1. 서 론

선박의 안전하고 효율적인 운항을 위한 선박교통관제서비 스(Vessel Traffic Service, VTS)는 SOLAS(International Convention for the Safety of Life at Sea) 제5장 12규칙에 근거하여 ‘선박 교통의 안전과 효율성을 확보하고, 해상안전을 보장하며, 인 근해역의 해양환경과 연안시설물 등을 선박교통의 잠재적 인 위협으로부터 보호’하는 목적과 기능을 담당한다(IMO, 1997). 국제항로표지협회(International Association Marine Aids to Navigation and Lighthouse Authorities, IALA)는 VTS 운영을 위한 VTS 매뉴얼 권고지침을 제시하였으며, 해당 지침은 VTS 서비스와 시스템, 관제인력 및 교육ᆞ훈련, VTS 운영절차 등의 내용을 포함하고 있다(IALA, 2016). 또한, IALA는 VTS 직원의 훈련 및 자격증명 기준(IALA standards for training and certification of VTS personnel)에 근거하여 VTS 관제사의 교육 훈련 지침을 권고하고 있다(IALA, 2017).

한국정부는 IALA VTS 매뉴얼 및 IALA VTS 직원의 훈련 및 자격증명 기준(IALA standards for training and certification of VTS personnel)에 근거하여, 2019년 12월에 선박교통관제에 관한 법률(Vessel Traffic Services Act)을 제정하고 2020년 6월 부터 시행하고 있다(MOLEG, 2019). Korea Coast Guard는 1993 년 포항항 VTS를 최초로 도입하고, 2022년까지 13개의 항만 VTS와 4개의 연안 VTS, 2개의 광역 VTS를 포함하여 전국 항만 및 연안 수역에 총 19개소의 VTS 센터를 설치ᆞ운영하 고 있다(KCG, 2023). Fig. 1은 전국 VTS 현황을 나타낸다.

VTS 시스템은 marine VHF, RADAR, AIS 등의 장비를 이용하 여 선박교통안전 및 효율성을 확보하고 해양환경 보호를 위해 정보를 제공하는 체계이며, VTS의 주요 기능은 정보서비스 (INS, INformation Service), 항해지원서비스(NAS, Navigational Assistance Service) 및 통항관리서비스(TOS, Traffic Organization Service)로 구분된다(IALA, 2016). VTS의 INS, NAS and TOS 기능은 e-Navigation의 Marine Service(MS) 1~3에 포함되어 있 으며, IALA는 효율적인 e-Navigation 시스템 서비스와 관제 당국(VTS authorities)의 안전하고 효율적인 VTS 서비스 지원 을 위해 VTS간 데이터 교환 표준인 Inter-VTS Exchange Format(IVEF) 서비스권고안(V-145)을 제시했다(IALA, 2011;IALA, 2021).

IVEF 서비스는 선박 및 선박 움직임에 대한 통합된 정보 교환을 위한 공통 프레임워크이며, IVEF 표준을 이용하여 VTS 서비스 제공자는 공동 운항 구역에 대한 VTS 정보 공 유를 통해 보다 안전하고 효율적으로 관제 대상 선박에 대 한 서비스를 제공할 수 있다(IALA, 2011). IALA V-145에서 제시하는 기본 IVEF 서비스(Basic IVEF Services, BISs) 모델에 는 1)데이터 모델(data model), 상호작용 모델(interaction model), 3)인터페이스 모델(interfacing model), 4)보안 모델 (security model), 5)품질 파라미터(quality parameters), 6)테스트 모델(test model) 및 7)관리 모델(administration model)이 있다. 일곱 개의 BISs 모델 중 데이터 모델은 IVF 서비스의 데이터 유형과 데이터 객체를 정의하고, 상호작용 모델은 IVF 서비 스 개별 구성요소의 상호작용 역학을 나타내는 데이터 흐름 과 프로토콜을 정의한다. 인터페이스 모델은 IVF 서비스 제 공자에서 클라이언트가 데이터를 요청하는 과정에서 데이 터 인코딩과 인터페이스 프로토콜을 정의한다. Fig. 2는 BISs 모델을 나타낸다.

