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보고서 요약서

SUMMARY

Contents

목차

제1장 연구개발과제의 개요 32

제1절 연구개발 목적 32

1. 연구개발 최종목표 32

2. 주요 연구내용 33

제2절 연구개발의 필요성 34

1. 연구개발의 필요성 34

2. 연구개발 대상 기술의 국내·외 현황 39

참고문헌 43

제3절 연구개발 범위 44

1. u-IT 기반 스마트 낙농 통합시스템 개발(제1세부-산하정보기술) 44

2. 낙농 자동화 통합관리 시스템 실증을 위한 테스트베드 목장 구축 및 운용(제1협동- 서울대학교) 44

3. 낙농 정보수집 및 제어를 위한 스마트 통합 시스템 개발(제2협동- 전자 부품연구원) 45

4. U-IT 기반 스마트 젖소 사양관리 통합 프로그램 개발 및 실용화(제1위탁- 건국대학교) 45

제2장 국내외 기술개발 현황 47

제1절 국내기술개발 현황 47

1. 귓속 삽입형 체온 측정 시스템 47

2. ICT 융·복합 기술을 접목한 지능형 축사관리시스템 47

3. 스마트 양계 시스템 반딧불이 48

4. 포유돈 자동 급이 시스템(LSF) 49

5. 수입 쇠고기 추적 서비스 49

6. 대관령 한우 RFID 시스템 51

7. RFID를 이용한 수입 소고기 추적 서비스 51

8. u-IT 신기술 기반의 양돈 HACCP 시스템 구축 52

9. u-IT를 활용한 u- 포크 안전·안심 시스템 구축 52

10. 클립소프트 렉스퍼트 도입 사례 53

11. 양돈 생산 및 경영 관리 54

제2절 국외 기술개발 현황 55

1. 우보(牛步) 시스템 55

2. 미국 국가동물식별시스템(National Animal Identification System, NAIS) 55

3. 새로운 소 추적기 발명 56

4. 아르헨티나에서 TRAZAR 시스템의 영향 평가 57

5. 칠레 바이오 다이제스터(Bio Digestor) 시스템 57

6. 소의 분만과 우유 생산량 등을 추적해 주는 센서 58

7. 분뇨처리 자동화 시스템 58

8. 자동 착유기 'Astrea' 59

9. 비육돈 분류 및 자동급이시스템 'Velos Sorting' 60

10. 자동 착유기 Astronaut A4 60

11. 자동 착유기 VMS 61

12. DLBR Svine IT 62

13. MilkHub 낙농 자동화 시스템 64

14. 도코모 축산 농가용 스마트폰 서비스 64

15. ENGS Systems(ENGS): 발정 체크 및 건강 모니터링 시스템 65

제3장 연구수행 내용 및 결과 66

제1절 연구개발 추진 전략 및 방법 66

제2절 연구개발 추진 체계 68

제3절 연구개발 추진일정 69

제4절 연구개발 성과 72

1. 연구수행 방법 및 결과 72

2. 연구개발성과 75

제5절 연구개발 내용 82

1. u-IT 스마트 낙농 목장 통합 운영 솔루션 개발(제1세부) 82

2. u-IT 기반 스마트 젖소 사양관리 프로그램 개발(제1위탁) 123

3. 낙농 자동화 통합관리 시스템 실증을 위한 테스트베드 목장 구축 및 운용(제1협동) 162

4. 낙농 정보수집 및 제어를 위한 스마트 통합시스템 개발(제2협동) 190

제6절 연구개발 결과 213

1. 기술적 성과 213

2. 경제적 성과 235

제7절 결론 236

제4장 목표달성도 및 관련분야 기여도 238

제1절 목표달성도 238

1. 최종 성과 목표 및 평가방법 238

2. 단계별 성과목표 및 평가방법 239

3. 연차별 성과 달성도 및 개발 내용 243

제2절 관련분야 기여도 247

제5장 연구결과의 활용계획 248

제6장 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 250

제7장 연구개발결과의 보안등급 253

제8장 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 254

제9장 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 255

제10장 연구개발과제의 대표적 연구실적 257

