KR20220067200A - An Underwater Monitoring System for a Marine Aquaculture Based on an Artificial Intelligence and a Method for Monitoring the Marine Aquaculture with the Same - Google Patents

An Underwater Monitoring System for a Marine Aquaculture Based on an Artificial Intelligence and a Method for Monitoring the Marine Aquaculture with the Same Download PDF

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KR20220067200A
KR20220067200A KR1020200153651A KR20200153651A KR20220067200A KR 20220067200 A KR20220067200 A KR 20220067200A KR 1020200153651 A KR1020200153651 A KR 1020200153651A KR 20200153651 A KR20200153651 A KR 20200153651A KR 20220067200 A KR20220067200 A KR 20220067200A
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sound
intrusion
underwater
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artificial intelligence
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김효성
정다은
정경진
이태석
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주식회사 산엔지니어링
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Abstract

The present invention relates to an artificial intelligence-based marine fish farm underwater monitoring system and a monitoring method using the same. The artificial intelligence-based marine fish farm underwater monitoring system includes: a sonar-type sound detection module (11) disposed below the surface of water to detect sound generated underwater; a sound analysis module (12) analyzing the sound detected by the sound detection module (11); an abnormal sound source learning module (13) providing an algorithm for analyzing a pattern of an abnormal sound source in the sound analysis module (12); and an intrusion determination module (14) determining whether the sound analysis module (12) corresponds to an external intrusion situation based on a result analyzed by the sound analysis module (12).

Description

인공지능 기반의 해양 양식장 수중 감시 시스템 및 그에 의한 감시 방법{An Underwater Monitoring System for a Marine Aquaculture Based on an Artificial Intelligence and a Method for Monitoring the Marine Aquaculture with the Same}An Underwater Monitoring System for a Marine Aquaculture Based on an Artificial Intelligence and a Method for Monitoring the Marine Aquaculture with the Same}

본 발명은 인공지능 기반의 해양 양식장 수중 감시 시스템 및 그에 의한 감시 방법에 관한 것이고, 구체적으로 음향 추출 데이터의 패턴 인식에 기초하여 침입 여부의 판단이 가능한 인공지능 기반의 해양 양식장 수중 감시 시스템 및 그에 의한 감시 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an artificial intelligence-based marine farm underwater monitoring system and a monitoring method by the same, and specifically, to an artificial intelligence-based marine farm underwater monitoring system capable of determining whether an invasion is based on pattern recognition of sound extraction data, and a method thereof It's about monitoring.

수산식량 양식은 미래의 주목받는 전망 산업으로 개발되고 있고, 양식 수산물 생산량은 10년 동안 계속적으로 증가하는 추세에 있다. 가두리 양식장은 해양 생물을 인공적으로 키우기 위한 시설물로 내륙에 가까이 운영할 경우 해수 순환 악화로 인한 노후화로 생산성이 저하되고, 어병 발병률이 상승하는 단점을 가진다. 이와 같은 단점을 개선하기 위하여 해수 순환이 좋은 개방형 앞바다에서 가두리 양식장이 활발하게 운영되고 있다. 그러나 내륙에서 멀어짐으로 인하여 양식 중인 어패류가 도난 피해에 쉽게 노출된다는 문제점이 있다. 양식 어패류 피해가 발생할 경우 재해에 대한 보상은 있으나 도난에 대하여 해당 사항이 없어 양식장의 운영에 더 치명적인 영향을 줄 수 있다. 이러한 도난에 의한 피해를 방지하기 위한 공지기술로 공개특허 제10-2012-0087212호, 등록특허 제10-13780710000호 및 등록특허 제10-17983960000호는 CCTV를 통한 모니터링 시스템에 대하여 개시한다. 그러나 이와 같은 시스템은 소형 선박을 통해 침투하거나 야간에 잠수를 통한 수중 침투를 탐지하기 어렵다는 단점을 가진다. 또한 등록특허 제10-12684020000호 및 공개특허 제10-2019-0009132호는 원뿔 형태로 송신한 음파의 되돌아온 정보를 이용하여 가두리 주변을 스캔할 수 있는 능동 소나(sonar)를 양식장에 대한 수중 침투를 방지하기 위한 기술로 제안한다. 그러나 이와 같은 장비의 경우 높은 가격과 높은 전력 소모량으로 인하여 장기간 실제로 운용하기 어렵다는 단점을 가진다. 또한, 200 watt 이상의 출력으로 장기간 발생시키는 인위적인 음파는 양식장의 어패류에게 해로운 영향을 줄 수 있다. 능동 소나와 대비되는 수동 소나 방식은 외부에서 생성된 소리를 수중청음기(Hydrophone)를 이용하여 수신한다. 신호를 별도로 지속적으로 송신하는 구조가 아니고, 이로 인하여 능동 소나에 비하여 매우 적은 전력 소모량을 가지면서 운용을 위하여 필요한 장치의 수가 감소될 수 있다는 이점을 가진다. 과거에 이러한 수동 소나 방식으로 음향의 패턴을 분석하는데 한계가 있었으나, 인공지능 기술의 지속적인 발달로 인하여 패턴 인식의 신뢰성이 증대되면서 활용이 가능하게 되었다. 환경에 맞는 데이터 집합으로 학습된 모델을 기반으로 연속적으로 획득되는 음향 데이터에 기초하여 양식장에 대한 수중 침입 여부 및 상황을 인식하여 위험 상황에 해당하는지 여부를 판단하는 것이 가능하다. 그러므로 수동 소나 방식에 의한 침입 감시 기술이 개발될 필요가 있지만 선행기술은 이에 대하여 개시하지 않는다.Aquaculture is being developed as a promising industry in the future, and the production of aquaculture products has been continuously increasing for 10 years. The cage farm is a facility for artificially nurturing marine life, and if operated close to the inland, productivity decreases due to deterioration due to deterioration of seawater circulation and the incidence of fish diseases increases. In order to improve these shortcomings, cage farms are actively operating in open seas with good seawater circulation. However, there is a problem that the fish and shellfish being farmed are easily exposed to theft damage due to the distance from the inland. In case of damage to farmed fish and shellfish, there is compensation for the disaster, but there is no provision for theft, which can have a more fatal impact on the operation of the farm. As a known technique for preventing damage due to theft, Korean Patent Publication No. 10-2012-0087212, Patent Registration No. 10-13780710000, and Patent Registration No. 10-17983960000 disclose a monitoring system through CCTV. However, such a system has a disadvantage in that it is difficult to penetrate through a small vessel or detect underwater penetration through diving at night. In addition, registered patent No. 10-12684020000 and Patent Publication No. 10-2019-0009132 use active sonar that can scan around the cage using the returned information of the sound wave transmitted in the form of a cone, to penetrate underwater into the farm. technology to prevent it. However, such equipment has a disadvantage in that it is difficult to actually operate it for a long period of time due to a high price and high power consumption. In addition, artificial sound waves generated for a long time with an output of 200 watts or more can have a detrimental effect on fish and shellfish in the farm. In contrast to active sonar, passive sonar receives externally generated sound using a hydrophone. It is not a structure for continuously transmitting a signal separately, and thus has an advantage that the number of devices required for operation can be reduced while having very low power consumption compared to an active sonar. In the past, there was a limit to analyzing a sound pattern using this passive sonar method, but it became possible to use it as the reliability of pattern recognition increased due to the continuous development of artificial intelligence technology. Based on the acoustic data continuously acquired based on a model trained with a data set suitable for the environment, it is possible to determine whether or not it corresponds to a dangerous situation by recognizing the presence and situation of underwater intrusion into the farm. Therefore, there is a need to develop an intrusion monitoring technology by a passive sonar method, but the prior art does not disclose it.

