KR20190061772A - 가축 생체정보 수집용 센서모듈 및 이를 이용한 체온 교정 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따르면, 가축 생체정보 수집용 센서모듈로서, 가축의 피부에 접촉하여 표피온도를 측정하는 접촉식의 제1 온도센서; 비접촉 방식으로 가축의 표피온도를 측정하는 비접촉식의 제2 온도센서; 가축의 주변 온도를 측정하는 제3 온도센서; 및 데이터 처리부;를 포함하고, 상기 데이터 처리부는, 제1 온도센서가 측정한 제1 표피온도, 제2 온도센서가 측정한 제2 표피온도, 및 상기 제3 온도센서가 측정한 외기온도에 기초하여 가축의 추정체온을 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 가축 생체정보 수집용 센서모듈을 개시한다.
Description
본 발명은 가축을 관리하는 가축 관리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 가축의 생체정보를 수집하는 센서모듈 및 이를 이용한 체온 교정 방법에 관한 것이다.
가축을 사육하고 관리할 때 가축의 체온 측정은 가축의 건강상태를 판단하는 가장 기본적이고 중요한 지표이다. 종래에 가축의 체온을 측정하기 위해 적외선 체온계(고막 체온), 전자체온계(구강 또는 직장 체온) 등이 사용되는데, 체온 측정시 마다 직장에 온도 측정용 탐침이나 온도계를 꽂아야 하기 때문에 가축에게 많은 스트레스를 주고 이로 인한 온도 변화도 무시할 수 없는 문제가 있다.
이러한 문제를 극복하기 위해 비침습적이며 연속적인 체온 센싱을 위해서는 피부 접촉식 센서를 사용하기도 한다. 비침습적 방법의 체온 센싱 장치로는 온도센서를 가축의 귀에 거는 이표형과 목에 거는 목걸이형이 있다. 그런데 이러한 센싱 장치가 측정한 센싱 체온 값은 열발산 기관 중의 하나인 귀 또는 표피에서 얻어진 값이기 때문에 직장 체온 대비 4~10℃ 이상 낮은 값인 28~34℃을 보이며, 외기온도에 따라 심하게는 20℃ 이하의 값도 얻어진다.
이와 같이 대부분의 비침습적 방법에 의한 체온 측정 값은 지나치게 외기의 영향을 많이 받거나 체온의 절대값이 지나치게 낮게 수집되는 문제점이 있으며, 따라서 변화가 심하지 않고 안정적으로 실제 체온값(심부 체온값)에 가장 근접한 온도를 얻을 수 있는 비침습적 방법에 의한 체온 측정장치를 개발할 필요성이 제기된다.
본 발명은 비침습적 방법으로 축우의 목걸이벨트에 부착하여 다수의 생체정보(체온, 활동성)와 환경정보(기온, 습도)를 센싱할 수 있는 센서모듈을 제공할 수 있으며, 이러한 센서모듈을 사용함으로써 실제 체온에 근접하게 온도를 측정할 수 있으므로 가축의 건강 상태를 보다 정확히 판단하고 진단할 수 있는 가축 관리 시스템을 구현하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 가축 생체정보 수집용 센서모듈로서, 가축의 피부에 접촉하여 표피온도를 측정하는 접촉식의 제1 온도센서; 비접촉 방식으로 가축의 표피온도를 측정하는 비접촉식의 제2 온도센서; 가축의 주변 온도를 측정하는 제3 온도센서; 및 데이터 처리부;를 포함하고, 상기 데이터 처리부는, 제1 온도센서가 측정한 제1 표피온도, 제2 온도센서가 측정한 제2 표피온도, 및 상기 제3 온도센서가 측정한 외기온도에 기초하여 가축의 추정체온을 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 가축 생체정보 수집용 센서모듈을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 가축 생체정보 수집용 센서모듈로서, 가축의 피부에 접촉하여 표피온도를 측정하는 접촉식 온도센서 또는 비접촉 방식으로 가축의 표피온도를 측정하는 비접촉식 온도센서 중 하나의 제1 온도센서; 가축의 주변 온도를 측정하는 제2 온도센서; 및 데이터 처리부(151);를 포함하고, 상기 데이터 처리부는, 상기 제1 온도센서가 측정한 표피온도 및 제2 온도센서가 측정한 외기온도에 기초하여 가축의 추정체온을 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 가축 생체정보 수집용 센서모듈을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 가축에 부착된 생체정보 수집용 센서모듈로부터 체온 데이터를 측정하고 이 체온 데이터를 교정하는 방법으로서, 상기 센서모듈에 설치된 접촉식의 제1 온도센서에 의해 측정한 제1 표피온도, 비접촉식의 제2 온도센서에 의해 측정한 제2 표피온도, 및 가축 주변의 온도를 측정하는 제3 온도센서에 의해 측정한 외기 온도를 수집하는 단계; 및 상기 제1 표피온도, 제2 표피온도, 및 외기온도에 기초하여 가축의 추정체온을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가축 체온 데이터 교정 방법을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 침습적 방법에 의해 가축의 체온을 측정하지 않으면서도 체온을 정확히 측정할 수 있으므로, 가축의 건강 상태를 보다 정확히 판단하고 진단할 수 있는 이점이 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가축 생체정보 수집용 센서모듈의 사시도,
도2는 일 실시예에 따른 센서모듈의 블록도,
도3은 일 실시예에 따른 센서모듈을 포함하는 통신 네트워크를 설명하는 도면,
도4는 일 실시예에 따라 가축 체온을 측정하고 교정하는 예시적인 흐름도,
도5는 일 실시예에 따른 센서모듈로부터 수집하는 센서 데이터를 설명하기 위한 도면,
도6은 도4의 추정체온 산출 단계(S120)의 예시적인 흐름도,
도7은 표피온도와 외기온도를 설명하는 그래프,
도8은 일 실시예에 따라 가축의 체온을 교정하기 위한 교정함수를 생성하는 예시적인 흐름도,
도9는 도8의 교정함수 생성 단계(S240)의 제1 실시예에 따른 예시적인 흐름도,
도10은 도8의 교정함수 생성 단계(S240)의 제2 실시예에 따른 예시적인 흐름도이다.