이 논문에서는 IVEF service를 구현하기 위해 한국해양경 찰청(Korea Coast Guard, KCG)에서 수행 중인 클라우드 기반 VTS 통합 플랫폼 개발 프로젝트를 소개하고, BISs 모델 중 데이터 모델, 상호작용 모델, 인터페이스 모델에 근거한 서 비스 구성, 개발 및 구현을 기술한다. 또한, 울산항, 부산항, 인천항의 항만 VTS 정보를 수집하여 클라우드 VTS 플랫폼 에 통합· 전시하고 각 항만의 VTS 정보를 공유함으로써 IVEF 서비스를 구현한 클라우드 기반 VTS 통합 플랫폼 테 스트 베드를 소개한다.

2. 클라우드 VTS 프로젝트 소개

2.1 프로젝트 개요

한국의 항만 및 연안 VTS 시스템은 일원화 되지 않은 제 조사 장비로 구성되어 있어 IVEF 에서 정의하는 트랙(track), 선박(vessel), 항해 데이터(voyage data) 및 태그 항목(tagged item)을 제외한 데이터는 제조사별 프로토콜이 표준화되어있 지 않아 제조사 간 VTS 시스템의 정보연계에 한계가 있다. 따라서, 기존 IVEF 표준에서 정의하지 않은 데이터 교환, 수 집 및 연계 표준에 대한 필요성이 대두되었다.

KCG는 제1차 선박교통관제 기본계획(2021~2025)의 통합 관제 분야에 ‘클라우드 활용 관제정보 통합 및 공유 활성화’ 과제를 수립하고(KCG, 2020), 2021년부터 COVID-19 및 기타 상황에 의해 VTS 센터가 폐쇄될 수 있는 비상 상황에 대응 하기 위해 인근 VTS 관제구역, 그리고 필요시 비상관제가 요구되는 VTS 센터와 데이터를 교환할 수 있도록 클라우드 기반의 VTS 통합 플랫폼 개발 프로젝트(클라우드 VTS 프로 젝트)를 수행 중이다. 클라우드 VTS 프로젝트는 2023년까지 울산항, 부산항, 인천항의 항만 VTS 정보를 수집하여 클라 우드 기반 VTS 통합 플랫폼에 전시 및 관제가 가능하도록 테스트 베드를 구현 할 계획이다. 클라우드 기반의 VTS 통 합 플랫폼 서비스는 VTS 센터간 정보를 공유하고 또한, 외 부기관에서 클라우드 서버를 통해 정보를 요청하고 제공받 을 수 있는 클라이언트/서버 기반의 IVEF 서비스 개념이다.

Fig. 3은 현행 VTS 시스템과 클라우드 기반의 통합 VTS 플랫폼을 비교하여 설명하고 있다. Fig. 3의 (top)은 IVEF 표 준에서 정의하지 않은 데이터에 대해 제조사별 상이한 프로 토콜이 적용된 현행 VTS 시스템이며, (bottom)은 공통 프로 토콜이 적용된 클라우드 기반의 VTS 통합 플랫폼이다.

