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문제 정의
- 이와 같은 글로벌 수산 양식업 변화의 대응과 국내 수산업 경쟁력 강화를 위하여 ICT 기반 스마트 양식장 시스템에 관한 연구와 기술개발이 필요하다. 그러므로 본 연구에서는 그동안 국내외 유관기관에서 수행되어온 u-양식장 시범 사업 및 적용 사례 검토를 통하여 문제점들을 도출하고 이러한 문제점들을 개선하기 위한 ICT 기반 스마트 양식장을 위한 기술 및 적용 방안을 제시하고자 한다.
- 단순한 수집 정보의 표현뿐만 아닌 수집 데이터에 근거한 표준화된 프로세스 가동이 필요한데, 기존의 u-양식장은 수집 된 센서 정보의 표현으로 국한되어 있었다. 따라서 본 연구에서는 이러한 문제점들을 해결하기 위해 ICT 기반 스마트 양식장 시스템 구현을 위한 기술 개발을 제안한다.
- 본 논문에서는 그동안 수행되었던 국내외 u-양식장 구축 사례를 고찰함으로써 글로벌 양식장 시스템 구축을 위한 ICT 기반 스마트 양식장 시스템에 필요한 기술들을 살펴보았다.
- 양식 어민들의 소득 증대와 글로벌 경쟁력을 갖춘 고부가가치 수산물 상품화, 그리고 소비자 신뢰성 제고 등을 목적으로 경상남도 통영시 인근의 가두리 양식장을 대상으로 RFID/USN 기반 고품질 수산물 생산지원시스템 구축사업이 2008년 추진되었다. 이 사업은 수산양식물의 전 과정에 걸쳐 이력관리 및 정보 연계를 위하여 RFID/USN 기술을 접목한 것으로 소비자에게 양식 수산물의 안전성 및 신뢰성 제공을 목적으로 하였다[3].
- 이를 위해 본 논문에서는 ICT 기반 스마트 양식장 시스템을 위한 관련 기술들을 제안하였다. ICT 기반스마트 양식장은 다양한 센서로 습득한 정보를 기반으로 효과적인 양식 활동을 지원할 수 있는 생장 시스템과 연계되어야 할 것이다.
제안 방법
- 먼저, USN 기반 가두리 양식장 생산관리시스템은 양식장 기본정보 관리, 생산관리, 치어 및 성어 반/출입 관리, 생장환경 모니터링을 수행한다. RFID 기반 위판장/판매장 이력추적시스템은 생산정보, 유통업체 입출고 관리, 판매업체 입고관리, 유통업체 거래내역 관리, 활어운반/입출고 관리 등을 수행하며 셋째, 활어 안정정보 통합관리 이력정보포탈시스템은 사업 홍보, 소비자 및 사용자 게시판, 농림수산식품부 데이터 연계 등을 수행하도록 하였다.
- 적조 및 태풍 등의 환경 변화에 따라 양식장이 이동해야 할 경우가 발생한다. 그러나 기존 u-양식장 시스템은 육상과 일대일 브리지 형태 네트워크로 연결 되어 양식장 이동 시 네트워크가 단절되는 문제가 발생하므로, 네트워크 연결의 연속성을 보장하기 위하여 WCDMA/LTE 등의 무선 이동통신 방식을 제안한다.
- 그러므로 적조 발생 시 기존 방법인 현장 시료 채취 및 분석을 통한 방법이 아닌 색상과 질감 정보의 비교를 통한 영상 분석 방식으로 적조를 판별하는 방안을 제안한다. 그동안 다양한 방법으로 적조 예측을 위한 연구들이 진행되어 왔다[9,10].
- 세 번째로 CCTV 및 침입 감지 시스템으로 24시간 양식장 보호가 가능한 표준화된 u-양식장 보호시스템 구축으로 실시간 침입 감지 및 도난방지 체계를 구축하였으며, 위급 상황시 알림 서비스가 가능하게 되었다. 네 번째로 각 양식장에 설치된 해수 환경정보의 실시간 연계로 통합형 양식장 재난 정보 관측 및 예/경보 시스템을 구축하였으며, 마지막으로 해수 오염에 대응하기 위한 저층해수 공급 장치 운영정보 관리와 재난 발생 가능성 등의 u-환경 정보를 유관기관 및 시민에게 제공하는 것을 주요 내용으로 하였다.
