KR102276679B1 - 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어방법을 개시한다.
본 발명의 자율운항선박의 충돌복원을 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 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법에 있어서, 상기 육상제어시스템에서 자율운항선박의 선박정보 및 운항정보를 입력 처리하는 단계; 상기 자율운항선박과 타선과의 충돌을 감지하는 단계; 상기 충돌에 따른 손상정도를 확인하여 타선으로부터 이탈하더라도 자율운항선박과 타선 모두 피해정도를 판별하는 단계; 상기 단계에서 충돌복원이 진행되더라도 피해가 없을 것으로 판단되면 충돌복원 발생정보를 생성하고, 이를 육상제어시스템에 인가하여 원격제어를 요청하는 단계; 상기 육상제어시스템에서 장애물과의 충돌복원을 위한 원격제어 요청을 수락하고, 원격제어사관은 설정된 매뉴얼에 따라 조종 제어신호를 선박제어시스템에 인가하는 단계; 상기 자율운항선박의 손상부위를 검출하여 운항의 지속 여부를 판단처리하는 단계; 상기 판단처리단계에서 선박의 운항이 가능한 경우 설정값 만틈 자율운항선박을 이동시키고, 엔진 정지후 0노트에서 손상부위를 재 검진하는 단계; 상기 검진결과에 따라 선박의 운항을 정지 또는 목적지 경로로 재진입을 수행하는 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 높은 효과가 있다.
또한, 자율운항선박의 충돌로 인한 심각한 손상과 그에 따른 환경오염과 경제적인 손실을 최소화할 수 있는 유용한 효과가 기대된다.
본 발명의 자율운항선박의 충돌복원을 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 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법에 있어서, 상기 육상제어시스템에서 자율운항선박의 선박정보 및 운항정보를 입력 처리하는 단계; 상기 자율운항선박과 타선과의 충돌을 감지하는 단계; 상기 충돌에 따른 손상정도를 확인하여 타선으로부터 이탈하더라도 자율운항선박과 타선 모두 피해정도를 판별하는 단계; 상기 단계에서 충돌복원이 진행되더라도 피해가 없을 것으로 판단되면 충돌복원 발생정보를 생성하고, 이를 육상제어시스템에 인가하여 원격제어를 요청하는 단계; 상기 육상제어시스템에서 장애물과의 충돌복원을 위한 원격제어 요청을 수락하고, 원격제어사관은 설정된 매뉴얼에 따라 조종 제어신호를 선박제어시스템에 인가하는 단계; 상기 자율운항선박의 손상부위를 검출하여 운항의 지속 여부를 판단처리하는 단계; 상기 판단처리단계에서 선박의 운항이 가능한 경우 설정값 만틈 자율운항선박을 이동시키고, 엔진 정지후 0노트에서 손상부위를 재 검진하는 단계; 상기 검진결과에 따라 선박의 운항을 정지 또는 목적지 경로로 재진입을 수행하는 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 높은 효과가 있다.
또한, 자율운항선박의 충돌로 인한 심각한 손상과 그에 따른 환경오염과 경제적인 손실을 최소화할 수 있는 유용한 효과가 기대된다.
Description
본 발명은 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자율운항선박이 다른 선박과 충돌한 경우 유인 원격제어를 통해 자율운항성박을 상대 선박으로부터 안전하게 격리시키도록 하여 2차 피해를 최소화할 수 있는 자율운항선박의 충돌복원을 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, 이하에서는 설명의 편의성을 위해 자율운항선박/자율주행선박 등의 용어를 자율운항선박으로 통칭하여 지칭하기로 한다.
한편, 자율운항선박은 모두 4레벨로 구분하고 있으며, 레벨 1은 기존 선박에서 선원의 의사결정을 지원하기 위한 수준이고, 레벨 2는 선박에 선원이 승선한 상태에서 원격 제어가 가능한 수준이며, 레벨 3은 선원이 승선하지 않거나 또는 최소인원만 승선한 경우 원격 제어가 가능하고 기관이 자동화된 수준이다. 끝으로 레벨 4는 선박에 사람이 없는 완전무인화 수준이다.
