[논문]선박 안전운전을 위한 응급대응 시스템 설계

김용수

선박 안전운전을 위한 응급대응 시스템 설계
Emergency response system for safe operation of ships 원문보기

스마트미디어저널 = Smart media journal, v.5 no.3, 2016년, pp.81 - 87

김용수 (동신대학교 컴퓨터학과)

초록
AI-Helper

세계의 글로벌화에 따라 움직이는 물동량이 크게 증가하면서 선박의 해상 운송 능력 향상을 위해 선박의 대형화가 지속적으로 이루어지고 있으며 선박의 수도 크게 증가하고 있는 추세에 따라 선박에서의 위험지역 모니터링에 대한 관심 이 증대되고 있고 국제해사기구(IMO)를 중심으로 선박안전관련 국제협약의 기준이 강화되고 있는 실정이다. 국내는 2012년 해양경찰청에 의해 선박 위치정보 기반의 선박 사고예측 및 예방 시스템이 구축되었으나, 최근 세월호 사건 등 선박 사고에 대한 대응의 문제점이 지적되고 있는 실정으로 위의 문제점을 해결하고자 본 논문을 통해 위험 구역 경보 및 위급상황 시 선박 운항 위치정보를 자동으로 전달해주는 DGPS를 탑재한 웨어러블 타입의 즉각 응급대응 시스템을 설계를 하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

In line with the sharp increase of container traffic from globalization, ships have become larger with an aim of improving the maritime transport capacity in addition to the growing interest in monitoring danger areas on ships considering the quantity increase of ships, along with the tightening of international standard for ship safety by IMO(international Maritime Organization). Korea established a location based ship accident forecasting and preventing system in 2012 by Korea Coast Guard, however its poor response in ship accidents has been pointed out in the wake of the recent disaster of Sewol ferry. To resolve this problem, this study attempts to design a wearable type, instant emergency response system that has DGPS to issue an alert on danger areas and automatically send ship's location and operation information in emergency situation.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

2.4GHz 대역폭을 이용하는 무선 통신 기기(Bluetooth Low Energy - BLE)를 특정 범위 이상의 구역에서 데이터 전송 속도, 거리, 오차율을 구하는 것을 목적으로 한다.
개방된 공간에서 위치에 따른 데이터 무결성을 확인한다.

제안 방법

2000평 이상의 개방된 공간에 적용 테스트를 진행 하였다.
BLE의 경우 1:1 통신 혹인 고가의 BLE모듈을 사용할 경우 1:7 통신만 가능하여 이를 개선하기 위하여 웨어러블 디바이스의 통신방식을 Xbee로 변경하여 N:N통신이 가능한 개발하였고 그와 동시에 BLE데이터를 Xbee로 전송하기 위한 대역 변환 패킷 인코딩을 진행하여 개발하였다.
각 디바이스의 위치를 변화해 가며 변화된 값을 삼각함수를 이용하여 데이터 오차율 확인하였다.
또한 다양한 통신방식에서 MCU의 데이터를 높이기 위한 패킷 인코딩을 진행하여 어떤 통신모듈을 사용하여도 디바이스가 동작할 수 있도록 개발하였다.
부피문제 및 사용 시간을 개선하기 위하여 기존 중간에서 전력 컨트롤 및 펌웨어 업로드를 위한 FTDI 모듈을 탈·부착식으로 재설계 하여 140mAh의 배터리로 최 14시간 이상 사용 가능하도록 개발 하였고 부피역시 높이 1.4cm 까지 최소화 하여 개발하였다.
선박의 충돌, 좌초, 화재 등의 사고 발생 시 승무원이 사고 상황과 시간 흐름에 따른 사고영향의 즉각적인 모니터링을 통해 실시간 대응이 가능한 사고대응 시스템 중 저전력 마이크로컨트롤러를 이용한 GPS 및 Bluetooth 신호 제어, 충전 및 배터리를 이용한 저전력 및 소형화 구현을 통해 긴급상황 시 스피커&진동으로 사용자에게 경보시스템 제공하며 통신모듈을 이용하여 관제탑으로 위치정보를 전송 가능한 시스템을 [그림 1]과 같이 개발을 설계하였다.
스마트 폰에서 BLE를 통하여 넘어온 데이터 패킷을 중계기를 거쳐 특정 Area에서 전송할 경우의 데이터 이동 범위, 속도, 오차율을 도출한다.

대상 데이터

사용된 모듈의 경우는 HC-06(BlueTooth 2.0)버전 이며 Level Shifter를 통하여 3.3V를 공급받아 외부 통신 기기와 통신을 하고 받은 데이터를 MCU로 넘긴다.

