IoT 센서연계장치를 이용한 고위험선박의 지능형 운항위험 분석 시스템 개발에 대한 연구 A Study on the Implementation of Intelligent Navigational Risk Assessment System for High-risk Vessel using IoT Sensor Gateway원문보기
국제적인 불황이 이어지고 있는 상황에서도 해상물동량은 지속적으로 성장하고 있고 해양레저시장도 활성화되는 추세이다. 대한민국은 해상교통 센터 등의 시설운영을 통해 해상교통량을 제어하고 있지만, 이러한 추세로 해양교통상황이 복잡해지고 그에 따라 해양사고가 지속적으로 발생하고있다. 해양사고는 그 특성상 환경적, 인적인 피해를 입었을 경우 회복이 어려우며, 선박건조기술이 발달하면서 사고의 규모가 대형화 되고있는 추세이다. 여객선, 유조선 등 고 위험 선박의 경우 보다 상세한 해상상황 감시 및 분석이 필요하며 이러한 배경으로 특수선박 감시를 목적으로 한 다양한 연구가 진행된 바 있다. 하지만 현재 해상에서 연계되어 육상으로 전파되는 데이터 요소는 AIS, ARPA 정도의 한정된 정보가 전부이다. 우리는 다양한 자선 센싱 정보를 수집하여 육상으로 전파할 수 있는 IoT 선박센서수집 및 연계 시스템을 구현하고, 수집한 정보를 활용한 안전운항 상황 분석 시스템을 제시한다.
국제적인 불황이 이어지고 있는 상황에서도 해상물동량은 지속적으로 성장하고 있고 해양레저시장도 활성화되는 추세이다. 대한민국은 해상교통 센터 등의 시설운영을 통해 해상교통량을 제어하고 있지만, 이러한 추세로 해양교통상황이 복잡해지고 그에 따라 해양사고가 지속적으로 발생하고있다. 해양사고는 그 특성상 환경적, 인적인 피해를 입었을 경우 회복이 어려우며, 선박건조기술이 발달하면서 사고의 규모가 대형화 되고있는 추세이다. 여객선, 유조선 등 고 위험 선박의 경우 보다 상세한 해상상황 감시 및 분석이 필요하며 이러한 배경으로 특수선박 감시를 목적으로 한 다양한 연구가 진행된 바 있다. 하지만 현재 해상에서 연계되어 육상으로 전파되는 데이터 요소는 AIS, ARPA 정도의 한정된 정보가 전부이다. 우리는 다양한 자선 센싱 정보를 수집하여 육상으로 전파할 수 있는 IoT 선박센서수집 및 연계 시스템을 구현하고, 수집한 정보를 활용한 안전운항 상황 분석 시스템을 제시한다.
In the midst of continuing international recession, the rate of maritime traffic and marine leisure markets are consistently growing. The Republic of Korea controls the marine traffic volume through vessel traffic centers and various other management facilities. Nevertheless, the continuous growth a...
In the midst of continuing international recession, the rate of maritime traffic and marine leisure markets are consistently growing. The Republic of Korea controls the marine traffic volume through vessel traffic centers and various other management facilities. Nevertheless, the continuous growth and complexity of marine traffic is resulting in repeated occurrences of marine accidents. Recovery is very difficult in cases of human injuries or deaths caused by marine accidents due to its nature, and the scale of marine accidents is also becoming greater with advanced ship building technologies. Passenger ships, oil tankers, and other such vessels used for specific purposes requires a more detailed navigational status surveillance and analysis, and numerous research has been conducted with an objective for monitoring such special purpose vessels. However, the data elements transmitted from the ocean to the shore station are limited to AIS and ARPA. We are implementing IoT ship sensor collection and a syncing system capable of transmitting various ship sensing data to the shore station, and also proposing a Safe Navigation Status Analysis System utilizing the collected data.
In the midst of continuing international recession, the rate of maritime traffic and marine leisure markets are consistently growing. The Republic of Korea controls the marine traffic volume through vessel traffic centers and various other management facilities. Nevertheless, the continuous growth and complexity of marine traffic is resulting in repeated occurrences of marine accidents. Recovery is very difficult in cases of human injuries or deaths caused by marine accidents due to its nature, and the scale of marine accidents is also becoming greater with advanced ship building technologies. Passenger ships, oil tankers, and other such vessels used for specific purposes requires a more detailed navigational status surveillance and analysis, and numerous research has been conducted with an objective for monitoring such special purpose vessels. However, the data elements transmitted from the ocean to the shore station are limited to AIS and ARPA. We are implementing IoT ship sensor collection and a syncing system capable of transmitting various ship sensing data to the shore station, and also proposing a Safe Navigation Status Analysis System utilizing the collected data.
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문제 정의
본 연구는 현재 연안 환경에서 수집가능한 선박 정보에 대한 소개와 그 정보의 한계에 대해 소개하였으며, 그를 통한 선박정보 추가 센싱에 대한 필요성을 보였다. 또한, 그 필요성에 의해 도출된 기존선박 센싱정보 연계 시스템을 제시하고 구현하였으며, 구현한 시스템에서 수집된 항행 정보를 일부 분석한 결과를 보임으로써 제안하는 시스템 체계에 대한 타당성을 보였다.
