KR101069884B1 - 충돌 회피 경로 설정 장치, 경로 제어 시스템 및 충돌 회피 경로 제어 방법 - Google Patents

충돌 회피 경로 설정 장치, 경로 제어 시스템 및 충돌 회피 경로 제어 방법 Download PDF

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Abstract

충돌 회피 경로 설정 장치, 경로 제어 시스템 및 충돌 회피 경로 제어 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 자선과 장애물의 충돌을 회피하기 위해 경로를 설정하는 장치에 있어서, 보호 구역 정보를 생성하는 생성부; 상기 장애물의 움직임 정보를 이용하여 상기 장애물의 이동 예상 경로를 분석하는 분석부; 및 상기 보호 구역 정보 및 상기 이동 예상 경로를 이용하여 상기 자선의 회피 경로를 설정하는 설정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 충돌 회피 경로 설정 장치가 제공된다.
선박, 장애물, 충돌, 회피 경로

Description

충돌 회피 경로 설정 장치, 경로 제어 시스템 및 충돌 회피 경로 제어 방법{APPARATUS FOR SETTING COLLISION AVOIDANCE PATH, SYSTEM FOR CONTROLLING PATH AND METHOD FOR CONTROLLING COLLISION AVOIDANCE PATH}
본 발명은 충돌 회피 경로 장치에 관한 것으로, 구체적으로 선박의 충돌을 회피하기 위해 경로를 제어하는 충돌 회피 경로 장치, 경로 제어 시스템 및 충돌 회피 경로 제어 방법에 관한 것이다.
바다는 해상교역의 통로로서 중요한 역할을 수행할 뿐만 아니라 국민의 식량 조달원으로서도 중요한 터전임은 자명하다.
바다에서 일어나는 해양 사고는 후손에게 물려줄 해양생태계까지 영향을 미친다는 점에서 반드시 줄여야 하는 것만은 분명하나, 해양 사고는 쉽게 줄어들지 않고 있다.
현재 국내에서 일어나고 있는 해양 사고의 대부분이 인적 과실에 의해 발생하고 있으며, 특히 운항 과실에 의한 사고는 주로 충돌 예방 규칙 등의 항법 미준 수, 전방 경계소홀 및 부적절한 조선 기술 등과 같이 운항자의 상황 인식과 대처가 늦어서 발생하는 경우가 대부분으로 이러한 사고의 70%가 충돌 및 좌초이다.
선박은 대양 항해 시 기상 악화 또는 부주의로 인해 선박끼리 충돌하는 사고가 발생한다. 이러한 선박은 기술이 발전하면서 사전에 입력한 목표 경로로 운항할 수 있도록 별도의 자동 경로 추적 시스템이 사용된다.
이러한 선박의 자동 경로 추적 시스템은 인공위성 항법 시스템(Global Positioning System : GPS)에 원하는 지역의 좌표만 입력하면 유압키의 자동 작동으로 선원의 조작 없이도 국제경로협약에 따라 선박을 원하는 위치까지 항해하도록 한다. 선박이 자동으로 항해하는 경우, 선박 간의 충돌과 같은 급박한 상황에 대처하기가 힘들뿐만 아니라 10,000톤 이상의 대형 선박의 경우 크기와 속도로 인하여 급선회가 어려워 충돌 사고 빈번히 발생하고 있다.
본 발명은 자선과 타선을 포함하는 장애물의 충돌을 방지할 수 있는 충돌 회피 경로 설정 장치, 경로 제어 시스템 및 충돌 회피 경로 제어 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 장애물을 판단하고 실시간으로 경로를 재설정할 수 있는 충돌 회피 경로 설정 장치, 경로 제어 시스템 및 충돌 회피 경로 제어 방법을 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명은 자선의 이동 경로와 장애물의 움직임을 고려하여 경로를 설정할 수 있는 충돌 회피 경로 설정 장치, 경로 제어 시스템 및 충돌 회피 경로 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 자선과 장애물의 충돌을 회피하기 위해 경로를 설정하는 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자선과 장애물의 충돌을 회피하기 위해 경로를 설정하는 장치에 있어서, 보호 구역 정보를 생성하는 생성부; 상기 장애물의 움직임 정보를 이용하여 상기 장애물의 이동 예상 경로를 분석하는 분석부; 및 상기 보호 구역 정보 및 상기 이동 예상 경로를 이용하여 상기 자선의 회피 경로를 설정하는 설정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 충돌 회피 경로 설정 장치가 제공된다.
여기서, 상기 설정부는, 상기 이동 예상 경로를 이용하여 상기 장애물이 상기 보호 구역 정보의 경계선과 만나는지 여부를 판단하는 판단부; 상기 판단한 결과가 상기 장애물과 상기 경계선이 만나면 충돌 정보를 예측하는 예측부; 및 상기 충돌 정보를 이용하여 상기 자선의 회피 경로를 설정하는 연산부를 포함한다.
이때, 상기 충돌 정보는 상기 장애물과 상기 경계선이 만나는 충돌 지점 및 충돌 시간 중 하나 이상을 포함한다.
그리고, 상기 설정부는 단위 시간을 설정하되, 상기 분석부는 상기 단위 시 간마다 상기 장애물의 움직임 정보를 이용하여 상기 장애물의 이동 예상 경로를 분석하고, 상기 설정부는 상기 이동 예상 경로를 이용하여 상기 장애물이 상기 보호 구역 정보의 경계선과 만나면 충돌 정보를 예측하며, 상기 충돌 정보를 이용하여 상기 자선의 회피 경로를 재설정한다.