성능/효과

(2) 해양수산부에서 운영하고 있는 VTS 센터는 선박과의 고속 네트워크를 통해 해상의 상황을 좀 더 명확히 인지하여 관제하고 있으며, 100노트 이상의 속도에서 변침되는 물표에 대한 추적 가능하다.[10]
(3) 해상 GPS 위치정보의 경우 육상에 비해 주변건축물 등에 의한 전파 간섭이 적어 위치 정확도가 30m 이내이며, 선박에 설치된 DGPS 모듈의 성능이 일반 모바일 단말보다 정밀한 위치 값을 송출한다.[11]
다양한 선박 무선통신기술 발달 및 국제적으로 해상보안에 대한 국제협약이 강화, 대국민 해양안전문화가 확산됨에 따라 국가적 의무사항으로 우리 선박 및 국내연안을 운항하는 선박의 위치를 추적할 수 있는 시스템 및 관련 정보 수집·통합의 필요성 증대되고 여객선·크루즈·수상레저기구 등 선박이용, 해상관광, 바다낚시 등 일반국민의 바다 이용이 한층 다변화·활성화될 것으로 전망되는데 반해 선박 조난시 위치추적수단이 없어 신속한 수색구조가 곤란하여 해양선박사고로 인한 인명피해 증가로 인해 해상운송을 하는 대형 컨테이너선과 유조선 그리고 여객만을 수송하는 호화객선(크루즈선)처럼 대형화된 선박에서 선원과 승객의 위치를 측정하기 위해 현재 육지에서 사용되고 있는 실시간 위치 추적서비스(RTLS : Real-Time Locating Service System)가 필요한 시점 도래하였다. 본 논문에서는 최근 5년간 해양 선박사고 건수는 줄었지만 인명피해는 늘어 해양사고가 대형화되고 있어 실생활에 가장 보편적인 시계형 타입으로 안전시스템을 제작 보급함으로써 조난 체계를 개선하여 사고발생시 신속 구조 체계에 도움을 줄 수 있는 시스템을 설계 구현하였고 제품의 시험테스트 결과 각 디바이스 간 데이터 전송 시 20byte의 텍스트 데이터가 100미터까지 정상 도달하는 것을 확인하였다. 전송된 데이터는 분석 결과 전송 오차없이 100% 전송되는 것을 확인하였다.
시험결과 전송거리, 전송신뢰성, 전송속도가 목표로 하는 값을 만족하는 것으로 측정된다.
본 논문에서는 최근 5년간 해양 선박사고 건수는 줄었지만 인명피해는 늘어 해양사고가 대형화되고 있어 실생활에 가장 보편적인 시계형 타입으로 안전시스템을 제작 보급함으로써 조난 체계를 개선하여 사고발생시 신속 구조 체계에 도움을 줄 수 있는 시스템을 설계 구현하였고 제품의 시험테스트 결과 각 디바이스 간 데이터 전송 시 20byte의 텍스트 데이터가 100미터까지 정상 도달하는 것을 확인하였다. 전송된 데이터는 분석 결과 전송 오차없이 100% 전송되는 것을 확인하였다. 향후 비전문가도 손쉽게 조작이 가능하며 휴대폰과의 연동을 통한 선박 운항정보, 주변 관광정보, 날씨 정보 등의 편의서비스를 제공하도록 설계를 추가할 것이며 별도의 고가단말기(AIS, SSB, 위성단말기 등) 설치 시 소요되는 시공비용 감소 및 외부 장비와의 연동이 불필요하도록 설계할 예정이다.

