KR101155603B1 - Autopilot simulator for vessel - Google Patents

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KR101155603B1
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Abstract

본 발명의 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터는, 시뮬레이션의 종류를 선택하는 시뮬레이션 모드 선택부와, 상기 시뮬레이션 시간설정과 시작/멈춤/종료를 선택할 수 있으며, 상기 시뮬레이션 시간을 표시하는 시뮬레이터 연산부와, 상기 시뮬레이션의 통신 환경과 선박의 항해 정보에 대한 초기 값을 설정하며, 상기 선박의 항해 경로를 설정하는 환경 설정부와, 상기 시뮬레이션 모드 선택부, 시뮬레이터 연산부 및 환경 설정부를 통해 선택된 정보들을 표시하는 디스플레이부; 및 상기 시뮬레이션 모드 선택부의 모드 선택에 따라 구동을 제어하는 제어부를 포함한다.The ship's automatic steering navigation simulator of the present invention includes a simulation mode selection unit for selecting a type of simulation, a simulation operation unit for selecting the simulation time setting and a start / stop / end, and displaying the simulation time; A display unit configured to set an initial value for a communication environment and navigation information of the ship, and to display information selected through an environment setting unit for setting a navigation route of the ship, the simulation mode selection unit, a simulator calculation unit, and an environment setting unit; And a controller for controlling driving according to the mode selection of the simulation mode selection unit.

Description

선박용 자동조타 항해 시뮬레이터{Autopilot simulator for vessel}Autopilot simulator for vessel

본 발명은 전자해도(ECDIS), 레이더와 같은 항해 시스템들과 각종 항해 센서들에서 오는 정보들을 취합하고 충돌상황 관련 정보를 획득하여 실시간으로 장애물을 회피할 수 있도록 함으로써, 선박이 안전한 최적 경로를 따라 항해할 수 있도록 제어하는 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터에 관한 것이다.The present invention collects information from navigation systems, such as ECDIS, radar, and various navigation sensors, obtains crash-related information, and makes it possible to avoid obstacles in real time, so that ships follow a safe and optimal route. The present invention relates to an autopilot sailing simulator for a ship that controls navigation.

선박 충돌회피를 위한 학계 연구로서, DCPA(Distance of the Closest Point Approach)와 TCPA(Time of the Closest Point Approach)를 입력 정보로 하여 퍼지(Fuzzy) 추론으로 충돌 위험도를 추정하는 방법이 제안되었고, 이를 기반으로 한 연구들이 진행되고 있다.As an academic research for ship collision avoidance, a method of estimating the collision risk by fuzzy inference using the distance of the closest point approach (DCPA) and the time of the closest point approach (TCPA) as input information has been proposed. Based research is underway.

종래의 선박 충돌회피 시스템과 관련되는 장치로는, 전자해도, 선박 자동 식별 장치, 선박 항해 시뮬레이터 등이 있다. 상기 전자해도와 관련한 제품은 Furuno, JRC, Kelvin Hughes 등에서 개발되고 있으며, 이는 경로 계획이나 경로 감시, 선박 자동 식별 장치와 연계한 타선박 정보 파악이나 선박에 대한 예측 정보를 표시해준다.The apparatus associated with the conventional ship collision avoidance system includes an electronic chart, a ship automatic identification device, a ship navigation simulator, and the like. Products related to the above electronic charts are being developed by Furuno, JRC, Kelvin Hughes, etc., which displays route information, route monitoring, and other vessel information linked to vessel automatic identification devices or displays prediction information about vessels.

상기 선박 자동 식별 장치는, 충돌회피 시스템 내에서 타선박에 대한 위치를 포함한 정보를 파악하는 기본적인 장치이다. 이러한 상기 충돌회피 시스템은 상기 선박 자동 식별 장치를 이용하여 타선박에 대한 암호화된 정보를 수신하고, 이를 복호화하여 표적 선박에 대한 항행 정보를 분석할 수 있다.The automatic vessel identification device is a basic device that grasps information including the position of another ship in the collision avoidance system. The collision avoidance system may receive encrypted information about another ship by using the automatic vessel identification device, and analyze the navigation information about the target ship by decrypting it.

현재, “Kongsberg”에서는 Dynamic Positioning 시스템과 시뮬레이터를 연계하여 충돌회피를 위해 긴급 회피에 대한 훈련을 수행하는 목적으로 사용 가능함을 기술하고 있고, 통합 자동화 시스템 K-chief를 이용한 안전 관리에 대해 언급하고 있지만, 선박 충돌회피 시스템 개발 및 실선적용에 관한 사례는 없으며, 충돌회피 알고리즘에 대한 연구는 학계에서 활발히 진행되고 있으나, 실제 개발하여 상용화한 제품은 없었다.At present, “Kongsberg” describes the use of the dynamic positioning system and the simulator in connection with the purpose of training for emergency avoidance to avoid collisions, and mentions safety management using the integrated automation system K-chief. There are no cases of ship collision avoidance system development and solid line application. There are no studies on collision avoidance algorithms, but there are no products developed and commercialized.

또한, 일반 항해 데이터 시뮬레이터는 실제 선박의 운동특성을 고려하지 않고 개발되었기 때문에, 실선에 적용했을 경우 선박의 데이터와 비교하면 확연히 다른 결과를 가져오므로 정확도가 떨어지는 문제점이 있었다.In addition, since the general voyage data simulator was developed without considering the motion characteristics of the actual ship, when applied to a solid ship, compared with the ship's data, the result was significantly different, which resulted in a drop in accuracy.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 선박 시험의 정확성을 높이기 위하여 선박의 조종 운동 특성을 반영한 항해 정보 생성 및 제어 정보를 제공함으로써, 선박이 장애물을 회피하면서 최적의 경로를 따라 항해할 수 있도록 하는 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, by providing navigation information generation and control information reflecting the steering motion characteristics of the ship in order to improve the accuracy of the ship test, the vessel avoids obstacles, the optimum path The purpose of the present invention is to provide an automatic steering navigation simulator for ships that can be sailed along.

