KR20240062764A - 스마트양식 솔루션을 적용한 장어 양식 방법 및 이를 적용한 데이터 기반 장어 양식 시스템 - Google Patents

스마트양식 솔루션을 적용한 장어 양식 방법 및 이를 적용한 데이터 기반 장어 양식 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 사육조별로 개별적으로 데이터를 수집하여 장어를 사육하는 스마트 양식 시스템의 장어 양식 방법에 있어서, 양식장의 사육조에 투입된 장어 치어의 개수를 계산하고, 사육조에 투입된 사료량을 계산하는 단계; 상기 투입된 사료량에 기 설정된 사료효율값을 곱하여 일자별로 개체의 중량 증가값인 일일증육값을 계산하는 단계; 상기 사육조에서 생존하고 있는 장어의 생존중량을 계산하는 단계; 상기 생존중량에 상기 일일증육값을 더하여 현재 시점에 예측되는 예상중량을 계산하는 단계; 상기 예상중량에 폐사된 장어의 개체수의 무게를 뺀 예측 생존예상중량을 계산하는 단계; 및 상기 예측 생존예상중량과 실제로 획득된 실제중량의 차이를 비교하고, 실제중량을 기초로 사료효율을 업데이트하는 단계를 포함하는, 장어 양식 방법을 제공할 수 있다.

Description

스마트양식 솔루션을 적용한 장어 양식 방법 및 이를 적용한 데이터 기반 장어 양식 시스템 {Eel Farming Method Using Smart Farming Solution And Data-Based Eel Farming System Using It.}
본 실시예는 스마트양식 솔루션을 적용한 장어 양식 방법 및 이를 적용한 데이터 기반 장어 양식 시스템으로서, 보다 구체적으로 장어 사육조별로 사료량 데이터, 사료효율 데이터, 수질환경 데이터 등을 기반으로 각 사육조별로 예상 중량을 수치화하고, 예상 중량과 실제 중량을 비교 및 관리하여 개체의 특성, 사육조의 수질환경, 사육 과정의 양식 환경의 변화 등을 효과적으로 예측 및 관리할 수 있는 장어 양식 방법 및 이를 적용한 데이터 기반 장어 양식 시스템에 관한 것이다.
종래의 양식장은 장어 등의 어종을 양식하는 과정에서 배합식 사료의 공급을 자동으로 수행하지 않고, 사람이 직접 사료를 공급하게 되어 사료 공급량이 불균형해지고, 사료 공급이 필요한 상황을 임의로 판단하게 되었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 한국 등록특허공보 제10-2185637호와 같이 사료 소비량에 영향을 미치는 인자들을 고려하여 사료 공급량을 조절하기 위한 사료공급장치를 제안하였지만, 실제 개체들이 사료를 섭취하여 생장하는 전주기적인 과정에서 나타나는 사육환경 변화를 적절히 반영하지 못하고 있다.
특히, 장어 사육에 있어서 치어를 사육조에 투입하여 지속적으로 관리하게 되면서, 치어가 생장하여 중량이 변화하게 되고, 사육조 내부의 생장 환경이 변화하게 되어 적절한 예측이 어렵게 된다.
또한, 장어의 원산지, 무게, 크기 등에 따라 사료 소비량 및 소비 효율이 크게 달라지게 되고, 사육조 내부의 환경-예를 들어, 단위 부피당 개체수, 내부 온도, 내부 탁도 등-에 따라 생장속도나 사육 결과가 현저하게 달라지게 된다.
또한, 수중생물의 양식장 등과 같이 한정된 공간에서는 미생물의 과다 번식으로 인해 수중환경의 용존산소량(DO: Dissolved Oxygen)이 감소가 급격하게 발생할 수 있고, 이로 인해 수중생물에게 치명적인 생존 위협요인으로 작용하고 있다.
또한, 종래의 수중생물의 양식 시스템은 여과장치에서 슬러지의 제거를 위해 불필요한 지하수 사용이 문제로 지적되고 있으며, 슬러지의 여과 상태-예를 들어, 여과장치 내부의 수위 및 세척수의 유입 타이밍 등-를 고려하여 물 사용량을 적절하게 제어할 필요성이 대두되고 있다.
이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, 일 측면에서, 전술한 기술적 문제점을 해결하기 위해 입식 데이터와 급이 데이터를 기반으로 각 사육조별 크기, 중량, 마릿수, 폐사, 급이량, 일일증육, 예상중량, 생존미수, 생존중량, 및 센서를 통해 획득한 수질환경 데이터를 이용하여 장어 양식 환경을 최적화하고, 자동으로 보고서를 작성할 수 있는 스마트양식 솔루션을 적용한 장어 양식 방법 및 장어 양식 시스템을 제공하는 것이다.
본 실시예의 목적은, 또 다른 측면에서, 스마트 양식장 내의 여과장치에서 수위데이터 및 탁도데이터를 종합하여 여과장치의 동작-예를 들어, 세척수의 유입 타이밍 및 유량 등-을 제어하여 세척수 낭비를 방지할 수 있는 스마트양식 솔루션을 적용한 장어 양식 방법 및 장어 양식 시스템을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는, 사육조별로 개별적으로 데이터를 수집하여 장어를 사육하는 스마트 양식 시스템의 장어 양식 방법에 있어서, 양식장의 사육조에 투입된 장어 치어의 개수를 계산하고, 사육조에 투입된 사료량을 계산하는 단계; 상기 투입된 사료량에 기 설정된 사료효율값을 곱하여 일자별로 개체의 중량 증가값인 일일증육값을 계산하는 단계; 상기 사육조에서 생존하고 있는 장어의 생존중량을 계산하는 단계; 상기 생존중량에 상기 일일증육값을 더하여 현재 시점에 예측되는 예상중량을 계산하는 단계; 상기 예상중량에 폐사된 장어의 개체수의 무게를 뺀 예측 생존예상중량을 계산하는 단계; 및 상기 예측 생존예상중량과 실제로 획득된 실제중량의 차이를 비교하고, 실제중량을 기초로 사료효율을 업데이트하는 단계를 포함하는, 장어 양식 방법을 제공할 수 있다.
