KR102495879B1 - 라이다를 이용한 선박 제어 시스템 - Google Patents

라이다를 이용한 선박 제어 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시예는 선박의 선수 부분과 선미 부분에 설치되어, 기 설정된 각도 범위로 레이저 신호를 송신하고, 송신된 레이저 신호가 대상 물체에 반사되어 돌아오는 반사 신호를 수신하는 라이다 모듈과, 외부 환경에 의한 상기 선박의 동요에 따라 상기 라이다 모듈의 자세를 제어하며 상기 라이다 모듈을 지지하는 짐벌 모듈과, 상기 라이다 모듈이 수신한 반사 신호를 기초로, 주변을 모델링하여 항해 시 구동을 제어하기 위한 항해 제어 신호를 생성하거나, 목적지에 접안 시 구동을 제어하기 위한 접안 제어 신호를 생성하는 제어부를 포함하는 라이다를 이용한 선박 제어 시스템을 제공한다.

Description

라이다를 이용한 선박 제어 시스템{VESSEL CONTROL SYSTEM USING LIDAR}
본 발명은 라이다를 이용한 선박 제어 시스템에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 라이다를 이용하여, 항해 시 또는 이안/접안 시 주변을 탐지하는 선박 제어 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 크루즈선, 대형 컨테이너선, 대형 상선 등의 대형 선박은 항구에 도착하여 승객이나 화물을 하역할 경우 항만 시설에 접근하여 소정의 정박절차를 거쳐 부두에 접안하게 된다.
최근 들어, 효율적인 물류 수송을 위하여 점점 더 많은 수의 대형 선박이 증가하고 있으며, 국가간 물류 이동의 증가로 인하여 이러한 선박 접안에 소요되는 비용 또한 가파른 증가 추세에 있으며, 이러한 추세는 계속 유지될 것으로 예상된다.
선박의 접안 업무는 주야간의 시간적 제한이 없이 이루어지며, 특히 야간의 경우 대형 선박의 물리적 형상과 크기 등의 상이함으로 인하여, 인간의 육안으로는 분간이 어려운 경우가 많아 접안 업무시 종종 안전 사고가 발생하고 있다. 더욱이, 우천, 폭설이 내리는 경우 도선에 관련된 인력의 시계 및 시야 확보가 어려워 도선사 외에도 많은 보조 필요하다.
또한, 대형 선박의 접안 사고는 대상 선박 자체의 손실 외에도 선박의 내외장의 스트레스 강화 뿐만 아니라, 접안 시설의 파손으로 이어져 상당한 손실을 초래한다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위한 기술의 개발이 시급히 요구되고 있는 시점이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 선박의 정박 절차에 투입되는 인력과, 장비의 동원을 최소화할 수 있고, 신속하고 정확하게 정박이 이루어질 수 있도록 하고, 선박이 항해 중에 충돌할 수 있는 장애물 유형을 용이하게 식별할 수 있고, 이에 따라 항로를 신속하고 정확하게 설계할 수 있는 선박 접안 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 장차 도래할 선박 운항분야의 무인화, 자동차 추세에 대응하기 위해 선박의 정박에 필요한 거리, 방위, 속도 정보를 조종 관련 장비가 인식 가능하도록 수치 데이터로 생성, 저장, 전송하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 선박의 선수 부분과 선미 부분에 설치되어, 기 설정된 각도 범위로 레이저 신호를 송신하고, 송신된 레이저 신호가 대상 물체에 반사되어 돌아오는 반사 신호를 수신하는 라이다 모듈과, 외부 환경에 의한 상기 선박의 동요에 따라 상기 라이다 모듈의 자세를 제어하며 상기 라이다 모듈을 지지하는 짐벌 모듈과, 상기 라이다 모듈이 수신한 반사 신호를 기초로, 주변을 모델링하여 항해 시 구동을 제어하기 위한 항해 제어 신호를 생성하거나, 목적지에 접안 시 구동을 제어하기 위한 접안 제어 신호를 생성하는 제어부를 포함하는 라이다를 이용한 선박 제어 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 