[논문]스마트 가축방역 추진전략 및 정책 우선순위

이정영; 고상민; 김민종; 지용구; 김훈태

doi:10.7838/jsebs.2018.23.4.109

스마트 가축방역 추진전략 및 정책 우선순위
Development of Smart Livestock Disease Control Strategies and Policy Priorities 원문보기

한국전자거래학회지 = The Journal of Society for e-Business Studies, v.23 no.4, 2018년, pp.109 - 126

이정영 (Graduate Program of Convergence Technology Management Engineering, Yonsei University) , 고상민 (Department of Industrial Engineering, Yonsei University) , 김민종 (Department of Industrial Engineering, Yonsei University) , 지용구 (Department of Industrial Engineering, Yonsei University) , 김훈태 (Department of Industrial Engineering, Daejin University)

초록
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축산업 분야는 대량적이고 밀집적인 생산이 가능하기 때문에 양돈 양계 오리를 중심으로 대규모 형태의 자본 집약적인 산업으로 빠르게 진행되고 있다. 하지만 전염병이 급격히 확산되면 축산업과 국민 생활에 심각한 위협이 될 수 있다. 이에 대비하기 위해 국가는 가축 방역 5단계에 맞추어 2013년 국가동물방역통합시스템(KAHIS)을 구축하여 운영하고 있다. 이에 따라 구축된 디지털화된 데이터와 정보는 관리의 용이성이 뛰어나지만, 유기적 연계를 통한 대책 마련이 쉽지 않다는 어려움이 지적되고 있다. 최근 사물인터넷(IoT), 빅데이터, 인공지능(AI) 등과 같은 제4차 산업혁명 시대의 기술이 빠르게 발전하면서 이를 도입하여 스마트 가축방역으로의 발전이 추진되고 있다. 이에 따라 본 연구는 5개 방역단계별로 국내외 4차 산업혁명 기술 적용 현황을 조사하여 가까운 시일 내에 실천 가능한 후보 과제 13개를 도출하였다. 정책 수립의 우선순위를 확인하기 위하여 전문가 집단을 대상으로 조사하여 5개 방역단계의 우선순위와 각 단계별 우선순위를 조사하였다. 본 연구의 결과물은 스마트 가축방역 연구, 가축방역 분야의 선진화를 위한 정책 수립에 도움이 될 것으로 기대한다.

Abstract ▼ AI-Helper

With massive and dense production, the livestock industry is rapidly moving into a large-scale, capital-intensive industry especially in swine, poultry, and ducks. However, livestock epidemics can pose a serious threat to the livestock industry and the lives of the people. The government has established and operates the National Animal Protection and Prevention System (KAHIS) since 2013 in order to control the threat, in accordance with the five stages. The digitalized data and information are excellent in ease of management, but it is also pointed out that it is difficult to take countermeasures through linkage with the data in an emergency situation. Recently, the technology of the fourth industrial revolution such as Internet of Things (IoT), Big Data, Artificial intelligence (AI) has been rapidly implemented to the livestock industry, which makes smart livestock disease control system possible. Therefore, this study investigated the domestic and overseas cases which apply 4th Industrial Revolution technology in the industry, and derived 13 possible candidate tasks in the near future. In order to ascertain the priority of policy formulation, we surveyed the expert groups and examined the priority of each of the five stages of the prevention and the priority of each stage. The results of this study are expected to contribute to the establishment of policies for the advancement of smart livestock disease control research and livestock protection.

