KR102424825B1 - Floating structure monitoring system and method using multi-smart inertial sensor unit - Google Patents

Floating structure monitoring system and method using multi-smart inertial sensor unit Download PDF

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KR102424825B1 KR1020200111994A KR20200111994A KR102424825B1 KR 102424825 B1 KR102424825 B1 KR 102424825B1 KR 1020200111994 A KR1020200111994 A KR 1020200111994A KR 20200111994 A KR20200111994 A KR 20200111994A KR 102424825 B1 KR102424825 B1 KR 102424825B1
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 유/무선 네트워크 기반 다중융합 관성센서유닛을 이용한 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 시스템은, 각각의 해상구조물에 대해서 설치되되 상기 해상구조물의 상태 또는 거동을 측정한 수 있는 적어도 1 이상의 센서모듈과, 상기 센서모듈에서 측정된 데이터를 유선 또는 무선으로 송수신할 수 있는 유/유/무선통신모듈과, 상기 센서모듈 또는 외부 인터페이스를 통하여 연동하는 외부 센서모듈과 상기 유/유/무선통신모듈을 인터페이스하는 센서 인터페이스를 하나의 하우징 내에 포함하는 다중융합 관성센서유닛과, 상기 다중융합 관성센서유닛의 유/유/무선통신모듈과 유무선통신하는 게이트웨이와, 상기 게이트웨이와 유무선통신을 하는 호스트 PC와, 상기 호스트 PC와 원거리 무선통신을 진행하는 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.The behavior analysis and integrated monitoring system of offshore structures using a wired/wireless network-based multi-convergence inertial sensor unit according to an embodiment of the present invention is installed for each offshore structure, and the number of measurements of the state or behavior of the offshore structure At least one sensor module having at least one sensor module, a wired/wired/wireless communication module capable of transmitting and receiving data measured by the sensor module in a wired or wireless manner, an external sensor module interworking through the sensor module or an external interface, and the wired/wireless/wireless communication module A multi-fusion inertial sensor unit including a sensor interface for interfacing a wired/wireless communication module in one housing, a gateway for wired/wireless communication with the wired/wired/wireless communication module of the multi-fusion inertial sensor unit, and wired/wireless communication with the gateway It is characterized in that it comprises a host PC, and a behavior analysis and integrated monitoring unit of the offshore structure that performs long-distance wireless communication with the host PC.

Description

유/무선 네트워크 기반 다중융합 관성센서유닛을 이용한 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 시스템 및 방법{FLOATING STRUCTURE MONITORING SYSTEM AND METHOD USING MULTI-SMART INERTIAL SENSOR UNIT}Behavior analysis and integrated monitoring system and method of offshore structures using wired/wireless network-based multi-fusion inertial sensor unit {FLOATING STRUCTURE MONITORING SYSTEM AND METHOD USING MULTI-SMART INERTIAL SENSOR UNIT}

본 발명은 유/무선 네트워크 기반 다중융합 관성센서유닛을 이용한 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것으로, 해상구조물 각각에 용이하게 설치된 다중융합 관성센서유닛과 풍속/풍향계, CCD 카메라 등 외부센서유닛의 센서유닛 인터페이스를 통하여 해상구조물 각각의 움직임에 따른 안전도를 평가할 수 있고, 유무선 인터페이스를 이용하여 해상구조물의 안전도를 원격지에서도 용이하게 판단할 수 있으며, 해상구조물 각각에 영향을 미치는 파도, 풍향, 풍속, 기압 등의 외력 데이터를 고려하여 해상구조물의 이상 여부를 보다 정확하게 판단할 수 있는 유/무선 네트워크 기반 다중융합관성센서유닛을 이용한 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a behavior analysis and integrated monitoring system and method of offshore structures using a wired/wireless network-based multi-fusion inertial sensor unit, and a multi-fusion inertial sensor unit easily installed in each offshore structure, wind speed/wind vane, CCD camera, etc. Through the sensor unit interface of the external sensor unit, the safety according to the movement of each offshore structure can be evaluated. It relates to a behavior analysis and integrated monitoring system and method of offshore structures using a wired/wireless network-based multi-fusion inertial sensor unit that can more accurately determine whether an offshore structure is abnormal in consideration of external force data such as wind direction, wind speed, and atmospheric pressure .

최근 육상 관리센터에서 선박 내 선적물 등 해상구조물에 대한 원거리 확인, 조종 및 상황분석에 대한 니즈가 증가하고 있다.Recently, there is an increasing need for long-distance confirmation, maneuvering, and situation analysis of offshore structures such as shipments in ships at onshore management centers.

특히, 글로벌 물류에 적용하는 운송사, 물류거점 운영사, 화주 등 물류 전반에 속해 있는 주체들이 화물의 상태를 실시간으로 모니터링하고 이를 활용할 수 있도록 표준화물운송용 실시간 물류트랙킹 장비 및 모바일 기반 모니터링 시스템에 대한 니즈가 증가하고 있으며, 미국 등의 경우에는 SAFE Port Act에 의해 화물의 안전, 보안 규제를 강화하고 있다. In particular, the need for real-time logistics tracking equipment for standardized cargo transport and a mobile-based monitoring system so that entities in the overall logistics such as transport companies, logistics base operators, and shippers applied to global logistics can monitor and utilize the status of cargo in real time is increasing, and in the case of the United States, safety and security regulations of cargo are being strengthened by the SAFE Port Act.

현재 선박 내 통신 네트워크는 국제전기전자위원회(International Electrotechnical Commission)의 기술위원회(Technical Committee) 80의 워킹그룹(Working Group) 6에서 제정된 규격을 국제표준화기구(ISO : International Standardization Organization)나 국제해사기구(IMO : International Maritime Organization)에서 따르도록 권고하고 있다.The current in-ship communication network is based on the standards established by Working Group 6 of the Technical Committee 80 of the International Electrotechnical Commission (ISO: International Standardization Organization) or the International Maritime Organization. (IMO: International Maritime Organization) recommends to follow.

IEC/TC80은 1980년 전자 항해 장비 분야의 발전에 부합하는 표준을 개발하기 위해 조직되었고, 무선통신과 관련해서는 국제전기전자위원회(ITU)의 요건을 최대한 반영하여 모든 형식의 선박과 해상구조물 등에 적용할 수 있도록 기술 표준을 개발하고 있다. IEC/TC80 was organized in 1980 to develop standards in line with the development of electronic navigation equipment, and in relation to wireless communication, the requirements of the International Electrical and Electronic Commission (ITU) were reflected as much as possible and applied to all types of ships and offshore structures. Technical standards are being developed to make this possible.

특히 IEC/TC80-WG6은 "Digital Interface"와 관련한 규격을 개발하고 있으며, IEC 61162 표준 규격은 "Digital interfaces for navigational equipment within a ship'에 대하여 규정하고 있다. In particular, IEC/TC80-WG6 develops standards related to "Digital Interface", and IEC 61162 standard specifies "Digital interfaces for navigational equipment within a ship".

또한, IEC 61162 규격은 선박 운항 정보들을 취득하기 위한 선박 내의 각종 하위 장치나 시스템들을 접속하기 위한 통신 프로토콜을 규정하여 놓았으며, 선박의 항해, 무선 통신, 시스템 집적에 응용하기위한 디지털 인터페이스를 위해 4개의 부분으로 나누어져 있다. In addition, the IEC 61162 standard stipulates a communication protocol for connecting various sub-devices or systems in a ship to acquire ship operation information, and 4 for digital interface applied to ship navigation, wireless communication, and system integration It is divided into dog parts.

다만, 실제 선박 내 통신 네트워크 구성의 예를 살펴보면, 선박 내에서는 무선 통신의 한계로 인하여, 한국해상연구원의 "선박의 지능형 자율운항 제어 시스템 개발"의 경우 전력선 통신으로 구성되며, 항만정보기술(IT)업체인 선컴사가 개발한 "VNSI(Vessel Network System Integration)", SI 전문개발업체인 네트사의 "선박 통합 관리 시스템", 호주의 일렉멕(ELECMEC)사의 "iSHIP"기술에 따른 선박 자동화(Ship Automation)와 제어(Control)를 위한 통신 시스템은 유선 통신으로 구성됨을 알 수 있다.However, looking at the example of the actual communication network configuration in the ship, due to the limitation of wireless communication within the ship, the Korea Maritime Research Institute's "development of an intelligent autonomous navigation control system for ships" consists of power line communication, and port information technology (IT) ), "VNSI (Vessel Network System Integration)" developed by Suncom, "Ship Automation" based on "iSHIP" technology of ELECMEC in Australia, "Ship Integration Management System" by Net, a professional SI developer. It can be seen that the communication system for ) and control is composed of wired communication.

이와 같이 전력선 통신이나 유선통신으로 선박 내 선적물 등 해상구조물과 호스트 PC 사이에 네트워크를 구축하려면, 거리에 따라 100미터 이상의 케이블이 필요할 뿐만아니라, 필요한 선로의 포설은 선박의 구조상 매우 복잡하며, 해수에 따른 부식 위험이 있기에 별도 배선 작업을 해야 하는 등 문제점이 있었으며, 해상구조물 각각에 설치되는 센서유닛마다 전원을 공급하는데에도 어려움이 있었다.In order to establish a network between an offshore structure such as an in-ship shipment and a host PC through power line communication or wired communication, not only a cable of 100 meters or more is required depending on the distance, but the laying of the necessary line is very complicated due to the structure of the ship, and the There was a problem such as having to do a separate wiring work because there is a risk of corrosion, and there was a difficulty in supplying power to each sensor unit installed in each offshore structure.

또한, 선박과, 선박에 선적된 여러 선적물은 선박과 같이 움직이기 때문에 선박에 선적된 여러 선적물 자체의 상태 또는 거동을 따로 측정하는 것은 매우 복잡하고 어려웠다.In addition, since the ship and several shipments loaded on the ship move together with the ship, it is very complicated and difficult to separately measure the state or behavior of the various shipments loaded on the ship itself.

또한, 각각의 여러 선적물에 센서유닛를 부착하는 것은 화주 등의 클레임 요인이 될 수도 있어서 제한적일 뿐만 아니라 특히 선적물의 거동을 정확하게 판단하기 위해서는 가능한 선적물의 무게 중심에 센서유닛를 배치해야 하는데 대부분 선적물의 무게 중심은 접근이 불가능하며, 선적물에 센서유닛를 부착하는 것도 어렵기 때문에 선적물 무게 중심에 배선하는데는 어려움이 있다.In addition, attaching the sensor unit to each of several shipments is not only limited as it may become a claim factor for the shipper, etc. In particular, in order to accurately determine the behavior of the shipment, the sensor unit should be placed at the center of gravity of the shipment as much as possible. It is difficult to wire to the center of gravity of the shipment because access is not possible and it is difficult to attach the sensor unit to the shipment.

한편, 최근 육지 자원의 한계 등을 극복하기 위하여 해상 개발에 대한 니즈가 증가함에 따라서 해상 부유체, 예를 들어, 해상 태양광, 풍력, 조력 발전기 등이 육지로부터 멀리 떨어진 해상에 설치되고 있다.On the other hand, recently, as the need for offshore development increases in order to overcome the limitations of land resources, etc., offshore floating bodies, for example, offshore solar power, wind power, tidal generators, etc. are being installed in the sea far away from the land.

