KR20180098910A - 수중 드론의 운용 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
일 실시예에 따른 수중 드론의 운용 시스템은, 수중 드론에 대한 정보 및 선박에 대한 정보가 입력되는 입력부; 상기 입력부에 입력된 수중 드론에 대한 정보 및 선박에 대한 정보에 기초하여 상기 수중 드론 및 상기 선박의 충돌 확률이 산출되는 충돌 확률 산출부; 및 상기 충돌 확률 산출부에서 산출된 충돌 확률에 기초하여 상기 수중 드론의 경로를 제어하는 경로 제어부;를 포함하고, 상기 수중 드론에 대한 정보는 상기 수중 드론의 이동 경로를 포함하고, 상기 선박에 대한 정보는 상기 선박의 이동 경로 또는 밀도 분포를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 수중 드론의 운용 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 수중 드론의 운용 시에 수중 드론과 선박의 충돌 확률을 정량적으로 산출하여 수중 드론의 경로의 효과적으로 제어할 수 있는 수중 드론의 운용 시스템 및 방법에 관한 것이다.
수중 드론은 바다 속 표층과 심층을 오가면서 날개를 이용하여 활강함으로써 원하는 지점으로 이동할 수 있도록 고안된 무인 해양 관측 로봇이다.
별도의 추진 시스템이 필요 없이 오직 부력을 조정하여 움직이기 때문에 요구 전력이 매우 낮아 수개월에서 수년 동안 넓은 해역에 대해 자동 관측이 가능하다.
따라서 최근 구축되고 있는 해양 모니터링 시스템에서 수백 km 정도의 영역을 수 km의 해상도로 시공간 연속관측을 수행하는 중요한 역할을 담당하고 있다.
이에 따라서, 수중 드론 또는 수중 글라이더에 대하여 다양하게 연구되고 있으며, 2015년 6월 24일에 출원된 KR 10-2015-0089727에는 '수중 글라이더의 글라이딩 안정화 방법'에 대하여 개시되어 있다.
일 실시예에 따른 목적은 수중 드론 및 선박의 특징을 고려하여 일정 시간 동안 수중 드론과 선박의 충돌 확률 또는 생존 확률을 정량적으로 산출할 수 있는 수중 드론의 운용 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 연안과 외해의 경우 특정 셀의 크기를 다르게 설정함으로써 수중 드론 및 선박의 충돌 확률을 보다 정확하게 산출할 수 있는 수중 드론의 운용 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 수중 드론의 운용 중에 발생할 수 있는 수중 드론과 선박의 충돌 확률을 정량적으로 산출하여 수중 드론의 운용 임무계획 또는 운용 전략을 효과적으로 수립할 수 있는 수중 드론의 운용 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 수중 드론의 운용 위험도를 파악하여 수중 드론의 운용 안정성을 높일 수 있고 현존하는 대부분의 무인 해양 관측 기기(무인 잠수정, 웨이브 글라이더, 플로트 등)에 적용될 수 있는 수중 드론의 운용 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 수중 드론의 운용 시스템은, 수중 드론에 대한 정보 및 선박에 대한 정보가 입력되는 입력부; 상기 입력부에 입력된 수중 드론에 대한 정보 및 선박에 대한 정보에 기초하여 상기 수중 드론 및 상기 선박의 충돌 확률이 산출되는 충돌 확률 산출부; 및 상기 충돌 확률 산출부에서 산출된 충돌 확률에 기초하여 상기 수중 드론의 경로를 제어하는 경로 제어부;를 포함하고, 상기 수중 드론에 대한 정보는 상기 수중 드론의 이동 경로를 포함하고, 상기 선박에 대한 정보는 상기 선박의 이동 경로 또는 밀도 분포를 포함할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 충돌 확률 산출부는 상기 수중 드론의 이동 경로를 복수 개의 셀로 구획하여 각각의 셀에 대하여 상기 수중 드론 및 상기 선박의 충돌 확률을 산출할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 충돌 확률 산출부에서는 다음의 식에 의해 특정 셀 내에서 상기 수중 드론 및 상기 선박의 충돌 확률이 산출되고,
P = P1 X P2 X P3
이때,
P1은 상기 수중 드론 및 상기 선박이 동시에 특정 셀 내에 위치할 확률이고, P2는 상기 선박의 이동 경로 상에 상기 수중 드론이 위치할 확률이고, P3는 상기 수중 드론이 상기 선박에 부딪힐 정도로 얕은 수심에 위치할 확률이다.