주제어

표/그림 (10)

그림 Smart Livestock Disease Control Framework[11]
표 Estimated Share of Smart Livestock Industry in Korea
그림 KAHIS System Configuration Diagram[13]
표 Candidate Task in Each Stage
표 Importance Ranking of Livestock Quarantine Stage
표 Pair Comparison of Livestock Quarantine Stage
표 Priority Ranking of Candidates in Prevention Stage
표 Priority Ranking of Candidates in Forecast Stage
표 Priority Ranking of Candidates in Diagnosis Stage
표 Priority Ranking of candidates in Control Stage

AI 본문요약
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문제 정의

본 과제는 IoT를 활용하여 축사 센서 정보기반으로 한 축사환경 자동 관리 장치를 통한 축산 환경 모니터링을 지원하고 스마트폰, 태블릿 등 농장주 편의를 고려한 원격 장비 제어관리 시스템을 구축하는 것이다. 또한 전국 축사에 축사 내 환경 정보 탐지를 위한 감지기도입 및 축사 내 환경 통합 관리 소프트웨어를 개발하는 것을 포함한다.
본 과제는 GIS 시스템을 통한 질병 발생지역에 대한 정보를 파악하고 데이터베이스화 하는 것이다.
본 과제는 IoT를 활용하여 축사 센서 정보기반으로 한 축사환경 자동 관리 장치를 통한 축산 환경 모니터링을 지원하고 스마트폰, 태블릿 등 농장주 편의를 고려한 원격 장비 제어관리 시스템을 구축하는 것이다. 또한 전국 축사에 축사 내 환경 정보 탐지를 위한 감지기도입 및 축사 내 환경 통합 관리 소프트웨어를 개발하는 것을 포함한다.
본 과제는 기존에 도입된 축산차량등록제의 문제점을 보완하기 위하여 IoT를 통해 구축된 가상의 울타리인 지오 펜스 구역을 설정하여 축산차량과 사람의 출입을 확인하는 것이다.
본 과제는 등록 번호, 축종, 성별 등 가축 정보관리용 데이터베이스를 구축하고 생체 삽입형 태그와 연동하여 스마트폰 등의 모바일 디바이스를 통해 가축 등록 및 조회가 가능하도록 시스템을 구축하는 것이다.
본 과제는 인공위성, 레이더 등의 관측정보를 바탕으로 관련 정부부처, 사용자 등별로 차별화된 매몰지 정보를 제공하는 것이다.
본 과제는 전염성 질병의 징후를 파악할 수 있는 웨어러블 장치 형태에 대한 비교 분석을 통하여 가축 질병 모니터링 및 질병 분석 플랫폼을 개발하고 수집된 축우별 생체 정보와 이상 징후 포착 시 KAHIS와 연동하여 정보를 전송하는 프로토콜을 개발하는 것이다.
본 과제는 철새 등의 야생조류 이동지역 데이터베이스를 구축하고 질병이 발생할 때 사체 및 분변 채취지역을 방역대로 설정하여 차량의 GPS 단말기 정보와 결합함으로써 역학차량을 바로 추출하는 것이다.
본 과제는 축사에 있는 가축의 질병을 현장에서 바로 진단할 수 있는 진단 키트를 개발하는 것이다.
본 과제는 축종별 밀집도를 바탕으로 축종별 지역별 질병 발생률 빅데이터 분석 알고리즘을 개발하고 질병 발생률 예측모델을 수립하는 것이다.
본 과제는 표면적 증상을 통한 농가 차원의 질병 조기 감지를 위한 가축 질병 분류 및 사례수집을 통한 사진 DB화하고, 가축 질병 의심 사진의 축적을 바탕으로 원격 진단 정확성 향상을 통해 감시체계를 구축하는 것이다.
본 과제는 항공 촬영 드론 도입을 통한 가축방역맵을 구축하기 위해 항공 촬영 드론 도입을 통한 전국 축산농장 항공 촬영 및 3차원 증강 현실 영상을 개발하는 것이다.
본 연구는 4차 산업혁명 기술을 바탕으로 현KAHIS를 개선할 수 있는 후보 과제를 제안하고, 전문가 평가를 통해 우선순위를 도출하였다.
본 연구는 축산업의 방역관리에 대한 패러다임 전환을 위해 스마트 가축 방역의 개념을 정의하고 기본 방향을 설정하며, 현재의 방역관리가 안고 있는 문제점들을 파악하여 지속할 수 있고 경쟁력을 갖춘 축산업 선진화 방안을 도출하는 데 그 목적이 있다.
스마트 가축방역은 개체식별 및 질병 모니터링/감시시스템을 구축하고, 데이터를 통합적으로 관리하며, 시스템 정보 공유를 통해 질병의 확산을 미리 방지하는 것을 목적으로 한다.
스마트 축산은 첨단 ICT를 축산업에 접목하여 자동·원격으로 가축의 사육환경을 최적으로 유지·관리하는 시스템으로 정의할 수 있다. 이에 따라 스마트 가축방역은 방역의 전반적 단계에 걸쳐 축산농가와 검역본부를 비롯한 가축방역 관련 기관의 역할 지능화 및 기술 선진화를 통해 질병의 확산을 미리 방지하는 것을 목적으로 한다[9].
중앙조직인 동물 방역과 별도로 지방자치단체조직의 시·도 축산 관련 부서에서 자체 가축전염병 방역계획을 수립하고, 가축위생시험소는 가축 전염병의 검진과 병성감정 업무를 담당하고 있는데, 본 과제는 이원화된 정부-지방의사 결정 체계를 보완하기 위하여 중앙 방역시스템인 KAHIS와 지방행정 조직에 의해 사용되는 수의 처방관리 시스템 내 동물 방역에 필요한 데이터를 연계하는 것이다.

