KR102616000B1 - 자율운항선박 원격제어에서 지연발생의 원인식별을 위하여 지연 모델을 이용한 지연시간 분석과 가시화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자율운항선박 원격제어에서 지연발생의 원인식별을 위하여 지연 모델을 이용한 지연시간 분석과 가시화 방법을 개시한다.
본 발명은 제어시간을 측정하기 위한 것으로서 선박제어시간 측정부, 데이터 통신시간 측정부, 원격제어시간 측정부 중 어느 하나 또는 하나 이상으로 이루어진 측정수단을 이용한 측정방법 수립단계; 지연 모델을 이용한 지연시간 계산단계; 지연시간 비율을 계산하고 분석하여 원인을 결정하기 위한 지연시간 분석단계; 각 요소별 지연발생 원인을 식별할 수 있는 지연시간 비율의 가시화 단계;로 구성된다.
이와 같은 구성의 본 발명은 자율운항선박의 원격제어에서 제어지연이 발생하는 근본적인 원인을 식별하여 상황인식 실패와 원격제어 실패를 예방함으로써 자율운항선박의 안전항해를 확보할 수 있고, 제어지연이 발생하는 원인을 지연 모델을 이용하여 체계적으로 분석할 수 있는 원천기술을 확보할 수 있으며, 제어지연의 발생 원인과 지연의 발생 정도를 결정하여 가시화할 수 있는 자율운항선박(MASS)의 원격제어 시스템에 관한 상용화 기술을 확보할 수 있는 이점이 기대된다.

Description

자율운항선박 원격제어에서 지연발생의 원인식별을 위하여 지연 모델을 이용한 지연시간 분석과 가시화 방법{Analysis and visualization method of delay time using delay model to identify the cause of delay in the auto-remote of maritime autonomous surface ships}

본 발명은 자율운항선박의 원격제어에서 원격제어 3요소(선박, 제어시스템, 원격제어자)의 고유한 특징으로 인하여 발생한 지연시간의 분석과 가시화 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자율운항선박의 운항시 원격지에서 운영되는 원격제어시스템에서 선박 응답지연, 데이터 송수신지연, 원격제어자 반응지연 등에 따른 제어지연 발생시, 원격제어 절차에 따라서 구성한 총 13종의 시간측정지점을 갖는 측정 장치를 이용하여 제어시간을 측정하고 지연 모델을 기반으로 총 13종의 지연시간을 산출한 후, 원격제어 3요소 사이와 각 요소 내에서 발생하는 지연시간의 비율(%)을 계산하여 가시화함으로써 원격제어자가 원격제어 과정에서 발생하는 지연발생 원인을 인지할 수 있게 하여 운항 안전성을 보장할 수 있는 자율운항선박의 원격제어에서 지연발생의 원인을 식별하기 위한 지연시간의 분석과 가시화 방법에 관한 것이다.

현재 해상에서는 육상의 자율주행 자동차와 마찬가지로, 자율운항선박에 대한 연구개발이 활발하게 이뤄지고 있으며, 자동화시스템으로 물류의 흐름을 최소 10% 이상 빠르게 할 수 있고, 전체 해양사고의 82%나 차지하는 인적과실 사고를 해소할 수 있으며, 인건비 절감 등으로 약 60% 이상의 비용을 절감할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이러한 자율운항선박은 국제해사기구(International maritime Organization, IMO)에서 MASS(Maritime Autonomous Surface Ship)로 지칭하고 있으며, 통상 4레벨로 구분하고 있는데, 레벨1은 기존 선박에서 선원의 의사결정을 지원하기 위한 수준이고, 레벨2는 선박에 선원이 승선한 상태에서 원격 제어가 가능한 수준이며, 레벨3은 선원이 승선하지 않거나 또는 최소인원만 승선한 경우 원격 제어가 가능하고 기관이 자동화된 수준이다. 끝으로 레벨4는 선박에 사람이 없는 완전 무인화 수준인데, 국내외적인 개발목표는 기존 유인선박(사람이 제어하는 선박)에 원격제어 장치를 부가하여 원격에서 제어 가능한 수준2와 수준 3 사이에 있다. 수준 2와 3 사이에서 요구되는 기술은 원격으로 자율운항선박을 안전하게 조종하는 것인데 이를 위해 자율운항선박 원격제어 과정에서 발생하는 제어지연에 의한 해양사고는 예방되어야 한다.

한편, 현재 국내외에서는 레벨2와 레벨3 중간 정도의 자율운항선박을 대상으로 설계가 진행되고 있을 뿐, 아직까지 자율운항선박 형태로 건조된 선박은 전무한 실정이며, 이는 국제규정에 의하면 현재 국제해상운송에 종사하는 모든 선박은 인간(선원)에 의해서 제어해야 하는 것으로 정해져 있기 때문이다.

이에, 자율운항선박의 운항 안전성과 실효성을 확보하기 위한 방안으로 육상원격 제어시스템에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있는데, 이것은 육상원격 제어시스템을 통해 자율운항 시스템의 고장 또는 기능의 고장 또는 여하 한의 이유로 인하여 자율운항이 불가능한 경우 이를 대비하기 위함이다. 아울러 현존하는 모든 선박의 경우에도 육상제어가 필요한데, 그 것은, 선박 간 충돌, 화재, 항로이탈, 음주운항 등 다양한 상황에서 항해사가 선박을 직접 조종할 수 없는 경우가 발생하기 때문이다.

한편, 자율운항선박의 원격제어는 3요소(선박, 제어시스템, 원격제어자)로 구성되고, 3요소 사이의 순환적이고 반복적인 제어에 의해서 실행됨에 따라 이들 간의 유기적인 동작에 어떠한 지연 현상이 발생될 수 있는 것으로 알려져 있는데, 이러한 지연 현상은 다양한 환경(선박의 반응지연, 통신 네트워크의 고장과 지연, 제어시스템의 신호처리 지연, 원격제어자에 의한 의사결정 지연 등)에 의해서 발생할 수 있다.

원격제어에서 지연이 발생하면 두 가지 주요 문제가 발생하는데, 그 것은 상황인식 실패와 원격제어 실패이다. 상황인식 실패는 자율운항선박 주변의 현재 상황이 원격제어자에게 전송될 때까지 지연되어 원격제어자가 현재 상황을 인지할 수 없기 때문에 발생하고, 원격제어 실패는 원격제어자의 제어명령이 선박에 도달할 때까지 지연되어 원격제어자가 원하는 시점에서 선박이 제어되지 못하기 때문에 발생한다. 이러한 상황인식 실패와 원격제어 실패가 발생하면, 선박은 충돌, 좌초 등의 사고가 발생할 수 있고, 계획된 항로에서 이탈하여 항해 거리가 증가할 수 있다.

따라서 자율운항선박의 운항 중 지연으로 인한 해양사고 발생을 미연에 방지하고 계획된 항로를 추정할 수 있는 대안 마련이 시급한 실정이며, 특히 과학적이고 정량적으로 원격제어 과정 중에 발생하는 지연에 따른 원격제어의 위험수준을 평가하고 결정하여 가시화하는 방법에 대한 연구를 통해 자율운항선박의 운항 안전성과 경제성을 확보할 필요가 있다.

(지연의 위험수준 평가방법의 고찰)

자율운항선박 원격제어에서 지연에 따른 원격제어의 위험수준에 대한 평가방법은 아직 관련 분야에서 보고된 바는 없고, 다만, 지연에 의해서 발생할 수 있는 충돌위험 평가방법이 본 발명자에 의해서 다양한 특허로 보고되어 있다.

지연시간 자체의 평가방법은 다음 세 가지를 고려할 수 있는데, 1) 선박의 선체반응 지연시간을 국제해사기구(IMO)에서 정한 표준성능평가 규정에 의해서 평가하는 방법, 2) 통신 장비의 지연시간을 다양한 국제규정(IEC, ISO 등)에 의해서 평가하는 방법, 3) 원격제어의 지연시간을 세계 유명 선급(ABS, DNV 등)에서 정한 지침(Guideline)에 의해서 평가하는 방법 등이다.

위의 1)과 2)는 선박과 장비의 성능수준을 평가하기 위한 것일 뿐 지연의 위험수준을 평가하기 위한 것이 아니고, 3)의 경우는 '지연은 최소화 될 것'이라고만 되어 있을 뿐 평가 방법과 기준은 제시되어 있지 않다. 아울러, 원격제어자의 제어반응 지연에 대한 평가 방법 역시 보고된 바 없으며, 특히, 지연에 따른 원격제어 위험수준의 평가방법은 아직 보고된 바 없다.

한편, 원격제어 시스템에서 지연을 감소시키는 방법은 다음 네 가지를 고려할 수 있는데, 1) 통신 속도 증가, 2) 전송 데이터 용량 축소, 3) 선체응답 속도 향상, 4) 원격제어자의 반응속도 증가 등이다. 그러나 1)의 통신 속도 증가는 기술적 한계가 있고, 2)의 전송 데이터 용량 축소 역시 한계가 있으며, 3)의 선체응답 속도는 유체 중 선박에 발생하는 불가항력적인 현상이며, 4)의 원격제어자 반응속도 증가는 훈련에 의해서 가능하지만 한계가 있으며 원격제어자의 숙련도에 의존해야 하는 폐단이 있다.

