KR102464734B1

KR102464734B1 - 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR102464734B1
Application number: KR1020220045310A
Authority: KR
Inventors: 민지영; 김영택
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2022-04-12
Filing date: 2022-04-12
Publication date: 2022-11-09

Abstract

선박 접안용 펜더에서 발생하는 변형률 측정을 통해 접안에너지를 추정하고, 선박 접안에 따른 규정 준수 여부 및 상기 선박 접안용 펜더의 성능을 실시간 확인함으로써, 선박의 접안 횟수, 선박 접안용 펜더의 에너지 흡수 성능 및 건전성을 함께 실시간으로 평가할 수 있어 선박 접안용 펜더의 선제적인 관리가 가능한, 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템 및 그 방법이 제공된다.

Description

선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템 및 그 방법 {SYSTEM FOR REALTIME EVALUATING SOUNDNESS OF FENDER FOR VESSEL DOCKING GUIDE, AND METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 선박용 펜더 건전성 평가 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 항만 접안시설 주요 부대시설인 선박 접안용 펜더(Fender)의 건전성을 실시간으로 평가하여 선박과 접안시설의 안전을 확보할 수 있는, 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

국내의 경우, 3면이 바다와 접해 있다. 이에 따라, 많은 부두와 선착장이 존재한다. 이때, 선박이 선착장 접안시설(예를 들면, 안벽 등)에 접안할 경우, 선박의 접안 충격이 선착장 접안시설과 선박에 가해질 경우, 선착장 접안시설과 선박 모두의 안전성에 위협이 될 수 있다.

이러한 선착장 접안시설의 경우, 선박이 선착장에 도착하여 접안할 때 충격을 흡수하기 위한 충격 흡수장치가 설치되어 있으나, 이러한 충격 흡수장치는 외부환경에 노출되어 있고, 지속적인 충격을 받기 때문에 충격 흡수장치의 수명이 짧다는 한계가 있다.

예를 들면, 이러한 선박 접안을 위한 충격 흡수장치로서, 간단한 고무 방충재(또는 펜더)를 이용할 경우, 고무 방충재는 선착장에 볼트로 고정되었다가 충격에 의해 떨어져 나갈 수 있다.

또한, 실제로 선박의 접안 시 선박과 선착장이 직접 접촉하거나 돌출된 볼트에 의해 오히려 선착장 접안 충격이 커질 수 있고, 이때, 선박은 접안 부위가 긁히고 찍혀서 파손되는 경우가 빈번하게 발생하고 있다.

특히, 선착장 중에서 부잔교의 경우, 선박의 접안 충격에 의해 육지에 설치된 고정장치가 파손되어 떠내려가는 경우가 발생하기도 하고, 이로 인해 대형사고가 발생하는 경우도 존재한다. 또한, 선착장으로 바지선을 이용하는 경우도 존재하므로, 접안시설에 대한 엄격한 관리가 필수적이다.

하지만, 현재 선착장 관리는 대부분 관리자가 선착장의 물리적인 파손을 육안으로 검사하거나 부잔교와 육지의 연결 부위를 검사하는 정도에 불과하고, 선박의 충격에 의한 선착장의 움직임이나 충격 누적에 의한 선착장의 부하를 정밀하게 확인하지 못하고 있다.

또한, 여러 선착장이 서로 다른 관리자에 의해 관리되고 있고, 이러한 선착장들을 통합 관리해야 하는 각 지자체의 경우, 인원 부족에 의해 이상 발생 가능성에 의한 선제적인 항만 유지보수가 거의 불가능한 실정이다.

이와 같이 제한된 인원이 여러 선착장의 상태를 정확하게 파악하는 것도 어려운 상황이며, 이를 유지 보수하기 위한 재원을 미리 예측하여 마련하는 것도 체계적이지 못한 실정이다.

따라서 막상 선착장의 이상 발생이 예측되어 이를 보수해야 하는 상황에서도 재원 부족에 의해 보수가 지연되어 사고발생 위험이 방치되는 경우도 존재한다.

따라서, 여러 선착장에서 발생되는 각종 물리적 충격들을 정밀하게 측정하고 그 변화의 추이를 분석하여 사고발생 전에 선착장의 유지보수 시점을 도출함으로써 정밀한 시설 점검을 통해 사고를 미연에 방지해야 한다.

또한, 선착장들의 상태를 실시간으로 통합 관리하고 각 상황들의 이력을 누적 관리함으로써 이상 발생 전에 알람을 제공하고, 또한 보수를 위한 필요 재원을 예측할 수 있는 체계적인 시스템이 마련되어야 한다.

하지만, 아직까지 이러한 통합 관리 시스템이나 다양한 종류의 충격들, 예를 들면, 선박에 의한 접안 충격, 접안된 선박들에 의한 지속적 충격, 파도에 의한 충격, 태풍이나 해일 등에 의한 기상 상황에 따른 충격 등을 효과적으로 파악하여 선착장의 실질적인 상태를 확인하거나 예측하기 어려운 실정이다..

한편, 「항만법 제2조(정의)」에서 정의하는 항만시설은 기본시설, 기능시설, 지원시설, 항만친수시설, 항만배후단지로 구분되며, 기본시설은 수역시설, 외곽시설, 임항교통시설, 계류시설로 구분된다.

국내에 설치된 항만 중 공공관리주체에서 관리하는 항만시설 1,144개 중 외곽시설은 311개소, 계류시설은 685개소로 전체 시설물의 87.1%를 차지하며, 항만 운영 및 작업자 안전에 있어 매우 중요한 시설이다.

또한, 2000년 이전 건설된 시설이 약 49.4%에 해당하여 2030년을 기점으로 공용연수 30년을 초과하는 노후 항만시설물이 약 50%까지 증가할 것으로 예상되고 있다.

이와 같이 항만시설의 노후화뿐만 아니라 기후변화로 인해 설계파고 이상의 파랑이 발생하는 빈도가 증가함에 따라 항만시설 파손 사례가 증가하고 있고, 점검 및 유지관리를 통한 안전성 및 사용성 확보가 중요한 문제로 대두되고 있다.

특히, 접안 시 선박에 의한 접안력 및 이로 인한 반력으로 인해 선체 및 구조물에 발생하는 파손을 방지하기 위하여 안벽 상부공 측면에 설치되는 방충설비의 경우, 항만 사용성 측면에서 중요성을 가진다.

또한,「시설물의 안전 및 유지관리에 관한 특별법」개정에 따라 성능평가체계 중 사용성능 평가에서 손상 유무를 판별하게 되어 있으며(국토교통부, 2018), 현재 인력기반 육안 점검을 통해 「항만 및 어항 방충설비 유지관리 매뉴얼(2018)」에 따라 손상 면적 또는 손상 길이, 볼트 풀림 등 손상을 직접 분류·측정하여 기록하고 있다.

그러나 물양장 등 소형 선박의 접안시설을 제외하고는 신규 및 교체 설치 전체 공정의 까다로움, 접안 시 발생하는 잦은 파손 사례, 육상 접근의 어려움 등을 고려할 때 방충설비의 점검이 고도화될 필요가 있다.

한편, 선박 접안용 펜더(Fender)는 선박이 선착장 접안시설에 접안할 때 선박과 선착장 접안시설의 직접적인 충돌을 방지하는 방충재로서, 선박 및 선착장 접안시설의 파손을 방지하기 위해 설치된다.

도 1은 종래의 기술에 따른 선박 접안용 펜더를 예시하는 도면이다.

종래기술에 따른 선박 접안용 펜더(12)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 공압을 이용하는 방식으로, 선착장 접안시설의 안벽(11)에 설치되며 선박의 접안시 충격 에너지 흡수를 위해 내부가 공압으로 충전된 구조물로 이루어진다.

또한, 선박 접안용 펜더로서, 소형의 부이 또는 타이어를 엮어 사용할 시에는 소형의 부이 또는 타이어를 작업자가 수작업으로 일일이 선체에 엮어서 설치할 수도 있다.

한편, 이러한 펜더의 관리와 관련된 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-2062872호에는 "인공지능형 공압식 방충재의 관리 시스템"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한다.

도 2는 종래의 기술에 따른 공압식 방충재를 나타내는 도면이고, 도 3a는 종래의 기술에 따른 공압식 방충재의 관리 시스템의 구성도이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 전자장치의 구체적인 구성도이다.

종래의 기술에 따른 공압식 방충재는, 도 2에 도시된 바와 같이, 공압식 방충재(21)는 중공 구조의 본체(23), 금구(22) 및 각종 센서를 포함한다.

본체(23)는 고무부재와 보강부재를 적층하여 성형할 수 있고, 중공 구조를 갖는다. 또한, 금구(22)는 본체(23)의 양단부에 마련될 수 있고, 공기주입 밸브 등이 설치될 수 있다.

센서는 공압식 방충재(21) 내부의 환경조건을 검출하기 위한 것으로, 압력센서(31), 온도센서(32) 및 변형센서(33) 중 적어도 하나 이상을 포함한다.

구체적으로, 압력센서(31)는 공압식 방충재(21) 내압을 측정하는 센서로서, 단수 또는 복수 개가 설치될 수 있다. 이러한 압력센서(31)는 금구(22)에서 본체 내측 방향에 설치되어, 공압식 방충재(21) 내압 측정을 정밀하게 할 수 있다.