일 측에 의하면, 상기 수중 드론 및 상기 선박이 동시에 특정 셀 내에 위치할 확률은, 상기 특정 셀 내 상기 선박의 밀도, 상기 특정 셀 내 상기 수중 드론의 이동 거리 또는 상기 특정 셀 내 상기 수중 드론의 이동 속도를 바탕으로 산출될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 선박의 이동 경로 상에 상기 수중 드론이 위치할 확률은, 상기 수중 드론의 이동 경로에 대해 투영된 상기 선박의 평균 선폭 또는 상기 특정 셀 내 상기 수중 드론의 거리 벡터를 바탕으로 산출될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 수중 드론이 상기 선박에 부딪힐 정도로 얕은 수심에 위치할 확률은, 상기 수중 드론의 수직 이동 속도, 상기 수중 드론의 잠항 수심, 상기 수중 드론의 표층 체류 시간 또는 상기 선박의 흘수와 여유 수심을 바탕으로 산출될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 충돌 확률 산출부는 각각의 셀 내에 대하여 산출된 상기 수중 드론 및 상기 선박의 충돌 확률을 합산하여 상기 수중 드론의 전체 이동 경로 상에서 총 충돌 확률을 산출할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 수중 드론의 운용 방법은, 입력부에 수중 드론에 대한 정보 및 선박에 대한 정보를 입력하는 단계; 상기 입력부에 입력된 수중 드론에 대한 정보 및 선박에 대한 정보에 기초하여 상기 수중 드론 및 선박의 충돌 확률 또는 수중 드론의 생존 확률을 산출하는 단계; 및 상기 수중 드론 및 선박의 충돌 확률 또는 상기 수중 드론의 생존 확률에 기초하여 상기 수중 드론의 경로를 제어하는 단계;를 포함하고, 상기 수중 드론 및 선박의 충돌 확률 또는 수중 드론의 생존 확률에 기초하여 상기 수중 드론의 경로를 제어하는 단계에서, 상기 수중 드론의 경로는 상기 충돌 확률이 낮은 위치 또는 상기 생존 확률이 높은 위치로 선택 또는 변경될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 입력부에 입력된 수중 드론에 대한 정보 및 선박에 대한 정보에 기초하여 상기 수중 드론 및 선박의 충돌 확률 또는 수중 드론의 생존 확률을 산출하는 단계에서, 다음의 식에 의해 특정 셀 내에서 상기 수중 드론 및 선박의 충돌 확률이 산출되고,
P = P1 X P2 X P3
이때,
P1은 상기 수중 드론 및 상기 선박이 동시에 특정 셀 내에 위치할 확률이고, P2는 상기 선박의 이동 경로 상에 상기 수중 드론이 위치할 확률이고, P3는 상기 수중 드론이 상기 선박에 부딪힐 정도로 얕은 수심에 위치할 확률이다.
일 측에 의하면, 상기 입력부에 입력된 수중 드론에 대한 정보 및 선박에 대한 정보에 기초하여 상기 수중 드론 및 선박의 충돌 확률 또는 수중 드론의 생존 확률을 산출하는 단계에서, 다음의 식에 의해 특정 셀 내에서 상기 수중 드론 및 선박의 생존 확률이 산출되고,
PA = 1 - P
이때,
PA는 특정 셀 내에서 상기 수중 드론의 생존 확률이고, P는 특정 셀 내에서 상기 수중 드론 및 선박의 충돌 확률이다.
일 실시예에 따른 수중 드론의 운용 시스템 및 방법에 의하면, 수중 드론 및 선박의 특징을 고려하여 일정 시간 동안 수중 드론과 선박의 충돌 확률 또는 생존 확률을 정량적으로 산출할 수 있다.
일 실시예에 따른 수중 드론의 운용 시스템 및 방법에 의하면, 연안과 외해의 경우 특정 셀의 크기를 다르게 설정함으로써 수중 드론 및 선박의 충돌 확률을 보다 정확하게 산출할 수 있다.
