KR102467138B1 - Autonomous navigation system for a sailing yacht and method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 운항체의 자율운항시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 선체의 갑판 상부에 설치된 하나 이상의 돛, 센터보드 및 키(rudder)가 구비된 운항체의 자율운항시스템에 있어서, 바람정보, 조류정보, 자세 및 속도 정보, 위치정보 중 적어도 하나를 측정하는 센서부, 상기 센서부에서 측정된 바람정보 및 조류정보를 이용하여 기상지도를 생성하고, 상기 자세 및 속도 정보, 위치정보 중 적어도 하나를 이용하여 운항체 상태정보를 생성하는 분석부, 상기 생성된 기상지도, 상기 운항체 상태정보 및 운항정보를 이용하여 기 설정된 경로계획 알고리즘에 따라 최적 경로를 설정하는 경로 설정부, 상기 최적 경로를 따라 상기 운항체가 항해 되도록 제어하는 운항 제어부를 포함한다. The present invention relates to an autonomous navigation system for an operating vehicle and a method for controlling the same. A weather map is generated using a sensor unit that measures at least one of information, attitude and speed information, and location information, wind information and current information measured by the sensor unit, and at least one of the attitude and speed information and location information is generated. an analyzer for generating operating vehicle state information using the generated weather map, a route setting unit for setting an optimal route according to a preset route planning algorithm using the generated weather map, the operating vehicle state information, and operation information; and a navigation control unit that controls the navigation body to navigate.

Description

운항체의 자율운항시스템 및 그 제어방법{AUTONOMOUS NAVIGATION SYSTEM FOR A SAILING YACHT AND METHOD THEREOF}Autonomous navigation system of an operating vehicle and its control method {AUTONOMOUS NAVIGATION SYSTEM FOR A SAILING YACHT AND METHOD THEREOF}

본 발명은 운항체의 자율운항시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기상정보 및 운항체 상태정보를 반영하여 출발지와 목적지 사이의 최적 경로를 설정하고, 운항체가 최적 경로를 따라 항해되도록 제어하는 운항체의 자율운항시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an autonomous navigation system for an operating vehicle and a method for controlling the same, and more particularly, sets an optimal route between a departure point and a destination by reflecting weather information and vehicle status information, and enables the operating vehicle to navigate along the optimal route. It relates to an autonomous navigation system for an operating vehicle to be controlled and a method for controlling the same.

세일링 요트는 돛과 센터보드, 그리고 키를 사용하여 해상을 운항하는 선박이다. 모터 등의 동력에 의존한 추진력은 이/접안 시를 제외하고는 거의 사용하지 않으며, 돛에 작용하는 바람의 압력 및 부력, 그리고 센터보드와 선체의 횡 지지력을 활용하여 전진력을 얻고, 키(rudder)를 사용하여 방향 전환을 수행한다. 이 중, 조종이 필요한 부분은 돛, 키, 그리고 센터보드이며, 이 중 현재까지 자동화가 되어 있는 부분은 조향을 담당하는 키 부분이다. A sailing yacht is a vessel that navigates the sea using a sail, a centerboard, and a rudder. Propulsion dependent on power such as a motor is rarely used except for take-off/berthing, and the forward force is obtained by utilizing the pressure and buoyancy of the wind acting on the sail and the lateral support of the center board and the hull, and the rudder ( rudder) to perform the direction change. Among these, the parts that require steering are the sail, rudder, and centerboard, and among these, the part that has been automated so far is the rudder responsible for steering.

현재까지 상용화된 세일링 요트의 autopilot 시스템은 풍향 및 풍속 정보, 위치 정보를 입력으로 받고, wind vaning이나 해도 상의 목적지를 가기 위하여 키에 대한 제어를 실시하는 역할을 제공한다.The autopilot system of sailing yachts that has been commercialized so far receives wind direction, wind speed, and location information as input, and provides a role of controlling keys to go to a destination on a chart or wind vaning.

그러나, 요트와 같은 운항체는 차량과 달리 기상 상태에 따라 운항이 제한되기도 하고, 기상 상태에 따라 운항 속도가 크게 영향을 받는다는 점에서, 항로 생성시에 기상 상태를 파악하여 운항체 항로를 생성하여야 하나, 종래의 항로 시스템은 이러한 기상 정보를 이용하여 경제적인 항로를 제공하지 않았다.
However, unlike vehicles, navigation of an operating body such as a yacht is sometimes restricted by weather conditions, and the operating speed is greatly affected by weather conditions. However, the conventional route system did not provide an economical route using such weather information.

선행기술1: 한국등록특허 제1,434,228호(공고일: 2014.08.27)Prior Art 1: Korean Patent Registration No. 1,434,228 (Announcement date: 2014.08.27)

본 발명은 기상 정보를 이용하여 운항체의 운항 경로를 설정할 수 있는 운항체의 자율운항시스템 및 그 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다. An object of the present invention is to provide an autonomous navigation system of an operating vehicle capable of setting an operating route of the operating vehicle using weather information and a control method thereof.

본 발명의 다른 목적은 운항체가 최적 경로를 따라 운항할 수 있도록 제어하는 운항체의 자율운항시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide an autonomous navigation system for an operating vehicle and a control method for controlling the operating vehicle to navigate along an optimal route.

