KR20160149460A - 보트 조종시뮬레이터를 이용한 수상레저면허 자동채점시스템 및 그의 자동채점방법 - Google Patents

Abstract

현실감 있는 수상레저면허 교육이 가능하도록, 본 발명은 가상 보트의 조작명령을 입력받는 조종간과 상기 가상 보트의 위치정보에 대응되는 주변영상정보를 출력하는 영상출력부가 전방부에 배치된 콕핏부; 상기 가상 보트의 항로에 따른 지형 및 주변 구조물을 나타내는 3차원 지형 데이터와, 상기 항로에 따른 외란요소를 나타내는 해상외란 데이터와, 상기 가상 보트의 선체정보별로 외란요소에 따른 조종시 모션 변화 및 위치 변화를 나타내는 외란순응 운동데이터가 저장되는 저장부; 상기 해상외란 데이터로부터 상기 위치정보에 대응되는 외란정보를 추출하되 상기 조작명령에 따른 조작정보를 수신하여 상기 외란순응 운동데이터로부터 상기 가상 보트의 모션 변화량 및 위치 변화량을 산출하는 위치모션처리부; 상기 산출된 위치 변화량를 통해 동기화된 상기 위치정보에 따라 상기 3차원 지형 데이터로부터 3차원 이미지를 추출하되, 추출된 상기 3차원 이미지를 상기 외란정보에 따라 변환하여 상기 주변영상정보를 생성하는 주변영상처리부; 상기 모션 변화량에 따라 상기 콕핏부의 3차원 운동을 구현하는 모션플랫폼; 및 수상레저면허의 교육단계별로 기설정된 기준항로 및 기준운동량을 상기 동기화된 위치정보 및 상기 산출된 모션 변화량과 비교하여 주행숙련도를 판정하는 숙련도판정부를 포함하는 보트 조종시뮬레이터를 이용한 수상레저면허 자동채점시스템을 제공한다.

Description

보트 조종시뮬레이터를 이용한 수상레저면허 자동채점시스템 및 그의 자동채점방법{automatic grading system for water leisure license using maneuvering simulator of boat and method for automatic grading thereof}

본 발명은 보트 조종시뮬레이터를 이용한 수상레저면허 자동채점시스템 및 그의 자동채점방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 현실감 있는 수상레저면허 교육이 가능한 보트 조종시뮬레이터를 이용한 수상레저면허 자동채점시스템 및 그의 자동채점방법에 관한 것이다.

최근, 수상 레저 활동은 가족단위 관광 및 체험형 관광시장의 급성장과 생산적 복지로써의 스포츠 기능, 고부가가치의 산업으로의 발전 가능성에 따라 급격히 활성화되는 추세에 있으며, 이러한 추세와 더불어 모터보트나 요트 등의 동력 수상레저 기구의 수요가 매년 증가하고 있다.

한편, 동력 수상레저 기구의 수요 증가와 함께, 수상 레저 사고를 방지하기 위해 수상레저안전법을 개정하여, 대부분의 동력 수상레저 기구 조종시 조종면허를 취득하도록 하는 제도를 시행하고 있으나, 수상 레저 사고로 인한 인명 및 재산 피해가 매년 증가하고 있는 실정이다.

특히, 과거에는 수상 레저 사고의 주원인이 정비 불량에 있었으나, 젊은 세대의 활동자가 증가하고, 여러 동력수상레저기구 간의 결합, 변형 등으로 고속화, 다양화된 수상 레저의 특성으로 인해, 최근에는 대부분의 수상 레저 사고가 운항 부주의 및 조종미숙 등을 원인으로 발생되는 것으로 집계되고 있어, 조종 숙련도 확보와 수상 안전 교육에 대한 필요성이 대두되고 있다.

그러나, 수상 레저 활동의 특성상 면허취득 및 조종 숙련도 확보 등 조종 훈련을 위한 비용과 위험부담이 클 뿐만 아니라, 시설이 일부 지역에 편중되어 있어 활동 및 교육의 효율성이 저하되는 문제점이 있었다.

한국 등록특허 제10-1493614호

상기의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 현실감 있는 수상레저면허 교육이 가능한 보트 조종시뮬레이터를 이용한 수상레저면허 자동채점시스템 및 그의 자동채점방법을 제공하는 것을 해결과제로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 가상 보트의 조작명령을 입력받는 조종간과 상기 가상 보트의 위치정보에 대응되는 주변영상정보를 출력하는 영상출력부가 전방부에 배치된 콕핏부; 상기 가상 보트의 항로에 따른 지형 및 주변 구조물을 나타내는 3차원 지형 데이터와, 상기 항로에 따른 외란요소를 나타내는 해상외란 데이터와, 상기 가상 보트의 선체정보별로 외란요소에 따른 조종시 모션 변화 및 위치 변화를 나타내는 외란순응 운동데이터가 저장되는 저장부; 상기 해상외란 데이터로부터 상기 위치정보에 대응되는 외란정보를 추출하되 상기 조작명령에 따른 조작정보를 수신하여 상기 외란순응 운동데이터로부터 상기 가상 보트의 모션 변화량 및 위치 변화량을 산출하는 위치모션처리부; 상기 산출된 위치 변화량를 통해 동기화된 상기 위치정보에 따라 상기 3차원 지형 데이터로부터 3차원 이미지를 추출하되, 추출된 상기 3차원 이미지를 상기 외란정보에 따라 변환하여 상기 주변영상정보를 생성하는 주변영상처리부; 상기 모션 변화량에 따라 상기 콕핏부의 3차원 운동을 구현하는 모션플랫폼; 및 수상레저면허의 교육단계별로 기설정된 기준항로 및 기준운동량을 상기 동기화된 위치정보 및 상기 산출된 모션 변화량과 비교하여 주행숙련도를 판정하는 숙련도판정부를 포함하는 보트 조종시뮬레이터를 이용한 수상레저면허 자동채점시스템을 제공한다.