현재 국내는 물론 해외에서는 레벨 2와 레벨 3 중간 정도의 자율운항선박을 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, 자율운항 시스템의 고장 또는 기능의 고장 또는 여하 한의 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 종래 기술따른 자율운항선박은 충돌에 대비하여 회피 기동을 하는 등의 제어동작에 국한되어 있어 실제 충돌이 발생한 후에는 마땅한 대처방안이 전무한 실정이다.
따라서, 자율운항선박에서 발생할 수 있는 예기치 못한 충돌이나 충돌에 준하는 돌발상황의 발생에 따른 대안마련이 시급한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 자율운항선박의 충돌 발생시 육상에서 원격으로 제어 조종하도록 하여 원하는 목적지까지 신속하고 안전하게 이동시킬 수 있도록 한 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어방법을 제공하는데 있다.
즉, 본 발명은 충돌이 발생한 자율운항선박을 육상에서 유인 원격제어방법에 의해 신속하고 안전하게 이동시킬 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 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 충돌복원을 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 자율주항선박에도 제약없이 적용 운용이 가능한 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법을 제공하는데 있다.
상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시례에 따른 자율운항선박의 충돌복원을 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 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법에 있어서, 상기 육상제어시스템에서 자율운항선박의 선박정보 및 운항정보를 입력 처리하는 단계; 상기 자율운항선박과 타선과의 충돌을 감지하는 단계; 상기 충돌에 따른 손상정도를 확인하여 타선으로부터 이탈하더라도 자율운항선박과 타선 모두 피해정도를 판별하는 단계; 상기 단계에서 충돌복원이 진행되더라도 피해가 없을 것으로 판단되면 충돌복원 발생정보를 생성하고, 이를 육상제어시스템에 인가하여 원격제어를 요청하는 단계; 상기 육상제어시스템에서 장애물과의 충돌복원을 위한 원격제어 요청을 수락하고, 원격제어사관은 설정된 매뉴얼에 따라 조종 제어신호를 선박제어시스템에 인가하는 단계; 상기 자율운항선박의 손상부위를 검출하여 운항의 지속 여부를 판단처리하는 단계; 상기 판단처리단계에서 선박의 운항이 가능한 경우 설정값 만큼 자율운항선박을 이동시키고, 엔진 정지후 0노트에서 손상부위를 재 검진하는 단계; 상기 검진결과에 따라 선박의 운항을 정지 또는 목적지 경로로 재진입을 수행하는 단계로 구성되는 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 따른 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 발명에 따른 바람직한 다른 특징으로서, 상기 손상부위 검출정보는 충격량 센서 및 선박의 밸러스트 탱크의 누수감지 센서 중 어느 하나 또는 하나 이상의 감지정보로 이루어진 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 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 판단하는 과정을 포함하는 것에 있다.
본 발명에 따른 자율운항선박의 충돌복원을 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 개조하고나 또는 향후 자율운항선박으로 규정된 선박에 대해서도 적용하여 운용이 가능하므로 기술의 적용 자유도가 높은 효과가 있다.
또한, 자율운항선박의 충돌로 인한 심각한 손상과 그에 따른 환경오염과 경제적인 손실을 최소화할 수 있는 유용한 효과가 기대된다.
또한 본 발명의 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법은 자율운항선박에서 충돌복원을 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 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법에서 충돌 예측모델을 도식화한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법에서 충돌복원방법을 설명하기 위한 모식도,
도 3은 본 발명에 따른 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법에서 충돌복원 시나리오를 설명하기 위한 블록도,
도 4는 본 발명에 따른 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법에서 충돌케이스-1에 대한 충돌복원 시나리오 평가결과를 설명하기 위한 모식도,
도 5는 본 발명에 따른 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법에서 충돌케이스-2에 대한 충돌복원 시나리오 평가결과를 설명하기 위한 모식도,
도 6은 본 발명에 따른 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법에서 충돌케이스-3에 대한 충돌복원 시나리오 평가결과를 설명하기 위한 모식도,
도 7은 본 발명에 따른 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법에서 충돌케이스-4에 대한 충돌복원 시나리오 평가결과를 설명하기 위한 모식도,
도 8은 본 발명에 따른 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법에서 충돌케이스-5에 대한 충돌복원 시나리오 평가결과를 설명하기 위한 모식도,
도 9는 본 발명에 따른 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법에서 충돌케이스-6에 대한 충돌복원 시나리오 평가결과를 설명하기 위한 모식도,
도 10은 본 발명에 따른 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법에서 충돌케이스-7에 대한 충돌복원 시나리오 평가결과를 설명하기 위한 모식도,
도 11은 본 발명에 따른 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법에서 충돌케이스-8에 대한 충돌복원 시나리오 평가결과를 설명하기 위한 모식도.
