KR20220079115A - 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양식장에서 어류에 사료를 공급하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 관리자가 자신의 경험 등에 의존하여 임의로 급여함으로 인해 적절한 급여량이 공급되지 못하고 노동력이 많이 요구되었던 기존의 수동 공급방식의 문제점과, 단순히 미리 정해진 시간과 급여량에 따라서만 사료를 공급함으로 인해 어류의 생육에 최적인 공급량이 투여되지 못하는 문제가 있었던 종래기술의 자동 사료공급기들의 문제점을 해결하여, 인공지능(AI)을 통해 어종 및 생육이나 활동 등에 따라 적절한 급여량을 정확하게 결정하고 필요한 양만큼의 사료를 양식장 전체에 걸쳐 고르게 공급하는 처리가 자동으로 수행되는 데 더하여, 사료공급 및 양식작업 전반에 대한 각종 정보를 사용자의 스마트폰이나 컴퓨터 등을 통해 원격으로 확인하고 사료공급 과정을 제어할 수 있도록 구성됨으로써, 기존의 수동 사료공급 방식과 자동 사료공급기들의 단점을 모두 해소할 수 있는 동시에, 현장에 있지 않아도 원격제어를 통해 정확한 사료공급이 이루어질 수 있도록 구성되는 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템이 제공된다.
Description
본 발명은 양식장에서 사육되는 어류들에게 사료를 공급하기 위한 사료공급장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는, 종래, 양식장에서 사료를 공급시, 양식장 관리자가 직접 살포하는 기존의 수동 공급방식은 노동력이 많이 요구되고, 양식장의 크기나 어종에 따른 차이 및 급여시간 등을 고려하지 않고 양식장 관리자가 자신의 경험 등에 의존하여 임의로 급여함으로 인해 적절한 급여량이 유지되지 못하고 사료가 낭비되는 경우가 많은 데 더하여, 수동으로 살포함으로 인해 사료가 양식장 전체에 고르게 살포되지 못하여 양식어류의 균일한 성장에 방해요인이 되는 문제가 있었던 종래기술의 양식장 사료 공급방식의 문제점을 해결하기 위해, 인공지능(Artificial Intelligence ; AI)을 통해 양식어류의 어종 및 생육이나 활동 등에 따라 적절한 급여량을 정확하게 결정하고 필요한 양만큼의 사료를 양식장 전체에 걸쳐 고르게 공급하는 처리가 자동으로 수행되도록 구성됨으로써, 어민인구의 감소로 인한 노동력 부족의 문제와 사료의 수동 공급방식으로 인한 문제점을 모두 해소할 수 있도록 구성되는 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 종래, 상기한 바와 같은 수동 공급방식의 문제점을 해결하기 위한 기존의 자동 사료공급기들은, 수동 사료공급에 비해 노동력을 절감할 수는 있으나, 해당 어종의 생육이나 활동 등에 기반한 정확한 근거 없이 단순히 사용자에 의해 미리 정해진 시간과 급여량에 따라서만 사료를 공급하도록 구성됨으로 인해, 부정확한 사료 공급량이 전체 양식장에서 일부 부분에만 집중 투여되어 양식장내 모든 어류의 고른 성장에 방해가 되고 먹이경쟁에 의해 어류에 상처가 발생하는 데 더하여, 사료의 과잉공급에 따른 수질오염을 야기하게 되는 문제가 있었던 종래기술의 자동 사료공급기들의 문제점을 해결하기 위해, 인공지능(AI)을 통해 양식어류의 어종 및 생육이나 활동 등에 따라 적절한 급여량을 정확하게 결정하고 필요한 양만큼의 사료를 양식장 전체에 걸쳐 고르게 공급하는 처리가 자동으로 수행되도록 구성됨으로써, 기존의 수동 사료공급 방식과 자동 사료공급기들의 단점을 모두 해소할 수 있도록 구성되는 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템에 관한 것이다.
아울러, 본 발명은, 상기한 바와 같이 인공지능(AI)을 통해 양식어류의 어종 및 생육이나 활동 등에 따라 필요한 사료의 양을 보다 더 정밀하고 정확하게 공급하는 것에 의해 기존의 수동 사료공급 방식과 자동 사료공급기들의 단점을 모두 해소할 수 있는 동시에, 인공지능(AI)을 통해 얻어진 사료공급 및 양식작업 전반에 대한 각종 정보를 사용자의 스마트폰이나 태블릿 PC 또는 컴퓨터 등을 통해 모바일이나 웹으로 접속하여 원격으로 확인하고 사료공급 과정을 제어할 수 있도록 구성됨으로써, 사용자가 양식장 현장에 있지 않아도 원격제어를 통해 항상 정확하고 적절한 사료공급이 이루어질 수 있도록 구성되는 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 양식장에서 어류를 양식하기 위해서는 일정 시간마다 일정량의 사료를 공급해 주어야 하며, 이러한 사료의 공급량이나 주기는 어종이나 양식장의 상태 및 활동정도 등에 따라 달라지게 된다.
또한, 종래에는, 일반적으로, 사람이 직접 사료통을 들고 다니면서 양식장에 살포하는 수동 공급방식으로 사료를 공급하는 경우가 많았으나, 이러한 수동 공급방식은 노동력이 많이 요구되는 데 더하여, 양식장의 크기나 어종에 따른 차이 및 급여시간 등을 고려하지 않고 양식장 관리자가 자신의 경험 등에 의존하여 임의로 사료를 살포하는 경우가 대부분이었다.
따라서 종래의 수동 공급방식은, 관리자가 자신의 경험 등에만 의존하여 임의로 사료를 살포함으로 인해, 어종별로 최적의 급여량이 공급되지 못하고 사료가 낭비되거나, 사료가 양식장 전체에 고르게 살포되지 못하여 양식어류의 균일한 성장에 방해가 되는 문제가 있었다.
이에, 최근에는, 상기한 바와 같은 기존의 수동 공급방식의 문제점을 해결하기 위해 미리 정해진 양에 따라 자동으로 사료를 공급하도록 구성되는 자동 사료공급기가 널리 사용되고 있다.
여기서, 상기한 바와 같은 사료 공급장치 및 방법에 대한 종래기술의 예로는, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-1620587호에 제시된 바와 같은 "양어장 자동 사료공급장치"가 있다.
더 상세하게는, 상기한 한국 등록특허공보 제10-1620587호는, 하우징 전단면에 토출공간이 형성된 본체, 본체 내부에 사료가 저장되며 하단에 배출구가 관통된 호퍼, 호퍼의 하단 일측에 사료의 저장량을 감지하기 위한 센서가 형성된 사료저장부, 사료저장부와 연통되도록 상/하단부에 투입구 및 인출구가 관통된 수납케이싱, 수납케이싱의 내측에서 회동축에 의해 회동하도록 설치되며 사료를 정량만큼 토출시키도록 수납공간에 요입구가 60~90°각도로 형성된 차단버킷, 회동축의 일측에 체결되어 회동축을 회동시키기 위한 구동수단, 인출구의 하부에서 본체 하우징의 토출공간의 상단부를 관통되도록 구비된 토출구로 형성된 정량토출부, 본체의 토출공간에 내입 설치되며 토출구로부터 배출되는 사료를 살포하도록 구동수단 및 수직회전축에 의해 원심회전하는 회전살포기로 형성된 비산부를 포함하여, 양어용 펠렛사료를 설정량만큼 설정된 시간에 자동으로 살포할 수 있도록 구성되는 양어장 자동사료공급장치에 관한 것이다.
또한, 상기한 바와 같은 사료 공급장치 및 방법에 대한 종래기술의 다른 예로는, 예를 들면, 한국 공개특허공보 제10-2013-0000145호에 제시된 바와 같은 "양어장의 사료공급장치"가 있다.
더 상세하게는, 상기한 한국 공개특허공보 제10-2013-0000145호는, 사료를 수용하는 호퍼, 호퍼의 하부에 위치하여 호퍼로부터 낙하하는 사료를 회전력에 의해 흩뿌리면서 분사하는 회전판, 회전판을 회전시키는 동력부, 사용자로부터 동작시간이 설정되면 동력부에 그 동작시간만큼의 동력을 인가하는 컨트롤러를 포함하여, 자동으로 일정 시간마다 정해진 사료를 양어장에 공급하는 것에 의해 인력소모를 감소시킴과 함께 물고기들의 먹이경쟁에 따른 상처를 방지할 수 있도록 구성되는 양어장의 사료공급장치에 관한 것이다.
상기한 바와 같이, 종래, 양식장용 자동 사료공급장치에 관하여 여러 가지 기술내용들이 제시된 바 있으나, 상기한 바와 같은 종래기술의 내용들은 다음과 같은 문제점이 있는 것이었다.
즉, 현재 국내에서 활용되고 있는 자동화된 어류 사료공급장치는 대부분 미리 정해진 일정량의 사료를 미리 정해진 특정 시간에 맞추어 양식장에 공급하는 방식으로, 이와 같이 자동 사료공급장치를 이용하여 사료공급 작업을 자동화하는 것을 통해 고령화에 따른 어민인구의 감소로 인한 노동력 부족의 문제와 고가인 양식장 관리 인건비를 절감할 수 있다.
