KR20210021707A - Method for providing optimal voyage route in smartship - Google Patents

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KR20210021707A
KR20210021707A KR1020190100954A KR20190100954A KR20210021707A KR 20210021707 A KR20210021707 A KR 20210021707A KR 1020190100954 A KR1020190100954 A KR 1020190100954A KR 20190100954 A KR20190100954 A KR 20190100954A KR 20210021707 A KR20210021707 A KR 20210021707A
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권은현
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대우조선해양 주식회사
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Abstract

Disclosed is an optimal course deriving method of a smart ship, which comprises: a step (S110) of deriving a first recommendation course; a step (S120) of storing ship information in a ship SMS server (110); a step (S130) of storing ship information in an on-land SMS server (210); steps (S140, S150) of deriving and transmitting a second recommendation course through the ship SMS server (110); a step (S160) of deriving a third recommendation course through an optimal course deriving system (150); and a step (S170) of selecting an optimal source. Therefore, the method compares the first to third recommendation courses, determines to select the optimal course by considering safety and economic efficiency, minimizes a risk of ship navigation, and derives the final economic and optimal course.

Description

스마트선박의 최적항로 도출방법{METHOD FOR PROVIDING OPTIMAL VOYAGE ROUTE IN SMARTSHIP}How to derive the optimal route for smart ships{METHOD FOR PROVIDING OPTIMAL VOYAGE ROUTE IN SMARTSHIP}

본 발명은 스마트선박의 최적항로 도출방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박의 정보를 선박 SMS 서버에 저장하고, 육상 SMS 서버로 전송하여 정보를 활용하여 도출된 최적항로를 피드백하여 전송하여서, 복수의 추천항로를 비교하여 보다 안전하고 경제적인 최적항로를 도출할 수 있는, 스마트선박의 최적항로 도출방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for deriving an optimal route for a smart ship, and more particularly, storing ship information in a ship SMS server and transmitting it to a land SMS server to feed back and transmit the optimal route derived using the information. It relates to a method of deriving the optimal route for smart ships, which can derive a safer and more economical optimal route by comparing the recommended routes of.

주지하는 바와 같이, 선박의 출항 전에 출발지점과 도착지점에 따른 항로를 선정하여 그 항로를 따라 운항하는 것이 통상적이고, 항로 선정은 전적으로 선장에게 결정권이 있다.As is well known, it is common to select a route according to the departure point and the destination point before departure and operate along the route, and the choice of route is entirely up to the master.

한편, 최근, 선박의 원격 유지보수를 위하여 선박 내 장비들이 위성과 통신을 하며, 육상통합상황실로부터 접근 및 통제가 가능해지고 있고, 실제 적용되는 사례가 있다.On the other hand, recently, for remote maintenance of the ship, equipment within the ship communicates with satellites, and access and control from the integrated land control room are becoming possible, and there is a case that is actually applied.

예컨대, 선박의 주요 장비들은, 선내 네트워크 시스템과 연결되지 않고, 위성장비와 연결이 필요할 경우에, 주요 장비와 위성장비를 바로 연결하고, 스마트쉽 또는 디지털쉽이 적용됨에 따라 통합 시스템을 구축하여 위성장비와 연결할 경우, 하나의 네트워크에 선박의 모든 장비를 연결하게 된다.For example, if the ship's main equipment is not connected to the ship's network system and needs to be connected to the satellite equipment, the main equipment and the satellite equipment are directly connected, and as a smart ship or digital ship is applied, an integrated system is established to establish a satellite. When connected to equipment, all equipment of the ship is connected to one network.

또한, 빅데이터 수집과 전송, 또는 원격 유지보수를 위하여 통합화되고 자동화된 선박내 장비들이 선내 네트워크에 연결되고, 연결된 장비들은 선외로부터 접근 및 일부 시스템의 통제가 가능해지고 있다.In addition, for big data collection and transmission, or for remote maintenance, integrated and automated ship equipment is connected to the ship's network, and connected devices are accessible from outside the ship and control of some systems is becoming possible.

하지만, 사이버 보안에 취약한 측면이 있어서, 하나의 주 네트워크에 모든 선박 주요시스템이 연결되어, 선내 장비들의 내부 및 외부로부터의 사이버 공격에 대한 취약성이 고스란히 노출되어서, 해킹과 트래픽의 급격한 증가에 의한 사이버 공격에 대한 위험관리가 절실히 요구되는 상황으로서, 이에, 선내 보안을 강화한 선내 네트워크 시스템이 요구된다.However, due to the vulnerability of cyber security, all ship's major systems are connected to one main network, and the vulnerability to cyber attacks from the inside and outside of the ship's equipment is intact. As a situation where risk management for an attack is desperately required, there is a need for an onboard network system with enhanced security on board.