한편, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 기술적 과제가 포함될 수 있다.
On the other hand, the technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned technical problem, and may include various technical problems within the scope apparent to those skilled in the art from the contents to be described below.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선체의 갑판 상부에 설치된 하나 이상의 돛, 센터보드 및 키(rudder)가 구비된 운항체의 자율운항시스템에 있어서, 바람정보, 조류정보, 자세 및 속도 정보, 위치정보 중 적어도 하나를 측정하는 센서부, 상기 센서부에서 측정된 바람정보 및 조류정보를 이용하여 기상지도를 생성하고, 상기 자세 및 속도 정보, 위치정보 중 적어도 하나를 이용하여 운항체 상태정보를 생성하는 분석부, 상기 생성된 기상지도, 상기 운항체 상태정보 및 운항정보를 이용하여 기 설정된 경로계획 알고리즘에 따라 최적 경로를 설정하는 경로 설정부, 상기 최적 경로를 따라 상기 운항체가 항해 되도록 제어하는 운항 제어부를 포함하는 운항체의 자율운항시스템이 제공된다. According to one aspect of the present invention, in the autonomous navigation system of an operating vehicle equipped with one or more sails, a center board and a rudder installed on the upper deck of a hull, wind information, current information, attitude and speed information, and location information A sensor unit for measuring at least one of, generating a weather map using wind information and tide information measured by the sensor unit, and generating operating vehicle state information using at least one of the attitude, speed information, and location information An analysis unit, a route setting unit that sets an optimal route according to a preset route planning algorithm using the generated weather map, the vehicle status information and operation information, and a navigation control unit that controls the vehicle to navigate along the optimal route An autonomous navigation system of an operating vehicle including a is provided.

상기 센서부는, 바람의 방향 및 풍속을 감지하는 바람정보 감지부, 조류 정보를 감지하는 조류정보 감지부, 상기 운항체의 진행방향, 자세 및 이송속도를 감지하는 자세/속도정보 감지부, 위치정보를 측정하는 위치정보 감지부를 포함할 수 있다. The sensor unit includes a wind information detector for detecting wind direction and speed, a current information detector for detecting current information, a posture/speed information detector for detecting the moving direction, attitude and transport speed of the operating object, and location information. It may include a location information detector for measuring.

상기 운항 정보는, 선박의 출발지, 선박의 목적지 및 도착 마감시간(deadline) 중 적어도 하나일 수 있다. The navigation information may be at least one of a ship's departure point, a ship's destination, and an arrival deadline.

상기 경로 설정부는, 상기 생성된 기상지도를 해당 해역지도와 결합하여 예상기상지도를 생성하고, 상기 예상 기상지도, 상기 운항체 상태정보 및 운항정보를 이용하여 기 설정된 경로계획 알고리즘에 따라 최적 경로를 설정할 수 있다. The route setting unit combines the generated weather map with a corresponding sea area map to generate an expected weather map, and determines an optimal route according to a preset route planning algorithm using the predicted weather map, the operating vehicle state information, and operation information. can be set

상기 운항 제어부는, 상기 최적 경로에 따라 운항체가 항해되도록 상기 돛, 센터보드, 키 중 적어도 하나를 제어하는 제어신호를 생성하고, 상기 생성된 제어신호를 기반으로 상기 돛, 센터보드, 키 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. The navigation control unit generates a control signal for controlling at least one of the sail, the center board, and the rudder so that the vehicle is navigated along the optimal route, and at least one of the sail, the center board, and the rudder is generated based on the generated control signal. You can control one.

상기 제어신호는 키의 회전값, 센터보드 높이값, 돛 제어값 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The control signal may include at least one of a rudder rotation value, a centerboard height value, and a sail control value.

상기 운항 제어부는 상기 최적 경로를 따라 항해하는 운항체의 속도가 기 설정된 일정값 이하인 경우, 운항체에 구비된 엔진을 가동시킬 수 있다. The navigation control unit may operate an engine provided in the operating vehicle when the speed of the operating vehicle sailing along the optimal route is equal to or less than a preset predetermined value.

또한, 상기 운항 제어부는 상기 센서부에서 측정된 위치정보를 최적 경로와 비교하여, 운항체가 최적 경로를 벗어나는 경우, 상기 운항체가 최적 경로를 따라 운항하도록 돛, 센터보드, 키 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. In addition, the navigation control unit compares the location information measured by the sensor unit with the optimal route, and controls at least one of a sail, a center board, and a rudder so that the operating vehicle navigates along the optimal route when the operating vehicle deviate from the optimal route. can

본 발명의 다른 측면에 따르면, 자율운항시스템이 운항체의 자율 운항을 제어하는 방법에 있어서, (a) 구비된 센서부를 통해 바람정보, 조류정보, 자세 및 속도 정보, 위치정보 중 적어도 하나를 포함하는 센싱정보를 측정하는 단계, (b) 상기 측정된 센싱정보를 이용하여 기상지도와 운항체 상태정보를 생성하는 단계, (c) 상기 생성된 기상지도, 상기 운항체 상태정보 및 운항정보를 이용하여 기 설정된 경로계획 알고리즘에 따라 최적 경로를 설정하는 단계, (d) 상기 최적 경로를 따라 상기 운항체가 항해 되도록 제어하는 단계를 포함하는 운항체의 자율운항제어방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, in the method for controlling autonomous navigation of an operating vehicle by an autonomous navigation system, (a) including at least one of wind information, current information, attitude and speed information, and location information through a sensor unit provided therein. (b) generating a weather map and operating vehicle state information using the measured sensing information; (c) using the generated weather map, the operating vehicle state information, and operation information. Thus, an autonomous navigation control method for an operating vehicle is provided, which includes setting an optimal route according to a preset route planning algorithm, and (d) controlling the operating vehicle to navigate along the optimal route.

상기 운항 정보는, 선박의 출발지, 선박의 목적지 및 도착 마감시간(deadline) 중 적어도 하나일 수 있다. The navigation information may be at least one of a ship's departure point, a ship's destination, and an arrival deadline.

