KR102269676B1 - 선박의 자동 충돌 예방 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 항해중 선박의 자동 충돌 예방 방법 및 장치에 관한 것이다. 항해사가 연근해 항해 및 원양 항해 중에 상대방의 선박 혹은 해양구조물을 발견치 못하여 충돌하는 것을 예방하기 위한 선박의 자동 충돌 예방 방법 및 장치에 관한 것이다.
구체적으로 본 발명은 선박의 선수부 마스트 , 선수부 선체 및 선미 마스트, 선미부 선체에 충돌예방 센서를 설치하여 항해할 때 충돌할 가능성이 있는 타 선박 혹은 충돌위험물인 해상에 플로팅되어 있는 구조물을 인식하고, 선박의 충돌위험물과의 충돌위험률을 계산하여 설정된 임계값을 초과하는 경우, 본 발명의 저장부에서 국제해상충돌예방규칙에 따라 피항선과 유지선을 구분한 후, 자선(본선)이 피항선으로 결정된 경우, 상기 국제해상충돌예방규칙에 따라 피항선과의 충돌 회피 예방 경로를 생성하고 생성된 충돌방지경로에 따라 자동 조타를 실시하는 선박의 자동 충돌 예방 방법 및 장치에 관한 것이다.
구체적으로 본 발명은 선박의 선수부 마스트 , 선수부 선체 및 선미 마스트, 선미부 선체에 충돌예방 센서를 설치하여 항해할 때 충돌할 가능성이 있는 타 선박 혹은 충돌위험물인 해상에 플로팅되어 있는 구조물을 인식하고, 선박의 충돌위험물과의 충돌위험률을 계산하여 설정된 임계값을 초과하는 경우, 본 발명의 저장부에서 국제해상충돌예방규칙에 따라 피항선과 유지선을 구분한 후, 자선(본선)이 피항선으로 결정된 경우, 상기 국제해상충돌예방규칙에 따라 피항선과의 충돌 회피 예방 경로를 생성하고 생성된 충돌방지경로에 따라 자동 조타를 실시하는 선박의 자동 충돌 예방 방법 및 장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 선박의 자동 충돌 예방 방법 및 장치의 자동조타시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선수부(Foremast)와 선미부의 마스트 혹은 선체에 설치된 CCTV, 카메라 등 특수 센서를 이용하여 해상의 물체가 인지되면 감지한 영상을 센서부 케이블을 통해 CCTV 콘솔, 파노라마 콘솔 및 자율운항서버인 선교(Bridge)의 커닝콘솔(Conning Console)에 전달하고 조타시스템에 입력하여 선박의 충돌을 자동적으로 예방하는 시스템에 관한 것이다.
2000년 국제해사기구(International Maritime Organization, IMO)에서는 레이더 신호와 선박의 ARPA(Automatic Radar Plotting Aids) 및 전자해도(Electronic Chart Display and Information System, ECDIS)을 이용한 자동항법장치를 발전시키고, 운항 중에 선박간의 운항 정보를 실시간으로 자동 교환하는 선박자동식별시스템(Automatic Identification System, AIS)에 대한 국제적인 표준화를 이루었다.
이러한 선박 기술의 발달에도 불구하고 매년 해양사고는 증가하고 있다.
해양수산부에서 발간한 2019년 해난사고사례를 보면, 국내 해난사고(Casual Accident)의 약 80%가 충돌 예방 규칙 등의 항법 미 준수, 항해 당직 경계 소홀, 부적절한 조선 및 항해 기술 등과 같이 항해사 혹은 운항자의 상황 인식과 대처능력 미비 등 인적 과실에 의한 것이고, 이 중 70%가 충돌(Collision) 및 좌초(Grounding)에 의한 것이다.
또한, 100톤 미만의 비어선(상선, 예부선, 기선, 범선 등)과 어선간의 충돌 사고가 국내 해난사고의 대부분으로 무중(In The Mist) 항해 및 어로행위 중에 사고가 많이 발생하였다.
타 선박간의 충돌 사고를 방지하기 위해서는 선박용 초단파무선전화(VHF) 등을 이용하여 상대선박과 상호 확인 단계를 거쳐 레이다, AIS 및 ARPA 장비들을 활용하여 상대선의 항로계획 및 움직임을 관찰하여 적절한 회피 동작을 하여야 하고, 상대선박도 적절한 협력 동작을 취하도록 하여야 한다. 부유물, 암초 등의 장애물에 대해서도 정확한 위치인식과 적절한 회피 동작이 요구된다.
