KR20170034158A - 다중매체 통신 기반 선박 상태모니터링과 최적 및 안전 운항 지원을 수행하는 선박 운항 지원 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중 매체 통신을 이용하여 해상기상예보, 선박 운항 상태 등을 수집하고 빅데이터 기반으로 분석하여 선박의 운항 안정성 확보와 연료비 및 유지보수 비용을 절감하여 선박의 운항 효율성을 향상시키며, 수집된 정보를 선박 및 육상의 응용 시스템에 자동 전송하는 다중 매체 통신 기반 선박 상태모니터링과 최적 및 안전 운항 지원을 수행하는 선박 운항 지원 시스템 및 그 방법에 관한 것으로,
상기 선박 운항 지원 시스템은, 선박에 설치된 센서들을 통해 전송되는 선박의 운항 데이터, 엔진 데이터 또는 장비 상태 데이터를 포함하는 선박 데이터 수집을 위한 인터페이스를 제공하는 선박데이터수집인터페이스부; 상기 선박데이터수집 인터페이스를 통해 전송되는 선박 데이터를 수집하는 선박데이터수집부; 상기 선박데이터수집부에서 분류되어 수집된 선박 데이터를 저장하는 데이터베이스부; 및 상기 선박데이터수집부에서 수집된 선박 데이터를 선박 또는 육상의 선박 운항 관리서버로 전송하는 선박 통신부;를 포함하여 구성되어,
선박 데이터를 이벤트 발생시 마다 선택적으로 전송하도록 구성되는 것에 의해 선박의 통신비용을 줄임은 물론, 선박의 안전성과 에너지효율을 향상시켜, 전체저긍로 선박의 운항 비용을 현저히 줄이는 효과를 제공한다.

Description

다중매체 통신 기반 선박 상태모니터링과 최적 및 안전 운항 지원을 수행하는 선박 운항 지원 시스템 및 그 방법{SYSTEM FOR ASSISTING VOYAGE OF SHIP BY MONITORING A SHIP STATE AND SUPPLYING SAFETY AND OPTIMAL NAVIGATION PATH AND VOYAGE PATTERN OF A SHIP CONSIDERING THE SEA STATE BASED ON MULTI COMMUNICATION AND THE METHOD THEREOF}

본 발명은 선박의 원격 상태모니터링과 최적 및 안전 운항 지원 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 다중 매체 통신을 이용하여 해상기상예보, 선박 운항 상태 등을 수집하고 빅데이터 기반으로 분석하여 선박의 운항 안정성 확보와 연료비 및 유지보수 비용을 절감하여 선박의 운항 효율성을 향상시키는 다중 매체 통신 기반 선박 상태모니터링과 최적 및 안전 운항 지원을 수행하는 선박 운항 지원 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

현재 해운업계는 국제해사기구(IMO)의 온실가스 및 대기오염물질(NOx, SOx, PM) 배출규제 강화와 지속적인 유가 상승으로 인한 선박 이윤감소에 대한 대책 마련을 위하여 연료유 소비 절감을 위한 많은 노력을 기울이고 있다.

구체적으로, 대부분의 선종에서 물동량 증가를 선회하는 선박공급으로 금융위기 이후 악화된 수급 여건이 개선되지 않아, 지속적인 운임저하로 인한 해운사 경영난 개선을 위해 선박운항 효율성 개선에 주목하고 있다.

또한, 선박은 해상환경과 운항 상태에 따라 연료유 소모량 차이가 매우 크며, 정확한 분석을 위해서는 건조 단계인 선체, 선형에 대한 정보로부터 운영 단계인 해운사 운항 경험 및 노하우에 대한 정보 등을 필요로 한다.

이러한 이유로 조선소를 중심으로 선박 운항 정보의 활용과 관련된 다수의 과제가 진행되었으나 실제로 해운사에서 요구하는 성능 기준을 만족시키지 못하는 실정이다.

이에 따라, 한국공개특허 제 10-0981945호(선행문헌 1)는 배기가스 규제 지역을 운항 시 다중 연료 공급 장치를 제어하고, 배기가스 규제지역을 운항하는 시간을 최소화한 경제 운항경로를 생성하여 선박의 경제적 운항을 지원하는 선박의 경제적 운항을 위한 장치 및 방법을 개시한다.

또한, 한국등록특허 제 10-1401469호(선행문헌 2)는 화물을 운송하는 선박, 선주, 화주 및 관리자가 통신네트워크로 연결된 선박운용 시스템을 통해 해상 수송 관련 정보를 통합적으로 관리/공유함으로서 선박의 운항과 화물 물류 운송 과정의 최적화, 에너지 절감 및 온실 가스 배출의 최소화를 지원하기 위한 방법 및 장치를 개시한다.

또한, 한국등록특허 제 10-0981945호(선행문헌 3)는 선박의 운항 이전에 입력되는 고정 운항 정보와 실시간으로 입력되는 가변 운항정보에 대응하여 최적 운항지시를 수립하여 선박을 운항함에 따라 선박 운항 품질을 향상시킬 수 있도록 하는 제어 방법 및 장치를 개시한다.

그러나 선행문헌 1은 선박의 경제적 운항을 위한 장치에서 경제운항을 위한 지원 범위가 배기가스 규제지역(Emission Control Area)으로 국한되며, 선박 운항 요소에 따른 영향을 정량화하고, 연료유 사용 영향도를 분석 및 예측하여 경제 운항을 지원하지 못하며, 위성 통신 저감을 위한 해결책을 제공하지 못하는 문제점을 가진다.

