KR20020073747A - 항만 트레일러 자동 정지위치 모니터링 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 항만의 컨테이너를 운반하는 트레일러(trailer)의 운전자가 보조 작업자 없이 혼자서 쉽게 정지위치를 파악하고 트레일러를 정지시키도록 하기 위한 것이며, 상세하게는 트레일러가 갠트리 크레인(gentry crane)에 진입하면서 컨테이너는 레이저 센서를 이용하여 감지하고, 크레인 상단 샤시에는 CCD 카메라를 장착하여 트레일러의 움직임을 포착하며, 운전자는 갠트리 크레인 우측 구조물 전체를 이용하여 디스플레이 되는 상황을 보면서 정지위치를 미리 예측하여 정확한 위치에 정지하기가 용이하도록 구성한 항만 트레일러 자동 정지위치 모니터링 시스템을 제안한다.

Description

항만 트레일러 자동 정지위치 모니터링 시스템{Monitoring System for the Port Trailer Automatic Stoping Position}

본 발명은 항만 시스템에 관한 것으로서, 특히 항만의 컨테이너를 운반하는 트레일러의 운전자가 보조 작업자 없이 혼자서 정지위치를 파악하고 트레일러를 정지시키도록 구성한 모니터링 시스템에 관한 것이다.

선박에서 컨테이너를 이ㆍ적재하는 구간에서 선박은 바람과 파랑에 의해 약간씩 이동하며, 이로 인해 갠트리 크레인 또한 이동시켜 작업을 수행한다. 따라서 트레일러/샤시를 이용한 컨테이너 양ㆍ하역하는 지점까지 변하게 된다. 그리고 컨테이너의 종류 또한 크게 두 가지(40 feet, 20 feet)로 분류되어 운전자 혼자서 작업위치에 정지하기에 어려운 점이 있다.

현재 이런 이유로 크레인 편에 1인의 작업자가 약 30cm 길이의 표식을 바닥에 놓아 트레일러의 정지위치를 지시하는 방법으로 운영하고 있다. 하지만, 이는 운전자가 작은 표식에만 의존하여 정지할 때 발생하는 오차와 보조작업자의 실수에 의한 오차로 인해 트레일러를 다시 조정해야 하는 일이 발생하게 된다. 이를 보완하기 위해 국내에서 여러 방안을 제시하고 있지만, 여러 가지 단점과 실제 적용에 대한 어려움으로 인해 적용한 사례가 없는 실정이다.

한편, 종래의 트레일러 움직임 포착 방식은 갠트리 크레인의 스프레드(spreader)가 하강하는데 따라 그 위치에 맞게 정확한 위치에 트레일러/샤시가 위치하도록 도와주는 보조요원의 위치지정 수작업이 불가피했다. 즉, 운전자는 보조요원의 위치지정 없이는 정위치 정지가 불가능하였다.

또한, 종래에는 갠트리 크레인이 하역시 1 라인(line)만을 사용하고 나머지는 통로로 운용하고 있기 때문에 수직으로 1 라인당 센서를 부착할 경우 5개의 라인 상태를 검출함으로서 경제적 낭비를 초래하는 문제점을 가지고 있다.

따라서, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 정확하고 안정적으로 운전자에게 트레일러의 정지위치를 지정함으로 인해 수작업에 대한 위험부담을 줄이고 인건비 절감과 차후 순차적 항만자동화에 대비할 수 있는 항만 트레일러 자동 정지위치 모니터링 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 트레일러의 운전자가 보조 작업자 없이 혼자서 쉽게 정지위치를 파악하고 트레일러를 정지시킬 수 있는 항만 트레일러 자동 정치위치 모니터링 시스템을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 제1견지에 따른 본 발명은 크레인 구조물의 하측단에 설치되어 상기 트레일러의 측면에서 위치를 감지하는 적어도 1개 이상의 레이저 센서와, 상기 크레인 구조물의 상측단에 설치되어 상기 트레일러의 상단부에서 위치를 감지하는 CCD 카메라와, 상기 CCD 카메라로부터 전송된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 프레임 그래버와, 상기 프레임 그래버로부터 입력된 디지털 신호를 "Optical flow" 영상처리기법을 이용하여 트레일러의 움직임을 포착하는 퍼스널 컴퓨터와, 상기 퍼스널 컴퓨터에서 계산된 비트열과 상기 레이저 센서에서 전송되는 비트열을 연산 처리하는 PLC와, 정지위치에 대해 트레일러의 진입과정을 운전자가 직접 확인하면서 작업할 수 있도록 하는 디스플레이 표시등으로 구성된 항만 트레일러 자동 정지위치 모니터링 시스템을 구현하였다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 항만 트레일러 자동 정지위치 모니터링 시스템의 전체 구성을 도시한 도면.

