KR20160085056A - 선체 기준 해상상태 계측시스템 및 그 방법 - Google Patents

선체 기준 해상상태 계측시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 선체 기준 해상계측 시스템 및 방법은, 해상에 부유하며 해상 상태를 계측하는 해상계측부와; 해상에 부유하는 계류구조물의 선수각을 계측하는 선수각 계측부와; 상기 해상계측부에 의한 해상 시계열 데이터를 동일 시계열의 선수각 계측부에 의한 선수각 시계열 데이터와 비교하여 상기 계류구조물인 선체 기준 해상 데이터를 획득하는 데이터 변환부;를 포함한다. 본 발명에 의한 선체 기준 해상계측 시스템 및 방법을 이용하면, 터렛방식 계류구조물에 적합한 환경 하중 데이터를 용이하게 획득할 수 있는 장점이 있다.

Description

선체 기준 해상상태 계측시스템 및 그 방법{System for instrumentating state of sea based hull and method for the same}
본 발명은 해상상태 계측시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 절대 좌표 기준이 아닌 상대 좌표인 선체를 기준으로 하는 해상상태 계측시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
터렛계류방식은 선박 등 계류구조물이 바람, 조류, 파도의 작용방향에 따라 순응하며 선회할 수 있도록 계류시키는 방식으로서, 계류삭에 연결되는 터렛이 계류 구조물의 선회축을 형성한다. 최근에는 심해유전개발 FPSO(부유식 석유 생산 저장하역 플랫폼)의 계류방식으로 활용된다.
이와 같은 계류구조물을 설계하는데 있어서, 해상 환경 하중에 대한 안정성 등을 시험하기 위해서는 파고나 파랑 입사각 등의 해상상태를 계측하여 분석하는 과정이 필요하다.
그러나, 다점계류방식의 경우에는 계류구조물이 고정되어 있기 때문에 절대좌표 기준으로 계측된 데이터를 그대로 적용하여 사용할 수 있지만, 터렛계류방식의 경우에는 선체가 회전하기 때문에 절대좌표 기준의 데이터를 그대로 사용하기 곤란한 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 특1998-0010454호(공개일자; 1998년 4월 30일)
본 발명의 목적은, 절대좌표 기준 해상 시계열 데이터를 선체 기준 시계열 데이터로 용이하게 변환하여 획득할 수 있는 선체 기준 해상계측 시스템 및 방법을 제공하다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 선체 기준 해상계측 시스템은, 해상에 부유하며 해상 상태를 계측하는 해상계측부와; 해상에 부유하는 계류구조물의 선수각을 계측하는 선수각 계측부와; 상기 해상계측부에 의한 해상 시계열 데이터를 동일 시계열의 선수각 계측부에 의한 선수각 시계열 데이터와 비교하여 상기 계류구조물인 선체 기준 해상 데이터를 획득하는 데이터 변환부;를 포함한다.
상기 해상계측부는, 해상에 부유하는 부표와; 상기 부표 상에 설치되어 파고를 계측하는 파고 계측기와; 상기 부표 상에 설치되어 파랑 입사각을 계측하는 파랑 입사각 계측기;를 포함할 수 있다.
상기 선수각 계측부는, 상기 계류구조물의 모형으로 형성되어 상기 해상계측부와 함께 해상에 계류되는 선수각 계측모형과, 상기 선수각 계측모형 상에 설치되어 상기 선수각 계측모형의 선수각을 계측하는 선수각 계측기를 포함할 수 있다.
상기 선수각 계측부는, 상기 해상계측부의 해상 시계열 데이터를 기준으로 상기 계류구조물의 컴퓨터 모델에 대한 시계열 계류해석을 하는 시뮬레이션 장비를 포함할 수 있다.
상기 선수각 계측부는, 상기 계류구조물 상에 설치되어 해상에 부유하는 계류구조물의 선수각을 계측하는 선수각 계측기를 포함할 수 있다.