일 실시예에 따른 수중 드론의 운용 시스템 및 방법에 의하면, 수중 드론의 운용 중에 발생할 수 있는 수중 드론과 선박의 충돌 확률을 정량적으로 산출하여 수중 드론의 운용 임무계획 또는 운용 전략을 효과적으로 수립할 수 있다.
일 실시예에 따른 수중 드론의 운용 시스템 및 방법에 의하면, 수중 드론의 운용 위험도를 파악하여 수중 드론의 운용 안정성을 높일 수 있고 현존하는 대부분의 무인 해양 관측 기기(무인 잠수정, 웨이브 글라이더, 플로트 등)에 적용될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 수중 드론의 운용 시스템의 구성을 도시한다.
도 2는 해역에서 수중 드론 및 선박이 이동하는 모습을 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 수중 드론의 운용 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 선박 밀도 분포를 도시한다.
도 5는 수중 드론의 왕복 횟수에 따른 충돌 확률을 나타내는 그래프이다.
도 2는 해역에서 수중 드론 및 선박이 이동하는 모습을 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 수중 드론의 운용 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 선박 밀도 분포를 도시한다.
도 5는 수중 드론의 왕복 횟수에 따른 충돌 확률을 나타내는 그래프이다.
이하, 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재한 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 수중 드론의 운용 시스템의 구성을 도시하고, 도 2는 해역에서 수중 드론 및 선박이 이동하는 모습을 도시한다.
도 1을 참조하여, 일 실시예에 따른 수중 드론의 운용 시스템(10)은 입력부(100), 충돌 확률 산출부(200) 및 경로 제어부(300)를 포함할 수 있다.
상기 입력부(100)에는 수중 드론에 대한 정보 및 선박에 대한 정보가 입력될 수 있다.
상기 수중 드론에 대한 정보는 예를 들어 수중 드론의 이동 경로를 포함하고, 상기 선박에 대한 정보는 예를 들어 선박의 이동 경로 또는 밀도 분포를 포함할 수 있다.
그러나 수중 드론에 대한 정보 및 선박에 대한 정보는 이에 국한되지 아니하며, 충돌 확률 산출부(200)에서 수중 드론 및 선박의 충돌 확률을 산출하는 데 활용될 수 있다면 어느 것이든지 가능하다.
예를 들어 수중 드론에 대한 정보는, 수중 드론의 이동 속도, 수중 드론의 수직 이동 속도, 수중 드론의 잠항 수심, 수중 드론의 표층 체류 시간 등을 더 포함할 수 있다. 그리고 선박에 대한 정보는 선박의 평균 선폭, 선박의 흘수와 여유 수심 등을 더 포함할 수 있다.
이와 같이 입력부(100)에 입력된 다양한 수중 드론에 대한 정보 및 선박에 대한 정보는 충돌 확률 산출부(200)에 전달될 수 있다.
예를 들어, 도 2를 참조하여, 수중 드론과 선박 간의 거리 벡터가 선박 내부에 존재하는 경우 수중 드론과 선박의 충돌로 감지할 수 있다. 구체적으로, 수중 드론이 A 경로를 따라 이동하고 선박이 B 경로를 따라 이동하는 중에 수중 드론과 선박 사이의 거리(R)가 선박 내부 거리(Rs)와 같거나 작아지는 경우 수중 드론과 선박이 충돌하는 것으로 감지할 수 있다.
상기 충돌 확률 산출부(200)는 이러한 수중 드론과 선박 충돌 현상을 확률적으로 산출할 수 있으며, 다시 말해서 입력부(100)에 입력된 다양한 수중 드론에 대한 정보 및 선박에 대한 정보를 바탕으로 '수중 드론 및 선박의 충돌 확률'을 산출할 수 있다.
일정 시간 동안 수중 드론의 운용 시에 수중 드론과 선박이 서로 충돌할 확률을 산출하는 것은 일반적인 수중 드론의 운용 위험도를 분석하는 시스템의 개발에 있어 가장 기본이 되는 것으로서, 상기 충돌 확률 산출부(200)는 특정 영역 안에서 수중 드론을 운용하는 중에 발생할 수 있는 수중 드론과 선박의 충돌 확률을 정량적으로 산출할 수 있고 산출된 충돌 확률을 통해 수중 드론의 생존 확률 또한 순차적으로 산출할 수 있다.