여기서, 상기 모션플랫폼은 상기 콕핏부의 하부를 지지하는 회전프레임에 결합되어 상기 산출된 모션 변화량에 따라 회전량이 제어되는 회전구동수단과, 상기 회전프레임이 회전되도록 결합되는 상부 프레임의 하부에 상호 이격되도록 배치되어 상기 모션 변화량에 따라 각각의 신축량이 독립적으로 제어되는 복수개의 승강구동수단을 포함함이 바람직하다.

그리고, 상기 선체정보는 상기 가상 보트의 선형, 중량, 크기를 변수로서 포함하되, 상기 외란정보는 상기 파도의 방향 및 세기를 변수로서 포함하고, 상기 조작정보는 상기 가상 보트의 변속량 및 조타각도를 변수로서 포함하며, 상기 외란순응 운동데이터는 상기 선체정보, 상기 외란정보, 상기 조작정보의 각 변수에 따른 롤링, 피칭, 요잉, 히빙의 모션 변화가 수치화된 데이터베이스로 구비됨이 바람직하다.

한편, 가상 보트의 선체정보 및 위치정보가 선택 입력되는 제1단계; 상기 가상 보트의 조작명령에 따라 송출된 조작정보 및 상기 위치정보에 대응되는 외란정보를 통해 상기 가상 보트의 위치 변화량 및 모션 변화량이 산출되는 제2단계; 상기 위치 변화량에 따라 상기 위치정보가 동기화되고, 콕핏부의 3차원 운동이 구현되도록 상기 모션 변화량에 따라 모션플랫폼이 구동되며, 상기 위치정보에 대응되도록 추출된 3차원 이미지가 상기 외란정보에 따라 변환되어 주변영상정보로 출력되는 제3단계; 및 상기 동기화된 위치정보 및 상기 추출된 모션 변화량이 수상레저면허의 교육단계별로 기설정된 기준항로 및 기준운동량과 비교되어 주행숙련도가 판정되는 제4단계를 포함하는 보트 조종시뮬레이터를 이용한 수상레저면허 자동채점시스템의 자동채점방법을 제공한다.

여기서, 상기 제4단계는 상기 교육단계별 기준항로 및 상기 동기화된 위치정보의 궤도가 비교되어 주행오차가 산출되되, 상기 기준운동량과 상기 모션 변화량이 비교되어 모션오차가 산출되는 단계와, 상기 산출된 주행오차 및 모션오차가 기설정된 감점테이블에 의해 점수로 환산되는 단계를 포함함이 바람직하다.

상기의 해결 수단을 통해서, 본 발명의 보트 조종시뮬레이터를 이용한 수상레저면허 자동채점시스템 및 그의 자동채점방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 상기 가상 보트는 조작에 따른 모션 변화 및 위치 변화가 실측 데이터를 통해 도출된 외란순응 운동데이터로부터 조작정보, 선체정보, 외란정보의 각 변수에 따라 산출되므로 실해에서 운항되는 실제 보트와 흡사한 거동으로 가상 운항될 수 있으며, 가상 운항시 산출된 모션 변화량에 따라 탑승자가 위치한 콕핏부가 3차원 운동됨에 따라 현실감이 극대화될 수 있다.

둘째, 상기 모션플랫폼의 회전구동수단과 승강구동수단의 조합으로 요잉 및 롤링, 히빙, 피칭을 통한 선회 및 선회시 요동이 더욱 정밀하게 모사됨과 더불어, 동기화된 위치정보를 통한 운항 정확성과 모션 변화량을 통한 운항 능숙성의 두가지 측면으로, 실제 운항과 동일한 현실감 하에서 주행숙련도를 판단함에 따라 판단의 정확성이 향상될 수 있다.

셋째, 상기 위치정보 및 기준항로의 좌표 비교를 통해 주행오차가 산출되되 모션 변화량 및 기준운동량의 각도 비교를 통해 모션오차가 산출되어 감점테이블로부터 산출된 오차에 대응되는 감점을 추출 및 합산함에 따라 간단한 과정으로 주행숙련도가 자동으로 점수화될 수 있으며, 점수화된 주행숙련도를 통해 객관적인 판단 결과를 제공하여 효율적인 모의 훈련이 가능하다.

넷째, 상기 외란순응 운동데이터가 조작정보, 외란정보 뿐만 아니라 선체정보의 각 변수에 따라 세분화되어 구비되므로 20피트, 40피트 파워보트 등의 빠르고 다이나믹한 거동에 대응되는 정확한 모션 변화 및 위치 변화가 산출될 수 있어 실제 운항될 보트에 적합한 현실감 있는 가상 운항과 효율적인 운항 훈련이 이루어질 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 보트 조종시뮬레이터를 이용한 수상레저면허 자동채점시스템을 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 보트 조종시뮬레이터를 이용한 수상레저면허 자동채점시스템을 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 보트 조종시뮬레이터를 이용한 수상레저면허 자동채점시스템의 모션플랫폼을 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 보트 조종시뮬레이터를 이용한 수상레저면허 자동채점시스템의 자동채점방법을 나타낸 흐름도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 보트 조종시뮬레이터를 이용한 수상레저면허 자동채점시스템의 자동채점방법의 점수환산과정을 나타낸 흐름도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보트 조종시뮬레이터를 이용한 수상레저면허 자동채점시스템 및 그의 자동채점방법을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 보트 조종시뮬레이터를 이용한 수상레저면허 자동채점시스템을 나타낸 블록도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 보트 조종시뮬레이터를 이용한 수상레저면허 자동채점시스템을 나타낸 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 보트 조종시뮬레이터를 이용한 수상레저면허 자동채점시스템의 모션플랫폼을 나타낸 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 보트 조종시뮬레이터를 이용한 수상레저면허 자동채점시스템의 자동채점방법을 나타낸 흐름도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 보트 조종시뮬레이터를 이용한 수상레저면허 자동채점시스템의 자동채점방법의 점수환산과정을 나타낸 흐름도이다.

도 1 내지 도 5에서 보는 바와 같이, 상기 보트 조종시뮬레이터를 이용한 수상레저면허 자동채점시스템(100)은 콕핏부(10), 저장부(20), 위치모션처리부(30), 주변영상처리부(40), 모션플랫폼(50), 그리고 숙련도판정부(60)를 포함한다.

