LoRa 통신 기반의 선박 내/외부 승선자 안전관리 시스템 :

박석현

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자료유형: 학위논문

저자정보: 박석현 (동의대학교, 동의대학교 대학원)

지도교수: 김진덕

발행연도: 2020

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2020

LoRa WAN 통신 기반의 선박 내/외부 승선자 측위 및 위험상황 감지 시스템

박석현 , 박문수 멀티미디어학회논문지 2020.02 학술저널

LoRa 통신 기반의 선박 내/외부 승선자 안전관리 시스템

박석현 소프트웨어융합학과 2020.01 학위논문

2019

LoRaWAN 통신 기반의 선박 내외부 승선자 측위 시스템 및 승선자 안전관리 시스템

박석현 , 김진덕 한국정보통신학회 종합학술대회 논문집 2019.10 학술대회자료

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국내외에서 자주 발생하고 있는 해상 상황에서의 선박 사고에서 발생하는 인명 피해를 최소화하기 위해, 선박 사고를 줄이는 것이 가장 중요하지만 사고가 발생했을 때 선박에 탑승하고 있는 승선자의 안전을 도모하기 위해서 승선자의 안전을 관리할 수 있는 시스템이 필요하다. 현재 시중에 판매되고 있는 해상 상황에서의 재난 대비를 위한 시스템으로 EPIRB 시스템이 있으나, 가격이 매우 비싸며 GPS 모듈이 탑재되지 않은 시스템에서는 조난자의 현재 위치를 정확하게 판단할 수 없다는 문제점이 존재한다. 이전 시스템의 단점인 비용 문제를 극복하기 위해서 저렴한 통신 기법인 LoRa 기반의 통신을 이용하며, 측위 시스템에 GPS와 Beacon을 이용하는 시스템을 제안하고, 구현하였다.
LoRa 기반의 승선자 안전관리 시스템은 승선자 측위 및 안전 감지를 위한 모듈과 승선자 안전관리를 위한 모니터링 서버 두 가지로 구성하였다. 승선자 측위 및 안전 감지 모듈에서 승선자 측위 시스템은 실내와 실외 두 가지 상황에 대해서 위치 측정을 안정적으로 수행할 수 있도록 Beacon과 GPS 두 가지 모듈을 이용하여 각 모듈의 측정 데이터를 전송하는 방식으로 구현하였고, 승선자 안전 상태 감지 시스템은 3축 가속도 센서를 이용해 승선자의 안전 상태를 감지할 수 있도록 하며, 승선자 측위 시스템과 승선자 안전 상태 감지 시스템에서 얻은 데이터를 취합해 LoRa 통신을 이용해서 서버로 전송할 수 있도록 구현하였다. 승선자 안전관리를 위한 모니터링 서버는 승선자 측위 및 안전 상태 감지 시스템에서 전송되는 데이터를 이용해서 승선자의 현재 위치를 화면에 표시할 수 있는 웹 서버 시스템으로 구현하였으며, 시스템 내부 데이터 저장 및 배포를 위해 oneM2M 플랫폼을 이용하였다.
구현된 시스템을 이용해 해상 장거리 상황에서의 통신 실험과 실제 선박 내부에서의 통신 실험을 진행하였을 때, 두 가지 실험 모두 평균적으로 90% 이상의 통신 성공률을 보이는 것을 알 수 있었으며, 실험 결과를 통해 구현된 시스템이 선박 내부에서도 정상적으로 동작할 수 있음을 확인하였다.

In order to minimize casualties from ship accidents, which occur frequently at home and abroad, it is most important to reduce ship accidents, but we thought that a safety management system for passengers on board ships is necessary to ensure the safety of passengers on board ships. There is an EPIRB system as a system for disaster preparedness in the marine situation currently on the market, but there is a problem that the price is very expensive and the current position of the disaster cannot be accurately determined in a system without a GPS module. In order to overcome the problem of the previous system, LoRa-based communication, which is an inexpensive communication method, is used, and a system using GPS and Beacon for positioning system is proposed and implemented.
LoRa-based rider safety system consists of two modules for rider positioning and safety detection and a monitoring server for rider safety management. In the passenger positioning and safety detection module, the passenger positioning system is implemented by transmitting measurement data of each module using two Beacon and GPS modules so that position measurement can be stably performed for both indoor and outdoor. The passenger safety system can detect the safety status of the passengers using the 3-axis acceleration sensor, collect data from the passenger positioning system and the passenger safety status detection system, and transmit it to the server using LoRa communication. The monitoring server for passenger safety management is implemented as a web server system that can display the current location of passengers on the screen by using data transmitted from the passenger location and safety status detection system. The oneM2M platform was used to store and distribute the internal data of the system.
When the communication experiments were carried out in the long-distance situation and the actual communication experiments in the ship using the implemented system, both experiments showed that the communication success rate was over 90% on average. It was confirmed that it can operate normally inside this ship.

Ⅰ. 서론 ------------------------------ 1
1.1. 제안 시스템의 필요성 ------------------- 1
1.2. 시스템 개요 ------------------- 3
Ⅱ. 관련 연구 ---------------------- 5
2.1. LPWAN 통신기술 -------------------- 5
2.2. LoRa 통신기술 소개 -------------------- 8
2.3. 무선 통신 기반 실내 측위 기술 비교 분석 -------------------- 11
2.4. Beacon을 이용한 실내 측위 기법 분석 -------------------- 14
2.5. 낙상 판단 기법 분석 -------------------- 17
2.6. 타 시스템과의 비교 분석 -------------------- 20
Ⅲ. 시스템 설계 ---------------------------- 22
3.1. 전체 시스템 구조 설계 ------------------------ 22
3.1.1. 선박 내/외부 측위 시스템 및 안전 감지 시스템 설계 -------------- 23
3.1.2. 승선자 안전관리 모니터링 서버 설계 ------------ 28
3.1.2.1. LoRa 서버 시스템 설계 ------------ 29
3.1.2.2. oneM2M 플랫폼 연동을 위한 미들웨어 프로그램 설계 ------------ 30
3.1.2.3. 승선자 안전관리 모니터링 엔진 설계 ------------ 33
Ⅳ. 시스템 구현 -----------------41
4.1. 선박 내/외부 승선자 측위 및 안전 감지 시스템 구현 ------------------- 41
4.2. LoRa 통신을 위한 서버 시스템 구현 ------------------ 45
4.3. LoRa 서버와 oneM2M 플랫폼 연동 구현 ------------------ 50
4.4. 승선자 안전관리 모니터링 서버 구현 ------------------ 55
4.5. 시스템 실증 테스트 ------------------ 59
4.5.1. 해상 장거리 통신 테스트 ------------------ 59
4.5.2. 실제 현장에서의 전체 시스템 실증 실험 ------------------ 63
Ⅴ. 결론 ------------------------ 68

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