KR101019042B1 - Position measurement method in a ship and its apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 선박의 위치 측정 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 방위각과 선박의 속도를 이용하여 관성 위치 데이터를 생성하고, 이 생성된 관성 위치 데이터와 선박의 위치간의 차이로 반영률을 결정하고, 이를 통해 보정된 선박의 위치를 측정함으로써, 사전에 입력된 목표항로를 벗어날 경우에도 선박의 위치를 정확하게 파악할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 보정된 선박의 위치 데이터를 주기적으로 측정함으로써, 선박 항해 중 환경 외력에 의해 감지되는 오류의 위치 데이터로 인하여 선박운항 및 자동 운항 시 조타기의 이상 동작 발생을 사전에 방지할 수 있다. The present invention relates to a method for measuring the position of a ship and its apparatus, generating inertial position data using the azimuth angle and the speed of the vessel, determining the reflectance by the difference between the generated inertial position data and the position of the vessel, By measuring the corrected position of the ship, it is possible to accurately determine the position of the ship even if it is out of the previously entered target route. In addition, in the present invention by periodically measuring the position data of the corrected ship, it is possible to prevent the occurrence of abnormal operation of the steering gear during the operation and automatic operation of the ship due to the position data of the error detected by the environmental external force during the ship navigation. .
위치, 측정, 방위각, 관성, 속도 Position, measurement, azimuth, inertia, speed
Description
본 발명은 방위각 및 속도 센서와 위치 센서를 이용하여 보정된 선박의 위치를 측정할 수 있는 방법 및 그 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for measuring the position of a calibrated ship using azimuth and speed sensors and position sensors.
주지된 바와 같이, 선박은 해상 및 운항조건에 따라 많은 변수를 발생시키면서 운항된다. 즉 선박은 해상 및 운항조건이 거칠어져 곤란해지면 심할 경우 전복되는 사고가 발생할 수가 있다. 또한 사람들이 많이 승선하는 여객선이나 군함, 특수목적의 해상작업을 수행하는 해양조사선, 자동위치확보(DSP) 선박 등의 경우, 승선원의 쾌적한 여행과 안전 및 목적하는 작업을 성공적으로 수행하기 위하여 정확하게 해상에서 운항하는 선박의 상태를 운동계측하고 자동항로 추적시스템을 이용하여 목표 항로로 운항하여야 한다. As is well known, ships are operated while generating many variables depending on the sea and operating conditions. In other words, if the ship is difficult due to rough sea and operating conditions, accidents may overturn. In addition, in the case of passenger ships, warships, marine survey ships carrying out special purpose maritime operations, and automatic positioning system (DSP) ships, the ships must be accurately The condition of the vessel operating in the US should be measured and operated to the target route using the automatic route tracking system.
이러한 운동계측은 관성항법장치(INS), 선체운동계측장치 등을 이용하여 선체의 운동상태를 기록할 수 있으며, 자동항로 추적시스템은 사전에 입력된 목표 항로 및 운항조건 등을 자체적으로 판단하면서 운항할 수 있다. Such motion measurement can record the hull's motion state using the inertial navigation system (INS), the hull motion measurement device, etc. The automatic route tracking system operates by judging the target route and operating conditions input in advance. can do.
그러나, 상기한 바와 같이 종래 기술에 의한 운동계측이나 자동항로 추적시스템을 이용함에도 불구하고 선박의 항행 조건 즉, 환경 외력(조류, 바람, 파도 등)이 있는 상황에서는 제대로 작동하지 않아 사전에 입력된 목표항로를 벗어나는 경우가 종종 발생하여 선박의 위치를 정확하게 파악할 수 없게 되는 문제점이 있다. However, despite the use of the prior art motion measurement or automatic route tracking system as described above, it does not work properly under the conditions of the ship's navigational conditions, i.e., environmental external forces (algae, wind, waves, etc.). There is a problem that often out of the target route can not accurately determine the position of the vessel.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 상술한 문제점들을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 방위각과 선박의 속도를 이용하여 관성 위치 데이터를 생성하고, 이 생성된 관성 위치 데이터와 선박의 위치간의 차이로 반영률을 결정하고, 이를 통해 보정된 선박의 위치를 계산할 수 있는 선박의 위치 측정 방법 및 그 장치를 제공한다. Accordingly, the technical problem of the present invention is to solve the above problems, to generate the inertial position data using the azimuth angle and the speed of the vessel, and to determine the reflectance by the difference between the generated inertial position data and the position of the vessel And, through this it provides a vessel position measuring method and apparatus capable of calculating the position of the corrected vessel.
