KR101410956B1

KR101410956B1 - 이기종 통신망의 위치정보 통합 비교를 통한 선박 간의 충돌 예측 분석 시스템 및 그 구현 방법

Info

Publication number: KR101410956B1
Application number: KR1020130017968A
Authority: KR
Inventors: 이주환
Original assignee: 이주환; (주)지엠티
Priority date: 2013-02-20
Filing date: 2013-02-20
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2033-02-20

Abstract

본 발명은 AIS(Automatic Identification System) 통신장비를 탑재한 선박(A)과 UHF 통신장비를 탑재 선박(B)간의 이기종 통신망의 위치정보 통합 비교를 통한 선박 간의 충돌 예측 분석시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 항해 중인 복수의 선박으로부터 위치정보를 제공받아 각 선박의 위치 및 침로를 분석하는 선박위치 및 침로분석 단계(S10)와; 상기 선박위치 및 침로분석 단계에 의해 충돌 위험 선박 선별 후 각 선박에 대해 선박의 최근접점(Closest Point of Approach; CPA)과 상대선이 본선의 최근접점까지 도달하는 시간(Time of CPA; TCPA)을 퍼지 계산하는 CPA/TCPA 퍼지계산단계(S20)와; 상기 CPA/TCPA 퍼지계산단계이후 상기 각 선박의 운항에 따른 충돌위험도 변화량과 시간 경과에 따른 위험도를 산출하는 위험도 변화량 및 시간경과 퍼지계산단계(S30)와; 상기 CPA/TCPA 퍼지계산단계와 위험도 변화량 및 시간경과 퍼지계산단계에서 계산된 결과값을 표시하는 퍼지계산결과 표시단계(S40)와; 상기 퍼지계산결과 표시단계의 결과에 따라 선박의 충돌위험 정도를 판단하는 우선순위 판단단계(S50)와; 상기 우선순위 판단단계의 판단결과 선박이 충돌로부터 안전하다고 판단되는 경우에, 상기 CPA/TCPA 퍼지계산단계(S20)로 복귀하여 선박의 충돌예측여부를 지속적으로 계산하는 안전판단단계(S53)와; 상기 퍼지계산결과 표시단계의 표출결과 선박이 충돌가능성이 심각하거나 경계하여야 하거나 주의해야되는 수준으로 판단되는 경우에, 심각/경계/주의 경보를 선택적으로 발행하는 경보판단단계(S55)와; 상기 경보판단단계에서 경보가 발행되면 항해중인 선박에 AIS 및 RF-UHF 대역 통신망을 통하여 각 선박에 해당하는 단계를 선택적으로 경보하는 경보발령단계(S60);를 구비하여 이루어지는 것 특징으로 한다.

Description

이기종 통신망의 위치정보 통합 비교를 통한 선박 간의 충돌 예측 분석 시스템 및 그 구현 방법{Implementation Sytem and Method for Collision Prediction, Alarm Methods Between Ships Through Comparison of Integrated Heterogeneous Network}

본 발명은 선박간의 충돌 예측, 경보 방법 및 그 구현시스템에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 선박자동식별시스템(AIS)이나 RF등의 서로 다른 이기종의 통신망을 사용하여 위치를 식별중인 선박들간의 상호 충돌을 예측하고, 경보 알림서비스를 해주기 위한 방법을 제시하며, 지정된 위험 및 관심영역에서의 충돌 예측을 위한 실시간 모니터링을 행하여 위험우선순위에 따라 위험도를 산정하여 경보 메시지를 해당 위험선박에 서비스할수 있는 이기종 통신망의 위치정보 통합 비교를 통한 선박 간의 충돌 예측 분석 시스템의 제공에 관한 것이다.

해양에서 발생하는 대부분의 선박충돌은 어선과 비어선간 충돌로 특히 소형선박의 인명피해가 매우 큰 상황이다.

일반적으로 선박에서의 위치식별을 위해 위치신호정보는 대부분 GPS(Global Positioning System)를 이용하고, AIS나 RF등의 서로다른 이기종의 통신망을 사용하여 선박간 또는 선박-기지국간 위치정보 등을 교환한다.

여기에서 AIS(Automatic Identification System : 선박 자동식별시스템, 이하, 'AIS' 라고도 함)는 선박의 충돌방지와 해상교통관리를 효과적으로 하기 위하여 선박이름, 종류, 위치정보, 진행속도, 진행방향 및, 항해와 관련된 정보를 국제적으로 규정된 초단파주파수(ＶＨＦ)회선을 통하여, 주기적으로 송수신하고, 육상 및 다른 선박과 정보 및 관련 데이터를 자동으로 교환하는 장치를 말한다.

이러한 선박의 AIS를 기반으로 한 선박간 의도방향송수신 시스템에 관련하여, 최근 국제해사기구(IMO)에서 일본등의 국가에서 제안한 선박간 의도방향 표시 및 확인 시스템에 대해 다양한 제안이 이루어지고 있다.

국제해사기구(IMO, International Maritime Organization)는 선박의 항로, 교통규칙, 항만시설 등을 국제적으로 통일하기 위하여 설치된 유엔 전문기구로서, 국제해운의 안전, 항행의 능률화와 각종 제한의 철폐를 목적으로 하고 있으며 해운 문제의 심의, 정보교환, 조약의 작성이나 권고를 임무로 한다.

