KR20170000722U - 무선센서 모듈을 이용한 계측 시스템 및 그를 구비한 선박 - Google Patents

무선센서 모듈을 이용한 계측 시스템 및 그를 구비한 선박 Download PDF

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KR20170000722U
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Abstract

무선센서 모듈을 이용한 계측 시스템 및 그를 구비한 선박에 관한 것으로, 미리 설정된 각 영역에 설치된 로컬 배전반으로부터 로컬전원을 공급받아 구동되고, 계측된 계측량을 무선 통신 방식으로 송신하는 복수의 무선센서 모듈 및 각 무선센서 모듈로부터 수신된 무선신호를 수신해서 각 계측 항목에 대해 모니터링하는 계측 시스템을 포함하는 구성을 마련하여, 계측된 계측량을 계측 시스템에 무선신호로 송신하는 무선센서 모듈을 적용함으로써, 계측 시스템과 센서 사이의 케이블을 제거할 수 있고, 필요에 따라 구동 전원을 이중화해서 계통의 신뢰성을 배가하며, 선박이나 해양 구조물의 구획된 각 영역에 마련된 로컬 배전반에서 로컬전원을 무선센서 모듈에 공급해서 구동함에 따라, 배터리를 주기적으로 교환해야 하는 불편을 해소할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

무선센서 모듈을 이용한 계측 시스템 및 그를 구비한 선박{MONITORING SYSTEM USING WIRELESS SENSOR AND SHIP WITH THE SAME}
본 고안은 무선센서 모듈을 이용한 계측 시스템 및 그를 구비한 선박에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 계측된 계측량을 무선 통신 방식으로 계측 시스템으로 송신하는 무선센서 모듈을 이용한 계측 시스템 및 그를 구비한 선박에 관한 것이다.
종래의 중소형 선박은 사람이나 화물을 싣기 위해 적재공간을 최대한 확보하는데 초점을 맞추어 설계되는 반면, 해양 플랜트는 석유 또는 가스 자원을 채굴 생산하는데 이용하기 위해, 선체 내부에 다수의 기계장비를 최대한 효율적으로 배치하여 설계된다.
따라서 해양 플랜트 선체 내부 공간은 격실(Compartment) 단위로 구획되고, 배치된 기계장치들과 이들을 연결하는 파이프, 전선 및 통신선, 덕트 등의 관로들로 매우 복잡하게 얽혀 있다.
종래의 격실(Compartment) 단위로 구획된 해양 플랜트 선체 내부 공간에서 발생하는 선체 또는 사람에게 유해한 상황의 발생을 사전에 인지하고, 예방하기 위해 신호정보를 수집하는 계측 시스템(Monitoring System)은 유선으로 연결되어 전달하는 체계로 구성되어 있다.
또한, 취급되는 정보는 온도나 가스의 감지 등 지극히 제한적인 종류의 정보만을 대상으로 시도되고 있으나, 원격으로 정보를 수집하고 제어명령을 피드백하는 기술은 상용화되지 못하고 있다.
이러한 격실에 위치한 센서부와 조정실에 위치한 정보처리부는 유선 케이블로 연결된다. 따라서, 유선 케이블을 부설하는 작업은 좁은 공간에 설치하는 문제와 함께, 장거리를 연결해야 하는 문제를 동시에 안고 있으며, 폐쇄된 강재로 제작된 격벽을 관통하여야 하기 때문에 작업성도 현저히 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 격벽 내부에서 발생시킨 무선신호를 조정실까지 전달하는 과정에서는 선내 발생하는 전기적 또는 기계적 소음과 함께, 강재로 만들어지고 보온재로 도포된 격벽은 원할한 전달을 가로막는 커다란 장애요소가 되고 있다.
최근에는 선박에서도 길이가 300m가 넘는 대형선이 일반화되고, 18,000TEU급 컨테이너선의 경우 선미부에 위치하던 기관실과 선실이 각각 선미와 선체 중앙으로 분리되고 있으며, LNG선박의 경우 화물탱크에 압력을 가하는 등 배치와 운용에서 새로운 특징이 나타나고 있다.