도 2는 본 발명에 따른 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법에서 충돌복원방법을 설명하기 위한 모식도,
도 3은 본 발명에 따른 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법에서 충돌복원 시나리오를 설명하기 위한 블록도,
도 4는 본 발명에 따른 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법에서 충돌케이스-1에 대한 충돌복원 시나리오 평가결과를 설명하기 위한 모식도,
도 5는 본 발명에 따른 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법에서 충돌케이스-2에 대한 충돌복원 시나리오 평가결과를 설명하기 위한 모식도,
도 6은 본 발명에 따른 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법에서 충돌케이스-3에 대한 충돌복원 시나리오 평가결과를 설명하기 위한 모식도,
도 7은 본 발명에 따른 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법에서 충돌케이스-4에 대한 충돌복원 시나리오 평가결과를 설명하기 위한 모식도,
도 8은 본 발명에 따른 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법에서 충돌케이스-5에 대한 충돌복원 시나리오 평가결과를 설명하기 위한 모식도,
도 9는 본 발명에 따른 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법에서 충돌케이스-6에 대한 충돌복원 시나리오 평가결과를 설명하기 위한 모식도,
도 10은 본 발명에 따른 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법에서 충돌케이스-7에 대한 충돌복원 시나리오 평가결과를 설명하기 위한 모식도,
도 11은 본 발명에 따른 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법에서 충돌케이스-8에 대한 충돌복원 시나리오 평가결과를 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 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법에서 충돌 예측모델을 도식화한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법에서 충돌복원방법을 설명하기 위한 모식도이며, 도 3은 본 발명에 따른 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법에서 충돌복원 시나리오를 설명하기 위한 블록도이다.
그리고, 도 4 내지 도 11은 본 발명에 따른 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법에서 충돌케이스-1 내지 충돌케이스-8에 대한 충돌복원 시나리오 평가결과를 설명하기 위한 모식도이다.
본 발명에 따른 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법은 육상에 위치하여 인증처리된 원격제어사관으로부터 조종 제어신호를 원격송신하는 육상제어시스템과, 이 육상제어시스템과 통신망으로 실시간 연계 운영되는 것으로 인가된 조종 제어신호에 따라 기동이 제어되는 선박제어시스템에 의해 운영된다.
1단계, 육상제어시스템에서 자율운항선박의 선박정보 및 운항정보를 입력 처리한다.
2단계, 상기 자율운항선박과 타선과의 충돌을 감지한다.
3단계, 상기 충돌에 따른 손상정도를 확인하여 타선으로부터 이탈하더라도 자율운항선박과 타선 모두 피해정도를 판별한다.
4단계, 상기 단계에서 충돌복원이 진행되더라도 피해가 없을 것으로 판단되면 충돌복원 발생정보를 생성하고, 이를 육상제어시스템에 인가하여 원격제어를 요청한다.
5단계, 상기 육상제어시스템에서 장애물과의 충돌복원을 위한 원격제어 요청을 수락하고, 원격제어사관은 설정된 매뉴얼에 따라 조종 제어신호를 선박제어시스템에 인가한다.
6단계, 상기 자율운항선박의 손상부위를 검출하여 운항의 지속 여부를 판단처리한다.
7단계, 상기 판단처리단계에서 선박의 운항이 가능한 경우 설정값 만틈 자율운항선박을 이동시키고, 엔진 정지후 0노트에서 손상부위를 재 검진한다.
