KR100352346B1

KR100352346B1 - 인공지능형 충돌,좌초 예방 시스템

Info

Publication number: KR100352346B1
Application number: KR1020000051607A
Authority: KR
Inventors: 강창구; 이한진; 이창민; 공인영
Original assignee: 한국해양연구원
Priority date: 2000-09-01
Filing date: 2000-09-01
Publication date: 2002-09-11
Also published as: KR20020018332A

Abstract

본 발명은 해난 사고 예방 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해상에서 운항하고 있는 선박이 충돌 또는 좌초의 위험성을 안고 있을 때 자동으로 그 상황을 인지하여 운항자에게 경고를 발하여 운항자가 적절한 회피 행동을 할 수 있도록 지원하는 인공 지능형 충돌,좌초 예방 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 바람직한 인공 지능형 충돌,좌초 예방 시스템의 일실시예는, 자선 주위를 항해하는 타 선박들의 운항 정보를 레이더, VHF 통신 장비, 위성 통신 장비 등을 이용하여 수집하여 항해 안전에 장애가 되는 선박들을 선별하는 정보 획득 시스템과, 상기 수집된 정보를 바탕으로 충돌 위험도와 좌초 가능성을 추론하고 충돌 경보 기능 수행 및 자동 조종 수행 여부를 결정하는 행동 추론 시스템과, 상기 추론 결과에 따라 경보를 울리거나 타각 등을 제어하는 외부 인터페이스로 구성되어상기 정보 획득 시스템,행동 추론 시스템 및 외부 인터페이스들이 순차적으로 데이터를 전송 받아 주변 상황에 대한 충돌 또는 좌초 위험 판단 및 위험 경고, 사고 가능성이 매우 높은 비상시의 선박을 자동으로 조정함이 바람직하다.

Description

인공지능형 충돌,좌초 예방 시스템{collision, grounding avoidance system of artificial intelligence type}

충돌,좌초 등과 같은 위험 상황 인식 및 회피 동작에 대한 연구는 그간 여러 사람에 의해서 이루어져 왔다. 하지만 이와 같은 연구에 있어서 언제나 결정적인 문제가 있었는데 그것은 위함 판단 및 행동 결정을 위한 상황 정보를 어떤 방법으로 획득하는가 하는 것이다.

이전에는 선박에서 주변 상황에 대한 정보, 특히 타 선박의 행동에 대한 정보를 얻을 수 있는 방법으로는 레이더와 운항자에 의한 목측 및 음성 통신이 유일했다. 레이더를 통해서 얻는 정보는 오로지 선박 주변의 움직이는 물표들에 대한 것으로 그것이 다른 선박인지 아니면 잡음인지, 또 다른 선박이라면 어떤 종류의 선박인지 등에 대한 판단은 오로지 운항자의 경험과 목측에 의존할 수밖에 없었다. 또한 측심 장비를 이용하여 현재의 수심을 읽을 수는 있지만 주변 해역의 수심 정보는 오로지 운항자가 종이 해도를 해석하는 방법에 의해서만 얻을 수 있었다.

그러나 근래에 들어 전자 기술 및 컴퓨터 기술의 급격한 발달과 더불어 전에는 군사 기술로만 취급되던 레이더 신호를 컴퓨터 데이터로 변환하는 장비인RSC(Radar Scan Converter)가 저가로 시장에 나오게 되었으며 운항 중에 사람의 개입 없이 선박간의 운항 정보를 실시간으로 자동 교환하는 선박 자동 인식 시스템(AIS, Automatic Identification System), 종이 해도를 완전히 컴퓨터 내부의 데이터베이스로 바꾸고 이를 활용할 수 있게 한 전자 해도(ENC, Electronic Navigational Chart) 등에 대한 국제적인 표준화가 이루어졌다. 또한 미국이 개발하여 전세계적으로 많이 사용 중인 인공위성항법장비(GPS, Global Positioning System)에 의하여 실시간으로 자선의 위치를 쉽게 파악할 수 있게 되었으며 인공 위성을 이용한 데이터 통신도 저가로 일상적으로 수행할 수 있는 환경이 갖추어졌다.

