[논문]LiDAR 및 WAVE 기반 동력수상레저기구 조종면허 실기시험 전자시스템 개발

문정환; 윤재준

doi:10.7837/kosomes.2019.25.4.504

초록
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본 연구에서는 동력수상레저기구 조종면허의 기존 수기채점방식을 전자채점방식으로 전환할 수 있도록 실기시험항목을 분석하여 현재의 실기시험 시스템의 개념을 해치지 않는 범위 내에서 디지털화할 수 있는 방안을 모색하고, LiDAR센서와 WAVE통신을 통한 전자채점 시스템을 개발했다. 연구를 통해 얻은 결과는 다음과 같다. 첫째, 시험선에서는 LiDAR 및 시험관 평가입력장치를 통해 입력된 채점 데이터가 통합처리장치에서 WAVE통신을 통해 육상 관제센터로 전송되어 응시자의 데이터를 저장/관리할 수 있는 시스템을 구축 및 검증했다. 둘째, 사행 과제를 평가함에 있어서 기존에 목시관측 또는 막대기를 사용한 것을 대신하여 LiDAR를 이용함으로써 정확한 거리측정이 가능해졌고, 정확한 거리정보를 시험선 통합처리장치를 통해 시험관 평가입력장치에 신속하게 표출했다. 셋째, 시험선에서 취득한 평가점수 데이터를 육상 관제센터로 유실없이 고속으로 전송하기 위해 활용한 WAVE통신에서 원활한 전송 및 처리가 가능함을 확인했다.

Abstract ▼ AI-Helper

Practical test items were analyzed to extend the existing scoring method for boat operator licenses to an electronic scoring method. We have attempted to digitize the method within the current practical test system scope and have developed an electronic scoring system using LiDAR sensors and WAVE co...

Practical test items were analyzed to extend the existing scoring method for boat operator licenses to an electronic scoring method. We have attempted to digitize the method within the current practical test system scope and have developed an electronic scoring system using LiDAR sensors and WAVE communication. The results of the study are as follows; the first, the scoring data entered into the LiDAR and examiner score device on the boat were transferred from an integrated processing unit to a land control center through WAVE communication. The system was constructed and verified to store and manage examinee data. Second, when testing the meandering task, accurate distance measurement was achieved by using LiDAR instead of visually observing the stick (3 m), and an accurate distance was displayed through the examiner score device quickly. Finally, we confirmed that it is possible to smoothly transmit and process the WAVE communication used to transfer the score data acquired from the boat to the monitoring center at a high speed without loss.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

따라서 본 연구에서는 수상레저의 대중화에 따른 동력수상레저기구 조종면허 실기시험의 객관성을 향상시키기 위해 기존 수기채점방식에서 전자채점방식으로 전환할 수 있도록 현재의 실기시험 시스템의 개념을 해치지 않는 범위 내에서 디지털화 할 수 있는 방안을 모색하고, LiDAR센서와 WAVE통신을 통한 전자채점 시스템을 개발했다.

제안 방법

본 연구에서는 수상레저기구 조종면허 실기시험을 평가함에 있어서 시험선에서 LiDAR센서를 이용한 이격거리 측정, 운항데이터 취합, WAVE를 이용한 고속통신, 정밀측위기술이 가능한 전자채점 시스템 개발했다.
시스템의 정상동작을 점검하기 위해 시스템의 준비상태부터 데이터의 발신과 수신, 관리 모니터링, 종료의 단계를 통한 시나리오로 테스트했다(Fig. 5).

대상 데이터

고속으로 운항하는 시험선이 km단위로 떨어진 거리에 위치한 육상의 관제센터까지 손실없는 데이터 전송을 위하여 시험선보다 더 고속으로 주행하는 차량에서 차량과 차량간(V2V), 차량과 인프라간(V2I) 등에도 통신이 가능한 WAVE 통신을 사용했다.
사행 평가시 시험선이 사행부표 통과 시 간격을 정확하게 측정하기 위하여 LiDAR 센서를 사용했다. LiDAR는 PLD (Pulsed laser diode)에서 발사된 레이저 빔이 목표물에 반사되어 되돌아오는 레이저 빔 간 시간 차이(ToF, Time of flight)를 APD(Avalanche photodiode)로 인지하여 거리를 측정한다(Fig.
성능테스트는 이스트보트하우스(인천 송도)에서 진행했다(Fig. 6). 테스트 보트의 선수부분에 시험선 통합처리장치를 설치하고 테스트 보트의 계류장에 관제센터를 구축하고 성능테스트를 진행했다.

