KR20000021406A - Complex environment control unit for pigsty without windows and its method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무창(無窓) 돈사에서 사육되는 돼지에게 최적의 사육환경을 제공하기 위한 것으로서, 무창 돈사에서 돼지의 사육환경을 복합적으로 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 돼지사육에 영향을 미치는 요소는 체감 온도, 상대 습도, 암모니아(NH3)나 탄산(CO2)가스와 같은 유해 가스등 이며, 이러한 요소들 중에서 공기 온도, 공기 속도 및 바닥 온도의 복합작용에 의해 결정되는 체감 온도가 가장 많은 영향을 미친다. 따라서, 돼지에게 최적 사육환경을 제공하기 위해서는 공기 온도, 공기 속도, 바닥 온도, 상대 습도 및 유해 가스를 복합적으로 제어해야 할 필요가 있다.The present invention is to provide an optimal breeding environment for pigs that are bred in changchang pigs, and relates to an apparatus and method for controlling the breeding environment of pigs in changchang pigs. Factors affecting pig breeding are bodily temperature, relative humidity, and harmful gases such as ammonia (NH 3 ) and carbon dioxide (CO 2 ) gases, among which the combination of air temperature, air velocity and bottom temperature The haptic temperature that is determined has the most influence. Therefore, in order to provide an optimum breeding environment for pigs, it is necessary to control the air temperature, air speed, bottom temperature, relative humidity, and harmful gases in combination.
그러나, 종래의 돈사 환경제어 장치 및 방법들은 이러한 요소들 중에서 단지 돈사내의 공기 온도만을 근거로 환경제어를 하고 있으며, 이로 인하여 생산성의 저하 및 건강 저해 등의 문제를 초래할 가능성이 있었다.However, the conventional pig farming environment control apparatus and methods control the environment based on only the air temperature in pig farms among these factors, which may cause problems such as deterioration in productivity and health deterioration.
본 발명은 상기의 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 돼지의 체온 조절 행동, 탄산 가스 및 암모니아 가스의 농도, 돈사 내부의 상대 습도 및 돈사 외부의 온도와 같이 돼지의 사육에 영향을 미치는 여러 가지 요소를 고려하여 돈사의 환경을 복합적으로 제어하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention considers various factors affecting the breeding of pigs, such as temperature control behavior of pigs, concentrations of carbon dioxide and ammonia gas, relative humidity inside pigs, and temperature outside pigs. The purpose of this is to control the environment of the pig company.
도 1은 본 발명에 따른 무창 돈사의 복합 환경 제어 방법에 대한 순서도이다.1 is a flow chart for a complex environment control method of the mule pigs according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 무창 돈사의 복합환경 제어 장치의 구성 블록도이다.2 is a block diagram of the complex environment control apparatus of Muchang pigs according to the present invention.
도 3은 카메라로 획득한 영상으로부터 돼지의 체온조절행동을 분류하기 위한 과정을 나타낸 순서도이다.Figure 3 is a flow chart illustrating a process for classifying the body temperature regulation behavior of pigs from the image obtained by the camera.
도 4는 추운 경우, 적정한 경우 및 더운 경우의 각 환경별로 4두의 돼지를 칼라 CCD 카메라로 촬영한 영상을 명도값에 따라 인쇄한 것이다.FIG. 4 is an image of four pigs photographed with a color CCD camera in each case of a cold, proper, and hot environment according to a brightness value.
도 5는 도4에 도시된 원영상을 이진화·축소시킨 이미지이다.FIG. 5 is a binarized and reduced image of the original image shown in FIG. 4.
도 6은 도 5의 이진화·축소된 이미지에서 밀착하지 않은 돼지를 분리한 이미지이다.FIG. 6 is an image of a pig not in close contact with the binarized and reduced image of FIG. 5.
도 7은 밀착하지 않은 돼지를 분리하기 위하여 이미지 처리되는 임의의 좌표계를 도시한 것이다.FIG. 7 shows an arbitrary coordinate system that is imaged to isolate pigs that are not in close contact.
도 8은 라벨링을 거친 최종 라벨의 개수를 나타낸 이미지이다.8 is an image showing the number of final labels that have been labeled.
도 9는 환기단계를 결정하기 위한 순서도이다.9 is a flowchart for determining the ventilation stage.
도 10은 본 발명의 실시예에 사용된 공기 유입 장치의 구성을 도시한 것이다.10 shows the configuration of the air inlet device used in the embodiment of the present invention.
도 11은 무창 돈사의 열 환경 제어에 돼지의 체온조절행동 분류를 위해 사용된 영상처리시스템이 미치는 영향을 도시한 것이다.Figure 11 shows the effect of the image processing system used to classify the thermoregulation behavior of pigs in the thermal environment control of pigs in pigs.
도 12는 기존의 돈사와 본 발명에 따른 돈사의 온도 변화를 날짜별로 나타낸 것이다.12 shows the temperature change of the conventional piglet and piglet according to the present invention by date.
도 13은 기존의 돈사와 본 발명에 따른 돈사의 상대 습도 변화를 날짜별로 나타낸 것이다.Figure 13 shows the relative humidity change of the conventional piglet and pigs according to the present invention by date.
