KR20080014103A

KR20080014103A - 무인 해양환경 자동측정 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20080014103A
Application number: KR1020080005437A
Authority: KR
Inventors: 배헌민; 김용환
Original assignee: 대한민국(관리부서:국립수산과학원); 김용환
Priority date: 2008-01-17
Filing date: 2008-01-17
Publication date: 2008-02-13
Also published as: KR100965267B1

Abstract

본 발명은 무인 해양환경 자동측정 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 지정된 해역을 제어에 의하여 무인으로 자동운항하고 해양 샘플을 수집하며 해양환경 정보를 측정하여 실시간 전송하는 무인측정선박; 무인측정선박과 셀룰러 방식으로 무선 접속하여 자동운항 제어신호와 측정된 해양환경 정보를 전송하는 이동통신망; 이동통신망과 접속하고 무인측정선박의 자동운항 제어신호를 송신하며 측정된 해양환경 정보를 수신 기록하고 관리하여 실시간 제공하는 해양센터; 해양센터가 관리하는 해양정보를 검색하고 제공받는 경로를 설정하는 공중통신망: 및 해양센터에 접속하고 무인측정선박과 무선접속하여 자동운항 제어신호와 측정된 해양환경 정보를 무선전송하는 무선망; 을 포함하는 구성을 특징으로 하여, 지정된 해역의 해양환경 정보와 샘플을 열악한 해양기후 속에서도 신속하고 정확하게 취득하여 실시간 제공하므로 해양환경의 정보를 실시간 분석하고, 무인 선박 이용에 의하여 전문 인력의 피해를 줄이며 유지비용을 줄이고, 실시간 취득한 해양환경의 각종 정보를 인터넷으로 실시간 제공하므로 각종 분야에서 유용하게 활용하고 해양 분야에 대한 관심을 높이는 효과가 있다.

무인, 선박, 해양환경, 운항, 항해, 경로, 클로로필, 용존산소, 영양염류

Description

무인 해양환경 자동측정 장치 및 그 방법{SYSTEM OF MEASURING ENVIRONMENT OF SEA IN AUTOMATICALLY WITH UNMANNED AND METHOD THEREOF}

본 발명은 바다의 지정된 해역에 대한 해양환경 정보를 자동 측정하는 것으로, 특히, 선박을 이용하여 지정된 해역을 자동으로 무인 항해하고 해당 해역에서 해양샘플을 취득하여 분석된 해양환경 정보와 영상정보 등을 이동통신망으로 전송하며 상기 취득한 해양샘플을 회수하는 무인 해양환경 자동측정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

우리나라는 지형상 삼(3)면을 바다와 접하고 있어 인근 해양으로부터 많은 경제적인 효과를 거두고 있고, 이러한 해양자원이 오염되거나 온도 변화 등이 발생하는 경우, 주변의 기후 및 생활환경 등에 직간접적으로 영향을 끼치는 것이 현실이다.

또한, 국토개발과 공업화 등에 의하여 육지의 토양이 인근 해양에 흘러들어가거나 각종 환경오염 물질이 유입 또는 투기되어 해양오염의 원인이 되고 있다.

이러한 우리나라의 지형적 여건상 바다 특히 주변 해양환경은 실생활과 직간 접적으로 밀접해 있고, 오염되는 경우 국민 건강과 국가 경제적으로도 많은 영향을 미치게 된다.

이러한 주변 해양환경을 청정하게 관리하는 것은 근본적으로 육지로부터 토양이 유입되거나 각종 환경오염 물집이 유입되거나 투기되지 못하도록 방지하는 것도 중요하지만, 지구 온난화에 의한 온도변화 등에 의한 자연적인 영향 및 불가피한 상황 등에 의하여 해양환경이 심각하게 변화되는 경우도 있다.

그러므로 주변의 인근 해양환경 또는 지정된 특정지역의 해양환경의 상태를 신속하고 정확하게 조사하여 적절한 대응을 하여야 할 필요가 있다.

종래 기술에 의한 우리나라의 해양환경 조사는 전문 지식을 갖춘 인력이 선박을 이용하여 특정 해양으로 항해하고 해당 해양을 직접 조사 및 샘플채취를 통하여 검사 및 환경변화의 상태를 측정하는 방식이다.

그러나 전문지식을 갖춘 인력은 비교적 그 숫자가 많지 않고 업무에 숙련되기까지 많은 시간이 소요되는 동시에 조사할 해역이 매우 넓고 해양은 기후변화가 심하여 안전 항해에도 매우 위협적인 동시에 선박으로 항해를 할 수 있는 날짜도 매우 제한적이므로 정작 필요한 시기에 필요한 조사 및 측정을 하기 어려운 경우가 많다. 또한, 해양의 급속한 기후 변화 등에 의하여 실시간으로 연속적인 조사가 매우 어려운 현실이다.

따라서 상기와 같은 종래의 해양조사 방식은 매우 경제적으로 큰 부담이 되고, 연구원 또는 전문인력의 체력과 기후 조건에 의하여 시간적으로 제한되는 동시 에 필요한 시기에 실시간으로 조사를 할 수 없는 문제가 있었다.

상기와 같은 종래 기술의 문제를 일부 개선한 것이 고정식 부이를 설치하는 방식이다.

부이(BUOY)는 계선부표(繫船浮漂)를 이야기하고, 해상의 특정 지역에 떠내려가지 않도록 고정되며 다양한 계측 및 관측장비를 구비하여, 바람, 기압, 기온, 습도, 수온, 파고, 유속 등이 포함되는 각종 해양환경 정보를 실시간으로 취득하는 장점이 있다.

