3.1. Shore 기반 해상정보 서비스 플랫폼 아키텍처
본 연구에서는 e-Navigation의 Shore-side 시스템 실현을 위하여 다양한 해상정보의 융합, 관리 및 서비스 제공이 가능 한 Shore 기반 해상정보 서비스 플랫폼을 제안하고 있다. 제 안되는 플랫폼은 다양한 종류의 해상정보들에 대한 융복합 서 비스를 제공하고 동시에 e-Navigation의 Shore-side 시스템 요구사항을 만족시키기 위하여 Table
1과 같은 기능들을 제 공할 수 있도록 설계되었다.
Table 1
Main functions of the Shore-based maritime information service platform
e-Navigation requirement |
Main functions/data |
Related standards |
Loading, Integration, and Management of Maritime Information |
ENC (S-101) |
S-101 |
Sea Map (Shape) |
- |
Tile Map (Base Map, Satellite/Aerial Imagery) |
WMTS (OGC) |
Sensor Data (AIS, Weather) |
SWE (OGC) |
Maritime Safety Information, Navigational Warnings |
S-220 S-124 |
Marine Protected Areas |
S-122 |
Route Information |
- |
Portrayal of Maritime Information |
Presentation/Portrayal of S-101, Shape, GML, Imagery, Sensor data |
S-101, SE/SLD1) (OGC) |
Service of Maritime Information |
Web Services of Maritime Information |
WMS/ WMTS (OGC/ISO) |
Realtime Ship Monitoring |
AIS |
Mobile WebApp/App Services |
- |
Table
1에서 보듯이 본 연구에서 제안되는 플랫폼은 첫째 S-101의 전자해도, 한국해양조사협회의 바다지도, 다양한 육 상지도 (기본지도, 위성/항공영상), 센서정보 (AIS, 날씨), 해 상안전정보 (MSI, Maritime Safety Information), 해양보호구 역 (MPA, Marine Protected Area), 항로정보 (Route)들의 수 집, 융합하여 관리할 수 있어야 한다. 둘째, 융합된 해상정보 들을 효율적으로 표출할 수 있어야 하며, 끝으로 해상정보에 대한 다양한 서비스 제공을 위한 서버로서의 역할을 효율적으 로 수행하기 위하여 해상정보에 대한 WMS 기능, WMTS 기 능, 실시간 선박 관제 서비스 기능, 그리고 모바일 해상정보 서비스 기능 등을 지원할 수 있어야 한다. 특히, 본 연구에서 는 Table
1에서 제시한 다양한 기능들을 지원할 수 있는 플랫 폼의 설계 과정에서 e-Navigation Shore-side 시스템 요구사 항을 충족시키기 위하여 IHO, IMO, IALA의 S-101, MSI, MPA 관련 표준과 ISO와 OGC의 공간정보 관련 표준을 최대 한 수용하고 있다. Table
1에서 제시한 주요 기능과 표준을 수용하여 본 연구에서 제안되는 해상정보 서비스 플랫폼의 아 키텍처는 Fig.
1과 같다.
Fig. 1.
System architecture of the Shore-based maritime information service platform
Fig.
1에서 보는 바와 같이 본 연구에서는 해상정보 서비스 플랫폼 아키텍처를 시스템 구현 및 유지보수를 용이하게 수행 하기 위하여 일반적인 정보 서비스 플랫폼에서 필요로 하는 데이터 수집 계층, 데이터 관리 계층, 데이터 표출 계층, 그리 고 서비스 계층의 4개 계층으로 구성하였다. 구체적으로 Table
1에서 제시한 e-Navigation의 Shore-side 시스템 요구 사항에서 해상정보 데이터 수집, 통합 및 관리에 대한 요구사 항을 데이터 수집 계층과 데이터 관리 계층으로 구분하여 시 스템을 설계하였다.
첫째 데이터 수집 계층 (Maritime Data Provider)은 상호 이질적인 다양한 해상정보에 대한 효율적인 수집 방법을 지원 한다. 현재 본 연구에서는 S-101 데이터, S-101 타일 맵, S-122 MPA, MSI, Route, Shape, GeoJSON, Google Map, Daum Map, Vwolrd Map, AIS, Weather 데이터 수집을 위한 각각의 Data Provider를 지원하고 있다. 여기서, Route는 S-100 관련 표준사양이 개발되고 있는 상황으로, 본 연구에서 는 GeoJSON Data Provider를 이용하여 데이터를 수집하고 있다. 이와 같이 특정 데이터 형식에 대하여 표준화된 인터페 이스를 포함하는 Data Provider 컴포넌트를 구현하여 데이터 를 수집하는 시스템 설계 방식은 기존 Data Provider가 수집 할 수 없는 새로운 형식의 해상정보가 추가되었을 때, 전체 플 랫폼에 대한 수정 없이 표준화된 방식으로 신규 Data Provider만 간단히 추가 구현함으로써 전체 플랫폼 서비스가 원활히 동작할 수 있는 장점이 있다. 이러한 신규 Data Provider는 기존 Data Provider를 참고하여 쉽게 구현될 수 있다.
