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Mobile monitoring system of the Dual LED marine lantern
Mobile monitoring system of the Dual LED marine lantern
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering. 2014. Aug, 18(8): 1948-1954
Copyright © 2014, The Korea Institute of Information and Commucation Engineering
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  • Received : April 22, 2014
  • Accepted : May 16, 2014
  • Published : August 31, 2014
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성현 예
순희 한

Abstract
AtoN(항로표지) 시설의 현대화와 IT기술의 발전은 AtoN의 무인화 운영을 증가시키고 있다. 그러나 AtoN 시설은 접근성이 열약하고 기상악화 시 유지보수를 할 수 없는 등 어려움이 존재한다. 이와 관련하여 본 논문에서는 이중 LED 등명기의 프로토콜을 적용하여 휴대용 근거리 모니터링 시스템을 구현하였다. 본 논문에서 구현한 시스템은 근거리에서 이중 LED 등명기의 작동상태를 확인하고 제어할 수 있다. 제안된 시스템은 AtoN 점검시 안전사고 예방과 유지보수 비용을 절감할 수 있다. 또한 제품을 분해하지 않고 간단하게 동작 테스트가 가능하여 효과적인 AtoN 운용이 가능하다. 구현된 모니터링시스템은 이중 LED 등명기의 시제품을 이용하여 동작제어를 시험하고 상태정보를 실시간으로 확인하였다.
Keywords
Ⅰ. 서 론
AtoN(Aids to Navigation, 항로표지)시설은 안전한 해상교통 환경을 유지하고 선박운항의 능률을 향상하기 위한 장치이다. 효과적인 AtoN 시설의 관리를 위하여 IALA(국제항로표지협회)에서는‘AtoN의 운용효과에 관한 가이드라인(안)’을 작성하였으며 국내 해양수산부에서는 Blue-Highway 구축사업 및 IT 해양교통시설 시스템 구축의 일환으로 ‘항로표지 집약관리 시스템’을 도입하여 광범위한 AtoN 시설들을 관리하고 있다 [1 , 2] .
국내 해상교통 환경의 변화는‘90년대 이후 경제성장으로 인한 수출입 물류의 증가로 선박의 운항 횟수 증가, 대형화, 고속화를 가져왔다. 변화하는 해상교통 환경에 대처하기 위하여 AtoN 시설은 지속적으로 확충되고 있다. AtoN 장비 중 LED 등명기는 광파표지로서 등대, 등표, 등부표 및 교량 등에 설치되며 별도의 AIS(Automatic Identification System)통신과 CDMA (Code Division Multiple Access) 시스템을 이용하여 집약관리 시스템으로 원격 관리된다. 또한 동작기간이 크게 연장되어 기존 전구식 등명기를 대체 또는 확충하여 운용하고 있다. 그러나 표 1 과 같이 국내 광파표지의 확충으로 인하여 1기당 거리가 감소하고 있으며 운용되는 AtoN시설의 구조는 점차 밀집되고 있다 [3] .
광파표지 확충현황 (특수표지 제외)Table. 1Status of the expansion of the visual aids (Excluding special cover)
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광파표지 확충현황 (특수표지 제외) Table. 1 Status of the expansion of the visual aids (Excluding special cover)
원격지에서 독립적으로 운용되는 등명기의 고장은 접근성이 열약하여 즉시 대처할 수 없으며 기상악화 시유지보수를 할 수 없는 등 어려움이 존재한다. 또한 점검 시 발생할 수 있는 안전사고에 대하여 사전 철저한 준비가 필요하다. 이러한 문제점을 개선하기 위한 지속적인 연구의 일례로 이중 LED 등명기를 개발 [4] 하였으며 개발된 제품의 정상작동을 위한 국내표준 규격을 확장한 프로토콜을 제안하고 구현하였다 [5] .
본 논문에서는 이중 LED 등명기를 근거리에서 관리할 수 있는 시스템을 구현하였다. 구현한 시스템은 휴대용 단말기의 블루투스 통신을 이용하여 장비를 모니터링하고 제어할 수 있다. 시스템 구성에 필요한 휴대용단말기는 보급률이 높은 스마트폰을 적용하여 별도의 모니터링 단말기 구매비용이 발생하지 않는다. 또한 LED 등명기의 블루투스 모듈에 식별기능을 갖추어 각각의 장비들의 작동상태 정보를 실시간으로 제공하는 서비스가 가능하다.