도 14는 기존 돈사의 탄산 가스 및 암모니아 가스 농도의 변화를 특정한 날의 시간별로 나타낸 것이다.Figure 14 shows the change in the carbon dioxide and ammonia gas concentration of the existing pigs by the time of a specific day.
도 15는 본 발명에 따른 돈사의 탄산 가스 및 암모니아 가스의 날짜별 변화를 나타낸 것이다.Figure 15 shows the change by date of carbon dioxide gas and ammonia gas of pigs according to the present invention.
도 16은 기존의 돈사와 본 발명에 따른 돈사에서 사육된 돼지의 체중증가와 사료요구율을 비교한 것이다.Figure 16 compares the weight gain and feed demand of the pigs raised in conventional pigs and pigs according to the present invention.
< 도면 주요 부호의 설명 ><Description of Drawing Major Symbols>
1 ... 카메라, 2... 영상처리보드,1 ... camera, 2 ... image processing board,
3 ... 컴퓨터, 4 ... 데이터 획득보드,3 ... computer, 4 ... data acquisition board,
5 ... 센서, 6 ... 배기장치 컨트롤러,5 ... sensors, 6 ... exhaust controller,
7 ... 배기장치, 8 ... 전원,7 ... exhaust, 8 ... power,
9 ... 공기유입장치, 10 .. 냉방기,9 ... air inlet, 10 ..
11 .. 난방기.11 .. radiators.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the configuration and operation of the present invention.
도 1은 본 발명에 의한 무창 돈사의 복합환경 제어방법을 각 단계별로 순서도로 도시한 것으로서, 본 발명에 의한 무창 돈사의 복합환경 제어방법은 카메라로 무창 돈사의 돼지영상을 획득하여 획득영상을 영상처리보드와 컴퓨터를 통해 화상 처리하여 돼지의 체온조절행동을 분류하는 단계(s100)와, 돈사내부의 탄산 가스 및 암모니아 가스의 농도를 센서에 의하여 계측하는 단계(s200)와, 돈사 내부의 상대 습도 및 돈사 외부의 온도를 센서에 의해 계측하는 단계(s300)와, 상기 체온조절행동과 센서 측정결과들로부터 환기단계를 결정하는 단계(s400)와, 상기 결정된 환기단계에 따라 배기장치 및 공기유입장치를 조절하는 단계(s500)와, 적정한 경우의 행동인지와 추운 경우의 행동인지에 따라(s600,s700) 난방기를 작동하는 단계(s800) 또는 냉방기를 작동하는 단계(s900)를 구비한다.1 is a flow chart illustrating a method of controlling a complex environment of a mud pig in accordance with the present invention in a step-by-step manner. Image processing through the processing board and the computer to classify the pig body temperature control behavior (s100), the step of measuring the concentration of carbon dioxide gas and ammonia gas in the pig house by the sensor (s200) and the relative humidity in the pig house And measuring a temperature outside the pig house by a sensor (s300), determining a ventilation step from the body temperature regulating behavior and sensor measurement results (s400), and an exhaust device and an air inlet device according to the determined ventilation step. Adjusting the step (s500), depending on whether the behavior is appropriate and cold behavior (s600, s700) operating the heater (s800) or the stage to operate the air conditioner The system s900 is provided.
돼지의 행동을 분류하는 단계(s100)은 돼지의 영상을 카메라(1)로 획득하여 영상처리보드(2)와 컴퓨터(3)를 통해 분석하는 단계로 구성된다. 카메라(1)로 획득한 영상을 컴퓨터(3)에 의하여 명도값에 따라 이진화하고 이미지를 축소한 후, 밀착하지 않은 돼지를 분리하고 라벨링을 행하여 라벨의 개수에 따라 돼지의 체온 조절 행동 분류를 행한다. 돼지의 행동을 분류하는 단계(s100)는 후술한다.Classifying the behavior of the pig (s100) consists of acquiring an image of the pig with the camera 1 and analyzing it through the image processing board 2 and the computer (3). After the image acquired by the camera 1 is binarized by the computer 3 according to the brightness value, the image is reduced, and the non-contact pigs are separated and labeled to classify the temperature control behavior of the pigs according to the number of labels. . Classifying the behavior of the pig (s100) will be described later.
탄산 가스 및 암모니아 가스의 농도를 계측하는 단계(s200)와 내부 상대 습도 및 외부 온도를 계측하는 단계(s300)는 각 센서(5)에 의해 이루어진다. 각 센서는 측정값을 데이타 획득보드(4)에 전달하고 데이터 획득보드(4)는 상기 측정값을 컴퓨터(3)에 전달한다.Measuring the concentration of the carbon dioxide gas and ammonia gas (s200) and the step of measuring the internal relative humidity and the external temperature (s300) is made by each sensor (5). Each sensor transmits the measurement to the data acquisition board 4 and the data acquisition board 4 transfers the measurement to the computer 3.
