KR20190071201A - 해양물리환경을 고려한 무인 자율 주행 선박의 웨이 포인트 설정 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

해양물리환경을 고려한 무인 자율 주행 선박의 웨이 포인트 설정 장치는 해양의 제1 면적에 대응하는 광역 해양기상 데이터를 전송받는 데이터 리시버; 상기 제1 면적보다 작은 해양의 제2 면적에 대응하는 국지 해양기상 데이터를 생성하는 해양기상 관측 센서 유닛; 상기 광역 해양기상 데이터 및 상기 국지 해양기상 데이터를 비교 및 분석하여 분석 데이터를 생성하는 해양기상 비교 분석 유닛; 출발지 및 목적지 입력에 의해 초기 웨이 포인트를 산출하는 웨이 포인트 생성 유닛; 상기 분석 데이터를 이용하여 상기 초기 웨이 포인트를 보정하여 최적 웨이 포인트를 산출하는 웨이 포인트 보정 유닛; 무인 자율 운항을 위한 무인 자율 운항 선박; 및 상기 해양기상 관측 센서 유닛, 상기 해양기상 비교 분석 유닛, 상기 웨이 포인트 생성 유닛, 상기 웨이 포인트 보정 유닛 및 상기 무인 자율 운항 선박을 제어하는 제어 유닛을 포함한다.

Description

해양물리환경을 고려한 무인 자율 주행 선박의 웨이 포인트 설정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONFIGURING WAY-POINT OF AUTONOMOUS UNMANNED VEHICLE CONSIDERING MARINE PHYSICAL ENVIRONMENT CONDITION}

본 발명은 해양물리환경을 고려한 무인 자율 주행 선박의 웨이 포인트 설정 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근 들어, 육상에서는 무인으로 도로를 따라 주행하는 무인 자율 주행 차량에 대한 기술 개발이 활발하게 진행되고 있다.

육상에서 도로를 따라 주행 되는 무인 자율 주행 차량은 도로의 형태, 장애물, 주변 자동차 및 추돌 위험 등 수많은 변수를 처리하면서 도로를 따라 자율 주행을 진행한다.

최근에는 육상이 아닌 드넓은 해양에서 선박을 무인 자율 운항하는 기술이 개발되고 있다.

하나의 예로서, 미국 등록 특허 제7,789,723호, Unmanned ocean vehicle, 2010년 9월 7일 등록에는 무인 선박을 이용하여 물건을 선적 및 운반할 수 있는 기술이 개시되어 있다.

그러나 육상이 아닌 해양은 무인 선박은 육상에 비하여 장애물이 적어 추돌 또는 충돌의 위험은 적었지만 육상 자율 주행과 다른 문제점들을 갖는다.

대표적인 문제점으로서는 무인 자율 운항 선박은 육상과 다르게 해양기상에 큰 영향을 받는 것으로서, 특히 무인 자율 운항 선박의 운항은 파도, 조류의 방향, 조류의 속도, 풍속 및 바람의 방향 등과 같은 해양기상에 큰 영향을 받는다.

이는 무인 자율 운항 선박은 육상의 무인 자율 주행 차량 다르게 정형화된 도로를 주행하지 않기 때문이며, 특히 파도, 조류의 방향, 조류의 속도, 풍속 및 바람의 방향 등과 같은 해양기상 환경에 의해 무인 자율 운항 선박의 위치가 수시로 가변 되기 때문이다.

이로 인해 무인 자율 운항 선박에서 현재 위치를 기준으로 웨이 포인트를 선정하고 무인 자율 운항을 수행할 경우, 해양기상 환경에 의하여 무인 자율 운항 선박이 지정된 웨이 포인트로부터 크게 벗어난 지점을 통과하게 되어 에너지 소모가 크고 목적지까지 도달 시간이 많이 증가 되며, 지정된 목적지에 도달하지 못하는 등 다양한 문제점이 발생 된다.