장어 양식 방법에서 제1 사육조 및 제2 사육조에서 서로 다른 사료효율값을 적용하고, 각각의 사육조에서 획득된 사료효율을 평균하여 평균사료효율값을 계산할 수 있다.
장어 양식 방법에서 상기 예측 생존예상중량과 상기 실제중량의 차이가 기 설정된 편차기준 이내에 도달할 때까지 사료효율 업데이트를 반복할 수 있다.
장어 양식 방법에서 사료효율값 변화에 따라 변화하는 장어의 개체수 변화를 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다.
장어 양식 방법에서 사료효율값 변화에 따라 변화하는 장어의 개체수 변화에 관한 상관관계를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
장어 양식 방법에서 상기 스마트 양식 시스템은, 상기 사육조의 탁도를 감소시키는 여과 동작을 수행하기 위해 회전 운동으로 상기 슬러지를 필터링하고, 외부에서 공급되는 세척수에 의해 표면을 세척함으로써 상기 슬러지를 표면에서 탈착시켜 재포집하는 여과장치를 더 포함할 수 있다.
장어 양식 방법에서 상기 장어 양식 방법은 연산이 가능한 제어장치에 의해서 수행되고, 상기 제어장치는, 상기 여과장치의 상태를 모니터링하여 동작을 제어하고, 상기 여과장치 내의 탁도데이터 및 수위데이터를 기초로 상기 여과장치에 공급되는 상기 세척수의 공급타이밍과 유량을 제어할 수 있다.
장어 양식 방법에서 상기 여과장치는 원통형 드럼스크린이고, 표면은 메쉬 형태로 상기 세척수의 유입의 수위를 유지하여 상기 슬러지의 필터링을 발생시키고, 상기 여과장치의 내부에는 상기 수위데이터를 획득하는 수위계가 설치되어 있고, 상기 제어장치는 상기 여과장치 내부에서 획득된 수위데이터가 기준수위 값보다 높은 경우에는 슬러지의 필터링이 지연되는 것으로 판단하고 상기 세척수의 주입 간격을 증가시킬 수 있다.
장어 양식 방법에서 상기 제어장치는 상기 세척수의 주입 간격에 따른 상기 탁도데이터의 변화를 모니터링하여 저장하고, 상기 여과장치의 회전속도 및 상기 세척수의 공급타이밍을 결정할 수 있다.
상기 스마트 양식 시스템은 상기 사육조로 사료를 자동 공급하는 사료공급장치를 더 포함할 수 있다.
상기 사료공급장치는 업데이트된 사료 효율을 기초로 사료 투입량을 조절할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 입식 데이터와 급이 데이터를 기반으로 각 사육조별 크기, 중량, 마릿수, 폐사, 급이량, 일일증육, 예상중량, 생존미수, 생존중량, 및 센서를 통해 획득한 수질환경 데이터를 이용하여 장어 양식 환경을 최적화하고, 자동으로 보고서를 작성할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 본 발명의 일 실시예는, 스마트 양식장 내의 여과장치에서 수위데이터 및 탁도데이터를 종합하여 여과장치의 동작-예를 들어, 세척수의 유입 타이밍 및 유량 등-을 제어하여 세척수 낭비를 방지할 수 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 장어 사육을 위한 스마트 장어 양식 시스템의 개요도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 스마트 장어 양식 시스템의 제어장치의 구성도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 스마트 장어 양식 시스템의 구조도이다.
도 4는 본 실시예에 따른 스마트 양식 솔루션에 기반한 장어 양식 방법의 순서도이다.
도 5는 본 실시예에 따른 스마트 장어 양식 시스템의 예시 구성도이다.
도 6은 본 실시예에 따른 여과장치의 예시 구성도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 본 발명의 구성요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, a, b 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서상에 사용된 용어 '시스템', '서버' 등은 데이터의 저장 및 연산을 수행하고, 유무선 네트워크를 통해 정보를 송수신할 수 있는 컴퓨터 프로그램 또는 장치로 정의될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
도 1은 본 실시예에 따른 장어 사육을 위한 스마트 장어 양식 시스템의 개요도이다.
도 1을 참조하면, 스마트 장어 양식 시스템(100)은 사육조(110), 제어장치(120) 등을 포함할 수 있다.
종래의 장어 양식을 위한 사육조 관리 방법은 민물 장어를 양식하는 과정에서 배합식 사료의 자동 공급을 수행하지 않고, 사람이 직접 사료를 공급하는 방식으로 수행되었다.
종래의 장어 양식을 위해서는 저울을 통해 사료의 무게(kg 수)를 측정하고, 먹이를 제공한 무게를 수기로 기록 및 관리하게 되므로, 사육조의 내부 변화를 실시간으로 모니터링 및 제어할 수 없고, 장어의 생장 과정에서 발생하는 환경 변화를 적절하게 반영할 수 없게 되었다. 특히, 수질 데이터 및 사육 데이터를 수기로 관리하여, 사육조 관리가 부실하여 데이터 기반 양식환경 구축에 어려움이 발생하게 된다.
스마트 장어 양식 시스템(100)은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 입식 데이터와 급이 데이터를 기반으로 각 사육조별 크기, 중량, 마릿수, 폐사, 급이량, 일일증육, 예상중량, 생존미(마리)수, 생존중량과 센서를 통한 수질환경데이터를 실시간으로 수집 및 계산하여, 사육 과정에서 정확한 사료량 계산 및 유지비 계산이 가능한 시스템을 구현할 수 있다.
