KR101307828B1 - Wave height measuring device for shipping - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 선박용 파고 측정시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박의 중심에 가속도센서와 자이로스코프 및 지자기센서로 이루어진 장치를 설치하여 해당 선박이 위치한 파고와 파주기 및 파향을 실시간으로 측정할 수 있도록 하는 해양관측장치로써의 선박용 파고 측정시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a wave height measurement system for ships, and more particularly, to install the device consisting of an acceleration sensor, a gyroscope and a geomagnetic sensor in the center of the ship to measure the wave height and wave period and wave direction in which the corresponding ship is located in real time The present invention relates to a ship crest measurement system as a marine observation device.
일반적으로 해양관측용 부이(Buoy)는 유인화(有人化)가 어려운 수역에 설치 및 투하되어 해당 지역의 기압이나 해수 온도 및 파고 등을 측정한다는 점에서는 매우 유용하다 할 수 있으나, 이러한 부이(Buoy)는 대체적으로 조류와 파도에 휩쓸려 가지 않도록 수십 내지 수백 미터의 수심 아래에 닻을 설치하여 고정하기 때문에 투하된 해역 이외의 해상기상 여건에 대하여는 관측이 불가능하다는 문제가 있다.Buoys for marine observation are generally very useful in that they are installed and dropped in difficult waters to measure the atmospheric pressure, sea temperature, and crest in the area, but these buoys Since anchors are fixed at depths of tens to hundreds of meters so as not to be swept away by tides and waves, it is not possible to observe the sea conditions other than the dropped sea area.
특히, 전술한 바와 같은 부이(Buoy)에 의해 수집된 데이터는 투하된 해역의 해상기상 여건에 대한 데이터만이 기상청에 수집되어 일기예보로써 각각의 항구에 전해지기 때문에 실제로 어선이 출항하고자 하는 해역의 일기가 양호하더라도 기상청의 일기예보에 의존하는 어선의 경우에 항구에 발이 묶이는 경우가 허다하다는 문제가 있다.In particular, the data collected by the Buoy as described above is the data of the sea surface conditions of the dropped sea area is collected by the Meteorological Agency and delivered to each port as weather forecasts, Even if the weather is good, fishing boats that rely on the weather forecast of the Korea Meteorological Administration have a problem that their feet are tied to the port.
전술한 바와 같이 연근해에 생업을 둔 어선의 경우 하루라도 어선을 띄우지 못하게 되면 생업에 지장이 있는 그들로서는 부이(Buoy)로부터 수집된 데이터를 기초로 하여 해상기상에 대한 일기예보를 발하는 기상청의 일기예보에만 의존하여야 하기 때문에 출항할 수 있는 양호한 일기에도 출항하지 못하는 사태가 빈번이 일어나고 있어 생업에 많은 지장이 발생하게 된다.As mentioned above, in case of fishing vessels that live offshore, the weather forecast of the Korea Meteorological Administration that provides weather forecasts for the sea based on the data collected from Buoy if the fishing vessels fail to float even after one day Because they have to rely only on the circumstance, they are frequently unable to depart even in good weather, which can depart.
한편, 전술한 바와 같은 부이(Buoy) 이외에 파고나 파주기 및 파향에 대한 데이터를 얻기 위한 기술로는 파고를 측정하기 위하여 해수면의 운동을 추정하는 선박용 파고 측정시스템이 있는데, 이러한 기술은 선박의 상하운동은 GPS로 측정하되 선박과 해수면과의 상대운동은 선수에서 해수면에 빔의 발사를 통해 갭을 측정하여 해수면의 운동을 추정하게 된다.On the other hand, in addition to the buoy (Buoy) described above as a technique for obtaining data on the wave height, wave period and wave direction, there is a ship wave measurement system for estimating the movement of the sea surface in order to measure the wave height, such a technique is the top and bottom of the vessel The motion is measured by GPS, but the relative motion between the ship and the sea level is estimated by the athlete by measuring the gap through the beam firing on the sea level.
