초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
최종목표 : 축산질병 증가에 따른 예방 및 통제 관리를 위해 축산(양돈 등) 농가의 질병 초기대응, 사육환경 개선과 질병 상시 안전감시 시스템 활성화를 위한 ICT 기반의 지능형 스마트 안전 축사 핵심기술 개발 및 표준화를 목표로 함. 특히, 밀페형 축사시설의 열악한 공기질에 의한 호흡성 질병의 최소화, 사육환경의 개선에 따른 에너지 부하 절감을 통한 축산농가의 수익증대, 스마트 안전 축사를 대상으로하는 현장 검증을 통한 프로토타입 모델 개발을 추진

◼ 전체 내용

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
최종목표 : 축산질병 증가에 따른 예방 및 통제 관리를 위해 축산(양돈 등) 농가의 질병 초기대응, 사육환경 개선과 질병 상시 안전감시 시스템 활성화를 위한 ICT 기반의 지능형 스마트 안전 축사 핵심기술 개발 및 표준화를 목표로 함. 특히, 밀페형 축사시설의 열악한 공기질에 의한 호흡성 질병의 최소화, 사육환경의 개선에 따른 에너지 부하 절감을 통한 축산농가의 수익증대, 스마트 안전 축사를 대상으로하는 현장 검증을 통한 프로토타입 모델 개발을 추진

◼ 전체 내용
1. 가축질병 방지를 위한 차세대 스마트 ICT 안전 축사 모델(Triplet-S)
o 주요 기능
- 스마트 안전 축사의 공기역학적 거동 예측 (CFD 모델) 기능
- 스마트 안전축사의 에너지해석 (BES 모델) 기능
- 다양한 수치모델을 활용한 최적 공기재순환 기능
- 에너지 활용 최적화에 따른 에너지 절감 기능
- 스마트 안전 축사 현장요인 상시 모니터링 시스템 기능
- 질병발생 및 유출입 방지 기반의 스마트 안전 축사 표준 모델 및 운영 기능
2. 가축질병 최소화를 위한 P2V 기반 스마트 안전 축사 플랫폼(Triplet-P)
o 주요 기능
- P2V 기반 스마트 안전 축사 제어 기능
- 축사데이터 정량화 및 P2V 스마트 안전축사 기능 매핑 기능
- oneM2M 기반 스마트축사 통합 기능
- 스마트 축사용 IoT-Hub 기능
- 웹/VR 기반 2D/3D 축사 가시화 기능
- 시뮬레이션 대상 축사의 3D 모델링 기능
- 안전축사용 디지털 트윈 플랫폼 기능
3. 사육환경 개선을 위한 농가용 통합 자율 운영 시스템(Triplet-A)
o 주요 기능
- 실시간 SPM 데이터 이상상황 인지
- SPM 데이터 오차 보정 기술
- 자율 제어 스마트 안전축사 복합 운영 기능
- 효율적 에너지 제어를 위한 지능형 통합 기능
4. 가축 스트레스 변화 인지 및 면역력 저하 탐지 센서(Triplet-E)
o 주요 기능
- 가축 타액의 추출, 분리 및 제어 기능
- 프로브 고정화에 따른 스트레스 바이오마커 특이적 감지 기능
- 가축 타액의 스트레스 바이오마커 측정 기능
- 측정량과 스트레스/면연력 연관성 분류 기능
- 집단 및 개별 가축 스트레스 측정을 위한 센싱기기
5. 안전축사를 위한 가축 상시 감시 시스템(Triplet-E)
o 주요 기능
- 머신러닝/딥러닝기반 가축질병 객체 검출 및 분석 기능
