KR101857471B1 - 사물인터넷 기반 선박도킹 통합관제시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도크내에 계류중인 선박을 수중의 플랫폼과 자동으로 도킹시키는 사물인터넷 기반 선박도킹 통합관제시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사물인터넷(IOT)을 이용한 유비쿼터스 센서 네트워크(USN) 기술을 이용하여 도크내에 계류중인 선박과 수중의 플랫폼간의 상태정보를 실시간으로 감지한 IOT 복합센서의 측정데이타를 원격지의 관리서버로 전송하고, 이들 측정데이타를 분석 및 모니터링하여 플랫폼을 자동으로 조정하여 선박에 정확히 도킹시키는 시스템을 구축함으로써 급격한 조류의 변화나 열악한 해상기후의 변화에도 자율적으로 대응하여 신속하고 안전하게 도킹이 이루어지게 하는 사물인터넷 기반 선박도킹 통합관제시스템에 관한 것이다.
본 발명의 사물인터넷 기반 선박도킹 통합관제시스템은 도크외부에 설치되고 도크내에 진입된 선박과 와이어로서 연결되어 선박의 수평위치를 제어하는 선박조정윈치와, 상기 도크내의 수중에 설치된 플랫폼에 와이어로서 연결되어 상기 플랫폼에 안착된 선박을 도크 외부로 끌어올리는 플랫폼 조정윈치와, 상기 플랫폼의 상면에 설치되고 하부에 레일을 따라 이동가능한 차륜이 구비되며 상면에 선박이 안착되는 사이드반목과 킬반목이 설치된 대차로 구성되어 상기 대차의 사이드반목과 킬반목의 정위치에 선박을 정렬하여 도킹시키도록 이루어진 것에 있어서, 상기 플랫폼의 상면과 도크의 내외부에는 상기 플랫폼과 선박의 위치, 수중상태 및 기상상태를 감지한 신호를 송신하는 다수개의 IOT 복합센서와, 상기 IOT 복합센서로부터 발신된 신호를 유무선으로 수신하는 수신장치로 이루어진 다수개의 송수신장치와, 상기 송수신장치로부터 측정데이타를 무선으로 수신하여 무선통신망과 접속되는 다수개의 멀티라우터시스템과, 상기 수신장치 및 멀티라우터시스템과 무선통신망으로 연결되어 측정데이타를 수신하고 플랫폼과 선박의 위치정보를 실시간으로 분석 및 모니터링하여 상기 선박과 플랫폼의 도킹을 자동으로 제어하는 관리서버로 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

사물인터넷 기반 선박도킹 통합관제시스템{Internet of Things(IoT) based ship docking control system}

본 발명은 도크내에 계류중인 선박을 수중의 플랫폼과 자동으로 도킹시키는 사물인터넷 기반 선박도킹 통합관제시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사물인터넷(IOT)을 이용한 유비쿼터스 센서 네트워크(USN) 기술을 이용하여 도크내에 계류중인 선박과 수중의 플랫폼간의 상태정보를 실시간으로 감지한 IOT 복합센서의 측정데이타를 원격지의 관리서버로 전송하고, 이들 측정데이타를 분석 및 모니터링하여 플랫폼을 자동으로 조정하여 선박에 정확히 도킹시키는 시스템을 구축함으로써 급격한 조류의 변화나 열악한 해상기후의 변화에도 자율적으로 대응하여 신속하고 안전하게 도킹이 이루어지게 하는 사물인터넷 기반 선박도킹 통합관제시스템에 관한 것이다.

일반적으로 사물인터넷은 인터넷을 기반으로 모든 사물을 연결하여 사람과 사물, 사물과 사물 간의 정보를 상호 소통하는 지능형 기술 및 서비스를 말한다.

