KR20120047649A - 실시간 선박 운항 데이터를 적용하는 선박 조종 시뮬레이터 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실시간으로 선박 내에서 센서데이터를 수집하고 그 결과를 선박 내 센서 네트워크와 위성통신을 통해 현재 운행 중에 있는 선박의 운항 특성 데이터를 통하여 가상 선박 조종환경을 제공하여 조종기술 습득 및　운항 과정을 시뮬레이션하기 위한 선박 시뮬레이터 시스템에 관한 것으로서, 3차원 화면으로 표현되는 선박 운항 환경을 구현하기 위해 실시간으로 운항하는 선박에 풍향/풍속 센서, 초음파센서, 기울기 센서, 가속도 센서, 비틀림 센서와 1개의 통신 모듈을 설치하여 데이터를 획득하여 가공한 후 3차원 시뮬레이션 환경을 제공 위한 데이터로 활용하여 3차원 영상처리를 수행한다. 즉, 3차원으로 운항 상황의 제공함으로써 항해 중 나타나는 주변 사물에 대한 크기, 속도감, 원근감과 센서를 통해 얻은 선박의 전후좌우 요동 데이터를 가공하여 화면에 투영하여 실제 선박이 운항하는 과정을 최대한 표현할 수 있고, 상기 시스템은 선박에서 실시간으로 운행하고 있는 선박의 상황 데이터를 획득하여 최신 현장 센서 정보를 인터넷과 무선통신망을 통해 실시간으로 시뮬레이터에 제공함으로써, 만일 해양 선박사고가 발생했을 경우 현재 선박이 운항하고 있는 주변의 상황을 즉각적으로 단시간에 시뮬레이션을 할 수 있으며, 추후 사고 처리과정의 판단에 도움을 줄 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

실시간 선박 운항 데이터를 적용하는 선박 조종 시뮬레이터 시스템{Vessel Steer Simulator System Using Real-Time Characteristic Data about Ship Sailing}

본 발명은 실시간으로 선박 내에서 센서데이터를 수집하고, 그 결과를 선박 내 센서 네트워크와 위성통신을 통해 현재 운행 중에 있는 선박의 운항 특성 데이터를 통하여 가상 선박 조종환경을 제공하여 조종기술 습득 및 운항 과정을 시뮬레이션하기 위한 선박 시뮬레이터 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 3차원 영상을 표현하기 위해서는 디스플레이 장치와, 디스플레이 장치를 통해 3차원 영상을 볼 수 있는 안경 및 고글 형태의 광학장치가 필요하다.

한편, 선박 조종 시뮬레이션을 위한 속도 제어 장치는 막대 형태로서 전후 운동을 이용하는 속도 제어 장치를 필요로 하고, 방향 제어를 위해서 원형 형태를 갖는 좌우 운동을 이용하여 방향을 제어하는 제어 정보를 처리할 수 있는 정보처리 기술을 필요로 하며, 계기판을 표현하는 장치는 터치스크린을 이용하여 표현할 수 있는 소프트웨어 기술을 필요로 한다.

선박 운항과정에서 발생하는 선박 운항 정보는 USN(Ubiquitous Sensor Network) 센서, GPS, 풍향/풍속계로부터 획득한 데이터를 기반으로 실시간으로 제공되어야 한다.

센서에서 수집한 데이터를 전송하기 위해 센서네트워크가 운용되어야하고, 센서네트워크망은 Zigbee 통신을 이용한다. 여기서 획득한 데이터는 무선 통신과 인터넷을 이용하여 전송되며, 수신한 데이터를 가공하여 3차원 화면으로 나타내기 위한 영상 처리하여 시뮬레이터를 제어하는 기술이 필요하다.

