KR20160129213A - 선박의 충돌 회피 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박의 충돌 회피 방법 및 장치에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 선박이 충돌할 가능성이 있는 해상 구조물인 적어도 하나 이상의 충돌 위험물을 인식하고, 상기 선박의 상기 충돌 위험물에 대한 충돌 위험률을 계산하고, 계산된 상기 충돌 위험률이 기 설정된 임계 값을 초과하는 경우, 기 저장된 국제해상충돌예방규칙 (convention of the international regulations for preventing collision at sea, COLREG)에 따라 피항선을 결정하고, 자선이 피항선으로 결정된 경우, 상기 국제해상충돌예방규칙에 따라 상기 피항선의 상기 충돌 위험물을 회피 하기 위한 회피 경로를 생성하여 생성된 회피 경로를 표시하는 선박의 충돌 회피 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

선박의 충돌 회피 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR VESSEL COLLISION AVOIDANCE}

본 발명은 선박의 충돌 회피 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 국제해상충돌예방규칙(convention of the international regulations for preventing collision at sea, COLREG)에 의한 선박간의 항법 규정을 고려한 충돌 회피하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

근래에 들어 전자 기술 및 컴퓨터 기술의 급격한 발달과 더불어 전에는 군사 기술로만 취급되던 레이더 신호를 컴퓨터 데이터로 변환하는 장비인 RSC(Radar Scan Converter)가 저가로 시장에 나오게 되었으며 운항 중에 사람의 개입 없이 선박간의 운항 정보를 실시간으로 자동 교환하는 선박 자동 인식 시스템(AIS, Automatic Identification System), 종이 해도를 완전히 컴퓨터 내부의 데이터베이스로 바꾸고 이를 활용할 수 있게 한 전자 해도(ENC, Electronic Navigational Chart) 등에 대한 국제적인 표준화가 이루어졌다. 또한 미국이 개발하여 전세계적으로 많이 사용 중인 인공위성항법장비(GPS, Global Positioning System)에 의하여 실시간으로 자선의 위치를 쉽게 파악할 수 있게 되었으며 인공 위성을 이용한 데이터 통신도 저가로 일상적으로 수행할 수 있는 환경이 갖추어졌다.

이러한 선박 기술의 발달에도 불구하고 해마다 해양사고는 증가하는 추세이다. 현재 국내에서 일어나고 있는 해난 사고의 약 80%가 인적 과실에 의해 발생하고 있으며 어선을 제외한 경우에는 전체 사고의 70%가 충돌 및 좌초이다. 특히 운항 과실에 의한 사고는 주로 충돌 예방 규칙 등의 항법 미 준수, 전방 경계 소홀 및 부적절한 조선 기술 등과 같이 운항자의 상황 인식과 대처가 늦어서 발생하는 경우가 대부분이다. 구체적으로 해양사고 중 가장 많이 발생하는 사고 유형 중 하나는 선박의 충돌 사고로써, 100톤 미만의 선박 관련 사고가 가장 많으며, 비어선과 어선간, 어선간의 충돌 사고가 가장 많은 것으로 집계되었다.

타 선박간의 충돌 사고를 방지하기 위해서는 상대 선박을 인지하고, 초단파무선전화(VHF) 등을 이용하여 상대 선박과 상호 확인 단계를 거쳐 지속적으로 상대선의 동태를 관찰하여 충돌위험 여부를 판단하고, 판단 결과를 토대로 적절한 회피 동작을 실시하고 상대선도 협력 동작을 적절히 취해주어야 한다. 또한, 선박간의 충돌 이외에도 빙산, 암초 등의 장애물과의 충돌의 경우에도, 해당 장애물의 위치를 인식하고, 이를 회피하기 위한 적절한 회피 동작의 수행이 요구된다.

종래의 선박의 충돌 회피 방법 또는 충돌 예방 방법에 사용된 선박 충돌 회피 알고리즘들은 국제 해상 충돌 예방 규칙(International Regulations for Preventing Collisions at Sea, COLREGs)을 고려하지 않았다는 문제가 있었다. 즉, 종래의 알고리즘은 충돌예방규칙에 따른 항법 판단모듈을 포함하고 있지 않다. 단지 충돌예방규칙을 고려하여 회피각도를 지정해두고 알고리즘을 적용할 뿐이다. 이러한 충돌 회피 방법은 오히려 사고 위험을 더 가중시킬 수 있다. 선박 충돌 사고의 80% 이상이 인적 요인에 의해 발생하고 있다. 따라서, 국제해상충돌예방규칙에 따른 선박의 피항의무를 항해사에게 알려주고 그 위험도에 따라 충돌 회피 경로를 알려준다면 인적 사고를 감소시킬 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 국제해상충돌예방규칙에 따라 생성한 회피 경로를 제공하는 선박의 충돌 회피 방법 및 장치를 제공하기 위함이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 선박의 충돌 회피 방법은, 선박이 충돌할 가능성이 있는 해상 구조물인 적어도 하나 이상의 충돌 위험물을 인식하는 단계, 상기 선박의 상기 충돌 위험물에 대한 충돌 위험률을 계산하는 단계, 계산된 상기 충돌 위험률이 기 설정된 임계 값을 초과하는 경우, 기 저장된 국제해상충돌예방규칙 (convention of the international regulations for preventing collision at sea, COLREG)에 따라 피항선을 결정하는 단계, 자선이 피항선으로 결정된 경우, 상기 국제해상충돌예방규칙에 따라 상기 피항선의 상기 충돌 위험물을 회피 하기 위한 회피 경로를 생성하는 단계 및 생성된 회피 경로를 표시하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 선박의 충돌 회피 방법은 자선이 유지선으로 결정된 경우, 상기 피항선에게 피항 관련 정보를 전송하는 단계를 더 포함한다.