Ⅱ. AtoN 장비의 모니터링 시스템
- 2.1. AtoN 장비의 모니터링 시스템 연구 동향
AtoN 시설의 현대화와 IT기술의 발전은 AtoN의 무인화 운영을 증가시키고 있다. 무인화 운영으로 발생하는 문제점을 보완하기 위하여 미국, 러시아, 유럽, 일본 등에서는 GNSS(Global Navigation Satellite System, 위성측위 시스템)을 이용하여 AtoN 장비의 위치를 식별한다. 또한 AIS, TRS등의 무선통신 모듈이 부착된 집약관리 시스템을 적용하여 육상에서 원격모니터링하고 있다. AIS통신을 이용한 선박 및 항로표지시설의 효과적인 원격모니터링 및 관리에 대한 연구들도 진행되어 왔다. 더불어 해상의 광범위한 지역에서 수신되는 AIS 데이터의 효과적인 식별방안과 음영지역에 위치하여 관리되지 않은 항로표지시설들을 효과적으로 관리하기 위한 방안 및 통합관리시스템에 관한 연구 등이 진행되었다 [6 - 8] . 또한 IMO(국제해사기구)에서는 해상의 안전, 보안, 환경보호를 목표로 선박과 육상의 정보를 통합하는 e-Navigation(신 개념의 항법시스템)을 도입하여 전 세계에 적용 가능한 시스템을 구축하기 위한 연구를 진행하고 있다 [9] . 이러한 연구들은 원격으로 관리하는 항로표지의 운용효과를 향상시키는데 중점을 두고 있다. 반면 근거리 점검 및 유지보수를 위한 모니터링시스템에 대한 연구는 진행되지 않고 있다.
항로표지의 점검 및 유지보수를 위해서 국내 해양수산부에서는 원격으로 관리되지 않는 AtoN 장비의 성능(빛의 밝기, 간격, 오작동 여부 등)을 감지하기 위한 방안으로 AtoN 장비의 설치 시에는 관리자를 선임토록 규정하고 있으며 별도의 측정선을 운용하여 점검하고 있다. 또한 관련업계에서는 항로표지시설 관리자의 효과적인 점검 및 유지보수를 위한 시스템으로 근거리 모니터링 시스템이 요구되고 있어 이와 관련된 연구의 필요성이 증가하고 있다.
- 2.2. 휴대용 무선 모니터링 시스템 필요성
해상 및 접근이 어려운 해안지역에 설치되어 운용되는 AtoN 장비는 선박의 해상안전사고를 예방하기 위하여 고장발생시 즉각적인 조치가 요구된다. 또한 관리규정에 따라 정기적으로 점검을 해야 하나 해상기상악화 및 설치지역의 접근이 어려워 정상적인 관리가 이루어지지 않는 어려움이 있다. 따라서 운용되는 AtoN 장비의 접근성을 확보하며 점검시간 단축, 점검인원의 안전유지, 유지비용 절감을 할 수 있는 시스템이 필요하다.
최근 스마트폰과 같은 휴대용 단말기의 근거리 무선통신은 다양한 산업분야에 활용되고 있다 [10 , 11] . 근거리 무선통신을 이용한 모니터링 시스템은 구성이 간편하며 유지비용이 낮아 다양한 분야에 적용이 가능한 장점이 있다. 이를 적용한 AtoN 장비의 휴대용 근거리 모니터링 시스템은 근접지역에서 AtoN 장비의 육안점검 및 작동상태 점검이 가능하며 유지비용을 절감할 수 있다. 따라서 효과적인 AtoN 장비의 운용을 위해서는 관련 시스템의 개발이 필요하다.
- 2.3. 근거리 통신을 이용한 휴대용 모니터링 시스템
스마트폰을 이용한 AtoN 장비의 휴대용 모니터링 시스템에 적용 가능한 통신망은 기존 구축된 AIS통신을 이용하는 방법과 상용화된 통신 또는 근거리 통신이 있다. AIS 통신은 고가의 수신기가 별도로 필요하며 휴대가 불편하다. 또한 상용화된 통신망은 등명기와 통신 인터페이스 불일치, 장비 내부에 통신기능 추가 어려움, 통신망 사용 제한 등의 단점을 가지고 있다. 한편 근거리 통신망은 표 2 와 같은 장점을 가지고 있어서 AtoN 장비의 운용효과를 향상할 수 있는 모니터링 시스템으로 적용이 가능하다.
근거리 통신망을 이용한 모니터링 시스템의 장점Table. 2The advantage of the monitoring system using a local area network
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근거리 통신망을 이용한 모니터링 시스템의 장점 Table. 2 The advantage of the monitoring system using a local area network
Ⅲ. 등명기의 근거리 모니터링 시스템
- 3.1. 시스템 구성
본 논문에서는 AtoN 장비에서 수신된 정보를 이용하여 휴대용 단말기의 작동상태를 모니터링 할 수 있으며 제어명령을 전송하여 장비를 제어하고 점검 및 관리할 수 있는 시스템을 구성하였다. 그림 1 과 같이 등명기의 RS-232C를 블루투스로 변환하는 어댑터를 통하여 등명기의 제어명령 요청과 작동상태정보를 스마트폰과 송․수신하도록 구성하였다.
