KR101728603B1 - 구글맵과 ｅｎｃ를 이용한 일반 ｐｃ에서 운용 가능한 ３차원 선박운항시뮬레이터 - Google Patents

Abstract

구글맵과 ENC를 이용한 일반 PC에서 운용 가능한 3차원 선박운항시뮬레이터가 개시된다. 선박 운항 시뮬레이션 시스템은 적어도 하나의 프로그램이 로딩된 메모리; 및 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 프로그램의 제어에 따라, 해사서비스 목록인 MSP(Maritime Service Portfolio)를 검증하기 위해 선박의 속성과 항로를 설정하여 시뮬레이션 시나리오를 생성하는 시나리오 편집기 모듈; 상기 시뮬레이션 시나리오에 따라 상기 선박의 항해 환경을 3차원으로 시각화 하는 항해환경 3차원 시각화 모듈; 및 상기 항해 환경에 대해 상기 항로의 주변 지형을 3차원으로 시각화 하는 3차원 지형 시각화 모듈을 포함한다.

Description

구글맵과 ＥＮＣ를 이용한 일반 ＰＣ에서 운용 가능한 ３차원 선박운항시뮬레이터{THREE DIMENSION SHIP MANEUVERING SIMULATOR AVAILABLE ON THE PC USING GOOGLE MAP AND ENC}

본 발명의 실시예들은 전자항법시스템(e-Navigation) MSP(Maritime Service Portfolio) 평가를 위한 시뮬레이션 시스템에 관한 것이다.

IMO(International Maritime Organization)에서는 선박의 안전항해와 해양환경의 보호를 위한 e-Navigation을 구현하기 위해 전략 이행 계획을 수립하였으며, 그 중에서도 해사서비스 목록인 MSP(Maritime Service Portfolio)는 2018년부터 실행하도록 계획되어 있다. MSP란, 항해 시 항만, 연근해 및 혼잡 또는 제한 수역, 대양 횡단, 해양, 극지방 및 원해 지역 등에 따라 달라지는 안전항해를 위한 정보요구사항을 충족시킬 수 있도록 제공하는 서비스 집합을 의미하며, NAV 59차와 NCSR 1차 회의를 통해 16가지 MSP가 제안되었다. MSP는 단일 IT장비를 개발하는 것이 아니라, e-Navigation 체계에서 적합하게 구축된 선박, 육상, 통신 인프라를 활용하여 안전항해를 위한 IT서비스를 의미한다. 즉, 항해에 필요한 정보를 제공하여 항해사들의 의사결정을 보조함으로써 인적 과실(human error)과 정보부족에 의한 해양사고를 줄이는 것이 목적이다. 현재 MSP는 개념설계단계에 머무르고 있지만, 향후 다양한 IT서비스가 창출될 것으로 예상된다. 성공적인 MSP 의 창출을 위해 먼저 IT서비스 기반이 되는 데이터의 구조와 전송, 표현, 프로토콜, 소프트웨어의 품질 인증과 항해사에게 어떠한 MSP가 있는지 알려주는 방법 등을 위한 표준화가 진행되어야 한다. 또한, 항해사의 혼란을 야기하지 않도록 안전항해에 효과적인가에 대한 효용성 평가와 관리 및 유지보수를 위한 체계를 개발해야 한다. 이러한 것은 실제 상황에서 많은 실험을 거쳐 확인되어야 하지만 선상 실험 전에 이러한 목적에 적합한 시뮬레이션 시스템을 통하여 IT서비스가 제공하는 목표를 달성할 수 있는지를 검증하는 단계가 필요하다. 효과가 있을 것이라고 예상한 서비스가 실제적으로 기대하는 만큼의 효과는 없고 오히려 항해사의 판단을 흐리게 하거나 오해를 야기하여 안전항해에 해를 끼치는 경우도 발생할 수 있기 때문이다.

한편, 과거 사고사례를 분석해 보면 다양한 선박이 동일한 공간에서 운용될 때 항해사가 선박의 동특성을 이해하지 못해 발생하는 사고보다 육상-선박, 선박-선박 사이에서 정보를 교환할 때 항해사가 오해하기 쉬운 상황이거나 정보 부족 등에 따른 인적과실에 의한 사고발생 비율이 더 높다. 이는 교환되는 정보를 잘못 이해하도록 하는 요인이 있거나 적절한 정보의 부족, 제공되는 정보의 부적절한 시기 및 부적절한 표현 등에서 기인하다고 볼 수 있다

항해사 교육 목적으로 사용하는 선박 조종 시뮬레이터와 달리 일반 PC 환경에서 동작하여 MSP의 IT 서비스를 개발하고 검증할 수 있는 3차원 선박운항시뮬레이터를 제공한다.

