KR101469226B1

KR101469226B1 - 수중 차량 시스템

Info

Publication number: KR101469226B1
Application number: KR1020120079469A
Authority: KR
Inventors: 이동훈; 김태훈; 은종호; 임범현; 조기수; 최윤규
Original assignee: 삼성중공업(주)
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2014-12-04
Also published as: KR20140013208A

Abstract

본 발명은 수중 차량 시스템 및 수중 위치 인식 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수중 차량의 위치를 판단하는 시스템 및 이를 이용하여 수중 차량의 위치를 판단하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 모선으로부터 수중에 진수되는 수중 스테이션; 및 상기 수중 스테이션으로부터 발진하는 수중 차량;을 포함하되, 상기 수중 스테이션은, 케이블을 통해 상기 모선에 연결되고 상기 수중 차량이 수용되는 공간을 제공하는 런쳐 및 상기 런쳐에 설치되고 음향 위치 인식 기법을 수행하는 제1 음향 모듈을 포함하고, 상기 수중 차량은, 보디, 상기 보디를 이동시키는 추진기 및 상기 보디에 설치되고 상기 제1 음향 모듈과 연계하여 음향 위치 인식 기법을 수행하는 제2 음향 모듈을 포함하는 수중 차량 시스템이 제공될 수 있다.

Description

수중 차량 시스템 및 수중 위치 인식 방법{UNDERWATER VEHICLE SYSTEM AND UNDERWATER POSITIONING METHOD}

본 발명은 수중 차량 시스템 및 수중 위치 인식 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수중 차량의 위치를 판단하는 시스템 및 이를 이용하여 수중 차량의 위치를 판단하는 방법에 관한 것이다.

최근 에너지 소비가 증가하면서, 그 동안 미개척지로 남아있던 해저에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있다. 해저에는 원유나 천연 가스를 비롯하여 다양한 해저 자원이 매장되어 있으나, 그 깊이가 수 킬로미터에 이르기 때문에 해저에서의 수중 작업에는 원격으로 조종되는 수중 차량이 이용되고 있다.

일반적으로 수중 차량은 해저면의 지형을 탐색하여 해저 자원을 찾거나 해저 자원의 채취를 위해 해저면에 설치되는 해저 플랜트 시설을 설치, 조작 및 유지/보수하는데 이용되는데, 이러한 동작을 원활하게 수행하기 위해서는 수중 차량의 위치를 파악하는 것이 반드시 필요하다.

본 발명의 일 과제는 수중 차량의 위치를 파악하는 수중 차량 시스템 및 수중 위치 인식 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 모선으로부터 수중에 진수되는 수중 스테이션; 및 상기 수중 스테이션으로부터 발진하는 수중 차량;을 포함하되, 상기 수중 스테이션은, 케이블을 통해 상기 모선에 연결되고 상기 수중 차량이 수용되는 공간을 제공하는 런쳐 및 상기 런쳐에 설치되고 음향 위치 인식 기법을 수행하는 제1 음향 모듈을 포함하고, 상기 수중 차량은, 보디, 상기 보디를 이동시키는 추진기 및 상기 보디에 설치되고 상기 제1 음향 모듈과 연계하여 음향 위치 인식 기법을 수행하는 제2 음향 모듈을 포함하는 수중 차량 시스템이 제공될 수 있다.

또한, 상기 제1 음향 모듈은, 요청 신호를 수신하고, 상기 요청 신호에 응답하여 응답 신호를 송출하는 트랜스폰더를 포함하고, 상기 제2 음향 모듈은, 상기 요청 신호를 송출하는 제1 트랜스미터, 상기 응답 신호를 수신하는 제1 리시버 및 상기 요청 신호의 송출 시점과 상기 응답 신호의 수신 시점의 시간차에 근거하여 상기 수중 스테이션에 대한 상기 수중 차량의 상대 위치를 산출하는 제1 제어기;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 런쳐는, 상기 수중 차량이 수용되는 공간을 제공하는 케이지 및 상기 케이지의 하부에 설치되는 하부 프레임을 포함하고, 상기 트랜스폰더는, 상기 하부 프레임의 하면에 설치될 수 있다.

또한, 상기 수중 스테이션은 상기 트랜스폰더가 적어도 세 개가 배치될 수 있다.

또한, 해저면에 고정 배치되는 해저 비콘;을 더 포함하되, 상기 해저 비콘은,

상기 요청 신호를 송출하는 제2 트랜스미터, 상기 응답 신호를 수신하는 제2 리시버 및 상기 요청 신호의 송출 시점과 상기 응답 신호의 수신 시점의 시간차에 근거하여 상기 해저 비콘에 대한 상기 수중 스테이션의 상대 위치를 산출하고, 상기 수중 스테이션의 상대 위치와 상기 해저 비콘이 고정된 좌표에 근거하여 상기 수중 스테이션의 절대 위치를 산출하는 제2 제어기를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 제어기는, 상기 수중 스테이션의 절대 위치 및 상기 수중 스테이션에 대한 상기 수중 차량의 상대 위치에 근거하여 상기 수중 차량의 절대 위치를 산출할 수 있다.

