KR20160022695A - 선박의 복원성을 위한 실시간 자동 분석 시스템 - Google Patents

선박의 복원성을 위한 실시간 자동 분석 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화물이 적재된 선박의 중량, 무게 중심, 부력, 부력 중심을 계산 및 분석하며, 분석된 정보를 복원성 지표(GZ Curve)에 반영하여 선박의 출항 가능 여부를 판단하는 동시에 선박의 운행시 상황에 따라 변화되는 선박의 복원성을 실시간으로 감시할 수 있는 선박의 복원성을 위한 실시간 자동 분석 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 선박의 복원성을 위한 실시간 자동 분석 시스템은 화물을 선박에 적재하기 전에 육상에서 중량 센서를 통해 화물의 중량을 측정하는 화물 중량 측정부와, 상기 화물 중량 측정부에 의해 측정된 화물을 선박에 적재시 위치 측정 센서를 통해 선박 내에 적재된 화물의 위치를 실시간으로 측정하는 화물 위치 측정부와, 선박의 균형을 안전하게 유지하기 위해 선박의 하부에 위치한 평형수의 양을 실시간으로 관리하는 로딩 컴퓨터와, 선박 내에 배치된 화물 탱크, 연료 탱크, 청수 탱크 등 각종 탱크의 중량 정보를 실시간으로 측정하는 통합 제어부와, 상기 화물 중량 측정부, 화물 위치 측정부, 로딩 컴퓨터 및 통합 제어부에서 측정된 각각의 정보를 전달받아 선박의 중량, 무게 중심, 부력, 부력 중심을 실시간으로 도출하는 복원성 계산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 복원성을 위한 실시간 자동 분석 시스템{Real time automated analysis system for shipping stability}
본 발명은 선박의 복원성을 위한 실시간 자동 분석 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화물이 적재된 선박의 중량, 무게 중심, 부력, 부력 중심을 계산 및 분석하며, 분석된 정보를 복원성 지표(GZ Curve)에 반영하여 선박의 출항 가능 여부를 판단하는 동시에 선박의 운행시 상황에 따라 변화되는 선박의 복원성을 실시간으로 감시할 수 있는 선박의 복원성을 위한 실시간 자동 분석 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 선박은 물에 떠서 물 위를 이동할 수 있는 교통수단으로써 운행시 탑승한 승객이나 적재된 화물을 안전하게 보호해야 할 의무가 있으며, 파도에 의해서 병진운동과 회전운동을 하게 되는데, 병진운동으로는 전후동요(surge), 좌우동요(sway), 상하동요(heave)가 있으며, 회전운동으로는 횡동요(roll), 종동요(pitch), 선수동요(yaw)가 있다.
이러한 선박의 운동 중에서 횡동요인 롤링 현상은 파도 뿐만 아니라 기상상태의 악화나 해일 등의 상황이 발생하면 극심하게 되는데, 이로 인해 승객이나 선원의 멀미를 초래할 뿐만 아니라 적재된 화물을 무너뜨리기도 하며, 심지어는 선박을 전복시켜서 침몰시킴으로써, 귀중한 승객과 선원의 생명은 물론 선박과 화물의 망실로 인한 막대한 재산상 손실을 초래하기도 한다.
이때 복원성을 잃은 선박은 다른 사고에 비해 인명, 재산상의 피해 정도가 매우 크기 때문에 보다 적절하면서 신속하게 대응할 필요성이 있으며, 이러한 선박의 복원성을 계산하기 위해서는 선박의 무게 중심을 계산하는 것이 필수적이다.
이러한 선박의 무게 중심을 계산하기 위해서는 선박에 구비된 각종 탱크의 레벨을 실시간으로 측정하여 정보를 얻는 것은 가능하지만, 적재되는 화물의 경우에는 화물의 중량과 위치를 정확하게 파악하지 못해 선박의 무게 중심을 구하기 어려운 문제점이 있었다.