2.2 시스템 구성

클라우드 기반 VTS 통합 플랫폼의 시스템 구성은 VTS 통 합 연계망으로 연동되는 클라우드 VTS 내부시스템, 전용회 선으로 정보를 송수신하는 로컬 VTS 테스트 베드, 인터넷을 통한 데이터 수신 및 KCG 행정망(일방향통신)으로 데이터를 송수신하는 구조로 이루어져 있다. 이때, 클라우드 VTS 내 부시스템은 1)로컬 VTS 센터(부산, 울산)의 장비에서 전용회 선을 통한 데이터 송수신, 2)천문연구원(Korea Astronomy and Space Science Institute, KASI) 일출·일몰정보, 기상청(Korea Meteorological Administration, KMA) 기상정보, 국립해양조사 원(Korea Hydrographic and Oceanographic Agency, KHOA) 해양 환경정보, 도선사협회(Korea Maritime Pilot’s Assocation, KMPA) 도선정보, 해양수산부(Ministry of Oceans and Fisheries, MOF)의 Port-MIS 데이터 수집, 3)KCG 선박패스(Vessel Pass, V-Pass), 통합선박감시체계(Combined Vessel Monitoring System, CVMS), 이네비게이션(e-Navigation) 시스템 데이터를 수집 및 처리하여 KCG 사용자에게 제공한다. 또한, KCG의 클라우드 VTS 모니터링 시스템에서 VTS 통합 연계망 서비스에 대한 모니터링을 수행한다. Fig. 4는 클라우드 VTS 통합 플랫폼의 시스템 구성도를 나타낸다.

3. 클라우드 기반 VTS 통합 플랫폼 개발

3.1 데이터 모델(data model)

클라우드 기반 통합 VTS 서비스 제공을 위한 데이터 교 환 표준은 VTS 시스템을 구성하는 주요 장비인 RADAR, CCTV, AIS, VHF 및 기상장비의 수집 데이터에 대해 적용한 다. 주요 장비별 데이터 수집 및 교환을 위한 표준은 국제표 준을 적용하였으며, 미개발된 표준의 경우 클라우드 VTS 프 로젝트에서 정의한 프로토콜을 적용하였다. VTS 시스템 주 요 장비에 대한 데이터 수집 및 교환에 대한 표준 적용은 Table 1과 같다.

RADAR 영상에 대한 데이터 교환 표준은 Asterix 카테고리 240(Eurocontrol, 2015), RADAR 물표 정보는 클라우드 VTS 프 로젝트를 통해 개발된 RADAR_TRACK, AIS 데이터는 ITU-R M.1371의 AIS 메시지 타입(ITU-R, 2001), CCTV 영상은 ITU-T 의 H.246(ITU-T, 2021), CCTV 선박 물표정보는 클라우드 VTS 프로젝트를 통해 개발된 CCTV_TARGET, VHF 음성 데이터 는 IETF-REC 3550(IETF, 2003), 기상 데이터는 클라우드 VTS 프로젝트를 통해 개발된 WEATHER_DATA를 적용한다.

클라우드 VTS 프로젝트를 통해 개발된 RADAR 물표 정보 의 메시지 패킷 구조(RADAR_TRACK)는 Table 2와 같다.

Data format:

!RADAR,TargetID,Status,Lat,N/SIndicator,Lon,E/WIndicator,Course, Speed,Timestamp*H,CR/LF

CCTV 선박 물표 데이터의 메시지 패킷 구조(CCTV_ TARGET)는 Table 3과 같다.

Data format:

!CCEXT,CameraID,Count,X1,Y1,X2,Y2,SHIPTYPE*H,CR/LF

기상 데이터의 메시지 패킷 구조(WEATHER_DATA)는 Table 4와 같다.

Data format:

!WEATH,DeviceID,Temp,Humidity,WindDirection,WindSpeed,Visibi lity,Timestamp*H,CR/LF

3.2 상호작용 모델(interaction model)

클라우드 기반 통합 VTS 서비스 제공을 위한 상호작용 모 델은 데이터 수집(data collection), 데이터 통합(data integration) 데이터 제공·서비스(data service)로 구분된다.

RADAR, AIS, CCTV, VHF, 기상 등의 데이터는 해상교통관 제서비스(VTS) 통합플랫폼의 데이터 수집 요구사항을 정의 한 TTAK.KO-11.0312-Part1 표준에 따라 데이터 통합 부분으 로 수집된다(TTA, 2022). 또한, KMA, KHOA, Port-MIS, KMPA 등의 공개데이터는 Open API 형태로 데이터 통합 부분으로 수집된다. 수집된 데이터는 데이터 통합 부분에서 가공·처리 된 후 KCG 사용자 또는 권한이 승인된 서비스 요청자에게 제공된다. Fig. 5는 데이터 수집, 통합, 제공·서비스 부분의 데이터 흐름 및 상호작용을 나타낸다.