스마트 장어 양식 시스템(100)은 각 사육조별로 장어의 예상 중량을 수치화하여 관리할 수 있고, 민물장어 크기별로 나누는 선별작업을 통해, 예상중량과 실제 중량을 비교하여, 평균적인 예상 일일 증육 및 사료 효율을 다시 계산 하여 장어의 생장에 필요한 사료 투입 및 수질 관리를 최적화하여 수행할 수 있다.
또한, 스마트 장어 양식 시스템(100)은 장어의 선별작업 후 다시 입식데이터를 입력하여, 각 단계별 입식, 사육 데이터, 수질환경 데이터를 계속해서 보고서를 통해 수집함으로써, 양식장에 따른 기후 변화, 양식장의 환경 특성 등의 변화에 대응한 개체의 특성 변화를 추적관찰 및 관리할 수 있다.
또한, 스마트 장어 양식 시스템(100)은 치어부터 성체까지 성장을 데이터화하고 계산해서 머신러닝을 통해 더욱 명확한 사료량에 따른 일일 증육을 계산할 수 있고, 사료량 예측, 성체 사육기간들을 예측하여 더욱 명확한 유지비 계산이 가능하게 된다.
제어장치(120)는 사육조(110)에 투입된 사료량인 사료 급이량 데이터를 수집 및 저장할 수 있다.
뱀장어의 양식을 위한 급이율은 아래의 (식 1)을 적용할 수 있다.
(식 1)
Y = A*ln(X)-B
X = 마리수/kg
Y = 급이율
A, B = 상수 (A, B의 값은 개체의 종류에 따라서 다르게 설정 됨)
제어장치(120)는 입식 데이터로서 장어의 종류 및 원산지, 무게, 크기, 개체수 등을 수집 및 저장할 수 있다. 예를 들어, 동남아, 극동산, 300kg, 200미 등의 입식데이터를 저장할 수 있고, 이에 의해 개체의 특성에 대응되는 급이율 적용식을 이용할 수 있다.
특히, 실뱀장어의 경우 생장 과정에서 언제 새로운 치어가 부화되는지, 개체의 크기 및 중량이 어떻게 변화하는지 등을 정확하게 확인할 수 없다는 문제점이 있어, 개체의 사이즈 및 사료 투입량을 기준으로 반복하여 생장의 정도를 역추산해야 하는 우회적인 방법을 활용하는 것을 고안할 수 있다.
특히, 민물 장어의 생장 과정에서 상처를 치유하는 등의 목적으로 약욕을 수행함에 따라 개체의 생장속도 및 사료 소비속도가 달라질 수 있다. 또한, 사육조의 온도 상승 및 먹이 투입량 증가에 따른 개체의 생장속도 및 사료 소비속도도 변화하게 되므로, 이러한 내외부 생장환경 변화에 따라 예측 생존예상중량 및 사료 효율 등을 정확하게 계산 및 예측할 필요가 있게 된다.
제어장치(120)는 스마트양식 솔루션에 기초하여 입식 데이터를 입력하면, 표준 급이율을 기반으로 필요한 사료량(사료 급이량)을 계산할 수 있다.
제어장치(120)는 최초 설정된 초기사료효율값을 기초로, 일일증육을 계산할 수 있다. 예를 들어, 경험적으로 획득된 사료효율값으로서 50~80%에서 임의로 산정될 수 있다. 장어 등과 같은 생물의 경우 생물의 종류, 개체의 크기, 사육조 내의 개체의 밀도, 개체의 생장주기, 사육조 내의 수질환경 등에 따라서 사료 효율값이 현저하게 달라지게 된다. 따라서 스마트 양식 환경에서 제어장치(120)는 최초에는 초기사효율값을 임의로 설정하여 사육을 지속하고, 반복적인 생장 과정에서 획득된 평균 사료효율값을 획득 및 적용하는 캘리브레이션(Calibration) 과정을 수행함으로써 사료 낭비량을 줄이고, 사육 환경에서 발생하는 유지비를 효과적으로 절감할 수 있다.
제어장치(120)는 초기사료효율값이 50%로 설정한 경우에, 100kg의 사료량에 초기사료효율값을 곱한 50kg를 일일증육량으로 계산할 수 있다.
제어장치(120)는 기 획득된 생존중량에 일일증육 중량을 더하여 예상중량을 계산할 수 있다.
제어장치(120)는 예상중량에 kg당 개체의 평균미수(미수/kg)를 곱하여 생존미수를 계산할 수 있다.
제어장치(120)는 예상중량에 생존미수를 나눈 값을 개체 1마리당 무게로 계산할 수 있다. 여기서 생존미수(개체수)는 최초 투입된 치어의 개체수로 정의된 값을 이용할 수 있고, 필요에 따라 치어의 폐사 등의 환경변화에 따라 생존미수(개체수)를 관리 일자별로 업데이트할 수 있다.
제어장치(120)는 예상중량에 폐사데이터(폐사된 개체의 중량)을 뺀 값으로 예측 생존예상중량을 계산할 수 있다.
또한, 제어장치(120)는 수질환경데이터를 수집 및 계산할 수 있다.
제어장치(120)는 센서를 통해 수질환경을 측정하고, 설정한 데이터와 비교하여 오차를 줄이는 방식으로 수질환경을 설정한 값에 유지할 수 있다. 제어장치(120)는 설정값에서 측정값이 기준치 이상 차이-예를 들어, 10% 내외의 차이-가 날 때 경보를 통해 사용자에게 알람을 통해 알려주고 해당 위험을 해결하도록 하여, 안정적인 수질환경을 유지할 수 있다.
예를 들어, 제어장치(120)는 온도 제어를 위해 온도 순환펌프를 온/오프하여 사육조의 환경을 유지하도록 제어할 수 있다.
