[논문]어선의 안전조업을 위한 항해통신 및 어탐기의 통합시스템 구현

강인숙; 주인웅; 김정연; 최조천

doi:10.12673/jant.2021.25.6.433

어선의 안전조업을 위한 항해통신 및 어탐기의 통합시스템 구현
Realization on the Integrated System of Navigation Communication and Fish Finder for Safety Operation of Fishing Vessel 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.25 no.6, 2021년, pp.433 - 440

강인숙 (삼영ENC(주)) , 주인웅 ((주)대양정보통신) , 김정연 (수협중앙회 어선안전조업국) , 최조천 (목포해양대학교 해양컴퓨터공학과)

초록
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어선의 경계소홀에 의한 해난사고는 어선 운용자의 고령화에 따른 문제와 어선에서 협소한 조타실 내부에 설치되는 항해, 통신 및 어로장비 등 여러 개의 단말기와 모니터는 조타실의 해상시야를 방해하는 상태로 설치된다. 또한 복수의 장비에 표시되는 각각의 디스플레이 정보를 확인해야 하는 혼란으로 운용자의 정보인식 능력을 저하시키는 요인으로 작용한다. 따라서 장비들을 간결하게 통합해야 한다는 요구가 제기되어 왔으며, 통합시스템은 전자해도, 통신 및 어군탐지 등으로 다양하게 어선에서 구비해야 하는 장비와 모니터를 하나로 통합하는 것이다. 본 연구는 어선의 협소한 조타실에 설치되는 GPS 플로터, AIS, VHF- DSC, V-pass, 어군탐지기를 하나의 함체에 구성하고, 하나의 MFD (multi function display)에 의하여 운용을 간편화하는 과제이며, 항해중에 데이터통신을 자동운용하는 AIS 와 V-pass 모듈은 실증실험을 통하여 그 성능을 확인하였다. 어선에서 여러 개의 단말기를 통합하여 하나의 화면으로 모든 정보를 제공하고 운용하는 시스템은 해상안전과 어업환경을 크게 개선시킬 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

The problem of maritime accidents due to the carelessness of fishing vessels, which is affected by the aging of fishing vessel operators. And there is navigation, communication and fish finder that is installed inside the narrow bridge of a fishing vessel. Therefore these system are monitors as many as of each terminal, which is bad influence on obscuring view of front sea from a fishing vessel bridge. In addition a large problem, it is occurs to reduce of the information recognition ability due to the confusion, which is can not check the display information each of screen equipments. Therefore, there has been demand to simply integrated the equipment, and it has wanted the integrated support system of these equipment. The display must be provided on a fishing vessels such as electronic charts, communications equipments and fish detection into one case. In this paper, the integrated system will be installed the GPS plotter, AIS, VHF-DSC, V-pass, fish finder and power supply in the narrow wheelhouse on a fishing vessel, which is configured in one case and operated by multi function display (MFD). The MFD is integrated to simplify for several multi terminals and provided necessary information on a single screen. This integration fishery support system will has improved in sea safety operation and fishery environment of fishing vessels by this implementation.

주제어

표/그림 (30)

그림 그림 1. 어선의 조타실 환경 Fig. 1. Condition of bridge in fishing vessel.
그림 그림 2. 통합시스템의 개요도 Fig. 2. Schematic of integrated system.
그림 그림 3. 통합시스템의 구성도 Fig. 3. Diagram of integrated system.
그림 그림 4. 블록도와 인터페이스 Fig. 4. Block diagram & interface.
그림 그림 6. 어군탐지의 신호처리 과정 Fig. 6. Signal processing of fish finding.
그림 그림 7. 어군표출 및 GPS 플로터와 연계 Fig. 7. Display of fish shoal & GPS plotter link.
그림 그림 8. 핸드셑의 구성도 Fig. 8. Block diagram of hand set.
그림 그림 9. 핸드셑의 운용도와 시제품 Fig. 9. Operation diagram & module of hand set.
그림 그림 5. 어군탐지기의 H/W 블럭도 Fig. 5. H/W block diagram of fish finder.
표 표 1. 통신장비의 성능 목표치 Table 1. Performance target of communication equipment.
그림 그림 10. 어선용 Hub 모듈 Fig. 10. Hub module using fishing vessel.
그림 그림 11. AIS, VHF-DSC, V-pass 및 GNSS의 통합시스템 Fig. 11. Integrated system of AIS, VHF-DSC, V-pass & GNSS.
그림 그림 12. MFD의 PCB 보드 Fig. 12. PCB board of MFD.
그림 그림 13. 메인화면의 설계 Fig. 13. Design of main screen.
그림 그림 14. VHF-DSC의 메인메뉴와 DSC 설정 Fig. 14. Main menu & DSC setting of VHF-DSC.
표 표 2. MFD용 core-3288J 프로세서의 성능 Table 2. Performance of MFD core-3288J processor.
그림 그림 15. 조난메세지 송신 및 확인 Fig. 15. Transmission & confirm of distress message.
그림 그림 16. VHF-DSC의 조난호출과 응답수신 시나리오 Fig. 16. Scenario of distress call & response receive.
그림 그림 17. 오조작에 의한 조난취소와 안내 메세지 Fig. 17. Distress cancellation and information message by erroneous operation.
그림 그림 18. AIS의 메인메뉴와 설정 Fig. 18. Main menu & setting of AIS.
그림 그림 19. V-pass의 메인메뉴와 설정 Fig. 19. Main menu & setting of V-pass.
그림 그림 20. SD 카드에 의한 시스템의 업데이트 Fig. 20. System update using SD card.
그림 그림 21. 통합시스템 단말기의 시제품 Fig. 21. Prototype of integrated system terminal.
그림 그림 22. 실험용 장비 Fig. 22. Equipment of laboratory.
그림 그림 23. 현장실증 실험환경 Fig. 23. Environment of field test.
그림 그림 24. AIS의 수신상태 확인 Fig. 24. Confirmation of AIS receiving status.
그림 그림 25. V-pass의 수신상태 확인 Fig. 25. Confirm of V-pass receiving status.
그림 그림 26. AIS와 V-pass 모듈의 Tx/Rx 상태 확인 Fig. 26. Confirm on Tx/Rx status of AIS & V-pass module.
그림 그림 27. 통신성능 실험용 세트 Fig. 27. Communication performance test set.
그림 그림 28. 통신성능 확인실험 Fig. 28. Communication performance check test.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 그림 2와 같이 GPS 플로터, 어군탐지기, AIS, VHF-DSC 및 V-pass의 5개 장비를 통합하여 하나의 모니터에서 모든 장비의 정보취득과 운용을 간편화 시키므로써 해상안전과 어로작업 환경을 대폭 개선시키는데 목적을 두고 있다.