적어도 하나의 프로그램이 로딩된 메모리; 및 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 프로그램의 제어에 따라, 해사서비스 목록인 MSP(Maritime Service Portfolio)를 검증하기 위해 선박의 속성과 항로를 설정하여 시뮬레이션 시나리오를 생성하는 시나리오 편집기 모듈; 상기 시뮬레이션 시나리오에 따라 상기 선박의 항해 환경을 3차원으로 시각화 하는 항해환경 3차원 시각화 모듈; 및 상기 항해 환경에 대해 상기 항로의 주변 지형을 3차원으로 시각화 하는 3차원 지형 시각화 모듈을 포함하는 선박 운항 시뮬레이션 시스템을 제공한다.

일 측면에 따르면, 상기 시나리오 편집기 모듈은, (1) 선박의 이름, 종류, 위치, 방향, 폭, 높이, 길이, 무게를 포함하는 선박 데이터, (2) 부표의 이름, 종류, 위치, 크기, 무게를 포함하는 부표 데이터, 및 (3) 해상 상태 및 시뮬레이션 시간과 위치를 환경 데이터를 설정함으로써 상기 시뮬레이션 시나리오를 텍스트 파일로 출력할 수 있다.

다른 측면에 따르면, 상기 시나리오 편집기 모듈은, 선박 데이터 및 부표 데이터를 설정하는 선박/부표 관리 모듈; 상기 선박 데이터 및 상기 부표 데이터에 따라 선박과 부표의 위치를 추출하는 맵 모듈; 상기 추출된 위치로부터 선박의 회두특성을 이용하여 특정 시간의 선박 위치를 보간함으로써 선박의 항로를 도출하는 위치 보간 모듈; 및 상기 선박 데이터와 상기 부표 데이터 및 보간된 항로에 따라 정의된 형식의 텍스트 파일로 상기 시뮬레이션 시나리오를 출력하는 시나리오 생성 모듈을 포함할 수 있다.

또 다른 측면에 따르면, 상기 시나리오 편집기 모듈은, 인공위성 지도 서비스를 이용하여 선박의 항로를 설정할 수 있다.

또 다른 측면에 따르면, 상기 항해환경 3차원 시각화 모듈은, 상기 시뮬레이션 시나리오에 정해진 시간 간격으로 시뮬레이션 데이터를 읽어오는 파일 관리 모듈; 상기 시뮬레이션 데이터에 따라 해상 환경의 요소를 설정하고 제어하는 환경 관리 모듈; 및 상기 시뮬레이션 데이터에 따라 선박과 부표에 해당되는 오브젝트를 생성하고 선박 오브젝트에 상기 시간 간격에 따른 위치 및 선수각에 관한 데이터를 적용하는 오브젝트 관리 모듈을 포함할 수 있다.

또 다른 측면에 따르면, 상기 3차원 지형 시각화 모듈은, 수심 정보(elevation data)를 이용하여 상기 항해 환경에 대응되는 수심 지형을 생성하는 모듈; 고도 정보(bathymetric data)를 이용하여 상기 항해 환경에 대응되는 고도 지형을 생성하는 모듈; 및 상기 수심 지형과 상기 고도 지형을 병합하고 항로표지시설을 포함한 3차원 객체를 배치하는 모듈을 포함할 수 있다.

또 다른 측면에 따르면, 상기 3차원 지형 시각화 모듈은, 전자해도(ENC)로부터 수심 정보와 항로표시정보를 획득하고 디지털 고도 지도 데이터베이스로부터 고도 정보를 획득할 수 있다.

또 다른 측면에 따르면, 선박 운항 시뮬레이션 시스템은, 선박에 탑재되는 항해기기인 레이더 또는 전자해도표시시스템을 모델링하기 위해 시뮬레이션의 항해 환경에서 발생하는 항해기기의 상호 작용을 2차원으로 표현하는 기능을 제공하는 항해기기 2차원 시각화 모듈을 더 포함할 수 있다.

또 다른 측면에 따르면, 상기 항해기기 2차원 시각화 모듈은, 선박 오브젝트와 맵 지형을 실제 레이더파가 반사하는 모양으로 묘사하여 표시함으로써 상기 레이더를 모델링 하고, 선박 본선과 타선의 항적의 정보를 표시함으로써 상기 전자해도표시시스템을 모델링 할 수 있다.