그러나, 전술한 바와 같이 파고를 측정하기 위하여 해수면의 운동을 추정하는 선박용 파고 측정시스템의 경우 GPS로 선박의 상하운동을 측정하는 것은 불가능하여 실용성이 없다는 문제가 있다.However, in the case of the ship wave measurement system for estimating the movement of the sea surface in order to measure the wave height as described above, there is a problem that it is impossible to measure the vertical movement of the ship by GPS, which is not practical.
그리고, 종래 기술에 중 파고나 파향 및 파주기에 대한 데이터를 얻기 위한 기술로 항해용 레이더를 사용하여 조류정보를 취득하는 기술이 개발되어 있다. 이러한 기술은 항해용 레이더를 통해 레이더 영상정보를 취득하여 이 정보로부터 파향을 계산하는 기술이다.As a technique for obtaining data on wave height, wave direction, and wave period in the prior art, a technique for acquiring bird information using a navigation radar has been developed. This technique obtains radar image information through a navigation radar and calculates a wave direction from this information.
그러나, 전술한 바와 같이 항해용 레이더를 사용하여 조류정보를 취득하는 기술의 경우 파향은 어느 정도 정확하게 추출 가능하나 파고의 경우에는 추출이 어렵다는 문제가 있음은 물론, 파고 데이터를 추출하더라고 부이식 등 기존의 측정방식에 비해 오차가 크다는 단점이 있다.However, in the case of the technique of acquiring bird information using the navigator radar as described above, the wave direction can be extracted to a certain extent, but in the case of the digging, there is a problem that it is difficult to extract the wave information, and even if the digging data is extracted, there is a conventional expression such as buoy expression. Compared to the measurement method of the error has a big disadvantage.
본 발명을 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 선박의 중심으로부터 반경 5m 이내에 3축 가속도센서와 3축 자이로스코프 및 3축 지자기센서로 이루어진 장치를 구성하여 선박이 위치하는 해당 해역의 파고와 파주기 및 파향을 실시간으로 측정할 수 있도록 하는 선박용 파고 측정시스템을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve all the problems of the prior art, consisting of a device consisting of a three-axis acceleration sensor, three-axis gyroscope and three-axis geomagnetic sensor within a radius of 5m from the center of the ship of the corresponding sea area The purpose is to provide a wave height measurement system for ships that can measure the wave height, wave period and wave direction in real time.
또한, 본 발명에 따른 기술의 다른 목적은 선박의 중심으로부터 반경 5m 이내에 3축 가속도센서와 3축 자이로스코프 및 3축 지자기센서로 이루어진 장치를 구성하여 선박이 출항한 해역의 파고와 파주기 및 파향을 실시간으로 측정함으로써 보다 정확한 해상기상 데이터를 수집할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.In addition, another object of the technology according to the present invention comprises a device consisting of a three-axis acceleration sensor, three-axis gyroscope and three-axis geomagnetic sensor within a radius of 5 meters from the center of the ship, the wave height and wave period and wave direction of the sea area from which the vessel departed The purpose of the measurement is to collect more accurate maritime data by measuring in real time.
아울러, 본 발명에 따른 기술은 선박의 중심으로부터 반경 5m 이내에 3축 가속도센서와 3축 자이로스코프 및 3축 지자기센서로 이루어진 장치를 구성하여 선박이 출항한 해역의 파고와 파주기 및 파향을 실시간으로 측정함으로써 보다 정확한 해상기상 데이터의 수집을 통해 해당 해역의 정확한 일기예보를 발하여 선박의 출항 여부를 정확하게 판단할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.In addition, the technology according to the present invention comprises a device consisting of a three-axis acceleration sensor, three-axis gyroscope and three-axis geomagnetic sensor within a radius of 5 meters from the center of the ship in real time to determine the wave height, wave period and wave direction of the sea area from which the vessel departed The purpose of this is to provide accurate weather forecasts of the sea area through the collection of more accurate maritime data so that ships can be accurately judged as to whether or not the ship is sailing.
