KR20180087020A - 선박용 전자식 경사계 - Google Patents

선박용 전자식 경사계 Download PDF

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KR20180087020A
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Abstract

선박의 횡경사 및 횡동요(roll) 주기를 측정하고, 이를 기초로 내장된 복원성 안전지수 산출 알고리즘을 이용하여 복원성 안전지수를 산출하여 표시해줌과 동시에 복원성 안전지수를 국제 규약(IEC 61162-450)에 맞게 변환하여 선박의 다른 장비(예를 들어, VDR)에 전송하고, 통신장치를 통해 육상 시스템으로 전송하여 실시간 선박 안전 복원성을 확인할 수 있도록 한 선박용 전자식 경사계에 관한 것으로서, 선박의 횡동요를 측정하는 센서부, 선박 적하상태 및 복원성 안전지수를 설정하는 입력부, 상기 센서부에서 획득한 횡동요 측정 데이터를 기초로 실시간 경사 정보를 산출하여 표시하며, 상기 실시간 경사 정보와 상기 입력부에서 설정된 적하상태 및 복원성 안전지수에 따라 안전성 판단지원 플랫폼에 저장된 적하상태 기준 복원성능 데이터를 기초로 복원성 안전지수 알고리즘을 이용하여 복원성 안전지수를 산출하여 저장하고, 복원성 안전지수 경보신호를 발생하는 복원성 안전지수 산출수단 및 상기 복원성 안전지수 산출수단에서 출력되는 실시간 경사정보를 표시하는 표시부를 포함하여, 선박용 전자식 경사계를 구현한다.

Description

선박용 전자식 경사계{Electronic Inclinometer for Ship}
본 발명은 선박용 전자식 경사계에 관한 것으로, 특히 선박의 횡경사 및 횡동요(roll) 주기를 측정하고, 이를 기초로 내장된 복원성 안전지수 산출 알고리즘을 이용하여 복원성 안전지수를 산출하여 표시해줌과 동시에 복원성 안전지수를 국제 규약(IEC 61162-450)에 맞게 변환하여 선박의 다른 장비(예를 들어, VDR)에 전송하고, 통신장치를 통해 육상 시스템으로 전송하여 실시간 선박 안전 복원성을 확인할 수 있도록 한 선박용 전자식 경사계에 관한 것이다.
선박에서 사용되는 경사계는 선박 복원 각도를 측정하는 장비이다.
선박은 어떤 원인으로 횡으로 기울어지면 복원력에 의해 다시 직립하여 지표면과 수직으로 된다. 여기서 선박을 안정한 위치로 되돌리려는 복원 모멘트를 편의상 복원력이라고 부르고 있다. 이때 복원력 산출을 위해 반드시 필요한 것이 경사도, 경사도를 통해 획득한 횡동요 주기가 필요하며, 이를 위해 사용되는 것이 경사계이다.
복원력은 일종의 모멘트이므로 힘과 거리의 곱에 해당하는 단위를 가지며, 여기에 곱해지는 거리를 복원정(GZ: righting arm)이라고 부른다. 선박은 어떤 원인으로 횡으로 기울어지면 복원력에 의해 다시 직립하여 지표면과 수직으로 된다. 이때 선박이 좌우로 횡동요하는 수직선상의 기준점을 M점이라 한다.
G는 선박의 무게중심으로 계산에 의해 구하며, 선박의 제일 바닥(Keel)을 K로 표시한다.
KM은 K에서 M까지 거리(일반적으로 건조시 조선소에서 계산제공), KG는 K에서 G까지 거리로 본선에서 계산에 의해 구한다.
복원성 평가 지표인 GM = KM - KG에 의해 구해진다. GM은 선박의 무게 중심(G)과 메타센터(M) 사이의 거리를 메타센터의 높이로 나타낸 것으로서, 복원성 평가 지표를 나타낸다.
선박이 미소 각도(10° 이하)로 횡경사하면 복원력과 복원정은 진자의 움직임과 비슷한 다음 식으로 나타낼 수 있다.
즉, GZ = GM × sinθ
복원력 = W × GZ = W × GM × sinθ
여기서, W는 선박의 배수량(톤)이며, GM의 단위는 미터(m)이다.
