KR102182737B1 - 가축의 생체정보 원격측정 장치 및 이를 포함하는 생체정보 분석 시스템 - Google Patents

가축의 생체정보 원격측정 장치 및 이를 포함하는 생체정보 분석 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 가축의 생체정보 원격측정 장치는 가축의 몸 특정 부위에 고정될 수 있는 밴드, 상기 밴드와 연결된 본체, 상기 본체에 내장되고 상기 본체의 일면으로 노출되어 상기 가축의 생체 상태를 측정하는 센서부, 상기 가축으로부터 발생되는 소리를 수집할 수 있는 마이크부, 상기 본체의 일 측면에 형성되어 주변기기와 연결할 수 있는 수단을 제공하는 주변기기 연결 인터페이스부, 상기 센서부를 통해 측정된 상기 가축의 생체 데이터 또는 측정 값을 무선으로 전송할 수 있는 무선 통신 모듈, 상기 본체의 타면에 배치되며 상기 가축의 생체정보 및 장치와 관련된 정보를 디스플레이 하는 디스플레이부 및 상기 본체의 타 측면에 형성되어 장치의 ON 또는 OFF를 제어할 수 있는 전원 버튼과 연결되며 상기 센서부, 마이크부, 주변기기 연결 인터페이스부, 디스플레이부 및 무선 통신 모듈에 전원을 공급하는 전원부를 포함하며, 상기 밴드는 상기 가축의 피부에 손상을 입히지 않으면서 상기 가축에게 용이하게 탈부착 되도록 구성되고, 상기 센서부를 이용하여 상기 가축에 대한 생체 정보를 담고 있는 측정 값을 생성한다.

Description

가축의 생체정보 원격측정 장치 및 이를 포함하는 생체정보 분석 시스템{REMOTE BIOTELEMETRIC APPARATUS AND BIOTELEMETRY ANALYZING SYSTEM FOR LIVESTOCK}
본 발명은 가축의 생체정보 원격측정 장치 및 이를 포함하는 생체정보 분석 시스템에 관한 것으로써, 보다 구체적으로는 소의 발정을 감지하여 소의 수정 유무 및 질병의 조기 탐지를 할 수 있는 가축의 생체정보 원격측정 장치 및 이를 포함하는 생체정보 분석 시스템에 관한 것이다.
소를 사육하는 축산 농가의 경우, 정확하게 발정 시기를 확인하고, 발정이 확인된 개체에 대한 수정 여부를 파악하는 것이 가축의 관리에 있어 가장 중요한 요소이다.
암소의 임신은 및 수정에 성공한 개체에 대한 질병 예방은 축산 농가의 수익과 직결되는 매우 중요한 이벤트이다. 또한, 가축에 대한 질병 예방을 위해 구제역과 같은 악성 가축 질병에 대한 연구가 활발하게 진행되면서, 전염성 질병의 조기 검진 및 판별하기 위한 방법들에 대한 관심이 높아지고 있다.
종래에는 가축의 수정 및 질병 검진은 가축 관리자의 전문적인 경험에 의존하여 수작업으로 행해지는 것이 일반적이었다. 따라서, 전문적인 경험을 가지지 못한 가축 관리자가 가축의 수정 및 질병 검진을 행할 경우 또는 전문적 경험을 가진 가축 관리자라 할 지라도 개별적인 가축 관리자들의 검진 방법에 따라, 부정확한 검진과 판별에 의해 가축의 생명이 위태로워지고, 축산 농가의 수익이 절감되는 상황이 발생하였다.
따라서, 최근에 숙련된 가축 관리자가 부족한 상황과 수작업에 의존한 검진 및 판별 결과의 일관성 결여를 개선하기 위하여 ICT(Information & Communication Technology)를 축산 분야에 접목하고자 하는 시도들이 있었으며, 가축들의 생체 정보들을 측정하고 활용하는 장치들이 소개되고 있다.
현재, 가축의 생체 정보를 측정하는 장치로써 대표적인 것은 가축의 체온을 측정하는 원격 체온 측정 장치이다. 이때, 가축의 체온을 측정하는 장치는 크게 세 종류로 분류된다.
우선, 체온 측정 장치가 가축의 경구를 통해 투입되는 경구 투입형, 두 번째로 체온 측정 장치가 목에 착용되는 목걸이형, 마지막으로 체온 측정 장치가 귓속에 삽입되는 귓속 삽입형이 있다. 하지만, 이들 모두 체온 만을 측정할 뿐, 다른 생체 정보를 측정할 수 없다.
물론, 가축의 활동량을 추가로 측정하는 센서를 더 추가하여, 가축의 건강 상태를 감지하기 위한 장치로 활용하기도 하지만, 가축의 움직임에 대한 패턴들에 대한 데이터 베이스가 없으므로, 가축의 움직임이 무엇을 의미하는지 정확하게 측정하지 못하여, 측정 값에 대한 신뢰도도 낮은 상황이다.
이렇게, 현재 소개되고 있는 여러 생체정보 측정장치들은 가축의 체온 또는 가축의 활동량 만을 측정할 수 있으므로, 가축의 생태 상태를 정확하게 파악하기 어렵다는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 생체정보 측정장치는 이렇게 신뢰도가 낮은 측정 값을 제공하므로 가축의 정확한 생체 상태를 알 수 없다는 문제점도 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 다양한 센서들이 통합된 통합 센서 유닛을 활용하여 가축의 정확한 생체 정보를 수집할 수 있는 가축의 생체정보 원격측정 장치 및 이를 포함하는 생체정보 분석 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상술한 다른 문제점을 개선하기 위하여, 가축으로부터 획득한 생체정보를 인공지능으로 학습한 뒤, 가축의 행동 패턴에 대하여 더 정확하게 파악할 수 있는 가축의 생체정보 원격측정 장치 및 이를 포함하는 생체정보 분석 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 가축의 몸 특정 부위에 고정될 수 있는 밴드, 상기 밴드와 연결된 본체, 상기 본체에 내장되고 상기 본체의 일면으로 노출되어 상기 가축의 생체 상태를 측정하는 센서부, 상기 가축으로부터 발생되는 소리를 수집할 수 있는 마이크부, 상기 본체의 일 측면에 형성되어 주변기기와 연결할 수 있는 수단을 제공하는 주변기기 연결 인터페이스부, 상기 센서부를 통해 측정된 상기 가축의 생체 데이터 또는 측정 값을 무선으로 전송할 수 있는 무선 통신 모듈, 상기 본체의 타면에 배치되며 상기 가축의 생체정보 및 장치와 관련된 정보를 디스플레이 하는 디스플레이부 및 상기 본체의 타 측면에 형성되어 장치의 ON 또는 OFF를 제어할 수 있는 전원 버튼과 연결되며 상기 센서부, 마이크부, 주변기기 연결 인터페이스부, 디스플레이부 및 무선 통신 모듈에 전원을 공급하는 전원부를 포함하며, 상기 밴드는 상기 가축의 피부에 손상을 입히지 않으면서 상기 가축에게 용이하게 탈부착 되도록 구성되고, 상기 센서부를 이용하여 상기 가축에 대한 생체 정보를 담고 있는 측정 값을 생성하는, 가축의 생체정보 원격측정 장치를 제공한다.
상기 센서부는 가속도 센서, 자이로 센서, 관성 측정 센서, 압력 센서, 사운드 센서, 온도 센서 및 위치 측정 센서가 모두 통합된 센서 모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 밴드는 상기 가축의 목을 감싸도록 구성되며, 상기 센서부는 상기 목의 피부에 접촉될 수 있다.
상기 무선 통신 모듈은 상기 측정 값을 데이터 여과장치로 전송하고, 상기 데이터 여과장치는 미리 설정된 임계 값과 상기 측정 값을 비교하여, 복수의 측정 값 중에서 상기 가축에 대한 생체정보를 생성하기 위한 필수 또는 유효 측정 값을 찾아낼 수 있다.