예를 들면, 일본 등에서는 선박의 충돌회피 경보신호 표시시스템(Collision Avoidance Alarm Annunciator System) 등이 제안되고 있으나, 이 시스템은 통상적인 충돌위험 상황을 알리는 인식시스템에 해당하는 것이다.

그런데, 같은 종류의 통신망을 사용하는 선박들간에는 상대선박의 위치를 용이하게 교환할 수 있지만, 다른 종류의 통신망을 사용하여 위치정보를 주고받는 선박들은 서로 상대선박의 위치정보를 공유하기 어려워 위험한 상황에서 충돌회피를 하기가 어려웠다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적으로 하는 바는 이기종 통신망의 위치정보 통합 비교를 통한 선박 간의 충돌 예측정보, 경보 방법 및 그 구현 시스템을 제공하기 위한 것이다.

또, 본 발명의 다른 목적은 해상에서 발생하는 선박간의 충돌을 사전에 방지하고, 항행 정보를 효과적으로 교환함으로써 선박의 안전 항행을 유도하기 위한 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 이기종 통신망의 위치정보 통합 비교를 통한 선박 간의 충돌 예측, 경보 방법 및 그 구현 시스템은, AIS(Automatic Identification System) 통신장비를 탑재한 선박(A)과 UHF 통신장비를 탑재 선박(B)간의 이기종 통신망의 위치정보 통합 비교를 통한 선박 간의 충돌 예측 분석시스템으로서, 상기 AIS 통신장비를 탑재한 선박과 UHF 통신장비를 탑재한 선박과 통신하는 기지국(10)과; 상기 기지국(10)으로 명령을 송신하여 해상교통을 관제하는 해상교통관제센터(20)와; 상기 해상교통관제센터(20)의 명령을 수신하고, 선박의 데이터베이스(DB)부(33)에 저장된 정보와 해상의 선박간 충돌여부를 감시하고 분석하는 선박충돌분석부(35)를 구비하는 충돌 예측 분석 시스템(30);을 포함함으로써 달성할 수 있다.

또, 본 발명의 실시 예에 따른 AIS 통신장비 탑재 선박과 UHF 통신장비 탑재 선박간의 이기종 통신망의 위치정보 통합 비교를 통한 선박 간의 충돌 예측 분석방법은,

항해 중인 복수의 선박으로부터 위치정보를 제공받아 각 선박의 위치 및 침로를 분석하는 선박위치 및 침로분석 단계(S10)와; 상기 선박위치 및 침로분석 단계에 의해 충돌 위험 선박 선별 후 각 선박에 대해 선박의 최근접점(Closest Point of Approach; CPA)과 상대선이 본선의 최근접점까지 도달하는 시간(Time of CPA; TCPA)을 퍼지 계산하는 CPA/TCPA 퍼지계산단계(S20)와; 상기 CPA/TCPA 퍼지계산단계이후 상기 각 선박의 운항에 따른 충돌위험도 변화량과 시간 경과에 따른 위험도를 산출하는 위험도 변화량 및 시간경과 퍼지계산단계(S30)와; 상기 CPA/TCPA 퍼지계산단계와 위험도 변화량 및 시간경과 퍼지계산단계에서 계산된 결과값을 표시하는 퍼지계산결과 표시단계(S40)와; 상기 퍼지계산결과 표시단계의 결과에 따라 선박의 충돌위험 정도를 판단하는 우선순위 판단단계(S50)와; 상기 우선순위 판단단계의 판단결과 선박이 충돌로부터 안전하다고 판단되는 경우에, 상기 CPA/TCPA 퍼지계산단계(S20)로 복귀하여 선박의 충돌예측여부를 지속적으로 계산하는 안전판단단계(S53)와; 상기 퍼지계산결과 표시단계의 표출결과 선박이 충돌가능성이 심각하거나 경계하여야 하거나 주의해야되는 수준으로 판단되는 경우에, 심각/경계/주의 경보를 선택적으로 발행하는 경보판단단계(S55)와; 상기 경보판단단계에서 경보가 발행되면 항해중인 선박에 AIS 및 RF-UHF 대역 통신망을 통하여 각 선박에 해당하는 단계를 선택적으로 경보하는 경보발령단계(S60);를 구비함으로써 달성할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면 이기종 통신망의 위치정보 통합 비교를 통한 선박 간의 충돌 예측정보, 경보 방법 및 그 구현 시스템을 구현하는 효과를 구현한다.