3.3 인터페이스 모델(interfacing model)

클라우드 VTS 통합 플랫폼의 계층형 모델은 Fig. 6과 같 이 표현된다.

물리 계층(physical layer)은 물리 서버, 물리 스토리지, 워 크스테이션 물리 서버 등의 하드웨어로 구성된다. 가상화 계층(virtualization layer)은 컴퓨팅 자원풀, 가상 네트워크, 가 상 스토리지, 물리 스토리지, 워크스테이션 등으로 구성되어 있다. 가상화 계층은 데이터 수집 서버, DB 서버, 외부연계 서버, 웹 서버, 메타데이터 저장, 실시간 처리 등 빅데이터 기반의 자원을 관리한다. 제어 계층(controller layer)은 소프트 웨어 정의 컴퓨터(Software Defined Computer, SDC) 컨트롤러, 소프트웨어 정의 네트워크(Sortware Defined Network, SDN) 컨 트롤러, 소프트웨어 정의 스토리지(Software Defined Storage, SDS) 컨트롤러 등으로 구성되어 네트워크 관리 및 트래픽 흐름 개선을 가능하게 한다. 관리 계층(management layer)은 셀프 서비스, 서비스 카탈로그, 서비스 요청/워크플로우, 가 상 머신(Virtual Machine, VM) 프로비저닝, 가상 네트워크 관 리, 가상 스토리지 관리, 모니터링 등의 기능을 수행한다. 서 비스 계층(service layer)은 관문 포털을 통해 외부 공개용 데 이터 및 서비스를 제공하고, 클라우드 관리 포털을 통해 클 라우드 VTS 자원을 관리한다. 또한, 서비스 포털을 통해 외 부 비공개 데이터 및 서비스를 KCG 사용자에게 제공한다.

4. 클라우드 기반 VTS 통합 서비스 구현

4.1 테스트 베드

클라우드 VTS 통합 서비스 구현을 위한 테스트 베드는 부산, 울산의 로컬 VTS 센터에 구축하였다. 로컬 VTS 센터 의 장비로부터 수집된 데이터는 VTS 통합 연계망을 통해 클 라우드 VTS 통합 플랫폼으로 수집되고, KCG 및 외부 데이 터도 클라우드 VTS 플랫폼으로 수집 후 가공·처리를 통해 KCG 사용자 및 서비스 요청자에게 필요 정보를 제공한다.

Fig. 7(left)은 부산항 VTS 1층에 구축된 클라우드 VTS 통 합 플랫폼 운영센터 테스트 베드를 나타내며, Fig. 7(right)는 클라우드 VTS 통합 플랫폼 서비스 제공을 위해 구축된 클라 우드 VTS 운영센터 장비실을 나타내고 있다.

4.2 서비스 구현

IVEF 구현을 위한 클라우드 VTS 서비스를 위해 RADAR 물표 정보, AIS 등 해상교통관제 서비스를 위한 VTS 주요 장비의 데이터는 클라우드 VTS 통합 플랫폼 및 로컬 모니터 링 시스템에서 표출 가능하며, 비상 상황 발생시 관제 공백 이 발생하지 않도록 로컬 VTS 센터 간 관제 정보 공유 서비 스를 제공한다. 또한, 관제 상황 디브리핑을 위한 플레이백 기능, 원격 VTS 센터에서 로컬 VTS 센터의 관제 상황 모니 터링 서비스가 가능하다.

