KR101375362B1 - static and dynamic positioning system and method using real time sub-sea monitering - Google Patents

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Abstract

본 발명은 해저의 실시간 모니터링을 통해 해저에 위치한 엄비리컬 케이블, 파이프, 펌프 및 밸브 등의 손상 및 수명을 측정하고 이에 맞추어 자동으로 적절한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 제어 및 관리가 이루어질 수 있도록 하는 해저의 실시간 모니터링을 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 시스템 및 방법을 제공한다.The present invention measures the damage and service life of umbiological cables, pipes, pumps, and valves located on the seabed through real-time monitoring of the seabed, and accordingly enables automatic static and dynamic positioning control and management of appropriate offshore structures. Provides a static and dynamic positioning system and method for offshore structures using real-time monitoring of the seabed.

Description

해저의 실시간 모니터링을 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 시스템 및 방법{static and dynamic positioning system and method using real time sub-sea monitering}Static and dynamic positioning system and method using real time sub-sea monitering}

본 발명은 해저에 위치한 엄비리컬 케이블, 파이프, 펌프 및 밸브 중 어느 하나 이상의 유체역학적(hydrodynamic) 특성에 의한 주기성 혹은 비주기성의 복합 에너지(coupled energy)와 반응(response)을 실시간으로 모니터링 하고 이를 바탕으로 해양 구조물에 대한 최적의 정적 및 동적 포지셔닝을 수행하는 것을 특징으로 하는, 해저의 실시간 모니터링을 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention monitors in real time the periodic and aperiodic coupled energy and response due to hydrodynamic properties of any one or more of umbilical cables, pipes, pumps and valves located on the seabed. The present invention relates to a static and dynamic positioning system and method of marine structures using real-time monitoring of the seabed, characterized in that the optimal static and dynamic positioning of the offshore structure.

1. 해양 구조물(도 1)1. Offshore Structure (FIG. 1)

해양 구조물이란 육지와 연결된 어떤 구조도 갖지 않은 채 어떤 날씨 조건 하에서도 바다의 한 지점에 머물러 있을 수 있는 구조물을 말한다. 해양 구조물이 쓰이는 곳은 다양하다. 해저유전이나 가스의 개발과 생산을 위해 설치되기도 하고, 대형 유조선의 접안을 위한 항만 구조물로 쓰이기도 한다. 대형 유조선이 정박하려면 그만한 수심이 필요하고 따라서 준설이 여의치 않을 때는 아예 깊은 곳까지 젯티와 돌핀을 연장하여 항만을 만들어야 하기 때문이다. 이를 일명 오프쇼어 마린 터미널(offshore marine terminal)이라 한다. 근자에 와서는 발전소나 석유저장시설, 어업 중계기지 등을 위해 해양 구조물이 만들어지기도 한다.
An offshore structure is a structure that can remain at a point in the sea under any weather conditions without any structure connected to the land. Marine structures are used in various ways. It is installed for the development and production of subsea oil fields and gas, and is also used as a port structure for berthing large tankers. This is because large tankers need to be deep enough to berth, so when dredging is not possible, the jetty and dolphin must be extended deep into the harbor. This is called offshore marine terminal. In recent years, offshore structures are being built for power plants, oil storage facilities, and fishing relay bases.

해양 구조물 제작용 재료를 살펴보면, 가장 많이 쓰이는 재료는 역시 철강이다. 이때 바다 밑에 들어가는 부분은 원형 단면을 갖는 강관을 사용하는데, 이는 단면 형상이 파도나 해류의 힘을 되도록 적게 받기 때문이며, 또 다른 이유로는 강관 파일을 기초용으로 사용할 수 있도록 하고, 구조물 설치 시 부력을 받을 수 있게 하는 등을 들 수가 있다.
Looking at the materials used to make offshore structures, the most commonly used material is steel. At this time, the part that goes under the sea uses a steel pipe with a circular cross section, because the cross-sectional shape receives less force from waves or currents. Another reason is that the steel pipe pile can be used as a foundation, and buoyancy can be used when installing the structure. You can receive it.

바다 위 상부 구조에는 제작이 쉽고 유지보수가 용이한 H-빔 등의 형강이 사용된다. 철강재는 부식이 잘 되고 고착성 해양 생물이 잘 자라는 등의 단점에도 불구하고 제작과 설치의 용이성, 설계의 명확성, 구조의 견고성 등의 이점으로 해양 구조물의 재료로 가장 널리 사용되고 있다.
The upper structure of the sea is made of steel such as H-beam, which is easy to manufacture and easy to maintain. Steel has been widely used as a material for offshore structures due to its advantages such as ease of manufacture and installation, clarity of design, and robustness of structure, despite the disadvantages such as corrosion and sticking marine life.

깊은 수심과 단단한 해저 지질을 갖는 지역에서는 콘크리트 구조물이 많이 사용된다. 콘크리트는 내식성이 강하고 자중만으로도 안정된 상태를 유지할 수 있다. 거대한 원통형 콘크리트는 그 내부를 유류 등의 저장시설로 사용할 수 있으며, 운반 및 설치, 그리고 구조물의 검사도 용이하게 수행할 수 있다. 그러나 제작이 힘들고 해저 지질 조건이 제약되는 등, 그 사용이 북해나 극지방으로 제한되는 단점이 있다. 해양 구조물을 그 성격상으로 구분하면 아래와 같이 크게 세 가지로 나눌 수 있다.
In structures with deep water depths and hard seabed geology, concrete structures are often used. Concrete is highly corrosion resistant and can maintain a stable state with its own weight. The huge cylindrical concrete can be used as a storage facility for oil, etc., and can be easily transported, installed, and inspected. However, it is difficult to manufacture and limited seabed geological conditions, such as its use is limited to the North Sea or polar regions. The marine structures can be divided into three categories as follows.

(1) 부유식 구조물(1) floating structure

이는 주로 석유 시추용으로 사용되어 왔으나, 최근에는 해상발전소, 유류 저장시설 등으로 그 이용이 확산되고 있다. 석유 시추용 부유구조물은 이동성과 고정성이 동시에 보장되어야 한다는 명제를 안고 있다. 다시 말해 시추에 실패했을 때는 즉시 다른 지역으로 이동이 가능해야 하고, 시추 중에는 시추 파이프에 무리한 힘이 가해지지 않을 만큼의 고정성이 확보되어야 한다는 점이다. 부유식 시추선에는 아래의 세 가지가 많이 사용된다.
It has been mainly used for oil drilling, but recently, its use has been spread to offshore power plants and oil storage facilities. Floating structures for oil drilling have the proposition that mobility and fixedness must be ensured at the same time. In other words, if the drilling fails, it should be able to move to another area immediately, and during drilling, it should be secured so as not to exert excessive force on the drilling pipe. There are three common uses for floating rigs:

a. 드릴 쉽(drill ship)(도 2)a. Drill ship (FIG. 2)

자력추진이 가능하여 기동력이 있으나, 고정성은 무어링(mooring) 또는 동적 위치유지 시스템(dynamic positioning) 등으로 확보되기 때문에 악천후 시에는 롤링, 피칭 등의 현상이 발생하여 조업을 어렵게 한다.
Magnetic propulsion is possible and there is maneuverability, but fixedness is secured by mooring or dynamic positioning, so in bad weather, rolling, pitching, and the like, it is difficult to operate.

b. 잭 업 리그(jack-up rig)(도 3)b. Jack-up rig (FIG. 3)

조업 중에는 3개의 레그(leg)가 해저에 고정되어 안정성을 확보한다. 시추가 끝나면 레그를 잭 업 방식으로 들어올려 선체(hull)의 부력으로 뜨게 되며, 이때 견인선이 토잉(towing)하여 다른 지역으로 이동하게 된다. 고정성은 드릴 쉽에 비해 우수하나 수심이 깊은 곳에서는 조업 자체가 불가능하고, 기동성이 약하며, 악천후 시에는 잭 업 작업이 일시 중단되기도 한다.
During operation, three legs are fixed to the sea floor to ensure stability. At the end of the drilling, the legs are lifted by jack-up and floated by the buoyancy of the hull, where the towing ship is towing to move to another area. The fixedness is superior to the drill ship, but it is impossible to operate in deep water, it is weak in maneuverability, and the jack up work may be suspended in bad weather.

c. 반 잠수식 시추선(semisubmersible)(도 4)c. Semi-submersible Driller (semisubmersible) (FIG. 4)

레그가 4개 또는 6개인 부유 구조물이며 각 레그를 연결 하는 폰툰(pontoon)이라는 수평재가 부력을 만들어준다. 구조상으로 안정하다고 할 수 있으나, 상부 데크 면적이 크고, 따라서 많은 기자재 선적이 가능해 악천후시 일시적으로 불안정한 상태가 될 가능성이 있다. 이로 인해 실제로 큰 전복사고가 일어난 적도 있다. 자력 추진이 안돼 기동성이 약하고 제작비와 운영비가 많이 드는 단점이 있다.
It is a floating structure with four or six legs and horizontal members called pontoons that connect each leg create buoyancy. It can be said to be stable in structure, but the upper deck area is large, and thus, a large amount of equipment can be shipped, which may result in temporary instability in bad weather. This has actually caused a major rollover. It is weak in mobility because it cannot propel itself, and it takes a lot of production and operating costs.

d. FPSO(floating production storage offloading)(도 5)d. Floating production storage offloading (FPSO) (FIG. 5)

부유식 원유생산 및 저장설비로서, 해상에서 원유채굴부터 저장과 하역 등이 가능하고 이동이 자유로워 소규모 심해유전개발에 적합한 특수선이다. 고유가 시대에 접어들면서, 세계 각국의 석유 생산업체들은 원유가격의 추가 상승을 전제로 석유탐사 개발 프로젝트에 상당한 투자를 하고 있다. 이에 따라 해상유전 개발의 경제성과 편리한 이동으로 인해 기존의 고정식 석유시추선과는 다른 새로운 형태의 FPSO가 등장하게 된 것이다.
As a floating oil production and storage facility, it is a special ship suitable for small-scale deep sea oilfield development because it is possible to store and unload crude oil from the sea, and to move freely. In the high oil price era, oil producers around the world are investing heavily in oil exploration development projects, presuming further increases in crude oil prices. As a result, the economic and convenient movement of offshore oil field development has led to the emergence of a new type of FPSO unlike the existing fixed oil rigs.

FPSO의 전체적인 모습을 보면, 일반 초대형 유조선과 비슷하게 생겼다. 다만 상부에는 원유정제, 가스압축, 원유하역, 해수주입, 자체발전에 필요한 설비들이 설치되어 있어 원유채굴에서부터 정제, 저장, 하역이 자체적으로 이루어진다.
The overall look of the FPSO looks like a regular super tanker. However, at the upper part, facilities for crude oil refining, gas compression, crude oil unloading, seawater injection, and self-power generation are installed.

최근에는 환경오염, 님비(NIMBY) 현상 등으로 갈수록 용지 선정이 힘들어지는 원자력, 가스터빈, 파력, 조력, 해상풍력 또는 태양력 발전소, 폐기물 소각장 등을 해상 부유 구조물 위에 건설하는 일이 추진되고 있으며, 대형 철제 구조물 위로 24시간 이착륙이 가능토록 하는 해상공항도 장기적 과제로 남아 있다. 바지선 위에 설치된 중소형 디젤 발전소는 전 세계적으로 현재 많은 수가 설치 완료되어 운전 중이며, 담수화 플랜트와 유류, 가스 저장시설도 해상부유시설로 설치되고 있다.
Recently, nuclear power, gas turbines, wave power, tidal power, offshore wind or solar power plants, waste incinerators, etc., which are becoming increasingly difficult to select due to environmental pollution and NIMBY phenomenon, are being promoted. The maritime airport, which allows for 24 hours landing and landing on steel structures, remains a long-term challenge. Many small and medium-sized diesel power plants installed on barges are currently installed and operated around the world, and desalination plants, oil and gas storage facilities are also installed as offshore flotation facilities.

(2) 고정식 구조물(2) fixed structure

현재 가장 많이 쓰이는 해양 고정식 구조물에는 소위 쟈켓(jacket)이라 하는 강관 용접 구조물이 있다(도 6). 이 구조물은 보통 육상에서 제작 후 바지선에 실려 해당지역까지 운반된 다음 진수시켜 설치한다. 이때 4~8개의 레그를 통하여 각각 파일을 박게 되는데 상부의 주요 시설은 주로 이 파일들이 지지하게 되고, 강관 구조물은 레그와 브레이스로 이 파일들을 옆으로 지탱하여 측면력에 대한 파일의 거동이 총합적으로 이루어지게 해준다.
Currently, the most commonly used marine stationary structure is the so-called jacket (steel) welded structure (Fig. 6). This structure is usually manufactured on land, then carried on a barge, transported to the area and then launched and launched. At this time, piles are piled through 4 to 8 legs, and the upper main facilities are mainly supported by these piles, and the steel pipe structure supports the piles to the side with legs and braces, so the pile behavior of the lateral force is aggregated. To be done.