이러한 새로운 개념의 선박설계는 선체와 화물 또는 사람의 안전을 확보하기 위해 새로운 기술적 대응이 요구되고 있다.
선박 또는 해양 플랜트의 새로운 개발 메가트랜드라 할 수 있는 대형화, 대수심화, 융복합화에 따라 복잡한 작업 상황 및 안전관리를 위해 상시 이력을 기록할 필요성이 점차 증대하고 있어 항공기와 같이 육상에서 원격관리할 필요성에 대처할 필요가 있다.
이에 따라, 본 출원인은 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2 등에 선박의 상태 정보 수집 및 위험 대응 장치 및 방법 구성을 개시하여 특허 출원한 바 있다.
예를 들어, 종래기술에 따른 선박용 계측 시스템의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 선박에 적용되는 계측 시스템(10)은 복수의 유선 센서(11)와 무선 센서(12)를 이용해서 다양한 정보를 계측한다.
즉, 각 유선 센서(11)는 센서 케이블(13)을 통해 전원을 공급받아 구동되고, 계측된 계측량에 대응되는 유선신호를 계측 시스템으로 전송한다.
그리고 각 무선 센서(12)는 외부 전원(AC 또는 DC 전원) 공급 없이, 내장된 배터리의 전원을 이용해서 자체적으로 구동되며, 계측된 계측량에 대응되는 무선신호를 근거리 또는 원거리에 있는 계측 시스템(10)이나 계기로 전송한다.
이를 위해, 무선 센서(12)는 무선신호를 계측 시스템(10)으로 송신하는 안테나(14)와 구동전원을 공급하는 배터리(15)를 포함한다.
대한민국 특허 공개번호 제10-2014-0085399호(2014년 7월 7일 공개) 대한민국 특허 공개번호 제10-2014-0117328호(2014년 10월 7일 공개)
그러나 종래기술에 따른 선박용 계측 시스템(10)에 적용되는 무선 센서(12)는 무선신호를 송신하는 주기(scanning time)에 따라, 미리 설정된 시간(예컨대, 약 0.5년 내지 5년)마다 배터리(15)를 주기적으로 교환해야 하는 불편함에 있었다.
또한, 종래기술에 따른 선박용 계측 시스템에 적용되는 무선 센서(12)는 장시간 사용 시에는 배터리(15) 내부의 전해액 누설로 인한 고장이나 손상이 발생하는 문제점이 있었다.
본 고안의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 로컬전원을 무선센서 모듈에 공급해서 무선센서 모듈을 구동시켜 다양한 정보를 계측하고, 계측된 계측량을 계측 시스템으로 전송할 수 있는 무선센서 모듈을 이용한 계측 시스템 및 그를 구비한 선박을 제공하는 것이다.
본 고안의 다른 목적은 계측 시스템과 센서모듈을 연결하는 배선을 제거하고, 무선센서 모듈의 배터리 수명을 연장시켜 교환 주기를 증가시킬 수 있는 무선센서 모듈을 이용한 계측 시스템 및 그를 구비한 선박을 제공하는 것이다.
본 고안의 또 다른 목적은 배터리 및 로컬전원을 동시에 적용하여 전원을 이중화해서 어느 하나의 고장이나 이상 발생시에도 지속적으로 정보를 계측할 수 있는 무선센서 모듈을 이용한 계측 시스템 및 그를 구비한 선박을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 고안에 따른 무선센서 모듈을 이용한 계측 시스템은 미리 설정된 각 영역에 설치된 로컬 배전반으로부터 로컬전원을 공급받아 구동되고, 계측된 계측량을 무선 통신 방식으로 송신하는 복수의 무선센서 모듈 및 각 무선센서 모듈로부터 수신된 무선신호를 수신해서 각 계측 항목에 대해 모니터링하는 계측 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 무선센서 모듈은 계측된 계측량에 대응되는 무선신호를 송신하는 안테나와 상기 로컬 배전반으로부터 전원라인을 통해 공급되는 로컬전원을 해당 무선센서 모듈을 구동하기 위한 전압값의 구동전원으로 변환하는 전원변환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 무선센서 모듈 중에서 일부는 타 무선센서 모듈과 전원라인으로 연결되고, 상기 타 무선센서 모듈로부터 공급되는 공급전원을 이용해서 구동되는 것을 특징으로 한다.