전술한 목적을 달성하기 위해 구성되는 본 발명은 다음과 같다. 즉, 본 발명에 따른 선박용 파고 측정시스템은 선박의 중심으로부터 반경 5m 범위 안에 설치되어지되 선박의 선수(x)와 선폭(y) 및 상하(z) 방향 운동가속도를 측정하는 3축 가속도센서; 3축 가속도센서에 의해 측정된 데이터로부터 선박 진동 주파수를 제거하는 FIR 필터; FIR 필터를 거친 파랑 신호를 통해 z위치 값의 변위 폭인 파고와 z위치 값이 0을 지나는 시점의 파주기를 연산하는 연산부; 3축 가속도센서에 인접하여 설치되어지되 연산부를 통해 계산된 파고와 파주기 데이터를 기상데이터 서버로 송신하는 무선통신부; 및 무선통신부를 포함한 장치 전반을 제어하는 제어부를 포함한 구성으로 이루어진다.The present invention configured to achieve the above object is as follows. That is, the ship crest measurement system according to the present invention is installed within a radius of 5m range from the center of the vessel, the three-axis acceleration sensor for measuring the acceleration of the bow (x) and line width (y) and up and down (z) direction of the ship; A FIR filter for removing the ship vibration frequency from the data measured by the 3-axis acceleration sensor; An arithmetic unit that calculates a wave height at which the z-position value passes and a wave height, which is a displacement width of the z-position value, through a blue signal passing through the FIR filter; A wireless communication unit which is installed adjacent to the three-axis acceleration sensor and transmits wave height and wave period data calculated through a calculation unit to a weather data server; And a control unit for controlling the entire apparatus including the wireless communication unit.
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 구성에서 선박 진동 주파수는 선박의 엔진 진동 주파수, 선박과 파랑의 상호작용에 의한 진동 주파수 및 선박의 구조물 진동 주파수이다.In the configuration according to the present invention as described above, the ship vibration frequency is the engine vibration frequency of the ship, the vibration frequency due to the interaction of the ship and the wave and the structure vibration frequency of the ship.
그리고, 본 발명에 따른 구성에서 제어부는 선박의 CAN 장치에 구성된 GPS 센서로부터 선박의 위치 값을 받아 선박의 속도가 설정 값 미만인 경우에만 선박이 정지한 것으로 판단하여 파랑 정보를 측정하는 구성으로 이루어질 수 있다.In addition, in the configuration according to the present invention, the control unit may be configured to receive the position value of the vessel from the GPS sensor configured in the CAN device of the vessel and determine that the vessel is stopped only when the speed of the vessel is less than the set value, and measure the blue information. have.
또한, 본 발명에 따른 구성에서 제어부는 선박의 CAN 장치에 구성된 GPS 센서로부터 선박의 위치 값을 받아 선박의 속도가 설정 값 이상인 경우에는 선박이 움직인 것으로 판단하여 측정된 파랑 정보를 무시하는 구성으로 이루어질 수 있다.In addition, in the configuration according to the present invention, the control unit receives the position value of the vessel from the GPS sensor configured in the CAN device of the vessel, and when the speed of the vessel is greater than or equal to the set value, the control unit is configured to ignore the measured blue information. Can be done.
아울러, 본 발명에 따른 구성에서 제어부는 파랑의 신호와 선박의 신호가 상호 겹치는 주파수 영역의 측정값은 무시하는 구성으로 이루어질 수 있다.In addition, in the configuration according to the present invention, the control unit may be configured to ignore the measured value of the frequency domain where the signal of the blue and the signal of the ship overlap each other.
전술한 바와 같은 구성에 더하여 3축 가속도센서에 인접하여 설치되어지되 선박의 종방향(pitch) 운동과 횡방향(roll) 운동 및 선수(yaw) 운동을 측정하는 3축 자이로스코프센서; 3축 가속도센서에 인접하여 설치되어지되 자북을 측정하는 3축 지자기센서; 및 연산부에 의해 연산된 파랑신호를 이용하여 3축 자이로스코프센서와 3축 지자기센서로부터 측정된 데이터를 스펙트럼 분석(Spectrum Analysis)을 통해 분석된 값 중 가장 큰 값을 파향으로 비교 판단하는 비교판단부가 더 구성될 수 있다.A three-axis gyroscope sensor installed adjacent to the three-axis acceleration sensor in addition to the above-described configuration and measuring the longitudinal, roll and yaw motion of the ship; A three-axis geomagnetic sensor installed adjacent to the three-axis acceleration sensor and measuring magnetic north; And a comparison decision unit that compares the data measured from the three-axis gyroscope sensor and the three-axis geomagnetic sensor using the wave signal calculated by the calculation unit to the largest value among the values analyzed through spectrum analysis. It can be further configured.