그런데 현재 국내에서 일어나고 있는 해난 사고의 약 80%가 인적 과실에 의해 발생하고 있으며 어선을 제외한 경우에는 전체 사고의 70%가 충돌 및 좌초이다. 특히 운항 과실에 의한 사고는 주로 충돌 예방 규칙 등의 항법 미준수, 전방 경계 소홀 및 부적절한 조선 기술 등과 같이 운항자의 상황 인식과 대처가 늦어서 발생하는 경우가 대부분이다.

이전까지의 해상에서의 위험 상황 인식은 전적으로 운항자 개인에게 의존하는 형태를 취하고 있다. 물론 선박용 레이더에는 상대방 선박을 추적하고 일정한 거리 내에 들어오면 경고를 발하는 기능이 존재하긴 하지만 이 경우에도 운항자가 레이더 화면에 나타난 여러 가지 물표들 중에서 추적할 상대방 선박을 정확히 지적하는 경우에만 작동하는 기능이므로 결국은 운항자 개인의 상황 인식에만 의존한다고 할 수 있다.

이와 같이 운항자의 상황 인식에 대한 집중력 저하로 해난 사고가 발생하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 자동으로 위험 상황을 인식하고 위험 경고와 함께 운항자가 적절한 피항 행동을 취할 수 있도록 정보를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1 은 본 발명 충돌,좌초 예방 시스템의 구성도.

도 2 는 본 발명 레이더 신호 변환 시스템의 구성도.

도 3 은 본 발명 타선 정보 인식 시스템의 구성도.

도 4 는 본 발명 충돌,좌초 예방 시스템의 정보 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 타선 정보 수집 11 : 레이더 신호 변환 시스템

11a : 레이더 스캔 변환기 11b : 레이더 신호 변환 소프트웨어

12 : 타선 정보 인식 시스템 20 : 위치 및 지형 정보

21 : 인공위성 항법장치 22 : 전자 해도

23 : 기타 항해 장비 31 : 인공지능형 충돌 위험도 추론 시스템

32 : 행동 결정 전문가 시스템 33 : 좌초 예측 시스템

40 : 외부 인터 페이스 41 : 타 기관 제어 시스템

42 : 경보 및 사용자 인터페이스 시스템 50 : 레이더 정보 전송장치

60 : 레이더 데이터 처리장치 70 : 레이더 시스템

80 : 데이터 통신 시스템 90 : 알람 시스템

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 바람직한 인공 지능형 충돌,좌초 예방 시스템의 일실시예는,

자선 주위를 항해하는 타 선박들의 운항 정보를 레이더, VHF 통신 장비, 위성 통신 장비 등을 이용하여 수집하여 항해 안전에 장애가 되는 선박들을 선별하는 정보 획득 시스템;

상기 수집된 정보를 바탕으로 충돌 위험도와 좌초 가능성을 추론하고 충돌 경보 기능 수행 및 자동 조종 수행 여부를 결정하는 행동 추론 시스템;

상기 추론 결과에 따라 경보를 울리거나 타각 등을 제어하는 외부 인터페이스;로 구성되어 상기 정보 획득 시스템,행동 추론 시스템 및 외부 인터페이스들이 순차적으로 데이터를 전송 받아 주변 상황에 대한 충돌 또는 좌초 위험 판단 및 위험 경고, 사고 가능성이 매우 높은 비상시의 선박을 자동으로 조정함이 바람직하다.

상기 정보 획득 시스템은, 레이더 신호 변환 장치(RSC)를 이용하여 레이더 스캐너에서 올라오는 신호를 컴퓨터에서 사용할 수 있는 데이터로 변환하고 이 데이터를 이용하여 자선 주위의 움직이는 물표에 대한 정보를 수집하는 레이더 신호 변환 시스템;

AIS, 위성 통신 장비 등과 같은 데이터 통신 시스템을 이용하여 자동으로 필요한 통신 장비를 장착한 주변 다른 선박들의 운항 정보를 수집하여 이 중에서 자선 주변에 존재하며 항해 안전에 장애가 되는 선박들을 선별하는 타선 정보 인식 시스템;으로 구성됨이 바람직하다.