또한, 선행문헌 2는 선박의 운항 특성의 기준이 운항 중인 선박의 실제 데이터를 반영하는 것이 아니라 설계 데이터 및 초기 시운전 데이터만을 지원하므로 선박의 운항 특성이 정확히 반영되지 못하는 문제점을 가진다.

또한, 선행문헌 3은 선박 운항 시 불필요한 연료의 낭비를 방지할 수 있어 경제성을 향상시킬 수 있으나, 위성통신의 비용 절감과, 안전 운항 정보의 설정 등에 한 안전 운항을 제공하지 못하는 문제점을 가진다.

한국공개특허 제 10-0981945호 한국등록특허 제 10-1401469호 한국등록특허 제 10-0981945호

따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다중 매체 통신을 이용하여 해상기상예보, 선박 운항 상태 등을 수집하고 빅데이터 기반으로 분석하여 선박의 운항 안정성 확보와 연료비 및 유지보수 비용을 절감하여 선박의 운항 효율성을 향상시키며, 수집된 정보를 선박 및 육상의 응용 시스템에 자동 전송하는 다중 매체 통신 기반 선박 상태모니터링과 최적 및 안전 운항 지원을 수행하는 선박 운항 지원 시스템 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다중 매체 통신 기반 선박 상태모니터링과 최적 및 안전 운항 지원을 수행하는 선박 운항 지원 시스템은, 선박에 설치된 센서들을 통해 전송되는 선박의 운항 데이터, 엔진 데이터 또는 장비 상태 데이터를 포함하는 선박 데이터 수집을 위한 인터페이스를 제공하는 선박데이터수집인터페이스부; 상기 선박데이터수집 인터페이스를 통해 전송되는 선박 데이터를 수집하는 선박데이터수집부; 상기 선박데이터수집부에서 분류되어 수집된 선박 데이터를 저장하는 데이터베이스부; 및 상기 선박데이터수집부에서 수집된 선박 데이터를 선박 또는 육상의 선박 운항 관리서버로 전송하는 선박 통신부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 선박데이터수집인터페이스부는, 선박의 운항 장비와 센서 데이터의 수집 인터페이스를 제공하는 NMEA(National Marine Electronics Association) 인터페이스; 선박 기관실의 알람 모니터링 데이터의 수집인터페이스를 제공하는 AMS(Alarm Monitoring System) 인터페이스; 또는 선박의 IP기반 항해장비 또는 전산장비의 상태 데이터의 수집 인터페이스를 제공하는 장비상태모니터링 인터페이스; 중 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 선박데이터수집부는, 상기 선박데이터수집인터페이스부를 통해 선박의 운항 장비와 센서 데이터를 수집하는 운항 데이터 수집부; 상기 선박데이터수집인터페이스부를 통해 엔진 데이터를 포함하는 선박 기관실의 알람 모니터링 데이터를 수집하는 기관실 AMS 데이터 수집부; 또는 상기 선박데이터수집인터페이스부를 통해 선박의 IP기반 항해장비 또는 전산장비의 상태 데이터를 수집하는 장비상태 데이터 수집부; 중 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 선박 운항 지원 시스템은, 일정 기준 시간 간격 내의 세계 해상기상데이터를 수집하는 기상데이터수집부;를 더 포함하고, 상기 데이터베이스부는 수집된 상기 해상기상데이터를 저장하도록 구성될 수 있다.

상기 해상기상데이터의 예로는 극지방 기상 상태의 빙하 또는 빙산 정보, 원양의 해상 기상정보 또는 근해의 해상 기상정보를 포함하는 해상 기상 원천데이터 일 수 있으며, 글로벌 기상 상태의 해석의 예로는 기압, 태풍, 풍향/풍속, 너울, 파고, 조류 등의 추출을 들 수 있으며, 연안 기상 상태의 해석의 예로는 국내 연안 등부표 관측 데이터, 풍향/풍속 너울, 파고 등의 추출을 들 수 있다.

상기 선박 운항 지원 시스템은, 선박 데이터의 연료소모량과 운항 패턴별 연료 소모량 정보와 기상 정보 중 하나 이상의 정보를 이용하여 기상별, 운항항로별 운항 패턴별 중 하나 이상을 포함하는 기준에 대한 선박의 에너지 효율성의 분석 결과를 생성하는 선박에너지 효율 분석부; 및 실시간 해상기상정보와 ECDIS 정보를 이용하여 기상 위험 지역을 회피한 항로를 선택하고, 상기 선박의 에너지 효율성 분석 결과에 의한 에너지 효율성 운항 패턴을 도출하는 운항 최적화부;를 더 포함하여 구성될 수도 있다.

상기 선박통신부는, 선박 운항 지원 시스템의 구동을 위한 응용프로그램별 요구사항 또는 시스템 보안 정책에 따라 수집된 선박 데이터를 여과하는 선택여과모듈; 전송될 선박 데이터를 압축하고 암호화하는 압축암호화모듈; 선택 여과 및 압축암호화된 선박 데이터를 선박 또는 육상의 관리서버로 전송하기 위한 선박의 위성통신 장비, 이동통신 장비 또는 무선인터넷 장비를 포함하는 선박 통신 장비를 통신을 위해 선택하여 통신망에 접속하고 접속을 해제하는 선박 통신 장비 제어를 수행하는 선박통신장비제어모듈; 및 상기 선박통신장비제어모듈의 선박 통신 장비 제어에 의해 상기 선택 여과 및 압축암호화된 선박 데이터를 선박의 관리서버 또는 육상의 관리서버로 전송하는 데이터전송모듈;을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 데이터 전송모듈은, 선박 데이터 전송 시에 발생할 수 있는 통신 오류, 선박 데이터 전송 오류에 대비하기 위하여 이어받기 또는 이어올리기 기능을 더 포함할 수 있다.