미국 등록 특허 제7,789,723호, Unmanned ocean vehicle, (2010년 9월 7일 등록)

본 발명은 무인 자율 주행 선박으로부터 멀리 떨어진 곳의 광역 해양기상 환경 및 무인 자율 주행 선박 주변의 국지 해양기상 환경을 모두 고려하여 종합적인 해양기상 분석 데이터를 생성하고, 출발지 및 목적지의 입력에 의하여 생성된 초기 웨이 포인트에 종합적으로 고려된 해양기상 분석 데이터를 고려 및 적용하여 최적의 웨이 포인트를 산출하여 무인 자율 운항 선박이 지정된 웨이 포인트를 벗어나지 않고 통과할 수 있도록 하여 에너지 소모량을 최소화하고 목적지에 도달하는 시간을 크게 단축 시키며, 지정된 목적지에 도달할 수 있도록 한 해양물리환경을 고려한 무인 자율 주행 선박의 웨이 포인트 설정 장치 및 방법을 제공한다.

일실시예로서, 해양물리환경을 고려한 무인 자율 주행 선박의 웨이 포인트 설정 장치는 해양의 제1 면적에 대응하는 광역 해양기상 데이터를 전송받는 데이터 리시버; 상기 제1 면적보다 작은 해양의 제2 면적에 대응하는 국지 해양기상 데이터를 생성하는 해양기상 관측 센서 유닛; 상기 광역 해양기상 데이터 및 상기 국지 해양기상 데이터를 비교 및 분석하여 분석 데이터를 생성하는 해양기상 비교 분석 유닛; 출발지 및 목적지 입력에 의해 초기 웨이 포인트를 산출하는 웨이 포인트 생성 유닛; 상기 분석 데이터를 이용하여 상기 초기 웨이 포인트를 보정하여 최적 웨이 포인트를 산출하는 웨이 포인트 보정 유닛; 무인 자율 운항을 위한 무인 자율 운항 선박; 및 상기 해양기상 관측 센서 유닛, 상기 해양기상 비교 분석 유닛, 상기 웨이 포인트 생성 유닛, 상기 웨이 포인트 보정 유닛 및 상기 무인 자율 운항 선박을 제어하는 제어 유닛을 포함한다.

해양물리환경을 고려한 무인 자율 주행 선박의 웨이 포인트 설정 장치의 상기 광역 해양기상 데이터는 파고 데이터, 파주기 데이터, 조류 방향 데이터, 조류 속도 데이터, 풍향 데이터, 풍속 데이터, 기압 데이터, 기온 데이터, 습도 데이터 및 수온 데이터를 포함하고, 상기 국지 해양기상 데이터는 파고 데이터, 파주기 데이터, 조류 방향 데이터, 조류 속도 데이터, 풍향 데이터, 풍속 데이터, 기압 데이터, 기온 데이터, 습도 데이터 및 수온 데이터를 포함한다.

해양물리환경을 고려한 무인 자율 주행 선박의 웨이 포인트 설정 장치의 상기 웨이 포인트 생성 유닛은 상기 무인 자율 운항 선박의 현재 위치를 식별하기 위한 위치 식별 유닛, 해양 지형 데이터가 저장된 해양 지형 데이터 베이스 및 위치 식별 유닛 및 해양 지형 데이터 베이스를 이용해 상기 초기 웨이 포인트를 생성하는 웨이 포인트 산출 유닛을 포함한다.

해양물리환경을 고려한 무인 자율 주행 선박의 웨이 포인트 설정 장치는 상기 출발지 및 상기 목적지를 입력하기 위한 입력 유닛 및 상기 최종 웨이 포인트를 표시하는 표시유닛을 더 포함한다.

해양물리환경을 고려한 무인 자율 주행 선박의 웨이 포인트 설정 장치의 무인 자율 운항 선박은 추진력을 발생시키는 추진 유닛, 상기 추진력을 발생시키기 위해 천연 에너지를 회수하여 전력을 생성하는 에너지 회수 유닛 및 상기 최적 웨이 포인트를 따라 상기 무인 자율 운항 선박의 방향을 제어하는 조타 유닛을 포함한다.

해양물리환경을 고려한 무인 자율 주행 선박의 웨이 포인트 설정 장치의 웨이 포인트 보정 유닛은 상기 무인 자율 운항 선박과 인접한 위치에 형성되는 제1 웨이 포인트를 상기 국지 해양기상 데이터를 이용하여 산출하고, 상기 제1 웨이 포인트 다음에 형성되는 제2 웨이 포인트들은 상기 광역 해양기상 데이터를 이용하여 산출한다.