본 발명의 일 관점에 따른 선박의 위치 측정 방법은, 선수의 방위각을 획득하는 단계와, 선박의 속도를 감지하는 단계와, 선박의 위치 데이터(Pm)를 획득하는 단계와, 선수의 방위각과 선박의 속도를 이전 선박의 위치 데이터를 기준으로 선박의 관성위치 데이터(Pp)를 생성하는 단계와, 관성위치 데이터(Pp)와 선박의 위치 데이터(Pm) 간의 차이를 이용하여 반영률(α)를 결정하는 단계와, 반영률(α)과 관성위치 데이터(Pp) 및 위치 데이터(Pm)를 선박 위치 보정 알고리즘에 적용하여 보정된 위치 데이터(X's)를 계산하는 단계와, 상기 측정된 위치 데이터(X's)를 선박이 이동하는 스텝별 주기적으로 위치 데이터 DB에 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of measuring a ship's position, including: obtaining an azimuth of a bow, detecting a speed of the ship, acquiring position data (Pm) of a ship, azimuth and a bow of a bow Generating the inertial position data Pp of the ship based on the position data of the previous vessel, and using the difference between the inertial position data Pp and the position data Pm of the vessel to determine the reflectance α. Calculating the corrected position data X's by applying the reflectance α, the inertial position data Pp and the position data Pm to the vessel position correction algorithm, and measuring the measured position data X's. It characterized in that it comprises the step of storing in the position data DB periodically for each step the ship moves.
본 발명의 다른 관점에 따른 선박의 위치 측정 장치는, 선수의 방위각을 감지하는 방위각 센서와, 선박의 속도를 감지하는 속도 센서와, 선박의 위치 데이터(Pm)를 감지하는 위치 센서와, 선수의 방위각과 선박의 속도를 이전 선박의 위치 데이터를 기준으로 선박의 관성위치 데이터(Pp)를 생성하는 관성 위치 생성부와, 관성위치 데이터(Pp)와 선박의 위치 데이터(Pm) 간의 차이를 이용하여 반영률(α)를 결정하는 반영률 결정부와, 반영률(α)과 관성위치 데이터(Pp) 및 위치 데이터(Pm)를 선박 위치 보정 알고리즘에 적용하여 보정된 위치 데이터(X's)를 계산하는 위치 데이터 계산부와, 상기 측정된 위치 데이터(X's)를 선박이 이동하는 스텝별 주기적으로 저장하는 위치 데이터 DB를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, a ship position measuring apparatus includes an azimuth sensor for detecting the azimuth of a bow, a speed sensor for detecting the speed of a ship, a position sensor for sensing the ship's position data Pm, and By using the difference between the inertial position data Pp and the vessel position data Pm, the inertial position generator generates the inertial position data Pp based on the position data of the previous vessel. Calculation of position data for calculating the corrected position data X's by applying the reflectance α and the inertial position data Pp and the position data Pm to the ship position correction algorithm. And a position data DB for periodically storing the measured position data X's for each step in which the vessel moves.
본 발명에서는 방위각과 선박의 속도를 이용하여 관성 위치 데이터를 생성하고, 이 생성된 관성 위치 데이터와 선박의 위치간의 차이로 반영률을 결정하고, 이를 통해 보정된 선박의 위치를 계산함으로써, 사전에 입력된 목표항로를 벗어날 경우에도 선박의 위치를 정확하게 파악할 수 있다. In the present invention, the inertial position data is generated using the azimuth angle and the speed of the vessel, the reflectance is determined by the difference between the generated inertial position data and the position of the vessel, and the input of the vessel is calculated in advance by calculating the position of the corrected vessel. It is possible to pinpoint the position of the vessel even if it is out of the intended target route.
