[논문]해양안전실현을 위한 차세대 해상교통관제 시스템의 상황인지 및 항행지원 구조 설계

이병길; 한종욱; 조현숙

[국내논문] 해양안전실현을 위한 차세대 해상교통관제 시스템의 상황인지 및 항행지원 구조 설계
Design of situation awareness and aids to navigation structure of VTS for maritime safety 원문보기

한국통신학회논문지. The Journal of Korea Information and Communications Society. 네트워크 및 서비스, v.35 no.7B, 2010년, pp.1073 - 1080

이병길 (한국전자통신연구원 지식정보보안연구부) , 한종욱 (한국전자통신연구원 지식정보보안연구부) , 조현숙 (한국전자통신연구원 지식정보보안연구부)

초록
AI-Helper

최근, 국제적으로는 e-Navigation을 지향하는 해상안전에 대한 연구가 활발하고, 국내외적으로 발생되는 해상사고로부터 발생되는 막대한 환경 인명 재산 피해에 대한 국민적 인식에 따라 해상관제기술에서 최신IT산업의 융합 필요성이 제기되어 왔다. 따라서 본 논문에서는 해상의 상황을 인지하고, 선박의 위치 뿐만 아니라 선박의 상황과 의도에 기반한 차세대 해상교통관제시스템을 설계하고 이를 통하여 의사결정지원(DSS)과 항행지원 구조를 설계하였다. 제안 시스템을 통하여 운항 선박의 상황확인, 추론, 위험관리를 통한 의사결정지원과 항행지원을 통하여 보다 시의적절한 정보를 제공하여 선박의 운항을 쉽게 할 수 있으며, 충돌 등 위험상황을 예방할 수 있을 것이라 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Realization of e-Navigation for maritime safety has become a hot research topic of these years. There has been lots of requirements of the convergence of VTS and new IT technology for prevent maritime accident caused huge mount of damage such as environmental damage of oil spill, human life and property. This paper aims to design of an intelligent VTS system based on context awareness and aids to navigation structure. The proposed system provides timely decision supporting mechanism using by situation awareness, reasoning, risk management technology and also provides information of aids to navigation for secure navigation.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

따라서 본 논문에서는 e-Navigation을 실현하기 위한 상황인지기반의 차세대 VTS 시스템의 요구사항을 정의하고 상황인지의 처리구조 및 이를 통한 의사결정 시스템과 항행지원 구조를 설계하고자 한다. 본 논문의 2장에서는 기존의 해상교통관제 시스템관련 연구를 기술하고, 3장에서는 제안하는 시스템의 전체적인 시스템구조, 상황인지 처리 구조 등에 대한 모델을 설명하고 마지막으로 4장에서 결론을 맺는다.
또한 해상상황을 분석하여 위험 상황을 찾기 위한 상황분석기능, 직관적 인지를 위한 시각화 화면, 충돌 회피 이벤트를 처리하기 위한 정보생성 및 전달 기능이 필요하므로 본 논문에서는 이러한 요구사항을 만족시키는 상황인지 구조 및 항행지원 시스템을 제안하였다.
본 논문에서는 이와 같은 문제점을 해결하고자, 새로운 해상상황을 인지하고 이에 대한 경로 예측 및 위험도 추정을 통한 관제사 의사결정지원 시스템을 설계하고 새로운 VHF 통신망을 통한 항행지원 구조를 설계하고자 한다.