이들 해상 부유체, 예를 들어, 해상 태양광, 풍력, 조력 발전기의 움직임에 따른 안전도 평가를 육지에서 진행하는 것은 매우 중요한데, 이들의 구성하는 터빈 및 부표 각각의 움직임을 측정할 수 있도록 전술한 바와 같이 유선 네트워크나 전력선 통신으로 연결하여 하나의 시스템으로 모니터링하는 것은 케이블의 길이 문제 뿐만 아니라 복잡한 배선의 문제가 있다.The movement of these offshore floats, for example, offshore solar, wind, and tidal generators It is very important to conduct the safety evaluation on land, and as described above, to measure the movement of each of the turbines and buoys constituting them, monitoring as one system by connecting to a wired network or power line communication is the length of the cable. In addition to the problem, there is the problem of complicated wiring.

또한, 해상 부유체의 구조물의 움직임에 따른 안전도를 평가하기 위해서는 해상 부유체 자체의 거동뿐만 아니라 파도, 풍향, 풍속, 기압 등의 외부 데이터를 고려해야 하는 문제가 있다.In addition, in order to evaluate the safety according to the movement of the structure of the floating body, there is a problem in that external data such as waves, wind direction, wind speed, and atmospheric pressure as well as the behavior of the floating body itself must be considered.

또한, 센서유닛를 해수에 의해 부식 방지하거나 방진 방습하여 신뢰도 있게 안정적으로 데이터를 획득하는 문제나 전원공급의 문제없이 상시 센싱할 수 있어야 한다.In addition, the sensor unit should be able to sense at all times without problems of reliable and stable data acquisition or power supply by preventing corrosion by seawater or dust-proof and moisture-proof.

<선행기술 문헌번호>
공개특허공보 제10-2012-0017837호(2012.02.29.)
공개특허공보 제10-2017-0127585호(2017.11.22)
<Prior art document number>
Laid-Open Patent Publication No. 10-2012-0017837 (2012.02.29.)
Laid-Open Patent Publication No. 10-2017-0127585 (2017.11.22)

본 발명은 이러한 문제점들을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 해상구조물 각각에 용이하게 설치된 다중융합 관성센서유닛과 풍속/풍향계, CCD 카메라 등 외부센서유닛의 센서유닛 인터페이스를 통하여 해상구조물 각각의 움직임에 따른 안전도를 평가할 수 있고, 유무선 인터페이스를 이용하여 해상구조물의 안전도를 원격지에서도 용이하게 판단할 수 있으며, 해상구조물 각각에 영향을 미치는 파도, 풍향, 풍속, 기압 등의 외력 데이터를 고려하여 해상구조물의 이상 여부를 보다 정확하게 판단할 수 있는 유/무선 네트워크 기반 다중융합관성센서유닛을 이용한 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.The present invention has been devised to solve these problems, and an object of the present invention is to provide a multi-fusion inertial sensor unit easily installed in each offshore structure, a wind speed/wind vane, and a sensor unit interface of an external sensor unit such as a CCD camera. The safety level according to movement can be evaluated, and the safety level of offshore structures can be easily judged from a remote location using a wired/wireless interface. It is to provide a system and method for analyzing the behavior of offshore structures and an integrated monitoring system using a wired/wireless network-based multi-fusion inertial sensor unit that can more accurately determine whether a structure is abnormal.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention not mentioned may be understood by the following description, and will be more clearly understood by the examples of the present invention.

또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.It will also be readily apparent that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the appended claims.

본 발명의 일 실시예에 따른 유/무선 네트워크 기반 다중융합 관성센서유닛을 이용한 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 시스템은, 각각의 해상구조물에 대해서 설치되되 상기 해상구조물의 상태 또는 거동을 측정한 수 있는 적어도 1 이상의 센서모듈과, 상기 센서모듈에서 측정된 데이터를 유선 또는 무선으로 송수신할 수 있는 유/유/무선통신모듈과, 상기 센서모듈 또는 외부 인터페이스를 통하여 연동하는 외부 센서모듈과 상기 유/유/무선통신모듈을 인터페이스하는 센서 인터페이스를 하나의 하우징 내에 포함하는 다중융합 관성센서유닛과, 상기 다중융합 관성센서유닛의 유/유/무선통신모듈과 유무선통신하는 게이트웨이와, 상기 게이트웨이와 유무선통신을 하는 호스트 PC와, 상기 호스트 PC와 원거리 무선통신을 진행하는 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링유닛을 포함하며,
상기 센서모듈은 상기 해상구조물의 자체 상태 또는 거동을 측정하기 위한 3축 자이로스코프, 3축 가속도계, 및 3축 지자기계로 된 관성센서부, 상기 관성센서부의 6자유도 정밀 측정을 위한 고도와 위치 정보를 제공하기 위한 기압계와 GPS 수신기가 MEMS 방식으로 일체적으로 하나의 외부 하우징 내에 형성되고,
상기 다중융합 관성센서유닛은 상기 외부 하우징을 전기적으로 방식/부식방지 제어하기 위한 전기적 방식제어부와, 상시전원 또는 배터리에 의해서 선택적으로 충전가능한 전원공급부와, 상기 센서모듈 또는 상기 외부 센서모듈인 풍향/풍속계 및 CCD 카메라에서 수신된 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환시키기 위한 A/D 컨버터와, 상기 A/D 컨버터에 의해서 변환된 디지털 데이터를 임시저장하는 메모리부와, 상기 방식제어부, 상기 전원공급부, 상기 메모리부, 상기 센서유닛모듈, 및 상기 유/무선통신모듈을 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는 상기 다중융합 관성센서유닛과 상기 외부센서모듈이 측정된 데이터를 이용하여 상기 유/무선통신모듈의 슬립모드를 제어하며, 상기 다중융합 관성센서유닛은 제 1 내지 제 3 다중융합 관성센서유닛의 각각의 제 1 측정값 내지 제 3 측정값중 적어도 2 개를 비교하여 상기 해상구조물의 거동 측정 정확도를 높이도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
The behavior analysis and integrated monitoring system of offshore structures using a wired/wireless network-based multi-convergence inertial sensor unit according to an embodiment of the present invention is installed for each offshore structure, and the number of measurements of the state or behavior of the offshore structure At least one sensor module having at least one sensor module, a wired/wired/wireless communication module capable of transmitting and receiving data measured by the sensor module in a wired or wireless manner, an external sensor module interworking through the sensor module or an external interface, and the wired/wireless/wireless communication module A multi-fusion inertial sensor unit including a sensor interface for interfacing a wired/wireless communication module in one housing, a gateway for wired/wireless communication with the wired/wired/wireless communication module of the multi-fusion inertial sensor unit, and wired/wireless communication with the gateway It includes a host PC, and a behavior analysis and integrated monitoring unit of an offshore structure that performs long-distance wireless communication with the host PC,
The sensor module includes a 3-axis gyroscope, 3-axis accelerometer, and 3-axis geomagnetism for measuring the state or behavior of the offshore structure. A barometer and a GPS receiver for providing information are integrally formed in one outer housing in a MEMS manner,
The multi-fusion inertial sensor unit includes an electrical corrosion control unit for electrically controlling the external housing to prevent corrosion/corrosion, a power supply that can be selectively charged by a constant power source or a battery, and a wind direction/ An A/D converter for converting analog data received from an anemometer and CCD camera into digital data, a memory unit for temporarily storing the digital data converted by the A/D converter, the method control unit, the power supply unit, and the A memory unit, the sensor unit module, and a control unit for controlling the wired / wireless communication module,
The control unit controls the sleep mode of the wired/wireless communication module using the data measured by the multi-fusion inertial sensor unit and the external sensor module, and the multi-fusion inertial sensor unit includes first to third multi-fusion inertial sensors. and comparing at least two of each of the first to third measured values of the unit to control to increase the accuracy of measuring the behavior of the offshore structure.

본 발명의 일 실시예에 따른 유/무선 네트워크 기반 다중융합관성센서유닛을 이용한 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 시스템 및 방법에 의하면, 케이블의 길이나 배선의 어려움, 부식이나 전원 공급의 위험을 고려하지 않고 해상구조물 각각에 센서유닛을 자유롭게 설치할 수 있으며, 선박 내 선적물 등 해상구조물과 호스트 PC 사이에 네트워크 구축이 용이하다.According to the behavior analysis and integrated monitoring system and method of an offshore structure using a wired/wireless network-based multi-fusion inertial sensor unit according to an embodiment of the present invention, the length of the cable or the difficulty of wiring, the risk of corrosion or power supply is considered The sensor unit can be freely installed in each offshore structure, and it is easy to establish a network between the offshore structure and the host PC, such as shipments in a ship.

본 발명의 일 실시예에 따른 유/무선 네트워크 기반 다중융합관성센서유닛을 이용한 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 시스템 및 방법에 의하면, 선박과, 선박에 선적된 여러 선적물의 상태 또는 거동을 측정할 수 있으며, 선박내 선적물 자체에 대하여 무게중심에 센서유닛이 설치된 것과 같이 정확도 있게 선적물의 상태를 모니터링할 수 있다. According to the behavior analysis and integrated monitoring system and method of an offshore structure using a wired/wireless network-based multi-fusion inertial sensor unit according to an embodiment of the present invention, it is possible to measure the state or behavior of a ship and several shipments loaded on the ship. It is possible to monitor the condition of the shipment accurately as if the sensor unit is installed at the center of gravity of the shipment itself in the ship.

본 발명의 일 실시예에 따른 유/무선 네트워크 기반 다중융합관성센서유닛을 이용한 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 시스템 및 방법에 의하면, 해상 부유체, 예를 들어, 해상 태양광, 풍력, 조력 발전기의 움직임에 따른 안전도 평가를 원거리에서 케이블길이나 배선의 문제없이 파도, 풍향, 풍속, 기압 등의 외부 데이터를 고려하여 진행할 수 있다. According to the behavior analysis and integrated monitoring system and method of an offshore structure using a wired/wireless network-based multi-fusion inertial sensor unit according to an embodiment of the present invention, an offshore floating body, for example, offshore solar power, wind power, tidal generator The safety evaluation according to the movement of the vehicle can be conducted from a distance considering external data such as waves, wind direction, wind speed, and atmospheric pressure without problems with cable length or wiring.

