[논문]다중 플랫폼(위성, 무인기, AIS, HF 레이더)에 기반한 시나리오별 선박탐지 모니터링

김상완; 김동한; 이윤경; 이임평; 이상호; 김정훈; 김근용; 유주형

doi:10.7780/kjrs.2020.36.2.2.12

다중 플랫폼(위성, 무인기, AIS, HF 레이더)에 기반한 시나리오별 선박탐지 모니터링
Operational Ship Monitoring Based on Multi-platforms (Satellite, UAV, HF Radar, AIS) 원문보기

대한원격탐사학회지 = Korean journal of remote sensing, v.36 no.2 pt.2, 2020년, pp.379 - 399

김상완 (세종대학교 지구자원시스템공학과) , 김동한 (세종대학교 지구정보공학과) , 이윤경 (세종대학교 에너지자원공학과) , 이임평 (서울시립대학교 공간정보공학과) , 이상호 (군산대학교 해양학과) , 김정훈 ((주)에스이티시스템) , 김근용 (한국해양과학기술원 해양위성센터) , 유주형 (한국해양과학기술원 해양위성센터)

초록
AI-Helper

불법 선박 탐지는 해양 감시 체계 구축에서 중요한 요소 중 하나이다. 효과적인 해양 감시를 위해서는 광역적이고 지속적인 해상 감시 수단이 요구된다. 본 연구에서는 인공위성 SAR, HF 레이더, 무인기 그리고 AIS 통합 기반의 선박탐지 모니터링을 가능성을 검토하였다. 각 플랫폼별 시·공간 관측 특성을 고려하여 선박감시 시나리오는 HF 레이더 자료와 AIS 자료를 이용한 상시감시 시스템과 인공위성과 무인기를 활용한 이벤트 감시 시스템으로 구성되었다. 상시감시 시스템은 아직까지 HF 레이더 자료의 낮은 공간해상도로 인한 탐지 가능 선박크기 제한 및 정확도의 한계가 있다. 그러나, 인공위성 SAR 자료를 사용한 이벤트 감시 시스템은 추출된 선박 위치와 AIS 자료를 이용한 불법 선박 탐지, 그리고 SAR 영상에서 추출된 선박속도, 이동방향에 대한 정보 또는 HF 레이더 자료를 이용한 선박 트래킹 정보는 무인기 감시체계로의 전환에 주요한 정보로 활용될 수 있다. 시나리오 구성을 위한 실험을 위해 2019년 6월 25일부터 6월 26일까지 2일간 충청남도 서천군 홍원항 서측에 위치한 연도를 중심으로 통합 현장 실험을 수행하였다. 이로부터 KOMPSAT-5 SAR 영상, 무인기 영상, HF 레이더 자료 및 AIS 자료가 성공적으로 수집되었고 각각 개발된 알고리즘을 적용하여 분석되었다. 개발된 선박감시 모니터링 시스템은 다중 플랫폼으로부터 수집된 자료 및 분석 결과의 가시화 뿐만 아니라 추후 상시 및 이벤트 선박감시 시나리오를 구현에 기반이 될 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

The detection of illegal ship is one of the key factors in building a marine surveillance system. Effective marine surveillance requires the means for continuous monitoring over a wide area. In this study, the possibility of ship detection monitoring based on satellite SAR, HF radar, UAV and AIS integration was investigated. Considering the characteristics of time and spatial resolution for each platform, the ship monitoring scenario consisted of a regular surveillance system using HFR data and AIS data, and an event monitoring system using satellites and UAVs. The regular surveillance system still has limitations in detecting a small ship and accuracy due to the low spatial resolution of HF radar data. However, the event monitoring system using satellite SAR data effectively detects illegal ships using AIS data, and the ship speed and heading direction estimated from SAR images or ship tracking information using HF radar data can be used as the main information for the transition to UAV monitoring. For the validation of monitoring scenario, a comprehensive field experiment was conducted from June 25 to June 26, 2019, at the west side of Hongwon Port in Seocheon. KOMPSAT-5 SAR images, UAV data, HF radar data and AIS data were successfully collected and analyzed by applying each developed algorithm. The developed system will be the basis for the regular and event ship monitoring scenarios as well as the visualization of data and analysis results collected from multiple platforms.

