KR20200101132A - LoRa 기반 위치정보 송수신기 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예는 LoRa 기반 위치정보 송수신기에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 5마일 유효전송거리 및 IPx8 방수 기능을 갖는 LoRa 기반 위치정보 송수신기를 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예는 어망 또는 어구에 장착되어, 상기 어망 또는 어구의 위치 정보를 전송하는 LoRa 송신기; 및 선박에 장착되어, 상기 LoRa 송신기로부터 위치 정보를 수신하고, 해당 선박의 위치 정보를 생성하는 LoRa 수신기를 포함하는 LoRa 기반 위치정보 송수신기를 개시한다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예는 어망 또는 어구에 장착되어, 상기 어망 또는 어구의 위치 정보를 전송하는 LoRa 송신기; 및 선박에 장착되어, 상기 LoRa 송신기로부터 위치 정보를 수신하고, 해당 선박의 위치 정보를 생성하는 LoRa 수신기를 포함하는 LoRa 기반 위치정보 송수신기를 개시한다.
Description
본 발명의 일 실시예는 LoRa 기반 위치정보 송수신기에 관한 것이다.
근래에, 국제적인 환경 변화 현상의 하나인 엘리뇨 현상 등으로 인해 급격한 수온 변화와 같은 해양 환경의 변화가 심해지고 있으며, 어업 자원의 고갈로 인해 주변 국가 외국 어선의 국내 어업권 침해 등 어장의 주변 환경변화가 급격하게 진행되고 있다.
이러한 어장 주변 환경 변화에 따라 국내 어장을 더욱 효율적으로 관리하기 위해 능동적이며 적극적인 대처 방안이 요구되고 있으나, 육지로부터 멀리 떨어진 바다 위라는 어장의 특수한 환경으로 인해 효과적이고 현실적인 대처 방안이 도출되지 못하고 있는 실정이다.
예를 들어, 어류를 채집하기 위해서는, 육지로부터 먼 거리에 이격된 바다에 어망을 설치한 후 다시 육지로 복귀하여 어망에 어류들이 충분히 유입될 수 있는 시간을 대기하게 된다. 일례로 전일 저녁에 어망을 설치하고 익일 새벽에 어망을 수거하는 방식으로 어류 채집이 이루어질 수 있다. 어망을 설치한 후에는 비교적 긴 시간 동안 어망이 그대로 방치되기 때문에, 해류나 파도 등에 의해 어망의 위치가 설치한 위치로부터 먼 거리 이동할 수 있으며, 다른 어선 등에 의해 설치된 어망이 도난당하거나 멸실될 수도 있다.
종래에는, 어망을 설치한 후 대기하는 시간 동안 어망의 이동이나 도난 또는 어망에 채집된 어류의 양 등에 대해 전혀 정보를 얻을 수 없으므로, 어망을 수거해야 하는 위치를 쉽게 찾을 수 없거나 도난 또는 멸실의 경우에 그에 대한 신속한 조치를 할 수 없는 문제가 있었다. 또한, 종래에는, 어망 내에 충분히 어류가 유입되어 어망을 수거할 수 있음에도 불필요하게 대기 시간을 허비하게 되는 문제점이 있다.
어구 폐기물이 증가하여 환경 오염이 날로 심각해 지고 있는 상황에서, 안전항해를 지원하면서, 폐어구를 줄이는데 도움을 주는 시스템이 필요해지고 있다. 이에 따라, 관련 업계에서는 어망 및 어구의 위치를 실시간으로 감시하여, 어구를 추적하는 시간을 줄이며, 연료 절감 및 어획량을 증대 할 수 있는 시스템을 필요로 하고 있다.
다시 말해, 어망의 위치를 실시간 추적함으로써, 인위적인 어구의 도난을 감지할 수 있으며, 유실 여부도 확인할 수 있는 시스템의 개발이 절실해지고 있다.
본 발명의 일 실시예는 5마일 유효전송거리 및 IPx8 방수 기능을 갖는 LoRa 기반 위치정보 송수신기를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 LoRa 기반 위치정보 송수신기는 어망 또는 어구에 장착되어, 상기 어망 또는 어구의 위치 정보를 전송하는 LoRa 송신기; 및 선박에 장착되어, 상기 LoRa 송신기로부터 위치 정보를 수신하고, 해당 선박의 위치 정보를 생성하는 LoRa 수신기를 포함할 수 있다.
상기 LoRa 수신기는, 미리 설치된 위치 표시 프로그램을 실행하여, 상기 LoRa 송신기로부터 수신된 각각의 위치 정보를 전자 해도 상에 표시하고, 상기 LoRa 수신기에서 표시되는 어망 또는 어구의 위치 정보와 상기 선박의 위치 정보는 미리 설정된 연동 형식이나 AIS 표준 신호로 변환되어 표시될 수 있다.
상기 LoRa 송신기는 IPx8 이상의 방수기능을 가지도록 방수재질의 몸체부를 구비하고, 상기 몸체부의 내부 상부 영역에 LoRa 송신모듈, 안테나 및 배터리를 구비하고, 상기 몸체부의 내부 하부 영역에 충전기가 구비되고, 상기 LoRa 수신기는 두 개의 직렬통신 신호를 모아 하나의 포트로 출력하는 NMEA 0183 Muxer를 구비할 수 있다.