반사 신호를 기초로, 항해 중인 상기 선박 주변에 있는 장애물에 대한 정보를 분석하고, 분석된 장애물의 위치, 크기, 및 이동 속도를 고려하여 상기 장애물을 회피하기 위한 상기 항해 제어 신호를 생성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 반사 신호를 기초로, 상기 목적지까지의 거리 및 상기 목적지에 대한 상기 선박의 자세를 판단하여, 상기 선박이 정렬된 상태로 상기 목적지로 접안시키기 위한 상기 접안 제어 신호를 생성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 반사 신호를 기초로 모델링된 상기 목적지의 위치를 분석하여 상기 목적지까지의 거리 및 상기 목적지에 대한 상기 선박의 접근각도와 관련된 각도를 산출함에 따라 상기 선박의 자세를 판단하고, 판단된 선박의 자세를 고려하여 상기 목적지에 대한 상기 선박의 자세를 정렬시키기 위한 상기 접안 제어 신호를 생성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 선박에 설치되어, 상기 목적지를 향해 음파 신호를 송신하고, 송신된 음파 신호가 반사되어 돌아오는 반사 신호를 수신하는 초음파 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 초음파 센서가 수신한 반사 신호를 통해 상기 목적지까지의 거리 및 상기 목적지에 대한 상기 선박의 접근각도와 관련된 각도를 산출할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 외부로부터 입력된 환경 정보를 고려하여 상기 제어 신호를 생성하되, 상기 환경 정보는, 상기 목적지 주변의 풍향, 풍량, 및 파도의 세기 중 적어도 하나에 대한 정보일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 판단된 목적지까지의 거리 및 상기 목적지에 대한 상기 선박의 자세를 토대로 상기 목적지까지의 상기 선박의 접안 예상 경로 및 접안 속도를 결정하며, 상기 제어부에 의해 판단된 상기 선박의 현재 위치, 상기 목적지까지의 거리, 상기 선박의 자세, 및 상기 접안 예상 경로를 화면으로 표시하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 선박의 선수 부분에 설치되어, 상기 선박의 추진력을 발생시키는 제1 사이드 스러스터와, 상기 선박의 선미 부분에 설치되어, 상기 선박의 추진력을 발생시키는 제2 사이드 스러스터와, 상기 선박의 선미 부분에 설치되어, 상기 선박의 주행 방향을 제어하는 방향타를 더 포함하되, 상기 제1 사이드 스러스터, 상기 제2 사이드 스러스터, 및 상기 방향타는 상기 제어부로부터 생성된 상기 항해 제어 신호 또는 상기 접안 제어 신호에 따라 구동될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 라이다 모듈이 수신한 반사 신호를 토대로 상기 제어부가 분석한 상기 선박 주변에 대한 정보들을 시간별 또는 위치별로 분류하여 저장하는 데이터베이스를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 라이다 모듈이 수신한 반사 신호를 토대로 탐지한 상기 대상 물체에 대한 정보와, 상기 데이터베이스에 분류되어 저장되어 있는 정보들을 비교하여, 상기 대상 물체의 유형을 식별하고, 식별된 대상 물체의 유형에 따라 상기 선박의 항로를 결정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 선박의 정박 절차에 투입되는 인력과, 장비의 동원을 최소화할 수 있고, 신속하고 정확하게 정박이 이루어질 수 있도록 함으로써, 정박 절차에 소요되는 비용과 시간을 절감하고, 정박 과정에서 발생되는 해상 사고를 줄일 수 있다.
또한, 향후 보급될 선박 운항분야의 무인화, 자동차 추세에 대응하기 위해 선박의 정박에 필요한 거리, 방위, 속도 정보를 수치 데이터로 생성, 저장, 전송하여 운용자의 추가적인 작업 없이 선박 조종 관련 장비가 이를 입력자료로 사용할 수 있다.
