KR101911756B1 - 해상 부이의 실시간 원격 모니터링 시스템 - Google Patents

해상 부이의 실시간 원격 모니터링 시스템 Download PDF

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KR101911756B1
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이성호
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(주)에디넷
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Abstract

본 발명은 해상 부이의 실시간 원격 모니터링시스템에 관한 것으로, 해상 관측용 부이의 실시간 운영상황을 라이다 센서와 자이로 센서 및 충돌예측 알고리즘을 이용하여 감시하고 충돌 사고 발생시 모니터링을 위한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 부이 주변의 선박이나 물체를 감지하고 이격 거리 및 방위 변화와 기울기를 측정하여 부이의 충돌을 감지하는 충돌 감지부와, 부이의 실시간 주변영상 및 주변 선박이나 물체의 움직임을 촬영하고 기록하는 영상촬영 및 기록부와, 충돌 감지부의 데이터를 바탕으로 부이의 충돌을 예측하여 사고영상의 촬영을 제어하고 실시간 운영상황 감시정보와 촬영정보를 수집하여 원격 부이감시 및 모니터링서버로 전송하는 주제어부와, 실시간 운영상황 감시정보와 영상정보 및 그 분석정보를 원격 부이감시 및 모니터링서버로 전송하는 무선 통신부, 및 해상 부이의 각 부하에 동작전원을 공급하는 전원공급부를 포함하는 부이 충돌감지 및 사고영상 기록장치; 및 부이 충돌 감지 및 사고영상 기록장치에서 실시간 사고영상 및 운영상황 감시정보를 수신하여 관리자 모니터링 화면으로 표시하는 원격 부이감시 및 모니터링서버;를 포함하여, 해상 관측용 부이의 사고 또는 파손원인 규명, 피해 복구, 유지 보수를 신속하게 처리하여 충돌사고로 인한 재산적 피해비용을 절감하여 국가적 손실을 줄일 수 있게 한다.

Description

해상 부이의 실시간 원격 모니터링 시스템{The system for real-time remote monitoring buoys on the sea}
본 발명은 해상 부이의 실시간 원격 모니터링 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해양의 기상정보 및 환경정보 등의 수집을 위해 해상에 설치하여 운용중인 해상 부이의 실시간 운영상황을 라이다(lidar)(Light Dectection And Ranging) 센서와 자이로 센서 및 충돌예측 알고리즘을 이용하여 원격 감시하고 선박 충돌 등의 사고로 인한 부이의 파손원인을 효율적으로 규명할 수 있는 해상 부이의 실시간 원격 모니터링 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 부이(buoy)는 수면상에 부상하여 항구의 관제수역 내의 항로를 지시하거나 위험구역 등을 표시하기 위한 장치로서, 주간에 식별이 가능하도록 특정 색상이나 모양을 갖게 형성되고 야간에는 빛으로 식별이 가능하도록 조명을 부가하여 구성된다.
또한 부이를 효율적으로 활용하기 위한 필요성에 따라, 상기의 항로 지시 및 위험구역 등의 표시기능 뿐만 아니라, 다양한 기능이 부가된 부이가 최근 개발되어 운용되고 있는데, 그 중에서도 특히 기상청, 해양수산부 등에서 해상의 기상관측 및 환경정보 등의 수집을 위해 운영중인 해상 관측용 부이는 풍향, 풍속센서, 상부 구조물 등의 고가 장비가 탑재되어 구성된다.
이러한 부이는 그 특성상 대부분 해상에 설치되므로 조명의 점등, 또는 내부 센서나 전자장치 등의 구동에 필요한 전원을 전지를 이용하여 공급하게 되며, 전지의 수명 연장을 위해서 조명의 밝기가 미약하게 동작하도록 설계되므로 빛의 도달하는 거리가 짧아 주변을 항해하는 선박과 충돌하는 사고가 자주 발생되고 있다.
이와 같은 선박 충돌 등으로 인해 해상 관측용 부이의 계류장치 등이 파손되어 표류하는 사고는 종종 발생되고 있으며, 최근 수년간의 해양 기상관측 부이의 운영실태를 조사한 결과에 의하면, 2011년 5건, 2010년 5건, 2009년 4건 등이 발생한 것으로 조사되었는데, 그 사고 발생의 원인은 선박 충돌(10건), 계류선 절단(4건) 등으로 어선 등 선박의 충돌 및 불법 정박 등으로 인한 인위적인 파손사고가 많은 것으로 조사되고 있다.
그러나, 상기와 같이 풍향, 풍속센서, 상부 구조물 등의 고가 장비가 탑재되는 해상 관측용 부이의 경우, 사고나 충돌 또는 불법 정박 등에 의해 파손이 발생하게 되면 그 피해 복구나 유지 보수를 위한 비용의 추가적인 소모, 보수 인력의 투입 등의 재산적인 손실이 매우 커지게 되므로, 선박의 충돌 및 불법 정박으로 인한 고의적인 파손 등을 감시하여 원인을 정확하게 규명할 필요성이 요구되고 있다.