특히, 수중 드론이 여객선, 어선 등의 선박과의 충돌 위험이 가장 큰 시기는 수중 드론이 위치를 파악하고 자료 전송을 위해 표층에 머무를 때이다. 따라서 표층에서 수중 드론과 선박의 충돌확률을 파악하는 것이 중요하며, 이는 수중 드론의 경로에 중요한 기준이 될 수 있다.
또한, 수중 드론과 선박의 충돌 가능성은 특정 해역에서 선박의 밀도에 비례하지만 수중 드론의 운용시간에도 비례하므로 수중 드론과 선박의 충돌 확률을 정량적으로 산출하는 것은 수중 드론의 운용 전략을 수립하는 데 필수적인 정보가 될 수 있다.
구체적으로, 충돌 확률 산출부(200)에서는 수중 드론의 이동 경로를 복수 개의 셀로 구획하여 각각의 셀에 대하여 수중 드론 및 선박의 충돌 확률을 산출할 수 있고, 산출된 수중 드론 및 선박의 충돌 확률을 이용하여 수중 드론의 생존 확률(충돌하지 않을 확률)을 산출할 수 있다.
이때, 수중 드론의 이동 경로가 위치되는 특정 영역에 따라서 각각의 셀의 크기가 다르게 설정될 수 있다. 예를 들어 특정 영역이 외해인 경우 각각의 셀의 크기는 1km x 1km로 되고, 특정 영역이 연안인 경우 각각의 셀의 크기가 100m x 100m가 될 수 있다. 이와 같이 수중 드론의 이동 경로가 위치되는 특정 영역의 특징에 따라서 각각의 셀의 크기가 다르게 설정됨으로써 수중 드론 및 선박의 충돌 확률을 보다 정확하게 산출할 수 있다.
또한, 충돌 확률 산출부(200)에서는 다음의 식에 의해 특정 셀 내에서 수중 드론 및 선박의 충돌 확률이 산출될 수 있다.
P = P1 X P2 X P3
이때,
P1은 수중 드론 및 선박이 동시에 특정 셀 내에 위치할 확률이고,
P2는 선박의 이동 경로 상에 수중 드론이 위치할 확률이고,
P3는 수중 드론가 선박에 부딪힐 정도로 얕은 수심에 위치할 확률이다.
전술된 수식을 수중 드론-선박 충돌 확률 모형이라고 할 수 있으며, 예를 들어 G-S 충돌 확률 모형이라고 할 수 있다.
한편, G-S 충돌 확률 모형 수립에 필요한 가정은 선박의 선속이 수중 드론의 이동 속도보다 훨씬 크다는 것이다. 예를 들어, 수중 드론의 이동 속도가 0.5knot인 경우 선박의 선속이 이보다 작은 경우에는 G-S 충돌 확률 모형이 적용되지 않을 수 있다. 다만, 선박의 선속이 0.5knot보다 느린 경우는 선박이 항구 접안 시설에서 빠져 나오거나 해상에서 거의 정지하고 있는 경우를 제외하고는 거의 없다고 볼 수 있으므로, 거의 대부분의 경우 G-S 충돌 확률 모형이 적용될 수 있다.
구체적으로, 수중 드론 및 선박이 동시에 특정 셀 내에 위치할 확률(P1)은 특정 셀 안에서 수중 드론이 지나가는 동안 그 특정 셀 안에 선박이 존재할 확률을 가리킬 수 있다.
이때, 수중 드론 및 선박이 동시에 특정 셀 내에 위치할 확률(P1)은 특정 셀 내 선박의 밀도, 특정 셀 내 수중 드론의 이동 거리 또는 특정 셀 내 수중 드론의 이동 속도를 바탕으로 산출될 수 있다. 특히 특정 셀 내 선박의 밀도가 높아질수록 수중 드론 및 선박이 특정 셀 내에 위치할 확률(P1) 또한 높아질 수 있다.
