KR101275277B1 - 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색 지원 시스템 - Google Patents

사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색 지원 시스템 Download PDF

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KR101275277B1 KR1020110138863A KR20110138863A KR101275277B1 KR 101275277 B1 KR101275277 B1 KR 101275277B1 KR 1020110138863 A KR1020110138863 A KR 1020110138863A KR 20110138863 A KR20110138863 A KR 20110138863A KR 101275277 B1 KR101275277 B1 KR 101275277B1
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공인영
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한국해양과학기술원
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Abstract

본 발명에 따른 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색 지원 시스템은 전자해도정보 및 자선과 타선의 운항정보 및 자선계획경로를 입력받는 입력부; 상기 입력부에 입력된 전자해도정보, 운항정보 및 자선계획경로에 따라 가항항로에 사각단위항로를 생성하고, 상기 사각단위항로 내의 피항항로를 계산하는 계산부; 및 상기 계산부에서 계산된 상기 피항항로를 전자해도에 표시하는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색 지원 시스템{Route Searching Support System of Ship for Collision Avoidance by using the generation of quadrilateral fairway units}
본 발명은 연안근처의 가항항로에서 선박이 입출항 운항시 해안선과의 충돌위험이 발생하거나, 항로를 침범할 위험이 발생하거나, 가항항로에서 타선박과의 충돌위험이 발생하였을 때, 가항항로내 피항경로를 탐색할 수 있는 선박 피항항로 탐색 지원 시스템에 관한 것이다.
종래에는, 연근해에서 선박이 운항하는 경우, 레이더나 전자해도상에서 항로정보만을 바탕으로 항로이탈 등의 알람기능만을 사용함으로써, 알람이 울리기 전에 미리 운항자가 수동으로 대비할 수 있도록 지원하거나, 알람이 울린 후에 피항을 위해 조치를 취하는 데는 한계가 있었다. 또한, 가항항로내에서 효과적으로 피항을 하기 위해서는, 가항항로 근처의 해안선과 수로내 항로조건 및 운항중인 타선박을 모두 고려하여, 가항항로내의 피항경로를 탐색하여야 하나, 기존에 이러한 기능을 수행하는 시스템은 전무하고, 탐색 알고리즘이 있다고 하더라도, 가항항로의 항로조건만을 고려하고, 고려하는 수준도, 선박 근처에 국한한 항로만을 고려하고, 그 형태도 직선의 단순한 형태를 가정하고 있기 때문에 해안선과 같은 굴곡 및 그 변화가 심한 정보를 고려하지 못하고 있다.
종래의 공개특허 제2000-0009706호의 "인공지능형 해난 경보 시스템"에서는 인공위성항법장비(GPS)에 의하여 실시간으로 계측된 운항 선박들의 위치 정보와, 선박의 운항 정보를 선박에 설치된 상용화된 다양한 종류의 무선 데이터 통신망을 활용하여 육지의 중앙관제소에서 수집하고 수집된 전 해역의 선박들의 항로를 실시간으로 감시함과, 등록된 선박의 제원 및 운항 정보 데이터베이스 시스템과 해상 안전공학과 인공 지능 기법으로 개선된 인공 지능형 선박 위치 예측 시스템 및 충돌 예방 지원시스템에서 해석하고 선박의 위치와 전자해도(ECDIS)를 활용한 주변 해역수심 및 장애물 비교 시스템을 통하여 좌초 분석, 예방 기능을 수행하여 이 결과로 도출된 사고 위험도가 높은 선박의 예상 항로 및 사고 회피 항로 등을 다시 해당 선박에 데이터 통신 장비 또는 기타 기존의 관제 방법으로 미리 통보하여 대형 사고를 미연에 방지하는 시스템에 관해 개시하고 있으나, 실질적으로 피항항로를 탐색하는 알고리즘에 대해서는 제시하지 못하고 있으며, 가항항로 근처의 해안선, 수로내 항로조건 및 운항중인 타선박을 모두 고려하여 굴곡이 심한 해안선에서 피항항로를 제시하는데에는 그 한계가 있었다.
