KR101059524B1 - 해저지형변경 기준지표물의 지피에스 정보를 기반으로 한 해저면의 지형정보 관측시스템 - Google Patents

해저지형변경 기준지표물의 지피에스 정보를 기반으로 한 해저면의 지형정보 관측시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해저지형변경 기준지표물의 지피에스 정보를 기반으로 한 해저면의 지형정보 관측시스템에 관한 것으로, 탐사선박(100)과, 와이어(L)를 매개로 탐사선박(100)에 연결되어 수중을 이동하는 수중탐지선(200)과, 수중탐지선(200)로부터의 해저정보를 수신하여 기존 해저정보를 업데이트하는 업데이트서버(300)를 포함하는 해저면의 지형정보 관측시스템에 있어서, 상기 수중탐지선(200)은, 하부에 가이드홈(211)이 형성되고; 가이드홈(211) 내에 고정되는 고정축대(212)와; 고정축대(212)를 중심으로 가이드홈(211)을 따라 이동하는 부력체(213);를 구비한 수중탐지선바디(210): 가이드홈(211)을 중심으로 수중탐지선바디(210)의 하면에 상호 대향하게 설치되는 제1,2지지대(221,222)와; 양단이 제1·2지지대(221,222)에 각각 연결되는 수평축대(223)와; 수평축대(223)에 회전가능하게 설치되는 기어부(224a)와, 기어부(224a)와 일체로 구성되며 중량의 편중을 위해 기어부(224a) 보다 큰 중량을 갖는 중량부(224b)를 각각 갖추고, 제1,2지지대(221, 222) 사이에 배치되는 제1,2수직기어(224, 225)와; 고정축대(212)를 중심으로 부력체(213)와 대향하게 고정된 고정대(F)에 회전가능하게 설치되되, 제1·2수직기어(224,225)의 각 기어부(224a)와 베벨기어 형태로 수직하게 맞물리는 수평기어(226)와; 수평기어(226)의 회전시 원위치로 복귀하도록 탄발지지하는 토션스프링(227)을; 갖춘 위치조정장치(220): 제1·2수직기어(224,225)에 각각 설치되며, 음파를 통해 해저지형을 확인하는 제1·2음파탐지기(230,240): 수중탐지선바디(210)에 설치되어, 제1·2음파탐지기(230,240)의 음파신호를 업데이트서버(300)로 송출하는 송신유닛(250): 및 수중탐지선바디(210)에 설치되어, 제1·2음파탐지기(230,240)와 송신유닛(250)을 작동제어하는 제어유닛(260):을 포함하는 한다.

Description

해저지형변경 기준지표물의 지피에스 정보를 기반으로 한 해저면의 지형정보 관측시스템{Sea Floor Topography Survey System}
본 발명은 해저지형변경 기준지표물의 지피에스 정보를 기반으로 한 해저면의 지형정보 관측시스템에 관한 것이다.
일반적으로 해저 지형변화 조사는, 수중탐지선을 탐사선박으로 끌고 가면서 수중탐지선로부터 생성된 해저영상을 매개로 지형변화를 확인함으로써 이루어진다.
상기 수중탐지선은, 하부에 구비된 음파탐지기를 통해 탐사선박에 의해 끌려가면서 해저지형에 따른 해저영상을 생성한다. 여기서, 상기 음파탐지기는 수중탐지선에 고정되어 해저바닥을 향해 하방으로 음파를 출력한다.
