KR20150139323A - 위성 통신과 애드혹 통신을 활용한 선박 충돌 방지 방법 - Google Patents

Abstract

위성 통신과 애드혹 통신을 활용한 선박 충돌 방지 기술이 개시된다. 본 발명의 일 면에 따른 위성 통신과 애드혹 통신을 활용한 선박 충돌 방지 방법은 위성 통신을 이용하여 기준 선박의 위치를 기준으로 소정 거리값 이내 위치한 적어도 하나의 근접 선박의 위치 정보를 수집하는 단계, 수집된 상기 위치 정보를 기반으로 상기 근접 선박 중 충돌 가능 선박을 결정하고, 상기 충돌 가능 선박과 애드혹 통신을 연결하는 단계, 애드혹 통신을 통해 상기 충돌 가능 선박으로부터 획득되는 충돌 가능 선박 정보를 이용하여 상기 충돌 가능 선박의 속도, 가속도, 상기 충돌 가능 선박과 상기 기준 선박 간의 거리 및 충돌 위험도 순위 중 적어도 하나를 산출하는 단계; 및 상기 충돌 가능 선박의 속도, 가속도, 상기 충돌 가능 선박과 상기 기준 선박 간의 거리 및 충돌 위험도 순위 중 적어도 하나를 기반으로 상기 기준 선박의 피항 항로 및 속도를 산출하는 단계를 포함한다.

Description

위성 통신과 애드혹 통신을 활용한 선박 충돌 방지 방법{METHOD FOR PREVENTING THE SHIP COLLISION USING BOTH SATELLITE COMMUNICATIONS AND AD-HOC COMMUNICATIONS}

본 발명은 선박 충돌 방지 시스템에 관한 것으로, 특히 위성 통신과 애드혹 통신을 유기적으로 사용하여 선박 충돌을 방지하는 방법에 관한 것이다.

선박 최단 정지거리 및 선회권은 충돌 가능 선박 추력의 크기, 기관의 종류, 배수량, 속력과 같은 선박 자체 정보와 바람, 조류와 같은 해상 환경에 의한 영향을 받는다. 따라서, 선박의 정보와 함께 해상 정보의 취득은 선박 충돌 방지 시스템 구현에 있어서 매우 중요하다.

이러한 선박 충돌 방지 시스템에서 선박의 최단 정지거리 및 선회권의 정확한 예측을 위해서는 해상 정보의 다양성으로 인해 많은 양의 데이터 정보가 필요하다. 그러나, 단위 시간 동안 많은 양의 데이터 전송을 위해서 높은 변조 방식을 사용하는 경우에는 오류 발생 확률이 증가하여 선박 충돌 발생 확률이 증가한다.

오늘날, 이러한 트레이드오프 문제를 해결하기 위해서 선박 자체적 정보 취득을 통한 선박 충돌 방지 시스템이나 위성 통신 시스템, 모바일 등을 통한 선박 충돌 방지 시스템 등이 연구되고 있다.

일 예로서, 국내 등록 특허 제10-1163734호의 방법은 선박에 장착된 센서를 통한 데이터를 취득해서 선박 충돌 방지를 수행한다. 그러나, 이러한 방법은 데이터 통신 시 발생하는 오류는 없으나, 데이터 취득을 위한 센서 성능에 의존하므로, 충돌 정보를 빨리 취득할 수 없는 단점이 존재한다.

다른 예로서, 국내 등록 특허 제10-1113312호의 방법은 AIS, PTMS, ECDIS 시스템의 통합을 통해서 정확한 선박 정보를 수신할 수 있다. 그러나, 이러한 방법은 전송 가능한 데이터의 제약, 시스템 간 통합에 의해서 발생하는 오버헤드 문제, 충돌 방지 항로 예측을 할 수 없는 단점이 존재한다.