또한, 상기 충돌 위험률을 계산하는 단계는, 위험도 퍼지 함수를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 선박의 국제해상충돌예방규칙에 따라 상기 피항선의 상기 충돌 위험물을 회피 하기 위한 회피 경로를 생성하는 단계는, 상기 선박이 진행하는 경로에서 기 설정된 크로스 트랙 거리(cross track distance, XTD)를 초과하지 않도록 생성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 피항 관련 정보는, 상기 피항선을 나타내는 정보, 상기 자선의 경로 또는 상기 피항선을 결정한 근거규정정보 중 적어도 어느 하나를 포함한다.

본 발명의 하는 선박의 충돌 회피 장치는, 선박이 충돌할 가능성이 있는 해상 구조물인 적어도 하나 이상의 충돌 위험물을 인식하는 충돌 위험물 인식부, 상기 선박의 상기 충돌 위험물에 대한 충돌 위험률을 계산하고, 계산된 상기 충돌 위험률이 기 설정된 임계 값을 초과하는 경우, 기 저장된 국제해상충돌예방규칙 (convention of the international regulations for preventing collision at sea, COLREG)에 따라 피항선을 결정하고, 자선이 피항선으로 결정된 경우, 상기 국제해상충돌예방규칙에 따라 상기 피항선의 상기 충돌 위험물을 회피 하기 위한 회피 경로를 생성하는 제어부 및 생성된 회피 경로를 표시하는 디스플레이부를 포함한다.

또한, 상기 제어부는, 상기 자선이 유지선으로 결정된 경우, 상기 피항선에게 피항 관련 정보를 전송하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는, 위험도 퍼지 함수를 사용하여 상기 충돌 위험률을 계산하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상기 제어부는, 상기 선박이 진행하는 경로에서 기 설정된 크로스 트랙 거리(cross track distance, XTD)를 초과하지 않도록 생성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 피항 관련 정보는, 상기 피항선을 나타내는 정보, 상기 자선의 경로 또는 상기 피항선을 결정한 근거규정정보 중 적어도 어느 하나를 포함한다.

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 국제해상충돌예방규칙에 따라 피항선과 유지선을 결정하고 그에 따른 회피 경로를 생성할 수 있다.

또한 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 여러 대의 선박이 충돌 위험 상황에 처했을 때에도, 피항 의무를 짓는 선박을 결정하고 이를 전달함으로써, 선박 사고를 방지할 수 있다.

도 1은 국제해상충돌예방규칙에 따른 선박 간 피항 의무를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박 충돌 회피 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 선박 충돌 회피 장치의 충돌 위험 인식부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 선박 충돌 회피 장치의 제어부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 선박 충돌 회피 장치의 외부 인터페이스의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박 충돌 회피 방법을 나타낸 순서도이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서 용어 '해양 구조물'은 자선 이외의 선박, 암초 또는 빙산 등 해상에 위치하고 구조물을 포함한다.

본 명세서에서 용어 '자선'은 자신의 선박을 나타내고 '타선'은 자선 이외의 선박을 나타낸다. 또한 '자선'은 본 발명에 따른 선박 충돌 회피 장치를 탑재하고 있거나 선박 충돌 회피 방법을 수행하는 선박일 수 있고, 용어 '선박'과 혼용될 수 있고, 상대 선박과 반대되는 개념을 갖는다.

본 명세서에서 용어 '피항선'은 선박의 충돌 가능성이 있는 상황에서 먼저 피해야 하는 우선순위를 가진 선박이고, 피항선의 반대되는 선박을 유지선이라고 한다.

도 1은 국제해상충돌예방규칙에 따른 선박 간 피항 의무를 설명하기 위한 도면이다.

도 1에 따르면, 국제해상충돌예방규칙은 선박 간 피항 의무를 3가지 중 하나로 규정하고 있다.

도 1에서 (a)는 두 선박이 정면에서 마주칠 경우, (b)는 두 선박이 서로의 진로를 횡단하는 경우 및 (c)는 한 선박이 다른 선박을 추월하는 경우는 나타낸 도면이다.

두 선박이 정면에서 마주칠 경우(a), 각 선박은 서로 다른 선박의 좌현 측을 통과할 수 있도록 각기 우현 측으로 변침하여야 한다.

여기서 각 선박이 마주치는 경우란 서로 다른 선박을 선수 방향을 보는 경우, 동시에 양현을 보는 경우, 및 다른 선박의 상응하는 면을 보는 경우에는 정면으로 마주치는 상태가 존재한다고 보아야 한다. 또한, 마주치는 상태가 존재하는가의 여부에 관하여 의문이 있는 선박은 정면으로 마주치는 상태에 있다고 생각하고 행동하여야 한다.

두 선박의 동력 선이 서로 진로를 횡단할 경우(b), 다른 선박을 우현 측에 두고 있는 선박은 다른 선박의 진로를 피하여야 한다. 또한, 다른 선박의 전방을 횡단하여서는 안 된다.

