2010년 발사된 천리안 위성에는 3개의 탑재체가 있으며, 그 중 미래창조과학부와 전자통신연구원에서 개발한 Ka-band 통신 탑재체가 있다. 본 연구에서는 천리안 통신위성을 이용하여 구축한 실시간 원격 선박 모니터링 체계를 소개한다. 이 체계는 실시간 자료 수집, 실시간 자료 전송, 실시간 자료처리/가시화, 크게 총 3단계로 구성된다. 논문에서는 각 단계 수행을 위해 설치한 H/W와 개발한 S/W 내역, 그리고 실시간 자료 수집에서부터, 실시간 전송, 실시간 처리 및 가시화에 이르기까지 과정에 대해 상세히 기술한다. 또한 이러한 과정을 위해 각 단계에서 요구되는 H/W 및 S/W의 기능적 요구사항과 구축 시 고려되어야 하는 사항 등에 대해서도 기술한다. 현재 해당 체계를 이용하여 소청초 해양과학기지에 설치된 AIS로부터 수집되는 선박자료를 준실시간 전송하고, 과학기지 주변 해역의 원격 선박 모니터링을 진행 중이다. 이러한 실시간 원격 모니터링 체계는 효율적인 해양 감시, 사고에 대한 신속한 대응을 가능하게 하며, 특히 이러한 통신 위성 활용 체계는 향후 차세대 민관방송통신위성의 해양분야 통신활용 방향 도출에 있어 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
2010년 발사된 천리안 위성에는 3개의 탑재체가 있으며, 그 중 미래창조과학부와 전자통신연구원에서 개발한 Ka-band 통신 탑재체가 있다. 본 연구에서는 천리안 통신위성을 이용하여 구축한 실시간 원격 선박 모니터링 체계를 소개한다. 이 체계는 실시간 자료 수집, 실시간 자료 전송, 실시간 자료처리/가시화, 크게 총 3단계로 구성된다. 논문에서는 각 단계 수행을 위해 설치한 H/W와 개발한 S/W 내역, 그리고 실시간 자료 수집에서부터, 실시간 전송, 실시간 처리 및 가시화에 이르기까지 과정에 대해 상세히 기술한다. 또한 이러한 과정을 위해 각 단계에서 요구되는 H/W 및 S/W의 기능적 요구사항과 구축 시 고려되어야 하는 사항 등에 대해서도 기술한다. 현재 해당 체계를 이용하여 소청초 해양과학기지에 설치된 AIS로부터 수집되는 선박자료를 준실시간 전송하고, 과학기지 주변 해역의 원격 선박 모니터링을 진행 중이다. 이러한 실시간 원격 모니터링 체계는 효율적인 해양 감시, 사고에 대한 신속한 대응을 가능하게 하며, 특히 이러한 통신 위성 활용 체계는 향후 차세대 민관방송통신위성의 해양분야 통신활용 방향 도출에 있어 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
Communication, Ocean and Meteorological Satellite (COMS) was launched in 2010 with three payloads that include Ka-band communication payload developed by Ministry of Science, ICT and Future Planning (MSIP) and Electronics and Telecommunications Research Institute (ETRI). This study introduces a real...
Communication, Ocean and Meteorological Satellite (COMS) was launched in 2010 with three payloads that include Ka-band communication payload developed by Ministry of Science, ICT and Future Planning (MSIP) and Electronics and Telecommunications Research Institute (ETRI). This study introduces a real-time remote vessel monitoring system built in the Socheongcho Ocean Research Station using the Ka-band communication satellite. The system is composed of three steps; real-time data collection, transmission, and processing/visualization. We describe hardware (H/W) and software systems (S/W) installed to perform each step and the whole procedure that made the raw data become vessel information for a real-time ocean surveillance. In addition, we address functional requirements of H/W and S/W and the important considerations for successful operation of the system. The system is now successfully providing, in near real-time, ship information over a VHF range using AIS data collected in the station. The system is expected to support a rapid and effective surveillance over a huge oceanic area. We hope that the concept of the system can be fully used for real-time maritime surveillance using communication satellite in future.
Communication, Ocean and Meteorological Satellite (COMS) was launched in 2010 with three payloads that include Ka-band communication payload developed by Ministry of Science, ICT and Future Planning (MSIP) and Electronics and Telecommunications Research Institute (ETRI). This study introduces a real-time remote vessel monitoring system built in the Socheongcho Ocean Research Station using the Ka-band communication satellite. The system is composed of three steps; real-time data collection, transmission, and processing/visualization. We describe hardware (H/W) and software systems (S/W) installed to perform each step and the whole procedure that made the raw data become vessel information for a real-time ocean surveillance. In addition, we address functional requirements of H/W and S/W and the important considerations for successful operation of the system. The system is now successfully providing, in near real-time, ship information over a VHF range using AIS data collected in the station. The system is expected to support a rapid and effective surveillance over a huge oceanic area. We hope that the concept of the system can be fully used for real-time maritime surveillance using communication satellite in future.