또 다른 예로서, 국내 공개 특허 제10-2012-0025070호의 방법은 단말기를 통해서 상대 선박의 정보를 입력받아서 예상 항로를 미리 예측함으로써, 선박 충돌 방지 확률을 증가시킬 수 있다. 그러나, 이러한 방법은 전송 가능한 데이터의 제약으로 예상 항로 예측의 정확성이 감소하는 단점이 존재한다.

본 발명은 위성 통신과 애드혹 통신의 유기적인 사용을 통해서 저가, 저전력으로 선박들 간의 충돌 확률을 감소시킬 수 있도록 하는 기술적 방안을 제공함을 목적으로 한다.

전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 위성 통신과 애드혹 통신을 활용한 선박 충돌 방지 방법은 위성 통신과 애드혹 통신을 활용한 선박 충돌 방지 방법은 위성 통신을 이용하여 기준 선박의 위치를 기준으로 소정 거리값 이내 위치한 적어도 하나의 근접 선박의 위치 정보를 수집하는 단계, 수집된 상기 위치 정보를 기반으로 상기 근접 선박 중 충돌 가능 선박을 결정하고, 상기 충돌 가능 선박과 애드혹 통신을 연결하는 단계, 애드혹 통신을 통해 상기 충돌 가능 선박으로부터 획득되는 충돌 가능 선박 정보를 이용하여 상기 충돌 가능 선박의 속도, 가속도, 상기 충돌 가능 선박과 상기 기준 선박 간의 거리 및 충돌 위험도 순위 중 적어도 하나를 산출하는 단계; 및 상기 충돌 가능 선박의 속도, 가속도, 상기 충돌 가능 선박과 상기 기준 선박 간의 거리 및 충돌 위험도 순위 중 적어도 하나를 기반으로 상기 기준 선박의 피항 항로 및 속도를 산출하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선박 충돌 방지 장치는 위성 통신과 애드혹 통신을 유기적으로 결합하여 사용함으로써, 선박의 충돌 확률을 감소시키며, 기준 선박의 피항 항로 및 속도를 예측할 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 충돌 방지 장치는 기준 선박의 충돌 확률이 낮은 상태에서는 위성 통신 만을 사용하고, 기준 선박의 충돌 확률이 증가하면 애드혹 통신을 사용함으로써, 저가, 저전력으로 충돌 확률을 감소시키며, 충돌 발생 가능 선박이 존재하는 경우 충돌 확률이 가장 낮은 피항 항로 및 속도를 예측하여서 충돌 확률을 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 고가의 선박뿐만 아니라 고가의 장비를 설비하기 어려운 저가의 선박 모두에서 선박 간 충돌 확률이 크게 감소할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 충돌 방지 장치에 의해 위성 통신과 애드혹 통신을 활용한 선박 충돌 방지 방법 흐름도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 충돌 방지를 위한 시스템의 개요도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 애드혹 통신이 요구되는 선박을 결정하는 방법 흐름도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 애드혹 통신을 통한 충돌 가능 선박의 정보를 취득하는 방법 흐름도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 기준 선박의 피항 항로 및 속도를 결정하는 방법 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 완전하게 알려주기 위해 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, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가급적 동일한 부호를 부여하고 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 위성 통신과 애드혹 통신을 활용한 선박 충돌 방지 방법은 기존의 방법에서 나타난 해상 환경 예측을 위해서 필요한 데이터 크기의 제약, 데이터 크기 및 데이터 전송 오류율 간의 트레이드오프 문제를 해결한다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 충돌 방지 방법은 기존의 충돌 가능 선박에 대한 경고보다 더 나아가서 기준 선박의 충돌을 최소화하는 피항 항로 및 속도를 예측하는 방법을 제시한다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 충돌 방지 방법은 충돌 발생 가능 선박이 없는 경우 위성 통신 만을 사용하여 전력의 소비를 최소화하며, 충돌 발생 가능 선박이 존재하는 경우 애드혹(ad-hoc) 통신을 사용해서 취득된 정확한 정보를 기반으로 충돌 가능성을 최소화하는 경로를 예측한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 충돌 방지 장치에 의해 위성 통신과 애드혹 통신을 활용한 선박 충돌 방지 방법 흐름도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 충돌 방지를 위한 시스템의 개요도이다. 여기서, 선박 충돌 방지 장치는 기준 선박에 구현될 수 있다.

