KR101184587B1 - 수자원 관리용 무인 보트 운용 시스템 및 그 운용 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수질 측정과 같은 수자원 관리를 무인 상태로 수행할 수 있는 무인 보트 운용 시스템 및 그것을 이용한 무인 보트 운용 방법을 개시한다. 개시된 무인 보트 운용 시스템은 항행과 관측 및 통신제어유닛을 각각 구비하여 무인 상태로 자동 운항 및 수자원 정보 획득이 가능한 무인 보트와, 통신망을 통해 그 무인 보트와 통신하며 무인 운항과 수자원 정보 획득을 제어를 수행하는 관제국을 구비한다. 이러한 구성의 무인 보트 운용 시스템 및 운용 방법은 조종자의 육안 관측 범위를 벗어나는 넓은 지역에 대해서도 수자원 정보를 무인 자동 상태에서 정확하고 원활하게 얻어낼 수 있게 해주며, 이를 이용할 경우 수자원 관리의 효율성을 극대화할 수 있고 결과적으로 수자원 개선에 크게 기여할 수 있게 된다.

Description

수자원 관리용 무인 보트 운용 시스템 및 그 운용 방법 {Unmanned boat operating system for monitoring of water resources and the operating method thereof}

본 발명은 사람이 탑승하지 않은 채로 운항하는 무인 보트를 운용하는 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 수질 측정과 같은 수자원 관리를 무인 상태로 수행할 수 있는 무인 보트 운용 시스템 및 그것을 이용한 무인 보트 운용 방법에 관한 것이다.

일반적으로 수자원 관리는 하천이나 저수지 등의 수질, 수심, 수온과 같은 정보를 모니터링하고, 이를 근거로 관리 대책을 수립하여 시행하는 일련의 과정을 말한다.

따라서, 수자원 관리의 성패는 관리의 시작에 해당되는 수자원 정보 획득이 얼마나 정확하고 원활하게 효율적으로 이루어지는가에 달렸다고도 볼 수 있다.

그런데, 지금까지의 수자원 관리 방식은 대부분 인력이 직접 투입되는 수동 관측이거나 또는 무인 방식이라고 해도 특정 위치에서만 측정이 이루어지는 고정식 관측이 대부분이었기 때문에, 원활한 모니터링이 어려워 사실상 효율적인 관리가 불가능한 상태였다. 그나마 무인관측에는 비용이 많이 들기 때문에 주요 하천이나 댐에서만 운용이 되고, 대부분의 하천이나 저수지 등에서는 직접 인력이 투입되는 수동 관측이 주를 이루고 있는 실정이다. 따라서, 당연히 수자원 관리가 효율적으로 이루어지지 못하고 있다. 또한, 고정식 관측의 경우는 관측 장비가 정수되지 않은 물속에 장기간 잠겨 있게 되므로 장비의 고장이 빈발하는 문제도 생긴다.

한편, 최근에는 이러한 고정식 관측이나 수동 관측의 단점을 감안하여, 수질 검사를 위한 무인보트를 물 위에 띄워 조종자가 원격으로 조종하는 리모트 컨트롤 방식이 주목받고 있다. 이것은 조종자가 관측지 인근에서 무인 보트를 원격으로 조종하여 이동시키며 무인 보트에 탑재된 각종 장비로 수자원 모니터링에 필요한 정보를 얻는 방식이다. 그런데, 이 역시 조종자의 시야를 벗어나지 않는 제한된 영역에 대해서만 관측이 가능하기 때문에, 보다 넓은 지역에 대해 정확하고 원활한 정보를 얻어내는 데에는 한계가 있다.

따라서, 이러한 기존의 단점들을 해소할 수 있는 새로운 방식의 수자원 관리 방안이 요구되고 있다.

본 발명의 상기의 필요성을 감안하여 창출된 것으로, 조종자의 육안 관측 범위를 벗어나는 넓은 지역에 대해서도 자동으로 해당 지역의 수자원 관리 정보를 얻어낼 수 있도록 개선된 무인 보트 운용 시스템 및 운용 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무인 보트 운용 시스템은 무인 상태에서 자동 운항 및 수자원 정보 획득이 가능한 무인 보트; 및 상기 무인 보트와 통신망을 통해 통신하며 상기 무인 운항과 수자원 정보 획득을 제어를 수행하는 관제국;을 포함한다.