제어장치(120)는 탁도 제어를 위해 드럼스크린의 샤워펌프 가동을 온/오프하여 여과량을 제어할 수 있다.
제어장치(120)는 용존산소(DO) 제어를 위해 솔밸브를 통해 산소공급을 온/오프하여 탁도를 유지하도록 제어할 수 있다.
제어장치(120)는 수소이온농도지수(pH) 제어를 위해 정량펌프를 통해 약품 공급을 PID 제어하여 수소이온농도를 유지하도록 제어할 수 있다.
도 2는 본 실시예에 따른 스마트 장어 양식 시스템의 제어장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 제어장치(200)는 사료 급이량 계산부(210), 일일증육 계산부(220), 생존중량 계산부(230), 예상중량 계산부(240), 생존미수 계산부(250), 개체당 무게 계산부(260), 폐사 개체수 계산부(270), 예측 생존중량 계산부(280), 사료효율 계산부(290) 등을 포함할 수 있다.
사료 급이량 계산부(210)는 사육조에 투입하는 사료의 중량을 계산할 수 있다. 사육조에 투입하는 사료는 건사료 또는 습사료일 수 있다. 습사료를 기준으로 급이량을 정의하는 경우에는 건사료 및 투입되는 물의 양을 기준으로 사료 급이량을 계산할 수 있다.
사료 급이량 계산부(210)는 입식 데이터-예를 들어, 장어의 종류, 원산지, 무게 등-의 정보를 반영하여 표준 급이율을 기반으로 마리수/kg에 기초한 급이율 및 급이량을 계산할 수 있다.
일일증육 계산부(220)는 기 설정된 사료효율 또는 업데이트된 사료효율을 기초로 일일증육량을 계산할 수 있다. 예를 들어, 최초 사육을 시작한 1일차에는 사료 효율을 정확하게 계측할 수 없으므로, 경험칙에 따른 사료 효율을 50% 내지 80% 범위에서 임의로 선택할 수 있다. 2일차 이후의 사육의 중반부에서는 사료 효율을 반복적으로 업데이트하여, 실제 투입이 필요한 사료량을 정확하게 계산할 수 있다.
일일증육 계산부(220)는 투입되는 사료 급이량에 사료효율을 곱하여 개체의 증가된 중량을 계산할 수 있다.
생존중량 계산부(230)는 최초에 투입되는 장어 개체의 무게 또는 전날의 장어 개체의 무게를 기초로 현재 상태에서 생존하고 있는 개체의 중량을 계산할 수 있다.
사육조에 존재하는 장어를 매일 꺼내어 개체의 크기 및 개수를 측정하는 것에는 인력의 한계가 있고, 장어의 생육에 악영향을 끼치게 되므로 비접촉에 기반한 간접 추정의 방식을 통해 개체의 정보를 최적 계산할 필요가 있다.
특히, 생존중량 측정은 최초에 측정된 개체의 수 및 중량과 투입된 사료 급이량을 기초로 추정하는 것이 바람직할 수 있다.
예를 들어, 사육 1일차에 계산된 생존중량을 기초로, 사료 급이량 기반으로 2일차 이후의 생존중량을 반복적으로 업데이트할 수 있다.
예상중량 계산부(240)는 생존중량 계산부(230)에서 획득한 생존중량 및 일일증육 계산부(220)에서 획득한 일일증육에 관한 데이터의 합으로 개체의 예상중량을 계산할 수 있다.
예를 들어, 예상중량 계산부(240)는 1일차 생존중량이 500kg이고, 일일증육 5kg인 경우 2일차 예상중량을 505kg으로 계산할 수 있다.
생존미수 계산부(250)는 예상중량을 기초로 생존미수를 계산할 수 있다.
예를 들어, 생존미수 계산부(250)는 개체의 kg당 평균 미수가 2 미수/kg인 경우에 사육조에 포함된 장어의 미수를 505kg / 2 (미수/kg) = 253마리로 계산할 수 있다.
개체당 무게 계산부(260)는 예상중량에 생존마리수를 나누어 개체 1마리당 무게를 계산할 수 있다.
폐사 개체수 계산부(270)는 일자별로 폐사한 장어의 개수를 파악하여 전체 생존마리수 계산에 적용할 수 있다.
예측 생존중량 계산부(280)는 사육조의 예상중량에 폐사한 개체의 무게를 뺀 값을 예측 생존예상중량으로 계산할 수 있다.
사료효율 계산부(290)는 실제 투입한 사료 대비 계산된 예측 생존예상중량의 효율 및 실제로 획득된 실제 중량에 기초한 효율을 재계산하여, 다음 일수 또는 다음 생육 사이클의 급이율 계산에 활용할 수 있다.
예를 들어, 사료효율 계산부(290)는 예측 생존예상중량과 실제로 획득된 실제중량의 차이를 비교하고, 실제중량을 기초로 사료효율을 업데이트할 수 있다.
이 경우, 특정 횟수의 반복을 통해 사료효율이 수렴하거나, 특정한 상관관계를 가지는 식을 도출하여 현재의 사육조와 동일한 조건 또는 유사한 조건을 가지는 다른 사육조에 동일하게 적용할 수 있다.
개체의 생장에 따라 사료 효율은 점차적으로 감소하는 것이 일반적이므로, 위 계산에 따라 사료 효율을 정확하게 계측하고, 낭비되는 사료를 줄일 수 있다.
