KR20040075488A - 어선자동식별및감시시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 불법조업 원격 감시 및 관리 효율화를 위한 저가의 소형 어선자동식별 및 감시 시스템의 개발에 관한 것이며,구체적인 내용으로는 어선 자동식별 정보송수신

모듈개발과 자동식별 및 감시시스템을 관리 효율화를 위한 저가의 소형 어선자동식별 및 감시 시스템의 개발에 관한 것이며, 구체적 개발하는 것이다. 본 발명은 국내 어업 관리력을 한단계 향상시킴으로써 '어업 자원의 보호','안전조업 지원','해상경비력 위상제고','해상경비 시스템화','경제적 수익'등의 긍정적인 요소들을 발생 시켜 선진 해양 국가 건설에 이바지 할 수 있을 것으로 기대된다.

Description

어선자동식별 및 감시시스템 {Fishing Identification System}

러시아 수역 또는 남태평양에서는 입어하는 외국 조업선에 대한 당해 주권국의 인공위성 기반(IMMASAT-C)의 어장자원보호 및 감시 시스템이 운영되고 있는데, 해상 또는 육상 감시국에서 위성통신으로 TELEX를 조업선에 Broadcasting하여 각 선박의 위치를 전송받아 전자해도상에 기점하여 감시하고 있다. 또한 최근에는 육상 기지국에서 연안을 항해하는 선박의 통항 상태 및 특정 선박의 준법 여부를 실시간으로 감시하고, 선박 상호간에도 주변의 다른 선박의 통항 상태를 실시간으로 파악할 수 있도록 하는 선박자동식별장치(AIS:Automation Identification System)를 다음과 같은 2002년 7월부터 선박에 탑재할 것을 강제 규정화하고 있다.모든 여객선, 국제항해에 종사하는 300톤 이상의 모든 선박, 국제항해에 종사하지 않는 500톤 이상의 화물선은 다음의 일정에 맞추어 AIS를 탑재하여야 한다. ⑴ 2002년 7월 1일 이후 건조되는 선박, (2) 2002년 7월 1일 이전에 건조된 국제항해에 종사하는 선박, ① 모든 여객선 : 2003년 7월 1일, 모든 유조선 : 2003년 7월 1일 이후 첫 SE 검사 시, ② 50,000톤급 이상 화물선 : 2004년 7월 1일, ③ 10,000~50,000톤 화물선 : 2005년 7월 1일, ④ 3,000~10,000톤 화물선 : 2006년 7월 1일, ⑤ 300~3,000톤 화물선 : 2007년 7월 1일, ⑶ 2002년 7월 1일 이전에 건조된 국내항해 종사하는 화물선

기존의 어업 지도선에서는 소형 어선의 관리 방법을 육안에 의존하여 왔지만, 본 연구는 전파와 레이다를 사용함으로써 육안보다 더욱 먼 거리에 있는 어선에 대해서도 관리를 가능하게 하고, 국내 어선의 데이터 베이스를 구축함으로써 손쉽게 어업 지도선 주위의 소형 어선에 대한 정보를 열람할 수 있도록 하여 보다 신속하고 정확한 관리, 감독을 수행 할 수 있도록 하는 시스템을 개발하는 데 있다.특별히 본 발명은 어선 자동식별 정보송수신 모듈과 자동 식별 및 감시시스템을 저가에 개발하여 새로운 시스템을 도입하는 데에 필요한 리스크를 줄이고 시스템 운영상의 추가 비용이 발생하지 않도록 하여 보다 효율적인 감시체계를 구축할 수 있도록 개발하였다. 최근 국내 어업생산량은 감소하는 추세이다. 이에 대한 원인 중 하나는 외국선박의 EEZ침범과 조업금지구역에서의 불법 조업행위를 들 수 있다. 따라서 국내 어업생산력을 보호하기 위해 외국선박에 대한 감시와 조업금지구역에서의 불법 조업행위를 근절시킬 수 있는 방안이 마련될 필요가 있다. 한편 국가에서는 이러한 불법 조업행위를 감시 및 관리하기 위해 94척의 어업지도선을 투입 운영하고 있으나, 이러한 수치는 미국과 일본 같은 선진국의 어장의 관리 사례에 비추어 볼때 매우 열약한 실정이다. 따라서 본 시스템을 사용함으로써 국내 어장을 효과적으로 보호하고 불법 조업행위에 대한 강력하고 효율적인 대처를 할 수 있다. 본 발명은 전파를 이용하여 육안보다 넓은 지역을 좀더 정확하게 관리할 수 있도록 하여, 감시선에서 ECDIS를 기반으로 하여 식별된 어선의 상황을 좀 더 쉽고 일목요연하게 표시함은 물론 감시선의 운행에도 도움을 주도록 하였다. 또한 본 시스템을 기존의 어업 감시선에 쉽게 설치할 수 있고 동작시 추가 비용이 발생하지 않아 적은 설치비용으로 보다 강력한 어업 관리 및 감시를 가능하게 하는 것이 목적이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 크게 감시선 부와 소형어선부로 나누어, 감시선부에서는 타선에서 반사되어 오는 레이더 신호를 보내주는 RADAR(1)부와 ECDIS기반에서 타선의 위치를 출력하고 여러 가지 정보를 나타내는 운영시스템(3)부와 전자해도기반의 항해지원시스템인 ECDIS(5)와 감시선부와 소형어선부간의 데이터교환을 가능하게 하는 RF(7)부와 RF통신을 제어하는 제어(9)부와 ECDIS에 각종 센서신호를 인터페이스하는 센서(11)부와 자선의 경도,위도 정보를 얻게 해주는 GPS(13)부로 구성된다.

