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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.52 No.6 pp.111-125
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2018.52.6.111

Uniformity Analysis of Unmanned Aerial Application with Variable Rate Spray System

Young Mo Koo1, Yeonghwan Bae2*
1School of Agricultural Civil and Bio-industrial Engineering, Kyungpook National University, Daegu, 41566, Korea
2Industrial Machinery Engineering Dept., Sunchon National University, Suncheon, 57922, Korea
*Corresponding author: Yeonghwan Bae
Tel: +82-61-750-3266
Fax: +82-61-750-3260
September 17, 2018 November 13, 2018 November 23, 2018

Abstract


In this study, we evaluated the uniformity of deposition rate and particle size distributions of the variable rate application technique using the unmanned rotorcraft by measuring the spray pattern according to path location in the range of spraying flight. The coefficient of variation (CV) of the lateral coverage rate for the overlapped distribution with the spray swath of 3.6 m in both guidance and auto-pilot flight modes maintaining constant flight speed was about 30% and the CV of the coverage rate by the flight path location was extremely small. Therefore, it was assessed that the variable rate application technology compensating for the variation of ground speed was superior in terms of spray uniformity. In addition, the droplet size distributions in both volume median diameter(VMD) and number median diameter(NMD) were adequate for aerial application and uniform in terms of lateral distribution. Thereafter, we intend to contribute to a precise application on small-scaled fields using the unmanned agricultural rotorcraft by the variable rate application.



무인항공 변량방제 시스템의 살포 균일도 분석

구영모1, 배영환2*
1경북대학교 농업토목·생물산업공학부, 2순천대학교 산업기계공학과

초록


본 연구에서는 변량방제기술을 적용한 농용 회전익기를 이용하여 살포한 입자의 구간비행 상태에서의 거리별 살포 패턴을 측정함으로써 무인 항공방제의 농약 부착률과 입자경의 분포 균일도를 평가하였다. 비행을 등속으로 유지하는 안내비행과 자동비행 모드에서 유효살포폭 3.6m로 인접비행 구간과 살포폭 이 일부 중첩된 피복률에 대한 가로방향 분포의 변이계수는 30% 정도를 보였고, 비행방향 진로위치에 대한 피복률의 변이계수는 10% 미만으로 매우 균등한 것으로 평가되었다. 따라서 살포작업시 기체의 지면속도(ground speed)의 변이를 보상하는 변량살포기술은 균일도 측면에서 우수한 것으로 판명되었 으며, 또한 입자경의 분포에 있어서 체적중위직경(VMD)과 개체중위직경(NMD) 모두 항공방제에 적절한 크기와 균일한 분포를 보였다. 따라서 농용 회전익기를 이용하여 소필지의 항공방제작업을 무인화 하는 데 있어, 변량방제장치를 적용함으로써 소규모 필지의 균일 정밀방제를 도모하고자 하였다.



    Kyungpook National University

    서론

    정밀농업의 핵심인 변량살포(VRA, variable rate application)기술은 방제 분야에도 적용이 가능하고, 경제적 효과뿐만 아니라 적정 살포를 통한 환경보전 효과도 기대할 수 있는 등 여러 이점이 입증되었다 (Lee et al., 2005;Murray & Yule, 2007). 지상 에서 운행하는 차량용 변량살포 시스템이 성공적으 로 상용화 되었으나, 빠른 속도로 비행하는 항공방 제의 경우에는 지연시간에 따른 불균일한 살포가 문제점으로 대두되었다(Anglund & Ayers, 2003;Thomson et al., 2009;Thomson et al., 2010).

    농약의 살포기술에 있어 균일도의 유지는 약제의 사용량을 줄이면서 효과를 최대로 유지할 수 있는 환경 및 생산 효율적 영향 요소이다. 따라서 무인 항공방제에 있어 약제의 균일 살포는 현장에서 반드 시 성취해야 할 중요한 과제의 하나이다. 현재 무선 으로 조종하는 무인 회전익기를 이용한 살포작업에 서 조종자가 기체의 속도를 일정하게 등속을 유지하 기가 매우 어려운 실정이다. 특히 소규모 필지의 짧 은 경로(약 50m)에서 무인 항공방제 시에는 연속된 전진 가속, 정지, 선회 후 복귀 가속의 과정에서 등 속을 유지하기가 어려우므로 불균일한 살포를 초래 할 수 있다. 그 대책으로 비례제어 변량살포기술을 도입하여 등속을 유지하기 어려운 비행에 대한 살포 균일도를 향상시킴으로써 방제 효과를 제고하고 낭 비되는 약제를 줄임으로써 환경에 미치는 영향에도 긍정적일 것으로 기대한다(Koo, 2016).

