최근의 항만은 유비쿼터스 환경 구축에 따른 일반적인 항만 관리에 있어 U-Port 서비스를 도입하여 컨테이너 위치 추적 시스템, 항만 터미널 관리 시스템, 선진정보교환시스템 등을 구현하고 있다. 특히, 화물 차량과 컨테이너의 위치 추적 서비스는 실시간으로 화물차량과 컨테이너의 위치와 상태 정보를 제공하여 효율적인 차량 운행 관리와 문제 발생시 즉각적인 대처가 가능하게 한다. 하지만 대규모 항만 내에서 화물 차량의 무질서한 운행이나 주 정차, 도난 파손 사고 출입 관제 등의 문제를 효율적으로 관리하기에는 미흡하다. 본 논문에서는 항만 내에서의 이러한 문제점을 해결하기 위하여 자동 게이트 통관 시점부터 항만 내에 화물 차량이 체재하는 동안 차량 또는 출입자의 위치를 전자 지도상에 표시하고, 확인이 필요하거나 사고 발생 지역을 원격에서 영상으로 확인할 수 있는 항만내 차량 또는 출입자의 위치 인식 및 고해상도 영상 압축, AVE/H.264 저장 및 영상 전송을 통한 영상 확인 시스템을 구현하였다.
최근의 항만은 유비쿼터스 환경 구축에 따른 일반적인 항만 관리에 있어 U-Port 서비스를 도입하여 컨테이너 위치 추적 시스템, 항만 터미널 관리 시스템, 선진정보교환시스템 등을 구현하고 있다. 특히, 화물 차량과 컨테이너의 위치 추적 서비스는 실시간으로 화물차량과 컨테이너의 위치와 상태 정보를 제공하여 효율적인 차량 운행 관리와 문제 발생시 즉각적인 대처가 가능하게 한다. 하지만 대규모 항만 내에서 화물 차량의 무질서한 운행이나 주 정차, 도난 파손 사고 출입 관제 등의 문제를 효율적으로 관리하기에는 미흡하다. 본 논문에서는 항만 내에서의 이러한 문제점을 해결하기 위하여 자동 게이트 통관 시점부터 항만 내에 화물 차량이 체재하는 동안 차량 또는 출입자의 위치를 전자 지도상에 표시하고, 확인이 필요하거나 사고 발생 지역을 원격에서 영상으로 확인할 수 있는 항만내 차량 또는 출입자의 위치 인식 및 고해상도 영상 압축, AVE/H.264 저장 및 영상 전송을 통한 영상 확인 시스템을 구현하였다.
As the ubiquitous environment is created, the latest ports introduce U-Port services in managing ports generally and embody container's location identification system, port terminal management system, and advanced information exchange system etc. In particular, the location identification system for...
As the ubiquitous environment is created, the latest ports introduce U-Port services in managing ports generally and embody container's location identification system, port terminal management system, and advanced information exchange system etc. In particular, the location identification system for freight cars and containers provide in real time the information on the location and condition for them, and enables them to cope with an efficient vehicle operation management and its related problems immediately. However, such a system is insufficient in effectively handling with the troubles in a large-scale port including freight car's disorderly driving, parking, stop, theft, damage, accident, trespassing and controlling. In order to solve these problems, this study structures the vehicle positioning system and the image verification system unsing high resolution image compression and AVE/H.264 store and transmission technology, able to mark and identify the vehicle location on the digital map while a freight car has stayed in a port since the entry of an automatic gate, or able to identify the place of accident through image remotely.
As the ubiquitous environment is created, the latest ports introduce U-Port services in managing ports generally and embody container's location identification system, port terminal management system, and advanced information exchange system etc. In particular, the location identification system for freight cars and containers provide in real time the information on the location and condition for them, and enables them to cope with an efficient vehicle operation management and its related problems immediately. However, such a system is insufficient in effectively handling with the troubles in a large-scale port including freight car's disorderly driving, parking, stop, theft, damage, accident, trespassing and controlling. In order to solve these problems, this study structures the vehicle positioning system and the image verification system unsing high resolution image compression and AVE/H.264 store and transmission technology, able to mark and identify the vehicle location on the digital map while a freight car has stayed in a port since the entry of an automatic gate, or able to identify the place of accident through image remotely.