여기서, 상기 보트 조종시뮬레이터를 이용한 수상레저면허 자동채점시스템(100)은 환경 및 지역의 제한 없이 저비용으로 효율적인 운항 훈련이 가능하도록 조종시 보트의 크기, 속도, 외란 등의 변수에 따른 요잉(yewing), 히빙(heaving), 피칭(pitching), 롤링(rolling) 등의 모션 변화가 구현된 보트 조종시뮬레이터와, 이를 이용하여 탑승자의 주행숙련도를 판정하는 자동채점 알고리즘이 탑재된 처리장치를 포함하는 시스템을 의미하는 것으로 이해할 수 있다.

이때, 상기 보트는 레저용 선박으로 많이 사용되는 20피트, 40피트 규격의 파워보트, 요트 등을 모두 포함하는 개념으로 이해함이 바람직하다.

한편, 상기 콕핏부(10)의 전방부에는 가상 보트의 조작명령을 입력받는 조종간(12)과 상기 가상 보트의 위치정보에 대응되는 주변영상정보를 출력하는 영상출력부(11)가 배치된다.

이때, 상기 콕핏부(10)는 일반적인 레저용 선박에 사용되는 범용 조종석에 대응되도록 설계되며, 상기 콕핏부(10)에는 상기 조종간(12)의 후방에 탑승좌석(13)이 구비될 수 있다.

또한, 상기 조종간(12)의 상부에는 가상 보트의 속도, 연료, 방향 등의 상태를 표시하는 계기판이 구비되며, 상기 조종간(12)의 전방 상부에는 영상출력부(11)가 구비된다.

여기서, 상기 가상 보트는 탑승자의 조종에 따라 상기 자동채점시스템(100) 상에서 가상으로 운항되는 보트를 의미하며, 가상 보트의 속도, 위치정보는 자동채점시스템(100) 내에서 운항되는 가상 보트의 가상 속도, 가상 위치정보로 이해함이 바람직하다.

이때, 상기 탑승자가 상기 조종간(12)을 조작하면, 상기 조종간(12)에 입력된 조작명령은 조종간(12)에 연결된 센서 등을 통해 신호로 변환되며, 변환된 신호는 조작정보로써 상기 위치모션처리부(30)로 송출될 수 있다.

그리고, 상기 영상출력부(11)는 복수개의 디스플레이 패널로 구비될 수 있으며, 각 패널을 따라 주변영상정보가 3차원 영상으로 출력될 수 있다. 즉, 상기 영상출력부(11)는 상기 가상 보트의 위치정보에 따른 주변 지형, 구조물을 3차원 영상으로 출력하여 탑승자에게 시각적인 현실감을 제공할 수 있다.

이때, 상기 콕핏부(10)에는 더욱 현실감 있는 모의 운항을 제공하기 위해 운항시 발생되는 소리를 출력하는 음향출력부, 바람을 구현하는 송풍장치 등이 더 구비될 수 있다.

여기서, 상기 콕핏부(10)는 상기 모션플랫폼(50)에 연결되어 3차원 운동되며, 탑승자의 조종에 따른 가상 보트의 요동, 선회 등에 대응되는 모션이 구현될 수 있으며, 실제 보트를 조작하는 것과 같은 현실감을 제공할 수 있다.

이때, 상기 콕핏부(10)는 상기 영상출력부(11), 조종간(12), 탑승좌석(13)이 일체로 연결되도록 구비되어 상기 모션플랫폼(50)에 의해 전체 콕핏부(10)가 3차원 운동되는 것도 가능하며, 상기 영상출력부(11)가 상기 조종간(12) 및 탑승좌석(13)로부터 분리되도록 구비되어 상기 조종간(12) 및 탑승좌석(13)이 3차원 운동되는 것도 가능하며, 상기 탑승좌석(13)만 3차원 운동되도록 구비되는 것도 가능하다.

그리고, 상기 저장부(20)에는 상기 가상 보트의 항로에 따른 지형 및 주변 구조물을 나타내는 3차원 지형 데이터와, 상기 항로에 따른 외란요소를 나타내는 해상외란 데이터와, 상기 가상 보트의 선체정보별로 외란요소에 따른 조종시 모션 변화 및 위치 변화를 나타내는 외란순응 운동데이터가 저장된다.

여기서, 상기 3차원 지형 데이터는 수상레저면허의 교육 시나리오에 따라 구비된 복수개의 항로, 각 항로와 인접하게 위치된 계류장 등의 구조물에 대한 위치 좌표와 3차원 벡터 데이터, 실측 데이터를 기반으로 구비된 이미지 정보를 포함한다.

이때, 상기 3차원 지형 데이터는 새로운 항로가 입력되는 경우에 새로운 위치좌표, 3차원 벡터 데이터, 이미지 정보 등을 추가하여 갱신될 수 있다.

그리고, 상기 해상외란 데이터는 각 항로의 좌표별로 조류, 파도, 바람의 방향 및 세기 등의 외란요소가 수치화된 데이터로 구비된다. 이때, 상기 해상외란 데이터는 각 항로의 좌표별로 확정된 수치데이터로 구비될 수 있으며, 별도의 알고리즘에 의해 각 좌표별 수치데이터가 유동적으로 변화되도록 구비되는 것도 가능하다.

또한, 상기 외란순응 운동데이터는 상기 가상 보트의 선체정보별로 외란요소에 따른 조종시 모션 변화 및 위치 변화가 수치화된 데이터로 구비된다.

여기서, 상기 선체정보는 상기 가상 보트의 중량, 크기, 선형 등을 변수로서 포함하되, 상기 외란요소는 파도의 방향 및 세기를 변수로서 포함할 수 있으며, 바람직하게는 파도, 조류, 바람의 방향 및 세기를 변수로 포함할 수 있다.

이때, 상기 위치정보는 상기 가상 보트가 현재 위치된 좌표를 의미하며, 상기 위치정보에 대응되는 외란요소가 추출되면, 상기 추출된 외란요소는 외란정보로 설정될 수 있다.

즉, 상기 외란정보는 상기 위치정보에 대응되는 파도, 조류, 바람의 방향/세기 등을 의미하는 것으로 이해함이 바람직하며, 상기 외란정보는 파도, 조류, 바람의 방향 및 세기를 변수로 가질 수 있다.