상기 데이터 변환부는, 상기 해상계측부에 의한 해상 시계열 데이터와 상기 선수각 계측부에 의한 선수각 차이를 구하여 상기 해상계측부에 의한 해상 시계열 데이터를 상기 선체 기준 해상 시계열 데이터로 변환할 수 있다.
상기 데이터 변환부에 의한 선체 기준 해상 시계열 데이터로부터 파랑 스펙트럼, 파랑 입사각 확률분포 및 파랑 산포도 데이터를 분석하는 파랑 데이터 분석부를 더 포함할 수 있다.
또한 상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선체 기준 해상상태 계측방법은, 해상에서 직접 해상 상태를 계측하여 해상 시계열 데이터를 획득하는 단계와; 해상에 부유하는 계류구조물의 선수각에 대한 시계열 데이터를 획득하는 단계와; 상기 해상 시계열 데이터를 동일 시계열의 상기 선수각 시계열 데이터와 비교하여 상기 해상 시계열 데이터를 상기 계류구조물인 선체 기준 해상 데이터로 변환하는 단계를 포함한다.
상기 해상 시계열 데이터는 파고 시계열 데이터와, 파랑 입사각 시계열 데이터일 수 있다.
상기 선수각 시계열 데이터는 상기 계류구조물의 모형을 해상에 계류시켜 상기 계류구조물의 모형으로부터 선수각의 시계열 데이터를 획득할 수 있다.
상기 선수각 시계열 데이터는, 상기 계류구조물의 컴퓨터 모델 작업을 한 후, 상기 해상 시계열 데이터를 입력하여 상기 계류구조물의 컴퓨터 모델에 대한 시계열 계류해석을 하여 획득할 수 있다.
상기 선수각 시계열 데이터는 상기 계류구조물로부터 직접 계측하여 획득할 수 있다.
상기 선체 기준 해상 시계열 데이터는, 상기 파고 시계열 데이터를 그대로 사용하고, 상기 파랑 입사각 시계열 데이터의 절대좌표 기준 파랑 입사각과 상기 선수각 시계열 데이터의 절대좌표 기준 선수각의 차이를 구하여 상기 파랑 입사각 시계열 데이터를 선체 기준으로 변환한 선체 기준 파랑 입사각 시계열 데이터를 포함할 수 있다.
상기 선체 기준 해상 시계열 데이터로부터 파랑 스펙트럼, 파랑 입사각 확률분포 및 파랑 산포도 데이터를 분석하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은, 절대좌표 기준의 해상 시계열 데이터를 용이하게 선체 기준 해상 시계열 데이터로 변환하여 터렛방식 계류구조물의 경우에도 다점계류방식에 이용하던 기존의 파랑모델을 이용한 데이터 분석 시스템을 그대로 사용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선체 기준 해상상태 계측시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 시스템에 의한 절대좌표 기준 파고 시계열 데이터 그래프이다.
도 3은 도 1에 도시된 시스템에 의한 절대좌표 기준 파랑 입사각 시계열 데이터 그래프이다.
도 4는 도 1에 도시된 시스템에 의한 선수각 시계열 데이터 그래프이다.
도 5a는 도 1에 도시된 시스템에 의한 선체 기준 파랑 스펙트럼 그래프이다.
도 5b는 도 1에 도시된 시스템에 의한 절대좌표 기준 파랑 스펙트럼 그래프이다.
도 6a는 도 1에 도시된 시스템에 의한 선체 기준 파고/방향별 입사확률 분포도이다.
도 6b는 도 1에 도시된 시스템에 의한 절대좌표 기준 파고/방향별 입사확률 분포도이다.
도 7a는 도 1에 도시된 시스템에 의한 선체 기준 파랑 산포도 그래프이다.
