KR101103455B1

KR101103455B1 - 선박의 ａｉｓ를 이용한 선박 항로 안내 시스템

Info

Publication number: KR101103455B1
Application number: KR1020100066200A
Authority: KR
Inventors: 정다운; 추영열
Original assignee: 동명대학교산학협력단
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2012-01-09

Abstract

본 발명은 저가형인 관제소의 AIS 수신기를 통하여 근해에 있는 선박의 위치 정보 및 항로 정보를 수집하여 데이터베이스화하고, 선박에서 목적지를 선택할 경우 관제소에서 제공하는 정보를 이용하여 선박 항로를 안내하는 선박의 AIS를 이용한 선박 항로 안내 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르는 선박의 AIS를 이용한 선박 항로 안내 시스템은,
선박으로부터 송신된 AIS 데이터를 수신하는 VHF 안테나;
상기 VHF 안테나를 통해 상기 AIS 데이터를 수신하는 AIS 수신기;
상기 AIS 수신기를 통해 수신한 상기 AIS 데이터를 저장하는 AIS 데이터베이스 서버;
상기 AIS 데이터를 이용하여 목적지별 항로를 데이터베이스화하여 저장하고, 선박에서 요청이 있을 경우 검색된 최적 항로와 관련된 데이터를 선박에 송신하는 항로 데이터베이스 서버;를 포함하는 것을 구성적 특징으로 한다.

Description

선박의 ＡＩＳ를 이용한 선박 항로 안내 시스템{SEA ROUTE GUIDE SYSTEM USING AIS OF SHIP}

본 발명은 선박의 AIS를 이용한 선박 항로 안내 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 저가형인 관제소의 AIS 수신기를 통하여 근해에 있는 선박의 위치 정보 및 항로 정보를 수집하여 데이터베이스화하고, 선박에서 목적지를 선택할 경우 관제소에서 제공하는 정보를 이용하여 선박 항로를 안내하는 선박의 AIS를 이용한 선박 항로 안내 시스템에 관한 것이다.

해상 관제 시스템은 교통량이 폭주하는 해역, 기상, 조류, 항로상의 장애물 등으로 인하여 항행이 어려운 해역뿐만 아니라, 여객선, 대형 유조선 및 가스 운반선과 같은 위험 화물 운반선의 운항이 빈번하여 대형 해난 사고를 초래할 위험 있는 해역에 근접한 항만이나 육상에 해양관제 센터를 설치하여 해당 해역을 항해중인 선박의 움직임을 관찰하고 선박에 대하여 필요한 항행 정보를 제공하고, 필요시에는 통항을 관리하며 준법 항행 여부를 감시함으로써 해당 해역에서의 해난 사고를 방지하기 위한 시스템이다.

현재 대형 선박에 의무적으로 부착이 되는 AIS(선박 자동 식별장치, Automatic Identification System)의 경우 3분 간격으로 현재 선박의 위치, 항행 목적지 및 선박명 등을 포함하는 정보를 VHF 무전기를 통해 관제 센터로 전달한다. 현재 해양 관제 센터는 선박의 AIS 정보를 이용하여 현재 국외 및 국내의 해양 항로 내에 있는 선박의 이동경로 및 항로를 도1의 AIS를 이용한 선박 모니터링 시스템에 도시된 바와 같이 모니터링하고 선박들은 관제 센터로부터 수신한 AIS 정보를 이용하여 선박 간의 충돌을 방지할 수 있다.

그러나, 대형 선박들로부터 획득한 항행 정보를 가공하여, 선박에 최적의 항로를 제공해주는 서비스를 제공하는 시스템은 아직까지 존재하지 않는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 대형선박에 부착되어 있는 AIS를 이용하여 선박의 상태 및 항로를 수집하여, 목적지별 항로를 데이터베이스화하는 선박 항로 안내 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 선박에서 관제 센터에 원하는 목적지를 TCP/IP 또는 웹 기반 애플리케이션에 의해 전달하면, 관제 센터에서는 현재의 선박들의 위치와 데이터베이스의 항로를 비교하여 최적의 경로를 해당 선박에 제공할 수 있는 선박 항로 안내 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르는 선박의 AIS를 이용한 선박 항로 안내 시스템은,

선박으로부터 송신된 AIS 데이터를 수신하는 VHF 안테나;

상기 VHF 안테나를 통해 상기 AIS 데이터를 수신하는 AIS 수신기;

상기 AIS 수신기를 통해 수신한 상기 AIS 데이터를 저장하는 AIS 데이터베이스 서버;

상기 AIS 데이터를 이용하여 목적지별 항로를 데이터베이스화하여 저장하고, 선박에서 요청이 있을 경우 검색된 최적 항로와 관련된 데이터를 선박에 송신하는 항로 데이터베이스 서버;를 포함하는 것을 구성적 특징으로 한다.