한편, 상기 생성부는, 입력받은 거리 정보로부터 상기 보호 구역 정보를 생성하고, 상기 보호 구역 정보를 이용하여 상기 보호 구역 정보의 최외각 선인 경계선을 추출한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 자선과 장애물의 충돌을 회피하기 위해 경로를 제어하는 시스템이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자선과 장애물의 충돌을 회피하기 위해 경로를 제어하는 시스템에 있어서, 상기 장애물을 탐색하여 움직임 정보를 생성하는 탐색 장치; 및 상기 움직임 정보를 이용하여 상기 장애물의 이동 예상 경로를 분석하고, 상기 이동 예상 경로를 이용하여 상기 장애물이 보호 구역 정보에서 추출한 경계선과 만나면 상기 자선의 회피 경로를 설정하는 충돌 회피 경로 설정 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 경로 제어 시스템이 제공된다.
그리고, 상기 충돌 회피 경로 설정 장치는, 상기 이동 예상 경로를 이용하여 상기 장애물이 상기 경계선과 만나는지 여부를 판단하고, 상기 판단한 결과가 상기 장애물이 상기 경계선과 만나면 충돌 지점 및 충돌 시간 중 하나 이상을 포함하는 충돌 정보를 예측하며, 상기 충돌 정보를 이용하여 상기 자선의 회피 경로를 설정 한다.
한편, 상기 충돌 회피 경로 설정 장치는, 상기 탐색 장치로부터 움직임 정보를 수신하지 않거나, 상기 경계선과 상기 장애물이 만나지 않으면 경로 복귀 신호를 경로 추적 장치(Track Control System)로 전송한다.
또한, 상기 탐색 장치는, 레이더(Radar) 및 선박 자동 인식 장치(Automatic Identification System) 중 하나 이상을 통해 장애물을 탐색하여 상기 움직임 정보를 생성하되, 상기 움직임 정보는 상기 장애물의 현재 위치, 속도 및 이동 방향 중 하나 이상을 포함한다.
그리고, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 경로 제어 시스템이 자선과 장애물의 충돌을 회피하기 위해 경로를 제어하는 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, (a) 상기 경로 제어 시스템의 충돌 회피 경로 설정 장치를 통해 보호 구역 정보를 생성하는 단계; (b) 상기 장애물을 탐색하여 움직임 정보를 생성하는 단계; (c) 상기 움직임 정보를 이용하여 상기 장애물의 이동 예상 경로를 분석하는 단계; 및 (d) 상기 보호 구역 정보 및 상기 이동 예상 경로를 이용하여 상기 자선의 회피 경로를 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 충돌 회피 경로 제어 방법이 제공된다.
여기서, 상기 (d) 단계는, 상기 이동 예상 경로를 이용하여 상기 장애물이 상기 보호 구역 정보의 경계선과 만나는지 여부를 판단하는 단계; 상기 판단한 결과가 상기 장애물이 상기 경계선과 만나면 충돌 정보를 예측하는 단계; 및 상기 충 돌 정보를 이용하여 상기 자선의 회피 경로를 설정하는 단계를 포함하되, 상기 충돌 정보는 상기 장애물과 상기 경계선이 만나는 충돌 지점 및 충돌 시간 중 하나 이상을 포함한다.
그리고, 상기 (d) 단계는, 상기 판단한 결과가 상기 장애물과 상기 경계선이 만나지 않으면 사전에 설정된 경로를 이용하여 상기 자선을 항해하는 단계를 더 포함한다.
한편, 상기 (d) 단계 이후에, 설정한 단위 시간 마다 상기 회피 경로로 이동한 상기 자선을 기준으로 상기 장애물을 탐색하여 움직임 정보를 생성하는 단계; 및 상기 움직임 정보를 이용하여 상기 장애물의 이동 예상 경로를 분석하고, 상기 이동 예상 경로를 이용하여 상기 장애물이 상기 보호 구역 정보의 경계선과 만나면 상기 자선의 회피 경로를 재설정하는 단계를 더 포함한다.
또한, 상기 (a) 단계는, 입력받은 거리 정보로부터 상기 보호 구역 정보를 생성하는 단계; 및 상기 보호 구역 정보를 이용하여 상기 보호 구역 정보의 최외각 선인 경계선을 추출하는 단계를 포함한다.
그리고, 상기 (b) 단계는, 레이더 및 선박 자동 인식 장치 중 하나 이상을 통해 상기 장애물을 탐색하여 움직임 정보를 생성하는 단계이되, 상기 움직임 정보는 상기 장애물의 현재 위치, 속도 및 이동 방향 중 하나 이상을 포함한다.
본 발명에 따른 충돌 회피 경로 설정 장치, 경로 제어 시스템 및 충돌 회피 경로 제어 방법은 자선과 장애물의 충돌을 방지할 수 있는 효과가 발생한다.
그리고, 본 발명에 따른 충돌 회피 경로 설정 장치, 경로 제어 시스템 및 충돌 회피 경로 제어 방법은 장애물을 판단하고 실시간으로 경로를 재설정할 수 있는 효과가 발생한다.
또한, 본 발명에 따른 충돌 회피 경로 설정 장치, 경로 제어 시스템 및 충돌 회피 경로 제어 방법은 자선의 이동 경로와 장애물의 움직임을 고려하여 경로를 설정할 수 있는 효과가 발생한다.
이하, 본 발명에 따른 충돌 회피 경로 설정 장치, 경로 제어 시스템 및 충돌 회피 경로 제어 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 제어 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 경로 제어 시스템(100)은 탐색 장치(20), 충돌 회피 경로 설정 장치(30) 및 경로 추적 장치(Track Control System : TCS, 50)를 포함한다.
