KR20180046104A - Dynamic positioning system and dynamic positioning corresponding to fault of gps method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 GPS의 고장에 대응하는 선박의 동적 위치 유지 시스템 및 이를 이용한 위치 유지 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 GPS 고장시 추력기에서 발생시킨 추력의 평균값으로 선체에 미치는 환경 외력을 예측하여 선박의 위치를 유지할 수 있도록 한 GPS의 고장에 대응하는 선박의 동적 위치 유지 시스템 및 이를 이용한 위치 유지 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a dynamic position maintaining system for a ship corresponding to a GPS failure and a position maintaining method using the same. More particularly, the present invention relates to a system for predicting an external force exerted on a ship by means of an average value of a thrust generated in a thruster And more particularly, to a system for maintaining a dynamic position of a ship in response to a failure of a GPS capable of maintaining a position and a position maintenance method using the same.
최근 들어 국제적으로 급격한 산업화 현상 및 공업 발전 추이에 따라 한정된 지구 자원은 점차 바닥을 들어내고 있으며, 이에 따른 원유의 안정적인 생산 및 공급은 대단히 중요한 사안이 되고 있다.In recent years, due to rapid industrialization and industrial development, limited global resources are gradually getting out of the way, and the stable production and supply of crude oil has become a very important issue.
따라서, 최근에는 해저에 있는 석유 채굴기술의 발달과 더불어 대형 석유회사들은 지금까지 경제성을 상실했던 군소 한계유전(marginal field)이나 심해 유전의 개발에 적합한 시추설비를 구비한 시추선의 필요성을 절실히 느끼고 있고, 이에 대한 개발을 적극 모색하고 있는 현실이다.Recently, along with the development of oil exploration technology on the seabed, large oil companies have felt the necessity of drilling rig with drilling facilities suitable for development of marginal field or deep sea oil field, It is a reality that is actively searching for development.
이러한 해양의 지하에 존재하는 석유나 가스 등을 정제 및 저장할 수 있는 FPSO(Floating Production Storage Offloading), 드릴쉽 등의 선박이 점진적으로 늘어나고 있다. 이러한 선박은 특성상 일정 위치에서 오랜 작업을 수행하기 때문에 조류 및 풍향, 풍속 파고에 의하여 흔들림이나, 위치변화가 적을 수록 보다 안전한 유전 개발을 이룰 수 있고, 시추작업이 완료된 어느 한 장소에서 다른 장소로 이동하는데 소요되는 시간 및 조작성은 가능한 짧고 간단할 수록 좋다. 이때 조류 및 풍향, 풍속, 파고에 의하여 선체가 흔들려 위치가 변하는 현상은 동적 위치 제어 시스템(Dynamic Positioning System, 이하 'DPS'라 한다)에 의해 해소될 수 있다.Floating production storage offloading (FPSO) and drill ship, which can refine and store oil and gas underground in the ocean, are increasing gradually. Because of the nature of these vessels, they carry out long work at a certain position, so that they can develop safer oilfields with less fluctuation due to algae, wind direction, wind velocity, and less change in position. The time and operability required for this is as short as possible and as simple as possible. At this time, the phenomenon that the position changes due to the swinging of the ship due to the algae, wind direction, wind speed, and digging can be solved by a dynamic positioning system (DPS).
이와 같은 DPS는 부유식 해상 구조물을 원하는 지점에 지속적으로 위치시키는 시스템으로서, 삼성중공업 주식회사에 의해 출원된 대한민국공개특허 제10-2009-0020732호(공개일: 2009.05.27., 동적 위치 제어 시스템)외에도 다수가 출원되어 있다.Such a DPS is a system for continuously positioning a floating structure at a desired point and is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2009-0020732 (published on May 27, 2009, Dynamic Position Control System) filed by Samsung Heavy Industries, Many other applications are also filed.
상기 특허를 포함하는 종래의 DPS는 조류, 파랑, 바람 등 외력이 존재하는 해상 상태에서 선박의 위치와 방향을 자동으로 유지시켜주는 제어 시스템으로, 선박의 위치는 기본적으로 자이로 센서와 GPS를 사용하여 측정하지만, 업데이트 시간 및 오차를 고려해 칼만 필터를 사용하고 있다.The conventional DPS including the above patent is a control system that automatically maintains the position and direction of a ship in an offshore state in which there is an external force such as algae, blue, and wind, and the position of the ship is basically using a gyro sensor and GPS However, we are using Kalman filter to consider update time and error.