반면, 상기한 바와 같은 종래기술의 자동 사료공급장치들은, 단순히 미리 정해진 시간과 공급량에 대한 설정대로만 사료를 공급하도록 구성되는 것이 대부분이며, 그로 인해, 양식 생산성에 결정적 요인이 되는 고가의 사료량을 지능적으로 적절히 조절하기는 매우 어렵다.
더 상세하게는, 특히, 수조식 육상 수산 양식에서 양식 어종의 성장과 양식장의 경제성 향상을 위하여는 사료공급의 적절성이 매우 중요하며, 기존의 생사료를 이용한 수산 양식이 질병발생의 큰 원인으로 부각되어 법적으로 생사료 급이가 차단됨으로 인해, 육상 수조 양식장에서는 인공적으로 생산된 고가의 사료를 인력을 이용하여 공급하거나 자동 사료공급장치를 이용하여 공급하고 있다.
여기서, 현재 양식장의 고용인력은 매우 고령화 되어 있고 인건비도 매우 높으므로 고가의 사료를 적절하게 공급하여 사료의 효율성을 높이는 것이 양식에서 매우 중요한 핵심 요소이나, 현재 활용되고 있는 자동화된 어류용 사료공급장치는 특정 시간과 일정량의 사료를 시간에 맞추어 수조에 공급하는 방식으로, 고가의 인건비는 줄일 수 있으나 사료 급이량이 어류의 생육환경(온도, 용존산소량 등) 및 활동상태(배고픔, 배부름 등)와는 상관없이 양식 관리자의 경험에 의해 정해지고 있음으로 인해 사료가 과소 또는 과대로 공급되는 문제가 있다.
즉, 만일 사료가 과소 공급되었을 경우는 어류의 성장이 잘 안되고, 과대 공급 되었을 경우에는 대부분의 사료가 수조에 찌꺼기로 남아 부패의 원인이 되어 수질오염 및 그로 인한 어류의 질병발생 원인이 되기도 한다.
그러나 상기한 바와 같은 종래기술의 자동 사료공급장치들은, 단지 미리 정해진 시간에 미리 정해진 양으로 사료를 공급하는 데에만 초점을 두고 있을 뿐, 상기한 바와 같이 각각의 양식장 환경에서 최적의 공급량을 결정하여 자동으로 사료를 공급하는 구체적인 구성에 대하여는 제시된 바 없었다.
이에, 상기한 바와 같은 종래기술의 자동 사료공급장치들의 문제점을 해결하기 위하여는, 예를 들면, 인공지능(Artificial Intelligence ; AI)을 이용하여, 양식어류의 어종 및 현재 생육환경 정보와 실시간 활동상태 등의 정보를 기반으로 최적의 공급량을 산출하고 필요한 양만큼의 사료를 양식장 전체에 걸쳐 고르게 공급하는 처리가 자동으로 수행되도록 구성됨으로써, 양식장에서 어류의 성장률을 적절하게 유지하면서 사료공급의 효율성을 극대화하여 기존의 수동 공급방식 및 자동 공급장치들의 문제점을 모두 해소할 수 있는 동시에, 원격제어가 가능하여 사용자가 양식장 현장에 있지 않아도 원격제어를 통해 항상 정확하고 적절한 사료공급이 이루어질 수 있도록 구성되는 새로운 구성의 자동 사료공급장치 및 방법을 제시하는 것이 바람직하나, 이직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 장치나 방법은 제공되지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 양식장의 크기나 어종에 따른 차이 및 급여시간 등을 고려하지 않고 양식장 관리자가 자신의 경험 등에 의존하여 임의로 급여함으로 인해 적절한 급여량이 유지되지 못하고 노동력이 많이 요구되는 데 더하여, 수동으로 살포함으로 인해 사료가 양식장 전체에 고르게 살포되지 못하여 양식어류의 균일한 성장에 방해가 되는 문제가 있었던 종래기술의 양식장 사료 공급방식의 문제점을 해결하기 위해, 인공지능(Artificial Intelligence ; AI)을 통해 양식어류의 어종 및 생육이나 활동 등에 따라 적절한 급여량을 정확하게 결정하고 필요한 양만큼의 사료를 양식장 전체에 걸쳐 고르게 공급하는 처리가 자동으로 수행되도록 구성됨으로써, 어민인구의 감소로 인한 노동력 부족의 문제와 사료의 수동 공급방식으로 인한 문제점을 모두 해소할 수 있도록 구성되는 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 수동 사료공급 방식에 비해 노동력을 절감할 수는 있으나 어종의 생육이나 활동 등에 기반한 정확한 근거 없이 단순히 사용자에 의해 미리 정해진 시간과 급여량에 따라서만 사료를 공급하도록 구성됨으로 인해, 부정확한 사료 공급량이 전체 양식장에서 일부 부분에만 집중 투여되어 양식장내 모든 어류의 고른 성장에 방해가 되고 먹이경쟁에 의해 어류에 상처가 발생하는 데 더하여, 사료의 과잉공급에 따른 수질오염 및 질병발생을 야기하게 되는 문제가 있었던 종래기술의 자동 사료공급기들의 문제점을 해결하기 위해, 인공지능(AI)을 통해 양식어류의 어종 및 생육이나 활동 등에 따라 적절한 급여량을 정확하게 결정하고 필요한 양만큼의 사료를 양식장 전체에 걸쳐 고르게 공급하는 처리가 자동으로 수행되도록 구성됨으로써, 기존의 수동 사료공급 방식과 자동 사료공급기들의 단점을 모두 해소할 수 있도록 구성되는 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
아울러, 본 발명의 또 다른 목적은, 상기한 바와 같이 인공지능(AI)을 통해 양식어류의 어종 및 생육이나 활동 등에 따라 필요한 사료의 양을 보다 더 정밀하고 정확하게 공급하는 것에 의해 기존의 수동 사료공급 방식과 자동 사료공급기들의 단점을 모두 해소할 수 있는 동시에, 인공지능(AI)을 통해 얻어진 사료공급 및 양식작업 전반에 대한 각종 정보를 사용자의 스마트폰이나 태블릿 PC 또는 컴퓨터 등을 통해 모바일이나 웹으로 접속하여 원격으로 확인하고 사료공급 과정을 제어할 수 있도록 구성됨으로써, 사용자가 양식장 현장에 있지 않아도 원격제어를 통해 항상 정확하고 적절한 사료공급이 이루어질 수 있도록 구성되는 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템에 있어서, 양식장에 사료를 공급하도록 이루어지는 사료공급기; 및 상기 사료공급기를 원격으로 제어하기 위한 원격제어 단말기를 포함하여 구성되고, 상기 사료공급기는, 상기 원격제어 단말기로부터 전송되는 제어명령에 따라 원격으로 사료공급이 가능하도록 구성되는 동시에, 인공지능(AI)을 이용하여, 양식장 및 양식어류에 대한 최적의 급여량을 결정하고 결정된 급여량에 따라 사료공급이 자동으로 이루어질 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템이 제공된다.
