KR20200011125A - 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량 도출 시스템 및 방법과, 동 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 - Google Patents

환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량 도출 시스템 및 방법과, 동 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 Download PDF

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KR20200011125A
KR20200011125A KR1020180085832A KR20180085832A KR20200011125A KR 20200011125 A KR20200011125 A KR 20200011125A KR 1020180085832 A KR1020180085832 A KR 1020180085832A KR 20180085832 A KR20180085832 A KR 20180085832A KR 20200011125 A KR20200011125 A KR 20200011125A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량 도출 시스템은, 선박의 운항과정을 시뮬레이션 또는 시운전하여 상기 선박의 실제 운항 성능을 분석하고 이를 통해 해상 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량을 도출하기 위한 선박의 속도 증감량 도출 장치 및 상기 선박의 속도 증감량 도출 장치의 각종 데이터들이 저장되는 장치 데이터베이스에 의해 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량을 도출하는 시스템으로서, 상기 장치 데이터베이스에는 AIS 또는 실선계측장치로부터 수집된 AIS 데이터 또는 실선계측데이터 중에서 상기 선박의 운항 성능을 분석하기 위해 추출된 운항정보, 상기 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보 및 상기 선박의 엔진동력설정정보가 저장되어 있으며, 상기 선박의 속도 증감량 도출 장치는, 상기 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보, 상기 AIS 데이터 또는 상기 실선계측데이터로부터 추출된 상기 운항정보, 상기 선박의 엔진동력설정정보, 상기 선박의 동적 특성을 모사할 수 있는 조종운동방정식을 이용하여 상기 선박의 운항경로에 따라 시뮬레이션을 수행하여 엔진의 제 1 RPM을 도출하고, 상기 선박이 정수 중 운항을 조건으로, 상기 AIS 데이터 또는 상기 실선계측데이터로부터 추출된 상기 운항정보, 상기 선박의 동적 특성을 모사할 수 있는 조종운동방정식을 이용하여 상기 선박의 운항경로에 따라 시뮬레이션을 수행하여 엔진의 제 2 RPM을 도출하고, 상기 도출된 엔진의 제 1 RPM으로부터 상기 선박의 제 1 속도를 산출하고, 상기 도출된 엔진의 제 2 RPM으로부터 상기 선박의 제 2 속도를 산출하며, 상기 제 1 속도와 상기 제 2 속도를 이용하여 환경 하중에 따른 선박의 속도 증감량을 도출하는 것을 특징으로 한다.

Description

환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량 도출 시스템 및 방법과, 동 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체{SYSTEM AND METHOD FOR PROVIDING VESSEL SPEED FLUCTUATION CONSIDERING MARINE ENVIRONMENTAL LOAD AND COMPUTER-READABLE RECORDING MEDIUM THEREOF}
본 발명은 선박의 운항과정을 시뮬레이션 또는 시운전하여 선박의 실제 운항 성능을 분석하고 이를 통해 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량을 도출할 수 있는 시스템 및 방법과, 동 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 관한 것이다.
조선소에서 건조되는 선박은 건조가 완료되는 시점에 계약 사항 만족 여부를 확인하기 위해 선주의 참관 하에 시운전을 수행하게 된다. 이에 주요 계약 사항 중 하나인 선박의 속도를 검증하기 위해 건조된 선박의 속도를 계측하기 위해 해상에서 속도 시운전을 수행하게 된다.
통상 a라는 특정 위치에서 b라는 특정 위치로 1회의 시운전을 수행한 후, 다시 b라는 위치에서 a라는 위치로 돌아오는 형태로 1회의 추가 시운전을 수행한 뒤 두 값을 평균을 내는 방식으로 시운전 시의 실제 속도를 추정하고 있다.
이렇게 얻어진 선박의 속도를 기준으로 계약 사항에 명시된 보증 속도를 만족하는지 여부를 평가하기 때문에, 시운전 결과로 얻어진 선박의 속도에 대한 타당성 확보가 매우 중요하다.
경우에 따라서는 바람, 파도, 조류의 영향을 보증하려는 방법론을 적용하기도 하지만, 대다수의 선주들은 보정된 속도에 대해 물리적인 타당성이 부족함을 근거로 신뢰하고 있지 않은 실정이다. 그러나, 이상적인 정수 조건을 기준으로 설계된 선박의 속도 성능은 바람, 파도, 조류와 같은 실제 운항 환경 조건 하에서는 이상적으로 예상했던 속도와 차이가 발생할 수 밖에 없다.
따라서 객관적이고, 물리적인 근거에 기반하여 시운전 조건에서의 속도 손실량 또는 증가량을 추정할 필요가 있다.
본 발명은 상기 종래 기술적 요구를 해결하기 위해 안출 된 것으로, 본 발명의 목적은 선박의 저항, 자항, 운동, 조종 등의 물리적인 근거에 의거하여 선박이 다양한 환경 조건의 조합에 따라 변화 또는 변동하는 속도의 증감량을 산출할 수 있는 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량 도출 시스템은, 선박의 운항과정을 시뮬레이션 또는 시운전하여 상기 선박의 실제 운항 성능을 분석하고 이를 통해 해상 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량을 도출하기 위한 선박의 속도 증감량 도출 장치 및 상기 선박의 속도 증감량 도출 장치의 각종 데이터들이 저장되는 장치 데이터베이스에 의해 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량을 도출하는 시스템으로서, 상기 장치 데이터베이스에는 AIS 또는 실선계측장치로부터 수집된 AIS 데이터 또는 실선계측데이터 중에서 상기 선박의 운항 성능을 분석하기 위해 추출된 운항정보, 상기 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보 및 상기 선박의 엔진동력설정정보가 저장되어 있으며, 상기 선박의 속도 증감량 도출 장치는, 상기 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보, 상기 AIS 데이터 또는 상기 실선계측데이터로부터 추출된 상기 운항정보, 상기 선박의 엔진동력설정정보, 상기 선박의 동적 특성을 모사할 수 있는 조종운동방정식을 이용하여 상기 선박의 운항경로에 따라 시뮬레이션을 수행하여 엔진의 제 1 RPM을 도출하고, 상기 선박이 정수 중 운항을 조건으로, 상기 AIS 데이터 또는 상기 실선계측데이터로부터 추출된 상기 운항정보, 상기 선박의 동적 특성을 모사할 수 있는 조종운동방정식을 이용하여 상기 선박의 운항경로에 따라 시뮬레이션을 수행하여 엔진의 제 2 RPM을 도출하고,
상기 도출된 엔진의 제 1 RPM으로부터 상기 선박의 제 1 속도를 산출하고, 상기 도출된 엔진의 제 2 RPM으로부터 상기 선박의 제 2 속도를 산출하며, 상기 제 1 속도와 상기 제 2 속도를 이용하여 환경 하중에 따른 선박의 속도 증감량을 도출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 AIS 데이터 또는 상기 실선계측데이터로부터 추출된 상기 운항정보는 상기 선박의 위치, 선수각 및 흘수일 수 있다.