컴퓨터로 구현되는 선박 운항 시뮬레이션 방법에 있어서, 해사서비스 목록인 MSP(Maritime Service Portfolio)를 검증하기 위해 선박의 속성과 항로를 설정하여 시뮬레이션 시나리오를 생성하는 단계; 상기 시뮬레이션 시나리오에 따라 상기 선박의 항해 환경을 3차원으로 시각화 하는 단계; 및 상기 항해 환경에 대해 상기 항로의 주변 지형을 3차원으로 시각화 하는 단계를 포함하는 선박 운항 시뮬레이션 방법을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 일반 PC 환경에서 동작하여 MSP의 IT 서비스를 개발하고 검증하는 것을 목적으로 하는 3차원 선박운항시뮬레이터를 제공함으로써 다수 선박이 항구에 입/출항하는 항해환경을 구성하고 자선을 항구에 입항하는 시험을 행하여 국제해사기구(IMO)에서 개발되어진 일부 MSP의 효용성을 평가하기 위한 시뮬레이션에 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 해사서비스 목록인 MSP 평가를 위한 시나리오 기반 시뮬레이션 시스템의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 항해와 관련된 가상 객체를 정의한 표를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 시나리오 교환 데이터 형식을 정의한 표를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 시나리오 편집기 모듈의 구성 요소를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 항해환경 3차원 시각화 모듈의 구성 요소를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 3차원 지형 시각화 모듈의 구성 요소를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 3차원 지형 시각화 모듈을 이용하여 구현된 3차원 지형 모델의 예시 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 항해기기 2차원 시각화 모듈의 구성 요소를 설명하기 위한 블록도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 전자해도표시시스템과 레이더의 2차원 시각화 모듈을 도시한 것이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

MSP 평가와 효용성 검증을 위한 시뮬레이션 시스템은 복잡한 선박의 동적 운동특성에 대한 표현 보다는 인적과 실에 의한 사고사례를 재현하여 정보전달 체계와 표현의 문제점을 발견하고 예방을 위한 방법을 발견할 수 있는 구조이어야 한다. 또한, 개발된 MSP가 여러 상황에서 실제적으로 유용한 지를 검토할 수 있도록 해야 한다. 이러한 목적을 달성할 수 있도록 다음과 같은 점에 유의하여 시뮬레이션 시스템을 설계하였다.

① 다양한 MSP를 검증할 수 있도록 해당 MSP의 시나리오 편집이 가능하고 용이해야 한다.

② 선박의 항해 상태를 쉽게 변경할 수 있으며 항해사가 임의의 본선 조종이 가능해야 한다.

③ 임의로 해상환경(항구지형, 항로표지시설, 주/야간, 날씨, 파도)을 쉽게 재현할 수 있어야 한다.

④ 선박통항 상태를 쉽게 재현하고 시뮬레이션 중에도 기록, 중단, 재생이 가능하여 필요시 즉각적으로 분석이 가능한 구조이어야 한다.

⑤ 항해시 항해사의 인지상태와 정보 교환방법과 정보 표현을 쉽게 변경할 수 있어야 한다.

⑥ 사고재현을 토대로 문제점 파악과 해소를 위한 방안을 쉽게 찾을 수 있어야 한다.

⑦ 문제 해소를 위해 제안된 MSP를 쉽게 구성하고 시연을 통하여 문제가 해소되는 것을 쉽게 확인할 수 있는 구조이어야 한다.

⑧ 일반 PC환경에서 구현할 수 있어야 한다.

본 명세서에서는 이러한 조건을 만족하는 시뮬레이션 시스템의 개발에 관한 내용을 다룬다.

1. MSP

현재 MSP는 유사서비스가 제공되고 있지만 이 서비스를 기반으로 응용/발전을 위하여 추가된 개념이 MSP이다. 16가지 MPS서비스는 내용은 다음과 같다.

MSP1은 전통적인 VTS(Vessel Traffic Service) 서비스로써 선박의 입출항 모니터링을 통하여 항해를 위한 의사결정과정 보조를 위해 적시에 주요한 정보를 제공하는 서비스이다. MPS2는 항해보조서비스로써 선상에서 항해의사결정을 보조하고 그 영향을 감시하여 장비의 고장 또는 비상 상황에서 선박의 요구에 의해 제공될 수 있는 서비스이다. MSP3은 통항기구서비스이며 VTS 영역 내에서 위험한 해사통항상황의 전개를 예방하여 안전하고 효율적인 선박 통항을 제공하는 서비스이다. MSP4는 지역항구서비스이며 VTS 시설이 과도하거나 부적절하다고 평가되는 항구에 적용되어 항구 이/접안 등과 같은 해상교통환경과 무관한 좁은 범위의 서비스이다. MSP5는 해상안전정보서비스로써 국제적 공통된 표준을 준수하여 해상안전정보를 방송하는 서비스이다. MSP6과 MSP7은 도선서비스와 터그서비스이며, 이 서비스는 이해 당사자들 간의 통신과 정보교환의 효율성을 향상시키기 위한 서비스이다. MSP8은 선박육상보고서비스로써 이 서비스는 선박 정보를 선상시스템에서 자동 보고/수신/공유 서비스이다. MSP9는 원격의료보조서비스로써 원격상담을 통하여 선원의 의료에 대한 조언을 제공하는 서비스이다. MSP10은 해상보조서비스로써 오염, 화재, 충돌, 좌초, 해상보안과 같은 위험상황에서 선박을 위해 빠른 보조와 전문적인 지원을 위하여 통신에 대한 상황을 감시하는 서비스이다. MSP11은 해도서비스로써 연안의 모양과 속성, 수심, 조석, 항해에 방해물 또는 위험물, 항로표지의 위치와 형태 등의 정보를 제공하여 갱신이 가능하도록 하는 서비스이며 MSP12는 항해출판서비스로써 수로의 속성 등과 같은 수정되지 않은 출판물을 사용함으로써 발생할 수 있는 항해의 재난을 방지하기 위한 서비스이다. MSP13은 빙해서비스로써 빙해가 많은 수로에서 선박에게 빙해 정보를 실시간으로 제공하는 서비스이며 MSP14는 기상정보서비스로써 항해자에게 날씨, 기후예보의 정보를 제공하는 서비스이다. MSP15는 실시간 수로정보와 환경정보서비스이며 MSP16은 수색과 구조를 위한 서비스이다.