도 7b는 도 1에 도시된 시스템에 의한 선체 기준 파랑 산포도 그래프이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 다만 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능, 혹은 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1 이하에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 선체 기준 해상계측 시스템은, 해상에 부유하며 해상 상태를 계측하는 해상계측부(10)와; 해상에 부유하는 계류구조물의 선수각을 계측하는 선수각 계측부(20)와; 상기 해상계측부(10)에 의한 해상 시계열 데이터를 동일 시계열의 선수각 계측부(20)에 의한 선수각 시계열 데이터와 비교하여 상기 계류구조물인 선체 기준 해상 데이터를 획득하는 데이터 변환부(30);를 포함한다.
상기 해상계측부(10)는, 해상 환경 하중 중 특히 상기 계류구조물의 설계에 큰 영향을 미치는 파고 및 파랑 입사각을 계측토록 구성될 수 있다. 즉, 상기 해상계측부(10)는, 해상에 부유하는 부표와, 상기 부표 상에 설치되어 파고를 계측하는 파고 계측기와, 상기 부표 상에 설치되어 파랑 입사각을 계측하는 파랑 입사각 계측기를 포함할 수 있다. 상기 파고 계측기는 기존의 파고 계측을 위한 장비라면 어떠한 것이든 무방하며, 예컨대 초음파센서나 변위센서 등으로 구성될 수 있다. 상기 파랑 입사각 또한 기존의 파랑 입사각 계측을 위한 장비라면 어떠한 것이든 무방하며, 예컨대 경사계, 풍향속계 등으로 구성될 수 있다.
상기 선수각 계측부(20)는, 다음과 같이 3가지 방안으로 구성될 수 있다.
첫째, 상기 선수각 계측부(20)는 모형을 이용한 동시 계측방안으로서, 상기 계류구조물의 축소 모형으로 형성되어 상기 해상계측부(10)와 함께 동시에 해상에 계류되는 선수각 계측모형과, 상기 선수각 계측모형 상에 설치되어 상기 선수각 계측모형의 선수각을 계측하는 선수각 계측기를 포함할 수 있다. 상기 선수각 계측기는 기존의 선수각 계측을 위한 장비라면 어떠한 것이든 무방하며, 예컨대 자이로(gvro) 센서 등으로 구성될 수 있다.
둘째, 상기 선수각 계측부(20)는 사후 시뮬레이션에 의한 수치해석하기 위한 시뮬레이션 장비로 구성될 수 있다. 상기 시뮬레이션 장비는 시뮬레이션 프로그램이 입력된 컴퓨터 등으로 구성되며, 시뮬레이션 프로그램으로는 해상 환경하중 분석용으로서 상용되는 SIMO, ARIAN7 등을 이용할 수 있다. 따라서, 상기 계류구조물의 컴퓨터 모델을 시뮬레이션 프로그램 상에서 만든 다음, 미리 계측한 상기 해상계측부(10)의 해상 시계열 데이터를 시뮬레이션 프로그램에 입력하여 상기 계류구조물의 컴퓨터 모델에 대한 시계열 계류해석을 할 수 있다.
셋째, 상기 선수각 계측부(20)는 동시, 유사 선계측방안으로서, 상기 계류구조물 상에 설치되어 해상에 부유하는 계류구조물의 선수각을 계측하는 선수각 계측기를 포함할 수 있다. 상기 계류구조물을 상기 해상계측부(10)에 의해 계측되는 해역 또는 그 근방 해역에 계류시켜 선수각을 직접 계측하며, 이때 상기 선수각 계측부(20)로 이용되는 계류구조물과 실제 설계하고자 하는 계류구조물이 유사할수록 보다 정확한 데이터를 획득할 수 있다.