본 발명은 선행기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.The present invention is to solve the problems of the prior art and has the following objects.

선행기술 1: 특허공개번호 10-2012-0087212((주)코리아컴퓨터, 2012.08.07. 공개) 가두리 양식장 원격 감시 장치Prior art 1: Patent Publication No. 10-2012-0087212 (Korea Computer Co., Ltd., published on August 7, 2012) Remote monitoring device for cage farms 선행기술 2: 특허공개번호 10-2013-0042121(한국생산기술연구원, 2013.04.26.공개) 수중 감시 시스템Prior art 2: Patent Publication No. 10-2013-0042121 (Korea Institute of Industrial Technology, published on April 26, 2013) Underwater monitoring system 선행기술 3: 특허등록번호 10-1378071((주)금성보안, 2014.03.28. 공고) 양식장 및 인공어초 도난 감시 시스템 및 방법Prior Art 3: Patent Registration No. 10-1378071 (Geumseong Security Co., Ltd., announced on March 28, 2014) Theft monitoring system and method for farms and artificial reefs 선행기술 4: 특허공개번호 10-2016-0039587((주)럭스콤, 2016.04.11. 공개) 조수간만 차이를 반영한 해양 양식장 방범용 감시 시스템 및 제어 방법Prior Art 4: Patent Publication No. 10-2016-0039587 (Luxcom Co., Ltd., published on April 11, 2016) Crime prevention monitoring system and control method for marine farms reflecting the difference in tides 선행기술 5: 특허공개번호 10-2019-0009132(주식회사 글로비트, 2019.01.28. 공개) 초음파를 이용한 가두리 침투 감지 시스템Prior Art 5: Patent Publication No. 10-2019-0009132 (Globit Co., Ltd., published on January 28, 2019) Threshold penetration detection system using ultrasound

본 발명의 목적은 수동 소나 방식을 이용하여 해양 양식장에 수중으로 침투하는 것을 감지할 수 있는 인공지능 기반의 해양 양식장 수중 감시 시스템을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an artificial intelligence-based underwater monitoring system for aquaculture that can detect underwater penetration into an aquaculture using a passive sonar method.

본 발명의 다른 목적은 연속적으로 획득되는 음향 데이터로부터 양식장에 대한 수중 침입 여부 및 상황을 인식하여 위험 상황에 해당하는지 여부를 판단하는 인공지능 기반의 해양 양식장 수중 감시 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an artificial intelligence-based underwater monitoring method for marine aquaculture that determines whether or not a dangerous situation corresponds to a dangerous situation by recognizing the presence and situation of underwater intrusion into the farm from the continuously acquired acoustic data.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 인공지능 기반의 해양 양식장 수중 감시 시스템은 수면 아래에 배치되어 수중에서 발생하는 음향을 탐지하는 소나 방식의 음향 탐지 모듈; 음향 탐지 모듈에서 탐지된 음향을 분석하는 음향 분석 모듈; 음향 분석 모듈에서 이상 음원의 패턴을 분석하는 알고리즘을 제공하는 이상 음원 학습 모듈; 및 음향 분석 모듈에서 분석된 결과에 기초하여 외부 침입 상황에 해당하는지 여부를 결정하는 침입 결정 모듈을 포함한다.According to a suitable embodiment of the present invention, an artificial intelligence-based marine farm underwater monitoring system includes: a sonar-type acoustic detection module disposed below the water surface to detect a sound generated in the water; a sound analysis module for analyzing the sound detected by the sound detection module; an abnormal sound source learning module that provides an algorithm for analyzing a pattern of an abnormal sound source in the sound analysis module; and an intrusion determination module that determines whether it corresponds to an external intrusion situation based on the analysis result in the acoustic analysis module.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 침해 결정 모듈은 LSTM(Long-Term Memory Models)과 같은 알고리즘에 의하여 탐지된 음향의 패턴을 분석하여 침입 상황 여부를 판단한다. According to another suitable embodiment of the present invention, the intrusion determination module analyzes a sound pattern detected by an algorithm such as LSTM (Long-Term Memory Models) to determine whether there is an intrusion situation.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 음향 탐지 모듈(11)은 하이드로폰(Hydrophone)을 포함하고, 탐지 음향은 수중 다이버(diver)의 호흡으로 인한 음향 또는 선박에서 발생되는 음향 등을 포함한다. According to another suitable embodiment of the present invention, the sound detection module 11 includes a hydrophone, and the detection sound includes a sound caused by breathing of an underwater diver or a sound generated by a ship. .

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 침입 결정 모듈(14)의 결정에 따른 침입 상황을 알리는 알림 수단을 더 포함한다.According to another suitable embodiment of the present invention, it further includes a notification means for notifying the intrusion situation according to the determination of the intrusion determination module 14.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 인공지능 기반의 해양 양식장 수중 감시 방법은 적어도 두 개의 수중 청음 수단이 양식장의 수중에 설치되는 단계; 수중 청음 수단에 의하여 음향 데이터가 수집되는 단계; 수집된 음향 데이터로부터 이상 음향 패턴이 식별되는 단계; 식별된 이상 음향 패턴이 침입 상황인지 여부가 판단되는 단계; 침입 상황에 해당하는 경우 음원 방향이 산출되는 단계; 및 침입 정보가 전송되는 단계를 포함한다.According to a suitable embodiment of the present invention, the artificial intelligence-based marine fish farm underwater monitoring method comprises the steps of installing at least two underwater listening means in the water of the farm; collecting acoustic data by means of hydrophone; identifying an abnormal acoustic pattern from the collected acoustic data; Determining whether the identified abnormal sound pattern is an intrusion situation; Computing the sound source direction when corresponding to the intrusion situation; and transmitting the intrusion information.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 침입 정보는 LTE 또는 LTE-M과 같은 통신 수단에 의하여 관련 기관의 전자기기로 전송된다. According to another suitable embodiment of the present invention, the intrusion information is transmitted to the electronic device of the relevant institution by a communication means such as LTE or LTE-M.