또한, 본 발명에서는 보정된 선박의 위치 데이터를 주기적으로 계산함으로써, 선박 항해 중 환경 외력에 의해 감지되는 오류의 위치 데이터로 인하여 선박운항 및 자동 운항 시 조타기의 이상 동작 발생을 사전에 방지할 수 있는 효과가 있다. In addition, in the present invention by periodically calculating the position data of the corrected ship, due to the position data of the error detected by the environmental external force during the ship voyage can prevent the abnormal operation of the steering gear during the operation and automatic operation of the ship in advance It works.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the operating principle of the present invention. In the following description of the present invention, when it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and may be changed according to the intentions or customs of the user, the operator, and the like. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박의 위치 측정 장치를 위한 블록 구성도로서, 방위각 센서(10)와 속도센서(20)와 관성 위치 생성부(30)와 위치 센서(40)와 반영률 결정부(50)와 위치 데이터 계산부(60)와 위치 데이터 데이터베이스(DataBase, 이하, DB라 함)(70)를 포함한다. 1 is a block diagram for an apparatus for measuring a position of a ship according to a preferred embodiment of the present invention, including an
방위각 센서(10)는 자이로스코프의 원리를 이용하여 회전축이 항상 지구의 북쪽을 가리키도록 하는 자이로 컴퍼스(Gyro compass)로서, 이러한 자이로 컴퍼스를 통해 선수의 방위각을 얻어 관성 위치 생성부(30)에 제공한다.Azimuth
속도 센서(20)는 선박의 속도를 감지하여 관성 위치 생성부(30)에 제공한다.The
관성 위치 생성부(30)는 방위각 센서(10)로부터 입력되는 선수의 방위각과 속도 센서(20)로부터 입력되는 선박의 속도를 위치 데이터 DB(70)에 저장된 이전(N-1) 선박의 위치 데이터를 기준으로 현재(N) 선박의 관성위치 데이터(Pp)를 생 성하여 반영률 결정부(50)에 제공한다.The inertial
위치 센서(40)는 위성 위치 확인 시스템(Global Positioning System, 이하, GPS라 함)으로 이 GPS를 통해 위도와 경도를 측정한 선박의 위치 데이터(Pm)를 반영률 결정부(50)에 제공한다.The
반영률 결정부(50)는 관성 위치 생성부(30)로부터 입력되는 관성위치 데이터(Pp)와 위치 센서(40)로부터 입력되는 선박의 위치 데이터(Pm) 간의 차이를 이용하여 관성위치 데이터와 위치 데이터의 반영률(α)를 결정하여 위치 데이터 계산부(60)에 제공한다. The
위치 데이터 계산부(60)는 반영률 결정부(50)로부터 입력되는 관성위치 데이터와 위치 데이터의 반영률(α), 그리고 관성위치 데이터(Pp) 및 위치 데이터(Pm)를 선박 위치 보정 알고리즘의 수학식 1The
에 적용하여 보정된 위치 데이터(X's)를 계산하여 위치 데이터 DB(70)에 제공한다. The calculated position data (X's) is applied to the
위치 데이터 DB(70)는 위치 데이터 계산부(60)로부터 입력되는 보정된 위치 데이터(X's)를 선박이 이동하는 스텝별 주기적으로 저장한다. The
따라서, 본 발명은 방위각과 선박의 속도를 이용하여 관성 위치 데이터를 생 성하고, 이 생성된 관성 위치 데이터와 선박의 위치간의 차이로 반영률을 결정하고, 이를 통해 보정된 선박의 위치를 계산함으로써, 사전에 입력된 목표항로를 벗어날 경우에도 선박의 위치를 정확하게 파악할 수 있다. Accordingly, the present invention by generating the inertial position data using the azimuth angle and the speed of the vessel, by determining the reflectance by the difference between the generated inertial position data and the position of the vessel, by calculating the corrected position of the vessel, The ship's position can be accurately determined even if it departs from the previously entered target route.