일실시예로서, 해양물리환경을 고려한 무인 자율 주행 선박의 웨이 포인트 설정 방법은 무인 자율 운항 선박의 웨이 포인트를 설정하는 방법에 있어서, 상기 무인 자율 운항 선박의 주변으로부터 먼 해상의 광역 해양기상 데이터를 받는 단계; 상기 무인 자율 운항 선박 주변 해상의 국지 해양기상 데이터를 받는 단계; 상기 광역 해양기상 데이터 및 상기 국지 해양기상 데이터를 비교 및 분석하여 해양기상 분석 데이터를 생성하는 단계; 출발지 및 목적지 입력에 의해 초기 웨이 포인트를 선정하는 단계; 및 상기 해양기상 분석 데이터를 이용하여 상기 초기 웨이 포인트를 보정하여 최적 웨이 포인트를 산출하는 단계를 포함한다.

상기 무인 자율 운항 선박과 가장 인접한 위치에 형성된 제1 웨이 포인트는 상기 국지 해양기상 데이터를 이용하여 산출되고, 상기 제1 웨이 포인트 다음에 형성되는 제2 웨이 포인트들은 상기 광역 해양기상 데이터를 이용하여 산출된다.

본 발명에 따른 해양물리환경을 고려한 무인 자율 주행 선박의 웨이 포인트 설정 장치 및 방법은 무인 자율 주행 선박으로부터 멀리 떨어진 곳의 광역 해양기상 및 무인 자율 주행 선박 주변의 국지 해양기상을 모두 고려하여 종합적인 해양기상 분석 데이터를 생성하고, 출발지 및 목적지의 입력에 의하여 생성된 초기 웨이 포인트에 종합적으로 고려된 해양기상 분석 데이터를 고려 및 적용하여 최적의 웨이 포인트를 산출하여 무인 자율 운항 선박이 지정된 웨이 포인트를 벗어나지 않고 통과할 수 있도록 하여 에너지 소모량을 최소화하고 목적지에 도달하는 시간을 크게 단축시키며, 지정된 목적지에 도달할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 해양물리환경을 고려한 무인 자율 주행 선박의 웨이 포인트 설정 장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 광역 해양기상 서버로부터 전송받은 광역 해양기상 데이터를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 해양기상 관측 센서 유닛으로부터 측정된 국지 해양기상 데이터를 도시한 도면이다.
도 4는 웨이 포인트 생성 유닛에 의하여 생성된 초기 웨이 포인트를 도시한 평면도이다.
도 5는 웨이 포인트 보정 유닛의 보정 없이 초기 웨이 포인트를 이용하여 무인 자율 운항 선박이 운항하였을 때 이동 경로를 도시한 도면이다.
도 6은 웨이 포인트 보정 유닛이 해양기상 비교 분석 유닛에서 생성된 분석 데이터를 활용하여 초기 웨이 포인트를 보정 하여 최적 웨이 포인트를 생성 한 후 최적 웨이 포인트를 따라 무인 자율 운항 선박을 운항하였을 때 이동 경로를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 해양물리환경을 고려한 무인 자율 주행 선박의 웨이 포인트 설정 방법을 도시한 순서도이다.

이하 설명되는 본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다.

그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 구분하여 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 해양물리환경을 고려한 무인 자율 주행 선박의 웨이 포인트 설정 장치를 도시한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 해양물리환경을 고려한 무인 자율 주행 선박의 웨이 포인트 설정 장치(900)는 데이터 리시버(100), 해양기상 관측 센서 유닛(200), 해양기상 비교 분석 유닛(300), 웨이 포인트 생성 유닛(400), 웨이 포인트 보정 유닛(500), 무인 자율 운항 선박(600) 및 제어 유닛(700)을 포함한다.

이에 더하여 해양물리환경을 고려한 무인 자율 주행 선박의 웨이 포인트 설정 장치(900)는 입력 유닛(910) 및 표시 유닛(930)을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 무인 자율 운항 선박(600)은 추진력을 발생시키기 위한 추진 유닛(610), 추진 유닛(610)이 작동될 수 있도록 태양 에너지, 파력 에너지, 조력 에너지 및 풍력 에너지와 같은 천연 에너지를 회수하여 전력을 생성하는 에너지 회수 유닛(620) 및 최적 웨이 포인트를 따라 자율 운항 선박(600)의 진행 방향을 제어하는 조타 유닛(630)을 포함할 수 있다.