본 발명은 항해 중인 선박의 운항 환경을 시뮬레이터로 재현할 수 있어 날씨 등으로 항해 상황이 나빠지거나 사고가 발생할 경우, 즉각적인 구조 작전을 수립하거나 상황에 대한 판단을 내릴 수 있는 실시간 선박 운항 데이터를 적용한 선박 조종 시뮬레이터 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 동일한 상황을 3D 영상을 통해 수습 조종자가 재연하여 선박을 조종할 수 있도록 현실 환경에 가장 유사한 형태의 환경을 제공하는 선박 조종 시뮬레이터 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 해상에서 발생하는 상황에 대한 데이터를 센서를 통해 직접 받아 가공하여 시뮬레이터에 제공하고, 이를 통해 실제 선박이 운항하는 과정에서 발생하는 선박의 요동, 선수각, 풍향, 풍속과 깊이의 변화에 대한 조종 특성을 조종자에게 제공하는 선박 조종 시뮬레이터 시스템을 제공함에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일면에 따른 실시간 선박 운항 데이터를 적용하는 선박 조종 시뮬레이터 시스템은 조종자가 조작하는 변속량과 방향의 변화량을 입력받아 전달하는 속도/방향조종제어장치부; 상기 속도/방향조종제어장치부에서 받은 조작정보를 받아 처리하는 정보신호처리부; 상기 정보처리신호부와 선박에서 획득한 기울기 센서, 비틀림 센서, 화재 감지 센서, 풍향/풍속 센서, 초음파 센서, 오염 감지 센서, 영상/음성 센서, 적조 검출 센서, 오염감지 센서 데이터를 수신하기 위한 무선 통신부; 상기 무선 통신부에서 획득한 데이터를 가공하여 시뮬레이터의 화면에 표현할 수 있도록 가공하고 그 결과를 데이터베이스로 보내는 센서데이터 가공처리부; 상기 센서데이터 가공처리부에서 받은 정보를 이용하여 시뮬레이터와 연동하여 화면에서 속도/방향 제어결과를 표현할 수 있도록 하는 시뮬레이터 제어장치부; 상기 시뮬레이터 제어장치부에서 획득한 제어정보와 영상을 3차원으로 표현하기 위해 영상을 처리하는 영상처리부; 상기 영상처리부에서 처리한 영상정보와 제어정보를 동기화하여 출력하는 영상정보 출력부; 상기 영상정보 출력부에서 받은 영상데이터를 받아 시뮬레이터 본체의 움직임을 제어하는 제어부; 제어부의 신호를 받아 가상으로 선박 운동을 구현하는 시뮬레이터 운동 본체부; 상기 영상정보 출력부에서 받은 영상 정보를 3차원으로 화면 정보로 표현하는 3차원 디스플레이 장치부; 및 상기 3차원 디스플레이 장치부에서 표현하는 3차원 영상정보를 시각적으로 보기 위한 3차원 영상 전용 광학장치부를 포함한다.

본 발명에 따르면, 항해 중 나타나는 주변 사물에 대한 크기, 속도감, 원근감과 센서를 통해 얻은 선박의 전후좌우 요동 데이터를 가공하여 화면에 투영하여 3차원으로 실제 선박이 운항하는 과정을 표현할 수 있다.

또한 선박에서 실시간으로 운행하고 있는 선박의 상황 데이터를 획득하여 최신 현장 센서 정보를 인터넷과 무선통신망을 통해 실시간으로 시뮬레이터에 제공함으로써, 해양 선박사고가 발생할 경우 현재 선박이 운항하고 있는 주변의 상황을 즉각적으로 단시간에 시뮬레이션을 할 수 있어서 추후 사고 처리과정의 판단에 도움을 줄 수 있다.

또한 초보 항해자가 직접 경험하기 어려운 다양한 상황과 터치스크린을 통해 구현된 각종 선박 종류별 조종실 환경을 간접 체험할 수 있어서, 현장에 최단시간 내에 적용할 수 있으며 조종자의 조정 능력을 향상시킬 수 있다.

사고 위험 지역 등에서의 운항을 항해자가 미리 가상으로 연습할 수 있어서 실제 운항 중에 발생할 수 있는 실수 등을 줄일 수 있고, 실수로 인해 사고가 발생할 가능성을 사전에 차단할 수 있는 효과가 있다.

즉, 선박 운항에 발생하는 환경을 깊이 있게 익힐 수 있고 선박 조종에 대한 기술을 필요로 하는 대상에게 선박 조종 중 발생할 수 있는 위험 요소를 그대로 재현시켜 제공해줄 수 있어서, 상황에 대한 대처 능력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전체시스템의 구성을 설명하기 위한 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 선박 운항 데이터를 적용하는 선박 조종 시뮬레이터 시스템을 설명하기 위한 블럭도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 선박 운항 데이터를 적용하는 선박 조종 시뮬레이터 시스템 동작 과정을 설명하기 위한 흐름도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전체시스템의 구성을 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전체시스템의 구성을 설명하기 위한 예시도이다.