- 이 사업은 총 5개 분야로 구성되었다. 먼저 표준화된 u-양식장 및 관리시스템의 보급형 패키지 소프트웨어 개발로 양식 어민에게 효율적이고 실질적인 해수 환경 모니터링이 가능한 보급형 패키지 소프트웨어를 제공할 수 있도록 하였다. 두 번째로 u-양식장 생장관리 소프트웨어의 고도화를 통해 효율적인 양식장 생장관리 업무 수행 및 기존 생장관리 시스템의 문제점을 보완하였다.
- 본 시범 사업을 통한 u-IT 기술 도입 효과를 4개 부분으로 확인하였다. 첫 번째, 양식장 관리업무의 전산화로 효율성 증대를 가져왔다는 것이다.
- 두 번째, 해상에 위치한 양식장의 특성상 정보 수집과 운영 관리를 위한 네트워크 구성이 열약하다. 본문에서 소개한 국내 사례 중 통영 u-양식장의 경우, 육상과 해상의 양식장까지 무선 브리지 형태의 직접적인 네트워크 연결 방식을 채택하였다.
- 사업의 성과는 유통자, 판매, 소비자 등 3가지 측면으로 확인해 볼 수 있는 데 생산자 측면의 성과로 첫 번째, 해상 가두리 양식장의 수중 및 외부 환경에 대한 지속적인 모니터링과 활어의 적정한 생장환경 정보를 도출하여 생산성 개선에 적용한 과학적 성과를 확인하였다. 또한 양식장에 구축된 시설의 개선 및 보완과 유지보수 기록 정보를 통해 시설비 절감 등의 효과를 가져왔다.
- RFID/USN 기술 도입으로 양식장의 생산성을 향상시켜 양식 어민들의 소득을 증대시키고, 해양재난 대응체계시스템 구축으로 안전한 양식장 시설관리와 국제적 경쟁력을 갖춘 양식업 강화를 위해, 2010년 통영시 인근 6개 양식장에 u-IT 시범사업이 구축되었다. 주요 구성요소로 기 구축된 RFID/USN기반 고품질 수산물 생산지원시스템의 u-양식장 생장관리시스템고도화, CCTV 및 침입감지 센서를 이용한 양식장 보호 및 긴급 상황 알림서비스를 위한 u-양식장 보호시스템 구축, 그리고 실시간 해수오염 상황 관측 및 기상정보를 연계하여 재난 또는 재해 경고와 대응을 위한 u-양식장 재난/재해 관측 및 대응체계시스템으로 구성되었다.
- 해상 부유물은 센서의 품질을 저하시킬 뿐만 아니라 장비에 손상을 입혀 장비 교체시기를 단축시키는 문제점을 일으킬 수 있는데, 이에 대한 기술개발로 다음과 같이 해수의 직접적 접촉을 최소화하여 부유물질 접촉을 줄이는 방법을 제안한다.
성능/효과
- 또한 양식장에 구축된 시설의 개선 및 보완과 유지보수 기록 정보를 통해 시설비 절감 등의 효과를 가져왔다. 그리고 양식장의 생산관리 정보, 시설 및 유지보수 현황정보, 치어 구매정보, 성어 출하정보, 생장환경 모니터링 정보들을 활용한 종합적인 수산 양식업 의사결정을 가능하게 하였다. 단문 문자 서비스를 통해 해수 환경 변화의 즉각적인 통보로 양식 어민의 위기대처 능력 향상에 기여하였다.
- 끝으로 소비자 측면에서는 안심하고 먹을 수 있는 먹거리 제공으로 국내산을 가장한 저급 활어의 시중 유통을 최소화하고, 문제 발생 시 시스템의 이력정보를 통해 대상을 명확히 선정함으로써 신속한 위기 극복 및 건강한 식생활 확보를 기대할 수 있었다.
- 네 번째, RFID를 이용한 양식 수산물의 이력추적을 위해 양식 수산물에 RFID 태그를 직접 부착하는 시범사업의 결과에서 태그 부착 과정이 수산물에 직접적인 스트레스를 주며, 활동성 저하로 인한 스트레스 및 폐사율이 증가하는 추가적인 문제점도 드러났다. 노르웨이 사례에서 확인된 바와 같이, 최상의 품질 유지를 위해서는 양식 수산물에 스트레스를 주지 않는 다양한 노력이 필요하며, 활어에 직접적인 인식 기구의 부착보다는 가공된 제품 포장 및 유통과정에 RFID 기술을 적용하여 수산물 이력추적이 가능하도록 하는 기술 개발이 필요하다[3].