여기서, 상기 원격제어 단말기는, 사용자의 스마트폰이나 태블릿 PC 또는 컴퓨터(PC)에 원격제어 및 모니터링을 위한 전용의 프로그램을 설치하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 사료공급기는, 양식장에 공급하기 위한 사료가 저장되는 사료탱크를 포함하여 이루어지는 사료저장부; 상기 사료저장부에 저장된 사료를 배출하기 위해 상기 사료저장부의 적어도 일측을 개폐하는 제 1 슬라이드; 상기 제 1 슬라이드의 개폐를 제어하기 위한 제 1 리미트 스위치; 상기 제 1 슬라이드의 개방시 상기 사료저장부로부터 배출되는 사료의 양을 측정하기 위한 측정수단을 포함하여 이루어지는 계측부; 상기 계측부의 적어도 일측을 개폐하는 제 2 슬라이드; 상기 제 2 슬라이드의 개폐를 제어하기 위한 제 2 리미트 스위치; 상기 제 2 슬라이드의 개방시 상기 계측부로부터 배출되는 사료를 외부로 공급하기 위한 적어도 하나의 사료배출구; 상기 사료배출구를 개폐하기 위한 제 3 슬라이드; 상기 계측부로부터 배출되는 사료를 상기 사료배출구를 통해 외부로 내보내기 위한 송풍기를 포함하여 이루어지는 송풍부; 상기 원격제어 단말기를 포함하는 외부 기기와의 통신을 위한 무선통신모듈을 포함하여 이루어지는 통신부; 사료의 공급량과 공급시간 및 상기 사료공급기의 동작에 대한 각종 제어명령이나 설정값을 입력하기 위해 일측에 구비되는 제어패널; 및 상기 제어패널을 통해 입력되거나 상기 원격제어 단말기로부터 전송되는 제어명령에 따라 상기 사료공급기의 전체적인 동작을 제어하며, 퍼지추론 기반의 지능형 어류 자동 급이모델(Fuzzy Inference based Intelligent Fish Feeding Model ; FIIFF 추론모델)을 이용하여, 인공지능(AI)을 통해 양식장 및 양식어류에 대한 최적의 급여량을 결정하고, 결정된 급여량에 따라 공급계획을 수립하여 자동으로 사료공급을 제어하는 처리가 수행되도록 이루어지는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 사료공급기는, 상기 사료저장부에 사료를 저장하여 두고, 상기 사료공급시 장치의 일측에 구비된 상기 제어패널이나 상기 원격제어 단말기를 통해 급여량이 입력되면, 입력된 값에 따라서 상기 제 3 슬라이드가 사료 급이방향으로 이동하고, 상기 제 1 슬라이드가 상기 제 1 리미트 스위치에 접촉할 때까지 이동하여 상기 사료저장부를 개방하는 것에 의해 상기 사료저장부에 저장되어 있던 사료를 상기 계측부로 이동시키며, 상기 계측부에 입력된 무게만큼의 사료가 쌓인 것이 감지되면, 상기 제 1 슬라이드를 폐쇄하고 상기 제 2 슬라이드가 상기 제 2 리미트 스위치에 접촉할 때까지 이동하여 상기 계측부를 개방하는 것에 의해 입력된 무게만큼의 사료를 상기 사료배출구 측으로 이동시키고, 상기 제어패널이나 상기 원격제어 단말기를 통해 입력된 송풍강도에 따라 상기 송풍부의 송풍기가 작동되면서 상기 사료배출구로 이동되는 사료를 외부로 내보내는 것에 의해 사료의 공급이 이루어지며, 상기 계측부에 모인 사료가 모두 빠져나간 것이 감지되면 상기 제 2 슬라이드를 이동하여 상기 계측부를 폐쇄하고 사료의 공급을 종료하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 사료공급기는, 상기 사료배출구를 2개 이상 다수로 형성하여 복수의 수조에 사료를 동시 공급할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 사료공급기는, 상기 송풍부의 송풍기에 사료가 충돌하여 발생하는 역류 및 파손을 방지하기 위한 보호분리막을 더 포함하여 구성되고, 상기 송풍부의 송풍강도를 단계별로 조절하여 사료의 배출거리 및 위치를 조절할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 사료공급기는, 일측에 설치된 상기 제어패널 및 상기 원격제어 단말기를 통해 실시간으로 사료의 잔량을 표시하고, 사료가 부족할 경우 사용자에게 사료부족 및 보충에 대한 알림을 보내며, 상기 사료공급기의 동작이나 사료공급 작업에 이상 발생시 상기 제어패널 및 상기 원격제어 단말기를 통해 해당 내용을 사용자에게 알리는 경고메시지를 보내는 모니터링 기능 및 원하는 시간에 원하는 양만큼의 사료를 공급 가능하도록 상기 제어패널 및 상기 원격제어 단말기를 통해 사료공급 시간과 공급량을 설정하는 예약공급 기능을 가지도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 FIIFF 추론모델은, 상기 FIIFF 추론모델의 입력변수 및 출력변수를 결정하는 변수결정단계; 상기 FIIFF 추론모델의 입력변수에 대한 퍼지집합을 결정하는 퍼지집합 결정단계; 상기 FIIFF 추론모델의 퍼지규칙을 생성하는 퍼지규칙 생성단계; 상기 퍼지집합 및 상기 퍼지규칙을 이용하여 FIIFF 추론 시스템을 구축하는 시스템 구축단계; 및 구축된 상기 FIIFF 추론 시스템의 성능을 평가하고 조정을 행하는 평가 및 조정단계를 포함하여, 맘다니형 퍼지추론(Mamdani-style fuzzy inference) 시스템을 기반으로 최종 급이량을 실시간으로 결정하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 변수결정단계는, 양식장의 생육환경과 어류의 성장 및 사료의 공급량에 대하여 측정 및 수집된 데이터로부터 수조의 실시간 온도(Temperature), 용존산소량(DO), 어종 개체의 전중(Weight), 어류의 활동상태(Swimming State)를 포함하는 4가지 요소를 입력변수로 설정하고, 최종 급이량(Feed)을 출력변수로 설정하여 상기 FIIFF 추론모델의 입력변수와 출력변수를 결정하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 퍼지집합 결정단계는, 상기 변수결정단계에서 결정된 각각의 입력변수에 대하여, 미리 정해진 기준에 따라 각 변수값의 범위를 구간별로 구분하여 퍼지집합을 결정하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 퍼지규칙 생성단계는, 상기 퍼지집합 결정단계에서 결정된 퍼지집합의 각 입력변수 값에 따른 출력변수의 값을 서로 대응시켜 입력변수와 출력변수 사이의 관계를 설정하는 규칙을 생성하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 시스템 구축단계는, 상기 퍼지규칙 생성단계에서 생성된 퍼지규칙에 근거하여, MATLAB 퍼지 로직 툴박스(Fuzzy Logic Toolbox)를 이용하여 상기 FIIFF 추론 시스템을 구축하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 평가 및 조정단계는, 상기 시스템 구축단계에서 구축된 상기 FIIFF 추론 시스템의 입력변수 및 출력변수를 양식장의 실제 측정 데이터와 비교하여 재검토하고 퍼지집합의 인접범위를 조정하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 지능형 자동 사료공급 시스템은, 복수의 상기 사료공급기와 상기 원격제어 단말기 사이에서 통신을 주고받도록 이루어지고, 어종별 및 양식장별로 실제 사료 공급에 대한 데이터와 어류 성장률과의 상관관계를 분석하여 자동 급이를 위한 빅데이터를 구축하여 저장하며, 인공지능을 통해 상기 빅데이터에 대한 학습을 수행하여 상기 FIIFF 추론모델을 구축하고 각각의 상기 사료공급기에 대한 최적의 사료 공급량을 결정하여 전송하는 처리가 수행되도록 이루어지는 서버를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 본 발명에 따르면, 상기에 기재된 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템을 이용하여 양식장에 사료를 공급하도록 구성되는 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급방법에 있어서, 상기 지능형 자동 사료공급 시스템을 통하여, 맘다니형 퍼지추론(Mamdani-style fuzzy inference) 시스템을 기반으로 최종 급이량을 실시간으로 결정하도록 구성되는 퍼지추론 기반의 지능형 어류 자동 급이모델(FIIFF 추론모델)을 이용하여 최적의 급여량이 결정되는 급여량 결정단계; 및 상기 급여량 결정단계에서 결정된 급여량에 따라 상기 지능형 자동 사료공급 시스템의 사료공급기를 통하여 사료의 공급이 수행되는 사료공급단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급방법이 제공된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 인공지능(AI)을 통해 양식어류의 어종 및 생육이나 활동 등에 따라 적절한 급여량을 정확하게 결정하고 필요한 양만큼의 사료를 양식장 전체에 걸쳐 고르게 공급하는 처리가 자동으로 수행되도록 구성되는 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템이 제공됨으로써, 양식장의 크기나 어종에 따른 차이 및 급여시간 등을 고려하지 않고 양식장 관리자가 자신의 경험 등에 의존하여 임의로 급여함으로 인해 적절한 급여량이 유지되지 못하고 노동력이 많이 요구되는 데 더하여, 수동으로 살포함으로 인해 사료가 양식장 전체에 고르게 살포되지 못하여 양식어류의 균일한 성장에 방해가 되는 문제가 있었던 종래기술의 양식장 사료 공급방식의 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 인공지능(AI)을 통해 양식어류의 어종 및 생육이나 활동 등에 따라 적절한 급여량을 정확하게 결정하고 필요한 양만큼의 사료를 양식장 전체에 걸쳐 고르게 공급하는 처리가 자동으로 수행되도록 구성되는 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템이 제공됨으로써, 어종의 생육이나 활동 등에 기반한 정확한 근거 없이 단순히 사용자에 의해 미리 정해진 시간과 급여량에 따라서만 사료를 공급하도록 구성됨으로 인해, 부정확한 사료 공급량이 전체 양식장에서 일부 부분에만 집중 투여되어 양식장내 모든 어류의 고른 성장에 방해가 되고 먹이경쟁에 의해 어류에 상처가 발생하는 데 더하여, 사료의 과잉공급에 따른 수질오염 및 질병발생을 야기하게 되는 문제가 있었던 종래기술의 자동 사료공급기들의 문제점을 해결할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 인공지능(AI)을 통해 양식어류의 어종 및 생육이나 활동 등에 따라 적절한 급여량을 정확하게 결정하고 필요한 양만큼의 사료를 양식장 전체에 걸쳐 고르게 공급하는 처리가 자동으로 수행되도록 구성되는 것에 의해 기존의 수동 사료공급 방식과 자동 사료공급기들의 단점을 모두 해소할 수 있는 동시에, 인공지능(AI)을 통해 얻어진 사료공급 및 양식작업 전반에 대한 각종 정보를 사용자의 스마트폰이나 태블릿 PC 또는 컴퓨터 등을 통해 모바일이나 웹으로 접속하여 원격으로 확인하고 사료공급 과정을 제어할 수 있도록 구성되는 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템이 제공됨으로써, 사용자가 양식장 현장에 있지 않아도 원격제어를 통해 항상 정확하고 적절한 사료공급이 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템에 적용되는 지능형 사료공급 제어방법의 기본적인 개념을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템에 적용되는 퍼지추론 기반의 지능형 어류 자동 급이모델(Fuzzy Inference based Intelligent Fish Feeding Model ; FIIFF 추론모델)의 전체적인 처리과정을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
도 4는 입력변수의 퍼지집합을 근거로 생성된 4개의 입력변수에 대한 퍼지 소속함수를 나타내는 도면이다.