또, 본 발명의 실시 예에 따르면 해상에서 발생하는 선박간의 충돌을 사전에 방지하고, 항행 정보를 효과적으로 교환함으로써 선박의 안전 항행을 구현하는 탁월한 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면 AIS나 RF등의 서로 다른 이기종의 통신망을 사용하여 위치를 식별중인 선박들간의 상호 충돌을 예측하고, 경보 알림서비스를 해주기 위한 방법을 제시하며, 지정된 위험 및 관심영역에서의 충돌 예측을 위한 실시간 모니터링을 하고 위험우선순위에 따라 충돌위험도를 산정하여 경보 메시지를 해당 위험선박에 서비스할 수 있는 방법을 제공하는 탁월한 효과를 구현한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이기종 통신망의 위치정보 통합 비교를 통한 선박 간의 충돌 예측정보, 경보 방법 및 그 구현 시스템의 전체 구성을 도시하는 구성도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이기종 통신망의 위치정보 통합 비교를 통한 선박 간의 충돌 예측정보, 경보 방법 및 그 구현 시스템의 구동 프로세스를 설명하기 위한 흐름도(flowchart),
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이기종 통신망의 위치정보 통합 비교를 통한 선박 간의 충돌 예측정보, 경보 방법 및 그 구현 시스템의 지능적 예측처리 알고리즘을 설명하기 위한 흐름도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이기종 통신망의 위치정보 통합 비교를 통한 선박 간의 충돌 예측정보, 경보 방법을 설명하기 위한 설명도,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이기종 통신망의 위치정보 통합 비교를 통한 선박 간의 충돌 예측정보, 경보 방법을 구체적으로 들어 설명하기 위한 예시 설명도,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 이기종 통신망의 위치정보 통합 비교를 통한 선박 간의 충돌 예측정보, 경보 방법 및 그 구현 시스템에 적용되는 RF(UHF)통신의 메시지 구조를 설명하기 위한 블록도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하면서 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

(실시 예)

본 발명의 실시 예에 따른 이기종 통신망의 위치정보 통합 비교를 통한 선박 간의 충돌 예측 분석 시스템(100)은 아래와 같은 구성으로 이루어진다.

AIS(Automatic Identification System) 통신장비를 탑재한 선박(A)과 UHF 통신장비를 탑재 선박(B)간의 이기종 통신망의 위치정보 통합 비교를 통한 선박 간의 충돌 예측 분석시스템으로서, 상기 AIS 통신장비를 탑재한 선박(A)과 UHF 통신장비를 탑재 선박(B)과 통신하는 기지국(10)과; 상기 기지국(10)으로 명령을 송신하여 해상교통을 관제하는 해상교통관제센터(20)와; 상기 해상교통관제센터(20)의 명령을 수신하고, 선박의 데이터베이스(DB)부(33)에 저장된 정보와, 해상의 선박간 충돌여부를 감시하고 분석하는 선박충돌분석부(35)를 구비하는 충돌 예측 분석 시스템(30);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성의 본 발명의 실시 예에 따른 이기종 통신망의 위치정보 통합 비교를 통한 선박 간의 충돌 예측 분석 시스템의 구성을 부호를 참조하여 설명하기로 한다.

부호 10은 기지국을 도시하며, 탐지된 AIS 통신장비를 탑재한 선박(A)과 UHF 통신장비를 탑재 선박(B)과 통신한다.

부호 20은 상기 기지국(10)과 통신하여 탐지된 선박의 진행경로와 속도 및 위치정보등을 교환한다.

부호 30은 충돌 예측 분석 시스템을 도시하며, 항해 중인 선박의 정보를 저장하는 데이터베이스(DB)부(33)와, 해상의 선박간 충돌여부를 감시하고 분석하는 선박충돌분석부(35)를 구비한다.

(충돌 예측 분석방법)

다음으로, 도 2를 참조하면서 상기와 같이 구성된 이기종 통신망의 위치정보 통합 비교를 통한 선박 간의 충돌 예측 분석방법에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이기종 통신망의 위치정보 통합 비교를 통한 선박 간의 충돌 예측정보, 경보 방법 및 그 구현 시스템의 구동 프로세스를 설명하기 위한 흐름도(flowchart)이다.

본 발명의 실시 예에 따른 AIS 통신장비 탑재 선박과 UHF 통신장비 탑재 선박간의 이기종 통신망의 위치정보 통합 비교를 통한 선박 간의 충돌 예측 분석방법은, 항해 중인 복수의 선박으로부터 위치정보를 제공받아 각 선박의 위치 및 침로를 분석하는 선박위치 및 침로분석 단계(S10)와; 상기 선박위치 및 침로분석 단계에 의해 충돌 위험 선박 선별 후 각 선박에 대해 선박의 최근접점(Closest Point of Approach; CPA)과 상대선이 본선의 최근접점까지 도달하는 시간(Time of CPA; TCPA)을 퍼지 계산하는 CPA/TCPA 퍼지계산단계(S20)와; 상기 CPA/TCPA 퍼지계산단계이후 상기 각 선박의 운항에 따른 충돌위험도 변화량과 시간 경과에 따른 위험도를 산출하는 위험도 변화량 및 시간경과 퍼지계산단계(S30)와; 상기 CPA/TCPA 퍼지계산단계와 위험도 변화량 및 시간경과 퍼지계산단계에서 계산된 결과값을 표시하는 퍼지계산결과 표시단계(S40)와; 상기 퍼지계산결과 표시단계의 결과에 따라 선박의 충돌위험 정도를 판단하는 우선순위 판단단계(S50)와; 상기 우선순위 판단단계의 판단결과 선박이 충돌로부터 안전하다고 판단되는 경우에, 상기 CPA/TCPA 퍼지계산단계(S20)로 복귀하여 선박의 충돌예측여부를 지속적으로 계산하는 안전판단단계(S53)와; 상기 퍼지계산결과 표시단계의 표출결과 선박이 충돌가능성이 심각하거나 경계하여야 하거나 주의해야되는 수준으로 판단되는 경우에, 심각/경계/주의 경보를 선택적으로 발행하는 경보판단단계(S55)와; 상기 경보판단단계에서 경보가 발행되면 항해중인 선박에 AIS 및 RF-UHF 대역 통신망을 통하여 각 선박에 해당하는 단계를 선택적으로 경보하는 경보발령단계(S60);를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 선박위치 및 침로분석 단계(S10)는 항해 중인 복수의 선박으로부터 위치정보를 제공받아 각 선박의 위치 및 침로를 분석하는 단계이다.

