KR20220144184A - 해양생물의 폐사율 저감을 위한 수조환경 관리 시스템 - Google Patents
해양생물의 폐사율 저감을 위한 수조환경 관리 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 양식어류용 수조에 대하여 IoT 센서 네트워크 기반으로 생육환경을 수집 및 관리할 수 있는 해양생물의 폐사율 저감을 위한 수조환경 관리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 양식어류에 대한 생육환경을 제공하는 하나 이상의 수조; 상기 수조의 DO(Dissolved Oxygen), BOD(Biochemical Oxygen Demand), pH(Power of hydrogen ions), ORP(Oxidation Reduction Potential) 및 수온을 포함하는 제 1데이터를 수집하고 수집된 제 1데이터를 송신하는 데이터수집부; 및 상기 데이터수집부에서 송신하는 제 1데이터를 수신 및 저장하고 이를 기반으로 수조의 물리화학적 생육환경 정보를 원격지에서 모니터링하는 관제서버;를 포함하는 것이 특징이다.
Description
본 발명은 양식어류용 수조에 대하여 IoT 센서 네트워크 기반으로 생육환경을 수집 및 관리할 수 있는 해양생물의 폐사율 저감을 위한 수조환경 관리 시스템에 관한 것이다.
지난 수십년간 미래의 식량 공급원으로써 발전해 오던 어류양식 산업은 2017년도를 기점으로 정체되는 양상을 보이고 있다. 해양수산부 어류양식 동향조사에 따르면 어류양식 생산량은 현재까지 매년 일정 수준을 유지하고 있으나, 생산금액은 점점 감소추세를 보이고 있으며, 특히 2018년 생산량은 80,512M/T에서 2019년도 85,512M/T으로 5.5% 증가하였으나, 생산금액은 2018년 9,291억원에서 2019년 8,177억원으로 13.6% 감소하였다.
이러한 생산금액의 하락은 어류의 가격 경쟁력을 확보하지 못하고, 국내 소비자들의 소비 패턴이 수입산 수산물로 집중되고 있음을 시사하고 있으며, 특히 노르웨이산 연어와 일본산 방어 등의 대량 수입으로 인하여 일부 어류의 소비침체가 계속되고 있다.
이에 국내 양식어류 소비량을 개선시킬 수 있도록 전통방식의 양식기술을 진화시키고, 체계적인 관리를 통해 국내 양식 어류의 생산단가를 낮출 수 있도록 하는 방안이 필요하다.
한편 최근 우리나라는 농업뿐만 아니라 수산업에서도 어업인구 감소 및 고령화, 기후변화에 따른 수산자원 고갈, 이에 어업생산량이 감소하여 경영악화가 심화되고 있음에 따라 노르웨이를 시작으로, 유럽연합(EU) 회원국, 미국, 일본, 중국 등 환경변화에 대응하기 위하여 양식 산업으로 발전하였으며, 최근에는 스마트양식 기술에 규모화와 투자지원을 확대하고 있다.
일반적으로 스마트 양식이란 4차 산업혁명 기술(사물인터넷, 빅터이터, AI 등)을 활용하여 수산양식 분야의 첨단화, 지능화하여 생산성을 극대화하는 것을 의미하는 것으로, 전통 양식방식이 가지고 있는 환경문제, 자연재해 취약성 및 수산식품 안정성 문제 등을 개선할 수 있는 친환경적이고 지속 가능한 양식방식이다.
전통 양식방식은 표준화되지 않은 기술 환경으로 각 양어장마다 사육환경이 달라 정량화되지 않은 개인적 노하우에 의존하고 있다. 따라서 데이터에 기반하여 자동화, 지능화, 규모화하는 스마트양식을 개발하고 확산시킬 필요가 있다.
이와 같은 전통양식 방식에서 벗어나 스마트양식이 도입될 경우, 국내 양식산업이 ICT 기술과 융복합 등을 통한 대외 경쟁력을 갖출 경우 새로운 부가가치를 창출할 수 있으며, 수산분야의 새로운 성장 동력으로써 매 중요한 향후 과제이다.
뿐만 아니라 양식장은 배합사료에 항생제를 섞어 양식어류에 주고 있으며, 양식수조 내 배합사료 침전물, 어류배설물 등 해양생태계에 영향을 줄 수 있는 요소들이 그대로 배출되고 있으나 양식장 수조의 수질에 대한 모니터링은 하고 있지 않다.
양식장 수질에 영향을 줄 수 있는 요소는 다양하며, ICT 기술과 접목하여 이 요소들을 실시간으로 측정하고 체계적으로 관리하여, 오염수 배출을 최소화하여야 한다.