칼만 필터는 선박의 수학적 모델이 포함되어 있어 선박에 미치는 외력으로부터 움직임을 계산하여, 이것을 통해 선박의 위치 측정값을 보정해 실제 선박의 위치와 속도를 예측한다.The Kalman filter includes a mathematical model of the ship, which calculates the motion from the external force acting on the ship, and corrects the position measurement of the ship through it to predict the position and speed of the actual ship.
GPS의 고장으로 선박의 위치가 측정되지 않으면 칼만 필터의 수학적 모델에 의한 상태만 추정하여 사용한다.If the position of the vessel is not measured due to GPS failure, only the state by the mathematical model of the Kalman filter is estimated.
그러나, 수학적 모델을 통한 선박의 위치 및 속도를 예측하기 위해서는 선박에 미치는 외력, 크게 바람, 조류 및 파도에 의한 힘과 추진기에 의해 발생되는 힘이 입력으로 사용되는데, 기본적으로 바람의 힘은 풍속계 및 풍향계를 통해 측정되고, 추진기의 힘은 피드백 신호를 통해 계산 가능하지만, 조류나 파도에 의한 힘을 측정하기 위해 별도의 센서가 필요하다. However, in order to predict the position and speed of a ship through a mathematical model, an external force applied to the ship, a force generated mainly by wind, algae, and waves, and a force generated by the propeller are used as inputs. Basically, Measured via a weather vane, the force of the propeller can be calculated via a feedback signal, but a separate sensor is needed to measure the force by the tide or wave.
따라서 종래의 DPS는 GPS의 고장으로 선박의 위치가 측정되지 않으면 바람의 힘과 추력기에 의한 힘만을 입력으로 사용해 위치 예측을 실시하였다. 이에 따라 수학적 모델의 거동이 실제와 유사하다 하더라도 실제 선박에 미치는 외력 중 일부분만 입력으로 사용하기 때문에 실제와는 오차가 있을 수 밖에 없는 실정이다.Therefore, if the position of the ship is not measured due to the GPS failure, the conventional DPS performs the position prediction using only the force of the wind and the force of the thruster. Therefore, even if the behavior of the mathematical model is similar to the actual one, only a part of the external force exerted on the actual ship is used as the input.
본 발명의 목적은, GPS 고장시 추력기에서 발생시킨 추력의 평균값으로 선체에 미치는 외력 전체의 힘과 방향을 예측하여 선박의 위치를 유지할 수 있도록 한 GPS 의 고장에 대응하는 선박의 동적 위치 유지 시스템 및 이를 이용한 위치 유지 방법을 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide a dynamic position maintaining system for a ship corresponding to a failure of a GPS which can maintain the position of the ship by predicting the force and direction of the entire external force applied to the ship by an average value of the thrust generated by the thruster in the event of GPS failure And a position maintaining method using the same.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 선박의 위치를 포함하는 선박 정보를 측정하는 DP 계측부와, 상기 선박의 위치를 제어하는 추력부와, 상기 추력부에 추력제어신호를 출력하는 DP 제어부를 포함하여 해당 선박의 현재 위치가 목표 지점으로부터 정해진 범위를 벗어나지 않도록 선박의 위치를 유지하는 선박의 동적 위치 유지 시스템을 이용한 동적 위치 유지 방법에 있어서, 상기 DP 제어부가, 상기 DP 계측부로부터 측정된 선박의 위치를 포함하는 선박 정보를 수신하는 단계; 상기 DP 제어부가, 상기 추력부에 의해 발생시키는 추력을 수집하여 일정시간동안의 추력 평균값을 계산하는 단계; 상기 DP 제어부가, 상기 수신된 선박 정보를 근거로 하여 상기 DP 계측부에 포함된 GPS 수신기의 고장인지 여부를 판단하는 단계; 상기 DP 제어부가, 상기 GPS 수신기의 고장시 상기 계산된 추력 평균값을 선체에 미치는 환경 외력으로 선정하는 단계; 및 상기 DP 제어부가, 상기 선정된 환경 외력을 수학적 모델에 적용시켜 상기 추력부의 추력을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 동적 위치 유지 시스템을 이용한 동적 위치 유지 방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a ship, the method comprising: a DP measurement unit for measuring ship information including a position of a ship; a thrust unit for controlling a position of the ship; The present invention provides a dynamic position maintaining method using a dynamic position maintaining system for a ship that includes a DP control unit and maintains a position of a ship such that a current position of the ship does not deviate from a target range, Receiving vessel information including a measured vessel position; The DP control unit collecting thrust generated by the thrust unit and calculating a thrust average value for a predetermined time; Determining whether the DP control unit is a failure of the GPS receiver included in the DP measurement unit based on the received ship information; The DP control unit selecting the calculated thrust average value as an environmental external force on the hull when the GPS receiver fails; And the DP control unit applies the selected environmental external force to the mathematical model to determine the thrust of the thrust unit. The dynamic position maintenance method using the dynamic position maintenance system of a ship is provided.