도2는 일 실시예에 따른 센서모듈의 블록도,
도3은 일 실시예에 따른 센서모듈을 포함하는 통신 네트워크를 설명하는 도면,
도4는 일 실시예에 따라 가축 체온을 측정하고 교정하는 예시적인 흐름도,
도5는 일 실시예에 따른 센서모듈로부터 수집하는 센서 데이터를 설명하기 위한 도면,
도6은 도4의 추정체온 산출 단계(S120)의 예시적인 흐름도,
도7은 표피온도와 외기온도를 설명하는 그래프,
도8은 일 실시예에 따라 가축의 체온을 교정하기 위한 교정함수를 생성하는 예시적인 흐름도,
도9는 도8의 교정함수 생성 단계(S240)의 제1 실시예에 따른 예시적인 흐름도,
도10은 도8의 교정함수 생성 단계(S240)의 제2 실시예에 따른 예시적인 흐름도이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가축 생체정보 수집용 센서모듈을 나타낸다. 도면을 참조하면, 가축 생체정보 수집용 센서모듈(10)(이하 간단히 '센서모듈'이라고 함)은 대략 육면체 형상을 갖는 케이스(100) 및 이 케이스(100)의 양 측면에 형성된 연결부(110)를 포함한다. 센서모듈(10)은 가축의 목(경부)에 부착될 수 있으며, 이를 위해, 연결부(110)에 벨트(도시 생략)가 끼워져서 연결될 수 있다.
도시한 실시예에서 센서모듈(10)의 케이스(100)에 접촉식 온도센서(11), 비접촉식 온도센서(12), 및 외기 온도센서(13)가 설치되어 있다. 접촉식 온도센서(11)는 가축의 피부(표피)와 접촉하여 가축의 표피온도를 측정하기 위한 온도센서이다. 즉 센서모듈(10)을 가축의 목에 매달 때, 접촉식 온도센서(11)가 위치한 면이 가축의 목에 접하도록 하여 센서모듈(10)을 매다는 것이 바람직하다. 이 때 온도센서(11)가 표피온도를 정확히 측정할 수 있도록, 연결부(110)에 연결된 벨트를 적절한 강도로 조여서 온도센서(11)가 표피에 대하여 지속적인 압착이 가해지도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
비접촉식 온도센서(12)는 접촉식 온도센서(12)가 설치된 케이스(100)의 면과 동일한 면에 설치될 수 있고, 비접촉 방식에 의해 가축의 표피온도를 측정한다. 예를 들어, 비접촉식 온도센서(12)는 적외선(IR) 센서일 수 있다. 센서모듈(10)을 매는 벨트가 뜨거나 센서모듈(10)이 가축의 목에 적절하게 압착하지 못하는 경우 접촉식 온도센서(11)가 제대로 표피온도를 측정하지 못하므로, 비접촉식 온도센서(12)가 이러한 접촉식 온도센서(11)의 단점을 보완할 수 있다. 반대로, 비접촉식 온도센서(12)는 가축의 표면에서 발산하고 공기층을 통과하여 온도센서(12)에 도달한 적외선에 의해 가축의 표피온도를 간접적으로 측정하므로 온도의 정확성이 접촉식에 비해 떨어지는 경우가 많으므로, 접촉식 온도센서(11)가 이러한 비접촉식 온도센서(12)의 단점을 보완할 수 있으며, 따라서 접촉식 온도센서(11)와 비접촉식 온도센서(12)는 상호보완하며 보다 정확한 표피온도를 산출할 수 있도록 한다.
외기 온도센서(13)는 가축 주변의 온도(이하 '외기 온도'라고도 함)를 측정한다. 외기 온도센서(13)는 가축에 직접 접촉하면 안되므로, 케이스(100)의 접촉식 온도센서(11) 및 비접촉식 온도센서(12)가 설치된 면이 아닌 다른 면에 설치되는 것이 바람직하다. 대안적 실시예에서 센서모듈(10)은 외부의 습도를 측정하는 습도센서(도시 생략)를 더 포함할 수 있다.
도2는 일 실시예에 따른 센서모듈의 블록도이다. 도면을 참조하면, 센서모듈(10)은 접촉식 온도센서(11), 비접촉식온도센서(12), 외기 온도센서(13), 데이터 처리부(151), 운동량 센서(152), 저장부(153), 무선통신 모듈(RF 모듈)(154), 전원(155), 및 안테나(17)를 포함할 수 있다.