또한, 육상통합상황실에서 추천항로를 항해중인 선박으로 전송하거나, 전자해도 상의 최단경로를 검색하여 제공하는 한계를 극복하여, 기상정보를 반영한 선박의 연료소모량의 운항성능의 예측 정확도를 높여서 이러한 운항성능을 반영한 최적항로를 도출할 수 있는 기술이 요구된다.In addition, by overcoming the limitation of transmitting the recommended route from the integrated land control room to the sailing vessel or searching for the shortest route on the electronic chart and providing it, the accuracy of the prediction of the operation performance of the vessel's fuel consumption reflecting the meteorological information is improved. The technology that can derive the optimal route reflecting

한국 등록특허공보 제1556723호 (선박의 최적 항로 결정 장치)Korean Patent Publication No. 1556723 (Ship's Optimal Route Determination Device) 한국공개특허 제2011-0103082호(선박 항로 제공방법 및 선박 항로 제공 시스템)Korean Patent Publication No. 2011-0103082 (ship route provision method and vessel route provision system)

본 발명의 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 안전성 및 경제성을 고려한 최적항로를 선정하되, 선박운항의 위험성이 최소화되면서 경제적인 최종 최적항로를 도출할 수 있는, 스마트선박의 최적항로 도출방법을 제공하는 데 있다.The technical task to be achieved by the idea of the present invention is to provide a method for deriving the optimal route for smart ships, which can derive the final economical route while minimizing the risk of ship operation while selecting the optimum route in consideration of safety and economics. Have.

전술한 목적을 달성하고자, 본 발명은, 선박 출항 전, 운항경로에 따른 항해사의 경험칙에 의한 제1 추천항로를 도출하는 단계; 선박 출항 후, 선박내 센서로부터 계측된 운항정보와, 제1 ECDIS로부터의 항해정보와, CAMS로부터의 항해경고정보를 수집하여 선박 SMS 서버에 저장하는 단계; VSAT 위성 네트워크를 통해, 상기 선박 SMS 서버로부터 상기 운항정보와 상기 항해정보와 상기 항해경고정보를 육상통합상황실의 육상 SMS 서버로 전송하여 저장하는 단계; 상기 육상 SMS 서버가 상기 저장된 정보와 기상정보를 통해 제2 추천항로를 도출하여 상기 VSAT 위성 네트워크를 통해 상기 선박 SMS 서버로 전송하는 단계; 선박내 최적항로 도출시스템에 의해, 상기 육상 SMS 서버로부터의 기상정보와 선박재원정보와 상기 운항정보를 통해, 특정 2차원 저항응답함수와 특정 2차원 환경 스펙트럼 정보를 통해서 FOC가 최소가 되는 제3 추천항로를 도출하여 상기 선박 SMS 서버로 전송하는 단계; 및 상기 제1 내지 제3 추천항로를 비교 판단하여, 안전성 및 경제성을 고려한 최적항로를 선정하는 단계;를 포함하여서, 선박운항의 위험성이 최소화되면서 경제적인 최종 최적항로를 도출하는, 스마트선박의 최적항로 도출방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention includes the steps of deriving a first recommended route according to the empirical rule of the navigator according to the navigation route before departure of the ship; After the ship departs, collecting the navigation information measured from the sensor in the ship, the navigation information from the first ECDIS, and the navigation warning information from the CAMS and storing the information in the ship SMS server; Transmitting and storing the navigation information, the navigation information, and the navigation warning information from the ship SMS server through a VSAT satellite network to a land SMS server of an integrated land control room; Deriving, by the land SMS server, a second recommended route through the stored information and weather information, and transmitting it to the ship SMS server through the VSAT satellite network; The third in which FOC is minimized through a specific two-dimensional resistance response function and a specific two-dimensional environmental spectrum information through meteorological information from the land SMS server and the ship resource information and the flight information by the ship's optimal route derivation system. Deriving a recommended route and transmitting it to the ship SMS server; And comparing the first to third recommended routes and selecting an optimal route in consideration of safety and economics; including, the optimal route for smart ships to derive an economical final optimal route while minimizing the risk of ship operation. Provides a route derivation method.

여기서, 상기 육상 SMS 서버는, 운항경로의 예보 기상데이터 또는 동일 운항경로를 앞서 항해하는 타선박의 풍향/풍속/기압/너울의 실제 기상데이터의 상기 기상정보를 통해서, ENC기반의 상기 제2 추천항로를 도출할 수 있다.Here, the land SMS server, through the weather information of the forecast weather data of the navigation route or the actual weather data of the wind direction/wind speed/atmospheric pressure/nerul of other ships sailing ahead of the same route, the second recommendation based on ENC Routes can be derived.