또한, 상기 해저 비콘은, 해저면에 설치된 해저 시설물(subsea equipment)의 상부에 설치될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 모선으로부터 수중에 진수되는 수중 스테이션, 상기 수중 스테이션으로부터 발진하는 수중 차량 및 해저면에 고정 설치되는 해저 비콘을 포함하는 수중 차량 시스템을 이용하여 상기 수중 차량의 위치를 파악하는 수중 위치 인식 방법에 있어서, 상기 수중 스테이션과 상기 수중 차량 간에 음향 신호를 송수신하고, 음향 위치 인식 기법을 이용하여 상기 수중 스테이션에 대한 상기 수중 차량의 상대 위치를 획득하는 단계; 상기 수중 스테이션과 상기 해저 비콘 간에 음향 신호를 송수신하고, 음향 위치 인식 기법을 이용하여 상기 해저 비콘에 대한 상기 수중 스테이션의 상대 위치를 획득하는 단계; 상기 해저 비콘이 고정 설치된 좌표와 상기 수중 스테이션의 상대 위치에 근거하여 상기 수중 스테이션의 절대 위치를 획득하는 단계; 및 상기 수중 스테이션의 절대 위치와 상기 수중 차량의 상대 위치에 근거하여 상기 수중 차량의 절대 위치를 획득하는 단계;를 포함하는 수중 위치 인식 방법이 제공될 수 있다.

본 발명에 의하면, 초음파 송수신에 따른 음향 위치 추적 기법을 이용하여 수중 차량의 위치를 파악할 수 있다.

본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 차량 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1의 수중 스테이션의 사시도이다.
도 3은 도 2의 수중 스테이션의 하면도이다.
도 4는 도 1의 수중 차량의 사시도이다.
도 5는 도 4의 수중 차량의 정면도이다.
도 6은 도 4의 수중 차량의 측면도이다.
도 7은 도 4의 수중 차량의 후면도이다.
도 8은 도 1의 해저 비콘 및 해저 시설물의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 위치 인식 방법의 순서도이다.

본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 명확히 설명하기 위한 것이므로, 본 발명이 본 명세서에 기재된 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 본 발명의 사상을 벗어나지 아니하는 수정예 또는 변형예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용되는 용어와 첨부된 도면은 본 발명을 용이하게 설명하기 위한 것이고, 도면에 도시된 형상은 필요에 따라 본 발명의 이해를 돕기 위하여 과장되어 표시된 것이므로, 본 발명이 본 명세서에서 사용되는 용어와 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에서 본 발명에 관련된 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 이에 관한 자세한 설명은 필요에 따라 생략한다.

이하에서는 본 발명에 따른 수중 차량 시스템(100)의 일 실시예에 관하여 설명한다.

수중 차량 시스템(100)은 수중 차량(underwater vehicle, 140)의 위치를 파악하는 시스템으로, 수중 스테이션(underwater station, 120), 수중 차량(140) 및 해저 비콘(subsea beacon, 160) 간의 초음파 송수신을 이용하는 음향 위치 추적 기법(acoustic positioning technique)에 따라 수중에서 이동하는 수중 차량(140)의 위치를 파악하는 시스템이다.

여기서, 수중 차량(140)이란 수중에서 이동하는 장비를 모두 포괄하는 개념으로, 소위 수중 로봇이라 불리우는 원격 작업 차량(ROV: Remotely Operated Vehicle)이나 자율 무인 잠수정(AUV: Autonomous Unmmanded Vehicle)이 그 대표적인 예이다.

구체적으로 수중 차량 시스템(100)은 수중 스테이션(120)과 수중 차량(140) 간의 초음파 송수신을 통해 수중 차량(140)의 수중 스테이션(120)에 대한 상대 위치를 산출하고, 또 수중 스테이션(120)과 해저 비콘(160) 간의 초음파 송신을 통해 수중 스테이션(120)의 절대 위치를 산출할 수 있다. 결과적으로 수중 차량 시스템(100)은 수중 스테이션(120)의 절대 위치와 수중 차량(140)의 상대 위치에 근거하여 수중 차량(140)의 절대 위치를 산출할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 차량 시스템(100)의 개략도이다.

도 1을 참조하면, 수중 차량 시스템(100)은 수중 차량(140), 수중 스테이션(120) 및 해저 비콘(160)을 포함한다.

수중 스테이션(120)은 테더 케이블(tether cable, 11)을 통해 모선(10)에 연결된다. 모선(10)의 크레인(crane)은 수중 스테이션(120)을 승강시킬 수 있다. 이에 따라 수중 스테이션(120)은 모선(10)으로부터 수중에 진수되거나 또는 수중으로부터 모선(10)으로 회수될 수 있다. 여기서, 수중 스테이션(120)이 수면으로부터 일정한 깊이까지 앵커(anchor)의 역할을 수행한다. 이에 따라 수중 차량(140)은 일정한 깊이 이상에서 발진됨으로써, 수중 차량(140)이 수면 가까이의 강한 조류 등으로 인한 외란으로부터 자유로울 수 있다.

한편, 모선(10)에는 조종실이 마련될 수 있다. 조종실에는 파일럿(pilot)이 수중 차량(140)을 조종하기 위한 입력 장치나 수중 차량(140)이 촬영한 영상이나 그 밖의 수집한 정보를 출력하는 출력 장치 등과 같은 입출력 인터페이스(I/O interface)가 제공될 수 있다.

