KR20180088058A - 연안 해상 중장거리 조난자 추적 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연안 해상 중장거리 조난자 추적 시스템에 관한 것으로서, RF 신호 및 GPS 신호를 송수신하여 처리하는 송수신 단말 간의 장거리, 저전력, 비면허 대역의 무선 통신이 가능하도록 하는 연안 해상 중장거리 조난자 추적 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 연안 해상 중장거리 조난자 추적 시스템은 RF 신호를 송신하는 송신 RF 모듈(110), GPS 신호를 수신하는 GPS 모듈(120), 및 RF 신호 및 상기 GPS 신호를 처리하는 프로세서 모듈(130)을 구비하는 복수 개의 송신 단말(100); 및 RF 신호를 수신하는 수신 RF 모듈(210), GPS 신호를 수신하는 GPS 모듈(220), 및 RF 신호 및 GPS 신호를 처리하는 프로세서 모듈(230)을 구비하는 수신 단말(200); 을 포함하여 구성하되, 송신 RF 모듈(110) 및 수신 RF 모듈(120)은 LoRa(Long Range) 무선 통신 방식을 이용하여 GPS 모듈(120, 220)로부터 수신한 GPS 신호에 따른 송/수신 단말(100, 200)의 위치 정보 및 송/수신 단말(100, 200)의 고유 ID를 송수신하는 것을 특징으로 한다.

Description

연안 해상 중장거리 조난자 추적 시스템{Medium to long-range victim racking and tracing system on coastal areas}
본 발명은 연안 해상 중장거리 조난자 추적 시스템에 관한 것으로서, RF 신호 및 GPS 신호를 송수신하여 처리하는 송수신 단말 간의 장거리, 저전력, 비면허 대역의 무선 통신이 가능하도록 하는 연안 해상 중장거리 조난자 추적 시스템에 관한 것이다.
현대 사회에서는 위치 정보를 이용하는 다양한 서비스들이 출현해왔고 그 정보를 통해 경제적 부가가치를 최대로 하기 위한 다양한 시도가 이루어져 왔다. 대부분의 서비스에서는 기존 통신망을 활용하여 경제적인 효과와 생활의 편리성을 추구하였다. 하지만, 기존의 상용 통신망이 도달할 수 없는 해상에서 안전에 위협을 주는 상황이 발생하였을 경우를 위한 서비스는 찾아보기 어려우며, 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 최적의 통신 기술을 이용한 위치정보 서비스가 필요하다.
일반적인 위치 정보 서비스로 GPS(Global Positioning System)가 있으며, GPS는 인공위성을 이용하여 현재 자신의 위치를 정확히 알 수 있는 시스템으로, GPS 수신기로 3개 이상의 위성으로부터 정확한 시간과 거리를 측정하여 3개의 각각 다른 거리를 삼각 방법에 의하여 현 위치의 위치정보를 정확히 계산할 수 있다. GPS를 이용하며, 위도 및 경도 그리고 고도의 위치뿐만 아니라 3차원의 속도정보와 함께 정확한 시간까지 얻을 수 있으며, GPS는 현재 단순한 위치정보 제공에서부터 항공기, 선박, 자동차의 자동항법 및 교통관제, 유조선의 충돌방지, 대형 토목 공사의 정밀 측량, 지도제작 등 광범위한 분야에 응용되고 있으며, GPS 수신기는 개인 휴대용에서부터 위성 탑재용까지 다양하게 개발되고 있다.
종래기술인 대한민국 등록특허공보 제10-0910519호 "GPS 송신용 모듈"에는 위성신호를 수신하여 수신기의 위치를 계산할 수 있는 GPS 수신기에 결합되는 송수신모듈에 있어서, 안테나로부터 수신되는 위성 신호를 처리하는 RF 칩과, 상기 RF 칩에 수신되는 위성 신호에 의해 상기 GPS 수신기의 위치를 계산하기 위한 프로그램이 저장된 저장부와, 상기 송수신모듈의 정보를 상기 GPS 수신기에 전달하는 인터페이스부, 및 상기 저장부를 상기 인터페이스부에 연결시키거나, 상기 RF 칩을 상기 인터페이스부에 연결시키기 위한 경로를 선택하는 선택부를 포함하는 송수신모듈을 제공하는 기술이 개시되어 있다.