접촉식 온도센서(11), 비접촉식온도센서(12), 및 외기 온도센서(13)는 도1을 참조하여 설명하였으므로 설명을 생략한다.
일 실시예에서 데이터 처리부(151), 운동량 센서(152), 저장부(153), RF 모듈(154), 및 전원(155)은 하나의 회로기판(15)에 실장될 수 있다. 그러나 대안적 실시예에서, 이들 구성요소들(151,152,153,154,155)이 둘 이상의 회로기판에 실장되어 구성될 수도 있다.
운동량 센서(152)는 가축의 운동량(활동량)을 측정하기 위한 하나 이상의 센서를 포함한다. 일 실시예에서 운동량 센서(152)는 3축 가속도 센서, 3축 각속도 센서, 및 3축 지자기 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 운동량 센서(152)가 측정한 데이터들은 가축의 체온 정보 및 환경 정보와 함께 가축의 상황이나 행동을 분석하는데 사용될 수 있다.
예를 들어, 센서 데이터들을 분석하여 가축의 행동을 매칭시킬 수 있고, 이에 따라 가축이 어떤 행동을 하고 있는지, 예컨대 먹이를 먹고 있는지, 누워있는지, 자고 있는지, 뛰어다니는지 등의 행동을 알아낼 수 있다. 이를 위해, 예컨대 가축의 행동을 유형(예컨대, 수면, 걷기, 뛰기, 먹이 먹기 등)별로 패턴화하여 데이터베이스나 룩업테이블 등으로 미리 저장해두고, 운동량 센서(152)에 의해 측정된 센서 데이터로부터 가축의 행동 패턴을 감지하여 가축이 어떤 유형의 행동을 했는지를 분석할 수 있다.
데이터 처리부(151)는 데이터 온도센서(11,12,13) 및 운동량 센서(152) 등 각종 센서에서 측정한 데이터(이하 '센서 데이터'라고도 함)를 수집하고 필요에 따라 이를 처리하고 외부 장치로 전송하도록 제어하는 역할을 한다.
일 실시예에서 데이터 처리부(151)는 접촉식 온도센서(11)가 측정한 제1 표피온도, 및 비접촉식 온도센서(12)가 측정한 제2 표피온도로부터 가축의 추정 체온을 산출할 수 있다. 이 때 데이터 처리부(151)는 외기 온도센서(13)가 측정한 외기온도를 고려하여 제1 및 제2 표피온도로부터 추정 체온을 산출할 수 있다.
다른 실시예에서, 데이터 처리부(151)는 상기 체온 값을 교정하는 교정함수를 상기 추정 체온에 적용하여 교정 체온을 생성할 수 있다. 일 실시예에서 이 교정함수는 현재의 계절 또는 외기온도 중 적어도 하나에 기초하여 기설정된 교정값을 포함하는 수식일 수 있다. 일 실시예에서 데이터 처리부(151)는 이 교정값을 추정 체온에 더함으로써 교정 체온을 산출할 수 있다.
일 실시예에 데이터 처리부(151)는 소정 시간 주기마다 각종 센서(11,12,13,152)로부터 센서 데이터를 수집하고 이 데이터를 처리할 수 있다. 예를 들어 데이터 처리부(151)는 10분 마다 센서(11,12,13,151)로부터 센서 데이터를 수집할 수 있다. 데이터 처리부(151)는 수집한 데이터를 처리하여 이로부터 추정 체온 및/또는 교정 체온을 산출할 수 있다.
다른 실시예에서, 데이터 처리부(151)는 매 시간 주기마다 수집한 센서 데이터들을 외부의 장치로 전송할 수 있다. 예를 들어 데이터 처리부(151)는 소정 시간 주기마다 수집한 데이터를 외부 장치로 전송할 수 있다. 다른 실시예에서, 데이터 처리부(151)는 소정 시간 주기마다 수집한 데이터로부터 추정 체온을 산출하고, 이 추정 체온을 외부 장치로 전송할 수 있다. 다른 실시예에서 데이터 처리부(151)는 추정 체온에 교정함수를 적용하여 교정 체온을 산출하고, 이 산출된 교정 체온을 외부 장치로 전송할 수 있다. 이 때 상기 '소정 시간 주기'는 예를 들어 5분 또는 10분 일 수 있으나, 구체적 실시 형태에 따라 다른 시간 값을 가질 수도 있다.
저장부(153)는 각종 센서(11,12,13,152)로부터 수집한 데이터 및 데이터 처리부(151)가 데이터를 처리하여 생성한 데이터(예컨대 추정 체온 및/또는 교정 체온)을 저장할 수 있는 데이터 저장수단이며, 예를 들어 플래시 메모리 등으로 구현될 수 있다. RF 모듈(154)과 안테나(17)는 외부의 다른 장치와의 무선통신을 위한 구성요소이다. RF 모듈(154)은 예를 들어 저전력 원거리 통신(LoRa), 블루투스, 지그비(Zigbee) 등의 무선통신 방식으로 외부 장치와 통신할 수 있도록 구현될 수 있다. 전원(155)은 센서모듈(10)의 각종 구성요소에 전원을 공급하며, 충전식, 교체형 등 임의의 방식의 전력원으로 구현될 수 있다.
