KR20230019685A - 수산물의 육상 양식장 관리 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 해양수산부의 공공데이터와 같은 빅데이터를 활용하여 딥러닝을 통해 최적의 생육환경 조건을 도출하고, 인공지능방식으로 양식장 환경을 제어하는 수산물의 육상 양식장 관리 장치 및 방법에 관한 것으로, 해양 수질 측정 데이터를 포함하는 해양 환경 데이터를 수집하는 데이터 수집부, 상기 데이터 수집부로 수집된 환경 데이터를 이용하여 양식 품종별 최적 양식 환경 조건을 도출하는 환경 조건 도출부 및 상기 환경 조건 도출부에서 도출된 환경 조건에 기반하여 육상 양식장의 수질 정보를 포함하는 양식장의 환경을 제어하는 환경 제어부;를 포함하는, 수산물의 육상 양식장 관리 장치에 의해 수온상승 등 기후변화와 후쿠시마 원전 오염수 유출 등 바다 오염으로 인한 생태환경 변화에 따라 기존 양식산업의 문제점을 극복하기 위한 대안으로 해양수산부 공공데이터를 지능형 수질 관리시스템에 적용하여 친환경 스마트 육상양식 산업의 모델을 제시하는 수산물의 육상 양식장 관리 장치 및 방법을 제공할 수 있다는 효과가 도출된다.
Description
본 발명은 수산물의 육상 양식장 관리 장치 및 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 해양수산부의 공공데이터와 같은 빅데이터를 활용하여 딥러닝을 통해 최적의 생육환경 조건을 도출하고, 인공지능 방식으로 양식장 환경을 제어하는 수산물의 육상 양식장 관리 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 여러 가지 환경 문제가 대두되면서 농축수산의 1차 산업도 환경 친화적인 생산을 도모하고 있다. 또한 기후변화로 인해 기상재해의 발생빈도가 높아지고 그에 따른 생산성의 변동과 손해가 발생하고 있어 산업에 소요되는 에너지 절감과 동시에 친환경적인 기술개발을 전 세계적으로 진행하고 있는 추세이다.
신재생에너지란 연료전지, 수소, 석탄액화, 가스화 및 중질산사유 가스화와 같은 신에너지를 변화시켜 이용하거나 태양광, 태양열, 바이오, 풍력, 수력, 해양, 폐기물, 지열, 댐 심층수와 같은 재생에너지를 변환시켜 이용하는 에너지를 지칭한다. 따라서 기후변화 대응을 위한 화석연료 이용을 최소화하고 태양에너지와 육상의 지열이나 수(해)상의 수열(해수열), 댐 심층수를 이용하여 지역별 적절한 신재생에너지의 복합적인 이용을 농수산업에 적용시킬 수 있어야 한다.
현재, 육상수조 또는 폐쇄식 가두리에서의 수산양식 부산물은 주변 및 해양 환경오염 부하로 작용하고 있어서 이를 처리하거나 재이용하여 최소화하는 것이 필요하고 식물공장이나 시설농업은 광합성을 위한 이산화탄소 및 영양분(비료) 등이 필요하며 원거리에서 운반시 비용과 수송수산의 탄소배출이 증가하게 된다. 각종 작물을 육상의 재배시설에서 사철 배양(재배)하기 위해서 전기 냉방이나 전기 또는 경유를 이용한 난방 보일러 등을 이용하고 있다.
그러나 이와 같은 에너지는 비싸고, 환경적으로도 바람직하지 않은 것으로 인식되어, 점차 고갈되고 있는 에너지 사용과 이로 인한 환경 문제의 근본적 해결을 위해서는 환경 친화적이며 무제한 사용이 가능한 미활용 에너지를 적극적으로 이용하는 것이 바람직하다. 미활용에너지는 종류와 형태 및 이용방법에 따라 달리 사용되고 있으며, 에너지원 변환설비로 히트펌프가 주로 이용된다.
히트펌프는 저온의 열원으로부터 열을 흡수하여 고온의 열원에 열을 주는 장치로서 육상 및 해양생물배양(재배)시스템에 필요한 냉·난방열을 효과적으로 공급할 수 있다.
상기와 같은 히트펌프의 열원으로 해수열에너지는 자연에너지로서 친환경적이고 지구온난화 같은 부작용을 초래하지 않을 뿐만 아니라, 자연에 무한히 존재하는 장점이 있으며, 온도의 계절변동이 하천수에 비해 적고, 동결온도가 약 -2℃로 낮아 하천수보다 저온까지 열이용이 가능하다. 또한, 냉난방 시 대기와 5～10℃ 정도의 온도차를 가지고 있으므로 (여름에는 대기보다 5～10℃ 낮고 겨울에는 대기보다 5～8℃ 높음), 히트펌프의 열원으로서 아주 우수한 특성을 가지고 있다.
또한 댐 심층수를 이용하여 해양생물 양식장의 해수를 냉각하여 친환경적으로 수온 조절이 가능하다.
한편, 육상에서는 주로 육상생물만 배양(재배)하여 왔으나 식량, 식품, 화장품 또는 바이오 에너지의 원료로 해양생물의 육상 배양(재배)도 수요가 늘어나고 있다. 이를 위한 배양(재배)시설도 필요하지만 에너지와 환경문제에서 유리한 배양(재배)시스템 개발이 필요하다.
