KR100493699B1 - 해양작업선의 위치제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해양 작업선 및 부유물의 정확한 위치제어를 가능하게 하는 해양 작업선의 위치제어 장치에 관한 것이다.

본 발명의 해양 작업성 위치제어 장치는 특히, 작업선 자체에 구비하고 있으며 인공위성으로부터 전달되는 작업선의 위치 정보를 수신하는 제 1, 제 2 DGPS( Differential Global Positioning System) 수신기와; 대략적인 작업위치에 도달 시 내려져 해저면에 고정되는 복수개의 앵커와; 상기 작업선과 앵커를 연결하는 복수의 계류라인과; 상기 DGPS 수신기에서 수신한 위치정보를 디지털화하고 그래픽 자료로 변환시켜주는 DGPS 수신/변환 모듈과; 상기 DGPS 수신/변환 모듈을 통해 취득되어진 위치정보를 이용하여 현재의 위치와 원하는 위치의 변위나 이동량을 계산해 주는 위치 및 변위 추정 프로세서와; 입력되는 구동신호에 의해 상기 계류라인를 감거나 풀어주는 복수개의 윈치; 및 상기 위치 및 변위 추정 프로세서에서 산출된 데이터를 기준으로 상기 윈치들 각각의 구동명령을 전달하는 윈치동작 조정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 해양작업선의 위치제어 장치에 의하면, DP(Dynamic Positioning) 시스템이 장착되어 있는 기존의 해양 작업선에 추가적인 수리나 고가의 장비를 부착하지 않고, DGPS 장치와 일반 윈치를 사용하여 해양작업선의 정확한 위치와 변위를 해석하여 허용범위 이내로 제어하여 해양 부유 작업선을 원하는 위치로 복원시킬 수 있게 된다.

Description

해양작업선의 위치제어 장치{Positioning control system for offshore vessels}

본 발명은 해양개발에 사용되는 선박 및 해양작업선들이 각종 해양환경으로부터 영향 받지 않고 일정위치에서 작업을 할 수 있도록 해주는 해양 작업선의 위치제어장치에 관한 것으로, 특히 DGPS(Differential Global Positioning System) 위치 추적기술을 해양바지선과 같은 작업선의 자동위치 제어에 적용하여 작업선의 정확한 위치와 변위를 해석하여 허용범위 이내로 제어할 수 있도록 한 해양작업선의 위치 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 육지의 개발에 한계에 도달해 감에 따라 해안이 접해 있는 국가들은 점차 해양 개발에 관심을 기울이고 있는 실정인데, 해양 개발에 사용되는 선박 및 각종 해양 작업선들은 수심과 해양 환경에 영향 받지 않고 정 위치에서 작업을 할 수 있는 위치제어 장치가 필수적이다.

이러한 위치제어를 위한 통상적인 방식은 작업 위치가 표시된 설계서의 해도를 이용하여 육상 측량자가 상기 작업위치가 표시된 시방서 해도상의 작업할 장소 부근에서 육상의 임의의 점을 선택하여 좌표점(CP)을 설정하고 이를 기준점으로 하여 육상 측량 좌표점(CP)에서 임의의 다수 TM좌표점(육분의로 측량하기 위한 육상좌표)을 설정한다.

설정된 TM좌표점에 깃발 또는 다른 방법으로 표시를 하고 표시된 좌표를 해도 위에 표시하고 상기의 작업위치가 표시된 시방서 해도의 축척에 따라 작업선의 위치를 개략 표기하게 된다. 상기 해도위에 표기된 작업선의 위치와 작업선상에서 육분의 측량에 의한 작업위치 확인 후 상기 측량한 작업점을 상기의 해도 위에 작도하고 작업을 시행하게 된다.

따라서 종래의 측량 방법은 매 작업 위치가 변경될 때마다 육분의에 의한 위치 확인이 필요하며 위와 같은 방법으로 해양 작업을 4미터 간격으로 측량하며 반복 시행하였었다. 작업위치를 변경할 때마다 4미터 간격으로 측량하는 작업 상황을 측량자에 의해 각각의 측량위치를 CP점에서 얻어지는 TM좌표값이 인위적으로 확인 측량되므로 상기 각각의 측량위치에서 TM좌표를 측량할 때 인적, 시간적 비용이 크게 발생하게 된다.