상기 부이는 지정된 특정 해상에 고정되어 있는 관계로 정보를 취득하는 해역이 매우 제한적이고, 넓은 해역의 해양환경 정보를 취득하기 위하여서는 많은 해역에 부이를 설치하여야 하므로 경제적으로 큰 부담이 되는 등의 문제가 여전히 남아 있다.

또한, 특정 해상에 고정되어 설치되므로 각종 부착생물이 기생하여 정밀한 고가 측정 장비들의 성능을 저하시키거나 훼손시키므로 주기적인 관리를 필요로 하는 등과 같이 시간이 지날수록 측정된 정보의 신뢰성이 떨어지고 유지보수 비용이 많이 소요되는 등의 문제가 있다.

그러므로 넓은 해역을 적정한 비용으로 안전하게 무인 자동 항해하여 지정된 해역에 도착하고 해양 또는 해수 샘플을 수집하며 해양환경 정보를 정밀하게 측정하여 실시간으로 제공하는 기술을 개발할 필요가 있다.

본 발명은 종래 기술에 의한 문제점과 필요성을 해소하기 위하여 안출한 것으로서, 특히 지정된 해역을 무인으로 안전하게 자동 운항하는 선박이 해당 해역으로부터 샘플을 수집하고 다양한 해양환경 정보를 취득하는 무인 해양환경 자동측정 장치 및 그 방법을 제공하는 것이 그 목적이다.

또한, 본 발명은 지정된 해역으로부터 실시간 해양샘플을 수집하고 분석하여 측정한 정보와 해당 지역의 주변 해양환경으로부터 측정한 정보를 이동통신망을 통하여 실시간으로 전송하는 무인 해양환경 자동측정 장치 및 그 방법을 제공하는 것이 그 목적이다.

또한, 본 발명은 지정된 해역으로부터 해양샘플을 수집하여 보관 및 제공하는 무인 해양환경 자동측정 장치 및 그 방법을 제공하는 것이 그 목적이다.

또한, 본 발명은 해양환경 정보를 실시간으로 측정하여 기록 및 관리하고 인터넷을 통하여 실시간으로 제공하는 무인 해양환경 자동측정 장치 및 그 방법을 제공하는 것이 그 목적이다.

또한, 본 발명은 악천후와 같은 해양기후의 급속한 변화에 관계없이 언제 어디서나 지정된 해역의 해양환경 정보를 신속하고 정확하게 측정하여 실시간 제공하는 무인 해양환경 자동측정 장치 및 그 방법을 제공하는 것이 그 목적이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은, 지정된 해역을 제어 에 의하여 무인으로 자동운항하고 해양 샘플을 수집하며 해양환경 정보를 측정하여 실시간 전송하는 무인측정선박; 무인측정선박과 셀룰러 방식으로 무선접속하여 자동운항 제어신호와 측정된 해양환경 정보를 전송하는 이동통신망; 이동통신망과 접속하고 상기 무인측정선박의 자동운항 제어신호를 송신하며 측정된 해양환경 정보를 수신 기록하고 관리하여 실시간 제공하는 해양센터; 해양센터가 관리하는 해양정보를 검색하고 제공받는 경로를 설정하는 공중통신망: 및 해양센터에 접속하고 무인측정선박과 무선접속하여 자동운항 제어신호와 측정된 해양환경 정보를 무선전송하는 무선망; 을 포함하는 구성을 제시한다.

바람직하게, 상기 무인측정선박은 이동통신망을 통하여 해양센터와 접속하고 자동운항을 위한 정보와 측정된 해양환경 정보를 송수신하는 이동통신부; 이동통신부와 접속하고 상기 해양센터의 명령에 의하여 설정된 경로로 자동 운항하며 운항 경로의 정보를 수집하고 지정된 해역의 해수를 수집하며 해양환경 정보를 측정하도록 제어하고 감시하는 제어부; 제어부의 제어에 의하여 설정된 경로를 따라 자동으로 항해하도록 관리하는 자동항법부; 제어부의 제어에 의하여 자동으로 항해하는 경로의 운항정보를 기록하는 운항경로부; 제어부의 제어에 의하여 자동 항해하는 경로 상의 운항정보를 관측하는 운항관측부; 제어부의 제어에 운항을 위한 추진력과 조향력을 발생하고 조정하는 추진조정부; 제어부에 접속하고 지피에스 위치정보를 수신하여 제공하는 지피에스부; 및 제어부에 접속하고 각종 운용정보, 측정정보, 제어정보를 기록하는 메모리부; 가 포함되는 구성을 특징으로 한다.

또한, 상기 무인측정선박은 제어부의 제어에 의하여 지정된 해역의 기후를 측정하는 기후관측부; 제어부의 제어에 의하여 지정된 해역의 해양환경 정보를 측정하는 해양관측부; 제어부의 제어에 의하여 지정된 해역의 수중과 해상을 촬영하는 촬영부; 제어부의 제어에 의하여 지정된 해역의 지정된 수심으로부터 해양샘플을 수집하는 취수부; 제어부의 제어에 의하여 상기 취수부가 수집한 해양샘플을 보관하는 샘플보관부; 및 제어부에 접속하고 제어명령과 해양환경정보를 무선으로 선택적 송수신하는 무선통신부; 를 더 포함하여 이루어지는 구성을 특징으로 한다.