도 2는 도 1의 수중 스테이션(120)의 사시도이다.

도 2를 참조하면, 수중 스테이션(120)은 런쳐(launcher, 121) 및 제1 음향 모듈(128)을 포함한다.

런쳐(121)는 수중 차량(140)이 수납되는 공간을 제공한다. 수중 스테이션(120)이 수중 차량(140)은 런쳐(121)로부터 발진하거나 또는 런쳐(121)로 회수될 수 있다.

런쳐(121)는 상부 프레임(122), 케이지(126) 및 하부 프레임(127)을 포함할 수 있다.

상부 프레임(122)은 테더 케이블(11)을 통해 모선(10)으로 연결될 수 있다. 상부 프레임(122)은 링 프레임(123), 연결 바(124) 및 케이블 결속구(125)를 포함할 수 있다.

링 프레임(123)은 링(ring) 형태의 구조물로 제공된다. 링 프레임(123)의 하부에는 케이지(126) 및 하부 프레임(127)이 설치되며, 링 프레임(123)은 이들을 지지할 수 있다. 연결 바(124)는 링 프레임(123)의 상면으로부터 상방으로 경사지게 연장된다. 연결 바(124)는 복수일 수 있으며, 복수의 연결 바(124)는 링 프레임(123)의 서로 다른 지점으로부터 연장되어 링 프레임(123)의 중심부 상측에서 서로 연결될 수 있다.

케이블 결속구(125)에는 테더 케이블(11)이 결속된다. 케이블 결속구(125)는 주 결속구(125a) 및 보조 결속구(125b)를 포함할 수 있다. 주 결속구(125a)는 복수의 연결 바(124)가 서로 연결되는 부위에 형성되고, 보조 결속구(125b)는 링 프레임(123)에 형성된다. 보조 결속구(125b)는 케이지(126)의 수에 대응되는 수로 제공될 수 있는데, 본 실시예에서는 4개의 보조 결속구(125b)가 링 프레임(123)의 상면에 서로 직각을 이루도록 형성될 수 있다. 물론 보조 결속구(125b)의 수는 이와 달리 가감될 수 있다.

테더 케이블(11)은 모선(10)으로부터 주 결속구(125a)로 연결되고, 주 결속구(125a)로부터 보조 결속구(125b)로 연결될 수 있다. 수중 스테이션(120)이 복수의 수중 차량(140)을 운용하는 경우에는 케이지(126)는 운용되는 수중 차량(140)의 수에 대응되는 개수로 마련되며, 테더 케이블(11) 역시 운용되는 수중 차량(140)의 수에 대응되는 개수로 제공될 수 있다. 이때 테더 케이블(11)은 모선(10)으로부터 복수 개가 일체로 주 결속구(125a)로 연결되고, 주 결속구(125a)에서 복수의 테더 케이블(11)이 개별적으로 분류되어 각각의 보조 결속구(125b)로 연결될 수 있다.

케이지(126)는 수중 차량(140)을 수납한다. 케이지(126)는 링 프레임(123)의 하면에 설치될 수 있다. 케이지(126)는 조류 등의 외란의 영향을 덜 받도록 골조 구조를 가질 수 있다. 한편, 상술한 바와 같이 케이지(126)는 수중 스테이션(120)이 운용하는 수중 차량(140)의 수에 대응되는 개수로 마련될 수 있다. 케이지(126)는 각각 하나의 수중 차량(140)을 수납할 수 있다.

하부 프레임(127)은 케이지(126)의 하부에 설치된다. 하부 프레임(127)은 상부 프레임(122)의 링 프레임(123)과 유사한 형태로 제공될 수 있다. 하부 프레임(127)에는 제1 음향 모듈(128)이 설치될 수 있다.

제1 음향 모듈(128)은 음향 위치 추적 기법을 수행할 수 있다. 구체적으로 제1 음향 모듈(128)은 후술되는 수중 차량(140)의 제2 음향 모듈(147)이나 해저 비콘(160)의 제3 음향 모듈(161)과 초음파 송수신을 수행하여 수중 차량(140)이나 수중 스테이션(120)의 위치를 인식할 수 있다. 예를 들어, 음향 모듈들(128, 147, 161)은 초협대역 초음파 위치 추적 장치(USBL: ultra-short base line, SSBL: super-short base line)일 수 있다. 물론, 음향 모듈들(128, 147, 161)이 이외에도 광대역 초음파 위치 추적 장치(LBL: long base line), 협대역 초음파 위치 추적 장치(SBL: short base line)로 대체되는 것도 가능하다.

제1 음향 모듈(128)은 트랜스폰더(transponder, 129)를 포함할 수 있다. 트랜스폰더(129)는 음향 신호를 수신하고, 이에 응답하여 다시 음향 신호를 송출할 수 있다. 예를 들어, 트랜스폰더(129)는 수중 차량(140)이나 해저 비콘(160)으로부터 요청 신호를 수신하면, 이에 응답하여 응답 신호를 송출할 수 있다.

도 3은 도 2의 수중 스테이션(120)의 하면도이다.

트랜스폰더(129)는 런쳐(121)의 하부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 트랜스폰더(129)는 하부 프레임(127)의 하면에 설치될 수 있다. 일반적으로 수중 차량(140)이나 해저 비콘(160)은 수중 스테이션(120)보다 아래에 위치하므로 트랜스폰더(129)가 런쳐(121)의 하부에 배치됨으로써 보다 효과적으로 초음파 송수신을 수행할 수 있다.

