국가 경제력 상승과 더불어 급격한 해양교통량의 증가와, 새로운 자원의 수급을 위한 해양개발로 인하여 해양시설물에 관한 연구가 증가하고 있다. 해양시설물은 태양광, 풍력, 파력발전 등을 이용한 신·재생에너지 기반의 독립전원체계로 운영되고 있으며 최근 해양시설물은 GPS, AFS, 해양환경 데이터 수집 장치 등의 설치가 증가하고 있어 효율적인 해양시설물 모니터링 시스템에 대한 필요성이 증가하고 있다[1].

현재 해양시설물의 모니터링시스템은 사용자의 이용 디바이스별로 별도로 개발되고 유지보수가 진행되고 있다. 최근 PC, 스마트폰, 태블릿 PC, 스마트 TV, 스마트 PC등 다양한 디바이스가 보급되고 있다. 그러므로 새로운 디바이스 기반의 해양시설물 모니터링시스템이 개발되어야 한다. 그러나 매번 새로운 디바이스 기반의 해양시설물 모니터링시스템을 개발하고 유지보수를 진행하는 것은 비효율적이다. 그러므로 모든 디바이스에서 접근이 가능한 모니터링 시스템을 개발하는 것이 필요하다. N-Screen은 사용자가 다양한 스마트 디바이스에서 동일한 콘텐츠를 이용할 수 있는 서비스를 의미한다.

본 논문은 기존의 불편함을 개선하고 효율적인 유지보수 특성을 지닌 NMMS(N-Screen Marine-Facility Monitoring System)를 제안한다. NMMS는 효율적인 해양시설물의 모니터링 시스템을 위해 해양시설물의 전력 상태와 제어 상태를 실시간으로 확인할 수 있는 실시간 모니터링 시스템, 해양시설물의 고장진단을 확인할 수 있는 고장진단 시스템, 그리고 해양시설물의 모니터링 데이터를 장기간 저장 및 확인할 수 있는 데이터 저장 시스템으로 구성된다.

NMMS는 최근 각광받는 웹 표준 언어인 HTML 5를 이용해 각종 디바이스에서 접근성을 용이하게 하였다. 본 논문에서 제안하는 NMMS를 이용하여 관리자 및 관리단체가 사용하고 있는 개인 PC, 노트북, 스마트폰, 스마트패드 등의 다양한 기기 및 다양한 OS의 종류에 제한받지 않고 해양시설물의 모니터링을 가능하게 하였다.

N-Screen은 다양한 운영체계를 탑재한 스마트 TV, PC, 태블릿 PC, 스마트폰 등 다양한 디바이스에서 공통된 콘텐츠를 시간과 장소에 구애받지 않고 이용할 수 있는 서비스를 의미한다[2-5].

최근 애플, 구글, 넷플릿스, 삼성 등 다양한 유형별 사업자들을 통해 서비스 되고 있으며, 잘 알려져 있는 것으로 애플의 iTunes를 꼽을 수 있다. iPod, iPhone, Mac, Apple TV 등의 디바이스들에 iTunes가 중심이 되어 미디어 콘텐츠를 제공하는, 일종의 N-screen 서비스 방식이다. 이와 다른 또 다른 사례로, 네트워크를 이용한 클라우드 서버를 구축함으로써 다양한 디바이스들 간의 연동을 가능하게 한 iCloud를 들 수 있다. 이는 스마트디바이스를 소지한 사용자가 네트워크에 접속하기만 한다면 시간과 장소의 제한 없이 본인이 원하는 콘텐츠를 이용할 수 있도록 하는 서비스라 할 수 있다[6].

기본적으로 N-screen 서비스는 크고 무거운 하드디스크 없이도 사용자가 원하는 방대한 콘텐츠들을 손쉽게 이용할 수 있도록 한다. 서로 다른 디바이스 간의 연동으로 사용자가 연이어 볼 수 있고, 또 서로 다른 디바이스 간에 공유하여 이용할 수 있으며, 개별 플랫폼과 디바이스를 통합할 수 있는 장점을 지니고 있다. 이런 서비스는 국내에서도 활발하게 연구되어지고 있는데, 바로 SKT에서 제공하고 있는 ‘호핀(Hoppin)’과 KT의 ‘Playy’가 그것이다.