한 선박이 다른 선박을 추월하는 경우(c), 추월선은 추월 당하는 선박의 진로를 피하여야 한다. 이 때, 다른 선박의 정횡 후 22.5도를 넘는 후방 즉, 추월 당하는 선박과의 관계에 있어서 야간에는 그 선박의 선미등만을 볼 수 있고 현등을 볼 수 없는 선박은 추월선으로 보아야 한다. 또한, 다른 선박을 추월하고 있는지의 여부에 관하여 의문이 있는 선박은 자선이 추월하고 있는 경우로 생각하고 이에 합당한 동작을 취하여야 한다. 두 선박간의 방위가 그 후에 여하히 변경되더라도 추월선이 횡단선으로 되는 것은 아니며 또한 추월선은 완전히 앞질러 멀어질 때까지 추월 당하는 선박의 진로를 피하여야 할 의무가 있다.

따라서, 두 선박 또는 둘 이상의 선박이 상기 (a)~(c)의 상황에서 조우하는 경우, 국제 해상 충돌 예방 규칙에 따라 피항 의무를 갖는 선박임을 타 선박에서 인식하지 못하거나 복수의 선박 중 어느 선박이 피항하여야 하는 지에 대해서 혼동이 있는 경우 자칫하면 선박 간의 충돌로 인한 대형 사고가 발생할 수 있다. 이에 본 발명에서는 선박이 둘 이상 존재 하는 경우 피항 의무를 갖는 선박을 알리고, 그에 따른 회피 절차를 진행하도록 하는 충돌 회피 방법 및 장치를 제공한다.

도 2는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박 충돌 회피 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 2에 따르면, 본 발명의 선박 충돌 회피 장치(10)는 충돌 위험 인식부(100), 제어부(200), 디스플레이부(300), 국제해상충돌예방규칙 저장부(400) 및 외부 인터페이스(500)를 포함할 수 있다.

충돌 위험 인식부(100)는 선박에 탑재된 여러 가지 장비들로부터 취득한 정보를 기초로 선박이 충돌할 가능성이 있는 모든 해상 구조물(이하, 충돌 위험물이라 한다.)을 인식할 수 있다. 보다 구체적으로, 충돌 위험 인식부(100)는 해상 구조물의 위치를 판단하고, 선박의 상태를 측정하여 선박과 충돌할 수 있는 충돌 위험물을 인식 할 수 있다. 충돌 위험 인식부(100)는 인식한 충돌 위험물에 관한 정보를 제어부(200)로 전달한다 충돌 위험 인식부(100)에 대해서는 도 3에 대한 설명에서 보다 상세하게 설명한다.

제어부(200)는 본 발명의 선박 충돌 회피 장치(10)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 제어부(200)는 충돌 위험물 인식부(100)로부터 충돌 위험물이 인식된 경우 충돌 위험물에 관한 정보를 입력 받아 충돌 위험률을 계산할 수 있다. 제어부(200)는 계산된 충돌 위험률을 디스플레이부(300)에 전달하고, 충돌 위험물이 복수 개인 경우에는 충돌 위험률이 높은 순서대로 디스플레이부(300)에 표시하도록 할 수 있다. 제어부(200)는 충돌 위험물이 복수 개인 경우 회피 우선 순위를 결정할 수 있다. 이때, 제어부(200)는 국제해상충돌예방규칙 저장부(400)에 저장된 국제해상충돌예방규칙을 기초로 피항선을 결정할 수 있다. 자선이 피항선인 경우에, 제어부(200)는 복수의 충돌 위험물에 대한 회피 우선 순위를 디스플레이부(300)에 전달할 수 있다. 제어부(200)는 계산된 충돌 위험률이 기 설정된 임계 값을 초과하는 경우, 충돌 위험물을 회피 하기 위한 항로인 회피 경로를 생성할 수 있다. 이때, 제어부(200)는 국제해상충돌예방규칙 저장부(400)에 미리 저장된 국제해상충돌예방규칙을 기초로 회피 경로를 생성할 수 있다. 제어부(200)의 구체적인 동작에 대해서는 후술하는 도 4에 대한 설명에서 보다 상세하게 설명한다.

디스플레이부(300)는 선박의 운항사에게 각종 정보(예: 멀티미디어 데이터 또는 텍스트 데이터 등)을 표시할 수 있다. 디스플레이부(300)는 패널, 터치 패널, 홀로그램 장치 또는 프로젝터를 포함할 수 있다. 패널은, LCD(liquid-crystal display) 또는 AM-OLED(active-matrix organic light-emitting diode) 등일 수 있다. 패널은 유연하게(flexible), 투명하게(transparent) 또는 착용할 수 있게(wearable) 구현될 수 있다. 패널은 터치 패널과 하나의 모듈로 구성될 수도 있다. 홀로그램 장치는 빛의 간섭을 이용하여 입체 영상을 허공에 보여줄 수 있다. 프로젝터는 스크린에 빛을 투사하여 영상을 표시할 수 있다. 스크린은 상기 선박 충돌 회피 장치(10)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있다. 다양한 실시 예에 따르면, 디스플레이부(300)는 패널, 터치 패널, 홀로그램 장치 또는 프로젝터를 제어하기 위한 제어 회로를 더 포함할 수 있다. 디스플레이부(300)는 선박의 운항사에게 충돌 회피를 위한 다양한 사용자 인터페이스(user interface, UI)를 제공할 수 있다

디스플레이부(300)는 제어부(200)로부터 전달 받은 충돌 위험률을 표시할 수 있다. 또한 디스플레이부(300)는 충돌 위험물이 복수 개인 경우 충돌 위험률이 높은 순서대로 표시할 수 있다. 디스플레이부(300)는 제어부(200)로부터 입력된 복수의 충돌 위험물에 대한 회피 우선 순위를 표시할 수 있다. 디스플레이부(300)는 제어부(200)가 생성한 회피 경로를 표시할 수 있다. 디스플레이부(300)는 제어부(200)가 결정한 국제해상충돌예방규칙에 따른 피항선을 표시할 수 있다. 또한 디스플레이부(300)는 충돌 위험물이 현재 상태를 유지하거나 규정에 따른 정상적인 회피 동작을 수행한다고 가정했을 때, 임의의 시점까지 복구의 충돌 위험물에 대한 위험률 및 회피 우선 순위를 표시할 수 있다.

