한국통신학회 KICS

해양ICT융합연구센터

○ 한국해양과학기술원(KIOST: Korea Institute of Ocean Science & Technology) 해양공학연구본부의 해양ICT융합연구센터는 KIOST연구성과의 ICT기반 실용화 선도, 해양 ICT 선도 연구 발굴/진행, 제4차 산업혁명 핵심 기술 개발의 비젼을 가지고 있는, 총인원 22명 (박사급 연구원 8명, 기술원 2명, 연구사업인력 13명)의 연구센터이다.

○ 센터 주요 기능은 Observation, Connection, Convergence로 요약된다.

Observation: 다차원 해양 정보 수집/관측을 위한 해양 장비/로봇 개발 및 핵심 기술 연구

Connection: 수집/관측된 데이터의 송수신을 위한 해양 통신 기술과 데이터 표준화/관리 기술

Convergence: 축적된 대규모 해양 빅데이터의 빠르고 정확한 처리 기술과 이를 활용한 신개념 해양 융합 기술

○ 수행 중/완료 주요 프로젝트는 다음과 같다.

해양 데이터 실시간 확보를 위한 IoT 핵심 원천 기술 개발

해양 장비 실해역 성능 검증을 위한 시험 평가 선박 및 시스템 구축

해양과학기지 항로준설 및 수중 모니터링을 위한 수중로봇 공용플랫폼 구축

안전한 항만 도시를 위한 가동식 호안 기술 개발

해수전지 시스템 및 해양 IoT 활용 기술 개발

○(Observation) 해양과학기지 항로준설 및 수중 모니터링을 위한 수중로봇 공용플랫폼 구축

- 해양과학에 대한 연구의 가장 기본적인 수단은 관측이며, 지금까지 해양연구의 각 분야에서 다양한 방법으로 관측을 수행하고 있는데, 최근에는 ROV, AUV, HROV 등과 같이 수중로봇이 개발되면서 잠수사에 의한 관측이나 센서를 선상에서 내려서 관측하는 방법을 대체하고 있다. 이것은 드론이 개발되어 상용화되면서 항공기를 이용한 관측을 대체하고 있는 것과 동일한 경향이다.

- KIOST는 해양에 대한 다양한 연구를 수행하고 있지만, 해양관측에서 ROV와 같은 수중로봇을 활용하고 있는 사례는 미미한 실정이다. 6,000m급 해양관측 ROV인 해미래가 개발된 이후 유무인 잠수정에 대한 수요를 지속적으로 요구하고 있지만 현실적으로 대부분의 심해관측을 고가의 해외 장비에 의존해 왔으며, 연구에 활용하고 있는 ROV는 소형장비에 국한되고 있다.

- 이에 따라, 다양한 해양관측 임무를 수행할 수 있는 ROV 공용플랫폼을 개발한다. 이 ROV는 항로준설이 가능한 유압식 굴삭기 툴시스템 (암파쇄기, 준설펌핑시스템)을 선택적으로 운용 가능하며, 95% 이상 KIOST 내부에서 자체 개발된 특징을 가진다.

- KIO-가온은 실해역 검증 실험을 마쳤으며, 해경72정 탐색 등 다양한 현장에 투입되고 있다.

 

○(Observation) 해수전지 시스템 및 해양 IoT 활용 기술 개발

- 해수배터리는 사실상 무한 자원인 해수를 이용하여 전력 에너지를 저장 및 생산하는 친환경, 저비용의 안전한 전지 시스템으로써, 해수에 녹아있는 나트륨 이온과 물의 화학 반응을 통해 전기에너지를 저장하고 필요 시 사용할 수 있는 배터리이다.

- 리튬-이온 배터리로 대변되는 기존 배터리는 양극과 음극으로 구성되어 있으나, 해수배터리를 양극을 해수로 대체한다. 이에 따른 장점은 다음과 같다. (기존 배터리 대비 2배의 용량 혹은 절반의 크기/무게 제공 가능, 충격에 의한 폭발 위험 없으며, 반복 충방전에 의한 성능 저하 없음, 전량 수입에 의존하는 리튬을 사용하지 않음으로 인한 기술 독립성, 해수담수화, CCS 등의 부가 기능 제공 )

- KIOST에서는 해양에서 운용되는 모든 장비와 이동체에 적용 가능한 해수배터리 시스템의 세계 선도 원천 기술 확보 및 해수배터리 시스템 기반 해양 IoT 요소 기술을 개발중이다. 구체적으로 3개년에 걸쳐, 해수배터리 관련 기관고유사업을 진행 중이며, 현재는 2차년도 사업이 진행 중이다.

