KR102662434B1 - 선박의 동작 위치 유지 방법 및 이를 이용한 선수각 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 일정시간동안 선박의 전후 및 측방향 변위를 추적함으로써 외력의 주방향을 실시간으로 추정하여 선수각을 최적의 방향으로 유지할 수 있도록 한 선박의 동적 위치 유지 방법 및 이를 이용한 선수각 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 미리 정해진 목표지점으로부터 정해진 범위를 벗어나지 않도록 선박의 위치를 유지하는 선박의 동적 위치 유지 시스템을 이용한 선수각 제어 방법으로서, DP 제어부가, 상기 선박의 위치를 포함하는 선박정보를 수신하는 단계; 상기 DP 제어부가, 상기 목표지점 상기 선박의 위치를 유지하기 위해 설정된 위치기준점 및 상기 수신된 선박정보를 이용하여 일정시간동안 선체 전후방향 평균 변위와 선체 측방향 평균 변위를 추적하는 단계; 상기 DP 제어부가, 상기 추적된 선체 전후방향 평균 변위와 상기 선체 측방향 평균 변위를 통해 외력의 주방향을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 외력의 주방향으로 선수각이 유지되도록 상기 선박의 위치를 제어하기 위한 추력제어신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 동적 위치 유지 시스템을 이용한 선수각 제어 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 미리 정해진 목표지점으로부터 정해진 범위를 벗어나지 않도록 선박의 위치를 유지하는 선박의 동적 위치 유지 시스템을 이용한 선수각 제어 방법으로서, DP 제어부가, 상기 선박의 위치를 포함하는 선박정보를 수신하는 단계; 상기 DP 제어부가, 상기 목표지점 상기 선박의 위치를 유지하기 위해 설정된 위치기준점 및 상기 수신된 선박정보를 이용하여 일정시간동안 선체 전후방향 평균 변위와 선체 측방향 평균 변위를 추적하는 단계; 상기 DP 제어부가, 상기 추적된 선체 전후방향 평균 변위와 상기 선체 측방향 평균 변위를 통해 외력의 주방향을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 외력의 주방향으로 선수각이 유지되도록 상기 선박의 위치를 제어하기 위한 추력제어신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 동적 위치 유지 시스템을 이용한 선수각 제어 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 선박의 동적 위치 유지 방법 및 이를 이용한 선수각 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일정시간동안 선박의 전후 및 측방향 변위를 추적함으로써 외력의 주방향을 실시간으로 추정하여 선수각을 최적의 방향으로 유지할 수 있도록 한 선박의 동적 위치 유지 방법 및 이를 이용한 선수각 제어 방법에 관한 것이다.
최근 들어 국제적으로 급격한 산업화 현상 및 공업 발전 추이에 따라 한정된 지구 자원은 점차 바닥을 들어내고 있으며, 이에 따른 원유의 안정적인 생산 및 공급은 대단히 중요한 사안이 되고 있다.
따라서, 최근에는 해저에 있는 석유 채굴기술의 발달과 더불어 대형 석유회사들은 지금까지 경제성을 상실했던 군소 한계유전(marginal field)이나 심해 유전의 개발에 적합한 시추설비를 구비한 시추선의 필요성을 절실히 느끼고 있고, 이에 대한 개발을 적극 모색하고 있는 현실이다.
이러한 해양의 지하에 존재하는 석유나 가스 등을 정제 및 저장할 수 있는 FPSO(Floating Production Storage Offloading), 드릴쉽 등의 선박이 점진적으로 늘어나고 있다. 이러한 선박은 특성상 일정 위치에서 오랜 작업을 수행하기 때문에 조류 및 풍향, 풍속 파고에 의하여 흔들림이나, 위치변화가 적을 수록 보다 안전한 유전 개발을 이룰 수 있고, 시추작업이 완료된 어느 한 장소에서 다른 장소로 이동하는데 소요되는 시간 및 조작성은 가능한 짧고 간단할 수록 좋다. 이때 조류 및 풍향, 풍속, 파고에 의하여 선체가 흔들려 위치가 변하는 현상은 동적 위치 제어 시스템(Dynamic Positioning System, 이하 'DPS'라 한다)에 의해 해소될 수 있다.