도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명의 실시 예 및 변형 실시예에 따른 유/무선 네트워크 기반 다중융합 관성센서유닛을 이용한 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 시스템의 블록도이다.
도 2는 도 1의 다중융합 관성센서유닛의 내부 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 실시 예에 따른 유/무선 네트워크 기반 다중융합 관성센서유닛를 이용한 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 시스템의 다중융합 관성센서유닛의 외부 하우징 및 그 장착구조의 개념도이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 도 2의 다중융합 관성센서유닛의 외부 하우징이 구형인 경우의 장착구조의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유/무선 네트워크 기반 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 방법을 나타내는 플로우챠트이다.
도 6은 도 5의 상세 플로우차트이다.
도 7a 및 도 7b는 도 6의 적어도 1 이상의 다중융합 관성센서유닛 측정 데이터 비교를 위한 적어도 1 이상의 다중융합 관성센서유닛의 배치를 나타내는 도면이다.
도 7c 및 도 7d는 선박 상에 선적된 선적물의 상태 또는 거동을 측정하는 경우의 다중융합 관성센서유닛의 배치를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중융합 관성센서유닛의 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 정밀도 향상방법을 설명하는 플로우챠트이다.
도 9a, 도 9b, 도 9c는 해상구조물의 6 DOF 운동을 나타내는 도면, GPS 수신기와 나머지 관성센서유닛의 상보관계와, 다중융합 관성센서유닛이 해상구조물의 무게중심에 배치되지 못하는 경우의 보정개념을 나타내는 도면이다.
1A and 1B are block diagrams of a behavior analysis and integrated monitoring system of an offshore structure using a wired/wireless network-based multi-fusion inertial sensor unit according to an embodiment and a modified embodiment of the present invention, respectively.
FIG. 2 is a block diagram illustrating the internal configuration of the multi-fusion inertial sensor unit of FIG. 1 .
3a and 3b are conceptual diagrams of the external housing and the mounting structure of the multi-fusion inertial sensor unit of the integrated monitoring system and behavior analysis of offshore structures using the wired/wireless network-based multi-fusion inertial sensor unit according to an embodiment of the present invention, respectively. .
4A and 4B are conceptual views of a mounting structure when the outer housing of the multi-fusion inertial sensor unit of FIG. 2 is spherical, respectively.
5 is a flowchart illustrating a behavior analysis and integrated monitoring method of a wired/wireless network-based offshore structure according to an embodiment of the present invention.
6 is a detailed flowchart of FIG. 5 .
7A and 7B are views illustrating the arrangement of at least one multi-fusion inertial sensor unit for comparison of measurement data of at least one multi-fusion inertial sensor unit of FIG. 6 .
7c and 7d are diagrams showing the arrangement of the multi-fusion inertial sensor unit in the case of measuring the state or behavior of a shipment loaded on a ship.
8 is a flowchart illustrating a method for analyzing the behavior of an offshore structure of a multi-fusion inertial sensor unit and improving integrated monitoring precision according to an embodiment of the present invention.
9A, 9B, and 9C are diagrams showing the 6 DOF motion of an offshore structure, the complementary relationship between the GPS receiver and the remaining inertial sensor units, and the correction concept when the multi-fusion inertial sensor unit cannot be placed at the center of gravity of the offshore structure; It is a drawing showing

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. However, the present invention may be embodied in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated. In addition, terms such as “…unit”, “…group”, and “module” described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software. have

명세서 전체에서, 해상 구조물은 선박, 선박의 화물, 해상 플랫폼 및 해상 플랜트 등 해상 부유체 등을 포함하는 것으로, 해저에 고정된 형태의 구조물뿐 아니라 부유식 구조물을 포함하는 의미로 사용된다.Throughout the specification, an offshore structure includes a ship, a cargo of a ship, an offshore platform, an offshore plant, etc., and is used to include a floating structure as well as a structure fixed to the seabed.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 유/무선 네트워크 기반 다중 관성센서유닛를 이용한 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 시스템에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.Now, the behavior analysis and integrated monitoring system of offshore structures using a wired/wireless network-based multi-inertial sensor unit according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명의 실시 예 및 변형 실시예에 따른 유/무선 네트워크 기반 다중융합 관성센서유닛을 이용한 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 시스템의 블록도이다.1A and 1B are block diagrams of a behavior analysis and integrated monitoring system of an offshore structure using a wired/wireless network-based multi-fusion inertial sensor unit according to an embodiment and a modified embodiment of the present invention, respectively.

도 1a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 유/무선 네트워크 기반 다중융합 관성센서유닛을 이용한 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 시스템(1)은 각각의 해상구조물에 대해서 설치되되 해상구조물의 상태 또는 거동을 측정한 수 있는 적어도 1 이상의 센서모듈(11)과 상기 센서모듈에서 측정된 데이터를 무선으로 송수신할 수 있는 유/무선통신모듈(13)를 하나의 하우징(15) 내에 포함하는 다중융합 관성센서유닛(10)과, 상기 다중융합 관성센서유닛(10)의 유/무선통신모듈(13)과 무선통신하는 게이트웨이(30)와, 상기 게이트웨이(30)와 유선통신을 하는 호스트 PC(50)와, 상기 호스트 PC(50)와 원거리 무선통신을 진행하는 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링유닛(70)을 포함할 수 있다.As shown in Fig. 1a, the behavior analysis and integrated monitoring system 1 of offshore structures using a wired/wireless network-based multi-fusion inertial sensor unit according to an embodiment of the present invention is installed for each offshore structure. At least one sensor module 11 capable of measuring the state or behavior of A multi-fusion inertial sensor unit 10, a gateway 30 for wireless communication with the wired/wireless communication module 13 of the multi-fusion inertial sensor unit 10, and a host PC for wired communication with the gateway 30 (50) and the host PC (50) and the long-distance wireless communication may include a behavior analysis and integrated monitoring unit (70) of the offshore structure.

상기 호스트 PC(50)는 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 데이터처리를 할 수 있으며, 물리적으로 상기 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 유닛(70)이 일체형일 수 있으며, 원거리에 배치될 수도 있다.The host PC 50 can analyze the behavior of the offshore structure and process the integrated monitoring data, and the behavior analysis and the integrated monitoring unit 70 of the offshore structure may be physically integrated, and may be disposed at a long distance.

여기서 상기 유선통신은 이더넷(Ethernet) 통신으로, 특정구역 내 정보통신망인 LAN(local area network)에 사용되는 네트워크의 모델로 IEEE(미국 전기전자기술자협회)가 표준사양으로 채택한 동축케이블 네트워크를 의미할 수 있다.Here, the wired communication is Ethernet communication, which means a coaxial cable network adopted as a standard by the IEEE (American Institute of Electrical and Electronic Engineers) as a model of a network used in a local area network (LAN), which is an information communication network within a specific area. can

본 발명의 실시 예에 따른 유/무선 네트워크 기반 다중융합 관성센서유닛을 이용한 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 시스템(1)은 상기 다중융합 관성센서유닛(10)에 상기 호스트 PC(50)와 근거리 무선통신할 수 있는 유/무선통신모듈(13)을 포함함으로써 상기 다중융합 관성센서유닛(10) 노드 사이, 상기 다중융합 관성센서유닛(10)과 상기 호스트 PC(50) 사이의 케이블 설치의 문제없이 자유롭게 상기 해상구조물에 대하여 상기 다중융합 관성센서유닛(10)을 설치할 수 있으며, 상기 다중융합 관성센서유닛(10) 각각에 대하여 데이터 통신을 위하여 전원을 공급할 필요없이 상기 게이트웨이(30)에 대해서만 전원을 공급하면 되고, 상기 게이트웨이(30)와 상기 호스트 PC(50)가 데이터 케이블로 연결되므로 안정적으로 전원을 공급할 수 있다. The behavior analysis and integrated monitoring system (1) of offshore structures using a wired/wireless network-based multi-fusion inertial sensor unit according to an embodiment of the present invention is located in the multi-fusion inertial sensor unit (10) with the host PC (50) and a short distance. Problem of cable installation between the nodes of the multi-fusion inertial sensor unit 10 and between the multi-fusion inertial sensor unit 10 and the host PC 50 by including a wired/wireless communication module 13 capable of wireless communication It is possible to freely install the multi-fusion inertial sensor unit 10 to the offshore structure without the need to supply power for data communication to each of the multi-fusion inertial sensor units 10, and power only for the gateway 30 , and since the gateway 30 and the host PC 50 are connected by a data cable, power can be supplied stably.

도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 변형 실시 예에 따른 유/무선 네트워크 기반 다중융합 관성센서유닛를 이용한 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 시스템(1')은 각각의 해상구조물에 대해서 설치되되 해상구조물의 상태 또는 거동을 측정한 수 있는 적어도 1 이상의 센서모듈(11')과 상기 적어도 1 이상의 센서모듈(11')에서 측정된 데이터의 송수신을 인터페이스 하는 센서유닛 인터페이스(12)를 하나의 하우징(15') 내에 포함하는 다중융합 관성센서유닛(10')과, 상기 다중융합 관성센서유닛(10')의 센서유닛 인터페이스(12)와 케이블로 유선통신하는 게이트웨이(30')와, 상기 게이트웨이(30')와 무선통신을 하는 호스트 PC(50')를 포함할 수 있다. As shown in Fig. 1b, the behavior analysis and integrated monitoring system (1') of offshore structures using a wired/wireless network-based multiple fusion inertial sensor unit according to a modified embodiment of the present invention is installed for each offshore structure. At least one sensor module 11 ′ capable of measuring the state or behavior of a structure and a sensor unit interface 12 for interfacing transmission and reception of data measured by the at least one sensor module 11 ′ are provided in one housing ( A multi-fusion inertial sensor unit (10') included in 15'), a gateway 30' for wired communication with the sensor unit interface 12 of the multi-fusion inertial sensor unit 10' by cable, and the gateway ( 30') and a host PC 50' for wireless communication.

상기 센서유닛 인터페이스(12)는 유/무선통신모듈(15)과 연결될 수 있다.The sensor unit interface 12 may be connected to the wired/wireless communication module 15 .

여기서, 무선통신은 IEEE 80215에 기반한 무선 개인영역 네트워크(WPAN, Wireless Personal Area Network) 환경에서의 무선통신 방법 및 시스템이며, IEEE 802151은 블루투스 기술이고, IEEE 802152는 단거리 무선 네트워크와 무선랜(WLAN : Wireless Local Area Network)과의 공존 모델을 개발하기 위한 것이며, IEEE 802153 및 IEEE 802153a는 고속 WPAN과 UWB에 관한 것이고, IEEE 802154는 지그비 기술이다.Here, wireless communication is a wireless communication method and system in a wireless personal area network (WPAN) environment based on IEEE 80215, IEEE 802151 is Bluetooth technology, and IEEE 802152 is short-range wireless network and WLAN: Wireless Local Area Network), IEEE 802153 and IEEE 802153a relate to high-speed WPAN and UWB, and IEEE 802154 is a ZigBee technology.

IEEE 802154의 지그비 기술은 시장에서 입지를 다투고 있는 블루투스(Bluetooth), 와이-파이(Wi-Fi) 등의 여러 무선 네트워킹 표준들과 비교할 때 기술 개발과 시장형성 과정에서의 빠른 성장을 보이고 있으며, 물리(PHY) 계층과 맥(MAC) 계층을 다루는 IEEE 802154 표준이 2003년 완료되었고, 응용과 관련된 상위계층에 대한 지그비 표준화 작업을 지그비 연합(Alliance)에서 2004년 말에 완료하였다.IEEE 802154's ZigBee technology is showing rapid growth in the process of technology development and market formation compared to several wireless networking standards such as Bluetooth and Wi-Fi, which are competing for position in the market. The IEEE 802154 standard dealing with the (PHY) layer and the MAC (MAC) layer was completed in 2003, and the ZigBee standardization work for the upper layer related to the application was completed at the end of 2004 by the ZigBee Alliance.

지그비 네트워크의 통신모드는 주-종 방식을 기본으로 하지만, 여러 경로를 선택할 수 있는 메쉬(Mesh) 모드로 불리는 P2P(Point to Point) 방식을 지원한다.The communication mode of the ZigBee network is based on the master-slave method, but supports a P2P (Point to Point) method called a mesh mode that allows multiple paths to be selected.

즉, 네트워크 안에서 하나의 기기를 코디네이터(coordinator)로 지정하고, 송수신 기능이 필요한 경우에만 휴면모드에 있는 노드들을 활동 상태로 변경하는 방식을 채택해서 전력 소모를 최소화할 수 있다. That is, power consumption can be minimized by designating one device as a coordinator in the network and changing the nodes in the dormant mode to the active state only when a transmission/reception function is required.