한편, 국내 해상 사고 통계를 살펴보면 해상 활동 시 발생할 수 있는 사고 중 레저 다이빙의 경우 한국 다이빙 사고는 연평균 약 30건 정도일 것으로 추정하고 있다. 이러한 사고 발생 시 해상에서의 개인의 위치정보를 송신하는 상용 기술은 코스파스-사셋(COSPAS-SARSAT) 시스템(미국, 유럽 등의 선진 국가들이 다수 참여한 범세계적인 육상, 해상 공중 재난 구조 긴급통신 지원 프로그램)을 이용한 PLB(Personal Locator Beacon)가 있다. 이는 저궤도 위성(LEO:Low Earth Orbit)을 이용한 송수신 기술이다. 코스파스-사셋 재난 구조 방법을 이용하면 다양하고 광범위한 구조 활동에는 도움이 되나, 조난신호 접수에서 조난위치 확정까지 평균 1시간 이상이 소요되고, 위치 정확도가 수 Km 정도로 범위가 넓은 편이다. 따라서, 연안 해상 활동 시에 보급되고 사용되기에는 신속 정확한 위치 파악이 어려우며, 더우기 송수신기의 높은 가격, 큰 부피, 높은 전력소모량 등의 문제점이 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 연안 해상에서 조난사고 시 기존에 사용되던 코스파스-사셋 시스템을 이용하지 않고, 소그룹에서의 해상 위치 정보 파악을 위하여 장거리, 저전력, 비면허 대역의 무선통신 기술인 LoRa(Long Range)를 이용한 무선 송수신 단말기를 구현하기 위한 목적이 있다.
또한, 본 발명은 인명사고 발생 시 신속한 구조를 위해 20Km 이내의 통신 거리를 제공하고 저전력 사용이 가능한 중장거리 무선 통신의 이용 및 1대N 방식의 송수신 단말 간 무선 통신을 구현하기 위한 다른 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 연안 해상 중장거리 조난자 추적 시스템에 있어서, RF 신호를 송신하는 송신 RF 모듈, GPS 신호를 수신하는 GPS 모듈 및 상기 RF 신호 및 상기 GPS 신호를 처리하는 프로세서 모듈을 구비하는 복수 개의 송신 단말; 및 RF 신호를 수신하는 수신 RF 모듈, GPS 신호를 수신하는 GPS 모듈 및 상기 RF 신호 및 상기 GPS 신호를 처리하는 프로세서 모듈) 구비하는 수신 단말; 을 포함하여 구성하되, 상기 송신 RF 모듈 및 상기 수신 RF 모듈은 LoRa(Long Range) 무선 통신 방식을 이용하여 상기 GPS 모듈로부터 수신한 GPS 신호에 따른 송/수신 단말의 위치정보와 상기 송/수신 단말의 고유 ID를 송수신하는 것을 특징으로 하는 연안 해상 중장거리 조난자 추적 시스템에 의해 달성된다.
또한, 본 발명은 상기 수신 RF 모듈이 수신한 상기 송신 단말의 위치 정보와 상기 수신 단말이 자신의 상기 GPS 모듈로부터 획득한 상기 수신 단말의 위치 정보를 지속적으로 비교하여, 상기 송신 단말과 상기 수신 단말의 상대적인 이동 방향 및 속도를 측정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 송신 단말은 복수 개로 구비되며, 상기 수신 단말과 복수 개의 상기 송신 단말이 1:N 방식으로 무선 통신하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 송신 단말 및 상기 수신 단말은 휴대용으로 구성하여, 스마트 기기에 구비되는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 연안 해상 중장거리 조난자 추적 시스템은 연안 해상에서 조난사고 시 기존에 사용되던 코스파스-사셋 시스템을 이용하지 않고, 소그룹에서의 해상 위치 정보 파악을 위하여 장거리, 저전력, 비면허 대역 무선통신 기술인 LoRa를 이용한 무선 송수신 단말기를 구현하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 인명사고 발생 시 신속한 구조를 위해 20Km 이내의 통신 거리를 제공하고 저전력 사용이 가능한 중장거리 무선 통신의 이용 및 1대N 방식의 송수신 단말 간 무선 통신을 구현하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 별도의 통신망 사용료가 지불되지 않으며, 별도의 전용 중계기가 불필요하고, 저비용으로 구성이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연안 해상 중장거리 조난자 추적 시스템의 구성도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 연안 해상 중장거리 조난자 추적 시스템의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 연안 해상 중장거리 조난자 추적 시스템에 있어서, RF 신호를 송신하는 송신 RF 모듈(110), GPS 신호를 수신하는 GPS 모듈(120) 및 상기 RF 신호 및 상기 GPS 신호를 처리하는 프로세서 모듈(130)을 구비하는 송신 단말(100); 및 RF 신호를 수신하는 수신 RF 모듈(210), GPS 신호를 수신하는 GPS 모듈(220) 및 상기 RF 신호 및 상기 GPS 신호를 처리하는 프로세서 모듈(230)을 구비하는 수신 단말(200); 을 포함하여 구성하되, 상기 송신 RF 모듈(110) 및 상기 수신 RF 모듈(120)은 LoRa 무선 통신 방식을 이용하여 상기 GPS 모듈(120, 220)로부터 수신한 GPS 신호에 따른 송/수신 단말(100, 200)의 위치 정보 및 상기 송/수신 단말(100, 200)의 고유 ID를 송수신하는 것을 특징으로 한다.