국제해상충돌예방규칙 저장부(400)는 국제해상충돌예방규칙(COLREG, International Regulations for Preventing Collisions at Sea, 1972)에 의한 선박간의 항법규정을 저장할 수 있다. 국제해상충돌예방규칙 저장부(400)는 저장된 정보의 변경이 있는 경우 제어부(200)에 의해 업데이트 될 수 있다.

다양한 실시 예에서 국제해상충돌예방규칙 저장부(400)는 선박의 조종 성능을 나타내는 자선 정보를 저장할 수도 있다. 여기서, 자선 정보는 선박의 조종성능을 추정하는데 사용되는 최소한의 정보로, 자선 정보는 배 길이, 폭, 속도-저항 곡선, 프로펠러 지름, 추력감소계수, 반류비, 전진비-추력계수 곡선, 타 형상 정보 또는 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 또한 유체력 미계수는 흘수, 방형계수, 배수량, 선미형상 계수 등의 정보를 반영할 수 있다.

외부 인터페이스(500)는 본 발명의 선박 충돌 회피 장치(10)는 충돌 위험 인식부(100)에서 충돌 위험물을 인식하거나, 제어부(200)에서 충돌 위험물에 대한 회피 경로를 생성하는 경우 충돌 회피를 위해 외부 장치를 제어할 수 있다. 외부 인터페이스(500)는 본 발명의 선박 충돌 회피 장치(10)와 별도의 장치로 구현될 수 있다. 구체적인 외부 인터페이스(500)에 대해서는 도 5에 대한 설명에서 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 선박 충돌 회피 장치의 충돌 위험 인식부의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 3에 따르면, 본 발명의 충돌 위험 인식부(100)는 선박에 포함된 여러 가지 장비를 통해 선박의 충돌 위험물을 인식할 수 있다. 구체적으로 충돌 위험 인식부(100)는 선박 자동 식별부(110), 레이더 ARPA (120), 전자 해도 정보(130) 및 자선 상태 측정부(140)를 포함할 수 있다.

선박 자동 식별부(110)는 선박 자동 식별 장치(automatic identification system, AIS)를 구비한 선박의 위치를 인식할 수 있다. 선박 자동 식별 장치(AIS)는 선박의 위치, 침로, 속력 등 항해 정보를 실시간으로 제공하는 첨단 장치로, 해상에서 선박의 충돌을 방지하기 위한 장치이다. 선박 자동 식별 장치(automatic identification system, AIS)의 탑재는 국제 해사 기구(international maritime organization, IMO)가 추진하는 의무 사항이며, 선박 자동 식별 장치(AIS)를 이용하면 주위의 선박을 인식할 수 없는 경우에도 타선의 존재와 진행 상황 판단이 가능하고, 시계가 좋지 않은 경우에도 선명, 침로 또는 속력의 식별이 가능하여 선박 충돌 방지, 광역 관제, 조난 선박의 수색 및 구조 활동 등 안전 관리를 더욱 효과적으로 수행할 수 있다.

레이더 ARPA (automatic radar plotting aids) (120)는 종래의 레이더 기능에, 여러 첨단 전자장치의 기능들을 추가하여 내장된 CPU의 계산 기능으로 물표의 정보들을 통합하여 항해사에게 제공해주는 장치이다. 특히 레이더 ARPA(120)는 선박 자동 식별 장치(AIS)(110)를 구비하지 않은 선박, 빙하 또는 암초의 위치와 움직임을 파악할 수 있도록 한다. 레이더 ARPA(120)는 특히 모든 물표에 대한 자동 플로팅 정보를 화면상에 숫자 및 그래픽으로 보여줌으로써 곧바로 상대선박들의 정확한 움직임을 파악할 수 있게 해준다.

전자 해도 정보(130)는 선박의 항해와 관련된 해상 관련 정보를 포함할 수 있다. 여기서 해상 관련 정보는 해상 지도, 위치정보, 선박의 침로, 속력 또는 수심자료 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 전자 해도 정보(130)는 해상 관련 정보를 항해용 컴퓨터 화면상에 표시하는 시스템을 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에서, 전자 해도 정보(130)는 수로 업무를 책임지는 국가기관에서 전자해도표시시스템(ECDIS)에 사용할 수 있도록 내용, 구조 또는 서식을 표준화한 디지털 해도일 수 있다.

자선 상태 측정부(140)는 선박에 구비된 센서 또는 계측 장비로부터 선박의 상태를 나타내는 선박 정보를 수신하여 선박의 상태를 측정할 수 있다. 구체적으로 자선 상태 측정부(140)는 위성 항법 장치(global positioning system, GPS), 유속계(speed log), 풍속계(anemometer), 로딩 컴퓨터(loading computer) 또는 RPM센서 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

위성 항법 장치(GPS)는 GPS 수신기로 3개 이상의 위성으로부터 정확한 시간과 거리를 측정하여 3개의 각각 다른 거리를 삼각 방법에 따라서 선박의 현 위치를 정확히 계산할 수 있다. GPS는 3개의 위성으로부터 거리와 시간 정보를 얻고 1개 위성으로 오차를 수정하는 방법이 사용될 수 있다.