본 발명에 따른 인공지능 기반의 해양 양식장 수중 감시 시스템은 수중에 설치된 하이드로폰을 이용하여 수집한 음향 데이터로부터 양식장에 대한 수중 침입 여부 및 상황을 인식하고, 위험 상황 여부를 판단하여 해양 양식장에 대한 수중 침투 및 도난 방지가 가능하도록 한다. 또한 본 발명에 따른 인공지능 기반의 해양 양식장 수중 감시 방법은 침입에 따른 위험 상황이 감지되면 LTE 또는 LTE-M과 같은 상용 통신망을 통하여 관련 정보가 육지로 송신되어 양식장 직원 혹은 관련 기관이 적절한 조치를 취할 수 있도록 상황 정보를 제공하여 그에 따른 적절한 조치가 취해질 수 있도록 한다. 본 발명에 따른 감시 시스템 또는 감시 방법은 수중 감시가 요구되는 다양한 설비에 적용될 수 있다.The artificial intelligence-based marine fish farm underwater monitoring system according to the present invention recognizes the presence and situation of underwater intrusion into the aquaculture farm from acoustic data collected using a hydrophone installed in the water, and determines whether there is a danger situation, To prevent intrusion and theft. In addition, in the artificial intelligence-based marine farm underwater monitoring method according to the present invention, when a dangerous situation due to intrusion is detected, related information is transmitted to the land through a commercial communication network such as LTE or LTE-M, so that the farm staff or related organizations take appropriate measures Provide situational information so that appropriate action can be taken accordingly. The monitoring system or monitoring method according to the present invention can be applied to various facilities requiring underwater monitoring.

도 1은 본 발명에 따른 인공지능 기반의 해양 양식장 수중 감시 시스템의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2a는 본 발명에 따른 감시 시스템의 작동 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2b는 본 발명에 따른 감시 시스템에서 침해 상황이 판단되는 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 인공지능 기반의 해양 양식장 수중 감시 방법의 실시 예를 도시한 것이다.
1 shows an embodiment of an artificial intelligence-based marine fish farm underwater monitoring system according to the present invention.
Figure 2a shows an embodiment of the operation structure of the monitoring system according to the present invention.
2B illustrates an embodiment of a process in which an infringement situation is determined in the monitoring system according to the present invention.
3A and 3B show an embodiment of an artificial intelligence-based underwater monitoring method for a marine farm according to the present invention.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings, but the embodiments are for a clear understanding of the present invention, and the present invention is not limited thereto. In the following description, components having the same reference numerals in different drawings have similar functions, so unless necessary for the understanding of the invention, the description will not be repeated and well-known components will be briefly described or omitted, but the present invention It should not be construed as being excluded from the embodiment of

도 1은 본 발명에 따른 인공지능 기반의 해양 양식장 수중 감시 시스템의 실시 예를 도시한 것이다. 1 shows an embodiment of an artificial intelligence-based marine fish farm underwater monitoring system according to the present invention.

도 1을 참조하면, 인공지능 기반의 해양 양식장 수중 감시 시스템은 수면 아래에 배치되어 수중에서 발생하는 음향을 탐지하는 소나 방식의 음향 탐지 모듈(11); 음향 탐지 모듈(11)에서 탐지된 음향을 분석하는 음향 분석 모듈(12); 음향 분석 모듈(12)에서 이상 음원의 패턴을 분석하는 알고리즘을 제공하는 이상 음원 학습 모듈(13); 및 음향 분석 모듈(12)에서 분석된 결과에 기초하여 외부 침입 상황에 해당하는지 여부를 결정하는 침입 결정 모듈(14)을 포함한다.Referring to FIG. 1 , the artificial intelligence-based marine farm underwater monitoring system includes: a sonar-type sound detection module 11 disposed below the water surface to detect a sound generated in the water; a sound analysis module 12 for analyzing the sound detected by the sound detection module 11; an abnormal sound source learning module 13 that provides an algorithm for analyzing a pattern of an abnormal sound source in the sound analysis module 12; and an intrusion determination module 14 that determines whether it corresponds to an external intrusion situation based on the analysis result in the acoustic analysis module 12 .