제안 방법

ICT 발전 동향 및 KAHIS 운영 현황을 바탕으로 추진 가능 과제들을 논의하였고, 농림축산검역본부 내 가축 질병 관리 전문가의 자문을 통해 KAHIS의 중장기 발전계획 및 세 가지 추진 전략 방향에 부합하는 과제 13개를 도출하였다.
가축전염병 발생 시 『차량등록제운영관리시스템』 을 활용하여 축산차량의 출입정보를 분석하고 이동 경로를 확인하여질병의확산을조기에차단한다. KAHIS를활용하여 질병 발생 농장을 중심으로 방역대를 설정하여 질병 확산을 신속하게 차단하고 축산차량의 운행 정보를 활용하여 질병 전파 위험 차량에 대한 정보를 즉시 제공한다.
한편 차량등록제는 현재의 KAHIS에서 핵심기능으로 축산시설 출입 차량을 시․군 시스템에 등록하고 GPS 단말기를 장착하여 축산시설 출입정보를 수집하고 분석한다. 가축전염병 발생 시 『차량등록제운영관리시스템』 을 활용하여 축산차량의 출입정보를 분석하고 이동 경로를 확인하여질병의확산을조기에차단한다. KAHIS를활용하여 질병 발생 농장을 중심으로 방역대를 설정하여 질병 확산을 신속하게 차단하고 축산차량의 운행 정보를 활용하여 질병 전파 위험 차량에 대한 정보를 즉시 제공한다.
또한 가축체온 데이터 분석 알고리즘 및 통합 관리 시스템 구축 사업을 포함하는데 축사에서 수집된 가축체온 정보를 기반으로 데이터 서버에 저장된 체온 데이터와 비교하여 기준값 미달/초과 시에 사용자에 보고하며 축사 내 자동화 컨트롤 박스(환기창, 환기팬, 냉난방기, 급수/급이 시설 등)와 연계하여 지능형 축사 원격관리 시스템으로의 확장한다.
본 과제는 한우와 젖소 사육 농가에 생체 정보 수집용 웨어러블 장치를 시범 장착하여 수집 장치별 질병 모니터링 효과성 비교 및 검증을 포함한다.
본 과제에서는 GIS 등 첨단 IT 기술을 동원 하여 현재 국토부, 농림부, 환경부, 행안부, 산림청 등 여러 부처에 분산되어 있는 지질도, 수문 지질도, 토양도, 행정주제도, 산림입지도 및 수질 정보 등을 통합․연계한 종합정보지도를 만들어 매몰지 정보를 종합적이고도 입체적으로 관리한다. 특히, 매몰지 주변의 지하수 분포·방향, 하천과의 거리, 마을과의 근접 정도, 지하수 관정 위치 등을 한눈에 볼 수 있어 통합적으로 관리할 수 있다.
본 과제에서는 전국 축사에 가축 상태를 관찰하기 위한 시스템으로 CCTV 장치를 활용하여 활동 영상 지속적으로 확보하며, 수집된 축우별 행동 정보와 KAHIS에 연동하여 축우의 이상 행동 데이터 발생 시 해당 축사의 정보를 통합시스템으로 자동 전송하여 질병 발생 근원지를 사전 파악하고 차단한다.