본 발명의 기술에 따르면 선박의 중심으로부터 반경 5m 이내에 3축 가속도센서와 3축 자이로스코프 및 3축 지자기센서로 이루어진 장치를 구성함으로서 선박이 위치하는 해당 해역의 파고와 파주기 및 파향을 실시간으로 측정할 수 있다는 장점이 발현된다.According to the technique of the present invention by configuring the device consisting of a three-axis acceleration sensor, three-axis gyroscope and three-axis geomagnetic sensor within a radius of 5m from the center of the vessel to measure the wave height, wave period and wave direction of the sea area where the vessel is located in real time The advantage is that it can be expressed.
또한, 발명에 따른 기술은 선박의 중심으로부터 반경 5m 이내에 3축 가속도센서와 3축 자이로스코프 및 3축 지자기센서로 이루어진 장치를 구성하여 선박이 출항한 해역의 파고와 파주기 및 파향을 실시간으로 측정함으로써 보다 정확한 해상기상 데이터를 수집할 수가 있다.In addition, the technology according to the invention is composed of a three-axis acceleration sensor, three-axis gyroscope and three-axis geomagnetic sensor within a radius of 5m from the center of the ship to measure the wave height, wave period and wave direction of the sea area from which the ship departed in real time As a result, more accurate maritime data can be collected.
아울러, 본 발명에 따른 기술은 선박의 중심으로부터 반경 5m 이내에 3축 가속도센서와 3축 자이로스코프 및 3축 지자기센서로 이루어진 장치를 구성하여 선박이 출항한 해역의 파고와 파주기 및 파향을 실시간으로 측정함으로써 보다 정확한 해상기상 데이터의 수집을 통해 해당 해역의 정확한 일기예보를 발하여 양호한 일기에도 선박의 출항하지 못하는 등의 문제를 해결할 수가 있다.In addition, the technology according to the present invention comprises a device consisting of a three-axis acceleration sensor, three-axis gyroscope and three-axis geomagnetic sensor within a radius of 5 meters from the center of the ship in real time to determine the wave height, wave period and wave direction of the sea area from which the vessel departed By measuring more accurate data on the sea surface, it is possible to solve the problem of not being able to sail even in good weather by providing accurate weather forecast of the sea area.
도 1 은 본 발명에 따른 선박용 파고 측정시스템을 보인 블록도.
도 2 는 본 발명에 따른 선박용 파고 측정시스템의 다른 실시 예를 보인 블록도.
도 3 은 본 발명에 따른 선박용 파고 측정시스템을 설명하기 위한 가속도센서의 설치를 보인 구성도.
도 4 는 본 발명에 따른 선박용 파고 측정시스템의 파고 및 파주기 계산 알고리즘을 설명하기 위한 그래프.1 is a block diagram showing a ship height measurement system according to the present invention.
Figure 2 is a block diagram showing another embodiment of the ship crest measurement system according to the present invention.
Figure 3 is a block diagram showing the installation of an acceleration sensor for explaining a ship crest measurement system according to the present invention.
Figure 4 is a graph for explaining the crest and wave period calculation algorithm of the ship crest measurement system according to the present invention.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 선박용 파고 측정시스템의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the ship crest measurement system according to the present invention.
