전 세계적인 물 부족과 농업용수 사용 효율 저하라는 이중고에 직면하여, 경험이나 고정된 순서에 기반한 기존 관개 모델은 더 이상 지속 가능하지 않습니다. 정밀 관개의 핵심은 '수요에 따른 공급'에 있으며, '수요'를 정확하게 파악하고 효율적으로 전달하는 것이 핵심적인 과제가 되었습니다. HONDE는 고정밀 토양 수분 센서와 저전력 광역 LoRaWAN 데이터 수집 및 전송 기술을 심층적으로 통합하여 차세대 지능형 관개 사물인터넷(IoT) 솔루션을 개발했습니다. 이 시스템은 전례 없는 경제적 효율성, 신뢰성 및 적용 범위를 자랑하며, 현장의 실제 수분 조건을 기반으로 관개 결정을 '추측'에서 '데이터 기반'으로 전환하여 관개 농업의 디지털 전환을 위한 견고한 기술적 토대를 제공합니다.
I. 시스템 구성: "토양 생체 신호"에서 "클라우드 의사결정"까지 원활한 연결
인지층: 뿌리 시스템 깊숙이 침투하는 "물 탐사대"
HONDE 다층 토양 수분 센서: 작물의 핵심 뿌리층(예: 20cm, 40cm, 60cm)에 설치하여 토양의 체적 수분 함량, 온도 및 전기 전도도(EC)를 정확하게 측정합니다. 이 센서의 데이터는 작물의 "수분 공급량"과 토양 용액 농도를 직접적으로 반영하여 관개 방향을 결정하는 데 궁극적인 근거를 제공합니다.
전략적 지점 배치: 경작지의 토양 질감, 지형 및 작물 재배 지도의 변화를 바탕으로 격자 기반 또는 대표 지점 배치를 수행하여 경작지 전체에 걸친 물의 공간적 분포를 정확하게 반영합니다.
전송 계층: 거대한 "보이지 않는 정보 고속도로"
HONDE LoRa 데이터 수집기: 토양 센서에 연결되어 데이터 수집, 패키징 및 무선 전송을 담당합니다. 초저전력 소비 특성과 소형 태양광 패널을 결합하여 유지보수 없이 3~5년간 연속 현장 작동이 가능합니다.
LoRaWAN 게이트웨이: 지역 허브 역할을 하며, 반경 3~15km 내의 모든 데이터 수집기가 전송하는 데이터를 수신하여 4G/이더넷을 통해 클라우드에 업로드합니다. 단일 게이트웨이로 수천 에이커, 심지어 수만 에이커에 달하는 농지를 손쉽게 커버할 수 있으며, 네트워크 구축 비용 또한 매우 저렴합니다.
의사 결정 및 실행 계층: 데이터에서 실행에 이르는 지능형 폐쇄 루프
클라우드 기반 관개 결정 엔진: 이 플랫폼은 실시간 토양 수분 데이터, 작물 종류 및 생육 단계, 기상 증발 요구량(통합 가능)을 기반으로 관개 필요량을 자동으로 계산하고 관개 처방을 생성합니다.
다양한 제어 인터페이스: API 또는 사물 인터넷 프로토콜을 통해 중앙 회전식 스프링클러 관개기, 점적 관개 솔레노이드 밸브, 펌프 스테이션 등 다양한 관개 장비를 유연하게 제어하여 시간, 수량 및 구역 측면에서 정밀한 제어가 가능합니다.
II. 기술적 이점: LoRaWAN과 토양 수분 센서를 사용하는 이유는 무엇일까요?
초장거리 및 강력한 커버리지: LoRa 기술은 긴 단일 홉 전송 거리를 통해 개활지 농경지에서 탁월한 통신 이점을 제공하며, 고가의 중계 장비 없이도 넓은 농경지의 신호 커버리지 문제를 완벽하게 해결합니다.
