[논문 리뷰] Review on Application of Drone in Spraying Pesticides and Fertilizers

Sane Souvanhnakhoomman|arXiv (Cornell University)|2024. 01. 03.

Smart Agriculture and AI참고 문헌 16인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 드론을 이용한 농업용 농약 및 비료 살포의 응용을 검토하며, GPS, 아두이노 및 아두파일럿과 같은 컨트롤러, 그리고 스프레이 시스템을 갖춘 UAV를 통해 자동화되고 정밀하며 안전한 공급을 강조한다. 드론 기반 살포가 인간의 화학물질 노출을 줄이고, 적용 효율을 향상시키며 실시간 모니터링을 가능하게 하여 노동력, 물, 화학물질 사용량을 20–90% 절감할 수 있음을 보여준다.

ABSTRACT

In today's agriculture, there are far too many innovations involved. One of the emerging technologies is pesticide spraying using drones. Manual pesticide spraying has a number of negative consequences for the people who are involved in the spraying operation. The result of exposure symptoms can include minor skin inflammation and birth abnormalities, tumors, genetic modifications, nerve and blood diseases, endocrinal interference, coma or death. However, Drone can be used to automate fertilizer application, pesticide spraying, and field tracking. This paper provides a concise overview of the use of drones for field inspection and pesticide spraying. displays different methodologies and controllers of agriculture drone and explains some essential Drone Hardware, Software elements and applications

연구 동기 및 목표

• 농업 분야에서 인간의 건강 위험을 줄이기 위해 드론을 이용한 농약 및 비료 살포의 자동화 역할을 평가하기 위해.
• 농업 살포 작업을 위한 다양한 드론 아키텍처, 컨트롤러 및 하드웨어-소프트웨어 구성 요소를 분석하기 위해.
• 실제 살포 응용에서 다양한 드론 시스템의 효율성, 적재 용량 및 운영 지속 시간을 평가하기 위해.
• 살포 정확도와 커버리지 최적화에 기여하는 핵심 기술 구성 요소(예: GPS, 비행 컨트롤러, 스프레이 nozzles)를 규명하기 위해.
• 방울 분포, 스트로크 폭 및 화학 효율성에 관한 연구 결과를 요약하여 정밀 농업 도입을 지원하기 위해.

제안 방법

• 드론, 살포, 농업과 관련된 关련 키워드를 사용하여 스푸트, 웹 오브 사이언스, 구글 색색을 대상으로 체계적 문헌 검토를 수행하였다.
• BLDC 모터, 리튬 폴리머 배터리, 아두이노 유노 및 아두파일럿메가 등의 비행 컨트롤러를 갖춘 큐브코pter 및 헥사코프터를 포함한 드론 플랫폼을 평가하였다.
• 일반 스프레이어를 사용한 액체 및 고체 물질의 스프레이 시스템을 분석하였으며, 조절 가능한 nozzles와 압력 펌프를 포함하였다.
• RF 송신기, 블루투스, 스마트폰 통합(예: 안드로이드 앱을 통한 큐브코프터 제어)을 이용한 실시간 제어 메커니즘을 검토하였다.
• 환경 모니터링 및 자율 주행을 위한 센서 통합(예: LDR, MQ6, LM35, MPU-6050)을 평가하였다.
• 적재 용량(최대 5.5L), 비행 지속 시간(최대 16분), 방울 크기 및 분포 균일성 등의 성능 지표를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 큐브코프터 대비 헥사코프터와 같은 다양한 드론 구성이 농업 응용에서 살포 효율성과 안정성에 미치는 영향은 어떠한가?
• RQ2 드론을 이용한 정밀하고 자동화된 농약 및 비료 살포를 가능하게 하는 핵심 하드웨어 및 소프트웨어 구성 요소는 무엇인가?
• RQ3 인간의 노동력, 화학물질 사용 및 건강 위험 측면에서 드론 기반 살포는 수동 살포에 비해 어떠한가?
• RQ4 GPS, 비행 컨트롤러 및 실시간 센서가 농업용 드론의 정확성과 자율성 향상에 어떻게 기여하는가?
• RQ5 UAV 기반 살포 시스템을 사용할 경우 적용 균일성, 방울 침착 및 커버리지 스트로크 폭에서 측정 가능한 향상 사항은 무엇인가?

주요 결과

• 드론 기반 살포는 유해 농약에 대한 인간의 노출을 줄여 피부 염증, 종양 및 유전 손상 등의 위험을 완화시킨다.
• 드론의 사용은 정밀하고 자동화된 적용 덕분에 노동력, 물, 화학물질 사용량을 20–90% 절감할 수 있다.
• 아두이노 유노 및 아tmega328 컨트롤러를 장착한 큐브코프터는 1kg의 적재 용량과 16분의 비행 지속 시간을 기록하며 안정적인 성능을 보였다.
• 미니 nozzles와 압력 펌프를 사용한 스프레이 시스템은 GPS 유도 비행 경로와 조합될 경우 방울 균일성과 커버리지가 향상되었다.
• 연구 결과에 따르면 비행 고도와 수목 우산의 구조가 방울 침착에 크게 영향을 미치며, 농작물 위 3–5미터에서 최적의 결과를 보였다.
• MQ6(가스용), LDR(조도용), MPU-6050(자이로스코프 및 가속도계)와 같은 센서의 통합은 실시간 환경 모니터링 및 적응형 스프레이 제어를 가능하게 한다.