서 론

김(Porphyra tenera)은 지주식과 부류식, 암초투석식으로 양식하고 있으며, 한국, 일본, 중국, 대만, 북한 등 에 분포하고 있다(Cho et al., 2009). 김 양식어업은 매년 9월 말~10월에 김 포자를 양식시설에 붙인 후 바다에서 양성하며, 성장한 김은 11월 말~다음 해 2월까지 여러 번에 걸쳐 싹을 채취하고 육지로 양륙하여 제품화를 한다(NTIS, 2018).

생김 양륙 과정은 채취하는 당일 새벽 양식장 해역에 서 어업인이 채취 기계가 설치된 선박을 이용하여 김을 채취한 후 위판장 항구에 접안하고, 김을 판매하는 어업 인과 구매하는 김 가공업체가 위판장 경매를 통하여 거래하면 어업인이 작업자를 고용하여 생김을 자루그물에 포장한다. 생김 망은 크레인으로 계량대에 운반하고 현재 중량시스템(SWS-5000S, 삼우계량시스템(주))으로 중량측정 후 어업인 카드를 단말기에 접촉하여 중량을 저장한다. 중량측정이 완료되면 생김은 트럭으로 적재 한다. 현재 생김의 양륙은 위판장 항구에서 채취선박으 로부터 생김망 8~10개를 크레인으로 이송하고 있으며 1척에 5~6명의 인력이 생김망을 포장한다. 항구에 설치 된 크레인의 수는 생김 채취 선박의 수(척)에 비해 적은 수량이 설치되어 양륙 작업에 긴 시간이 소요되고 있다 (Min et al., 2020). 또한, 인구감소와 어촌주민의 고령화로 생김 하역을 위한 자동화 시스템이 필요하다.

양식어업에서 로드셀을 이용한 자동화 시스템은 다양하게 활용되고 있다. 선행연구로는 수하식 패류 양식의 계류 설계를 위해 계류삭에 로드셀을 직렬연결하여 장력을 측정(Stevens et al., 2008)하거나 로드셀을 이용하여 선박 어창에 적재된 활어 생물량을 추정(Damiano et al., 2020), 끌낚시 어업 중 끌낚시를 예인할 때의 장력을 로드셀로 성능평가를 한다(Fuwa et al., 2022).

현재 생김의 양륙은 인력에 의해 시행되고 있으며, 양륙 작업의 소요시간은 생김의 수분량 감소에 영향이 있어 어업인과 가공업체 간의 협의가 발생하게 된다. 따라서, 본 연구에서는 현행 생김 양륙작업과 로드셀을 이용한 자동중량측정시스템을 양륙시 소요시간, 이송거리, 생김채취량에 대해 정량적으로 측정하고 측정한 중량은 유의성 검정으로 통계하여 김 양식어업에 실용화 할 수 있는 기초연구를 수행하였다.

재료 및 방법

로드셀 제작

본 연구에서 사용한 로드셀(L 255×W 86×H 61 mm, NAMKANG HI-TECH CO.,LTD)은 자체 제작하였으며, 로드셀의 사양은 정확도가 3등급(정밀도 0.03%)이고, 측정처리율이 1초당 40회이며, kg, ton, lb의 무게 단위로 측정한다. 화면표시부와 제어부는 태블릿 PC 또는 스마트폰의 제작 애플리케이션에서 실시하며, Table 1과 같다.

로드셀을 이용한 자동중량측정시스템의 중량측정 방법은 샤클 홀 2개에 크레인 후크와 생김망을 연결하여 양륙하는 방식이고(Fig. 1), 스트레인 게이지가 설치된 4개의 축에서 인장하중 물리량을 측정한다. 하중 물리량 측정 원리에는 게이지의 저항 변화가 전기회로를 통해 신호 증폭 및 A/D 변환하여 중량 데이터를 출력한다 (Wheatstone, 1843).

