KR101652450B1

KR101652450B1 - 소나 및 영상 분석을 이용한 해상 풍력발전 단지 감시 장치

Info

Publication number: KR101652450B1
Application number: KR1020140056339A
Authority: KR
Inventors: 이종화
Original assignee: 주식회사 나루이엠에스
Priority date: 2014-05-12
Filing date: 2014-05-12
Publication date: 2016-08-31
Also published as: KR20150130567A

Abstract

본 발명의 소나 및 영상 분석을 이용한 해상 풍력발전 단지 감시 장치는, 해상 풍력발전 단지 감시 장치에 있어서, 풍력발전 단지 외곽에서 풍력 발전 단지 쪽으로 접근하는 목표물(T)의 거리(L)와 방향(D)으로 감지하여 제어부(200)에 송신하는 음향탐지부(Sonar, 100)와; 상기 목표물(T)이 풍력 발전 단지 내부로 진입할 수 있는 정당한 권원(ID 정보)을 가지고 있는지 확인하여 정당한 권원(ID 정보)을 갖고 있지 못하다고 판단되면 목표물(T)의 무단 접근 사실을 관리컴퓨터(400)에 무선 송신하는 제어부(200)와; 상기 제어부(200) 또는 관리컴퓨터(400) 중 하나로부터 신호를 인가받아 목표물(T)이 존재하는 방향으로 접근 방지를 위한 음향 경고음를 자동으로 송출하는 음향 경고부(300)와; 풍력 발전 단지 내부로 진입할 수 있는 정당한 권원(ID 정보)이 없는 목표물(T)의 접근 사실을 상기 제어부(200)로부터 무선 수신하여 저장하는 관리컴퓨터(400);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 소나 및 영상 분석을 이용한 해상 풍력발전 단지 감시 장치에 관한 것이다.

Description

소나 및 영상 분석을 이용한 해상 풍력발전 단지 감시 장치 { Offshore Wind Power Electricity Generating Farm Watching System }

본 발명은 소나 및 영상 분석을 이용한 해상 풍력발전 단지 감시 장치에 관한 것이다.

등록특허 제10-1257097호 선 배열 소나 및 이의 표적방위 검출방법은, 선형으로 배열되어 음향 신호를 수신하는 복수의 음향 센서; 빔 형성하여 상기 음향 신호로부터 표적 신호를 탐지하고, 표적 방위 및 표적 거리를 출력하는 표적 탐지기; 및 상기 표적 신호의 전달 경로들에 따른 음선들의 도달 각을 근거로 상기 표적 방위의 오차를 보정하는 방위 보정기;를 포함하고, 상기 방위 보정기는, 상기 표적 신호의 전달 경로들에 따른 상기 음선들 중 음압이 가장 강한 전달 경로에 따른 음선을 탐색하고, 상기 음압이 가장 강한 전달 경로에 따른 음선의 도달 각을 근거로 상기 표적 방위의 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 선 배열 소나를 게시한다.

종래에 해상 풍력발전기가 밀집해 있는 해상 풍력 발전 단지에 조업하는 어선이나 항해하는 선박들이 무단으로 근접하여 파일(pile)을 큰 모멘텀으로 타격하거나 하는 경우 큰 손실로 이어지는 문제점이 있었다. 또한, 폐선이나 육상의 폐 컨테이너 등 중량의 물체가 태풍, 해일 등의 자연 재해시에 해안 근처에 설치된 해상 풍력 발전 단지로 접근하여 파도 등에 의해 가속된 후 풍력 발전기 장치를 지지하고 있는 파일(pile)을 큰 모멘텀으로 타격하여 파일이 기울어지거나 수직 상태에서 벗어나서 한기당 200억 이상의 설치비가 소요된 풍력발전기를 사용하지 못하게 되는 문제점이 있었다. 또한, 파일을 보수하기 위한 노력이 거의 새로 파일을 해저 바닥에 심을 때와 같은 장비, 노력, 비용이 들고 인접한 지지파일에 의해 중장비가 근접할 수 없는 경우도 있어 파일의 고정성 및 수직성에 손상이 온경우 수리가 거의 불가능하다는 문제점이 있었다. 해상 풍력 발전 단지에 허가 받지 않은 물체의 접근을 감시하는 국내 선행 기술은 존재하지 않는 것으로 보인다.