이와 같은 DPS는 부유식 해상 구조물을 원하는 지점에 지속적으로 위치시키는 시스템으로서, 현대중공업 주식회사에 의해 출원된 대한민국공개특허 제2016-0039058호(공개일: 2016.04.08., 위치제어 보조 시스템 및 이를 구비한 해양구조물)외에도 다수가 출원되어 있다.
상기 특허를 포함하는 종래의 DPS는 조류, 파랑, 바람 등 외력이 존재하는 해상 상태에서 선박의 위치와 방향을 자동으로 유지시켜주는 제어 시스템으로, 선박의 현재 위치와 목표 위치 사이의 오차를 이용하여 목표위치에 선박을 이동시키거나 유지시키기 위한 제어를 수행하고 있다.
그러나, 종래의 DPS는 운전자가 지정한 목표 선수각을 유지하도록 운전되고 있음에 따라 운전자가 지정한 선박의 목표 선수각이 최적이 아닌 경우, 연료 소모량이 불필요하게 증가하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 일정시간동안 선박의 전후 및 측방향 변위를 추적함으로써 외력의 주방향을 실시간으로 추정하여 선수각을 최적의 방향으로 유지할 수 있도록 한 선박의 동적 위치 유지 방법 및 이를 이용한 선수각 제어 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 미리 정해진 목표지점으로부터 정해진 범위를 벗어나지 않도록 선박의 위치를 유지하는 선박의 동적 위치 유지 시스템을 이용한 선수각 제어 방법으로서, DP 제어부가, 상기 선박의 위치를 포함하는 선박정보를 수신하는 단계; 상기 DP 제어부가, 상기 목표지점 상기 선박의 위치를 유지하기 위해 설정된 위치기준점 및 상기 수신된 선박정보를 이용하여 일정시간동안 선체 전후방향 평균 변위와 선체 측방향 평균 변위를 추적하는 단계; 상기 DP 제어부가, 상기 추적된 선체 전후방향 평균 변위와 상기 선체 측방향 평균 변위를 통해 외력의 주방향을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 외력의 주방향으로 선수각이 유지되도록 상기 선박의 위치를 제어하기 위한 추력제어신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 동적 위치 유지 시스템을 이용한 선수각 제어 방법이 제공된다.
상기 위치기준점은 상기 선박의 위치 유지를 위해 설정한 선체내 특정 위치 또는 선체의 중심점일 수 있다.
상기 추적하는 단계는 이동 평균 필터를 사용하여 상기 선체 전후방향 평균 변위와 상기 선체 측방향 평균 변위를 구할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 동적 위치 유지 시스템을 이용한 선수각 제어 방법은 상기 생성하는 단계 이후에, 상기 생성된 추력제어신호를 추력부에 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 미리 정해진 목표지점으로부터 정해진 범위를 벗어나지 않도록 선박의 위치를 유지하는 선박의 동적 위치 유지 시스템에 있어서, 상기 선박의 위치를 포함하는 선박정보를 측정하기 위한 DP 계측부; 및 상기 목표지점, 상기 선박의 위치를 유지하기 위해 설정된 위치기준점 및 상기 선박정보를 이용하여 일정시간동안 선체 전후방향 평균 변위와 선체 측방향 평균 변위를 추적하고, 추적된 선체 전후방향 평균 변위와 상기 선체 측방향 평균 변위를 통해 외력의 주방향을 계산하여 상기 계산된 외력의 주방향으로 선수각이 유지되도록 추력부의 추력을 제어하는 DP 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 동적 위치 유지 시스템이 제공된다.
상기 DP 제어부는 이동 평균 필터를 사용하여 상기 선체 전후방향 평균 변위와 상기 선체 측방향 평균 변위를 구할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 일정시간동안 선박의 전후 및 측방향 변위를 추적함으로써 외력의 주방향을 실시간으로 추정하여 선수각을 최적의 방향으로 유지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 선박의 동적 위치 유지 시스템을 설명하기 위한 도면,
도 2는 선박의 위치 유지를 위해 설정된 위치기준점과, 선박이 찾아야할 목표지점을 도시한 도면, 그리고
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 선박의 동적 위치 유지 시스템을 이용한 선수각 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도.