상기 무인 보트는, 보트 선체; 상기 선체를 추진시키는 추진유닛; 상기 선체의 이동 방향을 설정하기 위한 정보를 제공하는 항행유닛; 상기 선체의 이동 경로 중 원하는 지점에 대해 수자원 정보를 검출하는 관측유닛; 상기 각 유닛들을 제어하며 상기 관측된 정보를 관제국과 송수신하는 통신제어유닛;을 구비할 수 있다.

상기 추진유닛은 수중에서 상기 선체의 좌우측에 대칭된 추진력을 제공하는 한 쌍의 프로펠러를 포함할 수 있다.

상기 항행유닛은, 상기 선체의 위치 정보를 제공하는 DGPS와, 상기 선체의 피치, 롤링, 헤딩 정보를 파악하는 IMU와, 상기 선체 전방의 수면상에 존재하는 장애물 정보를 검출하는 레이저 스캐너를 포함할 수 있다.

상기 레이저 스캐너에는 출사되는 레이저를 상기 수면과 평행하게 유지시키기 위한 각도조정부가 구비될 수 있다.

상기 항행유닛은, 상기 선체의 전방 범퍼에 설치된 장애물 인식용 초음파센서와, 음파를 이용해 수중 장애물과 수심을 감지하는 에코사운더를 더 포함할 수 있다.

상기 관측유닛은, 상기 선체에 운항하는 중에 현장에서 직접 수질을 측정하기 위한 수질센서와, 상기 현장에서 샘플을 채취하는 취수부를 포함할 수 있다.

상기 수질센서는 윈치에 의해 수중에서 승강되며, 상기 취수부는 상기 수질센서에 묶여서 함께 승강되는 취수용 드레인호스와, 상기 드레인호스를 통해 샘플을 흡입시키는 흡입펌프, 흡입된 샘플을 담기 위한 다수의 채수병 및, 상기 선체의 밸런싱을 감안하여 상기 채수병에 샘플을 분배하는 채수분배기를 포함할 수 있다.

상기 관측유닛은, 음파의 반사파를 이용하여 수중 지형을 측정하는 사이드 스캔 소나를 더 구비할 수 있다.

상기 통신제어유닛은, 상기 각 유닛을 제어하는 제어장치와, 상기 관제국과 통신을 위한 무선통신모듈을 포함할 수 있다.

상기 통신제어유닛은 근거리 리모트 컨트롤러와도 통신이 가능하며, 상기 관제국과 상기 리모트 컨트롤러 중 한쪽과 선택적으로 통신하도록 구성될 수 있다.

상기 선체는, 좌우측에 수용공간이 대칭으로 마련된 쌍동선 구조로, 그 수용공간에 선택적으로 물을 채우면서 좌우 균형을 맞추도록 구성될 수 있다.

상기 무인 보트와 통신망을 통해 통신하여 데이터를 저장하고 사용자가 접속하여 저장된 정보를 열람할 수 있는 환경을 제공하는 DB서버를 더 구비할 수 있다.

상기 무인 보트를 근거리 원격 조정할 수 있는 리모트 컨트롤 시스템을 더 구비할 수 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무인 보트 운용 방법은 무인 상태에서 자동 운항 및 수자원 정보 획득이 가능한 무인 보트를 준비하는 단계; 상기 무인 보트에 관측 지점과 관측 내용을 무선으로 지시하는 단계; 상기 지시에 따라 상기 무인 보트가 운항하며 정보를 취득하는 단계;를 포함한다.

상기 지시 단계는 통신망을 통해 상기 무인 보트와 연결된 관제국에서 해당 지시를 전송하는 단계와, 근거리 리모트 컨트롤러로 조정하는 단계 중 한쪽을 선택적으로 수행할 수 있다.

상기 관측 지점 지시는, 관측할 복수 지점을 지시하는 복수 지점 지시와, 출발지점과 도착지점만 지시하는 기본 지점 설정 및, 지점이 아닌 관측 범위를 지시하는 관측 범위 설정 중 하나로 지시할 수 있다.

상기 관측 범위 설정 시 상기 무인 보트는 해당 범위를 지그재그로 이동할 수 있다.

상기 무인 보트의 운항 중 장애물 감지 시 그 무인 보트에서 자동으로 좌표를 수정할 수 있다.