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문제 정의
본 논문에서는 RFID 위치 추적 서비스만으로는 해결할 수 없는 문제점을 해결하기 위해 항만 내 차량의 위치추적 기능과 운행관리를 위해 주기적으로 차량의 위치를 서버로 전송할 수 있는 RFID 송수신기를 설계하고, 이 정보를 이용하여 각 차량의 위치를 전자 지도에 표시하여 무질서한 차량 운행을 효율적으로 통제하고, 차량 뿐만 아니라, 비인가 접근자의 움직임을 파악하여 사후 조치가 필요한 상황에 대해 즉각적으로 대처할 수 있도록 해당 위치의 영상을 확인하고 추적할 수 있는 보안 서비스를 동시에 제공하는 시스템을 구현하였다.
본 연구에서는 항만 내에서의 효율적인 차량 운행 관리와 문제 발생 시 즉각적인 조치로 문제를 해결하기 위해 ARM7 보드를 이용한 RFID Read/Write 제어용 보드를 설계하였다. 그리고 RFID 태그 정보와 GPS 위성 자료를 이용하여 확인된 위치정보를 인터넷을 이용하여 서버로 전송함으로써, 이를 전자지도에 표시하여 차량을 효율적으로 관리할 수 있고, 사건 발생에 대한 처리를 위해 해당 지역을 원격으로 모니터링할 수 있는 영상 시스템을 구현하였다.
제안 방법
일반적으로 소프트웨어로 구현된 TCP/IP 프로토콜을 내장한 하드웨어가 인터넷을 통한 Multi-Thread 접근을 위해서는 시스템의 가속이 필요하다. 그래서 본 연구에서는 TCP/IP 프로토콜 기반에서 위치 정보 및 영상 정보의 자유로운 인터넷 전송을 위해 소형 마이크로 프로세서와 ASSP 가 하드웨어적으로 내장된 칩을 이용하여 임베디드 형태의 LAN 하드웨어를 설계하여 구현했다. 그리고 Atmel사의 ATMega 128과 Wiznet사의 W3100A 칩을 사용하였고, Wiznet사의 TCP/IP 솔루션은 기존 소프트웨어 TCP/IP 프로토콜과 Ethernet MC을 하나의 칩 속에 구현했다.
그래서 본 연구에서는 TCP/IP 프로토콜 기반에서 위치 정보 및 영상 정보의 자유로운 인터넷 전송을 위해 소형 마이크로 프로세서와 ASSP 가 하드웨어적으로 내장된 칩을 이용하여 임베디드 형태의 LAN 하드웨어를 설계하여 구현했다. 그리고 Atmel사의 ATMega 128과 Wiznet사의 W3100A 칩을 사용하였고, Wiznet사의 TCP/IP 솔루션은 기존 소프트웨어 TCP/IP 프로토콜과 Ethernet MC을 하나의 칩 속에 구현했다. 또한 통신시스템에서는 송수신 데이터를 위한 버퍼로 DRAM을 내장하고 있기 때문에 별도의 운영체제 없이 하드웨어로 TCP/IP 프로토콜을 처리하기 때문에 이더넷에서 들어오는 자료를 선형 속도에 가깝게 실시간으로 처리할 수 있다.
그리고 RFID 태그 정보와 GPS 위성 자료를 이용하여 확인된 위치정보를 인터넷을 이용하여 서버로 전송함으로써, 이를 전자지도에 표시하여 차량을 효율적으로 관리할 수 있고, 사건 발생에 대한 처리를 위해 해당 지역을 원격으로 모니터링할 수 있는 영상 시스템을 구현하였다. 기존의 차량 위치 인식 시스템이 RF를 통해 정보를 전송할 때, 네트워크 전송 실패로 인해 서버에서 해당 정보를 제어할 수 없었던 점을 해결하기 위해 제안된 시스템은 RF 송수신 기능을 갖는 하드웨어를 제작하였고.
그리고 RFID 태그 정보와 GPS 위성 자료를 이용하여 확인된 위치정보를 인터넷을 이용하여 서버로 전송함으로써, 이를 전자지도에 표시하여 차량을 효율적으로 관리할 수 있고, 사건 발생에 대한 처리를 위해 해당 지역을 원격으로 모니터링할 수 있는 영상 시스템을 구현하였다. 기존의 차량 위치 인식 시스템이 RF를 통해 정보를 전송할 때, 네트워크 전송 실패로 인해 서버에서 해당 정보를 제어할 수 없었던 점을 해결하기 위해 제안된 시스템은 RF 송수신 기능을 갖는 하드웨어를 제작하였고. 영상 정보의 실시간 확인 서비스를 연계함으로써 효율적으로 항만 관리를 할 수 있다.