유속계(speed log)는 선박의 속도를 측정할 수 있다. 유속계는 초음파식, 프로펠러식 또는 열선 방식으로 동작할 수 있고, 본 발명에서 사용되는 유속계를 한정하는 것은 아니다.

풍속계(anemometer)는 풍향을 측정하여 선박의 진행 방향을 측정할 수 있다.

로딩 컴퓨터(loading computer)는 선박에 적재된 화물에 따른 선박의 흘수를 측정할 수 있다.

RPM센서는 선박의 프로펠러의 회전수(rpm)를 측정할 수 있다.

충돌 위험 인식부(100)는 상기 자선 상태 측정부(140)에 포함된 다양한 센서나 계측 장비에서 획득한 선박 정보, 선박 자동 식별부(110) 또는 레이더 ARPA(120)로부터 획득한 해상 구조물의 위치 정보 및 전자 해도 정보(130)에 포함된 해상 관련 정보를 기초로 선박과 충돌 위험이 있는 해상 구조물인 충돌 위험물의 존재를 인식 할 수 있다.

도 4는 본 발명의 선박 충돌 회피 장치의 제어부의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 4에 따르면, 선박 충돌 회피 장치(10)의 제어부(200)는 충돌 위험률 계산부(210), 회피 경로 생성부(220) 및 피항선 결정부(230)를 포함할 수 있다. 도 4에서는 충돌 위험률 계산부(210), 회피 경로 생성부(220) 및 피항선 결정부(230)만이 도시되어 있으나, 제어부(200)는 이 밖에도 다양한 기능을 수행하는 모듈이 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에서 제어부(200)의 충돌 위험률 계산부(210), 회피 경로 생성부(220) 및 피항선 결정부(230)가 수행하는 기능을 하나의 제어부(200)가 모두 수행할 수 있다는 점을 명시한다.

충돌 위험률 계산부(210)는 충돌 위험물 인식부(100)가 인식한 충돌 위험물에 대한 선박의 충돌 위험률을 계산할 수 있다. 충돌 위험률의 계산에 있어 숙련된 운항자와의 인터뷰를 통해 구성된 위험도 퍼지 함수가 사용될 수 있다. 다양한 실시 예에서 충돌 위험률을 계산하는 여러 가지 알고리즘이 사용될 수 있으며, 본 발명에서 충돌 위험률을 계산하는 알고리즘을 한정하는 것은 아니다.

제어부(200)는 계산된 충돌 위험률을 디스플레이부(300)에 표시하거나, 충돌 위험물 인식부(100)가 인식한 충돌 위험물이 복수 개인 경우, 위험도가 높은 순서대로 디스플레이부(300)에 표시하도록 제어할 수 있다. 또한 제어부(200)는 충돌 위험물이 복수 개인 경우 회피 우선 순위를 결정할 수 있다. 제어부(200)는 결정한 복수의 충돌 위험물에 대한 회피 우선 순위를 디스플레이부(300)에 표시하도록 전달할 수 있다.

피항선 결정부(230)는 충돌 위험물이 선박인 경우, 피항선이 어떤 선박인지를 결정할 수 있다. 구체적으로, 국제해상충돌예방규칙 저장부(400)에 저장된 국제해상충돌예방규칙을 기초로 피항선을 결정할 수 있다. 피항선 결정부(230)는 충돌 위험에 처한 선박이 자선을 포함하여 셋 이상인 경우에도, 국제해상충돌예방규칙 저장부(400)에 저장된 국제해상충돌예방규칙을 기초로 피항선을 결정할 수 있다.

구체적으로 피항선 결정부(230)은 도 1에서 설명한 국제해상충돌예방규칙에 규정된 피항관계를 기초로 피항 의무를 갖는 피항선과 유지선을 결정할 수 있다. 또한 피항선 결정부(230)는 충돌 위험에 처한 선박이 자선을 포함하여 셋 이상의 선박인 경우에도 국제해상충돌예방규칙에 따라 피항선과 유지선을 결정할 수 있다.

제어부(200)의 회피 경로 생성부(220)는 계산된 충돌 위험률이 기 설정된 임계 값을 초과하고, 피항선 결정부(230)의 결정에 따라 자선이 피항선인 경우, 충돌 위험물을 회피 하기 위한 항로인 회피 경로를 생성할 수 있다. 이때, 회피 경로 생성부(220)는 국제해상충돌예방규칙 저장부(400)에 미리 저장된 국제해상충돌예방규칙을 기초로 회피 경로를 생성할 수 있다.

다양한 실시 예에서, 회피 경로 생성부(220)는 자선 정보를 기초로 회피 경로를 생성할 수도 있다.

자선 정보는 선박의 조종성능을 추정하는데 사용되는 최소한의 정보로, 자선 정보는 배 길이, 폭, 속도-저항 곡선, 프로펠러 지름, 추력감소계수, 반류비, 전진비-추력계수 곡선, 타 형상 정보 또는 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 또한 유체력 미계수는 흘수, 방형계수, 배수량, 선미형상 계수 등의 정보를 반영할 수 있다. 다양한 실시 예에서, 회피 경로 생성부(220)는 상기 자선 정보를 기초로 조종성능 모형 시험(planar motion mechanism test, PMM)의 결과를 이용한 조종성능을 반영하여 회피 경로를 생성할 수 있다.