또한, 이웃하는 네트워크의 코디네이터들 상호 간에도 통신을 할 수 있어 네트워크의 확장을 통해 대규모 네트워크의 구성이 가능하며, 다중 경로 선택이 가능한 메쉬 모드의 경우 특정 노드가 인식되지 않을 때 경로를 변경하여 네트워크를 자동으로 구성할 수 있다.In addition, since coordinators of neighboring networks can communicate with each other, a large-scale network can be configured through network expansion. In the case of mesh mode where multi-path selection is possible, when a specific node is not recognized, the network can be changed by changing the path. It can be configured automatically.

지그비 노드들은 코디네이터나 종단기기(End device)로서 작동이 가능하며, 통신에 필요한 대부분의 부하를 코디네이터에 집중시키고 상대적으로 종단기기의 기능을 줄이므로 구현에 필요한 자원과 비용을 줄일 수 있다.ZigBee nodes can operate as a coordinator or an end device, and by concentrating most of the load required for communication on the coordinator and reducing the functions of the end device relatively, resources and costs required for implementation can be reduced.

지그비 통신의 가장 중요한 특징은 배터리 하나로 수개월을 견딜 수 있는 저전력 시스템이며, 시스템 구조가 간결하여 대부분 8비트 마이크로 컨트롤러(MCU)로 구현하고 있다.The most important characteristic of ZigBee communication is a low-power system that can withstand several months with a single battery, and the system structure is simple, so most of them are implemented with an 8-bit microcontroller (MCU).

지그비는 무선이어서 설치비용이 많이 드는 백본이나 인프라 없이 설치할 수 있고 관리가 쉽다.ZigBee is wireless, so it can be installed without an expensive backbone or infrastructure and is easy to manage.

기본적인 스타(Star) 네트워크 형태나 P2P(Peer to Peer) 네트워크 형태는 당연히 지원되고, 지그비와 유사한 다른 무선 표준들이 지원하지 못하는 메쉬 네트워크 형태를 지원해서 복잡한 네트워크 형성도 가능하다.A basic star network type or a P2P (Peer to Peer) network type is naturally supported, and it is possible to form a complex network by supporting a mesh network type that other wireless standards similar to ZigBee cannot support.

그리고 지그비 표준을 따른 여러 가지 지그비 기기를 상호 운용할 수 있는 센서유닛 네트워크에 적합하다.And it is suitable for a sensor unit network that can interoperate various ZigBee devices according to the ZigBee standard.

상기 호스트 PC(50')와 원거리 무선통신을 진행하는 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링유닛(70')을 더 포함할 수 있다.It may further include a behavior analysis and integrated monitoring unit 70' of the offshore structure that performs long-distance wireless communication with the host PC 50'.

도 1b의 변형 실시예에 따르면, 도 1a의 실시예와 마찬가지로, 상기 다중융합 관성센서유닛(10) 각각에 대하여 데이터 통신을 위하여 전원을 공급할 필요없이 상기 게이트웨이(30)에 대해서만 전원을 공급기만 하면 되는 장점이 있고, 상기 다중융합 관성센서유닛(10')과 게이트웨이(30')가 케이블 연결 후 상기 게이트웨이(30')와 호스트 PC(50') 사이에서 무선통신이 가능하므로 선박내 먼거리에서 각각의 다중융합 관성센서유닛(10')이 측정한 데이터를 신뢰도 있게 게이트웨이(30')를 통해서 상기 호스트 PC(50')에 전송할 수 있는 장점이 있다. According to the modified embodiment of Fig. 1b, as in the embodiment of Fig. 1a, there is no need to supply power to each of the multi-fusion inertial sensor units 10 for data communication, only the gateway 30 is supplied with power. Since wireless communication is possible between the multiple fusion inertial sensor unit 10' and the gateway 30' after cable connection between the gateway 30' and the host PC 50', each There is an advantage in that data measured by the multi-fusion inertial sensor unit 10' can be reliably transmitted to the host PC 50' through the gateway 30'.

이제 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 유/무선 네트워크 기반 다중융합 관성센서유닛를 이용한 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 시스템의 다중융합 관성센서유닛의 내부 구성에 대해서 자세히 설명한다.Now, with reference to FIG. 2, the internal configuration of the multi-fusion inertial sensor unit of the integrated monitoring system and behavior analysis of offshore structures using the wired/wireless network-based multi-fusion inertial sensor unit according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

도 2는 도 1의 다중융합 관성센서유닛의 내부 구성을 설명하기 위한 블록도이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating the internal configuration of the multi-fusion inertial sensor unit of FIG. 1 .

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 유/무선 네트워크 기반 다중융합 관성센서유닛를 이용한 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 시스템(1)의 다중융합 관성센서유닛(10)은 센서모듈(11), 센서유닛 인터페이스(12), 유/무선통신모듈(13), A/D 컨버터(16), 및 제어모듈(17)을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 2, the multi-fusion inertial sensor unit 10 of the behavior analysis and integrated monitoring system 1 of an offshore structure using a wired/wireless network-based multi-fusion inertial sensor unit according to an embodiment of the present invention is a sensor module 11 , a sensor unit interface 12 , a wired/wireless communication module 13 , an A/D converter 16 , and a control module 17 .

상기 센서모듈(11)은 해상구조물의 자체 거동을 측정하기 위한 자이로스코프(11a), 가속도계(11b), 및 지자기계(11c)로 이루어진 관성센서부와, 상기 관성센서부의 6자유도 운동의 정밀도를 높이기 위하여 상기 해상구조물의 위치와 고도 정보를 제공하기 위한 상기 기압계(11d) 및 GPS 수신기(11e)를 포함할 수 있다.The sensor module 11 includes an inertial sensor unit comprising a gyroscope 11a, an accelerometer 11b, and a geomagnetism 11c for measuring the self-movement of an offshore structure, and the inertial sensor unit 6 degrees of freedom motion precision It may include the barometer 11d and the GPS receiver 11e for providing location and altitude information of the offshore structure in order to increase the altitude.

상기 자이로스코프(11a), 가속도계(11b), 및 지자기계(11c)는 3축계로 이루어지며, 상기 기압계(11d)와 상기 GPS 수신기(11e)와 함께 MEMS 방법에 의하여 소형으로 스마트하게 형성되어 6자유도 운동을 측정하여 제공할 수 있다.The gyroscope 11a, the accelerometer 11b, and the geomagnetism 11c are made of a three-axis system, and are smartly formed in a compact size by the MEMS method together with the barometer 11d and the GPS receiver 11e 6 Degrees of freedom motion can be measured and provided.

상기 센서모듈(11)은 풍향/풍속계(60) 및 CCD 카메라(70) 등 외부 센서유닛와 물리적 외부 인터페이스(18)를 통하여 케이블 또는 근거리 통신으로 연결될 수 있기 때문에, 상기 풍향/풍속계(60) 및 CCD 카메라(70)는 별도의 통신모듈을 구비하지 않더라도 상기 다중융합센서유닛(10)과 상기 외부 인터페이스(18)로 연결되어 A/D 컨버터(16)를 통해 아날로그 데이터를 디지털 데이터화할 수 있고, 센서유닛 인터페이스(12)와 연결되어 게이트웨이(30)와 유무선 연결될 수 있어서 외부 환경 데이터, 예컨데 풍향, 풍속, 외부 영상정보 등 외부 데이터를 해상구조물 자체 데이터와 연동할 수 있다.Since the sensor module 11 can be connected to an external sensor unit such as the wind direction/anemometer 60 and the CCD camera 70 through a cable or short-distance communication through the physical external interface 18, the wind direction/anemometer 60 and the CCD The camera 70 is connected to the multi-fusion sensor unit 10 and the external interface 18 even without a separate communication module to convert analog data into digital data through the A/D converter 16, and the sensor It is connected to the unit interface 12 and can be connected to the gateway 30 by wire and wireless, so that external environmental data, for example, wind direction, wind speed, external image information, etc., can be linked with the data of the marine structure itself.

따라서, 상기 풍향/풍속계(60) 및 CCD 카메라(70)에 대해서 별도의 센서유닛 네트워크를 위한 구성이나 통신 배선 및 전원 공급하지 않더라도 상기 해상구조물 자체의 거동 데이터와 상기 다중융합 관성센서유닛(10)의 센서유닛 인터페이스(12)를 통해서 연결하고, 상기 유/무선통신모듈(13)을 이용하여, 안정적으로 외부환경에 대한 데이터를 상기 해상구조물 자체의 상태 또는 거동 데이터와 연동시켜서 상기 호스트 PC(50)에서 데이터 처리하거나 상기 호스트 PC(50)에서 상기 모니터링유닛(70)에 무선 송신할 수 있어서 해상에서 멀리 떨어진 육상에서조차 해상구조물의 움직임에 대한 안전도 평가의 정확도를 높일 수 있다. Therefore, the behavior data of the offshore structure itself and the multi-fusion inertial sensor unit (10) even if there is no configuration for a separate sensor unit network or communication wiring and power supply for the wind direction / anemometer 60 and the CCD camera 70 of the host PC (50) by connecting through the sensor unit interface 12 of ) in the data processing or wireless transmission from the host PC 50 to the monitoring unit 70, it is possible to increase the accuracy of safety evaluation for the movement of offshore structures even on land far from the sea.

한편, 상기 다중융합 관성센서유닛(10)의 제어모듈(17)은 마이크로프로세서 또는 마이크로칩으로 구성될 수 있으며, 상기 다중융합 관성센서유닛(10)의 외부 하우징(15)을 전기적으로 방식/부식방지 제어하기 위한 전기적 방식제어부(17a)와, 상시전원 뿐만아니라 배터리에 의해서 선택적으로 충전가능한 전원공급부(17b)와, 상기 센서모듈(11) 또는 상기 풍향/풍속계(60) 및 CCD 카메라(70)에서 수신된 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 상기 A/D 컨버터(16)에 의해서 데이터 변환하여 임시저장하는 메모리부(17c)와, 상기 방식제어부(17a), 전원공급부(17b), 메모리부(17c) 및 상기 센서모듈(11), 유/무선통신모듈(13)을 제어하는 제어부(17d)를 포함할 수 있다.On the other hand, the control module 17 of the multi-fusion inertial sensor unit 10 may be composed of a microprocessor or a microchip, and electrically prevent/corrode the outer housing 15 of the multi-fusion inertial sensor unit 10 . An electrical method control unit 17a for prevention control, a power supply unit 17b that can be selectively charged by a battery as well as a constant power supply, the sensor module 11 or the wind direction/anemometer 60 and a CCD camera 70 A memory unit 17c for temporarily storing analog data received from analog data into digital data by the A/D converter 16, and the method control unit 17a, power supply unit 17b, and memory unit 17c and a control unit 17d for controlling the sensor module 11 and the wired/wireless communication module 13 .

도 3a 내지 도 4b를 참조하여 상기 다중융합센서유닛(10)의 외부 하우징(15)과 상기 외부 하우징(15)을 상기 해상구조물에 대하여 다방향으로 자유롭게 설치가 가능하고 배터리를 공급할 수 있고, 상기 유/무선통신모듈(13)을 지원하기 위한 송수신 안테나를 일체적으로 포함하는 외부 하우징 장착구조에 대해서 설명한다.3A to 4B, the outer housing 15 and the outer housing 15 of the multi-fusion sensor unit 10 can be freely installed in multiple directions with respect to the offshore structure, and a battery can be supplied, and the An external housing mounting structure integrally including a transmission/reception antenna for supporting the wired/wireless communication module 13 will be described.