그리고, 상기 조종간(12)은 기어, 가속레버(12b), 조타핸들(12a) 등으로 구비될 수 있으며, 상기 가상 보트는 조타핸들(12a)에 입력된 조타각도, 가속레버(12b)에 입력된 가속, 감속 등에 따라 조작되어 가상 운항될 수 있다. 이때, 입력된 조작명령은 신호로 변환되어 조작정보로 설정될 수 있다.

이때, 상기 가상 보트의 조작에 따른 상기 모션 변화 및 위치 변화는 상기 선체정보 및 외란요소에 따라 상이하게 이루어질 수 있다.

예를 들어, 동일한 조타각도로 가상 보트의 방향을 전환하는 경우에도 가상 보트의 중량, 크기, 선형 및 조류, 파도, 바람의 방향/세기, 가상 보트의 속도에 따라 가상 보트의 선회 반경, 요동 등의 거동이 상이하게 나타날 수 있다.

마찬가지로, 상기 가상 보트의 속도 변화시에도 선체정보 및 외란요소가 가상 보트의 변속량, 요동 등의 거동에 영향을 주게 된다.

이때, 상기 외란순응 운동데이터는 20피트 파워보트, 40피트 파워보트 등 복수개의 선체정보에 대응되는 보트를 직접 건조하여 다양한 외란요소에 노출시킨 상태에서 조작시 거동을 실측한 데이터로 이루어질 수 있으며, 실측 데이터를 통해 선체정보, 외란정보, 조작정보를 변수로 도출된 수학식으로 구비되는 것도 가능하다.

이에 따라, 상기 외란순응 운동데이터는 조작정보의 각 변수에 따른 모션 변화량 및 위치 변화량이 외란정보의 각 변수, 선체정보의 각 변수에 따라 세분화되어 구분되는 데이터로 구비될 수 있다.

이처럼, 상기 가상 보트는 조작에 따른 모션 변화 및 위치 변화가 실측 데이터를 통해 도출된 외란순응 운동데이터로부터 조작정보, 선체정보, 외란정보의 각 변수에 따라 산출되므로 실해에서 외란에 노출되어 운항되는 실제 보트와 흡사한 거동으로 가상 운항될 수 있다.

여기서, 상기 외란순응 운동데이터는 상기 가상 보트의 선형, 중량, 크기를 변수로 갖는 상기 선체정보, 파도, 조류, 바람의 방향/세기를 변수로 갖는 외란정보, 상기 가상 보트의 속도변화량 및 조타각도를 변수로 갖는 조작정보의 각 변수에 따른 롤링, 피칭, 요잉, 히빙의 모션 변화가 수치화된 데이터베이스로 구비됨이 바람직하다.

즉, 상기 외란순응 운동데이터는 조타각도 변경 및 가속/감속 등의 조작시 롤링/피칭/요잉시 각도, 히빙시 높이가 선형, 중량, 크기에 따라 구분되면서도, 파도, 조류, 바람의 방향/세기에 따라 세분화되어 구분될 수 있는 데이터베이스로 구비된다.

이에 따라, 20피트, 40피트 파워보트 등 중소형 보트의 빠르고 다이나믹한 거동에 대응되는 정확한 모션 변화 및 위치 변화가 산출될 수 있으므로 실제 운항될 보트에 적합한 현실감 있는 가상 운항과 효율적인 운항 훈련이 이루어질 수 있다.

더욱이, 상기 가상 보트의 조작시 모션 변화가 조작정보, 선체정보, 외란정보를 구성하는 다양한 변수를 통해 세밀하고 정확하게 산출될 수 있으며, 롤링, 피칭, 요잉, 히빙 각각에 대응되는 수치로 산출됨에 따라 모션플랫폼(50)의 3차원 운동을 구현하는 회전구동수단(52)과 승강구동수단(54)의 제어 수치로 용이하게 사용될 수 있으며, 주행숙련도의 평가를 위한 기준값으로 사용될 수 있다.

한편, 상기 위치모션처리부(30)는 상기 해상외란 데이터로부터 상기 위치정보에 따라 외란정보를 추출하되, 상기 조작명령에 대응되는 조작정보를 수신하여 상기 외란순응 운동데이터로부터 상기 가상 보트의 모션 변화량 및 위치 변화량을 산출한다.

여기서, 상기 위치정보는 상기 가상 보트가 위치된 가상 좌표를 의미하는 것으로 이해할 수 있으며, 상기 조작정보는 가상 보트의 조타각도, 가속/감속 등의 변속량을 의미하는 것으로 이해함이 바람직하다.

그리고, 상기 외란정보는 상기 위치정보에 대응되는 좌표에서의 각 외란요소의 유무, 외란요소 각각의 방향 및 세기를 나타내는 것으로 이해할 수 있다.

상세히, 상기 위치모션처리부(30)는 상기 해상외란 데이터로부터 상기 가상 보트의 위치정보에 대응되는 외란정보를 추출하며, 수신된 조작정보와 함께 추출된 외란정보, 기입력된 선체정보를 이용하여 상기 외란순응 운동데이터로부터 상기 가상 보트의 모션 변화량 및 위치 변화량을 산출한다.

그리고, 상기 산출된 위치 변화량에 따라 상기 가상 보트의 위치정보를 상기 조작정보에 따라 이동된 위치정보로 동기화하는 과정을 수행하며, 동기화된 위치정보에서의 외란정보를 추출하고, 조작정보 수신시 모션 변화량 및 위치 변화량의 추출/위치정보 동기화의 과정을 반복적으로 수행한다.

이에 따라, 상기 자동채점시스템 내의 가상 보트가 조작명령에 따라 가상 운항될 수 있으며, 가상 보트의 운항시 거동에 선체정보 및 외란정보가 반영됨에 따라 실해상에서 운항되는 보트의 조작시 규격과 외란요소에 따라 발생되는 거동과 흡사한 정확하고 현실감 있는 모의 운항이 가능하다.

또한, 현실감 있는 모의 운항으로 실해 운항에 직접 활용 가능한 운항능력이 습득될 수 있어 보다 효율적인 모의 훈련이 이루어질 수 있다.