도 5는 능성어 양식장에서 측정한 실제 데이터를 근거로 결정된 입력 및 출력변수의 퍼지집합을 표로 정리하여 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 퍼지추론 기반의 지능형 어류 자동 급이모델(FIIFF 추론모델)에 적용되는 퍼지집합 규칙 49개 중 일부를 퍼지집합 표기법에 따라 표로 정리하여 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 FIIFF 추론모델의 성능평가 실험을 위해 입력변수에 대하여 소속함수 편집기를 사용하여 소속함수를 설정하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 FIIFF 추론모델의 성능평가 실험을 위해 퍼지규칙 편집기를 사용하여 퍼지규칙을 생성하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 FIIFF 추론 시스템의 성능평가 실험을 통해 최종 급이량을 산출한 결과가 표시되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 10은 양식장 수조의 실제 급이량과 FIIFF 추론모델을 통하여 산출된 급이량을 비교한 결과를 그래프로 나타낸 도면이다.
도 11은 급이 사료의 전체적인 효율을 측정하기 위하여 실제 급이한 월평균 사료량과 본 발명의 실시예에 따른 FIIIFF 퍼지추론 기반의 지능형 어류 자동 급이모델로 매월 측정한 급이량을 비교한 결과를 표로 정리하여 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템에 적용되는 지능형 사료공급 제어방법의 기본적인 개념을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템에 적용되는 퍼지추론 기반의 지능형 어류 자동 급이모델(Fuzzy Inference based Intelligent Fish Feeding Model ; FIIFF 추론모델)의 전체적인 처리과정을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
도 4는 입력변수의 퍼지집합을 근거로 생성된 4개의 입력변수에 대한 퍼지 소속함수를 나타내는 도면이다.
도 5는 능성어 양식장에서 측정한 실제 데이터를 근거로 결정된 입력 및 출력변수의 퍼지집합을 표로 정리하여 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 퍼지추론 기반의 지능형 어류 자동 급이모델(FIIFF 추론모델)에 적용되는 퍼지집합 규칙 49개 중 일부를 퍼지집합 표기법에 따라 표로 정리하여 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 FIIFF 추론모델의 성능평가 실험을 위해 입력변수에 대하여 소속함수 편집기를 사용하여 소속함수를 설정하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 FIIFF 추론모델의 성능평가 실험을 위해 퍼지규칙 편집기를 사용하여 퍼지규칙을 생성하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 FIIFF 추론 시스템의 성능평가 실험을 통해 최종 급이량을 산출한 결과가 표시되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 10은 양식장 수조의 실제 급이량과 FIIFF 추론모델을 통하여 산출된 급이량을 비교한 결과를 그래프로 나타낸 도면이다.
도 11은 급이 사료의 전체적인 효율을 측정하기 위하여 실제 급이한 월평균 사료량과 본 발명의 실시예에 따른 FIIIFF 퍼지추론 기반의 지능형 어류 자동 급이모델로 매월 측정한 급이량을 비교한 결과를 표로 정리하여 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다.
또한, 이하의 본 발명의 실시예에 대한 설명에 있어서, 종래기술의 내용과 동일 또는 유사하거나 당업자의 수준에서 용이하게 이해하고 실시할 수 있다고 판단되는 부분에 대하여는, 설명을 간략히 하기 위해 그 상세한 설명을 생략하였음에 유념해야 한다.
계속해서, 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템의 구체적인 내용에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템(10)의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템(10)은, 크게 나누어, 양식장에 사료를 공급하는 사료공급기(20)와, 사료공급기(20)를 원격으로 제어하기 위한 원격제어 단말기(30)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기한 사료공급기(20)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 양식장에 공급하기 위한 사료가 저장되는 사료탱크를 포함하여 이루어지는 사료저장부(21)와, 사료저장부(21)에 저장된 사료를 배출하기 위해 사료저장부(21)의 적어도 일측을 개폐하는 제 1 슬라이드(22)와, 제 1 슬라이드(22)의 개폐를 제어하기 위한 제 1 리미트 스위치(23)와, 제 1 슬라이드(22)의 개방시 사료저장부(21)로부터 배출되는 사료의 양을 측정하기 위한 측정수단을 포함하여 이루어지는 계측부(24)와, 계측부(24)의 적어도 일측을 개폐하는 제 2 슬라이드(25)와, 제 2 슬라이드(25)의 개폐를 제어하기 위한 제 2 리미트 스위치(26)와, 제 2 슬라이드(25)의 개방시 계측부(24)로부터 배출되는 사료를 외부로 공급하기 위한 적어도 하나의 사료배출구(27)와, 사료배출구(27)를 개폐하기 위한 제 3 슬라이드(28)와, 계측부(24)로부터 배출되는 사료를 사료배출구(27)를 통해 외부로 내보내기 위한 고압송풍기를 포함하여 이루어지는 송풍부(29) 및 도시되지는 않았으나, 원격제어 단말기(30)와 같은 외부 기기와의 통신을 위한 무선통신모듈을 포함하여 이루어지는 통신부 및 사료공급량이나 공급시간 등과 같은 장치의 동작을 설정하기 위한 제어패널이 구비되고, 제어패널을 통해 입력되거나 원격제어 단말기(30)로부터 전송되는 제어명령에 따라, 또는, 후술하는 바와 같이 하여 인공지능(AI)을 통해 장치 전체의 동작을 자동으로 제어하도록 이루어지는 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.
더 상세하게는, 상기한 사료공급기(20)의 기본적인 동작은, 사료저장부(21)에 사료를 저장하여 두고, 사료공급시 장치의 일측에 구비된 제어패널이나 원격제어 단말기(30)를 통해 급여량이 입력되면, 입력된 값에 따라서 제 3 슬라이드(28)가 사료 급이방향으로 이동하고, 제 1 슬라이드(22)가 제 1 리미트 스위치(23)에 접촉할 때까지 이동하여 사료저장부(21)를 개방하는 것에 의해 사료저장부(21)에 저장되어 있던 사료를 계측부(24)로 이동시킨다.
다음으로, 계측부(24)에 입력된 무게만큼의 사료가 쌓인 것이 감지되면, 제 1 슬라이드(22)를 폐쇄하고 제 2 슬라이드(25)가 제 2 리미트 스위치(26)에 접촉할 때까지 이동하여 계측부(24)를 개방하는 것에 의해 입력된 무게만큼의 사료를 사료배출구(27) 측으로 보낸다.
이어서, 제어패널이나 원격제어 단말기(30)를 통해 입력된 송풍강도에 따라 송풍부(29)의 송풍기가 작동되면서 사료배출구(27)로 이동되는 사료를 외부로 내보내는 것에 의해 사료의 공급이 이루어지고, 계측부(24)에 모인 사료가 모두 빠져나간 것이 감지되면 제 2 슬라이드(25)를 이동하여 계측부(24)를 폐쇄하고 사료급이를 종료하며, 따라서 이러한 구성을 통해, 정확한 무게측정으로 어류 마리당 필요로 하는 사료량을 계산하여 정확한 양의 사료가 공급될 수 있다.
여기서, 상기한 바와 같은 사료공급기(20)의 보다 구체적인 구성이나 동작은 종래기술의 사료공급장치들의 구성을 참조하여 당업자에 의해 적절히 구성될 수 있는 것이므로, 본 발명에서는, 설명을 간략히 하기 위해 종래기술의 문헌 등을 참조하여 당업자가 용이하게 이해하고 실시할 수 있는 내용에 대하여는 그 상세한 설명을 생략하였음에 유념해야 한다.
더 상세하게는, 본 발명의 실시예에 따른 사료공급기(20)는, 예를 들면, 양식 수조 근처에 설치되어야 하는 특성을 고려히여 플라스틱 사료통 및 이중 호퍼 계측함을 적용하여 녹 발생을 방지하도록 구성될 수 있고, 복수의 수조에 사료를 동시 공급할 수 있도록 사료배출구(27)를 2개 이상 다수로 형성하여 1개의 수조에만 사료공급이 가능하던 기존의 사료공급장치의 단점을 개선 가능하도록 구성될 수도 있다.
더욱이, 본 발명의 실시예에 따른 사료공급기(20)는, 송풍부(29)의 송풍장치에 에어와 사료가 급격히 마주쳐서 발생하는 역류 및 파손을 방지하는 보호분리막을 설치하고, 송풍강도를 코드값으로 조정하여, 예를 들면, 강(6M), 중(4M), 약(2M) 등의 3단계로 사료 배출거리를 조절 가능하도록 하는 것에 의해, 다양한 위치로 사료배출이 가능하도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템(10)은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 원격제어 단말기(30)를 더 포함하여 원격제어 및 모니터링이 가능하도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기한 원격제어 단말기(30)는, 바람직하게는, 예를 들면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 사용자의 스마트폰이나 태블릿 PC 또는 컴퓨터(PC)에 원격제어 및 모니터링을 위한 전용의 프로그램을 설치하는 것으로 별도의 하드웨어를 구성할 필요 없이 용이하게 구현될 수 있으나, 사료공급기(20)와 유선 또는 무선통신을 통해 사료의 공급량이나 시간 등의 각종 제어명령이나 설정값을 주고받을 수 있도록 구성되는 것이면 특별히 제한은 없다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 사료공급기(20)는, 일측에 설치된 제어패널이나 사료공급기(20)와 유선 또는 무선통신으로 연결되는 원격제어 단말기(30)를 통해 실시간으로 사료의 잔량을 표시하고, 사료가 부족할 경우 사용자에게 사료부족 및 보충에 대한 알림을 보내며, 사료공급기(20)의 동작이나 사료공급 작업에 이상 발생시 제어패널 및 원격제어 단말기(30)를 통해 해당 내용을 사용자에게 알리는 경고메시지를 보내는 모니터링 기능과, 제어패널이나 원격제어 단말기(30)를 통해 분단위로 사료공급 시간을 설정하고 그램(g) 단위로 공급량을 설정하여 원하는 시간에 원하는 양만큼의 사료를 공급하도록 하는 예약공급 기능을 제공하도록 구성될 수 있고, 그것에 의해, PC 및 모바일과 연동하여 언제 어디서나 정확한 사료공급이 가능하도록 구성될 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따른 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템(10)은, 상기한 바와 같이 PC 및 모바일과 연동하여 원격으로 사료공급이 가능하도록 구성되는 데 더하여, 인공지능을 통해 해당 어류에 최적의 공급계획을 수립하고 자동으로 사료공급이 이루어질 수 있도록 구성될 수 있다.