온도센서(32)는 공압식 방충재(21) 내부 온도를 측정하는 것으로, 단수 또는 복수 개가 설치될 수 있다. 이때, 온도센서(32)는 금구(22)에서 본체(23) 내측 방향에 설치되어, 공압식 방충재(21) 내부 온도 측정을 정밀하게 할 수 있다.

변형센서(33)는 공압식 방충재(21) 내부 형태의 변형 정도를 측정하는 센서로서, 예를 들면, 금구(22)에서 바로 연장되는 본체(23)의 내측에 설치되어 공압식 방충재(21) 내면에 굴곡이 얼마나 형성되는 지를 측정한다.

예를 들면, 변형센서(33)는 공압식 방충재(21) 내압이 적정한 압력, 예를 들면, 35kPa 내지 50kPa인 경우의 내부 형태를 기준으로 변형 정도가 미리 설정된 범위 밖을 벗어나는지 여부를 측정한다.

또한, 센서에 전력을 공급하기 위한 전력공급원이 금구(22)에 설치될 수 있고, 예를 들면, 전력공급원으로서 태양전지모듈(34)이 금구(22)에서 본체(23) 외부 방향에 설치될 수 있다.

도 3a를 참조하면, 종래의 기술에 따른 공압식 방충재의 관리 시스템은 공압식 방충재(40), 네트워크 및 전자장치(50)를 포함하며, 공압식 방충재(40)는 센서부(41) 및 제어부(42)를 포함한다.

센서부(41)는 공압식 방충재(40) 내부의 환경조건을 검출하기 위한 것으로, 압력센서(41a), 온도센서(41b) 및 변형센서(41c) 중 적어도 하나를 포함하며, 공압식 방충재(40)가 설치된 환경정보를 검출하는 환경정보 센서(41d)를 추가로 포함할 수 있다.

제어부(42)는 연결된 다수의 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소들을 제어할 수 있고, 각종 신호를 포함한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있으며, 공압식 방충재(40)의 타 구성요소들의 동작을 제어할 수 있다.

예를 들면, 제어부(42)는 센서부(41)에서 측정된 입력값에 따라 표시부를 통해 알림신호 또는 경보신호를 출력할 수 있다.

또한, 제어부(42)로부터 요청된 공압식 방충재(40)가 설치된 위치의 확인 요청신호에 대해 식별 태그로 특정된 공압식 방충재(40)의 위치정보를 표시부를 통해 출력할 수 있다.

예를 들면, 제어부(42)는 압력센서(41a)에서 측정된 공압식 방충재(40)의 내압이 미리 설정된 범위를 벗어나는 경우, 표시부를 통해 경보신호를 출력할 수 있다. 또한, 제어부(42)는 압력센서(41a)에 의해 측정된 압력 값의 변화에 따라 압력센서(41a)의 작동 빈도를 제어할 수 있다.

즉, 압력센서(41a)에 의해 측정된 압력이 범위 A에 해당하는 경우, 범위 B에 해당하는 경우에 비해 압력센서(41a)의 작동 빈도가 높게 제어될 수 있다. 이때, 범위 A가 범위 B보다 큰 압력 값의 범위를 가질 수 있다.

이때, 압력 값이 범위 B에 해당하는 경우, 압력센서(41a)는 5분 내지 30분에 한 번 작동하도록 제어될 수 있고, 또는 압력 값이 범위 A에 해당하는 경우, 압력센서(41a)는 1초 내지 5분에 한 번 작동하도록 제어될 수 있다.

이때, 센서부(41)는 공압식 방충재(40)의 설치 환경정보를 검출하는 환경정보 센서(41d)를 더 포함하고, 이때, 공압식 방충재의(40) 설치 환경정보는 공압식 방충재(40)가 설치된 위치, 설치된 위치의 기후, 설치된 위치의 파고 및 미리 설정된 기간동안 공압식 방충재(40)에 가해지는 압력과 횟수 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.

한편, 전자장치(50)는, 도 3b에 도시된 바와 같이, 표시부(51), 통신부(52), 전자장치 제어부(53), 저장부(54) 및 입력부(55)를 포함한다.

표시부(51)는 공압식 방충재(40) 내부의 환경조건이 미리 설정된 데이터 범위를 벗어나는 경우 경보신호를 발생시키며, 예를 들면, 공압식 방충재(40) 내압 및 공압식 방충재(40) 내부 온도가 미리 설정된 데이터 범위를 벗어나는 경우 경보신호를 발생시킬 수 있다.

이러한 표시부(51)는 전자장치(50)의 전면에 마련되어 구동 정보를 표시하는 표시창으로서, 구동 정보를 표시하기 위한 그래픽 사용자 인터페이스를 표시할 수 있다. 예를 들면, 표시부(51)는 LCD, LED 등의 디스플레이창으로 구현하거나 또는 입력과 표시를 동시에 수행할 수 있는 터치스크린 패널로도 구현할 수 있다.

통신부(52)는 전자장치(50)와 공압식 방충재(50) 간의 통신을 연결할 수 있다. 예를 들면, 통신부(52)는 무선통신 또는 유선통신을 통해서 네트워크에 연결되어 공압식 방충재(40)와 통신할 수 있다.

전자장치 제어부(53)는 표시부(51), 통신부(52), 저장부(54) 및 입력부(55)로부터 획득된 정보 중 적어도 일부를 처리하고, 이를 다양한 방법으로 사용자에게 제공할 수 있다.

저장부(54)는 전자장치(50)의 다양한 기능 동작에 필요한 프로그램을 비롯하여, 프로그램 실행 중에 발생하는 다양한 데이터를 일시적으로 저장할 수 있다. 예를 들면, 저장부(54)는 공압식 방충재(40) 각각의 설치 위치, 센서부(41)에 의해 검출되는 공압식 방충재(40) 내부의 환경조건, 미리 설정된 기간동안의 환경조건의 변화, 공압식 방충재(40)가 설치된 외부환경정보, 외부환경의 변화에 대한 정보 등을 저장할 수 있다.

또한, 저장부(54)는 공압식 방충재(40) 각각이 설치된 환경정보, 예를 들면, 공압식 방충재(40)가 설치된 외부환경의 온도, 파고의 높낮이, 습도, 강우량 등의 정보가 저장될 수 있고, 정박하는 선박에 의해 한 달에 평균 몇 회로 공압식 방충재(40)에 압력이 가해지는지에 대한 정보가 추가로 저장될 수 있다.

입력부(55)는 문자 버튼, 기호 버튼, 특수 버튼 등의 다양한 자판을 배열시켜 사용자로부터 입력받는 기능을 수행한다.

종래의 기술에 따른 공압식 방충재의 관리 시스템에 따르면, 공압식 방충재 각각의 내부의 압력, 온도, 변형 정도 등의 환경조건이 사용에 적합한 상태인지 원격에서 확인이 가능하여, 관리의 효율성을 증대시킬 수 있다.

또한, 종래의 기술에 따른 공압식 방충재의 관리 시스템에 따르면, 공압식 방충재가 설치된 외부의 환경정보와 공압식 방충재 내부의 환경조건 변화에 관한 예측모델이 구축되어, 공압식 방충재 내부의 환경조건이 사용에 부적합한 상태가 되기 전 사용자에게 미리 알림이 가능하다.

이에 따라, 공압식 방충재의 점검시기 내지 교체시기를 보다 정확하게 예측할 수 있고, 정박하는 선박의 안전이 증대되고 공압식 방충재 관리의 효율성을 증대시킬 수 있다. 또한, 공압식 방충재에 설치된 센서 및 통신장치에 필요한 전력이 매우 낮게 소모되어, 관리의 효율성을 증대시킬 수 있다.

하지만, 종래의 기술에 따른 공압식 방충재의 관리 시스템의 경우, 단지 공압식 방충재에 적용되며, 다양한 형식의 방충재에 적용하기 어렵고, 아울러 방충재의 다양한 손상패턴이나 유형을 관리할 수 없다는 한계가 있다.

한편, 다른 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1938817호에는 "선착장 설치형 독립발전 변위 측정장치, 이를 이용한 실시간 선착장 안정성 평가 시스템 및 그 평가 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 4a, 도 4b 및 도 5를 참조하여 설명한다.

도 4a는 종래의 기술에 따른 선착장 설치형 독립발전 변위 측정장치의 구성도이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 선착장 설치형 독립발전 변위 측정장치를 이용한 실시간 선착장 안정성 평가 시스템의 구성도이고, 도 5는 종래의 기술에 따른 선착장 설치형 독립발전 변위 측정장치의 배치를 예시하는 도면이다.

도 4a를 참조하면, 종래의 기술에 따른 선착장 설치형 독립발전 변위 측정장치(60)는, 독립 전원부(62)와 진동 검출부(61)로 구성될 수 있으며, 이러한 구성들이 설치되는 측정장치 함체(60a)를 포함할 수 있고, 진동 검출부(61)는 통신부(65)와 가속도 센서(64)가 별도로 구성된 것으로 보일 수 있으나, 이러한 구성들은 하나의 통합적인 진동 검출부(61)로서 구성될 수 있으며, 필요에 따라 각 기능 모듈이 구분될 수도 있다.