둘째 데이터 관리 계층 (Maritime Data Management)은 다 양한 해상정보들을 관리하기 위하여 다수의 Data Provider들 을 관리하는 Data Provider Manager, Data Provider들로부터 수집된 해상정보들을 S-101 레이어, S-122 레이어, MSI 레이 어, Daum Map 레이어, AIS 레이어, Sea Map 레이어 등의 개 별 레이어로 변환하여 레이어 그룹을 관리하는 Feature(Layer) Manager, 그리고 Feature Catalogue 등의 메 타정보를 관리하는 Catalogue Data Manager로 구성되어 있 다. 여기서, Layer Manager는 다양한 데이터 형식의 레이어 생성 및 관리를 지원하기 위하여 벡터 데이터, 이미지 데이터, 속성 데이터 위주의 레이어 생성을 지원할 수 있다. 특히, S-101 또는 Shape 등과 같은 복잡한 벡터 형식의 데이터를 효율적으로 관리하기 위한 레이어 내부의 SENC (System ENC)로 Point, LineString, Polygon 등의 다양한 Geometry 데이터 모델을 지원하는 OGC Simple Feature 표준 모델을 적용하고 있다. 벡터 형식의 전자해도와 육상지도에 대하여 이러한 Simple Feature 모델을 동일하게 적용함으로써, 제안 된 플랫폼은 전자해도와 육상지도와의 융합 서비스를 효율적 으로 제공할 수 있다.
셋째 데이터 표출 계층 (Maritime Data Portrayal)은 기본 적으로 전자해도 관련 정보의 표출을 위하여 S-101, MSI, MPA를 표출을 위한 S-10X Portrayal 컴포넌트, 육상지도 정 보 표출을 위한 Spatial Data Portrayal 컴포넌트, 센서 데이터 표출을 위한 Sensor Data Portrayal 컴포넌트 구성되어 있다. 여기서, Spatial Data Portrayal과 Sensor Data Portrayal 컴포 넌트는 벡터 데이터 표출을 위한 심볼과 스타일을 지원하기 위하여 OGC SE/SLD 표준을 수용하도록 설계되었다. 특히, S-10X Portrayal 컴포넌트는 기본적으로 전자해도 표출과 관 련하여 이전의 S-52 표준을 수용하도록 설계되었으며, 최근에 는 S-101 Portrayal 표준을 수용할 수 있도록 설계되었다. 데 이터 표출 계층은 데이터의 단순 표출 이외에도 사용자가 다 양한 방식으로 생성하여 표출한 맵에 대하여 추후 WMTS 웹 서비스 제공을 위하여 필요한 다중 레벨 타일 맵의 생성을 지 원할 수 있는 Tiling 컴포넌트의 설계를 추가적으로 포함하고 있다.
넷째 서비스 계층 (Maritime Service)은 다양한 해상정보에 대한 웹 서비스 제공을 위한 OGC/ISO 표준인 WMS, WMTS 서버, Route 정보의 웹 서비스를 위한 WRS (Web Routing Service) 서버 기능과 스마트 폰 또는 웹 패드에 WebApp 및 Hybrid App 기능을 제공하기 위한 웹 서버 기능을 포함하도 록 설계되었다. 또한, VTS, Ship Monitoring, 해양안전정보 서비스 등의 응용에 활용할 수 있는 데스크 탑용의 관제 서버 기능도 포함하도록 설계되었다.
끝으로, Shore 기반 해상정보 서비스 플랫폼을 위한 화면 설계는 Fig.
2와 같다.
Fig. 2.
User interface design of the Shore-based maritime information service platform
Fig.
2에서 보듯이 제안된 플랫폼은 해상정보 표출을 위한 Portrayal Control, 속성정보 표출을 위한 Attribute Control, 레이어 정보 표출을 위한 Layer Control, 그리고 인덱스 맵 또 는 메타정보 표출을 위한 Metadata Control로 구성되어 있다.