비록 본 발명의 일실시예에서는 자율 운항 선박(600)이 추진 유닛(610), 에너지 회수 유닛(620) 및 조타 유닛(630)을 포함하는 것이 도시 및 설명되고 있지만, 무인 자율 운항을 위해 다양한 자율 운항 관련 구성들이 부가적으로 포함될 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 광역 해양기상 서버로부터 전송받은 광역 해양기상 데이터를 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 데이터 리시버(100)는 외부 장치 또는 외부 서버로부터 데이터를 수신할 수 있는 장치로 정의될 수 있다. 데이터 리시버(100)는 데이터를 수신, 데이터를 송신 또는 데이터를 송수신할 수 있는 통신 장비를 포함할 수 있다.

데이터 리시버(100)는 육상에 배치된 광역 해양기상 서버(10)로부터 해상의 제1 면적(A ㎞×B ㎞)과 대응하는 광역 해양기상 데이터(15)를 전송받는다. 데이터 리시버(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 격자 형태로 전체 면적에 대하여 광역 해양기상 데이터(15)를 전송받는다.

본 발명의 일실시예에서, 데이터 리시버(100)에 의하여 수신된 광역 해양기상 데이터(15)는, 예를 들어, 수 ㎢ ~ 수백 ㎢의 면적의 해양기상 정보를 포함한다.

데이터 리시버(100)에 의하여 수신된 광역 해양기상 데이터(15)는, 예를 들어, 해상의 파고 데이터, 파주기 데이터, 조류 방향 데이터, 조류 속도 데이터, 풍향 데이터, 풍속 데이터, 기압 데이터, 기온 데이터, 습도 데이터 및 수온 데이터 등을 포함할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서, 광역 해양기상 데이터(15)는 이 이외에도 다양한 해양기상 데이터를 포함할 수 있다.

광역 해양기상 데이터(15)는 수년간 실측 및 누적된 해양기상 데이터를 통계적 기법으로 가공하여 생성될 수 있으며, 광역 해양기상 데이터(15)는 해상의 수 ㎢ ~ 수백 ㎢에 달하는 광대한 면적에서의 평균적인 해양기상 경향을 비교적 정확하게 제공하는 장점을 갖는다.

그러나 광역 해양기상 서버(10)로부터 제공되어 데이터 리시버(100)에 수신된 광역 해양기상 데이터(15)는 광역적으로는 비교적 정확하지만 국지적으로는 다소 부정확할 수 있으며, 특히 광역 해양기상 데이터(15)의 면적이 증가 될수록 국지적 해양기상 정확도는 감소 될 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 해양기상 관측 센서 유닛으로부터 측정된 국지 해양기상 데이터를 도시한 도면이다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 해양기상 관측 센서 유닛(200)은 무인 자율 운항 선박(600)에 탑재되어 무인 자율 운항 선박(600) 주변의 국지 해양기상 데이터(210)를 직접 획득한다.

본 발명의 일실시예에서, 해양기상 관측 센서 유닛(200)은 해상의 제1 면적보다 작은 해상의 제2 면적에 대한 해양기상 정보를 측정하여 국지 해양기상 데이터(210)를 생성한다. 예를 들면, 국지 해양기상 데이터(210)는 해상의 C m ×D m의 제2 면적에 대한 해양기상 정보를 포함한다.

본 발명의 일실시예에서, 해양기상 관측 센서 유닛(200)에 의하여 직접 획득할 수 있는 무인 자율 운항 선박(600)의 주변의 국지 해양기상 데이터로서는 파고 데이터, 파주기 데이터, 조류 방향 데이터, 조류 속도 데이터, 풍향 데이터, 풍속 데이터, 기압데이터, 기온 데이터, 습도 데이터 및 수온 데이터 등을 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 해양기상 관측 센서 유닛(200)은 이들 해양기상 데이터 이외에 다양한 국지 해양기상 데이터를 획득할 수 있다.

도 3에서 국지 해양기상 데이터(210)의 풍향 데이터(212)에 의하면 풍향은 북동풍이고, 조류 데이터(215)에 의하면 조류는 북서쪽으로 흐른다.

해양기상 관측 센서 유닛(200)에 의하여 획득된 국지 해양기상 데이터(210)는 직접 측정하여 발생 된 데이터이기 때문에 무인 자율 운항 선박(600)의 주변의 해양기상을 비교적 정확하게 측정할 수 있는 장점이 있는 반면, 무인 자율 운항 선박(600)의 주변으로부터 벗어난 해상의 광역 해양기상 정보는 부정확한 단점을 갖는다.

