KR100971079B1 - Noise measurement using GPS - Google Patents
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Abstract
본 발명은 위성측위장치를 구비하여 위치정보를 송출하는 피측정 선박으로부터 수중방사되는 소음 및 피측정선박으로부터의 거리를 정밀측정하는 선박의 소음측정 시스템에 관한 것으로서, 서로 다른 수심에 고정 배치되어 피측정 선박으로부터 발생되는 소음을 측정하고 측정된 소음정보를 출력하는 다수의 청음기를 구비하는 청음부; 청음부를 수중의 소정 위치에 고정시키고 청음부로부터 출력되는 청음정보를 전달하는 케이블; 케이블의 하측단에 배치되어 케이블이 선형상태를 유지하도록 소정의 무게를 갖는 무게 추, 청음기와 초음파 송신기의 수직운동을 억제하기 위한 헤비레지스터 디스크; 부이와 중량물을 연결하는 케이블상에 구비되어 초음파를 수중 방사하는 초음파송신부; 수면상에 부양하여 케이블의 상측단을 고정하는 부이의 상면에 배치되며, 케이블을 통해 전달되는 청음정보를 수신하는 청음정보 수신부 및 초음파송신부로부터 방사되는 초음파신호에 근거하여 부이의 위치에 대한 다수의 청음기의 3차원 위치정보를 각각 연산하고, 이에 근거하여 피측정선박으로부터 다수의 청음기까지의 거리를 산출하는 거리연산장치를 포함한다. 이와 같은 본 발명은 조류의 영향으로 변동되는 청음기의 3차원 위치정보를 실시간 연산하여 피측정선과의 정확한 거리에 대한 수중방사소음을 측정할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a noise measurement system of a ship that precisely measures the noise emitted from the vessel under measurement and the distance from the vessel to be measured by transmitting a positional information with a satellite positioning device. A listening unit having a plurality of hearing devices for measuring the noise generated from the measurement vessel and outputting the measured noise information; A cable for fixing the hearing unit to a predetermined position in the water and transferring the hearing information output from the hearing unit; A heavy register disk disposed at a lower end of the cable, the weight register having a predetermined weight so as to keep the cable in a linear state, and a heavy register disk for suppressing vertical movement of the hearing aid and the ultrasonic transmitter; An ultrasonic transmitter provided on a cable connecting the buoy and the heavy material to radiate ultrasonic waves underwater; It is disposed on the upper surface of the buoy to float on the water surface to fix the upper end of the cable, and based on the ultrasonic signal emitted from the sound information receiver and the ultrasonic transmitter for receiving the sound information transmitted through the cable, And a distance calculating device that calculates three-dimensional position information of the hearing machine, and calculates distances from the ship to be measured to the plurality of hearing machines, respectively. As described above, the present invention has an effect of measuring underwater radiation noise with respect to an accurate distance from a line to be measured by calculating three-dimensional position information of a hearing device that is fluctuated by the influence of a tidal current.
선박, 위성측위, 소음, 청음기, 거리, 초음파 Vessel, satellite positioning, noise, hearing aid, distance, ultrasound
Description
도 1은 종래의 선박용 소음측정 장치를 개략적으로 도시한 개념도,1 is a conceptual diagram schematically showing a conventional ship noise measuring device;
도 2는 조류발생시 종래의 선박용 소음측정 장치를 개략적으로 도시한 개념도,2 is a conceptual diagram schematically showing a conventional marine noise measuring device at the time of tidal current,
도 3은 본 발명의 선박용 소음측정 시스템을 개략적으로 도시한 개념도,3 is a conceptual diagram schematically showing a ship noise measuring system of the present invention;
도 4는 본 발명의 선박용 소음측정 시스템의 블록 구성도,Figure 4 is a block diagram of a marine noise measurement system of the present invention,
도 5는 도 4의 초음파송/수신부의 거리계산원리를 설명하기 위한 개념도,5 is a conceptual diagram illustrating a distance calculation principle of the ultrasonic transmitter / receiver of FIG. 4;
도 6은 도 3의 부이 및 초음파수신기의 평면도,6 is a plan view of the buoy and the ultrasonic receiver of FIG.