제11장 기타사항 259

제12장 참고문헌 260

[표 1-1] 국내 낙농업의 사육현황 34

[표 1-2] 주요경쟁 국가별 수량 및 생산비 비교 36

[표 2-1] 수입 쇠고기 추적 서비스의 주요 기능 50

[표 2-2] DeLaval사 자동 착유 로봇의 장단점 62

[표 2-3] DLBR Svine IT의 각 개별 모듈 특성 63

[표 3-1] 프로토콜 구조 84

[표 3-2] 스마트데이터커넥터를 이용하여 수집된 개체정보 85

[표 3-3] 통합DB 구축현황 89

[표 3-4] 컴포넌트 기능명세 94

[표 3-5] THI지수에 따른 사료급여프로그램 97

[표 3-6] 축사환경 및 생체 데이터 수집 101

[표 3-7] 스마트 낙농통합관리시스템 컴포넌트 별 역할 102

[표 3-8] 서울대학교 평창목장 테스트베드 구축현황 103

[표 3-9] 건국대학교 종합실습목장(충주) 테스트베드 구축현황 107

[표 3-10] 여주 태*목장 테스트베드 구축현황 109

[표 3-11] 사양관련 환경(온도) 변화 모니터링 생리지표 발굴 123

[표 3-12] 국내 젖소의 환경온도대별 산유량 예상치 126

[표 3-13] 사료섭취량에 대한 환경온도 보정계수 (최대섭취량의 95%적용) 126

[표 3-14] THI값에 의한 젖소 사료급여 프로그램 127

[표 3-15] 송아지의 사양프로그램 (7주령 이유 프로그램) 128

[표 3-16] 생후 4~6개월령 사양프로그램 128

[표 3-17] 생후 7~12개월령 129

[표 3-18] 생후 13~15개월령 129

[표 3-19] 생후 16~22개월령 130

[표 3-20] 착유우의 영양소 요구량 131

[표 3-21] Chemical composition of the basal diets (TMR and concentrations) 132

[표 3-22] Chemical composition of NTD and HTD 132

[표 3-23] Effect of top dressing feeding on milk yield and composition during the summer... 133

[표 3-24] Effect of top dressing feeding on serum cortisol and metabolite levels during the... 134

[표 3-25] Chemical composition of the basal diets (TMR and concentrations) 135

[표 3-26] Effect of additional feeding on milk yield and composition during the winter season 136

[표 3-27] THI 별 사료섭취 및 Milk Yield 및 전도도 141

[표 3-28] THI값에 의한 젖소 사료급여 전략 141

[표 3-29] 2012년 한국 젖소 사양표준 142

[표 3-30] THI값에 의한 젖소 사료급여 전략 142

[표 3-31] 2012년 한국 젖소 사양표준 143

[표 3-32] U-IT 통합관리 시스템의 농가 적용 시 사양관리상의 문제점 및 개선내역 150

[표 3-33] 농가 불만사항 접수 및 처리현황 152

[표 3-34] 낙농 통합관리 시스템과 농장 연계 문제점 파악 및 피드백 152

[표 3-35] 낙농 통합관리 시스템과 농장 연계 문제점 파악 및 피드백 153

[표 3-36] U-IT 통합관리 시스템의 농가 적용 시 사양관리상의 문제점 및 개선내역 154

[표 3-37] 농가 불만사항 접수 및 처리현황 156

[표 3-38] Chemical composition of the basal diets (TMR and concentration) 157

[표 3-39] Chemical composition of the basal diets (TMR and concentration) 159

[표 3-40] Changes in the feed intake, milk yield, behavior, and ear temperature of holstein fed a... 161

