KR102617989B1 - 자율운항선박의 밸러스트 탱크 수 자동 제어 시스템 - Google Patents
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Abstract
자율운항선박의 밸러스트 탱크 수 자동 제어 시스템이 개시된다. 자율운항선박의 밸러스트 탱크 수 자동 제어 시스템은, 자율운항선박의 밸러스트 수가 채워진 밸러스트 탱크, 자율운항선박에 적재되는 적재화물의 중량을 측정하는 화물중량 센서 및 밸러스트 탱크의 수위를 측정하는 수위 센서를 포함하는 센서 장치, 적재화물의 중량 및 밸러스트 탱크의 수위를 수신하여, 적재화물의 중량 및 밸러스트 수의 양을 모니터링하고, 적재화물의 중량의 변동 여부를 판단하고, 적재화물의 중량의 변동을 감지하는 경우, 밸러스트 수의 적정량을 산출하는 모니터링 장치 및 밸러스트 탱크 내의 밸러스트 수의 양이 산출된 적정량이 되도록, 밸러스트 탱크로 물을 주입하거나 밸러스트 탱크로부터 물을 배출시키는 제어기를 포함한다.
Description
본 발명은 자율운항선박의 밸러스트 탱크 수 자동 제어 시스템에 관한 것이다.
자율운항선박은 선원 없이 자동으로 정해진 경로를 항해하고, 필요한 경우, 원격 조종 통제 센터에서 항해 및 기관부(예를 들면, 엔진, 방향타 장치)를 제어할 수 있는 선박을 말한다. 이를 위하여, 지상에는 자율운항선박을 원격으로 조종하기 위한 원격 조종 통제 센터가 필요하며, 기술적인 문제 및 법적인 문제 등의 해결을 위하여 원격 조종 통제 센터에서는 선장 및 기관장이 직접 지휘 통솔을 수행해야 한다.
한편, 화물선은 선적 화물이 충분하지 않을 경우, 물속에서 추진기 및 방향타의 효율적인 작동과 균형 유지 및 안정성을 높이기 위하여, 밸러스트 탱크(ballast water tank)에 해수를 담은 상태로 운항된다. 밸러스트 탱크 내에 적재되는 물을 일반적으로, 밸러스트 수(ballast water)라 부른다. 밸러스트 수는 선박의 흘수와 트림(trim: 선박의 앞뒤 경사)을 조절하기 위하여 적재하는 중량물로서, 선박의 균형 유지와 안정성을 높이는 기능을 한다. 밸러스트 수는 화물이 충분히 적재되지 않은 경우에 추진기와 방향타가 물속에서 효과적으로 작동되게 하는 기능을 수행할 수 있다. 밸러스트 수는 선박이 철재로 건조되기 시작한 1870년대 후반부터 사용되고 있으며, 선박에 따라 밸러스트 수를 적재하지 않고 광석이나 모래 등을 밸러스트로 사용하는 경우도 있으나, 오늘날에는 해수나 담수를 밸러스트로 사용하는 것이 보편화되어 있다.
항만이나 수로 또는 대양에서 해수 또는 담수가 취수되어 밸러스트 탱크에 밸러스트 수가 적재되며, 밸러스트 수의 취수와 배출은 선박이 기항하는 국가의 산업발전 정도, 자원 등의 부존 여부 등에 따라 차이가 있을 수 있다. 국제해사기구(IMO: International Maritime Organization)의 자료에 따르면, 전세계적으로 매년 100억 톤 이상의 밸러스트 수를 운송하는 것으로 추정되고 있다.
그러나, 이러한 밸러스트 수의 취수 또는 배출은 통상적으로, 항만에서 화물을 하역하거나 적재할 때와 같은 상황에 맞춰 수작업으로 수행되며, 이에 따라 자율운항선박에 활용하기 어려운 문제점이 있다.
따라서, 자율운항선박을 위하여 밸러스트 수의 취수 및 배출을 자동 제어하는 시스템의 개발이 요구된다.