쟈켓이란 이름은 구조물이 파일을 감싸고 있기 때문에 붙여진 이름이다. 파일은 해저면 약 100미터까지 깊이 박혀 해양 플랫폼을 해저 지층에 영구적으로 고정시켜주고, 측면 및 수직 하중을 해저에 전달하여 구조물을 안정하게 유지한다.
The name jacket is given because the structure wraps around the file. The pile is embedded up to about 100 meters below sea level, permanently anchoring the offshore platform to the sea bed and transmitting lateral and vertical loads to the sea floor to keep the structure stable.

상부의 주요 시설은 2~3개의 갑판(deck)을 갖는 구조물로 이루어지고, 여러 개의 플랫폼을 갖는 해상 컴플렉스에서는 각 플랫폼을 연결하는 브릿지를 여기에 설치한다. 이 쟈켓 플랫폼은 보통 20년 정도의 설계 수명을 가지며, 해저 석유 생산과 시추, 해상 거주용 등으로 널리 사용된다.
The upper main facility consists of a structure with two or three decks, and in a maritime complex with multiple platforms, bridges are installed here. The jacket platform typically has a design life of about 20 years and is widely used for offshore oil production, drilling and offshore residential use.

고정식 구조물의 다른 한 종류인 콘크리트 중력식 구조물(GBS)은 외부하중에 대해 파일이 아닌 자체무게로 지지력을 갖는 구조물이다(도 7). 이 때 중력식 구조물에 오랜 기간에 걸친 침하가 일어나지 않도록 하기 위해서는 안정되고 단단한 해저 지면이 필요하다.
Another type of fixed structure, the concrete gravity structure (GBS) is a structure having a bearing capacity of its own weight, not the pile against the external load (Fig. 7). In order to prevent long-term settlement of the gravity structure, a stable and firm sea floor is needed.

극지방에서는 빙산과의 충돌 위험을 줄이기 위해, 또 단단한 해저지면을 갖는 심해에서는 보다 경제적 설계를 위해 큰 베이스(base)를 갖는 모노 타워(monotower) 콘크리트 플랫폼을 설치하기도 한다. 천해에서는 매립을 통해 해중섬을 쌓아 해상도시, 해상공항, 석유생산 시설 등을 만들고 있다.
In the polar regions, monotower concrete platforms with large bases are often installed to reduce the risk of collisions with icebergs, and for more economical design in deep seas with hard seabeds. In Cheonhae, the land is built by reclaiming offshore islands to create high resolution cities, offshore airports and oil production facilities.

(3) 유동식 구조물(3) floating structure

이는 부유식 구조물의 일종이나 해저면에 설치된 고정식 구조물로부터 강선이 연결되어 부유 구조물의 횡방향 안정을 유도하는 형식의 구조물이다. 이는 심해에 경제적인 구조물을 설치하려는 노력에서 나온 산물이다. 여기에는 가이드 타워(guyed tower)와 TLP(tension leg platform) 등이 있다.
It is a type of floating structure that is connected to steel wires from a fixed structure installed on the sea floor to induce lateral stability of the floating structure. This is the result of efforts to install economic structures in the deep sea. These include guided towers and tension leg platforms.

가이드 타워는 플랫폼의 수직하중을 해저면까지 경사 없이 수직으로 내려간 강구조물이 지지하고, 측면하중은 강구조물에 사방으로 경사지게 연결되어 해저면에 고정된 강선이 지탱해 주는 형태이다.
The guide tower is supported by a steel structure that vertically lowers the platform's vertical load to the sea floor without inclination, and the side loads are inclined in all directions to the steel structure and supported by a steel wire fixed to the sea bottom.

TLP는 각 코너의 레그에서 해저면 고정 구조물까지 수직으로 강선(tendon 또는 tether)을 연결, 측면하중을 일정 한도 내에서 잡아주는 구조물이다. 상부 플랫폼의 부력이 강선의 장력을 항상 일정하게 유지하며, 이 때문에 플랫폼의 상하 운동이 감쇄되어 심해용 유정 개발 작업에 유리한 안정성을 제공한다. TLP는 한 지역에서 작업을 마치면 다른 지역으로 이동하여 재설치가 가능하기 때문에 석유 부존량이 적은 유정 개발시 경제적이다. TLP는 원래 철강 재료로 만들기 시작했으나, 점차 콘크리트 구조로 상부 및 해저 구조물을 만들어 임시 유류 저장시설로도 사용 가능토록 고안되고 있다.
TLP is a structure that connects steel wires (tendon or tether) vertically from the legs at each corner to the bottom fixed structure, and holds the side loads within a certain limit. The buoyancy of the upper platform always keeps the tension of the wires constant, which attenuates the up and down movement of the platform, providing favorable stability for deep-water well development. TLP is economical in the development of oil wells with low oil reserves, as they can be relocated to another area after work in one area. TLP originally began to be made of steel, but is gradually being designed to be used as a temporary oil storage facility by making top and bottom structures from concrete structures.

이외에도 심해저 구조물로는 상부를 쟈켓 타입의 강 구조물, 하부를 콘크리트 케이슨으로 만들어 연결시키거나, 반대로 상부를 콘크리트 부유 구조물, 하부를 철구조 트러스로 만들어 특별한 조인트로 이를 연결, 휨력을 제거하는 아티큘레이티드 타워(articulated tower)가 제안되기도 한다.
In addition, the deep subsea structure is made by connecting the upper part to the jacket-type steel structure and the lower part to the concrete caisson, or conversely the upper part to the concrete floating structure and the lower part to the steel structure truss and connecting it with a special joint to remove the bending force. Articulated towers are also proposed.

2. 해양 구조물 설계시 고려해야 할 자연조건2. Natural conditions to consider when designing offshore structures

(1) 수심과 해저지형(1) depth and seabed

수심은 기본 수준면(tidal datum)으로부터 해저면에 이르는 수직거리를 말한다. 여기서 기본 수준면은 최저 간조면을 의미하며, 이 이하로 수면이 내려가는 예는 극히 드물다. 수심의 정확한 측정과 그 지역 해저지형의 불규칙성에 대한 올바른 이해는 해양 구조물 설계의 시발점이며, 이로부터 해양 구조물의 높이, 구조물 하부 형태, 선박 접안 시설의 수직 위치 결정, 부식 방지 설계 범위 등을 결정할 수 있고, 구조물의 지형적 안정성도 검증할 수 있다. 수심의 연속 측정에는 음향 측심기인 precision depth recorder와 2차원적 이해가 가능한 side scan sonar 등이 사용된다.
Depth is the vertical distance from the tidal datum to the bottom of the sea. Here, the basic level plane means the lowest low tide plane, and there are very few examples of the water falling below this level. Accurate measurement of the depth and a good understanding of the irregularities of the local seabed topography are the starting point for the design of offshore structures, from which it is possible to determine the height of the offshore structure, the shape of the structure underneath, the vertical positioning of the ship's berth, and the design of corrosion protection. It can also verify the topographic stability of the structure. Continuous depth measurement uses an acoustic echo recorder, a precision depth recorder, and a two-dimensional side scan sonar.

(2) 해저지질(2) subsea geology

해양 구조물의 기초를 지탱하는 해저지질의 물리적, 공학적 파악은 경제적이고 안전한 구조물 설계를 위해 필수적인 요소이다. 해저 표면의 지질 상태와 하부 기반암까지의 해저 지층 분석을 위해 해저지질 조사가 행하여진다. 해저지질 조사는 직접 보오링을 하여 연속적인 지질 샘플을 구하고 이를 실험실에서 조사 분석하여 설계 자료를 수집하는 것이 보통이다.
Physical and engineering grasp of seabed geology supporting the foundations of offshore structures is essential for economic and safe structure design. Subsea geological surveys are conducted to analyze the lipid status of the seabed surface and the seabed strata to the underlying bedrock. Subsea geological surveys usually involve direct boring to obtain continuous lipid samples, which are then investigated and analyzed in the laboratory to collect design data.

그러나 보오링의 전 단계로써 subbottom profiler, boomer, sparker, air gun 등 지구 물리학적 장비를 통해 구조물 주변의 해저 지질 정보를 수집하여야 한다. 이때는 얕은 지층에 대한 보다 실질적인 이해를 위해 피스톤 시추기, grab sampler 등의 샘플 채취를 병행할 수도 있다. 이는 구조물이 설치될 주변 해역의 해저 지질학적 특성을 미리 파악하여 주요 보오링 지점을 결정하고 기타 비 보오링 지역의 지질 상태를 점검할 필요가 있기 때문이다. 만약 단층, 퇴적층 내의 특이 구조, 해저 지층의 급격한 변화, 이상 침식 상태, 퇴적물의 흐름 등이 구조물 주변 해역에서 발견된다면 구조물의 안정성에 중대한 문제를 야기할 수 있다.
However, as a preliminary step in boring, submarine geometries such as subbottom profilers, boomers, sparkers, and air guns should collect subsurface geological information around structures. At this time, sampling of the piston drill, grab sampler, etc. may be performed at the same time for a more practical understanding of the shallow strata. This is because it is necessary to identify the subsea geological characteristics of the surrounding sea area where the structure will be installed to determine the main boring point and to check the geological condition of other non-boring areas. If faults, unusual structures in sediments, abrupt changes in seabed strata, abnormal erosion conditions, and sediment flows are found in the waters around the structure, significant problems may arise.

지구 물리탐사자료를 분석한 후 해당지역 주변의 지층 변화 정도를 보고 해양 구조물 형태 및 중요도, 개수 등을 고려하여 해저 지층의 시추 지점과 시추 공수 등을 결정한다. 시추된 시료는 현장 분석과 실험실 분석을 통해 각종 토질 특성, 파일의 응력계수와 변위 정도 등을 파악, 기초 설계를 위한 기본적 자료를 제공하게 된다. 특히 해저 표면에 가까운 지층을 집중 분석해야 하는데 이는 이 곳 토질이 구조물의 침하량, 허용지지력, 수평변위 등의 계산에 큰 영향을 미치기 때문이다.
After analyzing the data of geophysical exploration, the degree of change in the area around the area is considered, and the drilling point and the number of drilling times of the seabed are determined by considering the shape, importance, and number of marine structures. The drilled samples are provided with basic data for basic design by identifying various soil characteristics, stress coefficient and displacement of pile through field and laboratory analysis. In particular, it is necessary to analyze the strata close to the seabed surface because the soil here has a great influence on the calculation of the settlement, allowable bearing capacity and horizontal displacement.

(3) 해풍(3) sea breeze

바람은 해수면 위의 상부 구조물과 시설물에 압력을 가하거나 진동을 일으켜 영향을 준다. 바람의 세기는 파도나 해류의 그것에 비하면 보잘 것 없으나 해저면 기초로부터의 모멘트 암이 크기 때문에 무시할 수 있는 것은 결코 아니다.
Wind affects or causes vibrations and pressures on upper structures and facilities above sea level. The strength of the wind is negligible compared to that of waves or currents, but it is by no means negligible because of the large moment arms from the bottom of the seabed.

해수면 바람은 돌풍과 지속풍으로 나눌 수 있는데 돌풍은 보통 1분 이하의 풍향 및 풍속의 연속성, 지속풍은 1분 이상의 연속성을 갖는 바람을 말한다. 해양 구조물과 기초 설계에 쓰이는 설계 풍속은 지속풍이 쓰이며, 각 시설물 개체와 바람에 민감한 소형 구조물 설계에는 돌풍을 적용한다.
Sea level winds can be divided into gusts and continuous winds. A gust is a wind of less than 1 minute and a continuity of wind speed, and a continuous wind of more than 1 minute. Design wind speeds are used for offshore structures and foundation design. Wind speeds are applied to the design of individual objects and small structures sensitive to wind.

고유 주기가 긴 심해의 가이드 타워나 텐션 레그 플랫폼에는 풍속 스펙트럼을 써서 고유 주기에 따른 동적 효과(dynamic effect)를 반드시 고려하여야 한다.
In deep water guide towers or tension leg platforms with long natural periods, the wind effect spectrum should be used to account for the dynamic effects of the natural periods.

(4) 파도(4) waves

해양 구조물 설계에 있어서 가장 큰 영향을 미치는 것이 바로 해파이다. 해파는 기초 설계나 구조물 각 부재의 설계에 가장 직접적인 큰 힘을 가해 부재의 크기나 길이 설계에 결정적인 요소로 작용한다.
The biggest influence in the design of offshore structures is sea waves. The sea waves apply the most direct force to the foundation design or to the design of each member of the structure, acting as a decisive factor in the size and length design of the members.