도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 실시 예에 따른 유/무선 네트워크 기반 다중융합 관성센서유닛를 이용한 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 시스템(1)의 다중융합 관성센서유닛의 외부 하우징 및 그 장착구조의 개념도이고, 도 4a 및 도 4b는 각각 도 2의 다중융합 관성센서유닛의 외부 하우징이 구형인 경우의 장착구조의 개념도이다.3a and 3b respectively show the external housing and the mounting structure of the multi-fusion inertial sensor unit of the behavior analysis and integrated monitoring system (1) of offshore structures using a wired/wireless network-based multi-fusion inertial sensor unit according to an embodiment of the present invention. is a conceptual diagram, and FIGS. 4A and 4B are conceptual diagrams of a mounting structure when the outer housing of the multi-fusion inertial sensor unit of FIG. 2 is spherical, respectively.

도 3a에 도시바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 유/무선 네트워크 기반 다중융합 관성센서유닛를 이용한 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 시스템(1)의 다중융합 관성센서유닛(10)의 외부 하우징(15)은 장방형 박스형태로 구성될 수 있으며, 상기 박스형태의 표면에 표면 안테나(15a)가 설치될 수 있고, 상기 외부 하우징(15)외 외부 표면을 따라서 방수처리부(15b)가 형성될 수 있으며, 상기 풍향/풍속계(60) 및 CCD 카메라(70)와 케이블로 연결되는 외부 인터페이스(18)가 상기 외부 하우징(15)에 대해 소정 길이만큼 돌출된 외부 인터페이스 방수보호부(15c)로 보호되어, 상기 상기 풍향/풍속계(60) 및 CCD 카메라(70)의 케이블이 외부로부터 장입시 소정 길이 방수되어 상기 외부 하우징(15) 내부는 외부 방수재로 완전히 덮혀서 완전히 기밀 방수될 수 있다.As shown in Fig. 3a, Toshiba, the external housing ( 15) may be configured in a rectangular box shape, a surface antenna 15a may be installed on the surface of the box shape, and a waterproofing unit 15b may be formed along an outer surface other than the outer housing 15, and , The wind direction/anemometer 60 and the CCD camera 70 and the external interface 18 connected with a cable are protected by an external interface waterproof protection part 15c that protrudes by a predetermined length with respect to the external housing 15, When the cables of the wind direction/anemometer 60 and the CCD camera 70 are charged from the outside, a predetermined length is waterproof, so that the inside of the outer housing 15 is completely covered with an external waterproofing material, so that it can be completely airtight and waterproof.

또한, 상기 박스형태의 외부 하우징(15)이 장착되는 장착구조(20)는 E 자형 트레이 형태로 이루어지된 1자형 기둥부(21)와, 상기 l자형 기둥부(21)에 대해 하부에 수직하게 교차하여 연장되어 상기 해상구조물의 평면에 지지되고 소정의 힘에 의해서 탈부착가능하게 부착가능한 접착테이프(23a)를 포함하는 접착지지부(23)와, 상기 I자형 기둥부(21) 중앙에 대해 돌출형성되어 상기 외부 하우징(15)이 끼움결합되어 외부로부터 차단되어 보호되고 상기 다중융합 관성센서유닛(10)을 현가상태로 유지하여 측정 정밀도를 높여주는 끼움결합부(25)와, 상기 I자형 기둥부(21)의 상부에서 수직하게 교차하여 연장되는 안테나부(27)와, 상기 끼움결합부(25)에 상기 외부 하우징(15)이 끼움결합시 전원공급이 이루어져 상기 전원공급부(17b)에 대해 상시전원 또는 배터리를 충전할 수 있는 충전부(29)가 더 포함될 수 있다. In addition, the mounting structure 20 to which the box-shaped outer housing 15 is mounted has an E-shaped tray-shaped one-shaped pillar 21 and a vertical lower portion with respect to the L-shaped pillar 21 . An adhesive support part 23 including an adhesive tape 23a that is extended to cross each other and supported on the plane of the marine structure and is detachably attachable by a predetermined force, and the I-shaped pillar part 21 protrudes from the center A fitting portion 25 formed to increase the measurement precision by being formed, the outer housing 15 is fitted and protected by being blocked from the outside, and maintaining the multi-fusion inertial sensor unit 10 in a suspended state, and the I-shaped pillar When the external housing 15 is fitted to the antenna part 27 extending vertically intersecting from the upper part of the part 21 and the fitting part 25, power is supplied to the power supply part 17b. A charging unit 29 capable of charging a constant power or a battery may be further included.

도 3b에 도시바와 같이, 상기 박스형태의 외부 하우징(15)과 결합되는 변형된 장착구조(30)는 상기 외부 하우징(15)이 안착되는 판상의 안착부(31)와 상기 안착부(31)를 소정의 각도로 배치할 수 있는 다자유도 관절경첩부(33)와, 상기 다자유도 관절경첩부(33)에 연결되어 상기 해상구조물의 평면에 지지되고 소정의 힘에 의해서 탈부착가능하게 부착가능한 접착테이프(35a)를 포함하는 접착지지부(35)를 포함하여 설치가 어려운 상기 해상구조물에 대하여 방향성이 자유롭게 설치될 수 있다. As shown in FIG. 3B , the modified mounting structure 30 coupled to the box-shaped outer housing 15 includes a plate-shaped seating part 31 on which the external housing 15 is mounted and the seating part 31 . A multiple degree of freedom joint hinge part 33 that can be disposed at a predetermined angle, and the multiple degree of freedom joint hinge part 33 is connected to the surface of the marine structure and is detachably attached by a predetermined force. The directionality can be freely installed with respect to the offshore structure, which is difficult to install, including the adhesive support part 35 including the adhesive tape 35a as possible.

한편, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 유/무선 네트워크 기반 다중융합 관성센서유닛를 이용한 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 시스템(1)의 다중융합 관성센서유닛(10)의 외부 하우징(15)은 외부 표면에 대해 전방위 표면 안테나(41)가 형성될 수 있도록 구형으로 이루어질 수 있으며, 상기 구형의 외부 하우징(15)이 가요성 밴드부(43)에 연결되어 기둥형태의 해상구조물에 대해서 용이하게 밴딩 설치될 수도 있다.On the other hand, as shown in Figures 4a and 4b, the multi-fusion inertial sensor unit ( The outer housing 15 of 10) may have a spherical shape so that an omnidirectional surface antenna 41 can be formed with respect to the outer surface, and the spherical outer housing 15 is connected to the flexible band part 43 to form a columnar shape. It can also be easily installed by banding for offshore structures of

본 발명의 실시 예에 따른 유/무선 네트워크 기반 다중융합 관성센서유닛를 이용한 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 시스템(1)의 다중융합 관성센서유닛(10)의 외부 하우징(15)이 구형으로 이루어질 경우에 상기 외부 하우징(15)을 수용 지지하는 장착구조(40)에 배터리/제어부 무선모듈/안테나가 배치될 수 있으며, 상기 가요성 밴드부(43)를 이용하여 기둥 등에 쉽게 설치할 수 있다.When the external housing 15 of the multi-fusion inertial sensor unit 10 of the integrated monitoring system 1 and the behavior analysis of offshore structures using the wired/wireless network-based multi-fusion inertial sensor unit according to an embodiment of the present invention is made of a spherical shape A battery/control unit wireless module/antenna may be disposed on the mounting structure 40 for receiving and supporting the outer housing 15 , and may be easily installed on a pole or the like using the flexible band unit 43 .

상기 다중융합 관성센서유닛(10)의 외부 하우징(15)이 구형으로 이루어질 경우에 내구성이 좋고, 표면에 전방위 안테나가 제공 가능하며 안테나를 인접배치할 수 있고, 점 접착부(51)를 이용하여 점 고정하여 상기 다중융합 관성센서유닛(10)이 상기 해상구조물에 진자처럼 부착되어 자유롭게 거동하여 정밀도 있게 측정할 수 있다.When the outer housing 15 of the multi-fusion inertial sensor unit 10 is made in a spherical shape, the durability is good, the omnidirectional antenna can be provided on the surface, the antenna can be arranged adjacently, and the point adhesive part 51 is used to By fixing the multi-fusion inertial sensor unit 10 is attached to the marine structure like a pendulum, it can move freely and measure accurately.

이제, 도 5 내지 도 9c를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 유/무선 네트워크 기반 다중융합 관성센서유닛를 이용한 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 방법에 대해서 상세히 설명한다.Now, with reference to FIGS. 5 to 9C, the behavior analysis and integrated monitoring method of an offshore structure using a wired/wireless network-based multi-fusion inertial sensor unit according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유/무선 네트워크 기반 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 방법을 나타내는 플로우챠트이고, 도 6은 도 5의 상세 플로우챠트이다.5 is a flowchart illustrating a behavior analysis and integrated monitoring method of an offshore structure based on a wired/wireless network according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a detailed flowchart of FIG. 5 .

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유/무선 네트워크 기반 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 방법은, 해상구조물에 각각 설치된 다중융합 관성센서유닛(10)이 해상구조물 자체의 상태 또는 거동 데이터를 측정하여(S11a) 풍랑주의보의 기준과 동일하게 파고가 3m 이상일 때의 해상구조물 자체의 상태 또는 거동 데이터를 제공하는지 판단하고(S11b), 파고가 3m 이상일 때의 해상구조물 자체의 상태 또는 거동 데이터를 제공하면 측정 데이터를 수집하며, 상기 풍향/풍속계(60)가 외부환경 데이터를 측정하여(12a), 풍랑주의보 기준과 동일하게 풍속이 14m/s 이상인지를 판단하여 풍랑주의보 기준과 동일하게 풍속이 14m/s 이상이면 상기 센서유닛 인터페이스(12)를 통해 상기 다중융합 관성센서유닛(10)에 측정 데이터를 수집한다(S10). 5 and 6, in the behavior analysis and integrated monitoring method of a wired/wireless network-based offshore structure according to an embodiment of the present invention, the multi-fusion inertial sensor unit 10 installed in the offshore structure, respectively, is By measuring the state or behavior data of the structure itself (S11a), it is determined whether the condition or behavior data of the offshore structure itself is provided when the wave height is 3 m or more, the same as the standard of the storm warning (S11b), and the sea when the wave height is 3 m or more When the state or behavior data of the structure itself is provided, measurement data is collected, and the wind direction/anemometer 60 measures the external environment data (12a), and determines whether the wind speed is 14 m/s or more as in the standard of the storm warning. If the wind speed is 14 m/s or more as in the standard of the storm warning, measurement data is collected in the multi-fusion inertial sensor unit 10 through the sensor unit interface 12 (S10).

상기 다중융합 관성센서유닛(10) 측정된 해상구조물 자체의 상태 또는 거동 데이터와, 상기 풍향/풍속계(60) 또는 CCD 카메라(70) 등 외부센서유닛로부터 측정된 외부환경 데이터를 내부 메모리에 저장하고(S20), 상기 다중융합 관성센서유닛(10)은, 측정된 해상구조물 자체의 상태 또는 거동 데이터가 소정 값, 즉 파고가 3m 이상일 때의 해상구조물 자체의 상태 또는 거동 데이터를 제공하며 동시에 상기 풍향/풍속계(60)가 측정한 외부환경 데이터가 소정 값, 즉 풍속이 14m/s 이상 인지를 1차적으로 판단하고(S30), 유/무선통신모듈(13)의 슬립모드를 해제하고(S40), 상기 게이트웨이(30)를 통해 호스트 PC(50)로 데이터 전송 및 알람할 수 있다(S50).The multi-fusion inertial sensor unit 10 stores the measured state or behavior data of the offshore structure itself and the external environment data measured from an external sensor unit such as the wind direction/anemometer 60 or CCD camera 70 in the internal memory, and (S20), the multi-fusion inertial sensor unit 10 provides the state or behavior data of the offshore structure itself when the measured state or behavior data of the offshore structure itself is a predetermined value, that is, when the wave height is 3 m or more, and at the same time the wind direction / It is primarily determined whether the external environment data measured by the anemometer 60 is a predetermined value, that is, the wind speed is 14 m/s or more (S30), and releases the sleep mode of the wired/wireless communication module 13 (S40) , data can be transmitted and alarmed to the host PC 50 through the gateway 30 (S50).

