황훈규
(Division of Ocean ICT & Advanced Materials Technology Research, Research Institute of Medium & Small Shipbuilding)
,
김배성
(Division of Ocean ICT & Advanced Materials Technology Research, Research Institute of Medium & Small Shipbuilding)
,
우상민
(Division of Ocean ICT & Advanced Materials Technology Research, Research Institute of Medium & Small Shipbuilding)
,
우윤태
(Division of Ocean ICT & Advanced Materials Technology Research, Research Institute of Medium & Small Shipbuilding)
,
김남수
(R&D Center, GCSC Co., Ltd.)
,
남경태
(R&D Center, GCSC Co., Ltd.)
,
황지중
(R&D Center, GCSC Co., Ltd.)
,
이영근
(R&D Center, GCSC Co., Ltd.)
최근 폐어구로 인한 해양 환경오염이 심각하게 대두되고 있으며, ICT 기술의 접목을 통해 어구를 체계적으로 관리함으로서 이러한 문제를 해결하기 위한 방법이 요구되고 있다. 기존 어구 식별 및 관리를 위한 시스템들은 소유주의 선택에 의해 사용하던 실정으로 보다 통합적이고 국가적인 관제 체계가 필요하다. 이를 위해 본 논문에서는 어구에 자동식별 부이를 부착하고, 사물인터넷망을 활용하여 어구의 위치 및 상태정보를 어선, 관리 선박, 육상 관제센터 등으로 전송하여 효과적인 모니터링 및 관리가 가능하도록 하는 체계를 소개하며, 특히 통합 관제 시스템의 개발 및 기능 성능 검증에 관한 내용을 중점적으로 다룬다. 개발하는 시스템은 효율적인 어구 관제를 위하여 전자해도를 기반으로 어구 위치, 상태정보, 유실알람 등을 표시해주는 기능을 한다. 또한, 가상 어구 자동식별 부이 생성 모듈을 개발하고, 이를 기반으로 개발한 시스템의 처리 및 시각화 성능을 테스트하는 것에 관한 내용을 다룬다.
최근 폐어구로 인한 해양 환경오염이 심각하게 대두되고 있으며, ICT 기술의 접목을 통해 어구를 체계적으로 관리함으로서 이러한 문제를 해결하기 위한 방법이 요구되고 있다. 기존 어구 식별 및 관리를 위한 시스템들은 소유주의 선택에 의해 사용하던 실정으로 보다 통합적이고 국가적인 관제 체계가 필요하다. 이를 위해 본 논문에서는 어구에 자동식별 부이를 부착하고, 사물인터넷망을 활용하여 어구의 위치 및 상태정보를 어선, 관리 선박, 육상 관제센터 등으로 전송하여 효과적인 모니터링 및 관리가 가능하도록 하는 체계를 소개하며, 특히 통합 관제 시스템의 개발 및 기능 성능 검증에 관한 내용을 중점적으로 다룬다. 개발하는 시스템은 효율적인 어구 관제를 위하여 전자해도를 기반으로 어구 위치, 상태정보, 유실알람 등을 표시해주는 기능을 한다. 또한, 가상 어구 자동식별 부이 생성 모듈을 개발하고, 이를 기반으로 개발한 시스템의 처리 및 시각화 성능을 테스트하는 것에 관한 내용을 다룬다.
Recently, the maritime environment contaminated by the abandoned fishing gears. To solve this problem, there requires systematic management techniques for the fishing gears based on ICT technologies. The existed systems are optionally used by owners, but the systems need to adopt the monitoring and ...
Recently, the maritime environment contaminated by the abandoned fishing gears. To solve this problem, there requires systematic management techniques for the fishing gears based on ICT technologies. The existed systems are optionally used by owners, but the systems need to adopt the monitoring and control architecture for integrated national surveillance. To do this, we designed an architecture for effective monitoring and management which collects position and state information using automatic identification buoy (AIB) device, to send the fishing ship, administrator ship, and shore side control center based on the IoT networks. Especially, in this paper, we developed the ENC-based integrated control system for efficient management which provides functions for position indication, state information display and loss alarm of fishing gears. Also, we conduct performance tests for data processing and visualization functions of the system to use a virtual buoy generation module.