본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 항로내 충돌위험이 높아지기 전에 미리 그 위험성을 알리고, 안전하고 효율적인 피항정보를 제공하기 위해서는, 선박 근처뿐만 아니라, 선박 현재 위치에서 항만 목표지점까지의 모든 구역의 항로정보, 해안선 정보, 통항정보를 모두 고려하여야만, 충돌위험의 발생시점부터 임박시점까지 그 상황에 맞는 그 위험정보 및 가항항로내 피항항로를 제대로 전달할 수 있고, 이를 위해, 본 발명에 따른 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색 지원 시스템은 굴곡이 있는 해안선 및 항로를 작은 사각형의 단위항로로 세분하여, 항로 전범위에 걸쳐 고려하도록 하는데 그 목적이 있다.
또한, 현재 전자해도가 일반화된 상황에서, 전자해도 DB를 활용하여, 해안선 및 항로 데이터를 입력 데이터로 활용함으로써, 실시간으로 단위항로생성이 가능하며, 이를 활용하여, 가항항로내에서 피항항로를 생성하도록 하는데 그 목적이 있다.
또한, 해안선이나 항로가 변경되더라도, 전자해도 파일만 업데이트하면, 탄력적으로 그에 맞는 항로상 피항 경로를 산출함으로써, 인적오류에 의한 사고를 방지할 수 있어 선박의 운항안전성을 향상시키는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색 지원 시스템은 전자해도정보 및 자선과 타선의 운항정보 및 자선계획경로를 입력받는 입력부; 상기 입력부에 입력된 전자해도정보, 운항정보 및 자선계획경로에 따라 가항항로에 사각단위항로를 생성하고, 상기 사각단위항로 내의 피항항로를 계산하는 계산부; 및 상기 계산부에서 계산된 상기 피항항로를 전자해도에 표시하는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 전자해도정보는 전자해도로부터 입력받는 해안선, 항로, 부표 정보이고, 상기 자선박의 운항정보는 GPS, 자이로, 마그네틱 콤파스 중 어느 하나 이상의 기구로부터 입력받는 위도, 경도, 침로, 속도, 선수각 및 각속도인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 타선의 운항정보는 AIS 나 ARPA 레이더 또는 무선통신을 통해 입력된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 사각단위항로는 상기 가항항로에서 복수개를 생성하고, 각각의 상기 사각단위항로에서 피항침로범위를 계산하고, 상기 피항침로범위 내에서 상기 피항항로를 선택하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면, 복수개의 상기 사각단위항로를 Nfw개라고 하면, 수학식 1에 따라 상기 사각단위항로를 생성하고, 수학식 2에 따라 k번째의 상기 사각단위항로(Zfw(k))의 좌표를 생성하는 것을 특징으로 한다.
<수학식 1>
Figure 112011101690283-pat00001
<수학식2>
Figure 112011101690283-pat00002
여기서, k=1, 2, …,Nfw 이다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 k번째의 상기 사각단위항로(Zfw(k)) 내에서 임의의 가상탐색선(VSA)을 상기 자선의 위치(Xs(t)={xs(t), ys(t)})에서 회전시켜 상기 k번째의 상기 사각단위항로(Zfw(k))의 우측경계선(
Figure 112011101690283-pat00003
) 및 좌측경계선(
Figure 112011101690283-pat00004
)와 만나는 지점을 생성하고, 상기 자선의 위치(Xs(t)={xs(t), ys(t)})와 상기 자선이 목표로 향하고 있는 경유점(Ww(t))을 연결하는 선(LOS)과 상기 가상탐색선(VSA)이 이루는 사이각(
Figure 112011101690283-pat00005
,
Figure 112011101690283-pat00006
)을 계산하여 상기 피항침로범위를 결정하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 피항침로범위에 포함되는 탐색각 범위(
Figure 112011101690283-pat00007
)는 상기 자선과 상기 경유점을 연결하는 선(LOS)이 X축 좌표계에서 이루는 반시계방향의 각도(θw)와 상기 사이각(
Figure 112011101690283-pat00008
,
Figure 112011101690283-pat00009
)과의 차인 수학식 3에 의해 계산되는 것을 특징으로 한다.