이와 같이 수질에 영향을 미치는 요소를 실시간으로 파악할 수 있도록 양어장 환경정보체계를 구축해 현장정보를 신속하게 제공할 수 있는 양어장 환경관리 플랫폼이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
따라서 본 발명의 목적은, 양식장에서 수집되는 센서 데이터 기반의 물리화학적 요소뿐 아니라 관리자의 경험에 의해 입력될 수 있는 생리학적 및 행동학적 요소를 함께 수집하여 모니터링하고 이들 데이터들의 상호 연관성을 분석하여 체계적인 생육 관리가 수행될 수 있는 해양생물의 폐사율 저감을 위한 수조환경 관리 시스템을 제공하느 것이다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제에 의한 해양생물의 폐사율 저감을 위한 수조환경 관리 시스템(이하 '본 발명의 시스템'이라 칭함)은, 양식어류에 대한 생육환경을 제공하는 하나 이상의 수조; 상기 수조의 DO(Dissolved Oxygen), BOD(Biochemical Oxygen Demand), pH(Power of hydrogen ions), ORP(Oxidation Reduction Potential) 및 수온을 포함하는 제 1데이터를 수집하고 수집된 제 1데이터를 송신하는 데이터수집부; 및 상기 데이터수집부에서 송신하는 제 1데이터를 수신 및 저장하고 이를 기반으로 수조의 물리화학적 생육환경 정보를 원격지에서 모니터링하는 관제서버;를 포함하는 것이 특징이다.
하나의 예로써, 상기 데이터수집부는, 상기 수조의 선택된 영역에 설치되어 상기 DO(Dissolved Oxygen), BOD(Biochemical Oxygen Demand), pH(Power of hydrogen ions), ORP(Oxidation Reduction Potential) 및 수온을 각각 계측하고 계측데이터를 출력하는 복수의 센서모듈; 및 상기 복수의 센서모듈 각각으로부터 출력되는 계측데이터를 전달받아 이를 제 1데이터로 가공하며 통신망을 통해 가공된 상기 제 1데이터를 관제서버로 송신하는 게이트웨이;를 포함하는 것이 특징이다.
하나의 예로써, 상기 데이터수집부는, 수조에 주입되는 약품과 약품의 투입량과 약품의 투입 시기, 양식어류의 질병발생 및 치료 시기, 산란 시기, 급이량 및 급이 주기, 일 주기 입식 및 폐사량을 포함하는 현장 관리 정보를 입력하고 입력데이터를 출력하는 하나 이상의 관리자단말;을 더 포함하며, 상기 게이트웨이는 상기 하나 이상의 관리자단말로부터 출력되는 입력데이터를 전달받아 이를 제 2데이터로 가공하며 통신망을 통해 가공된 상기 제 2데이터를 관제서버로 송신하고, 상기 관제서버는, 상기 게이트웨이에서 송신하는 제 1데이터 및 제 2데이터를 수신 및 저장하고 이를 기반으로 수조의 물리화학적 생육환경 정보와 양식어류의 생리학적 및 행동학적 생육환경 정보를 원격지에서 모니터링하는 것이 특징이다.
하나의 예로써, 상기 게이트웨이는, 상기 복수의 센서모듈과 관리자단말 간 지그비(ZigBee) 기반 통신망을 통해 양식 현장에서 계측데이터 및 입력데이터를 수신하고, 이를 선택된 하나의 통합 통신 프로토콜로 가공한 제 1데이터 및 제 2데이터를 상기 관제서버로 송신하는 것이 특징이다.
하나의 예로써, 상기 관제서버는, 상기 제 1데이터와 제 2데이터를 저장하여 빅데이터화하고 빅데이터화한 정보들을 기반으로 양식 현장에서 제 1데이터와 제 2데이터 간 상관관계에 따른 변화를 분석하여 설정된 제 1시간 이후의 생육환경을 예측하고 예측결과를 모니터링하는 것이 특징이다.
하나의 예로써, 상기 관제서버는, 상기 예측결과를 분석하여 상기 제 1시간 이후 양식 현장의 이상징후 여부를 판단하고, 판단결과에 따라 선택적으로 경보신호를 상기 관리자단말로 안내하는 것이 특징이다.
하나의 예로써, 상기 관제서버는, 상기 제 1시간 이후 양식 현장의 이상징후 여부를 판단하고, 판단결과에 따라 수조에 주입되는 약품과 약품의 투입량과 약품의 투입 시기, 급이량 및 급이 주기 중 하나 이상을 조정하도록 안내하는 메시지를 상기 관리자단말로 송신하는 것이 특징이다.
하나의 예로써, 상기 센서모듈은, 통신칩이 실장된 PCB 기판과, 상기 PCB기판과 통신칩 사이에 게재되는 탄성패드와, 상기 PCB 기판이 내재되는 합성수지 재질의 케이싱을 포함하는 것이 특징이다.
하나의 예로써, 상기 케이싱은, 폴리염화비닐 레진, 아크릴로니트릴-스티렌-아크릴레이트, 인슐레이드 분말, 스테아린산 코팅 탄산칼슘, 탄산바륨, 개미산암모늄, 활제, 안정제, 폴리황산펜토산나트륨를 포함하는 조성물에 의해 형성되는 것이 특징이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 시스템은, 양식장에서 수집되는 센서 데이터 기반의 물리화학적 요소뿐 아니라 관리자의 경험에 의해 입력될 수 있는 생리학적 및 행동학적 요소를 함께 수집하여 모니터링하고 이들 데이터들의 상호 연관성을 분석하여 스마트 양식에 있어 보다 체계적인 생육관리가 수행될 수 있는 효과가 있다.
또한 양어장 내 네트워크 구성을 통한 향후 순환펌프제어, 급이기 자동제어 등 스마트양식의 기반기술을 갖출 수 있으며, 양어장 모니터링을 통해 기후 및 수조환경 변화에 따라 신속하게 대응하여 어류의 집단 폐사를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
뿐만 아니라 스마트양식 도입 시 체계적인 어류 생육관리를 통하여 양식 수산물의 가격 경쟁력을 높여 새로운 부가가치를 창출할 수 있으며, 양식 산업의 성장에 따른 항생제 사용증가, 양식장 배출수에 따른 환경오염 등을 향후 스마트양식의 순환여과양식시스템(RAS)을 통해 환경적인 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.