본 발명은 자율운항선박의 적재화물의 중량 및 밸러스트 수(ballast water)의 양을 모니터링하고, 적재화물의 중량 변동 시, 자율운항선박이 충분한 복원력을 가지고 적당한 흘수선을 유지하도록 적재화물의 중량 변동에 따라 밸러스트 수의 양을 조절하는 자율운항선박의 밸러스트 탱크 수 자동 제어 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 자율운항선박의 밸러스트 탱크 수 자동 제어 시스템이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 자율운항선박의 밸러스트 탱크 수 자동 제어 시스템은, 상기 자율운항선박의 밸러스트 수가 채워진 밸러스트 탱크, 상기 자율운항선박에 적재되는 적재화물의 중량을 측정하는 화물중량 센서 및 상기 밸러스트 탱크의 수위를 측정하는 수위 센서를 포함하는 센서 장치, 상기 적재화물의 중량 및 상기 밸러스트 탱크의 수위를 수신하여, 상기 적재화물의 중량 및 상기 밸러스트 수의 양을 모니터링하고, 상기 적재화물의 중량의 변동 여부를 판단하고, 상기 적재화물의 중량의 변동을 감지하는 경우, 상기 밸러스트 수의 적정량을 산출하는 모니터링 장치 및 상기 밸러스트 탱크 내의 상기 밸러스트 수의 양이 상기 산출된 적정량이 되도록, 상기 밸러스트 탱크로 물을 주입하거나 상기 밸러스트 탱크로부터 물을 배출시키는 제어기를 포함한다.
상기 센서 장치는 상기 자율운항선박의 흘수선을 측정하는 흘수선 측정 센서를 더 포함하되, 상기 모니터링 장치는 상기 측정된 흘수선을 모니터링하여, 상기 적재화물의 중량의 변동 여부를 판단하고, 상기 적재화물의 중량의 변동을 감지하여 상기 밸러스트 수의 상기 적정량을 산출한다.
상기 모니터링 장치는, 상기 측정된 흘수선과 미리 설정된 적정흘수선의 차이를 확인하고, 상기 확인된 차이에 상응하는 적재중량을 상기 적재화물의 중량 변동으로 감지하고, 상기 자율운항선박의 흘수선이 미리 설정된 적정흘수선을 유지하도록, 상기 수위에 상응하는 밸러스트 수의 중량에 상기 확인된 차이에 상응하는 적재중량을 적용하여 상기 적정량을 산출한다.
상기 센서 장치는 상기 자율운항선박의 항해에 따른 주변환경의 상태를 측정하는 센서 및 상기 자율운항선박의 설비에 설치되어 설비의 상태를 측정하는 센서를 더 포함하되, 상기 모니터링 장치는 상기 센서 장치로부터 센서 데이터를 수신하여 상기 자율운항선박의 항해 및 설비의 상태에 대하여 모니터링하고, 상기 항해 또는 상기 설비에 대한 이상상황 발생 여부를 판단한다.
본 발명의 실시예에 따른 자율운항선박의 밸러스트 탱크 수 자동 제어 시스템은, 자율운항선박의 적재화물의 중량 및 밸러스트 수(ballast water)의 양을 모니터링하고, 적재화물의 중량 변동 시, 적재화물의 중량 변동에 따라 밸러스트 수의 양을 조절함으로써, 자율운항선박이 충분한 복원력을 가지고 적당한 흘수선을 유지하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자율운항선박의 밸러스트 탱크 수 자동 제어 시스템이 구현될 수 있는 환경을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자율운항선박의 밸러스트 탱크 수 자동 제어 시스템의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자율운항선박의 밸러스트 탱크 수 자동 제어 시스템의 동작 방법을 예시하여 나타낸 흐름도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자율운항선박의 밸러스트 탱크 수 자동 제어 시스템의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자율운항선박의 밸러스트 탱크 수 자동 제어 시스템의 동작 방법을 예시하여 나타낸 흐름도.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자율운항선박의 밸러스트 탱크 수 자동 제어 시스템이 구현될 수 있는 환경을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자율운항선박의 밸러스트 탱크 수 자동 제어 시스템의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면이다. 이하에서는, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 자율운항선박의 밸러스트 탱크 수 자동 제어 시스템에 대하여 설명하기로 한다.
우선, 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자율운항선박의 밸러스트 탱크 수 자동 제어 시스템은, 자율운항선박(100) 및 자율운항선박(100)의 운항을 지원하는 육상관제센터(200)에 구현될 수 있다.
예를 들어, 자율운항선박(100)과 육상관제센터(200) 간의 통신은 LTE-Maritime과 같은 해양통신망을 통해 이루어질 수 있다.