이에, 자율운항선박 원격제어에서 지연 문제는 세계적인 이슈로 등장하면서. 통신 장비와 네트워크 회사, 원격제어장비 제작 회사, 교육기관 등에서 나름대로의 문제해결 연구 또는 방안 탐색 등이 진행 중에 있으나 원격제어에서의 다양한 지연의 발생은 현재 기술로는 해결하기 곤란한 문제로 남아 있음에 따라 원격제어자의 관점에서 지연 문제를 해결하기 위한 방안이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

등록특허공보 제10-1941896호(2019.01.18.) 등록특허공보 제10-2042058호(2019.11.01.) 등록특허공보 제10-2000155호 (2019.07.09.) 공개특허공보 제10-2018-0045440호(2018.05.04.) 등록특허 제10-1937439호(2019.01.04.) 등록특허 제10-1937443호(2019.01.04.)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 자율운항선박 원격제어에서의 다양한 지연의 발생은 현재 기술로는 해결하기 곤란한 문제로 가정하고, 원격제어자의 관점에서 지연 문제를 해결하기 위한 방안으로서 자율운항선박 원격제어에서 지연발생의 원인식별을 위하여 지연 모델을 이용한 지연시간 분석과 가시화 방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명은 1. 지연발생 원인을 식별하기 위한 지연시간 분석과 가시화 방법, 2. 원격제어 과정을 고려한 제어시간 측정 장치의 구성 방법, 3. 총 13종의 제어시간을 측정할 수 있는 제어시간 측정 장치의 구성도, 4. 총 13종의 지연구간에서 지연시간을 계산할 수 있는 지연 모델, 5. 원격제어 과정에서 서로 연계된 지연시간을 지연 모델을 이용하여 계산하는 방법, 6. 지연발생의 원인을 분석하여 결정하기 위한 지연시간 분석 절차, 7. 지연시간 비율(%)의 가시화를 위한 가시화 창의 구성도, 8. 지연시간 비율(%)을 가시화 창에 표시하는 방법을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시례에 따른 자율운항선박 원격제어에서 지연발생의 원인식별을 위하여 지연 모델을 이용한 지연시간 분석과 가시화 방법은, 제어시간을 측정하기 위한 것으로서 선박제어시간 측정부, 데이터 통신시간 측정부, 원격제어시간 측정부 중 어느 하나 또는 하나 이상으로 이루어진 측정수단을 이용한 측정방법 수립단계; 지연 모델을 이용한 지연시간 계산단계; 지연시간 비율을 계산하고 분석하여 원인을 결정하기 위한 지연시간 분석단계; 각 요소별 지연발생 원인을 식별할 수 있는 지연시간 비율의 가시화 단계;로 구성된 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 측정수단은 선박제어시간 측정부와, 데이터 통신시간 측정부와, 원격제어시간 측정부 중 어느 하나 또는 하나 이상으로 구성되되;, 상기 선박제어시간 측정부는 자율운항선박이 원격으로 제어되는 동안 선박에 장착된 다양한 항해 장치를 이용하여 선박이 제어되는 시간을 측정하기 위한 것으로, 선박 제어장치, 선체응답 측정 장치, 선체반응 측정 장치, 선박정보 수집 장치 중 어느 하나 또는 하나 이상으로 구성되고;, 상기 데이터 통신시간 측정부는 선박제어와 원격제어 사이에서 다양한 통신장치(LTE, LTE-M, V-SAT 등)의 송수신 단말기를 이용하여 데이터 송수신시간을 측정하기 위한 것으로, 선박 데이터 송신기(sTX), 제어 데이터 수신기(sRX), 선박 데이터 수신기(cRX), 제어 데이터 송신기(cTX)로 구성되고;, 상기 원격제어시간 측정부는 원격제어자(Operator)가 원격제어를 실시하는 동안 원격제어자의 제어행동 시간을 측정하기 위한 것으로, 데이터 저장서버, 선박상황 모니터, 눈-추적 센서(eye-tracking sensor)와 눈-추적 장치, 상황인식 버튼(button), 의사결정 버튼, 원격제어장치 중 어느 하나 또는 하나 이상으로 구성되고;, 상기 3개의 측정부에서 발생한 데이터는 데이터베이스에 저장되는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 선박 데이터 송신기와 제어 데이터 수신기 양쪽은 상기 선박제어시간 측정부에 설치하고;, 상기 선박 데이터 수신기와 제어 데이터 송신기 양쪽은 상기 원격제어시간 측정부에 설치하는 구성에 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 측정수단을 이용한 측정방법 수립단계에서, 상기 선박제어시간 측정부에서 하기의 (method 1)을 이용하여 4종의 제어시간을 측정하는 것에 있다.

1) 선박제어장치에서 선박제어 시작시간을 측정한다. 이 장치는 원격제어자가 명령한 선수방위와 속력에 대해서 선박을 제어하기 위한 것으로, 선수방위는 자동조타장치(Autopilot)를 이용하여 제어하고, 속력은 텔레그래프(Telegraph)를 이용하여 제어한다. 선박제어 시작시간은 두 제어 장치에 입력되는 명령 중에서 먼저 수신한 명령의 수신시간으로 정한다.

2) 선체응답 측정 장치에서 선체응답 시작시간을 측정한다. 이 장치는 제어명령에 대해서 선체(ship's body)가 응답한 상태를 측정하기 위한 것으로, 타각(Rudder angle) 지시기와 엔진 회전수(RPM) 지시기 등을 이용한다. 선체응답 시작시간은 두 지시기에서 출력되는 타각 또는 회전수가 명령 타각 또는 명령 회전수의 63%에 해당하는 시간 중에서 가장 빠른 시간으로 정한다.

3) 선체응답 측정 장치에서 선체응답 시작시간을 측정한다. 이 장치는 선체응답 이후에 실제 선박이 변화된 선체반응을 측정하기 위한 것으로, 자이로컴퍼스(Gyrocompass), GPS(Global Positioning System), 속력측정 장치(Speed-Log) 등을 이용한다. 선체반응 시작시간은 세 가지 장치들에서 출력되는 선수방위(도) 또는 위치(경위도) 또는 속력(노트) 중에서 가장 빠르게 값이 변한 시간으로 정한다.

4) 선박정보 수집 장치에서 선박 데이터 저장의 시작과 종료시간을 측정한다. 이 장치는 자율운항선박 원격제어 과정 중에 발생한 항해 데이터를 수집하는 장치로서 항해데이터수집장치(Voyage Data Recorder, VDR)를 이용한다. 선박정보 수집의 시작과 종료 시간은 VDR에 데이터가 저장되기 시작한 시간과 종료한 시간으로 정한다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 측정수단을 이용한 측정방법 수립단계에서, 상기 데이터 통신시간 측정부에서 하기의 (method 2)를 이용하여 4종의 제어시간을 측정하는 것에 있다.

1) 송신기(sTX)에서 선박 데이터 송신 시작시간을 측정하는데, 송신 시작 시간은 sTX에서 데이터를 전송하기 시작한 시간으로 정한다.

2) 수신기(cRX)에서 선박 데이터 수신 시작시간을 측정하는데, 수신 시작시간은 cRX에서 데이터 수신을 시작한 시간으로 정한다.

3) 송신기(cTX)에서 제어 데이터 송신 시작시간을 측정하는데, 송신 시작시간은 cTX에서 데이터를 송신하기 시작한 시간으로 정한다.

4) 수신기(sRX)에서 제어 데이터 수신 시작시간을 측정하는데, 수신 시작시간은 sRX에서 데이터를 수신하기 시작한 시간으로 정한다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 측정수단을 이용한 측정방법 수립단계에서, 상기 원격제어시간 측정부에서 하기의 (method 3)을 이용하여 5종의 제어시간을 측정하는 것에 있다.

1) 선박상황 모니터를 이용하여 항해상황 가시화 시작시간을 측정한다.

2) 눈-추적 장치를 이용하여 원격제어자의 항해상황 견시(Watch-keeping) 시간을 측정한다.

3) 상황인식 버튼을 이용하여 원격제어자의 상황인식(Situation Awareness)에 걸린 시간을 측정한다.

4) 의사결정 버튼을 이용하여 원격제어자의 의사결정(Decision-making)에 걸린 시간을 측정한다.

5) 원격제어장치를 이용하여 원격제어 시작시간을 측정한다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 지연 모델을 이용한 지연시간 계산단계에서, 지연시간 계산은 제어시간 측정장치와 연계한 자율운항선박 원격제어의 지연모델을 선정하는 과정을 포함하되;, 상기 지연모델은 선박제어지연 구간, 데이터통신지연 구간, 원격제어지연 구간으로 구성되는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 지연시간 계산을 위하여 선박제어지연 구간에서 발생한 5종의 지연시간을 하기와 같이 계산 처리하는 구성에 있다.

1): 수신처리 지연시간(DsRD)은 제어 데이터 수신기(sRX)와 선박제어 장치에서 측정한 제어시간(TsRX, Rcont)의 차로 계산한다.

2): 선박제어 지연시간(Dcont)은 선박제어 장치와 선체응답 측정 장치에서 측정한 제어시간(Tcont, Tresp)의 차로 계산한다.

3): 선체응답 지연시간(Dresp)은 선체응답 측정 장치와 선체반응 측정 장치에서 측정한 제어시간(Tresp, Taction)의 차로 계산한다.

4): 선체반응 지연시간(Daction)은 선체반응 측정 장치와 선박정보 수집 장치에서 측정한 제어시간(Taction, Tinf)의 차로 계산한다.

5): 정보수집 지연시간(DsTD)은 선박정보 수집 장치와 선박 데이터 송신기(sTX)에서 측정한 제어시간(Tinf, TsTX)의 차로 계산한다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 지연시간 계산을 위하여 데이터통신지연 구간에서 발생한 지연시간을 하기와 같이 계산 처리하는 구성에 있다.

1) 선박데이터 송수신 지연시간(DsTR)은 선박데이터 송신기(sTX)와 선박데이터 수신기(cRX)에서 측정한 제어시간(TsTX, TcRX)의 차를 이용하여 계산한다.

2) 제어데이터 송수신 지연시간(DcTR)은 제어데이터 송신기(cTX)와 제어데이터 수신기(sRX)에서 측정한 제어시간(TcTX, TsRX)의 차로 계산한다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 지연시간 계산을 위하여 원격제어지연 구간에서 발생한 6종의 지연시간을 하기와 같이 계산 처리하는 구성에 있다.

1) 수신처리 지연시간(DcRD)은 선박데이터 수신기(cRX)와 선박상황 모니터에서 측정한 제어시간(TcRX, TMT)의 차로 계산한다.

2) 견시 지연시간(DWK)은 선박상황 모니터와 눈-추적 센서에서 측정한 제어시간(TMT, TET)의 차로 계산한다.

3) 상황인식 지연시간(DSA)은 눈-추적 센서와 상황인식 버튼에서 측정한 제어시간(TET, TSA)의 차로 계산한다.