음향 탐지 모듈(11)은 양식장의 경계 또는 다른 적절한 위치에 설치될 수 있고, 수중으로 전파되는 다양한 음파를 탐지할 수 있는 소나(sonar) 기기를 포함할 수 있고, 예를 들어 하이드로폰(Hydrophone)을 포함할 수 있다. 음향 탐지 모듈(11)은 수동 소나 방식으로 작동될 수 있고, 다양한 주파수 대역의 음향을 탐지할 수 있다. 예를 들어 음향 탐지 모듈(11)은 1 내지 50 kHz 주파수 대역의 음향을 탐지할 수 있고, -250 내지 -100 dB 사이의 음압 감도를 가지는 하이드로폰을 포함할 수 있다. 탐지 대상이 되는 음향은 예를 들어 수중 다이버(diver)의 호흡에 따른 공기 방울 또는 흡입 소리, 선박의 엔진 소리, 스크루 소리 또는 이와 유사한 소리 신호를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 음향 탐지 모듈(11)에 의하여 탐지된 음향은 음향 분석 모듈(12)로 전송될 수 있다. 음향 분석 모듈(12)은 음향 탐지 모듈(11)에서 탐지된 음향으로부터 이상 음향을 탐지하는 기능을 가질 수 있다. 다양한 음향 신호가 수중에서 발생될 수 있는 음향 분석 모듈(12)은 탐지된 다양한 음향 중 외부 침입으로 인하여 발생되는 음향에 해당되는지 여부를 분석하는 기능을 가질 수 있다. 음향 분석 모듈(12)에서 이상 음향에 해당되는지 여부를 분석하기 위하여 인공지능 알고리즘이 적용될 수 있다. 음향 분석 모듈(12)에서 이상 음향에 해당하는지 여부를 분석하기 위하여 이상 음원 학습 모듈(13)이 설치될 수 있다. 이상 음원 학습 모듈(13)은 다양한 침입 형태에서 발생 가능한 다양한 음향 패턴을 학습하고 그에 따른 데이터를 저장하는 기능을 가질 수 있다. 예를 들어 이상 음원 학습 모듈(13)은 다이버(diver)에 의하여 발생 가능한 다양한 음향 패턴 또는 선박으로부터 발생 가능한 다양한 음향 패턴을 학습할 수 있다. 이와 같은 학습 과정은 예를 들어 인공지능 기술 중 딥러닝 알고리즘의 일종인 CNN(Convolutional Neural Network) 또는 RNN(Recurrent Neural Network)과 같은 학습 알고리즘을 포함할 수 있고, 바람직하게 LSTM(Long Short Term Memory) 알고리즘이 적용될 수 있다. 음향 분석 모듈(12)은 예를 들어 수중에서 발생하는 자연적인 음향이 아닌 특이 음향에 해당하는 것이 감지되면 이상 음원 학습 모듈(13)을 통하여 다양한 침입 형태로부터 발생 가능한 음향 패턴에 해당하는지 여부를 확인할 수 있다. 그리고 확인에 따른 결과가 침입 결정 모듈(14)로 전송될 수 있다. 침입 결정 모듈(14)은 음향 분석 모듈(12)에서 분석된 음향 패턴에 기초하여 침해 발생 여부를 결정하고, 필요에 따라 경보를 발생시키는 기능을 가질 수 있다. 예를 들어 선박의 엔진 소리가 탐지되었지만 양식장으로부터 멀어지는 패턴의 경우 침해가 발생되지 않았거나, 침해가 종료된 것으로 결정될 수 있다. 만약 침해 상황이 발생되고 있는 것으로 결정되면, 침해자에게 경고 신호를 보내거나, 관리 기관에 경보를 발생시킬 수 있다. 경고 신호 또는 경보는 시각적 또는 청각적 인지 수단을 포함할 수 있고, LTE 또는 LTE-M과 같은 무선 통신을 통한 전자기기로 상황 전송을 포함할 수 있다. 다양한 방법으로 경고, 경보 또는 상황 전송이 될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다. The acoustic detection module 11 may be installed at the boundary of the farm or other suitable location, and may include a sonar device capable of detecting various sound waves propagating in the water, for example, a hydrophone. may include The sound detection module 11 may be operated in a passive sonar method, and may detect sounds of various frequency bands. For example, the sound detection module 11 may detect a sound in a frequency band of 1 to 50 kHz and may include a hydrophone having a sound pressure sensitivity between -250 and -100 dB. The sound to be detected may include, but is not limited to, for example, a sound of air bubbles or inhalation according to the breathing of an underwater diver, a sound of an engine of a ship, a sound of a screw, or similar sound signals. The sound detected by the sound detection module 11 may be transmitted to the sound analysis module 12 . The sound analysis module 12 may have a function of detecting an abnormal sound from the sound detected by the sound detection module 11 . The acoustic analysis module 12 in which various acoustic signals can be generated in the water may have a function of analyzing whether it corresponds to a sound generated due to external intrusion among various detected sounds. In order to analyze whether the sound analysis module 12 corresponds to an abnormal sound, an artificial intelligence algorithm may be applied. In order to analyze whether the sound analysis module 12 corresponds to an abnormal sound, the abnormal sound source learning module 13 may be installed. The sound source learning module 13 may have a function of learning various sound patterns that can occur in various intrusion types and storing data accordingly. For example, the abnormal sound source learning module 13 may learn various acoustic patterns that can be generated by a diver or various acoustic patterns that can be generated from a ship. Such a learning process may include, for example, a learning algorithm such as Convolutional Neural Network (CNN) or Recurrent Neural Network (RNN), which is a kind of deep learning algorithm among artificial intelligence technologies, and preferably LSTM (Long Short Term Memory). Algorithms can be applied. The sound analysis module 12 is, for example, when it is detected that it corresponds to a special sound, not a natural sound generated in the water, through the abnormal sound source learning module 13 to check whether it corresponds to a sound pattern that can occur from various intrusion types can And the result according to the confirmation may be transmitted to the intrusion determination module (14). The intrusion determination module 14 may have a function of determining whether an intrusion has occurred based on the acoustic pattern analyzed by the acoustic analysis module 12 and generating an alarm as necessary. For example, in the case of a pattern in which the sound of a ship's engine is detected but moving away from the farm, it may be determined that no infringement has occurred or that the infringement has ended. If it is determined that a breach is occurring, a warning signal can be sent to the infringer or an alert can be raised to the management authority. The warning signal or alert may include visual or audible recognition means, and may include transmission of the situation to an electronic device via wireless communication such as LTE or LTE-M. It can be a warning, alert, or condition transmission in a variety of ways and is not limited to the embodiments presented.

아래에서 이와 같은 구조를 가진 감시 시스템의 작동 구조에 대하여 설명된다.The operation structure of the monitoring system having such a structure will be described below.

도 2a는 본 발명에 따른 감시 시스템의 작동 구조의 실시 예를 도시한 것이다.Figure 2a shows an embodiment of the operation structure of the monitoring system according to the present invention.

