스마트양식 국내기술현황

 

미래의 첨단 스마트양식장 구성도

1. 스마트양식 현황

해산물 양식은 미래의 식량공급 방안으로 각광을 받고 있으나 현재의 대부분의 중소 양식장은 데이터에 의한 생산이 아닌 경험치의 직관과 감각으로 운영되고 있는 실정입니다. 급변기를 맞은 4차 산업혁명과 5G 상용화에 즈음하여 5G 기반 초연결, 초저지연, 초고속 시대 대비 진화하는 스마트 양식설비 기술들을 발굴 개발하는 추세입니다. 국내 스마트 양식산업에 실질적으로 기여하고 다양한 어종들의 수조내의 생태환경을 수치화/빅데이터화하여 양식물들의 생육환경을 최적화 할 수 있는 데이터를 구축 양식장운영시스템의 도입이 절실하게 되었습니다. 마침내 5G 상용화로 획기적인 기술을 적용하게 되었으며, 양식장ioT시스템에 인공지능(AI)기술, AR/VR기술을 적용하여, 5G무선통신망이 적용되지 않으면 꿈도 꾸지 못할만한 스마트한 양식장운영시스템 구축이 가능해 졌습니다.이를 통하여 대한민국이 세계 스마트양식장을 주도할 수 있는 기회로 삼으며, IT강국인 대한민국이 5G 콘텐츠를 활용하여, 스마트양식의 최강국이 될수있을것입니다.

 

2._스마트양식 필요성

식 산업은 대규모의 자본투자 설비 산업임에도 불구하고 자동제어, IT 등의 첨단산업으로의 변화가 더딘 산업임. 보통의 양식장은 오염원 격리, 생태점검 등을 단순한 직관에 의지 하고 있으며, 정전등의 큰 위험에 대응하는 시설들 외에는 별다른 것이 없는 상황입니다. 실제 최종단의 모니터링할 대상들의 환경을 실시간으로 수치화하여 모니터링하고 이상 징후를 신속히 발견하여 즉각적인 대응을 할 수 있게 된다면 양식산업은 첨단산업으로 발전할 수 있을 것으로 생각됩니다. 더우기 5G상용화를 계기로 AR/VR간은 첨단기술을 접목하고, 단순하면서 집약적인 양식설비들을 개발하여 보급한다면 파급효과가 매우 클 것으로 예측됩니다. 국내 양식 산업의 폐쇄적인 양식기술들을 최근 IT기술의 중요한 축인 개방형 기술들로 수치화하여 어가에 보급한다면 국내 양식업은 국가주도의 노르웨이 스마트양식업을 뛰어넘을 날도 얼마 남지 않을 것입니다.

 

3._스마트양식 연구범위

기반 설비시설을 선도해갈 수 있는 실제적인 수조내의 생태분석 모니터링의 핵심 노하우를 확보하고, 대규모 설비산업이 아닌 기존 유수식 양식장에 손쉽게 추가 적용하여 사용할 수 있는 심플한 모델형태의 제품군을 목표로 할 필요가 있습니다. 또한 국내의 대규모 자본의 투자에 의한 자동화 양식장들이 있으나, 기존의 중소양식장에서는 기존설비들을 교체하면서까지 IoT양식장을 구현하기는 쉽지 않으므로 기존 중소양식장에 바로 적용 가능한 모델들을 개발하여 대규모의 투자 없이 실시간 양식장 모니터링 및 제어 방안을 제시합니다.

 

03._스마트양식 구축단계

 ■1단계-원격제어

  -사물인터넷(IoT)을 기반으로 한 수온·염분·pH 등 실시간 수질환경을 모니터링하는 원격제어 시스템을 구축 합니다

  -원격감시와 원격제어가 이루어지는 단계입니다.

  -원격감시와 제어를 하는 주체는 사람입니다.

 ■2단계

  -사람과 컴퓨터가 함께 데이터를 기반으로 하여 수질환경을 모니터링해 복합적인 환경을 제어하는 자동제어 시스템을

   구축합니다.

  -1단계에서 실시간 정보를 모니터링했다면, 2단계에서는 5G,  AR/VR기술, AI기술울 접목하여, 복합적으로 모니터링하

   는 융합시스템을 구축합니다.

  -이를 통해 양식장을 자동제어가 가능한 시스템으로 업그레이드 합니다.

 ■3단계-지능화

  -빅데이터‧인공지능(AI)을 기반으로 하는 2단계를 고도화하여 최적의 생육환경을 자동으로 구현하는 지능형 양식 시스

   템을 구축합니다.

  -양식어업 인력의 개입을 최소화하여 양식장 스스로 주변 환경 및 생물을 인식하고 자동 사료 급이, 양식장 환경제어,

   건강관리, 제품 출하 등을 판단해 양식장을 관리합니다. 

