KR20200114858A - 드론을 이용한 선박 설비 모니터링 장치 - Google Patents

드론을 이용한 선박 설비 모니터링 장치 Download PDF

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KR20200114858A
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이현호
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 드론을 이용한 선박 설비 모니터링 장치를 제공할 수 있되, 선박내 복수개의 액세스포인트를 기반으로 한 네트워크망에 접속되고, 선박의 오토파일럿장치로부터 입력받은 선박운동정보 및 상기 오토파일럿장치의 운동 방정식으로 산출되는 선박 고유의 조종 운동 특성값을 드론운항에 적용시킨 드론순찰제어부를 구비한 제어서버; 상기 선박내 구비된 선박 설비인 타겟을 촬영하여 조사하도록, 상기 제어서버의 상기 드론순찰제어부에 의해 제어되고, 상기 제어서버와 통신하여서 상기 제어서버에 상기 타겟의 조사에 따른 데이터를 전송하는 드론; 및 상기 드론을 고박시키고, 상기 드론과의 접속에 따라 상기 드론의 배터리를 충전하고, 상기 드론의 상태를 점검하는 도킹스테이션을 포함할 수 있다.

Description

드론을 이용한 선박 설비 모니터링 장치{AN APPARATUS FOR MONITORING EQUIPMENT OF SHIP USING DRONE}
본 발명은 드론을 이용한 선박 설비 모니터링 장치에 관한 것이다.
일반적으로 선박은 거친 파랑 중에도 운항할 수 있을 정도로 내구성 있는 선체 구조를 가지고 있다.
이러한 선체 구조를 만들기 위해서는 선체의 내부에는 갑판 종통재, 트랜스버스 웨브, 횡격벽, 스트링거, 브라켓, 종격벽, 거더 등과 같은 복잡한 구조재들이 마련되어 있다.
또한, 선체의 내부에는 거주구, 기관실, 화물창 등과 같은 공간 영역은 통로 구조물, 액세스 도어, 해치, 환기구, 배관 또는 전선 연장 구멍 구조물이 형성되어 있어서, 드론(drone)이 운행 또는 운항하기 매우 어려운 상황이다.
또한, 선박은 해상에서 운항되는 경우, 해상상태 및 운항조건에 따라서, 선체 6자유도 운동, 즉 직선운동으로서 전후요(surging), 좌우요(swaying), 상하요(heaving) 및 회전운동으로서 횡요(rolling), 종요(pitching), 선수요(yawing)을 받고 있다.
즉, 거친 해상에서는 선박의 운항이 곤란해지며, 심한 해상상태에서는 선박이 전복되는 사고가 발생할 수가 있고, 군함이라 하더라도 파랑이 심한 경우 항공기 등의 이착륙이 매우 제한될 수 있다.
한편, 무인 항공기(無人航空機)의 일종인 드론은 조종사(human pilot)가 탑승하지 않은 무인 비행체를 의미할 수 있다.
종래 기술에 따른 방범지역의 자율비행을 위해 드론을 적용한 것으로서, 비행 도중 이벤트의 발생을 감시 및 경보하도록 하는 정도의 기술일 수 있다.
그러나, 선박의 경우 선체 자체가 6자유도 운동을 받으면서 흔들릴 수 있고, 선세의 내부의 복잡하고 좁은 공간으로 인하여, 통신 불량, 운항 불능 지역 등이 존재할 수 있으므로, 드론을 이용하여 선체의 내부를 순찰하거나 모니터링 하는 것 자체가 매우 어려운 상황이다.
또한, 드론은 무인 비행체로서 이륙 및 착륙이 필수적인데, 드론이 착지하고 있는 프레임이 선체와 함께 움직일 경우, 드론 손상, 드론 이륙장 파손 등의 문제점이 발생될 수 있고, 영상을 촬영하여 데이터로 변환하는데 있어서, 촬영 원본 데이터의 불량으로 인식률이 매우 현저히 들어질 수 있는 단점을 갖는다.
특히, 선박은 운송수단인 동시에 플랜트의 성격을 가지고 있는 장치이다.
선박내 설비의 유지보수를 위해 기관사가 승선을 하게 되고 근무시간 중 많은 시간을 설비의 감시에 사용하고 있다.
예컨대, 기관사는 하루 3번 기관실 전체를 조사하되, 각 조사마다 현장 순찰 및 목측(예: 계기를 사용하지 않고 관측자의 눈으로 어림하여 현상을 관측)하고, 조사 일지에 해당 설비의 계기 수치, 상태를 수기로 기록을 하고, 조사에서 돌아와 관리시스템에 계기 수치 및 상태를 수동으로 입력하는 행동을 반복하고 있는 실정이다.
이에, 선박 내의 주요 설비인 기관실, 화물창, 또는 기계실 또는 유수분리기가 설치된 선체 내부 공간 등에 설치된 각종 설비를 감시, 조사, 분석, 경보, 화재 예방 또는 소화 기능 등을 선박에서 드론으로 수행할 수 있는 기술의 개발이 시급히 요구되고 있는 상황이다.