또한, 상기 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보는 바람, 파도 및 조류로 이루어진 군으로부터 어느 하나 이상을 포함하는 정보일 수 있다.
또한, 상기 조종운동방정식은, 상기 선박의 선체, 프로펠러 및 러더에 작용하는 종방향의 동유체력, 상기 선박의 선체 및 러더에 작용하는 횡방향의 동유체력, 및 상기 선박의 선체 및 러더에 작용하는 요방향의 동유체력을 계산하기 위한 것으로, 상기 선박에 작용하는 각각의 동유체력을 선체, 프로펠러 및 러더 별로 각각 수학모형을 구성하고, 상기 구성된 수학모형에 대해 모형시험 결과 또는 시운전 결과를 통해 검증된 방정식일 수 있다.
또한, 상기 선박의 속도 증감량 도출 장치는, 상기 선박의 엔진동력설정정보와, 상기 AIS 데이터 또는 상기 실선계측데이터 중에서 추출된 상기 선박의 초기 위치, 초기 선수각 및 초기 흘수를 초기 조건으로 설정하고, 상기 AIS 데이터 또는 상기 실선계측데이터 중에서 상기 선박의 목표점을 설정하며, 상기 초기 조건에서 상기 목표점으로 이동하기 위한 러더각을 계산하고, 상기 선박의 현재 흘수와 상기 초기 흘수가 같은지 여부를 판단하며, 상기 판단의 결과로 상기 선박의 현재 흘수와 상기 초기 흘수가 같으면 상기 조종운동방정식 및 계수정보와, 상기 계산된 러더각을 이용하여 상기 선박의 운항성능을 시뮬레이션하고, 상기 판단의 결과로 상기 선박의 현재 흘수와 상기 초기 흘수가 다르면 상기 조종운동방정식의 계수를 경험식으로 재추정하여 재추정된 계수정보와 상기 조종운동방정식과, 상기 계산된 러더각을 이용하여 상기 선박의 운항성능을 시뮬레이션 할 수 있다.
또한, 상기 선박의 속도 증감량 도출 장치는, 상기 계산된 러더각으로 러더의 러더각을 변경하여 상기 목표점으로 이동하는 선박이 받는 종방향 및 횡방향의 힘과, 요모멘트를 토대로 엔진의 RPM을 도출할 수 있다.
또한, 상기 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보는 바람, 파도 및 조류의 정보이고, 상기 선박의 속도 증감량 도출 장치는, 상기 선박의 운항경로에 따라 바람, 파도 또는 조류 각각의 크기 또는 방향에 따라 각각의 RPM을 도출하고, 상기 도출된 각각의 RPM으로부터 상기 선박의 각각의 속도를 산출하며, 상기 도출된 선박의 각각의 속도와 상기 제 2 속도를 이용하여 환경 하중에 따른 선박의 속도 증감량을 도출할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량 도출 방법은, 선박의 운항과정을 시뮬레이션 또는 시운전하여 상기 선박의 실제 운항 성능을 분석하고 이를 통해 해상 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량을 도출하는 방법으로서, 상기 선박의 동적 특성을 모사할 수 있는 조종운동방정식을 설정하는 제 1 단계, AIS 또는 실선계측장치로부터 수집된 AIS 데이터 또는 실선계측데이터 중에서 상기 선박의 운항 성능을 분석하기 위해 운항정보를 추출하고, 상기 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보를 획득하며, 상기 선박의 엔진동력설정정보를 입력하는 제 2 단계, 상기 추출된 운항정보, 상기 획득한 해상환경정보, 상기 입력된 엔진동력설정정보와 상기 조종운동방정식을 이용하여 상기 선박의 운항경로에 따라 시뮬레이션을 수행하여 엔진의 제 1 RPM을 도출하는 제 3 단계, 상기 추출된 운항정보, 상기 입력된 엔진동력설정정보와 상기 조종운동방정식을 이용하여 상기 선박의 운항경로에 따라 시뮬레이션을 수행하여 엔진의 제 2 RPM을 도출하는 제 4 단계, 상기 제 1 RPM으로부터 상기 선박의 제 1 속도를 산출하고, 상기 제 2 RPM으로부터 상기 선박의 제 2 속도를 산출하는 제 5 단계, 및 상기 제 1 속도와 상기 제 2 속도를 이용하여 환경 하중에 따른 선박의 속도 증감량을 도출하는 제 6 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 AIS 데이터 또는 상기 실선계측데이터로부터 추출된 상기 운항정보는 상기 선박의 위치, 선수각 및 흘수일 수 있다.
또한, 상기 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보는 바람, 파도 및 조류로 이루어진 군으로부터 어느 하나 이상을 포함하는 정보일 수 있다.
또한, 상기 제 1 단계는, 상기 선박의 선체, 프로펠러 및 러더에 작용하는 종방향의 동유체력, 상기 선박의 선체 및 러더에 작용하는 횡방향의 동유체력, 및 상기 선박의 선체 및 러더에 작용하는 횡방향의 동유체력, 및 상기 선박의 선체 및 러더에 작용하는 요방향의 동유체력을 계산하기 위한 것으로, 상기 선박에 작용하는 각각의 동유체력을 선체, 프로펠러 및 러더 별로 각각 수학모형을 구성하고, 상기 구성된 수학모형에 대해 모형시험 결과 또는 시운전 결과를 통해 검증된 방정식을 설정할 수 있다.
