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🐟 프로젝트 기획서
1. 프로젝트 개요
프로젝트 명 : 넙치 급이 관리 및 성장률 피드백 시스템
키워드 : 스마트 양식, 넙치, 사료 급이 시스템,수온과 시간에 따른 넙치의 먹이활동, ChatGPT
주관 기간 : -
팀명 : 노인과 바다
성명 : -
사업 규모 : -
지원 분야 : -
기술 분야 : 노동력 최소화를 위한 양식환경 관측 및 급이 자동화 기술
소요 예산 : -
사업 기간 : 2023년 03월 ~ 2023년 06월2. 프로젝트 내용
2-1. 프로젝트 목표
🔹 스마트 양식을 활용하여 야행성 어종인 넙치의 먹이 활동 시간 및 조건을 바탕으로 한 사료 급이 및 성장 증진 시스템을 고안한다.
🔹 넙치의 성장률이 저조한 경우 ph, 암모니아, 용존산소량, 탁도, 수온 센서에서 수집한 데이터와 Chat GPT를 사용하여 원인을 분석하고 해결책을 제시한다.
🔹 Chat GPT를 통해 경험이 부족한 양식업자에게 문제 상황에 대한 해결 방안을 제시하여 양식에 대한 경험이 없더라도 안정적인 양식을 가능하도록 한다.
2-2. 추진배경 및 필요셩
추진배경
🔹 넙치는 국내에서 양식 어종 생산량 중 가장 비중이 큰 어종(2021년 통계청 발표 자료 기준 1위 넙치 41800t, 2위 조피볼락 17500t)
🔹 넙치 양식에 사용할 수 있는 서비스를 만든다면 많은 수익을 얻을 수 있을 것이라 생각
필요성
🔹어종의 안정된 성장과 효율적인 사료 배급은 양식의 수익성에서 큰 부분을 차지함
🔹 기존의 사료 급이 방식은 대체적으로 매일 일관된 시간에 급이를 하되 날씨에 따라 급이 시간을 약간씩 수정하는 것으로 사람의 경험에 의존하는 부분이 큼
🔹 본 조는 사람의 감각이나 경험에 의거하지 않고 넙치가 먹이 활동을 활발하게 하는 조건과 시점을 토대로 사료 급이 시스템을 만들고자 함
🔹 이러한 시스템은 넙치의 원할한 성장은 물론 어종이 먹지 않은 사료로 인해 수질이 오염되는 것 또한 어느 정도 방지하여 수질 관리에 드는 비용을 절감할 것
2-3. 주요내용
🔹 효율적인 양식을 통해 수익성과 어류의 성장률을 높이기 위해서는 매일 일정한 시간에 먹이를 급이하는 것이 아니라 어종의 먹이 활동이 활발한 시기와 수질 조건을 고려하여 급이해야 한다.
🔹 넙치의 먹이 섭취에 영향을 주는 요인을 분석해본 결과, 주된 영향을 끼치는 수온과 용존산소량, 이외에 탁도, pH, 암모니아 농도를 고려하여 급이 기준을 설정한다.
🔹 Chat GPT 연동을 위한 input으로의 질의 형태 및 방식을 정하고 답변에 대한 기준 근거를 설정한다.
2-3-1. 수온과 DO(용존산소량)에 따른 급이 판단 기준
🔹 넙치는 야행성 어종으로 주로 동이 틀 무렵과 해질 무렵에 먹이 활동이 가장 활발하며 자외선이 강한 낮에는 먹이활동을 잘 하지 않는다.
🔹 넙치의 특성을 고려하여 일출 시간보다 30분 일찍, 또 노을이 지기 시작하는 일몰 시간보다 30분 일찍 급이하는 것이 적절하다고 판단하였다.
수온에 따른 급이 판단
(수온과 용존산소량 기준은 국립수산과학원의 자료를 참고하였다.)
- 수온이 높은 하절기에는 먹이 활동이 활발한 편으로 먹이를 매일 2회씩 급이한다. 하지만 수온이 과도하게 높아진 경우 넙치가 먹이활동을 하게 되면 DO가 급속도로 낮아져 집단 폐사의 위험이 있다.
- 수온이 낮은 동절기에 넙치는 9°C 이하로 수온이 내려가면 먹이 활동을 거의 하지 않지만 넙치의 영양상태 좋지 못하면 봄까지 넙치의 성장에 영향을 미친다.
- 수온이 9°C 이하이면 급이 중단, 9~12°C 일 때는 2일에 한 번, 12~14°C 일 때는 하루 한 번, 그리고 28 °C가 넘어서는 경우에는 급이를 중단하며 이 외에 추가적으로 국립수산과학원의 넙치 양식 매뉴얼 기준을 따라 급이 한다.