외부의 광역 해양기상 서버(10)로부터 제공된 도 2의 광역 해양기상 데이터(15) 및 해양기상 관측 센서 유닛(200)에서 획득된 도 3의 국지 해양기상 데이터(210)는 모두 장점과 단점을 갖는다.

도 1을 참조하면, 해양기상 비교 분석 유닛(300)은 광역 해양기상 데이터(15) 및 국지 해양기상 데이터(210)를 비교 분석하여 무인 자율 운항 선박(600)의 출발지 및 목적지 사이의 경로의 해양기상을 종합적으로 분석하여 분석 데이터를 생성 및 저장한다.

분석 데이터는 광역 해양기상 데이터(15) 및 국지 해양기상 데이터(210)를 종합적으로 분석하여 출발지 및 목적지 사이의 경로 상의 평균 파고 데이터, 평균 파주기 데이터, 평균 조류 방향 데이터, 평균 조류 속도 데이터, 평균 풍향 데이터, 평균 풍속 데이터, 평균 기압 데이터, 평균 기온 데이터, 평균 습도 데이터 및 평균 수온 데이터를 포함한다.

해양기상 비교 분석 유닛(300)은 분석 데이터를 산출할 때 무인 자율 운항 선박(600)과 가까운 곳에는 국지 해양기상 데이터에 가중치를 부여하고, 무인 자율 운항 선박(600)으로부터 멀어질수록 광역 해양기상 데이터에 가중치를 많이 부여하여 분석 데이터를 산출할 수 있다.

도 4는 웨이 포인트 생성 유닛에 의하여 생성된 초기 웨이 포인트를 도시한 평면도이다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 웨이 포인트 생성 유닛(400)은 오퍼레이터가 입력한 출발지(Ws, 1) 및 목적지(Wd, 3)에 따라 초기 웨이 포인트(W1,W2,W3,W4; 410)를 산출한다.

본 발명의 일실시예에서 초기 웨이 포인트(410)는 해양기상 비교 분석 유닛(300)에 의하여 분석된 분석 데이터가 반영되지 않은 웨이 포인트로서 정의된다.

웨이 포인트 생성 유닛(400)이 도 4에 도시된 초기 웨이 포인트(410)를 생성하기 위해서 도 1에 도시된 바와 같이 위치 식별 유닛(410), 지형 데이터 베이스(420) 및 웨이 포인트 산출 유닛(430)을 포함한다.

위치 식별 유닛(410)은 무인 자율 운항 선박(600)의 출발지, 목적지 또는 현재 위치를 확인할 수 있도록 하는 장비로서 위치 식별 유닛(410)은, 예를 들어, 지구 위치측정 시스템(Global Positioning System,GPS)를 포함할 수 있다.

위치 식별 유닛(410)은, GPS 이외에 출발지, 목적지 또는 현재 위치를 확인할 수 있는 다양한 장비가 사용되어도 무방하다.

지형 데이터 베이스(420)는 해양 지형 데이터, 해양 지도 데이터, 해저 지형 데이터 또는 해저 지도 데이터를 포함한다.

웨이 포인트 산출 유닛(430)은 위치 식별 유닛(410) 및 지형 데이터 베이스(420)를 이용하여 오퍼레이터에 의하여 입력된 출발지 및 목적지 사이에 도 4에 도시된 바와 같이 초기 웨이 포인트(410)를 생성한다.

비록 본 발명의 일실시예에서, 웨이 포인트 산출 유닛(430)이 초기 웨이 포인트(410)를 생성하는 것을 도시 및 설명하고 있지만, 웨이 포인트 산출 유닛(430)은 초기 웨이 포인트(410) 대신 무인 자율 운항 선박(600)의 이동 경로를 생성하여도 무방하다.

도 1을 다시 참조하면, 웨이 포인트 보정 유닛(500)은 해양기상 비교 분석 유닛(300)에 의하여 생성된 분석 데이터를 이용하여 웨이 포인트 산출 유닛(430)에 의하여 산출된 무인 자율 운항 선박(600)의 초기 웨이 포인트(410)를 보정 하여 최적화한다.

이하, 웨이 포인트 보정 유닛(500)에 의한 웨이 포인트 보정 유무에 따른 무인 자율 운항 선박의 이동 경로를 비교하여 설명하기로 한다.

