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【전문가 기고】 자율주행 농기계 검정기준 및 향후전망- 한태호 한국농업기술진흥원 농기계검정팀장
【전문가 기고】 자율주행 농기계 검정기준 및 향후전망
- 한태호 한국농업기술진흥원 농기계검정팀장

“시험평가 ‘ARPA Protocol’ 국제표준 제정中”

장애물 인식회피·열악환경 극복·작업구획·인명사고 회피 등 4개 항목
자율주행 농기계 신뢰성평가···실증테스트 수행으로 인프라구축 추진

 

자율주행 농기계 기술 및 기준

고성능센서 및 정밀제어기술의 고도화와 더불어 RTK, DGPS 등 GNSS(Global Navigation Satellite System) 기술의 상용화는 자율주행 농기계 개발·보급에 중추역할을 담당해 왔다. 현재 해당 기술을 필두로 자율직진 및 자율선회, 선회 간 작업기 제어가 가능한 자율주행 농기계가 일부 상용화되어 보급 중에 있다.

농작업의 경우, 자율주행 작업 간 정확한 직진 주행이 농업생산성에 지대한 영향을 미치게 된다. 특히, 이앙기와 같이 일정하고 정밀한 작업간격을 요구하는 농기계는 직진 정확도가 최종 작물의 생산성에 영향을 끼치기 때문에 자율직진 경로를 조금이라도 벗어나게 되면 자율주행 기능이 불필요해진다. 따라서 정밀한 직진성 확보를 위해 국내개발 자율주행 농기계는 오차범위 2~4㎝ 수준의 고성능 RTK-DGPS를 탑재해 보급 중에 있다.

현재 이러한 기술수준 및 성능요구에 따라 국내 시험평가 제도는 자율주행 농기계의 목표경로 대비 실제 자율주행 경로에 대한 오차 정밀도가 평가항목으로 적용돼 있다.

 

무인・지능형 농기계 적용기술

자율주행 농기계 기술의 지향점은 영농주의 노동력 소요를 최소화하고, 자동으로 정밀한 농작업을 수행함으로서 영농수익을 극대화하는 것이다. 이러한 기술지향점 끝에는 농기계의 조종자 없이 정밀작업을 수행하는 ‘무인주행기술’과 농기계에 장착된 고성능센서로부터 수집된 정보를 인지해 상황을 판단하고 농기계를 제어하는 ‘인공지능’이 자리하고 있다.

이러한 무인·지능형 농기계에 적용된 기술들을 고려해 OECD 농림업용 트랙터 시험평가 분야의 TWG(Technical Working Group)에서는 무인주행기술과 정보수집센서로 수집된 데이터에 대한 상황인지, 판단, 제어가 가능한 트랙터를 ‘로봇트랙터’로 정의하고 있다.

ISO/DIS 18497-4: ARPA 1 시험평가 방법
장애물 인식회피를 위한 ‘ARPA 1’ 시험평가 시연모습
인명사고 회피를 위한 ‘ARPA 4’ 시험평가 시연모습

해외 로봇트랙터 시험평가

로봇트랙터에 대한 시험방법은 프랑스 국립농림축산식품환경연구소(INRAE: Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement)에서 연구하고 있으며, 우리나라를 포함한 OECD 가입국의 농림업용 트랙터 시험평가 TWG와 공유되고 있다. INRAE에서는 로봇트랙터 시험평가 방법을 ‘ARPA Protocol(Agricultural Robot Performance Assessment Protocol)’이라 명명해 총 4개의 시험을 제시하고 있으며, 3개의 시험방법은 이미 국제표준(ISO)으로 제정하기 위해 현재 국제표준 초안을 배포(ISO/DIS 18497-4)하고 위원회 검토단계를 거치고 있다.

△ARPA 1 : 장애물 인식 및 회피

‘ARPA 1’은 장애물 감지에 관한 시험이다. 로봇트랙터 자율주행 경로 내 놓여진 장애물의 위치에 따라 충돌여부를 스스로 인지해, 충돌이 없다고 판단되면 지속주행 또는 충돌이 예상되면 경보음 발생 및 정지 등의 상황판단·제어를 요구하고 있다. 자율주행 경로의 폭(부착 작업기를 포함한 로봇트랙터의 차폭) 내에 장애물이 감지된 경우 충돌예방을 위한 경보음을 발생시키고 충돌 전에 로봇트랙터가 정지돼야 한다. 다만, 장애물의 위치가 자율주행 경로 폭을 벗어난 곳에 위치(이격거리: 로봇트랙터 자율주행 경로오차의 3배)한 경우 로봇트랙터는 지속해 자율주행 경로를 주행할 수 있도록 규정하고 있으나 장애물과의 충돌은 없어야 한다.