도 2는 선박의 위치 유지를 위해 설정된 위치기준점과, 선박이 찾아야할 목표지점을 도시한 도면, 그리고
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 선박의 동적 위치 유지 시스템을 이용한 선수각 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 선박의 동적 위치 유지 시스템을 설명하기 위한 도면을 도시하고 있고, 도 2는 선박의 위치 유지를 위해 설정된 위치기준점과, 선박이 찾아야할 목표지점을 도시한 도면을 도시하고 있다.
도 1을 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 선박의 동적 위치 유지 시스템은 선박의 위치를 포함하는 선박 정보를 측정하기 위한 DP 계측부(110)와, 선박의 선수각이 최적을 유지하도록 선박의 위치를 제어하기 위한 DP 제어부(120)와, DP 제어부(120)의 제어에 따라 추력하는 추력부(130)를 포함하여 구성된다.
DP 계측부(110)는 선박의 위치와 선박에 미치는 환경외력을 측정하는 센서가 포함된다.
이러한 DP 계측부(110)는 도 1에 도시되지 않았지만, 풍력계(Anemometer), 복수의 DGPS 수신기와, GLONASS(Global Navigation Satellite System)와, 자이로 센서와, 팬빔(Fan Beam)과, 음향 센서 등을 포함할 수 있다.
상술된 DP 계측부(110)에 의해 계측된 선박의 위치를 포함하는 선박정보는 DP 제어부(120)로 출력된다.
DP 제어부(120)는 선박의 위치가 미리 정해진 목표지점에서 일정범위를 벗어나지 않도록 추력제어신호를 생성하여 추력부(130)에 출력한다. 더 구체적으로 DP 제어부(120)는 선박의 위치, 선박의 선수각 및 바람을 예를 들면 칼만 필터에 적용시켜 추정된 선체의 위치 및 속도와 목표로 하는 위치 및 속도의 셋포인트를 이용하여 결정된 추력을 추력부(130)에 출력한다.
본 실시예에서 DP 제어부(120)는 선박의 선수각을 최적의 선수각으로 유지될 수 있도록 일정시간동안 선체 전후방향 평균 변위와 선체 측방향 평균 변위를 추적하여 추적된 선체 전후방향 평균 변위(Ex) 및 선체 측방향 평균 변위(Ey)를 하기의 수학식 1에 대입시켜 외력의 주방향()을 계산한다.
여기서 F는 보정계수로, 선박마다 다르고 미리 설정된 값일 수 있다.
도 2를 참조하면 선체 전후방향 평균 변위 및 선체 측방향 평균 변위는 선박이 찾아야 하는 목표지점(여기서는 TP로 표시), 선박(S)의 위치를 유지하기 위해 설정된 위치기준점(여기서는 MP로 표시) 및 DGPS 수신기로부터 수신된 위치기준점의 위치를 이용하여 구하게 되며, 시간이 흐름에 따라 계속 업데이트된다.
본 실시예에서는 위치 기준점을 선체내 특정위치로 설정되어 있지만, 선체의 중심점으로 설정될 수도 있다.
DP 제어부(120)는 이와 같이 계산된 외력의 주방향이 유지되도록 선박의 위치를 유지하기 위한 추력제어신호를 생성하여 추력부(130)에 출력한다.
추력부(130)는 프로펠러, 스러스터(Thruster) 및 러더(Rudder)를 구비하며, DP 제어부(120)의 제어에 따라 추력이 제어된다. 프로펠러는 선박의 전후 방향으로의 위치를 유지시키고, 스러스터는 선박의 좌우 방향으로의 위치를 유지시키며, 러더는 선박의 회전방향을 조정한다.
이렇게 함으로써 외력의 주방향을 통해 최적 선수각을 유지할 수 있음에 따라 선박의 위치를 유지하기 위해 소모되는 연료량을 최소화할 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 선박의 동적 위치 유지 시스템을 이용한 선수각 제어 방법을 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3을 참조하면 선박의 동적 위치 유지 시스템에 포함된 DP 제어부(120)는 선박의 위치를 포함하는 선박정보를 수신한다(S11).