복원력을 나타내는 위의 식을 보면, 미소 각도로 경사 했을 때에는 복원력이 GM에 비례하므로, GM이 큰 선박은 복원력이 큰 것을 알 수 있다.
선박이 미소 각도로 경사 했을 때의 복원력을 초기 복원력이라고 부르며, 초기 복원력의 크기는 위의 식으로 구해진다.
선박이 한쪽 현으로 최대로 경사된 상태에서부터 시작하여 반대 현으로 기울었다가 다시 원위치로 뒤돌아오기까지 걸린 시간을 횡동요 주기라고 한다. 이러한 선박의 횡동요 주기를 측정하면 GM과 횡동요 주기 사이에는 다음과 같은 관계가 있음을 알 수 있다. 즉, 선폭을 B(m)라고 하면, GM과 횡동요 주기 사이에는 다음 관계식(수학식 1)이 성립된다.
Figure pat00001
그러므로 상기 [수학식 1]을 이용하여 측정한 횡동요 주기와 선폭을 알면 개략적인 GM을 구할 수 있다. 여기서 유의할 점은 횡동요 주기를 관측할 때에 해상이 평온하여 파도가 거의 없는 상태이면, 비교적 실제에 가까운 GM을 구할 수 있지만, 파도가 크면 파도의 영향 때문에 계산된 GM에 오차가 많이 포함될 수 있다는 점이다.
선박에서 GM값이 너무 커지면 복원력이 과대하여 횡동요 주기가 짧아지고, 이때에는 승조원들이 멀미를 하며, 화물의 이동이 우려된다. 또 GM값이 너무 작으면, 복원력이 작아서 횡동요 주기가 길고, 경사하였을 때 원위치로 뒤돌아오려는 힘이 약하며, 이 상태에서 높은 파도나 강풍을 만나면 전복의 위험이 있다.
따라서, 선박은 적당한 크기의 복원력을 가져야 하는데, 실무적으로는 원양 화물선이 평온한 해상에서 확보해야 할 GM값은 60 ~ 80cm 정도이고, 대양에서는 90 ~ 100cm 정도가 적당하다. 그러나 황천시에는 이것보다 큰 GM값을 필요로 한다.
선박의 복원성은 배의 크기, 종류, 흘수, 적재 화물의 중량 배치뿐만 아니라, 선박 고유의 형상과 구조에 따라서 달라지며, 일반적으로 본선 상태나 선박에 가해지는 외력의 변화가 복원성에 직접적인 영향을 주게 된다. 그 중에서 중요한 요소는 다음과 같다.
선폭 - 일반적으로 선박은 선폭이 증가함에 따라 최대 복원력이 커지며, 반면에 최대 복원각 및 복원성 범위는 작아진다. 그러므로 연안 여객선과 같이 흘수가 얕고 무게 중심이 높은 선박은 선폭을 넓혀서 복원성을 증가시키는 것이 좋다.
건현 - 적당한 폭과 GM을 갖고 있는 선박이라도 충분한 건현을 갖고 있지 않으면, 선체가 경사하면 갑판 끝단이 물에 잠기게 되어 복원성의 감소를 가져오고, 반대로 건현을 증가시키면 무게 중심은 상승하나 최대 복원력에 대응하는 경사각은 커진다.
무게 중심 - 어떤 일정한 흘수에 있어서는 무게 중심(重心)의 위치가 낮아질수록 GM은 커져서 복원력 및 복원성의 범위는 커진다. 그러므로 복원성을 높이기 위해서는 무게 중심의 위치를 낮추는 것이 가장 좋은 방법으로 화물 적·양하시에 고려해야 한다.
배수량 - 복원력의 크기는 배수량에 따라서 변화한다. 그러므로 화물 적재량이 적을 때에는 적절한 밸러스팅을 하여 배수량과 GM을 증가시켜서 복원력을 확보한다.
이와 같이 선박이 복원력은 선박의 안전성에 매우 중요한 요소로 작용하므로, 선박의 경사 및 횡동요 주기 측정에 정확성을 도모하여야 한다.