환기단계를 결정하는 단계(s400)는 컴퓨터(3)에 의해 수행된다. 데이터 획득보드(4)에서 전달된 센서 측정값과 돼지의 체온조절행동의 분류 결과를 이용해 환기단계를 결정한다. 환기 단계를 결정하는 구체적인 과정은 후술한다.The step S400 of determining the ventilation step is performed by the computer 3. The ventilation stage is determined using the sensor measurement value transmitted from the data acquisition board 4 and the classification result of the pig's temperature control behavior. A detailed process of determining the ventilation stage will be described later.
배기장치(7)와 공기유입장치(9)를 조절하는 단계(s500)는 상기 단계(s400)에서 결정된 환기단계에 따라 이루어진다. 데이터 획득보드(4)는 결정된 환기단계에 따라 제어신호를 배기장치 컨트롤러(6)에 보내고 배기장치 컨트롤러(6)는 배기장치(7)에 환기단계에 해당하는 작동신호를 보낸다. 또한, 데이터 획득보드(4)는 결정된 환기단계에 따라 제어신호를 공기유입장치(9)에 연결된 SSR(solid state relay)에 보내고 이 제어신호에 따라 전원을 통해 공기유입장치(9)의 제어가 이루어진다.Adjusting the exhaust device (7) and the air inlet device (s500) is made according to the ventilation step determined in the step (s400). The data acquisition board 4 sends a control signal to the exhaust controller 6 according to the determined ventilation stage, and the exhaust controller 6 sends an operation signal corresponding to the ventilation stage to the exhaust apparatus 7. In addition, the data acquisition board 4 sends a control signal to the solid state relay (SSR) connected to the air inlet device 9 according to the determined ventilation stage, and the control of the air inlet device 9 is controlled through a power supply according to the control signal. Is done.
이후, 적정한 경우의 행동인가를 판별하는 단계(s600)와 추운 경우인가를 결정하는 단계(s700)를 거쳐 난방기를 작동하는 단계(s800)와 냉방기를 작동하는 단계(s900)로 넘어간다.Subsequently, the process proceeds to the operation of the heater (S800) and the operation of the air conditioner (S900) through a step (S600) of determining whether the behavior is appropriate and a step (S700) of determining the cold case.
도 2는 본 발명에 따른 무창 돈사의 복합 환경 제어장치의 실시예의 구성을 나타낸 것으로서, 돈사내 돼지의 행동을 획득하기 위한 카메라(1)와, 상기 카메라(1)에 의하여 획득된 영상을 이미지로 처리하기 위한 영상처리보드(2)와, 상기 영상처리보드(2)에 의해 처리된 이미지를 입력받아 이진화 및 축소하고 상기 이진화·축소된 이미지에 대하여 라벨링을 행하여 라벨의 개수를 기억하여 돼지의 체온조절행동을 분류하고 센서입력과 상기 분류된 돼지의 체온조절행동에 따라 환기단계를 결정하는 컴퓨터(3)와, 돈사 내부의 탄산 가스 농도와 암모니아 가스 농도와 돈사 내부의 상대 습도 및 돈사 외부의 온도를 계측하기 위한 센서(5)들과, 상기 센서(5)로부터의 입력을 상기 컴퓨터(3)에 전달하고 상기 컴퓨터(3)에서 결정된 환기단계에 따라 배기장치(7)와 공기유입장치(9)를 조절하고 냉방기(10) 또는 난방기(11)를 작동시키는 신호를 보내는 데이타 획득보드(4)와, 상기 데이타 획득보드(4)로부터 신호를 받아 조절되는 배기장치(7), 공기유입조절장치(9), 냉방기(10) 및 난방기(11)를 구비한다.2 is a view showing the configuration of an embodiment of the complex environment control apparatus of Muchang pigs according to the present invention, the camera (1) for acquiring the behavior of pigs in pigs, and the image obtained by the camera (1) as an image An image processing board 2 for processing and an image processed by the image processing board 2 are binarized and reduced, and the binarized and reduced images are labeled to store the number of labels to store the body temperature of the pig. A computer 3 for classifying the control behavior and determining the ventilation stage according to the sensor input and the temperature control behavior of the classified pig, carbon dioxide gas concentration and ammonia gas concentration in pig house, relative humidity inside pig house, and temperature outside pig house Sensors 5 for measuring the pressure, and inputs from the sensors 5 to the computer 3 and according to the ventilation stage determined by the computer 3 and the exhaust device 7. A data acquisition board 4 that controls the inflow device 9 and sends a signal to operate the air conditioner 10 or the heater 11, and an exhaust device 7 that receives and receives a signal from the data acquisition board 4. , An air inlet control device 9, a cooler 10, and a heater 11.
