KR101729725B1

KR101729725B1 - 선박 및 해양플랜트용 실시간 모니터링 시스템

Info

Publication number: KR101729725B1
Application number: KR1020150129122A
Authority: KR
Inventors: 김태환
Original assignee: 주식회사에프지일렉트릭
Priority date: 2015-09-11
Filing date: 2015-09-11
Publication date: 2017-04-24
Also published as: KR20170031493A

Abstract

본 발명은 선박 및 해양플랜트용 실시간 모니터링 및 관제 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선박용 국제 표준 프로토콜을 활용하여 선박 및 해양플랜트 내 각종 센서 장치들을 실시간 모니터링하면서 이상 현상 발생 시 인터넷 프로토콜 기반의 CCTV시스템과의 유기적인 결합을 통해 육상관제센터에서 CCTV영상과 함께 센서데이터 및 부가정보를 디지털 콘텐츠화하여 전달함으로써 보다 정확히 선박 및 해양플랜트의 상태를 확인하고 신속히 장애 상황에 대응하며 사고를 미연에 방지할 수 있는 선박 및 해양플랜트용 통합 관제 기술에 관한 것이다.
본 발명에 따른 선박 및 해양플랜트용 실시간 모니터링 시스템은 해상운영시스템의 경우 선박용 국제 표준 IEC 61162 기반으로 동작하는 풍향풍속센서; 방위각센서; AIS센서; GPS센서; 등이 장착된 센서 장치부; 선박 내 이기종 장치 간의 표준화 정보 교환 플랫폼인 센서 서버부; 무선 네트워크로 육상관제센터로 장애 상황을 통보하는 이벤트 서버부; 선박 및 해양플랜트의 주요 구역에 설치되는 다수개의 인터넷 프로토콜 카메라; 상기 다수개의 인터넷 프로토콜 카메라에서 촬영한 영상 데이터를 수신, 처리, 제어 및 관리하는 CCTV 레코딩 서버; 원격지에 저대역폭으로 영상 전송 시 영상 데이터를 재압축하는 비디오 트랜스코딩 트랜스미터; 상기 CCTV 레코딩 서버를 통해 실시간 모니터링, 녹화 영상 재생 및 양방향 음성 통신을 수행하는 다수 개의 모니터링 클라이언트;로 구성되고, 육상관제시스템은 상기 이벤트 서버으로부터 장애 상황의 이벤트 경보를 수신하고 운영자에게 위급 상황을 전파하는 통합 이벤트 서버; 상기 비디오 트랜스코딩 트랜스미터로부터 수신된 재인코딩 영상을 표출하고 센서 데이터의 상태 정보를 표출하는 통합 모니터링 클라이언트;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

선박 및 해양플랜트용 실시간 모니터링 시스템{Real-Time Monitoring System for Ship and Offshore Plant}

본 발명은 선박 및 해양플랜트용 실시간 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선박용 국제 표준 프로토콜을 활용하여 선박 및 해양플랜트 내 각종 센서 장치들을 실시간 모니터링하면서 이상 현상 발생 시 인터넷 프로토콜 기반의 CCTV(closed circuit television)시스템과의 유기적인 결합을 통해 육상관제센터에서 CCTV영상과 함께 센서데이터 및 부가정보를 디지털 콘텐츠화하여 전달함으로써 보다 정확히 선박 및 해양플랜트의 상태를 확인하고 신속히 장애 상황에 대응하며 사고를 미연에 방지할 수 있는 선박 및 해양플랜트용 통합 모니터링 기술에 관한 것이다.

국내 조선 산업은 1960년대 이후 꾸준히 성장하여 선박에서 실질적 공사량을 나타내는 단위인 CGT 기준으로 세계 1위를 차지하고 있다. 하지만 최근 일본의 엔저화 정책으로 고품질 일본 제품이 가격 경쟁력을 회복하고 있으며 수주량에 있어서 1위를 차지하고 있는 중국 제품의 품질 상승과 시장 점유율 확대로 국내 조선 산업을 위협하고 있으며 그 속도는 점점 가속화 되어가고 있다.

국제해사기구(IMO)는 선박의 품질 수준을 높이기 위한 일환으로 차세대 선박 운항체계인 e-navigation을 2018년부터 단계적으로 시행할 예정이다. 상기 e-navigation은 선박의 구조·설비, 항법, 관제, 통신 등 모든 분야에 영향을 미치는 안전기준으로 정착되면서 세계 해운·조선시장에 획기적인 변화를 가져올 것으로 예측되며 조선-IT 장치의 비중은 가파른 증가가 예상된다. 이와 더불어 선박의 스마트화 및 그린쉽(이산화탄소 배출규제강화와 에너지 절감을 위한 정책)의 요구 증가로 선박 장치들에 대한 종합적인 정보 수집의 중요성이 증대되는 가운데 표준화 작업 및 신기술을 적용한 새로운 제품 개발이 빠르게 진행되고 있다. 대표적인 예로 우리나라가 제안한 유무선 기반의 선박 통합관리 네트워크 통신기술(SAN, Ship Area Network)이 IEC 국제표준(IEC 61162)으로 채택된 경우이다(도 1).

2000년 중반부터 국내에서 크고 작은 해상 사고가 발생하고 있다. 2007년 태안반도의 유조선 충돌을 시작으로 천안함 침몰 및 세월호 사고와 같은 인명 피해가 큰 사고로 인해 경제적, 정신적 피해가 발생했으며 사고 이후 진상 규명에도 많은 시간적 물질적 비용이 낭비되고 있다. 이런 사고가 발생한 후 원인 파악을 위해 해상용 CCTV의 영상을 분석하지만 아직까지도 운항안전장비의 보조수단으로 인식되어 도 2의 육상용 아날로그 DVR(digital video recorder)제품을 그대로 도입하여 단순히 저화질의 영상만 분석함으로써 원인 규명에 어려운 상황이 야기되기도 한다.