본 발명에서는 선체 6자유도 운동 하의 선박에 설치된 각종 설비를 조사 또는 감시와 관련된 업무를 드론으로 대체하여 선원의 업무를 줄이고, 나아가 선원의 수를 줄일 수 있는 드론을 이용한 선박 설비 모니터링 장치를 제공하고자 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 선박내 복수개의 액세스포인트를 기반으로 한 네트워크망에 접속되고, 선박의 오토파일럿장치로부터 입력받은 선박운동정보 및 상기 오토파일럿장치의 운동 방정식으로 산출되는 선박 고유의 조종 운동 특성값을 드론운항에 적용시킨 드론순찰제어부를 구비한 제어서버; 상기 선박내 구비된 선박 설비인 타겟을 촬영하여 조사하도록, 상기 제어서버의 상기 드론순찰제어부에 의해 제어되고, 상기 제어서버와 통신하여서 상기 제어서버에 상기 타겟의 조사에 따른 데이터를 전송하는 드론; 및 상기 드론을 고박시키고, 상기 드론과의 접속에 따라 상기 드론의 배터리를 충전하고, 상기 드론의 상태를 점검하는 도킹스테이션을 포함하는 드론을 이용한 선박 설비 모니터링 장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 선박 설비인 타겟은, 상기 선박내에 마련된 기관실, 화물창, 계기판, 동력라인 연결부, 배관 연결부, 빌지 저장소 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 도킹스테이션과 상기 타겟 사이에서 드론의 순찰경로상의 선박 내부 구조물의 표면과, 상기 타겟을 구성하는 구조물의 표면에는, 상기 드론이 광학 인식을 통해 인식할 수 있는 복수개의 순찰경로 가이드용 태그와, 상기 타겟 식별용 태그가 부착되어 있을 수 있다.
또한, 상기 제어서버는, 상기 드론순찰제어부에 접속되고, 유무선 인터넷, 블루투스, 지그비(Zigbee), 와이파이 중 어느 하나의 통신프로토콜을 통해 상기 드론과 통신하는 통신제어부; 상기 통신제어부를 통해 상기 제어서버에 접속된 상기 드론을 원격조종하거나, 사전 프로그램된 순찰경로에 따라 자동(auto-piloted) 또는 반자동(semi-auto-piloted)형식으로 자율비행하도록 상기 드론의 운항을 관제 또는 가이드하는 드론운항부; 상기 드론운항부를 통해 상기 드론을 가동시키기 위한 순찰회수 또는 순찰시간을 관리하는 드론순찰 스케줄링부; 상기 드론의 운항 중 또는 상기 도킹스테이션에 고박된 상태에서, 상기 드론에 장착된 구동모터의 프로펠러 회전수, 상기 드론에 장착된 배터리 용량을 체크, 배터리 교체주기 체크, 드론별 자체점검 스케줄 체크, 드론 운항시간 기록, 드론 운항회수 기록, 드론 유지보수 타이밍을 관리하는 드론상태 모니터링부; 상기 드론을 통한 순찰 결과에 따라서 담당자를 호출하거나, 상기 순찰 결과에 대한 레포트를 작성하여 상기 제어서버의 데이터 저장부에 기록하는 순찰결과 보고부; 상기 드론으로부터 전송된 데이터를 분석하여 상기 순찰 결과를 생성하고, 상기 순찰 결과를 상기 순찰결과 보고부에 전달하는 데이터 분석부; 및 상기 드론이 조사할 타겟에 대한 3차원 공간 좌표를 갖는 타겟정보, 상기 드론이 운항할 상기 순찰경로에 대한 3차원 공간 좌표를 갖는 순찰경로정보, 상기 드론이 촬영한 일반 컬러 촬영 영상 또는 열화상 인식용 적외선 촬영을 갖는 이미지정보, 상기 이미지정보로부터 인식 및 추출한 텍스트정보, 상기 이미지정보 및 상기 텍스트정보에 대한 계측값을 사전 설정한 기준값에 비교하여 도출한 상황판단값, 오류값, 경고값, 순찰결과값을 갖는 분석정보, 및 상기 분석정보를 사전 설정한 보고서양식에 기입하여 만든 레포트파일을 갖는 보고서정보 중 하나 이상의 정보를 기록 및 관리하는 데이터 저장부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 드론은, 상기 제어서버에 접속하여 상기 통신제어부와 통신하는 드론통신부; 상기 드론통신부를 통해 상기 제어서버와 협업하는 인공지능을 구비하여서, 상기 선박내 순찰경로, 통로, 구조물, 상기 타겟의 움직임 등에 대하여 자체적인 판단에 따라 조사 또는 순찰을 수행하거나, 상기 제어서버로부터 발생된 순찰명령에 대응하게 상기 드론의 구동모터의 작동을 제어하는 드론구동부; 상기 순찰명령에 따라 드론이 운항할 상기 순찰경로 상의 선박 내부 구조물, 통로, 상기 타겟의 전체 형상 또는 국부 형상을 촬영하여서, 일반 컬러 촬영 영상 또는 열화상 인식용 적외선 촬영 영상의 데이터를 수집하도록 상기 드론구동부에 의해 제어되는 촬영부; 및 상기 드론에 모듈 형식으로 탈부착되어서, 화재 억제용 소화약제를 투척하는 소화장치, 전류를 검출하는 전류측정장치, 전류 누설을 검출하는 누전테스트장치, 상기 타겟을 터치하거나 상기 타겟의 스위치를 온오프시키거나 회동시키는 모터 구동식 후크장치, 상기 드론이 순찰경로 상의 지면을 따라 이동하도록 상기 드론에 결합 또는 일체로 구비될 수 있는 휠구동장치 중 어느 하나를 구비하는 기능모듈부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 드론을 이용한 선박 설비 모니터링 장치에 의하면, 드론과 통신하는 제어서버가 선박의 오토파일럿장치로부터 입력받은 선박운동정보 및 오토파일럿장치의 운동 방정식으로 산출되는 선박 고유의 조종 운동 특성값을 적용하여 드론운항을 제어함으로써, 드론이 복잡한 선박 내부 공간을 통해 비행하면서, 기관실, 화물창, 기계실의 설비, 계기판, 동력라인 연결부, 배관 연결부, 빌지 저장소 등의 타겟을 안정적으로 순찰, 조사, 감시를 수행하면서 데이터를 수집할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 드론을 이용한 선박 설비 모니터링 장치에 의하면, 드론의 이륙 또는 착륙이 이루어지는 도킹스테이션의 이착륙플랫폼의 움직임이 상기 선박운동정보 및 상기 선박 고유의 조종 운동 특성값에 대응하여 선박 운항 중 선체 운동 보상을 수행함으로써, 이착륙 도중의 드론을 안전하게 보호할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 드론을 이용한 선박 설비 모니터링 장치에 의하면, 1차 정상 스케줄에 의한 2차 비정상 상태 정밀 검사를 위한 재감시를 자동으로 수행할 수 있음으로써, 순찰을 통해 얻은 결과의 신뢰성을 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 드론을 이용한 선박 설비 모니터링 장치에 의하면, 드론 이륙 또는 착륙 전후에 드론의 상태, 배터리 충전 상태를 미리 파악하여, 신뢰성 있는 드론 운용이 이루어질 수 있는 장점이 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 드론을 이용한 선박 설비 모니터링 장치의 배치도이다.