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본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 국제해상충돌예방규칙(International Regulations for Preventing Collisions at Sea, COLREG 72)에 따라 경고의 메시지를 항해사에게 보내어 적절한 행동을 하지 않았을 경우에는 항해사의 판단 없이도 즉각적인 충돌방지경로를 제공하는 선박의 자동 충돌 예방 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시 예에 따르면, 충돌할 가능성이 있는 선박, 장애물 등 하나 이상의 충돌위험물을 인식하는 단계; 센서 또는 영상 카메라(CCTV)를 통한 상기 충돌위험물을 결정하는 단계; 상기 충돌위험물과 자선과의 충돌위험률을 계산하는 단계; 유지선과 피항선을 결정하는 단계; 자선이 상기 피항선으로 결정된 경우, 상기 충돌위험물과 충돌방지를 위한 충돌방지 경로를 생성하는 단계; 상기 충돌방지 경로를 표시하는 단계; 상기 충돌방지 경로를 따라 조타기 및 러더를 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 자선이 유지선으로 결정된 경우, 상기 피항선에게 피항 관련 정보를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 피항선의 상기 충돌위험물을 회피하기 위한 상기 충돌방지경로를 생성하는 단계는 국제해상충돌예방규칙에 따라 상기 자선의 기 설정된 초근접거리를 초과하지 않도록 생성될 수 있다.
상기 피항 관련 정보는 상기 자선의 경로 또는 상기 피항선을 결정한 근거규정정보 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
연근해 항해 및 원양 항해 중에 상대방의 선박 혹은 해양구조물을 발견치 못하여 충돌하는 선박의 자동충돌예방장치에 있어서,
선수부, 선미부 또는 상기 선수부 및 선미부 전체에는 충돌센서 및 열영상장비; 선교에는 자선상태측정부; 자동충돌예방규칙 인식부 및 제어부; 커닝콘솔디스플레이부; 또는 외부인터페이스부;가 설치된 것으로서, 상기 충돌센서 및 열영상장비는 충돌 위험물을 인식하고, 상기 자선상태측정부는 상기 충돌센서 및 열영상장비 또는 계측 장비로부터 자선의 상태를 나타내는 자선정보를 수신하여 상기 자선의 상태를 측정하고, 상기 자동충돌예방규칙 인식부 및 제어부는 상기 자동충돌예방장치의 전반적인 동작을 제어하고, 상기 커닝콘솔디스플레이부는 충돌위험물에 대한 충돌위험률 및 회피우선순위 등을 표시하고, 상기 외부인터페이스부는 상기 커닝콘솔디스플레이부가 갖춰지지 않은 경우 적용될 수 있다.
상기 충돌센서 및 열영상장비는 CCTV, 카메라, 특수센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 자동 충돌 예방 장치.
상기 자선상태측정부는 로딩컴퓨터의 흘수데이터 혹은 흘수센서, 선박 시운전 중 결정되는 선박의 터닝서클, 선박의 제원을 포함하여 충돌 위험물 계산할 수 있다.
상기 자동충돌예방규칙 인식부 및 제어부는 국제해상충돌예방규칙, 센서융합/CCTV감시장애물탐지기, 센서융합/CCTV감시기반충돌회피부, 선박자동식별부기반충돌회피추정부, 충돌회피 및 최근접거리 계산부, 위험률임계값초과인식부, 유지선 및 피항선결정부, 충돌방지알고리즘경로생성부를 포함할 수 있다.
상기 커닝콘솔디스플레이부는 레이더 ARPA, 전자해도, 선박자동식별부, 위치 및 속도표시를 위한 위성항법장치, 최근접거리계산부, 엔진RPM센서, 풍향및풍속계, 충돌방지경로 디스플레이, 조타기/러더제어부, 경고알림장치를 포함할 수 있다.
상기 외부인터페이스부는 충돌방지경로디스플레이, 조타기제어부, 선박러더제어부, 경고알림장치, 시스템파워온/오프부를 포함할 수 있다.
충돌할 가능성이 있는 선박, 장애물 등 하나 이상의 충돌위험물을 인식하는 충돌위험물인식부; 상기 충돌위험물에 대한 충돌위험률을 계산하고, 상기 충돌위험률이 기 설정된 임계값을 초과하는 경우, 국제해상충돌예방규칙에 따라 피항선을 결정하고, 자선이 피항선으로 결정된 경우, 상기 국제 해상충돌예방규칙에 따라 상기 피항선의 상기 충돌위험물을 회피하기 위한 충돌방지 경로를 생성하는 충돌방지알고리즘경로생성부; 상기 충돌방지 경로를 표시하는 커닝콘솔디스플레이부;를 포함할 수 있다.
상기 충돌방지알로리즘경로생성부는 상기 자선이 유지선으로 결정된 경우 상기 피항선에게 피항 관련 정보를 전송할 수 있다.
상기 충돌방지알고리즘경로생성부는 선박이 진행하는 경로에서 기 설정된 크로스 트랙 거리를 초과하지 않도록 생성할 수 잇다.
상기 피항 관련 정보는 상기 피항선을 나타내는 정보, 상기 자선의 경로 또는 상기 피항선을 결정한 근거규정정보 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 충돌위험률 계산 시 상기 선박의 매항차 변경되는 선박의 자선상태 정보, 상기 선박의 화물을 실은 경우와 공선으로 항해하는 경우의 자동으로 선박의 흘수센서, 선박 시운전 중 결정되는 선박의 터닝서클 정보 및 선박의 제원 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 충돌위험물 인식은 선박의 선수미를 모두 포함하여 충돌예방센서 또는 선박의 영상 감지 CCTV 장치를 통해서 상대선박, 장애물 및 섬 등을 인식할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 국제해상충돌예방규칙에 따라 자동적으로 피항선과 유지선을 결정하고 충돌방지경로를 생성하여 즉각적인 회피 및 예방조치를 하기 위한 것으로서, 여러 대의 선박이 충돌위험에 처했을 때에도 자동적으로 피항 의무선을 결정하여 실시함으로써 선박 사고를 미연에 방지할 수 있다.