본 발명은 실시간으로 해상을 운행하는 선박으로부터 선박 운항에 관한 데이터를 수신받아 시뮬레이션을 하고, 이 데이터를 기초자료로 하여 3차원 영상으로 동일하거나 유사한 환경을 조성하여 선박을 조종할 수 있도록 하는 시뮬레이터 시스템에 관한 것으로서, 선박 운항 환경을 표현하기 위한 영상정보는 실제 선박의 운항과정 중 획득된 3차원 영상을 이용한다. 즉, 3차원 영상은 두 개 이상의 영상장비를 이용하여 두 개의 시점으로 촬영된 실사 또는 그래픽 동영상을 획득한 것이며, 획득된 동영상은 시차 정보, 깊이 정보, 텍스처 정보 등을 이용하여 좌영상과 우영상을 위한 시차 맵을 작성하는데 사용된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 3차원 디스플레이 장치(100)는 3차원 정보를 표현하기 위한 방식으로 광학장치부(500)를 이용한 양안식 방법을 사용하여 양안의 시차에 따른 3차원 화면 인지방법을 이용하고, 양안식 방법으로 3차원 정보를 인식하기 어려운 시각 장애인을 위해서는 단안에 의한 입체표현 방식을 선택한다.

터치스크린(200)은 선박의 종류와 목적에 따라 설계된 조정실 간의 계측장치 역할을 한다. 즉, 터치스크린(200)은 소프트웨어로 유동성 있는 선박 계측환경을 제공한다. 따라서, 사용자는 터치스크린(200)을 조작하여 유사한 환경 또는 특정 선박을 조종간과 인터페이스를 그대로 적용하여 운항 연습을 할 수 있다.

속도 제어 장치(300)는 선박 조종 시뮬레이션을 하는 과정에서 조종자가 선박의 조종을 위한 장치이며, 막대 형태로서 물리적으로 전후 운동을 하는 레버 등일 수 있다. 즉, 사용자가 레버를 전진시킬 경우, 선박의 속도는 증가하고, 레버를 후진시킬 경우, 속도는 감소한다. 이때 발생되는 물리적 변화량은 센서를 이용하여 디지털 값을 갖는 전기량으로 변화되어 출력된다.

또한 원형 형태를 갖는 핸들, 즉 조타 장치(400)는 핸들을 중심축으로 좌우로 회전되고, 선박의 방향은 핸들의 움직임 방향과 동일하게 화면상에 표현될 수 있도록 디지털 값을 갖는 전기적 변화량으로 출력된다.

이상, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전체시스템의 구성을 설명하였고, 이하에서는 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 선박 운항 데이터를 적용하는 선박 조종 시뮬레이터 시스템을 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 선박 운항 데이터를 적용하는 선박 조종 시뮬레이터 시스템을 설명하기 위한 블럭도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 선박 조종 시뮬레이터 시스템은 속도/방향제어장치부(101), 정보신호처리부(102), 시뮬레이터 제어장치부(103), 센서데이터 가공처리부(104), 시뮬레이터(105), 데이터베이스(106), 무선 통신부(107), 영상 처리부(108), 제어부(109) 및 영상정보 출력부(110), 3차원 디스플레이 장치부(111), 광학장치부(112), 터치스크린(113) 및 인터넷 접속부(114)를 포함한다.

속도/방향제어장치부(101)는 전기량을 정보신호 처리부(102)와 시뮬레이터 제어장치부(103)에서 처리할 수 있는 형태로 변화시켜 출력한다. 즉, 디지털 형태로 전기량 변화값을 출력한다.

센서 데이터 가공처리부(104)는 선박 운항의 현장에서 수집한 풍향/풍속, 초음파를 이용한 장애물 속도 거리 계산, 기울기 센서를 이용한 운항 중 선박의 기울어짐, 가속도 센서와 비틀림 센서를 이용한 파도에 의한 선박의 비틀어짐과 충격 정도를 측정한 데이터 등의 정보를 사용자에 의해 요구된 환경에 따라 수치적으로 변화시켜 시뮬레이터(105)에서 표현될 수 있도록 가공한다.

