1. 서 론

국제해사기구(IMO, international maritime organization)는 해 양안전과 해양환경 보호를 목적으로 2019년 이내비게이션 도입을 추진하고 있다(An, 2015). 이내비게이션은 정보통신 기술(ICT, information & communication technology)을 활용하여 해상무선통신환경을 개선하고, 선박에서는 전자해도(ENCs, electronic navigation chart)를 기반으로 항법시스템을 자동화· 표준화하며, 육상에서는 관제와 모니터링을 통해 선박 안전운 항을 원격지원하는 차세대 해양안전종합관리 체계이다(IMO MSC, 2008). IMO의 이내비게이션 전략 이행계획에 따라 세 계 각국에서는 ACCSEAS(Accessibility for shipping, efficiency advantages and sustainability), EfficienSea(Efficient, safe and sustainable traffic at sea), MONARISA(Motorways and electronic navigation by intelligence at sea) 등 이내비게이션 프로젝트와 검증을 위한 테스트베드를 운영하며, 국제 표준 선점 및 기 술선도에 노력하고 있다(IALA, 2018).

해양수산부도 이내비게이션 대응을 위해 Fig. 1과 같이 한 국형 이내비게이션인 SMART-Navigation 프로젝트를 운영하 고 있다(SMART-Navigation, 2018).

SMART-Navigation은 국제항행선박을 대상으로 하는 IMO 이내비게이션 개념을 어선과 연안 소형선 등 우리나라 해상 환경 특성에 맞도록 확대한 것으로, Table 1과 같이 IMO에서 지정한 이내비게이션 서비스(MSP, maritime service portfolio) 를 국내 해상환경에 맞추어, 사고취약선박 모니터링 지원 서비스 소형 선박용 , 전자해도 서비스, 도선사/예선 지원 서 비스, 해안 선내 시스템 원격모니터링 서비스, 최적 안전항 로 지원 서비스, 안전정보 제공 서비스를 제공한다(An, 2015; SMART-Navigation, 2018).

IMO가 이내비게이션 환경에서 해상과 육상 간의 일관된 데이터 교환과 활용을 위한 공통 데이터모델(CMDS, common maritime data structure)로 국제 수로기구(IHO, international hydrograpic organization)의 S-100 구조를 채택함에 따라 SMART -Navigation 서비스 제공을 위해서는 해사데이터 교환 표준인 S-100 구조에 따라 선육간 데이터를 교환해야 한다(IMO MSC, 2008; Oh et al., 2012). 하지만 S-100 표준은 개발 진행중인 상 태로 2020년 개발 완료 예정인 SMART-Navigation 프로젝트에 적용이 어려우며, 특히 Table 1과 같이 우리나라 상황에 특 화된 서비스에 대한 국제 표준 개발은 예정되어있지 않기 때문에 SMART-Navigation 서비스에 적합한 해사데이터 교환 표준 개발이 필요하다.

본 논문에서는 SMART-Navigation 프로젝트의 프로토타입 테스트베드 검증이 가능하도록 각 서비스에 대한 프로토타 입 해사데이터 모델을 개발하였으며 구성은 다음과 같다. 2 장에서는 해사데이터 교환 표준 현황을 분석하고, 3장에서 는 한국형 이내비게이션 서비스 중 사고취약선박 모니터링 지원 서비스의 프로토타입 모델을 제시하고, 4장에서는 결 론을 제시한다.

2. 해사데이터 교환 표준

2.1 해사데이터 교환 표준 개발 현황

IHO S-100 표준은 국제 GI(Geospatial information) 표준인 ISO의 19100 시리즈 표준을 기반으로 하여 국제 해양지리정 보 및 관련 데이터를 체계적으로 기술한, 수로분야 공간지 리 데이터를 위한 공통 데이터 모델에 관한 표준이다(Park, 2011; Park and Oh, 2014).

S-100 표준은 기존 수로데이터 표준인 S-57이 가진 수로분 야에 제한된 범위, 이미지 형태의 데이터 처리방법 등의 한 계점을 개선하여 3D 데이터와 실시간 데이터 처리 및 웹서 비스가 용이하고 수로분야 뿐 아니라 육, 해상 분야 데이터 를 통합할 수 있는 Plug & Plug 방식의 목적지향관계형데이 터베이스(ORDBMS)로 설계되었다(Ward and Greenslande, 2011).