    Koo(2014)b는 농용 회전익기에 상용 자세제어기를 적용하였다. 이 무인 회전익기는 변량 항공방제 살포 기의 테스트 베드로 사용되었고, 살포 균일도를 제고 하기 위한 지면속도 비례 변량살포기술을 적용한 제 어기를 구현하였다(Koo & Park, 2015). 지면 살포속 도에 대응하여 PWM(pulse width modulation) 신호 의 평균 전압을 선형으로 반응하게 함으로써 DC 모 터로 구동되는 펌프를 제어하였다. 변량살포기술을 항공방제에 적용함에 있어, 빠른 비행속도로 인해 살포 지연시간이 면적당 살포량의 오차로 이어질 수 있다. Koo & Seo(2015)는 무인 회전익기에 지면속 도 비례 변량살포기술을 적용함에 있어, 살포장치의 반응을 분석하고 살포량 오차를 평가함으로써 변량 제어 기술의 적용성을 고찰하였다. 지면속도에 비례 하여 약제 살포 펌프에 인가되는 PWM 출력 전압과 DC 모터에 의하여 발휘되는 펌프 압력은 비례하였 으나, 유체의 압력 형성에 절대적인 지연시간(0.4 sec)이 존재하였다. 이에 따른 변량살포 오차는 전 진·복귀 각 구간에 대하여 평균은 -0.03%와 -0.12% 였고, 표준편차는 2.20%와 2.35%를 보였으므로, 변 량제어 기술을 적용함으로써 지면속도의 변이 문제 를 극복하여 제로(0) 오차에 접근함을 확인하였다. 따라서 변량 제어장치의 항공방제에의 적용은 살포 균일도를 제고할 수 있을 것으로 판단되었다.

    Bae & Koo(2013)는 유상하중 20kg급 무인농용 균평 회전익기를 개발함에 있어 기체의 롤 모멘트를 상쇄하는 거양 테일부를 구성함으로써 기체의 균평 을 유지하는 헬리콥터에 대하여 정지 및 살포 비행 에서의 살포 균일도를 분석하여 균평 회전익기의 성능을 검증하였다. 이 연구에서 수동과 자동 비행 에 관계없이 좌우 살포 균일도가 우수한 것으로 평 가되었다. 수동 비행의 경우 평균 20% 정도의 피복 률을 보였으며, 자동비행의 경우에는 25%를 상회하 였다. 또한 살포 분포가 중심으로 집중하는 경향을 보였으며, 유효살포폭(effective swath)에 대한 중 복 패턴분석을 실시하여 20% 정도의 변이계수(CV, the coefficient of variation) 값을 얻었다.

    변량살포 연구와 함께 항공살포의 패턴 연구는 방제 효과를 제고하는데 중요한 역할을 해왔으며, Whitney & Roth(1985)는 WRK string analyzer를 사용하여 살포 패턴을 효과적으로 측정하였다. 또한 Last et al.(1987)은 분무량 분석을 위하여 감수지 를 사용하는 저비용의 영상처리 장치와 관련 프로 그램을 개발한 바 있는데, 이 프로그램은 겹쳐진 입자(doublet)를 분리하여 분석할 수 있다. Bae & Koo(2013)는 정지비행 시험에서는 WRK 시스템을, 구간비행 시험에서는 감수지 방법을 사용하여 살포 패턴을 분석하였다.

    무인 항공방제기에 변량방제기술을 적용함으로써 소규모 필지의 균일 정밀방제를 도모하는 일련의 연 구에서 살포 균일도를 검증하는 단계로서, 본 연구 에서는 구간비행에서의 거리별 살포 패턴의 균일도 를 측정함으로써 무인 회전익기에 적용하는 변량살 포기술의 적합성을 평가하였다.