본 발명은 이 같은 기술적 배경에서 도출된 것으로, 수온상승 등 기후변화와 후쿠시마 원전 오염수 유출 등 바다 오염으로 인한 생태환경 변화에 따라 기존 양식산업의 문제점을 극복하기 위한 대안으로 해양수산부 공공데이터를 지능형 수질 관리시스템에 적용하여 친환경 스마트 육상양식 산업의 모델을 제시하는 수산물의 육상 양식장 관리 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
또한 해초 양식을 통해 탄소를 줄일 수 있고, 기존 바다 양식에서 발생하는 해양 쓰레기 및 미세 플라스틱의 발생을 방지하고, 김 양식에 사용되는 염산등 유기 화합물 사용이 필요없어 환경 오염에 기여할 수 있는 수산물의 육상 양식장 관리 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 고령화로 인한 양식 인력 부족 문제점과 수온 상승으로인한 귀어민의 양식장 소득 감소에 대한 대안을 제시할 수 있는 수산물의 육상 양식장 관리 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명은 다음과 같은 구성을 포함한다.
즉 본 발명의 일 실시예에 따른 수산물의 육상 양식장 관리 장치는 해양 수질 측정 데이터를 포함하는 해양 환경 데이터를 수집하는 데이터 수집부, 상기 데이터 수집부로 수집된 환경 데이터를 이용하여 양식 품종별 최적 양식 환경 조건을 도출하는 환경 조건 도출부 및 상기 환경 조건 도출부에서 도출된 환경 조건에 기반하여 육상 양식장의 수질 정보를 포함하는 양식장의 환경을 제어하는 환경 제어부를 포함한다.
한편, 수산물의 육상 양식장 관리 장치에서 수행되는 수산물의 육상 양식장 관리 방법은 해양 수질 측정 데이터를 포함하는 해양 환경 데이터를 수집하는 단계, 상기 수집된 환경 데이터를 이용하여 양식 품종별 최적 양식 환경 조건을 도출하는 단계 및 상기 도출된 환경 조건에 기반하여 육상 양식장의 수질 정보를 포함하는 양식장의 환경을 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면 수온상승 등 기후변화와 후쿠시마 원전 오염수 유출 등 바다 오염으로 인한 생태환경 변화에 따라 기존 양식산업의 문제점을 극복하기 위한 대안으로 해양수산부 공공데이터를 지능형 수질 관리시스템에 적용하여 친환경 스마트 육상양식 산업의 모델을 제시하는 수산물의 육상 양식장 관리 장치 및 방법을 제공할 수 있다는 효과가 도출된다.
또한 해초 양식을 통해 탄소를 줄일 수 있고, 기존 바다 양식에서 발생하는 해양 쓰레기 및 미세 플라스틱의 발생을 방지하고, 김 양식에 사용되는 염산등 유기 화합물 사용이 필요없어 환경 오염에 기여할 수 있는 수산물의 육상 양식장 관리 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 고령화로 인한 양식 인력 부족 문제점과 수온 상승으로인한 귀어민의 양식장 소득 감소에 대한 대안을 제시할 수 있는 수산물의 육상 양식장 관리 장치 및 방법을 제공하는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 수산물의 육상 양식장 관리 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 환경 종합 정보 수집 화면의 예시도이다.
도 3 a 내지 도 3 c는 양식 품종에 대한 환경 데이터의 분석 사례를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 육상 양식장 구조 및 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 육상 양식장의 해수 순환 여과 방식을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 양식장 관리 장치의 전반적인 동작을 설명하기위한 예시도이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 수산물의 육상 양식장 관리 방법의 흐름도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 환경 종합 정보 수집 화면의 예시도이다.
도 3 a 내지 도 3 c는 양식 품종에 대한 환경 데이터의 분석 사례를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 육상 양식장 구조 및 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 육상 양식장의 해수 순환 여과 방식을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 양식장 관리 장치의 전반적인 동작을 설명하기위한 예시도이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 수산물의 육상 양식장 관리 방법의 흐름도이다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 수산물의 육상 양식장 관리 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
일 실시예에 따른 수산물의 육상 양식장 관리 장치(10)는 수온 상승등의 기후변화와 후쿠시마 원전 오염수 유출등 바다 오염으로 인한 생태환경 변화에 따라 기존 양식산업의 문제점을 극복하기 위한 대안으로 일예로 해양수산부의 공공데이터를 활용하여 이를 지능형 수질관리시스템에 적용하고, 댐 심층수나 지열발전, 태양열 발전과같은 친환경 방식으로 해수 냉각기를 가동함으로써 친환경 스마트 육상 복합양식 산업의 모델을 제시할 수 있다.
즉, 일 실시예에 따른 수산물의 육상 양식장 관리 장치(10)는 일예로 해양수산부 공공데이터 또는 해양환경정보포털등의 해양환경 빅데이터를 수집하고, 지능형 수질 관리시스템에 적용하여 친환경 스마트 육상양식 산업의 모델, 예컨대, 양식지역의 환경 데이터 통계분석을 이용하여 양식품종의 최적 환경 조건을 도출한다. 그리고 도출된 최적 환경 조건값(변수, 투명도, 수온 표층, 수온 저층, 염분표층, 저층, 수소이온농도표층, 용전산소량 표층/저층, 화학적산소요구량 표층/저층 등)에 만족하는 최적 생육 환경 조건을 인공지능 제어로 환경을 제어할 수 있다. 또한 수질 관리 플랫폼 서비스를 통해 양식 품종의 성장을 위한 최적의 수질 환경 값을 육상 양식장에 구현하여 계절에 상관없이 연중 생산 가능토록 할 수 있다.