상기 LoRa 수신기에는 일대 다자간 통신프로토콜을 위하여 신호를 LoRa 방식으로 주기적으로 송신하되, 상기 선박의 위치 정보 생성을 위하여 GPS 정보를 생성하는 GPS 칩을 구비하고, 상기 GPS 칩의 온오프를 제어하는 스위치부를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 LoRa 기반 위치정보 송수신기는 IPx8 레벨 이상의 방수 기능을 구현하고, 이를 통하여 어망 소실, 유실 및 도난 등의 방지로 폐어망의 발생을 줄일 수 있으며 환경 보전에도 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LoRa 기반 위치정보 송수신기를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 LoRa 송신기를 개략적으로 나타내는 블럭도이다.
도 3은 도 1의 LoRa 수신기를 개략적으로 나타내는 블럭도이다.
도 4는 도 1의 LoRa 수신기의 표시부를 통하여 위치 정보를 전자 해도 상에 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 LoRa 송신기를 개략적으로 나타내는 블럭도이다.
도 3은 도 1의 LoRa 수신기를 개략적으로 나타내는 블럭도이다.
도 4는 도 1의 LoRa 수신기의 표시부를 통하여 위치 정보를 전자 해도 상에 나타내는 도면이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LoRa 기반 위치정보 송수신기를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 LoRa 송신기를 개략적으로 나타내는 블록도이며, 도 3은 도 1의 LoRa 수신기를 개략적으로 나타내는 블록도이고, 도 4는 도 1의 LoRa 수신기의 표시부를 통하여 위치 정보를 전자 해도 상에 나타내는 도면이다.
LoRa(Long Range)는 저전력 장거리 통신기술 중 하나로, 광범위한 커버리지와 적은 대역폭, 긴 배터리 수명과 저전력 등의 특징을 갖는 IoT 전용 네트워크 기술을 의미한다. 여기서, LoRa 통신망은 LoRa 기지국, LoRa 게이트웨이 등 다양한 인터넷 중계기기로 이루어질 수 있다.
본 발명에서는 어망 위치정보 송수신기에 LoRa 통신기술을 접목하여, 어망 소실, 유실 및 도난 등의 방지로 폐어망의 발생을 줄이고 환경 보전에도 기여하게 될 것이다.
본 발명에서는 LoRa 송신기 및 수신기를 이용하여 유효 전송 거리를 5마일로 확장하고, 무게를 가볍게 하여 높은 곳에 장착할 수 있도록 한다
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 LoRa 기반 위치정보 송수신기는 유효 전송거리 5마일, IPx8 방수 기능을 갖는 LoRa 기반의 위치 송수신기로서, LoRa 송신기(10) 및 LoRa 수신기(20)를 포함한다.
상기 LoRa 수신기(20)는 미리 정해진 시간에 따라 복수의 LoRa 송신기(10)의 활성화 상태를 제어하고, LoRa 송신기(10)가 활성화된 상태에서 LoRa 송신기(10)로부터 단말고유정보(시리얼넘버, 아이디 등)와 어망 또는 어구의 위치 정보를 수신하여 위치 표시 소프트웨어를 통하여 위치 표시장치에 표시할 수 있다.
LoRa 통신의 특성상 송수신되는 데이터는 Hex ASCII 값('0~9', 'A~F')만 허용될 수 있다. 이 때문에 '0'값 또는 'F'값이 어망 또는 어구의 위치 정보에서 차지하는 비중이 상당하다. 이에 따라, 본 실시예에서는, 어망 또는 어구의 위치 정보에서 '0'값 즉 널(null) 데이터 값 또는 'F' 데이터 값을 제거하되, 제거된 '0' 또는 'F' 값의 위치를 bit에 대응하여 위치정보를 생성하고, 널 데이터 값 또는 F 값을 제외한 제2 데이터 값('1~9', 'A~F')과 제2 데이터 즉 '0'값 또는 'F' 값 위치정보를 센서데이터로 구성하여 센서데이터를 압축시킬 수 있다.
예를 들어, 제1 데이터 값을 널 데이터 값으로 적용하는 경우, '44000F00??'이라는 센서데이터를 압축하게 되면 '44F'라는 제2 데이터 값과 '00111011??'라는 널 데이터 위치정보로 구성된 센서데이터를 제공함으로써, 압축된 데이터를 제공할 수 있다.
본 실시예에 따른 압축 방식으로 데이터를 압축하여 전송하면, 전송되는 정보는 압축 전과 동일하면서 데이터의 양이 감소하게 됨으로써, 통신을 위한 전력량이 감소되며 이로 인해 배터리의 수명이 연장될 수 있다.
본 실시예에 따른 데이터 압축 방식에서 제1 데이터 널 데이터 값이나 'F' 값으로만 고정되는 것이 아니라, 통상 데이터 처리 시 가장 많이 사용되는 비트 값을 제1 데이터 값으로 설정할 수 있다.
이때, LoRa 송신기(10)와 LoRa 수신기(20)간 에는 1 대 N 다자간 통신 프로토콜이 가능하도록, 선박 당 최대 24개 LoRa 송신기(10)를 동시에 사용할 수 있다. 또한, LoRa 송신기(10)는 위성으로부터 GPS 위성신호를 수신하여 송신하므로, 전류소모가 최소화되고, GPS 칩을 온오프 가능하게 하며, 전류 소모량을 계산하여 최대 1200 시간 연속 사용가능하도록 구현할 수 있다.