본 과제에서는 체계화된 정보를 활용하여 질병 발생지역의 지형을 설계하고 농가의 위치,도로망, 관련 시설, 조류 서식지 등을 적용하여 확산을 예측하기 위한 모델을 개발하여 최종역학 조사 시스템을 구축한다.
이를 위해 국내 축산업의 방역체계, 국내 가축전염병 발생 및 방역 현황, 스마트 가축방역의 정의와 과제 등의 제도 개선 및 도입 타당성을 검토하고, 스마트 가축방역 추진전략 및 정책 우선순위를 파악하여 현재 KAHIS의 개선방안을 제시하기 위해 첨단 ICT를 가축방역 시스템에 도입하여 성공적으로 운영되고 있는 국내외 사례를 분석하여 스마트 가축방역 시스템을 KAHIS에 도입할 수 있는 방안을 마련하고자 한다.
도출된 후보 과제는 가축 방역 개선에 있어 개선 시급성, 중요성 등에 따라 추진 필요성 정도가 달라질 수 있다. 이에 따라 본 연구에서는 가축 방역 전문가를 대상으로 설문조사를 실시하여 후보 과제들의 우선순위를 도출하였다.
제2장에서는 스마트 가축방역의 개념 및 유형과 함께 국내외 현황을 조사하였다. 제3장에서 스마트 가축 방역에서 요구되는 과제를 분석하여 제시하고,제4장에서 전문가 설문을 바탕으로 스마트 가축방역의 우선순위를 도출하였다. 마지막으로 제5장에서 결론을 제시하였다.
차량의 GPS 단말기 정보를 이용하여 양성 분변 채취지역을 운행한 역학차량의 동선을 파악하고, 파악된 역학차량과 야생조류 이동지역의 상관관계를 분석하여 빅데이터를 이용한 양성 분변 채취 차량을 예측하는 것이다.
한편 차량등록제는 현재의 KAHIS에서 핵심기능으로 축산시설 출입 차량을 시․군 시스템에 등록하고 GPS 단말기를 장착하여 축산시설 출입정보를 수집하고 분석한다. 가축전염병 발생 시 『차량등록제운영관리시스템』 을 활용하여 축산차량의 출입정보를 분석하고 이동 경로를 확인하여질병의확산을조기에차단한다.

데이터처리

비모수 통계기법을 활용한 순위 검정은 응답자에게 보다 적은 노력을 요구하면서 우선순위를 비교할 수 있는 장점이 있다. 서열척도로 측정된 응답 결과는 셋 이상의 항목 간의 서열 차이 유무를 검정할 수 있는 Friedman 검증을 통하여 방역 단계 및 후보 과제 간 차이의 유의성을 분석하였으며, 쌍대 비교 방법론인 Wilcoxon 검증을 통하여 방역 단계의 중요성 및 후보 과제의 상대적 우선순위의 차이를 살펴보았다.