S-100 표준은 Table 2와 같이 기존 S-57 표준과 다른 ISO TC/211 시리즈의 구조와 용어를 사용하며, 특정 분야의 데이 터 구성 요소와 데이터 구조를 정하는 기준 모델, 데이터 셋 의 제작 및 배포 기준 등 데이터 규격 정의를 위한 데이터 모델과 절차를 포함한다. 또한 GI 표준에서 가장 중요한 분 야별 용어, 데이터 구성 요소, 데이터 규격 등의 저장, 관리 를 담당하는 저장소(registry)의 구성 및 등록, 관리 절차에 관 한 규정을 포함한다(Park, 2011; Park and Oh, 2014; Ward and Greenslande, 2011; Ward, 2010).

S-100 표준은 IMO CDMS, IHO의 UHDM(Universal hydrographic data model), 국제항로표지협회(IALA)의 IHDM(IALA harmonization data model)을 근거로 Fig. 2와 같이 IHO, IALA, 기타 기관의 도메인으로 구분된다(Yu, 2013).

IHO는 Table 3과 같이 전자해도(ENC, electronic navigation chart), 해사 간행물 등과 같은 해양지리정보 분야의 제품표 준을 개발하고 있으며, IALA는 e-Navigation technical services documentation guideline에 S-100 데이터 프레임워크 채택을 명 시하고 해상교통과 관련된 VTS, AIS AtoN 등에 대한 S-20x 표준을 개발하고 있다. 기타 도메인으로는 세계기상기구 (WMO/Inland)가 빙하정보와 해상기상정보에 관한 S-40x 표준 을 개발하고 있다.

2.2 S-100 표준 데이터 모델 개발 절차

S-100 제품 표준은 Fig. 3과 같이 공간정보 저장소(Geospatial information registry), 일반 피처 모델(GFM, general feature model), 제품 명세(Product specification)로 구분된다. 공간정보 저장소 는 피쳐(Feature)에 대한 이름과 정의를 표준화 데이터로서 관리하기 위한 FCD(Feature concept dicitionary), 화면 표시에 관련된 항목을 관리하는 Portrayal, Metadata 등의 독립적인 저 장소들이 존재한다(Park et al., 2012).

GFM은 위치적 특성을 가진 정보단위인 피처에 기반한 데 이터의 개념 및 개념의 관계 요소를 정의하기 위한 메타 데 이터 모델이다(Park, 2011; Park et al., 2012).

제품 명세는 GFM과 같은 메타 데이터 모델을 바탕으로 특정 해양 데이터를 표현하는 기준을 정한 규격으로 피쳐카 탈로그, 포트레이얼 카탈로그, 메타데이터, 데이터 셋의 구 조, 인코딩 포맷 등을 포함한다(Park et al., 2012).

특정 S-100 제품 표준을 개발하기 위해서는 Fig. 4와 같이 사용자의 요구사항을 분석하여 분석된 정보가 GI 레지스트 리의 FCD에 등록된 경우 등록된 표준 데이터를 사용한다.

등록되어 있지 않은 경우 레지스트리에 등록한 후 GFM에 따라 Fig. 5와 같이 어플리케이션 스키마, 피쳐 카탈로그 개 발, 포트레이얼 카탈로그 개발, 데이터 명세서(DCEG, data classification encoding guide) 작성, 테스트 데이터셋(TDS, test dataset) 제작 및 이를 이용한 검증으로 이루어진다.

2.2.1 어플리케이션 스키마

어플리케이션 스키마는 모델링 대상 정보를 Fig. 6과 같이 위치적 특성을 가진 정보의 단위인 피쳐와 위치적 특성을 가지지 않는 정보의 단위인 인포메이션으로 구분하고 이에 대한 속성(attribute)과 정보들간의 관계(association)를 UML (unified modeling language)로 표현한 것으로, 피쳐 카탈로그, 포트레이얼 카탈로그와 데이터셋 개발을 위한 기준이 되는 문서이다.

