[논문]해상풍력발전단지의 최적 위치 선정을 위한 Grid-cell 평가 시스템 개념 설계

이보경; 조익순; 김대해

doi:10.7837/kosomes.2018.24.7.848

해상풍력발전단지의 최적 위치 선정을 위한 Grid-cell 평가 시스템 개념 설계
A Study on the Design of the Grid-Cell Assessment System for the Optimal Location of Offshore Wind Farms 원문보기

海洋環境安全學會誌 = Journal of the Korean society of marine environment & safety, v.24 no.7, 2018년, pp.848 - 857

이보경 (한국해양대학교 선박운항과) , 조익순 (한국해양대학교 선박운항과) , 김대해 (한국해양대학교 선박운항과)

초록
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최근 국제적으로 풍력, 태양광, 파도, 연료전지 등의 친환경 신재생에너지 개발이 활발하다. 특히, 해상에서의 풍력발전단지 개발은 대형화를 통한 단가 절감, 고품질의 풍력자원 활용, 발전기로 인한 소음 피해 최소화를 위해 해안에서 멀리 떨어진 위치에 대규모 부유식으로 건설되는 추세이다. 풍력발전단지의 개발은 해사안전법에 의한 해상교통안전진단제도에 따른 평가가 필요하다. 풍력발전단지의 평가는 해당 수역의 체계적인 개발, 관리, 활용을 위해 선과 면적 개념을 모두 적용하여 수행되어야 하며, 이를 위한 평가 방법과 기준이 개발되어야 한다. 이 연구에서는 해상풍력발전단지처럼 해양 공간을 평가할 수 있는 해상교통조사방법과 평가에 대한 적절한 기준을 수립하고, 이를 시스템적으로 처리할 수 있는 방안에 대해서 연구하였다. 먼저 해상교통조사를 위해 AIS와 레이더를 이용한 이동식 해상교통데이터 수집장치를 설계하였다. 그리고 선과 면적의 개념을 모두 적용한 해상교통 항적도, 밀집도, 경로 분석을 제안하였다. 해상교통밀집도는 Grid-cell의 크기를 조절하여 단위 cell에 대한 공간적, 시간적 점유율을 구분하고 해상교통 경로 분석은 해상을 통항로 또는 작업 공간으로 사용할 때를 구분하여 선박의 이동 패턴을 평가할 수 있도록 제안하였다. 최종적으로 시스템적인 해상교통데이터의 수집과 평가가 가능한 해상교통안전평가솔루션의 개념설계를 수행하였다. 이는 자동적인 해상교통데이터의 수집 저장 분류를 통해, 데이터 누락이나 오표기와 같은 인적 오류를 최소화하고 해상 공간의 용도에 따라 선과 면적 개념을 반영하여 분석함으로써 신뢰성 있는 해상 공간의 평가가 가능하게 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, around the world, active development of new renewable energy sources including solar power, waves, and fuel cells, etc. has taken place. Particularly, floating offshore wind farms have been developed for saving costs through large scale production, using high-quality wind power and minimizing noise damage in the ocean area. The development of floating wind farms requires an evaluation of the Maritime Safety Audit Scheme under the Maritime Safety Act in Korea. Floating wind farms shall be assessed by applying the line and area concept for systematic development, management and utilization of specified sea water. The development of appropriate evaluation methods and standards is also required. In this study, proper standards for marine traffic surveys and assessments were established and a systemic treatment was studied for assessing marine spatial area. First, a marine traffic data collector using AIS or radar was designed to conduct marine traffic surveys. In addition, assessment methods were proposed such as historical tracks, traffic density and marine traffic pattern analysis applying the line and area concept. Marine traffic density can be evaluated by spatial and temporal means, with an adjusted grid-cell scale. Marine traffic pattern analysis was proposed for assessing ship movement patterns for transit or work in sea areas. Finally, conceptual design of a Marine Traffic and Safety Assessment Solution (MaTSAS) was competed that can be analyzed automatically to collect and assess the marine traffic data. It could be possible to minimize inaccurate estimation due to human errors such as data omission or misprints through automated and systematic collection, analysis and retrieval of marine traffic data. This study could provides reliable assessment results, reflecting the line and area concept, according to sea area usage.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이 연구에서는 사람이 현장에 상주하지 않아도 해상교통 데이터를 수집·기록할 수 있는 휴대식 장치를 개발하고 선과 면적 개념을 모두 적용한 개선된 평가 방법을 제안하였다.

