KR20190044861A - Gps의 자세 유지 기능을 갖는 수심측량을 위한 무인 로봇선 - Google Patents

Gps의 자세 유지 기능을 갖는 수심측량을 위한 무인 로봇선 Download PDF

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Abstract

GPS의 자세 유지 기능을 갖는 수심측량을 위한 무인 로봇선이 개시된다. GPS의 자세 유지 기능을 갖는 수심측량을 위한 무인 로봇선은 무인 로봇선에 부착된 짐발(GIMBAL), 짐발의 상측에 안착된 위성항법장치(GPS :Global Positioning System) 센서, 무인 로봇선에 부착되어, 무인 로봇선의 하부로 빔을 조사하는 멀티빔 에코사운더, GPS 센서로부터 위치 데이터를 수신하고, 멀티빔 에코사운더로부터 측량 데이터를 수신하며, 위치 데이터 및 측량 데이터를 시각 동기화하여 계측 데이터를 생성하는 데이터 처리 장치. 및 계측 데이터를 전송하는 통신장치를 포함할 수 있다.

Description

GPS의 자세 유지 기능을 갖는 수심측량을 위한 무인 로봇선{unmanned robot ship for measuring the depth of water with position maintenance function of GPS}
본 발명은 GPS의 자세 유지 기능을 갖는 수심측량을 위한 무인 로봇선에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 내수면 및 내수면 주변의 지형 정보, 수질정보 및 조류발생상황을 동시에 획득할 수 있는 GPS의 자세 유지 기능을 갖는 수심측량을 위한 무인 로봇선에 관한 것이다.
수심측량 방법은 사람이 선박을 조타하는 방식에서 무인 로봇선을 이용한 방식으로 진보되었다. 최근 무인 로봇선은 저수지, 댐, 해양의 수심 및 해저 지형정보를 취득하여 원격으로 전송할 수 있다. 이를 위해, 무인 로봇선에 GPS(Global Positioning System) 및 음향측심기(Echosounder) 등의 센서가 장착되고, 센싱한 데이터를 전송할 수 있도록 무선 통신 장치가 추가되고, 연안 및 홍수시에도 운영될 수 있도록 방수설비가 구비된다.
무인 로봇선은 사람이 접근이 어려운 지역, 오염지역 및 수심 1.5m 이하의 얕은 지역 등에 접근하여 측량할 수 있어 지역이나 환경 조건에 제약을 받지 않고, 장비 설치 및 매개변수 설정 등 준비작업이 필요 없으며, 소수의 인원으로 필요한 수심정보를 취득할 수 있는 장점이 있다.
하지만, 무인 로봇선 자동운항시 원격으로 정상운항여부를 정확히 판단하기 어렵고, 특히, 홍수시에는 각종 장애물에 의하여 로봇선 운항에 한계가 있는 문제점이 있다. 대한민국등록특허공보 10-0805358(2008년 2월 20일)은 수심측량조사장치가 탑재된 무선인터넷과 디지피에스를 이용한 원격 측정 로봇선을 개시하고 있다. 대한민국등록특허공보 10-1151330(2012년 6월 8일)은 파력을 이용한 로봇선박을 개시하고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 해일, 홍수, 강풍 및 파도에도 수심을 정확하게 측량할 수 있는 GPS의 자세 유지 기능을 갖는 수심측량을 위한 무인 로봇선을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 해일, 홍수, 강풍 및 파도에도 검측점의 위치 정보 및 검측점에서 측량 데이터를 정확하게 획득할 수 있는 GPS의 자세 유지 기능을 갖는 수심측량을 위한 무인 로봇선을 제공하는데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 GPS의 자세 유지 기능을 갖는 수심측량을 위한 무인 로봇선은, 무인 로봇선에 있어서, 상기 무인 로봇선에 부착된 짐발(GIMBAL), 상기 짐발의 상측에 안착된 위성항법장치(GPS :Global Positioning System) 센서, 상기 무인 로봇선에 부착되어, 상기 무인 로봇선의 하부로 빔을 조사하는 멀티빔 에코사운더, 상기 GPS 센서로부터 위치 데이터를 수신하고, 상기 멀티빔 에코사운더로부터 측량 데이터를 수신하며, 상기 위치 데이터 및 상기 측량 데이터를 시각 동기화하여 계측 데이터를 생성하는 데이터 처리 장치, 및 상기 계측 데이터를 전송하는 통신장치를 포함할 수 있다.