2.2.2 피쳐 카탈로그

피쳐 카탈로그는 S-100 표준의 Feature Catalogue Schema를 기준으로 작성하며, 데이터를 어플리케이션 스키마에서 정 의된 모든 피쳐 및 인포메이션과 이에 대한 모든 이름 타입 목록, 이름 타입에 관한 프로퍼티 목록, 이름 타입과 프로퍼 티 목록간의 연결 방법에 관한 정보를 작성한다. 피쳐 카탈 로그는 XML 파일과 작업자가 해독 가능한 문서 형식으로 작성한다.

2.2.3 포트레이얼 카탈로그

포트레이얼 카탈로그는 어플리케이션 스키마에서 정의된 피쳐 및 인포메이션 중에서 화면에 표시가 필요한 정보에 대한 내용을 다룬다. 포트레이얼 카탈로그는 화면에 표시하 기 위한 모든 사항들의 정보가 작성된 XML 문서와 portrayal management concepts, portrayal parameters, colour definitions, symbol definition 등 피쳐를 지도에 묘사하기 위한 파일로 구 성된다.

2.2.4 카탈로그

데이터 셋은 피쳐 카탈로그에 정의된 데이터를 어플리케이 션 스키마에서 정의한 구조에 따라 실제 전달되는 데이터이 다. 데이터셋은 S-100표준에 정의된 Table 4의 인코딩 방법을 사용할 수 있으며, GML이 가장 보편적으로 사용되고 있다.

3. 프로토타입 모델 개발

한국형 이내비게이션 프로젝트에서는 Table 5와 같이 6가 지 서비스를 제공한다. 본 연구에서는 Table 5의 6가지 서비 스 중, 선박과 육상간 데이터 교환에 S-100 표준을 적용하는 서비스를 프로토타입 해사데이터 모델 개발 대상으로 하며, Table 5의 서비스의 데이터 목록, 상위설계서를 분석하여 Table 6과 같이 사고취약 선박 모니터링 서비스, 선내시스템 원 격 모니터링 서비스, 최적항로 서비스, 도선사 및 예선지원서 비스 4가지 서비스에 대한 항해 위험도(Voyage risk), 취약성 평가 (Vulnerability), 상황대응 및 상황관리(Accident management), 선 박 알람(Ship alarm), 위기상황 가이드라인(Emergency guidance), 최적항로(Optimal route), 도선사 및 예선지원서비스(Pilot service) 7개의 프로토타입 모델을 선정하였다.

본 연구에서는 Table 6의 7개 프로토타입 모델 중 상황대 응 및 상황관리 모델에 대하여 논한다.

3.1 어플리케이션 스키마 개발

상황대응 및 상황관리 모델은 선박의 주요 제원과 위치, 운항정보, 항행계획 뿐 아니라 사고이력, 해상교통 정보 등 빅데이터 정보를 연계하고 사고 취약상황을 평가하고 지원 하는 사고취약 선박 모니터링 서비스의 3가지 모델 중 하나 로 해양사고가 발생한 그 시점에서의 해양사고 대응에 필요 한 정보를 생성하여 신속한 대응을 지원하는 해양사고대응 지원 서브시스템을 위한 모델이다.

한국형 이내비게이션 프로젝트에서는 데이터 수집/활용/ 관리를 위해서 Fig. 7과 같이 데이터 수집/분류, 데이터 관리, 데이터베이스 어뎁터의 3가지 서브시스템으로 구성된 대용 량 데이터관리 시스템(DSP, data service platform)을 운영한다. DSP는 Fig. 8과 같이 DDS 통신 미들웨어를 통해 외부연동처 리 소프트웨어, 선박연동 소프트웨어 및 서비스 소프트웨어 의 데이터를 수집하고 송수신 데이터는 DDS의 Topic으로 관 리된다(SMART-Navigation, 2017).

따라서 상황대응 및 상황관리 프로토타입 모델 개발을 위하여 해양사고대응지원 서브시스템의 DDS Topic을 분석 하고, 해사데이터 교환 표준은 선박과 육상간 데이터 교환 에 적용되므로 해양사고대응지원 서브시스템의 DDS Topic 중 Fig. 7의 선박정보연동 소프트웨어에 해당되는 DDS Topic 을 Table 7과 같이 분류하였다.