진동 검출부(61)는, 도 4b에 도시된 바와 같이, 선착장에 고정되는 3축 가속도 센서(64); 3축 가속도 센서(64)의 전기적 변화를 디지털 변환한 후 기설정된 수준으로 필터링한 센싱값을 생성하는 센서 측정부(61d); GPS 신호를 수신하여 정확한 위치 정보를 생성하는 GPS부(61a); 원격지 관제 서버(67)와 유선 또는 무선으로 정보를 주고 받는 통신부(65); 및 센서 측정부(61d)의 각 축별 센싱값과 GPS부(61a)의 측정정보를 이용하여 속도와 변위값을 생성하여 기준 지점으로부터의 움직임 정보를 산출하고, 이를 통신부(65)를 통해 관제 서버(67)에 제공하는 제어부(61b); 및 측정되거나 생성한 값들을 저장하는 저장부(61c)를 포함한다.

이러한 진동 검출부(61)는 선착장에 고정 배치되어야 하는데, 상용전원을 원활하게 공급하기 위해서는 복잡한 설치 과정이 필요하므로 이러한 설치 과정의 복잡함이나 설치 제한을 줄이기 위해서 상용전원 외에도 다양한 신재생 에너지 발전 수단, 예를 들면, 태양광 패널(63)으로부터 전원을 공급받을 수 있도록 하는 독립전원부(62)가 추가로 구성될 수 있다.

독립 전원부(62)는, 도 4b에 도시된 바와 같이, 태양광 패널(63)을 포함하는 신재생 에너지 발전 수단, 예를 들면, 태양광, 태양열, 풍력, 조력, 온도차, 압력 등을 기반으로 하는 발전 수단의 전원이나 상용전원을 이용하여 충전을 수행하는 충전부(62a); 충전부(62a)를 통해 전력이 충전되는 배터리(62b); 배터리(62b)의 전력을 진동 검출부(61)의 전원으로 공급하는 전원공급부(62c)를 포함한다.

이러한 독립 전원부(62)를 이용함으로써 상용전원을 진동 검출부(61)에 직접 공급할 경우 발생되는 전원 노이즈를 줄이며, 전원 연결에 따른 설치 제한을 줄일 수 있다.

진동 검출부(61)에 적용되는 3축 가속도 센서(64)는 x, y, z축의 3축 가속도를 정밀하게 측정할 수 있는 FBA(Force Balanced Accelerometer) 타입의 가속도 센서를 이용할 수 있다.

이때, 센서 측정부(61d)는 32bit A/D 분해능과 1000sps(Samples Per Second)의 속도를 가지며 동적범위 130dB 이상의 성능을 갖는다. 이렇게 고속으로 샘플을 측정할 경우 발생될 수 있는 측정 오류를 줄이기 위하여 필터를 통해 100sps 정도로 데이터를 전처리하며, 제어부(61b)는 이러한 전처리된 샘플 데이터를 저장부(61c)에 저장할 수 있고, 필요한 경우 통신부(65)를 통해 네트워크(66)를 경유하여 관제 서버(67)에 전달할 수 있다.

진동 검출부(61)의 센서 측정부(61d)는 측정된 100sps 데이터에 대해서 직류 성분을 제거하는 하이패스 필터와 신호 보정을 위한 안티얼라이어싱 필터 등을 적용하여 수집 데이터를 추가적으로 처리할 수 있으며, 이러한 필터의 계수는 소프트웨어적으로 관리자나 관제 서버에서 조절할 수 있다.

이렇게 얻어진 100sps의 센싱 샘플들을 모두 관제 서버(67)에 전송할 경우, 선착장 설치형 독립발전 변위 측정장치(60)의 수가 많아짐에 따라 관제 서버의 부하가 커지기 때문에 적절한 주기로 측정값을 전송하며, 일정 이상의 충격이 발생되는 경우 측정값을 관제 서버(67)에 전달할 수 있고, 관제 서버(67)의 요청에 따라 저장부(61c)에 저장된 데이터를 전달해 줄 수도 있다.

또한, 이러한 단순한 센싱값의 전달을 통해서 선착장의 이상을 파악하기 위해서는 관제 서버의 부하가 너무 높으므로 진동 검출부(61)의 제어부(61b)는 적분 알고리즘을 통해서 측정된 축별 가속도를 속도와 변위로 환산하여 기준 지점에서 얼마나 움직였는지 판단하고 진단할 수 있다.

또한, 도 4a를 다시 참조하면, 종래의 기술에 따른 선착장 설치형 독립발전 변위 측정장치(60)를 이용한 실시간 선착장 안정성 평가 시스템에서, 선착장 설치형 독립발전 변위 측정장치(60)는 측정장치 함체(60a)와 태양광 패널(63)로 구성될 수 있으며, 선착장에 복수로 배치될 수 있다.

이러한 복수의 선착장 설치형 독립발전 변위 측정장치(60)는 네트워크(66)를 통해 관제 서버(67)와 연결될 수 있다.

이러한 관제 서버(67)는 각 선착장 설치형 독립발전 변위 측정장치(60)로부터 충격 발생에 따른 가속도, 속도, 변위에 대한 정보를 수집할 수 있으며, 필요에 따라서는 충격의 종류나 개별 충격에 따른 충격량 정보로서, 가속도, 속도, 변위 중 적어도 하나를 별도로 수집할 수도 있다.

필요에 따라 관제 서버(67)는 선착장 설치형 독립발전 변위 측정장치(60)의 전원 상태, 통신 상태, 측정 상태에 대한 컨디션 정보를 수집하고 관리할 수 있으며, 필요에 따라 구체적인 진동 검출부(61)의 필터 설정을 조정하거나 샘플링 수준이나 정밀도를 조정할 수도 있다.

또한, 관제 서버(67)는 기상정보를 수집하여 특정한 해상 상황에 따른 측정 패턴 발생 예측정보를 선착장 설치형 독립발전 변위 측정장치(60)에 제공할 수도 있다.

또한, 관제 서버(67)는 선착장 설치형 독립발전 변위 측정장치(60)에 선박의 입출항 정보를 제공하여 선박의 입출항 시점의 측정 정밀도나 측정 횟수 혹은 관제 서버에 대한 보고 수준을 조절할 수도 있다.

종래의 기술에 따른 선착장 설치형 독립발전 변위 측정장치는, 도 5에 도시된 바와 같이, 다수의 선박(73, 74)이 접안하는 선착장(71, 72)에 선착장 설치형 독립발전 변위 측정장치(60)가 배치될 수 있다.

각 선착장(71, 72)에 일정한 간격으로 선착장 설치형 독립발전 변위 측정장치(60)를 배치할 수 있고, 이를 통해서 선착장(71, 72)별로 실제 발생되는 충격에 따른 축별 가속도 변화, 속도 및 변위를 수집하여 선착장의 이상 여부를 실시간으로 파악하거나 또는 누적하여 파악할 수 있다.

이와 같이 복수의 선착장 설치형 독립발전 변위 측정장치(60)를 이용하여 단일 선착장에 대한 충격을 측정하면 위치별 충격에 따른 선착장(71, 72)의 이동이나 틀어짐을 정밀하게 확인할 수 있으며, 충격에 따른 기상 상태나 선박(73, 74)의 접안이나 출항 상황을 파악할 수 있고, 누적 충격에 의해 선착장(71, 72)의 이상 발생을 예측하여 사전에 적절한 조치를 취할 수 있다.

종래의 기술에 따른 선착장 설치형 독립발전 변위 측정장치에 따르면, 높은 분해능을 가진 고속의 3축 가속도 센서를 구비하여 선착장에 대한 다양한 충격을 실시간 파악하고 이를 각 축에 대한 변위값으로 변환하여 선착장의 이상 변위를 추적할 수 있도록 함과 아울러 안정적이고 정밀한 측정이 가능하도록 한 선착장 설치형 독립발전 변위 측정 장치를 복수로 설치하고, 이를 네트워크를 통해 관제 센터에서 통합 관리하도록 함으로써 선착장의 실시간 상태를 파악하여 이상 발생 전에 알람을 제공할 수 있도록 하여 선착장을 안정적으로 통합 관리하면서 대형사고 발생을 사전에 차단할 수 있다.

하지만, 종래의 기술에 따른 선착장 설치형 독립발전 변위 측정장치를 이용한 실시간 선착장 안정성 평가 시스템의 경우, 선착장 설치형 독립발전 변위 측정 장치들을 통해 관제 서버가 실시간으로 선착장의 충격과 움직임에 대한 정보만을 수집할 수 있다.