상기 (d) 단계는, 상기 최적 경로에 따라 운항체가 항해되도록 상기 돛, 센터보드, 키 중 적어도 하나를 제어하는 제어신호를 생성하는 단계, 상기 생성된 제어신호를 기반으로 상기 돛, 센터보드, 키 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 포함할 수 있다. The step (d) may include generating a control signal for controlling at least one of the sail, center board, and rudder so that the operating vehicle navigates along the optimal route, and based on the generated control signal, the sail, center board, It may include controlling at least one of the keys.

상기 제어신호는 키의 회전값, 센터보드 높이값, 돛 제어값 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The control signal may include at least one of a rudder rotation value, a centerboard height value, and a sail control value.

상기 운항체의 자율운항제어방법은 상기 (d)단계 이후, 상기 최적 경로를 따라 항해하는 운항체의 속도가 기 설정된 일정값 이하인 경우, 운항체에 구비된 엔진을 가동시키는 단계를 더 포함할 수 있다. The autonomous navigation control method of the operating vehicle may further include, after step (d), operating an engine provided in the operating vehicle when the speed of the operating vehicle navigating along the optimal route is equal to or less than a preset predetermined value. have.

또한, 상기 운항체의 자율운항제어방법은 상기 (d)단계 이후, 상기 센서부에서 측정된 위치정보를 최적 경로와 비교하여, 운항체가 최적 경로를 벗어나는 경우, 상기 운항체가 최적 경로를 따라 운항하도록 돛, 센터보드, 키 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
In addition, the autonomous navigation control method of the operating vehicle compares the location information measured by the sensor unit with the optimal route after the step (d), so that the operating vehicle navigates along the optimal route when the operating vehicle deviate from the optimal route. The method may further include controlling at least one of a sail, a center board, and a rudder.

본 발명에 따르면, 풍속, 풍향, 조류 등의 정보를 측정하여 현재 기상 상황에 대한 기상 지도를 만들고, 만들어진 기상 지도를 바탕으로 최적 경로를 생성한 후, 생성된 최적 경로를 따라 돛, 키 및 센터 보드를 제어하여, 운항체가 목적지까지 자율 운항을 하도록 함으로써, 운전자에게 정신없이 바쁜 상황 대신 여유롭고 안전한 항해를 즐길 수 있는 기회를 제공할 수 있다.According to the present invention, a weather map for the current weather situation is created by measuring information such as wind speed, wind direction, and current, and an optimal route is created based on the created weather map. By controlling the board so that the vehicle autonomously navigates to the destination, it is possible to provide the driver with an opportunity to enjoy a leisurely and safe voyage instead of a hectic situation.

나아가, 군사적인 목적으로 활용 시, 무인 시스템으로 구성할 경우, 적은 에너지를 소모하면서도 인명 피해 없이 여러 가지 작전을 수행할 수 있게 된다.Furthermore, when used for military purposes, when configured as an unmanned system, various operations can be performed without human casualties while consuming less energy.

또한, 운항체가 최적 경로를 이탈하여도, 운항체가 최적 경로를 따라 운항할 수 있도록 자동으로 제어함으로써, 운항체 탑승자는 즐기면서 원하는 목적지에 도착할 수 있다. In addition, even if the operating vehicle deviates from the optimal route, by automatically controlling the operating vehicle to navigate along the optimal route, the occupant of the operating vehicle can enjoy and arrive at a desired destination.

한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.
On the other hand, the effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and various effects may be included within a range apparent to those skilled in the art from the contents to be described below.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 운항체를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 운항체의 자율운항시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자율운항시스템이 운항체를 자율 운항하는 방법을 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically showing an operating vehicle according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram schematically showing the configuration of an autonomous navigation system for an operating vehicle according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a method of autonomously navigating an operating vehicle by an autonomous navigation system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 전술한 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.The foregoing objects and technical configurations of the present invention and details of the operational effects thereof will be more clearly understood by the following detailed description based on the accompanying drawings in the specification of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 '운항체의 자율운항시스템 및 그 제어방법'을 상세하게 설명한다. 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.Hereinafter, an 'autonomous navigation system for an operating vehicle and a control method thereof' according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The described embodiments are provided so that those skilled in the art can easily understand the technical spirit of the present invention, and the present invention is not limited thereto. In addition, matters represented in the accompanying drawings may be different from those actually implemented in the drawings schematically illustrated to easily explain the embodiments of the present invention.

한편, 이하에서 표현되는 각 구성부는 본 발명을 구현하기 위한 예일 뿐이다. 따라서, 본 발명의 다른 구현에서는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 구성부가 사용될 수 있다. 또한, 각 구성부는 순전히 하드웨어 또는 소프트웨어의 구성만으로 구현될 수도 있지만, 동일 기능을 수행하는 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 구성들의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 하나의 하드웨어 또는 소프트웨어에 의해 둘 이상의 구성부들이 함께 구현될 수도 있다. On the other hand, each component expressed below is only an example for implementing the present invention. Accordingly, other components may be used in other implementations of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention. In addition, each component may be implemented purely with hardware or software configurations, but may also be implemented with a combination of various hardware and software configurations that perform the same function. In addition, two or more components may be implemented together by a single piece of hardware or software.

또한, 어떤 구성요소들을 '포함'한다는 표현은, '개방형'의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
In addition, the expression 'including' certain components simply refers to the existence of the corresponding components as an expression of 'open type', and should not be understood as excluding additional components.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 운항체를 개략적으로 나타낸 도면이다. 1 is a diagram schematically showing an operating vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 운항체는 선체(20)를 포함하고, 선체(20)의 갑판 상부에 하나 이상의 돛(30)이 설치되며, 돛(30)은 마스트(40,mast) 및 붐(50, boom)에 의해 그 형태가 유지되며, 선체(20)의 선미 저면에는 요트의 방향을 조절하는 러더(60)가 설치되어 있다. 이러한 운항체는 예컨대, 요트일 수 있다. 1, the operating body includes a hull 20, one or more sails 30 are installed on the upper deck of the hull 20, and the sail 30 includes a mast 40 and a boom 50 , The shape is maintained by a boom, and a rudder 60 is installed on the bottom of the stern of the hull 20 to control the direction of the yacht. Such a vehicle may be, for example, a yacht.