4) 의사결정 지연시간(DDM)은 상황인식 버튼과 의사결정 버튼에서 측정한 제어시간(TSA, TDM)의 차로 계산한다.

5) 제어행동 지연시간(DCB)은 의사결정 버튼과 원격제어 장치에서 측정한 제어시간(TDM, TRC)의 차로 계산한다.

6) 송신처리 지연시간(DcTD)은 원격제어 장치와 제어데이터의 송신기(cTX)에서 측정한 제어시간(TRC,TcTX)의 차로 계산한다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 지연시간 분석단계는 하기의 (method 4)를 이용하여 지연시간의 분석을 수행하는 것에 있다.

(method 4)

1) 제어시간 측정 데이터 획득과 가공단계

제어시간 측정 데이터는 시간 데이터(T-data)를 획득한 후, 하기의 수식 (1)의 형태를 갖는 제어시간 데이터 세트 T-set(h,n)로 재구성한다.

수식 (1) : T-set(h,n) = {T1(n), T2(n), T3(n), T4(n), T5(n), T6(n), T7(n), T8(n), T9(n), T10(n), T11(n), T12(n), T13(n)}

여기서, h는 제어시간 측정 장치들의 구분번호로서 h=1,2,… H(H는 총 측정 장치의 수로서, H=13)이고, n은 원격제어 횟수를 나타낸 것으로 n=1,2,… N(N은 최종 원격제어 횟수)이며, 총 13종의 제어시간은 선박제어와 원격제어 사이의 시간동기를 위하여 GPS(Global Positioning System) 시간을 이용하여 측정한 것으로, 다음과 같이 정의한 것이다.

T1(n): 제어데이터 수신시간(TsRX)

T2(n): 선박제어장치 데이터 입력시간(Tcont)

T3(n): 선체응답 시작시간(Tresp)

T4(n): 선체반응 시작시간(Taction)

T5(n): 선박정보수집 시작시간(Tinf)

T6(n): 선박데이터 전송시간(TsTX)

T7(n): 선박데이터 수신시간(TcRX)

T8(n): 선박상황 모니터 가시화 시작시간(TMT)

T9(n): 눈-추적 센서 작동시작시간(TET)

T10(n): 상황인식 버튼 누른 시간(TSA)

T11(n): 의사결정 버튼 누른 시간(TDM)

T12(n): 원격제어 장치 작동시작시간(TRC)

T13(n): 원격제어데이터 송신시작시간(TcTX)

2) 지연시간 계산단계

총 13종의 제어시간을 이용하여 13종의 지연시간을 계산하는데, 먼저, n의 제어횟수에서 측정한 지연시간 D-time(s,h)을 하기의 수식 (2)로 계산한다.

수식 (2) : D-time(s,h) = | T-set(h,n) - T-set(h+1,n) |

여기서 s는 지연시간 구분번호를 나타낸 것으로, s=1,2,…S(S는 총 지연시간 종류의 수로서 S=13)이고, h = s인데, 만약 h+1이 H 보다 크면 h+1은 1로 정한다.

다음으로, N회 제어 후의 지연시간의 평균 DT(s)을 하기의 수식 (3)으로 구한다.

수식 (3) : DT(s) = sum[D-time(s,n)]/N

여기서 sum[*]은 지연시간의 합을 의미, 그리고 위의 수식(3)을 이용하여 계산한 평균지연시간은 다음과 같이 원격제어 3요소로 구분하여 정리한다.

(선박제어에서 발생한 총 5종의 평균지연시간)

A-DT(a=1): 수신처리 지연시간(DsRD)

A-DT(a=2): 선박제어 지연시간(Dcont)

A-DT(a=3): 선체응답 지연시간(Dresp)

A-DT(a=4): 선체반응 지연시간(Daction)

A-DT(a=5): 정보수집 지연시간(DsTD)

(데이터통신에서 발생한 총 2종의 평균지연시간)

B-DT(b=1): 선박데이터 송수신 지연시간(DsTR)

B-DT(b=2): 제어데이터 송수신시간(DcTR)

(원격제어에서 발생한 총 6종의 평균지연시간)

C-DT(c=1): 수신처리 지연시간(DcRD)

C-DT(c=2): 견시 지연시간(DWK)

C-DT(c=3): 상황인식 지연시간(DSA)

C-DT(c=4): 의사결정 지연시간(DDM)

C-DT(c=5): 제어행동 지연시간(DCB)

C-DT(c=6): 송신처리 지연시간(DcTD)

3) 지연발생 원인의 분석과 식별 방법단계

지연발생 원인의 분석과 식별은, 먼저 총 13종의 평균지연시간을 이용하여 지연시간의 비율을(%)을 계산하여 분석한 후 이들 비율을 이용하여 식별한다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 지연발생 원인의 분석과 식별 방법단계는 원격제어 3요소 사이와 원격제어 3요소로 구분하여 하기의 (method 5)와 (method 6)을 이용하여 도출하는 것에 있다.

(method 5)

원격제어 3요소 각각의 지연시간이 원격제어 전체에서 차지하는 비율(%)을 하기 수식(4)로 계한다.

수식 (4) : Ratio-ABC(w) = [ Ratio(w) / sum-Ratio ]×100%, (w=1,2,3)

여기서, w는 원격제어 3요소의 구분번호로서, w=1은 선박제어, w=2는 데이터통신, w=3은 원격제어를 나타내고, Ratio(w)는 하기의 수식 (5) (6),(7)을 이용하여 계산한 각 요소의 비율을 나타내고, sum-Ratio는 Ratio(w)의 합을 나타낸다.

수식 (5) : Ratio(w)(w=1) = sum-A-DT/ref-A

수식 (6) : Ratio(w)(w=2) = sum-B-DT/ref-B

수식 (7) : Ratio(w)(w=3) = sum-C-DT/ref-C

여기서 sum-A-DT와 sum-B-DT 그리고 sum-C-DT는 하기의 수식 (8),(9),(10)을 이용하여 계산한 3요소 각각의 지연시간의 합을 나타내고, ref-A, ref-B, ref-C는 실험과 통계를 통해서 결정한 3요소 각각의 지연시간 기준 값을 나타낸 것인데, 이 값들은 다양한 환경조건에 의해서 변하는 값이다.

수식 (8) : sum-A-DT = sum [A-DT(a)] (a=1,2,3,4,5)

수식 (9) : sum-B-DT = sum [B-DT(b)] (a=1,2)

수식 (10) : sum-C-DT = sum [C-DT(c)] (a=1,2,3,4,5,6)

그런 후, 상기 수식 (4)을 이용하여 계산한 Ratio-ABC(w)의 값을 이용하여 3요소의 지연발생 원인을 분석하고 식별한다.

(method 6)

원격제어 3요소 내의 지연발생 원인은 각 요소의 지연구간 각각에서 계산한 지연시간의 비율(%)을 이용하여 분석하고 식별한다. 이 비율은 다음 식(11) 내지 식(13)을 이용하여 계산한다.

Ratio-A(a) = [A-DT(a)/sum-A-DT]×100% (a=1,2,3,4,5) ------------- (11)

Ratio-B(b) = [B-DT(b)/sum-B-DT]×100% (a=1,2) ------------------- (12)

Ratio-C(c) = [C-DT(c)/sum-C-DT]×100% (a=1,2,3,4,5,6) ----------- (13)

그런 후, 위의 수식 (11) ~ 수식(13)을 이용하여 계산한 비율의 값(%)을 이용하여 3요소별 지연구간 각각의 지연발생 원인을 분석하고 식별한다.

본 발명에 따른 자율운항선박의 원격제어에서 지연 모델을 이용한 지연시간 분석과 가시화 방법은, 자율운항선박의 원격제어에서 제어지연이 발생하는 근본적인 원인을 식별하여 상황인식 실패와 원격제어 실패를 예방함으로써 자율운항선박의 안전항해를 확보할 수 있고, 제어지연이 발생하는 원인을 지연 모델을 이용하여 체계적으로 분석할 수 있는 원천기술을 확보할 수 있으며, 제어지연의 발생 원인과 지연의 발생 정도를 결정하여 가시화할 수 있는 자율운항선박(MASS)의 원격제어 시스템에 관한 상용화 기술을 확보할 수 있는 이점이 기대된다.

또한, 현재 운항 중인 선박을 자율운항선박으로 개조하거나 또는 향후 자율운항선박으로 규정된 선박에 대해서 적용하여 제어지연 발생 원인의 식별과 가시화가 가능하므로 기술의 적용 자유도가 높은 이점이 기대된다.

또한, 자율운항선박의 해양사고(충돌, 좌초, 접촉 등)로 인한 심각한 손상과 그에 따른 환경오염과 경제적인 손실을 방지할 수 있는 유용한 효과가 기대된다.

또한 본 발명의 자율운항선박의 원격제어에서 지연 모델을 이용한 지연시간 분석을 통해 지연발생 원인을 식별함으로써 자율운항선박에서 발생할 수 있는 예상치 못한 위험을 대폭 감소시킬 수 있어 신뢰성을 담보할 수 있는 유용한 효과가 기대된다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1은 자율운항선박 원격제어에서 지연발생 원인의 분석을 위한 제어시간 측정 장치의 구성을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 자율운항선박 원격제어의 지연 모델을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 지연시간 분석과 가시화 절차를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 지연시간 비율(%) 가시화를 위한 가시화 창(visualization window)의 구성을 나타낸 도면.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

먼저, 도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 자율운항선박 원격제어에서 지연발생의 원인식별을 위하여 지연 모델을 이용한 지연시간 분석과 가시화 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 1은 자율운항선박 원격제어에서 지연발생 원인의 분석을 위한 제어시간 측정 장치의 구성을 설명하기 위한 도면으로서, 도면에는, 3요소로 구성된 자율운항선박 원격제어 과정을 고려하여 설계한 제어시간 측정 장치의 구성도를 도시하고 있다.

도 2는 본 발명에 따른 자율운항선박 원격제어의 지연 모델을 설명하기 위한 도면으로서, 도면에는, 상기 도면 1에 나타낸 총 13종의 제어시간 측정 장치와 연계한 자율운항선박 원격제어의 지연 모델을 도시하고 있다.