<수학식 3>
Figure 112011101690283-pat00010
여기서, 각도(θw)는
Figure 112011101690283-pat00011
이고,
yw(t) : 경유점의 y좌표
ys(t) : 자선 위치의 y좌표
xw(t) : 경유점의 x좌표
xs(t) : 자선 위치의 x좌표이다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 k번째의 상기 사각단위항로(Zfw(k)) 내의 상기 우측경계선(
Figure 112011101690283-pat00012
) 및 상기 좌측경계선(
Figure 112011101690283-pat00013
)에 상기 자선의 위치로부터 수직 거리(Ls, Lp)를 각각 계산하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 수직 거리(Ls, Lp)가 각각 기설정값(P)보다 작으면, 상기 피항침로범위를 계산하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 자선계획경로의 경유점까지의 거리(Lw(t))가 기설정된 거리기준값(Lcfw)보다 작으면, 상기 k값을 증가시키면서 k+1번째 사각단위항로에서의 피항침로범위를 계산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색방법은 전자해도정보, 자선과 타선의 운항정보, 및 자선계획경로를 입력받는 입력단계; 상기 입력단계에 입력된 전자해도정보, 운항정보, 및 자선계획경로에 따라 가항항로에 사각단위항로를 생성하고, 상기 사각단위항로 내의 피항항로를 계산하는 계산단계; 및 상기 계산단계에서 계산된 상기 피항항로를 전자해도에 표시하는 표시단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 계산단계는 가항항로에서 Nfw개의 사각단위항로를 생성하고, k번째의 상기 사각단위항로(Zfw(k))의 우측경계선(
Figure 112011101690283-pat00014
) 및 좌측경계선(
Figure 112011101690283-pat00015
)에 상기 자선의 위치로부터 수직 거리(Ls, Lp)를 각각 계산하여 수직거리(Ls, Lp)가 각각 기설정값(P)보다 작으면, 피항침로범위를 계산하는 피항침로범위 계산단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 k번째의 상기 사각단위항로(Zfw(k)) 내에서 임의의 가상탐색선(VSA)을 상기 자선의 위치(Xs(t)={xs(t), ys(t)})에서 회전시켜 상기 k번째의 상기 사각단위항로(Zfw(k))의 우측경계선(
Figure 112011101690283-pat00016
) 및 좌측경계선(
Figure 112011101690283-pat00017
)와 만나는 지점을 생성하고, 상기 자선의 위치(Xs(t)={xs(t), ys(t)})와 상기 자선이 목표로 향하고 있는 경유점(Ww(t))을 연결하는 선(LOS)과 상기 가상탐색선(VSA)이 이루는 사이각(
Figure 112011101690283-pat00018
,
Figure 112011101690283-pat00019
)을 계산하여, 상기 자선과 상기 자선이 목표로 향하고 있는 경유점을 연결하는 선(LOS)이 X축 좌표계에서 이루는 반시계방향의 각도(θw)와 상기 사이각(
Figure 112011101690283-pat00020
,
Figure 112011101690283-pat00021
)과의 차인 수학식 3에 의해 상기 피항침로범위에 포함되는 탐색각 범위(
Figure 112011101690283-pat00022
)를 계산하는 것을 특징으로 한다.
<수학식 3>
Figure 112011101690283-pat00023
여기서, 각도(θw)는
Figure 112011101690283-pat00024
이고,
yw(t) : 경유점의 y좌표
ys(t) : 자선 위치의 y좌표
xw(t) : 경유점의 x좌표
xs(t) : 자선 위치의 x좌표이다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 계산단계는 상기 피항침로범위에서 생성된 복수개의 피항경유점들의 집합인 피항공간을 가항항로 내에서 생성하는 피항공간을 생성하는 피항공간 생성단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 계산단계는, 상기 피항공간 내에서 비용함수를 이용하여 상기 피항경로를 분석하는 피항항로 최적화단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 자선계획경로상의 경유점까지의 거리(Lw(t))와 기설정된 거리기준값(Lcfw)을 비교하는 비교단계를 포함하고, 상기 자선계획경로상의 경유점까지의 거리(Lw(t))가 기설정된 거리기준값(Lcfw)보다 작으면, 상기 k값을 증가시키면서 k+1번째 사각단위항로에서의 상기 피항침로범위를 반복 계산하는 반복계산단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색 지원 시스템은 선박이 운항시 자선의 운항상황, 자선계획경로 및 가항항로 근처의 해안선 및 항로정보, 그리고, 타선박들의 운항상황을 포함한 해상교통정보를 실시간 입력을 받아, 우선, 해안선 및 항로정보를 바탕으로, 가항영역을 결정하고, 가항영역내 선박이 운항할 경유점 정보를 바탕으로 항로를 사각형 형태의 단위항로로 세분하여 생성함으로써, 사각형 형태의 단위항로내에서 충돌위험 수준에 따른 피항침로범위가 결정되고, 이를 바탕으로 해당 범위내에서 피항공간이 생성되도록 한다.