극도로 낮은 에너지 소비량과 운영 및 유지 보수 비용: 센서 노드는 대부분의 시간 동안 "절전" 상태에 있다가 하루에 몇 번만 깨어나 데이터를 전송하므로, 태양광 발전 시스템은 지속적인 강우에도 안정적으로 작동하여 거의 "제로 에너지 소비" 및 "제로 배선" 설치를 실현하고 총 소유 비용을 크게 절감합니다.
고밀도 및 대용량: LoRaWAN 네트워크는 대규모 단말기 접속을 지원하여 현장에 적절한 밀도로 센서를 배치할 수 있도록 함으로써 토양 수분의 공간적 변화를 정확하게 파악하고 가변 관개 시스템의 기반을 마련합니다.
탁월한 신뢰성: 허가받지 않은 서브 GHz 주파수 대역에서 작동하여 강력한 간섭 방지 능력과 우수한 신호 투과력을 갖추고 있으며, 작물 생육 기간 동안의 수목 변화 및 강우와 같은 복잡한 환경에도 안정적으로 대처할 수 있습니다.
iii. 핵심 적용 시나리오 및 정밀 관개 전략
임계값 기반 자동 관개
전략: 작물 종류와 생육 단계별로 토양 수분 함량의 상한 및 하한 임계값을 설정합니다. 센서가 수분 함량이 하한 임계값 미만임을 감지하면 해당 구역의 관개 밸브에 자동으로 개방 명령을 내립니다. 상한 임계값에 도달하면 밸브는 자동으로 닫힙니다.
가치: 작물 뿌리 부분의 수분 함량을 항상 이상적인 범위 내로 유지하고, 가뭄 및 홍수 스트레스를 방지하며, 필요에 따라 물을 공급하는 "수분 보충" 시스템을 구축하여 평균 25~40%의 물 사용량을 절감할 수 있습니다.
2. 공간적 변이에 따른 가변적 관개
전략: 격자 형태로 배치된 센서에서 수집된 데이터를 분석하여 경작지의 토양 수분 공간 분포 지도를 생성합니다. 이를 바탕으로 시스템은 가변 기능 관개 장비(예: VRI 중앙 회전식 스프링클러)를 작동시켜 건조한 지역에는 더 많이, 습한 지역에는 적게 또는 전혀 물을 주지 않도록 합니다.
가치: 경작지 전체에 물 공급의 균일성을 크게 향상시키고, 토양 질감의 불균형으로 인한 수확량 감소 문제를 해결하며, 물을 절약하면서 균형 잡힌 생산량 증가를 달성하고, 물 사용 효율을 30% 이상 개선합니다.
3. 물과 비료의 통합 지능형 관리
전략: 토양 EC 센서 데이터를 활용하여 관개 후 토양 염분 변화를 모니터링합니다. 관개 시 작물의 영양 요구량과 토양 EC 값을 기준으로 비료 주입량과 시기를 정밀하게 조절하여 “물과 비료의 연동”을 실현합니다.
효능: 과다 시비로 인한 염해 및 양분 유실을 방지하고, 비료 이용률을 20~30% 향상시키며, 토양 건강을 보호합니다.
4. 관개 시스템의 성능 평가 및 최적화
전략: 관개 전, 관개 중, 관개 후 다양한 깊이에서의 토양 수분 변화를 지속적으로 모니터링하면 관개수의 침투 깊이, 균일성 및 관개 효율을 정확하게 평가할 수 있습니다.
가치: 관개 시스템에 존재하는 문제점(노즐 막힘, 파이프 누수, 비합리적인 설계 등)을 진단하고, 관개 시스템을 지속적으로 최적화하여 관개 시스템 자체의 효율적인 관리를 실현합니다.
IV. 시스템으로 인해 발생한 근본적인 변화
"적절한 시기의 관개"에서 "필요에 따른 관개"로: 의사결정의 기준이 달력상의 시간에서 작물의 실제 생리적 요구로 바뀌어 최적의 수자원 배분이 가능해집니다.
"수동 검사"에서 "원격 인식"으로: 관리자는 휴대폰이나 컴퓨터를 통해 모든 경작지의 토양 수분 상태를 종합적으로 파악할 수 있어 노동 강도를 크게 줄이고 관리 효율성을 향상시킬 수 있습니다.