보다 구체적으로, LoRa 송신기(10)와 LoRa 수신기(20)는 전류소모를 최소화하기 위해 주기송신을 채택(30초, 1분, 2분, 5분, 10분, 15분 중 선택적으로 사용)하여 사용하고, GPS 칩을 주기적(1분, 5분, 10분 중 GPS 칩의 On 주기를 선택적으로 사용)으로 온(On)시킨 후, GPS 수신이 정상동작되는 것이 확인되면 오프(Off)시키게 된다.
상기 LoRa 송신기(10)는 어망 또는 어구에 장착되어, 어망 또는 어구의 위치 정보를 전송하는 장치로서, IPx8 레벨 이상의 방수 기능을 달성하도록, 즉 그물이 설치되는 환경에 맞게 1미터에서 10시간 잠겨도 방수가 가능하도록 방수 재질로 구성된다.
보다 구체적으로, 상기 LoRa 송신기(10)는 그물 부표에 장착하여 그물의 위치를 주기 별로 송신하는 역할을 수행한다. 이를 위하여, 상기 LoRa 송신기(10)는 IPx8 이상의 방수기능을 가지도록 방수재질의 몸체부(101)를 구비하고, 몸체부(101)의 내부 상부 영역에 LoRa 송신모듈(110), 안테나(미도시) 및 배터리(미도시)를 구비하고, 몸체부(101)의 내부 하부 영역에 충전기(미도시)가 구비된다.
이때, 상기 몸체부(101)는 야간에 위치 확인을 위해 투명 재질에 경광등이 구비될 수 있다.
이와 같이 구성된 LoRa 송신기(10)는 증강 현실 기반 AIS 정보 표시하는 소형선박 및 어선용 항해 시스템, 어망 위치 추적이 가능한 어구 관리 시스템 등과 같이 해상 분야에 적용될 수 있고, 나아가 보안 분야의 도둑 침입 감시 카메라, 자율 운항 선박의 상황 인식 시스템, 인면 수색 구조 시스템으로 활용될 수 있다.
또한, 상기 LoRa 송신기(10)는 LPWA 기술을 적용하여 저전력, 원거리(16 km, 10마일(육리, statute mile, 1.609미터)) 전송이 가능하고, 소형 저전력으로 제작하여, 무게를 줄임으로써, 부표 장착 시에 가능한 높은 곳에 달 수 있으므로(무게에 의해 넘어지지 않는 범위), 전송거리 확장이 용이하다.
또한, 상기 LoRa 송신기(10)는 송신 주기를 길게 15분으로 하고 클래스 A 통신 프로파일을 사용하면 10마일(16km, 8해리까지 통신 가능)까지 통신이 가능하고, 아울러, 안테나 임피던스 매칭 기술을 적용하여 전송 거리를 확장시킬 수 있으며, 15분 송신 간격으로 1200시간 이상 사용 가능하다.
상기 LoRa 송신기(10)는 어망 또는 어구에 장착하여 위치를 송신하기 위하여, 어망 또는 어구에 부착되면 몇 십 시간 이상을 물에 잠겨 있고, 투망 및 양망 시에 과도한 충격에 노출되므로 이러한 점으로 인하여 IPx8 이상의 방수구조와 튼튼한 내구성을 구비하고 있다.
또한, 일반적으로 상기 LoRa 송신기(10)의 무선데이타 통신의 성능은 통신 가능 거리로 판단하게 되는데, 출력을 높이면 멀리 송신 할 수 있지만, 그만큼 전력 소모가 많아 연속 사용시간이 짧아지는 단점이 있다. 충격에 강하게 제작되려면 우선 그 무게가 적게 나가야 되는데, 제품 대부분의 무게는 배터리 무게이므로, 소형화를 위한 회로를 설계하고, 최적 임피던스 조합을 찾는 안테나 배치를 구비한다.
또한, 상기 LoRa 송신기(10)는 사용기간을 보장하는 배터리 용량을 구비하고, GPS 위치정보를 수집하여 이를 주기별로 전송하는 펌웨어를 구비한다.
이를 위하여, 상기 LoRa 송신기(10)는 LoRa™ 통신 모듈을 소형화 33mm X 25mm 정도로 소형화하여 무게를 줄일 수 있게 된다.
상기 LoRa 송신기(10)의 몸체부(101)는, 하단에 충전기를 장착하고, 상단에 송신기 및 안테나, 배터리를 장착한 형태로 구현하여, 소형화하여 내구성이 강하도록 설계되어 있다.
보다 구체적으로, 상기 LoRa 송신기(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 몸체부(101) 내부에 LoRa 송신모듈(110), GPS부(120), 배터리 제어부(130) 및 제1 저장부(140)가 실장된 PCB 기판(미도시)이 안착된다.
즉, 상기 PCB 기판은 LoRa 송신모듈(110), GPS부(120), 배터리 제어부(130) 및 제1 저장부(140)를 포함한다. 도시되어 있지는 않지만, 상기 PCB 기판은 보조 배터리부를 더 포함할 수도 있다.
상기 GPS부(120)는 LoRa 송신기(10)가 설치된 어망의 위치를 나타내는 GPS 신호를 GPS 위성으로부터 수신한다. 일반적으로, GPS는 지구 상공의 정해진 궤도에 다수의 인공위성을 배치하여 지구상 어디에서나 위성에 의한 위치 정보를 제공받을 수 있도록 설계된 위성 항법 시스템이다. 지구 상공에 배치된 인공위성은 정해진 궤도를 따라 지구 주위를 공전하면서, 자신의 천체 위치와 시스템 시간을 포함하는 GPS 신호를 브로드캐스팅 하고, GPS부(120)는 적어도 4개의 인공위성으로부터 동시에 전송되는 지피에스 신호들의 상대적인 도착 시간들을 계산하여 정확한 시간과 자신의 위치를 결정하게 된다. 상기 GPS부(120)에 의하면 파도나 해류에 의해 어망의 위치가 변경되는 경우에도 지속적으로 LoRa 송신기(10)의 위치를 검출할 수 있으므로 쉽게 어망의 위치를 파악되도록 할 수 있다.
