손장우 (Harrison Jangwoo Son)     넷매니아즈 | (주)엔앰씨컨설팅그룹 대표이사     son@netmanias.com

말, 젖소, 산양 등의 방목지에서는 봄~가을은 수풀 성장 시기로 수풀의 우거짐, 잡초의 목초지 침식으로 정기적인 제초가 필요하며, 겨울에는 적설량이 10cm를 넘으면 말의 방목이 불가하여 즉각적인 제설 작업이 필요하다.

그런데, 방목지는 속성상 면적이 방대하여 크게는 수만평에 이르며 목장에서는 일년 내내 많은 인력의 장시간, 고된 노동이 행해지고 있어 노동 환경 개선과 작업 효율화가 요구되고 있다.

이러한 상황을 타개하기 위해, 샤프(과제 총괄, 5G 특화망 장비 제공), 조화기연(드론카메라와 AI를 이용한 트랙터 경로 최적화 개발), 얀마(자율주행트랙터 원격제어 시스템 개발) 등은 2022년 11월부터 2023년 2월까지 약 3개월동안 일본 훗카이도내 빅레드팜 목장에 방목지 관리 시스템(무인 자율주행 트랙터의 자동 제초 및 제설)을 개발•구축했다[1][2][3].

그림 1. 무인 자율주행 트랙터•드론•5G 특화망•AI•원격조작을 이용한 방목지 관리 (제초 및 제설 인력절감)

훗카이도 빅레드팜 목장에 구축된 방목지 관리 시스템은 ► 드론과 AI를 이용한 트랙터의 최적 자율주행 경로 생성 ► 생성된 경로대로 트랙터가 무인 자율주행하며 방목지 제초•제설작업 수행 ► 무인 자율주행의 안정성 담보를 위한 사람에 의한 원격 감시•조작 ►  이동•차량형 5G 특화망을 여러 목장 공유하는 구조이다. 

► 드론과 AI를 이용한 자율주행 트랙터의 최적 주행경로 생성

드론은 광대한 방목지를 주행하며 방목지 상황을 촬영하여 5G 특화망을 통해 이동차량내 AI 서버로 스트리밍해준다. AI 서버는 이를 분석하여 자율주행 트랙터의 최적 주행 경로를 생성하고(방목지내 나무, 장애물, 습지대, 목초의 밀도 및 발달 상황 등을 고려), 이를 5G 특화망을 통해 트랙터로 전달해준다.

► 생성된 경로대로 트랙터가 무인 자율주행하며 방목지 제초•제설작업 수행

무인 자율주행 트랙터는 수신된 최적경로대로 제초(봄,여름, 가을), 제설(겨울) 작업을 수행한다. 현재의 자율주행 트랙터는 장애물이 있으면 정지해 버려 장애물이 많은 방목지에서 자동 작업이 이루어 지지 않고 사람의 개입이 필요하지만, 드론 영상 기반으로 AI가 생성한 최적경로(장애물 검출하고 주행경로에서 제외)를 따라 주행하므로 트랙터가 정지하지 않고 원활하게 작업을 계속할 수 있다.

► 무인 자율주행의 안정성 담보를 위한 사람에 의한 원격 감시•조작

트랙터에 4K 카메라가 탑재되고 카메라 영상이 5G 특화망을 통해 실시간으로 차량내 AI 서버로 전달되고 4K 모니터에 표시된다.

AI 서버는 이 영상을 분석하여 트랙터 주변 상황을 자동으로 감지한다. 예를 들어, 트랙터 근처로 말이 질주해오는 경우처럼, 트랙터내 근접센서에서 파악할 수 없는 경로상의 장애물의 움직임을 예상하고 감시원에게 알람을 전송한다. 감시원은 4K 모니터 화면을 보면서 현 상황을 파악하고 트랙터를 긴급 정지시켜 무인자율주행의 안전성을 확보한다. 

►  이동•차량형 5G 특화망 코어/기지국 기반의 5G 특화망 즉각•임시 구축

목장내에는 DAS (Distributed Antenna System: 분산형 안테나 시스템, 5G 특화망에서 볼 때 5G 특화망 커버리지 확장을 위한 증폭기를 갖는 외부 안테나)의 자국(DAS Remote Unit)만 고정형으로 설치되고, DAS 친국(DAS Master Unit)과 5G RU, DU, CU, 5G 코어는 이동 차량에 설치된다. 드론트랙터 카메라영상 해석용 AI 서버와 트랙터 원격 감시조작 시스템도 차량내 함께 탑재된다. 

목장내에는 저가인 DAS 자국만 설치되고, 복수의 목장이 하나의 이동형 5G 기지국과 5G 코어를 공유하므로 여러 목장에서 제초•제설 작업을 실시할 때 5G망 비용이 대폭 감소된다는 것이 큰 장점이다. 제초•제설 작업은 매일 일상적으로 실시하는 것은 아니므로 고가의 5G 코어와 기지국을 목장에 구축하지 않고 작업을 실시할 때만 이동형 5G 특화망 차량을 통해 목장내 5G 특화망을 임시로 구축하는 모델이다. 

 
이동형 5G 특화망은 한 목장에서 작업이 끝나면 DAS 자국과 친국간에 케이블을 빼고 다른 목장으로 이동하여 해당 목장에 설치되어 있는 DAS 자국과 차량내 DAS 친국을 연결하여 해당 농장내 5G 특화망을 즉각적으로 구축한다. 

마치며

빅레드팜 목장은 높은 높은 강도, 직원의 고령화, 신규 직원의 감소로 인력 부족 문제를 극복하기 위해, 자율주행 트랙터, 드론, 5G 특화망, AI 기반의 목장 관리 시스템을 도입하였다. 이를 통해, 방대한 방목지에서 막대한 노동력이 요구되는 제초•제설 작업을 자동화하여 노동 환경을 개선시키고, 노동인력을 절감시키고, 작업 효율을 향상시켰다.

목장 관리 시스템에서는 방목지의 커버리지가 매우 크고 대용량의 카메라 영상 전달이 필요하여 5G 특화망 도입이 필수적이나 5G장비가 고가라는 문제가 있어 이를 극복하기 위해 이동형 5G 특화망 차량 (차량에 5G 코어, 5G기지국 장비와 응용 서버를 설치)을 도입하여 목장내 5G망 구축 비용을 대폭 절감시켰다. 

[1] 샤프 보도자료, 로컬 5G를 활용한 광대한 방목지 관리 실증 - 방목지의 제초·제설 작업 인력 절감, 2023.02.16
[2] 샤프, 광대한 방목지에 있어서의 로컬 5G를 활용한 제설이나 초지 관리 등의 효율화·인력절감화, 일본 총무성 로컬 5G 실증 보고서, 2023년 3월
[3] 일본 총무성 동영상 채널, 광대한 방목지에 있어서의 로컬 5G를 활용한 제설이나 초지 관리 등의 효율화·인력절감화, 2023.06.13