또한, 파랑에 따른 선박의 동요를 보상할 수 잇고, 해상조건의 영향 없이, 선박이 항해 중에 충돌할 수 있는 장애물 유형을 용이하게 식별하여 항로를 신속하고 정확하게 설계할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다를 이용한 선박 제어 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 제어 시스템의 항해 과정을 설명하기 위해 도시한 참고도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 제어 시스템의 접안 과정을 설명하기 위해 도시한 참고도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 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 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다를 이용한 선박 제어 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
그리고, 도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 제어 시스템의 항해 과정을 설명하기 위해 도시한 참고도이고, 도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 제어 시스템의 접안 과정을 설명하기 위해 도시한 참고도이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 선박 제어 시스템은, 선박(100)에 탑재되는 시스템으로서, 라이다 모듈(110), 제어부(120), 초음파 센서(130), 주행 구동부(140), 짐벌 모듈(150), 입력부(160) 그리고 디스플레이부(170)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 선박 제어 시스템은, 라이다(Lidar)를 이용하여 선박 주변에 대한 정보를 획득함으로써, 항해 시 장애물을 피하여 선박이 항해할 수 있도록 하고, 이안/접안 시, 시야 확보가 어려운 상황에서도 선박의 이안/접안을 위한 주행을 원활히 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 라이다 모듈(110)은 선박(100)의 선수 부분과 선미 부분에 설치되어, 기 설정된 각도 범위로 레이저 신호를 송신하고, 송신된 레이저 신호가 대상 물체에 반사되어 돌아오는 반사 신호를 수신한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 라이다 모듈(110)은 선박(100)의 선수, 선미 부분 뿐만 아니라, 선박의 중간 부분의 양측에 설치될 수도 있다. 즉, 본 발명의 라이다 모듈(110)은 도2 및 도3에 도시된 바와 같이, 선수 부분에 설치되는 제1 라이다(111), 선미 부분에 설치되는 제2 라이다(113), 그리고 선박 중간의 양측에 각각 설치되는 제3 라이다(115) 및 제4 라이다(117)를 포함하여 구성될 수 있다.
선박(100)에 설치되는 라이다 모듈 각각은 전방 또는 후방을 기준으로 기 설정된 시야각을 모니터링 할 수 있고, 예컨대, 상기 기 설정되는 시야각은 180도 내지 270도 범위로 설정될 수 있다.
상기와 같이 설치된 라이다 모듈(110)는 설정된 시야각 범위로 레이저 신호를 송신하고, 송신된 레이저 신호가 반사되어 수신하는 레이저 신호를 이용하여 선박(100) 주변의 물체, 예컨대, 장애물 및 부두(埠頭) 등을 감지할 수 있다.
라이다는 송신한 레이저 광선이 물체에 반사된 뒤, 라이다로 돌아오기까지의 시간을 측정해 라이다와 대상 물체간 거리를 측정할 수 있다. 이를 활용하여 선박(100)의 주변 환경을 0.001 내지 1mm 수준으로 정밀하게 스캔할 수 있기 때문에, 선박(100)으로부터 부두 및 선박주변 기타 물체들을 정확하게 파악할 수 있다. 즉, 라이다는 거리 계산값을 바탕으로 선박 또는 대상 물체의 속도 측정도 가능하기 때문에 선박과 탐지된 물체간 상대속도(접근속도)를 산출하여 정밀한 이안/접안도 가능할 뿐만 아니라, 주행 중 위험 요소를 회피하여 운항할 수 있는 이점이 있다.
제어부(120)는 라이다 모듈(110)이 수신한 레이저 신호(반사 신호)를 기초로 선박(100) 주변을 모델링하여, 선박(100)이 항해 시에는 감지한 장애물의 위치를 고려하여 항해하기 위한 항해 제어 신호를 생성할 수 있고, 선박(100)이 이안 또는 접안 시에는 감지한 부두의 위치를 고려하여 이안 또는 접안하기 위한 접안 제어 신호를 생성할 수 있다.