본 논문에서는 위치 추적 대상을 항만내의 화물 운반 차량으로 한정하고, 화물 차량의 위치는 GPS 위성 정보를 이용하여 위치를 인식하며, 인식된 위치 정보와 차량 식별을 위한 RFID 태그의 고유 정보를 위성을 사용하여 서버에 전송할 수 있는 RFID 송수신기를 설계하여 Ad-Hoc 통신을 사용하지 않고 위성을 사용하여 정보를 전송함으로써 multi-hop 전송을 통한 위상 관리 문제를 해결하였다.
본 시스템의 수행성을 검증하기 위해 RFID 송수신기와 임베디드 형 LAN 하드웨어 구현을 위해 ARM7 보드를 이용하여 설계한 RFID Read/Write 제어용 보드, 위치정보와 영상정보를 수신한 서버의 전자지도 차량 모니터링 시스템과 비전 시스템으로 구성된 환경을 구현하였다. 그림 6은 설계한 RFID Read/Write 제어용 보드이고, 표 1은 하드웨어 구성내역이다.
본 연구에서는 ARM7 보드를 이용한 RFID Read/Write 제어용 보드를 설계하고, RFID 태그 정보와 GPS 위성 자료를 이용하여, 확인된 위치정보를 인터넷을 통해 서버로 전송하는 시스템을 구현하였다. 전체적인 시스템은 확인된 위치 데이터를 전자지도상에 표시하여 위치 확인할 수 있는 차량 모니터링 시스템과 각종 사고 등 필요시 해당 지역을 영상 장비를 이용하여 원격에서 영상을 확인할 수 있는 비전 시스템으로 구성된다.
그림 3은 ARM 프로세서터를 이용한 Stand-alone 형태의 보드 설계 구성도이다. 설계된 보드는 통신 기능과 태그 정보 처리 및 미들웨어 구현을 위해 1개의 외부 램, 1개의 확장 램, 그리고 I2C통신으로 동작을 하는 EEPROM을 사용한다. 외부 롬은 보드의 기본적인 동작과 CPU를 동작시키기 위해 기본적인 동작 프로그램을 저장하며, 외부 램은 태그 데이터를 이용하여 미들웨어 구현을 위한 변수설정에 사용된다.
영상정보는 원본 이미지와 압축 이미지로 분리되어 원격의 감시 카메라서버에 저장되고, 264/AVE 압축 이미지는 원격으로 관제실로 전송되어 비전 시스템을 통해 확인할 수 있다. 이때, 특정 영역에 대한 검색 요청 시 해당 압축 이미지를 전송하여 확인할 수 있도록 설계하였다.
색 변화 등) 만이 있을 뿐이다. 이러한 시간 중복성을 제거하기 위해 한 프레임을 블록 단위로 나누고 그 매크로 블록 주위의 일정한 검색 영역에서 그 블록에 가장 유사한 블록을 탐색해 간다. 이때 두 프레임 사이의 변화 분을 정량적으로 측정하는 방법에는 여러 종류가 있으나, (식 1)의 MAD(Mean Absolute Difference) 방식이 수식이나 회로 구성이 간단하여 많이 사용된다〔12〕.
시스템을 구현하였다. 전체적인 시스템은 확인된 위치 데이터를 전자지도상에 표시하여 위치 확인할 수 있는 차량 모니터링 시스템과 각종 사고 등 필요시 해당 지역을 영상 장비를 이용하여 원격에서 영상을 확인할 수 있는 비전 시스템으로 구성된다.
제안된 시스템의 UHF RFID 리더는 TCP/IP 프로토콜을 기반으로 인터넷 상에서 데이터를 자유롭게 전송하도록 설계하였다. 일반적으로 소프트웨어로 구현된 TCP/IP 프로토콜을 내장한 하드웨어가 인터넷을 통한 Multi-Thread 접근을 위해서는 시스템의 가속이 필요하다.