도 1 과 같이 일 실시예에 따른 수산물의 육상 양식장 관리 장치(10)는 통신부(110), 데이터 수집부(120), 환경 조건 도출부(130), 환경 제어부(140), 모니터링부(150), 상태 예측부(160), 정보 제공부(170) 및 품종 추천부(180)를 포함한다.
통신부(110)는 유/무선 통신망을 통해 내부의 임의의 구성 요소 또는 외부의 임의의 적어도 하나의 단말기와 통신 연결한다. 이때, 상기 외부의 임의의 단말기는 관리자 단말기(20) 및 사용자 단말기(30), 해양 수산부 서버등을 포함할 수 있다. 여기서, 무선 인터넷 기술로는 무선랜(Wireless LAN: WLAN), DLNA(Digital Living Network Alliance), 와이브로(Wireless Broadband: Wibro), 와이맥스(World Interoperability for Microwave Access: Wimax), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), HSUPA(High Speed Uplink Packet Access), IEEE 802.16, 롱 텀 에볼루션(Long Term Evolution: LTE), LTE-A(Long Term Evolution-Advanced), 광대역 무선 이동 통신 서비스(Wireless Mobile Broadband Service: WMBS) 등이 있으며, 상기 통신부(110)는 상기에서 나열되지 않은 인터넷 기술까지 포함한 범위에서 적어도 하나의 무선 인터넷 기술에 따라 데이터를 송수신하게 된다. 또한, 근거리 통신 기술로는 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association: IrDA), UWB(Ultra Wideband), 지그비(ZigBee), 인접 자장 통신(Near Field Communication: NFC), 초음파 통신(Ultra Sound Communication: USC), 가시광 통신(Visible Light Communication: VLC), 와이 파이(Wi-Fi), 와이 파이 다이렉트(Wi-Fi Direct) 등이 포함될 수 있다. 또한, 유선 통신 기술로는 전력선 통신(Power Line Communication: PLC), USB 통신, 이더넷(Ethernet), 시리얼 통신(serial communication), 광/동축 케이블 등이 포함될 수 있다.
관리자 단말기(20) 및 사용자 단말기(30)는 스마트 폰(Smart Phone), 휴대 단말기(Portable Terminal), 이동 단말기(Mobile Terminal), 폴더블 단말기(Foldable Terminal), 개인 정보 단말기(Personal Digital Assistant: PDA), PMP(Portable Multimedia Player) 단말기, 텔레매틱스(Telematics)단말기, 내비게이션(Navigation) 단말기, 개인용 컴퓨터(Personal Computer), 노트북 컴퓨터, 슬레이트 PC(Slate PC), 태블릿 PC(Tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(Wearable Device, 예를 들어, 워치형 단말기(Smartwatch), 글래스형 단말기(Smart Glass), HMD(Head Mounted Display) 등 포함), 와이브로(Wibro) 단말기, IPTV(Internet Protocol Television) 단말기, 스마트 TV, 디지털방송용 단말기, AVN(Audio Video Navigation) 단말기, A/V(Audio/Video) 시스템, 플렉시블 단말기(Flexible Terminal), 디지털 사이니지 장치 등과 같은 다양한 단말기에 적용될 수 있다.
일 실시예에 있어서 관리자 단말기(20)는 일 실시예에 따른 양식장 관리 장치(10)에서 제공하는 양식장 관리 플랫폼을 이용하여 육상 양식장의 전반적인 제어 및 관리를 수행하는 관리자가 소지하는 단말기이다. 사용자 단말기(30)는 일 실시예에 따른 양식장 관리 장치(10)에서 제공하는 양식장 관리 플랫폼에 의해 관리되는 양식장에서 양식되는 수산물을 구매하는 소비자가 소지하는 단말기이다.
데이터 수집부(120)는 해양 수질 측정 데이터를 포함하는 해양 환경 데이터를 수집한다.
일 실시예에 있어서 데이터 수집부(120)는 해양 환경 정보 포털에 업로드된 데이터를 수집할 수 있다. 구체적으로 수온, 전기전도도, pH, 용존산소량, 화학적 산소 요구량, 총질소, 총인, 질산질소, 해양 대기질 정보, 파고, 풍속, 강수량 일조량, 무기물등의 데이터를 포함한다.
그러나 이에 한정되는 것은 아니고 양식장의 환경을 제어하거나, 양식중인 양식 품종들에 대한 다양한 양식 환경을 파악하기 위해 필요한 데이터들을 모두 포괄하도록 해석된다. 또한 지역별, 시간대별, 측정소별로 해양대기질 정보 및 수질 정보를 모두 포함하여 수집할 수 있다.
추가적으로 데이터 수집부(120)가 수집하는 해양 환경 데이터는 표층저층 PH, 표층, 저층수온, 표층저층용존산소량, 표층, 저층염도, 무기물(규산, 질소, 인 등 17개항목), 파고, 조류, 일조량, 강수량, 수심, 투명도 등의 환경 데이터를 포함한다.
다른 예로 데이터 수집부(120)는 해양 수산부 서버로부터 해양 환경 빅데이터를 수집할 수도 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 환경 종합 정보 수집 화면의 예시도이다.
도 2a 및 도 2b 에 도시된 바와 같이 특정 양식 품종에 대해 설정된 관측 기간 및 위치에서의 해양 환경 데이터를 수집할 수 있다.
