KR102276677B1 - 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어 제어방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어방법을 개시한다.
본 발명의 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어방법은, 육상에 위치하여 인증처리된 원격제어사관으로부터 조종 제어신호를 원격송신하는 육상제어시스템 및 이 육상제어시스템과 통신망으로 실시간 연계 운영되는 것으로 인가된 조종 제어신호에 따라 기동이 제어되는 선박제어시스템에 의한 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어 제어방법에 있어서, 상기 육상제어시스템에서 자율운항선박의 선박정보 및 운항정보를 입력 처리하는 단계; 상기 자율운항선박의 현재의 경로정보를 추출하여 계획경로와 비교하여 경로 이탈 유무에 따라 정상경로정보 또는 경로이탈정보를 생성하는 단계; 상기 단계에서 경로이탈정보의 발생시 육상제어시스템에 인가하여 원격제어를 요청하는 단계; 상기 육상제어시스템에서 장애물과의 항로복원을 위한 원격제어 요청을 수락하고,경로를 이탈한 자율운항선박의 복원 경로를 계산 처리하여 복원경로정보를 생성하는 단계; 상기 복원경로정보에 의한 원격제어사관의 조종 제어신호를 선박제어시스템에 인가하는 단계; 상기 선박제어시스템에서 원격제어사관의 제어신호에 따라 선박을 이동시키는 단계; 상기 자율운항선박이 계획경로로 복귀되었는지 확인하는 단계로 구성된다.
이와 같이 구성되는 본 발명은 현재 적용되고 있는 국제해상충돌예방규칙(COLREG)과 선박도메인이론(ship domain theory)에 의거한 기준 값 도출, 각종 해양사고로부터 도출된 안전한 거리와 선박제어방법 등을 적용하여 개발됨에 따라 새로운 규정과 상관없이 현재 운항 중인 선박을 자율운항선박으로 개조하거나 또는 향후 자율운항선박으로 규정된 선박에 대해서도 적용하여 운용이 가능하므로 기술의 적용 자유도가 매우 높으므로 산업상 유용한 효과가 기대된다.
또한, 자율운항선박의 경로 이탈로 인한 여러 문제점을 사전에 방지할 수 있으며, 자율운항선박에서 항로복원을 위한 고가의 장비를 추가하지 않고도 육상 원격지에서 원격제어관사가 직접 개입하여 실시간 능동 조정을 수행하므로 충돌로 인한 자율운항선박에서 발생할 수 있는 예상치 못한 위험을 최소화할 수 있어 이를 적용한 선박의 운항 안정성과 신뢰성을 높일 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어방법은, 육상에 위치하여 인증처리된 원격제어사관으로부터 조종 제어신호를 원격송신하는 육상제어시스템 및 이 육상제어시스템과 통신망으로 실시간 연계 운영되는 것으로 인가된 조종 제어신호에 따라 기동이 제어되는 선박제어시스템에 의한 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어 제어방법에 있어서, 상기 육상제어시스템에서 자율운항선박의 선박정보 및 운항정보를 입력 처리하는 단계; 상기 자율운항선박의 현재의 경로정보를 추출하여 계획경로와 비교하여 경로 이탈 유무에 따라 정상경로정보 또는 경로이탈정보를 생성하는 단계; 상기 단계에서 경로이탈정보의 발생시 육상제어시스템에 인가하여 원격제어를 요청하는 단계; 상기 육상제어시스템에서 장애물과의 항로복원을 위한 원격제어 요청을 수락하고,경로를 이탈한 자율운항선박의 복원 경로를 계산 처리하여 복원경로정보를 생성하는 단계; 상기 복원경로정보에 의한 원격제어사관의 조종 제어신호를 선박제어시스템에 인가하는 단계; 상기 선박제어시스템에서 원격제어사관의 제어신호에 따라 선박을 이동시키는 단계; 상기 자율운항선박이 계획경로로 복귀되었는지 확인하는 단계로 구성된다.
이와 같이 구성되는 본 발명은 현재 적용되고 있는 국제해상충돌예방규칙(COLREG)과 선박도메인이론(ship domain theory)에 의거한 기준 값 도출, 각종 해양사고로부터 도출된 안전한 거리와 선박제어방법 등을 적용하여 개발됨에 따라 새로운 규정과 상관없이 현재 운항 중인 선박을 자율운항선박으로 개조하거나 또는 향후 자율운항선박으로 규정된 선박에 대해서도 적용하여 운용이 가능하므로 기술의 적용 자유도가 매우 높으므로 산업상 유용한 효과가 기대된다.