또한. 사물인터넷은 기존의 유선통신을 기반으로 한 인터넷이나 모바일 인터넷보다 진화된 단계로 인터넷에 연결된 기기가 사람의 개입없이 상호간에 알아서 정보를 주고 받아 처리한다. 사물이 인간에 의존하지 않고 통신을 주고받는 점에서 기존의 유비쿼터스나 M2M(Machine to Machine: 사물지능통신)과 비슷하기도 하지만, 통신장비와 사람과의 통신을 주목적으로 하는 M2M의 개념을 인터넷으로 확장하여 사물은 물론이고 현실과 가상세계의 모든 정보와 상호작용하는 개념으로 진화한 단계라고 할 수 있다

이를 구현하기 위한 기술 요소로는 유형의 사물과 주위 환경으로부터 정보를 얻는 '센싱 기술', 사물이 인터넷에 연결되도록 지원하는 '유무선 통신 및 네트워크 인프라 기술', 각종 서비스 분야와 형태에 적합하게 정보를 가공하고 처리하거나 각종 기술을 융합하는 '서비스 인터페이스 기술'이 핵심이며, 대량의 데이터 등 사물 인터넷 구성 요소에 대한 해킹이나 정보 유출을 방지하기 위한 '보안 기술'도 필수적이다.

한편, 유비쿼터스 센서 네트워크(Ubiquitous Sensor Network: USN)란, 사물에 대한 인식정보 또는 주변의 환경정보를 감지할 수 있는 센서가 탑재된 센서 노드를 통해 무선 센서 네트워크를 구성하고, 다양한 센서들을 통해 입력되는 정보를 실시간으로 네트워크를 통해 외부와 연결하여 정보를 처리하고 관리하는 네트워크 시스템을 의미한다. USN은 궁극적으로 모든 사물에 컴퓨팅 및 통신 기능을 부여함으로써, 언제(anytime), 어디서나(anywhere) 네트워크, 디바이스 또는 서비스에 관계없이 통신 가능한 환경의 구현을 목적으로 한다.

일반적인 유비쿼터스 센서 네트워크(USN)의 구성은 사물에 대한 인식정보 또는 주변의 환경정보를 실시간으로 감지하는 센서와 통신 모듈을 포함하여 구성되는 센서 노드, 센서 노드의 집합으로 이루어진 센서 필드, 센서필드에서 수집된 정보를 전송받는 싱크 노드, 싱크 노드로부터 전송된 정보를 라우팅하여 광대역 통신망을 통해 관리 서버로 전송하는 게이트웨이를 포함하여 구성되며, 상기 싱크 노드는 위성통신, 무선랜, 블루투스, 유무선 인터넷과 같은 기존의 인프라로 게이트웨이와 연결될 수 있다.

한편, 종래의 도크에 계류중인 선박을 플랫폼과 도킹시키는 방식은 도크 외부에 설치되고 도크내에 진입된 선박과 와이어로서 연결되어 선박의 수평위치를 제어하는 선박조정윈치와, 상기 도크내의 수중에 설치된 플랫폼에 와이어로서 연결되어 상기 플랫폼에 안착된 선박을 도크 외부로 끌어올리는 플랫폼조정윈치와, 상기 플래폼의 상면에 설치되고 하부에 레일을 따라 이동가능한 차륜이 구비되며, 상면에 선박이 안착되는 사이드반목과 킬반목이 설치된 대차로 이루어진 선박과 플랫폼의 도킹장치들을 이용하여 플랫폼의 상면에 설치된 대차의 정위치에 선박을 정렬하여 도킹시킨 후 도크 외부로 인양하도록 이루어진다.