풍력발전기가 밀집해 있는 해상 풍력 발전 단지에 조업하는 어선이나 항해하는 선박들이 무단으로 근접하여 파일(pile)을 손상시키는 것을 방지하기 위하여 해상 풍력 발전 단지 주변에 물체가 근접하는 것을 항상 감시하고 무단 선박 또는 무단 물체 접근시 경고음 송신 등의 조치를 취하여 풍력발전 단지를 보호할 수 있는 소나 및 영상 분석을 이용한 해상 풍력발전 단지 감시 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 소나 및 영상 분석을 이용한 해상 풍력발전 단지 감시 장치는,

해상 풍력발전 단지 감시 장치에 있어서,

풍력발전 단지 외곽에서 풍력 발전 단지 쪽으로 접근하는 목표물(T)의 거리(L)와 방향(D)으로 감지하여 제어부(200)에 송신하는 음향탐지부(Sonar, 100)와;

상기 목표물(T)이 풍력 발전 단지 내부로 진입할 수 있는 정당한 권원(ID 정보)을 가지고 있는지 확인하여 정당한 권원(ID 정보)을 갖고 있지 못하다고 판단되면 목표물(T)의 무단 접근 사실을 관리컴퓨터(400)에 무선 송신하는 제어부(200)와;

상기 제어부(200) 또는 관리컴퓨터(400) 중 하나로부터 신호를 인가받아 목표물(T)이 존재하는 방향으로 접근 방지를 위한 음향 경고음를 자동으로 송출하는 음향 경고부(300)와;

풍력 발전 단지 내부로 진입할 수 있는 정당한 권원(ID 정보)이 없는 목표물(T)의 접근 사실을 상기 제어부(200)로부터 무선 수신하여 저장하는 관리컴퓨터(400);

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르는 경우, 풍력발전기가 밀집해 있는 해상 풍력 발전 단지에 조업하는 어선이나 항해하는 선박들이 무단으로 근접하여 파일(pile)을 손상시키는 것을 방지하기 위하여 해상 풍력 발전 단지 주변에 물체가 근접하는 것을 항상 감시하고 무단 선박 또는 무단 물체 접근시 경고음 송신 등의 조치를 취하여 풍력발전 단지를 보호할 수 있는 소나 및 영상 분석을 이용한 해상 풍력발전 단지 감시 장치가 제공된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 소나 및 영상 분석을 이용한 해상 풍력발전 단지 감시 장치 사용상태도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 소나 및 영상 분석을 이용한 해상 풍력발전 단지 감시 장치 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 소나 및 영상 분석을 이용한 해상 풍력발전 단지 감시 장치 중 소나 구성도.
도 4(a, b, c)은 본 발명의 일실시예에 따른 음향 경고부 구성도.

이하에서 본 발명의 일실시예에 따른 소나 및 영상 분석을 이용한 해상 풍력발전 단지 감시 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 소나 및 영상 분석을 이용한 해상 풍력발전 단지 감시 장치 사용상태도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 소나 및 영상 분석을 이용한 해상 풍력발전 단지 감시 장치 구성도이고, 도 3(a, b, c)은 본 발명의 일실시예에 따른 음향 경고부 구성도이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 소나 및 영상 분석을 이용한 해상 풍력발전 단지 감시 장치는, 해상 풍력발전 단지 감시 장치에 있어서, 음향탐지부(Sonar, 100)와 제어부(200)와 음향 경고부(300)와 관리컴퓨터(400)를 포함하여 구성된다. 음향탐지부(Sonar, 100)는 풍력발전 단지 외곽에서 풍력 발전 단지 쪽으로 접근하는 목표물(T)의 거리(L)와 방향(D)으로 감지하여 제어부(200)에 송신한다. 제어부(200)는 목표물(T)이 풍력 발전 단지 내부로 진입할 수 있는 정당한 권원(ID 정보)을 가지고 있는지 확인하여 정당한 권원(ID 정보)을 갖고 있지 못하다고 판단되면 목표물(T)의 무단 접근 사실을 관리컴퓨터(400)에 무선 송신한다.