본 실시예에 따른 제어부(120)는 라이다 모듈(110)이 수신한 반사 신호를 기초로 항해 중인 선박(100) 주변에 있는 장애물에 대한 정보를 분석하고, 분석된 장애물의 위치, 크기, 및 이동 속도 중 적어도 하나를 고려하여 장애물을 회피하기 위한 항해 제어 신호를 생성할 수 있다.
일 실시예인 도2를 참조하면, 제어부(120)는 라이다 모듈(110)을 통해 항해 중인 선박(100) 주변에 감지된 유빙(21), 항해 중인 다른 선박(23), 해상 동부표(25) 등의 위치, 크기, 그리고 이동 속도를 고려하여, 선박(100)의 이동 경로, 주행 속도를 계산하고, 계산된 이동 경로 및 주행 속도에 따라 주행 구동부(140)를 제어하기 위한 항해 제어 신호를 생성할 수 있다.
제어부(120)는 또 다른 실시예로, 라이다 모듈(110)이 수신한 반사 신호를 기초로 접안 중인 선박(100)의 주변에 레이저 신호를 송수신함에 따라 접안을 위한 목적지(부두)를 감지하고, 이에 선박(100)을 목적지로 접안시키기 위한 접안 제어 신호를 생성할 수 있다.
도3을 참조하면, 제어부(120)는 라이다 모듈(110)을 통해 접안 중인 선박(100) 주변에 있는 부두(목적지)를 감지함에 따라, 선박(100)과 목적지인 부두까지의 거리, 및 부두에 대한 선박(100)의 자세를 판단하여, 선박(100)이 정렬된 상태로 부두로 접안시키기 위한 접안 제어 신호를 생성할 수 있다.
여기서, 선박(100)의 정렬 상태란, 부두의 안벽과 평행한 상태를 의미하는 것일 수 있다.
본 실시예에 따른 제어부(120)는 라이다 모듈(110)이 수신한 반사 신호를 기반으로, 라이다 모듈(110)과 부두 사이의 거리, 그리고 부두에 대한 선박(100)의 접근 각도를 산출할 수 있다.
보다 구체적인 일 실시예에 따르면, 제어부(120)는 상기 수신된 레이저 신호를 이용하여, 선박(100) 주변에 감지된 객체를 3D 모델링할 수 있다. 이에 따라, 제어부(120)는 선박(100)과 부두 간의 거리 및 선박(100)의 접근 각도를 산출할 수 있다.
도면에 별도로 도시하지는 않았으나, 본 발명의 선박 제어 시스템은 라이다 모듈(110)이 수신한 반사 신호를 토대로 분석한 선박 주변에 대한 정보들을 시간별/ 위치별로 분류하여 저장하는 데이터베이스(DB)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 선박 제어 시스템은 도1에 도시된 바와 같이, 초음파 센서(130)를 더 포함하여 구성될 수 있고, 초음파 센서(130)는 부두를 향해 음파 신호를 송신하고, 송신된 음파 신호가 부두에 반사되어 돌아오는 반사 신호를 수신한다. 예컨대, 본 발명의 초음파 센서(130)는 소나(sonar)일 수 있다.
본 발명의 초음파 센서(130)는 선박(100)의 상부측에 마련되어 수상에서 음파 신호를 송수신할 수도 있고, 다른 실시예로 선박(100)의 하부측에 마련되어 수중에서 음파 신호를 송수신할 수도 있으며, 수상과 수중에서 각각 음파 신호를 송수신하도록 복수개로 마련될 수도 있다.
본 실시예에 따른 제어부(120)는 초음파 센서(130)가 수신한 반사 신호를 통해 초음파 센서(130)와 부두까지의 거리 및 부두의 위치에 대한 선박(100)의 접근각도를 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부(120)는 라이다 모듈(110)을 통해 수신한 반사 신호와, 초음파 센서(130)로부터 수신한 반사 신호를 모두 고려하여 상기 선박의 위치, 속도, 접근 각도, 자세 등을 판단하는 것으로 구현될 수도 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 선박 제어 시스템은 전파 신호를 수신하는 전파 신호 수신부(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있고, 본 실시예에 따른 전파 신호 수신부는 부두에 설치되어 있는 전파 신호 송신부로부터 송신되는 특정 주파수 영역대를 가지는 전파 신호를 수신함에 따라, 부두(목적지)에 대한 정보를 획득할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부(120)는 해무 등의 환경적인 제약으로 라이다 모듈(110)이 제 기능을 하지 못할 때, 초음파 센서(130) 또는 전파 신호 수신부를 이용하여, 상기 선박의 위치, 속도, 접근 각도, 자세 등을 판단하는 것으로 구현될 수도 있다.