또한, 상기 무인측정선박은 해양센터의 원격 무선제어에 의하여 지정된 해역을 자동으로 운항하거나 원격 수동제어에 의하여 운항하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 무인측정선박은 운항하는 경로의 지피에스 정보, 방위정보, 속도정보, 방향정보, 수평정보를 포함하는 운항 경로정보를 기록하고 무선송신하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 운항관측부는 무인측정선박이 위치한 방위를 측정하는 방위부; 무인측정선박의 운항 속도를 측정하는 속도부; 무인측정선박의 운항에 의한 진행방향을 관성에 의하여 검출하는 방향부; 무인측정선박이 해상에서 유지하는 수평상태를 측정하는 수평부; 및 무인측정선박에 수중과 해상으로 접근하는 물체를 감시하는 근접감시부; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 기후관측부는 무인측정선박이 위치한 해상의 기온을 측정하는 기온부; 바람의 부는 속도를 측정하는 풍속부; 바람의 부는 방향을 측정하는 풍향부; 무인측정선박이 위치한 해상의 습도를 측정하는 습도부; 및 무인측정선박이 위치한 해상의 강우량을 측정하는 강우량부; 를 포함하여 이루어지는 구성을 특징으로 한다.

또한, 상기 해양관측부는 무인측정선박이 위치한 해역의 수온을 측정하는 수온부; 해역의 해수의 이동속도를 측정하는 유속부; 해역의 해수의 이동방향을 측정하는 유향부; 해역의 해수에 포함되는 염분의 농도를 측정하는 염분부; 해역의 해수에 포함되는 산소의 농도를 측정하는 용존산소부; 해역의 클로로필 밀도를 측정하는 클로로필부; 및 해역의 영양염류 밀도를 측정하는 영양염류부; 를 포함하여 이루어지는 구성을 특징으로 한다.

또한, 상기 취수부는 제어부의 제어에 의하여 지정된 수심으로 취수관을 내려보내 샘플을 지정된 수심의 층별로, 일례로, 표층, 중층, 저층 등과 같이 구분되는 수층별로 샘플을 채취하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 해양센터는 무인측정선박으로부터 측정된 해양환경 정보를 별도로 갱신 기록 및 관리하고 공중통신망을 통하여 실시간으로 제공하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 해양센터는 무인측정선박을 목적지 까지 지정된 항로를 따라 자동제어에 의하여 운항하거나 원격 수동 제어에 의하여 운항하는 방식 중에서 선택된 어느 하나의 방식으로 운항하도록 이루어지는 구성을 특징으로 한다.

또한, 상기 촬영부는 지정된 해역의 영상을 정지영상과 동영상 중에서 선택된 영상으로 촬영하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 상기 근접감시부에 의하여 상기 무인측정선박에 접근하 는 물체가 검출되면 상기 촬영부를 제어하여 물체의 영상신호를 촬영하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 추진조정부는 워터제트 추진 방식으로 이루어지는 구성을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은, 무인측정선박을 이용하는 해양환경 자동측정 방법에 있어서, 무인측정선박의 제어부에 의하여 해양센터로부터 자동모드 운용명령이 입력되는 것으로 확인되면 운항 경로 정보를 검색하여 로드하고 자동모드를 설정하여 운항하는 자동과정; 제어부는 추진조정부를 제어하여 지정된 해역으로 운항하면서 측정되는 각종 운항정보를 기록하고 상기 해양센터로 전송하는 운항과정; 지정된 해역에서 해양환경 정보를 조사하는 경우 해수 샘플을 취수하고 해양정보를 측정하는 해양과정; 취수된 해수 샘플을 저장하며 기후정보를 측정하고 귀항하는 기후과정; 무인측정선박의 제어부에 의하여 해양센터로부터 수동모드 운용명령이 입력되는 것으로 확인되면 수동모드를 설정하고 원격제어 신호에 의하여 운항하는 수동과정; 을 포함하는 구성을 제시한다.

바람직하게, 상기 운항 경로 정보는 무인측정선박에 기록되어 있거나 상기 해양센터로부터 무선으로 다운로드 받는 것 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 측정되는 운항정보는 운항 경로를 항해하면서 지피에스에 의한 경로정보, 속도정보, 방위정보, 수평유지정보가 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 측정되는 해양 정보는 지정해역의 수온, 유속, 유향, 염분, 용존산소, 클로로필, 영양염류 정보가 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 측정되는 기후정보는 지정해역의 기온, 풍속, 풍향, 습도, 강우량 정보가 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성의 본 발명은 해양기후의 급격한 변화에 관계없이 언제 어디서나 지정된 해역의 해양환경 정보를 측정하여 실시간 제공하므로 해양환경의 정보를 실시간 분석하고 이용하는 산업적 이용효과가 있다.

또한, 급변하는 열악한 해양기후 속에서도 지정된 해역의 해양샘플을 신속하고 정확하게 수집하여 확보하는 산업적 이용효과가 있다.

또한, 무인 선박을 이용하여 지정된 해역의 해양샘플과 환경정보를 언제 어디서나 즉시 수집 및 측정하므로 전문인력의 피해를 줄이고 유지비용을 줄이는 사용상 편리한 효과가 있다.

또한, 실시간 측정한 해양환경의 각종 정보를 인터넷으로 실시간 제공하므로 해양환경 정보를 각종 분야에서 유용하게 활용하고 해양분야에 대한 관심을 높이는 사용상 편리한 효과가 있다.

또한, 무인 선박의 운용, 해양샘플 수집 및 관리, 해양정보 취득 및 분석 과정에 대한 기술을 축적하여 국가 기반 기술 및 산업 발전에 기여하는 산업적 이용효과가 있다.