△ARPA 2 : 열악한 환경 속 장애물 인식

‘ARPA 2’는 강우, 안개 등 열악한 환경 속에서의 장애물 인식여부를 확인하는 시험이라고 볼 수 있다. 농기계는 항상 흙, 물 등 열악한 환경에서 작업이 이뤄짐에 따라 사용환경 특성을 고려해 본 ARPA 2가 시험항목으로 고려되고 있다.

해당 시험은 챔버에서 수행할 것을 요구하고 있으며, 강우, 안개로 인한 가시성은 10m 미만의 조건으로 수행돼야 한다. 안개입경은 1㎛에서 10㎛사이 여야 하며, 빗방울의 크기는 0.2㎜에서 25㎜ 이내로 규정돼 있다. ‘ARPA 2’는 로봇트랙터 전체를 대상으로 시험할 필요는 없으며, 장애물 감지시스템만을 실제 로봇트랙터에 장착된 위치와 동일하게 구성해 시험할 수 있다.

시험 요구조건은 강우, 안개로 인한 열악환경 속에서 로봇트랙터 전방으로 제조사가 설정한 경고구역, 위험구역 경계에서 장애물이 정상적으로 감지돼야 한다.

△ARPA 3 : 무인자율주행 Geofencing(Geographic + Fencing)

해외 선진사에서 연구·개발 중인 로봇트랙터 다수가 운전·조종석이 없는 형태를 선보이고 있다. 그러나 충돌사고에 대한 대처를 로봇트랙터에게 의존해야 하는 리스크도 공존한다. 따라서 로봇트랙터는 자율주행하는 작업구획이 정의돼 있어야 하고, 사람의 생활공간과 분리돼 자율주행 간 정의된 작업구획을 벗어나지 못하도록 하는 방안을 강구하고 있다.

‘ARPA 3’는 규정된 형상(Geographic)의 작업구획(Fencing)을 설정하고, 그 구획 내에서 통상의 자율작업, 작업구획 경계선 작업, 경계선을 가로지르는 위치의 작업명령을 지시하였을 때 로봇트랙터의 움직임을 관찰하며, 모든 작업명령에서 로봇트랙터는 작업구획을 벗어나지 않아야 한다.

△ ARPA 4 : 농작물 생육환경에서의 인명사고 회피

농작업을 수행하는 농기계의 경우 재배 중인 작물 사이 또는 작물 위를 주행하거나 심지어 작물을 베고 가야 하는 경우가 있다. 따라서 전방에 감지된 피사체가 장애물, 재배작물, 사람 등 무엇이냐에 따라 대처방법이 상이해야 한다. ‘ARPA 4’는 현재 ISO 표준 설정 전 OECD 농림업용 트랙터 분야 TWG에 우선 공유 중인 시험방법으로, 작물이 생육 중인 환경에서 사람을 정확히 인지하고 사고를 회피하는 능력을 확인하기 위한 시험이다.

시험에는 온도, 크기가 규정된 사람 형상의 더미가 활용될 예정이며, 작물의 생육조건, 더미의 위치 등에 관한 사항을 검토 중에 있다. 시험 요구조건은 시험 중 농기계와 더미의 충돌이 없어야 하며, 사람 인식 시 제조사가 제시한 방식의 사고예방 동작이 수행돼야 한다.

 

시험평가를 통한 신뢰와 인정

농기계 시험평가는 농기계 구매자에게 제조사가 개발한 농기계에 대한 신뢰감을 형성해 주는 것에 큰 비중을 두고 있다. 또한, 첨단기술의 집약체라 할 수 있는 지능형 농기계의 경우 초기 투자비용이 일반 농기계보다 많이 소요되는 것이 사실이다. 따라서 지능형 농기계가 농가에 보급·확산되기 위해서는 지능형 농기계의 생산성 향상, 영농 소득증대, 편리함 등의 효과와 안전성에 대한 신뢰가 필요하다. 고도의 기술이 집약된 지능형 농기계에 대한 안전성 확보를 위해 해외 선진국의 평가방법을 공유·도입하고, 다양한 사용환경, 사용조건에서 실증 테스트를 수행해 농기계의 품질을 보완·개선할 수 있도록 인프라를 조성하는 등 농업인에게 지능형 농기계의 효과를 인정받기 위한 여정을 함께 할 예정이다.

 

 

 

 

 

 

 

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