KR20090108764A - 선박 안전운항을 위한 선박 유비쿼터스 센서네트워크 모니터링 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유비쿼터스 센서네트워크(Ubiquitous Sensor Network, 이하 USN)를 이용한 선박관리 기술에 관한 것으로, 각종 상황 및 상태를 측정하는 센서노드들과 상기 센서노드들을 포함하는 센서네트워크 망구성 방식과, 상기 측정된 정보를 관리하는 모니터링 시스템과, 상기 모니터링 시스템으로의 송수신 정보를 구성하는 데이터관리(데이터베이스), 상기 데이터베이스와 상황정보를 송수신하는 사용자 모니터링시스템으로 구성된 선박 관리 시스템 상에서 선박 관리 기술에 관한 것으로, 선박의 안전과 관련된 주요위치(엔진, 선두, 프로펠러, 갑판 등)로부터 센서노드의 위치정보, 상태정보 및 주변 환경 정보들을 측정하며, 상기 센서노드들로부터 측정된 정보들을 모니터링 시스템으로 전송하고, 상기 모니터링 시스템에 수신된 정보들을 토대로 선박의 안전과 관련된 데이터를 실시간 모니터링 및 원격 관리하며, 상기 검토 결과 안전 기준치 이상의 데이터 또는 현장 조치가 필요한 사항이 감지되면 이상감지 정보를 사용자 및 관리자 단말기로 이상감지 결과를 전송하며, 상기 사용자 및 관리자 단말기에서 전송된 조치사항 결과 정보를 모니터링 시스템에서 받아 선박의 정비 이력 관리를 특징으로 한다.
USN, 모니터링시스템, 안전운항, 센서, 센서네트워크, 선박
Description
본 발명은 유비쿼터스 센서네트워크(Ubiquitous Sensor Network, 이하 USN)를 이용한 선박관리 기술에 관한 것으로, 각종 상황 및 상태를 측정하는 센서노드들과 상기 센서노드들을 포함하는 센서네트워크 망구성 방식과, 상기 측정된 정보를 관리하는 모니터링 시스템과, 상기 모니터링 시스템으로의 송수신 정보를 구성하는 데이터관리(데이터베이스), 상기 데이터베이스와 상황정보를 송수신하는 사용자 모니터링시스템으로 구성된 선박 관리 시스템 상에서 선박 관리 기술에 관한 것이다.
유비쿼터스 센서네트워크(Ubiquitous Sensor Network, 이하 USN)는 유비쿼터스라는 용어의 의미처럼 언제나, 어디서나, 누구나 사용할 수 있는 것을 의미한다. 이러한 USN을 이용한 응용시스템에는 거의 대부분이 군사용으로 사용되고 있으며, 사람이 쉽게 접근할 수 없는 장소에 센서들을 뿌려 센서들이 위치한 부분의 측정값을 ZigBee 통신방식을 통해 전송하고 있다.
기존에 유비쿼터스 센서네트워크를 이용한 시스템들은 전송받은 데이터를 통해 특정 동작을 수행하는데 국한되어 있으며, 기존의 선박에서 모니터링을 할 수 있는 시스템은 계측기가 유선으로 연결되거나 통신방식에 따른 모듈을 별도로 설치를 하여야 하는 비용적인 측면과 측정지점수의 확장에 어려움이 있었다. 또한 단순한 데이터 전송구조로 이루어져 있기 때문에 주변환경에 따른 변화에 대한 원격관리가 어렵다는 문제점이 있었다.
최근 5년간 목포관내 해양사고 발생현황(2007년 12월 31일 현재)을 살펴보면 아래와 같다.
| 검사대상선박 | 해양사고 선박 | ||||||
| 계 | 2003년 | 2004년 | 2005년 | 2006년 | 2007년 | ||
| 계 | 2,998 | 138 | 26 | 28 | 28 | 30 | 26 |
| 어선 | 2,718 | 129 | 24 | 26 | 27 | 29 | 23 |
| 일반선 | 280 | 9 | 2 | 2 | 1 | 1 | 3 |
위 사고발생 현황의 원인분석을 보면 운항미숙(56척), 정비점검불량(55척), 기기조작미숙(3척), 기상악화(10척), 재질구조결함(2척), 기타 원인미상(12척) 이다. 총 138척의 사고선박 중 운항미숙, 정비점검불량, 기기조작미숙 등의 인적과실에 의한 사고가 114척으로 사고율의 82.6%에 해당한다.
