KR200191599Y1 - 디지피에스를 이용한 준설 시스템 - Google Patents

Abstract

디지피에스(Differential Global Positioning System, DGPS)를 이용한 준설 시스템에 관한 것으로, 그래브(grab) 준설선에 이동국 GPS를 설치하고, 이 이동국 GPS는 복수의 인공위성 및 고정국 GPS에서 위치를 측정하기 위한 신호를 입력받아 제어 유닛에 전달하고, 수심 계측기 및 크레인 회전각 계측기 그리고 선체 방위 계측기를 그래브 준설선에 설치하여 그 입력 신호를 제어유닛에 전달하도록 구성하고, 제어유닛에 의하여 처리된 신호를 출력장치로 출력함으로서 작업자가 출력장치에 출력된 내용을 보고 준설 작업을 할 수 있는 구성을 제공한다.

그리고 본 고안은 GPS에 의하여 전자해도 상에 그래브 준설선의 위치를 정확하게 표시하여 실시간으로 준설작업을 행함으로서 준설작업의 정밀도를 높이고, 작업한 내용이 컴퓨터로 처리되어 준설 작업의 진척 상황 및 준설 작업 내용을 용이하게 파악함으로서 작업의 효율을 증대시켜 비용을 감소시킬 수 있다. 또한 본 고안의 준설 시스템은 인공위성을 이용하여 준설할 위치를 설정하여 작업을 행하므로 기상에 의한 영향을 최소화시킴은 물론 작업할 내용 및 작업이 이루어진 내용이 컴퓨터로 처리됨으로서 준설작업에 관련한 자료의 보관이 용이한 이점이 있다.

Description

디지피에스를 이용한 준설 시스템{Dredging system using Differential Global Positioning System}

본 고안은 디지피에스(Differential Global Positioning System, 이하, DGPS라 함)를 이용한 준설 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 DGPS 및 그래브(grab) 준설선을 이용하여 실시간으로 준설작업을 하고, 오차를 줄임으로서 효율적으로 해상 준설을 하기 위하여 디지피에스를 이용한 준설 시스템에 관한 것이다.

일반적인 해상 준설 작업은 설계도면 위에 수 작업으로 작업구역을 표시하고, 준설할 장소 부근의 육상에 육상 측량 좌표점(CP)을 기준 점으로 설정하고, 다수의 임의의 육상 좌표점(TM)을 설정한다. 그리고 준설선의 갑판 위에서 육분의 측량자가 반복적으로 육상 좌표점(TM)을 관측하여 준설하려는 위치까지 그래브 준설선을 예인선으로 이동시킨 후, 버켓 또는 쇄암 작업을 실시하여 작업 후 설계 도면에 작업한 구역을 표시한다.

상기와 같은 해상 측량 시스템은 선상에 위치한 관측자의 시각에 의하여 준설선의 위치를 결정하여 준설 작업을 실시함으로서, 관측자의 오차에 따라 준설 위치에 오차가 발생하게 되어 준설 작업의 정확성이 떨어지고 작업시간이 증가하게 되는 문제점이 있다. 또한 이러한 준설 시스템은 준설 전 또는 준설 후의 상태를 측량의 보조자가 작도기 등으로 종이 지도 위에 직접 표기하여 관리함으로서 정확성이 떨어지고 인건비가 증가하는 문제점 있다. 따라서 종래의 준설 시스템은 정밀성을 요구하는 작업에는 적합하지 못한 한계를 가지고 있다.