도면은 크게 감시선 부와 소형어선부로 나뉘며, 감시선부에서는 타선에서 반사되어 오는 레이더 신호를 보내주는 RADAR(1)부와 ECDIS기반에서 타선의 위치를 출력하고 여러 가지 정보를 나타내는 운영시스템(3)부와 전자해도기반의 항해지원시스템인 ECDIS(5)와 감시선부와 소형어선부간의 데이터교환을 가능하게 하는 RF(7)부와 RF통신을 제어하는 제어(9)부와 ECDIS에 각종 센서신호를 인터페이스하는 센서(11)부와 자선의 경도,위도 정보를 얻게 해주는 GPS(13)부로 구성된다.

첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 어선자동식별 및 감시시스템을 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 어선자동식별 및 감시시스템을 나타내는 도면이다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 시스템은 크게 감시선부와 소형어선부로 나뉘어 진다. 감시선부는 소형어선들로 부터 보내져오는 데이타를 취합 및 처리하여 전자해도시스템(5)위에 표시하고, 레이다(1) 신호를 받아서 수신된 어선정보와 매칭시켜서 식별 및 미식별선박을 구분하고 범위내의 표시된 선박을 추적하는 역할을 수행하며, 소형어선부는 감시선의 calling에 대한 응답으로 위치 정보와 ID 등 자신의 데이타를 송신함으로써 감시선이 어선을 식별할 수 있도록 하는 역할을 수행한다. 전체적인 시스템의 흐름은 감시선 부에서 소형어선부로 무선(7)으로 Calling 신호를 전달하고, Calling 신호를 받은 소형어선부는 GPS(13)에게로 자신의 현재 위치 데이타를 요구한다. 그리고 GPS(13)는 자신의 현재 위치를 1초 단위로 갱신하고 있다가 데이타 요구가 있으면, 위치 정보를 제어부로 전달하고, 전달받은 위치정보와 자신의 ID및 기타 정보를 취합하여 감시선 부에게 무선(7)으로 전송하게 되는데, 다른 소형어선과의 데이타 충돌을 회피하기 위해 30초내의 임의의 타임슬롯을 할당, 선정한 후 정보를 전송한다. 그리고 감시선 부에서는 calling신호 송신 후 30초 동안 대기하면서 주위의 소형어선들에게서 받은 데이타를 취합하여 운영시스템(3)에게로 전달하고, 운영시스템(3)은 수신한 소형어선들의 정보와 레이다(1)로 부터 수신한 레이다 정보를 바탕으로 가공하여 사용자에게 표시한다. 전체 시스템의 각 구성부분은 다음과 같다. 레이다(1)의 주요부분은 스캐너(Scanner, 레이다의 안테나를 말함), 송수신장치(Transceiver), 지시장치(Indicatior)등으로 되어 있다. 현재 상선용 레이다에 할당된 주파수로는 9,375MHz대와 3000MHz대의 두가지가 있고 흔히 전자를 X-Band레이다., 후자를 S-Band레이다라 부른다(이러한 주파수 호칭은 미육군식이지만 현재 민간에서도 통용되고 있다). 전파의 주파수가 낮으면 비나 안개등으로 인한 감쇠가 심한 때에도 비교적 멀리까지 전파되지만, 같은 방위분해능을 얻기 위해서는 보다 큰 치수의 안테나를 필요로 하므로, 흔히 X-Band레이다는 고분해용으로, S-Band 레이다는 원거리 탐지용으로 이용된다. 한 선박에 두 개의 레이다를 장치하는 경우는 X-Band 와 S-Band레이다를 각 1대씩 장비하는 것이 보통이고, 레이다를 한 대만 장비하는 경우에는 상선에서는 X-Band레이다를 장비하는 경우가 많다. 펄스폭과 펄스반복주기는 레이다에 따라 다르지만 같은 레이다에 있어서도 흔히 3마일 미만과 그 이상의 탐지거리에 있어서 바꾸는 것이 보통이다. 즉 근거리 탐지에 있어서는 거리분해능을 높이고, 최소탐지거리를 줄이기 위해 펄스폭을 좁게하고, 정보의 빈도를 높이기 위해 펄스반복주기를 짧게 하며, 원거리 탐지의 경우는 평균출력을 높여 탐지거리리를 증가시키기 위해 펄스폭을 넓게 하고, 2차 소인(Sweep)에 의한 거짓상을 방지하기 위해 펄스반복주기를 길게 한다. 운영시스템(3)은 전자해도시스템에서 구현하고 있는 대다수의 기능이 핵심이며 기타의 해역감시 및 관리를 위한 기능이 추가로 요구된다. 크게 해역감시 및관리업무의 시작과 종료, 어선의 움직임과 분포형태등에 관련된 화면의 저장과 재생, 영상종료 및 삭제등의 기능이 요구되고, 해도정보를 관련업무에 적절하게 표현할 수 있는 챠트옵션으로 구성된다. 