2. 시뮬레이션 시스템

2-1. 시뮬레이션 시스템 구조 설계

시뮬레이션 시스템은 감성 공학적으로 접근하여 사용자편의 중심으로 설계하였다. 따라서 항해 지식을 모르는 비전문가도 다양한 시뮬레이션 환경을 쉽게 운용할 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 시뮬레이션 시스템(100)은 시나리오 편집기 모듈(110), 3차원 지형 시각화 모듈(120), 항해환경 3차원 시각화 모듈(130), 항해기기 2차원 시각화 모듈(140), 기록기(150)를 포함하여 구성된다.

시나리오 편집기 모듈(110)은 시뮬레이션을 위하여 선박의 이름, 종류, 크기, 항로 등을 설정을 통한 시나리오 작성 기능을 제공하며, 시나리오 파일을 생성한다.

3차원 지형 시각화 모듈(120)은 전 세계 항구 및 위험한 협수로에 대한 정밀한 지형과 수심정보 및 내항 항로표지시설을 3차원 이미지 파일로 생성한다.

항해환경 3차원 시각화 모듈(130)은 생성된 시나리오 파일을 이용하여 해상상태와 다양한 종류의 선박이 항해하는 항해공간을 3차원으로 재현한다. 이 모듈은 선박항해 시각화 부분, 해상환경 시각화 부분으로 구성된다.

항해기기 2차원 시각화 모듈(140)은 항해환경에서 발생하는 상호작용을 전자해도표시시스템(ECDIS), 선박자동식별장치(AIS), 레이더(Radar)와 같은 주요항해기기를 표출한다.

기록기(150)는 시뮬레이션에 대한 전반적인 상황을 기록한다.

2-2. 시뮬레이션을 위한 가상 객체의 정의

시뮬레이션 시스템(100)은 가상 객체를 통하여 시뮬레이션을 수행한다.

먼저 가상 객체를 정의한 후 시나리오 편집기를 통하여 객체의 세부 속성을 설정하고 시나리오를 생성하여 시뮬레이션을 수행하도록 구성되어 있다. 따라서 시뮬레이션 시스템(100)의 목적에 맞는 시각화에 관련한 가상 객체의 정의가 필요하다. 본 발명에 따른 시뮬레이션 시스템(100)은 선박의 항해를 통하여 MSP를 평가하므로 선박의 항해와 관련한 가상 객체가 필요하다.

4가지의 가상 객체를 정의하였으며 객체에 필요한 세부 속성 정보는 도 2의 표와 같다. 세부 속성은 시뮬레이션을 위한 기본정보로써 사용자는 시나리오 편집기 모듈로부터 각 객체에 대한 속성을 설정할 수 있다.

2-3. 시나리오 데이터 형식 정의

시나리오 편집기 모듈(110)에서 생성된 시나리오를 항해환경 3차원 시각화 모듈(130)에서 이용하기 위하여 도 3의 표와 같이 시나리오 교환 데이터 형식을 정의하였다. 이때, 데이터 처리의 효율성 및 확장성을 위하여 NMEA 0183의 Sentence 형식을 준용하였다. 정의한 데이터 형식은 크게 세 가지로 선박 데이터, 부표 데이터, 환경 데이터가 있다. 선박 데이터 형식에서 Time은 시뮬레이션 진행 시간(초), Name은 선박의 이름, Type은 선박의 종류, Longitude와 Latitude는 선박의 현재 위치의 경도 및 위도, Heading은 선수의 방향(도), Breadth는 선박의 폭(m), Height는 선박의 높이(m), Length는 선박의 길이(m), Weight는 배수톤수(t)를 의미하는 필드이다. 또한 부표 데이터 형식에서 Name은 부표의 이름, Type은 부표의 종류, Longitude는 경도, Latitude는 위도, Size는 부표의 크기, Weight 배수톤수(t)를 의미하는 필드이다. 마지막으로 환경 데이터 형식은 해상상태와 관련된 TRI와 시간/위치와 관련된 SIL의 두 가지로 나누어 정의하였다. TRI의 SeaLevel은 해상상태(보퍼트 풍력계급 기준), WindDirection은 바람(파도)의 방향을 의미하는 필드이고, SIL의 Year는 년, Month는 월, Day는 일, Hour는 시, Minute는 분, Second는 초, TimeZone은 런던 그리니치와의 시차, Longitude와 Latitude는 시뮬레이션 시작 중심 위치의 경도 및 위도를 의미하는 필드이다. 본 발명에서는 조류 및 조류 방향은 고려하지 않는다.