한편, 상기 주변영상처리부(40)는 상기 산출된 위치 변화량를 통해 동기화된 상기 위치정보에 따라 상기 3차원 지형 데이터로부터 3차원 이미지를 추출하되, 추출된 상기 3차원 이미지를 상기 외란정보에 따라 변환하여 상기 주변영상정보를 생성한다.

여기서, 상기 주변영상처리부(40)는 상기 위치정보에 대응되는 좌표에서의 주변 지형, 구조물에 대한 3차원 이미지를 추출하되, 상기 추출된 3차원 이미지를 파도, 조류, 풍향 등에 따라 가상 보트 주변의 해수면 형상을 변환하거나, 구름, 비, 광량 등의 기상 요소를 추가하여 영상출력부(11)에 표시함으로써, 탑승자의 시각적인 현실감이 극대화될 수 있다.

한편, 상기 모션플랫폼(50)은 상기 모션 변화량에 따라 상기 콕핏부(10)의 3차원 운동을 구현한다. 여기서, 상기 모션플랫폼(50)은 상기 콕핏부(10) 전체에 연결되거나 상기 콕핏부(10)의 일부 구성요소에 연결될 수 있다.

이때, 상기 모션플랫폼(50)은 상기 위치모션처리부(30)에서 산출된 모션 변화량에 대응하여 제어되며, 상기 가상 보트의 조작시 발생되는 롤링, 피칭, 요잉, 히빙 등의 모션 변화를 구현할 수 있다.

이에 따라, 가상 보트의 조작시 구현되는 거동이 실해상에서 외란에 노출된 상태 및 보트의 규격에 따른 거동과 흡사하게 구현되면서도 산출된 모션 변화량에 따라 탑승자가 위치한 콕핏부(10)가 3차원 운동됨에 따라 가상 운항시 실제 보트를 운항하는 것과 같은 현실감이 제공될 수 있다.

이를 통해, 실해 운항에 직접 활용 가능한 운항능력이 습득될 수 있어 보다 효율적인 모의 훈련이 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 모션플랫폼(50)은 회전프레임(51), 상부프레임(53), 하부프레임(55), 회전구동수단(52), 그리고 승강구동수단(54)으로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 회전프레임(51)은 상기 콕핏부(10)의 하부를 지지하고, 상기 상부프레임(53)은 상기 회전프레임(51)의 하부에 배치되며, 상기 회전프레임(51)은 상기 상부프레임(53)과 회전 가능하도록 결합됨이 바람직하다.

여기서, 상기 상부프레임(53)에는 회전구동수단(52)이 구비되며, 상기 회전구동수단(52)의 회전량은 상기 산출된 모션 변화량 중 요잉 각도에 대응하여 제어될 수 있다.

또한, 상기 하부프레임(55)은 상기 상부프레임(53)의 하부에 배치되며, 상기 하부프레임(55)에는 상기 상부프레임(53)을 지지하는 복수개의 승강구동수단(54)이 구비될 수 있다.

이때, 상기 승강구동수단(54)은 상기 상부프레임(53)의 하면부 세개소를 각각 지지하도록 상호 이격되어 배치되며, 세개소에 배치된 각 승강구동수단(54)의 신축량은 상기 모션 변화량에 따라 상호 독립적으로 제어될 수 있다.

상세히, 상기 각 승강구동수단(54)은 상기 상부프레임(53)의 하부를 따라 삼각형의 꼭지점에 대응되는 위치에 배치되며, 전방측에 하나의 승강구동수단이 배치되고, 후방측에 두개의 승강구동수단이 배치될 수 있다.

이때, 상기 승강구동수단의 상단과 상기 상부프레임은 좌우 및 전후로 회전가능한 조인트를 통해 연결됨이 바람직하다.

예를 들어, 상기 승강구동수단(54) 세개가 동시에 신축될 때는 상기 콕핏부(10)가 수평한 상태로 상하 승강되는 히빙 운동이 구현될 수 있으며, 전방측에 배치된 하나와 후방측에 배치된 두개가 상호 독립되어 신축될 때는 상기 콕핏부(10)가 전후 방향으로 요동되는 피칭 운동이 구현될 수 있다.

그리고, 후방측에 배치된 두개가 각각 독립되어 신축될 때는 상기 콕핏부(10)가 좌우 방향으로 요동되는 롤링 운동이 구현될 수 있다.

이처럼, 상기 모션플랫폼(50)은 회전프레임(51)의 회전을 통해 요잉 운동을 구현하는 회전구동수단(52)과, 회전프레임(51)에 회전가능하도록 결합된 상부프레임(53)의 각 부분을 독립적으로 승강시켜 롤링, 히빙, 피칭을 구현하는 승강구동수단(54)의 조합을 통해 보트의 선회 및 선회에 따른 요동을 더욱 정밀하게 모사할 수 있다.

이를 통해, 가상 보트를 통한 모의 운항 훈련의 현실감이 극대화되고, 훈련 효과가 향상될 수 있다.

또한, 상기 숙련도판정부(60)는 수상레저면허의 교육단계별로 기설정된 기준항로 및 기준운동량을 상기 동기화된 위치정보 및 상기 산출된 모션 변화량과 비교하여 주행숙련도를 판정한다.

여기서, 상기 수상레저면허의 교육은 조종면허 교육, 운항숙련도 교육 등 다양하게 구비될 수 있으며, 각 교육별 교육단계는 교육 특성에 따라 상이하게 구비될 수 있다.

예를 들어, 상기 조종면허 교육의 교육단계는 실제 조종면허 시험의 단계와 동일하게, 이안, 증속, 변침, 사행, 침로유지, 인명구조, 접안 등으로 이루어질 수 있으며, 운항숙련도 교육의 교육단계는 출발 조건 확인, 항법준수 등의 단계를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 숙련도판정부(60)는 각 교육단계별로 기설정된 기준항로와 동기화된 위치정보를 비교하여 오차값을 산출하고, 기설정된 기준항로를 따라 설정된 기준운동량을 상기 모션 변화량과 비교하여 오차값을 산출하며, 상기 산출된 각각의 오차값이 기준편차범위 내에 포함되는지 여부를 비교함으로써 주행숙련도를 판단할 수 있다.

