본 연구에서는 항해용 국제 표준 기반의 전자해도를 기본 맵으로 육상 연안 정보 및 해저 수심 데이터를 제공하고, 선박 내 설치 운용되고 있는 자이로컴퍼스, DGPS, AIS의 각종 항해 지원 장비와의 표준 인터페이스를 제공하여 자선 및 타선의 실시간 항로 감시 및 안전운항 정보를 지원할 수 있는 중소형 선박 항해 성능 모니터링 시스템을 개발하고자 한다. 이를 위해 차량의 필수 장비인 육상 네비게이션의 기능 및 사용 방법들을 적용하여 항해자들에게 친숙한 사용 환경, 메뉴 구성, 쉬운 작동법을 제공하여 중소형 선박들이 보다 안전한 항해를 할 수 있는 장비 개발을 목표로 한다. 개발된 항해 성능 모니터링 시스템은 선박에 설치되어 있는 다양한 항해장비와의 인터페이스를 지원하고, 기존 해상 항해장비와 달리 사용자 편의를 극대화함으로써 조기에 선박간의 충돌사고 예방 및 선박 사고로 인한 인명 피해를 줄일 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구에서는 항해용 국제 표준 기반의 전자해도를 기본 맵으로 육상 연안 정보 및 해저 수심 데이터를 제공하고, 선박 내 설치 운용되고 있는 자이로컴퍼스, DGPS, AIS의 각종 항해 지원 장비와의 표준 인터페이스를 제공하여 자선 및 타선의 실시간 항로 감시 및 안전운항 정보를 지원할 수 있는 중소형 선박 항해 성능 모니터링 시스템을 개발하고자 한다. 이를 위해 차량의 필수 장비인 육상 네비게이션의 기능 및 사용 방법들을 적용하여 항해자들에게 친숙한 사용 환경, 메뉴 구성, 쉬운 작동법을 제공하여 중소형 선박들이 보다 안전한 항해를 할 수 있는 장비 개발을 목표로 한다. 개발된 항해 성능 모니터링 시스템은 선박에 설치되어 있는 다양한 항해장비와의 인터페이스를 지원하고, 기존 해상 항해장비와 달리 사용자 편의를 극대화함으로써 조기에 선박간의 충돌사고 예방 및 선박 사고로 인한 인명 피해를 줄일 수 있을 것으로 판단된다.
This research aims to develop a voyage performance monitoring system based on international standards. The developed system is equipped with an electronic navigational chart(ENC) that provides onshore and offshore information, as well as supports standardized interfaces with navigational equipment, ...
This research aims to develop a voyage performance monitoring system based on international standards. The developed system is equipped with an electronic navigational chart(ENC) that provides onshore and offshore information, as well as supports standardized interfaces with navigational equipment, such as a gyro compass, a differential global positioning system(DGPS), and an automatic identification system(AIS), to monitor the navigation route in real time. In addition, the proposed system adopts a car navigation system to provide a graphical user interface, an intuitive menu-driven configuration, and an easy guide for safer sea navigation. The system, interfaced with the gyro compass and DGPS, was verified without any data loss, and passed a test conducted under extreme conditions by the Korea Laboratory Accreditation Scheme(KOLAS). Finally, the system contributes to preventing collision of vessels and minimizing casualties by maximizing the convenience of mariners which a conventional system does not provide.
This research aims to develop a voyage performance monitoring system based on international standards. The developed system is equipped with an electronic navigational chart(ENC) that provides onshore and offshore information, as well as supports standardized interfaces with navigational equipment, such as a gyro compass, a differential global positioning system(DGPS), and an automatic identification system(AIS), to monitor the navigation route in real time. In addition, the proposed system adopts a car navigation system to provide a graphical user interface, an intuitive menu-driven configuration, and an easy guide for safer sea navigation. The system, interfaced with the gyro compass and DGPS, was verified without any data loss, and passed a test conducted under extreme conditions by the Korea Laboratory Accreditation Scheme(KOLAS). Finally, the system contributes to preventing collision of vessels and minimizing casualties by maximizing the convenience of mariners which a conventional system does not provide.
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문제 정의
본 논문에서는 안전운항을 위한 전자해도 지원 중소형선박 항해 성능 모니터링 시스템을 설계 및 구현하였다. 주요 특징으로 선박 항해를 위한 국제표준 및 규정 준수, 중소형 선박용 VDR 기능 지원, 전자해도 기반 사용자 편의 지원, 선박 내부 타 시스템과의 연동, 저전력 구조 및 조작 편의성의 다섯 가지 차별화된 기능을 제공한다.