또한, 상기 조종운동방정식을 이용하여 상기 선박의 운항경로에 따라 시뮬레이션을 수행하는 상기 제 3 단계 및 제 4 단계는, 상기 선박의 엔진동력설정정보와, 상기 AIS 데이터 또는 상기 실선계측데이터 중에서 추출된 상기 선박의 초기 위치, 초기 선수각 및 초기 흘수를 초기 조건으로 설정하는 A 단계, 상기 AIS 데이터 또는 상기 실선계측데이터 중에서 상기 선박의 목표점을 설정하는 B 단계, 상기 초기 조건에서 상기 목표점으로 이동하기 위한 러더각을 계산하는 C 단계, 및 상기 선박의 현재 흘수와 상기 초기 흘수가 같은지 여부를 판단하는 D 단계를 포함하고, 상기 D 단계의 판단의 결과로 상기 선박의 현재 흘수와 상기 초기 흘수가 같으면 상기 조종운동방정식 및 계수정보와, 상기 계산된 러더각을 이용하여 상기 선박의 운항성능을 시뮬레이션하고, 상기 D 단계의 판단의 결과로 상기 선박의 현재 흘수와 상기 초기 흘수가 다르면 상기 조종운동방정식의 계수를 경험식으로 재추정하여 재추정된 계수정보와 상기 조종운동방정식과, 상기 계산된 러더각을 이용하여 상기 선박의 운항성능을 시뮬레이션 할 수 있다.
또한, 상기 계산된 러더각으로 러더의 러더각을 변경하여 상기 목표점으로 이동하는 선박이 받는 종방향 및 횡방향의 힘과, 요모멘트를 토대로 상기 엔진의 RPM을 도출하는 E 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보는 바람, 파도 및 조류의 정보이고, 상기 제 3 단계는, 상기 선박의 운항경로에 따라 바람, 파도 또는 조류 각각의 크기 또는 방향에 따라 각각의 RPM을 도출하고, 상기 제 5 단계는, 상기 제 3 단계로부터 도출된 각각의 RPM으로부터 상기 선박의 각각의 속도를 산출하며, 상기 제 6 단계, 상기 도출된 선박의 각각의 속도와 상기 제 2 속도를 이용하여 환경 하중에 따른 선박의 속도 증감량을 도출할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량 도출 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 선박의 저항, 자항, 운동, 조종 등 전통적인 요소기술을 활용하여 물리적인 근거에 기반하여 선박이 다양한 해상 환경 조건의 조합에 따라 변화하는 속도의 증감량을 산출할 수 있다.
또한, AIS 또는 실선계측장치로부터 수집된 AIS 데이터 또는 실선계측데이터 중 시뮬레이션에 필요한 선박의 운항정보, 해상환경정보와 선박의 동적 특성을 모사할 수 있는 조종운동방정식을 이용하여 선박의 운항성능을 분석할 수 있다.
또한, 바람, 파랑, 조류 등과 같은 다양한 환경 요인의 조건을 달리해가며 선박이 정수 중 운항을 조건으로 하는 경우와 대비하여 속도 손실량 또는 증가량을 객관적 기준에 의거하여 도출할 수 있다.
또한, 정수 중 운항 조건과 다양한 환경 요인의 조건을 달리해가며 선박의 속도 증감량을 도출하여, 선박의 시운전으로 계측된 속도가 보증속도를 만족하는 지 여부를 정량적으로 비교, 평가할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량 도출 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량 도출 방법을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량 도출 방법에 따라 정수 중 운항조건의 속도와 환경 하중을 고려할 경우 속도의 증감량을 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
및/또는 이라는 용어가 등장하는 경우 이는 복수의 관련된 기재 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어” 있다거나 “직접 접속되어” 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서, 도 1 내지 도 2를 참고로 본 발명의 일 실시예에 따른 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량 도출 시스템 및 방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량 도출 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량 도출 방법을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따른 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량 도출 시스템은, 선박의 운항과정을 시뮬레이션 또는 시운전하여 선박의 실제 운항성능을 분석하고 이를 통해 해상 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량을 도출하기 위한 선박의 속도 증감량 도출 장치 및 상기 선박의 속도 증감량 도출 장치의 각종 데이터들이 저장되는 장치 데이터베이스로 구성된다.
상기 장치 데이터베이스에는 AIS 또는 실선계측장치로부터 수집된 AIS 데이터 또는 실선계측데이터 중 선박의 운항 성능을 분석하기 위해 추출된 운항정보, 상기 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보, 상기 선박의 엔진동력설정정보가 저장되어 있다.
AIS는 선박 자동 식별 장치로, 운항 중인 모든 선박의 AIS 데이터를 수집한다. 이와 같이 수집된 선박의 AIS 데이터는 선박의 시각별로 현재 위치, 속도 및 흘수 등의 정보를 담고 있다.
이러한 AIS는 일정크기 이상의 선박에 의무적으로 탑재되는 장치로, 자 선박의 운항정보를 송신하고, 다른 선박의 운항정보를 수신함으로써 운항정보를 공유하는 장치이다. 이러한 AIS를 통해 다른 선박의 AIS 데이터를 취득하여 운항 안정성을 높이는데 이용되며, 육상에서도 현재 움직이는 선박의 AIS 데이터를 받을 수 있으며, 이를 데이터베이스로 구축해서 일정 기간 동안에 전 세계 AIS를 설치한 선박의 운항정보를 취득하는 것이 가능하다.
조선소와 해운선사에서 취득되는 실선 운항 정보는 AIS에서 제공 가능한 모든 정보를 포함하며, 별도의 실선계측장치를 통해 유사 정보를 취득할 수 있다.
상기 AIS 또는 상기 실선계측장치로부터 수집된 AIS 데이터 또는 실선계측데이터 중에서 상기 선박의 운항 성능을 분석하기 위해 운항정보를 추출할 수 있다.
AIS 데이터 추출된 운항정보는 Static data, Dynamic data, Voyage related data, Safety related message 등이 포함하며, Static data 중에서는 1) IMO number를, Dynamic data 중에서는 1) Ship's position with accuracy indication and integrity status, 2) Time in UTC, 3) Speed over ground, Voyage related data 중에서는 1) Ship's draft 등을 활용할 수 있다. 또한, 별도의 실선계측장치를 통해 동일한 정보를 수집할 수 있다. 바람직하게는 상기 AIS 또는 실선계측장치로부터 수집된 AIS 데이터 또는 실선계측데이터 중에서 선박의 운항 성능을 분석하기 위한 운항정보는 선박의 위치, 선수각 및 흘수일 수 있다.
한편, 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보는 운항경로 상의 바람, 파도, 조류에 관한 정보일 수 있다. 이러한 바람 및 파도에 관한 정보는 ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, 유럽중기예보센터), NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration, 미국국립해양대기국), NDBC(National Data Buoy Center, 국가부표자료센터) 등 다양한 소스(source)를 통해 획득할 수 있으며, 바람직하게는 ECMWF로부터 획득할 수 있다. 또한, 조류에 관한 정보는 대양 순환 모델의 하나인 HYCOM(Hybrid Coordinate Ocean Model) 등의 소스를 통해 획득할 수 있다.
