 정책이 성공했는지 아니면 실패했는지, 아니면 시행 과정 중에 있는 정책들은 어떤것들이 있는지 등에 대해 면밀히 분석하는 것이 우선이다. 그리하여야 우리나라 농업 현실에 적합한 스마트 농업을 실행 할 때 시행착오를 최소화 할 수 있기 때문에 다각적인 연구가 반드시 필요하다. 필자는 과거 2004년부터 농업ㆍ농촌의 약용작물 재배농가의 교육을 3년간 주관하면서 IT 농업혁신의 필요성과 첨단기술의 도입을 강조해 왔다.
한방산업의 육성과 미래라는 교재의 일부인 ‘농업ㆍ농촌의 정보화 추진 방향’이라는 자료와 또한 강의를 통하여 한국의 농업ㆍ농촌 정보화 추진의 필요성과 방향을 제시한바 있다.

농업혁명이라는 미래지향적인 관점에서 AI와 IoT, 로봇, 빅 데이터 등 공학 분야를 중심으로 더욱 진화된 기술을 농업에 적용시킨 것이 스마트 농업이라고 볼 수 있다. 스마트 농업의 실용화를 목표로, 농수산부를 비롯한 각 기관은 자동운전 농기계, 농업용 로봇, 환경제어시스템, 리모트센싱 등 스마트 농업 연구개발이나 실용화를 적극적으로 지원하고 있기 때문에 앞으로 더욱 다양한 기술이 실용화되고 보급될 것으로 생각된다.

우리나라의 대부분을 차지하는 소규모의 분산된 농경지(圃場)에서는, 자동운전 농기계는 진가를 발휘하기가 어렵고, 영농 경작지 면적이 적기 때문에 농기계의 가동률이 낮은 점과, 농경지 간 이동에 시간이 걸리는 점 등의 문제점을 지적 할 수 있다. 따라서 4차 산업혁명 시대를 맞아 더 고도화된 한국형 스마트 농업기술을 개발할 필요가 있다.

이 책에서는 4차 산업혁명에 기반한 스마트 농업 모델을 “한국형 스마트 농업 모델(Smart AgriK-4.0 Model)”이라 정의하여 사용하였다.
한국의 농산물은 양적인 면에서는 면적이 넓은 미국, 호주, 브라질 등의 농업국가와 경쟁하지 못하지만, 맛이나 안전성 등에 치중한 품질면에서 독자적인 개발을 할 필요가 있다. 기후나 토양 등 지역특성과 농가의 기술이 합해져, 창의적인 우수한 농산품을 개발하여야 한다. 최근에는 농업을 성장산업의 하나로 평가하며, 보호중심이었던 과거의 농업에서 산업의 한 분야로 그 역할이 바뀌고 있음을 보여주고 있다.

프롤로그 - 4

chapter 1. 한국농업의 현실 진단과 혁신해야 할 방향모색

1. 한국농업의 현실과 한국형 스마트 농업의 전개방향 - 24
1.1 초고령화 삼농(농업·농촌·농민)의 현실 - 24
1.2 농업의 수익구조와 혁신 전략 - 26
1.3 4차 산업혁명 기술에 의한 농업의 리스크 극복 - 29
2. 한국형 스마트 농업 모델 구축 - 32
2.1 한국형 스마트 농업 모델 (Smart AgriK- 4.0 Model) - 32
2.2 한국농업의 근본적인 과제 해결 - 33
2.3 현실적인 스마트농업의 정책적 효과와 과제 - 36
2.4 농업기술 영역의 연구범위 및 분류 - 37
2.5 4차 산업혁명 기반 농업·농촌의 사고의 혁신 - 40
3. 앰비언트 사회 - 42
3.1 앰비언트 환경 - 42
3.2 유비쿼터스와 앰비언트 컴퓨팅 - 43
3.3 앰비언트 사회 - 45
3.4 앰비언트 사회와 스마트 농업의 기대와 실현 - 46
4. 스마트 농업과 데이터 사이언스 - 47
4.1 데이터 사이언스 - 47
4.2 농업 데이터 사이언스 - 49
4.3 데이터 구동(Data-driven)형 농업 - 51
5. ICT와 IoT를 활용한 차세대 농업(스마트농업) 모델 - 52
5.1 ICT기술을 활용한 농업 - 52
5.2 농업·농촌의 ICT 기술 활용 - 55
5.3 농업의 다양한 리스크 방지대책 - 57
6. 4차 산업혁명으로 새롭게 진화하는 농업 - 59
6.1 4차 산업혁명 기반 농업의 혁신기업 탄생과 진화 - 59
6.2 스마트 농업은 차세대 농업 - 61
6.3 농업의 4차 산업혁명 “스마트 팜” - 63
7. 농업의 6차 산업화 재조명 - 64
7.1 농업분야의 6차 산업 - 64
7.2 포스터 코로나 농산물 유통의 변화 - 66
7.3 농업의 6차 산업 모델의 맹신 - 68