또한 회피 경로 생성부(220)는 충돌 위험물 인식부(100)의 선박 자동 식별부(AIS)(110)에서 획득한 상대 선박의 제원과 움직임을 통해 상대 선박의 움직임을 기계 학습하고 상대방 선박의 조종성을 추정할 수 있다. 회피 경로 생성부(220)는 추정한 상대 선박의 조종성 반영하여 선박의 회피 경로를 생성할 수 있다.

또한 회피 경로 생성부(220)는 선박의 회피 경로를 생성함에 있어 풍향 또는 조류 등의 환경 정보를 고려할 수 있다.

또한 회피 경로 생성부(220)는 충돌 위험물 인식부(100)의 자선상태 측정부(140)에서 측정한 흘수의 변화에 따른 조종성능 변화를 자가학습을 통해 습득하고 오토 튜닝(auto tuning)하여 조종성능에 정확도를 높일 수 있다.

또한 회피 경로 생성부(220)는 국제해상충돌예방규칙 저장부(400)에 저장된 국제해상충돌예방규칙에 따라 피항선과 유지선을 결정한 뒤 이를 반영한 회피 경로를 생성할 수 있다.

또한 회피 경로 생성부(220)는 본 발명에 따른 충돌 회피 장치(10)가 탑재된 선박들 간의 사물 통신을 수행하여 충돌 회피 장치(10)가 탑재된 선박 간의 회피 경로를 자동으로 생성할 수 있다.

제어부(200)는 회피 경로 생성부(220)가 생성한 회피 경로를 디스플레이(300)에 전달하여 표시하도록 할 수 있다. 이때, 충돌 위험물이 복수 개인경우 각각의 충돌 위험물에 대한 회피 경로를 표시할 수 있다. 또는 충돌 위험률이 가장 높은 충돌 위험물을 표시하고 이에 대한 회피 경로를 표시할 수 있다.

회피 경로 생성부(220)가 생성한 회피 경로는 회피를 위한 선박의 타각 정보 또는 방위각 정보 중 적어도 어느 하나를 포함한다.

다양한 실시 예에서, 회피 경로 생성부(220)가 회피 경로를 생성하는 경우 선박의 조타 범위를 제한할 수 있다. 구체적으로 컨테이너 운반선이나 자동차 운반선의 경우 급격한 기동에 의한 사고가 발생할 수 있으므로, 회피 경로 생성부(220)는 자선 정보 및 적재된 화물 정보를 고려하여 제한된 조타 범위에서의 회피 경로를 생성할 수 있다.

회피 경로 생성부(220)는 선박이 진행하는 경로에서 기 설정된 크로스 트랙 거리(cross track distance, XTD)를 벗어나지 않는 회피 경로를 생성하기 위해 선박에 설정된 XTD를 벽으로 인식할 수 있다.

여기서 크로스 트랙 거리(XTD)는 선박이 진행하는 경로에서 좌(L) 또는 우(R)로 벗어난 거리이다.

도 5는 본 발명의 선박 충돌 회피 장치의 외부 인터페이스의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 5에 따르면, 선박 충돌 회피 장치(10)의 외부 인터페이스(500)는 선박 키 제어부(510) 및 경고 알림 장치(520)를 포함할 수 있다.

도 5에서 외부 인터페이스(500)의 구성요소로 선박 키 제어부(510) 및 경고 알림 장치(520)가 도시되어 있으나, 본 발명의 선박 충돌 회피 장치(10)의 외부 인터페이스(500)는 선박 키 제어부(510) 및 경고 알림 장치(520) 이외에도, 선박의 충돌 회피를 위한 다양한 외부 장치의 제어부 또는 외부장치와의 인터페이스를 포함할 수 있다.

선박 키 제어부(510)는 제어부(200)의 회피 경로 생성부(220)에서 생성한 회피 경로를 기초로 선박의 키를 제어할 수 있다.

경고 알림 장치(520)는 선박이 충돌을 회피할 수 있도록 충돌 위험물 주변에 소형 비행체(drone)을 날려 경고를 줄 수 있다.

경고 알림 장치(520)는 피항선 결정부(230)가 자선을 피항선으로 결정하면, 회피 경로 생성부(220)에서 생성한 회피 경로를 유지선에게 전달할 수 있다. 이때, 경로 알림 장치(520)가 유지선에게 회피 경로를 전달하는 방식은 본 발명에서 한정하지 않는다.

경고 알림 장치(520)는 선박에 설치된 방향 지시 등을 제어하여 선박의 선회 방향을 표시할 수 있다.

다양한 실시 예에서, 경고 알림 장치(520)는 피항선 결정부(230)가 자선을 유지선으로 결정하면, 피항선으로 결정된 선박 또는 충돌 위험에 처한 모든 선박에 피항 관련 정보를 전달할 수 있다. 여기서 피항 관련 정보는 피항선을 나타내는 정보, 자선의 경로 또는 피항선을 결정한 근거규정정보 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박 충돌 회피 방법을 나타낸 순서도이다.