선박의 엔진동력설정정보는, 시마진을 고려하여 선박이 설계 속도로 운항하는데 필요한 엔진동력에 관한 정보로서, 후술하는 조종운동방정식을 통해 시뮬레이션을 수행함에 있어 기준이 되는 설계 속도에 운항 시 필요한 엔진 동력을 의미하며, 해당 동력조건에 따라 정수 중 운항 조건 또는 환경 하중이 존재하는 운항 조건에서의 각각의 RPM이 산출되고 이렇게 산출된 RPM을 통해 선박의 속도를 도출하게 된다.
이하, 본 발명에 따른 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량 도출 시스템에 있어서 선박의 속도 증감량 도출 장치 작용을 설명한다.
선박의 속도 증감량 도출 장치는 전술한 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보, AIS 데이터 또는 실선계측데이터로부터 추출된 운항정보, 선박의 엔진동력설정정보와 선박의 동적 특성을 모사할 수 있는 조종운동방정식을 이용하여 고정된 엔진동력 조건에서 선박의 운항경로 및 환경 조건에 따라 시뮬레이션을 수행하여 매 순간 변화하는 엔진의 RPM을 도출하고 이를 통해 선박의 속도를 도출한다.
상기 조종운동방정식은 대상 선박에 대해 모형시험결과 또는 시운전 결과가 있으므로 선박의 모형시험 결과 또는 시운전 결과를 이용하여 수학모형을 검증하여 대상 선박의 동적 특성을 모사할 수 있는 조종운동방정식을 구성한다.
본 발명에 따른 조종운동방정식은 아래의 수학식 1로 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
여기서 m은 선박의 질량, Izz는 선박의 질량 관성모멘트를 의미한다. u,v는 각각 선박의 종 방향 속도와 횡방향 속도를 가리키며,
Figure pat00002
,
Figure pat00003
은 선박의 속도 시간 변화율을 의미한다. r은 선박의
Figure pat00004
위치의 선체 중앙부를 기준으로 회전하는 각속도를,
Figure pat00005
은 각속도의 시간변화율을 가리킨다. X, Y, N은 각각 선체에 작용하는 종방향, 횡방향의 힘과 요모멘트를 의미한다.
선체에 작용하는 힘과 모멘트는 수학식 2로 나누어 정리할 수 있다. 아래 첨자 H는 선체를 의미하며, P는 프로펠러, R은 러더, WI는 바람, WA는 파도를 의미한다. C는 조류를 가리키는데, 선체에 작용하는 하중에 상대속도로 고려되기 때문에, 괄호 및 첨자 형태로 표현하였다.
Figure pat00006
여기서, X, Y, N는 각각 수학식 3 내지 13에 의해 계산될 수 있다.
Figure pat00007
여기서, m x , n y 는 종방향 및 횡방향의 부가된 질량이고, L pp 는 선박의 수선간 길이이고, T는 선박의 흘수이고, U는 선박이 실제로 움직이는 속력이고, ρ는 해수의 밀도이며, β는 편류각이다. 이때, 선박의 흘수가 이전 단계의 흘수(초기 흘수 또는 목표점으로 이동하기 전의 흘수)와 다른 경우, 선박의 속도별로 설정된 설계흘수 및 밸러스트의 저항계수를 선형보간하고, 재추정된 저항계수값을 반영한다.
Figure pat00008
여기서, ur은 대상 선박의 종방향 속도와 횡방향 속도의 곱이다.
Figure pat00009
여기서 xG는 길이방향 무게중심(LCG)의 위치부터 선박의 중심까지의 거리이다.
Figure pat00010
여기서 t는 추력감소계수이고, ρ는 해수의 밀도이고, n은 프로펠러의 RPM/60이며, D p 는 프로펠러의 지름이며, K T 는 추력계수이다. t와 K T 는 모형시험을 통해서 획득된다.
Figure pat00011
여기서, tR은 선체와 러더 간의 간섭계수이고, FN은 러더에 작용하는 직압력(port, stbd는 방향을 의미),
Figure pat00012
및
Figure pat00013
은 러더각이다.
Figure pat00014
여기서, α H 는 선체와 러더간 간섭계수이고, FN_PORT는 해수의 밀도, 러더(PORT)면적, 입사각에 따른 러더(PORT) 양력계수의 기울기 및 유동입사각을 이용하여 계산되며, FN_STBD도 마찬가지로 해수의 밀도, 러더(STBD) 면적, 입삭각에 따른 러더(STBD) 양력계수의 기울기 및 유동입사각을 이용하여 계산된다.
Figure pat00015
XH는 선체와 러더 간 간섭계수이다.
또한, 선박의 조종운동방정식에서 바람 하중을 구하기 위해서는 상대 속도와 상대 입사각으로 정리되어야 하며, 아래의 수학식 10을 이용하여 계산될 수 있다.
Figure pat00016
여기서,
Figure pat00017
는 바람의 종 방향 상대 속도이고,
Figure pat00018
는 바람의 횡 방향 상대 속도를 가리킨다.
Figure pat00019
는 종 방향 상대 속도의 제곱과 횡 방향 상대 속도의 제곱을 더한 값을 제곱근으로 계산한 값이며,
Figure pat00020
는 선체에 입사되는 상대 입사각을 가리킨다.
선체에 작용하는 바람 하중은 아래의 수학식 11를 이용하여 계산된다.
Figure pat00021
여기서, C X , C Y , C N 은 무차원화 된 풍하중 계수를 가리킨다. AT는 선박의 수선면 위쪽의 종 방향 투영면적을 가리키며, AL은 횡 방향 투영면적을 가리킨다. ρ air 는 공기의 밀도를 가리키며, L OA 는 선박의 전체 길이를 가리킨다.
파랑 하중은 수학식 12를 이용하여 계산될 수 있다. 파랑 평균 표류력만을 조종운동방정식에 파랑 하중으로 고려한다.
Figure pat00022
여기서, QTF는 파랑 평균 표류력을 가리키며, ω는 주파수, α는 파도 입사각도,
Figure pat00023
는 파의 진폭을 가리킨다. E(ω)는 ITTC(International Towing Tank Committee)파 스펙트럼을 의미한다. 선박의 이동속도, 평균 파도 주기, 파도의 방향에 따라 선형 보간을 한 뒤 파랑 하중을 조종운동방정식에 외력으로 고려한다.