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모니터링 시스템 구성도 Fig. 1 Configuration of the monitoring system
안드로이드기반의 휴대용단말기(스마트 폰)에서는 등명기의 종류별 전송된 정보를 이용하여 동작상태정보를 모니터링 할 수 있으며 제어명령을 전송하여 근거리에서 등명기의 작동을 제어, 점검 및 관리할 수 있도록 구성하였다. AtoN 장비의 근거리 모니터링 시스템은 그림 2 와 같이 스마트폰, 태블릿 등 근거리 통신을 기본으로 지원하는 휴대용 단말기와 안드로이드기반의 응용프로그램으로 구성하였다. 응용프로그램은 사용자에게 시스템 설정을 입력받는 요청 페이지와 모니터링 페이지로 구성된다.
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AtoN 모니터링 시스템의 구조 Fig. 2 Architecture of the AtoN monitoring system
통신 관리자는 통신망 연결 및 데이터 송․수신을 처리하며 데이터베이스 관리자는 모니터링 정보를 저장하고 검색한다. 구성된 모니터링 시스템은 시스템의 설정과 모니터링 대상 장비를 입력토록 사용자에게 요구하며 입력된 정보는 통신 관리자를 통하여 AtoN 장비와 연결된다. 사용자는 모니터링 화면을 통하여 실시간 상태정보 요청 또는 제어명령을 전송할 수 있다. 수신된 상태정보 데이터는 무결성 검증을 통하여 사용자가 쉽게 확인할 수 있도록 항목별로 화면에 표시된다. 모니터링 정보는 데이터베이스 관리자를 통하여 데이터 베이스에 저장하거나 검색한다.
- 3.2. 시스템 설계
AtoN 장비인 등명기의 RS-232C 시리얼통신 데이터는 별도로 구성된 AIS시스템을 통하여 정보를 전송한다. 본 논문에서는 근거리 모니터링을 위하여 등명기의 RS-232C를 블루투스로 변환하는 어댑터를 통하여 등명기의 제어명령 요청과 작동상태정보를 휴대용 단말기와 주고받는다. 등명기의 RS-232C 데이터를 블루투스로 변환하는 어댑터를 사용하였고 동시에 4개의 장치들과 접속이 가능하다 [12] . 등명기의 입․출력 데이터는 시리얼 변환젠더를 이용하여 블루투스 변환 어댑터에 연결한다. 블루투스 변환 어댑터를 이용하여 정상적으로 연결된 시스템은 그림 3 의 흐름도와 같이 사용자의 입력정보를 처리한다.
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모니터링 이벤트 다이어그램 Fig. 3 Event Flow diagram of the monitoring system
응용프로그램은 단말기의 블루투스 활성화를 확인한 후 사용자에게 측정대상 장비를 특정토록 요구한다. 대상 장비가 특정되면 단말기의 통신 액티비티를 호출하여 AtoN 장비와 연결되며 연결하려는 장비와 최초 연결 시 페어링 과정을 수행한다.
AtoN 장비와 정상적으로 연결되면 연결 상태를 모니터링 화면을 통하여 사용자에게 보여준다. 모니터링 시스템과 AtoN 장비의 통신 상태는 시스템 종료 시까지 통신 관리자에 의하여 관리된다. 사용자는 모니터링 화면의 장치제어 버튼을 이용하여 AtoN 장비의 상태정보를 요청할 수 있으며 요청정보는 통신 관리자에 의하여 AtoN 장비로 전송된다. AtoN 장비는 상태정보요청 데이터 수신시 실시간 작동상태 정보를 AtoN 장비에 설정된 프로토콜 규격을 준수하여 응답한다. 단말기에 수신된 상태정보 데이터는 Checksum을 통하여 점검하여 정상 데이터는 화면으로 출력하고 비정상 데이터는 고장진단 및 시스템의 오류처리 절차에 의하여 오류정보를 출력한다.
- 3.3. 시스템 구현 및 개발 결과
휴대용 모니터링 시스템의 응용프로그램은 메인, 모니터링, 환경설정 및 통신제어 액티비티로 구분된다.