다음에, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 실시 예에서 선박의 위치 측정 과정에 대하여 설명한다. Next, a description will be given of the position measurement process of the ship in this embodiment having the configuration as described above.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박의 위치 측정 방법을 순차적으로 도시한 상세 흐름도이다. 3 is a detailed flowchart sequentially illustrating a method for measuring a position of a ship according to an exemplary embodiment of the present invention.
먼저, 자이로 컴퍼스를 이용하는 방위각 센서(10)를 통해 선수의 방위각을 얻어 관성 위치 생성부(30)에 제공(S301)한다. 이어서 속도 센서(20)는 선박의 속도를 감지하여 관성 위치 생성부(30)에 제공(S303)한다.First, the azimuth angle of the athlete is obtained through the
그러면, 관성 위치 생성부(30)에서는 방위각 센서(10)로부터 입력되는 선수의 방위각과 속도 센서(20)로부터 입력되는 선박의 속도를 위치 데이터 DB(70)에 저장된 이전(N-1) 선박의 위치 데이터를 기준으로 도 2의 선박 위치 보정 알고리즘 개념도에서와 같이 현재(N) 선박의 관성위치 데이터(Pp)를 생성(S305)하여 반영률 결정부(50)에 제공한다.Then, the inertial
한편, GPS를 이용하는 위치 센서(40)를 통해 위도와 경도를 측정한 도 2에 도시된 바와 같이 선박의 위치 데이터(Pm)를 반영률 결정부(50)에 제공(S307)한다.Meanwhile, as illustrated in FIG. 2, the latitude and longitude are measured through the
그러면, 반영률 결정부(50)에서는 관성 위치 생성부(30)로부터 입력되는 관성위치 데이터(Pp)와 위치 센서(40)로부터 입력되는 선박의 위치 데이터(Pm) 간의 차이를 이용하여 도 2에 도시된 바와 같이 관성위치 데이터와 위치 데이터의 반영 률(α)를 결정(S309)하여 위치 데이터 계산부(60)에 제공한다. 여기서, 반영률(α)은 관성위치 데이터와 측정된 위치 데이터의 오차에 따라 가변적으로 변경된다. Then, the
위치 데이터 계산부(60)는 반영률 결정부(50)로부터 입력되는 관성위치 데이터와 위치 데이터의 반영률(α), 그리고 관성위치 데이터(Pp) 및 위치 데이터(Pm)를 상술한 선박 위치 보정 알고리즘의 수학식 1에 적용하여 보정된 위치 데이터(X's)를 계산(S311)하여 선박이 이동하는 스텝별 주기적으로 위치 데이터 DB(70)에 저장(S313)한다. The position
따라서, 본 발명은 보정된 선박의 위치 데이터를 주기적으로 계산함으로써, 선박 항해 중 환경 외력에 의해 감지되는 오류의 위치 데이터로 인하여 선박운항 및 자동 운항 시 조타기의 이상 동작 발생을 사전에 방지할 수 있다. Accordingly, the present invention periodically prevents the occurrence of abnormal operation of the steering gear during the ship operation and automatic operation due to the position data of the error detected by the environmental external force during the ship navigation by periodically calculating the corrected position data of the ship. .
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined not only by the scope of the following claims, but also by those equivalent to the scope of the claims.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박의 위치 측정 장치를 위한 블록 구성도,1 is a block diagram for an apparatus for measuring a position of a ship according to a preferred embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 선박 위치 보정 알고리즘의 개념도, 2 is a conceptual diagram of a ship position correction algorithm according to the present invention,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박의 위치 측정 방법을 순차적으로 도시한 상세 흐름도.3 is a detailed flowchart illustrating a method of measuring a position of a ship according to a preferred embodiment of the present invention in sequence.
<도면의 주요 부호에 대한 간략한 설명><Brief description of the major symbols in the drawings>
10 : 방위각 센서 20 : 속도센서10: azimuth sensor 20: speed sensor
30 : 관성 위치 생성부 40 : 위치 센서30: inertial position generating unit 40: position sensor
50 : 반영률 결정부 60 : 위치 데이터 계산부50: reflectance determining unit 60: position data calculation unit
70 : 위치 데이터 DB 70: location data DB
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