도 2는 도 1에서 도시하고 있는 CCD 카메라의 설치 위치를 도시한 도면.

도 3은 상기 CCD 카메라의 영상획득을 위한 스캔 영역을 도시한 도면.

도 4는 도 1에서 도시하고 있는 트레일러의 움직임 포착을 위한 시간흐름에 대한 프레임별 영상정보를 도시한 도면.

도 5는 도 1에서 도시하고 있는 레이저 센서의 설치 위치를 도시한 도면.

도 6 내지 도 8은 상기 레이저 센서를 이용한 트레일러의 정확한 정지위치 검출을 도시한 도면.

도 9는 도 1에서 도시하고 있는 디스플레이 표시등의 상세 구성을 도시한 도면.

도 10은 본 발명에 따른 영상처리 결과와 레이저 센서 결과의 데이터 구조를 도시한 도면.

도 11은 본 발명에 따른 모니터링 시스템의 제어방법을 도시한 흐름도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: CCD 카메라102: 프레임 그래버

104: PC106: PLC

108: 디스플레이 표시등110: 레이저 센서

이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 하기에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

우선 본 발명에서 제안하고자 하는 항만 트레일러 자동 정지위치 모니터링 시스템의 개념을 살펴보면, 항만의 컨테이너를 운반하는 트레일러(trailer)의 운전자가 보조 작업자 없이 혼자서 쉽게 정지위치를 파악하고 트레일러를 정지시키도록 하기 위한 것이며, 상세하게는 트레일러가 갠트리 크레인(gentry crane)에 진입하면서 컨테이너는 레이저 센서를 이용하여 감지하고, 크레인 상단 샤시에는 CCD 카메라를 장착하여 트레일러의 움직임을 포착하며, 운전자는 갠트리 크레인 우측 구조물 전체를 이용하여 디스플레이되는 상황을 보면서 정지위치를 미리 예측하여 정확한 위치에 정지하기가 용이하도록 구성한 모니터링 시스템을 제안하고자 하는 것이다.

본 발명의 실시 예에 따라 앞에서 제안한 항만 트레일러 자동 정지위치 모니터링 시스템의 구성은 도 1에서 나타내고 있는 바와 같다. 상기 도 1을 참조하면, 본 발명에서 구현하고자 하는 시스템은 CCD 카메라(100)와 프레임 그래버(Frame Grabber)(이하 "FG"라 함)(102), 퍼스널 컴퓨터(이하 "PC"라 함)(104), 프로그래머블 로직 컨트롤러(Programmable Logic Controller)(이하 "PLC"라 함)(106), 디스플레이 표시등(108) 및 다수개의 레이저 센서(110)로 구성된다. 즉, 본 발명의 시스템은 기존 갠트리 크레인에 레이저 센서(110)와 CCD 카메라(100)를 부착시키는 작업만으로 간단히 시스템을 구성할 수 있다.

상기 CCD 카메라(100)와 레이저 센서(110)는 크레인 구조물(10)의 상/하측단에 각각 설치되며, CCD 카메라(100)에 입력된 아날로그 신호는 FG(102)에서 디지털 신호로 변환되고, 이 디지털 신호(영상신호)는 PC(104)로 입력된다. 상기 PC(104)에 입력된 신호는 "Optical Flow" 영상처리기법을 이용하여 트레일러(20)의 움직임을 포착한다. 즉, 전술한 PC(104)는 세로 열을 1/10로 축소시킨 640 ×48(pixel)의 화소를 가지는 영상을 이용하여 크레인 내부의 횡축으로 약 20m 길이 폭을 감지하게 된다. 따라서 한 화소당 약 3.1cm의 분해능을 가질 수 있으며, 또한 샤시의 레이저 센서(110)를 이용하여 더욱 정밀한 정지위치를 감지할 수 있다.

한편, 전술한 CCD 카메라(100)는 도 2에 도시한 바와 같이 크레인 구조물(10)의 상단부에 설치되며, 바람직하게는 스프레드의 작업을 방해하지 않도록 하고 견고하게 고정시켜 작업도중 흔들림에 의해 정확도가 떨어지지 않도록 설치한다.