따라서 본 고안은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로서, 본 고안의 목적은 디지피에스 시스템을 이용하여 준설할 위치를 자동적으로 찾아 실시간으로 작업을 하여 작업시간을 줄이며, 준설 작업을 할 때 오차를 최소화시키고 준설 작업의 정밀도를 높이는 것은 물론 준설을 위한 작업이 컴퓨터로 이루어지는 등 자동화되도록 함으로서 비용을 줄이며, 정밀한 해상 준설에 적합한 디지피에스를 이용한 준설 시스템을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 좌, 우 회전 및 상, 하 각도 조절이 이루어지는 크레인에 해상 준설을 위한 버켓 또는 쇄암봉이 상, 하 이동하도록 결합되어 있는 그래브 준설선과, 복수개의 인공 위성으로부터 발사되는 전파의 지연 시간을 계측하여 의사거리 및 노이즈를 측정하는 고정국 GPS1과, 상기 복수개의 인공 위성 및 상기 고정국 GPS1로부터 전파를 수신하고 이를 기초로 노이즈를 보정하여 현재의 위치를 결정하도록 상기 그래브 준설선에 설치되는 이동국 GPS2 과, 상기 그래브 준설선에 설치되며, 상기 버켓 또는 쇄암봉의 상, 하 이동에 따라 수심을 계측하는 수심 계측기와, 상기 그래브 준설선에 결합되어 있는 크레인의 좌, 우 회전 각도를 계측하는 크레인 회전각 계측기와, 선체의 방향을 계측하는 선체 방위 계측기와, 상기 이동국 GPS2에서 보정된 현재의 위치 값, 상기 수심 계측기에서 계측된 수심 계측값, 상기 회전각 계측기에서 계측된 회전각의 계측값, 상기 선체 방위 계측기에서 계측값을 입력받아 상기 그래브 준설선의 위치, 방향 및 수심 그리고 준설 작업 내용을 계산하는 제어유닛과, 상기 제어 유닛에서 계산된 값을 실시간으로 표시하는 출력장치를 포함하는 디지피에스를 이용한 준설 시스템을 제공한다.

이와 같이 구성되는 디지피에스를 이용한 준설 시스템은, 이동국 GPS2가 복수개의 인공위성 및 고정국 GPS1로부터 수신 받은 값을 제어유닛이 계산하여 출력장치에 표시함으로서 준설선의 위치를 정확하게 알 수 있으며, 상기 수심 계측기의 측정값과 비교하여 이동국 GPS2의 높이 변화 값에 따라 조위 변화 값을 실시간으로 보정하고, 회전각 계측기 및 선체 방위 계측기에서 입력되는 값 및 상기 이동국 GPS2의 신호값 그리고 수심계측기로부터 받은 값을 제어하여 정확한 준설위치를 계산하여 출력 장치로 작업자가 확인할 수 있도록 출력하면 작업자는 출력장치의 내용을 보면서 준설 작업을 실시간으로 하거나 작업내용을 파악할 수 있게 된다. 더욱이 준설 작업한 내용이 색상 패턴에 의하여 출력장치에 표시되도록 하여 작업자는 항상 실시간으로 정확한 준설 작업을 할 수 있다.