또한, 자율운항선박의 경로 이탈로 인한 여러 문제점을 사전에 방지할 수 있으며, 자율운항선박에서 항로복원을 위한 고가의 장비를 추가하지 않고도 육상 원격지에서 원격제어관사가 직접 개입하여 실시간 능동 조정을 수행하므로 충돌로 인한 자율운항선박에서 발생할 수 있는 예상치 못한 위험을 최소화할 수 있어 이를 적용한 선박의 운항 안정성과 신뢰성을 높일 수 있는 이점이 있다.
Description
본 발명은 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자율운항선박을 육상에서 원격으로 제어하는 경우 자율운항선박을 일정한 거리범위 이내에서 원래 계획한 항로인 계획항로를 유지하면서 항해할 수 있는 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어 제어방법에 관한 것이다.
현재 해상에서는 육상의 자율주행 자동차와 마찬가지로, 자율운항선박에 대한 연구개발이 활발하게 이뤄지고 있다.
이러한 자율운항선박은 자동화시스템으로 물류의 흐름을 최소 10% 이상 빠르게 할 수 있고, 전체 해양사고의 82%나 차지하는 인적과실 사고를 해소할 수 있으며, 인건비 절감등으로 약 60% 이상의 비용을 절감할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 2016년 기준 자율운항선박의 전체 시장 규모는 약 567.5억 달러 수준이나, 2025년까지 연평균 12.8%의 성장을 통해 앞으로는 약 1,550억 달러 시장규모에 이를 전망이다.
국제해사기구(IMO)에서는 자율운항선박의 영문명칭을 MASS; Maritime Autonomous Surface Ship으로 지칭하고 있으며, 이하 설명의 편의상 자율운항선박/자율주행선박/자율운행선박 등의 명칭을 자율운항선박으로 통칭하여 지칭하기로 한다.
한편, 자율운항선박은 4레벨로 구분하고 있으며, 레벨1은 기존 선박에서 선원의 의사결정을 지원하기 위한 수준이고, 레벨2는 선박에 선원이 승선한 상태에서 원격 제어가 가능한 수준이며, 레벨3은 선원이 승선하지 않거나 또는 최소인원만 승선한 경우 원격 제어가 가능하고 기관이 자동화된 수준이다. 끝으로 레벨4는 선박에 사람이 없는 완전무인화 수준이다.
현재 국내는 물론 해외에서는 레벨2와 레벨3 중간 정도의 자율운항선박를 대상으로 설계가 진행되고 있을 뿐, 아직까지 자율운항선박 형태로 건조된 선박은 전무한 실정이다. 이는 국제규정에 의하면 현재 국제해상운송에 종사하는 모든 선박은 인간(선원)에 의해서 제어해야 하는 것으로 정해져 있고, 자율운항선박 관련 국제규정이 제정되어 있지 않으며, 안전성과 실효성에 대해서는 더 많은 연구가 필요한 것으로 다수의 연구결과에서 나타났기 때문이다.
이에 국제해사기구에서는 조만간 자율운항선박 관련 국제규정 제정을 통하여 자율운항선박 산업화에 박차를 가할 예정이고, 국내에서도 산업자원부와 해양수산부를 통하여 2020년부터 자율운항선박에 대한 연구개발이 시작되었다.
한편, 자율운항선박에서 육상원격 제어시스템이 필요한 이유는, 자율운항선박의 경우, 자율운항 시스템의 고장 또는 기능의 고장 또는 여하한의 이유로 인하여 자율운항이 불가능한 경우, 이에 대비한 안전장치가 필요하기 때문이다. 현재 자율주행자동차의 경우에도 이러한 기능이 요구되고 있다. 아울러, 현존하는 모든 선박의 경우에도 육상제어가 필요한데, 그 것은, 선박 간 충돌, 화재, 항로이탈, 음주운항 등 다양한 상황에서 항해사가 선박을 직접 조종할 수 없는 경우가 발생하기 때문이다.
종래 기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-1941896호를 통해 ′선박의 자율 운항 제어시스템′이 제안된 바 있으며, 기술적 해결과제로는 조타실 내부에 긴급하게 인원이 존재하지 않게 되는 경우 등의 이벤트 발생 시, 선박을 안정적으로 제어하여, 선박의 제어 불가능 상황에 따른 2차 사고를 방지하고, 또한, 선박에 대한 다양한 이벤트 발생 시 선박 위치의 환경을 파악하여 이를 기반으로 선박의 자율 운항 시스템을 효과적으로 자동 제어함으로써, 조타실 내부에 인원이 존재하지 않더라도 선박을 안전 위치에 위치되도록 하여 선박에 대한 안정성을 높이고자 하는데 있다.
그러나 상기 종래기술에 따른 선박의 자율운항 제어시스템은 선박 자체의 무인화를 위한 시스템에 관한 것으로 운항시 발생할 수 있는 다양한 돌발 변수 발생시 제어사관의 직접적인 개입이 곤란한 폐단이 있었다.