상기 목적 달성을 위한 본 발명은, 시뮬레이션의 종류를 선택하는 시뮬레이션 모드 선택부와, 상기 시뮬레이션 시간설정과 시작/멈춤/종료를 선택할 수 있으며, 상기 시뮬레이션 시간을 표시하는 시뮬레이터 연산부와, 상기 시뮬레이션의 통신 환경과 선박의 항해 정보에 대한 초기 값을 설정하며, 상기 선박의 항해 경로의 특정 지점을 설정하는 환경 설정부와, 상기 시뮬레이션 모드 선택부, 시뮬레이터 연산부 및 환경 설정부를 통해 선택된 정보들을 표시하는 디스플레이부 및 상기 시뮬레이션 모드 선택부의 모드 선택에 따라 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, the simulation mode selection unit for selecting the type of the simulation, the simulation time setting and the start / stop / end can be selected, the simulator calculation unit for displaying the simulation time and the communication of the simulation An environment setting unit for setting an initial value for the environment and the navigation information of the ship, and setting a specific point of the navigation route of the ship, and a display unit for displaying the information selected through the simulation mode selection unit, simulator operation unit and environment setting unit And a controller for controlling driving according to the mode selection of the simulation mode selection unit.

여기서, 상기 시뮬레이션 모드 선택부는, 자동 항해 기능을 제공하며, 그래픽 컴포넌트나 텍스트 박스로 선수각을 입력하거나, 엔진 제어 버튼으로 알피엠(RPM)을 조정하는 코스 유지모드와, 계획한 항로를 따라 항해할 수 있도록 설정하는 트랙 유지모드 및 조타각을 수동으로 조정하여 선박을 움직일 수 있도록 하는 메뉴얼 모드를 포함하는 것이 바람직하다.Here, the simulation mode selection unit provides an automatic navigation function, a course maintenance mode for inputting a bow angle with a graphic component or a text box, or adjusting an RPM with an engine control button, and navigation along a planned route. It is desirable to include a track holding mode that is set to be able to operate and a manual mode that allows the ship to move by manually adjusting the steering angle.

그리고 상기 시뮬레이터 연산부는, 시뮬레이션을 위한 배속 선택모드와, 상기 시뮬레이션 시간설정과 시작/멈춤/종료를 선택하는 모드와, 상기 시뮬레이션 시간을 표시하는 표시부가 구비되는 것이 바람직하다.The simulator calculating unit may include a double speed selection mode for simulation, a mode for selecting the simulation time setting and a start / stop / end, and a display unit for displaying the simulation time.

또한, 상기 환경 설정부는, 시뮬레이터를 위하여 선박의 초기 위치값, 선수각, 알피엠(RPM)과 같은 동적 운동 특성에 영향을 주는 초기값을 입력한 후, 환경 데이터인 깊이, 바람, 조류의 흐름 데이터의 초기값을 설정하는 항해 데이터 설정 모드와, 상기 시뮬레이션 선택 모드의 상기 트랙 유지모드를 위한 설정 기능이며, 전자해도에서 계획한 항로와 똑같이 시뮬레이터에서 설정할 수 있도록 다수의 위치 점들을 지정하는 웨이포인트 설정 모드 및 시리얼 통신 환경을 설정하는 통신 설정모드가 구비되는 것이 바람직하다.In addition, the environment setting unit, after inputting an initial value that affects dynamic movement characteristics such as the initial position value, bow angle, RPM (RPM) of the vessel for the simulator, the environmental data such as depth, wind, current flow data A navigation data setting mode for setting an initial value of the navigation mode, and a setting function for the track holding mode in the simulation selection mode, and a waypoint setting for designating a plurality of position points to be set in the simulator in the same way as a planned route on the electronic chart. Preferably, a communication setting mode for setting the mode and the serial communication environment is provided.

아울러, 상기 통신 설정모드는, 통신 정보 테스트 기능이 더 구비되며, 상기 통신 정보 테스트 기능은 초기 항해 데이터 설정 정보, 명령 정보, 웨이포인트 설정 정보 등이 있고, 선박의 조종 운동 특성을 생성하는 S/W뿐만 아니라 이동 장애물 시뮬레이터와의 인터페이스를 위한 실시간 데이터베이스도 함께 포함되며, 선박의 조종 운동 특성을 생성하는 S/W와의 인터페이스를 위하여 설계한 실시간 데이터베이스의 모든 구조를 모니터링 하여 시뮬레이터와 각 소프트웨어와의 동작이 정상적인지 확인하는 것이 바람직하다.In addition, the communication setting mode further includes a communication information test function, and the communication information test function includes initial navigation data setting information, command information, waypoint setting information, and the like. In addition to the W, a real-time database for interfacing with the moving obstacle simulator is included, and the simulator and each software are monitored by monitoring all structures of the real-time database designed for the interface with the S / W that generates the characteristics of the maneuvering movement of the ship. It is desirable to confirm that this is normal.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 실제 선박의 조종 운동 특성을 고려한 본 시뮬레이터를 통해 항해 시스템 및 기타 항해 장비를 실선과 같이 시험 가능한 장점이 있다. As described above, the present invention has the advantage that it is possible to test the navigation system and other navigation equipment as a solid line through the simulator in consideration of the steering motion characteristics of the actual ship.

그리고 자동조타 기능을 제공하기 때문에 자동조타장치가 없어도 다양한 시험이 가능하며, 선박의 실선 적용 시험이 실험실에서 가능한 장점이 있다.And because it provides the auto steering function, various tests are possible even without the auto steering device, and the ship's solid line application test is possible in the laboratory.