도 1은 본 고안에 따른 실시예를 설명하기 위하여 그래브(grab) 준설선을 도시하고 있는 도면,

도 2는 본 고안에 따른 실시예를 설명하기 위한 준설 시스템의 구성도,

도 3은 본 고안에 따른 준설 시스템의 작동과정을 설명하기 위한 순서도,

도 4는 크레인 회전각 계측기 및 이동국 GPS를 이용하여 크레인 선두부의 위치를 검출하기 위한 구성도,

도 5는 디지피에스를 이용한 출력장치의 하나의 실시예로 모니터 화면을 나타내고 있는 도면,

도 6은 준설선의 이동 과정을 설명하기 위한 그래브 준설선의 평면도,

도 7은 도 6의 측면도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안에 따른 실시예를 설명하기 위한 도면으로서, 그래브(grab) 준설선(1)을 도시하고 있다. 상기 그래브 준설선(1)은 상부에 상, 하 및 좌, 우 이동이 가능한 크레인(3)이 설치되어 있으며, 상기 크레인(3)은 일끝에 다수의 와이어에 의하여 상, 하 이동하는 버켓(5)이 결합되어 있다. 상기 버켓(5)은 준설 작업을 할 때 수중에 있는 흙 등을 퍼 올리는 것으로 통상의 것이 사용된다. 또한 상기 버켓(5) 대신에 쇄암 작업을 위하여 통상의 쇄암봉(도시생략)이 상기 와이어에 결합될 수 있다. 그리고 상기 그래브 준설선(1)에는 이동국 GPS2(Global Positioning System, 이하 GPS라 함, 7)가 설치되어 있고, 상기 크레인(3)의 좌, 우 회전각을 측정하기 위하여 크레인 회전각 계측기(9)가 설치되며, 크레인(3)에는 버켓(5)의 이동에 따라 와이어의 이동거리를 측정하여 수심을 측정하는 수심 계측기(11)가 설치되어 있다. 또한 상기 그래브 준설선(1)은 일측에 선체 방위 계측을 위한 선체 방위 계측기(13)가 설치되어 있다. 상기 이동국 GPS2(7)는 고정국 GPS1(15, 도 2에 도시하고 있음) 및 복수의 인공 위성(도시생략)으로부터 전파를 수신하여 거리를 구하고 현재의 위치를 파악하는 것이다. 상기 크레인 회전각 계측기(9)는 일종의 디지털 각도계로 크레인(3)이 좌, 우로 회전하는 각도를 계측하기 위한 것이다. 또한 상기 수심 계측기(11)는 심도계로서 크레인(3)의 선단에 연결된 와이어의 이동 거리를 계측하여 버켓(5)이 해저면과 닫는 위치를 계측하여 수심을 측정하는 장치이다. 그리고 선체 방위 계측기(13)는 디지털 자이로콤파스(gyrocompass)로 이루어지며, 그래브 준설선(1)이 향하고 있는 방향을 계측하는 것이다.

한편 상기 그래브 준설선(1)의 양측 및 후미에는 복수의 스퍼드(spud, 17, 19, 21)가 제공되어 있다. 상기 스퍼드(17, 19, 21)는 그래브 준설선(1)을 일정한 위치에 고정시키거나 또는 회전 및 전진 이동시킬 수 있도록 상기 그래브 준설선(1)에 수직으로 결합되어 상, 하 방향으로 이동할 수 있도록 긴 형태로 이루어진 고정봉(도시생략)이 제공된다.

도 2는 본 고안의 구성을 설명하기 위한 블록도로서, 상술한 이동국 GPS2(7), 크레인 회전각 계측기(9), 수심 계측기(11) 그리고 선체 방위 계측기(13)가 제어유닛(25)과 계측 신호를 전달할 수 있도록 연결되어 있고, 상기 제어유닛(25)은 제어된 결과를 모니터 또는 프린터 등으로 출력하여 작업자가 실시간으로 확인할 수 있는 출력장치(27)와 연결되어 있다. 그리고 고정국 GPS1(15)은 육상에 설치되어 복수개의 인공 위성으로 받은 전파의 속도 등을 계산하여 거리에 대한 보정 값을 이동국 GPS2(7)로 무선 전송하는 역할을 한다.

상기 제어유닛(25)은 상술한 계측기로부터 계측된 값을 입력받을 수 있도록 송수신에 관한 장치(도시생략)들과 연결되어 있으며, 또한 입력된 값을 저장하거나 출력 값을 저장하기 위한 기억장치(도시생략)와도 연결되어 있음은 당연하다.

본 고안에 따른 디지피에스를 이용한 준설 시스템 작용의 작용 설명은 도 3을 통하여 더욱 상세하게 설명한다.

우선 제어유닛(25)과 연결되어 있는 기억장치에 준설작업에 관련한 전자해도 및 측량자료를 입력한다(101). 이때 입력된 자료는 실시간으로 출력장치(27)에 나타나고 작업자는 이를 즉시 확인할 수 있게 된다(도 5 참조). 그리고 출력된 상태를 보면서 작업 영역을 설정한다(103). 이렇게 설정된 작업 영역도 제어유닛(25)을 통하여 기억장치에 기억된다. 그리고 상술한 계측기를 통한 계측값을 검출(105)하게 되는데, 이를 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