전술한 문제점을 해결하기 위해서는 선박 안전 규제를 기반으로 한 효율적인 선박 안전관리시스템 도입이 필요하며 해당 시스템은 이미 검증된 표준 프로토콜 기반으로 개발하여 국제해사기구에서 제안하는 e-navigation 정책에 부합하는 수준이어야 한다. 당사는 선박 국제 표준 프로토콜인 IEC 61162를 활용하여 선박 IoT(Internet of Things) 형태의 데이터인 각종 센서 데이터 및 부가 정보를 수집한 후 장애 상황 발생 시 해상 환경에 특화된 인터넷 프로토콜 기반의 CCTV시스템과 연계하여 선박용 디지털 콘텐츠 정보(CCTV영상+센서데이터수치+부가정보)를 제작한 후 육상관제센터에 통보함으로써 보다 정확하고 신속히 장애 상황에 대응하여 큰 사고를 미연에 방지할 수 있는 선박용 통합 관제 시스템을 개발하고자 한다.

본 발명에 따른 선박 및 해양플랜트용 실시간 모니터링 시스템을 개시하려는 유사 선행 기술에는 대한민국 특허청에 등록된 KR 10-2014-0075860(A); KR 10-2009-0023979(A); 일본 특허청에 등록된 JP 4966641(B2); 미국 특허청에 등록된 US 7694115(B1) 등이 있다.

상기한 종래의 기술은 일반적인 전력선 통신 방법을 이용하고 있어서 센서 개수 증가와 전압 및 전류가 불안정한 상태에서 제대로 동작하지 않고 전송 속도가 느리며 유사 상황 시 신속한 대처가 어려운 문제점이 있으며 고속 데이터 전송의 신뢰성 확보가 가능한 선박 및 해양플랜트용 모니터링 시스템이 제공되지 못하였다.

KR 10-2014-0075860(A) KR 10-2009-0023979(A) JP 4966641(B2) US 7694115(B1)

본 발명은 상기한 발명의 배경으로부터 요구되는 기술적 필요성을 충족하는 것을 목적으로 한다. 구체적으로, 본 발명의 목적은 선박용 국제 표준 프로토콜을 활용하여 선박 및 해양플랜트 내 각종 센서 장치들을 실시간 모니터링 하면서 이상 현상 발생 시 인터넷 프로토콜 기반의 CCTV시스템과의 유기적인 결합을 통해 육상관제센터에서 CCTV영상과 함께 센서데이터 및 부가정보를 디지털 콘텐츠화하여 전달함으로써 보다 정확히 선박 및 해양플랜트의 상태를 확인하고 신속히 장애 상황에 대응하며 사고를 미연에 방지할 수 있는 선박 및 해양플랜트용 모니터링 기술을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 선박 및 해양플랜트용 실시간 모니터링 시스템은 해상운영시스템의 경우 선박용 국제 표준 IEC 61162 기반으로 동작하는 풍향풍속센서; 방위각센서; AIS센서; GPS센서; 등이 장착된 센서 장치부; 선박 내 이기종 장치 간의 표준화 정보 교환 플랫폼인 센서 서버부; 무선 네트워크로 육상관제센터로 장애 상황을 통보하는 이벤트 서버부; 선박 및 해양플랜트의 주요 구역에 설치되는 다수개의 인터넷 프로토콜 카메라; 상기 다수개의 인터넷 프로토콜 카메라에서 촬영한 영상 데이터를 수신, 처리, 제어 및 관리하는 CCTV 레코딩 서버; 원격지에 저대역폭으로 영상 전송 시 영상 데이터를 재압축하는 비디오 트랜스코딩 트랜스미터; 상기 CCTV 레코딩 서버를 통해 실시간 모니터링, 녹화 영상 재생 및 양방향 음성 통신을 수행하는 다수 개의 모니터링 클라이언트;로 구성되고, 육상관제시스템은 상기 이벤트 서버으로부터 장애 상황의 이벤트 경보를 수신하고 운영자에게 위급 상황을 전파하는 통합 이벤트 서버; 상기 비디오 트랜스코딩 트랜스미터로부터 수신된 재인코딩 영상을 표출하고 센서 데이터의 상태 정보를 표출하는 통합 모니터링 클라이언트;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명은 해상에서 운항 및 운영 중인 다수의 선박과 해양플랜트에서 동작하는 해상운영시스템과 육상에서 관리 및 모니터링하는 육상관제시스템으로 구분되어 있고 각 시스템 내의 데이터 송/수신 시 위성 네트워크를 사용하는 특수성을 고려하여 트래픽 저감 형태로 설계되므로 기존 선박 및 해양플랜트 내 센서 데이터 및 부가 정보를 CCTV영상과 함께 디지털 콘텐츠화하여 모니터링 할 수 있는 기술을 제공하는 효과가 있다. 또한, 해상 전용의 인터넷 프로토콜 기반의 CCTV시스템을 제공하여 기존 선박용 CCTV시스템과 차별성을 확보하며 부가적인 정보도 함께 관리함으로써 선박 운항과 해양플랜트 운영에 보다 효율적인 관리 기능을 제공하는 효과가 있다. 그리고 센서데이터와 영상데이터의 융합으로 선박 및 해양플랜트용 제품에 디지털 콘텐츠 기술을 반영하는 효과가 있고 우리나라가 제안한 유무선 기반의 SAN기술과 CCTV를 연계한 모니터링 기술을 접목하는 효과가 있으며 조선해양시장에서 IT기술과의 융합을 통해 선박 및 해양플랜트용 CCTV분야에서 기존 시스템보다 수준이 높고 고신뢰성의 정보를 제공할 수 있는 효과가 있다. 종래에는 각 선박 내에서만 제공되는 서비스를 통합관제센터 구축이 가능하도록 하여 선사에서 보유한 모든 선박 및 해양플랜트의 디지털 콘텐츠 영상 정보를 육지에서도 공유가 가능하도록 하고 이산화탄소 배출규제, 해상 사고로부터의 안전, 해적으로부터의 안전 확보 등을 위해 보다 정확하고 신뢰성이 높은 정보를 제공하는 효과가 있다.