제안 방법

먼저, 차세대 VTS 시스템에 대한 항행지원 요구사항을 분석하고 이를 적용한 VTS 시스템의 구조를 설계한다. 기존 VTS와 다른 차세대 상황인지기반 항행지원 특징을 가진 지능형 관제 서비스를 제공하기 위해 VTS 시스템은 다음과 같은 기능 요구사항을 갖는다.
또한 타겟물표(오브젝트 선박)의 운항자가 과거에 사용한 다양한 과거 운항 이력들을 세부적으로 분리기록하여 데이터마이닝 기법을 통한 최적의 선호도를 반영한 상세경로추정을 제공하도록 한다.
운항 선호도 및 기호도 정보를 저장하는 프로파일인 운항 경로 DB를 함께 적용하여 각각의 상황에 따른 운항자 선호도와 현시 상황을 고려하여 예상 경로를 추정한다. 또한 이들 상황을 다른 형태나 의미로 추론하여 컨텍스트에 따른 다중 상황 레벨로 제공될 수 있는.
통합 예상경로 추정부는 지식기반 경로 추정 결과와 대상의 상황에 따른 포인트기반 추정 알고리즘, 벡터기반 추정 알고리즘, 비선형 추정 등의 다양한 알고리즘을 적용한 경로 추정부를 결합하여 예상경로를 추정한다.
실시간으로 AIS 정보를 이용한 선박의 속도 회전, Time space, COG 등을 이용하여 선박의 이동 형태를 추정하여 해당 알고리즘을 비교 선택한다.
추정경로에 따라 다중 대상에 대한 충돌 위험도를 분석하기 위하여 퍼지이론기반 위험도 추정알고리즘, 공간영역기반 추정알고리즘, 환경스트레스 기반 추정 알고리즘 등 여러 알고리즘을 통하여 선박간의 효과적인 위험도를 산출하게 된다.
한다. 따라서 이러한 충돌 위험도 산출은 실제상황에 적용하기 위하여 방향별, 조합별 알고리즘을 결합하여 산출 한다.
해상교통감시는 해당 specification을 정의흐卜고 필터링 프로세스에 따라 신뢰할 수 있는 레벨 값이 정해지고 타깃의 행동양eH(위협 레벨, 의심 정도 비정상 정도)에 관한 특성을 총체적으로 분석한다. 시나리오 (모션) 및 패턴 센싱(scenario and pattern sensing)은 데이터 분석을 통하여 가능한 모든 기술을 사용해서 트래픽 행동양태(behavior)를 학습할 수 있는 기능을 시스템에 구축하고, 이를 통해 관찰된 특징 모델링을 구축한다.
관제사의 의사결정지원을 위한 전문가 시스템은 그림 5와 같이 앞서 설명한 식별한 선박의 위치를 중심으로 상황에 대한 충도좌초 등 다양한 상황인지 처리요소를 기반으로 다기준 DSS(Decision Supporting System)를 설계한다. 선박이 악천후 상황 등 날씨와 환경 조건(바람, 파랑, 조류, 조석, 수심)이 고려되어야 하며, 선박의 궤적 및 상태가 예측될 수 있어야 한다.
즉, 공간영역기반 추정 알고리즘은 선박들 간의 충돌 위험도를 평가하기 위해 블록영역 또는 행동공간개념을 사용하여 충돌 위험도를 산출하였다

성능/효과

전체적으로 25개의 개별 시스템으로 구성되며, 레이더, AIS, CCTV, 기타센서망 등으로 이루어지는 다중 VTS 센서망과 단말, 그리고 타겟 추출 및 추적을 수행하는 센서 정보처리 시스템(7~10)과 센싱정보를 융합 및 관제사 의사결정 지원 등을 포함하는 정보통합 및 관제 고도화 시스템 그리고 관제정보관리 시스템, 운용관리 시스템 그리고 연동(I/F)G/W로 이루어진다. 상황인지기반 항행지원 시스템의 처리 구조는 그림 3과 같다.

후속연구

최근 전 세계적 추세로 보면, 해상교통관제 및 해상컴퓨팅 환경은 급속하게 발전한 IT기술과 적극적 융합을 통하여 새로운 e-Navigation기반의 지능형 광역관제 서비스 아키텍처로 빠르게 변화하고 있다"" 또한 해양 이동 무선통신 기술은 사용자가 이동하는 해양 환경에서 모든 사용자가 원하는 형태의 서비스를 제공하기 위한 기반인프라가 될 것으로 기대된다min 본 논문에서는 차세대 VTS를 위한 상황인지 기술을 기반으로 한 시스템 설계 및 처리구조를 제안하는데 주안점을 두었으므로 다음 단계에서의 연구는 이러한 기술의 적용에 대한 성능분석과 서비스 플랫폼에 대한 구체적인 연구결과를 제시할 수 있을 것이다.
또한 본 연구는 최근 해양 산업발전의 새로운 패러다임으로 e-NavigaTion에 대한 연구와 국제적 표준화가 활발하게 진행되고 있고, e-Navigation의 육상국으로서 해상관제 시스템이 활발하게 연구되고 있어, 최신 IT기술과의 융합을 통한 새로운 해상교통관제시스템의 변화에 큰 역할을 할 것이라 판단된다.

참고문헌 (11)

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국토해양부/ETRI지식정보보안연구부, "신개념 통합 전자 항법 시스템(e-Navigation) 국내대응방안 보고서, 2008
국토해양부/ETRI지식정보보안연구부, "u-VTS 기술개발 및 광해역 무선통신 인프라 구축사업 기획연구 보고서", 2009
TTA Journal No.119, "조선-IT-융합기술 e-Navigation 동향, 2008
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손남선, 요시타카 후루카와, 김선영, 가쯔로 기지마, "가변공간 탐색법을 이용한 다중선박의 충돌회피 알고리즘에 관한 연구", 한국해양환경공학회지, pp.15-21, 2009
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상세보기
장운재, 금종수, "해상교통정보시스템의 정보 제공에 대한 구조분석", 해양환경안전학회, pp.133-139, 2007
이병길, 한종욱, 조현숙, "IT융합 환경에서 안전한 해상교통관제 및 해상보안기술", 정보처리학회지, pp.64-74, 2009.7

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