KR101559498B1 - 실시간 국지적 해류 모니터링 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 국지적인 해류를 실시간으로 모니터링하고 분석하여 해상에서의 작업 시 정확한 해류정보를 제공하여 해상 작업의 안전과 효율을 향상시키고, 해상에서 발생되는 조난, 선박사고 등에서 사고를 조기에 수습하고 사고의 확산을 방지할 수 있도록 하는 실시간 국지적 해류 모니터링 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 실시간 국지적 해류 모니터링 시스템은 GPS수신기; 해류의 수온과 유속을 센싱하는 수온센서와 유속센서; 상기 수온센서, 유속센서 및 GPS수신기에서 취득되는 수온, 유속 및 위치 데이터를 무선으로 전송하는 무선모듈; 상기 수온센서, 유속센서, GPS수신기 및 무선모듈이 각각 장착되고, 해류에 표류하는 부력체들; 상기 각각의 부력체에 장착된 무선모듈이 전송하는 수온, 유속 및 위치 데이터를 이용하여 해류의 강도와 방향을 포함하는 실시간 해류정보를 분석하여 하는 분석서버;를 포함하여 이루어진다.

Description

실시간 국지적 해류 모니터링 시스템{Monitoring system of real timeocean current}

본 발명은 국지적인 해류를 실시간으로 모니터링하고 분석하여 해상에서의 작업 시 정확한 해류정보를 제공하여 해상 작업의 안전과 효율을 향상시키고, 해상에서 발생되는 조난, 선박사고 등에서 사고를 조기에 수습하고 사고의 확산을 방지할 수 있도록 하는 실시간 국지적 해류 모니터링 시스템에 관한 것이다.

해양기술의 발전으로 해양 생태계 조사, 해저기지 건설 등의 해상 작업이 증가하고, 해양 교역의 증가가 선박 침몰과 기름유출 등의 해상 사고도 증가하고 있다.

특히, 해상사고의 발생시에는 인명구조와 사고확산 예방 등의 신속한 대처가 필요하다.

이러한 해상 작업과 해상 사고에 따른 구조 및 수색 등은 해양이라는 특수성으로 인해 작업자에 의한 수작업이 상당 부분을 차지하고 중요하다.

해양에서의 작업은 여러 요인에 의해 그 성질이 달라지는 해류를 극복하면서 작업을 해야 한다.

그래서 해양에서의 안전하고, 신속하고, 효율적인 작업을 위해서는 해류에 관한 정확한 정보의 제공이 필요하다.

그런데 아직까지 해양 작업에 실질적인 도움이 될 수 있는 정확한 해류정보를 제공하는 기술이 개시되지 않고 있다.

우리나라 국립해양조사원에서는 상당한 기간동안의 해류 데이터를 취합하여 해류 방향에 관한 정보를 제공하고, 수치모델을 이용하여 계산된 시간에 따른 조류(달과 태양의 기조력에 의한 해류) 정보를 제공하고 있다.

그렇지만 국립해양조사원에서 제공하는 해류정보와 조류정보 비교적 넓은 지역에 관한 것이며 통계적인 데이터라는 한계가 있고, 바람 등의 영향이 고려되지 않아 실제 흐름과 다를 수 있는 한계성이 존재한다.

즉, 해양 생태계 조사, 해저 구조물 설치, 해난 구조 및 수색 등의 작업에서는 국립해양조사원에서 제공하는 넓은 지역에 관한 통계적인 해류 및 조류 정보는 별 도움이 되지 못하고, 작업이 수행되는 해양의 국지적인 영역에서의 정확한 해류정보가 도움이 된다.

참고로, 등록특허 제10-0989193호 "해양 정보 수집 및 모니터링 시스템"은 해양의 특정 지점에 설치된 해양 정보 수집 장치를 이용해 해양 정보를 수집 및 분석하여 제공하고 있는데, 상기 등록특허가 제공하는 해양 정보는 한 지점에 관한 해양 정보로서 일정 영역에 관한 정보가 아니기에 국지적인 영역에서 행해지는 해상 작업에는 별 도움이 되지 않는다. 국립해양조사원에서 제공하는 해류정보는 상기 등록특허의 해양 정보 수집 장치와 같은 장치를 적게는 수키로미터에서 많게는 수백키로미터의 간격을 두고 해상에 설치해서 취득하는 것이다.