상기 추력 평균값은 바람에 의한 힘, 조류에 의한 힘 및 파도에 의한 힘의 합일 수 있다.The thrust mean value may be the sum of the force due to wind, the force due to algae, and the force due to waves.
상기 결정하는 단계는 상기 선정된 환경 외력과 상기 추력부의 피드백 신호를 상기 수학적 모델에 적용시켜 상기 추력부의 추력을 계산할 수 있다.The determining step may calculate the thrust of the thrust unit by applying the selected environmental external force and the feedback signal of the thrust unit to the mathematical model.
상기 결정하는 단계는 상기 DP 제어부가, 상기 선정된 환경외력과 상기 추력부의 피드백 신호와 상기 DP 계측부에 포함된 자이로 센서로부터 측정된 상기 선박의 헤딩각도를 이용하여 상기 선박의 위치 및 속도를 예측하는 단계; 및 상기 DP 제어부가, 상기 예측된 선박의 위치 및 속도를 통해 상기 선박의 위치를 제어하기 위한 추력제어신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.Wherein the DP control unit predicts the position and speed of the ship using the selected environmental external force, a feedback signal of the thrust unit, and a heading angle of the ship measured by the gyro sensor included in the DP measurement unit step; And generating the thrust control signal for controlling the position of the ship through the predicted position and speed of the ship.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 선박의 위치를 포함하는 선박 정보를 측정하는 DP 계측부와, 상기 선박의 위치를 제어하는 추력부와, 상기 추력부에 추력제어신호를 출력하는 DP 제어부를 포함하여 선박의 현재 위치가 목표 지점으로부터 정해진 범위를 벗어나지 않도록 선박의 위치를 유지하는 선박의 동적 위치 유지 시스템에 있어서, 상기 DP 제어부는 상기 DP 계측부에 포함된 GPS 수신기의 고장시 상기 추력부로부터 발생되는 일정시간동안의 추력 평균값을 선체에 미치는 환경외력으로 예측하여 예측된 환경외력을 수학적 모델에 적용시켜 상기 추력부의 추력을 결정하는 것을 특징으로 하는 선박의 동적 위치 유지 시스템이 제공된다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a DP control system including a DP measurement unit for measuring vessel information including a position of a ship, a thrust unit for controlling the position of the ship, and a DP control unit for outputting a thrust control signal to the thrust unit A system for maintaining a ship's position such that a current position of a ship does not deviate from a predetermined range from a target point, characterized in that the DP control unit comprises: And the thrust of the thrust section is determined by applying the predicted environmental external force to the mathematical model by predicting the mean thrust force for the time as the environmental external force on the hull, and determining the thrust of the thrust section.