도 3은 본 발명에 따른 지연시간 분석과 가시화 절차를 설명하기 위한 도면으로서, 일측에는 원격제어 과정 중에 발생하는 각종 제어 데이터와 제어시간 측정 데이터를 획득하는 절차를 나타내고, 타측에는 데이터베이스(D/B)에 저장된 데이터를 호출하여 지연시간을 계산하고 분석하여 가시화하기 위한 절차가 도시되어 있다.

도 4는 본 발명에 따른 지연시간 비율(%) 가시화를 위한 가시화 창(visualization window)의 구성을 나타낸 도면으로서. 원격제어 3요소와 원격제어 절차와, 지연시간 비율(%), 원격제어 3요소의 지연시간 비율(%), 지연시간의 비율(%)은 nn.nn(%)의 형태로 표시함으로써 원격제어 과정에서 지연발생 원인을 용이하게 파악할 수 있도록 한 가시화 창의 구성이 도시되어 있다.

본 발명은 자율운항선박 원격제어에서 지연발생의 원인식별을 위하여 지연 모델을 이용한 지연시간 분석과 가시화 방법을 구현하기 위한 것으로, 자율운항선박 원격제어는, 3요소(선박, 제어시스템, 원격제어자)로 구성되고, 이들 3요소 사이의 순환적이고 반복적인 제어에 의해서 실행되면서 다양한 지연이 발생하며, 이러한 지연은 기술적인 한계 또는 자연적인 현상에 의해서 어쩔 수 없이 발생하는 근본적인 지연(Latency)에 더하여 원격제어자의 제어기술 미숙으로 인한 제어반응 지연, 태풍과 기상악화로 인한 선박 제어응답의 지연, 대용량 데이터 송수신에 따른 통신지연 등이 종합하여 나타난다.

이러한 지연은, 상황인식 실패와 원격제어 실패의 주요한 원인으로 작용하기 때문에 지연발생 원인의 식별은 원격제어 실패 예방에 중요하다. 본 발명은, 3요소 사이는 물론 3요소 각 내부에서 발생 가능한 지연시간을 분석하여 지연발생 원인을 원격제어자에게 가시화시킴으로써 제어실패를 예방하기 위한 것이다.

지연시간 분석과 가시화 방법은 다음 순서로 설명한다. 먼저, 1.1 제어시간을 측정하기 위한 측정 장치와 측정 방법을 설명하고, 1.2 지연 모델을 이용한 지연시간 계산 방법을 설명한다. 그런 후 2. 지연시간 비율(%)을 계산하고 분석하여 원인을 결정하기 위한 지연시간 분석 수단을 설명하고, 마지막으로, 3. 각 요소별 지연 발생 원인을 식별할 수 있는 지연시간 비율(%)의 가시화 방법을 설명하기로 한다.

1.1. 제어시간의 측정 장치와 측정 방법

제어시간 측정 장치와 제어시간 측정 방법은 도 1을 이용하여 제어시간 측정 장치를 설명한 후, 제어시간 측정 방법을 설명하기로 한다.

도 1은 3요소로 구성된 자율운항선박 원격제어 과정을 고려하여 설계한 제어시간 측정 장치의 구성도를 나타낸 것이다.

도면에서, (A)선박제어시간 측정 부분, (B)데이터 통신시간 측정 부분 그리고 (C)원격제어시간 측정 부분 등으로 구성한다.

상기 (A)선박제어시간 측정 부분은 자율운항선박이 원격으로 제어되는 동안 선박에 장착된 다양한 항해 장치를 이용하여 선박이 제어되는 시간을 측정하기 위한 것으로, 선박 제어장치, 선체응답 측정 장치, 선체반응 측정 장치, 선박정보 수집 장치 등으로 구성한다.

상기 (B)데이터 통신시간 측정 부분은 선박제어와 원격제어 사이에서 다양한 통신장치(LTE, LTE-M, V-SAT 등)의 송수신 단말기를 이용하여 데이터 송수신시간을 측정하기 위한 것으로, 선박 데이터 송신기(sTX), 제어 데이터 수신기(sRX), 선박 데이터 수신기(cRX), 제어 데이터 송신기(cTX)로 구성하는데, sTX와 sRX 양쪽은 (A)선박제어시간 측정 부분에 설치하고, cRX와 cTX 양쪽은 (C)원격제어시간 측정 부분에 설치한다.

상기 (C)원격제어시간 측정 부분은 원격제어자(Operator)가 원격제어를 실시하는 동안 원격제어자의 제어행동 시간을 측정하기 위한 것으로, 데이터 저장서버, 선박상황 모니터, 눈-추적 센서(eye-tracking sensor)와 눈-추적 장치, 상황인식 버튼(button), 의사결정 버튼, 원격제어장치 등으로 구성한다.

위의 세 측정 부분에서 발생한 모든 데이터는 데이터베이스(D/B)에 저장하여 지연시간의 계산과 분석에 이용한다.

제어시간 측정 방법은 도 1을 이용하여 설명한다. 여기서 모든 제어시간은 GPS(Global Positioning System)의 시간을 이용하여 측정한다. 먼저, (A)선박제어시간 측정 부분에서 다음과 같은 총 4종의 제어시간을 측정한다.

1) 선박제어장치에서 선박제어 시작시간을 측정한다. 이 장치는 원격제어자가 명령한 선수방위와 속력에 대해서 선박을 제어하기 위한 것으로, 선수방위는 자동조타장치(Autopilot)를 이용하여 제어하고, 속력은 텔레그래프(Telegraph)를 이용하여 제어한다. 선박제어 시작시간은 두 제어 장치에 입력되는 명령 중에서 먼저 수신한 명령의 수신시간으로 정한다.

2) 선체응답 측정 장치에서 선체응답 시작시간을 측정한다. 이 장치는 제어명령에 대해서 선체(ship's body)가 응답한 상태를 측정하기 위한 것으로, 타각(Rudder angle) 지시기와 엔진 회전수(RPM) 지시기 등을 이용한다. 선체응답 시작시간은 두 지시기에서 출력되는 타각 또는 회전수가 명령 타각 또는 명령 회전수의 63%에 해당하는 시간 중에서 가장 빠른 시간으로 정한다.

3) 선체응답 측정 장치에서 선체응답 시작시간을 측정한다. 이 장치는 선체응답 이후에 실제 선박이 변화된 선체반응을 측정하기 위한 것으로, 자이로컴퍼스(Gyrocompass), GPS(Global Positioning System), 속력측정 장치(Speed-Log) 등을 이용한다. 선체반응 시작시간은 세 가지 장치들에서 출력되는 선수방위(도) 또는 위치(경위도) 또는 속력(노트) 중에서 가장 빠르게 값이 변한 시간으로 정한다.

4) 선박정보 수집 장치에서 선박 데이터 저장의 시작과 종료시간을 측정한다. 이 장치는 자율운항선박 원격제어 과정 중에 발생한 항해 데이터를 수집하는 장치로서 항해데이터수집장치(Voyage Data Recorder, VDR)를 이용한다. 선박정보 수집의 시작과 종료 시간은 VDR에 데이터가 저장되기 시작한 시간과 종료한 시간으로 정한다.

다음은 (B)데이터 통신시간 측정 부분에서 다음과 같은 총 4종의 제어시간을 측정한다.

5) 송신기(sTX)에서 선박 데이터 송신 시작시간을 측정하는데, 송신 시작 시간은 sTX에서 데이터를 전송하기 시작한 시간으로 정한다.

6) 수신기(cRX)에서 선박 데이터 수신 시작시간을 측정하는데, 수신 시작시간은 cRX에서 데이터 수신을 시작한 시간으로 정한다.

7) 송신기(cTX)에서 제어 데이터 송신 시작시간을 측정하는데, 송신 시작시간은 cTX에서 데이터를 송신하기 시작한 시간으로 정한다.

8) 수신기(sRX)에서 제어 데이터 수신 시작시간을 측정하는데, 수신 시작시간은 sRX에서 데이터를 수신하기 시작한 시간으로 정한다.

마지막으로 (C)원격제어시간 측정 부분에서 다음과 같은 총 5종의 제어시간을 측정한다.

9) 선박상황 모니터를 이용하여 항해상황 가시화 시작시간을 측정한다. 이 모니터는 선박에서 전송한 항해상황을 가시화시키기 위한 것으로, 원격제어자는 모니터에 가시화된 항해상황을 보면서 원격제어를 실시한다. 항해상황 가시화 시작시간은 모니터에 영상정보가 입력되기 시작한 시간으로 정한다.

10) 눈-추적 장치를 이용하여 원격제어자의 항해상황 견시(Watch-keeping) 시간을 측정한다. 눈-추적 장치는 눈-추적 센서와 연동하여 원격제어자의 항해상황 견시 시간을 측정하기 위한 것으로, 눈-추적 장치는 선박상황 모니터에 부착하고 눈-추적 센서는 원격제어자의 머리에 부착한다. 견시 시작시간은 눈-추적 장치에 신호가 입력된 최초 시간으로 정한다.

11) 상황인식 버튼을 이용하여 원격제어자의 상황인식(Situation Awareness)에 걸린 시간을 측정한다. 원격제어자는 항해상황을 견시하다가 상황인식이 완성되었다고 생각하면 버튼을 누른다. 원격제어자의 상황인식 완료시간은 이 버튼을 누른 시간으로 정한다.

12) 의사결정 버튼을 이용하여 원격제어자의 의사결정(Decision-making)에 걸린 시간을 측정한다. 원격제어자는 의사결정이 완성되었다고 생각하면 버튼을 누른다. 원격제어자의 의사결정 완료시간은 이 버튼을 누른 시간으로 정한다.

13) 원격제어장치를 이용하여 원격제어 시작시간을 측정한다. 원격제어장치는 자율운항선박의 원격제어에 필요한 제어명령을 발생하기 위한 것으로, 선박 제어를 위한 선수방위, 러더각도, 바우쓰러스트 상태, 속도 등에 관한 제어명령 값을 생성한다. 원격제어의 시작시간은 이 장치에서 제어 데이터가 발생하기 시작한 시간으로 정한다.