또한, 본 발명은 상기의 다른 목적을 달성하기 위하여, 가축의 피부에 손상을 입히지 않으면서 상기 가축에게 탈부착이 용이하게 장착되고 측정한 가축의 생체 데이터 또는 측정 값을 원격으로 송신할 수 있는 생체정보 원격측정 장치, 상기 생체정보 원격측정 장치와 데이터 통신이 가능하며 상기 가축의 생체 데이터 또는 측정 값을 수신하여 필터링하고 저장하는 데이터 여과장치, 상기 데이터 여과장치와 데이터 통신이 가능하며 상기 생체 데이터 또는 측정 값을 분석하기 위한 생체정보 분석 소프트웨어가 내장된 생체정보 분석 서버를 포함하고, 상기 생체정보 원격측정 장치는, 가속도 센서, 자이로 센서, 관성 측정 센서, 압력 센서, 사운드 센서, 온도 센서 및 위치 측정 센서가 모두 통합된 센서 모듈을 더 포함하고, 상기 데이터 여과장치는, 상기 생체정보 원격측정 장치를 통해서 수집된 복수의 측정 값들을 미리 설정된 임계 값과 비교하여, 상기 복수의 측정 값들 중에서 상기 가축에 대한 생체정보를 생성하기 위한 유효 측정 값들을 찾아내는 가축의 생체정보 원격측정 시스템을 제공한다.
상기 생체정보 분석 서버는, 상기 데이터 여과장치로부터 상기 유효 측정 값들을 수신하여 머신러닝을 이용해 상기 유효 측정 값들을 재 필터링 후, 가축들 개체 별로 평균 값을 산출하여 기준 또는 임계 값으로 설정할 수 있다.
상기 생체정보 분석 서버는, 개체 별로 수집해온 유효 측정 값들을 개체 별 산출 값으로 통합하고, 개체 별 산출 값 전체에 대한 평균 값을 산출하여 상기 전체에 대한 평균 값을 전체 기준 값 또는 전체 임계 값으로 설정할 수 있다.
상기 생체정보 분석 서버에 내장된 생체정보 분석 소프트웨어가 분석한 가축의 생체 정보를 개체 별로 디스플레이해주고, 관리자의 입력 명령에 따라 가축별 생체 정보를 분류하고 관리할 수 있는 단말장치를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기의 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 가축의 생체정보 원격측정 시스템을 이용하여 한우의 생체정보를 수집 하고 분석하기 위한 방법은, 개체 별로 장착된 생체정보 원격측정 장치가 각 개체들의 이동 시 발생하는 가속도, 이동 방향, 개체의 자세, 개체가 내는 소리의 종류와 크기, 개체의 현재 위치, 개체 별 체온 및 센서부가 지상으로부터 이루는 높이들을 측정하는 단계, 상기 측정하는 단계에서 상기 생체정보 원격측정 장치가 각 항목 별로 측정한 측정 값들을 데이터 여과장치로 무선 전송하는 단계, 상기 데이터 여과장치가 상기 측정 값들을 미리 설정된 임계 값과 비교하여 항목별로 측정된 복수의 측정 값들 중 상기 가축에 대한 생체 정보를 형성하기 위한 유효 측정 값들을 선별하고 분류하는 단계. 상기 데이터 여과장치가 상기 유효 측정 값들을 생체정보 분석 서버로 무선 전송하는 단계, 상기 생체정보 분석 서버가 생체정보 분석 소프트웨어를 이용하여 상기 유효 측정 값들을 분석하고 개체의 행동 및 생체정보를 파악하는 단계, 상기 생체정보 분석 서버가 상기 유효 측정 값들을 재 필터링하고 개체 별 유효 측정 값들에 대한 평균 값을 산출하여 이를 개체 별 기준 값 또는 임계 값으로 설정하고 저장하는 단계를 포함하는, 한우의 생체정보를 측정하고 분석하기 위한 방법을 제공한다.
상기 개체의 행동 및 생체정보를 파악하는 단계는, 상기 개체의 이동 방향, 활동량, 자세나 몸체의 기울기 측정 값 또는 지상으로부터 센서부가 위치하는 높이 측정 값과 상기 개체의 실내 위치를 측정한 측정 값, 개체가 내는 발성음 및 개체의 체온 측정 값을 확인하는 단계 및 상기 개체가 발정기에 해당되어 수정을 시도하는 생체 상태라고 판단하는 단계 또는 상기 개체의 수정 유무를 판별하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 수정을 시도하는 생체 상태라고 판단하는 단계는, 아래의 단계 중, 상기 측정 값을 통해 적어도 2개 이상의 개체의 이동 방향이 서로 겹쳐지는 횟수가 2회 이상으로 증가할 경우, 개체의 생체정보를 발정기에 있다고 판단하고 예측하는 단계, 다음의 식 1, TEE=BMR+Activity+TEF+AT <식 1> (식 1에서, BMR은 Basal Metabolic Rate, TEF는 Thermal effect of food, AT는 Adaptive thermogenesis를 나타냄)을 통해, 개체의 활동량이 하루 평균 80을 초과할 경우, 개체의 생체정보를 발정기에 있다고 판단하고 예측하는 단계, 상기 측정 값을 통해 개체의 자세 또는 기울기 측정 값이 45°이상되는 횟수 또는 지상으로부터 센서부가 위치하는 높이 측정 값이 150cm 이상으로 되는 횟수가 하루에 2회 이상일 경우, 개체의 생체정보를 발정기에 있다고 판단하고 예측하는 단계, 상기 측정 값을 통해 개체가 내는 발성음의 횟수가 급격히 증가하거나 발정음의 피치(Pitch)가 221Hz, 제1 포먼트(1st formant)는 832Hz, 제2 포먼트(2nd formant)는 1,570Hz, 제3 포먼트(3rd formant)는 2,418Hz, 제4 포먼트(4th formant)가 3,559Hz일 경우, 개체의 생체정보를 발정기에 있다고 판단하고 예측하는 단계, 상기 측정 값을 통해 개체의 체온이 주변 환경의 온도 변화와 무관하게 증가할 경우, 즉 개체의 피부 또는 체표면 온도가 35.1℃에서 0.5℃ 이상 증가하고 심부 온도가 38.5℃에서 0.5℃ 이상 증가하면, 개체의 생체정보를 발정기에 있다고 판단하고 예측하는 단계, 적어도 하나 이상의 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 개체의 수정 유무를 판별하는 단계는, 아래의 단계 중, 상기 측정 값을 통해, 적어도 2개 이상의 개체간 수정이 일어났다고 가정한 날짜로부터 21일 후까지, 상기 적어도 2개 이상의 개체의 이동 방향이 서로 겹쳐지는 횟수가 2회 미만인 것이 확인된 경우, 재 발정 없이 개체간 수정이 이루어졌다고 판단하는 단계, 상기 측정 값을 통해, 적어도 2개 이상의 개체간 수정이 일어났다고 가정한 날짜로부터 21일 후까지, 다음 식 1, TEE=BMR+Activity+TEF+AT <식 1> (식 1에서, BMR은 Basal Metabolic Rate, TEF는 Thermal effect of food, AT는 Adaptive thermogenesis를 나타냄)을 통해, 개체의 활동량이 하루 평균 80이하로 측정된 경우, 재 발정 없이 개체간 수정이 이루어졌다고 판단하는 단계, 상기 측정 값을 통해, 적어도 2개 이상의 개체간 수정이 일어났다고 가정한 날짜로부터 21일 후까지, 개체의 자세 또는 기울기 측정 값이 45°이상되는 횟수 또는 지상으로부터 센서부가 위치하는 높이 측정 값이 150cm 이상으로 되는 횟수가 하루에 2회 미만일 경우, 재 발정 없이 개체간 수정이 이루어졌다고 판단하는 단계, 상기 측정 값을 통해, 적어도 2개 이상의 개체간 수정이 일어났다고 가정한 날짜로부터 21일 후까지, 개체가 내는 발성음의 횟수가 측정 시작 시점 이전과 비교하여 유사하거나, 피치(Pitch)가 221Hz, 제1 포먼트(1st formant)는 832Hz, 제2 포먼트(2nd formant)는 1,570Hz, 제3 포먼트(3rd formant)는 2,418Hz, 제4 포먼트(4th formant)가 3,559Hz인 발성음을 측정하지 못한 경우, 재 발정 없이 개체간 수정이 이루어졌다고 판단하는 단계, 상기 측정 값을 통해 적어도 2개 이상의 개체간 수정이 일어났다고 가정한 날짜로부터 21일 후까지, 개체의 체온이 측정 시작 시점 이전과 비교하여 0.5℃ 이상 변한 경우가 없는 경우, 재 발정 없이 개체간 수정이 이루어졌다고 판단하는 단계, 적어도 하나 이상의 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 개체의 행동 및 생체정보를 파악하는 단계는, 상기 개체의 이동 방향, 활동량, 자세나 몸체의 기울기 측정 값 또는 지상으로부터 센서부가 위치하는 높이 측정 값과 상기 개체의 실내 위치를 측정한 측정 값, 개체가 내는 발성음 및 개체의 체온 측정 값을 확인하는 단계 및 상기 개체의 질병 감염 여부를 판단하는 단계를 포함하고, 상기 질병 감염 여부를 판단하는 단계는, 아래의 단계 중, 상기 측정 값을 통해 상기 개체의 위치를 측정하여 주간에 2시간 동안 상기 개체의 이동 방향의 변화 횟수가 1회 이하인 경우 또는 주간에 상기 개체가 이동하지 않고 한 곳에 멈춰있는 시간이 일정 시간 이상일 경우, 개체가 질병에 감염되었다고 판단하는 단계, 다음 식 1, TEE=BMR+Activity+TEF+AT <식 1> (식 1에서, BMR은 Basal Metabolic Rate, TEF는 Thermal effect of food, AT는 Adaptive thermogenesis를 나타냄)을 통해, 개체의 활동량이 하루 평균 70미만으로 측정된 경우, 개체가 질병에 감염되었다고 판단하는 단계, 상기 측정 값을 통해, 개체의 자세 또는 기울기 측정 값이 45° 이하인 경우 또는 지상으로부터 센서부가 위치하는 높이 측정 값이 100cm 이하로 되는 횟수가 하루 10회 이상 측정될 경우, 개체가 질병에 감염되었다고 판단하는 단계, 상기 측정 값을 통해, 피치(Pitch)가 214Hz, 제1 포먼트(1st formant)는 784Hz, 제2 포먼트(2nd formant)는 1,710Hz, 제3 포먼트(3rd formant)는 2,675Hz, 제4 포먼트(4th formant)가 3,818Hz 보다 낮은 발성음을 내는 경우 또는 상기 낮은 발성음을 내는 횟수가 급격히 증가하는 경우, 개체가 질병에 감염되었다고 판단하는 단계, 상기 측정 값을 통해, 개체의 체온이 주변 환경의 온도 변화와 무관하게 증가할 경우, 즉 개체의 피부 또는 체표면 온도가 35.1℃에서 0.5℃ 이상 증가하고 심부 온도가 38.5℃에서 0.5℃ 이상 증가하면, 개체가 질병에 감염되었다고 판단하는 단계, 적어도 하나 이상의 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 가축의 생체정보 원격측정 장치 및 이를 포함하는 생체정보 분석 시스템은 가축, 특히 소의 발정 시기, 수정 유무 및 질병 보유 여부를 정확하게 파악하여 가축에 대한 정확한 건강 상태를 가축 관리자가 파악 할 수 있도록 돕는다.