본 발명은 이처럼 해저 조사, 인명 수색 및 구조 등의 해상 작업이 행해지는 국지적인 영역에서의 정확한 해류정보를 제공하여 해상 작업이 신속하고 안전하고 효율적으로 행해질 수 있도록 하는 실시간 국지적 해류 모니터링 시스템을 제공함을 목적으로 하고,

아울러, 거친 해양 환경으로부터 보호되어 장기간 사용할 수 있는 실시간 국지적 해류 모니터링 시스템을 제공함을 또 다른 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 실시간 국지적 해류 모니터링 시스템은

GPS수신기;

해류의 수온과 유속을 센싱하는 수온센서와 유속센서;

상기 수온센서, 유속센서 및 GPS수신기에서 취득되는 수온, 유속 및 위치 데이터를 무선으로 전송하는 무선모듈;

상기 수온센서, 유속센서, GPS수신기 및 무선모듈이 각각 장착되고, 해류에 표류하는 부력체들;

상기 각각의 부력체에 장착된 무선모듈이 전송하는 수온, 유속 및 위치 데이터를 이용하여 해류의 강도와 방향을 포함하는 실시간 해류정보를 분석하여 하는 분석서버;를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 부력체는 서로 조립결합되는 베이스와 덮개를 포함하고,

상기 GPS수신기와 무선모듈은 상기 부력체에 내장되는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 실시간 국지적 해류 모니터링 시스템은 해상 작업이 행해지는 국지적인 영역에 대한 해류정보를 실시간으로 제공하여 보다 신속하고 안전하며 효율적인 작업이 가능하도록 지원하고, 해류정보를 수집하여 전송하는 GPS수신기, 무선모듈 등은 거친 해상 환경으로부터 보호되어 내구성이 뛰어난 실시간 국지적 해류 모니터링 시스템으로서 산업발전에 매우 유용한 발명이다.

도 1 은 본 발명에 따른 실시간 국지적 해류 모니터링 시스템의 개략적인 블럭 구성도.
도 2 는 부력체에 내장되는 구성요소들을 보호하는 수평유지수단의 구성도.
도 3 은 해상 작업이 행해질 해상의 국지적인 영역에서의 해류정보를 취득하는 방식을 개념적으로 도시한 도면.
도 4 는 취득된 해류정보를 분석하여 모니터를 통해 실시간으로 보여주는 해류정보의 일례를 도시한 도면.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시간 국지적 해류 모니터링 시스템에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

본 발명을 보다 구체적으로 설명하기에 앞서,

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.

또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도1에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 실시간 국지적 해류 모니터링 시스템은 해상에 표류하는 부력체(10)와, 부력체(10)에 장착되어 각종 데이터를 수집하는 GPS수신기(20), 수온센서(S1), 유속센서(S2) 및 수집된 데이터를 무선으로 전송하는 무선모듈(30)과, 육상에 구비되고 수신된 데이터를 분석하여 실시간 해류정보를 추출하는 분석서버(90)를 포함하여 이루어진다.

먼저, 상기 부력체(10)는 해상에 부유하고, 해류의 표면 흐름에 표류한다.

상기 부력체(10)는 지름이 약 20cm 내외의 구체(ball)이고, 내부에 GPS수신기(20), 무선모듈(30) 등을 내장한다.

상기 부력체(10)는 내부에 내장된 GPS수신기(20) 등의 유지보수와 교체가 가능하도록 서로 조립되어 결합되는 반구 형상의 베이스(11)와 덮개(13)로 구성된다.

상기 부력체(10)의 베이스(11) 외면으로는 와이어(15)가 연결되고, 상기 와이어(15)의 단부에는 무게추(17)가 장착된다.

상기 와이어(15)와 무게추(17)의 연결로 상기 부력체(10)는 중심을 잡아 해류에 표류하는 때에 베이스(11)가 하부에 배치되고 덮개(13)가 상부에 배치되는 구조가 유지된다.

상기 와이어(15)에는 해류의 수온과 유속을 센싱하는 수온센서(S1)와 유속센서(S2)가 장착된다.