대한민국 등록특허번호 제10-1938817호(등록일: 2019년 1월 9일), 발명의 명칭: "선착장 설치형 독립발전 변위 측정장치, 이를 이용한 실시간 선착장 안정성 평가 시스템 및 그 평가 방법" 대한민국 등록특허번호 제10-2062872호(등록일: 2019년 12월 30일), 발명의 명칭: "인공지능형 공압식 방충재의 관리 시스템" 대한민국 등록특허번호 제10-2209644호(등록일: 2021년 1월 25일), 발명의 명칭: "접안 선박의 부두 충돌 예측 및 경보시스템" 대한민국 등록특허번호 제10-1891175호(등록일: 2018년 8월 17일), 발명의 명칭: "동특성 변화를 이용한 건물 구조물의 안전도 평가방법 및 시스템" 대한민국 등록특허번호 제10-1306850호(등록일: 2013년 9월 4일), 발명의 명칭: "압력 측정이 가능한 에어펜더"

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 선박 접안용 펜더에서 발생하는 변형률 측정을 통해 접안에너지를 추정하고, 선박 접안에 따른 규정 준수 여부 및 상기 선박 접안용 펜더의 성능을 실시간 확인함으로써, 선박의 접안 횟수, 선박 접안용 펜더의 에너지 흡수 성능 및 건전성을 함께 실시간으로 평가할 수 있는, 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 선박 접안용 펜더의 점검을 위하여 작업자가 보트 등을 사용하지 않고, 선박 접안용 펜더의 건전성을 관찰하여 선박 접안용 펜더의 유지보수가 필요한 적정 시기를 파악할 수 있는, 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 선박 접안용 펜더의 정상 여부 및 손상 이벤트 발생 기록을 통해 시간이력을 관리함으로써 선박 접안용 펜더의 성능 저하 및 교체주기를 측정 데이터를 통하여 판별할 수 있는, 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템은, 선박의 접안시 충격을 흡수하거나 완화시키도록 선착장 접안시설에 설치되는 적어도 하나 이상의 선박 접안용 펜더; 변형 측정센서, 가속도계 및 온도센서로 이루어지며, 상기 선박 접안용 펜더에 설치되고, 선박의 접안에 따른 상기 선박 접안용 펜더의 변형을 측정하고, 상기 선박 접안용 펜더의 진동을 검출하는 센서 유닛; 해수가 닿지 않도록 선착장 접안시설 상부에 설치되고, 상기 센서 유닛에서 측정된 변형률 및 진동신호를 수신하여 상기 선박의 접안 횟수, 상기 선박 접안용 펜더의 에너지 흡수 성능 및 건전성을 함께 실시간으로 평가하는 펜더 건전성 평가 장치; 및 상기 펜더 건전성 평가 장치로부터 펜더 건전성 평가결과를 전송받는 관리 서버를 포함하되, 상기 펜더 건전성 평가 장치는 상기 선박 접안용 펜더에서 발생하는 변형률 측정을 통해 접안에너지를 추정하고, 상기 선박 접안에 따른 규정 준수 여부 및 상기 선박 접안용 펜더의 성능을 실시간 확인하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 센서 유닛은, 선박의 접안 시 발생하는 상기 선박 접안용 펜더의 변형을 감지하여 전기적 신호를 발생하는 변형 측정센서; 상기 변형 측정센서에서 발생하는 전기적 신호를 트리거 소스로 활용하여 슬립 모드에서 웨이크업 모드로 전환되고, 상기 선박 접안용 펜더의 충격, 변형 또는 휨에 따른 변화에 대응하는 진동을 측정하는 가속도계; 및 상기 선박 접안용 펜더의 온도를 측정하는 온도센서를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 변형 측정센서는 유연한 소재의 휨 발생이 가능한 센서로서, 압전 MFC 센서, 압전 PVDF 센서 또는 플렉스 센서일 수 있다.

여기서, 상기 펜더 건전성 평가 장치는, 상기 센서 유닛으로부터 측정된 데이터를 수집하는 데이터 수집부; GPS 신호를 수신하여 정확한 측정위치정보를 생성하는 GPS 모듈; 상기 데이터 수집부에서 수집된 상기 가속도계에서 측정한 진동신호의 주파수영역 분석하는 데이터 분석부; 상기 센서 유닛에서 측정된 센싱값으로부터 고유진동수를 추출하는 고유진동수 추출부; 상기 센서 유닛에서 측정된 센싱값으로부터 감쇠비를 추출하는 감쇠비 추출부; 상기 고유진동수 추출부에서 추출된 고유진동수에 따라 상기 선박 접안용 펜더의 손상패턴이 질량 변화, 강성 변화 또는 경계조건 변화인지 분류하는 펜더 손상패턴 결정부; 펜더 카탈로그에서 제공되는 변형률-접안 에너지 관계를 통하여 접안 에너지를 추정하는 접안 에너지 추정부; 및 상기 펜더 손상패턴 결정부에서 결정된 상기 선박 접안용 펜더의 손상패턴에 대응하여 상기 선박 접안용 펜더의 건전성을 실시간 평가하는 펜더 건전성 평가부를 포함하되, 상기 펜더 카탈로그에서 제공되는 변형률-접안 에너지 관계로서, 상기 측정된 변형 측정센서로부터 변형률이 결정되고, 펜더 카탈로그 상에서 상기 변형률에 대응하는 최대 반력값에 따라 접안 에너지를 계산하여 추정할 수 있다.

여기서, 상기 데이터 수집부는 상기 변형 측정센서에서 측정한 전기적 신호에 대응하여 상기 가속도계의 트리거 소스로 전달하고, 상기 가속도계는 일정값 이상의 트리거 소스가 전달되는 경우 진동신호를 측정할 수 있다.

여기서, 상기 펜더 손상패턴 결정부에서 결정되는 손상패턴 중에서, 상기 질량 변화와 관련한 손상이 발생하기 시작하면 고유진동수는 증가하고, 상기 강성 변화와 관련한 손상이 발생하기 시작하면 고유진동수가 감소하며, 상기 경계조건 변화와 관련한 손상이 발생하기 시작하면 고유진동수가 감소하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 질량 변화는 결락, 갈라짐, 결손, 치핑, 고무박리 및 마모로 구분하고, 상기 강성 변화는 균열, 화상 및 오존 균열로 구분하며, 상기 경계조건 변화는 볼트 손상, 볼트 구멍 손상, 부식 및 영구변형으로 구분할 수 있다.

여기서, 상기 감쇠비 추출부에서 추출된 감쇠비가 감소할 경우, 상기 선박 접안용 펜더가 흡수할 수 있는 접안 에너지 성능이 감소하는 것을 특징으로 한다.

한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 방법은, a) 선박의 접안에 따른 선착장 접안시설에 설치된 선박 접안용 펜더에 충격이 발생하는 단계; b) 상기 선박 접안용 펜더에 설치된 센서 유닛의 변형 측정센서가 변형률을 측정하는 단계; c) 센서 유닛의 가속도계가 상기 선박 접안용 펜더에서 발생하는 진동신호를 측정하는 단계; d) 펜더 건전성 평가 장치가 상기 진동신호를 수신하여 주파수 영역 분석에 따라 고유진동수 및 감쇠비를 산출하는 단계; e) 상기 펜더 건전성 평가 장치가 상기 고유진동수 및 감쇠비에 따라 펜더의 손상패턴을 결정하고 접안 에너지를 추정하는 단계; 및 f) 상기 펜더 건전성 평가 장치가 상기 손상패턴 및 접안 에너지에 따라 상기 선박 접안용 펜더의 건전성을 실시간 평가하는 단계를 포함하되, 상기 펜더 건전성 평가 장치는 상기 선박 접안용 펜더에서 발생하는 변형률 측정을 통해 접안에너지를 추정하고, 상기 선박 접안에 따른 규정 준수 여부 및 상기 선박 접안용 펜더의 성능을 실시간 확인함으로써, 상기 선박의 접안 횟수, 선박 접안용 펜더의 에너지 흡수 성능 및 건전성을 함께 실시간으로 평가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 방법은, g) 상기 펜더 건전성 평가 장치의 평가결과가 기준값을 초과하는지 확인하는 단계; 및 h) 상기 펜더 건전성 평가 장치가 평가결과를 관리 서버로 전송하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

여기서, 상기 관리 서버는 상기 펜더 건전성 평가 장치의 평가결과에 따라 상기 선박 접안용 펜더의 성능 저하 및 교체주기를 결정할 수 있다.

본 발명에 따르면, 선박 접안용 펜더에서 발생하는 변형률 측정을 통해 접안에너지를 추정하고, 선박 접안에 따른 규정 준수 여부 및 상기 선박 접안용 펜더의 성능을 실시간 확인함으로써, 선박의 접안 횟수, 선박 접안용 펜더의 에너지 흡수 성능 및 건전성을 함께 실시간으로 평가할 수 있다.

본 발명에 따르면, 선박 접안용 펜더의 점검을 위하여 작업자가 보트 등을 사용하지 않고, 선박 접안용 펜더의 건전성을 관찰하여 선박 접안용 펜더의 유지보수가 필요한 적정 시기를 파악함으로써, 각종 사고에 대비할 수 있다.

본 발명에 따르면, 선박 접안용 펜더의 정상 여부 및 손상 이벤트 발생 기록을 통해 시간이력을 관리함으로써 선박 접안용 펜더의 성능 저하 및 교체주기를 측정 데이터를 통하여 판별할 수 있고, 이에 따라, 선박 접안용 펜더의 선제적인 관리가 가능하다.

도 1은 종래의 기술에 따른 선박 접안용 펜더를 예시하는 도면이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 공압식 방충재를 나타내는 도면이다.
도 3a는 종래의 기술에 따른 공압식 방충재의 관리 시스템의 구성도이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 전자장치의 구체적인 구성도이다.
도 4a는 종래의 기술에 따른 선착장 설치형 독립발전 변위 측정장치의 구성도이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 선착장 설치형 독립발전 변위 측정장치를 이용한 실시간 선착장 안정성 평가 시스템의 구성도이다.
도 5는 종래의 기술에 따른 선착장 설치형 독립발전 변위 측정장치의 배치를 예시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템에서 센서 유닛의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템에서 펜더 건전성 평가 장치의 구체적인 구성도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템에 적용되는 변형 측정센서를 예시하는 사진이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템에서 접안 에너지 산출을 위한 펜더 카탈로그를 예시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템에서 선박 접안용 펜더를 예시하는 도면이다.
도 12a 내지 도 12c는 각각 본 발명의 실시예에 따른 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템에서 선박 접안용 펜더의 손상패턴을 구체적으로 예시하는 도면들이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 방법을 나타내는 동작흐름도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

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" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

[선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템(100)]

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템의 개략적인 구성도이다.

