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블랙보드 시스템을 이용한 AIS와 ARPA Radar의 선박 정보 융합에 대한 연구
A Study on the Ship Information Fusion with AIS and ARPA Radar using by Blackboard System 원문보기

한국지능시스템학회 논문지 = Journal of Korean institute of intelligent systems, v.24 no.1, 2014년, pp.16 - 21  

김도연 (목포해양대학교 해상운송시스템학과) ,  박계각 (목포해양대학교 해상운송시스템학과) ,  김화영 (선박안전기술공단 해사안전연구센터)

초록
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최근 해상교통 환경은 국가 간 해상 물동량의 증가, 해양레저 활동인구의 증가 등으로 선박 교통량이 늘어나고 있으며 이로 인한 해양사고 발생건수 및 가능성이 높아지고 있다. 해양사고의 주요 원인은 선박운항자의 인적요인에 의해 발생하고 있는 것으로 분석되고 있다. 이러한 인적요인에 의한 해양사고를 줄이기 위하여 항해사를 보조할 수 있는 여러 항해 보조 시스템에 대한 연구가 제안 되어 왔다. 하지만 여러 제안된 연구들에서 이용된 선박데이터는 대부분 오프라인의 데이터를 가정하여 분석하고 있어 실시간으로 시스템에 적용하기 위해 필요한 선박 데이터 관리기법 등에 대해서는 제시하지 못하고 있다. 따라서 본 연구에서는 선박의 항해통신장비인 AIS와 ARPA Radar 정보를 이용하여 선박 일치 여부를 판단할 수 있는 중요한 요소들을 복합적으로 고려하여 운항자에게 중요 정보를 제공하는 실시간 항행지원시스템 구축을 목적으로 하고 있다. 이 시스템 구축을 위해서 인공지능 기법 중 블랙보드 시스템을 이용하여 선박정보융합 알고리즘을 제안하고 그 유효성을 검증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In recent, the maritime traffic has increased with an increase in international trading volumes and the growing popularity of marine leisure activities. As increasing of maritime traffic, marine accidents happened continually and there are possibilities of accidents at sea. According to the analysis...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 논문은 두 장비로부터 수집된 정보들의 선박 일치여부를 판단하는데 있어서 단일요소만을 고려하지 않고, AIS와 ARPA Radar로부터 얻는 정보들 중 선박 일치 여부를 판단할 수 있는 모든 중요한 요소들을 복합적으로 고려하여 정보를 융합하는 항행지원시스템 개발을 목적으로 한다. 이 시스템을 구현하기 위해 상위 인공지능 기법 중 하나인 블랙보드 시스템[10]과 제안 시스템에 속하게 될 근원 지식으로 퍼지 전문가 시스템[11]을 적용하여 선박 정보 융합이 가능한 알고리즘을 제시한다.
  • 위에서 언급된 문제를 해결하기 위하여 지능형 항행안전정보 시스템을 위한 선박 개체 관리 방안에 대한 연구가 제안된 바 있으며, 해당 연구는 AIS와 ARPA(Automatic Radar Plotting Aids) Radar에서 수집된 한 선박의 다른 두 정보 간 선박진행방향(COG, Course Of Ground)의 차와 선박 간 거리를 통계치를 기준으로 삼아 선박의 동일 여부를 판단하였다[7]. 하지만 실제 항행 환경에 적용하여 6개월 동안 테스트 한 결과, AIS와 ARPA Radar가 가지는 기기오차 및 이상 항행 패턴[8-9]을 보이는 선박 때문에 융합된 선박 데이터의 신뢰도가 낮아지는 문제를 발견하였다.
  • 이 논문은 실제 항행중인 선박의 AIS와 ARPA Radar 두 장비로부터 수집된 정보들을 이용하여 동일 선박 일치여부를 판단하는데 있어 여러 요소를 복합적으로 고려할 수 있는 블랙보드 시스템을 이용한 선박 정보 융합 알고리즘을 제안했다.
  • 제안하는 선박융합 알고리즘은 선행 연구의 문제점을 해결하기 위하여 COG와 두 선박간 거리 선박 정보만을 이용하는 것이 아닌 두 장비로부터 한 선박에 대해 수집되는 모든 정보들 중에서 같은 선박임을 알 수 있는 모든 요소를 이용하여 동일 선박임을 판단하고자함이 목적이다.