3.2. Shore 기반 해상정보 서비스 플랫폼 구현
본 연구에서 제안된 Shore 기반 해상정보 서비스 플랫폼은 기본적으로 Windows .NET Framework 환경에서 C# 언어를 이용하여 구현되었다. 구체적으로 3.1에서 제시한 데이터 수 집, 데이터 관리, 데이터 표출 및 서비스 계층들이 각각 C# 컴 포넌트로 구분되어 구현되었다. 국제표준과 관련해서는 기본 적으로 S-100의 범용 수로데이터모델 표준과 ISO 19100 및 OGC 공간정보 표준을 수용하고 있으며, 구체적으로 제안된 플랫폼은 IHO S-101의 차세대 전자해도 표준, 2/3차원 해양 공간정보에 대한 효율적인 벡터 기반 데이터 저장 및 관리를 위한 OGC Simple Feature Model 표준, 센서정보의 효율적인 관리를 위한 OGC SWE 표준, 해양 공간정보의 다양한 표출 을 지원하기 위한 S-52와 OGC SE/SLD 표준, 그리고 해상정 보의 웹 서비스를 위한 ISO/OGC의 WMS, WMTS 표준을 수 용하여 구현하고 있다. 이와 같이 본 연구에서 제안된 플랫폼 은 S-101 표준 이외에도 ISO/OGC의 다양한 표준을 수용함으 로써, 이후 ISO 19100 시리즈의 공간정보 표준을 참고한 새로 이 제안되는 S-10X 표준에 대하여 플랫폼의 기본 틀을 변경 하지 않고 용이하게 수용할 수 있는 장점을 가지고 있다.
데이터 수집 계층에서는 상호 이질적인 다양한 해상정보를 효율적으로 수집하기 위하여 ENC Provider, MSI Provider, MPA Provider, Spatial Data Provider, Sensor Provider를 각 각 구현하고 있으며, 구체적으로 ENC, MSI, MPA Provider에 서는 File 형식의 데이터를 위한 Data Provider와 Image 형식 의 Tile Map 데이터를 위한 Data Provider를 구분하여 각각 구현하고 있다. 이러한 Data Provider 컴포넌트는 Maritime Data Management 계층에 표준화된 방식의 데이터 전달을 위 하여 다음의 2 가지 인터페이스를 반드시 구현해야 한다.
- Data Connection Interface: 이질적인 데이터 소스(File, DB 등)를 연결하기 위한 메소드와 데이터 소스에 대한 메타정보를 제공하기 위한 메소드를 구현해야 함. 메타정 보는 OGC Simple Feature 표준에서 정의하고 있는 ‘Feature 목록’, ‘Feature의 영역 좌표’, ‘Feature의 공간 칼럼’으로 정의하고 있음
- Data Adaptor Interface: 데이터 소스로부터 Raw 데이터 를 로드하여 OGC Simple Feature의 Geometry 모델로 변환하는 메소드를 구현해야 함(Fig. 3). 제안된 플랫폼 에서 S-101 File, Shape, GeoJSON 등과 같은 모든 벡터 형태 데이터들은 Simple Feature Geometry형태로 관리 되고 있음
끝으로, 새로운 형식의 해상정보를 추가하기 위해서는 Data Provider가 추가적으로 구현되어야 하며, 본 연구에서는 이러 한 Provider를 효율적으로 구현하기 위하여 .NET Framework 에서 제공되는 ADO.NET 객체를 확장하여 구현하고 있다.
Fig. 3.
Geometry model of OGC simple feature
데이터 관리 계층은 Data Provider들로부터 수집되는 다양 한 해상정보를 플랫폼에서 효율적으로 관리하고 데이터 표출 을 지원하기 위하여 다음의 인터페이스들을 구현해야 한다.
- Data Provider Manager Interface: 다수의 Data Provider 들을 관리하는 역할을 수행하며, Data Provider 연결 설 정 및 해지, 새로운 Data Provider 추가를 위한 메소드를 구현해야 함. 특히 Data Provider로부터 수집되는 Raw 데이터와 메타정보를 기반으로 플랫폼에서 이용 가능한 Layer(Feature) 생성을 위한 메소드를 구현해야 함.