용존 산소량에 따른 급이 판단
- 용존 산소량이 낮은 상태에서 사료를 급이할 경우 넙치는 소화를 위해 물 속의 많은 산소를 사용하고, 이는 수중에 용존 산소량의 급격한 감소로 이어져 양식장 내 어류의 집단 폐사를 유발할 수 있다.
- 이러한 상황을 방지하기 위해 용존 산소량 센서를 이용해 DO 수치가 4.5ppm 이하인 경우에는 급이를 중단한다.
2-3-2. 먹이활동에 영향을 미치는 부가적인 수질 정보
탁도
- 넙치는 먹이활동을 할 때 주로 시야를 통해 먹이를 구별하기 때문에 부유물질과 미생물 등으로 물의 탁도가 높아지게 되면 먹이 활동을 저해한다.
- 탁도 센서를 통해 물의 탁도가 ±50NTU 값을 초과하게 된다면 수질 관리가 필요함을 알려준다.
pH와 암모니아 농도
- pH: pH가 과도하게 낮은 경우, 물의 산성 물질이 증가하고 이는 넙치의 눈, 가짓수, 비늘 등을 손상시키며 pH가 높은 경우 넙치의 아가미 조직을 손상시킬 수 있다.
- 암모니아: 암모니아는 넙치가 배설한 질소 화합물 중 하나로 높은 농도로 축적될 경우 넙치의 호흡기에 영향을 끼치고, 어류의 먹이 섭취량 감소로 이어질 수 있다.
- 따라서 pH 센서와 암모니아 농도 센서를 통해 물의 pH가 7~8 범위를 벗어나거나 암모니아 농도가 0.02mg/L를 초과하게 된다면 수질 관리가 필요함을 알려준다.
2-3-3. Chat GPT 활용 내용
🔹 본 조는 급이에 대한 판단과 수질 관리 요청 및 넙치의 성장과 건강상태 판단을 GPT가 수행하도록 한다.
🔹 5가지 센서를 통해 들어온 정보 및 기상청으로부터 크롤링하여 가져온 정보, 급이 기록, 양성 일수, 그리고 넙치의 이미지를 GPT에 전달하여 넙치의 성장률과 건강상태를 판단하도록 하고 그에 대한 피드백을 제공하도록 한다.
2-4. 기존 기술 및 타 사업과의 차별성
2-4-1. 기존 기술 현황
🔹 현재 국내에서 사용되고 있는 스마트 양식, 특히 자동화 급이 시스템은 효율적이고 간편한 운영을 위해 매일 같은 시간에 일정한 양의 사료를 급이하는 식의 시스템으로 구축되어 있다.
2-4-2. 타 사업과의 차별성
🔹 유동적인 급이 시스템을 제공, 단순히 일정한 시간 혹은 경험에 의거하여 사료를 급이하는 것이 아닌 넙치의 먹이활동이 활발한 시간에 급이
🔹 Chat GPT를 사용하여 넙치의 건강과 성장률에 대한 피드백을 쉽고 빠르게 받을 수 있음
2-5. 기대효과 및 활용방안
2-5-1. 경제적 측면
🔹 넙치는 한국 뿐만 아니라 일본, 중국 등 다양한 국가에서 인기가 있는 어종으로, 넙치 양식은 국내외 수출을 위해 중요한 사업 분야이다.
🔹 유동적인 사료 공급 시스템은 사료의 소비량을 줄이면서 어종의 건강과 성장률을 향상시킬 수 있어 양식 사업의 효율성과 수익성 향상에 기여할 것으로 기대된다.
2-5-2. 산업적 측면
🔹 Chat GPT를 활용하여 양식업자들의 노하우나 양식과 관련된 매뉴얼을 쉽게 제공받을 수 있어 양식에 대한 진입 장벽을 낮출 수 있다.
🔹 서비스 조건들을 다양한 어종에 맞게 수정하면, 다양한 어종에 대한 정보 제공 서비스를 제공할 수 있어 양식 산업 전반에 큰 도움이 될 것으로 예상된다.
2-5-3. 사회적 측면
🔹 어촌의 인구 감소와 고령화 문제가 심화되고 있다. 현재 상황이 지속된다면 국내 양식업은 생존에 어려움을 겪을 것이다.
🔹 양식업에 종사하던 어르신들의 경험을 스마트 양식 기술에 접목한다면, 그들의 수십 년의 노하우와 데이터를 활용하여 자동화 양식을 실현할 수 있을 것이다. 이를 통해 소수의 인력으로도 양식업을 유지할 수 있을 것으로 기대한다.
🔹 Chat GPT의 사용으로 양식업에 대한 진입 장벽이 낮아지고, 이로 인해 양식업을 선택하는 귀어 인구수가 증가할 것으로 전망한다.