지상에 설치되어 있는 고정국 GPS1(15)은 복수(통상 4개)의 인공위성에서 전파를 수신 받고 상기 전파의 도달시간을 계산하여 거리를 측정하여, 정해져 있는 거리 값과 비교하여 오차를 보정한 보정 값을 계산한다. 그리고 고정국 GPS1(15)은 계산된 거리 오차의 보정 값을 그래브 준설선(1)에 설치되어 있는 이동국 GPS2(7)로 송신한다. 그러면 상기 이동국 GPS2(7)는 상기 고정국 GPS1(15)로부터 수신되는 인공 위성과 동일한 위성으로부터 전파를 수신 받고, 위치 값을 계산한 후, 상기 고정국 GPS1(15)로부터 수신한 보정 값으로 보정하여 보정된 자신의 위치 값을 계산한다. 상기 이동국 GPS2(7)에서 보정된 자신의 위치 값을 계산하여 제어유닛(25)에 그 내용을 전송한다. 이때 상기 이동국 GPS2(7)에서 제어유닛(25)으로 전달하는 전달 체계는 통상의 컴퓨터 시스템의 데이터 전송에 사용되는 시스템들을 이용하게 된다. 이와 같이 이동국 GPS2(7)에서 계산된 위치 값이 현재 그래브 준설선(1)의 위치가 되는 것이다.

그리고 자이로컴파스(gyrocompass)로 이루어지는 선체 방위 계측기(13)는 그래브 준설선(1)의 현재 방향을 나타내고, 이 값을 통상의 하드웨어 제어기(29)를 이용하여 제어유닛(25)에 전송한다.

상기 수심 계측기(11)는 광센서 등을 이용하며, 상기 버켓(5)과 연결되어 있는 와이어의 이동 거리를 측정하여 수심을 계측하고, 이렇게 계측된 값을 하드웨어 제어기(29)를 통하여 제어유닛(25)에 전송한다.

상기 크레인 회전각 계측기(9)는 전자 각도계 등으로 이루어지며 크레인의 회전각을 계측하여 역시 하드웨어 제어기(29)를 통하여 제어유닛(25)에 전송한다.

따라서 제어유닛(25)은 계측기에서 계측된 값을 검출하는 단계(105)를 가진다. 그리고 계속해서 계측기 오류(107)가 발생하면 출력장치(27)에 오류 표시를 한 후(109), 계측기 검출(105) 이전 단계로 리턴 된다. 그리고 계측기의 오류(107)가 없으면 제어유닛(25)은 출력장치(27)에 헤드 업(head up, 111) 처리를 하게 된다. 상기 헤드 업(head up)은 모니터로 이루어지는 출력장치(27)에 표시되는 그래브 준설선(1)의 선두부가 항상 위쪽으로 배치되도록 하는 것이다. 이는 작업자가 출력장치(27)를 보면서 작업을 할 때, 출력장치의 내용을 용이하게 알 수 있도록 하기 위한 것이다.

이와 같이 입력된 값을 기준으로 제어유닛(25)은 그래브 준설선(1)의 위치를 출력장치(27) 상에 표시하는데, 이때에 이동국 GPS2(7)의 수신 값 및 선체 방위 계측기(13)의 값을 이용하여 계산한다. 상기 이동국 GPS2(7)는 그래브 준설선(1)의 위치를 매우 정밀하게 설정해주며, 상기 선체 방위 계측기(13)는 그래브 준설선(1)의 방향을 계측하므로 준설선(1)의 위치를 정확하게 출력장치(27)에 표시할 수 있게되는 것이다(113).

또한, 제어유닛(25)은 크레인(3)의 위치를 출력장치(27)에 표시하게 되는데(115), 이는 측정된 크레인 회전각 계측기(9), 이동국 GPS2(7) 그리고 선체 방위 계측기(13)를 통하여 입력된 데이터 값을 이용한다. 이는 도 4를 통하여 더욱 상세하게 설명한다. 우선 상술한 바와 같이, 이동국 GPS2(7)에 의하여 그래브 준설선(1)의 위치를 정확하게 알 수 있으며, 상기 선체 방위 계측기(13)를 통하여 그래브 준설선(1)의 방향까지 알 수 있음으로 길이(L)를 가지는 크레인 붐(boom) 선단부의 위치를 정확하게 계산할 수 있다. 그리고 상기 크레인 회전각 계측기(9)는 상기 붐이 회전하면 회전한 각(θ)을 계측하여 제어유닛(25)에 전송하므로 붐의 선단 위치까지 정확하게 계산하여 출력장치(27)에 표시할 수 있는 것이다.