이러한 운항체의 자율운항을 제어하기 위한 시스템은 도 2와 같다.
A system for controlling autonomous navigation of such an operating vehicle is shown in FIG. 2 .

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 운항체의 자율운항시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다. 2 is a block diagram schematically showing the configuration of an autonomous navigation system for an operating vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 운항체의 자율운항시스템(200)은 센서부(210), 분석부(220), 경로 설정부(230), 운항 제어부(240)를 포함한다. Referring to FIG. 2 , the autonomous navigation system 200 of an operating vehicle includes a sensor unit 210, an analysis unit 220, a route setting unit 230, and a navigation control unit 240.

센서부(210)는 바람정보, 조류정보, 자세 및 속도 정보, 위치정보 등을 측정한다. The sensor unit 210 measures wind information, current information, attitude and speed information, location information, and the like.

센서부(210)는 바람정보 감지부(212), 조류정보 감지부(214), 자세/속도 정보 감지부(216), 위치정보 감지부(218)를 포함한다. The sensor unit 210 includes a wind information sensor 212, a tide information sensor 214, a posture/speed information sensor 216, and a location information sensor 218.

바람정보 감지부(212)는 풍향 및 풍속을 감지하는 것으로, 예컨대, 풍향계일 수 있다. 풍향계는 선체의 상부 특히, 마스트의 상단에 설치될 수 있고, 이 풍향계에 의해 바람의 세기 및 풍향 등을 정밀하게 감지할 수 있다.The wind information sensor 212 senses wind direction and speed, and may be, for example, a wind vane. The wind vane may be installed at the top of the hull, particularly at the top of the mast, and the strength and direction of the wind may be precisely sensed by the wind vane.

조류정보 감지부(214)는 조류 정보를 감지하는 것으로 예컨대, 유속계일 수 있다. 즉, 운항체 하부에는 유속계 등의 센서를 활용하여 조류 정보를 계산한다.The current information sensor 214 senses current information and may be, for example, a current rate meter. That is, current information is calculated using a sensor such as a speedometer at the lower part of the operating body.

자세/속도정보 감지부(216)는 운항체의 진행방향, 자세 및 이송속도를 감지하는 것으로, 예컨대, 자이로 센서, 가속도 센서, 지자기 센서, 경사도 감지센서 등을 포함할 수 있다. 자세/속도정보 감지부(216)는 운항체의 조종실 등에 설치된 위성항법장치(GPS)에 의해 운항체의 진행방향 및 속도를 정밀하게 감지하도록 구성될 수도 있다. 지자기 센서는 선수 방향 중심에 설치되는 것으로, 지자기를 측정하여 운항체 진행방향인 방위각을 검출하게 되는데, 이와 같은 지자기 센서는 붐에 설치되어 돛이 향하는 방향인 돛의 현재 각도도 검출할 수 있다.The posture/velocity information sensor 216 detects the moving direction, posture, and transport speed of the operating object, and may include, for example, a gyro sensor, an acceleration sensor, a geomagnetic sensor, and a tilt sensor. The posture/speed information sensor 216 may be configured to precisely detect the direction and speed of the operating vehicle by means of a global positioning system (GPS) installed in a cockpit or the like of the operating vehicle. The geomagnetic sensor is installed at the center of the bow direction, and measures the geomagnetism to detect the azimuth, which is the direction in which the vehicle travels.

이처럼 자세/속도정보 감지부(216)는 운항체 무게 중심에 자리하는 가속도계 센서 및 자이로 센서 등의 정보, flowmeter의 정보와 GPS의 위치 정보를 결합하여 운항체의 위치, 속력 및 방향을 얻게 된다. As such, the attitude/velocity information sensor 216 obtains the position, speed, and direction of the operating vehicle by combining information such as an accelerometer sensor and a gyro sensor located at the center of gravity of the operating vehicle, flowmeter information, and GPS location information.

위치정보 감지부(218)는 운항체의 위치정보를 측정하는 것으로, 예컨대, GPS 일 수 있다. The location information detector 218 measures location information of an operating vehicle, and may be, for example, GPS.

분석부(220)는 센서부(210)에서 측정된 바람정보 및 조류정보를 이용하여 기상지도를 생성하고, 센서부(210)에서 측정된 자세 및 속도 정보, 위치정보를 이용하여 운항체 상태정보를 생성한다. 기상지도는 해당 해역에서의 조류, 풍향, 풍속 등으로 표시될 수 있다. The analysis unit 220 generates a weather map using wind information and current information measured by the sensor unit 210, and operates vehicle state information using the attitude, speed information, and location information measured by the sensor unit 210. generate The weather map may be displayed with current, wind direction, and wind speed in the corresponding sea area.

경로 설정부(230)는 분석부(220)에서 생성된 기상지도, 운항체 상태정보 및 운항정보를 이용하여 기 설정된 경로계획 알고리즘에 따라 최적 경로를 설정한다. 여기서, 운항정보는 운항체의 출발지, 목적지, 도착 마감시간(deadline) 등을 포함할 수 있다. The route setting unit 230 sets an optimal route according to a preset route planning algorithm using the weather map generated by the analysis unit 220, vehicle condition information, and operation information. Here, the flight information may include a departure point, destination, arrival deadline, and the like of the flight vehicle.