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문제 정의
이 체계는 크게 실시간 자료 수집, 준실시간 자료 전송, 실시간 자료처리/가시화, 크게 총 3단계로 구성된다. 논문에서는 체계 구축을 위해 설치한 H/W와 개발한 S/W 내역, 그리고 실시간 자료 수집에서부터, 준실시간 전송, 실시간 처리 및 가시화에 이르기까지 과정에 대해 기술한다. 또한 이러한 과정을 위해 각 단계에서 요구 되는 H/W 및 S/W의 기능적 요구사항과 구축 시 고려되어야 하는 사항 등에 대해서도 기술한다.
논문에서는 체계 구축을 위해 설치한 H/W와 개발한 S/W 내역, 그리고 실시간 자료 수집에서부터, 준실시간 전송, 실시간 처리 및 가시화에 이르기까지 과정에 대해 기술한다. 또한 이러한 과정을 위해 각 단계에서 요구 되는 H/W 및 S/W의 기능적 요구사항과 구축 시 고려되어야 하는 사항 등에 대해서도 기술한다. 2장에서는각 단계 수행을 위한 H/W와 S/W의 설치 내역 및 수행 기능에 대해 기술하며, 3장에서는 해당 H/W와 S/W의 요구 사항, 체계 구축 시 고려사항에 대해 기술한다.
실시간 자료수집 단계는 실시간 원격 선박 모니터링 체계의 첫 번째 단계로서 현장에 고정 설치한 장비를 이용하여 현장관측자료를 상시 수집하는 단계이다. 본 연구에서 구축한 모니터링 체계는 소청초 해양과학기지 주변의 관측자료 실시간 활용을 목표로 하고 있다. Fig.
이러한 공공 시범 서비스 운용을 통해 차세대 VSAT 제공됨에 따라 Ka-band 활용도는 더욱 높아질 것으로 예상된다. 본 연구에서는 천리안 위성의 Ka-band 통신탑재체를 이용하여 해양과학기지에 설치된 선박 자동식별장치 시스템 (Automatic Identification System, AIS)으로부터 상시 수집되는 선박 정보를 준실시간 전송하여 원격 모니터링에 활용할 수 있는 체계를 구축하고자 하였다.
이 논문에서는 천리안 통신위성을 이용한 준실시간 원격 선박 모니터링 체계 구축 결과를 기술하였다. 체계를 구성하는 단계를 크게 3가지, 1.
이 논문에서는 천리안 통신위성을 이용한 준실시간 원격 선박 모니터링 체계 구축 결과를 기술한다. 이 체계는 크게 실시간 자료 수집, 준실시간 자료 전송, 실시간 자료처리/가시화, 크게 총 3단계로 구성된다.
이 절에서는 각 단계에서 요구되는 기능을 수행하기 위한 H/W와 S/W의 요구사항 등을 포함하여 실시간 원격 선박 모니터링 체계 구축 시 고려되어야 하는 여러 가지 사항들에 대해 기술한다.
제안 방법
실시간 자료 수집, 2. 준실시간 자료 전송, 3. 실시간 자료처리/가시화로 구분하고 각 단계 수행을 위해 설치한 H/W와 개발한 S/W 내역, 자료 수집에서부터 가시화까지의 전체 흐름, 각 단계에서 요구되는 H/W 및 S/W의 기능적 요구사항과 구축 시 고려되어야 하는 사항 등에 대해 기술하였다. 해양과학기지의 환경적 특성, 24시간 상시 구동, 위성통신을 이용한 실시간 처리라는 측면에 있어서 기존의 선박 모니터링 시스템에서 고려했던 것 이외에 다양한 변수를 고려하여 시스템이 구성되어야 함을 확인하였다.
이러한 위성통신망을 이용한 실시간 자료 전송을 위해 Fig. 6과 같이 FTP 자료전송 모듈을 개발하였다. 해당 모듈의 기능은 크게 자료 업로드와 다운로드 모듈로 구성되어 있으며, 이 외에 자료 저장 디렉토리 설정 기능 등 자료 전송과 관련한 세부 기능들로 구성되어 있다.
예를 들어 본 연구의 경우에 초기에 설치한 선박용 AIS 수신기의 경우 이러한 요인을 포함한 다양한 요인들로 인해 장비 작동에 문제가 발생했다. 장비 전문가와 방문하여 여러 가지 오류 요인을 테스트 한 결과를 토대로, 기지 설치에 적합한 AIS 수신기(Table 2)로 교체하였으며, 현재 정상적으로 상시 관측자료 수집을 진행 중이다.