그리고, 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자율운항선박의 밸러스트 탱크 수 자동 제어 시스템은 자율운항선박(100)에 설치되는 센서 장치(110), 모니터링 장치(120), 제어기(130), 밸러스트 탱크(140), 선박통신장치(150), 자율운항 장치(160) 및 수동제어 장치(170)와 육상관제센터(200)에 설치되는 육상지원 장치(210)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 모니터링 장치(120) 및 육상지원 장치(210)는 네트워크 연결 가능한 서버를 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 서버는 자율운항선박(100)의 설비를 제어 및 관리하는 기능을 수행하거나, 자율운항선박(100)의 운항을 지원하는 기능을 수행할 수 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 모니터링 장치(120) 또는 육상지원 장치(210)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 명세서에서 서버란 본 발명의 실시예에 따른 자율운항선박의 밸러스트 탱크 수 자동 제어 방법을 수행하는 컴퓨팅 디바이스로서, 하나 또는 둘 이상의 물리적 개체일 수 있다. 서버가 복수의 물리적 개체로 나뉘어 구현될 때, 각각의 물리적 개체의 관리 주체는 서로 상이할 수 있다. 서버에는 각각의 데이터베이스에 대응되는 정보를 저장하는 소프트웨어 및 하드웨어의 기능적 구조적 결합을 의미하는 DB가 포함될 수 있으며, DB는 적어도 하나의 테이블로 구현될 수도 있으며, 데이터베이스에 저장된 정보를 검색, 저장, 및 관리하기 위한 별도의 DBMS(Database Management System)을 더 포함할 수도 있다. 또한, 링크드 리스트(linked-list), 트리(Tree), 관계형 데이터베이스의 형태 등 다양한 방식으로 구현될 수 있으며, 데이터베이스에 대응되는 정보를 저장할 수 있는 모든 데이터 저장매체 및 데이터 구조를 포함한다.
다시, 도 2를 참조하면, 자율운항선박(100)에는, 센서 장치(110), 모니터링 장치(120), 제어기(130), 밸러스트 탱크(140), 선박통신장치(150), 자율운항 장치(160) 및 수동제어 장치(170)가 설치될 수 있다.
센서 장치(110)는 자율운항선박(100)의 적재화물의 중량 및 밸러스트 수의 양을 모니터링하기 위하여, 자율운항선박(100)에 적재되는 적재화물의 중량을 측정하는 화물중량 센서, 밸러스트 탱크(140) 내에 채워진 밸러스트 수의 양을 측정하기 위하여 밸러스트 탱크(140)의 수위를 측정하는 수위 센서 및 자율운항선박(100)의 흘수선을 측정하는 흘수선 측정 센서를 포함하며, 측정되는 센싱 정보를 모니터링 장치(120)로 전송할 수 있다.
예를 들어, 화물중량 센서는 자율운항선박(100)의 화물적재고 바닥에 설치되어 적재화물의 중량을 측정할 수 있고, 흘수선 측정 센서는 자율운항선박(100)의 외측에 설치되어 흘수선을 측정할 수 있다.
또한, 센서 장치(110)는 자율운항선박(100)의 항해에 따른 주변환경의 상태를 측정하기 위한 각종 센서를 포함할 수 있으며, 각종 센서에 의하여 측정되는 센싱 정보를 모니터링 장치(120)로 전송할 수 있다.
즉, 센서 장치(110)는 자동선박식별장치(AIS: Automatic Identification System), 레이더(RADAR), 파고 센서, 바람 센서, 위치 센서, 어라운드뷰 카메라 및 선박내부 카메라를 포함할 수 있다.
여기서, 자동선박식별장치는 다른 선박들의 항적 데이터인 AIS 데이터를 수신하여 수집한다. 여기서, AIS 데이터는 정적(static) 정보와 동적(dynamic) 정보로 구성되며, 정적 정보는 선명, 선박의 제원, 목적지 등을 포함하고, 동적 정보는 선박의 현재 위치 및 침로, 속도 등의 운항정보를 포함한다.
그리고, 레이더는 자율운항선박(100)의 주변에 존재하는 물체를 감지하고, 감지된 물체의 위치 정보, 이동속도, 이동방향 및 형태 정보를 획득한다. 여기서, 물체는 자율운항선박 주변에서 항해하는 선박, 빙산, 암초, 부유물 등을 포함할 수 있다.
그리고, 파고 센서는 주변 해양의 파고를 측정하고, 바람 센서는 주변 해양의 풍속 및 풍향을 측정하고, 위치 센서는 자율운항선박의 현재 위치를 측정하며, 이동 중인 경우, 측정되는 실시간 현재 위치로부터 이동방향 및 이동속도를 측정한다. 예를 들어, 위치 센서는 GPS(Global Positioning System) 장치일 수 있다.