경로 설정부(230)는 분석부(220)에서 생성된 기상지도를 해당 해역지도와 결합하여 예상 기상지도를 생성하고, 그 예상 기상지도, 운항체 상태정보 및 운항정보를 이용하여 기 설정된 경로계획 알고리즘에 따라 최적 경로를 설정한다. 이때, 설정된 최적 경로는 최단 거리의 경로, 최단 시간의 경로, 연료 소모량이 가장 적게 드는 경로 등일 수 있다. 이처럼 경로 설정부(230)는 기상정보, 운항체 상태정보를 반영하여 출발지와 목적지 사이의 최적 경로를 설정한다.The route setting unit 230 combines the weather map generated by the analysis unit 220 with a corresponding sea area map to generate a predicted weather map, and plans a preset route using the predicted weather map, vehicle condition information, and navigation information. An optimal path is set according to an algorithm. At this time, the set optimum route may be a route with the shortest distance, a route with the shortest time, a route with the least fuel consumption, and the like. As such, the path setting unit 230 sets an optimal path between the departure point and the destination by reflecting weather information and vehicle condition information.

이하, 경로 설정부(230)가 최적 경로를 설정하는 방법에 대해 좀더 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of setting the optimal route by the route setting unit 230 will be described in more detail.

경로 설정부(230)는 출발지로부터 목적지에 도달하는 경로들을 생성하고, 생성된 경로들 중에서 예상 기상지도를 이용하여 장애물 영역을 판단하며, 장애물 영역이 포함되지 경로를 최적 경로로 설정할 수 있다. 즉, 경로 설정부(230)는 분석부(220)에서 생성된 기상지도를 해당 해역지도와 결합하여 예상 기상지도를 생성함으로써, 장애물 영역을 판단할 수 있다. 여기서, 장애물 영역은 파도 및 조류가 센 영역정보, 통항선(Traffic line) 정보, 육상지역 정보, 국경 정보, 위험지역 정보, 수심 정보 등을 포함할 수 있다. 경로 설정부(230)는 예상 기상지도, 운항체 위치정보 등에 기초하여 출발지부터 목적지까지의 경로들에 대해 장애물 영역을 판단하고, 경로들 중에서 장애물 영역이 포함되지 않도록 필터링하여, 최적 경로를 설정할 수 있다. The route setting unit 230 may generate routes from a starting point to a destination, determine an obstacle area among the generated routes using an expected weather map, and set a route that does not include the obstacle area as an optimal route. That is, the path setting unit 230 may determine an obstacle area by generating an expected weather map by combining the weather map generated by the analysis unit 220 with a corresponding sea area map. Here, the obstacle area may include area information with strong waves and currents, traffic line information, land area information, border information, dangerous area information, water depth information, and the like. The route setting unit 230 may set an optimal route by determining an obstacle area for routes from a departure point to a destination based on an expected weather map, position information of an operating vehicle, etc., and filtering the routes so that the obstacle area is not included. have.

또한, 경로 설정부(230)는 기상정보, 운항체 상태정보를 반영하여 출발지와 목적지 사이의 경로들을 설정하고, 설정된 경로들 중에서 최단 거리의 경로를 최적 경로로 설정할 수 있다. In addition, the route setting unit 230 may set routes between a departure point and a destination by reflecting weather information and operating vehicle state information, and may set a route having the shortest distance among the set routes as an optimal route.

또한, 경로 설정부(230)는 기상정보, 운항체 상태정보를 반영하여 출발지와 목적지 사이의 경로들을 설정하고, 설정된 경로들 중에서 운항체의 평균속도를 기준으로 운항 시간이 최소로 걸리는 경로를 최적 경로로 설정할 수 있다. In addition, the route setting unit 230 sets routes between the departure point and the destination by reflecting weather information and vehicle condition information, and optimizes a route that takes the minimum operating time based on the average speed of the vehicle among the set routes. path can be set.

또한, 경로 설정부(230)는 분석부(220)로부터 입력된 센싱정보를 바탕으로 등시선법(Isochrone Method)을 이용한 운항체의 최적 경로를 설정할 수도 있다. In addition, the path setting unit 230 may set an optimal path of the operating vehicle using the isochrone method based on the sensing information input from the analysis unit 220 .

예컨대, 경로 설정부(230)는 예상기상지도 및 운항체 상태정보에 기초하여 복수의 운항 경로 각각에 대한 연료 소모량을 예측하고, 연료 소모량이 가장 적게 드는 운항 경로를 최적 경로로 선택할 수도 있다. 구체적으로, 취득된 기상 정보 및 성능 정보에 기초하여 운항체 저항 증가량을 계산하고, 계산된 운항체 저항 증가량에 기초하여 선속 증가/저하량을 계산하며, 계산된 선속 증가/저하량에 기초하여 선속 조절을 위한 마력 증가량을 계산하고, 계산된 마력 증가량에 기초하여 운항체의 연료 소모량을 계산할 수 있다. 그리고, 예측된 연료 소모량에 기초하여, 복수의 운항 경로 중 최적 경로를 선택한다. 구체적으로, 복수의 운항 경로 각각에 대한 예측된 연료 소모량을 비교하여, 연료 소모량이 가장 적게 드는 운항 경로를 최적 경로로 선택할 수 있다. 이와 같은 비교 과정은 A*와 같은 알고리즘을 사용하여 최적 경로 생성 중에 이루어질 수도 있다.For example, the route setting unit 230 may predict fuel consumption for each of a plurality of navigation routes based on the expected weather map and operating vehicle state information, and may select an operating route with the lowest fuel consumption as an optimal route. Specifically, based on the obtained meteorological information and performance information, an increase in operating body resistance is calculated, an increase/decrease in ship speed is calculated based on the calculated increase/decrease in operating body resistance, and a ship speed is based on the calculated increase/decrease in ship speed. It is possible to calculate the amount of horsepower increase for adjustment, and calculate the fuel consumption of the operating vehicle based on the calculated amount of horsepower increase. Then, based on the predicted fuel consumption, an optimal route is selected from among a plurality of navigation routes. Specifically, by comparing predicted fuel consumption for each of a plurality of navigation routes, a navigation route with the least fuel consumption may be selected as an optimal route. This comparison process may be performed during optimal path generation using an algorithm such as A*.