하지만 상기 고정형 음파탐지기는, 수중탐지선에 갑작스런 파력이 작용하여, 수중탐지선가 요동칠 경우, 수중탐지선을 따라 움직이므로, 음파의 방향이 일정하게 하방을 향하지 않게 되고, 이로 인해 정확한 음파탐지를 할 수 없는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 음파탐지기의 음파 방향이 수중탐지선의 위치 또는 음파탐지기가 받는 파력에 상관없이 해저지형정보를 정밀하게 측정할 수 있도록 하는 해저면의 지형정보 관측시스템을 제공하는 것을 해결하려는 과제로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 수면 위를 이동하는 탐사선박과, 와이어를 매개로 탐사선박에 연결되어 수중을 이동하며 해저지형을 측량하는 수중탐지선와, 탐사선박에 설치되며, 수중탐지선로부터의 해저정보를 수신하여 기존 해저정보를 업데이트하는 업데이트서버를 포함하는 해저면의 지형정보 관측시스템에 있어서,
상기 수중탐지선은,
수중탐지선바디: 수중탐지선바디의 하부에 설치되며 상호 대향되는 제1,2지지대와; 양단이 제1·2지지대에 각각 연결되는 수평축대와; 수평축대에 회전가능하게 설치되어 제1·2지지대 사이에 배치되는 기어부와, 기어부의 하부에 구비되어 기어부 보다 무거운 중량을 갖는 중량부를 갖춘 제1수직기어와; 수평축대에 회전가능하게 설치되며 제1·2지지대 사이에 배치되어 제1수직기어와 대향되는 기어부와, 기어부의 하부에 구비되어 기어부 보다 무거운 중량을 갖는 중량부를 갖춘 제2수직기어와; 수중탐지선바디의 하부에 회전가능하게 설치되고, 제1·2수직기어의 상부에 수평하게 배치되며, 일단이 제1수직기어의 기어부와 연동하고, 타단이 제2수직기어의 기어부와 각각 연동하여, 제1수직기어 및 제2수직기어가 상호 다른 방향으로 회전하도록 하는 수평기어와; 제1·2수직기어에 각각 설치되어, 제1·2수직기어의 중량부가 연직을 향하도록 탄발지지하는 제1·2토션스프링을 갖춘 위치조정장치: 제1·2수직기어에 각각 설치되며, 음파를 통해 해저지형을 확인하는 제1·2음파탐지기: 수중탐지선바디에 설치되어, 제1·2음파탐지기의 음파신호를 업데이트서버로 송출하는 송신유닛: 수중탐지선바디에 설치되어, 제1·2음파탐지기와 송신유닛을 작동제어하는 제어유닛을 포함하는 하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 제1음파탐지기 및 제2음파탐지기가 최초 설치위치를 최대한 유지하도록 함으로써, 정밀한 해저지형정보를 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 해저면의 지형정보 관측시스템을 나타낸 블록도이고,
도 2는 본 발명에 따른 탐사선박 및 수중탐지선을 나타낸 개략도이고,
도 3은 본 발명에 따른 수중탐지선 및 위치조정장치를 나타낸 측면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 위치조정장치를 나타낸 정면도이고,
도 5는 도 4의 A-A선 단면도이고,
도 6은 도 4의 저면도이고,
도 7 내지 도 11은 본 발명에 따른 해저면의 지형정보 관측시스템의 작용을 나타낸 도면이고,
도 12는 본 발명에 따른 수중탐지선바디의 다른 모습을 도시한 부분단면도이고,
도 13은 상기 수중탐지선바디의 동작모습을 도시한 부분단면도이다.
이하 첨부도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 해저면의 지형정보 관측시스템을 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 탐사선박 및 수중탐지선을 나타낸 개략도이고, 도 3은 본 발명에 따른 수중탐지선 및 위치조정장치를 나타낸 측면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 위치조정장치를 나타낸 정면도이고, 도 5는 도 4의 A-A선 단면도이고, 도 6은 도 4의 저면도로서, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 해저면의 지형정보 관측시스템은 탐사선박(100)과, 수중탐지선(200)과, 업데이트서버(300)로 이루어진다.