- 영상 데이터 이벤트 검색 및 추적 기능
- 단계별(관심/주의/경계/심각) 알림서비스 기능
6. 안전축사의 동물복지 인증 시스템 및 표준 개발(Triplet-C)
o 주요 기능
- 동물복지 인증(산란계, 양돈) 심사용 시스템 개발
- 동물복지 인증(산란계, 양돈) 자동 점수화 엔진개발
- 농장동물 대상 동물복지 축산 농장 농가용 시스템 개발
o 국내 표준 개발 및 표준화 활동
- 연차별 개발에 따른 관련 기술의 표준화는 농식품 ICT융합 표준포럼의 스마트팜 축산분야 워킹그룹을 통해 진행하고 개발이 완료된 표준은 표준 포럼 채택, TTA PG426의 정식 제출을 통해 완성함
o 기업중심의 요구사항 발굴 및 현장 적용, 출연연 및 대학 중심의 세부 기술 내용, 표준화 개발 연계 및 현장 테스트베드를 통한 검증

□ 연구개발성과
1. 가축질병 방지를 위한 차세대 스마트 ICT 안전 축사 모델(Triplet-S)
- (세계최초) 공기재순환 통합시스템을 통한 내부 생육환경, 질병 차단, 악취 및 유해가스 배출 저감, 에너지 소비 절감 등의 대표 축산 현안 동시 해결기술 확보
- (세계최초) 강산성 전해수 용액 재순환 및 최적 EBRT 설계를 통한 암모니아, 분진, 복합악취 동시 제거가 가능한 공기세정 기술 확보
- ICT 기반 실시간 데이터 수집 및 내외부 실시간 데이터를 이용한 돈사 내부 자동제어 운영 알고리즘 핵심기술 확보 및 검증
- 돈사 내부의 대사에너지 재사용을 통한 난방에너지 절감 및 신재생 에너지 사용을 통한 에너지 효율성 극대화 기술 확보
- CFD, BES, 수치모델 등을 활용한 공기재순환 환기시스템 최적 모듈 설계 프로세스 기술 확보
2. 가축질병 최소화를 위한 P2V 기반 스마트 안전 축사 플랫폼(Triplet-P)
- (세계최초) 국제 IoT 표준 oneM2M 프로토콜 기반 축사 환경 데이터 수집 및 장치 제어 시스템 개발
- “oneM2M 플랫폼 기반 국제표준 축사 환경 데이터 수집 시스템 및 수집 방법” 국내 특허 출원/등록 1건, 국제 특허 출원 1건 완료
- 축사 설비 통합 제어를 위한 스마트축사 멀티컨트롤러 시제품 개발
- “스마트축사 멀티컨트롤러 제어프로그램” 소프트웨어 1건 등록
- 직렬 아크(Arc-Faults)에 대한 특징성분을 분석하여 아크 발생 여부 및 발생 부하(Loads)를 예측할 수 있는 딥러닝 모델 핵심 기술 확보 및 검증
o 가상현실 기반 스마트안전축사 디지털트윈 가시화 시스템 개발
- (세계최초) 디지털트윈 스마트안전축사 시스템 개발
- 스마트안전축사 환경정보(ex.암모니아, 습도, 온도 등) 2D/3D 데이터 가시화 기술 확보 및 가상공간 데이터 표출 시스템 개발
- (세계최초) 웹기반 가상축사 저작도구(authoring tool) 개발
- 가상 축사 환경 구성을 위한 장치 및 장비 데이터를 관리할 수 있는 가상 환경 콘텐츠 관리 시스템 개발
- 축사 저작도구를 이용한 가상축사 에너지 효율 시뮬레이션 개발
3. 사육환경 개선을 위한 농가용 통합 자율 운영 시스템(Triplet-A)