상기 선박통신부는, 데이터 모니터링 주기별 검색 데이터의 변경 여부를 파악하여 변경된 데이터만을 전송하도록 상기 선택여과모듈에서 출력되는 여과된 선박 데이터를 이전 주기의 모니터링 데이터와 비교하여 변경된 데이터에 대해서만 전송 이벤트를 발생시키는 이벤트생성모듈;을 더 포함하여 구성될 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다중 매체 통신 기반 선박 상태모니터링과 최적 및 안전 운항 지원을 수행하는 선박 운항 지원 방법은, 선박데이터수집부에 의해 선박데이터수집인터페이스로부터 선박에 설치된 센서들을 통해 전송되는 선박의 운항 데이터, 엔진 데이터 또는 장비 상태 데이터를 포함하는 선박 데이터를 수집하는 선박데이터수집과정; 및 상기 여과된 선박 데이터에 대하여 이전 데이터 모니터링 주기에서 수집된 데이터의 변경이 발생된 경우 변경된 데이터를 추출하여 전송하는 선박 데이터 전송과정;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 선박 데이터 전송과정은, 선택여과모듈에 의해 선박 운항 지원 시스템의 구동을 위한 응용프로그램별 요구사항 또는 시스템 보안 정책에 따라 수집된 선박 데이터를 여과하는 선박데이터여과과정; 이벤트 생성모듈에 의해 상기 선택여과모듈에서 출력되는 여과된 선박 데이터를 이전 주기의 모니터링 데이터와 비교하여 변경된 데이터에 대해서만 전송 이벤트를 발생시키는 이벤트생성과정; 선박통신장비제어모듈이 선박의 위성통신 장비, 이동통신 장비 또는 무선인터넷 장비를 포함하는 선박 통신 장비를 선택하여 통신망에 접속하고 접속을 해제하는 선박 통신 장비 제어를 수행하는 선박통신장비제어과정; 및 데이터전송모듈에 의해 상기 선박통신장비제어모듈의 선박 통신 장비 제어에 의해 상기 이벤트생성과정에서 생성된 이벤트 발생 대상 선박 데이터를 선박의 관리서버 또는 육상의 관리서버로 전송하는 데이터전송과정;을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 데이터전송과정은, 선박 데이터 전송 시에 발생할 수 있는 통신 오류, 선박 데이터 전송 오류에 대비하기 위하여 이어받기 또는 이어 올리기를 수행하도록 구성될 수도 있다.

상기 선박 운항 지원 방법은, 선택여과모듈이 상기 여과된 선박데이터를 데이터베이스부에 저장하는 선박데이터저장과정; 기상데이터 수집부가 일정 기준 시간 간격 내의 세계 해상기상데이터를 선박 통신부를 통해 수신하여 데이터베이스부에 저장하는 기상데이터 수집 및 저장과정; 선박에너지 효율 분석부가 선박 데이터의 연료소모량과 운항 패턴별 연료 소모량 정보와 기상 정보 중 하나 이상의 정보를 이용하여 기상별, 운항항로별 운항 패턴별 중 하나 이상을 포함하는 기준에 대한 선박의 에너지 효율성의 분석 결과를 생성하는 선박에너지 효율 분석과정; 및 운항 최적화부가 실시간 해상기상정보와 ECDIS 정보를 이용하여 기상 위험 지역을 회피한 항로를 선택하고, 상기 선박의 에너지 효율성 분석 결과에 의한 에너지 효율성 운항 패턴을 도출하는 선박운항최적화과정;을 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명은 선박의 상태를 모니터링하는 것에 의해 선박 운항정보를 체계적이고 효율적으로 이용할 수 있도록 하고, 선박 운항 효율성의 최대 변수인 해상기상예보 체계의 구축에 의해 선박의 운항 및 유지보수 비용절감 뿐 아니라 선박의 안정성을 개선하며, 해운사 원가 구조에 가장 큰 부분을 차지하는 선박관리비, 항비(연료비)를 현저히 절감시키는 효과를 제공한다.

또한 본 발명은 선박운항데이터의 선대관리 시스템 등의 육상으로 전송하는 경우 이벤트관리, 압축 및 암호화, 데이터의 선택적 여과 또는 이어 전송하기 등을 수행하는 것에 의해 위성통신의 사용을 최소화하면서도 데이터 전송의 신뢰성을 향상시키는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 다중매체 통신 기반 선박 상태모니터링과 최적 및 안전 운항 지원을 수행하는 선박 운항 지원 시스템의 기능 블록 구성도.
도 2는 도 1에서의 선박 데이터 수집 및 전송 과정을 나타내는 도면.
도 3은 기상데이터수집부(140)에 의해 수집되는 해상기상데이터의 예를 나타내는 도면.
도 4는 선박에너지효율 분석부(160)에 의한 선박에너지효율분석예를 나타내는 도면.
도 5는 해상기상데이터 분석 정보와 선박에너지효율분석정보를 이용하여 운항최적화부에서 도출된 최적화된 운항설정 예를 나타내는 도면.
도 6은 도 1의 선박 통신부(200)의 블록 구성도.
도 7은 주기별 모니터링된 선박 데이터를 비교하는 그래프.
도 8은 본 발명의 실시예에 따르는 다중매체 통신 기반 선박 상태모니터링과 최적 및 안전 운항 지원을 수행하는 선박 운항 지원 방법의 처리과정을 나타내는 순서도.