상기 CPA/TCPA 퍼지계산단계(S20)는 상기 선박위치 및 침로분석 단계에 의해 충돌 위험 선박 선별 후 각 선박에 대해 선박의 최근접점(Closest Point of Approach; CPA)과 상대선이 본선의 최근접점까지 도달하는 시간(Time of CPA; TCPA)을 퍼지 계산하는 단계이다.

상기 위험도 변화량 및 시간경과 퍼지계산단계(S30)는 상기 CPA/TCPA 퍼지계산단계이후 상기 각 선박의 운항에 따른 충돌위험도 변화량과 시간 경과에 따른 위험도를 산출하는 단계이다.

상기 퍼지계산결과 표시단계(S40)는 상기 CPA/TCPA 퍼지계산단계와 위험도 변화량 및 시간경과 퍼지계산단계에서 계산된 결과값을 표시하는 단계이다.

상기 우선순위 판단단계(S50)는 상기 퍼지계산결과 표시단계의 결과에 따라 선박의 충돌위험 정도를 판단하는 단계이다.

상기 안전판단단계(S53)는 상기 우선순위 판단단계의 판단결과 선박이 충돌로부터 안전하다고 판단되는 경우에, 상기 CPA/TCPA 퍼지계산단계(S20)로 복귀하여 선박의 충돌예측여부를 지속적으로 계산하는 단계이다.

상기 경보판단단계(S55)는 상기 퍼지계산결과 표시단계의 표출결과 선박이 충돌가능성이 심각하거나 경계하여야 하거나 주의해야되는 수준으로 판단되는 경우에, 심각/경계/주의 경보를 선택적으로 발행하는 단계이다.

상기 경보발령단계(S60)는 상기 경보판단단계(S55)에서 경보가 발행되면 항해중인 선박에 AIS 및 RF-UHF 대역 통신망을 통하여 각 선박에 해당하는 단계를 선택적으로 경보하는 단계이다.

다음으로, 도 3을 참조하면서 본 발명의 실시 예에 따른 경보발령단계(S60)를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이기종 통신망의 위치정보 통합 비교를 통한 선박 간의 충돌 예측정보, 경보 방법 및 그 구현 시스템의 지능적 예측처리 알고리즘을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.

본 발명의 실시 예에 따른 경보발령단계(S60)는 아래의 단계를 포함하여 구성할 수 있다.

S61). GPS(Global Positioning System)로부터 수신된 각 선박의 위치정보를 각각 AIS 통신과 UHF 대역 통신을 통하여 기지국(10)으로 송신하는 단계와;

S62). 각 기지국에서는 수신된 선박의 위치 정보 데이터를 해상교통관제센터(20)(이하 '권역'이라고도 함)로 전송하는 단계와;

S63). 각 권역에 기구축 되어 있는 전국메시지분배장치(도시 생략)를 통해 정부종합전산센터(도시 생략)로 선박의 위치 정보 데이터를 전송하는 단계와;

S64). 정부종합전산센터에서는 실시간으로 데이터를 취합하고, 권역 별로 데이터를 분류 및 저장하는 단계와;

S65). 각각의 권역에 데이터를 해당 권역의 수만큼 병렬로 지능적 충돌 예측 분석을 실시하여 신속하게 충돌 예측 분석 및 결과를 산출하는 단계와;

S66). 상기 산출된 권역 별 충돌 예측 분석 및 결과의 데이터를 심각/경계/주의/해제(안전)의 단계로 분류하여 각 권역으로 전송 및 선박 데이터베이스(DB)부(33)에 저장하는 단계와;

S67). 상기 선박 데이터베이스(DB)부(33)에 저장된 심각/경계/주의 단계로 분류된 선박은 각 단계의 해제 시까지 최우선 순위로 충돌 예측 분석을 실시하며, 해제 시에는 상기 선박 데이터베이스(DB)부(33)에서 삭제하는 단계와;

S68). 상기 각 권역으로 전송된 경보 데이터는 관할 기지국으로 보내어져, 심각 단계에서는 해당 선박에 매 1초마다 경보 메시지를 각각 AIS 통신 및 UHF 대역 통신을 사용하여 송신하고, 경계 단계의 선박에는 매 10초마다 경보 메시지를 송신하며, 주의 단계의 선박에는 매 60초마다 경보 메시지를 송신하는 단계와;

S69). 항해하는 선박의 신규 위치 정보 접수 시, 위와 같은 프로세스를 반복하여 수행하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 함으로써, 해상에서 항해 중인 선박들이 충돌하는지의 여부를 실시간 판단하여 각 선박에 제공하고, 이종 통신장치를 운용하는 선박인 경우에도 안전한 항해를 수행할 수 있게 된다.