상기 무선센서 모듈은 각각 설치 위치에 따른 전원 연결 거리 또는 전력 소모량에 따라 상기 로컬 배전반으로부터 로컬 전원을 공급받거나, 타 무선센서 모듈로부터 공급전원을 공급받는 것을 특징으로 한다.
타 무선센서 모듈로부터 공급전원을 공급받는 무선센서 모듈은 상기 공급전원의 전압값과 동일하거나 상기 공급전원의 전압값보다 낮은 전압값의 구동전원을 이용해서 구동되는 것을 특징으로 한다.
상기 무선센서 모듈은 내장되는 배터리를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 고안에 따른 무선센서 모듈을 이용한 계측 시스템을 구비한 선박은 로컬전원을 공급받아 구동되는 복수의 무선센서 모듈과 계측 시스템을 포함하여 무선 통신 방식으로 계측된 계측량에 대응되는 무선신호를 수신해서 미리 설정된 각 계측항목에 대한 모니터링 정보를 이용하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 고안에 따른 무선센서 모듈을 이용한 계측 시스템 및 그를 구비한 선박은 계측된 계측량을 계측 시스템에 무선신호로 송신하는 무선센서 모듈을 적용함으로써, 계측 시스템과 센서 사이의 케이블을 제거할 수 있다는 효과가 얻어진다.
그리고 본 고안에 의하면, 선박이나 해양 구조물의 구획된 각 영역에 마련된 로컬 배전반에서 로컬전원을 무선센서 모듈에 공급해서 구동함에 따라, 종래에 내장된 배터리를 주기적으로 교환해야 하는 불편을 해소할 수 있다는 효과가 얻어진다.
이와 함께, 본 고안에 의하면, 내장된 배터리의 전해액 누출로 인한 무선센서 모듈의 고장이나 손상을 미연에 예방할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또, 본 고안에 의하면, 무선센서 모듈에 전원변환기를 마련해서 서로 다른 전압레벨의 구동전원을 사용하는 무선센서 모듈 전체를 구동시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.
또한, 본 고안에 의하면, 무선센서 모듈의 설치 위치에 따른 전원 연결 거리 또는 전력 소모량에 따라, 일부 또는 다수의 무선센서 모듈을 인접한 타 무선센서 모듈로부터 전원을 공급받을 수 있도록 루프화함으로써, 로컬 배전반과 무선센서 모듈을 연결하는 전원라인을 최소화할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또한, 본 고안에 의하면, 배터리 및 로컬전원을 동시에 적용하여 전원을 이중화해서 어느 하나의 고장이나 이상 발생시에도 지속적으로 정보를 계측할 수 있다는 효과가 얻어진다.
이에 따라, 본 고안에 의하면, 유선과 무선 타입의 각 장점을 혼합 적용한 하이브리드 타입의 무선센서 모듈을 개발 및 설치하고, 로컬전원으로 공급되는 교류 또는 직류전원을 루프화하여 경제성을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 종래기술에 따른 무선센서 모듈을 이용한 계측 시스템의 구성도,
도 2는 본 고안의 바람직한 실시 예에 따른 무선센서 모듈을 이용한 계측 시스템의 구성도.
이하 본 고안의 바람직한 실시 예에 따른 무선센서 모듈을 이용한 계측 시스템 및 그를 구비한 선박을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
이하에서는 대량의 화물을 적재해서 운송할 수 있도록 내부에 다수의 탱크가 마련되는 LNG선에 적용되는 계측 시스템의 구성을 상세하게 설명한다.