도 5는 웨이 포인트 보정 유닛의 보정 없이 초기 웨이 포인트를 이용하여 무인 자율 운항 선박이 운항하였을 때 이동 경로를 도시한 도면이다.

도 5의 (a)에는 출발지(Ws), 목적지(Wd) 및 웨이 포인트(W1, W2, W3, W4)가 도시되어 있으며, 웨이 포인트(W1, W2, W3, W4) 사이에는 해양기상 데이터인 조류 방향(415)이 표시되어 있다.

도 5의 (a)와 같이 출발지(Ws) 및 목적지(Wd) 사이에, 예를 들어, 일직선 형태의 웨이 포인트(W1, W2, W3, W4)를 설정하고 무인 자율 운항 선박(600)이 출발할 경우, 조류 방향(415)에 의하여 무인 자율 운항 선박(600)이 떠밀리면서 무인 자율 운항 선박(600)은 웨이 포인트(W1, W2, W3, W4)의 경로를 크게 벗어난 새로운 웨이 포인트(W11, W21, W31, W41)을 경유하면서 운항되고 이로 인해 목적지(Wd)로부터 벗어난 목적지(Wd1)에 도달하게 된다.

도 5의 (b)에 의하면 무인 자율 운항 선박(600)은 지정된 경로보다 긴 경로를 이동하였고, 이에 따라 이동 시간이 많이 증가 되었으며, 지정된 목적지(Wd)에 도달하지 못하였다.

이와 같이 무인 자율 운항 선박(600)이 지정된 경로보다 긴 경로를 이동 및 지정된 목적지에 도달하지 못한 이유는 해상의 해양기상 데이터를 활용 및 고려하지 않았기 때문이다.

도 6은 웨이 포인트 보정 유닛이 해양기상 비교 분석 유닛에서 생성된 분석 데이터를 활용하여 초기 웨이 포인트를 보정 하여 최적 웨이 포인트를 생성한 후 최적 웨이 포인트를 따라 무인 자율 운항 선박을 운항하였을 때 이동 경로를 도시한 도면이다.

도 6의 (a)에는 웨이 포인트 생성 유닛(400)에 의하여 생성된 출발지(Ws), 목적지(Wd) 및 초기 웨이 포인트(W1, W2, W3, W4; 410)들이 도시되어 있다.

한편, 도 6의 (b)에 의하면 웨이 포인트 보정 유닛(500)은 해양기상 비교 분석 유닛(300)에 의하여 생성된 분석 데이터를 활용 및 고려하여 최적 웨이 포인트(W11, W21, W31, W41; 510)들이 새롭게 생성한다.

본 발명의 일실시예에서, 웨이 포인트 보정 유닛(500)이 최적 웨이 포인트(510)를 생성할 때, 웨이 포인트 보정 유닛(500)은 무인 자율 운항 선박(600)과 인접한 최적 웨이 포인트(510)는 국지 해양기상 데이터를 이용하고, 무인 자율 운항 선박(600)과 멀리 떨어진 최적 웨이 포인트(510)는 광역 해양기상 데이터를 이용하여 생성한다.

도 6의 (c)에 의하면 무인 자율 운항 선박(600)은 최적 웨이 포인트(510)를 따라 이동하고 이로 인해 무인 자율 운항 선박(600)은 출발지(Ws)로부터 웨이 포인트(W12, W22, W32, W42)를 따라 목적지(Wd2)에 도달하게 되는데 이때 목적지(Wd2)는 지정된 목적지(Wd)와 매우 인접한 곳에 위치한다.

도 6에 의하면, 무인 자율 운항 선박(600)의 초기 웨이 포인트(410)를 선정한 후, 초기 웨이 포인트(410)에 해양기상 분석 데이터를 활용 및 고려하여 최적 웨이 포인트(510)를 설정하고 최적 웨이 포인트(510)를 따라 무인 자율 운항 선박(600)을 이동시킴으로써 단시간 내에 안전하게 목적지에 도달할 수 있게 된다.

한편, 무인 자율 주행 선박(600)이, 예를 들어, 도 6의 W11에서 W21로 이동할 경우, 웨이 포인트 보정 유닛(500)은 최적 웨이 포인트(510)를 새롭게 보정 하여 실시간으로 무인 자율 주행 선박(600)의 최적 웨이 포인트를 생성한다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 해양물리환경을 고려한 무인 자율 주행 선박의 웨이 포인트 설정 방법을 도시한 순서도이다.