제안 방법

VHF-DSC의 음성과 제어신호를 핸드셑에 연결하기 위하여 EVB-KSZ9897 보드에 의한 어선용 Hub 모듈을 설계하였다.
그림 21은 통합시스템 단말기의 시제품이며, 기본 성능을 점검하기 위한 실험을 하였다. 어선에서 주로 단거리 데이터통신에 사용되는 AIS 와 V-pass 모듈을 해안국과 선박국의 환경으로 배치하고 송신과 수신되는 상태를 확인하였다.
어선용 항해통신 및 어로장비의 통합화 연구를 통하여 시제품을 개발하였고, 어선의 해상안전에 가장 중요한 기능으로서 데이터통신을 자동 운용하는 AIS 와 V-pass 의 두 가지 모듈에 대한 통신실험으로 그 성능을 확인하였다. 결과적으로 주변선박의 위치정보를 충실하게 수신하였고, 충돌예방 관련 알람을 정확하게 제공할 수 있으므로 항상 해상사고에 노출되어 있는 어선 및 소형선박의 안전을 충분히 도모할 것으로 평가된다.
그림 3은 통합시스템의 전체적인 구성도이다. 우선 항해와 조업에 필요한 GPS 플로터와 어군탐지기를 하나의 모니터로 통합하며, AIS, VHF-DSC 및 V-pass의 송수신 보드를 하나의 케이스에 실장하고, NMEA 인터페이스 IEC 61162-2 표준을 통하여 통합모니터에 연결하며, 5가지 장비에 대한 MFD의 운용화면을 설계한다[2]. 즉, 항해, 통신 및 어로정보를 하나의 MFD에서 기능을 전환하며 운용하므로 조타실의 시야 확보는 물론 경계 혼란에 따른 사고를 사전에 방지하는 효과가 있다.

대상 데이터

그림 4는 블록도 및 인터페이스의 데이터흐름을 나타낸 것이다. GPS 플로터와 어군탐지기는 통합모니터에 직접 연결되며, AIS, VHF-DSC 및 V-pass의 통신보드는 IEC 61162-2 인터페이스 표준을 통하여 통합모니터에 데이터를 제공한다.
MFD용 모니터의 규격은 13.3인치/IPS (광각) LCD/실외 시인성 유리와 필름처리/1920x1080 이며, 내장된 프로세서는 32-bit ARM Cortex-A17 기반으로 보조 RISC 프로세서와 비디오 및 3D 그래픽용 하드웨어 가속의 쿼드코어로 크롬북 및 저전력 기기에 많이 적용되는 Rock chip의 Core-3288J를 사용하였다[8]. 그림 12는 실장된 MFD의 PCB 보드이며, 표 2는 내장된 프로세서의 성능으로 항해용 장비인 GPS 플로터 네비게이션의 운용 S/W도 여기에서 동시에 처리되고 실행된다.
시제품의 다수 선박에 대한 통신성능을 확인하기 위하여 그림 27과 같이 AIS 와 V-pass 모듈 그리고 MFD를 해발 346 m의 금련산 KT 중계소 부근에 설치하였다.

이론/모형

VHF 통신의 음성신호는 ITU-T 표준으로 음성을 8 kbps 로압축하고, 인코딩타임 (compression delay)은 10ms 의 성능으로 VoIP 에 보편화 되어 있는 G.729 codec 을 사용하였다[4].