[표 3-41] 젖소 사육현황 및 이력정보 예시 163

[표 3-42] 로봇착유시스템의 설치방식 및 조건 165

[표 3-43] THI 연산식 적용 예 177

[표 3-44] 다중 생체정보 센싱장치 데이터 수집 결과 181

[표 3-45] 다중 생체정보 센싱장치 데이터 수집 ppg 제외시 데이터 수신 결과) 181

[표 3-46] 다중 생체정보 센싱장치 데이터 수집(수정 D/B 형태) 182

[표 3-47] 게이트웨이 구성을 위한 주요 IC 192

[표 3-48] 생체정보센서에 적용된 주요 IC 195

[표 3-49] 생체정보센서에 적용센서 195

[표 3-50] 복합환경에 적용된 주요 IC 198

[표 3-51] 복합환경에 적용된 센서 199

[표 3-52] 사료자량 측정 센서에 적용된 주요 IC 201

[표 3-53] 사료자량 측정 센서에 적용된 센서 201

[표 3-54] 창문 개폐 센서에 적용된 주요 IC 203

[표 3-55] 창문 개폐 센서에 적용 센서 204

[표 3-56] 환풍기 동작 제어 및 센서 통합 모듈에 적용된 주요 IC 205

[표 3-57] 환풍기 동작 제어 및 센서 통합 모듈에 적용센서 205

[표 3-58] 농장규모별 ICT 사양관리 필요장비 231

[표 3-59] 축사 환경제어 알고리즘 231

[표 3-60] U-IT 낙농 통합관리 시스템의 THI값에 의한 젖소 사료 사양관리 프로그램 234

[표 3-61] 낙농가에 자동화 구축 시 필요 센서 종류 및 기능 236

[표 3-62] 낙농가에 사육두수별 규모에 따른 통합 사양관리 필요장비 237

[그림 1-1] u-IT 기반 스마트 낙농 통합관리 시스템 32

[그림 1-2] u-IT 기반 낙농 생산/환경 관리를 위한 통합 관리시스템 개념도 33

[그림 1-3] 착유와 우군관리를 동시에 할 수 있는 낙농 자동화... 37

[그림 1-4] 사료업체 밀크하우징 시스템 체계도 41

[그림 2-1] 귓속 삽입 모듈 47

[그림 2-2] ICT 융복합 기술의 서비스 구성도 48

[그림 2-3] '반딧불이' 솔루션 양계농가 설치 사진 48

[그림 2-4] 코카(주)의 포유돈 자동 급이 시스템(LSF) 49

[그림 2-5] 수입 쇠고기 추적 시스템의 개념도 49

[그림 2-6] 대관령 한우 RFID 시스템 51

[그림 2-7] 양돈 HACCP 시스템의 구성도 52

[그림 2-8] u-포크 안전·안심 시스템의 구성도 53

[그림 2-9] 렉스퍼트의 사용자 인터페이스 54

[그림 2-10] 우보시스템 55

[그림 2-11] RFID 태그가 부착된 소 56

[그림 2-12] 소 추적기 56

[그림 2-13] TRAZAR 57

[그림 2-14] 꼬리에 추적 센서를 장착한 소 58

[그림 2-15] JOZ사의 분뇨 처리 로봇과 슬라이딩 방식의 분뇨처리 자동화 시스템 59

[그림 2-16] Insentec사의 자동 착유 로봇 Astrea 59

[그림 2-17] 비육돈 분류 및 자동급이시스템 60

[그림 2-18] Lely사의 자동 착유 로봇 Astronaut A4 61

[그림 2-19] DeLaval사의 자동 착유 로봇 VMSTM 61

[그림 2-20] MilkHub 시스템으로 목장을... 64

[그림 2-21] 온도센서를 착용한 임신 중인 소 65

[그림 2-22] ENGS system 페도미터 65

[그림 3-1] 통합 미들웨어 구성도 82

[그림 3-2] 수집 미들웨어 로그화면 82

[그림 3-3] 수집 미들웨어 구성도 83

[그림 3-4] Job Handler 동작 프로세서 83

[그림 3-5] 중계 미들웨어 구성도 84

[그림 3-6] 일일 착유량 이력정보 85

[그림 3-7] 일일 급이량 정보 85

[그림 3-8] 온도, 습도 수집용 환경 센서 86

[그림 3-9] 환경 센서 설치 86

[그림 3-10] 시간별 평균 온도/습도 변화량 및 열스트레스(THI) 변화량 86

[그림 3-11] 노드/시간별 평균 온도/습도 변화량 87

[그림 3-12] 스마트 낙농 통합관리 시스템 ERD 88

[그림 3-13] 수집된 환경데이터 테이블 정보 88

[그림 3-13] 온도, 습도, THI 모니터링 89

[그림 3-14] 사료 잔량 정보 화면 89

[그림 3-15] 급이 이력 차트 90

[그림 3-16] 착유이력 차트 90

[그림 3-17] 카우매니저의 발정감지 90

[그림 3-18] 푸시 중계 시스템 구성도 91

[그림 3-19] 개체 이벤트 등록화면 91

[그림 3-20] 가임기 알고리즘 92