그리고, 어라운드뷰 카메라는 영상분석을 통한 자율운항선박(100) 주변의 물체를 감지하기 위하여, 자율운항선박(100) 주변의 영상을 획득한다. 예를 들어, 어라운드뷰 카메라는 자율운항선박(100)의 전방, 후방 및 측방에서 외부 방향을 지향하도록 자율운항선박(100)의 외측을 따라 설치되는 복수의 카메라로 구성될 수 있다. 그래서, 어라운드뷰 카메라는 전방, 후방 및 측방에 미리 설정된 영역을 미리 설정된 시점으로 촬영하고, 이를 통해 획득되는 복수의 다시점 영상의 왜곡을 보정한 후 스티칭(Stitching)하여 탑뷰 시점을 갖는 하나의 어라운드뷰 영상을 생성할 수 있다.
그리고, 선박내부 카메라는 자율운항선박(100) 내부 전체의 영상을 획득한다. 예를 들어, 선박내부 카메라는 자율운항선박(100)의 선교, 기관실 등을 촬영하도록 복수의 카메라로 구성될 수 있다.
또한, 센서 장치(110)는 자율운항선박(100)의 각종 설비에 설치되어 각종 설비의 상태를 측정하는 각종 센서를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 자율운항선박(100)의 설비는 선박의 추진계통의 장치들로서, 디젤엔진, 가스터빈, 감속기, 발전기, 추진기 등을 포함할 수 있다. 그리고, 각 장치에는, 온도, 압력, 전류, 전압, 분당 회전수(rpm) 등을 측정하는 센서가 장착될 수 있다. 또한, 자율운항선박(100)의 설비는 자율운항선박(100)의 방향을 조종하기 위한 조타기(Steering Gear), 선교항해기기 등과 같은 항해장비를 포함할 수 있다. 그리고, 선박기관의 감시제어시스템(AMS: Alarm Monitoring and Control System), 경사계, 화재감지 센서(연기감지 센서, 열감지 센서, 가스감지 센서 등), 방화문 및 수밀문의 개폐감지 센서, 연료유 유출감지 센서, 탱크 수위감지 센서 등과 같은 센서가 항해장비에 설치될 수 있다.
이와 같은 각종 센서들이 측정한 센싱 정보는 모니터링 장치(120)로 전송될 수 있다.
모니터링 장치(120)는 센서 장치(110)로부터 센서 데이터를 수신하여 자율운항선박(100)의 상태를 모니터링한다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 모니터링 장치(120)는 센서 장치(110)에 포함된 화물중량 센서 및 수위 센서로부터 각각 적재화물의 중량 및 밸러스트 탱크(140)의 수위를 수신하여, 적재화물의 중량 및 밸러스트 수의 양을 모니터링하고, 적재화물의 중량의 변동 여부를 판단한다. 그리고, 모니터링 장치(120)는 적재화물의 중량의 변동을 감지하는 경우, 밸러스트 수의 적정량을 산출한다.
즉, 모니터링 장치(120)는 수신된 적재화물의 중량을 확인하여 적재화물의 중량 변동을 감지할 수 있다. 또한, 모니터링 장치(120)는 수신된 밸러스트 탱크(140)의 수위에 상응하는 밸러스트 수의 중량과 수신된 적재화물의 중량의 합과 미리 설정된 안정적재중량의 차이를 확인하여 적재화물의 중량 변동을 감지할 수도 있다. 여기서, 안정적재중량은 자율운항선박(100)의 부력을 안정하게 유지하는 선박적재중량을 의미할 수 있다.
그리고, 모니터링 장치(120)는 적재화물의 중량과 밸러스트 수의 중량의 합이 미리 설정된 안정적재중량이 되도록 밸러스트 수의 적정량을 산출할 수 있다.
또한, 모니터링 장치(120)는 센서 장치(110)에 포함된 흘수선 측정 센서로부터 수신되는 자율운항선박(100)의 흘수선을 모니터링하여, 적재화물의 중량의 변동 여부를 판단하고, 적재화물의 중량의 변동을 감지하여 밸러스트 수의 적정량을 산출할 수 있다.