본 발명의 실시예에 따른 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템은, 도 6에 도시된 바와 같이, 선박 접안용 펜더(110), 센서 유닛(120), 펜더 건전성 평가 장치(130) 및 관리 서버(140)를 포함한다.

선박 접안용 펜더(110)는 선박(210)의 접안시 충격을 흡수하거나 완화시키도록 선착장 접안시설(220), 예를 들면 안벽에 적어도 하나 이상 설치된다.

센서 유닛(120)은, 후술하는 도 7에 도시된 바와 같이, 변형 측정센서(121), 가속도계(122) 및 온도센서(123)로 이루어지며, 상기 선박 접안용 펜더(110)에 설치되고, 선박(210)의 접안에 따른 상기 선박 접안용 펜더(110)의 변형을 측정하고, 상기 선박 접안용 펜더(110)의 진동을 검출한다.

펜더 건전성 평가 장치(130)는 해수가 닿지 않도록 선착장 접안시설(220) 상부에 설치되고, 상기 센서 유닛(120)에서 측정된 변형률 및 진동신호를 수신하여 상기 선박(210)의 접안 횟수, 상기 선박 접안용 펜더(110)의 에너지 흡수 성능 및 건전성을 함께 실시간으로 평가한다. 이때, 상기 상기 펜더 건전성 평가 장치(130)는 상기 선박 접안용 펜더(110)에서 발생하는 변형률 측정을 통해 접안에너지를 추정하고, 상기 선박(210) 접안에 따른 규정 준수 여부 및 상기 선박 접안용 펜더(110)의 성능을 실시간 확인한다.

관리 서버(140)는 상기 펜더 건전성 평가 장치(130)로부터 펜더 건전성 평가결과를 전송받는다. 이때, 상기 관리 서버(140)는 상기 펜더 건전성 평가 장치(130)의 평가결과에 따라 상기 선박 접안용 펜더(110)의 성능 저하 및 교체주기를 결정할 수 있다.

이에 따라, 상기 펜더 건전성 평가 장치(130)는 상기 선박 접안용 펜더(110)에서 발생하는 변형률 측정을 통해 접안에너지를 추정하고, 상기 선박(210) 접안에 따른 규정 준수 여부 및 상기 선박 접안용 펜더(110)의 성능을 실시간 확인할 수 있다.

한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템에서 센서 유닛의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템에서 센서 유닛(120)은, 변형 측정센서(121), 가속도계(122) 및 온도센서(123)를 포함할 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.

변형 측정센서(121)는 선박(210)의 접안 시 발생하는 상기 선박 접안용 펜더(110)의 변형을 감지하여 전기적 신호를 발생한다. 선박의 접안 충격을 감지하기 위한, 접안 충격에 의해 전기적 신호를 발생시키고, 동시에 접안 충격에 의한 전기적 신호, 예를 들면, 변형률, 임피던스, 휨압력 등을 측정하는 플렉서블(Flexible 센서)일 수 있다.

가속도계(122)는 상기 변형 측정센서(121)에서 발생하는 전기적 신호를 트리거(trigger) 소스로 활용하여 슬립(sleep) 모드에서 웨이크업(wake-up) 모드로 전환되고, 상기 선박 접안용 펜더(110)의 충격, 변형 또는 휨에 따른 변화에 대응하는 진동을 측정한다.

온도센서(123)는 상기 선박 접안용 펜더(110)의 온도를 측정한다.

한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템에서 펜더 건전성 평가 장치의 구체적인 구성도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템(100)에서 펜더 건전성 평가 장치(130)는, 데이터 수집부(131), GPS 모듈(132), 데이터 분석부(133), 고유진동수 추출부(134), 감쇠비 추출부(135), 펜더 손상패턴 결정부(136), 접안 에너지 추정부(137), 펜더 건전성 평가부(138) 및 통신모듈(139)를 포함한다.

데이터 수집부(131)는 상기 센서 유닛(120)으로부터 측정된 변형, 가속도 및 온도 데이터를 수집한다. 이때, 상기 데이터 수집부(131)는 상기 변형 측정센서(121)에서 측정한 전기적 신호에 대응하여 상기 가속도계(122)의 트리거 소스로 전달하고, 이에 따라, 상기 가속도계(122)는 일정값 이상의 트리거 소스가 전달되는 경우 진동신호를 측정할 수 있다.

특히, 상기 데이터 수집부(131)는 변형 측정센서(121)에서 측정한 전기적 신호를 가속도계의 트리거 소스로 전달하고, 일정값 이상의 트리거 소스 전달 시 진동신호를 측정하도록 명령하도록 구성할 수 있다.

GPS 모듈(132)은 GPS 신호를 수신하여 정확한 측정위치정보 및 시간정보를 생성한다.

데이터 분석부(133)는 상기 데이터 수집부(131)에서 수집된 상기 가속도계(122)에서 측정한 진동신호의 주파수영역을 분석한다.

고유진동수 추출부(134)는 상기 센서 유닛(120)에서 측정된 센싱값으로부터 고유진동수를 추출한다.

감쇠비 추출부(135)는 상기 센서 유닛(120)에서 측정된 센싱값으로부터 감쇠비를 추출한다.

펜더 손상패턴 결정부(136)는 상기 고유진동수 추출부(134)에서 추출된 고유진동수에 따라 상기 선박 접안용 펜더(110)의 손상패턴이 질량 변화, 강성 변화 또는 경계조건 변화인지 분류한다.

여기서, 상기 펜더 손상패턴 결정부(136)의 결정되는 손상패턴 중에서, 상기 질량 변화와 관련한 손상이 발생하기 시작하면 고유진동수는 증가하고, 상기 강성 변화와 관련한 손상이 발생하기 시작하면 고유진동수가 감소하며, 상기 경계조건 변화와 관련한 손상이 발생하기 시작하면 고유진동수가 감소하게 된다.

즉, 상기 펜더 손상패턴 결정부(136)는 상기 고유진동수의 감소 또는 증가에 대응하여 질량 변화, 강성 변화 또는 경계조건 변화에 따른 손상패턴을 결정할 수 있다.

접안 에너지 추정부(137)는 펜더 카탈로그에서 제공되는 변형률-접안 에너지 관계에 따라 접안 에너지를 추정한다. 여기서, 상기 펜더 카탈로그에서 제공되는 변형률-접안 에너지 관계의 경우, 펜더 제작사의 변형률계의 측정에 의해 변형률이 결정되고, 상기 변형률에 대응하는 최대 반력값이 산정되면 상기 최대 반력값에 따른 접안 에너지가 계산되며, 상기 접안 에너지 추정부(137)는 상기 펜더 카탈로그에서 제공되는 변형률-접안 에너지 관계를 통하여 펜더의 접안 에너지를 추정할 수 있다.

펜더 건전성 평가부(138)는 상기 펜더 손상패턴 결정부(136)에서 결정된 상기 선박 접안용 펜더(110)의 손상패턴에 대응하여 상기 선박 접안용 펜더(110)의 건전성을 실시간 평가한다. 또한, 상기 감쇠비 추출부(135)에서 추출된 감쇠비가 감소할 경우, 상기 선박 접안용 펜더(110)가 흡수할 수 있는 접안 에너지 성능이 감소하게 된다.

통신모듈(139)은 상기 펜더 건전성 평가부(138)의 평가결과를 관리 서버(140)로 전송한다. 구체적으로, 상기 통신모듈(139)은 상기 측정된 센싱값과 추출된 고유진동수와 감쇠비, 접안 에너지 추정 값, 접안횟수 등의 정보를 유선 혹은 무선으로 관리 서버(140)에 전송한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템(100)에서 펜더 건전성 평가 장치(130)는, 태양광 패널을 포함하는 신재생 에너지 발전 수단의 전원이나 상용전원을 이용하여 충전을 수행하는 충전부; 상기 충전부를 통해 전력이 충전되는 배터리; 및 상기 배터리의 전력을 장치에 공급하는 전원공급장치 등을 포함할 수 있다.

한편, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템에 적용되는 변형 측정센서를 예시하는 사진으로서, 도 9의 a)는 압전 MFC 센서룰 나타내고, 도 9의 b)는 플렉스 센서를 각각 나타낸다.

본 발명의 실시예에 따른 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템에 적용되는 변형 측정센서(121)는 유연한 소재의 휨 발생이 가능한 플렉서블(Flexible) 센서로서, 압전 MFC(macro fiber composite sensor) 센서, 압전 PVDF(Polyvinylidene-fluoride) 센서 또는 플렉스 센서일 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.

또한, 상기 선박 접안용 펜더(110) 내에 설치되는 센서 유닛(120)의 상시 모든 센서가 작동(wake-up) 중인 경우, 소요 전력 증가로 인한 상시 전원이 공급되어야 하므로, 전력을 효율적으로 사용하기 위하여 초절전 대기상태인 슬립(sleep) 모드 설계가 필요하다.