또한, 상기 육상 SMS 서버로부터 상기 선박 SMS 서버로의 상기 제2 추천항로 전송 단계는 상기 VSAT를 통해 원격접근으로 이루어지되, 상기 육상 SMS 서버로부터 상기 제1 ECDIS로 상기 항해정보에 대한 모니터링 접근 허용을 요청하고, 상기 제1 ECDIS로부터 상기 육상 SMS 서버로 요청된 상기 항해정보를 전송하는 단계와, 상기 육상 SMS 서버로부터 상기 제1 ECDIS로 상기 제2 추천항로를 전송하는 단계와, 상기 제1 ECDIS로부터 상기 육상 SMS 서버로 상기 기상정보를 요청하고, 상기 육상 SMS 서버로부터 상기 제1 ECDIS로 요청된 상기 기상정보를 전송하는 단계와, 상기 육상 SMS 서버로부터 상기 제1 ECDIS로 상기 ENC의 업데이트정보를 전송하는 단계와, 상기 육상 SMS 서버로부터 상기 선박 SMS 서버로 전송된 상기 제2 추천항로를 디지털 차트 테이블 또는 제2 ECDIS를 통해 전시하는 단계로 세부적으로 구성될 수 있다.In addition, the step of transmitting the second recommended route from the onshore SMS server to the ship SMS server is performed by remote access through the VSAT, and permits monitoring access to the navigation information from the onshore SMS server to the first ECDIS. Requesting and transmitting the requested navigation information from the first ECDIS to the land SMS server; transmitting the second recommended route from the land SMS server to the first ECDIS; and from the first ECDIS Requesting the weather information to the land SMS server, transmitting the requested weather information from the land SMS server to the first ECDIS, and transmitting the update information of the ENC from the land SMS server to the first ECDIS And displaying the second recommended route transmitted from the land SMS server to the ship SMS server through a digital chart table or a second ECDIS.

또한, 상기 제1 내지 제3 추천항로를 상기 제2 ECDIS 또는 디지털 차트 테이블을 통해 동시에 전시하고, 상기 제1 내지 제3 추천항로 중 상기 최적항로로 선정된 추천항로를 상기 제1 ECDIS에 적용하여 운항하도록 할 수 있다.In addition, the first to third recommended routes are simultaneously displayed through the second ECDIS or digital chart table, and the recommended route selected as the optimal route among the first to third recommended routes is applied to the first ECDIS. It can be made to operate.

또한, 상기 운항정보는 VDR을 통해 수집하되, DGPS에 의한 (항해)시간/선박위치/실제침로/대지속도, 풍속계에 의한 풍속/풍향, 자이로에 의한 선회율/진침로의 선체모션정보, 스피드 로그에 의한 횡방향 대지속도/종방향속도/선미 횡방향속도, 음파측심기에 의한 운항경로의 수온/수심, 및 AIS에 의한 상세 선박관련정보/항해관련정보로 구성되고, 상기 항해정보는 항로정보/ECDIS 경고로 구성되고, 상기 항해경고정보는 항해관련 주요 경고정보로 구성될 수 있다.In addition, the above flight information is collected through VDR, but (sail) time/ship location/actual course/ground speed by DGPS, wind speed/wind direction by anemometer, turn rate by gyro/ship motion information of true course, speed It is composed of lateral ground speed/longitudinal speed/stern lateral speed by log, water temperature/depth of the navigation route by sound wave sounder, and detailed ship-related information/navigation-related information by AIS, and the navigation information is route information. It is composed of /ECDIS warning, and the navigation warning information can be composed of major warning information related to navigation.

또한, 상기 선박 SMS 서버와 상기 육상 SMS 서버간 통신은 이더넷 기반 NMEA 또는 TCP/IP 기반 프로토콜을 통해 실시간 연결되고, 상기 선박 SMS 서버로부터 상기 육상 SMS 서버로의 상기 정보 전송시에, 상기 정보에 포함된 데이터를 AES 256을 이용하여 암호화하여 전송하고, CRC를 통해 상기 데이터의 신뢰성을 확보하도록 할 수 있다.In addition, the communication between the ship SMS server and the land SMS server is connected in real time through an Ethernet-based NMEA or TCP/IP-based protocol, and when the information is transmitted from the ship SMS server to the land SMS server, the information is included in the information. The resulting data may be encrypted and transmitted using AES 256, and reliability of the data may be secured through CRC.