수심, 투명도(m), 수온(℃)표층, 수온(℃)저층, 염분표층, 염분저층, 수소이온농도표층, 수소이온농도저층, 용존산소량(㎎/L)표층, 용존산소량(㎎/L)저층, 화학적산소요구량(㎎/L)표층, 화학적산소요구량(㎎/L)저층, 암모니아성질소(㎍/L)표층, 암모니아성질소(㎍/L)저층, 아질산성질소(㎍/L)표층, 아질산성질소(㎍/L)저층, 질산성질소(㎍/L)표층, 질산성질소(㎍/L)저층, 용존무기질소(㎍/L)표층, 용존무기질소(㎍/L)저층, 총질소(㎍/L)표층, 총질소(㎍/L)저층, 용존무기인(㎍/L)표층, 용존무기인(㎍/L)저층, 총인(㎍/L)표층, 총인(㎍/L)저층, 규산규소(㎍/L)표층, 규산규소(㎍/L)저층, 부유물질(㎎/L)표층, 부유물질(㎎/L)저층, 클로로필A(㎍/L)표층 값을 포함한다.
또한 데이터 수집부(120)는 양식장에 설치된 IoT 측정기로부터 측정 결과를 더 수신한다. IoT 측정기는 수질측정, ph, DO, 방사능, 온도, TDS, 염도와 같은 데이터들을 측정한다.
환경 조건 도출부(130)는 데이터 수집부(120)로 수집된 환경 데이터를 이용하여 양식 품종별 최적 양식 환경 조건을 도출한다.
환경 조건 도출부(130)는 데이터 수집부(120)에서 수집된 해양 환경 빅데이터를 바탕으로 해산물들에 대한 최적 성장 환경 조건을 도출해낸다. 환경 조건 도출부(130)에서 해산물 종류마다 최적의 성장 환경을 도출하여 육상 양식 환경에 구현함으로써 계절에 상관없이 연중 양질의 제품의 생산이 가능하다.
환경 조건 도출부(130)는 과거로부터 현재에 이르는 데이터의 통계분석(T검정, 비율검정, 카이제곱검정, 회귀분석, 상관 분석등)을 통해 어류 성장 환경에 영향을 미치는 주요 요인 또는 관계를 보이는 요인을 선정하고 선정된 요인의 교호작용이 발생하는 요인까지 파악하여 선별적인 환경 조건을 파악하는 것이 가능하다.
교호작용의 요인을 파악하는 것은 예를들어 염도, 수온, 암모니아가 3차 교호작용을 통해 질산염을 발생시키고 어류 폐사의 요인으로 작용한다는 사안을 해석해내는 것이다.
도 3a 내지 도 3c는 양식 품종에 대한 환경 데이터의 분석 사례를 설명하기 위한 예시도이다.
일 실시예에 있어서 환경 조건 도출부(130)는 환경 데이터의 통계 분석을 통해 양식 품종의 최적 환경을 도출할 수 있다.
도 3a는 수온 표층에 대한 김 수확량의 적합선 그래프를 도시한 것이다. 환경 조건 도출부(130)는 도 3a의 그래프에 기반하여 수온 표층과 김수확량의 상관관계를 파악하고, 최적의 수온 표층 값을 도출할 수 있다.
도 3b는 김수확량 대 수온 표층 및 투명도의 등고선도이다. 수온(℃) 저층, 염분표층, 염분저층, 수소이온 농도표층, 수소이온 농도저층, 용존산소량(mg/L) 표층, 용존 산소량(mg/L) 저층, 화학적 산소 요구량(mg/L) 표층, 화학적 산소 요구량(mg/L) 저층, 암모니아성질소(㎍/L) 표층은 고정값으로 고정된 상태에서 수온 표층 및 투명도에 따른 김수확량을 파악할 수 있다.
도 3c는 김 수확량대 수온표층, 투명도의 반응 표면도를 도시한 도면이다. 환경 조건 도출부(130)는 도 3c와 같이 입체적으로 김수확량 대 수온(℃)표층, 투명도(m)의 표면도를 도출할 수 있다.
환경 조건 도출부(130)는 해당 품종에 대한 환경 데이터의 분석을 통해 투명도(m), 수온(℃)표층, 수온(℃)저층, 염분표층, 염분저층, 수소이온농도표층, 수소이온농도저층, 용존산소량(mg/L)표층, 용존산소량(mg/L)저층, 화학적 산소 요구량(mg/L) 표층, 화학적 산소 요구량(mg/L) 저층, 암모니아성질소(㎍/L) 표층 데이터로부터 김수확량 적합치를 산출할 수 있다.
그리고 환경 조건 도출부(130)는 다중 반응 예측을 통해 표 1 과 같이 각 변수에 대한 설정값을 도출한다.
| 변수 | 설정 |
| 투명도(m) | 7 |
| 수온(℃)표층 | 6.35 |
| 수온(℃)저층 | 6.33 |
| 염분표층 | 35.45 |
| 염분저층 | 21.34 |
| 수소이온농도표층 | 8.48 |
| 수소이온농도저층 | 7.65 |
| 용존산소량(㎎/L)표층 | 11 |
| 용존산소량(mg/L)저층 | 4.94 |
| 화학적 산소 요구량(mg/L) 표층 | 0.19 |
| 화학적 산소 요구량(mg/L) 저층 | 2.51 |
| 암모니아성질소(㎍/L) 표층 | 55 |
환경 제어부(140)는 환경 조건 도출부(130)에서 도출된 환경 조건에 기반하여 육상 양식장의 수질 정보를 포함하는 양식장의 환경을 제어한다.