도 3은 카메라로 획득한 영상으로부터 돼지의 체온조절행동을 분류하기 위한 과정을 나타낸 순서도이다. 돼지의 체온조절행동은 공기 온도, 공기 속도 및 바닥 온도의 복합작용에 의한 체감온도의 변화에 따라 다르게 나타난다. 이러한 돼지의 체온조절행동을 컴퓨터에 의한 영상처리장치 기술을 이용하여 분류한 후, 이를 근거로 열 환경을 제어한다면 공기 온도, 공기 속도, 바닥 온도를 각각 계측하여 돼지의 체감온도를 복합적으로 제어하는 경우와 같은 효과를 낼 수 있다. 돼지의 체온조절행동을 분류하는 과정은 카메라에 의해 돼지의 영상을 획득하는 단계(s101)와, 컴퓨터를 사용하여 상기 획득영상을 이진화 및 축소하는 단계(s102,s103)와, 상기 이진화·축소된 이미지로부터 밀착하지 않은 돼지를 분리하는 단계(s104)와, 라벨링(labeling)을 행하고 노이즈(noise)를 제거하여 라벨수를 계산하는 단계(s105,s106)와 상기 라벨수로부터 돼지의 체온조절행동을 분류하는 단계(s107)를 구비한다.Figure 3 is a flow chart illustrating a process for classifying the body temperature regulation behavior of pigs from the image obtained by the camera. Thermoregulation behavior in pigs varies with changes in sensory temperature due to the combined action of air temperature, air velocity and bottom temperature. After classifying the pig's temperature control behavior using computer image processing technology, and controlling the thermal environment based on this, the pig's body temperature can be controlled by measuring the air temperature, air velocity, and bottom temperature respectively. The same effect can be achieved. The process of classifying the pig's thermoregulation behavior may include obtaining an image of a pig by a camera (s101), binarizing and reducing the acquired image using a computer (s102, s103), and performing the binarization / reduction. Separating the non-adjacent pigs from the image (s104), performing labeling and removing noise to calculate the number of labels (s105, s106) and controlling the temperature control behavior of the pigs from the label waters. And classifying (s107).
돼지의 영상은 칼라 카메라 또는 흑백 카메라 어느 것을 사용하여도 무방하지만 정확성을 높이기 위해서는 칼라 카메라를 사용하는 것이 바람직하며 본 발명의 실시예에서는 칼라 CCD 카메라(1)를 사용하였다. 카메라(1)에 의하여 획득된 영상은 영상처리보드(2,image processing board, model DT3153)를 거쳐 컴퓨터(3)에 전달된다. 도 4는 추운 경우, 적정한 경우 및 더운 경우의 각 환경별로 4두의 돼지를 칼라 CCD 카메라로 촬영한 영상을 명도값에 따라 인쇄한 것이다.Pig's image may be a color camera or a black-and-white camera, but it is preferable to use a color camera in order to increase the accuracy. In the embodiment of the present invention, a color CCD camera 1 is used. The image acquired by the camera 1 is transmitted to the computer 3 via an image processing board (model DT3153). FIG. 4 is an image of four pigs photographed with a color CCD camera in each case of a cold, proper, and hot environment according to a brightness value.
상기 획득영상을 이진화하는 단계(s102)는 컴퓨터(3)에 의하여 이루어진다. 본 발명의 실시예에서는 PC(3,586 Pentium, 133MHz, 64MB RAM)를 사용하였다. 획득영상의 각 픽셀은 다음 수학식 1에 의하여 계산된 명도값이 기준값 이상이면 1, 그 외의 경우에는 0으로 이진화된다.The step S102 of binarizing the acquired image is performed by the computer 3. In the embodiment of the present invention, a PC (3,586 Pentium, 133 MHz, 64 MB RAM) was used. Each pixel of the acquired image is binarized to 1 when the brightness value calculated by Equation 1 is equal to or greater than the reference value, and 0 otherwise.
여기서 I는 칼라 영상의 명도(Intensity:0∼255), R은 적색(Red:0∼255), G는 녹색(Green:0∼255), B는 청색(Blue:0∼255)을 나타낸다. 본 발명의 실시예에서 원영상은 640×480개의 픽셀을 갖는다. 원영상의 픽셀수가 너무 많은 경우 영상처리에 시간이 걸리므로 원영상을 축소하는 것이 바람직하나, 고성능의 컴퓨터를 사용한다면 원영상을 축소하지 않고 그대로 사용할 수도 있다. 본 발명의 실시예에서는 원영상을 1/4배인 160×120개의 픽셀로 축소시켜 사용하였다(s103). 원영상을 픽셀 4개씩으로 분할하여 픽셀 4개 모두가 1인 경우에만 1로 하고 그 외의 경우에는 0으로 하는 방법을 통해 원영상을 축소할 수 있다. 도 4에 도시된 원영상을 상기 수학식 1에 의하여 이진화하고 상기 방법에 따라 축소시킨 이미지가 도 5에 도시되어 있다.Where I is the intensity (intensity: 0 to 255) of the color image, R is red (Red: 0 to 255), G is green (Green: 0 to 255), and B is blue (Blue: 0 to 255). In an embodiment of the present invention, the original image has 640 × 480 pixels. If the number of pixels of the original image is too large, it takes time to process the image, so it is preferable to reduce the original image. However, if a high-performance computer is used, the original image may be used without being reduced. In the embodiment of the present invention, the original image is reduced to 160 × 120 pixels, which is 1/4 times (s103). The original image can be reduced by dividing the original image into four pixels and setting it to 1 only when all four pixels are 1 and to 0 otherwise. An original image shown in FIG. 4 is binarized by Equation 1 and reduced according to the above method.