파도의 가장 중요한 특징은 그 불규칙성에 있다. 그러므로 스펙트럼 모델이 어떤 해상 상태를 표시하는 바로미터가 되는데, 이때는 구조물 해석도 통계적으로 수행되어야 한다. 그러나 설계상의 편리성과 그 동안의 경험에 비추어 규칙파 모델링도 해양 구조물 설계에 매우 적합한 것으로 인정되고 있다. 규칙파란 파도를 일정한 파장, 파고, 주기를 갖는 일련의 파형으로 정의하는 것인데, 현재 실용화되어 있는 규칙파 모델에는 에어리파(airy wave), 스토크스(stokes) 5차파, 유량함수(stream function)파 등이 있다.
The most important characteristic of a wave is its irregularity. Therefore, the spectral model becomes a barometer indicating some sea state, and the structural analysis must also be performed statistically. However, in view of the convenience of design and experience, regular wave modeling is recognized as very suitable for the design of offshore structures. A regular wave is defined as a series of waveforms having a constant wavelength, wave height, and period. The current wave models include airy waves, stokes fifth order waves, and stream function waves. Etc.

어떤 파 모델을 설계에 적용하느냐는 수심, 구조물 형상, 적용 파고 등에 따라 달라진다. 이렇게 선택된 파를 설계파라고 하는데 설계파의 변수는 파고, 파 주기, 수심의 세 가지로 대별된다. 이 설계파로부터 각 부재 또는 구조물의 각 지점에 작용하는 물 입자의 속도와 가속도를 계산하여 모리슨 방정식으로부터 최종 파력을 산정하게 된다.
Which wave model is applied to the design depends on depth, structure geometry and applied crest. The selected wave is called a design wave. The design wave variables are roughly classified into three types: wave height, wave period, and depth. From this design wave, the final wave force is calculated from the Morrison equation by calculating the velocity and acceleration of the water particles acting on each point of each member or structure.

파도의 생성 원인에는 여러 가지가 있으나 가장 큰 것이 바람의 영향이며 이 때문에 구조물 설계시 바람과 파도를 같은 방향으로 적용시켜 최대 설계 외력을 구하게 된다. 또한 해양 구조물 설치 지역에 대한 상당 기간에 걸친 해파 자료가 있을 때에는 설계파를 구하는데 별 어려움이 없으나, 풍속 자료 밖에 없을 때도 있어 이 풍속으로부터 설계파를 계산하는 방법도 많이 개발되어 있다. 이때는 먼저 통계적 방법으로 반복 주기를 고려한 유의 파고와 평균 파주기를 구하고 이로부터 최대 파고(설계 파고)와 이에 해당되는 파 주기를 계산하게 된다.
There are many causes of wave generation, but the biggest one is the effect of wind. Therefore, the maximum design external force is obtained by applying wind and wave in the same direction when designing a structure. In addition, when there are sea wave data for a long time in the area of installation of offshore structures, there are no difficulties in obtaining the design wave, but there are only wind speed data, and many methods have been developed to calculate the design wave from the wind speed. In this case, statistically, the significant crest and average crest periods considering the repetition period are calculated, and then the maximum crest (design crest) and corresponding wave periods are calculated from the statistical method.

(5) 해류(5) current

파도가 물입자의 진동에 의한 파형의 흐름이라 한다면 해류는 물입자가 여러 요인에 의해 수평 방향으로 직접 이동하는 흐름이라 할 수 있다. 따라서 이 흐름이 구조물과 만나면 일정한 수평력을 가하게 되고, 배가 해양 구조물에 접안하기 위해 접근할 때에도 해류가 배에 일정한 영향을 주게 된다.
If the wave is the flow of the wave caused by the vibration of the water particles, the current flow can be said that the water particles move directly in the horizontal direction by a number of factors. Therefore, when the stream meets the structure, it applies a constant horizontal force, and the currents have a certain effect on the ship even when the ship approaches to berth the offshore structure.

해류를 발생시키는 요인은 대규모적인 것과 국지적인 것으로 나눌 수 있다. 대규모적 요인에는 항풍과 지구 회전에 의한 것, 온도차나 염도차에 의한 것 등이 있고 국지적 요인에는 해저 퇴적물에 의한 것, 파도에 의한 것, 조석에 의한 것, 바람이나 태풍에 의한 것 등이 있다. 해류에 의한 물입자의 속도는 해파에 의한 물입자의 속도와 벡터로 합해져 구조물에 작용하는 전체 힘을 구성하게 된다.
The causes of currents can be divided into large and local ones. Large-scale factors include wind and earth rotation, temperature differences and salinity differences, and local factors include seabed sediment, waves, tides, wind and typhoons. . The velocity of water particles by currents is combined with the velocity of water particles by sea waves to form a total force acting on the structure.

(6) 조석(6) tides

천체의 움직임이 지구에 미치는 영향 가운데 가장 눈에 띄는 현상이 조석 현상이다. 달과 태양의 인력이 합해질 때 일어나는 밀물과 그 반대의 경우에 생기는 썰물은 누구나 경험을 통해 익히 알고 있는 친숙한 해양의 움직임이다. 그러나 수면의 승강 현상이 천체에 의해서만 생기는 것은 아니고 국지적으로 바람이나 파도, 압력의 차이로 생기는 현상도 무시할 수 없다. 따라서 이 모든 것을 더하여 설계 최대 수심을 결정하게 된다.
The most noticeable effect of celestial motion on the earth is tides. The high tide that occurs when the moon and the sun attract together, and vice versa, is a familiar oceanic movement that everyone knows from experience. However, the rise and fall of the water surface is not only caused by the celestial body, but the phenomenon caused by the difference in wind, waves, and pressure can not be ignored. Therefore, all of this adds up to determine the maximum design depth.

만약 구조물이 해변에 가깝거나 만과 같이 폐쇄된 내해 지역에 위치해 있을 경우는 상기한 조석 등의 승강 효과가 현저해져 만약 이를 적절히 고려치 않고 설계했을 경우 심각한 결과를 초래할 수 있다. 보통 최대 수심에서 최대 파고가 구조물에 접근했을 경우를 가정하여 외력을 산정하고 갑판 높이를 정하여야 한다. 또 최대 수심과 최소 수심의 수직선상 범위를 계산하여 이에 따라 배 정박을 위한 시설물의 설치, 철 구조물인 경우 최대 부식 범위의 산정, 고착성 해양 생물의 두께 산정 등에 이를 적용하여야 한다.
If the structure is located close to the beach or located in an enclosed inland sea area such as a bay, the lifting effect of the tides, etc. will be remarkable, and if designed without proper consideration, it can have serious consequences. In general, external forces are to be estimated and deck heights are assumed assuming the maximum depth approaching the structure at maximum depth. In addition, the vertical and vertical ranges of the maximum and minimum depths are to be calculated and applied accordingly to the installation of facilities for anchoring, the calculation of the maximum corrosion range for steel structures, and the calculation of the thickness of adherent marine organisms.

(7) 해저지진(7) Subsea Earthquake

해양 구조물 설계시 반드시 내진 설계가 필요하며 만약 해양 구조물이 동적으로 민감한 구조일 경우는 지진에 의한 동적 해석(dynamic analysis)을 반드시 수반하여야 한다. 구조물의 중요도가 높을 때나 초대형 구조물일 경우 하부 지질 구조를 면밀히 검토함으로써 지진시 동시다발적으로 생길 수 있는 단층 현상, 퇴적물 이동 현상등도 고려하여야 한다.
Seismic design is essential for the design of offshore structures. If the offshore structure is a dynamically sensitive structure, it must be accompanied by a dynamic analysis by earthquake. When the structure is of high importance or in the case of very large structures, the lower geological structure should be closely examined to consider faults and sediment movements that may occur simultaneously during an earthquake.

(8) 해양생물(8) marine life

해양 구조물에는 시간이 흐르면 고착성 해양 생물이 달라붙어 자라게 된다. 이 해양 생물의 두께가 2~3센티미터씩 되어감에 따라 파도나 해류의 힘을 받는 구조물 각 부재의 투영 면적과 부피가 급격히 늘어나게 된다. 또한 각 부재의 겉 표면을 더욱 거칠게 함으로써 저항 효과(drag effect)를 크게 하며, 강재인 경우 국부적으로 부식 현상을 촉진시키기도 한다. 따라서 설계시 반드시 이 효과를 고려하여야 한다. 한편 고착성 해양 생물이 구조물 표면을 덮어 감에 따라 해양 구조물의 유지, 관리도 힘들어져 이를 일부분 제거할 필요성도 생길 수 있다.
Over time, fixed marine life will stick to and grow in offshore structures. As the thickness of these marine creatures increases by two to three centimeters, the projected area and volume of each member of the structure under the force of waves or currents increase rapidly. In addition, by roughening the outer surface of each member to increase the drag effect (drag effect), in the case of steel also promotes the corrosion phenomenon locally. Therefore, this effect must be considered in the design. On the other hand, as fixed marine organisms cover the surface of the structure, it may be difficult to maintain and manage the marine structure, which may necessitate the removal of some of it.

(9) 기타(9) other

이 밖에 해양 강재 구조물의 부식과 해수 성질 등에 관련된 해수의 밀도 및 염도, 해수 온도의 깊이에 따른 급격한 변화, 10미터에 1기압씩 증가하는 정수압 등은 설계시 기본적으로 고려하여야 할 자연조건들이다. 또 해파나 해저지진, 빠른 퇴적 등으로 인해 발생할 수 있는 해저 지반의 불안정성, 지속적 해류나 해파에 의해 해양 구조물 기초 주위에 생길 수 있는 패임과 퇴적 현상(scouring and deposition) 등은 기초 설계시 반드시 짚고 넘어가야 할 사항들이다.
In addition, the density and salinity of seawater related to the corrosion and seawater properties of marine steel structures, the rapid change according to the depth of seawater temperature, and the hydrostatic pressure that increases by 1 atmosphere at 10 meters are the natural conditions to be considered in the design. In addition, the instability of the seabed caused by sea waves, submarine earthquakes, and rapid sedimentation, and scouring and deposition, which may occur around the foundations of marine structures due to continuous ocean currents and sea waves, must be considered when designing the foundation. Here are the things to go.

3. 해양 구조물의 계류방식3. Mooring Method of Offshore Structures

해양 구조물의 계류방식에는 일점계류방식, 다점계류방식, 동적위치유지방식의 세 가지가 있다.
There are three types of mooring methods for offshore structures: one-point mooring method, multi-point mooring method and dynamic position maintenance method.

(1) 일점계류방식(도 8)(1) One point mooring method (Fig. 8)

일점계류방식은 석유 하역에 많이 사용되는 방식으로서, 특히 깊은 수심에 있어서는 고정식 구조물 방식 대신 널리 사용되고 있다. 고정식 구조물 방식은 유지비가 적고 석유 하역작업의 가동률이 높은데 비해, 일점계류방식은 유지비는 많이 드나 설비의 초기투자가 적은 것이 특징이다. 일점계류방식의 구조 형식은 다음과 같다.
One point mooring method is widely used for unloading of petroleum, and it is widely used at deep water depth instead of fixed structure type. The stationary structure system is characterized by low maintenance cost and high utilization rate of petroleum unloading operation, whereas the one point mooring system is characterized by low initial investment with high maintenance cost. The structure type of the one point mooring method is as follows.

a. CALM형(catenary anchor leg mooring) : 다점계류의 부이(buoy)로부터 구조물을 계류삭에 계류한다. 대부분이 일점계류방식으로 수십 미터 이하의 수심에 적합하다.a. CALM (catenary anchor leg mooring): Mooring structures from mooring buoys to mooring lines. Most of them are single point mooring, suitable for depths of several tens of meters or less.

b. SALM형(single anchor leg mooring) : 동요 칼럼(column) 형 부이를 가진 구조물에 계류한다. 수십 미터에서 백 수십 미터의 수심에 적합하다.b. SALM (single anchor leg mooring): mooring structures with agitated column buoys. Suitable for depths of tens of meters to hundreds of meters.

c. Yoke형 : CALM형, SALM형의 부이로부터 계량에 구조물을 계류한다.c. Yoke type: Mooring the structure for weighing from buoys of CALM and SALM types.

d. Turret형 : 구조물 중앙에 있는 회전기구에 결합되어 있는 실린더를 CALM형 부이와 같이 다점 계류한다. 라이저(riser), 냉수 최수관의 매달림에 적합하다.
d. Turret type: Multi-point mooring cylinder coupled to the rotating mechanism in the center of the structure like a CALM buoy. It is suitable for hanging riser, cold water pipe.

(2) 다점계류방식(2) Multipoint mooring method

다점계류방식은 해양 구조물을 일정 위치에 정확히 유지하고 큰 계류력을 준비하기 위한 계류방식으로서, 해양작업선과 석유 굴삭 리그(oil drilling rig) 등에 채용되고 있다.
The multi-point mooring system is adopted as a mooring method to maintain the marine structure accurately at a certain position and to prepare a large mooring force, and is employed in marine working lines and oil drilling rigs.