    재료 및 방법

    1 변량제어 살포 실험

    Figure 1은 변량살포기의 살포 패턴 측정 및 균 일도 평가를 위해 사용한 무인 회전익기와 시험포장 을 나타낸 것이다(Koo, 2014a). 테스트 베드의 제원 과 구성은 Table 1에 제시하였고, 변량살포기에는 Koo & Park(2015)에 의해 개발된 VRA(variable rate application) 모듈과 쌍선형 노즐(twin-flat fan: TJ60-650134VS, 0.42Lpm @207kPa, Spraying Systems Co., Wheaton, IL, US; TeeJet catalog 47) 4개를 중심으로부터 양쪽으로 각각 430mm와 950mm 위치에 장착하였다. 살포비행은 총 2회를 시행하였고, 각각 waypoint 안내 시스템(guidance) 에 의한 등속비행과 숙련된 조종자에 의한 자동모드 (autopilot) 등속추구 비행을 실행한 바 모두 변량제 어 시스템을 작동시켜 살포하였다.

    살포 실험의 최종 분석 목표는 살포 비행거리에 따른 살포율의 균일도를 평가하는 것으로 금호강 둔 치 포장에 Fig. 2와 같이 패턴 샘플링 레이아웃을 구성하였다. 각 진로위치(path location)를 따라 설 치한 감수지 거치대의 전체 길이는 960cm로서 감수 지띠(WSS: water sensitive strip, Ciba-Gaigy Ltd., Basle, CH, 25mm×500mm)를 거치대 중심 으로부터 양쪽으로 각각 9장씩 라인 별로 총 18장을 9m에 걸쳐 부착하였고, 남서(SW)위치부터 Tag 1~18로 명명하였다. 각 거치대의 비행 진로위치는 살포 시점으로부터 25, 30, 35, 40, 45m 거리에 설 치하여 명명하였다(Fig. 3).

    Figure 4는 살포 실험 당시에 풍속과 풍향 등 기 본적인 기상상태를 통합측정기(Krestrel 4500, NK Inc., Boothwyn, PA, US)로 측정한 데이터로서, 풍속은 1m/s 이하였으며, 풍향은 제1비행(Run 1) 에서는 북서풍의 맞바람(headwind)이었고, 제2비 행(Run 2)에서는 순간 북동풍의 좌측풍(left-side wind)으로 살포 패턴에 미소한 영향이 있을 것으로 판단되었다.

    2 살포 비행 모드

    항공방제에 있어 변량살포기술은 GPS 또는 관성 항법 시스템(INS)을 이용하여 살포 지면속도를 측정 하고, 처방에 따른 농약 살포량이 이에 비례하도록 제어함으로써 균일한 방제를 도모한다. 살포 비행 중 NED 비행속도, 경로의 경위도, 오일러 자세각 등의 비행 데이터와 PWM 평균 전압, 노즐 압력 등 변량살포기의 펌프 데이터를 수집하였다(Koo & Park, 2015;Koo, 2016).

    제1비행은 waypoint 안내 시스템의 도움으로 등 속 비행하여 남동에서 북서쪽으로 진행하였고, 제2 비행은 숙련된 조종자가 자동 모드 비행으로 등속추 구 비행을 북서에서 남동으로 조작하였다. 농약의 부착이 중첩됨에 따른 살포 패턴의 누적을 방지하 기 위하여 각 비행에서 복귀 비행을 하지 않았다. 각 비행에서 살포 목표속도는 지면속도로 16.5km/h (4.58m/s)이었으며, 공칭 살포높이는 2.5m이었다.

    Figure 5는 지상제어 시스템(GCS)에 의한 안내비 행과 자동비행에 대한 지상 모니터링 시스템(GMS) 의 캡쳐 화면을 나타낸 것이다. 안내비행에는 목표 속도와 고도 그리고 현재 속도 및 전원 전압 등이 표시되며, 모니터링 시스템에서는 GPS위치 NED 속 도, 방위각 및 지면 살포속도 등을 감시할 수 있다. Fig. 6은 제1비행과 제2비행 과정에서 살포비행 중 인 농용 회전익기와 지면에 설치된 살포 패턴 샘플 링 거치대를 나타낸 것이다.