도 2는 도 1에 도시된 장치의 구성도이다.
도 3은 도 1에 도시된 장치에 의한 타겟 조사방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 도 3에 도시된 타겟 조사방법에서 드론의 기능을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 도 2에 도시된 드론에 의해 계기를 촬영하여 타겟에 구비된 장비의제외관 상태를 점검하고 게이지 값을 읽는 상태를 설명하기 위한 사시도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 응용 예들에 따른 드론의 사시도이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략할 수 있고, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용할 수 있다.
도면에서, 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 드론을 이용한 선박 설비 모니터링 장치의 배치도이고, 도 2는 도 1에 도시된 장치의 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 드론을 이용한 선박 설비 모니터링 장치(10)는 선체 6자유도 운동을 받고 있는 선박(1)에서 주요 선박 설비로서 순찰 대상인 타겟(12)을 조사, 검사, 검사, 분석, 경보, 화재 예방 또는 소화 기능을 안정되고 신뢰성 있게 수행할 수 있도록 구성되어 있을 수 있다.
드론을 이용한 선박 설비 모니터링 장치(10)는 제어서버(100), 드론(200), 도킹스테이션(300)을 포함할 수 있다.
한편, 선박 설비인 타겟(12)은 선박(1)내에 마련된 기관실(121), 화물창(122), 계기판(123), 동력라인 연결부(124), 배관 연결부(125), 빌지 저장소(126) 중 어느 하나이거나, 기타 조사 및 순찰이 필요한 배전반, 컨테이너 연결부, 냉동컨테이너 접속부, 발라스트탱크용 수위계 등과 같이, 조사 또는 순찰이 필요한 선박내 어떠한 장소 및 설비 혹은 장치가 될 수 있으므로, 선박에 관련된 장치 구성이라면 특정 대상으로 한정되지 않을 수 있다.
제어서버(100)는 선박(1)에서 네트워크망에 접속할 수 있는 설비를 구비한한거주구, 또는 별도의 모니터링룸에 설치되어 있을 수 있다.
제어서버(100)는 선박(1)내 복수개의 액세스포인트(11)를 기반으로 한 네트워크망에 접속되어 있을 수 있다.
액세스포인트(11)는 유무선 인터넷, 블루투스, 지그비(Zigbee), 와이파이 중 어느 하나의 통신프로토콜을 지원하는 네트워크 장비를 통칭할 수 있고, 제어서버(100)와 드론(200)간 통신신호 또는 데이터의 통신을 중계하는 역할을 담당할 수 있다.
액세스포인트(11)는 순찰경로 또는 타겟(12)이 설치된 선박 내부 구조물의 표면과, 타겟(12)을 구성하는 구조물의 표면 중에서 통신손실을 최소화할 수 있거나 통신사각지대를 형성하지 않는 위치별로 각각 설치되어 있을 수 있다.
제어서버(100)는 선박(1)의 오토파일럿장치(400)로부터 입력받은 선박운동정보 및 오토파일럿장치(400)의 운동 방정식으로 산출되는 선박 고유의 조종 운동 특성값을 드론운항에 적용시킨 드론순찰제어부(101)를 구비하고 있다.
오토파일럿장치(400)는 선박(1)에 기설치되어 있는 장비 또는 설치를 의미할 수 있다.
오토파일럿장치(400)는 제어서버(100)와 통신으로 접속되어 있고, 선박(1)에 기설치되어 있는 선체운동 계측장치 또는 러더작동 계측장치를 통해서 획득한 동요 계측값, 러더각 계측값을 제어서버(100) 쪽으로 전달하는 역할을 담당할 수 있다.
여기서, 동요 계측값은, 상기 선박의 횡요각 및 횡요 각속도, 종요 및 종요 각속도, 선수요각 및 선수요 각속도, 전후요 이동량 및 전후요 이동속도, 좌우요 및 좌우요 이동속도, 상하요 이동량 및 상하요 이동속도, 또는 동요별 진동수(예: 횡요 진동수 또는 종요 진동수)를 포함할 수 있다.
또한, 러더각 계측값은 선박의 자세 제어 또는 방향 제어를 미리 예측하기 위해서 제어서버(100) 쪽으로 전달되는 값을 의미할 수 있다.
