보고서 정보
주관연구기관 |
한국전자통신연구원 Electronics and Telecommunications Research Institute |
연구책임자 |
김내수
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참여연구자 |
유재홍
,
주성순
,
이계선
,
최병철
,
이재흠
|
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2016-03 |
과제시작연도 |
2015 |
주관부처 |
환경부 Ministry of Environment |
과제관리전문기관 |
한국환경산업기술원 Korea Environmental Industry & Technology Institute |
등록번호 |
TRKO201800037798 |
과제고유번호 |
1485013029 |
사업명 |
환경융합신기술개발 |
DB 구축일자 |
2018-09-01
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키워드 |
생태계 변화.야생동식물.모니터링 시스템.센서네트워크.소형 무선센서노드.Ecosystem adaptation.Wild animal and plant.Monitoring&Observation system.USN.Small wireless sensor node.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201800037798 |
초록
▼
개발 목적 및 필요성
o 개발목적
- 기후변화에 따른 한국 아고산 생태계 변화·예측을 위해 야생동식물의 서식지 환경 등을 다양한 센서를 활용하여 상시적으로 장기간 원격 모니터링 및 분석 가능하도록 해주는 사물인터넷(IoT : Internet of Things) 기반의 저 전력 무선 센서네트워크 시스템 신기술을 개발을 목적으로 함.
o 개발 필요성
- 기후변화에 따른 지속가능한 사회를 위해서는 생태계 변화에 대한 예측 시스템을 확보하기 위한 체계적이고 장기적인 대책 필요
- 야생동식물 생태계
개발 목적 및 필요성
o 개발목적
- 기후변화에 따른 한국 아고산 생태계 변화·예측을 위해 야생동식물의 서식지 환경 등을 다양한 센서를 활용하여 상시적으로 장기간 원격 모니터링 및 분석 가능하도록 해주는 사물인터넷(IoT : Internet of Things) 기반의 저 전력 무선 센서네트워크 시스템 신기술을 개발을 목적으로 함.
o 개발 필요성
- 기후변화에 따른 지속가능한 사회를 위해서는 생태계 변화에 대한 예측 시스템을 확보하기 위한 체계적이고 장기적인 대책 필요
- 야생동식물 생태계 변화를 사전 예측하기 위해서는 실시간, 상시, 자동화 및 광역의 생태계 모니터링 및 정보 전달체계 구축 필요
- 야외 및 삼림의 열악한 전파환경에서도 신뢰성 있는 실시간 생태계 모니터링을 위한 핵심 요소기술개발 필요
- 야생동식물 생태계 변화를 측정할 수 있는 센싱 정보의 체계적 수집 및 전달을 위한 모니터링 시스템 및 측정 데이터의 표준화 필요
- 생태계 산업과 IT기술의 융합은 미래 녹색성장 산업으로서 새로운 부가 서비스 창출이 가능한 미래도전적인 기술로 적극적인 국가적 지원이 필요
연구개발 결과
o 야생동식물 생태계 모니터링을 위한 소형 저전력 무선 센서네트워크기술 개발
- 야생식생군락 생태계 모니터링을 위한 저전력 센서노드 시제품 개발
- 야생식생군락 생태계 모니터링을 위한 게이트웨이 시제품 개발
- 야생동식물 생태계 모니터링을 위한 망 운용관리 서버 개발
- 야생동식물 생태계 모니터링을 위한 고신뢰 무선 센서네트워킹 S/W 개발
- 야생동식물 생태계 모니터링을 위한 복합 센서모듈 시제품 개발
- Energy harvesting(EH) 기반 야생동물 활동 모니터링 단말기 시제품 개발
- 제주 한라산 구상나무 군락지에 야생식생군락 생태계 모니터링 테스트베드 구축 및 시험 운용
o 장기간 모니터링 운용을 위한 복합 Energy harvesting 기반 전원공급 및 저 전력화 기술 개발
- 태양열 및 압전소자 기반 복합 Energy harvesting 기반 전원공급 및 충전 모듈 시제품 개발
- Active/Sleep 모드, Wake-up 방식, 다단계 전원관리 기법 등을 활용한 저 전력화 및 장기간 운용 기법 개발
o 야생생물 위치변화와 동식물 서식환경 측정 데이터 형식 및 표준화 연구
- 야생 생태계 실시간 관측 시스템 참조모델 표준 채택
- 야생 식물 실시간 관측 데이터 인터페이스 표준 채택
- 야생 동물 실시간 관측 데이터 인터페이스 표준 채택
- 표준 4건 채택 (사물인터넷포럼 표준 3건, TTA 표준 1건)
성능사양 및 기술개발 수준
o 무선 센서네트워크 기반 야생동식물 생태계 모니터링 시스템 규격 및 성능
- 노드와 통신 주파수 대역 : 900MHz 또는 433MHz 선택