밀착하지 않은 돼지를 분리하는 단계(s104)는 다음 과정을 통하여 수행된다. 돼지간에 밀착하지 않은 상태란 몸의 많은 부분이 접촉하지 않고 발과 주둥이로 약간 접촉하고 있는 상태를 말한다. 따라서 밀착하지 않은 상태의 접촉선은 밀착상태의 접촉선보다 상대적으로 짧으므로 상대적으로 짧은 접촉선을 찾아 각 픽셀을 0으로 처리하면 밀착하지 않은 돼지를 분리할 수 있다. 도 6은 상기 이진화·축소된 이미지에서 밀착하지 않은 돼지를 분리한 이미지이며, 밀착하지 않은 돼지의 분리과정을 도 7의 좌표계를 참고하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Separating the non-contact pigs (s104) is performed through the following process. Not in close contact with the pig liver means that a lot of parts of the body is not in contact with the feet and snout slightly. Therefore, the contact line in the non-contact state is relatively shorter than the contact line in the contact state, so if a relatively short contact line is found and each pixel is treated as 0, the non-contact pig can be separated. FIG. 6 is an image in which pigs are not in close contact with each other in the binarized and reduced image, and the separation process of the pigs not in close contact is described in detail with reference to the coordinate system of FIG. 7.
1) 값이 1인 p(i,j)를 중심으로 좌우 각각 3개의 픽셀값(좌: p(i,j-3), p(i,j-2), p(i,j-1), 우: p(i,j+1), p(i,j+2), p(i,j+3))을 조사한다. 만약 좌측 및 우측 픽셀값이 모두 1이면 p(i,j)값은 그대로 1로 하고 그 외의 경우에는 0으로 한다. 처리 결과가 1이라면 2)단계로 넘어가고, 0이라면 2),3)단계를 생략하고 p(i,j+1)단계로 이동하여 1)단계를 반복한다.1) Three pixel values (left: p (i, j-3), p (i, j-2), p (i, j-1), respectively, around p (i, j) with a value of 1 , Right: p (i, j + 1), p (i, j + 2), p (i, j + 3)). If both the left and right pixel values are 1, the p (i, j) value is set to 1 as it is, otherwise it is set to 0. If the processing result is 1, go to step 2), if 0, skip steps 2) and 3), go to step p (i, j + 1) and repeat step 1).
2) 상하 각각 3개의 픽셀값(상: p(i-3,j), p(i-2,j), p(i-1,j), 하: p(i+1,j), p(i+2,j), p(i+3,j))을 조사한다. 단계1)에서와 마찬가지의 방법으로 상하 픽셀값이 모두 1인 경우에만 1로 하고 그 외의 경우에는 0으로 한다. 처리 결과가 1이면 단계3)으로 넘어가고 0이면 단계3)을 생략하고 p(i,j+1)로 이동하여 단계1)부터 다시 시작한다.2) 3 pixel values (top: p (i-3, j), p (i-2, j), p (i-1, j), and bottom: p (i + 1, j), p Examine (i + 2, j), p (i + 3, j). In the same manner as in step 1), the value is set to 1 only when the upper and lower pixel values are all 1, and to 0 otherwise. If the processing result is 1, the process proceeds to step 3), and if 0, the process skips step 3) and moves to p (i, j + 1) and starts again from step 1).
3) 대각선 방향으로 각각 3개의 픽셀값(좌측상단 대각선 방향: p(i-3,j-3), p(i-2,j-2), p(i-1,j-1), 우측하단 대각선 방향: p(i+1,j+1), p(i+2,j+2), p(i+3,j+3))을 각각 조사한다. 단계 1),2)에서와 마찬가지 방법으로 각 픽셀의 값이 모두 1이 경우에만 그대로 1로 하고 그 외의 경우에는 0으로 한다. p(i,j+1)로 이동하여 단계1)부터 다시 시작한다.3) 3 pixel values in the diagonal direction (left upper diagonal direction: p (i-3, j-3), p (i-2, j-2), p (i-1, j-1), right Lower diagonal direction: investigate p (i + 1, j + 1), p (i + 2, j + 2) and p (i + 3, j + 3), respectively. In the same manner as in steps 1) and 2), the value of each pixel is 1 as it is, and 0 otherwise. Go to p (i, j + 1) and start again from step 1).
라벨링하는 단계(s105)은 다음 과정에 따라 행해진다.The labeling step s105 is performed according to the following procedure.
1) 1인 점을 발견하면 라벨값을 부여한다.1) If it finds 1, it gives a label value.
2) 좌표(0,0)인 픽셀부터 다시 1인 점을 찾아 주변 4점의 라벨을 확인하여 라벨값이 있으면 그 라벨값을 취한다.2) Find the point 1 again from the pixel with coordinates (0,0) and check the label around 4 points, and take the label value if it exists.
3) 위의 과정이 끝나면 다시 단계1)로 돌아가 남은 픽셀을 라벨링 한다.3) After the above process, go back to step 1) and label the remaining pixels.