제어서버(100)는 오토파일럿장치(400)로부터 전달 받은 선박(1)의 동요 계측값 및 러더각 계측값을 이용하여, 선박(1)의 움직임 또는 선체운동 예상 정보를 드론(200)에게 제공함으로써, 드론(200)이 움직이는 물체인 선박(1) 내에서 운항 및 자세 제어를 수행할 때, 이벤트 대응 능동적으로 대응할 수 있게 하는 역할을 담당할 수 있다.
드론(200)은 선박(1)내 구비된 선박 설비인 타겟(12)을 촬영하여 조사하도록, 제어서버(100)의 드론순찰제어부(101)에 의해 제어되고, 제어서버(100)와 통신하여서 제어서버(100)에 타겟(12)의 조사에 따른 데이터를 전송하는 역할, 타겟(12)의 작동 상황, 상태, 사고 발생 여부, 오작동 여부 등을 발견하기 위해 순찰하는 역할, 순찰결과에 따라 담당자를 호출하거나 경보를 발생시키는 역할 등을 수행할 수 있다.
도킹스테이션(300)은 단수개 또는 복수개로 구성되어 있을 수 있다.
각 도킹스테이션(300)은 단수개 또는 복수개의 드론(200)을 플랫폼(310) 위의 고박장치(311)로 고박, 격납 또는 릴리스시킬 수 있도록 구성되어 있다.
도킹스테이션(300)은 미 도시되어 있지만 드론(200)과 전기적 및 물리적 접속을 수행할 수 있는 접속장치를 플랫폼(310)의 고박장치(311) 내에 더 구비할 수 있다.
따라서, 도킹스테이션(300)은 드론(200)과의 접속에 따라 드론(200)의 작동에 필요한 배터리(미 도시)를 충전하고, 드론(200)의 상태를 점검하는 역할을 수행할 수 있다.
특히, 도킹스테이션(300)은 플랫폼 자세 제어 장치(312)(예: 복수개의 유압실린더 또는 스튜어트 플랫폼 구동기)로 드론(200) 격납, 고박 및 안착용 플랫폼(310)을 이동시키되, 이때, 앞서 언급한 동요 계측값 또는 러더각 계측값에 대응하게 미리 플랫폼(310)을 선박(1)의 6자유도 운동과 같은 방향 또는 다른 방향으로 이동 또는 회전함으로써, 드론(200)의 이착륙을 용이하고 안전하게 보호하면서, 선박(1)이 거친 파랑 중에 놓여 있더라도, 드론(200)의 이륙 또는 착륙을 가능케 할 수 있는 장점이 있다.
예컨대, 드론(200)은 선박(1)의 동요별 진동수에 반응하여 선박(1)의 움직임과 같은 방향으로 운항하거나, 선박(1)의 운동을 미리 파악하여 선박(1)의 움직임과 반대 방향으로 운동할 수 있도록 선행학습되어 있을 수 있고, 결과적으로 선박(1) 내의 순찰경로를 따라 안전하게 비행할 수 있다.
또한, 도킹스테이션(300)의 플랫폼 자세 제어 장치(312)도 드론(200)을 안전하게 이륙 또는 착륙 시킬 수 있는 진동수로 이동 또는 회전될 수 있도록 선행학습되어 있을 수 있고, 결과적으로 드론(200)을 안전하게 착륙 또는 이륙시킬 수 있는 장점을 가진다.
또한, 도킹스테이션(300)의 플랫폼 자세 제어 장치(312)와 플랫폼(310)의 사이에는 충격감쇄장치 또는 댐퍼(미 도시)가 더 구비되어 있어서, 드론(200)의 착륙시의 충격을 최소화하여서, 드론(200)을 보호할 수 있는 장점을 더 가질 수 있다.
한편, 도킹스테이션(300)과 타겟(12) 사이에서 드론(200)의 순찰경로상의 선박 내부 구조물의 표면이나, 혹은 타겟(12)을 구성하는 구조물, 장치, 설비 등의 표면에는 드론(200)에 의해 광학 인식, 또는 통신 인식 가능한 태그(13)가 부착되어 있을 수 있다.
예컨대, 태그(13)는 바코드, QR코드, 위치인식용 패턴을 갖는 스티커 혹은 라벨, RFID태그, NFC태그 등이 될 수 있다.
더욱 상세하게는, 태그(13)는 드론(200)이 광학 인식을 통해 인식할 수 있는 복수개의 순찰경로 가이드용 태그와, 타겟(12) 식별용 태그, 게기판(123)의 각종 계기 인식용 태그, 장소를 식별할 수 있는 태그 등이 될 수 있다.
더욱 구체적으로, 제어서버(100)는 드론순찰제어부(101), 통신제어부(110), 드론운항부(120), 드론순찰 스케줄링부(130), 드론상태 모니터링부(140), 순찰결과 보고부(150), 데이터 분석부(160), 데이터 저장부(170)를 포함할 수 있다.
드론순찰제어부(101)는 드론(200) 또는 도킹스테이션(300)의 플랫폼 자세 제어 장치(312)를 선박(1)의 오토파일럿장치(400)로부터 전달된 정보(예: 동요 계측값, 러더각 계측값 등)으로 선행학습 또는 후행학습시키는 머신러닝 알고리즘을 구비하고 있을 수 있다.
통신제어부(110)는 액세스포인트(11)를 경유하여 드론(200)과 통신하거나, 드론(200)과 직접 무선통신 가능한 범위 내에서 경우 핸드오프기능을 통해 드론(200)과 통신할 수 있도록 구성되어 있다.