즉, 기존에는 설계 단계에서 선박에 화물이 적재되었다고 가정하여 선박의 무게 중심을 구하는 방법을 사용하고 있어, 이는 운영 단계에 복원성을 보장하는 것은 아니므로 운영 단계에서 복원성을 감시하기 위해서는 실시간 정보를 바탕으로 선박의 무게 중심을 계산을 수행하는 자동 분석 시스템이 절실히 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명의 목적은 화물이 적재된 선박의 중량, 무게 중심, 부력, 부력 중심을 계산 및 분석하며, 분석된 정보를 복원성 지표(GZ Curve)에 반영하여 선박의 출항 가능 여부를 판단하는 동시에 선박의 운행시 상황에 따라 변화되는 선박의 복원성을 실시간으로 감시할 수 있는 선박의 복원성을 위한 실시간 자동 분석 시스템을 제공하는 것이다.
전술한 본 발명의 목적은 화물을 선박에 적재하기 전에 육상에서 중량 센서를 통해 화물의 중량을 측정하는 화물 중량 측정부와, 상기 화물 중량 측정부에 의해 측정된 화물을 선박에 적재시 위치 측정 센서를 통해 선박 내에 적재된 화물의 위치를 실시간으로 측정하는 화물 위치 측정부와, 선박의 균형을 안전하게 유지하기 위해 선박의 하부에 위치한 평형수의 양을 실시간으로 관리하는 로딩 컴퓨터와, 선박 내에 배치된 화물 탱크, 연료 탱크, 청수 탱크 등 각종 탱크의 중량 정보를 실시간으로 측정하는 통합 제어부와, 상기 화물 중량 측정부, 화물 위치 측정부, 로딩 컴퓨터 및 통합 제어부에서 측정된 각각의 정보를 전달받아 선박의 중량, 무게 중심, 부력, 부력 중심을 실시간으로 도출하는 복원성 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 복원성을 위한 실시간 자동 분석 시스템을 제공함에 의해 달성된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 복원성 계산부는 선박의 중량, 무게 중심, 부력, 부력 중심의 계산시 선박의 제원 및 각종 탱크의 크기와 위치 등의 선박 기본 정보를 반영하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 복원성 계산부는 계산된 선박의 중량, 무게 중심, 부력, 부력 중심을 복원성 지표(GZ Curve)에 반영하여 자동으로 선박의 출항 및 운행 가능 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
이상에서와 같은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 선박의 복원성을 위한 실시간 자동 분석 시스템에 의하면, 선박에 화물을 적재한 상태에서 선박의 복원성을 실시간으로 계산 및 분석함으로써, 출항 전에는 선박의 출항 가능 여부를 판단할 수 있으며, 선박의 운행중에는 상황에 따라 변경되는 선박의 복원성을 실시간으로 감시할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 선박의 복원성을 위한 실시간 자동 분석 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 선박의 복원성을 위한 실시간 자동 분석 시스템이 복원력의 값을 계산한 복원성 지표를 나타낸 그래프이다.
도 3은 중량과 부력의 작용점 간의 수평거리(GZ)를 경사각 변화에 따른 각 영역 별로 표시한 그래프이다.
도 4는 복원력을 발휘할 수 있는 범위 내에서 선박의 복원성 판단을 설명하기 위한 그래프이다.
이하에는 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
이하에는 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 선박의 복원성을 위한 실시간 자동 분석 시스템의 전체적인 구조에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 선박의 복원성을 위한 실시간 자동 분석 시스템은 화물을 선박에 적재하기 전에 육상에서 중량 센서를 통해 화물의 중량을 측정하는 화물 중량 측정부(10)와, 화물 중량 측정부(10)에 의해 측정된 화물을 선박에 적재시 위치 측정 센서를 통해 선박 내에 적재된 화물의 위치를 실시간으로 측정하는 화물 위치 측정부(20)와, 선박의 균형을 안전하게 유지하기 위해 선박의 하부에 위치한 평형수의 양을 실시간으로 관리하는 로딩 컴퓨터(30)와, 선박 내에 배치된 연료 탱크, 청수 탱크 등 각종 탱크의 중량 정보를 실시간으로 측정하는 통합 제어부(40)와, 화물 중량 측정부(10), 화물 위치 측정부(20), 로딩 컴퓨터(30) 및 통합 제어부(40)에서 각각의 정보를 전달받아 선박의 중량, 무게 중심, 부력, 부력 중심을 실시간으로 도출하는 복원성 계산부(50)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 화물 중량 측정부(10)는 선박을 화물에 적재하기 전에 육상에서 중량 센서로 선박에 적재될 컨테이너, 차량 등의 화물 중량을 정확하게 측정하며, 측정된 화물의 중량 정보를 추후에 설명될 복원성 계산부(50)에 전송하는 역할을 한다.