또한, 충돌위험수준에 따라 피항공간 중 최적의 피항항로가 선택되고, 해당 정보를 전자해도 모니터 화면에 전시하여, 운항자에게 제공한다.
이러한, 모든 절차는 실시간으로 수행되며, 운항자는 알람경고 뿐 아니라 실시간 제공되는 가항항로 내의 피항항로를 신속하게 인지함으로써, 충돌 혹은 항로이탈과 같은 사고를 사전에 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 사각단위항로를 이용하여, 복잡한 해안선, 굴곡이 심한 항로등을 모두 고려하여, 피항경로를 가항항로내에서 탄력적으로 산출가능하고, 선박성능에 따라 사각단위항로에서의 피항침로 범위내에서 탄력적으로 피항항로를 탐색할 수 있으며, 선박사고가 전체사고의 70%이상을 차지하는 가장 많은 가항항로 충돌회피지원을 통하여, 인적오류에 의한 충돌사고를 방지하고 운항안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색 지원 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색 지원 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색 지원 시스템에서의 사각단위항로 및 가항항로내 피항공간 생성 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색 지원 시스템의 표시부에 표시된 피항 항로 탐색 지원 화면을 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색방법에 관한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색 지원 시스템의 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색 지원 시스템에 있어서, 자선박에는 해안선, 항로 및 부표, 그리고 자선계획경로를 포함하는 전자해도 DB가 있으며, GPS, 자이로 등과 같은 운항정보 입력장비, 그리고, 제한 수로내 피항항로를 계산하는 선박 피항항로 탐색 지원 시스템이 있다. 타선박의 정보는 AIS와 레이더를 통해 입력을 받는다.
가항항로내 선박 피항항로 탐색 지원 시스템은 선박 조종실내에 위치하여 피항공간을 탐색하게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색 지원 시스템의 개략도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색 지원 시스템은 입력부(100), 계산부(200), 표시부(300)를 포함한다.
입력부(100)는 전자해도 DB, GPS, ARPA, AIS, 자이로(Gyro), 마그네틱 콤파스(Magnetic Compass)등을 이용하여 정보가 입력된다.
전자해도 DB로부터는 자선계획경로, 해안선 위치 데이터(Line or polygon), 항로 위치 데이터(Line or polygon), 부표 위치 데이터(position)가 입력되고, GPS를 통해서는 자선박의 운항정보인 위도, 경도, 침로, 속도 정보가 입력되며, 자이로 및 마그네틱콤파스를 통해서도 자선박의 선수각 및 각속도가 입력된다.
타선의 운항정보는 AIS 나 ARPA 레이더 또는 무선통신을 통해 입력가능하다.
계산부(200)에서는 입력부(100)에서 입력된 전자해도정보, 운항정보, 및 자선계획경로에 따라 가항항로에 사각단위항로를 생성하고 사각단위항로 내의 피항항로도 계산되게 된다.
계산부(200)는 PC, 노트북, 스마트폰, 타블렛PC 등 사각단위항로 생성 및 피항항로 산출이 가능한 기기로서, 입력부(100)에서 입력된 전자해도정보, 운항정보, 및 자선계획경로에 따라 가항항로에 사각단위항로를 생성하고 사각단위항로 내의 피항항로를 계산되게 된다.
또한 계산부(200)에서는 피항항로 중 충돌위험도에 따른 최적의 피항항로를 분석하여 가항항로 내에서의 피항경로를 분석하고 자선의 피항침로를 계산한다.
계산부(200)에서 계산된 사각단위항로, 피항항로, 피항경로, 피항침로등은 표시부(300)에서 표시된다.
상기 계산부에서 계산된 상기 피항항로를 전자해도에 표시하는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하고 이를 위해 모니터 혹은 스마트폰등 피항경로를 표시할 수 있는 다양한 기기들이 사용가능하다.