제안 방법

(5) 기존의 항적도 평가를 해상교통 항적도, 밀집도, 경로평가의 세 가지 방법으로 제안하였다. 해상교통밀집도는 시간적, 공간적 평가를 구분하였고, 경로 평가는 사용자 참조선을 설정하여 항로 또는 작업 공간으로 이용되는 각각의 상황에 대한 이동 패턴을 분석할 수 있다.
MaTSAS 소프트웨어를 이용하여 웹 서버에 사용자가 접속하면 AIS와 레이더를 이용한 해상교통데이터 수집장치의 상태와 상황을 확인할 수 있고, 저장한 해상교통정보를 선박 종류나 기간 등의 조건을 넣어 검색할 수 있다. 검색을 통해 분석하고자 하는 해상 교통량을 미리 파악하고 이에 따라 적절한 분석 대상과 방법을 선택하여 해상교통데이터의 항적도, 밀집도, 경로 평가를 실시한다. 이 솔루션은 동일한 해상교통 데이터를 다수의 사용자가 동시에 사용하거나 분석 결과를 공유할 수 있도록 설계하였고 보안 및 신뢰성 유지를 위해 데이터와 사용자에 대해 별도 관리할 수 있는 기능도 추가할 예정이다.
또한 일정 시간 동안의 통항량을 자동 또는 원격 제어로 수집·전송할 수 있고 웹클라우드 환경을 이용하여 오랜 기간의 데이터를 저장할 수 있도록 개선하였다.
이 연구에서는 사람이 현장에 상주하지 않아도 해상교통 데이터를 수집·기록할 수 있는 휴대식 장치를 개발하고 선과 면적 개념을 모두 적용한 개선된 평가 방법을 제안하였다. 수집된 해상교통데이터와 GICOMS 데이터를 웹데이터베이스에 저장하고 자동적이고 시스템적인 데이터 필터링를 통해 목적에 맞는 데이터만 누락 없이 선택하여 분석할 수 있으며 해상교통데이터의 항적도, 밀집도, 경로 평가를 수행할 수 있는 MaTSAS의 개념설계를 수행하였다. 이 시스템의 설계 결과는 다음과 같다.
시스템적으로 해상교통정보를 수집·제어·기록하고 자동으로 데이터를 분류·분석함으로써 인적 오류의 개입을 최소화하며 평가 결과의 신뢰성을 향상시킨다.
레이더의 TT는 NMEA0183 표준 프로토콜에 따라 NDC를 통해 수집되어 LTE 통신망을 타고 웹데이터베이스에 저장된다. 약 6개월 이상의 정보를 누적 보관할 수 있도록 설계하였고, 데이터베이스 역시 데이터 수집 현장 외에서도 접속 및 사용 가능하도록 웹클라우드 환경을 이용한다.
이 연구에서는 Fig. 1과 같이 해상풍력발전단지의 개발처럼 해양 공간을 계획하고 설계하기 전에 대상 해역의 적정성을 시스템적으로 평가할 수 있는 해상교통안전평가솔루션(MaTSAS, Marine traffic and safety assessment solution)의 개념 설계를 수행하였다.
해상풍력발전단지와 같은 해상 면적을 평가하기 위해서는 선의 개념을 적용한 누적 항적도 뿐 아니라 면적의 개념을 적용한 추가적인 평가 방법이 보완되어야 한다. 이 장에 서는 기존에 사용되었던 항적도 평가를 개선하고 추가적으로 밀집도와 해상교통 경로에 대한 평가 방법을 제안한다.
GICOMS 데이터는 해상교통안전진단의 목적으로 해양수산부 종합상황실에서 제공받을 수 있으나 AIS, 레이더 해상교통데이터는 사람이 현장에 가서 수동으로 수집해야 한다. 이를 개선하여 휴대가 가능하고, 원격 제어를 통해 무인 환경에서 데이터를 수집할 수 있으며, 자동으로 수집된 데이터를 누적 저장할 수 있는 개선된 해상교통데이터 수집장치를 설계하였다.
평가하고자 하는 수역이 주변 해역에 미치는 영향이 적고 넓은 면적인 경우 Grid 간격을 넓게 설정하고, 평가 수역이 좁고 복잡할 경우 Grid 간격을 좁게 설정한다. 평가는 Grid-cell별로 하나의 cell에 대한 점유율 즉, 밀집도 개념으로 분석한다. 해상교통밀 집도는 시간적 평가와 공간적 평가로 나눌 수 있다.
해상교통현황조사는 해상교통안전진단 시행지침에 의해 레이더와 선박자동식별장치(AIS, Automatic Identification System)를 이용하여 현장에서 최소 72시간 이상의 교통량이 관측되어야 하고 해양종합안전정보시스템(GICOMS, General Information Center on Maritime Safety) 데이터를 추가하여 분석한다(NLIC, 2017). 해상풍력발전단지는 선박의 통항이나 작업과 같은 해상 활동에 영향을 미칠 수 있어 해상교통안전진단제도의 적용이 반드시 필요하다.
7은 각 cell을 시간적 밀집도와 공간적 밀집도의 개념을 적용하여 분석한 결과를 비교한 것이다. 해양 공간을 cell 1부터 4까지 네 개로 구분하고 속도가 빠른 선박과 속도가 느린 선박이 해상을 이동했을 때에 cell 단위로 각각의 밀집도를 평가하였다.