선박의 경사 측정을 위해 알려진 경사계는 도 1과 같은 시계추 타입의 아날로그 경사계이며, 이를 이용하여 선박의 경사를 확인한다.
다른 경사계로서 전자식 경사계에 대한 개발이 진행되고 있으나, 현재까지 개발된 전자식 경사계는 선박의 횡동요만을 측정할 뿐, 복원성 안전지수 등과 같이 선박 안전성에 대한 데이터는 산출 및 제공해주지 못한다.
한편, 선박의 경사계에 대한 종래 기술이 하기의 <특허문헌 1> 내지 <특허문헌 2> 에 개시되어 있다.
<특허문헌 1> 에 개시된 종래기술은 선박의 기울기 값을 자동으로 측정하고 측정된 기울기 값 중에서 기준 범위를 벗어나는 기울기 값은 제외하고 선박의 경사각을 산출함으로써, 경사각 측정의 불편함을 해소할 수 있으며, 경사각 측정이 보다 정확하고도 정밀하게 이루어질 수 있게 되어 측정된 경사각에 대한 신뢰성을 높일 수 있게 된다.
또한, <특허문헌 2> 에 개시된 종래기술은 선박의 데크에 탈착이 용이한 베이스부와 상기 베이스부와 연결되며 상기 선박의 횡 경사 각도를 측정할 수 있도록 원호 상에 등간격으로 눈금이 형성된 측정 부재와 상기 눈금을 따라 이동하는 볼로 구성된 측정부를 포함하는 경사계를 구현한다.
이러한 구성을 통해, 선박에 용이하게 설치할 수 있으며, 구하고자 하는 선박의 횡 경사 각도를 간편하게 측정하여 선박의 무게중심위치를 선정할 수 있으며, 구조가 간단하여 조작 및 설치가 용이하고 측정된 값을 손쉽게 판독할 수 있으며 외부의 조건에 영향을 받지 않고 사용할 수 있어서 설치 시 장소에 제약을 받지 않는 우수한 장점이 있다.
대한민국 공개특허 10-2015-0050720호(2015.05.11. 공개)(선박 경사 시험 시스템 및 방법) 대한민국 공개실용신안 20-2013-0002826호(2013.05.10. 공개)(선박의 경사시험용 경사계)
그러나 상기와 같은 일반적인 선박용 아날로그 경사계는 선박의 경사를 측정하는 것은 가능하지만 횡동요 주기 등 경사 데이터를 활용하는 것은 불가능하여, 경사 데이터를 이용하기 위해서는 별도로 횡동요 주기를 승조원이 측정하여야 확인할 수 있어, 활용성이 낮은 단점이 있다.
또한, 종래기술로 언급한 경사계도 선박의 경사를 안정하게 측정하는 것은 가능하나, 경사계 자체적으로 측정한 경사도를 기반으로 횡동요 주기를 측정하거나 복원성 안전지수를 측정하여 제공해주는 것은 불가능한 단점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 일반적인 아날로그 경사계와 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 선박의 횡동요(roll)를 측정하고, 이를 기초로 내장된 복원성 안전지수 산출 알고리즘을 이용하여 복원성 안전지수를 산출하여 표시해줌과 동시에 복원성 안전지수를 국제 규약(IEC 61162-450)에 맞게 변환하여 선박의 다른 장비(예를 들어, VDR)에 전송하고, 통신장치를 통해 육상 시스템으로 전송하여 실시간 선박 안전 복원성을 확인할 수 있도록 한 선박용 전자식 경사계를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 복원성 안전지수 산출 알고리즘을 이용하여 복원성 안전지수를 산출하고, 산출한 복원성 안전지수를 기반으로 복원성능에 대해 등급별 경보신호를 발생할 수 있도록 한 선박용 전자식 경사계를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 선박용 전자식 경사계는 선박의 횡동요를 측정하는 센서부; 선박 적하상태 및 복원성 안전지수를 설정하는 입력부; 상기 센서부에서 획득한 횡동요 측정 데이터를 기초로 실시간 경사 정보를 산출하여 표시하며, 상기 실시간 경사 정보와 입력부에서 설정된 적하상태 및 복원성 안전지수에 따라 안전성 판단지원 플랫폼에 저장된 적하상태 기준 복원성능 데이터를 기초로 복원성 안전지수 알고리즘을 이용하여 복원성 안전지수를 산출하여 저장하고, 복원성 안전지수 경보신호를 발생하는 복원성 안전지수 산출수단; 상기 복원성 안전지수 산출수단에서 출력되는 실시간 경사정보를 표시하는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 선박용 전자식 경사계는 상기 복원성 안전지수 산출수단에서 출력되는 