또 다른 종래기술로는 대한민국 등록특허 제10-2042058호를 통해 ′LNG 선박의 운항 실시간 원격 관제 장치 및 방법′이 제안된 바 있으며, 주요한 기술적 구성으로는 ′ 실시간 원격 관제 기능을 수행하기 위한 명령을 입력받는 입력부와, 선박 정보를 바탕으로 LNG 선박의 운항상태를 표시하는 표시부와, LNG 선박과 통신을 수행하며, LNG 선박으로부터 주기적으로 선박 코드 정보를 포함하는 선박 정보를 수신하는 통신부와, 통신부를 통해 수신된 선박 정보를 저장하는 저장부와, 선박 정보를 수신하면, 선박 코드 별로 분류하여 저장부에 저장하고, 입력부를 통해 어느 하나의 선박을 선택하는 명령이 입력되면, 저장부에 저장된 복수의 선박 정보 중 선택된 선박의 선박 코드 정보를 포함하는 선박 정보를 추출하고, 추출된 선박 정보를 표시부에 표시하는 제어부를 포함하는 구성′을 개시하고 있다.
그러나 상기 종래기술에 따른 엘엔지 선박의 운항 실시간 원격 관제 장치는 단순히 선박의 운항정보에 따른 원격 관제 시스템에 관한 것으로 원격으로 선박에 대한 능동 제어가 곤란함에 따라 이 역시 다양한 돌발 상황 발생시 신속한 대처가 곤란한 문제점이 있다.
또 다른 종래기술로는 대한민국 공개특허 제10-2018-0045440호를 통해 ′다중 통신 환경을 이용한 선박의 원격 모니터링 및 최적 운항 지원 시스템′이 제안된 바 있으며, 그 청구항 1에는 ′연안 및 원양을 운항할 수 있도록 구성된 선박과, 상기 선박의 운항 상태를 모니터링하고 상기 선박에 해상 기상 예보 정보와 화물, 선석 및 운항 스케줄과 같은 영업 정보를 제공하는 지능형 선대 관리 장치를 포함하며: 상기 선박과 상기 지능형 선대 관리 장치는 마린 VSAT 위성 통신망 및 해상 LTE 통신 기술 중 하나를 선택적으로 이용하여 서로 데이터 통신 가능함과 아울러, 선박의 위치가 연안일 경우는 해상 LTE 통신 기술을 이용하는 한편, 선박의 위치가 원양일 때에는 마린 VSAT 위성 통신망을 이용해 데이터를 송수신할 수 있도록 구성된, 다중 통신 환경을 이용한 선박의 원격 모니터링 및 최적 운항 지원 시스템.′이 개시되어 있다.
그러나 상기 종래 기술에 따른 선박의 원격 모니터링 및 최적 운항 지원 시스템은 선박의 운항정보와 일기정보 등을 기초로 최적의 항로를 설정하고 이를 선박에 제공하기 위한 운항 지원시스템에 관한 것으로, 선박의 자율운항이 불가하고, 또한 선박의 운항시 발생할 수 있는 다양한 돌발 상황에 따른 능동제어가 불가능한 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 종래기술로는 대한민국 등록특허 제10-1937439호를 통해 ′자율 운항 선박 및 그 외 선박의 충돌 회피를 위한 대체 항로 생성과 타각 조절 지원 시스템′이 제안된 바 있으며, 그 주요 기술구성으로는 사용자로부터 입력된 목적지까지의 자동 항해를 위해 복수의 변침점들을 포함하는 항해 경로를 생성하는 경로 생성부; 및 상기 항해 경로 상에 인접하는 변침점들 사이에 적어도 하나의 충돌 회피 변침점을 생성하는 충돌 회피 변침점 생성부를 포함하도록 구성될 수 있으며, 상기 충돌 회피 변침점 생성부는, 충돌 회피를 위한 충돌 회피 변침점을 실시간 추가 생성하여 상기 항해 경로를 생성하도록 구성되는 것이 제안되어 있다.
그러나 상기 대부분의 종래 기술들은 육상에서 원격으로 제어되는 방식이 아니어서 여러 돌발상황에 대한 즉각적이고 능동적인 대처가 곤란하며, 특히 설정된 계획 항로를 이탈하는 경우에도 현재 모든 선박에 적용되는 국제해상충돌예방규칙과 선박도메인이론에 의거하여 항로복원이 이루어져야 하는데, 현재 개발되고 있는 대부분의 기술은 전적으로 자동화된 시스템에 의존하는 방식이어서 위의 국제법에 저촉됨에 따라 결국 기술적용이 불가능한 문제점이 있다.