도 3은 본 발명에 따른 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색 지원 시스템에서의 사각단위항로 및 가항항로내 피항공간 생성 개념도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색 지원 시스템에서 가항항로 내에 복수개의 사각단위항로를 생성하게 된다.
복수개의 사각단위항로에서 피항침로범위를 계산하고, 피항침로범위 내에서 형성된 피항경유점들의 집합을 피항공간으로 하고, 이들 피항공간은 향후 피항경로의 후보군이 된다.
피항경로 후보군 즉, 피항공간 내에서 충돌위험도 혹은 충돌위험도의 시간적분을 비용함수로 상정하여, 피항경로가 최적화되어 피항항로가 선택된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 복수개의 사각단위항로를 Nfw개라고 하면, 수학식 1에 따라 사각단위항로(Zfw)를 Nfw 개 가항항로에 생성하고, k번째 사각단위항로(Zfw(k))의 4면의 좌표는 수학식 2와 같이 정의 가능하다.
Figure 112011101690283-pat00025
Figure 112011101690283-pat00026
여기서, k=1, 2, …,Nfw 이다.
즉, 자선을 기준으로 할 때 우현(starboard) 쪽의 좌표와 좌현(port) 쪽 좌표로 하여 좌표를 생성할 수 있다.
k번째의 사각단위항로(Zfw(k))를 생성하고 나서, 자선을 기준으로 우측경계선(
Figure 112011101690283-pat00027
) 및 좌측경계선(
Figure 112011101690283-pat00028
)과 수직으로 만나는 지점까지의 수직 거리(Ls, Lp)를 계산한다.
수직 거리(Ls, Lp)가 각각 기설정값(P)보다 작으면, 아래에서 설명할 피항침로범위를 계산하여 피항침로범위 내에서 피항공간이 생성되게 되고,
기설정값(P)보다 크면 피항침로 범위에 관계없이 피항공간이 계산될 수 있다.
기설정값(P)은 일예로서 3L(여기서 L은 자선의 길이)로 기설정가능하고 이는 선박의 정지거리를 고려한 값이나, 선박의 선회성능, 사용자에 따라 기설정값(P)은 변경가능하다.
k번째의 사각단위항로(Zfw(k))를 생성후에, 임의의 길이의 가상탐색선(VSA)을 현재 자선의 위치(Xs(t)={xs(t), ys(t)})를 기준점으로 하여 회전시키게 되면, k번째의 사각단위항로(Zfw(k))의 우측경계선(
Figure 112011101690283-pat00029
) 및 좌측경계선(
Figure 112011101690283-pat00030
)와 만나는 직선이 생성되고, 자선의 위치(Xs(t)={xs(t), ys(t)})와 자선이 목표로 향하고 있는 경유점(Ww(t))을 연결하는 선(LOS)과 가상탐색선(VSA)가 우측경계선(
Figure 112011101690283-pat00031
)과 만난 가상탐색선(VSAs)이 이루는 사이각(
Figure 112011101690283-pat00032
)과 LOS선과 가상탐색선(VSA)이 좌측경계선(
Figure 112011101690283-pat00033
)과 만난 가상탐색선(VSAp)이 이루는 사이각(
Figure 112011101690283-pat00034
)을 계산하여 피항침로범위를 결정한다.
보다 구체적으로 피항침로범위에 해당되는 탐색각 범위(
Figure 112011101690283-pat00035
)는 자선과 경유점(Ww(t))을 연결하는 선(LOS)이 X축 좌표계에서 이루는 반시계방향의 각도(θw)와 사이각(
Figure 112011101690283-pat00036
,
Figure 112011101690283-pat00037
)과의 차를 통해 계산되는데 이는 수학식 3에 따른다.
Figure 112011101690283-pat00038
여기서, 각도(θw)는
Figure 112011101690283-pat00039
이고,
yw(t) : 경유점의 y좌표
ys(t) : 자선 위치의 y좌표
xw(t) : 경유점의 x좌표
xs(t) : 자선 위치의 x좌표이다.