chapter 2. 농업의 기술 혁신과 변천 과정

1. 농업 기술혁신의 발전과정 - 74
1.1 농업의 기술혁신 - 74
1.2 농업기술의 변천과정 - 75
2. 농업 (Agrik-3.5)에서 남겨진 과제 - 85
2.1 절대적으로 필요한 노지재배의 공간 - 85
2.2 농업의 분산농지 및 구조적 문제 - 88
2.3 농기계 도입으로 인한 비용증가 - 90
3. 스마트 농업 (Smart Agrik-4.0) - 91
3.1 IoT를 중심으로 한 농업의 대혁신=스마트농업(Smart Agrik-4.0) - 91
3.2 농업(Smart AgriK-4.0)의 핵심기술 IoT - 94
3.3 근본적인 한국 농업 고유의 과제 해결 - 97
3.4 현재 스마트농업 정책의 효과와 과제 - 100
4. 외국의 스마트 농업 동향 - 102
4.1 아시아 및 일본의 스마트농업 - 104
4.2 호주의 스마트 농업 - 106
4.3 북미의 스마트농업 - 108
4.4 유럽의 스마트농업 - 111
4.5 중국의 스마트농업 - 114
4.6 중남미의 스마트농업 (콜롬비아의 예) - 117

chapter 3. 스마트 농업 핵심기술 사물인터넷과 센서네트워크

1. 4차 산업혁명을 지탱하는 기술혁신 - 130
1.1 IoT 환경 - 130
1.2 사물인터넷 - 133
1.3 4차 산업혁명과 사물인터넷(IoT) - 136
1.4 사물인터넷(IoT)의 생산성 향상 - 139
1.5 사물인터넷(IoT)의 요소기술 - 140
1.6 IoT 기술의 위험요소(Risk) - 143
1.7 IoT의 효과와 임팩트 - 144
2. 인공지능 · IoT · 로봇의 상호 관련성 - 145
2.1 인공지능·로봇의 인프라 환경인 IoT - 145
2.2 인공지능과 IoT의 관계, 기능의 디지털화 - 149
2.3 인공지능, IoT가 스며드는 사회 - 152
2.4 IoT, 인공지능·로봇기술에의 저출산·고령화 시대의 성장전략 - 155

3. 농업 스마트화를 위한 IoT기술 - 170
3.1 농업 IoT - 170
3.2 농업 IoT 시대의 도래 - 172
3.3 농업 IoT 기술의 여파(물결) - 174
3.4 농업 IoT의 정의 - 176
3.5 농업을 지원하는 IoT기술 - 179
3.6 농업 IoT를 지원하는 정책 - 182
4. 해외 사례 소개와 적용검토 - 183
4.1 실용화되고 있는 농업 IoT(일본) - 183
4.2 생산관리 시스템 (농업 ICT) - 184
4.3 해외(미국)의 영농지원 ICT의 적용사례 - 188
4.4 식물공장(plant factory) - 189
5. 식물공장에서의 생육 모니터링 - 197
5.1 식물공장에 대한 기대와 과제 - 197
5.2 생산공정과 생육 모니터링 기술 - 198
5.3 식물공장에 있어서 인공지능(AI)의 이용 - 200
5.4 식물공장과 미래의 농업 - 202
5.5 식물공장의 기후변화 극복과 대안 농업 - 203
6. 식물공장의 경제성과 안전성 - 205
6.1 식물공장의 경제성 - 205
6.2 식물공장 농산물의 품질성과 안전성 - 206
6.3 선진국의 식물공장 동향 - 207