또한, 본 발명에 따른 가축의 생체정보 원격측정 장치 및 이를 포함하는 생체정보 분석 시스템은 숙련된 가축 관리자 없이도 가축의 생체정보를 원격으로 측정 가능하므로, 가축 관리하는 노동력 및 비용과 시간을 모두 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가축의 생체정보 원격측정 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2a은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가축의 생체정보 원격측정 장치의 정면을 나타낸 도면이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가축의 생체정보 원격측정 장치의 좌측면을 나타낸 도면이다.
도 2c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가축의 생체정보 원격측정 장치의 우측면을 나타낸 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 모듈을 나타낸 도면이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체정보 원격측정 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4a은 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 여과장치의 전면을 나타낸 사시도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 여과장치의 후면을 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 여과장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6는 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 여과장치의 여과 모듈이 센서 모듈로부터 수신한 측정 값과 임계 값을 비교하여 유효 측정 값을 추출하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체정보 분석 서버가 생체정보 분석 소프트웨어를 이용하여 각 개체 별로 측정된 측정 값들 또는 유효 측정 값들을 필터링하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체정보 분석 서버가 가축 중에서 한우의 생체정보를 수집하고 분석하기 위한 방법을 나타낸 순서도이다.
이하에서 설명되는 모든 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시적으로 나타낸 것이며, 여기에 설명된 실시 예들과 다르게 변형되어 다양한 실시 형태로 실시될 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 공지 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위해서 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있으며, 각 구성요소들에 참조번호를 기재할 때, 동일한 구성요소들에 대해서는 다른 도면에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표시하였다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속될 수 있지만, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성 요소가 '연결', '결합' 또는 '접속'될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명에 대한 다양한 변형 실시 예들이 있을 수 있다.
그리고, 본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
또한, 이하에서는 지면을 기준으로 중력 방향에서 지면과 가까운 방향을 "상방"또는 "상측"으로 설명하고, 이와 반대되는 방향을 "하방" 또는 "하측"으로 설명할 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 첨부된 도 1 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가축의 생체정보 분석 시스템(100)에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가축의 생체정보 원격측정 시스템의 구성을 나타낸 도면이며, 도 2a은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가축의 생체정보 원격측정 장치의 정면을 나타낸 도면이고, 도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가축의 생체정보 원격측정 장치의 좌측면을 나타낸 도면이며, 도 2c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가축의 생체정보 원격측정 장치의 우측면을 나타낸 도면이다.
한편, 도 3a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 모듈을 나타낸 도면이며, 도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체정보 원격측정 장치의 구성을 나타낸 도면이고, 도 4a은 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 여과장치의 전면을 나타낸 사시도이며, 도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 여과장치의 후면을 나타낸 사시도이다. 또한, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 여과장치의 구성을 나타낸 도면이며, 도 6는 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 여과장치의 여과 모듈이 센서 모듈로부터 수신한 측정 값과 임계 값을 비교하여 유효 측정 값을 추출하는 과정을 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체정보 분석 서버가 생체정보 분석 소프트웨어를 이용하여 각 개체 별로 측정된 측정 값들 또는 유효 측정 값들을 필터링하는 과정을 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 가축의 생체정보 분석 시스템(100)은 도 1에 도시된 바와 같이, 생체정보 원격측정 장치(1100), 데이터 여과장치(1200), 생체정보 분석 서버(1300) 및 단말장치(1400a, 1400b)를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 가축의 생체정보 분석 시스템(100)은 생체정보 원격측정 장치(1100)를 이용하여 가축, 특히 소에 대한 다양한 생체정보를 포함하는 측정 값들을 획득하고, 데이터 여과장치(1200)를 통해 수많은 측정 값들을 중에서 유효 측정 값을 추출한 뒤, 생체정보 분석 서버(1300)에서 이 유효 측정 값들을 분석하여 가축의 생체상태를 판단한다. 그리고 판단한 가축의 생체상태를 단말장치(1400a, 1400b)를 통해 사용자 또는 관리자에게 디스플레이 한다.
도 2a 내지 도 4를 참조하면, 생체정보 원격측정 장치(1100)는 본체(1110), 밴드(1120), 센서부(1130), 마이크부(1140), 주변기기 연결 인터페이스부(1150), 무선 통신 모듈(1160), 전원부(1170), 전원 버튼(1171) 및 디스플레이부(1180)를 포함한다.
밴드(1120)는 가축의 몸 특정 부위에 고정될 수 있으며, 목걸이 형태로 구성되어 가축의 목을 감쌀 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 밴드(1120)는 가축의 피부 또는 체표면에 손상을 입히지 않도록 고무 또는 실리콘 재질로 구성되는 것이 바람직하며, 탈부착이 용이하도록 밴드(1120)의 길이를 조절할 수 있는 버클(1121)이 밴드(1120)에 장착되는 것이 바람직하다.
밴드(1120)에는 생체정보 측정장치의 본체(1110)가 연결된다.
도 2a를 참조하면, 본체(1110)는 사각형으로 구성된 것이 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않으며, 원형 또는 타원형으로 구성되는 것도 가능하다.
본체(1110)에는 센서부(1130), 마이크부(1140), 주변기기 연결 인터페이스부(1150), 무선 통신 모듈(1160), 전원부(1170), 전원 버튼(1171) 및 디스플레이부(1180)가 내장되거나 장착된다.
센서부(1130)는 본체(1110)에 내장되며, 좀 더 정확한 센싱을 위해 본체(1110)의 일면으로 센서부(1130)의 일부가 노출되도록 구성될 수 있다. 하지만, 반드시 본체(1110)의 일면으로 센서부(1130)가 노출될 필요는 없으며, 가축의 생체 상태를 측정할 수만 있다면 센서부(1130)의 노출여부는 중요하지 않다.