여기서 선박에 항해를 할 때 해수와 직접적으로 접촉하는 선체는 파도와 조류 등에 의해 다양한 저항과 흔들림 운동뿐만 아니라 대형 여객선 선박 내에 적재되어 있는 연료의 양과 승객의 인원수에도 영향을 받게 되게 된다. 선체의 기울어짐은 한 방향이 아닌 전방향성을 가지고 있으므로, 모든 방향에서 발생하는 진동을 종합적으로 고려해야 한다. 또한 선박 환경에서 발생하는 선체 저항과 흔들림 운동을 고려하여 선체에 가해지는 외력에 의한 뒤틀림을 측정하기 위하여 스트레인 게이지 센서를 갑판실, 외벽 등에 설치하여 상황 정보를 얻어 선체의 좌우 뒤틀림에 대한 변형율을 측정한다. 스트레인 게이지는 측정하는 대상의 변형을 직접 측정할 수 있으며, 이를 전기적인 신호로 바꾸어 얻고자 하는 변형율을 측정하여 전송한다. 이 정보들은 데이터베이스(106)에 저장해서 사용하고 새로운 현장 정보가 입력될 경우 갱신하여 데이터베이스에 추가 저장한다.

무선 통신부(107)는 선박의 운항 특성상 장거리 통신이 필요함에 따라 위성통신망을 사용하는 것을 기본으로 하고, 인터넷 접속부(114)는 사고 상황 시뮬레이션 결과를 웹을 통해 공유하기 위해 인터넷에 접속한다.

센서데이터 가공처리부(104)는 정보신호 처리부(102)에서 획득한 제어장치의 변화량도 센서값의 형태로 변화하여 시뮬레이터(105)에서 처리할 수 있도록 하고, 영상처리부(108)에 의해 선박의 속도와 방향의 움직임이 표현될 수 있는 형태로 데이터를 재생산한다.

영상처리부(108)는 기본적으로 센서 데이터를 통해 획득한 정보가 영상으로 정확히 표현될 수 있도록 하는 역할을 수행한다. 이는 단순히 영화와 같이 만들어진 실사 화면을 3D로 표현하기 위한 것이 아닌 센서 데이터의 변화량이 즉각적으로 반영될 수 있도록 하기 위함이다. 이 기능은 실제 운항 중인 선박에서 무선통신을 이용하여 시뮬레이터(105)로 센서 데이터를 전송하였을 경우, 실시간으로 센서 데이터의 변화량을 화면상에 반영하기 위해 사용된다.

제어부(109)는 시뮬레이터(105) 본체의 움직임을 제어한다. 영상정보 출력부(110)를 통해 영상과 속도/방향 조종제어장치부(101)의 신호가 동기화된 정보를 받아들여 시뮬레이터(105) 본체의 상하좌우의 움직임을 제어한다. 여기서 시뮬레이터(105)의 움직임 정보는 실시간으로 선박에서 수신된 정보를 센서 데이터 가공처리부(104)를 통해 출력시키고, 이렇게 출력된 정보를 기반으로 하여 시뮬레이터(105) 본체의 모터를 제어함으로써 실제 환경에서 바람과 파도에 따른 선박의 기울기, 선박의 비틀림 정도, 선박의 무게에 따른 선박의 가라앉음 정도에 따른 움직임이 구현된 것이다.

전술한 바와 같이, 실시간 선박 운항 데이터를 적용하는 선박 조종 시뮬레이터 시스템은 항해 중 나타나는 주변 사물에 대한 크기, 속도감, 원근감과 센서를 통해 얻은 선박의 전후좌우 요동 데이터를 가공하여 화면에 투영하여 3차원으로 실제 선박이 운항하는 과정을 표현할 수 있다.

또한 선박에서 실시간으로 운행하고 있는 선박의 상황 데이터를 획득하여 최신 현장 센서 정보를 인터넷과 무선통신망을 통해 실시간으로 시뮬레이터에 제공함으로써, 해양 선박사고가 발생할 경우 현재 선박이 운항하고 있는 주변의 상황을 즉각적으로 단시간에 시뮬레이션을 할 수 있어서 추후 사고 처리과정의 판단에 도움을 줄 수 있다.

또한 초보 항해자가 직접 경험하기 어려운 다양한 상황과 터치스크린을 통해 구현된 각종 선박 종류별 조종실 환경을 간접 체험할 수 있어서, 현장에 최단시간 내에 적용할 수 있으며 조종자의 조정 능력을 향상시킬 수 있다.