본 발명의 실시예에 따르면 GPS 고장시 추력부의 추력 평균값으로 선체에 미치는 환경 외력을 예측하여 선박의 위치를 유지할 수 있는 효과가 있다. 특히, GPS 고장시 일정시간동안 수집된 추력 평균값을 해상의 환경외력으로 예측함으로써 측정하지 못하는 파고에 의한 힘 및 조류에 의한 힘까지 반영된 환경 외력을 적용하여 추력을 제어할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, it is possible to maintain the position of the ship by predicting the environmental external force exerted on the hull by the average value of the thrust force of the thrust portion in case of GPS failure. In particular, the thrust can be controlled by applying the external force reflected by the force due to the wave height and the force due to the tidal current which can not be measured by predicting the average value of thrust collected during a certain time in the GPS failure.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 GPS의 고장에 대응하는 선박의 동적 위치 유지 시스템을 설명하기 위한 도면,
도 2는 도 1에 도시된 DP 제어부를 설명하기 위한 도면, 그리고
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 GPS의 고장에 대응하는 선박의 동적 위치 유지 시스템을 이용한 동적 위치 유지 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view for explaining a dynamic position maintenance system of a ship corresponding to a failure of a GPS according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a view for explaining the DP control unit shown in FIG. 1, and FIG.
3 is a flowchart illustrating a dynamic location maintenance method using a dynamic location maintenance system for a ship corresponding to a GPS failure according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 GPS의 고장에 대응하는 선박의 동적 위치 유지 시스템을 설명하기 위한 도면을 도시하고 있고, 도 2는 도 1에 도시된 DP 제어부를 설명하기 위한 도면을 도시하고 있다.FIG. 1 is a view for explaining a ship dynamic position maintaining system corresponding to a failure of a GPS according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view for explaining a DP control unit shown in FIG. 1 have.
도 1을 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 GPS의 고장에 대응하는 선박의 동적 위치 유지 시스템은 DP 계측부(110), DP 제어부(120) 및 추력부(130)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, a ship dynamic position maintaining system corresponding to a failure of a GPS according to an embodiment of the present invention includes a
DP 계측부(11)는 풍력계(Anemometer)(110)와, GPS 수신기(112)와, GLONASS(Global Navigation Satellite System)(113)와, 자이로 센서(114)와, 팬빔(Fan Beam)(115)과, 음향 센서(116)를 구비한다.The DP measuring unit 11 includes an
풍력계(111)는 풍향 및 풍속을 측정하여 이에 대응하는 전기적 신호를 DP 제어부(120)로 출력한다.The
GPS 수신기(112)는 선박의 위치를 측정하여 이에 대응하는 전기적 신호를 DP 제어부(120)로 출력한다.The
GLONASS(113)는 선박의 위치를 측정하여 이에 대응하는 전기적 신호를 DP 제어부(120)로 출력한다. GLONASS(113)는 GPS 수신기(112)에 의해 측정된 위치를 보정하는 역할을 한다. 극지방의 경우에는 위성에서 받는 신호에 오차가 크기 때문에 이를 보정하기 위하여 러시아 위성에 의한 위치확인 시스템인 GLONASS(113)를 사용하는 것이다.The GLONASS 113 measures the position of the ship and outputs a corresponding electrical signal to the
자이로 센서(114)는 선박의 헤딩 각도를 측정하여 이에 대응하는 전기적 신호를 DP 제어부(120)로 출력한다.The
팬빔(115)은 선박에 대한 상대적인 위치를 측정하여 이에 대응하는 전기적 신호를 DP 제어부(120)로 출력한다.The
음향 센서(116)는 선박의 기준점 위치를 계산할 수 있는 데이터를 DP 제어부(120)로 출력한다.The
본 명세서에서 선박은 광의로 해상에서 부유된 채 사용되는 해양 구조물을 포함하는 것이다.The term " vessel " as used herein is intended to include marine structures that are used in a floating manner in the sea.
DP 제어부(120)는 GPS 수신기(112)로부터 수신된 선박의 위치, 자이로 센서(114)로부터 수신된 선박의 헤딩각도와, 풍력계(111)를 통해 계측된 풍향 및 풍속을 로우 패스 필터링을 통해 제어 가능한 형태로 가공한다. DP 제어부(120)는 칼만 필터(Kalman Filter)를 사용할 수 있다.The
선체의 위치를 원하는 곳에 유지하기 위해서는 먼저 현재의 상태, 즉 선체의 변위 및 속도를 알아내는 것이 필요한데, 칼만 필터가 상태 추정기로 사용된다.In order to maintain the position of the hull at a desired position, it is necessary to first determine the current state, that is, the displacement and velocity of the hull. The Kalman filter is used as a state estimator.