도 1은 국제해상충돌예방규칙에 따른 선박 간 피항 의무에 관한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 선박에 커닝콘솔디스플레이가 있을 경우, 충돌인식, 충돌방지경로 및 제어 플로우차트를 나타낸다.
도 2b는 본 발명의 선박에 커닝콘솔디스플레이가 없을 경우, 충돌인식, 충돌방지경로 및 제어 플로우차트를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 자동충돌예방장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 충돌센서 및 열영상장비의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 자선상태측정부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 자동충돌예방규칙 인식부 및 제어부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 7은 본 발명의 선박의 선교에 위치한 커닝콘솔디스플레이부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 선박에 커닝콘솔디스플레이부가 없을 경우, 선박의 자동충돌예방시스템의 외부인터페이스부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2a는 본 발명의 선박에 커닝콘솔디스플레이가 있을 경우, 충돌인식, 충돌방지경로 및 제어 플로우차트를 나타낸다.
도 2b는 본 발명의 선박에 커닝콘솔디스플레이가 없을 경우, 충돌인식, 충돌방지경로 및 제어 플로우차트를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 자동충돌예방장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 충돌센서 및 열영상장비의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 자선상태측정부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 자동충돌예방규칙 인식부 및 제어부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 7은 본 발명의 선박의 선교에 위치한 커닝콘솔디스플레이부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 선박에 커닝콘솔디스플레이부가 없을 경우, 선박의 자동충돌예방시스템의 외부인터페이스부의 구성을 나타낸 블록도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다.
이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서 용어 '해양 구조물'은 자선 이외의 선박, 암초 또는 빙산 등 해상에 위치하는 구조물을 포함한다.
본 명세서에서 용어 '자선'은 자신의 선박을 나타내고 '타선'은 자선 이외의 선박을 나타낸다.
또한 '자선'은 본 발명에 따른 선박충돌예방장치를 탑재하고 있거나 선박 충돌 회피 방법을 수행하는 선박일 수 있고, 용어 '선박'과 혼용될 수 있고, 상대 선박과 반대되는 개념을 갖는다.
본 명세서에서 용어 '피항선'은 선박의 충돌 가능성이 있는 상황에서 먼저 피해야 하는 우선순위를 가진 선박이고, 피항선의 반대되는 선박을 유지선이라고 한다
도 1은 국제해상충돌예방규칙에 따른 선박 간 피항 의무에 관한 도면이다.
도 1에 따르면, 국제해상충돌예방규칙은 선박 간 피항 의무를 3가지 중 하나로 규정하고 있다.
도 1에서 도 1a는 두 선박이 정면에서 마주칠 경우, 도 1b는 두 선박이 서로의 진로를 횡단하는 경우 및 도 1c는 한 선박이 다른 선박을 추월하는 경우를 나타내는 도면이다.
두 선박이 정면에서 마주칠 경우(A), 각 선박은 서로 다른 선박의 좌현 측을 통과할 수 있도록 각기 우현 측으로 변침하여야 한다.
여기서 각 선박이 마주치는 경우란 서로 다른 선박을 선수 방향을 보는 경우, 동시에 양현을 보는 경우 및 다른 선박의 상응하는 면을 보는 경우에는 정면으로 마주치는 상태가 존재한다고 보아야 한다.
또한, 마주치는 상태가 존재하는가의 여부에 관하여 의문이 있는 선박은 정면으로 마주치는 상태에 있다고 생각하고 행동하여야 한다.
두 선박의 동력선이 서로 진로를 횡단할 경우(B), 다른 선박을 우현 측에 두고 있는 선박은 다른 선박의 진로를 피하여야 한다.
또한, 다른 선박의 전방을 횡단하여서는 안 된다.
한 선박이 다른 선박을 추월하는 경우(C), 추월선은 추월당하는 선박의 진로를 피하여야 한다.
이 때, 다른 선박의 정횡 후 22.5도를 넘는 후방 즉, 추월당하는 선박과의 관계에 있어서 야간에는 그 선박의 선미등만을 볼 수 있고 현등을 볼 수 없는 선박은 추월선으로 보아야 한다.
또한, 다른 선박을 추월하고 있는지의 여부에 관하여 의문이 있는 선박은 자선이 추월하고 있는 경우로 생각하고 이에 합당한 동작을 취하여야 한다. 두 선박간의 방위가 그 후에 여하히 변경되더라도 추월선이 횡단선으로 되는 것은 아니며 또한 추월선은 완전히 앞질러 멀어질 때까지 추월당하는 선박의 진로를 피하여야 할 의무가 있다.
