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보고서 상세정보

외해 수중 가두리 양식장용 자동 감시 및 관리 시스템 개발
Development for monitoring and management system for ocean fish farm

  • 과제명

    해상 가두리 양식장용 자동 감시 및 관리 시스템 개발

  • 주관연구기관

    한국해양대학교
    Korea Maritime University

  • 연구책임자

    오진석

  • 참여연구자

    조성환   박동국   곽준호   조관준   강철원   정혜미   김비아   정성영   오유미   함연재   류우준   ...  

  • 보고서유형

    최종보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2008-09

  • 과제시작년도

    2007

  • 주관부처

    농림축산식품부

  • 사업 관리 기관

    농림축산식품부

  • 등록번호

    TRKO201000007230

  • 과제고유번호

    1525002693

  • 키워드

    수중모터.외해가두리.감시시스템.하이브리드 전력 체계.랩뷰.Underwater Motor.Offshore fish cage.Monitoring System.Hybrid Power System.LabVIEW.

  • DB 구축일자

    2013-04-18

  • 초록 


    This project is to develop monitoring/management system for ocean fish farm and its contents follow.
    ● Collected all data mate...

    This project is to develop monitoring/management system for ocean fish farm and its contents follow.
    ● Collected all data materials of ocean fish farm and analyzed and studied them
    。Seawater flow
    。Chemical analysis of seawater
    。Characteristic of deposit in a fish farm
    。Changing of water quality in a fish farm
    ● Surveyed measurement methods of environmental factors such as $NH^+_4$, DO, pH, and Chlorophyll-a and selected suitable methods among them for this project
    。Absorption spectrophotometry method
    。Neutralization propriety method
    。Ion selective electrode method
    。Polarographic method
    。Galvanic battery method
    。Winkler with Azid modification method
    。Using indicator method
    。Using hydrohen electrode method
    。Using antimonic electrode method
    。Using glass electrode method
    。Fluorescence measurment method
    ● Studied characteristics of ion electrode to measure environmental factors and studied automatic measuring methods of ion electrode to measure environmental factors and studied automatic measuring methods of ion electrode.
    ● Studied solar power generation system to use it as a power source for ocean fish farm management system and designed and developed MPPT controller based on these results.
    ● Designed a signal processing module for the control system based on IT to collect data from all kinds of environmental factors and to control the ion electrode automation system. Moreover, it was applied to its approval. In addition, not only this module collects signals from all kinds of motors, valves and ion electrode, but also the module makes it possible to be monitored remotely including communication with a HOST PC in land.
    ● Studied wireless communication system at sea compared with at land and designed and tested the system which is suitable for ocean fish farm. Wireless communication system based on LAN makes it possible to collect huge amounts of data, as a result, this system makes it possible to monitor the system with video data from fish farm. In addition, the system makes it much easy to connect with the other equipment, therefore its potential extension and applications with the other system are improved.
    ● Developed the monitoring system under water using an underwater camera and video signal processing module. The underwater camera is suitable for monitoring fish farm because it stands against 50m depth of water pressure. Video signal processing module compressed NTSC camera signal into Mpeg-4 digital signal for its transmission.
    ● Designed and developed short circuit monitoring system as a countermeasure of an electric leakage. In addition, all power consumption is monitored to manage power efficiently.
    ● Studied and developed the hybrid power supply system to be able to connect with solar and wind or solar and wave power generation system for complement shortage of power at sea. In addition, the hybrid system is also linked with power management control module, as a result it is possible to integrate it with power management system.
    ● Studied the fish farm position detecting system for an up and down shifter and selected and developed most suitable method. In addition, steady position system is also developed using mechanical barkers such as worm gear and electronic breaker.
    ● Introduced new rim structure of fish farm to develop hybrid positioning system using air and electricity together and its control system is also developed using embedded controller to control air and electricity together.
    ● Tested complete system on the open sea using experimental buoy for a long time and conducted its commercial usage


    외해 수중 가두리 양식장용 자동 감시 및 관리 시스템의 개발을 위하여 다음과 같은 연구 내용을 수행하였다.
    ● 외해 수중 가두리의 환경 데이터를 수집하여, 해수 유동 관측을 비롯한 해양 화학 분석, 가두리 양식장의 퇴적물 특성...