Recently, the maritime environment contaminated by the abandoned fishing gears. To solve this problem, there requires systematic management techniques for the fishing gears based on ICT technologies. The existed systems are optionally used by owners, but the systems need to adopt the monitoring and control architecture for integrated national surveillance. To do this, we designed an architecture for effective monitoring and management which collects position and state information using automatic identification buoy (AIB) device, to send the fishing ship, administrator ship, and shore side control center based on the IoT networks. Especially, in this paper, we developed the ENC-based integrated control system for efficient management which provides functions for position indication, state information display and loss alarm of fishing gears. Also, we conduct performance tests for data processing and visualization functions of the system to use a virtual buoy generation module.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
이러한 문제를 해결하기 위하여 최근 해상 IoT(사물인터넷) 기반 무선 통신 기술, 어구 자동식별 부이(AIB,automatic identification buoy) 기술, 통합 어구 식별 및 관제 기술 등 ICT 기반 어구 관리 체계의 개발 및 이를 적용하기 위한 연구가 활발하게 진행 중이다. 본 논문에서는 어구 식별 및 관리를 위한 통합 관제 시스템에 관한 내용을 다룬다. 이를 위해서 어구와 선박, 선박과 육상 관제센터 간 통신을 위한 아키텍처를 도출 및 설계하고, 이를 기반으로 통합 어구 관리를 위한 관제 시스템을 개발하는 것에 관한 내용을 다룬다.
본 논문에서는 어구 식별 및 관리를 위한 통합 관제 시스템에 관한 내용을 다룬다. 이를 위해서 어구와 선박, 선박과 육상 관제센터 간 통신을 위한 아키텍처를 도출 및 설계하고, 이를 기반으로 통합 어구 관리를 위한 관제 시스템을 개발하는 것에 관한 내용을 다룬다.
제안 방법
본 논문에서 다루는 어구 식별 및 관리를 위한 통합관제 시스템의 개발 환경 및 테스트 환경은 다음과 같다. Microsoft Windows 7 Professional 운영체제에서 Visual Studio 2015 개발도구를 활용하였으며, C# 및 WPF 프로그래밍 언어와 OpenGL 라이브러리를 기반으로 개발하였다. 또한, Intel Xeon E5-2630 2.
특히, 해상의 어선이나 관리 선박에 탑재된 어구 추적 시스템이 아닌 육상의 통합 관제센터를 위한 시스템을 개발하고, 기능·성능을 검증하는 것에 중점을 두어 기술하였다. 개발하는 시스템은 어구 자동식별 부이로부터 수신한 정보를 처리한 후, 전자해도를 기반으로 어구 위치, 상태정보, 유실알람 등을 표시해주는 기능을 한다. 이때, 수신된 정보의 중복제거, 유효성 검증 등의 전처리를 수행하는 미들웨어의 개발 및 적용을 통해 시스템의 부하를 줄였으며, OpenGL 기반의 시각화 처리를 통해 전자해도 상 표현 속도를 향상시켰다.
개발하는 통합 관제 시스템은 그림 2와 같이 어구 자동식별 부이와 어선 혹은 관리 선박으로부터 위치 및 상태정보를 수신하여 미들웨어를 통해 전처리를 수행한 후, OpenGL 기반의 랜더링을 통해 전자해도에 표현한다. 어구 자동식별 부이로부터 수신되는 데이터는 부이 ID, 진단 정보, 이상 상태 알람, 부이 상태 알람, 시간(UTC) 및 위치 정보 등이며, 보다 자세한 내용을 표 3에 정리하였다.
개발한 시스템의 성능 검증을 위해서 가상 부이 생성 모듈을 개발하였다. 개발한 모듈은 사용자가 입력한 개수와 주기만큼의 가상 부이 신호를 이더넷(TCP/IP)을 기반으로 모사하여 생성해주는 기능을 한다.
개발한 시스템의 유용성 검증을 위해서 그림 4와 같이 통합 관제 시스템에서 부이와 선박의 위치 및 상태정보 등이 정상적으로 표시되는지를 확인하였다. 이때, 부이는 노란색 점, 선박은 삼각형으로 표시되며, 그림 4와 같이 ID가 B1901345818인 부이의 경우, 각종 상태정보는 정상, 현재 위치는 위도 34.