센서노드를 이용하여 현장의 설치장비를 소형화하고, 측정 지점수의 확장에 편리하여 시스템을 구성하는 시간을 절감할 수 있으며, 현장의 센서 네트워크와의 원격의 모니터링 시스템간의 양방향 통신을 통해 현장 대응력을 높여 현장 상황에 신속히 대처할 수 있다. 또한 선박의 안전과 관련된 정보들을 실시간 모니터링 및 데이터베이스화하여, 선박의 관리 및 위험정보의 정확도와 신뢰도를 높일 수 있다.
발명이 이루고자 하는 기술적과제의 내용에 있는 사고발생 현황의 원인분석을 보면 운항미숙(56척), 정비점검불량(55척), 기기조작미숙(3척), 기상악화(10척), 재질구조결함(2척), 기타 원인미상(12척) 이다. 총 138척의 사고선박 중 운항 미숙, 정비점검불량, 기기조작미숙 등의 인적과실에 의한 사고가 114척으로 사고율의 82.6%에 해당한다. 이는 중소형선박의 운용자 거의 대부분이 선박에 대한 전문지식이 없고, 단순히 운용자의 경험에 의존하여 발생하는 사고라고 판단된다. 본 발명이 이루고자 하는 모니터링시스템은 이렇듯 선박에 대한 전문지식이 없는 운용자라도 선박의 위험요소에 따른 경보(알람 등)를 통해서 선박의 안전사고를 줄일 수 있다.
센서의 부착위치는 선두, 갑판, 엔진룸, 샤프트, 각종 밸브, 탱크, 선체 등에 센서를 부착하여 선체의 휘는 정도, 진동, 압력, 유량, 수량, 압력, 온도, 습도 등의 측정 데이터를 선장실 등에 위치한 싱크노드에서 수신하여 모니터링 시스템을 구축하고, 측정된 데이터를 데이터베이스화 한다.
선두 : 파도에 의한 선박의 휘는 정도 및 진동 측정
선박의 휘는 정도는 주로 대형선박에서 일어나는 현상으로 특정 범위 이상 선박이 휘게 되면 선박이 파괴되게 되며 또한, 선두에서의 진동은 파도를 가를 때 선체에서 받는 충격을 데이터화 할 수 있다.
갑판 : 파도에 의한 선박의 휘는 정도 측정
선박의 휘는 정도는 주로 대형선박에서 일어나는 현상으로 특정 범위 이상 선박이 휘게 되면 선박이 파괴될 수 있다.
엔진룸 : 온도, 습도, 진동, 압력 측정
온도, 습도 : 엔진룸에서 엔진의 과열시 온도 증가와 함께 화재의 위험도 증가하게 된다. 이때 특정온도 이상 측정시 자동소화장치 또는 인력 등을 통한 초기진화를 할 수 있다. 또한 엔진의 상태를 측정할 수 있는 센서(RPM gage 등)를 사용함으로써 엔진의 급동작을 체크할 수 있다.
진동 : 선박에서의 진동은 거의 엔진 및 샤프트(동력전달장치) 등에서 일어나며, 진동 측정시 FFT(Fast Fourier Transform)을 하게 되면 어느 위치에서 진동이 일어나는지를 찾을 수 있다.
압력 : 엔진과 관련된 각종 유압장치 및 냉각수 등의 압력이 높아질 경우, 해당 관의 파손을 초래하여 엔진의 동작에 치명적인 영향을 미칠 수 있다.
샤프트 : 휘는 정도, 진동 측정
엔진에서 프로펠러까지 동력을 전달하는 장치로 긴 막대 형태를 하고 있다. 이는 선박에서 일어나는 진동의 대부분을 차지하고 있으며, 샤프트가 휘게 되면 많은 진동과 함께 동력전달에 문제가 발생하게 된다. 진동 측정시 FFT(Fast Fourier Transform)을 하게 되면 어느 위치에서 진동이 일어나는지를 찾을 수 있다.