따라서 입력부(100)에 입력된 수중 드론에 대한 정보, 예를 들어 특정 셀 내 수중 드론의 이동 거리 또는 특정 셀 내 수중 드론의 이동 속도와 입력부(100)에 입력된 선박에 대한 정보, 예를 들어 선박의 밀도 분포(또는 특정 셀 내 선박의 밀도)를 통해 수중 드론 및 선박이 특정 셀 내에 위치할 확률(P1)이 산출될 수 있다.
또한, 선박의 이동 경로 상에 수중 드론이 위치할 확률(P2)은 수중 드론의 이동 경로에 대해 투영된 선박의 평균 선폭 또는 특정 셀 내 수중 드론의 거리 벡터를 바탕으로 산출될 수 있으며, 예를 들어 수중 드론의 이동 경로에 대해 투영된 선박의 평균 선폭에는 비례하고 특정 셀 내에서 수중 드론의 거리 벡터 중 이동 거리에는 반비례할 수 있다.
게다가, 수중 드론이 선박에 부딪힐 정도로 얕은 수심에 위치할 확률(P3)은 수중 드론의 수직 이동 속도, 수중 드론의 잠항 수심, 수중 드론의 표층 체류 시간 또는 선박의 흘수와 여유 수심을 바탕으로 산출될 수 있으며, 예를 들어 수중 드론의 표층 체류 시간 또는 선박 흘수와 여유 수심에 비례하고, 수중 드론의 잠항 수심에는 반비례할 수 있다.
이와 같이 전술된 수식을 통하여 충돌 확률 산출부(200)에서는 각각의 셀에 대하여 수중 드론 및 선박의 충돌 확률을 산출할 수 있다. 이때 각각의 셀에 대하여 산출된 수중 드론 및 선박의 충돌 확률을 합산하면 수중 드론의 전체 이동 경로 상에서의 총 충돌 확률이 산출될 수 있다.
또한, 충돌 확률 산출부(200)에서는 수중 드론의 생존 확률이 추가적으로 산출될 수 있다. 구체적으로, 1에서 각각의 셀에 대하여 산출된 수중 드론 및 선박의 충돌 확률을 빼면 각각의 셀에 대한 수중 드론의 생존 확률이 산출될 수 있고, 1에서 수중 드론 및 선박의 총 충돌 확률을 빼거나 각각의 셀에 대하여 산출된 수중 드론의 생존 확률을 합산하면 수중 드론의 전체 이동 경로 상에서의 총 생존 확률이 산출될 수 있다.
전술된 바와 같이 충돌 확률 산출부(200)에서 산출된 충돌 확률 또는 생존 확률은 경로 제어부(300)에 전달될 수 있다.
상기 경로 제어부(300)는 수중 드론의 경로를 제어하는 것으로서, 사전에 수중 드론 및 선박의 충돌 확률을 산출함으로써 수중 드론 및 선박의 충돌 확률이 낮은 위치로 수중 드론의 경로를 선택하거나, 수중 드론의 운용 중에 수중 드론 및 선박의 충돌 확률을 산출함으로써 수중 드론 및 선박의 충돌 확률이 낮은 위치로 수중 드론의 경로를 변경할 수 있다.
또는, 사전에 수중 드론 및 선박의 생존 확률을 산출함으로써 수중 드론 및 선박의 생존 확률이 높은 위치로 수중 드론의 경로를 선택하거나, 수중 드론의 운용 중에 수중 드론 및 선박의 생존 확률을 산출함으로써 수중 드론 및 선박의 생존 확률이 높은 위치로 수중 드론의 경로를 변경할 수 있다.
이와 같이 일 실시예에 따른 수중 드론의 운용 시스템은 수중 드론 및 선박의 특징을 고려하여 일정 시간 동안 수중 드론과 선박의 충돌 확률 또는 생존 확률을 정량적으로 산출할 수 있으며, 연안과 외해의 경우 특정 셀의 크기를 다르게 설정함으로써 수중 드론 및 선박의 충돌 확률을 보다 정확하게 산출할 수 있다.
이상 일 실시예에 따른 수중 드론의 운용 시스템에 대하여 설명되었으며, 이하에서는 일 실시예에 따른 수중 드론의 운용 방법에 대하여 설명된다.
도 3은 일 실시예에 따른 수중 드론의 운용 방법을 나타내는 순서도이다.
우선 입력부에 수중 드론에 대한 정보 및 선박에 대한 정보를 입력한다(S10).