chapter 4. 농업 ICT에 기반한 스마트 농업

1. 농업의 당면과제와 대응방안 - 212
1.1 농업·농촌의 현실과 기술혁신 - 212
1.2 4차 산업혁명 대응 스마트 농업기술 - 214
1.3 농업의 당면과제와 스마트농업(AgriK-4.0) 모델 - 216
2. 4차 산업혁명과 데이터 센트릭 과학 - 218
2.1 데이터 센트릭 과학 - 218
2.2 IoT와 데이터 분석 - 219
2.3 스마트 농업 - 221
3. 농업 생산의 스마트화 - 222
3.1 농업의 생산성 혁명 - 222
3.2 농업기계의 로봇화 - 223
4. 농업의 ICT 활용 - 227
4.1 종묘조달의 ICT화 - 228
4.2 흙 만들기/ 파종·육묘·정식(定植)의 ICT화 - 232
4.3 육성의 ICT화 - 236
4.4 수확의 ICT화 - 239
4.5 출하의 ICT화 - 242
4.6 유통(가공)의 ICT화 - 244
4.7 판매의 ICT화 - 246
5. 농업의 정보통신(ICT)기술 적용의 문제점 - 249
5.1 농업지식 데이터의 축적과 공유화의 지연 - 249
5.2 농업의 생산 시스템 분석 과정 - 251
5.3 시장요구와 생산을 연계하는 시스템화의 지연 - 252
5.4 고비용의 기계화 - 254
6. 주요 경작지별(작목별) 농업생산의 스마트화 - 256
6.1 논 농업 (벼농사) - 257
6.2 밭 농업 - 258
6.3 채소 농업 - 261
6.4 과수 농업 - 263
7. 농업이 추구하는 ICT화 - 267
7.1 농업지식의 공통 데이터베이스 - 267
7.2 계획ㆍ관리ㆍ제어의 연계어플리케이션 - 267
7.3 생산·유통의 매칭 플랫폼 - 275
7.4 소투자·다용도·무인화를 지향하는 자동화 플랫폼 - 278
8. 원격감시의 진화와 IoT 및 BI - 280
8.1 머신데이터로 농업지원의 혁명 - 282

chapter 5. 스마트 농업을 견인하는 4차 산업혁명

1. 4차 산업혁명과 산업구조의 변화 - 286
1.1 IT의 새로운 IoT 시대 - 286
1.2 4차 산업혁명을 주도할 신기술 - 288
1.3 4차 산업혁명의 특성 - 289
1.4 4차 산업혁명과 융합기술 - 292
1.5 4차 산업혁명이 초래할 과제와 산업구조의 변화 - 294
1.6 4차 산업혁명의 기회와 위기의 공존 - 296
1.7 4차 산업혁명의 대응방안 - 299
2. 4차 산업혁명 기반 기술의 발전 - 301
2.1 4차산업 혁명과 IoT로 초래될 비즈니스 기회 - 302
2.2 4차산업 혁명의 요소기술 IoT의 제조업 혁신 - 303
2.3 빅데이터로 축적되고 분석되는 모든 정보 - 306
2.4 데이터 분석에 따른 새로운 부가가치 창출 - 307
2.5 2차산업·제조업의 6차산업화 - 310
2.6 IoT는 미래의 산업과 사회의 모습, 그리고 일과 업무방식의 변화 - 312
3. 핀테크 기술 - 314
3.1 핀테크 기술의 정의 - 314
3.2 핀테크 전용 서비스 구축 - 316
3.3 핀테크 서비스의 분야 - 317
4. 블록체인의 이해와 그 혁신성 - 320
4.1 블록체인이란? - 320
4.2 블록체인 구조 및 특성 - 322
4.3 비트코인 - 324
4.4 블록체인 기술을 활용한 다양한 서비스 - 325
4.5 블록체인의 사회경제 임팩트 - 328
4.6 데이터의 개찬 방지기술 - 332
4.7 농업분야의 블록체인 기술 적용 - 333
5. 진전하는 공유경제 (Sharing Economy) - 334
5.1 공유경제의 정의 - 334
5.2 공유경제의 효용 - 335
5.3 공유경제 진전의 배경 - 337
6. 진화하는 스마트 농업과 리스크 극복 - 339
6.1 4차 산업혁명 기반 스마트 농업 - 339
6.2 농업의 리스크 극복과 4차 산업혁명 - 343
6.3 인공지능과 ICT 기술로 새롭게 진화하는 농업 - 346