또한 스마트 양식장 운영기술이 더 발전하게 되면 귀어인구 증가와 청년인력 유입으로 어촌의 고령화와 인력수급 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 시스템을 개략적으로 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터수집부의 구성을 나타내는 블록도.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 데이터수집부의 구성을 나타내는 블록도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 관제서버의 구성을 나타내는 블록도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모니터링단말의 표시화면을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서모듈을 나타내는 측단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터수집부의 구성을 나타내는 블록도.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 데이터수집부의 구성을 나타내는 블록도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 관제서버의 구성을 나타내는 블록도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모니터링단말의 표시화면을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서모듈을 나타내는 측단면도.
이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1을 참조하면 본 발명의 시스템은 어류 양식을 위해 구비되는 하나 이상의 수조(10)와 양식 현장에 마련되어 상기 수조(10)의 생육환경 정보를 수집하기 위한 데이터수집부(20) 및 상기 데이터수집부(20)의 수집데이터를 기반으로 수조(10)에 대한 생육환경 정보를 모니터링하는 관제서버(30)를 포함하여 구성된다.
상기 수조(10)는 양식 어류에 대한 생육환경을 조성한다.
일 예로 상기 수조(10)에는 용존산소의 조절과 해수 또는 담수의 순환을 수행하는 하나 이상의 펌프기기(100), 순환되는 해수 또는 담수의 수온을 조절하기 위한 온도조절기(미도시), 및 양식어류에 주기적으로 먹이를 공급하는 급이기(110) 등이 구비되어 양식어류의 생육에 필요한 환경을 조성할 수 있다.
이때 상기 용존산소량, 해수 또는 담수의 선택, 수온, 급이시기 및 급이량은 생육 대상 양식어류의 종류와 해당 양식어류의 성장기에 따라 적합하게 선택될 수 있음은 당연하다.
상기 데이터수집부(20)는 상기 수조(10)에 대한 제 1데이터를 수집하고 수집된 제 1데이터를 선택된 하나의 통신망을 통해 상기 관제서버(30)로 송신한다.
상기 제 1데이터는 DO(Dissolved Oxygen), BOD(Biochemical Oxygen Demand), pH(Power of hydrogen ions), ORP(Oxidation Reduction Potential) 및 수온을 포함하는 물리화학적 요소로 수조(10)의 수질과 직접적으로 관련된 데이터이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터수집부(20)는 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 센서모듈(200)과 게이트웨이(210)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 복수의 센서모듈(200)은 상기 수조(10)의 선택된 영역에 설치되어 상기 DO(Dissolved Oxygen), BOD(Biochemical Oxygen Demand), pH(Power of hydrogen ions), ORP(Oxidation Reduction Potential) 및 수온을 각각 계측하고 계측데이터를 출력할 수 있다.
일 예로 상기 복수의 센서모듈(200)은 DO센서, ORP센서, pH센서 및 수온센서를 포함할 수 있으며, IoT(Internet of Things) 기반 센서로 출력된 계측데이터를 송신할 수 있다.
각 센서모듈(200)과 상기 게이트웨이(210) 간은 Zigbee 통신망을 통해 상호 데이터 통신할 수 있다. Zigbee는 근거리 저전력 무선 통신을 위한 프로토콜이며, 여러 개의 노드가 서로 통신하기 위해 만들어진 통신 규약으로 복잡하지 않은 시스템 구조로 구성되어 있고 적은 소비전력으로 인해 소형화가 가능하기 때문에 IoT 센서 시스템에 적합하게 활용될 수 있다.
상기 게이트웨이(210)는 양식 현장에서 상기 수조(10)의 근거리에 설치되어 앞서 언급한 바와 같이 Zigbee로 센서모듈(200)과 데이터 통신할 수 있다.
상기 게이트웨이(210)는 하나의 수조(10)에 대하여 상기 복수의 센서모듈(200) 각각으로부터 출력되는 계측데이터를 전달받아 이를 제 1데이터로 가공하며 통신망을 통해 가공된 상기 제 1데이터를 상기 관제서버(30)로 송신한다.
상기 수조(10)가 복수로 구성될 경우 상기 게이트웨이(210)는 수조(10)별로 고유의 식별정보를 부여한 후 데이터를 송신함으로써 이하에서 설명하는 관제서버(30)가 상기 식별정보에 의해 각각의 수조(10)를 식별할 수 있도록 한다.
한편 상기 데이터수집부(20)는 상기 복수의 센서모듈(200)에 의한 물리화학적 요소에 더하여 양식 어류에 대한 생리학적 및 행동학적 요소를 더 수집할 수 있다.
이를 위해 상기 데이터수집부(20)는 도 3에 도시된 바와 같이 생리학적 및 행동학적 요소를 입력하기 위한 하나 이상의 관리자단말(220)을 더 포함할 수 있다.
상기 관리자단말(220)은 상기 수조(10)에 주입되는 약품과 약품의 투입량과 약품의 투입 시기, 양식어류의 질병발생 및 치료 시기, 산란 시기, 급이량 및 급이 주기, 일 주기 입식 및 폐사량을 포함하는 현장 관리 정보를 입력하고 입력데이터를 출력할 수 있다.