도3은 일 실시예에 따른 센서모듈을 포함하는 통신 네트워크를 개략적으로 나타낸다. 도면을 참조하면, 예컨대 가축을 키우는 농가의 각 가축마다 목에 센서모듈(10)을 매달아 설치할 수 있다. 각각의 센서모듈(10)은 각 가축의 식별정보(예컨대 각 가축마다 부여된 식별 ID)와 일대일로 매칭되도록 각 센서모듈(10)마다 센서모듈 식별정보(ID)가 부여될 수 있다. 센서모듈(10)은 저전력 원거리 통신(LoRa), 블루투스, 지그비 등의 무선통신 방식으로 외부의 장치(30)와 통신할 수 있다. 예를 들어 외부 장치(30)는 무선통신을 위한 게이트웨이(20)와 USB 등으로 연결되어 있고, 게이트웨이(20)난 무선통신을 통해 각 센서모듈(10)과 통신할 수 있다. 일 실시예에서 외부 장치(30)는 각 센서모듈(10)로부터 센서 데이터를 수신하고 이로부터 각 가축의 추정체온 및/또는 교정 체온을 산출할 수 있다.
도4는 일 실시예에 따라 가축 체온을 측정하고 교정하는 방법(S100)의 예시적인 흐름도이다. 일 실시예에서 이 방법(S100)은 각 센서모듈(10)의 데이터 처리부(151)에서 수행될 수 있고, 대안적 실시예에서 외부 장치(30)에서 수행될 수도 있다. 이하에서는 외부 장치(30)에서 하나의 임의의 센서모듈(10)로부터 센서 데이터를 전송 받아서 방법(S100)을 실시하는 것으로 가정하고 설명하기로 한다.
도면을 참조하면, 단계(S110)에서 외부 장치(30)가 센서모듈(10)로부터 센서 데이터를 수집한다. 일 실시예에서 센서모듈(10)의 각종 센서(11,12,13,152)는 10분 간격으로 가축의 표피온도, 외기온도, 활동량 데이터 등의 센서 데이터를 생성하며, 무선네트워크를 통해 외부 장치(30)로 전송할 수 있다.
이와 관련하여 도5는 외부 장치(30)가 센서모듈(10)로부터 수집하는 센서 데이터의 예시적 구성을 나타낸다. 도5를 참조하면 센서모듈(10)에서 외부 장치(30)로 전송하는 데이터는 다음과 같다.
- 센서들이 온도, 활동량 등을 센싱한 시간("date" 및 "time"),
- 센서모듈을 식별하는 식별번호("RFID"),
- 배터리 상태 정보("battery"),
- 접촉식 온도센서(11)가 측정한 표피온도("skin(S)")
- 비접촉식 온도센서(12)가 측정한 표피온도("IR(I)")
- 외기온도 센서가 측정한 외기 온도("ambi(A)")
- 운동량 센서(152)가 측정한 가축의 활동량("Activity")
일 실시예에서 센서모듈(10)은 상기 센서 데이터 외에 다른 데이터(예컨대 습도 센서를 포함하는 경우 습도 데이터) 등을 더 포함할 수 있고, 대안적 실시예에서, 상기 센서 데이터 중 일부 데이터가 생략될 수도 있다.
다시 도4를 참조하면, 단계(S120)에서, 외부 장치(30)는 센서모듈(10)로부터 수신한 센서 데이터들로부터 가축의 추정 체온을 산출할 수 있다. 일 실시예에서 외부 장치(30)는 접촉식 온도센서(11)가 측정한 제1 표피온도 및 비접촉식 온도센서(12)가 측정한 제2 표피온도, 및 외기 온도센서(13)가 측정한 외기 온도에 기초하여 가축의 추정체온을 산출할 수 있다.
일 실시예에서 외부 장치(30)는 제1 표피온도를 추정 체온으로 선택하거나 또는 제2 표피온도를 추정 체온으로 선택할 수 있다. 또는, 제1 표피온도와 제2 표피온도가 적합한 측정값이 아니라고 판단될 경우, 외부 장치(30)는 과거의 추정체온 이력을 참조하여 현재의 추정체온을 산출할 수도 있다. 추정체온을 산출하는 예시적인 실시예에 대해서는 도6을 참조하여 후술하기로 한다.
추정체온이 산출되면, 단계(S130)에서, 이 추정체온에 교정(calibration) 함수를 적용하여 가축의 교정체온을 산출할 수 있다. 여기서 교정함수는 기설정된 하나 이상의 교정값을 포함하는 수식 또는 조건식으로 표현될 수 있고, 컴퓨터 알고리즘으로서 소프트웨어로 구현되거나 또는 룩업 테이블 등의 데이터베이스 형태로 구현될 수 있다.
일 실시예에서 이 교정함수는 현재의 시기(계절)이나 현재의 외기온도 중 적어도 하나에 기초하여 기설정된 교정값을 추정체온에 더함으로써 교정체온을 산출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 현재 시기(계절)에 기초하는 경우, 계절별로 시간을 구분해두고(예컨대 봄, 여름, 가을, 겨울을 각각 3~5월, 6~8월, 9~11월, 12~2월로 분류해두고), 현재 날짜에 기초하여 현재 어느 계절인지 판단한 후, 예컨대 여름이면 추정체온에 섭씨 1.7도를 더하여 교정체온으로 산출하고, 겨울이면 추정체온에 섭씨 2.2도를 더하여 교정체온으로 산출할 수 있다.