다시 도2 및 도3을 참조하면, 본 발명의 주행 구동부(140)는 선박(100)의 선수 부분에 마련되는 제1 사이드 스러스터(side thruster)(141), 선박(100)의 선미 부분에 마련되는 제2 사이드 스러스터(143), 선박(100)의 추진력을 발생시키는 메인 스크류(145), 그리고 선박(100)의 주행 방향을 제어하는 방향타(147)를 포함하여 구성될 수 있다.
도1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 짐벌 모듈(150)은 외부 환경에 의한 선박(100)의 동요에 따라 흔들리게 되는 라이다 모듈(110)의 자세를 제어하며, 라이다 모듈(110)을 지지할 수 있다.
즉, 파랑 등에 의해 동요되는 선박(100)에 의해 함께 동요되는 라이다 모듈(110)이 주변에 대한 정보를 얻기 위하여, 레이저 신호를 송수신하는 과정에서의 흔들림을 최소화하기 위하여, 내부에 탑재된 자이로 센서와 가속도 센서를 이용하여, 지지하는 라이다 모듈이 움직이게 되는 방향의 반대 방향으로 본체를 기울임으로써, 지지하고 있는 라이다 모듈도 함께 제어하여 라이다 모듈(110)로부터의 결과물의 흔들림을 최소화시킨다.
본 발명의 실시예에 따른 입력부(160)는 외부 단말 또는 외부 서버와의 통신을 통해 현재 선박이 위치하는 지역의 환경 정보를 입력 받을 수 있다. 환경 정보란, 상기 선박이 현재 위치하는 지역의 풍향, 풍량, 및 파도의 세기 중 적어도 하나에 대한 정보일 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 선박(100)이 부두에 접안하고자 하는 경우, 라이다 모듈(110)이 수신한 반사 신호를 기초로 모델링한 결과를 고려하여 분석한 부두(목적지)에 대한 선박(100)의 위치, 자세, 주행 속도, 접근각도에 더불어, 입력부(160)로 입력된 환경 정보를 더욱 고려하여, 기 설정된 알고리즘을 이용하여 주행 구동부(140)를 제어하고자 하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 여기서, 상기 기 설정된 알고리즘이란 충돌회피 알고리즘일 수 있고, 공지된 가변공간 탐색법을 이용한 충돌회피 알고리즘을 기반으로 하는 것으로 구현될 수도 있다.
그리고, 제어부(120)는 판단된 부두에 대한 선박(100)의 위치, 자세, 주행 속도, 접근각도, 그리고 환경 정보를 고려하여, 부두에 접안하기 위한 선박(100)의 접안 예상 경로(이하, 제1 접안 예상 경로) 및 접안 속도를 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부(120)는 부두의 위치와, 상기 판단된 선박(100)의 위치, 및 자세를 좌표 정보값으로 변환하여, 기계 학습하는 인공 신경망에 입력 값으로 입력할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 선박(100)의 주행 속도와, 접근각도와, 환경 정보(풍량, 풍향, 파도 세기)에 대한 정보 또한 입력 값으로 입력할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 인공 신경망은 KNN(K-Nearest Neighbor) 알고리즘, CNN(Convolution Neural Network) 알고리즘 중 하나의 알고리즘으로 기계 학습할 수 있다.