4) 단계1),2),3)과 같이 하면 돼지 영상의 형태에 따라 같은 무리의 영상일지라도 여러 라벨로 라벨링 되는 경우가 있으므로 다음 단계5),6)에서와 같이 처리해 준다.4) If steps 1), 2) and 3) are performed, the same group of images may be labeled with multiple labels depending on the type of pig image, so the process is performed as in the following steps 5) and 6).
5) 초기 라벨값부터 픽셀을 확인하여 인접 픽셀이 다른 라벨값을 가지고 있을 경우 비교 픽셀의 라벨값을 갖는 모든 픽셀을 인접 픽셀의 라벨로 모두 바꾼다.5) Check the pixels from the initial label value, and if adjacent pixels have different label values, replace all pixels having the label value of the comparison pixel with the labels of the adjacent pixels.
6) 위의 처리 중 각 라벨의 정보를 기록해 두어 라벨의 픽셀 수에 따라 정렬(sorting)을 실시한다.6) During the above process, the information of each label is recorded and sorted according to the number of pixels of the label.
노이즈를 제거하는 단계 및 라벨수를 계산하는 단계(s106)는 다음과 같이 수행된다. 즉, 노이즈는 동일한 라벨별로 라벨링된 수를 계산하여 총수가 기준값 이하이면 노이즈로 간주하는 방법에 의하여 제거된다. 제거되지 않은 라벨의 경우 동일 라벨별로 라벨링된 총수를 기억시킨다.The step of removing the noise and calculating the number of labels (s106) are performed as follows. That is, the noise is removed by a method of calculating the number of labels for each same label and considering it as noise when the total number is less than or equal to the reference value. For labels that have not been removed, remember the total number labeled by the same label.
최종적으로 돼지의 체온조절행동을 분류하는 단계(s107)는 다음과 같이 이루어진다. 도 8은 라벨링을 거친 최종 라벨의 개수를 나타낸 이미지로서, 도 8에서 만약 최종적으로 남은 라벨의 수가 1이면 추운 경우의 행동으로 간주하고, 돼지의 두수와 라벨의 수가 같으면 더운 경우의 행동으로 간주한다. 라벨의 수가 1이 아니고 돼지의 두수와 일치하지 않으면 적정한 경우의 행동으로 간주한다.Finally, the step of s107 classifying the pig's thermoregulation behavior is performed as follows. FIG. 8 is an image showing the number of final labels that have been labeled. In FIG. 8, if the number of the last remaining labels is 1, it is regarded as a cold action, and if the number of pigs and the number of labels is the same, it is regarded as a hot action. . If the number of labels is not 1 and does not match the number of pigs, it is considered appropriate behavior.
탄산 가스와 암모니아 가스의 농도, 돈사 내부의 상대 습도 및 돈사 외부의 온도는 센서(5)를 통해 계측되고, 데이타 획득보드(4,data acquisition board: ACL-8112G)에 의해 컴퓨터(3)에 전달되고 체온조절행동의 분류결과와 함께 환기단계를 결정하는 데이타가 된다. 데이타 획득보드(4)는 상기 센서(5)들로부터 측정된 결과와 돼지의 체온조절행동 분류 결과로부터 컴퓨터(3)에 의해 결정된 환기단계에 따라 배기장치(7)와 공기유입장치(9)를 조절하는 신호를 보내고 냉방기(10) 또는 난방기(11)에 작동 신호를 보낸다.The concentrations of carbon dioxide gas and ammonia gas, the relative humidity inside the pig house and the temperature outside the pig house are measured by the sensor 5 and transmitted to the computer 3 by a data acquisition board (ACL-8112G). This data is used to determine the ventilation stage along with the classification results of the thermoregulation behavior. The data acquisition board 4 carries out the exhaust device 7 and the air inlet device 9 according to the ventilation stage determined by the computer 3 from the results measured from the sensors 5 and the result of the classification of body temperature regulation behavior of the pig. It sends a control signal and sends an operation signal to the air conditioner 10 or the heater 11.
이상의 과정에서 얻은 데이타로부터 환기단계를 결정한다. 환기단계는 돈사에 따라 여러 단계로 할 수 있으나 본 발명의 실시예에서는 5단계로 나누었다. 환기단계는 도 9에 도시된 바와 같이 다음 과정에 따라 결정된다.The ventilation stage is determined from the data obtained in the above procedure. Ventilation step can be made in several steps depending on the pig company, but divided into five steps in the embodiment of the present invention. The ventilation stage is determined according to the following procedure as shown in FIG.
1) 추운 경우의 체온조절행동인 경우, 환기단계는 항상 1단계(Ts=1)로 한다. 외부온도가 하한임계온도보다 낮은가를 결정한다(s401). 만약 실외온도가 하한임계온도보다 낮다면, 적정한 상태 또는 더운 상태인 경우라도 난방에 의한 열에너지를 보존하기 위하여 환기단계는 1단계(Ts=1)로 한다. 실외온도가 하한임계온도보다 높다면, 적정한 경우의 행동인가를 판별한다(s402). 적정한 경우는 3단계(Ts=3)로 하고 더운 경우는 5단계(Ts=5)로 한다.1) In case of temperature control behavior in the cold, the ventilation stage is always one step (Ts = 1). It is determined whether the external temperature is lower than the lower limit temperature (s401). If the outdoor temperature is lower than the lower limit temperature, the ventilation stage is one step (Ts = 1) in order to conserve thermal energy by heating even in a moderate or hot condition. If the outdoor temperature is higher than the lower limit temperature, it is determined whether the behavior is appropriate (S402). If appropriate, set to 3 steps (Ts = 3) and to hot, set to 5 steps (Ts = 5).