특히, 가속도신호를 측정하는 가속도계(122)의 경우, 높은 샘플링 주파수 및 측정 주기로 인하여 다른 정적 센서(변형측정센서, 온도센서)에 비하여 소요 전력 및 데이터량이 높으므로, 이를 관리하기 위해서는 트리거 소스를 설계할 필요가 있다.

따라서, 상기 변형 측정센서(121)에서 펜더의 변형을 감지한 이후에만 작동하는 웨이크업(wake-up) 모드로 변환되어 진동 가속도를 측정할 수 있는 설계가 필요하다. 즉, 상기 변형 측정센서(121)가 펜더의 변형을 감지하지 않은 경우, 상기 가속도계(122)는 슬립(sleep) 모드를 유지하도록 설계한다.

이때, 상기 변형 측정센서(121)는 선박 접안용 펜더(110)의 내부 홀(hole) 또는 해수가 닿지 않는 선박 접안용 펜더(110)의 상부에 설치되는 것이 적절하지만, 방수처리 인증이 완료된 케이스를 사용하거나 또는 표면 방수코팅을 통하여 선박 접안용 펜더(110) 표면에 설치할 수 있다.

또한, 상기 변형 측정센서(121)는 케이블을 통하여 펜더 건전성 평가 장치(130)에 연결된다. 이때, 상기 펜더 건전성 평가 장치(130)는 해수가 닿지 않도록 선착장 접안시설(220) 상부에 설치한다. 이때, 접합부 및 고무, 부속품 모두 건전한 상태의 선박 접안용 펜더(110)에서 초기값 계측이 수행된다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템에서 선박 접안용 펜더(110) 설치 전 설계 및 성능평가 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 항만 접안시설 설계 시 대상선박 및 제원, 접안속도, 복지압 및 반력을 통하여 기준을 결정한다. 특히, 접안 에너지(

)는 다음의 수학식 1과 같이 산출할 수 있다.

[수학식 1]

여기서,

는 선박의 질량을 나타내며,

는 선박의 접안속도를 나타내고,

는 편심계수를 나타내며,

는 유연성계수를 나타내고,

은 가상질량계수를 나타내며,

는 선박의 형상계수를 나타낸다.

이에 따라, 접안 에너지(

) 및 최대 변형 시에 반력을 통하여 방충재인 펜더의 형상과 크기를 결정할 수 있다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템에서 접안 에너지 산출을 위한 펜더 카탈로그를 예시하는 도면다.

구체적으로, 방충재 표준시방서에서는, 고무 물리특성 시험, 고무 성분분석 시험, 압축성능 시험 등을 수행하도록 되어 있다.

예를 들면, 도 10은 선박 접안용 펜더의 설계시 제공되는 카탈로그로서, 예를 들면, 압축성능 시험의 경우, 충격을 받는 면에 수직으로 압축을 가하여 시행한다. 이러한 압축성능은 방충재인 펜더의 표준 성능곡선에서 구해지는 에너지 흡수 값과 반력 값과의 비가 최대로 되기까지 압축하는 동안에 흡수되는 에너지와 그 사이에 발생하는 최대 반력 값으로 나타낼 수 있다. 결국, 상기 펜더 카탈로그에서 제공되는 변형률-접안 에너지 관계의 경우, 펜더 제작사의 변형률계의 측정에 의해 변형률이 결정되고, 상기 변형률에 대응하는 최대 반력값이 산정되면 상기 최대 반력값에 따른 접안 에너지가 계산되며, 상기 접안 에너지 추정부(137)는 상기 펜더 카탈로그에서 제공되는 변형률-접안 에너지 관계를 통하여 펜더의 접안 에너지를 추정할 수 있다.

또한, 상기 선박 접안용 펜더(110)의 설치 후 손상평가 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 기존의 펜더 설치 후 손상 평가는 보트 등을 활용하여 펜더에 접근한 다음 인력에 의한 육안조사 및 손상도 평가를 수행하여 유지관리 점검표를 작성하도록 되어 있다.

하지만, 본 발명의 실시예에 따른 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템의 경우, 선박 접안용 펜더(110)의 손상 패턴을 결정하고, 접안 에너지를 추정함으로써 선박 접안용 펜더(110)의 건전성을 실시간 평가할 수 있다.

구체적으로, 상기 선박 접안용 펜더(110)의 손상은 펜더의 질량, 강성 및 경계조건에 영향을 미치며, 결과적으로 운동 방정식에서의 고유진동수(

) 및 감쇠비(

) 변화를 유발한다. 이것은 선박 접안용 펜더(110)에 설치된 센서 유닛(120) 중에서 가속도계(122)에서 측정한 진동신호의 주파수영역 분석을 통하여 계산할 수 있다.

이때, 상기 가속도계(122)에서 측정한 진동신호의 주파수영역 분석을 통한 고유진동수 및 감쇠비 추출 방법으로서, 주파수 스펙트럼 그래프에서 피크값은 고유진동수를 의미하며, 고유진동수에 해당하는 피크값의 0.707배에 해당하는 두 주파수(

)의 대역폭(bandwidth) 차이를 이용하여, 다음의 수학식 2로 주어지는 Q값을 계산하여 감쇠비를 계산할 수 있다.

[수학식 2]

구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템의 경우, 선박(210) 접안 시 발생하는 선박 접안용 펜더(110)의 변형을 각각 측정한다. 이때, 상기 선박 접안용 펜더(110)는 대부분 고무 소재로 제작되므로 유연한 소재의 휨 발생이 가능한 변형 측정센서(121)를 사용할 수 있다.

한편, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템에서 선박 접안용 펜더를 예시하는 도면이고, 도 12a 내지 도 12c는 각각 본 발명의 실시예에 따른 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템에서 선박 접안용 펜더의 손상패턴을 구체적으로 예시하는 도면들이다.

본 발명의 실시예에 따른 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템에서 선박 접안용 펜더(110)는, 예를 들면, 도 11에 도시된 바와 같이, V형 펜더일 수 있고, 고무본체(다리부), 고무본체(수충부), 부착설비(앵커), 매입철판, 중공부, 부착설비(볼트, 와셔) 및 부착 플랜지 등으로 구성되지만, 이에 국한되지 않는다.

또한, 상기 선박 접안용 펜더(110)의 손상패턴은 질량 변화, 강성 변화 및 경계조건 변화로 분류할 수 있고, 구체적으로, 상기 질량 변화는, 도 12a에 도시된 바와 같이, 결락, 갈라짐, 결손, 치핑, 고무박리 및 마모로 구분하고, 상기 강성 변화는, 도 12b에 도시된 바와 같이, 균열, 화상 및 오존 균열로 구분하며, 또한, 상기 경계조건 변화는, 도 12c에 도시된 바와 같이, 볼트 손상, 볼트 구멍 손상, 부식 및 영구변형으로 구분할 수 있다.

구체적으로, 상기 선박 접안용 펜더(110)에 결락, 갈라짐 등 질량 변화와 관련한 손상이 발생하기 시작하면 고유진동수는 증가하고, 또한 이러한 선박 접안용 펜더(110)의 균열, 화상 등 강성 변화와 관련한 손상이 발생하기 시작하면 고유진동수가 감소한다.

또한, 볼트 풀림 등 경계조건 변화와 관련한 손상이 발생하기 시작하면 고유진동수가 감소한다. 또한, 상기 선박 접안용 펜더(110)가 흡수할 수 있는 접안 에너지 성능이 감소하면 감쇠비는 감소한다.

따라서, 상기 선박 접안용 펜더(110)에 발생하는 변형률 측정을 통하여, 도 10에 도시된 바와 같이, 펜더 카탈로그에서의 변형률-접안 에너지 관계를 통하여 접안 에너지를 추정할 수 있고, 이에 따라, 선박 접안에 따른 규정 준수 여부 및 상기 선박 접안용 펜더(110)의 성능을 확인할 수 있다.

결국, 본 발명의 실시예에 따른 시스템을 통하여, 선박의 접안 횟수, 펜더의 에너지 흡수 성능 및 펜더의 건전성을 함께 실시간으로 평가할 수 있다.

[선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 방법]

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 방법을 나타내는 동작흐름도이다.

도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 방법은, 먼저, 선박(210)의 접안에 따른 선착장 접안시설(220)에 설치된 선박 접안용 펜더(110)에 충격이 발생한다(S110).

다음으로, 상기 선박 접안용 펜더(110)에 설치된 센서 유닛(120)의 변형 측정센서(121)가 변형률을 측정한다(S120). 여기서, 상기 센서 유닛(120)은 변형 측정센서(121), 가속도계(122) 및 온도센서(123)로 이루어지며, 상기 선박 접안용 펜더(110)에 설치되고, 선박(210)의 접안에 따른 상기 선박 접안용 펜더(110)의 변형을 측정하고, 상기 선박 접안용 펜더(110)의 진동을 검출할 수 있다.

구체적으로, 상기 센서 유닛(120)은, 선박(210)의 접안 시 발생하는 상기 선박 접안용 펜더(110)의 변형을 감지하여 전기적 신호를 발생하는 변형 측정센서(121); 상기 변형 측정센서(121)에서 발생하는 전기적 신호를 트리거(trigger) 소스로 활용하여 슬립(sleep) 모드에서 웨이크업(wake-up) 모드로 전환되고, 상기 선박 접안용 펜더(110)의 충격, 변형 또는 휨에 따른 변화에 대응하는 진동을 측정하는 가속도계(122); 및 상기 선박 접안용 펜더(110)의 온도를 측정하는 온도센서(123)를 포함할 수 있다.