피항침로범위, 즉 탐색각 범위(
Figure 112011101690283-pat00040
)가 계산되면, 피항침로범위 내에서 생성된 피항경유점들의 집합으로서, 피항경로 후보군인 피항공간이 생성되고, 피항공간 내에서 충돌위험도 또는 충돌위험도의 시간적분을 비용함수로 상정하여 피항경로의 최적화를 계산하여 피항침로를 계산하게 된다.
피항침로는 표시부(300)에서 표시되어 운항자가 용이하게 피항침로를 확인할 수 있도록 한다.
입력부(100)에서 입력된 자선계획경로의 경유점까지의 거리(Lw(t))가 기설정된 거리기준값(Lcfw)보다 작으면, k값을 증가시키면서 k+1번째 사각단위항로에서의 피항침로범위를 동일한 방식으로 계산해 가면서 자선의 진행방향에 따라 연속적으로 피창 항로를 계산한다.
도 4는 본 발명에 따른 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색 지원 시스템의 표시부에 표시된 피항 항로 탐색 지원 화면을 나타낸다.
도 4에 도시된 바와 같이, 가항항로 내에서 자선의 피항항로를 생성하게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색방법에 관한 순서도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색방법은 전자해도정보 및 자선과 타선의 운항정보를 입력받는 입력단계(S100), 입력단계(S100)에 입력된 전자해도정보 및 운항정보에 따라 가항항로에 사각단위항로를 생성하고, 사각단위항로 내의 피항항로를 계산하는 계산단계(S200), 및 계산단계(S200)에서 계산된 피항항로를 전자해도에 표시하는 표시단계(S300)를 포함한다.
계산단계(S200)는 사각단위항로가 Nfw개라고 가정하면, 가항항로 내에 Nfw개의 사각단위항로를 생성하고, k번째의 사각단위항로(Zfw(k))의 우측경계선(
Figure 112011101690283-pat00041
) 및 좌측경계선(
Figure 112011101690283-pat00042
)에 자선의 위치로부터 수직 거리(Ls, Lp)를 각각 계산하여 수직거리(Ls, Lp)가 각각 기설정값(P)보다 작으면, 피항침로범위를 계산하는 피항침로범위 계산단계(S210)을 포함한다.
기설정값(P)은 3L(여기서, L은 자선 길이)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, k번째의 사각단위항로(Zfw(k)) 내에서 임의의 가상탐색선(VSA)을 상기 자선의 위치(Xs(t)={xs(t), ys(t)})에서 회전시켜 k번째의 사각단위항로(Zfw(k))의 우측경계선(
Figure 112011101690283-pat00043
) 및 좌측경계선(
Figure 112011101690283-pat00044
)와 만나는 지점을 생성하고, 자선의 위치(Xs(t)={xs(t), ys(t)})와 자선이 목표로 향하고 있는 경유점(Ww(t))을 연결하는 선(LOS)과 가상탐색선(VSA)이 이루는 사이각(
Figure 112011101690283-pat00045
,
Figure 112011101690283-pat00046
)을 계산하여, LOS선이 X축 좌표계에서 이루는 반시계방향의 각도(θw)와 사이각(
Figure 112011101690283-pat00047
,
Figure 112011101690283-pat00048
)과의 차를 계산하여 피항침로범위를 계산하고 이는 수학식 3에 따른다.
피항침로범위는 탐색각 범위(
Figure 112011101690283-pat00049
)에 해당된다.
또한, 계산단계(S200)는 피항침로범위에서 생성된 복수개의 피항 경유점들의 집합인 피항공간을 가항항로 내에서 생성하는 피항공간 생성단계(S220)를 포함한다.
또한 계산단계(S200)는 피항공간 내에서 비용함수를 이용하여 피항항로를 석하는 피항항로 최적화단계(S230)를 포함한다.
계산단계(S200)를 수행하여 최적의 피항항로가 생성되면, 표시부(300)에 표시하는 표시단계(S300)를 수행한다.
또한 본 발명에 따른 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색방법은 입력부(100)에서 입력된 자선계획경로의 경유점까지의 거리거리(Lw(t))와 기설정된 거리기준값(Lcfw)을 비교하는 비교단계(S400)를 포함하고, 자선계획경로의 경유점까지의 거리거리(Lw(t))가 기설정된 거리기준값(Lcfw)보다 작으면, k값을 증가시키면서 k+1번째 사각단위항로에서의 피항침로범위를 반복 계산하는 반복계산단계(S500)을 포함한다.