Table 7의 DDS Topic과 상위설계서를 분석하고, 서비스의 모델링 요구사항을 반영하여 Table 8과 같이 S-100 표준에 맞추어 어플리케이션 스키마 개발을 위한 데이터를 정의하 였다.

상황대응 및 상황관리 프로토타입 모델은 실제 지형지물 을 표현하며, 위치정보를 가지는 Feature type이며, Accident, Route prediction, Vessel Route prediction, Spilt oil route prediction 4개의 피쳐로 구성된다. Accident 피쳐는 사고가 발생한 선박 의 위치정보 등 선박사고 상황파악에 필요한 정보를 관리하 며, Route prediction 피쳐는 선박 사고 후 선박의 예상 이동경 로와 유출유의 예상 이동경로에 대한 공통적인 부분에 대한 정보를 관리한다. Vessel Route prediction 피쳐는 사고 선박의 예상 이동경로 위치정보를 관리하고, Spilt oil route prediction 피쳐는 유출유의 예상 이동 분포정보를 관리한다. Table 8의 4개 Feature에 대해 S-100 표준 문법에 따라 데이터 타입과 다 중도를 결정하고 구조를 잡아 Fig. 9와 같이 상황대응 및 상 황관리 프로토타입 어플리케이션 스키마(Application schema) 를 개발하였다.

3.2 피쳐 카탈로그 제작

Accident, Route Prediction, Vessel Route Prediction, Spill Oil Route Prediction 등 Table 8, Fig. 9의 프로토타입 어플리케이 션 스키마에 제시된 피쳐에 대한 데이터 타입, 데이터 사이 즈, 다중도, 데이터 범위, 우선순위 등을 S-100 표준 Edition 3 에 따라 Fig. 10과 같이 XML 기반의 상황대응 및 상황관리 프로토타입 피쳐 카탈로그를 XML Spy 2017을 사용하여 제 작하였다.

3.3 포트레이얼 카탈로그 제작

포트레이얼 카탈로그는 Fig. 11과 같이 XML 문서와 colour definitions, symbol definition 등 피쳐를 지도에 묘사하기 위한 파일로 구성된다.

상황대응 및 상황관리 프로토타입 모델의 포트레이얼 카 탈로그 개발을 위하여 서비스에 표출 여부를 확인하였으며, 표출이 필요한 Accident, Vessel route prediction, Spill oil route prediction 피쳐의 표출방법을 Table 9와 같이 정의하였다.

Accident와 Vessel route prediction은 선박단위로 시점에 따 라 하나의 위치를 가지기 때문에 Point로, Spilt oil route prediction은 표현하고자 하는 대상의 특성상 면적으로 제시 되어야 하므로 area로 타입을 제시하고, 서비스의 검토를 수 행하였다. 검토가 완료된 Table 9의 심볼을 심볼에디터를 사 용하여 제작하고, Rule, Display Plane 및 Viewing group 등을 정의하여 Fig. 12와 같이 XML 기반의 프로토타입 포트레이 얼 카탈로그를 XML Spy 2017을 사용하여 제작하였다.

3.4 테스트 데이터셋 제작

개발된 상황대응 및 상황관리 프로토타입 모델의 검증을 위하여 광양항을 대상으로 선박 사고와 사고선박의 예상경 로에 대한 테스트 시나리오를 Table 10과 같이 작성하고, Fig. 13과 같이 GML기반의 데스트 데이터셋을 작성하였다.

또한 Table 10의 테스트시나리오를 Fig. 14와 같이 전자해 도표시장치(ECDIS, electronic chart display and information system)에 표시하여 상황관리 프로토타입 모델의 검증을 위 한 참고자료로 제시하였다.

3.5 프로토타입 모델 검증

개발된 상황대응 및 상황관리 프로토타입 모델의 유효성 을 확인하기 위해서 한국선급에서 개발된 S-100 simple viewer 와 마린웍스에서 개발된 검증 소프트웨어를 활용하였다.