즉, 자율운항선박이 항로를 벗어나는 경우 원래 계획한 항로(계획항로)로 복원시키기 위한 것으로, 여기에는 항로유지가 포함되며, 이러한 항로복원은 벗어난 항로를 원래의 항로로 복원한다는 의미이고, 항로유지는 각종 외란(바람, 파도 등)의 영향으로 항로가 수시로 벗어나는 경우 일정한 거리범위 이내에서 항로를 유지하기 위한 것을 의미한다.
따라서, 자율운항선박에서 발생할 수 있는 계획 경로 이탈에 따른 항로 이탈 발생시 이에 대한 신속하고 신뢰성 높은 항로 복원 방법의 연구가 시급한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 자율운항선박의 계획 경로 이탈시 육상에서 원격으로 원격제어사관이 직접 개입하여 제어 조종하도록 함으로써 계획 경로로 신속하고 안전하게 복귀시킬 수 있도록 한 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어방법을 제공하는데 있다.
즉, 본 발명은 계획 경로를 이탈한 자율운항선박을 육상에서 유인 원격제어방법에 의해 신속하고 안전하게 항로 복원시킬 수 있도록 한 것으로, 선박조종 이론에 근거하여 정립한 후 실제 원격제어를 위한 예측 시나리오를 개발하고, 이 시나리오에 대한 타당성을 수치 시뮬레이션을 적용하여 검증하여 운용의 신뢰성을 높일 수 있는 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어 제어방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 항로복원을 위한 유인원격제어 방법으로 현존 선박에 적용되는 국제해상충돌예방규칙(COLREG)과 선박도메인이론(ship domain theory)에 의거한 기준 값 도출, 각종 해양사고로부터 도출된 안전한 거리와 선박제어방법 등을 적용하도록 하여 새로운 규정의 도입에 관계없이 향후 개발될 자율운항선박에도 제약없이 적용 운용이 가능한 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어 제어방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 원격제어의 특성 상 수시로 자율운항선박의 항로를 제어하기 곤란하기 때문에 항로 복원을 위한 시나리오를 개발하고 이를 적용시킴으로써 항로 이탈로 인한 여러 문제점을 해소할 수 있는 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어 제어방법을 제공하는데 있다.
상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시례에 따른 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어방법은, 육상에 위치하여 인증처리된 원격제어사관으로부터 조종 제어신호를 원격송신하는 육상제어시스템 및 이 육상제어시스템과 통신망으로 실시간 연계 운영되는 것으로 인가된 조종 제어신호에 따라 기동이 제어되는 선박제어시스템에 의한 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어 제어방법에 있어서, 상기 육상제어시스템에서 자율운항선박의 선박정보 및 운항정보를 입력 처리하는 단계; 상기 자율운항선박의 현재의 경로정보를 추출하여 계획경로와 비교하여 경로 이탈 유무에 따라 정상경로정보 또는 경로이탈정보를 생성하는 단계; 상기 단계에서 경로이탈정보의 발생시 육상제어시스템에 인가하여 원격제어를 요청하는 단계; 상기 육상제어시스템에서 장애물과의 항로복원을 위한 원격제어 요청을 수락하고,경로를 이탈한 자율운항선박의 복원 경로를 계산 처리하여 복원경로정보를 생성하는 단계; 상기 복원경로정보에 의한 원격제어사관의 조종 제어신호를 선박제어시스템에 인가하는 단계; 상기 선박제어시스템에서 원격제어사관의 제어신호에 따라 선박을 이동시키는 단계; 상기 자율운항선박이 계획경로로 복귀되었는지 확인하는 단계로 구성되는 것을 그 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 선박정보는, 선박의 크기, 종류, 항속, 무게, 선회반경, 제동거리, 복원력, 화물의 중량 중 어느 하나 또는 하나 이상의 정보를 포함하고, 상기 운항정보는 운항경로, 운항조건, 날씨 중 어느 하나 또는 하나 이상의 정보를 포함하는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 원격제어사관의 조종 제어신호를 인가받은 선박제어시스템은 제어신호에 의한 선박의 조종 상태 정보를 통신망을 통하여 육상제어시스템에 실시간 피드백하는 과정을 포함하는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 자율운항선박의 정지 또는 목적지 경로로 재진입을 수행하는 단계에서, 상기 선박제어시스템은 계획 코스로 복귀가 완료되었는지 기 설정 경로값과 비교 판단하고, 계획코스로 복귀된 것이 확인되는 경우 육상제어시스템에 원격제어를 종료요청하는 과정을 더 수행하는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 자율운항선박은 실시간 위치 정보를 Radar, GPS 중 어느 하나 또는 하나 이상의 신호를 이용하여 발생시키는 것에 있다.