이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 다중매체 통신 기반 선박 상태모니터링과 최적 및 안전 운항 지원을 수행하는 선박 운항 지원 시스템(100)의 기능 블록 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 선박 운항 지원 시스템(100)은, NMEA(National Marine Electronics Association) 인터페이스(102), AMS(Alarm Monitoring System) 인터페이스(103) 또는 장비상태모니터링인터페이스(105) 중 하나 이상을 포함하는 선박데이터수집인터페이스부(101), 운항 데이터수집부(112), 기관실 AMS 데이터 수집부(114) 또는 장비상태데이터수집부(116) 중 하나 이상을 포함하는 선박데이터수집부(110), 세계 기상정보를 수집하여 저장하는 기상데이터수집부(140), 데이터베이스부(1150), 선박에너지 효율 분석부(170), 운항최적화부(170) 및 선박통신부(200)를 포함하여 구성된다.

상기 NMEA 인터페이스(102)는 e-Navigation의 표준 프로토콜인 NMEA2000 기반의 각종 운항정보를 수집하는 인터페이스로서, 선박의 GPS, 항해기록장치(VDR: Voyage Data Recorder), 자이로센서(GYRO Sensor) 등의 여러 운항 장비 및 센서의 정보 수집을 위한 인터페이스를 제공하도록 구성된다.

그리고 상기 운항 데이터 수집부(112)는 모니터링 주기별로 상기 NMEA 인터페이스(102)를 선박의 GPS 정보, 항해기록장치(VDR: Voyage Data Recorder)의 기록정보, 자이로센서(GYRO Sensor) 정보 등의 여러 운항 장비 및 센서들의 정보들을 수집하여 데이터베이스부(150)에 저장하도록 구성된다.

상기 AMS 인터페이스(103)는 선박 기관실의 알람 모니터링 데이터의 수집인터페이스를 제공하도록 구성된다.

상기 기관실 AMS 데이터 수집부(114)는 AMS 인터페이스(103)를 통해 엔진의 연료소모량, 연료 량, 온실가스 배출량, 엔진출력, 운항속도, 보일러온도 등의 엔진을 포함하는 기관실에서 발생하는 센싱 데이터를 수집한 후 데이터베이스부(150)에 저장하도록 구성된다.

상기 장비상태모니터링인터페이스(105)는 선박 내의 인트라넷 등에 접속되어 선박의 IP기반 항해장비 또는 전산장비의 상태 데이터의 수집을 위한 인터페이스를 제공하도록 구성되는 것으로 표준 장비상태 모니터링 프로토콜(SMNP-MIB)과 네트워크 HEART-BEAT 모니터링을 수행할 수 있도록 하는 인터페이스를 제공한다.

그리고 상기 장비 상태 데이터 수집부(116)는 상기 장비상태모니터링인터페이스(105)를 통해 선박의 인트라넷 등에 접속된 후, 표준 장비상태 모니터링 프로토콜(SMNP-MIB)과 네트워크 HEART-BEAT 모니터링을 수행함으로서 IP 기반 항해 장비 및 전산장비의 등의 장비 상태 데이터를 수집하고, 수집된 데이터를 데이터에비스에 저장하도록 구성된다.

상기 기상데이터수집부(140)는 일정 기준 시간 간격 내의 세계 해상기상데이터를 수집하도록 구성된다. 상기 기상데이터수집부(140)가 수집하는 해상기상데이터는 전 세계적으로 4 ~6 시간 단위로 생성되는 기상 원천 데이터를 최대한 신속하게 수신하도록 구성된다. 즉, 기상 정보 수집 시스템이 전 세계 기상 정보를 수신한 후 이를 육상 정보 시스템 등의 육상 관리서버와 선박의 관리서버로 전송하고 선박의 기상데이터수집부(140)는 수신된 해상기상데이터를 데이터베이스부(150)에 저장하도록 구성된다. 상기 해상기상데이터의 예로는 극지방 기상 상태의 빙하 또는 빙산 정보, 원양의 해상 기상정보 또는 근해의 해상 기상정보일 수 있다. 그리고 글로벌 기상 상태의 해석의 예로는 기압, 태풍, 풍향/풍속, 너울, 파고, 조류 등의 추출을 들 수 있으며, 연안 기상 상태의 해서의 예로는 국내 연안 등부표 관측 데이터, 풍향/풍속 너울, 파고 등의 추출을 들 수 있다.

상기 데이터베이스부(1150)는 상술한 운항데이터수집부(112)에서 수집되는 선박의 운항 데이터, 기관실 AMS 데이터 수집부(114)에서 수집되는 엔진 데이터, 보일러 데이터 등을 포함하는 기관실 AMS 데이터, 장비상태데이터를 저장하고, 또한 선박의 운항 최적화 및 선박에너지 효율 분석 결과를 도출하며, 운항 화면을 출력할 수 있도록 하는 전자해도 정보인 ECDIS 데이터를 체계화하여 저장된다.

상술한 데이터베이스부(150)의 저장 데이터들은 후술하는 바와 같이, 선박의 통신부(200)에서 여과되는 바와 같이, 선박데이터수집부(110)의 각 구성에 의해 여과되어 저장될 수도 있다.