칼만 필터는 선박의 수학적 모델이 포함되어 있어 선박에 미치는 외력을 적용해 선박의 움직임을 예측하며 이로부터 추력부(130)의 추력을 계산할 수 있다.The Kalman filter includes a mathematical model of the ship, so that the external force applied to the ship can be applied to predict the movement of the ship, and the thrust of the
DP 제어부(120)는 GPS 위성 또는 GPS 수신기(112)로부터 고장 신호를 수신한 경우 GPS의 고장으로 판단한다. 또한, DP 제어부(120)는 GPS 수신기(112)로부터 측정된 측정값이 일정시간동안 고착(Freeze)되거나, 예를 들면 3개의 GPS 수신기(112)로부터 수신된 위치 측정값을 비교하여 측정값들간의 오차가 허용 가능한 범위를 벗어나는 경우 GPS의 고장으로 판단한다.When the
이와 같은 판단기준에 따라 GPS의 고장으로 판단되면, DP 제어부(120)는 일정시간 동안 추력부(130)의 추력을 평균한 추력 평균값을 이용하여 선체에 미치는 환경외력을 선정한다. 이때, 선정된 환경외력은 바람(Wind)에 의한 힘, 조류(Current)에 의한 힘 및 파도(Wave)에 의한 힘을 더한 힘이다. 이에 따라 별도의 센서를 설치하지 않고도 종래에 측정되지 않는 환경 외력(즉, 파고 및 조류에 의한 힘)까지 포함하는 전체 환경외력을 수학적 모델에 적용시켜 실제 선박에 미치는 환경 외력을 고려한 추력부(130)의 추력을 결정할 수 있다.If it is determined that the GPS is broken according to such a criterion, the
일정시간 동안 추력부(130)의 추력은 해상 상태가 급변하지 않는 가정하에 동적 유지가 잘 이루어지고 있는 선박의 추력부(1320)에 의해 발생시키는 힘이다.The thrust of the
칼만 필터 사용시 일정시간 동안의 추력부(130)에 의해 발생되는 평균 힘과 방향은 선박에 미치는 외력의 총합과 같으며, 방향은 180도 반대이다.When the Kalman filter is used, the average force and direction generated by the
DP 제어부(120)는 칼만 필터를 통해서 추정된 선체의 변위, 속도 등의 값의 피드 포워드 제어(Feed Forward Control)를 통하여 제어 추력, 즉 제어신호를 생성한다. 그 결과로 나온 제어 추력을 도 2에 도시된 추력 분배부(123)를 통해 최적 효율을 만족하도록 추력부(130)에 분배되도록 하여, 선체의 요구되는 위치와 현재 위치와의 차이를 줄이는 방향으로 즉, 선체를 원하는 위치로 이동시킬 수 있다.The
도 2를 참조하면 DP 제어부(120)에 포함된 컨트롤러(121)는 풍력계(111)로부터 수신된 바람(풍향 및 풍속을 포함), 수학적 모델(122)에 의해 예측된 위치 및 속도, 및 목표로 하는 위치 및 속도의 셋 포인트를 이용하여 결정된 추력을 추력 분배부(123)에 출력한다.Referring to FIG. 2, the
수학적 모델(122)은 자이로 센서(114)로부터 수신된 선박의 헤딩각도, 일정시간동안 수집된 추력부(130)의 추력 평균값 및 추력부(130)의 피드백신호를 수학적 모델에 적용시켜 선박의 위치 및 속도를 예측한다. The
수학적 모델(122)은 미리 정해진 주기 또는 새 버전의 모델로 업데이트될 수 있다.The
추력 분배부(123)는 연료 소모를 최소화하기 위해, 프로펠러(도 1의 131), 쓰러스터(도 1의 132) 및 러더(도 1의 133)로 추력을 적절히 분배한다.The
DP 제어부(120)는 DP 계측부(110)로부터 수신된 선박의 위치 정보 및 바람에 기초하여 선박이 정해진 위치를 유지하기 위한 제어신호(추력)를 추력부(130)로 출력한다.The
특히, DP 제어부(120)는 선박의 위치를 측정하는 GPS의 고장이 인식되면 일정시간동안 추력부(130)에 의해 발생시키는 힘의 평균값을 선체에 미치는 환경 외력으로 선정하여 예측된 환경 외력과 추력부(130)의 피드백신호를 수학적 모델(122)에 적용시켜 선박의 위치 및 속도를 예측할 수 있다. 이와 같이 예측된 선박의 위치와 속도를 이용하여 선박이 정해진 위치를 유지하기 위한 추력부(130)의 추력을 결정하여 결정된 추력을 위한 추력제어신호를 추력부(130)로 출력한다.Particularly, when the failure of the GPS for measuring the position of the ship is recognized, the
이에 따라 GPS의 고장이 발생되더라도 일정시간동안 추력부(130)의 추력 평균값을 선체에 미치는 전체 환경 외력으로 선정하여 선박의 위치 및 속도를 예측할 수 있음에 따라 선박의 위치를 안정적으로 유지시킬 수 있다. 또한, 선정된 환경 외력(바람에 의한 힘, 조류에 의한 힘 및 파고에 의한 힘)이 칼만 필터의 입력으로 사용 가능하여 수학적 모델의 거동이 실제 선박의 거동과 유사하여 오차를 줄일 수 있다.Accordingly, even if a failure of the GPS occurs, the average value of the thrust force of the
추력부(130)는 프로펠러(131)와, 스러스터(Thruster)(132)와, 러더(rudder)(133)를 구비한다.The
프로펠러(131)는 선박의 전후 방향으로의 위치를 유지시키며, DP 제어부(120)에 의해 그 추력이 제어된다.The
