KR20130076047A

KR20130076047A - 교량 보호를 위한 선박 접근 경보 시스템 및 경보 방법

Info

Publication number: KR20130076047A
Application number: KR1020110144451A
Authority: KR
Inventors: 최경래
Original assignee: 최경래; 유호진
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2013-07-08
Also published as: KR101333572B1

Abstract

본 발명은 바다의 연도교(連島橋)나 연륙교(連陸橋) 또는 강에 설치된 장대 교량의 보호를 위하여 접근 중인 선박을 감지하여 경보를 발할 수 있도록 하는 교량 보호를 위한 선박 접근 경보 시스템 및 그 경보 방법을 개시한다.
본 발명은 교량에 접근하는 선박을 감지함에 있어서 감지 영역에 음영이 발생됨을 최소화함과 아울러, 최대 감지 거리를 비행하여 복귀하는 신호에서 각종 노이즈를 포함한 입사 신호에서 유효 신호를 산출하기 위한 연산처리과정에서 소요되는 시간을 단축시킬 수 있도록 하여 넓은 영역에 걸쳐서 실시간으로 교량 상부 구조 보호를 위한 선박 접근 경보가 가능하게 된다.
또한, 본 발명은 조류가 선박의 상방에서 비행하여 선박의 높이로 오인되지 않도록 조류와 선박에 의한 입사 신호 파형을 식별할 수 있도록 함으로써 작동의 신뢰성을 높일 수 있게 되는 효과가 있다.
아울러, 본 발명은 선박이 교량의 교각에 똑바로 접근하는 경우에만 경보를 발하도록 하여 선박과 교량의 교각이 충돌됨을 방지할 수 있도록 하여 교량과 선박의 충돌을 방지함으로써 막대한 사회적 손실 및 인명, 재산상의 손실을 방지할 수 있게 되는 유용한 효과가 있다.

Description

교량 보호를 위한 선박 접근 경보 시스템 및 경보 방법{Ship Approach Warning System and Warning Method for Bridge Protect}

본 발명은 바다의 연도교(連島橋)나 연륙교(連陸橋) 또는 강에 설치된 장대 교량의 보호를 위하여 접근 중인 선박을 감지하여 경보를 발할 수 있도록 하는 교량 보호를 위한 선박 접근 경보 시스템 및 그 경보 방법에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 근래에는 국토 이용의 효율성을 향상시키기 위하여 연도교나 연륙교를 설치하는 사례가 증가하고 있으며, 결과적으로 선박의 항로에 교량이 설치되는 사례가 증가됨에 따라 선박과 교량간의 충돌 사고 가능성이 증가하고 있는 추세이다.

그러므로, 선박의 안전 항행을 위하여 선박의 운항 안전성을 향상시키는 해상교통관제시스템(Vessel Traffic Management System; VTS) 등의 안전강구조치가 존재하며, 이러한 시스템에 의하여 해상 사고 발생 방지에 기여하고 있는 것이 사실이다.

이러함에도 불구하고 교량기술 분야의 최고 권위기관인 국제교량구조협회(IABASE)의 조사보고서(Ship Collision with Bridges, 1993)에 의하면 교량과 선박간의 심각한 충돌사고는 전세계적으로 연1회 이상 발생하고 있다.

그 대표적인 예로 1980년 5월 미국 플로리다주 템파베이(Tampa Bay)에 위치한 선사인 스카이웨이 브릿지(Sunshine Skyway Bridge)에 35,000 DWT급 empty 화물선이 충돌하여 366m에 달하는 교량 상부 구조가 붕괴되어 주행중이던 차량 탑승자 35명이 바다에 추락하여 사망하는 사고가 발생하였다. 이와 같이 상황은 상기 VTS가 레이더를 기반으로 하여 선박이 이상 항로로 진행하는 경우 무선통신망을 가동하여 위험을 경보하는 수준에 그치고 있기 때문이며, 세부적으로 교량의 상부 또는 교각과 충돌하지 않고 정상적으로 통과하는 상태인지의 여부를 파악할 수 있는 정도의 세밀한 정도를 제공하지 못한 결과이다.

이러한 한계는 레이더가 사용하는 전자기파로서의 마이크로파는 기후에 무관하게 수백 km에 달하는 원거리까지 도달하고 반사되어 복귀하며 광범위한 영역에 걸쳐서 물체의 유무를 감지하는 우수한 성능이 있기는 하나 그 확산성이 커서 특정 지점으로 전파를 집중하여 전송하고, 수신할 수 없는 특성 때문이며,

특히, 선박의 높이를 알 수 있는 방법이 전혀 없어서 교량의 무사통과 여부를 예견할 수 없어서 사전에 경보할 수 있는 수단이 전무하며, 물체 위치 감지의 해상도(Resolution)에 한계가 있어서 교량의 교각으로 향하여 선박이 직진하고 있는 지의 여부에 관한 세부적인 사항을 전혀 알 수 없는 한계가 있기 때문이다.

이러한 교량과 선박간의 충돌은 주로 기관고장이나 악천후로 인한 항로이탈, 조류속도, 수위의 상승, 조작오류(Human Error), 강풍 등 많은 요인에 의하여 발생되는 것이므로, 상기 VTS로 감지할 수 없는 교량의 상부구조 및 교각과 선박의 충돌을 방지하기 위한 경보 시스템의 출현이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

이러한 요청에 부응하기 위하여 대한민국 특허등록 979851(발명의 명칭: 저출력 레이저를 이용한 설정 높이 이상의 원거리 물체 실시간 감지 시스템; 이하 '인용발명'이라 함)이 제안된 바 있으며,

이는 도1로 보인 바와 같이 레이저 다이오드에서 발사된 레이저가 이동물체로 발사되고, 이동 물체에서 반사되어 복귀하는 반사파가 입사되어 검출신호를 출력시키는 수광소자 및 전술한 레이저 다이오드에 출력 펄스를 인가하기 위한 구동부와, 수광소자의 출력을 증폭하여 신호 출력을 발생시키는 수신부로 레이저를 이용한 물체 감지 시스템을 구성하되,

전술한 레이저 다이오드가 수광소자를 중심으로 다수가 배치되도록 하고 전술한 구동부에 의하여 동시에 출력펄스가 인가되도록 함과 아울러, 전술한 다수가 배치된 레이저 다이오드에 의하여 발사되고 물체에 반사되어 수광소자의 집광렌즈에 의하여 미약반사파 레이저가 집광되어 증가된 강도의 반사파 레이저가 수광소자에 인가되도록 하고 ,전술한 다수의 레이저다이오드와 집광렌즈 그리고 수광소자로 구성되는 레이저 발, 수광부가 설정한 높이 이상의 위치에 설치하여서 된 것이다.

그러므로 이러한 인용발명에 의하면 도2로 보인 바와 같이 반도체로 된 레이저 다이오드를 사용함에 따라 초당 수백회 이상의 높은 PRF(Pulse Repetition Frequency)를 얻을 수 있으므로 실시간으로 이동 물체의 이동 상황을 감지할 수 있으며, 반도체 레이저 다이오드에 의하여 원거리의 이동 물체에서 반사되어 복귀한 미약 반사파를 충분한 강도로 증폭시켜 수광소자에 인가되도록 할 수 있게 되어 이동 물체의 이동 상황을 실시간으로 정확하게 감지할 수 있게 되는 것이며, 집광렌즈에 의하여 수광 된 빛의 인텐시티를 높여 수광소자에 입사시킴으로써 유효한 접근 감지 신호를 제공할 수 있게 되었다.

따라서, 본 발명은 인체에 전혀 위해를 가하지 않는 Class1에 해당하는 저출력 레이저를 사용하면서도 원거리에 있는 이동 물체를 실시간으로 감지하여 적절한 조치를 취할 수 있게 되는 유용한 효과가 있다.