경보신호에 따라 복원성 안전지수를 경보하는 경보신호 발신부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 경보신호 발신부는 일상적인 복원성 안전지수인 관심경보, 주의를 나타내는 주의경보, 경계 태세를 나타내는 경계경보, 선박의 복원력의 심각성을 나타내는 심각 경보 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 복원성 안전지수 산출수단은 산출한 복원성 안전지수를 국제 규약(IEC 61162-450)에 대응하게 표준 신호로 변환하여 선박 장비에 전송하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 선박 장비는 이동식 저장장치인 VDR, 육상 시스템과 통신을 수행하는 통신장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 복원성 안전지수 산출수단은 상기 센서부에서 획득한 횡동요 측정 데이터를 기초로 실시간 경사 정보를 산출하는 실시간 경사정보 산출부; 선박 정적복원성 곡선 및 적하상태 기준 복원 성능데이터를 지원하는 안전성 판단지원 플랫폼; 상기 실시간 경사정보 산출부의 실시간 경사 정보와 상기 안전성 판단지원 플랫폼에 저장된 적하상태 기준 복원성능 데이터를 기초로 복원성 안전지수 알고리즘을 이용하여 복원성 안전지수를 산출하는 통합 프로세서; 상기 통합 프로세서와 연동하여 횡경사 정보, 선박 안전성 정보, 복원성 안전지수 경보신호를 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 복원성 안전지수 알고리즘은 선종 및 선형이 선택되면, 복원성 기준과 갑판선 침수 기준 및 여객/승조원 안락성 기준으로 복원성 기준 지수를 설정하고, 상기 경사 정보와 적하상태 기준 복원성능 데이터를 기준으로 복원성 평가 지표를 산출하고, 상기 산출한 복원성 평가 지표와 상기 설정한 기준 지수를 비교하여 복원성 안전지수를 산출하는 소프트웨어인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 전자식 경사계를 이용하여 선박의 횡동요(roll)를 측정하고, 이를 기초로 내장된 복원성 안전지수 산출 알고리즘을 이용하여 복원성 안전지수를 산출하여 표시해줄 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 전자식 경사계를 이용하여 산출한 복원성 안전지수를 국제 규약(IEC 61162-450)에 맞게 변환하여 선박의 다른 장비(예를 들어, VDR)에 전송해줄 수 있는 장점도 있다.
또한, 본 발명에 따르면 전자식 경사계와 통신장치의 연동을 통해 육상 시스템으로 실시간 횡경사 및 복원성 안전지수를 전송함으로써, 원격의 육상 시스템에서 실시간으로 선박의 안전 복원성을 감시할 수 있는 장점도 있다.
또한, 본 발명에 따르면 전자식 경사계에서 산출한 복원성 안전지수를 기반으로 복원성능에 대해 등급별 경보신호를 발생함으로써, 선박의 승조원이 실시간으로 선박의 안전 복원성을 인지할 수 있도록 함으로써, 해양사고를 미리 방지할 수 있도록 도모해주는 장점도 있다.
도 1은 종래 아날로그 시계추형 경사계의 예시도,
도 2는 본 발명에 따른 선박용 전자식 경사계의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 선박용 전자식 경사계 및 이를 이용한 안전 복원성 감시 시스템의 개략 구성도,
도 4는 본 발명에서 안전성 판단지원 개념 예시도,
도 5는 본 발명에 적용된 복원성 안전지수 알고리즘의 흐름도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 선박용 전자식 경사계를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 선박용 전자식 경사계의 실시 예를 보인 구성도로서, 선박용 전자식 경사계(1)에 복원성 안전지수를 산출하는 소프트웨어(안전성 판단지원 플랫폼)를 탑재하고, 전자식 경사계(1)에서 직접적으로 안전 복원성 안전지수를 산출하여 선박의 장비에 전송하여, 승조원이 실시간으로 선박 복원성 안전지수를 확인하거나 원격의 육상 시스템에서 실시간으로 해당 선박의 복원성 안전지수를 감시할 수 있도록 한 것이다.