상기 수자원 정보 취득은, 현장에서 수자원 정보를 바로 측정하는 단계와 향후 검사를 위해 샘플을 채취하는 채수 단계 중 한쪽을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 채수단계에서 채취된 샘플의 저장 시 상기 무인 보트의 밸런싱을 고려하여 저장 위치를 분배할 수 있다.

상기 수자원 정보 취득은 한 지점에서 서로 다른 수심의 복수 개소에서 취득할 수 있다.

상기 현장 측정에서 수질 오염 발견시 오염원의 추적 모드로 전환할 수 있다.

상기 무인 보트를 표류시켜서 유속을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 무인 보트의 좌우측에 대칭으로 마련된 수용 공간에 선택적으로 물을 채움으로써 좌우 균형을 맞추는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기와 같은 구성의 무인 보트 운용 시스템 및 운용 방법은, 조종자의 육안 관측 범위를 벗어나는 넓은 지역에 대해서도 수자원 정보를 무인 자동 상태에서 정확하고 원활하게 얻어낼 수 있게 해주므로, 이를 이용할 경우 수자원 관리의 효율성을 극대화할 수 있으며, 결과적으로 수자원 개선에 크게 기여할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 무인 보트 운용 시스템을 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 4는 도 1에 도시된 무인 보트의 세부 구조를 도시한 도면이다.
도 5a 및 도 5c는 도 1에 도시된 무인 보트의 수질 측정 과정을 묘사한 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 무인 보트 운용 시스템의 정보 처리 플로우를 묘사한 도면이다.
도 7a 내지 도 11은 무인 보트 운용 시스템에 의해 무인 보트가 이동하는 과정을 예시한 도면이다.
도 12a 및 도 12b는 도 1에 도시된 무인 보트의 레이저 센서 각도 보상 과정을 묘사한 도면이다.
도 13a 및 도 13b는 도 1에 도시된 무인 보트의 밸런싱 과정을 묘사한 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 보트와 그 운용 시스템을 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 보트와 그 운용 시스템을 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이 본 실시예의 무인 보트 운용 시스템은, 무인 상태로 하천(10)과 같은 수자원 정보 취득 대상지를 운항할 수 있는 무인 보트(100)와, 통신망(300)을 통해 그 무인 보트(100)와 교신하며 정보를 송수신하는 관제 시스템(200), 그리고 근거리에서 육안으로 무인 보트(100)를 관찰하면서 조종할 수 있는 리모트 컨트롤 시스템(400) 등을 구비하고 있다.

따라서, 사람이 탑승하지 않은 무인 보트(100)를 근거리 또는 원거리에서 원하는 대로 조종하며 수자원 정보를 취득할 수 있도록 구성되어 있으며, 특히 육안 관찰 조정이 아닌 관제시스템(200)의 원거리 지시에 따라서도 자동 운항될 수 있기 때문에 관측 범위가 상당히 넓어진다.

상기 관제시스템(200)을 연결하는 통신망(300)은 인터넷과 같은 공중망 네트워크(310)나 무선통신망(320)이 망라될 수 있고, 상기 리모트 컨트롤 시스템(400)에는 리모트 컨트롤러(410)나 PC장치(420)가 포함될 수 있다. 그리고, 상기 관제시스템(200)에는 상기 무인 보트(100)에 지시를 내리고 정보를 수신하는 관제국(210)과, 사용자가 각종 단말기(31)(32)를 통해 접속한 후 상기 수신된 정보를 열람할 수 있는 환경을 제공하는 DB서버(220)가 포함될 수 있다.

참조부호 11은 무인 보트(100)를 진수시키는 지점인 홈포지션을 나타낸다.

이제, 상기와 같은 원거리 제어가 가능한 무인 보트(100)의 구조부터 상세히 설명하기로 한다.

도 2 내지 도 4는 상기 무인 보트(100)의 외관과 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이 상기 무인 보트(100)에는 무인 운항과 관측을 가능하게 하기 위한 각종 유닛들이 설치되어 있다. 즉, 선체(101)를 물 위에서 추진시키기 위한 추진유닛(140)과, 방향 조정을 위한 항행유닛(110)이 구비되어 있고, 수자원 정보 관측을 위한 관측유닛(120) 및 상기 관제시스템(200)과의 통신을 위한 통신제어유닛(130)도 탑재되어 있다.