이와 같은 방식은 급격한 조류나 열악한 기상변화 등의 악천후가 있을 경우에는 선박과 플랫폼의 도킹이 용이하지 않아 잠수부를 투입하여 선박의 위치을 플랫폼과 일치되게 정렬하는 작업을 추가로 진행하여야 하기 때문에 도킹작업이 길어져 일정지연이 발생하는 문제가 있었고, 특히 작업자가 수작업으로 선박을 플랫폼에 맞추어 정렬하다 보니 플랫폼과 선박이 정확히 정렬되지 못해 안전사고가 발생하는 등의 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 사물인터넷을 이용한 유비쿼터스 센서 네트워크(USN) 기술을 이용하여 IOT복합센서를 탑재한 플랫폼으로부터 실시간 위치정보와 수중상태정보의 측정데이타를 분석 및 모니터링하고, 이를 기반으로 플랫폼을 자동으로 조정하여 선박의 정위치에 정확히 정렬하여 도킹시키는 시스템을 구축함으로써 급격한 조류의 변화나 열악한 해상기후의 변화에도 자율적으로 대응하여 신속하고 안전하게 도킹이 이루어지게 하는 사물인터넷 기반 선박도킹 통합관제시스템을 제공하는 데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로, 도크외부에 설치되고 도크내에 진입된 선박과 와이어로서 연결되어 선박의 수평위치를 제어하는 선박조정윈치와, 상기 도크내의 수중에 설치된 플랫폼에 와이어로서 연결되어 상기 플랫폼에 안착된 선박을 도크 외부로 끌어올리는 플랫폼 조정윈치와, 상기 플랫폼의 상면에 설치되고 하부에 레일을 따라 이동가능한 차륜이 구비되며 상면에 선박이 안착되는 사이드반목과 킬반목이 설치된 대차로 구성되어 상기 대차의 사이드반목과 킬반목의 정위치에 선박을 정렬하여 도킹시키도록 이루어지고, 상기 플랫폼의 상면과 도크의 내외부에는 상기 플랫폼과 선박의 위치, 수중상태 및 기상상태를 감지한 신호를 송신하는 다수개의 IOT 복합센서와, 상기 IOT 복합센서로부터 발신된 신호를 유무선으로 수신하는 수신장치로 이루어진 다수개의 송수신장치와, 상기 송수신장치로부터 측정데이타를 무선으로 수신하여 무선통신망과 접속되는 다수개의 멀티라우터시스템과, 상기 수신장치 및 멀티라우터시스템과 무선통신망으로 연결되어 측정데이타를 수신하고 플랫폼과 선박의 위치정보를 실시간으로 분석 및 모니터링하여 상기 선박과 플랫폼의 도킹을 자동으로 제어하는 관리서버가 설치되어 이루어지는 사물인터넷 기반 선박도킹 통합관제시스템에 있어서, 상기멀티라우터시스템은 네트워크상의 경로를 지정하는 라우터의 기능과 인터넷망과 접속하기 위해 프로토콜을 변환하는 게이트웨이의 기능을 동시에 가지며, 상기 수신장치로부터 전송되는 대용량의 빅데이타를 분석하여 플랫폼과 선박의 도킹에 따른 위험성을 평가하고 이를 활용하여 실시간으로 대응 가능하도록 구성됨을 특징으로 하는 사물인터넷 기반 선박도킹 통합관제시스템을 제공한다.

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이와 같은 본 발명에 따르면, 사물인터넷을 이용한 유비쿼터스 센서 네트워크(USN) 기술을 이용하여 플랫폼의 상면에 설치된 IOT 복합센서로서 수중에서 계류중인 선박과 플랫폼간의 상태정보를 실시간으로 감지하여 원격지의 관리서버로 전송하고 상기 측정데이타를 분석 및 모니터링하여 플랫폼을 선박의 정위치와 일치되게 자동으로 정렬하여 도킹시키는 통합관제시스템를 이용함으로써 급격한 조류나 열악한 해상기후의 변화에도 자율적으로 대응하여 간접시설의 구축없이 신속하고 안전하게 도킹이 이루어지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 평면도
도 2는 도 1의 "가-가" 선 단면도
도 3은 도 1의 "나-나" 선 단면도
도 4는 선박과 플랫폼의 대차가 도킹된 상태의 단면도
도 5는 선박과 플랫폼 및 대차의 도킹상태의 예시도
도 6은 본 발명에 따른 사물인터넷 기반 선박도킹 통합관제시스템의 전체 구성도