이러한 어려움을 극복하기 위해 본 논문에서는 항해용 국제표준 지도 데이터인 S100기반의 전자해도[9]를 기본 맵으로 육상 연안 GIS(Geographic Information System) 데이터, 해저 수심데이터를 최적화하여 제공하고, 선박 내 설치 운용되고 있는 DGPS(Differential Global Positioning System), AIS 등 각종 항해 지원 장비들과의 NMEA0183 표준 인터페이스[10]를 기반으로 자선 및 타선 실시간 항로감시 등의 전자해도 기반 운항정보를 지원하는 중소형 선박용 항해 성능 모니터링 시스템 개발을 목표로 한다.
제안 방법
소프트웨어는 첫째, ENC(electronic navigation charts) 운용하기 위한 “전자해도 데이터 컨트롤 엔진”, 둘째, 항해 지원을 위해 사용되는 GPS, DGPS, Gyro, Speed Log, AIS 장비와 실시간 인터페이스를 위한 “통합 시그널 인터페이스”, 셋째, ECDIS(electronic chart display and information system)와 동일한 항해 계획 및 실시간 항해 감시 기능의 소형화 및 최적화를 위한 “ECDIS 컨트롤 및 운용 엔진”과 같이 기능별로 구분한다.
임베디드 기반의 하드웨어의 특징을 살펴보면, ARM11기반의 마이크로프로세서 적용으로 임베디드 윈도우를 적용했으며, 10.4인치 TFT 터치 LCD를 적용하였다. 또한, 기존의 장비(GPS Plotter 등)들이 GPS에치중되어 있는 부분들을 보완하여 GLONASS (Global Navigation Satellite System) 위성 항법 장치와 동시에 사용 가능하게 시스템을 구성하였다.
4인치 TFT 터치 LCD를 적용하였다. 또한, 기존의 장비(GPS Plotter 등)들이 GPS에치중되어 있는 부분들을 보완하여 GLONASS (Global Navigation Satellite System) 위성 항법 장치와 동시에 사용 가능하게 시스템을 구성하였다. GLONASS 모듈의 장점은 해상에서뿐만 아니라 육상에서도 GPS보다 좋은 위치 정확도를 가지고 있으며 현재 물류 이동에 중요한 역할을 담당하고 있다[12].
기존의 해양레저용 항해 통신 장비의 경우 장비간의 인터페이스 지원을 위해 NMEA0183, NMEA2000 및 시리얼 통신 등을 사용하는데, 개발한 시스템은 외부 항해통신 장비들(AIS, GPS 등) 및 센서들과의 인터페이스 지원을 위해 다양한 인터페이스 포트를 설계하여 지원하도록 하였다. 그림 4에서 보는 것처럼 기본적인 센서(GPS, 온도센서, 자이로센서, 가속도계) 및 통신 모듈(WiFi)은 시스템 내부에 장착하고 메인 MCU와의 통신을 통해 데이터 연계를 통해 내부 및 외부 디스플레이 장치에 전달한다.
본 연구에서 개발한 시스템의 하드웨어 시스템 구성도를 보면 그림 6과 같이 듀얼코어 프로세서 및 DDR3 메모리를 적용하여 임베디드 윈도우의 원활한 운용 지원을 보장하였고, GPS 안테나를 통해 자체 GPS 수신기능 수행 및 독립적인 위치정보를 수집 가능하도록 구성했다.
SD카드를 지원하여 향후 전자해도 데이터 업데이트를 가능할 수 있도록 확장성을 확보하였고, 정전식 터치 패널을 적용하여 별도의 입력장치 없어도 사용자 조작 편의성을 제공하였다. 아울러 자동항법(autopilot) 또는 자이로컴파스, AIS로부터 실시간 항해 정보 취득을 위해 NMEA0183, NMEA2000 인터페이스 포트를 구성하였다. 그림 7은 제작된 중소형 선박용 항해 성능 모니터링 하드웨어 시스템을 나타낸 것이고, 그림 9는 구현된 사용자 편의 지원을 위한 소프트웨어 사용자 화면을 캡처한 것이다.
아울러 개발한 시스템의 평가를 위한 KOLAS(Korea Laboratory Accreditation Scheme) 규정에 근거한 작동 온도, 습도, 열충격 테스트를 진행하여 하드웨어 성능에 대한 이상 없는 결과를 얻었다.
본 논문에서는 안전운항을 위한 전자해도 지원 중소형선박 항해 성능 모니터링 시스템을 설계 및 구현하였다. 주요 특징으로 선박 항해를 위한 국제표준 및 규정 준수, 중소형 선박용 VDR 기능 지원, 전자해도 기반 사용자 편의 지원, 선박 내부 타 시스템과의 연동, 저전력 구조 및 조작 편의성의 다섯 가지 차별화된 기능을 제공한다. 개발된 시스템은 GPS, 자이로 등의 데이터가 정상적으로 로딩되는지 검증하였고, 지속적인 사용자 편의성을 위해 KOLAS 기반 내환경 테스트를 통해 검증하였다.