선박 충돌 방지 장치는 위성 통신을 통해 근접 선박의 정보를 취득한다(S110). 이때, 근접 선박은 기준 선박을 기준으로 소정거리 이내로 근접한 선박을 말한다.

선박 충돌 방지 장치는 근접 선박들 중 애드혹 통신이 필요한 선박이 존재하는지 확인한다(S120). 여기서, 애드혹 통신이 필요한 선박은 근접 선박들 중 임계 거리(최단 정지거리) 이내에 위치한 충돌 가능 선박을 말한다. 이때, 임계거리 값은 소정 거리 값보다 이하이다.

일반적으로 선박은 긴 정지 거리를 가지며, 이 정지거리는 선박의 무게, 속도, 추력 등과 같은 선박 자체의 성능과 바람, 조류 등과 같은 해상 환경의 영향을 받는다. 예컨대, 도 3의 흐름도를 참고하여 애드혹 통신이 필요한 선박이 존재하는지 여부를 확인할 수 있다.

먼저, 선박 충돌 장치는 기준 선박의 초기 최단 정지 거리를 설정한다. 이때, 초기 최단 정지 거리는 선박 자체의 성능에 의한 최단 정지거리이며, 선박 건조 시에 결정된 것이다.

선박 충돌 장치는 조류 세기 및 조류 진행 방향을 측정한다. 이때, 기준 선박 위치에서의 조류 세기 및 조류 진행 방향이 측정된다. 또한, 선박 충돌 장치는 바람 세기 및 바람 진행 방향을 측정한다. 이때, 기준 선박 위치에서의 바람 세기 및 바람 진행 방향이 측정된다.

선박 충돌 장치는 조류와 바람의 영향(해상 환경)을 고려하여 선박 최단 정지 거리를 수정한다. 여기서, 해상 환경을 고려하여 수정된 선박의 최단 정지거리(

)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

여기서,

는 선박 자체의 성능에 의한 최단 정지거리(초기 최단 정지 거리),

는 바람의 속도,

는 선박 진행방향과 바람 진행 방향 사이 각도, 는 조류의 속도,

는 선박 진행방향과 조류 진행 방향 사이 각도를 나타낸다. 이때, 바람의 진행 방향과 조류의 진행 방향은 선박 진행 방향과 동일 방향을 기준으로 한다. 애드혹 통신을 사용해서 정보 취득이 필요한 선박 결정을 위한 임계거리인 애드혹 통신 사용 최대 임계 거리는 수학식 1을 통해 구해진 최단 정지거리와 동일하게 설정될 수 있다. 이로써, 최악의 상황의 경우 선박의 정지를 통해서 선박 충돌 방지가 가능하다.

기준 선박의 최단 정지거리를 통해서 애드혹 통신 사용 최대 임계 거리가 결정되면, 선박 충돌 방지 장치는 해당 임계 거리 내에 선박이 있는 확인한다. 근접 선박과 기준 선박 사이의 거리가 애드혹 통신 사용 최대 임계 거리 이내이면, 근접 선박을 충돌 가능 선박으로 분류한다.

단계 S120의 확인 결과, 애드혹 통신이 필요한 선박이 존재하는 경우, 선박 충돌 방지 장치는 애드혹 통신을 사용해서 해당 선박(충돌 가능 선박)의 정보를 취득한다(S300). 즉, 기준 선박을 기준으로 한 척 이상의 충돌 위험 가능 선박이 발견된 경우, 선박 충돌 방지 장치는 애드혹 통신을 수행한다. 예컨대, 도 4의 흐름도를 참고하여 애드혹 통신을 통해 충돌 가능 선박의 정보를 취득할 수 있다.