상기 배터리 제어부(130)는 미리 설정된 송신 주기에 따라 배터리의 전원량 및 전원 공급 정보를 검출하여 LoRa 송신 모듈(110)을 통하여 선박에 구비된 LoRa 수신기(20)로 전송한다. 이에 따라, 본 발명에서는 미리 설정된 송신 주기에 따라 LoRa 송신기(10)의 식별 정보 및 위치 정보와, 배터리의 전원량 및 전원 공급 정보를 검출하여 LoRa 송신 모듈(110)을 통하여 선박으로 전송하고 있기 때문에, 배터리의 소모량을 줄일 수 있고, 이에 따라 배터리의 수명을 연장시킬 수 있게 된다. 한편, 상기 송신 주기는 LoRa 송신기(10)에 설치된 딥 스위치(미도시)에 의하여 설정될 수 있다.
상기 제1 저장부(140)는 LoRa 송신기(10)의 식별 정보 및 위치 정보와, 배터리의 전원량 정보 및 전원 공급 정보를 저장한다.
상기 LoRa 송신모듈(110)은 안테나를 통하여 LoRa 송신기(10)의 식별 정보 및 위치 정보와, 배터리의 전원량 정보 및 전원 공급 정보를 선박으로 송신한다. 이때, 상기 LoRa 송신모듈(110)은 미리 설정된 송신주기에 따라 LoRa 송신기(10)의 식별 정보 및 위치 정보와, 배터리의 전원량 정보 및 전원 공급 정보를 암호화하여 송신한다.
도시되어 있지는 않지만, 상기 LoRa 송신기(10)에는 기상 감지부가 더 포함될 수 있다.
상기 기상 감지부는 LoRa 송신기(10) 외부의 기상 정보를 감지한다. 즉, 상기 기상 감지부는 LoRa 송신기(10) 주변의 조도 정보, 풍향, 파고 등을 감지하여 보호 캡 내부에 구비된 태양광 모듈(미도시)의 동작 여부를 결정하도록 할 수 있다.
한편, 상기 보조 배터리부는 기상 감지부에 의하여 감지된 기상 정보에 따라 태양광 모듈에 의하여 전원을 충전한다. 즉, 상기 보조 배터리부는 배터리 제어부(130)의 제어에 의하여 LoRa 송신기(10) 주변의 기상 정보에 일정 기준 값 이상의 조도값이 검출되는 경우 태양광 모듈에 보조 배터리부를 연결시켜 충전시키게 된다. 본 PCB 기판에 보조 배터리부가 포함되는 경우, 배터리 제어부(130)는 미리 설정된 송신 주기에 따라 보조 배터리부에 충전된 전원을 이용하여 선박으로 LoRa 송신기(10)의 식별 정보 및 위치 정보와, 배터리의 전원량 정보 및 충방전 정보를 송신할 수 있다. 또한, 상기 배터리 제어부(130)는 LoRa 송신기(10) 주변의 기상 정보에 일정 기준 값 이상의 조도값이 검출되는 경우 태양광 모듈에 보조 배터리부를 연결시켜 보조 배터리부를 충전시킬 수 있다.
상기 LoRa 수신기(20)는 선박에 장착되어, LoRa 송신기(10)로부터 위치 정보를 수신하고, 해당 선박의 위치 정보를 생성하는 장치이다.
상기 LoRa 수신기(20)는 어망 또는 어구의 위치 정보를 직렬 통신 포트 또는 블루투스 통신을 통하여 외부의 위치 표시장치(미도시) 또는 사용자 단말로 전송하고, 위치 표시장치위치 표시장치 및 스마트폰(미도시)에서도 위치를 확인하도록 할 수 있다.
상기 LoRa 수신기(20)는 두 개의 직렬통신 신호를 모아 하나의 포트로 출력하는 NMEA 0183 Muxer를 구비한다,
상기 LoRa 수신기(20)에서 송신되는 어망 또는 어구의 위치 정보와 선박의 위치 정보는 미리 설정된 연동 형식이나 AIS 표준 신호로 변환되어 송신될 수 있다.
상기 LoRa 수신기(20)에는 일대 다자간 통신프로토콜을 위하여 신호를 LoRa 방식으로 주기적으로 송신하되, 선박의 위치 정보 생성을 위하여 GPS 정보를 생성하는 GPS 칩을 구비하고, GPS 칩의 온오프를 제어하는 스위치부(214)를 구비할 수 있다.
즉, 상기 LoRa 수신기(20)는 최대 24개의 어망부이에 구비된 LoRa 송신기(10)로부터 위치를 전송 받아 위치 표시장치에 전송한다.
또한, 상기 LoRa 수신기(20)는 다른 기종의 디스플레이 장치와 연동하는 경우에는 AIS 메시지로 변환하여 전송함으로써 전용 위치 표시장치위치 표시장치가 아니더라도 다양한 GPS 플로터(Plotter, 미도시)와 연동하여 사용가능하다.