계속해서, 본 발명의 실시예에 따른 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템(10)에 적용되는 인공지능 알고리즘의 구체적인 내용에 대하여 설명한다.
즉, 본 발명의 실시예에서는, 기존의 자동 사료공급장치의 문제점을 해결하고 육상 수조 양식장에서 양식어류의 성장률을 적절하게 유지하면서 사료 공급의 효율성을 극대화하기 위해, 후술하는 바와 같이 하여 퍼지추론 기반의 지능형 어류 자동 급이모델(Fuzzy Inference based Intelligent Fish Feeding Model ; FIIFF 추론모델)을 제시하였으며, 이를 통해, 기존의 자동 사료공급장치들이 고려하지 못한 양식어류의 생육환경 정보 및 생육 활동상태를 실시간으로 측정하고, 현재 양식어류의 생육상태에 가장 적합한 사료 공급량을 실시간으로 산출하여 자동으로 사료 공급량을 제공할 수 있다.
여기서, 이하에 설명하는 본 발명의 실시예에서는, 본 발명이 적용 가능한 예로서 능성어 양식의 경우를 예로 하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이하의 실시예에 기재된 경우로만 한정되는 것은 아니며, 즉, 본 발명은 능성어 양식 이외에도 다양한 어종의 양식에 대하여 적용 가능한 것으로, 당업자에 의해 필요에 따라 적절히 변경 및 수정하여 적용 가능한 것임에 유념해야 한다.
더 상세하게는, 예를 들면, 우리나라 능성어 양식은 육상수조식, 해상가두리, 축제식 등 3가지 방법으로 이루어지고 있으나 대부분이 육상수조식이고, 육상수조식 양식에서 능성어는 저착성 어종으로 사육밀도를 고려해야하며, 온도는 15℃ ~ 19℃가 적절하고, 용존산소량은 6 ~ 7㎎/ℓ, 배합사료는 부상사료, 사료의 크기는 섭취가능한 범위 내에서 큰 크기의 사료를 공급하는 것이 효율적이고, 사료의 공급량은 사육수온과 능성어 크기에 따라 다르다.
또한, 현재 능성어 양식현장에서는 매우 배부름(만복)에 가깝게 사료를 공급하고 있는데, 사료 공급량이 적정량 이상부터 만복에 가까울수록 사료효율이 떨어지며, 만복 공급 90% 수준으로도 만복공급과 동일한 성장을 이끌어 낼 수 있으므로, 사료를 약 10% 절약하면서 만복공급과 동일한 성장효과를 본다면 양식 생산비에서 사료의 비중을 감안했을 때 양식 생산비를 효과적으로 절감할 수 있다.
국내 수산 양식장에서 사료공급은 대부분 양식 경험이 많은 관리자가 수동으로 사료량을 공급하거나 인건비를 절약하기 위하여 자동공급기를 이용하는 경우가 있으나, 자동 급이기를 통해 사료를 공급할 경우 적정 사료공급량에 대한 공급 비율을 설정하는 것이 선행되어야 하며, 이는 수온, 어체 크기, 체중, 사료내 칼로리 및 수분함량 등에 따라 달라져야 하는데 경험에 의한 양식 사료 공급 표준량은 종래기술의 문헌 등에 기술되어 있으나 실제 적용하는 데는 많은 문제점이 있다.
아울러, 일반적으로 양식장에서 공급되는 일반적인 급이량 결정방법은 양식장의 현재 온도나 용존산소량 등과 같은 수질환경 및 양식 관리자의 경험에 의존하여 매우 모호하게 결정되므로, 본 발명에서는, 이러한 모호한 급이량 결정과정을 보다 합리적으로 개선하기 위해, 퍼지 논리에 근거하여 수질환경 정보 및 어류 활동상태를 퍼지집합으로 표현하고 양식장 관리자의 경험을 퍼지규칙으로 생성하는 것에 의해 퍼지 추론방법을 이용하여 최종 급이량을 산출하도록 구성된다.
이를 위해, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 맘다니형 퍼지추론(Mamdani-style fuzzy inference) 시스템을 기반으로 최종 급이량을 실시간으로 결정하도록 구성되는 퍼지추론 기반의 지능형 어류 자동 급이모델(FIIFF 추론모델)을 제시하였다.
즉, 맘다니형 퍼지추론 기법은 1975년에 런던 대학교 교수 맘다니(Ebrahim Mamdani)가 보일러가 결합된 증기기관을 제어하기 위해 최초로 제안한 퍼지추론 기법으로서 퍼지추론의 대표적인 추론방법의 하나이며, 그 과정은, 크게 나누어, 입력변수의 퍼지화(Fuzzification), 규칙 평가(Rule Evaluation), 출력으로 나온 규칙을 통합 및 역퍼지화(Defuzzification)를 포함하는 4단계로 진행된다.
여기서, 맘다니형 퍼지추론 기법의 보다 구체적인 내용은 종래기술의 문헌 등을 통하여 당업자에게 자명한 내용이므로, 이에, 본 발명에서는, 설명을 간략히 하기 위해, 상기한 바와 같이 종래기술의 문헌 등을 통하여 당업자가 용이하게 이해하고 실시할 수 있는 내용에 대하여는 그 상세한 설명을 생략하였음에 유념해야 한다.
계속해서, 도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템(10)에 적용되는 지능형 사료공급 제어방법의 기본적인 개념을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 제시된 지능형 사료공급 제어방법은 어류의 섭이욕구를 측정하여 사료공급장치를 제어하는 방법으로서, 어류의 움직임 정도, 움직임 패턴의 영상이나 이미지를 활용하여 섭이욕구를 측정하고, 용존산소량 및 수온 등과 같은 수질환경 정보에 근거하여 계산된 수질환경도를 적용하여 최적의 공급량을 결정하고 그에 따른 공급계획을 수립하도록 구성될 수 있다.
또한, 섭이욕구를 측정하기 위한 어류행동 상태 추적모델로서, 어류 행동을 학습하기 위한 영상 데이터에서 각각의 어류에 개별적으로 ID를 부여하여 어류 객체를 각각 인식하고 어류 객체 ID별로 크기와 상하 궤적 및 유영속도를 측정하여, 예를 들면, 정지상태(매우 배부름), 저속유영(보통 배부름), 고속유영(매우 배고픔), 비정상유영(질병, 스트레스) 등과 같이, 어류의 행동 및 상태를 연관지어 4가지로 분류하도록 구성될 수 있다.
아울러, 섭이도 도출을 위한 인공지능 모델로서, 수온(temperature), 용존산소량(DO), 개체중량(weight), 활동상태(state)를 포함하는 총 4가지의 입력변수를 가지고 급이량(feed)을 출력변수로 가지는 지능형 퍼지 추론모델을 구축하여, 급이량 자동조절을 위한 지능형 자동 사료공급 시스템을 구현한다.
즉, 상기한 바와 같이 어류 생육환경에 관련된 빅데이터와 어류 생육활동 상태에 대한 모니터링 정보를 이용하여, 예를 들면, 입력층 1개, 출력층 1개, 은닉층 3개를 포함하여 어류의 급이 공급량을 추론할 수 있도록 구성되는 급이량 자동조절 지능형 퍼지 추론엔진이 구축될 수 있다.