이론/모형
실시간 자료전송 단계는 실시간 원격 선박 모니터링 체계의 두 번째 단계로서 현장 서버(PC1)에 실시간 수집되는 선박자료를 FTP서버를 통해 모니터링 서버로 실시간 전송하는 단계이다. 본 단계에서 원격 자료 전송을 위해 천리안 위성통신망을 활용하였다. Fig.
성능/효과
그리고, 자료의 안정적인 전송을 고려한 최적의 자료 수집 주기를 결정하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 수신 자료를 30초 간격으로 파일 저장하는 경우, AIS 자료는 약 4~45 KB, 레이더 자료는 약 2,500 KB 정도 용량의 파일이 생성되었다. 위성의 송신속도(4 Mbps)를 감안하면, 이론적으로는 더 짧은 주기로 자료 전송이 가능하지만 실제로 실험한 결과 10~20초 정도의 주기로 자료를 전송하는 경우 시간이 지나면서 간헐적으로 자료 전송 딜레이 현상이 발생되는 것을 확인하였다.
본 연구에서는 수신 자료를 30초 간격으로 파일 저장하는 경우, AIS 자료는 약 4~45 KB, 레이더 자료는 약 2,500 KB 정도 용량의 파일이 생성되었다. 위성의 송신속도(4 Mbps)를 감안하면, 이론적으로는 더 짧은 주기로 자료 전송이 가능하지만 실제로 실험한 결과 10~20초 정도의 주기로 자료를 전송하는 경우 시간이 지나면서 간헐적으로 자료 전송 딜레이 현상이 발생되는 것을 확인하였다. 이는 규격상의 속도와 실제 속도와의 차이, 위성 딜레이 등으로 발생한 현상이라 판단된다.
이러한 관점에서 선박의 위치를 실시간으로 추적 하는 연구 사례가 소개되기도 했으나(Lee, 2008), AIS 에서 상시 수집되는 자료의 실시간 전송을 통해 원격에서 실시간 처리/활용하는 사례는 많지 않다. 특히 해양과학기지와 같이 원활한 자료 전송을 위한 네트워크 망을 구축 또는 확보하는데 한계가 있는 경우, 본 연구에서 구축한 통신위성 기반 실시간 체계는 매우 효과적일 수 있다. 향후에도 통신위성개발이 계획되고 있는 것을 감안할 때 이러한 통신위성 기반 실시간 모니터링 체계는 차세대 민관방송통신위성의 해양분야 통신활용 방향 도출에 있어 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
실시간 자료처리/가시화로 구분하고 각 단계 수행을 위해 설치한 H/W와 개발한 S/W 내역, 자료 수집에서부터 가시화까지의 전체 흐름, 각 단계에서 요구되는 H/W 및 S/W의 기능적 요구사항과 구축 시 고려되어야 하는 사항 등에 대해 기술하였다. 해양과학기지의 환경적 특성, 24시간 상시 구동, 위성통신을 이용한 실시간 처리라는 측면에 있어서 기존의 선박 모니터링 시스템에서 고려했던 것 이외에 다양한 변수를 고려하여 시스템이 구성되어야 함을 확인하였다. 또한 H/W 전문가와 S/W 전문가간의 협업을 통해 중장기간에 걸쳐 지속적인 테스트와 오류 개선이 수반되어야 함을 확인하였다.
후속연구
해양과학기지의 환경적 특성, 24시간 상시 구동, 위성통신을 이용한 실시간 처리라는 측면에 있어서 기존의 선박 모니터링 시스템에서 고려했던 것 이외에 다양한 변수를 고려하여 시스템이 구성되어야 함을 확인하였다. 또한 H/W 전문가와 S/W 전문가간의 협업을 통해 중장기간에 걸쳐 지속적인 테스트와 오류 개선이 수반되어야 함을 확인하였다.
향후 레이더 처리 부분의 보완 및 위성 자료와의 연계 등을 통해 소형 선박 등에 대한 모니터링까지 포함하는 종합적인 정보제공이 가능한 실시간 원격 모니터링 체계를 구축할 계획이다. 본 연구에서 소개한 체계는 우리나라 위성을 이용한 해양통신망 구축을 위한 기초 연구의 일환으로 중요한 의의를 가지며, 또한 현재 기획 중인 2022년경 차기 정지궤도 민관통신방송위성 등 향후 통신위성 활용 가능성을 감안할 때 향후 해양감시 분야에 있어 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
이는 규격상의 속도와 실제 속도와의 차이, 위성 딜레이 등으로 발생한 현상이라 판단된다. 원격 모니터링의 활용 측면에서만 본다면 자료 수집 주기는 짧을수록 좋으나 자료의 안정적인 전송이 선행이 되어야 하므로, 중장기간 테스트를 거쳐 안정적인 자료 전송이 가능한 최소 주기를 최적의 자료 전송 주기로 결정하여야 할 것이다. 본 연구에서는 이러한 부분들을 고려하여 30초 주기로 자료를 수집, 전송하고 있다.