계류삭의 배치 방법에는 몇 가지 형식이 있다. 계류삭에는 와이어로프와 체인이 사용되며, 또한 중간 싱커 혹은 중간 부이를 설치하여 계류삭을 안정시키는 일도 행한다. 닻은 수평력(해저면에서의 접선각 θ=0)을 대상으로 하고 있는데 비해, 싱커는 수평력 및 연직력(접속각 θ>0)을 대상으로 한다.
There are several types of mooring lines. Wire ropes and chains are used for mooring lines, and an intermediate sinker or intermediate buoy is also provided to stabilize the mooring lines. The sinker targets the horizontal force and the vertical force (connecting angle θ> 0) while the anchor targets the horizontal force (tangential angle θ = 0 at the sea floor).

(3) 동적위치유지방식(도 9)(3) dynamic position holding method (Fig. 9)

계류삭에 의한 계류는 수심의 제한을 받고 있어 석유 굴삭 리그에 있어서도 수백 미터 이상의 수심에 대한 실적은 많지 않다. 해양 구조물을 계류삭의 사용 없이 일정 위치에 유지하기 위해서는 동적위치유지방식(dynamic positioning method)에 의한다. GPS(global positioning system)을 이용하여 해양 구조물의 위치검지를 행하고, 소정의 위치를 유지하기 위하여 필요한 추진기, 보조추진기(thruster)의 작동량을 계산, 작동시키는 것이다.
Mooring by mooring lines is limited in depth, and even in oil rigs, there is little track record for depths of more than a few hundred meters. In order to maintain the offshore structure in a fixed position without the use of mooring lines, a dynamic positioning method is employed. The GPS (Global Positioning System) is used to detect the position of an offshore structure and to calculate and operate the amount of operation of thrusters and auxiliary thruster required to maintain a predetermined position.

동적위치유지방식의 정도는 수심에 대한 수평이동량의 비율(%)로 표시되는데, 100미터 정도의 수심에서 1% 정도이다. 수심의 증대와 함께 이 비율도 증대된다. 특히 라이저를 가지는 해양 구조물에서는 이것이 5% 정도까지가 한계로, 10%가 되면 라이저에 굽힘과 파손이 생기기 때문에 동적위치유지방식의 정도는 신중히 유지하는 것이 필요하다. 계류방식에 의한 해양 구조물의 위치 유지는 백 미터 이상의 수심에서 적용되는 예도 있으나, 수심의 증대와 함께 동적위치유지방식의 이용이 유리하다.
The degree of the dynamic positioning method is represented by the ratio of the horizontal movement amount to the depth, which is about 1% at a depth of about 100 meters. This ratio increases with increasing depth. Especially, in the case of offshore structure with riser, it is necessary to keep the degree of dynamic positioning method carefully, because it limits to 5%, and when it reaches 10%, bending and breakage occur in the riser. In some cases, the maintenance of the position of the offshore structure by the mooring method is applied at a depth of more than one hundred meters, but it is advantageous to use the dynamic position maintaining method together with the increase of the depth of water.

4. 해양 구조물의 안정적 계류의 문제4. The problem of stable mooring of offshore structures

상술한 바와 같이 해양 구조물은 해양에 떠 있을 수 있고, 액화가스를 생상, 저장 및/또는 하역하는 기능을 수행하는 것으로서, 특히 LNG FPOS와 같은 부유식 해양 구조물은 천연가스(natural gas)를 해양에서 생산(또는, 채취)해 액화 저장할 수 있는 설비를 장착시킨 복합적인 기능을 수행하는 선박이고, 이를 통해 막대한 비용이 소요되는 육상 액화 저장 설비의 필요성을 줄여준다.
As described above, the marine structure may be floating in the ocean, and serves to generate, store, and / or unload liquefied gas, and in particular, floating marine structures, such as LNG FPOS, may use natural gas in the ocean. It is a multi-functional ship equipped with equipment that can produce (or harvest) and liquefy and store, thereby reducing the need for costly onshore liquefaction storage equipment.

LNG FPOS와 같은 부유식 해양 구조물의 경우 회전형 터릿을 가지며, 터릿과 해저의 앵커가 계류라인에 연결되어 해양에 계류될 수 있다. 이러한 회전형 터릿은 계류라인 및 앵커에 의해 고정되지만, 해양 구조물은 자신의 헐(hull)이 회전형 터릿을 중심으로 회전방향으로 유동할 수 있어서, 파도에도 불구하고, 해양의 그 자리에 유지된 채 원하는 운전을 할 수 있다.
Floating offshore structures, such as LNG FPOS, have a rotating turret, and the turret and subsea anchors can be connected to mooring lines and moored offshore. These rotatable turrets are fixed by mooring lines and anchors, but the offshore structure has its hulls able to flow in a rotational direction about the rotatable turret so that, despite waves, they remain in place in the ocean. You can drive as much as you want.

여기서, 이러한 계류라인과 앵커의 파손 또는 이로 인하여 시스템이 허용하는 범위를 초과하게 되면 SPM(single point mooring)과 PLEM(pipe line end manifold)을 연결하는 플렉서블 라이저(flexible riser)에 손상이 발생하게 되고, 이는 고압, 고온의 원유의 유출로 이어지게 된다. 이러한 원유 유출 사고는 엄청난 경제적 인명적 환경적 손실을 유발시키게 된다. 또한, 전 세계적으로 환경에 관심이 고조됨에 따라 상기 SPM의 손상은 반드시 예방되어야 할 것이다.
If the mooring lines and anchors are damaged or exceeded by the system, the flexible riser connecting the single point mooring (SPM) and the pipe line end manifold (PLEM) may be damaged. This leads to the outflow of high pressure, high temperature crude oil. Such oil spills will cause huge economic, human and environmental losses. In addition, damage to the SPM must be prevented as interest in the environment increases worldwide.

한편, 현재까지 설치되어 사용 중인 계류장치들에 대한 설계 및 해석이 대부분 해외기술에 전적으로 의존해 왔다. 실제로 설치지역 환경에 맞는 설계가 제대로 이루어지지 못하고 있고, 해외로부터 계류장치들에 대한 해석 프로그램을 수입하여 해석에 이용하고 있기 때문에, 막대한 외화를 지출하고 있는 실정이다. 따라서 장기적인 계획을 세워서 계속적으로 해양 자원의 개발에 적극적이고 능동적인 기술력을 확보하고, 수입과 수출의 대체효과를 높여야 할 필요성이 있다.
On the other hand, the design and analysis of mooring devices installed and in use up to now have mostly depended on foreign technology. Actually, the design for the installation area environment is not properly performed, and the foreign currency is being spent because the analysis program for mooring devices is imported from abroad and used for analysis. Therefore, there is a need to establish a long-term plan to secure active and active technical skills in the development of marine resources continuously and to increase the substitution effect of import and export.

또한, 해양 구조물의 각 계류라인에 걸리는 텐션은 일정하지 않으며, 화물적재량 또는 조류의 변도, 조수간만의 차이 등으로 인해 지속적으로 변화한다. 더불어, 해양 부유 구조물의 계류기간 중에 선박에 화물을 싣거나 내리는 작업을 하게 되면, 화물 적재량의 변화에 따른 부력차이로 인해 선박이 더 많이 잠기거나 덜 잠기게 되는데, 이에 따라 계류라인에 인가되는 텐션도 지속적으로 변화하게 된다.
In addition, the tension applied to each mooring line of the offshore structure is not constant, and is constantly changing due to cargo loading or tidal currents, tidal differences. In addition, when loading or unloading cargo on the vessel during the mooring period of the marine floating structure, the vessel is locked more or less due to the buoyancy difference due to the change of cargo load, and thus the tension applied to the mooring line. Will continue to change.

따라서 해양 구조물의 계류라인의 텐션이 지속적으로 변화기 때문에, 작업자는 특정 로프에 과도한 텐션이 걸리지 않도록 수시로 감시해야 하고, 텐션을 적절히 분배하기 위하여 계류라인을 적절히 풀거나 감아줘야 하는 불편함이 존재하였다.
Therefore, the tension of the mooring line of the offshore structure is constantly changing, the operator has to monitor frequently to avoid excessive tension on a particular rope, there was an inconvenience to unwind or wind the mooring line properly to distribute the tension properly.

또한, 기존에는 계류라인에 걸리는 텐션의 정도를 작업자의 경험이나 육안에 의존하여 판단했으나, 최근에는 유조선, 가스운반선 등의 대형선박을 중심으로 텐션 모니터링 시스템을 도입하여 다수의 계류라인에 걸리는 텐션을 관제센터에 설치된 모니터링 컴퓨터를 통해 모니터링하는 방법을 사용하고 있다.
In addition, in the past, the degree of tension applied to the mooring lines was determined based on the experience of the operator or the naked eye, but recently, a tension monitoring system was introduced around large vessels such as oil tankers and gas carriers to provide tension applied to a plurality of mooring lines. The monitoring method is used through the monitoring computer installed in the control center.

또한, 해상에 위치하여 유동하는 두 물체에 대한 정확한 위치, 거동, 안정성을 실시간 데이터 관리시스템을 통하여 정확히 분석하고, 진급 상황을 예측, 경보하기 위해서는 해양환경 및 거동상태 등을 감지할 수 있는 센서를 개발, 설치, 운용해야 할 필요성이 있고, 특히 완전한 계류 시스템(perfect mooring system)에 대한 재료 개발, 거동해석, 설치기법, 운용기술, 시스템관리 등 차세대 계류시스템의 개발이 필요할 것이다.In addition, the accurate position, behavior and stability of two moving objects located at sea can be accurately analyzed through a real-time data management system, and a sensor that can detect marine environment and behavior conditions can be used to predict and alert the advancement status. There is a need to develop, install, and operate, and in particular, the development of next-generation mooring systems such as material development, behavior analysis, installation techniques, operating technology, and system management for a perfect mooring system.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 해저의 실시간 모니터링을 통해 해저에 위치한 엄비리컬 케이블, 파이프, 펌프 및 밸브 등의 손상 및 수명을 측정하고 이에 맞추어 자동으로 적절한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 제어 및 관리가 이루어질 수 있도록 하는 해저의 실시간 모니터링을 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 시스템 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been proposed to solve the above problems, through the real-time monitoring of the seabed to measure the damage and service life of umbiological cables, pipes, pumps and valves located on the seabed and automatically accordingly It is an object of the present invention to provide a static and dynamic positioning system and method for offshore structures using real-time monitoring of the seabed to allow static and dynamic positioning control and management.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,According to an aspect of the present invention,

적어도 하나 이상의 인터페이스를 구비하는 프로세서부;A processor unit having at least one interface;

상기 프로세서부에 연결된 해저 광센서 측정부;A subsea optical sensor measuring unit connected to the processor unit;

상기 프로세서부에 연결된 해저 데이터 측정부;A subsea data measurement unit connected to the processor unit;

상기 프로세서부에 연결된 외부장비 연결부; 및An external device connection unit connected to the processor unit; And

상기 프로세서부에 연결된 시간정보동기 연결부;를 포함하고,And a time information synchronization connection unit connected to the processor unit.

상기 프로세서부는The processor unit

미리 저장된 제어알고리즘을 이용하여 모터및유압장치를 제어하는 알고리즘 제어용 프로세서;A processor for controlling an algorithm for controlling the motor and the hydraulic device using a prestored control algorithm;

상기 알고리즘 제어용 프로세서에 의하여 작동되는 모터구동및유압구동부;A motor drive and a hydraulic drive unit operated by the algorithm control processor;

상기 모터구동및유압구동부에 의하여 작동되는 모터및유압장치; 및A motor and a hydraulic device actuated by the motor driving and hydraulic driving unit; And

상기 프로세서부로부터 제어명령을 상기 알고리즘 제어용 프로세서로 송신하거나, 상기 알고리즘 제어용 프로세서로부터 상기 모터및유압장치의 구동정보를 수신하는 신호송수신부를 더 포함하며,And a signal transmission and reception unit for transmitting a control command from the processor unit to the algorithm control processor or receiving drive information of the motor and the hydraulic device from the algorithm control processor.

상기 모터및유압장치는 전동 윈치와 회전형 터릿을 포함하고,The motor and hydraulic device includes an electric winch and a rotary turret,

상기 프로세서부는 상기 해저 광센서 측정부, 상기 해저 데이터 측정부에 의하여 계측된 데이터를 이용하여 상기 알고리즘 제어용 프로세서의 제어알고리즘을 통해 상기 전동 윈치에 연결된 계류라인을 당기거나 완화시켜주고, 또한 상기 회전형 터릿의 회전을 제어하는 것을 특징으로 하는 해저의 실시간 모니터링을 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 시스템을 제공한다.
The processor unit pulls or relaxes the mooring line connected to the electric winch through a control algorithm of the processor for controlling the algorithm by using the data measured by the subsea light sensor measuring unit and the subsea data measuring unit. It provides a static and dynamic positioning system of offshore structures using real-time monitoring of the seabed, characterized in that it controls the rotation of the turret.