- 전송방식 : IEEE 802.15.4g-2012 PHY with FEC, IEEE 802.15.4-2006 MAC
- 센서 : 토양수분/지온, 수목직경, 수액유속, 온/습도, 조도, CO2, 수목 기울기, 강우량
- 전원 : 솔라 판넬에 의한 배터리 또는 상전 지원
- 네트워크 토폴로지 : Star 네트워크
- 게이트웨이와 유무선망 통신 : 3G/WCDMA 또는 TCP/IP 이더넷 케이블
- 주요 구성품 : 센서모듈, RF 통신모듈, MCU 메인모듈, 태양판넬 기반 전원충전/공급모듈, 네트워크 보드, 3G/WCDMA 모듈
- 기타 기능 : 보드는 모듈화 형태로 구성, 외부에 LED와 디버그 포트 제공, 외부 탈취 기능
o 무선 센서네트워크 기반 야생동식물 생태계 모니터링 망 운용관리 서버 규격 및 성능
- 운용환경 : 윈도우 기반 PC, 스마트폰 또는 태블렛
- 주요화면 도시기능 : 시간대별, 기간별 센서값 변화량, 전체적인 그래프 형태로 제공
- 주요 구성 : GUI 화면관리, 네트워크관리, 사용자 입력 관리, 운용모드 관리, CCTV 관리, 이벤트 데이터 관리, 센서노드의 센서값 임계치 변경, 경보 설정 및 해제 기능 제공
o 야생동물 활동 모니터링 단말의 규격 및 성능
- 측정 대상 : 위/경도 위치, 서식지 환경(온도, 습도, 조도), 활동상태
- 전원 : 태양판넬 또는 압전소자 기반 배터리 충전/공급
- 서버와 통신방식 : 3G/WCDMA
- 주요 구성품 : GPS/WCDMA 보드, 제어/충전 통합보드, 센서모듈, 필름형 태양판넬, 리튬이온 배터리, 케이스, 목걸이 벨트 등
- 운용기간 : 6회/일 측정시 최소 7개월 이상, 1회/일 측정시 30개월 이상 운용 가능(2.7A 배터리, 태양판넬 충전 제외 기준)
- 단말 무게 : 240g (보드, 배터리, 케이스, 태양판넬, 목걸이 벨트 포함)
활용계획
o 기후변화에 따른 전국토의 야생동식물 생태계 변화를 모니터링 할 수 있는 전 국토 생태계 관측 네트워크 인프라로 확대 활용
o 야생동식물 생태계 모니터링 시스템 및 데이터 표준화 기술 확보로 향후 기후변화 생태계 변화 모니터링 시스템 개발 참조모델로 활용
o 환경 및 수질오염 센서 추가 등으로 관측 범위를 실시간 환경오염, 수질 측정 등 환경 분야로 확대 활용
o 실시간적으로 수집된 생태계 변화 정보를 기반으로 환경부의 자연보전정책 대응 등 국가환경정책 수립에 적극 활용
o 개발된 야생동식물 생태계 변화 모니터링을 위한 센서노드 및 게이트웨이 등을 추후 상용화하여 관련 분야의 신시장 창출 및 서비스에 활용
(출처 : 요약서 3p)
Abstract
▼
Ⅳ. Results
◦ Development of low power wireless sensor network Technology for monitoring of ecosystem
- Development of sensor node platform
- Development of Gateway platform
- Development of network management server platform
- Development of highly reliable networking S/W
- Develop
Ⅳ. Results
◦ Development of low power wireless sensor network Technology for monitoring of ecosystem
- Development of sensor node platform
- Development of Gateway platform
- Development of network management server platform
- Development of highly reliable networking S/W
- Development of Multi sensor module
- Development of energy harvesting technology for a long time observation
- Install and operate the test-bed in the Mt. Hanlla and ETRI for reliability testing and problems deriving
◦ Development of complex energy harvesting based power supply module for a long time monitoring
- Development of supporting Two kinds of power supply system
◦ Standardization of data format for Wildlife Ecosystem Monitoring
- Approve of Reference model of the realtime monitoring system for wildlife animals and plants