다음으로 도 4 내지 도 6을 참조하면서, 본 발명의 실시 예에 따르 이기종 통신망의 위치정보 통합비교를 통한 선박간의 충돌 예측 정보 및 경보 방법에 대한 알고리즘을 구체적으로 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이기종 통신망의 위치정보 통합 비교를 통한 선박 간의 충돌 예측정보, 경보 방법을 설명하기 위한 설명도이다.

본 발명의 실시 예에 따른 상기 지능적 충돌 예측 분석은 아래의 절차로 수행될 수 있다.

항해 중인 선박의 교행상태를 탐지하여 판단하는 교행상태 판단단계(S110)와;

상기 교행상태 판단단계(S110)에서 판단한 결과 탐지한 선박이 피항선 또는 유지선인가의 여부를 판단하는 피항선 여부 판단단계(S120)와;

상기 피항선 여부 판단단계(S120)에서 피항선이 아닌 것으로 판단된 경우에는, 침로변화(AAC)를 판단하는 제1 침로변화(AAC) 확인단계(S130)로 진행하여, 침로변화가 발생한 것으로 판단되면(Yes). 당해 선박들에 충돌경계경보를 발행하며, 침로를 유지하는 명령정보를 제공하고;

상기 침로변화 확인단계(S130)에서 침로변화가 발생하지 않은 것으로 판단되면(No), 당해 선박들이 급감속(ASC)하는지의 여부를 판단하는 제1급감속(ASC) 판단단계(S150)로 진행하여, 당해 선박들이 급감속(ASC)하는 것으로 판단되면, 충돌의심경보를 발행하며(S160);

상기 급감속(ASC) 판단단계(S150)에서, 당해 선박들이 급감속(ASC)하지 않는 것으로 판단되면, 침로예측분석을 종료하며(S250);

상기 피항선 여부 판단단계에서 피항선에 해당되는 것으로 판단된 경우에는, 당해 피항선의 침로변화(AAC)를 판단하는 제2 침로변화(AAC) 확인단계(S170)로 진행하여, 침로변화가 발생한 것으로 판단되면(Yes), 당해 선박들에 충돌심각경보를 발행하며(S180), 대각도 변침 명령정보를 제공하며;

상기 충돌심각경보 발행이후 탐지된 선박들을 재탐색하여 급감속(ASC)하는지의 여부를 판단하는 제2급감속(ASC) 판단단계(S190)로 진행하여, 당해 선박들이 급감속(ASC)하는 것으로 판단되면, 충돌의심경보를 발행하며(S195);

상기 제2급감속(ASC) 판단단계(S190)에서 판단한 결과 급감속(ASC)하지 않는 것으로 판단되면, 상기 충돌심각경보(S180)를 유지한 채 당해 선박들에 대한 침로예측분석을 종료(S250)하며;

상기 교행상태 판단단계에서 판단한 결과 탐지한 선박이 추월선박 또는 진행중인 선박(head on)인 것으로 판단되면, 선박의 침로변화(AAC) 여부를 판단하는 제3 침로변화(AAC) 확인단계(S200)로 진행하여, 침로변화가 발생한 것으로 판단되면(Yes), 당해 선박들에 충돌심각경보를 발행하며(S210), 당해 선박들에게 대각도로 변침할 것을 명령하는 정보를 제공하고;

상기 제3 침로변화(AAC) 확인단계(S200)에서 판단한 결과 탐지한 선박이 침로변화를 발생하지 않은 것으로 판단되면, 침로예측분석을 종료하며(S250);

상기 충돌심각경보를 발행 후에 선박들이 급감속하는지의 여부를 판단하는 당해 추월선 또는 진행선의 침로변화(AAC)를 판단하는 제3 침로변화(AAC) 확인단계(S220)로 진행하여, 침로변화가 발생한 것으로 판단되면(Yes), 당해 선박들에 충돌의심경보를 발행하며(S230);

상기 제3 침로변화(AAC) 확인단계(S220)에서 변화가 발생하지 않은 것으로 판단되면(No), 당해 선박들에 대한 침로예측분석을 종료(S250)하는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 충돌 예측 분석이란 항해하는 선박간의 충돌 위험도를 계산 한 후, 도출된 충돌 위험에 대해 주의 경계, 심각으로 구분되는 세 단계의 경보를 내도록 하는 것이다.

이것은 단순히 경보만을 발행하는 것이 아니라, 위험도가 높은 선박에 대해, 충돌 패턴 분석을 수행 한 후, 충돌 회피를 위한 정보를 제공하며, 실제 충돌이 일어난 것인지의 여부를 충돌위험도로 판단한다.

상기 충돌위험도는 퍼지 이론에 의하여 계산되는데, CPA/TCPA를 이용하여 1차 위험도를 산출하고, 산출된 충돌위험도의 변화량과 시간에 대해 한번 더 퍼지 계산을 수행하여 위험이 점점 커지는지, 작아지는지 여부도 고려하였다.

이와 같이, 상기 충돌위험도는, CPA/TCPA를 이용하여 1차 위험도를 산출하고, 산출된 충돌위험도의 변화량과 시간에 대해 한번 더 퍼지 계산을 수행하여 위험이 점점 커지는지, 작아지는지 여부도 판단하여 2차 위험도를 산출하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 상기 두 가지의 퍼지계산의 결과가 주의, 경계, 심각 단계인 경우에 충돌 패턴 분석을 수행하게 된다.