이처럼, 산출된 모션 변화량을 통해 가상 보트의 조작시 콕핏부(10)가 현실의 운항과 흡사한 움직임을 갖되, 실제 운항과 동일한 현실감 하에서 모션 변화량 및 위치정보를 통해 주행숙련도를 평가하므로 보다 정확한 평가가 이루어질 수 있다.

또한, 위치정보를 통해 기준항로에 대한 운항 정확성을 판별하고, 모션 변화량을 통해 기준운동량에 대한 운항 능숙성을 판별하여, 주행숙련도가 정확성과 능숙성 두가지 측면에서 판별되어 보다 정확한 평가 결과가 도출될 수 있다.

더욱이, 위치정보 및 기준항로 간의 좌표 비교, 모션 변화량 및 기준운동량 간의 각도 비교 등 수치 비교를 통해 주행숙련도가 판단됨에 따라 용이한 점수 환산이 가능하며, 자동 채점을 위한 기반 기술을 제공할 수 있다.

한편, 상기 보트 조종시뮬레이터를 이용한 자동시스템의 자동채점방법은 다음과 같이 이루어질 수 있다.

먼저, 상기 가상 보트의 선체정보 및 위치정보가 선택 입력된다(s10). 여기서, 상기 가상 보트의 선체정보는 가상 보트의 크기, 중량, 선형 등의 변수로 이루어질 수 있으며, 상기 위치정보는 상기 가상 보트의 운항 시작 위치를 의미하는 것으로 이해할 수 있다.

예를 들어, 상기 탑승자는 상기 수상레저면허의 교육 시나리오를 선택한 후, 운항 연습을 수행할 가상 보트를 선택하게 된다. 그리고, 상기 가상 보트의 계류장을 선택하여 모의 운항을 시작할 수 있다.

이때, 상기 교육 시나리오가 선택되면, 교육단계별 기준항로 및 기준운동량이 설정될 수 있다. 즉, 상기 교육 시나리오는 복수개로 구비되어 상기 저장부에 기저장될 수 있으며, 각 교육 시나리오는 복수개의 교육단계 및 각 교육단계별 기준항로 및 기준운동량에 대한 정보로 이루어질 수 있다.

예들 들어, 상기 교육 시나리오가 조종면허 교육으로 설정된 경우 교육단계는 이안, 증속, 변침, 사행, 침로유지, 인명구조, 접안 등으로 이루어질 수 있으며, 각 교육단계별로 기준항로의 좌표가 설정될 수 있고, 기준항로에 따른 운항시 기준운동량이 각 좌표 내지 운항시간대별로 설정될 수 있다.

이때, 상기 콕핏부(10)에는 상기 조종간(12)의 측부에 상기 가상 보트의 출발 전 점검 사항에 대한 점검 여부를 입력하는 점검확인부가 구비될 수 있다.

여기서, 상기 점검확인부는 복수개의 점검버튼으로 이루어질 수 있으며, 상기 점검버튼은 구명동의 착용확인 버튼, 자동정지줄 착용확인 버튼, 계류줄 분리확인 버튼 등으로 이루어질 수 있다.

이에 따라, 별도의 관측자 없이도 출발, 시동, 후진 등 운항시 각종 확인 사항이 자동채점시스템에 입력되고 각 버튼 입력 여부가 점수로 환산될 수 있으므로 보다 정확한 주행숙련도의 평가가 가능하며, 용이한 자동채점이 가능하다.

그리고, 상기 가상 보트의 선체정보 및 위치정보가 선택 입력되면(s10), 상기 가상 보트의 조작명령에 따라 송출된 조작정보 및 상기 위치정보에 대응되는 외란정보를 통해 상기 가상 보트의 위치 변화량 및 모션 변화량이 산출된다(s20).

이때, 상기 콕핏부(10)에 구비된 조타핸들(12a), 가속레버(12b), 기어 등의 조종간(12)에 조타각도, 가속, 감속 등의 조작명령이 입력되면, 입력된 조작명령은 센서를 통해 신호로 변환되며, 변환된 신호는 조작정보로서 상기 위치모션처리부(30)로 송출될 수 있다.

그리고, 상기 위치모션처리부(30)는 위치정보에 대응되는 외란정보를 상기 해상외란 데이터로부터 산출하고, 외란정보, 선체정보, 조작정보를 이용하여 외란순응 운동데이터로부터 모션 변화량 및 위치 변화량을 산출할 수 있다.

또한, 상기 위치 변화량 및 모션 변화량이 산출되면(s20), 상기 위치 변화량에 따라 상기 위치정보가 동기화되고, 콕핏부(10)의 3차원 운동이 구현되도록 상기 모션 변화량에 따라 모션플랫폼(50)이 구동되며, 상기 위치정보에 대응되도록 추출된 3차원 이미지가 상기 외란정보에 따라 변환되어 주변영상정보로 출력된다(s30).

즉, 상기 위치모션처리부(30)는 산출된 위치 변화량을 통해 가상 보트의 위치정보를 동기화하여 자동채점시스템(100) 내에서 상기 가상 보트의 이동 경로, 속도 등을 설정할 수 있다.

이때, 상기 가상 보트의 이동 경로는 상기 위치정보의 궤도로부터 산출될 수 있으며, 상기 가상 보트의 이동 경로는 상기 기준항로와 비교되어 운항 정확성을 판별하는 기준으로 사용될 수 있다.

그리고, 상기 산출된 모션 변화량은 상기 모션플랫폼(50)을 구동하는 제어 신호로 변환된다. 즉, 상기 산출된 모션 변화량은 모션 변화량에 대응되는 회전구동수단(52) 및 승강구동수단(54)의 회전 및 승강을 제어하기 위한 제어신호로 변환되어 각 구동수단으로 송출될 수 있다.

이때, 상기 모션플랫폼(50)의 각 구동수단(52,54)은 제어 신호에 따라 구동되어 상기 콕핏부(10)를 상기 모션 변화량에 따라 3차원 운동시킬 수 있다.