따라서, 본 발명은 일반적인 CCTV시스템을 보다 효율적으로 활용하기 위하여 센서 장비들과의 연동을 통해 선박의 운항 상태, 환경적인 정보, 장비의 이상 유무 등을 판단할 수 있어 향후 건조될 스마트 선박에 반드시 필요한 시스템이므로 크루즈선, 유조선, 시추선, 컨테이너 화물선 등 규모가 큰 대형 선박에 적용되면 영상 정보와 함께 선박 상태 정보들을 관리하여 보다 효율적인 선박 및 해양플랜트 관리 시스템이 될 것으로 예상되며 육상관제센터에서는 통합적인 형태로 전체 선박 및 해양플랜트를 관리할 수 있기 때문에 육상관제센터의 통합관리시스템으로도 적용 가능한 효과가 있다.

본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 기술적 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 청구범위의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 선박용 유무선 SAN 기술 개념의 참고도;
도 2는 기존의 해상용 아날로그 CCTV의 구성도;
도 3은 본 발명에 따른 선박 및 해양플랜트용 실시간 모니터링 시스템의 전체 구성도;
도 4는 본 발명의 비디오 트랜스코딩 트랜스미터 압축방식의 참고도;
도 5는 본 발명의 방폭형 인터넷 프로토콜 카메라에 대한 사시도;
도 6은 본 발명의 IEC 61162 포맷의 특성에 대한 참고도;
도 7은 본 발명의 모니터링 클라이언트 화면의 예시도;
도 8은 본 발명의 로그 데이터 테이블 구조의 참고도이다.

이하에서는, 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

도 3을 참조하면 본 발명에 따른 선박 및 해양플랜트용 실시간 모니터링 시스템은 해상에서 운항 및 운영 중인 다수의 선박 및 해양플랜트에서 동작하는 해상운영시스템(100)과 육상에서 관리 및 모니터링하는 육상관제시스템(200)으로 구성된다. 상기 해상운영시스템(100)과 상기 육상관제시스템(200) 간의 데이터 송/수신은 위성네트워크를 매개체로 동작하며 상기 위성네트워크를 사용하는 선박 및 해양플랜트의 특수성을 고려하여 트래픽(traffic)을 저감하기 위한 통신 형태로 설계되어 있다. 일반적으로 선박뿐만 아니라 기본적인 자항능력을 갖춘 해양플랜트는 운항정보를 파악하기 위하여 풍향풍속센서(111); 방위각센서(112); AIS(automatic identification system)센서(113); GPS(global positioning system)센서(114)로 구성되며 센서에서 계측된 상태값을 수치화하여 메시지 프로파일 서버(message profile server)(121);로 전달한다. 상기 풍향풍속센서(111), 상기 방위각센서(112), 상기 AIS센서(113) 및 상기 GPS센서(114)와 상기 메시지 프로파일 서버(121)는 선박용 국제 표준인 IEC 61162 기반으로 동작하며 센서 종류에 따라 디바이스 프로파일 서버(device profile server)(122);가 데이터를 분석한 후, XML(extensible markup language)형식으로 가공해서 이벤트 서버부(130);에 제공한다. 여기서, 상기 메시지 프로파일 서버(121)와 연동되는 센서에는 상기 풍향풍속센서(111), 상기 방위각센서(112), 상기 AIS센서(113) 및 상기 GPS센서(114)에만 한정되지 않고 상기 선박용 국제 표준인 IEC 61162 기반으로 동작하는 형태의 모든 센서에 대해서 사용자의 필요에 따라 연동, 연계 및 장착되어 사용될 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 이벤트 서버부(130)는 내부의 센서 데이터 리시버(131);를 통해서 XML 데이터를 분리한 후 센서 데이터 애널라이저(132);로 센서 정보를 전달하며 상기 센서 데이터 애널라이저(132)는 센서 정보를 실시간으로 분석하여 이상 현상이 발생한 상태인지를 주기적으로 체크하면서 동작한다. 상기 이벤트 서버부(130)에서는 상태 체크를 위해 한계점(threshold)을 설정할 수 있으며 특정 센서 수치가 해당 한계점에 도달한 시간인 드웰 타임(dwell time)을 넘어서는 경우에는 장애 상황이라고 판단한다.

상기 이벤트 서버에서 장애 상황 인지 시 해당 이벤트를 육상관제센터의 통합 이벤트 서버부(integrated event server)(210);에 상태 정보와 함께 알려주면서 알람 경보를 발생시킨다. 상기 알람 경보는 통합 모니터링 클라이언트(integrated monitoring client)(220);를 통해 표출되며 모니터링 중인 운영자는 즉시 장애 상황을 인지한 후 선박 및 해양플랜트에 설치되어 있는 CCTV영상을 모니터링 하도록 알람 경보 수락을 신청한다.