KR 10-2001-0104898 A 2001.11.28 공개 KR 10-2013-0073275 A 2013.07.03 공개 KR 10-1152016 B1 2012.05.24 등록
따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 본 발명은 해양 기상 및 환경정보 등의 수집을 위해 해상에 설치하여 운용중인 해상 관측용 부이의 실시간 운영상황을 라이다 센서와 자이로 센서 및 충돌예측 알고리즘을 이용하여 원격 감시하고 선박 등에 의한 충돌 사고 발생시 사고 영상을 실시간 촬영하여 육상의 관제센터서버로 무선 전송함으로써, 이를 통한 해상 관측용 부이의 사고 또는 파손원인 규명, 피해 복구, 유지 보수를 신속하게 처리하여 충돌사고로 인한 재산적 피해비용을 절감하여 국가적 손실을 줄일 수 있는 해상 부이의 실시간 원격 모니터링 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 형태는, 해상의 부이에 설치되며, 부이의 운영상황을 실시간 감시하기 위해 부이 주변의 선박이나 물체를 감지하고 부이와의 이격 거리 및 부이의 방위 변화와 기울기를 측정하여 부이의 충돌을 감지하고 각 측정 및 감지에 따른 실시간 운영상황 감시정보를 주제어부로 전송하는 충돌 감지부와, 해상 부이의 실시간 주변영상을 촬영하여 기록하면서 충돌 감지부에 의한 충돌 감지시 부이 주변의 선박이나 물체의 움직임을 추종하여 사고영상을 촬영하고 기록하는 영상촬영 및 기록부와, 충돌 감지부의 데이터를 바탕으로 부이의 충돌을 예측하고 충돌 예측시 영상촬영 및 기록부의 동작을 제어하여 충돌 또는 사고 발생시의 원인 규명을 위한 사고영상의 촬영을 제어하고 충돌 감지부의 실시간 운영상황 감시정보와 영상촬영 및 기록부의 촬영정보를 수집하여 영상처리 및 분석하고 그 결과를 무선 통신부를 통해 원격 부이감시 및 모니터링서버로 전송하는 주제어부와, 주제어부에 의해 제어되어 충돌 감지부의 실시간 운영상황 감시정보와 영상촬영 및 기록부의 영상정보 및 그 분석정보를 원격 부이감시 및 모니터링서버로 전송하는 무선 통신부, 및 해상 부이의 각 부하에 동작전원을 공급하는 전원공급부를 포함하여, 해상 부이의 실시간 운영상황을 감시하면서 실시간 주변영상 및 충돌 감지 및 예측에 따른 실시간 사고영상을 촬영하여 기록하고 촬영된 사고영상 및 실시간 운영상황 감시정보를 육상 관제센터의 원격 부이감시 및 모니터링서버로 무선 전송하는 부이 충돌감지 및 사고영상 기록장치; 및 육상의 관제센터에 설치되며 부이 충돌 감지 및 사고영상 기록장치에서 무선 전송되는 실시간 사고영상 및 운영상황 감시정보를 수신하여 관리자 모니터링 화면으로 표시하는 원격 부이감시 및 모니터링서버;를 포함하여 구성되며, 충돌 감지부는 해상의 부이 상단부에 설치되며 부이의 방위변화를 측정하여 부이와 주변 선박 또는 물체에 의한 충돌을 감지하는 자이로 센서, 해상의 부이 상단부에 설치되며 레이저 펄스를 주사하여 반사된 레이저 펄스의 도달시간을 측정함으로써 반사지점의 공간 위치 좌표를 계산하는 라이다 센서를 포함하고, 주제어부는 충돌 감지부의 자이로 센서와 라이다 센서의 데이터를 바탕으로 부이 주변의 물체 감지 및 부이의 수평 확인을 통해 충돌을 예측하여 데이터 처리하고 영상촬영 및 기록부에 영상 촬영을 제어하며 충돌정보를 무선 통신부를 통해 무선 전송하는 충돌 예측 알고리즘을 포함하는 해상 부이의 실시간 원격 모니터링시스템이다.
본 발명에 의하면, 해양 기상 및 환경정보 등의 수집을 위해 해상에 설치하여 운용중인 해상 관측용 부이의 실시간 운영상황 및 선박 등에 의한 충돌 사고 발생 상황을 라이다 센서와 자이로 센서 및 충돌예측 알고리즘을 이용하여 실시간 원격 촬영하여 육상의 관제센터서버로 무선 전송함으로써, 해상 관측용 부이의 사고 또는 파손원인 규명, 피해 복구, 유지 보수를 신속하게 처리할 수 있게 하여 충돌사고로 인한 재산적 손실을 줄일 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 해상 부이의 실시간 원격 모니터링 시스템의 개념을 설명하기 위하여 예시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 해상 부이의 실시간 원격 모니터링 시스템에서 하나의 부이 충돌감지 및 사고영상 기록장치와 원격 부이감시 및 모니터링서버 간의 상세 구성을 예시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 해상 부이의 실시간 원격 모니터링 시스템에서 주제어부에 탑재되는 충돌 예측 알고리즘을 개략적으로 예시한 동작 흐름도이다.