대안적으로, 현재의 외기온도에 기초하는 경우, 외기온도를 일정 온도대역 별로 분류하고 온도대역마다 교정값을 다르게 설정해둘 수 있다. 예를 들어 외기온도를 10도 간격으로 구분한 후, 예컨대 현재 외기온도가 제1 온도대역에 속하면 제1 교정값을 추정체온에 더해서 교정온도로 산출하고, 현재 외기온도가 제2 온도대역에 속한다면 제2 교정값을 추정체온에 더해서 교정온도로 산출할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 현재의 시기(계절)와 외기온도를 모두 고려하여 교정체온을 산출할 수도 있다. 예를 들어 계절 구분과 외기온도를 온도대역 별로 미리 분류하고 계절과 온도대역의 조합마다 교정값을 다르게 설정해 두고, 현재 어느 계절의 어느 온도 대역에 속하는지에 따라 추정온도에 교정값을 더하여 교정온도를 산출할 수 있다.
이제 도6을 참조하여 추정체온을 산출하는 예시적인 실시예를 설명하기로 한다. 도6은 도4의 추정체온 산출 단계(S120)의 예시적인 흐름도이다. 구체적 실시 형태에 따라 이 단계(S120)가 센서모듈(10) 또는 외부 장치(30)에서 실행될 수 있으며, 이하에서는 외부 장치(30)에서 실행되는 것을 가정하고 설명하기로 한다.
도면을 참조하면, 단계(S121)에서 외부 장치(30)는 센서모듈(10)로부터 수신한 제1 표피온도와 제2 표피온도에 대한 유효성을 판단할 수 있다. 일 실시예에서 유효성 판단은 수신한 표피온도가 미리 설정된 소정 조건을 만족하는지 여부를 판단하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어 수신한 표피온도가 기존의(예컨대 바로 직전의 소정 기간동안 수신한) 표피온도와 일정 임계값 이상의 차이가 있을 때, 이 표피온도는 센서 오류 등으로 잘못 측정되었다고 판단하여 유효하지 않은 값이라고 판단할 수 있다. 또 다른 예로서, 소정 시간 간격마다 데이터를 수신하는 경우 표피온도를 수신받아야 할 시간에 이에 관한 데이터를 수신받지 못하였다면 센서오류 뜨는 통신 네트워크 장애가 발생하였다고 판단하여 이 해당 시점에서의 표피온도가 유효하지 않다고 판단할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 외기온도와 표피온도와의 상관(correlation)을 분석하여 표피온도가 유효한지를 판단할 수도 있다. 일반적으로 외기온도는 시간에 따라 계속 변화하지만 체온은 외기온도에 관계없이 거의 일정하다. 그러므로 외기온도와의 독립성이 있으면 유효 데이터로 간주할 수 있다. 반대로, 표피온도가 외기온도와 비슷한 온도값을 나타내거나 외기온도의 온도변화에 추종하여 변화한다면 이런 경우는 예컨대 온도센서(11,12)가 부착된 센서모듈(10)의 표면이 뒤집어져서 가축의 표피와 접촉하지 않는 상태라고 가정할 수 있으므로, 이와 같이 외기온도와의 독립성이 약하면 이러한 표피온도는 유효하지 않은 데이터라고 판단한다.
따라서, 일 실시예에서, 표피온도와 외기온도의 상관관계 분석을 하여 (0에서 1 사이의) 상관계수가 기설정된 임계값 이하이면 상관성이 약하므로 유효한 데이터로 간주하고, 임계값 이상이면 상관성이 강하므로 유효하지 않은 데이터로 판단할 수 있다.
다음으로 단계(S122 내지 S125)에서, 상술한 유효성 판단 결과에 따라 제1 표피온도와 제2 표피온도 중 하나를 추정체온으로 선택할 수 있다. 예를 들어, 제1 표피온도와 제2 표피온도가 모두 유효하다면(S122_Y) 제1 표피온도를 가축의 추정체온으로 선택하고(S123), 제1 및 제2 표피온도 중 하나만 유효하다면(S124_Y) 그 유효한 표피온도를 가축의 추정체온으로 선택할 수 있다(S125).
이와 관련하여, 도7은 표피온도와 외기온도의 측정 결과의 일반적인 양상을 보여준다. 접촉식 온도센서(11)는 가축의 표피와 직접 접촉하여 가축의 표피를 측정하고 비접촉식 온도센서(12)는 일정 거리 떨어져서 가축에서 방사되는 적외선을 측정하여 간접적으로 표피온도를 측정하기 때문에, 접촉식 온도센서(11)가 가축의 표피에 접촉해 있다면 접촉식 온도센서에서 검출한 값이 더 정확하고, 이 경우 접촉식 온도센서(11)가 측정한 표피온도가 일정한 온도 갭(gap)를 두고 비접촉식 온도센서(12)의 표피온도 보다 약간 높게 측정되는 것이 일반적이다.
따라서 이 온도 갭을 유지하면서 접촉식 온도센서의 표피온도(제1 표피온도)와 비접촉식 온도센서의 표피온도(제2 표피온도)가 측정된 경우, 제1 표피온도가 실제 체온에 더 가깝기 때문에 제1 표피온도를 추정체온으로 선택하는 것이 가장 바람직하다(S123).