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명은 도 1 내지 도 3과 도 6에 도시된 바와 같이, 도크(1)외부에 설치되고 도크(1)내에 진입된 선박(2)과 와이어(3)로서 연결되어 선박(2)의 수평위치를 제어하는 선박조정윈치(4)와, 상기 도크(1)내의 수중에 설치된 플랫폼(5)에 와이어(3)로서 연결되어 상기 플랫폼(5)에 안착된 선박(2)을 도크(1) 외부로 끌어올리는 플랫폼 조정윈치(6)와, 상기 플랫폼(5)의 상면에 설치되고 하부에 레일을 따라 이동가능한 차륜(7)이 구비되며 상면에 선박(2)이 안착되는 사이드반목(8)과 킬반목(9)이 설치된 대차(10)로 구성되어 상기 대차(10)의 사이드반목(8)과 킬반목(9)의 정위치에 선박(2)을 정렬하여 도킹시키도록 이루어진 것에 있어서, 상기 플랫폼(5)의 상면과 도크(1)의 내외부에는 상기 플랫폼(5)과 선박(2)의 위치, 수중상태 및 기상상태를 감지한 신호를 송신하는 다수개의 IOT 복합센서(100)와, 상기 IOT 복합센서(100)로부터 발신된 신호를 유무선으로 수신하는 수신장치(11)로 이루어진 다수개의 송수신장치(200)와, 상기 송수신장치(200)로부터 측정데이타를 무선으로 수신하여 무선통신망과 접속되는 다수개의 멀티라우터시스템(12)과, 상기 수신장치(11) 및 멀티라우터시스템(12)과 무선통신망으로 연결되어 측정데이타를 수신하고 플랫폼(5)과 선박(2)의 위치정보를 실시간으로 분석 및 모니터링하여 상기 선박(2)과 플랫폼(5)의 도킹을 자동으로 제어하는 관리서버(13)로 이루어진다.

상기 IOT 복합센서(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 플랫폼(5)의 위치를 감지하는 수중음파 위치 탐지센서(Hydroacoustic Position reference)(14)(15)와, 수중의 조류의 변화를 감지하는 water track센서(16)와, 해상의 기후변화를 감지하는 기상센서(17)와, 도크(1)내의 선박(2)의 위치를 측정하는 적외선센서(18)와, 선박(2)과 플랫폼(5)을 제어하기 위해 선박조정윈치(4)와 플랫폼 조정윈치(6)의 토오크값을 측정하는 토오크센서(미도시)로 이루어진다.

상기 수중음파 위치 탐지센서(Hydroacoustic Position reference)는 초음파또는 음향신호를 이용하여 플랫폼(5)의 위치정보를 수집하는 장치로서 다수개의 USBL(Ultra short baseline) 트랜스폰더(14)의 발신모듈과 USBL 트랜시버(15)의 수신모듈로 구성되며, 상기 트랜스폰더(14)는 플랫폼(5)의 상면에 다수개가 설치되고, 상기 트랜시버(15)는 도크(1)내의 벽면에 다수개가 설치된다.

상기 USBL(Ultra Short Base Line)은 초단기선(超短基線)방식의 수중음향위치추적시스템으로서 초음파 등의 음향신호를 이용하여 움직이는 플랫폼(5)의 위치를 추적하는 초단기선 초음파 위치추적장치이다.

상기 water track센서(16)는 도크(1)입구의 하부에 반수중으로 다수개가 설치되어 수중의 조류상태의 변화나 해수의 변화를 감지하며, 상기 기상센서(17)는 도크(1) 주변의 지상에 다수개가 설치되어 기상의 변화에 따른 바람의 세기, 온도 및 습도를 측정한다.

상기 적외선센서(18)는 도크(1)의 테두리 주변에 다수개가 설치되어 적외선을 이용하여 선박(2)의 위치를 측정함으로써 선박(2)과 플랫폼(5)의 도킹을 위한 정렬정보를 얻게 된다.

상기 토오크센서(미도시)는 상기 선박조정윈치(4)와 플랫폼 조정윈치(6)의 모터에 설치되어 토오크값을 측정함으로써 상기 선박조정윈치(4)와 플랫폼 조정윈치(6)의 회전속도를 조정하게 된다.

상기 수신장치(11)는 상기 IOT 복합센서(100)로부터 감지신호를 유무선으로 수신하는 통신모듈부와, 상기 통신모듈부로부터 수신된 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 A/D 변환장치와, 상기 A/D변환장치로부터 데이타를 수신받아 저장하는 메모리부와, 상기 메모리부로부터 데이타를 입력받아 이더넷 통신을 위해 프로토콜 변환하여 IP패킷화하고 시스템 전체의 제어신호를 처리하는 프로세서부와, 상기 프로세서부로부터 데이타를 수신받아 인터넷망이나 근거리무선통신망과 접속되는 다수개의 멀티라우터시스템(12)에 유무선으로 데이타를 전송하는 통신모듈부로 이루어진다.