한편, 도 3a를 참조하면, 센서부(1130)는 가속도 센서, 자이로 센서, 관성 측정 센서, 압력 센서, 사운드 센서, 온도 센서 및 위치 측정 센서가 모두 통합된 센서 모듈(1132)을 더 포함하며, 센서 모듈(1132)은 본체(1110) 내부에 배치되는 메인 보드(1131)에 장착되어 메인 보드(1131)와 전기적으로 연결된 전원부(1170)로부터 전원을 공급받도록 구성된다.
따라서, 본 발명에 따른 생체정보 원격측정 장치는 센서 모듈(1132)을 통해 가축의 다양한 생체 정보들을 동시에 측정할 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시 예에 따라서, 밴드(1120)가 가축의 목을 감싸도록 구성되면, 센서부(1120)는 가축의 목의 피부에 접촉되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 가축의 목을 지나는 혈관의 수축 및 맥박 상태, 성대의 울림, 목 부위의 체온 등을 더욱 더 정밀하게 측정할 수 있으므로, 생체정보 원격측정 장치의 측정 값은 가축의 생체정보를 형성하는 데 있어 매우 정확한 데이터가 된다.
도 2b를 참조하면, 마이크부(1140)는 본체(1110)의 일 측면에 장착되며, 가축으로부터 발생되는 모든 소리를 수집할 수 있도록 구성된다. 특히, 가축이 내는 모든 소리 중에서 성대를 통해 발성되는 발성음, 즉 울음과 같은 발성음들을 수집하도록 구성된다.
마찬가지로 도 2b를 참조하면, 주변기기 연결 인터페이스부(1150)는 마이크부(1140)와 서로 겹쳐지지 않도록 본체(1110)의 일 측면에 형성되며, 다양한 주변기기와 연결할 수 있는 수단을 제공한다. 예를 들어, 주변기기 연결 인터페이스부(1150)는 USB(Universal Serial Bus)로 구성될 수 있다.
전원 버튼(1171)은 도 2c에 도시된 바와 같이, 본체(1110)의 타 측면에 형성되어 생체정보 원격측정 장치(1100)의 전원을 ON 또는 OFF 할 수 있도록 구성된다.
도 3b를 참조하면, 전원 버튼(1171)은 본체(1110) 내부에 장착된 전원부(1170)와 연결되며, 전원부(1170)는 전원 버튼(1171)의 ON 또는 OFF 여부에 따라, 컨트롤 유닛(1172), 센서부(1130), 마이크부(1140), 주변기기 연결 인터페이스부(1150), 디스플레이부(1180) 및 무선 통신 모듈(1160)에 전원을 공급한다.
컨트롤 유닛(1172)은 생체정보 원격측정 장치(1100)의 본체(1110) 내부에 장착되어 센서부(1130), 마이크부(1140), 주변기기 연결 인터페이스부(1150), 디스플레이부(1180) 및 무선 통신 모듈(1160)의 동작을 제어하며, 타이머(1173)와 연결되어 일정 간격으로 가축으로부터 측정한 측정 데이터 또는 측정 값을 무선 통신 모듈(1160)을 통해 무선 전송하도록 구성된다.
컨트롤 유닛(1172)은 중앙처리장치(CPU)가 장착되어 있다.
다시 도 2a를 참조하면, 디스플레이부(1180)는 본체(1110)의 타면에 배치되며 가축의 생체정보 및 생체정보 원격측정 장치와 관련된 정보를 디스플레이 한다.
즉, 디스플레이부(1180)는 생체정보 원격측정 장치(1100)와 데이터 여과장치(1200)의 무선 연결 상태, 베터리 잔량, 무선 신호 강도 및 생체정보 원격측정 장치(1100)가 장착된 가축의 생체정보를 간략하게 디스플레이 할 수 있다.
한편, 무선 통신 모듈(1160)은 센서부(1130)를 통해 측정된 가축의 생체 데이터 또는 측정 값을 데이터 여과장치(1200)로 무선으로 전송할 수 있도록 구성된다.
예를 들어, 무선 통신 모듈(1160)과 데이터 여과장치(1200)는 wifi, Bluetooth, zigbee와 같이 단거리 무선 데이터 통신이 가능하도록 구성될 수도 있고, LTE(Long Term Evolution) 또는 5G(5Generation)와 같이 표준 데이터 통신 대역폭을 사용하여 서로 데이터 통신을 할 수 있도록 구성될 수도 있다.
즉, 생체정보 원격측정 장치(1100)는 센서부(1130)를 이용하여 상기 가축에 대한 생체 정보를 담고 있는 측정 값을 생성하고, 이를 데이터 여과장치(1200)로 전송한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 가축의 생체정보 원격측정 시스템(100)은 생체정보 원격측정 장치(1100)를 통해 수집 및 획득한 가축의 생체정보를 담고 있는 측정 값을, 데이터 여과장치(1200)를 이용하여 미리 설정된 임계 값과 비교한 뒤, 복수의 측정 값들로부터 가축의 생태 상태를 판단하기 위한 유효 측정 값을 추출한다.
도 4a 내지 도 5을 참조하면, 데이터 여과장치(1200)는 하우징(1210), 방열판(1211), 모니터부(1230), 키패드(1240), 무선 안테나(1250) 및 입출력단자(1212)를 포함하며, 하우징(1210) 내부에 장착되는 제어 모듈(1220), 데이터처리 모듈(1221), 여과 모듈(1222), 센서연결 모듈(1223), 입출력 모듈(1224), 데이터저장 모듈(1225), 디스플레이 모듈(1226), 알람처리 모듈(1227), 외부 네트워크 연결 모듈(1228)을 포함한다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 하우징(1210)은 데이터 여과장치(1200)의 외형을 구성하고, 방열판(1211)은 하우징(1210)의 일면 또는 복수의 면에 형성되어 데이터 여과장치(1200)의 동작에 따라, 하우징(1210) 내부에 장착되는 제어 모듈(1220), 데이터처리 모듈(1221), 여과 모듈(1222), 센서연결 모듈(1223), 입출력 모듈(1224), 데이터저장 모듈(1225), 디스플레이 모듈(1226), 알람처리 모듈(1227), 외부 네트워크 연결 모듈(1228)에서 발생되는 발열을 해소할 수 있도록 구성된다.
도 4a를 참조하면, 모니터부(1230)는 디스플레이 모듈(1226)과 전자적으로 연결되어 있으며, LCD 또는 OLED 디스플레이 패널로 구성되며, 가축의 생체정보를 담은 측정 값들 및 측정 값들의 필터링 과정을 디스플레이한다.
도 4a를 참조하면, 키패드(1240)는 제어 모듈(1220)과 전자적으로 연결되어 있으며, 사용자 또는 관리자가 데이터 여과장치(1200)를 제어하고 설정하기 위한 유저 인터페이스의 한 방법으로 제공된다.
도 4b를 참조하면, 무선 안테나(1250)는 외부 네트워크 연결 모듈(1228)과 전자적으로 연결되어 있으며, 데이터 여과장치(1200)가 생체정보 원격측정 장치(1100) 및 생체정보 분석 서버(1300)와 무선 데이터 통신을 할 수 있도록 한다.
도 5를 참조하면, 데이터 여과장치(1200)는 생체정보 원격측정 장치(1100)의 무선 통신 모듈(1160)로부터 송신된 복수의 측정 값들을 무선 안테나(1250) 및 외부 네트워크 연결 모듈(1228)을 통해 수신한다.
이와 같이 수신된 복수의 측정 값들은 센서 연결 모듈(1223)과 데이터 처리 모듈(1221)을 거치며 각각 가축의 체온, 자세나 기울기 측정 값 또는 지상으로부터 센서부가 위치하는 높이 측정 값, 이동 방향, 발성음 등과 같은 항목 별로 분류된다.
그리고, 항목 별로 분류된 측정 값들은 여과 모듈(1222)로 보내어져, 여과 모듈(1222)에 각 항목 별로 미리 설정된 임계 값들과 비교된다.
여과 모듈(1222)은 항목 별로 분류된 복수의 측정 값들 중에서 가축에 대한 생체정보를 생성하기 위한 필수 또는 유효 측정 값을 찾아내고 추출한다. 여과 모듈(1222)에서 행해지는 필터링 과정은 도 7에 도시되어 있다.
이렇게 추출된 유효 측정 값은 우선 데이터 저장 모듈(1225)에 저장되며, 디스플레이 모듈(1226)을 통해 각 항목 별로 사용자나 관리자에게 디스플레이 된다.