상기 탐사선박(100)은 해수면 위를 이동하여, 해저지형의 탐지에 사용되는 통상의 것으로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 수중탐지선(200)은 수중을 이동하는 수중탐지선바디(210)와, 음파탐지기의 오차 발생을 방지하는 위치조정장치(220)와, 해저지형을 탐지하는 제1·2음파탐지기(230,240)와, 데이터를 송출하는 송신유닛(250)과, 제1·2음파탐지기(230,240)를 작동제어하는 제어유닛(260)을 포함한다.
상기 수중탐지선바디(210)는 와이어(L)를 매개로 탐사선박(100)에 연결되며, 탐사선박(100)의 이동을 따라 수중을 이동한다. 일반적으로, 수중탐지선바디(210)는 수중의 파력에 최대한 영향을 받지 않는 일정한 중량과 형태를 이루는 것이 바람직하고, 탐사선박(100)과는 독립된 기동성을 갖도록 엔진(미도시함)이 장착돼 원격 조정될 수 있다. 물론, 수중탐지선바디(210)는 탐사선박(100)과는 독립된 잠수함으로서, 승무원이 직접 탑승해 운전될 수도 있다.
상기 위치조정장치(220)는 제1·2지지대(221,222), 수평축대(223), 제1·2수직기어(224,225), 수평기어(226), 및 토션스프링(227)을 갖춘다.
상기 제1·2지지대(221,222)는 수중탐지선바디(210)의 저면에 서로 나란하게 돌출 형성된다.
상기 수평축대(223)는 양단이 제1·2지지대(221,222)의 하단에 각각 수평하게 설치된다.
상기 제1수직기어(224)는 기어부(224a)와 중량부(224b)로 구성된다.
상기 기어부(224a)는 수평축대(223)에 회전가능하게 고정된다. 여기서, 기어부(224a)는 상부 외면을 따라 베벨기어 타입의 다수의 기어가 형성되어 수평기어(226)와 수직하게 맞물린다.
상기 중량부(224b)는 기어부(224a)의 하부에 구비되어, 기어부(224a)와 비교해 상대적으로 큰 중량을 갖는다. 중량부(224b)는 제1수직기어(224)의 전체 중량이 하방으로 편중되도록 하기 위한 것으로서, 이러한 구조를 통해 제1수직기어(224)는 파력을 받더라도 상기 파력이 소멸되면 즉시 원위치로 복귀된다.
상기 제2수직기어(225) 또한 기어부(225a)와 중량부(225b)로 구성되고, 제1수직기어(224)와 나란하도록 수평대(223)에 고정된다. 또한 제2수직기어(225)의 기어부(225a)는 수평기어(226)와 수직하게 맞물린다. 이때, 제1,2수직기어(224, 225)는 수평기어(226)를 중심으로 서로 대향하게 위치해 연동하므로, 제1,2수직기어(224, 225)의 회동방향은 서로 역방향이 될 것이다.
상기 수평기어(226)는 수중탐지선(200)의 저면에 회전가능하게 설치되며, 하부에 베벨기어 타입의 다수의 기어가 둘레면을 따라 형성되어, 제1·2수직기어(224,225)와 연동한다. 이때 수평기어(226)는 제1수직기어(224) 및 제2수직기어(225)와 연동하여 제1수직기어(224) 및 제2수직기어(225)가 서로 다른 방향으로 회전하도록 하여, 제1수직기어(224) 및 제2수직기어(225)가 회전시 회전력이 서로 상쇄되도록 한다. 한편 본 실시예에서의 수평기어(226)는 수중탐지선(200)의 저면에 설치된 고정대(F)를 매개로 수중탐지선(200)에 회전가능하게 설치된다.
상기 토션스프링(227)은 고정대(F)에 고정된 수평기어(226)가 현위치를 유지하도록 지지하는 것으로서, 이러한 지지를 통해 수평기어(226)와 맞물린 제1,2수직기어(224, 225)는 각 중량부(224b, 225b)가 항시 중력방향을 향하도록 한다. 또한 토션스프링(227)은 자체 탄력 이상의 외력에만 변형이 이루어지므로, 중량부(224b, 225b)에 의한 제1,2수직기어(224, 225)의 중량과 더불어 제1,2수직기어(224, 225)의 움직임을 최소화시킨다.