상기 통신모듈부는 무선으로 데이타를 송수신할 경우에는 RF 통신모듈을 탑재할 수 있으며, 상기 A/D변환기,메모리부 및 프로세서부의 데이타 전송은 I2C방식이나 RS232C 방식의 시리얼통신방식으로 이루어진다.

상기 메모리부는 상용화된 ROM(read only memory), RAM(random access memory) 및 플래시메모리 등으로 구성될 수 있다.

상기 멀티라우터시스템(12)은 도 6에 도시된 바와 같이 상기 IOT복합센서(100)의 각 센서들과 개별적으로 접속되도록 고유의 라우터시스템으로 구성되어 상기 수신장치(11)로부터 각 측정데이타를 수신받고 이를 프로토콜 변환하여 인터넷망이나 근거리무선통신망과 접속된다.

또한, 상기 멀티라우터시스템(12)은 네트워크상의 경로를 지정하는 라우터의 기능과 인터넷망과 접속하기 위해 프로토콜을 변환하는 게이트웨이의 기능을 동시에 가진 공유기의 개념이며, 상기 수신장치(11)로부터 전송되는 대용량의 데이타를 분석하여 플랫폼(5)과 선박(2)의 도킹에 따른 위험성을 평가하고 이를 활용하여 실시간으로 대응 가능하도록 하는 빅데이터링 방식을 내장하여 구성된다.

여기서, 상기 인터넷망은 TCP/IP(Transport Control Protocol/Internet Protocol) 기반의 통신방식으로 와이파이(Wi-Fi), WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access), LTE(Long Term Evolution), WiBro(Wireless Broadband Internet:초고속 무선 광대역 인터넷) 등의 통신모듈로 구성되어 무선 센서네트워크상의 라우터를 통해 인터넷망과 연결되며, 자체 근거리 무선통신망을 이용할 경우에는 수신장치(11)와 관리서버(13)간에 블루투스(Bluetooth), 지그비(ZigBee), NFC(Near Field Communication) 등의 통신모듈을 구비하고 근거리 무선통신 네트워크를 구성하여 측정데이타를 송수신할 수 있다.

상기 관리서버(13)는 상기 멀티라우터시스템(12)로부터 무선통신망을 통해 데이타를 수신하는 통신모듈부와, 상기 통신모듈부로부터 수신된 데이타를 저장하는 메모리부와, 상기 메모리부로부터 데이타를 수신받아 선박(2)과 플랫폼(5)의 위치정보와 수중의 상태정보를 생성하는 프로세서부와, 상기 프로세서부로부터 생성된 정보를 수신받아 저장 및 관리하는 DB부와, 상기 DB부에 저장된 선박(2)과 플랫폼(5)의 위치정보와 프로세서부의 제어신호에 따라 선박(2)과 플랫폼(5)의 위치와 움직임을 제어하기 위한 회로부로 구성되는 제어부와, 상기 제어부의 출력값을 운영자가 모니터링하고 제어할 수 있도록 화면으로 출력하는 단말장치(19)로 구성된다.

상기 단말장치(19)는 다수개의 워크스테이션으로 이루어지며, UNIX 운영체제를 탑재하여 제어프로그램을 구동하도록 이루어진다.

상기 제어프로그램은 플랫폼 조정윈치(6)를 조정하는 플랫폼 조정장치(Platform Controller)를 자동으로 제어하는 플랫폼제어부와, 선박조정윈치(4)를 조정하는 계류조정장치(Mooring Controller)를 자동으로 제어하는 선박제어부와, 플랫폼(5)의 대차(10)를 조정하는 대차조정장치(Bogie controller)를 자동으로 제어하는 대차제어부로 이루어진다.