이러한 문제를 해소하기 위해 면허 대역을 사용하여 통신시간 제한 및 간섭 없이 통신이 가능하고, 기존 LTE 기지국을 활용하기 때문에 기지국 구축이 필요하지 않은 NB(narrow band)-IoT 방식을 적용한 어구 자동식별 부이를 개발 중에 있다. 또한 해상 IoT 통신망을 보조하기 위해 LPWA(low power wide area)의 적용을 통하여 기지국을 거치지 않고 어구에 근접한 어선이 데이터를 수신하도록 한다. 부이를 통한 어구 정보는 어선 및 관리 선박, 육상 관제센터에서 통합 모니터링이 가능하도록 개발하는 것이 요구된다.
Microsoft Windows 7 Professional 운영체제에서 Visual Studio 2015 개발도구를 활용하였으며, C# 및 WPF 프로그래밍 언어와 OpenGL 라이브러리를 기반으로 개발하였다. 또한, Intel Xeon E5-2630 2.2GHz CPU, 64GB RAM 사양의 워크스테이션을 사용하여 개발한 시스템을 테스트하였다.
이때, 수신된 정보의 중복제거, 유효성 검증 등의 전처리를 수행하는 미들웨어의 개발 및 적용을 통해 시스템의 부하를 줄였으며, OpenGL 기반의 시각화 처리를 통해 전자해도 상 표현 속도를 향상시켰다. 또한, 가상 어구 자동식별 부이 생성 모듈을 개발하고, 이를 기반으로 개발한 시스템의 처리 및 시각화 성능을 테스트하였다. 현재, 어구 및 예인줄로 인한 사고를 예방하기 위하여 자동으로 안전정보를 제공하는 기법 등의 연구를 진행 중이며, 향후에는 순차적으로 개발이 완료될 예정인 여러 형태의 어구 자동식별 부이 장비를 실제 연계한 테스트를 수행할 계획이다.
개발하는 시스템은 어구 자동식별 부이로부터 수신한 정보를 처리한 후, 전자해도를 기반으로 어구 위치, 상태정보, 유실알람 등을 표시해주는 기능을 한다. 이때, 수신된 정보의 중복제거, 유효성 검증 등의 전처리를 수행하는 미들웨어의 개발 및 적용을 통해 시스템의 부하를 줄였으며, OpenGL 기반의 시각화 처리를 통해 전자해도 상 표현 속도를 향상시켰다. 또한, 가상 어구 자동식별 부이 생성 모듈을 개발하고, 이를 기반으로 개발한 시스템의 처리 및 시각화 성능을 테스트하였다.
기존 어구 식별 및 추적 지원 장치는 소유주의 선택에 의해 개별적으로 구입 및 활용하던 실정으로 보다 통합적이고 국가적인 관제 체계가 필요하다. 이를 위해본 논문에서는 어구에 자동식별 부이를 부착하고, 사물인터넷망을 활용하여 어구의 위치 및 상태정보를 어선, 관리 선박, 육상 관제센터 등으로 전송하여 체계적인 모니터링 및 관리가 가능한 아키텍처를 소개하였다. 특히, 해상의 어선이나 관리 선박에 탑재된 어구 추적 시스템이 아닌 육상의 통합 관제센터를 위한 시스템을 개발하고, 기능·성능을 검증하는 것에 중점을 두어 기술하였다.
특히, 해상의 어선이나 관리 선박에 탑재된 어구 추적 시스템이 아닌 육상의 통합 관제센터를 위한 시스템을 개발하고, 기능·성능을 검증하는 것에 중점을 두어 기술하였다.
그러나 이를 통해서는 어구의 유실 여부에 대한 판단이 어렵고, 송수신 가능한 범위를 벗어난 경우 위치 추적 및 회수가 어려운 한계가 있다. 표 1에 기존 출시된 국내외 대표적인 어구 정보 모니터링 시스템에 대한 사양을 비교하여나타냈다.
화면의 중앙에 전자해도 기반 관제 화면이 있고, 이를 통해 전자해도의 위치를 이동·확대·축소하여 원하는 지점의 부이를 선택한 후, 출력되는 상세 정보 표시창을 통해 상태를 확인할 수 있도록 구성하였다.