따라서, 두 선박 또는 둘 이상의 선박이 상기 (A)~(C)의 상황에서 조우하는 경우, 국제 해상 충돌 예방 규칙에 따라 피항의무를 갖는 선박임을 타 선박에서 인식하지 못하거나 복수의 선박 중 어느 선박이 피항하여야 하는 지에 대해서 혼동이 있는 경우 자칫하면 선박 간의 충돌로 인한 대형 사고가 발생할 수 있다.
이에 본 발명에서는 선박이 둘 이상 존재하는 경우 피항의무를 갖는 선박을 알리고, 그에 따른 회피 절차를 진행하도록 하는 선박의 자동 충돌 예방 방법 및 장치를 제공한다.
도 2a는 본발명의 선박에 커닝콘솔디스플레이가 있을 경우, 충돌인식, 충돌방지경로 및 제어 플로우차트를 나타내고, 도 2b는 본발명의 선박에 커닝콘솔디스플레이가 없을 경우, 충돌인식, 충돌방지경로 및 제어 플로우차트를 나타낸다.
충돌 위험물 인식부(11)는 충돌센서 및 열영상장비(Thermal Observation Device, TOD)(100)의 충돌센서(110), 열영상장비(120), 장애물인식부(130)에서 상대선박, 장애물 및 섬 등을 인식하는 것을 나타낸다.
충돌 위험물 계산(12)은 자선상태측정부(200)의 로딩컴퓨터의 흘수데이터 혹은 흘수센서(Draft Gauge)(210), 선박 시운전 중 결정되는 터닝서클(Turning Circle)(220), 선박의 제원(Ship's Particular)(230)과 같은 기본정보를 선박에 입력시켜 자동충돌예방규칙 인식부 및 제어부(300)의 충돌회피 및 최근접거리(Closest Point of Approach, CPA)계산부(350)를 통하여 충돌회피 및 최근접거리를 계산하고, 위험률임계값초과인식부(355)를 통하여 위험률 임계값 초과여부를 계산한 후 유지선 및 피항선결정부(360)를 통하여 국제 해상 충돌 예방 규칙에 따라 유지선 혹은 피항선 결정(14)을 한다.
자선이 피항선인가(15)는 자동충돌예방규칙 인식부 및 제어부(300)의 위험률임계값초과인식부(355)를 통하여 기 설정된 임계값 초과인 경우 자선이 피항선임을 인식하고, 위험률임계값초과인식부(355)를 통하여 임계값이 초과되더라도 자선이 유지선일 경우에는 상대선박(피항선)에게 충돌회피알고리즘경로생성부(370)을 통하여 피항관련 정보 전송(16)하여 피항선임을 알리고 충돌방지 경로 생성(17)을 한다.
선박에 커닝콘솔디스플레이 장비를 갖추고 있으면 커닝콘솔디스플레이부(400)의 충돌방지경로 디스플레이(475)를 통하여 디스플레이부 화면에 회피 경로 표시(18)를 하고, 선박에 커닝콘솔디스플레이 장비를 갖추고 있지 않으면 외부인터페이스부(500)를 통하여 충돌방지경로디스플레이(505)에 회피 경로 표시할 수 있다.
조타기 제어(20)는 충돌방지경로디스플레이(475)(505)를 통해 할 수 있고 선박러더 제어(21)는 조타기 제어(20)로부터 입력받은 러더의 방향에 따라 제어한다.
도 3은, 본 발명의 실시 예에 따른 선박의 자동충돌예방장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3에 따르면, 본 발명의 자동충돌예방장치(10)는 충돌센서 및 열영상장비(100), 자선상태측정부(200), 자동충돌예방규칙 인식부 및 제어부(300), 커닝콘솔디스플레이부(400), 외부인터페이스부(500)를 포함한다.
자동충돌예방규칙 인식부 및 제어부(300)는 선박에 탑재된 여러 가지 장비들로부터 취득한 정보를 기초로 선박이 충돌할 가능성이 있는 모든 해상구조물(이하, 충돌위험물이라 한다.)을 인식하고, 보다 구체적으로, 해상구조물의 위치를 판단하고, 속도 등 선박의 상태를 측정하여 선박과 충돌할 수 있는 충돌위험물을 인식한다.
자동충돌예방규칙 인식부 및 제어부(300)는 본 발명의 자동충돌예방장치(10)의 전반적인 동작을 제어하는 것으로, 충돌위험물이 인식된 경우 충돌위험물에 관한 정보를 입력 받아 충돌위험률을 계산하고, 계산된 충돌위험률을 커닝콘솔디스플레이부(400)에 전달하여 충돌위험물이 복수개인 경우에는 충돌위험률이 높은 순서대로 커닝콘솔디스플레이부(400)에 표시하고 회피우선순위를 결정하여 충돌위험물과 충돌방지를 위한 항로인 충돌방지경로를 생성한다.