상기 짐발은, 상기 무인 로봇선의 움직임에 대하여 상기 GPS 센서의 자세가 유지되도록 GPS 센서에 롤축(roll axis), 피치축(pitch axis) 또는 요축(yaw axis)의 움직임을 줄 수 있다. 상기 데이터 처리 장치는, 상기 짐발로부터 짐발 움직임 정보를 수신하고, 상기 수신된 짐발 움직임 정보를 기초로 상기 위치데이터에서 검측점의 좌표를 해당하는 위치데이터를 검출하고, 상기 검출된 위치데이터의 센싱 시점을 기초로 상기 위치 데이터 및 상기 측량 데이터를 시각 동기화시킬 수 있다. 상기 계측 데이터는, 상기 검측점의 위치 데이터, 상기 검측점에서 측량된 측량 데이터, 및 상기 검측점의 위치 데이터 및 상기 검측점에서 측량된 측량 데이터를 동기화하는 동기화 정보를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 GPS의 자세 유지 기능을 갖는 수심측량을 위한 무인 로봇선에 의하면, GPS의 자세 유지 기능이 있어, 해일, 홍수, 강풍 및 파도에도 GPS의 자세가 유지되어 수심을 정확하게 측량할 수 있고, GPS의 자세가 유지된 시점에서 검측점을 위치 데이터를 검출하고 측량 데이터를 측량하여 시각 동기화시킴으로써, 해일, 홍수, 강풍 및 파도에도 검측점의 위치를 정확하게 파악할 수 있고, 해당 검측점에서 측량 데이터를 정확하게 획득할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 GPS의 자세 유지 기능을 갖는 수심측량을 위한 무인 로봇선의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 GPS의 자세 유지 기능을 갖는 수심측량을 위한 무인 로봇선의 수직 단면을 간략하게 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 데이터 처리 장치에 대한 바람직한 일실시예의 구성을 도시한 블록도이다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 GPS의 자세 유지 기능을 갖는 수심측량을 위한 무인 로봇선에 대해 상세하게 설명한다. 이때 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 이는 당해 기술분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 함을 밝혀두고자 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 GPS의 자세 유지 기능을 갖는 수심측량을 위한 무인 로봇선의 구성을 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 GPS의 자세 유지 기능을 갖는 수심측량을 위한 무인 로봇선의 수직 단면을 간략하게 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 GPS의 자세 유지 기능을 갖는 수심측량을 위한 무인 로봇선(10)은 데이터 처리 장치(20), 통신장치(30), 짐발(GIMBAL)(100), 위성항법장치(GPS : Global Positioning System) 센서(200), 멀티빔 에코사운더(300), 음향도플러유속계(ADCP : Acoustic Doppler Current Profiler)(400) 및 수질측정센서(500)를 포함할 수 있다. 짐발(100), GPS 센서(200), 멀티빔 에코사운더(300), ADCP(400) 및 수질측정센서(500)는 무인 로봇선(10)에 부착 또는 탑재될 수 있다.
짐발(100)은 무인 로봇선(10)의 갑판 상부에 부착될 수 있다. 짐발(100)은 상기 무인 로봇선의 움직임에 대하여 GPS 센서(200)의 자세가 유지되도록 GPS 센서(200)에 롤축(roll axis), 피치축(pitch axis) 또는 요축(yaw axis) 중 적어도 하나축의 움직임을 줄 수 있다. 파도 또는 바람 등으로 무인 로봇선(10)이 기울어지는 경우에, 짐발(100)은 롤축(roll axis), 피치축(pitch axis) 또는 요축(yaw axis) 중 적어도 하나의 축으로 움직여 GPS 센서(200)의 자세를 원상태 또는 해수면에 대하여 수직으로 유지시킬 수 있다.
짐발(100)은 데이터 처리 장치(20)로 짐발 움직임 정보를 출력할 수 있다. 짐발 움직임 정보는 GPS 센서(200)의 자세가 유지됨을 지시하는 정보 및 GPS 센서(200)의 자세가 유지되는 시점 정보를 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 짐발 움직임 정보는 GPS 센서(200)의 자세를 유지시키기 위해 회전 방향 및 회전량을 지시하는 정보를 포함할 수 있다. 데이터 처리 장치(20)는 회전 방향 및 회전량을 지시하는 정보를 기초로 PS 센서(200)의 자세가 유지는 시점을 예측할 수 있다.