또한, 운항경로의 협소로 존재여부, 운항경로의 해적출현여부, 또는 통과수역의 국지적/국제적 분쟁 발생여부의 상기 안정성을 고려하여 상기 최적항로를 선정할 수 있다.In addition, the optimal route may be selected in consideration of the stability of the existence of a narrow navigation route, the appearance of pirates in the navigation route, or the occurrence of local/international disputes in the transit area.

한편, 상기 VSAT와 상기 선박 SMS 서버간 위성통신 네트워크는, 상기 VSAT와 연결된 제1네트워크 스위치와, 상기 제1네트워크 스위치에 의해 라우팅되는 다수의 제2네트워크 스위치와, 상기 각 제2네트워크 스위치에 의해 선내 장비가 그룹핑되어 구성되는 해당 선내 네트워크 그룹을 포함하여, 어느 하나의 선내 네트워크 그룹의 연결망 실패시, 다른 하나의 선내 네트워크 그룹의 AP를 통해 백업하도록 하되, 상기 제1네트워크 스위치는 라우터 및 파이어월디바이스와 연결된 L3 스위치로 가상랜을 구축하여 네트워크 그룹을 분할하도록 구성되고, 위성 안테나를 통해 위성통신하는 상기 VSAT와 연결되어 상기 제2네트워크 스위치를 라우팅하고, 상기 제2네트워크 스위치는 L2 스위치로 구성되고, 상기 각 L2 스위치에 연결되는, 상기 선박 SMS 서버와, 상기 L2 스위치를 통해 브릿지되어 상기 VDR과 상기 ECDIS와 상기 CAMS로 그룹핑된 OT 네트워크 그룹과, 상기 L2 스위치를 통해 브릿지되어 크루용 PC가 그룹핑된 크루 네트워크 그룹의 선내 네트워크 그룹을 구성하여, 상기 L3 스위치를 통해 해당 상기 L2 스위치가 포함된 선내 네트워크 그룹을 라우팅하고 트래픽을 모니터링하고, 상기 선박 SMS 서버 또는 상기 OT 네트워크 그룹은, 상기 크루 네트워크 그룹의 AP를 통해 상기 L3 스위치로 연결되어 데이터를 백업할 수 있다.Meanwhile, the satellite communication network between the VSAT and the ship SMS server includes a first network switch connected to the VSAT, a plurality of second network switches routed by the first network switch, and each of the second network switches. In the event of a connection network failure of one of the ship's network groups, including the onboard network group configured by grouping the ship's equipment, backup is made through the AP of the other ship's network group, but the first network switch is a router and a firewall. It is configured to divide a network group by constructing a virtual LAN with an L3 switch connected to a device, and is connected to the VSAT for satellite communication through a satellite antenna to route the second network switch, and the second network switch is composed of an L2 switch. And, the ship SMS server connected to each of the L2 switches, the OT network group bridged through the L2 switch and grouped into the VDR, the ECDIS, and the CAMS, and the crew PC being bridged through the L2 switch. By configuring an onboard network group of the grouped crew network group, routing the onboard network group including the L2 switch through the L3 switch and monitoring traffic, and the ship SMS server or the OT network group, the crew network Data can be backed up by being connected to the L3 switch through the group's AP.

또한, 상기 최적항로 도출시스템은, 상기 기상정보와 선박재원정보와 상기 운항정보를 통해 산출된 물리적 최단거리에 해당하는 초기운항경로를 특정 단위거리로 복수 분할하고, 상기 분할된 단위거리에 최적화 경로를 각각 도출하되, 상기 단위거리별 복수의 후보 항로를 도출하고, 상기 후보 항로에서 파도와 바람의 환경인자의 주파수와 방향에 따른 선박의 상기 2차원 저항응답함수와, 경도와 위도로 특정되는 소정 위치에서의 주파수와 방향에 따른 운항 해역의 특성이 고려된 환경인자의 분포를 나타내는 상기 2차원 환경 스펙트럼 정보를 통해서 상기 FOC가 최소가 되는 상기 제3 추천항로를 도출할 수 있다.In addition, the optimal route derivation system divides the initial flight route corresponding to the shortest physical distance calculated through the weather information, ship finance information and the flight information into a plurality of specific unit distances, and an optimized route to the divided unit distance. However, a plurality of candidate routes are derived for each unit distance, and the two-dimensional resistance response function of the ship according to the frequency and direction of environmental factors of waves and wind in the candidate route, and a predetermined value specified by longitude and latitude. The third recommended route in which the FOC is minimized may be derived through the 2D environmental spectrum information indicating the distribution of environmental factors in which the characteristics of the navigation sea area according to the frequency and direction at the location are considered.