먼저, 상기 추진유닛(140)은 선체(101) 하면에 좌우 대칭으로 마련된 한 쌍의 프로펠러(141)를 구비하고 있다. 따라서, 이 한 쌍의 프로펠러(141)가 수중에서 구동되면, 물살을 헤치면서 선체(101)가 전진하게 되며, 좌우 한 쌍의 프로펠러(141)중 하나만 구동시키면 방향 전환도 가능해진다. 즉, 이 프로펠러(141)를 구동하여 전진과 방향전환을 제어할 수 있게 된다. 참조부호 142는 상기 프로펠러(141)가 결합되는 지지대를 나타내며, 이 지지대(142)의 각도를 조정하면 프로펠러(141)의 추진력 작용 방향을 조정할 수도 있다.

다음으로, 상기 항행유닛(110)은 무인 보트(100)의 위치를 파악하고 진행 방향을 결정할 수 있게 해주는 요소로서, 선체(101)의 위치 정보를 제공하는 DGPS(111)와, 선체(101)의 피치, 롤링, 헤딩과 같은 자세 변화 정보를 파악하는 IMU(113)와, 상기 선체(101) 전방의 수면상에 존재하는 장애물 정보를 검출하는 레이저 스캐너(112)를 구비하고 있다. 상기 DGPS(111)는 각종 보정신호를 이용하여 상용 GPS보다 정밀한 위치 정보를 제공하는 장치이고, 상기 IMU는 주로 항공기에 사용되는 센서로서 3축 각속도, 지자기, 가속도센서를 이용하여 선체(101)의 선수 상하 운동정보인 상기 피치와, 좌우 운동정보인 롤링, 그리고 진행방향 정보인 헤딩을 파악하는데 사용된다. 또한, 상기 레이저 스캐너(112)는 평면방향으로 출사되는 레이저를 이용해 진행방향 수면 상에 존재하는 장애물의 위치와 거리를 검출하는데 사용된다.

그리고, 상기 항행유닛(110)에는 전방 범퍼(102)에 설치된 장애물 인식용 초음파센서(114)와, 음파를 이용해 수중 장애물과 수심을 감지하는 에코사운더(115)도 구비되어 있다. 따라서, 수면 위 뿐 아니라 수중 내에서도 무인 보트(100)의 운항에 장애가 되는 물체가 있는지를 계속 관측할 수 있다. 상기 에코사운더(115)는 수심 측정 시에는 선체(101)의 직하방을 향해 음파를 쏘고, 수중 장애물 관측 시에는 직하방에서 약간 전방을 향해 음파를 쏘게 된다.

다음으로, 상기 관측유닛(120)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 선체(101) 저면의 브라켓(121a)에 장착된 수질센서(121)와, 선체(101) 좌우측에 장착된 사이드 스캔 소나(122)를 구비하고 있다. 참조부호 103은 후미등을 나타낸다.

상기 사이드 스캔 소나(122)는 음파를 쏜 후 그 반사파를 분석하여 영상화해 보여주는 장치로서, 하상이나 해저면의 지형을 파악하는데 유용하다.

