가시박 드론과 AI로 제압

'식물계 황소개구리' 가시박…드론과 AI 기술로 제압한다

/중앙일보

 

 

 

지난 2014년 서울 여의도 샛강 생태공원에 퍼진 가시박. 중앙포토

2009년 환경부가 생태계 교란 식물로 지정한 외래식물 가시박. 엄청난 번식력을 자랑해 '식물계의 황소개구리'로 불린다.

가시박은 덩굴 길이가 최대 12m에 이르고, 한여름에는 하루에 30㎝까지 자라면서 주변 식물을 뒤덮어 말라죽게 한다.

2010년 19만5650㎡이던 가시박 분포 면적은 2013년 26만1750㎡로, 2016년 29만9100㎡로 늘어난 것으로 환경부는 파악하고 있다.
6년 사이 두 배로 늘어나면서 강변과 숲속, 농경지까지 위협하고 있다.

전문가들은 "가시박을 없애려면 1년에 여러 차례 제거해야 하고, 7년 이상 꾸준히 방제해야 한다"고 말한다.

최고 82% 정확도까지 진척

드론으로 가시박 서식지를 고해상 영상으로 촬영 모습. 자료=한국환경정책평가연구원.

 

골칫거리인 가시박을 효과적으로 방제하는 데 도움이 될 기술이 개발되고 있다.

바로 무인기(드론)와 인공지능(AI) 기술을 접목한 기술이다.

17일 한국환경정책·평가연구원(KEI)이 공개한 '생태계 교란 식물 분포도 구축을 위한 드론 영상과 이미지 검색기술의 적용 가능성 검토 연구' 보고서는 이 같은 기술 개발 내용을 담고 있다.

연구팀은 이미지 학습과 분류에서 가장 많이 사용하는 컨볼루션 신경망(CNN: Convolution Neural Network)을 학습시켜 가시박 '분류기'로 활용했다.

연구팀은 우선 가시박 이미지 375장과 가시박이 아닌 이미지 375장 등 총 750장의 이미지를 가시박 식별 학습에 활용했다.

실제 학습 과정에서는 이미지 향상 기법을 통해 이들 이미지를 5000장의 이미지로 만들어 '분류기'를 학습시키고, 제대로 식별하는지를 테스트했다.

 

분류기는 빠르게 95% 정도의 식별 정확도를 보였다.

다양한 이미지로부터 가시박을 식별하도록 학습하는 과정. 자료: 한국환경정책평가연구원

연구팀은 분류기의 식별 능력을 검증하기 위해 장소1에 수집한 이미지 데이터로 학습시킨 뒤, 장소2에서 얻은 이미지로 테스트했다.

그 결과, 평균 45%, 최고 74%의 정확도를 보였다.

연구팀은 다시 1만장의 이미지로 학습을 더 진행했고, 이번에는 평균 61%, 최고 82% 정확도를 나타냈다.

서식예측 지도 구축도 가능

 

연구보고서는 "아직은 분류기가 가시박이 가득 차 있는 부분만 가시박으로 표시하고, 일부만 있는 부분은 제외하는 경향이 있다"며 "가시박과 모양이 매우 유사한 식물이 포함된 경우 등 분류가 어려운 이미지에 대해서는 더 많은 학습 데이터가 필요하고, 연구 설계도 개선할 필요가 있다"고 밝혔다.

연구를 담당한 KEI 김근한 전문연구원은 "추가 연구가 필요하지만 일단 드론으로 생태 교란 식물의 분포를 파악할 수 있다는 가능성은 충분히 확인했다"며 "가시박 외에도 뚜렷이 구별되는 식물은 더 정확히 파악해 낼 수 있을 것"이라고 말했다.

식별 능력이 향상되면, '분류기'는 위치 정보가 기록된 드론 영상을 활용해 생태계 교란 식물인 가시박의 분포 현황 지도를 구축하는 데 사용할 수 있게 된다.

연구팀은 생태계 교란 식물 서식 현황을 빠르고 편리하게 모니터링해서, 분포지도를 신속하게 갱신하고, 인공지능 기술을 접목해 생태계 교란 식물의 서식 예측지도까지 구축이 가능할 것으로 전망했다.

덩굴 하나가 8만5000개 씨앗 생산

가시박 씨앗. 작은 가시가 붙어있다. 중앙포토

박과(科)의 1년생 초본인 가시박은 북아메리카가 원산으로 1970년대 초반 국내에서 처음 발견됐다.
씨앗이 옥수수 사료에 섞여 들어왔을 것으로 추정된다.

가시로 덮여있는 열매 송이 하나에는 20~40개의 씨앗이 들어있고, 덩굴 하나는 8만5000개의 씨앗을 생산할 수 있다.
씨앗은 5~9월 사이에 지속해서 발아를 한다.

씨앗은 물에 뜨기 때문에 강물을 따라 하류로 흘러내려 가다가 물가 적당한 곳에 닿으면 발아한다.
종자 자체의 수명은 60년에 이르는 것으로 알려져 있다.