도 6에 따르면, 먼저 선박 충돌 회피 장치(10)는 선박에 탑재된 여러 가지 장비들로부터 취득한 정보를 기초로 충돌 위험물을 인식할 수 있다(601). 보다 구체적으로, 선박 충돌 회피 장치(10)는 해상 구조물의 위치를 판단하고, 선박의 상태를 측정하여 선박과 충돌할 수 있는 충돌 위험물을 인식 할 수 있다. 충돌 회피 장치(10)는 선박에 포함된 다양한 센서나 계측 장비에서 획득한 선박 정보, 선박 자동 식별부(AIS)(110) 또는 레이더 ARPA(120)로부터 획득한 해상 구조물의 위치 정보 및 전자 해도 정보(130)에 포함된 해상 관련 정보를 기초로 선박과 충돌 위험이 있는 해상 구조물인 충돌 위험물의 존재를 인식 할 수 있다.

603 단계에서, 선박 충돌 회피 장치(10)는 인식된 충돌 위험물에 대한 선박의 충돌 위험률을 계산할 수 있다. 충돌 위험률의 계산에 있어 숙련된 운항자와의 인터뷰를 통해 구성된 위험도 퍼지 함수가 사용될 수 있다. 다양한 실시 예에서 충돌 위험률을 계산하는 여러 가지 알고리즘이 사용될 수 있으며, 본 발명에서 충돌 위험률을 계산하는 알고리즘을 한정하는 것은 아니다.

충돌 위험물이 복수 개인 경우, 선박 충돌 회피 장치(10)는 각각의 충돌 위험물에 대한 위험률을 계산할 수 있다.

다양한 실시 예에서, 충돌 회피 장치(10)는 충돌 위험률을 계산함에 있어 국제해상충돌예방규칙을 반영하여 충돌 위험률을 계산할 수도 있다. 또한, 선박 충돌 회피 장치(10)는 계산된 위험률을 표시할 수 있다. 이때, 선박 충돌 회피 장치(10)는 위험도가 높은 순서대로 디스플레이부(300)에 표시할 수 있다. 선박 충돌 회피 장치(10)는 충돌 위험물이 복수 개인 경우 회피 우선 순위를 결정할 수 있다. 선박 충돌 회피 장치(10)는 결정한 복수의 충돌 위험물에 대한 회피 우선 순위를 디스플레이부(300)에 표시할 수 있다.

605 단계에서, 선박 충돌 회피 장치(10)는 계산된 충돌 위험률이 기 설정된 임계 값을 초과하는지 여부를 판단할 수 있다.

판단 결과, 계산된 충돌 위험률이 기 설정된 임계 값을 초과하는 경우, 선박 충돌 회피 장치(10)는 국제해상충돌예방규칙에 따라 피항선과 유지선을 결정할 수 있다(607). 또한 선박 충돌 회피 장치(10)는 충돌 위험에 처한 선박이 자선을 포함하여 셋 이상의 선박인 경우에도 국제해상충돌예방규칙에 따라 피항선과 유지선을 결정할 수 있다.

609 단계에서, 선박 충돌 회피 장치(10)는 자선이 피항선인지 여부를 판단하여 자선이 피항선이 아닌 경우 615단계로 진행하여 외부 인터페이스를 통해 피항선에게 피항 관련 정보를 제공할 수 있다. 이때, 선박 충돌 회피 장치(10)가 피항 관련 정보를 제공하는 방법은 제한되지 않는다. 선박 충돌 회피 장치(10)는 피항선 뿐만 아니라 충돌 위험에 처한 모든 선박에 피항 관련 정보를 전달할 수 있다. 여기서 피항 관련 정보는 피항선을 나타내는 정보, 자선의 경로 또는 피항선을 결정한 근거규정정보 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

609단계에서 판단한 결과, 자선이 피항선인 경우, 선박 충돌 회피 장치(10)는 충돌 위험물을 회피 하기 위한 항로인 회피 경로를 생성할 수 있다(611). 이때, 선박 충돌 회피 장치(10)는 미리 저장된 국제해상충돌예방규칙을 기초로 회피 경로를 생성할 수 있다.

다양한 실시 예에서, 선박 충돌 회피 장치(10)는 미리 저장된 자선 정보를 기초로 회피 경로를 생성할 수 있다(609). 자선 정보는 선박의 조종성능을 추정하는데 사용되는 최소한의 정보로, 자선 정보는 배 길이, 폭, 속도-저항 곡선, 프로펠러 지름, 추력감소계수, 반류비, 전진비-추력계수 곡선, 타 형상 정보 또는 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 또한 유체력 미계수는 흘수, 방형계수, 배수량, 선미형상 계수 등의 정보를 반영할 수 있다.

다양한 실시 예에서, 선박 충돌 회피 장치(10)는 자선 정보를 기초로 조종성능 모형 시험(planar motion mechanism test, PMM)의 결과를 이용한 조종성능을 반영하여 회피 경로를 생성할 수 있다. 또한 선박 충돌 회피 장치(10)는 충돌 위험물 인식부(100)의 선박 자동 식별부(AIS)(110)에서 획득한 상대 선박의 제원과 움직임을 통해 상대 선박의 움직임을 기계 학습하고 상대방 선박의 조종성을 추정할 수 있다. 선박 충돌 회피 장치(10)는 추정한 상대 선박의 조종성 반영하여 선박의 회피 경로를 생성할 수 있다. 또한 선박 충돌 회피 장치(10)는 선박의 회피 경로를 생성함에 있어 풍향 또는 조류 등의 환경 정보를 고려할 수 있다. 또한 선박 충돌 회피 장치(10)는 충돌 위험물 인식부(100)의 자선상태 측정부(140)에서 측정한 흘수의 변화에 따른 조종성능 변화를 자가학습을 통해 습득하고 오토 튜닝(auto tuning)하여 조종성능에 정확도를 높일 수 있다. 또한 선박 충돌 회피 장치(10)는 자선 정보를 이용하여 자선과 타선의 조종성을 추정하고 이를 반영한 회피 경로를 생성할 수 있다. 또한 선박 충돌 회피 장치(10)는 충돌 회피 장치(10)가 탑재된 선박들 간의 사물 통신을 수행하여 충돌 회피 장치(10)가 탑재된 선박 간의 회피 경로를 자동으로 생성할 수 있다.