또한 본 발명은,Further, according to the present invention,

상기 해저의 실시간 모니터링을 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 시스템 상에서 구현되는 해저의 실시간 모니터링을 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 방법으로서,A static and dynamic positioning method of a marine structure using real-time monitoring of the seabed implemented on the static and dynamic positioning system of the marine structure using the real-time monitoring of the seabed,

상기 해저 광센서 측정부 및 상기 해저 데이터 측정부가 해저에 위치한 엄비리컬 케이블, 파이프, 펌프 및 밸브 중 적어도 하나 이상의 손상 및 수명을 실시간으로 측정하는 단계;Measuring, in real time, the damage and life of at least one or more of an umbrical cable, a pipe, a pump, and a valve located at the seabed by the subsea optical sensor measuring unit and the subsea data measuring unit;

상기 외부장비 연결부가 상기 해저 광센서 측정부 및 상기 해저 데이터 측정부를 동일 시점에 샘플링하여, 각각의 계측장비에서 감지된 데이터를 분석할 때 동일 시점에 감지된 데이터를 매칭시키는 단계;Sampling by the external equipment connection unit the subsea light sensor measuring unit and the subsea data measuring unit at the same time, and matching the detected data at the same time when analyzing the data sensed by each measuring device;

상기 시간정보 동기연결부가 상기 GPS, Gyro, Sonar 모듈을 이용하여 상기 해저 광센서 측정부 및 상기 해저 데이터 측정부에 의하여 감지된 데이터의 상호 동기 기능을 구현하는 단계; 및Implementing, by the time information synchronization connection unit, a mutual synchronization function of data sensed by the subsea light sensor measuring unit and the subsea data measuring unit using the GPS, Gyro, and Sonar modules; And

상기 프로세서부가 상기 해저 광센서 측정부, 상기 해저 데이터 측정부에 의하여 계측된 데이터를 이용하여 상기 알고리즘 제어용 프로세서의 제어알고리즘을 통해 상기 전동 윈치에 연결된 계류라인을 당기거나 완화시켜주고, 또한 상기 회전형 터릿의 회전을 제어하는 단계;The processor unit pulls or relaxes the mooring line connected to the electric winch through a control algorithm of the processor for controlling the algorithm by using the data measured by the subsea light sensor measuring unit and the subsea data measuring unit. Controlling the rotation of the turret;

를 포함하는 해저의 실시간 모니터링을 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 방법을 제공한다.It provides a static and dynamic positioning method of offshore structures using real-time monitoring of the seabed, including.

본 발명에 따르면, 해저의 실시간 모니터링을 통해 해저에 위치한 엄비리컬 케이블, 파이프, 펌프 및 밸브 등의 손상 및 수명을 측정하고 이에 맞추어 자동으로 적절한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 제어 및 관리가 이루어질 수 있다.According to the present invention, through real-time monitoring of the seabed, damage and lifespan of umbilical cables, pipes, pumps and valves, etc. located on the seabed can be measured and accordingly automatically and statically and dynamically positioning control and management of appropriate offshore structures can be achieved. have.

도 1은 다양한 형태의 해양 구조물을 보여주는 도면.
도 2는 드릴 쉽(drill ship)의 모습을 보여주는 도면.
도 3은 잭 엎 리그(jack-up rig)의 모습을 보여주는 도면.
도 4는 반 잠수식 시추선(semisubmersible)의 모습을 보여주는 도면.
도 5는 FPSO(floating production storage offloading)의 모습을 보여주는 도면.
도 6은 쟈켓(jacket)의 모습을 보여주는 도면.
도 7은 콘크리트 중력식 구조물(GBS)의 모습을 보여주는 도면.
도 8은 해양 구조물의 계류방식 중 일점계류방식을 보여주는 도면.
도 9는 해양 구조물의 계류방식 중 동적위치유지방식을 보여주는 도면.
도 10은 본 발명이 적용되는 해양 구조물의 주변 환경을 나타내는 도면.
도 11은 본 발명에 따른 해저의 실시간 모니터링을 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 시스템의 구조를 나타내는 블록도.
도 12는 도 11의 프로세서부에 연결된 주변 구성을 나타내는 블록도.
1 shows various types of marine structures.
2 shows a view of a drill ship.
3 shows the appearance of a jack-up rig.
4 shows the appearance of a semisubmersible drilling ship.
5 shows the appearance of floating production storage offloading (FPSO).
6 shows the appearance of a jacket.
7 is a view showing a state of concrete gravity structure (GBS).
8 is a view showing a one-point mooring method of the mooring method of an offshore structure.
9 is a view showing a dynamic position maintenance method of the mooring method of the offshore structure.
10 is a view showing the surrounding environment of the marine structure to which the present invention is applied.
11 is a block diagram showing the structure of a static and dynamic positioning system of an offshore structure using real-time monitoring of the seabed according to the present invention.
12 is a block diagram illustrating a peripheral configuration connected to the processor unit of FIG. 11.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

해저의 실시간 모니터링을 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 시스템Static and Dynamic Positioning System for Offshore Structures Using Real-Time Monitoring of the Seabed

도 10은 본 발명이 적용되는 해양 구조물의 주변 환경을 나타내는 도면이고, 도 11은 본 발명에 따른 해저의 실시간 모니터링을 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 시스템의 구조를 나타내는 블록도이고, 도 12는 도 11의 프로세서부에 연결된 주변 구성을 나타내는 블록도이다.
10 is a view showing the surrounding environment of the marine structure to which the present invention is applied, Figure 11 is a block diagram showing the structure of the static and dynamic positioning system of the marine structure using real-time monitoring of the seabed according to the present invention, Figure 12 11 is a block diagram illustrating a peripheral configuration connected to the processor unit of FIG. 11.

도 10 내지 도 12를 참조하면, 본 발명에 따른 해저의 실시간 모니터링을 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 시스템은 프로세서부(100), 해저 광센서 측정부(200), 해저 데이터 측정부(300), 외부장비 연결부(400), 시간정보 동기연결부(500)를 포함한다.
10 to 12, the static and dynamic positioning system of the offshore structure using real-time monitoring of the seabed according to the present invention, the processor unit 100, the seabed optical sensor measuring unit 200, the seabed data measuring unit 300 It includes an external device connection unit 400, time information synchronization connection unit 500.

한편, 본 발명이 적용되는 해양 구조물은 모든 고정식, 반 잠수형, 해양, 부유 및/또는 수중잠수 방식의 대규모 크기의 해양 구조물일 수 있고, 예를 들어 FPSO, F-LNG, LNGC, 굴착 선박, 풍력 발전용 터빈 등이 적용될 수 있다. 그러나 본 발명에서는 상기 해양 구조물의 종류를 한정하는 것은 아니다.
On the other hand, the marine structure to which the present invention is applied may be any fixed, semi-submersible, marine, floating and / or submerged large-scale marine structure, for example FPSO, F-LNG, LNGC, drilling vessels, wind power A turbine for power generation or the like can be applied. However, the present invention does not limit the type of the marine structure.

이러한 해양 구조물(1)은 엄비리컬(umbilical) 케이블(6) 또는 파이프의 끝단부에 회전식 스크류 타입 또는 트라이 락킹 시스템 등을 구비하여 해저의 서브트리(sub-tree) 구조물(2) 들과 연결되어 있고, 또한 해저 지층으로부터 FPSO의 하부의 이머젼시 셧다운 밸브(emergency shutdown valve)까지 라이저(riser)(5)를 통하여 연결되어 있다. 또한, 상기와 같은 해양 구조물(1)이 FPSO와 같은 해양 부유 구조물일 경우, 해저에는 상기 해양 부유 구조물을 해저면에 고정하기 위한 계류라인(mooring line)(7)과 원유를 뽑아 올리기 위한 라이저(riser)(5)가 설치될 수 있고, 해상에는 이러한 원유를 운반하는 캐리어(carrier)(3)가 FPSO(1)와 오프로드 트랜스퍼 파이프 라인(offload transfer pipe line)(4)으로 연결되어 있다.
This offshore structure 1 is provided with a umbilical cable 6 or a rotary screw type or tri-locking system at the end of the pipe and connects with sub-tree structures 2 of the seabed. It is also connected via a riser 5 from the seabed to the emergency shutdown valve at the bottom of the FPSO. In addition, when the above-mentioned offshore structure 1 is an offshore floating structure such as FPSO, the seabed has a mooring line 7 for fixing the offshore floating structure to the sea bottom and a riser for pulling up crude oil ( riser (5) may be installed, and at sea, a carrier (3) carrying such crude oil is connected to the FPSO (1) and offload transfer pipe line (4).

상기 프로세서부(100)는 알고리즘 제어용 프로세서(600), 모터구동및유압구동부(700), 모터및유압장치(900)를 구비한다. 상기 알고리즘 제어용 프로세서(600)는 미리 저장된 제어알고리즘을 이용하여 전동윈치(Anchoring winch)(910)와 회전형 터릿(920) 등과 같은 모터및유압장치(900)를 제어한다. 상기 모터구동및유압구동부(700)는 상기 알고리즘 제어용 프로세서(600)에 의하여 작동된다. 상기 모터및유압장치(900)는 상기 모터구동및유압구동부(700)에 의하여 작동된다. 또한, 상기 프로세서부(100)는 신호송수신부(800)를 구비하여 상기 프로세서부(100)로부터 제어명령을 상기 알고리즘 제어용 프로세서(600)로 송신하거나, 상기 알고리즘 제어용 프로세서(600)로부터 상기 모터및유압장치(900)의 구동정보를 수신하게 된다. 여기서, 상기 신호송수신부(800)는 RS232, RS485, CAN, TCP/IP 등의 통신수단이나, 이를 구현하는 광통신 모뎀(optical MODEM)이나 초음파/음향 소나 등이 사용될 수 있다.
The processor unit 100 includes an algorithm control processor 600, a motor driving and hydraulic driving unit 700, a motor and a hydraulic device 900. The algorithm control processor 600 controls the motor and the hydraulic device 900 such as an electric winch (910) and the rotary turret 920, using a pre-stored control algorithm. The motor driving and hydraulic driving unit 700 is operated by the algorithm control processor 600. The motor and hydraulic device 900 is operated by the motor driving and hydraulic driving unit 700. In addition, the processor unit 100 includes a signal transmission and reception unit 800 to transmit a control command from the processor unit 100 to the algorithm control processor 600, or from the algorithm control processor 600 to the motor and The driving information of the hydraulic apparatus 900 is received. Here, the signal transmission and reception unit 800 may be a communication means such as RS232, RS485, CAN, TCP / IP, or an optical communication modem (optical modem) or an ultrasonic / acoustic sonar.

상기 해저 광센서 측정부(200)는 광섬유를 인입하거나, 혹은 적어도 1개 혹은 2개 이상의 광섬유 격자 센서(FBG: fiber bragg grating)를 포함할 수 있다. 상기 광섬유 격자센서는 구조적 안전 모니터링을 위하여 사용되어, 기존의 변형률 게이지보다 감도가 좋으며, 광신호를 이용하기 때문에 전자기장에 대한 영향을 받지 않아, LNG 등과 반응하여 폭발할 위험이 없는 센서이다. 이러한 광섬유 격자센서에 의한 감지신호는 상기 프로세서부(100)로 실시간으로 전달되게 된다.
The subsea optical sensor measuring unit 200 may introduce an optical fiber, or may include at least one or two or more optical fiber grating sensors (FBGs). The optical fiber grating sensor is used for structural safety monitoring, and has a higher sensitivity than the existing strain gage, and because it uses an optical signal, it is not affected by the electromagnetic field, and thus, there is no risk of explosion in response to LNG. The detection signal by the optical fiber grating sensor is transmitted to the processor unit 100 in real time.

또한, 상기 해저 광센서 측정부(200)는 상기 해저 데이터 측정부(300)와 독자적으로 작동되고, 상기 해저 광센서 측정부(200)와 상기 해저 데이터 측정부(300)에 의하여 계측된 데이터는 OTDR(optical time domain reflectometer)/Raman/Boullian/Rayleigh 방식으로 상시 모니터링될 수 있다.
In addition, the subsea optical sensor measuring unit 200 is operated independently of the subsea data measuring unit 300, the data measured by the subsea optical sensor measuring unit 200 and the subsea data measuring unit 300 is It can be monitored at all times in an optical time domain reflectometer (OTDR) / Raman / Boullian / Rayleigh manner.

즉, 상기 해저 광센서 측정부(200)와 상기 해저 데이터 측정부(300)에 의하여 계측된 센서 볼륨과 시간 태그는 실시간 후처리를 통하여 전송되는데, 이때 전송되는 광신호, 대기 중의 레이다 신호 및 수중의 소나 신호의 경로 보정은 상기 광섬유 격자센서의 파장을 가지는 OTDR/Raman/Boullian/Rayleigh 방식이 이용되게 된다.
That is, the sensor volume and the time tag measured by the subsea light sensor measuring unit 200 and the subsea data measuring unit 300 are transmitted through real-time post-processing. The path correction of the sonar signal of OTDR / Raman / Boullian / Rayleigh method having the wavelength of the optical fiber grating sensor is used.