상기 행동 추론 시스템은, 레이더 신호 변환 시스템과 타선 정보 인식 시스템으로부터 얻어진 타선 정보들과 GPS, DGPS, 기타 자선의 여러 장비들로부터 얻어지는 자선 정보들을 이용하여 주어진 상황의 충돌 위험도를 퍼지 이론을 이용하여 추론하는 인공 지능형 충돌 위험도 추론 시스템;

관제 해역의 수심 정보 및 암초 장애물들의 정보를 전자 해도(ENC)를 활용하여 GPS, DGPS 등으로부터 얻어지는 자선의 위치 정보와 비교하여 선박 진로 상에서의 좌초 예측 기능을 수행하는 좌초 예측 시스템;

상기 충돌 위험도 추론 시스템과 좌초 예측 시스템으로부터 얻어지는 정보를 이용하여 현재의 행동을 그대로 유지할지 아니면 피항 행동이 필요한지를 결정하고 이에 따라 만약 피항이 필요하다고 결정되면 운항자에게 경보를 울리도록 하거나 또는 일정한 시간이 지나도 운항자가 응답을 하지 않아 사고 가능성이 매우 높아지면 피해 최소화를 위해 직접 선박을 조종하도록 결정하고 필요한 타각과 엔진 출력을 추론하는 판단 과정을 수행하는 행동 결정 전문가 시스템;으로 구성됨이 바람직하다.

상기 외부 인터페이스는, 행동 결정 시스템에 의해 사고 가능성이 매우 높아 시스템이 직접 선박을 조종하기로 결정했을 때 행동 결정 시스템에 의해 추론되는 타각과 엔진 출력을 선박의 해당 기관에 전달하는 역할을 하는 타 기관 제어 시스템;

행동 결정 전문가 시스템이 사고 가능성이 높아 운항자에게 알리기로 결정했을 때 운항자에게 경보를 울리고 현재의 상황 정보를 전자 해도를 바탕으로 모니터에 그래픽으로 표시하며 시스템이 직접 타각과 엔진 출력을 조종하는 중간에도 운항자가 필요시 이를 중단하고 제어권을 가져올 수 있는 기능을 제공하는 경보 및 사용자 인터페이스 시스템;으로 구성되어 운항자에게 쌍방향 인터페이스가 되도록 함이 바람직하다.

본 발명에서는 기존의 충돌 좌초 예측 및 피항 해동 결정 알고리즘과 앞에서 언급한 최근의 전자 및 컴퓨터 분야의 기술 발전 결과를 유기적으로 결합한 인공 지능형 충돌 좌초 예방 시스템을 개발한 것으로서, 선박 설치의 레이더 신호 변환 시스템(11), 타선 정보 인식 시스템(12), 인공 지능형 충돌 위험도 추론 시스템(31), 행동 결정 전문가 시스템(32), 좌초 예측 시스템(33), 타 기관 제어 시스템(41) 그리고 경보 및 사용자 인터페이스 시스템(42)으로 구성된 것으로, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

상기 레이더 신호 변환 시스템(11)의 레이더 신호 변환기(Radar ScanConverter: RSC)(11a)를 이용하여 레이더 스캐너에서 올라오는 신호를 컴퓨터에서 사용할 수 있는 데이터로 변환한다. 또한 변환된 데이터를 이용하여 자선 주위의 움직이는 물표에 대한 정보를 수집한다.

상기 타선 정보 인식 시스템(12)은 AIS, 위성 통신 장비 등과 같은 데이터 통신 시스템(80)을 이용하여 자동으로 필요한 통신 장비를 장착한 주변 다른 선박들의 운항 정보를 수집하여 이 중에서 자선 주변에 존재하며 항해 안전에 문제가 되는 선박들을 선별한다.

상기 인공 지능형 충돌 위험도 추론 시스템(31)은 상기 레이더 신호 변환 시스템(11)과 타선 정보 인식 시스템(12)으로부터 얻어진 타선 정보들과 GPS, DGPS, 기타 자선의 여러 장비들로부터 얻어지는 자선 정보들을 이용하여 주어진 상황의 충돌 위험도를 퍼지 이론을 이용하여 추론한다.

상기 좌초 예측 시스템(33)은 관제 해역의 수심 정보 및 암초 장애물들의 정보를 전자 해도(ENC: Electronic Navigational Chart)(22)를 활용하여 GPS, DGPS (21)등으로부터 얻어지는 자선의 위치 정보와 비교하여 선박 진로 상에서의 좌초 예측 기능을 수행한다.