또한, 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 음향 경고부(300)는 제어부(200) 또는 관리컴퓨터(400) 중 하나로부터 신호를 인가받아 목표물(T)이 존재하는 방향으로 접근 방지를 위한 음향 경고음를 자동으로 송출한다. 관리컴퓨터(400)는 풍력 발전 단지 내부로 진입할 수 있는 정당한 권원(ID 정보)이 없는 목표물(T)의 접근 사실을 상기 제어부(200)로부터 무선 수신하여 저장한다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 소나 및 영상 분석을 이용한 해상 풍력발전 단지 감시 장치에 있어서, 제어부(200)로부터 정당한 권원(ID 정보)을 갖고 있지 못하다고 판단된 목표물(T)의 방향(D)을 전달받아 상기 목표물(T)을 촬영하여 제어부(200)로 송신하는 영상 탐지부(500); 를 더 포함하여 구성되고, 제어부(200)는 상기 영상 탐지부(500)에 의해 촬영된 정당한 권원(ID 정보)을 갖고 있지 못하다고 판단된 목표물(T)의 영상신호를 관리컴퓨터(400)에 무선 송신하는 것이 바람직하다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 소나 및 영상 분석을 이용한 해상 풍력발전 단지 감시 장치에 있어서, 제어부(200)는 정당한 권원에 관한 ID 정보를 미리 저장하고 있거나 실시간으로 관리컴퓨터(400)로부터 전달받으며, 목표물(T)로부터 수신된 목표물의 ID 정보가 제어부(200)에 미리 저장되거나 실시간으로 관리컴퓨터(400)로부터 전달된 ID 정보와 일치하는 경우 제어부(200)는 목표물(T)이 정당한 권원을 가지고 있다고 판단하는 것이 바람직하다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 소나 및 영상 분석을 이용한 해상 풍력발전 단지 감시 장치에 있어서, 음향탐지부(100)는 음파송신부(110)와 음파수신부(150)로 구성된다. 음파송신부(110)는 신호 파형을 생성하는 신호생성부(111)와, 상기 신호생성부(111)에서 생성된 음파 신호를 아날로그로 변환하는 제1 D/A 변환부(113)와, D/A 변환부(113)의 아날로그 신호를 증폭하는 제1 증폭부(115)와, 증폭된 전기 신호를 음파로 변환하는 송신 트랜스듀서(117)로 구성된다. 음파수신부(150)는 반사 음파를 수신하여 전기 신호로 변환하는 수신 트랜스듀서(151)와, 수신 트랜스듀서(151)로부터 전달된 전기 신호를 증폭하는 제2 증폭부(153)와, 상기 제2 증폭부(153)부터 전달된 전기 신호를 디지탈 신호로 변환화는 제2 D/A 변환부(155)와, 상기 제2 D/A 변환부(155)에선 전달된 반사 음파에 관한 신호를 분석하여 목표물(T)의 거리(L)와 방향(D)을 연산하는 거리 방향 연산부(157)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

도 1 , 도 2, 도 4(a, b, c)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 소나 및 영상 분석을 이용한 해상 풍력발전 단지 감시 장치에 있어서, 음향 경고부(300)는 고지향성 고출력 음향 스피커이며, 음향 경고부(300)는, 후벽판(310a)의 외측에 링형 몸체(310b)를 갖는 후방 몸체부(310)와, 링형 몸체(310b)의 내주면을 따라서 균일한 간격으로 원심(圓心)을 바라보게 배치된 6 ~ 10 개의 음향 출력 소자(320)와, 후벽판(310a)의 중심에서 전방으로 테이퍼 진게 돌출된 심부 테이퍼 곡면부(330)와, 전방으로 확장 형성된 확장곡면(350)과, 후벽판(310a)과 상기 확장곡면(350)의 후방을 연결하며 상기 음향 출력 소자(320)를 둘러싸는 중간하우징(340)으로 구성되는 것이 바람직하다.