이하, 상기와 같은 구성의 본 발명에 의한 것으로, 무인 해양환경 자동측정 장치 및 그 방법의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

실시 예

본 발명을 설명하기 위하여 첨부된 것으로, 도 1 은 본 발명의 일례에 의한 것으로 무인 해양환경 자동측정 장치의 기능 구성도 이고, 도 2 는 본 발명의 일례에 의한 것으로 무인측정선박의 기능 구성도 이며, 도 3 은 본 발명의 일례에 의한 것으로 무인측정선박에 구비되는 운항관측부의 상세 기능 구성도 이고, 도 4 는 본 발명의 일례에 의한 것으로 무인측정선박에 구비되는 해양관측부의 상세 기능 구성도 이며, 도 5 는 본 발명의 일례에 의한 것으로 무인측정선박에 구비되는 기후관측부의 상세 기능 구성도 이고, 도 6 은 본 발명의 일례에 의한 것으로 무인 해양환경 자동측정 장치 운용방법의 순서도 이며, 도 7 은 본 발명의 일례에 의한 것으로 무인측정선박의 사시도 이다.

본 발명의 일례를 설명함에 있어서, 본 발명과 직접적으로 관련 없고, 잘 알려져 있는 기술 내용에 대하여서는 도면 도시 및 설명을 생략하므로, 본 발명의 요지를 흐리지 않고 명확하게 전달한다.

도 1 을 참조하여, 본 발명의 일례에 의한 것으로 무인 해양환경 자동측정 장치를 설명하면, 무인으로 자동운항하고 해양 샘플을 수집하며 해양환경정보를 측정하는 무인측정선박(10); 상기 무인측정선박과 셀룰러 방식으로 접속하여 통신하는 이동통신망(20); 상기 무인측정선박과 원거리 접속하여 통신하는 무선망(30); 상기 이동통신망 및 무선망에 접속하고 자동운항 제어신호를 송신하며 수신된 해양환경 정보를 기록 관리하는 해양센터(40); 및 상기 해양센터가 관리하는 해양정보를 검색 및 전송 경로를 제공하는 공중통신망(50); 이 포함되는 구성이다.

상기 무인측정선박(10)은, 이동통신부(100); 제어부(110); 자동항법부(120); 운항경로부(130); 운항관측부(140); 추진조정부(150); 지피에스부(160); 메모리부(170); 기후관측부(180); 해양관측부(190); 촬영부(200); 취수부(210); 샘플보관부(220); 무선통신부(230); 를 포함하는 구성이다.

상기 이동통신부(100)는, 셀룰러(CELLULAR) 방식으로 무선통신 서비스 영역을 반복 형성하는 공중통신용으로 이용되는 이동통신망(20)과 휴대단말기(PORTABLE CELLULAR PHONE: PCP) 또는 호출기(PAGER) 등으로 무선접속하여 상기 해양센터(40)와 연결되고, 자동운항을 위한 각종 정보와 측정된 해양환경 정보 등을 송수신하며, 상기 제어부(110)는 자동운항, 경로정보 수집, 해양 또는 해수 샘플의 수집 및 해양환경 정보를 측정하도록 제어하고 감시한다.

상기 이동통신부(100)는 이동통신망의 서비스 영역 안에서 무선접속하여 통신하는 것으로, 상기 서비스 영역은 이동통신부 및 이동통신망이 상대방의 신호를 유효한 레벨로 수신하여 오류 없이 데이터를 송수신할 수 있는 영역이다.

그러나 무인측정선박(10)은 해상을 항해하는 배이므로, 조류, 바람 등의 갖가지 원인과 탐색하고자 하는 해역이 너무 먼 거리에 위치하는 등의 경우에 상기 서비스 영역을 벗어날 수 있으므로, RF(RADIO FREQUENCY) 증폭기를 구비하여 서비스 영역을 확장하므로 통신이 가능하게 한다.

상기 자동항법부(120)는 검색되고 로드되어 설정된 것으로 지정된 해역까지 무인상태로 운항하고 회항하는 프로그램에 의하여 상기 무인측정선박(10)이 설정된 항로를 따라 자동으로 무인 항해하도록 관리하고, 상기 운항경로부(130)는 항해 경로를 따라 지피에스(GPS)에 의한 경로정보, 속도정보, 방위정보, 수평유지정보가 포함되는 운항정보를 기록하며, 상기 운항관측부(140)는 운항 경로의 모든 운항정보를 관측 또는 측정한다.

상기 운항관측부(140)는, 상기 무인측정선박(10)이 진행하고자 하는 방위, 즉, 동서남북의 방위를 측정하는 방위부(141); 현재의 운항 속도를 측정하는 속도부(142); 상기 무인측정선박(10)이 항해하는 경우의 현재 진행방향의 변위량을 관성에 의하여 검출하는 방향부(143); 항해하는 과정에서 해상에서 유지되는 배의 수평상태를 측정하는 수평부(144); 및 수중과 해상으로 접근 또는 근접하는 물체를 감시하는 근접감시부(145); 를 포함하는 구성이다.

상기 제어부(110)는 상기 근접감시부(145)로부터 수중 또는 해상으로 다른 물체가 접근하거나 또는 가까워지는 상태를 검출하면 촬영부(200)를 제어하여 해당 물체의 영상신호를 촬영하고 해양센터로 실시간 전송하는 동시에 다른 기능부를 제 어하여 필요한 관측 또는 측정을 한다.

상기 추진조정부(150)는 상기 자동항법부(120)의 제어신호를 상기 제어부(110)를 통하여 인가받고 무인측정선박(10)이 지정된 경로를 따라 항해하도록 하는 추진력과 조향력을 발생하며, 지피에스부(160)는 지구의 궤도상에 떠 있는 다수의 지피에스 인공위성으로부터 수신된 신호를 분석하여 현재 위치에서의 위도, 경도, 해발 및 시간이 포함되는 정보를 제공한다.

상기 메모리부(170)는 자동 항해를 위한 지정된 경로의 프로그램, 운용정보, 측정된 정보, 제어정보 등을 각각 할당된 영역에 기록하고, 상기 기후관측부(180)는 기온, 풍속, 풍향, 습도, 강우량 등을 관측하며, 상기 해양관측부(190)는 지정된 해역의 해양환경정보를 관측한다.