육상관제센터와 선박 및 해양플랜트 간의 통신은 위성 기반으로 이루어지기 때문에 선사 또는 운영사 측면에서는 데이터 송/수신료에 대한 부담이 크다. 따라서 단순히 상태를 확인하는 용도로만 선박 및 해양플랜트 내의 고화질 영상을 수신하기에는 비용 측면에서 문제가 있다. 이뿐만 아니라 선박 및 해양플랜트 내의 여러 영상을 동시에 모니터링 해야 하는 경우에는 전술한 문제가 더욱 대두되므로 본 발명에서는 선박 및 해양플랜트와 육상관제센터 간의 CCTV영상 송수신에 있어서 트래픽을 저감할 수 있는 방안으로 비디오 트랜스코딩 트랜스미터(video transcoding transmitter)(160);를 적용하였다. 상기 비디오 트랜스코딩 트랜스미터(160)는 종래의 고화질 CCTV영상을 원격지로 스트리밍(streaming)하기 전에 해상도, 압축률(bitrate), 영상프레임 수(framerate) 등을 해당 네트워크 환경에 적합한 형태로 재조정하여 영상 디코딩 후 재인코딩하는 장치이다(도 4). 상기 비디오 트랜스코딩 트랜스미터(160)의 특징은 여러 영상을 묶어 한 개의 영상처럼 인지하여 스트리밍하는 기법이 적용된 방식으로 Full-HD 해상도를 갖는 인터넷 프로토콜 카메라 영상 16개를 전송할 경우 64Mbps의 트래픽이 발생하는 반면 해당 기법이 적용되면 4Mbps의 트래픽만 발생하기 때문에 저대역폭을 요구하는 환경에 적합한 시스템이다. 해당 기법은 여러 개의 H.264 영상 디코딩과 인코딩 작업이 이루어져야 하기 때문에 일반 PC 기반에서 처리하기에는 성능상의 제약이 따른다. 그래서 본 발명에서는 인텔의 중앙처리장치 방식인 Intel i7 CPU Ivy Bridge기반에서 제공하는 Intel Media SDK를 활용하여 영상의 인코딩/디코딩을 처리함으로써 보다 많은 수의 비디오 영상을 육상관제센터에서 모니터링 할 수 있도록 하며 필요에 따라 관제할 수 있는 영상의 개수를 육상관제센터에서 조정 가능하도록 하는 것을 특징으로 한다.

CCTV 레코딩 서버부(CCTV recording server)(150);와 모니터링 클라이언트(monitoring client)(170);는 CCTV 국제 표준 프로토콜인 ONVIF(Open Network Video Interface Forum)를 지원하는 네트워크 기반의 CCTV시스템으로 Full-HD 해상도를 갖는 인터넷 프로토콜 카메라(140);(도 5)로부터 수신되는 영상/음성을 저장하고 스트리밍하며 PTZ(pan, tilt, zoom)제어가 가능한 솔루션이다. 본 발명에서는 상기 이벤트 서버부(130)로부터 수신되는 센서데이터를 이벤트로 처리하는 모듈이 내재되어 있고 육상관제센터에서 사용하는 상기 통합 모니터링 클라이언트(220)도 이벤트 처리 모듈이 내재되어있다.

전술한 본 발명에 따른 선박 및 해양플랜트용 실시간 모니터링 시스템을 구성하는 각 장치에 대하여 세부적인 구성 및 기능을 설명하면 다음과 같다.

다수의 선박 및 해양플랜트에 대한 해상운영시스템(100)은 센서 장치부(110); 센서 서버부(120); 이벤트 서버부(130); 다수개의 인터넷 프로토콜 카메라(140); CCTV 레코딩 서버부(150); 비디오 트랜스코딩 트랜스미터(160); 다수 개의 모니터링 클라이언트(170)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 센서 장치부(110)는 선박용 국제 표준인 IEC 61162 기반으로 동작하는 풍향풍속센서(111); 방위각센서(112); AIS센서(113); GPS센서(114); 등으로 구성되어있다. 이는 상기 열거된 센서들에만 한정되는 것이 아니며 상기 선박용 국제 표준인 IEC 61162와 호환되는 모든 센서에 대해서 다수 개가 구비될 수도 있다.

상기 풍향풍속센서(111)는 풍향/풍속을 동시에 관측할 수 있는 기상측기이며 선박 및 해양플랜트의 운항 및 운영하는 과정에서 풍향/풍속에 따라 항로 변경을 하거나 안전 관리를 위한 지표로 사용한다. 상기 방위각 센서(112)는 선박 및 해양플랜트에서 나침반과 같은 역할을 수행하고 3축 기반으로 동작하는 자이로(기울기) 센서 기능도 제공되어 선박의 기울기를 이용한 장애 상황도 판단이 가능하며 가속도계 기능이 제공될 경우 현재 운항 상태의 이상 유무도 판단이 가능하다. 그리고 상기 AIS센서(113)는 선박 및 해양플랜트의 자동식별 장치로 주변 선박 및 해양플랜트의 항적, 적하물, 운항목적 등을 파악할 수 있으며 충돌방지 기능을 제공하고 상기 GPS센서(114)는 위성항법 장치로 운항 중 현재 선박 및 해양플랜트의 위치를 인식하는 기능이 있다.

상기 센서 서버부(120)는 선박 내의 이기종 장치들이 종류에 상관없이 표준화된 정보를 통해 자동으로 정보를 교환할 수 있도록 플랫폼 역할을 하며 이를 구성하는 세부 모듈로는 메시지 프로파일 서버(121);와 디바이스 프로파일 서버(122);가 있다.