Figure pat00024
V C 는 조류의 속도, Ψ C 는 조류의 방향을 의미한다. 선박의 속도 및 선수각과 조류의 속도, 조류의 방향을 고려하여, 종방향 상대속도(u rC )와 횡방향 상대속도(v rC )를 구할 수 있다. 상대속도를 이용하여 선체에 작용하는 X H , Y H , N H 을 구한다.
한편, 상기 수학식 2의 경우 선체, 프로펠러, 러더, 바람, 파도 및 조류를 모두 고려하여 선체에 작용하는 힘과 모멘트를 구하는 식이다. 이는 환경 하중을 고려하여 선체에 작용하는 힘과 모멘트를 구하는 식이다.
여기서 바람, 파도 및 조류에 관한 인자를 빼면, 환경 하중을 고려하지 않은 즉, 정수 중 운항 조건에서 선체에 작용하는 힘과 모멘트를 구하는 식이 된다.
선체, 프로펠러 및 러더에 작용하는 종방향의 동유체력과, 선체 및 러더에 작용하는 횡방향의 동유체력과, 선체 및 러더에 작용하는 요방향의 동유체력을 계산하는 것은 수학식 3 내지 9로 정의되며, 여기에 바람에 의한 하중은 수학식 10 및 11, 파도에 의한 하중은 수학식 12, 조류에 의한 하중은 수학식 13을 통해 구할 수 있다.
다시 말해, 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보를 획득하여 환경 하중을 고려하는 경우에는 수학식 3 내지 13를 통해 선체에 작용하는 힘과 모멘트를 구할 수 있고, 정수 중 운항 조건으로 하는 경우에는 바람, 파도, 조류에 의한 하중은 무시하고 선체, 프로펠러 및 러더에 작용하는 힘과 모멘트를 수학식 3 내지 9를 통해 구할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 속도 증감량 도출 장치는, 환경 하중이 있는 경우를 전제조건으로 하여 상기 조종운동방정식을 이용하여 선박의 운항경로에 따라 시뮬레이션을 수행하고 그 결과 엔진의 제 1 RPM을 도출한다. 그리고, 환경 하중이 없는 경우 즉, 정수 중 운항을 전제조건으로 하여 상기 조종운동방정식을 이용하여 선박의 운항경로에 따라 시뮬레이션을 수행하고 그 결과 엔진의 제 2 RPM을 도출한다.
다시 말해, 환경 하중이 있는 것을 전제조건으로 하는 경우 도출된 RPM은 제 1 RPM으로 명명하고, 정수 중 운항을 전제조건으로 하는 경우 도출된 RPM은 제 2 RPM으로 명명한다.
환경 하중의 고려 여부는, 바람, 파도 및 조류를 고려하여 선체에 작용하는 힘과 모멘트를 구하는지 여부만 차이가 있을 뿐 상술한 조종운동방정식을 통해 선박의 운항성능을 시뮬레이션하는 방법은 동일하다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 속도 증감량 도출 장치가 선박의 운항성능을 시뮬레이션하는 과정을 상술한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 속도 증감량 도출 장치는 AIS 데이터 또는 실선계측데이터 중에서 운항성능을 추정하기 위한 선박의 특정 구간을 설정받아 선박의 초기 위치, 초기 선수각, 초기 흘수, 시마진을 고려하여 설계 속도로 운항하는데 필요한 엔진동력설정정보를 초기 조건으로 설정하고, AIS 데이터 또는 실선계측데이터 중에서 선박의 이동경로 중에 목표점을 설정하여 초기조건에서 목표점으로 이동하기 위한 러더각을 계산하여 계산된 러더각과, 상술된 수학식 1 내지 13와 같은 조종운동방정식 및 계수정보를 이용하여 목표점으로 이동하는 선박이 받는 종방향 및 횡방향의 힘과, 요방향의 모멘트를 계산하여 선박의 운항성능을 시뮬레이션한다.
이때, 초기조건에서 목표점으로 이동하기 위한 대상 선박의 흘수와 초기 흘수가 같은지 여부를 판단하여 선박의 흘수와 초기흘수 또는 이전 목표점에서의 흘수가 같으면 설정된 조종운동방정식 및 계수정보를 이용하여 대상 선박의 운항성능을 시뮬레이션하고, 대상 선박의 현재 흘수와 초기 흘수 또는 이전 목표점에서의 흘수가 다르면 조종운동방정식의 계수를 경험식으로 재추정하여 재추정된 계수정보와 조종운동방정식을 이용하여 대상 선박의 운항성능을 시뮬레이션한다. 선박의 초기 흘수 또는 이전 목표점에서의 흘수가 다르면 선박의 속도별로 설정된 설계흘수 및 밸러스트 흘수의 저항계수를 선형보간하고, 추정된 저항계수값을 반영하여 조종운동방정식을 풀이한다.
보다 구체적으로, 선박의 속도 증감량 도출 장치는 상술된 목표점으로 이동하는 대상 선박이 받는 종방향 및 횡방향의 힘과, 요모멘트를 상술된 수학식 1 내지 13를 통해 계산하고, 계산된 선박이 받는 종방향 및 횡방향의 힘과, 요모멘트를 이용하여 얻어진 엔진의 RPM과 러더의 러더각을 포함하는 결과를 근거로 대상선박의 실제 운항성능을 추정할 수 있다.
한편, 선박의 속도 증감량 도출 장치는 상기한 시뮬레이션 프로세스에 의해 환경 하중이 고려된 경우와 환경 하중이 없는 즉, 정수 중 운항조건 각각 엔진의 RPM을 도출하고, 환경 하중이 고려된 경우를 제 1 RPM으로, 정수 중 운항조건의 경우 제 2 RPM으로 도출한다.
선박의 속도 증감량 도출 장치는 상기 도출된 엔진의 제 1 RPM 및 제 2 RPM으로부터 각각 선박의 제 1 속도와 제 2 속도를 산출할 수 있다.
통상 RPM과 속도는 선형관계에 있으며, RPM을 알면 엔진의 주요 재원을 참고하여 선박의 속도를 산출할 수 있다.
이렇게 산출된 제 1 속도와 제 2 속도를 이용하여 환경 하중에 따른 선박의 속도 증감량을 도출할 수 있다.
또한, 선박의 속도 증감량 도출 장치는, 선박의 운항경로에 따라 바람, 파도 또는 조류 각각의 크기 또는 방향에 따라 각각의 RPM을 도출하고, 이렇게 도출된 RPM으로부터 선박의 속도를 산출한 다음 상기 제 2 속도 즉, 정수 중 운항조건의 속도와 비교하여 환경 하중에 따른 선박의 속도 증감량을 도출할 수 있다.