이와 같이 구성된 본 발명은 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 플랫폼(5)의 상면에 설치된 다수개의 IOT 복합센서(100)를 이용하여 수중에서 계류중인 선박(2)과 플랫폼(5)간의 상태정보를 실시간으로 감지하여 원격지의 관리서버(13)로 전송하고, 상기 관리서버(13)에서 측정데이타를 분석 및 모니터링하여 플랫폼(5)을 선박(2)에 자동으로 정렬하여 도킹시키는 통합관제시스템(300)으로서, 조류나 해상기후의 변화에도 자율적으로 대응하여 간접시설의 구축없이 저비용으로 신속하게 도킹이 이루어지게 한 것에 그 특징이 있다.

여기서, 상기 통합 관제시스템(300)은 관리서버(13)로 전송된 플랫폼(5)과 선박(2)의 위치정보와 조류나 해상 기후의 상태정보를 기반으로 탑재된 제어프로그램에 의해 선박조정윈치(4)와 플랫폼 조정윈치(6)를 자동으로 조정함으로써 플랫폼(5)을 선박(2)에 정렬하여 도킹시키게 된다.

그리고, 플랫폼(5)의 위치 정보를 수집하기 위해서 USBL(Ultra short basielne) transponder의 발신모듈과 USBL transceiver의 수신모듈로 구성되는 다수개의 수중음파 위치 탐지센서(Hydroacoustic Position reference)를 이용하여 플랫폼(5)의 위치를 실시간으로 관리서버(13)로 전송하게 된다.

상기 트랜스폰더(14)는 수중 음파를 발생시켜 플랫폼(5)의 위치를 도크(1) 내벽에 설치된 트랜시버(15)로 전송하게 되며, 상기 트랜시버(15)는 상기 수신된 신호를 도크(1) 외부의 수신장치(11)로 전송하는 방식으로 다수개의 트랜스폰더(14)에 의해 플랫폼(5)의 위치를 3차원으로 측정하여 관리서버(13)로 전송하게 된다.

상기 수신장치(11)는 음향신호를 수신하여 멀티라우터시스템(12)을 통해 관리서버(13)로 전송하게 되고, 상기 관리서버(13)는 DB부에 저장된 도크(1)내의 플랫폼(5)의 상대적 위치정보를 기반으로 트랜스폰더(14)가 설치된 플랫폼(5)의 위치를 추정하여 위치정보를 생성하고 DB부에 저장하게 된다.

여기서, 수중거리 측정방식은 트랜스폰더(14)의 reference 위치를 입력하고 지적도를 계산하여 방위각과 위도 및 경도를 단말기에 입력하여 관리서버(13)에 저장하게 되면, 상기 관리서버(13)의 제어프로그램은 reference로서 플랫폼(5)의 위치를 0.01m의 단위거리와 0.12°의 단위방위각으로 정밀하게 거리와 방위각을 계산하게 된다.

또한, 상기 적외선센서(18)는 도크(1)의 테두리 주변에 다수개가 설치되어 적외선을 이용하여 선박(2)의 위치를 실시간으로 측정한 후 수신장치(11)에 전송하게 되며, 상기 수신장치(11)는 멀티라우터시스템(12)을 통해 적외선 센싱신호를 관리서버(13)로 전송하게 되고, 상기 관리서버(13)는 DB부에 저장된 선박(2)의 상대적 위치정보를 기반으로 선박(2)의 위치를 추정하여 위치정보를 생성한 후 DB부에 저장함으로써 선박(2)과 플랫폼(5)의 도킹을 위한 정렬정보를 얻게 된다.

상기 토오크센서(미도시)는 상기 선박조정윈치(4)와 플랫폼 조정윈치(6)의 모터에 설치되어 토오크값을 측정하여 멀티라우터시스템(12)을 통해 관리서버(13)로 전송하게 되며, 상기 관리서버(13)는 수신된 토오크값을 기반으로 상기 선박조정윈치(4)와 플랫폼 조정윈치(6)의 회전속도를 조정함으로써 플랫폼(5)과 선박(2)의 도킹을 제어하게 된다.