상기 메시지 프로파일 서버(121)는 IEC 61162 기반으로 선박 및 해양플랜트 장치간 정보를 교환하기 위한 메시지 프로파일 기술이 적용되어 각종 센서 장치로부터 다양한 데이터를 수신할 수 있는 기능이 있다(도 6). 보다 상세하게는 IEC 61162 전송; 센서 정보 메시지 프로파일; 이미지 데이터 메시지 프로파일; 로그 데이터 메시지 프로파일이 가능한 것을 특징으로 한다.

상기 디바이스 프로파일 서버(122)는 선박 및 해양플랜트 장치의 특성에 맞게 정보를 교환하기 위한 선박 및 해양플랜트 디바이스 프로파일링을 하고 센서 장치가 제공하는 기능을 파악하는 역할을 하며 보다 상세하게는, 베이스 디바이스 프로파일; 자동위치발생장비(VDR, voyage data recorder)를 위한 디바이스 프로파일; 전자해도표시정보시스템(ECDIS, electronic chart display and information system)을 위한 디바이스 프로파일; 레이더 장치를 위한 디바이스 프로파일; 시스템 경과 기록; 기능이 가능한 것을 특징으로 한다.

상기 이벤트 서버부(130)는 수집된 센서 정보를 기반으로 해당 데이터를 분석하여 장애 상황이라고 판단되면 무선 네트워크를 활용하여 육상관제센터로 장애 상황을 통보하는 역할을 하며 이를 구성하는 세부 모듈로는 센서 데이터 리시버(131); 센서 데이터 애널라이저(132); 및 이벤트 노티파이어(133);가 있다.

상기 센서 데이터 리시버(131)는 상기 센서 서버부(120)의 웹서버로 접속하여 XML 포맷으로 정의되어 있는 센서 데이터 정보를 폴링(polling) 형태로 수신하는 역할을 한다. 그리고 상기 센서 데이터 리시버(131)의 폴링 주기는 일반적인 상황에서는 간격을 늘려 요청하다가 비정상적인 상황이 지속되면 주기를 점점 줄여나가면서 요청하도록 동작하게 하여 일반적인 상황에서는 각 장비에 부하를 덜어주는 형태로 동작되게 하는 것을 특징으로 한다.

상기 센서 데이터 애널라이저(132)는 상기 센서 데이터 리시버(131)에서 수신한 데이터를 전달받아 기 설정된 한계점 값에 맞추어 장애 상황 여부를 판단하는 역할을 한다. 그리고 상기 센서 데이터 애널라이저(132)는 기 설정된 한계점 이상의 수치가 검출되면 상기 센서 데이터 리시버(131)의 폴링 주기를 줄이도록 설정하고 해당 수치가 일정 시간 동안 지속되어 기 설정된 드웰 타임을 넘어서면 현재 상황이 장애 상황이라고 판단하여 이를 이벤트 노티파이어(133)로 전달하는 것을 특징으로 한다.

상기 이벤트 노티파이어(133)는 상기 센서 데이터 애널라이저(132)에서 장애 상황이라고 인지될 경우에 이벤트 데이터를 전달받아 육상관제센터로 해당 데이터를 전달하는 역할을 한다. 그리고 상기 이벤트 노티파이어(133)는 장애 상황에 지속적으로 발생하는 이벤트 데이터를 육상관제센터에 지속적으로 전달 시 선박 및 해양플랜트와 육상관제센터 간에 과도한 트래픽이 발생하여 통신료가 급증하는 것을 방지하기 위하여 통지 시간을 설정하여 과도한 트래픽의 발생을 방지하는 것을 특징으로 한다. 또한, XML 포맷으로 전달하는 이벤트 데이터를 압축하여 전송함으로써 트래픽 저감 효과를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 다수개의 인터넷 프로토콜 카메라(140)는 선박 또는 해양플랜트의 내부 및 외부의 주요 구역에 설치하여 감시 및 관측하기 위한 것으로 ONVIF 프로토콜을 지원하는 카메라로 외곽을 감시하며 PTZ 제어가 가능한 방폭형 카메라와 실내를 감시하는 돔형 카메라로 구성된다. 모든 인터넷 프로토콜 카메라는 H.264 비디오 코덱을 지원하고 음성은 G.711 오디오 코덱을 지원하는 것을 특징으로 한다. 또한, 비디오는 최대 Full-HD(1920x1080) 해상도로 초당 30프레임으로 동작되며 스트리밍 시 표준 프로토콜인 RTP/RTSP를 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기 CCTV 레코딩 서버부(150)는 상기 다수개의 인터넷 프로토콜 카메라(140)에서 촬영한 영상 데이터를 수신, 처리, 제어 및 관리하는 역할을 수행하며 이를 구성하는 세부 모듈로는 레코드 리시버(151); 레코드 매니저(152); 레코드 서버(153); 및 텍스트 리더(154);가 있다.