본 발명에 따른 선박용 전자식 경사계(1)는 센서부(10), 입력부(20), 복원성 안전지수 산출수단(30), 표시부(40) 및 경보신호 발신부(50)를 포함한다.
상기 센서부(10)는 선박의 횡동요를 측정하는 역할을 한다. 여기서 센서부(10)는 MEMS 센서를 이용하여 선박의 경사를 측정하는 장비이다. MEMS 센서는 3축 가속도계, 3축 각속도계, 3축 지자기계 등이 포함된 센서모듈이다.
상기 입력부(20)는 선박 적하상태 및 복원성 안전지수를 설정하는 역할을 한다. 입력부(20)는 키보드, 마우스와 같은 입력장치를 의미한다.
또한, 상기 복원성 안전지수 산출수단(30)은 상기 센서부(10)에서 획득한 횡동요 측정 데이터를 기초로 실시간 경사 정보를 산출하여 표시하며, 상기 실시간 경사 정보와 입력부(20)에서 설정된 적하 상태 및 복원성 안전지수에 따라 안전성 판단지원 플랫폼에 저장된 적하상태 기준 복원성능 데이터를 기초로 복원성 안전지수 알고리즘을 이용하여 복원성 안전지수를 산출하여 저장하고, 복원성 안전지수 경보신호를 발생하는 역할을 한다.
이러한 복원성 안전지수 산출수단(30)은 산출한 복원성 안전지수를 국제 규약(IEC 61162-450)에 대응하게 표준 신호로 변환하여 선박 장비에 전송하는 것이 바람직하며, 상기 선박 장비는 이동식 저장장치인 VDR, 육상 시스템과 통신을 수행하는 통신장치 등을 포함할 수 있다.
상기 복원성 안전지수 산출수단(30)은 상기 센서부(10)에서 획득한 횡동요 측정 데이터를 기초로 실시간 경사 정보를 산출하는 실시간 경사정보 산출부(31), 선박 정적복원성 곡선 및 적하상태 기준 복원 성능 데이터를 지원하는 안전성 판단지원 플랫폼(33), 상기 실시간 경사정보 산출부(31)의 실시간 경사 정보와 상기 안전성 판단지원 플랫폼(33)에 저장된 적하상태 기준 복원성능 데이터를 기초로 복원성 안전지수 알고리즘을 이용하여 복원성 안전지수를 산출하는 통합 프로세서(32), 상기 통합 프로세서(32)와 연동하여 횡경사 정보, 선박 안전성 정보, 복원성 안전지수 경보신호를 출력하는 출력부(34)를 포함한다.
상기 복원성 안전지수 알고리즘은 선종 및 선형이 선택되면, 복원성 기준과 갑판선 침수 기준 및 여객/승조원 안락성 기준으로 복원성 기준 지수를 설정하고, 상기 경사 정보와 적하상태 기준 복원성능 데이터를 기준으로 복원성 평가 지표를 산출하고, 상기 산출한 복원성 평가 지표와 상기 설정한 기준 지수를 비교하여 복원성 안전지수를 산출하는 소프트웨어인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 표시부(40)는 상기 복원성 안전지수 산출수단(30)에서 출력되는 실시간 경사정보 및 선박 안전성 정보를 표시하는 역할을 한다.
또한, 상기 경보신호 발신부(50)는 상기 복원성 안전지수 산출수단(30)에서 출력되는 경보신호에 따라 복원성 안전지수를 경보하는 역할을 한다.