‘호핀(Hoppin)’은 전용 단말기를 셋톱박스 같이 활용하여 TV를 통해 다양한 콘텐츠를 제공하는 방식이다. 그러나 전용 단말기가 있어야 해 사용자들의 이용에 제한이 있다는 점이 큰 문제점으로 인식되고 있다. 전용단말기가 없으면 사실상 폭넓은 의미로써의 N-screen 서비스가 아니라, PC와 스마트폰, 혹은 스마트 TV와 스마트폰의 단편적인 연계일 뿐이라는 지적이다. 또 KT는 자사의 클라우드 서버를 활용하여 전용 단말기가 없어도 이용할 수 있는 ‘Playy’를 제공하고 있다. 하지만 콘텐츠를 이어서 볼 수 있는 기능 이외에 N-screen이 가진 기타 특징들을 갖지 못했다는 문제를 지니고 있다. 따라서 우리나라의 N-screen 서비스의 개발 방향은 음악, 영화 등이 주를 이루는 콘텐츠들에서 벗어나야 하고, 더 다양한 분야와 여러 가지의 콘텐츠들에 대해서도 N-screen의 의미로써 서비스 되어야 한다[7,8].

우리나라의 해양 산업은 날이 갈수록 커지고 있으며 우리나라의 지리적인 특성과 자국의 경제력, 그리고 세계의 관심사에 따른 자연스러운 추세라고 할 수 있다.

우리나라는 반도이면서 분단국가로서 해양 의존도가 높을 수밖에 없는 조건에 놓여 있고, 1인당 국민소득이 증가하면서 해양 레저 산업에 많은 투자가 이루어지고 있어 새로이 각광 받는 산업으로 자리매김했다. 또한 세계적으로 지하자원이 고갈됨에 따라 그 가채 연수가 짧아지면서, 막강한 자본력과 기술력을 갖추고 있는 대기업과 강대국들은 해양으로 눈을 돌렸다. 해양의 중요성이 이전보다 더욱 커진 것은 우리나라에서만 있는 현상이 아니라 전 세계적인 흐름인 것이다.

이에 따라 자국의 연, 근해를 중심으로 많은 시설물들이 들어서게 되었다. 예를 들면 대륙붕 개발을 위한 광구와 구조물들, 해상 전망대나 해저 터널, 레저 시설을 위한 다양한 시설물들과 태양광, 풍력, 조력 등의 신재생 에너지 발전 시스템들, 그리고 상선과 어선들의 항로를 표지하기 위한 항로 표지용 등부표까지, 크기와 종류가 다양한 해상 구조물들이 분포하고 있다. 한 마리도 이야기 하면, 해상에서 일어나는 안전사고의 예방과 해양 구조물의 효율적인 관리 및 운용이 더 어려워졌다는 것이다.

규모와 역할에 관계없이 해상 모니터링 시스템은 아주 중요하다. 사람이 직접 상주하면서 연속적이고 신뢰할 수 있는 감시 및 제어가 이루어지기 힘들기 때문이다. 이에 따라 사람이 상주할 수 없는 환경인 해상에서의 원격, 실시간 모니터링을 가능하게 함으로써 해상에서 일어날 수 있는 크고 작은 사고들을 미연에 방지할 수 있도록 하는 것이 필수적인 요소가 되었다.

HTML 5는 웹의 표준을 재정하는 기관인 ‘월드와이드웹 컨소시엄(W3C)’으로부터 만들어진 차세대 웹 프로그래밍 언어 규격으로써, 웹상에서의 문서 제작, 처리 등을 위한 기본 프로그래밍 언어인 ‘HTML(Hyper Text Markup Language)’의 최신 규격이다.