8단계, 상기 검진결과에 따라 선박의 운항을 정지 또는 목적지 경로로 재진입을 수행한다.
여기서, 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 포함할 수 있다.
또한, 상기 자율운항선박의 손상부위 검출정보는 충격량 센서 및 선박의 밸러스트 탱크의 누수감지 센서 중 어느 하나 또는 하나 이상의 감지정보로 이루어질 수 있다.
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 판단하는 과정을 포함할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어방법의 구성을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명의 주요한 기술적 특징인 충돌복원을 위한 유인원격제어 방법을 설명하기로 한다.
본 발명에서는 충돌복원을 위한 유인원격제어 방법으로, 우선 충돌된 상황을 8 케이스(case)로 구분하고, 이러한 8 케이스에 최적인 충돌복원 방법 개발하였다. 개발한 결과는 충돌복원 시나리오로 구체화되었다. 그리고, 개발한 시나리오의 유효성은 8 케이스 각각에 대한 수치 시뮬레이션 결과를 분석하여 검증하였다.
도 1은 자율운항선박이 타선을 충돌한 8케이스를 나타낸다. 8케이스로 구분한 이유는 다음과 같다. 선박은 충돌부위에 따라서 손상 부위와 손상의 정도가 다르기 때문에 충돌복원 방법은 케이스 별로 달라야 한다.
선박은 화물을 적재하는 공간, 기관실이 있는 공간, 빈 공간 등 다양한 공간으로 구분되어 있는데, 특히 기름을 적재한 선박의 경우 자칫 충돌복원 과정에서 유류오염사고가 발생할 수 있고, 기관실의 경우에는 화재와 폭발이 발생할 수 있다. 그래서 충돌복원 방법에는 충돌부위의 손상 정도와 복원 과정에서의 2차사고 등을 고려하여 개발하였다.
도 2는 충돌복원 방법을 나타낸 것으로, 단계별로 설명하면 다음과 같다.
Step 1: 충돌에 따른 손상 정도를 확인하여 본선이 타선으로부터 이탈하더라도 본선과 타선 모두 피해가 없을 것인지 평가한다. 평가결과 충돌복원이 진행되더라도 피해가 없을 것임이 확인되면 충돌복원 제어를 시작한다.
Step 2: 자율운항선박을 3LOA(선박 길이의 3배를 의미)의 거리가 될 때까지 3 노트의 속력으로 천천히 후진시킨다. 이 때, 본선과 타선의 손상부위를 다시 조사하여 계속 진행 여부를 평가한다. 충돌복원을 진행하더라도 이상 없음이 확인되면 다음 단계로 전환된다.
Step 3: 자율운항선박을 6LOA의 거리가 될 때까지 5 노트의 속력으로 천천히 후진시킨다. 이 때, 본선의 손상부위를 조사하여 항해에 적합한지를 평가한다. 항해에 적합하다고 판단된 경우 다음 단계로 전환된다.
Step 4: 자율운항선박을 10LOA의 거리가 될 때까지 5 노트의 속력으로 천천히 후진시킨다. 이 때, 본선이 향후 항해할 코스에 따라서 우측으로 후진시킬 것인지(Step (R)), 좌측으로 후진시킬 것인지(Step 4(L))의 여부를 결정한다.
Step 5: 자율운항선박이 10LOA의 거리가 되면 엔진을 정지시키고, 0노트에서 본선의 상태를 확인한 후 원하는 방향으로 본선을 이동시킨다.
도 3은 충돌복원 시나리오를 도시한 것으로, 도면을 기준으로 좌측 절차는 정보획득을 위한 준비 단계를 나타낸 것이다. 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 0미터(즉, 충돌을 의미)에서 본선을 우측으로 후진시킬 것인지 또는 좌측으로 후진시킬 것인지? 결정한다.
Step 2: 본선을 선수방위의 반대방향으로 그리고 3노트의 후진 속도(-3.0kt과 같이 부(-)의 기호를 이용하여 표시)로 제어한다.