탐색 장치(20)는 장애물을 탐색하고, 움직임 정보를 생성한다. 이때, 움직임 정보는 장애물의 현재 위치, 속도 및 이동 방향 등을 포함할 수 있다. 탐색 장치(20)는 레이더(Radar, 220), 선박 자동 인식 장치(Automatic Identification System : AIS, 230) 및 레이더 관리 장치(240)를 포함한다.
레이더(220)는 자선 주위에 위치한 하나 이상의 타선 및 섬과 같은 장애물을 탐색한다.
선박 자동 인식 장치(230)는 선박과 선박 간, 그리고 선박과 육상의 관제소 간에 선박 식별 정보를 자동으로 주고받도록 하여 선박 간의 충돌을 회피하고 지상에서의 통항 관제를 원활하게 하도록 하는 장치이다. 이때, 선박 식별 정보는 선박의 명칭, 위치, 경로, 속도와 같은 선박 관련 정보와 항해 안전 정보를 포함할 수 있다. 선박 자동 인식 장치(230)는 타선으로부터 수신한 선박 식별 정보를 표시하며, 선박 식별 정보를 레이더 관리 장치(240)로 제공할 수 있다.
레이더 관리 장치(240)는 레이더(220)를 제어하고, 레이더(220)가 탐색하는 선박과 같은 물체를 실시간으로 표시하는 디스플레이부(도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 레이더 관리 장치(240)는 레이더(220)에서 탐색한 장애물을 판단하고, 탐색한 장애물에 대한 움직임 정보를 생성한다. 또한, 레이더 관리 장치(240)는 레이더(220)를 통해 탐색한 장애물의 정보 및 선박 자동 인식 장치(230)로부터 수신한 선박 식별 정보 중 하나 이상을 이용하여 움직임 정보를 생성할 수 있다. 레이더 관리 장치(240)는 생성한 움직임 정보를 충돌 회피 경로 설정 장치(30)로 전송한다.
충돌 회피 경로 설정 장치(30)는 움직임 정보를 이용하여 장애물의 이동 예상 경로를 분석한다. 그리고, 충돌 회피 경로 설정 장치(30)는 설정한 보호 구역 정보 및 이동 예상 경로를 이용하여 자선의 회피 경로를 설정한다. 이에 따라, 충 돌 회피 경로 설정 장치(30)는 장애물의 이동 경로를 미리 예상하여 자선의 회피 경로를 설정하므로 자선과 장애물의 충돌을 방지할 수 있다. 충돌 회피 경로 설정 장치(30)는 도 2를 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
경로 추적 장치(50)는 자선의 초기 위치와 최종 목적지를 이용하여 자선이 이동할 경로를 설정한다. 즉, 경로 추적 장치(50)는 자선의 위치 정보, 선수 방위 정보 및 속도 정보를 이용하여 자선의 조정 성능 범위 안에서 자동으로 사전에 설정된 경로를 유지한다.
도 2는 도 1에 나타낸 경로 제어 시스템의 충돌 회피 경로 설정 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 충돌 회피 경로 설정 장치(30)는 입력부(310), 통신부(320), 생성부(330), 분석부(340), 설정부(350), 표시부(360) 및 저장부(370)를 포함한다.
입력부(310)는 사용자로부터 숫자 및 문자 등을 입력받는 수단이다. 입력부(310)는 사용자로부터 거리 정보를 입력받아 생성부(330)로 제공한다. 여기서, 거리 정보는 선박을 중심으로 떨어진 거리일 수 있다. 또한, 입력부(310)는 사용자로부터 단위 시간을 입력받을 수 있다. 입력부(310)는 단위 시간을 설정부(350)로 제공한다. 입력부(310)는 키보드, 키패드 및 터치 스크린 등의 방식으로 구현될 수 있다.
통신부(320)는 탐색 장치(20) 및 경로 추적 장치(50)와 연결된다. 이때, 통 신부(320)는 탐색 장치(20) 및 경로 추적 장치(50)와 근거리 통신망(Local Area Network : LAN)을 통해 연결될 수 있다. 통신부(320)는 탐색 장치(20)로부터 장애물의 움직임 정보를 수신하고, 경로 추적 장치(50)로 설정부(350)의 판단부(353)로부터 제공받은 경로 복귀 신호를 전송한다. 통신부(320)는 수신한 움직임 정보를 분석부(340)로 제공한다.
생성부(330)는 보호 구역 정보를 생성한다. 구체적으로, 생성부(330)는 보호 구역 정보를 생성하기 위해 각도 정보를 설정한다. 그리고, 생성부(330)는 사용자로부터 입력받은 거리 정보 및 각도 정보를 이용하여 보호 구역 정보를 생성한다. 생성부(330)는 보호 구역 정보를 이용하여 경계선을 추출한다. 여기서, 경계선은 보호 구역 정보의 최외각 선일 수 있다.
예를 들어, 생성부(330)는 도 3에 도시된 바와 같이 선박(550)의 이동 방향(c)을 기준으로 좌우 90°씩 180°를 각도 정보로 설정할 수 있다. 이에 따라, 생성부(330)는 180 °의 각도 정보를 이용하여 형성하므로 도 3에 도시된 바와 같이 반원 형태의 보호 구역 정보(550)를 설정할 수 있다. 이때, 거리 정보는 반원 형태의 보호 구역 정보의 반지름(r)일 수 있다. 그리고, 생성부(330)는 보호 구역 정보를 이용하여 도 3에 도시된 바와 같이 경계선(550)을 추출한다.