즉, 모니터링 장치(120)는 수신된 자율운항선박(100)의 흘수선과 미리 설정된 적정흘수선의 차이를 확인하고, 확인된 차이에 상응하는 적재중량을 적재화물의 중량 변동으로 감지할 수 있다. 여기서, 적정흘수선은 자율운항선박(100)의 부력을 안정하게 유지하는 흘수선을 의미할 수 있다.
그리고, 모니터링 장치(120)는 자율운항선박(100)의 흘수선이 미리 설정된 적정흘수선을 유지하도록, 수신된 밸러스트 탱크(140)의 수위에 상응하는 밸러스트 수의 중량에 확인된 차이에 상응하는 적재중량을 적용하여 밸러스트 수의 적정량을 산출할 수 있다.
모니터링 장치(120)는 제어기(130)가 산출된 밸러스트 수의 적정량으로 밸러스트 수의 양을 조절하도록, 산출된 밸러스트 수의 적정량을 포함하는 밸러스트 수의 양 변경 명령을 제어기(130)로 전달할 수 있다.
한편, 모니터링 장치(120)는 센서 장치(110)로부터 센서 데이터를 수신하여 자율운항선박(100)의 항해 및 설비의 상태에 대하여 모니터링하고, 자율운항선박(100)의 항해 또는 설비에 대한 이상상황 발생 여부를 판단할 수 있다.
우선, 모니터링 장치(120)는 자동선박식별장치, 레이더, 파고 센서, 바람 센서, 위치 센서 및 어라운드뷰 카메라를 이용하여 획득되는 정보를 이용하여, 충돌 가능한 장애물 존재 여부 및 자율운항선박(100)의 항해 불안정 여부를 산출하여 자율운항선박(100)의 항해에 대한 이상상황 발생 여부를 판단할 수 있다.
즉, 자동선박식별장치 및 레이더는 자율운항선박(100)의 항해 중에 자율운항선박(100) 주변의 해상에서 물체를 탐지하고, 탐지된 물체의 위치 정보, 이동 속도, 이동 방향 및 형태 정보를 획득할 수 있다. 그리고, 모니터링 장치(120)는 획득된 위치 정보, 이동속도, 이동방향 및 형태 정보를 이용하여, 탐지된 물체가 자율운항선박(100)의 항해경로 상에 위치하는지 여부를 판단하고, 탐지된 물체의 크기를 예측하여 탐지된 물체가 충돌 가능한 장애물인지 여부를 판별할 수 있다.
예를 들어, 모니터링 장치(120)는 탐지된 물체의 위치 정보, 이동속도 및 이동방향으로부터 물체의 예상 항해경로를 산출하고, 물체의 예상 항해경로와 자율운항선박의 항해경로를 시간에 따라 비교하여 충돌 가능 여부를 판단할 수 있다. 또한, 모니터링 장치(120)는 탐지된 물체의 형태 정보를 이용하여 물체의 예상 크기를 산출하고, 산출된 예상 크기가 임계치 이상인 경우, 탐지된 물체를 충돌 가능한 장애물로 판별할 수 있다.
한편, 모니터링 장치(120)는 어라운드뷰 카메라에 의하여 획득된 영상을 분석하여, 자율운항선박(100)으로부터 비교적 근거리에 위치하는 물체를 탐지하고, 탐지된 물체가 충돌 가능한 장애물인지 여부를 판별할 수 있다.
예를 들어, 모니터링 장치(120)는 어라운드 뷰 영상에서 임의의 물체가 미리 설정된 장애물 감지 영역에 나타나는 경우, 장애물이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 그리고, 모니터링 장치(120)는 어라운드뷰 영상으로부터 현재 위치에서 장애물까지의 거리를 추정하고, 추정된 거리, 자율운항선박(100)의 현재 이동속도 및 이동방향으로부터 현재 위치에서 장애물에 충돌하기까지 걸리는 시간을 추정할 수도 있다.
한편, 모니터링 장치(120)는 파고 센서, 바람 센서 및 위치 센서를 통해 획득되는 자율운항선박(100) 주변의 파고 및 풍속과 자율운항선박(100)의 위치 정보를 이용하여 자율운항선박(100)의 자율운항선박(100)의 항해가 불안정한지 여부를 판별할 수 있다.