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유/무선 네트워크 기반 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 방법에 있어서, 1차적으로 측정된 해상구조물 자체의 상태 또는 거동 데이터 뿐만 아니라 외부환경 데이터를 동시에 판단하여 유/무선통신모듈(13)의 슬립모드를 해제함으로써 거의 실시간으로 상기 다중융합 관성센서유닛(10)이 측정한 데이터를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 데이터 처리의 정확도도 높일 수 있고, 무선통신에 의한 전원 사용량도 줄일 수 있다. As described above, in the behavior analysis and integrated monitoring method of a wired/wireless network-based offshore structure according to an embodiment of the present invention, not only the primarily measured state or behavior data of the offshore structure itself but also the external environment data are simultaneously determined. By releasing the sleep mode of the wired/wireless communication module 13, it is possible not only to provide the data measured by the multi-fusion inertial sensor unit 10 in near real time, but also to increase the accuracy of data processing, and Power consumption can also be reduced.

한편, 상기 호스트 PC(50)에서는 해상 구조물 각각에 설치된 적어도 1 이상의 상기 다중융합 관성센서유닛(10)에서 측정된 노드 데이터를 비교하여 해상 구조물의 자세 및 움직임에 대해서 2차적으로 판단할 수 있다(S60).On the other hand, the host PC 50 may compare the node data measured by at least one or more multi-fusion inertial sensor units 10 installed in each offshore structure to make a secondary determination about the posture and movement of the offshore structure ( S60).

도 7a 및 도 7b는 각각 측정하고자 하는 해상구조물의 상태 또는 거동 디멘젼 차이가 2차원, 1차원으로 큰 경우의 다중융합 관성센서유닛의 배치를 나타내는 도면이다.7A and 7B are diagrams illustrating the arrangement of the multi-fusion inertial sensor unit when the difference in the state or behavior dimension of the offshore structure to be measured is large in two dimensions and one dimension, respectively.

도 7a에 도시된 바와 같이, 대형 선박은 수평방향과 수직방향으로 디멘젼 차이가 큰 구조물이다.As shown in Figure 7a, a large ship is a structure with a large difference in dimensions in the horizontal direction and the vertical direction.

이 경우에 적어도 1 이상의 다중융합 관성센서유닛(10) 끼리의 측정 데이터 비교를 위해서 제 1 다중융합 관성센서유닛(10)은 움직임이 큰 배의 높은 부분에 배치하여 풍향/풍속 측정을 위해서 높은 부분에 설치된 풍향/풍속계(60) 및 시야 확보를 위해서 높게 설치되는 CCD 카메라(70)와의 외부 인터페이스(18)를 통한 유무선 연결을 용이하게 할 수 있으며, 제 2 다중융합 관성센서유닛(10')은 상기 제 1 다중융합 관성센서유닛(10)로부터 가장 멀리 떨어진 움직임이 큰 배의 앞머리에 배치하고, 제 3 다중융합 관성센서유닛(10")은 배의 무게중심과 가장 가까운 부분에 배치하여, 1차 판단 단계(S30)에서 1차적으로 측정 데이터값이 소정값을 동시에 초과하는 경우에 유/무선통신모듈(13)의 슬립모드를 해제하고(S40), 상기 게이트웨이(30)를 통해 상기 호스트 PC(50)와 유무선 데이터 통신하며, 상기 호스트 PC(50)는 상기 제 1 및 제 2 다중융합 관성센서유닛(10, 10')과 제 3 다중융합 관성센서유닛(10")의 측정값을 서로 비교할 수 있다.In this case, in order to compare the measurement data between at least one or more multi-fusion inertial sensor units 10, the first multi-fusion inertial sensor unit 10 is placed on a high part of a ship with a large movement, and a high part for wind direction/wind speed measurement It is possible to facilitate wired/wireless connection through the external interface 18 with the wind direction / anemometer 60 installed in the The first multi-fusion inertial sensor unit 10 is disposed at the forefront of the large moving ship, and the third multi-fusion inertial sensor unit 10" is disposed at the part closest to the center of gravity of the ship, 1 In the difference determination step (S30), when the measured data value exceeds a predetermined value simultaneously, the sleep mode of the wired/wireless communication module 13 is released (S40), and the host PC through the gateway 30 In wired/wireless data communication with 50, the host PC 50 compares the measured values of the first and second multi-fusion inertial sensor units 10 and 10' and the third multi-fusion inertial sensor unit 10" to each other. can be compared.

상기 제 3 다중융합 관성센서유닛(10")의 측정값이 기준값을 제공하는 경우, 상기 기준값 대비하여 상기 제 1 및 제 2 다중융합 관성센서유닛(10, 10')의 측정값이 비교값이 되어 소정값 이상인지를 2차 판단할 수 있다(S60).When the measured value of the third multi-fusion inertial sensor unit 10" provides a reference value, the measured values of the first and second multi-fusion inertial sensor units 10 and 10' are compared to the reference value. It can be determined secondarily whether or not the predetermined value or more (S60).

도 7b에 도시된 바와 같이, 부이나 크레인, 해상 풍력발전기 등 해상구조물은 수직방향으로 디멘젼 차이가 큰 구조물이다.As shown in FIG. 7B , offshore structures such as buoys, cranes, and offshore wind turbines are structures with a large dimension difference in the vertical direction.

이 경우에는 부이나 크레인, 해상 풍력발전기 등 해상구조물의 움직임이 가장 큰 상단부와 움직임이 가장 적은 하부 구조물에 상기 제 1 및 제 2 다중융합 관성센서유닛(10, 10')를 각각 설치하여 이들이 측정값을 서로 비교할 수 있다. In this case, the first and second multi-fusion inertial sensor units 10 and 10' are installed in the upper part of the offshore structure, such as buoys, cranes, and offshore wind turbines, with the greatest movement and the lower structure with the least movement, respectively, and they are measured values can be compared with each other.

상기 제 2 다중융합 관성센서유닛(10')의 측정값이 기준값을 제공하는 경우, 상기 기준값 대비하여 상기 제 1 다중융합 관성센서유닛(10)의 측정값이 비교값이 되어 소정값 이상인지를 2차 판단할 수 있다(S60).When the measured value of the second multi-fusion inertial sensor unit 10 ′ provides a reference value, compared to the reference value, the measured value of the first multi-fusion inertial sensor unit 10 becomes a comparison value and is equal to or greater than a predetermined value A secondary determination may be made (S60).

이와 같이 적어도 1 이상의 다중융합 관성센서유닛의 측정 데이터 비교를 위한 적어도 1 이상의 다중융합 관성센서유닛(10)을 움직임 차이를 기준으로 기준값 대비 비교값이 가장 큰 위치에 배치하여, 기준값 대비 측정값의 차이가 소정값 이상인 경우에 상기 CCD 카메라(70)가 영상 이미지를 촬영하게 할 수 있다(S65). In this way, by placing at least one multi-fusion inertial sensor unit 10 for comparison of measurement data of at least one or more multi-fusion inertial sensor units at a position where the comparison value compared to the reference value is the largest based on the difference in motion, the reference value compared to the measured value When the difference is equal to or greater than a predetermined value, the CCD camera 70 may take a video image (S65).

상기 호스트 PC(50)는 상기 CCD 카메라(70)로부터의 현장상황을 확인하여 현장 대응 여부를 3차 판단할 수 있다(S70).The host PC 50 may check the on-site situation from the CCD camera 70 to make a third determination of whether to respond to the on-site (S70).

따라서, 상기 CCD 카메라(70)로부터의 불필요한 사진촬영이나 불필요한 대용량 영상 데이터를 상기 다중융합 관성센서유닛(10)이 수집 및 저장, 상기 게이트웨이(30)를 통해서 상기 호스트 PC(50)에 전송하기 위해서 데이터 처리 및 전원을 다량 사용하는 것을 방지할 수 있으며, 1차, 2차, 3차의 판단을 통해서 현장대응을 할 수 있어서(S80), 해상구조물 등 위험한 작업환경에 대한 접근을 최소화할 수 있다.Accordingly, the multi-fusion inertial sensor unit 10 collects and stores unnecessary photo taking or unnecessary large-capacity image data from the CCD camera 70 and transmits it to the host PC 50 through the gateway 30 . It is possible to prevent data processing and use of a large amount of power, and it is possible to respond to the field through the first, second, and third judgments (S80), thereby minimizing access to hazardous work environments such as offshore structures. .

도 7c 및 도 7d는 선박 상에 선적된 선적물의 상태 또는 거동을 측정하는 경우의 다중융합 관성센서유닛의 배치를 나타내는 도면이다.7c and 7d are diagrams showing the arrangement of the multi-fusion inertial sensor unit in the case of measuring the state or behavior of a shipment loaded on a ship.

도 7c 및 도 7d에 도시된 바와 같이, 선적물의 상태 또는 거동을 측정하기 위해서는 다중융합 관성센서유닛(10)을 상기 선적물의 무게중심에 배치하는 것이 상기 선적물의 상태 또는 거동에 대응하는 측정값을 얻을 수 있어서 바람직하지만, 대부부의 선적물의 경우에 내부 접근이 불가능하므로, 상기 선적물 상단에 센서유닛를 설치할 수 있는 경우에는 상기 선적물의 상단에 또는 상기 선적물 상단에 설치할 수 없는 경우에는 상기 선적물과 가까운 부분에 상기 다중융합 관성센서유닛(10)을 설치할 수 있다. 7c and 7d, in order to measure the state or behavior of the shipment, it is necessary to place the multi-fusion inertial sensor unit 10 at the center of gravity of the shipment. It is desirable to obtain, but in the case of most shipments, internal access is not possible, so if the sensor unit can be installed on top of the shipment, on top of the shipment, or on the top of the shipment if it cannot be installed on top of the shipment, close to the shipment It is possible to install the multi-fusion inertial sensor unit (10).