도 7은 소음 피측정선박의 일반적인 속도 및 침로를 도시한 도면이다.Fig. 7 shows the general speed and course of the noise-measuring vessel.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100 : 부이 110 : 청음기100: buoy 110: hearing aid
120 : GPS안테나 130 : 위성120: GPS antenna 130: satellite
140 : 헤비레지스터디스크 150 : 초음파송신부140: heavy register disk 150: ultrasonic transmitter
160 : 초음파수신기 170 : 케이블160: ultrasonic receiver 170: cable
200 : 피측정선 400 : 거리연산장치200: measuring line 400: distance computing device
410 : 위성측위부 420 : 초음파수신부410: satellite positioning unit 420: ultrasonic receiver
430 : 방위센서 440 : 연산부430: direction sensor 440: calculating unit
450 : 청음정보수신부 470 : 청음부450: listening information receiver 470: listening part
480 : 저장부480: storage unit
본 발명은 선박으로부터 수중으로 방사되는 소음을 거리와 함께 측정하는 선박용 소음측정 시스템으로서, 보다 상세하게는 조류의 영향 등으로 청음기의 위치가 변동하여도 이를 보정하여 피측정선으로부터 청음기까지의 정확한 거리를 측정할 수 있는 선박용 소음측정 시스템에 관한 것이다.The present invention is a ship noise measurement system for measuring the noise emitted to the water from the ship with the distance, more specifically, even if the position of the listener changes due to the influence of birds, such as correct the exact distance from the line to the listener It relates to a ship noise measuring system capable of measuring.
선박의 운항 또는 정박중에 선박의 프로펠러, 엔진, 모터, 기어 등과 같은 기계장치로부터 발생되는 소음이 선체의 진동을 통해 해수를 전달매질로 하여 수중으로 방사되는 소리를 수중 방사소음(Underwater Radiated Noise)이라 한다. 이러한 수중방사소음은 거리에 대한 소음의 세기로 표기하는데 군함 등과 같은 군사용 선박에 있어서는 그 성능을 판별하는 매우 중요한 척도 중 하나이다. Underwater radiated noise is the sound emitted from the machinery such as propellers, engines, motors, gears, etc. of the ship during its operation or anchorage. do. This underwater noise is expressed as the intensity of noise over distance, which is a very important measure of the performance of military ships such as warships.
이와 같은 수중방사소음 측정은 그 목적에 따라 크게 기동중 방사소음측정 및 정박중 방사소음측정으로 나뉘어 진다.Such underwater noise measurement is largely divided into emission noise measurement during operation and radiation noise measurement during anchoring according to its purpose.
도 7, 도 1 및 도 2를 참조하여 기동중 방사소음측정 장치에 대하여 설명한다. 도 7은 소음 피측정선박의 일반적인 속도 및 침로를 도시한 도면, 도 1은 종래의 선박용 소음측정 장치를 개략적으로 도시한 개념도 및 도 2는 조류발생시 종래의 선박용 소음측정 장치를 개략적으로 도시한 개념도이다. 도시된 바와 같이 수면에 부양하도록 설치된 부이(100)의 수면 하부에 청음기(110)가 배치되고, 청음기(110)로부터 소정거리 이격된 지점을 피측정선(200)이 소정의 속도로 시험영역 약 2000미터의 침로를 통과하는 동안 발생되는 소음을 청음기에서 측정한다.7, radiation noise measuring apparatus during start-up is demonstrated with reference to FIG. 7, FIG. 7 is a view showing a general speed and course of the noise vessel to be measured, Figure 1 is a schematic diagram showing a conventional ship noise measuring device and Figure 2 is a schematic diagram showing a conventional ship noise measuring device when the algae generated. to be. As shown, the
부이(100)의 상면에는 위성(130)으로부터의 위치정보신호 및 기지국(미도시)으로부터의 위치정보를 수신하는 GPS(Global Positioning System)안테나가 설치되어 있어 수 cm의 해상도로 위치정보를 얻어낸다. 그리고 부이(100)의 저면에는 다수의 청음기(110)를 고정시키고 청음기(110)로부터 수신되는 청음정보를 전달하기 위한 케이블(170)이 설치되어 있다. 다수의 청음기(110)는 케이블(170)의 서로 다른 수심의 위치(수심 30미터 ~ 100미터의 범위)에 각각 배치되어 피측정선(200)으로부터 방사되는 소음을 측정한다. 케이블(170)의 하단에는 케이블(170)이 비선형으로 요동하는 것을 방지하기 위한 무게 추와 상하 방향의 이동을 억제하는 헤비레지스터 디스크(140)가 설치되어 있다. On the upper surface of the