상기 선박에너지 효율 분석부(170)는 선박 데이터의 연료소모량과 운항 패턴별 연료 소모량 정보와 기상 정보 중 하나 이상의 정보를 이용하여 기상별, 운항항로별 운항 패턴별 중 하나 이상을 포함하는 기준에 대한 선박의 에너지 효율성의 분석 결과를 생성하도록 구성된다.

상기 운항최적화부(170)는 실시간 해상기상정보와 ECDIS 정보를 이용하여 기상 위험 지역을 회피한 항로를 선택하고, 상기 선박의 에너지 효율성 분석 결과에 의한 에너지 효율성이 높은 운항 패턴을 도출하도록 구성된다. 에너지 효율성이 높은 운항패턴은 연료소비를 최소로하면서 운항 시간을 단축시킬 수 있도록 하는 항로 상에서의 가속, 감속 등의 패턴을 포함한다.

상기 선박통신부(200)는 상기 선박데이터수집부(110)에서 수집된 선박 데이터를 선박 또는 육상의 선박 운항 관리서버로 전송하도록 구성되는 것으로서, 하기의 도 6을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

도 2는 도 1에서의 선박 데이터 수집 및 전송 과정을 나타내는 도면이다.

도 2와 같이, 선박 데이터 수집 및 전송을 위해서는 선박인터페이스부(101) 및 선박데이터수집부(110)를 통해, 선박의 GPS 정보, 도플러 로그정보, 퐁속계 정보, 자이로 컴파스(GYRO Compass) 정보를 항해기록장치(VDR: Voyage Data Recoder)로부터 수집한다. 그리고 엔진룸의 메인엔진(M/E) 토크, 연료 유량, 온도, 압력 등의 정보를 AMS(Alarm Monitoring System) 인터페이스를 통해 엔진 데이터 로그 정보로부터 수집한다. 수집된 데이터들은 모니터링되고 분석된 후 선박의 관리서버 또는 선박 통신부(200)를 통해 육상의 운항 관리 센터 등의 육상 관리서버로 전송된다.

도 3은 기상데이터수집부(140)에 의해 수집되는 해상기상데이터의 예를 나타내는 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 행상 기상데이터 정보는 극지방, 원양해상, 근해의 해상기상 정보를 포함한다.

도 4는 선박에너지효율 분석부(160)에 의한 선박에너지효율분석예를 나타내는 도면이다.

도 4와 같이, 선박 에너지 효율 분석을 위해서는 기상 예보 정보, 연료소모량정보, 엔진 등 성능 모니터링 정보를 추출한 후 분석하는 것에 의해 선박의 에너지 효율을 분석한다. 이렇게 분석된 선박의 에너지 효율 분석 데이터는 ECDIS 상에서 항로 및 운항 패턴과 함께 표시될 수 있다.

도 5는 해상기상데이터 분석 정보와 선박에너지효율분석정보를 이용하여 운항최적화부에서 도출된 최적화된 운항설정 예를 나타내는 도면이다.

도 5와 같이, 선박에너지효율이 분석되고, 해상의 기상 상태가 분석된 후에는, 선박 에너지효율 분석 결과를 기반으로 최적 효율을 가지는 위험지역을 회피하는 항로가 생성되며, 생성된 항로에서의 운항 패턴이 생성된다. 운항 패턴 생성의 예로는, 도 5와 같이, 위험지역(D)의 이동하는 방향의 해상으로 선박의 운항 항로가 결정된 경우에는 위험지역을 벗어나기 까지 고속으로 운항하는 것이 포함된다. 이와 달리, 위험지역(D)의 이동 방향의 반대 쪽 해상으로 선박의 운항 항로가 결정되는 경우에는 위험지역(D)의 이동 후 해당 해상을 통과하도록 저속으로 운항하는 것이 포함된다.

도 6은 도 1의 선박 통신부(200)의 블록 구성도이다.

도 6과 같이, 상기 선박 통신부(200)는 선택여과모듈(210), 이벤트생성모듈(220), 압축암호화모듈(230), 선박 통신장비 제어모듈(240) 및 데이터 전송모듈(250)을 포함하여 구성된다.

상기 선택여과모듈(210)은 선박 운항 선박 운항 지원 시스템의 구동을 위한 응용프로그램별 요구사항 또는 시스템 보안 정책에 따라 수집된 선박 데이터를 여과하도록 구성된다. 구제적으로, 상기 선택여과모듈(210)은 수집된 선박 데이터를 선박 운항을 위한 응용프로그램의 요구 사항 또는 시스템의 보안 정책에 따라 운항 데이터의 종류, 수집 간격, 전송 간격, 데이터 필터링 유무, 압축 및 암호화 유무, 보안 데이터 유무 등으로 분류된 후 여과된다. 이때 데이터의 종류는 선박 별 600여 가지 이상이며, 선박별로 데이터 코드화 되는 것으로 GPS, heading, 러더 각(Rudder angle), 보일러/메인 엔진/발전기(Generator F.O)의 온도, 압력, 연료 소비량 등이고, 파도의 높이, 바람, 해수 온도 등의 날씨 정보 등을 포함한다. 이를 위해 메인 엔진의 마력 측정기, 연료유량계(Flow Meter), 파도 레이다(Wave Radar) 등이 지정 위치에 장착된다.