상기 기후관측부(180)는 지정된 해역의 해상 기온을 측정하는 기온부(181); 풍속을 측정하는 풍속부(182); 풍향을 측정하는 풍향부(183); 습도를 측정하는 습도부(184); 강우량을 측정하는 강우량부(185)를 포함하는 구성이다.

상기 해양관측부(190)는 지정된 해역의 지정된 수심으로부터 수온을 측정하는 수온부(191); 해수의 이동속도를 측정하는 유속부(192); 해수의 이동방향을 측정하는 유향부(193); 해수의 염분 농도를 측정하는 염분부(194); 해수에 녹아 있는 산소의 농도를 측정하는 용존산소부(195); 해수에 포함되는 클로로필(CHLOROPHYLL)의 밀도를 측정하는 클로로필부(196); 해수에 포함되는 영양염류의 밀도를 측정하는 영양염류부(197); 를 포함하는 구성이다. 또한, 파고 등을 관측하는 기능이 더 포함될 수 있다.

상기 클로로필은 엽록소(葉綠素) 또는 녹색 색소이고, 상기 영양염류(營養鹽類, NUTRIENT SALTS)는 식물성 플랑크톤이 번식하는데 영향을 주는 염류이며 규산염, 인산염, 질산염, 아질산염, 암모늄염 등이 포함되고, 중저층 해역에는 해양 생물체의 배출물과 유해의 부스러기가 많이 포함되므로 영양염류가 많으며, 연안 해역에는 하천 등을 통해 인간의 활동 결과물이 유입되므로 영양염류가 많다.

상기 촬영부(200)는 지정된 해역의 수중과 해상의 영상을 정지영상 및 동영상으로 촬영하고, 상기 취수부(210)는 지정된 해역의 지정된 수심까지 취수관을 하강시켜 해수 또는 해양 샘플을 채집 또는 수집하며, 상기 샘플보관부(220)는 상기 취수부(210)가 수집한 샘플을 보관한다.

상기 지정된 수심은 표층, 중층, 저층에 의한 수층이 포함되며, 또는 수심의 깊이를 소정의 값으로 지정할 수 있다.

상기 무선통신부(230)는 무선망(30)과 무선접속하여 상기 해양센터(40)와 연결되므로 각종 자동 및 수동의 제어명령과 해양환경정보를 무선으로 송수신한다. 상기 무선통신부(230)는 상기 이동통신부(100)에 장애가 발생하거나 또는 정상적인 기능을 하지 못하는 경우 등을 위하여 비상용으로 대체 운용될 수 있다.

상기와 같은 구성의 작용을 첨부된 도 1 및 도 2 를 참조하여 상세히 설명하면, 해양센터(40)는 공중통신용으로 이용되는 이동통신망(20) 또는 전용의 무선망(30)을 통하여 상기 무인측정선박(10)과 무선 접속한다.

상기 이동통신망(20)은 소형 무선통신 서비스 영역인 셀이 다수 모여 전국과 각 섬을 무선통신 서비스 영역으로 형성하므로 셀룰러 방식이라고 하며, 일반 공중통신용으로 사용되는 휴대용단말기 또는 무선호출기를 통신용 단말기로 이용하고, 상기 무선망(30)은 개별적인 목적으로 설치되는 전용 무선통신 망(NETWORK)이다.

상기 해양센터(40)는 무인측정선박(10)으로부터 측정되는 해양환경정보를 실시간으로 제공받고 해당 데이터베이스에 기록 관리하며, 인터넷이 포함되는 공중통신망(50)을 통하여 접속된 제 3 자에게 실시간으로 제공한다.

또한, 상기 해양센터(40)는 무인측정선박(10)과 무선접속하여 지정된 해역으로 무인상태에서 자동 항해하도록 하는 항해 경로 정보가 포함되는 운항 프로그램을 전송하고 목표 지점까지 전자동으로 운항하는 자동모드를 설정하거나 또는, 원격 제어에 의하여 수동으로 운항하도록 하는 수동모드를 설정한다.

상기 무인측정선박(10)은 항해 경로를 따라 운항하면서 또는 지정된 해역으로부터 실시간으로 측정되어 제공하는 운항 경로의 정보, 기후정보와 해양정보가 포함되는 해양환경정보를 제공받는다.

즉, 상기 무인측정선박(10)은 사람이 직접조정하지 않는 것으로, 이동통신망(20)과 무선망(30)을 통하여 다운로드(DOWNLOAD)된 항해 프로그램 또는 수동으로 직접 제어하는 무선 명령신호에 의하여 무인상태로 항해하여 지정된 해역에 도착하여 해양환경 정보를 측정하고 회항한다.

무인측정선박(10)의 이동통신부(100) 또는 무선통신부(230)는 이동통신망(20) 또는 무선망(30)을 통하여 해양센터(40)와 무선접속하고, 수신되는 신호를 제어부(110)에 인가한다.

상기 제어부(110)는 항해 프로그램이 다운로드 되면 메모리부(170)의 할당된 영역에 기록하고, 명령신호를 분석하여 자동모드 운용으로 확인되는 경우는 메모리부를 검색하여 지정된 항해 프로그램을 운항경로부(130)에 로드하고, 수동모드로 운용하는 경우는 항해를 위하여 해양센터로부터 입력되는 제어신호를 자동항법부(120)에 인가한다.

상기 자동항법부(120)는 운항경로부(130)로부터 인가되는 항해정보 또는 수동모드에 의하여 직접 입력되는 항해정보를 분석하고 해당 경로를 따라 정상적인 항해가 이루어지도록 추진조정부(150)를 제어하는 신호를 제어부(110)를 통하여 출력한다.