더 상세하게는, 도 3을 참조하면, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템(10)에 적용되는 퍼지추론 기반의 지능형 어류 자동 급이모델(FIIFF 추론모델)의 전체적인 처리과정을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 퍼지추론 기반의 지능형 어류 자동 급이모델(FIIFF 추론모델)을 이용하여 최적의 사료 공급량을 결정하는 처리과정은, 크게 나누어, 먼저, FIIFF 추론모델의 입력변수 및 출력변수를 결정하는 변수결정단계(S10)와, FIIFF 추론모델의 입력변수에 대한 퍼지집합을 결정하는 퍼지집합 결정단계(S20)와, FIIFF 추론모델의 퍼지 규칙을 생성하는 퍼지규칙 생성단계(S30)와, 결정된 퍼지 집합 및 퍼지 규칙을 이용하여 FIIFF 추론 시스템을 구축하는 시스템 구축단계(S40) 및 구축된 FIIFF 추론 시스템에 대한 성능을 평가하고 조정을 행하는 평가 및 조정단계(S50)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기한 변수결정단계(S10)는, FIIFF 추론모델의 입력변수와 출력변수를 결정하는 단계로서, 예를 들면, 상기한 바와 같이, 양식장 수조의 실시간 온도(Temperature), 용존산소량(DO), 어종 개체의 전중(Weight), 어류의 활동상태(Swimming State) 등의 4가지 요소를 입력변수로 설정하고, 출력변수는 최종 급이량(Feed)으로 설정하도록 구성될 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 전남 고흥에 소재하고 있는 전라남도 해양수산과학원 동부지부 고흥지원의 능성어 양식장에서 수집한 데이터를 입력변수로 활용하여 FIIFF 추론모델을 통해 최종 급이량을 산출하였으며, 이를 위해, 능성어 어종에 대하여 2019년 4월부터 11월까지 8개월동안 한 수조에 2,000마리의 능성어 개체에 대하여 매일 어류 평균 체중변화량을 측정하고, 어류 평균 전중에 따른 수온 및 용존 산소량과 어류 활동상태 데이터를 입력변수로 결정하였으며, 최종 출력변수는 능성어 체중변화에 따른 어류의 활동상태, 양식장의 수온 및 용존산소량과 연관된 어류의 급이량으로 결정되었다.
아울러, 도 4 및 도 5를 참조하면, 도 4는 입력변수의 퍼지집합을 근거로 생성된 4개의 입력변수에 대한 퍼지 소속함수를 나타내는 도면이고, 5는 능성어 양식장에서 측정한 실제 데이터를 근거로 결정된 입력 및 출력변수의 퍼지집합을 표로 정리하여 나타낸 도면이다.
여기서, 도 5에 나타낸 표에 있어서, BL/sec는 Body/sec로서 어류의 유영 속도를 나타내고, 급이량(F)은 2,000마리 개체에 대한 한 수조의 총 급이량을 나타내는 것이다.
도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 양식장의 최종 급이량은 입력변수의 값에 따라 적절하게 조정되어야 하며, 이러한 입력변수의 퍼지집합은 능성어 표준 매뉴얼과 양식장의 실제 데이터를 참조하여 결정될 수 있다.
즉, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기한 퍼지집합 결정단계(S20)는, 예를 들면, 높음(High), 보통(Normal), 낮음(Low) 등과 같이, 각각의 입력변수에 대하여 미리 정해진 기준에 따라 각 변수값의 범위를 구간별로 구분하여 퍼지집합을 결정하는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다.
다음으로, 퍼지규칙 생성단계(S30)에 대하여 설명하면, 양식장에서 퍼지규칙은 수년간의 경험을 가진 양식 전문가의 의견에 따라서 정해질 수 있으며, 본 실시예에서는, 전남 해양수산과학원 고흥지원에 소재한 능성어 양식장에서 2년동안 양식장을 운영하면서 경험한 지식을 근거로 급이규칙을 생성하였다.
더 상세하게는, 상기한 실시예에서는 입력변수(온도, 용존 산소량, 개체중량, 활동상태)가 4개이고 출력변수(급이량)가 1개 이므로 최대 64개의 퍼지규칙을 생성할 수 있으나, 본 실시예에서는, 양식장의 현재 상태에서 급이량에 가장 큰 영향을 주는 어종 개체의 무게, 수온, 용존산소량, 어류의 활동상태에 따른 49개의 규칙을 생성하였다.
즉, 도 6을 참조하면, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 퍼지추론 기반의 지능형 어류 자동 급이모델(FIIFF 추론모델)에 적용되는 퍼지집합 규칙 49개 중 일부를 퍼지집합 표기법에 따라 표로 정리하여 나타내는 도면이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 예를 들면, 개체무게(W)가 와 온도(T)가 모두 LOW이고 용존 산소량(DO)과 활동상태가 NONE인 경우 출력변수(F) 값은 VERY_LOW가 되고, 개체무게(W)가 HIGH이고 온도(T)와 용존 산소량(DO) 및 활동상태가 모두 NONE인 경우는 출력변수(F) 값이 HIGH가 된다.
따라서 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기한 퍼지규칙 생성단계(S30)는, 도 4 및 도 5를 참조하여 상기한 바와 같이 하여 퍼지집합 결정단계(S20)에서 결정된 퍼지집합의 각 입력변수 값에 따른 출력변수의 값을 서로 대응시켜 입력변수와 출력변수 사이의 관계를 설정하는 규칙을 생성하는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다.
다음으로, 상기한 시스템 구축단계(S40)는, 상기한 바와 같이 하여 생성된 49개의 퍼지규칙에 근거하여 퍼지 추론 시스템을 구축하는 처리가 수행되도록 구성될 수 있으며, 이를 위해, 예를 들면, MATLAB 퍼지 로직 툴박스(Fuzzy Logic Toolbox) 등과 같은 상용 프로그램을 이용하여, 양식장 전문가의 의견에 따른 49개의 퍼지규칙을 이용한 지능형 자동급이 퍼지 추론 시스템을 구축할 수 있다.
따라서 상기한 바와 같이 하여 FIIFF 추론 시스템을 구축할 수 있으며, 보다 정확한 최종 급이량 산출을 위해서는 구축된 추론 시스템을 평가하고 조정하는 과정이 필요하다.
즉, 상기한 평가 및 조정단계(S50)는, 상기한 바와 같이 하여 구축되는 FIIFF 추론모델의 입력 및 출력변수를 양식장의 실제 어류 생육 및 사료 공급에 관련된 측정데이터와 비교하여 재검토하고, 입력변수들간의 상관관계를 충분히 고려하여 퍼지집합의 인접범위를 조정하는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다.
여기서, 가장 중요한 입력변수 요인은 어류 전중과 현재 양식장의 온도 및 용존 산소량에 따른 어류의 유영상태 관찰이며, 본 실시예에서는, 능성어 양식장에서 8개월 동안의 수질 온도, 용존 산소량, 급이 데이터를 기반으로 FIIFF 추론 시스템의 퍼지규칙을 조정하였고, 최종 급이량 산출을 위한 역퍼지화 방법은 무게중심법을 사용하여 일관된 결과를 제공하도록 하였다.
계속해서, 상기한 바와 같이 하여 구현되는 본 발명의 실시예에 따른 FIIFF 추론모델의 성능을 평가하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 FIIFF 추론모델을 적용한 FIIFF 추론 시스템을 실제로 구현하여 성능실험 및 평가를 진행한 결과에 대하여 설명한다.
즉, 본 발명자들은, Intel i7-7820X CPU, 32GB RAM, TITAN Xp GPU를 이용한 하드웨어 환경에 운영체제로서 Windows 10 Pro, 구현도구로는 MATLAB Fuzzy Logic ToolBox V2.0, 구현 언어는 MATLAB을 이용하여 FIIFF 추론 시스템을 구현하였고, 이러한 FIIFF 추론 시스템을 이용하여 성능실험을 진행하였다.
더 상세하게는, 도 7을 참조하면, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 FIIFF 추론 시스템의 성능평가 실험을 위해 4가지 입력변수(전중, 온도, 용존산소량, 활동상태)에 대하여 소속함수 편집기를 사용하여 4가지 입력변수에 대한 소속함수를 설정하는 과정을 나타내는 도면이다.
또한, 도 8을 참조하면, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 FIIFF 추론 시스템의 성능평가 실험을 위해 퍼지규칙 편집기를 사용하여 49개의 퍼지규칙을 생성하는 과정을 나타내는 도면이다.
아울러, 도 9를 참조하면, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 FIIFF 추론 시스템의 성능평가 실험을 통해 최종 급이량을 산출한 결과가 표시되는 과정을 나타내는 도면이다.
여기서, 도 9에 나타낸 산출결과는, 한 개체의 전중이 57.0g,이고, 수조 온도가 23.3도이며, 용존 산소량은 1.44㎎/ℓ이고, 활동상태는 천천히 유영(0.31)일 경우, 최종 산출되는 한 수조의 전체 급이량은 121Kg임을 나타내고 있다.
즉, 본 발명자들은, 실제 능성어 양식장에서 2019년 4월 ~ 11월까지 측정한 수질환경 데이터 및 급이량을 기준으로 실제 급이한 데이터와 본 발명의 실시예에 따른 FIIFF 추론 시스템을 이용하여 산출된 데이터를 비교하여 성능평가 실험을 진행하였으며, 이때, 수온과 용존 산소량은 실제 능성어 양식장에 설치된 수온센서 및 DO 센서를 통하여 특정 시간에 측정된 실제 데이터를 사용하였고, 어류 활동상태는 동영상 카메라를 이용하여 오전 급이시간 바로 전에 촬영된 동영상 자료를 이용하여 능성어 유영속도를 계산하고 유영속도에 따른 배고픔 상태 및 만복상태를 [0.0 ~ 1.0] 사의의 값으로 변환하여 실험에 활용하였다.
또한, 본 실험에서 활용한 능성어 개체의 무게(전중)는 처음 입식한 4월의 한 개체 평균무게가 30.7g 이었고 매일 급이를 섭취하여 지속적으로 성장한 결과 11월 평균은 219.6g 까지 성장하였으며, 본 실시예에서는 이러한 한 개체의 평균 전중과 한 수조의 개체수를 2,000마리로 가정하고 FIIFF 추론모델을 통해 매일 급이량을 산출한 결과를 비교하였다.