- (세계최초) 다중의 장비 이상상황 분석 모델을 동시에 구축하고 이를 동적으로 농가에 적용하여 장비 오작동을 신속하게 검출하도록 하는 스마트팜 농축산 다중 장비 오작동 상황인식 핵심기술 확보 및 검증
- (세계최초) 축사의 자율 제어 및 복합 운영, 제어알고리즘 선택에 의한 지능제어 핵심 기술 확보
- 축사 내 다양한 환경, 사양, 제어 정보의 수집 및 분석을 통한 축사의 효율적 운영 핵심 기술 확보
- 축사 사육환경의 개선, 운영 비용 감축, 질병 최소화 및 지능형 통합 서비스를 제공 핵심 기술 확보
4. 가축 스트레스 변화 인지 및 면역력 저하 탐지 센서(Triplet-E)
- (세계최초) 다중 센서 및 다중 바이오마커 기반 가축 스트레스/면역력 탐지 핵심기술 확보
- 다중 스트레스 바이오마커 측정을 위한 모세관 칩 기반 다중 센서 프로브 개발, 가축 내분비물(타액) 기반 가축 스트레스/면역력 변화 측정 리더기 개발, 내분비물 중 바이오마커 측정량과 스트레스 연관성 분류 알고리즘 SW 개발, 스트레스 측정 리더기-모바일 단말기 App-관리 서버(Triplet-E) 연동을 통한 가축 스트레스 실시간 측정 및 검증을 통한 가축 스트레스/면역력 탐지 핵심기술 확보
5. 안전축사를 위한 가축 상시 감시 시스템(Triplet-E)
- (세계최초) 돼지자세 3종구분과 응집여부, 사료통 접근 여부, 경계선 출입여부, 트래킹 등이 가능 핵심기술 확보
- (세계최초) 이벤트 알람 서비스, 및 돈방별 군집 객체활동 상태를 직관적으로 알 수 있도록 한 페이지로 요약 보고서 AI 자동생성 기능개발 핵심기술 확보 및 테스트베드를 통한 검증
6. 안전축사의 동물복지 인증 시스템 및 표준 개발(Triplet-C)
- (세계최초) 동물복지 인증과 관련된 표준화 개발 및 시스템 동물복지 인증 시스템 적용 및 검증
- 농림축산검역본부에서 운영하는 동물복지 인증 절차의 시스템화 및 동물복지 사후 관리에서의 인공지능 기술을 활용한 동물복지 위반 행위 검출을 위한 핵심기술 확보

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
◦ 축산물 수급의 안정적 유지를 위한 축산 전염병 유입경로 차단 및 관리 개선
- 과거 축산물의 가격은 가축 사육두수 증감과 소비 증감여부에 의하여 결정되었으나, 축산 전염병이 주기적으로 발생함에 따라 축산물 수급에 있어서 중요한 변수로 간주되어야함. 축산 전염병은 4 ㎛ 이하의 액적, 분진 등을 통하여 공기 중 전염병 전파가 가능함. 본 기술개발로 축산 전염병이 빈번하게 발생하는 겨울철 축산시설의 외부 공기 유입을 최소화하고 바이러스 증식을 방지함으로써 안정적인 축산물 수급이 가능할 것임.
◦ 축산 전염병 청정국가로 도약하기 위한 미래지향적 스마트 안전 축사시설 개발
- 본 기술 개발은 외부의 신선한 공기를 최소한으로 축사 내부에 도입하고 축사 내 오염된 공기는 공기세정장치로부터 세정과정을 거치고 가축의 사육 환경에 적합한 온·습도로 축사 안으로 공급됨. 추후 축사 내 오염된 공기를 100% 정화할 수 있는 기술 개발로 축산 전염병의 축사 내 유입을 차단하고 미래지향적 스마트 안전 축사시설 개발에 활용될 수 있음.