이때, 수중 드론에 대한 정보는 수중 드론의 이동 경로, 수중 드론의 이동 속도, 수중 드론의 수직 이동 속도, 수중 드론의 잠항 수심, 수중 드론의 표층 체류 시간 등과 같이 수중 드론 및 선박의 충돌 확률을 산출하는 데 필요한 정보 또는 수중 드론을 운용하는 데 필요한 정보들을 포함할 수 있다. 그리고 선박에 대한 정보는 수중 드론이 운용되는 해역에 대한 선박의 이동 경로, 선박의 밀도 분포, 선박의 평균 선폭, 선박의 흘수와 여유 수심 등과 같이 수중 드론 및 선박의 충돌 확률을 산출하는 데 필요한 정보를 포함할 수 있다.
그런 다음 입력부에 입력된 수중 드론에 대한 정보 및 선박에 대한 정보에 기초하여 수중 드론 및 선박의 충돌 확률 또는 수중 드론의 생존 확률을 산출한다(S20).
구체적으로, 특정 셀에 대한 수중 드론 및 선박의 충돌 확률은 다음의 식에 의해 산출될 수 있다.
P = P1 X P2 X P3
이때,
P1은 수중 드론 및 선박이 특정 셀 내에 위치할 확률이고,
P2는 선박의 이동 경로 상에 수중 드론이 위치할 확률이고,
P3는 수중 드론이 선박에 부딪힐 정도로 얕은 수심에 위치할 확률이다.
따라서 수중 드론의 이동 경로 상에서 수중 드론 및 선박의 총 충돌 확률은 특정 셀에 대한 수중 드론 및 선박의 충돌 확률을 합산함으로써 산출될 수 있다.
또한, 특정 셀에 대한 수중 드론의 생존 확률은 다음의 식에 의해 산출될 수 있다.
PA = 1 - P
이때,
PA는 특정 셀 내에서 수중 드론의 생존 확률이고,
P는 특정 셀 내에서 수중 드론 및 선박의 충돌 확률이다.
따라서 수중 드론의 이동 경로 상에서 수중 드론의 총 생존 확률은 특정 셀에 대한 수중 드론의 생존 확률을 합산함으로써 산출될 수 있다.
이와 같이 산출된 수중 드론 및 선박의 충돌 확률 또는 수중 드론의 생존 확률에 기초하여 수중 드론의 경로를 제어한다(S30).
구체적으로, 수중 드론의 경로는 충돌 확률이 낮은 위치 또는 생존 확률이 높은 위치로 선택 또는 변경될 수 있다.
따라서 일 실시예에 따른 수중 드론의 운용 방법은 수중 드론의 운용 중에 발생할 수 있는 수중 드론과 선박의 충돌 확률을 정량적으로 산출하여 수중 드론의 운용 임무계획 또는 운용 전략을 효과적으로 수립할 수 있다.
이하에서는 전술된 일 실시예에 따른 수중 드론의 운용 시스템 및 방법을 바탕으로 수중 드론의 충돌 확률 산출 예시에 대하여 설명된다.
도 4는 선박 밀도 분포를 도시하고, 도 5는 수중 드론의 왕복 횟수에 따른 충돌 확률을 나타내는 그래프이다.
특히, 도 4를 참조하여, MarineTraffic.com에서 받은 2013년 선박 밀도 이미지를 처리하여 선박 밀도 분포도를 획득하였으며, 세 가지 경도 방향으로 수중 드론의 트랙(또는 이동 경로, 궤적)을 설정하여 수중 드론 및 선박의 충돌 확률을 산출하였다.
이때 수중 드론의 트랙은 국립수산과학원 정기선박 해양관측선(KODC line)을 기준으로 선정하였으며, 102라인, 103라인, 및 104라인에서 수중 드론을 연안 끝 지점에 투하한 뒤 수중 드론이 각 라인을 왕복 관측하는 임무를 설정하였다.
수중 드론은 단일 잠항(single drive) 모드를 기반으로 운용하고, 수중 드론의 최대 잠항 심도를 400m로 설정하고, 해당 해역을 자주 왕래하는 선박(화물선 또는 여객선)의 평균적인 크기를 20m로 설정하고, 선박의 이동 속도를 10knot으로 설정하였다.
