“자율주행 6단계(레벨0~레벨5)로 구분”

▶세계 자율주행 농기계 시장동향

글로벌 리서치 회사 프리도니아 그룹의 ‘2023년 글로벌 농업기계장비’ 보고서에 따르면 세계 농업기계 시장전망은 연평균 3.9%의 성장을 예상하고 있다. 특히 코로나 팬데믹 이후 농산물 수요는 지속적으로 증가했으며, 생산성 향상을 위한 정밀농업에 대한 수요가 빠르게 증가하고 있다. 2022년 Allied Market Research 보고서에 따르면 글로벌 자율주행 농기계의 시장규모는 2020년 15억6010만 달러에서 2030년 115억8888만 달러로 2021년부터 2030년까지 연평균 20.9% 성장할 것으로 예측하고 있다.

정밀농업 및 스마트농업에 대한 수요가 증가할수록, 농업에서 주력품목인 트랙터를 중심으로 자율주행 농기계의 수요가 가파르게 증가하고 있다. 자율주행 농기계는 GPS시스템과 라이다 같은 센서 및 비전시스템이 장착돼 사람의 개입을 최소화하며 작동할 수 있는 농업기계를 말한다. 자율주행 농기계는 주행을 목적으로 하는 트랙터와 트랙터에 부착하는 부착작업기의 자율작업까지 포함하고 있다. 다만 현재의 표준화 노력은 트랙터의 주행 중심으로 추진되고 있어 향후 부착작업기의 자율작업까지 포함해 범위가 확장될 전망이다.

▶자동차·농업기계의 자율주행 단계별 구분

자동차 분야는 ‘International: Society of Automotive Engineers International)’가 정의한 자율주행에 대한 ‘Level(SAE J 3016)’이 제정됨에 따라 전 세계가 공통된 자율주행 레벨을 사용하고 있다.

그러나 농업기계의 자율주행에 대한 레벨 정의는 국내는 물론이고 국제적으로도 제정되어 있지 않았다. 기준이 되는 표준이 없다 보니 정부기관에서 사용하는 자율주행 레벨과 제조사가 사용하는 레벨 수준이 다르고, 유관기관에서 사용하는 기준 역시 차이가 있었다. 국가표준 부재로 인해 정부기관의 농업기계 연구개발사업 추진시 수행기관과의 혼선이 발생 등 차질을 빚기도 했다. 다행히 3년전부터 자율주행 농기계에 대한 자율주행 단계별 레벨 정의를 위한 국가표준 개발사업이 추진됐고, 마침내 2022년11월에 국가표준이 제정됐다.

우선 SAE에서 정의한 자율주행을 이해하기 위해서는 2가지 중요한 개념에 대한 이해가 필요하다. ‘DDT(Dynamic Driving Task)’와 ‘OEDR(Object and Event Detection and Response)’는 자동차 자율주행의 핵심 전제조건이다. DDT는 목적지에 가기 위해 차를 움직이기 위한 구동과 조향, 그리고 어느 속도로 어느 차선으로 가야 할지 판단하는 운전에 대한 종합적인 개념으로, 달리 표현하자면 사람이 차량을 운전할 때 사용하는 손, 발, 눈, 뇌(판단)를 포괄하는 개념이다. OEDR은 DDT를 수행하는 동안의 주변 환경에 대한 대응으로, 일반적인 상황과 돌발 상황에서 OEDR 수행 주체에 따라 레벨을 구분 짓는 중요한 요소가 된다.

‘SAE J 3016’에서 정의한 자율주행 단계에서는 DDT와 OEDR을 수행하는 주체(운전자와 시스템 사이)에 따라 6단계로 Level을 정의하고 있다(표1).

자동차와 농기계의 자율주행에 있어서 가장 큰 차이는 주행과 별도로 농작업 수행을 고려해야 한다는 점이다. 자동차의 물리적 제약은 정해진 도로 위로의 주행과 상황대응에 초점이 맞춰진 반면 농업기계는 비정형 농경지에서 필요한 작업을 설정해야 하는 것이 가장 큰 차이점이다. 농지에서 작업하는 농업기계와 자동차의 OEDR(Object and Event Detedction and Response)의 개념을 달리 적용해야 하는 이유가 여기에 있다. SAE 표준에서 다루는 Object가 자율주행 농기계에서는 작업을 의미하는 Operating으로 변경해 표준기술에 적용된 이유이며, 운전자와 시스템 사이의 농작업 경로설정 및 작업환경 인식주체에 따라서 농기계 자율주행 레벨을 판단하는 중요한 요소이기 때문이다. ‘KS B 7951’은 트랙터의 주행과 더불어 작업경로 생성 및 농작업 모니터링에 대한 인식을 운전자와 시스템 가운데 수행하는 주체에 따라 자율주행 레벨에 적용해 농작업 자동화 수준에 따른 5단계로 분류하고 있다(표2).