2-4. 시나리오 편집기 모듈 설계

시나리오 편집기 모듈(110)은 선박 및 부표의 이름, 종류, 폭, 높이, 길이, 배수톤수, 속도, 선박회두 특성 등을 설정하여 선박을 추가하는 기능과 Google Map을 기반으로 해당 선박의 항로를 설정하고 시나리오를 생성하여 텍스트 파일로 출력하는 기능을 한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 시나리오 편집기 모듈(110)은 선박/부표 관리(ship/buoy management) 모듈(401), Google Map(customized Google Map) 모듈(402), 선박회두 특성에 기반한 위치 보간(position interpolation) 모듈(403), 시나리오 생성(scenario creation) 모듈(404)로 구성되어 있으며, 각 모듈들의 기능은 다음과 같다.

선박/부표 관리 모듈(401): 선박/부표의 속성을 설정하여 추가하거나 삭제할 수 있고, Google Map 모듈(402)과 시나리오 생성 모듈(404)에 관련 데이터를 전달한다. Google Map은 웹 프로그래밍 언어인 Java Script를 기반으로 하고 있는데, 기본적으로 웹 프로그래밍 언어는 보안상의 이유로 인하여 로컬 메모리에 직접적인 접근이 불가능하다. 따라서 선박/부표 관리 모듈(401)에서 추가된 선박/부표 값을 Google Map으로 직접 전달하지 못한다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 선박/부표 관리 모듈(401)과 Google Map 모듈(402)간의 데이터 교환에는 XML (extensible markup language) 파일을 이용한다.

Google Map 모듈(402): 선박/부표 관리 모듈(401)로부터 전달받은 선박 및 부표 관련 XML파일을 로드한 후, Google Map에 선박의 항로(변침점) 및 부표의 위치를 설정하고, 해당 위치의 경도 및 위도를 추출하는 기능을 한다. 추출된 경도 및 위도 데이터는 선박 회두 특성을 부여하기 위하여 위치 보간 모듈(403)로 전달된다.

위치 보간 모듈(403): 보다 정확한 3차원 재현을 위하여 설정된 선박의 예정항로와 선박 시운전시 제공되는 선박의 회두특성을 기반으로 특정 시간의 선박 위치(경위도)를 보간한다. 이때, 점장도법(Mercator's projection)을 구현 및 적용하여 보간된 위치 기반의 항로를 도출한다.

시나리오 생성 모듈(404): 3차원 시각화 모듈에서 재현할 수 있도록 선박의 속성 및 보간된 항로, 부표의 속성 및 위치, 해상 환경에 관한 데이터를 처리하여 정의된 시나리오 형식의 텍스트 파일로 출력한다.

2-5. 항해환경 3차원 시각화 모듈 설계

항해환경 3차원 시각화 모듈(130)은 시나리오 편집기 모듈(110)을 통해 생성된 시나리오 파일을 기반으로 해양환경, 선박항해 등과 같은 항해환경을 3차원으로 실현하는 기능을 제공한다. 항해환경 3차원 시각화 모듈(130)의 구조는 도 5와 같다.

시나리오 편집기 모듈(110)로부터 생성된 시뮬레이션 데이터 파일을 읽고 데이터의 파싱 과정을 통하여 그 값을 필요로 하는 각 관리 프로그램으로 할당시킴으로써 항해환경 3차원 시각화 시스템을 실행한다. 도 5에 도시한 바와 같이, 항해환경 3차원 시각화 모듈(130)은 파일 관리(file management) 모듈(501), 운용 관리(operating management) 모듈(502), 환경 관리(environment management) 모듈(503), 오브젝트 관리(object management) 모듈(504)을 통해 동작하고, 각 모듈들의 기능은 다음과 같다.

파일 관리 모듈(501): 시나리오 편집기 모듈(110)을 통해 생성된 시나리오 파일을 정해진 시간 간격으로 불러오고 그 데이터를 운용 관리 모듈(502)로 보낸다.

운용 관리 모듈(502): 이 모듈은 시뮬레이터의 환경요소, 오브젝트 요소, 카메라 등 시각화 시스템 전체를 관리한다. 파일 관리 모듈(501)로부터 입력 받은 데이터를 처리하여 환경 관리 모듈(503)과 오브젝트 관리 모듈(504)로 구분하여 전달한다.

환경 관리 모듈(503): 운용 관리 모듈(502)로부터 전달받은 데이터에 따라 해상 환경의 요소들을 설정하고 제어한다. 해상환경은 Unity Asset인 Triton과 SilverLining에 의해 제어된다. Triton에서 풍향, 풍속과 같은 바람의 상태를 설정하면 입자 기반의 분무 효과와 평면반사, 거품과 파도의 세기 등을 통해 보퍼트 풍력계급의 상태를 모델링 할 수 있다.