자동충돌예방규칙 인식부 및 제어부(300)는 국제해상충돌예방규칙(305)에 의한 선박간의 항법규정을 저장하고 업데이트되며, 충돌위험물을 인식하거나, 충돌위험물에 대한 충돌방지경로를 생성(360)하는 경우 충돌 방지를 위해 외부 장치를 제어하고, 다양한 실시 예에서 선박의 조종성능을 나타내는 자선상태측정부(200)에 자선정보를 저장할 수 있다.
여기서, 자선정보는 선박의 조종성능을 추정하는데 사용되는 최소한의 정보로, 배 길이, 폭, 속도-저항 곡선, 프로펠러 지름, 추력감소계수, 반류비, 전진비-추력계수 곡선, 선박 흘수, 터닝서클, 타 형상 정보와 흘수, 방형계수, 배수량, 선미형상계수 등의 정보를 반영한 유체력 미계수 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
커닝콘솔디스플레이부(400)는 선박의 운항사에게 충돌 방지를 위한 다양한 사용자 인터페이스(User Interface, UI) 및 각종 정보(예: 멀티미디어 데이터 또는 텍스트 데이터 또는 각종 디지털 데이터 등)을 제공하여 표시하여 피항선을 식별하는데, 패널, 터치패널, 홀로그램장치 또는 프로젝터를 포함하고, 패널은, LCD(liquid-crystal display) 또는 AM-OLED(Active-Matrix Organic Light-Emitting Diode), 터치패널(Touch Panel), QLED(Quantum dot Light-Emitting Diodes) 등일 수 있다.
또한, 패널은 유연하게(flexible), 투명하게(transparent) 또는 착용할 수 있게(wearable) 구현하고, 터치패널과 하나의 모듈로 구성될 수도 있다. 홀로그램 장치는 빛의 간섭을 이용하여 입체 영상을 허공에 보여줄 수 있으며. 프로젝터는 선교내 스크린에 빛을 투사하여 영상을 표시하는 것으로 자동충돌예방장치(10)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있다. 선교에 커닝콘솔디스플레이가 갖춰진 선박의 경우에는 커닝콘솔디스플레이부(400)는 패널, 터치패널, 홀로그램장치 또는 프로젝터를 제어하기 위한 제어회로를 더 포함할 수 있다.
또한 커닝콘솔디스플레이부(400)는 충돌위험물이 현재 상태를 유지하거나 규정에 따른 정상적인 회피 동작을 수행한다고 가정했을 때, 임의의 시점까지 복구의 충돌위험물에 대한 위험률 및 회피우선순위를 표시한다.
도 4는 본 발명의 선박 충돌센서 및 열영상장비의 구성을 나타낸 도면이다.
선수미 충돌을 감지하는 센서인 충돌센서 및 열영상장비(100)는 열영상관측장비, 전방감시용 열상장비, 열영상탐지기 등 다양한 이름으로 불리는 열영상장비(120), 충돌센서(110), 장애물인식부(130)로 구성된다.
도 5는 본 발명의 선박의 자선상태측정부의 구성을 나타낸 도면이다.
자선상태측정부(200)는 선박에 구비된 센서 또는 계측 장비로부터 선박의 상태를 나타내는 선박정보를 수신하여 선박의 상태를 측정하는 것으로, 로딩 컴퓨터(Loading Computer 혹은 Loading Master Computer)의 흘수데이터 혹은 흘수센서(210), 터닝서클(220), 선박의 제원(230) 등의 가장 기초적인 정보를 포함한다.
선박에 적재된 화물의 양과 발라스트 양과 기름의 양에 따른 로딩컴퓨터의 흘수데이터 혹은 흘수센서(210)를 통하여 흘수 데이터 또는 흘수를 측정할 수 있다. 선박의 흘수는 직접 매항차마다 장치에 입력할 수도 있고 작업 선박의 사무실(Ship's Office)의 계기판에서 해당 정보값을 받아올 수 있다.
터닝서클(220)은 선박의 설계 및 건조 중에 결과값을 얻어낸 데이터로써 선박의 선교 벽면에 부착되어야 할 국제규정으로 해당데이터를 자동충돌예방장치(10)에 기초정보로 입력된다. 선박의 제원(230)은 선박의 설계중에 확정된 제원 및 데이터이므로 자동충돌예방장치(10)에 기초정보로 입력된다.
도 6은 본 발명의 선박의 자동충돌예방규칙 인식부 및 제어부의 구성을 나타낸 블록도이다.
센서융합/CCTV감시장애물탐지기(310)는 상대선(상대방) 충돌 센서 혹은 열영상장비를 통해서 장애물을 탐지하고 인식한다.
센서융합/CCTV감시기반충돌회피부(320)는 충돌회피 및 최근접거리 계산부(350)를 통하여 상대선(상대방)과의 충돌회피 및 최근접거리를 계산한다. 충돌회피 및 최근접거리는 선박의 특성에 따라 혹은 선사가 설정한 셋팅값에 따라 변경될 수 있다.