또한, 알람 처리 모듈(1227)에서는 복수의 측정 값들 중에서 유효 측정 값을 찾아낼 수 없을 만큼 임계 값을 못넘는 측정 값들이 전체 측정 값들 중에 일정 비율 이상이 될 경우, 유효한 측정 값을 획득할 수 없다는 내용의 알람을 생성하여, 디스플레이 모듈(1226)을 통해 디스플레이 할 수 있다.
한편, 데이터 여과장치(1200)에 설정되는 임계 값은 사용자 또는 관리자가 키패드(1240)의 입력을 통해 제어 모듈(1220)에 임계 값을 설정함으로써, 언제든 설정을 변경할 수 있도록 구성되며, 데이터 여과장치(1200)는 측정 값에 대한 필터링 과정을 거치면서 측정 값 및 유효 측정 값을 생체 데이터로 생성하고 자체적으로 데이터 저장 모듈(1225)에 저장한다.
또한, 데이터 여과장치(1200)는 여과 모듈(1222)에서 필터링을 마친 유효 측정 값들을 외부 네트워크 연결 모듈(1228)로 보내어 무선 안테나(1250)를 통해 생체정보 분석 서버(1300)로 데이터 전송한다.
다시, 도 1에 도시된 생체정보 분석 서버(1300)를 참조하면, 생체정보 분석 서버(1300)는 데이터 여과장치(1200)와 데이터 통신이 가능하며 데이터 여과장치(1200)로부터 전송된 가축의 생체 데이터, 측정 값 또는 유효 측정 값들을 수신하여 분석하고 재 필터링한 뒤 자체적으로 저장한다.
생체정보 분석 서버(1300)는 생체 데이터 또는 측정 값을 분석하기 위한 생체정보 분석 소프트웨어가 내장되어 있으며, 이러한 생체정보 분석 소프트웨어는 머신러닝이 가능한 인공지능 소프트웨어로 구성되거나, 인공지능 소프트웨어와 연결되어 동시 연산을 할 수 있도록 구성된다.
따라서, 생체정보 분석 서버(1300)는 머신러닝을 이용하여 가축의 행동 패턴, 발성 패턴, 체온 변화 패턴 등을 지속적으로 학습하여 개체 별로 정상 모델, 발정기 모델, 수정 후 모델 및 질병 감염 모델을 생성하고 구축하여 사용자 또는 관리자에게 제공할 수 있다.
특히, 생체정보 분석 서버(1300)는 정상 모델, 발정기 모델, 수정 후 모델 및 질병 감염 모델을 생성함에 있어서, 인공지능 소프트웨어가 유효 측정 값들을 머신러닝하여 유효 측정 값들을 재 필터링한 뒤, 가축들 개체 별로 각 모델에 해당하는 평균 값을 산출하여 기준 값 또는 임계 값으로 설정한다.
따라서, 본 발명에 따른 생체정보 원격측정 시스템(100) 개체 별로 각각 정상 모델, 발정기 모델, 수정 후 모델 및 질병 감염 모델을 생성하여 보관, 관찰 및 관리하게 되므로 보다 개체 별 정확한 생체 상태 파악 및 관리가 가능하다.
한편, 생체정보 분석 서버(1300)는 개체 별로 각각 정상 모델, 발정기 모델, 수정 후 모델 및 질병 감염 모델을 생성할 수 있을 뿐만 아니라, 그 개체 전체에 대한 표준 모델, 발정기 모델, 수정 후 모델 및 질병 감염 모델을 생성할 수도 있다.
이는, 생체정보 분석 서버(1300)가 개체 별로 각각 수집해 온 유효 측정 값들을 개체 별 산출 값으로 통합한 뒤, 개체 별 산출 값 전체에 대한 평균 값을 산출하여, 이 전체에 대한 평균 값을 그 개체 전체에 대한 전체 기준 값 또는 전체 임계 값으로 설정하는 머신러닝 프로세스를 통해서 이루어질 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 생체정보 원격측정 시스템(100)은 개체 별 및 그 개체 전체의 생체 상태에 대한 다양한 모델을 생성하여 개체에 대한 철저한 관리가 가능하도록 한다.
또한, 본 발명에 따른 생체정보 원격측정 시스템(100)은 생체정보 분석 서버(1300)가 개체 별로 분석한 생체 상태 또는 생체 정보를 디스플레이 할 수 있는 단말장치(1400a, 1400b)를 더 포함한다.
단말장치(1400a, 1400b)는 인터넷을 통해 생체정보 분석 서버(1300)와 연결되며, 모바일 장치, 테블릿 장치 또는 데스크탑 장치로 구성될 수 있다.
단말장치(1400a, 1400b)는 생체정보 분석 서버(1300)에 내장된 생체정보 분석 소프트웨어가 분석한 가축의 생체 정보를 개체 별로 디스플레이 해 줌과 동시에, 사용자 또는 관리자의 입력 명령에 따라 가축별 생체 정보를 분류하고 관리할 수 있는 유저 인터페이스를 제공한다.
도 6을 참조하면, 생체정보 분석 서버(1300)가 개체 별로 생체 상태를 분석하여 생체 정보를 단말장치(1400a, 1400b)를 통해 디스플레이 해주는 일 실시 예를 볼 수 있다.
이하에서는 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체정보 원격측정 시스템(100)을 이용하여 가축의 생체정보, 특히 가축 중에서 한우의 생체정보를 수집하고 분석하기 위한 방법에 대하여 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 생체정보 원격측정 시스템(100)은 생체정보 원격측정 장치(1100)를 이용하여 도 8에 도시된 바와 같이, 개체 별로 이동 시 발생하는 가속도, 이동 방향, 개체의 자세, 개체가 내는 소리의 종류와 크기, 개체의 현재 위치, 개체 별 체온 및 센서부가 지상으로부터 이루는 높이들과 같이 다양한 항목들에 대한 측정 값을 측정 및 수집한다(S1001).
생체정보 원격측정 장치(1100)는 각 항목 별로 측정한 측정 값들을 데이터 여과장치(1200)로 무선 전송하며(S1002), 이러한 복수의 측정 값들은 데이터 여과장치(1200)의 여과 모듈(1222)에서 필터링 과정을 거치면서 유효 측정 값들이 추출된다.
즉, 데이터 여과장치(1200)는 여과 모듈(1222)을 사용하여 복수의 측정 값들을 미리 설정된 임계 값과 비교하여 항목별로 측정된 복수의 측정 값들 중에서 가축에 대한 생체 정보를 형성하기 위한 유효 측정 값들을 선별하고 분류한다(S1003).
이렇게 선별된 유효 측정 값들은 데이터 여과장치(1200)의 외부 네트워크 연결 모듈(1228) 및 무선 안테나(1250)에 의해 생체정보 분석 서버(1300)로 무선 전송되며(S1004), 생체정보 분석 서버(1300)는 생체정보 분석 소프트웨어를 이용하여 유효 측정 값들을 분석하고 개체의 행동 및 생체정보를 파악한다(S1005).
생체정보 분석 서버(1300)는 생체정보 분석 소프트웨어 또는 인공지능 소프트웨어를 이용하여 유효 측정 값들을 머신러닝하고 재 필터링한다. 이러한 재 필터링 과정에서 개체 별 유효 측정 값들에 대한 평균 값을 산출하여 이를 개체 별 기준 값 또는 임계 값으로 설정하고 저장한다(S1008).
한편, 생체정보 분석 서버(1300)가 생체정보 분석 소프트웨어를 이용하여 유효 측정 값들을 분석하고 개체의 행동 및 생체정보를 파악하는 방법은 아래의 단계를 포함한다.
생체정보 분석 서버(1300)는 각 항목별로 개체의 이동 방향, 활동량, 자세나 몸체의 기울기 측정 값 또는 지상으로부터 센서부가 위치하는 높이 측정 값, 개체의 실내 위치를 측정한 측정 값, 개체가 내는 발성음 및 개체의 체온 측정 값을 확인한다(S1006).
이 후, 생체정보 분석 서버(1300)는 각 항목 별 측정 값에 따라 개체가 발정기에 해당되어 수정을 시도하는 생체 상태라고 판단하거나(S1007a) 개체의 수정 유무를 판별한다(S1007b).
생체정보 분석 서버(1300)가 개체의 발정기를 감지하여 수정을 시도하는 생체 상태라고 판단하는 경우(S1007a)는 아래에 해당되는 경우를 모두 포함한다.
만약, 생체정보 분석 서버(1300)는 측정 값을 통해 적어도 2개 이상의 개체의 이동 방향이 서로 겹쳐지는 횟수가 2회 이상으로 증가할 경우, 개체의 생체정보를 발정기에 있다고 판단할 수 있다.