구체적으로, 바람, 파도 또는 조류 각각의 크기 또는 방향은, 1) 바람의 크기, 2) 바람의 방향, 3) 파도의 크기, 4) 파도의 방향, 5) 조류의 크기, 6) 조류의 방향 등의 환경 인자를 의미한다. 일 예로, 5개의 환경 인자는 동일한 조건을 유지하면서 1개의 인자만을 변화시키면서 해당 인자로 인한 영향이 반영된 RPM을 도출할 수 있다. 이렇게 도출된 RPM은 해당 환경인자로 인한 환경 하중을 보다 정확하게 고려할 수 있다. 또한, 각 환경 인자로 인한 영향이 반영된 RPM을 모두 산출하여 테이블 형태로 제작할 수 있으며, 이러한 테이블을 통해 정수 중 운항조건의 속도와 다양한 환경 인자의 영향에 따른 속도 증감량을 검토할 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 선박의 속도 증감량 도출 방법을 도 2를 참조하여 설명한다.
먼저 선박의 동적 특성을 모사할 수 있는 조종운동방정식을 설정한다(제 1 단계). 조종운동방정식은 선박이 받은 종방향의 힘, 횡방향의 힘 및 요방향의 모멘트를 계산하기 위한 식으로 앞서 기술한 수학식 1 내지 13을 참고하여 설정할 수 있다.
다음으로, AIS 또는 실선계측장치로부터 수집된 AIS 데이터 또는 실선계측데이터 중에서 선박의 운항 성능을 분석하기 위해 운항정보를 추출하고, 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보를 획득하며, 선박의 엔진동력설정정보를 입력한다(제 2 단계).
여기서, AIS 데이터 추출된 운항정보는 Static data, Dynamic data, Voyage related data, Safety related message 등이 포함하며, Static data 중에서는 1) IMO number를, Dynamic data 중에서는 1) Ship's position with accuracy indication and integrity status, 2) Time in UTC, 3) Speed over ground, Voyage related data 중에서는 1) Ship's draft 등을 활용할 수 있다. 또한, 별도의 실선계측장치를 통해 동일한 정보를 수집할 수 있다. 바람직하게는 상기 AIS 또는 실선계측장치로부터 수집된 AIS 데이터 또는 실선계측데이터 중에서 선박의 운항 성능을 분석하기 위한 운항정보는 선박의 위치, 선수각 및 흘수일 수 있다.
또한, 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보는 운항경로 상의 바람, 파도, 조류에 관한 정보로서 ECMWF, NOAA, NDBC, HYCOM 등의 소스를 통해 획득할 수 있다.
또한, 선박의 엔진동력설정정보는 상기 조종운동방정식을 통해 시뮬레이션을 수행함에 있어 기준이 되는 선박의 엔진동력에 관한 정보이며, 시마진을 고려하여 선박이 설계 속도로 운항하는데 필요한 엔진동력에 관한 정보이다.
다음으로, 상기 추출된 운항정보, 상기 획득한 해상환경정보, 상기 입력된 엔진동력설정정보와, 상기 제 1 단계에서 설정된 조종운동방정식을 이용하여 선박의 운항경로에 따라 시뮬레이션을 수행하여 엔진의 제 1 RPM을 도출한다(제 3 단계).
구체적으로는 선박의 구간을 설정하고(출발점과 도착점), 설정된 구간 중에서 출발시점의 정보인 초기 위치, 초기 선수각 및 초기 흘수, 그리고 입력된 엔진동력설정정보를 이용하여 초기조건을 설정한다. 그리고 설정된 구간의 이동경로를 따라 선박의 목표점을 설정하는데, 목표점은 러더각을 변경해야 하는 지점으로 정해지며, 선박의 이동경로 운항 중에 다수의 경유 목표점을 지나 최종 목표점이 정해지게 된다. 상기 초기 위치에서 그 다음으로 설정된 목표점으로 이동하기 위한 선박의 러더각을 계산하고, 이러한 목표점으로 이동하는 선박의 AIS 데이터 또는 실선계측데이터에 포함된 선박의 흘수 정보가 초기 흘수와 같은지 여부를 판단한다. 이러한 판단결과 목표점으로 이동하는 선박의 AIS 데이터에 포함된 선박의 흘수가 초기 흘수와 같은 경우 제 1 단계에서 설정된 조종운동방정식 및 계수정보(유체력미계수)를 이용하여 선박의 운항성능을 시뮬레이션한다. 시뮬레이션 수행 후 목표점에 도달하는지 여부를 판단하고, 판단결과 목표점에 도달하지 않은 경우 시뮬레이션을 반복하며 최종 목표점에 도달한 경우 시뮬레이션을 종료한다. 한편, 선박의 AIS 데이터 또는 실선계측데이터에 포함된 선박의 흘수 정보가 초기 흘수와 다른 경우 조종운동방정식의 계수(유체력미계수)를 경험식으로 재추정한다. 계수는 저항계수로, 선박의 속도별로 설정된 설계흘수 및 밸러스트 흘수를 근거로 하여 대상선박의 속도에 설정된 설계흘수 및 밸러스트 흘수를 선형 보간법을 사용하여 저항계수를 추정한다. 이렇게 재추정된 계수정보와 조종운동방정식을 이용하여 선박의 운항성능을 시뮬레이션한다. 상술한 조종운동방정식을 통해 선박이 목표점으로 이동할 때 선박이 받는 종방향의 힘, 횡방향의 힘 및 요방향의 모멘트를 계산하고 계산된 선박이 받는 종방향의 힘, 횡방향의 힘 및 요방향을 모멘트를 통해 엔진의 제 1 RPM을 도출한다.
다음으로, 상기 추출된 운항정보, 상기 입력된 엔진동력설정정보와 상기 조종운동방정식을 이용하여 상기 선박의 운항경로에 따라 시뮬레이션을 수행하여 엔진의 제 2 RPM을 도출한다(제 4 단계).
엔진의 제 2 RPM은 정수 중 운항을 조건으로 하는 것으로, 상기 제 1 RPM과는 환경 하중의 고려여부에 차이가 있을 뿐이며, 제 2 RPM을 도출하는 구체적인 과정은 상기 제 3 단계의 제 1 RPM을 도출하는 과정과 동일하다.