상기 와이어(15)는 해상 작업이 행해질 수심에 맞게 수 미터에서 수십 미터의 길이를 갖고, 상기 수온센서(S1)와 유속센서(S2)는 각각 한개 이상이 와이어(15)에 장착되어 수심에 따른 수온과 유속을 탐지한다.

도면에 도시하지 아니하였으나, 상기 와이어(15)에 수중 카메라가 장착되어서 수중 상황에 관한 영상을 취득할 수고, 부력체(10)의 외부에 카메라가 장착되어 주변 상황에 관한 영상을 취득할 수도 있다.

카메라에 의한 영상은 구조 작업에 유용하게 사용될 수 있다. 그리고 이때의 카메라는 360도 전방을 촬용하는 카메라를 장착하는 것이 바람직할 것이다.

상기 부력체(10)의 내부에는 GPS수신기(20), 수신모듈(40), 무선모듈(30), 배터리(60), 조난키트(50) 등이 내장된다.

상기 부력체(10)는 해상 작업 지역에 격자 모양으로 균형있게 배치되도록 이곳저곳으로 투하된다.

상기 GPS수신기(20)는 GPS 위성이 송출하는 신호를 수신하여 자신의 위치 데이터를 계산한다. 참고로, GPS 위성으로부터 수신하는 신호에는 시간 데이터가 포함된다.

상기 수신모듈(40)은 상기 수온센서(S1)와 유속센서(S2)에서 센싱되는 수온과 유속에 관한 데이터를 수신한다.

상기 조난키트(50)는 주변으로 신호를 발하여 자신의 위치를 알린다. 즉, GPS수신기(20) 등이 내장되는 부력체(10)는 소형이고 해류를 따라 표류를 하여서 분실의 위험이 상당하다. 그래서 상기 조난키트(50)는 주변으로 신호를 발신하여 자신의 위치를 알린다.

상기 조난키트(50)가 수시로 자신의 위치를 알리는 신호를 발신하게 되면 많은 전력을 소모하게 된다. 그래서 상기 조난키트(50)는 최소한의 전원을 사용하여 휴면 상태로 있다가 탐색신호가 수신되면 웨이크업(활성화) 되어서 주변으로 자신의 위치를 알리는 신호를 발신하는 것이 바람직하다.

상기 무선모듈(30)은 상기 수신모듈(40)로 수신된 수온과 유속에 관한 데이터, GPS수신기(20)에서 수신되고 계산된 위치 데이터와 시간 데이터를 무선으로 전송한다.

상기 무선모듈(30)은 RF, 지그비, 블루투스, NFC 등의 무선 송신기술을 이용할 수 있다.

상기 무선모듈(30)이 데이터를 무선으로 전송할 수 있는 거리에는 제한이 있다. 그래서 상기 무선모듈(30)은 가까운 육상에 위치한 Base(로컬기지국이나 통신사기지국)로 데이터를 전송하고, 상기 Base가 여러 무선모듈(30)에서 전송하여 수신되는 데이터를 취합하여 분석서버(90)로 전송한다.

이때, 해상 작업 위치가 육상에 위치한 Base에서 멀리 떨어진 때에는 해상 작업용 선박이나 어느 한 부력체(10)에 송신 거리가 긴 중계기를 설치하고, 이 중계기가 무선모듈(30)들이 전송하는 데이터를 취합하여 분석서버(90)로 직접 또는 Base를 통해서 분석서버(90)로 전송하도록 한다.

상기 배터리(60)는 상기 GPS수신기(20), 수신모듈(40), 무선모듈(30) 및 조난키트(50)에 구동을 위한 전원을 공급한다.

상기 배터리(60)는 충전이 가능한 2차 전지를 사용하고, 한번 충전으로 수일(예; 약 3일) 동안 사용이 가능한 용량을 갖는다.

상기 분석서버(90)는 각각의 부력체(10)에 장착된 상기 무선모듈(30)들이 전송하는 수온, 유속, 위치 및 시간 등의 데이터를 이용해 해상 작업 지역의 실시간 해류정보를 분석하여 추출한다.