    3 살포 패턴 및 입자직경 분포 분석

    Figure 7은 살포작업 후 입자가 부착된 감수지를 나타낸 것이다. 감수지에 입자가 뚜렷이 나타나면 즉시 이를 회수하여 투명한 비닐 봉투에 밀봉함으로 써 차후 분석을 위해 감수지의 변색을 방지하였다 (Barry et al., 1978;Azimi et al., 1985). 각 비행 에 대하여 다섯 진로위치에서 18개의 감수지를 각각 10cm 간격으로 5개의 샘플을 분석하였으므로 총 900개의 영상을 처리하여 살포 패턴을 분석하였다.

    살포입자가 부착된 감수지를 영상분석기(SV-35, Sometech, Inc., Seoul, KR)를 통해 화상으로 불러 들이고, 입자 분석 프로그램(i-Solution, v7.3, Burlington, ON, CA)을 이용하여 분석하였다(Fig. 8). 본 실험에서 사용한 감수지와 이미지 분석기를 통해 감지할 수 있는 최소 구직경은 20μm이다. 방제작 업에서 회수한 500mm×25mm 크기의 감수지를 영상처리를 위해 10cm 간격으로 단위면적(1.0cm2, 74,000 pixels)의 크기로 측정창을 선택하여 면적비 87배로 확대하여 영상처리를 하였다. 시료의 분석은 R, G, B 3개의 색채 데이터를 이용하였으며, 시료 영상 데이터에서 문턱값(threshold) 범위 이내의 화 소를 피복 부위로 간주하였다(Koo et al., 2001). 검출된 감수지의 분석치로서 피복면적률(coverage rate)을 사용하였으며, 그 정의는 식 (1)과 같다.

    C = A A t o t × 100 ( % )
    식 (1)

    여기서, C: 피복면적률(%), A: 분무입자의 피복 면적(cm2), Atot: 분석 영역의 면적(cm2)

    상기한 디지털 입자분석기는 입자의 부착자국 면 적을 화소수(pixel)로 나타내므로 식 (2)를 이용하 여 이를 부착원 직경(stained circle diameter)으로 환산한 후, 식 (3)의 Barry et al.(1978)이 제시한 퍼짐비(spread factor)로 구(球)의 직경(spherical diameter)을 추정하였다.

    d s t a i n = A p x ( 4 × 10 8 ) / 74000 π = 41.48 A p x
    식 (2)

    여기서, dstain: 부착원 직경(μm), Apx: 화소수로 표시된 부착면적

    Barry et al.(1978)은 부착원 직경(dstain)과 살포 입자의 구(球)직경의 환산계수를 퍼짐비로 정의하였 는데, 이를 본 연구에서는 식 (3)과 같은 회귀식으 로 표현하였다.

    d s p h = y 0 + a x + b x 2 + c x 3
    식 (3)

    여기서, dsph: 구직경(μm), x ( d s t a i n ) : 부착원 직경(μm)

    회귀식의 계수는 각각 y0=-2.7353, a=0.5242, b=-3.095x10-4, c=6.8517x10-8이었고, Fig. 9에 회 귀 곡선을 나타내었다.

    각 비행과 샘플링 위치에서 포집한 살포입자의 부 착자국(stained deposit) 면적을 구직경으로 환산하 여 그 분포를 대수확률(log-probability) 도표에 그 리면 살포입자의 방제 효과를 예측하거나 항공방제 의 효율성을 평가하는데 기본 자료가 되는 개체중위 직경(number median diameter, NMD, dN.5)과 체 적중위직경(volume median diameter, VMD, dV.5) 을 얻을 수 있다.

    단일비행의 가로 피복 패턴은 유효작업폭을 설 정하는 기본 자료가 되며, 유효살포폭을 고려하여 시행한 인접 구간의 비행 살포폭에 의해 중첩 (overlapped)된 피복면적의 분포에 대한 변이계수 (CV)로 판정한 적절한 균일도에 의해 유효살포폭 이 결정된다. 또한 비행 진로방향의 피복면적비에 대한 변이계수로부터 비행속도의 변이를 보상하 는 변량방제기의 균일도를 평가할 수 있다. 변이 계수는 식 (4)로 정의하고, 인접 중첩 살포에 대 한 변이계수가 최소로 되는 작업폭을 정의할 수 있다(ASABE S386.2, 2013).