여기서 어선은 소유 어구의 상태 및 운용 정보와 유실 여부에 대하여 중점적으로 감시하는 역할을 수행하게 되고, 관리 선박은 관할하는 해역 내 위치한 모든 어구의 위치 및 조업 상태 정보와 유실여부에 대한 종합적인 관리를 담당하게 되며, 육상 관제센터에서는 이를 통합하여 우리나라 해안 전체를 대상으로 설치된 어구의 통계 및 분석과 어선 및 관리 선박에 의해 식별된 유실어구 정보 수집 등의 기능을 가진다. 효율적인 어업활동 및 어구 관리를 지원하기 위하여 각 요소별로 제공되는 정보들은 국제수로기구(IHO)의 표준규격에 따라 제작된 전자해도를 기반으로 관제 모니터링이 가능하도록 설계하였다. 이러한 어구 관리 체계 내 각 요소의 주요 기능을 표 2에 정리하였다[14-16].
대상 데이터
이렇게 모사된 데이터는 미들웨어를 통해 중복 제거 등을 거쳐 통합 관제 시스템의 전자해도에 표시된다. 본 논문에서는 가상 부이의 수를 각각 2000개, 5000개, 10000개, 20000개로 단계적인 증가를 통해 성능 검증을 수행하였으며, 그 결과를 그림 5 및 표 4에 나타냈다.
성능/효과
이를 통해 개발 시스템과 CPU 점유율은 큰 관계가 없으며, 어구 식별 부이의 수의 증가에 비해 RAM 사용량의 변화는 미미한 것으로 나타났다. 또한, 중복 제거를 위한 오류 검사, 필터링 등의 기능을 수행하는 미들웨어의 적용과 OpenGL 기반의 그래픽 처리를 통해 생성된 최대 20000개의 가상 부이를 분석하고 시각화하는데 소요된 시간(생성 시간 + 랜더링 시간)이 약 0.176초 수준인 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과와 비교하기 위한 유사 시스템은 알려진바 없지만, 보다 다양한 검증 테스트 시나리오를 기반으로 신뢰도를 향상시킬 예정이다.
실제 ‘17년 발생한 해양사고 총 2582건 중 어망이나 밧줄 등 해양부유물에 의한 사고가 12%(311건)의 비중을 차지하고 있는 것으로 나타났다.
테스트 결과, 네 가지 경우 모두의 CPU 점유율은 5% 이하, RAM 사용량 6GB이하로 나타났다. 이를 통해 개발 시스템과 CPU 점유율은 큰 관계가 없으며, 어구 식별 부이의 수의 증가에 비해 RAM 사용량의 변화는 미미한 것으로 나타났다. 또한, 중복 제거를 위한 오류 검사, 필터링 등의 기능을 수행하는 미들웨어의 적용과 OpenGL 기반의 그래픽 처리를 통해 생성된 최대 20000개의 가상 부이를 분석하고 시각화하는데 소요된 시간(생성 시간 + 랜더링 시간)이 약 0.
테스트 결과, 네 가지 경우 모두의 CPU 점유율은 5% 이하, RAM 사용량 6GB이하로 나타났다. 이를 통해 개발 시스템과 CPU 점유율은 큰 관계가 없으며, 어구 식별 부이의 수의 증가에 비해 RAM 사용량의 변화는 미미한 것으로 나타났다.
후속연구
전자의 경우에는 전자태그가 부착된 위치 부근에 리더(reader) 장치를 근접하여야만 내장된 정보를 확인할 수 있으며, 사후 소유주를 추적하기 위한 수단이라는 제약이 있다. 또한, 후자의 경우에는 최대 10해리의 거리에서 식별 및 추적이 가능하나, 어선에 별도의 무선 수신기를 장착해야 하며, 개개인이 선택적으로 도입하여 활용하는 것이기 때문에 체계적인 어구 통합 관리까지는 이어지지 못한다는 한계가 있다. 따라서 전주기적인 관리 체계를 기반으로 생산부터 폐기까지 종합적인 어구식별 및 관제를 위한 기술적 토대가 마련되어야 한다.
176초 수준인 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과와 비교하기 위한 유사 시스템은 알려진바 없지만, 보다 다양한 검증 테스트 시나리오를 기반으로 신뢰도를 향상시킬 예정이다.
또한, 어구의 도난 및 유실에 대한 알람 기능의 부재로 인하여 폐어구 발생 저감이나 투기 추적 등의 측면에서는 효과가 미미한 실정이다. 이러한 한계를 극복하기 위해서는 보다 넓은 지역을 관할하여 설치된 어구의 위치 및 상태정보 등을 체계적으로 수집하고, 통합관제 및 데이터베이스화하여 전주기적인 어구 관리를 통해 폐어구의 발생을 예방하기 위한 시스템의 개발이 요구된다.