이 때, 도 7a와 마찬가지로, 제 1 다중융합 관성센서유닛(10)은 움직임이 큰 배의 높은 부분에 배치하여 풍향/풍속 측정을 위해서 높은 부분에 설치된 풍향/풍속계(60) 및 시야 확보를 위해서 높게 설치되는 CCD 카메라(70)와의 외부 인터페이스(18)를 통한 유무선 연결을 용이하게 할 수 있으며, 제 2 다중융합 관성센서유닛(10')은 상기 제 1 다중융합 관성센서유닛(10)로부터 가장 멀리 떨어진 움직임이 큰 배의 앞머리에 배치하여, 선적물 무게중심 근처에 배치되는 제 3 다중융합 관성센서유닛(10")의 측정값과 서로 비교하여 1차 판단 단계(S30)에서 1차적으로 측정 데이터값이 소정값을 동시에 초과하는 경우에 유/무선통신모듈(13)의 슬립모드를 해제하고(S40), 상기 게이트웨이(30)를 통해 상기 호스트 PC(50)와 유무선 데이터 통신하며, 상기 호스트 PC(50)는 상기 제 1 및 제 2 다중융합 관성센서유닛(10, 10')과 무게중심 근처의 다중융합 관성센서유닛(10")의 측정값을 서로 비교할 수 있다.At this time, as in FIG. 7A , the first multi-fusion inertial sensor unit 10 is disposed on a high part of a moving ship to measure the wind direction/wind speed, and the wind direction/anemometer 60 installed in the high part and to secure the field of view. It is possible to facilitate wired and wireless connection through the external interface 18 with the CCD camera 70 installed high, and the second multi-fusion inertial sensor unit 10 ′ is the most from the first multi-fusion inertial sensor unit 10 . The measurement data in the first determination step (S30) is compared with the measured value of the third multi-fusion inertial sensor unit (10") arranged near the center of gravity of the shipment by placing it on the forefront of a ship with a large movement far away. When the value simultaneously exceeds a predetermined value, the sleep mode of the wired/wireless communication module 13 is released (S40), and wired/wireless data communication is performed with the host PC 50 through the gateway 30, and the host PC Reference numeral 50 compares the measured values of the first and second multi-fusion inertial sensor units 10 and 10' and the multi-fusion inertial sensor unit 10 ″ near the center of gravity.

한편, 도 8, 도 9a, 도 9b, 및 도 9c를 통하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유/무선 네트워크 기반 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 방법에 있어서, 다중융합 관성센서유닛(10)의 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 정밀도를 높이는 방법에 대해서 설명한다. On the other hand, in the behavior analysis and integrated monitoring method of a wired/wireless network-based offshore structure according to an embodiment of the present invention through FIGS. 8, 9A, 9B, and 9C, the multi-fusion inertial sensor unit 10 of A method to increase the precision of the behavior analysis and integrated monitoring of offshore structures will be described.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중융합 관성센서유닛의 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 정밀도 향상방법을 설명하는 플로우챠트이며, 도 9a, 도 9b, 및 도 9c는 해상구조물의 6 DOF 운동을 나타내는 도면, GPS 수신기(11e)와 나머지 관성센서유닛, 즉 자이로스코프(11a), 가속도계(11b), 및 지자기계(11c)의 상보관계와, 상기 다중융합 관성센서유닛이 해상구조물의 무게중심에 배치되지 못하는 경우의 보정개념을 나타내는 도면이다.8 is a flowchart illustrating a method for analyzing the behavior of an offshore structure and improving integrated monitoring precision of a multi-fusion inertial sensor unit according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 9a, 9b, and 9c are 6 DOF of an offshore structure A diagram showing the motion, the complementary relationship between the GPS receiver 11e and the rest of the inertial sensor units, that is, the gyroscope 11a, the accelerometer 11b, and the geomagnetism 11c, and the weight of the multi-fusion inertial sensor unit of the offshore structure It is a diagram showing the concept of correction in the case where it cannot be arranged in the center.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중융합 관성센서유닛의 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 정밀도 향상방법은 해상구조물의 거동을 상기 다중융합 관성센서유닛(10)가 측정하는 단계(S110)와, 상기 다중융합 관성센서유닛(10)의 가속도계(11b)와 상기 기압계(11d)를 이용하여 측정된 가속도와 기압을 이용하여 수학적으로 고도와 속도를 측정하는 단계(S120)와, 상기 GPS 수신기(11e)로 해상구조물의 위치를 측정하는 단계(S130)와, 상기 해상구조물의 고도와 속도를 측정하는 단계(S120)와 상기 해상구조물의 위치를 측정하는 단계(S130)를 통해서 구해진 해상구조물의 고도, 속도, 위치를 이용하여 상기 해상구조물의 병진운동과 방향 데이터를 보정하는 단계(S140)와 상기 다중융합 관성센서유닛(10)가 정밀 6 자유도 운동 값을 산출하는 단계(S150)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 8 , in the method for improving the behavior analysis and integrated monitoring precision of an offshore structure of the multi-fusion inertial sensor unit according to an embodiment of the present invention, the multi-fusion inertial sensor unit 10 measures the behavior of the offshore structure. step (S110), and mathematically measuring the altitude and speed using the acceleration and air pressure measured using the accelerometer (11b) and the barometer (11d) of the multi-fusion inertial sensor unit (10) (S120) and measuring the position of the offshore structure with the GPS receiver 11e (S130), measuring the altitude and speed of the offshore structure (S120), and measuring the position of the offshore structure (S130) Correcting the translational motion and direction data of the offshore structure using the altitude, speed, and position of the offshore structure obtained through the step (S140) and the step of the multi-fusion inertial sensor unit 10 calculating a precision 6-degree-of-freedom motion value (S150) may be included.

도 9a에 도시된 바와 같이, 바다 위에 떠 있는 물체는 선박처럼 이동하지 않는 해양 구조물이라 하더라도 계속해서 앞뒤왕복운동, 전후축 회저운동, 수평축 좌우왕복운동, 상하측 위아래 왕복운동, 상하축 회전운동, 즉 6 자유도 운동을 하는 것을 알 수 있다.As shown in Fig. 9a, even if an object floating on the sea is a marine structure that does not move like a ship, it continues forward and backward reciprocating motion, forward and backward gangrene motion, horizontal axis left and right reciprocating motion, up and down reciprocating motion, up and down axis rotational motion, That is, it can be seen that the motion is 6 degrees of freedom.

이에 따라, 계속해서 위치변화가 발생하는 바, GPS 수신기(11e)에서 수신된 GPS 신호를 통해 측정된 위치 변화를 이용해 상기 해상구조물의 방향과 움직임 변화를 더 정밀하게 측정할 수 있다.Accordingly, since the position change continuously occurs, the change in the direction and movement of the marine structure can be more precisely measured using the position change measured through the GPS signal received by the GPS receiver 11e.

도 9b에 도시된 바와 같이, 예를들어 나머지 관성센서유닛, 즉 자이로스코프(11a), 가속도계(11b), 및 지자기계(11c)는 해상구조물의 각도변화만 측정할 수 있다면, 나머지 관성센서유닛에 GPS 수신기(11e)가 결합된 다중융합 관성센서유닛(10)의 경우에 상기 다중융합 관성센서유닛(10)의 두 안테나 사이의 위치변화를 통해 실제 움직인 거리값도 측정되어 더 정밀하게 움직임을 측정할 수 있다.As shown in FIG. 9B , for example, if the remaining inertial sensor units, namely, the gyroscope 11a, the accelerometer 11b, and the geomagnetism 11c can measure only the angular change of the offshore structure, the remaining inertial sensor units In the case of the multi-fusion inertial sensor unit 10 to which the GPS receiver 11e is coupled, the distance value actually moved through the change in position between the two antennas of the multi-fusion inertial sensor unit 10 is also measured and moves more precisely can be measured.

또한, 도 9c에 도시된 바와 같이, 무게중심은 삼각형에서 한 꼭지점과 그 대변의 중점을 이은 3개의 성분이 만나는 점이므로, 삼각형을 이루는 세 점(A, B, C)에 상기 제 1 내지 제 3 다중융합 관성센서유닛(10, 10', 10")가 배치된 경우에 삼각형 ABC 의 변 BC의 중점을 M이라 하고, 무게중심 G(x, y)는 선분 AM을 2:1로 내분하는 점이므로, 수학식 1에 의하여 세점 좌표의 평균을 구하여 구할 수 있다. In addition, as shown in FIG. 9C, the center of gravity is a point where three components connecting one vertex and the midpoint of the opposite side meet in a triangle, so the first to second 3 When the multi-fusion inertial sensor unit (10, 10', 10") is arranged, the midpoint of the side BC of the triangle ABC is M, and the center of gravity G(x, y) is the division of the line segment AM by 2:1. Since it is a point, it can be obtained by calculating the average of the coordinates of the three points by Equation 1.

(수학식1)

Figure 112020093112754-pat00001
(Equation 1)
Figure 112020093112754-pat00001

따라서, 상기 다중융합 관성센서유닛(10)은 가속도계(11b)와 상기 기압계(11d)를 이용하여 측정된 고도와 속도, 상기 GPS 수신기(11e)를 통해 얻은 위치정보를 이용하여 무게중심을 찾아서 상기 해상구조물의 방향과 움직임 변화를 더 정밀하게 측정할 수 있다.Therefore, the multi-fusion inertial sensor unit 10 finds the center of gravity using the altitude and speed measured using the accelerometer 11b and the barometer 11d, and the location information obtained through the GPS receiver 11e, and the Changes in the direction and movement of offshore structures can be measured more precisely.

10 : 다중융합 관성센서유닛 11 : 센서모듈
13 : 유/무선통신모듈 12 : 센서 인터페이스
30 : 게이트웨이 50 : 호스트 PC
70 : 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링유닛
10: multi-fusion inertial sensor unit 11: sensor module
13: wired/wireless communication module 12: sensor interface
30: gateway 50: host PC
70: Behavior analysis of offshore structures and integrated monitoring unit

Claims (10)