상기 이벤트생성모듈(220)은 데이터 모니터링 주기별 검색 데이터의 변경 여부를 파악하여 변경된 데이터만을 전송하도록 상기 선택여과모듈에서 출력되는 여과된 선박 데이터를 이전 주기의 모니터링 데이터와 비교하여 변경된 데이터에 대해서만 전송 이벤트를 발생시키도록 구성된다.

도 7은 주기별 모니터링된 선박 데이터를 비교하는 그래프이다.

즉, 선박 데이터는 일정 주기를 시분할한 간격으로 동일 선박 데이터에 대하여 모니터링을 수행하도록 구성된다. 따라서 이벤트생성모듈(220)은 각각의 주기별로 동일 시간 간격의 데이터를 서로 비교하여 변경 여부를 판단한다. 판단 결과 데이터의 변경이 있는 경우에는 이벤트를 발생시켜 변경된 데이터를 전송하도록 한다. 이에 따라 전송될 선박 데이터를 효과적으로 줄임으로서 선박 데이터의 송신 속도 및 비용 측면에서 전송 효율을 현저히 향상시킨다.

다시 도 6을 참조하여 설명하면, 상기 압축암호화모듈(230)은 전송될 선박 데이터를 압축하고 암호화하도록 구성되어 데이터 전송 효율 및 데이터 보안에 대응할 수 있도록 한다.

상기 선박 통신장비 제어모듈(240)은 선택 여과 및 압축암호화된 선박 데이터를 선박 또는 육상의 관리서버로 전송하기 위한 선박의 위성통신 장비, 이동통신 장비 또는 무선인터넷 장비를 포함하는 선박 통신 장비를 통신을 위해 선택하여 통신망에 접속하고 접속을 해제하는 선박 통신 장비 제어를 수행하도록 구성된다. 이를 위해 선박 통신 장지 제어모듈(240)은 선박에 탑재된 위성통신 장비를 제어하여 INMARSAT 해사 위성과 접속할 수 있도록 설정 및 연결하는 제어를 수행하고, 그 밖에 이동통신 혹은 무선인터넷에 연결이 가능할 경우 해당 네트워크로 접속하는 설정을 지원하도록 구성된다.

상기 데이터 전송모듈(250)은 상기 선박통신장비제어모듈의 선박 통신 장비 제어에 의해 상기 선택 여과 및 압축암호화된 선박 데이터를 선박의 관리서버 또는 육상의 선대시스템 등의 관리서버로 전송하도록 구성된다. 또한, 상기 데이터 전송모듈(250)은 데이터 전송 시에 발생할 수 있는 통신 오류, 데이터 전송 오류에 대비하기 위하여 이어받기, 자동 송수신 기능을 포함할 수 있다. 일예로, 고주파 대역 Ku Band(14GHz(uplink), 12GHz(downlink))를 사용하는 선박 위성통신 특성상 위성 연결 끊어짐이 잦고, 전송 오류가 빈번하게 발생한다. 이에 따라 전송 오류로 인하여 발생하는 통신요금을 줄이기 위하여 이어받기, 이어올리기 기능이 필요하다. 이러한 이어받기 및 이어올리기를 위해 전송될 선박 데이터는 데이터베이스부에 ID, 우선순위, 오프셋, 데이터 크기, CRC, 전송대상, 전송 유무(상태) 등의 정보를 가지고 저장된다. 이 후 데이터 전송 시에는 전송한 바이트 수 만큼 오프셋을 이동시키고, 데이터의 크기와 오프셋이 일치하고 CRC 오류를 체크하여 전송 상태를 완료로 설정한다. 데이터 전송 시 오류가 발생하면 다음 전송 시 오프셋부터 데이터의 크기까지 재전송 하며, 수신처에서도 오프셋 이후부터 바이트스트림을 이어 붙여 데이터를 완성하는 것에 의해 데이터의 이어받기 및 이어 올리기가 구현될 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따르는 다중매체 통신 기반 선박 상태모니터링과 최적 및 안전 운항 지원을 수행하는 선박 운항 지원 방법의 처리과정을 나타내는 순서이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 상기 선박 운항 지원 방법은, 선박데이터수집과정(S10), 선박데이터전송과정(S20), 선박데이터저장과정(S40), 기상데이터수집 및 저장과정(S50), 선박에너지효율분석과정(S60) 및 선박운항최적화과정(S70)을 포함하여 이루어진다.

상기 선박데이터수집과정(S10)에서는 선박데이터수집부(110)가 선박데이터수집인터페이스(101)로부터 선박에 설치된 센서들을 통해 전송되는 선박의 운항 데이터, 엔진 데이터 또는 장비 상태 데이터를 포함하는 선박 데이터를 수집한다.

상기 선박데이터전송과정(S20)에서 선박 통신부(200)가 여과된 선박 데이터에 대하여 이전 데이터 모니터링 주기에서 수집된 데이터의 변경이 발생된 경우 변경된 데이터를 추출하여 전송하는 처리과정을 수행한다.

구체적으로 상기 선박데이턴전송과정(S20)은 선박데이터여과과정(S22), 압축암호화과정(S24), 이벤트생성과정(S26), 선박통신장비제어과정(S28) 및 데이터전송과정(S30)의 처리과정을 더 포함하여 구성된다.

상술한 선박데이터 전송을 위한 처리과정의 구성에서 상기 선박데이터여과과정(S22)에서는 선택여과모듈(210)에 의해 선박 운항 지원 시스템의 구동을 위한 응용프로그램별 요구사항 또는 시스템 보안 정책에 따라 수집된 선박 데이터가 여과된다.