환경 제어부(140)는 양식장에서 양식중인 해산물의 종류에 맞게 도출된 최적의 환경 조건에 도달하도록 인공지능 방식으로 양식장의 환경을 제어할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 육상 양식장 구조 및 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4a 에서와 같이 육상 양식장은 적어도 하나 이상의 종류의 수산물 양식을 위한 공간이 구역별로 구분되게 마련되고, 순환 여과식 해수관리를 위한 해수 여과기, 해수 냉각기 및 인공 조명을 구비한다.
해수 냉각기는 지열발전, 태양열 발전, 댐 심층수를 이용하여 동작할 수 있다.
일 실시예에 있어서 도 4a와 같이 육상 양식장은 잘피를 활용한 해양생물 아쿠아포닉 순환 여과식으루 구동된다.
잘피를 활용한 해양 생물 아쿠아포닉 및 순환여과식 해수관리 시스템의 육상 양식은 공통적으로 냉수대에서 성장하는 해양 생물을 포함한다.
도 4a에서 1번 수조에는 김, 파래, 다시마, 미역과 같은 냉수대에서 성장하는 품종으로 양식장에서 함께 성장하는 해산물이 양식된다. 이들은 전복의 먹이로 사용된다는 공통점이 있다. 따라서 2번 수조에는 전복이나 해삼이 양식될 수 있다. 또한 해조류 섭취후 전복의 배설물은 해삼의 중요한 먹이로 사용되며 해삼은 1차 정화 활동을 한다. 전복양식 수조에서 해삼의 먹이 활동을 통해 1번 수조에서 2번 수조로 이동(①)한 해수는 2번 수조에서 1차 정화되고, 정화된 물은 잘피가 성장하는 3번 수조로 이동(②)하여 잘피의 2 차 정화활동을 거친다. 그리고 잘피의 2차 정화활동을 거친후 3차 정화를 위해 마이크로단위의 정화 해수 여과기 드림필터를 거친후 다시 1번 수조로 입력(③④)되는 순환구조를 가질 수 있다.
보다 구체적으로 도 4b는 댐 심층수를 이용한 해수 냉각 구조를 설명하기 위한 예시도이다. 일 실시예에 있어서 도 4b와 같이 댐 심층수를 이용하여 육상 양식장의 해수를 냉각할 수 있다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 육상 양식장의 해수 순환 여과 방식을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5 와 같이 일 실시예에 따른 육상 양식장은 순환 여과식의 양식 시스템을 도입한 것으로, 댐심층수, 태양열, 지열발전등의 친환경 에너지를 이용하여 수산물을 성장시킬 수 있도록 구현된다.
환경 제어부(140)는 육상 양식장의 인공 조명, 순환 여과식 해수 여과기, 해수 냉각기 중 적어도 하나의 동작을 제어하기 위한 제어신호를 송출할 수 있다.
또한 환경 제어부(140)는 육상 양식장의 장비들의 동작 뿐 아니라 수질관리를 위한 지능형 원격 제어가 가능하다.
본 발명의 일양상에 있어서 모니터링부(150)는 육상 양식장의 양식 환경 상태를 모니터링한다.
모니터링부(150)는 육상 양식장에 구비되는 IoT 측정기로부터 수질측정, ph, DO, 방사능, 온도, TDS, 염도와 같은 측정 데이터들을 확보하는 것으로 환경 상태를 모니터링할 수 있다.
상태 예측부(160)는 모니터링부(150)에서의 모니터링 결과를 이용하여 육상 양식장에서 양식중인 수산물의 건강 상태를 예측한다.
모니터링부(150)는 모니터링 결과를 관리자 단말기(20)로 제공해준다. 이때 관리자 단말기(20)은 웹페이지에 접속하거나 전용 앱을 통해 모니터링 결과를 가시적인 데이터로 출력해줄 수 있다.
환경 조건 도출부(130)는 모니터링부(150)에서의 모니터링 결과를 학습하여 환경 데이터를 딥러닝 함으로써 계속해서 최적의 해산물 성장 조건을 도출해낼 수 있다.
즉, 환경 조건 도출부(130)는 딥러닝을 통한 최적의 어류 성장 환경 수질값을 찾아내고, 각각의 수질 항목에 대한 관리 기준값을 제시할 수 있다.
그리고 모니터링부(150)는 모니터링 결과를 관리자 단말기(20)로 제공한다. 이때 모니터링부(150)는 항목별 모니터링 결과가 기 설정된 기준 범위를 벗어나는 경우에 경고 알림 메시지를 더 전송한다.
예를들어 양식장의 수온이 소정의 기준을 벗어나거나, 부유물질이 설정치 이상인 경우에 관리자 단말로 경고 알림 메시지를 전송한다. 이에 따라 양식장 환경에 급속한 변화나 위험이 감지되는 경우에 신속한 대처가 가능하다. 또한, 양식장의 양식 환경을 일정하게 유지할 수 있다.
환경 제어부(140)는 관리자 단말기(20)로부터 모니터링 결과에 대응되게 수신되는 제어 신호에 의해 양식장의 환경을 제어한다.
환경 제어부(140)는 육상 양식장의 수질 관리 기능을 위해 지능형 원격 제어를 수행할 수 있다.