상기 제어부(110)는 운항관측부(140)를 제어하여 운항 경로상에서 측정된 정보, 일례로, 방위, 속도, 방향, 수평 정보를 측정하여 상기 자동항법부(120)에 인가하는 동시에 해양센터에 전송되도록 활성화 설정된 무선통신부 또는 이동통신부에 인가한다.

도 3 을 참조하여 운항관측부(140)의 구성을 상세히 설명하면, 현재 위치에서의 방위를 측정하는 방위부(141), 이동 속도를 측정하는 속도부(142), 이동하는 방향을 자이로스코프(GYROSCOPE) 등의 관성에 의하여 측정하는 방향부(143), 좌우의 기울기를 측정하는 수평부(144), 근접하거나 접근하는 물체를 음파, 레이저, 레이더 등으로 감지하는 근접감시부(145)를 포함한다.

상기 지피에스부(160)는 다수의 GPS 인공위성으로부터 수신된 신호를 분석하여 현재 위치에서의 위도(LATITUDE), 경도(LONGITUDE), 해발(SEA LEVEL) 및 시간 정보를 검출하여 제어부(110)에 인가하므로, 자동항법부(120)와 활성화된 무선통신부(230) 또는 이동통신부(100)를 통하여 해양센터(40)에 제공된다.

상기 자동항법부(120)에 의하여 지정된 해역에 도착한 것으로 확인되면 제어부(110)에 통보하고, 상기 제어부(110)는 취수부(210)를 제어하여, 지정된 깊이의 수심으로 취수관을 내려보내 해수 또는 해양 샘플을 수집하며, 상기 수집된 샘플로부터 필요한 정보, 일례로, 수온, 염분, 용존 산소, 클로로필 및 영양염류의 농도를 측정한 후에 샘플보관부(220)를 제어하여 보관한다.

상기 제어부(110)는 기후관측부(180)를 제어하여 해상의 기온, 풍속, 풍향, 습도 및 강우량을 측정하며, 해양관측부(190)를 제어하여 해수의 수온과 해수가 흐르는 속도인 유속, 해수가 흐르는 방향인 유향, 해수에 포함되는 염분의 농도, 녹아 있는 산소의 농도, 클로로필의 농도, 영양염류의 농도 등을 측정 및 확인한다.

도 4 를 참조하여 해양관측부(190)를 설명하면, 해수의 수온을 측정하는 수온부(191), 해수의 흐르는 속도를 측정하는 유속부(192), 해수가 흐르는 방향을 측정하는 유향부(193), 해수의 염분 농도를 측정하는 염분부(194), 해수의 용존 산소농도를 측정하는 용존산소부(195), 해수의 클로로필 농도를 측정하는 클로로필부(196), 해수의 영양염류 농도를 측정하는 영양염류부(197)가 포함된다. 또한, 파고를 측정하는 기능부 등이 부가될 수 있다.

도 5 를 참조하여 기후관측부(180)를 설명하면, 해상의 온도를 측정하는 기온부(181), 바람의 속도를 측정하는 풍속부(182), 바람이 부는 방향을 측정하는 풍향부(183), 습도를 측정하는 습도부(184), 강우량을 측정하는 강우량부(185)가 포함된다.

상기 제어부(110)는 상기 근접감시부(145)를 통하여 접근하거나 근접되는 물체가 검출되면 촬영부(200)를 제어하여 수중 또는 해상으로 촬영하고, 상기 촬영된 정보는 해양센터(40)에 전송되며, 필요한 경우에 기후관측부(180) 및 해양관측부(190)를 제어하여 상기 물체의 보다 정확한 정보를 측정 및 확인할 수 있다.

상기 추진조정부(150)는 수중의 해초 및 투기 된 쓰레기 등에 의하여 항해에 지장을 주는 문제를 해결하도록 워터제트(WATER-JET) 방식으로 추진된다.

상기 제어부(110)는 지정된 해역에서의 필요한 해양환경 정보를 모두 측정한 것으로 판단하는 경우, 상기 자동항법부(120)를 제어하므로 다음 지정된 해역으로 이동하거나 또는 모항으로 귀항한다.

도 6 을 참조하여, 본 발명의 일례에 의한 것으로 무인 해양환경 자동측정 장치 운용방법을 설명하면, 상기 무인측정선박의 제어부(110)가 해양센터로부터 인가되는 명령신호를 분석하므로 자동모드로 항해하는지 또는 수동모드로 항해하는지를 확인한다(S100).

자동모드로 확인되면, 메모리부로부터 검색된 운항 경로 정보를 운항경로부에 로드하고(S110), 상기 제어부는 자동모드를 설정하여 운항경로부로부터 지정된 경로로 항해하는 경로 정보가 자동항법부에 제공되도록 하므로 무인측정선박이 운항한다(S120).

또한, 수동모드로 확인되면, 수동모드를 설정하므로, 해양센터로부터 무선으로 수신되는 운항 제어신호를 상기 자동항법부에 인가하여 원격제어로 운항한다(S130).

상기와 같이 자동모드 또는 수동모드 상태로 운항하는 무인측정선박의 지피에스(GPS) 위치정보, 속도정보, 방위정보, 수평정보 등이 포함되는 경로 정보를 측정하여 기록하는 동시에 해양센터에 무선 전송한다(S140).