상기 압축암호화과정(S24)에서는 전송될 선박 데이터를 압축하고 암호화된다. 이에 의해 데이터 전송을 위한 통신 비용을 절감하고 전송되는 데이터의 보안을 유지할 수 있도록 한다.

상기 이벤트생성과정(S26)에서는 이벤트 생성 모듈(220)이 데이터 모니터링 주기별 검색 데이터의 변경 여부를 파악하여 변경된 데이터만을 전송하도록 상기 선택여과모듈에서 출력되는 여과된 선박 데이터를 이전 주기의 모니터링 데이터와 비교하여 변경된 데이터에 대해서만 전송 이벤트를 발생시킨다.

상기 선박통신장비제어과정(S28)에서는 선박통신장비제어모듈(240)이 선택 여과 및 압축암호화된 선박 데이터를 선박 또는 육상의 관리서버로 전송하기 위한 선박의 위성통신 장비, 이동통신 장비 또는 무선인터넷 장비를 포함하는 선박 통신 장비를 통신을 위해 선택하여 통신망에 접속하고 접속을 해제하는 선박 통신 장비 제어를 수행한다.

상기 데이터전송과정(S30)에서는 데이터전송모듈(250)이 선박통신장비제어모듈(240(의 선박 통신 장비 제어에 의해 이벤트생성과정(S26)에서 생성된 이벤트 발생 대상 선박 데이터를 선박 또는 육상의 선박의 관리서버 또는 육상의 관리서버로 전송한다.

상기 선박데이터저장과정(S40)에서는 선택여과모듈(210)이 여과된 선박데이터를 데이터베이스부(150)에 저장한다.

상기 기상데이터수집 및 저장과정(S50)에서는 기상 데이터 수집부(140)가 일정 기준 시간 간격 내의 세계 해상기상데이터를 선박 통신부를 통해 수신하여 데이터베이스부(150)에 저장한다.

그리고 상기 선박에너지효율분석과정(S60)에서는 선박에너지 효율 분석부(160)가 선박 데이터의 연료소모량과 운항 패턴별 연료 소모량 정보와 기상 정보 중 하나 이상의 정보를 이용하여 기상별, 운항항로별 운항 패턴별 중 하나 이상을 포함하는 기준에 대한 선박의 에너지 효율성의 분석 결과를 생성한다.

다음으로 선박운항최적화과정(S70)에서는 운항 최적화부(170)가 실시간 해상기상정보와 ECDIS 정보를 이용하여 기상 위험 지역을 회피한 항로를 선택하고, 상기 선박의 에너지 효율성 분석 결과에 의한 에너지 효율성 운항 패턴을 도출한다.

100: 선박 운항지원 시스템 101: 선박데이터수집인터페이스부
102: NMEA 인터페이스 103: AMS 인터페이스
105: 장비상태모니터링인터페이스 110: 선박데이터수집부
112: 운항 데이터 수집부 114: 엔진 데이터 수집부
116: 장비 상태 데이터 수집부 200: 선박 통신부

Claims (12)

1. 선박에 설치된 센서들을 통해 전송되는 선박의 운항 데이터, 엔진 데이터 또는 장비 상태 데이터를 포함하는 선박 데이터 수집을 위한 인터페이스를 제공하는 선박데이터수집인터페이스부;
   상기 선박데이터수집 인터페이스를 통해 전송되는 선박 데이터를 수집하는 선박데이터수집부;
   상기 선박데이터수집부에서 분류되어 수집된 선박 데이터를 저장하는 데이터베이스부; 및
   상기 선박데이터수집부에서 수집된 선박 데이터를 선박 또는 육상의 선박 운항 관리서버로 전송하는 선박 통신부;를 포함하여 구성되는 선박 운항 지원 시스템.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 선박데이터수집인터페이스부는,
   선박의 운항 장비와 센서 데이터의 수집 인터페이스를 제공하는 NMEA(National Marine Electronics Association) 인터페이스;
   선박 기관실의 알람 모니터링 데이터의 수집인터페이스를 제공하는 AMS(Alarm Monitoring System) 인터페이스; 또는
   선박의 IP기반 항해장비 또는 전산장비의 상태 데이터의 수집 인터페이스를 제공하는 장비상태모니터링 인터페이스; 중 하나 이상을 포함하는 선박 운항 지원 시스템.
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 선박데이터수집부는,
   상기 선박데이터수집인터페이스부를 통해 선박의 운항 장비와 센서 데이터를 수집하는 운항 데이터 수집부;
   상기 선박데이터수집인터페이스부를 통해 엔진 데이터를 포함하는 선박 기관실의 알람 모니터링 데이터를 수집하는 기관실 AMS 데이터 수집부; 또는
   상기 선박데이터수집인터페이스부를 통해 선박의 IP기반 항해장비 또는 전산장비의 상태 데이터를 수집하는 장비상태 데이터 수집부; 중 하나 이상을 포함하는 선박 운항 지원 시스템.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   일정 기준 시간 간격 내의 세계 해상기상데이터를 수집하는 기상데이터수집부;를 더 포함하고,
   상기 데이터베이스부는 수집된 상기 해상기상데이터를 저장하도록 구성되는 선박 운항 지원 시스템.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   선박 데이터의 연료소모량과 운항 패턴별 연료 소모량 정보와 기상 정보 중 하나 이상의 정보를 이용하여 기상별, 운항항로별 운항 패턴별 중 하나 이상을 포함하는 기준에 대한 선박의 에너지 효율성의 분석 결과를 생성하는 선박에너지 효율 분석부; 및
   실시간 해상기상정보와 ECDIS 정보를 이용하여 기상 위험 지역을 회피한 항로를 선택하고, 상기 선박의 에너지 효율성 분석 결과에 의한 에너지 효율성 운항 패턴을 도출하는 운항 최적화부;를 더 포함하는 선박 운항 지원 시스템.
   