또한, 상기 선박재원정보는 선형정보, 추진기정보, 침수 상부 구조물 정보, 표면적 및 엔진의 주요재원 중 어느 하나 이상을 포함하고, 상기 운항정보는 선박의 출발지점과 도착지점을 포함할 수 있다.In addition, the ship resource information may include any one or more of linear information, propeller information, submerged superstructure information, surface area, and main resources of the engine, and the navigation information may include a starting point and an arrival point of the ship.

또한, 상기 FOC는 다음의 식을 통해 산출되되, FOC = [RCALM(선속) + RWAVE(선속,주파수,파향) + RWIND(선속,바람주파수,풍향)] * 속도 * 시간 * 엔진효율(SFOC), 여기서, RCALM은 정수 저항이며, RWAVE은 파도 저항이고, RWIND은 바람 저항일 수 있다.In addition, the FOC is calculated through the following equation, FOC = [R CALM (vehicle speed) + R WAVE (vehicle speed, frequency, wave direction) + R WIND (vehicle speed, wind frequency, wind direction)] * speed * time * engine efficiency (SFOC), where R CALM is an integer resistance, R WAVE is a wave resistance, and R WIND may be a wind resistance.

또한, 상기 분할된 단위거리 각각에 대해 방향과 속도의 조합으로 복수의 상기 후보 항로를 도출하고, 상기 후보 항로 각각에 대해 상기 소정 위치에서의 상기 2차원 환경 스펙트럼 정보와 상기 2차원 저항응답함수의 곱을 적분한 환경 저항값과 비교하여, 상기 환경 저항값이 최소가 되는 경로를 상기 제3 추천항로를 선정하여 도출할 수 있다.In addition, for each of the divided unit distances, a plurality of candidate routes are derived by a combination of direction and speed, and for each of the candidate routes, the 2D environment spectrum information and the 2D resistance response function at the predetermined position are By comparing the product with the integrated environmental resistance value, a path in which the environmental resistance value is minimum may be derived by selecting the third recommended route.

또한, 복수의 상기 후보 항로 중, 항해시간, 운동조건, 육상구역여부, 위험구역여부 및 국경선여부 중 어느 하나 이상을 포함하는 제한조건을 위반하지 않는 경로를 상기 제3 추천항로로 선정할 수 있다.In addition, among the plurality of candidate routes, a route that does not violate any restriction conditions including any one or more of sailing time, exercise condition, land area, dangerous area, and borderline may be selected as the third recommended route. .

본 발명에 의하면, 선박 내 장비들의 데이터를 수집하여 육상통합상황실로 수집된 데이터를 전송하여 실시간으로 전송된 정보를 기준으로 선박의 상태를 확인하고 운항하는데 있어 운항을 개선하는 방법을 제공하며, 안전사고가 발생하지 않도록 기상정보를 포함하는 항해정보를 기반으로 최적 항로 데이터를 선박에 제공하고, 선박 내 최적항로도출 시스템 및 육상통합상황실에서 전송한 최적항로를 비교하여 선장이 가장 이상적인 항로를 선택하여 운항함으로써, 선박운항의 안전성 및 경제성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, it provides a method of collecting data of equipment in a ship and transmitting the collected data to a land integrated situation room to check the condition of a ship based on the information transmitted in real time and to improve navigation in the operation. In order to prevent accidents, the optimal route data is provided to the ship based on the voyage information including weather information, and the optimal route data is compared within the vessel and the optimal route transmitted from the integrated land control room, and the captain selects the most ideal route. By operating, there is an effect that can improve the safety and economics of ship operation.

또한, 선박 SMS 서버 또는 OT 네트워크 그룹의 네트워크 오류 발생시, 크루 네트워크 그룹의 무선 네트워크를 구성하는 무선 AP를 통해서 우회하여 수동으로 연결되도록 하여, 네트워크가 복구될 때까지 비상용으로 사용하고 데이터를 네트워크 백업하여서, 사이버 보안을 고려한 네트워크 시스템을 구축할 수 있는 효과가 있다.In addition, in the event of a network error of the ship's SMS server or OT network group, it is bypassed and manually connected through the wireless AP that constitutes the wireless network of the crew network group, so that it is used for emergency purposes until the network is restored, and the data is backed up to the network. , It has the effect of building a network system considering cyber security.