스러스터(132)는 선박의 좌우 방향으로의 위치를 유지시키며, DP 제어부(120)에 의해 그 추력이 제어된다.The
러더(133)는 선박의 회전방향을 조정하며, DP 제어부(120)에 의해 제어된다.The
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 GPS의 고장에 대응되는 선박의 동적 위치 유지 시스템을 이용한 동적 위치 유지 방법이 도시되어 있다. 이제, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 선박의 동적 위치 유지 방법을 상세히 설명한다.3 illustrates a dynamic location maintenance method using a dynamic location maintenance system of a ship corresponding to a GPS failure according to an embodiment of the present invention. A method of maintaining a dynamic position of a ship according to an embodiment of the present invention will now be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.
도 3을 참조하면 DP 제어부(120)는 선박에 설치된 DP 계측부(110)로부터 계측된 선박의 위치를 포함하는 선박 정보를 수신한다(S11).Referring to FIG. 3, the
더 자세하게는 DP 계측부(도 1의 110)로부터의 측정값이 DP 제어부(도 1의 120)로 수신된다. 즉, 풍력계(도 1의 111)로부터 풍향 및 풍속에 대한 측정 데이터가 수신되며, GPS 수신기(도 1의 112) 및 GLONASS(도 1의 113)로부터 선박의 위치에 대한 데이터가 수신되고, 자이로센서(도 1의 114)로부터 선박의 헤딩에 대한 측정 데이터가 수신되고, 팬빔(도 1의 115)으로부터 다른 구조물과의 상대 위치 데이터가 수신되며, 음향 센서(116)로부터 음향 데이터가 수신된다. GPS 수신기(도 1의 112)로부터 얻은 선박의 위치값을 GLONASS(113)로부터 얻은 선박의 위치값을 이용하여 보정한다. 그에 따라, 위성에서 받는 신호의 오차가 큰 극지방에서 선박의 위치를 더욱 정확하게 측정할 수 있게 된다. More specifically, the measurement value from the DP measurement section (110 in FIG. 1) is received by the DP control section (120 in FIG. 1). That is, the measurement data on the wind direction and the wind speed are received from the anemometer (111 in FIG. 1), data on the position of the ship is received from the GPS receiver (112 in FIG. 1) and GLONASS (114 in FIG. 1), the relative position data with the other structure is received from the fan beam (115 in FIG. 1), and the acoustic data is received from the
DP 제어부(120)는 동적 위치 유지를 진행함에 있어 목표로 하는 위치를 유지하기 위한 추력부(130)의 추력을 수집하여 일정시간동안의 추력 평균값을 계산한다(S13).The
DP 제어부(120)는 수신된 선박 정보를 근거로 하여 GPS의 고장인지 여부를 판단한다(S15). 선박의 정보는 선박의 위치, 풍향, 풍속, 선박의 헤딩각 등이 포함된다. DP 제어부(120)는 복수의 GPS 수신기(112)로부터 수신된 선박의 위치 측정값이 일정시간 동안 고착되거나, 복수의 GPS 수신기(112)로부터 수신된 위치 측정값을 비교하여 측정값들간의 오차가 허용 가능한 범위를 벗어나는 경우 GPS의 고장으로 판단한다. 또한, 복수의 GPS수신기(112)로부터 에러 신호를 수신한 경우 GPS의 고장으로 판단한다.The
상기 S15 단계의 판단결과, GPS의 고장이 아닌 경우 DP 제어부(120)는 DP 계측부(도 1의 110)로부터 측정된 선박의 위치를 포함하는 선박 정보를 이용하여 추력부(130)에 반영될 제어신호를 생성한다(S16). DP 제어부(도 1의 120)는 DP 계측부(도 1의 110)로부터 수신된 환경외력을 포함하는 선박 정보에 근거하여 선체의 요구되는 위치와 현재 위치와의 차이를 줄이는 방향으로 이동시키기 위한 추력제어신호를 생성한다.If it is determined in step S15 that the GPS is not malfunctioning, the
이후, DP 제어부(120)는 생성된 추력제어신호를 추력부(130)에 출력한다(S23). 연료 소모를 최소화하기 위해 프로펠러(도 1의 131), 쓰러스터(도 1의 132) 및 러더(도 1의 133)로 추력을 적절히 분배하도록 출력한다.Thereafter, the
상기 S15 단계의 판단결과, GPS의 고장인 경우, DP 제어부(120)는 상기 S13 단계에서 계산된 추력 평균값을 해상의 환경 외력으로 선정한다(S17).If it is determined in step S15 that the GPS has failed, the