즉, 자동차 자율주행은 운전자와 시스템 간의 주도권에 따라 DDT와 OEDR 개념을 중심으로 ‘SAE J 3016’에서 정의한 자율주행 6단계로 분류되고, 농업기계 자율주행은 농작업을 위한 경로설정과 작업인식에 대한 주체를 기준으로 ‘KS B 7951’에서 정의한 자율주행 5단계로 분류된다.

최근 국제표준 제정기관인 ISO TC23 SC19에서는 ISO 18497 개정을 통해 반자율 및 자율주행 농기계의 안전과 관련된 설계원칙, 장애물 대응원칙, 자율주행 작업구역, 검증방법 등에 대한 표준 4종을 제정하고 있다. ISO 18497-1~4 표준 제정이 완료되면 농업기계 자율주행에 대한 요구사항, 개념, 시험방법이 좀 더 구체화 될 것으로 기대된다.

▶자율주행 농기계시장의 확장

글로벌 농기계 회사 중 하나인 Deere(John deer)社는 Blue River의 인수합병을 통해 농업기계 자율주행 본체에 AI 컴퓨터 비전시스템과 머신러닝을 탑재하는데 성공하며 자율주행뿐만 아니라 자율작업 분야에도 성과를 내기 시작했다. 물체를 사람의 눈과 같이 3차원적으로 분석해 크기와 거리를 측정할 수 있고, 작물과 잡초를 구분해 선택적으로 잡초만 제거할 수 있는 제초로봇도 만들었다. 신제품 시장을 대상으로 자율주행이 가능한 다양한 제품개발뿐만 아니라, 이미 보급된 트랙터에 키트만 장착하면 자율주행이 가능할 수 있는 제품개발에도 나섰다. 이를 위해 자율주행시스템 분야의 독보적 기술을 확보하고 있는 Bear Flag Robotics를 인수해 애프터마켓용 자율주행 키트 보급도 시작했다. AGCO나 CNH 같은 대형 글로벌 회사 또한 존디어와 같이 자율주행 및 자율작업을 할 수 있는 로봇 트랙터 개발에 주력하면서, 한편으로는 기존에 보급된 트랙터의 자율주행 업그레이드화 시장도 간과하지 않고 있다는 점은 앞으로 자율주행 농작업에 대한 세계적 잠재수요가 높다는 점을 시사하는 것으로 우리도 주목할 필요가 있다.

▶국내 자율주행 농기계 보급 확대방안

자동차에 자율주행이란 용어가 나온지 10여년이 지났지만 아직은 ‘Level 2’ 수준에 머물러 있다. 하지만 ‘Level 2’ 수준의 자율주행 기능유무는 차량을 구매하는 소비자의 의사결정에 큰 영향을 미치고 있다.

농업기계는 농작업의 특성상 같은 반복작업이 이뤄지기 때문에 단순히 A지점에서 B지점으로 이동하는 A·B라인 직진주행 기능만으로도 작업자에게는 큰 이점을 안겨 준다. 예를 들어 일반 트랙터로 로터리 작업을 수행하는 경우 작업상태 확인을 위해 수시로 뒤돌아봐야 하는 작업과정은 전방주시를 소홀히 할 수밖에 없어 사고위험이 늘 도사리고 있다. 또한, 장시간 반복작업으로 이뤄지는 농작업의 경우에는 반복작업에 따른 작업 피로도와 압박강도가 높을 수밖에 없다. 농작업 분야에 자율주행이 가능해지면 이와 같은 사고 위험성과 작업 피로도를 낮출 수 있다.

현재 글로벌 농기계 기업의 자율주행 기술과 비교해 국내 농기계 기업의 자율주행 개발기술 수준은 한참 뒤져있는 것이 사실이지만 직진 자율주행의 경우에는 고정밀 위치정보기술을 사용해 오차범위 2㎝ 이내로 작업이 가능할 정도로 정밀도 면에서 뒤처지지 않는다. 따라서 국내 자율주행 농기계의 활성화를 위해서는 운전자가 설정한 직진 경로만을 자율주행할 수 있는 ‘Level 1’ 기능의 농업기계 개발과 보급확대에 초점을 두는 것이 현실적인 대안일 수 있다. 특히 자율주행 기술적용으로 작업 피로도 경감과 인력절감 효과가 큰 분야인 방제작업, 고령화 인력을 대체하기 위한 소형운반차·야간 자율작업 등 작업효율성과 농작업안전을 고려한 농업기계 분야에 우선적으로 접목되는 것이 고령화와 농촌인력감소로 어려움을 겪고 있는 우리나라 실정에 적합할 것으로 판단된다.