도 2b를 참조하면, 하나 또는 그 이상의 하이드로폰과 같은 음향 탐지 수단(21)이 가두리 양식장에 배치될 수 있고, 각각의 하이드로폰의 배치 위치가 미리 결정될 수 있다. 예를 들어 각각의 하이드로폰은 외부 침입이 가능한 침입 경로에서 발생하는 음향의 탐지가 가능하도록 양식장 주변의 수중에 배치될 수 있다. 각각의 하이드로폰은 1 내지 50 kHz의 주파수 대역의 음파를 탐지할 수 있고, -250 내지 -100 dB의 음압 감도를 가질 수 있다. 각각의 하이드로폰에 의하여 예상 침입 경로에서 발생되는 다이버(diver)가 호흡을 위하여 내뱉는 공기 방울로부터 발생되는 음파 또는 호흡을 위하여 흡입하는 과정에서 발생되는 음파가 탐지될 수 있다. 또한 각각의 하이드로폰에 의하여 20 Hz 내지 20 kHz 주파수 대역의 높은 에너지 밀도를 가지는 선박의 엔진 소리 또는 선박의 스크루 소리가 탐지될 수 있다. 서로 다른 위치에 배치된 다수 개의 하이드로폰에 의하여 다양한 음원에 의하여 발생되는 음파가 탐지되어 전기 신호로 변환될 수 있다. 그리고 변환된 탐지 신호가 신호 증폭기(22)로 전송될 수 있다. 하이드로폰이 예를 들어 -210 V/μPa @ 1m 사양이 되는 경우 1 μPa의 음압은 31 pV, 1 mPa의 음압은 31 nV 그리고 1 Pa의 음압은 31 μV의 전기 신호로 변환될 수 있다. 그러므로 이와 같은 작은 진폭을 가진 탐지 신호는 신호 증폭기(22)에 의하여 증폭될 필요가 있다. 하이드로폰과 같은 음향 탐지 수단(21)은 수중에 설치될 수 있고, 신호 증폭기(22)를 비롯한 처리 수단은 물 밖에 설치될 수 있다. 음향 탐지 수단의 전송 케이블의 한쪽 끝에 연결되고, 전송 케이블의 다른 끝은 BNC 커넥터와 같은 연결 수단에 의하여 외부 장치와 연결될 수 있다. 전송 케이블은 방수 또는 수밀 구조를 가질 수 있고, 예를 들어 폴리우레탄 소재로 피복된 피복 케이블이 될 수 있다. 신호 증폭기(22)는 음향 탐지 수단(21)과 일체로 형성되거나, 외부에 설치될 수 있고, 신호 증폭기(22)에 의하여 음향 데이터 수집 유닛(23)으로 전송될 수 있다. 음향 데이터 수집 유닛(23)은 증폭된 탐지 신호를 샘플링을 하여 디지털 신호로 변환하는 기능을 가질 수 있다. 예를 들어 음향 데이터 수집 유닛(23)은 12 비트 이상의 해상도(resolution)와 100 KS/s 이상의 샘플링이 가능한 ADC(Analog to Digital Converter)를 포함할 수 있다. 이와 같은 방식으로 디지털 신호로 변환된 탐지 신호는 신호 처리 유닛(24)으로 전송되어 전처리가 될 수 있다. 신호 처리 유닛(24)은 독립적으로 작동 가능한 운영 체제, 중앙 처리 유닛, 메모리 또는 이와 유사한 연산 기능을 위한 하드웨어 또는 소프트웨어를 포함할 수 있다. 예를 들어 신호 처리 유닛(24)은 감시 시스템 전체의 작동을 제어하는 퍼스널 컴퓨터와 같은 컴퓨터의 일부를 형성할 수 있다. 신호 처리 유닛(24)는 전처리 과정을 통하여 탐지 신호로부터 노이즈를 제거하거나, 미리 결정된 주파수 대역의 신호를 제거하거나, 신호 대 잡음비(SNR)를 향상시킬 수 있다. 미리 결정된 주파수 대역의 신호는 예를 들어 수중에서 발생되는 자연의 소리 또는 양식장의 운영을 위하여 설치된 장비로부터 발생되는 소리와 같은 것이 될 수 있다. 신호 처리 유닛(24)이 변환된 신호가 분석될 수 있고, 위에서 설명된 것처럼 분석 과정에서 딥러닝 기법에 해당하는 RNN(Recurrent Neural Network) LSTM 학습 알고리즘이 적용되어 침입 패턴이 되는 음향 신호가 탐지될 수 있다. 신호 처리 유닛(24)에 의한 분석 과정에서 침입 패턴에 해당하는 음향 탐지 패턴이 발견되면 관련 정보와 함께 침입 판단 유닛(25)으로 전송될 수 있다. 침입 판단 유닛(25)은 침입 형태, 침입 시각, 침입 상황 또는 침입 위치와 같은 침입 관련 정보를 저장하고, 침입 상황에 따른 조치를 취할 수 있다. 예를 들어 침입 판단 유닛(25)은 경보 모듈(26)을 작동시킬 수 있고, 경보 모듈(26)은 시각적 또는 청각적 경보를 발생시키는 경보 발생 유닛(261) 및 침입 상황을 무선 통신을 통하여 외부로 전송하는 외부 통신 유닛(262)을 포함할 수 있다. 경보 발생 유닛(261)은 예를 들어 경보음 또는 경보 광을 침입자에게 송신할 수 있다. 또는 경보음을 발생시켜 양식장 주변에 경보 상황을 알릴 수 있다. 또는 침입 상황을 예를 들어 LTE 또는 LTE-M 무선 통신을 통하여 관련 기관에 전송하거나, 관리 권한이 있는 사람의 스마트폰과 같은 전자기기로 전송할 수 있다. 경보 모듈(26)은 다양한 알림 수단을 포함할 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다. Referring to FIG. 2B , the acoustic detection means 21 , such as one or more hydrophones, may be disposed in the cage farm, and the location of each hydrophone may be predetermined. For example, each hydrophone may be placed underwater around the farm to enable detection of sounds from intrusion paths that allow external intrusion. Each hydrophone may detect a sound wave in a frequency band of 1 to 50 kHz, and may have a sound pressure sensitivity of -250 to -100 dB. A sound wave generated from an air bubble that a diver exhales for respiration or a sound wave generated during inhalation for respiration generated by each hydrophone in an expected intrusion path may be detected. In addition, the engine sound of the ship or the sound of the screw of the ship having a high energy density in a frequency band of 20 Hz to 20 kHz may be detected by each hydrophone. Sound waves generated by various sound sources may be detected and converted into electrical signals by a plurality of hydrophones disposed at different positions. And the converted detection signal may be transmitted to the signal amplifier (22). For example, if the hydrophone has a specification of -210 V/μPa @ 1m, a sound pressure of 1 μPa can be converted into an electrical signal of 31 pV, a sound pressure of 1 mPa is 31 nV, and a sound pressure of 1 Pa is 31 μV. Therefore, the detection signal having such a small amplitude needs to be amplified by the signal amplifier 22 . The sound detection means 21 such as a hydrophone may be installed in water, and the processing means including the signal amplifier 22 may be installed outside the water. It is connected to one end of the transmission cable of the sound detection means, and the other end of the transmission cable may be connected to an external device by a connection means such as a BNC connector. The transmission cable may have a waterproof or watertight construction, and may be, for example, a sheathed cable coated with a polyurethane material. The signal amplifier 22 may be integrally formed with the sound detection means 21 , or may be installed outside, and may be transmitted to the sound data collection unit 23 by the signal amplifier 22 . The acoustic data collection unit 23 may have a function of sampling the amplified detection signal and converting it into a digital signal. For example, the sound data collection unit 23 may include an analog to digital converter (ADC) capable of a resolution of 12 bits or more and a sampling rate of 100 KS/s or more. The detection signal converted into a digital signal in this way may be transmitted to the signal processing unit 24 to be pre-processed. The signal processing unit 24 may include an independently operable operating system, a central processing unit, a memory, or hardware or software for a similar arithmetic function. For example, the signal processing unit 24 may form part of a computer, such as a personal computer, that controls the operation of the entire monitoring system. The signal processing unit 24 may remove noise from the detection signal, remove a signal of a predetermined frequency band, or improve a signal-to-noise ratio (SNR) through a pre-processing process. The signal of the predetermined frequency band may be, for example, a sound of nature generated underwater or a sound generated from equipment installed for the operation of a farm. The signal converted by the signal processing unit 24 may be analyzed, and as described above, in the analysis process, a Recurrent Neural Network (RNN) LSTM learning algorithm corresponding to a deep learning technique is applied to detect an acoustic signal that becomes an intrusion pattern. can When the sound detection pattern corresponding to the intrusion pattern is found in the analysis process by the signal processing unit 24 , it may be transmitted to the intrusion determination unit 25 together with related information. The intrusion determination unit 25 may store intrusion-related information such as an intrusion type, an intrusion time, an intrusion situation or an intrusion location, and take measures according to the intrusion situation. For example, the intrusion determination unit 25 may operate the alarm module 26, and the alarm module 26 transmits the alarm generating unit 261 for generating a visual or audible alarm and the intrusion situation to the outside through wireless communication. It may include an external communication unit 262 to transmit to. The alert generating unit 261 may, for example, transmit an alert sound or an alert light to the intruder. Alternatively, an alarm sound can be generated to notify the surrounding area of the alarm. Alternatively, the intrusion situation may be transmitted to a related organization through LTE or LTE-M wireless communication, for example, or transmitted to an electronic device such as a smart phone of a person with management authority. The alert module 26 may include various notification means and is not limited to the presented embodiment.