트랜스폰더(129)는 적어도 세 개일 수 있다. 삼각 측량을 통해 위치를 추적하기 위해서는 트랜스폰더(129)가 적어도 세 개가 필요하기 때문이다. 또 보다 정확한 위치를 획득하기 위해서는 트랜스폰더(129)의 수가 세 개보다 더 많을 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 4개의 트랜스폰더(129)는 하부 프레임(127)에 서로 직각을 이루도록 배치될 수 있다. 물론, 이와 달리 4개의 트랜스폰더(129)는 일 직선 상에 배열될 수도 있다. 이때에는 하부 프레임(127)의 구조가 플레이트(plate) 형태나 바(bar) 형태 등으로 변경될 수도 있다.

수중 차량(140)은 수중에서 작업을 수행한다. 이때 수중 차량(140)은 원격으로 조종을 받거나 자율적으로 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 수중 차량(140)은 원격 작업 차량이나 자율 무인 잠수정일 수 있다. 이하에서는 수중 차량(140)에 관하여 원격 작업 차량을 중심으로 설명한다. 다만, 이는 설명의 편의를 위한 것에 불과하며, 수중 차량(140)이 원격 작업 차량으로 한정되는 것은 아니다.

도 4는 도 1의 수중 차량(140)의 사시도이고, 도 5는 도 4의 수중 차량(140)의 정면도이고, 도 6은 도 4의 수중 차량(140)의 측면도이고, 도 7은 도 4의 수중 차량(140)의 후면도이다.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 수중 차량(140)은 보디(141), 케이블 포트(142), 추진기(143), 부유 부재(144), 로봇 암(145), 촬영 유닛(146) 및 제2 음향 모듈(147)을 포함한다. 여기서, 상술한 수중 차량(140)의 구성 요소가 모두 필수적인 것은 아니므로, 수중 차량(140)이 상술한 구성 요소 중 일부만을 포함하여 구성되는 것도 가능하다.

보디(141)는 수중 차량(140)의 몸체를 이룬다. 보디(141)에는 수중 차량(140)의 다른 구성 요소들이 설치될 수 있다. 보디(141)는 내압성(耐壓性)이 높은 재질로 제공된다. 이에 따라 심해의 고압 환경에서 수중 차량(140)의 변형 및 파손이 방지될 수 있다.

케이블 포트(142)에는 테더 케이블(11)이 연결된다. 테더 케이블(11)은 모선(10)으로부터 주 결속구(125a), 보조 결속구(125b)를 거쳐 수중 차량(140)의 케이블 포트(142)로 연결될 수 있다. 테더 케이블(11)은 수중 차량(140)으로 전원을 공급할 수 있다. 또 수중 차량(140)과 모선(10)은 테더 케이블(11)을 통해 통신을 수행할 수 있다.

추진기(143)는 보디(141)에 설치되고, 추진기(143)는 추진력을 출력한다. 예를 들어, 추진기(143)는 프로펠러 또는 제트 분사기(jet nozzle)일 수 있다. 추진기(143)가 추진력을 출력하면, 수중 차량(140)이 이동하거나 수중 차량(140)의 자세가 조정될 수 있다.

수중 차량(140)에는 복수의 추진기(143)가 제공될 수 있다. 복수의 추진기(143)는 보디(141)의 서로 다른 부위에 마련될 수 있다. 이에 따라 추진기(143)는 수중 차량(140)의 자세를 정밀하게 제어하거나 수중 차량(140)이 다축으로 자유로이 이동하도록 할 수 있다.

부유 부재(144)는 부력을 제공한다. 예를 들어, 부유 부재(144)는 스티로폼이나 폴리우레탄(polyurethane) 등과 같이 밀도가 낮은 재질로 제공되거나 또는 공기나 질소 등의 기체가 담긴 용기로 제공될 수 있다. 이러한 부유 부재(144)는 보디(141)의 상부에 설치될 수 있다. 부유 부재(144)가 보디(141)의 상부에 설치되면, 부유 부재(144)의 부력에 의해 보디(141)가 정자세를 유지하기 용이해질 수 있다.

로봇 암(145)은 보디(141)에 전방을 향하도록 설치될 수 있다. 로봇 암(145)은 다관절 구동 구조로 제공될 수 있다. 또, 보디(141)에는 복수의 로봇 암(145)이 제공될 수 있다. 예를 들어, 수중 차량(140)은 5관절 로봇 암과 7관절 로봇 암을 가질 수 있다.

이러한 로봇 암(145)은 수중 작업을 수행할 수 있다. 예를 들어, 로봇 암(145)은 해저 시설물(subsea equipment, 20)을 설치하거나 유지/보수할 수 있다. 다른 예를 들어, 로봇 암(145)은 해저 시설물(20)을 조작할 수 있다. 구체적으로 로봇 암(145)은 해저 시설물(20)의 조작 패널의 버튼을 누르거나, 다이얼을 돌리거나, 레버를 움직이거나, 플러그 소켓에 플러그를 삽입할 수 있다. 로봇 암(145)이 복수인 경우에는 각각의 로봇 암(145)에 서로 다른 동작이 할당될 수 있다.