대상 데이터
근래에는 이러한 종류의 전자지도와 위치정보를 매칭해 주는 다양한 종류의 모듈들이 개발되어 제공되고 있다. 본 연구에서는 C-Navi 사의 K-MAP 모듈을 위치정보의 시각화에 사용하였다.
임베디드형 900MHz RFID 송수신기는 획득한 태그 정보를 실시간으로 처리하기 위해 마이크로프로세서의 높은 동작 주파수와 빠른 연산기능이 필요하기 때문에 ARM7 코어가 내장된 S3C44BOX ARM프로세서를 사용하였다. ARM7 Core가 내장된 ARM 프로세서는 저전력 고성능의 32비트 RISC 아키텍처로서 이동 전화, PDA(Personal Data Assistant)와 같은 임베디드 디바이스에서 널리 사용되는 프로세서이며 31개의 32비트 레지스터를 가지고 있다.
이론/모형
위치 확인 시스템은 태그 정보 획득을 위해 소프트웨어적 프로토콜 즉, 비교적 간단한 형태의 데이터 처리를 수행하기 때문에 일반적으로 ARM프로세서에서 사용되는 Linux 를 사용하지 않고 간단한 uCOS-II를 사용하였다. uCOS-II를 이용한 임베디드 시스템의 개발 분야는 실시간 운영체제를 사용하여 신뢰성을 높이고, ESBB(Embedded Systems Building Blocks)를 이용하여 프로그램 모듈화로 다른 프로세서 적용과 이식이 용이할 수 있으며, 개발시간 단축과 커널의 소형화로 간단한 프로세서를 이용한 시스템 적용에 용이하다.
실시간 영상은 서버에서 압축 이미지로 변환되어 저장되고, 이 압축 영상이 전송되어 관제서버에 비전 시스템으로 표시된다. 이때 영상의 압축은 가장 최근에 개발된 국제 표준 비디오 압축 알고리즘인 H.264/AV를 사용하였다. 그림 5는 H.
그리고 그 값들을 비교하여 제일 작은 탐색 블록의 위치 벡터를 선택함으로써 각 참조 프레임의 매크로 블록의 이동 벡터를 결정하게 된다. 제안된 시스템은 왜곡 예측을 위해 MAD 방식을 적용한 H.26/AVE 알고리즘을 이용하여 영상 압축을 실행하였다.
성능/효과
영상 정보의 실시간 확인 서비스를 연계함으로써 효율적으로 항만 관리를 할 수 있다. 따라서 물류 정보의 공유를 목적으로 구축된 기존 시스템에서 보안 영역으로 까지 확장된 시스템을 도입함으로써 자동 게이트 통관 시점부터 항만 내에 화물 차량이 체재하는 동안 차량의 효율적인 위치관리와 차량 정보의 제공, 차량 관리 업무의 효율성 증가 및 위기에 대한 신속 대응을 수행할 수 있다.
후속연구
향후, 차량의 운행 이력을 관리하고 항만 내의 통행량을 분석하여 항만내의 차량 관리에 이용할 수 있도록 해야 하며, 항만 모니터링을 위한 영상자료의 필터링 알고리즘의 개발과 구현을 통해 무인 감시 체제를 구축하여 보안 관리에 활용 하면보다 안전하고 효율적인 U-Port 서비스를 제공할 수 있다.
참고문헌 (12)
박현태, "RFID를 활용한 부산항의 U-Port 전환 방안에 관한 연구," 신라대 대학원 석사학위논문, 2006년
홍동희, 이승명, "항만 게이트 자동화를 위한 최적 설계에 관한 연구," 한국컴퓨터정보학회논문지, 제 6권, 제 2호, 58-64쪽, 2001년 6월.
여수지방경찰청 홈페이지, http://yeosu.kcg.go.kr/
박병주, "U-Port 구축 사업의 의미와 기대효과," 경남발전연구원, 경남정책, 2009년.
김석규, "무선 센서 네트워크에서 보이드 문제 해결을 위한 위치 기반 데이터 전송 기법," 한국컴퓨터정보학회논문지, 제 14권, 제 4호, 59-67쪽, 2009년 4월.
이근왕, 박일호, "RF 송수신기를 이용한 PC 보안 설계 및 구현," 한국산학기술학회논문지, 제 10권, 제 2호, 287-293쪽, 2009년.
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