- 두 번째, CCTV, 침입감지 센서, 저층해수공급장치 등의 운영에 따른 양식장 보호체계 구축효과를 가져오게 되었다. 해상의 양식장에 직접 설치된 보호체계 시설로, 그동안 보호받지 못했던 양식장 시설물과 인근 해양의 재난/재해에 대응하기 위한 기반구축 성과를 가져온 것이다.
- 두 번째, 해상에 위치한 양식장의 특성상 정보 수집과 운영 관리를 위한 네트워크 구성이 열약하다. 본문에서 소개한 국내 사례 중 통영 u-양식장의 경우, 육상과 해상의 양식장까지 무선 브리지 형태의 직접적인 네트워크 연결 방식을 채택하였다.
- 먼저 표준화된 u-양식장 및 관리시스템의 보급형 패키지 소프트웨어 개발로 양식 어민에게 효율적이고 실질적인 해수 환경 모니터링이 가능한 보급형 패키지 소프트웨어를 제공할 수 있도록 하였다. 두 번째로 u-양식장 생장관리 소프트웨어의 고도화를 통해 효율적인 양식장 생장관리 업무 수행 및 기존 생장관리 시스템의 문제점을 보완하였다. 세 번째로 CCTV 및 침입 감지 시스템으로 24시간 양식장 보호가 가능한 표준화된 u-양식장 보호시스템 구축으로 실시간 침입 감지 및 도난방지 체계를 구축하였으며, 위급 상황시 알림 서비스가 가능하게 되었다.
- 지금까지의 양식장 업무는 3D 산업에 속하는 힘든 노동력 위주의 작업이었으며, 체계적인 관리가 어려웠으나 업무 전산화로 효율성이 증가하였으며, 일부 관리업무는 자동화로 효율성이 크게 개선되었다. 또한 구매, 출하, 급이 등의 관리업무 전산화로 양식어민의 소득증대에도 기여한 것으로 확인되었다.
- 해상의 양식장에 직접 설치된 보호체계 시설로, 그동안 보호받지 못했던 양식장 시설물과 인근 해양의 재난/재해에 대응하기 위한 기반구축 성과를 가져온 것이다. 또한 스마트폰과 인터넷 웹사이트를 통한 실시간 현장 영상과 센서 정보 제공은 양식어민과 관련기관에게 유용한 정보를 제공하였으며, 이정보를 통하여 양식장 및 해양 재난에 대한 관련자료 제공 및 보호시스템 구축효과를 얻을 수 있게 되었다.
- 지금까지 다양한 유비쿼터스 사업이 수행되었으나 해상에 위치한 가두리 양식장 위에서 구현된 시스템은 국가적 중요사업인 u-서비스 사업에 지역적, 환경적제약을 극복할 수 있는 사례가 되었다. 또한 최신 스마트폰 및 웹을 통한 실시간 정보의 접근이 가능하도록 구현된 시스템을 통해 양식업 종사자, 관련업무 종사자 및 유관기관 종사자들에게 실질적인 중요정보를 제공함으로써 u-서비스 사업의 효과를 극대화할 수 있으며, 이러한 사업을 추진하는 타 기관 및 인근지역 양식업 종사자에게도 좋은 본보기가 되었다.
- 또한 농림수산식품부와 연계된 전국의 활어 위판장 현황 및 시세 정보를 확보할 수 있게 되어 활어 판매의 적정 시기 및 적정 금액을 선정할 수 있게 되었다. 마지막으로 활어 차량을 이용한 운반과정에 수온 및 용존산소량을 실시간 확인할 수 있어 운송 과정에서 발생하는 손실을 최소화할 수 있게 되었다.
- 마지막으로, 최근 빈번하게 발생하고 있는 적조 및 태풍과 같은 환경변화는 양식 수산업에 치명적인 영향을 미치고 있는데, 특히 적조는 발생 원인과 확산 경로가 명확하게 알려져 있지 않아 양식 수산물이 100% 폐사하는 치명적인 피해를 입게 된다. 이러한 적조는 갈수록 발생 빈도가 증가하고 규모가 확대되어 양식업의 존폐를 결정해야하는 수준에 이르고 있지만 관련 연구 및 예/경보체계는 아직 미비한 수준이다.