본 발명에 따르는 선박의 AIS를 이용한 선박 항로 안내 방법은,

선박의 AIS 시스템으로부터 관제 센터의 VHF 안테나를 거쳐 AIS 수신기를 통해 선박의 AIS 데이터를 수신하여 AIS 데이터베이스 서버에 수집하는 단계;

수집된 AIS 데이터들에 의해 목적지별 항로를 데이터베이스화하고 기계 학습하는 단계;

기계 학습된 목적지별 항로 데이터베이스를 목적지별 항로 데이터베이스 서버에 저장하는 단계;

선박으로부터 선박의 목적지와 함께 최적 항로 요청을 수신하는 단계;

목적지별 항로 데이터베이스 서버에 저장되어 있는 데이터베이스에서 선박으로부터 수신한 목적지와 동일한 목적지를 찾은 후, 현재 선박의 상태를 고려한 최적 항로를 검색하는 단계;

검색된 최적 항로를 선박으로 송신하는 단계;를 포함한다.

본 발명에 따르는 선박의 AIS를 이용한 선박 항로 안내 시스템은, 대형 선박에 의무적으로 부착되어 있는 AIS로부터 전달받은 선박의 위치를 이용하여 내륙에 있는 센터에서 선박의 위치 및 항로 정보를 수집하고 이를 이용하여 목적지별 항로 값을 기계 학습을 통하여 데이터베이스화할 수 있다.

본 발명에 따르는 선박의 AIS를 이용한 선박 항로 안내 시스템은, 각 선박이 관제 센터의 서버에 접속하여 항로정보 데이터베이스로부터 목적지까지의 최적의 항로를 안내받을 수 있어, 선박들의 운항 시간을 최소화할 수 있고 유류비를 절감할 수 있으며 안전한 운항을 할 수 있어, 선박 운영 비용을 절감할 수 있다.

도1은 종래의 AIS를 이용한 선박 모니터링 시스템을 나타내는 도면이다.
도2는 본 발명에 따르는 AIS를 이용한 선박 항로 안내 시스템 구성을 나타내는 도면이다.
도3은 본 발명에 따르는 AIS를 이용한 선박 항로 안내 시스템의 동작상태를 나타내는 블록도이다.

본 발명에 따르는 AIS를 이용한 선박 항로 안내 시스템은, AIS 수신기를 이용하여 전달받은 인근해 선박들의 정보를 이용하여 기계학습을 통해 선박의 목적지별 이동 항로를 데이터베이스화한 후, 요청하는 선박들의 목적지와 현재 근해의 전체 선박들의 위치와 비교하여 최적의 항로를 해당 선박에 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

AIS 시스템을 통해 수집된 선박들의 항로 정보를 목적지별로 데이터베이스화하기 위해서 수신되는 AIS 정보 중에서 목적지 필드를 참조하여 목적지별로 항로를 저장한다.

먼저, 선박의 AIS로부터 수신한 AIS 데이터는 동적 데이터와 정적 데이터로 분류되며, 동적 데이터는 표1과 같이 정의된다.

필드	길이	설명
0-5	6	Message Type
6-7	2	Repeat Indicator
8-37	30	MMSI
38-41	4	Navigation Status
42-49	8	Rate of Turn
50-59	10	Speed Over Ground
60-60	1	Potion Accuracy
61-88	28	Longitude
89-115	27	Latitude
116-127	12	Course Over Ground
128-136	9	True Heading
137-142	6	Time Stamp
143-144	2	Maneuver Indicator
145-147	3	Spare
148-148	1	RAIM flag
149-167	19	Radio Status

또한, 정적 데이터는 표2와 같이 정의된다.