도 1 은 본 발명에 따른 선박용 파고 측정시스템을 보인 블록도, 도 2 는 본 발명에 따른 선박용 파고 측정시스템의 다른 실시 예를 보인 블록도, 도 3 은 본 발명에 따른 선박용 파고 측정시스템을 설명하기 위한 가속도센서의 설치를 보인 구성도, 도 4 는 본 발명에 따른 선박용 파고 측정시스템의 파고 및 파주기 계산 알고리즘을 설명하기 위한 그래프이다.1 is a block diagram showing a ship crest measurement system according to the present invention, Figure 2 is a block diagram showing another embodiment of a ship crest measurement system according to the present invention, Figure 3 to explain a ship crest measurement system according to the present invention Figure 4 is a configuration diagram showing the installation of the acceleration sensor, Figure 4 is a graph for explaining the wave height and wave period calculation algorithm of the ship wave height measurement system according to the present invention.
도 1 및 도 3 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 기술은 선박에 설치되어 파랑의 파고와 파주기 및 파향을 측정하는 선박용 파고 측정시스템(100)에 관한 것으로, 이러한 본 발명의 선박용 파고 측정시스템(100)은 선박의 중심으로부터 반경 5m 범위 안에 설치되어진다.1 and 3, the technique according to the present invention relates to a ship's wave
전술한 바와 같은 선박용 파고 측정시스템(100)의 구성을 살펴보면 선박의 선수(x)와 선폭(y) 및 상하(z) 방향 운동가속도를 측정하는 3축 가속도센서(120), 3축 가속도센서(120)에 의해 측정된 데이터로부터 선박 진동 주파수를 제거하는 FIR 필터(130), FIR 필터(130)를 거친 파랑 신호를 통해 z위치 값의 변위 폭인 파고와 z위치 값이 0을 지나는 시점의 파주기를 연산하는 연산부(140), 연산부(140)를 통해 계산된 파고와 파주기 데이터를 기상데이터 서버(160)로 송신하는 무선통신부(150) 및 무선통신부를 포함한 장치 전반을 제어하는 제어부(110)를 포함한 구성으로 이루어진다.Looking at the configuration of the ship
전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 선박용 파고 측정시스템(100)은 하나의 단위체로 구성되어 선박의 중심으로부터 반경 5m 범위 안에 설치되어진다. 이처럼 설치된 선박용 파고 측정시스템(100)은 3축 가속도센서(120)에 의해 선박의 선수(x)와 선폭(y) 및 상하(z) 방향 운동가속도의 측정이 이루어진다.Vessel
다음으로, 전술한 바와 같이 3축 가속도센서(120)에 의해 측정된 데이터는 FIR 필터(130)를 통해 선박 진동 주파수가 제거된 다음, 연산부(140)를 통해 측정된 파랑의 파고와 파주기의 연산이 이루어진다. 이때, 파랑의 파고와 파주기 연산은 3축 가속도센서(120)로부터 측정된 xyz축 가속도신호를 적분하여 xyz위치 신호로 변환한 다음, FIR 필터(130)를 통과시킴으로써 얻은 순순한 파랑 신호를 이용하여 z위치 값의 변위 폭인 파고와 z위치 값이 0을 지나는 시점의 파주기를 연산하게 된다.Next, as described above, the data measured by the three-
그리고, 전술한 바와 같이 연산부(140)를 통해 연산되어 측정된 파랑의 파고와 파주기 데이터는 제어부(110)의 제어에 의해 무선통신부(150)를 통해 기상데이터 서버(160)로 송신되어진다.As described above, the wave height and wave period data of the blue color calculated and measured by the
한편, 본 발명에 따른 선박용 파고 측정시스템(100)에는 기술하지 않았지만 GPS 센서의 구성이 포함된다. 이때, GPS 센서는 본 발명의 선박용 파고 측정시스템(100)에 별도로 구성되는 것이 아니라, 선박의 CAN 장치에 구성된 GPS 센서를 이용한다. 이러한 GPS 센서의 정보로부터 받은 선박의 위치 값을 통해 선박의 정지시라고 판단시에만 데이터의 측정이 이루어질 수 있도록 한다. On the other hand, although not described in the ship wave
즉, 본 발명을 구성하는 제어부(110)는 선박의 CAN 장치에 구성된 GPS 센서로부터 선박의 위치 값을 받아 선박의 속도가 설정 값 미만인 경우에만 선박이 정지한 것으로 판단하여 파랑 정보를 측정하고, 선박의 속도가 설정 값 이상인 경우에는 선박이 움직인 것으로 판단하여 측정된 파랑 정보를 무시하게 된다.That is, the