chapter 6. 농업의 빅데이터 이론 및 적용사례

1. 빅데이터의 정의 및 동향 - 356
1.1 빅데이터(big data)의 등장 - 356
1.2 빅데이터의 정의 - 358
2. 빅 데이터의 특징 - 362
2.1 빅데이터의 특징 - 362
3. 4차 산업혁명에서 빅데이터 역할 - 377
4. 빅 데이터 핵심기술 - 381
4.1 빅데이터의 플랫폼의 역할과 기능 - 381
4.2 빅데이터를 지원하는 기술 - 383
4.3 빅데이터의 활용 - 384
4.4 빅데이터 활용 사례 - 386
4.5 인공지능의 자동적인 빅데이터 분석(딥러닝) - 386
5. 스마트 농업의 데이터 플랫폼 - 389
5.1 농업분야에 대한 빅데이터 - 389
5.2 수직통합 모델에서 데이터 플렛폼 모델 - 390
6. 농업 빅데이터로 농산물의 안전·안정의 실현 - 392
6.1 농산물의 계획적 생산 - 392
6.2 안정적인 농산물생산은 수익확대·국제경쟁력 강화 - 393
7. 데이터 마이닝 - 395
7.1 데이터 마이닝(Data mining) - 395
7.2 추출될 지식의 형태 - 397
7.3 실사회에서의 기대 - 400
7.4 결정 트리란 - 403

chapter 7. 인공지능

1. 인공지능의 정의와 지적행위 - 414
1.1 인공지능 - 414
1.2 인공지능과 사회의 영향 - 416
1.3 지능의 이해 - 416
1.4 지식 공학 - 418
1.5 인공지능 기술의 연구 분야 - 420
2. 신경망 (뉴럴 네트워크) - 425
2.1 신경망의 발전과정 - 425
2.2 신경세포의 구조 - 427
2.3 신경망의 학습 - 429
2.4 뉴런의 학습 - 431
3 딥 러닝이 이끄는 인공지능의 미래 - 435
3.1 딥 러닝에 의한 난관돌파 - 436
3.2 딥 러닝 - 438
3.3 딥 뉴럴네트워크의 모델 - 440
3.4 딥 러닝의 특징값 추출 예시 - 441
4. 기계학습 - 443
4.1 기계학습 이란 - 443
4.2 기계학습의 3요소 - 444
4.3 4차 산업혁명을 지원하는 기계학습 - 447
4.4 강화 학습 - 448
5. 농업분야의 인공지능 - 453
5.1 농업에 인공지능(AI) 적용 - 453
5.2 기계학습에 의한 스마트 농업의 전개 - 456
5.3 기계학습을 활용한 농업 정보수집 - 458
6. 웹 지능 - 463
6.1 웹 지능의 이해 - 464
6.2 웹 지능의 응용 분야와 기초 기술 - 465
6.3 웹 마이닝과 웹 팜 - 467