일반적으로 피측정선(200)으로부터 방사되는 수중방사소음은 거리에 대한 소음의 크기로서 dB/m 의 단위를 사용한다. 따라서, 피측정선(200)과 청음기(110)의 상대적인 거리를 실시간으로 정확히 연산하여야 하는데 피측정선(200)의 위치정보와 부이(100)의 위치정보로부터 피측정선(200)과 부이(100)의 상대적 거리를 연산하고 연산된 상대거리의 제곱과 청음기(110)의 수심길이 제곱의 합의 제곱근을 구함으로써 피측정선(200)과 청음기(110) 사이의 상대적 거리를 연산한다.In general, the underwater noise emitted from the
하지만, 이와 같은 수중방사 소음측정 장치는 조류가 발생할 경우 도 2에 도시된 바와 같이 케이블(170)이 수직상태를 벗어나게 되어 피측정선(200)과 청음기 (110)사이의 실제 거리 및 연산된 거리와의 오차가 발생하게 된다. However, the underwater radiation noise measurement device as described above, when the tide occurs, the
상기한 피측정선(200) 및 청음기(110)의 상대거리에 대한 오차의 범위는 수 미터에 이르고 있어 수중방사소음의 정확한 측정에 문제가 있었다.The range of error with respect to the relative distance between the
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 조류의 영향으로 케이블이 수직상태가 아니어도 수중방사되는 피측정선의 소음을 정확히 측정할 수 있는 선박용 소음측정 시스템을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, to provide a noise level measurement system for ships that can accurately measure the noise of the measurement line to be emitted underwater even if the cable is not perpendicular to the influence of the current. have.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 선박용 소음측정 시스템은 위성측위장치를 구비하여 위치정보를 송출하는 피측정 선박으로부터 수중방사되는 소음 및 상기 피측정선박으로부터의 거리를 측정하는 선박의 소음측정 시스템에 있어서, 서로 다른 수심에 고정 배치되어 상기 피측정 선박으로부터 발생되는 소음을 측정하고 측정된 소음정보를 출력하는 다수의 청음기를 구비하는 청음부; 상기 청음부를 수중의 소정 위치에 고정시키고 상기 청음부로부터 출력되는 청음정보를 전달하는 케이블; 케이블의 하측단에 배치되어 케이블이 선형상태를 유지하도록 소정의 무게를 갖는 무게 추, 청음기와 초음파 송신기의 수직운동을 억제하기 위한 헤비레지스터 디스크; 부이와 중량물을 연결하는 케이블상에 구비되어 초음파를 수중 방사하는 초음파송신부; 수면상에 부양하여 상기 케이블의 상측단을 고정하는 부이의 상면에 배치되며, 상기 케이블을 통해 전달되는 상기 청음정보를 수신하는 청음정보 수신부; 및 상기 초음파송신부로부터 방사되는 초음파신호에 따라 상기 부이의 위치에 대한 상기 다수의 청음기의 3차원 위치정보를 각각 연산하고, 이에 근거하여 상기 피측정선박으로부터 상기 다수의 청음기까지의 거리를 산출하는 거리연산장치를 포함한다.The ship noise measuring system of the present invention for achieving the above object is provided with a satellite positioning device to the noise measuring system of the ship to measure the noise emitted from the ship under measurement and the distance from the ship under measurement to send the position information. A hearing unit, comprising: a listening unit having a plurality of listeners fixedly disposed at different depths to measure noise generated from the vessel to be measured and output measured noise information; A cable for fixing the hearing unit to a predetermined position in the water and transferring the hearing information output from the hearing unit; A heavy register disk disposed at a lower end of the cable, the weight register having a predetermined weight so as to keep the cable in a linear state, and a heavy register disk for suppressing vertical movement of the hearing aid and the ultrasonic transmitter; An ultrasonic transmitter provided on a cable connecting the buoy and the heavy material to radiate ultrasonic waves underwater; A hearing information receiving unit arranged on an upper surface of a buoy for supporting a water surface to fix the upper end of the buoy, and receiving the hearing information transmitted through the cable; And calculating three-dimensional positional information of the plurality of listeners for the position of the buoy according to the ultrasonic signals emitted from the ultrasonic transmitter, and calculating a distance from the vessel under measurement to the plurality of listeners based on the ultrasonic signals. It includes a computing device.