성능/효과

‘가축 질병 사진 DB화를 통한 가축 질병 사전 자율점검 및 감시체계 구축(과제 1, 평균 순위 1.76)’이 ‘가축 질병 진단체계 스마트화(과제 2, 평균 순위 1.24)’ Wilcoxon 통계 분석을 수행한 결과, 유의수준 0.05에서 유의확률(p값)이 0.016으로 유의미한 차이가 있음을 확인하였다.
4차 산업혁명 기술을 통하여 우선적으로 개선되어야 할 방역 단계에 대한 설문 평가 결과 예찰과 예방과 같은 전염성 질병 확산 사전 차단을 최우선으로 고려하는 것을 확인할 수 있었다.
각 방역 단계의 중요도 순위는 예찰(1.90), 예방(2.10), 통제(3.05), 진단(3.33), 사후 관리(4.62) 순으로 나타났으며, Friedman 검정을 수행한 결과 소수점 넷째 자리 반올림한 유의확률(p-값)이 0.000으로, 유의수준 0.05에서 평균 순위 간에 유의미한 차이가 있음을 [Table 3]에서 확인할 수 있다.
결론적으로 가축 방역 단계의 중요도 순위는 3개 그룹으로 구분되고, 예찰과 예방 단계의 중요도 순위가 가장 높고, 통제와 진단 단계는 2번째 중요도 순위 그룹이며, 사후 관리 단계는 가장 낮은 순위로 분석되었다.
방역 단계의 중요도 순위 결과뿐 아니라, 우선 과제로 도출된 후보 과제들에서 전문가들은 가축 질병 상황에 대해 선제적으로 대응이 필요하다는 점을 확인할 수 있었다.
본 과제를 통해 등록된 가축 정보 KAHIS에 연동하여 축산농가 경영자가 가축 등록과 질병 상황 발생 시 KAHIS로 자동 전송하여 가축사육 현황을 실시간으로 파악할 수 있다.
사후 분석 결과, 예찰 단계는 예방 단계를 제외한 통제, 진단, 사후 관리와 평균 순위에서 유의미한 차이가 있는 것으로 확인되었고, 예방 단계는 진단과 사후 관리 단계와 평균 순위에서 유의미한 차이가 있는 것으로 확인되었다. 한편 통제 단계는 사후 관리, 진단 단계는 사후 관리와 유의미한 차이가 있는 것으로 각각 확인되었다.
예찰 단계에서 평균 순위를 기준으로 각 후보 과제의 순서는 ‘축사 내 공기질, 오․폐수 등 환경지수 실시간 축사 모니터링’(과제 3, 평균 순위 2.55), ‘가축사육 현황 실시간 스마트 리포팅 시스템’(과제 5, 평균 순위 2.81), ‘인공지능과 클라우드를 활용한 가축용 웨어러블 장치’(과제 1, 평균 순위 2.93), ‘농장 CCTV 및 카메라를 활용한 가축 행동 패턴 분석’(과제 2, 평균 순위 3.07), ‘드론 촬영 영상 등 공간정보를 활용한 질병 발생 대응’(과제4, 평균 순위 3.64)로 조사되었다.
특히 ICT를 이용한 스마트 축산을 도입하여 가축의 생육환경과 생물적 특성 등을 추적·관찰하여 데이터화하고, 이를 이용한 과학적 분석을 통해 우수한 품질의 축산물 생산이 가능하며, 그 결과 생산성 향상은 물론 이윤창출이 가능하다.
사후 분석 결과, 예찰 단계는 예방 단계를 제외한 통제, 진단, 사후 관리와 평균 순위에서 유의미한 차이가 있는 것으로 확인되었고, 예방 단계는 진단과 사후 관리 단계와 평균 순위에서 유의미한 차이가 있는 것으로 확인되었다. 한편 통제 단계는 사후 관리, 진단 단계는 사후 관리와 유의미한 차이가 있는 것으로 각각 확인되었다.