다음으로, 센서 유닛(120)의 가속도계(122)가 상기 선박 접안용 펜더(110)에서 발생하는 진동신호를 측정한다(S130).

다음으로, 펜더 건전성 평가 장치(130)가 상기 진동신호를 수신하여 주파수 영역 분석에 따라 고유진동수 및 감쇠비를 산출한다(S140).

여기서, 상기 펜더 건전성 평가 장치(130)는, 상기 센서 유닛(120)으로부터 측정된 데이터를 수집하는 데이터 수집부(131); GPS 신호를 수신하여 정확한 측정위치정보를 생성하는 GPS 모듈(132); 상기 데이터 수집부(131)에서 수집된 상기 가속도계(122)에서 측정한 진동신호의 주파수영역 분석하는 데이터 분석부(133); 상기 센서 유닛(120)에서 측정된 센싱값으로부터 고유진동수를 추출하는 고유진동수 추출부(134); 상기 센서 유닛(120)에서 측정된 센싱값으로부터 감쇠비를 추출하는 감쇠비 추출부(135); 상기 고유진동수 추출부(134)에서 추출된 고유진동수에 따라 상기 선박 접안용 펜더(110)의 손상패턴이 질량 변화, 강성 변화 또는 경계조건 변화인지 분류하는 펜더 손상패턴 결정부(136); 펜더 카탈로그에서 제공되는 변형률-접안 에너지 관계를 통하여 접안 에너지를 추정하는 접안 에너지 추정부(137); 및 상기 펜더 손상패턴 결정부(136)에서 결정된 상기 선박 접안용 펜더(110)의 손상패턴에 대응하여 상기 선박 접안용 펜더(110)의 건전성을 실시간 평가하는 펜더 건전성 평가부(138)를 포함할 수 있다.

다음으로, 상기 펜더 건전성 평가 장치(130)가 상기 고유진동수 및 감쇠비에 따라 펜더의 손상패턴을 결정하고 접안 에너지를 추정한다(S150).

이때, 상기 펜더 손상패턴 결정부(136)에서 결정되는 손상패턴 중에서, 상기 질량 변화와 관련한 손상이 발생하기 시작하면 고유진동수는 증가하고, 상기 강성 변화와 관련한 손상이 발생하기 시작하면 고유진동수가 감소하며, 상기 경계조건 변화와 관련한 손상이 발생하기 시작하면 고유진동수가 감소하는 것을 특징으로 하한다.

이때, 상기 질량 변화는 결락, 갈라짐, 결손, 치핑, 고무박리 및 마모로 구분하고, 상기 강성 변화는 균열, 화상 및 오존 균열로 구분하며, 상기 경계조건 변화는 볼트 손상, 볼트 구멍 손상, 부식 및 영구변형으로 구분할 수 있다. 또한, 상기 감쇠비 추출부(135)에서 추출된 감쇠비가 감소할 경우, 상기 선박 접안용 펜더(110)가 흡수할 수 있는 접안 에너지 성능이 감소하는 것을 특징으로 한다.

다음으로, 상기 펜더 건전성 평가 장치(130)가 상기 손상패턴 및 접안 에너지에 따라 상기 선박 접안용 펜더(110)의 건전성을 실시간 평가한다(S160).

또한, 상기 펜더 건전성 평가 장치(130)는 상기 선박 접안용 펜더(110)의 정상 여부 및 손상패턴 이벤트 발생 기록을 통해서 상기 선박 접안용 펜더(110)의 시간이력을 관리할 수 있다.

다음으로, 상기 펜더 건전성 평가 장치(130)의 평가결과가 기준값을 초과하는지 확인한다(S170).

다음으로, 상기 펜더 건전성 평가 장치(130)의 평가결과가 기준값을 초과하는 경우, 펜더를 손상 이벤트 발생으로 기록하고 평가결과를 관리 서버(140)로 전송한다(S180).

다음으로, 상기 펜더 건전성 평가 장치(130)의 평가결과가 기준값을 초과하지 않는 경우, 펜더를 정상으로 기록하고 평가결과를 관리 서버(140)로 전송한다(S190). 이후, 상기 관리 서버(140)는 상기 펜더 건전성 평가 장치(130)의 평가결과에 따라 상기 선박 접안용 펜더(110)의의 성능 저하 및 교체주기를 결정할 수 있다.

이에 따라, 상기 펜더 건전성 평가 장치(130)는 상기 선박 접안용 펜더(110)에서 발생하는 변형률 측정을 통해 접안에너지를 추정하고, 상기 선박(210) 접안에 따른 규정 준수 여부 및 상기 선박 접안용 펜더(110)의 성능을 실시간 확인함으로써, 상기 선박의 접안 횟수, 선박 접안용 펜더(110)의 에너지 흡수 성능 및 건전성을 함께 실시간으로 평가할 수 있다.

결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 선박 접안용 펜더에서 발생하는 변형률 측정을 통해 접안에너지를 추정하고, 선박 접안에 따른 규정 준수 여부 및 상기 선박 접안용 펜더의 성능을 실시간 확인함으로써, 선박의 접안 횟수, 선박 접안용 펜더의 에너지 흡수 성능 및 건전성을 함께 실시간으로 평가할 수 있다.

또한, 선박 접안용 펜더의 점검을 위하여 작업자가 보트 등을 사용하지 않고, 선박 접안용 펜더의 건전성을 관찰하여 선박 접안용 펜더의 유지보수가 필요한 적정 시기를 파악함으로써, 각종 사고에 대비할 수 있다.

또한, 선박 접안용 펜더의 정상 여부 및 손상 이벤트 발생 기록을 통해 시간이력을 관리함으로써 선박 접안용 펜더의 성능 저하 및 교체주기를 측정 데이터를 통하여 판별할 수 있고, 이에 따라, 선박 접안용 펜더의 선제적인 관리가 가능하다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들면, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템
110: 선박 접안용 펜더(Fender)
120: 센서 유닛
121: 변형 측정센서 122: 가속도계
123: 온도센서
130: 펜더 건전성 평가 장치
131: 데이터 수집부
132: GPS 모듈 133: 데이터 분석부
134: 고유진동수 추출부 135: 감쇠비 추출부
136: 펜더 손상패턴 결정부 137: 접안 에너지 추정부
138: 펜더 건전성 평가부 139: 통신모듈
140: 관리 서버
210: 선박 220: 선착장 접안시설