계속해서 제어유닛(25)은 실시간으로 보정된 수심을 출력장치(27)에 표시한다(117). 이것은 수심 계측기(11)가 버켓(5) 또는 쇄암봉이 해저 면에 닿을 때까지의 거리를 측정하여 해저 면까지의 수심을 측정하고, 측정된 수심 데이터에 이동국 GPS2(7)의 상, 하 높이 값의 차이를 보정 값으로 더해 줌으로써 실시간으로 보정된 수심 값을 출력장치(27)에 표시할 수 있는 것이다.

상술한 데이터 값은 제어유닛(25)과 연결되어 있는 별도의 저장 버튼을 통하여 제어유닛(25)과 연결되어 있는 기억장치에 저장할 수 있고(119), 자동적으로 저장되도록 프로그램을 구성하여 자동 저장이 되도록 할 수도 있다.

그러면 작업자는 출력장치(27)를 통하여 나타나는 데이터 및 이 데이터를 가공한 그래픽 화면을 보면서 현재의 작업 위치 및 작업할 내용을 실시간으로 정확하게 알 수 있어 준설 작업을 행하게 된다. 또한 한번의 준설작업이 이루어져도 그 작업 내용을 출력장치에 표시하게 된다(121). 또한 크레인의 선회 반경내 수심을 이용하여 작업 단면을 출력장치(27)에 그래프로 표시하게 된다(123). 그리고 이러한 작업내용은 제어유닛(27)과 연결되어 있는 기억장치에 실시간으로 저장하게 된다(125). 따라서 작업자는 작업한 내용을 실시간으로 알 수 있으며, 항상 정밀한 준설 작업이 이루어지는 것이다.

본 고안에 적용된 출력장치에 나타나는 화면을 참고로 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 고안에 따른 디지피에스를 이용한 준설 시스템의 출력장치로 모니터가 사용되는 예를 나타내고 있다. 전자 해도 및 측량 자료가 화면의 베이스에 표시되고, 그 위에 작업한 내용이 준설 작업의 깊이에 따라 색상별로 표시된다. 또한 버켓 작업이나 쇄암 작업은 서로 다른 도형의 형태로 표시되며, 준설시 단면 그래프를 표시하여 작업 상황을 작업자가 실시간으로 알 수 있도록 한다. 또한 수심 계측기(11)에 의한 수심이 나타나 있고, 또한 보정된 수심 값 등이 역시 표시된다. 이 뿐만 아니라 해상 준설 작업에 필요한 데이터가 실시간으로 보정되어 화면에 제공되므로 작업자는 정밀한 해상 준설 작업을 용이하게 할 수 있는 것이다.

상술한 실시예에서 일정 블록 또는 일정 구간의 작업이 끝나면, 그래브 준설선(1)은 이동할 필요가 있는데, 도 6 및 도 7을 통하여 설명한다.

상기 그래브 준설선(1)에는 양측 및 후미에는 스퍼드(17, 19, 21)가 배치되어 있는데, 상기 스퍼드(17, 19, 21) 중 측면에 결합되어 있는 하나의 스퍼드(17, 임의의 스퍼드를 예로 설명함)의 고정봉을 하향 이동시켜 해저면에 고정되도록 하고 그 반대측에 설치되어 있는 추진 수단을 구동시킨다. 그러면 고정봉을 중심으로 그래브 준설선(1)이 회전한다. 어느 정도 회전하면 기존의 해저면에 고정되어 있던 고정봉을 상향 이동시키고, 그 반대편 스퍼드(19)의 고정봉을 하향 이동시켜 해저면에 고정한다. 그리고 해저면에 고정되어 있는 스퍼드의 반대편에 설치되는 또 다른 추진 수단을 구동하여 그래브 준설선(1)을 상술한 반대 방향으로 회전 이동시킨다. 이와 같은 작업을 반복하면 그래브 준설선(1)이 이동하게 된다.