본 발명에 따른 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어방법은, 현재 적용되고 있는 국제해상충돌예방규칙(COLREG)과 선박도메인이론(ship domain theory)에 의거한 기준 값 도출, 각종 해양사고로부터 도출된 안전한 거리와 선박제어방법 등을 적용하여 개발됨에 따라 새로운 규정과 상관없이 현재 운항 중인 선박을 자율운항선박으로 개조하거나 또는 향후 자율운항선박으로 규정된 선박에 대해서도 적용하여 운용이 가능하므로 기술의 적용 자유도가 매우 높으므로 산업상 유용한 효과가 기대된다.
또한, 자율운항선박의 경로 이탈로 인한 여러 문제점을 사전에 방지할 수 있으며, 자율운항선박에서 항로복원을 위한 고가의 장비를 추가하지 않고도 육상 원격지에서 원격제어사관이 직접 개입하여 실시간 능동 조정을 수행하므로 충돌로 인한 자율운항선박에서 발생할 수 있는 예상치 못한 위험을 최소화할 수 있어 이를 적용한 선박의 운항 안정성과 신뢰성을 높일 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1은 본 발명에 따른 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어 제어방법에서 항로복원과 항로유지방법을 설명하기 위한 모식도,
도 2는 본 발명에 따른 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어 제어방법에서 항로복원을 위한 유인원격제어 시나리오의 평가 방법과 결과를 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어 제어방법에서 항로복원 시나리오에 대한 수치 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 모식도,
도 4는 본 발명에 따른 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어 제어방법에서 항로복원 제어각도 30도에 대한 평가 결과를 설명하기 위한 모식도,
도 5는은 본 발명에 따른 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어 제어방법에서 항로복원 제어각도 15도에 대한 평가 결과를 설명하기 위한 모식도.
도 2는 본 발명에 따른 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어 제어방법에서 항로복원을 위한 유인원격제어 시나리오의 평가 방법과 결과를 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어 제어방법에서 항로복원 시나리오에 대한 수치 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 모식도,
도 4는 본 발명에 따른 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어 제어방법에서 항로복원 제어각도 30도에 대한 평가 결과를 설명하기 위한 모식도,
도 5는은 본 발명에 따른 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어 제어방법에서 항로복원 제어각도 15도에 대한 평가 결과를 설명하기 위한 모식도.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어 제어방법에서 항로복원과 항로유지방법을 설명하기 위한 모식도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어 제어방법에서 항로복원을 위한 유인원격제어 시나리오의 평가 방법과 결과를 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어 제어방법에서 항로복원 시나리오에 대한 수치 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 모식도이다.
그리고, 도 4는 본 발명에 따른 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어 제어방법에서 항로복원 제어각도 30도에 대한 평가 결과를 설명하기 위한 모식도이고, 도 5는은 본 발명에 따른 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어 제어방법에서 항로복원 제어각도 15도에 대한 평가 결과를 설명하기 위한 모식도이다.
본 발명은 육상에 위치하여 인증 처리된 원격제어사관으로부터 조종 제어신호를 원격송신하는 육상제어시스템 및 이 육상제어시스템과 통신망으로 실시간 연계 운영되는 것으로 인가된 조종 제어신호에 따라 기동이 제어되는 선박제어시스템에 의한 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어 제어방법을 제공하기 위한 것으로 다음의 과정으로 수행될 수 있다.
1단계 : 육상제어시스템에서 자율운항선박의 선박정보 및 운항정보를 입력 처리한다.
2단계 : 상기 자율운항선박의 현재의 경로정보를 추출하여 계획경로와 비교하여 경로 이탈 유무에 따라 정상경로정보 또는 경로이탈정보를 생성한다.
3단계 : 상기 단계에서 경로이탈정보의 발생시 육상제어시스템에 인가하여 원격제어를 요청한다.
4단계 : 상기 육상제어시스템에서 장애물과의 항로복원을 위한 원격제어 요청을 수락하고, 경로를 이탈한 자율운항선박의 복원 경로를 계산 처리하여 복원경로정보를 생성한다.
5단계 : 상기 복원경로정보에 의한 원격제어사관의 조종 제어신호를 선박제어시스템에 인가한다.
6단계 : 상기 선박제어시스템에서 원격제어사관의 제어신호에 따라 선박을 이동시킨다.
7단계 : 상기 자율운항선박이 계획경로로 복귀되었는지 확인한다.
힌편, 상기 선박정보는, 선박의 크기, 종류, 항속, 무게, 선회반경, 제동거리, 복원력, 화물의 중량 중 어느 하나 또는 하나 이상의 정보를 포함하고, 상기 운항정보는 운항경로, 운항조건, 날씨 중 어느 하나 또는 하나 이상의 정보로 이루어진다.