제어부(120)의 인공 신경망은 입력 값들을 이용하여 기계 학습함에 따라 선박(100)의 학습 접안 예상 경로(이하, 제2 접안 예상 경로)에 대한 정보를 출력할 수 있다. 이에 따라, 제어부(120)는 상기 기 설정된 알고리즘을 이용하여 도출한 제1 접안 예상 경로와, 인공 신경망을 이용하여 출력한 학습 제2 예상 경로를 비교하고, 두 접안 예상 경로간 차이를 고려하여, 제1 접안 예상 경로의 보정 여부를 결정할 수 있다.
예컨대, 제어부(120)는 상기 제1 접안 예상 경로의 전체 구간 중 미리 정해진 간격에 따라 복수의 구간들로 구획하는 좌표점들과, 제2 접안 예상 경로의 전체 구간 중 상기 미리 정해진 간격에 따라 복수의 구간들로 구획하는 좌표점들간의 차이가 임계치 이상인 경우, 제1 접안 예상 경로를 보정하여, 보정된 제1 접안 예상 경로대로 선박(100)의 주행을 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다.
반대로, 제어부(120)는 상기 제1 접안 예상 경로의 전체 구간 중 미리 정해진 간격에 따라 복수의 구간들로 구획하는 좌표점들과, 제2 접안 예상 경로의 전체 구간 중 상기 미리 정해진 간격에 따라 복수의 구간들로 구획하는 좌표점들간의 차이가 임계치 미만인 경우, 제1 접안 예상 경로를 보정하지 않고, 상기 기 설정된 알고리즘에 따라 도출된 제1 접안 예상 경로대로 선박(100)을 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다.
본 발명의 디스플레이부(170)는 제어부(120)에 의해 판단된 선박(100)의 현재 위치, 부두까지의 거리, 선박(100)의 자세, 그리고 제어부(120)로부터 최종 결정된 접안 예상 경로를 화면으로 표시하여 사용자에게 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부(120)는 데이터베이스(DB)에 저장되어 있는 반복되는 선박의 항해 과정마다 획득된 주변 정보들을 토대로, 계절별/항로별 장애물의 유형을 분류하고, 분류된 장애물 유형별 출몰 시기, 또는 장애물의 분포 영역을 분석하여 데이터베이스화 할 수 있고, 이에 따라 제어부(120)는 이후 선박의 항해 또는 접안/이안 시 상기 데이터베스화한 분석 결과를 더욱 고려하여 최적 항로를 결정할 수 있다.
본 실시예에 따른 제어부(120)는 라이다 모듈(110)이 수신한 반사 신호를 토대로 탐지한 대상 물체에 대한 정보(주변 정보)와, 상기 데이터베이스에 분류되어 저장되어 있는 정보들을 비교하여, 상기 대상 물체의 유형을 식별하고, 식별된 대상 물체의 유형에 따라 현재 항해 중인 선박의 항로를 결정할 수 있다.
일 예로, 제어부(120)는 상기 분석된 장애물의 유형별 분포 영역들 중 어느 하나의 영역에 선박(100)이 위치할 때, 해당 영역에서 탐지한 물체의 정보와 데이터베이스(DB)에 저장된 장애물 정보들을 비교하는 작업을 수행할 수 있다.
예컨대, 선박(100)이 상기 분석된 장애물의 유형별 분포 영역들 중 어느 하나의 영역을 향해 진입하고 있는 경우, 제어부(120)는 라이다 모듈(110)을 통해 탐지된 물체에 대한 정보와 데이터베이스(DB)에 저장되어 있는 장애물 유형별 비교를 함으로써, 해적선에 대한 초기대응시간을 확보하여 항로를 결정할 수 있다.