본 발명에 따른 선박용 파고 측정시스템(100)은 도 3 에서와 같이 선박의 중심으로부터 반경 5m 범위 안에 설치되어진다. 이때, x축은 선수방향, y축은 선폭방향 및 z축은 상향방향이다. 이때, 파고 및 파주기를 계산하기 위한 알고리즘을 설명하면 3축 가속도센서(120)에 의해 측정된 상하(z) 방향 운동가속도 데이터를 적분하여 z위치 신호로 변환한 다음, 이 z위치 신호로 변환된 신호를 FIR 필터(130)를 통해 선박 진동 주파수인 선박의 엔진 진동 주파수, 선박과 파랑의 상호작용에 의한 진동 주파수 및 선박의 구조물 진동 주파수를 제거한다.Ship
전술한 바와 같이 3축 가속도센서(120)에 의해 측정된 상하(z) 방향 운동가속도 데이터로부터 특정 추파수 대역을 삭제하는 필터는 무수한 종류가 있는데, 이중에서 예를 들어 FIR(Finite Impulse Response) 필터(130)는 아래와 같은 수학식 1의 수식으로 계산한다. b0∼bN은 사용할 주파수 대역 등의 필터 특성을 정하는 값들이고, 필터 설계에 따라 달라진다. As described above, there are a myriad of filters that remove specific frequency bands from the up and down (z) direction acceleration data measured by the 3-
수학식 1의 수식에서 x[n]은 주기적으로 측정한 측정값 배열이다. 가령, 0.1초 간격으로 가속도 값을 측정한다면 이 값이 x[n]이 되고, y[n]은 필터를 적용한 결과 값이다.In Equation 1, x [n] is an array of measured values measured periodically. For example, if the acceleration value is measured at 0.1 second intervals, this value is x [n], and y [n] is the result of applying the filter.
통상, 선박의 운동은 파랑 신호에 비해 고주파에 위치하고 있고, 파랑의 신호는 저주파에 위치하고 있어 주파수 영역의 겹침이 큰 문제가 되지 않지만, 파랑의 신호와 선박의 신호가 상호 겹치는 경우 제어부(110)는 상호 겹치는 주파수 영역의 측정값은 버리게 된다.In general, the motion of the ship is located at a high frequency compared to the blue signal, and the blue signal is located at a low frequency, so that the overlap of the frequency domain is not a big problem, but when the blue signal and the signal of the ship overlap each other, the
한편, 전술한 바와 같은 진동은 특정한 주파수 주변의 신호가 강한 특성을 가지고 있어 이들 신호를 FIR 필터(130)로 제거하면 파랑 고유의 신호를 측정할 수 있게 된다. 물론, 파랑의 신호와 선박의 신호가 서로 겹치는 주파수 영역이 있는 경우에는 이 영역의 측정값은 부정확하게 되기 때문에 이 영역의 측정값은 무시한다.On the other hand, the vibration as described above has a strong characteristic that the signal around a specific frequency is removed by the
다음으로, 전술한 바와 같이 z위치 신호로 변환된 신호를 FIR 필터(130)에 통과시켜 얻은 순수한 파랑 신호를 이용하여 파고와 파주기를 연산한다. 즉, 도 4 에 도시된 바와 같이 z위치 값이 0을 지나는 시점을 판별하게 되는데, z위치가 음수에서 양수로 지나는 시점과 그 다음 z위치가 음수에서 양수로 지나는 시점간의 시간 차이가 파주기(Period)이고, z위치 변위 폭이 파고이다.Next, the wave height and wave period are calculated using the pure blue signal obtained by passing the signal converted into the z position signal through the
전술한 바와 같이 연산부(140)를 통해 연산된 파랑의 파고와 파주기 데이터는 제어부(110)의 제어하에 무선통신부(150)를 통해 기상데이터 서버(160)에 전송되어 저장됨으로써 해상기상의 예보에 활용되어진다.As described above, the wave height and wave period data of the blue calculated through the