상기 water track센서(16)는 수중의 조류상태의 변화를 감지한 감지신호를 해당 수신장치(11)로 전송하게 되고, 상기 기상센서(17)는 바람의 세기, 온도 및 습도의 기상 파라미터를 측정하여 기상의 변화에 따른 해수의 변화를 감지한 감지신호를 해당 수신장치(11)로 전송하게 되며, 상기 해당 수신장치(11)로 전송된 센서의 측정데이타는 멀티라우터를 통해 인터넷망과 접속되어 관리서버(13)로 전송된다.

또한 상기 수신장치(11)는 수신된 센서의 신호를 A/D변환장치에 의해 디지털신호로 변환한 후 통신모듈부를 통해 멀티멀티라우터시스템(12)로 전송하게 되며, 상기 멀티멀티라우터시스템(12)는 수신된 데이타를 프로토콜 변환하여 IP패킷화한 후 인터넷망과 접속하여 관리서버(13)로 전송한다.

한편, 플랫폼(5)과 선박(2)의 위치가 추적되면 상기 플랫폼(5)과 선박(2)을 도킹시키게 되는데, 이때 트랜스폰더(14)는 플랫폼(5)의 위치를 실시간으로 측정하게 되고, 적외선센서(18)는 선박(2)의 위치를 실시간으로 측정하여 관리서버(13)로 전송하게 되며, 상기 관리서버(13)는 트랜스폰더(14)와 적외선센서(18)의 측정값을 서로 비교하면서 선박조정윈치(4)와 플랫폼(5)조정윈치를 조정하여 플랫폼(5)과 선박(2)의 도킹을 제어하게 된다.

여기서 선박(2)과 플랫폼(5)의 도킹은 PID(proportional integral derivative control)제어에 의한 자율정렬방식으로 이루어지는데, 도킹되는 선박(2)의 플랫폼(5)간의 출력값(Output)을 측정하고 이를 설정값(Setpoint)과 비교하여 발생한 오차값(Error)를 계산하고 이 오차값으로부터 제어에 필요한 제어값을 계산하는 방식으로서 상기 오차값을 시간에 따른 비례항과 적분항 및 미분항으로 나누어 계산하고 이들 세항을 합해 제어값을 구한 후 이 제어값에 따라 도킹을 수행한 후 출력값(Output)을 측정하고 이 값을 다시 피드백시켜 설정값(Setpoint)과 비교하여 발생한 오차값(Error)를 계산하고 이 오차값으로부터 다시 PID 제어값을 산출하는 방식을 반복하면서 최적 도킹위치를 찾게된다.

즉, 출력값(Output)을 관리서버(13)에 전송하고 상기 관리서버(13)에 저장된 설정값(Setpoint)과 편차를 분석하여 인공지능에 준한 PID 제어값을 실시간으로 산출하는 auto tunning방식으로 도킹을 진행하게 된다.

또한, 상기 관리서버(13)는 플랫폼(5)과 선박(2)의 도킹을 실시간으로 제어하여 도킹상태의 정보를 공유하고, 도킹 안전관리 정보와, 도킹 위험성경보를 실시간으로 알려주며, 이는 단말장치(19)에 의해 화면으로 출력되어 운영자에 의해 관리된다.

상기 단말장치(19)는 다수개의 워크스테이션으로 이루어지며, UNIX 운영체제가 탑재되어 내장된 제어프로그램을 구동시키게 된다.

한편, 상기 단말장치(19)는 가상현실 시물레이션 기능을 갖추고 있는데, 3D max을 이용하여 모델링된 선박(2)과 플랫폼(5)을 openGL로 변환하고 C언어를 이용하여 IOT 복합센서(100)로부터 수신된 실시간 측정값을 UNITY프로그램에 전송하면 사용자가 임의로 지정하는 값에 따라 선박(2)과 플랫폼(5)의 도킹시물레이션이 가능하며, 이와 같은 시물레이션 기법에 의해 도킹의 위험성 경고 및 적정성 검토를 자동으로 생성하여 알려주게 된다.

그리고, 상기 멀티라우터시스템(12)은 각 수신장치(11)들로부터 각 센서의 측정데이타들을 수신하여 이를 게이트웨이를 통해 프로토콜 변환하여 인터넷망이나 근거리 무선통신망과 접속되고, 이들 무선통신망을 통해 관리서버(13)에 접속된다.