도 1은 본 발명에 따른 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터의 화면 구성을 개략적으로 보여주기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터의 화면 구성을 상세하게 보여주기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터의 일부 구성을 확대하여 보여주기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터의 시뮬레이션 모드 선택부에서 코스 유지모드를 선택했을 때의 화면을 보여주기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터의 시뮬레이션 모드 선택부에서 코스 유지모드를 선택했을 때의 전자해도 화면을 보여주기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터의 모드 선택부에서 트랙 유지모드를 선택했을 때의 화면을 보여주기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터의 트랙 유지모드를 선택했을 때의 선박의 조종 운동 특성을 생성하는 S/W의 화면을 보여주기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터의 트랙 유지모드를 선택했을 때의 전자해도 화면을 보여주기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터의 모드 선택부에서 메뉴얼 모드를 선택했을 때의 화면을 보여주기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터의 메뉴얼 모드를 선택했을 때의 전자해도 화면을 보여주기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터의 환경 설정부에서 항해 데이터 설정 기능을 선택했을 때의 화면을 보여주기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터의 환경 설정부에서 웨이포인트 설정 기능를 선택했을 때의 화면을 보여주기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터의 환경 설정부에서 시리얼 통신 설정모드를 선택했을 때의 화면을 보여주기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명에 따른 선박용 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터의 환경 설정부에서 통신 데이터 테스트 기능을 선택했을 때의 화면을 보여주기 위한 도면이다.
1 is a view for schematically showing a screen configuration of the automatic steering navigation simulator for ships according to the present invention.
2 is a view showing in detail the screen configuration of the automatic steering navigation simulator for ships according to the present invention.
3 is an enlarged view showing a part of the configuration of the automatic steering navigation simulator for ships according to the present invention.
4 is a view showing a screen when the course maintenance mode is selected in the simulation mode selection unit of the automatic steering navigation simulator for ships according to the present invention.
5 is a view for showing the electronic chart screen when the course maintenance mode is selected in the simulation mode selection unit of the automatic steering navigation simulator for ships according to the present invention.
6 is a view for showing a screen when the track maintenance mode is selected in the mode selection unit of the automatic steering voyage simulator for ships according to the present invention.
7 is a view for showing a screen of the S / W for generating the steering motion characteristics of the vessel when the track maintenance mode of the automatic steering navigation simulator for ships according to the present invention.
8 is a view for showing an electronic chart screen when the track maintenance mode of the automatic steering navigation simulator for ships according to the present invention.
9 is a view showing a screen when the manual mode is selected in the mode selection unit of the automatic steering voyage simulator for ships according to the present invention.
10 is a view for showing the electronic chart screen when the manual mode of the automatic steering navigation simulator for ships according to the present invention.
FIG. 11 is a view for showing a screen when the navigation data setting function is selected in the environment setting unit of the automatic steering voyage simulator for ships according to the present invention.
12 is a view showing a screen when the waypoint setting function is selected in the environment setting unit of the automatic steering voyage simulator for ships according to the present invention.
FIG. 13 is a diagram illustrating a screen when the serial communication setting mode is selected in the environment setting unit of the automatic steering voyage simulator for ships according to the present invention.
14 is a view for showing a screen when the communication data test function is selected in the environment setting unit of the ship automatic steering navigation simulator for ships according to the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.In describing the present invention, the defined terms are defined in consideration of the function of the present invention, and should not be understood in a limiting sense of the technical elements of the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터의 화면 구성을 개략적으로 보여주기 위한 도면, 도 2는 본 발명에 따른 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터의 화면 구성을 상세하게 보여주기 위한 도면, 도 3은 본 발명에 따른 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터의 일부 구성을 확대하여 보여주기 위한 도면, 도 4는 본 발명에 따른 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터의 시뮬레이션 모드 선택부에서 코스 유지모드를 선택했을 때의 화면을 보여주기 위한 도면, 도 5는 본 발명에 따른 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터의 시뮬레이션 모드 선택부에서 코스 유지모드를 선택했을 때의 전자해도 화면을 보여주기 위한 도면이다.1 is a view for schematically showing the screen configuration of the automatic steering navigation simulator for ships according to the invention, Figure 2 is a view for showing a detailed screen configuration of the automatic steering navigation simulator for ships according to the present invention, Figure 3 Figure 4 is a view for showing an enlarged configuration of the automatic steering navigation simulator for ships according to the invention, Figure 4 is for showing the screen when the course maintenance mode is selected in the simulation mode selection unit of the automatic steering navigation simulator for ships according to the present invention FIG. 5 is a view for showing an electronic chart screen when the course maintenance mode is selected in the simulation mode selection unit of the automatic steering navigation simulator for ships according to the present invention.

그리고, 도 6은 본 발명에 따른 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터의 모드 선택부에서 트랙 유지모드를 선택했을 때의 화면을 보여주기 위한 도면, 도 7은 본 발명에 따른 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터의 트랙 유지모드를 선택했을 때의 선박의 조종 운동 특성 S/W의 화면을 보여주기 위한 도면, 도 8은 본 발명에 따른 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터의 트랙 유지모드를 선택했을 때의 전자해도 화면을 보여주기 위한 도면, 도 9는 본 발명에 따른 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터의 모드 선택부에서 메뉴얼 모드를 선택했을 때의 화면을 보여주기 위한 도면, 도 10은 본 발명에 따른 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터의 메뉴얼 모드를 선택했을 때의 전자해도 화면을 보여주기 위한 도면이다.6 is a view for showing a screen when the track maintenance mode is selected in the mode selection unit of the autopilot navigation simulator for ships according to the present invention, and FIG. 7 is a track maintenance mode for the autopilot navigation simulator for ships according to the present invention. Figure 8 is a view for showing the screen of the steering motion characteristics S / W of the ship when selecting, Figure 8 is a view for showing the electronic chart screen when selecting the track maintenance mode of the automatic steering navigation simulator for ships according to the present invention 9 is a view for showing a screen when the manual mode is selected in the mode selection unit of the automatic steering navigation simulator for ships according to the present invention, Figure 10 is a manual mode of the automatic steering navigation simulator for ships according to the present invention This is a diagram for showing a screen even when the electronic chart.