이하, 본 발명에 의한 해상 부이의 실시간 원격 모니터링 시스템의 전체적인 구성 및 동작을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 부이의 실시간 원격 모니터링 시스템의 개념을 설명하기 위하여 예시한 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 해상 부이의 실시간 원격 모니터링 시스템에서 하나의 부이 충돌감지 및 사고영상 기록장치(100a)와 원격 부이감시 및 모니터링서버(200) 간의 상세 구성을 예시한 블록도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 해상 부이의 실시간 원격 모니터링 시스템에서 주제어부에 탑재되는 충돌 예측 알고리즘을 개략적으로 예시한 동작 흐름도로서, 도면에 예시된 바와 같이 본 발명의 해상 부이의 실시간 원격 모니터링 시스템은 해상의 각 부이(10a-10n)에 각각 설치되어 부이의 실시간 운영상황을 감시하고 충돌 예측하여 충돌시의 사고영상을 촬영하여 전송하는 다수의 부이 충돌감지 및 사고영상 기록장치(100a-100n), 육상의 관제센터에 설치되어 다수의 부이 충돌감지 및 사고영상 기록장치(100a-100n)로부터 무선통신 네트워크를 통해 송신되는 실시간 운영상황 감시정보 및 사고영상을 취합하여 모니터링 화면으로 표시하는 원격 부이감시 및 모니터링서버(200)를 포함하여 구성될 수 있다. 참고로 도 2의 도면에서는 하나의 부이(10a)에 설치된 하나의 부이 충돌감지 및 사고영상 기록장치(100a)를 발췌하여 그 상세 구성을 예시하였으며, 다른 나머지의 부이 충돌감지 및 사고영상 기록장치(100, 100b-100n)의 구성도 이와 동일하게 구성되며, 그 예시는 생략하기로 한다. 이러한 본 발명에 따른 기술적 적용은 항로표지 부이를 포함하여 해양환경, 해양관광 등 폭넓게 활용될 수 있다.
다수의 부이 충돌감지 및 사고영상 기록장치(100a-100n)는 해상의 부이(10-10n) 상단부에 각각 설치되어, 각 부이의 실시간 운영상황을 다수의 센서를 통해 감시하면서 실시간 주변영상 및 충돌 감지와 예측에 따른 실시간 사고영상을 카메라로 촬영하여 기록하고 촬영된 사고영상 및 운영상황 감시정보를 육상 관제센터의 서버(200)로 무선 전송한다.
이러한 각 부이 충돌감지 및 사고영상 기록장치(100a-100n)는, 충돌 감지부(110), 영상촬영 및 기록부(120), 주제어부(130), 무선 통신부(140), 및 전원공급부(150)를 포함하여 구성될 수 있다.
충돌 감지부(110)는 부이의 상단부 또는 전면 또는 측면에 각각 설치될 수 있으며, 부이의 실시간 운영상황 감시를 위한 부이의 충돌감지와 방위변화, 부이 주변물체의 위치와 거리를 측정하여 주제어부(130)로 전달한다. 이를 위하여 충돌 감지부(110)는, 자이로 센서(111), 라이다 센서(112) 및 위치 수신부(113)를 포함하여 구성될 수 있으며, 각각의 센서는 예를 들면 RS-232케이블을 이용하여 연결될 수 있다.
자이로 센서(111)는 해상의 부이 상단부에 설치되며, 부이의 방위변화를 측정하여 부이와 주변 선박 또는 물체에 의한 충돌 발생 여부를 감지하여 주제어부(130)로 전달한다.
라이다(lidar)(Light Dectection And Ranging) 센서(112)는 해상의 부이 상단부에 설치되며, 레이저 펄스를 주사하여 반사된 레이저 펄스의 도달시간을 측정함으로써 반사지점의 공간 위치 좌표를 계산하여 주제어부(130)로 전달한다.
위치 수신부(113)는 해상의 부이 상단부에 설치되어 GPS 위성 신호를 수신하는 GPS 안테나(113a)를 포함하여 구성되며, GPS 안테나(113a)를 통해 수신된 GPS 위성 신호로부터 부이의 현재 위치를 확인하고, 충돌시 부이의 위치에 변화가 있을 경우, 부이의 위치를 추적하여 부이의 분식 또는 사고 부이의 위치정보를 주제어부(130)로 전송한다.
영상촬영 및 기록부(120)는 카메라를 통해 해상 부이의 실시간 주변영상을 촬영하여 기록하면서 충돌 감지부(110)에 의한 부이와 주변의 선박 또는 물체와의 충돌 감지시 충돌이 감지된 부이 주변 선박 또는 물체의 움직임을 추종하여 사고영상을 촬영하고 기록한다. 이를 위하여 영상 촬영 및 기록부(120)는, 카메라(121), 영상 기록부(122)를 포함하여 구성될 수 있다.