이는 국내 전자상거래에서 많이 쓰이고 있는 Active X를 별도로 설치할 필요가 없고, 특히 Adobe flash나 Silver light, Java FX가 없어도 웹 브라우저에서 화려한 그래픽 효과를 얻을 수 있기 때문에 음악이나 동영상파일의 자유로운 감상이 가능해졌으며 문서 작성 중심으로 구성된 기존의 표준 언어에 그림, 동영상, 음악 등을 실행하는 기능까지 포함시킨 것이 바로 HTML 5이다. 더구나 HTML 5는 모바일 환경에서 iPhone이나 Android 등의 운영체제 구분 없이 호환이 가능하다는 것이 큰 강점이다.

WHATWG(Web Hypertext Application Technology Working Group)는 지난 2004년부터 HTML 5를 HTML의 차기 표준 언어로 만들기 위한 세부 작업에 돌입했고, 올 2014년 기술 표준으로 공식적으로 발표할 예정이다. 이에 따라 현재 애플, 마이크로소프트, 구글, 페이스북 등의 글로벌 IT 기업들은 HTML 5의 시대에 발맞춰 그 주도권을 잡기 위한 뜨거운 경쟁에 뛰어들었다.

NMMS는 해양 시설물들을 효율적으로 관리하기 위해 구현한 N-screen 기반의 모니터링 시스템이다.

이 시스템은 기존의 해상 구조물들을 관리하는 방식을 보다 효율적인 방향으로 개선하기 위해 N-screen 기반으로 시스템을 설계하였다. 그 결과, 담당자가 사무실에 있어야만 해상 구조물들을 모니터링 할 수 있는 지금의 상황을 탈피함으로써 담당자가 시간과 공간의 제한을 받지 않고도 원활한 업무를 계속 할 수 있도록 하였다. 다음 [그림 1]은 N-Screen을 적용한 모니터링 시스템의 간략한 개념을 표현하고 있다.

개념도에서 보는 바와 같이 해상 구조물의 담당자는 어떤 디바이스를 통해서든 업무 수행이 가능하고, 이는 여러 디바이스를 이용할 수 있다면 한 명의 담당자가 기존보다 더 많은 구조물들을 모니터링 할 수 있게 된다는 뜻이다. 적은 인원으로 동일한 업무 결과를 낼 수 있고, 많은 인원으로 더 향상된 결과를 얻을 수 있는 환경이 도래하는 것이다.

다음 [그림 2]는 NMMS의 개요를 나타낸 그림으로 실시간 모니터링 시스템, 고장진단 시스템, 데이터 저장시스템을 활용함으로써 다양한 디바이스에서 모니터링이 가능한 시스템을 의미한다.

N-screen 기반은 어디에든 적용할 수 있지만, 본 논문에서는 특히 항로 표지용 등부표를 기준으로 제안하고자 한다. 다음은 실시간 모니터링의 목록들이다.

각종 해상 구조물들로부터 획득 가능한 데이터들을 중앙 관리소로 전송하면, 해당 담당자는 시간과 장소의 제한 없이 신속하고 정확한 업무 처리가 가능해진다. PC를 통해서만 관리가 가능하던 기존의 방식을 벗어나 유연하고 편리한 방식을 채택할 수 있게 된다.

고장진단 시스템은 태양광, 풍력, 파력, 전력시스템의 고장유무를 확인할 수 있게 설계되어 있다.

태양광 고장진단 알고리즘은 다음과 같다. 태양광 발전 시스템의 고장유무를 확인하기 위하여 태양전지의 발전 전압, 전류, 축전지의 전압, 태양광량의 값을 사용한다. 태양광 고장진단 알고리즘은 크게 태양전지의 발전전압이 0[V]일 경우와, 축전지 전압과 20[V]의 사이일 경우로 나뉜다. 우선 태양전지의 발전 전압이 0[V]일 경우, 축전지에 충전되는 전류량을 확인한다. 축전지에 충전되는 전류량이 0[A]보다 크면 광량을 확인한다. 광량이 20[W/㎡] 보다 높을 경우, 태양전지 발전전압 측정부의 문제를 확인한다. 또한 광량이 20[W/㎡]보다 낮을 경우, 태양전지 발전전압, 전류 측정부의 문제를 확인한다. 만약 충전되는 전류가 0[A] 미만일 경우에도 태양광 발전 시스템의 문제 유무를 확인하기 위하여 광량을 확인한다. 광량이 20[W/㎡]보다 높을 경우 태양전지 발전전압, 전류 측정부의 문제를 확인한다. 만약 광량이 20[W/㎡]보다 낮을 경우, 태양광 발전 시스템은 정상동작하는 것을 확인한다. 그리고 태양전지의 발전전압이 축전지 전압보다 높고 20[V]보다 낮을 경우, 태양전지로부터 축전지에 충전되는 전류량을 확인한다. 충전전류가 0[A]보다 높을 경우 태양전지에 비치는 태양광량을 확인한다. 태양광량이 20[W/㎡] 낮을 경우 정상동작으로 판단하고, 태양광량이 20[W/㎡]보다 높을 경우 태양광량 센서의 문제를 확인한다. 그러나 충전전류가 0[A]보다 낮을 경우, 태양전지 전류측정부의 문제를 확인한다.