◦ 축산용 디지털 트윈 플랫폼 개발을 통한 축사 시스템의 문제 해결
- 축산 시스템의 장비 운영 시스템의 모니터링 과 다운타임 최소화, 제품, 서비스 개발 또는 프로세스 개선 측면에서 새로운 기회를 식별하는 데 도움이 되는 시뮬레이션, 실행 가능한 통찰력을 활용하여 핵심 계획 수립 프로세스 지원, 기존 시스템 내에서 혁신 프로세스를 발전시키고 건반적인 축사 성능을 향상, 실제 축산 전문가, 시스템 기업, 컨설팅과의 새로운 협업기회를 통해 거대한 데이터의 의미를 파악, 부품(센서 및 제어기), 축산용 사양 기계 등의 교체, 축사내 시스템 설계를 바꾸는데 요구되는 값 비싼 시행착오 등의 피해를 바꿀 수 있음. 또한 장비 및 자산에 대한 조기 경보 및 잠재적인 실패를 식별, 관련 시스템의 수리 또는 유지보수는 동적 최적화를 허용하는 예측이 가능하여 시장 경쟁위에서 경쟁 이점 확보 가능
◦ 축산분야 Biometric기술의 확보
- 사람을 중심으로 하는 지능형 CCTV 등의 기술의 농축산 분야로의 확대, 특히 축산분야의 문제점이 폐사체 및 질병 돼지의 상태 감시 등 돼지를 대상으로 하는 Biometric 기술 분야의 기술적 성숙 가능
◦ 농가 컨설팅 온/오프라인 서비스 활용 및 전문인력양성
- 기술개발 결과는 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 비가시적인 공기에 대한 거동 예측과 에너지 효율 측면을 기반으로 최적화 시스템 개발을 목표를 함으로써, 새로운 시스템에 대한 온/오프라인 농가 컨설팅 서비스 플랫폼 개발과 전문인력양성의 교육 자료로써 활용할 수 있음.
◦ 축산업 이외 타 산업분야 (주거지, 산업체 등) 적용
- 우리나라 전체 에너지의 36%를 아파트, 주택 등의 주거 공간에 이용되고 있으며, 백화점, 병원 학교 등 상업용 및 공공건물에 9%가 이용되고 있음. 특히, 주거 부분에 있어서 에너지 사용 비중은 난방 (55%), 전기·전자기기 (19%), 온수 (19%), 기타 (7%)로 난방 에너지 부하가 매우 큼. 자체 공기세정장치를 이용하여 공기의 질을 높이고, 외부 공기 교환을 최소화함으로써 난방 에너지 부하를 절감하는 본 기술개발을 통하여 타 산업 분야에 적용 가능 할 것으로 판단함.
◦ 축산 악취 배출량 감소
- 우리나라의 경우 축산농가의 수는 감소하고 있지만 증가하는 축산물에 대한 수요를 만족시키기 위하여 대규모 축산농가가 증가하는 추세임. 축산농가가 대형화됨에 따라 축사에서 발생하는 악취문제로 인한 지역주민의 민원이 크게 증가하였음. 기술개발 결과는 공기세정장치를 통하여 기존의 배출되는 배기량과 비교하여 약 20% 정도 배출함에 따라 악취 배출량 저감과 동시에 지역 주민간의 갈등을 해소할 수 있음.
◦ 축산업 종사자 고령화와 인력 유출에 따른 문제 해결
- 축산업 전체 고령화 비율은 40.3%에 해당하며, 그 중 양돈 산업에 종사하는 65세 이상의 고령화 인구 비율은 21.8%를 차지하고 있음. 또한, 젊은 후계 인력의 도시 진출로 인한 산업 위축이 예상됨. 그러나, 본 기술개발을 통하여 환경조절, 사양관리 등을 자동화함으로써 고령화로 인한 문제를 해결하고, 축산업 관련 사육 정보 부족으로 귀농, 귀촌인의 실패 사례를 낮출 수 있음.
◦ ICT 융·복합 축사 시스템 검증을 통한 과학 기반 스마트 영농 확산
- 외국의 경우 축산시설 내부 적정 구조를 도출하기 위하여 수치해석을 활용하고 있으며, 충분한 검증을 통하여 도출된 연산결과는 축산시설 표준설계도에 반영함. 그러나, 국내 표준 설계도의 경우 이러한 공기역학적 검증이 미흡한 실정임. 특히, 양돈 농가의 63% 는 축사 표준설계도를 축사 설계 시 이용하지 않는 것으로 나타나고 있음 (농림축산식품부, 2014). 본 기술개발의 경우에는 시뮬레이션 모델 검증과 테스트베드 현장검증을 통하여 양돈 농가의 시스템 도입 의지를 증대시키고 스마트 영농의 확산 계기가 될 것임.