반면에 이러한 인용발명의 경우에는 도2로 보인 바와 같이 육지에 설치하여 해상에서 이동 중인 물체를 감지하는 것이므로 도3으로 보인 바와 같은 상태가 되어 그 감지 영역 중 약 21%에 해당하는 지역이 음영 지역으로 되어 감지 불가 영역이 불가피하게 발생되는 문제점이 있는 것이다.

또한, 이러한 인용발명1은 원거리의 물체를 감지하면서 PRF를 500Hz 내지 2000Hz로 향상시키기 위하여 감지 거리가 길어지면서 송출된 레이저 신호가 입사되는데 소요되는 시간이 길게 되는 반면 PRF가 높아짐에 따라 늦어도 500㎲이하의 짧은 시간에 13.33㎲ 이하의 시간 동안 입력된 신호를 처리하여야 한다.

이러한 13.33㎲의 시간 동안 입력되는 신호에는 화이트노이즈를 비롯한 각종 잡음 신호와 목표물에서 반사되는 신호파형 등이 혼입되어 있으므로, 이러한 복합적인 신호 파형에서 레이저 반사 파형을 분리하는 과정에서 많은 데이터 처리가 불가피한 것이다.

이러한 레이저 수광 신호를 연속적으로 처리하기 위하여 상기 13.33㎲ 시간 동안 입력된 수많은 데이터를 500㎲ 이내에서 처리하고 다음 신호를 같은 과정으로 처리하여야 하나 MPU 처리 속도에는 한계가 있어서 데이터 처리가 완료되지 않은 상태에서 다른 레이저 신호가 레이저 수광수단으로 입력되어 작동이 불가능하게 되는 상황이 발생되는 문제점이 있어서 데이터 처리량이 많은 원거리 감지에서는 PRF를 향상시키기 어렵게 되는 문제점이 있는 것이다.

뿐만 아니라, 이러한 인용발명에 의하면, 교량에 접근하는 선박의 위를 나는 조류의 높이를 선박의 높이로 오인하여 선박의 높이가 교량의 상부구조 높이 보다 낮음에도 불구하고 오작동함에 따라 경보의 신뢰성을 저하시키게 되는 문제점이 있는 것이다.

아울러, 교각에 접근하는 선박이 교각을 향하여 똑바로 다가오는 지의 여부를 판정하여 경보하는 수단은 어느 연구에서도 제시된 바 없으며, 접근 경보에 의하여 다가오는 선박에 조금만 미리 경보하더라도 항로를 약간 수정하더라도 교각과 정면충돌하는 경우를 피할 수 있음에도 불구하고, 이러한 연구가 전혀 없어 교량과 선박의 충돌 사고 중 대다수는 교각과의 충돌사고로 발생되고 있는 실정이어서, 이에 대한 연구가 시급한 실정이다.

아울러, 인용발명은 교량이 아닌 육지의 일측에서 원거리 물체를 실시간으로 감지하는 것이므로 장대교량인 경우에는 육지와 닿은 부분 교량의 교대(橋臺) 부위만 한정적으로 감지 가능한 영역이 한정되는 문제점이 있다.

더욱이, 장대교량의 경우 중심의 교각 사이로 항로가 설정되기 마련인바, 이러한 인용발명은 감지 영역이 상기한 이유에 의하여 감지 영역이 교대 부분으로 국한되어 장대교량의 경우에는 사실상 적용이 불가하게 되는 문제점이 있는 것이다.

대한민국 특허등록 979851(발명의 명칭: 저출력 레이저를 이용한 설정 높이 이상의 원거리 물체 실시간 감지 시스템)

본 발명의 목적은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 교량에 접근하는 선박을 감지함에 있어서 감지 영역에 음영이 발생됨을 최소화함과 아울러, 최대 감지 거리를 비행하여 복귀하는 신호에서 각종 노이즈를 포함한 입사 신호에서 유효 신호를 산출하기 위한 연산처리과정에서 소요되는 시간을 단축시킬 수 있도록 한 교량 상부 구조 보호를 위한 선박 접근 경보 시스템 및 경보 방법을 제공함에 있다.

또한 본 발명은 조류가 선박의 상방에서 비행하여 선박의 높이로 오인되지 않도록 조류와 선박에 의한 입사 신호 파형을 식별할 수 있도록 하기 위한 교량 상부 구조 보호를 위한 선박 접근 경보 시스템 및 경보 방법을 제공함에 있다.

아울러 본 발명은 선박이 교량의 교각에 똑바로 접근하는 경우에만 경보를 발하도록 하여 선박과 교량의 충돌을 방지할 수 있도록 한 선박의 교각 접근 경보 시스템 및 경보 방법을 제공함에 있다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여 레이저 발광수단에 의하여 수평으로 발사되고, 목표물에 부딪힌 반사파가 레이저 수광수단인 APD( Avalanche Photo Diode)에 입사되도록 하며, 이와 같이 된 접근 검출 장치에 의하여 목표물인 선박의 높이가 교량의 상부구조 최저보다 높은 경우에만 출력을 발생시켜 그 출력으로 통상의 경광등, 경보음 스피커, 비상 무선 송신기 등에 의한 무선 경보 수단이 작동되도록 하기 위하여 교량의 상부 구조 직하단의 교량 중앙에 상기 레이저 발광수단과 레이저 수광수단을 설치하여 줌으로써 감지가능영역에서 음영 영역이 최소화되도록 하여서 된 교량 상부 구조 보호를 위한 선박 접근 경보 시스템을 제공한다.

아울러, 본 발명은 교량이 장대 교량인 경우에 감지 영역의 반경보다 교량의 길이가 긴 경우에는 감지 영역의 반경 중심에 해당하는 지점마다 하나 이상 배치하여서 된 선박 접근 경보 시스템을 제공한다.

또한 본 발명은 데이터 처리량이 많은 원거리 감지를 도모하면서도 하나의 MPU에 의하여 PRF를 향상시키기는 사실상 불가능하다는 한계를 극복하기 위하여 약 13.33㎲ 시간 동안 입력된 수많은 데이터에서 레이저 수광신호를 적출하기 위한 신호 처리를 실시하되, 이러한 수많은 데이터를 시간 분할 영역을 선정하고, 각 분할된 시간 분할 영역을 전담하는

개의 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 연결하여 데이터를 처리한 후 처리된 데이터를 계산이 완료되는 순서로 MPU에서 합성하여 줌으로써 한 개의 마이크로프로세서를 이용한 경우의 데이터 처리 소요 시간을

개의 FPGA에 의하여 대략

로 크게 단축시켜 원거리를 비행한 많은 양의 데이터가 입력됨에도 불구하고 원활한 데이터 처리가 가능하도록 하도록 하여서 된 교량 상부 구조 보호를 위한 선박 접근 경보 시스템을 제공한다.

아울러, 본 발명은 상기 선박 접근 경보 시스템은 교량의 상부구조의 직하단에 설치되어 전방의 설정한 범위의 지역에서 접근하는 선박을 감지하되, 선박을 따라 비행하는 조류가 접근하는 경우 조류에 의한 반사 레이저광과 선박의 구조물에 의한 반사 레이저광의 시계열적 불안정성을 기준으로 식별하여 경보를 발하지 않도록 한 선박 접근 경보 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 교각에 수면위로 목표하는 선박의 최저 높이에 설치된 레이저 발광수단과 레이저 수광수단에 의하여 일정 시간 이상 똑바로 접근하는 선박이 있을 경우 경보를 실시함으로써 교각과의 충돌을 피하기 위한 항로 수정이 실시되도록 하기 위한 선박 접근 경보 시스템 및 그 방법을 제공한다.