GPS 센서(200)는 짐발(100)의 상측에 안착되며, 실시간으로 데이터 처리 장치(20)로 위치 데이터를 출력할 수 있다. 데이터 처리 장치(20)는 위치 데이터를 기초로 검측점의 좌표를 검출하여 기록할 수 있다.
멀티빔 에코사운더(300)는 무인 로봇선(10)의 하부로 빔을 조사하고, 조사된 빔으로 측량된 측량 데이터를 데이터 처리 장치(20)로 출력할 수 있다. 측량 데이터는 실시간으로 데이터 처리 장치(20)로 출력될 수 있다. 데이터 처리 장치(20)는 측량 데이터를 기초로 3차원 지형정보 및 3차원 공간정보를 획득할 수 있다. 여기서 3차원 지형정보는 하상지형정보를 포함할 수 있다. 데이터 처리 장치(20)는 측량 데이터를 분석 및 활용하여 하상지형정보를 생성할 수 있다.
ADCP(400)는 내수면의 유향과 유속을 센싱하여 조류 데이터를 생성하고, 생성한 유량 데이터를 데이터 처리 장치(20)로 출력할 수 있다. 조류 데이터는 실시간으로 데이터 처리 장치(20)로 출력될 수 있다. 데이터 처리 장치(20)는 조류 데이터를 이용하여 내수면의 유량 정보를 검출하고 조류발생상황을 예측할 수 있다.
수질측정센서(500)는 내수면의 수질을 센싱하여 수질 데이터를 생성하고, 생성한 수질 데이터를 데이터 처리 장치(20)로 출력할 수 있다. 수질 데이터는 실시간으로 데이터 처리 장치(20)로 출력될 수 있다. 데이터 처리 장치(20)는 수질 데이터를 이용하여 내수면의 수질정보를 생성할 수 있다.
데이터 처리 장치(20)는 GPS 센서(200)로부터 위치 데이터를 수신하고, 멀티빔 에코사운더(300)로부터 측량 데이터를 수신하며, 위치 데이터 및 측량 데이터를 시각 동기화하여 계측 데이터를 생성할 수 있다. 여기서, 계측 데이터는 검측점의 위치 데이터, 검측점에서 측량된 측량 데이터, 검측점의 위치 데이터 및 상기 검측점에서 측량된 측량 데이터를 연관시키는 동기화 정보를 포함할 수 있다. 계측 데이터는 조류 데이터 및 수질 데이터를 더 포함할 수 있고, 동기화 정보는 위치 데이터, 측량 데이터, 조류 데이터 및 수질 데이터를 연관시키는 연관 정보를 더 포함할 수 있다. 즉 데이터 처리 장치(20)는 위치 데이터, 측량 데이터, 조류 데이터 및 수질 데이터를 시각 동기화하여 계측 데이터를 생성할 수 있다.
데이터 처리 장치(20)는 짐발(100)로부터 짐발 움직임 정보를 수신하고, 수신한 짐발 움직임 정보를 기초로 위치데이터에서 검측점의 좌표를 해당하는 위치데이터를 검출할 수 있고, 검출된 위치데이터의 센싱 시점을 기초로 위치 데이터 및 측량 데이터를 시각 동기화시킬 수 있다. 데이터 처리 장치(20)는 계측 데이터를 이용하여 3차원 지형정보 모델에서 검측점을 선택시에 검측점의 실제 측량한 위치정보를 검출할 수 있다. 이에 따라, 데이터 처리 장치(20)는 3차원 모델에서 선택된 검측점의 실제 측량한 위치정보와 비교 분석을 통해, 본 발명은 3차원 지형정보를 평면 10cm, 수준 20cm의 정확도로 유지되게 제작할 수 있도록 한다.
데이터 처리 장치(20)는 전자 장치일 수 있다. 전자 장치는 데스크톱, 랩톱, 태블릿, 미니 컴퓨터, 노트북, 핸드헬드 컴퓨터 등의 퍼스널 컴퓨터 시스템일 수 있고, 내비게이터 또는 IPTV 및 Smart TV 등의 디지털 TV일 수 있고, 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player) 및 빔프로젝터일 수 있다.
통신장치(30)는 계측 데이터를 무선으로 전송할 수 있다. 통신장치(30)는 직비(ZigBee) 장치 또는 무선(RF) 모뎀일 수 있다. 통신장치(30)는 데이터용량, 전송속도, 전송 거리, 통신방식(예를 들어, 직비 통신방식 또는 무선 랜(IEEE 802.11b)) 및 전원 상태를 기초로 계측 데이터를 전송할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 데이터 처리 장치에 대한 바람직한 일실시예의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 데이터 처리 장치(20)는 인터페이스부(102), 제어부(104)및 저장부(106)를 포함할 수 있다.