Claims

선박(210)의 접안시 충격을 흡수하거나 완화시키도록 선착장 접안시설(220)에 설치되는 적어도 하나 이상의 선박 접안용 펜더(110); 변형 측정센서(121), 가속도계(122) 및 온도센서(123)로 이루어지며, 상기 선박 접안용 펜더(110)에 설치되고, 선박(210)의 접안에 따른 상기 선박 접안용 펜더(110)의 변형을 측정하고, 상기 선박 접안용 펜더(110)의 진동을 검출하는 센서 유닛(120); 해수가 닿지 않도록 선착장 접안시설(220) 상부에 설치되고, 상기 센서 유닛(120)에서 측정된 변형률 및 진동신호를 수신하여 상기 선박(210)의 접안 횟수, 상기 선박 접안용 펜더(110)의 에너지 흡수 성능 및 건전성을 함께 실시간으로 평가하는 펜더 건전성 평가 장치(130); 및 상기 펜더 건전성 평가 장치(130)로부터 펜더 건전성 평가결과를 전송받는 관리 서버(140)를 포함하되, 상기 펜더 건전성 평가 장치(130)는 상기 선박 접안용 펜더(110)에서 발생하는 변형률 측정을 통해 접안에너지를 추정하고, 상기 선박(210) 접안에 따른 규정 준수 여부 및 상기 선박 접안용 펜더(110)의 성능을 실시간 확인하는 것을 특징으로 하는 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템.
제1항에 있어서, 상기 센서 유닛(120)은,
선박(210)의 접안 시 발생하는 상기 선박 접안용 펜더(110)의 변형을 감지하여 전기적 신호를 발생하는 변형 측정센서(121);
상기 변형 측정센서(121)에서 발생하는 전기적 신호를 트리거(trigger) 소스로 활용하여 슬립(sleep) 모드에서 웨이크업(wake-up) 모드로 전환되고, 상기 선박 접안용 펜더(110)의 충격, 변형 또는 휨에 따른 변화에 대응하는 진동을 측정하는 가속도계(122); 및
상기 선박 접안용 펜더(110)의 온도를 측정하는 온도센서(123)를 포함하는 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템.
제1항에 있어서,
상기 변형 측정센서(121)는 유연한 소재의 휨 발생이 가능한 센서로서, 압전 MFC(macro fiber composite sensor) 센서, 압전 PVDF(Polyvinylidene-fluoride) 센서 또는 플렉스 센서인 것을 특징으로 하는 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템.
제1항에 있어서, 상기 펜더 건전성 평가 장치(130)는,
상기 센서 유닛(120)으로부터 측정된 데이터를 수집하는 데이터 수집부(131);
GPS 신호를 수신하여 정확한 측정위치정보를 생성하는 GPS 모듈(132);
상기 데이터 수집부(131)에서 수집된 상기 가속도계(122)에서 측정한 진동신호의 주파수영역 분석하는 데이터 분석부(133);
상기 센서 유닛(120)에서 측정된 센싱값으로부터 고유진동수를 추출하는 고유진동수 추출부(134);
상기 센서 유닛(120)에서 측정된 센싱값으로부터 감쇠비를 추출하는 감쇠비 추출부(135);
상기 고유진동수 추출부(134)에서 추출된 고유진동수에 따라 상기 선박 접안용 펜더(110)의 손상패턴이 질량 변화, 강성 변화 또는 경계조건 변화인지 분류하는 펜더 손상패턴 결정부(136);
펜더 카탈로그에서 제공되는 변형률-접안 에너지 관계를 통하여 접안 에너지를 추정하는 접안 에너지 추정부(137); 및
상기 펜더 손상패턴 결정부(136)에서 결정된 상기 선박 접안용 펜더(110)의 손상패턴에 대응하여 상기 선박 접안용 펜더(110)의 건전성을 실시간 평가하는 펜더 건전성 평가부(138)를 포함하되,
상기 펜더 카탈로그에서 제공되는 변형률-접안 에너지 관계로서, 상기 측정된 변형 측정센서(121)로부터 변형률이 결정되고, 펜더 카탈로그 상에서 상기 변형률에 대응하는 최대 반력값에 따라 접안 에너지를 계산하여 추정하는 것을 특징으로 하는 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템.
제4항에 있어서,
상기 데이터 수집부(131)는 상기 변형 측정센서(121)에서 측정한 전기적 신호에 대응하여 상기 가속도계(122)의 트리거 소스로 전달하고, 상기 가속도계(122)는 일정값 이상의 트리거 소스가 전달되는 경우 진동신호를 측정하는 것을 특징으로 하는 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템.
제4항에 있어서,
상기 펜더 손상패턴 결정부(136)의 결정되는 손상패턴 중에서, 상기 질량 변화와 관련한 손상이 발생하기 시작하면 고유진동수는 증가하고, 상기 강성 변화와 관련한 손상이 발생하기 시작하면 고유진동수가 감소하며, 상기 경계조건 변화와 관련한 손상이 발생하기 시작하면 고유진동수가 감소하는 것을 특징으로 하는 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템.
제6항에 있어서,
상기 질량 변화는 결락, 갈라짐, 결손, 치핑, 고무박리 및 마모로 구분하고, 상기 강성 변화는 균열, 화상 및 오존 균열로 구분하며, 상기 경계조건 변화는 볼트 손상, 볼트 구멍 손상, 부식 및 영구변형으로 구분하는 것을 특징으로 하는 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템.
제4항에 있어서,
상기 감쇠비 추출부(135)에서 추출된 감쇠비가 감소할 경우, 상기 선박 접안용 펜더(110)가 흡수할 수 있는 접안 에너지 성능이 감소하는 것을 특징으로 하는 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 시스템.
a) 선박(210)의 접안에 따른 선착장 접안시설(220)에 설치된 선박 접안용 펜더(110)에 충격이 발생하는 단계;
b) 상기 선박 접안용 펜더(110)에 설치된 센서 유닛(120)의 변형 측정센서(121)가 변형률을 측정하는 단계;
c) 센서 유닛(120)의 가속도계(122)가 상기 선박 접안용 펜더(110)에서 발생하는 진동신호를 측정하는 단계;
d) 펜더 건전성 평가 장치(130)가 상기 진동신호를 수신하여 주파수 영역 분석에 따라 고유진동수 및 감쇠비를 산출하는 단계;
e) 상기 펜더 건전성 평가 장치(130)가 상기 고유진동수 및 감쇠비에 따라 펜더의 손상패턴을 결정하고 접안 에너지를 추정하는 단계; 및
f) 상기 펜더 건전성 평가 장치(130)가 상기 손상패턴 및 접안 에너지에 따라 상기 선박 접안용 펜더(110)의 건전성을 실시간 평가하는 단계를 포함하되,
상기 펜더 건전성 평가 장치(130)는 상기 선박 접안용 펜더(110)에서 발생하는 변형률 측정을 통해 접안에너지를 추정하고, 상기 선박(210) 접안에 따른 규정 준수 여부 및 상기 선박 접안용 펜더(110)의 성능을 실시간 확인함으로써, 상기 선박의 접안 횟수, 선박 접안용 펜더(110)의 에너지 흡수 성능 및 건전성을 함께 실시간으로 평가하는 것을 특징으로 하는 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 방법.
제9항에 있어서,
상기 b) 단계의 센서 유닛(120)은 변형 측정센서(121), 가속도계(122) 및 온도센서(123)로 이루어지며, 상기 선박 접안용 펜더(110)에 설치되고, 선박(210)의 접안에 따른 상기 선박 접안용 펜더(110)의 변형을 측정하고, 상기 선박 접안용 펜더(110)의 진동을 검출하는 것을 특징으로 하는 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 방법.
제10항에 있어서, 상기 센서 유닛(120)은,
선박(210)의 접안 시 발생하는 상기 선박 접안용 펜더(110)의 변형을 감지하여 전기적 신호를 발생하는 변형 측정센서(121);
상기 변형 측정센서(121)에서 발생하는 전기적 신호를 트리거(trigger) 소스로 활용하여 슬립(sleep) 모드에서 웨이크업(wake-up) 모드로 전환되고, 상기 선박 접안용 펜더(110)의 충격, 변형 또는 휨에 따른 변화에 대응하는 진동을 측정하는 가속도계(122); 및
상기 선박 접안용 펜더(110)의 온도를 측정하는 온도센서(123)를 포함하는 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 방법.
제9항에 있어서, 상기 펜더 건전성 평가 장치(130)는,
상기 센서 유닛(120)으로부터 측정된 데이터를 수집하는 데이터 수집부(131);
GPS 신호를 수신하여 정확한 측정위치정보를 생성하는 GPS 모듈(132);
상기 데이터 수집부(131)에서 수집된 상기 가속도계(122)에서 측정한 진동신호의 주파수영역 분석하는 데이터 분석부(133);
상기 센서 유닛(120)에서 측정된 센싱값으로부터 고유진동수를 추출하는 고유진동수 추출부(134);
상기 센서 유닛(120)에서 측정된 센싱값으로부터 감쇠비를 추출하는 감쇠비 추출부(135);
상기 고유진동수 추출부(134)에서 추출된 고유진동수에 따라 상기 선박 접안용 펜더(110)의 손상패턴이 질량 변화, 강성 변화 또는 경계조건 변화인지 분류하는 펜더 손상패턴 결정부(136);
펜더 카탈로그에서 제공되는 변형률-접안 에너지 관계를 통하여 접안 에너지를 추정하는 접안 에너지 추정부(137); 및
상기 펜더 손상패턴 결정부(136)에서 결정된 상기 선박 접안용 펜더(110)의 손상패턴에 대응하여 상기 선박 접안용 펜더(110)의 건전성을 실시간 평가하는 펜더 건전성 평가부(138)를 포함하되,
상기 펜더 카탈로그에서 제공되는 변형률-접안 에너지 관계로서, 상기 측정된 변형 측정센서(121)로부터 변형률이 결정되고, 펜더 카탈로그 상에서 상기 변형률에 대응하는 최대 반력값에 따라 접안 에너지를 계산하여 추정하는 것을 특징으로 하는 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 방법.
제12항에 있어서,
상기 펜더 손상패턴 결정부(136)에서 결정되는 손상패턴 중에서, 상기 질량 변화와 관련한 손상이 발생하기 시작하면 고유진동수는 증가하고, 상기 강성 변화와 관련한 손상이 발생하기 시작하면 고유진동수가 감소하며, 상기 경계조건 변화와 관련한 손상이 발생하기 시작하면 고유진동수가 감소하는 것을 특징으로 하는 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 방법.
제13항에 있어서,
상기 질량 변화는 결락, 갈라짐, 결손, 치핑, 고무박리 및 마모로 구분하고, 상기 강성 변화는 균열, 화상 및 오존 균열로 구분하며, 상기 경계조건 변화는 볼트 손상, 볼트 구멍 손상, 부식 및 영구변형으로 구분하는 것을 특징으로 하는 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 방법.
제12항에 있어서,
상기 감쇠비 추출부(135)에서 추출된 감쇠비가 감소할 경우, 상기 선박 접안용 펜더(110)가 흡수할 수 있는 접안 에너지 성능이 감소하는 것을 특징으로 하는 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 방법.
제12항에 있어서,
상기 펜더 건전성 평가 장치(130)는 상기 선박 접안용 펜더(110)의 정상 여부 및 손상패턴 이벤트 발생 기록을 통해서 상기 선박 접안용 펜더(110)의 시간이력을 관리하는 것을 특징으로 하는 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 방법.
제9항에 있어서,
g) 상기 펜더 건전성 평가 장치(130)의 평가결과가 기준값을 초과하는지 확인하는 단계; 및
h) 상기 펜더 건전성 평가 장치(130)가 평가결과를 관리 서버(140)로 전송하는 단계를 추가로 포함하는 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 방법.
제17항에 있어서,
상기 관리 서버(140)는 상기 펜더 건전성 평가 장치(130)의 평가결과에 따라 상기 선박 접안용 펜더(110)의 성능 저하 및 교체주기를 결정하는 것을 특징으로 하는 선박 접안용 펜더의 실시간 건전성 평가 방법.