예를 들어, 모니터링 장치(120)는 실시간 수집되는 현재 위치에서의 파고 및 풍속이 미리 설정된 기준치를 초과하는 경우, 자율운항선박(100)이 기상악화에 의한 항해 위험 지역을 항해하고 있어 자율운항선박(100)의 항해가 불안정한 것으로 판별할 수 있다. 또한, 모니터링 장치(120)는 실시간 수집되는 자율운항선박(100)의 위치 정보와 자율운항선박(100)의 기 설정된 항해경로를 비교하고, 비교 결과, 자율운항선박(100)이 미리 설정된 시간 이상 미리 설정된 임계치를 초과하는 거리만큼 기 설정된 항해경로를 벗어나는 경우, 자율운항선박(100)의 항해가 불안정한 것으로 판별할 수 있다.
또한, 모니터링 장치(120)는 수집된 센서 데이터 중 자율운항선박(100) 설비의 정상상태의 센서 데이터를 반복적으로 학습하고, 학습에 기초하여 정상상태의 예측 데이터를 산출하고 저장할 수 있다. 여기서, 모니터링 장치(120)는 센서별로 정의된 센서 데이터의 정상 범위를 이용하여 수집된 센서 데이터 중에서 정상상태의 센서 데이터를 선별할 수 있다.
그리고, 모니터링 장치(120)는 산출된 정상상태의 예측 데이터를 실시간 측정된 센서 데이터와 비교하여 자율운항선박(100)의 설비의 상태를 모니터링하고, 정상상태의 예측 데이터와 실시간 측정된 센서 데이터의 차이의 크기에 따라 이상현상을 감지하여 자율운항선박(100)의 설비에 대한 이상상황 발생 여부를 판단할 수 있다.
예를 들어, 모니터링 장치(120)는 정상상태의 예측 데이터와 실시간 측정된 센서 데이터의 차이가 미리 설정된 허용치를 초과하여 일정시간 지속되는 경우, 이상상황이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 허용치는 학습 모델을 생성하는 과정에서 정상상태의 센서 데이터를 통계 분석하여 설정될 수 있다.
모니터링 장치(120)는 자율운항선박(100)의 항해 또는 설비에 대한 이상상황 발생 여부를 판단한 결과, 이상상황이 발생한 것으로 판단한 경우, 선박통신장치(150)를 통해 이상상황 정보를 육상관제센터(200)의 육상지원 장치(210)로 전송한다.
여기서, 이상상황 정보는 어라운드뷰 카메라 및 선박내부 카메라를 통해 획득되는 자율운항선박(100)의 주변 영상 및 자율운항선박(100)의 내부 영상, 충돌 가능한 장애물 정보, 항해 불안정 정보 등을 포함할 수 있다.
제어기(130)는 모니터링 장치(120)로부터 밸러스트 수의 양 변경 명령의 수신에 따라 밸러스트 탱크(140) 내의 밸러스트 수의 양이 산출된 밸러스트 수의 적정량이 되도록, 밸러스트 탱크(140)로 물을 주입하거나 밸러스트 탱크(140)로부터 물을 배출시킨다.
예를 들어, 제어기(130)는 밸러스트 탱크(140)로 물을 주입하거나 밸러스트 탱크(140)로부터 물을 배출시키는 펌프를 포함할 수 있으며, 펌프를 이용하여 해수를 밸러스트 탱크(140)로 물을 주입하거나 밸러스트 탱크(140)에 채워진 밸러스트 수를 해상으로 배출시킬 수 있다.
밸러스트 탱크(140)는 자율운항선박(100)이 충분한 복원력을 가지고 적당한 흘수선을 유지하도록 자율운항선박(100)에 구비된 물탱크로서, 밸러스트 수가 채워진다.
선박통신장치(150)는 자율운항선박(100) 내에 탑재된 각종 설비들 간에 통신연결이 이루어지도록 선박내부 통신망을 형성하며, 육상지원 장치(210)를 포함하는 육상관제센터(200)와 자율운항선박(100) 간의 통신이 이루어지도록 하는 역할을 수행한다.
예를 들어, 선박통신장치(150)는 선박내부의 유무선 통신망을 형성하기 위한 유무선의 네트워크 장비, 외부와 통신하기 위한 위성통신장비, LTE-Maritime과 같은 해양통신망에 연결하기 위한 통신장비 등을 포함할 수 있다.
자율운항 장치(160)는 목적지 정보를 입력받아 목적지까지의 최적의 항해경로를 생성하고, 생성된 최적의 항해경로에 따라 자율운항선박(100)이 항해하도록 제어한다.