가설 설정

  • 이 중에서도 해양사고 원인의 가장 큰 비중을 차지하는 인적요인에 의한 사고를 줄이기 위하여 항해사를 보조할 수 있는 여러 항해 보조 시스템에 대한 연구가 계속해서 제안되어 왔다. 제안된 대부분의 연구들은 시스템의 시뮬레이션 및 검증을 위해서 DB에 저장되어 있는 과거에 발생한 실제 사고 사례의 AIS(Automatic Identification System) 데이터의 일부를 이용하거나 혹은 Matlab 등의 프로그래밍 도구로 실시간 선박 데이터를 가정하여 진행하였다[3-5].
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
선박운항자의 인적요인에 의해 발생하고 있는 사고들을 줄이기 위해 무엇이 제안되어 왔는가? 해양사고의 주요 원인은 선박운항자의 인적요인에 의해 발생하고 있는 것으로 분석되고 있다. 이러한 인적요인에 의한 해양사고를 줄이기 위하여 항해사를 보조할 수 있는 여러 항해 보조 시스템에 대한 연구가 제안 되어 왔다. 하지만 여러 제안된 연구들에서 이용된 선박데이터는 대부분 오프라인의 데이터를 가정하여 분석하고 있어 실시간으로 시스템에 적용하기 위해 필요한 선박 데이터 관리기법 등에 대해서는 제시하지 못하고 있다.
ARPA Radar는 어떤 장비인가? 실제 항행 환경에서 항해사가 별도의 작업을 하지 않고도 타 선박에 대한 정보를 수집할 수 있는 항해통신 장비는 AIS와 ARPA 기능을 갖춘 ARPA Radar이다. AIS와 ARPA Radar로부터 수집된 타 선박 데이터는 각 기기가 가지는 특성에 의해 같은 선박에 대한 데이터 간에도 오차를 가지게 된다.
해양사고의 주요 요인을 어떻게 분석하였는가? 최근 국내 해상교통 환경은 국가 간 해상 물동량과 해양 레저 활동의 수요 증가로 선박 교통량이 늘어남에 따라 해양사고의 발생 가능성이 높아지고 있다. 해양사고의 주요 요인은 황천 등의 기상 악화와 선박 고장에 따른 선박 조정 불능 등의 기계적 결함뿐 아니라 운항자의 선교이탈, 음주 항해 등 운항자의 부주의에 따른 인적요인에 의해 발생하고 있는 것으로 분석되고 있다[1-2].
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참고문헌 (12)

  1. S.D. Go, et al., "Sea contamination by tugboat present state and safety management plan in South Korea", The Korean Society for Marine Environmental Engineering, Nov, pp. 3-291, 2011. 

  2. H.T. Kim, S. Na, U.H. Ha, "A Case Study of Marine Accident Investigation and Analysis with Focus on Human Error", Journal of the Ergonomics Society of Korea, Vol. 30, No. 1, pp. 137-150, 2011. 

  3. Hasegawa, K., "Automatic Collision Avoidance System for Ships using Fuzzy Control", 8th Ship Control System Symposium, Hague, pp. 34-58, 1987. 

  4. J.H. Ann, "Study on the collision avoidance of a ship using Neuro-Fuzzy technique", Seoul National University, 2005. 

  5. G.K. Park, J.L.R. Benedictos, C.S. Lee, and M.H. Wang, "Ontology-based fuzzy-CBR Support System for ship's collision avoidance", Machine Learning and Cybernetics, pp. 1845-1849, 2007. 

  6. S.J. Lee, et al., "Study on applying Quad-Tree & R-Tree for building the analysis system using massive ship position data", Journal of Korea Fuzzy Logic and Intelligent Systems Society, Vol. 21, No. 6, pp. 698-703, 2011. 

  7. D.Y. Kim, G.K. Park, M.R. Yi, "On the Management Method of Ship Entity in a Blackboard System for Navigation Safety Information Fusion", 2012 MARTEC Conference, Malaysia, 2012. 

  8. D.Y. Kim,G.K. Park,J.S. Jeong, G.U. Kim, "Implementation of an Intelligent System for Identifying Abnormal Navigating Ships", Journal of Korea Fuzzy Logic and Intelligent Systems Society, Vol. 22, No. 1, pp. 75-80, 2012. 

  9. E.K. Kim, et al., "Characteristics of Ship Movements in a Fairway.", International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems, Vol. 12, No. 4, pp. 285-289, 2012. 

  10. D.D. Corkill, "Blackboard systems", Blackboard Technology Group, 1991. 

  11. Michael Negnevitsky, Artificial Intelligence Second edition - A Guide to Intelligent System, Addison-Wesley, 2005. 

  12. B. Hofmann-Wellenhof, H. Lichtenegger, J. Collins, Global Positioning System : Theory and Practice, Springer-Verlag, 2001. 

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