도 3은 크레인에 설치된 CCD 카메라(100)의 영상획득을 위한 스캔영역(image scan area)을 나타내며, 640 ×480 화소의 영상을 처리할 경우 몇 차례의 영상처리 알고리즘을 거치면 속도는 매우 낮아지므로 필요 없는 영역을 최대한 삭제하고 처리할 수 있도록 본 발명에서는 640 ×48 화소로 설정한다.

전술한 크레인에 고정된 CCD 카메라(100)에서 트레일러(20)만을 추출할 때 잡음이 매우 많은 관계로 에지(edge) 영상이나 이진(binary) 영상만을 이용하기에는 작업환경 내에 어려움이 있다. 따라서 트레일러(20)만의 움직임을 포착하기 위해서는 "Optical Flow"를 이용하여야 하며, 이는 정지해 있는 배경에서 진입하는 트레일러(20)의 영상 부분을 추출하기에 알맞은 알고리즘이다.

도 4는 전술한 "Optical Flow"를 이용하여 트레일러(20)의 움직임 포착을 위한 시간흐름에 대한 프레임별 영상정보를 나타낸 도면으로서, 프레임(frame) 1과 프레임 2의 영상을 비교하고 다른 값을 가지는 화소와 같은 값을 가지는 화소로 나누어 움직인 부분과 움직이지 않는 부분을 추출해 낼 수 있다. 즉, 히스토리(history) 1,2,3으로 나타난 데이터가 움직인 부분이 된다. 정지부분을 이진영상값으로 표현할 때 "0(흑색)"이면, 트레일러(20)가 진입하지 않을 때 CCD 카메라(100)에 입력되는 영상신호의 배경은 정지하고 있으므로 시간에 대한 프레임별 차영상(difference image)은 모두 "0"의 값을 가진다. 그러나, 트레일러(20)가 진입하면 움직이는 트레일러에 대한 부분영상만을 나타내며, 이 부분영상의 가장자리를 추출하면 주행하는 트레일러(20)의 현재 위치를 검출할 수 있다.

도 5는 전술한 레이저 센서(110)의 설치 위치를 도시한 도면이다. 상기 도 5를 참조하면, 20피트 컨테이너와 40피트 컨테이너를 적재한 트레일러(20)에 있어서, 운전자가 보기 위한 디스플레이 장치를 "A" 부분에 장착할 경우 20피트 컨테이너를 적재한 트레일러(20)의 운전석은 넘어서게 되며, 이에 따라 프레임의 "A"위치에 디스플레이 장치를 부착하기에는 문제점이 있다. 그러나, 도 5에 도시한 바와 같이 크레인 구조물(10)의 우측부분과 반대편에 수ㆍ발광쌍의 레이저 센서(110)를 장착하고, 20피트와 40피트 컨테이너에 대한 각각의 가장자리 부분에 2개 1조로 구성하면 전술한 문제점을 해소할 수 있다.

즉, 본 발명에서는 크레인에 진입하는 방향에 관계없도록 하기 위하여 레이저 센서는 지점마다 2개씩 장착하였으며, 한 지점에서 두 센서 사이의 신호가 배타적 논리곱(Exclusive OR)의 관계를 가지면 정확한 지점에 도착하였다고 인식할 수 있다.

한편, 도 6 내지 도 8은 크레인 구조물(10)의 측면에 설치된 2개 1조의 레이저 센서(110)를 컨테이너 종류에 대한 정지위치에 맞도록 설치한 도면으로서, 트레일러(20)에 실려있는 컨테이너의 검출부분이 2개의 레이저 센서(110) 사이에 위치함을 알 수 있다. 그리고 40피트와 20피트 컨테이너를 운송하는 경우에 대하여 나타내고 있으며, 진입방향이 바뀌는 경우에 대해서도 정지위치를 안내할 수 있다.

전술한 레이저 센서(110)는 수광부와 발광부로 이루어진 센서로서, 컨테이너 차량이 진입하는 차선쪽의 크레인 래그(leg)와 반대편 래그에 부착되며 바람에 의한 겐트리 크레인의 흔들림에 대처하기 위해 수ㆍ발광부 모두 세로의 길이가 긴 바(bar) 모양으로 한다.

도 9는 크레인 구조물(leg)(10)의 측면에 부착되어 있는 디스플레이 표시등(108)을 도시한 도면으로서, 디스플레이 표시막대는 10mm 폭에 50mm 간격으로 나열되고, 마킹부(marking part)(108a)와 지시부(indication part)(108b) 및 상태표시부(state part)(108c)로 구성된다. 즉, 상기 마킹부(108a)는 전술한 레이저 센서(110)들 중에서 작동하고 레이저 센서(A, B, C, D)를 표시하며, 상기 지시부(108b)는 트레일러(20)가 정지할 위치를 나타낸다. 또한 상기 상태표시부(108c)는 진입하는 트레일러(20)의 위치의 상태를 실시간으로 보여준다. 이때 도 9는 컨테이너 트레일러(20)가 좌측으로 진입하는 경우이며 운전자는 표시된 정지 지점까지만 운행하면 된다.