1.2. 지연시간 계산 방법

지연시간 계산 방법은 도 2를 이용하여 설명한다. 도 2는 도 1에 나타낸 총 13종의 제어시간 측정 장치와 연계한 자율운항선박 원격제어의 지연 모델을 나타낸다.

지연 모델은 (A)선박제어지연 구간과 (B)데이터통신지연 구간 그리고 (C)원격제어지연 구간 등의 세 부분으로 구성한다. (A)는 총 4종의 측정 장치와 총 5종의 지연구간(a1부터 a5까지)으로 구성하고, (B)는 총 4종의 측정 장치와 총 2종의 지연구간(b1과 b2)으로 구성하고, (C)는 총 5종의 측정 장치와 총 6종의 지연구간(c1부터 c6까지)으로 구성한다.

원격제어 지연 모델을 이용한 지연시간 계산 방법은 다음과 같다.

먼저 (A)선박제어지연 구간에서 발생한 총 5종 지연시간은 다음과 같이 계산한다.

a1: 수신처리 지연시간(DsRD)은 제어 데이터 수신기(sRX)와 선박제어 장치에서 측정한 제어시간(TsRX, Rcont)의 차로 계산한다.

a2: 선박제어 지연시간(Dcont)은 선박제어 장치와 선체응답 측정 장치에서 측정한 제어시간(Tcont, Tresp)의 차로 계산한다.

a3: 선체응답 지연시간(Dresp)은 선체응답 측정 장치와 선체반응 측정 장치에서 측정한 제어시간(Tresp, Taction)의 차로 계산한다.

a4: 선체반응 지연시간(Daction)은 선체반응 측정 장치와 선박정보 수집 장치에서 측정한 제어시간(Taction, Tinf)의 차로 계산한다.

a5: 정보수집 지연시간(DsTD)은 선박정보 수집 장치와 선박 데이터 송신기(sTX)에서 측정한 제어시간(Tinf, TsTX)의 차로 계산한다.

(B)데이터통신지연 구간에서 발생한 총 4종 지연시간은 다음과 같이 계산한다.

b1: 선박데이터 송수신 지연시간(DsTR)은 선박데이터 송신기(sTX)와 선박데이터 수신기(cRX)에서 측정한 제어시간(TsTX, TcRX)의 차를 이용하여 계산한다.

b2: 제어데이터 송수신 지연시간(DcTR)은 제어데이터 송신기(cTX)와 제어데이터 수신기(sRX)에서 측정한 제어시간(TcTX, TsRX)의 차로 계산한다.

(C)원격제어지연 구간에서 발생한 총 6종 지연시간은 다음과 같이 계산한다.

c1: 수신처리 지연시간(DcRD)은 선박데이터 수신기(cRX)와 선박상황 모니터에서 측정한 제어시간(TcRX, TMT)의 차로 계산한다.

c2: 견시 지연시간(DWK)은 선박상황 모니터와 눈-추적 센서에서 측정한 제어시간(TMT, TET)의 차로 계산한다.

c3: 상황인식 지연시간(DSA)은 눈-추적 센서와 상황인식 버튼에서 측정한 제어시간(TET, TSA)의 차로 계산한다.

c4: 의사결정 지연시간(DDM)은 상황인식 버튼과 의사결정 버튼에서 측정한 제어시간(TSA, TDM)의 차로 계산한다.

c5: 제어행동 지연시간(DCB)은 의사결정 버튼과 원격제어 장치에서 측정한 제어시간(TDM, TRC)의 차로 계산한다.

c6: 송신처리 지연시간(DcTD)은 원격제어 장치와 제어데이터의 송신기(cTX)에서 측정한 제어시간(TRC,TcTX)의 차로 계산한다.

이러한 지연 모델을 이용하면 원격제어 과정에서 발생할 수 있는 총 13종의 지연시간을 측정할 수 있기 때문에 다음의 장점을 갖는다.

1) 자율운항선박 원격제어에서 발생 가능한 모든 제어지연을 서로 연계하여 체계적으로 분석할 수 있다.

2) 선박과 데이터통신 그리고 원격제어자 사이의 제어지연 발생 원인을 상호 유기적으로 식별할 수 있다.

3) 총 13종의 지연시간을 이용하여 최적 원격제어 시점을 결정할 수 있어서 제어지연으로 인한 다양한 해양사고(충돌, 좌초 등)의 예방은 물론, 항로이탈 방지를 통해 항해거리 증가를 방지할 수 있다.

1.3. 지연시간 분석과 가시화 절차

지연시간 분석과 가시화 절차는 도 3을 이용하여 설명한다. 도 3에서 좌측 박스는 원격제어 과정 중에 발생하는 각종 제어 데이터와 제어시간 측정 데이터를 획득하는 절차를 나타내고, 우측 박스는 데이터베이스(D/B)에 저장된 데이터를 호출하여 지연시간을 계산하고 분석하여 가시화하기 위한 절차를 나타낸다.

좌측 박스에서, 원격제어 과정 중에 발생한 (A)선박제어에 관한 데이터, (B)데이터통신에 관한 데이터, (C)원격제어에 관한 데이터 등 3종의 데이터는 데이터베이스(D/B)에 저장된다. 데이터베이스에 포함된 내용은 후술한다.

우측 박스에서, D/B에 저장된 제어시간 측정 데이터를 호출하여 선박제어 지연시간, 데이터 통신 지연시간, 원격제어 지연시간을 각각 계산하고, 이들의 지연시간에 대한 비율(%)을 계산하여 가시화 창에 나타낸다.

데이터베이스(D/B)에 저장된 데이터는 선박 데이터(S-data), 제어 데이터(C-data), 시간 데이터(T-data)로 구분하여 저장한다.

선박 데이터(S-data)는 본선(Own Ship, OS)의 항해 정보와 기상정보 그리고 타선(Target Ship, TS) 또는 물체의 정보 등으로 구성하는데, 본선 정보는 항해데이터기록장치(Voyage Data Recorder, VDR)를 이용하여 획득하고, 타선 또는 물체의 정보는 본선의 선박자동식별장치(Automatic Identification System, AIS)를 이용하여 획득하며, 제어 데이터(C-data)는 원격제어장치에서 획득한 제어 정보로 구성하고, 시간 데이터(T-data)는 제어시간 측정 장치에서 GPS 시간을 이용하여 측정한 시간정보로 구성한다.

선박 데이터(S-data), 제어 데이터(C-data) 그리고 시간 데이터(T-data)dp 포함되는 정보는 다음과 같다.

S-data {(본선 정보) OS-ship name, 본선의 영문 명칭; OS-MMSI, 국제해사기구(IMO)에서 부여한 본선의 식별번호; OS-time, GPS 시간을 이용한 본선 데이터 획득시간; OS-position, GPS로 측정한 본선 위치(위도, 경도); OS-heading, 자이로컴퍼스(Gyrocompass)를 이용하여 측정한 본선의 선수방위; OS-speed, 속력측정장치(Speed-Log)를 이용하여 측정한 본선의 속력; OS-depth, 수심측정장치(Echo-sounder)를 이용하여 측정한 본선의 수심; OS-rudder-angle, 자동조타장치(Autopilot)에서 측정한 본선 러더(rudder)의 각도; OS-bow-thruster, 바우쓰러스터 제어장치에서 측정한 본선의 바우쓰러스터 사용 각도(또는 피치); OS-wave-height, 파도의 높이(파고); OS-wave-direction, 파도의 방향(파향); OS-wave-period, 파도의 주기(파주기); OS-wind-force, 바람의 속도(풍속); OS-wind-direction, 바람의 방향(풍향); OS-humidity, 습도; (영상정보) OS-Radar, 본선 레이더 영상 데이터; OS-ECDIS, 본선 엑디스 영상 정보; OS-CCTV, 본선 CCTV 영상 데이터; (타선 또는 물체정보) TS-ship name, 물체의 영문명칭; TS-MMSI, 국제해사기구(IMO)에서 부여한 타선의 식별번호; TS-time, 타선에서 데이터 전송할 때의 GPS 시간; TS-position, 타선의 위치; TS-heading, 타선의 선수방위; TS-speed 타선의 속력}

C-data {C-OS-MMSI, 제어대상 본선의 IMO 식별번호; C-TS-MMSI, 타선(또는 물표)의 IMO 식별번호; C-time, GPS 시간을 이용한 제어명령 발생 시각; C-speed, 제어 속력; C-course, 제어 침로; C-heading, 제어 선수방위; C-rudder-angle, 제어 러더각도; C-bow-thruster, 제어 바우쓰러스터 값}

T-data {TsRX, 제어데이터 수신시간; Tcont, 선박제어장치 데이터 입력시간; Tresp, 선체응답 시작시간; Taction, 선체반응 시작시간, Tinf, 선박정보수집 시작시간; TsTX, 선박데이터 전송시간; TcRX, 선박데이터 수신시간, TMT, 선박상황 모니터 가시화 시작시간; TET, 눈-추적 센서 탐지 시작시간; TSA, 상황인식 버튼 누른 시간; TDM, 의사결정 버튼 누른 시간; TRC, 원격제어 장치 작동시작시간; TcTX, 원격제어데이터 송신시작시간}

2. 지연시간 분석 수단

지연시간의 분석은 다음 3단계의 지연분석 절차를 통해서 수행한다.

단계 1: 제어시간 측정 데이터 획득과 가공

제어시간 측정 데이터는 시간 데이터(T-data)를 획득한 후, 다음 식(1)의 형태를 갖는 제어시간 데이터 세트 T-set(h,n)로 재구성한다.

T-set(h,n) = {T1(n), T2(n), T3(n), T4(n), T5(n), T6(n), T7(n), T8(n), T9(n), T10(n), T11(n), T12(n), T13(n)} --------------------------------- (1)

여기서, h는 제어시간 측정 장치들의 구분번호로서 h=1,2,… H(H는 총 측정 장치의 수로서, H=13)이고, n은 원격제어 횟수를 나타낸 것으로 n=1,2,… N(N은 최종 원격제어 횟수)이며, 총 13종의 제어시간은 선박제어와 원격제어 사이의 시간동기를 위하여 GPS(Global Positioning System) 시간을 이용하여 측정한 것으로, 다음과 같이 정의한 것이다.