- 본 사업의 주요성과는 양식장 운영정보 확보 및 도난/재해 등의 상황을 실시간 모니터 하여 양식장 관리를 개선하였으며, CCTV, 침입감지 센서, 저층해수 공급 장치 등의 운영으로 양식장의 재난/재해 보호체계 구축과, 스마트폰을 이용한 실시간 양식장 및 인근 해역 상황 실시간 모니터링 및 알림 서비스가 가능하게 되었다.
- 세 번째, 실시간 수온, 용존산소량, 기상정보, 조석 정보제공이 가능하게 되었다. 양식 어민에게 가장 중요한 정보인 양식장의 수온, 용존산소량, 기상 및 조석 정보를 인터넷 웹사이트와 스마트폰 어플리케이션을 통하여 언제 어디서나 실시간 정보를 습득할 수 있도록 한 것은 국내외 사례를 찾아볼 수 없는 최초의 시도로써 향후 이의 응용과 확산을 위한 사례가 되었다고 평가되었다.
- 세 번째, 양식장에서 사용하는 각종 장비들은 해상에서 운영되는 장비임에도 불구하고 내륙의 호수나 하천 등에서 사용하던 수온, 탁도, 용존산소량 센서들을 사용하여 각종 부유물질과 염분에 의한 장비의 부식, 정밀도의 감소, 그리고 정기적인 관리의 어려움과 같은 문제점들이 도출되었다. 또한 수온, 염도, 탁도, 해류, 용존산소량 등의 센서를 집적화한 다항목 수질 측정센서 원천기술 부족은 높은 가격으로 설치 및 운영에 부담을 가져다주었다.
- 두 번째로 u-양식장 생장관리 소프트웨어의 고도화를 통해 효율적인 양식장 생장관리 업무 수행 및 기존 생장관리 시스템의 문제점을 보완하였다. 세 번째로 CCTV 및 침입 감지 시스템으로 24시간 양식장 보호가 가능한 표준화된 u-양식장 보호시스템 구축으로 실시간 침입 감지 및 도난방지 체계를 구축하였으며, 위급 상황시 알림 서비스가 가능하게 되었다. 네 번째로 각 양식장에 설치된 해수 환경정보의 실시간 연계로 통합형 양식장 재난 정보 관측 및 예/경보 시스템을 구축하였으며, 마지막으로 해수 오염에 대응하기 위한 저층해수 공급 장치 운영정보 관리와 재난 발생 가능성 등의 u-환경 정보를 유관기관 및 시민에게 제공하는 것을 주요 내용으로 하였다.
- 유통자 측면의 성과로 고품질 활어 구매와 유통과정 투명화를 통한 매출 증대를 확인할 수 있었다. 유통업체는 치어의 원산지 증명이 가능하게 되어 신뢰도를 높였으며, 활어 유통과정의 투명성 제고와 판매량 및 수익금에 대한 통계 정보 활용을 통해 수익률 향상을 거두었다. 또한 농림수산식품부와 연계된 전국의 활어 위판장 현황 및 시세 정보를 확보할 수 있게 되어 활어 판매의 적정 시기 및 적정 금액을 선정할 수 있게 되었다.
- 유통자 측면의 성과로 고품질 활어 구매와 유통과정 투명화를 통한 매출 증대를 확인할 수 있었다. 유통업체는 치어의 원산지 증명이 가능하게 되어 신뢰도를 높였으며, 활어 유통과정의 투명성 제고와 판매량 및 수익금에 대한 통계 정보 활용을 통해 수익률 향상을 거두었다.
- 본 시범 사업을 통한 u-IT 기술 도입 효과를 4개 부분으로 확인하였다. 첫 번째, 양식장 관리업무의 전산화로 효율성 증대를 가져왔다는 것이다. 지금까지의 양식장 업무는 3D 산업에 속하는 힘든 노동력 위주의 작업이었으며, 체계적인 관리가 어려웠으나 업무 전산화로 효율성이 증가하였으며, 일부 관리업무는 자동화로 효율성이 크게 개선되었다.
- 치어 입식에서부터 출하까지 양식 수산물의 이력정보제공이 가능하도록 구성된 이 시스템은 특히 RFID 태그를 활용한 혼합사료 재고관리와 급이 정보 등의 생산이력정보관리를 가능하도록 하였으며, 출하시 RFID 태그를 부착함으로써 수산물 생장과정에서 생성된 정보를 소비자가 조회할 수 있도록 하여 신뢰를 얻음으로써 경쟁력을 확보하게 되었다.
