스마트 축사 시스템에서 가장 중요한 부분은 내·외부 대기환경 변화에도 가축이 고품질로 성장할 수 있도록 사육환경을 유지하는 것이다. 특히 여름과 겨울에는 여러 질병이 발생하기 때문에 축사환경에서 온·습도 유지가 매우 중요하다. 이러한 환경을 관리하기 위해 축사용 스마트 시스템이 도입되고 있으나 매우 고가이다. 본 연구에서는 퍼지제어와 HMI를 기반한 저가의 시스템 설계와 제어 방법을 제안한다. 제안된 시스템의 성능을 평가하기 위해 여름철과 겨울철의 대기환경 조건을 주어 시뮬레이션 실험하였으며, 그 결과 가축이 받은 온습도 스트레스를 최소화하는 성능을 보였다. 그리고 실제의 축사에 적용했을 때도 제안된 시스템은 외부대기 환경변화에도 안정적인 제어성능을 보였다. 본 연구에서 제안한 기법이 스마트팜 제어기로 적용된다면, 축사 환경관리에 있어 효과적일 것이다.
축산업에서 가축의 질병을 예방하고, 고품질의 축산 상품을 최대한으로 생산하기 위해서는 가축이 사육되는 축사의 환경을 최적의 상태로 관리할 필요가 있다. 오늘날 가축이 사육되는 환경을 개선하고 관리하고자, 공기 환경, 사육 환경 등 각각의 요인들과 가축의 생체 간 수치적 규칙을 해석하는 가축의 생육 모델 관련 연구가 진행되고 있다. 그러나 종래의 생육 모델로는 공기 환경과 사육 환경을 복합적으로 분석하고 해석하여, 축사에서 복합 환경을 제어하기 위한 의사 결정을 지원하기에는 미흡하다. 따라서 본 고는 축적된 생체 정보, 공기 환경, 사육 환경 및 생산 정보를 기반으로, 인공신경망을 이용한 복합 환경과 가축의 생체 간 계량적 모델을 생성하여 소프트웨어 기반으로 축사의 복합 환경을 제어할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.
우리 나라 축사는 생산효율 제고를 위하여 대형화, 밀폐화, 고밀도화, 자동화 경향이 뚜렷하다. 대형의 밀폐된 고밀도 축사는 쾌적한 실내환경을 전제로 하기 때문에 기계적으로 실내환경을 적절히 제어하지 않으면 안된다. 제한된 공간에 먼지, 병원성 미생물, 유해기체, 수분이나 열의 과도한 집적은 생산과 재생산효율에 심각한 영향을 미친다. 그러므로 축사내 생산주체인 가축과 작업인이 쾌적한 실내환경에서 생산활동을 할 수 있도록 열적, 화학적/생물학적 환경을 물리적으로 제어하지 않으면 안된다. 본 연구는 실험축사내 가축이 일정한 열을 발생할 때 실내공기의 유동형태를 예측하기 위해서 수행하였다. 이 연구의 결과를 실내환경제어를 위한 환기시스템 책략 개발의 기초자료로 활용할 수 있다. 실험축사내의 공기유동을 예측하기 위해 Body-Fitted Coordinate(BFC)의 격자배열과 k-$\varepsilon$ 난류모형 및 SIMPLE계열 solution scheme을 사용하였으며, 예측의 유효성 검정은 Boon(1978)의 실험결과를 이용하였다. 예측한 공기유동의 형태와 실험한 공기유동의 형태를 비교한 결과 대체로 만족할만한 결과를 얻었다. 그러나 유입공기의 온도가 1$0^{\circ}C$인 경우의 공기유동은 실험유동형태와 약간의 차이가 있었다. 즉, 실험에서는 수평슬롯으로 유입 된 공기가 바로 아래로 굴절되어 유동하였으나, 예측의 결과는 일정 거리로 수평방향으로 유동하다가 아래로 굴절하였다. 이런 유동의 차이는 k-$\varepsilon$ 난류모형 자체가 경험적으로 부력에 민감하게 반응않는 결함이 원인이 될 수도 있으며, 실험의 부적절한 수행이 원인이 될 수도 있다. 이 유동의 경우 Reynolds 수가 3,000정도의 난류이며, 완전발달유동 (fully-developed flow)이므로 관성력 (inertia force)이 부력 (buoyancy force)보다 커, 일정거리 수평으로 유동하다가 아래로 굴절할 수도 있기 때문이다. 앞으로 이를 규명하기 위한 보다 깊이 있는 연구가 이루어져야 할 것이다.