후속연구

ICT를 기반으로 동물 질병 및 가축 방역 정보를 관리하는 KAHIS를 4차 산업혁명 기술을 적용을 통해 고도화 할 수 있으며, 축산업 종사자와 방역 관리자의 유기성 증진을 통해 방역에 있어서 각 주체의 개선 방향을 충족시킬 수 있을 것으로 기대된다.
기존 GPS가 축산 차량 이용자들에게 반감을 샀던 프라이버시 침해 이슈 해소에 대한 대안이 될 수 있으며, 차량뿐만 아니라 사람에 의한 질병 인자 전염에 대해서도 통제 및 관리를 할 수 있을 것이다.
본 연구는 스마트 가축방역 시스템 도입을 통해 현 KAHIS의 선진화 방안을 마련하는 데 활용될 수 있을 것이다.
현재 지방 가축방역 기관은 항원을 검사할 수 있는 능력이 부족하여 농림수산검역검사본부에서 검사결과를 기다려야 하는 점이 초동 대처가 늦어진 주된 이유 중 하나로 제기되고 있다. 이러한 문제점을 농장 단위에서 수행할 수 있는 진단 키트 개발을 통해 진단 프로세스를 간략화하여 더욱 빠른 방역 업무를 수행할 수 있을 것으로 기대된다.
이를 바탕으로 가축사육의 대형화 및 밀집화 추세에서 전국의 농장을 대상으로 방역 관점에서 사육환경에 대한 조사를 바탕으로 질병 발생 가능성을 조기 파악하여 전염성 질병 발생 이전에 효율적 예방조치를 하는 데 활용할 수 있다.
이를 바탕으로 항공 촬영용 드론의 카메라를 통해 질병 지역과 관찰 대상의 영상 촬영 및 전송 프로토콜을 개발하며 더 나아가 철새 분변, 사체 수거 및 드론을 통한 소독 시스템 구축할 수 있다.
이를 통해 조류인플루엔자에 감염된 야생조류로 인한 바이러스의 확산을 조기에 차단할 수 있을 것이다.
이에 따라 첫째 축산차량의 농장 및 시설 출입정보를 활용한 질병 확산 조기 차단, 둘째 서류 및 축주면담에 의존하던 역학 관련 농장 파악 소요 시간의 단축 및 신뢰도 향상 필요, 셋째 거점소독장소 운영 상황 파악 및 질병 발생 농장의 사료공급, 출하, 계열화 등 핵심 키워드검색 필요, 넷째 미등록 축산차량에 대한 관리강화 및 질병 발생농장 방문 차량에 대한 신속한 방역 조치 필요성 증가, 다섯째 농장정보 현행화 기관(방역본부)의 실시간 농장정보 현행화 보완 등의 개선 필요성이 제기되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	스마트 축산이란 무엇인가?	스마트 축산은 첨단 ICT를 축산업에 접목하여 자동․원격으로 가축의 사육환경을 최적으로 유지․관리하는 시스템으로 정의할 수 있다. 이에 따라 스마트 가축방역은 방역의 전반적 단계에 걸쳐 축산농가와 검역본부를 비롯한 가축방역 관련 기관의 역할 지능화 및 기술 선진화를 통해 질병의 확산을 미리 방지하는 것을 목적으로 한다[9].
	디지털 가축방역 시스템의 한계점은 무엇인가?	디지털화된 데이터와 정보는 관리의 용이성이 뛰어나지만, 개별적으로 구축된 시스템 간의 정보 연계가 쉽지 않고 독립적인 활용에 그치는 경우가 많다. 그 때문에 비상 상황에서 유기적 연계를 통한 대책 마련이 쉽지 않다는 어려움이 지적되고 있다.
	ICT를 이용한 스마트 축산의 장점은 무엇인가?	특히 ICT를 이용한 스마트 축산을 도입하여 가축의 생육환경과 생물적 특성 등을 추적․관찰하여 데이터화하고, 이를 이용한 과학적 분석을 통해 우수한 품질의 축산물 생산이 가능하며, 그 결과 생산성 향상은 물론 이윤창출이 가능하다. 이에 정부에서는 가축전염병 발생에 대한 예방․예찰과 질병 발생 시 유기적인 방역이 가능하도록 국가동물방역통합시스템(KAHIS)을 운영하고 있다[10].

참고문헌 (27)

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상세보기
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You. B. K., A Study on the Smart Farming Diffusion Policies in Gyengbuk Province, 2016.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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