- 판매 측면의 성과로는 먼저 원산지 증명 및 고품질 활어 취급으로 매출 증대는 물론, 생산에서 유통과정의 전체 이력정보를 소비자에게 제공함에 따라 신뢰를 높였고, 시스템을 통해 정확한 원산지 및 생산업체 정보를 파악할 수 있으므로 소비자들이 믿고 먹을 수 있는 활어 이미지를 구축하여 수익률 향상효과를 확인할 수 있었다.
후속연구
- 이를 위해 본 논문에서는 ICT 기반 스마트 양식장 시스템을 위한 관련 기술들을 제안하였다. ICT 기반스마트 양식장은 다양한 센서로 습득한 정보를 기반으로 효과적인 양식 활동을 지원할 수 있는 생장 시스템과 연계되어야 할 것이다. 또한 기상/해양 환경변화로 투여 사료양의 조절, 약품투입 조절, 양식장 이동 등의 여러 생장활동에 대한 판단을 체계화 할 수 있는 운영 플랫폼이 필요하다.
- 두 번째로, 스마트 양식장 운영 플랫폼은 양식장 인근 지역의 해양/기상 정보를 기반으로 이전 기록과의 비교를 통한 최적의 운영 방안 제시, 환경위협에 따른 대처 방안, 실시간 정보 제공에 의한 관리 효율성 향상, 그리고 양식장 유지보수 및 현장의 다양한 애로사항을 해결할 수 있는 방안을 제시할 수 있어야 한다. 이를 통해 양식 어종 관리, 수조 관리, 일정 관리 등 양식 수산물의 생장활동에 대한 체계적 지원이 가능하며, 환경 변화에 대한 통계 및 예측 정보 제공으로 양식장 관리 및 이동, 그리고 최적 양식장 선정 등을 위한 정보를 제공할 것이다.
- 기존 u-양식장 시스템은 해상 양식장에서 발생되는 각종 센서 정보를 수신하여 양식 어민에게 통보하는 단순한 방식이었으며, 정보의 종류와 양이 제한적이라는 문제점을 가지고 있다. 또한 수집된 정보를 이용할 수 있는 사용자도 관련기관 및 해당 양식어민으로 제한되어 대량의 수집 정보를 이용한 양식 수산물의 품질 확인, 사료/투약정보 조회, 실시간 해상 환경정보 제공, 적조 및 태풍 등의 재해 통보 및 경로 예측, 양식 활동 통계정보 등의 활용이 제대로 기능하지 못하고 있다.
- 그러나 스마트 단말기의 영상 정보를 이용한 적조 판별 기술은 아직 연구되지 않고 있다. 이 기술은 기존의 색상과 질감정보 비교방식 기술을 이용하여 실제 적조사례 영상과 현장의 영상을 비교하여 적조 여부 판별에 도움을 주기 위한 것으로, 기존 시료 채취 및 분석에 의한 방식에 비해 신뢰성이 떨어질 수 있으나, 신속한 적조 상황을 알린다는 측면에서 유용한 기술이 될 것이다.
- 이로 인해 일부 양식장에서는 수중 다이버들을 고용하여 그물망의 상태를 확인하거나 고가의 수중 카메라를 설치하는데, 비용 및 운영 측면에서 효율적이지 못하다는 단점이 있다. 이는 제안하는 스마트 단말기와 내시경 카메라 기술을 이용하여 저비용으로 해결할 수 있을 것이다.
- 두 번째로, 스마트 양식장 운영 플랫폼은 양식장 인근 지역의 해양/기상 정보를 기반으로 이전 기록과의 비교를 통한 최적의 운영 방안 제시, 환경위협에 따른 대처 방안, 실시간 정보 제공에 의한 관리 효율성 향상, 그리고 양식장 유지보수 및 현장의 다양한 애로사항을 해결할 수 있는 방안을 제시할 수 있어야 한다. 이를 통해 양식 어종 관리, 수조 관리, 일정 관리 등 양식 수산물의 생장활동에 대한 체계적 지원이 가능하며, 환경 변화에 대한 통계 및 예측 정보 제공으로 양식장 관리 및 이동, 그리고 최적 양식장 선정 등을 위한 정보를 제공할 것이다.
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