더 나아가, 선박의 운항 경로에 따라 변화하는 주파수와 방향성을 함께 고려한 2차원 스펙트럼을 활용함으로써 선박의 운항성능을 보다 정확히 예측할 수 있는 동시에, 운항 경로에 따라 선체에 가해지는 정확한 저항을 구할 수 있으므로 연료 소모량을 정확하게 예측할 수 있고 결과적으로 연료 절감을 극대화한 최적항로를 도출할 수 있는 효과가 있다.Furthermore, by utilizing a two-dimensional spectrum that takes into account the frequency and direction that change according to the ship's navigation route, it is possible to more accurately predict the ship's operating performance, and at the same time, it is possible to obtain the accurate resistance applied to the hull according to the navigation route. There is an effect of accurately predicting the consumption amount and consequently to derive an optimal route that maximizes fuel saving.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 스마트선박의 최적항로 도출방법의 개략적인 흐름도를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 스마트선박의 최적항로 도출방법의 선박 SMS 서버와 육상 SMS 서버간의 정보 흐름도를 도시한 것이다.
도 3은 도 1의 스마트선박의 최적항로 도출방법의 육상 SMS 서버와 제1 ECDIS간의 정보 흐름도를 도시한 것이다.
도 4는 도 1의 스마트선박의 최적항로 도출방법의 위성통신 네트워크 구성을 예시한 것이다.1 is a schematic flowchart of a method for deriving an optimal route for a smart ship according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flow chart of information between a ship SMS server and a land SMS server in the method for deriving an optimal route of the smart ship of FIG. 1.
FIG. 3 is a flowchart illustrating an information flow diagram between a land SMS server and a first ECDIS in the method of deriving an optimal route for a smart ship of FIG.
4 is a diagram illustrating a configuration of a satellite communication network in the method of deriving an optimal route of the smart ship of FIG. 1.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. The present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 스마트선박의 최적항로 도출방법은, 전체적으로, 경험칙에 의한 제1 추천항로 도출 단계(S110)와, 선박정보 선박 SMS 서버(110) 저장 단계(S120)와, 선박정보 육상 SMS 서버(210) 저장 단계(S130)와, 선박 SMS 서버(110)에 의한 제2 추천항로 도출 및 전송 단계(S140,S150)와, 최적항로 도출시스템(150)에 의한 제3 추천항로 도출 단계(S160)와, 최적항로 선정 단계(S170)로 구성되어서, 제1 내지 제3 추천항로를 비교 판단하여, 안전성 및 경제성을 고려한 최적항로를 선정하되, 선박운항의 위험성이 최소화되면서 경제적인 최종 최적항로를 도출하는 것을 요지로 한다.1 to 4, the method of deriving an optimal route for a smart ship according to an embodiment of the present invention is, as a whole, a first recommended route derivation step (S110) according to an empirical rule, and a ship information vessel SMS server 110 storage Step (S120), ship information land SMS server 210, storage step (S130), ship SMS server 110 deriving and transmitting a second recommended route step (S140, S150), and optimal route derivation system 150 ), the third recommended route derivation step (S160) and the optimal route selection step (S170) are made, and the first to third recommended routes are compared and judged to select the optimal route considering safety and economics. The main point is to derive the final economical route while minimizing the risk of

선행적으로, 경험칙에 의한 제1 추천항로 도출 단계(S110)에서는, 선박 출항 전, 선박의 출발지점과 도착지점을 포함하는 운항경로에 따른 항해사의 경험칙에 의한 제1 추천항로를 도출한다(S110).Prior to that, in the step of deriving the first recommended route according to the empirical rule (S110), the first recommended route is derived according to the empirical rule of the navigator according to the navigation route including the starting point and the arrival point of the ship before departure (S110). ).

후속하여, 선박정보 선박 SMS(Ship Management System) 서버(110) 저장 단계(S120)에서는, 선박 출항 후, 선박내 다양한 센서로부터 계측된 운항정보와, 제1 ECDIS(Electronic Chart Display and Information System)(130)로부터의 항해정보와, CAMS(Control, Alarm and Monitoring System)(140)로부터의 항해경고정보를 수집하여서, 선박 SMS 서버(110)에 저장한다.Subsequently, in the storing step (S120) of the ship information ship SMS (Ship Management System) server 110, the operation information measured from various sensors in the ship and the first ECDIS (Electronic Chart Display and Information System) ( 130) and the voyage warning information from the CAMS (Control, Alarm and Monitoring System) 140 are collected and stored in the ship SMS server 110.