상기 제어부(110)는 지정된 해역에 위치하였는지를 판단하고(S150), 지정된 해역에 위치한 경우는 해양환경 정보를 조사하는지 확인하며(S160), 해양환경 정보를 조사하는 경우는 해수를 지정된 수심으로부터 취수하고(S170), 해양에 대한 수온, 유속, 유향, 염분, 용존산소, 클로로필, 영양염류 등의 정보를 측정하여 기록하는 동시에 해양센터로 실시간 전송하며(S180), 상기 취수된 해수는 샘플보관부에 저장한다(S190).

또한, 상기 제어부는 해상의 기온, 풍속, 풍향, 습도, 강우량 정보를 측정하여 기록하고 해양센터에 실시간 전송하며(S200), 해양환경 정보의 측정이 완료되면 지정된 모항으로 귀항한다(S210).

도 7 을 참조하면, 본 발명의 일례에 의한 것으로 무인측정선박의 사시도가 도시되어 있다.

무인측정선박은 숙달된 전문 기술 인력이 승선하지 않으므로 악천후 속에서도 지정된 해역으로의 운항이 가능하고 유지비용이 적게 소요되며, 지정된 해역의 해양환경 정보를 신속하고 정확하게 실시간 측정하는 장점이 있다.

본 발명을 일례로 설명하였으나, 반드시 이러한 일례에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 일례들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 일례에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1 은 본 발명의 일례에 의한 것으로 무인 해양환경 자동측정 장치의 기능 구성도,

도 2 는 본 발명의 일례에 의한 것으로 무인측정선박의 기능 구성도,

도 3 은 본 발명의 일례에 의한 것으로 무인측정선박에 구비되는 운항관측부의 상세 기능 구성도,

도 4 는 본 발명의 일례에 의한 것으로 무인측정선박에 구비되는 해양관측부의 상세 기능 구성도,

도 5 는 본 발명의 일례에 의한 것으로 무인측정선박에 구비되는 기후관측부의 상세 기능 구성도,

도 6 은 본 발명의 일례에 의한 것으로 무인 해양환경 자동측정 장치 운용방법의 순서도,

도 7 은 본 발명의 일례에 의한 것으로 무인측정선박의 사시도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 **

10 : 무인측정선박 20 : 이동통신망

30 : 무선망 40 : 해양센터

50 : 공중통신망 100 : 이동통신부

110 : 제어부 120 : 자동항법부

130 : 운항경로부 140 : 운항관측부

141 : 방위부 142 : 속도부

143 : 방향부 144 : 수평부

145 : 근접감시부 150 : 추진조정부

160 : 지피에스부 170 : 메모리부

180 : 기후관측부 181 : 기온부

182 : 풍속부 183 : 풍향부

184 : 습도부 185 : 강우량부

190 : 해양관측부 191 : 수온부

192 : 유속부 193 : 유향부

194 : 염분부 195 : 용존산소부

196 : 클로로필부 197 : 영양염류부

200 : 촬영부 210 : 취수부

220 ; 샘플보관부 230 : 무선통신부

Claims

지정된 해역을 제어에 의하여 무인으로 자동운항하고 샘플을 수집하며 해양환경 정보를 측정하여 실시간 전송하는 무인측정선박;

상기 무인측정선박과 셀룰러 방식으로 무선접속하여 자동운항 제어신호와 측정된 해양환경 정보를 전송하는 이동통신망;

상기 이동통신망과 접속하고 상기 무인측정선박의 자동운항 제어신호를 송신하며 측정된 해양환경 정보를 수신 기록하고 관리하여 실시간 제공하는 해양센터; 및

상기 해양센터가 관리하는 해양정보를 검색하고 제공받는 경로를 설정하는 공중통신망: 을 포함하여 구성되는 무인 해양환경 자동측정 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 해양센터에 접속하고 상기 무인측정선박과 무선접속하여 자동운항 제어신호와 측정된 해양환경 정보를 무선전송하는 무선망; 을 더 포함하여 구성되는 무인 해양환경 자동측정 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 무인측정선박은,

상기 이동통신망을 통하여 해양센터와 접속하고 자동운항을 위한 정보와 측정된 해양환경 정보를 송수신하는 이동통신부;

상기 이동통신부와 접속하고 상기 해양센터의 명령에 의하여 설정된 경로로 자동 운항하며 운항경로의 정보를 수집하고 지정된 해역의 해수를 수집하며 해양환경 정보를 측정하도록 제어하고 감시하는 제어부;

상기 제어부의 제어에 의하여 설정된 경로를 따라 자동으로 항해하도록 관리하는 자동항법부;

상기 제어부의 제어에 의하여 자동으로 항해하는 경로의 운항정보를 기록하는 운항경로부;

상기 제어부의 제어에 의하여 자동 항해하는 경로 상의 운항정보를 관측하는 운항관측부;

상기 제어부의 제어에 운항을 위한 추진력과 조향력을 발생하고 조정하는 추진조정부;

상기 제어부에 접속하고 지피에스 위치정보를 수신하여 제공하는 지피에스부; 및

상기 제어부에 접속하고 각종 운용정보, 측정정보, 제어정보를 기록하는 메모리부; 를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무인 해양환경 자동측정 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 무인측정선박은,

상기 제어부의 제어에 의하여 지정된 해역의 기후를 측정하는 기후관측부;

상기 제어부의 제어에 의하여 지정된 해역의 해양환경 정보를 측정하는 해양관측부;

상기 제어부의 제어에 의하여 지정된 해역의 수중과 해상을 촬영하는 촬영부;

상기 제어부의 제어에 의하여 지정된 해역의 지정된 수심으로부터 해양샘플을 수집하는 취수부;

상기 제어부의 제어에 의하여 상기 취수부가 수집한 해양샘플을 보관하는 샘플보관부; 및

상기 제어부에 접속하고 제어명령과 해양환경정보를 무선으로 선택적 송수신하는 무선통신부; 를 더 포함하여 이루어지는 구성을 특징으로 하는 무인 해양환경 자동측정 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 무인측정선박은,

