KR20140052313A - 조종 성능 평가 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

조종 성능 평가 장치는 계측 장치로부터 계측 정보를 수신하는 계측 정보 수신부, 선박 컴퓨터로부터 선박 정보를 수신하는 선박 정보 수신부, 계측 정보 및 선박 정보를 참조하여 선박에 가해지는 외력을 산출하는 외력 연산부, 선박 정보에 상응하는 선박의 움직임을 외력에 따라 보정하여 조종 운동 정보를 생성하는 운동 연산부 및 조종 운동 정보에 상응하는 선박의 움직임이 미리 지정된 조건을 만족하는 여부를 나타내는 평가 정보를 생성하는 평가부를 포함한다.

Description

조종 성능 평가 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TESTING MANEUVERABILITY}
본 발명은 조종 성능을 평가하는 기술에 관한 것으로, 특히 바람, 조류, 파도에 따라 운동의 영향을 크게 받는 선박의 조종 성능을 평가하는 기술에 관한 것이다.
선박은 건조된 후 선박의 조종 성능의 평가가 필요하다. 일반적으로 조종 성능 평가는 선박을 해상에서 시운전하는 것으로 진행된다. 해상에서 시운전되는 선박은 선박 자체의 조종에 따라 이루어지는 조종 운동 이외에 바람, 조류, 파도 등에 의해 선박에 가해지는 외력에 의해 운동한다.
상술한 외력에 의한 운동을 배제한 환경에서 선박의 조종 성능이 평가되는 것이 이상적이나 외력을 배제한 환경을 구비하는 것은 현실적으로 어려움이 크기 때문에 일반적으로 선박의 조종 성능 평가는 해상에서 수행된다.
본 발명은 외력에 따른 영향을 배제한 조종 성능 평가를 수행하는 조종 성능 평가 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 계측 장치로부터 계측 정보를 수신하는 계측 정보 수신부; 선박 컴퓨터로부터 선박 정보를 수신하는 선박 정보 수신부;상기 계측 정보 및 상기 선박 정보를 참조하여 선박에 가해지는 외력을 산출하는 외력 연산부; 상기 선박 정보에 상응하는 선박의 움직임을 상기 외력에 따라 보정하여 조종 운동 정보를 생성하는 운동 연산부; 및 상기 조종 운동 정보에 상응하는 선박의 움직임이 미리 지정된 조건을 만족하는 여부를 나타내는 평가 정보를 생성하는 평가부를 포함하는 조종 성능 평가 장치가 제공된다.
상기 계측 정보는 바람의 속도와 입사각, 조류의 속도와 입사각 및 파도의 파장과 파고 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 선박 정보는 선박의 무게 중심, 부력중심, 메타센터 높이, 유체동역학 데이터, 선박의 방향, 위치 및 속도 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 운동 연산부는 선박에 상기 외력과 크기가 같고 방향이 반대인 힘을 가하는 시뮬레이션을 통해 상기 선박의 움직임을 보정할 수 있다.
상기 조종 운동 정보에 따른 상기 선박의 움직임을 미리 지정된 외력에 따라 보정하여 가상의 조종 궤적을 모사하는 조종 궤적 모사부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 조종 성능 평가 장치가 조종 성능을 평가하는 방법에 있어서, 계측 장치로부터 계측 정보를 수신하는 단계; 선박 컴퓨터로부터 선박 정보를 수신하는 단계; 상기 계측 정보 및 상기 선박 정보를 참조하여 선박에 가해지는 외력을 산출하는 단계; 상기 선박 정보에 상응하는 선박의 움직임을 상기 외력에 따라 보정하여 조종 운동 정보를 생성하는 단계; 및 상기 조종 운동 정보에 상응하는 선박의 움직임이 미리 지정된 조건을 만족하는 여부를 나타내는 평가 정보를 생성하는 단계;를 포함하는 조종 성능 평가 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면 외력이 존재하는 해상에서 선박의 조종 성능을 정확하게 평가할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조종 성능 평가 장치를 포함하는 조종 성능 평가 시스템을 예시한 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조종 성능 평가 장치를 예시한 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 조종 성능 평가 장치가 선박의 조종 성능을 평가하는 방법을 예시한 순서도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 조종 성능 평가 장치가 상이한 파장의 파랑에 의한 외력의 영향을 받은 선박의 움직임을 모사하여 산출한 선회 궤적을 예시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 조종 성능 평가 장치가 상이한 방향의 파랑에 의한 외력의 영향을 받은 선박의 움직임을 모사하여 산출한 선회 궤적을 예시한 도면.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조종 성능 평가 장치를 포함하는 조종 성능 평가 시스템을 예시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 조종 성능 평가 시스템은 계측 장치(30), 선박 컴퓨터(40) 및 조종 성능 평가 장치(100)를 포함한다.