Step 3: 본선을 선수방위의 반대방향으로 그리고 5노트의 후진 속도로 제어한다.
Step 4: 본선을 우측으로 또는 좌측으로 후진시킬 것인지의 여부에 따라서 후진 방향을 결정하고 결정된 방향으로 5노트의 후진 속도로 제어한다.
Step 5: 본선을 정지시키고 원하는 방향으로 선박을 제어한다.
이하, 도 4 내지 도 11을 참조하여 본 발명에 따른 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법에서 충돌회피를 위한 유인원격제어 시나리오의 평가방법과 결과를 설명하기로 한다. 본 발명에서의 충돌복원 시나리오에 대한 평가 방법은 케이스 1부터 8까지로 구분된다.
1) 케이스 1에서의 충돌복원 평가방법과 결과
도 4는 케이스 1의 충돌상황에 대한 수치시뮬레이션 결과를 나타낸 것으로, 자율운항선박은 지점0에서 타선과 충돌한 것을 가정하였다. 이 때 자율운항선박의 속도는 영(0)이다.
지점0에서 지점1까지 자율운항선박은 충돌상황이 안전하다고 판단된 경우 안전한 속력으로 서서히 후진한다.
계속해서, 충돌된 부위를 확인하고 안전하다고 판단된 경우 지점1에서 지점2로 후진한다.
지점2에서는, 자율운항선박을 우회전시켜서 이동시킬 경우에는 지점3으로 이동하고, 자율운항선박을 좌회전시켜서 이동시킬 경우에는 지점4로 이동한다.
지점3 또는 지점4에서는 원하는 목적지로 항해한다.
도면을 기준으로 우측의 4개 박스 도은, 각각, 위의 제어에 대한 코스(Course), 속도(Speed), 거리(Distance), 이동거리(Running distance, Run-dist)을 나타낸다.
이러한 4개 박스 도를 통해서 자율운항선박의 제어상황을 모니터링하고 평가할 수 있다.
2) 케이스 2에서의 충돌복원 평가방법과 결과
도 5는 케이스 2의 충돌상황에 대한 수치시뮬레이션 결과를 나타낸 것으로, 케이스 2는 자율운항선박을 남동 방향으로 복원시키기 위한 것이다. 그리고 이에 대한 평가 방법은 도 4와 대동소이하므로 상세한 설명은 생략한다.
3) 케이스 3에서의 충돌복원 평가방법과 결과
도 6은 케이스 3의 충돌상황에 대한 수치시뮬레이션 결과를 나타낸 것으로, 앞서 설명한 도 4와 대동소이하다. 다만 케이스 3은 자율운항선박을 동쪽 방향으로 복원시키기 위한 것이며, 이에 대한 평가방법 역시 도 4의 설명과 대동소이하므로 상세한 설명은 생략한다.
4) 케이스 4에서의 충돌복원 평가방법과 결과
도 7은 케이스 4의 충돌상황에 대한 수치시뮬레이션 결과를 나타낸 것으로, 도 7의 설명은 위의 앞서 설명한 도 4와 동일하다. 다른 점은, 케이스 4는 자율운항선박을 북동 방향으로 복원시키기 위한 것이다. 그리고 이에 대한 평가 방법은 도 4의 설명과 동일하다.
5) 케이스 5에서의 충돌복원 평가방법과 결과
도 8은 케이스 5의 충돌상황에 대한 수치시뮬레이션 결과를 나타낸 것으로, 도 8의 설명은 앞서 설명한 도 4와 동일하다. 다른 점은, 케이스 5는 자율운항선박을 북쪽 방향으로 복원시키기 위한 것이다. 그리고 이에 대한 평가 방법은 도 4의 설명과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
6) 케이스 6에서의 충돌복원 평가방법과 결과
도 9는 케이스 6의 충돌상황에 대한 수치시뮬레이션 결과를 나타낸 것으로, 도 9의 설명은 위의 도 4과 동일하다. 다른 점은, 케이스 6은 자율운항선박을 북서 방향으로 복원시키기 위한 것이다. 그리고 이에 대한 평가 방법은 도 4의 설명과 동일하다.