T1(n): 제어데이터 수신시간(TsRX)

T2(n): 선박제어장치 데이터 입력시간(Tcont)

T3(n): 선체응답 시작시간(Tresp)

T4(n): 선체반응 시작시간(Taction)

T5(n): 선박정보수집 시작시간(Tinf)

T6(n): 선박데이터 전송시간(TsTX)

T7(n): 선박데이터 수신시간(TcRX)

T8(n): 선박상황 모니터 가시화 시작시간(TMT)

T9(n): 눈-추적 센서 작동시작시간(TET)

T10(n): 상황인식 버튼 누른 시간(TSA)

T11(n): 의사결정 버튼 누른 시간(TDM)

T12(n): 원격제어 장치 작동시작시간(TRC)

T13(n): 원격제어데이터 송신시작시간(TcTX)

단계 2: 지연시간 계산

총 13종의 제어시간을 이용하여 총 13종의 지연시간을 계산하는데, 먼저, n의 제어횟수에서 측정한 지연시간 D-time(s,h)을 다음 식(2)으로 계산한다.

D-time(s,h) = | T-set(h,n) - T-set(h+1,n) | --------------------- (2)

여기서 s는 지연시간 구분번호를 나타낸 것으로, s=1,2,…S(S는 총 지연시간 종류의 수로서 S=13)이고, h = s인데, 만약 h+1이 H 보다 크면 h+1은 1로 정한다.

다음으로, N회 제어 후의 지연시간의 평균 DT(s)을 다음 식(3)으로 구한다.

DT(s) = sum[D-time(s,n)]/N --------------------------------------- (3)

여기서 sum[*]은 지연시간의 합을 의미한다.

그리고 위의 식(3)을 이용하여 계산한 평균지연시간은 다음과 같이 원격제어 3요소로 구분하여 정리한다.

(선박제어에서 발생한 총 5종의 평균지연시간)

A-DT(a=1): 수신처리 지연시간(DsRD)

A-DT(a=2): 선박제어 지연시간(Dcont)

A-DT(a=3): 선체응답 지연시간(Dresp)

A-DT(a=4): 선체반응 지연시간(Daction)

A-DT(a=5): 정보수집 지연시간(DsTD)

(데이터통신에서 발생한 총 2종의 평균지연시간)

B-DT(b=1): 선박데이터 송수신 지연시간(DsTR)

B-DT(b=2): 제어데이터 송수신시간(DcTR)

(원격제어에서 발생한 총 6종의 평균지연시간)

C-DT(c=1): 수신처리 지연시간(DcRD)

C-DT(c=2): 견시 지연시간(DWK)

C-DT(c=3): 상황인식 지연시간(DSA)

C-DT(c=4): 의사결정 지연시간(DDM)

C-DT(c=5): 제어행동 지연시간(DCB)

C-DT(c=6): 송신처리 지연시간(DcTD)

단계 3: 지연발생 원인의 분석과 식별 방법

지연발생 원인의 분석과 식별은, 먼저 총 13종의 평균지연시간을 이용하여 지연시간의 비율을(%)을 계산하여 분석한 후 이들 비율을 이용하여 식별한다. 이 방법은 원격제어 3요소 사이와 원격제어 3요소 내로 구분하여 설명한다.

단계 3-1: 원격제어 3요소 사이의 지연발생 원인 분석과 식별 방법

먼저, 원격제어 3요소 각각의 지연시간이 원격제어 전체에서 차지하는 비율(%)을 다음 식(4)로 계산한다.

Ratio-ABC(w) = [ Ratio(w) / sum-Ratio ]×100%, (w=1,2,3) --------- (4)

여기서, w는 원격제어 3요소의 구분번호로서, w=1은 선박제어, w=2는 데이터통신, w=3은 원격제어를 나타내고, Ratio(w)는 다음 식(5)내지 식(7)을 이용하여 계산한 각 요소의 비율을 나타내고, sum-Ratio는 Ratio(w)의 합을 나타낸다.

Ratio(w)(w=1) = sum-A-DT/ref-A ----------------------------------- (5)

Ratio(w)(w=2) = sum-B-DT/ref-B ----------------------------------- (6)

Ratio(w)(w=3) = sum-C-DT/ref-C ----------------------------------- (7)

여기서 sum-A-DT와 sum-B-DT 그리고 sum-C-DT는 다음 식(8)내지 식(10)을 이용하여 계산한 3요소 각각의 지연시간의 합을 나타내고, ref-A, ref-B, ref-C는 실험과 통계를 통해서 결정한 3요소 각각의 지연시간 기준 값을 나타낸 것인데, 이 값들은 다양한 환경조건에 의해서 변하는 값이다.

sum-A-DT = sum [A-DT(a)] (a=1,2,3,4,5) --------------------------- (8)

sum-B-DT = sum [B-DT(b)] (a=1,2) --------------------------------- (9)

sum-C-DT = sum [C-DT(c)] (a=1,2,3,4,5,6) ------------------------ (10)

그런 후, 위의 식(4)을 이용하여 계산한 Ratio-ABC(w)의 값을 이용하여 3요소의 지연발생 원인을 분석하고 식별한다. 지연발생 원인의 분석과 식별 방법은 다음과 같은 비율(%)을 예로 들어 설명한다.

예) Ratio-ABC(w=1) = 30%, Ratio-ABC(w=2) = 20% , Ratio-ABC(w=3) = 50%

위의 비율의 총 합은 100%가 되고, 이 중에서 선박제어지연(w=1)의 원인은 30%에 상당하고, 데이터통신지연(w=2)의 원인은 20%에 상당하며, 원격제어지연(w=3)의 원인은 50%에 상당하는 것으로 분석하고, 이 중에서 원격제어지연(w=3)에 의한 원인이 50%를 차지할 정도로 가장 큰 원인으로 식별한다.

단계 3-2: 3요소 내의 지연발생 원인 분석과 식별 방법

원격제어 3요소 내의 지연발생 원인은 각 요소의 지연구간 각각에서 계산한 지연시간의 비율(%)을 이용하여 분석하고 식별한다. 이 비율은 다음 식(11) 내지 식(13)을 이용하여 계산한다.

Ratio-A(a) = [A-DT(a)/sum-A-DT]×100% (a=1,2,3,4,5) ------------- (11)

Ratio-B(b) = [B-DT(b)/sum-B-DT]×100% (a=1,2) ------------------- (12)

Ratio-C(c) = [C-DT(c)/sum-C-DT]×100% (a=1,2,3,4,5,6) ----------- (13)

그런 후, 위의 식(11) 내지 식(13)을 이용하여 계산한 비율의 값(%)을 이용하여 3요소별 지연구간 각각의 지연발생 원인을 분석하고 식별한다.

먼저, (A)선박제어지연구간에서 다음과 같은 비율(%) 발생을 예로 들어 지연발생원인 분석과 식별 방법을 설명한다.

예) Ratio-A(a=1) = 10%, Ratio-A(a=2) = 20%, Ratio-A(a=3) = 20%, Ratio-A(a=4) = 40%, Ratio-A(a=5) = 10%

위의 비율의 총합은 100%가 되고, 이 중에서 수신처리지연(a=1)의 원인은 10%에 상당하고, 선박제어지연(a=2)의 원인은 20%에 상당하며, 선체응답지연(a=3)의 원인은 20%에 상당하고, 선체반응지연(a=4)의 원인은 40%에 상당하며, 정보수집지연(a=5)의 원인은 10%에 상당한 것으로 분석하고, 이 중에서 선체반응지연(a=4)이 전체 지연발생 원인 중에서 40%에 달할 정도로 가장 큰 원인으로 식별한다.

다음으로, (B)데이터통신지연구간에서 다음과 같은 비율(%) 발생을 예로 들어 지연발생원인의 분석과 식별 방법을 설명한다.

예) Ratio-B(c=1) = 75%, Ratio-B(b=2) = 25%

위의 비율의 총합은 100%가 되고, 이 중에서 선박데이터송수신지연(b=1)의 원인은 75%에 상당하고, 제어데이터송수신지연(c=2)의 원인은 25%에 상당한 것으로 분석하고, 이 중에서 선박데이터송수신지연(b=1)이 전체 지연발생 원인 중에서 75%에 달할 정도로 가장 큰 원인으로 식별한다.

마지막으로, (C)원격제어지연구간에서 다음과 같은 비율(%) 발생을 예로 들어 지연발생원인 분석과 결정 방법을 설명한다.

에0 Ratio-C(c=1) = 7%, Ratio-C(c=2) = 10%, Ratio-C(c=3) = 40%, Ratio-C(c=4) = 30%, Ratio-C(c=5) = 10% , Ratio-C(c=6) = 3%

위의 비율의 총합은 100%가 되고, 이 중에서 수신처리지연(c=1)의 원인은 7%에 상당하고, 견시지연(c=2)의 원인은 10%에 상당하며, 상황인식지연(c=3)의 원인은 40%에 상당하고, 의사결정지연(c=4)의 원인은 30%에 상당하며, 제어행동지연(c=5)의 원인은 10%에 상당하고, 송신처리지연(c=6)의 원인은 3%에 상당한 것으로 분석하고, 이 중에서 상황인식지연(c=3)이 전체 지연발생 원인 중에서 40%에 달할 정도로 가장 큰 원인으로 식별한다.

3. 지연시간 가시화

앞의 지연시간 분석 절차에서 산출한 지연시간의 비율(%)은 가시화하여 원격제어자가 인지해서 지연발생 원인을 식별할 수 있게 한다. 지연시간 가시화는 도 4를 이용하여 설명한다.