계측 장치(30)는 선박에 부착되어 바람의 속도 및 입사각(선박의 선수각를 기준으로 하였을 경우, 바람 입사 방향의 상대 각도)을 포함하는 바람 데이터 및 조류의 속도 및 입사각(선박의 선수각을 기준으로 하였을 경우, 조류 입사 방향의 상대 각도)을 포함하는 조류 데이터(Current data)를 산출한다. 또한, 계측 장치(30)는 파도의 파장 및 파고를 측정한다.
선박 컴퓨터(40)는 선박에 구비된 각종 시스템에서 생성되는 데이터를 관리하는 로드 컴퓨터(Load computer)이다. 선박 컴퓨터(40)는 선박의 무게 중심, 부력중심, 메타센터 높이, 유체동역학 데이터 등의 선박에 대한 규격에 관한 데이터, 선박의 방향, 위치, 속도를 포함하는 선박 정보를 저장할 수 있다.
조종 성능 평가 장치(100)는 계측 장치(30)로부터 바람 데이터, 조류 데이터, 파장 및 파고 중 하나 이상을 수신하고, 선박 컴퓨터(40)로부터 선박 정보를 수신한다. 조종 성능 평가 장치(100)는 바람 데이터, 조류 데이터, 파장 및 파고 중 하나 이상과 선박 정보에 따라 선박에 가해지는 외력을 산출하고, 외력이 가해지지 않은 상황에서 선박의 조종에 따른 6 자유도 운동을 시뮬레이션한다. 조종 성능 평가 장치(100)는 시뮬레이션된 6 자유도 운동을 분석하여 평가 정보를 산출한다. 평가 정보는 선박의 운동 능력에 대해 미리 지정된 하나 이상의 조건을 만족하는 여부를 나타내는 정보이다. 예를 들어, 평가 정보는 Turning ability, Initial turning ability, Yaw-checking and course-keeping abilities, Stopping ability 등의 국제해사기구(IMO)에 의해 지정된 조건을 만족하는 여부를 나타내는 정보일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이하, 도 2를 참조하여, 조종 성능 평가 장치(100)의 세부 구성에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조종 성능 평가 장치를 예시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 조종 성능 평가 장치(100)는 입력부(110), 제어부(120), 계측 정보 수신부(130), 선박 정보 수신부(140), 외력 연산부(150), 운동 연산부(160), 평가부(170) 및 조종 궤적 모사부(180)를 포함한다.
입력부(110)는 사용자로부터 선박에 대한 조종 성능의 평가를 요청하는 요청 입력을 받는다. 이 때, 요청 입력은 선회 운동 또는 지그재그 운동 등의 미리 지정된 운동 패턴에 대한 시뮬레이션 모드를 선택하는 입력을 포함할 수 있다. 예를 들어 입력부(110)는 사용자로부터 선회 운동에 대한 조종 성능 평가를 요청하는 요청 입력을 받을 수 있다.
제어부(120)는 요청 입력에 입력부(110)가 수신하는 경우 계측 정보 수신부(130)로 바람 데이터, 조류 데이터, 파장 및 파고 중 하나 이상을 포함하는 계측 정보를 요청한다.
계측 정보 수신부(130)는 계측 장치(30)로 계측 정보를 요청한다. 계측 정보 수신부(130)는 제어부(120)로 계측 정보를 전송한다.
제어부(120)는 선박 정보 수신부(140)를 통해 선박 컴퓨터(40)로부터 선박 정보를 수신한다.
제어부(120)는 계측 정보 및 선박 정보를 외력 연산부(150)로 전송한다. 외력 연산부(150)는 계측 정보 및 선박 정보에 따라 외력을 산출한다. 예를 들어, 외력 연산부(150)는 파장 및 파고에 따른 파력(wave force), 바람 데이터에 따른 풍력(wind force), 조류 데이터에 따른 조력(current force)를 산출할 수 있다.