이와 같이 하여 본 발명은 교량을 향하여 접근하는 감지 영역내로 진입한 선박을 충실하게 감지하여 경보할 수 있게 되는 것이어서, 선박이 교량에 충돌함으로 인한 막대한 사회적 손실과 인명 손상을 방지할 수 있게 되는 탁월한 효과가 있다.

아울러, 본 발명은 원거리에서 교량에 접근함에 따라 데이터량이 많은 입사 신호가 입력되는 경우에도 본 발명은 복수개의 FPGA에 의하여 MPU에 의한 데이터 처리 속도의 한계를 극복하여 매우 빠른 연산속도를 제공하므로 PRF가 매우 높음에도 불구하고 원활하게 데이터를 처리하여 안정적인 성능을 유지할 수 있게 되는 효과가 있는 것이다.

또한, 본 발명은 선박을 따라 선박의 상방에서 이동하는 조류가 있을 경우 선박의 높이가 교량의 상부구조보다 낮음에도 불구하고 조류의 높이를 선박의 높이로 오인하지 않게 되는 것이어서 불필요한 오동작을 방지할 수 있게 되는 것이므로, 작동의 신뢰성을 제고할 수 있게 되는 효과를 기대할 수 있는 것이다.

아울러, 본 발명은 교량의 교각을 향하여 일정 시간 이상 똑바로 다가오는 선박이 있을 경우를 경보를 실시하여 선박이 항로를 수정함으로써 교각과의 충돌을 피할 수 있도록 함으로써 선박과 교량 충돌 사고의 많은 비중을 차지하고 있는 교각과의 충돌 사고를 방지할 수 있게 되는 유용한 효과가 있다.

도1은 종래의 저출력 레이저를 이용한 설정 높이 이상의 원거리 물체 실시간 감지 시스템의 전기적 구성을 보인 회로도.
도2는 종래의 저출력 레이저를 이용한 설정 높이 이상의 원거리 물체 실시간 감지 시스템이 설치된 상태를 보인 측면도.
도3은 종래의 저출력 레이저를 이용한 설정 높이 이상의 원거리 물체 실시간 감지 시스템에 의한 감지 영역을 도시한 평면도.
도4는 본 발명에 의한 교량 보호를 위한 선박 접근 경보 시스템에 의한 전기적 구성을 보인 회로도.
도5는 본 발명에 의한 설정 높이 이상의 원거리 물체 실시간 감지 시스템을 교량 상부구조 최하단에 설치한 경우의 의한 감지 상태를 도시한 측면도.
도6은 본 발명에 의한 설정 높이 이상의 원거리 물체 실시간 감지 시스템을 교량 중앙에 설치한 예에 의한 감지 영역을 도시한 평면도.
도7은 본 발명에 의한 설정 높이 이상의 원거리 물체 실시간 감지 시스템을 장대 교량에 복수개 설치한 경우에 의한 감지 영역을 도시한 평면도.
도8은 본 발명에서 발사되는 레이저 발광수단에 인가되는 구동 펄스를 보인 파형도.
도9는 본 발명에 의한

개의 FPGA에 의한 신호 처리 과정을 보인 흐름도.
도10은 1개의 MPU를 사용한 경우의 신호 처리 시간을 보인 파형도.
도11은 본 발명에 의한

개의 FPGA에 의한 신호 처리 시간을 보인 파형도.
도12는 본 발명에 의한

개의 연산처리속도 향상을 위한 FPGA 및 MPU 동작에 의한 파형도.
도13은 비행중인 새의 태세를 보인 것으로 새의 머리와 몸체의 진동을 보인 설명도.
도14 내지 도16은 비행중이 새의 날갯짓에 따른 표면적 변화를 산출하기 위한 사진 및 이미지 프로세싱 결과를 보인 사진.
도17은 본 발명에 적용되는 조류와 선박의 식별 및 데이터 처리를 위한 흐름도.
도18은 본 발명에 의한 교각에 접근하는 선박의 검출 및 경보를 위한 전기적 구성을 보인 개략도.
도19는 본 발명을 적용한 교각에 선박이 접근하는 상황을 보인 측면도.
도20은 본 발명을 적용한 교각에 선박이 접근하는 상황을 보인 평면도.
도21은 본 발명에 의한 교각 접근 선박의 경보를 위한 작동을 보인 흐름도.
도22는 본 발명에 의한 시스템에 의하여 구동되는 유선 경보 시스템을 보인 개략도.

이러한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 전체적인 전기적 구성을 도4로 보였다.

이에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명은 레이저 발광수단(100)과, 레이저 발광수단(100)을 제어하기 위한 콘트롤부(102), 레이저 수광수단(200)과, 레이저 수광수단(200)의 출력 및 레이저 발광수단(100)에서 감지되는 포토디텍터의 출력을 제공하기 위한 검출수단(300) 그리고 이들을 제어하기 위한 MPU(600)로 구성된 접근 검출 장치(500)로 구성된다.

아울러, 본 발명에서는 접근 검출 장치(500)의 발광수단(100)을 바람직하기로는 8개 내지 16개 설치하되, 1개의 출력을 예를 들면 0.2μW ~ 0.4μW로 하며, 레이저 수광수단(200)은 APD(201) 전방에 집광렌즈(202)를 설치하며, 집광렌즈(202)의 구경은 120㎜ 내지 250㎜로 하고, 촛점거리는 60㎜ 내지 100㎜로 하고, 이와 같이 하여 목표물에 반사되어 APD(201) 전방에 입사되는 레이저 광의 인텐시티가 유효한 레벨이 되는 감지 가능한 반경은 2km 정도가 되었다.

이어서, 본 발명은 이러한 접근 검출 장치를 팬드라이브유닛의 재치대 위에 놓고 고정한다.

이러한 팬드라이브유닛은 서보모우터가 내장되어 있고, 이는 별도의 제어 장치에 의하여 제어되어 본 발명에 의한 레이저 검출 장치(500)을 좌,우로 연속 회동시키는 것이며, 이는 널리 공지된 기술이며, 본 발명의 기술적 특징을 기술함에 있어서 관련성이 적으므로 기재를 생략한다.

또한, 이러한 접근 검출 장치는 교량의 상부 구조 직하방에 설치하는 것이다. 아울러, 본 발명에서는 상기 레이저 접근 검출 장치(500)의 MPU(600)의 출력포트에 통상의 경광등(701), 경보음 스피커(702)로 구성된 경보 드라이버(700)나 비상 무선 송신기(801) 등에 의한 무선 경보 드라이버(800)를 연결하여 제어 출력에 따라 작동되도록 하여서 된 것이다.

또한, 본 발명은 상기 검출수단(300)과 MPU(600)사이에 n개의 FPGA(601)가 연결되어 추후 서술되는 바와 같이 데이터 고속 처리가 가능하도록 하고 있는 것이다.

이와 같이 된 본 발명은 레이저 발광수단(100)과 레이저 수광수단(200)으로 구성된 접근 검출 장치(500)가 도5로 보인 바와 같이 교량의 거더를 포함한 상부구조 직하방에 설치되어 있으며, 도6으로 보인 바와 같이 평면상으로는 교량의 상부구조 중앙에 설치되어 있다.

이에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명은 접근 검출 장치(500)가 교량의 상부구조 중앙 직하단에 설치되어 있는 것이며, 도 5로 보인 바와 같이 수평상으로 레이저 발광수단(100)에 의한 레이저 발사가 이루어 지고, 레이저 수광수단(200) 역시 수평상으로 설치되어 있어서, 접근하는 선박의 높이가 교량의 상부 구조 높이 이상인 경우에 한하여 반사파가 레이저 수광수단(200)에 입사되도록 되어 있는 것이다.