그러나 제1 표피온도가 유효하지 않으면 제2 표피온도를 추정체온으로 선택하고(S125), 제1 및 제2 표피온도가 모두 유효하지 않다면(S124_N) 제1 및 제2 표피온도를 추정체온으로 선택할 수 없으므로 다른 값을 추정체온을 산출하는 것이 바람직하다. 도시한 일 실시예에서, 표피온도가 모두 유효하지 않다면(S124_N), 과거의 추정체온 기록에 기초하여 현재의 추정체온을 산출할 수 있다(S126). 예를 들어 소정 간격마다 표피온도를 수집하여 추정체온을 산출하는 경우, 바로 직전에 산출된 추정체온을 현 시점의 추정체온으로 판단하거나 또는 앞선 복수회의 추정체온을 평균한 추정체온을 현 시점의 추정체온으로 판단할 수도 있다.
이제 도4의 교정체온 산출 단계(S130)에서 사용되는 교정함수를 생성하는 예시적 방법을 도8 내지 도10을 참조하여 설명하기로 한다. 교정함수의 산출은 외부 장치(30)가 다수의 센서모듈(10)로부터 센서 데이터를 수집한 후 이로부터 산출하는 것이 일반적이므로 일 실시예에서 도8 내지 도10의 흐름도는 외부 장치(30)에서 수행하는 것이 바람직하나, 구체적 실시 형태에 따라 이러한 흐름도가 센서모듈(10)에서 수행될 수도 있다. 다만 이하의 실시예에서는 외부 장치(30)에서 도8 내지 도10의 흐름도를 수행하는 것으로 가정한다.
도8은 실시예에 따라 가축의 체온을 교정하기 위한 교정함수를 생성하는 예시적인 흐름도이다. 도면을 참조하면 단계(S210)에서 외부 장치(30)는 센서모듈(10)로부터 센서 데이터를 수집한다. 이 때 교정함수의 정확성을 높이기 위해 가능한 많은 가축에 부착된 다수의 센서모듈(10)로부터 센서 데이터를 수집하는 것이 바람직하다. 일 실시예에서 예컨대 한 농가 내의 10마리의 소에 부착된 10개의 센서모듈(10)로부터 센서 데이터를 수집할 수 있다.
외부 장치(30)가 수집하는 센서 데이터는 도5를 참조하여 설명한 센서 데이터 중 적어도 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어 외부 장치(30)는 온도 등을 센싱한 시간, 가축과 일대일로 대응되는 센서모듈의 식별번호(ID), 접촉식 온도센서(11)가 측정한 제1 표피온도, 비접촉식 온도센서(12)가 측정한 제2 표피온도, 외기 온도센서(13)가 측정한 외기온도, 운동량 센서(152)가 측정한 가축의 활동량 등을 포함할 수 있다.
또한 이 때 외부 장치(30)는 일정 기간 내에 소정 시간 간격마다 상기 다수의 센서모듈(10)로부터 수집하며, 예컨대 10분의 시간주기로 수집할 수 있다. 여기서 '일정 기간'은 예를 들어 2주의 기간일 수 있고, '소정 시간 간격'은 예를 들어 10분일 수 있다. 따라서 이 경우 외부 장치(30)는 하나의 센서모듈(10)로부터 2,016번(6*24*14=2016)의 센서 데이터를 수신하게 된다. 또한 일 실시예에서, 각 계절마다 상기 수집활동을 반복할 수 있다. 예를 들어 봄, 여름, 가을, 겨울에 한번씩 2주간 10분 간격으로 센서 데이터를 수신할 수 있고, 따라서 이 경우 외부 장치(30)는 일년 동안 하나의 센서모듈(10)로부터 총 8,064회의 센서 데이터를 수신하게 될 것이다.
한편 센서 데이터를 수집하는 단계(S210)와 동시에 외부 장치(30)는 해당 센서모듈(10)이 부착되어 있는 가축으로부터 이 가축의 기준체온을 수신한다(S230). 이 때 외부 장치(30)는 센서모듈(10)로부터 센서 데이터를 수신하는 시간 주기와 동일한 시간 주기로 동일한 시각마다 기준 체온을 수신한다.
여기서 '기준 체온'은 가축의 실제 체온에 가장 근접하게 측정할 수 있는 체온을 의미하며, 예를 들어 가축의 직장 온도, 질내 온도, 구강내 온도, 귓속 온도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 기준 체온의 측정을 위해 별도의 온도센서를 가축의 직장, 질 내부, 구강, 또는 귓속에 부착시켜야 한다. 그러나 종래 방식과 달리, 본 발명의 실시예에서는 한정된 일정 기간만(예컨대, 계절별로 2주간만) 부착하면 되므로 가축에게 주는 스트레스를 감소시키고 체온 측정의 정확성을 높일 수 있다.
다음으로, 단계(S220)에서 외부 장치(30)는 센서모듈(10)로부터 수신한 센서 데이터들로부터 가축의 추정 체온을 산출한다. 일 실시예에서 이 단계(S220)는 도4의 추정체온 산출 단계(S120)와 동일 또는 유사하게 실행될 수 있으며 자세한 설명은 생략한다.
다음으로 단계(S240)에서 외부 장치(30)는 기준체온과 추정체온에 기초하여 교정함수를 생성할 수 있다. 교정함수는 기설정된 하나 이상의 교정값을 포함하는 수식 또는 조건식으로 표현될 수 있고, 컴퓨터 알고리즘으로서 소프트웨어로 구현되거나 또는 룩업 테이블이나 데이터베이스 등의 형태로 구현될 수 있다.