최근 들어 농업은 ICT와 IoT의 발달을 통해 시설농업 및 수직농장의 자동화와 농업용 로봇을 활용한 노지경작 자동화를 비롯해 작물의 생산, 수확, 포장, 유통에 이르기까지 광범위하게 자동화가 진행되고 있다. 무인트랙터, 무인항공기의 상용화로 노지경작의 자동화가 증가하고 있으며 과채류 수확로봇, 다수의 농업용 군집로봇 등의 연구가 진행되고 있다. 현재 농업은 최첨단 기술과의 결합으로 커다란 반환점을 겪고 있다. 미래농업을 향한 가능성의 현실화가 진행 중에 있으며, 예견되는 문제점은 충분히 극복할 수 있을 것으로 기대된다. 전 세계적으로 농업에 대해 높아진 관심도와 농업의 혁신이 이뤄지고 있어 미래농업으로 향하는 가장 좋은 시기라고 여겨진다.

또한, 세계 농기계시장의 지속적 성장세와 세계인구 증가에 따른 첨단 농업기계의 수요증가를 고려하여 볼 때, 농업기계 산업의 정책적 지원 및 투자·개발을 통해 세계시장으로의 진출을 확대해야 할 것이다. 최근 미국 및 일본에서는 데이터 기반의 디지털 농업이 보편화되고 있으며, 친환경 농업기계의 개발과 더불어 농업용 로봇, 자율주행 농업기계의 개발·보급이 이뤄지고 있다는 점에서 국내에서도 산업환경에 대한 분석과 선제적 투자, 지원을 통해 경쟁력 제고가 필요할 것이다.

◇노후 농업기계 미세먼지 저감대책

환경부 자료에 따르면 트랙터·콤바인 등의 내연기관 농기계의 대기오염 물질 배출량은 연간 약 3만톤이 발생하고 있다. 지난 2019년 ‘미세먼지 특별대책위원회’에서 경유사용 농기계를 미세먼지 대책 중점 추진계획에 포함하면서 ‘노후 농업기계 조기폐차 지원사업’이 진행되고 있다.

농식품부는 2021년과 2022년에 총사업비 243억 원이 투입된 ‘노후 농업기계 조기폐차 지원사업’을 시범사업으로 추진한 바 있으며, 2022년 예비타당성 조사를 통과해 2024년부터 본 사업이 시행될 예정이다. 2013부터 배기가스 배출허용기준이 적용된 2012년 이전 생산된 경유사용 트랙터, 콤바인 3200대에 대해 규격·내용 연수에 따라 트랙터는 131만원~2249만원, 콤바인은 100만원~1310만원을 시범사업을 통해 지원한 바 있다.

또한, 2024년부터 시작되는 본 사업을 통해 2026년까지 추진해 누적 3만2250대를 조기폐차 할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

◇ 첨단 무인자동화 농업생산 시범단지 조성

농업인구 감소 및 고령화에 따른 농촌 일손 부족 문제에 대응하기 위한 디지털뉴딜 과제로 첨단 무인·자동화 기술을 적용한 미래 농업생산 시범단지 조성사업이 2020년부터 2023년까지 총사업비 400억원이 투입돼 추진되고 있다.

전남 나주시 전라남도농업기술원 부지에 구축 중인 첨단 무인자동화 농업생산 시범단지에는 무인자동화 시스템 구축을 위해 무인·자동화 농작업, 데이터 수집, 실시간 모니터링 등 무인 농업생산에 필요한 인공지능(AI)·빅데이터 기반의 통합관제 플랫폼 기술적용이 이뤄질 예정이다. 이와 함께 사물인터넷(IOT) 기술이 적용된 첨단농기계 운영에 적합한 미래형 농경지 조성 및 자동 관수·배수 시스템이 설치된다. 시범단지는 50㏊ 규모로 관제센터(1500㎡), 농기계창고(2300㎡), 육묘장(1460㎡)이 들어서고, 논 2.5㏊, 밭 1.1㏊의 실증단지에서 쌀 및 콩·보리 등의 작물을 무인자동화로 생산하게 되며, 2024년부터 본격적으로 운영할 계획이다.