그러므로 본 발명에서는 접근하는 선박의 높이가 예를 들면 20m이고 교량의 상부 구조 높이가 18m인 경우에는 통과가 불가능한 것이므로, 이러한 한하여 반사파에 의한 레이저 수광수단(200)의 출력 신호가 발생되어 접근 경보를 실시하게 되는 것임은 물론, 특히 도6으로 보인 바와 같이 레이저 발광수단(100)과 레이저 수광수단(200)이 모두 교량의 중심에 위치하므로 감지 반경의 범위내에서 음영 지역이 거의 발생하지 않는 완벽한 선박 감지 영역을 확보하게 된다.

또한, 본 발명을 전장이 2km가 넘는 장대 교량에 설치한 실시예를 도7로 보였다. 이에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명은 전장이 매우 긴 교량의 경우에는 복수개의 원거리 물체 실시간 감지 시스템을 적정간격으로 배치하고, 회동각도를 54도 이상 180도까지 확대함으로써 어떠한 현장 상황에서도 완벽한 감지 영역 확보가 가능하도록 할 수 있다.

이와 같이 된 본 발명은 특히, 교량의 상부 구조가 아닌 육지에 설치하는 인용발명과는 달리 전장이 2km가 넘는 장대 교량인 경우에도 교량 전장에 걸쳐서 선박의 접근을 경보하여 충돌 방지를 위한 경보가 가능하게 되므로, 장대 교량의 경우에도 본 발명을 적용하여 사고 발생 방지를 도모할 수 있게 되는 것이다.

이와 같이 된 본 발명에 의한 레이저 발광수단(100)의 출력 펄스의 예를 도8로 보였다. 이에서 확인되는 바와 같이 본 발명은 MPU(600)가 작동을 개시하면 콘트롤부(102)을 제어하여 레이저 다이오드(101) 및 그 구동 드라이버로 구성된 레이저 발광수단(100)이 작동한다. 이에 따라 예를 들면 1㎳ 동안 20㎱의 유지시간을 갖는 펄스가 공급되도록 함으로써 PRF를 1㎑로 유지하는 레이저 발사 단계를 실시한다.

아울러, 본 발명에서의 교량 상부 구조 보호를 위한 동작을 도9로 보였다. 이에서 볼 수 있는 바와 같이, MPU(600)는 전원이 투입된 초기 회로에 연결된 레이저 발광수단(100), 콘트롤부(102), 검출수단(300), 레이저 수광수단(200) 등의 접속을 확인하고 작동에 필요한 각종의 초기 세팅값 들을 메모리로부터 읽어 들어 작동을 개시하는 시스템 초기화 단계를 실시한다.

이어서, 본 발명에 의한 MPU(600)가 작동을 개시하면 콘트롤부(102)을 제어하여 레이저 다이오드(101) 및 그 구동 드라이버(LASER DIODE & DRIVER)가 작동하도록 도8로 보인 바와 같은 펄스가 공급되도록 함으로써 PRF를 1㎑로 유지하는 레이저 발사 단계를 실시한다.

또한, 이러한 레이저 발광수단(100)에는 포토디텍터가 내장되어 레이저광의 출발과 동시에 포토디텍터에서 출력이 발생되고, 이러한 출력은 검출수단(300)에서 감지되어 MPU(600)로 인가되는 포토디텍터 신호 출력단계가 실시되고 MPU(600)는 이때의 시간을 기억하게 된다.

이와 같이 하여 발사된 레이저광에 의한 출력은 목표물에 도달한 후 반사되어 다시 레이저 수광수단(200)의 APD(201)에 도달하는 지의 여부를 판정하는 레이저 광 수신 여부 판정단계를 실시하고, 수신 레이저 광에 의한 APD(201)의 출력신호는 프리앰프에서 적절한 출력 레벨로 증폭된 다음 검출수단(300)을 거쳐서 MPU(600)에 인가되어 반사파의 입사시간을 측정하게 되는 것이며, MPU(600)에서는 종전에 수신한 포토디텍터에 의하여 제공된 출발시간과의 시간차이를 산출하고 빛의 속도를 기준으로 이에 의하여 하기의 식 1과 같이 선박과 교량과의 거리를 산출하게 되는 거리 산출 단계를 실시한다.

------------------식 1

여기서,

는 접근 검출 장치(500)의과 선박의 거리,

는 송광한 후 수광되는데 까지 소요되는 시간,

는 빛의 속도임.

이러한, 본 발명에서 반도체 레이저 발광수단(100)은 그 출력이 낮아 2km의 감지 반경을 확보하기 어렵다는 한계를 극복하기 위하여 16개의 반도체 레이저 발광 소자로서 레이저 수광수단(200)에 도달하는 신호 레벨을 향상시키도록 한다.

실제의 실험에서 MPU(600)는 레이저 송광을 위하여 레이저 발광수단(100)의 레이저 다이오드(101) 및 레이저 드라이버를 구동하게 되는 바, 위에서 기술한 바와 같이 MPU(600)가 작동을 개시하면 레이저 다이오드(101) 및 그 구동 드라이버(LASER DIODE & DRIVER)가 작동하여 1㎳ 동안 20㎱의 유75W × 16개의 레이저 다이오드(101)에 의하여 16개의 레이저광을 송출하게 된다.

이와 같이 레이저 발광수단(100) 16개를 동시에 작동시켜 발광되도록 하고 1㎳ 동안 20㎱의 유지시간을 갖는 펄스가 공급되도록 함으로써 PRF를 1㎑로 하고, 1개당 레이저 발광수단(100)이 광출력 75W이므로 지속파(cw, continuous wave)로 환산하면 0.26667μW가 되어 0.4 μW이하를 기준으로 하는 ANSI Z136.1 Standard (Z136.1-2000)의 class 1에 해당하게 된다.

이러한 본 발명에서는 레이저 발광수단(100) 16개를 동시에 작동시키므로 전체적인 광출력의 합계는 × 16이 되는 것이나, 레이저 발광수단(100)을 분산 배치하였으므로 1인이 가까이 접근하여 볼 수 있는 레이저 광은 1개를 넘지 않으므로 생물학적인 손상을 일으키는 정도에 따라 분류되는 피폭방출한계(Accessible Emission limit, AEL)에 따라 분류되어 면제된 레이저 (exempt lasers)로 간주되는 것이며, 어떠한 조건에서도 MPE (최대허용노광량, Maximum Permissible Exposure)를 초과하지 않는 등급인 class 1을 초과하게 되지 않는 것이다.

이와 같이 하여 출발된 16개의 레이저광은 교량의 상부구조 직하단에서 출발하여 수평으로 비행하게 되며 2km인 감지 영역으로 진입한 선박이 있는 경우 선박에서 반사되어 다시 접근 검출 장치(500)로 되돌아온다.

이러한 복귀하는 레이저광은 그 광도가 매우 낮으며, 본 연구에서는 이러한 극도로 낮은 레벨의 레이저광을 집광렌즈(202)에 의하여 모아 줌으로써 미미한 광학적 손실을 무시한다면 16배 증가된 높은 레벨의 레이저광이 레이저 수광수단(200)의 APD(201)에 입사하게 되는 것이다.

이와 같이 하여 검출수단(300)를 거쳐서 MPU(600)에 인가되어 MPU(600)가 종전에 수신한 포토디텍터에 의하여 제공된 출발시간과 집광된 레이저광에 의한 출력인 반사파의 입사 시간의 시간차이를 산출하여 레이저 광이 발사에서 입사까지의 소요되는 비행시간을 산출하며, 빛의 속도를 알고 있으므로 MPU(600)는 상기 식1에 의하여 선박과 교량과의 거리를 산출하게 되는 것이다.