다음은 풍력 발전의 고장진단 알고리즘으로, 발전 전압, 전류, 축전지의 전압, 풍속, 풍력발전기 터빈의 RPM 값을 사용한다. 풍력 발전의 고장진단 알고리즘은 크게 발전전압이 0[V]일 경우와, 발전 전압이 축전지 전압보다 클 경우로 나뉜다. 우선 발전 전압이 0[V]일 경우, 축전지의 전류량을 확인한다. 충전되는 전류량이 0[A]보다 크면 풍속을 확인한다. 풍속이 3[㎨]보다 빠르면 전압 측정부의 고장 유무를 확인하고, 3[㎨]보다 느리면 전압과 전류 측정부를 각각 확인한다. 또 충전되는 전류량이 0[A]보다 작을 때도 풍속을 확인하는데, 3[㎨]보다 빠르면 전압과 전류 측정부를 확인하고, 3[㎨]보다 느리면 다시 10[㎨]보다 빠른지 느린지를 확인한다. 만약 10[㎨]보다 빠르면 풍력발전기의 터빈 RPM을 확인한다. 사용자가 설정한 RPM 값보다 풍력발전기의 터빈 RPM이 높으면 풍력발전기 터빈에 문제가 있음을 확인하고, 사용자가 설정한 RPM 값보다 풍력발전기의 터빈 PRM이 낮으면 정상동작임을 확인한다. 또한 풍속이 10[㎨]보다 느리면 충전 전류량을 재측정한다. 그리고 발전 전압의 값이 축전지의 값보다 클 때는 정상 작동을 확인하고, 그 반대일 경우에는 전류 측정부의 고장 유무를 확인한다.

다음은 파력 발전의 고장진단 알고리즘이다. 발전 전압, 전류, 파고의 값을 사용하여 고장 유무를 진단한다. 발전 전압은 0[V]인 경우와, 발전 전압이 축전지 전압보다 큰 경우로 나눌 수 있다. 발전 전압이 0[V]인 경우 전류값을 확인한다. 전류가 0[A]보다 높은 경우 파고를 측정하고, 파고가 20[mm]보다 높을 경우는 전압 측정부를 확인한다. 파고가 20[mm]보다 낮으면 파력발전기의 터빈 RPM을 확인하여 사용자가 설정한 파력발전기 터빈 RPM값을 비교한다. 파력발전기의 RPM이 사용자가 설정한 파력발전기 터빈 RPM 값보다 크면 파력발전기 터빈이상 여부를 확인한다. 그리고 파력 발전기의 RPM이 사용자가 설정한 파력발전기 터빈 RPM 값보다 작으면 정상동작을 출력한다.

충전되는 전류가 0[A]보다 작은 경우도 역시 파고를 측정하는데, 파고가 20[mm]를 넘으면 전압과 전류 측정부를 모두 확인하고, 정상 작동 여부를 확인한다.