단, 레이더 관측자료의 경우 실시간 수집, 전송까지는 정상작동하고 있으나, 실시간 처리/가시화 부분의 보완이 필요한 상황이다. 향후 레이더 처리 부분의 보완 및 위성 자료와의 연계 등을 통해 소형 선박 등에 대한 모니터링까지 포함하는 종합적인 정보제공이 가능한 실시간 원격 모니터링 체계를 구축할 계획이다. 본 연구에서 소개한 체계는 우리나라 위성을 이용한 해양통신망 구축을 위한 기초 연구의 일환으로 중요한 의의를 가지며, 또한 현재 기획 중인 2022년경 차기 정지궤도 민관통신방송위성 등 향후 통신위성 활용 가능성을 감안할 때 향후 해양감시 분야에 있어 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
특히 해양과학기지와 같이 원활한 자료 전송을 위한 네트워크 망을 구축 또는 확보하는데 한계가 있는 경우, 본 연구에서 구축한 통신위성 기반 실시간 체계는 매우 효과적일 수 있다. 향후에도 통신위성개발이 계획되고 있는 것을 감안할 때 이러한 통신위성 기반 실시간 모니터링 체계는 차세대 민관방송통신위성의 해양분야 통신활용 방향 도출에 있어 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
천리안 통신위성을 이용하여 구축한 실시간 원격 선박 모니터링 체계는 크게 몇 단계로 구성되어 있는가?
본 연구에서는 천리안 통신위성을 이용하여 구축한 실시간 원격 선박 모니터링 체계를 소개한다. 이 체계는 실시간 자료 수집, 실시간 자료 전송, 실시간 자료처리/가시화, 크게 총 3단계로 구성된다. 논문에서는 각 단계 수행을 위해 설치한 H/W와 개발한 S/W 내역, 그리고 실시간 자료 수집에서부터, 실시간 전송, 실시간 처리 및 가시화에 이르기까지 과정에 대해 상세히 기술한다.
AIS란?
AIS는 선박의 제원과 위치, 속력 등 운항정보를 선박-선박/육상간에 자동 송수신하는 장치로써, 선박의 항해안전 및 실시간 모니터링을 위하여 국제해사기구 (IMO)가 추진하는 의무사항이다. 시계가 좋지 않은 경우 또는 여러 가지 환경적인 요인으로 인해 주변 상황에 대한 파악이 어려운 경우 AIS 정보를 이용하게 되면 타선의 존재와 진행 상황 판단이 가능하여 선박 충돌 방지, 수색 및 구조지원, 조난 선박의 수색 및 구조 활동 등 안전 관리를 더욱 효과적으로 수행할 수 있다.
2010년 발사된 천리안 위성 중 미래창조과학부와 전자통신연구원에서 개발한 탑재체는 무엇인가?
2010년 발사된 천리안 위성에는 3개의 탑재체가 있으며, 그 중 미래창조과학부와 전자통신연구원에서 개발한 Ka-band 통신 탑재체가 있다. 본 연구에서는 천리안 통신위성을 이용하여 구축한 실시간 원격 선박 모니터링 체계를 소개한다.
참고문헌 (6)
Lee, S., J. Jo, M. You, and C. Choi, 2011. Development technology and application for satellite communication of COMS, Proc. of the Korean Electromagnetic Engineering and Science, 22(3): 3-16 (in Korean with English abstrac).
Wang, D.-H. and D.-G. Oh, 2013. A Study of Public Test-bed Operation for Satellite Communications via COMS, The Journal of Korea Society of Communication and Sapce Technology, 8(4): 12-16 (in Korean with English abstrac).
Hong, D.-B. and C.-S. Yang, 2014. Classification of Passing Vessels Around the Ieodo Ocean Research Station Using Automatic Identification System (AIS): November 21-30, 2013, Journal of the Korean Society for Marine Environment and Energy, 17(4): 297-305 (in Korean with English abstrac).
Lee, D.-J., 2008. Real-time monitoring of ship's dynamic behavior characteristics by AIS, Journal of the Korean society of fisheries technology, 44(3): 218-228 (in Korean with English abstrac).
Lee, D.-J., 2014. Integration of AIS and radar target information for offshore fishing vessels, Journal of the Korean society of fisheries technology, 50(1): 21-29 (in Korean with English abstrac).
Kim, J., J.Y. Choi, J. Na, H.-S. Jo, and B. Lee, 2013. Aids to Navigation Service Scenarios for Next Generation VTS through Requirements Analysis of Domestic VTS Operator, The Journal of Korea Information and Communications Society, 38(5): 440-451 (in Korean with English abstrac).
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