우선, 선박 충돌 방지 장치는 전송 전력을 결정한다. 이때, 다른 송신 선박과의 간섭을 최소화하기 위해서 전송 전력은 송신 신호 최대 도달 거리가 애드혹 통신 사용 최대 임계 거리와 같도록 하여 결정된다.

선박 충돌 방지 장치는 브로드캐스트를 통해서 신호를 송신한다. 기준 선박으로부터 송신된 송신 신호를 수신한 충돌 가능 선박은 수신한 신호의 크기를 송신 선박(기준 선박)에게 피드백한다. 이때, 송신 전력은 거리 예측을 위해서 항상 같도록 한다. 이에 따라, 선박 충돌 방지 장치는 충동 가능 선박의 채널 정보를 수신한다.

애드혹 통신을 통해 취득된 충돌 가능 선박의 정보를 이용하여, 선박 충돌 방지 장치는 충돌 가능 선박의 거리, 속도, 가속도를 예측한다(S140). 예컨대, 선박 충돌 방지 장치는 충돌 가능 선박으로부터 피드백 받은 수신 신호 크기 정보를 사용해서 충돌 가능 선박의 속도, 가속도 및 기준 선박과 충돌 가능 선박 간의 거리를 예측하고, 예측된 거리를 사용해서 위험도 순위를 정한다. 이때, 해상 환경을 고려한 전파경로 손실 모델을 사용하여 구해지는 선박 간(기준 선박과 충돌 가능 선박 간)의 예상 거리(

)는 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

여기서,

는 빛의 속도,

는 중심 주파수,

는 기준 선박의 전송 전력,

은 충돌 가능 선박으로부터 피드백 받은 수신 전력을 나타낸다.

기준 선박(선박 충돌 방지 장치)은 충돌 가능 선박이 존재하는 경우, 지속적으로 신호를 송신하고, 신호를 수신한 충돌 가능 선박은 기준 선박에게 신호의 크기를 피드백한다. 이때, 위험도가 더 높은 선박에 더 많은 슬롯이 할당됨으로써, 위험도가 높은 선박일수록 정확한 정보를 취득하도록 한다.

번째 충돌 가능 선박에 할당하는 슬롯의 크기(

) 는 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.

여기서,

은 사용 가능한 총 슬롯의 크기,

는

번째 충돌 가능 선박으로부터 피드백 받은 전력 세기,

는 충돌 가능 선박 집합을 나타낸다. 주기적으로 기준 선박이 충돌 가능 선박으로부터 채널 정보를 피드백 받으면, 피드백 받은 정보를 사용해서 거리 변화의 예측이 가능하며, 주기적인 거리 변화 예측을 통해서 속도와 가속도를 예측 가능하다.

주기적으로 피드백 받은 신호 세기 기반으로, 선박 충돌 방지 장치는 선박의 피항 항로 및 속도를 결정하여 선박 경로 및 속도를 제어한다(S150). 예컨대, 도 5의 흐름도를 참고하여 선박의 피항 항로 및 속도가 결정될 수 있다.

피항 항로를 결정하는 문제는 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.

여기서,

은

시점 기준으로

시점에서 기준 선박의 이동 방향,

는 시점에서 기준 선박으로부터

번째 충돌 가능 선박의 좌표,

는

시점에서 기준 선박으로부터

번째 충돌 가능 선박과의 예상 거리,

는 유클리드 거리,

는 충돌 가능 최소 임계 거리를 의미한다.

수학식 4의 문제를 해결을 위해서 수학식 5가 사용되어 피항 항로가 결정된다.

여기서,

는

시점에서

번째 충돌 가능 선박의 위험도 순위,

는

시점에서

번째 충돌 가능 선박과의 거리와

시점에서

번째 충돌 가능 선박과의 거리의 차이,

는 선박 피항 항로 결정을 위해서 사용할 과거 정보의 임계 시간을 나타낸다.