운항 제어부(240)는 경로 설정부(230)에서 설정된 최적 경로를 따라 운항체가 항해되도록 제어한다. 즉, 운항 제어부(240)는 최적 경로에 따라 운항체가 항해되도록 돛, 센터보드, 키를 제어하는 제어신호를 생성하고, 생성된 제어신호를 기반으로 운항체의 돛, 센터보드, 키를 제어한다. 여기서, 제어신호는 키의 회전값, 센터보드 높이값, 돛 제어값 등을 포함할 수 있고, 운항 제어부(240)는 키의 회전값에 따라 운항체의 방향을 전환시키고, 센터보드 높이값에 따라 센터보드의 높이를 조절하며, 돛 제어값에 따라 돛의 위치를 조절할 수 있다. The navigation controller 240 controls the vehicle to navigate along the optimal path set by the route setting unit 230 . That is, the navigation control unit 240 generates control signals for controlling the sail, center board, and rudder so that the vehicle navigates along the optimal route, and controls the sail, center board, and rudder of the vehicle based on the generated control signal. . Here, the control signal may include a rotation value of the key, a center board height value, a sail control value, and the like, and the navigation control unit 240 changes the direction of the operating body according to the rotation value of the key, and the center board height value The height of the center board can be adjusted according to the control value, and the position of the sail can be adjusted according to the sail control value.

또한, 운항 제어부(240)는 최적 경로를 따라 항해하는 운항체의 속도가 기 설정된 일정값 이하인 경우, 운항체에 구비된 엔진을 가동시켜, 엔진에 의해 운항체가 항해되도록 할 수 있다. In addition, when the speed of the operating vehicle navigating along the optimal route is equal to or less than a preset predetermined value, the operation control unit 240 may operate an engine provided in the operating vehicle so that the operating vehicle is navigated by the engine.

또한, 운항 제어부(240)는 센서부(210)에서 측정된 위치정보를 최적 경로와 비교하여, 운항체가 최적 경로를 벗어나는 경우, 운항체가 최적 경로를 따라 운항하도록 돛, 센터보드, 키를 제어한다.
In addition, the navigation control unit 240 compares the location information measured by the sensor unit 210 with the optimal route, and controls the sail, center board, and rudder so that the operating vehicle navigates along the optimal route when the operating vehicle deviate from the optimal route. .

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자율운항시스템이 운항체를 자율 운항하는 방법을 나타낸 도면이다. 3 is a diagram illustrating a method of autonomously navigating an operating vehicle by an autonomous navigation system according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 자율운항시스템은 구비된 센서부를 통해 바람정보, 조류정보, 자세 및 속도 정보, 위치정보 중 적어도 하나를 포함하는 센싱정보를 측정한다(S302).Referring to FIG. 3 , the autonomous navigation system measures sensing information including at least one of wind information, tide information, attitude and speed information, and location information through the provided sensor (S302).

그런 후, 자율운항시스템은 측정된 센싱정보를 이용하여 기상지도와 운항체 상태정보를 생성한다(S304). 즉, 자율운항시스템은 바람정보 및 조류정보를 이용하여 기상지도를 생성하고, 자세/속도 정보 및 위치정보를 이용하여 운항체 상태정보를 생성한다. S302부터 S304까지의 과정은 자율운항시스템이 동작하는 동안 일정 시간마다(예를 들면, 매 1초 간격) 반복적으로 이루어지게 된다.After that, the autonomous navigation system generates a weather map and vehicle condition information using the measured sensing information (S304). That is, the autonomous navigation system generates a weather map using wind information and current information, and generates operating vehicle state information using attitude/speed information and location information. The processes from S302 to S304 are repeatedly performed at regular intervals (for example, every 1 second) while the autonomous navigation system operates.

그런 후, 자율운항시스템은 생성된 기상지도, 운항체 상태정보 및 운항정보를 이용하여 기 설정된 경로계획 알고리즘에 따라 최적 경로를 설정한다(S306). 즉, 자율운항시스템은 기상정보, 운항체 상태정보를 반영하여 출발지와 목적지 사이의 최적 경로를 설정한다. 여기서, 최적 경로는 최단 거리의 경로, 최단 시간의 경로, 연료 소모량이 가장 적게 드는 경로 등일 수 있다.After that, the autonomous navigation system sets an optimal route according to a preset route planning algorithm using the generated weather map, vehicle state information, and operation information (S306). That is, the autonomous navigation system sets an optimal route between a departure point and a destination by reflecting weather information and vehicle condition information. Here, the optimal route may be a route with the shortest distance, a route with the shortest time, or a route with the lowest fuel consumption.

그런 후, 자율운항시스템은 최적 경로를 따라 운항체가 항해 되도록 제어신호를 생성하고(S308), 그 제어신호에 따라 키, 센터보드, 돛을 제어한다(S310). 즉, 자율운항시스템은 최적 경로에 따라 운항체가 항해되도록 돛, 센터보드, 키를 제어하는 제어신호를 생성하고, 생성된 제어신호를 기반으로 운항체의 돛, 센터보드, 키를 제어한다.Then, the autonomous navigation system generates a control signal so that the vehicle can navigate along the optimal route (S308), and controls the rudder, center board, and sail according to the control signal (S310). That is, the autonomous navigation system generates control signals for controlling the sail, center board, and rudder so that the vehicle navigates along an optimal route, and controls the sail, center board, and rudder of the vehicle based on the generated control signals.