예를 들어, 자율 운항 장치(160)는 소프트웨어, 하드웨어 또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합으로 구현될 수 있으며, 전자해도 데이터베이스, 최적의 항해경로를 산출하는 경로 알고리즘 등을 포함할 수 있다.
자율운항 장치(160)는 자율운항선박(100)의 엔진 및 조타기를 조종하여 자율운항선박(100)의 속도 및 방향을 제어할 수 있다. 이때, 자율운항 장치(160)는 자동선박식별장치, 레이더, 어라운드뷰 카메라 등과 같이 자율운항선박(100)의 주변 상황을 감시하는 센서 장치(110)를 이용하여 자율운항선박(100)이 주변의 선박이나 장애물을 회피하도록 자율운항선박(100)의 속도 및 방향을 제어할 수 있다.
수동제어 장치(170)는 육상관제센터(200)의 육상지원 장치(210)로부터 수신되는 수동제어 명령 및 제어 정보에 따라 자율운항 장치(160)를 정지시켜 자율운항선박(100)의 자율항해를 중지시키고, 자율운항선박(100)을 제어한다.
육상지원 장치(210)는 선박통신장치(150)를 통해 자율운항선박(100)에 탑재된 모니터링 장치(120), 자율운항 장치(160) 및 수동제어 장치(170)와 통신을 수행한다.
즉, 육상지원 장치(210)는 모니터링 장치(120)로부터 수신되는 이상상황 정보를 출력하고, 수동제어 명령 및 제어 정보를 입력받아 수동제어 장치(170)로 전송한다.
이때, 육상지원 장치(210)는 수신된 이상상황 정보를 증강현실(AR: Augmented Reality) 영상으로 출력하여 육상관제센터(200)의 관제사에게 제공할 수 있다.
예를 들어, 육상지원 장치(210)는 증강현실 디스플레이, 선박 조종기 등을 포함할 수 있다. 여기서, 증강현실 디스플레이는 자율운항선박(100)의 주변 영상 또는 자율운항선박(100)의 내부 영상에 충돌 가능한 장애물 정보나 항해 불안정 정보 등을 오버랩 시켜 출력할 수 있다. 그리고, 증강현실 디스플레이는 머리에 착용하는 안경 형태의 웨어러블 디바이스일 수 있다. 그래서, 육상지원 장치(210)의 이상상황 정보의 수신에 따라 육상관제센터(200)에 자율운항선박(100)에 대한 알람이 발생한 경우, 이를 인지한 육상관제센터(200)의 관제사는 증강현실 디스플레이를 머리에 착용하여 출력되는 자율운항선박(100)의 이상상황 정보를 확인할 수 있다.
그리고, 선박 조종기는 사용자가 수동으로 자율운항선박(100)을 조종하기 위한 장치로서, 자율운항선박(100)에 대한 수동제어 명령 및 제어 정보를 입력받아 수동제어 장치(170)로 전송할 수 있다. 즉, 증강현실 디스플레이를 머리에 착용한 육상관제센터(200)의 관제사가 출력되는 자율운항선박(100)의 이상상황 정보를 확인하면서 선박 조종기를 조작하여 자율운항선박(100)을 조종할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자율운항선박의 밸러스트 탱크 수 자동 제어 시스템의 동작 방법을 예시하여 나타낸 흐름도이다.
S310 단계에서, 모니터링 장치(120)는 센서 장치(110)에 포함된 화물중량 센서 및 수위 센서로부터 각각 적재화물의 중량 및 밸러스트 탱크(140)의 수위를 수신하여, 적재화물의 중량 및 밸러스트 수의 양을 모니터링한다.
S320 단계에서, 모니터링 장치(120)는 적재화물의 중량의 변동 여부를 판단한다.
모니터링 장치(120)는 수신된 적재화물의 중량을 확인하여 적재화물의 중량 변동을 감지할 수 있다. 또한, 모니터링 장치(120)는 수신된 밸러스트 탱크(140)의 수위에 상응하는 밸러스트 수의 중량과 수신된 적재화물의 중량의 합과 미리 설정된 안정적재중량의 차이를 확인하여 적재화물의 중량 변동을 감지할 수도 있다.
S330 단계에서, 모니터링 장치(120)는 적재화물의 중량의 변동을 감지하는 경우, 밸러스트 수의 적정량을 산출한다.
모니터링 장치(120)는 적재화물의 중량과 밸러스트 수의 중량의 합이 미리 설정된 안정적재중량이 되도록 밸러스트 수의 적정량을 산출할 수 있다.