여기서는 사용자로부터 입력받은 거리 정보를 이용하여 보호 구역 정보를 생성하는 것을 예를 들어 설명하지만 이에 한정되지 않고 생성부(330)에서 미리 설정된 알고리즘(예를 들어, 프로그램, 확률 모델 등)에 따라 거리 정보를 설정하여 보호 구역 정보를 생성할 수 있다.
분석부(340)는 장애물의 움직임 정보를 이용하여 장애물의 이동 예상 경로를 분석한다. 다시 말하면, 분석부(340)는 탐색 장치(20)로부터 통신부(320)를 통해 제공받은 장애물의 현재 위치, 속도, 이동 방향을 포함하는 움직임 정보를 이용하여 장애물이 이동할 경로인 이동 예상 경로를 분석한다. 그리고, 분석부(340)는 생성한 이동 예상 경로를 설정부(350)로 제공한다.
설정부(350)는 보호 구역 정보 및 이동 예상 경로를 이용하여 자선의 회피 경로를 설정한다. 이를 위해, 설정부(350)는 판단부(353), 예측부(355) 및 연산부(357)를 포함한다.
판단부(353)는 분석부(340)로부터 제공받은 이동 예상 경로를 이용하여 장애물이 보호 구역 정보로부터 추출한 경계선과 만나는지 여부를 판단한다. 판단부(353)는 판단한 결과를 예측부(355)로 제공한다.
예측부(355)는 보호 구역 정보 및 이동 예상 경로를 이용하여 충돌 정보를 예측한다. 구체적으로, 예측부(355)는 판단부(353)에서 판단한 결과가 장애물이 경계선과 만나면 이동 예상 경로를 이용하여 충돌 정보를 예측한다. 여기서, 충돌 정보는 장애물이 경계선과 만나는 충돌 지점과 충돌 시간을 포함할 수 있다.
연산부(357)는 충돌 정보를 이용하여 회피 경로를 설정한다. 다시 말하면, 연산부(357)는 예측부(355)로부터 제공받은 충돌 정보의 충돌 지점 및 충돌 시간을 이용하여 자선과 장애물의 충돌을 회피할 수 있는 회피 경로를 설정한다. 이에 따라, 충돌 회피 경로 설정 장치(30)는 장애물의 움직임을 고려하여 회피 경로를 설정하여 자선을 운항하므로 자선과 장애물의 충돌을 방지할 수 있다.
그리고, 연산부(357)는 자선이 회피 경로로 이동하므로 이동한 자선을 기준으로 회피 경로를 재설정하도록 단위 시간을 설정한다. 이때, 연산부(357)는 입력부(310)를 통해 사용자로부터 입력받아 단위 시간을 설정하거나, 미리 설정된 알고리즘을 통해 단위 시간을 설정할 수 있다. 연산부(357)는 회피 경로로 움직이는 자선을 기준으로 단위 시간마다 장애물의 움직임 정보를 수신하고, 수신한 움직임 정보를 이용하여 회피 경로를 재설정한다. 이에 따라, 충돌 회피 경로 설정 장치(30)는 회피 경로로 이동하는 자선을 기준으로 회피 경로를 재설정할 수 있다.
표시부(360)는 사용자로부터 기준 정보 및 단위 시간을 입력받기 위해 사용자 인터페이스(User Interface : UI)를 표시한다. 이때, 사용자는 표시부(360)를 통해 표시된 표시 사항을 확인하고, 기준 정보 및 단위 시간을 입력부(310)를 통해 입력한다.
표시부(360)는 장애물의 움직임 정보를 이용하여 장애물을 표시할 수 있으며, 분석부(340)에서 분석한 타선의 이동 예상 경로를 표시할 수 있고, 연산부(357)에서 생성한 자선의 회피 경로를 표시할 수 있다. 표시부(360)는 생성부(330), 분석부(340) 및 설정부(350)에서 수행하는 과정을 표시할 수 있다. 또한, 표시부(360)는 생성부(330), 분석부(340) 및 설정부(350)에서 오류가 발생하면 오류 발생 사항을 표시할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 표시부(360)를 통해 표시된 오류 발생 사항을 확인하고 이를 대체할 수 있다.
표시부(360)는 음극선관, 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display : LCD), 유기 발광 장치(Organic Light Emitting Display : OLED), 전기 영동 표시 장 치(Electro Phoretic Display : EPD) 및 플라즈마 표시 패널(Plasma Display Panel : PDP)과 같은 표시하는 디스플레이장치일 수 있고, 디스플레이장치를 포함하는 컴퓨터일 수 있다. 또한, 표시부(360)는 터치 스크린 등을 이용하여 입력부(310)와 일체형으로 구현될 수 있다.
저장부(370)는 충돌 회피 경로 설정 장치(30)에 필요한 데이터 및 충돌 회피 경로 설정 장치(30)에서 생성한 데이터를 저장한다. 즉, 저장부(370)는 입력부(310)로부터 입력받은 거리 정보 및 단위 시간을 저장할 수 있고, 통신부(320)를 통해 수신한 장애물의 움직임 정보를 저장할 수 있다. 저장부(370)는 각도 정보 및 생성부(330)에서 생성한 보호 구역 정보를 저장할 수 있다. 저장부(370)는 분석부(340)에서 생성한 이동 예상 경로, 예측부(355)에서 예측한 충돌 정보 및 연산부(357)에서 생성한 회피 경로를 저장할 수 있다.