예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 운항정보는 VDR(Voyage Data Recorder)(120)을 통해 수집하되, DGPS(Differential GPS)(121)에 의한 (항해)시간/선박위치/실제침로(course over ground)/대지속도(ground speed), 풍속계(anemometer)(122)에 의한 풍속/풍향, 자이로(123)에 의한 선회율(ROT;Rate Of Turn)/진침로(true heading)의 선체모션정보, 스피드 로그(speed log)(124)에 의한 횡방향 대지속도(transverse ground speed)/종방향속도(longitudinal speed)/선미 횡방향속도(stern transverse speed), 음파측심기(echo sounder)(125)에 의한 운항경로의 수온/수심, 및 AIS(Auto Identification System;자동식별장치)(126)에 의한 상세 선박관련정보/항해관련정보로 구성되며, 항해정보는 항로정보/ECDIS 경고로 구성되고, 항해경고정보는 항해관련 주요 경고정보로 구성될 수 있다.For example, as shown in FIG. 2, the flight information is collected through a Voyage Data Recorder (VDR) 120, but the (navigation) time/ship location/actual course by DGPS (Differential GPS) 121 over ground)/ground speed, wind speed/wind direction by anemometer (122), rate of turn (ROT) by gyro (123)/ship motion information of true heading, Transverse ground speed/longitudinal speed/stern transverse speed by speed log(124), echo sounder(125) It consists of water temperature/depth of the navigation route, and detailed ship-related information/navigation-related information by AIS (Auto Identification System) 126, and navigation information consists of route information/ECDIS warning, and navigation warning information. Can be composed of major warning information related to navigation.

후속하여, 선박정보 육상 SMS 서버(210) 저장 단계(S130)에서는, VSAT(Very Small Aperture Terminal) 위성 네트워크에 해당하는 위성통신 네트워크를 통해서, 선박 SMS 서버(110)로부터 전술한 운항정보와 항해정보와 항해경고정보를 육상통합상황실의 육상 SMS 서버(210)로 전송하여 저장한다.Subsequently, in the ship information onshore SMS server 210 storing step (S130), the above-described flight information and navigation information from the ship SMS server 110 through a satellite communication network corresponding to a Very Small Aperture Terminal (VSAT) satellite network. And voyage warning information is transmitted to and stored in the land SMS server 210 of the land integrated situation room.

후속하여, 제2 추천항로 도출 및 전송 단계(S140,S150)에서는, 육상 SMS 서버(210)가 저장된 정보와 기상정보를 통해 제2 추천항로를 도출하여 VSAT 위성 네트워크를 통해 선박 SMS 서버(110)로 전송한다.Subsequently, in the step of deriving and transmitting the second recommended route (S140, S150), the ship SMS server 110 through the VSAT satellite network derives the second recommended route through the information stored in the land SMS server 210 and weather information. Transfer to.

한편, 육상 SMS 서버(210)는, 유럽기상청(ECMWF) 서버(미도시) 또는 운항경로 각국 기상청 서버(미도시)로부의 예보 기상데이터 또는 동일 운항경로를 앞서 항해하는 타선박의 풍향/풍속/기압/너울의 실제 기상데이터의 기상정보를 통해서, ENC(Electronic Navigation Chart)기반의 제2 추천항로를 도출할 수 있다.On the other hand, the land SMS server 210, the forecast weather data from the European Meteorological Administration (ECMWF) server (not shown) or the meteorological service server (not shown) of each country of the operating route, or the wind direction/wind speed/ The second recommended route based on ENC (Electronic Navigation Chart) can be derived through the weather information of the actual weather data of atmospheric pressure/nerul.

여기서, 육상 SMS 서버(210)는 1일 2회 업데이트되는 기상정보와 최소 7일의 예보 기상데이터를 수신할 수 있다.Here, the land SMS server 210 may receive weather information updated twice a day and forecast weather data for at least 7 days.

한편, 육상 SMS 서버(210)로부터 선박 SMS 서버(110)로의 제2 추천항로 전송 단계(S150)는 VSAT(20)를 통해 원격접근으로 이루어지되, 도 2 및 도 3을 참조하여, 이를 상술하면 다음과 같다.On the other hand, the second recommended route transmission step (S150) from the onshore SMS server 210 to the ship SMS server 110 is performed by remote access through the VSAT 20, but with reference to FIGS. 2 and 3, this will be described in detail. As follows.

먼저, 육상 SMS 서버(210)로부터 제1 ECDIS(130)로 항해정보에 대한 모니터링 접근 허용을 요청하고(S211), 제1 ECDIS(130)로부터 육상 SMS 서버(210)로 항해정보 모니터링 데이터를 전송한다(S212)First, request permission for monitoring access to voyage information from the land SMS server 210 to the first ECDIS 130 (S211), and transmit the voyage information monitoring data from the first ECDIS 130 to the land SMS server 210 Do (S212)

다음, 제1 ECDIS(130)로부터 육상 SMS 서버(210)로 요청된 항해정보를 전송한다(S213).Next, the requested navigation information is transmitted from the first ECDIS 130 to the land SMS server 210 (S213).