위험률임계값초과인식부(355)는 자선상태측정부(200)의 흘수센서(210), 터닝서클(220), 선박의 제원(230)을 입력한 상태에서 위험률 임계값이 초과되면 이를 인식하고 국제해상충돌예방규칙(305)에 따라 충돌방지알고리즘경로생성부(370)에 의해 충돌방지 경로를 생성하게 한다. 만일 유지선 및 피항선결정부(360)에 의하여 자선이 피항선이 아닌 것으로 결정되면 상대방인 피항선에게 정보를 전송하고, 피항선으로 결정되면 충돌방지알고리즘경로생성부(370)에 의하여 충돌 방지 알고리즘 경로를 생성하게 하고 선교의 외부인터페이스부(500)의 경고 알림장치(530)에 전달한다.
도 6에서 자동충돌예방규칙 인식부 및 제어부(300)는 충돌회피 및 최근접거리계산부(350), 충돌방지알고리즘경로생성부(370) 및 유지선 및 피항선결정부(360)을 통하여 인식한 충돌위험물에 대한 선박의 충돌위험률을 계산한다. 충돌위험률의 계산에 있어 숙련된 운항자와의 인터뷰를 통해 구성된 위험도 퍼지함수가 사용된다. 이 때, 다양한 실시 예에서 충돌위험률을 계산하는 여러 가지 알고리즘이 사용될 수 있다.
센서융합/CCTV감시장애물탐지기(310)은 센서에 의해 탐지되고 인식된 복수의 충돌위험물들을 커닝콘솔디스플레이부(400)를 갖추지 않은 선박의 경우 외부인터페이스부(500)에 전달하여 회피우선순위를 결정한다.
충돌위험에 처한 선박이 자선을 포함하여 셋 이상인 경우에도, 국제해상충돌예방규칙제어부 및 인식부(300)에 저장된 국제해상충돌예방규칙(305)의 피항관계를 기초로 유지선 및 피항선결정부(360)에 의해 피항 의무를 갖는 피항선과 유지선을 결정한다.
충돌방지알고리즘경로생성부(370)는 위험률임계값초과인식부(355)에 의하여 계산된 충돌위험률이 기 설정된 임계값을 초과하고, 유지선 및 피항선결정부(360)의 결정에 따라 자선이 피항선으로 결정된 경우, 자동충돌예방규칙 인식부 및 제어부(300)에 미리 저장된 국제해상충돌예방규칙(305) 및 자선 정보를 기초로 충돌방지 경로를 생성하고, 다양한 실시 예에서, 상기 자선상태측정부(200)를 기초로 조종성능 모형 시험의 결과를 이용한 조종성능을 반영하여 충돌방지 경로를 생성한다.
또한 충돌방지알고리즘경로생성부(370)는 자동충돌예방규칙 인식부 및 제어부(300)의 선박자동식별부기반충돌회피추정부(330)에서 획득한 상대 선박의 제원과 움직임을 통해 상대 선박의 움직임을 기계 학습하고 상대방 선박의 조종성을 추정하여 상대 선박의 조종성을 반영하고, 풍향 또는 조류 등의 환경 정보를 고려하여 자선상태측정부(200)에서 측정한 흘수의 변화에 따른 조종성능 변화를 자가학습을 통해 습득하고 자동 튜닝(auto tuning)하여 조종성능의 정확도를 높인다.
또한 충돌방지알고리즘경로생성부(370)는 자동충돌예방장치(10)에 탑재된 선박들 간의 사물 통신(Internet of Things : IoT)을 통하여 선박 간의 충돌방지 경로를 자동으로 생성한다.
이때, 충돌위험물이 복수개인 경우 각각의 충돌위험물에 대한 충돌방지 경로를 표시하고 충돌위험률에 따라 차례로 충돌위험물을 표시하고 이에 대한 충돌방지 경로를 표시한다.
충돌방지알고리즘경로생성부(370)가 정한 충돌방지 경로는 충돌방지를 위한 선박의 타각 정보 또는 방위각 정보 중 적어도 어느 하나를 포함하고 선박의 조타 범위를 제한할 수 있다. 구체적으로 컨테이너 운반선이나 자동차 운반선의 경우 급격한 기동 및 과도한 전타에 의한 사고가 발생할 수 있으므로, 충돌방지알고리즘경로생성부(370)는 자선 정보 및 적재된 화물 정보를 고려하여 제한된 조타 범위에서의 충돌방지 경로를 생성할 수 있다.
또한, 충돌방지알고리즘경로생성부(370)는 선박이 진행하는 경로에서 기 설정된 크로스트랙거리(Cross Track Distance, XTD)를 벗어나지 않는 충돌방지 경로를 생성하기 위해 선박에 설정된 크로스트랙거리를 벽으로 인식할 수 있는데 통상적으로 몇마일 이내로 설정한다.
여기서 크로스트랙거리는 선박이 진행하는 경로에서 좌(L) 또는 우(R)로 벗어난 거리이다.
도 7은 본 발명의 선박의 선교에 위치한 커닝콘솔디스플레이부의 구성을 나타낸 도면이다.
커닝콘솔디스플레이부(400)는 레이더 ARPA(410), 전자해도(420), 선박자동식별부(430), 위치 및 속도표시를 위한 위성항법장치((440), 최근접거리계산부(450), 엔진RPM센서(460), 풍향및풍속계(470), 조타기/러더제어부(480), 경고알림장치(490)를 포함한다.