상기 LoRa 수신기(20)는 선박에 장착되어 선박 및 어망 또는 어구의 위치를 수신하며, 동시에 본선의 위치를 송신하는 기능도 가진다. 이때, 상기 LoRa 수신기(20)는 선내에 설치되므로 생활 방수 기능 정도면 되므로 특별히 방수기능을 추가 하지 않고, 일반 알루미늄 케이스에 안테나 커넥터와 전원 단자를 연결할 수 있도록 제작한다. 또한 두 개의 직렬통신 신호를 모아 하나의 포트로 출력하는 NMEA 0183 Muxer를 제작하여, 선박에 장착된 GPS 플로터와 연동할 경우에 사용하도록 한다.
특히, 상기 LoRa 송신기(10)에서 송신되는 선대 및 어망의 위치는 자체 형식 및 AIS 표준 신호로 변환되어 출력되도록 설계되어 있다. 자체 형식은 같이 개발되는 위치 표시 시스템에 연동될 경우에 사용되며, AIS 표준 신호는 외부 시스템 위치 정보를 전송해 주는 경우에 사용한다.
또한, 상기 LoRa 수신기(20)는 LoRa 송신기(10)로부터 송출되는 어망 또는 어구의 식별 정보 및 위치 정보와, 배터리의 전원량 정보 및 전원 공급 정보를 수신하여, LoRa 송신기(10)가 위치되는 해역의 전자해도 정보를 추출한 다음, 전자 해도 정보와 LoRa 송신기(10)로부터 수신된 정보를 기초로 전자 해도 상에 표시하도록 한다.
상기 LoRa 수신기(20)는 도 3에 도시된 바와 같이, 케이스(210) 내부에 LoRa 수신모듈(211), 제2 저장부(212), 신호 변환부(213), 스위치부(214) 및 제어부(215)가 실장된 PCB 기판을 포함한다.
상기 LoRa 수신모듈(211)은 LoRa 송신기(10)로부터 식별 정보 및 위치 정보와, 배터리의 전원량 정보 및 전원 공급 정보를 수신하는 장치로서, LoRa 송신기(10)로부터 식별 정보 및 위치 정보와, 배터리의 전원량 정보 및 전원 공급 정보를 수신한다.
또한, 상기 LoRa 수신모듈(211)은 GPS 수신부(미도시)를 더 포함하고, 3개 이상의 위성으로부터 정확한 시간과 거리를 측정하여 3개의 각각 다른 거리를 삼각 방법에 따라서 현 위치를 정확히 계산하여 현재 선박이 위치하는 지역의 좌표 정보를 산출한다.
상기 LoRa 수신모듈(211)은 제어부(215)로부터 전달되는 제어 명령 신호를 무선 통신이 가능한 무선 송신 신호로 변환한다. 예를 들어, 상기 LoRa 수신모듈(211)은 적용되는 통신규약에 따라 제어 명령 신호를 변조하고 코딩하며 주파수 변환을 통해 안테나로 전송 가능한 형태의 무선 송신 신호로 변환할 수 있다.
또한, 상기 LoRa 수신모듈(211)에 적용되는 무선 통신 방식은 어망이 설치되는 위치가 육지로부터 먼 거리 이격된 바다라는 점을 고려하여 장거리 무선 통신이 가능한 상용의 무선 통신 방식이 채용될 수 있다. 예를 들어, 일반적인 셀룰러 통신이 가능한 위치에서는 이동 통신망을 이용한 무선통신 방식이 채용될 수 있으며, 기지국과의 거리가 확보되지 않는 위치에서는 위성을 이용한 통신 방식이 채용될 수 있다.
상기 제2 저장부(212)는 LoRa 송신기(10)의 식별 정보 및 위치 정보와, 배터리의 전원량 정보 및 전원 공급 정보와, LoRa 송신기(10)가 위치된 해역의 전자 해도 정보를 저장한다. 이때, 상기 전자 해도 정보는 전자 해도 간이 시스템(ECS)에서 사용되는 전자 해도 정보인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2 저장부(212)는 사전 설정된 주기 마다 또는 이상 상태가 발생하는 경우에 제어부로부터 LoRa 송신기(10)의 식별 정보 및 위치 정보와, 배터리의 전원량 정보 및 전원 공급 정보와, LoRa 송신기(10)가 위치된 해역의 전자 해도 정보를 제공받아 저장할 수 있다. 상기 제2 저장부(212)는 상용의 플래시 메모리를 채용하여 구현될 수 있다.
상기 신호변환부(213)는 LoRa 수신기(20)에서 송신되는 어망 또는 어구의 위치 정보와 선박의 위치 정보를 미리 설정된 연동 형식이나 AIS 표준 신호로 변환한다. 즉, 상기 신호변환부(213)는 LoRa 송신기(10)에서 송신되는 선대 및 어망의 위치를 자체 형식 및 AIS 표준 신호로 변환되어 출력되도록 프로그래밍되어 있다.
상기 스위치부(214)는 LoRa 수신기(20)에 구비된 GPS칩의 온오프를 제어하는 역할을 수행하고, 이를 통하여 LoRa 수신기(20)의 배터리 용량을 절약시킬 수 있다.
상기 제어부(215)는 LoRa 송신기(10)로부터 송출되는 어망의 식별 정보 및 위치 정보와, 배터리의 전원량 정보 및 전원 공급 정보를 수신하여, LoRa 송신기(10)가 위치되는 해역의 전자 해도 정보를 추출한 다음, 전자 해도 정보와 LoRa 송신기(10)로부터 수신된 정보를 기초로 전자 해도 상에 표시하도록 선박 제어 장치를 구성하는 각 구성요소의 동작을 제어한다.