인터페이스부(102)는 제어부(104)의 제어에 따라 짐발(100)로부터 움직임 정보를 수신하고, GPS 센서(200)로부터 위치 데이터를 수신하며, 멀티빔 에코사운더(300)로부터 측량 데이터를 수신하고, ADCP(400)로부터 조류 데이터를 수신하며, 수질측정센서(500)로부터 수질 데이터를 수신할 수 있다. 인터페이스부(102)는 제어부(104)의 제어부(104에 따라 위치 데이터, 측량 데이터, 조류 데이터, 수질 데이터 및 계측 데이터를 통신장치(30)로 전송할 수 있다.
저장부(106)는 움직임 정보, 위치 데이터, 측량 데이터, 조류 데이터, 수질 데이터 및 계측 데이터를 저장할 수 있다. 저장부(106)는 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 하드 디스크 드라이브 등으로 구현될 수 있다. 프로그램 코드 및 데이터는 분리형 저장 매체에 존재할 수 있고, 필요할 때, 데이터 처리 장치(20) 상으로 로드 또는 설치될 수 있다. 여기서 분리형 저장 매체는 CD-ROM, PC-CARD, 메모리 카드, 플로피 디스크, 자기 테이프, 및 네트워크 컴포넌트를 포함할 수 있다.
제어부(104)는 명령을 실행하고 데이터 처리 장치(20)와 연관된 동작을 수행한다. 예를 들면, 저장부(106)로부터 검색된 명령어를 사용하여, 제어부(104)는 데이터 처리 장치(20)의 컴포넌트들 간의 입력 및 출력, 데이터의 수신 및 처리를 제어할 수 있다.
제어부(104)는 운영 체제와 함께 프로그램 코드를 실행하고 데이터를 생성 및 사용하는 동작을 한다. 운영 체제는 일반적으로 공지되어 있으며 이에 대해 보다 상세히 기술하지 않는다. 예로서, 운영 체제는 Window 계열 OS, Unix, LINUX, Palm OS, DOS, 안드로이드(Android), iOS 및 매킨토시 등일 수 있다. 운영 체제, 다른 컴퓨터 코드 및 데이터는 제어부(104)와 연결되어 동작하는 저장부(106) 또는 저장장치 내에 존재할 수 있다. 상기 프로그램 코드는 소스 코드 생성 모듈 및 실행 코드 생성 모듈일 수 있다.
제어부(104)는 측량 데이터를 기초로 3차원 지형정보 및 3차원 공간정보를 획득할 수 있다. 여기서 3차원 지형정보는 하상지형정보를 포함할 수 있다. 제어부(104)는 측량 데이터를 분석 및 활용하여 하상지형정보를 생성할 수 있다. 제어부(104)는 조류 데이터를 이용하여 내수면의 유량 정보를 검출하고 조류발생상황을 예측할 수 있다. 제어부(104)는 수질 데이터를 이용하여 내수면의 수질정보를 생성할 수 있다.
제어부(104)는 GPS 센서(200)로부터 위치 데이터를 수신하고, 멀티빔 에코사운더(300)로부터 측량 데이터를 수신하며, 위치 데이터 및 측량 데이터를 시각 동기화하여 계측 데이터를 생성할 수 있다. 제어부(104)는 위치 데이터, 측량 데이터, 조류 데이터 및 수질 데이터를 시각 동기화하여 계측 데이터를 생성할 수 있다. 여기서, 제어부(104)는 위치 데이터, 측량 데이터, 조류 데이터 및 수질 데이터에 포함된 시간 정보를 이용하여 시각 동기화 할 수 있고, 위치 데이터, 측량 데이터, 조류 데이터 및 수질 데이터의 수신 시점을 시간을 이용하여 시각 동기화 할 수 있다.
제어부(104)는 짐발(100)로부터 짐발 움직임 정보를 수신하고, 수신한 짐발 움직임 정보를 기초로 위치데이터에서 검측점의 좌표를 해당하는 위치데이터를 검출할 수 있고, 검출된 위치데이터의 센싱 시점을 기초로 위치 데이터 및 측량 데이터를 시각 동기화시킬 수 있다. 여기서, 제어부(104)는 위치 데이터, 측량 데이터, 조류 데이터 및 수질 데이터에 포함된 시간 정보 및 움직임 정보를 이용하여 시각 동기화할 수 있고, 위치 데이터, 측량 데이터, 조류 데이터 및 수질 데이터의 수신 시점을 시간 및 움직임 정보를 이용하여 시각 동기화 할 수 있다. 즉 제어부(104)는 GPS의 자세가 유지된 시점에 센싱된 위치데이터를 검측점의 좌표를 지시하는 것으로 정하고, GPS의 자세가 유지된 시점에 센싱된 측량 데이터, 조류 데이터 및 수질 데이터를 정해진 검측점의 위치데이터와 시각 동기화하여 계측 데이터를 산출할 수 있다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
GPS의 자세 유지 기능을 갖는 수심측량을 위한 무인 로봇선 10
데이터 처리 장치 20
통신장치 30
짐발(GIMBAL) 100
위성항법장치(GPS : Global Positioning System) 센서 200
멀티빔 에코사운더 300
음향도플러유속계(ADCP : Acoustic Doppler Current Profiler) 400
수질측정센서 500