이와 아울러 레이다화면 overlay와 관련하여 레이다 gain의 조정, vector range의 조정등의 기능이 추가로 요구된다. ECDIS(5)는 선장이나 항해사가 종래 종이해도상에서 수행하던 모든 항로계획, 항로감시 및 선위확인을 편리하게 하면서, GPS를 통한 지속적인 본선위치를 화면상에 자동으로 표시하고, 레이더 및 자동레이더플로팅장치(Automatic Radar Plotting Aids; ARPA) 등을 연결하여 화면상에 중첩(overlay)시킴으로서 주변의 타 선박에 대한 움직임에 관한 정보도 나타내는 동시에 위험물의 사전 경고 기능도 가지는 장비로서 다음의 사항을 만족하여야 한다. (가) 하드웨어 조건 ① 지시기 : 해도표시의 효율적 크기는 최소한 270 × 270 mm이어야 한다. 지시기는 IHO 부록 2의 Special Publication 52에 규정된 색상과 해상도 요건인 16 색상 능력과 1,000×1,000 pixels을 만족해야 한다. 모든 지시된 정보는 "주간 및 야간에", "선교에서 통상 경험되는 밝기 상태에서 한 사람보다 많은 사람이 명확하게 볼 수 있도록" 되어야 한다. ② Interfaces : ECDIS는 선수방위 지시기 및 속력 지시기와 더불어 두개의 독립된 연속 선위측정장치에 연결되어야 한다. ③ 전원공급 : ECDIS와 그 "통상적인 사용"을 위한 모든 장비는 SOLAS 1974의 Ⅱ-1장에 따라 비상전원에 작동할 수 있어야 한다. 장비는 재설정(re-initialization) 작업없이 45초간의 전원차단을 처리할 수 있어야 한다. ④ 백업(Back-up) 장치 : ECDIS 고장시 안전한 항해를 위한 수단을 용이하게 하는 백업(back-up) 장치가 설치되어야 한다. 즉, ECDIS 고장이 극한 상태로 초래되지 않도록 ECDIS 기능을 안전하게 인계받을 수 있도록 하는 설비로서, ECDIS가 고장시 남은 항정을 안전하게 항해할 수단으로 제공되어져야 하며, 전원공급은 ECDIS와 별도로 제공되어야 한다. (나) 기능요건( 소프트웨어 ) ① 지시기 : North-up 및 True motion 지시모드가 지원되어야 하며, 다른 모드도 허용된다. ECDIS 지시기에 레이더 정보의 지시도 허용된다. ② 조정기 : ECDIS는 운용자가 지시기로부터 특성을 더하고 제거할 수 있게 하지만, display base에 포함된 특성은 어느 것도 제거할 수는 없다. 표준 지시는 한번의 운용자 조치에 복귀되어져야 한다. 유사하게, ECDIS 지시기의 레이더 정보도 한번의 운용자 조치에 의해 제거되어져야 하며, 운용자는 한번의 조치에 의하여 본선 위치를 나타내는 기능이 포함된 항로감시 지시기로 되돌아갈 수 있어야 한다. ③ 항로 계획(Route Planning) : ECDIS는 route segments, waypoints 및 대체 항로를 정의할 수 있어야 하며, 계획된 항로에 의해 가로질러지는 위험 구간과 안전 등심선을 체크할 수 있어야 하며, 계획된 항로를 따라 off-track alarms을 기록할 수 있어야 한다.④ 항로 감시(Route Monitoring) : ECDIS는 "지속적인" 선위 감시와 선위 갱신, 안전상황이 파괴된다면 경보발령 및 방위선, 거리환 및 지시기상의 기타 항해도구를 제공할 수 있어야 한다. 선위측정 시스템들간에 불일치를 식별할 수 있어야 하며, 본선 지리적 위치의 수동조정을 허용할 수 있어야 한다. ⑤ Alarms 및 Indicators : 성능기준에는 스케일을 벗어난 지시기로부터 ECDIS의 오동작까지에 걸쳐 15가지 상황에서 ECDIS가 발하는 Alarms(가청 및/또는 가시) 또는 Indicators(가시)를 요구한다. ⑥ 항해 기록 : ECDIS는 1분간의 간격으로 과거 12시간동안 시간, 위치, 선수방위, 속력, chart data source, edition, date, cell, 및 update history 등의 사항을 기록할 수 있어야 한다. 이에 추가하여, 4시간보다 크지 않는 시간 간격으로 완전한 항적을 기록하여야 한다. 