상기 제1·2음파탐지기(230,240)는 제1·2수직기어(224,225)의 내면에 설치되며, 제어유닛(260)에 의해 작동제어되어 하방으로 음파를 출력한다. 제1·2음파탐지기(230,240)는 해저지형을 탐지할 시 사용되는 통상의 것으로, 본 실시예에서는 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 송신유닛(250)는 수중탐지선바디(210)에 설치되어 제어유닛(260)에 의해 작동제어되며, 제1·2음파탐지기(230)로부터의 탐지신호를 음파신호의 형태로 외부로 무선 송출한다. 한편 본 실시예에서는 측정신호의 송출을 무선송출로 하였지만, 별도의 데이터라인을 구비하여 유선을 통해 탐지신호를 송출할 수도 있다.
상기 제어유닛(260)은 수중탐지선바디(210)에 설치되며, 제1·2음파탐지기(230,240)와 송신유닛(250)을 작동제어한다.
상기 업데이트서버(300)는 송신유닛(250)으로부터 데이터신호를 수신하는 수신부(310)와, 수신부(310)로부터의 데이터신호를 분석하는 제어부(320)와, 측량된 해저지형을 나타내는 출력부(330)를 포함한다.
상기 수신부(310)는 탐사선박(100)에 설치되며, 송신유닛(250)으로부터 수신한 제1·2음파탐지기(230,240)의 탐지신호를 제어부(320)로 출력한다.
상기 제어부(320)는 수신부(310)로부터 수신한 제1·2음파탐지기(230,240)의 탐지신호를 분석하여 해저지형정보를 형성하고, 생성된 해저지형정보를 기존의 해저지형정보와 비교하여 기존의 해저지형정보를 업데이트한다.
상기 출력부(330)는 제어부(320)에 의해 작동제어되는 통상의 디스플레이장치로서, 제어부(320)의 작동상태를 외부로 나타낸다.
도 7 내지 도 11은 본 발명에 따른 해저면의 지형정보 관측시스템의 작용을 나타낸 도면으로서, 도 7 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
작업자는 도 2와 같이 탐사선박(100)을 통해 수중탐지선(200)을 끌고 가면서 해저지형을 따라 이동하거나, 자체 동력을 갖는 수중탐지선(200)에 직접 승선해 운전하면서 해저지형을 따라 이동할 수 있다.
상기 제1·2음파탐지기(230,240)는 해저지형으로 음파를 출력하여 지형을 탐지하고, 수중탐지선(200)의 제어유닛(260)은 송신유닛(250)을 매개로 탐지신호를 업데이트서버(300)로 송출한다.
그리고 상기 업데이트서버(300)의 제어부(320)는, 수신부(310)를 매개로 수중탐지선(200)로부터의 탐지신호를 수신하고, 탐지된 해저지형의 해저지형정보를 기존의 해저지형정보와 비교하여, 기존의 해저지형정보를 업데이트한다. 이때 업데이트서버(300)의 제어부(320)는 탐지된 해저지형을 출력부(330)를 통해 나타낼 수도 있다.
한편 상기 수중탐지선(200)이 이동하는 수중은 적지않은 파력(유력)이 일시적 또는 지속적으로 발생하고, 이러한 파력은 수중탐지선(200)에 충격을 줄 수 있다. 또한, 상기 파력은 위치에 따라 다양한 세기와 방향으로 발생할 수 있는데, 이는 제1,2수직기어(224, 225)에 각각 설치된 제1,2음파탐지기(230, 240)에 영향을 줄 수 있다. 물론, 수중탐지선(200) 자체와 제1,2음파탐지기(230, 240)가 받는 충격은 제1,2음파탐지기(230, 240)로부터 발사되는 음파의 방향에 큰 영향을 주고, 이는 곧 해저지형 측정의 정확도를 저해하는 원인이 된다.