마지막으로 발전 전압이 축전지의 전압보다 큰 경우인데, 이때는 전류값이 0[A]보다 크면 정상 작동을 확인하고, 0[A]보다 작으면 전류값을 3회 다시 측정한다. 그리고 계속 같은 결과를 얻으면 전류 측정부의 고장 여부를 확인한다. 마지막으로 전력 시스템의 고장진단 알고리즘이다. 주 축전지 전압, 보조 축전지 전압, AFS 전류값을 사용하여 진단한다. 먼저 발전 전압이 12.5[V]보다 크면 SSR의 상태를 확인한다. SSR이 켜져 있으면 보조축전지를 충전하고, 보조 축전지의 전압이 13[V]보다 작으면 처음 단계로 돌아가고, 13[V]보다 크면 AFS 전류값을 확인한다. AFS 전류값이 0[A]보다 작으면 AFS의 고장 유무를 확인하고, 0[A]보다 크면 보조 축전지의 전압값을 확인한다. 보조 축전지의 전압값이 13.5[V]보다 작으면 또 처음 단계로 돌아가고, 13.5[V]보다 크면 AFS 전류값을 확인한다. 전류값이 7.5[A]보다 작으면 AFS의 고장 유무를 확인하고, 7.5[A]보다 크면 처음 단계로 돌아간다. 그리고 발전 전압이 12.5[V]일 때 SSR이 꺼져 있으면 SSR의 정상 여부를 확인하고 다시 처음으로 돌아가게 된다.

환경정보, 발전정보, 전력정보 등을 측정하고 오류가 발견되지 않으면 그 데이터들을 메모리 디바이스에 백업하게 된다. 기본적으로 데이터 저장 시스템을 통해 저장하게 되는 데이터들은 측정되는 모든 데이터이며, 그 대략은 다음과 같다.

N-Screen 기반의 해양시설물 모니터링 시스템 설계를 기반으로 N-Screen 기반의 해양시설물 모니터링 시스템을 구현하였다.

다음 [그림 8]은 태블릿 PC, 개인 PC, 모바일 장치에서 해양시설물을 모니터링 하는 화면이다. 해양시설물의 정보데이터는 데이터베이스로 저장되며 태블릿 PC, 개인 PC, 모바일 장치의 웹 브라우저를 통하여 HTML5 언어로 작성된 홈페이지로 실시간 모니터링이 가능하다. 홈페이지는 반응형으로 제작되었기 때문에 사용자 디바이스의 화면 크기에 맞추어 자동적으로 최적화된 화면을 출력한다.

다음 [그림 9]는 모니터링 중인 해양시설물의 정보를 모니터링 하는 화면이다. 해양시설물에 연계된 광량, 온도, 수위, 풍속, 해양시설물의 표준정보, 해양시설물의 전력상태 등을 사용자가 확인할 수 있게 구성하였다.

다음 [그림 10]은 해양시설물의 고장진단을 모니터링 하는 화면이다. 해양시설물에 장착된 시스템들의 상태를 고장진단 알고리즘을 기반으로 사용자가 확인할 수 있게 구성하였다.

다음 [그림 11]은 데이터 저장시스템의 모니터링 화면이다. 저장된 데이터 값 중 사용자가 확인해야하는 필수 데이터만을 추출하여 화면에 출력시킨다. 현재 데이터 저장시간, 태양광 발전 전압, 태양광 발전 전류, 파력 발전 전압, 파력 발전 전류, 주 축전지 전압, 보조 축전지 전압, 주 축전지 충전 전류, 보조축전지 충전 전류를 확인할 수 있다.

본 논문에서는 N-Screen 서비스를 위한 해양시설물 모니터링 시스템 설계를 제안하였다. 현재 해양시설물에서 이용되는 모니터링 시스템은 다중디바이스가 지원되지 않아 해양시설물 관리자가 모니터링시스템의 접근이 용이하지 않다. 그러므로 N-Screen 기반의 모니터링 시스템을 제안하고 NMMS를 제작하였다. 모니터링 실험 결과 다양한 디바이스나 OS 환경에 구애 받지않으므로 기존의 모니터링 시스템과 비교하여 개발 및 유지, 보수에 이점을 지님을 알 수 있었다. 추후 많은 연구를 통하여 대한민국에 설치된 모든 해양시설물의 모니터링을 위하여 빅 데이터 기반의 NMMS의 연구가 필요하다.