또한, 상기 제어부(215)는 LoRa 송신기(10)로부터 송출되는 어망의 식별 정보 및 위치 정보와, 배터리의 전원량 정보 및 전원 공급 정보를 지속적으로 수신하고, 수신된 정보를 분석하여 이상 상태가 발생하는 지 모니터링할 수 있다.
상기 제어부(215)는 수신되는 LoRa 송신기(10)로부터 송출되는 어망 또는 어구의 식별 정보 및 위치 정보와, 배터리의 전원량 정보 및 전원 공급 정보에 이상 상태가 발생하면, 즉시 LoRa 수신모듈(211)을 이용하여 이를 무선으로 송신할 수 있게 한다. 또한, 상기 제어부는 LoRa 송신기(10)로부터 송출되는 어망 또는 어구의 식별 정보 및 위치 정보와, 배터리의 전원량 정보 및 전원 공급 정보에 이상 상태가 발생하지 않더라도 사전 설정된 시간 주기마다 현재 정보를 무선 송신하게 할 수도 있다.
한편, 상기 LoRa 수신기(20)는 어망 또는 어구를 설치한 선주 등이 소유하는 선주 단말(미도시)과 무선 통신망으로 통하여 연결되어, LoRa 송신기(10)로부터 송출되는 어망의 식별 정보 및 위치 정보와, 배터리의 전원량 정보 및 전원 공급 정보와, 이상 상태 발생 시 이상 상태 발생 정보를 제공할 수 있다. 또한, 상기 선주 단말은 LoRa 송신기(10)로부터 수신된 정보를 디스플레이 화면을 통하여 표시하여 선주로 하여금 현재 LoRa 송신기(10)의 상태를 모니터링하게 할 수 있다.
상기 위치 표시장치는 미리 설치된 위치 표시 프로그램을 실행하여, LoRa 수신기(20)로부터 수신된 각각의 위치 정보를 전자 해도 상에 표시하는 장치이다.
이러한 위치 표시장치는 외부에 별도로 구비된 디스플레이 장치일 수도 있고, 선박 내에 LoRa 수신기(20)와 연동되도록 구비된 디스플레이 장치일 수도 있다.
이때, 상기 위치 표시장치가 선박 내에 구비된 표시장치 일 경우, 해당 표시 장치는 LoRa 송신기(10)의 식별 정보 및 위치 정보와, 배터리의 전원량 정보 및 전원 공급 정보와, LoRa 송신기(10)가 위치된 해역의 전자 해도 정보를 표시한다. 즉, 상기 표시장치는 전자 해도 상에 LoRa 송신기(10)의 식별 정보 및 위치 정보를 표시하고 LoRa 송신기(10)에 설치된 배터리의 전원량 정보 및 전원 공급 정보를 별도로 표시한다. 이를 위하여, 상기 표시장치는 LoRa 송신기(10)의 식별 정보 및 위치 정보와, 배터리의 전원량 정보 및 전원 공급 정보를 NMEA0183 AIS(Automatic Identification System) 정보로 출력하여, AIS 신호를 수신하는 GPS 플로터(Plotter)를 통하여 표시한다. 상기 GPS 플로터는 간이 전자해도 위에 GPS의 실시간 위치확인기능을 접목한 위치확인 장치이다.
상기 위치 표시장치는 LoRa 송신기(10)로부터 전송된 선대의 어선과 어망 위치 정보를 해석하여 전자해도 상에 표시하고, 어망 위치 확인과 추적을 위해서, 어망까지의 거리 방위 표시, 투망 위치 및 양망 위치 표시 등과 같은 어로 작업에 필요한 기능을 포함하고 있다.
또한, 본 LoRa 기반 위치정보 송수신기와 다기능 표시 장치를 이용한 어망 위치 추적 시스템은 시점 변환이 가능하며, 어망 또는 어구에 대하여 촬상을 수행하도록 배치되어 어망 또는 어구의 영상을 획득하는 카메라(미도시)를 더 포함할 수 있다.
상기 위치 표시장치는 카메라의 위치를 기준으로 한 공간계를 마련하고, 카메라의 관측 고도와 카메라에 의하여 획득된 어망 또는 어구의 영상 내의 수평선 위치를 이용하여 LoRa 수신기(20)로부터 수신된 각각의 위치 정보에 대응되는 공간계에서의 위치정보를 연산하며, 상기 연산된 위치 정보를 공간계에 표시할 수 있다.
이때, 상기 카메라는 시점 변환이 가능하며, 어망 또는 어구에 대하여 촬상을 수행하도록 배치되어 어망 또는 어구의 영상을 획득하는 장치이고, 카메라의 위치는 카메라가 설치된 지점의 위도, 경도 및 고도에 관한 정보를 포함하고 있다.
상기 카메라는 LoRa 송신기(10)가 설치된 어망 또는 어구에 대하여 촬상을 수행하여 어망 또는 어구의 영상을 생성한다. 본 실시예의 카메라는 소정 시점(camera view)으로 촬상을 수행할 수 있다. 선박은, 카메라의 시점에서 본 공간계에서 도 4에 도시된 바와 같이 표현될 수 있다.
상기 카메라의 시점은 가변적이다. 예컨대, 카메라는 360도 좌우 회전이 가능하며, 90도 틸드, 즉 상하 각도의 조정이 가능할 수 있다. 또한, 카메라는 줌 가변(줌인/줌아웃)이 가능할 수도 있다. 만일 카메라의 시점이 변화되면, 어망 또는 어구의 화면은 변화하며, 화면 상에서의 선박 의 위치도 함께 변화한다.