생김 양륙 및 중량측정과 통계

현행 생김 양륙 작업을 측정하기 위해 2019년 2월 7일 전라남도 완도군 당인항 생김 채취선인 효민호(10 ton, F/V)의 생김 하역시 과정을 조사하였다. 생김을 채취한 선박은 항구에 접안 후 인력 5~6명에 의해 생김 을 포장하고 다수의 생김망을 크레인으로 양륙한다. 생김망 1개 포장시 소요시간과 필요인력, 크레인 1회 이송시 생김망 개수, 소요시간, 이송거리, 계량대에서 측정한 중량을 기록하기 위하여 캠코더(HERO 6, Gopro, U.S.A.)로 동영상 촬영 및 저장하였고, 스톱워치 (HS-70W, CASIO, Japan)로 시간을 측정하였다. 이송거리는 채취선 갑판에서 계량대로 이송하여 중량 측정 후 트럭의 적재함까지이며 길이는 약 10 m이다.

로드셀을 이용한 생김의 양륙 작업을 측정하기 위해 2020년 3월 16일에 전라남도 고흥군 구암항에서 생김을 채취한 해경호(10 ton, F/V)의 생김 양륙시 과정을 조사 하였다. 자동중량측정하는 생김의 양륙은 항구에 접안 한 채취선에서 인력 1명이 생김이 담긴 생김망 1개를 매듭지어 로드셀과 결합된 크레인 후크에 연결한 후 육상 트럭에 인양할 때 중량이 1초당 40회로 측정한다. 트럭 적재함에 적재가 완료됨으로써 중량측정은 종료된다. 로드셀을 이용한 생김 양륙 과정은 크레인 1회 이송 시 소요시간, 이송거리, 로드셀로 측정한 중량에 대해 현행과 동일한 방법인 캠코더와 스톱워치로 기록하였다. 자동중량측정시스템으로 생김 양륙시 이송거리는 채취선 갑판에서 트럭의 적재함까지이고 채취선과 육상 트럭과의 거리는 약 10 m이다(Fig. 2).

생김 양륙 시 로드셀을 이용하여 측정한 중량 데이터는 최종거래중량을 선정하기 위하여 중량값들 간의 유의한 차이가 있는지에 대해 일표본 t검정을 실시하였다 (Minitab, Minitab LLC., U.S.A.). 일표본 t검정을 위한 귀무가설은 ‘로드셀로 측정한 적재위치별 생김 채취량 (중량)은 평균을 기준으로한 95% 범위 내에 있다’로 유의수준(P)이 0.05 이상일 경우 유의하지 않는다.

결과 및 고찰

생김 양륙시 소요시간

생김을 양륙하는 현행 시스템은 채취선박의 갑판에서 인력에 의해 생김을 포장한다. 생김은 1회 이송시 3~12 개로 평균 8.3개의 생김망을 포장하며 소요시간은 3~12 분으로 평균 8분이었다. 그리고 생김망을 크레인 후크에 연결하여 인양할 때 소요시간은 17~42초로 평균 26초가 소요되었고, 크레인을 이용한 생김망 이송은 18초~1분 6초로 평균 33초가 소요되었으며, 계량대에서 중량측정 은 5초가 소요되었다. 트럭에 적재할 때는 19~58초로 평균 31초가 소요되었다. 채취선박 1척에 생김을 양륙 할 때 총 소요시간은 총 1시간 37분 53초였다(Table 2).

로드셀을 이용한 자동중량측정 양륙 시스템은 채취선에서 로드셀을 결합한 크레인 후크로 생김망을 인양할 때 소요시간은 14초~1분9초로 평균 23초였고, 육지로 이송할 때 소요시간은 45초~2분1초로 평균 1분 20초였 으며, 트럭에 적재할 때 소요시간은 13~49초로 평균 26 초였다. 로드셀을 이용하여 생김망 1개를 1회 이송시 소요시간은 평균 2분 10초였고, 채취선박 1척이 생김을 양륙할 때 총 소요시간은 총 19분 32초였다(Table 3).