6. 청구항 1에 있어서, 상기 선박통신부는,
   선박 운항 지원 시스템의 구동을 위한 응용프로그램별 요구사항 또는 시스템 보안 정책에 따라 수집된 선박 데이터를 여과하는 선택여과모듈;
   전송될 선박 데이터를 압축하고 암호화하는 압축암호화모듈;
   선택 여과 및 압축암호화된 선박 데이터를 선박 또는 육상의 관리서버로 전송하기 위한 선박의 위성통신 장비, 이동통신 장비 또는 무선인터넷 장비를 포함하는 선박 통신 장비를 통신을 위해 선택하여 통신망에 접속하고 접속을 해제하는 선박 통신 장비 제어를 수행하는 선박통신장비제어모듈; 및
   상기 선박통신장비제어모듈의 선박 통신 장비 제어에 의해 상기 선택 여과 및 압축암호화된 선박 데이터를 선박의 관리서버 또는 육상의 관리서버로 전송하는 데이터전송모듈;을 포함하는 선박 운항 지원 시스템.
   
7. 청구항 6에 있어서, 상기 데이터 전송모듈은,
   선박 데이터 전송 시에 발생할 수 있는 통신 오류, 선박 데이터 전송 오류에 대비하기 위하여 이어받기 또는 이어올리기 기능을 더 포함하는 선박 운항 지원 시스템.
   
8. 청구항 6에 있어서, 상기 선박통신부는,
   데이터 모니터링 주기별 검색 데이터의 변경 여부를 파악하여 변경된 데이터만을 전송하도록 상기 선택여과모듈에서 출력되는 여과된 선박 데이터를 이전 주기의 모니터링 데이터와 비교하여 변경된 데이터에 대해서만 전송 이벤트를 발생시키는 이벤트생성모듈;을 더 포함하는 선박 운항 지원 시스템.
   
9. 선박데이터수집부에 의해 선박데이터수집인터페이스로부터 선박에 설치된 센서들을 통해 전송되는 선박의 운항 데이터, 엔진 데이터 또는 장비 상태 데이터를 포함하는 선박 데이터를 수집하는 선박데이터수집과정; 및
   상기 여과된 선박 데이터에 대하여 이전 데이터 모니터링 주기에서 수집된 데이터의 변경이 발생된 경우 변경된 데이터를 추출하여 전송하는 선박 데이터 전송과정;을 포함하는 선박 운항 지원 방법.
   
10. 청구항 9에 있어서, 상기 선박 데이터 전송과정은,
    선택여과모듈에 의해 선박 운항 지원 시스템의 구동을 위한 응용프로그램별 요구사항 또는 시스템 보안 정책에 따라 수집된 선박 데이터를 여과하는 선박데이터여과과정;
    이벤트 생성모듈에 의해 상기 선택여과모듈에서 출력되는 여과된 선박 데이터를 이전 주기의 모니터링 데이터와 비교하여 변경된 데이터에 대해서만 전송 이벤트를 발생시키는 이벤트생성과정;
    선박통신장비제어모듈이 선박의 위성통신 장비, 이동통신 장비 또는 무선인터넷 장비를 포함하는 선박 통신 장비를 선택하여 통신망에 접속하고 접속을 해제하는 선박 통신 장비 제어를 수행하는 선박통신장비제어과정; 및
    데이터전송모듈에 의해 상기 선박통신장비제어모듈의 선박 통신 장비 제어에 의해 상기 이벤트생성과정에서 생성된 이벤트 발생 대상 선박 데이터를 선박의 관리서버 또는 육상의 관리서버로 전송하는 데이터전송과정;을 포함하는 선박 운항 지원 방법.
    
11. 청구항 10에 있어서, 상기 데이터전송과정은,
    선박 데이터 전송 시에 발생할 수 있는 통신 오류, 선박 데이터 전송 오류에 대비하기 위하여 이어받기 또는 이어 올리기를 수행하도록 구성되는 선박 운항 지원 방법.
    
12. 청구항 11에 있어서,
    선택여과모듈이 상기 여과된 선박데이터를 데이터베이스부에 저장하는 선박데이터저장과정;
    기상데이터 수집부가 일정 기준 시간 간격 내의 세계 해상기상데이터를 선박 통신부를 통해 수신하여 데이터베이스부에 저장하는 기상데이터 수집 및 저장과정;
    선박에너지 효율 분석부가 선박 데이터의 연료소모량과 운항 패턴별 연료 소모량 정보와 기상 정보 중 하나 이상의 정보를 이용하여 기상별, 운항항로별 운항 패턴별 중 하나 이상을 포함하는 기준에 대한 선박의 에너지 효율성의 분석 결과를 생성하는 선박에너지 효율 분석과정; 및
    운항 최적화부가 실시간 해상기상정보와 ECDIS 정보를 이용하여 기상 위험 지역을 회피한 항로를 선택하고, 상기 선박의 에너지 효율성 분석 결과에 의한 에너지 효율성 운항 패턴을 도출하는 선박운항최적화과정;을 포함하여 이루어지는 선박 운항 지원 방법.

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