3. 구현 방안
3-1. ELK를 활용한 서비스 제공
🔹 시스템 관리를 효과적으로 진행하고, 급이 조절을 효율적으로 관리하기 위하여 ELK를 사용하여 사용자에게 필요한 정보들을 제공한다.
🔹 수질에 대한 실시간 모니터링 서비스를 제공하며, 이상 상황이 발생하였을 경우 경고 메시지를 출력하여 사용자에게 문제 발생을 알린다.
🔹 양식 환경과 급이 패턴을 이해하는데 도움을 주기 위해 일별로 일출, 일몰 시간과 급이 기록을 보여준다.
3-2. GPT를 활용한 서비스 제공
🔹 사용자에게 넙치의 성장률 문제나 건강 상태 이상과 관련한 도움을 주기 위해 Chat GPT를 활용한다. 사용자는 센서를 통한 수질 정보와 본인의 핸드폰으로 넙치의 사진을 촬영하여 업로드 함으로써 Chat GPT로부터 해결책을 제공받을 수 있도록 한다.
🔹 사용자의 질의 내용과 해당하는 Chat GPT의 답변 내용을 보여준다.
3-2-1. 넙치의 성장률에 영향을 주는 요인
- 사료의 양
넙치의 성장에는 적정한 영양공급이 필요하다. 적정한 영양 공급을 유지하지 못한다면 넙치의 성장률이 저조할 수 있다. - 수온
넙치의 성장은 수온에 따라 영향을 받는다. 넙치가 적절한 수온에서 사육될 수 있도록 수온을 조절해 주어야 한다. - 양식 조건
양식조건 악화는 넙치의 성장 저하에 영향을 미칠 수 있다. 양식 환경을 개선하여 적정한 수질, 산소, pH, 탁도 등의 환경을 유지하는 것이 중요하다. - 질병
질병에 걸리게 되면 넙치의 성장에 부정적인 영향을 미치게 된다. 넙치가 건강에 이상이 있다면 눈이 흐림, 눈꺼풀이 부어오름, 검은 점이 생김, 창자 부분이 부어오름 등의 증상을 보일 수 있다.
3-2-2. Chat GPT 활용
- 사용자는 매일 같은 시간에 넙치의 사진을 촬영하여 업로드하고, Chat GPT에 Input으로 수질 측정 센서로부터 측정한 수질 데이터와 사용자가 촬영한 넙치의 이미지 데이터를 넣어준다.
- Chat GPT는 넙치의 이미지 데이터를 통해 사용자의 넙치 사진을 비교하여 성장률이 저조하다고 판단하였을 때, 수질 데이터와 성장 시기의 평균 크기를 토대로 성장률이 저조한 원인을 분석하고 그에 맞는 해결책을 제시한다.
예시1) 사료의 양을 늘린다.
예시2) 질병에 걸린 것으로 판단되는 넙치를 격리하여 약욕을 한다.
4. 제한 조건
본 프로젝트의 주된 제한조건은 사료를 건식사료로 제한한다는 것이며 이유는 다음과 같다.
🔹 살포 과정의 복잡성
: 습식 사료는 액체나 고체 형태로 구성되어 있어 정확한 살포를 위해 특수한 메커니즘이나 장치가 필요할 수 있다. 이는 자동 급이 시스템의 설계와 운영을 복잡하게 만들 수 있다.
🔹 유지 보수 및 청소의 용이성
: 건식 사료는 습기를 포함하지 않으므로 사료 공급기와 급이 시스템을 유지하고 청소하기가 더 쉽다. 습식 사료는 적절한 보관 및 관리가 필요하며, 사료 통과로 인한 청소 작업이 추가로 필요할 수 있다.
🔹 수질 조절의 어려움
: 습식 사료를 사용할 경우, 수질 조절이 어려울 수 있다. 습식 사료의 수분 함량이 높아서 수질 조절을 위해 추가적인 노력과 장치가 필요할 수 있다. 특히 급이 시스템에서 수질을 정확하게 조절하는 것은 중요한 요소이며, 습식 사료의 사용은 이러한 조절 작업을 어렵게 만들 수 있다.
🔹 사료의 변질 가능성
: 습식 사료는 습기를 포함하고 있기 때문에 저장 및 유지 관리에 더 큰 주의가 필요하다. 자동 급이 시스템에서 습식 사료를 사용할 경우, 사료의 변질 가능성이 높아질 수 있으며, 이는 넙치의 건강과 성장에 영향을 미칠 수 있다.
🔹 장기적인 시스템 안정성
: 건식 사료의 경우에는 사료의 안정성과 유통 기간이 높아 시스템의 안정성을 유지하기 더 용이하다. 습식 사료는 저장이나 공급 과정에서 오염이나 부패 가능성이 있어 시스템의 안정성에 영향을 줄 수 있다.
5. 데이터 흐름도
6. 전체 시스템 구성도