또한, 상기 원격제어사관의 조종 제어신호를 인가받은 선박제어시스템은 제어신호에 의한 선박의 조종 상태 정보를 통신망을 통하여 육상제어시스템에 실시간 피드백하는 과정을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 자율운항선박의 정지 또는 목적지 경로로 재진입을 수행하는 단계에서, 상기 선박제어시스템은 계획 코스로 복귀가 완료되었는지 기 설정 경로값과 비교 판단하고, 계획코스로 복귀된 것이 확인되는 경우 육상제어시스템에 원격제어를 종료 요청하는 과정을 더 수행할 수 있다.
또한, 상기 자율운항선박은 실시간 위치 정보를 Radar, GPS 중 어느 하나 또는 하나 이상의 신호를 이용하여 발생시키도록 구성될 수 있으며, 이러한 선박의 위치 정보 생성은 공지의 다양한 기술에 의해 실시되어도 무방하므로 상세한 설명은 생략한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어방법의 구성을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명의 주요한 기술적 특징인 항로복원을 위한 유인 원격제어 방법을 설명하기로 한다.
본 발명은 항로복원을 위한 유인 원격제어 방법을 수행하기 위한 것으로, 이를 위해 항로복원 방법을 제안한 후, 이 방법을 이용하여 항로복원 시나리오를 통해서 구체화시켰다. 그리고 개발한 항로복원 시나리오는 수치 시뮬레이션을 이용하여 가시화시킨 후 분석을 통하여 검증하였다. 아울러 다양한 항로복원에 필요한 항로유지의 제어각도에 따른 영향에 대해서도 평가할 수 있는 방법을 제안하였다.
본 발명에서, 항로복원이란, 자율운항선박이 항로를 벗어나는 경우 자율운항선박이 원래 계획한 항로(계획항로)로 복원시키기 위한 것으로, 여기에는 항로유지가 포함된다. 이러한 항로복원은 벗어난 항로를 원래의 항로로 복원한다는 의미이고, 항로유지는 각종 외란(바람, 파도 등)의 영향으로 항로가 수시로 벗어나는 경우 일정한 거리범위 이내에서 항로를 유지하기 위한 것이다. 이러한 항로유지가 필요한 이유는 원격제어에서는 원격제어의 특성 상 수시로 코스를 제어하는 것이 곤란하기 때문이다.
도 1은 항로복원 방법을 나타낸 것으로, 항로복원 원칙은 다음과 같다.
먼저 본선의 길이는 LOA(Length Overall) 표시하는데, LOA는 선박의 가장 긴 길이(전장)을 의미한다. 본선과 목표지점 사이의 거리는 LOA의 배수로 표시한다.
본선-목표지점 거리가 3LOA(즉, 전장의 3배)일 때 본선은 항로복원을 시작한다. 이것은 본선이 3LOA 이상 항로를 이탈하는 경우 항해안전을 저해할 수 있다는 연구결과에 의거한 것이다.
본선은 항로복원 기간 중의 거리가 최소가 되도록 최적의 코스 제어 각도를 이용한다.
본선이 계획항로에 복위된 이후 본선은 최적의 코스 제어 각도를 이용하여 항로를 유지한다.
부연 설명을 하면, 첨부의 도 1에 나타낸 문자와 심벌의 의미는 다음과 같다.
A, 항로복원을 위한 시작 위치;
B, 항로이탈 탐지를 위한 위치;
C, 원래 계획된 항로로 복원하기 위한 위치;
D, 항로유지 시작 위치;
A-B, 항로가 이탈하는 구간;
B-C, 항로를 복원하는 구간,
C-D, 원래 계획된 항로를 유지하는 구간;
D-, 항로유지 구간
ωOS, ωOSPlan : 각각 본선의 위치, 본선의 계획된 위치
ΨOS, ΨOS(1) : 각각 본선의 코스와 시간 t=1에서의 본선의 코스
θdev, θreco, θkeepo : 각각 본선의 항로이탈(deviation) 각도, 항로복원을 위한 각도, 항로유지를 위한 각도
λdev, λkeep : 각각 본선의 항로이탈 탐지를 위한 거리 범위, 항로유지를 위한 거리 범위
이하, 항로복원을 위한 유인원격제어 시나리오를 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.
도 2에는 항로복원을 위한 유인원격제어 시나리오를 나타낸 것으로, 도면을 기준으로 좌측 절차는 정보획득을 위한 준비 단계를 나타낸다. 중간의 ‘Decision’은 원격제어사관(RCO)의 의사결정 과정을 나타내고, 우측의 ‘Action’은 RCO가 실제 취해야 할 행동을 나타낸다. ‘Action’에 나타낸 단계를 따라서 설명하면 다음과 같다.