사료효율 계산부(290)는 최초에 예상한 사료 효율과 실제 증육된 개체의 최종 중량을 비교하여, 투입 사료량 대비 개체의 증육량을 비교하고, DB로 관리할 수 있다. 사료효율은 사육조별로 각각 획득될 수 있고, 최초에 서로 다른 사료 효율을 가지는 복수의 사육조의 데이터를 기초로 일정한 상관관계를 획득할 수 있다. 예를 들어, 사료효율이 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80% 등으로 설정된 복수의 사육조의 예상 사료효율과 실제 사료효율을 비교하고, 룩업테이블의 형식으로 각 데이터의 선형 보간 등을 통해 개체의 특성 및 환경 조건을 반영하여 업데이트된 사료 효율을 기초로 새로운 치어 투입 및 생장을 시도할 수 있다.
이러한 방법으로 실제 투입되는 사료 중 개체가 섭취하지 않고 낭비되는 폐기물을 줄일 수 있으며, 개체의 체내로 흡수되지 않는 사료의 정보를 효과적으로 획득 및 관리할 수 있다.
사육조 내에서 섭취되지 않고 낭비되는 사료는 찌꺼기 형태로 낭비되므로, 사육조 내의 탁도를 악화시킬 수 있다. 스마트 양식 시스템은 투입되는 사료량 및 사료 효율과 탁도의 변화에 관한 상관관계를 도출하고, 이를 기초로 여과장치의 구동을 통해 탁도 변화를 수치화하고 사육조의 환경을 개선시킬 수 있다.
도 3은 본 실시예에 따른 스마트 장어 양식 시스템의 구조도이다.
도 3을 참조하면, 스마트 장어 양식 시스템(300)에서 제어장치(310)에서 표준 급이율을 기반으로 산출된 사료량은 데이터베이스에 저장되며, 자동사료 배합기에 사료와 물 양을 전달할 수 있다. 이를 통해 사육조 번호만 지정하면 사육조별로 자동으로 배합된 사료를 제조할 수 있고, 로봇을 통해 배합된 사료를 지정된 사육조에 투입함으로써 사육조별로 개별 제어가 가능한 스마트 양식 시스템을 구현할 수 있다.
제어장치(310)는 제1 내지 제10 사육조(310-1 내지 310-10)의 각각의 개별 모니터링 및 개별 사료량 및 사료 효율 제어가 가능한 스마트 양식 시스템을 구현할 수 있다.
제어장치(310)은 제1 내지 제10 사육조(310-1 내지 310-10)의 각각의 사료 효율을 결정할 수 있고, 사료 효율을 결정하기 위한 요인으로서 입식 데이터, 사육조 내부 kg당 마리수, 내부 환경조건, 탁도와의 상관관계 등을 고려하어 사료 효율을 새롭게 정의할 수 있다.
도 4는 본 실시예에 따른 스마트 양식 솔루션에 기반한 장어 양식 방법의 순서도이다.
도 5를 참조하면, 장어 양식 방법(400)은 사료효율 입력 단계(S410), 일일증육 계산 단계(S420), 예상중량 계산 단계(S430), 개체수당 평균 크기 계산 단계(S440), 예측 생존예상중량 계산 단계(S450), 사료효율 업데이트 단계(S460) 등을 포함할 수 있다.
스마트 양식 시스템은 사육조별로 개별적으로 데이터를 수집하여 장어를 사육할 수 있다.
사료효율 입력 단계(S410)는 사육조에 치어를 투입하고 사육을 시작하는 시점에 사료 효율을 최초에 입력하는 단계일 수 있다.
예를 들어, 각 사육조별로 제1 사육조에서는 사료효율을 60%로 설정하고, 제2 사육조에서는 사료효율을 70%로 설정하고, 제3 사육조에서는 사료효율을 80%로 설정할 수 있다.
스마트 장어 양식 시스템은 제1 내지 제3 사육조 각각의 사료효율 변화를 기초로 각 사육조의 사료효율을 업데이트하거나, 3개 사육조의 사료효율 변화의 평균값을 기초로 사료효율을 업데이트하여 보다 정확한 통계치를 획득 및 관리할 수 있다.
또한, 최초의 장어 치어 투입 단계에서 양식장의 사육조에 투입된 장어 치어의 개수를 계산할 수 있다.
일일증육 계산 단계(S420)는 사육조에 투입한 사료량을 기초로 개체의 증가된 중량을 계산하는 단계일 수 있다. 예를 들어, 투입된 사료량에 기 설정된 사료효율값을 곱하여 일자별로 개체의 중량 증가값인 일일증육값을 계산할 수 있따.
예상중량 계산 단계(S430)는 사육조에서 생존하고 있는 장어의 생존중량을 계산하는 단계일 수 있다. 또한, 최초에 투입한 치어의 생존미수를 기준으로 현재 단계의 생존미수를 계산하는 단계일 수 있다.
예를 들어, 제1 시점에 생존미수가 3000미(1500kg) 인 경우에, 사료 급이량 18kg 사료효율 50%일 때 일일증육량 9kg 의 합으로 제2 시점의 생존미수 3000미(1509kg)를 계산할 수 있다. 이 경우, 마리수는 변경 없이 중량만 증가할 수 있다.
또한, 제2 시점에 계산된 생존미수 및 생존중량 3000미(1509kg)를 기초로 일일증육 9kg 의 합으로, 제3 시점에 예상중량 1518kg을 계산할 수 있다.
스마트 양식 시스템은 생존중량에 일일증육값을 더하여 현재 시점에 예측되는 예상중량을 계산할 수 있다.
개체수당 평균 크기 계산 단계(S440)는 미수(마리수)/kg으로 계산할 수 있다. 예를 들어 예상중량 현재 사육조 미수(마리수) 3000 에 1518을 나누면 기존 평균 2미의 크기의 장어들이 1.97미 크기로 성장하는 것을 예측할 수 있다.
kg당 미수로 정의되는 계산식은 1kg 당 개체의 개수로 정의되므로, 개체의 중량을 비교하기 위한 지표로 이용할 수 있다.
