KR20190019336A - 선박의 흘수선 계측 및 제어장치 - Google Patents

선박의 흘수선 계측 및 제어장치 Download PDF

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Abstract

무인 비행체인 드론을 이용하여 선박의 흘수선을 무선으로 실시간 계측 및 녹화할 수 있도록 한 선박의 흘수선 계측 및 제어장치에 관한 것으로서, 자율 비행을 통해 위치 이동이 자유로운 무인 비행체, 무인 비행체의 하부에 장착되어 흘수선을 측정하는 흘수선 측정 카메라, 무인 비행체의 하부에 장착된 흘수선 계측용 게이지 장치를 조절하는 게이지 손잡이 구동부, 게이지 손잡이 구동부에 의해 동작하는 게이지 손잡이의 조작에 따라 해수를 유입하는 게이지 튜브, 게이지 튜브의 눈금을 촬영하는 튜브 측정 카메라, 무인 비행체의 자세 유지를 위한 수심을 측정하는 수심 센서, 선체와의 흘수선(Reference Point) 거리 유지를 위해 선체를 감지하는 전방센서 및 전방센서로 감지한 선체와의 거리 정보로 선체와의 거리를 제어하며, 흘수선 측정과 게이지 튜브 측정을 제어하며, 상기 수심센서와 연동을 통해 무인 비행체의 자세 유지를 제어하는 흘수선 측정 제어부를 포함하여, 선박의 흘수선 계측 및 제어장치를 구현한다.

Description

선박의 흘수선 계측 및 제어장치{Measurement and control device of ship water line}
본 발명은 선박의 흘수선 계측 및 제어에 관한 것으로, 특히 무인 비행체인 드론을 이용하여 선박의 흘수선을 무선으로 실시간 계측 및 녹화할 수 있도록 한 선박의 흘수선 계측 및 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 선박은 건조 후 진수 단계에서 경사시험(Inclining Measurement)과 중사시험(Deadweight Measurement)을 시행한다. 경사시험은 건조된 선박의 무게중심과 경하 중량(Lightweight)을 파악하기 위한 목적으로 이루어지는 것으로, 이때 무게중심은 선박의 길이방향 중량중심(LCG: Longitudinal Center of Gravity), 폭 방향 중량중심(TCG: Transverse Center of Gravity), 높이방향의 중량중심(VCG: Vertical Center of Gravity)을 의미한다.
이와 같이 경사시험을 통해 산출된 경하 중량과 선박의 길이방향 중량중심과 폭 방향 중량중심 및 높이방향의 중량중심을 통해 선체의 복원성과 관련된 각종 자료(Trim & Stability 계산, Damage Stability 계산)를 만들게 되는 데, 이는 적하 시 화물 적재를 위한 기본이 되는 사항이기 때문에 상선에서는 가장 중요한 사안에 해당된다.
한편, 경사시험을 수행하기 위한 방법으로는 다양한 방식이 있지만 통상적으로 사용되는 것으로, 안벽에서 배수량(Draft 계측)을 측정하여 선박의 경하 중량을 빼면 재화 중량(Deadweight)을 구할 수 있다.
즉, 경사시험을 통해 선박의 각종 무게중심과 경하 중량 및 재화 중량을 파악할 수 있게 되는 데, 이러한 경사시험을 할 때에는 도 1에 도시한 바와 같이, 측정자가 소형 보트를 이용하여 휴대용 흘수 판독 게이지(Portable Draft reading gauge)를 이용하여 흘수를 직접 계측하고, 추(Pendulum) 또는 유-튜브(U-tube)를 이용하여 각 시프팅 모멘트(Shifting Moment)에 따른 변위량을 계측함으로써 최종적으로 본선의 높이방향의 중량중심을 결정하고 복원 성능을 평가한다.
그러나 상기와 같은 흘수선 계측 방식은 측정자가 직접 보트를 타고 진수 선박에 가서, 안벽의 흘수선을 계측하는 방식으로서 많은 불편함이 있다.
따라서 이러한 흘수선 계측 방식의 불편함을 개선하기 위해서 다양한 기술이 제안되고 있으며, 하기의 <특허문헌 1> 도 흘수선 계측의 불편하기 위해 종래에 제안된 기술이다.
<특허문헌 1> 에 개시된 종래기술은 흘수선을 촬영하기 위한 카메라, 카메라 영상으로부터 수위 값을 추출하기 위한 영상 처리부, 및 흘수 수위를 모니터링하기 위한 운영 프로그램을 포함하며, 선박의 건조 후 선체의 무게중심과 경하 중량을 파악하기 위한 경사시험이나 중사시험을 시행할 때 소형 보트와 휴대용 흘수 판독 게이지, 그리고 추와 유-튜브의 설치 없이도 선체의 흘수를 보다 간편하게 계측할 수 있으므로, 경사시험과 중사시험을 보다 용이하게 수행할 수 있게 된다.