구체적으로, 도 5를 참조하여, 수중 드론을 연안 지점에 투하한 뒤 트랙을 따라 외해로 이동시키고 다시 투하 지점으로 돌아오는 왕복 임무를 수행하게 한 후, 임무의 횟수 또는 수중 드론의 왕복 횟수가 증가함에 따라 충돌 확률 또한 증가하는 것을 확인할 수 있다.
특히, KODC 102라인의 경우, 수중 드론이 포항 부근에 투하되는 것으로, 포항 부근에서 입출항하는 선박의 밀도가 높아 충돌 확률이 급격하게 높아지는 것을 볼 수 있다. 편의상 10%의 충돌 확률을 최대로 보았을 때 10%의 충돌 확률에 도달하는 시점이 2회 왕복을 수행했을 때이고, 1회 왕복하는 데 걸리는 시간은 대략 14일 정도되며 30일 이상 연속 운동하였을 때 수중 드론 및 선박의 충돌 확률이 10%에 근접하게 될 수 있다.
또한, KODC 103라인의 경우, 수중 드론이 영덕 부근에 투하되는 것으로, 수중 드론이 4회 왕복을 수행했을 때 충돌 확률이 10%에 근접하게 됨을 확인할 수 있다. 이는 KODC 103라인에서 선박의 밀도가 높아 KODC 102라인에서 선박의 밀도보다 상대적으로 낮기 때문이다.
마지막으로, KODC 104라인의 경우, 선박 밀도가 매우 낮은 해역이므로 수중 드론 및 선박의 충돌 확률이 매우 낮다는 것을 알 수 있다.
한편, Marine Traffic의 선박 밀도 자료에는 어선에 대한 정보가 포함되어 있지 않으므로, 어선에 의한 충돌 확률 또한 고려될 필요가 있다.
| KODC 102 | KODC 103 | KODC 104 | |
| P(20m) | 4.56 X 10 | 2.43 X 10 | 1.57 X 10 |
| P(2.5m) | 3.96 X 10 | 2.09 X 10 | 1.34 X 10 |
예를 들어 어선의 평균적인 폭은 약 2.5m 정도로 대략 10톤 정도로 생각할 수 있다. 어선의 평균폭이 2.5m인 경우에는 평균폭이 20m인 경우에 비해 감소되는 것을 알 수 있다. 따라서 수중 드론 및 선박의 충돌 확률은 선박의 평균 선폭과 비례 관계가 될 수 있다.
한반도 주변의 선박 교통량은 유럽이나 미국 등 선진국과 동등한 수준으로 높으며, 항적이 복잡하고 다양하게 존재하여 해양 무인 시스템을 운용함에 있어서 가장 중요하게 고려되어야 할 환경 요인이 될 수 있다.
따라서 일 실시예에 따른 수중 드론의 운용 시스템 및 방법에 의하면, 수중 드론의 운용 위험도를 파악하여 수중 드론의 운용 안정성을 높일 수 있고 현존하는 대부분의 무인 해양 관측 기기(무인 잠수정, 웨이브 글라이더, 플로트 등)에 적용될 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 수중 드론의 운용 시스템
100: 입력부
200: 충돌 확률 산출부
300: 경로 제어부
100: 입력부
200: 충돌 확률 산출부
300: 경로 제어부
Claims (10)
- 수중 드론에 대한 정보 및 선박에 대한 정보가 입력되는 입력부;
상기 입력부에 입력된 수중 드론에 대한 정보 및 선박에 대한 정보에 기초하여 상기 수중 드론 및 상기 선박의 충돌 확률이 산출되는 충돌 확률 산출부; 및
상기 충돌 확률 산출부에서 산출된 충돌 확률에 기초하여 상기 수중 드론의 경로를 제어하는 경로 제어부;
를 포함하고,
상기 수중 드론에 대한 정보는 상기 수중 드론의 이동 경로를 포함하고,
상기 선박에 대한 정보는 상기 선박의 이동 경로 또는 밀도 분포를 포함하는 수중 드론의 운용 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 충돌 확률 산출부는 상기 수중 드론의 이동 경로를 복수 개의 셀로 구획하여 각각의 셀에 대하여 상기 수중 드론 및 상기 선박의 충돌 확률을 산출하는 수중 드론의 운용 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 충돌 확률 산출부에서는 다음의 식에 의해 특정 셀 내에서 상기 수중 드론 및 상기 선박의 충돌 확률이 산출되고,