2) 추운 경우의 체온조절행동인 경우, 난방기를 작동시키며 환기 단계는 그대로 유지시킨다. 더운 경우는 냉방기를 작동시키고 환기단계는 1단계(Ts=1)로 한다. 냉방기가 없다면 환기단계는 그대로 5단계(Ts=5)로 한다.2) In case of cold temperature control, the heater is operated and the ventilation stage is maintained. In hot cases, the air conditioner is operated and the ventilation stage is one stage (Ts = 1). If there is no air conditioner, the ventilation stage is 5 stages (Ts = 5).
3) 탄산 가스 및 암모니아 가스의 농도가 최대허용범위를 넘는가를 판별한다(s403). 탄산 가스 및 암모니아 가스의 농도가 최대 허용농도 범위(예컨대 탄산 가스는 2000ppm, 암모니아 가스는 20ppm)를 초과하면 상기 과정에서 결정된 환기 단계보다 1단계(환기단계=Ts+1)를 높여 환기단계를 결정한다.3) It is determined whether the concentration of carbon dioxide gas and ammonia gas exceeds the maximum allowable range (s403). If the concentration of carbon dioxide and ammonia gas exceeds the maximum allowable concentration range (for example, 2000 ppm for carbon dioxide gas and 20 ppm for ammonia gas), the ventilation stage is determined by raising one stage (ventilation stage = Ts + 1) than the ventilation stage determined in the above process. do.
상기 과정을 거쳐 결정된 환기단계에 따라 배기장치(7)와 공기유입장치(9)를 조절한다. 배기장치(7)는 배기 정도를 용이하게 조절하기 위해서 속도를 변화시킬 수 있는 배기 휀(fan)이 바람직하며, 공기유입장치(9)는 유입 공기의 속도를 일정하게 유지시키는 한편 더운 경우에는 유입 공기가 돼지에게 직접 접촉되고 추운 경우에는 간접적으로 접촉될 수 있도록 스테핑 모터(stepping motor)등을 사용하여 환기 단계별로 각도를 조절할 수 있게 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에서는 공기유입장치(9)를 2개의 스테핑 모터를 사용하여 구성하였으며, 90°범위 내에서 환기단계에 따라 각도를 조절할 수 있도록 하였다. 도 10에 스테핑 모터를 사용한 공기유입장치(9)의 구성이 도시되어 있다.The exhaust device 7 and the air inlet device 9 are adjusted according to the ventilation stage determined through the above process. The exhaust device 7 is preferably an exhaust fan that can change speed in order to easily control the degree of exhaustion, and the air inlet device 9 keeps the speed of the incoming air constant while inlet in the hot case. When the air is in direct contact with the pig and cold, it is desirable to be able to adjust the angle by the ventilation step using a stepping motor (stepping motor) or the like to be indirect contact. In the embodiment of the present invention, the air inlet device 9 is configured using two stepping motors, and the angle can be adjusted according to the ventilation stage within the 90 ° range. The configuration of the air inlet device 9 using the stepping motor is shown in FIG.
도 11은 본 발명에 의한 무창 돈사의 열 환경을 제어하는 데 있어 본 발명에 따른 돼지의 체온조절행동 분류를 위해 사용된 영상처리시스템이 미치는 영향을 도시한 것이다. 도 11은 돈사의 내부 공기온도는 15.3°∼ 20.4°의 범위, 바닥 온도는 15.7°∼ 17.2°의 범위, 공기 유입 속도는 0.12 ∼ 0.14m/s의 범위 내에 있음을 나타내며 이로부터 돈사의 복합환경제어는 적절히 이루어짐을 알 수 있다.Figure 11 shows the effect of the image processing system used for classification of the thermoregulation behavior of pigs in accordance with the present invention in controlling the thermal environment of the windowless pigs according to the present invention. Fig. 11 shows that pig's internal air temperature is in the range of 15.3 ° to 20.4 °, bottom temperature is in the range of 15.7 ° to 17.2 °, and air inflow rate is in the range of 0.12 to 0.14 m / s. It can be seen that control is appropriately made.