촬영 유닛(146)은 영상을 촬영한다. 촬영 유닛(146)은 카메라(146a) 및 조명 부재(146b)를 포함할 수 있다. 조명 부재(146b)는 광을 출력하고, 카메라(146a)는 영상을 촬영한다. 촬영된 영상은 테더 케이블(11)을 통해 모선(10)으로 송신될 수 있다. 모선(10)의 조종실에서는 디스플레이를 통해 촬영된 영상을 표시할 수 있다. 파일럿이 표시된 영상을 참조하면서 수중 차량(140)을 조종할 수 있다.

제2 음향 모듈(147)은 음향 위치 추적 기법을 수행할 수 있다. 구체적으로 제2 음향 모듈(147)은 수중 스테이션(120)의 제1 음향 모듈(128)과 초음파 송수신을 수행하여 수중 스테이션(120)에 대한 수중 차량(140)의 상대 위치를 파악할 수 있다.

제2 음향 모듈(147)은 제1 트랜스미터(transmitter, 148), 제1 리시버(receiver, 149) 및 제어기(미도시)를 포함할 수 있다.

제1 트랜스미터(148)는 음향 신호를 송출할 수 있다. 제1 리시버(149)는 음향 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 제1 트랜스미터(148)가 요청 신호를 송출하면, 수중 스테이션(120)의 트랜스폰더(129)가 이를 수신하여 응답 신호를 발생시키고, 제1 리시버(149)가 수중 스테이션(120)으로부터 송출되는 응답 신호를 수신할 수 있다.

제1 트랜스미터(148) 및 제1 리시버(149)는 보디(141)의 상면부에 배치될 수 있다. 일반적으로 수중 차량(140)은 수중 스테이션(120)의 아래에서 작업을 수행하며, 트랜스폰더(129)는 수중 스테이션(120)의 하부에 배치되므로 보디(141)의 상면부에 제1 트랜스미터(148)와 제1 리시버(149)가 설치되면 제1 음향 모듈(128)과 제2 음향 모듈(147) 간의 초음파 송수신이 원활하게 수행될 수 있다.

제어기(미도시)는 수중 차량(140)의 위치를 산출할 수 있다. 제어기(미도시)는 제1 트랜스미터(148)에서의 요청 신호의 송출 시점과 제1 리시버(149)에서의 응답 신호의 수신 시점 간의 시간차에 근거하여 수중 스테이션(120)과 수중 차량(140) 간의 거리를 산출할 수 있다. 또 수중 스테이션(120)에는 복수의 트랜스폰더(129)가 있으므로 삼각 측량을 이용하면 수중 스테이션(120)과 수중 차량(140) 간의 각도를 산출할 수도 있다. 결과적으로 제어기(미도시)는 수신 시점과 응답시점 간의 시간차에 근거하여 수중 스테이션(120)에 대한 수중 차량(140)의 위치를 산출할 수 있다.

제어기(미도시)는 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 구현될 수 있다.

하드웨어적으로 제어기(미도시)는 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors) 및 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 제어기능을 수행하기 위한 전기적인 장치로 제공될 수 있다.

소프트웨어적으로 제어기(미도시)는 하나 이상의 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 코드(software code) 또는 소프트웨어 어플리케이션(software application)에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어는 메모리에 저장되고, 제어기(미도시)의 하드웨어적인 구성에 의해 실행될 수 있다. 또 소프트웨어는 테더 케이블(11)을 통해 모선(10)으로부터 송신되어 수중 차량(140)의 제어기(미도시)의 하드웨어적 구성에 설치될 수 있다.

해저 비콘(160)은 해저면에 설치될 수 있다. 해저 비콘(160)은 고정된 위치에 설치될 수 있다. 예를 들어, 해저 비콘(160)은 해저의 랜드마크(landmark)나 해저 시설물(20)에 고정되어 설치될 수 있다. 여기서, 랜드마크란 해저면의 지형중 식별이 용이한 지점이나 장소를 의미할 수 있다. 랜드마크의 예로는 해저에 형성된 봉우리 등이 있다.

이하에서는 설명의 편의를 위하여 해저 시설물(20)에 설치된 해저 비콘(160)을 중심으로 설명한다.

해저 시설물(20)은 해저면(sea ground)에 설치되는 시설물로써, 대표적인 해저 시설물(20)로는 원유나 천연 가스를 비롯하여 해저에 매장되어 있는 다양한 해저 자원을 채취하는데 이용되는 웰헤드 트리(wellhead tree, 21)나 매니폴드(manifold, 22)를 들 수 있다.

웰헤드 트리(21)는 해저 유정의 정두(wellhead)에 설치된다. 웰헤드 트리(21)는 해저 유정으로부터 원유를 추출할 수 있다. 또 웰헤드 트리(21)는 해저 유정으로부터 분출되는 원유의 압력을 제어하여 원유가 유출되는 것을 방지할 수 있다. 유정의 정두가 복수인 경우에는 웰헤드 트리(21)는 각 정두마다 설치될 수 있다.