상기 관리자단말(220)은 상기 관제서버(30)로부터 접속 권한이 부여된 단말로 상기 게이트웨이(210)와 근거리 통신망을 통해 상호 데이터 통신할 수 있으며, 데스크탑과 같이 고정성을 가지는 단말이거나 스마트폰, 태블릿 등을 포함하는 이동성을 가지는 모바일 단말일 수 있다.
상기 관리자단말(220)은 양식 현장을 관리하는 관리자가 소지하는 단말로 상기 현장 관리 정보를 입력하기 위한 입력부와 입력 결과 등을 표시하기 위한 표시부를 포함할 수 있다.
이와 같은 생리학적 요소와 행동학적 요소는 관리자의 인터뷰를 통해 카테고리 설정 후 관리자로부터 작성된 사육 일지를 기반으로 상기 관리자단말(220)에 의해 입력될 수 있다.
그리고 상기 게이트웨이(210)는 상기 하나 이상의 관리자단말(220)로부터 출력되는 입력데이터를 전달받아 이를 제 2데이터로 가공하며 선택된 하나의 통신망을 통해 상기 제 1데이터와 함께 가공된 상기 제 2데이터를 설정된 시간마다 관제서버(30)로 송신할 수 있다.
이때 상기 언급한 통신망은 인터넷 프로토콜(IP, Internet Protocol)을 통하여 대용량 데이터의 송수신 서비스 및 끊기는 현상이 없는 데이터 서비스를 제공하는 아이피 기반의 통신망이거나 유선통신망, 이동통신망(2G, 3G, 4G, LTE, 5G), Wibro(Wireless Broadband)망, HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)망, 위성통신망 및 와이파이(WI-FI, Wireless Fidelity)망 중 양식 현장의 환경에 따라 적합한 하나를 선택할 수 있다.
그리고 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상기 게이트웨이(210)는 상기 복수의 센서모듈(200) 및 관리자단말(220) 간 지그비(ZigBee) 기반 통신망을 통해 양식 현장에서 계측데이터 및 입력데이터를 수신하고, 이를 선택된 하나의 통합 통신 프로토콜로 가공한 제 1데이터 및 제 2데이터를 상기 관제서버(30)로 송신할 수 있다.
이때 상기 게이트웨이(210)에서 처리되는 가공이란 프로토콜의 형식을 변환하는 것에 더하여 데이터에 대한 노이즈를 제거하는 필터 처리 과정을 포함할 수 있다.
상기 게이트웨이(210)와 관제서버(30) 간에는 MQTT 프로토콜을 사용할 수 있으며, 이때 MQTT는 경량의 Publish/Subscribe(Pub/Sub) 메시징 프로토콜로 M2M (machine-to-machine)와 IoT(Internet of things)에서의 낮은 전력, 낮은 대역폭 환경에서도 사용이 가능한 장점이 있다.
또한 MQTT 프로토콜은 메시지를 발행(publishing) 하고, 관심 있는 주제를 구독(subscribe) 하는 것을 기본 원칙으로 Publisher와 Subscriber는 모두 Broker에 대한 클라이언트로 작동한다.
각 센서모듈(200)은 게이트웨이(210)를 통해 MQTT Broker로 메시지를 발행하며, 응용프로그램에서는 각 센서모듈(200)에 부여한 토픽을 구독함으로써 실시간으로 계측데이터를 받을 수 있다.
상기 관제서버(30)는 상기 데이터수집부(20)의 게이트웨이(210)에서 송신하는 제 1데이터 및 제 2데이터를 수신 및 저장하고 이를 기반으로 수조(10)의 물리화학적 생육환경 정보와 양식어류의 생리학적 및 행동학적 생육환경 정보를 원격지에서 모니터링할 수 있다.
상기 관제서버(30)는 인터넷 망을 통해 접속되어 웹(WEB) 및 앱(App) 상에서 모니터링 정보를 표시할 수 있는 모니터링단말(300)을 포함할 수 있다.
도 5는 상기 모니터링단말(300)을 통해 구현되는 모니터링 표시화면의 일 예로, 상기 모니터링단말(300)은 사용자 친화적인 UI구성을 갖는 대시보드형태로 구현될 수 있으며, 데이터의 시각화를 위하여 상용화된 시각화 툴을 사용하여 정보를 효과적으로 전달할 수 있도록 구성됨에 바람직하다.
상기 모니터링단말(300)이 스마트폰일 경우, 상기 스마트폰은 사전에 모니터링 서비스를 제공받기 위하여 다양한 GUI(graphical user interface) 환경이 구현되는 앱(App)을 다운로드하여 설치한 단말일 수 있다.
이러한 관제서버(30)는 저장된 제 1데이터 및 제 2데이터를 저장하고 이를 다양한 항목별로 시각화하여 표시함으로써 원격지의 관리자로 하여금 양식장의 생육환경을 보다 용이하게 파악할 수 있게 한다.
예를 들어 수조(10)에 대한 물리화학적 요소가 반영된 제 1데이터를 모니터링함으로써 관리자는 양식장의 생육환경의 저해요소를 확인할 수 있게 된다.