S-100 simple viewer는 Fig. 15와 같이 S-100 기반 제품 표준 을 묘화할 수 있는 지원도구이며, 검증 소프트웨어는 Fig. 16 와 같이 해사데이터 표준 데이터를 화면에 표시하고, 표준 정보에 일치되지 않은 데이터의 오류체크가 가능한 S-100 기반 데이터의 유효성을 검증을 위한 지원도구이다.

상황대응 및 상황관리 프로토타입 모델의 검증은 Table 10의 Accident와 Vessel route prediction 피쳐의 속성값과 심볼 을 Fig. 16의 검증 소프트웨어를 통해 확인하였다. 또한 Fig. 15의 S-100 simple viewer에 정상적으로 표출되는지 확인하고, 표출된 화면을 Fig. 14의 참고 화면과 비교하였다.

각 피쳐의 위치 정보는 검증 소프트웨어에서 Geometry type에 따라 S-100 simple viewer에서 표시 될 수 있는 정보인 지를 확인하고, 검증 소프트웨어와 S-100 simple viewer의 세 부 정보창에서 값을 비교 확인하였다. 각 피쳐의 화면 표시 여부는 검증 소프트웨어에서 해당 심볼을 확인하고, S-100 simple viewer에서 Fig. 14와 같이 묘화되는지 여부와 피쳐의 세부 속성값을 비교 검증하였다.

Table 10의 Accident 피쳐 테스트 데이터를 검증 소프트웨 어에서 확인한 결과 Fig. 17 (a)와 같이 issueDate, accidentDate, MMSI, accientType이 정상적으로 확인되었으며, Table 9에서 지정된 primitives와 data, 심볼이 정상적으로 적용됨을 확인 하였다. Fig. 17 (b)와 비교하여 Fig. 17 (c)와 같이 S-100 simple viewer에서 정상적으로 피쳐가 표출되었으며, Fig. 17 (a) 검증 소프트웨어와 Fig. 17 (c)의 S-100 simple viewer에서 accident 피쳐 위치 속성값과 심볼이 동일함을 확인하였다.

Table 10의 Vessel route prediction 피쳐 테스트 데이터를 검 증 소프트웨어에서 확인한 결과 Fig. 18 (a)와 같이 predictTime, vesselRouteHdg이 정상적으로 확인되었으며, Table 9에서 지 정된 primitives와 data, 심볼이 정상적으로 적용됨을 확인하 였다. Fig. 18 (b)와 비교하여 Fig. 18 (c)와 같이 S-100 simple viewer에서 피쳐가 정상적으로 표출되었으며, Fig. 18 (a) 검 증 소프트웨어와 Fig. 18 (c)의 S-100 simple viewer에서 Vessel route prediction 피쳐 위치 속성값, Table 10의 데이터 값이 일 치하고, Table 9와 Fig. 18 (a) 검증 소프트웨어, Fig. 18 (c)의 S-100 simple viewer의 심볼 등이 동일함을 확인하였다.

4. 결 론

본 연구에서는 SMART-Navigation 프로젝트의 프로토타입 테스트베드 검증이 가능하도록 프로토타입 데이터 모델을 개발하였다.

SMART-Navigation 프로젝트 서비스 중 상황대응 및 상황 관리 프로토타입 모델 개발을 위해서 DDS Topic, 상위설계 서, 요구사항 분석서, 인터페이스 데이터를 분석하여 S-100 표준 문법에 따라 상황대응 및 상황관리 프로토타입 모델의 프로토타입 어플리케이션 스키마를 개발하고 피쳐 카탈로그 와 묘화를 위한 심볼과 포트레이얼 카탈로그를 제작하였다.

개발된 상황대응 및 상황관리 프로토타입 모델의 유효성 을 확인하기 위해서 테스트 데이터셋을 제작하여 해사데이 터 검증 소프트웨어와 S-100 Simple viewer을 통해 검증한 결 과 입력된 사고 정보와 심볼이 정상적으로 표출됨을 확인하 였다.

앞으로 수행될 연구에서는 프로토타입 모델 개발 결과를 바탕으로 SMART-Navigation standard model - contents model을 개발하고자 한다.