또한 상기 각각의 TM좌표점을 측량할 때 측량자의 숙련도에 따라 오차가 발생하는 문제가 있으며 상기 반복되는 작업을 시행할 때마다 작업선상에서 측량을 하고 육분의를 가지고 작업위치를 확인하고 해양 작업을 시행할 수밖에 없으므로 작업이 복잡해지면서 과다하게 인력이 투입되고 작업시간이 증가할 수밖에 없으며, 작업시간이 증가함에 따라 작업 장비를 효율적으로 사용하기 어려워져 장비비용이 증가하였다.

또한, 종래의 작업방법은 작업할 위치를 종이로 된 해도(Map)상에 육분의 측량자나 혹은 상기 측량의 보조자가 작도기로 종이 지도 위에 직접 표기하고 관리하므로 정확성이 결여되고 인적, 시간적 낭비로 인한 비용이 증가하게 된다.

또한, 종래의 작업방법에서 심도 측량은 작업선의 선두부에서 압력 수심계나 음파 측정기로 종래의 육분의를 이용하여 위치를 선정한 후 행하였으며 육분의를 통하여 해양 작업 구역내의 정확한 작업 위치를 찾았다하더라도 선두부에서 크레인의 바켓 또는 작업 도구로 심도를 측정하게 되므로 수 미터의 오차를 항상 갖게 되며, 쇄암 작업, 혹은 정확도를 요구하는 작업시에는 잠수부가 해저로 내려가 해저면의 위치를 찾은 후 작업을 시행할 수밖에 없었다. 따라서 상기 쇄암작업 및 정밀도를 요구하는 작업 시에는 작업 시간이 증가하며, 작업 효율 또한 저조했다.

또한 상기 작업 구역내 작업심도에 따른 특정지역의 측정심도의 관리가 별도의 종이지도에 의한 관리로 이루어졌기 때문에 실시간 작업환경에 부적합성을 가지고 있었다.

한편 종래의 방법에서는 시각에 의존하여 작업을 해야 하므로 쇄암, 바켓 및 작업선 위치를 수시로 확인하기가 불가능하고, 해양 작업 구역 내의 주변 환경 즉, 기상 상황 등이 악화될 때에는 작업을 할 수 없었다.

또한, 종래 해양 작업에서 사용하던 해도는 해양수산청 지도과에서 제작한 해도이며 일반적으로 사용하는 WGS84 UTM52 Zone의 좌표 체계를 따르지 않기 때문에 상기 해도를 자동화 시스템에 적용하려면 국제적인 표준 좌표인 표준화가 요구되었다.

상술한 종래 기술의 문제점을 극복하기 위한 자동 위치제어 장치가 근래 들어 개발되었으나, 이는 고가의 DP(dynamic positioning) 시스템을 작업선 건조 시 장착하여만 가능하였다. 이런 고가의 시스템이 초기 건조 시점에 장착되지 않은 선박은 자동제어가 불가능하여 종전의 수동조정 방식에 의해 작업선을 원하는 곳에 위치시켜야 하였다.

위와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 DGPS( Differential Global Positioning System) 위치 추적기술을 작업선의 자동위치 제어에 적용하여 작업선의 정확한 위치와 변위를 해석하여 허용범위 이내로 제어할 수 있는 해양작업선의 위치 제어 장치를 제공하는 데 있다.