운항체가 항해 중이면, 자율운항시스템은 운항체의 위치정보를 이용하여 운항체가 최적경로를 이탈하는지를 판단한다(S312).If the vehicle is sailing, the autonomous navigation system determines whether the vehicle departs from the optimal route by using the location information of the vehicle (S312).

S312의 판단결과, 운항체가 최적 경로를 이탈하면, 자율운항 시스템은 S308을 수행한다. 만약 운항체가 최적 경로에서 지나치게 많이 이탈했을 경우, 자율운항 시스템은 S306을 재수행하여 새로운 최적 경로를 생성하게 된다.As a result of the determination in S312, if the vehicle departs from the optimal route, the autonomous navigation system performs S308. If the vehicle deviates too much from the optimal route, the autonomous navigation system re-performs S306 to create a new optimal route.

만약, S312의 판단결과, 운항체가 최적경로를 이탈하지 않으면, 자율운항 시스템은 운항체의 속도가 기 설정된 일정값 이하인지를 판단한다(S314).If, as a result of the determination in S312, if the vehicle does not deviate from the optimal route, the autonomous navigation system determines whether the speed of the vehicle is equal to or less than a predetermined value (S314).

S314의 판단결과, 운항체의 속도가 일정값 이하이면, 자율운항시스템은 엔진 가동 신호를 생성하고(S316), 그 엔진 가동 신호에 따라 엔진을 가동시킨다(S318). 그러면, 운항체는 돛과 엔진을 활용하여 항해하게 된다.
As a result of determination in S314, if the speed of the operating vehicle is less than or equal to a predetermined value, the autonomous navigation system generates an engine operation signal (S316) and operates the engine according to the engine operation signal (S318). Then, the vehicle will navigate using sails and engines.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
As such, those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention may be embodied in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting. The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention. do.

10200 : 자율운항시스템 210 : 센서부
212 : 바람정보 감지부 214 : 조류정보 감지부
216 : 자세/속도 정보 감지부 218 : 위치정보 감지부
220 : 분석부 230 : 경로 설정부
240 : 운항 제어부10200: autonomous navigation system 210: sensor unit
212: Wind information sensor 214: Bird information sensor
216: posture/speed information sensor 218: location information sensor
220: analysis unit 230: path setting unit
240: flight control unit

Claims (14)

