KR20040092865A

KR20040092865A - 선박의 편류각을 고려한 자동항로 추적장치 및 그추적방법

Info

Publication number: KR20040092865A
Application number: KR1020030027287A
Authority: KR
Inventors: 김연규; 이한진; 김선영; 이경중
Original assignee: 한국해양연구원
Priority date: 2003-04-29
Filing date: 2003-04-29
Publication date: 2004-11-04
Also published as: KR100465105B1

Abstract

본 발명은 선박이 항행함에 있어 환경 외력이 있는 상황에서도 타제어를 통해 설정된 항로를 따라 선박이 안전하게 자동으로 항행할 수 있는 자동항로 추적 시스템을 제공한다.

본 발명에서는 위성신호를 수신하는 위성항법장치(10)와, 현재 선박의 진행방향 정보를 출력하는 자이로 (20:Gyroscope)와, 타(Rudder)제어 각도에 관한 정보를 출력하는 타각센서(30)와, 전자해도를 표시하는 ECDIS(40:Electronic Charts Display and Information System)와, 상기 ECDIS(40)로부터 새로운 목표 선수각에 대하여 타제어를 수행하는 자동조타장치(50:Auto Pilot System)로 구성되어, 선박의 ECDIS(40)에 입력된 항로를 따라 운항중인 현재의 선박의 선수각(ψ)과 위성항법장치(10)로부터 수신된 선박의 현재 위치(X, Y)로부터 가고자하는 방향의 목표 선수각에 대한 선박 진행 방향각과의 차(ψd - ψ)에 의한 편류각(Drift Angle)을 계산하여 새로운 목표 선수각(ψd)에 대하여 자동조타장치(50)의 타 제어(δc,δ)가 가능하게 하여 조류, 바람, 파도 등이 있는 상황에서도 설정된 항로를 따라 자동으로 항행하게 하는 것을 특징으로 함.

Description

선박의 편류각을 고려한 자동항로 추적장치 및 그 추적방법 {Drift Angle Auto Pilot System}

본 발명은 선박의 자동항로 추적시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는ECDIS에 입력된 항로를 따라 운항중인 현재의 선박의 선수각과 GPS로부터 수신된 선박의 현재 위치(X, Y)로부터 가고자하는 방향의 목표 선수각에 대한 선박 진행 방향각과의 차에 의한 편류각(Drift Angle)을 계산하여 새로운 목표 선수각을 이용한 타 제어를 통해 환경 외력(조류, 바람, 파도 등)이 있는 상황에서도 설정된 항로를 따라서 자동으로 항행할 수 있는 선박의 편류각을 고려한 자동항로 추적장치및 추적방법을 제공함에 있는 것이다.

일반적으로 선박은 ECDIS에 사전에 입력한 목표 항로로 운항할 수 있는 별도의 자동항로 추적시스템이 사용된다.

하지만 선박의 자동항로 추적시스템은 선박의 항행 조건 즉, 환경 외력(조류, 바람, 파도 등)이 있는 상황에서는 제대로 작동하지 않아 ECDIS에 사전에 입력된 목표항로를 벗어나는 경우가 종종 발생하였다.

이는 선박의 선수각(Heading Angle)이 미리 결정된 목표 항로에 고정시켜 놓은 상태로 선박을 운항하더라도 해상에서의 해류 또는 바람과 같은 외력이 선박의 측면에 작용하게 되면 선박은 목표 항로로 계속 유지하며 진행할 수 없게된다.

따라서 미리 설정된 목표 항로로 선수각을 유지하기 위해서 선박의 타(Rudder)를 조정하게 되면 타각(Rudder Angle)이 변하여 선수각과 선박이 진행하는 방향과의 차이인 편류각(Drift Angle)이 발생한다. 상기한 편류각으로 인하여 운항경로는 사전에 결정한 목표항로와 달라지게 된다.

이러한 종래의 문제점은 선박의 항로 추적시 환경 외력이 있을 경우 발생하는 선박의 편류각(Drift Angle)을 고려하지 않음으로써 비롯되었다.