    C V = s d × 100 / m e a n ( % )
    식 (4)

    여기서, CV : 변이계수(the coefficient of variance), sd: 표준편차(standard deviation), mean: 평균

    결과 및 고찰

    1 살포 비행 데이터

    Figure 10은 살포가 중첩되지 않도록 한 방향 (one-way)으로 비행하며 살포한 GPS 경로를 나타 낸 것으로서 상기한 바와 같이 제1비행은 안내 시스 템 등속비행으로 남동(SE)에서 북서쪽(NW)으로 진 행하였고, 제2비행은 자동비행으로 등속추구 비행을 북서(NW)에서 남동(SE)으로 시행하였다.

    Figure 11은 제1비행과 제2비행의 살포 구간에서 펌프가 작동한 10~12sec 동안에 대한 지면 살포속 도와 출력 전압 및 펌프 압력의 반응을 나타낸 것이 다. 제1비행은 안내비행으로 목표속도에 근접하여 살포를 하였고 살포속도의 변이(평균 4.63m/s, 표준 편차 0.085)가 낮아 보였으나, 제2비행에서는 속도 허용 범위에는 들었으나 변이(평균 4.91m/s, 표준 편차 0.126)는 어느 정도 있었다. 두 비행에서 펌 프의 반응은 지면속도에 비례하였으며, 시간지연은 0.5~0.8sec 정도이었다.

    2 단일비행 살포 패턴

    Figure 12에 보인 두 가지 시험비행에서의 살포 부착 패턴은 제1비행에서는 진로위치 25m에서 45m 로 비행하였으므로 패턴의 왼쪽이 동체의 왼쪽과 일 치하였다. 제2비행에서는 45m에서 25m 방향으로 비 행하며 살포하였으므로 패턴 그림의 왼쪽이 동체의 오른쪽이다. 전체적인 패턴은 가운데가 오목하게 들 어간 전형적인 M형 패턴이며 노즐의 위치를 조절하 거나 살포 고도를 높이면 다른 형태의 패턴이 형성 될 수 있다(Kang et al., 2010). 일반적으로 단일비 행 살포의 가로 패턴에 대한 CV의 판단은 의미가 없 으며, 유효작업폭에 대하여 중첩하여 CV를 계산함 으로써 유의미한 균일도를 평가할 수 있다. Table 2 에 정리한 바와 같이 단일비행에 대한 평균피복률은 약 15% 정도였으며, 각 진로위치에 대한 변이계수 는 제1 및 제2비행에 대하여 각각 1.69%와 3.20%로 나타났으므로 안내비행(Run 1)이 숙련 조종자에 의 한 자동비행(Run 2)보다 더욱 균일한 살포가 가능 한 것으로 평가되었다. 그러나 변이계수 10% 이하 는 살포작업에 있어 고도의 균일도를 나타내므로 그 차이가 유의미하다고 볼 수 없다.

    3 중첩 가로 패턴과 비행방향 균일도의 분석

    Figure 1314는 단일비행 살포 패턴(Fig. 12)을 기본으로 유효작업폭을 각각 4.5와 3.6m로 설정하 여 인접 살포폭의 일부가 중첩되도록 하였을 때 비 행 진로위치(path location, 20~45m)에서의 살포 패턴을 보인 것이다. 그림에서 [적색]사각형으로 표 시한 유효작업폭에 대하여 평균피복률, 표준편차 및 변이계수를 계산하였다. 유효작업폭이 줄어들면 변 이계수가 낮아져 균일도가 향상 되는데, CV가 30% 내외일 때 적정한 유효작업폭을 얻을 수 있다. 실제 무인항공 살포작업에서는 추천 유효살포폭을 지키도 록 노력해야 비행방향 및 가로방향 균일도가 향상될 것으로 생각된다.