상기 행동 결정 전문가 시스템(32)은 상기 충돌 위험도 추론 시스템(31)과 좌초 예측 시스템(33)으로부터 얻어지는 정보를 이용하여 현재의 행동을 그대로 유지할 지 아니면 피항 행동이 필요한지를 결정한다.

만약 피항 행동이 필요하다고 결정되면 운항자에게 경보를 울리도록 결정하고 일정한 시간이 지나도 운항자가 응답을 하지 않아 사고 가능성이 매우 높아지면피해 최소화를 위해 직접 선박을 조종하도록 결정하고 필요한 타각과 엔진 출력을 추론한다.

상기 타 기관 제어 시스템(41)은 상기 행동 결정 전문가 시스템(32)에 의해 사고 가능성이 매우 높아 시스템이 직접 선박을 조종하기로 결정했을 때 행동 결정 시스템에 의해 추론되는 타각과 엔진 출력을 선박의 해당 기관에 전달하는 역할을 한다.

상기 경보 및 사용자 인터페이스 시스템(42)은 상기 행동 결정 전문가 시스템(32)이 사고 가능성이 높아 운항자에게 알리기로 결정했을 때 운항자에게 경보를 울리는 역할을 한다.

전체 시스템이 수집한 타선 및 자선의 정보와 행동 결정 전문가 시스템(32)이 추론한 결과들을 전자 해도(22)를 바탕으로 화면에 그래픽으로 표시한다.

시스템이 직접 타각과 엔진 출력을 조종하는 중간에도 운항자가 필요시 이를 중단하고 제어권을 가져올 수 있는 기능을 제공한다.

본 발명 인공 지능형 충돌 좌초 예방 시스템을 좀더 자세히 살펴보면 시스템은 먼저 레이더 신호를 변환 장치(RSC)(11a)를 이용하여 컴퓨터에서 활용할 수 있는 신호로 변환한 후 여기서 주변에 움직이는 물표들에 대한 정보를 얻는다. 또한 AIS, 위성 통신 장비 등과 같은 데이터 통신 시스템(80)을 이용하여 주변의 다른 선박들의 운항 정보를 획득하고 자선의 정확한 위치는 GPS 또는 DGPS(Differential GPS)(21)로부터 얻는다. 이들 데이터들을 이용하여 주변의 상황에 대한 인식 정보를 작성한 후 전자 해도(22)와 충돌 예측(31) 및 행동 결정 전문가 시스템(32)을이용하여 충돌,좌초 위험성을 평가한다.

예를 들어 운항자가 야간 항해 시에 잠들어 버리거나 음주 등으로 인하여 현 상황에 대한 충분한 집중을 하지 못할 때 만약 충돌 또는 좌초의 위험이 발생하면 시스템은 이를 자동으로 인식하고 경보를 울리고 운항자가 적절한 피항 행동을 취할 수 있도록 현재까지 수집된 상황 정보를 모니터 화면을 통해 제공한다. 일정한 시간이 지나도록 운항자가 응답을 하지 않아 사고 발생 가능성이 매우 높아지면 시스템은 피해를 최소화 할 수 있도록 타와 기관에 대한 제어를 수행한다. 이때 제어 명령은 피항 행동 결정을 위한 전문가 시스템(32)에서 제공한다.

또한 충돌 위험도 예측은 인공 지능 분야에서 사람의 경험과 같은 애매한 지식을 표현하기 위하여 많이 사용하는 퍼지 이론을 이용하여 기존의 항해자들이 갖고 있는 상황 인식 방법 및 체감 위험도를 수치화하여 사용한다. 이런 충돌 위험도는 관련 항해 법규 및 피항 행동 결정 방법 등을 포함한 전문가 시스템에서 행동 결정을 위한 기준값으로 사용한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 연안에서 운항 중인 위험물 운반선 등 선박의 위치를 실시간으로 추적,분석,예측하여 선박 상호간의 충돌이나 좌초,악천후에 의한 조난 등을 미연에 예방하는 시스템으로서 이 시스템을 활용하여 선박의 운항 상황에 대한 감시 활동도 수행할 수 있고, 선박 조난시 수색 구조 활동에도 활용할 수 있으므로 대형 해난 사고를 예방하여 인명 손실,해양오염,재산 손실을 최소화하는데 크게 기여할 수 있다.