이러한 과정에서 본 발명은 도8로 보인 파형도에서 보는 바와 같은 레이저 광 펄스가 송출되고 난 이후 선박의 최소 선회 반경 이상의 거리인 2km까지 레이저 광이 비행하는 과정에서 기본적으로는 회로 자체의 white noise 및 순간적인 조류의 통과, 눈, 비 등 각종 잡음 발생 요인에 의하여 수신 파형에 많은 noise signal이 발생하며 #1 FPGA(601) ~ #4 FPGA(601)에 입력된다. 이러한 노이즈 시그널에서 threshold 레벨에 의한 필터링 등 의미있는 신호를 추출하기 위한 데이터 처리가 실시되어야 하는 바, 이를 MPU(600) 단독으로 처리하자면 많은 시간이 소요되어 원활한 데이터 처리와 안정적 동작이 불가능하게 된다.

이를 더욱 구체적으로 설명하면 원거리의 물체를 감지하면서 PRF를 500Hz 내지 2000Hz로 향상시키기 위하여 감지 거리가 길어지면서 송출된 레이저 신호가 입사되는데 소요되는 시간이 길게 되는 반면 PRF가 높아짐에 따라 바람직하기로는 500㎲이하의 짧은 시간에 레이저 광이 목표물에서 반사되어 오는 거리인 2km를 비행하는데 소요되는 시간인 13.33㎲ 이하의 시간 동안 입력된 신호를 처리하여야 한다.

이러한 레이저 수광 신호를 연속적으로 처리하기 위하여 상기 13.33㎲ 시간 동안 입력된 수많은 데이터를 500㎲ 이내에서 처리하고 다음 신호를 같은 과정으로 처리하여야 하나 MPU(600) 처리 속도에는 한계가 있어서 데이터 처리가 완료되지 않은 상태에서 다른 레이저 수신 신호가 레이저 수광수단(200)으로 입력되어 작동이 불가능하게 되는 상황이 발생되는 문제점이 있으므로 데이터 처리량이 많은 원거리 감지에서는 PRF를 향상시키기 어렵게 되는 문제점이 있는 것이다.

본 발명에서는 데이터 처리량이 많은 원거리 감지를 도모하면서도 PRF를 향상시키기는 사실상 불가능하다는 한계를 극복하기 위하여 약 13.33㎲ 시간 동안 입력된 수많은 데이터에서 레이저 수광신호를 적출하기 위한 신호 처리를 실시하되, 이러한 수많은 데이터를 시간 분할 영역을 선정하고, 각 분할된 시간 분할 영역마다 전담 FPGA(601)를 두어 데이터를 처리한 후 처리된 데이터를 계산이 완료되는 순서로 MPU(600)에서 합성하여 줌으로써 거의

배 빨라진 속도로 데이터 처리가 가능하도록 하여 PRF를 2000 까지 높임에도 불구하고 원활한 데이터 처리가 가능하도록 한다. 이를 도표로 설명하면 다음과 같다.

도10으로 로 보인 바와 같이 레이저 수광수단(200)에 의하여 출력되는 신호를 통상적인 방법으로 처리하자면, 13.33㎲동안 입사된 신호를 처리하는데 소요되는 시간이 600㎲라면 613.33㎲라는 데이터 처리 시간이 소요된다.

본 발명에서는 이러한 데이터 처리 소요 시간을 단축하기 위하여 도11로 보인 바와 같이, 시간 분할 영역을 선정하고, 각 분할된 시간 분할 영역마다 전담 FPGA(601)를 연결하여 데이터를 처리한 후 처리된 데이터를 계산이 완료되는 순서로 수신하여 MPU(600)에서 합성하여 줌으로써 종전보다 FPGA(601)의 개수인 대체로

배만큼 빨라진 속도로 데이터 처리가 가능하도록 하여 PRF를 2000 ㎐까지 높임에도 불구하고 원활한 고속 데이터 처리가 가능하도록 한다. 도10과 도11에서

은 레이저 광의 출발 시점부터 최대거리까지 도달하였다가 복귀하는데 소요되는 레이저 광 비행시간이고,

는 FPGA(601) 및 MPU(600)가 수신된 레이저 광 데이터를 처리하는데 소요되는 시간이다. 특히,

은 2km 기준 13.33㎲의 시간동안 데이터를 갖게 되는 입사 파형이고, 이를

개의 FPGA(601)가 분할하여 처리한다고 가정하면

는 본 실험에서 4이므로 13.33㎲는 3.33㎲로 나누어 진다. 그러므로,

개의 FPGA(601)가 이러한 3.33㎲의 시차를 두고 연산을 시작하게 되는 것이다.

그러므로 1개의 FPGA(601)가 3.33㎲의 데이터를 처리하는데 소요되는 시간은 150㎲ 정도이므로 하기 식 3으로 정리될 수 있다.

한편 1개의 MPU(600)만으로 13.33㎲ 동안의 데이터를 처리한다고 가정하면 아래의 도10로 보인 바와 같이 레이저 광 비행시간

과 1개의 FPGA(601)에 의한 전체 데이터 처리에 소요되는 총시간인

의 합이 됨을 알 수 있다.

이에서 볼 수 있는 바와 같이 데이터 연산 처리 소요 시간은 아래 식과 같이 정리될 수 있다.

1개의 MPU(600)만을 사용한 경우 소요시간

---------식 3

개의 FPGA(601)를 함께 사용한 경우의 소요시간

---식 4

특히, 위 식에서

은 13.33㎲에 불과하고,

는 이보다 매우 크므로

은 공히 무시될 수 있어서,

개의 FPGA(601)를 적용한 본 발명에서는 약

배의 연산 처리 속도를 얻게 됨을 확인할 수 있다.

이러한 과정에서 본 발명은 MPU(600)에 의하여 거리를 산출한 값이 1.5km, 1km,0.5km이상인 경우와 0.5km미만인 경우인지를 판정하는 거리계산단계를 실시한 후 그 결과에 따라 무선 경보 드라이버(800)만이 구동되거나 무선 경보 드라이버(800) 및 경광등(701), 확성기 등을 이용한 경보 드라이버(700)가 동시에 구동되도록 하는 경보 단계를 실시한다.

아울러, 본 발명에서는 도12로 보인 바와 같이 근거리는 0.5km 미만, 0.5km 이상, 원거리는 1km이상, 1.5km이상 구간으로 정하여 각각 A,B,C,D으로 정하고, 각각 #1 FPGA(601) ~ #4 FPGA(601)에 의하여 A,B,C,D로 구분된 시간대별 구분 영역의 신호를 각각 전담 처리하며, 그 결과를 MPU(600)의 제어에 의하여 전송하여 Accumulate 시키고, MPU(600)에서는 이러한 각 구간의 신호를 하나의 송신 펄스에 의한 수신 파형으로 합성하여 도12 하단으로 보인 합성 파형을 출력시킨다.

이러한 합성 파형은 첫째: 가장 먼저 들어온 신호(a), 둘째: 가장 늦게 들어 온 신호(b), 셋째: 가장 레벨이 높은 신호(c)중 어느 하나를 선택하도록 시스템의 초기화 작업시에 초기값으로 세팅시켜 줌으로써 어느 하나의 신호에 의하여 거리를 산출하도록 한다.

이와 같이 함으로써 본 발명은 복수개의 FPGA(601)에 의하여 MPU(600)에 의한 데이터 처리 속도의 한계를 극복하여 매우 빠른 연산속도를 제공하므로 PRF가 매우 높음에도 불구하고 원활하게 데이터를 처리하여 안정적인 성능을 유지할 수 있게 되는 것이다.