다음으로, 도출된 엔진의 제 1 RPM과 제 2 RPM으로부터 각각 선박의 제 1 속도와 제 2 속도를 산출한다(제 5 단계). RPM을 알면 엔진의 주요재원에 따라 속도를 산출할 수 있으며, 통상 평균 RPM과 속도는 선형관계에 있다.
마지막으로 산출된 선박의 제 1 속도와 제 2 속도를 이용하여 환경 하중에 따른 선박의 속도 증감량을 도출한다(제 6 단계).
본 발명의 일 실시예에 따르면, 환경 하중을 고려하기 위해 획득되는 해상환경정보는 바람, 파도 및 조류이다. 이들 각각은 크기와 방향의 인자를 가지고 있으며, 각각 바람의 크기, 바람의 방향, 파도의 크기, 파도의 방향, 조류의 크기, 조류의 방향이 될 수 있다. 이 때, 5개의 환경 인자는 동일한 조건을 유지하면서 1개의 인자만을 변화시키면서 해당 인자로 인한 선박의 속도 증감량을 도출할 수 있고, 이를 반복하여 6개 인자 모두에 대한 선박의 속도 증감량을 도출할 수 있다. 물론, 6개 인자의 다양한 조합에 의해 다양한 인자별 선박의 속도 증감량을 도출할 수 있다. 이를 통해, 각 환경 인자로 인한 영향이 반영된 선박의 속도 증감량(RPM으로부터 도출)을 모두 산출하여 테이블 형태로 제작할 수 있고, 이러한 테이블을 통해 정수 중 운항조건의 속도와 다양한 환경 인자의 영향에 따른 속도 증감량을 검토할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량 도출 방법에 따라 정수 중 운항조건의 속도와 환경 하중을 고려할 경우 속도의 증감량을 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 정수 중 운항조건의 선박의 속도는 194 노트(빨간 실선)를 나타내고 있으며, 환경 하중 중 바람의 영향, 구체적으로는 바람의 방향이 고려되는 경우 속도의 증감량은 파란 실선으로 나타내고 있다.
특히 바람을 제외한 파도, 조류의 조건은 모두 동일하게 고정하고, 보다 구체적으로는 파도와 조류의 방향은 모두 0도로 고정하고, 바람의 방향만을 30도 단위로 바꾸어 가면서 0도 내지 330도가 되었을 때 도출되는 속도의 증감량을 알 수 있다.
이렇게 추정된 선박의 속도 증감량에 근거하여 선박의 이상적인 설계 속도와 환경 하중을 고려하는 경우 증가 또는 감소하는 속도를 도출할 수 있으며, 이를 근거로 시운전 조건에서의 속도 손실량 또는 증가량을 신뢰도 있게 추정할 수 있게 된다.
이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 이어지는 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 선박의 속도 증감량 도출 장치 200: 장치 데이터베이스

Claims (15)

  1. 선박의 운항과정을 시뮬레이션 또는 시운전하여 상기 선박의 실제 운항 성능을 분석하고 이를 통해 해상 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량을 도출하기 위한 선박의 속도 증감량 도출 장치 및 상기 선박의 속도 증감량 도출 장치의 각종 데이터들이 저장되는 장치 데이터베이스에 의해 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량을 도출하는 시스템으로서,
    상기 장치 데이터베이스에는 AIS 또는 실선계측장치로부터 수집된 AIS 데이터 또는 실선계측데이터 중에서 상기 선박의 운항 성능을 분석하기 위해 추출된 운항정보, 상기 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보 및 상기 선박의 엔진동력설정정보가 저장되어 있으며,
    상기 선박의 속도 증감량 도출 장치는,
    상기 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보, 상기 AIS 데이터 또는 상기 실선계측데이터로부터 추출된 상기 운항정보, 상기 선박의 엔진동력설정정보, 상기 선박의 동적 특성을 모사할 수 있는 조종운동방정식을 이용하여 상기 선박의 운항경로에 따라 시뮬레이션을 수행하여 엔진의 제 1 RPM을 도출하고,
    상기 선박이 정수 중 운항을 조건으로, 상기 AIS 데이터 또는 상기 실선계측데이터로부터 추출된 상기 운항정보, 상기 선박의 동적 특성을 모사할 수 있는 조종운동방정식을 이용하여 상기 선박의 운항경로에 따라 시뮬레이션을 수행하여 엔진의 제 2 RPM을 도출하고,
    상기 도출된 엔진의 제 1 RPM으로부터 상기 선박의 제 1 속도를 산출하고, 상기 도출된 엔진의 제 2 RPM으로부터 상기 선박의 제 2 속도를 산출하며,
    상기 제 1 속도와 상기 제 2 속도를 이용하여 환경 하중에 따른 선박의 속도 증감량을 도출하는 것을 특징으로 하는 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량 도출 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 AIS 데이터 또는 상기 실선계측데이터로부터 추출된 상기 운항정보는 상기 선박의 위치, 선수각 및 흘수인 것을 특징으로 하는 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량 도출 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보는 바람, 파도 및 조류로 이루어진 군으로부터 어느 하나 이상을 포함하는 정보인 것을 특징으로 하는 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량 도출 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 조종운동방정식은, 상기 선박의 선체, 프로펠러 및 러더에 작용하는 종방향의 동유체력, 상기 선박의 선체 및 러더에 작용하는 횡방향의 동유체력, 및 상기 선박의 선체 및 러더에 작용하는 요방향의 동유체력을 계산하기 위한 것으로, 상기 선박에 작용하는 각각의 동유체력을 선체, 프로펠러 및 러더 별로 각각 수학모형을 구성하고, 상기 구성된 수학모형에 대해 모형시험 결과 또는 시운전 결과를 통해 검증된 방정식인 것을 특징으로 하는 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량 도출 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 선박의 속도 증감량 도출 장치는,
    상기 선박의 엔진동력설정정보와, 상기 AIS 데이터 또는 상기 실선계측데이터 중에서 추출된 상기 선박의 초기 위치, 초기 선수각 및 초기 흘수를 초기 조건으로 설정하고,
    상기 AIS 데이터 또는 상기 실선계측데이터 중에서 상기 선박의 목표점을 설정하며,
    상기 초기 조건에서 상기 목표점으로 이동하기 위한 러더각을 계산하고,
    상기 선박의 현재 흘수와 상기 초기 흘수가 같은지 여부를 판단하며,
    상기 판단의 결과로 상기 선박의 현재 흘수와 상기 초기 흘수가 같으면 상기 조종운동방정식 및 계수정보와, 상기 계산된 러더각을 이용하여 상기 선박의 운항성능을 시뮬레이션하고,
    상기 판단의 결과로 상기 선박의 현재 흘수와 상기 초기 흘수가 다르면 상기 조종운동방정식의 계수를 경험식으로 재추정하여 재추정된 계수정보와 상기 조종운동방정식과, 상기 계산된 러더각을 이용하여 상기 선박의 운항성능을 시뮬레이션하는 것을 특징으로 하는 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량 도출 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 선박의 속도 증감량 도출 장치는,
    상기 계산된 러더각으로 러더의 러더각을 변경하여 상기 목표점으로 이동하는 선박이 받는 종방향 및 횡방향의 힘과, 요모멘트를 토대로 엔진의 RPM을 도출하는 것을 특징으로 하는 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량 도출 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보는 바람, 파도 및 조류의 정보이고,
    상기 선박의 속도 증감량 도출 장치는,
    상기 선박의 운항경로에 따라 바람, 파도 또는 조류 각각의 크기 또는 방향에 따라 각각의 RPM을 도출하고, 상기 도출된 각각의 RPM으로부터 상기 선박의 각각의 속도를 산출하며, 상기 도출된 선박의 각각의 속도와 상기 제 2 속도를 이용하여 환경 하중에 따른 선박의 속도 증감량을 도출하는 것을 특징으로 하는 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량 도출 시스템.