Step 1: 본선-타선 거리가 3마일(miles) 보다 작거나 같으면 원격제어를 준비한다.
Step 2: 본선이 원래 항로에서 3LOA 만큼 이탈하면 주어진 항로복원 각도를 이용하여 본선의 코스가 계획 항로 쪽으로 향하도록 제어한다.
Step 3: 본선이 계획 항로에 도착하면 본선의 코스를 계획 코스와 일치하도록 제어한다.
Step 4: 본선이 계획 항로를 추종하고 있는지 확인하고, 만약 주어진 항로유지거리 이내에서 본선이 움직이면 본선을 제어하지 않고, 만약 항로유지거리 범위를 벗어나면 위의 항로복원 절차에 따라서 항로복원 제어를 한다.
이하, 항로복원을 위한 유인원격제어 시나리오의 평가 방법과 결과를 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3은 항로복원 시나리오에 대한 평가 방법과 평가결과를 나타낸 것으로, 도면을 기준으로 좌측의 그래프가 도시된 도면은 항로복원 상황을 수치 시뮬레이션으로 가시화시킨 결과이고, 도면을 기준으로 우측의 작은 4개의 그림은, 항로복원 결과를 나타낸 것으로, 본선의 코스(Course)와 속도(Speed), 코스 제어의 안전성(Control Stability, Con-Stab.), 본선이 이동한 거리(Running distance, Run-distance) 등을 나타낸다.
도면을 참조하여 설명하면, 본선은 A지점에서 B지점까지 항로가 이탈하였다.
그래서 B지점에서 C 지점을 시나리오에 주어진 코스 제어 각도를 이용하여 본선을 C 지점으로 이동시켰다. 그 결과, 본선은 항로이탈 상황에서 벗어나 계획항로를 유지하게 되었다.
그 후, D 지점 이후부터는 시나리오에 주어진 코스 제어 각도와 방법을 이용하여 항로유지를 지속하였다.
위의 제어결과, 시간에 따른 코스 제어 결과는 우측 도 의 코스(Course)와 같이 나타나서, 제어 양상을 평가할 수 있다.
위의 제어결과, 시간에 따른 속도 제어 결과는 우측 도 의 코스(Speed)와 같이 나타나서, 제어 양상을 평가할 수 있다. 속도는 일정한 8노트를 유지하고 있다.
위의 제어결과, 시간에 따른 코스 제어의 안전성은 우측 도 의 코스 제어의 안전성(Con-Stab.)와 같이 나타나서, 제어의 안전성을 평가할 수 있다. 시간이 지나면서 코스제어의 안전성은 안전함을 의미하는 영(0) 값으로 수렴함을 보였다.
위의 제어결과, 시간에 따른 이동거리는 우측 도 의 이동거리(Run-distance)와 같이 나타나서, 제어 기간 중의 이동거리를 평가할 수 있다. 이동거리는 시간에 대해서 선형적으로 비례하는 결과를 보이고 있다.
위의 도 3으로부터, 본선은 항로복원이 시나리오에 의거하여 성공적으로 수행되었고, 항로유지 역시 성공적으로 유지되고 있음을 볼 수 있다. 그래서 본 발명에서 제안한 항로복원 방법과 시나리오는 자율운항선박의 항로복원을 위한 유인원격제어 방법으로 유효함이 확인되었다.
그러나, 여기서 한 가지 문제가 발생하는데, 그 것은 원격제어의 경우 항로유지가 쉽지 않다는 것이다. 그 이유는, 원격제어는 다양한 제어지연이 발생하기 때문에 수시로 러더(Rudder)를 이용하여 항로를 유지하는 것이 곤란하기 때문이다. 이에 대해서는 다음과 같이 평가하였다.
이하, 항로유지를 위한 코스 제어 각도 평가 방법과 결과를 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.
도 4는 항로유지에 필요한 코스제어 각도(θkeep)를 30도로 준 경우, 이전의 코스에서 다음 코스로 변경하는데 걸린 시간을 계산 것이다. 이와 달리 도 5는 코스제어 각도(θkeep)을 15도로 준 경우, 이전의 코스에서 다음 코스로 변경하는데 걸린 시간을 계산 것이다.
도 4에 준 조건은 다음과 같다.
LOA = 133m; λdev = ± 1.1LOA 또는 ± 3LOA; λkeep= ± 1.1LOA; θdev= -5.0 degree; θreco = +5.0 degree; θkeep = ± 30.0 degree.
도 5에 준 조건은 다음과 같다.