한편, 모니터링 장치(120)는 센서 장치(110)에 포함된 흘수선 측정 센서로부터 수신되는 자율운항선박(100)의 흘수선을 모니터링하여, 적재화물의 중량의 변동 여부를 판단하고, 적재화물의 중량의 변동을 감지하여 밸러스트 수의 적정량을 산출할 수 있다.
모니터링 장치(120)는 제어기(130)가 산출된 밸러스트 수의 적정량으로 밸러스트 수의 양을 조절하도록, 산출된 밸러스트 수의 적정량을 포함하는 밸러스트 수의 양 변경 명령을 제어기(130)로 전달할 수 있다.
S340 단계에서, 제어기(130)는 모니터링 장치(120)로부터 밸러스트 수의 양 변경 명령의 수신에 따라 밸러스트 탱크(140) 내의 밸러스트 수의 양이 산출된 밸러스트 수의 적정량이 되도록, 밸러스트 탱크(140)로 물을 주입하거나 밸러스트 탱크(140)로부터 물을 배출시킨다.
한편, 전술된 실시예의 구성 요소는 프로세스적인 관점에서 용이하게 파악될 수 있다. 즉, 각각의 구성 요소는 각각의 프로세스로 파악될 수 있다. 또한 전술된 실시예의 프로세스는 장치의 구성 요소 관점에서 용이하게 파악될 수 있다.
또한 앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100: 자율운항선박
110: 센서 장치
120: 모니터링 장치
130: 제어기
140: 밸러스트 탱크
150: 선박통신장치
160: 자율운항 장치
170 수동제어 장치
200: 육상관제센터
210: 육상지원 장치
110: 센서 장치
120: 모니터링 장치
130: 제어기
140: 밸러스트 탱크
150: 선박통신장치
160: 자율운항 장치
170 수동제어 장치
200: 육상관제센터
210: 육상지원 장치
Claims (4)
- 자율운항선박의 밸러스트 탱크 수 자동 제어 시스템에 있어서,
상기 자율운항선박의 밸러스트 수가 채워진 밸러스트 탱크;
상기 자율운항선박에 적재되는 적재화물의 중량을 측정하는 화물중량 센서, 상기 밸러스트 탱크의 수위를 측정하는 수위 센서, 상기 자율운항선박의 흘수선을 측정하는 흘수선 측정 센서, 상기 자율운항선박의 항해에 따른 주변환경의 상태를 측정하는 센서 및 상기 자율운항선박의 설비에 설치되어 상기 설비의 상태를 측정하는 센서를 포함하는 센서 장치;
상기 적재화물의 중량 및 상기 밸러스트 탱크의 수위를 수신하여, 상기 적재화물의 중량 및 상기 밸러스트 수의 양을 모니터링하고, 상기 적재화물의 중량의 변동 여부를 판단하고, 상기 적재화물의 중량의 변동을 감지하는 경우, 상기 밸러스트 수의 적정량을 산출하거나, 상기 측정된 흘수선을 모니터링하여, 상기 적재화물의 중량의 변동 여부를 판단하고, 상기 적재화물의 중량의 변동을 감지하여 상기 밸러스트 수의 상기 적정량을 산출하는 모니터링 장치; 및
상기 밸러스트 탱크 내의 상기 밸러스트 수의 양이 상기 산출된 적정량이 되도록, 상기 밸러스트 탱크로 물을 주입하거나 상기 밸러스트 탱크로부터 물을 배출시키는 제어기를 포함하되,
상기 모니터링 장치는,
상기 측정된 흘수선과 미리 설정된 적정흘수선의 차이를 확인하고, 상기 확인된 차이에 상응하는 적재중량을 상기 적재화물의 중량 변동으로 감지하고,
상기 자율운항선박의 흘수선이 미리 설정된 적정흘수선을 유지하도록, 상기 수위에 상응하는 밸러스트 수의 중량에 상기 확인된 차이에 상응하는 적재중량을 적용하여 상기 적정량을 산출하고,
상기 센서 장치로부터 상기 주변환경 및 상기 설비의 상태에 대한 센서 데이터를 수신하여, 상기 자율운항선박의 항해 및 설비의 상태에 대하여 모니터링하고, 상기 항해 또는 상기 설비에 대한 이상상황 발생 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 자율운항선박의 밸러스트 탱크 수 자동 제어 시스템. - 삭제
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