카메라(121)는 해상의 부이 상단부에 설치되고 예를 들면 USB 허브를 사용하여 연결되어 해상 부이의 주변영상을 실시간 촬영하며, 충돌 감지부(110)에 의한 충돌 감지시 주제어부(130)의 제어에 의해 충돌 발생 선박이나 물체의 움직임을 추종하여 사고영상을 촬영한다. 이때 카메라(121)는 충돌 감지시에는 초당 프레임의 수를 증가시켜 촬영하도록 제어될 수 있다. 이러한 카메라(121)는 해상의 넓은 영상을 촬영할 수 있도록 광각 렌즈 카메라로 구성되는 것이 바람직하며, 빛의 밝기에 따른 전체 색감의 밸런스를 조절하여 촬영된 영상을 보정하는 역광보정부(Wide Dynamic Range), 야간의 충돌 감지시 조명 밝기를 샹향 조정하여 빛이 없는 어두운 환경에서 촬영된 영상을 밝게 보정하는 슈퍼나이트비젼부(Super Night Vision), 광각 렌즈를 이용하여 촬영된 영상의 양끝에 발생되는 세로 수직선의 왜곡을 보정하는 디와핑부(De-Warping), 및 렌즈 표면의 습기를 감지하여 습기를 억제 또는 제거하여 렌즈의 시야를 확보하는 디포그부(Defog)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 또한 이러한 카메라(121)는 운동성 보정 기능(4축 보정기능)을 이용하여 피사체가 되는 대상 물체에 대한 자동 포커싱을 수행하도록 구성될 수 있으며, 적외선 LED 또는 마이크로 웨이브 레이더를 이용하여 야간 촬영을 지원하도록 구현될 수도 있다.
영상 기록부(122)는 카메라(121)에서 촬영된 해상 부이의 실시간 주변영상 및 사고영상을 기록하여 저장하며, 플래시 메모리 저장장치인 SD 카드(secure digital card) 등으로 구성될 수 있다. 이러한 영상 기록부(122)는 주제어부(130)의 제어에 의해 충돌 발생 시점으로부터 수분 전(예를 들면 약 2분전)상황부터 영상을 기록 및 저장하며, 특정 이미지(예를 들면 문자나 로고 등)에 대한 초점 보정으로 선명한 영상을 보존할 수 있도록 구현되는 것이 바람직하다. 또한 이러한 영상 기록부(122)는 선박 자동식별장치(Automatic Identification System)를 활용하여 주변 선박에 대한 이동 현황 등을 분석하여 기록하도록 구성될 수 있다.
주제어부(130)는 충돌 감지부(110)에 의한 실시간 운영상황 감시결과 및 충돌 예측 알고리즘(131)에 의한 충돌 예측 결과로 영상촬영 및 기록부(120)를 제어하여, 카메라(121)가 충돌 또는 사고 발생의 원인이 되는 피사체의 움직임을 따라 영상을 촬영하도록 제어하고, 부이의 실시간 운영상황 감시정보 및 촬영된 사고영상정보를 영상처리하여 기록하도록 영상 기록부(122)를 제어하며, 충돌 감지부(110)의 실시간 운영상황 감시정보와 영상촬영 및 기록부(120)의 영상정보 및 그 분석정보를 무선 통신부(140)를 통해 육상의 관제센터에 설치된 원격 부이감시 및 모니터링서버(200)로 전송하도록 제어한다. 이러한 주제어부(130)에 의한 정보의 전송 동작은 충돌 감지시 카메라의 영상정보를 우선 전송하며, 동작 중 오류가 발생시 상태정보를 자동 전송하고, 지정된 시간마다 주기적으로 상태정보를 자동 전송하도록 제어될 수 있다. 이를 위하여 주제어부(130)는 충돌 감지부(110)의 자이로 센서(111)와 라이다 센서(112)의 데이터를 바탕으로 부이 주변의 물체 감지 및 부이의 수평 확인하여 데이터 처리하고 영상촬영 및 기록부(120)에 영상 촬영을 제어하며 충돌 정보를 무선 통신부(140)를 통해 무선 전송하는 충돌 예측 알고리즘(131)을 포함할 수 있다. 이러한 충돌 예측 알고리즘(131)은 도 3에 예시된 바와 같이, 충돌 감지부(110)의 라이다 센서(112)에서 수신한 데이터를 체크하여 부이 주변의 선박이나 물체의 유/무를 감지하는 제1단계(S101,S102), 제1단계에서 선박이나 물체가 감지되면 충돌 감지부(110)의 자이로 센서(111)에서 수신한 데이터를 체크하여 부이의 수평상태(기울기)를 확인하는 제2단계(S103,S014), 및 제2단계에서 부이의 수평상태가 확인되면 각 센서 데이터를 처리하고 영상촬영 및 기록부(120)를 통해 부이의 정면 사진을 촬영하면서 무선 통신부(140)를 통해 충돌 정보를 무선 전송하는 제3단계(S105,S106)를 포함하는 제어로직의 소프트웨어로 구현될 수 있으며, 제2단계에서 충돌 예측 알고리즘(131)은 충돌 감지부(110)의 라이다 센서(112)에서 수신한 데이터를 바탕으로 선박이나 물체의 크기, 진행방향, 및 부이와의 거리를 계산하여 촬영 주기 및 촬영 방식을 결정하도록 구현되는 것이 바람직하다.
또한 이러한 주제어부(130)는 영상촬영 및 기록부(120)에서 촬영한 영상을 바탕으로 선박 또는 물체 여부를 판단하여, 해당 판단 정보를 주제어부(130)로 전달하는 영상 분석부(132)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
무선 통신부(140)는 LTE 모뎀을 사용하여 미리 지정된 URL의 원격 부이감시 및 모니터링서버(200)와 통신 가능하게 설정되며, 주제어부(130)에 의해 제어되어 충돌 감지부(110)에 의한 부이의 실시간 운영상황 감시정보, 및 영상 촬영 및 기록부(120)에 의한 영상정보와 그 분석정보를 원격 부이감시 및 모니터링서버(200)로 전송한다. 이러한 무선 통신부(140)는 3G, 또는 LTE 망을 이용하여 통신수단일 수 있다.