상기 레코드 리시버(151)는 상기 다수개의 인터넷 프로토콜 카메라(140)로부터 수신되는 모든 영상 데이터를 처리하면서 PTZ 제어 및 백채널 오디오 기능을 수행한다. 그리고 상기 레코드 리시버(151)는 ONVIF를 지원하는 카메라뿐만 아니라 독자적인 프로토콜을 사용하는 카메라의 경우에도 지원이 가능하고 신규 카메라 연동 시에 호환 작업을 원활한 형태로 진행할 수 있도록 모듈화 되어 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 카메라의 모션 데이터 및 알람 데이터를 수신하여 상기 레코드 매니저(152)로 통보함으로써 이벤트 녹화도 가능하도록 처리하고 RTP/RTSP 표준 프로토콜로 데이터를 수신하여 상기 인터넷 프로토콜 카메라(140)와의 호환성을 높이도록 구현되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 레코드 매니저(152)는 실시간 영상의 녹화, 재생, 이벤트 관리 및 PTZ제어를 수행한다. 그리고 상기 레코드 매니저(152)는 상기 CCTV 레코딩 서버부(150)의 핵심적인 모듈로 실시간 영상을 녹화 및 재생할 경우에 10초 분량의 영상 및 음성을 버퍼링하여 이벤트 상황 발생 시 이전 10초 데이터도 함께 녹화하는 기능을 지원하며 해외에서 사용하는 DST(daylight saving time) 처리를 위해 시간 중복 녹화 기능도 제공된다. 또한, 기본적인 PTZ 제어뿐만 아니라 프리셋 투어링 기능을 제공하는데 이는 특정 프리셋을 일정 시간 간격으로 이동하며 모니터링하여 감시 영역의 폭을 넓힐 수 있는 특징이 있다.

상기 레코드 서버(153)는 실시간 영상/음성 스트리밍 서비스, 녹화 데이터 재생, 실시간 이벤트 전송 기능 및 PTZ 제어 기능을 제공한다. 그리고 상기 레코드 서버(153)는 실시간 영상/음성 스트리밍으로 표준 스트리밍 방식인 RTP/RTSP 프로토콜을 지원하여 타사 제품과의 연동이 가능하고 이벤트 스트리밍 또한 표준화된 형태의 XML 포맷으로 HTTP 전송 방식을 사용하여 호환성이 높은 것을 특징으로 한다. 또한, 녹화 데이터 재생 시 시간, 이벤트 및 북마크 등과 같은 다양한 기능이 제공되어 사용상의 편의를 높이는 것을 특징으로 한다.

상기 텍스트 리더(154)는 특정 카메라와 센서를 맵핑하고 센서 데이터의 정보를 영상과 함께 표출하는 기능을 수행한다. 그리고 상기 텍스트 리더(154)는 상기 모니터링 클라이언트(170)와 상기 통합 모니터링 클라이언트(220)를 통해 확인할 수 있고 녹화된 영상을 재생하는 경우에도 당시의 센서 데이터 정보를 표출하여 재생하는 것을 특징으로 한다.

상기 비디오 트랜스코딩 트랜스미터(160)는 원격지에 저대역폭으로 영상을 전송해야 하는 경우 영상 재압축을 통해 트래픽 발생률을 줄여주는 기능을 수행한다. 그리고 상기 비디오 트랜스코딩 트랜스미터(160)는 사용 상황 및 목적에 따라 1:1 구성 방식과 n:1 구성 방식으로 구분한다. 상기 1:1 구성 방식은 카메라의 해상도와 프레임 수가 높아서 비트레이트가 높은 경우에 영상을 디코딩한 후 재 인코딩하는 과정에서 해상도 및 프레임 수를 조절하여 비트레이트를 낮추는 효과가 있다. 이는 고해상도의 영상을 모바일과 같은 저대역폭 환경에 맞추는 경우에 주로 사용되며 이를 통해서 위성 네트워크 사용량을 줄일 수 있다. 또한, 필요한 경우에는 원격지에서 해상도 및 프레임 수를 직접 설정할 수 있는 기능이 내재되어 있는 것을 특징으로 한다. 상기 n:1 구성 방식은 일반적으로 CCTV 영상은 동시에 여러 채널을 모니터링 하는 경우에 해당하는 것으로 이런 경우에는 영상의 해상도 및 화질에 따라 과도한 트래픽이 발생한다. 일반적으로 1Gbps 유선망에서는 여러 채널의 트래픽을 감당할 수 있지만 무선 환경이나 해외 등과 같은 원격지에서 접속하는 경우 저대역폭으로 인해 실시간 영상 전송을 처리하기 어렵다. 이러한 환경적 문제를 극복하기 위해 n개의 카메라 영상을 디코딩해서 개별적인 영상을 다운 스케일링(down scaling)한 후 하나의 영상으로 조합하여 재인코딩을 하면 비트레이트를 1/n 수준으로 줄일 수 있다. n개의 카메라 영상을 디코딩 하기 위해서는 소프트웨어 디코더로는 성능상의 한계가 있어서 하드웨어 디코더를 활용하여야 한다. 상기 하드웨어 디코더로는 Intel i7 CPU Ivy Bridge에서 제공하는 Intel Media SDK를 이용하는 것을 특징으로 한다. 상기 Intel Media SDK는 Intel CPU에 내장된 GPU 를 사용하여 디코딩, 인코딩 및 비디오 처리 등 미디어 가속 기능을 사용하기 위한 소프트웨어 개발 라이브러리이다.