최근 국내 축산 농가들에서는 생산성 향상을 위해 축사 환경 및 사양관리, 안전한 축산물 생산, 동물 복지 등에 데이터를 기반으로 한 기술이 도입되고 있다. 또한, 정부는 정책적으로 축산물의 생산성 향상 및 축산 환경을 개선하기 위해 ICT기반의 축사시설 현대화를 통한 스마트 축사 보급 사업을 2017년부터 진행하고 있다. 그러나 현재 스마트 축사는 모니터링과 제어의 연계성, 다양성, 통합성 등에서 한계가 있다. 그러므로 다양한 모니터링과 제어의 연계 및 통합을 하기 위해 지능화된 알고리즘 및 원격 제어로 축산의 모든 과정을 지능적으로 시스템화하기 위해서는 사물인터넷, 빅데이터, 인공지능, 클라우드 컴퓨팅, 모바일 등 지능정보기술을 기반으로 한 스마트 축산 시스템 개발이 필요하다. 본 연구에서는 지능정보기술 기반의 스마트 축사 관련 국내외 연구동향을 소개하고 첨단기술의 국내 적용 한계를 분석하였다. 끝으로 축산분야에 적용 가능한 미래 지능정보기술에 대해서 살펴보았다.
현재 스마트폰과 애플리케이션은 우리의 생활에 커다란 변화를 가져오고 있으며, 농업 분야에 적용할 경우 농업의 부가가치와 생산성 향상 및 다양한 활용이 가능할 것으로 기대된다. 본 논문에서는 언제 어디서나 실시간으로 축사를 모니터링하거나 관리할 수 있는 스마트폰 어플리케이션을 제안하고자 한다. 제안하는 어플리케이션은 무선 센서 네트워크 기반 유비쿼터스 축사에서 수집된 축사의 환경정보 및 영상정보를 사용자가 스마트폰을 활용하여 실시간으로 축사를 모니터링 할 수 있으며, 언제 어디서나 스마트폰을 이용하여 축사시설을 제어할 수 있다. 제안하는 어플리케이션은 축사시설 제어를 가능하게 하여 사용자의 편의를 제공하고 생산량을 증대시킬 수 있다.
최근 IT 기술의 급속한 발전과, 인구노령화에 따른 노동력 부족에 대한 다양한 방안들이 나타난다. 축산업에서도 인공지능 기술을 활용하여 관리하는 시스템들이 늘어나고 있다. 제안하는 메타버스 기반의 스마트 축사 시스템은 디지털 가상 세계와 첨단 농업 기술의 결합으로 구성된 시스템이다. 이 시스템을 통해, 특별한 상황에서는 농부들은 축사에 직접 방문하지 않고도 동물의 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있으며, 센서와 카메라를 통해 수집된 데이터를 분석하여 보다 효율적인 농업 경영이 가능하다. 추가적으로, 원격 제어 기능을 통해 축사 환경의 조절이 가능하며, 이는 노동력 절감과 축산업의 활성화에 기여할 것이다.
과거에 비해 양계농가의 시설이 많이 현대화 되었다고 하지만 여전히 많은 노동력이 소비되는건 사실이다. 손쉽게 농장 환경을 제어하고 관리한다면 점점 고령화 되고 있는 양계인들에게 조금 더 편하고 집중력 있게 농장을 운영할 수 있을 것이다. (주)어비트(대표이사 반상형)는 종합관리시스템을 통해 농장환경을 모니터링하고 원격제어 및 관리가 용이한 자동화시스템으로 현재 농장상태, 과거 농장상태를 한눈에 비교 분석이 가능하며 손쉬운 통계관리가 가능해 사료효율성을 높이고 있다. 이번호에는 국내 축사시설현대화를 이끌고 있는 (주)어비트를 소개코자 한다.