도 7을 참조하면, 무인 자율 운항 선박의 웨이 포인트를 설정하기 위해서는 먼저 해상의 제1 면적에 포함된 광역 해양기상 데이터를 외부 해양기상 서버로부터 제공 받는 단계가 수행된다. (단계 S10)

광역 해양기상 데이터는 파고 데이터, 파주기 데이터, 조류 방향 데이터, 조류 속도 데이터, 풍향 데이터, 풍속 데이터, 기압데이터, 기온 데이터, 습도 데이터 및 수온 데이터 등을 포함할 수 있다.

한편, 광역 해양기상 데이터가 전송되면, 무인 자율 주행 선박의 주변의 해양에서 다양한 센서를 이용하여 상기 제1 면적보다 작은 제2 면적으로 해상의 해양기상을 측정하여 국지 해양기상 데이터를 생성한다. (단계 S20)

이때, 다양한 센서들에 의하여 직접 측정된 국지 해양기상 데이터는 파고 데이터, 파주기 데이터, 조류 방향 데이터, 조류 속도 데이터, 풍향 데이터, 풍속 데이터, 기압데이터, 기온 데이터, 습도 데이터 및 수온 데이터 등을 포함할 수 있다.

광역 해양기상 데이터가 전송 및 국지 해양기상 데이터가 생성되면 이들을 종합적으로 분석하여 출발지 및 목적지 사이의 종합적인 분석 데이터가 생성된다. (단계 S30)

광역 해양기상 데이터 및 국지 해양기상 데이터를 분석하여 해양기상 분석 데이터가 생성되면 이를 이용하여 출발지 및 목적지 사이에 초기 웨이 포인트를 생성한다. (단계 S40)

이때, 초기 웨이 포인트는 해양기상 분석 데이터를 활용 및 고려하지 않은 상태이며, 초기 웨이 포인트로 무인 자율 주행 선박이 운항할 경우 운항 길이가 증가 되고, 운항 시간이 증가 되며 목적지에 도착하지 못할 가능성이 있다.

이를 방지하기 위해서 초기 웨이 포인트가 생성되면, 해양기상 분석 데이터를 활용 및 고려하여 초기 웨이 포인트로부터 최적 웨이 포인트를 생성하여 운항 길이를 단축시키고 운항 시간 역시 단축 시키며 정확하게 목적지에 도달할 수 있도록 한다. (단계 S50)

이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 해양물리환경을 고려한 무인 자율 주행 선박의 웨이 포인트 설정 장치 및 방법은 무인 자율 주행 선박으로부터 멀리 떨어진 곳의 광역 해양기상 및 무인 자율 주행 선박 주변의 국지 해양기상을 모두 고려하여 종합적인 해양기상 분석 데이터를 생성하고, 출발지 및 목적지의 입력에 의하여 생성된 초기 웨이 포인트에 종합적으로 고려된 해양기상 분석 데이터를 고려 및 적용하여 최적의 웨이 포인트를 산출하여 무인 자율 운항 선박이 지정된 웨이 포인트를 벗어나지 않고 통과할 수 있도록 하여 에너지 소모량을 최소화하고 목적지에 도달하는 시간을 크게 단축시키며, 지정된 목적지에 도달할 수 있다.

한편, 본 도면에 개시된 실시예는 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

100...데이터 리시버 200...해양기상 관측 센서 유닛
300...해양기상 비교 분석 유닛 400...웨이 포인트 생성 유닛
500...웨이 포인트 보정 유닛 600... 무인 자율 운항 선박
700...제어 유닛

Claims (8)