그리고 기존 선박의 경우 상기한 문제점 등을 고려한 자동항로 추적시스템을 새로 도입하기 위해서는 이를 구현할 수 있는 장치를 새로이 설치하여야 하므로 이를 설치하는데 따른 경제적인 부담을 안고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 자동항로 추적시스템이 안고 있는 문제점을 해소하고자 하는데 있는 것으로, 본 발명의 목적은 새로운 장비 도입없이도 기존의 선박에 있는 장비(ECDIS, Auto-Pilot, GPS, Gyro)만을 이용하여 환경 외력(조류, 바람, 파도 등)이 있는 상황에서도 타제어를 통해 설정된 항로를 따라 선박이 안전하게 자동으로 항행할 수 있는 편류각을 고려한 자동항로 추적 시스템을 제공하고자 하는데 있는 것이다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시 예를 첨부 도면을 참고하여 그 구성 및 작용 효과 등을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 편류각을 고려한 자동항로 추적 시스템을 설명하기 위한 블록도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 위성항법장치(GPS)

20 : 자이로(Gyroscope)

30 : 타각센서

40 : ECDIS(Electronic Charts Display and Information System)

50 : 자동조타장치(Auto Pilot System)

ψd: 새로운 목표 선수각

ψ: 기존의 목표 선수각

ψd - ψ: 선박 진행 방향각과의 차에 의한 편류각(Drift Angle)

도 1은 본 발명에 따른 편류각을 고려한 자동항로 추적 시스템을 설명하기 위한 블록도를 나타내고 있다.

상기한 목적 달성에 따라 본 발명에서는 위성신호를 수신하는 위성항법장치(10)(GPS:Gloval Positioning System)와, 현재 선박의 진행방향 정보를 출력하는 자이로(20:Gyroscope)와, 타(Rudder)제어 각도에 관한 정보를 출력하는 타각센서(30)와, 전자해도를 표시하는 ECDIS(40:Electronic Charts Display and Information System)와, 상기 ECDIS(40)로부터 새로운 목표 선수각에 대하여 타제어를 수행하는 자동조타장치(50:Auto Pilot System)로 구성됨을 특징으로 하고 있다.

또한, 본 발명은 선박의 ECDIS(40)에 입력된 항로를 따라 운항중인 현재의 선박의 선수각(ψ)과 위성항법장치(10)로부터 수신된 선박의 현재 위치(X, Y)로부터 가고자하는 방향의 목표 선수각에 대한 선박 진행 방향각과의 차(ψd - ψ)에 의한 편류각(Drift Angle)을 계산하여 새로운 목표 선수각(ψd)에 대하여 자동조타장치(50)의 타 제어(δc,δ)가 가능하게 하여 환경 외력(조류, 바람, 파도 등)이 있는 상황에서도 설정된 항로로 자동으로 항행하게 하는 것을 특징으로 하고 있다.

상기한 자동항로 추적시스템 구현을 위해서는,

ECDIS(40)에 선박이 가고자 하는 목표 항로를 입력하는 단계,

위성항법장치(10)로부터 수신된 선박의 현재 위치(X, Y)로부터 가고자하는 방향인 목표 선수각을 계산하는 단계,

자이로(20)를 통해 현재의 선수각(ψ)을 수신받는 단계,

상기 자이로(20)를 통해 받은 현재의 선수각(ψ)과 GPS로부터 받은 선박의 진행 방향각과의 차(ψd - ψ)를 구하여 선박의 편류각(Drift Angle)을 계산하는 단계,

선박의 편류각을 고려한 새로운 목표 선수각(ψd)을 계산하는 단계,

새로운 목표 선수각(ψd) = ψ - (ψd - ψ) (식 1)

ψd : 새로운 목표 선수각

ψ : 기존의 목표 선수각

ψd - ψ : 선박 진행 방향각과의 차에 의한 편류각(Drift Angle)

ECDIS(40)로부터 새로운 목표 선수각(ψd)에 대하여 타 제어(δc,δ)를 수행하도록 자동조타장치(50)에 명령을 내리는 단계,

자동조타장치(50)에 의한 타제어에 의하여 선박이 이동하면 위의 절차를 반복적으로 수행하는 단계,

상기한 단계를 ECDIS(40)에서 자동적으로 수행하는 단계로 구성된다.

이와 같이 본 발명은 선박이 항로를 따라가도록 타를 구동하는 것은 자동조타장치(50)가 수행하며, 새로운 목표 선수각(ψd)에 대하여 타 제어(δc,δ)를 수행하도록 자동조타장치(50)에 명령을 보내는 것은 ECDIS(40)가 수행하게 된다.