LOA = 133m; λdev = ± 1.1LOA 또는 ± 3LOA; λkeep= ± 1.1LOA; θdev= -5.0 degree; θreco = +5.0 degree; θkeep = ± 15.0 degree.
계산 결과, 도 3의 경우(θkeep=±30.0)는 1.1LOA에서 2.53분, 3.0LOA에서 6.9분으로 나타났고, 도 4의 경우(θkeep=±15.0)는 1.1LOA에서 4.9분, 3.0LOA에서 13.33분으로 나타났다.
항로복원 시나리오는 이러한 코스제어각도에 따른 코스변경에 소요되는 시간을 고려하여 개발한 것이다.
즉, 본 발명은 자율운항선박에서 경로 이탈 정보가 수신되면, 육상 원격지에 위치한 육상제어시스템에서 관련 정보를 인가받아 인증 처리된 원격 제어사관의 원격 제어신호를 통해 자율운항선박에 대한 항로복원을 실시한다. 이때 원격 제어사관은 임의로 해당 선박에 대한 조종제어신호를 생성하는 것이 아닌 복원경로정보를 통해 산출된 정보를 기초로 해당 선박에 대한 제어조종을 실시하고, 해당 선박이 계획 경로로 복귀된 것을 확인후 원격제어를 종료할 수 있다.
한편, 본 발명은 기재된 실시례에 한정되는 것은 아니고, 적용 부위를 변경하여 사용하는 것이 가능하고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
A : 항로복원을 위한 시작 위치 B : 항로이탈 탐지를 위한 위치
C : 원래 계획된 항로로 복원하기 위한 위치 D : 항로유지 시작 위치
C : 원래 계획된 항로로 복원하기 위한 위치 D : 항로유지 시작 위치
Claims (5)
- 육상에 위치하여 인증처리된 유인 원격 제어사관으로부터 조종 제어신호를 원격송신하는 육상제어시스템 및 이 육상제어시스템과 통신망으로 실시간 연계 운영되는 것으로 인가된 조종 제어신호에 따라 기동이 제어되는 선박제어시스템에 의한 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어 제어방법에 있어서,
상기 육상제어시스템에서 자율운항선박의 선박정보 및 운항정보를 입력 처리하는 단계;
상기 자율운항선박의 현재의 경로정보를 추출하여 계획경로와 비교하여 경로 이탈 유무에 따라 정상경로정보 또는 경로이탈정보를 생성하는 단계;
상기 단계에서 경로이탈정보의 발생시 육상제어시스템에 인가하여 원격제어를 요청하는 단계;
상기 육상제어시스템에서 장애물과의 항로복원을 위한 원격제어 요청을 수락하고, 경로를 이탈한 자율운항선박에 대해 항로복원 시나리오를 통해 복원경로를 계산 처리하여 복원경로정보를 생성하는 단계;
상기 복원경로정보에 의한 원격제어사관의 조종 제어신호를 선박제어시스템에 인가하는 단계;
상기 선박제어시스템에서 원격제어사관의 제어신호에 따라 선박을 이동시키는 단계;
상기 자율운항선박이 계획경로로 복귀되었는지 확인하는 단계로 구성되되;,
상기 원격제어사관의 조종 제어신호를 인가받은 선박제어시스템은 제어신호에 의한 선박의 조종 상태 정보를 통신망을 통하여 육상제어시스템에 실시간 피드백하는 과정을 포함하고;,
상기 자율운항선박의 정지 또는 목적지 경로로 재진입을 수행하는 단계에서, 상기 선박제어시스템은 계획 코스로 복귀가 완료되었는지 기 설정 경로값과 비교 판단하고, 계획코스로 복귀된 것이 확인되는 경우 육상제어시스템에 원격제어를 종료요청하는 과정을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어 제어방법. - 제 1항에 있어서,
상기 선박정보는, 선박의 크기, 종류, 항속, 무게, 선회반경, 제동거리, 복원력, 화물의 중량 중 어느 하나 또는 하나 이상의 정보를 포함하고,
상기 운항정보는 운항경로, 운항조건, 날씨 중 어느 하나 또는 하나 이상의 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어 제어방법. - 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 자율운항선박은 실시간 위치 정보를 Radar, GPS 중 어느 하나 또는 하나 이상의 신호를 이용하여 발생시키는 것을 특징으로 하는 자율운항선박의 항로복원을 위한 원격제어 제어방법.
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117314301A (zh) * | 2023-11-29 | 2023-12-29 | 广州一链通互联网科技有限公司 | 内贸集运的运输路线规划方法、系统及计算机设备 |
| CN117314301B (zh) * | 2023-11-29 | 2024-03-22 | 广州一链通互联网科技有限公司 | 内贸集运的运输路线规划方法、系统及计算机设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102276677B9 (ko) | 2023-04-12 |
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