또한, 저장부(370)는 생성부(330), 분석부(340) 및 설정부(350)의 요청에 따라 필요한 데이터를 제공한다. 저장부(370)는 롬(Read Only Memory : ROM), 램(Random Access Memory : RAM) 및 플래시 메모리(Flash memory) 등으로 이루어질 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 회피 경로 설정 장치가 충돌을 회피하기 위해 경로를 제어하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4를 참조하면, 충돌 회피 경로 설정 장치(30)는 보호 구역 정보를 생성한다(S110). 즉, 충돌 회피 경로 설정 장치(30)는 입력받은 거리 정보를 이용하여 보 호 구역 정보를 생성한다.
충돌 회피 경로 설정 장치(30)는 장애물의 움직임 정보를 수신한다(S130). 다시 말하면, 충돌 회피 경로 설정 장치(30)와 연결된 탐색 장치(20)는 선박의 위치한 장애물의 탐색하여 움직임 정보를 생성한다. 충돌 회피 경로 설정 장치(30)는 탐색 장치(20)로부터 장애물의 움직임 정보를 수신한다.
충돌 회피 경로 설정 장치(30)는 움직임 정보를 이용하여 장애물의 이동 예상 경로를 분석한다(S150). 구체적으로, 충돌 회피 경로 설정 장치(30)는 탐색 장치(20)로부터 수신한 장애물의 속도, 이동 방향 및 현재 위치를 포함하는 움직임 정보를 이용하여 장애물의 이동 예상 경로를 분석한다.
충돌 회피 경로 설정 장치(30)는 자선의 회피 경로를 설정한다(S170). 다시 말하면, 충돌 회피 경로 설정 장치(30)는 보호 구역 정보 및 이동 예상 경로를 이용하여 충돌 정보를 예측한다. 그리고, 충돌 회피 경로 설정 장치(30)는 예측한 충돌 정보를 이용하여 장애물과 충돌을 방지하기 위한 회피 경로를 설정한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 제어 시스템이 충돌을 회피하기 위해 경로를 제어하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5를 참조하면, 경로 제어 시스템(100)의 충돌 회피 경로 설정 장치(30)는 보호 구역 정보를 생성한다(S211). 충돌 회피 경로 설정 장치(30)의 표시부(360)는 사용자로부터 거리 정보를 입력받기 위해 사용자 인터페이스를 표시한다. 입력부(310)는 사용자로부터 거리 정보를 입력받는다. 생성부(330)는 보호 구역 정보를 생성하기 위해 선박의 이동 방향을 기준으로 좌우 90°씩 180°를 각도 정보로 설정한다. 생성부(330)는 각도 정보 및 거리 정보를 이용하여 보호 구역 정보를 생성한다.
경로 제어 시스템(100)의 충돌 회피 경로 설정 장치(30)는 경계선을 추출한다(S213). 충돌 회피 경로 설정 장치(30)의 생성부(330)는 보호 구역 정보를 이용하여 보호 구역 정보의 최외각 선인 경계선을 추출한다.
경로 제어 시스템(100)의 충돌 회피 경로 설정 장치(30)는 탐색 시작 신호를 탐색 장치(20)로 전송한다(S215). 충돌 회피 경로 설정 장치(30)의 통신부(320)는 근거리 통신망을 통해 탐색 장치(20)로 장애물의 탐색을 시작하도록 탐색 시작 신호를 전송한다.
경로 제어 시스템(100)의 탐색 장치(20)는 장애물을 탐색하여 움직임 정보를 생성한다(S217, S219). 다시 말하면, 탐색 장치(20)의 레이더 관리 장치(240)는 레이더(220)를 이용하여 장애물을 탐색하여 움직임 정보를 생성할 수 있다. 이때, 레이더(220)는 탐색할 수 있는 범위에 있는 모든 장애물에 대해 탐색할 수 있다. 또한, 탐색 장치(20)는 선박 자동 인식 장치(230)를 통해 다른 선박으로부터 수신한 선박 식별 정보 및 레이더(220)를 이용하여 장애물을 탐색하고, 장애물에 대한 움직임 정보를 생성할 수 있다. 여기서, 움직임 정보는 장애물의 현재 위치, 이동 방향 및 속도 등을 포함할 수 있다.
탐색 장치(20)의 레이더 관리 장치(240)는 장애물의 움직임 정보를 충돌 회피 경로 설정 장치(30)의 통신부(320)로 전송한다(S221).
경로 제어 시스템(100)의 충돌 회피 경로 설정 장치(30)는 이동 예상 경로를 분석한다(S223). 충돌 회피 경로 설정 장치(30)의 분석부(340)는 탐색 장치(20)로부터 통신부(320)를 통해 수신한 장애물의 움직임 정보를 이용하여 장애물이 이동할 경로인 이동 예상 경로를 분석한다. 다시 말하면, 분석부(340)는 움직임 정보에 포함된 이동 방향, 속도 및 현재 위치를 칼만(Kalman) 필터에 입력하여 장애물의 이동 예상 경로를 분석한다. 이때, 자선의 처음 위치는 P(xp)으로 정의할 수 있고, 장애물의 처음 위치는 Obsk(xk)으로 정의할 수 있다. 여기서, k는 장애물의 개수이다.
그리고, 선박 자동 인식 장치(230)를 이용하여 움직임 정보를 생성할 경우에 분석부(340)는 장애물의 속도, 방향 및 위치를 장애물로부터 수신하기 때문에 상대적으로 정확하고, 신뢰할 수 있으므로 칼만 필터에서 측정(Measurement)값의 오류를 0으로 할 수 있다.