데이터처리
주요 특징으로 선박 항해를 위한 국제표준 및 규정 준수, 중소형 선박용 VDR 기능 지원, 전자해도 기반 사용자 편의 지원, 선박 내부 타 시스템과의 연동, 저전력 구조 및 조작 편의성의 다섯 가지 차별화된 기능을 제공한다. 개발된 시스템은 GPS, 자이로 등의 데이터가 정상적으로 로딩되는지 검증하였고, 지속적인 사용자 편의성을 위해 KOLAS 기반 내환경 테스트를 통해 검증하였다.
이론/모형
항해통신 장비의 표준화된 인터페이스 (NMEA 0183/2000) 및 다양한 시리얼통신 지원 인터페이스 지원하고, 기존의 하드웨어 의존도를 탈피하여 소프트웨어를 통한 인터페이스 연계를 위해 Software-Defined Networking(SDN) 알고리즘 개념을 적용한다. SDN의 개념은 디지털 신호처리 기술 등을 이용하고 하드웨어 수정 없이 모듈화된 소프트웨어 변경만으로 하나의 시스템이 다수의 통신 규격을 통합 수용하는 접속 기반 기술을 의미한다[11].
성능/효과
제안한 시스템의 소프트웨어 상세내용을 살펴보면, 항해 실시간 모니터링 기능, 항로 감시 기능, 항로이탈 및 위험물 경고, AIS 인터페이스 침입경고 기능을 수행하는 Warning Detection Manager, 항로계획 설정 및 계획된 항로 실시간 감시하는 Route Manager, 자선관리, 자선 크기 설정, 자선 표현방법 설정 등을 관리하는 Own Ship Manager 모듈이 있다. 그리고 S100 표준 전자해도를 표현하고, 필요시 이를 Open API Map으로 변환 및 업데이트를 제공하는 Open API Map Display Manager와 ENC Converter Manager로 구성된다.
SD카드를 지원하여 향후 전자해도 데이터 업데이트를 가능할 수 있도록 확장성을 확보하였고, 정전식 터치 패널을 적용하여 별도의 입력장치 없어도 사용자 조작 편의성을 제공하였다. 아울러 자동항법(autopilot) 또는 자이로컴파스, AIS로부터 실시간 항해 정보 취득을 위해 NMEA0183, NMEA2000 인터페이스 포트를 구성하였다.
후속연구
그림 4와 같이 설계된 외부 인터페이스 포트로서는 미니 USB 2포트, 시리얼 통신 2포트(RS-232/485), 외부 데이터 저장 SD 카드 2포트, USB 4포트 등을 지원하도록 하였다. 또한 향후 기능 확장을 위해 Combiner를 이용하여 좀 더 다양한 해양지원 장비들과 인터페이스를 제공하여 해도와 운항정보를 2D, 3D로 확인할 수 있는 기능을 제공한다. 또한, 외부 모니터 인터페이스를 지원하여 좀 더 좋은 환경을 구축할 수 있는 기능 또한 제공한다.
향후 IAS(Integrated Automation System)과 같이 항행장비 통합 플랫폼을 지원할 수 있도록 다양한 장비와의 인터페이스를 구현하여 집적할 계획이고, 현재 2차원 맵 데이터에서 3차원 멥 데이터를 적용하여 기존 해상 항해장비와 달리 사용자 편의를 극대화함으로써 조기에 선박간의 충돌사고 예방 및 선박 사고로 인한 인명 피해를 줄일 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 세계적 수준의 ICT 기술을 적용함과 동시에 국제선박 장비 환경규격 IEC60945를 적용한 임베디드 하드웨어를 제작함과 동시에 가격경쟁력을 갖춤으로 인해 국내외 해양 레저 기자재 산업의 산업규모 확대를 기대한다.
향후 IAS(Integrated Automation System)과 같이 항행장비 통합 플랫폼을 지원할 수 있도록 다양한 장비와의 인터페이스를 구현하여 집적할 계획이고, 현재 2차원 맵 데이터에서 3차원 멥 데이터를 적용하여 기존 해상 항해장비와 달리 사용자 편의를 극대화함으로써 조기에 선박간의 충돌사고 예방 및 선박 사고로 인한 인명 피해를 줄일 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 세계적 수준의 ICT 기술을 적용함과 동시에 국제선박 장비 환경규격 IEC60945를 적용한 임베디드 하드웨어를 제작함과 동시에 가격경쟁력을 갖춤으로 인해 국내외 해양 레저 기자재 산업의 산업규모 확대를 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국내의 ICT 분야의 고부가가치 제품은 어디에 의존하고 있는가?