상기 데이터 변환부(30)는 컴퓨터 프로그램에 의해, 상기 해상계측부(10)에 의한 해상 시계열 데이터와 상기 선수각 계측부(20)에 의한 선수각 차이를 구하여 상기 해상계측부(10)에 의한 해상 시계열 데이터를 상기 선체 기준 해상 시계열 데이터로 변환할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 데이터 변환부(30)에 의한 선체 기준 해상 시계열 데이터로부터 파랑 스펙트럼, 파랑 입사각 확률분포 및 파랑 산포도 데이터를 분석하는 파랑 데이터 분석부(40)를 더 포함할 수 있다. 상기 파랑 데이터 분석부(40)는 상용되고 있는 파랑 데이터 분석 프로그램을 이용할 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 선체 기준 해상상태 계측방법은 다음과 같다.
먼저, 상기 해상계측부(10)를 통해 해상에서 직접 절대좌표 기준 해상상태를 계측하여 해상 시계열 데이터를 획득한다. 해상 시계열 데이터로서 중요한 항목은 도 2에 도시된 바와 같은 파고 시계열 데이터와, 도 3에 도시된 바와 같은 파랑 입사각 시계열 데이터가 있다.
아울러, 상술한 바와 같이 상기 해상계측부(10)와 동시 또는 사전, 사후에 상기 선수각 계측부(20)를 통해 상기 해상계측부(10)와 동일 시계열의 선수각 시계열 데이터를 도 4에 도시된 바와 같이 획득한다.
다음으로 상기 데이터 변환부(30)를 통해 상기 해상계측부(10)에 의한 해상 시계열 데이터를 상기 선수각 시계열 데이터가 반영된 선체 기준 시계열 데이터로 변환한다.
이때, 파고는 시간에 따른 해수면의 상하 높이로서, 선수각과 무관한 데이터이다. 따라서, 상기 해상계측부(10)에 의한 절대좌표 기준 파고 시계열 데이터는 상기 데이터 변환부(30)에 의해 선체 기준 데이터로 변환할 필요없이 그대로 사용하면 된다.
상기 해상계측부(10)에 의한 절대좌표 기준 파랑 입사각은 선수각에 따라 그 방향이 달라지므로, 상기 데이터 변환부(30)는 상기 절대좌표 기준 파랑 입사각과 상기 선수각의 차이를 구하여 그 차이값을 상기 해상계측부(10)에 의한 해상 시계열 데이터에 반영함으로써 선체 기준 파랑 입사각 시계열 데이터를 산출한다.
다음, 상기와 같이 획득한 선체 기준 해상 데이터를 이용, 파랑 모델을 분석하여 도 5a에 도시된 파랑 스펙트럼 및 도 6a에 도시된 파랑 입사각 확률분포, 도 7a에 도시된 파랑 산포도 데이터를 산출한다. 도 6a 및 도 7a는 상기 계류구조물의 선미방향을 '0도'로 하고, 상기 계류구조물의 선수방향을 '180도'로 기준한 데이터이다. 도 5a에 도시된 파랑 스펙트럼을 보면, 도 5b에 도시된 바와 같이 절대좌표 기준 파랑 스펙트럼과 동일함을 알 수 있다. 도 6a에 도시된 파랑 입사각 확률분포는 절대좌표 기준 데이터에 선수각 변화를 반영한 선체 기준 데이터로서, 도 6b에 도시된 절대좌표 기준 데이터와는 상이함을 알 수 있다. 도 7a에 도시된 파랑 산포도 또한 도 7b에 도시된 절대좌표 기준 데이터와 비교하여 상이한 선체 기준 데이터로 산출되었음을 알 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
10; 해상계측부 20; 선수각 계측부
30; 데이터 변환부 40; 파랑 데이터 분석부

Claims (14)

  1. 해상에 부유하며 해상 상태를 계측하는 해상계측부와;
    해상에 부유하는 계류구조물의 선수각을 계측하는 선수각 계측부와;
    상기 해상계측부에 의한 해상 시계열 데이터를 동일 시계열의 선수각 계측부에 의한 선수각 시계열 데이터와 비교하여 상기 계류구조물인 선체 기준 해상 데이터를 획득하는 데이터 변환부;
    를 포함하는 선체 기준 해상상태 계측시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 해상계측부는,
    해상에 부유하는 부표와;
    상기 부표 상에 설치되어 파고를 계측하는 파고 계측기와;
    상기 부표 상에 설치되어 파랑 입사각을 계측하는 파랑 입사각 계측기;