먼저, 선박의 교행 상태를 파악하여, 추월 또는 마주치는 상태(Head On)일 때는, 침로 변화(AAC)가 있으면 경보 단계에 상관없이 심각 경보를 발생한다.

또, 당해 선박들에게 급감속(ASC)이 발생한 경우는 거의 충돌 상황으로 간주하여 충돌 의심 심각 경보를 발생하게 된다.

그 외의 경우는 피항선과 유지선 관계로서 침로 변화(AAC)가 발생한 경우에는 침로 유지 또는 변침 정보를 제공하며, 급감속(ASC)이 발생하면 거의 충돌 상황으로 간주하여 충돌 의심 심각 경보를 발생하게 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 충돌 예측 분석 방법으로는 CPA/TCPA 방식을 적용한다.

구체적으로는, AIS 및 UHF 대역 통신이 가능한 각 선박(A, B)의 위치 정보를 기지국(10)에서 수신하여 위치 정보 데이터를 기반으로 충돌 예측 분석을 수행한다.

본 발명의 실시 예에 따른 충돌 예측 분석에 적용되는 CPA/TCPA 방식은 다음과 같다.

먼저, 산출된 퍼지 계산 결과를 지능적 우선 예측처리 알고리즘을 통하여 심각/경계/주의의 3단계로 분류하고 우선 순위에 따라 AIS 및 UHF 대역 통신을 이용하여 각 선박에 충돌위험도를 통지한다.

여기에서, CPA(Closest Point of Approach)로서 선박간의 최근접점을 의미한다.

또, TCPA(Time of CPA)는 상대선이 본선의 최근접점까지 도달하는 시간을 의미하며, 특정 계산 시점에 상대선의 위치로부터 최근접점까지의 거리(Distance to CPA)를 상대속력으로 나누어 계산한다.

다음으로, 도 5를 참조하면서 본 발명의 실시 예에 따른 이기종 통신망의 위치정보 통합 비교를 통한 선박 간의 충돌 예측정보, 경보 방법을 구체적으로 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이기종 통신망의 위치정보 통합 비교를 통한 선박 간의 충돌 예측정보, 경보 방법을 구체적으로 들어 설명하기 위한 예시 설명도를 도시한다.

도 5에 도시한 바와 같이, 두 선박의 초기 위치

와

가 있는 경우, 각 선박의 속력과 침로는 벡터

로 표현된다.

시간 후의 각 선박의 위치는

로 표현된다.

시간 후의 선박위치는

,

로 표현된다.

시간

에서의 두 선박간의 위치 차이, 즉 거리는

이다. 여기서

는 상대속력과 상대침로는 나타내는 벡터이다.

여기서

가 최소가 되는 거리를

라 하면,

는

가 되고 최근접거리

는

를 미분하여 0이 되는 점이므로,

가 된다.

그 때의 시간

는

이 된다. 단,

는 0이 아니다.

또,

가 0인 경우는 평행하게 같은 속력으로 항해하는 경우이다.

또한

가 0보다 작은 경우는 이미 최근접점을 지나갔다는 의미이다.

일 때의 두 점간의 거리가 최근접거리

가 되며,

으로 계산된다.

경보를 발생하기 위한 조건은 일정 시간 간격 T에서

값이 점점 줄어드는 것이다. 이를 식으로 표현하면,

이 된다.

상기에서 설명한 AIS(Automatic Identification System)에서 발송되는 메시지의 구성은 다음의 표 1과 같다.

상기 표 1에 기재된 바와 같이, 안전관련 텍스트 매개변수를 이용하여 [알림경보] 메시지를 위험선박에 전송한다. 이 때, 위험선박의 우선순위에 따라, 아래와 같이 주기적으로 알림 메시지를 보낸다.

1) 주의 선박 : 60초 간격으로 알림

2) 경계 선박 : 10초 간격으로 알림

3)심각 선박 : 1초 간격으로 알림

또, AIS(Automatic Identification System)의 6번 메시지는 아래의 표 2에 도시한다.

매개변수	비트수	설명
메시지 ID	6	이 메시지에 대한 식별자 6
반복표시	2	중계소가 한 메시지의 반복회수를 나타내기 위해 사용. 참고; 디폴트=0; 3=더 이상 반복하지 않음
Source ID	30	Source station의 MMSI번호
Sequence number	2	0-3; (재전송 횟수 지정, 최대 3회)
Destination ID	30	Destination station의 MMSI번호
재전송 flag	1	재전송 flag는 재전송 시 설정되어야 함 (Ack없을시 4초후 재 전송시 셋트] 0 = 반복하지 않음 = 디폴트; 1 = 재전송
예비	1	예비. 사용되지 않음. 0으로 맞춰야함.
바이너리 데이터	최대 936	APPLICATION 식별자	16 bits	부록5, 2.1에 설명된 것처럼 되어야 함
		APPLICATION 데이터	최대 920 bits	APPLICATION 명세 데이터
최대 비트 수	최대 1008	하위필드 메시지 컨텐츠의 길이를 대상으로 1에서 5의 슬롯을 점유. 클래스B 모바일 AIS station에서 메시지의 길이는 2 슬롯을 초과해서는 안됨

여기에서는, 최대 936비트의 바이너리 데이터를 이용하여 거리, 속력, 충돌예상시간을 위험선박에 전송한다.