일반적으로 소는 발정이 오면, 다른 소의 생식기를 찾거나 냄새를 맡는 행동을 보이는데, 이러한 소의 행동에 기초하여 적어도 2개의 소의 이동 방향이 겹쳐지는 횟수가 일일 2회 이상 나타날 때, 발정이라고 판단하도록 설정한 것이다.
또한, 생체정보 분석 서버()는 다음의 식 1,
TEE=BMR+Activity+TEF+AT <식 1>
을 통해 개체의 활동량이 하루 평균 80을 초과할 경우에도, 개체의 생체정보를 발정기에 있다고 판단할 수 있다.
소의 활동량은 식 1(TEE=BMR+Activity+TEF+AT)에 의해 수치화 할 수 있는데, 평균적으로 식 1에 따라 계산된 개체의 일 활동량이 80~90을 나타내는 경우는 소가 발정기에 해당되어 활동량이 늘어났다고 판단하는 것이다.
이 때, BMR은 Basal Metabolic Rate, TEF는 Thermal effect of food, AT는 Adaptive thermogenesis를 나타낸다.
한편, 생체정보 분석 서버(1300)는 측정 값을 통해 개체의 자세 또는 기울기 측정 값이 45°이상 되는 횟수 또는 지상으로부터 센서부가 위치하는 높이 측정 값이 150cm 이상으로 되는 횟수가 하루에 2회 이상일 경우, 개체의 생체정보를 발정기에 있다고 판단할 수 있다.
소는 발정기에 수컷이 암컷을 올라타는 행동을 나타내기도 하는데, 이 때, 수컷의 자세 또는 기울기가 45° 이상이 되는 경우 또는 지상으로부터 센서부가 위치하는 높이 측정 값이 150cm 이상으로 되는 횟수가 하루 2회 이상 관측된다면 수컷이 발정기에 있다고 판단할 수 있는 것이다.
또한, 생체정보 분석 서버(1300)는 측정 값을 통해 개체가 내는 발성음의 횟수가 급격히 증가하거나, 발정음의 피치(Pitch)가 221Hz, 제1 포먼트(1st formant)는 832Hz, 제2 포먼트(2nd formant)는 1,570Hz, 제3 포먼트(3rd formant)는 2,418Hz, 제4 포먼트(4th formant)가 3,559Hz일 경우, 개체의 생체정보를 발정기에 있다고 판단할 수 있다.
일반적으로 발정기에 해당하는 소가 내는 발성음의 음성학적 특성은 Pitch가 약 221 Hz, 1st formant는 약 832 Hz, 2nd formant는 약 1,570 Hz, 3rd formant는 약 2,418 Hz, 4th formant는 약 3,559 Hz의 특성을 보이는데, 이러한 음성학적 특징을 가지는 소리가 소에게서 지속적으로 측정될 경우, 소는 발정기에 들었다고 판단할 수 있기 때문이다.
또한, 생체정보 분석 서버(1300)는 측정 값을 통해 개체의 체온이 주변 환경의 온도 변화와 무관하게 증가할 경우, 즉 개체의 피부 또는 체표면 온도가 35.1℃에서 0.5℃ 이상 증가하고 심부 온도가 38.5℃에서 0.5℃ 이상 증가하면, 개체의 생체정보를 발정기에 있다고 판단할 수 있다.
소는 발정기에 해당할 경우, 미세한 체온의 변화가 감지될 수 있는데 평소 소의 체표면 온도는 약 35.1℃이고, 심부 온도는 약 38.5℃이지만, 주변 환경의 온도 변화 없이 소의 체온이 평소 소의 체온 보다 0.5℃ 이상 증가할 때는 소가 발정기에 해당한다고 판단할 수 있기 때문이다.
즉, 생체정보 분석 서버(1300)는 적어도 위의 경우 중 한 가지 경우 이상을 확인하면, 개체가 발정기에 해당되어 수정을 시도하는 생체 상태라고 판단한다(S1007a).
생체정보 분석 서버(1300)가 개체의 수정 유무를 판단하는 경우(S1007b)는 아래에 해당되는 경우를 모두 포함한다.
만약, 생체정보 분석 서버(1300)가 측정 값을 통해, 적어도 2개 이상의 개체 간 수정이 일어났다고 가정한 날짜로부터 21일 후까지, 적어도 2개 이상의 개체의 이동 방향이 서로 겹쳐지는 횟수가 2회 미만인 것이 확인된 경우, 재 발정 없이 개체간 수정이 이루어졌다고 판단할 수 있다.
일반적으로 소는 발정기에 다른 소의 생식기를 찾거나 냄새를 맡는 행동을 보이는데, 이러한 소의 행동에 기초하여 이동 방향이 겹쳐지는 횟수가 일일 2회 미만으로 나타나면 재 발정 없이 수정되었다고 판단할 수 있기 때문이다.
또한, 생체정보 분석 서버(1300)는 측정 값을 통해, 적어도 2개 이상의 개체간 수정이 일어났다고 가정한 날짜로부터 21일 후까지, 다음 식 1,
TEE=BMR+Activity+TEF+AT <식 1>
을 통해, 개체의 활동량이 하루 평균 80이하로 측정된 경우, 재 발정 없이 개체간 수정이 이루어졌다고 판단할 수 있다.
소의 활동량은 식 1에 의해 수치화 할 수 있는데, 평균적으로 일 활동량이 80~90을 나타내므로 활동량이 이와 같을 경우, 재발정 없이 수정되었다고 판단할 수 있기 때문이다.
또한, 생체정보 분석 서버(1300)는 측정 값을 통해, 적어도 2개 이상의 개체간 수정이 일어났다고 가정한 날짜로부터 21일 후까지, 개체의 자세 또는 기울기 측정 값이 45°이상되는 횟수 또는 지상으로부터 센서부가 위치하는 높이 측정 값이 150cm 이상으로 되는 횟수가 하루에 2회 미만일 경우, 재 발정 없이 개체간 수정이 이루어졌다고 판단할 수 있다.
소는 발정기에 해당할 경우, 수컷이 암컷을 올라타는 행동을 나타내기도 하는데 이 때, 수컷의 자세 또는 기울기가 45°이상을 보이거나 지상으로부터 센서부가 위치하는 높이 측정 값이 150cm 이상으로 되는 경우가 일반적이다. 따라서, 수컷의 자세 또는 기울기 값이 45°이상을 보이는 경우 또는 지상으로부터 센서부가 위치하는 높이 측정 값이 150cm 이상으로 되는 횟수가 하루 2회 미만으로 관측될 경우, 재 발정 없이 수정되었다고 판단할 수 있기 때문이다.
또한, 생체정보 분석 서버(1300)는 측정 값을 통해, 적어도 2개 이상의 개체간 수정이 일어났다고 가정한 날짜로부터 21일 후까지, 개체가 내는 발성음의 횟수가 측정 시작 시점 이전과 비교하여 유사하거나, 피치(Pitch)가 221Hz, 제1 포먼트(1st formant)는 832Hz, 제2 포먼트(2nd formant)는 1,570Hz, 제3 포먼트(3rd formant)는 2,418Hz, 제4 포먼트(4th formant)가 3,559Hz인 발성음을 측정하지 못한 경우, 재 발정 없이 개체간 수정이 이루어졌다고 판단할 수 있다.
소가 발정기에 해당하는 경우, 소가 내는 발성음의 Pitch는 약 221 Hz, 1st formant는 약 832 Hz, 2nd formant는 약 1,570 Hz, 3rd formant는 약 2,418 Hz, 4th formant는 약 3,559 Hz의 음성학적 특성을 보이는데 이러한 소리가 지속적으로 나타나지 않을 때, 재 발정 없이 수정되었다고 판단할 수 있기 때문이다.
또한, 생체정보 분석 서버(1300)는 측정 값을 통해 적어도 2개 이상의 개체간 수정이 일어났다고 가정한 날짜로부터 21일 후까지, 개체의 체온이 측정 시작 시점 이전과 비교하여 0.5℃ 이상 변한 경우가 없는 경우, 재 발정 없이 개체간 수정이 이루어졌다고 판단할 수 있다.
만약, 적어도 2개 이상의 개체간 수정이 일어났다고 가정한 날짜로부터 21일 동안, 체온 측정 값이 발정기의 경우와 유사한 값이 측정될 경우, 생체정보 분석 서버(1300)는 소가 재 발정기에 해당함을 파악하고, 이를 사용자나 관리자에게 알리는 메시지나 창을 띄울 수 있다.