레이더ARPA(410)는 종래의 레이더기능에, 여러 첨단 전자장치의 기능들을 추가하여 내장된 CPU의 계산기능으로 물표의 정보들을 통합하여 항해사에게 제공해준다.
특히 레이더ARPA(410)는 선박자동식별부(430)를 구비하지 않은 선박도 빙하 또는 암초의 위치와 움직임을 파악할 수 있도록 하고, 모든 물표에 대한 자동 플로팅 정보를 화면상에 숫자 및 그래픽으로 보여줌으로써 곧바로 상대선박들의 정확한 움직임을 파악할 수 있게 해준다.
전자해도(420)는 선박의 항해와 관련된 해상지도, 위치정보, 선박의 침로, 속력 또는 수심자료 등 해상 관련 정보를 포함한다.
또한, 전자해도(420)는 해상 관련 정보를 항해용 컴퓨터 화면상에 표시하는 시스템을 포함하여 다양한 실시 예에서 수로 업무를 책임지는 국가기관에서 전자해도시스템에 사용할 수 있도록 내용, 구조 또는 서식을 표준화한 디지털해도일 수도 있다.
선박자동식별부(430)는 선박자동식별장치를 구비한 선박의 위치를 인식하는 것으로 시계가 좋지 않은 경우에도 선박의 위치 뿐만 아니라, 선명, 침로, 속력 등 항해 정보를 실시간으로 제공하여 타선의 존재와 진행 상황을 판단하여 선박 충돌 방지, 광역 관제, 조난 선박의 수색 및 구조 활동 등 안전 관리를 더욱 효과적으로 수행한다.
위성항법장치(440)는 수신기로 3개 이상의 위성으로부터 정확한 시간과 거리를 측정하여 각각 다른 거리를 삼각법에 따라서 선박의 현 위치를 정확히 계산하는 것으로, 3개의 위성으로부터 거리와 시간 정보를 얻고 1개 위성으로부터 오차를 수정한다.
엔진RPM센서(460)는 선박의 프로펠러의 회전수(RPM)를 측정하고, 풍향 및 풍속계(470)는 풍향 및 풍속을 측정하여 선박의 진행 방향을 측정한다.
도 8은 본 발명의 선박에 커닝콘솔디스플레이부가 없을 경우, 선박의 자동충돌예방시스템의 외부인터페이스부의 구성을 나타낸 블록도이다.
외부인터페이스부(500)는 충돌방지경로디스플레이(505), 조타기제어부(510), 선박러더제어부(520) 및 경고알림장치(530) 외에도, 선박의 충돌 방지를 위한 다양한 외부 장치의 제어부 또는 외부장치와의 인터페이스를 포함할 수 있다.
선박러더제어부(520)는 자동충돌예방규칙 인식부 및 제어부(300)의 충돌회피알고리즘경로생성부(370)에서 생성한 충돌방지 경로를 기초로 선박의 러더를 조타기제어부(510)를 통해 제어할 수 있다.
경고알림장치(530)는 선박 충돌위험물 주변에 소형 비행체(drone)를 띄울 수도 있고, 해상용무전기 VHF를 자동발신토록 경고하고 에어혼(공기경적) 및 전기혼(일렉트릭경적)을 자동 발신하여 경고할 수 있다.
경고알림장치(530)는 유지선 및 피항선결정부(360)가 자선을 피항선으로 결정하면, 충돌회피알고리즘경로생성부(370)에서 생성한 충돌방지 경로를 선박자동식별부(430)를 통하여 다양한 전달방식으로 유지선으로 전달하는데, 경고알림장치(530)가 본선에 설치된 경우에는 선교내에 경고 알림을 한다.
또한, 경고알림장치(530)는 선박에 설치된 방향 지시등을 제어하여 선박의 선회 방향을 표시하고, 다양한 실시 예에서, 유지선 및 피항선결정부(360)가 자선을 유지선으로 결정하면, 피항선으로 결정된 선박 또는 충돌위험에 처한 모든 선박으로 피항선을 나타내는 정보, 자선의 경로 또는 피항선을 결정한 근거규정정보 등 피항 관련 정보를 전달한다.