정보 제공부(170)는 모니터링부(150)에서의 모니터링 결과에 기반하여 사용자 단말기(30)로부터 수산물의 구매 요청에 대응되게 원산지 정보, 유통경로, 수질 관리 상태 정보를 제공해준다. 그리고 구매 요청에 대응되게 원산지 정보, 유통경로, 수질 관리 상태 정보를 확인할 수 있는 해당 제품의 식별정보를 포함하는 QR 코드를 인식하여 정보를 제공해주도록 구현되는 것도 가능하다.
정보 제공부(170)는 사용자 단말기(30)에서 QR 코드를 통한 특정 웹페이지에 접속하거나, 전용 앱의 특정 기능을 실행시키는 경우에, 사용자가 구매한 것으로 판단되는 수산물에 대한 정보를 제공해준다. 일 실시예에 있어서 정보 제공부(170)는 사용자 단말기로부터 수산물 판매 사이트나 수산물 판매 기능을 가지는 쇼핑몰 앱을 통해서 QR 코드 인식 데이터를 수신하고, 해당 수산물 관련 정보를 제공해줄 수 있다.
품종 추천부(180)는 데이터 수집부(120)에서 수집된 해양 환경 데이터와 양식 품종별 먹이 사슬 관계에 기반하여 복합 양식이 가능한 양식 품종을 추천해준다.
예를들어 냉수대 환경에 적합한 김이나 다시마, 미역 파래등의 해조류와, 해조류를 먹이로 하는 전복, 전복의 배설물을 먹이로 하는 해삼을 동일환경에서 양식 가능하다. 이 경우에, 품종 추천부(180)는 전술한 6가지 수산물을 동시에 양식 가능함을 기반으로 함께 양식 가능한 수산물 품종을 추천해줄 수 있다.
그리고 전술한 6가지 수산물을 양식하는 양식장에 추가로 친환경 정화 및 순환 여과식 해수 재활용을 수행할 수 있다. 구체적으로 전술한 양식장에 잘피를 양식하면 해수의 친환경 정화가 가능하다. 추가적으로 잘피에서 서식하는 해마의 양식이 가능하여 총 8가지 수산물의 복합 양식이 가능하다.
이때 해수 유입단계에서 방사능 오염수 등 오염수 유입을 차단하고 순환 여과식 해서 공급을 통하여 해수를 약 90%까지 재활용 가능하다. 이에 따라 해수 공급제한을 극복할 수 있다.
본 발명의 보조적인 양상에 있어서, 육상 양식장은 댐 심층수, 지열, 태양열 발전 방식과 같은 융복합 신재생 에너지를 자체 공급원으로 사용하기 때문에 탄소 배출의 우려가 없고 해초 양식을 통해 탄소를 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 양식장 관리 장치의 전반적인 동작을 설명하기위한 예시도이다.
도 6 에서와 같이 일시예에 따른 양식장 관리 장치(10)는 해양수산부의 해양 환경 빅데이터를 바탕으로 최적화된 환경 및 수질 정보를 육상 양식장에 구현하고, 이후에 IoT 측정기와 빅데이터 분석을 통해 수질 및 양식 환경 상태를 실시간으로 클라우드 서버로 제공한다.
그리고, 육상 양식장의 수질측정 결과, pH, DO, 방사능, 온도, TDS, 염도에 대한 감지 정보를 클라우드 서버를 통해 수집한다.
또한 일시예에 따른 양식장 관리 장치(10)는 딥러닝을 통해 수산물의 건강 상태를 예측하고, 예측 결과를 바탕으로 사업장 수질 관리를 지능형 원격 제어로 수행할 수 있다. 양식장 관리자는 웹페이지 접속 또는 전용 앱을 통해 관리자 모드로 접속하여 원격 제어 기능을 확인하거나 제어할 수 있도록 구현된다. 또한 관리자가 수산물 건강 상태 예측 결과나 수질 측정 결과를 포함한 수집 데이터를 확인하도록 하는 기능을 제공한다.
추가적으로, 해당 육상 양식장에서 양식되는 수산물을 구매한 소비자로부터 QR코드 스캔 정보가 인식되면, 소비자에게 식별되는 수산물의 원산지, 유통경로, 수질값 관리 상태 정보를 제공해준다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수산물의 육상 양식장 관리 방법의 흐름도이다.
일 실시예에 따른 수산물의 육상 양식장 관리 장치에서 수행되는 수산물의 육상 양식장 관리 방법은 먼저 해양 수질 측정 데이터를 포함하는 해양 환경 데이터를 수집한다(S700).
해양 환경 데이터를 수집하는 것은 해양 환경 정보 포털에 업로드된 데이터를 수집할 수 있다. 구체적으로 수온, 전기전도도, pH, 용존산소량, 화학적 산소 요구량, 총질소, 총인, 질산질소, 해양 대기질 정보, 파고, 풍속, 강수량 일조량, 무기물등의 데이터를 포함한다.
그러나 이에 한정되는 것은 아니고 양식장의 환경을 제어하거나, 양식중인 양식 품종들에 대한 다양한 양식 환경을 파악하기 위해 필요한 데이터들을 모두 포괄하도록 해석된다. 또한 지역별, 시간대별, 측정소별로 해양대기질 정보 및 수질 정보를 모두 포함하여 수집할 수 있다.