예측 생존예상중량 계산 단계(S450)는 예상중량에 폐사한 개체의 중량을 뺀 값인 생존예상중량을 계산하는 단계일 수 있다.
사료효율 업데이트 단계(S460)는 예상중량에 폐사된 개체의 중량을 뺀 값인 예측 생존예상중량을 계산하고, 투입된 사료량 대비 실제 증가된 개체의 중량의 비율을 사료효율로 업데이트하는 단계일 수 있다.
제1 사육조 및 제2 사육조에서 서로 다른 사료효율값을 적용하고, 각각의 사육조에서 획득된 사료효율을 평균하여 평균사료효율값을 계산할 수 있고, 평균사료효율값을 다음 일자 또는 다른 사육조에 적용할 수 있다.
또한, 스마트 양식 시스템은 예측 생존예상중량과 실제중량의 차이가 기 설정된 편차기준 이내에 도달할 때까지 사료효율 측정 및 업데이트를 반복할 수 있다.
스마트 양식 시스템은 사료효율값 변화에 따라 변화하는 장어의 개체수 변화를 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 스마트 양식 시스템은 사료효율값 변화에 따라 변화하는 장어의 개체수 변화에 관한 상관관계를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
스마트 양식 시스템은 사료 효율값에 관한 정보를 획득 및 관리하고, 사료 효율값을 최적화하여 낭비되는 사료량을 줄이고, 여과장치의 구동을 최소화하여 여과장치를 포함하는 스마트 양식 시스템의 수명을 증대시킬 수 있다.
또한, 스마트 양식 시스템은 사육조로 사료를 자동 공급하는 사료공급장치를 더 포함할 수 있다. 사료공급장치는 업데이트된 사료 효율을 기초로 사료 투입량을 조절함으로써, 전술한 사료효율 변경에 따른 사료량 변경을 자동적으로 수행할 수 있다.
도 5는 본 실시예에 따른 스마트 장어 양식 시스템의 예시 구성도이다.
도 5를 참조하면, 스마트 장어 양식 시스템(500)의 제어장치(510)는 살균장치(520), 여과장치(530), 산소용해장치(540) 등을 모니터링하고 동작을 제어할 수 있다.
스마트 장어 양식 시스템(500)의 관제 센터에서 웹, 모니터링 화면을 통해 수질환경 목표 데이터 및 기자재 동작 신호를 변경하면 태그데이터베이스에서 태그값이 변경되고, 변경된 태그데이터베이스는 제어장치(510)와 Modubs RTU, TCP/IP 통신을 통해 연결되어 살균장치(520), 여과장치(530), 산소용해장치(540)을 통합 제어할 수 있다.
제어장치(510)에서 현재 수질데이터와 요구하는 데이터를 비교하여 사용자가 원하는 환경을 위해 끊임없이 제어를 수행할 수 있고, 제어데이터는 다시 태그데이터베이스로 전송하여 실시간으로 연동하여 양식장 내의 용존산소 최적화 및 여과 동작 최적화를 수행할 수 있다.
특히, 복수의 사육조에서 양식하고 있는 개체-예를 들어, 민물장어- 등의 먹이 투입량, 배설물 배출량, 개체의 수량 등에 따라 각 사육조에서 용존산소량의 변화가 달라지게 되고, 또한 필요한 여과량이 달라질 수 있다.
따라서, 제어장치(510)는 사육조별로 환경 조건을 판단하고, 각 사육조별로 산소용해장치 및 여과장치의 특성을 수치적으로 데이터베이스화하여 관리하여 스마트 양식 환경을 구축할 수 있다.
도 6은 본 실시예에 따른 여과장치의 예시 구성도이다.
도 6을 참조하면, 스마트 장어 양식 시스템(500)의 여과장치(530)는 샤워기(534), 드럼스크린(535), 수위계(536) 등을 포함할 수 있다.
여과장치(530)는 측정대상-예를 들어, 양식장-의 불순물을 여과하기 위한 장치일 수 있다. 측정대상의 상태를 용존산소(DO)에 의해 파악할 수 있지만, 양식장 내의 생물체의 생존 환경 개선을 위해서는 여과장치(530)에 의해 불순물을 적절하게 제거할 필요가 있다.
여과장치(530)의 드럼스크린(535)는 세척수(502)의 유입, 유출수(503)의 배출 및 슬러지(501)의 필터링이 가능한 메쉬 형태의 구조일 수 있고, 원통형 구조를 가져 회전운동으로 슬러지를 하면으로 이동시켜 수압에 의한 여과를 수행할 수 있다.
여과장치(530)는 탁도계를 이용하여 내부 탁도를 계산할 수 있지만, 원통형 여과장치(530)의 내부 위치에 따라 탁도가 달라지고, 회전운동에 따라 슬러지가 일부 영역에 뭉침 현상이 나타게 되어 탁도가 달라질 수 있다.
여과장치(530)는 모니터링 정확도 향상을 위해서 수위계(536)를 더 포함할 수 있다. 필요에 따라 탁도계는 생략될 수 있으나, 수위계를 이용하여 탁도계의 정확도를 검증하거나 보완할 수 있다.
제어장치는 탁도데이터의 변화에 따른 수위데이터(Data_WL)의 변화에 관한 상관관계를 미리 획득해두고, 수위데이터의 변화에 따라 샤워기(534)의 세척수 주입 간격 및 유량을 제어신호(CS_shower)에 의해 제어할 수 있다. 또한, 수위데이터의 변화에 따라 드럼스크린(535)의 회전 속도 등을 제어할 수 있다.
여과장치(530)는 측정대상의 탁도를 감소시키는 여과 동작을 수행하기 위해 회전 운동으로 슬러지를 필터링하고, 외부에서 공급되는 세척수에 의해 표면을 세척함으로써 슬러지를 표면에서 탈착시켜 재포집할 수 있다. 여과장치(530)는 공급되는 세척수가 내부에서 유압을 형성하고 이로 인해 수압으로 슬러지를 필터링하여 여과장치(530) 내부에서 슬러지를 가둬 둘 수 있다.