침입 상황이 발생된 경우 침입 관련 정보가 생성될 필요가 있고, 침입 정보는 다양한 방법으로 생성될 수 있다. When an intrusion situation occurs, intrusion-related information needs to be generated, and the intrusion information can be generated in various ways.

도 2b는 본 발명에 따른 감시 시스템에서 침해 상황이 판단되는 과정의 실시 예를 도시한 것이다. 2B illustrates an embodiment of a process in which an infringement situation is determined in the monitoring system according to the present invention.

도 2b를 참조하면, 침해 패턴의 탐색 및 그와 관련된 침해 정보의 생성은 예를 들어 데이터를 압축하여 저장하는 단계(P21); 저장 데이터로부터 음원이 검출되는 단계(P22); 및 음원 방향과 음원 위치가 추정되는 단계(P23)를 포함할 수 있다. 위에서 설명된 것처럼, 디지털 신호로 변환이 된 음향 신호가 신호 처리 유닛에 의하여 전처리가 될 수 있다. 신호 처리 유닛은 전처리가 된 신호를 탐지 시각에 따라 분류하여 압축하여 저장될 수 있다(P21). 그리고 이와 같이 압축 및 저장된 신호에 대하여 인공지능 알고리즘이 적용되어 음원이 추출될 수 있다(P22). 음원 검출을 위하여 신호 처리 유닛은 인공지능 연산 활용 모델을 생성하기 위하여 일반적으로 발생되는 비, 바람, 천둥 또는 이와 유사한 자연 발생 음향을 학습시킬 수 있다. 또한 양식장의 환경에 따라 자연적으로 또는 인위적으로 발생되는 다양한 소리 신호의 형태를 음원 검출 수단에게 학습시킬 수 있다. 또한 음원 검출 수단은 수중 다이버의 호흡을 내뱉을 때 발생되는 공기 방울 소리와 숨을 들어 마실 때 발생되는 공기가 ‘쉬’하는 소리, 선박의 엔진 소리, 선박의 스크루 소리에 대한 데이터를 확보하여 학습할 수 있다. 예를 들어 다이버의 호흡 소리 수집을 위해 음향 탐지 수단과 가까워지거나, 멀어지는 침입 상황을 가정하여 -60˚, -30˚, 정면, 30˚, 60˚ 또는 이와 유사한 다양한 각도에서 음향 신호의 변화를 학습할 수 있다. 학습을 위한 데이터 그룹에 대하여 데이터에 내재된 이상 음원 발생 위치 또는 방향과 같은 음원 관련 정보를 표시하여 인공지능이 학습시킬 수 있도록 레이블링(Labeling) 과정이 실행될 수 있다. 이와 같은 학습 과정을 통하여 음원 검출 수단은 침입 상황에서 발생할 수 있는 음원을 추출할 수 있고, 일상적인 음원 패턴과 이상 상황에서 발생되는 음원 패턴을 식별하여 검출할 수 있다. 이와 같은 방법을 통하여 음원이 검출되면(P22), 식별된 음원의 시간 프레임에 따른 에너지의 크기가 산출될 수 있다. 또한 서로 다른 위치에 배치된 다수 개의 음원 탐지 수단에서 탐지된 동일 음원에 대한 분석이 이루어지고. 이에 기초하여 음원 방향 또는 음원 위치가 산출될 수 있다(P23). 그리고 음원 방향 또는 음원 위치의 시각에 따른 변화에 기초하여 침입 상황에 해당하는지 여부가 판단될 수 있다. 음원 추출 또는 그에 따른 음원 방향의 탐지는 다양한 방법으로 이루어질 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.Referring to FIG. 2B , the search for an infringement pattern and generation of infringement information related thereto may include, for example, compressing and storing data (P21); a step of detecting a sound source from the stored data (P22); and a step (P23) of estimating the sound source direction and the sound source location. As described above, the sound signal converted into a digital signal may be pre-processed by the signal processing unit. The signal processing unit may compress and store the preprocessed signal by classifying it according to the detection time (P21). And, an artificial intelligence algorithm may be applied to the compressed and stored signal in this way to extract a sound source (P22). In order to detect a sound source, the signal processing unit may learn a naturally occurring sound such as rain, wind, thunder, or the like, which is generally generated in order to generate an artificial intelligence computation utilization model. In addition, it is possible to teach the sound source detecting means the shape of various sound signals that are naturally or artificially generated according to the environment of the farm. In addition, the sound source detection means acquires and learns data on the air bubble sound generated when an underwater diver exhales, the air 'shh' generated when breathing in and out, the engine sound of the ship, and the sound of the ship's screw. can do. For example, in order to collect the breathing sound of a diver, assuming an intrusion situation closer to or away from the acoustic detection means, learning the change of the acoustic signal at various angles such as -60˚, -30˚, frontal, 30˚, 60˚ or similar. can do. For a data group for learning, a labeling process may be performed so that the artificial intelligence can learn by displaying sound source related information such as the location or direction of the abnormal sound source inherent in the data. Through such a learning process, the sound source detection means may extract a sound source that may occur in an intrusion situation, and may identify and detect a sound source pattern generated in a normal sound source pattern and an abnormal situation. When a sound source is detected through this method (P22), the amount of energy according to the time frame of the identified sound source may be calculated. In addition, analysis of the same sound source detected by a plurality of sound source detection means arranged at different locations is performed. Based on this, the sound source direction or sound source position may be calculated (P23). And it may be determined whether the intrusion situation is based on the change according to the time of the sound source direction or the sound source location. Extraction of a sound source or detection of a direction of a sound source according to the sound source may be performed in various ways and is not limited to the presented embodiment.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 인공지능 기반의 해양 양식장 수중 감시 방법의 실시 예를 도시한 것이다. 3A and 3B show an embodiment of an artificial intelligence-based underwater monitoring method for a marine farm according to the present invention.

도 3a를 참조하면, 인공지능 기반의 해양 양식장 수중 감시 방법은 적어도 두 개의 수중 청음 수단이 양식장의 수중에 설치되는 단계(P31); 수중 청음 수단에 의하여 음향 데이터가 수집되는 단계(P32); 수집된 음향 데이터로부터 이상 음향 패턴이 식별되는 단계(P33); 식별된 이상 음향 패턴이 침입 상황인지 여부가 판단되는 단계(P34); 침입 상황에 해당하는 경우 음원 방향이 산출되는 단계(P35); 및 침입 정보가 전송되는 단계(P36)를 포함한다. 또한 침입 정보는 LTE 또는 LTE-M과 같은 통신 수단에 의하여 관련 기관의 전자기기로 전송될 수 있다.Referring to Figure 3a, the artificial intelligence-based marine farm underwater monitoring method includes the steps of installing at least two underwater listening means in the water of the farm (P31); Acoustic data is collected by the underwater listening means (P32); A step of identifying an abnormal acoustic pattern from the collected acoustic data (P33); Step (P34) of determining whether the identified abnormal sound pattern is an intrusion situation; Step (P35) of calculating the sound source direction when corresponding to the intrusion situation; and a step (P36) of transmitting the intrusion information. In addition, the intrusion information may be transmitted to an electronic device of a related institution by a communication means such as LTE or LTE-M.