통신제어부(110)는 드론순찰제어부(101)에 접속되고, 유무선 인터넷, 블루투스, 지그비(Zigbee), 와이파이 중 어느 하나의 통신프로토콜을 통해 드론(200)과 통신하는 역할을 담당할 수 있다.
드론운항부(120)는 액세스포인트(11), 통신제어부(110), 드론순찰제어부(101)를 통해 제어서버(100)에 접속된 드론(200)을 원격조종하거나, 사전 프로그램된 순찰경로에 따라 자동(auto-piloted)형식으로 자율비행 또는 반자동(semi-auto-piloted)형식으로 비행하도록 드론(200)의 운항을 관제 또는 가이드하는 역할을 담당할 수 있다.
즉, 드론운항부(120)는 도킹스테이션(300)의 고박 또는 격납을 수행하거나, 드론(200)의 이륙, 착륙, 장비 외관 상태 점검을 위한 드론(200)의 움직임 제어, 게이지 값을 읽기 위한 촬영 동작시, 순찰명령 또는 제어신호를 드론(200) 쪽으로 전송하거나, 드론(200)으로부터 피드백된 신호를 분석하여 다시 드론(200)의 작동을 조절하거나, 드론(200)의 자세 제어, 타겟 설정 또는 해제, 이착륙에 필요한 드론 제어 기능을 수행하는 역할을 담당할 수 있다.
드론순찰 스케줄링부(130)는 드론운항부(120)를 통해 드론(200)을 가동시키기 위한 순찰회수 또는 순찰시간을 관리하는 역할을 담당할 수 있다.
드론순찰 스케줄링부(130)는 담당자 또는 관리자의 권한 설정, 순찰명령 입력, 순찰결과 조회, 데이터 관리 등을 위한 컴퓨터화된 인터페이스 장치(예: 모니터, 마우스, 키보드 등)을 포함할 수 있다.
드론상태 모니터링부(140)는 드론(200)의 운항 중 또는 도킹스테이션(300)에 고박된 상태에서, 드론(200)에 장착된 구동모터의 프로펠러 회전수, 드론(200)에 장착된 배터리 용량을 체크, 배터리 교체주기 체크, 드론(200)별 자체점검 스케줄, 드론(200) 운항시간 기록, 드론(200) 운항회수 기록, 드론(200) 유지보수 타이밍을 관리하는 역할을 담당할 수 있다.
순찰결과 보고부(150)는 각종 보고서 양식을 구비하여 문서자동화를 통해 레포트파일을 생성하는 것으로서, 드론(200)을 통한 순찰 결과에 따라서 담당자를 호출하거나, 순찰 결과에 대한 레포트파일을 작성하여 제어서버(100)의 데이터 저장부(170)에 기록하는 역할을 담당할 수 있다.
데이터 분석부(160)는 선박 설비별 설계값, 사전 설정한 기준값, 드론 선행 학습 자료를 기반으로 드론(200)으로부터 전송된 데이터를 분석하여 순찰 결과를 생성하고, 그 순찰 결과를 순찰결과 보고부(150)에 전달하는 역할을 담당할 수 있다.
예컨대 데이터 분석부(160)는 선체 6자유도 운동과 드론(200)간 상대 운동량, 선체 6자유도 운동과 도킹스테이션(300)의 플랫폼(310)간 상대 운동량을 적용한 머신러닝 알고리즘 또는 인공지능 학습알고리즘으로 드론(200)의 비행 성능을 증대시킬 수 있도록 구성되어 있을 수 있다.
데이터 저장부(170)는 드론(200)이 조사할 타겟(12)에 대한 3차원 공간 좌표를 갖는 타겟정보(161)와, 상기 드론(200)이 운항할 순찰경로에 대한 3차원 공간 좌표를 갖는 순찰경로정보(162)를 기록 및 관리하는 역할을 담당할 수 있다.
또한, 데이터 저장부(170)는 드론(200)이 촬영한 일반 컬러 촬영 영상 또는 열화상 인식용 적외선 촬영을 갖는 이미지정보(163)와, 그 이미지정보(163)로부터 인식 및 추출한 텍스트정보(164)를 기록 및 관리하고, 데이터 분석부(160)에 의해 활용 가능한 정보로 보정 또는 변환시키는 역할을 담당할 수 있다.
또한, 데이터 저장부(170)는 이미지정보(163) 및 텍스트정보(164)에 대한 조사값을 사전 설정한 기준값에 비교하여 도출한 상황판단값, 오류값, 경고값, 순찰결과값을 갖는 분석정보(165), 및 상기 분석정보(165)를 사전 설정한 보고서양식에 기입하여 만든 레포트파일을 갖는 보고서정보(166)를 기록 및 관리할 수 있도록 구성되어 있을 수 있다.
드론(200)은 드론통신부(210), 드론구동부(220), 촬영부(230) 및 기능모듈부(240)를 포함할 수 있다.
여기서, 드론통신부(210)는 제어서버(100)에 접속하여 액세스포인트(11)를통경유하여 통신하거나 직접 통신제어부(110)와 통신하는 역할을 담당할 수 있다.
또한, 드론구동부(220)는 드론통신부(210)를 통해 제어서버(100)와 협업하는 인공지능을 구비하여서, 선박(1)내 순찰경로, 통로, 구조물, 타겟(12)의 움직임 등에 대하여 자체적인 판단에 따라 조사 또는 순찰을 수행하거나, 제어서버(100) 로부터 발생된 각종 순찰명령에 대응하게 상기 드론(200)의 구동모터의 작동을 제어하는 역할을 담당할 수 있다.