매니폴드(22)는 웰헤드 트리(21)의 주변의 해저면에 설치되며, 플로우 라인(flowline, 23)과 점퍼(jumper, 24)를 통해 웰헤드 트리(21)와 연결된다. 매니폴드(22)는 플로우 라인(23)을 통해 웰헤드 트리(21)에서 추출된 원유를 수집하여 이를 임시로 저장한다.

또 매니폴드(22)는 파이프 라인(pipeline, 31)이나 라이져(riser, 31)를 통해 해상의 정제 시설(30)과 연결된다. 매니폴드(22)는 파이프 라인(31) 등을 통해 정제 시설로 수집한 원유를 송출하고, 정제 시설(30)에서는 원유를 1차로 정제한다.

도 8을 참조하면, 매니폴드(22)인 해저 시설물(20)은 하우징(25), 지지 부재(26) 및 조작 패널(27)을 포함할 수 있다. 하우징(25)은 해저 시설물(20)의 몸체를 이루며, 심해의 고압 환경을 견딜 수 있도록 내압성(耐壓性)이 높은 재질로 제공된다. 지지 부재(26)는 해저면에 해저 시설물(20)이 설치되도록 하우징(25)을 지지한다. 조작 패널(27)에는 해저 시설물(20)의 기능을 조작할 수 있는 입력 장치가 마련된다. 예를 들어, 조작 패널(27)에는 버튼, 레버, 다이얼, 플러그 소켓 등이 포함될 수 있다. 수중 차량(140)은 이러한 해저 시설물(20)의 조작 패널을 조작하여 해저 시설물(20)의 동작을 조종할 수 있다. 이처럼, 수중 차량(140)이 해저 시설물(20)을 조작하기 위해서는 수중 차량(140)이 해저 시설물(20)에 접근해야 하므로, 수중 차량(140)과 해저 시설물(20) 간의 위치 관계가 중요하며, 수중 차량(140)의 위치를 파악할 필요가 있다.

이러한 해저 시설물(20)에는 해저 비콘(160)이 설치될 수 있다. 해저 비콘(160)은 제3 음향 모듈(161)로 구현될 수 있다. 제3 음향 모듈(161)과 수중 스테이션(120)의 제1 음향 모듈(128)은 초음파 송수신을 수행하고, 이에 따라 해저 비콘(160) 또는 해저 비콘(160)이 설치된 해저 시설물(20)에 대한 수중 스테이션(120)의 상대 위치를 산출할 수 있다. 수중 스테이션(120)의 상대 위치를 산출하는 방법은 수중 차량(140)의 상대 위치를 산출하는 방법과 유사하게 수행될 수 있다. 구체적으로 제3 음향 모듈(161)은 제2 트랜스미터(162)와 제2 리시버(163)를 포함할 수 있다. 이들은 각각 제2 음향 모듈(147)의 제1 트랜스미터(148)와 제1 리시버(149)와 동일한 기능을 수행할 수 있다. 즉, 제2 트랜스미터(162)가 요청 신호를 송출하면, 트랜스폰더(129)가 이에 응답하는 응답 신호를 송출하고, 제2 리시버(163)가 응답 신호를 수신할 수 있다. 이때 요청 신호의 송출 시점과 응답 신호의 수신 시점 간의 시간차를 이용하면 해저 비콘(160)에 대한 수중 스테이션(120)의 상대 위치를 산출할 수 있다.

또한 해저 비콘(160)은 고정된 위치에 설치되므로 그 좌표를 아는 경우에는, 수중 스테이션(120)의 상대 위치와 해저 비콘(160)의 좌표값에 근거하여 수중 스테이션(120)의 절대 위치를 산출할 수 있을 것이다. 여기서, 좌표는 x,y,z의 삼축으로 표현되는 삼차원 좌표값일 수 있다.

제2 트랜스미터(162) 및 제2 리시버(163)는 하우징의 상면부에 배치될 수 있다. 해저에 배치된 해저 시설물(20)은 수중 스테이션(120)의 아래에 위치하므로 이에 따라 트랜스폰더(129)와 제2 트랜스미터(162) 및 제2 리시버(163) 간의 초음파 송수신이 원활히 이루어질 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 수중 위치 인식 방법에 관하여 설명한다. 여기서, 수중 차량 시스템(100)은 수중 차량(140)의 위치를 파악하는 방법으로, 이하에서 설명되는 수중 위치 인식 방법은 상술한 수중 차량 시스템(100)을 이용하여 수행될 수 있다. 다만, 수중 위치 인식 방법이 이에 한정되는 것은 아니며, 상술한 수중 수중 차량 시스템(100) 이외에도 이와 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 다른 시스템을 이용해 수행될 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 위치 인식 방법의 순서도이다.

도 9를 참조하면, 수중 위치 인식 방법은 수중 스테이션(120)과 해저 비콘(160) 간의 초음파 위치 인식 기법을 이용하여 해저 비콘(160)에 대한 수중 스테이션(120)의 절대 위치를 산출하는 단계(S110), 수중 스테이션(120)과 수중 차량(140) 간의 초음파 위치 인식 기법을 이용하여 수중 스테이션(120)에 대한 수중 차량(140)의 상대 위치를 산출하는 단계(S120) 및 수중 스테이션(120)의 절대 위치 및 수중 차량(140)의 상대 위치에 근거하여 수중 차량(140)의 절대 위치를 산출하는 단계(S130)를 포함한다.