전술한 화물 중량 측정부(10)에 의해 중량이 측정된 화물의 위치 정보를 추후에 설명될 복원성 계산부(50)에 전송하는 화물 위치 측정부(20)가 구비되는데 이 화물 위치 측정부(20)는 육상에서 선박으로 적재된 화물의 위치를 실시간으로 복원성 계산부(50)에 전송한다. 이때 화물 위치 측정부(20)는 위치 측정 센서를 이용하여 컨테이너, 차량 등이 정확하게 어느 위치에 있는지를 계측한다.
그리고 선박의 항해시 발생할 수 있는 여러 상황으로부터 선박을 균형있게 유지하고 흘수(吃水)와 트림(trim)을 조절하기 위해 선박의 하부에 위치한 평형수의 양을 관리하는 로딩 컴퓨터(30)가 구비되는데 이 로딩 컴퓨터(30)는 평형수의 양의 정보를 수집하여 추후에 설명될 복원성 계산부(50)에 실시간으로 전송한다.
또한, 선박 내에 고정 설치된 각종 밸브 및 장비 등을 통합하여 제어하는 통합 제어부(40)가 구비되는데 이 통합 제어부(40)는 선박 내에 배치된 연료 탱크(Fuel Oil tank), 청수 탱크(Fresh Water tank) 등의 각종 탱크 내에 저장된 중량을 측정하여 추후에 설명될 복원성 계산부(50)에 실시간으로 전송한다.
한편, 전술한 화물 중량 측정부(10), 화물 위치 측정부(20), 로딩 컴퓨터(30), 통합 제어부(40)에서 각각 측정된 정보들을 전송받아 선박의 복원성을 일괄적으로 계산하는 복원성 계산부(50)가 구비된다.
전술한 복원성 계산부(50)는 선박의 제원, 각종 탱크의 크기와 위치 등의 선박 기본 정보(60)를 반영하여 선박의 무게, 무게 중심, 부력, 부력 중심을 실시간으로 계산하고, 계산된 선박의 중량, 무게 중심, 부력, 부력 중심을 복원성 지표(GZ Curve)에 반영하여 선박의 출항 및 운행 가능 여부를 실시간으로 판단할 수 있도록 모든 경사각에 대한 복원력의 값을 계산한 선박의 상태를 제공하는 역할을 한다.
이와 같은 복원성 지표(GZ Curve)에 대해 좀더 구체적으로 설명하면, 선박의 한쪽 면에 작용하는 바람은 선박을 바람과 같은 방향으로 이동시키려 하고, 이에 대응하여 물은 선박을 바람의 반대 방향으로 밀어 힘의 평형을 유지하려고 한다. 이때 두 힘은 모두 수면에 평행하게 작용하나, 그 작용점은 각각 수면 상부와 하부로 동일 선상에 있지 않기 때문에 배를 회전시키려는 모멘트(external moment)가 발생하게 되며, 이렇게 배를 회전시키려는 모멘트에 의해 선박이 기울어질 경우 선박은 자체적으로 이에 대응하는 반대 방향의 모멘트(internal moment)를 발생시켜 기울어지는 현상을 막기 위해 모멘트의 평형을 이루고자 하는데 이는 선박의 중량과 부력의 작용점 위치에 결정된다.