전원공급부(150)는 축전지, 태양전지 등으로 구성되어 해상 부이에 설치되는 각 부하에 동작전원을 공급하며, 이러한 전원공급부(150)는 해상의 바람에 의해 발생되는 동력을 전기에너지로 변환하여 전력을 생산하는 풍력 발전부(151), 또는 태양광을 전기에너지로 변환하여 전력을 생산하는 태양광 발전부(152) 중의 어느 하나, 또는 모두를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 전원공급부(150)는 특히 풍력 발전부(151)와 태양광 발전부(152)를 모두 포함하는 경우, 해상의 바람 및 태양광선을 모두 이용하여 전기에너지를 각각 생산하여 저장하게 되므로, 바람이 없는 날씨나 태양광이 없는 날씨나 야간에도 전기에너지의 생산이 가능하게 되어, 해상 부이의 각 부하에서 필요로 하는 전력을 충분하게 생산하여 공급할 수 있게 된다.
풍력 발전부(151)는 해상의 바람에 의해 직접 회전될 수 있도록 부이의 상단부에 설치되는 다수의 회전판을 구비할 수 있으며, 이러한 회전판의 회전에 의해 발생되는 동력을 전기에너지로 변환하여 전력을 생산 및 저장하고, 해상 부이에 설치되는 각 부하로 직류 또는 교류의 구동전원을 출력하는 풍력발전기, 및 축전지를 포함하여 구성될 수 있을 것이다.
태양광 발전부(152)는 태양광선을 전기에너지로 변환하여 전력을 생산 및 저장하고, 해상 부이에 설치되는 각 부하로 직류 또는 교류의 구동전원을 출력한다.
이러한 태양광 발전부(152)는, 쏠라 셀(152a), 충전 제어부(152b), 및 배터리(152c)를 포함하여 구성될 수 있다.
쏠라 셀(152a)은 태양광선을 전기 에너지로 바꿔주는 장치로서, 다수의 태양전지 모듈로 이루어지며, 태양광선을 직류 전원으로 변환하여 전선을 통해 충전제어부(152b)를 거쳐 배터리(152c)로 전송한다.
충전 제어부(152b)는 쏠라 셀(152a)에서 변환된 직류 전원을 배터리(152c)에 충전하거나 배터리(152c)에 저장된 직류 전원의 방전을 제어하며, 쏠라 셀(152a)에서 유입되는 전기량, 사용 중인 전기량, 및 잔량 등을 표시한다. 이러한 충전 제어부(152b)는 태양광에서 발전된 전기에너지가 배터리(152c)에 안전하게 충전되도록 제어하면서 배터리(152c)에 저장된 전기에너지의 방전시 과방전이 이루어지지 않도록 제어하여 배터리(152c)의 손상을 방지하며, 아울러 쏠라 셀(152a)에서 현재 생성되어 유입되고 있는 전기량(전압, 전류량), 현재 부하(load)에 공급되고 있는 사용 중인 전기량, 및 배터리(152c)의 잔량(쓰고 남은 전기 에너지의 잔량) 등을 표시하도록 구성될 수 있다.
배터리(152c)는 충전 제어부(152b)에서 유입되는 직류 전원을 저장하며, 부이의 각 부하에 동작 전원을 공급한다. 쏠라 셀(152a)로부터 발전되어 충전 제어부(152b)를 통해 유입되는 직류 전원을 저장하여 태양광이 있는 동안 또는 태양광이 없는 동안에 사용할 수 있도록 하며, 부이의 각 부하에 직류 동작 전원을 직접 공급한다.
한편, 원격 부이감시 및 모니터링서버(200)는 육상의 관제센터에 설치되며, 다수의 부이 충돌감지 및 사고영상 기록장치(100a-100n)에서 무선 전송되는 실시간 사고영상 및 운영상황 감시정보를 다수의 채널을 통해 수신하여 취합하고 다수 개의 관리자 모니터링 화면으로 동시 표시 가능하게 구성한다.
이상과 같이 구성되는 본 발명에 의한 해상 부이의 실시간 원격 모니터링 시스템의 상세 동작 및 그에 의한 작용 효과는 다음과 같다.
먼저, 풍력 발전부(151)와 태양광 발전부(152) 중의 어느 하나, 또는 모두를 포함하는 전원공급부(150)에서는 해상의 바람에 의해 발생되는 동력을 전기에너지로 변환하거나 태양광선을 전기에너지로 변환하여 전력을 각각 생산 및 저장하고, 해상 부이에 설치되는 각 부하로 직류 또는 교류의 구동전원을 출력하게 된다.
상기와 같은 동작으로 전원공급부(150)에서 해상의 부이(10a-10n)에 설치된 각 부하에 동작전원을 공급하게 되면, 각 부이(10a-10n)의 부이 충돌감지 및 사고영상 기록장치(100a-100n)에서는 충돌 감지부(110)에서 충돌이 감지되지 않는 평상시에는 각 부이의 실시간 운영상황을 다수의 센서, 즉 자이로 센서(111), 라이다 센서(112)를 통해 감시하면서 영상촬영 및 기록부(120)를 제어하여, 해상 부이(10a-10n) 주변의 실시간 주변영상을 카메라(121)로 촬영하여 영상 기록부(122)에 기록하고 촬영된 실시간 주변영상 및 운영상황 감시정보를 미리 지정된 URL을 가진 육상 관제센터의 서버(200)로 무선 전송한다.