여기서 경보신호 발신부(50)는 일상적인 복원성 안전지수인 관심경보, 주의를 나타내는 주의경보, 경계 태세를 나타내는 경계경보, 선박의 복원력의 심각성을 나타내는 심각 경보 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 선박용 전자식 경사계 및 이를 이용하여 안전 복원성을 감시하는 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 선박용 전자식 경사계(1)를 선박의 소정 위치에 설치하고, 입력부(20)를 통해 선박 적하상태 및 복원성 안전지수를 설정한다. 여기서 입력부(20)는 키보드, 마우스와 같은 입력장치를 의미한다.
다음으로, 선박용 전자식 경사계(1)를 동작을 시키면, 센서부(10)는 선박의 횡동요를 측정한다. 그리고 측정한 횡동요 측정 데이터는 이더넷을 이용한 IEC 61162-450 표준을 이용하여 복원성 안전지수 산출수단(30)에 전달한다.
여기서 센서부(10)는 MEMS 센서를 이용하여 선박의 경사를 측정하는 장비로서, 3축 가속도계, 3축 각속도계, 3축 지자기계 등이 포함된 센서모듈이다.
가속도계의 경우, 완전 수평면에서 중력가속도를 기준으로 하여 조립 및 설치과정에서 비롯된 미세한 각도의 오차 등을 측정한다. 이때 측정된 센서의 기울기, 즉 설치 오차는 보정 이후 모든 센서 데이터의 변환에 사용되는 계산식에서 사용되는 좌표변환에 사용된다. 각가속도, 가속도 등의 데이터를 위한 노이즈 필터링 기술를 적용하여, 노이즈를 제거하는 것이 바람직하다.
예컨대, 측정한 횡경사 신호를 저역 필터, MSD(Moving Standard Deviation) 필터를 거쳐 데이터의 잡을 제거하고, 이어 Kalman 필터를 적용하여 정밀한 횡경사 값을 산출한다.
이어, 내부에 사용되는 부품들의 물리적 차이로 인한 기계적 측정 및 작동 오차를 최소화하기 위하여 생산 완료된 제품마다 여러 단계의 보상(calibration) 과정을 수행한다.
보상 단계는 저역 필터(Butterworth Filter), MSD(Moving Standard Deviation, 이동 표준편차) 필터의 순서를 거쳐 센서에서 획득한 데이터를 보상한다.
다음으로, 상기 복원성 안전지수 산출수단(30)은 상기 센서부(10)에서 획득한 횡동요 측정 데이터를 기초로 실시간 경사 정보를 산출하여 표시한다. 여기서 실시간 경사 정보는 횡경사 정보(±90° 범위 내 오차범위 1°이하), 횡경사 주기 정보(4 ~ 40s 이내 오차범위 ±1s 이하), 횡경사 진폭 정보 등을 포함할 수 있다. 아울러 상기 실시간 경사 정보와 입력부(20)에서 설정된 적하 상태 및 복원성 안전지수에 따라 안전성 판단지원 플랫폼에 저장된 적하상태 기준 복원성능 데이터를 기초로 복원성 안전지수 알고리즘을 이용하여 복원성 안전지수를 산출하여 저장하고, 복원성 안전지수 경보신호를 발생한다.
예컨대, 복원성 안전지수 산출수단(30)은 실시간 경사정보 산출부(31)를 이용하여 상기 센서부(10)에서 획득한 횡동요 측정 데이터를 기초로 실시간 경사 정보를 산출한다. 즉, 측정한 횡경사를 이용하여 횡경사 주기, 진폭 등을 추출한다. 여기서 횡경사 주기 및 진폭 추출은 기존에 선박에서 횡경사를 이용하여 횡경사 주기 및 진폭 등을 추출하는 일반적인 방법을 그대로 채택하여 활용하는 것이 바람직하다. 이렇게 산출한 실시간 경사정보(횡경사 정보)는 표시부(40)를 통해 디스플레이된다. 따라서 승조원은 실시간으로 선박의 경사 정보를 확인할 수 있게 된다. 아울러 실시간 경사정보 산출부(31)는 센서부(10)로부터 수집된 실시간 경사 값을 데이터베이스화하여 관리하는 기능도 수행한다.
다음으로, 복원성 안전지수 산출수단(30)의 통합 프로세서(32)는 상기 실시간 경사정보 산출부(31)의 실시간 경사 정보와 상기 안전성 판단지원 플랫폼(33)에 저장된 적하상태 기준 복원성능 데이터를 기초로 복원성 안전지수 알고리즘을 이용하여 복원성 안전지수를 산출한다.