또한, 촬영부(230)는 드론(200)에 탑재된 각종 카메라 장치로서 타겟(12)의 전체 형상 또는 국부 형상을 촬영할 수 있는 광학 장치, 필터 등으로 구성되어 있을 수 있다.
이런 촬영부(230)는 순찰명령에 따라 드론(200)이 운항할 순찰경로 상의 각종 비행 간섭물을 회피하면서, 순찰경로 상의 선박 내부 구조물, 통로, 상기 타겟의 전체 형상 또는 국부 형상을 촬영하여서, 일반 컬러 촬영 영상 또는 열화상 인식용 적외선 촬영 영상의 데이터를 수집하도록 드론구동부(220)에 의해 제어될 수 있다.
또한, 기능모듈부(240)는 드론(200)에 모듈 형식으로 탈부착될 수 있는 기능 모듈을 의미할 수 있다.
여기서, 기능모듈부(240)용 각종 장치는 도 6 내지 도 8을 통해서 상세히 설명될 수 있다.
이하, 드론을 이용한 선박 설비 모니터링 장치(10)의 타겟(12) 조사 또는 순찰 방법에 대하여 예시적인 방법을 설명하고자 한다.
도 3은 도 1에 도시된 장치에 의한 타겟 조사방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 4는 도 3에 도시된 타겟 조사방법에서 드론의 기능을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 5는 도 2에 도시된 드론에 의해 계기를 촬영하여 타겟에 구비된 장비의제외관 상태를 점검하고 게이지 값을 읽는 상태를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제어서버는 제 1 순찰명령을 발령한다(S110).
여기서, 제 1 순찰명령은 앞서 설명한 드론순찰 스케줄링부에 기록 및 관리되는 정상 스케줄에 의한 드론 상태 점검, 배터리 체크, 이륙, 비행 및 조사, 촬영, 착륙 전반에 걸친 드론 제어 신호 및 정보들로 이루어져 있을 수 있다.
이런 경우, 도킹스테이션 및 드론에서는 드론 상태, 드론 부품 파손 여부, 배터리 용량 체크, 순찰경로 설정 체크, 타겟 설정 체크 등의 점검이 이루어질 수 있다(S210).
점검 결과의 내용이 불량일 경우에는 담당자 호출 및 드론 상태 매뉴얼 점검(S120)이 이루어질 수 있다.
반대로, 점검 결과 내용이 양호일 경우에는 도킹스테이션의 플랫폼에 고박되어 있던 드론이 릴리스 상태로 전환되고(S220), 도 4와 같은 드론의 순찰(S300)이 시작될 수 있다.
도 4를 참조하면, 드론의 순찰(S300)에서는 도킹스테이션의 플랫폼은 선박 운항 중 선체 운동을 보상하는 쪽으로 이동 또는 회전함으로, 선박 내부의 드론이 도킹스테이션의 플랫폼으로부터 안전하게 이륙할 수 있다(S310).
이후, 드론은 역시 선체 운동을 보상받아 선박내 비행 공간 상의 구조물에 의해 부딛치지 않게 회피하면서 순찰 대상 또는 조사 대상인 타겟을 향하여 자동형식의 자율비행 또는 반자동형식의 비행을 안전하고 신뢰성 있게 수행할 수 있다.
설정된 타겟에 도착한 드론은 타겟이 설치된 공간 전체를 촬영하거나, 타겟의 전체 형상 또는 타겟의 국부 형상을 근접 촬영 또는 비행 하면서, 장비 이관 상태를 점검하는 제 1 조사과정(S320)과, 촬영한 데이터를 제어서버로 전송하여 촬영한 타겟에 마련된 각종 계측기의 게이지 값을 읽는 제 2 조사과정(S330)을 수행할 수 있다.
그리고, 드론은 순찰 완료 체크 과정(S340)에 대응하게 순찰 완료전 까지 제 1 조사과정(S320) 및 제 2 조사과정(S330)을 반복한다.
이후, 드론은 순찰 완료에 따라 도킹스테이션 쪽으로 복귀하여 착륙을 할 수 있다(S350).
도 3을 재 참조하면, 드론은 도킹스테이션으로 복귀하여 도킹스테이션의 플랫폼에 도킹될 수 있다(S230).
드론은 도킹스테이션의 플랫폼에 고박되고, 전기적 및 물리적 접촉을 통해서 도킹스테이션의 접속 컨트롤러에 의해 드론 상태 체크가 이루어질 수 있다(S240).
체크 결과의 내용이 불량 또는 나쁨일 경우에는 담당자 호출 및 드론 상태 매뉴얼 점검(S160)이 이루어질 수 있다.
반대로, 체크 결과 내용이 양호일 경우에는 드론은 도킹스테이션의 접속 컨트롤러를 통해서 촬영 또는 조사에 따른 데이터(예: 영상, 이미지, 게이지 값용 텍스트)를 제어서버 쪽으로 전송한다(S250).
또한, 도킹스테이션은 드론의 배터리를 충전하고(S260), 드론은 대기 상태로 유지될 수 있다(S270).
제어서버는 전송 받은 데이터를 데이터 저장부에 항목별로 저장하고, 머신러닝 알고리즘을 통해 저장된 데이터를 분석하여서, 데이터별 이미지정보 또는 텍스트정보에 대한 조사값을 사전 설정한 기준값에 비교하여 상황판단값, 오류값, 경고값, 순찰결과값 등의 분석결과값을 도출하고, 그 분석결과값을 데이터 저장부의 해당 항목의 데이터베이스에 저장할 수 있다(S170).