더 상세하게는, 도 10을 참조하면, 도 10은 2019년 4월 19일부터 8월 5일까지 능성어 개체의 전중, 양식장 온도, 용존 산소량, 유영속도를 기반으로 양식장 수조의 실제 급이량과 FIIFF 추론모델을 통하여 산출된 급이량을 비교한 결고를 그래프로 나타낸 도면이다.
여기서, 도 10에 나타낸 그래프는, 8개월 동안의 매일 측정치 및 산출결과를 제반 여건상 모두 표시할 수 없음으로 인해 월별로 3일 동안의 실제 급이량과 FIIFF 추론 시스템의 산출결과를 나타내고 있다.
아울러, 도 10에 있어서, 실제 급이량은 개체 성장에 따라 매월 일정 기간은 급이량이 동일하게 제공되었고, 본 발명의 실시예에 따른 FIIFF 추론 시스템이 산출한 결과는 실제 급이량 보다 비교적 적게 산출됨을 나타내고 있다.
계속해서, 도 11을 참조하면, 도 11은 급이 사료의 전체적인 효율을 측정하기 위하여 능성어 양식장의 개체 평균 전중, 수조 온도, 용존 산소량, 어류 활동상태에 기반하여 실제 급이한 월평균 사료량과 본 발명의 실시예에 따른 FIIIFF 퍼지추론 기반의 지능형 어류 자동 급이모델로 매월 측정한 급이량을 비교한 결과를 표로 정리하여 나타낸 도면이다.
도 10 및 도 11의 실험결과에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 FIIFF 추론 시스템을 이용하면, 어류 무게, 온도, 용존 산소량, 유영상태에 따라 매일 급이량을 조정하였을 경우 월평균 37.05Kg의 급이량을 절감할 수 있으며, 8개월 동안의 전체 급이량은 실제 급이량보다 14.8%를 절감할 수 있음을 알수 있다.
즉, 상기한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 퍼지추론 기반의 지능형 어류 자동 급이모델인 FIIFF 추론 시스템을 이용하면, 양식장의 현재 실시간 수질환경 및 양식 어류의 활동상태를 측정하고 수질 정도 및 배고픔 정도를 퍼지 소속함수로 모델링하여 최종 급이량을 산출함으로써, 양식어류의 현재 배고픔과 만복상태를 전혀 고려하지 않고 양식장 관리자의 경험에 의한 판단으로 일정 급이량을 일정 시간에 공급하는 것에 불과하여 현재 양식하고 있는 어류의 활동상태에 따라 급여량을 조절할 수 없는 한계가 있었던 기존의 양식장 자동 급이모델 및 자동 사료공급장치들의 단점을 해소할 수 있다.
아울러, 어종별 및 양식장별로 실제 사료 공급에 대한 다년간의 데이터를 수집하고, 공급된 급이량에 근거하여 어류 성장률과의 상관관계를 분석하여 자동 급이를 위한 빅데이터를 구축함으로써, 본 발명의 실시예에 따른 지능형 자동 급이 FIIFF 추론모델의 최종 급이량 산출결과의 정확성을 더욱 높일 수 있다.
더욱이, 본 발명의 실시예에 따른 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템(10)은, 도시되지는 않았으나, 사료공급기(20)와 원격제어 단말기(30) 사이에서 통신을 주고받는 서버를 더 포함하여 구성될 수 있으며, 이러한 구성을 통해, 서로 다른 위치에 설치된 복수의 사료공급기(20)를 원격으로 용이하게 제어 가능해진다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템(10)은, 상기한 바와 같이 어종별 및 양식장별로 실제 사료 공급에 대한 다년간의 데이터와 어류 성장률과의 상관관계를 분석하여 자동 급이를 위한 빅데이터를 구축하여 서버에 저장하여 두고, 이러한 빅데이터에 근거하여, 서버에서 빅데이터에 대한 학습을 수행하여 상기한 FIIFF 추론모델과 같은 추론시스템을 구축하고 각각의 사료공급기(20)에 대한 최적의 사료 공급량을 결정하여 전송하도록 구성됨으로써, 복수의 사료공급기(20)에 대하여 최적의 공급량으로 사료를 공급하는 작업이 자동으로 이루어질 수 있으므로 각각의 사료공급기(20)의 구성을 더욱 간소화할 수 있는 동시에, 어류 양식의 효율성 및 생산성을 증대시킬 수 있다.
따라서 상기한 바와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템을 용이하게 구현할 수 있다.
즉, 상기한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는, 기존의 자동 사료공급장치의 문제점을 해결하고 육상 수조 양식장에서 양식어류의 성장률을 적절하게 유지하면서 사료 공급의 효율성을 극대화하기 위해, 퍼지추론 기반의 지능형 어류 자동 급이모델(FIIFF 추론모델)을 제시하였으며, 이를 통해, 본 발명의 실시예에 따른 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템(10)은, 기존의 자동 사료공급장치들이 고려하지 못한 양식어류의 생육환경 정보 및 생육 활동상태를 실시간으로 측정하고, 현재 양식어류의 생육상태에 가장 적합한 사료 공급량을 실시간으로 산출하여 자동으로 사료 공급량을 제공하도록 구성될 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 제시된 FIIFF 모델이 적용된 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템(10)은, 상기한 바와 같이, 수조의 온도 및 용존 산소량을 실시간으로 측정하고, 어류의 체중(전중)에 따른 활동(유영) 상태에 따라서 어류의 매우 배고픔, 보통 배고픔, 배부름으로 구분하여 측정한 다음, 퍼지 추론을 위한 입력변수로 수온(Temperature), 용존산소량(Dissolved Oxygen ; DO), 어류 전중(Weight), 어류 활동상태(Swimming State) 데이터를 입력하여, 최종 급이량을 맘다니형 퍼지추론 규칙을 적용하여 산출하는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에 제시된 FIIFF 추론모델은, 상기한 바와 같이, 본 발명자들에 의해 실시된 FIIFF 추론모델의 급이량 산출실험 결과에서 8개월동안 양식장에서 실제 투입한 급이량보다 14.8%를 절감하는 효과를 나타내었으며, 따라서 본 발명의 실시예에 제시된 FIIFF 추론모델이 적용된 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템(10)은, 양식어류의 현재 생육환경 정보 및 실시간 활동상태를 기반으로 급이량을 산출하므로 사료 급이량 적절성이 매우 높으며, 기존의 어류용 자동 사료공급 시스템의 근본적인 문제점을 개선하여 매우 낙후되어 있는 수산양식 시설을 보다 첨단화되고 지능화된 스마트 양식장으로 발전시킬 수 있을 것으로 기대된다.
더욱이, 본 발명의 실시예에 따른 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템(10)은, 상기한 바와 같이, 기존의 자동 사료공급기에 없던 분단위 시간예약 공급기능을 가지고, 2개의 배출구를 형성하여 2개의 수조에 사료를 동시에 공급할 수 있도록 구성되어 1개의 수조에만 사료공급이 가능하던 기존의 사료공급장치의 단점을 개선 가능하며, 사료배출관의 블로워 장치에 에어와 사료가 급격히 마주쳐서 발생하는 역류 및 부서짐을 방지하는 보호 분리막을 설치하고, 블로워 세기를 코드값으로 조정하여 강(6M), 중(4M), 약(2M) 등 3단계로 배출거리를 조절하여 다양한 위치로 사료배출이 가능하도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템(10)은, AI(인공지능)를 이용하여 사료의 양을 정밀하고 보다 더 정확한 양으로 급이가 가능하도록 구성되며, 이와 같이 인공지능 기능을 결합하는 것에 의해 종래기술의 자동 사료공급기보다 장치의 부피나 제어부분의 크기가 감소하여 다양한 공간활용이 가능하고 이동 및 설치가 용이해지는 데 더하여, 어민이 양식장 현장에 없을시에도 모바일폰이나 웹으로 접속하여 원격으로 사료공급이 가능하므로 현장에 얽매이지 않고 원격으로 사료공급이 가능해지는 장점을 가지는 것이다.
이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다.