ECDIS(40)는 목표 선수각을 구하기 위해서 자이로(20)로부터 현재 선박의 선수각을 받고, 위성항법장치(10)로부터 선박의 진행하고자 하는 선수각을 받아서 선박의 편류각을 상기 (식 1)로 부터 구한다.

이렇게 계산된 편류각은 ECDIS(40)상에 설정된 항로와 위성항법장치(10)로부터 받은 선박의 현재의 위치를 이용하여 계산된 목표 선수각에 고려하여 새로운 목표 선수각을 제공받을 수 있게 된다.

ECDIS(50)로부터 새로운 목표 선수각(ψd)에 대하여 자동조타장치(50)는 타 제어(δc,δ)를 수행하는 절차를 반복적으로 수행하며 설정된 항로를 따라서 자동으로 항행하게 된다.

이처럼 본 발명은 자동항로 추적을 위해 ECDIS(40)에 입력된 항로를 따라 운항중인 현재의 선박의 선수각(ψ)과 GPS(10)로부터 수신된 선박의 현재 위치(X, Y)로부터 가고자하는 방향의 목표 선수각에 대한 편류각을 계산하여 자동조타장치(50)는 새로운 목표 선수각(ψd)을 이용한 타 제어(δc,δ)를 하게되어 환경 외력(조류, 바람, 파도 등)이 있는 상황에서도 설정된 항로를 추적하며 자동으로 항행이 이루어질 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하여, 자동항로 추적을 위해 ECDIS(40)에 입력된 항로를 따라 운항중인 선박의 선수각(ψ)과 GPS(10)로부터 가고자하는 방향의 목표 선수각에 대한 선박 진행 방향각과의 차(ψd - ψ)에 의한 편류각을 고려하여 자동조타장치(50)가 타제어를 실시함으로써 선박은 환경 외력이 있는 상황에서도 안전하게 항로를 추적하면서 자동으로 항행할 수 있는 이점이 있게 된다.

또한, 본 발명은 기존의 장비(ECDIS, Auto-Pilot, GPS, Gyro)를 활용하여 하나의 추적 시스템을 구현함으로써 시스템 비용 절감 및 자동항로 추적시스템의 국산화도 가능하게 되는 등의 작용 효과를 갖는 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims

선박의 ECDIS에 입력된 목표 항로를 따라 자동 운항하도록 된 자동항로 추적시스템에 있어서,

위성신호를 수신하는 위성항법장치(10)와, 현재 선박의 진행방향 정보를 출력하는 자이로(20)와, 타 제어 각도에 관한 정보를 출력하는 타각센서(30)와, 전자해도를 표시하는 ECDIS(40)와, 상기 ECDIS(40)로부터 새로운 목표 선수각에 대하여 타제어를 수행하는 자동조타장치(50)로 구성을 특징으로 하는 선박의 편류각을 고려한 자동항로 추적장치.
제1항의 선박의 편류각을 고려한 자동항로 추적장치는,

선박의 ECDIS(40)에 선박이 가고자 하는 목표 항로를 입력하는 단계,

위성항법장치(10)로부터 수신된 선박의 현재 위치(X, Y)로부터 가고자하는 방향인 목표 선수각을 계산하는 단계,

자이로(20)를 통해 현재의 선수각(ψ)을 수신받는 단계,

상기 자이로(20)를 통해 받은 현재의 선수각(ψ)과 위성항법장치(10)로부터 받은 선박의 진행 방향각과의 차(ψd - ψ)를 구하여 선박의 편류각을 계산하는 단계,

선박의 편류각을 고려한 새로운 목표 선수각(ψd)을 계산하는 단계,

새로운 목표 선수각(ψd) = ψ - (ψd - ψ) (식 1)

ψd : 새로운 목표 선수각

ψ : 기존의 목표 선수각

ψd - ψ : 선박 진행 방향각과의 차에 의한 편류각(Drift Angle)

ECDIS(40)로부터 새로운 목표 선수각(ψd)에 대하여 타 제어(δc,δ)를 수행하도록 자동조타장치(50)에 명령을 내리는 단계,

자동조타장치(50)에 의한 타제어에 의하여 선박이 이동하면 위의 절차를 반복적으로 수행하는 단계,

상기한 단계를 ECDIS(40)에서 자동적으로 수행하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 선박의 편류각을 고려한 자동 항로 추적방법.