성능/효과

AIS 와 V-pass 모듈의 통신성능 실험에서는 그림 28과 같이 AIS 모듈의 최대수신거리 약 110 km 및 수신선박 수 672개를 확인하였고, V-pass 모듈의 최대수신거리 약 40 km 및 기지국 네트워크와 링크 ID 13300024로 연동함을 확인하였다. 그리고 모든 동작상태는 MFD 를 통하여 약 1시간 동안 선박수신 프로그램을 에러없이 정상적으로 수행함을 확인하였다.
어선용 항해통신 및 어로장비의 통합화 연구를 통하여 시제품을 개발하였고, 어선의 해상안전에 가장 중요한 기능으로서 데이터통신을 자동 운용하는 AIS 와 V-pass 의 두 가지 모듈에 대한 통신실험으로 그 성능을 확인하였다. 결과적으로 주변선박의 위치정보를 충실하게 수신하였고, 충돌예방 관련 알람을 정확하게 제공할 수 있으므로 항상 해상사고에 노출되어 있는 어선 및 소형선박의 안전을 충분히 도모할 것으로 평가된다.
AIS 와 V-pass 모듈의 통신성능 실험에서는 그림 28과 같이 AIS 모듈의 최대수신거리 약 110 km 및 수신선박 수 672개를 확인하였고, V-pass 모듈의 최대수신거리 약 40 km 및 기지국 네트워크와 링크 ID 13300024로 연동함을 확인하였다. 그리고 모든 동작상태는 MFD 를 통하여 약 1시간 동안 선박수신 프로그램을 에러없이 정상적으로 수행함을 확인하였다.
또한 항해통신 장비의 간소화 및 통합화로 구성한 시스템은 긴급상황 발생시에 장비간의 연계성이 완벽하므로 안전 및 해난사고를 최소화시키는 부가적인 해난대응 S/W를 융통성 있게 설치할 수 있는 용이한 장점이 있다. 특히, 레저보트 시장이 발달한 유럽은 MFD를 앞세워 항해통신 장비의 통합모델을 선도하고 있는 상황에서 MFD에 대한 연구개발은 국내에서 처음 시도된 선진기술이며, 조타실이 협소하고 장비설치 조건이 열악한 상황은 모든 나라의 소형어선에서 동일한 상태이다.
우선 항해와 조업에 필요한 GPS 플로터와 어군탐지기를 하나의 모니터로 통합하며, AIS, VHF-DSC 및 V-pass의 송수신 보드를 하나의 케이스에 실장하고, NMEA 인터페이스 IEC 61162-2 표준을 통하여 통합모니터에 연결하며, 5가지 장비에 대한 MFD의 운용화면을 설계한다[2]. 즉, 항해, 통신 및 어로정보를 하나의 MFD에서 기능을 전환하며 운용하므로 조타실의 시야 확보는 물론 경계 혼란에 따른 사고를 사전에 방지하는 효과가 있다.
그림 26은 개발된 AIS 와 V-pass 모듈이 기존의 장비와 거리에 따른 통신상태의 실험결과를 도시한 것이다. 해안선을 전파경로로 취한 환경에서 AIS는 충분한 성능을 발휘하였으며, V-pass는 UHF 대역의 소출력 장비로써 해상용 안테나의 LOS(line of sight) 영역에서 운용되고 있는 성능으로 평가되었다.

후속연구

즉, 어선의 안전과 효율적인 조업을 위한 통합운용시스템은 그 필요성에 의하여 시장성과 경쟁력이 충분한 분야이므로 지속적인 연구와 지원으로 기술을 성장시켜 나가야 할 것이다.

참고문헌 (8)

Korea Maritime Safety Tribunal, "Statistics of marine？accidents", [Internet]. Available: https://www.kmst.go.kr/eng/com/selectHtmlPage.do?htmlNamem4_vesseltype,？2021.
International Standard IEC61162-2, Maritime navigation and？radio communication equipment and systems-Digital？interfaces, Part 2:Single talker and multiple listeners,？high-speed transmission, Sep. 1998.
J.-W. Park, Y.-K. Lim, C. H. Yun, O.-S. Kim, J.-W. Lee, and？H. N. Chung, "The current situation of the digital interface？international standards and an analysis of integration？condition of ships," Journal of the Society of Naval？Architects of Korea, Vol. 48, No. 6, pp. 490-500, Dec. 2011.
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M Series, "Technical characteristics for an automatic？identification system using time division multiple access in？the VHF maritime mobile frequency band,"？Recommendation ITU-R M.1371-5, Feb. 2014.
J. E. Ehrenberg, "Evaluation of the dual beam acoustic fish？target strength measurement method," Journal of the？Fisheries Research Board of Canada, Aug. 2015.
Microchip, EVB-KSZ9897 gigabit ethernet switch？evaluation board user's guide, Microchip Technology Inc.,？2017.
RK3288 solutions, [Internet]. Available: http://www.rockchips.com/a/en/products /RK32_Series/2014/0504/484.html

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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