송/수신 단말(100, 200)의 각 GPS 모듈(120, 220)은 하나 이상의 GPS위성으로부터 GPS신호를 수신하고 수신된 GPS신호를 이용하여 현재 위도 및 경도 등의 좌표를 연산하는 모듈로, 3개 이상의 GPS 위성으로부터 송신된 신호와 수신기에서 수신된 신호의 시간차를 측정하면 위성과 수신기 사이의 거리를 구할 수 있다. 최소한 3개의 위성과의 거리와 각 위성의 위치를 알게 되면 삼변측량에서와 같은 방법을 이용해 수신기의 위치를 계산할 수 있다. 그러나 시계가 완전히 정확하지 않기 때문에 오차를 보정하고자 보통 4개 이상의 위성을 이용해 위치를 결정하게 된다.
본 발명에 있어서, GPS 모듈(120, 220)의 인터페이스로 UART, 스마트 안테나가 내장되는 SMART GPS 모듈을 사용한다. 한편, SMART GPS 모듈은 GPGSV(측정에 사용된 위성 수, 위성의 고유번호, 고도, 방위각, 신호대비 잡음비율), GPGLL(위도, 경도, 시간, 위성 상태), GPRMC(시간, 위도, 경도, 고도, 시스템장애, 속도, 경로, 날짜), GPVTG(진행 방향, 속도 정보), GPGGA(시간, 경도, 위도, 시스템의 품질, 사용된 위성 수, 고도의 정보), GPGSA(시간, 경도, 위도, 시스템의 품질, 사용된 위성 수, 고도의 정보)와 같이 여러 가지 정보를 수신하게 되는데, 이러한 많은 정보 가운데 위도, 경도 정보만을 추출할 수 있도록 프로그램을 작성하였다.
프로세서 모듈(130, 230)은 송/수신 단말(100, 200)에서 받은 데이터를 처리하는 모듈로서, 수신 RF 모듈(210)이 수신한 송신 단말(100)의 위치 정보와 수신 단말(200)이 자신의 GPS 모듈(220)로부터 획득한 수신 단말(200)의 위치 정보를 지속적으로 비교하여, 송신 단말(100)과 수신 단말(200)의 상대적인 이동 방향 및 속도를 측정하도록 한다.
RF(Radio Frequency) 송/수신 모듈(110, 210)은 GPS 모듈(120, 220)로부터 수신한 위치 정보와 송/수신 단말(100, 200)의 고유 ID를 RF 무선 통신으로 송수신하는 모듈로서, 특히 로라(LoRa) 무선 통신 모듈인 PLM100을 사용하는데, PLM100은 IoT 시대를 위한 새로운 Wi-Fi 규격인 802.11 ah와 같은 900MHz 주파수 대역을 사용하며, 출력은 국내 허용 최대 규격인 10dBm(10mW)를 사용한다.
네트워크 장비, 기술 기업들 통신사업자들은 저전력 광대역 네트워크(Low Power Wide Area Network, LPWAN) 기술 표준화를 위해 "LoRa Alliance"를 2014년 결성했다. 이는 스마트 시티 애플리케이션을 비롯한 IoT, M2M을 구현하기 위한 기술을 확산시킬 목적으로 결성되었으며 통신사업자 간 네트워크 및 서비스 호환성을 위한 지식과 경험 공유를 통해 LoRaWAN 글로벌 채택 촉진을 도모하고 있다.
LPWAN 기술은 수백에서 수천 bit/s의 낮은 데이터 전송률을 가지지만, Long-Range Connection과 전력 소모량이 적고 소규모 기기에서 동작이 가능하도록 한다.
LoRa는 고유의 전파 스펙트럼 변조 기법이며, LoRa 무선통신 기술의 특징은 표 1에 나타낸 바와 같이, 여러 가지 무선통신 기술(RFID, Bluetooth, Zigbee, Wi-Fi 등)과 비교해 보면, 낮은 전력 사용과 300Kbps의 전송속도, 21Km 이내의 전송 범위와 낮은 비용의 특징을 가지며, LoRa 무선통신에서 사용하고 있는 900Mhz 대역의 출력기준이 국내에서 기존 10mW에서 200mW로 전파법 시행령 개정을 통하여 대폭 상향을 계획하고 있어서 더 나은 성능이 기대된다.