한편, 본 발명에 따른 선박용 파고 측정시스템(100)의 구성에는 도 2 에 도시된 바와 같이 3축 가속도센서(120)에 인접하여 선박의 종방향(pitch) 운동과 횡방향(roll) 운동 및 선수(yaw) 운동을 측정하는 3축 자이로스코프센서(170), 3축 가속도센서에 인접하여 자북을 측정하는 3축 지자기센서(180) 및 연산부(140)에 의해 연산된 파랑신호를 이용하여 3축 자이로스코프센서(180)와 3축 지자기센서(190)로부터 측정된 데이터를 스펙트럼 분석(Spectrum Analysis)을 통해 분석된 값 중 가장 큰 값을 파향으로 비교 판단하는 비교판단부(190)가 더 구성되어진다.On the other hand, in the configuration of the ship
전술한 도 2 에 도시된 바와 같이 3축 가속도센서(120)와 3축 자이로스코프센서(180) 및 3축 지자기센서(190)의 구성으로 이루어진 본 발명의 다른 실시 예에 따른 선박용 파고 측정시스템(100)은 xyz 3축 가속도센서(120)에 의해 측정된 값을 두 차례 적분하여 xyz 위치신호로 변환하고, 이 변환된 위치신호를 FIR 필터(130)를 통과시켜 얻은 순수한 파랑 신호를 사용하여 연산부(140)를 통해 파고와 파주기를 계산한다. 이때, 파고와 파주기의 계산 알고리즘은 도 1 의 실시 예에 따른 알고리즘과 같은 방식으로 파고와 파주기를 계산한다.As shown in FIG. 2 described above, a ship wave height measurement system according to another embodiment of the present invention constituted of a three-
한편, 전술한 바와 같이 연산부(140)를 통해 파고와 파주기를 계산한 다음에는 비교판단부(190)를 통해 파랑 신호를 이용하여 3축 자이로스코프센서(180) 및 3축 지자기센서(190)로부터 측정된 데이터를 스펙트럼 분석(Spectrum Analysis)을 통해 분석된 값 중 어떤 방향의 신호가 가장 큰 값인지 판단하여 이를 파향으로 추정하게 된다.On the other hand, after calculating the crest and wave period through the
다시 말해서, 3축 가속도센서(120)에 의한 측정값을 두 차례 적분하여 xyz 위치값을 계산하고, 3축 자이로스코프센서(180) 및 3축 지자기센서(190)의 값으로부터 추정한 선박의 방향 기준으로 변화하여 어떤 방향의 신호가 가장 큰 값인지 판단하여 파향을 추정하게 된다.In other words, the xyz position value is calculated by integrating the measured value by the three-
전술한 바와 같이 도 2 의 다른 실시 예에 따른 선박용 파고 측정시스템(100)에서와 같이 3축 가속도센서(120)와 3축 자이로스코프센서(180) 및 3축 지자기센서(190)를 구성함으로써 파고와 파주기의 측정은 물론, 파향 역시도 측정이 가능하다.As described above, by constructing a three-
도 1 및 도 2 의 실시 예에서와 같이 측정한 z축 가속도 값 혹은 xyz축 가속도 값은 파랑의 움직임에 더하여 파랑 위에 놓여 있는 선박의 움직임까지 포함하고 있다. 가령, 측정한 z축 가속도를 Az_측정이라고 하면, Az_측정=Az_파랑+Az_선박으로 구성된다. 파랑의 특성을 측정하기 위해 선박과 파랑의 상대운동 성분인 Ax_선박을 제거하여 사용한다.The z-axis acceleration value or the xyz-axis acceleration value measured as in the embodiment of FIGS. 1 and 2 includes the movement of the vessel lying on the blue wave in addition to the movement of the blue wave. For example, if the measured z-axis acceleration is called Az_measurement, it is composed of Az_measurement = Az_blue + Az_ship. In order to measure the characteristics of the wave, Ax_Ship, which is a relative component of the ship and the wave, is removed and used.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 선박용 파고 측정시스템(100)은 수많은 선박에 설치 가능하도록 함으로써 선박이 항해하는 해역의 파고와 파주기 및 파향 데이터를 실시간으로 측정 가능하도록 한다.As described above, the ship
따라서, 종래에서와 같이 부이(Buoy)와 같이 해당 해역에 한정된 부정확한 데이터를 통해 항구에 선박이 묶여 양호한 일기에도 출항을 하지 못하는 등의 문제를 해결할 수가 있다.Therefore, as in the related art, it is possible to solve a problem such that a ship is tied to a port and cannot sail even in a good weather through inaccurate data limited to a corresponding sea area such as Buoy.