필드	길이	설명
0-5	6	Message Type
6-7	2	Repeat Indicator
8-37	30	MMSI
38-39	2	AIS Version
40-69	30	IMO Number
70-111	42	Call Sign
112-231	120	Vessel Name
232-239	8	Ship Type
240-248	9	Dimension to BOW
249-257	9	Dimension to Stern
258-263	6	Dimension to Port
264-269	6	Dimension to Starboard
270-273	4	Posion Fix Type
274-277	4	ETA month
278-282	5	ETA day
283-287	5	ETA hour
288-293	6	EAT minute
294-301	8	Draught
302-421	120	Destination
422-422	1	DTE
423-423	1	Spare

선박의 AIS로부터 수신된 상기 동적 데이터 및 정적 데이터를 이용하여 목적지별 항로 데이터베이스 구축에 필요한 사항은 다음과 같이 목적지, 선박 종류, 위도, 경도이다.

목적지

선박 종류

위도

경도

기계학습을 통해 저장되는 데이터 베이스를 참조하여 선박에서 요청하는 목적지에 대해 현재 해상의 선박 상태를 참조하여 항로를 예측하고, 예측된 항로를 선박에게 전달하는 데, 항로 예측 시스템에 사용되는 수학식은 다음과 같다.

상기 수학식 1 및 상기 수학식 2에서, a는 목적지까지의 학습된 경로 데이터이고, b는 요청받은 목적지까지의 경로 데이터이며, △는 매칭 함수이고, n은 현재 선박의 위치(위도, 경도)로 가변적이며, M은 매칭 범위로 0 ~ 100 값을 갖는다.

상기 수학식에 의해 항해중인 선박에서 특정 목적지에 대한 경로를 요청할 경우 목적지까지의 학습된 경로를 이용하여 현재 선박의 위치가 학습된 위치와 유사한지를 검사할 수 있다. 반복적인 검사를 통해 특정목적지와 유사한 항로를 찾는데, 선박의 현재 위치와 과거의 학습된 항로 사이의 유사도를 다음과 같이 검출할 수 있다.

여기에서, S는 유사도이고, V는 일치되는 항로의 개수이며, T는 총 항로의 개수이다.

한편, 정확한 유사도를 검출하기 위해서는 가중치가 필요한데, 가중치는 학습된 경로를 따라 선박이 항해할 경우 항로의 주변에 위치하는 선박의 개수를 의미하며, 다음과 같이 계산할 수 있다.

여기에서, Ｓ는 유사도이고, Ｖω는 가중치가 계산된 항로 개수이고, Ｔω는 가중치가 계산된 총 항로의 개수이고, Ｖｉ는 i번째 매칭값(0 또는 1)이고, Ｗｉ는 i번째 가중치(1 ~ 5 사이의 값)이다.

가중치는 항로 주변에 선박이 없을수록 높아져 선박의 현재 위치와 학습된 경로가 유사함을 알 수 있으며, 항로 주변에 선박이 적을수록 항해에 영향을 주는 문제 발생 가능성이 많아서 가중치가 작아져 선박의 현재 위치와 학습된 경로가 유사하지 않음을 알 수 있다.

위와 같은 식을 통해, 최적의 항로를 도출하게 되고, 이런 항로를 해당 선작에게 전송하여 선박이 최적의 항로로 운전하게 하여 운행 시간을 줄이고 유류비 절감 효과를 얻을 수 있다.

도2는 본 발명에 따르는 AIS를 이용한 선박 항로 안내 시스템 구성을 나타내는 도면이고, 도3은 본 발명에 따르는 AIS를 이용한 선박 항로 안내 시스템의 동작상태를 나타내는 블록도이다.

본 발명에 따르는 선박의 AIS를 이용한 선박 항로 안내 시스템은, 선박으로부터 송신된 AIS 데이터를 수신하기 위한 VHF 안테나와, VHF 안테나를 통해 AIS 데이터를 수신하는 AIS 수신기, AIS 수신기를 통해 수신한 AIS 데이터를 저장하는 AIS 데이터베이스 서버, 목적지별 항로를 저장하고, 선박에서 요청이 있을 경우 예측 항로 데이터를 선박에 송신하는 항로 데이터베이스 서버로 구성된다.

관제 센터에서는 선박에 탑재되어 있는 AIS 시스템을 통해 각각의 선박의 명칭, 선박의 현재 해상 위치, 현재 항해 속도 등을 포함하는 항로 정보를 VHF 안테나를 거쳐 AIS 수신기를 통해 수신하여 AIS 데이터베이스 서버에 수집한다.(S10)

수집된 AIS 데이터들에 의해 목적지별 항로를 데이터베이스화하고 기계 학습을 한다(S20).

기계 학습된 목적지별 항로는 목적지별 항로 데이터베이스 서버에 저장된다(S30).