수중 청음 수단은 예를 들어 하이드로폰이 될 수 있고, 예상 침입 경로에 기초하여 다수 개의 하이드로폰이 서로 다른 위치에 배치될 수 있다(P31). 각각의 청음 수단에 의하여 수중에서 발생되는 다양한 형태의 음파 데이터가 수집되어(P32), 디지털 전기 신호로 변환되어 신호 처리 유닛으로 전송될 수 있다. 신호 처리 유닛은 인공지능 알고리즘에 따라 침입 음파를 탐지하는 음원 검출 수단을 포함할 수 있고, 음원 검출 수단에 의하여 침입 음원 패턴 또는 이상 음원 패턴이 검출될 수 있다(P33). 검출된 침입 음원 패턴 또는 이상 음원 패턴이 침입 상황에 의한 것인지 여부가 판단될 수 있고(P34). 만약 침해 상황에 의한 것이 아니라면(NO), 계속적으로 음원 데이터가 수집될 수 있다. 이에 비하여 침해 상황이 발생되고 있는 것이라고 판단되면(YES), 음원의 종류, 음원의 위치 또는 음원 방향이 산출될 수 있다(P35). 그리고 산출된 정보에 기초하여 침입 상황 정보가 생성될 수 있고, 이와 함께 침입 경보가 발생될 수 있다(P36). 침입 경보는 시각적 또는 청각적 경보를 포함하고, 필요에 따라 LTE 또는 LTE-M과 원격 무선 통신을 통하여 관리 기관 또는 관리 기관의 전자기기로 전송될 수 있다. 다수 개의 하이드로폰에 의하여 탐지된 음원 데이터에 기초하여 음원 위치, 음원의 방향 또는 음원의 이동 상황이 산출될 수 있다.The hydrophone may be, for example, a hydrophone, and a plurality of hydrophones may be disposed at different positions based on the expected intrusion path (P31). Various types of sound wave data generated in the water by each listening means may be collected (P32), converted into a digital electrical signal, and transmitted to a signal processing unit. The signal processing unit may include a sound source detecting means for detecting an intrusive sound wave according to an artificial intelligence algorithm, and an intrusive sound source pattern or an abnormal sound source pattern may be detected by the sound source detecting means (P33). It can be determined whether the detected intrusion sound source pattern or abnormal sound source pattern is due to an intrusion situation (P34). If it is not due to an infringement situation (NO), sound source data may be continuously collected. On the other hand, if it is determined that an infringement is occurring (YES), the type of sound source, the location of the sound source, or the sound source direction may be calculated (P35). In addition, intrusion situation information may be generated based on the calculated information, and an intrusion alert may be generated along with this (P36). The intrusion alert includes a visual or audible alert, and may be transmitted to a management organization or an electronic device of the management organization through remote wireless communication with LTE or LTE-M, if necessary. Based on the sound source data detected by the plurality of hydrophones, the sound source location, the sound source direction, or the movement condition of the sound source may be calculated.

도 3b를 참조하면, 침입에 해당하는 음원 또는 이상 음원과 같은 검출 음원(SG)에 의하여 음파가 발생되면, 양식장에 배치된 서로 다른 하이드로폰과 같은 음향 탐지 모듈(11a, 11b)에 의하여 탐지될 수 있다. 검출 음원(SG)이 각각의 음향 탐지 모듈(11a, 11b)의 상대적인 거리(S1, S2)의 차이에 의하여 검출되는 지연 시간(τ)이 산출될 수 있고, 탐지 신호에 GCC(Generalized Cross Correlation) 기법을 적용하여 음원 방향이 산출될 수 있다. GCC 기법은 수집한 각 신호에 대해 상호 상관성을 획득하고, 획득된 값에 최대가 되는 지수(index)를 취한 뒤, 그 값이 최대가 되는 지수를 산출하는 방법으로 진행될 수 있다. 필요에 따라 연산의 복잡성을 줄일 수 있고, 예를 들어 주파수 변환 후 곱 연산을 하는 방법이 적용될 수 있다. 지연시간(τ)은 두 개의 음향 탐지 모듈(11a, 11b)의 검출 음원(SG)에 대한 상대적인 거리 차이(d)를 수중 음속(c:1500m/s)으로 나눈 값이 된다. 거리 차이(d)는 두 개의 음향 탐지 모듈(11a, 11b) 사이의 거리(SD)에 검출 음원(SG)에 대한 각(θ)으로부터 산출될 수 있다. 수중 음속(c)은 SVP(Sound Velocity Profile) 또는 인근 해역의 음속 정보에 기초하여 적절하게 조절될 수 있다. 이와 같은 산출 과정을 참조하면,

Figure pat00001
,
Figure pat00002
가 되므로 치환을 통해
Figure pat00003
와 같은 과정을 통해 검출 음원(SG)의 방향이 추정될 수 있다. 방향 추정 과정에서 오차 범위가 적용되어 산출된 지점을 기준으로 일정 범위의 영역이 예상 방향으로 결정될 수 있다. 음향 탐지 모듈(11a, 11b)의 개수가 증가되면 방향 추정의 정확도가 높아질 수 있고, 검출 음원(SG)의 위치 추정 또는 이동 상황이 정확하게 추정될 수 있다. 검출 음원(SG)의 방향, 위치 또는 이동 상황은 다양한 방법으로 추정될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.Referring to Figure 3b, when a sound wave is generated by a detection sound source (SG) such as a sound source corresponding to an intrusion or an abnormal sound source, to be detected by sound detection modules (11a, 11b) such as different hydrophones arranged in the farm can The delay time τ at which the detection sound source SG is detected by the difference of the relative distances S1 and S2 of the respective sound detection modules 11a and 11b may be calculated, and the detection signal is subjected to Generalized Cross Correlation (GCC) The sound source direction can be calculated by applying the technique. The GCC technique may proceed as a method of obtaining a cross-correlation for each collected signal, taking an index that maximizes the obtained value, and calculating an index at which the value becomes the maximum. If necessary, the complexity of the operation may be reduced, and, for example, a method of performing a multiplication operation after frequency conversion may be applied. The delay time τ is a value obtained by dividing the relative distance difference d of the two sound detection modules 11a and 11b with respect to the detection sound source SG by the speed of sound in water (c:1500m/s). The distance difference d may be calculated from the angle θ with respect to the detection sound source SG at the distance SD between the two sound detection modules 11a and 11b. The speed of sound in water (c) may be appropriately adjusted based on a Sound Velocity Profile (SVP) or information on the speed of sound in a nearby sea area. Referring to this calculation process,
Figure pat00001
,
Figure pat00002
becomes , so through substitution
Figure pat00003
The direction of the detection sound source SG can be estimated through the same process. An area within a certain range may be determined as an expected direction based on a point calculated by applying an error range in the direction estimation process. When the number of sound detection modules 11a and 11b is increased, the accuracy of direction estimation may be increased, and the location estimation or movement situation of the detection sound source SG may be accurately estimated. The direction, position, or movement situation of the detection sound source SG may be estimated in various ways and is not limited to the presented embodiment.