물론, 본 고안은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, LNG선뿐만 아니라, 타용도의 선박, 해양 플랜트, 대형 건물이나 구조물 등 다수의 센서를 이용해서 다양한 정보를 계측하는 시스템에 적용될 수 있음에 유의하여야 한다.
도 2는 본 고안의 바람직한 실시 예에 따른 무선센서 모듈을 이용한 계측 시스템의 구성도이다.
본 고안의 바람직한 실시 예에 따른 무선센서 모듈을 이용한 계측 시스템을 구비한 선박은 도 2에 도시된 바와 같이, 선체에 배선되는 케이블을 최소화하기 위해 유선센서를 제거하고, 다수의 무선센서 모듈(40)로부터 무선 통신 방식으로 계측된 계측량에 대응되는 무선신호를 수신해서 선박 내부 및 외부의 다양한 정보를 모니터링한다.
예를 들어, 선박에 마련되는 센서 중 항해정보 관련 센서는 대표적으로 선박의 위치를 측정하는 관성 항법 장비(inertial navigation system), 위성항법장비(global positioning system), 자이로 센서 등을 포함하고, 환경 외력을 계측하는 풍속계(anemometer), 파도 계측 레이더 등을 포함할 수 있다.
무선센서 모듈(40)은 선박 내부의 각 영역에 설치되는 로컬 배전반(30)으로부터 전원라인(31)을 통해 로컬전원을 공급받아 구동되고, 계측된 계측량을 무선 통신 방식으로 계측 시스템(20)으로 송신할 수 있다.
이를 위해, 무선센서 모듈(40)은 계측된 계측량에 대응되는 무선신호를 송신하기 위한 안테나(41)와 로컬전원을 해당 무선센서 모듈(40)을 구동하기 위한 전압값의 구동전원으로 변환하는 전원변환기(42)를 포함할 수 있다.
예를 들어, n개의 카고 탱크가 마련되는 경우, 각 카고 탱크에는 내부에 마련된 각 장치 및 화물에 로컬전원을 공급하는 하나 이상의 로컬 배전반(30)이 마련된다.
물론, 본 고안은 인접한 카고 탱크에 설치된 무선센서 모듈(40)로부터 전원을 수전하여 직접 해당 카고 탱크에 설치된 무선센서 모듈(40)에 전원을 공급하거나 무선센서 모듈(40)로부터 전원을 공급받는 별도의 로컬 배전반(도면 미도시)이 마련되도록 변경될 수도 있다.
일반적으로, 선박의 주발전기는 약 440V 내지 6600V의 교류전원을 발전하고, 발전된 전원은 변환기에 의해 약 110V 내지 240V의 일반 저전압 교류전원으로 변환되어 각 로컬 배전반(30)으로 공급된다.
무선센서 모듈(40)은 약 32V, 5V 등 다양한 전압값의 직류전원을 이용해서 구동된다.
따라서, 전원변환기(42)는 로컬 배전반(30)에서 공급되는 로컬전원을 해당 무선센서 모듈(40)을 구동하기 위한 전압값의 직류전원으로 변환하도록 교류-직류 컨버터(AC-DC converter) 또는 직류-직류 컨버터(DC-DC 컨버터)로 마련될 수 있다.
그래서 본 고안은 로컬 배전반과 무선센서 모듈 사이에 전원라인을 연결해서 로컬전원을 공급함에 따라, 계측 시스템과 센서를 연결하기 위한 케이블을 제거할 수 있다.
한편, 본 고안은 무선센서 모듈(40) 중에서 일부는 전원라인(31)을 통해 로컬 배전반(30)으로부터 로컬전원을 공급받고, 상대적으로 로컬 배전반(30)과 멀리 떨어진 무선센서 모듈(40)은 타 무선센서 모듈(40)을 경유해서 공급전원을 공급받도록 변경될 수 있다.