오브젝트 관리 모듈(504): 운용 관리 모듈(502)로부터 전달받은 데이터에 따라 선박의 종류와 크기, 부표 종류와 모양 등의 오브젝트를 생성한다. 생성된 선박 오브젝트에게 시나리오에서 정해진 시간 간격에 따른 위치 및 선수각에 관한 데이터를 전달하여 선박을 항해하게 한다. 시나리오 수정으로 인해 시뮬레이션 데이터 파일이 변경될 때는 파일 관리 모듈(501)에서 일정시간 간격으로 반복적인 읽기 기능을 제공함으로써 변경사항을 확인하고 이를 실시간으로 반영하여 항해환경 3차원 시각화 시스템에 적용시킬 수 있다. 또한, 시간 및 지역(위?경도)에 따라 달라지는 주/야간 효과를 부여하였고 카메라(505) 위치를 자유롭게 이동할 수 있어 사용자가 원하는 다양한 관점에서의 시각화가 가능하다.

2-6. 3차원 지형 시각화 모듈 설계

복잡한 항구 및 위험한 협수로에서 유용한 MSP 개발을 위해서는 정밀하고 현실세계와 유사한 지형이 구현되어야 한다. 실제 항해환경과 유사한 3차원 지형 시각화 환경을 구현하기 위해서는 도 6에 도시한 바와 같이 고도정보(elevation data)(601), 수심정보(bathymetric data)(602)와 항로표지정보(AtoN data)(603)를 포함해야 한다. Global Mapper 도구를 이용하여 전자해도(ENC)(604)로부터 수심정보(602)와 항로표지정보(603)를 획득하였고 3차원 항구의 지형을 구현하기 위한 고도정보(601)는 NASA의 SRTM v4.1 디지털 고도 지도 데이터베이스(605)에서 획득하였다. Unity Terraland Earth Asset을 이용하여 고도지형(606)과 수심지형(607)을 병합하고(608) 위성영상을 중첩하였다(609). 항로표지시설은 3차원 지형 시각화 모듈(120) 또는 시나리오 편집기 모듈(110)에서 전자해도에 따라 배치된다(610). 시뮬레이션이 항구 또는 협수로 등과 같은 지형이 필요한 내항에서 수행할 경우 3차원 지형 시각화 모듈(120)에서 사전 등부표의 시설이 전자해도에 표시된 것과 같이 배치된다. 마지막으로 현실 세계와 유사한 지형 구현을 위하여 건물, 다리, 자동차, 항만 크레인과 같은 객체를 Unity TerraCity Asset을 이용하여 배치한다(611). 도 7은 도 6을 통해 설명한 3차원 지형 시각화 모듈(120)을 이용하여 구현된 3차원 부산항 지형 모델이다.

2-7. 항해기기 2차원 시각화 모듈 설계

항해기기 2차원 시각화 모듈(140)은 선박에 탑재되는 주요 항해 장비인 레이더, 전자해도표시시스템의 모델링을 위해 설계하였다. 전자해도표시시스템은 항해용 센서들로부터 데이터를 입력받아서 전자해도를 기반으로 하여 선박의 위치와 정보를 표시한다. 레이더는 전파를 발신하여 물체로부터 반사파를 수신하는 방식으로 물체를 탐지하고, 그 방향 및 거리를 알아내는 장비이다. 항해기기 2차원 시각화 모듈(140)은 도 8에 도시한 바와 같이 항해환경 3차원 시각화 모듈(130)에서 시뮬레이션에 참여하는 선박의 수와 위치 정보를 XML 파일형식으로 입력을 받고 Google Map(801)에 표시한다. 레이더(802)는 선박 오브젝트와 Google Map 지형을 실제 레이더파가 반사하는 모양으로 묘사하여 나타내고 전자해도표시시스템은 본선 또는 타선의 과거 및 현재 항적의 정보를 표시한다. 도 9와 도 10은 구현된 항해기기의 전자해도표시시스템과 레이더의 2차원 시각화 모듈이다.

3. 구현

3-1. 선박 모델링

선박의 모델링은 항해환경 3차원 시각화 모듈에서 실제 선박과 유사한 3차원 시각화를 위한 그래픽과 선박의 동적 운동 모델링으로 구분할 수 있다. 본 시스템(100)에서는 컨테이너선, 일반화물선, 유조선, 여객선, 소형선 등에 대하여 대/중/소 선박을 구분하여 3차원 시각화를 위한 그래픽을 구현하였다. Unity Asset Triton을 통해 Unity 3D에서 기본적으로 파도와 같은 해상환경을 구현할 수 있다. 파도에 의해 해수면에 대한 mesh 높이 값을 획득하여 선박의 부력 표현이 가능하기 때문에 파도의 높이 차를 이용하여 선박의 Roll, Pitch의 표현이 가능하다. 본 시스템(100)에서는 시뮬레이션에 참여하는 선박의 외력에 따른 동적운동 모델링은 항해 경험이 풍부한 항해사의 경험과 의견을 통하여 적용하였으며, 선박의 회두 특성은 시운전시 선박에 주어지는 선박 회두 특성 그래프를 사용하여 구현하였다.