이 때, 위험선박의 우선순위에 따라, 아래와 같이 주기적으로 알림 메시지를 보낸다.

1) 주의 선박 : 60초 간격으로 알림

2) 경계 선박 : 10초 간격으로 알림

3) 심각 선박 : 1초 간격으로 알림

이와 같이 구성함으로써 충돌위험이 있거나 예측되는 선박에 대해 상황에 맞는 충돌위험도를 선정하고 통지하게 된다.

다음으로, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 이기종 통신망의 위치정보 통합 비교를 통한 선박 간의 충돌 예측정보, 경보 방법 및 그 구현 시스템에 적용되는 RF(UHF)통신의 메시지 구조를 설명하기 위한 블록도를 도시한다.

또, UHF 메시지 구성은 표 3과 같이 구성할 수 있다.

데이터부의 정형화 여부에 따라 정형 구조와 가변 구조로 구분된다.

위험 경보 알림 메시지의 규격은 아래의 표 3에 기재한 바와 같다.

구분		값	내용	비고
블록 헤더	장비 ID	0x123456	수신 받을 함정용 무선데이터통신장비 또는 어선용 무선통신단말기 ID	(3 Byte)
	데이터 크기	Dn	데이터 크기	Dn ≤ 96 (1 Byte)
	명령어	0x11	명령어의 값	(1 Byte)
	암호화 도표 인덱스	En	ARIA 암호화 도표 인덱스	En < 8 (1 Byte)
데이터			위험 경보 메시지	가변

상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시 예를 그 일례를 들어 설명하였지만, 해당분야의 통상의 지식을 가진 자라면 그 기술사상에 기초하여 다양한 변형, 부가, 수정을 행할 수 있음은 물론이다.

10: 기지국
20: 해상교통관제센터
30: 충돌예측분석시스템
33: 선박 데이터베이스(DB)부
35: 충돌예측분석부
100: 이기종 통신망의 위치정보 통합 비교를 통한 선박 간의 충돌 예측 분석 시스템