시스템파워온/오프부(540)는 대양항해와 같은 드넓은 구역과 항행구역에서는 선장 및 항해사, 운항사가 사용을 원할 경우에 자동충돌예방장치(10)의 파워를 온(On)하고, 섬구역, 연안항해, 입출항항로, 선박통항 항로구역 및 협수로인 경우에는 자동충돌예방장치(10)의 파워를 오프(Off)할 수 있다. 이는 어선 및 소형선, 범선과 같은 항로와 이탈해서 항행하는 선박들과의 조우를 피하기위한 장치의 일환으로 오프 기능이 포함된다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 실시 예들에서, 모든 단계는 선택적으로 수행의 대상이 되거나 생략의 대상이 될 수 있다. 또한 각 실시 예에서 단계들은 반드시 순서대로 일어날 필요는 없으며, 뒤바뀔 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 게시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것 이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 게시된 실시 예외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10: 자동충돌예방장치
100: 충돌센서 및 열영상장비
200: 자선상태측정부
300: 자동충돌예방규칙 인식부 및 제어부
400: 커닝콘솔디스플레이부
500: 외부인터페이스부
100: 충돌센서 및 열영상장비
200: 자선상태측정부
300: 자동충돌예방규칙 인식부 및 제어부
400: 커닝콘솔디스플레이부
500: 외부인터페이스부
Claims (8)
- 연근해 항해 및 원양 항해 중에 상대방의 선박 혹은 해양구조물을 발견치 못하여 충돌하는 선박의 자동충돌예방장치에 있어서,
선수부, 선미부 또는 상기 선수부 및 선미부 전체에 설치되어 충돌 위험물을
인식하는 충돌센서 및 열영상장비;
상기 충돌센서 및 열영상장비 또는 계측 장비로부터 자선의 상태를 나타내는 자선정보를 수신하고, 상기 선박에 적재된 화물의 양과 기름의 양에 따른 로딩컴퓨터의 흘수데이터 또는 흘수센서, 상기 선박 시운전 중 결정되고 상기 자동충돌예방장치에 기초정보로 입력되는 상기 선박의 터닝서클 정보 및 상기 선박의 제원에 의하여 충돌 위험률을 계산하여 상기 자선의 상태를 측정하는 자선상태측정부;
센서융합/CCTV감시장애물탐지기, 센서융합/CCTV감시기반충돌회피부, 선박자동식별부기반충돌회피추정부, 충돌회피 및 최근접거리계산부, 위험률임계값초과인식부, 유지선 및 피항선결정부 및 충돌방지알고리즘경로생성부를 포함하고, 상기 자동충돌예방장치의 전반적인 동작을 제어하는 자동충돌예방규칙 인식부 및 제어부;를 포함하되,
상기 충돌방지 알고리즘경로생성부는 상기 충돌위험물에 대한 충돌위험률을 계산하고, 상기 충돌위험률이 기 설정된 임계값을 초과하는 경우, 국제해상충돌예방규칙에 따라 피항선을 결정하고, 상기 자선이 피항선으로 결정된 경우, 상기 국제 해상충돌예방규칙에 따라 상기 피항선의 상기 충돌위험물을 회피하기 위한 충돌방지 경로를 생성하고, 상기 자선이 유지선으로 결정된 경우 상기 피항선에게 피항 관련 정보를 전송하고, 상기 선박이 진행하는 경로에서 기 설정된 크로스 트랙 거리를 초과하지 않도록 하고, 상기 자동충돌예방규칙 인식부 및 제어부의 상기 선박자동식별부기반충돌회피추정부에서 획득한 상대 선박의 제원과 움직임을 통해 상기 상대 선박의 움직임을 기계 학습하고 상기 상대 선박의 조종성을 추정하여 상기 상대 선박의 조종성을 반영하고, 풍향 또는 조류 등의 환경 정보를 고려하여 상기 자선상태측정부에서 측정한 흘수의 변화에 따른 조종성능 변화를 자가학습을 통해 습득하고 자동 튜닝(auto tuning)하며,
상기 센서융합/CCTV감시기반충돌회피부는 상기 충돌회피 및 최근접거리계산부를 통하여 상대선과의 충돌회피 및 최근접거리를 계산하고, 상기 충돌회피 및 최근접거리는 상기 선박의 특성에 따라 혹은 선사가 설정한 셋팅값에 따라 변경되고,
상기 센서융합/CCTV감시장애물탐지기는 상기 상대 선박의 충돌 센서 혹은 열영상장비를 통해서 장애물을 탐지하고 인식하며,
상기 충돌위험물에 대한 상기 충돌위험률 및 회피우선순위 등을 표시하는 커닝콘솔디스플레이부;를 포함하고, 상기 커닝콘솔디스플레이부가 갖춰지지 않은 경우 상기 상대 선박의 충돌 센서 혹은 열영상장비에 의해 탐지되고 인식된 복수의 충돌위험물들을 충돌방지경로디스플레이, 조타기제어부, 선박러더제어부, 경고알림장치, 시스템파워온/오프부를 포함하는 외부인터페이스부에 전달하여 회피우선순위를 결정하는 것을 특징으로 하는 선박의 자동 충돌 예방 장치. - 제1항에 있어서,
상기 시스템파워온/오프부는 대양항해와 같은 드넓은 구역과 항행구역에서는 선장 및 항해사, 운항사가 사용을 원할 경우에 상기 자동충돌예방장치의 파워를 온(On)하고, 섬구역, 연안항해, 입출항항로, 선박통항 항로구역 및 협수로인 경우에는 소형선, 범선과 같은 항로와 이탈해서 항행하는 선박들과의 조우를 피하기 위해 상기 자동충돌예방장치의 파워를 오프(Off)할 수 있는 것을 특징으로 하는 선박의 자동 충돌 예방 장치. - 삭제
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