이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 수중탐지선바디(210)에 영향을 주지는 않지만 제1,2음파탐지기(230,240)이 위치한 지점에 파력이 작용할 경우, 제1수직기어(224) 및 제2수직기어(225)는 상기 파력에 의해 수평축대(223)를 중심으로 회전하게 된다. 물론, 상기 파력은 제1,2수직기어(224, 225)의 편중된 중량과 토션스프링(227)의 탄발력을 초과하는 힘이다. 그런데, 상기 파력이 제1,2음파탐지기(230, 240)를 향해 동일한 방향과 동일한 힘으로 작용할 경우, 제1,2수직기어(224, 225)는 수평기어(226)에 의해 연결되므로, 그 힘이 상쇄되면서 제1,2수직기어(224, 225)는 회전하지 않고, 이를 통해 제1,2음파탐지기(230, 240) 또한 안정적인 탐지기능을 수행할 수 있다.
한편, 도 7에서 보인 바와 같이, 제1,2음파탐지기(230, 240)에 동일한 방향이지만 서로 다른 힘의 파력이 작용할 경우, 전술한 바와 같이 상기 파력의 차이만큼 상쇄가 이루어지고, 상쇄되고 남은 힘이 제1,2수직기어(224, 225)의 중량 및 토션스프링(227)의 탄발력 이하이면 제1,2수직기어(224, 225)는 회전하지 않고, 이를 통해 제1,2음파탐지기(230, 240) 또한 안정적인 탐지기능을 수행할 수 있다. 또한, 상기 남은 힘이 상기 중량 및 탄발력을 초과하더라도 실제로 발생한 파력에는 현저하게 미치지 못하므로 제1,2수직기어(224, 225)의 회전각도는 매우 작아지고, 그 유지시간 또한 현저하게 짧아진다.
더욱이 중요한 것은 본 발명에 따른 시스템은 음파탐지기가 제1 및 제2 한 쌍으로 구성되면서, 제1,2수직기어(224, 225)의 회전으로 제1,2음파탐지기(230, 240)의 음파 출력방향이 해저바닥에 수직하지 않아도, 서로 동일한 각도로 서로 교차 회전해서 해저바닥을 향해 각각 음파를 출력하므로, 도 11에서 명시한 바와 같이 제1,2음파탐지기(230, 240)는 수직하는 방향의 교접지역을 회전 여부에 상관없이 정확히 측정할 수 있고, 이를 통해 파력에 의한 측정 오차를 최소화할 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 수중탐지선바디의 다른 모습을 도시한 부분단면도이고, 도 13은 상기 수중탐지선바디의 동작모습을 도시한 부분단면도인바, 이를 참조해 설명한다.
파력은 전술한 바와 같이 제1,2음파탐지기(230, 240) 등에만 영향을 줄 수 있지만, 좀 더 강한 파력의 경우에는 수중탐지선(200)에도 영향을 줄 수 있다. 따라서, 수중탐지선(200)이 파력을 받을 경우엔 수중탐지선(200) 전체가 불안정해지고, 이는 곧 제1,2음파탐지기(230, 240)의 측정 신뢰도를 저해하는 원인이 된다.
이러한 문제를 해소하기 위해 본 발명에 따른 수중탐지선바디(210)는 고정대(F)가 동작 가능하게 삽입되는 가이드홈(211)을 형성하고, 고정대(F)를 가이드홈(211) 내에 회전가능하게 고정하는 고정축대(212)와, 고정축대(212)를 중심으로 고정대(F)와 대향하게 형성되어서 가이드홈(211)을 따라 이동하는 부력체(213)를 포함한다. 여기서, 부력체(213)는 위치조정장치(220)와 제1,2음파탐지기(230, 240) 등을 지지할 수 있는 충분한 부력을 갖도록 해서, 수중탐지선바디(210)의 자세에 상관없이 위치조정장치(220)와 제1,2음파탐지기(230, 240)가 항시 중력방향을 향하도록 한다.