상기와 같은 실시간 운영상황 감시 도중에 부이와 그 주변의 선박 또는 물체와의 충돌이 발생하게 되면 충돌 감지부(110)는 자이로 센서(111)를 통해 부이의 방위변화를 측정하여 감지되는 부이와 주변 선박 또는 물체 간의 충돌 발생 여부 감지결과, 라이다 센서(112)를 통해 레이저 펄스를 주사하고 반사된 레이저 펄스의 도달시간을 측정함으로써 산출되는 반사지점의 공간 위치 좌표 및 그에 의해 산출되는 부이와 물체 간의 거리, 및 GPS 안테나(113a) 및 위치 수신부(113)를 통해 수신된 GPS 위성 신호로부터 확인되는 부이의 현재 위치정보 및 충돌시 부이의 위치정보 등을 주제어부(130)로 전달하게 된다.
주제어부(130)에서는 상기 각 센서에 의한 측정값들을 수집하여 영상 분석부(132)를 통해 분석하고 충돌 예측 알고리즘(131)을 이용하여 부이와 주변 선박 또는 물체와의 충돌 여부를 판단할 수 있게 된다. 즉 주제어부(130)에서는 충돌 감지부(110)의 자이로 센서(111)와 라이다 센서(112) 및 위치 수신부(113)의 데이터를 바탕으로 부이 주변의 물체 감지 및 부이의 수평 확인을 통해 충돌 예측하여 데이터 처리하고 영상촬영 및 기록부(120)에 영상 촬영을 제어하며 충돌정보를 무선 통신부(140)를 통해 무선 전송하게 된다. 여기서 주제어부(130)는 예를 들어 자이로 센서(111)에 의한 부이의 방위변화가 미리 지정된 방위변화값(예를 들면 해상에서 자연적으로 발생가능한 부이의 방위 변화와 충돌에 의해 발생가능한 부이의 방위변화를 구별하기 위해 실험적으로 미리 지정한 방위변화 경계값일 수 있음) 이상일 경우를, 부이와 주변 선박 또는 물체와의 충돌이라 판단할 수 있도록 설정될 수도 있을 것이다.
상기와 같은 주제어부(130)의 분석 및 판단동작에 의해 부이와 주변 선박 또는 물체와의 충돌이 감지 및 예측되면, 충돌 감지 및 예측에 따른 실시간 사고영상을 카메라(121)로 촬영 및 기록하기 위해 주제어부(130)는 영상 촬영 및 기록부(120)를 제어한다.
영상촬영 및 기록부(120)는 충돌 감지부(110)에 의한 부이와 주변의 선박 또는 물체와의 충돌 감지시, 충돌이 발생된 부이의 주변 선박 또는 물체에 대한 움직임을 추종하도록 카메라(121)를 제어함으로써, 영상 촬영 및 기록부(120)의 카메라(121)는 해상의 부이 상단부에서 피사체의 움직임을 추종하면서 해상 부이의 실시간 사고영상을 촬영할 수 있게 된다. 이때 카메라(121)는 디포그부와 역광보정부와 슈퍼나이트비젼부 및 디와핑부를 내장하며 광각 렌즈 카메라로 구성되므로 렌즈 표면의 습기를 억제 또는 제거하여 렌즈의 시야를 확보하면서 해상의 넓은 영상을 촬영할 수 있게 되며, 또한 역광보정부를 통해 빛의 밝기에 따른 전체 색감의 밸런스를 조절하여 촬영된 영상을 보정하고, 슈퍼나이트비젼부를 통해 야간의 조명 밝기를 샹향 조정하여 빛이 없는 어두운 환경에서 촬영된 영상을 밝게 보정하고, 디와핑부를 통해 광각 렌즈를 이용하여 촬영된 영상의 양끝에 발생되는 세로 수직선의 왜곡을 보정함으로써, 보다 선명하고 깨끗한 사고영상을 촬영할 수 있게 된다.
아울러 영상 촬영 및 기록부(120)의 영상 기록부(122)에서는 카메라(121)에서 촬영된 해상 부이의 실시간 주변영상 및 사고영상을 플래시 메모리 저장장치인 SD 카드에 기록하여 저장한다.
상기와 같이 측정 및 기록된 부이의 실시간 운영상황 감시정보, 충돌 미발생시의 실시간 주변영상, 및 충돌 발생시 피사체를 추종하여 촬영한 사고영상은 주제어부(130) 및 영상 분석부(132)에서 영상처리 및 분석된 후 무선 통신부(140)를 통해 육상의 미리 지정된 URL의 원격 부이감시 및 모니터링서버(200)로 전송된다.