chapter 8. 농업용 로봇과 드론

1. 스마트 농업의 실현을 위한 로봇 - 474
2. 로봇의 기초 지식 - 478
2.1 로봇의 정의 - 478
2.2 로봇의 종류 / 로봇의 분류 - 479
2.3 산업용 로봇의 기초지식 - 481
2.4 로봇의 3요소 기술 - 483
2.5 로봇의 감각은 자유롭게 설계 가능 - 484
3. 로봇산업은 4차 산업혁명의 신산업혁명 - 487
3.1 4차 산업혁명의 신 산업혁명 - 487
3.2 로봇혁명의 성공이 시장성장의 조건 - 488
3.3 지능형 로봇의 정의 - 490
3.4 로봇의 활동영역의 확대 - 491
4. 농업용 로봇 - 493
4.1 농업용 로봇 - 493
4.2 농림·수산·임업 분야의 로봇 활용 - 496
4.3 차세대 농업로봇의 5가지 개념 - 497
4.4 농업용 로봇의 개발과 과제 - 500
4.5 농업상식을 뒤집어야 농업이 산다 -503
5. 농업용 드론 - 511
5.1 드론의 출현 과정 (유래) - 511

5.2 IoT로서의 드론 - 513
5.3 드론 개발을 위한 구조 - 517
5.4 스마트 드론과 인공지능 기술 - 519
6. 4차 산업혁명 기반 농업용 드론 - 522
6.1 농업용 드론 - 522
6.2 농업현장에서의 드론의 이용 - 524
6.3 드론이 바꾼 세상 - 525
7. 새로운 드론 농업의 개척 - 527
7.1 하늘의 산업혁명 - 527
7.2 농업리모트 센싱 - 528
7.3 드론에 의한 리모트 센싱 - 529
8. 드론에 의한 농업혁명 - 531
8.1 농약 살포용 - 532
8.2 리모트 센싱 - 534
8.3 조수피해 대책 - 536
8.4 물류 - 538

chapter 9. 스마트 농업의 혁신방향 및 관련이론

1. 스마트 농업·농촌 혁신방향 - 548
1.1 급변하는 농업의 스마트화 기술 - 548
1.2 스마트 농업 핵심기술 - 550
1.3 농업·농촌의 디지털 전환(DX) 혁명 - 551
1.4 농촌 디지털 전환 (DX) “CASE”활성화 - 551
1.5 농업개혁을 위한 다양한 정책 - 555
2. 스마트 농업의 관련 이론 - 557
2.1 농업의 클라우드 서비스 활용 - 557
2.2 DSS (의사결정지원시스템) - 561
2.3 지리정보시스템 (GIS) - 564
2.4 원격(리모트) 센싱 - 566
2.5 레이저 거리 측량기 (라이더) - 569
2.6 모델링·시뮬레이션·최적화 - 572
2.7 패브(Fab) - 575
2.8 퍼지 이론 - 577

SmartAgriculture

최근 4차산업혁명 시대를 맞아 더 고도화된
한국형 스마트 농업 기술이 마침내 우리농업의
미래를 바꾸고 국가의 성장 동력으로 자리매김할 것이라고 보고 있다.

농업은 정보통신기술(ICT)등 첨단기술이 융합된 형태로 진화하고 있다.
농업 IT와의 융·복합 산업은 비교적 IT 선진국에 속하는
우리나라에 큰 기회로 활용할 수 있는 가능성이 있다.

또한 코로나 19의 위기를 기회로 활용하자.
우리나라는 스마트폰, 반도체 등에서
일부 패권 형성에 성공한 경험이 있다.

4차 산업혁명에서는 기회와 위기가 공존하고 있기 때문에
적은 인원으로 고품질의 농산물을 효율적으로 생산하는 첨단기술을
기반으로 한 혁신적인 한국형 농업모델을 만들어
위기를 기회로 활용하도록 하여야 한다.

앞으로 다양한 농업부문에 이러한 기술을 적용해
농업의 신기술을 개발하여 농가의 소득을 높이고
생산기술과 시스템을 수출해 스마트농업 기술이
국제경쟁력을 높이는 혁신성장의 동력이 되도록 추진하여야 한다.