만일, 분석결과값을 기초로 해당 타겟이 위험, 오작동, 이상점 등이 발견되지 않는 정상 상태인 경우, 드론은 계속해서 대기 장태를 유지할 수 있고, 다음 제 1 순찰명령이 떨어질 때까지 대기 상태를 계속 유지할 수 있다(S270).
그러나, 분석결과값을 기초로 해당 타겟이 비정상 또는 위험 상태로 판단될 경우, 제어서버는 담당자를 호출하거나 경보를 발생하고(S190). 제 2 순찰명령을 발령한다(S130).
여기서, 제 2 순찰명령은 제 1 순찰명령에 의해 조사가 진행된 타겟에 대하여 비정상 상태 정밀 검사를 위해 드론을 출동시키는 드론 제어 신호 및 정보들로 이루어져 있을 수 있다.
즉, 드론은 제 2 순찰명령에 따라 앞서 제 1 순찰명령과 같은 경로로 타겟까지 이동한 후, 비정상 상태로 지적된 타겟의 국부적인 부위를 정밀 촬영을 수행한 후 다시 도킹스테이션으로 복귀한다.
이후, 제어서버는 분석결과값이 제 2 순찰명령의 결과로 이루어진 것을 체크한 후, 레포트파일을 작성하고 데이터 저장부에 기록할 수 있다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 드론(200)은 선박내 주요 설비, 즉 타겟(12)인 기관실(121)에서 촬영을 수행함으로써, 계기판(123)의 각종 계측기의 게이지 값을 읽는 로컬 게이지 인식 프로세스를 수행하거나, 선박의 엔진에 대한 열화상 검사 혹은 엔진용 배관의 열화상 검사를 통해 화재 및 배관 누설 부위를 확인하는 프로세스를 수행하고, 이를 제어서버(100)에 전달할 수 있다.
또한, 화재 발생 응급 처치가 가능한 경우에는 드론(200)은 후술되는 드론(200)의 기능모듈부(240) 등을 통해서 현장에서 직접 해당 타겟(120)에 대한 조작 프로세스를 수행할 수도 있다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 응용 예들에 따른 드론의 사시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 드론(200)은 드론(200)의 최대이륙중량별 허용 가능한 중량을 갖는 기능모듈부(240)를 일체형으로 구비하거나, 착탈 가능하게 구비한 기능모듈부(240)의 세부 구성으로서 앞서 설명한 순찰 대상 또는 조사 대상인 타겟을 터치하거나 그 타겟의 스위치를 온오프시키거나 회동시키는 모터 구동식 후크장치(241)를 가지고 있을 수 있다.
또한, 드론(200)은 그의 순찰경로 상의 지면을 따라 이동하도록 드론(200)에 결합 또는 일체로 구비될 수 있는 휠구동장치(242)를 구비하고 있을 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 드론(200)은 화재 억제 또는 진압을 위한 소화수 볼(ball) 혹은 폼형식의 화재 억제용 소화약제를 투척하는 소화장치(243)를 구비하고 있을 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 드론(200)은 전류를 검출하는 전류측정장치, 전류 누설을 검출하는 누전테스트장치 등과 같은 전기 테스터 장비(244)를 가지고 있을 수 있다.
전기 테스터 장비(244)와 드론(200)의 본체 사이에는 전기 테스터 장비(244)를 가동시키기 위해 제어서버 또는 드론(200) 자체 컨트롤러에 의해 제어될 수 있는 로봇팔이 더 마련되어 있을 수 있다.
아울러, 드론(200)의 다른 응용 예에 따른 기능모듈부(240)는 미 도시되어 있지만, 야간 순찰을 위한 조명 장비, 레이저 거리 측정기, 열화상으로 청수 또는 해수의 주설부를 확인하는 계측기, 휘발성 물질(예: 연료 또는 가스)을 탐지하는 탐지기, 적외선 온도 측정기, 냉동 컨테이너 제어기용 접속 장치, 무어링 가이드를 체크하는 장치, 어라운드 뷰 제공 장치 등과 같이, 드론(200)의 최대이륙중량별 허용 가능한 중량을 갖는 부가 장치로 제작되어 있을 수 있다.
이처럼, 본 발명의 드론을 이용한 선박 설비 모니터링 장치는 드론과 제어서버 및 도킹스테이션을 운영함에 있어서, 선박의 오토파일럿장치로부터 입력받은 선박운동정보 및 오토파일럿장치의 운동 방정식으로 산출되는 선박 고유의 조종 운동 특성값을 적용하고, 선행학습을 적용하여 드론운항을 신뢰성 있고 안전하게 수행할 수 있으며, 드론을 보호하면서도 선박내 분산된 타겟을 효율적으로 순찰 및 조사할 수 있는 장점을 가진다.