도 12는 기존의 돈사와 본 발명에 따른 돈사의 온도변화를 날짜별로 비교하여 나타낸 것으로서 도 12의 (a)는 기존의 돈사에 대한 결과, (b)는 본 발명에 따른 복합 환경제어를 행한 돈사에 대한 결과를 각각 나타낸다. 기존의 돈사에서의 온도는 3.7°C∼17.6°C 의 범위로 유지되었고 평균온도는 11.2°C 로서, 하한임계온도 15.0°C 보다 낮으며, 날짜별 변위는 매우 크다. 복합 환경제어를 행한 경우를 보면 온도는 14.8°C∼23.4°C 로 유지되었음을 알 수 있다. 이는 적절한 범위인 15.0°C∼27.0°C 범위에 속하는 경우로서 내부온도는 의도한 바에 따라 적절하게 유지되었음을 알 수 있다.12 is a comparison of the temperature change of the pigs and the pigs according to the present invention by date, as shown in Figure 12 (a) is a result for the existing pigs, (b) is a pig house that has a complex environmental control according to the present invention Results for each are shown. The temperature in the existing pig house was maintained in the range of 3.7 ° C to 17.6 ° C, and the average temperature was 11.2 ° C, lower than the lower limit temperature of 15.0 ° C, and the daily displacement was very large. In the case of complex environmental control, it can be seen that the temperature was maintained at 14.8 ° C to 23.4 ° C. This is in the case of the appropriate range of 15.0 ° C ~ 27.0 ° C. It can be seen that the internal temperature was properly maintained as intended.
도 13은 상대습도변화를 날짜별로 비교하여 나타낸 것으로써 (a)는 기존 돈사의 경우 (b)는 본 발명에 따른 복합 환경제어를 행한 돈사의 경우를 각각 나타낸다. 도 14는 기존 돈사의 탄산 가스 및 암모니아 가스 농도의 변화를 특정한 날의 시간별로 나타낸 것이고, 도 15는 본 발명에 따른 돈사의 탄산 가스 및 암모니아 가스의 날짜별 변화를 나타낸 것이다.Figure 13 shows the relative humidity change by date, (a) is the case of the existing piglet, (b) shows a case of piglet that has a complex environmental control according to the present invention. Figure 14 shows the change in the concentration of carbon dioxide and ammonia gas concentration of the existing pigs by the time of a specific day, Figure 15 shows the change by day of the carbon dioxide and ammonia gas of pigs in accordance with the present invention.
도 16은 체중증가와 사료요구율을 비교한 것이다. 도 16의 데이타를 보면 체중증가는 기존 돈사와 본 발명에 따른 복합 환경제어를 행한 돈사와 큰 차이가 없으나, 최초의 체중과 최종 체중 및 일별 체중증가율 등을 고려한다면 본 발명에 의한 복합 환경제어 돈사의 돼지의 체중증가가 더 크다고 할 수 있다. 축산의 경제성에 가장 큰 영향을 미치는 사료요구율은 상당한 차이가 있음을 알 수 있다.Figure 16 compares the weight gain and feed rate. Referring to the data of FIG. 16, weight gain is not significantly different from existing pigs and pigs that have performed the complex environmental control according to the present invention, but considering the initial weight, final weight, and daily weight increase rate, the complex environment-controlled pigs according to the present invention Pigs gain more weight. It can be seen that there is a significant difference in feed demand rate, which has the greatest impact on the economy of livestock.
도 11 내지 도 16의 결과를 종합하여 볼 때, 본 발명에 의한 복합 환경제어 방법 및 장치를 적용한 돈사의 경우가 종래 돈사의 온도만을 근거로 환경을 제어했던 경우에 비하여 모든 면에서 뛰어나다는 것을 알 수 있다.11 to 16 show that the case of pigs to which the complex environmental control method and apparatus according to the present invention are applied is superior in all respects to the case of controlling the environment based only on the temperature of conventional pigs. Can be.
본 발명에 의하여 무창 돈사의 복합적인 환경을 효과적으로 제어할 수 있으므로 돼지의 건강유지와 생산성 향상에 크게 기여할 수 있다. 본 발명은 현재 우리 나라의 기후 등의 여건을 고려하여 설계된 것으로서, 우리 나라의 현실에 잘 맞지 않는 선진양돈국의 기술을 사용함으로써 발생하는 문제점을 해결할 수 있다. 특히, 돼지의 체온조절 행동에 근거하여 탄산 가스나 암모니아 가스등과 같은 유해 가스, 돈사 내부의 습도 및 돈사 외부의 온도 등 돼지의 생장에 영향을 미치는 복합적인 요소들을 함께 고려함으로써 기존의 장치 및 방법과 비교하여 볼 때, 생산성 향상, 사료비 절감, 생력 기계화 및 자동화라는 효과와 함께 신속한 사후 봉사가 가능하며 결과적으로는 축산농가의 소득 증대라는 효과를 가져올 수 있다. 또한, 본 발명은 돈사에 관한 것이지만 돈사 이외의 축사에도 적용 가능한 것은 물론이다.According to the present invention, it is possible to effectively control the complex environment of changchang pigs can greatly contribute to maintaining the health and productivity of pigs. The present invention is designed in consideration of the current conditions of our country, etc., it is possible to solve the problems caused by using the technology of advanced pig farms that do not fit the reality of our country. In particular, based on the pig's thermoregulation behavior, the existing devices and methods are considered by taking into account the complex factors that affect the growth of pigs such as harmful gases such as carbon dioxide gas and ammonia gas, humidity inside pigs, and temperature outside pigs. In comparison, productivity can be improved, feed costs can be reduced, vitality can be mechanized and automated, as well as rapid post-service, resulting in higher income for livestock farmers. Moreover, although this invention relates to a pig house, of course, it is applicable also to a livestock house other than a pig house.
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