여기서 안전성 판단지원 플랫폼(33)은 선박 정적복원성 곡선 및 적하상태 기준 복원 성능 데이터를 지원한다. 예컨대, 안전성 판단지원 플랫폼(33)은 선박 정전복원성 곡선을 입력 가능하도록 한 데이터베이스나 선박 안전성(GM값)을 전자식 경사계(1)에서 측정된 횡경사(횡동요) 값 및 횡경사 주기(횡동요 주기)를 이용하여 선박 안전성을 판단할 수 있도록 도와주는 프로그램(소프트웨어)이라고 할 수 있다. 이러한 안전성 판단지원 플랫폼(33)은 전자식 경사계의 누적 기록 데이터를 이용하여 선박 운항 알고리즘 및 운항 연구 자료로서도 활용할 수 있도록 한다.
상기 복원성 안전지수 알고리즘은 도 5에 도시한 바와 같이, 사용자에 의해 선종 및 선형이 선택되면, 복원성 기준과 갑판선 침수 기준 및 여객/승조원 안락성 기준으로 개별 복원성 기준 지수를 설정하고, 상기 경사 정보와 적하상태 기준 복원성능 데이터를 기준으로 전술한 [수학식 1]을 이용하여 복원성 평가 지표(GM)를 산출한다. 이어, 상기 산출한 복원성 평가 지표와 상기 설정한 기준 지수를 비교하여 복원성 안전지수를 판단한다.
여기서 선종, 운항조건 등을 고려한 선박 안전성 판단 지원은 도 4에 도시한 바와 같이, 산출한 복원성 평가 지표(양의 복원력 범위)를 이용하여, 일상적인 복원성 안전지수인 관심경보(복원력 소실각이 약 0 ~ 20°범위), 주의를 나타내는 주의경보(복원력 소실각이 약 21 ~ 30°범위), 경계 태세를 나타내는 경계경보(복원력 소실각이 약 31 ~ 50°범위), 선박의 복원력의 심각성을 나타내는 심각 경보(복원력 소실각이 약 57 ~ 85°범위)로 판단한다.
이렇게 판단된 선박 안전성 정보(복원성 안전지수)는 출력부(34)를 통해 표시부(40)에 디스플레이됨과 동시에 경보신호 발신부(50)를 통해 복원성 안전지수에 대응하는 경보를 수행하도록 한다.
여기서 경보신호 발신부(50)는 관심경보, 주의경보, 경계경보, 심각 경보와 같은 레벨로 복원성 안전지수에 대한 경보를 수행한다.
따라서 승조원은 표시부(40)에 디스플레이되는 선박 안전성 정보를 통해, 선박 안전성을 감시하게 되고, 경보신호 발신부(50)를 통해 발신되는 복원성 안전지수 경보신호에 따라 복원성 안전지수를 인지하게 된다.
한편, 상기와 같은 본 발명은 전자식 경사계(1)를 이용하여 횡경사, 횡경사 주기, 진폭, 선박 안전성 판단 등을 수행하는 기술 내용이며, 본 발명은 이러한 전자식 경사계(1)와 선박의 장비 또는 육상 시스템과 연동하여, 선박 운항 감시 등을 수행할 수 있다.
도 3은 상기 전자식 경사계(1)와 연동하여 선박용 전자식 경사계 및 이를 이용한 안전 복원성 감시 시스템의 구성도이다.
상기 전자식 경사계(1)에서 산출한 횡경사 정보 및 복원성 안전지수를 선박에 장착된 선박 장비(100)로 전송한다. 이때, 횡경사 정보 및 복원성 안전지수는 국제 규약(IEC 61162-450)에 대응하게 표준 신호로 변환하여 선박 장비(100)에 전송하는 것이 바람직하다.
여기서 선박 장비(100)는 이동식 저장장치인 VDR(110), 육상 시스템과 통신을 수행하는 통신장치(120) 등을 포함할 수 있다.