선박 충돌 회피 장치(10)는 613 단계에서, 생성된 회피 경로를 디스플레이부(300)에 표시할 수 있다. 선박 충돌 회피 장치(10)는 충돌 위험물이 복수 개인 경우 충돌 위험률이 높은 순서대로 표시할 수 있다. 선박 충돌 회피 장치(10)는 복수의 충돌 위험물에 대한 회피 우선 순위를 표시할 수 있다. 여기서 회피 우선 순위는 국제해상충돌예방규칙에 따른 피항선과 유지선의 관계에 따라 결정될 수 있다. 선박 충돌 회피 장치(10)는 충돌 위험물이 현재 상태를 유지하거나 규정에 따른 정상적인 회피 동작을 수행한다고 가정했을 때, 임의의 시점까지 복구의 충돌 위험물에 대한 위험률 및 회피 우선 순위를 표시할 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 실시 예들에서, 모든 단계는 선택적으로 수행의 대상이 되거나 생략의 대상이 될 수 있다. 또한 각 실시 예에서 단계들은 반드시 순서대로 일어날 필요는 없으며, 뒤바뀔 수 있다. 한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 명세서의 실시 예들은 본 명세서의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 명세서의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 명세서의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 즉 본 명세서의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 명세서가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

10: 선박 충돌 회피 장치
100: 충돌 위험물 인식부
200: 제어부
300: 디스플레이부
400: 국제해상충돌예방규칙 저장부
500: 외부 인터페이스

Claims (10)

1. 선박이 충돌할 가능성이 있는 해상 구조물인 적어도 하나 이상의 충돌 위험물을 인식하는 단계;
   상기 선박의 상기 충돌 위험물에 대한 충돌 위험률을 계산하는 단계;
   계산된 상기 충돌 위험률이 기 설정된 임계 값을 초과하는 경우, 기 저장된 국제해상충돌예방규칙 (convention of the international regulations for preventing collision at sea, COLREG)에 따라 피항선을 결정하는 단계;
   자선이 피항선으로 결정된 경우, 상기 국제해상충돌예방규칙에 따라 상기 피항선의 상기 충돌 위험물을 회피 하기 위한 회피 경로를 생성하는 단계; 및
   생성된 회피 경로를 표시하는 단계;를 포함하는 선박의 충돌 회피 방법.
2. 제 1항에 있어서,
   자선이 유지선으로 결정된 경우, 상기 피항선에게 피항 관련 정보를 전송하는 단계;를 더 포함하는 선박의 충돌 회피 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 충돌 위험률을 계산하는 단계는,
   위험도 퍼지 함수를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 선박의 충돌 회피 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 국제해상충돌예방규칙에 따라 상기 피항선의 상기 충돌 위험물을 회피 하기 위한 회피 경로를 생성하는 단계는,
   상기 선박이 진행하는 경로에서 기 설정된 크로스 트랙 거리(cross track distance, XTD)를 초과하지 않도록 생성되는 것을 특징으로 하는 선박의 충돌 회피 방법.
5. 제 2항에 있어서, 상기 피항 관련 정보는,
   상기 피항선을 나타내는 정보, 상기 자선의 경로 또는 상기 피항선을 결정한 근거규정정보 중 적어도 어느 하나를 포함하는 선박의 충돌 회피 방법.
6. 선박이 충돌할 가능성이 있는 해상 구조물인 적어도 하나 이상의 충돌 위험물을 인식하는 충돌 위험물 인식부;
   상기 선박의 상기 충돌 위험물에 대한 충돌 위험률을 계산하고, 계산된 상기 충돌 위험률이 기 설정된 임계 값을 초과하는 경우, 기 저장된 국제해상충돌예방규칙 (convention of the international regulations for preventing collision at sea, COLREG)에 따라 피항선을 결정하고, 자선이 피항선으로 결정된 경우, 상기 국제해상충돌예방규칙에 따라 상기 피항선의 상기 충돌 위험물을 회피 하기 위한 회피 경로를 생성하는 제어부; 및
   생성된 회피 경로를 표시하는 디스플레이부;를 포함하는 선박 충돌 회피 장치.
7. 제 6항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 자선이 유지선으로 결정된 경우, 상기 피항선에게 피항 관련 정보를 전송하는 것을 특징으로 하는 선박 충돌 회피 장치.
8. 제 6항에 있어서, 상기 제어부는,
   위험도 퍼지 함수를 사용하여 상기 충돌 위험률을 계산하는 것을 특징으로 하는 선박 충돌 회피 장치.
9. 제 6항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 선박이 진행하는 경로에서 기 설정된 크로스 트랙 거리(cross track distance, XTD)를 초과하지 않도록 생성하는 것을 특징으로 하는 선박 충돌 회피 장치.
10. 제 7항에 있어서, 상기 피항 관련 정보는,
    상기 피항선을 나타내는 정보, 상기 자선의 경로 또는 상기 피항선을 결정한 근거규정정보 중 적어도 어느 하나를 포함하는 선박의 충돌 회피 장치.
    

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