무선 통신 기술의 비교
종류구분 형태 전력 속도 범위 응용 비용
RFID P2P 매우 낮음 400Kbps < 3m 물품 태그 낮음
Bluetooth Star 낮음 700Kbps < 30m 데이터 교환 낮음
ZigBee Mesh, star 매우 낮음 250Kbps 10~300m 센싱 보통
Wi-Fi Star Low-High 1~100Mbps 4~20m 인터넷 보통
ISA100.11.a Mesh, star 매우 낮음 250Kbps 200m 산업용 센싱 보통
LoRa Mesh, star 낮음 300Kbps < 21Km 산업용 센싱 낮음
Wi-MAX Mesh 높음 11~100Mbps 50Km 브로드밴드 높음
3G/4G Mesh 높음 1.8~7.2Mbps Cell 범위 셀룰러폰 높음
한편, 송신 단말(100)은 복수 개로 구비되며, 수신 단말(200)에 대하여 적어도 하나 이상의 송신 단말(100)이 1:N 방식으로 무선 통신하도록 한다.
또한, 송신 단말(100) 및 수신 단말(200)은 휴대용으로 구성하여, 스마트폰을 비롯한 스마트 기기에 구비되도록 할 수 있으며, 이에 따라 레저 다이빙 등의 연안 해상 활동에서의 개인 사고 등에 유연하게 대처할 수 있도록 한다. 휴대용으로 구성할 경우 상시 전원과 달리 별도의 배터리를 구비하도록 한다.
물론, 송/수신 단말(100, 200)의 각 GPS 모듈(120, 220)은 스마트 기기에 기 구현된 GPS 모듈로 대체하여 구성할 수도 있다.
한편, 송/수신 단말(100, 200)은 조작부(미도시)와, 디스플레이부(미도시), 송/수신 정보를 저장하기 위한 저장부(미도시)를 추가로 구비할 수 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
100 : 송신 단말 110 : (송신 단말의) RF 모듈
120 : (송신 단말의) GPS 모듈 130 : (송신 단말의) 프로세서 모듈
200 : 수신 단말 210 : (수신 단말의) RF 모듈
220 : (수신 단말의) GPS 모듈 230 : (수신 단말의) 프로세서 모듈

Claims (4)

  1. 연안 해상 중장거리 조난자 추적 시스템에 있어서,
    RF 신호를 송신하는 송신 RF 모듈(110), GPS 신호를 수신하는 GPS 모듈(120) 및 상기 RF 신호 및 상기 GPS 신호를 처리하는 프로세서 모듈(130)을 구비하는 송신 단말(100); 및
    RF 신호를 수신하는 수신 RF 모듈(210), GPS 신호를 수신하는 GPS 모듈(220) 및 상기 RF 신호 및 상기 GPS 신호를 처리하는 프로세서 모듈(230)을 구비하는 수신 단말(200); 을 포함하여 구성하되,
    상기 송신 RF 모듈(110) 및 상기 수신 RF 모듈(120)은 LoRa(Long Range) 무선 통신 방식을 이용하여 상기 GPS 모듈(120, 220)로부터 수신한 GPS 신호에 따른 송/수신 단말(100, 200)의 위치 정보 및 상기 송/수신 단말(100, 200)의 고유 ID를 송수신하는 것을 특징으로 하는 연안 해상 중장거리 조난자 추적 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수신 RF 모듈(210)이 수신한 상기 송신 단말(100)의 위치 정보와 상기 수신 단말(200)이 자신의 상기 GPS 모듈(220)로부터 획득한 상기 수신 단말(200)의 위치 정보를 지속적으로 비교하여, 상기 송신 단말(100)과 상기 수신 단말(200)의 이동 방향 및 속도를 측정하는 것을 특징으로 하는 연안 해상 중장거리 조난자 추적 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 송신 단말(100)은 복수 개로 구비되며, 상기 수신 단말(200)과 복수 개의 상기 송신 단말(100)이 1:N 방식으로 무선 통신하는 것을 특징으로 하는 연안 해상 중장거리 조난자 추적 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 송신 단말(100) 및 상기 수신 단말(200)은 휴대용으로 구성하여, 스마트 기기에 구비되는 것을 특징으로 하는 연안 해상 중장거리 조난자 추적 시스템.







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