사고 위험 지역 등에서의 운항을 항해자가 미리 가상으로 연습할 수 있어서 실제 운항 중에 발생할 수 있는 실수 등을 줄일 수 있고, 실수로 인해 사고가 발생할 가능성을 사전에 차단할 수 있다. 즉, 선박 운항에 발생하는 환경을 깊이 있게 익힐 수 있고 선박 조종에 대한 기술을 필요로 하는 대상에게 선박 조종 중 발생할 수 있는 위험 요소를 그대로 재현시켜 제공해줄 수 있어서, 상황에 대한 대처 능력을 향상시킬 수 있다.

이상, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 선박 운항 데이터를 적용하는 선박 조종 시뮬레이터 시스템을 설명하였고, 이하에서는 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 선박 운항 데이터를 적용하는 선박 조종 시뮬레이터 시스템 동작 과정을 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 선박 운항 데이터를 적용하는 선박 조종 시뮬레이터 시스템 동작 고장을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 조종자는 신상기록을 입력하고(S300), 시뮬레이터 모드를 선택한다(S301). 이때 실시간으로 센서 정보가 수신된다(S302).

조종자에 의해 선택된 시뮬레이터 모드가 조종모드인지 시뮬레이션 모드인지를 판단한다(S303).

판단결과, 시뮬레이션 모드이면, 현장 상황 화면을 출력한다(S304).

조종모드이면, 수신된 센서 정보를 로드하고(S305), 설정에 따른 3차원 주변 정보를 로드한다(S306).

로드된 정보를 화면에 표시한다(S307).

사용자에 의해 가상환경에서 선박이 조종되면(S308), 시뮬레이터(105) 본체를 제어한다(S309).

가상 운항 조종 정보 결과를 저장하고(S310), 조종자의 운항 능력 분석 및 결과를 출력한다(S311).

데이터베이스에 결과를 저장한다(S312).

이상 바람직한 실시예와 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 관해 구체적으로 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

101 : 속도/방향조종 제어장치부 102 : 정보신호 처리부
103 : 시뮬레이터 제어장치부 104 : 센서데이터 가공처리부
105 : 시뮬레이터 106 : 데이터베이스
107 : 무선 통신부 108 : 영상처리부
109 : 제어부 110 : 영상정보 출력부
111 : 3차원 디스플레이 장치부 112 : 광학장치부
113 : 터치스크린

Claims (2)

1. 조종자가 조작하는 변속량과 방향의 변화량을 입력받아 전달하는 속도/방향조종제어장치부;
   상기 속도/방향조종제어장치부에서 받은 조작정보를 받아 처리하는 정보신호처리부;
   상기 정보처리신호부와 선박에서 획득한 기울기 센서, 비틀림 센서, 화재 감지 센서, 풍향/풍속 센서, 초음파 센서, 오염 감지 센서, 영상/음성 센서, 적조 검출 센서, 오염감지 센서 데이터를 수신하기 위한 무선 통신부;
   상기 무선 통신부에서 획득한 데이터를 가공하여 시뮬레이터의 화면에 표현할 수 있도록 가공하고 그 결과를 데이터베이스로 보내는 센서데이터 가공처리부;
   상기 센서데이터 가공처리부에서 받은 정보를 이용하여 시뮬레이터와 연동하여 화면에서 속도/방향 제어결과를 표현할 수 있도록 하는 시뮬레이터 제어장치부;
   상기 시뮬레이터 제어장치부에서 획득한 제어정보와 영상을 3차원으로 표현하기 위해 영상을 처리하는 영상처리부;
   상기 영상처리부에서 처리한 영상정보와 제어정보를 동기화하여 출력하는 영상정보 출력부;
   상기 영상정보 출력부에서 받은 영상데이터를 받아 시뮬레이터 본체의 움직임을 제어하는 제어부;
   제어부의 신호를 받아 가상으로 선박 운동을 구현하는 시뮬레이터 운동 본체부;
   상기 영상정보 출력부에서 받은 영상 정보를 3차원으로 화면 정보로 표현하는 3차원 디스플레이 장치부; 및
   상기 3차원 디스플레이 장치부에서 표현하는 3차원 영상정보를 시각적으로 보기 위한 3차원 영상 전용 광학장치부
   를 포함하는 실시간 선박 운항 데이터를 적용하는 선박 조종 시뮬레이터 시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 무선 통신부를 통해 받은 정보를 웹에서 처리하기 위한 인터넷 접속부를 더 포함하는 실시간 선박 운항 특성 데이터 특성을 적용하는 선박 조종 시뮬레이터 시스템.

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