이하에서는 상술한 수중 위치 인식 방법의 각 단계에 관하여 구체적으로 설명한다. 다만, 상술한 단계들이 반드시 설명된 순서에 따라 수행되어야 하는 것은 아니며, 나중에 설명된 단계가 먼저 설명된 단계에 앞서 수행되는 것도 가능하다. 예를 들어, 단계 S120을 수행한 후 단계 S110, S130을 수행하는 것도 가능하다.

먼저 수중 스테이션(120)과 해저 비콘(160) 간의 초음파 위치 인식 기법을 이용하여 해저 비콘(160)에 대한 수중 스테이션(120)의 절대 위치를 산출한다(S110).

해저 비콘(160)의 제2 트랜스미터(162)가 요청 신호로써 음향 신호를 송출한다(S111). 여기서, 음향 신호(acoustic signal)은 음파 또는 초음파일 수 있다. 요청 신호가 송출되면 수중 스테이션(120)의 트랜스폰더(129)가 이를 수신한다(S112). 트랜스폰더(129)는 요청 신호가 수신되면 이에 응답하여 응답 신호로써 음향 신호를 송출한다(S113). 여기서, 수중 스테이션(120)에는 복수의 트랜스폰더(129)가 배치되어 있는데, 복수의 트랜스폰더(129)는 각각 요청 신호를 수신하고 이를 송출할 수 있다. 또 트랜스폰더들(129)은 서로 다른 위치에 배치되므로 각 트랜스폰더(129)는 요청 신호를 다른 시점에 수신하고, 따라서 응답 신호를 다른 시점에 송출할 수 있다. 응답 신호가 송출되면 해저 비콘(160)의 제2 리시버(163)가 이를 수신한다(S114). 트랜스폰더(129)에서는 응답 신호를 다른 시점에 송출할 수 있고, 또 이때 각각의 트랜스폰더(129)와 해저 비콘(160)의 제2 리시버(163) 간의 거리가 상이하므로 제2 리시버(163)는 서로 다른 시점에 응답 신호를 수신할 수 있다.

응답 신호가 수신되면, 요청 신호의 송출 시점과 응답 신호의 수신 시점 간의 시간차에 근거하여 해저 비콘(160)에 대한 수중 스테이션(120)의 상대 위치를 산출한다(S115). 구체적으로 복수의 트랜스미터와 송수신하는 초음파마다 시간차가 상이할 수 있으며, 이러한 점에 기초하여 삼각 측량을 수행하여 수중 스테이션(120)의 상대 위치를 산출할 수 있다.

또 해저 비콘(160)은 정해진 위치에 고정되어 있으므로, 그 좌표값을 고려하면 수중 스테이션(120)의 상대 위치로부터 수중 스테이션(120)의 절대 위치를 파악할 수 있다(S116).

상술한 단계 S115 및 S116은 해저 비콘(160), 해저 시설물(20) 또는 모선(10)의 조종실 등에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 해저 비콘(160)에는 삼각 측량을 수행하는 연산 장치와 해저 비콘(160)의 절대 좌표를 저장하고 있는 메모리가 더 제공되고, 해저 비콘(160)이 이를 이용하여 수중 스테이션(120)의 절대 위치를 산출할 수 있다. 다른 예를 들어, 해저 비콘(160)은 송신 시점과 수신 시점을 감지하고, 이를 해저 시설물(20)이나 모선(10)의 조종실로 전송하면 해저 시설물(20)이나 모선(10)의 조종실에 설치된 연산 장치와 메모리가 연산을 통해 수중 스테이션(120)의 절대 위치를 산출할 수 있다.

다음으로 수중 스테이션(120)과 수중 차량(140) 간의 초음파 위치 인식 기법을 이용하여 수중 스테이션(120)에 대한 수중 차량(140)의 상대 위치를 산출한다(S120).

수중 차량(140)의 제1 트랜스미터(148)가 요청 신호로써 음향 신호를 송출한다(S121). 요청 신호가 송출되면 수중 스테이션(120)의 트랜스폰더(129)가 이를 수신한다(S122). 트랜스폰더(129)는 요청 신호가 수신되면 이에 응답하여 응답 신호로써 음향 신호를 송출한다(S123). 여기서, 수중 스테이션(120)에는 복수의 트랜스폰더(129)가 배치되어 있는데, 복수의 트랜스폰더(129)는 각각 요청 신호를 수신하고 이를 송출할 수 있다. 또 트랜스폰더들(129)은 서로 다른 위치에 배치되므로 각 트랜스폰더(129)는 요청 신호를 다른 시점에 수신하고, 따라서 응답 신호를 또 다른 시점에 송출할 수 있다. 응답 신호가 송출되면 제1 리시버(149)가 이를 수신한다(S124). 트랜스폰더(129)에서는 응답 신호를 다른 시점에 송출할 수 있고, 또 이때 각각의 트랜스폰더(129)와 제1 리시버(149) 간의 거리가 상이하므로 제1 리시버(149)는 서로 다른 시점에 응답 신호를 수신할 수 있다.