도9는 도8의 교정함수 생성 단계(S240)의 제1 실시예에 따른 방법을 나타낸다. 도9를 참조하면, 외부 장치(30)가 수신한 센서 데이터를 시기(계절)별로 분류한다(S241). 예를 들어 외부 장치(30)가 복수개의 센서모듈(10)들로부터 1년간 센서 데이터를 수집하였다면 계절별로 센서 데이터를 분류한다. 그 후 각 계절별로, 추정체온과 기준체온의 오차를 최소로 하는 교정값을 산출한다(S242). 일 실시예에서, 추정체온의 평균값과 기준체온의 평균값을 각각 구하고 두 평균값 간의 차이를 교정값으로 설정할 수 있다.
그 후 이 산출된 교정값을 해당 시기(계절)에 대한 교정함수로 정의할 수 있다(S243). 이러한 방법에 따르면, 예를 들어 봄(3~5월)에 대한 교정값을 섭씨 2.0도, 여름(6~8월)에 대한 교정값을 섭씨 1.7도, 가을(9~11월)에 대한 교정값을 섭씨 2.0도, 겨울(12~2월)에 대한 교정값을 섭씨 2.2도로 각각 설정할 수 있다.
따라서 이와 같이 교정함수가 설정되면, 이 교정함수를 교정체온을 산출하는 단계(즉, 도4의 S130 단계)를 수행하는 주체(즉, 센서모듈(10) 또는 외부 장치(30))의 데이터 저장수단에 넣어두고, S130 단계에 따라 교정체온을 산출할 때마다 추정체온에 이 교정값을 적용하여 교정체온을 산출할 수 있다. 예를 들어 외부 장치(30)가 상기와 같이 산출된 교정함수를 각각의 센서모듈(10)에 전송하여 센서모듈(10)의 저장부(153)에 저장해둘 수 있고, 센서모듈(10)은 온도센서(11,12,13)로부터 제1 및 제2 표피온도와 외기온도를 수신하면 도4의 단계(S120)에 따라 추정체온을 산출하고 그 후 단계(S130)에 따라 교정함수를 적용하여 교정체온을 산출할 수 있다.
도10은 도8의 교정함수 생성 단계(S240)의 제2 실시예에 따른 방법(S240')을 나타낸다. 도10을 참조하면, 우선 외부 장치(30)가 외기온도를 소정 온도 간격의 온도 대역별로 분류한다(S241'). 예를 들어 외기온도를 10도 간격으로 구분해 둘 수 있다. 센서모듈(10)로부터 수신한 센서 데이터를 해당 센서 데이터 중의 외기온도에 따라 온도대역 별로 분류한다. 그 후 각 온도대역 별로, 해당 온도대역 내의 추정체온과 기준체온의 오차를 최소로 하는 교정값을 산출한다(S242'). 이에 따라, 예컨대 제1 온도대역에 대해 제1 교정값이 생성되고, 제2 온도대역에 대해 제2 교정값이 생성되는 식으로 각 온도대역마다 교정값이 하나씩 생성되고, 그 후 이 산출된 교정값을 온도대역에 대한 교정함수로 정의할 수 있다(S243').
그 후 이 교정함수를 각각의 센서모듈(10)로 전송하여 센서모듈(10)의 저장부(153)에 저장하여 두고, 센서모듈(10)이 제1 및 제2 표피온도와 외기온도를 수신할 때마다 도4의 단계(S120 및 S130)에 따라 추정체온을 산출하고 이 추정체온에 교정함수를 적용하여 교정체온을 산출할 수 있다.
이와 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 수 있으며, 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 센서모듈
11: 접촉식 온도센서
12: 비접촉식 온도센서
13: 외기 온도센서
20: 게이트웨이
30: 외부 장치
11: 접촉식 온도센서
12: 비접촉식 온도센서
13: 외기 온도센서
20: 게이트웨이
30: 외부 장치
Claims (17)
- 가축 생체정보 수집용 센서모듈로서,
가축의 피부에 접촉하여 표피온도를 측정하는 접촉식의 제1 온도센서(11);
비접촉 방식으로 가축의 표피온도를 측정하는 비접촉식의 제2 온도센서(12);
가축의 주변 온도를 측정하는 제3 온도센서(13); 및
데이터 처리부(151);를 포함하고,
상기 데이터 처리부는, 제1 온도센서가 측정한 제1 표피온도, 제2 온도센서가 측정한 제2 표피온도, 및 상기 제3 온도센서가 측정한 외기온도에 기초하여 가축의 추정체온을 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 가축 생체정보 수집용 센서모듈. - 제 1 항에 있어서,
가축의 운동량을 측정하는 운동량 센서를 더 포함하고,
상기 운동량 센서는 3축 가속도 센서, 3축 각속도 센서, 및 3축 지자기 센서 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가축 생체정보 수집용 센서모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 데이터 처리부가 상기 추정체온을 산출할 때,
상기 제1 및 제2 표피온도의 각각의 데이터 유효성을 판단하고,
상기 제1 및 제2 표피온도가 모두 유효하다면 상제1 표피온도를 가축의 추정체온으로 선택하고, 상기 제1 및 제2 표피온도 중 하나만 유효하다면 그 유효한 표피온도를 가축의 추정체온으로 선택하도록 구성된 것을 특징으로 하는 가축 생체정보 수집용 센서모듈. - 제 3 항에 있어서,