- Layer Manager Interface: e-Navigation에서 요구하는 복잡하고 다양한 유형의 해상정보들을 효율적으로 관리 하기 위하여 사용자가 원하는 Layer들을 묶어서 임의의 Project를 생성하고 Project별로 Layer들을 관리할 수 있 는 기능을 구현해야 함. 예를 들어, Table 1에서 보듯이, S-101 ENC 데이터들을 위한 ENC Project, 위성/항공 영 상 데이터들을 위한 Base Map Project, 센서 데이터들을 위한 Sensor Project 등을 생성하여 그룹별로 효율적으 로 관리가 가능해야 함. 구체적으로 Layer Interface는 신 규 Project 생성, Project에 사용자가 원하는 Layer를 추 가하고 삭제하기 위한 메소드를 구현해야 함.
- Catalogue Manager Interface: S-101 데이터를 Layer 개 념으로 관리하고 화면에 표출하기 위해서는 Feature Catalogue와 Portrayal Catalogue의 메타정보를 수집하 여 관리하기 위한 역할을 구현해야 함. 구체적으로 Catalogue Manager는 XML 형태의 Feature 및 Portrayal 정보의 로드, 변환 및 관리를 위한 메소드들을 구현해야 함.
데이터 표출 계층은 전자해도, 해상안전정보, 해양보호구역 정보, 육상 공간정보, 센서정보 등의 다양한 해상정보들을 표 출하기 위한 인터페이스와 표출된 해상정보에 대하여 다중 레 벨의 타일 맵을 생성하기 위한 인터페이스를 구현해야 한다. 특히, 전자해도 표출에 있어서 e-Navigation 실현을 위하여 S-101 표준을 지원하고 있으며, 기존에는 PL(Presentation Library) 4.0을 이용하여 심볼 및 스타일 정보를 내부파일로 변환하여 표출하였으나, 최근에는 S-101 표출과 관련하여 S-101 Part 9 Portrayal의 표준을 이용하고 있다. 예를 들어, 기존에는 Fig.
4와 같이 DAI 파일을 로드하여 Color, Style, Symbol 정보를 생성하고 내부 포맷으로 저장 또는 변환하여 S-101 표출에 이용하였으나, 최근에는 S-101 표준에서 새로 이 제공하는 Feature Catalogue와 Portrayal 정보를 이용하여 S-101 데이터의 Color, Style, Symbol을 표출하고 있다. 이러 한 데이터 표출 계층은 S-101, Shape, GeoJSON 등과 같이 벡터 형태 데이터들과 JPG 등의 이미지 형태 데이터들을 융 합 표출할 수 있으며, 이와 같이 표출된 해상정보에 대하여 사 용자가 원하는 다양한 타일 맵을 생성할 수 있어야 한다.
Fig. 4.
Style and symbol information of DAI file
구체적으로 데이터 표출 계층은 S-101 Symbol/Style 표출 인 터페이스, OGC Geometry 표출 인터페이스, Image 표출 인터 페이스, 외부 센서정보 연계 및 표출 인터페이스, 웹 기반 공 간정보의 연계 및 표출 인터페이스를 구현해야 한다.
해상정보 서비스 계층에서는 제안된 플랫폼이 다양한 해상 정보 서비스 분야에 활용되기 위하여 요구되는 기능들을 구현 하고 있다. 첫째, 다양한 해상정보에 대하여 웹 서비스를 제공 할 수 있는 플랫폼 기능을 구현하고 있다. 구체적으로 해상정 보에 대하여 OGC의 WMS, WMTS의 서버 기능을 구현하고 있으며, 이러한 WMS, WMTS의 표준 웹 서비스 기능은 전자 해도 뿐만 아니라, 다양한 육상 공간정보 서비스와도 융합 활 용을 용이하게 하고 있다. 둘째, 전자해도, 실시간 해양정보, 육상정보를 융합 관리하고 모니터링 하는 서버로서의 필요한 기능들을 구현하고 있다. 예를 들어, 제안된 플랫폼은 실시간 선박 모니터링, AIS 데이터 모니터링 등의 기능을 포함하는 VTS 서버 시스템으로 활용이 가능하다. 셋째, 제안된 플랫폼 을 스마트폰, 웹 패드 등의 모바일 기기로 WebApp 또는 Hybrid App을 통하여 다양한 해상정보 서비스를 제공할 수 있는 기능을 구현하고 있다. 이러한 App 기반의 모바일 서비 스는 ECDIS (Electronic Chart Display and Information System), ECS (Electronic Chart System)가 설치되지 않은 선박 또는 해양 레저 서비스 사용자에게 전자해도를 포함한 다양한 해양정보 서비스를 손쉽게 제공할 수 있는 장점이 있 다.