- Approve of Data interface specification of the realtime monitoring system for wildlife animals
- Approve of Data interface specification of the realtime monitoring system for wildlife plants
(출처 : SUMMARY 16p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제 출 문 ... 2
- 요 약 서 ... 3
- 요 약 문 ... 9
- SUMMARY ... 14
- 목차 ... 18
- 표목차 ... 20
- 그림목차 ... 21
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 26
- 1-1. 연구개발 목적 ... 26
- 1-2. 연구개발의 필요성 ... 27
- 1-3. 연구개발 범위 ... 29
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 31
- 2-1. 국외 기술개발 동향 ... 31
- 가. 센서네트워크 기반 생태계 관측 시스템 기술 및 구축 국외 동향 ... 31
- 나. 센서네트워크 등 실시간 생태계 모니터링을 위한 국외 요소기술 동향 ... 35
- 다. 무선 센서네트워크 관련 표준화 기술 동향 ... 36
- 라. 야생동물 위치추적 국외기술 동향 ... 37
- 2-2. 국내 기술개발 동향 ... 38
- 가. 국내 기상/환경 관측 시스템 구축 동향 ... 38
- 나. 센서네트워크 등 실시간 생태계 모니터링을 위한 국내 요소기술 개발 동향 ... 43
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 45
- 3-1. 연구개발의 내용(범위) 및 최종목표 ... 45
- 가. 연구개발 최종목표 ... 45
- 나. 연도별 연구개발 내용 및 범위 ... 46
- 다. 연구개발 추진전략 및 방법 ... 46
- 라. 연구개발 추진체계 ... 49
- 마. 연구개발 추진일정 ... 52
- 3-2. 연구개발 결과 및 토의 ... 53
- 가. 세부 연구개발 결과 ... 53
- 나. 연구개발 성과 ... 160
- 3-3. 연구개발 결과 요약 ... 168
- 가. 기술적 성과 ... 168
- 나. 경제적 성과 ... 172
- 다. 연차별 연구내용에 대한 결과 및 토의 제시 ... 172
- 4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 175
- 4-1. 목표달성도 ... 175
- 가. 정량적 목표 달성도 ... 175
- 나. 정성적 목표 달성도 ... 180
- 4-2. 관련분야 기여도 ... 182
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 185
- 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 187
- 6-1. 미국 NEON의 생태계 관측 네트워크 시설구축 및 운용현황 ... 187
- 가. 해외과학기술정보 수집 개요 ... 187
- 나. NEON 개요 ... 187
- 다. Niwot Ridge 의 장기생태연구 site 및 NEON site ... 189
- 라. NEON의 주요 활동내용 소개 ... 192
- 마. Central Plains Experimental Range(CPER)의 SGS-LTER사이트 ... 196
- 바. NEON의 European Integrated Carbon Observation System(ICOS) 사이트 ... 198
- 6-2. 미국 SERC 시설구축 및 운용현황 ... 199
- 가. 해외과학기술정보 수집 개요 ... 199
- 나. SERC 개요 ... 199
- 다. Forest Ecology Lab ... 199
- 라. Global Research Wetland ... 201
- 6-3. 시사점 ... 202
- 7. 연구개발결과의 보안등급 ... 203
- 8. 국가과학기술종합정보시스템(NTIS)에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 204
- 9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 204
- 10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 205
- 11. 기타사항 ... 206
- 12. 참고문헌 ... 206
- 부 록(기타 부록, 지침서, 매뉴얼, 안내서, 핸드북 등) ... 207
- 끝페이지 ... 291
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