각각의 해상구조물에 대해서 설치되되 상기 해상구조물의 상태 또는 거동을 측정한 수 있는 적어도 1 이상의 센서모듈과, 상기 센서모듈에서 측정된 데이터를 유선 또는 무선으로 송수신할 수 있는 유/무선통신모듈과, 상기 센서모듈 또는 외부 인터페이스를 통하여 연동하는 외부 센서모듈과 상기 유/무선통신모듈을 인터페이스하는 센서 인터페이스를 하나의 하우징 내에 포함하는 다중융합 관성센서유닛;
상기 다중융합 관성센서유닛의 유/무선통신모듈과 유무선통신하는 게이트웨이;
상기 게이트웨이와 유무선통신을 하는 호스트 PC; 및
상기 호스트 PC와 원거리 무선통신을 진행하는 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링유닛을 포함하며,
상기 센서모듈은 상기 해상구조물의 자체 상태 또는 거동을 측정하기 위한 3축 자이로스코프, 3축 가속도계, 및 3축 지자기계로 된 관성센서부, 상기 관성센서부의 6자유도 정밀 측정을 위한 고도와 위치 정보를 제공하기 위한 기압계와 GPS 수신기가 MEMS 방식으로 일체적으로 하나의 외부 하우징 내에 형성되고,
상기 다중융합 관성센서유닛은 상기 외부 하우징을 전기적으로 방식/부식방지 제어하기 위한 전기적 방식제어부와, 상시전원 또는 배터리에 의해서 선택적으로 충전가능한 전원공급부와, 상기 센서모듈 또는 상기 외부 센서모듈인 풍향/풍속계 및 CCD 카메라에서 수신된 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환시키기 위한 A/D 컨버터와, 상기 A/D 컨버터에 의해서 변환된 디지털 데이터를 임시저장하는 메모리부와, 상기 방식제어부, 상기 전원공급부, 상기 메모리부, 상기 센서모듈, 및 상기 유/무선통신모듈을 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는 상기 다중융합 관성센서유닛과 상기 외부센서모듈이 측정된 데이터를 이용하여 상기 유/무선통신모듈의 슬립모드를 제어하며, 상기 다중융합 관성센서유닛은 제 1 내지 제 3 다중융합 관성센서유닛의 각각의 제 1 측정값 내지 제 3 측정값중 적어도 2 개를 비교하여 상기 해상구조물의 거동 측정 정확도를 높이도록 제어하는 유/무선 네트워크 기반 다중융합 관성센서유닛을 이용한 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 시스템.
At least one sensor module installed for each offshore structure and capable of measuring the state or behavior of the offshore structure, and a wired/wireless communication module capable of transmitting and receiving data measured by the sensor module in a wired or wireless manner; a multi-convergence inertial sensor unit including, in one housing, a sensor interface for interfacing an external sensor module interworking with the sensor module or an external interface and the wired/wireless communication module;
a gateway for wired/wireless communication with the wired/wireless communication module of the multi-fusion inertial sensor unit;
a host PC performing wired/wireless communication with the gateway; and
It includes a behavior analysis and integrated monitoring unit of offshore structures that perform long-distance wireless communication with the host PC,
The sensor module includes a 3-axis gyroscope, 3-axis accelerometer, and 3-axis geomagnetism for measuring the state or behavior of the offshore structure. A barometer and a GPS receiver for providing information are integrally formed in one outer housing in a MEMS manner,
The multi-fusion inertial sensor unit includes an electrical corrosion control unit for electrically controlling the external housing to prevent corrosion/corrosion, a power supply that can be selectively charged by a constant power source or a battery, and a wind direction/ An A/D converter for converting analog data received from an anemometer and CCD camera into digital data, a memory unit for temporarily storing the digital data converted by the A/D converter, the method control unit, the power supply unit, and the A memory unit, the sensor module, and a control unit for controlling the wired / wireless communication module,
The control unit controls the sleep mode of the wired/wireless communication module using the data measured by the multi-fusion inertial sensor unit and the external sensor module, and the multi-fusion inertial sensor unit includes first to third multi-fusion inertial sensors. Behavior analysis of an offshore structure using a wired/wireless network-based multi-fusion inertial sensor unit that controls to increase the accuracy of the behavior measurement of the offshore structure by comparing at least two of the first to third measured values of each unit; and Integrated monitoring system.
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 다중융합 관성센서유닛의 상기 외부 하우징은 장방형 박스형태 또는 구형태로 외주부에 방수부가 형성되며, 상기 외부 하우징을 수용하는 장착구조를 더 포함하고,
상기 장착구조의 적어도 일부에 배터리, 안테나, 유선/무선통신모듈이 포함되며, 상기 장착구조는 상기 해상 구조물에 대해서 소정의 힘에 의해서 탈부착가능하게 결합되는 접착테이프가 부착된 접착지지부를 더 포함하는 유/무선 네트워크 기반 다중융합 관성센서유닛을 이용한 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 시스템.
The method of claim 1,
The outer housing of the multi-fusion inertial sensor unit has a rectangular box shape or a spherical shape, a waterproof part is formed on the outer periphery, and further includes a mounting structure for accommodating the outer housing,
At least a part of the mounting structure includes a battery, an antenna, and a wired/wireless communication module, and the mounting structure further comprises an adhesive support to which an adhesive tape is attached, which is detachably coupled to the marine structure by a predetermined force. Behavior analysis and integrated monitoring system of offshore structures using multiple fusion inertial sensor units based on wired/wireless network.
제 4 항에 있어서,
상기 장착구조는 상기 해상구조물에 대한 장착을 용이하게 하기 위하여 가요성 밴드가 형성되며, 상기 장착구조는 상기 외부 하우징을 소정의 각도로 자유롭게 설치가능한 다자유도 관절경첩부를 상기 접착지지부에 대해서 구비하는 유/무선 네트워크 기반 다중융합 관성센서유닛을 이용한 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 시스템.
5. The method of claim 4,
In the mounting structure, a flexible band is formed to facilitate mounting to the offshore structure, and the mounting structure is provided with a multiple degree of freedom articulation hinge that can freely install the outer housing at a predetermined angle with respect to the adhesive support portion. Behavior analysis and integrated monitoring system of offshore structures using multiple fusion inertial sensor units based on wired/wireless network.
해상구조물에 각각 설치된 적어도 1 이상의 다중융합 관성센서유닛과 풍향/풍속계가 각각 상기 해상구조물의 상태 또는 거동에 대한 제 1 값과 외부환경 데이터를 제 1 값을 측정하고, 상기 제 1 값이 각각 소정 값 이상이면 센서 인터페이스를 통해 상기 다중융합 관성센서유닛이 수집하여 메모리부에 저장하는 단계;
상기 해상구조물의 상태 또는 거동에 대한 제 1 값과 외부환경 데이터의 제 1 값이 모두 소정 값 이상인지 1차적으로 판단하는 단계와
상기 해상구조물의 상태 또는 거동에 대한 제 1 값과 외부환경 데이터의 제 1 값이 모두 소정 값 이상이면, 유/무선통신모듈의 슬립모드를 해제하고, 게이트웨이를 통해 호스트 PC로 데이터 전송 및 알람하는 단계를 포함하는 유/무선 네트워크 기반 다중융합 관성센서유닛을 이용한 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 방법.
At least one or more multi-fusion inertial sensor units and wind direction / anemometer respectively installed in the offshore structure measure a first value and external environment data for the state or behavior of the offshore structure, respectively, and the first value is predetermined If the value is greater than the value, the multi-fusion inertial sensor unit collects through a sensor interface and stores the collected in a memory unit;
First determining whether the first value for the state or behavior of the offshore structure and the first value of the external environment data are both greater than or equal to a predetermined value;
When both the first value for the state or behavior of the offshore structure and the first value of the external environment data are above a predetermined value, the sleep mode of the wired/wireless communication module is released, and data is transmitted and alarmed to the host PC through the gateway. Behavior analysis and integrated monitoring method of offshore structures using a wired/wireless network-based multi-fusion inertial sensor unit comprising the steps of:
제 6 항에 있어서,
상기 호스트 PC는 상기 해상구조물 각각에 설치된 적어도 1 이상의 상기 다중융합 관성센서유닛에서 측정된 적어도 1 이상의 노드 데이터값을 비교하여 상기 해상구조물의 자세 및 움직임에 대해서 2차적으로 판단하는 단계와
상기 적어도 1 이상의 노드 데이터값의 차이가 소정값 이상인 경우에 상기 해상구조물의 상부에 설치된 CCD 카메라가 상기 해상구조물을 촬영하게 하는 단계와,
상기 호스트 PC는 상기 CCD 카메라로부터 수신된 상기 해상구조물의 영상이미지에 대응하여 현장 대응 여부를 3차 판단하는 단계를 포함하는 유/무선 네트워크 기반 다중융합 관성센서유닛을 이용한 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 방법.
7. The method of claim 6,
Comparing, by the host PC, at least one or more node data values measured by at least one or more multi-fusion inertial sensor units installed in each of the offshore structures, secondarily determining the posture and movement of the offshore structures;
allowing a CCD camera installed on the offshore structure to photograph the offshore structure when the difference between the at least one node data value is greater than or equal to a predetermined value;
Behavior analysis and integration of offshore structures using a wired/wireless network-based multi-convergence inertial sensor unit comprising the step of the host PC tertiarily determining whether to respond on-site in response to the video image of the offshore structure received from the CCD camera monitoring method.
제 7 항에 있어서,
상기 다중융합 관성센서유닛은 동일 시점에서 측정값이 차이가 가장 크게 제 1 내지 제 3 다중융합 관성센서유닛을 설치하며,
제 1 다중융합 관성센서유닛은 움직임이 큰 해상구조물의 높은 부분에 배치되어 상기 풍향/풍속계 및 상기 CCD 카메라와 외부 인터페이스를 통해 유무선 연결되고, 제 2 다중융합 관성센서유닛은 상기 제 1 다중융합 관성센서유닛로부터 가장 멀리 떨어지고 움직임이 큰 해상구조물의 앞머리에 배치되며,
제 3 다중융합 관성센서유닛은 해상구조물의 무게중심 가장 가까운 부분에 배치되거나,
상기 제 1 다중융합 관성센서유닛은 상기 해상구조물의 움직임이 가장 큰 상단부에 설치되고 상기 제 2 다중융합 관성센서유닛은 상기 해상구조물의 움직임이 가장 작은 하부 구조물에 설치되는 유/무선 네트워크 기반 다중융합 관성센서유닛을 이용한 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 방법.
8. The method of claim 7,
The multi-fusion inertial sensor unit installs first to third multi-fusion inertial sensor units with the largest difference in measured values at the same time point,
The first multi-fusion inertial sensor unit is disposed on a high part of an offshore structure with large movement and is connected to the wind direction/anemometer and the CCD camera through an external interface via wired/wireless connection, and the second multi-fusion inertial sensor unit is the first multi-fusion inertial sensor unit. It is placed at the forefront of the offshore structure that is farthest from the sensor unit and moves the most,
The third multi-fusion inertial sensor unit is disposed at the nearest part to the center of gravity of the offshore structure, or
The first multi-fusion inertial sensor unit is installed at the upper end of the offshore structure with the greatest movement, and the second multi-fusion inertial sensor unit is installed on the lower structure with the smallest movement of the offshore structure. Wired/wireless network-based multi-fusion Behavior analysis and integrated monitoring method of offshore structures using an inertial sensor unit.
제 7 항에 있어서,
상기 해상구조물의 거동을 상기 다중융합 관성센서유닛이 측정하는 단계와,
상기 다중융합 관성센서유닛의 가속도계와 기압계를 이용하여 고도와 속도를 산출하는 단계와,
GPS 수신기로 상기 해상구조물의 위치를 측정하는 단계와,
상기 해상구조물의 고도와 속도 측정 단계와 상기 해상구조물의 위치 측정단계에서 얻어진 상기 해상구조물의 고도, 속도, 위치를 이용하여 상기 해상구조물의 병진운동과 방향 데이터를 보정하는 단계와,
상기 다중융합 관성센서유닛이 6 자유도 운동 값을 정밀 보정하는 단계를 포함하는 유/무선 네트워크 기반 다중융합 관성센서유닛을 이용한 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 방법.
8. The method of claim 7,
measuring, by the multi-fusion inertial sensor unit, the behavior of the offshore structure;
calculating altitude and speed using the accelerometer and barometer of the multi-fusion inertial sensor unit;
measuring the position of the marine structure with a GPS receiver;
correcting the translational motion and direction data of the offshore structure using the altitude, speed, and position of the offshore structure obtained in the step of measuring the altitude and speed of the offshore structure and the step of measuring the position of the offshore structure;
Behavior analysis and integrated monitoring method of offshore structures using a wired/wireless network-based multi-fusion inertial sensor unit, comprising the step of precisely correcting, by the multi-fusion inertial sensor unit, a motion value of 6 degrees of freedom.
제 9 항에 있어서,
상기 다중융합 관성센서유닛이 상기 해상구조물의 무게중심에 배치되지 못하는 경우에 상기 다중융합 관성센서유닛을 상기 해상구조물의 무게중심 주위에 적어도 2 이상 배치하여 이들 사이의 제 1 및 제 2 측정 값의 비교를 통하여 무게중심에 상기 다중융합 관성센서유닛이 가상으로 배치된 것으로 보정하는 유/무선 네트워크 기반 다중융합 관성센서유닛을 이용한 해상구조물의 거동분석 및 통합 모니터링 방법.
10. The method of claim 9,
When the multi-fusion inertial sensor unit cannot be arranged at the center of gravity of the offshore structure, the multi-fusion inertial sensor unit is disposed around the center of gravity of the offshore structure at least two or more, and the first and second measured values between them Behavior analysis and integrated monitoring method of offshore structures using a wired/wireless network-based multi-fusion inertial sensor unit that corrects that the multi-fusion inertial sensor unit is virtually placed at the center of gravity through comparison.
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