여기서, OTDR/Raman/Boullian/Rayleigh 방식은 펄스광을 광섬유 내부에 입사시키고, 외부자극으로 인하여 광섬유에 인장 또는 굽힘이 발생되면 그 정도에 따라 광 손실이 증가하는 현상을 이용하는 것으로서, 이를 통하여 수중 구조물의 상태를 지속적으로 모니터링할 수 있다. 도시되어 있지는 않지만, 상기 해저 광센서 측정부(200)는 디지털 아날로그 컨버터, 내부 가변 광원, 광학 커플러, 포토 다이오드 및 아날로그-디지털 컨버터를 더 포함할 수 있다.
Here, the OTDR / Raman / Boullian / Rayleigh method uses a phenomenon in which pulsed light is incident to the inside of the optical fiber, and light loss increases according to the extent when tension or bending occurs in the optical fiber due to an external stimulus. It is possible to continuously monitor the status of the system. Although not shown, the subsea light sensor measurement unit 200 may further include a digital analog converter, an internal variable light source, an optical coupler, a photo diode, and an analog-digital converter.

덧붙여, 시간정보가 포함된 국제 표준화한 통신 프로토콜을 활용하여 측정된 데이터의 정확한 시간을 알기 위하여 GPS, Gyro, Sonar 모듈에서 지원하는 시간 정보를 이용하여, 각 국가의 표준시로 데이터가 저장되어, 자료 분석시 이 저장된 데이터를 동기화한 계측자료로 사용하며, 여러 종류의 센서 측정장비와 데이터를 공유할 때에 중요한 요소 기술로 사용할 수 있다.
In addition, the data is stored in the standard time of each country by using the time information supported by GPS, Gyro, and Sonar modules to know the exact time of the measured data using the international standardized communication protocol including time information. This data can be used as a synchronized measurement data for analysis, and can be used as an important element technology when sharing data with various types of sensor measuring equipment.

한편, 이러한 해저 광센서 측정부(200)는 해양 구조물의 내부 또는 외부에 설치되어 해양 구조물의 수면 하, 즉 해저에 위치한 엄비리컬 케이블, 파이프, 펌프 및 밸브 등의 손상 및 수명을 실시간으로 측정하며, 상기 프로세서부(100)는 이렇게 측정된 엄비리컬 케이블, 파이프, 펌프 및 밸브 등의 손상 및 수명 데이터에 맞추어 상기 계류라인(7)에 연결된 전동 윈치(910)를 통하여 상기 전동 윈치(910)에 감겨진 로프 와이어(미도시)를 감거나 푸는 방식으로 F-LNG선, FPSO 등과 같은 해양 저장소에서 캐리어의 필요한 안전거리를 유지할 수 있게 된다. 나아가, 본 발명은 기존의 전기식 센서와는 달리 계류라인(7)의 수명 이상인 광섬유 격자 센서를 사용할 수 있으므로, 계류라인(7)의 수명보다 긴 센서의 내구성 보장이 가능하다.
On the other hand, the subsea optical sensor measuring unit 200 is installed inside or outside the offshore structure to measure the damage and life of the umbilical cables, pipes, pumps and valves under the water surface of the offshore structure, that is, the seabed in real time. In addition, the processor unit 100 may drive the electric winch 910 through an electric winch 910 connected to the mooring line 7 in accordance with the damage and life data of the umbilical cable, pipe, pump, and valve, and the like. By winding or unwinding the rope wire (not shown) wound around the wire, it is possible to maintain the required safety distance of the carrier in marine storage such as F-LNG ship, FPSO, and the like. Furthermore, the present invention can use the optical fiber grating sensor that is longer than the life of the mooring line (7), unlike the existing electric sensor, it is possible to ensure the durability of the sensor longer than the life of the mooring line (7).

한편, 상기 해저 데이터 측정부(300)도 상기 해저 광센서 측정부(200)처럼 해저에 위치한 엄비리컬 케이블, 파이프, 펌프 및 밸브 등의 손상 및 수명을 실시간으로 측정하는바, 이러한 해저 데이터 측정부(300)는 엄비리컬 케이블, 파이프, 펌프 및 밸브 등의 손상 및 수명 데이터를 측정하기 위한 스트레인(strain) 센서, 온도 센서, 가속도 센서, 압력 센서, 수명 센서와 같은 다수 다종의 센서를 포함한다. 여기서, 상기 센서는 전기식 또는 광학식으로 구현 가능하다.
On the other hand, the subsea data measuring unit 300 also measures the damage and life of the umbilical cable, pipes, pumps and valves located in the seabed in real time, such as the subsea optical sensor measuring unit 200, bar measurement The unit 300 includes a plurality of sensors, such as strain sensors, temperature sensors, acceleration sensors, pressure sensors, and life sensors, for measuring damage and life data of umbilical cables, pipes, pumps, and valves. do. Here, the sensor may be implemented electrically or optically.

이렇게 감지된 정보와 후술하는 GPS, Gyro, Sonar 모듈에서 얻어진 정보는 상기 프로세서부(100)에 의하여 서로 시간적으로 연동되고, 이를 통하여 전동 윈치(910)를 제어함으로써, 상기 전동 윈치(710)에 연결된 계류라인(7)을 당기고 풀어주어 안정화시키게 된다.
The detected information and information obtained from the GPS, Gyro, and Sonar modules described below are interlocked with each other by the processor unit 100 in time, thereby controlling the electric winch 910 and connected to the electric winch 710. The mooring line (7) is pulled and released to stabilize.

이와 같은 여러 종류의 센서의 좌표변화 값을 이용하면 해양 구조물의 상부와 하부(수중) 간의 상대거리 변화량(roll), 해양 구조물간의 상대간격 정보 변화를 검출하는 좌, 우 요동(yaw)뿐만 아니라 해양 구조물의 선적, 하역에 따른 상대높이 변화량(pitch)을 검출할 수 있으며, 이러한 검출값을 이용하여 해양 구조물의 안전 정박을 유지하기 위한 보정정보로 활용할 수 있다. 즉, 상기 프로세서부(100)가 이러한 검출값을 이용하여 상기 전동 윈치(910)의 구동에 의한 계류라인(7)의 인장력을 제어할 수 있게 되는 것이다.
By using the coordinate change values of various types of sensors, not only the left and right yaw that detects changes in the relative distance change between the upper and lower parts of the marine structure (underwater), but also the relative distance information between the marine structures, The relative height change pitch can be detected according to the loading and unloading of the structure, and the detection value can be used as correction information for maintaining a safe anchoring of the offshore structure. That is, the processor unit 100 may control the tensile force of the mooring line 7 by the driving of the electric winch 910 by using the detected value.

한편, 상기 해저 광센서 측정부(200) 및 해저 데이터 측정부(300)에 의하여 계측된 데이터는 시간 태그가 있거나, 없는 정적 및/또는 동적 타입의 데이터를 의미한다.
On the other hand, the data measured by the undersea light sensor measuring unit 200 and the subsea data measuring unit 300 means static and / or dynamic type data with or without time tag.

상기 전동 윈치(910)는 상기 모터구동및유압구동부(700)에 의하여 상기 계류라인(7)을 당기거나 상기 계류라인(7)의 장력을 완화시켜주기 위한 동력을 제공할 뿐만 아니라, 마그네틱 브레이크(미도시)에 연결되어 상기 전동 윈치(910)의 구동 정지 시 전류 차단 이후의 회전관성에 의한 전동 윈치(910)의 회전이 빠른 시간 내에 정지될 수 있다.
The electric winch 910 not only provides power for pulling the mooring line 7 or releasing the tension of the mooring line 7 by the motor driving and hydraulic driving part 700, but also a magnetic brake ( The rotation of the electric winch 910 due to the rotational inertia after the current interruption when the driving of the electric winch 910 is stopped may be stopped in a short time.

상기 해저 광센서 측정부(200)와 상기 해저 데이터 측정부(300)에 의하여 계측된 신호는 복수 개의 아날로그-디지털 컨버터(미도시)를 통하여 디지털 신호로 변환되고, 이렇게 변환된 신호는 상기 알고리즘 제어용 프로세서(600)에서 물리적인 값으로 환산된다. 즉, 상기 알고리즘 제어용 프로세서(600)는 상기 해저 광센서 측정부(200)와 상기 해저 데이터 측정부(300)의 신호를 모두 환산하여 계산하게 된다. 그런 다음, 상기 프로세서부(100)는 상기 환산된 데이터를 이용하여 상기 알고리즘 제어용 프로세서(600)의 제어알고리즘을 통해 상기 전동윈치(910)에 연결된 계류라인(7)을 당기거나 완화시켜주고, 또한 상기 회전형 터릿(920)의 회전을 제어하게 되는 것이다.
The signal measured by the subsea light sensor measuring unit 200 and the subsea data measuring unit 300 is converted into a digital signal through a plurality of analog-to-digital converters (not shown), and the converted signal is used for the algorithm control. The processor 600 converts the physical value. That is, the algorithm control processor 600 converts all of the signals of the subsea light sensor measuring unit 200 and the subsea data measuring unit 300 to calculate. Then, the processor unit 100 pulls or relaxes the mooring line 7 connected to the electric winch 910 through a control algorithm of the algorithm 600 for controlling the algorithm using the converted data. It is to control the rotation of the rotatable turret 920.

이 경우 특히, 상기 해저 광센서 측정부(200)와 상기 해저 데이터 측정부(300)는 해저에 위치한 엄비리컬 케이블, 파이프, 펌프 및 밸브 중 적어도 하나 이상의 유체역학적(hydrodynamic) 특성에 의한 주기성 혹은 비주기성의 복합 에너지(coupled energy) 및 이에 따른 반응(response) 벡터를 계측한다. 그러면, 상기 알고리즘 제어용 프로세서(600)는 상기 해저 광센서 측정부(200)와 상기 해저 데이터 측정부(300)의 계측 신호를 모두 환산하여 해양 구조물(1)의 구조 해석 혹은 거동 해석을 수행하고 DB화 된 look-up table을 구현한다. 그러면, 상기 프로세서부(100)는 상기 환산된 데이터를 이용하여 상기 알고리즘 제어용 프로세서(600)의 제어알고리즘을 통해 해양 구조물(1)의 시간이 소요되는(delay) 움직임을 미리 예측하여 사전에 해양 구조물(1)의 움직임 제어를 시도하여 최적화된 정적 및 동적 포지셔닝(static and dynamic positioning)을 수행할 수 있으며, 따라서 최악의 환경 외력 조건에서도 적절히 대응하여 해양 구조물의 최적화된 정적 및 동적 포지셔닝을 수행할 수 있다. 이에 따르면 트러스터(thruster)를 이용하는 기존 방식의 경우나 1개 혹은 2 개 이상의 러더(rudder)를 추가로 활용하는 경우 모두 최적화된 정적 및 동적 포지셔닝을 수행할 수 있으며, 이 과정에서 roll, pitch 등의 움직임을 최소화할 수 있다.
In this case, in particular, the subsea optical sensor measuring unit 200 and the subsea data measuring unit 300 may have a periodicity due to hydrodynamic characteristics of at least one or more of umbiological cables, pipes, pumps, and valves located on the sea floor. Aperiodic combined energy and therefore response vector are measured. Then, the algorithm control processor 600 converts all the measurement signals of the subsea light sensor measuring unit 200 and the subsea data measuring unit 300 to perform a structural analysis or behavior analysis of the offshore structure 1 and DB Implement a stylized look-up table. Then, the processor unit 100 predicts the time-delayed movement of the offshore structure 1 through a control algorithm of the algorithm 600 for controlling the algorithm using the converted data in advance to advance the offshore structure. By attempting to control the movement of (1), it is possible to perform optimized static and dynamic positioning, and thus, it is possible to perform optimized static and dynamic positioning of offshore structures by appropriately responding to the worst environmental external force conditions. have. According to this, optimized static and dynamic positioning can be performed in the existing method using a thruster or in case of using one or more rudders. In this process, roll, pitch, etc. can be performed. Can minimize the movement.

상술한 내용과 관련하여, 본 발명의 실시 예에서는 최적화된 정적 및 동적 포지셔닝을 위하여, 프로세서부(100)는 해양 구조물(1)의 밸러스트 탱크(ballast tank) 내의 물 조절과 루더의 방향 설정(passive/semi-active control)을 통하여 해양 구조물의 균형을 잡고 6자유도 운동을 최소화 한다.
In relation to the above, in the embodiment of the present invention, for optimal static and dynamic positioning, the processor unit 100 controls the water in the ballast tank of the offshore structure 1 and sets the direction of the luder. / semi-active control to balance offshore structures and minimize six degrees of freedom.