    를 포함하는 선체 기준 해상상태 계측시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 선수각 계측부는,
    상기 계류구조물의 모형으로 형성되어 상기 해상계측부와 함께 해상에 계류되는 선수각 계측모형과, 상기 선수각 계측모형 상에 설치되어 상기 선수각 계측모형의 선수각을 계측하는 선수각 계측기를 포함하는 선체 기준 해상상태 계측시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 선수각 계측부는,
    상기 해상계측부의 해상 시계열 데이터를 기준으로 상기 계류구조물의 컴퓨터 모델에 대한 시계열 계류해석을 하는 시뮬레이션 장비를 포함하는 선체 기준 해상상태 계측시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 선수각 계측부는,
    상기 계류구조물 상에 설치되어 해상에 부유하는 계류구조물의 선수각을 계측하는 선수각 계측기를 포함하는 선체 기준 해상상태 계측시스템.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 데이터 변환부는,
    상기 해상계측부에 의한 해상 시계열 데이터와 상기 선수각 계측부에 의한 선수각 차이를 구하여 상기 해상계측부에 의한 해상 시계열 데이터를 상기 선체 기준 해상 시계열 데이터로 변환하는 선체 기준 해상상태 계측시스템.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 데이터 변환부에 의한 선체 기준 해상 시계열 데이터로부터 파랑 스펙트럼, 파랑 입사각 확률분포 및 파랑 산포도 데이터를 분석하는 파랑 데이터 분석부를 더 포함하는 선체 기준 해상상태 계측시스템.
  8. 해상에서 직접 해상 상태를 계측하여 해상 시계열 데이터를 획득하는 단계와;
    해상에 부유하는 계류구조물의 선수각에 대한 시계열 데이터를 획득하는 단계와;
    상기 해상 시계열 데이터를 동일 시계열의 상기 선수각 시계열 데이터와 비교하여 상기 해상 시계열 데이터를 상기 계류구조물인 선체 기준 해상 데이터로 변환하는 단계를 포함하는 선체 기준 해상상태 계측방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 해상 시계열 데이터는 파고 시계열 데이터와, 파랑 입사각 시계열 데이터인 선체 기준 해상상태 계측방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 선수각 시계열 데이터는 상기 계류구조물의 모형을 해상에 계류시켜 상기 계류구조물의 모형으로부터 선수각의 시계열 데이터를 획득하는 선체 기준 해상상태 계측방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 선수각 시계열 데이터는, 상기 계류구조물의 컴퓨터 모델 작업을 한 후, 상기 해상 시계열 데이터를 입력하여 상기 계류구조물의 컴퓨터 모델에 대한 시계열 계류해석을 하여 획득하는 선체 기준 해상상태 계측방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 선수각 시계열 데이터는 상기 계류구조물로부터 직접 계측하여 획득하는 선체 기준 해상상태 계측방법.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 선체 기준 해상 시계열 데이터는, 상기 파고 시계열 데이터를 그대로 사용한 선체 기준 파고 시계열 데이터와,
    상기 파랑 입사각 시계열 데이터의 절대좌표 기준 파랑 입사각과 상기 선수각 시계열 데이터의 절대좌표 기준 선수각의 차이를 구하여 상기 파랑 입사각 시계열 데이터를 선체 기준으로 변환한 선체 기준 파랑 입사각 시계열 데이터를 포함하는 선체 기준 해상상태 계측방법.
  14. 청구항 8 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선체 기준 해상 시계열 데이터로부터 파랑 스펙트럼, 파랑 입사각 확률분포 및 파랑 산포도 데이터를 분석하는 단계를 더 포함하는 선체 기준 해상상태 계측방법.
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