경로 제어 시스템(100)의 충돌 회피 경로 설정 장치(30)는 장애물과 보호 구역 정보의 경계선이 만나는지 여부를 판단한다(S225). 충돌 회피 경로 설정 장치(30)의 판단부(353)는 이동 예상 경로를 이용하여 장애물이 경계선과 만나는지 여부를 판단한다.
만약, 장애물이 경계선과 만나지 않으면 충돌이 발생하지 않은 것으로 예상하고, 판단부(353)는 통신부(320)를 통해 경로 추적 장치(50)로 경로 복귀 신호를 전송한다(S227). 경로 추적 장치(50)는 경로 복귀 신호를 수신하면 장애물이 발생 하지 않는 것으로 판단하고 미리 설정된 경로를 이용하여 선박을 항해한다.
경로 제어 시스템(100)의 충돌 회피 경로 설정 장치(30)는 보호 구역 정보 및 이동 예상 경로를 이용하여 충돌 정보를 예측한다(S229). 충돌 회피 경로 설정 장치(30)의 예측부(355)는 판단부(353)에서 판단한 결과가 장애물과 경계선이 만나면 이동 예상 경로를 이용하여 충돌 정보를 예측한다. 여기서, 충돌 정보는 장애물이 생성부(330)에서 추출한 경계선과 만나는 충돌 지점 및 장애물과 경계선이 만날 충돌 시간을 포함한다.
경로 제어 시스템(100)의 충돌 회피 경로 설정 장치(30)는 자선의 회피 경로를 설정한다(S231). 충돌 회피 경로 설정 장치(30)의 연산부(357)는 충돌 지점 및 충돌 시간을 포함하는 충돌 정보를 이용하여 자선의 회피 경로를 설정한다. 이에 따라, 경로 제어 시스템(100)은 레이더(220)에서 탐색한 장애물을 이용하여 회피 경로를 설정하고, 설정한 회피 경로로 자선을 항해하기 때문에 자선과 장애물의 충돌을 회피할 수 있다.
충돌 회피 경로 설정 장치(30)의 연산부(357)는 자선이 회피 경로로 이동하므로 회피 경로를 재설정하기 위해 단위 시간을 설정한다(S233). 연산부(357)는 사용자로부터 입력부(310)를 통해 입력받거나 미리 지정된 알고리즘을 통해 단위 시간을 설정할 수 있다. 여기서는 회피 경로를 설정한 후 단위 시간을 설정하는 것을 예를 들어 설명하였지만 이에 한정되지 않고, 회피 경로를 설정하기 이전(즉, 단계S231 이전)에 단위 시간을 설정하여도 무관하다.
경로 제어 시스템(100)의 충돌 회피 경로 설정 장치(30)는 단위 시간마다 회 피 경로로 이동한 자선을 기준으로 장애물을 탐색하기 위해 탐색 시작 신호를 탐색 장치(20)로 전송한다(S235).
경로 제어 시스템(100)의 탐색 장치(20)는 레이더(220) 및 선박 자동 인식 장치(230)를 통해 장애물을 탐색하고 움직임 정보를 생성한다(S237). 한편, 탐색 장치(20)는 레이더(220)만 이용하여 장애물을 탐색하고 움직임 정보를 생성할 수 있다.
경로 제어 시스템(100)의 탐색 장치(20)는 충돌 회피 경로 설정 장치(30)의 통신부(320)로 움직임 정보를 전송한다(S239).
충돌 회피 경로 설정 장치(30)의 분석부(340)는 탐색 장치(20)로부터 수신한 움직임 정보를 이용하여 이동 예상 경로를 분석하고, 설정부(350)는 이동 예상 경로를 이용하여 장애물이 경계선에 만나는지 여부를 판단한다. 설정부(350)는 장애물과 경계선이 만나면 장애물이 경계선과 만나는 충돌 지점 및 충돌 시간을 포함하는 충돌 정보를 예측한다(S234).
충돌 회피 경로 설정 장치(30)는 충돌 정보를 이용하여 회피 경로를 재설정한다(S243). 다시 말하면, 충돌 회피 경로 설정 장치(30)의 설정부(350)는 탐색 장치(20)로부터 움직임 정보가 수신되지 않을 때까지 단위 시간마다 충돌 정보를 이용하여 회피 경로를 재설정한다. 그리고, 충돌 회피 경로 설정 장치(30)는 탐색 장치(20)로부터 움직임 정보를 수신하지 않으면 통신부(320)를 통해 경로 복귀 신호를 경로 추적 장치(50)로 전송한다(S245).
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌을 회피하기 위해 경로를 제어하는 방법 중 회피 경로를 설정하는 방법을 설명하기 위해 나타낸 예시도이다.
도 6을 참조하여 경로 제어 시스템(100)의 충돌 회피 경로 설정 장치(30)에서 회피 경로를 설정하는 방법을 설명하기로 한다.
충돌 회피 경로 설정 장치(30)의 예측부(355)는 도 6에 도시된 바와 같이 제 1장애물(510)의 움직임 정보를 이용하여 보호 구역 정보의 경계선(550)과 제 1장애물(510)과 만나는 제 1충돌 지점(515) 및 충돌 시간(△t)을 포함하는 충돌 정보를 예측한다. 예측부(355)는 제 2장애물(515)의 움직임 정보를 이용하여 보호 구역 정보의 경계선(550)과 제 2장애물(520)과 만나는 제 2충돌 지점(525) 및 충돌 시간(△t)을 포함하는 충돌 정보를 예측한다.