제어부(120)는 외력 및 선박 정보를 운동 연산부(160)로 전송한다. 운동 연산부(160)는 외력 및 선박 정보를 이용하여 외력이 존재하지 않는 환경에서 선박의 6 자유도 운동을 시뮬레이션하여, 외력이 존재하지 않는 환경에서 선박의 움직임을 나타내는 조종 운동 정보를 생성한다. 즉, 운동 연산부(160)는 선박 정보에 포함된 선박의 방향, 위치 및 속도에 따른 선박의 6 자유도 운동에 영향을 주는 외력을 보정하는 시뮬레이션을 수행할 수 있다. 예를 들어, 운동 연산부(160)는 선박 정보에 따른 미리 지정된 복수의 시뮬레이션 모델에 외력 연산부(150)를 통해 산출된 외력을 적용하여 시뮬레이션한다. 이 때, 복수의 시뮬레이션 모델은 선박의 움직임을 계산하는 수학 모델을 하나 이상 포함할 수 있다. 이 때, 운동 연산부(160)는 시뮬레이션된 선박의 움직임이 선박 정보에 포함된 선박의 방향, 위치 및 속도에 따른 움직임과 매칭되는 복수의 시뮬레이션 모델 중 하나를 선정한다. 운동 연산부(160)는 선정된 시뮬레이션 모델에 외력이 적용되지 않은 선박의 움직임을 시뮬레이션할 수 있다.
운동 연산부(160)는 시뮬레이션을 통해 조종 운동 정보를 생성하여 제어부(120)로 전송한다.
제어부(120)는 조종 운동 정보 및 요청 입력에 따라 선택된 시뮬레이션 모드를 식별할 수 있는 모드 식별정보를 평가부(170)로 전송하여 조종 운동에 대한 평가를 요청한다. 평가부(170)는 조종 운동 정보에 따른 선박의 움직임이 미리 설정된 하나 이상의 조건에 만족하는지 판단하고, 해당 조건에 만족하는 여부를 나타내는 평가 정보를 생성한다. 이 때, 평가부(170)는 각 모드 식별정보에 상응하는 조건을 저장할 수 있고, 조종 운동 정보에 따른 선박의 움직임이 모드 식별정보에 상응하는 조건을 만족하는 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 평가부(170)는 선회 운동에 상응하는 모드 식별정보, 및 조종 운동 정보를 수신하는 경우, 조종 운동 정보에 따른 선박의 움직임이 선회 운동에 상응하도록 미리 설정된 조건을 만족하는 여부를 판단하여 평가 정보를 생성한다.
또한, 입력부(110)는 사용자로부터 조종 궤적 모사를 요청하는 모사 요청 입력을 받아 제어부(120)로 전송할 수 있다. 제어부(120)는 모사 요청 입력에 따라 조종 운동 정보를 조종 궤적 모사부(180)로 전송한다. 조종 궤적 모사부(180)는 조종 운동 정보에 따른 선박의 움직임을 미리 지정된 파장, 파고 및 파주기에 따라 보정하여, 선박이 미리 지정된 파장, 파고 및 파주기에 따른 파랑에 의한 외력을 받고 있을 경우, 선박의 움직임을 모사한다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 조종 성능 평가 장치(100)는 외력이 존재하지 않는 환경에서 선박의 움직임뿐만 아니라, 상이한 외력에 따라 발생하는 선박의 움직임을 모사할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 조종 성능 평가 장치가 선박의 조종 성능을 평가하는 방법을 예시한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 단계 310에서 조종 성능 평가 장치(100)는 사용자의 입력에 따라 시뮬레이션 모드를 선정한다. 예를 들어, 조종 성능 평가 장치(100)는 선회 운동 또는 지그재그 운동에 상응하는 시뮬레이션 모드 중 어느 하나를 선택하는 사용자 입력에 따라 선택된 시뮬레이션 모드를 선정한다.
단계 320에서 조종 성능 평가 장치(100)는 선박 컴퓨터(40)로부터 선박 정보를 수신한다. 예를 들어, 조종 성능 평가 장치(100)는 선박의 무게 중심, 부력중심, 메타센터 높이, 유체동역학 데이터 등의 선박에 대한 규격에 관한 데이터와 선박의 현재 방향, 위치, 선박을 조종하기 위한 조종자 입력 등을 포함하는 선박 정보를 선박 컴퓨터(40)로부터 실시간으로 수신한다.
단계 330에서 조종 성능 평가 장치(100)는 계측 장치(30)로부터 계측 정보를 수신한다. 예를 들어, 조종 성능 평가 장치(100)는 바람 데이터, 조류 데이터, 파장 및 파고 중 하나 이상을 포함하는 계측 정보를 수신한다.
단계 340에서 조종 성능 평가 장치(100)는 선박 정보 및 계측 정보를 이용하여 선박에 가해지는 외력을 연산한다. 예를 들어, 조종 성능 평가 장치(100)는 선박 정보 및 계측 정보를 이용하여 풍력, 조력, 파력 중 하나 이상을 연산한다.