Claims (4)

  1. 무인 로봇선에 있어서,
    상기 무인 로봇선에 부착된 짐발(GIMBAL);
    상기 짐발의 상측에 안착된 위성항법장치(GPS :Global Positioning System) 센서;
    상기 무인 로봇선에 부착되어, 상기 무인 로봇선의 하부로 빔을 조사하는 멀티빔 에코사운더;
    상기 GPS 센서로부터 위치 데이터를 수신하고, 상기 멀티빔 에코사운더로부터 측량 데이터를 수신하며, 상기 위치 데이터 및 상기 측량 데이터를 시각 동기화하여 계측 데이터를 생성하는 데이터 처리 장치; 및
    상기 계측 데이터를 전송하는 통신장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS의 자세 유지 기능을 갖는 수심측량을 위한 무인 로봇선.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 짐발은,
    상기 무인 로봇선의 움직임에 대하여 상기 GPS 센서의 자세가 유지되도록 GPS 센서에 롤축(roll axis), 피치축(pitch axis) 또는 요축(yaw axis)의 움직임을 주는 것을 특징으로 하는 GPS의 자세 유지 기능을 갖는 수심측량을 위한 무인 로봇선.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 데이터 처리 장치는,
    상기 짐발로부터 짐발 움직임 정보를 수신하고, 상기 수신된 짐발 움직임 정보를 기초로 상기 위치데이터에서 검측점의 좌표를 해당하는 위치데이터를 검출하고, 상기 검출된 위치데이터의 센싱 시점을 기초로 상기 위치 데이터 및 상기 측량 데이터를 시각 동기화시키는 것을 특징으로 하는 GPS의 자세 유지 기능을 갖는 수심측량을 위한 무인 로봇선.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 계측 데이터는,
    상기 검측점의 위치 데이터, 상기 검측점에서 측량된 측량 데이터, 및 상기 검측점의 위치 데이터 및 상기 검측점에서 측량된 측량 데이터를 동기화하는 동기화 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS의 자세 유지 기능을 갖는 수심측량을 위한 무인 로봇선.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20230074865A (ko) * 2021-11-22 2023-05-31 주식회사 요타오션 천해 및 접근 위험지역 측량 및 해양조사를 위한 저흘수 2축 센서마운트 장착 무인선박

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KR20230074865A (ko) * 2021-11-22 2023-05-31 주식회사 요타오션 천해 및 접근 위험지역 측량 및 해양조사를 위한 저흘수 2축 센서마운트 장착 무인선박

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