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 들어, 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 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (9)

  1. 선박의 선수 부분과 선미 부분에 설치되어, 기 설정된 각도 범위로 레이저 신호를 송신하고, 송신된 레이저 신호가 대상 물체에 반사되어 돌아오는 반사 신호를 수신하는 라이다 모듈과,
    외부 환경에 의한 상기 선박의 동요에 따라 상기 라이다 모듈의 자세를 제어하며 상기 라이다 모듈을 지지하는 짐벌 모듈과,
    상기 라이다 모듈이 수신한 반사 신호를 기초로, 주변을 모델링하여 항해 시 구동을 제어하기 위한 항해 제어 신호를 생성하거나, 상기 목적지까지의 거리, 상기 목적지에 대한 선박의 자세를 판단함에 따라 목적지에 접안 시 구동을 제어하기 위한 접안 제어 신호를 생성하는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 선박의 위치, 자세, 주행 속도, 및 외부로부터 제공되는 환경 정보를 기초로, 충돌회피 알고리즘을 이용하여 제1 접안 예상 경로를 산출하고,
    상기 목적지의 위치, 선박의 위치 및 선박의 자세에 대한 정보를 좌표 정보값으로 변환하며, 상기 좌표 정보값을 인공 신경망에 입력하여 기계 학습함에 따라 제2 접안 예상 경로를 산출하고,
    상기 제1 접안 예상 경로의 전체 구간 중 미리 정해진 간격에 따라 복수의 구간들로 구획하는 제1 좌표점들과, 상기 제2 접안 예상 경로의 전체 구간 중 미리 정해진 간격에 따라 복수의 구간들로 구획하는 제2 좌표점들간의 차이가 임계치 이상인지 여부를 판단하여, 상기 접안 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 선박 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 반사 신호를 기초로, 항해 중인 상기 선박 주변에 있는 장애물에 대한 정보를 분석하고, 분석된 장애물의 위치, 크기, 및 이동 속도를 고려하여 상기 장애물을 회피하기 위한 상기 항해 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 선박 제어 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 반사 신호를 기초로 모델링된 상기 목적지의 위치를 분석하여 상기 목적지까지의 거리 및 상기 목적지에 대한 상기 선박의 접근각도와 관련된 각도를 산출함에 따라 상기 선박의 자세를 판단하고, 판단된 선박의 자세를 고려하여 상기 목적지에 대한 상기 선박의 자세를 정렬시키기 위한 상기 접안 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 선박 제어 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 선박에 설치되어, 상기 목적지를 향해 음파 신호를 송신하고, 송신된 음파 신호가 반사되어 돌아오는 반사 신호를 수신하는 초음파 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 초음파 센서가 수신한 반사 신호를 통해 상기 목적지까지의 거리 및 상기 목적지에 대한 상기 선박의 접근각도와 관련된 각도를 산출하는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 선박 제어 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 환경 정보는, 상기 목적지 주변의 풍향, 풍량, 및 파도의 세기 중 적어도 하나에 대한 정보인 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 선박 제어 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부에 의해 판단된 상기 선박의 현재 위치, 상기 목적지까지의 거리, 상기 선박의 자세, 및 상기 접안 예상 경로를 화면으로 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 선박 제어 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 선박의 선수 부분에 설치되어, 상기 선박의 추진력을 발생시키는 제1 사이드 스러스터와,
    상기 선박의 선미 부분에 설치되어, 상기 선박의 추진력을 발생시키는 제2 사이드 스러스터와,
    상기 선박의 선미 부분에 설치되어, 상기 선박의 주행 방향을 제어하는 방향타를 더 포함하되,
    상기 제1 사이드 스러스터, 상기 제2 사이드 스러스터, 및 상기 방향타는 상기 제어부로부터 생성된 상기 항해 제어 신호 또는 상기 접안 제어 신호에 따라 구동되는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 선박 제어 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 라이다 모듈이 수신한 반사 신호를 토대로 상기 제어부가 분석한 상기 선박 주변에 대한 정보들을 시간별 또는 위치별로 분류하여 저장하는 데이터베이스를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 라이다 모듈이 수신한 반사 신호를 토대로 탐지한 상기 대상 물체에 대한 정보와, 상기 데이터베이스에 분류되어 저장되어 있는 정보들을 비교하여, 상기 대상 물체의 유형을 식별하고, 식별된 대상 물체의 유형에 따라 상기 선박의 항로를 결정하는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 선박 제어 시스템.
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