단계 350에서 조종 성능 평가 장치(100)는 외력 및 선박 정보를 이용하여 외력이 작용하지 않는 환경에 있는 선박의 움직임을 시뮬레이션하여 조종 운동 정보를 생성한다. 예를 들어, 조종 성능 평가 장치(100)는 복수의 시뮬레이션 모델 중 산출된 외력을 적용하여 시뮬레이션된 선박의 움직임이 선박 정보와 매칭되는 시뮬레이션 모델을 선정할 수 있다. 조종 성능 평가 장치(110)는 선정된 시뮬레이션 모델을 이용하여 외력을 적용하지 않고 시뮬레이션하여 조종 운동 정보를 생성할 수 있다.
단계 360에서 조종 성능 평가 장치(100)는 조종 운동 정보에 상응하는 선박의 움직임이 단계 310에서 선정한 시뮬레이션 모드에 대해 미리 설정된 하나 이상의 조건을 만족하는 여부를 나타낸 평가 정보를 생성한다.
조종 성능 평가 장치(100)는 상술한 단계 360과는 별도로 조종 운동 정보에 상응하는 선박의 움직임을 미리 설정된 파고, 파장, 파주기, 파랑의 방향에 따라 발생하는 외력에 따라 보정하여, 상이한 파랑에 의한 외력의 영향을 받을 경우의 선박 움직임을 모사하는 단계가 추가될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 조종 성능 평가 장치가 상이한 파장의 파랑에 의한 외력의 영향을 받은 선박의 움직임을 모사하여 산출한 선회 궤적을 예시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 조종 성능 평가 장치가 상이한 방향의 파랑에 의한 외력의 영향을 받은 선박의 움직임을 모사하여 산출한 선회 궤적을 예시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 파랑의 방향이 세로축의 마이너스 방향일 경우, 파랑의 영향을 받지 않은 선박의 선회 궤적(녹색선)은 원으로 수렴한다. 긴 파장의 파랑에 영향을 선박이 받을수록, 선회 궤적은 원에 가깝게 형성된다. 도 5를 참조하면, 선회 궤적은 파랑의 방향에 따라 상이하게 형성된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 조종 성능 평가 장치는 외력이 가해진 실재 발생한 선박의 움직임에서 가상적으로 외력의 영향이 없을 경우의 움직임뿐만 아니라 가상의 외력을 가했을 경우의 움직임을 모사할 수 있다. 즉, 조종 성능 평가 장치는 시운전에서 실재 발생한 외력과는 상이한 다양한 가상의 외력이 선박에 가해졌을 경우에 대한 선박의 움직임을 모사하여 다양한 환경에서의 조종 성능을 테스트할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예를 중심으로 살펴보았다. 전술한 실시 예 외의 많은 실시 예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 계측 장치로부터 계측 정보를 수신하는 계측 정보 수신부;
    선박 컴퓨터로부터 선박 정보를 수신하는 선박 정보 수신부;
    상기 계측 정보 및 상기 선박 정보를 참조하여 선박에 가해지는 외력을 산출하는 외력 연산부;
    상기 선박 정보에 상응하는 선박의 움직임을 상기 외력에 따라 보정하여 조종 운동 정보를 생성하는 운동 연산부; 및
    상기 조종 운동 정보에 상응하는 선박의 움직임이 미리 지정된 조건을 만족하는 여부를 나타내는 평가 정보를 생성하는 평가부를 포함하는 조종 성능 평가 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 계측 정보는 바람의 속도와 입사각, 조류의 속도와 입사각 및 파도의 파장과 파고 중 하나 이상을 포함하는 조종 성능 평가 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 선박 정보는 선박의 무게 중심, 부력중심, 메타센터 높이, 유체동역학 데이터, 선박의 방향, 위치 및 속도 중 하나 이상을 포함하는 조종 성능 평가 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 운동 연산부는 선박에 상기 외력과 크기가 같고 방향이 반대인 힘을 가하는 시뮬레이션을 통해 상기 선박의 움직임을 보정하는 조종 성능 평가 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 조종 운동 정보에 따른 상기 선박의 움직임을 미리 지정된 외력에 따라 보정하여 가상의 조종 궤적을 모사하는 조종 궤적 모사부를 더 포함하는 조종 성능 평가 장치.
  6. 조종 성능 평가 장치가 조종 성능을 평가하는 방법에 있어서,
    계측 장치로부터 계측 정보를 수신하는 단계;
    선박 컴퓨터로부터 선박 정보를 수신하는 단계;
    상기 계측 정보 및 상기 선박 정보를 참조하여 선박에 가해지는 외력을 산출하는 단계;
    상기 선박 정보에 상응하는 선박의 움직임을 상기 외력에 따라 보정하여 조종 운동 정보를 생성하는 단계; 및
    상기 조종 운동 정보에 상응하는 선박의 움직임이 미리 지정된 조건을 만족하는 여부를 나타내는 평가 정보를 생성하는 단계;를 포함하는 조종 성능 평가 방법.
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