또한, 상술한 과정에서 산출된 목표물과의 거리 데이터는 MPU(600) 내장 또는 별도로 설치되는 외장메모리에 저장하여 추후 사고 발생시에 활용할 수 있도록 한다.

아울러, 본 발명에서는 장대 교량인 경우에 도7로 보인 바와 같이 복수개의 설정 높이 이상의 원거리 물체 실시간 감지 시스템을 설치하여 줌으로써 전체 교량에 걸쳐서 감지거리 이내로 접근하는 선박의 유무를 검출할 수 있게 된다.

이를 위하여 본 발명에서는 감지 반경을 감안하여 일예로 감지 반경이 2km로 되는 경우에 교량의 길이가 약 5km 정도 이면 3대의 시스템을 설치하여 균등 배열, 설치함으로써 원하는 감지 영역을 거의 완전하게 커버할 수 있게 되는 것이다.

또한, 본 발명에서는 교량의 상부 구조 최저 높이 이상으로 선박 위를 나는 조류가 출현하는 경우 조류에 의하여 저출력 레이저 송수신 장치는 조류의 높이를 선박의 높이로 검출하게 됨이 불가피하다. 이러한 조류에 의한 오동작은 본 발명의 작동 신뢰성을 저하시킬 수 있다.

그러므로 본 발명은 연구과정에서 비행중인 조류에 대하여 레이저를 발사하여 레이저 수광수단(200)으로 입사되었을 시 신호 레벨이 불안정하게 변화함을 확인할 수 있었으며, 이러한 실험 결과를 다음의 <표1>로 나타내었다.

검출 레벨 낮은 순위	증폭신호출력값	최저레벨 기준 백분율
1	289.00㎷	100.00%
2	505.90㎷	175.05%
3	530.80㎷	183.67%
4	570.30㎷	197.34 %
5	587.30㎷	203.22%
6	595.00㎷	205.88
7	691.00㎷	231.10%
8	786.00㎷	271.98%

<표1>이에서 볼 수 있는 바와 같이 198m의 거리에서 조류에 레이저광을 조사하여 얻은 반사되는 레이저광의 수신 레벨은 171.98%의 변화를 보였다. 이러한 수신 레벨의 변화는 도13로 보인 갈매기의 비행 태세가 머리와 몸체 모두 상당히 큰 폭으로 진동하고 있음을 보더라도 진동에 의한 표면적의 큰 변화를 보이고 있으며,

이에 더하여 도14 내지 도16으로 보인 조류의 연속적인 날개 동작에서 레이저 접근 검출 장치(500)를 향하여 오는 선박과 함께 비행하는 조류의 전방에서 보았을 때 날개의 올림 동작시에 날개의 표면이 최대화되고, 날개의 내림 동작시에 날개의 표면적이 최소로 되며, 이들 표면적을 픽셀로 환산하여 새로이 작성된 픽셀카운터 프로그램에 의하여 확인한 모니터로 표시되는 아래의 <표2>, <표3>, <표4>로 보인 바와 같은 표면적의 증감 변화에 의하여 레이저가 반사되는 표면적의 불안정한 변화가 발생함을 검증할 수 있었으며, 이를 <표5>로 정리하였다.

일련번호	날개 짓 동작	Pixel 수	Pixel Rate	비고
1	날개 상방	9403	145.98%	좌기 비율은 날개 중간 동작의 픽셀을 기준으로 하여 산출한 것임.
2	날개 중간	6441	100%
3	날개 하방	6610	102.63%

이러한 날개 동작의 촬영 및 이미지 프로세싱에 의한 그림 파일을 도14 내지 도16로 보였다. 이에 더하여 조류는 비행중 날개를 몸이 따라가는 진동 동작으로 비행을 하게 되므로 결국 조류의 비행 중 도13으로 보인 바와 같은 날개 짓에 의하여 조류의 전방 관측 면적에 변화가 발생한다.

본 발명에서는 반사파 입력 레벨 유지 시간이 길게 유지되기 어려운 조류의 날개 동작과 선박의 구조물에 의한 안정적인 반사파를 식별하기 위하여 예를 들면 3초의 안정적 출력레벨 유지 여부를 판단하여 조류와 선박의 식별기준으로 삼았다.

그러므로 MPU(600)에서는 도17로 보인 바와 같이 편의상 레이저 수광수단(200) 신호 레벨이 3초 이상 유지되는 지의 여부를 검사하여 조류 인지 선박인지를 판정하며, 이와 같이 하여, 조류로 판정된 경우에는 출력포트로 경보 출력을 발생시키지 않게 되는 것이고 선박인 것으로 판정된 경우에는 시간과 거리 데이터를 출력시켜 메모리에 저장하게 되는 것이다. 이러한 식별 동작의 구현을 위하여 별도의 추가적인 하드웨어 구성은 불필요하며, 교량 상부구조 보호를 위한 회로의 구성인 도4를 그대로 활용하면 되는 것이다.

아울러 본 발명에서는 경보 드라이버(700) 및 무선 경보 드라이버(800)가 MPU(600)에 연결되는 것이다. 이에 따라, MPU(600)에서 선박의 접근을 감지하였을 시, 선박의 승무원이 사이렌이나 스피커의 음성을 들을 수 있는 근거리에 접근하였을 시에는 교량의 상부 구조를 보호를 위하여 1km 미만의 거리에서 도22로 보인 바와 같은 경광등(701), 사이렌, 디지털 오디오녹음기, 마이크 등을 사용하여 빛과 소리로 경보하여 신속히 회항하거나 항로를 수정할 것을 요구하여야 한다.

또한 선박의 승무원이 경광등(701)이나 경보음 스피커(702)의 소리를 듣기 어려운 1km 이상의 원거리에서는 비상무선 채널(비상호출응답주파수 CH 16 (156.80 MHz 또는 27.8224MHz)을 가동시킬 수 있는 비상 무선 송신기(801)를 제어하여 선원에게 상황을 전파하여 신속히 회항하거나 항로를 수정하도록 요구하게 된다.

또한, 본 발명에서는 교량의 교각을 향하여 똑바로 접근하는 선박이 있는 경우에 이를 감지하여 경보함으로써 선박의 승무원이 항로를 수정하여 교각과의 충돌을 피할 수 있도록 조치하게 된다.

이를 위하여 본 발명에서는 도18로 보인 바와 같이 접근 검출 장치(500)를 교각의 수면위에 설치하되, 접근하는 각종 선박 중 높이가 가장 낮은 선박을 기준을 감지할 수 있도록 가급적 낮은 위치에 설치하게 된다.

이러한 본 발명에서의 접근 검출장치는 레이저 발광수단(100)과, 레이저 발광수단(100)을 제어하기 위한 콘트롤부(102), 레이저 수광수단(200)과, 레이저 수광수단(200)의 출력 및 레이저 발광수단(100)에서 감지되는 포토디텍터의 출력을 제공하기 위한 검출수단(300) 그리고 이들을 제어하기 위한 MPU(600)로 접근 검출 장치(500)을 구성한다.

아울러, 본 발명에서는 접근 검출 장치(500)의 발광수단(100)을 1개로 하며, 그 CW 출력은 0.2μW ~ 0.4μW로 하며, 레이저 발광수단(100)과 레이저 수광수단(200)의 전방에는 집광렌즈(202)를 설치하고, 집광렌즈(202)의 구경은 40㎜ 내지 60㎜로 하고, 촛점거리는 60㎜ 내지 100㎜로 한다.