이에 따라, 상기 콕핏부(10)에 실해상 보트 운항에 따라 발생되는 선회, 감속시 요동과 동일한 3차원 운동이 구현될 수 있어 훈련의 현실감이 극대화될 수 있다.

이때, 상기 모션 변화량은 상기 기준항로에 따른 운항시 기준운동량과 비교되어 운항 능숙성을 판별하는 기준으로 사용될 수 있다.

그리고, 동기화된 위치정보는 상기 주변영상처리부(40)로 전송되며, 상기 주변영상처리부(40)는 수신된 위치정보를 이용하여 상기 3차원 지형 데이터로부터 가상 보트의 위치에 대응되는 3차원 이미지를 추출하게 된다.

이때, 추출된 3차원 이미지는 외란정보에 따라 변환되어 영상출력부(11)에 출력되며, 탑승자는 모션플랫폼(13)의 3차원 운동과, 영상출력부(11)에 출력된 가상 보트의 주변 영상을 통해 실제 보트를 운항하고 있다는 현실감을 느낄 수 있다.

그리고, 상기 동기화된 위치정보 및 상기 추출된 모션 변화량이 수상레저면허의 교육단계별로 기설정된 기준항로 및 기준운동량과 비교되어 주행숙련도가 판정된다.

예를 들어, 교육 시나리오가 조종면허 교육으로 설정된 경우에 상기 기준항로는 교육단계별로 이안항로, 증속항로, 변침항로, 사행항로, 침로유지항로, 인명구조항로, 접안항로 등으로 설정될 수 있다.

그리고, 교육단계에 따라 상기 가상 보트의 이동 경로를 각 기준항로와 비교하며, 이동 경로와 기준항로 간의 운항시간별 간격차이, 운항시간별 가상 보트의 진행방향 차이, 속도 차이 등을 통해 운항 정확성이 평가될 수 있다.

또한, 상기 가상 보트가 상기 기준항로를 따라 운항될 때의 기준운동량은 요잉/롤링/피칭의 각도, 히빙의 높이 등으로 설정될 수 있으며, 상기 기준운동량으로부터 허용된 편차범위 내에 상기 가상 보트의 모션 변화량이 포함되는지 여부를 통해 운항 능숙성이 평가될 수 있다.

이에 따라, 주행숙련도를 운항 정확성, 운항 능숙성의 두가지 측면에서 평가할 수 있어 보다 정확하고 신뢰성 있는 평가 결과가 도출될 수 있다.

더욱이, 위치정보 및 기준항로, 모션 변화량 및 기준운동량 간의 운항시간별 좌표, 각도, 높이 등을 비교하여 편차를 산출하고 산출된 편차가 허용된 편차범위 내에 있는지 여부 확인하는 간단한 과정을 통해 주행숙련도가 평가될 수 있어 용이한 자동화가 가능하며, 자동화된 평가시스템을 통해 한층 효율적이고 효과적인 모의 훈련이 이루어질 수 있다.

한편, 주행숙련도가 판정되는 단계(s40)는 상기 교육단계별 기준항로 및 상기 동기화된 위치정보의 궤도가 비교되어 주행오차가 산출되되, 상기 기준운동량과 상기 모션 변화량이 비교되어 모션오차가 산출되는 단계(s41)와, 상기 산출된 주행오차 및 모션오차가 기설정된 감점테이블에 의해 점수로 환산되는 단계(s42)로 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 교육단계별 기준항로는 상술된 바와 마찬가지로, 이안항로, 증속항로, 변침항로, 사행항로, 침로유지항로, 인명구조항로, 접안항로 등으로 설정될 수 있다.

이때, 상기 가상 보트의 이동 경로는 상기 동기화된 위치정보의 궤도로 산출될 수 있으며, 위치정보의 궤도는 운항시간에 따라 변화되는 위치정보의 집합으로 이해할 수 있다. 여기서, 운항시간별 위치정보 및 기준항로의 좌표 간의 차이값을 통해 주행오차가 산출될 수 있다.

그리고, 상기 가상 보트의 모션 변화량은 상기 기준운동량과 운항시간별로 비교되어 요잉/롤링/피칭의 각도, 히빙의 높이 등의 차이 값이 모션오차로 산출될 수 있다.

여기서, 상기 감점테이블은 주행오차의 값, 주행오차의 발생 시간, 모션 오차 값 등에 따른 감점 정도가 수치화된 테이블을 의미하며, 수상레저면허의 종별에 대응하여 설정될 수 있다.

이때, 상기 영상출력부(11)에는 교육단계에는 대응되는 기준항로, 속도전환 신호, 방향전환 신호 등의 지시사항이 출력될 수 있으며, 상기 탑승자는 출력된 지시사항에 따라 가상 보트를 조작하고, 조작된 결과에 따라 주행숙련도가 판정될 수 있다.

예를 들어, 이안단계에서 상기 영상출력부에는 출발 지시가 표시될 수 있다. 이때, 상기 탑승자는 출발전 점검 사항을 확인하고, 시동 및 출발을 위한 조작을 입력한다.

이때, 숙련도판정부는 시동 전 점검확인부에 입력된 입력사항과 기설정된 확인사항을 비교하여 감점 요인을 체크할 수 있다.

그리고, 상기 가상 보트가 가상 운항되면, 상기 가상 보트의 위치정보를 상기 계류장의 위치좌표를 비교하여 충돌이 발생되었는지 여부를 확인할 수 있으며, 충돌 여부를 통해 감점 요인을 체크할 수 있다.

또한, 사행단계에서 상기 영상출력부에는 사행의 기준이 되는 부이의 위치 좌표에 따라 사행항로가 표시될 수 있다. 이때, 상기 탑승자는 사행항로를 따라 가상 보트를 조작하게 된다.

이때, 상기 주행오차는 운항시간별 부이 및 위치정보 간의 간격으로 산출되며, 상기 주행오차가 3미터 이내인 경우에는 9점의 감점이 부여될 수 있다.

또한, 변침단계에서 상기 영상출력부(11)에는 변침을 위한 방향전환 신호 내지 속도전환 신호가 표시됨과 함께 45도, 90도, 180도 등의 방향 전환이 이루어지는 변침항로가 표시될 수 있다.