대상 데이터

AIS는 선박의 표준 통신 프로토콜인 NMEA0183 방식으로 데이터를 수집하고 전송한다. 따라서 표준 포맷 데이터 전송을 따르는 다른 항해 장비와의 데이터 인터페이스가 용이하다.
레이더 스캐너는 회전식이 아닌 돔 형태의 안테나를 사용하고 이를 통해 주변 물표를 탐지하면 그 영상이 레이더 디스플레이에 표시된다. 사용자는 현장에서 또는 LTE Wifi Egg를 이용한 원격 제어를 통해 레이더 영상을 수집하고 추적한다. 레이더의 TT는 NMEA0183 표준 프로토콜에 따라 NDC를 통해 수집되어 LTE 통신망을 타고 웹데이터베이스에 저장된다.

성능/효과

(1) 해상교통데이터 수집장치를 원격으로 통제할 수 있어 사람이 현장에 상주하지 않아도 데이터의 수집·제어·저장이 가능하다.
(3) 데이터의 시스템적인 필터링으로 분석에 사용될 데이터의 누락, 오표기와 같은 인적 오류의 개입을 최소화한다.
이 솔루션은 동일한 해상교통 데이터를 다수의 사용자가 동시에 사용하거나 분석 결과를 공유할 수 있도록 설계하였고 보안 및 신뢰성 유지를 위해 데이터와 사용자에 대해 별도 관리할 수 있는 기능도 추가할 예정이다. 또한 분석된 결과는 선박에서 사용하는 S-57 포맷의 해도, 구글맵 등의 오픈 해도를 기준으로 표현하는 것이 가능하다.