10. 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템
20. 사료공급기 21. 사료저장부
22. 제 1 슬라이드 23. 제 1 리미트 스위치
24. 계측부 25. 제 2 슬라이드
26. 제 2 리미트 스위치 27. 사료배출구
28. 제 3 슬라이드 29. 송풍부
30. 원격제어 단말기
20. 사료공급기 21. 사료저장부
22. 제 1 슬라이드 23. 제 1 리미트 스위치
24. 계측부 25. 제 2 슬라이드
26. 제 2 리미트 스위치 27. 사료배출구
28. 제 3 슬라이드 29. 송풍부
30. 원격제어 단말기
Claims (15)
- 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템에 있어서,
양식장에 사료를 공급하도록 이루어지는 사료공급기; 및
상기 사료공급기를 원격으로 제어하기 위한 원격제어 단말기를 포함하여 구성되고,
상기 사료공급기는,
상기 원격제어 단말기로부터 전송되는 제어명령에 따라 원격으로 사료공급이 가능하도록 구성되는 동시에, 인공지능(AI)을 이용하여, 양식장 및 양식어류에 대한 최적의 급여량을 결정하고 결정된 급여량에 따라 사료공급이 자동으로 이루어질 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 원격제어 단말기는,
사용자의 스마트폰이나 태블릿 PC 또는 컴퓨터(PC)에 원격제어 및 모니터링을 위한 전용의 프로그램을 설치하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 사료공급기는,
양식장에 공급하기 위한 사료가 저장되는 사료탱크를 포함하여 이루어지는 사료저장부;
상기 사료저장부에 저장된 사료를 배출하기 위해 상기 사료저장부의 적어도 일측을 개폐하는 제 1 슬라이드;
상기 제 1 슬라이드의 개폐를 제어하기 위한 제 1 리미트 스위치;
상기 제 1 슬라이드의 개방시 상기 사료저장부로부터 배출되는 사료의 양을 측정하기 위한 측정수단을 포함하여 이루어지는 계측부;
상기 계측부의 적어도 일측을 개폐하는 제 2 슬라이드;
상기 제 2 슬라이드의 개폐를 제어하기 위한 제 2 리미트 스위치;
상기 제 2 슬라이드의 개방시 상기 계측부로부터 배출되는 사료를 외부로 공급하기 위한 적어도 하나의 사료배출구;
상기 사료배출구를 개폐하기 위한 제 3 슬라이드;
상기 계측부로부터 배출되는 사료를 상기 사료배출구를 통해 외부로 내보내기 위한 송풍기를 포함하여 이루어지는 송풍부;
상기 원격제어 단말기를 포함하는 외부 기기와의 통신을 위한 무선통신모듈을 포함하여 이루어지는 통신부;
사료의 공급량과 공급시간 및 상기 사료공급기의 동작에 대한 각종 제어명령이나 설정값을 입력하기 위해 일측에 구비되는 제어패널; 및
상기 제어패널을 통해 입력되거나 상기 원격제어 단말기로부터 전송되는 제어명령에 따라 상기 사료공급기의 전체적인 동작을 제어하며, 퍼지추론 기반의 지능형 어류 자동 급이모델(Fuzzy Inference based Intelligent Fish Feeding Model ; FIIFF 추론모델)을 이용하여, 인공지능(AI)을 통해 양식장 및 양식어류에 대한 최적의 급여량을 결정하고, 결정된 급여량에 따라 공급계획을 수립하여 자동으로 사료공급을 제어하는 처리가 수행되도록 이루어지는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템.
- 제 3항에 있어서,
상기 사료공급기는,
상기 사료저장부에 사료를 저장하여 두고, 상기 사료공급시 장치의 일측에 구비된 상기 제어패널이나 상기 원격제어 단말기를 통해 급여량이 입력되면, 입력된 값에 따라서 상기 제 3 슬라이드가 사료 급이방향으로 이동하고, 상기 제 1 슬라이드가 상기 제 1 리미트 스위치에 접촉할 때까지 이동하여 상기 사료저장부를 개방하는 것에 의해 상기 사료저장부에 저장되어 있던 사료를 상기 계측부로 이동시키며,
상기 계측부에 입력된 무게만큼의 사료가 쌓인 것이 감지되면, 상기 제 1 슬라이드를 폐쇄하고 상기 제 2 슬라이드가 상기 제 2 리미트 스위치에 접촉할 때까지 이동하여 상기 계측부를 개방하는 것에 의해 입력된 무게만큼의 사료를 상기 사료배출구 측으로 이동시키고, 상기 제어패널이나 상기 원격제어 단말기를 통해 입력된 송풍강도에 따라 상기 송풍부의 송풍기가 작동되면서 상기 사료배출구로 이동되는 사료를 외부로 내보내는 것에 의해 사료의 공급이 이루어지며,
상기 계측부에 모인 사료가 모두 빠져나간 것이 감지되면 상기 제 2 슬라이드를 이동하여 상기 계측부를 폐쇄하고 사료의 공급을 종료하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템.
- 제 4항에 있어서,
상기 사료공급기는,
상기 사료배출구를 2개 이상 다수로 형성하여 복수의 수조에 사료를 동시 공급할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템.
- 제 5항에 있어서,
상기 사료공급기는,
상기 송풍부의 송풍기에 사료가 충돌하여 발생하는 역류 및 파손을 방지하기 위한 보호분리막을 더 포함하여 구성되고,
상기 송풍부의 송풍강도를 단계별로 조절하여 사료의 배출거리 및 위치를 조절할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템.
- 제 6항에 있어서,
상기 사료공급기는,
일측에 설치된 상기 제어패널 및 상기 원격제어 단말기를 통해 실시간으로 사료의 잔량을 표시하고, 사료가 부족할 경우 사용자에게 사료부족 및 보충에 대한 알림을 보내며, 상기 사료공급기의 동작이나 사료공급 작업에 이상 발생시 상기 제어패널 및 상기 원격제어 단말기를 통해 해당 내용을 사용자에게 알리는 경고메시지를 보내는 모니터링 기능 및
원하는 시간에 원하는 양만큼의 사료를 공급 가능하도록 상기 제어패널 및 상기 원격제어 단말기를 통해 사료공급 시간과 공급량을 설정하는 예약공급 기능을 가지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템.
- 제 3항에 있어서,
상기 FIIFF 추론모델은,
상기 FIIFF 추론모델의 입력변수 및 출력변수를 결정하는 변수결정단계;
상기 FIIFF 추론모델의 입력변수에 대한 퍼지집합을 결정하는 퍼지집합 결정단계;
상기 FIIFF 추론모델의 퍼지규칙을 생성하는 퍼지규칙 생성단계;
상기 퍼지집합 및 상기 퍼지규칙을 이용하여 FIIFF 추론 시스템을 구축하는 시스템 구축단계; 및
구축된 상기 FIIFF 추론 시스템의 성능을 평가하고 조정을 행하는 평가 및 조정단계를 포함하여, 맘다니형 퍼지추론(Mamdani-style fuzzy inference) 시스템을 기반으로 최종 급이량을 실시간으로 결정하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템.
- 제 8항에 있어서,
상기 변수결정단계는,
양식장의 생육환경과 어류의 성장 및 사료의 공급량에 대하여 측정 및 수집된 데이터로부터 수조의 실시간 온도(Temperature), 용존산소량(DO), 어종 개체의 전중(Weight), 어류의 활동상태(Swimming State)를 포함하는 4가지 요소를 입력변수로 설정하고, 최종 급이량(Feed)을 출력변수로 설정하여 상기 FIIFF 추론모델의 입력변수와 출력변수를 결정하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템.
- 제 9항에 있어서,
상기 퍼지집합 결정단계는,
상기 변수결정단계에서 결정된 각각의 입력변수에 대하여, 미리 정해진 기준에 따라 각 변수값의 범위를 구간별로 구분하여 퍼지집합을 결정하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템.
- 제 10항에 있어서,
상기 퍼지규칙 생성단계는,
상기 퍼지집합 결정단계에서 결정된 퍼지집합의 각 입력변수 값에 따른 출력변수의 값을 서로 대응시켜 입력변수와 출력변수 사이의 관계를 설정하는 규칙을 생성하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템.
- 제 11항에 있어서,
상기 시스템 구축단계는,
상기 퍼지규칙 생성단계에서 생성된 퍼지규칙에 근거하여, MATLAB 퍼지 로직 툴박스(Fuzzy Logic Toolbox)를 이용하여 상기 FIIFF 추론 시스템을 구축하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템.
- 제 12항에 있어서,
상기 평가 및 조정단계는,
상기 시스템 구축단계에서 구축된 상기 FIIFF 추론 시스템의 입력변수 및 출력변수를 양식장의 실제 측정 데이터와 비교하여 재검토하고 퍼지집합의 인접범위를 조정하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템.
- 제 13항에 있어서,
상기 지능형 자동 사료공급 시스템은,
복수의 상기 사료공급기와 상기 원격제어 단말기 사이에서 통신을 주고받도록 이루어지고, 어종별 및 양식장별로 실제 사료 공급에 대한 데이터와 어류 성장률과의 상관관계를 분석하여 자동 급이를 위한 빅데이터를 구축하여 저장하며, 인공지능을 통해 상기 빅데이터에 대한 학습을 수행하여 상기 FIIFF 추론모델을 구축하고 각각의 상기 사료공급기에 대한 최적의 사료 공급량을 결정하여 전송하는 처리가 수행되도록 이루어지는 서버를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템.
- 청구항 1항 내지 청구항 14항 중 어느 한 항에 기재된 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템을 이용하여 양식장에 사료를 공급하도록 구성되는 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급방법에 있어서,
상기 지능형 자동 사료공급 시스템을 통하여, 맘다니형 퍼지추론(Mamdani-style fuzzy inference) 시스템을 기반으로 최종 급이량을 실시간으로 결정하도록 구성되는 퍼지추론 기반의 지능형 어류 자동 급이모델(FIIFF 추론모델)을 이용하여 최적의 급여량이 결정되는 급여량 결정단계; 및
상기 급여량 결정단계에서 결정된 급여량에 따라 상기 지능형 자동 사료공급 시스템의 사료공급기를 통하여 사료의 공급이 수행되는 사료공급단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급방법.
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| KR1020200168565A KR102540899B1 (ko) | 2020-12-04 | 2020-12-04 | 인공지능을 이용한 어류 양식장용 지능형 자동 사료공급 시스템 |
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