    Table 3에서 보인 가로방향 평균 피복면적률은 살포폭이 중첩되어 있으므로 유효작업폭 4.5m에 대하여 30.5~35.9%, 3.6m에 대하여 28.8~35.3% 를 보여 기본 단일비행 패턴에서 나타난 평균의 약 두 배 정도가 되었다. 중첩된 피복률 분포의 변이 계수는 유효작업폭 4.5m에 대하여 32.9~39.5%, 3.6m에 대하여 26.2~36.2%를 보여 유효작업폭이 줄어들면서 균일도가 향상되었다. 그러나 괄목할 만한 향상을 보이지 못한 이유는 단일비행 M형 패 턴의 한계 때문이며, 제1비행과 제2비행의 변이계 수를 비교하여 볼 때 제2비행의 경우가 약간 더 균평해 보이는 것도 같은 이유로 생각된다.

    본 연구의 주된 관점은 가로 패턴에 대한 분석 을 넘어서 비행 거리별 피복률의 변이계수가 균일 한지에 대한 검증으로서, 변량제어 시스템의 살포 가 균일한지 또한 속도변이에 대한 살포율의 보상 이 이루어지는 지에 대한 분석이다. Table 3에 의 하면 두 비행에서 진로위치에 대한 CV는 유효작 업폭 4.5m에 대하여 각각 1.71%와 1.41%, 유효작 업폭 3.6m에 대하여는 각각 3.2%와 3.64%를 보 였다. 비행진로 거리별 피복률의 변이계수는 유효 작업폭의 감소에 따라 줄어들면서 통계처리상 증 가하는 경향을 보였다. 그러나 변이계수 10% 이하 는 살포작업에 있어 고도의 균일도를 나타내므로 그 차이가 실용적으로 유의미하다고 볼 수 없다.

    4 살포 입자경의 분포

    Figure 15는 모든 샘플링 입자의 부착자국 화 소를 구의 직경으로 환산하여 그 분포를 대수확 률 그래프에 나타낸 것으로서 제1비행과 제2비행 에서 개체중위직경은 각각 89.9μm와 98.2μm, 체 적중위직경은 217.8μm와 230.6μm로 나타나 일 반적인 유인 항공살포의 경우에서 얻어지는 입자 경보다 비교적 큰 것으로 판단되었다. 이는 농용 무인 회전익기는 유인 대형기보다 비행속도와 후 류의 정도가 느리기 때문인 것으로 생각된다. 이 는 항공 소량 살포(low volume application)에서 비산의 우려를 피하고 부착 효율을 제고하는 범 위의 입자경 분포라고 볼 수 있다.

    본 실험에서 사용한 감수지와 화상분석기의 제원 으로 감지할 수 있는 입자의 최소 구직경이 20μm인 것을 고려하면 실제 중위직경은 더욱 낮아질 수 있 으나, 방제를 목적으로 생성되는 입자는 50μm 이상 에서 표면 부착과 방제 효과를 발휘할 수 있으므로 초미세 입자들에 대한 고찰은 방제 효과 연구에서 큰 의미는 없다(Matthews, 2000).

    Figure 16은 각 비행실험에서 가로 샘플링 위 치(tag)에 대한 분포도에서 얻은 NMD와 VMD의 가로방향 분포로서 NMD는 각각 55~132μm와 69~193μm 범위에 있으며, 그 분포의 모양은 단 일비행의 도포율 분포와 흡사하였다. 제1비행의 분포는 M 형태를 보인 반면, 제2비행의 분포는 비대칭형으로 나타났는데, 그 원인은 전술한 바와 같이 순간 북동풍의 좌측풍의 영향인 것으로 판 단된다. Fig. 16(b)의 Tag 15~18의 작은 입자경 과 Fig. 12(b)에서 보인 적은 도포율은 입자들이 Tag 12~14로 편류(drift)한 것으로 해석된다.

    살포입자의 크기는 방제 효과(efficacy) 및 비 산(drift) 등에 영향을 미치는 중요한 요소이며, 노즐에서 생성된 입자경의 분포는 실제 방제목표 (target)에 부착되는 입자의 분포와 다르다. 부착 된 농약 입자경의 분포는 작물에 생리화학적 영 향을 미치는 방제 효과의 직접적인 요소 중의 하 나이며, 또한 항공방제에서 우려되는 편류와 비산 의 정도를 예측할 수 있는 요소이다(Thomson et al., 2013).

    한편 VMD는 제1 및 제2비행실험에 대하여 각각 180~249μm와 132-255μm 범위에 있었고, 이는 비 교적 큰 입자에 의해 주도되어 NMD보다 도포율 분 포에 둔감하게 영향받아 전구간에서 비슷한 분포를 보였다. Tag 15~18의 작은 VMD와 적은 도포율은 Tag 12~14 위치로 입자들이 편류한 것으로 보인다.