바람직하게, 상기 거리연산장치는 상기 부이에 배치되며, 상기 부이의 위치정보를 위성으로부터 수신하여 출력하는 위성측위부; 상기 부이를 중심으로 소정 간격 이격된 위치의 수면상에 부양한 상태로 적어도 셋 이상 배치되어 상기 초음파송신부로부터 송신되는 초음파를 수신 및 출력하는 다수의 초음파수신기를 구비하는 초음파수신부; 상기 부이에 배치되어 방위정보를 출력하는 방위센서; 및 상기 부이에 배치되며, 상기 위성측위부로부터 출력되는 상기 부이의 위치정보, 상기 초음파수신부로부터 출력되는 초음파정보 및 상기 방위센서로부터 출력되는 상기 방위정보에 따라 상기 부이의 위치에 대한 상기 초음파송신부의 3차원 위치정보를 연산하고, 연산 결과에 따라 상기 다수의 청음기의 3차원 위치정보를 각각 연산하며, 상기 연산된 3차원 위치정보 및 상기 피측정선박의 위치정보에 의해 상기 피측정선박으로부터 상기 청음기까지의 거리를 연산하는 연산부를 구비한다. Preferably, the distance calculation device is disposed in the buoy, the satellite positioning unit for receiving and outputting the position information of the buoy from the satellite; At least three ultrasonic receivers disposed on the surface of the buoy at positions spaced apart from each other by a plurality of ultrasonic receivers for receiving and outputting ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transmitters; An orientation sensor disposed on the buoy to output orientation information; And the ultrasonic transmitter for the position of the buoy according to the buoy, the position information of the buoy output from the satellite positioning unit, the ultrasonic wave information output from the ultrasonic receiver, and the orientation information output from the orientation sensor. Calculate three-dimensional position information, and calculate three-dimensional position information of the plurality of hearing instruments, respectively, according to the calculation result, and use the calculated three-dimensional position information and the position information of the vessel to be measured from the vessel to be measured. It is provided with a calculation unit for calculating the distance to.
그리고 바람직하게 상기 초음파수신부는 상기 부이를 중심으로 서로 일정한 거리를 갖는 십자형 배치된 4개의 초음파수신기를 구비한다.Preferably, the ultrasonic receiver includes four ultrasonic receivers arranged crosswise having a predetermined distance from each other about the buoy.
그리고 상기 거리연산장치에서 연산된 상기 피측정선박으로부터 상기 다수의 청음기까지의 거리정보 및 상기 청음정보수신부에서 수신된 상기 청음정보를 저장하는 저장부를 더 포함하는 것이 바람직하다.The apparatus may further include a storage unit which stores distance information from the vessel to be measured calculated by the distance calculator to the plurality of listeners and the listening information received by the listening information receiver.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 선박용 소음측정 시스템에 대하여 상세히 설명한다.With reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the ship noise measurement system according to the present invention.
도 3은 본 발명의 선박용 소음측정 시스템를 개략적으로 도시한 개념도이다. 3 is a conceptual diagram schematically showing a ship noise measuring system of the present invention.
해수면에 부양하는 구조의 부이(100)의 상면에는 위성(130)으로부터의 위치정보 및 기지국(미도시)으로부터의 위치정보를 동시에 수신하여 그 차값을 이용하여 수 Cm의 해상도의 위치정보를 얻을 수 있는 GPS안테나가 설치되어 있다.On the upper surface of the
부이(100)의 저면에는 케이블(170)이 지지되어 있고, 케이블(170)에는 서로 다른 수심의 위치에 다수의 청음기(110)가 부착되어 있어 피측정선(200)으로부터 수중방사되는 소음을 측정하여 케이블(170)을 통해 부이(100) 내부의 거리연산장치(400)로 전달한다. 그리고 케이블(170)의 하단에는 케이블(170)의 직선상태를 유지하기 위한 무게 추와 상하 방향의 이동을 억제하는 헤비레지스터 디스크(140)가 고정되어 있다. 그리고 헤비레지스터디스크(140)의 상면에는 초음파를 발생하는 초음파송신부(150)가 설치되어 있다. A