여과장치(530)는 지속적인 회전운동 및 슬러지 필터링을 수행하는 연속적인 여과 동작을 수행하고, 이 과정에서 세척수 유입을 지속하여야 하는 문제점이 발생한다. 여과장치(530)의 장기간 운전에 따른 산업 용수 낭비의 문제가 지적되고 있다.
산소용해장치 및 상기 여과장치의 상태를 모니터링하여 동작을 제어하는 제어장치-예를 들어, 중앙컨트롤러 등-를 포함할 수 있다. 제어장치는 상기 여과장치 내의 탁도데이터 및 수위데이터를 기초로 여과장치에 공급되는 세척수의 공급타이밍과 유량을 제어할 수 있다.
스마트 장어 양식 시스템(500)에서 여과장치(530)는 원통형 드럼스크린이고, 표면은 메쉬 형태로 세척수의 유입의 수위를 유지하여 슬러지의 필터링을 발생시킬 수 있다.
스마트 장어 양식 시스템(500)에서 제어장치는 세척수의 주입 간격에 따른 탁도데이터의 변화를 모니터링하여 저장하고, 여과장치의 회전속도 및 세척수의 공급타이밍을 결정할 수 있다.
여과장치(530)의 내부에서 세척수의 유입 및 드럼의 회전운동으로 인해 유입수와 슬러지의 혼합물의 탁도 정보가 균일하지 않을 수 있다. 예를 들어, 내부의 탁도는 여과장치의 하단과 상단, 중앙부 등에서 상이할 수 있다. 따라서, 탁도계가 설치된 지점에 대해서 탁도데이터만을 이용하는 경우, 현재의 여과 상태를 정확하게 판단하지 못하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 수위계를 통해 수위데이터를 획득하고, 탁도데이터와의 상관관계를 미리 또는 실시간으로 획득하여 보다 정확한 여과 상태를 판단할 필요가 있다.
예를 들어, 여과장치(530) 내에서 탁도가 높아지는 경우에 세척수의 유입 속도보다 여과수의 배출 속도가 느려질 수 있고, 이로 인해 여과장치(530) 내부의 수위가 높아질 수 있다. 따라서, 제어장치는 탁도데이터와 여과장치(530)의 내부 수위 변화에 관한 상관관계(Correlation)을 그래프 또는 룩업테이블로 획득 및 저장하여, 보다 정확한 여과 정보를 획득할 수 있다.
예를 들어, 여과장치(530)의 내부에는 수위데이터를 획득하는 수위계가 설치되어 있고, 제어장치는 여과장치(530) 내부에서 획득된 수위데이터가 기준수위 값보다 높은 경우에는 슬러지의 필터링이 지연되는 것으로 판단하고 세척수의 주입 간격을 증가시킬 수 있다. 이 경우, 세척수를 유입하는 샤워기의 제어 간격을 30분에서 40분, 50분, 60분 등으로 주입 간격을 증가시킬 수 있으며, 그 역의 상황에서는 샤워기의 제어 간격을 감소시킬 수 있다.
스마트 장어 양식 시스템(500)은 제어장치(510)를 통해 여과장치(530)의 동작 및 산소용해장치(540)의 동작을 모두 모니터링하여 제어할 수 있다. 수질 관리 시스템은 여과장치(530)의 모니터링 및 제어를 통해 양식장 내의 생물의 사육환경을 개선할 수 있고, 산소용해장치(540)의 모니터링 및 제어를 통해 생물의 위협상황을 방지할 수 있다.
스마트 장어 양식 시스템(500)은 생물의 사육환경 변화에 대응하여 최적화된 제어를 수행하는 것을 1차적인 목적으로 하지만, 사육장 내 산소 공급은 생물의 생존의 필수적인 요건이므로 이중산소공급라인 및 링네트워크/메쉬네트워크 이중화 구축을 통해 다단계의 안전 수단을 구비해두어 높은 안전성을 확보한 스마트 양식장 환경을 구현할 수 있다.
스마트 장어 양식 시스템(500)은 장어의 생육환경 변화를 고려하고, 이와 동시에 수질환경 데이터를 수집 및 수질환경을 제어함으로써 장어의 생장을 위한 최적 관리가 가능한 통합 시스템을 구현할 수 있다.
스마트 장어 양식 시스템(500)은 입식 데이터 입력과 동시에, 수질환경 데이터를 설정 및 입력할 수 있다.
예를 들어, 스마트 장어 양식 시스템(500)은 수질환경 데이터를 온도 28~30도, 탁도 10mg/L, 용존산소(DO) 5 mg/L 이상, 수소이온농도(pH) 6.5~8.5로 유지시킬 수 있다.
스마트 장어 양식 시스템(500)은 센서를 통해 수질환경을 측정하고, 설정한 데이터와 비교하여 오차를 줄이는 방식으로 수질환경을 설정한 값에 유지할 수 있다. 설정 값에서 일정 오차범위가 발생하는 경우에는 스마트 장어 양식 시스템(500)은 경보를 통해 사용자에게 알려주고 해당 위험을 해결하도록 하여, 안정적인 수질환경을 유지할 수 있다.
스마트 장어 양식 시스템(500)은 온도 제어를 위해 온도 순환펌프를 온/오프하여 사육조의 환경을 유지하도록 제어할 수 있다.
스마트 장어 양식 시스템(500)은 탁도 제어를 위해 드럼스크린의 샤워펌프 가동을 온/오프하여 여과량을 제어할 수 있다.
스마트 장어 양식 시스템(500)은 용존산소(DO) 제어를 위해 솔밸브를 통해 산소공급을 온/오프하여 탁도를 유지하도록 제어할 수 있다.