이상에서 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 변경, 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
100: 입력부 200: 계산부
300: 표시부
S100: 입력단계 S200: 계산단계
S210: 피항침로범위 계산단계 S220: 피항공간 생성단계
S230: 피항항로 최적화단계 S300: 표시단계
S400: 비교단계 S500: 반복계산단계

Claims (16)

  1. 전자해도정보 및 자선과 타선의 운항정보 및 자선계획경로를 입력받는 입력부;
    상기 입력부에 입력된 전자해도정보, 운항정보 및 자선계획경로에 따라 가항항로에 사각단위항로를 생성하고, 상기 사각단위항로 내의 피항항로를 계산하는 계산부; 및
    상기 계산부에서 계산된 상기 피항항로를 전자해도에 표시하는 표시부를 포함하고,
    상기 사각단위항로는 상기 가항항로를 사각형 형태로 세분화하여 생성한 단위항로인 것을 특징으로 하는 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색 지원 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전자해도정보는 전자해도로부터 입력받는 해안선, 항로, 부표 정보이고,
    상기 자선의 운항정보는 GPS, 자이로, 마그네틱 콤파스 중 어느 하나 이상의 기구로부터 입력받는 위도, 경도, 침로, 속도, 선수각 및 각속도인 것을 특징으로 하는 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색 지원 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 타선의 운항정보는 AIS 나 ARPA 레이더 또는 무선통신을 통해 입력된 것을 특징으로 하는 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색 지원 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 사각단위항로는 상기 가항항로에서 복수개를 생성하고,
    각각의 상기 사각단위항로에서 피항침로범위를 계산하고, 상기 피항침로범위 내에서 상기 피항항로를 선택하는 것을 특징으로 하는 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색 지원 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    복수개의 상기 사각단위항로를 Nfw개라고 하면,
    수학식 1에 따라 상기 사각단위항로를 생성하고, 수학식 2에 따라 k번째의 상기 사각단위항로(Zfw(k))의 좌표를 생성하는 것을 특징으로 하는 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색 지원 시스템.
    <수학식 1>
    Figure 112011101690283-pat00050

    <수학식2>
    Figure 112011101690283-pat00051

    여기서, k=1, 2, …,Nfw 이다.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 k번째의 상기 사각단위항로(Zfw(k)) 내에서 임의의 가상탐색선(VSA)을 상기 자선의 위치(Xs(t)={xs(t), ys(t)})에서 회전시켜 상기 k번째의 상기 사각단위항로(Zfw(k))의 우측경계선(
    Figure 112011101690283-pat00052
    ) 및 좌측경계선(
    Figure 112011101690283-pat00053
    )와 만나는 지점을 생성하고, 상기 자선의 위치(Xs(t)={xs(t), ys(t)})와 상기 자선이 목표로 향하고 있는 경유점(Ww(t))을 연결하는 선(LOS)과 상기 가상탐색선(VSA)이 이루는 사이각(
    Figure 112011101690283-pat00054
    ,
    Figure 112011101690283-pat00055
    )을 계산하여 상기 피항침로범위를 결정하는 것을 특징으로 하는 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색 지원 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 피항침로범위에 포함되는 탐색각 범위(
    Figure 112011101690283-pat00056
    )는 상기 자선과 상기 경유점을 연결하는 선(LOS)이 X축 좌표계에서 이루는 반시계방향의 각도(θw)와 상기 사이각(
    Figure 112011101690283-pat00057
    ,
    Figure 112011101690283-pat00058
    )과의 차인 수학식 3에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색 지원 시스템.
    <수학식 3>
    Figure 112011101690283-pat00059

    여기서, 각도(θw)는
    Figure 112011101690283-pat00060
    이고,
    yw(t) : 경유점의 y좌표
    ys(t) : 자선 위치의 y좌표
    xw(t) : 경유점의 x좌표
    xs(t) : 자선 위치의 x좌표이다.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 k번째의 상기 사각단위항로(Zfw(k)) 내의 상기 우측경계선(
    Figure 112011101690283-pat00061
    ) 및 상기 좌측경계선(
    Figure 112011101690283-pat00062
    )에 상기 자선의 위치로부터 수직 거리(Ls, Lp)를 각각 계산하는 것을 특징으로 하는 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색 지원 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 수직 거리(Ls, Lp)가 각각 기설정값(P)보다 작으면, 상기 피항침로범위를 계산하는 것을 특징으로 하는 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색 지원 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 자선계획경로의 경유점까지의 거리(Lw(t))가 기설정된 거리기준값(Lcfw)보다 작으면, 상기 k값을 증가시키면서 k+1번째 사각단위항로에서의 피항침로범위를 계산하는 것을 특징으로 하는 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색 지원 시스템.