즉, 도 2에서 도시한 바와 같이 선박의 중량은 무게 중심(G)에서 수직 하향으로 작용하고, 선박의 변위(Δ)에 따른 무게 이동이 없다면, 무게 중심(G)의 위치는 변하지 않는 반면, 부력은 부력 중심(B)에서 수직 상향으로 작용하나 선박의 변위(Δ)에 따라 변동된 수면 하부 모양의 도심(centroid)으로 부력 중심(B)의 위치가 이동할 것이다. 그리고 선박의 중량과 그에 상응하는 부력의 크기(FB)는 변동이 없으므로, 내부 모멘트(internal moment)는 중량과 부력의 작용점 간의 수평거리(GZ)에 의해 결정되며, 경사 상태에서 선박의 중심에 대한 부심의 상대적 위치를 표시하는 것으로 선박의 복원력을 표시하는 척도가 된다.
이와 같이 중량과 부력의 작용점 간의 수평거리(GZ)를 경사각 변화에 따른 각 영역 별로 그래프로 표시하면 도 3에서 도시한 바와 같이, A 구역, B 구역 및 C 구역으로 나눠지는데, 이때 X축은 '횡경사각'(heel angle)을 나타내고 Y축은 '선박의 중량과 부력의 작용점 간의 수평거리(GZ)'를 나타낸다. 여기서, A 구역은 일반적인 항해 범위를 나타내고, B 구역은 복원력이 안정적으로 발휘될 수 있는 영역을 나타내며, 횡경사각이 복원력 소실각(vanishing point of stability, θ) 이상인 C 구역은 복원력이 손실되는 영역을 나타낸다.
따라서, 복원성 계산부(50)는 도 4에서 도시된 바와 같이 복원력을 발휘할 수 있는 범위(0도에서 복원력이 손실되는 복원력 소실각까지의 복원성의 범위) 내에서 선박의 복원성을 판단하며, 선박에 화물을 적재하지 않은 경하 상태 또는 화물을 만재한 상태 및 그 밖의 적화 상태에서 선박이 침몰될 수 있는 모든 경사각에 대한 복원력 값을 계산한 선박의 상태를 나타냄으로써, 출항 시 선박의 출항 가능 여부를 판단할 수 있으며, 운행 중에도 상황에 따라 변경되는 선박의 복원성을 실시간으로 감시할 수 있어 현 상황이 안정한 상황인지를 판단할 수 있는 것이다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 화물 중량 측정부
20: 화물 위치 측정부
30: 로딩 컴퓨터
40: 통합 제어부
50: 복원성 계산부
60: 선박 기본 정보

Claims (3)

  1. 화물을 선박에 적재하기 전에 육상에서 중량 센서를 통해 화물의 중량을 측정하는 화물 중량 측정부와,
    상기 화물 중량 측정부에 의해 측정된 화물을 선박에 적재시 위치 측정 센서를 통해 선박 내에 적재된 화물의 위치를 실시간으로 측정하는 화물 위치 측정부와,
    선박의 균형을 안전하게 유지하기 위해 선박의 하부에 위치한 평형수의 양을 실시간으로 관리하는 로딩 컴퓨터와,
    선박 내에 배치된 화물 탱크, 연료 탱크, 청수 탱크 등 각종 탱크의 중량 정보를 실시간으로 측정하는 통합 제어부와,
    상기 화물 중량 측정부, 화물 위치 측정부, 로딩 컴퓨터 및 통합 제어부에서 측정된 각각의 정보를 전달받아 선박의 중량, 무게 중심, 부력, 부력 중심을 실시간으로 도출하는 복원성 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 복원성을 위한 실시간 자동 분석 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복원성 계산부는 선박의 중량, 무게 중심, 부력, 부력 중심의 계산시 선박의 제원 및 각종 탱크의 크기와 위치 등의 선박 기본 정보를 반영하는 것을 특징으로 하는 선박의 복원성을 위한 실시간 자동 분석 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복원성 계산부는 계산된 선박의 중량, 무게 중심, 부력, 부력 중심을 복원성 지표(GZ Curve)에 반영하여 선박의 출항 및 운행 가능 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 선박의 복원성을 위한 실시간 자동 분석 시스템.
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