DP 제어부(120)는 선박이 찾아야 하는 목표지점, 선박의 위치를 유지하기 위해 설정된 위치기준점 및 DGPS 수신기로부터 수신된 위치기준점의 위치를 일정시간동안 수집한 선체의 변위, 즉 선체 전후 방향 평균 변위와 선체 측방향 평균 변위를 추적한다(S13). DP 제어부(120)는 현재 시점을 기준으로 설정된 일정시간동안의 선체 변위, 즉 선체 전후 방향 평균 변위 및 선체 측방향 평균 변위를 구한다. 소위 이동 평균 필터(moving average filter)라는 기법을 상룡하여 선체 변위를 구할 수 있다.
DP 제어부(120)는 이와 같이 추적된 선체 전후 방향 평균 변위와 선체 측방향 평균 변위를 상술된 수학식 1에 대입시켜 외력의 주방향을 계산한다(S15).
DP 제어부(120)는 계산된 외력의 주방향으로 선수각이 유지되도록 선박의 위치를 제어한다(S17). DP 제어부(120)는 실시간으로 외력의 주방향을 계산하여 최적 선수각을 유지할 수 있도록 추력부(130)에 추력된 추력을 결정한다.
이와 같이 외력의 주방향을 계산하여 선수각을 최적의 방향으로 유지되도록 제어함으로써 종래에 운전자가 지정한 선박의 목표 선수각이 최적이 아닌 경우에 증가했던 연료소모량을 최소화할 수 있다.
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
110 : DP 계측부 120 : DP 제어부
130 : 추력부
130 : 추력부
Claims (6)
- 미리 정해진 목표지점으로부터 정해진 범위를 벗어나지 않도록 선박의 위치를 유지하는 선박의 동적 위치 유지 시스템을 이용한 선수각 제어 방법으로서,
DP 제어부가, DP 계측부에 의해 계측된 상기 선박의 위치를 포함하는 선박정보를 수신하는 단계;
상기 DP 제어부가, 상기 목표지점, 상기 선박의 위치를 유지하기 위해 설정된 위치기준점 및 상기 수신된 선박정보를 이용하여 일정시간동안 선체 전후방향 평균 변위와 선체 측방향 평균 변위를 추적하는 단계;
상기 DP 제어부가, 상기 추적된 선체 전후방향 평균 변위와 상기 선체 측방향 평균 변위를 통해 외력의 주방향을 계산하는 단계; 및
상기 계산된 외력의 주방향으로 선수각이 유지되도록 상기 선박의 위치를 제어하기 위한 추력제어신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 동적 위치 유지 시스템을 이용한 선수각 제어 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 위치기준점은 상기 선박의 위치 유지를 위해 설정한 선체내 특정 위치 또는 선체의 중심점인 것을 특징으로 하는 선박의 동적 위치 유지 시스템을 이용한 선수각 제어 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 추적하는 단계는 이동 평균 필터를 사용하여 상기 선체 전후방향 평균 변위와 상기 선체 측방향 평균 변위를 구하는 것을 특징으로 하는 선박의 동적 위치 유지 시스템을 이용한 선수각 제어 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 생성하는 단계 이후에,
상기 생성된 추력제어신호를 추력부에 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 동적 위치 유지 시스템을 이용한 선수각 제어 방법. - 미리 정해진 목표지점으로부터 정해진 범위를 벗어나지 않도록 선박의 위치를 유지하는 선박의 동적 위치 유지 시스템에 있어서,
상기 선박의 위치를 포함하는 선박정보를 측정하기 위한 DP 계측부; 및
상기 목표지점, 상기 선박의 위치를 유지하기 위해 설정된 위치기준점 및 상기 DP 계측부에 의해 계측된 상기 선박정보를 이용하여 일정시간동안 선체 전후방향 평균 변위와 선체 측방향 평균 변위를 추적하고, 추적된 선체 전후방향 평균 변위와 상기 선체 측방향 평균 변위를 통해 외력의 주방향을 계산하여 상기 계산된 외력의 주방향으로 선수각이 유지되도록 추력부의 추력을 제어하는 DP 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 동적 위치 유지 시스템. - 청구항 5에 있어서,
상기 DP 제어부는 이동 평균 필터를 사용하여 상기 선체 전후방향 평균 변위와 상기 선체 측방향 평균 변위를 구하는 것을 특징으로 하는 선박의 동적 위치 유지 시스템.
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