◦ 국가 중장기적 신재생에너지 보급 목표 달성을 위한 전략
- 우리나라는 2035년 1차 에너지의 11%를 신재생에너지로 보급하기 위한 중장기적인 목표를 설정하고 있으며, 신재생에너지에 대한 지원을 강화하고 있지만 농촌에 있어서 신재생에너지 생산은 전체 에너지 소비량의 2.4%에 미치지 못하고 있음. 그러나, 신재생에너지 적용하여 개발·검증된 공기재순환 시스템 활용과 국가적, 제도적 지원을 통하여 국가의 중장기적 신재생에너지 보급 목표를 달성할 수 있음.
◦ 축산업 자동화에 따른 생산성 향상을 통한 국가 경쟁력 확보
- 축사 내 가축 사육을 위한 최적 환경 조성에 대한 연구가 많이 이루어졌음에도 불구하고 많은 농장주는 관행적, 경험적으로 영농활동을 지속하였음. 그러나, 측정 데이터 기반의 과학 영농을 통하여 정확하고 효과적인 생산 활동을 통하여 축산물 생산성 향상시키고 국가 경쟁력을 확보할 수 있음.
◦ 동물복지인증 제도는 2012년 산란계, 돼지, 한우 등을 중심으로 서류심사 및 현장 심사 과정을 거쳐 진행되고 있으나, 인력부족 등으로 인해 미흡한 실정으로 ICT 기술 적용을 통한 심사과정의 투명성 확보 및 지속적 상시 관리 체계 고도화 기술 확보
◦ 축산관련 기업의 경쟁력 확보
- 과거 국산화 및 표준화가 미흡한 결과 우리나라의 축산관련 기업은 영세하였고, 그 기술 수준이 낮았음. ICT 융·복합 및 축산시설 현대화 사업을 통하여 기업의 기술 수준은 진보하였지만 스마트축사 관련한 핵심기술은 대부분 외국 기술에 의존하기 때문에 경쟁력 확보에 한계가 있음. 그러나, 본 과제의 결과를 통하여 핵심기술의 국산화 및 표준화가 가능할 것으로 판단되며, 선진국 수준의 기술 수출기업 육성 등의 기업 경쟁력 확보 할 수 있음.

(출처 : 요약문 12p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 최종보고서 ... 2
• 요 약 문 ... 12
• 목차 ... 18
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 19
• (1) 연구개발 배경 ... 19
• (2) 기술의 개념 및 축산 현황 ... 26
• (3) 핵심개발기술 ... 60
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 78
• 1) 1차년도 (2018년) ... 78
• 2) 2차년도 (2019년) ... 85
• 3) 3차년도 (2020년) ... 143
• 4) 4차년도 (2021년) ... 217
• 5) 5차년도 (2022년) ... 315
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 395
• 1) 연구수행 결과 ... 395
• 2) 목표 달성 수준 ... 422
• 4. 목표 미달 또는 미흡한 사항에 대한 원인분석 ... 427
• 5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 428
• 6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 430
• 1) 향후 5년간 성과활용·확산 활용방안 및 계획(활동계획) ... 431
• 2) 주요 성과활용 (기대)성과목표 ... 434
• 3) 성과활용·관리 추진체계 ... 434
• 4) 기타 ... 434
• 7. 연구개발성과에 대한 후속연구 및 추가 개발 계획 ... 434
• 8. 연구개발비 사용실적 ... 436
• 8-1 2021년 연구개발비 사용실적 ... 436
• 8-2 2022년 연구개발비 사용실적 ... 441
• 끝페이지 ... 446