DO센서의 계측데이터와 BOD값을 통해 양어장 수조(10) 내 DO의 입수 환경과 출수 환경 비교하고 급이시간 전/후 변화를 확인할 수 있다. 수조(10) 어량이 과도하게 양식되어 요구하는 산소량이 공급되는 산소량보다 많아짐으로 산소 결핍이 발생하게 되는 바, 이러한 산소 결핍 증상으로 인한 폐사나 면역력 감소 현상이 일어날 수 있다.
또한 생육과정에서 발생하는 분비물을 pH센서와 ORP센서의 계측데이터을 통해 산화정보를 판단할 수 있다. 양식장내의 어류 분비물이 수조(10) 내에 누적될 경우 암모니아와 아질산이 발생하게 되며 이는 생육에 영향을 주는 오염요소가 될 수 있다.
그리고 급이량 과다로 인한 퇴적물의 부패 정도를 ORP센서와 pH센서의 계측데이터를 통해 그 수치 및 심각도를 파악할 수 있다. 급이 시 발생하는 퇴적물이 부패하여 BOD, 아질산, 암모니아, 박테리아 등의 저해 요소가 다량 발생할 수 있다.
특히 수온의 변화에 따른 DO, pH, ORP의 변화도를 기록 및 분석할 수 있다. 수온의 경우, 수조(10)내의 오염 요소와 DO수치에 가장 영향을 미치는 요소로서 균일한 수온 유지가 요구되는데, 본 발명의 시스템에서는 이러한 수온 유지를 원격지에 실시간으로 모니터링함으로써 수온 변화 시에 즉각적인 대처가 가능하기 때문에 양식 어류의 폐사율을 감소시킬 수 있게 된다.
한편 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 관제서버(30)는 상기 제 1데이터와 제 2데이터를 저장하여 빅데이터화하고 빅데이터화한 정보들을 기반으로 양식 현장에서 제 1데이터와 제 2데이터 간 상관관계 및 연광성에 따른 변화를 분석하여 설정된 제 1시간 이후의 생육환경을 예측하고 예측결과를 모니터링할 수 있다.
이때 상기 제 1시간은 일(日) 단위, 주(週) 단위, 월(月) 단위 중 어느 하나일 수 있다.
구체적으로 도 4를 참조하면 상기 관제서버(30)는 데이터베이스(310)와, 특징도출모듈(320)과, 학습모듈(330)과 모델생성모듈(340) 및 예측모듈(350)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 데이터베이스(310)는 상기 데이터수집부(20)로부터 수신한 제 1데이터 및 제 2데이터를 수집할 수 있다.
상기 제 1데이터 및 제 2데이터는 상술한 바와 같이 각각 물리화학적 요소와, 생리학적/행동학적 요소이며, 상호 간 분리 저장하고 이를 누적함으로써 빅데이터화할 수 있다.
상기 특징도출모듈(320)은 상기 데이터베이스(310)에 분리 저장된 제 1데이터 및 제 2데이터 각각에서 학습을 위한 하나 이상의 특징을 추출하여 분리할 수 있다.
즉 상기 특징도출모듈(320)은 물리화학적 요소와, 생리학적/행동학적 요소 간의 상관관계에 따른 예측을 위해 사전 수집되는 방대한 정보에서 학습에 필요한 주요 인자를 추출하는 것으로, 예를 들면 수온, BOD, 약품 투입량, 약품 투입시기, 급이량, 급이 시기, 폐사량 등의 핵심 특징을 추출할 수 있다.
상기 학습모듈(330)은 상기 특징도출모듈(320)에서 추출된 특징을 기반으로 학습을 수행할 수 있다.
상기 학습모듈(330)에 의한 학습은 공지의 학습 알고리즘 중 선택된 하나 이상의 적용할 수 있다.
상기 학습모듈(330)은 딥러닝(Deep Learning) 기반의 학습 알고리즘을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 딥러닝 학습 신경망 계열에 속하는 CNN(Convolutional Neural Network) 알고리즘을 이용하여 학습을 수행할 수 있다.
상기 모델생성모듈(340)은 상기 학습모듈(330)에서 학습된 결과 정보를 전발받고 이를 바탕으로 양식장별 생육예측모델을 생성할 수 있다. 즉, 상기 생육예측모델은 각 양식장별 입력된 제 1데이터와 제2데이터의 상관관계가 반영된 생육예측모듈로, 이러한 생육예측모델은 상기 데이터베이스(310)에 신규로 저장 및 누적되는 데이터에 의해 실시간으로 업데이트 될 수 있다.
상기 예측모듈(350)은 상기 모델생성모듈(340)에서 생성된 각 양식장별 생육예측모델을 기반으로 선택된 양식장의 생육환경 정보를 예측할 수 있다.
일 예로 상기 예측모듈(350)은 물리화학적 요소 중 수온이 상승하거나 BOD 상승할 경우 향후 제 1시간 이후 생리학적 또는 행동학적 요소가 변화하는 것을 예측할 수 있으며, 예측 결과가 기설정된 정상 범주를 벗어나는 경우 이를 해당 양식장의 이상징후로 판단할 수 있다.
이처럼 상기 관제서버(30)는 상기 예측결과를 분석하여 상기 제 1시간 이후 양식 현장의 이상징후 여부를 판단할 수 있게 되며, 그 판단결과에 따라 즉 이상징후가 예측될 경우 경보신호를 관리자단말(220)로 안내함으로써 양식 현장의 관리자가 인지할 수 있도록 한다.