DP 제어부(120)는 선정된 환경외력, 추력부(130)의 피드백 신호 및 자이로 센서(114)로부터 측정된 선박의 헤딩각도를 수학적 모델에 적용시켜 선박의 위치 및 속도를 예측한다(S19).The
DP 제어부(120)는 예측된 선박의 위치 및 속도를 통해 선박의 위치를 제어하기 위한 추력제어신호를 생성한다(S21).The
이후, 제어기(121)는 상술된 S23 단계로 프로세스를 이동하여 생성된 추력제어신호를 추력부(130)에 출력한다.Thereafter, the
이렇게 함으로써 선박의 위치를 유지하기 위해 GPS의 고장이 인식되더라도 일정시간동안 추력부(130)의 추력 평균값을 선체에 미치는 환경 외력으로 선정하여 선박의 위치 및 속도를 예측할 수 있어 GPS 고장시에도 선박의 위치를 안정적으로 유지시킬 수 있다.In this way, even if the failure of the GPS is recognized in order to maintain the position of the ship, the average value of the thrust force of the
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.The invention being thus described, it will be obvious that the same way may be varied in many ways. Such modifications are intended to be within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
100 : 동적 위치유지 시스템 110 : DP 계측부
111 : 풍력계 112 : GPS 수신기
113 : GLONASS 114 : 자이로스코프
115 : 팬빔 116 : 음향 센서
120 : DP 제어부 121 : 컨트롤러
122 : 수학적 모델 123 : 추력 분배부
130 : 추력부 131 : 프로펠러
132 : 스러스터 133 : 러더100: Dynamic position maintenance system 110: DP measurement unit
111: Anemometer 112: GPS receiver
113: GLONASS 114: Gyroscope
115: Fanbeam 116: Acoustic sensor
120: DP control unit 121:
122: mathematical model 123: thrust distributor
130: Thrust section 131: Propeller
132: Thruster 133: Rudder
Claims (5)
상기 DP 제어부가, 상기 DP 계측부로부터 측정된 선박의 위치를 포함하는 선박 정보를 수신하는 단계;
상기 DP 제어부가, 상기 추력부에 의해 발생시키는 추력을 수집하여 일정시간동안의 추력 평균값을 계산하는 단계;
상기 DP 제어부가, 상기 수신된 선박 정보를 근거로 하여 상기 DP 계측부에 포함된 GPS 수신기의 고장인지 여부를 판단하는 단계;
상기 DP 제어부가, 상기 GPS 수신기의 고장시 상기 계산된 추력 평균값을 선체에 미치는 환경 외력으로 선정하는 단계; 및
상기 DP 제어부가, 상기 선정된 환경 외력을 수학적 모델에 적용시켜 상기 추력부의 추력을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 동적 위치 유지 시스템을 이용한 동적 위치 유지 방법.And a DP control unit for outputting a thrust control signal to the thrust unit, wherein a current position of the ship is detected from a target point A dynamic position maintaining method using a dynamic position maintaining system of a ship which maintains a position of a ship so as not to deviate from a predetermined range,
Receiving, by the DP control unit, vessel information including the position of the vessel measured from the DP measurement unit;
The DP control unit collecting thrust generated by the thrust unit and calculating a thrust average value for a predetermined time;
Determining whether the DP control unit is a failure of the GPS receiver included in the DP measurement unit based on the received ship information;
The DP control unit selecting the calculated thrust average value as an environmental external force on the hull when the GPS receiver fails; And
Wherein the DP control unit applies the selected environmental external force to a mathematical model to determine the thrust of the thrust unit.