항해기록은 운항자에 의하여 조작이 불가능하여야 한다. (다) Chart Data 요건 ① Source data : ECDIS에 사용된 해도 데이터는 정부가 인정한 수로국으로부터 나와야 하고, IHO 표준에 따라야 한다. ② 갱신(Updates) : ECDIS는 공식적 갱신 및 수동 갱신을 할 수 있어야 하며, 그들을 지시기에 적용할 수 있어야 한다. 갱신은 chart data로부터 별개로 저장되어져야 하고, 원래의 chart data 내용을 변경시켜서는 안된다. RF부(7)는 실제로 무선 통신을 담당하는 역할을 한다. 주파수는 146.5125MHz이며 전파 도달범위는 RF Power와 수신감도를 조절하여 도달 범위를 조정할 수 있다. 제어부(9)에 사용되는 MPU로는 V25가 이용되었다. V25에 장착된 X-tal은 16MHz이며 MPU내부 적으로 8MHz로 동작하게 되어 정보송수신부의 모든 제어를 처리하기에 충분한 스피드를 낼수 있다. 또한 보드에 장착된 ROM과 RAM은 각각 32KByte이고 제어부가 동작하는데 필요한 소프트웨어는 ROM영역에 들어가게 된다. SENSOR(11)는 선박의 위치정보를 획득하기 위해서 GPS장치가 필요하며, 기상정보등의 수신을 위한 장비,선박의 방위정보를 위해서는 Gyro compass, 수심 및 속력정보를 제공받기 위한 에코사운더와 스피드로그 등의 항통장비가 요구된다. GPS(13)는 현재 항공기나 선박은 물론이고 차량이나 휴대용으로 위치 측정장치로서 GPS 가 가장 많이 사용되고 있다. 이와 같은 기능을 갖는 GLONASS를 포함하여 현재는 GNSS(Global Navigation Satellite System)라는 용어를 사용하고 있다. GPS는 3개의 부문, 즉 위성부분, 지상관제 부문, 사용자 부문으로 구성되어 있다. 위성부분은 6개의 궤도면에 24개의 위성으로 구성, 고도 20,200km, 경사각이 55도이며, 주기가 12시간이다. 위성은 사용자가 최소한 5개의 위성으로부터 신호를 수신할 수 있도록 배치되어 있으며, 각각의 위성은 2개의 L밴드 주파수, 즉 L1(1,575.42MHz) 및 L2(1,227.6MHz)를 송신한다. L1은 P 코드(Precise code) 및 C/A 코드(Coarse/Acquisition)을 반송하며, L2는 P 코드를 반송한다. 이들 코드에 항법 데이터가 중첩되며, L1과 L2에 의해 반송된다. 지상관제 부분의 구성는 5개의 감시국으로 이루어져 있으며, 이들 중에서 3개는 상향 링크(Up-Link)로 전송하는 기능이다. 감시국은 GPS 수신기를 이용하여 보이는 모든 위성을 수정적으로 추적하며 거리 측정 데이터를 축적한다. 감시국에서 수집된 정보는 주관제소에서 처리되어 GPS 위성의 궤도 결정 및 제어에 사용된다. 사용자 부문은 안테나와 수신기로 구성되어 있으며, 위성신호를 수신하여 위치, 속도 및 시간을 계산한다. GPS에 의한 측위는 위성으로부터 발사되는 전파의 지연시간을 측정하고 궤도로부터의 거리에서 현재의 위치를 구하는 방법이다, GPS위성은 현재 24개가 12시간의 주기로 자신의 주어진 궤도를 정확하게 돌고 있다. 24개의 위성은 6개의 궤도에 각각 4개의 위성이 배치되어 있다. 위성은 자신의 ID코드와 궤도위치, 시간정보를 송출한다. GPS수신기는 위성에서 발사하는 이들 정보들을 수신하여 자신의 위치를 계산한다. 2개의 위성정보를 받으면 자신이 위치한 궤적을 유추할 수 있고, 3개의 위성정보를 받으면 평면상의 한 점으로 자신의 위치가 파악되며, 4개의 위성정보를 받으면 입체면상의 한 지점으로 위치식별이 가능하게 된다. GPS의 측위는 거리측정방식에의한 삼각법(Triangulation)을 이 용하는데, C/A코드를 이용하여 위성과 수신기 안테나간의 거리를 구 한다. 위성은 항상 1575.42MHz의 L1주파에 C/A코드를 실어서 방송하 고 있고, 수신기에서도 똑같은 코드를 발생시켜 수신된 위성의 코드 와 비교하여 위성의 신호가 위성을 떠나 수신기까지 도착하는데 소 요된 시간을 측정한다. 따라서, 광속(위성신호의 속도) x 소요시간 으로 위성과 수신기간의 거리를 측정하게 된다. C/A코드는 그 자체가 거의 잡음에 가까운 의사잡음부호(Pseudo Random Noise Code)로 구성되어 있고 또한 상기와 같이 구한 거리 는 오차를 포함하고 있가 때문에 이를 의사거리(Pseudo Range)라고 부른다.