따라서, 무선센서 모듈(40) 중에서 일부는 타 무선센서 모듈(40)과 전원라인(32)으로 연결될 수 있다. 그리고 전원라인(32)을 이용해서 타 무선센서 모듈(40)로부터 전원을 공급받는 별도의 로컬 배전반을 구성할 수도 있다.
여기서, 타 무선센서 모듈(40)로부터 공급전원을 공급받는 무선센서 모듈(40)은 상기 공급전원의 전압값과 동일하거나 상기 공급전원의 전압값보다 낮은 전압값의 구동전원을 이용해서 구동되는 무선센서 모듈(40)인 것이 바람직하다.
이를 위해, 전원변환기(42)는 입력전압의 변동에도 일정한 전압값의 직류전원을 출력할 수 있다.
그리고 무선센서 모듈(40)은 로컬 배전반(30)의 전원 공급이 차단되는 경우에도 지속적인 구동이 가능하도록, 내부에 공급된 전원을 충전하고, 전원공급 차단시 충전된 전원을 무선센서 모듈(40)의 각 장치로 공급하는 배터리(43)를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 패스웨이(pathway)와 같이 전력소모가 많은 지역에 설치되는 무선센서 모듈(40)은 로컬 배전반(30)에서 전원라인(31)을 통해 직접 로컬전원을 공급받고, 엔진룸과 같이 전력소모가 적은 지역에 설치되는 무선센서 모듈(40)은 타 무선센서 모듈(40)과 전원라인(32)으로 연결되어 전원을 공급받도록 구성될 수 있다.
여기서, 타 무선센서 모듈(40)로부터 전원을 공급받는 무선센서 모듈(40)의 전압변환기(42)는 교류-직류 컨버터 대신에 직류-직류 컨버터로 마련될 수도 있다.
이와 같이, 본 고안은 무선센서 모듈에 전원변환기를 마련해서 서로 다른 전압레벨의 구동전원을 사용하는 무선센서 모듈 전체를 구동시킬 수 있다.
그리고 본 고안은 무선센서 모듈의 전력 소모량에 따라, 일부 무선센서 모듈을 인접한 타 무선센서 모듈로부터 전원을 공급받을 수 있도록 루프화함으로써, 로컬 배전반과 무선센서 모듈을 연결하는 전원라인을 최소화할 수 있다.
이에 따라, 본 고안은 유선과 무선 타입의 각 장점을 혼합 적용한 하이브리드 타입의 무선센서 모듈을 개발 및 설치하고, 로컬전원으로 공급되는 교류 또는 직류전원을 루프화하여 경제성을 향상시킬 수 있다.
다음, 본 고안의 바람직한 실시 예에 따른 무선센서 모듈을 이용한 계측 시스템의 결합관계 및 작동방법을 상세하게 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, n개의 카고 탱크에 설치된 다수의 무선센서 모듈(40)은 각각 각 카고 탱크에 마련된 로컬 배전반(30)과 전원라인(31)으로 연결되거나, 전원라인(32)를 통해 타 무선센서 모듈(40)로부터 전원을 공급받아 구동된다.
이에 따라, 각 무선센서 모듈(40)은 고유의 계측동작을 수행하고, 계측된 계측량에 대응되는 무선신호를 계측 시스템(20)으로 송신한다.
이때, 각 무선센서 모듈((40))의 전원변환기(42)는 로컬 배전반(30)에서 공급되는 로컬전원 또는 타 무선센서 모듈(40)에서 공급되는 공급전원을 해당 무선센서 모듈(40)을 구동하기 위한 전압값의 구동전원으로 변환하고, 변환된 구동전원을 해당 무선센서 모듈(40)에 마련된 각 장치로 공급할 수 있다.
한편, 배터리(43)가 내장된 무선센서 모듈(40)은 로컬전원이나 타 무선센서 모듈(40)에서 공급되는 공급전원을 배터리(43)에 충전하고, 로컬전원 차단 시 배터리(43)에 충전된 전원을 이용해서 구동될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 고안은 계측된 계측량을 계측 시스템에 무선신호로 송신하는 무선센서 모듈을 적용함으로써, 계측 시스템과 센서 사이의 케이블을 제거할 수 있다.