각종 밸브 : 압력 측정
엔진과 관련된 각종 유압장치 및 냉각수 등의 압력이 높아질 경우, 해당 관의 파손을 초래하여 엔진의 동작에 치명적인 영향을 미칠 수 있다.
탱크(식수, 연료 등) : 유량 및 수량 측정
대형선박의 경우 선체가 물에 잠기는 정도에 따라 바다에서 받는 저항이 달라지기 때문에 선박에 적합한 수위 조절을 위해 물 등을 통해 수위를 조절 할 수 있다. 또 한 연료나 식수의 남은양을 체크할 수 있다.
선체 : Hull Stress(배의 휘는 정도) 측정
Hull Stress는 파도 등에 의해 선체(철판)에 걸리는 하중을 말하며, 이는 기준치 이상에 되었을 때 선박의 파괴를 초래할 수 있다.
선장실 : 싱크노드를 통한 측정데이터 수집, 모니터링, 데이터베이스화 및 알람서비스
중소형선박의 경우 센서네트워크(ZigBee 방식)가 커버할 수 있는 영역인 30 ~ 100m 범위에 포함되기 때문에 망 구성방식은 싱크노드를 중심으로하는 성형 토폴로지(Star Topology)를 적용할 수 있다. 이는 ZigBee 코디네이터라는 단일 디바이스에 의해 제어 할 수 있으며, ZigBee 코디네이터는 네트워크안의 디바이스를 관리 및 초기화하고 다른 모든 종단 디바이스가 직접적으로 ZigBee 코디네이터와 통신을 할 수 있는 방식이다.
이렇게 모아진 데이터를 데이터베이스화하여 저장을 하고 기준치 이상의 데이터가 들어올 경우 각종알람장치(경보, 관리자에게 메시지 서비스 등) 등을 통하여 조기 경보를 함으로써 선박의 안전운항에 도움을 줄 수 있다.
모니터링 장치는 선장실 외에도 사용자 요구에 의해 유선이나 무선 네트워크를 통해 원하는 위치에 설치할 수 있다.
대형선박의 경우 샤프트의 휘는 정도를 측정하여 텔레매틱스 기술을 적용하여 데이터를 전송하는 예가 있다.
Claims (6)
- 중소형 선박은 길이 24m 미만의 선박을 말하여 USN에서 사용하는 통신방식인 ZigBee 기술은 30~100m 범위를 커버할 수 있기 때문에 중소형선박에서의 USN 망 구성방식은 성형(star topology) 방식을 사용한다.
- 측정부위의 센서노드로부터 싱크노드로 수신된 데이터를 모니터링하고 이를 데이터베이스에 저장함으로써 선박의 정비이력관리를 할 수 있다.
- 모니터링 장치는 측정 센서로부터 들어오는 데이터들을 가공하여 실시간으로 직접 모니터링 할 수 있다.
- 모니터링 장치는 측정된 데이터가 데이터베이스와 비교하여 이상이 없을 때에는 저장을 하지 않고 아무런 경보를 주지 않으며, 이상이 있을 때에만 데이터베이스에 로그를 남기고 저장되며 경보를 울리게 된다.
- 도2(200 및 300)의 데이터베이스 및 모니터링 시스템은 독자적으로 동작할 수 있는 임베디드시스템으로 구성된다.
- 도2(300)의 모니터링 장치는 유선이나 무선 네트워크를 통해 선장실 외에도 설치 할 수 있다.
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| KR1020080034024A KR20090108764A (ko) | 2008-04-14 | 2008-04-14 | 선박 안전운항을 위한 선박 유비쿼터스 센서네트워크 모니터링 시스템 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR20160094809A (ko) * | 2015-02-02 | 2016-08-10 | 대우조선해양 주식회사 | 무인화 선박용 선단 시스템 및 그의 제어방법 |
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2008
- 2008-04-14 KR KR1020080034024A patent/KR20090108764A/ko not_active Application Discontinuation
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