상기 분석서버(90)는

상기 무선모듈(30)이 전송하는 데이터를 수신하며 분석된 해류정보를 송신하는 송수신부(91),

상기 송수신부(91)에 수신되는 데이터를 저장하는 메모리(93),

상기 메모리(93)에 저장된 데이터를 분석하여 해류정보를 추출하는 분석부(95)와,

상기 분석부(95)에서 추출된 해류정보를 사용자가 한눈에 알아볼 수 있는 이미지로 모델링하는 모델링부(97)를 포함하여 이루어진다.

상기 분석부(95)는 GPS수신기(20)의 시간별 위치 데이터 X, Y, Z를 이용해 부력체(10)의 이동속도, 이동방향 등(즉, 해류 표층수의 유속과 방향 등)을 분석하다.

예를 들면, 해류를 타고 표류하는 해당 부력체(10)의 이동경로로서 제1지점과 제2지점 각각의 X, Y 좌표로부터 이동방향과 이동거리를 계산하고, 제1지점과 제2지점 각각에서의 시각으로부터 이동시간을 계산해서, 제1지점에서 제2지점으로 이동한 이동속도를 계산한다.

그리고 해당 부력체(10)의 이동경로에 있는 지점들에 대한 Z 값의 변화로부터 해류의 파고를 계산한다.

그리고 부력체(10)의 이동경로 지점들 각각에서 수온센서(S1)와 유속센서(S2)가 센싱하는 데이터에서 그 지점의 아래에 위치하는 수중 해류의 수온과 유속 등의 데이터를 추출한다.

그리고 부력체(10)의 이동경로로 계산된 지점들을 선형으로 연결하여 해류의 흐름 형태를 보여줄 수도 있다.

상기 모델링부(97)는 상기 분석부에서 분석된 해류정보를 사용자(해상 작업자)가 한눈에 파악할 수 있는 이미지로 모델링한다.

도4를 참조하면, 상기 모델링부(97)는 해상 작업 지역 주변의 여러 지점에서 해류의 방향을 화살표의 방향으로 표시하고, 해류의 세기(해류 표층수의 이동속도)를 화살표의 길이로 표시하고, 그 지점에서의 수온을 화살표의 색상으로 표시하는 등으로 규칙을 설정하여, 작업자가 모델링된 이미지를 보고 그 해상 작업 지역의 해류 정보를 한눈에 즉시로 파악할 수 있도록 한다.

상기 부력체(10)는 해류를 따라 표류하면서 해류의 수평운동과 수직운동에 따라 계속해서 흔들리게 된다. 즉, 와이어(15)와 무게추(17)에 의해 베이스(11)가 하부로 배치되고 덮개(13)가 상부로 배치되지만 해류의 수평운동과 수직운동에 의해 앞뒤좌우로 흔들리게 된다.

부력체(10)가 앞뒤좌우로 흔들리면 그 내부에 장착되는 GPS수신기(20), 무선모듈(30) 등도 함께 흔들리면서 충격을 받아서 손상될 수 있다.

그래서 본 발명은 부력체(10)에 내장되는 GPS수신기(20), 무선모듈(30) 등이 부력체(10)의 흔들림에 따른 영향을 최소한을 받아서 수평자세를 유지할 수 있도록 수평유지수단(70)을 구비한다.

도2를 참조하면, 상기 수평유지수단(70)은

상기 부력체(10)에 내장되는 상기 GPS수신기(20)와 무선모듈(30) 등이 장착되는 장착판(71)과,

상기 장착판(71)의 상부로 연결되는 연결봉(73)과,

상기 덮개(13)의 내부에 고정되어 구비되는 고정볼(75)과,

상기 연결봉(73)의 단부에 구비되고, 상기 고정볼(75)을 회전 가능하게 수용하는 수용구(77)와,

상기 장착판(71)의 가장자리에 구비되어 상기 부력체(10)의 내면에 충돌하는 충격을 흡수하는 완충부재(79)를 포함하여 이루어져서,

상기 부력체(10)가 해류에 흔들려 자세가 변경되더라도 자중에 의해 상기 장착판(71)이 수평자세를 유지하도록 한다.