한편, 상기 외부장비 연결부(400)는 상기 프로세서부(100)와 연결된 트리거 입출력장치(410)를 구비한다. 이러한 트리거 입출력 장치(410)는 트리거 신호와 샘플링 신호를 주고받을 수 있는 각각의 입력및출력 단자(미도시)가 설치되어, 상기 해저 광센서 측정부(200), 상기 해저 데이터 측정부(300)를 동일 시점에 샘플링하여, 각각의 계측장비에서 감지된 데이터를 분석할 때 동일 시점에 감지된 데이터를 매칭시킴으로써, 상기 프로세서부(100)로 하여금 각각의 계측장비에서의 계측의 동기화를 수행하게 할 수 있다.
Meanwhile, the external device connection unit 400 includes a trigger input / output device 410 connected to the processor unit 100. The trigger input / output device 410 is provided with respective input and output terminals (not shown) for transmitting and receiving a trigger signal and a sampling signal, the subsea light sensor measuring unit 200, the subsea data measuring unit 300 By sampling at the same time, by matching the data detected at the same time when analyzing the data sensed by each measuring equipment, the processor 100 to perform the synchronization of the measurement at each measuring equipment Can be.

또한, 시간정보 동기연결부(500)는 상기 프로세서부(100)와 연결된 GPS(global positioning system), Gyro(gyroscope), Sonar(sound navigation and ranging) 모듈(510)을 구비하며, 상기 GPS, Gyro, Sonar 모듈을 이용하여 상기 해저 광센서 측정부(200), 상기 해저 데이터 측정부(300)에 의하여 감지된 데이터와 상기 해양 구조물의 위치, 평형상태, 수중음파 등의 데이터의 상호 동기 기능을 구현하여, 상기 해저 광센서 측정부(200), 상기 해저 데이터 측정부(300) 간을 연동시키게 된다.
In addition, the time information synchronization connector 500 includes a global positioning system (GPS), a Gyro (gyroscope), and a sonar (sound navigation and ranging) module 510 connected to the processor 100. The GPS, Gyro, By using the Sonar module to implement the mutual synchronization function of the data sensed by the subsea light sensor measuring unit 200, the subsea data measuring unit 300 and data such as the position, equilibrium, underwater sound waves of the marine structure In addition, the undersea optical sensor measuring unit 200 and the undersea data measuring unit 300 are interlocked.

따라서 본 발명에서는 상기와 같은 기능을 모두 통합시켜 상기 프로세서부(100)에 보여줄 수 있는데, 이러한 프로세서부(100)는 복잡한 데이터 등을 모니터를 통해 그래프 형식으로 보여주게 되고, 또한 모든 데이터는 하드디스크로 저장을 하고 인쇄를 하여 활용할 수 있게 된다. 또한, 상기 프로세서부(100)는 상기 해저 광센서 측정부(200) 및 해저 데이터 측정부(300)에서 계측된 데이터를 수집 및 활용하여 해양 구조물의 계류라인(7)에 연결된 장비들에 인가되는 외력을 최소화할 수 있게 된다. 또한, 상기 프로세서부(100)는 지리적 위치를 예측하는 해양 저장소 자체(예 F-LNG선, FPSO) 및/또는 캐리어로부터 수집된 정보를 활용하여 캐리어의 필요한 안전거리를 유지할 수도 있다.
Therefore, in the present invention, all of the above functions can be integrated and shown in the processor unit 100. The processor unit 100 shows complex data and the like in a graph form through a monitor, and all the data are hard disks. You can save it, print it, and use it. In addition, the processor unit 100 is applied to the equipment connected to the mooring line (7) of the offshore structure by collecting and utilizing the data measured by the underwater sensor sensor 200 and the subsea data measuring unit 300 External forces can be minimized. In addition, the processor unit 100 may maintain the necessary safety distance of the carrier by utilizing information collected from the marine storage itself (eg, F-LNG ship, FPSO) and / or carrier predicting a geographic location.

한편, 본 발명에서는 상기 프로세서부(100), 상기 해저 광센서 측정부(200), 상기 해저 데이터 측정부(300), 상기 모터및유압장치(900) 각각의 구동용 전원을 연결하는 적어도 하나의 전원공급부(20)를 더 포함하여, 상기 프로세서부(100), 상기 해저 광센서 측정부(200), 상기 해저 데이터 측정부(300), 상기 모터및유압장치(900)를 구동시킬 수 있게 된다. 예를 들면, 상기 모터및유압장치(900)와 같은 외부의 제어장치 중 전동 윈치(910) 모터 구동용 전원(AC 220V)을 공급하는 제1 전원공급부와, 상기 프로세서부(100) 구동용 전원(DC 24V)을 공급하는 제2 전원공급부와, 상기 해저 광센서 측정부(200) 및 해저 데이터 측정부(300) 구동용 전원(DC 12V)을 공급하는 제3 전원공급부를 포함할 수 있다. 그러나 본 발명에서는 상기 전원공급부(20)로부터 공급되는 전원의 종류와 상기 전원공급부(20)의 설치 개수 등을 한정하는 것은 아니다.
On the other hand, in the present invention at least one connecting the power source for driving each of the processor unit 100, the subsea light sensor measuring unit 200, the subsea data measuring unit 300, the motor and the hydraulic device (900) Further comprising a power supply unit 20, it is possible to drive the processor unit 100, the subsea optical sensor measuring unit 200, the subsea data measuring unit 300, the motor and the hydraulic device (900). . For example, a first power supply unit for supplying an electric power for driving the electric winch 910 motor (AC 220V) among external control devices such as the motor and the hydraulic device 900, and a power supply for driving the processor unit 100. And a second power supply unit supplying a DC 24V, and a third power supply unit supplying a driving power (DC 12V) for driving the subsea light sensor measuring unit 200 and the subsea data measuring unit 300. However, the present invention does not limit the type of power supplied from the power supply unit 20 and the number of installation of the power supply unit 20.

해저의 실시간 Real time undersea 모니터링을Monitoring 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적  Static and Dynamic of Marine Structures Used 포지셔닝Positioning 방법 Way

본 발명은 상술한 해저의 실시간 모니터링을 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 시스템 상에서 구현되는 해저의 실시간 모니터링을 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 방법을 또한 제공하는바, 본 발명이 구현되는 상황을 단계별로 나누어 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 이 경우 본 발명을 설명함에 있어서 상술한 내용과 동일한 부분의 중복적인 설명은 생략한다.
The present invention also provides a static and dynamic positioning method of the offshore structure using real-time monitoring of the seabed implemented on the static and dynamic positioning system of the offshore structure using the real-time monitoring of the seabed described above, step by step the situation in which the present invention is implemented Divided into specifically described as follows. In this case, in the description of the present invention, duplicate descriptions of the same parts as those described above will be omitted.

제 1 단계 : 상기 해저 광센서 측정부(200) 및 상기 해저 데이터 측정부(300)가 해저에 위치한 엄비리컬 케이블, 파이프, 펌프 및 밸브 중 적어도 하나 이상의 손상 및 수명을 실시간으로 측정한다. 이 경우 상기 해저 광센서 측정부(200) 및 상기 해저 데이터 측정부(300)에 의하여 계측된 데이터는 시간 태그가 있거나 없는 정적 또는 동적 타입의 데이터이다.
The first step: the subsea optical sensor measuring unit 200 and the subsea data measuring unit 300 measures the damage and life of at least one or more of umbrical cables, pipes, pumps and valves located on the sea floor in real time. In this case, the data measured by the subsea light sensor measuring unit 200 and the subsea data measuring unit 300 are static or dynamic data with or without time tag.

제 2 단계 : 상기 외부장비 연결부(400)가 상기 해저 광센서 측정부(200) 및 상기 해저 데이터 측정부(300)를 동일 시점에 샘플링하여, 각각의 계측장비에서 감지된 데이터를 분석할 때 동일 시점에 감지된 데이터를 매칭시킨다.
Second step: when the external device connection unit 400 samples the subsea optical sensor measuring unit 200 and the subsea data measuring unit 300 at the same time, and analyzes the data sensed by each measuring equipment Match the data detected at the time point.

제 3 단계 : 상기 시간정보 동기연결부(500)가 상기 GPS, Gyro, Sonar 모듈을 이용하여 상기 해저 광센서 측정부(200) 및 상기 해저 데이터 측정부(300)에 의하여 감지된 데이터의 상호 동기 기능을 구현한다.
Third step: The time information synchronization connector 500 uses the GPS, Gyro, and Sonar modules to mutually synchronize the data sensed by the subsea light sensor measuring unit 200 and the subsea data measuring unit 300. Implement

제 4 단계 : 상기 프로세서부(100)가 상기 해저 광센서 측정부(200), 상기 해저 데이터 측정부(300)에 의하여 계측된 데이터를 이용하여 상기 알고리즘 제어용 프로세서(600)의 제어알고리즘을 통해 상기 전동 윈치(910)에 연결된 계류라인(7)을 당기거나 완화시켜주고, 또한 상기 회전형 터릿(920)의 회전을 제어한다.
Fourth step: The processor unit 100 uses the data measured by the subsea light sensor measurement unit 200 and the subsea data measurement unit 300 through the control algorithm of the algorithm control processor 600. Pulls or relaxes the mooring line 7 connected to the electric winch 910, and also controls the rotation of the rotary turret 920.

이를 위하여 상기 프로세서부(100)는 상기 해저 광센서 측정부(200)와 상기 해저 데이터 측정부(300)에 의하여 계측된 신호를 복수 개의 아날로그-디지털 컨버터를 통하여 디지털 신호로 변환하고, 상기 알고리즘 제어용 프로세서(600)는 이렇게 변환된 신호를 물리적인 값으로 환산한다.
To this end, the processor unit 100 converts the signals measured by the subsea light sensor measuring unit 200 and the subsea data measuring unit 300 into digital signals through a plurality of analog-digital converters, and controls the algorithm. The processor 600 converts the converted signal into a physical value.

이 경우 상기 해저 광센서 측정부(200) 및 상기 해저 데이터 측정부(300)에 의하여 계측된 데이터는 OTDR/Raman/Boullian/Rayleigh 방식으로 처리된다.
In this case, the data measured by the subsea light sensor measuring unit 200 and the subsea data measuring unit 300 are processed in the OTDR / Raman / Boullian / Rayleigh method.

본 단계에서 상기 프로세서부(100)는 상기 해저 광센서 측정부(200)와 상기 해저 데이터 측정부(300)에 의하여 계측된 데이터를 모니터를 통해 그래프 형식으로 보여주거나, 또는 하드디스크로 저장하거나 인쇄한다.
In this step, the processor unit 100 displays the data measured by the subsea light sensor measurement unit 200 and the subsea data measurement unit 300 in a graph form on a monitor, or stores or prints the data to a hard disk. do.

또한 본 단계에서 상기 프로세서부(100)는 상기 해저 광센서 측정부(200) 및 상기 해저 데이터 측정부(300)에서 계측된 데이터를 수집 및 활용하여 해양 구조물의 계류라인(7)에 연결된 장비들에 인가되는 외력을 최소화한다.
In addition, in this step, the processor unit 100 collects and utilizes data measured by the subsea light sensor measuring unit 200 and the subsea data measuring unit 300 to be connected to the mooring line 7 of an offshore structure. Minimize the external force applied to the

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, substitutions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. will be. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are intended to illustrate and not to limit the technical spirit of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and accompanying drawings. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

20: 전원 공급부
100: 프로세서부 200: 해저 광센서 측정부
300: 해저 데이터 측정부 400: 외부장비 연결부
410: 트리거 입출력장치 500: 시간정보 동기 연결부
510: GPS, Gyro, Sonar 모듈 600: 알고리즘 제어용 프로세서
700: 모터구동및유압구동부 800: 신호송수신부
900: 모터및유압장치
20: power supply
100: processor 200: subsea optical sensor measurement unit
300: subsea data measurement unit 400: external equipment connection
410: trigger input and output device 500: time information synchronization connection
510: GPS, Gyro, Sonar module 600: processor for algorithm control
700: motor drive and hydraulic drive unit 800: signal transmission and reception unit
900: motors and hydraulics

Claims (29)