상기 수질센서(121)는 전면부에 있는 슬릿을 통해 물이 들어오면 센서 프로브가 그 물에 대한 수질을 검출해내는 센서로서, 물의 성분과 오염 정도 등을 파악하는데 사용된다. 그리고, 이 수질센서(121)는 도 3 및 도 4와 같이 브라켓(121a)에 고정된 상태로 사용될 수도 있지만, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이 윈치(121b)에 의해 물속에서 승강되며 수심별 정보를 취득하도록 구성될 수도 있다. 그리고, 또 다른 추가 요소로서, 상기 수질센서(121)와 같이 현장에서 바로 수질의 측정 결과를 도출하는 다이렉트 센서 뿐 아니라, 드레인호스(123)를 통해 샘플을 채취해서 나중에 성분을 분석하기 위한 채수부를 더 구비할 수도 있다. 즉, 수자원 정보를 얻고자하는 위치에서 채수부의 흡입펌프(123b)를 가동하면 드레인호스(123)를 통해 해당 위치의 물이 흡입되어 들어오게 되고, 이를 채수분배기(123c)에서 선체(101) 안에 준비된 다수의 채수병(123d)에 분배해서 담는 것이다. 이렇게 채수병(123d) 담긴 샘플은 나중에 별도의 분석실에서 분석하게 된다. 이때, 상기 채수병(123d)에 샘플을 담을 때에는 상기 채수분배기(123c)가 선체(101)의 밸런싱을 고려하여 분배하게 된다. 즉, 선체(101)의 한쪽으로만 치우쳐서 계속 샘플을 담게 되면 선체(101)의 무게 중심이 심하게 흐트러질 수 있어서 무인 보트(100)의 운항에도 지장을 초래할 수 있으므로, 채수병(123d)을 선체(101)의 무게 중심을 고려하여 분산 배치하고, 샘플을 담는 것도 밸런싱을 감안해서 분배한다. 그러면, 안정적인 채수와 운항이 가능해진다. 한편, 상기 드레인호스(123)도 역시 윈치(123a)에 의해 승강되면서 수심별 샘플을 채취할 수 있는데, 상기 수질센서(121)에 묶여서 수질센서(121)와 함께 승강되도록 구성하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 드레인호스(123)만 승강시키면 조류에 의해 호스(123)가 정위치를 벗어날 가능성이 크기 때문에, 상기 수질센서(121)에 고정시켜서 수질센서(121)가 무게추의 역할을 하도록 하는 것이다.

다음으로 상기 통신제어유닛(130)은 무선통신모듈(도 6 참조)을 통해 관제시스템(200)과 통신하며 상기 각 유닛을 제어한다. 도 2의 참조부호 132는 전원배터리를 나타낸다.

상기 통신제어유닛(130)은 도 1에 도시된 바와 같이 근거리 리모트 컨트롤 시스템(400)과도 통신이 가능하며, 상기 관제시스템(200)과 리모트 컨트롤 시스템(400) 중 한쪽과 선택적으로 통신하도록 구성된다. 즉, 관제시스템(200)과 연결되면 리모트 컨트롤 시스템(400)과의 연결이 해지되고, 반대로 리모트 컨트롤 시스템(400)과 연결되면 관제시스템(200)과의 연결이 해지되는 식으로 구성될 수 있다.

도 6이 이러한 무인 보트(100)와 관제시스템(200) 및 리모트 컨트롤 시스템(400)과의 연결 관계를 개략적으로 묘사한 것이다. 도시된 바와 같이 무인 보트(100)의 통신제어유닛(130)이 항행유닛(110)과 추진유닛(140) 및 관측유닛(120) 등을 제어하면서 그로부터 얻은 정보를 저장하여 관제시스템(200)과 통신하고, 관제시스템(200)에서는 전송된 정보를 모니터링하면서 운항과 관측 지시를 내리게 된다. 그리고, 전술한 바와 같이 필요에 따라서는 관제시스템(200)과의 통신을 끊고 리모트 컨트롤 시스템(400)을 이용해서 근거리 육안 조정을 실시할 수도 있다.

이하에는, 이러한 무인 보트(100) 및 관제시스템(200) 등을 이용한 운용 방법에 대해서 설명한다.

일단, 무인 운항이기 때문에 관측을 위한 운항 정보를 정확히 전달하고 이를 효과적으로 수행하도록 하는 것이 무엇보다 중요하다. 운항 정보는 도 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같은 방법으로 설정해줄 수 있다.

도 7a는 복수의 관측 지점(P1~P11)을 관제시스템(200)에서 설정해서 그 좌표를 무인 보트(100)에 전송하는 것이다. 그러면, 무인 보트(100)는 DGPS(111)를 이용해 해당 관측 지점(P1~P11)으로의 경로를 계산하고, 그에 따라 항행유닛(110)과 추진유닛(140)을 가동하여 하천(10) 위를 운항한다. 그리고, 각 관측 지점(P1~P11)에 도달할 때마다 상기 관측유닛(120)의 수질센서(121)를 가동하여 수심별 정보를 취득하거나, 또는 채수부를 가동하여 수심별 샘플을 채취한다. 이렇게 얻어진 정보는 통신망(300)을 통해 상기 관제시스템(200)으로 다시 전송되고, 관제국(210)은 전송된 정보를 분석하며, DB서버(220)는 사용자가 각종 단말기(31)(32)를 통해 상기 정보를 열람할 수 있는 환경을 제공한다.