"균일 관개"에서 "정밀 변수 관개"로: 경작지의 공간적 이질성을 인식하고 관리하여 관개 방식을 광범위한 방식에서 정밀한 방식으로 전환하는 것은 현대 정밀 농업의 핵심 본질과 일맥상통합니다.
“물 보존이라는 단일 목표”에서 “생산량 증대, 품질 향상 및 환경 보호라는 다중 목표 시너지”로: 작물의 최적 수분 상태를 유지하여 생산량 증대와 품질 향상을 도모하는 동시에, 지하수 침투 및 유출을 줄이고 농업 비점오염원 발생 위험을 낮춥니다.
V. 실증 사례: 데이터 기반의 물 절약 및 생산량 증대라는 기적
미국 중서부의 850에이커 규모 원형 스프링클러 농장에서 관리자들은 HONDE LoRaWAN 토양 수분 모니터링 네트워크를 구축하고 이를 중앙 회전식 스프링클러의 VRI 시스템과 연동했습니다. 한 재배 시즌 동안 시스템을 가동한 결과, 토양의 모래 함량이 고르지 않아 농장 면적의 약 30%가 수분 보유 능력이 매우 떨어지는 것으로 나타났습니다.
전통적인 모델: 전 지역에 걸쳐 균일한 관개가 이루어지고, 건조 지역에서는 물이 부족하며, 모래 지역에서는 물이 깊숙이 스며듭니다.
지능형 가변 모드: 이 시스템은 모래 지대를 지날 때는 스프링클러가 물 분사량을 자동으로 줄이고, 수분 보유력이 낮은 지역을 지날 때는 분사량을 늘리도록 제어합니다.
결과: 전체 생육 기간 동안 총 관개 용수가 22% 감소했음에도 불구하고, 가뭄 스트레스로 인한 수확량 감소 지점이 해소되어 옥수수 평균 수확량이 8% 증가했습니다. 물 절약과 생산량 증가로 인한 직접적인 경제적 이익만으로도 시스템 투자 비용을 1년 안에 전액 회수할 수 있었습니다.
결론
관개 농업의 미래는 데이터 인텔리전스에 의해 좌우될 것입니다. HONDE의 LoRaWAN 기반 지능형 토양 수분 모니터링 시스템은 넓은 커버리지, 낮은 전력 소비, 높은 신뢰성, 간편한 설치라는 탁월한 장점을 바탕으로 정밀 관개 대규모 구현에서 핵심적인 문제점이었던 "측정 오류, 데이터 전송의 어려움, 정밀 제어의 어려움"을 성공적으로 해결했습니다. 마치 농지에 "신경망"을 구축하여 물의 흐름을 감지하고, 모든 물방울이 필요한 곳으로 정확하게 공급되도록 하는 것입니다. 이는 단순한 기술 혁신을 넘어 관개 관리의 패러다임 혁명을 의미합니다. 농업 생산이 자연 강우와 광범위한 침수 관개에 의존하던 시대에서 벗어나, 실시간 토양 데이터를 기반으로 한 지능적이고 정밀한 관개 시대로 완전히 전환되었음을 보여주는 중요한 사례이며, 전 세계 물과 식량 안보를 보장하는 복제 가능하고 확장 가능한 현대적인 솔루션을 제공합니다.
HONDE 소개: HONDE는 농업 사물인터넷(IoT) 및 스마트 수자원 관리 분야의 선도적인 기업으로서, 최적의 통신 기술과 정밀한 농업 센싱 기술을 통합하여 고객에게 감지, 전송, 의사 결정 및 실행에 이르는 전 과정에 걸친 지능형 관개 솔루션을 제공하는 데 전념하고 있습니다. 우리는 모든 물방울에 데이터를 부여하는 것이 지속 가능한 농업 발전을 이루는 가장 효과적인 방법이라고 굳게 믿습니다.
토양 센서에 대한 자세한 정보는 혼데 테크놀로지 주식회사에 문의하십시오.
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게시 시간: 2025년 12월 15일