  8. 선박의 운항과정을 시뮬레이션 또는 시운전하여 상기 선박의 실제 운항 성능을 분석하고 이를 통해 해상 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량을 도출하는 방법으로서,
    상기 선박의 동적 특성을 모사할 수 있는 조종운동방정식을 설정하는 제 1 단계;
    AIS 또는 실선계측장치로부터 수집된 AIS 데이터 또는 실선계측데이터 중에서 상기 선박의 운항 성능을 분석하기 위해 운항정보를 추출하고, 상기 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보를 획득하며, 상기 선박의 엔진동력설정정보를 입력하는 제 2 단계;
    상기 추출된 운항정보, 상기 획득한 해상환경정보, 상기 입력된 엔진동력설정정보와 상기 조종운동방정식을 이용하여 상기 선박의 운항경로에 따라 시뮬레이션을 수행하여 엔진의 제 1 RPM을 도출하는 제 3 단계;
    상기 추출된 운항정보, 상기 입력된 엔진동력설정정보와 상기 조종운동방정식을 이용하여 상기 선박의 운항경로에 따라 시뮬레이션을 수행하여 엔진의 제 2 RPM을 도출하는 제 4 단계;
    상기 제 1 RPM으로부터 상기 선박의 제 1 속도를 산출하고, 상기 제 2 RPM으로부터 상기 선박의 제 2 속도를 산출하는 제 5 단계; 및
    상기 제 1 속도와 상기 제 2 속도를 이용하여 환경 하중에 따른 선박의 속도 증감량을 도출하는 제 6 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량 도출 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 AIS 데이터 또는 상기 실선계측데이터로부터 추출된 상기 운항정보는 상기 선박의 위치, 선수각 및 흘수인 것을 특징으로 하는 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량 도출 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보는 바람, 파도 및 조류로 이루어진 군으로부터 어느 하나 이상을 포함하는 정보인 것을 특징으로 하는 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량 도출 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 단계는,
    상기 선박의 선체, 프로펠러 및 러더에 작용하는 종방향의 동유체력, 상기 선박의 선체 및 러더에 작용하는 횡방향의 동유체력, 및 상기 선박의 선체 및 러더에 작용하는 횡방향의 동유체력, 및 상기 선박의 선체 및 러더에 작용하는 요방향의 동유체력을 계산하기 위한 것으로, 상기 선박에 작용하는 각각의 동유체력을 선체, 프로펠러 및 러더 별로 각각 수학모형을 구성하고, 상기 구성된 수학모형에 대해 모형시험 결과 또는 시운전 결과를 통해 검증된 방정식을 설정하는 것을 특징으로 하는 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량 도출 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 조종운동방정식을 이용하여 상기 선박의 운항경로에 따라 시뮬레이션을 수행하는 상기 제 3 단계 및 제 4 단계는,
    상기 선박의 엔진동력설정정보와, 상기 AIS 데이터 또는 상기 실선계측데이터 중에서 추출된 상기 선박의 초기 위치, 초기 선수각 및 초기 흘수를 초기 조건으로 설정하는 A 단계;
    상기 AIS 데이터 또는 상기 실선계측데이터 중에서 상기 선박의 목표점을 설정하는 B 단계;
    상기 초기 조건에서 상기 목표점으로 이동하기 위한 러더각을 계산하는 C 단계; 및
    상기 선박의 현재 흘수와 상기 초기 흘수가 같은지 여부를 판단하는 D 단계;
    를 포함하고,
    상기 D 단계의 판단의 결과로 상기 선박의 현재 흘수와 상기 초기 흘수가 같으면 상기 조종운동방정식 및 계수정보와, 상기 계산된 러더각을 이용하여 상기 선박의 운항성능을 시뮬레이션하고,
    상기 D 단계의 판단의 결과로 상기 선박의 현재 흘수와 상기 초기 흘수가 다르면 상기 조종운동방정식의 계수를 경험식으로 재추정하여 재추정된 계수정보와 상기 조종운동방정식과, 상기 계산된 러더각을 이용하여 상기 선박의 운항성능을 시뮬레이션하는 것을 특징으로 하는 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량 도출 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 계산된 러더각으로 러더의 러더각을 변경하여 상기 목표점으로 이동하는 선박이 받는 종방향 및 횡방향의 힘과, 요모멘트를 토대로 상기 엔진의 RPM을 도출하는 E 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량 도출 방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보는 바람, 파도 및 조류의 정보이고,
    상기 제 3 단계는, 상기 선박의 운항경로에 따라 바람, 파도 또는 조류 각각의 크기 또는 방향에 따라 각각의 RPM을 도출하고,
    상기 제 5 단계는, 상기 제 3 단계로부터 도출된 각각의 RPM으로부터 상기 선박의 각각의 속도를 산출하며,
    상기 제 6 단계, 상기 도출된 선박의 각각의 속도와 상기 제 2 속도를 이용하여 환경 하중에 따른 선박의 속도 증감량을 도출하는 것을 특징으로 하는 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량 도출 방법.
  15. 제 8 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 환경 하중을 고려한 선박의 속도 증감량 도출 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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