이때, 상기 모션오차는 방향 전환시 기준운동량과 모션 변화량 간의 차이로 산출될 수 있다. 이때, 상기 모션오차가 과도한 경우에 2점의 감점이 부여될 수 있다.

이외에도, 각 단계별로 설정된 기준항로, 기준운동량를 위치정보, 모션 변화량과 비교하고, 오차 값을 각 단계별로 설정된 감점테이블에 대입하여 점수로 환산할 수 있다.

여기서, 부여된 각 감점을 합산하여 최종 점수를 산출할 수 있으며, 산출된 최종 점수를 통해 주행숙련도가 평가될 수 있다.

즉, 상기 교육 시나리오가 조종면허 교육으로 설정된 경우에는 기본부여점수에 감점 합계를 차감하여 최종점수가 산출될 수 있으며, 산출된 최종 점수를 면허 종별 합격점과 비교하여, 면허 시험의 합격/불합격 여부를 판단할 수 있다.

이처럼, 상기 위치정보 및 기준항로, 모션 변화량 및 기준운동량을 비교하여 주행오차, 모션오차를 산출하고, 감점테이블로부터 산출된 오차에 대응되는 감점을 추출하여 합산함에 따라 간단한 과정으로 주행숙련도가 자동으로 점수화될 수 있으며, 점수화된 주행숙련도를 통해 객관적인 판단 결과를 제공하여 효율적인 모의 훈련이 가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구하는 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형 실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형 실시는 본 발명의 범위에 속한다.

100: 자동채점시스템 10: 콕핏부
11: 영상출력부 12: 조종간
13: 탑승좌석 20: 저장부
30: 위치모션처리부 40: 주변영상처리부
50: 모션플랫폼 60: 숙련도판정부

Claims (5)

1. 가상 보트의 조작명령을 입력받는 조종간과 상기 가상 보트의 위치정보에 대응되는 주변영상정보를 출력하는 영상출력부가 전방부에 배치된 콕핏부;
   상기 가상 보트의 항로에 따른 지형 및 주변 구조물을 나타내는 3차원 지형 데이터와, 상기 항로에 따른 외란요소를 나타내는 해상외란 데이터와, 상기 가상 보트의 선체정보별로 외란요소에 따른 조종시 모션 변화 및 위치 변화를 나타내는 외란순응 운동데이터가 저장되는 저장부;
   상기 해상외란 데이터로부터 상기 위치정보에 대응되는 외란정보를 추출하되 상기 조작명령에 따른 조작정보를 수신하여 상기 외란순응 운동데이터로부터 상기 가상 보트의 모션 변화량 및 위치 변화량을 산출하는 위치모션처리부;
   상기 산출된 위치 변화량를 통해 동기화된 상기 위치정보에 따라 상기 3차원 지형 데이터로부터 3차원 이미지를 추출하되, 추출된 상기 3차원 이미지를 상기 외란정보에 따라 변환하여 상기 주변영상정보를 생성하는 주변영상처리부;
   상기 모션 변화량에 따라 상기 콕핏부의 3차원 운동을 구현하는 모션플랫폼; 및
   수상레저면허의 교육단계별로 기설정된 기준항로 및 기준운동량을 상기 동기화된 위치정보 및 상기 산출된 모션 변화량과 비교하여 주행숙련도를 판정하는 숙련도판정부를 포함하는 보트 조종시뮬레이터를 이용한 수상레저면허 자동채점시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 모션플랫폼은
   상기 콕핏부의 하부를 지지하는 회전프레임에 결합되어 상기 산출된 모션 변화량에 따라 회전량이 제어되는 회전구동수단과,
   상기 회전프레임이 회전되도록 결합되는 상부 프레임의 하부에 상호 이격되도록 배치되어 상기 모션 변화량에 따라 각각의 신축량이 독립적으로 제어되는 복수개의 승강구동수단을 포함함을 특징으로 하는 보트 조종시뮬레이터를 이용한 수상레저면허 자동채점시스템.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 선체정보는 상기 가상 보트의 선형, 중량, 크기를 변수로서 포함하되,
   상기 외란정보는 상기 파도의 방향 및 세기를 변수로서 포함하고,
   상기 조작정보는 상기 가상 보트의 변속량 및 조타각도를 변수로서 포함하며,
   상기 외란순응 운동데이터는 상기 선체정보, 상기 외란정보, 상기 조작정보의 각 변수에 따른 롤링, 피칭, 요잉, 히빙의 모션 변화가 수치화된 데이터베이스로 구비됨을 특징으로 하는 보트 조종시뮬레이터를 이용한 수상레저면허 자동채점시스템.
4. 가상 보트의 선체정보 및 위치정보가 선택 입력되는 제1단계;
   상기 가상 보트의 조작명령에 따라 송출된 조작정보 및 상기 위치정보에 대응되는 외란정보를 통해 상기 가상 보트의 위치 변화량 및 모션 변화량이 산출되는 제2단계;
   상기 위치 변화량에 따라 상기 위치정보가 동기화되고, 콕핏부의 3차원 운동이 구현되도록 상기 모션 변화량에 따라 모션플랫폼이 구동되며, 상기 위치정보에 대응되도록 추출된 3차원 이미지가 상기 외란정보에 따라 변환되어 주변영상정보로 출력되는 제3단계; 및
   상기 동기화된 위치정보 및 상기 추출된 모션 변화량이 수상레저면허의 교육단계별로 기설정된 기준항로 및 기준운동량과 비교되어 주행숙련도가 판정되는 제4단계를 포함하는 보트 조종시뮬레이터를 이용한 수상레저면허 자동채점시스템의 자동채점방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제4단계는 상기 교육단계별 기준항로 및 상기 동기화된 위치정보의 궤도가 비교되어 주행오차가 산출되되, 상기 기준운동량과 상기 모션 변화량이 비교되어 모션오차가 산출되는 단계와,
   상기 산출된 주행오차 및 모션오차가 기설정된 감점테이블에 의해 점수로 환산되는 단계를 포함함을 특징으로 하는 보트 조종시뮬레이터를 이용한 수상레저면허 자동채점방법.

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