1. 해양의 제1 면적에 대응하는 광역 해양기상 데이터를 전송받는 데이터 리시버;
   상기 제1 면적보다 작은 해양의 제2 면적에 대응하는 국지 해양기상 데이터를 생성하는 해양기상 관측 센서 유닛;
   상기 광역 해양기상 데이터 및 상기 국지 해양기상 데이터를 비교 및 분석하여 분석 데이터를 생성하는 해양기상 비교 분석 유닛;
   출발지 및 목적지 입력에 의해 초기 웨이 포인트를 산출하는 웨이 포인트 생성 유닛;
   상기 분석 데이터를 이용하여 상기 초기 웨이 포인트를 보정하여 최적 웨이 포인트를 산출하는 웨이 포인트 보정 유닛;
   무인 자율 운항을 위한 무인 자율 운항 선박; 및
   상기 해양기상 관측 센서 유닛, 상기 해양기상 비교 분석 유닛, 상기 웨이 포인트 생성 유닛, 상기 웨이 포인트 보정 유닛 및 상기 무인 자율 운항 선박을 제어하는 제어 유닛을 포함하는 해양물리환경을 고려한 무인 자율 주행 선박의 웨이 포인트 설정 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 광역 해양기상 데이터는 파고 데이터, 파주기 데이터, 조류 방향 데이터, 조류 속도 데이터, 풍향 데이터, 풍속 데이터, 기압 데이터, 기온 데이터, 습도 데이터 및 수온 데이터를 포함하고,
   상기 국지 해양기상 데이터는 파고 데이터, 파주기 데이터, 조류 방향 데이터, 조류 속도 데이터, 풍향 데이터, 풍속 데이터, 기압 데이터, 기온 데이터, 습도 데이터 및 수온 데이터를 포함하는 해양물리환경을 고려한 무인 자율 주행 선박의 웨이 포인트 설정 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 웨이 포인트 생성 유닛은 상기 무인 자율 운항 선박의 현재 위치를 식별하기 위한 위치 식별 유닛, 해양 지형 데이터가 저장된 해양 지형 데이터 베이스 및 위치 식별 유닛 및 해양 지형 데이터 베이스를 이용해 상기 초기 웨이 포인트를 생성하는 웨이 포인트 산출 유닛을 포함하는 해양물리환경을 고려한 무인 자율 주행 선박의 웨이 포인트 설정 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 출발지 및 상기 목적지를 입력하기 위한 입력 유닛 및 상기 최종 웨이 포인트를 표시하는 표시유닛을 더 포함하는 해양물리환경을 고려한 무인 자율 주행 선박의 웨이 포인트 설정 장치.
5. 제1항에 있어서,
   무인 자율 운항 선박은 추진력을 발생시키는 추진 유닛, 상기 추진력을 발생시키기 위해 천연 에너지를 회수하여 전력을 생성하는 에너지 회수 유닛 및 상기 최적 웨이 포인트를 따라 상기 무인 자율 운항 선박의 방향을 제어하는 조타 유닛을 포함하는 해양물리환경을 고려한 무인 자율 주행 선박의 웨이 포인트 설정 장치.
6. 제1항에 있어서,
   웨이 포인트 보정 유닛은 상기 무인 자율 운항 선박과 인접한 위치에 형성되는 제1 웨이 포인트를 상기 국지 해양기상 데이터를 이용하여 산출하고, 상기 제1 웨이 포인트 다음에 형성되는 제2 웨이 포인트들은 상기 광역 해양기상 데이터를 이용하여 산출하는 해양물리환경을 고려한 무인 자율 주행 선박의 웨이 포인트 설정 장치.
7. 무인 자율 운항 선박의 웨이 포인트를 설정하는 방법에 있어서,
   상기 무인 자율 운항 선박의 주변으로부터 먼 해상의 광역 해양기상 데이터를 받는 단계;
   상기 무인 자율 운항 선박 주변 해상의 국지 해양기상 데이터를 받는 단계;
   상기 광역 해양기상 데이터 및 상기 국지 해양기상 데이터를 비교 및 분석하여 분석 데이터를 생성하는 단계;
   출발지 및 목적지 입력에 의해 초기 웨이 포인트를 선정하는 단계; 및
   상기 해양기상 분석 데이터를 이용하여 상기 초기 웨이 포인트를 보정하여 최적 웨이 포인트를 산출하는 단계를 포함하는 해양물리환경을 고려한 무인 자율 주행 선박의 웨이 포인트 설정 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 무인 자율 운항 선박과 가장 인접한 위치에 형성된 제1 웨이 포인트는 상기 국지 해양기상 데이터를 이용하여 산출하고,
   상기 제1 웨이 포인트 다음에 형성되는 제2 웨이 포인트들은 상기 광역 해양기상 데이터를 이용하여 산출하는 해양물리환경을 고려한 무인 자율 주행 선박의 웨이 포인트 설정 방법.

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