Claims

자선 주위를 항해하는 타 선박들의 운항 정보를 레이더, VHF 통신 장비, 위성 통신 장비 등을 이용하여 수집하여 항해 안전에 장애가 되는 선박들을 선별하는 정보 획득 시스템;

상기 수집된 정보를 바탕으로 충돌 위험도와 좌초 가능성을 추론하고 충돌 경보 기능 수행 및 자동 조종 수행 여부를 결정하는 행동 추론 시스템;

상기 추론 결과에 따라 경보를 울리거나 타각 등을 제어하는 외부 인터페이스;로 구성되어 상기 정보 획득 시스템,행동 추론 시스템 및 외부 인터페이스들이 순차적으로 데이터를 전송 받아 주변 상황에 대한 충돌 또는 좌초 위험 판단 및 위험 경고, 사고 가능성이 매우 높은 비상시의 선박을 자동으로 조정하는 것을 특징으로 하는 인공 지능형 충돌,좌초 예방 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 정보 획득 시스템은

레이더 신호 변환 장치(RSC)를 이용하여 레이더 스캐너에서 올라오는 신호를 컴퓨터에서 사용할 수 있는 데이터로 변환하고 이 데이터를 이용하여 자선 주위의 움직이는 물표에 대한 정보를 수집하는 레이더 신호 변환 시스템;

AIS, 위성 통신 장비 등과 같은 데이터 통신 시스템을 이용하여 자동으로 필요한 통신 장비를 장착한 주변 다른 선박들의 운항 정보를 수집하여 이 중에서 자선 주변에 존재하며 항해 안전에 장애가 되는 선박들을 선별하는 타선 정보 인식시스템;으로 구성된 것을 특징으로 하는 인공 지능형 충돌,좌초 예방 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 행동 추론 시스템은

레이더 신호 변환 시스템과 타선 정보 인식 시스템으로부터 얻어진 타선 정보들과 GPS, DGPS, 기타 자선의 여러 장비들로부터 얻어지는 자선 정보들을 이용하여 주어진 상황의 충돌 위험도를 퍼지 이론을 이용하여 추론하는 인공 지능형 충돌 위험도 추론 시스템;

관제 해역의 수심 정보 및 암초 장애물들의 정보를 전자 해도(ENC)를 활용하여 GPS, DGPS 등으로부터 얻어지는 자선의 위치 정보와 비교하여 선박 진로 상에서의 좌초 예측 기능을 수행하는 좌초 예측 시스템;

상기 충돌 위험도 추론 시스템과 좌초 예측 시스템으로부터 얻어지는 정보를 이용하여 현재의 행동을 그대로 유지할지 아니면 피항 행동이 필요한지를 결정하고 이에 따라 만약 피항이 필요하다고 결정되면 운항자에게 경보를 울리도록 하거나 또는 일정한 시간이 지나도 운항자가 응답을 하지 않아 사고 가능성이 매우 높아지면 피해 최소화를 위해 직접 선박을 조종하도록 결정하고 필요한 타각과 엔진 출력을 추론하는 판단 과정을 수행하는 행동 결정 전문가 시스템;으로 구성된 것을 특징으로 하는 인공 지능형 충돌,좌초 예방 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 외부 인터페이스는

행동 결정 시스템에 의해 사고 가능성이 매우 높아 시스템이 직접 선박을 조종하기로 결정했을 때 행동 결정 시스템에 의해 추론되는 타각과 엔진 출력을 선박의 해당 기관에 전달하는 역할을 하는 타 기관 제어 시스템;

행동 결정 전문가 시스템이 사고 가능성이 높아 운항자에게 알리기로 결정했을 때 운항자에게 경보를 울리고 현재의 상황 정보를 전자 해도를 바탕으로 모니터에 그래픽으로 표시하며 시스템이 직접 타각과 엔진 출력을 조종하는 중간에도 운항자가 필요시 이를 중단하고 제어권을 가져올 수 있는 기능을 제공하는 경보 및 사용자 인터페이스 시스템;으로 구성되어 운항자에게 쌍방향 인터페이스가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 인공 지능형 충돌,좌초 예방 시스템.