아울러, 전술한 바와 같이 본 발명에 따른 선박용 파고 측정시스템(100)은 수많은 선박에 설치 가능하도록 하여 수많은 선박으로부터 넓은 범위의 파랑 데이터를 수집할 수 있도록 하여 보다 양호한 해상기상을 예보할 수 있다.In addition, as described above, the ship
본 발명은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made within the scope of the technical idea of the present invention.
100. 파고 측정시스템
110. 제어부
120. 3축 가속도센서
130. FIR 필터
140. 연산부
150. 무선통신부
160. 기상데이터 서버
170. 3축 자이로스코프센서
180. 3축 지자기센서
190. 비교판단부100. Crest Measurement System
110. Controls
120. 3-axis acceleration sensor
130. FIR filter
140. Computation unit
150. Wireless Communications Department
160. Weather data server
170. 3-axis gyroscope sensor
180. 3-axis geomagnetic sensor
190. Comparative Judgment
Claims (6)
상기 3축 가속도센서에 의해 측정된 데이터로부터 선박의 엔진 진동 주파수, 선박과 파랑의 상호작용에 의한 진동 주파수 및 선박의 구조물 진동 주파수인 선박 진동 주파수를 제거하는 FIR 필터;
상기 FIR 필터를 거친 파랑 신호를 통해 z위치 값의 변위 폭인 파고와 z위치 값이 0을 지나는 시점의 파주기를 연산하는 연산부;
상기 3축 가속도센서에 인접하여 설치되어지되 상기 연산부를 통해 계산된 파고와 파주기 데이터를 기상데이터 서버로 송신하는 무선통신부; 및
상기 무선통신부를 포함한 장치 전반을 제어하는 제어부를 포함한 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 선박용 파고 측정시스템.A three-axis acceleration sensor which is installed within a radius of 5 m from the center of the vessel and measures movement acceleration of the bow (x), line width (y) and vertical direction (z) in the vessel;
A FIR filter for removing a ship vibration frequency which is an engine vibration frequency of the ship, a vibration frequency caused by the interaction between the ship and the waves, and a structure vibration frequency of the ship, from the data measured by the three-axis acceleration sensor;
An arithmetic unit for calculating the wave height at the time when the crest and the z-position value pass 0 through the blue signal passing through the FIR filter;
A wireless communication unit which is installed adjacent to the three-axis acceleration sensor and transmits wave height and wave period data calculated by the operation unit to a weather data server; And
Vessel wave height measurement system comprising a control unit for controlling the overall device including the wireless communication unit.
상기 3축 가속도센서에 인접하여 설치되어지되 자북을 측정하는 3축 지자기센서; 및
상기 연산부에 의해 연산된 파랑신호를 이용하여 3축 자이로스코프센서와 3축 지자기센서로부터 측정된 데이터를 스펙트럼 분석(Spectrum Analysis)을 통해 분석된 값 중 가장 큰 값을 파향으로 비교 판단하는 비교판단부가 더 구성된 것을 특징으로 하는 선박용 파고 측정시스템.6. The longitudinal and roll movement and yaw movement of a ship, as claimed in any one of claims 1 to 3, provided adjacent to said three-axis acceleration sensor. 3-axis gyroscope sensor for measuring the;
A three-axis geomagnetic sensor installed adjacent to the three-axis acceleration sensor and measuring magnetic north; And
The comparison determination unit that compares the data measured from the three-axis gyroscope sensor and the three-axis geomagnetic sensor by the spectrum using the wave signal calculated by the calculation unit to compare the largest value with the wave direction. Vessel crest measurement system, characterized in that further configured.
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