또한, 가상 어구 자동식별 부이 생성 모듈을 개발하고, 이를 기반으로 개발한 시스템의 처리 및 시각화 성능을 테스트하였다. 현재, 어구 및 예인줄로 인한 사고를 예방하기 위하여 자동으로 안전정보를 제공하는 기법 등의 연구를 진행 중이며, 향후에는 순차적으로 개발이 완료될 예정인 여러 형태의 어구 자동식별 부이 장비를 실제 연계한 테스트를 수행할 계획이다. 실제 어구 자동식별 부이 여러 형태로 개발 중이며, 2019년부터 순차적으로 완성품이 제작될 예정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
어구 자동식별 부이를 활용한 어구 관리 체계는 어떻게 구성되는가?
부이를 통한 어구 정보는 어선 및 관리 선박, 육상 관제센터에서 통합 모니터링이 가능하도록 개발하는 것이 요구된다. 이에 따른 어구 자동식별 부이를 활용한 어구 관리 체계의 구성요소는 그림 1과 같이 어민의 어업 활동을 지원하기 위한 어선용, 각종 어구 및 어장 상황을 관리하기 위한 관리 선박용, 광역별 어구 관리 데이터베이스 및 모니터링을 위한 육상 관제센터용 시스템으로 이루어진다[13].
어구실명제란 무엇인가?
최근, 어업에 사용되는 어구의 초과 사용 및 유실, 불법 유기 등으로 인해 심각한 해양 환경오염을 비롯하여 각종 안전사고가 발생하고 있으며, 이를 방지하기 위한 대책이 촉구되고 있는 실정이다. 이를 위해 정부에서는 어구에 소유주의 정보를 표시하도록 하는 ‘어구실명제’를 시범적·단계적으로 추진하고 있다[1]. 하지만, 이는 소유주의 정보를 인쇄하여 깃발 등의 형태로 어구에 부착하는 방식이기 때문에 바람이나 파도에 의해 유실되기가 쉽다는 단점이 있다.
어구실명제의 단점은 무엇인가?
이를 위해 정부에서는 어구에 소유주의 정보를 표시하도록 하는 ‘어구실명제’를 시범적·단계적으로 추진하고 있다[1]. 하지만, 이는 소유주의 정보를 인쇄하여 깃발 등의 형태로 어구에 부착하는 방식이기 때문에 바람이나 파도에 의해 유실되기가 쉽다는 단점이 있다.
참고문헌 (16)
Ministry of Oceans and Fisheries. The management policyof the fishing nets (press release on 2015. 11. 9) [Internet].Available: http://www.mof.go.kr/article/view.do?articleKey9829&searchSelecttitle&searchValue%EC%96%B4%EA%B5%AC%EA%B4%80%EB%A6%AC&boardKey10&menuKey376¤tPageNo1.
Korea Fisheries Association, "A study on systematic management ways for fishing nets at the littoral sea," Ministry of Oceans and Fisheries, Se-jong, Analysis Report GOVP1200820153, 2007.
Global Ghost Gear Initiative, Best practice framework for fishing gear management [Internet]. Available: https://www.ghostgear.org/best-practice-framework.
Ministry of Oceans and Fisheries. A crackdown on real- name fishing gear system (press release on 2018. 6. 25) [Internet]. Available: http://www.mof.go.kr/article/view.do?articleKey20939&searchSelecttitle&boardKey10&menuKey376¤tPageNo8.
B. S. Kim, H. G. Hwang, Y. T. Woo, G. T. Nam, "Structure modeling for systematic fishing gears control," in Proceedings of the 41st KOSME Fall Conference, Busan, pp. 248, 2017.
S. M. Lee, D. S. Har, "Automatic identification monitoring system for fishing gear based on narrowband internet-of-things communication systems," in Proceedings of the 11th International Conference on Sensor Technologies and Applications, Roma, pp. 77-80, 2017.
J. M. Kwak, S. H. Kim, S. R. Lee, "Design of marine IoT wireless network for building fishing gear monitoring system," Journal of Advanced Navigation Technology, vol. 22, no. 2, pp. 76-83, Apr. 2018.
J. M. Kwak, S. R. Lee, "Buoy-launched terminal equipment and ship-launched gateway equipment based on LoRa for identification of fishing gear," Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 22, no. 5, pp. 779-786, May 2018.
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