상술한 실시예의 내용을 반복적으로 실시하면서 작업 영역 내에서 준설 작업을 한다. 본원 고안과 같은 준설 시스템에 의한 작업은 종래의 육분의를 이용한 공법에 비하여 준설선을 유도하는 시간을 줄일 수 있고, 단위 블록당 버켓에 의한 재작업 회수를 줄일 수 있으며, 작업의 소요시간을 줄일 수 있다. 특히 수심 확인 시간을 현저하게 줄어들어 작업 효율이 증대되며, 준설이 완료된 블록에서 다른 준설할 블록으로 이동하는 시간을 현저하게 줄일 수 있다.

이와 같이 본 고안은 전자해도 상에 그래브 준설선의 위치를 GPS에 의하여 정확하게 표시하여 실시간으로 준설작업을 행함으로서 준설작업의 정밀도를 높이고, 작업한 내용이 컴퓨터로 처리되어 준설 작업의 진척 상황 및 준설 작업 내용을 용이하게 파악함으로서 작업의 효율을 증대시켜 비용을 감소시킬 수 있다. 또한 본 고안의 준설 시스템은 인공위성을 이용하여 준설할 위치를 설정하여 작업을 행하므로 기상에 의한 영향을 최소화시킴은 물론 작업할 내용 및 작업이 이루어진 내용이 컴퓨터로 처리됨으로서 준설작업에 관련한 자료의 보관이 용이한 이점이 있다.

Claims (3)

1. 좌, 우 회전 및 상, 하 각도 조절이 이루어지는 크레인에 해상 준설을 위한 버켓 또는 쇄암봉이 상, 하 이동하도록 결합되어 있는 그래브 준설선과;

   복수개의 인공 위성으로부터 발사되는 전파의 지연 시간을 계측하여 의사거리 및 노이즈를 측정하는 고정국 GPS1과;

   상기 복수개의 인공 위성 및 상기 고정국 GPS1로부터 전파를 수신하고 이를 기초로 노이즈를 보정하여 현재의 위치를 결정하도록 상기 그래브 준설선에 설치되는 이동국 GPS2와;

   상기 그래브 준설선에 설치되며, 상기 버켓 또는 쇄암봉의 상, 하 이동에 따라 수심을 계측하는 수심 계측기와;

   상기 그래브 준설선에 결합되어 있는 크레인의 좌, 우 회전 각도를 계측하는 크레인 회전각 계측기와;

   선체의 방향을 계측하는 선체 방위 계측기와;

   전자 해도 및 측량자료를 작업자로부터 입력받고, 상기 이동국 GPS2에서 보정된 현재의 위치 값, 상기 수심 계측기에서 계측된 수심 계측값, 상기 회전각 계측기에서 계측된 회전각의 계측값, 상기 선체 방위 계측기에서 계측값을 입력받아 계측값 및 작업자로부터 입력받은 값을 제어하여 상기 그래브 준설선의 위치, 방향 및 수심 그리고 준설 작업 내용을 처리하는 제어유닛과;

   상기 제어 유닛에서 계산된 값을 실시간으로 표시하는 출력장치;

   를 포함하는 디지피에스를 이용한 준설 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 그래브 준설선은 일측에 상, 하 이동하여 상기 그래브 준설선의 회전 이동 축으로 사용되도록 구비되는 스퍼드와;

   상기 그래브 준설선이 상기 스퍼드를 회전축으로 이동할 수 있도록 상기 그래브 준설선의 양측에 추진수단이 설치된 디지피에스를 이용한 준설 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 제어유닛은 이동국 GPS2에서 입력되는 값 중에서 높이 변화에 대한 값을 상기 수심 계측기의 입력값에 더하여 실시간으로 조위를 보정하는 값을 출력하는 디지피에스를 이용한 준설 시스템.