한편, 부이(100)를 중심으로 십자형으로 배치된 4개의 초음파수신기(160)가 설치되어 있어 초음파송신부(150)에서 발생된 초음파를 각각 수신하여 부이(100) 내부에 내장되어 있는 거리연산장치(400)로 수신된 초음파신호를 송신한다. 거리연산장치(400)는 초음파수신기(160)로부터 수신된 신호 각각의 수신 시간차를 이용하여 초음파수신기(160)의 위치에 대한 초음파송신부(150)의 상대적 3차원 위치값 을 연산한다. 그리고 거리연산장치(400)는 연산된 상기 초음파송신부(150)의 3차원 위치정보로부터 초음파수신기(160)의 위치에 대한 청음기(110)의 3차원 위치정보를 연산한다. On the other hand, four
도 4는 본 발명의 선박용 소음측정 시스템의 블록 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 선박용 소음측정 시스템은 다수의 청음기(110)를 구비하는 청음부(470)와 청음부(470)의 하단에서 초음파를 발생하는 초음파송신부(150)를 구비한다. 청음부(470)에는 청음부(470)로부터 청음정보를 전달받아 수신하는 청음정보수신부(450)가 케이블(170)을 통해 연결된다. 청음정보수신부(450)에는 수신된 청음정보를 저장하거나 외부로 출력하는 저장부(480)가 연결되어 있다.Figure 4 is a block diagram of a marine noise measurement system of the present invention. As shown, the marine noise measuring system according to the present invention includes a
한편, 초음파송신부(150)로부터 발생된 초음파는 거리연산장치(400)로 전달되고, 거리연산장치(400)는 초음파송신부(150)의 3차원 위치정보를 연산하여 저장부(480)로 출력한다. 거리연산장치(400)는 중심점으로부터 일정간격으로 상호 이격되어 십자형으로 배치되어 있는 4개의 초음파수신기(160)로 구성된 초음파수신부(420), 위치정보를 수신하는 위성측위부(410) 및 방위정보를 출력하는 방위센서(430)에 각각 연결되어 있는 연산부(440)를 구비한다. 먼저 초음파수신부(420)는 4개의 초음파수신기(160)에서 각각 초음파송신부(150)로부터 수신되는 초음파신호를 수신 및 증폭하여 연산부(440)로 출력한다. 연산부(440)는 초음파수신부(420)로부터 수신되는 4개의 초음파신호의 수신시차를 이용하여 위성측위부(410)의 위치값에 대한 초음파송신부(150)의 상대적 3차원 위치값을 연산한다. 그리고, 위성측위부(410)는 위성(130)으로부터 수신되는 위치정보를 수신하여 연산부(440)로 출력 한다. 방위센서(430)는 방위정보를 연산부(440)로 출력하고, 연산부(440)는 초음파수신부(420), 위성측위부(410) 및 방위센서(430)로부터 출력되는 신호에 근거하여 초음파송신부(150)의 3차원 절대위치정보를 연산한다. 초음파송신부(150)의 3차원 절대위치정보를 연산하기 위하여 방위센서(430)의 방위정보가 필요한 이유는 초음파수신부(420)가 부이(100)를 중심으로 회전할 경우 초음파수신부의 좌표점의 회전벡터 연산에 필요한 회전각도를 얻기 위함이다. 연산부(440)는 연산된 초음파송신부(150)의 3차원 절대위치정보로부터 청음부(470)에 구비되어 있는 각각의 청음기(110)의 3차원 절대위치정보를 연산한다. On the other hand, the ultrasonic wave generated from the
한편, 피측정선(200)은 위성측위부를 구비하여 피측정선(200)의 위치정보를 무선 송출하고 거리연산장치(400)는 이를 무선수신하여 피측정선(200)과 청음기(110)의 상대적 거리를 연산하여 저장부(480)로 출력한다. 저장부(480)는 연산부(440)로부터 출력되는 피측정선(200)과 청음기(110)간의 상대적 거리정보 및 청음정보수신부(450)로부터 출력되는 청음정보를 저장하거나 실시간으로 외부로 무선송출 또는 유선상으로 송출한다.Meanwhile, the
거리연산장치(400)에서 초음파송신부(150)의 상대적 3차원 위치정보를 연산하는 방법을 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다. 도 5는 도 4의 초음파송/수신부의 거리계산원리를 설명하기 위한 개념도이고, 도 6은 도 3의 부이 및 초음파수신기의 평면도이다. 서로 다른 위치에 배치되어 있는 다수의 초음파수신기(160) R1, R2, 및 R3 각각의 기설정된 3차원 위치값이 각각 R1(x1, y1, z1), R2(x2, y2, z2) 및 R3(x3, y3, z3)이고, 초음파송신부(150)와의 측정된 거리가 각각 d1, d2, 및 d3 일때 초음파송신부(150)의 3차원 위치정보 S(x, y, z)는 공지된 아래의 수식에 의하여 연산된다.A method of calculating the relative three-dimensional position information of the
상기한 공식은 공지기술이므로 상세히 기술하지 않는다. 연산부(440)는 수학식 1에 의하여 초음파송신부(150)의 상대적 3차원 위치정보를 연산하고, 도 6에 도시된 4개의 초음파수신기(160) 가운데 임의의 3개로부터 출력되는 초음파신호를 취하여 연산한다. The above formula is well known and therefore will not be described in detail. The
상술한 바와 같이, 본 발명은 선박의 수중방사소음을 정밀측정함에 있어서, 조류의 영향으로 변동되는 청음기의 3차원 위치정보를 실시간 연산하여 피측정선과의 정확한 거리에 대한 수중방사소음을 측정할 수 있는 효과가 있다.As described above, in the present invention, the underwater noise of the ship can be precisely measured, and real-time calculation of three-dimensional position information of the sound receiver fluctuated by the influence of tidal current can measure the underwater noise with respect to the exact distance from the measurement line. It has an effect.
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