또한, 도 11은 본 발명에 따른 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터의 환경 설정부에서 항해 데이터 설정 기능을 선택했을 때의 화면을 보여주기 위한 도면, 도 12는 본 발명에 따른 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터의 환경 설정부에서 웨이포인트 설정 기능를 선택했을 때의 화면을 보여주기 위한 도면, 도 13은 본 발명에 따른 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터의 환경 설정부에서 시리얼 통신 설정모드를 선택했을 때의 화면을 보여주기 위한 도면, 도 14는 본 발명에 따른 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터의 환경 설정부에서 통신 데이터 테스트 기능을 선택했을 때의 화면을 보여주기 위한 도면이다.11 is a view showing a screen when the navigation data setting function is selected in the environment setting unit of the automatic steering navigation simulator for ships according to the present invention, and FIG. 12 is an environment setting of the automatic steering navigation simulator for ships according to the present invention. FIG. 13 is a view for showing a screen when the waypoint setting function is selected by the unit, FIG. 13 is a view for showing a screen when the serial communication setting mode is selected in the environment setting unit of the autopilot navigation simulator for ships according to the present invention; 14 is a view for showing a screen when the communication data test function is selected in the environment setting unit of the automatic steering navigation simulator for ships according to the present invention.

도 1 내지 14에 도시한 바와 같이, 본 발명의 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터는, 시뮬레이션의 종류를 선택하는 시뮬레이션 모드 선택부(100, Simulation mode selection area)와, 상기 시뮬레이션 시간설정과 시작/멈춤/종료를 선택할 수 있으며, 시뮬레이션 시간을 표시하는 시뮬레이터 연산부(200, Simulator operation area)와, 상기 시뮬레이션의 통신 환경과 선박의 항해 정보에 대한 초기값을 설정하며, 상기 선박의 항해 경로를 설정하는 환경 설정부(300, Configuration area)와, 상기 모드 선택부, 시뮬레이터 연산부(200, Simulator operation area) 및 환경 설정부(300, Configuration area)를 통해 선택된 정보들을 표시하는 디스플레이부(400, Data display area) 및 상기 시뮬레이션 모드 선택부(100, Simulation mode selection area)의 모드 선택에 따라 구동을 제어하는 제어부(500, Control area)를 포함한다. 또한, 전원의 온/오프를 제어하는 시작/종료부가 구비될 수 있다.As shown in Figures 1 to 14, the automatic steering navigation simulator for ships of the present invention, the simulation mode selection area 100 for selecting the type of simulation, the simulation time setting and start / stop / end The simulator operation unit 200 may display a simulation time, an initial setting value for the communication environment of the simulation and the navigation information of the ship, and an environment setting unit for setting the navigation path of the ship. A display unit 400 for displaying information selected through the configuration area 300, the mode selection unit, the simulator operation unit 200, and the environment setting unit 300, and the data display area 400. It includes a control area 500 for controlling driving according to the mode selection of the simulation mode selection area 100. . In addition, a start / end portion for controlling the on / off of the power source may be provided.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 선박의 조종 운동 특성을 적용한 것으로, 특히 크루즈 선박(110,000 GT급)의 조종 운동 특성이 반영된 자동조타장치(Autopilot) 기능을 탑재한 항해 데이터 시뮬레이터에 관한 내용이다.The present invention having such a configuration applies a steering motion characteristic of a ship, and in particular, relates to a navigation data simulator equipped with an autopilot function in which the steering motion characteristic of a cruise ship (110,000 GT class) is reflected.

이하, 선박의 운동 특성 모델과 자동조타장치(Autopilot) 기능을 적용한 본 시뮬레이터의 특징에 대해서 간략한 설명과, 개발한 시뮬레이터의 설계 구조와 기능에 대해서 상세하게 설명한 후 실제 실험 결과를 설명할 것이다.Hereinafter, a brief description of the characteristics of the simulator to which the ship's motion characteristic model and the autopilot function are applied, and the design structure and function of the developed simulator will be described in detail, and then the actual experimental results will be described.

먼저, 선박의 기본적인 정보에는 선종, 선속들을 포함하는 일반정보(General information)와, 배수량, Lpp(Length between perpendiculars)등의 선체 정보(Hull information) 및 조타정보(Rudder information) 들이 있다.First of all, basic information of a ship includes general information including ship type and ship speed, hull information such as displacement, length between perpendiculars (Lpp) and steering information (Rudder information).

그리고 추진기 정보(Propeller information)와 선속에 따른 마력 및 추진기의 단독 특성(Speed/power performance & propeller open water characteristic) 및 알피엠(RPM) 정보들이 있다.In addition, propeller information, speed / power performance & propeller open water characteristic, and RPM information according to ship speed are provided.

또한, 선박의 조종 운동 특성을 모사하기 위한 운동 방정식으로 사용되는 수학 모형은 Whole ship model(v-cube), Modular model(v-cube) 및 Modular model(β-square)으로 구성된다.In addition, the mathematical model used as a motion equation to simulate the steering motion characteristics of the ship is composed of a whole ship model (v-cube), a modular model (v-cube) and a modular model (β-square).

즉, 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터는 실제 선박과 유사한 시험을 하기 위하여, 선박의 모델링 자료를 근거로 산출된 선박의 고유 정보를 바탕으로 개발된 것이다.That is, the autopilot navigation simulator for ships was developed based on the unique information of the ship calculated based on the modeling data of the ship in order to perform a similar test to the actual ship.

여기서, 선박의 일반적인 정보와 운동 방정식으로 산출되는 선박 고유의 조종 운동 특성 결과는 선박의 위치, 속도 및 선수각 등이 있다.Here, the ship's unique steering motion characteristics, which are calculated by general information and a motion equation of the ship, include a ship's position, speed, and bow angle.