따라서 육상의 관제센터에 설치된 원격 부이감시 및 모니터링서버(200)는 각 부이 충돌감지 및 사고영상 기록장치(100a-100n)에서 무선 전송되는 다채널의 실시간 주변영상, 실시간 사고영상 및 운영상황 감시정보를 각각 수신하여 취합하고 다수의 관리자 모니터링 화면을 통해 동시에 표시함으로써, 관리자에 의한 각각의 해상 부이의 감시 및 모니터링을 가능하게 하여, 해상 관측용 부이의 사고 또는 파손원인 규명, 피해 복구, 유지 보수를 신속하게 처리 및 대응할 수 있게 한다.
또한 이러한 육상 관제센터의 원격 부이감시 및 모니터링서버(200)는 각 부이 충돌감지 및 사고영상 기록장치(100a-100n)에서 무선 전송되는 실시간 주변영상, 실시간 사고영상 및 운영상황 감시정보를 별도의 데이터베이스에 저장함으로써, 추후 관리자에 의한 데이터의 가공 및 자세한 분석을 통해 해상 관측용 부이의 사고 또는 파손 원인 규명자료로 사용할 수 있도록 하므로, 고가인 해상 관층용 부이의 충돌사고로 인해 발생되는 재산적 피해를 줄일 수 있게 한다.
이로써, 본 발명은 해양 기상 및 환경정보 등의 수집을 위해 해상에 설치하여 운용중인 해상 관측용 부이의 실시간 운영상황 및 선박 등에 의한 충돌 사고 발생 상황을 육상의 관제센터서버에서 실시간 감시할 수 있게 되므로, 해상 관측용 부이의 사고 또는 파손원인 규명, 피해 복구, 유지 보수를 신속하게 처리할 수 있으며, 따라서 부이의 충돌사고로 인한 재산적 손실을 줄일 수 있는 이점이 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허 청구 범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10a-10n : 해상 부이 110 : 충돌 감지부
100a-100n : 부이 충돌감지 및 사고영상 기록장치
111 : 자이로 센서 112 : 라이다 센서
113 : 위치 수신부 113a : GPS 안테나
120 : 영상 촬영 및 기록부 121 : 카메라
122 : 영상 기록부 130 : 주제어부
131 : 충돌 예측 알고리즘 132 : 영상 분석부
140 : 무선 통신부 150 : 전원 공급부
151 : 풍력 발전부 152 : 태양광 발전부
152a : 쏠라 셀 152b : 충전 제어부
152c : 배터리 200 : 원격 부이감시 및 모니터링서버

Claims (10)

  1. 해상의 부이에 설치되며, 부이의 운영상황을 실시간 감시하기 위해 부이 주변의 선박이나 물체를 감지하고 부이와의 이격 거리, 부이의 방위 변화와 기울기를 측정하여 부이의 충돌을 감지하고 각 측정 및 감지에 따른 실시간 운영상황 감시정보를 주제어부(130)로 전송하는 충돌 감지부(110)와, 해상 부이의 실시간 주변영상을 촬영하여 기록하면서 상기 충돌 감지부(110)에 의한 충돌 감지시 충돌이 발생된 부이 주변의 선박이나 물체의 움직임을 추종하여 사고영상을 촬영하고 기록하는 영상촬영 및 기록부(120)와, 상기 충돌 감지부(110)의 데이터를 바탕으로 부이의 충돌을 예측하고 충돌 예측시 영상촬영 및 기록부(120)의 동작을 제어하여 충돌 또는 사고 발생시의 원인 규명을 위한 사고영상의 촬영을 제어하고 상기 충돌 감지부(110)의 실시간 운영상황 감시정보와 영상촬영 및 기록부(120)의 촬영정보를 수집하여 영상처리 및 분석하여 무선 통신부(140)를 통해 원격 부이감시 및 모니터링서버(200)로 전송하는 주제어부(130)와, 상기 주제어부(130)에 의해 제어되어 충돌 감지부(110)의 실시간 운영상황 감시정보와 영상촬영 및 기록부(120)의 영상정보 및 그 분석정보를 원격 부이감시 및 모니터링서버(200)로 전송하는 무선 통신부(140), 및 해상 부이의 각 부하에 동작전원을 공급하는 전원공급부(150);를 포함하여, 해상 부이의 실시간 운영상황을 감시하면서 실시간 주변영상 및 충돌 감지와 예측에 따른 실시간 사고영상을 촬영하여 기록하고 촬영된 사고영상 및 실시간 운영상황 감시정보를 육상 관제센터의 원격 부이감시 및 모니터링서버(200)로 무선 전송하는 적어도 하나의 부이 충돌감지 및 사고영상 기록장치(100a-100n); 및
    육상의 관제센터에 설치되며, 상기 부이 충돌감지 및 사고영상 기록장치(100a-100n)에서 무선 전송되는 실시간 사고영상 및 운영상황 감시정보를 수신하여 관리자 모니터링 화면으로 표시하는 원격 부이감시 및 모니터링서버(200);를 포함하여 구성되며,
    상기 충돌 감지부(110)는,
    해상의 부이 상단부에 설치되며, 부이의 방위변화를 측정하여 부이와 주변 선박 또는 물체에 의한 충돌 발생 여부를 감지하는 자이로 센서(111); 및
    해상의 부이 상단부에 설치되며, 레이저 펄스를 주사하여 반사된 레이저 펄스의 도달시간을 측정함으로써 반사지점의 공간 위치 좌표를 계산하는 라이다(lidar)(Light Dectection And Ranging) 센서(112);를 포함하고,
    상기 주제어부(130)는,
    상기 충돌 감지부(110)의 자이로 센서(111)와 라이다 센서(112)의 데이터를 바탕으로 부이 주변의 물체 감지 및 부이의 수평 확인을 통해 충돌 예측하여 데이터 처리하고 영상촬영 및 기록부(120)에 영상 촬영을 제어하며 충돌정보를 무선 통신부(140)를 통해 무선 전송하는 충돌 예측 알고리즘(131);을 포함하며,
    상기 충돌 예측 알고리즘(131)은,
    (a) 상기 충돌 감지부(110)의 라이다 센서(112)에서 수신한 데이터를 체크하여 부이 주변의 선박이나 물체의 유/무를 감지하는 제1단계;