도 7b는 관제시스템(200)에서 무인 보트(100)의 출발지점(P1)과 도착지점(P2) 만을 기본 정보로 제공하면, 무인 보트(100)에서 자율적으로 관측 경로를 결정하는 방식을 예시한 것이고, 도 7c는 관제시스템(200)에서 관측 영역(R)을 지정해주면, 세부적인 관측 경로를 무인 보트(100)에서 자율적으로 결정하는 방식을 예시한 것이다. 즉, 기초 정보만 관제시스템(200)에서 제공하고 세부적인 관측 경로는 무인 보트(100)의 통신제어부(130)에서 결정한다. 이때의 무인 보트(100) 관측 경로는 도 8a 및 도 8b와 같이 설정될 수 있다. 도 8a 처럼 출발지점(P1)과 도착지점(P2)만 설정된 경우와, 도 8b 처럼 관측 영역(R)이 설정된 경우, 무인 보트(100)에서는 관측 경로를 최단 경로로 통과하는 것이 아니라 지그재그식으로 설정하여 운항한다. 이렇게 되면 해당 지역 내의 수자원 정보를 보다 치밀하게 취득할 수 있게 되므로, 정보의 신뢰도를 더욱 높일 수 있게 된다.

그리고, 만일 운항 중에 경로 내에 장애물이 탐지될 경우에는 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이 무인 보트(100)에서 우회 경로를 즉시 설정하여 장애물(10a)을 피해간다. 예를 들어 도 9a와 같이 P1 지점에서 출발하여 P9지점까지 관측 경로가 설정되었는데, 무인 보트(100)가 운항하는 중 P8 지점에서 전방에 장애물(10a)을 감지했다면, 즉시 경로를 90도 틀어서 P9-1지점으로 변경한다. 그리고, P9-1지점에서 다시 장애물(10a)을 우회할 수 있는 P9-2지점으로 90도 전환한 후, 원래 예정된 P9지점까지 장애물이 없는 것이 확인되면 그곳에서 P9지점으로 가는 경로를 재설정한다.

또한, 이렇게 장애물(10a) 앞에서 경로를 90도로 급변시켜서 피해가도록 하는 방법도 있지만, 도 9b와 같이 장애물(10a)이 발견된 P10지점에서 수 m 인접 지역인 P10-1지점으로 경로를 변경했다가 P11지점으로 이동시킬 수도 있다.

물론, 장애물은 전술한 항행유닛(110)에서 감지하며, 경로 재설정은 상기 통신제어유닛(130)에서 수행하고, 그에 따른 방향 전환 구동은 추진유닛(140)에서 수행한다. 본 실시예에서는 전술한 추진유닛(140)의 두 프로펠러(141)를 차등 구동하여 방향을 전환시킬 수 있으며, 이와 별도로 조종키(미도시)를 추가해서 방향을 전환시키도록 구성할 수도 있다.

그리고, 상기 무인 보트(100)로 오염원을 추적할 수도 있다. 즉, 도 10에 도시된 바와 같이, P1지점부터 관측을 시작하며 P7 지점으로 이동하던 무인 보트(100)가 만일 P6지점에서 수질 오염을 감지했다면, 그 지점에서부터 오염원 추적 모드로 관측 모드를 전환할 수 있다. 그러면, 무인 보트(100)는 오염원 발견 지점을 일정 반경으로 순회하면서 수질 오염을 측정하고, 오염이 가장 심한 방향으로 진행 경로를 설정한다. 이런 식으로 E1~E6로 추적 경로를 설정하면 결국에는 오염원을 찾아갈 수 있게 된다. 따라서, 단순한 수질 측정 뿐 아니라, 오염원의 추적까지도 수행할 수 있다.

또한, 상기 무인 보트(100)를 이용하여 하천(10)의 유속도 측정할 수 있다. 이때에는 무인 보트(100)의 동력을 끄고 표류시키며 일정 거리를 흘러간 시간을 재서 유속을 측정한다. 즉, 도 11에 예시된 것처럼, P1지점에서 무인 보트(100)의 동력을 끄고 표류시키면, 무인 보트(100)는 조류를 타고 P2지점까지 흘러간다. 이때 하천(10)의 가장자리는 유속이 달라지므로 도면의 점선으로 표시된 영역 안에서만 유속을 측정하도록 설정되었다고 가정한다. 그러면, P2지점에서는 다시 동력을 가동하여 무인 보트(100)를 중앙부인 P3지점으로 이동시킨다. 그리고 다시 동력을 끄고 표류시키며 이동 거리와 시간을 잰다. 이런 식으로 P8 지점까지 배를 표류시켰다가 중앙으로 복귀시키는 작업을 반복하며 이동 거리와 이동 시간을 재면, 하천의 유속을 알아낼 수 있게 된다. 따라서, 수질 정보 취득과 오염원 추적 뿐 아니라, 유속의 측정도 무난하게 수행할 수 있다.