  11. 전자해도정보, 자선과 타선의 운항정보, 및 자선계획경로를 입력받는 입력단계;
    상기 입력단계에 입력된 전자해도정보, 운항정보, 및 자선계획경로에 따라 가항항로에 사각단위항로를 생성하고, 상기 사각단위항로 내의 피항항로를 계산하는 계산단계; 및
    상기 계산단계에서 계산된 상기 피항항로를 전자해도에 표시하는 표시단계를 포함하고,
    상기 사각단위항로는 상기 가항항로를 사각형 형태로 세분화하여 생성한 단위항로인 것을 특징으로 하는 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 계산단계는 가항항로에서 Nfw개의 사각단위항로를 생성하고,
    k번째의 상기 사각단위항로(Zfw(k))의 우측경계선(
    Figure 112011101690283-pat00063
    ) 및 좌측경계선(
    Figure 112011101690283-pat00064
    )에 상기 자선의 위치로부터 수직 거리(Ls, Lp)를 각각 계산하여 수직거리(Ls, Lp)가 각각 기설정값(P)보다 작으면, 피항침로범위를 계산하는 피항침로범위 계산단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 k번째의 상기 사각단위항로(Zfw(k)) 내에서 임의의 가상탐색선(VSA)을 상기 자선의 위치(Xs(t)={xs(t), ys(t)})에서 회전시켜 상기 k번째의 상기 사각단위항로(Zfw(k))의 우측경계선(
    Figure 112011101690283-pat00065
    ) 및 좌측경계선(
    Figure 112011101690283-pat00066
    )와 만나는 지점을 생성하고, 상기 자선의 위치(Xs(t)={xs(t), ys(t)})와 상기 자선이 목표로 향하고 있는 경유점(Ww(t))을 연결하는 선(LOS)과 상기 가상탐색선(VSA)이 이루는 사이각(
    Figure 112011101690283-pat00067
    ,
    Figure 112011101690283-pat00068
    )을 계산하여, 상기 자선과 상기 자선이 목표로 향하고 있는 경유점을 연결하는 선(LOS)이 X축 좌표계에서 이루는 반시계방향의 각도(θw)와 상기 사이각(
    Figure 112011101690283-pat00069
    ,
    Figure 112011101690283-pat00070
    )과의 차인 수학식 3에 의해 상기 피항침로범위에 포함되는 탐색각 범위(
    Figure 112011101690283-pat00071
    )를 계산하는 것을 특징으로 하는 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색방법.
    <수학식 3>
    Figure 112011101690283-pat00072

    여기서, 각도(θw)는
    Figure 112011101690283-pat00073
    이고,
    yw(t) : 경유점의 y좌표
    ys(t) : 자선 위치의 y좌표
    xw(t) : 경유점의 x좌표
    xs(t) : 자선 위치의 x좌표이다.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 계산단계는 상기 피항침로범위에서 생성된 복수개의 피항경유점들의 집합인 피항공간을 가항항로 내에서 생성하여 피항공간을 생성하는 피항공간 생성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 계산단계는, 상기 피항공간 생선단계에서 생성된 상기 피항공간 내에서 비용함수를 이용하여 상기 피항항로를 분석하는 피항항로 최적화단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 자선계획경로상의 경유점까지의 거리(Lw(t))와 기설정된 거리기준값(Lcfw)을 비교하는 비교단계를 포함하고, 상기 자선계획경로상의 경유점까지의 거리(Lw(t))가 기설정된 거리기준값(Lcfw)보다 작으면, 상기 k값을 증가시키면서 k+1번째 사각단위항로에서의 상기 피항침로범위를 반복 계산하는 반복계산단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 사각단위항로 생성기법을 이용한 가항항로내 선박 피항 항로 탐색방법.


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