즉, 생체정보 분석 서버(1300)는 적어도 위의 경우 중 한 가지 경우 이상을 확인하면, 개체의 수정 유무를 판단할 수 있다(S1007b).
한편, 본 실시 예에 따른 생체정보 분석 서버(1300)는 개체의 이동 방향, 활동량, 자세나 몸체의 기울기 측정 값 또는 지상으로부터 센서부가 위치하는 높이 측정 값과 상기 개체의 실내 위치를 측정한 측정 값, 개체가 내는 발성음 및 개체의 체온 측정 값을 확인하여(S1006), 개체의 질병 감염 여부를 판단할 수 있다(S1007c).
생체정보 분석 서버(1300)가 개체의 질병 감염 여부를 판단할 수 있는 경우(S1007c)는 아래에 해당되는 경우를 모두 포함한다.
즉, 생체정보 분석 서버(1300)는 적어도 위의 경우 중 한 가지 경우 이상을 확인하면, 개체가 발정기에 해당되어 수정을 시도하는 생체 상태라고 판단한다(S1007a).
생체정보 분석 서버(1300)는 측정 값을 통해, 개체의 위치를 측정하여 주간에 2시간 동안, 개체의 이동 방향의 변화 횟수가 1회 이하인 경우 또는 주간에 개체가 이동하지 않고 한 곳에 멈춰있는 시간이 일정 시간 이상일 경우, 개체가 질병에 감염되었다고 판단할 수 있다.
일반적으로 소는 잦은 움직임을 나타내지 않으나 질병 증세가 있을 경우, 움직임이 급격히 줄어드는 특성을 가지고 있다. 따라서, 낮 2시간 동안, 1회 이상 이동 방향의 변화가 감지되지 않는 경우라면, 소가 질병에 걸렸다고 판단할 수 있으므로, 생체정보 분석 서버(1300)는 이동 방향의 변화 횟수를 가지고 소의 질병 감염 여부를 판단할 수 있는 것이다.
한편, 생체정보 분석 서버(1300)는 다음 식 1,
TEE=BMR+Activity+TEF+AT <식 1>
을 통해, 개체의 활동량이 하루 평균 70미만으로 측정된 경우, 개체가 질병에 감염되었다고 판단할 수 있다.
소의 활동량은 식 1에 의해 수치화 될 수 있다. 정상적인 소의 경우, 일 평균 80~90 사이의 활동량을 나타내지만, 소가 질병에 감염된 경우, 식 1을 통해 산출되는 활동량은 급격히 감소하며, 활동량 평균 값인 80~90 이하로 계산되기 때문에, 생체정보 분석 서버(1300)는 식 1을 통해, 개체의 활동량이 하루 평균 70미만으로 측정된 경우, 개체가 질병에 감염되었다고 판단할 수 있는 것이다.
또한, 생체정보 분석 서버(1300)는 측정 값을 통해, 개체의 자세 또는 기울기 측정 값이 45°이하인 경우 또는 지상으로부터 센서부가 위치하는 높이 측정 값이 100cm 이하로 되는 횟수가 하루 10회 이상 측정될 경우, 개체가 질병에 감염되었다고 판단할 수 있다.
일반적으로, 소는 질병에 감염될 경우, 머리를 숙이는 행동을 나타내기도 하는데 소의 자세 또는 기울기 측정 값이 하루 10회 이상 약 45°이하로 관측될 경우 또는 지상으로부터 센서부가 위치하는 높이 측정 값이 100cm 이하로 되는 횟수가 일 10회를 넘어갈 경우에는 소가 질병에 걸렸다고 볼 수 있기 때문이다.
또한, 생체정보 분석 서버(1300)는 측정 값을 통해, 피치(Pitch)가 214Hz, 제1 포먼트(1st formant)는 784Hz, 제2 포먼트(2nd formant)는 1,710Hz, 제3 포먼트(3rd formant)는 2,675Hz, 제4 포먼트(4th formant)가 3,818Hz 보다 낮은 발성음을 내는 경우 또는 상기 낮은 발성음을 내는 횟수가 급격히 증가하는 경우, 개체가 질병에 감염되었다고 판단할 수 있다.
소는 정상 상태에 있을 때, 소가 내는 발성음의 음성학적 특성이 일반적으로 Pitch가 약 214 Hz, 1st formant가 약 784 Hz, 2nd formant가 약 1,710 Hz, 3rd formant가 약 2,675 Hz, 4th formant가 약 3,818 Hz으로 이루어진다. 그러나, 이러한 음성학적 특성을 가지지 않은 발성음을 소가 내거나 이러한 음성학적 특성을 가지지 않은 발성음을 내는 횟수가 증가할 때, 소가 질병에 감염되었다고 볼 수 있기 때문이다.
또한, 생체정보 분석 서버(1300)는 측정 값을 통해, 개체의 체온이 주변 환경의 온도 변화와 무관하게 증가할 경우, 즉 개체의 피부 또는 체표면 온도가 35.1℃에서 0.5℃ 이상 증가하고 심부 온도가 38.5℃에서 0.5℃ 이상 증가하면, 개체가 질병에 감염되었다고 판단할 수 있다.
소는 질병에 감염되면, 일반적으로 미세한 체온의 변화가 일어나는데, 소의 평소 체표면 온도가 약 35.1℃이고, 심부 온도는 약 38.5℃인 상태에서 주변 환경의 온도 변화 없이, 소의 체온이 0.5℃ 이상 증가할 때는, 소가 질병에 감염되었다고 볼 수 있기 때문이다.
또한, 생체정보 분석 서버(1300)는 머신러닝이 가능한 생체정보 분석 소프트웨어를 사용하여 가축의 생체 정보들을 재 필터링하고 수집, 저장하여 데이터베이스를 구축하며, 개체 별로 재 필터링 및 수집된 생체 정보들의 평균값을 구하여 개체 별로 정상적인 기준 값, 질병 상태 일 때의 기준 값, 발정기 때의 기준 값, 수정된 경우의 기준 값을 설정할 수 있다.
본 발명에 따른 생체정보 분석 시스템(100)은 개체 별로 누적된 생체 정보 또는 데이터들을 이용하여 이들의 평균 값을 계산하고, 정상적인 기준 값, 질병 상태 일 때의 기준 값, 발정기 때의 기준 값, 수정된 경우의 기준 값을 설정하여 개체 별로 특정 행동에 대한 예측과 판단을 정확하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 생체정보 분석 시스템(100)을 사용하여 개체를 관리하면, 개체의 생체 상태 판단에 대한 오차가 거의 없으며, 생체정보 분석의 신뢰성이 대폭 향상된다.
또한, 본 발명에 따른 생체정보 분석 시스템(100)을 사용하여 개체를 관리하면, 발정기 감지, 수정 유무 및 질병 조기 검진과 같은 정보를 관리자에게 정확하게 알려줌으로써 축산 농가의 생산성 향상과 더불어 가축의 건강 향상에 효과가 있다.