국내의 경우 ICT 분야에 있어 세계적으로 기술력을 인정받고 있으나, 어선을 중심으로 형성되어 있는 국내 중소형 선박 시장에는 아직까지 그 기술력이 미치지 못하고 있다. 또한, 우리나라의 1인당 국민소득이 2015년 기준 이미 3,093만원[3]을 넘어선 시점에서는 중소형 레저 보트와 관련된 상품에 대한 수요가 점진적으로 증가하고 있으나, 고부가가치 제품에 있어서는 대부분 미국과 유럽 등으로부터 수입에 의존하고 있다[4].
해양레저 스포츠 분야에 대한 관심이 증가하게 된 배경은?
2000년대 후반에 들어서 해양레저 스포츠 관련 저변 확대와 국민 소득 수준의 향상으로 인하여 해양레저 스포츠 분야에 대한 관심이 증가하게 되면서 관련 분야에 대한 다양한 요구가 증가하고 있다. 미국과 유럽을 중심으로 개인용 요트 및 보트 산업이 활성화 되고 있으며, e-내비게이션 개념에 발맞춰 축적된 기술력을 바탕으로 이미 중소형 선박 분야의 다양한 고부가가치 상품을 만들어 내고 있다[1].
해양레저 스포츠 분야에 대한 관심이 증가함에 따른 시장의 변화는?
2000년대 후반에 들어서 해양레저 스포츠 관련 저변 확대와 국민 소득 수준의 향상으로 인하여 해양레저 스포츠 분야에 대한 관심이 증가하게 되면서 관련 분야에 대한 다양한 요구가 증가하고 있다. 미국과 유럽을 중심으로 개인용 요트 및 보트 산업이 활성화 되고 있으며, e-내비게이션 개념에 발맞춰 축적된 기술력을 바탕으로 이미 중소형 선박 분야의 다양한 고부가가치 상품을 만들어 내고 있다[1].
참고문헌 (12)
D. Patraiko, The Development of e-Navigation, International Journal on Marine Navigation and Safety of Sea Transportation, vol. 1, no. 3, pp. 257-260, Sep. 2007.
International Council of Marine Industry Associations (ICOMIA), 2012 Recreational Boating Industry Statistics, 2012.
The Bank of Korea, Quarterly National Accounts Review, No. 1, 2016. [Internet] Available:http://kosis.kr/nsportalStats/nsportalStats_0102Body.jsp?menuId3&NUM166
H. U. Kim, B. G. Min, T. J. Ha, H. J. Jung, and J. A Park, Implementation of a Marine Navigation System for the Small and Medium Sized Power Boat, Korean Institute of Information Technology, vol.12, no.3, pp.27-35, Mar. 2013.
S. Y. Kim, Creative economy on the sea: e-Navigation, Monthly Maritime Korea, 2014 [Internet] Available: http://www.monthlymaritimekorea.com/news/articleView.html?idxno13874
J. M. Lee, K. H. Lee and D. S. Kim, Image Analysis Module for AR-based Navigation Information Display, Journal of Ocean Engineering and Technology, vol. 27, no. 3, pp. 22-28, Jun. 2013.
K. M. Cho, S. W. Oh, and W. S. Sim, A study on application strategy of S-63 IHO data protection scheme regarding to ECDIS, Journal of Korean Association of Ocean Science and Technology Societies 2014, pp. 284-286, May. 2014.
M. Jeong, A study on ECDIS improvement by analyzing user perception survey, Journal of Korean Association of Ocean Science and Technology Societies 2014, pp. 141-143, May. 2014.
M. S. Kim, I. S. Jang, and C. H. Lee, Design and Implementation of the Converged Platform for Geospaital and Maritime Information Service based on S-100 Standard, Journal of Korea Spatial Information Society, vol.21, no.6, pp. 23-32, Dec. 2013.
S-H. Eum and S-K. Hong, Development of User Protocol Converter about Modbus and NMEA0183, Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol.19, no.11, pp. 2584-2589, Nov. 2015.
H. Kim and N. Feamster, Improving Network Management with Software Defined Networking, IEEE Communications Magazine, vol.51, no.2, pp. 114-119, Feb. 2013.
S-W. Kang, Implementation of Small Active Antenna for GPS/GLONASS Receiving, The Journal of The Institute of Internet, Broadcasting and Communication, vol.15, no.2, pp. 175-180, Apr. 2015.
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