[그림 3-21] 발정 감지 및 가임기 판독 프로세서 92

[그림 3-22] 시스템 아키텍쳐 93

[그림 3-23] u-IT기반 스마트 낙농통합관리 시스템 93

[그림 3-24] 축사 제어 프로세서 95

[그림 3-25] 서울대학교 평창 실험 목장 축사 제어 현황 및 제어 알고리즘 96

[그림 3-26] 건국대 충주 실습 목장 축사 제어 현황 96

[그림 3-27] THI지수에 따른 사료급여프로그램 알림 프로세서 97

[그림 3-28] 통합미들웨어 및 DBMS의 고가용성 및 확장성 보장 98

[그림 3-29] 분석시스템의 확장성 고가용성 98

[그림 3-30] 데라발 로봇착유기 및 웨스트팔리아 텐덤 착유기 데이터 수집 프로세서 99

[그림 3-31] 카우매니저 웹 관리 화면 100

[그림 3-32] 서울대 평창캠퍼스 실험목장 구성도 105

[그림 3-33] 환경 센서 설치 105

[그림 3-34] 목걸이형 트랜스폰더 106

[그림 3-35] 미국 아리조나에서 개발한 Dairy heat... 124

[그림 3-36] 온습도지수(THI)에 따른 스트레스 정도 125

[그림 3-37] Cow Manager Data 및 실제 육안 측정 Data 유사성 137

[그림 3-38] 기간별 THI 및 유량 변화 138

[그림 3-39] 기간별 THI와 젖소의 각 유방의 전도도 138

[그림 3-40] 기간별 THI와 젖소의 각 유방의 전도도 138

[그림 3-41] 기간별 THI와 젖소의 유방의 전도도 139

[그림 3-42] THI구간 별 젖소의 각 유방의 전도도 139

[그림 3-43] THI에 따른 젖소의 각 유방의 전도도 상관성 조사 140

[그림 3-44] THI 구간 별 유방의 전도도 140

[그림 3-45] THI에 따른 유방의 전도도 상관성 조사 140

[그림 3-46] 기간별 온도, 습도, THI(3월~6월) 143

[그림 3-47] 기간별 THI에 따른 Ear temperature 변화 144

[그림 3-48] THI에 따른 체온 변화 144

[그림 3-49] 기간별 THI 변화에 따른 Behavior 변화 145

[그림 3-50] 기간별 THI 변화에 따른 각 Behavior 변화 145

[그림 3-51] THI 별 각 Behavior 146

[그림 3-52] 기간별 THI에 따른 유량변화 146

[그림 3-53] THI에 따른 Milk Yield 변화 147

[그림 3-54] 기간별 THI에 따른 농후사료 섭취량 147

[그림 3-55] THI에 따른 농후사료섭취 변화 148

[그림 3-56] THI에 따른 농후사료섭취 유사성 148

[그림 3-57] 웹 화면(좌) 및 모바일 화면 (우) 149

[그림 3-58] U-IT 통합관리 시스템의 전산망 부재로 인한 조치 150

[그림 3-59] 현 통합관리 시스템을 이용한 모바일 앱 '아이팜' 151

[그림 3-60] 현 통합관리 시스템의 인터넷 구축현황 151

[그림 3-61] 통합관리 시스템의 전산망(대시보드)의 부재 후 정상화 현황 154

[그림 3-62] 통합관리 시스템 사용 매뉴얼의 보급화 155

[그림 3-63] 태영목장의 현 통합관리 시스템을 이용한 모바일 앱 '아이팜' 155

[그림 3-64] 현 통합관리 시스템의 인터넷 구축현황 156

[그림 3-65] THI에 의한 유량변화 159

[그림 3-65] THI에 따른 Behavior 변화 160

[그림 3-66] THI에 따른 시험군 High activity변화 160

[그림 3-67] 서울대 평창 실험목장의 시설(텐덤 및 로봇착유시설) 162

[그림 3-68] 로봇착유시설에 대한 3가지 이동방식의 모식도 166

[그림 3-69] TMR 자동사료급이기(DeLaval OptifeedingTM... 167

[그림 3-70] 젖소의 유생산 사이클 168

[그림 3-71] 젖소의 비유주기에 따른 목표 신체충실지수(BCS) 168

[그림 3-72] 자동 농후사료 급이기(DeLaval feed station FSC400) 169

[그림 3-73] 농후사료 급이관리를 위한 사료섭취량 모니터링 169

[그림 3-74] 급이관리를 위한 델프로 소프트웨어에서의 모니터링 170

[그림 3-75] 드라발 활동량 기반 감지 시스템 170

[그림 3-76] 활동량 기반 발정 감지 모니터링 171

[그림 3-77] 온·습도 정보를 이용한 젖소의... 173

[그림 3-78] 개체관리(급이, 번식, 착유)에 대한 정보수집 174

[그림 3-79] 가축(젖소)의 히트 스트레스의 영향 177