상기 제어부(215)는 카메라에 연결되어 카메라의 구동을 제어하고, 카메라의 촬상을 제어하고, 카메라의 시점을 조정할 수 있다. 상기 제어부(215)는 설정된 정보에 따라 카메라의 시점을 조정할 수도 있고, 외부 관리자의 요청에 따라 카메라의 시점을 조정할 수도 있다.
상기 제어부(215)는 별도의 통신 인터페이스를 통하여 항해 중인 적어도 하나의 선박과 통신을 수행하여 해당 선박으로부터 위치정보 및 기타 관련정보를 획득할 수 있고, 획득된 위치정보는 선박의 위치와 선수방위 정보를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 의한 선박은, 움직이지 않고 있는 선박은 물론, 항해 중인 선박과 같이 움직이는 선박을 포함한다. 예컨대, 상기 제어부는 RS 232 통신에 기초한 AIS(Automatic Identification System)를 이용하여 항해 중인 선박으로부터 선박에 관한 정보를 수신할 수 있다. 이와 같이 수신된 선박에 관한 정보에는 선박의 위치정보와 함께, 선박의 명칭 등과 같은 선박의 기타 관련정보가 포함될 수 있다.
상기 위치 표시장치는 카메라의 위치를 기준으로 한 공간계를 마련하고, 카메라의 관측 고도와 카메라에 의하여 획득된 어망 또는 어구의 영상 내의 수평선 위치를 이용하여 LoRa 수신기(20)로부터 수신된 각각의 위치 정보에 대응되는 공간계에서의 위치정보를 연산하며, 상기 연산된 위치 정보를 공간계에 표시할 수 있다.
또한, 상기 위치 표시장치는 선박의 위치와 선수방위 정보를 이용하여 선박의 선명과 속도, 침로를 공간계에서 상응하는 위치에 표시할 수 있다.
또한, 상기 위치 표시장치는 AIS 신호를 분석하여 카메라 영상 위에 중첩 표시하는 기능을 가지고, 카메라와 증강 현실을 접목하는 형태로도 제공가능하다.
자동조타기를 장착하고도 어선의 충돌 및 좌초 사고가 발생하는 경우가 있는데, 본 발명에서와 같이 카메라와 AIS 정보를 연동하는 안전항해 시스템을 사용하면 충돌 및 항로 이탈 경보를 통해, 직관적으로 위험을 인지하도록 하여 사고 발생을 줄이는데 도움을 줄 수 있다.
이와 같이, 상기 위치 표시장치는 Class B AIS와 카메라 연동하는 기술을 통하여 해양 교통 안전에 기여하고, 어망 부이 확인 등의 지능형 어로 장비로서 어로 자동화 및 선진화, 해양 환경 보전에 기여할 수 있고, 나아가 군사장비로도 활용 가능하며, LoRa를 소형으로 제작하여 승조원에게 부착하도록 하면, 향후 수색구조 시스템으로 활용이 가능하다.
상기 LoRa 송신기(10)의 외부면에 해수에 의한 금속표면의 부식현상을 방지하기 위하여 표면 도포 재료가 코팅되는 데, 이때 표면 도포 재료는 구아나디노 벤조이미다졸 20중량%, 옥시카르복시산엽 15중량%, 이미다졸린 티온 10중량%, 하프늄 15중량%, 유화몰리브덴(MoS2) 10중량%, 산화알루미늄 25중량%, 디글리시딜 아닐린 5중량%로 구성되며, 코팅두께는 7㎛로 형성할 수 있다.
구아나디노 벤조이미다졸, 옥시카르복시산엽, 이미다졸린 티온 및 디글리시딜 아닐린은 부식 방지 및 변색 방지 등의 역할을 한다.
하프늄은 내부식성이 있는 전이 금속원소로서 뛰어난 방수성, 내식성 등을 갖도록 역할을 한다.
유화몰리브덴은 코팅피막의 표면에 습동성과 윤활성 등을 부여하는 역할을 한다.
산화알루미늄은 내화도 및 화학적 안정성 등을 목적으로 첨가된다.
상기 구성 성분의 비율 및 코팅 두께를 상기와 같이 수치한정한 이유는, 본 발명자가 수차례 시험결과를 통해 분석한 결과, 상기 비율에서 최적의 부식방지 효과를 나타내었다.
상기 LoRa 수신기(20)의 외부면에는 오염물질의 부착방지 및 제거를 효과적으로 달성할 수 있도록 오염 방지도포용 조성물이 도포된 오염방지도포층이 형성될 수 있다.
상기 오염 방지 도포용 조성물은 암포디글리시네이트 및 솔비톨 에스테르가 1:0.01 ~ 1:2 몰비로 포함되어 있고, 암포디글리시네이트와 솔비톨 에스테르의 총함량은 전체 수용액에 대해 1 ~10 중량%이다.
상기 암포디글리시네이트 및 솔비톨 에스테르는 몰비로서 1:0.01 ~ 1:2가 바람직한 바, 몰비가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 기재의 도포성이 저하되거나 도포 후에 표면의 수분흡착이 증가하여 도포막이 제거되는 문제점이 있다.
상기 암포디글리시네이트 및 솔비톨 에스테르는 전제 조성물 수용액중 1 ~ 10 중량%가 바람직한 바, 1 중량% 미만이면 기재의 도포성이 저하되는 문제점이 있고, 10 중량%를 초과하면 도포막 두께의 증가로 인한 결정석출이 발생하기 쉽다.