상기 데이터 처리부가, 상기 제1 및 제2 표피온도가 모두 유효하지 않으면, 과거 소정 기간의 추정체온 기록에 기초하여 현재 추정체온을 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 가축 생체정보 수집용 센서모듈. - 제 4 항에 있어서,
상기 센서모듈이 무선통신을 위한 RF모듈 및 안테나를 더 포함하고,
(i) 상기 추정체온을 산출할 때마다 이 산출된 추정체온을, 또는 (ii) 소정 기간이 경과하면 이 소정 기간 동안 저장했던 추정체온을, 무선통신 네트워크를 통해 외부의 컴퓨팅 디바이스로 전송하는 것을 특징으로 하는 가축 생체정보 수집용 센서모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 데이터 처리부가, 기정의된 교정함수를 상기 추정체온에 적용하여 가축의 교정체온을 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 가축 생체정보 수집용 센서모듈. - 제 6 항에 있어서,
상기 교정함수는, 현재의 계절 또는 외기온도 중 적어도 하나에 기초하여 기설정된 교정 값을 상기 추정체온에 더함으로써 교정체온을 산출하는 수식을 포함하는 것을 특징으로 하는 가축 생체정보 수집용 센서모듈. - 제 6 항에 있어서,
무선통신을 위한 RF모듈 및 안테나를 더 포함하고,
(i) 상기 교정체온을 산출할 때마다 이 산출된 교정체온을, 또는 (ii) 소정 기간이 경과하면 이 소정 기간동안 저장했던 교정체온을, 무선통신 네트워크를 통해 외부의 컴퓨팅 디바이스로 전송하는 것을 특징으로 하는 가축 생체정보 수집용 센서모듈. - 가축 생체정보 수집용 센서모듈로서,
가축의 피부에 접촉하여 표피온도를 측정하는 접촉식 온도센서 또는 비접촉 방식으로 가축의 표피온도를 측정하는 비접촉식 온도센서 중 하나의 제1 온도센서;
가축의 주변 온도를 측정하는 제2 온도센서; 및
데이터 처리부(151);를 포함하고,
상기 데이터 처리부는, 상기 제1 온도센서가 측정한 표피온도 및 제2 온도센서가 측정한 외기온도에 기초하여 가축의 추정체온을 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 가축 생체정보 수집용 센서모듈. - 제 9 항에 있어서,
가축의 운동량을 측정하는 운동량 센서를 더 포함하고,
상기 운동량 센서는 3축 가속도 센서, 3축 각속도 센서, 및 3축 지자기 센서 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가축 생체정보 수집용 센서모듈. - 제 9 항에 있어서,
상기 데이터 처리부가, 기정의된 교정함수를 상기 추정체온에 적용하여 가축의 교정체온을 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 가축 생체정보 수집용 센서모듈. - 제 11 항에 있어서,
상기 교정함수는, 현재의 계절 또는 외기온도 중 적어도 하나에 기초하여 기설정된 교정 값을 상기 추정체온에 더함으로써 교정체온을 산출하는 수식을 포함하는 것을 특징으로 하는 가축 생체정보 수집용 센서모듈. - 가축에 부착된 생체정보 수집용 센서모듈로부터 체온 데이터를 측정하고 이 체온 데이터를 교정하는 방법으로서,
상기 센서모듈에 설치된 접촉식의 제1 온도센서에 의해 측정한 제1 표피온도, 비접촉식의 제2 온도센서에 의해 측정한 제2 표피온도, 및 가축 주변의 온도를 측정하는 제3 온도센서에 의해 측정한 외기 온도를 수집하는 단계(S110); 및
상기 제1 표피온도, 제2 표피온도, 및 외기온도에 기초하여 가축의 추정체온을 산출하는 단계(S120);를 포함하는 것을 특징으로 하는 가축 체온 데이터 교정 방법. - 제 13 항에 있어서, 상기 추정체온을 산출하는 단계(S120)가,
상기 제1 및 제2 표피온도의 각각의 데이터 유효성을 판단하는 단계(S121);
상기 제1 및 제2 표피온도가 모두 유효하다면, 상제1 표피온도를 가축의 추정체온으로 선택하는 단계(S123); 및
상기 제1 및 제2 표피온도 중 하나만 유효하다면, 그 유효한 표피온도를 가축의 추정체온으로 선택하는 단계(S125);를 포함하는 것을 특징으로 하는 가축 체온 데이터 교정 방법. - 제 14 항에 있어서, 상기 추정체온을 산출하는 단계(S120)가,
상기 제1 및 제2 표피온도가 모두 유효하지 않으면, 과거 소정 기간의 추정체온 기록에 기초하여 현재 추정체온을 산출하는 단계(S126);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가축 체온 데이터 교정 방법. - 제 13 항에 있어서,
기정의된 교정함수를 상기 추정체온에 적용하여 가축의 교정체온을 산출하는 단계(S130)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가축 체온 데이터 교정 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 교정함수는, 현재의 계절 또는 외기온도 중 적어도 하나에 기초하여 기설정된 교정 값을 상기 추정체온에 더함으로써 교정체온을 산출하는 수식을 포함하는 것을 특징으로 하는 가축 체온 데이터 교정 방법.
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