도 4는 지연시간 비율(%) 가시화를 위해 설계한 가시화 창(visualization window)의 구성도를 나타낸 것으로, 화면은 다음과 같이 구성한다. 1) 자율운항선박 원격제어 3요소(선박, 제어시스템, 원제어자)와 원격제어 절차를 고려하여 구성함으로써 원격제어 과정에 쉽게 지연발생 원인을 파악할 수 있도록 하고, 2) 지연시간 비율(%)은 선박제어부분(A. Ship-Control), 데이터통신부분(B. Data Communication) 그리고 원격제어부분(C. Remote-Control)으로 구분하여 각각 표시함으로써 이들 사이의 연계관계를 쉽게 파악할 수 있도록 표시하고, 3) 원격제어 3요소의 지연시간 비율(%)을 화면 중앙에 표시하여 3요소 사이의 지연발생 원인을 쉽게 파악할 수 있도록 표시하며, 4) 지연시간의 비율(%)은 nn.nn(%)의 형태로 표시하는데, 이것의 의미는 2단위와 1/100단위의 퍼센트를 나타낸다.

이러한 가시화 창의 구성을 통해서 원격제어자는 원격제어를 수행하면서 원격제어 3요소 사이와 3요소 내에서의 지연발생 비율(%)과 지연발생 원인을 쉽게 파악할 수 있다. 이를 통해 지연에 따른 상황인식 실패와 원격제어 실패를 방지하여 원격제어에 의한 해양사고(충돌, 좌초, 접촉 등)를 미연에 방지할 수 있다.

한편, 본 발명은 기재된 실시례에 한정되는 것은 아니고, 적용 부위를 변경하여 사용하는 것이 가능하고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

Claims (12)