해저의 실시간 모니터링을 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 시스템에 있어서,
해양 구조물의 내부 또는 외부에 광섬유 격자 센서(FBG: fiber bragg grating)를 포함한 적어도 하나 이상의 광섬유를 설치하여 해양 구조물의 수면 하 해저에 위치한 엄비리컬 케이블, 파이프, 펌프, 밸브 또는 이들의 조합에 대한 손상 및 수명을 실시간으로 측정하는 해저 광센서 측정부(200);
상기 해저 광센서 측정부(200)와 독자적으로 작동되고, 해양 구조물의 수면 하 해저에 위치한 엄비리컬 케이블, 파이프, 펌프, 밸브 또는 이들의 조합에 대한 손상 및 수명을 실시간으로 측정하기 위한 스트레인(strain) 센서, 온도 센서, 가속도 센서, 압력 센서, 수명 센서 또는 이들의 조합을 포함하여 해양 구조물의 수면 하 해저의 상태를 실시간으로 측정하는 전기식, 광학식 또는 이들의 조합에 의한 센서를 포함하는 해저 데이터 측정부(300);
GPS, Gyro, Sonar 또는 이들의 조합을 포함한 모듈을 구비하며, 상기 모듈에서 획득된 해양 구조물의 위치정보 및 시간정보, 평형상태, 거리정보 또는 이들의 조합 중 적어도 하나 이상을 이용하여 상기 해저 광센서 측정부(200)와 해저 데이터 측정부(300)에 의하여 감지된 데이터를 상호 동기 혹은 연동시키는 시간정보동기 연결부(500); 및
상기 상호 동기 혹은 연동된 데이터를 이용하여 전동 윈치(910)를 제어함으로써, 상기 전동 윈치에 연결된 계류라인(7)을 당기거나 완화시켜서 해양 구조물을 안정화시키거나, 또한 회전형 터릿(920)의 회전을 제어하는 프로세서부(100);를 포함하는 것을 특징으로 하는 해저의 실시간 모니터링을 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 시스템.
In the static and dynamic positioning system of offshore structures using real-time monitoring of the seabed,
Install at least one optical fiber, including fiber bragg gratings (FBGs), inside or outside the offshore structure to cover umbilical cables, pipes, pumps, valves, or combinations thereof located below the water surface of the offshore structure. Subsea optical sensor measurement unit 200 for measuring the damage and life in real time;
Independently operated with the subsea optical sensor measuring unit 200, the strain for measuring in real time the damage and life of the umbilical cable, pipes, pumps, valves or a combination thereof located on the sea floor under the surface of the offshore structure ( subsea data, including sensors by electrical, optical, or combinations thereof that measure in real time the condition of the subsea surface under water in a marine structure, including strain sensors, temperature sensors, acceleration sensors, pressure sensors, life sensors, or combinations thereof Measuring unit 300;
The subsea optical sensor includes a module including GPS, Gyro, Sonar, or a combination thereof, and uses at least one of position information and time information, equilibrium state, distance information, or a combination thereof of the marine structure obtained by the module. A time information synchronization connection unit 500 for synchronizing or interlocking data sensed by the measurement unit 200 and the subsea data measurement unit 300; And
By controlling the electric winch 910 using the mutually synchronized or interlocked data, the mooring line 7 connected to the electric winch is pulled or alleviated to stabilize the marine structure, or the rotation of the rotary turret 920. And a processor unit 100 for controlling the static and dynamic positioning system of the offshore structure using real-time monitoring of the seabed.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 프로세서부(100)는 상기 해저 광센서 측정부(200)와 상기 해저 데이터 측정부(300)에 의하여 계측된 신호를 복수 개의 아날로그-디지털 컨버터를 통하여 디지털 신호로 변환하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 해저의 실시간 모니터링을 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 시스템.
The method of claim 1,
The processor unit 100 may convert the signals measured by the subsea light sensor measuring unit 200 and the subsea data measuring unit 300 into digital signals through a plurality of analog-digital converters. Static and dynamic positioning system of offshore structures using real time monitoring of the seabed.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 프로세서부(100)는, 상기 해저 광센서 측정부(200)와 상기 해저 데이터 측정부(300)에 의하여 계측된 데이터를 모니터를 통해 그래프 형식으로 보여주는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 해저의 실시간 모니터링을 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 시스템.
The method of claim 1,
The processor unit 100, the real-time monitoring of the seabed, characterized in that it comprises a graphical representation of the data measured by the subsea sensor measuring unit 200 and the subsea data measuring unit 300 through a monitor And dynamic positioning system of offshore structures using
제1항에 있어서,
상기 프로세서부(100)는, 상기 해저 광센서 측정부(200)와 상기 해저 데이터 측정부(300)에 의하여 계측된 데이터를 하드디스크로 저장하거나 인쇄하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 해저의 실시간 모니터링을 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 시스템.
The method of claim 1,
The processor unit 100, the real-time monitoring of the seabed, including storing or printing the data measured by the seabed sensor sensor 200 and the seabed data measuring unit 300 to a hard disk And dynamic positioning system of offshore structures using
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 프로세서부(100)와 연결된 트리거 입출력 장치(410);를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 해저의 실시간 모니터링을 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 시스템.
The method of claim 1,
And a trigger input / output device (410) connected to the processor unit (100); static and dynamic positioning system of the offshore structure using real-time monitoring of the seabed.
제13항에 있어서,
상기 트리거 입출력 장치(410)는, 트리거 신호와 샘플링 신호를 주고받을 수 있는 각각의 입력 및 출력 단자가 설치되어, 상기 해저 광센서 측정부(200)와 상기 해저 데이터 측정부(300)에서 측정된 데이터를 동일 시점에 샘플링하여, 각각의 계측장비에서 감지된 데이터를 분석할 때 동일 시점에 감지된 데이터를 매칭시킴으로써, 각각의 계측장비에서의 계측의 동기화를 수행하는 것을 특징으로 하는 해저의 실시간 모니터링을 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 시스템.
14. The method of claim 13,
The trigger input / output device 410 is provided with respective input and output terminals for transmitting and receiving a trigger signal and a sampling signal, and measured by the subsea light sensor measuring unit 200 and the subsea data measuring unit 300. Sampling the data at the same time point and matching the data detected at the same time point when analyzing the data sensed by each measuring device, real-time monitoring of the sea floor, characterized in that the synchronization of the measurement at each measuring device is performed And dynamic positioning system of offshore structures using
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 해저 광센서 측정부(200) 및 상기 해저 데이터 측정부(300)에 의하여 계측된 데이터는 Rayleigh 산란현상을 이용한 OTDR, Raman 산란현상을 이용한 OTDR 또는 Brillouin 산란현상을 이용한 OTDR 방식으로 처리되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 해저의 실시간 모니터링을 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 시스템.
The method of claim 1,
The data measured by the subsea light sensor measuring unit 200 and the subsea data measuring unit 300 includes an OTDR using a Rayleigh scattering phenomenon, an OTDR using a Raman scattering phenomenon or an OTDR method using a Brillouin scattering phenomenon. Static and dynamic positioning system of offshore structures using real-time monitoring of the seabed, characterized in that.
제1항에 있어서,
상기 프로세서부(100), 상기 해저 광센서 측정부(200) 및 상기 해저 데이터 측정부(300)를 포함한 정적 및 동적 포지셔닝 시스템의 구동용 전원을 연결하는 적어도 하나의 전원공급부(20)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해저의 실시간 모니터링을 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 시스템.
The method of claim 1,
Further comprising at least one power supply unit 20 for connecting the power supply for driving the static and dynamic positioning system including the processor unit 100, the subsea optical sensor measuring unit 200 and the subsea data measuring unit 300. Static and dynamic positioning system of offshore structures using real-time monitoring of the seabed, characterized in that.
해저의 실시간 모니터링을 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 방법에 있어서,
해양 구조물의 내부 또는 외부에 광섬유 격자 센서(FBG: fiber bragg grating)를 포함한 적어도 하나 이상의 광섬유를 설치하여 해양 구조물의 수면 하 해저에 위치한 엄비리컬 케이블, 파이프, 펌프, 밸브 또는 이들의 조합에 대한 손상 및 수명을 실시간으로 측정하는 해저 광센서 측정부(200)와, 상기 해저 광센서 측정부(200)와 독자적으로 작동되고, 해양 구조물의 수면 하 해저에 위치한 엄비리컬 케이블, 파이프, 펌프, 밸브 또는 이들의 조합에 대한 손상 및 수명을 실시간으로 측정하기 위한 스트레인(strain) 센서, 온도 센서, 가속도 센서, 압력 센서, 수명 센서 또는 이들의 조합을 포함하여 해양 구조물의 수면 하 해저의 상태를 실시간으로 측정하는 전기식, 광학식 또는 이들의 조합에 의한 센서를 포함하는 해저 데이터 측정부(300)가 상기 해양 구조물의 수면 하 해저의 상태를 실시간으로 감지하는 단계;
GPS, Gyro, Sonar 또는 이들의 조합을 포함한 모듈을 구비하며, 상기 모듈에서 획득된 해양 구조물의 위치정보 및 시간정보, 평형상태, 거리정보 또는 이들의 조합 중 적어도 하나 이상을 이용하여 상기 해저 광센서 측정부(200)와 해저 데이터 측정부(300)에 의하여 감지된 데이터를 상호 동기 혹은 연동시키는 단계; 및
상기 상호 동기 혹은 연동된 데이터를 이용하여 전동 윈치(910)를 제어함으로써, 상기 전동 윈치에 연결된 계류라인(7)을 당기거나 완화시켜서 해양 구조물을 안정화시키거나, 또한 회전형 터릿(920)의 회전을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 해저의 실시간 모니터링을 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 방법.
In the static and dynamic positioning method of offshore structures using real-time monitoring of the seabed,
Install at least one optical fiber, including fiber bragg gratings (FBGs), inside or outside the offshore structure to cover umbilical cables, pipes, pumps, valves, or combinations thereof located below the water surface of the offshore structure. Submarine optical sensor measuring unit 200 for measuring damage and life in real time, and independently operated with the subsea optical sensor measuring unit 200, umbiological cables, pipes, pumps, Real-time monitoring of the state of the subsea surface under water in marine structures, including strain sensors, temperature sensors, acceleration sensors, pressure sensors, life sensors, or combinations thereof to measure damage and lifespan for valves or combinations thereof in real time Submarine data measuring unit 300 including a sensor by an electrical, optical or a combination thereof measured by the number of the marine structure Sensing a condition of the ocean floor and in real time;
The subsea optical sensor includes a module including GPS, Gyro, Sonar, or a combination thereof, and uses at least one of position information and time information, equilibrium state, distance information, or a combination thereof of the marine structure obtained by the module. Synchronizing or interlocking data sensed by the measuring unit 200 and the subsea data measuring unit 300; And
By controlling the electric winch 910 using the mutually synchronized or interlocked data, the mooring line 7 connected to the electric winch is pulled or alleviated to stabilize the marine structure, or the rotation of the rotary turret 920. And controlling the static and dynamic positioning of the offshore structure using real-time monitoring of the seabed.
삭제delete 제19항에 있어서,
상기 제어하는 단계는, 상기 해저 광센서 측정부(200)와 상기 해저 데이터 측정부(300)에 의하여 계측된 신호를 복수 개의 아날로그-디지털 컨버터를 통하여 디지털 신호로 변환하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 해저의 실시간 모니터링을 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 방법.
20. The method of claim 19,
The controlling may include converting the signals measured by the subsea light sensor measuring unit 200 and the subsea data measuring unit 300 into digital signals through a plurality of analog-digital converters. Static and dynamic positioning of offshore structures using real-time monitoring of the sea floor.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제19항에 있어서,
상기 제어하는 단계는, 상기 해저 광센서 측정부(200)와 상기 해저 데이터 측정부(300)에 의하여 계측된 데이터를 모니터를 통해 그래프 형식으로 보여주는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 해저의 실시간 모니터링을 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 방법.
20. The method of claim 19,
The controlling may include displaying the data measured by the subsea light sensor measuring unit 200 and the subsea data measuring unit 300 in a graph format through a monitor. Static and dynamic positioning method of offshore structures.
제19항에 있어서,
상기 제어하는 단계는, 상기 해저 광센서 측정부(200)와 상기 해저 데이터 측정부(300)에 의하여 계측된 데이터를 하드디스크로 저장하거나 인쇄하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 해저의 실시간 모니터링을 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 방법.
20. The method of claim 19,
The controlling may include storing or printing the data measured by the subsea light sensor measuring unit 200 and the subsea data measuring unit 300 to a hard disk or using real-time monitoring of the sea floor. Static and dynamic positioning method of offshore structures.
삭제delete 제19항에 있어서,
상기 해저 광센서 측정부(200) 및 상기 해저 데이터 측정부(300)에 의하여 계측된 데이터는 Rayleigh 산란현상을 이용한 OTDR, Raman 산란현상을 이용한 OTDR 또는 Brillouin 산란현상을 이용한 OTDR 방식으로 처리되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 해저의 실시간 모니터링을 이용한 해양 구조물의 정적 및 동적 포지셔닝 방법.
20. The method of claim 19,
The data measured by the subsea light sensor measuring unit 200 and the subsea data measuring unit 300 includes an OTDR using a Rayleigh scattering phenomenon, an OTDR using a Raman scattering phenomenon or an OTDR method using a Brillouin scattering phenomenon. Static and dynamic positioning method of offshore structures using real-time monitoring of the seabed, characterized in that.
KR1020120036951A 2012-04-09 2012-04-09 static and dynamic positioning system and method using real time sub-sea monitering KR101375362B1 (en)

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