또한, 조종 운동 특성의 결과로 산출된 직교 좌표 데이터를 위치 좌표로 변환하고, 위치 좌표 이외의 시간, 벡터 데이터를 고려한 선박의 속도, 선수각, 풍향/풍속, 방향타 등의 정보들을 실제 항해 시스템에서 사용하는 IEC(International electrotechnical commission) 61162 통신 프로토콜로 변환시킨다.In addition, the rectangular coordinate data calculated as a result of the steering motion characteristics is converted into position coordinates, and information such as time other than the position coordinates, ship speed, bow angle, wind direction / wind speed, rudder, etc. in consideration of the vector data can be obtained from the actual navigation system. Converts to International Electrotechnical Commission (IEC) 61162 communication protocol.

자동조타장치(Autopilot)는, 설정한 목표방위에 대하여 자동으로 조타각(Rudder)를 제어하여 선박의 진로를 제어하기 위한 것으로, 안전한 항해를 위해 개발된 항해 기기이다.Autopilot is a navigation device developed for safe navigation by controlling the steering angle (Rudder) automatically for the set target direction.

선박의 운항은 적재화물을 목적지까지 보다 안전하고 신속하게 운송하는데 목적이 있겠으나, 선박은 항상 유동적인 수면 상을 항행하기 때문에 때때로 풍랑, 풍속과 행상 상태나 선박 그 자체 특성에 따라서 선박의 안전성과 항행 속도에 큰 영향을 줄 수가 있다.The operation of the ship is intended to transport the cargo to the destination more safely and quickly.However, since the ship always travels on the surface of the water, the safety and stability of the ship may sometimes depend on the wind, wind speed, and condition of the ship or the characteristics of the ship itself. It can greatly affect the speed of navigation.

이러한, 선박 운항 상의 제반 제약조건을 고려하여 항해거리를 단축하면서 보다 안전하게 선박을 운항 가능토록 하는 장비가 자동조타장치(Autopilot)이다.In order to reduce the voyage distance in consideration of all the constraints on the operation of the vessel, the equipment that enables the vessel to operate more safely is an autopilot (Autopilot).

시뮬레이션 모드 선택부(100, Simulation mode selection area)는 자동 항해 기능을 제공하며, 그래픽 컴포넌트나 텍스트 박스로 선수각을 제어하고 엔진 제어 버튼을 이용하여 선속을 조정하는 코스 유지모드(110, Course keeping mode)와, 계획한 항로를 따라 항해할 수 있도록 설정하는 트랙 유지모드(120, Track keeping mode) 및 조타각 제어로 선박을 움직일 수 있도록 하는 메뉴얼 모드(130, Manual mode)를 포함한다.The simulation mode selection area 100 provides an automatic navigation function. The course keeping mode 110 controls the bow angle with a graphic component or a text box and adjusts the ship speed using an engine control button. ), A track keeping mode (120) for setting the ship to sail along the planned route, and a manual mode (130, manual mode) for allowing the ship to move by steering angle control.

다음으로 시뮬레이터 연산부(200, Simulator operation area)는, 시뮬레이션 시간을 설정하고, 시작/멈춤/종료 기능과 시뮬레이션 시간을 표시하는 것으로, 조종 운동 특성 S/W와의 연계를 위해 사용하는 실시간 데이터베이스를 디버깅하기 위하여 <ShardMem test> 버튼을 제공하고, 아래에서는 그 기능에 대해서 설명한다.Next, the simulator operation unit 200 sets a simulation time, displays a start / stop / end function, and a simulation time, and debugs a real-time database used for linkage with the steering motion characteristics S / W. For this purpose, the <ShardMem test> button is provided. The function is described below.

여기서, 시뮬레이터 연산부(200, Simulator operation area)는 시뮬레이션을 위한 배속 선택모드(210)와, 상기 시뮬레이션 시간설정과 시작/멈춤/종료를 선택하는 모드(220)와, 시뮬레이션 시간을 표시하는 표시부(230)가 구비되는 것이 바람직하다.Here, the simulator operation area 200 includes a double speed selection mode 210 for simulation, a mode 220 for selecting the simulation time setting and a start / stop / end, and a display unit 230 for displaying the simulation time. Is preferably provided.

침로 유지모드(110, Course keeping mode)는, 자동조타장치(Autopilot)의 자동 기능 중 하나로, 항해사는 선수각 제어와 엔진 제어를 이용하여 선박을 조종한다.Course keeping mode (110) is one of the automatic functions of an autopilot. The navigator controls the ship using head control and engine control.

여기서, 선수각 제어는 그래픽 컴포넌트나 텍스트 박스로 선수각 값을 입력하거나, 스핀(Spin) 버튼을 이용하여 조정이 가능하다.Here, the bow angle control can be adjusted by inputting a bow angle value through a graphic component or a text box or by using a spin button.

엔진 제어는, Full Sea, Full, Half, Slow, Dead Slow, Neutral, Dead Slow, Half, Full, Full Sea를 선택하여 조정하며, 윗 방향으로 갈수록 배의 속력이 빨라진다.Engine control selects Full Sea, Full, Half, Slow, Dead Slow, Neutral, Dead Slow, Half, Full, Full Sea and adjusts the ship's speed to the top.

즉, 선수각 제어를 이용하여 선수각을 조정하고, 엔진 제어 버튼을 높여주면, 이 속성에 따라 선박의 위치, 속도, 선수각이 조정되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 전자해도와 본 발명의 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터의 인터페이스는 RS-422 통신 인터페이스를 사용할 수 있다.That is, by adjusting the bow angle using the bow angle control and raising the engine control button, it can be seen that the position, speed, and bow angle of the ship are adjusted according to this property. In addition, the interface of the electronic chart and the automatic steering navigation simulator for ships of the present invention can use the RS-422 communication interface.