생김 양륙시 중량측정

생김을 포장한 생김망을 로드셀을 이용하여 양륙할 때 측정한 중량은 생김망을 채취선박 갑판의 채취 프레임에서 매듭지어 인양할 때부터 크레인으로 이송 후 트럭 적재함에 적재될 때까지 수집되었다. 크레인으로 생김을 양륙할 때 생김망의 위치가 수평으로 이송하는 과 정에서 측정된 중량을 안정구간으로 지정하고 그 구간 내 측정된 중량을 통계하였다. 총 9회 양륙한 적재위치 별 생김망의 중량 분포를 Fig. 3에 나타내었다. 적재위치 별 생김 채취량의 평균은 763.0~1,081.0 kg이었으며, 생 김이 채취 프레임 내 중앙부를 중심으로 채취되어 구간 별 생김 채취량이 각각 나타났다(Kim et al., 2020). 적재 위치별 생김 채취량의 첨도는 0.1~8.0으로 0보다 큼으로써 중앙치가 고첨하는 경향이 나타났다(Table 4). 따라 서, 각 양륙시 측정된 중량값들이 평균과 차이가 있는지 없는지에 대하여 일표본 t검정을 실시한 결과, 생김을 포장한 생김망을 적재위치별로 이송하였을 때 계측한 중량값은 평균과 유의한 차이를 나타내지 않았다 (P>0.05). 추후에는 로드셀을 이용한 자동중량측정 양륙 시스템의 재현성을 위해 양륙 횟수를 증대하거나 반복 측정을 통한 데이터 구축으로 신뢰도를 높여야 할 것으로 판단한다.

결 론

본 연구에서는 양식 생김의 양륙 작업에서 로드셀을 이용하여 중량을 측정하는 방법을 위하여 기초 실험을 실시하였다. 현재 채취 선박에서는 인력에 의해 생김을 포장한 후 크레인으로 인양하여 계량대에서 중량 측정 하고 양륙하는 시스템이다. 로드셀을 이용한 자동중량 측정 양륙 시스템은 채취 선박에서 생김을 크레인으로 인양할 때 결합된 로드셀이 중량을 자동으로 측정하여 양륙할 수 있는 시스템이다. 현행 양륙 시스템과 로드셀 을 이용한 자동중량측정 양륙 시스템의 작업 측정을 위해 크레인 1회 양륙시 생김망 개수 및 중량, 소요시간, 이송거리를 기록하였다. 결과에 따르면 현행 생김 양륙 시스템은 채취선박(1척)에서 채취한 생김을 전부 양륙 하였을 때 1시간 37분 53초가 소요되었으며 생김량은 총 8.3 ton이었고 시간당 이송량은 5.4 ton이다. 로드셀 을 이용한 자동중량측정 양륙 시스템은 채취선박(1척) 에서 채취한 생김을 전부 양륙하였을 때 19분 32초가 소요되었으며 생김량은 총 8.8 ton이었고 시간당 이송량 은 25.5 ton이다. 따라서, 로드셀을 이용한 자동중량측정 양륙 시스템은 인력에 의한 현행 양륙시보다 이송량을 5배 증가하고 시간은 5배 단축하였다. 또한, 로드셀을 이용한 생김 양륙은 채취선박 갑판 위 채취 프레임의 채취구간별로 중량을 측정하였고, 이송시 생김망의 위치가 수평일 때 측정한 중량을 일표본 t-검정하였다. 각 양륙시 측정된 중량값들은 평균과 유의한 차이를 나타내지 않았다(P>0.05) 그러므로 로드셀을 이용한 자동중 량측정 양륙 시스템으로 생김을 양륙할 때 최종거래중 량은 채취선박에서 트럭 적재함으로 이송시 수평일 때 측정한 중량으로 거래하여도 적합하다. 향후에는 중량 데이터를 수협위판장과 어업인, 경매인에게 실시간 공 유하여 공정한 거래를 제공할 수 있도록 도움을 줄 수 있다. 본 연구에서는 김 양식어업에서 효율적인 양륙과 중량측정으로 운영비용을 절감하고 어업인 삶의 질이 향상됨으로써 김 양식어업 발전을 위한 실용화 방안의 기초연구로 제공한다.