    농용 회전익기를 이용한 소필지 항공방제작업 에 변량방제장치를 적용함으로써 균일방제를 도 모하는 연구의 최종단계에서 피복율의 균일도와 입자경의 분포를 평가하였다. 비행속도를 등속으 로 유지하려는 안내비행과 자동비행 모드에서 살 포폭 3.6m로 중첩된 피복률에 대한 가로분포의 변이계수는 30% 정도를 보였고, 비행 방향 진로 위치에 대한 피복률의 변이계수는 10% 이하로서 극히 균등한 것으로 판단되었다. 또한 입자경의 분포에 있어서 가로 분포에서 VMD와 NMD 모두 항공방제에 적절한 크기와 균일한 분포를 보였다.

    따라서 살포 지면속도를 보상하는 변량살포기 술은 균일도 측면에서 우수한 것으로 판명되었으 며, 가로 피복률의 패턴은 노즐의 종류와 위치를 조절함으로써 살포 균일도를 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

    감사의 글

    This Research was supported by Kyungpook National University Research Fund, 2018.

    Figure

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    (a) Test-bed and (b) aerial spraying view to determine spray pattern and uniformity of the variable rate application.

    JALS-52-111_F2.gif

    Sampling layout at Kuemho riverside for determining spray pattern and uniformity of a variable rate application(VRA) system mounted on an agricultural rotorcraft(Agro Heli-4G).

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    Water sensitive strips attached on racks for sampling spray droplets to analyze spray pattern and uniformity along the flight path.

    JALS-52-111_F4.gif

    Wind speed and direction during spray sampling at Kuemho riverside for determining spray pattern and uniformity of the VRA system.

    JALS-52-111_F5.gif

    ‘Click Go’ command of ground control system(GCS) with (a) way-point guidance system and (b) the ground monitoring system(GMS) guiding operator with autopilot mode.

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    Spray test views with (a) way-point guidance system and (b) autopilot mode by a skillful operator for determining spray pattern.

    JALS-52-111_F7.gif

    Blue stained droplets adhered after aerial spraying and sampling area for measuring coverage rate using image processing.

    JALS-52-111_F8.gif

    Total number, area and percent of droplets were determined using an image analyzer(SV-35, Sometech, Inc.) and processing program(i-solution).

    JALS-52-111_F9.gif

    A regression curve of stained diameter and spherical diameter sampled on the water sensitive strip.

    JALS-52-111_F10.gif

    GPS flight paths using (a) guidance way-point and (b) autopilot modes.

    JALS-52-111_F11.gif

    Ground speed variation and responses of PWM voltage and nozzle pressure for (a) guidance(Run 1) and (b) autopilot(Run 2) modes.

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    Spray patterns at the path locations(25-45m) for single-flights of (a) guidance(Run 1) and (b) autopilot (Run 2) modes.

    JALS-52-111_F13.gif

    Overlapped spray patterns for the effective swath of 4.5 m for (a) guidance(Run 1) and (b) autopilot(Run 2) modes.

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    Overlapped spray patterns for the effective swath of 3.6 m for (a) guidance(Run 1) and (b) autopilot(Run 2) modes.

    JALS-52-111_F15.gif

    Droplet size distributions for the entire samples of (a) guidance(Run 1) and (b) autopilot(Run 2) modes.

    JALS-52-111_F16.gif

    Latitudinal distribution of NMD(number median diameter) and VMD(volume median diameter) by the tag samples for (a) guidance(Run 1) and (b) autopilot(Run 2) modes.

    Table

    Specification and dimension of an unmanned agricultural rotorcraft for evaluating the uniformity of aerial application with variable rate application system(Koo & Seo, 2015)

    Descriptive statistics of percent coverages(%) at the path locations (25-45m) for the single flight of (a) guidance(Run 1) and (b) autopilot(Run 2) modess

    The coefficients of variance for the overlapped coverage rates(%) with effective swaths of 4.5 m and 3.6 m by the path locations of (a) Run 1(guidance) and (b) Run 2(autopilot) modes

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