3-2. 사용자 인터페이스

설계한 내용을 기반으로 시스템을 구성하는 각 모듈을 구현하였다. 먼저, 시나리오 편집기 모듈(110)의 사용자 인터페이스는 C#을 기반으로 구성하였으며, 전자해도 파일로부터 추출한 수심정보, 항로표지정보 등을 Google Map을 통해 표현하였다. 시나리오 편집기 모듈(110)은 환경 설정 메뉴, 시나리오에서 선박 및 부표의 추가 설정을 위한 선박/부표 설정 및 추가부, 선박의 항로 설정 및 부표의 위치 설정부, 시나리오 데이터의 전송시간 설정을 위한 시간 간격 설정 및 시나리오 생성 버튼, 선박의 변침점 출력부, 생성된 시나리오 출력부 등으로 이루어져있다. 반면에 항해환경 3차원 시각화 모듈(130) 및 3차원 지형 시각화 모듈(120)은 시나리오의 시각화 및 지형의 시각화와 관련한 기능을 담당하기 때문에 별도의 사용자 인터페이스를 가지지 않는다.

4. 결론

본 명세서에서는 MSP 검증을 위한 시뮬레이션 시스템 개발에 있어 MSP 검증을 위한 시뮬레이터가 가져야 할 조건을 제안하고 조건을 만족하기 위한 시뮬레이터 시스템(100)을 설계하고 구현하였다. 본 발명에 따른 시뮬레이션 시스템(100)은 시나리오를 작성하는 시나리오 편집기 모듈(110), 3차원 지형 시각화 모듈(120), 항해환경 3차원 시각화 모듈(130), 항해기기 2차원 시각화 모듈(140) 등으로 구성된다. 시나리오 편집기 모듈(110)은 정의된 선박, 부표, 환경 설정 등 데이터를 제안된 모듈에 전송하고 항해환경 3차원 시각화 모듈(130)은 시나리오에 기반을 두어 항해 시뮬레이션을 재현한다. 3차원 지형 시각화 모듈(120)은 항해 시뮬레이션에 있어서 현실세계와 유사한 3차원 지형을 제공하며, 항해기기 2차원 시각화 모듈(140)은 항해에 있어서 발생한 정보를 항해기기에 표출한다. 상기한 구성의 시뮬레이션 시스템(100)은 일반 PC 환경에서 이용할 수 있으며, 새로운 MSP의 IT서비스 창출에 도움을 줄 수 있다.

해사서비스 목록인 MSP 평가를 위한 시나리오 기반 시뮬레이션 방법은 도 1 내지 도 10을 통해 설명한 시뮬레이션 시스템의 상세 내용을 바탕으로 적어도 둘 이상의 동작을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 시스템을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령(instruction) 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 본 실시예에 따른 프로그램은 PC 기반의 프로그램 또는 모바일 단말 전용의 어플리케이션으로 구성될 수 있다.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

100: 시뮬레이션 시스템
110: 시나리오 편집기 모듈
120: 3차원 지형 시각화 모듈
130: 항해환경 3차원 시각화 모듈
140: 항해기기 2차원 시각화 모듈

Claims (10)