즉, 전술한 마킹부(108a)에 표시된 A, B, C, D는 어느 장소에서나 크레인 구조물(10)에 설치된 네 개의 레이저 센서(110)를 한 눈에 볼 수 있도록 하며, 차례로 A, B, C, D 위치와 크레인 구조물(10)에 설치된 레이저 센서(110)의 위치순서가 일치하도록 하였다. 예를 들어 도 9에 나타난 상태를 설명하면 40피트 컨테이너가 진입하여 최종 정지위치에 도달하였을 때의 상황을 나타내며, A와 D 위치에서 레이저 센서(110)의 값이 서로 다르고, 가장자리 센서의 값이 다른색(마킹처리되지 않음)으로 표현하고 있으므로, 정확히 정지해야 할 때를 알리고 있음을 알 수 있다. 또한 네 개조의 레이저 센서(110)를 한번에 볼 수 있으므로써 트레일러(20) 운전자가 40피트 컨테이너는 물론이고, 20피트 컨테이너를 1개 또는 2개를 어느 위치에서든 편하고 정확하게 정지시킬 수 있다.

트레일러(20)의 정지위치를 나타내는 디스플레이 장치는 전광판과 같이 전면에 설치하여 운전자가 언제 어느 곳에서 정확히 멈추어야 하는지를 알 수 있게끔 설계되어 있다. 백미러를 통하여 예전에 바닥의 표식을 읽던 방법에서 크레인 전면에 지정된 위치에 현재 진입하는 상태를 보고 정지시키기 쉽도록 되어있음을 알 수 있다.

한편, 본 발명에서 트레일러(20)가 진입할 경우에만 센서를 동작시키도록 샤시 가장자리 부분에 스위치용 센서를 설치하여 제어부 및 기타 장치가 작동함으써 전력낭비를 줄이도록 할 수도 있다.

이하, 전술한 바와 같이 구성된 항만 트레일러 자동 정지위치 모니터링 시스템의 데이터 구조 및 작동 원리를 설명하면 다음과 같다.

전술한 CCD 카메라(100)에서 입력되는 아날로그 신호는 FG(102)를 통하여 디지털 신호로 변환되며, 이 신호는 PC(104)로 입력되어 영상처리과정을 통하여 PLC(106)의 입력신호로 출력된다. 그리고 레이저 센서(110)의 데이터 또한 PLC(106)로 입력되어 PLC(106)에서는 두 센서부, 바람직하게는 레이저 센서(110)와 CCD 카메라(100)에서 입력된 결과를 확인하여 그 위치가 일치하면 디스플레이 표시등(108)에서 정지위치 확인 신호를 표시하게 된다.

이때, 전술한 CCD 카메라(100)는 트레일러(20)의 진입과정을 FG(102)를 통하여 PC(104)에 디지털 신호로 입력하고, 상기 PC(104)는 Hough 변환을 이용하여 직선을 찾아낸다. 검출된 직선의 길이를 계산하여 bit 형식의 이진(binary) 열(row) 데이터로 PLC(106)로 출력한다.

여기서, 전술한 Hough 변환을 이용한 직선검출 알고리즘을 설명하면, 입력영상에서 Hough 변환을 이용하여 컨테이너 부분을 인식하기 위하여 직선을 검출하며, 입력영상의 양쪽 가장자리까지 직선을 탐색하여 가장 긴 직선을 컨테이너로 보고 이를 열데이터로 변환하여 PLC(106)를 통해 디스플레이 표시등(108)의 LED 표시와 같은 형식으로 데이터를 만든다.

한편, 전술한 PC(104)의 영상처리 결과 데이터와 레이저 센서(110)의 결과 데이터는 PLC(106)에 입력된다. 상기 PLC(106)는 이 입력 데이터들을 디스플레이 표시등(108)을 작동시키는 출력부와 연결하여 제어하게 되며, 8조의 레이저 센서(110)는 각 위치에서 컨테이너 진입을 검출하여 8bit 데이터로 PLC(106)에 보낸다. 영상처리 결과는 디스플레이 과정을 나타낸 LED의 개수와 일치시켜 A, B, C, D 네 부분의 LED개수와 일치시킨다. 이때 도 10은 PC(104)의 출력인 영상처리 결과 데이터와 레이저 센서(110)의 결과 데이터의 구조를 나타낸다.