이후, 선박으로부터 선박의 목적지와 함께 최적 항로 요청을 수신하면(S40), 관제센터는 목적지별 항로 데이터베이스 서버에 저장되어 있는 데이터베이스에서 선박으로부터 수신한 목적지와 동일한 목적지를 찾은 후 현재 선박의 상태를 고려한 최적의 항로를 검색한다(S50).

검색된 최적 항로가 다시 선박으로 송신되면(S60), 선박은 해당 항로를 수신하여 최적 항로로 운항하게 된다.

본 발명에 따르는 선박의 AIS를 이용한 선박 항로 안내 시스템은, 현재 해상의 선박의 상태를 확인하여, 기존의 항로를 참고로 예측되는 최적의 항로를 선박에게 제공함으로써 선박들의 항해 운행 시간을 단축할 수 있으며, 항해 운행 시간이 단축됨으로써 선박 운행에 사용되는 유류가 절감되어 선박 회사들의 선박 운영 경비 절감으로 이어지게 한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사항을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

선박으로부터 송신된 AIS 데이터를 수신하는 VHF 안테나;
상기 VHF 안테나를 통해 상기 AIS 데이터를 수신하는 AIS 수신기;
상기 AIS 수신기를 통해 수신한 상기 AIS 데이터를 저장하는 AIS 데이터베이스 서버;
상기 AIS 데이터를 이용하여 목적지별 항로를 데이터베이스화하여 저장하고, 선박에서 요청이 있을 경우, 상기 AIS 데이터와 선박의 현재 상태를 고려하여 최적항로를 검색하고, 검색된 최적 항로와 관련된 데이터를 선박에 송신하는 항로 데이터베이스 서버;를 포함하는
선박의 AIS를 이용한 선박 항로 안내 시스템.
제1항에 있어서,
상기 AIS 데이터는 각각의 선박의 명칭, 선박의 현재 해상 위치, 현재 항해 속도를 포함하는 것을 특징으로 하는
선박의 AIS를 이용한 선박 항로 안내 시스템.
제1항에 있어서,
상기 AIS 데이터는 동적 데이터 및 정적 데이터로 구분되는 것을 특징으로 하는
선박의 AIS를 이용한 선박 항로 안내 시스템.
제1항에 있어서,
목적지별 항로 데이터베이스는 목적지, 선박 종류, 현재 선박이 위치하는 해상의 위도 및 경도를 포함하는 것을 특징으로 하는
선박의 AIS를 이용한 선박 항로 안내 시스템.
선박의 AIS 시스템으로부터 관제 센터의 VHF 안테나를 거쳐 AIS 수신기를 통해 선박의 AIS 데이터를 수신하여 AIS 데이터베이스 서버에 수집하는 단계;
수집된 AIS 데이터들에 의해 목적지별 항로를 데이터베이스화하고 기계 학습하는 단계;
기계 학습된 목적지별 항로 데이터베이스를 목적지별 항로 데이터베이스 서버에 저장하는 단계;
선박으로부터 선박의 목적지와 함께 최적 항로 요청을 수신하는 단계;
목적지별 항로 데이터베이스 서버에 저장되어 있는 데이터베이스에서 선박으로부터 수신한 목적지와 동일한 목적지를 찾은 후, 현재 선박의 상태를 고려한 최적 항로를 검색하는 단계;
검색된 최적 항로를 선박으로 송신하는 단계;를 포함하는
선박의 AIS를 이용한 선박 항로 안내 방법.
제5항에 있어서,
상기 최적 항로를 검색하는 단계는,

에 의해 현재 선박의 위치와 목적지별 항로 데이터베이스의 데이터와의 유사도를 검출하는 단계를 더 포함하고, 여기에서, S는 유사도, V는 일치된 항로의 개수, T는 총 항로의 개수인 것을 특징으로 하는
선박의 AIS를 이용한 선박 항로 안내 방법.
제5항에 있어서,
상기 최적 항로를 검색하는 단계는,

에 의해 현재 선박의 위치와 목적지별 항로 데이터베이스의 데이터와의 유사도를 검출하는 단계를 더 포함하고, 여기에서 S는 유사도, Vw는 가중치가 계산된 항로 개수, Tw는 가중치가 계산된 총 항로의 개수, Vi는 i번째 매칭값(0 또는 1), Wii는 i 번째 가중치(1~5)인 것을 특징으로 하는
선박의 AIS를 이용한 선박 항로 안내 방법.