선체의 갑판 상부에 설치된 하나 이상의 돛, 센터보드 및 키(rudder)가 구비된 운항체의 자율운항시스템에 있어서,
바람정보, 조류정보, 자세 및 속도 정보, 위치정보 중 적어도 하나를 측정하는 센서부;
상기 센서부에서 측정된 바람정보 및 조류정보를 이용하여 기상지도를 생성하고, 상기 자세 및 속도 정보, 위치정보 중 적어도 하나를 이용하여 운항체 상태정보를 생성하는 분석부;
상기 생성된 기상지도를 해당 해역지도와 결합하여 생성한 예상 기상지도와, 상기 운항체 상태정보 및 운항정보를 이용하여 기 설정된 경로계획 알고리즘에 따라 설정된 최적 경로 중에서 장애물 영역이 포하되지 않도록 필터링하는 경로 설정부; 및
상기 최적 경로를 따라 상기 운항체가 항해 되도록 제어하는 운항 제어부;
를 포함하되,
상기 장애물 영역은 파도 및 조류가 센 영역정보, 통상선 정보, 육상지역 정보, 국경 정보, 위험지역 정보 및 수심 정보를 포함하는 운항체의 자율운항시스템.
In the autonomous navigation system of an operating vehicle equipped with one or more sails, a center board and a rudder installed on the upper deck of a hull,
a sensor unit that measures at least one of wind information, current information, attitude and speed information, and location information;
an analysis unit generating a weather map using wind information and current information measured by the sensor unit, and generating operating vehicle state information using at least one of the posture, speed information, and location information;
A route that is filtered so that the obstacle area is not covered among the optimal routes set according to the preset route planning algorithm using the predicted weather map generated by combining the generated weather map with the corresponding sea area map, and the vehicle status information and operation information setting unit; and
a navigation controller for controlling the vehicle to navigate along the optimal route;
Including,
The obstacle area includes area information with strong waves and currents, trade line information, land area information, border information, dangerous area information, and water depth information.
 제1항에 있어서,
상기 센서부는,
바람의 방향 및 풍속을 감지하는 바람정보 감지부;
조류 정보를 감지하는 조류정보 감지부;
상기 운항체의 진행방향, 자세 및 이송속도를 감지하는 자세/속도정보 감지부; 및
위치정보를 측정하는 위치정보 감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 운항체의 자율운항시스템.
According to claim 1,
The sensor unit,
a wind information sensor for detecting wind direction and speed;
a bird information detector for detecting bird information;
a posture/velocity information detector for detecting the traveling direction, posture, and transport speed of the operating vehicle; and
An autonomous navigation system for an operating vehicle comprising a location information detector for measuring location information.
 제1항에 있어서,
상기 운항 정보는, 출발지, 목적지, 도착 마감시간(deadline) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 운항체의 자율운항시스템.
According to claim 1,
The autonomous navigation system of an operating vehicle, characterized in that the flight information is at least one of a departure point, a destination, and an arrival deadline.
 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 운항 제어부는,
상기 최적 경로에 따라 운항체가 항해되도록 상기 돛, 센터보드, 키 중 적어도 하나를 제어하는 제어신호를 생성하고, 상기 생성된 제어신호를 기반으로 상기 돛, 센터보드, 키 중 적어도 하나를 제어하는 것을 특징으로 하는 운항체의 자율운항시스템.
According to claim 1,
The flight control unit,
Generating a control signal for controlling at least one of the sail, center board, and rudder so that the operating body navigates along the optimal path, and controlling at least one of the sail, center board, and rudder based on the generated control signal Autonomous navigation system of an operating vehicle characterized by.
 제5항에 있어서,
상기 제어신호는 키의 회전값, 센터보드 높이값, 돛 제어값 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 운항체의 자율운항시스템.
According to claim 5,
The control signal includes at least one of a rudder rotation value, a center board height value, and a sail control value.
 제1항에 있어서,
상기 운항 제어부는 상기 최적 경로를 따라 항해하는 운항체의 속도가 기 설정된 일정값 이하인 경우, 운항체에 구비된 엔진을 가동시키는 것을 특징으로 하는 운항체의 자율운항시스템.
According to claim 1,
The autonomous navigation system of an operating vehicle, characterized in that, when the speed of the operating vehicle sailing along the optimal route is equal to or less than a preset predetermined value, the operation control unit operates an engine provided in the operating vehicle.
 제1항에 있어서,
상기 운항 제어부는 상기 센서부에서 측정된 위치정보를 최적 경로와 비교하여, 운항체가 최적 경로를 벗어나는 경우, 상기 운항체가 최적 경로를 따라 운항하도록 돛, 센터보드, 키 중 적어도 하나를 제어하는 것을 특징으로 하는 운항체의 자율운항시스템.
According to claim 1,
The navigation control unit compares the location information measured by the sensor unit with an optimal route, and controls at least one of a sail, a center board, and a rudder so that the operating vehicle navigates along the optimal route when the operating vehicle deviates from the optimal route. The autonomous navigation system of the operating vehicle.
 자율운항시스템이 운항체의 자율 운항을 제어하는 방법에 있어서,
(a) 구비된 센서부를 통해 바람정보, 조류정보, 자세 및 속도 정보, 위치정보 중 적어도 하나를 포함하는 센싱정보를 측정하는 단계;
(b) 상기 측정된 센싱정보를 이용하여 기상지도와 운항체 상태정보를 생성하는 단계;
(c) 상기 생성된 기상지도를 해당 해역지도와 결합하여 생성한 예상 기상지도와, 상기 운항체 상태정보 및 운항정보를 이용하여 기 설정된 경로계획 알고리즘에 따라 설정된 최적 경로 중에서 장애물 영역이 포함되지 않도록 필터링하는 단계; 및
(d) 상기 최적 경로를 따라 상기 운항체가 항해 되도록 제어하는 단계;
를 포함하되,
상기 장애물 영역은 파도 및 조류가 센 영역정보, 통상선 정보, 육상지역 정보, 국경 정보, 위험지역 정보 및 수심 정보를 포함하는 운항체의 자율운항제어방법.
In the method for the autonomous navigation system to control the autonomous navigation of the vehicle,
(a) measuring sensing information including at least one of wind information, tide information, attitude and speed information, and location information through the provided sensor unit;
(b) generating a weather map and vehicle condition information using the measured sensing information;
(c) The expected weather map generated by combining the generated weather map with the corresponding sea area map and the optimal route set according to the preset path planning algorithm using the vehicle status information and operation information so that the obstacle area is not included filtering; and
(d) controlling the operating vehicle to navigate along the optimal route;
Including,
The obstacle area includes information on areas where waves and currents are strong, trade line information, land area information, border information, dangerous area information, and water depth information.
 제9항에 있어서,
상기 운항 정보는, 출발지, 목적지, 도착 마감시간(deadline) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 운항체의 자율운항제어방법.
According to claim 9,
The autonomous navigation control method of an operating vehicle, characterized in that the flight information is at least one of a departure point, a destination, and an arrival deadline.
 제9항에 있어서,
상기 (d) 단계는,
상기 최적 경로에 따라 운항체가 항해되도록 돛, 센터보드, 키 중 적어도 하나를 제어하는 제어신호를 생성하는 단계;
상기 생성된 제어신호를 기반으로 상기 돛, 센터보드, 키 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 운항체의 자율운항제어방법.
According to claim 9,
In step (d),
generating a control signal for controlling at least one of a sail, a center board, and a rudder so that the vehicle navigates along the optimal path;
and controlling at least one of the sail, the center board, and the rudder based on the generated control signal.
 제11항에 있어서,
상기 제어신호는 키의 회전값, 센터보드 높이값, 돛 제어값 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 운항체의 자율운항제어방법.
According to claim 11,
The autonomous navigation control method of an operating vehicle, characterized in that the control signal includes at least one of a rudder rotation value, a center board height value, and a sail control value.
 제9항에 있어서,
상기 (d)단계 이후,
상기 최적 경로를 따라 항해하는 운항체의 속도가 기 설정된 일정값 이하인 경우, 운항체에 구비된 엔진을 가동시키는 단계를 더 포함하는 운항체의 자율운항제어방법.
According to claim 9,
After step (d),
The autonomous navigation control method of the operating vehicle further comprising the step of operating an engine provided in the operating vehicle when the speed of the operating vehicle sailing along the optimal route is equal to or less than a preset predetermined value.
 제9항에 있어서,
상기 (d)단계 이후,
상기 센서부에서 측정된 위치정보를 최적 경로와 비교하여, 운항체가 최적 경로를 벗어나는 경우, 상기 운항체가 최적 경로를 따라 운항하도록 돛, 센터보드, 키 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 더 포함하는 운항체의 자율운항제어방법.According to claim 9,
After step (d),
Comparing the location information measured by the sensor unit with the optimal route, and controlling at least one of a sail, a center board, and a rudder so that the operating vehicle navigates along the optimal route when the operating vehicle deviate from the optimal route. Autonomous navigation control method of the body.
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