위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다. Although the present invention has been described in detail with reference to the presented embodiment, those skilled in the art will be able to make various modifications and variations of the invention without departing from the technical spirit of the present invention with reference to the presented embodiment. . The present invention is not limited by such variations and modifications, but only by the claims appended hereto.

11: 음향 탐지 모듈 12: 음향 분석 모듈
13: 이상 음원 학습 모듈 14: 침입 결정 모듈
21: 음향 탐지 수단 22: 신호 증폭기
23: 데이터 수집 유닛 24: 신호 처리 유닛
25: 알림 수단
11: acoustic detection module 12: acoustic analysis module
13: Abnormal sound source learning module 14: Intrusion determination module
21: sound detection means 22: signal amplifier
23: data acquisition unit 24: signal processing unit
25: notification means

Claims (6)

수면 아래에 배치되어 수중에서 발생하는 음향을 탐지하는 소나 방식의 음향 탐지 모듈(11);
음향 탐지 모듈(11)에서 탐지된 음향을 분석하는 음향 분석 모듈(12);
음향 분석 모듈(12)에서 이상 음원의 패턴을 분석하는 알고리즘을 제공하는 이상 음원 학습 모듈(13); 및
음향 분석 모듈(12)에서 분석된 결과에 기초하여 외부 침입 상황에 해당하는지 여부를 결정하는 침입 결정 모듈(14)을 포함하는 인공지능 기반의 해양 양식장 수중 감시 시스템.
a sonar-type sound detection module 11 disposed under the water surface to detect a sound generated in the water;
a sound analysis module 12 for analyzing the sound detected by the sound detection module 11;
an abnormal sound source learning module 13 that provides an algorithm for analyzing a pattern of an abnormal sound source in the sound analysis module 12; and
Artificial intelligence-based marine farm underwater monitoring system including an intrusion determination module 14 that determines whether it corresponds to an external intrusion situation based on the analysis result in the acoustic analysis module 12.
청구항 1에 있어서, 침해 결정 모듈(14)은 LSTM(Long-Term Memory Models)과 같은 알고리즘에 의하여 탐지된 음향의 패턴을 분석하여 침입 상황 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 해양 양식장 수중 감시 시스템.The method according to claim 1, Intrusion determination module (14) artificial intelligence-based marine farm underwater, characterized in that by analyzing the pattern of the sound detected by an algorithm such as LSTM (Long-Term Memory Models) to determine whether there is an intrusion situation. surveillance system. 청구항 1에 있어서, 음향 탐지 모듈(11)은 하이드로폰(Hydrophone)을 포함하고, 탐지 음향은 수중 다이버(diver)의 호흡으로 인한 음향 또는 선박에서 발생되는 음향 등을 포함하는 인공지능 기반의 해양 양식장 수중 감시 시스템.The method according to claim 1, wherein the acoustic detection module (11) includes a hydrophone (Hydrophone), the detection sound is artificial intelligence-based marine aquaculture including the sound generated by the breathing of an underwater diver or a ship, etc. Underwater surveillance system. 청구항 1에 있어서, 침입 결정 모듈(14)의 결정에 따른 침입 상황을 알리는 알림 수단(25)을 더 포함하는 인공지능 기반의 해양 양식장 수중 감시 시스템.The method according to claim 1, Artificial intelligence-based marine farm underwater monitoring system further comprising a notification means (25) for informing the intrusion situation according to the determination of the intrusion determination module (14). 적어도 두 개의 수중 청음 수단이 양식장의 수중에 설치되는 단계;
수중 청음 수단에 의하여 음향 데이터가 수집되는 단계;
수집된 음향 데이터로부터 이상 음향 패턴이 식별되는 단계;
식별된 이상 음향 패턴이 침입 상황인지 여부가 판단되는 단계;
침입 상황에 해당하는 경우 음원 방향이 산출되는 단계; 및
침입 정보가 전송되는 단계를 포함하는 인공지능 기반의 해양 양식장 수중 감시 방법.
At least two underwater listening means are installed in the water of the farm;
collecting acoustic data by means of hydrophone;
identifying an abnormal acoustic pattern from the collected acoustic data;
Determining whether the identified abnormal sound pattern is an intrusion situation;
Computing the sound source direction when corresponding to the intrusion situation; and
Artificial intelligence-based marine farm underwater monitoring method comprising the step of transmitting intrusion information.
청구항 1에 있어서, 침입 정보는 LTE 또는 LTE-M과 같은 통신 수단에 의하여 관련 기관의 전자기기로 전송되는 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 해양 양식장 수중 감시 방법.The method according to claim 1, wherein the intrusion information is transmitted to an electronic device of a related institution by a communication means such as LTE or LTE-M.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120087212A (en) 2010-11-23 2012-08-07 (주)코리아컴퓨터 Remote monitoring system for cage culture far
KR20130042121A (en) 2011-10-18 2013-04-26 한국생산기술연구원 Underwater surveillance system
KR101378071B1 (en) 2013-08-20 2014-03-28 (주)금성보안 Farms and artificial fish bank anti-thief monitoring system and method
KR20160039587A (en) 2016-03-22 2016-04-11 (주)럭스콤 The monitoring systems for Marine aquaculture and a shaft aligning method of the cameras
KR20190009132A (en) 2017-07-18 2019-01-28 주식회사 글로비트 Gage penetration detection system using ultrasonic wave

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120087212A (en) 2010-11-23 2012-08-07 (주)코리아컴퓨터 Remote monitoring system for cage culture far
KR20130042121A (en) 2011-10-18 2013-04-26 한국생산기술연구원 Underwater surveillance system
KR101378071B1 (en) 2013-08-20 2014-03-28 (주)금성보안 Farms and artificial fish bank anti-thief monitoring system and method
KR20160039587A (en) 2016-03-22 2016-04-11 (주)럭스콤 The monitoring systems for Marine aquaculture and a shaft aligning method of the cameras
KR20190009132A (en) 2017-07-18 2019-01-28 주식회사 글로비트 Gage penetration detection system using ultrasonic wave

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