대한민국 공개특허 10-2015-0031510(2015.03.25)(선박의 흘수 측정시스템)
그러나 상기와 같은 일반적인 작업자에 의해 직접 흘수선을 계측하는 방식은 측정자가 배를 타고 직접 진수 선박의 안벽까지 가야하므로 별도의 선거 팀의 협조가 필요하며, 이로 인해 배 및 육안 검사 인원이 다수 필요하다는 문제점이 있다.
또한, 계측자가 직접 배를 타고 진수 선박의 안벽까지 가야하므로 계측 작업의 안전성을 보장할 수 없으며, 흘수선 측정을 위한 배의 이용으로 소요되는 비용도 많아 경제성도 떨어지는 단점이 있다.
또한, 언급한 종래기술은 카메라 등을 이용한 장비를 이용하여 진수 선박의 원거리에서 흘수선을 측정하는 방식이므로, 안전 확보는 가능하고, 배를 사용하지 않기 때문에 비용을 줄일 수 있는 장점은 있으나, 선박의 흘수선 촬영을 위한 카메라를 여러 곳에 장착해 놓아야 하므로, 별도의 카메라 설치 공간이 필요하다는 단점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 일반적인 계측자에 의한 흘수선 육안 계측방식 및 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 무인 비행체인 드론을 이용하여 선박의 흘수선을 무선으로 실시간 계측 및 녹화할 수 있도록 한 선박의 흘수선 계측 및 제어장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 무인비행체를 이용하여 흘수선을 측정함으로써, 배를 이용할 필요가 없어 안전 확보는 물론 유류비 절감도 가능하도록 한 선박의 흘수선 계측 및 제어장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 선박의 흘수선 계측 및 제어장치는 원격 조종에 따라 위치 이동이 자유로운 무인 비행체; 상기 무인 비행체의 하부에 장착되어 흘수선을 측정하는 흘수선 측정 카메라; 상기 무인 비행체의 하부에 장착된 흘수선 계측용 게이지 장치를 조절하는 게이지 손잡이 구동부; 상기 게이지 손잡이 구동부에 의해 동작하는 게이지 손잡이의 조작에 따라 해수를 유입하는 게이지 튜브; 상기 게이지 튜브의 눈금을 촬영하는 튜브 측정 카메라; 상기 무인 비행체의 자세 유지를 위한 수심을 측정하는 수심 센서; 선체와의 흘수선(Reference Point) 거리 유지를 위해 선체를 감지하는 전방센서; 상기 전방센서로 감지한 선체와의 거리 정보로 선체와의 거리를 제어하며, 흘수선 측정과 게이지 튜브 측정을 제어하며, 상기 수심센서와 연동을 통해 무인 비행체의 자세 유지를 제어하는 흘수선 측정 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 무인 비행체는 자율 비행이 가능한 드론을 이용하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 전방센서는 초음파 센서, 거리 센서 중 적어도 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 수심센서는 압력센서에 의하여 검출 및 변환된 전기신호를 증폭 및 신호처리하여 수심 측정 정보를 출력하는 컨트롤러 내장 압력 전송기(pressure transmitter)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 흘수선 측정 카메라는 촬영한 흘수선 영상을 녹화하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 튜브 측정 카메라는 촬영한 튜브 눈금 영상을 녹화하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 선박의 흘수선 계측 및 제어장치는 상기 흘수선 측정 제어부와 연동하며, 무인 비행체의 비행 및 자세 유지를 제어하는 자율 비행부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 선박의 흘수선 계측 및 제어장치는 상기 흘수선 측정 카메라 및 튜브 측정 카메라에서 각각 측정한 흘수선 영상 및 튜브 눈금 영상을 녹화하는 녹화부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 선박의 흘수선 계측 및 제어장치는 상기 흘수선 측정 제어부와 연계하여, 상기 흘수선 측정 카메라 또는 튜브 측정 카메라 또는 녹화부에 녹화된 흘수선 영상 및 튜브 눈금 영상을 무선 신호로 만들어 원격에 전송하는 무선 송신부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 선박의 흘수선 계측 및 제어장치는 상기 무인 비행체에서 실시간으로 무선 전송된 흘수선 측정 정보를 원격에서 수신하여 화면에 디스플레이해주는 디스플레이장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 무인 비행체인 드론을 이용하여 선박의 흘수선을 무선으로 실시간 계측 및 녹화할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 무인비행체를 이용하여 흘수선을 실시간 측정함으로써, 배를 이용할 필요가 없어 안전 확보는 물론 유류비 절감도 가능한 장점이 있다.