본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 제어서버 101 : 드론순찰제어부
110 : 통신제어부 120 : 드론운항부
130 : 드론순찰 스케줄링부 140 : 드론상태 모니터링부
150 : 순찰결과 보고부 160 : 데이터 분석부
170 : 데이터 저장부 200 : 드론
300 : 도킹스테이션 400 : 오토파일럿장치

Claims (5)

  1. 선박내 복수개의 액세스포인트를 기반으로 한 네트워크망에 접속되고, 선박의 오토파일럿장치로부터 입력받은 선박운동정보 및 상기 오토파일럿장치의 운동 방정식으로 산출되는 선박 고유의 조종 운동 특성값을 드론운항에 적용시킨 드론순찰제어부를 구비한 제어서버;
    상기 선박내 구비된 선박 설비인 타겟을 촬영하여 조사하도록, 상기 제어서버의 상기 드론순찰제어부에 의해 제어되고, 상기 제어서버와 통신하여서 상기 제어서버에 상기 타겟의 조사에 따른 데이터를 전송하는 드론; 및
    상기 드론을 고박시키고, 상기 드론과의 접속에 따라 상기 드론의 배터리를 충전하고, 상기 드론의 상태를 점검하는 도킹스테이션을 포함하는 드론을 이용한 선박 설비 모니터링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 선박 설비인 타겟은,
    상기 선박내에 마련된 기관실, 화물창, 계기판, 동력라인 연결부, 배관 연결부, 빌지 저장소 중 어느 하나인 드론을 이용한 선박 설비 모니터링 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 도킹스테이션과 상기 타겟 사이에서 드론의 순찰경로상의 선박 내부 구조물의 표면과, 상기 타겟을 구성하는 구조물의 표면에는,
    상기 드론이 광학 인식을 통해 인식할 수 있는 복수개의 순찰경로 가이드용 태그와, 상기 타겟 식별용 태그가 부착되어 있는 선박 설비 모니터링 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어서버는,
    상기 드론순찰제어부에 접속되고, 유무선 인터넷, 블루투스, 지그비(Zigbee), 와이파이 중 어느 하나의 통신프로토콜을 통해 상기 드론과 통신하는 통신제어부;
    상기 통신제어부를 통해 상기 제어서버에 접속된 상기 드론을 원격조종하거나, 사전 프로그램된 순찰경로에 따라 자동(auto-piloted) 또는 반자동(semi-auto-piloted)형식으로 자율비행하도록 상기 드론의 운항을 관제 또는 가이드하는 드론운항부;
    상기 드론운항부를 통해 상기 드론을 가동시키기 위한 순찰회수 또는 순찰시간을 관리하는 드론순찰 스케줄링부;
    상기 드론의 운항 중 또는 상기 도킹스테이션에 고박된 상태에서, 상기 드론에 장착된 구동모터의 프로펠러 회전수, 상기 드론에 장착된 배터리 용량을 체크, 배터리 교체주기 체크, 드론별 자체점검 스케줄 체크, 드론 운항시간 기록, 드론 운항회수 기록, 드론 유지보수 타이밍을 관리하는 드론상태 모니터링부;
    상기 드론을 통한 순찰 결과에 따라서 담당자를 호출하거나, 상기 순찰 결과에 대한 레포트를 작성하여 상기 제어서버의 데이터 저장부에 기록하는 순찰결과 보고부;
    상기 드론으로부터 전송된 데이터를 분석하여 상기 순찰 결과를 생성하고, 상기 순찰 결과를 상기 순찰결과 보고부에 전달하는 데이터 분석부; 및
    상기 드론이 조사할 타겟에 대한 3차원 공간 좌표를 갖는 타겟정보, 상기 드론이 운항할 상기 순찰경로에 대한 3차원 공간 좌표를 갖는 순찰경로정보, 상기 드론이 촬영한 일반 컬러 촬영 영상 또는 열화상 인식용 적외선 촬영을 갖는 이미지정보, 상기 이미지정보로부터 인식 및 추출한 텍스트정보, 상기 이미지정보 및 상기 텍스트정보에 대한 계측값을 사전 설정한 기준값에 비교하여 도출한 상황판단값, 오류값, 경고값, 순찰결과값을 갖는 분석정보, 및 상기 분석정보를 사전 설정한 보고서양식에 기입하여 만든 레포트파일을 갖는 보고서정보 중 하나 이상의 정보를 기록 및 관리하는 데이터 저장부를 포함하는 선박 설비 모니터링 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 드론은,
    상기 제어서버에 접속하여 상기 통신제어부와 통신하는 드론통신부;
    상기 드론통신부를 통해 상기 제어서버와 협업하는 인공지능을 구비하여서, 상기 선박내 순찰경로, 통로, 구조물, 상기 타겟의 움직임 등에 대하여 자체적인 판단에 따라 조사 또는 순찰을 수행하거나, 상기 제어서버로부터 발생된 순찰명령에 대응하게 상기 드론의 구동모터의 작동을 제어하는 드론구동부;
    상기 순찰명령에 따라 드론이 운항할 상기 순찰경로 상의 선박 내부 구조물, 통로, 상기 타겟의 전체 형상 또는 국부 형상을 촬영하여서, 일반 컬러 촬영 영상 또는 열화상 인식용 적외선 촬영 영상의 데이터를 수집하도록 상기 드론구동부에 의해 제어되는 촬영부; 및
    상기 드론에 모듈 형식으로 탈부착되어서, 화재 억제용 소화약제를 투척하는 소화장치, 전류를 검출하는 전류측정장치, 전류 누설을 검출하는 누전테스트장치, 상기 타겟을 터치하거나 상기 타겟의 스위치를 온오프시키거나 회동시키는 모터 구동식 후크장치, 상기 드론이 순찰경로 상의 지면을 따라 이동하도록 상기 드론에 결합 또는 일체로 구비될 수 있는 휠구동장치 중 어느 하나를 구비하는 기능모듈부를 포함하는 선박 설비 모니터링 장치.
KR1020190037290A 2019-03-29 2019-03-29 드론을 이용한 선박 설비 모니터링 장치 KR20200114858A (ko)

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