메인 액티비티는 시스템 정보 및 AtoN 관련 규정 및 규격을 제공하며 사용자에 의하여 모니터링 또는 환경설정 화면으로 전환하는 기능을 갖는다. 환경설정 액티비티를 통하여 설정된 데이터 저장 방법, 모니터링 간격, 관리번호 설정여부는 시스템에 저장되어 모니터링에 적용된다. 통신제어 액티비티는 블루투스를 이용하여 시스템에 연결할 수 있는 장치의 목록을 나타내며 사용자로부터 연결하고자 하는 AtoN 장비를 선택하는 기능을 갖는다. 사용자는 장치검색 기능을 이용하여 연결하려는 장치를 추가할 수 있다. 모니터링 액티비티는 단말기의 블루투스 활성화를 실행하고 수신된 데이터를 표시한다. 또한 사용자로부터 장치제어 기능을 이용한 AtoN 장비의 제어명령을 입력 받아 통신제어 액티비티로 전송한다. 모니터링 액티비티에 수신된 데이터는 프로토콜 규격준수여부를 확인하고 표 3 의 임계값과 비교하여 화면에 출력하거나 데이터베이스에 저장한다.
수신된 데이터의 처리기준Table. 3Processing standard of the received data
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수신된 데이터의 처리기준 Table. 3 Processing standard of the received data
모니터링 시스템은 지속적으로 비정상 데이터 수신시 고장진단을 수행하며 고장진단 또는 정상 데이터 중임계값을 초과 시에는 경고여부에 따라 출력문구를 화면에 출력한다. 또한 경고발생시 출력문구를 SMS로 전송할 수 있으며 저장된 파일은 이메일을 통하여 전송할 수 있다. 정상으로 수신된 데이터는 그림 4 와 같이 실시간 작동중인 광원과 상태정보를 표시하며 장치제어 버튼을 이용하여 상태정보를 요청하거나 제어명령을 실행한다.
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이중 LED 등명기의 모니터링 화면 Fig. 4 Monitoring screen-shot of the duel LED lantern
본 논문에서 구현한 이중 LED 등명기의 휴대용 모니터링시스템은 그림 5 와 같이 이중 LED 등명기의 시제품에서 그 기능을 테스트하였다. 테스트 결과 시제품의 주·예비 광원의 제어와 실시간 작동상태를 확인할 수 있었다.
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모니터링 시스템 테스트 Fig. 5 Test of the monitoring system
본 연구에서 구현한 시스템은 국내에서 제작되는 등명기의 표준규격 ‘프로토콜 정의서’를 적용하는 모든 제품에 확장 적용이 가능하다. 또한 표 4 와 같이 등명기의 관리시스템을 개선하는 효과가 있다.
제안된 시스템 적용 시의 효과 분석Table. 4Effect analysis of the proposed system
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제안된 시스템 적용 시의 효과 분석 Table. 4 Effect analysis of the proposed system
Ⅳ. 결 론
본 논문에서는 확장된 프로토콜을 적용한 이중 LED 등명기를 휴대용 단말기로 근거리 모니터링 하는 시스템을 제안하였다.
제안한 시스템은 등명기 관리를 위한 국내표준규격에 따라 구현하였으므로, 이중 LED 등명기 뿐만 아니라 국내‘프로토콜정의서’에 따라 제작된 모든 등명기의 근거리 모니터링 시스템으로 확장이 가능하다.
본 논문에서 제안한 시스템을 적용할 경우 LED 등명기의 작동상태를 근거리에서 확인하고 제어할 수 있다. 따라서 설치된 등명기의 작동상태를 확인하고 제어하기 위하여 접근하는 도중 발생할 수 있는 안전사고를 예방할 수 있다. 또한 제품을 분해하지 않고 완제품을 테스트하고 설치전 등명기의 상태점검을 원격으로 할 수 있는 장점이 있어 유지보수 비용과 시간을 절감할 수 있다. 또한 현재 운용중인 LED 등명기 시스템에도 적용이 가능하므로 효과적인 항로표지 운용이 가능 할 것으로 기대된다.
향후에는 본 논문에서 제안한 LED 등명기의 휴대용 모니터링 시스템을 충․방전조절기, AIS단말기 등 AtoN 장비에 적용하는 연구를 통하여 통합된 근거리 모니터링 시스템으로 개선하고자 한다.
Acknowledgements
이 논문은 2013년도 전남대학교 학술연구비 지원에 의하여 연구되었음
BIO
예성현(Seong-hyeon Ye)
1996 순천대학교 화학과 이학사
2013 전남대학교 일반대학원 디지털컨버전스 석사
2013 전남대학교 일반대학원 디지털컨버전스 박사과정
※관심분야 : 임베디드 시스템, 데이터통신, 모니터링
한순희(Soonhee Han)
1983 경북대학교 전자공학과 공학사
1985 광운대학교 전자계산학과 석사
1993 광운대학교 전자계산학과 박사
현 전남대학교 문화콘텐츠학부 교수
※관심분야 : 이동통신, 임베디드 시스템
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