1. 적어도 하나의 프로그램이 로딩된 메모리; 및
   적어도 하나의 프로세서
   를 포함하고,
   상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 프로그램의 제어에 따라,
   해사서비스 목록인 MSP(Maritime Service Portfolio)를 검증하기 위해 선박의 속성과 항로를 설정하여 시뮬레이션 시나리오를 생성하는 시나리오 편집기 모듈;
   상기 시뮬레이션 시나리오에 따라 상기 선박의 항해 환경을 3차원으로 시각화 하는 항해환경 3차원 시각화 모듈; 및
   상기 항해 환경에 대해 상기 항로의 주변 지형을 3차원으로 시각화 하는 3차원 지형 시각화 모듈
   을 포함하고,
   상기 시나리오 편집기 모듈은,
   선박 데이터 및 부표 데이터를 설정하는 선박/부표 관리 모듈;
   상기 선박 데이터 및 상기 부표 데이터에 따라 선박과 부표의 위치를 추출하는 맵 모듈;
   상기 추출된 위치로부터 선박의 회두특성을 이용하여 특정 시간의 선박 위치를 보간함으로써 선박의 항로를 도출하는 위치 보간 모듈; 및
   상기 선박 데이터와 상기 부표 데이터 및 보간된 항로에 따라 정의된 형식의 텍스트 파일로 상기 시뮬레이션 시나리오를 출력하는 시나리오 생성 모듈
   을 포함하는 선박 운항 시뮬레이션 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 시나리오 편집기 모듈은,
   (1) 선박의 이름, 종류, 위치, 방향, 폭, 높이, 길이, 무게를 포함하는 선박 데이터, (2) 부표의 이름, 종류, 위치, 크기, 무게를 포함하는 부표 데이터, 및 (3) 해상 상태 및 시뮬레이션 시간과 위치를 환경 데이터를 설정함으로써 상기 시뮬레이션 시나리오를 텍스트 파일로 출력하는 것
   을 특징으로 하는 선박 운항 시뮬레이션 시스템.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 시나리오 편집기 모듈은,
   인공위성 지도 서비스를 이용하여 선박의 항로를 설정하는 것
   을 특징으로 하는 선박 운항 시뮬레이션 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 항해환경 3차원 시각화 모듈은,
   상기 시뮬레이션 시나리오에 정해진 시간 간격으로 시뮬레이션 데이터를 읽어오는 파일 관리 모듈;
   상기 시뮬레이션 데이터에 따라 해상 환경의 요소를 설정하고 제어하는 환경 관리 모듈; 및
   상기 시뮬레이션 데이터에 따라 선박과 부표에 해당되는 오브젝트를 생성하고 선박 오브젝트에 상기 시간 간격에 따른 위치 및 선수각에 관한 데이터를 적용하는 오브젝트 관리 모듈
   을 포함하는 선박 운항 시뮬레이션 시스템.
6. 적어도 하나의 프로그램이 로딩된 메모리; 및
   적어도 하나의 프로세서
   를 포함하고,
   상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 프로그램의 제어에 따라,
   해사서비스 목록인 MSP(Maritime Service Portfolio)를 검증하기 위해 선박의 속성과 항로를 설정하여 시뮬레이션 시나리오를 생성하는 시나리오 편집기 모듈;
   상기 시뮬레이션 시나리오에 따라 상기 선박의 항해 환경을 3차원으로 시각화 하는 항해환경 3차원 시각화 모듈; 및
   상기 항해 환경에 대해 상기 항로의 주변 지형을 3차원으로 시각화 하는 3차원 지형 시각화 모듈
   을 포함하고,
   상기 3차원 지형 시각화 모듈은,
   수심 정보(bathymetric data)를 이용하여 상기 항해 환경에 대응되는 수심 지형을 생성하는 모듈;
   고도 정보(elevation data)를 이용하여 상기 항해 환경에 대응되는 고도 지형을 생성하는 모듈; 및
   상기 수심 지형과 상기 고도 지형을 병합하고 항로표지시설을 포함한 3차원 객체를 배치하는 모듈
   을 포함하는 선박 운항 시뮬레이션 시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 3차원 지형 시각화 모듈은,
   전자해도(ENC)로부터 수심 정보와 항로표시정보를 획득하고 디지털 고도 지도 데이터베이스로부터 고도 정보를 획득하는 것
   을 특징으로 하는 선박 운항 시뮬레이션 시스템.
8. 제1항 또는 제6항에 있어서,
   선박에 탑재되는 항해기기인 레이더 또는 전자해도표시시스템을 모델링하기 위해 시뮬레이션의 항해 환경에서 발생하는 항해기기의 상호 작용을 2차원으로 표현하는 기능을 제공하는 항해기기 2차원 시각화 모듈
   을 더 포함하는 선박 운항 시뮬레이션 시스템.
9. 제8항에 있어서,
   상기 항해기기 2차원 시각화 모듈은,
   선박 오브젝트와 맵 지형을 실제 레이더파가 반사하는 모양으로 묘사하여 표시함으로써 상기 레이더를 모델링 하고, 선박 본선과 타선의 항적의 정보를 표시함으로써 상기 전자해도표시시스템을 모델링 하는 것
   을 특징으로 하는 선박 운항 시뮬레이션 시스템.
10. 컴퓨터로 구현되는 선박 운항 시뮬레이션 방법에 있어서,
    해사서비스 목록인 MSP(Maritime Service Portfolio)를 검증하기 위해 선박의 속성과 항로를 설정하여 시뮬레이션 시나리오를 생성하는 단계;
    상기 시뮬레이션 시나리오에 따라 상기 선박의 항해 환경을 3차원으로 시각화 하는 단계; 및
    상기 항해 환경에 대해 상기 항로의 주변 지형을 3차원으로 시각화 하는 단계
    를 포함하고,
    상기 시뮬레이션 시나리오를 생성하는 단계는,
    선박 데이터 및 부표 데이터를 설정하는 단계;
    상기 선박 데이터 및 상기 부표 데이터에 따라 선박과 부표의 위치를 추출하는 단계;
    상기 추출된 위치로부터 선박의 회두특성을 이용하여 특정 시간의 선박 위치를 보간함으로써 선박의 항로를 도출하는 단계; 및
    상기 선박 데이터와 상기 부표 데이터 및 보간된 항로에 따라 정의된 형식의 텍스트 파일로 상기 시뮬레이션 시나리오를 출력하는 단계
    를 포함하는 선박 운항 시뮬레이션 방법.

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