이러한 형태로 된 본 발명에 의한 교각에 설치되는 접근 검출 장치(500)는 도20으로 보인 바와 같이 교량의 상판 배열 방향에 직교하는 방향으로 향하도록 레이저를 발사하는 레이저 발광수단(100) 및 레이저 수광수단(200)이 각 교각마다 1개씩 설치된다.

이러한 상태에서 교각#1, 교각#3을 향하여 똑바로 접근하는 선박#1, 선박#3가 있다면 교각#1, 교각#3에 설치된 접근 검출 장치(500)의 레이저 수광수단(200)은 소정의 출력을 발생시키게 되고, 교각#2에 설치된 레이저 수광수단(200)은 출력을 발생시키지 않게 된다.

그러므로 교각#1, 교각#3에 설치된 접근 검출 장치(500)에 의하여 MPU(600)가 경보 출력을 내게 되고, 이에 따라 경보 드라이버(700)가 작동하게 된다.

이러한 교각에 설치되는 접근 검출 장치(500)는 원거리에서부터 감지할 필요가 적으며, 예를 들면 500m의 거리에서 1차 감지 및 경보하고, 250m의 거리에서 2차 감지 및 경보하는 것으로 할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 실시예에서는 MPU(600)와 연결되어 MPU(600)에서 산출된 거리 값에 상응하여 1차 감지 및 경보 시에는 비상무선통신기를 작동시키기 위한 무선 경보 드라이버(800)가 작동하도록 하고, 2차 감지 및 경보하는 경우에는 무선 경보 드라이버(800)의 작동과 함께 경광등(701) 및 경음기를 구동하기 위한 경보 드라이버(700)가 모두 작동될 수 있다.

이러한 실시예에 의한 본 발명의 작동을 더욱 구체적으로 설명한다.

도21으로 보인 흐름도에 의한 sub routine을 수행하기 위한 프로그램이 MPU(600)에 내장되거나 외장된 메모리에 수록되어 수행되는 것이다.

이러한 동작을 위하여 MPU(600)는 전원이 투입된 초기에 회로에 연결된 레이저 발광수단(100), 콘트롤부(102), 검출수단(300), 레이저 수광수단(200) 등을 확인하고 작동에 필요한 각종의 초기 세팅값 들을 메모리로부터 읽어 들어 작동을 개시하는 시스템 초기화단계를 실시한다.

위에서 기술한 바와 같이 MPU(600)가 작동을 개시하면 콘트롤부(102)을 제어하여 레이저 다이오드(101) 및 그 구동 드라이버(LASER DIODE & DRIVER)로 구성된 레이저 발광수단(100)이 작동하여 도8로 보인 바와 같이 1㎳ 동안 20㎱의 유지시간을 갖는 펄스가 공급되도록 함으로써 PRF를 1㎑로 유지하는 레이저 발사단계를 실시한다.

또한, 이러한 레이저 발광수단(100)에는 포토디텍터가 내장되어 레이저광의 출발과 동시에 포토디텍터에서 출력이 발생되고, 이러한 출력은 검출수단(300)(DECT.)에서 감지되어 MPU(600)로 인가되고 MPU(600)는 이때의 시간을 기억하며, 이와 같이 하여 발사된 레이저광에 의한 출력은 목표물에 도달한 후 반사되어 다시 레이저 수광수단(200)의 APD(201)에 도달하고, APD(201)의 출력신호는 프리앰프에서 적절한 출력 레벨로 증폭되어 접근 물체 유무를 판정하는 레이저 광 수신 여부 판정 단계와, 검출수단(300)(DECT.)를 거쳐서 MPU(600)에 인가되어 MPU(600)가 종전에 수신한 포토디텍터에 의하여 제공된 출발시간과 집광된 레이저광에 의한 출력인 반사파의 입사 시간의 시간차이를 산출하여 레이저 광이 발사에서 입사까지의 소요되는 비행 시간을 산출하며, 빛의 속도에 근거하여 선박과 교각과의 거리를 산출하는 거리 산출 단계와,

이와 같이 하여 교각과 선박간의 거리가 250m 내지 500m 사이이며, 선박의 접근 신호가 검출되는 원거리에서는 지속시간이 설정시간인 5초를 경과하면 즉각 비상무선통신기를 작동시켜 항로 수정을 요구하게 되는 것이고, 교각과 선박간의 거리가 250m 미만인 근거리이며, 선박의 접근신호가 검출되는 지속시간이 설정시간인 3초를 경과하면 경광등(701), 경음기 등이 작동되는 것이어서 선박의 승무원으로 하여금 항로를 수정하도록 유도할 수 있게 되는 경보 단계를 구비하여서 된 것이다. 이와 같이 하여 본 발명에서는 단순히 교각 500m 이내의 구간에서 교각 앞을 통과하는 선박에 대하여 경보를 발하지 않게 되어 불필요한 오동작을 방지할 수 있게 된다.

아울러, 이러한 실시예에서도 도22로 보인 바와 같이 상기 레이저 접근 검출 장치(500)의 MPU(600) 출력포트에 통상의 경광등(701), 경보음 스피커(702)로 구성된 경보 드라이버(700)나 비상 무선 송신기(801) 등에 의한 무선 경보 드라이버(800)를 연결하여 제어 출력에 따라 작동되도록 함은 물론이다.

100:레이저 발광수단 200:레이저 수광수단 101:레이저 다이오드
102:콘트롤부 300:검출수단 600:MPU
601:FPGA 500:레이저 검출장치 201:APD
202:집광렌즈 700:경보 드라이버 701:경광등
702:경보음 스피커 800:무선경보 드라이버 801: 무선송신기