트랙 유지모드(120, Track keeping mode)는, 자체 트랙 유지 모드를 개발한 것으로, 항로 계획으로 계획한 항로를 따라 항해하는 모드이다.The track keeping mode 120 has developed its own track keeping mode, and is a mode for navigating along the route planned by the route plan.

이러한, 트랙 유지모드(120, Track keeping mode)는, 전술한 코스 유지모드(110, Course keeping mode)와 달리, 선수각 제어 기능이 비활성화되는 특징이 있다. This track keeping mode 120 is characterized in that the bow angle control function is deactivated unlike the course keeping mode 110 described above.

즉, 정해진 트랙(Track)을 따라 움직이기 때문에 항해사가 임의로 선수각을 변경할 수 없다. 반면 엔진 제어를 조정하여 선박의 속도를 높일 수 있다.That is, the navigator cannot arbitrarily change the bow angle because it moves along a predetermined track. On the other hand, engine control can be adjusted to speed up the vessel.

다음으로 환경 설정부(300, Configuration area)는, 시뮬레이터를 위하여 선박의 초기 위치값, 선수각, 알피엠(RPM)과 같은 동적 운동 특성에 영향을 주는 초기값을 입력한 후, 환경 데이터인 깊이, 바람, 조류의 흐름 데이터의 초기를 설정하는 항해 정보 설정 기능(310, Navigation data)과, 상기 시뮬레이션 선택 모드의 상기 트랙 유지모드(120, Track keeping mode)를 위한 설정 기능이며, 전자해도에서 계획한 항로와 똑같이 시뮬레이터에서 설정할 수 있도록 항로를 지정하는 웨이포인트 설정 기능(320, Waypoint data) 및 시리얼 통신 환경을 설정하는 통신 설정 기능 (330, Serial com)이 구비된다.Next, the environment setting unit 300 inputs an initial value that affects dynamic motion characteristics such as an initial position value of the ship, bow angle, and RPM for the simulator, and then, depth, which is environmental data, Navigation data setting function 310 for setting the initial data of wind and tidal flow data, and a setting function for the track keeping mode 120 of the simulation selection mode, which are planned on the electronic chart. A waypoint setting function 320 for designating a route so that the simulator can be set in the same way as a route and a communication setting function 330 for setting a serial communication environment are provided.

상기 항해 정보 설정 기능(Navigation data)은, 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터의 모든 기능에서 사용되며, 초기 설정 정보를 입력하고, 저장하는 기능을 제공한다. 시뮬레이터를 위하여 선박의 초기 위치값, 선수각, 알피엠(RPM) 등의 동적 운동 특성에 영향을 주는 초기값을 입력한 후, 환경 데이터인 Depth, Wind, Drift 데이터의 초기 정보를 주어야 한다. <Save> 버튼을 누르고, 시뮬레이터를 실행하면 이 데이터를 참고하여 선박이 움직이게 된다.The navigation data setting function (Navigation data) is used in all functions of the automatic steering navigation simulator for ships, and provides a function of inputting and storing initial setting information. For the simulator, after inputting initial values that affect dynamic motion characteristics such as initial position value, bow angle, and RPM, initial information of environmental data such as Depth, Wind, and Drift data should be provided. Press the <Save> button and run the simulator to move the ship using this data.

웨이포인트 설정 기능(320, Waypoint data)은, 트랙 유지 모드(Track keeping)를 위한 설정 기능으로, 전자해도에서 계획한 항로와 똑같이 시뮬레이터에서 설정하는 기능을 제공한다. 기본 웨이포인트(Waypoint)의 개수는 20개를 지정할 수 있으며 위치값인 위도(Longitude), 경도(Latitude)를 전자해도에서 설정한 값과 똑같이 입력해야 트랙 유지 기능을 시험할 수 있다.The waypoint setting function 320 is a setting function for track keeping mode and provides a function of setting in the simulator similar to the route planned in the electronic chart. The default number of Waypoints can be set to 20. You can test the track retention function by entering the same latitude and longitude values as set in the electronic chart.

도 13에 도시한 시리얼 통신 설정 모드는, 시뮬레이터가 전자해도, 충돌회피 시스템으로 전송하는 각 장비에 해당하는 데이터는 시리얼 통신으로 인터페이스하므로, 이를 설정하기 위해서 Port Number, Device Name, Baudrate, Parity, Data Bit, Stop Bit, Period를 정확하게 설정해야 한다.In the serial communication setting mode shown in FIG. 13, even if the simulator electronically, data corresponding to each device to be transmitted to the collision avoidance system is interfaced with serial communication. Therefore, in order to set this, Port Number, Device Name, Baudrate, Parity, Data Bit, Stop Bit, Period should be set correctly.

한편, 환경 설정부(300, Configuration area)에는 통신 정보 테스트 기능이 더 구비된다.Meanwhile, the environment setting unit 300 further includes a communication information test function.

도 14에 도시한 테스트 모드(Com test)는, 크루즈 선박의 동특성을 생성하는 S/W와의 인터페이스를 위하여 설계한 실시간 데이터베이스의 모든 구조를 한눈에 확인할 수 있는 화면이다. The test mode (Com test) shown in FIG. 14 is a screen which can confirm at a glance all the structures of the real-time database designed for the interface with the S / W which generates the dynamic characteristics of the cruise ship.

기본 구조체로는 Init data, Command data, Configuration data, Waypoint data가 있으며, 조종 운동 특성 S/W 뿐만 아니라 이동 장애물 시뮬레이터와의 인터페이스를 위한 실시간 데이터베이스도 함께 포함된다. 이 기능을 통해서 시뮬레이터와 각 소프트웨어와의 동작이 정상적인지 확인할 수 있다. The basic structure includes Init data, Command data, Configuration data, Waypoint data, and includes real-time database for interface with moving obstacle simulator as well as steering motion characteristics S / W. Through this function, you can check whether the operation of the simulator and each software is normal.