한편, 본 오염 방지 도포용 조성물을 기재 상에 도포하는 방법으로는 스프레이법에 의해 도포하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 기재 상의 최종 도포막 두께는 500 ~ 2000Å이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1000 ~ 2000Å이다. 상기 도포막의 두께가 500 Å미만이면 고온 열처리의 경우에 열화되는 문제점이 있고, 2000 Å을 초과하면 도포 표면의 결정석출이 발생하기 쉬운 단점이 있다.
또한, 본 오염 방지 도포용 조성물은 암포디글리시네이트 0.1 몰 및 솔비톨 에스테르 0.05몰을 증류수 1000 ㎖에 첨가한 다음 교반하여 제조될 수 있다.
상기 위치표시장치의 표면에는 살균기능을 가진 방향제 물질이 코팅됨에 따라, 위치표시장치의 표면을 살균, (스트레스를 완화)하는 효과적인 작용을 한다.
한편, 방향제 물질에는 기능성 오일이 혼합될 수 있으며, 그 혼합비율은 방향제 95～97중량%에 기능성 오일 3～5중량%가 혼합되며, 기능성 오일은, 카다몸 오일(Cardamom oil) 50중량%, 마리골드 오일(Marigold oil) 50중량%로 이루어진다.
여기서 기능성 오일은 방향제에 대해 3～5중량%가 혼합되는 것이 바람직하다. 기능성 오일의 혼합비율이 3중량% 미만이면, 그 효과가 미미하며, 기능성 오일의 혼합비율이 3～5중량%를 초과하면 그 기능이 크게 향상되지 않는 반면에 제조 단가는 크게 증가된다.
카다몸 오일(Cardamom oil)의 주 화학성분은 terpineol, cineol 등이며, 신경통, 살균, 항울작용, 스트레스 완화작용 등에 좋은 효과가 있다.
마리골드 오일(Marigold oil)은 마리골드 꽃잎에서 추출한 오일로서, 피부 질환 치료, 살균, 가려움증 완화, 머리를 맑게 하고, 긴장완화 등에 작용효과가 우수하다.
이러한 기능성 오일이 위치표시장치의 표면에 코팅됨에 따라, 위치표시장치의 표면을 살균하는 우수한 작용효과를 나타낸다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 LoRa 기반 위치정보 송수신기를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
10: LoRa 송신기
20: LoRa 수신기
101: 몸체부 110: LoRa 송신모듈
120: GPS부 130: 배터리 제어부
140: 제1 저장부 201: 케이스
210: PCB 211: LoRa 수신모듈
212: 제2 저장부 213: 신호변환부
214: 스위치부 215: 제어부
101: 몸체부 110: LoRa 송신모듈
120: GPS부 130: 배터리 제어부
140: 제1 저장부 201: 케이스
210: PCB 211: LoRa 수신모듈
212: 제2 저장부 213: 신호변환부
214: 스위치부 215: 제어부
Claims (4)
- 어망 또는 어구에 장착되어, 상기 어망 또는 어구의 위치 정보를 전송하는 LoRa 송신기; 및
선박에 장착되어, 상기 LoRa 송신기로부터 위치 정보를 수신하고, 해당 선박의 위치 정보를 생성하는 LoRa 수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 LoRa 기반 위치정보 송수신기.
- 제1항에 있어서,
상기 LoRa 수신기는, 미리 설치된 위치 표시 프로그램을 실행하여, 상기 LoRa 송신기로부터 수신된 각각의 위치 정보를 전자 해도 상에 표시하고,
상기 LoRa 수신기에서 표시되는 어망 또는 어구의 위치 정보와 상기 선박의 위치 정보는 미리 설정된 연동 형식이나 AIS 표준 신호로 변환되어 표시되는 것을 특징으로 하는 LoRa 기반 위치정보 송수신기.
- 제1항에 있어서,
상기 LoRa 송신기는 IPx8 이상의 방수기능을 가지도록 방수재질의 몸체부를 구비하고, 상기 몸체부의 내부 상부 영역에 LoRa 송신모듈, 안테나 및 배터리를 구비하고, 상기 몸체부의 내부 하부 영역에 충전기가 구비되고,
상기 LoRa 수신기는 두 개의 직렬통신 신호를 모아 하나의 포트로 출력하는 NMEA 0183 Muxer를 구비하는 것을 특징으로 하는 LoRa 기반 위치정보 송수신기.
- 제1항에 있어서,
상기 LoRa 수신기에는 일대 다자간 통신프로토콜을 위하여 신호를 LoRa 방식으로 주기적으로 송신하되, 상기 선박의 위치 정보 생성을 위하여 GPS 정보를 생성하는 GPS 칩을 구비하고, 상기 GPS 칩의 온오프를 제어하는 스위치부를 구비하는 것을 특징으로 하는 LoRa 기반 위치정보 송수신기.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190019377A KR102185559B1 (ko) | 2019-02-19 | 2019-02-19 | LoRa 기반 위치정보 송수신기 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020190019377A KR102185559B1 (ko) | 2019-02-19 | 2019-02-19 | LoRa 기반 위치정보 송수신기 |
Publications (2)
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|---|---|
| KR20200101132A true KR20200101132A (ko) | 2020-08-27 |
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ID=72237560
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- 2019-02-19 KR KR1020190019377A patent/KR102185559B1/ko active IP Right Grant
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| KR102185559B1 (ko) | 2020-12-04 |
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