한편, 본 발명의 무인 보트(100)에는 전술한 요소 외에 도 12a 내지 도 13b와 같은 추가적인 요소들이 구비될 수도 있다.

먼저, 도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같이 항행유닛(110)의 레이저 스캐너(112)의 기울기를 보상하는 각도조정부를 더 구비할 수도 있다. 레이저 스캐너(112)는 수면 위의 장애물을 감지하는 것이기 때문에, 레이저의 출사 방향이 도 12a처럼 수면과 평행하게 나가야 한다. 그런데, 무인 보트(100)가 운항하다 보면 선수가 위아래로 기울어질 수가 있다. 그러면 레이저의 출사 방향이 수면과 평행이 되도록 레이저 스캐너(112)를 도 12b와 같이 기울이면 다시 평행이 이루어지게 된다. 레이저 스캐너(112)의 각도조정부는 일반적인 회전기구를 채용하면 된다.

그리고, 도 13a 및 도 13b와 같은 밸런싱 기구를 더 구비할 수도 있다. 즉, 본 실시예의 무인 보트(100) 선체(101)는 좌우 대칭으로 공간이 마련된 쌍동선 구조인데, 필요 시 그 공간에 물을 채워서 균형을 맞추도록 하는 것이다. 만일, 도 13a와 같이 수하물 때문에 선체(101)가 우측으로 기울었다면, 좌측의 입수밸브(101a)를 열어서 물을 채워 균형을 맞추며, 동시에 공기밸브(101b)를 열어서 공간 안을 채우고 있던 에어를 배출한다. 그리고 수평이 되면 입수밸브(101a)와 공기밸브(101b)를 각각 닫고 수평을 유지시킨다. 따라서, 선체(101)가 수하물 때문에 심하게 기울어지면 이러한 비상 수단을 가동하여 무게 중심을 다시 잡을 수 있도록 구성할 수도 있다.

그러므로, 이상에서 설명한 본 발명에 따른 무인 보트 운용 시스템 및 그 운용 방법에 의하면 조종자의 육안 관측 범위를 벗어나는 넓은 지역에 대해서도 수자원 정보를 무인 자동 상태에서 정확하고 원활하게 얻어낼 수 있게 되므로, 이를 이용할 경우 수자원 관리의 효율성을 극대화할 수 있으며, 결과적으로 수자원 개선에 크게 기여할 수 있게 된다.

본 발명은 상기에 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며, 이하에 기재되는 특허청구범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.

100...무인 보트 110...항행유닛
120...관측유닛 130...통신제어유닛
140...추진유닛 200...관제시스템
210...관제국 220...DB서버
300...통신망 400...리모트 컨트롤 시스템

Claims (25)