추가적으로 수집되는 해양 환경 데이터는 표층저층 PH, 표층, 저층수온, 표층저층용존산소량, 표층, 저층염도, 무기물(규산, 질소, 인 등 17개항목), 파고, 조류, 일조량, 강수량, 수심, 투명도 등의 환경 데이터를 포함한다.
본 발명의 일양상에 있어서, 데이터를 수집하는 단계에서 수집된 해양 환경 데이터와 양식 품종별 먹이 사슬 관계에 기반하여 복합 양식이 가능한 양식 품종을 추천해준다(S710).
예를들어 냉수대 환경에 적합한 김이나 다시마, 미역 파래등의 해조류와, 해조류를 먹이로 하는 전복, 전복의 배설물을 먹이로 하는 해삼을 동일환경에서 양식 가능하다. 이 경우에, 전술한 6가지 수산물을 동시에 양식 가능함을 기반으로 함께 양식 가능한 수산물 품종을 추천해줄 수 있다.
그리고 데이터를 수집하는 단계에서 수집된 환경 데이터를 이용하여 양식 품종별 최적 양식 환경 조건을 도출한다(S720).
최적의 양식 환경 조건을 도출하는 것은 수집된 해양 환경 빅데이터를 바탕으로 해산물들에 대한 최적 성장 환경 조건을 도출해낸다. 해산물 종류마다 최적의 성장 환경을 도출하여 육상 양식 환경에 구현함으로써 계절에 상관없이 연중 양질의 제품의 생산이 가능하다.
또한 과거로부터 현재에 이르는 데이터의 통계분석(T검정, 비율검정, 카이제곱검정, 회귀분석, 상관 분석등)을 통해 어류 성장 환경에 영향을 미치는 주요 요인 또는 관계를 보이는 요인을 선정하고 선정된 요인의 교호작용이 발생하는 요인까지 파악하여 선별적인 환경 조건을 파악하는 것이 가능하다.
구체적으로 해당 품종에 대한 환경 데이터의 분석을 통해 투명도(m), 수온(℃)표층, 수온(℃)저층, 염분표층, 염분저층, 수소이온농도표층, 수소이온농도저층, 용존산소량(mg/L)표층, 용존산소량(mg/L)저층, 화학적 산소 요구량(mg/L) 표층, 화학적 산소 요구량(mg/L) 저층, 암모니아성질소(㎍/L) 표층 데이터로부터 김수확량 적합치를 산출할 수 있다.
이후에 도출된 환경 조건에 기반하여 육상 양식장의 수질 정보를 포함하는 양식장의 환경을 제어한다(S730).
즉, 양식장의 환경 제어 단계를 통해 양식장에서 양식중인 해산물의 종류에 맞게 도출된 최적의 환경 조건에 도달하도록 육상 양식장의 수질 관리 기능을 위해 지능형 인공지능 방식으로 양식장의 환경을 원격 제어할 수 있다.
추가적으로 육상 양식장의 전반적인 관리를 수행하는 관리자가 소지하는 관리자 단말기로부터 모니터링 결과에 대응되게 수신되는 제어 신호에 의해 양식장의 환경을 제어한다.
그리고 본 발명의 특징적인 양상에 있어서 육상 양식장의 양식 환경 상태를 모니터링한다(S740).
모니터링하는 것은 육상 양식장에 구비되는 IoT 측정기로부터 수질측정, ph, DO, 방사능, 온도, TDS, 염도와 같은 측정 데이터들을 확보하는 것으로 환경 상태를 모니터링할 수 있다.
그리고 모니터링 결과를 이용하여 상기 육상 양식장에서 양식중인 수산물의 건강 상태를 예측한다(S750).
이후에 모니터링하는 단계는 모니터링 결과를 관리자 단말로 제공한다(S760). 관리자 단말기(20)은 웹페이지에 접속하거나 전용 앱을 통해 모니터링 결과를 가시적인 데이터로 출력해줄 수 있다.
최적의 양식 환경 조건을 도출하는 것은 모니터링부(150)에서의 모니터링 결과를 학습하여 환경 데이터를 딥러닝 함으로써 계속해서 최적의 해산물 성장 조건을 도출해낼 수 있다. 딥러닝을 통한 최적의 어류 성장 환경 수질값을 찾아내고, 각각의 수질 항목에 대한 관리 기준값을 제시할 수 있다.
추가적으로, 모니터링하는 단계는 항목별 모니터링 결과가 기 설정된 기준 범위를 벗어나는 경우에 경고 알림 메시지를 더 전송한다.
예를들어 양식장의 수온이 소정의 기준을 벗어나거나, 부유물질이 설정치 이상인 경우에 관리자 단말로 경고 알림 메시지를 전송한다. 이에 따라 양식장 환경에 급속한 변화나 위험이 감지되는 경우에 신속한 대처가 가능하다. 또한, 양식장의 양식 환경을 일정하게 유지할 수 있다.
환경을 제어하는 단계는 관리자 단말로부터 수신되는 제어 신호에 의해(S770) 양식장의 환경을 제어한다(S775). 일 실시예에 있어서 환경을 제어하는 단계는 육상 양식장의 수질 관리 기능을 위해 지능형 원격 제어를 수행할 수 있다.
이후에 해당 육상 양식장에서 양식된 수산물의 구매 요청이 수신되면(S780), 모니터링하는 단계에서의 모니터링 결과에 기반하여 사용자 단말로부터 수산물의 구매 요청에 대응되게 원산지 정보, 유통경로, 수질 관리 상태 정보를 제공해준다(S785).