만약, 수학식 5를 통해서 피항 항로 결정 시, 수학식 4의 조건을 만족시키지 못하면, 선박 충돌 방지 장치는 선박의 속도를 조절함으로써, 충돌 가능성을 감소시킨다. 이때, 선박 속도 조절은 반복 알고리즘을 통해서 수행한다. 예컨대, 기준 선박이 속도를 감소시켰을 때, 기준 선박 대비 충돌 가능 선박의 가속도가 증가하면 기준 선박의 속도를 증가시키고, 가속도가 감소하면 기준 선박의 속도를 감소시킨다.

피항 항로를 결정한 이후, 선박 충돌 방지 장치는 위성 통신을 통해서 근접 선박 정보를 얻기 위한 주기를 계산한다(S160). 이때의 계산 수식은 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.

여기서,

는 위성 통신을 사용하기 최소 주기,

은 위성 통신 사용 주기 변경을 위한 매개변수를 나타낸다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 충돌 방지 장치는 충돌 가능 선박 결정을 위한 임계 거리 이내에 하나 이상의 선박이 있으면, 위성 통신을 사용하지 않고 애드혹 통신을 사용하며, 임계 거리 이내에 선박이 존재하지 않으면, 임계 거리와 기준 선박과 가장 가까운 선박 간의 거리가 증가함에 따라 위성 통신 사용 주기를 증가시킨다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선박 충돌 방지 장치는 위성 통신과 애드혹 통신을 유기적으로 결합하여 사용함으로써, 선박의 충돌 확률을 감소시키며, 기준 선박의 피항 항로 및 속도를 예측할 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 충돌 방지 장치는 기준 선박의 충돌 확률이 낮은 상태에서는 위성 통신 만을 사용하고, 기준 선박의 충돌 확률이 증가하면 애드혹 통신을 사용함으로써, 저가, 저전력으로 충돌 확률을 감소시키며, 충돌 발생 가능 선박이 존재하는 경우 충돌 확률이 가장 낮은 피항 항로 및 속도를 예측하여서 충돌 확률을 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 고가의 선박뿐만 아니라 고가의 장비를 설비하기 어려운 저가의 선박 모두에서 선박 간 충돌 확률이 크게 감소할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 본 명세서에 개시된 내용과는 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (2)

1. 위성 통신을 이용하여 기준 선박의 위치를 기준으로 소정 거리값 이내 위치한 적어도 하나의 근접 선박의 위치 정보를 수집하는 단계;
   수집된 상기 위치 정보를 기반으로 상기 근접 선박 중 충돌 가능 선박을 결정하고, 상기 충돌 가능 선박과 애드혹 통신을 연결하는 단계;
   애드혹 통신을 통해 상기 충돌 가능 선박으로부터 획득되는 충돌 가능 선박 정보를 이용하여 상기 충돌 가능 선박의 속도, 가속도, 상기 충돌 가능 선박과 상기 기준 선박 간의 거리 및 충돌 위험도 순위 중 적어도 하나를 산출하는 단계; 및
   상기 충돌 가능 선박의 속도, 가속도, 상기 충돌 가능 선박과 상기 기준 선박 간의 거리 및 충돌 위험도 순위 중 적어도 하나를 기반으로 상기 기준 선박의 피항 항로 및 속도를 산출하는 단계;
   를 포함하는 위성 통신과 애드혹 통신을 활용한 선박 충돌 방지 방법.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 산출하는 단계는,
   애드혹 통신을 이용하여 신호를 브로드캐스트하는 단계; 및
   상기 신호에 대응하여 상기 충돌 가능 선박으로부터 피드백되는 신호의 크기를 이용하여, 상기 충돌 가능 선박의 속도, 가속도, 상기 충돌 가능 선박과 상기 기준 선박 간의 거리 및 충돌 위험도 순위 중 적어도 하나를 산출하는 단계;
   를 포함하는 것인 위성 통신과 애드혹 통신을 활용한 선박 충돌 방지 방법.

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