Fig. 8(top)은 로컬 모니터링 시스템에 수집된 데이터를 표 시한 화면을 나타내고 있으며, Fig. 8(bottom)은 사용자가 입 력한 일자 및 설정 시간에 대한 특정 해역의 플레이백 기능 화면을 나타낸다. 물표 데이터 표출은 사용자가 원하는 데 이터만 표출되도록 설정 가능하며, 관심 해역에 대한 상세 모니터링을 위해 화면 스케일 조정 기능이 제공된다.

5. 결 론

국제항로표지협회(IALA)는 2016년에 선박교통의 안전과 효율적인 운항 지원을 위한 선박교통관제서비스(VTS) 매뉴 얼을 발표하고, 2017년 VTS 직원의 훈련 및 자격증명 기준 에 관한 권고지침을 제시했다. 한국해양경찰청(KCG)은 IALA VTS 매뉴얼과 VTS 직원의 교육훈련 지침에 근거하여 2023년까지 전국 항만 및 연안 수역에 19개 VTS 센터를 설 치·운영하고 있다.

IALA은 2011년에 효율적인 e-Navigation 서비스 지원을 위해 VTS 간 데이터 교환 표준인 Inter-VTS Exchange Format(IVEF) 서비스권고안(V-145)을 제시했으며, KCG는 IVEF 서비스 구 현을 위해 2021년부터 2023년까지 클라우드 기반의 VTS 통 합 서비스 제공을 위한 프로젝트를 수행중에 있다. IALA의 V-145는 일곱 개의 기본적인 IVEF 서비스(BISs) 모델을 제시 하고 있으며, 그 중 데이터 모델(data model), 상호작용 모델 (interaction model), 인터페이스 모델(interfacing model)은 VTS 관제 고유기능에 초점을 맞춘 서비스 모델을 제시하고 있다.

본 논문에서는 KCG에서 수행하고 있는 클라우드 기반 VTS 통합 플랫폼 개발 내용을 BIS 데이터 모델, 상호작용 모델, 인터페이스 모델에 근거하여 설명하고, VTS 통합 서 비스 구현을 위한 테스트 베드 구축 결과를 보였다. 또한, 클라우드 VTS 통합 서비스를 통해 원격 VTS 센터에서 로컬 센터의 관제 정보를 공유하고, 비상 상황 발생시 관제 공백 을 해소할 수 있는 IVEF 서비스 구현 결과를 보였다.

클라우드 VTS 통합 서비스의 데이터 모델은 VTS 주요 장 비에 대해 미개발된 데이터 표준을 개발하고, RADAR 트랙 데이터에 대한 RADAR_TRACK 프로토콜을 제시했다. 또한, CCTV 선박 물표 데이터에 대한 CCTV_TARGET 표준과 기상 데이터에 대한 WEATHER_DATA 데이터 교한 표준을 개발 했다. 클라우드 VTS 통합 서비스의 상호작용 모델은 데이터 수집(data collection), 데이터 통합(data integration), 데이터 제 공·서비스(data service) 부분으로 구분하여 데이터 흐름 및 상 호작용을 소개했다. 클라우드 VTS 통합 서비스의 인터페이 스 모델은 물리 계층(physical layer), 가상화 계층(virtualization layer), 제어 계층(controller layer), 관리 계층(manatement layer), 서비스 계층(service layer)으로 구성된 계층형 모델을 사용하 여 계층 간 상호연결 및 기능을 제시했다.

클라우드 기반의 VTS 통합 플랫폼 개발 프로젝트 수행 결과 부산과 울산에 VTS 통합 서비스 제공 및 운영을 위한 테스트 베드를 구축했으며, 로컬 VTS 센터의 관제 정보 공 유 및 모니터링을 지원하는 IVEF 서비스 개념을 구현했다.

향후 전국 VTS 센터에 대한 VTS 통합 서비스 확대를 위 해 지속적인 인프라 구축이 필요하며, 시범운용을 통한 서 비스 개선 및 운영조직 방안 마련을 위한 추가 연구가 필요 하다.