응답 신호가 수신되면, 요청 신호의 송출 시점과 응답 신호의 수신 시점 간의 시간차에 근거하여 수중 스테이션(120)에 대한 수중 차량(140)의 상대 위치를 산출한다(S125). 구체적으로 복수의 트랜스미터와 송수신하는 초음파마다 시간차가 상이할 수 있으며, 제어기(미도시)는 이러한 점을 고려하여 삼각 측량을 수행함으로써 수중 차량(140)의 상대 위치를 산출할 수 있다. 한편, 경우에 따라서는 제어기(미도시)는 제1 트랜스미터(148)와 제1 리시버(149)에서 감지된 송출 시점과 응답 신호를 테더 케이블(11)을 통해 모선(10)으로 전송하고, 실제 연산은 모선(10)에서 수행될 수도 있을 것이다.

마지막으로 수중 스테이션(120)의 절대 위치 및 수중 차량(140)의 상대 위치에 근거하여 수중 차량(140)의 절대 위치를 산출한다(S130).

제어기(미도시)는 모선(10)으로부터 수중 스테이션(120)의 절대 위치를 전송받고, 전송받은 수중 스테이션(120)의 절대 위치와 수중 차량(140)의 상대 위치를 고려하여 수중 차량(140)의 절대 위치를 산출할 수 있다. 또는 제어기(미도시)가 수중 차량(140)의 상대 위치를 모선(10)으로 전송하면 모선(10)에서 수중 스테이션(120)의 절대 위치와 수중 차량(140)의 상대 위치를 고려하여 수중 차량(140)의 절대 위치를 산출할 수도 있다.

이로써 수중 차량(140)의 절대 위치를 파악할 수 있다. 한편, 경우에 따라서는 해저 비콘(160)의 좌표를 이용하지 않고 수중 스테이션(120)의 상대 위치와 수중 차량(140)의 상대 위치만을 산출한 뒤, 이에 근거하여 해저 비콘(160)에 대한 수중 차량(140)의 상대 위치를 산출하는 것도 가능하다. 해저 비콘(160)이 해저 시설물(20)에 설치되어 있는 경우에는 해저 시설물(20)에 대한 수중 차량(140)의 상대 위치만으로도 수중 차량(140)이 해저 시설물(20)에 접근하여 수중 작업을 수행하는 것이 가능하다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 모선 11: 테더 케이블
20: 해저 시설물 100: 수중 차량 시스템
120: 수중 스테이션 121: 런쳐
128: 제1 음향 모듈 129: 트랜스폰더
140: 수중 차량 147: 제2 음향 모듈
148: 제1 트랜스미터 149: 제1 리시버
160: 해저 비콘 161: 제3 음향 모듈
162: 제2 트랜스미터 163: 제2 리시버

Claims

모선으로부터 수중에 진수되는 수중 스테이션;
상기 수중 스테이션으로부터 발진하는 수중 차량을 포함하되;
상기 수중 스테이션은 케이블을 통해 상기 모선에 연결되고 상기 수중 차량이 수용되는 공간을 제공하는 런쳐 및 상기 런쳐에 설치되고 음향 위치 인식 기법을 수행하는 제1 음향 모듈을 가지며,
상기 수중 차량은,
상기 제1 음향 모듈과 연계하여 음향 위치 인식 기법을 수행하는 제2 음향 모듈이 설치되는 보디; 및
상기 보디를 이동시키는 추진기를 포함하고,
상기 제1 음향 모듈은, 요청 신호를 수신하고, 상기 요청 신호에 응답하여 응답 신호를 송출하는 트랜스폰더를 포함하며,
상기 런쳐는
상기 수중 차량이 수용되는 공간을 제공하는 케이지; 및
상기 케이지의 하부에 설치되고, 하면에 상기 트랜스폰더가 설치되는 하부 프레임을 포함하는 수중 차량 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제2 음향 모듈은,
상기 요청 신호를 송출하는 제1 트랜스미터,
상기 응답 신호를 수신하는 제1 리시버 및
상기 요청 신호의 송출 시점과 상기 응답 신호의 수신 시점의 시간차에 근거하여 상기 수중 스테이션에 대한 상기 수중 차량의 상대 위치를 산출하는 제1 제어기;를 포함하는 수중 차량 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 수중 스테이션은 상기 트랜스폰더가 적어도 세 개가 배치되는 수중 차량 시스템.
제2항 또는 제4항에 있어서,
해저면에 고정 배치되는 해저 비콘;을 더 포함하되,
상기 해저 비콘은,
상기 요청 신호를 송출하는 제2 트랜스미터,
상기 응답 신호를 수신하는 제2 리시버 및
상기 요청 신호의 송출 시점과 상기 응답 신호의 수신 시점의 시간차에 근거하여 상기 해저 비콘에 대한 상기 수중 스테이션의 상대 위치를 산출하고, 상기 수중 스테이션의 상대 위치와 상기 해저 비콘이 고정된 좌표에 근거하여 상기 수중 스테이션의 절대 위치를 산출하는 제2 제어기를 포함하는 수중 차량 시스템.
제5항에 있어서,
상기 제1 제어기는, 상기 수중 스테이션의 절대 위치 및 상기 수중 스테이션에 대한 상기 수중 차량의 상대 위치에 근거하여 상기 수중 차량의 절대 위치를 산출하는 수중 차량 시스템.
제6항에 있어서,
상기 해저 비콘은, 해저면에 설치된 해저 시설물(subsea equipment)의 상부에 설치되는 수중 차량 시스템.
삭제