    (b) 상기 제1단계에서 선박이나 물체가 감지되면 충돌 감지부(110)의 자이로 센서(111)에서 수신한 데이터를 체크하여 부이의 수평상태(기울기)를 확인하는 제2단계; 및
    (c) 상기 제2단계에서 부이의 수평상태가 확인되면 각 센서 데이터를 처리하고 상기 영상촬영 및 기록부(120)를 통해 부이의 정면 사진을 촬영하면서 무선 통신부(140)를 통해 충돌 정보를 무선 전송하는 제3단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 해상 부이의 실시간 원격 모니터링 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 충돌 감지부(110)는,
    해상의 부이 상단부에 설치되며, GPS 위성 신호를 수신하는 GPS 안테나(113a);
    상기 GPS 안테나(113a)를 통해 수신된 GPS 위성 신호로부터 부이의 현재 위치를 확인하여, 충돌시 부이의 위치에 변화가 있을 경우, 부이의 위치를 추적 및 분석하여 사고 부이의 위치정보를 주제어부(130)로 전송하는 위치 수신부(113);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 부이의 실시간 원격 모니터링 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 영상촬영 및 기록부(120)는,
    해상의 부이 상단부에 설치되어 해상 부이의 주변영상을 실시간 촬영하며, 상기 충돌 감지부(110)에 의한 충돌 감지시 상기 주제어부(130)의 제어에 의해 충돌 발생이 예측된 부이 주변의 선박이나 물체의 움직임을 추종하여 사고영상을 촬영하는 카메라(121); 및
    상기 카메라(121)에서 촬영된 해상 부이의 실시간 주변영상 및 사고영상을 기록하여 저장하는 영상 기록부(122);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 해상 부이의 실시간 원격 모니터링 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 카메라(121)는,
    광각 렌즈 카메라로 구성되며,
    빛의 밝기에 따른 전체 색감의 밸런스를 조절하여 촬영된 영상을 보정하는 역광보정부(Wide Dynamic Range);
    야간의 조명 밝기를 샹향 조정하여 빛이 없는 어두운 환경에서 촬영된 영상을 밝게 보정하는 슈퍼나이트비젼부(Super Night Vision);
    광각 렌즈를 이용하여 촬영된 영상의 양끝에 발생되는 세로 수직선의 왜곡을 보정하는 디와핑부(De-Warping); 및,
    렌즈 표면의 습기를 감지하여 습기를 억제 또는 제거하여 렌즈의 시야를 확보하는 디포그부(Defog);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 해상 부이의 실시간 원격 모니터링 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전원공급부(150)는,
    부이의 상단부에 설치되며, 풍력을 전기에너지로 변환하여 전력을 생산 및 저장하고, 해상 부이에 설치되는 각 부하로 직류 또는 교류의 구동전원을 출력하는 풍력 발전부(151);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 해상 부이의 실시간 원격 모니터링 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전원공급부(150)는,
    태양광선을 전기에너지로 변환하여 전력을 생산 및 저장하고, 해상 부이에 설치되는 각 부하로 직류 또는 교류의 구동전원을 출력하는 태양광 발전부(152);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 해상 부이의 실시간 원격 모니터링 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 태양광 발전부(152)는,
    태양광을 직류 전원으로 변환하는 쏠라 셀(152a);
    상기 쏠라 셀에서 변환된 직류 전원을 배터리에 충전하거나 배터리에 저장된 직류 전원의 방전을 제어하며, 쏠라 셀에서 유입되는 전기량, 사용 중인 전기량, 및 잔량을 표시하는 충전 제어부(152b); 및
    상기 충전 제어부에서 유입되는 직류 전원을 저장하며, 충돌 감지부 및 제어부에 동작 전원을 공급하는 배터리(152c);를 포함하여 구성되는 해상 부이의 실시간 원격 모니터링 시스템.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2단계에서 충돌 예측 알고리즘(131)은,
    상기 충돌 감지부(110)의 라이다 센서(112)에서 수신한 데이터를 바탕으로 선박이나 물체의 크기, 진행방향, 및 부이와의 거리를 계산하여 촬영 주기 및 촬영 방식을 결정하는 것을 특징으로 하는 해상 부이의 실시간 원격 모니터링 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 주제어부(130)는,
    상기 영상촬영 및 기록부(120)에서 촬영한 영상을 바탕으로 선박 또는 물체 여부를 판단하여, 해당 판단 정보를 주제어부(130)로 전달하는 영상 분석부(132);더 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 부이의 실시간 원격 모니터링 시스템.
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