이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 '포함하다', '구성하다' 또는 '가지다' 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 생체정보 분석 시스템
1100: 생체정보 원격측정 장치
1200: 데이터 여과장치
1300: 생체정보 분석서버
1400a, 1400b: 단말장치

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  9. 가축의 생체정보 원격측정 시스템을 이용하여 한우의 생체정보를 수집 하고 분석하기 위한 방법은,
    a) 개체 별로 장착된 생체정보 원격측정 장치가 각 개체들의 이동 시 발생하는 가속도, 이동 방향, 개체의 자세, 개체가 내는 소리의 종류와 크기, 개체의 현재 위치, 개체 별 체온 및 센서부가 지상으로부터 이루는 높이들을 측정하는 단계;
    b) 상기 측정하는 단계에서 상기 생체정보 원격측정 장치가 각 항목 별로 측정한 측정 값들을 데이터 여과장치로 무선 전송하는 단계;
    c) 상기 데이터 여과장치가 상기 측정 값들을 미리 설정된 임계 값과 비교하여 항목별로 측정된 복수의 측정 값들 중 상기 가축에 대한 생체 정보를 형성하기 위한 유효 측정 값들을 선별하고 분류하는 단계;
    d) 상기 데이터 여과장치가 상기 유효 측정 값들을 생체정보 분석 서버로 무선 전송하는 단계;
    e) 상기 생체정보 분석 서버가 생체정보 분석 소프트웨어를 이용하여 상기 유효 측정 값들을 분석하고 개체의 행동 및 생체정보를 파악하는 단계;
    f) 상기 생체정보 분석 서버가 상기 유효 측정 값들을 재 필터링하고 개체 별 유효 측정 값들에 대한 평균 값을 산출하여 이를 개체 별 기준 값 또는 임계 값으로 설정하고 저장하는 단계;를 포함하되,
    상기 개체의 행동 및 생체정보를 파악하는 단계는,
    상기 개체의 이동 방향, 활동량, 자세나 몸체의 기울기 측정 값 또는 지상으로부터 센서부가 위치하는 높이 측정 값과 상기 개체의 실내 위치를 측정한 측정 값, 개체가 내는 발성음 및 개체의 체온 측정 값을 확인하는 단계; 및
    상기 개체가 발정기에 해당되어 수정을 시도하는 생체 상태라고 판단하는 단계; 또는 상기 개체의 수정 유무를 판별하는 단계;를 포함하고,
    상기 수정을 시도하는 생체 상태라고 판단하는 단계는,
    아래의 ㄱ) 내지 ㅁ) 단계,
    ㄱ) 상기 측정 값을 통해 적어도 2개 이상의 개체의 이동 방향이 서로 겹쳐지는 횟수가 2회 이상으로 증가할 경우, 개체의 생체정보를 발정기에 있다고 판단하고 예측하는 단계;
    ㄴ) 다음의 식 1,
    TEE=BMR+Activity+TEF+AT <식 1>
    (식 1에서, BMR은 Basal Metabolic Rate, TEF는 Thermal effect of food, AT는 Adaptive thermogenesis를 나타냄)을 통해, 개체의 활동량이 하루 평균 80을 초과할 경우, 개체의 생체정보를 발정기에 있다고 판단하고 예측하는 단계;
    ㄷ) 상기 측정 값을 통해 개체의 자세 또는 기울기 측정 값이 45°이상되는 횟수 또는 지상으로부터 센서가 위치하는 높이 측정 값이 150cm 이상으로 되는 횟수가 하루에 2회 이상일 경우, 개체의 생체정보를 발정기에 있다고 판단하고 예측하는 단계;
    ㄹ) 상기 측정 값을 통해 개체가 내는 발성음의 횟수가 급격히 증가하거나 발정음의 피치(Pitch)가 221Hz, 제1 포먼트(1st formant)는 832Hz, 제2 포먼트(2nd formant)는 1,570Hz, 제3 포먼트(3rd formant)는 2,418Hz, 제4 포먼트(4th formant)가 3,559Hz일 경우, 개체의 생체정보를 발정기에 있다고 판단하고 예측하는 단계;
    ㅁ) 상기 측정 값을 통해 개체의 체온이 주변 환경의 온도 변화와 무관하게 증가할 경우, 즉 개체의 피부 또는 체표면 온도가 35.1℃에서 0.5℃ 이상 증가하고 심부 온도가 38.5℃에서 0.5℃ 이상 증가하면, 개체의 생체정보를 발정기에 있다고 판단하고 예측하는 단계;중 적어도 하나 이상의 단계를 더 포함하는, 한우의 생체정보를 측정하고 분석하기 위한 방법.
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  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 개체의 수정 유무를 판별하는 단계는,
    아래의 ㄱ) 내지 ㅁ) 단계,
    ㄱ) 상기 측정 값을 통해, 적어도 2개 이상의 개체간 수정이 일어났다고 가정한 날짜로부터 21일 후까지, 상기 적어도 2개 이상의 개체의 이동 방향이 서로 겹쳐지는 횟수가 2회 미만인 것이 확인된 경우, 재 발정 없이 개체간 수정이 이루어졌다고 판단하는 단계;
    ㄴ) 상기 측정 값을 통해, 적어도 2개 이상의 개체간 수정이 일어났다고 가정한 날짜로부터 21일 후까지, 다음 식 1
    TEE=BMR+Activity+TEF+AT <식 1>
    (식 1에서, BMR은 Basal Metabolic Rate, TEF는 Thermal effect of food, AT는 Adaptive thermogenesis를 나타냄)을 통해, 개체의 활동량이 하루 평균 80이하로 측정된 경우, 재 발정 없이 개체간 수정이 이루어졌다고 판단하는 단계;
    ㄷ) 상기 측정 값을 통해, 적어도 2개 이상의 개체간 수정이 일어났다고 가정한 날짜로부터 21일 후까지, 개체의 자세 또는 기울기 측정 값이 45°이상되는 횟수 또는 지상으로부터 센서부가 위치하는 높이 측정 값이 150cm 이상으로 되는 횟수가 하루에 2회 미만일 경우, 재 발정 없이 개체간 수정이 이루어졌다고 판단하는 단계;
    ㄹ) 상기 측정 값을 통해, 적어도 2개 이상의 개체간 수정이 일어났다고 가정한 날짜로부터 21일 후까지, 개체가 내는 발성음의 횟수가 측정 시작 시점 이전과 비교하여 유사하거나, 피치(Pitch)가 221Hz, 제1 포먼트(1st formant)는 832Hz, 제2 포먼트(2nd formant)는 1,570Hz, 제3 포먼트(3rd formant)는 2,418Hz, 제4 포먼트(4th formant)가 3,559Hz인 발성음을 측정하지 못한 경우, 재 발정 없이 개체간 수정이 이루어졌다고 판단하는 단계;
    ㅁ) 상기 측정 값을 통해 적어도 2개 이상의 개체간 수정이 일어났다고 가정한 날짜로부터 21일 후까지, 개체의 체온이 측정 시작 시점 이전과 비교하여 0.5℃ 이상 변한 경우가 없는 경우, 재 발정 없이 개체간 수정이 이루어졌다고 판단하는 단계;중 적어도 하나 이상의 단계를 더 포함하는, 한우의 생체정보를 측정하고 분석하기 위한 방법.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 개체의 행동 및 생체정보를 파악하는 단계는,
    상기 개체의 이동 방향, 활동량, 자세 또는 몸체의 기울기 측정 값과 상기 개체의 실내 위치를 측정한 측정 값, 개체가 내는 발성음 및 개체의 체온 측정 값을 확인하는 단계; 및
    상기 개체의 질병 감염 여부를 판단하는 단계를 포함하고,
    상기 질병 감염 여부를 판단하는 단계는,
    아래의 ㄱ) 내지 ㅁ) 단계,
    ㄱ) 상기 측정 값을 통해 상기 개체의 위치를 측정하여 주간에 2시간 동안 상기 개체의 이동 방향의 변화 횟수가 1회 이하인 경우 또는 주간에 상기 개체가 이동하지 않고 한 곳에 멈춰있는 시간이 일정 시간 이상일 경우, 개체가 질병에 감염되었다고 판단하는 단계;
    ㄴ) 다음 식 1,
    TEE=BMR+Activity+TEF+AT <식 1>
    (식 1에서, BMR은 Basal Metabolic Rate, TEF는 Thermal effect of food, AT는 Adaptive thermogenesis를 나타냄)을 통해, 개체의 활동량이 하루 평균 70미만으로 측정된 경우, 개체가 질병에 감염되었다고 판단하는 단계;
    ㄷ) 상기 측정 값을 통해, 개체의 자세 또는 기울기 측정 값이 45° 이하인 경우 또는 지상으로부터 센서부가 위치하는 높이 측정 값이 100cm 이하로 되는 횟수가 하루 10회 이상 측정될 경우, 개체가 질병에 감염되었다고 판단하는 단계;
    ㄹ) 상기 측정 값을 통해, 피치(Pitch)가 214Hz, 제1 포먼트(1st formant)는 784Hz, 제2 포먼트(2nd formant)는 1,710Hz, 제3 포먼트(3rd formant)는 2,675Hz, 제4 포먼트(4th formant)가 3,818Hz 보다 낮은 발성음을 내는 경우 또는 상기 낮은 발성음을 내는 횟수가 급격히 증가하는 경우, 개체가 질병에 감염되었다고 판단하는 단계;
    ㅁ) 상기 측정 값을 통해, 개체의 체온이 주변 환경의 온도 변화와 무관하게 증가할 경우, 즉 개체의 피부 또는 체표면 온도가 35.1℃에서 0.5℃ 이상 증가하고 심부 온도가 38.5℃에서 0.5℃ 이상 증가하면, 개체가 질병에 감염되었다고 판단하는 단계;중 적어도 하나 이상의 단계를 더 포함하는, 한우의 생체정보를 측정하고 분석하기 위한 방법.

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