시뮬레이터 제어 및 표시 기능인 제어부(500, Control area)는, 시뮬레이션 모드 선택부(100, Simulation mode selection area)에 따라 바뀐다. The control area 500, which is a simulator control and display function, changes according to the simulation mode selection area 100. FIG.

즉, 코스 유지모드(110, Course keeping mode)와 트랙 유지모드(120, Track keeping mode)는 선수각 제어와 엔진 제어 기능을 제공한다.That is, the course keeping mode 110 and the track keeping mode 120 provide the bow angle control and the engine control function.

그리고, 메뉴얼 모드(130, Manual mode)는, 조타각 제어와 엔진 제어 기능을 제공한다. 또한, 메뉴얼 모드(130, Manual mode)는 코스/트랙 유지모드(110, 120, Course/Track keeping)와 달리, 항해사가 조타각(Rudder) 제어 기능을 제공한다.In addition, the manual mode 130 provides a steering angle control and an engine control function. In addition, the manual mode 130, unlike the course / track keeping modes 110 and 120, provides the navigator with a steering angle control function.

즉, 메뉴얼 모드(130, Manual mode)는 수동으로 항해사가 휠(Wheel)을 돌려가며 조정하는 것과 동일한 효과를 주기 위하여 개발되었다.In other words, the manual mode (130, manual mode) was developed to give the same effect as the navigator manually adjusts by turning the wheel (Wheel).

디스플레이부(400, Data display area)는, 3가지 모드에 상관없이 동일한 정보를 디스플레이한다. 즉, Position, Time, Heading, RPM, SOG, COG, STW, Depth, Wind Speed/Angle 은 필수 항해 데이터이기 때문이다.The display unit 400 displays the same information regardless of the three modes. That is, Position, Time, Heading, RPM, SOG, COG, STW, Depth, Wind Speed / Angle are essential navigation data.

한편, 본 발명의 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터에서, 시뮬레이션을 위한 배속은 1배속에서 10배속까지의 지원하도록 개발하였으며, 시뮬레이션 시간은 타이머(Timer)로 표시한다.On the other hand, in the automatic steering navigation simulator for ships of the present invention, the ship speed for simulation was developed to support from 1x to 10x speed, the simulation time is represented by a timer (Timer).

본 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터는 크루즈 선박(110,000 GT급)의 조종 운동 특성 S/W와 연계된 통신 모듈을 구비하고 있으며, 이를 기반으로 크루즈 선박의 일반 정보 및 선체 정보(선종, 선속, 배수량, Lbp(Length Between Perpendiculars), 선체 정보, 조타 정보, 추진기 정보, 선속에 따른 마력 및 추진기의 단독 특성 등), 크루즈 선박 고유의 조종 운동 특성 정보(선박의 위치, 속도, 선수각, 풍향/풍속, 방향타 등)을 생성한다.This ship's automatic steering voyage simulator is equipped with a communication module linked to the steering movement characteristics S / W of a cruise ship (110,000 GT class), and based on this, general information and hull information (ship type, speed, displacement, Lbp) of the cruise ship. (Length Between Perpendiculars), hull information, steering information, propeller information, horsepower and propulsion characteristics of the ship, etc., cruise ship's own steering motion characteristics information (ship position, speed, bow angle, wind direction / wind speed, rudder) And the like).

또한, IEC(International Electrotechnical Commission) 61162-1에 규정된NEMA(National Electrical Manufacturers Association) 프로토콜을 구현(NEMA Sentence ID: DPT, GGA, HDT 등 20종)하여 전자해도, Radar/ARPA와 같은 항해 시스템 및 항해 장비들과의 통신이 가능하다.In addition, navigation systems such as Radar / ARPA can be implemented by implementing the National Electrical Manufacturers Association (NEMA) protocol (20 types including NEMA Sentence ID: DPT, GGA, HDT, etc.) specified in the International Electrotechnical Commission (IEC) 61162-1. Communication with navigational equipment is possible.

이와 더불어, 전자해도(ECDIS) 및 충돌회피 시스템과의 통신을 위한 RS-422 인터페이스를 이용한 프로토콜 송수신 기능 구현(송신주기 1초), 크루즈 선박 시뮬레이터 설계 및 기능 구현, 제어 및 항해 데이터 모니터링 기능 구현, 데이터 송수신 기능, 환경 설정 3종(항해 데이터/통신/시스템) 기능을 구현할 수도 있다.In addition, implementation of protocol transmission / reception using the RS-422 interface for communication with ECDIS and collision avoidance system (transmission cycle 1 second), cruise ship simulator design and function implementation, control and navigation data monitoring function, It can implement data transmission / reception function and three kinds of environment setting (navigation data / communication / system) functions.

결과적으로, 본 발명은 실제 선박의 운동특성을 고려한 본 시뮬레이터를 통해 항해 시스템 및 기타 한해 장비를 실선과 같이 테스트 할 수 있다. 그리고, 자동조타장치(Autopilot)가 없어도 다양한 시험이 가능하며, 선박의 실선 적용 시험이 실험실에서 가능하여 시스템의 안전성과 신뢰성을 더욱더 향상시킬 수 있다.As a result, the present invention allows the navigation system and other limited equipment to be tested as a solid line through the simulator considering the motion characteristics of the actual ship. In addition, various tests can be performed without an autopilot, and a ship's real ship application test can be performed in a laboratory to further improve the safety and reliability of the system.

이상에서 본 발명에 따른 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.Although the technical idea of the automatic steering voyage simulator for ships according to the present invention has been described with the accompanying drawings, this is only illustrative of the best embodiment of the present invention and not intended to limit the present invention.