데이터처리

LiDAR 데이터의 연속된 Point 행렬에서 노이즈를 최소화하고 연속성을 검증하기 위해, 선형회귀(Line Regression)모델을 이용했다. 모델을 적용하여 구현된 사항을 검토하기 위해 Python의 Pygame 라이브러리를 활용하여 간이 뷰어를 제작하여 확인했는데, 각 Point의 거리의 합을 최소로 하는 최소선(Minimum line)과 추측되는 추세선(Trend line)을 산출한다.
LiDAR 데이터의 연속된 Point 행렬에서 노이즈를 최소화하고 연속성을 검증하기 위해, 선형회귀(Line Regression)모델을 이용했다. 모델을 적용하여 구현된 사항을 검토하기 위해 Python의 Pygame 라이브러리를 활용하여 간이 뷰어를 제작하여 확인했는데, 각 Point의 거리의 합을 최소로 하는 최소선(Minimum line)과 추측되는 추세선(Trend line)을 산출한다. 그리고 각 Point들을 2차원 공간에 투영하여, 0.

성능/효과

둘째, 사행 과제를 평가함에 있어서 기존에 목시관측 또는 막대기를 이용함에 따른 민원발생 및 시험의 정확성에 대한 논란에 대하여 LiDAR를 이용함으로서 정확한 거리측정이 가능해졌다. 측정한 물체와의 이격거리가 LiDAR와 레이저 거리측정기와 비교검증을 통해 ±0.
셋째, 시험선에서 취득한 평가점수 데이터를 육상 관제센터로 유실없이 고속으로 전송하기 위해 활용한 WAVE통신에서 원활한 전송 및 처리가 가능함을 동작성능 테스트를 통해 확인했다.
첫째, 시험선에서는 LiDAR 및 시험관 평가입력장치를 통해 입력된 채점 데이터가 통합처리장치에서 WAVE통신을 통해 육상 관제센터로 전송되어 응시자의 데이터를 저장/관리할 수 있는 시스템의 구축 및 검증했다.

후속연구

이를 통해서 수상레저기구 조종면허 실기시험을 전자채점으로 실시할 수 있는 기초적인 시스템을 구축했으며, 향후 성능 안정화와 더불어 시험항목 중 자동으로 측정할 수 있는 기술개발과 나아가 전자채점이 가능한 시험선 제작을 통해 정확하고 신뢰성 높은 시스템으로 발전할 것으로 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	WAVE 프로토콜 스택 소프트웨어는 무엇으로 구성되는가?	WAVE 프로토콜 스택 소프트웨어는 WPM(①), WAVE API(②), iwconfig와 WSM과 IP application의 응용 S/W(③) 계층으로 구성된다(Fig. 4).
	국내는 동력수상레저기구 조종면허 발급 객관성을 확보하기 위해 어떻게 하고 있는가?	국내에서는 면허 발급에 필요한 평가의 객관성을 확보하기 위해서 자동차 운전면허 실기시험이 부분적으로 전자채점을 도입하고 있으나 아직까지 수상레저기구의 실기시험에 전자채점을 도입한 경우는 없다.
	LiDAR는 어떻게 거리를 측정하는가?	사행 평가시 시험선이 사행부표 통과 시 간격을 정확하게 측정하기 위하여 LiDAR 센서를 사용했다. LiDAR는 PLD (Pulsed laser diode)에서 발사된 레이저 빔이 목표물에 반사되어 되돌아오는 레이저 빔 간 시간 차이(ToF, Time of flight)를APD(Avalanche photodiode)로 인지하여 거리를 측정한다(Fig. 2).

참고문헌 (10)

Cho, W. J. and B. Y. Jang (2013), Analyses of the Advanced Countries' Related Regulations and Perceptions to Improvement Directions for Water Leisure Activation, J. Navig. Port, Vol. 37, No. 4, pp. 419-427.
Hong, J. W. , J. Y. Mok, I. J. Yun and J. A. Lee (2016), Improvement Measures for Leisure Boat Management System in Korea, Korea maritime institute, pp. 73-74.
Hwang, T. W. (2017), IT convergence-based V2X vehicle communication technology development trend, Journal of Communications & Radio Spectrum, Vol. 54, p. 7.
Implementing Regulations in Road Traffic Act (2019), http://www.law.go.kr/lsInfoP.do?lsiSeq=206373&efYd=20181231#0000, Accessed at 17 May 2019.
Korea Coast Guard (2019), Water-Related Leisure Activities Portal, https://imsm.kcg.go.kr/WRMS/WlhLicWritten.do, Accessedat 17 June 2019.
Marine department (2019), https://www.mardep.gov.hk/en/pub_services/ocean/pleasure.html, Accessed at 14 May 2019.
Marina portal (2019), http://marinaportal.kr/rb/?c=5/32&uid=4457, Accessed at 21 May 2019.
MPA Singapore (2019), https://www.mpa.gov.sg/web/portal/home/port-of-singapore/craft-licensing-and-port-clearance/licensing-ofpleasure-craft/introduction-to-pleasure-craft-licensing, Accessed at 14 May 2019.
Transport Canada (2019), Application type selection, https://www.pcl-pep.snbservices.ca/1001/pubweb/default.aspx?lang=en-CA, Accessed at 14 May 2019.
Yun, J. J. , J. C. Choi and J. H. Moon (2018), A design on Optical System of LiDAR Sensor for Unmanned Vessels, The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences, Vol. 43, No. 1, pp. 168-174.

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