 ■4단계-자율경영(로봇)

  -자율경영 단계에서는 로봇이나 수중드론을 투입하여 수조청소, 어군군집통제, 집중관찰등 생산량을 극대화 하는 등

   최적의 양식경영 시스템을 구축합니다.

 

4._스마트양식시스템 구축 전략

  ■5G Network기반으로 구축합니다.

  ■AR/VR을 기반으로 몰입/증강 시각화를 적용합니다.

  ■영상+IoT기반 양식생태 AI분석을 도입합니다.

 

5._스마트양식시스템 구축 목표

  ■VR/AR - 관리자 (원격) 모니터링

    •현장수조 증강 모니터링

    •360도 양식장 모니터링

    •전문가 원격 지원 요청

 

  ■VR/AR - 전문가 원격 지원

    •전문가 원격 지원 수락

 

  ■VR/AR - 공통기능

    •AI 연계 어류 모니터링

    •360도 수조 모니터링

    •개체 이상 원격 모니터링

    •IoT 센서 기록 시각화

    •생육 기록 시각화

 

  ■양식장 영상분석 시스템

    •영상 수집

    •영상 처리 (AI 연계)

    •360 영상 스트리밍

    •지표화 데이터 인터페이스

 

  ■양식장 IoT 관리 시스템

    •용존산소량

    •수온

    •PH

    •염도

    •해수펌프 동작상태

    •공기펌프 동작상태

 

  ■양식장 AI인공지능

    •어류고립개체인식 모듈

    •어류군집인식 모듈

    •어류수량추정 모듈

    •어류평균크기추정 모듈

 

  ■양식장 영상 수집 하드웨어 체계

    •수조 내부용 RGB 또는 IR 또는 초음파 영상

    •방수 기능 탑재

    •수조 외부용 양식장 모니터링 360 영상 제공

 

6._스마트양식시스템 구축 절차

  ■System Architecture수립

   •MAS/Container 기반플랫폼 구축

   •스마트양식장 표준 API 구축

   •시스템간 표준 Interface 개발

   •Java Spring Framework 개발

 

  ■융합콘텐츠 Integration방안 수립

   •Agile체계 및 방법론 도입

   •CT(Continuance Test) 방안 수립

   •테스트자동화 및 테스트 관리도구 적용

 

  ■양식장 AI 분석/판단지원 시스템 개발

   •어류개체인식 모듈 개발

   •어류 군집인식 모듈 개발

   •어류수량추정 모듈 개발

   •어류크기추정 모듈개발

   •어류폐사 추적 모듈 개발

 

  ■양식장 영상 수집 하드웨어 체계 개발

   •범용 360 CAM 및 IR360 카메라를 이용한 양식장 스트리밍 구성

   •수중 RGB/IR/360 CAM을 이용한 수조 모니터링 및 AI분석용 영상수집 하드웨어 체계 개발

   •AI 분석 서비스와 연계하기 위한 최적의 하드웨어 체계 구성

  ■AI기반 양식장 영상분석 시스템 개발

   •VR/AR app 및 유관시스템 연계를 위한 API 제공

   •하드웨어로부터 영상 수집하여 영상 DB화

   •개발된 AI알고리즘을 실행하여, 수조 영상 분석

   •알고리즘으로부터 데이터 지표화하여 DB화

   •360 영상 스트리밍

 

  ■스마트 양식장 VR/AR App 개발

   •Android, MS Hololens , 총 2종 운영체제지원

   •양식장 및 수조 360도 모니터링

   •AI 연계 모니터링 및 데이터 시각화(개체 크기, 크기별 수량 추정, 개체 이상)

   •IoT 연계 모니터링 및 데이터 시각화(용존산소, 수온, PH, 염도, 해수펌프, 공기펌프 현황)

   •생육기록 데이터 시각화

   •어가 및 전문가간 원격 지원 체계 지원

 

  ■양식장 환경 데이터 수집 분석

   •스마트양식장 서버 및 CMS시스템 개발

   •스마트양식장 통합관제시스템 개발

   •종단 센서연계 모니터링 및 데이터 수집(용존산소, 수온, PH, 염도, 해수펌프, 공기펌프 현황)

   •센서용 센서 박스 개발

   •IOT 서버 통합 연동 개발

 

  ■어종별 생육데이터 분석 및 가공

   •생육정보 별 사료 급이 방식 처리기 개발

   •생육기록 데이터 수집 및 가공

   •어가 및 전문가간 원격 지원 체계 개발

   •생육환경 정보 연동 생육데이터 분석

 

  ■AI/AR/VR 데이터 연동

   •AR/VR 동영상 서버 API호출 및 연동 데이터 교환

   •AI 연계 데이터 송수신 연동 및 처리(개체 크기, 크기별 수량 추정, 개체 이상)

   •AR/VR/AI 연계 모니터링 및 데이터 연동(용존산소, 수온, PH, 염도, 해수펌프, 공기펌프 현황)