다양한 IT융합기술 분야 중 바이오 및 환경센서를 활용한 농축산 산업분야에 관한 연구가 최근 주목받고 있다. 그중 축산산업의 질적 향상을 위한 방법으로 IT기술융합이 절실히 요구되고 있다. 특히, 축산물에 대한 실시간 건강산태 모니터링, 질병발생시 원인 파악 및 즉각적인 향후 대처방안 수립 등이 이에 해당된다. 이에 본 논문에서는 무선 센서 네트워크 기반에서의 축산산업 분야에서 축사 환경 모니터링 및 환경개선 시스템을 제안한다. 제안된 시스템은 축사의 무선 환경정보 수집 노드, 환경개선 노드, 축사 게이트웨이, 서버로 구성되어 대규모 축산산업 환경 모니터링과 환경개선이 가능하여 상황에 따른 능동적인 대응 및 가축의 최적 생활 요건과 질병발생시 환경에 따른 정보의 실시간 수집 및 최적 환경제어가 가능하다. 제안된 시스템을 활용하면, 집단 폐사와 같은 재해에 실시간 대응 및 가축관리의 최적 생활요건을 제공함으로써 축산 산업분야의 IT 융합기술의 성공적인 적용이 가능하다고 판단된다.
농촌의 청년들이 대도시로 대거 진출하여 농촌에 남아 생산에 종사하는 인력의 대부분이 노년층이 되어 온 것이 오래전부터의 일이다. 이들 노년층에게 있어서 가축에게 사료를 주는 일보다는 오히려 축사의 배설물을 치우는 일이 힘겨운 일이기 때문에 무엇보다 이부분의 자동화가 필요하다고 본다. 따라서 우리는 가축들의 폐사를 줄이기 위하여 축사의 배설물을 청소할 수 있고 혹한기와 혹서기 때 급격한 온도변화에 빠르게 대응할 수 있는 자동화시스템을 개발해 왔다. 시스템의 동작 환경을 원격지에서 모니터링 하기위하여 CCD 카메라를 이용하여 실시간으로 감시할 수 있는 시스템도 제안하였다. 본 논문에서는 이동 중에 축사 자동화 시스템을 제어할 수 있도록 PDA를 이용한 원격제어 시스템을 제안하였다. 제안 시스템은 사용자가 이동하고 있는 동안에 PDA 화면을 이용하여 제어 및 모니터링이 가능하도록 구현하였다. 또한 화재 및 외부로부터의 침입이 있을 경우 경고를 보내 도난을 방지하기 위한 보안시스템도 추가하였으며 도난 및 화재 등 비상시에 상황을 실시간으로 모바일을 이용하여 문자전송을 받을 수 있도록 구현하였다.
ICT 융복합 사업이 양돈에 이어 양계, 낙농분야로 확대되면서 이 분야에 대한 관심도가 높아지고 있다. ICT 융복합은 환경, 사양, 경영분야에 모두 적용되고 있으며, 이를 원하는 농가에 대해서는 ICT 융복합 장비를 정부에서 지원하는 사업이다. 이미 양돈 분야에서는 활성화가 이루어져 일부 지자체에서는 신청이 넘쳐나는 곳도 있을 정도로 농가들의 인식이 상당히 높아지고 있다. 환경관리에 있어서는 축사내부(온도, 습도, 정전, 화재), 외부(온도, 습도, 풍향, 풍속), CCTV 등의 정보수집 및 원격 모니터링이 이루어지게 되며, 사양관리는 사료빈 관리, 출하선별기, 자동급이기, 음수관리기, 기후변화에 따른 환경관리 등의 제어를 통한 사양관리가 이루어지며, 경영관리에 있어서는 생산관리, 경영관리, 출하관리 등을 통한 경영계획 수입 및 분석이 이루어지게 된다. 본고는 충남 청양군 장평리에 ICT융복합 스마트팜을 실현하고 있는 두꺼비농장(대표 박필수)을 찾아 ICT 종합관리시스템 적용사례를 들어보았다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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