Claims

삭제
AIS 통신장비 탑재 선박과 UHF 통신장비 탑재 선박간의 이기종 통신망의 위치정보 통합 비교를 통한 선박 간의 충돌 예측 분석방법에 있어서,
항해 중인 복수의 선박으로부터 위치정보를 제공받아 각 선박의 위치 및 침로를 분석하는 선박위치 및 침로분석 단계(S10)와;
상기 선박위치 및 침로분석 단계에 의해 충돌 위험 선박 선별 후 각 선박에 대해 선박의 최근접점(Closest Point of Approach; CPA)과 상대선이 본선의 최근접점까지 도달하는 시간(Time of CPA; TCPA)을 퍼지 계산하는 CPA/TCPA 퍼지계산단계(S20)와;
상기 CPA/TCPA 퍼지계산단계이후 상기 각 선박의 운항에 따른 충돌위험도 변화량과 시간 경과에 따른 위험도를 산출하는 위험도 변화량 및 시간경과 퍼지계산단계(S30)와;
상기 CPA/TCPA 퍼지계산단계와 위험도 변화량 및 시간경과 퍼지계산단계에서 계산된 결과값을 표시하는 퍼지계산결과 표시단계(S40)와;
상기 퍼지계산결과 표시단계의 결과에 따라 선박의 충돌위험 정도를 판단하는 우선순위 판단단계(S50)와;
상기 우선순위 판단단계의 판단결과 선박이 충돌로부터 안전하다고 판단되는 경우에, 상기 CPA/TCPA 퍼지계산단계(S20)로 복귀하여 선박의 충돌예측여부를 지속적으로 계산하는 안전판단단계(S53)와;
상기 퍼지계산결과 표시단계의 표출결과 선박이 충돌가능성이 심각하거나 경계하여야 하거나 주의해야되는 수준으로 판단되는 경우에, 심각/경계/주의 경보를 선택적으로 발행하는 경보판단단계(S55)와;
상기 경보판단단계에서 경보가 발행되면 항해중인 선박에 AIS 및 RF-UHF 대역 통신망을 통하여 각 선박에 해당하는 단계를 선택적으로 경보하는 경보발령단계(S60);를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이기종 통신망의 위치정보 통합 비교를 통한 선박 간의 충돌 예측 분석방법.
제2항에 있어서, 상기 경보발령단계(S60)는,
S61). GPS(Global Positioning System)로부터 수신된 각 선박의 위치정보를 각각 AIS 통신과 UHF 대역 통신을 통하여 기지국으로 송신하는 단계와;
S62). 각 기지국에서는 수신된 선박의 위치 정보 데이터를 해상교통관제센터(이하 권역)로 전송하는 단계와;
S63). 각 권역에 기구축 되어 있는 전국메시지분배장치를 통해 정부종합전산센터로 선박의 위치 정보 데이터를 전송하는 단계와;
S64). 정부종합전산센터에서는 실시간으로 데이터를 취합하고, 권역 별로 데이터를 분류 및 저장하는 단계와;
S65). 각각의 권역에 데이터를 해당 권역의 수만큼 병렬로 지능적 충돌 예측 분석을 실시하여 신속한 충돌 예측 분석 및 결과를 산출하는 단계와;
S66). 상기 산출된 권역 별 충돌 예측 분석 및 결과의 데이터를 심각/경계/주의/해제(안전)의 단계로 분류하여 각 권역으로 전송 및 선박 데이터베이스(DB)부(33)에 저장하는 단계와;
S67). 상기 선박 데이터베이스(DB)부(33)에 저장된 심각/경계/주의 단계로 분류된 선박은 해제 시까지 최우선 순위로 충돌 예측 분석을 실시하며, 해제 시에는 상기 선박 데이터베이스(DB)부(33)에서 삭제하는 단계와;
S68). 상기 각 권역으로 전송된 경보 데이터는 관할 기지국으로 보내어져, 심각 단계에서는 해당 선박에 매 1초마다 경보 메시지를 각각 AIS 통신 및 UHF 대역 통신을 사용하여 송신하고, 경계 단계의 선박에는 매 10초마다 경보 메시지를 송신하며, 주의 단계의 선박에는 매 60초마다 경보 메시지를 송신하는 단계와;
S69). 항해하는 선박의 신규 위치 정보 접수 시, 위와 같은 프로세스를 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는 이기종 통신망의 위치정보 통합 비교를 통한 선박 간의 충돌 예측 분석방법.
제3항에 있어서, 상기 지능적 충돌 예측 분석은,
항해 중인 선박의 교행상태를 탐지하여 판단하는 교행상태 판단단계(S110)와;
상기 교행상태 판단단계에서 판단한 결과 탐지한 선박이 피항선 또는 유지선인가의 여부를 판단하는 피항선 여부 판단단계(S120)와;
상기 피항선 여부 판단단계에서 피항선이 아닌 것으로 판단된 경우에는, 침로변화(AAC)를 판단하는 제1 침로변화(AAC) 확인단계(S130)로 진행하여, 침로변화가 발생한 것으로 판단되면(Yes) 당해 선박들에 충돌경계경보를 발행하며, 침로를 유지하는 명령정보를 제공하고;
상기 침로변화 확인단계(S130)에서 침로변화가 발생하지 않은 것으로 판단되면(No), 당해 선박들이 급감속(ASC)하는지의 여부를 판단하는 제1급감속(ASC) 판단단계(S150)로 진행하여, 당해 선박들이 급감속(ASC)하는 것으로 판단되면, 충돌의심경보를 발행하며(S160);
상기 급감속(ASC) 판단단계(S150)에서, 당해 선박들이 급감속(ASC)하지 않는 것으로 판단되면, 상황을 종료하며(S250);
상기 피항선 여부 판단단계에서 피항선에 해당되는 것으로 판단된 경우에는, 당해 피항선의 침로변화(AAC)를 판단하는 제2 침로변화(AAC) 확인단계(S170)로 진행하여, 침로변화가 발생한 것으로 판단되면(Yes), 당해 선박들에 충돌심각경보를 발행하며(S180), 대각도 변침 명령정보를 제공하며;
상기 충돌심각경보 발행이후 탐지된 선박들을 재탐색하여 급감속(ASC)하는지의 여부를 판단하는 제2급감속(ASC) 판단단계(S190)로 진행하여, 당해 선박들이 급감속(ASC)하는 것으로 판단되면, 충돌의심경보를 발행하며(S195);
상기 제2급감속(ASC) 판단단계(S190)에서 판단한 결과 급감속(ASC)하지 않는 것으로 판단되면, 상기 충돌심각경보(S180)를 유지한 채 당해 선박들에 대한 침로예측분석을 종료(S250)하며;
상기 교행상태 판단단계에서 판단한 결과 탐지한 선박이 추월선 또는 진행선(head on)인 것으로 판단되면, 선박의 침로변화(AAC) 여부를 판단하는 제3 침로변화(AAC) 확인단계(S200)로 진행하여, 침로변화가 발생한 것으로 판단되면(Yes) 당해 선박들에 충돌심각경보를 발행하며(S210), 당해 선박들에게 대각도로 변경할 것을 명령하는 정보를 제공하고;
상기 제3 침로변화(AAC) 확인단계(S200)에서 판단한 결과 탐지한 선박이 침로변화를 발생하지 않은 것으로 판단되면, 침로예측분석을 종료하며(S250);
상기 충돌심각경보를 발행 후에 선박들이 급감속하는지의 여부를 판단하는 당해 추월선 또는 진행선의 침로변화(AAC)를 판단하는 제3 침로변화(AAC) 확인단계(S220)로 진행하여, 침로변화가 발생한 것으로 판단되면(Yes), 당해 선박들에 충돌의심경보를 발행하며(S230);
상기 제3 침로변화(AAC) 확인단계(S220)에서 변화가 발생하지 않은 것으로 판단되면(No), 당해 선박들에 대한 침로예측분석을 종료(S250)하는 것을 특징으로 하는 이기종 통신망의 위치정보 통합 비교를 통한 선박 간의 충돌 예측 분석방법.
제 3항에 있어서, 상기 충돌위험도는, CPA/TCPA를 이용하여 1차 위험도를 산출하고, 산출된 충돌위험도의 변화량과 시간에 대해 한번 더 퍼지 계산을 수행하여 위험이 점점 커지는지, 작아지는지 여부도 판단하여 2차 위험도를 산출하는 것을 특징으로 하는 이기종 통신망의 위치정보 통합 비교를 통한 선박 간의 충돌 예측 분석방법.