부연하면, 본 발명은 위에서 언급한 상기한 문제점을 해결하기 위해, 일반 윈치가 장착된 작업선에 DGPS 위치신호를 이용하여 작업선의 정확한 위치 파악은 물론 명령전달모듈과 같은 제어시스템을 통하여 필요한 변위를 계산하며 이를 바탕으로 윈치를 조정하여 지정된 위치에 작업선이 위치할 수 있도록 해주는 해양작업선의 위치 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 해양작업선의 위치제어 장치의 특징은, 해양 작업선 및 부유물의 정확한 위치제어를 가능하게 하는 해양 작업선의 위치 제어 장치에 있어서, 작업선 자체에 구비하고 있으며 인공위성으로부터 전달되는 작업선의 위치 정보를 수신하는 제 1, 제 2 DGPS 수신기와; 대략적인 작업위치에 도달 시 내려져 해저면에 고정되는 복수개의 앵커와; 상기 작업선과 앵커를 연결하는 복수의 계류라인과; 상기 DGPS 수신기에서 수신한 위치정보를 디지털화하고 그래픽 자료로 변환시켜주는 DGPS 수신/변환 모듈과; 상기 DGPS 수신/변환 모듈을 통해 취득되어진 위치정보를 이용하여 현재의 위치와 원하는 위치의 변위나 이동량을 계산해 주는 위치 및 변위 추정 프로세서와; 입력되는 구동신호에 의해 상기 계류라인를 감거나 풀어주는 복수개의 윈치; 및 상기 위치 및 변위 추정 프로세서에서 산출된 데이터를 기준으로 상기 윈치들 각각의 구동명령을 전달하는 윈치동작 조정부를 포함하는 데 있다.

본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 살펴보기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 해양 작업선의 위치 제어 장치를 개략적으로 나타내는 도면이며, 작업선의 위치 제어 장치를 개략적으로 나타내는 도면으로서, 크게 인공위성(1), 제 1, 제 2 DGPS 수신기(2a, 2b), 앵커(5), 계류라인(6), 명령전달모듈(3)로 구성된다. 여기에서 인공위성(1)은 작업선(4)의 위치정보를 작업선(4)에 제공하는 역할을 하며, 제 1 및 제 2 DGPS 수신기(2a, 2b)는 작업선(4)에 설치되어 인공위성(1)으로부터 전달되는 위치 정보를 수신하도록 되어 있다. 또한, 앵커(5)는 복수개가 해저면에 고정되어 계류라인(6)을 통해 작업선(4)을 일정한 위치에 고정시키며, 계류라인(6)은 일단이 앵커(5)에 연결되며 타단이 윈치(8a~8d)에 연결되어 해저 깊이에 따라 감거나 풀리도록 되어 있다. 그리고 명령전달모듈(3)은 DGPS 수신기(2a, 2b)에서 수신한 위치정보를 디지털화하고 그래픽 자료로 변환시켜 현재의 위치와 원하는 위치의 변위나 이동량을 계산하도록 되어 있다.

첨부한 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 요소 장치들의 블록 구성을 보여주는 도면으로서, 도 2는 본 발명의 요소 장치들 각 구성을 평면 상에 개략적으로 도시하고 있으며, 도 3은 명령전달모듈(3)과 그 주변 구성들 간의 관계를 블록으로 나타내고 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 명령전달모듈(3)은 크게 DGPS 수신기(2a, 2b)에서 수신한 위치정보를 디지털화하고 그래픽 자료로 변환시켜주는 DGPS 수신/변환 모듈(도시하지 않았음)과, 위치정보를 이용하여 현재의 위치와 원하는 위치의 변위나 이동량을 계산해 주는 위치 및 변위 추정 프로세서(10)와, 상기 위치 및 변위 추정 프로세서(10)에서 산출된 데이터를 기준으로 명령을 전달하는 윈치동작 조정부(20)로 구성된다.

이때, 본 발명의 제어시스템인 명령전달모듈(3)은 위치정보 수신, 작업선의 변위각이나 이동량 추정 및 계산, 제어 명령 전달 등에 한정되지 않고 위치 제어에 필요한 각종 모듈로 구성될 수 있다.

또한, 상기 윈치동작 조정부(20)는 첨부한 도 1 및 도 2에 도시되어 있는 계류라인(6)을 감거나 풀 수 있도록 작업선(4)에 4개 방위로 구비되어 있는 제 1 내지 제 4윈치(8a~8d)를 각각 조정할 수 있도록 되어 있다. 즉, 상기 제 1 내지 제 4 윈치(8a~8d)는 도 2에 도시된 바와 같이, 윈치동작 조정부(20)에서 받은 명령에 따라 구동되는 구동모터(80)의 회전력에 의해 계류라인(6)을 감거나 풀게 된다.