그리고, 연산부(357)는 충돌 지점(515, 525) 및 충돌 시간(△t)을 이용하여 회피 경로를 설정한다. 선박은 방향타를 이용하여 항해하므로 설정부(350)는 방향타(Rudder)의 각도를 이용하여 회피 경로를 설정한다. 방향타의 각도(φ)는 다음과 같은 [수학식 1]과 같이 정의할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112009038060202-pat00001
여기서, K는 장애물의 개수이며, φk 는 도 6에 도시된 바와 같이 자선(500)의 이동 방향(c)을 기준으로 장애물의 충돌 지점과 이루는 각도이다. φk는 [수학식 2]와 같이 정의할 수 있다.
[수학식 2]
φk = g(φk, CPAk/(vk-v))
여기서, 도 6에 도시된 바와 같이 φk는 자선(500)의 이동 방향(c)을 기준으로 제 k충돌 지점과 이루는 각도이며, φk는 이동 예상 경로를 이용하여 판단할 수 있다. CPAk는 제 k장애물과 경계선(550)이 만나는 제 k충돌 지점이며, CPAk는 예측부(355)에 의해 움직임 정보를 이용하여 생성될 수 있다. vk는 제 k장애물의 속도이고, v는 자선(500)의 속도이며, vk는 이동 예상 경로 및 충돌 정보를 이용하여 판단할 수 있다. g는 방향타의 각도를 구하기 위한 함수이다.
도 6을 참조하면, 두 개의 장애물이므로 방향타의 각도(φ)는 [수학식 3]과 같이 정의할 수 있다.
[수학식 3]
φ = f(g(φ1, CPA1/(v1-v)), g(φ2, CPA2/(v2-v)))
여기서, 도 6에 도시된 바와 같이 φ1는 자선(500)의 이동 방향(c)을 기준으로 제 1충돌 지점(515)과 이루는 각도이고, φ2는 자선(500)의 이동 방향(c)을 기준으로 제 2충돌 지점(525)과 이루는 각도이며, φ1및 φ2는 이동 예상 경로를 이용하여 판단할 수 있다. CPA1는 제 1장애물(510)과 경계선(550)이 만나는 제 1충돌 지점(515)이고, CPA2는 제 2장애물(520)과 경계선(550)이 만나는 제 2충돌 지점(525)이며, CPA1 및 CPA2는 예측부(355)에 의해 움직임 정보를 이용하여 생성될 수 있다. v1는 제 1장애물(510)의 속도이고, v2는 제 2장애물(520)의 속도이며, v1및 v2는 이동 예상 경로 및 충돌 정보를 이용하여 판단할 수 있다. g는 방향타의 각도를 구하기 위한 함수이며, f는 구해진 g를 모두 고려하여 최종적으로 방향타의 각도를 구하기 위한 함수이다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변경 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 제어 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 경로 제어 시스템의 충돌 회피 경로 설정 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 보호 구역 정보를 설명하기 위해 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌을 회피하기 위해 경로를 제어하는 방법을 간략하게 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 제어 시스템이 충돌 회피 경로 설정 장치가 충돌을 회피하기 위해 경로를 제어하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌을 회피하기 위해 경로를 제어하는 방법 중 회피 경로를 설정하는 방법을 설명하기 위해 나타낸 예시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
20 : 탐색 장치
30 : 충돌 회피 경로 설정 장치
50 : 경로 추적 장치
100 : 경로 제어 시스템
220 : 레이더
230 : 선박 자동 인식 장치
240 : 레이더 관리 장치
330 : 생성부
340 : 분석부
350 : 설정부
353 : 판단부
355 : 예측부
357 : 연산부

Claims (15)

  1. 자선과 장애물의 충돌을 회피하기 위해 경로를 설정하는 장치에 있어서,
    보호 구역 정보를 생성하는 생성부;
    상기 장애물의 움직임 정보를 이용하여 상기 장애물의 이동 예상 경로를 분석하는 분석부; 및
    상기 보호 구역 정보 및 상기 이동 예상 경로를 이용하여 상기 자선의 회피 경로를 설정하는 설정부를 포함하되,
    상기 보호구역 정보는 미리 설정된 거리를 반지름으로 하고, 자선의 진행방향으로 좌우 90° 이내인 영역을 보호구역이 설정된 정보이며, 상기 보호구역의 최외각선을 경계선을 기준으로 타선과의 충돌여부를 예측하는 것을 특징으로 하는 충돌 회피 경로 설정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 설정부는,
    상기 이동 예상 경로를 이용하여 상기 장애물이 상기 보호 구역 정보의 경계선과 만나는지 여부를 판단하는 판단부;
    상기 판단한 결과가 상기 장애물과 상기 경계선이 만나면 충돌 정보를 예측하는 예측부; 및
    상기 충돌 정보를 이용하여 상기 자선의 회피 경로를 설정하는 연산부를 포함하되, 상기 회피 경로에서 자선의 방향타의 각도는 아래 수학식 1에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 충돌 회피 경로 설정 장치
    [수학식 1]
    Figure 112011027212336-pat00008
    여기서, 상기 K는 장애물의 개수이며, 상기 φk 는 상기 자선의 이동 방향을 기준으로 상기 경계선과 상기 장애물의 만나는 지점이 이루는 각도임.
  3. 삭제
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 설정부는 단위 시간을 설정하되,
    상기 분석부는 상기 단위 시간마다 상기 장애물의 움직임 정보를 이용하여 상기 장애물의 이동 예상 경로를 분석하고, 상기 설정부는 상기 이동 예상 경로를 이용하여 상기 장애물이 상기 보호 구역 정보의 경계선과 만나면 충돌 정보를 예측하며, 상기 충돌 정보를 이용하여 상기 자선의 회피 경로를 재설정하는 것을 특징으로 하는 충돌 회피 경로 설정 장치.