뿐만 아니라 상기 관제서버(30)는 상기 제 1시간 이후 양식 현장의 이상징후 여부를 판단하고, 판단결과에 따라 수조(10)에 주입되는 약품과 약품의 투입량과 약품의 투입 시기, 급이량 및 급이 주기 중 하나 이상을 조정하도록 안내하는 메시지를 상기 관리자단말(220)로 송신할 수 있다.
즉 상기 관제서버(30)는 반대로 현장 관리 정보로 입력되는 제 2데이터에 의하여 수조(10)의 물리화학적 요소가 변화하는 것을 예측할 수 있으며, 예측 결과에 있어 이상징후가 발생할 것으로 판단되면 이상 징후 발생에 주요 요인이 되는 요소 예를 들면 수조(10)에 주입되는 약품과 약품의 투입량과 약품의 투입 시기, 급이량 및 급이 주기 중 하나 이상을 조정하도록 양식 현장의 관리자에게 안내하도록 하는 것이다.
이처럼 본 발명의 시스템은 원격지의 관제서버(30)에서 양식장에 대한 일반적인 물리화학적 생육환경 정보뿐 아니라 현장 관리자에 의해 작성 및 입력되는 양식어류의 생리학적 및 행동학적 생육환경 정보를 함께 모니터링함은 물론 빅데이터 분석을 통하여 생육 환경에 대한 예측정보를 제공함으로써 기후 및 수조환경 변화에 따라 신속한 대응이 가능하여 양식 어류의 집단 폐사를 미연에 방지할 수 있게 된다.
한편 상기 센서모듈(200)에 있어 수온을 계측하기 위한 온도센서는 계측 환경의 특성상 외부 온도에 영향을 받지 않도록 구성되는 것이 바람직하다.
통상 수온을 계측하기 위한 온도센서의 경우 수조(10)의 외부 온도가 급격히 상승하거나 낮아지게 되는 계절에서는 실제 수온 계측에 외부 환경이 많은 영향을 주게 되어 계측 결과에 신뢰도를 저하시키게 되는 주요 요인으로 작용하게 된다.
이에 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서모듈(200)은 케이싱(204)을 마련하여 외부 환경의 변화에도 계측된 수온의 오차가 최소화될 수 있도록 한다.
구체적으로 상기 센서모듈(200)은 도 6에서 보는 바와 같이 통신칩(201)이 실장된 PCB 기판(202)과, 상기 PCB기판(202)과 통신칩(201)사이에 게재되는 탄성패드(203)와, 상기 PCB 기판(202)이 내재되는 합성수지 재질의 케이싱(204)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 PCB 기판(202)은 상기 센서모듈(200)에서 출력된 계측데이터를 송신할 수 있도록 통신칩(201)이 실장되는 것으로, 이때 상기 통신칩(201)은 앞서 언급한 바와 같이 지그비(ZigBee) 기반의 통신칩(201)이 사용될 수 있다.
이러한 PCB 기판(202)은 상기 케이싱(204) 내부에 배치되며, 도면에 도시된 바는 없으나 배터리 또한 케이싱(204) 내부에 배치되어 PCB 기판(202)에 전원을 공급하도록 PCB 기판(202)과 전기적으로 연결된다.
상기 PCB 기판(202)과 배터리는 케이싱(204)의 내부에 투영된 면적이 서로 겹침 영역 없이 독립적으로 배치된다. 이 경우, PCB 기판(202)에는 배터리와 전기적으로 접촉 연결될 수 있도록 별도의 접촉 단자(미도시)가 배터리 측으로 연장 형성된다.
접촉 단자는 배터리의 양극 및 음극에 각각 접촉 연결될 수 있도록 양극 접촉 단자와 음극 접촉 단자로 구성된다.
이와 같이 PCB 기판(202)과 배터리가 서로 겹침 영역 없이 동일 평면 상에 배치됨에 따라 케이싱(204)을 소형화할 수 있는 것이다.
상기 탄성패드(203)는 외부충격이 통신칩(201)으로 전달을 완화시키도록 하는 구성이다. 외부충격에 의한 진동으로 통신칩(201)의 열화가 발생되는 것을 제어토록 하기 위함이다.
상기 PCB 기판(202)의 통신칩(201)으로부터 송신되는 데이터신호가 케이싱(204)의 내부 공간으로부터 외부 공간으로 송출되는데, 이때, 데이터신호는 금속 재질은 통과하지 못하고 비금속 재질을 영역만을 통과하게 되는 바, 상기에서 언급한 바와 같이 케이싱(204)은 합성수지 재질로서 케이싱(204)의 전체 면으로 데이터신호가 통과될 수 있도록 한다.
상기 케이싱(204)은 데이터신호가 효율적으로 송출될 수 있도록 합성수지 재질로 구성되는데, 기존 알루미늄 재질 등 금속재질에 비해 내충격성이 저하되는 문제가 있고 특히 수조(10) 환경에서 부식에 취약한 문제가 있을 수 있다.
이에 본 발명에서는 케이싱(204)을 합성수지 재질로 구성하되, 이러한 문제를 보강하기 위한 실시 예를 제시한다.