후속연구

(4) 해양 공간의 면적 개념의 평가가 가능하도록 Grid-cell 단위의 분석 개념을 제안하여 해양 공간 계획· 활용· 개발에 이용한다.
(7) MaTSAS는 향후 해상풍력발전단지를 포함한 미래 해양 공간 개발의 평가와 활용을 위한 기초 자료로 이용될 수있다.
MaTSAS의 개발은 해상풍력발전단지의 단계적이고 실질적인 확대에 따라 해상 공간의 적정성을 분석할 수 있는 자동적인 해상교통 조사방법과 적절한 평가기준을 적용하고, 이를 시스템적으로 처리하는 것을 가능하게 할 것이다.
또한 일정 시간 동안의 통항량을 자동 또는 원격 제어로 수집·전송할 수 있고 웹클라우드 환경을 이용하여 오랜 기간의 데이터를 저장할 수 있도록 개선하였다. 누적된 데이터는 향후 해상교통안전진단 뿐 아니라 해양공간계획을 위한 기초 자료로도 활용될 수 있다.
또한 데이터의 수집·관리·제어가 시스템적으로 수행되며, 데이터의 공간, 속성, 위상정보를 모두 기록하여 향후 해양 공간 계획을 위한 기초 자료로 활용될 수 있다.
수집된 해상교통정보는 웹클라우드를 이용하여 관리할 것이며 개발 도구로는 Java developer’s kit를 사용할 예정이다.
검색을 통해 분석하고자 하는 해상 교통량을 미리 파악하고 이에 따라 적절한 분석 대상과 방법을 선택하여 해상교통데이터의 항적도, 밀집도, 경로 평가를 실시한다. 이 솔루션은 동일한 해상교통 데이터를 다수의 사용자가 동시에 사용하거나 분석 결과를 공유할 수 있도록 설계하였고 보안 및 신뢰성 유지를 위해 데이터와 사용자에 대해 별도 관리할 수 있는 기능도 추가할 예정이다. 또한 분석된 결과는 선박에서 사용하는 S-57 포맷의 해도, 구글맵 등의 오픈 해도를 기준으로 표현하는 것이 가능하다.
향후 MaTSAS를 구현하여 실질적인 해상교통데이터 수집·분석을 통해 제안한 평가방법의 타당성을 검증하고 보다 안정적인 시스템으로 보완할 실증 연구를 진행할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	현재 해상교통안전진단제도의 문제점은 무엇인가?	해상풍력발전단지는 선박의 통항이나 작업과 같은 해상 활동에 영향을 미칠 수 있어 해상교통안전진단제도의 적용이 반드시 필요하다. 하지만 현재까지의 해상교통안전진 단은 사람이 직접적으로 움직여서 해상의 교통량을 조사하고, 수집된 데이터를 수동으로 필터링하여, 사용된 데이터가 사람의 실수로 인해 잘못 반영될 위험성이 높았다. 또한 선의 개념을 적용한 항적도로만 분석하여 후보단지 활용도에 대한 공간적 평가 결과를 제시하기 어려웠다.
	해상풍력발전시스템은 무엇으로 구성되어 있는가?	해상풍력발전시스템은 수면 상부 구조물인 블레이드, 나셀, 타워와 수면 하부 구조물인 부유체, 체인, 앵커로 이루어져 있고, 육상으로의 전력 수급을 위해 송전케이블이 연결 되어 있다. 이러한 풍력발전시스템이 다수로 구성된 해상풍 력발전단지의 개발은 해양의 이용 또는 보존과 관련된 허가·인가·승인·신고에 해당되는 작업으로써 해사안전법에 의한 해상교통안전진단의 대상사업이다(NLIC, 2018).
	MaTSAS 개발의 기대효과는 무엇인가?	MaTSAS의 개발은 해상풍력발전단지의 단계적이고 실질 적인 확대에 따라 해상 공간의 적정성을 분석할 수 있는 자동적인 해상교통 조사방법과 적절한 평가기준을 적용하고, 이를 시스템적으로 처리하는 것을 가능하게 할 것이다.

참고문헌 (9)

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10.7837/kosomes.2016.22.6.625 Jung, C. H. , Y. S. Park, D. G. Yoon and M. S. Choi(2016), A Study on the Development of an Early Detection System for Altering Course of a Target Ship , Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety, Vol. 22, No. 6, p.626.

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Owano, N. (2018), Three Months Show Hywind Scotland Floating Wind Farm Exceeding Expectations, p. 1.
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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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