  5. 삭제
  6. 자선과 장애물의 충돌을 회피하기 위해 경로를 제어하는 시스템에 있어서,
    상기 장애물을 탐색하여 움직임 정보를 생성하는 탐색 장치; 및
    상기 움직임 정보를 이용하여 상기 장애물의 이동 예상 경로를 분석하고, 상기 이동 예상 경로를 이용하여 상기 장애물이 보호 구역 정보에서 추출한 경계선과 만나면 상기 자선의 회피 경로를 설정하는 충돌 회피 경로 설정 장치를 포함하되,
    상기 보호구역 정보는 미리 설정된 거리를 반지름으로 하고, 자선의 진행방향으로 좌우 90° 이내인 영역을 보호구역이 설정된 정보이며, 상기 보호구역의 최외각선을 경계선을 기준으로 타선과의 충돌여부를 예측하는 것을 특징으로 하는 경로 제어 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 충돌 회피 경로 설정 장치는,
    상기 이동 예상 경로를 이용하여 상기 장애물이 상기 경계선과 만나는지 여부를 판단하고, 상기 판단한 결과가 상기 장애물이 상기 경계선과 만나면 충돌 지점 및 충돌 시간 중 하나 이상을 포함하는 충돌 정보를 예측하며, 상기 충돌 정보를 이용하여 상기 자선의 회피 경로를 설정하되,
    상기 회피 경로에서 자선의 방향타의 각도는 아래 수학식 1에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 경로 제어 시스템
    [수학식 1]
    Figure 112011027212336-pat00009
    여기서, 상기 K는 장애물의 개수이며, 상기 φk 는 상기 자선의 이동 방향을 기준으로 상기 경계선과 상기 장애물의 만나는 지점이 이루는 각도임.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 충돌 회피 경로 설정 장치는,
    상기 탐색 장치로부터 움직임 정보를 수신하지 않거나, 상기 경계선과 상기 장애물이 만나지 않으면 경로 복귀 신호를 경로 추적 장치(Track Control System)로 전송하는 것을 특징으로 하는 경로 제어 시스템.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 탐색 장치는,
    레이더(Radar) 및 선박 자동 인식 장치(Automatic Identification System) 중 하나 이상을 통해 장애물을 탐색하여 상기 움직임 정보를 생성하되,
    상기 움직임 정보는 상기 장애물의 현재 위치, 속도 및 이동 방향 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 경로 제어 시스템.
  10. 경로 제어 시스템이 자선과 장애물의 충돌을 회피하기 위해 경로를 제어하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 경로 제어 시스템의 충돌 회피 경로 설정 장치를 통해 보호 구역 정보를 생성하는 단계;
    (b) 상기 장애물을 탐색하여 움직임 정보를 생성하는 단계;
    (c) 상기 움직임 정보를 이용하여 상기 장애물의 이동 예상 경로를 분석하는 단계; 및
    (d) 상기 보호 구역 정보 및 상기 이동 예상 경로를 이용하여 상기 자선의 회피 경로를 설정하는 단계를 포함하되,
    상기 보호구역 정보는 미리 설정된 거리를 반지름으로 하고, 자선의 진행방향으로 좌우 90° 이내인 영역을 보호구역이 설정된 정보이며, 상기 보호구역의 최외각선을 경계선을 기준으로 타선과의 충돌여부를 예측하는 것을 특징으로 하는 충돌 회피 경로 제어 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    상기 이동 예상 경로를 이용하여 상기 장애물이 상기 보호 구역 정보의 경계선과 만나는지 여부를 판단하는 단계;
    상기 판단한 결과가 상기 장애물이 상기 경계선과 만나면 충돌 정보를 예측하는 단계; 및
    상기 충돌 정보를 이용하여 상기 자선의 회피 경로를 설정하는 단계를 포함하되,
    상기 충돌 정보는 상기 장애물과 상기 경계선이 만나는 충돌 지점 및 충돌 시간 중 하나 이상을 포함하되,
    상기 회피 경로에서 자선의 방향타의 각도는 아래 수학식 1에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 충돌 회피 경로 제어 방법
    [수학식 1]
    Figure 112011027212336-pat00010
    여기서, 상기 K는 장애물의 개수이며, 상기 φk 는 상기 자선의 이동 방향을 기준으로 상기 경계선과 상기 장애물의 만나는 지점이 이루는 각도임.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    상기 판단한 결과가 상기 장애물과 상기 경계선이 만나지 않으면 사전에 설정된 경로를 이용하여 상기 자선을 항해하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충돌 회피 경로 제어 방법.
  13. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,
    상기 (d) 단계 이후에,
    설정한 단위 시간 마다 상기 회피 경로로 이동한 상기 자선을 기준으로 상기 장애물을 탐색하여 움직임 정보를 생성하는 단계; 및
    상기 움직임 정보를 이용하여 상기 장애물의 이동 예상 경로를 분석하고, 상기 이동 예상 경로를 이용하여 상기 장애물이 상기 보호 구역 정보의 경계선과 만나면 상기 자선의 회피 경로를 재설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충돌 회피 경로 제어 방법.
  14. 삭제
  15. 제 10항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    레이더 및 선박 자동 인식 장치 중 하나 이상을 통해 상기 장애물을 탐색하여 움직임 정보를 생성하는 단계이되,
    상기 움직임 정보는 상기 장애물의 현재 위치, 속도 및 이동 방향 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 충돌 회피 경로 제어 방법.
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