본 실시예의 케이싱(204)은 폴리염화비닐 레진, 아크릴로니트릴-스티렌-아크릴레이트, 인슐레이드 분말, 스테아린산 코팅 탄산칼슘, 탄산바륨, 개미산암모늄, 활제, 안정제, 폴리황산펜토산나트륨을 포함하는 조성물에 의해 형성됨을 특징으로 한다.
한편 상기 케이싱(204)은 외력에 대해 통신칩(201) 등을 보호하기 위한 것으로 당연히 강도 및 내충격성을 가지고 있어야 하는 바, 이러한 강도 및 내충격성의 향상을 위해 아크릴로니트릴-스티렌-아크릴레이트가 첨가되도록 하는 것이다. 아크릴로니트릴-스티렌-아크릴레이트(Acrylonitrile Styrene Acrylate; ASA)가 폴리염화비닐 레진에 첨가하여 형성됨으로써, 인장특성 및 충격특성이 향상되도록 하는 것이다.
상기 인슐레이드 분말(insuladd powder)은 알루미늄 실리케이트를 주성분으로 하는 20 ∼ 800㎛ 크기의 미세 중공체 분말로서 중공체인 폐쇄기공에 의해 단열효과가 발현되도록 하는 것이다. 즉 동절기 등에 냉기로부터 상기 통신칩(201)을 보호하기 위한 것이고, 내외 온도차에 의한 결로형성에 따른 이물질 침적에 의해 전파방해가 발생되는 것을 제어하는 것이다.
상기 스테아린산 코팅 탄산칼슘은 충진제로서 탄산칼슘을 첨가하되, 스테아린산으로 탄산칼슘을 개질시켜 분산성을 향상시키기 위한 것이다. 탄산칼슘을 스테아린산으로 코팅함으로써 응집력을 저감시켜 분산성을 향상시키는 것이다.
상기 탄산바륨은 페이스트에서 바륨수화물 형태로 존재하다가 외부에서 황산염에 의한 열화물질에 노출될 경우 침투되는 황산염을 황산바륨으로 고정화시켜 페이스트의 조직을 보호하는 기능을 수행하게 되는 것이다. 즉 어류의 분뇨 등에서 발생되는 황산염에 대한 저항성을 향상시키도록 하는 것이다.
상기 개미산암모늄은 조성물의 경화과정에서 이러한 경화열을 흡수하여 균열을 제어하는 것으로 균열은 강도를 저하시키는 것은 물론 균열에 이물질이 침적되어 부식의 포인트가 되며 균열이 커지는 경우 균열을 통해 외기에 상기 통신칩(201)이 노출되어 통신칩(201)의 열화가 유발될 수 있는 바, 상기 개미산암모늄의 첨가에 의해 균열저항성을 향상시키도록 하는 것이다.
상기 폴리황산펜토산나트륨은 경화과정에서 용제의 증발에 의한 균열에 대한 저항성을 향상시키고, 가축분뇨 등에 포함된 산화세균, 황산화세균 등이 증식하는 경우 페이스트의 열화, 부식을 야기시킬 수 있는 문제가 있는데 상기 폴리황산펜토산나트륨은 상기 산화세균, 황산화세균 등의 증식을 억제토록 하여 열화, 부식을 방지토록 함으로써 내구성을 우수하게 하는 것이다.
바람직하게는 상기 조성물은 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대해, 아크릴로니트릴-스티렌-아크릴레이트 10 내지 20중량부, 인슐레이드 분말 2 내지 8중량부, 스테아린산 코팅 탄산칼슘 2 내지 8중량부, 탄산바륨 1 내지 3중량부, 개미산암모늄 0.01 내지 1중량부, 활제 0.01 내지 0.5중량부, 안정제 0.01 내지 0.5중량부, 폴리황산펜토산나트륨 0.01 내지 0.5중량부를 포함하는 조성물에 의해 형성됨을 특징으로 한다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.
10 : 수조 20 : 데이터수집부
30 : 관제서버 100 : 펌프기기
110 : 급이기 200 : 센서모듈
210 : 게이트웨이 220 : 관리자단말
300 : 모니터링단말 310 : 데이터베이스
320 : 특징도출모듈 330 : 학습모듈
340 : 모델생성모듈 350 : 예측모듈
30 : 관제서버 100 : 펌프기기
110 : 급이기 200 : 센서모듈
210 : 게이트웨이 220 : 관리자단말
300 : 모니터링단말 310 : 데이터베이스
320 : 특징도출모듈 330 : 학습모듈
340 : 모델생성모듈 350 : 예측모듈
Claims (9)
- 양식어류에 대한 생육환경을 제공하는 하나 이상의 수조;
상기 수조의 DO(Dissolved Oxygen), BOD(Biochemical Oxygen Demand), pH(Power of hydrogen ions), ORP(Oxidation Reduction Potential) 및 수온을 포함하는 제 1데이터를 수집하고 수집된 제 1데이터를 송신하는 데이터수집부; 및
상기 데이터수집부에서 송신하는 제 1데이터를 수신 및 저장하고 이를 기반으로 수조의 물리화학적 생육환경 정보를 원격지에서 모니터링하는 관제서버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 해양생물의 폐사율 저감을 위한 수조환경 관리 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 데이터수집부는,
상기 수조의 선택된 영역에 설치되어 상기 DO(Dissolved Oxygen), BOD(Biochemical Oxygen Demand), pH(Power of hydrogen ions), ORP(Oxidation Reduction Potential) 및 수온을 각각 계측하고 계측데이터를 출력하는 복수의 센서모듈; 및
상기 복수의 센서모듈 각각으로부터 출력되는 계측데이터를 전달받아 이를 제 1데이터로 가공하며 통신망을 통해 가공된 상기 제 1데이터를 관제서버로 송신하는 게이트웨이;를 포함하는 것을 특징으로 하는 해양생물의 폐사율 저감을 위한 수조환경 관리 시스템.