이때 구매 요청에 대응되게 원산지 정보, 유통경로, 수질 관리 상태 정보를 확인할 수 있는 해당 제품의 식별정보를 포함하는 QR 코드를 인식하여 정보를 제공해주도록 구현되는 것도 가능하다.
사용자 단말기에서 QR 코드를 통한 특정 웹페이지에 접속하거나, 전용 앱의 특정 기능을 실행시키는 경우에, 사용자가 구매한 것으로 판단되는 수산물에 대한 정보를 제공해준다. 즉 수산물 판매 사이트나 수산물 판매 기능을 가지는 쇼핑몰 앱을 통해서 QR 코드 인식 데이터를 수신하고, 해당 수산물 관련 정보를 제공해줄 수 있다.
전술한 방법은 애플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD 와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 양식장 관리장치
20 : 관리자 단말기
30 : 사용자 단말기 110 : 통신부
120 : 데이터 수집부 130 : 환경 조건 도출부
140 : 환경 제어부 150 : 모니터링부
160 : 상태 예측부 170 : 정보 제공부
180 : 품종 추천부
30 : 사용자 단말기 110 : 통신부
120 : 데이터 수집부 130 : 환경 조건 도출부
140 : 환경 제어부 150 : 모니터링부
160 : 상태 예측부 170 : 정보 제공부
180 : 품종 추천부
Claims (10)
- 해양 수질 측정 데이터를 포함하는 해양 환경 데이터를 수집하는 데이터 수집부;
상기 데이터 수집부로 수집된 환경 데이터를 이용하여 양식 품종별 최적 양식 환경 조건을 도출하는 환경 조건 도출부; 및
상기 환경 조건 도출부에서 도출된 환경 조건에 기반하여 육상 양식장의 수질 정보를 포함하는 양식장의 환경을 제어하는 환경 제어부;를 포함하는, 수산물의 육상 양식장 관리 장치.
- 제 1 항에 있어서,
육상 양식장의 양식 환경 상태를 모니터링하는 모니터링부; 및
상기 모니터링부에서의 모니터링 결과를 이용하여 상기 육상 양식장에서 양식중인 수산물의 건강 상태를 예측하는 상태 예측부;를 더 포함하는, 수산물의 육상 양식장 관리 장치.
- 제 2 항에 있어서,
상기 모니터링부는 모니터링 결과를 관리자 단말로 제공하고,
상기 환경 제어부는 관리자 단말로부터 수신되는 제어 신호에 의해 양식장의 환경을 제어하는, 수산물의 육상 양식장 관리 장치.
- 제 2 항에 있어서,
상기 모니터링부에서의 모니터링 결과에 기반하여 사용자 단말로부터 수산물의 구매 요청에 대응되게 원산지 정보, 유통경로, 수질 관리 상태 정보를 제공해주는 정보 제공부;를 더 포함하는, 수산물의 육상 양식장 관리 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 데이터 수집부에서 수집된 해양 환경 데이터와 양식 품종별 먹이 사슬 관계에 기반하여 복합 양식이 가능한 양식 품종을 추천해주는 품종 추천부;를 더 포함하는, 수산물의 육상 양식장 관리 장치.
- 제 1 항 내지 5항 중 어느 한 항에 기재된 수산물의 육상 양식장 관리 장치에서 수행되는 수산물의 육상 양식장 관리 방법에 있어서,
해양 수질 측정 데이터를 포함하는 해양 환경 데이터를 수집하는 단계;
상기 수집된 환경 데이터를 이용하여 양식 품종별 최적 양식 환경 조건을 도출하는 단계; 및
상기 도출된 환경 조건에 기반하여 육상 양식장의 수질 정보를 포함하는 양식장의 환경을 제어하는 단계;를 포함하는, 수산물의 육상 양식장 관리 방법.
- 제 6 항에 있어서,
육상 양식장의 양식 환경 상태를 모니터링하는 단계; 및
상기 모니터링 결과를 이용하여 상기 육상 양식장에서 양식중인 수산물의 건강 상태를 예측하는 단계;를 더 포함하는, 수산물의 육상 양식장 관리 방법.
- 제 7 항에 있어서,
상기 모니터링하는 단계는 모니터링 결과를 관리자 단말로 제공하고,
상기 환경을 제어하는 단계는 관리자 단말로부터 수신되는 제어 신호에 의해 양식장의 환경을 제어하는, 수산물의 육상 양식장 관리 방법.
- 제 7 항에 있어서,
상기 모니터링하는 단계에서의 모니터링 결과에 기반하여 사용자 단말로부터 수산물의 구매 요청에 대응되게 원산지 정보, 유통경로, 수질 관리 상태 정보를 제공해주는 단계;를 더 포함하는, 수산물의 육상 양식장 관리 방법.
- 제 6 항에 있어서,
상기 데이터를 수집하는 단계에서 수집된 해양 환경 데이터와 양식 품종별 먹이 사슬 관계에 기반하여 복합 양식이 가능한 양식 품종을 추천해주는 단계;를 더 포함하는, 수산물의 육상 양식장 관리 방법.
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| KR20080013038A (ko) | 2006-08-07 | 2008-02-13 | 서희동 | 해양 심층수와 표층해수를 이용한 해조류의 양식방법 |
| KR20150022312A (ko) | 2013-08-22 | 2015-03-04 | (주)더존코리아 | 순환 여과식 양식 시스템 |
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