도 11은 CCD 카메라(100)와 레이저 센서(110)에서 입력된 신호를 이용하여 디스플레이 표시등(108)까지의 작동 상태를 도시한 흐름도이다. 즉, 전술한 PLC(106)에서는 CCD 카메라(100)에서 전송되는 영상부 입력신호와 레이저 센서(110)에서 전송되는 입력신호를 받아 AND 연산하여 처리하게 된다. 이렇게 함으로써 작업중 다른 차량의 진입에 의한 오작동을 막을 수 있을뿐더러 더욱 정확한 정지위치 확인을 가능하게 할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 항만 트레일러 자동 정지위치 모니터링 시스템은 다음과 같은 많은 효과를 달성한다.

첫 번째로, 작업중인 차선 이외의 차선에서 컨테이너가 진입하더라도 레이저 센서와 CCD 카메라가 동시에 감지하므로 오작동이 전혀 발생하지 않는 장점을 가지고 있다.

두 번째로, 본 발명의 디스플레이 형태는 트레일러의 움직임에 따른 동적인 상황을 연속적으로 보여주고 정지위치를 알려줌으로서 운전자는 예측운전을 할 수 있으므로 급정지에 대한 부담이 상당히 줄어든다는 이점이 있다.

세 번째로, 본 발명은 4군데의 각각 2개의 쌍으로된 레이저 센서를 이용함으로 보다 정확한 위치 정보를 제공하며, 트레일러가 정지지점을 지나가더라도 오차의 정도를 어느 정도 운전자에게 제공할 수 있다는 장점이 있다.

네 번째로, 본 발명은 레이저 센서 이외의 향상된 데이터 처리 속도와 높은 분해능을 가진 CCD 카메라를 이용하여 켄테이너 차량을 감지하므로 양ㆍ적하시 모두 사용할 수 있는 장점이 있다.

다섯 번째로, 본 발명은 레이저 센서와 CCD 카메라가 서로 보조하여 정지위치를 디스플레이 함으로서 보다 신뢰성 있는 정지위치 정보를 제공할 수 있는 상승적인 효과가 있다.

Claims (7)

1. 선박에서 크레인을 이용하여 화물을 양ㆍ적함에 있어서,

   상기 크레인의 위치 변화에 따른 트레일러의 정지위치를 자동 인식화하는 감지수단과,

   상기 트레일러의 정지위치를 운전자에게 시각적 신호로 알려주는 디스플레이 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 항만 트레일러 자동 정지위치 모니터링 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 감지수단은,

   상기 크레인 구조물의 하측단에 설치되어 상기 트레일러의 측면에서 위치를 감지하는 적어도 1개 이상의 레이저 센서와,

   상기 크레인 구조물의 상측단에 설치되어 상기 트레일러의 상단부에서 위치를 감지하는 CCD 카메라로 구성함을 특징으로 하는 항만 트레일러 자동 정지위치 모니터링 시스템.
3. 제2항에 있어서,

   상기 CCD 카메라로부터 전송된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 프레임 그래버와,

   상기 프레임 그래버로부터 입력된 디지털 신호를 "Optical flow" 영상처리기법을 이용하여 트레일러의 움직임을 포착하는 퍼스널 컴퓨터와,

   상기 퍼스널 컴퓨터에서 계산된 비트열과 상기 레이저 센서에서 전송되는 비트열을 연산 처리하는 PLC를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항만 트레일러 자동 정지위치 모니터링 시스템.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 레이저 센서는 컨테이너의 크기에 따라 4군데에 각각 2개의 쌍으로 구성되며, 각각의 데이터를 상기 PLC로 전송함을 특징으로 하는 항만 트레일러 자동 정지위치 모니터링 시스템.
5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 CCD 카메라의 영상획득을 위한 스캔영역은 640 ×48 화소로 설정됨을 특징으로 하는 항만 트레일러 자동 정지위치 모니터링 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 디스플레이 수단은,

   상기 트레일러의 진입을 동적으로 표시한 상태표시부와,

   상기 트레일러의 정지 위치를 알려주는 지시부와,

   상기 감지수단의 동작상태를 나타내는 마킹부로 구성함을 특징으로 하는 항만 트레일러 자동 정지위치 모니터링 시스템.
7. 제6항에 있어서, 상기 감지수단은 레이저 센서임을 특징으로 하는 항만 트레일러 자동 정지위치 모니터링 시스템.