상기 다수 개의 모니터링 클라이언트(170)는 상기 CCTV 레코딩 서버부(150)에 접속하여 실시간 영상을 모니터링하고 녹화된 영상 데이터를 재생하며 PTZ제어와 양방향 음성 통신이 가능한 기능을 내재하고 있다. 그리고 상기 다수 개의 모니터링 클라이언트(170)는 도7과 같이 실시간 모니터링 측면에서 이벤트 상황 발생 시에 팝업 영상 표출 기능이 포함되는 것을 특징으로 한다. 또한, 최대 36분할로 Full-HD 영상 모니터링이 가능하고 순차적 분할 화면 모니터링이 가능하다. 그리고 비대칭 화면 분할 및 사용자 지정 화면 분할 구성이 가능하고 고해상도 영상 디지털 줌이 가능하며 영상 컬러가 조절되는 것을 특징으로 한다. 녹화 측면에서는 연속/모션/알람 녹화 기능, 요일별 24시간 스케쥴에 따른 녹화 설정 및 이벤트 로그 기록이 가능한 것을 특징으로 한다. 검색 측면에서는 일시에 따른 검색이 가능하고 북마크, 모션 및 이벤트 검색이 가능한 것을 특징으로 한다. 재생 측면에서는 0.5~10배속의 재생 속도 제어가 가능하고 순방향/역방향 재생 및 프레임 단위 재생이 가능하며 고해상도 영상 디지털 줌이 가능한 것을 특징으로 한다. 백업 측면에서는 최대 4채널을 동시에 백업하고 녹화 영상 백업 시에 영상이 포함된 단일 실행 파일 또는 동영상 확장자 파일로 백업이 가능하며 영역 마스킹이 가능한 것을 특징으로 한다.

다수의 선박 및 해양플랜트에 대한 해상운영시스템(100)을 제어하기 위한 육상관제시스템(200)은 통합 이벤트 서버부(210);와 통합 모니터링 클라이언트(220);로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 통합 이벤트 서버부(210)는 상기 이벤트 서버부(130)를 확장한 개념으로 다수의 선박 및 해양플랜트에 설치되어 있는 상기 이벤트 서버부(130)로부터 장애 상황에 대한 이벤트 경보를 수신하고 운영자에게 위급 상황을 알리는 역할을 수행하며 이를 구성하는 세부 모듈로는 이벤트 리시버(211); 이벤트 센더(212); 및 로그 라이터(213);가 있다. 여기서, 상기 통합 이벤트 서버부(210)는 상기 이벤트 서버부(130)에서 수신한 장애 상황에 이벤트 경보를 수신하여 즉각적으로 상기 통합 모니터링 클라이언트(220)로 경보를 발생하여 운영자에게 위급 상황을 알리는 것을 특징으로 한다. 또한, 수신된 모든 데이터는 데이터베이스에 저장하여 로그를 기록하며 저장된 로그는 상기 통합 모니터링 클라이언트(220)에서 확인이 가능한 것을 특징으로 한다.

상기 이벤트 리시버(211)는 XML 포맷의 이벤트 정보를 수신하는 역할을 수행한다. 그리고 상기 이벤트 리시버(211)는 상기 이벤트 서버부(130) 내 상기 센서 데이터 리시버(131)와 동일하게 XML 포맷의 이벤트 정보를 수신하지만 트래픽을 줄이기 위하여 압축된 데이터를 수신하게 되고, 이렇게 압축된 데이터를 해제한 XML 포맷의 이벤트 정보는 즉각적으로 상기 통합 모니터링 클라이언트(220)로 전달하며 이후 상기 로그 라이터(213)로 전달하여 데이터베이스에 저장하는 것을 특징으로 한다.

상기 이벤트 센더(212)는 상기 이벤트 리시버(211)로부터 전달받은 XML 포맷의 이벤트 정보를 통합 모니터링 클라이언트(220)로 전달하는 역할을 수행한다.

상기 로그 라이터(213)는 데이터베이스에 로그 저장의 기능을 수행한다. 그리고 상기 로그 라이터(213)에서 데이터베이스에 로그를 저장할 때에 MariaDB를 사용하는 것을 특징으로 하며 이 때의 로그 데이터의 테이블 구조는 도 8과 같이 되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 통합 모니터링 클라이언트(220)는 상기 비디오 트랜스코딩 트랜스미터(160)로부터 재인코딩된 영상을 수신하여 화면에 표출하고 이벤트 상황 발생 시 센서 데이터에 대한 상태 정보를 표출하는 기능이 있다. 그리고 상기 통합 모니터링 클라이언트(220)는 장애 상황 발생 시에 상태 정보가 자동으로 표출될 수 있는 것을 특징으로 하며 다수의 선박 및 해양플랜트로부터 수신되는 영상 및 이벤트 정보를 표출하기 위하여 상기 비디오 트랜스코딩 트랜스미터(160)와 마찬가지로 Intel Media SDK를 사용하여 성능을 최적화하는 것을 특징으로 한다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용, 변형 및 개작을 행하는 것이 가능할 것이다. 이에, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

100 : 해상운영시스템
110 : 센서장치부
120 : 센서서버부
130 : 이벤트서버부
150 : CCTV 레코딩 서버부
200 : 육상관제시스템
210 : 통합 이벤트 서버부