Claims

레이저 발광수단과, 레이저 발광수단을 제어하기 위한 콘트롤유닛, 레이저 수광수단과, 레이저 수광수단의 출력 및 레이저 발광수단에서 감지되는 포토디텍터의 출력을 제공하기 위한 검출수단 그리고 이들을 제어하기 위한 MPU로 구성된 접근검출유닛과,
상기 레이저 발광수단의 레이저 다이오드를 복수개로 하고, 상기 레이저 수광수단의 APD 전방에 집광렌즈를 설치하며,
상기 MPU 출력포트와 연결되어 작동 제어되는 경보 드라이버 및 무선 경보 드라이버를 접속함과 아울러 교량의 상부 구조 직하단의 교량 중앙에 상기 레이저 발광수단과, 레이저 수광수단을 설치하여 수평으로 레이저를 발, 수광하도록 함을 특징으로 하는 교량 보호를 위한 선박 접근 경보 시스템.
레이저 발광수단과, 레이저 발광수단을 제어하기 위한 콘트롤유닛, 레이저 수광수단과, 레이저 수광수단의 출력 및 레이저 발광수단에서 감지되는 포토디텍터의 출력을 제공하기 위한 검출수단 그리고 이들을 제어하기 위한 MPU로 구성된 접근검출유닛과,
상기 MPU 출력포트와 연결되어 작동 제어되는 경보 드라이버 및 무선 경보 드라이버를 접속함과 아울러 장대 교량의 상부 구조 직하단에 접근 감지 반경에 상응하는 거리 간격으로 복수개의 상기 레이저 발광수단과, 레이저 수광수단을 설치하여 수평으로 레이저를 발, 수광하도록 함을 특징으로 하는 교량 보호를 위한 선박 접근 경보 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 검출수단과 MPU사이에 n개의 FPGA가 연결됨을 특징으로 하는 교량 보호를 위한 선박 접근 경보 시스템.
전원이 투입 초기에 회로에 연결된 레이저 송광모듈, 콘트롤유닛, 검출수단, 레이저 수광모듈 등의 접속을 확인하고 작동에 필요한 각종의 초기 세팅값 들을 메모리로부터 읽어 들어 작동을 개시하는 시스템 초기화 단계와,
콘트롤유닛을 제어하여 레이저 다이오드 및 그 구동 드라이버로 구성된 레이저 발광수단에 펄스가 공급되도록 하되, 복수개의 레이저 다이오드를 동시에 구동하도록 하는 레이저 발사 단계와,
레이저 발광수단에 내장된 포토디텍터의 출력이 레이저광의 출발과 동시에 발생되고, 이러한 출력은 검출수단에서 감지되어 MPU로 인가됨으로써 이때의 시간을 MPU가 기억하며, 발사된 레이저광에 의한 출력이 목표물에 도달한 후 반사되어 다시 레이저 수광모듈의 APD에 도달하기 전에 집광 렌즈에 의한 집광 단계를 거침으로 인텐시티를 향상시켜 접근 물체 유무를 판정하는 레이저 광 수신 여부 판정단계와,
수신된 레이저 광에 의한 APD의 출력신호가 프리앰프에서 적절한 출력 레벨로 증폭된 다음 검출수단을 거쳐서 MPU에 인가되어 MPU가 종전에 수신한 포토디텍터에 의하여 제공된 출발시간과 집광된 레이저광에 의한 출력인 반사파의 입사 시간의 시간차이를 산출하여 레이저 광이 발사에서 입사까지의 소요되는 비행시간을 산출하며, 빛의 속도에 근거하여 선박과 교량과의 거리를 산출하는 거리 산출 단계와, 산출된 거리에 상응하여 원거리인 경우에는 무선 경보 드라이버를 가동하고, 근거리인 경우에는 무선 경보 드라이버와 경보 드라이버를 동시에 가동하도록 함을 특징으로 하는 교량 보호를 위한 선박 접근 경보 방법.
전원이 투입 초기에 회로에 연결된 레이저 송광모듈, 콘트롤유닛, 검출수단, 레이저 수광모듈 등의 접속을 확인하고 작동에 필요한 각종의 초기 세팅값 들을 메모리로부터 읽어 들어 작동을 개시하는 시스템 초기화 단계와,
콘트롤유닛을 제어하여 레이저 다이오드 및 그 구동 드라이버로 구성된 레이저 발광수단에 펄스가 공급되도록 하되, 복수개의 레이저 다이오드를 동시에 구동하도록 하는 레이저 발사 단계와,
레이저 발광수단에 내장된 포토디텍터의 출력이 레이저광의 출발과 동시에 발생되고, 이러한 출력은 검출수단에서 감지되어 MPU로 인가됨으로써 이때의 시간을 MPU가 기억하며, 발사된 레이저광에 의한 출력이 목표물에 도달한 후 반사되어 다시 레이저 수광모듈의 APD에 도달하기 전에 집광 렌즈에 의한 집광 단계를 거침으로 인텐시티를 향상시켜 접근 물체 유무를 판정하는 레이저 광 수신 여부 판정단계와,
수신된 레이저 광에 의한 APD의 출력신호가 프리앰프에서 적절한 출력 레벨로 증폭된 다음 검출수단을 거쳐서 MPU에 인가되어 MPU가 종전에 수신한 포토디텍터에 의하여 제공된 출발시간과 집광된 레이저광에 의한 출력인 반사파의 입사 시간의 시간차이를 산출하여 레이저 광이 발사에서 입사까지의 소요되는 비행시간을 산출하며, 빛의 속도에 근거하여 선박과 교량과의 거리를 산출하는 거리 산출 단계와,
상기 비행시간 동안 입력된 수많은 데이터에서 레이저 수광신호를 적출하기 위한 신호 처리를 실시하되, 이러한 수많은 데이터를 시간 분할 영역을 선정하고, 각 분할된 시간 분할 영역마다 전담 FPGA를 두어 데이터를 처리한 후 처리된 데이터를 계산이 완료되는 순서로 MPU에서 합성하여 줌으로써 약
배 빨라진 속도로 데이터 처리가 가능하도록 하는 단계와,
산출된 거리에 상응하여 원거리인 경우에는 무선 경보 드라이버를 가동하고, 근거리인 경우에는 무선 경보 드라이버와 경보 드라이버를 동시에 가동하도록 함을 특징으로 하는 교량 보호를 위한 선박 접근 경보 방법.
작동을 위하여 시스템을 초기화하는 단계와,
신호 유지 시간을 설정하는 단계와,
레이저 수광수단 신호 레벨이 있는지의 여부를 판정하는 단계와,
레이저 수광신호가 있는 경우 설정된 레벨 이상인지의 여부를 판정하는 단계와, 수신된 신호 레벨의 유지시간을 측정하는 단계와,
유지시간이 설정된 시간 이상 유지되는 경우에는 선박의 신호로 판정하고 시간과 거리값 데이터를 산출하여 출력시키는 단계와,
유지시간이 설정된 시간 미만인 경우에 조류로 간주하고 선박 높이 감지 데이터를 소거하는 단계를 구비함을 특징으로 하는 교량 보호를 위한 선박 접근 경보 방법.
레이저 발광수단과, 레이저 발광수단을 제어하기 위한 콘트롤유닛, 레이저 수광수단과, 레이저 수광수단의 출력 및 레이저 발광수단에서 감지되는 포토디텍터의 출력을 제공하기 위한 검출수단 그리고 이들을 제어하기 위한 MPU로 구성된 접근검출유닛과,
상기 레이저 발광수단의 레이저 다이오드를 복수개로 하고, 상기 레이저 수광수단의 APD 전방에 집광렌즈를 설치하며,
상기 MPU 출력포트와 연결되어 작동 제어되는 경보 드라이버 및 무선 경보 드라이버를 접속함과 아울러 교량의 상판 배열 방향에 직교하는 방향으로 향하도록 레이저를 발사하는 레이저 발광수단 및 레이저 수광수단을 각 교각마다 설치하여 수평으로 레이저를 발,수광하도록 함을 특징으로 하는 교량 보호를 위한 선박 접근 경보 시스템.
전원이 투입 초기에 회로에 연결된 레이저 송광모듈, 콘트롤유닛, 검출수단, 레이저 수광모듈 등의 접속을 확인하고 작동에 필요한 각종의 초기 세팅값 들을 메모리로부터 읽어 들어 작동을 개시하는 시스템 초기화 단계와,
콘트롤유닛을 제어하여 레이저 다이오드 및 그 구동 드라이버로 구성된 레이저 발광수단에 펄스가 공급되도록 하는 레이저 발사 단계와,
레이저 발광수단에 내장된 포토디텍터의 출력이 레이저광의 출발과 동시에 발생되고, 이러한 출력은 검출수단에서 감지되어 MPU로 인가됨으로써 이때의 시간을 MPU가 기억하며, 발사된 레이저광에 의한 출력이 목표물에 도달한 후 반사되어 수신된 레이저 광에 의한 APD의 출력신호가 프리앰프에서 적절한 출력 레벨로 증폭되어 접근 물체 유무를 판정하는 레이저 광 수신 여부 판정단계와,
검출수단을 거쳐서 MPU에 인가되어 MPU가 종전에 수신한 포토디텍터에 의하여 제공된 출발시간과 집광된 레이저광에 의한 출력인 반사파의 입사 시간의 시간차이를 산출하여 레이저 광이 발사에서 입사까지의 소요되는 비행시간을 산출하며, 빛의 속도에 근거하여 선박과 교각과의 거리를 산출하는 거리 산출 단계와, 산출된 거리에 상응하여 원거리인 경우에는 무선 경보 드라이버를 가동하고, 근거리인 경우에는 무선 경보 드라이버와 경보 드라이버를 동시에 가동하도록 하는 경보 단계를 구비함을 특징으로 하는 교량 보호를 위한 선박 접근 경보 방법.