1. 제어시간을 측정하기 위한 것으로서 선박제어시간 측정부, 데이터 통신시간 측정부, 원격제어시간 측정부 중 어느 하나 또는 하나 이상으로 이루어진 측정수단을 이용한 측정방법 수립단계;
   지연 모델을 이용한 지연시간 계산단계;
   지연시간 비율을 계산하고 분석하여 원인을 결정하기 위한 지연시간 분석단계;
   상기 지연시간 분석단계에서 산출한 지연시간의 비율을 가시화하여 지연발생원인을 식별할 수 있는 지연시간 비율의 가시화 단계;로 구성된 것을 특징으로 하는 자율운항선박 원격제어에서 지연발생의 원인식별을 위하여 지연 모델을 이용한 지연시간 분석과 가시화 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 측정수단은 선박제어시간 측정부와, 데이터 통신시간 측정부와, 원격제어시간 측정부 중 어느 하나 또는 하나 이상으로 구성되고;,
   상기 선박제어시간 측정부는 자율운항선박이 원격으로 제어되는 동안 선박에 장착된 항해 장치를 이용하여 선박이 제어되는 시간을 측정하기 위한 것으로, 선박 제어장치, 선체응답 측정 장치, 선체반응 측정 장치, 선박정보 수집 장치 중 어느 하나 또는 하나 이상으로 구성되고;,
   상기 데이터 통신시간 측정부는 선박제어와 원격제어 사이에서 다양한 통신장치(LTE, LTE-M, V-SAT 등)의 송수신 단말기를 이용하여 데이터 송수신시간을 측정하기 위한 것으로, 선박 데이터 송신기(sTX), 제어 데이터 수신기(sRX), 선박 데이터 수신기(cRX), 제어 데이터 송신기(cTX)로 구성되고;,
   상기 원격제어시간 측정부는 원격제어자(Operator)가 원격제어를 실시하는 동안 원격제어자의 제어행동 시간을 측정하기 위한 것으로, 데이터 저장서버, 선박상황 모니터, 눈-추적 센서(eye-tracking sensor)와 눈-추적 장치, 상황인식 버튼(button), 의사결정 버튼, 원격제어장치 중 어느 하나 또는 하나 이상으로 구성되고;,
   상기 3개의 측정부에서 발생한 데이터는 데이터베이스에 저장되는 것을 특징으로 하는 자율운항선박 원격제어에서 지연발생의 원인식별을 위하여 지연 모델을 이용한 지연시간 분석과 가시화 방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 선박 데이터 송신기와 제어 데이터 수신기 양쪽은 상기 선박제어시간 측정부에 설치하고;, 상기 선박 데이터 수신기와 제어 데이터 송신기 양쪽은 상기 원격제어시간 측정부에 설치하는 구성을 특징으로 하는 자율운항선박 원격제어에서 지연발생의 원인식별을 위하여 지연 모델을 이용한 지연시간 분석과 가시화 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 측정수단을 이용한 측정방법 수립단계에서,
   상기 선박제어시간 측정부에서 하기의 (method 1)을 이용하여 하기의 1)~4)로 이루어진 4종의 제어시간을 측정하는 것을 특징으로 하는 자율운항선박 원격제어에서 지연발생의 원인식별을 위하여 지연 모델을 이용한 지연시간 분석과 가시화 방법.
   1) 선박제어장치에서 선박제어 시작시간을 측정한다. 이 선박제어장치는 원격제어자가 명령한 선수방위와 속력에 대해서 선박을 제어하기 위한 것으로, 선수방위는 자동조타장치(Autopilot)를 이용하여 제어하고, 속력은 텔레그래프(Telegraph)를 이용하여 제어한다. 선박제어 시작시간은 두 제어 장치에 입력되는 명령 중에서 먼저 수신한 명령의 수신시간으로 정한다.
   2) 선체응답 측정 장치에서 선체응답 시작시간을 측정한다. 이 선체응답 측정 장치는 제어명령에 대해서 선체(ship's body)가 응답한 상태를 측정하기 위한 것으로, 타각(Rudder angle) 지시기와 엔진 회전수(RPM) 지시기를 이용한다. 선체응답 시작시간은 두 지시기에서 출력되는 타각 또는 회전수가 명령 타각 또는 명령 회전수의 63%에 해당하는 시간 중에서 가장 빠른 시간으로 정한다.
   3) 선체응답 측정 장치에서 선체응답 시작시간을 측정한다. 이 선체응답 측정 장치는 선체응답 이후에 실제 선박이 변화된 선체반응을 측정하기 위한 것으로, 자이로컴퍼스(Gyrocompass), GPS(Global Positioning System), 속력측정 장치(Speed-Log)를 이용한다. 선체반응 시작시간은 세 가지 장치들에서 출력되는 선수방위(도) 또는 위치(경위도) 또는 속력(노트) 중에서 가장 빠르게 값이 변한 시간으로 정한다.
   4) 선박정보 수집 장치에서 선박 데이터 저장의 시작과 종료시간을 측정한다. 이 선박정보 수집 장치는 자율운항선박 원격제어 과정 중에 발생한 항해 데이터를 수집하는 장치로서 항해데이터수집장치(Voyage Data Recorder, VDR)를 이용한다. 선박정보 수집의 시작과 종료 시간은 VDR에 데이터가 저장되기 시작한 시간과 종료한 시간으로 정한다.
5. 제 1항에 있어서, 상기 측정수단을 이용한 측정방법 수립단계에서,
   상기 데이터 통신시간 측정부에서 하기의 (method 2)를 이용하여 하기의 1)~4)로 이루어진 4종의 제어시간을 측정하는 것을 특징으로 하는 자율운항선박 원격제어에서 지연발생의 원인식별을 위하여 지연 모델을 이용한 지연시간 분석과 가시화 방법.
   1) 송신기(sTX)에서 선박 데이터 송신 시작시간을 측정하는데, 송신 시작 시간은 sTX에서 데이터를 전송하기 시작한 시간으로 정한다.
   2) 수신기(cRX)에서 선박 데이터 수신 시작시간을 측정하는데, 수신 시작시간은 cRX에서 데이터 수신을 시작한 시간으로 정한다.
   3) 송신기(cTX)에서 제어 데이터 송신 시작시간을 측정하는데, 송신 시작시간은 cTX에서 데이터를 송신하기 시작한 시간으로 정한다.
   4) 수신기(sRX)에서 제어 데이터 수신 시작시간을 측정하는데, 수신 시작시간은 sRX에서 데이터를 수신하기 시작한 시간으로 정한다.
6. 제 1항에 있어서, 상기 측정수단을 이용한 측정방법 수립단계에서,
   상기 원격제어시간 측정부에서 하기의 (method 3)을 이용하여 하기의 1)~5)로 이루어진 5종의 제어시간을 측정하는 것을 특징으로 하는 자율운항선박 원격제어에서 지연발생의 원인식별을 위하여 지연 모델을 이용한 지연시간 분석과 가시화 방법.
   1) 선박상황 모니터를 이용하여 항해상황 가시화 시작시간을 측정한다.
   2) 눈-추적 장치를 이용하여 원격제어자의 항해상황 견시(Watch-keeping) 시간을 측정한다.
   3) 상황인식 버튼을 이용하여 원격제어자의 상황인식(Situation Awareness)에 걸린 시간을 측정한다.
   4) 의사결정 버튼을 이용하여 원격제어자의 의사결정(Decision-making)에 걸린 시간을 측정한다.
   5) 원격제어장치를 이용하여 원격제어 시작시간을 측정한다.
7. 제 1항에 있어서, 상기 지연 모델을 이용한 지연시간 계산단계에서, 지연시간 계산은 제어시간 측정장치와 연계한 자율운항선박 원격제어의 지연모델을 선정하는 과정을 포함하되;, 상기 지연모델은 선박제어지연 구간, 데이터통신지연 구간, 원격제어지연 구간으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자율운항선박 원격제어에서 지연발생의 원인식별을 위하여 지연 모델을 이용한 지연시간 분석과 가시화 방법.
8. 제 7항에 있어서, 상기 지연시간 계산을 위하여 선박제어지연 구간에서 발생한 5종의 지연시간을 하기와 같이 계산 처리하는 구성을 특징으로 하는 자율운항선박 원격제어에서 지연발생의 원인식별을 위하여 지연 모델을 이용한 지연시간 분석과 가시화 방법.
   1): 수신처리 지연시간(DsRD)은 제어 데이터 수신기(sRX)와 선박제어 장치에서 측정한 제어시간(TsRX, Rcont)의 차로 계산한다.
   2): 선박제어 지연시간(Dcont)은 선박제어 장치와 선체응답 측정 장치에서 측정한 제어시간(Tcont, Tresp)의 차로 계산한다.
   3): 선체응답 지연시간(Dresp)은 선체응답 측정 장치와 선체반응 측정 장치에서 측정한 제어시간(Tresp, Taction)의 차로 계산한다.
   4): 선체반응 지연시간(Daction)은 선체반응 측정 장치와 선박정보 수집 장치에서 측정한 제어시간(Taction, Tinf)의 차로 계산한다.
   5): 정보수집 지연시간(DsTD)은 선박정보 수집 장치와 선박 데이터 송신기(sTX)에서 측정한 제어시간(Tinf, TsTX)의 차로 계산한다.
9. 제 7항에 있어서, 상기 지연시간 계산을 위하여 데이터통신지연 구간에서 발생한 지연시간을 하기와 같이 계산 처리하는 구성을 특징으로 하는 자율운항선박 원격제어에서 지연발생의 원인식별을 위하여 지연 모델을 이용한 지연시간 분석과 가시화 방법.
   1) 선박데이터 송수신 지연시간(DsTR)은 선박데이터 송신기(sTX)와 선박데이터 수신기(cRX)에서 측정한 제어시간(TsTX, TcRX)의 차를 이용하여 계산한다.
   2) 제어데이터 송수신 지연시간(DcTR)은 제어데이터 송신기(cTX)와 제어데이터 수신기(sRX)에서 측정한 제어시간(TcTX, TsRX)의 차로 계산한다.
10. 제 7항에 있어서, 상기 지연시간 계산을 위하여 원격제어지연 구간에서 발생한 6종의 지연시간을 하기와 같이 계산 처리하는 구성을 특징으로 하는 자율운항선박 원격제어에서 지연발생의 원인식별을 위하여 지연 모델을 이용한 지연시간 분석과 가시화 방법.
    1) 수신처리 지연시간(DcRD)은 선박데이터 수신기(cRX)와 선박상황 모니터에서 측정한 제어시간(TcRX, TMT)의 차로 계산한다.
    2) 견시 지연시간(DWK)은 선박상황 모니터와 눈-추적 센서에서 측정한 제어시간(TMT, TET)의 차로 계산한다.
    3) 상황인식 지연시간(DSA)은 눈-추적 센서와 상황인식 버튼에서 측정한 제어시간(TET, TSA)의 차로 계산한다.
    4) 의사결정 지연시간(DDM)은 상황인식 버튼과 의사결정 버튼에서 측정한 제어시간(TSA, TDM)의 차로 계산한다.
    5) 제어행동 지연시간(DCB)은 의사결정 버튼과 원격제어 장치에서 측정한 제어시간(TDM, TRC)의 차로 계산한다.
    6) 송신처리 지연시간(DcTD)은 원격제어 장치와 제어데이터의 송신기(cTX)에서 측정한 제어시간(TRC,TcTX)의 차로 계산한다.
11. 제 1항에 있어서, 상기 지연시간 분석단계는 하기의 (method 4)를 이용하여 지연시간의 분석을 수행하는 것을 특징으로 하는 자율운항선박 원격제어에서 지연발생의 원인식별을 위하여 지연 모델을 이용한 지연시간 분석과 가시화 방법.
    (method 4)
    1) 제어시간 측정 데이터 획득과 가공단계
    제어시간 측정 데이터는 시간 데이터(T-data)를 획득한 후, 하기의 수식 (1)의 형태를 갖는 제어시간 데이터 세트 T-set(h,n)로 재구성한다.
    수식 (1) : T-set(h,n) = {T1(n), T2(n), T3(n), T4(n), T5(n), T6(n), T7(n), T8(n), T9(n), T10(n), T11(n), T12(n), T13(n)}
    여기서, h는 제어시간 측정 장치들의 구분번호로서 h=1,2,… H(H는 총 측정 장치의 수로서, H=13)이고, n은 원격제어 횟수를 나타낸 것으로 n=1,2,… N(N은 최종 원격제어 횟수)이며, 총 13종의 제어시간은 선박제어와 원격제어 사이의 시간동기를 위하여 GPS(Global Positioning System) 시간을 이용하여 측정한 것으로, 다음과 같이 정의한 것이다.
    T1(n): 제어데이터 수신시간(TsRX)
    T2(n): 선박제어장치 데이터 입력시간(Tcont)
    T3(n): 선체응답 시작시간(Tresp)
    T4(n): 선체반응 시작시간(Taction)
    T5(n): 선박정보수집 시작시간(Tinf)
    T6(n): 선박데이터 전송시간(TsTX)
    T7(n): 선박데이터 수신시간(TcRX)
    T8(n): 선박상황 모니터 가시화 시작시간(TMT)
    T9(n): 눈-추적 센서 작동시작시간(TET)
    T10(n): 상황인식 버튼 누른 시간(TSA)
    T11(n): 의사결정 버튼 누른 시간(TDM)
    T12(n): 원격제어 장치 작동시작시간(TRC)
    T13(n): 원격제어데이터 송신시작시간(TcTX)
    2) 지연시간 계산단계
    총 13종의 제어시간을 이용하여 13종의 지연시간을 계산하는데, 먼저, n의 제어횟수에서 측정한 지연시간 D-time(s,h)을 하기의 수식 (2)로 계산한다.
    수식 (2) : D-time(s,h) = | T-set(h,n) - T-set(h+1,n) |
    여기서 s는 지연시간 구분번호를 나타낸 것으로, s=1,2,…S(S는 총 지연시간 종류의 수로서 S=13)이고, h = s인데, 만약 h+1이 H 보다 크면 h+1은 1로 정한다.
    다음으로, N회 제어 후의 지연시간의 평균 DT(s)을 하기의 수식 (3)으로 구한다.
    수식 (3) : DT(s) = sum[D-time(s,n)]/N
    여기서 sum[*]은 지연시간의 합을 의미, 그리고 위의 수식(3)을 이용하여 계산한 평균지연시간은 다음과 같이 원격제어 3요소로 구분하여 정리한다.
    (선박제어에서 발생한 총 5종의 평균지연시간)
    A-DT(a=1): 수신처리 지연시간(DsRD)
    A-DT(a=2): 선박제어 지연시간(Dcont)
    A-DT(a=3): 선체응답 지연시간(Dresp)
    A-DT(a=4): 선체반응 지연시간(Daction)
    A-DT(a=5): 정보수집 지연시간(DsTD)
    (데이터통신에서 발생한 총 2종의 평균지연시간)
    B-DT(b=1): 선박데이터 송수신 지연시간(DsTR)
    B-DT(b=2): 제어데이터 송수신시간(DcTR)
    (원격제어에서 발생한 총 6종의 평균지연시간)
    C-DT(c=1): 수신처리 지연시간(DcRD)
    C-DT(c=2): 견시 지연시간(DWK)
    C-DT(c=3): 상황인식 지연시간(DSA)
    C-DT(c=4): 의사결정 지연시간(DDM)
    C-DT(c=5): 제어행동 지연시간(DCB)
    C-DT(c=6): 송신처리 지연시간(DcTD)
    3) 지연발생 원인의 분석과 식별 방법단계
    지연발생 원인의 분석과 식별은, 먼저 총 13종의 평균지연시간을 이용하여 지연시간의 비율을(%)을 계산하여 분석한 후 이들 비율을 이용하여 식별한다.
12. 제 11항에 있어서, 상기 지연발생 원인의 분석과 식별 방법단계는 원격제어 3요소 사이와 원격제어 3요소로 구분하여 하기의 (method 5)와 (method 6)을 이용하여 도출하는 것을 특징으로 하는 자율운항선박 원격제어에서 지연발생의 원인식별을 위하여 지연 모델을 이용한 지연시간 분석과 가시화 방법.
    (method 5)
    원격제어 3요소 각각의 지연시간이 원격제어 전체에서 차지하는 비율(%)을 하기 수식(4)로 계한다.
    수식 (4) : Ratio-ABC(w) = [ Ratio(w) / sum-Ratio ]×100%, (w=1,2,3)
    여기서, w는 원격제어 3요소의 구분번호로서, w=1은 선박제어, w=2는 데이터통신, w=3은 원격제어를 나타내고, Ratio(w)는 하기의 수식 (5) (6),(7)을 이용하여 계산한 각 요소의 비율을 나타내고, sum-Ratio는 Ratio(w)의 합을 나타낸다.
    수식 (5) : Ratio(w)(w=1) = sum-A-DT/ref-A
    수식 (6) : Ratio(w)(w=2) = sum-B-DT/ref-B
    수식 (7) : Ratio(w)(w=3) = sum-C-DT/ref-C
    여기서 sum-A-DT와 sum-B-DT 그리고 sum-C-DT는 하기의 수식 (8),(9),(10)을 이용하여 계산한 3요소 각각의 지연시간의 합을 나타내고, ref-A, ref-B, ref-C는 실험과 통계를 통해서 결정한 3요소 각각의 지연시간 기준 값을 나타낸 것인데, 이 값들은 다양한 환경조건에 의해서 변하는 값이다.
    수식 (8) : sum-A-DT = sum [A-DT(a)] (a=1,2,3,4,5)
    수식 (9) : sum-B-DT = sum [B-DT(b)] (a=1,2)
    수식 (10) : sum-C-DT = sum [C-DT(c)] (a=1,2,3,4,5,6)
    그런 후, 상기 수식 (4)을 이용하여 계산한 Ratio-ABC(w)의 값을 이용하여 3요소의 지연발생 원인을 분석하고 식별한다.
    (method 6)
    원격제어 3요소 내의 지연발생 원인은 각 요소의 지연구간 각각에서 계산한 지연시간의 비율(%)을 이용하여 분석하고 식별한다. 이 비율은 다음 식(11) 내지 식(13)을 이용하여 계산한다.
    Ratio-A(a) = [A-DT(a)/sum-A-DT]×100% (a=1,2,3,4,5) ------------- (11)
    Ratio-B(b) = [B-DT(b)/sum-B-DT]×100% (a=1,2) ------------------- (12)
    Ratio-C(c) = [C-DT(c)/sum-C-DT]×100% (a=1,2,3,4,5,6) ----------- (13)
    그런 후, 위의 수식 (11) ~ 수식(13)을 이용하여 계산한 비율의 값(%)을 이용하여 3요소별 지연구간 각각의 지연발생 원인을 분석하고 식별한다.