도 2, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명은 풍력발전 단지 외곽에서 풍력 발전 단지 쪽으로 접근하는 목표물(T)을 카메라로 촬영하여 촬영 영상을 분석하여 목표물(T)의 접근 여부를 감지, 판단하여 제어부(200)에 송신하는 영상탐지부(500); 를 더 포함하여 구성된다. 영상탐지부(500)는, 목표물(T)을 촬영하는 영상촬영부(10)를 포함하는 카메라와, 상기 영상촬영부(10)로 촬영한 영상을 영상 프레임(F)으로 저장하는 영상 저장부(30)와, 전 단계의 영상 프레임과 미리 저장된 목표물(T)이 존재하지 않았을 때 배경 영상 프레임 중에서 선택된 하나의 비교 영상 프레임과 분석 대상이 되는 분석 대상 영상 프레임(F)을 비교 분석하여 배경 화면에 새로이 출현한 목표물(T)의 존재, 접근 여부를 분석하는 영상 분석부(50)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

도 2, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 소나 및 영상 분석을 이용한 해상 풍력발전 단지 감시 장치에 있어서, 영상 분석부(50)는, 전 단계의 영상 프레임과 미리 저장된 목표물(T)이 존재하지 않았을 때 배경 영상 프레임 중에서 선택된 하나의 비교 영상 프레임과 분석 대상 영상 프레임(F)을 비교 분석한다. 영상 프레임의 일정 영역 이상의 픽셀 값들의 명암값 또는 칼라데이터의 차이가 일정 범위 이상이면 배경 화면에 새로이 목표물(T)이 출현한 것으로 판단한다.

도 2, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 소나 및 영상 분석을 이용한 해상 풍력발전 단지 감시 장치에 있어서, 영상 분석부(50)는, 배경 제거 기법(Back Ground Substraction)을 이용하여 목표물(T)이 존재하지 않았을 때 배경 영상 프레임과 분석 대상 영상 프레임으로부터 배경 정보가 제거된 목표물(T)에 관한 픽셀 정보를 추출한 후, 배경 정보가 제거된 목표물(T)에 관한 픽셀 정보를 이용하여 목표물(T)의 에지 정보를 다시 추출하고, 이렇게 추출된 목표물(T)의 에지 정보와 미리 입력된 선박 이미지의 에지 정보를 비교하여 접근한 목표물(T)이 선박인지 여부를 판정할 수 있다.

본 발명은 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명됐지만, 본 발명의 범위가 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 이하의 특허청구범위에 의하여 정하여지는 것으로 본 발명과 균등 범위에 속하는 다양한 수정 및 변형을 포함할 것이다.

아래의 특허청구범위에 기재된 도면부호는 단순히 발명의 이해를 보조하기 위한 것으로 권리범위의 해석에 영향을 미치지 아니함을 밝히며 기재된 도면부호에 의해 권리범위가 좁게 해석되어서는 안될 것이다.

100 : 음향탐지부
200 : 제어부
300 : 음향 경고부
400 : 관리컴퓨터
500 : 영상 탐지부

Claims

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해상 풍력발전 단지 감시 장치에 있어서,
풍력발전 단지 외곽에서 풍력 발전 단지 쪽으로 접근하는 목표물(T)의 거리(L)와 방향(D)으로 감지하여 제어부(200)에 송신하는 음향탐지부(Sonar, 100)와;
상기 목표물(T)이 풍력 발전 단지 내부로 진입할 수 있는 정당한 권원(ID 정보)을 가지고 있는지 확인하여 정당한 권원(ID 정보)을 갖고 있지 못하다고 판단되면 목표물(T)의 무단 접근 사실을 관리컴퓨터(400)에 무선 송신하는 제어부(200)와;
상기 제어부(200) 또는 관리컴퓨터(400) 중 하나로부터 신호를 인가받아 목표물(T)이 존재하는 방향으로 접근 방지를 위한 음향 경고음를 자동으로 송출하는 음향 경고부(300)와;
풍력 발전 단지 내부로 진입할 수 있는 정당한 권원(ID 정보)이 없는 목표물(T)의 접근 사실을 상기 제어부(200)로부터 무선 수신하여 저장하는 관리컴퓨터(400)와;
풍력발전 단지 외곽에서 풍력 발전 단지 쪽으로 접근하는 목표물(T)을 카메라로 촬영하여 촬영 영상을 분석하여 목표물(T)의 접근 여부를 감지, 판단하여 제어부(200)에 송신하는 영상탐지부(500);
를 포함하여 구성되고,