상기 해양센터의 원격 무선제어에 의하여 지정된 해역을 자동으로 운항하거나 원격 수동제어에 의하여 운항하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무인 해양환경 자동측정 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 무인측정선박은,

운항하는 경로의 지피에스 정보, 방위정보, 속도정보, 방향정보, 수평정보를 포함하는 운항 경로정보를 기록하고 무선송신하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무인 해양환경 자동측정 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 운항관측부는,

상기 무인측정선박이 위치한 방위를 측정하는 방위부;

상기 무인측정선박의 운항 속도를 측정하는 속도부;

상기 무인측정선박의 운항에 의한 진행방향을 관성에 의하여 검출하는 방향부;

상기 무인측정선박이 해상에서 유지하는 수평상태를 측정하는 수평부; 및

상기 무인측정선박에 수중과 해상으로 접근하는 물체를 감시하는 근접감시부; 를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무인 해양환경 자동측정 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 기후관측부는,

상기 무인측정선박이 위치한 해상의 기온을 측정하는 기온부;

상기 바람의 부는 속도를 측정하는 풍속부;

상기 바람의 부는 방향을 측정하는 풍향부;

상기 무인측정선박이 위치한 해상의 습도를 측정하는 습도부; 및

상기 무인측정선박이 위치한 해상의 강우량을 측정하는 강우량부; 를 포함하여 이루어지는 구성을 특징으로 하는 무인 해양환경 자동측정 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 해양관측부는,

상기 무인측정선박이 위치한 해역의 수온을 측정하는 수온부;

상기 해역의 해수의 이동속도를 측정하는 유속부;

상기 해역의 해수의 이동방향을 측정하는 유향부;

상기 해역의 해수에 포함되는 염분의 농도를 측정하는 염분부;

상기 해역의 해수에 포함되는 산소의 농도를 측정하는 용존산소부;

상기 해역의 클로로필 밀도를 측정하는 클로로필부; 및

상기 해역의 영양염류 밀도를 측정하는 영양염류부; 를 포함하여 이루어지는 구성을 특징으로 하는 무인 해양환경 자동측정 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 취수부는,

상기 제어부의 제어에 의하여 지정된 수심으로 취수관을 내려보내 샘플을 채취하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무인 해양환경 자동측정 장치.
제 10 항에 있어서, 상기 지정된 수심은,

상기 취수관이 표층, 중층, 저층의 지정된 수층으로 내려가서 이루어지는 것을 특징으로 하는 무인 해양환경 자동측정 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 해양센터는,

상기 무인측정선박으로부터 측정된 해양환경 정보를 별도로 갱신 기록 및 관리하고 상기 공중통신망을 통하여 실시간으로 제공하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무인 해양환경 자동측정 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 해양센터는,

상기 무인측정선박을 목적지 까지 지정된 항로를 따라 자동제어에 의하여 운항하거나 원격 수동 제어에 의하여 운항하는 방식 중에서 선택된 어느 하나의 방식으로 운항하도록 이루어지는 구성을 특징으로 하는 무인 해양환경 자동측정 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 촬영부는,

상기 지정된 해역의 영상을 정지영상과 동영상 중에서 선택된 영상으로 촬영하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무인 해양환경 자동측정 장치.
제 3 항 또는 제 4 항 또는 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제어부는 상기 근접감시부에 의하여 상기 무인측정선박에 접근하는 물체가 검출되면 상기 촬영부를 제어하여 물체의 영상신호를 촬영하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무인 해양환경 자동측정 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 추진조정부는,

워터제트 추진 방식으로 이루어지는 구성을 특징으로 하는 무인 해양환경 자동측정 장치.
무인측정선박을 이용하는 해양환경 자동측정 방법에 있어서,

상기 무인측정선박의 제어부에 의하여 해양센터로부터 자동모드 운용명령이 입력되는 것으로 확인되면 운항 경로 정보를 검색하여 로드하고 자동모드를 설정하 여 운항하는 자동과정;

상기 제어부는 추진조정부를 제어하여 지정된 해역으로 운항하면서 측정되는 각종 운항정보를 기록하고 상기 해양센터로 전송하는 운항과정;

상기 지정된 해역에서 해양환경 정보를 조사하는 경우 해수 샘플을 취수하고 해양정보를 측정하는 해양과정; 및

상기 취수된 해수 샘플을 저장하며 기후정보를 측정하고 귀항하는 기후과정; 을 포함하는 무인 해양환경 자동측정 방법.
제 17 항에 있어서,

상기 무인측정선박의 제어부에 의하여 해양센터로부터 수동모드 운용명령이 입력되는 것으로 확인되면 수동모드를 설정하고 원격제어 신호에 의하여 운항하는 수동과정; 을 더 포함하는 무인 해양환경 자동측정 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 운항 경로 정보는,

상기 무인측정선박에 기록되어 있거나 상기 해양센터로부터 무선으로 다운로드 받는 것 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 무인 해양환경 자동측정 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 측정되는 운항정보는,

상기 운항 경로를 항해하면서 지피에스에 의한 경로정보, 속도정보, 방위정보, 수평유지정보가 포함되는 것을 특징으로 하는 무인 해양환경 자동측정 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 측정되는 해양정보는,

상기 지정해역의 수온, 유속, 유향, 염분, 용존산소, 클로로필, 영양염류 정보가 포함되는 것을 특징으로 하는 무인 해양환경 자동측정 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 측정되는 기후정보는,

상기 지정해역의 기온, 풍속, 풍향, 습도, 강우량 정보가 포함되는 것을 특징으로 하는 무인 해양환경 자동측정 방법.