선박은 다양한 센서를 장착하여 안전운항에 활용하고 있으며, 대부분의 경우 해상선박에서 사용하는 표준인 IEC61162와 NMEA데이터포맷을 지원하고 있다. 이 연구에서 제안하는 표준, 비표준 센서를 모두 연계할 수 있는 IoT 센서 연계 장치 개발을 위해 현재 선박에서 사용하고 있는 장비 및 센서의 종류와 관련 데이터 표준을 조사하여 필요 센서를 도출하였다. 선박 센서와 관련하여 조사된 내용은 표 4와 같다.
제안 방법
관제사의 의사결정을 보조하는 지능형 운항분석 시스템 구현의 타당성 검증을 위해 현재 기존 AIS, Radar 에서 수집한 선박 위치정보와 일부 시험선박에 설치되어 수집중인 6축 선박 기울기 센서를 퍼지기법과 전문가 시스템을 활용해 분석한 결과 선박의 자동 입출항상태 확인, 급변침, 급가속, 선박 충돌 위험도, 변침 위험도 판단을 수행하였다.
시스템의 구조도는 그림 6에서 보인다. 기존 선박에 구비되어있는 각종 센서와 연계하여 연계되어있는 센서의 상태를 자동으로 분석하고 분석결과를 선박용 단말기와 육상으로 전파하는 연계노드의 형태로 제안하였다. 선박 내부 네트워킹은 중간단 연계허브 역할을 수행하는 센서연계장치와 육상과 양방향 통신을 수행할 수 있는 IoT 센서연계장치로 구성하였으며, 육상-선박 간 통신은 데이터 양과 육상과의 거리에 따라 AIS/UHF, 3G/LTE를 자동으로 선택하여 사용하여 수행한다.
기존 선박에 구비되어있는 각종 센서와 연계하여 연계되어있는 센서의 상태를 자동으로 분석하고 분석결과를 선박용 단말기와 육상으로 전파하는 연계노드의 형태로 제안하였다. 선박 내부 네트워킹은 중간단 연계허브 역할을 수행하는 센서연계장치와 육상과 양방향 통신을 수행할 수 있는 IoT 센서연계장치로 구성하였으며, 육상-선박 간 통신은 데이터 양과 육상과의 거리에 따라 AIS/UHF, 3G/LTE를 자동으로 선택하여 사용하여 수행한다.
센서 인터페이스는 선박의 각종 인터페이스표준(IEC61162-1 등)을 지원하는 인터페이스 포트를 제공하는 동시에 GPIO등을 활용하여 비표준 인터페이스 장치에 대응하도록 설계하였으며, 또한 컨트롤러 모듈과의 인터페이스를 위한 각종 통신도 함께 제공하여 분리개발이 가능하도록 설계하였다.
우리는 다양한 자선 센싱 정보를 수집하여 육상으로 전파할 수 있는 선박센서수집 및 연계 시스템을 설계 및 구현하고, 수집한 정보를 활용한 안전운항 상황 분석 시스템을 제시한다.
성능/효과
본 연구는 현재 연안 환경에서 수집가능한 선박 정보에 대한 소개와 그 정보의 한계에 대해 소개하였으며, 그를 통한 선박정보 추가 센싱에 대한 필요성을 보였다. 또한, 그 필요성에 의해 도출된 기존선박 센싱정보 연계 시스템을 제시하고 구현하였으며, 구현한 시스템에서 수집된 항행 정보를 일부 분석한 결과를 보임으로써 제안하는 시스템 체계에 대한 타당성을 보였다.
후속연구
그림 13은 IoT 센서연계장치 및 선박 안전상황 통합분석서버에서 전달되어 연계되는 안전운항정보를 표출하는 관제 소프트웨어(선박, 관제 공용)이다. 선박의 타겟정보와 IoT 센서 연계 상태, 육상으로의 자동 선박상태 보고 등의 시나리오 시연용으로 제작하였으며 실제 선박의 데이터를 연계하여 추가 검증 예정에 있다.
이 연구는 실제 항행중인 여객선 등에 부분 설치하여 선박 상세정보를 연계하여 얻은 실측 데이터를 이용한 항행상황 분석과 항행 상황 분석 알고리즘의 실질적인 검증이 추후 연구로 남는다.
제안한 시스템을 통해 해상에서 수집한 모든 정보를 육상에서 유관기관 정보와 연계하여 분석할 수 있다면 지금보다 안전한 항행상황을 보장할 수 있을 것으로 예상된다.
그림 9는 설계 내용에 따라 구현한 IoT 센서연계장치의 테스트보드를 보인다. 현재 테스트 보드는 안정성테스트를 진행하고 있으며 저전력 장기간 운영을 통해 제작 보드의 타당성을 검증할 예정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
AIS란?
그림 3은 스웨덴 CNS사의 AIS 장비이다. AIS는 Automatic Identification System을 의미하며, 선박이 주기적으로 자신의 GPS 위치를 주변에 송출하는 시스템이다. 선박이 주행하는 속도에 따라 송출 주기는 달라지며 14노트 이상일 경우 2초에 한번 자선의 위치를 송출한다.
해양사고의 특징과 추세는?
해양사고는 그 특성상 환경적, 인적인 피해를 입었을 경우 회복이 어려우며, 선박건조기술이 발달하면서 사고의 규모가 대형화 되고 있는 추세이다[3-4].
선박의 속도가 14노트일 경우 AIS의 위치 송출 주기는?
AIS는 Automatic Identification System을 의미하며, 선박이 주기적으로 자신의 GPS 위치를 주변에 송출하는 시스템이다. 선박이 주행하는 속도에 따라 송출 주기는 달라지며 14노트 이상일 경우 2초에 한번 자선의 위치를 송출한다.
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