상기 수용구(77)에는 상기 고정볼(75)의 상부측과 하부측의 외주연에 접촉되어 걸리는 상부베어링(771)과 하부베어링(773)이 구비되고, 수용구(77)는 상기 상부베어링(771)과 하부베어링(773)이 각각 내장되고 서로 조립결합되는 상부케이스와 하부케이스로 구성되어서, 언제든지 고정볼(75)에서 분리되고 재결합될 수 있다.

이처럼 구성되는 상기 수평유지수단(70)은 부력체(10)가 해류에 의해 앞뒤좌우로 흔들리더라도 장착판(71)은 고정볼(75)에서 회전하는 수용구(77)에 의해 수평상태를 유지하여 흔들림에 따른 충격이 장착판(71)에 장착된 무선모듈(30) 등이 전달되지 않도록 하고, 부력체(10)가 과도하게 기울어져서 장착판(71)이 부력체(10)의 내면에 충돌하게 되는 경우에는 완충부재(79)가 부력체(10) 내면에 부딪히며 충격을 흡수하여 장착판(71)에 장착된 무선모듈(30) 등이 충격에 의해 손상되는 것을 예방한다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 구성과 구조를 갖는 실시간 국지적 해류 모니터링 시스템에 대해 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 부력체 11 : 베이스
13 : 덮개 15 : 와이어
17 : 무게추 20 : GPS수신기
30 : 무선모듈 40 : 수신모듈
50 : 조난키트 60 : 배터리
70 : 수평유지수단 71 : 장착판
73 : 연결봉 75 : 고정볼
77 : 수용구 79 : 완충부재
90 : 분석서버 91 : 송수신부
93 : 메모리 95 : 분석부
97 : 모델링부

Claims (2)

1. GPS수신기;
   해류의 수온과 유속을 센싱하는 수온센서와 유속센서;
   상기 수온센서, 유속센서 및 GPS수신기에서 취득되는 수온, 유속 및 위치 데이터를 무선으로 전송하는 무선모듈;
   상기 수온센서, 유속센서, GPS수신기 및 무선모듈이 각각 장착되고, 해류에 표류하는 부력체들;
   상기 각각의 부력체에 장착된 무선모듈이 전송하는 수온, 유속 및 위치 데이터를 이용하여 해류의 강도와 방향을 포함하는 실시간 해류정보를 분석하는 분석서버;를 포함하는 실시간 국지적 해류 모니터링 시스템에 있어서,
   
   상기 부력체(10)는 서로 조립결합되는 베이스(11)와 덮개(13)를 포함하고,
   상기 GPS수신기(20), 무선모듈(30)은 상기 부력체(10)에 내장되고,
   상기 부력체(10)의 흔들림에도 내장된 GPS수신기(20), 무선모듈(30)이 수평자세를 유지할 수 있도록 수평유지수단(70)을 더 포함하여 이루어지되,
   
   상기 수평유지수단(70)은
   상기 부력체(10)에 내장되는 상기 GPS수신기(20)와 무선모듈(30)이 장착되는 장착판(71)과,
   상기 장착판(71)의 상부로 연결되는 연결봉(73)과,
   상기 덮개(13)의 내부에 고정되어 구비되는 고정볼(75)과,
   상기 연결봉(73)의 단부에 구비되고, 상기 고정볼(75)을 회전 가능하게 수용하는 수용구(77)와,
   상기 장착판(71)의 가장자리에 구비되어 상기 부력체(10)의 내면에 충돌하는 충격을 흡수하는 완충부재(79)를 포함하여 이루어져서,
   상기 부력체(10)가 해류에 흔들려 자세가 변경되더라도 자중에 의해 상기 장착판(71)이 수평자세를 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 실시간 국지적 해류 모니터링 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 수용구(77)에는 상기 고정볼(75)의 상부측과 하부측의 외주연에 접촉되어 걸리는 상부베어링(771)과 하부베어링(773)이 구비되고, 수용구(77)는 상기 상부베어링(771)과 하부베어링(773)이 각각 내장되고 서로 조립결합되는 상부케이스와 하부케이스로 구성되어서, 고정볼(75)에서 분리되고 재결합될 수 있는 것을 특징으로하는 실시간 국지적 해류 모니터링 시스템.

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