- 제 2항에 있어서,
상기 데이터수집부는,
수조에 주입되는 약품과 약품의 투입량과 약품의 투입 시기, 양식어류의 질병발생 및 치료 시기, 산란 시기, 급이량 및 급이 주기, 일 주기 입식 및 폐사량을 포함하는 현장 관리 정보를 입력하고 입력데이터를 출력하는 하나 이상의 관리자단말;을 더 포함하며,
상기 게이트웨이는 상기 하나 이상의 관리자단말로부터 출력되는 입력데이터를 전달받아 이를 제 2데이터로 가공하며 통신망을 통해 가공된 상기 제 2데이터를 관제서버로 송신하고,
상기 관제서버는,
상기 게이트웨이에서 송신하는 제 1데이터 및 제 2데이터를 수신 및 저장하고 이를 기반으로 수조의 물리화학적 생육환경 정보와 양식어류의 생리학적 및 행동학적 생육환경 정보를 원격지에서 모니터링하는 것을 특징으로 하는 해양생물의 폐사율 저감을 위한 수조환경 관리 시스템.
- 제 3항에 있어서,
상기 게이트웨이는,
상기 복수의 센서모듈과 관리자단말 간 지그비(ZigBee) 기반 통신망을 통해 양식 현장에서 계측데이터 및 입력데이터를 수신하고, 이를 선택된 하나의 통합 통신 프로토콜로 가공한 제 1데이터 및 제 2데이터를 상기 관제서버로 송신하는 것을 특징으로 하는 해양생물의 폐사율 저감을 위한 수조환경 관리 시스템.
- 제 3항에 있어서,
상기 관제서버는,
상기 제 1데이터와 제 2데이터를 저장하여 빅데이터화하고 빅데이터화한 정보들을 기반으로 양식 현장에서 제 1데이터와 제 2데이터 간 상관관계에 따른 변화를 분석하여 설정된 제 1시간 이후의 생육환경을 예측하고 예측결과를 모니터링하는 것을 특징으로 하는 해양생물의 폐사율 저감을 위한 수조환경 관리 시스템.
- 제 5항에 있어서,
상기 관제서버는,
상기 예측결과를 분석하여 상기 제 1시간 이후 양식 현장의 이상징후 여부를 판단하고, 판단결과에 따라 선택적으로 경보신호를 상기 관리자단말로 안내하는 것을 특징으로 하는 해양생물의 폐사율 저감을 위한 수조환경 관리 시스템.
- 제 6항에 있어서,
상기 관제서버는,
상기 제 1시간 이후 양식 현장의 이상징후 여부를 판단하고, 판단결과에 따라 수조에 주입되는 약품과 약품의 투입량과 약품의 투입 시기, 급이량 및 급이 주기 중 하나 이상을 조정하도록 안내하는 메시지를 상기 관리자단말로 송신하는 것을 특징으로 하는 해양생물의 폐사율 저감을 위한 수조환경 관리 시스템.
- 제 2항에 있어서,
상기 센서모듈은,
통신칩이 실장된 PCB 기판과, 상기 PCB기판과 통신칩 사이에 게재되는 탄성패드와, 상기 PCB 기판이 내재되는 합성수지 재질의 케이싱을 포함하는 것을 특징으로 하는 해양생물의 폐사율 저감을 위한 수조환경 관리 시스템.
- 제 8항에 있어서,
상기 케이싱은,
폴리염화비닐 레진, 아크릴로니트릴-스티렌-아크릴레이트, 인슐레이드 분말, 스테아린산 코팅 탄산칼슘, 탄산바륨, 개미산암모늄, 활제, 안정제, 폴리황산펜토산나트륨를 포함하는 조성물에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 해양생물의 폐사율 저감을 위한 수조환경 관리 시스템.
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| KR1020210050538A KR102606741B1 (ko) | 2021-04-19 | 2021-04-19 | 해양생물의 폐사율 저감을 위한 수조환경 관리 시스템 |
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| KR20220144184A true KR20220144184A (ko) | 2022-10-26 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2012083173A (ja) * | 2010-10-08 | 2012-04-26 | Denso Corp | センサ装置 |
| KR101642663B1 (ko) | 2015-07-22 | 2016-07-27 | 제주특별자치도(제주특별자치도해양수산연구원장) | 양식장용 위생 사육수조 시스템 |
| KR20190023152A (ko) * | 2017-08-28 | 2019-03-08 | 주식회사 아르고테크놀리지 | 양식장 수질 모니터링 시스템 |
| JP2020005523A (ja) * | 2018-07-04 | 2020-01-16 | 充日児 ▲高▼味 | 養殖槽の改質方法、および養殖方法 |
| KR20210013470A (ko) * | 2019-07-26 | 2021-02-04 | (주) 오션필드 | 양식장 수질 개선 및 수산물 질병 관리 시스템 |
-
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- 2021-04-19 KR KR1020210050538A patent/KR102606741B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
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