◇ 지능형 농기계 실증단지 조성

무인자율주행 농기계 등 고성능·고품질 농기계 개발촉진과 더불어 수출경쟁력을 확보하고 우리나라 농기계산업을 글로벌 농기계산업으로 도약할 수 있는 기반조성을 위해 지능형 농기계 실증단지 조성사업이 2023년부터 2026년까지 총사업비 1092억원이 투입돼 추진되고 있다.

전북 새만금 농생명용지 5공구 첨단농업시험단지에 첨단 무인자율주행 농기계 실증을 위해 95㏊ 규모로 논농업농기계·밭농업농기계용 실증부지, 주행실증부지, 기반시설 등 실증부지를 구축하고, 5㏊에 종합관리동, 검인증분석실, 격납고 등 실증지원센터를 설치할 계획이다.

이를 통해, 국산 무인자율주행 농기계 및 부품의 성능·품질향상 제고, 무인자율주행 농기계 현장실증 및 성능평가에 나서게 된다. 2023년에는 기본설계와 실시설계를 추진하고 내년부터 본격적인 공사에 들어갈 계획이다.

◇ 친환경 전기농기계 보급

정부는 탄소중립 정책을 실현하기 위해 화석연료 중심의 내연기관 농기계를 전기농기계 등으로 전환 추진하는 내용을 농식품분야 2050 탄소중립 추진전략(안)에 포함했으며, 친환경동력원(전기, 수소전지용) 농업기계 개발 및 이용을 유도하기 위해 전기농기계 개발·보급이 필요한 실정이다.

농기계 생산업체에서 전기농기계 등 친환경동력원 농기계 개발을 위해 정부의 전기농기계 구입보조금 지원정채 수요가 높은 만큼 2022년부터 전기용 농기계 개발이 추진되고 있으며, 2024년부터 전기용 농기계 보급지원 시범사업을 추진할 계획이다.

◇ 농업용 로봇 개발

농업경영주의 고령화 심화로 농촌의 일손부족이 심각한 실정으로 농업용 로봇으로 노동력 대체가 필요한 시점이다. 이에 따라 2000년부터 농업용 로봇개발이 추진돼 왔으며 시설농업용 로봇인 접목로봇, 파프리카 유리온실 방제로봇 등이 실용화되어 보급되고 있다.

미래농업은 영농의 정보화·무인화·로봇화로 환경적 제약요건을 극복하고 생산성을 향상할 수 있는 새로운 형태의 영농시스템 마련이 필요하며, 농업용 로봇의 수요는 더욱 확대될 것이다.

아울러 농식품부는 ICT융합 한국형 스마트팜 개발을 위해 3단계 전략을 수립해 표준화 및 국산화를 추진하고 있다. 스마트 농작업 활성화를 위해 로봇 및 지능형 농기계, 농작업 자동화 및 시스템을 농업현장에 적용할 계획을 추진중에 있다. 다목적 농작업이 가능하며 고령자·여성이 활용하기 쉬운 밭농업 로봇기술 개발을 추진하고, 개발된 농업용 로봇을 농업현장에 보급할 계획이다.

◇ 농기계 산업의 발전 방향

농업분야에서 농기계는 없어서는 안될 필수자재이다. 농업인구의 감소와 고령화로 인한 농업기계의 수요증대, 탄소중립 정책으로 인한 친환경 농기계, 인공지능(AI)·자율주행 농기계 등 농기계산업은 시대 및 환경의 변화와 함께 움직이고 있다.

미래농업은 데이터와 디지털에 기반한 정밀농업으로 구현될 수 있으며, 자동화·로봇화 등의 첨단 ICT기술이 접목된 모듈화 기술, 디지털 요소기술 등이 원활하게 탑재·운영될 수 있도록 적극적인 연구·개발이 필요하다. 또한, 온실가스 배출감소라는 세계적인 흐름을 볼 때, 전기·수소 농기계 등의 친환경 농기계의 개발과 보급은 불가피한 추세라고 할 수 있다. 시대의 흐름에 따라 첨단농업, 친환경농업으로의 전환은 농기계 산업이 직면한 과제이며, 농기계산업 투자활성화 및 기술개발·보급 환경조성, 정책적인 지원은 정부의 몫이다. 변화하는 환경에서도 농기계산업 차원의 다양한 노력이 이뤄지고 있으며, 농식품부는 우리 농업의 후방산업인 농기계산업이 미래경쟁력을 갖출 수 있도록 생태계조성, 친환경 농기계 기반기술 구축 및 첨단 무인자동화기술 지원에 힘쓰겠다.

사진1: 첨단 무인자동화 농업생산 시범단지

사진2: 지능형 농기계 실증단지 조성

사진3. 농업용 로봇

※ 시농초월에는 사진1만 넣어주세요.