7) 케이스 7에서의 충돌복원 평가방법과 결과
도 10는 케이스 7의 충돌상황에 대한 수치시뮬레이션 결과를 나타낸 것으로, 도 10의 설명은 위의 도 4과 동일하다. 다른 점은, 케이스 7은 자율운항선박을 서쪽 방향으로 복원시키기 위한 것이다. 그리고 이에 대한 평가 방법은 도 4의 설명과 동일하다.
8) 8 케이스 8에서의 충돌복원 평가방법과 결과
도 11는 케이스 8의 충돌상황에 대한 수치시뮬레이션 결과를 나타낸 것으로, 도 11의 설명은 위의 도 4과 동일하다. 다른 점은, 케이스 8은 자율운항선박을 남서 방향으로 복원시키기 위한 것이다. 그리고 이에 대한 평가 방법은 도 4의 설명과 동일하다.
이상의 케이스 1 내지 8에서와 같이 여러 충돌된 상황에 대해서 본 발명에서 제안한 시나리오가 성공적으로 충돌복원이 가능한 것을 확인할 수 있다. 그래서 본 발명에서 제안한 충돌복원 방법과 시나리오가 자율운항선박의 충돌복원을 위한 유인원격제어 방법으로 유효함이 확인되었다.
즉, 본 발명은 여러 충돌 상황에 대한 시뮬레이션을 토대로 한 충돌복원 방법을 원격제어사관에게 제공하여 이를 통해 최적의 충돌복원 조종을 실시할 수 있도록 함으로써 자율운항선박의 운항중 발생한 예기치 못한 다양한 충돌상황에 대해 적절하고 효율적인 대처가 가능하므로, 이를 통한 선박의 운항 안정성과 신뢰성을 높일 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.
Claims (5)
- 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 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법에 있어서,
상기 육상제어시스템에서 자율운항선박의 선박정보 및 운항정보를 입력 처리하는 단계;
상기 자율운항선박과 타선과의 충돌을 감지하는 단계;
상기 충돌에 따른 손상정도를 확인하여 타선으로부터 이탈하더라도 자율운항선박과 타선 모두 피해정도를 판별하는 단계;
상기 단계에서 충돌복원이 진행되더라도 피해가 없을 것으로 판단되면 충돌복원 발생정보를 생성하고, 이를 육상제어시스템에 인가하여 원격제어를 요청하는 단계;
상기 육상제어시스템에서 장애물과의 충돌복원을 위한 원격제어 요청을 수락하고, 원격제어사관은 설정된 매뉴얼에 따라 조종 제어신호를 선박제어시스템에 인가하는 단계;
상기 자율운항선박의 손상부위를 검출하여 손상부위 검출정보를 생성하고 이를 기초로 운항의 지속 여부를 판단처리하는 단계;
상기 판단처리단계에서 선박의 운항이 가능한 경우 설정값 만큼 자율운항선박을 이동시키고, 엔진 정지후 0노트에서 손상부위를 재 검진하는 단계;
상기 검진결과에 따라 선박의 운항을 정지 또는 목적지 경로로 재진입을 수행하는 단계;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자율운항선박의 충돌복원을 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 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법. - 제 1항에 있어서, 상기 손상부위 검출정보는 선체에 복수 부착되어 충격량을 검출하는 충격량 센서 및 선박의 밸러스트 탱크의 누수감지 센서, 선박 엔진의 이상유무 센서 중 어느 하나 또는 하나 이상의 감지정보로 이루어진 것을 특징으로 하는 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 원격제어사관의 조종 제어신호를 인가받은 선박제어시스템은 제어신호에 의한 선박의 조종 상태 정보를 통신망을 통하여 육상제어시스템에 실시간 피드백하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 자율운항선박의 정지 또는 목적지 경로로 재진입을 수행하는 단계에서,
상기 선박제어시스템은 계획 코스로 복귀가 완료되었는지 기 설정 경로값과 비교 판단하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 자율운항선박의 충돌복원을 위한 원격제어 제어방법.
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