상기 제어부(200)는 정당한 권원에 관한 ID 정보를 미리 저장하고 있거나 실시간으로 관리컴퓨터(400)로부터 전달받으며, 상기 목표물(T)로부터 수신된 목표물의 ID 정보가 제어부(200)에 미리 저장되거나 실시간으로 관리컴퓨터(400)로부터 전달된 ID 정보와 일치하는 경우 제어부(200)는 목표물(T)이 정당한 권원을 가지고 있다고 판단하고,

상기 제어부(200)는 상기 영상 탐지부(500)에 의해 촬영된 정당한 권원(ID 정보)을 갖고 있지 못하다고 판단된 목표물(T)의 영상신호를 관리컴퓨터(400)에 무선 송신하고,

상기 음향탐지부(100)는 음파송신부(110)와 음파수신부(150)로 구성되되;
상기 음파송신부(110)는 신호 파형을 생성하는 신호생성부(111)와, 상기 신호생성부(111)에서 생성된 음파 신호를 아날로그로 변환하는 제1 D/A 변환부(113)와, 상기 D/A 변환부(113)의 아날로그 신호를 증폭하는 제1 증폭부(115)와, 증폭된 전기 신호를 음파로 변환하는 송신 트랜스듀서(117)로 구성되고;
상기 음파수신부(150)는, 반사 음파를 수신하여 전기 신호로 변환하는 수신 트랜스듀서(151)와, 상기 수신 트랜스듀서(151)로부터 전달된 전기 신호를 증폭하는 제2 증폭부(153)와, 상기 제2 증폭부(153)부터 전달된 전기 신호를 디지탈 신호로 변환화는 제2 D/A 변환부(155)와, 상기 제2 D/A 변환부(155)에선 전달된 반사 음파에 관한 신호를 분석하여 목표물(T)의 거리(L)와 방향(D)을 연산하는 거리 방향 연산부(157)를 포함하여 구성되고,

상기 영상탐지부(500)는,
목표물(T)을 촬영하는 영상촬영부(10)를 포함하는 카메라와,
상기 영상촬영부(10)로 촬영한 영상을 영상 프레임(F)으로 저장하는 영상 저장부(30)와,
전 단계의 영상 프레임과 미리 저장된 목표물(T)이 존재하지 않았을 때 배경 영상 프레임 중에서 선택된 하나의 비교 영상 프레임과 분석 대상이 되는 분석 대상 영상 프레임(F)을 비교 분석하여 배경 화면에 새로이 출현한 목표물(T)의 존재, 접근 여부를 분석하는 영상 분석부(50),
를 포함하여 구성되고,

상기 영상 분석부(50)는, 배경 제거 기법(Back Ground Substraction)을 이용하여 목표물(T)이 존재하지 않았을 때 배경 영상 프레임과 분석 대상 영상 프레임으로부터 배경 정보가 제거된 목표물(T)에 관한 픽셀 정보를 추출한 후,
상기 배경 정보가 제거된 목표물(T)에 관한 픽셀 정보를 이용하여 목표물(T)의 에지 정보를 다시 추출하고, 이렇게 추출된 목표물(T)의 에지 정보와 미리 입력된 선박 이미지의 에지 정보를 비교하여 접근한 목표물(T)이 선박인지 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 소나 및 영상 분석을 이용한 해상 풍력발전 단지 감시 장치.
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