현재 국내의 어업 관리력은 인접 국가의 어업 정책에 대처하고 국내 어업생산력을 보호하기 위해 한단계 증진될 필요가 있다. 이를 위해선 기존의 관리방식 보다 좀더 전산적이고 자동적인 시스템이 도입되어야 한다. 더붙혀 1척의 감시선이 관리할 수 있는 감시범위를 넓히고 감시하는데에 드는 비용을 최소화 할 수 있다면 더욱 좋을 것이다. 본 발명은 전파를 이용하여 육안보도 넓은 지역을 좀더 정확하게 관리할 수 있도록 하였으며, 감시선의 정보처리시스템부에 어선 식별 및 정보 표시부를 ECDIS로 선정하여 식별된 어선의 상황을 좀 더 쉽고 일목요연하게 표시함은 물론 감시선의 운행에도 도움을 주도록 하였다. 또한 본 시스템을 기존의 어업 감시선에 쉽게 설치할 수 있고 동작시 추가 비용이 발생하지 않아 적은 설치비용으로 보다 강력한 어업 관리 및 감시를 가능하게 한다. 이와 같은 이유로 본 시스템은 분명 국내 어업 관리력을 한단계 높혀 줄 것으로 기대되며, 이러한 어업 관리력 향상은 '어업 자원의 보호','안전조업 지원','해상경비력 위상제고','해상경비 시스템화','경제적 수익'등의 긍정적인 요소들을 발생 시킴으로 선진 해양 국가 건설에 이바지 할 수 있을 것으로 기대된다.

Claims (1)

1. 타선에서 반사되어 오는 레이더 신호를 보내주는 RADAR(1)부와 ECDIS기반에서 타선의 위치를 출력하고 여러 가지 정보를 나타내는 운영시스템(3)부와 전자해도기반의 항해지원시스템인 ECDIS(5)와 감시선부와 소형어선부간의 데이터교환을 가능하게 하는 RF(7)부와 RF통신을 제어하는 제어(9)부와 ECDIS에 각종 센서신호를 인터페이스하는 센서(11)부와 선박의 경도,위도 정보를 얻게 해주는 GPS(13)부를 포함하는 것을 특징으로 하는 어선자동식별 및 감시시스템.