상기 추력 평균값은 바람에 의한 힘, 조류에 의한 힘 및 파도에 의한 힘의 합인 것을 특징으로 하는 선박의 동적 위치 유지 시스템을 이용한 동적 위치 유지 방법.The method according to claim 1,
Wherein the thrust mean value is a sum of forces due to wind, forces due to algae, and forces due to waves.
상기 결정하는 단계는 상기 선정된 환경 외력과 상기 추력부의 피드백 신호를 상기 수학적 모델에 적용시켜 상기 추력부의 추력을 계산하는 것을 특징으로 하는 선박의 동적 위치 유지 시스템을 이용한 동적 위치 유지 방법.The method according to claim 1,
Wherein the determining step comprises applying the selected environmental external force and a feedback signal of the thrust section to the mathematical model to calculate a thrust of the thrust section.
상기 결정하는 단계는
상기 DP 제어부가, 상기 선정된 환경외력과 상기 추력부의 피드백 신호와 상기 DP 계측부에 포함된 자이로 센서로부터 측정된 상기 선박의 헤딩각도를 이용하여 상기 선박의 위치 및 속도를 예측하는 단계; 및
상기 DP 제어부가, 상기 예측된 선박의 위치 및 속도를 통해 상기 선박의 위치를 제어하기 위한 추력제어신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 동적 위치 유지 시스템을 이용한 동적 위치 유지 방법.The method of claim 3,
The step of determining
Estimating the position and speed of the ship using the selected environmental external force, the feedback signal of the thrust section, and the heading angle of the ship measured from the gyro sensor included in the DP measurement section; And
And the DP control unit generating a thrust control signal for controlling the position of the ship through the predicted position and speed of the ship.
상기 DP 제어부는 상기 DP 계측부에 포함된 GPS 수신기의 고장시 상기 추력부로부터 발생되는 일정시간동안의 추력 평균값을 선체에 미치는 환경외력으로 예측하여 예측된 환경외력을 수학적 모델에 적용시켜 상기 추력부의 추력을 결정하는 것을 특징으로 하는 선박의 동적 위치 유지 시스템.And a DP control unit for outputting a thrust control signal to the thrust unit, wherein the current position of the ship is determined from a target position CLAIMS 1. A dynamic position maintenance system for a ship which maintains the position of the ship so as not to deviate from the range,
The DP control unit predicts an average external force of thrust generated from the thrust unit during a failure of the GPS receiver included in the DP measurement unit as an environmental external force applied to the ship and applies a predicted environmental external force to the mathematical model, Of the vessel is determined.
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KR1020160140941A KR20180046104A (en) | 2016-10-27 | 2016-10-27 | Dynamic positioning system and dynamic positioning corresponding to fault of gps method using the same |
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CN112450934A (en) * | 2020-11-04 | 2021-03-09 | 广西九皋鹤智能科技有限公司 | Auxiliary force measuring system |
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- 2016-10-27 KR KR1020160140941A patent/KR20180046104A/en unknown
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