주제어

표/그림 (29)

그림 Fig. 1. Flow chart for ship detection based on KOMPSAT-5 data (modified from Kim et al., 2020).
그림 Fig. 2. Flow for ship velocity estimation using KOMPSAT-5 data.
표 Table 1. Flight requirements analysis
표 Table 2. Operation range
그림 Fig. 3. Flow chart for UAV data processing using direct geo-referencing.
그림 Fig. 4. Example of real-time mapping and visualization via LiveDroneMap and the result of ship detection (inset of yellow box).
그림 Fig. 5. Example of AIS data provided in Web.
그림 Fig. 6. Flow for target tracing.
표 Table 3. Ship detection rates according to the ship size
표 Table 4. Ship speed and direction estimated from KOMPSAT-5 data on 25, June. 2019
그림 Fig. 7. KOMPSAT-5 data acquired on 25, Jun. 2019 (a) and 26, Jun. 2019 (b). Ship position on the same time of KOMPSAT-5 data acquisition based on the AIS. AIS based ship position on 25, Jun. 2019 (c) and 26, Jun. 2019 (d).
그림 Fig. 8. Result of target detection analysis for the KOMPSAT-5 data acquired on 25, Jun. 2019 (a) and 26, Jun. 2019 (b).
그림 Fig. 9. Test site and flight plan route for fixed-wing UAV (green line) and boundary of acquired KOMPSAT-5 data (red box).
표 Table 5. Summary of the UAVs data acquisition
그림 Fig. 10. Real flight paths for fixed-wing UAV during the field survey.
그림 Fig. 11. Acquired sample images from the mounted optic and thermal sensor during the field survey.
그림 Fig. 12. Moving route for ship tracking during the field survey.
그림 Fig. 13. Ship detection on the RDM during morning (left) and afternoon (right).
표 Table 6. Ship detection rated by HFR during Jun. 2019
그림 Fig. 14. Ship locations detected from HFR and AIS in the morning (left) and afternoon (right).
표 Table 7. Spatial and temporal characteristics of each platform for ship monitoring
그림 Fig. 15. Schema for ordinary surveillance and event surveillance system the links to satellite, HFR, AIS and UAV.
그림 Fig. 16. Flow chart for the maritime surveillance based on the multi-platform ship integration analysis.
그림 Fig. 17. Scenario related HFR and UAV.
그림 Fig. 18. Scenario related HFR. UAV and satellite data.
그림 Fig. 19. Check AIS vessel information at a specific time.
그림 Fig. 20. Visualization processing for ship detection by HFR.
그림 Fig. 21. Information about the ship location and ship’s characteristics from the multi-platforms.
그림 Fig. 22. Notification for detected abnormal vessels in intensive observed area.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	AIS란 무엇인가?	AIS는 선박 안전 및 보안 강화를 위해 IMO에서 2002년부터 국제 협약에 따라 도입한 장비이다. 국제해사기구에서는 e-Navigation의 국제적 표준화의 일환으로 2006년부터 50톤 이상의 선박에 AIS를 의무적으로 설치하도록 규정하고 있다.
	HF 레이더의 공간해상도의 장점은 무엇인가?	반면 HF 레이더의 공간해상도는 다른 플랫폼에 비해 상대적으로 낮으나 높은 시간해상도로 선박감시에서 상시 운용이 가능하다는 장점을 갖는다. Cho et al.
	다중플랫폼을 이용한 구축 방법의 한계는 무엇이 있나?	다중플랫폼을 이용하여 구축된 정보를 이용한 가상의 선박감시 시나리오는 각 플랫폼별 시·공간 관측 특성을 고려하여 상시감시 시스템과 이벤트 감시 시스템으로 구성되었다. HF 레이더 자료와 AIS 자료를 이용한 상시감시 시스템은 HF 레이더 자료의 선박 트래킹 기술을 사용하여 구축이 가능하지만 아직까지 공간해상도의 한계로 인한 탐지 가능한 선박 크기 제한 및 정확도의 한계가 있다. 그러나, 인공위성 SAR 자료를 사용한 이벤트 감시 시스템은 선박위치 뿐만 아니라 선박속도,이동방향에 대한 정보를 이용하여 무인기 감시체계로의 전환을 위해 활용되거나, HF 레이더 자료를 이용한선박 트래킹이 가능할 경우 트래킹 정보 또한 무인기 감시체계로의 전환에 주요한 정보로 활용될 수 있다.

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저자의 다른 논문 :

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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