그리고 본 고안은 선박이나 해양 구조물의 구획된 각 영역에 마련된 로컬 배전반에서 로컬전원을 무선센서 모듈에 공급해서 구동함에 따라, 종래에 내장된 배터리를 주기적으로 교환해야 하는 불편함을 해소할 수 있다.
이와 함께, 본 고안은 내장된 배터리의 전해액 누출로 인한 무선센서 모듈의 고장이나 손상을 미연에 예방할 수 있다.
또한, 본 고안은 필요에 따라 배터리와 로컬전원으로 전원을 이중화해서 계통의 안정도를 향상시킬 수 있다.
이상 본 고안자에 의해서 이루어진 고안을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 고안은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
즉, 상기의 실시 예에서는 대량의 화물을 적재해서 운송할 수 있도록 내부에 다수의 카고 탱크가 마련되는 LNG선에 적용되는 것으로 설명하였으나, 본 고안은 LNG선뿐만 아니라, 다양한 용도의 선박, 해양 플랜트, 대형 건물이나 구조물 등 다수의 센서를 이용해서 다양한 정보를 계측하는 시스템에 적용되도록 변경될 수 있다.
본 고안은 계측된 계측량을 계측 시스템에 무선신호로 송신하는 무선센서 모듈을 적용해서 계측 시스템과 센서 사이의 케이블을 최소화할 수 있는 무선센서 모듈을 이용한 계측 시스템 기술에 적용될 수 있다.
20: 계측 시스템
30: 로컬 배전반
31,32: 전원라인
40: 무선센서 모듈
41: 안테나
42: 전원변환기
43: 배터리

Claims (7)

  1. 미리 설정된 각 영역에 설치된 로컬 배전반으로부터 로컬전원을 공급받아 구동되고, 계측된 계측량을 무선 통신 방식으로 송신하는 복수의 무선센서 모듈 및
    각 무선센서 모듈로부터 수신된 무선신호를 수신해서 각 계측 항목에 대해 모니터링하는 계측 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선센서 모듈을 이용한 계측 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 무선센서 모듈은
    계측된 계측량에 대응되는 무선신호를 송신하는 안테나와
    상기 로컬 배전반으로부터 전원라인을 통해 공급되는 로컬전원을 해당 무선센서 모듈을 구동하기 위한 전압값의 구동전원으로 변환하는 전원변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선센서 모듈을 이용한 계측 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 무선센서 모듈 중에서 일부는 타 무선센서 모듈과 전원라인으로 연결되고, 상기 타 무선센서 모듈로부터 공급되는 공급전원을 이용해서 구동되는 것을 특징으로 하는 무선센서 모듈을 이용한 계측 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 무선센서 모듈은 각각 설치 위치에 따른 전원 연결 거리 또는 전력 소모량에 따라 상기 로컬 배전반으로부터 로컬 전원을 공급받거나, 타 무선센서 모듈로부터 공급전원을 공급받는 것을 특징으로 하는 무선센서 모듈을 이용한 계측 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    타 무선센서 모듈로부터 공급전원을 공급받는 무선센서 모듈은 상기 공급전원의 전압값과 동일하거나 상기 공급전원의 전압값보다 낮은 전압값의 구동전원을 이용해서 구동되는 것을 특징으로 하는 무선센서 모듈을 이용한 계측 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 무선센서 모듈은 내장되는 배터리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선센서 모듈을 이용한 계측 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 복수의 무선센서 모듈과 계측 시스템을 포함하여 무선 통신 방식으로 계측된 계측량에 대응되는 무선신호를 수신해서 미리 설정된 각 계측항목에 대한 모니터링 정보를 이용하는 것을 특징으로 하는 무선센서 모듈을 이용한 계측 시스템을 구비한 선박.
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