스마트 장어 양식 시스템(500)은 수소이온농도지수(pH) 제어를 위해 정량펌프를 통해 약품 공급을 PID 제어하여 수소이온농도를 유지하도록 제어할 수 있다.
스마트 장어 양식 시스템(500)은 PC를 기반으로 ETHERNET, MODBUS, D-NET 등 산업용 네트워크와 연동할 수 있으며, 실시간으로 모든 데이터를 확인 할 수 있다.
또한, 스마트 장어 양식 시스템(500)은 산소용해기, 여과장치, 브로워 등 양식기자재들과 통신과 연동 되어있어 원격으로 온/오프 경보 등을 확인 및 제어 할 수 있다.
스마트 장어 양식 시스템(500)은 입식 데이터와, 급이 데이터를 기반으로 각 사육조별 크기, 중량, 마릿수, 폐사, 급이량, 일일증육, 예상중량, 생존미(마리)수, 생존중량 과 센서를 통한 수질환경데이터를 매일 자동으로 보고서를 작성하여 저장 및 관리할 수 있다.
스마트 장어 양식 시스템(500)은 각 사육조별로 예상 중량을 수치화 할 수 있고, 민물장어 크기별로 나누는 선별작업을 통해, 예상중량과 실제 중량을 비교하여, 평균적인 예상 일일 증육을 다시 계산 할 수 있다.
스마트 장어 양식 시스템(500)은 선별작업 후 다시 입식데이터를 입력하여, 각 단계별 입식, 사육 데이터, 수질환경 데이터를 계속해서 보고서를 통해 수집할 수 있다.
스마트 장어 양식 시스템(500)은 이러한 과정을 통해서 치어부터 성체까지 성장을 데이터화하고 계산해서 머신러닝을 통해 더욱 명확한 사료량에 따른 일일 증육을 계산할 수 있어, 사료량 예측, 성체 사육기간들을 예측하여 더욱 명확한 유지비 계산이 가능하게 된다.

Claims (10)

  1. 사육조별로 개별적으로 데이터를 수집하여 장어를 사육하는 스마트 양식 시스템의 장어 양식 방법에 있어서,
    양식장의 사육조에 투입된 장어 치어의 개수를 계산하고, 사육조에 투입된 사료량을 계산하는 단계;
    상기 투입된 사료량에 기 설정된 사료효율값을 곱하여 일자별로 개체의 중량 증가값인 일일증육값을 계산하는 단계;
    상기 사육조에서 생존하고 있는 장어의 생존중량을 계산하는 단계;
    상기 생존중량에 상기 일일증육값을 더하여 현재 시점에 예측되는 예상중량을 계산하는 단계;
    상기 예상중량에 폐사된 장어의 개체수의 무게를 뺀 예측 생존예상중량을 계산하는 단계; 및
    상기 예측 생존예상중량과 실제로 획득된 실제중량의 차이를 비교하고, 실제중량을 기초로 사료효율을 업데이트하는 단계를 포함하는, 장어 양식 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제1 사육조 및 제2 사육조에서 서로 다른 사료효율값을 적용하고, 각각의 사육조에서 획득된 사료효율을 평균하여 평균사료효율값을 계산하는, 장어 양식 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 예측 생존예상중량과 상기 실제중량의 차이가 기 설정된 편차기준 이내에 도달할 때까지 사료효율 업데이트를 반복하는, 장어 양식 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    사료효율값 변화에 따라 변화하는 장어의 개체수 변화를 모니터링하는 단계를 더 포함하는, 장어 양식 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    사료효율값 변화에 따라 변화하는 장어의 개체수 변화에 관한 상관관계를 계산하는 단계를 더 포함하는, 장어 양식 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스마트 양식 시스템은,
    상기 사육조의 탁도를 감소시키는 여과 동작을 수행하기 위해 회전 운동으로 상기 슬러지를 필터링하고, 외부에서 공급되는 세척수에 의해 표면을 세척함으로써 상기 슬러지를 표면에서 탈착시켜 재포집하는 여과장치를 더 포함하는, 장어 양식 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 장어 양식 방법은 연산이 가능한 제어장치에 의해서 수행되고,
    상기 제어장치는, 상기 여과장치의 상태를 모니터링하여 동작을 제어하고, 상기 여과장치 내의 탁도데이터 및 수위데이터를 기초로 상기 여과장치에 공급되는 상기 세척수의 공급타이밍과 유량을 제어하는, 장어 양식 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 여과장치는 원통형 드럼스크린이고, 표면은 메쉬 형태로 상기 세척수의 유입의 수위를 유지하여 상기 슬러지의 필터링을 발생시키고,
    상기 여과장치의 내부에는 상기 수위데이터를 획득하는 수위계가 설치되어 있고,
    상기 제어장치는 상기 여과장치 내부에서 획득된 수위데이터가 기준수위 값보다 높은 경우에는 슬러지의 필터링이 지연되는 것으로 판단하고 상기 세척수의 주입 간격을 증가시키는, 장어 양식 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어장치는 상기 세척수의 주입 간격에 따른 상기 탁도데이터의 변화를 모니터링하여 저장하고, 상기 여과장치의 회전속도 및 상기 세척수의 공급타이밍을 결정하는, 장어 양식 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 스마트 양식 시스템은 상기 사육조로 사료를 자동 공급하는 사료공급장치를 더 포함하고,
    상기 사료공급장치는 업데이트된 사료 효율을 기초로 사료 투입량을 조절하는, 장어 양식 방법.
KR1020220144635A 2022-11-02 2022-11-02 스마트양식 솔루션을 적용한 장어 양식 방법 및 이를 적용한 데이터 기반 장어 양식 시스템 KR20240062764A (ko)

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