이와 같이 계류라인(6)을 감거나 푸는 데는 다양한 종류의 윈치와 윈치 구동모터가 사용될 수 있는 바, 도 2에 참조번호 80에 의해 개략적으로 표시된 것처럼 통상의 DC모터가 계류라인(6)을 감거나 풀기 위한 수단으로서 윈치(8a~8d)에 연결되도록 구성될 수 있다.

따라서, 상기 모터(80)에 일정 방향의 DC전원이 걸리게 되면 정회전 혹은 역회전하게 되는데, DC전원이 걸리는 방향이 순방향의 경우 정회전을 하게 되며, DC전원이 걸리는 방향이 역방향의 경우 역회전을 하게 된다. 이때, 상기 모터(80)가 회전함에 따라 회전축에 연결되어 있는 윈치(8a~8d) 역시 연동하여 회전하게 된다.

이와 같이, 작업선 자체에 구비하고 있는 제 1, 제 2 DGPS 수신기(2a, 2b)는 인공위성(1)으로부터 전달되는 작업선(4)의 위치 정보를 수신하여 도시하지 않은 DGPS 수신/변환 모듈을 통해 위치 및 변위 추정 프로세서(10)측으로 전달하게 된다.

이에 상기 위치 및 변위 추정 프로세서(10)에서는 상기 DGPS 수신/변환 모듈을 통해 취득되어진 위치정보를 이용하여 현재의 위치와 원하는 위치의 변위나 이동량을 계산해 산출된 데이터를 기준으로 상기 윈치들 각각의 구동명령을 전달하는 윈치동작 조정부(20)로 전달하게 된다.

상기 윈치동작 조정부(20)에서는 상기 작업선(4)과 앵커(5)를 연결하는 복수의 계류라인(6)을 감거나 풀기 위한 구동명령을 윈치 구동모터(80)로 전달하게 되며, 복수개의 윈치(8a~8d)는 윈치동작 조정부(20)에 의해 모터(80)가 구동됨에 따라 결과적으로 상기 계류라인(6)을 미세하게 감거나 풀게 된다.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, DP 시스템이 장착되어 있는 기존의 해양 작업선에 추가적인 수리나 고가의 장비를 부착하지 않고, DGPS 장치와 일반 윈치를 사용하여 해양작업선의 정확한 위치와 변위를 해석하여 허용범위 이내로 제어하여 해양 부유 작업선을 원하는 위치로 복원시킬 수 있게 된다.

또한, 해양작업선 뿐만 아니라, 선박 및 부유 구조물의 실시간 위치제어가 가능하여 해양공사의 장비운영의 안전성과 관련하여 증가하고 있는 관련 산업에 파급효과가 크며 현재 전량 수입에 의존하는 장비를 국산으로 대체할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 해양 작업선의 위치제어 장치의 개념 예시도.

도 2는 도 1의 평면도.

도 3은 본 발명에 따른 요소 장치들의 블록 구성 예시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 인공위성 2a, 2b : DGPS수신기

3 : 명령전달모듈 4 : 작업선

5 : 앵커 6 : 계류라인

8a~8d : 윈치

Claims (1)

1. 해양 작업선을 포함하는 부유 구조물의 위치제어를 가능하게 하는 위치 제어 장치에 있어서,

   입력되는 구동신호에 의해 부유 구조물과 해저면에 고정된 복수개의 앵커를 연결하는 복수의 계류라인를 감거나 풀어주는 복수개의 윈치;

   상기 부유 구조물에 구비하고 있으며 인공위성으로부터 전달되는 부유 구조물의 위치 정보를 수신하는 제 1, 제 2 DGPS 수신기;

   상기 DGPS 수신기들에서 수신한 위치정보를 디지털화하고 그래픽 자료로 변환시켜주는 DGPS 수신/변환 모듈;

   상기 DGPS 수신/변환 모듈을 통해 취득되어진 위치정보를 이용하여 부유 구조물의 현재의 위치와 원하는 위치의 변위나 이동량을 계산해 주는 위치 및 변위 추정 프로세서; 및

   상기 위치 및 변위 추정 프로세서에서 산출된 데이터를 기준으로 상기 윈치들 각각에 구동명령을 전달하는 윈치동작 조정부;

   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 해양 작업선의 위치제어 장치.