도 1은 종래 계측자에 의해 수작업으로 흘수선을 측정하는 개념도,
도 2는 본 발명에 따른 선박의 흘수선 계측 및 제어장치의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 선박의 흘수선 계측 및 제어장치의 블록 구성도,
도 4는 본 발명에서 흘수선 계측 및 제어장치로 선박의 흘수선을 실시간 자동 측정하는 개념도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 선박의 흘수선 계측 및 제어장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 선박의 흘수선 계측 및 제어장치의 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 선박의 흘수선 계측 및 제어장치의 블록 구성도이고, 도 4는 본 발명에서 흘수선 계측 및 제어장치로 선박의 흘수선을 실시간 자동으로 측정하는 개념을 보인 예시 도이다.
본 발명에 따른 선박의 흘수선 계측 및 제어장치는 원격 조종에 따라 위치 이동이 자유로운 무인 비행체(10)인 드론을 이용하여 흘수선을 측정한다.
상기 무인 비행체(10)의 하부에는 흘수선을 측정하는 흘수선 측정 카메라(22)가 장착되고, 상기 무인 비행체(10)의 하부 소정 위치에는 흘수선 계측용 게이지 장치(32)에 연동하는 게이지 손잡이(23)를 자동 조절하는 게이지 손잡이 구동부(24)가 장착된다. 상기 흘수선 측정 카메라(22)는 촬영한 흘수선 영상을 녹화하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 흘수선 계측용 게이지 장치(32)에는 상기 게이지 손잡이 구동부(24)에 의해 동작하는 게이지 손잡이(23)의 조작에 따라 해수를 유입하는 게이지 튜브(27)가 연결된다.
또한, 상기 무인 비행체(10)에는 상기 흘수선 계측용 게이지 장치(32)가 장착되고, 상기 게이지 손잡이 구동부(24)를 장착하는 설치대(33)가 마련된다.
상기 설치대(33)에는 상기 게이지 튜브(27)의 눈금을 촬영하는 튜브 측정 카메라(25)가 설치되며, 상기 튜브 측정 카메라(25)와 연결되어 무인 비행체(10)의 자세 유지를 위한 수심을 측정하는 수심 센서(26)가 설치된다. 상기 수심센서(26)는 압력센서에 의하여 검출 및 변환된 전기신호를 증폭 및 신호처리하여 수심 측정 정보를 출력하는 컨트롤러 내장 압력 전송기(pressure transmitter)가 내장된 것이 바람직하다. 상기 튜브 측정 카메라(25)는 촬영한 튜브 눈금 영상을 녹화하는 것이 바람직하다.
또한, 무인 비행체(10)에는 선체(1)와의 흘수선(Reference Point) 거리 유지를 위해 선체(1)를 감지하는 전방센서(21)가 장착된다. 이러한 전방센서(21)는 선체(1)와 거리 측정을 위해 알려진 다양한 센서를 이용할 수 있으며, 본 발명에서는 초음파 센서 또는 거리 센서 중 적어도 어느 하나를 이용하는 것으로 가정한다.
상기 무인 비행체(10)의 내부에는 상기 전방센서(21)로 감지한 선체와의 거리 정보로 선체와의 거리를 제어하며, 흘수선 측정과 게이지 튜브 측정을 제어하며, 상기 수심 센서(26)와 연동을 통해 무인 비행체(10)의 자세 유지를 제어하는 흘수선 측정 제어부(28)가 구비된다.
또한, 상기 무인 비행체(10)의 상기 흘수선 측정 제어부(28)와 연동하며, 무인 비행체(10)의 비행 및 자세 유지를 제어하는 자율 비행부(29)를 구비한다.