참고로, 수중탐지선(200)이 수중에 위치하더라도 가이드홈(211)에 일정량의 공기를 상존시켜서 부력체(213)가 상기 공기에 노출될 수 있도록 하고, 이를 통해 가이드홈(211)을 따라 이동하는 부력체(213)의 이동 저항을 최소화시킨다. 이는 가이드홈(211) 전체가 해수로 채워질 경우 부력체(213)가 해수의 저항을 받게 되는 문제를 해소하기 위한 것으로서, 이러한 방식을 통해 부력체(213)는 수중탐지선(200)의 위치에 따라 고정축대(212)를 중심으로 신속하게 동작하고, 이로써 고정대(F)도 신속하게 동작하면서 도 13과 같은 위치조정장치(220)와 제1,2음파탐지기(230, 240)의 안정성을 극대화한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 해저면의 지형정보 관측시스템은 제1음파탐지기(230) 및 제2음파탐지기(240)가 최초 설치위치를 최대한 유지하도록 함으로써, 정밀한 해저지형정보를 얻을 수 있는 효과가 있다.
100; 탐사선박 200; 수중탐지선
210; 수중탐지선바디 220; 위치조정장치
230; 제1음파탐지기 240; 제2음파탐지기
250; 송신유닛 260; 제어유닛
300; 업데이트서버 310; 수신부
320; 제어부 330; 출력부

Claims (1)

  1. 탐사선박(100)과, 와이어(L)를 매개로 탐사선박(100)에 연결되어 수중을 이동하는 수중탐지선(200)과, 수중탐지선(200)로부터의 해저정보를 수신하여 기존 해저정보를 업데이트하는 업데이트서버(300)를 포함하는 해저면의 지형정보 관측시스템에 있어서, 상기 수중탐지선(200)은,
    하부에 가이드홈(211)이 형성되고; 가이드홈(211) 내에 고정되는 고정축대(212)와; 고정축대(212)를 중심으로 가이드홈(211)을 따라 이동하는 부력체(213);를 구비한 수중탐지선바디(210):
    가이드홈(211)을 중심으로 수중탐지선바디(210)의 하면에 상호 대향하게 설치되는 제1,2지지대(221,222)와; 양단이 제1·2지지대(221,222)에 각각 연결되는 수평축대(223)와; 수평축대(223)에 회전가능하게 설치되는 기어부(224a)와, 기어부(224a)와 일체로 구성되며 중량의 편중을 위해 기어부(224a) 보다 큰 중량을 갖는 중량부(224b)를 각각 갖추고, 제1,2지지대(221, 222) 사이에 배치되는 제1,2수직기어(224, 225)와; 고정축대(212)를 중심으로 부력체(213)와 대향하게 고정된 고정대(F)에 회전가능하게 설치되되, 제1·2수직기어(224,225)의 각 기어부(224a)와 베벨기어 형태로 수직하게 맞물리는 수평기어(226)와; 수평기어(226)의 회전시 원위치로 복귀하도록 탄발지지하는 토션스프링(227)을; 갖춘 위치조정장치(220):
    제1·2수직기어(224,225)에 각각 설치되며, 음파를 통해 해저지형을 확인하는 제1·2음파탐지기(230,240):
    수중탐지선바디(210)에 설치되어, 제1·2음파탐지기(230,240)의 음파신호를 업데이트서버(300)로 송출하는 송신유닛(250): 및
    수중탐지선바디(210)에 설치되어, 제1·2음파탐지기(230,240)와 송신유닛(250)을 작동제어하는 제어유닛(260):
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 해저지형변경 기준지표물의 지피에스 정보를 기반으로 한 해저면의 지형정보 관측시스템.
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