즉 상기 멀티라우터시스템(12)은 상기 IOT복합센서(100)의 각 센서들과 개별적으로 접속되도록 다수개의 고유 라우터시스템으로 구성됨으로써 각 센서의 신호는 지연없이 관리서버(13)로 전송할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 사물인터넷을 이용한 유비쿼터스 센서 네트워크(USN) 기술을 이용한 것으로 플랫폼(5)의 상면에 설치된 다수개의 IOT 복합센서(100)를 이용하여 수중의 플랫폼(5)간의 상태정보를 실시간으로 감지하여 원격지의 관리서버(13)로 전송하게 되고, 상기 관리서버(13)는 수신된 측정데이타를 분석 및 모니터링하여 플랫폼(5)을 선박(2)의 정위치와 자동으로 정렬하여 도킹시키는 통합관제시스템(300)으로써 급격한 조류의 변화나 열악한 해상기후의 변화에도 자율적으로 대응할 수 있도록 함으로써 간접시설의 구축없이 신속하고 안전하게 도킹시킬 수 있는 효과가 있다.

1 : 도크 2 : 선박 3 : 와이어 4 : 선박조정윈치 5 : 플랫폼 6 : 플랫폼 조정윈치 7 : 차륜 8 : 사이드반목 9 : 킬반목 10 : 대차 11 : 수신장치 12 : 멀티라우터시스템 13 : 관리서버 14 : 트랜스폰더 15 : 트랜시버 16 : water track센서 17 : 기상센서 18 : 적외선센서 19 : 단말장치 100 : IOT 복합센서 200 : 송수신장치 300 : 사물인터넷 기반 선박도킹 통합관제시스템

Claims (6)

1. 도크(1)외부에 설치되고 도크(1)내에 진입된 선박(2)과 와이어(3)로서 연결되어 선박(2)의 수평위치를 제어하는 선박조정윈치(4)와, 상기 도크(1)내의 수중에 설치된 플랫폼(5)에 와이어(3)로서 연결되어 상기 플랫폼(5)에 안착된 선박(2)을 도크(1) 외부로 끌어올리는 플랫폼 조정윈치(6)와, 상기 플랫폼(5)의 상면에 설치되고 하부에 레일을 따라 이동가능한 차륜(7)이 구비되며 상면에 선박(2)이 안착되는 사이드반목(8)과 킬반목(9)이 설치된 대차(10)로 구성되어 상기 대차(10)의 사이드반목(8)과 킬반목(9)의 정위치에 선박(2)을 정렬하여 도킹시키도록 이루어지고, 상기 플랫폼(5)의 상면과 도크(1)의 내외부에는 상기 플랫폼(5)과 선박(2)의 위치, 수중상태 및 기상상태를 감지한 신호를 송신하는 다수개의 IOT 복합센서(100)와, 상기 IOT 복합센서(100)로부터 발신된 신호를 유무선으로 수신하는 수신장치(11)로 이루어진 다수개의 송수신장치(200)와, 상기 송수신장치(200)로부터 측정데이타를 무선으로 수신하여 무선통신망과 접속되는 다수개의 멀티라우터시스템(12)과, 상기 수신장치(11) 및 멀티라우터시스템(12)과 무선통신망으로 연결되어 측정데이타를 수신하고 플랫폼(5)과 선박(2)의 위치정보를 실시간으로 분석 및 모니터링하여 상기 선박(2)과 플랫폼(5)의 도킹을 자동으로 제어하는 관리서버(13)가 설치되어 이루어지는 사물인터넷 기반 선박도킹 통합관제시스템에 있어서, 상기멀티라우터시스템(12)은 네트워크상의 경로를 지정하는 라우터의 기능과 인터넷망과 접속하기 위해 프로토콜을 변환하는 게이트웨이의 기능을 동시에 가지며, 상기 수신장치(11)로부터 전송되는 대용량의 빅데이타를 분석하여 플랫폼(5)과 선박(2)의 도킹에 따른 위험성을 평가하고 이를 활용하여 실시간으로 대응 가능하도록 구성됨을 특징으로 하는 사물인터넷 기반 선박도킹 통합관제시스템.
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