후속연구

전송된 데이터는 분석 결과 전송 오차없이 100% 전송되는 것을 확인하였다. 향후 비전문가도 손쉽게 조작이 가능하며 휴대폰과의 연동을 통한 선박 운항정보, 주변 관광정보, 날씨 정보 등의 편의서비스를 제공하도록 설계를 추가할 것이며 별도의 고가단말기(AIS, SSB, 위성단말기 등) 설치 시 소요되는 시공비용 감소 및 외부 장비와의 연동이 불필요하도록 설계할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	선박의 대형화와 선박의 수가 크게 증가하면서 무엇에 대한 관심이 커지고 있는가?	세계의 글로벌화에 따라 움직이는 물동량이 크게 증가하면서 선박의 해상 운송 능력 향상을 위해 선박의 대형화가 지속적으로 이루어지고 있으며 선박의 수도 크게 증가하고 있는 추세에 따라 선박에서의 위험지역 모니터링에 대한 관심 이 증대되고 있고 국제해사기구(IMO)를 중심으로 선박안전관련 국제협약의 기준이 강화되고 있는 실정이다. 국내는 2012년 해양경찰청에 의해 선박 위치정보 기반의 선박 사고예측 및 예방 시스템이 구축되었으나, 최근 세월호 사건 등 선박 사고에 대한 대응의 문제점이 지적되고 있는 실정으로 위의 문제점을 해결하고자 본 논문을 통해 위험 구역 경보 및 위급상황 시 선박 운항 위치정보를 자동으로 전달해주는 DGPS를 탑재한 웨어러블 타입의 즉각 응급대응 시스템을 설계를 하고자 한다.
	선박의 대형화가 지속적으로 이루어지고 있는 이유는?	세계의 글로벌화에 따라 움직이는 물동량이 크게 증가하면서 선박의 해상 운송 능력 향상을 위해 선박의 대형화가 지속적으로 이루어지고 있으며 선박의 수도 크게 증가하고 있는 추세에 따라 선박에서의 위험지역 모니터링에 대한 관심 이 증대되고 있고 국제해사기구(IMO)를 중심으로 선박안전관련 국제협약의 기준이 강화되고 있는 실정이다. 국내는 2012년 해양경찰청에 의해 선박 위치정보 기반의 선박 사고예측 및 예방 시스템이 구축되었으나, 최근 세월호 사건 등 선박 사고에 대한 대응의 문제점이 지적되고 있는 실정으로 위의 문제점을 해결하고자 본 논문을 통해 위험 구역 경보 및 위급상황 시 선박 운항 위치정보를 자동으로 전달해주는 DGPS를 탑재한 웨어러블 타입의 즉각 응급대응 시스템을 설계를 하고자 한다.
	실시간 위치 추적서비스 도입이 필요한 이유는?	다양한 선박 무선통신기술 발달 및 국제적으로 해상보안에 대한 국제협약이 강화, 대국민 해양안전문화가 확산됨에 따라 국가적 의무사항으로 우리 선박 및 국내연안을 운항하는 선박의 위치를 추적할 수 있는 시스템 및 관련 정보 수집·통합의 필요성 증대되고 있고 여객선·크루즈·수상레저기구 등 선박이용, 해상관광, 바다낚시 등 일반국민의 바다 이용이 한층 다변화·활성화 될 것으로 전망되는데 반해 선박 조난 시 위치추적수단이 없어 신속한 수색구조가 곤란한 실정이다.[1-3] 해양선박사고로 인한 인명피해 증가로 인해 해상운송을 하는 대형 컨테이너선과 유조선 그리고 여객만을 수송하는 호화객선(크루즈선)처럼 대형화된 선박에서 선원과 승객의 위치를 측정하기 위해 현재 육지에서 사용되고 있는 실시간 위치 추적서비스(RTLS : Real-Time Locating Service System)가 필요한 시점에 도래하였다.

참고문헌 (13)

Geul-Jae Song "The Proposal for positioning accuracy analysis and stimulating utilization of NDGPS", Chungnam university, a master's thesis , pp.9-11, Feb. 2007.
Technical characteristics for a universal shipborne automatic identification system using time division multiple access in the VHF maritime mobile band, ITU-R M.1371-1
Jaemin Park, "Study on Small Vessels's Pseudo-AIS interoperable with Universal AIS" International Journal of National and Port Research, Vol. 27, No.4
RTCM, RTCM Recommended Standards for Differential NAVSTAR GPS Service Ver. 2.1, RTCM paper pp194-93/SC104-STD, Washington, D.C. : RTCM., 1994
IALA, Report of Inter-sessional WG on DGNSS, IALA 1st e-Nave committee, 2006. 9
Wooseong Shim, Jaemin Park, Sanghyun Suh, "Local Vessel Identification System(LVIS) Interoperable with Universal AIS", Proceedings of 2003 International symposium on GPS/GNSS, pp55-62
박재민"AIS 연동의중？소형선박자동인식시스템연구" 인하대학교 석사논문 pp.16-18, 2004. 7.
IALA "해상항로표지에서선박자동식별장치AIS)의 사용에관한국제 항로표지협회IALA)권고서A-126" IALA, 권고서 pp.17-18, 2003. 12.
해양수산부 "항로표지업무편람" 해양수산부 업무편람 pp.146-149, 2006. 12.
김정동 "실시간동적GPS 측량에의한해안지형해석" 동아대학교 박사논문 pp36-40, 2001. 2.
양형선 "GPS를이용한실시간선박위치정보시스템의 개발에관한연구" 목포해양대학교
하태진 "MCU 통합 연동 제어시스템 설계" 2012. 3.
민병국 "선박 네비게이션 시스템의 효율성 보장을 위한 카메라 장착 중소형 VDR장치 및 데이터 제어방법 연구" 2013. 3

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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