    외해 수중 가두리 양식장용 자동 감시 및 관리 시스템의 개발을 위하여 다음과 같은 연구 내용을 수행하였다.
    ● 외해 수중 가두리의 환경 데이터를 수집하여, 해수 유동 관측을 비롯한 해양 화학 분석, 가두리 양식장의 퇴적물 특성 분석, 양식장 수질 변화 등의 항목에 대하여 연구 분석하였다.
    $NH^+_4$, DO, pH, 클로로필-a 등의 환경인자 측정 기법에 대하여 흡광광도법, 중화적정법, 이온 전극법, 폴라로그래피식, 갈바니전지식, 윙클러-아지드화나트륨 변법, 지시자를 이용한 방법, 수소 전극을 이용한 방법 안티모닉 전극을 이용한 방법, 유리 전극을 이용하는 방법, 형광측정법 등에 대하여 조사하고 본 연구 개발 과제에 맞는 방법을 선정하였다.
    ● 이온 전극을 이용하여 환경인자들을 측정하기 위하여 이온 전극의 특성에 대하여 조사하고 이온 전극을 자동화 계측하는 방법에 대하여 연구하여, 이온 전극 자동화 장치를 설계·개발 하였다. 이온 전극 자동화 장치는 각종 용기와 펌프, 밸브, 모터 등으로 이루어져 있으며, 이들은 해상 환경에 가장 적합하게 제작되었다.
    ● 외해 수중 가두리 양식장 관리 시스템의 전력원으로 사용하기 위한 태양광 전력 시스템에 대하여 연구하고 이를 바탕으로 최대전력추종 제어장치를 설계·개발하였다.
    ● 이온 전극 자동화 장치의 제어를 비롯한 각종 환경 인자들의 데이터 수집 기능을 수행하는 IT 기반의 제어시스템 신호처리 모듈을 설계하여 시제품에 적용하였다. 제어시스템 신호처리 모듈은 각종 모터 및 밸브 제어, 이온 전극의 신호 수집을 비롯하여 육상의 HOST PC 와의 통신 기능을 포함하여 원격 모니터링이 가능하도록 하였다.
    ● 해상에서 무선 통신 시스템의 구조에 대하여 육상의 상황과 비교하여 연구하고 외해 수중 가두리 양식장 환경에 적용할 수 있는 구조에 대하여 설계하고 실험하였다. 무선 LAN 기반의 해상 무선 통신 시스템은 대용량의 데이터를 수집할 수 있어 양식장의 영상 감시 시스템 구현을 가능하게 하였으며, 다른 장비와의 연동성을 크게 높여 장치의 확장성과 다른 시스템으로의 적용성이 향상되었다.
    ● 수중 카메라와 영상 신호 처리 모듈을 이용하여 수중 감시 시스템을 개발하였다. 수중 카메라는 수심 50m 의 수압에도 견딜 수 있어 가두리 감시용으로 적합하며, 영상 신호 처리 모듈은 NTSC 방식의 카메라 신호를 Mpeg-4로 압축하여 디지털로 전송하였다.
    ● 해상 환경에서 발생할 수 있는 누전 등의 사고 대책으로 누전 감시 시스템을 설계·개발하였으며, 수중에 노출된 장비 뿐만 아니라 다른 장비들의 전력소모도 모니터링 할 수 있도록 하여 보다 효율적인 전원 관리가 가능하도록 하였다.
    ● 해상에서 부족한 전력을 보완하기 위하여 태양광 발전 시스템에 풍력이나 파력 발전 시스템을 연계할 수 있는 하이브리드 전력 공급 시스템에 대하여 연구·개발하였으며, 전원 관리 제어 모듈과 연동하여 통합적인 전력 관리 시스템이 구성되도록 하였다.
    ● 가두리 양식장의 상하 이동장치를 위하여 위치 검출 시스템의 구성 방안에 대하여 연구하고 가장 적합한 방법으로 개발하였다. 또한 기구적인 제동장치인 웜기어와 전자 브레이커 등을 사용하여 위치 고정 시스템도 설계하였다.
    ● 공기와 전기를 함께 이용하는 연동형 위치 이동 시스템을 개발하기 위하여 새로운 가두리 양식장의 림 구조형태를 제안하고, 공기/전기를 함께 제어할 수 있는 제어 시스템을 임베디드 컨트롤러를 사용하여 개발하였다.
    ● 다년간 걸쳐 연구·개발된 모듈들을 종합하여 실제 해상에서 실험하였으며, 이를 위해 실험용 부이를 제작, 장기간 실험하면서 개발된 기술의 상용화 작업을 수행하였다.