[그림 3-80] 축사 환경 통합관제 알고리듬(BASIC ; 일반농가, 데모용 ; 서울대 농생대 실험목장) 178

[그림 3-81] 다중생체정보센싱장치 179

[그림 3-82] 다중생체정보센싱장치 현장실증 180

[그림 3-83] Lely, Vocal sound sensor(좌)와] Cow Manager, 이표형 sensor(우) 182

[그림 3-84] 모듈 파손 양상 188

[그림 3-85] 통합 게이트웨이 운영 시스템 190

[그림 3-86] 통합 게이트웨이 하드웨어 구성 설계 190

[그림 3-87] 통합 게이트웨이 ZigBee 데이터 통신 구조 191

[그림 3-88] 통합 게이트웨이 주변 장치와의 통신 인터페이스 구성 설계 192

[그림 3-89] 통합 게이트웨이 하드웨어 MCU 설계도 193

[그림 3-90] 통합 게이트웨이 하드웨어 PCB 설계도 193

[그림 3-91] 통합 게이트웨이 하드웨어 시제품 제작... 194

[그림 3-92] 생체 정보 모니터링 센서 하드웨어 구성도 195

[그림 3-93] 생체 정보 모니터링 센서 하드웨어 MCU 및 전원관리 설계 196

[그림 3-94] 생체 정보 모니터링 센서 하드웨어... 196

[그림 3-95] 목걸이형 생체 센서 하우징 디자인 197

[그림 3-96] 목걸이형 생체 센서 시제품 제작 197

[그림 3-97] 축사내 환경 센서 데이터 모듈 198

[그림 3-98] 축사내 환경 센서 데이터 모듈 MCU 및 센서 회로 설계 199

[그림 3-99] 축사내 환경 센서 데이터 모듈 전원관리 및 인터페이스... 200

[그림 3-100] 축사내 환경 센서 데이터 모듈 PCB 설계 200

[그림 3-101] 축사내 환경 센서 데이터 모듈 시제품 제작 200

[그림 3-102] 사료 잔량 측정 센서 회로 설계 202

[그림 3-103] 사료 잔량 측정 센서 PCB 설계 202

[그림 3-104] 사료 잔량 측정 센서 시제품 제작 203

[그림 3-105] 창문 개폐 센서 하드웨어 설계 204

[그림 3-106] 창문 개폐 센서 PCB 설계 205

[그림 3-107] 환풍기 동작 제어 및 센서 통합 모듈 회로도 - MCU 206

[그림 3-108] 환풍기 동작 제어 및 센서 통합 모듈 PCB 설계(1) 206

[그림 3-109] 환풍기 동작 제어 및 센서 통합 모듈 PCB 설계(2) 207

[그림 3-110] 환풍기 동작 제어 및 센서 통합 모듈 시제품 제작 207

[그림 3-111] 전동회전창 동작 제어 모듈 회로도 - MCU 208

[그림 3-112] 전동회전창 동작 제어 모듈 회로도 - 릴레이구동부 208

[그림 3-113] 전동회전창 동작 제어 모듈 PCB 설계(1) 209

[그림 3-114] 전동회전창 동작 제어 모듈 PCB 설계(2) 209

[그림 3-115] 전동회전창 동작 제어 모듈 시제품 제작 209

[그림 3-116] 통합 게이트웨이 통신 메시지 정의 210

[그림 3-117] 통합 미들웨어 구성도 214

[그림 3-118] 서울대학교 평창캠퍼스 대동물농장 실증시험 모델 설계 223

[그림 3-119] 서울대학교 평창캠퍼스 실증 시험을 위한 게이트웨이,... 224

[그림 3-120] 생체 센서 적용 및 검증을 위한 실증 시험 225

[그림 3-121] 서울대학교 과학화 목장 IP카메라 설치 도면 226

[그림 3-122] 서울대학교 과학화 목장에 설치된 IP 카메라 접속 화면 226

[그림 3-123] 서울대학교 IP카메라에 접속하여 확인한 Live View... 226

[그림 3-124] 건국대학교 실습농장(충주) 운용 장비 실증시험 모델 설계 227

[그림 3-125] 건국대학교 실험 축사 CCTV 설치 도면 227

[그림 3-126] 건국대학교 축사 CCTV 설치 후 운용 사진 228

[그림 3-127] 건국대학교 축사 원격 모니터링 228

[그림 3-128] 일반 실증 목장(여주 태*목장) 운용 장비 실증시험 모델 설계 229

[그림 3-129] 일반 실증 목장(여주 태영목장) 운용 장비 실증시험 장비 설치 및 운용 229

[그림 3-130] U-IT 기반 통합 프로그램을 통한 최적 사양관리 알고리즘 230

[그림 4-1] u-IT 기반 스마트 낙농 통합관리 시스템 238

[그림 6-1] HeatWatch II, esturs detection system, Cowchips, LLC 251

[그림 6-2] COW Manager 252

[그림 6-3] 뉴질랜드의 Kahne사의 Bolus (KB1000) 252