또한, 상기 무인 비행체(10)에는 상기 흘수선 측정 카메라(22) 및 튜브 측정 카메라(25)에서 각각 측정한 흘수선 영상 및 튜브 눈금 영상을 녹화하는 녹화부(30)를 마련할 수 있다. 여기서 흘수선 측정 카메라(22)와 튜브 측정 카메라(25)에 녹화 기능을 이용하면, 상기 녹화부(30)는 따로 구비하지 않아도 되나, 상기 카메라에 녹화 기능을 포함하면 고가의 카메라를 이용해야 하므로, 별도의 영상 기록 장치인 녹화부(30)를 마련하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 무인 비행체(10)에는 상기 흘수선 측정 제어부(28)와 연계하여, 상기 흘수선 측정 카메라(22) 또는 튜브 측정 카메라(25) 또는 녹화부(30)에 녹화된 흘수선 영상 및 튜브 눈금 영상을 무선 신호로 만들어 원격에 전송하는 무선 송신부(31)를 더 구비할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 선박의 흘수선 계측 및 제어장치는 상기 무인 비행체(10)에서 실시간으로 무선 전송된 흘수선 측정 정보를 원격에서 수신하여 화면에 디스플레이해주는 디스플레이장치(40)를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 디스플레이장치(40)는 관리자가 휴대하는 모바일 기기인 스마트폰, 스마트 패드, 무선 인터넷 기능이 가능한 노트북, 인터넷 기능이 가능한 태블릿 PC 등 다양한 기기로 구현할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 선박의 흘수선 계측 및 제어장치의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 건조된 선박을 진수 단계에서 경사시험(Inclining Measurement)과 중사시험(Deadweight Measurement)을 시행하기 위해 흘수선을 측정한다.
이때, 종래에는 도 1과 같이 계측자가 배를 타고 선체의 안벽까지 가서 직접 측정 게이지로 흘수선을 측정하였으나, 본 발명에서는 관리자(또는, 측정자)가 배를 타고 흘수선 측정을 위한 선체(1)에 갈 필요없이, 원격에서 흘수선 측정 장비가 장착된 무인 비행체(10)를 띄워 흘수선을 측정한다.
예컨대, 무인 비행체(10)를 조정하여 흘수선 측정용 선체(1)에 접근한다. 이때, 전방센서(21)를 통해 선체(1)와의 거리를 실시간 지속적으로 측정하게 되고, 흘수선 측정 제어부(28)는 측정한 선체(1)의 거리 정보를 이용하여 자율 주행부(29)를 제어하여, 선체(1)와의 흘수선(Reference point)(2) 거리를 유지한다.
전방 센서(21)를 이용하여 흘수선(2) 측정 거리를 유지하고, 설치대(33)를 흘수선(2) 위치로 이동시킨 상태에서, 흘수선 측정 카메라(22)를 구동시켜 흘수선을 촬영한다. 촬영된 흘수선 영상은 흘수선 측정 카메라(22)의 녹화 기능을 통해 녹화가 이루어지며, 필요에 따라 흘수선 측정 제어부(28)를 통해 녹화부(30)에 녹화된다.
아울러 흘수선 측정 카메라(22)에서 측정된 흘수선 영상 또는 녹화부(30)에 녹화된 흘수선 영상은 흘수선 측정 제어부(28)의 제어에 따라, 무선 송신부(31)를 통해 무선 신호로 원격에 위치한 디스플레이장치(40)로 전송된다.
따라서 계측자는 원격에서 디스플레이장치(40)를 통해 실제 흘수선을 직접 측정하는 것과 동일하게 흘수선 측정 정보를 확인할 수 있게 된다.
아울러 상기 흘수선 측정 제어부(28)는 사용자의 조작 명령에 따라 설치대(33)를 흘수선(2) 위치로 이동시킨 상태에서, 게이지 손잡이 구동부(24)를 제어하여 게이지 손잡이(23)를 당긴다. 상기 게이지 손잡이(23)가 당겨지면 흘수선 계측용 게이지 장치(32)에 연결된 게이지 튜브(27)에 해수가 유입된다. 이때, 튜브 측정 카메라(25)를 통해 상기 게이지 튜브(27)의 눈금이 촬영된다. 촬영된 튜브 눈금 영상은 튜브 측정 카메라(25)에 녹화되거나 흘수선 측정 제어부(28)를 통해 녹화부(30)에 녹화된다. 아울러 녹화된 튜브 눈금 영상은 무선 송신부(31)를 통해 무선 신호로 원격에 위치한 디스플레이장치(40)로 전송된다.
따라서 계측자는 원격에서 디스플레이장치(40)를 통해 실제 계측용 게이지 장치를 이용하여 튜브 눈금을 직접 측정하는 것과 동일하게 계측용 게이지의 튜브 눈금을 확인할 수 있게 된다.
계측자는 상기 게이지 튜브(27) 내 해수의 상하 움직임이 평균 높이에 위치할 때, 당겨진 게이지 손잡이(23)를 풀도록 명령한다. 이러한 명령에 따라 흘수선 측정 제어부(28)는 게이지 손잡이 구동부(24)를 제어하여, 당겨진 게이지 손잡이(23)를 풀도록 한다.
게이지 손잡이(23)를 풀게 되면, 게이지 튜브(27) 내로 들어간 해수는 튜브 내 특정 위치에 머물러 있는 상태가 되며, 이때 흘수선 측정 제어부(28)는 수심 센서(26)가 "0" 값이 되도록 세팅을 하며, 무인 비행체(10)를 상방향으로 움직이면서 수임을 측정한다.