Claims

해상운영시스템(100)과 육상관제시스템(200)으로 구성된 선박 및 해양플랜트용 실시간 모니터링 시스템에 있어서,
상기 해상운영시스템(100)은,
선박용 국제 표준 IEC 61162 기반으로 동작하는 다수 개의 센서가 장착된 센서 장치부(110);
IEC 61162 전송, 센서 정보 메시지 프로파일링, 이미지 데이터 메시지 프로파일링, 로그 데이터 메시지 프로파일링이 가능한 메시지 프로파일 서버(121);와 베이스 디바이스 프로파일링, VDR 디바이스 프로파일링; ECDIS 디바이스 프로파일링, 레이더 장치 디바이스 프로파일링 및 시스템 경과 기록이 가능한 디바이스 프로파일 서버(122)로 구성되어 선박 내 이기종 장치 간의 표준화 정보 교환 플랫폼 기능을 구현하는 센서 서버부(120);
상기 센서 서버부(120)의 웹서버로 접속하여 XML 포맷으로 정의된 센서 데이터 정보를 폴링 형태로 수신하는 센서 데이터 리시버(131); 상기 센서 데이터 리시버(131)에서 수신한 데이터를 전달받아 기 설정된 한계점 값에 맞추어 장애 상황 여부를 판단하는 센서 데이터 애널라이저(132); 및 상기 센서 데이터 애널라이저(132)에서 장애 상황이라고 인지되면 육상관제센터로 이벤트 데이터를 전달하는 이벤트 노티파이어(133);로 구성되어 무선 네트워크로 육상관제센터에 장애 상황을 통보하는 이벤트 서버부(130);
방폭형으로 선박 및 해양플랜트의 주요 구역에 설치되고, ONVIF 프로토콜을 지원하며, PTZ 제어가 가능하고, H.264 비디오 코덱과 G.711 오디오 코덱을 지원하고, 비디오는 Full-HD(1920x1080) 해상도에 초당 30프레임으로 동작되며, 스트리밍 시 표준 프로토콜인 RTP/RTSP를 사용하는 다수개의 인터넷 프로토콜 카메라(140);
상기 다수개의 인터넷 프로토콜 카메라(140)로부터 수신되는 영상 데이터를 처리하면서 PTZ 제어 및 백채널 오디오 기능을 수행하는 레코드 리시버(151); 실시간 영상의 녹화, 재생, 이벤트 관리 및 PTZ제어를 수행하고 프리셋 투어링 기능이 구비되어 감시 영역의 폭을 넓힐 수 있는 레코드 매니저(152); 실시간 영상/음성 스트리밍 서비스, 녹화 데이터 재생, 실시간 이벤트 전송 기능 및 PTZ 제어 기능이 내재된 레코드 서버(153); 및 상기 다수개의 인터넷 프로토콜 카메라(140)와 센서를 맵핑하고 센서 데이터 정보를 영상과 함께 표출하는 텍스트 리더(154);로 구성되어 상기 다수개의 인터넷 프로토콜 카메라(140)에서 촬영한 영상 데이터를 수신, 처리, 제어 및 관리하는 CCTV 레코딩 서버부(150);
n개의 고화질 카메라 영상데이터를 원격지로 스트리밍 하기 전에 해상도, 압축률, 영상프레임 수를 재조정한 후 각각을 하드웨어 디코더로 디코딩한 개별적인 영상을 다운 스케일링한 후 하나의 영상으로 조합하여 재인코딩 하는 n:1 구성 방식을 사용함으로써, 저대역폭으로 영상 전송 시 영상 데이터를 재압축하는 비디오 트랜스코딩 트랜스미터(160);
상기 CCTV 레코딩 서버부(150)를 통해 실시간 관제를 수행하되, 실시간 모니터링 시 이벤트 상황이 발생하면 팝업 영상 표출이 가능한 다수 개의 모니터링 클라이언트(170);로 구성되고,
상기 육상관제시스템(200)은,
XML 포맷의 이벤트 정보를 수신하고 압축된 데이터를 수신하여 트래픽이 저감되는 이벤트 리시버(211); 상기 이벤트 리시버(211)로부터 전달받은 XML 포맷의 이벤트 정보를 통합 모니터링 클라이언트(220)로 전달하는 이벤트 센더(212); 및 데이터베이스에 로그 저장의 기능을 수행하고 MariaDB를 사용하는 로그 라이터(213);로 구성되어 상기 이벤트 서버부(130)로부터 장애 상황 이벤트 경보를 수신하고 운영자에게 위급 상황을 전파하는 통합 이벤트 서버부(210);
상기 비디오 트랜스코딩 트랜스미터(160)에서 수신된 재인코딩 영상과 센서 데이터 상태 정보를 표출하고, 장애 상황 발생 시 상태 정보가 자동 표출되며, Intel Media SDK가 사용되는 통합 모니터링 클라이언트(220);로 구성되는 것을 특징으로 하는 실시간 모니터링 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 센서 장치부(110)에는 운항 정보 파악 목적의 풍향풍속센서(111); 방위각센서(112); AIS센서(113); GPS센서(114);가 포함되는 것을 특징으로 하는 실시간 모니터링 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 풍향풍속센서(111), 상기 방위각센서(112), 상기 AIS센서(113) 및 상기 GPS센서(114)는 계측된 상태값을 수치화하여 메시지 프로파일 서버(121)에 전달하는 것을 특징으로 하는 실시간 모니터링 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 메시지 프로파일 서버(121)와 연동되는 센서에는 상기 풍향풍속센서(111), 상기 방위각센서(112), 상기 AIS센서(113) 및 상기 GPS센서(114)에만 한정되지 않고 상기 선박용 국제 표준인 IEC 61162 기반으로 동작하는 형태의 센서에 대해서 다수 개가 연동, 연계 및 장착되어 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 실시간 모니터링 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 풍향풍속센서(111)는 풍향/풍속을 동시에 관측하고 선박 및 해양플랜트의 운항/운영 과정에서 항로 변경과 안전 관리를 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 실시간 모니터링 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 방위각 센서(112)는 3축 기반으로 동작하는 자이로 센서 기능이 내재되어 선박 및 해양플랜트의 기울기 상태에 대한 장애 상황 판단과 운항 상태 이상 유무에 대한 판단이 가능한 것을 특징으로 하는 실시간 모니터링 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 AIS센서(113)는 주변 선박 및 해양플랜트의 항적, 적하물, 운항목적을 파악하고 상호 간 충돌방지 기능을 제공하는 것을 특징으로 하는 실시간 모니터링 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 GPS센서(114)는 운항 중인 선박 및 해양플랜트의 위치를 인식하는 위성 항법 기능이 내재된 것을 특징으로 하는 실시간 모니터링 시스템.
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