- 1차년도 사업에서 개발된 내용은 아래 그림과 같다. (1. 해수배터리 셀의 과충/과방방지, 셀겸함 체크 및 수밀 기능을 제공하는 셀 연결 기술과, 이에 기반하여 제작된 실해역 투입 가능한 320Wh급 해수배터리 시스템, 2. 해수배터리 시스템을 실해역 운용할 때 수반되는 부착생물 문제를 해결하기 위한 전자기적 부착생물 제거 장치, 3. 해수배터리 시스템 내부의 셀 표면에서 파도에 따라 임의로 움직이면서 부착생물의 기인이 되는 mud를 제거하는 기술)

- 상기 내용은 모두 특허 출원 되었으며, 구체적인 활용 예는 아래와 같음.

○(Connection) 해양 데이터 실시간 확보를 위한 IoT 핵심 원천 기술 개발 IoMT(Internet of Maritime Things)

- 현재, 육상에서는 IoT 실현을 위한 사물인터넷 국제표준인 oneM2M 기반의 기술·장비 개발을 위해 많은 노력을 기울이고 있습니다. 하지만 해양에서는 육상과 같이 표준화된 IoT 체계가 존재하지 않습니다. 이는, 해양 IoT 실현의 실질적인 장애요소이며, 해양 다차원 빅데이터를 통한 막대한 2차 부가가치 창출을 어렵게 하는 걸림돌입니다.

- 따라서, 우선, 해양 다차원 빅데이터의 통합 수집∙처리 및 서비스 제공을 가능하게 하는 국제표준 기반의 Internet of Maritime Things (IoMT) 플랫폼 기술개발을 진행해야 합니다. 이를 통해 해양 IoT 실현을 통해 발생하는 다양한 형태의 이득을 해양으로 확장하여 막대한 경제적·산업적 효과를 창출하려 합니다.

- 한편, 현재 육상의 통신은 4G(LTE)를 넘어 5G로 진화되고 있습니다. 5G는 IoT, 기계간 통신 (MTC), 임무 중심형 (mission critical) 통신 서비스 등 기존 4G에서는 지원되지 않았던 새로운 서비스 지원을 목표로 합니다. 이와 같은 통신 기술은 선박이나 해양 무인 이동체의 자율 주행, 무인 해양 환경 모니터링, 해양 재난 구조 통신망 등 다양한 적용분야가 존재합니다. 해양과 육상 통신망의 격차를 줄이고, IoMT 실현을 위해서는 해양 통신기술 개발이 필수적입니다.

- 따라서, 육상과 매우 다른 통신 환경 (예를 들어 광범위성, 적은 전파 방해/반사 구조물, 날씨 등)을 고려한 해양 통신 원천 기술 개발을 진행해야 합니다. 우리원에서는 호환성이 높은 국제표준을 기반으로, 검증되고 경쟁력 있는 해양 통신 기술을 선점하여 국가경쟁력 확보와 높은 질의 대국민 해양 서비스를 제공하려 합니다.

○(Convergence) 수중 영상(광학,소나)융합기술 개발연구

- 해수에 존재하는 부유물, 부족한 광량, 상이한 굴절/전달 특성은 수중에서 획득된 영상데이터의 품질을 저하시킨다. 따라서, 수중 영상 (광학, 소나)의 품질을 개선하는 원천기술을 개발한다.

- 구체적으로 1차년도(2018)에는 광학 영상 데이터의 선명도를 강화하는 기술을 개발하며, 2차년도(2019)에는 소나 영상의 대조도 강화기술을 개발한다. 3차년도(2020)에는 광학영상과 소나영상을 융합(fusion) 함으로써, 수중 환경을 정확하게 파악할 수 있는 새로운 차원의 시각 정보를 제공한다.

- 1차년도(2018)연구성과는 아래 그림과 같다. 수중의 빛의 흡수 및 부유물에 의한 산란 효과에 의해 육상대비 왜곡된 영상을 제안된 기법을 통해 개선이 가능함을 보였다.