1. 무인 상태에서 자동 운항 및 수자원 정보 획득이 가능한 무인 보트;
   상기 무인 보트와 통신망을 통해 통신하며 상기 무인 운항과 수자원 정보 획득을 제어를 수행하는 관제국;을 포함하고,
   상기 무인 보트는, 보트 선체와, 상기 선체를 추진시키는 추진유닛과, 상기 선체의 이동 방향을 설정하기 위한 정보를 제공하는 항행유닛과, 상기 선체의 이동 경로 중 원하는 지점에 대해 수자원 정보를 검출하는 관측유닛 및, 상기 각 유닛들을 제어하며 상기 관측된 정보를 관제국과 송수신하는 통신제어유닛을 구비하고,
   상기 추진유닛은 수중에서 상기 선체의 좌우측에 대칭된 추진력을 제공하는 한 쌍의 프로펠러를 포함하고,
   상기 항행유닛은,
   상기 선체의 위치 정보를 제공하는 DGPS;
   상기 선체의 피치, 롤링, 헤딩 정보를 파악하는 IMU;
   상기 선체 전방의 수면상에 존재하는 장애물 정보를 검출하는 레이저 스캐너;
   상기 선체의 전방 범퍼에 설치된 장애물 인식용 초음파센서; 및
   음파를 이용해 수중 장애물과 수심을 감지하는 에코사운더;를 포함하고,
   상기 관측유닛은,
   상기 선체에 운항하는 중에 현장에서 직접 수질을 측정하기 위한 수질센서와,
   상기 현장에서 샘플을 채취하는 취수부를 포함하고,
   상기 수질센서는 윈치에 의해 수중에서 승강되며,
   상기 취수부는 상기 수질센서에 묶여서 함께 승강되는 취수용 드레인호스와, 상기 드레인호스를 통해 샘플을 흡입시키는 흡입펌프, 흡입된 샘플을 담기 위한 다수의 채수병 및, 상기 선체의 균형을 고려하여 상기 채수병에 샘플을 분배하는 채수분배기를 포함하며,
   상기 통신제어유닛은,
   상기 각 유닛을 제어하는 제어장치와,
   상기 관제국과 통신을 위한 무선통신모듈을 포함하되,
   상기 레이저 스캐너, 초음파센서 또는 에코사운더가 출발지와 종착지 사이에서 상기 장애물을 감지한 경우,
   상기 장애물이 감지된 지점에서 상기 제어장치가 상지 항행유닛 및 추진유닛의 제어를 통해 상기 무인보트의 이동방향을 90˚변경하여 상기 장애물이 감지되지 않는 지점까지 이동한 후, 기설정된 상기 종착지로 이동방향을 재변경하여 상기 장애물을 피해가고,
   상기 관측유닛의 수질센서가 측정한 수질에서 오염물질이 감지된 경우,
   상기 제어장치가 상기 오염물질이 감지된 지점에서부터 상기 무인보트를 관측모드에서 오염원 추적모드로 전환하여 오염원 발견 지점을 일정 반경으로 순회하면서 수질의 오염을 측정하도록 하고, 오염도가 더 높은 방향으로 진행경로를 변경하여 진행하면서 오염원을 찾도록 하며,
   유속을 측정하기 위하여,
   상기 제어장치가 하천의 중앙에서 상기 추진유닛의 동력을 꺼, 상기 무인보트를 표류시켜 상기 DGPS에서 제공하는 위치정보를 가지고 조류를 따라 임의의 지점으로 이동한 시간과 거리를 측정하고, 상기 추진유닛의 동력을 켜, 무인보트를 하천의 중앙에 위치시킨 후, 상기 추진유닛의 동력을 꺼, 상기 무인보트를 재표류시켜 조류를 따라 임의의 다른 지점으로 이동한 시간과 거리를 재측정하는 일련의 과정을 반복하여 하천의 평균유속을 계산하는 것을 특징으로 하는 무인 보트 운용 시스템.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 레이저 스캐너에는 출사되는 레이저를 상기 수면과 평행하게 유지시키기 위한 각도조정부가 구비된 것을 특징으로 하는 무인 보트 운용 시스템.
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   상기 관측유닛은,
   음파의 반사파를 이용하여 수중 지형을 측정하는 사이드 스캔 소나를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 무인 보트 운용 시스템.
   
10. 삭제
11. 제1항에 있어서,
    상기 통신제어유닛은 근거리 리모트 컨트롤러와도 통신이 가능하며, 상기 관제국과 상기 리모트 컨트롤러 중 한쪽과 선택적으로 통신하도록 구성된 것을 특징으로 하는 무인 보트 운용 시스템.
    
12. 제1항에 있어서,
    상기 선체는,
    좌우측에 수용공간이 대칭으로 마련된 쌍동선 구조로, 그 수용공간에 선택적으로 물을 채우면서 좌우 균형을 맞추도록 구성된 것을 특징으로 하는 무인 보트 운용 시스템.
    
13. 제1항에 있어서,
    상기 무인 보트와 통신망을 통해 통신하여 데이터를 저장하고 사용자가 접속하여 저장된 정보를 열람할 수 있는 환경을 제공하는 DB서버를 더 구비하는 무인 보트 운용 시스템.
    
14. 제1항에 있어서,
    상기 무인 보트를 근거리 원격 조정할 수 있는 리모트 컨트롤 시스템을 더 구비하는 무인 보트 운용 시스템.
    
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