  • 목차(Contents) 

    1. 표지 ... 1
    2. 제출문 ... 3
    3. 요약문 ... 5
    4. SUMMARY ... 12
    5. CONTENTS ... 20
    6. List of Table ... 21
    7. List of Figures ... 22
    8. 목차 ... 29
    9. 표목차 ...
    1. 표지 ... 1
    2. 제출문 ... 3
    3. 요약문 ... 5
    4. SUMMARY ... 12
    5. CONTENTS ... 20
    6. List of Table ... 21
    7. List of Figures ... 22
    8. 목차 ... 29
    9. 표목차 ... 30
    10. 그림목차 ... 32
    11. 제1장 연구개발의 개요 ... 37
    12. 제1절 연구개발의 필요성 ... 37
    13. 제2절 연구개발의 목표와 내용 ... 41
    14. 1. 최종 목표 ... 41
    15. 2. 추진전략 및 방법 ... 42
    16. 3. 기대효과 ... 45
    17. 4. 활용방안 ... 45
    18. 제2장 국내외 기술개발 현황 및 과학기술정보 ... 46
    19. 제1절 국내외 기술개발 현황 ... 46
    20. 1. 국내 기술개발 현황 ... 46
    21. 2. 국외 기술개발 현황 ... 49
    22. 제2절 연구개발의 문제점 ... 51
    23. 제3절 연구개발 과제의 전망 ... 53
    24. 제3장 연구 개발 수행 내용 및 결과 ... 54
    25. 제1절 이론 및 접근방법 ... 54
    26. 1. NH+4,DO,pH 등의 환경인자 측정방법 ... 54
    27. 2. 이온 전극 ... 59
    28. 3. 태양광 ... 70
    29. 4. 파력 ... 79
    30. 5. 무선 통신 시스템 ... 86
    31. 6. 영상처리 시스템 ... 104
    32. 7. 상하 이동 시스템 ... 111
    33. 제2절 연구내용 ... 124
    34. 1. 가두리 양식장 환경데이터 수집 및 분석 ... 124
    35. 2. 가두리 양식장 환경 감시 및 관리 시스템 H/W 설계 및 제작 ... 139
    36. 3. 가두리 양식장용 환경 감시 및 관리 시스템 S/W 제작 ... 251
    37. 제4장 연구개발 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 268
    38. 제1절 연구개발 목표 달성도 및 달성도에 대한 자체평가 ... 268
    39. 1. 1차년도 ... 268
    40. 2. 2차년도 ... 270
    41. 3. 3차년도 ... 272
    42. 제2절 관련분야에의 기여도 ... 274
    43. 1. 기술적 측면 ... 274
    44. 2. 경제 . 산업적 측면 ... 274
    45. 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 276
    46. 제6장 참고문헌 ... 277
  • 참고문헌

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