여기서 수심 센서(26)는 컨트롤러와 압력 전송기가 장착되어 있으며, 측정한 수심 정보는 수심 측정 및 해수면(3)과의 거리 유지 기능에 활용한다.
이와 같이 본 발명은 무인 비행체를 이용하여 흘수선 측정과 측정 게이지 튜브의 눈금을 측정하고, 이를 실시간으로 원격에 위치한 디스플레이 장치로 전송함으로써, 원격에서 안전하게 실시간으로 흘수선을 계측 및 녹화할 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 선박의 흘수선을 무인으로 측정하는 기술에 적용된다.
1: 선체
2: 흘수선(Reference point)
3: 해수면
10: 무인 비행체
21: 전방 센서
22: 흘수선 측정 카메라
23: 게이지 손잡이
24: 게이지 손잡이 구동부
25: 튜브 측정 카메라
26: 수심 센서
27: 게이지 튜브
28: 흘수선 측정 제어부
29: 자율 비행부
30: 녹화부
31: 무선 송신부
32: 흘수선 계측용 게이지 장치
33: 설치대

Claims (10)

  1. 선박의 흘수선을 계측 및 계측을 제어하는 장치로서,
    자율 비행을 통해 위치 이동이 자유로운 무인 비행체;
    상기 무인 비행체의 하부에 장착되어 흘수선을 측정하는 흘수선 측정 카메라;
    상기 무인 비행체의 하부에 장착된 흘수선 계측용 게이지 장치를 조절하는 게이지 손잡이 구동부;
    상기 게이지 손잡이 구동부에 의해 동작하는 게이지 손잡이의 조작에 따라 해수를 유입하는 게이지 튜브;
    상기 게이지 튜브의 눈금을 촬영하는 튜브 측정 카메라;
    상기 무인 비행체의 자세 유지를 위한 수심을 측정하는 수심 센서;
    선체와의 흘수선(Reference Point) 거리 유지를 위해 선체를 감지하는 전방센서; 및
    상기 전방센서로 감지한 선체와의 거리 정보로 선체와의 거리를 제어하며, 흘수선 측정과 게이지 튜브 측정을 제어하며, 상기 수심센서와 연동을 통해 무인 비행체의 자세 유지를 제어하는 흘수선 측정 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 흘수선 계측 및 제어장치.
  2. 청구항 1에서, 상기 무인 비행체는 자율 비행이 가능한 드론을 이용하는 것을 특징으로 하는 선박의 흘수선 계측 및 제어장치.
  3. 청구항 1에서, 상기 전방센서는 초음파 센서, 거리 센서 중 적어도 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 선박의 흘수선 계측 및 제어장치.
  4. 청구항 1에서, 상기 수심센서는 압력센서에 의하여 검출 및 변환된 전기신호를 증폭 및 신호처리하여 수심 측정 정보를 출력하는 압력 전송기(pressure transmitter), 상기 압력 전송기의 동작을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 흘수선 계측 및 제어장치.
  5. 청구항 1에서, 상기 흘수선 측정 카메라는 촬영한 흘수선 영상을 녹화하는 것을 특징으로 하는 선박의 흘수선 계측 및 제어장치.
  6. 청구항 1에서, 상기 튜브 측정 카메라는 촬영한 튜브 눈금 영상을 녹화하는 것을 특징으로 하는 선박의 흘수선 계측 및 제어장치.
  7. 청구항 1에서, 상기 흘수선 측정 제어부와 연동하며, 무인 비행체의 비행 및 자세 유지를 제어하는 자율 비행부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 흘수선 계측 및 제어장치.
  8. 청구항 1에서, 상기 흘수선 측정 카메라 및 튜브 측정 카메라에서 각각 측정한 흘수선 영상 및 튜브 눈금 영상을 녹화하는 녹화부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 흘수선 계측 및 제어장치.
  9. 청구항 1에서, 상기 흘수선 측정 제어부와 연계하여, 상기 흘수선 측정 카메라 또는 튜브 측정 카메라 또는 녹화부에 녹화된 흘수선 영상 및 튜브 눈금 영상을 무선 신호로 만들어 원격에 전송하는 무선 송신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 흘수선 계측 및 제어장치.
  10. 청구항 1에서, 상기 무인 비행체에서 실시간으로 무선 전송된 흘수선 측정 정보를 원격에서 수신하여 화면에 디스플레이해주는 디스플레이장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 흘수선 계측 및 제어장치.







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