따라서, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범위를 이탈하지 않는 범위 내에서 치수 및 모양 그리고 구조 등의 다양한 변형 및 모방할 수 있음은 명백한 사실이며 이러한 변형 및 모방은 본 발명의 기술 사상의 범위에 포함된다.Therefore, it is obvious that any person with ordinary skill in the art can make various modifications and imitations such as dimensions, shapes, structures, etc. without departing from the scope of the technical idea of the present invention. Is included in the scope of the technical idea of the present invention.

100: 모드 선택부 110: 코스 유지모드
120: 트랙 유지모드 130: 메뉴얼 모드
200: 시뮬레이터 연산부 210: 배속 선택모드
230: 표시부 300: 환경 설정부
310: 항해 데이터 설정 기능 320: 웨이포인트 설정 기능
330: 통신 설정 기능 400: 디스플레이부
500: 제어부 600: 시작/종료부
100: mode selector 110: course maintenance mode
120: track maintenance mode 130: manual mode
200: simulator operation unit 210: double speed selection mode
230: display unit 300: environment setting unit
310: navigation data setting function 320: waypoint setting function
330: communication setting function 400: display unit
500: control unit 600: start / end

Claims (5)

시뮬레이션의 종류를 선택하는 시뮬레이션 모드 선택부; 상기 시뮬레이션 시간설정과 시작/멈춤/종료를 선택할 수 있으며, 상기 시뮬레이션 시간을 표시하는 시뮬레이터 연산부; 상기 시뮬레이션의 통신 환경과 선박의 항해 정보에 대한 초기 값을 설정하며, 상기 선박의 항해 경로를 설정하는 환경 설정부; 상기 시뮬레이션 모드 선택부, 시뮬레이터 연산부 및 환경 설정부를 통해 선택된 정보들을 표시하는 디스플레이부; 및 상기 시뮬레이션 모드 선택부의 모드 선택에 따라 구동을 제어하는 제어부; 를 포함하여 구성하고,
상기 환경 설정부는, 시뮬레이터를 위하여 선박의 초기 위치값, 선수각, 알피엠(RPM)과 같은 동적 운동 특성에 영향을 주는 초기값을 입력한 후, 환경 데이터인 깊이, 바람, 조류의 흐름 데이터의 초기값을 설정하는 항해 데이터 설정 모드;
상기 시뮬레이션 선택 모드의 상기 트랙 유지모드를 위한 설정 기능이며, 전자해도에서 계획한 항로와 똑같이 시뮬레이터에서 설정할 수 있는 웨이포인트 설정 모드; 및
시리얼 통신 환경을 설정하는 통신 설정모드; 를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터.
A simulation mode selection unit for selecting a type of simulation; A simulator calculator configured to select the simulation time and start / stop / end and display the simulation time; An environment setting unit for setting an initial value for a communication environment of the simulation and navigation information of a ship, and setting a navigation path of the ship; A display unit which displays information selected through the simulation mode selection unit, the simulator calculation unit, and the environment setting unit; And a control unit controlling driving according to the mode selection of the simulation mode selection unit. And including
The environment setting unit inputs an initial value that affects dynamic motion characteristics such as an initial position value, a bow angle, and an RPM of the vessel for a simulator, and then initializes the flow data of depth, wind, and tidal current, which are environmental data. Navigation data setting mode for setting a value;
A waypoint setting mode which is a setting function for the track holding mode of the simulation selection mode and which can be set in the simulator in the same way as the route planned in the electronic chart; And
A communication setting mode for setting a serial communication environment; Automatic steering voyage simulator for ships comprising a.
제1항에 있어서,
상기 시뮬레이션 모드 선택부는, 자동 항해 기능을 제공하며, 그래픽 컴포넌트나 텍스트 박스로 선수각을 입력하거나, 선택 버튼을 이용하여 엔진 제어 버튼을 조정하는 코스 유지모드;
계획한 항로를 따라 항해할 수 있도록 설정하는 트랙 유지모드; 및
조타각을 수동으로 조정하여 선박을 움직일 수 있도록 하는 메뉴얼 모드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터.
The method of claim 1,
The simulation mode selection unit may provide an automatic navigation function, a course maintenance mode of inputting a bow angle with a graphic component or a text box or adjusting an engine control button using a selection button;
Track maintenance mode configured to navigate along the planned route; And
A manual steering navigation simulator for ships, comprising: a manual mode for manually adjusting the steering angle to move the vessel.
제1항에 있어서,
상기 시뮬레이터 연산부는, 시뮬레이션을 위한 배속 선택모드와, 상기 시뮬레이션 시간설정과 시작/멈춤/종료를 선택하는 모드와, 상기 시뮬레이션 시간을 표시하는 표시부가 구비되는 것을 특징으로 하는 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터.
The method of claim 1,
The simulator calculation unit, a ship speed selection mode for the simulation, a mode for selecting the simulation time setting and start / stop / end, and a display unit for displaying the simulation time, characterized in that the automatic steering navigation simulator for ships.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 통신 설정모드는, 통신 정보 테스트 기능이 더 구비되며,
상기 통신 정보 테스트 기능은 초기 항해 데이터 설정 정보, 명령 정보, 웨이포인트 설정 정보 등이 있고, 조종 운동 특성 S/W뿐만 아니라 이동 장애물 시뮬레이터와의 인터페이스를 위한 실시간 데이터베이스도 함께 포함되며, 선박의 조종 운동 특성을 생성하는 S/W와의 인터페이스를 위하여 설계한 실시간 데이터베이스의 모든 구조를 모니터링 하여 시뮬레이터와 각 소프트웨어와의 동작이 정상적인지 확인하는 선박용 자동조타 항해 시뮬레이터.
The method of claim 1,
The communication setting mode is further provided with a communication information test function,
The communication information test function includes initial navigation data setting information, command information, waypoint setting information, and the like, and includes not only a steering motion characteristic S / W but also a real-time database for interfacing with a moving obstacle simulator. An autopilot navigation simulator for ships that monitors the structure of the real-time database designed for the interface with the S / W that generates the characteristics and checks whether the simulator and each software are operating normally.
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