육상 기지국(200)은 상기 선박에 설치된 통신장치(120)와 통신을 하여, 실시간으로 선박의 횡경사, 복원성 안전지수를 획득할 수 있으며, 이를 통해 원격에서도 실시간으로 선박의 안전성을 감시할 수 있게 되는 것이다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
본 발명은 선박에서 전자식 경사계를 이용하여 횡동요, 횡동요 주기, 진폭, 복원성 안전지수를 획득하는 기술에 적용된다.
1: 전자식 경사계
10: 센서부
20: 입력부
30: 복원성 안전지수 산출수단
31: 실시간 경사정보 산출부
32: 통합 프로세서
33: 안전성 판단지원 플랫폼
34: 출력부
40: 표시부
50: 경보신호 발신부
100: 선박 장비
200: 육상 기지국

Claims (7)

  1. 선박에서 횡동요, 횡동요 주기, 진폭, 복원성 안전지수를 산출하기 위한 전자식 경사계로서,
    선박의 횡동요를 측정하는 센서부;
    선박 적하상태 및 복원성 안전지수를 설정하는 입력부;
    상기 센서부에서 획득한 횡동요 측정 데이터를 기초로 실시간 경사 정보를 산출하여 표시하며, 상기 실시간 경사 정보와 상기 입력부에서 설정된 적하상태 및 복원성 안전지수에 따라 안전성 판단지원 플랫폼에 저장된 적하상태 기준 복원성능 데이터를 기초로 복원성 안전지수 알고리즘을 이용하여 복원성 안전지수를 산출하여 저장하고, 복원성 안전지수 경보신호를 발생하는 복원성 안전지수 산출수단; 및
    상기 복원성 안전지수 산출수단에서 출력되는 실시간 경사정보를 표시하는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 전자식 경사계.
  2. 청구항 1에서, 상기 복원성 안전지수 산출수단에서 출력되는 경보신호에 따라 복원성 안전지수를 경보하는 경보신호 발신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 전자식 경사계.
  3. 청구항 2에서, 상기 경보신호 발신부는 일상적인 복원성 안전지수인 관심경보, 주의를 나타내는 주의경보, 경계 태세를 나타내는 경계경보, 선박의 복원력의 심각성을 나타내는 심각 경보 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 전자식 경사계.
  4. 청구항 1에서, 상기 복원성 안전지수 산출수단은 산출한 복원성 안전지수를 국제 규약(IEC 61162-450)에 대응하게 표준 신호로 변환하여 선박 장비에 전송하는 것을 특징으로 하는 선박용 전자식 경사계.
  5. 청구항 4에서, 상기 선박 장비는 이동식 저장장치인 VDR, 육상 시스템과 통신을 수행하는 통신장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 전자식 경사계.
  6. 청구항 1 또는 청구항 4에서, 상기 복원성 안전지수 산출수단은 상기 센서부에서 획득한 횡동요 측정 데이터를 기초로 실시간 경사 정보를 산출하는 실시간 경사정보 산출부; 선박 정적복원성 곡선 및 적하상태 기준 복원 성능데이터를 지원하는 안전성 판단지원 플랫폼; 상기 실시간 경사정보 산출부의 실시간 경사 정보와 상기 안전성 판단지원 플랫폼에 저장된 적하상태 기준 복원성능 데이터를 기초로 복원성 안전지수 알고리즘을 이용하여 복원성 안전지수를 산출하는 통합 프로세서; 상기 통합 프로세서와 연동하여 횡경사 정보, 선박 안전성 정보, 복원성 안전지수 경보신호를 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 전자식 경사계.
  7. 청구항 6에서, 상기 복원성 안전지수 알고리즘은 선종 및 선형이 선택되면, 복원성 기준과 갑판선 침수 기준 및 여객/승조원 안락성 기준으로 복원성 기준 지수를 설정하고, 상기 경사 정보와 적하상태 기준 복원성능 데이터를 기준으로 복원성 평가 지표를 산출하고, 상기 산출한 복원성 평가 지표와 상기 설정한 기준 지수를 비교하여 복원성 안전지수를 산출하는 소프트웨어인 것을 특징으로 하는 선박용 전자식 경사계.







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