P = P1 X P2 X P3
이때,
P1은 상기 수중 드론 및 상기 선박이 동시에 특정 셀 내에 위치할 확률이고,
P2는 상기 선박의 이동 경로 상에 상기 수중 드론이 위치할 확률이고,
P3는 상기 수중 드론이 상기 선박에 부딪힐 정도로 얕은 수심에 위치할 확률인 수중 드론의 운용 시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 수중 드론 및 상기 선박이 동시에 특정 셀 내에 위치할 확률은,
상기 특정 셀 내 상기 선박의 밀도, 상기 특정 셀 내 상기 수중 드론의 이동 거리 또는 상기 특정 셀 내 상기 수중 드론의 이동 속도를 바탕으로 산출되는 수중 드론의 운용 시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 선박의 이동 경로 상에 상기 수중 드론이 위치할 확률은,
상기 수중 드론의 이동 경로에 대해 투영된 상기 선박의 평균 선폭 또는 상기 특정 셀 내 상기 수중 드론의 거리 벡터를 바탕으로 산출되는 수중 드론의 운용 시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 수중 드론이 상기 선박에 부딪힐 정도로 얕은 수심에 위치할 확률은,
상기 수중 드론의 수직 이동 속도, 상기 수중 드론의 잠항 수심, 상기 수중 드론의 표층 체류 시간 또는 상기 선박의 흘수와 여유 수심을 바탕으로 산출되는 수중 드론의 운용 시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 충돌 확률 산출부는 각각의 셀 내에 대하여 산출된 상기 수중 드론 및 상기 선박의 충돌 확률을 합산하여 상기 수중 드론의 전체 이동 경로 상에서 총 충돌 확률을 산출하는 수중 드론의 운용 시스템.
- 입력부에 수중 드론에 대한 정보 및 선박에 대한 정보를 입력하는 단계;
상기 입력부에 입력된 수중 드론에 대한 정보 및 선박에 대한 정보에 기초하여 상기 수중 드론 및 선박의 충돌 확률 또는 수중 드론의 생존 확률을 산출하는 단계; 및
상기 수중 드론 및 선박의 충돌 확률 또는 상기 수중 드론의 생존 확률에 기초하여 상기 수중 드론의 경로를 제어하는 단계;
를 포함하고,
상기 수중 드론 및 선박의 충돌 확률 또는 수중 드론의 생존 확률에 기초하여 상기 수중 드론의 경로를 제어하는 단계에서, 상기 수중 드론의 경로는 상기 충돌 확률이 낮은 위치 또는 상기 생존 확률이 높은 위치로 선택 또는 변경되는 수중 드론의 운용 방법.
- 제8항에 있어서,
상기 입력부에 입력된 수중 드론에 대한 정보 및 선박에 대한 정보에 기초하여 상기 수중 드론 및 선박의 충돌 확률 또는 수중 드론의 생존 확률을 산출하는 단계에서,
다음의 식에 의해 특정 셀 내에서 상기 수중 드론 및 선박의 충돌 확률이 산출되고,
P = P1 X P2 X P3
이때,
P1은 상기 수중 드론 및 상기 선박이 동시에 특정 셀 내에 위치할 확률이고,
P2는 상기 선박의 이동 경로 상에 상기 수중 드론이 위치할 확률이고,
P3는 상기 수중 드론이 상기 선박에 부딪힐 정도로 얕은 수심에 위치할 확률인 수중 드론의 운용 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 입력부에 입력된 수중 드론에 대한 정보 및 선박에 대한 정보에 기초하여 상기 수중 드론 및 선박의 충돌 확률 또는 수중 드론의 생존 확률을 산출하는 단계에서,
다음의 식에 의해 특정 셀 내에서 상기 수중 드론 및 선박의 생존 확률이 산출되고,
PA = 1 - P
이때,
PA는 특정 셀 내에서 상기 수중 드론의 생존 확률이고,
P는 특정 셀 내에서 상기 수중 드론 및 선박의 충돌 확률인 수중 드론의 운용 방법.
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