다음, 육상 SMS 서버(210)로부터 제1 ECDIS(130)로 항해정보 다운로드를 요청하고(S214), 제1 ECDIS(130)로부터 육상 SMS 서버(210)로 요청된 항해정보를 전송한다(S215).Next, the navigation information download is requested from the land SMS server 210 to the first ECDIS 130 (S214), and the requested navigation information is transmitted from the first ECDIS 130 to the land SMS server 210 (S215). .

다음, 육상 SMS 서버(210)로부터 제1 ECDIS(130)로 제2 추천항로를 전송한다(S216). 여기서, 육상 SMS 서버(210)로부터 선박 SMS 서버(110)로 전송된 제2 추천항로를 제2 ECDIS(160) 또는 디지털 차트 테이블(digital chart table)(170)을 통해 전시할 수 있다.Next, the second recommended route is transmitted from the land SMS server 210 to the first ECDIS 130 (S216). Here, the second recommended route transmitted from the land SMS server 210 to the ship SMS server 110 may be displayed through the second ECDIS 160 or a digital chart table 170.

다음, 제1 ECDIS(130)로부터 육상 SMS 서버(210)로 기상정보를 요청하고(S217), 육상 SMS 서버(210)로부터 제1 ECDIS(130)로 요청된 기상정보를 전송한다(S218).Next, the weather information is requested from the first ECDIS 130 to the land SMS server 210 (S217), and the requested weather information is transmitted from the land SMS server 210 to the first ECDIS 130 (S218).

마지막, 육상 SMS 서버(210)로부터 제1 ECDIS(130)로 ENC의 업데이트정보를 전송한다(S219).Finally, update information of ENC is transmitted from the land SMS server 210 to the first ECDIS 130 (S219).

후속하여, 최적항로 도출시스템(150)에 의한 제3 추천항로 도출 단계(S160)에서는, 선박내 최적항로 도출시스템(150)에 의해, 육상 SMS 서버(210)로부터의 기상정보와 선박재원정보와 운항정보를 통해, 특정 2차원 저항응답함수와 특정 2차원 환경 스펙트럼 정보를 통해서 FOC(Fuel Oil Consumption)가 최소가 되는 제3 추천항로를 도출하여 선박 SMS 서버(110)로 전송한다.Subsequently, in the step of deriving the third recommended route by the optimal route derivation system 150 (S160), the meteorological information and ship financial information from the onshore SMS server 210 and Through flight information, a third recommended route with minimum FOC (Fuel Oil Consumption) is derived through a specific two-dimensional resistance response function and specific two-dimensional environmental spectrum information, and transmitted to the ship SMS server 110.

최종적으로, 최적항로 선정 단계(S170)에서는, 앞서 도출한 제1 내지 제3 추천항로를 비교 판단하여, 안전성 및 경제성을 고려한 최적항로를 선정하여서, 선박운항의 위험성이 최소화되면서 경제적인 최종 최적항로를 도출한다.Finally, in the optimal route selection step (S170), the first to third recommended routes derived above are compared and determined, and the optimum route considering safety and economical efficiency is selected, thereby minimizing the risk of ship operation and an economical final optimum route. To derive.

여기서, 제1 내지 제3 추천항로를 제2 ECDIS(160) 또는 디지털 차트 테이블(170)을 통해 동시에 전시하고, 제1 내지 제3 추천항로 중 최적항로로 선정된 추천항로를 제1 ECDIS(130)에 적용하여 이를 기준으로 운항하도록 할 수 있다.Here, the first to third recommended routes are simultaneously displayed through the second ECDIS 160 or the digital chart table 170, and the recommended route selected as the optimal route among the first to third recommended routes is selected as the first ECDIS 130. ) Can be applied to operate based on this standard.

한편, 최종 최적항로 도출시에, 운항경로의 협소로 존재여부, 운항경로의 해적출현여부, 또는 통과수역의 국지적/국제적 분쟁 발생여부의 안정성을 고려하여(S175) 최적항로를 선정할 수 있다.On the other hand, when deriving the final optimal route, the optimum route may be selected in consideration of the existence of a narrow route of operation, the appearance of pirates in the route of operation, or the occurrence of local/international disputes in the transit water (S175).

또한, 선박 SMS 서버(110)와 육상 SMS 서버(210)간 통신은 이더넷 기반 NMEA(National Marine Electronics Association) 또는 TCP/IP 기반 프로토콜을 통해 실시간 연결되고, 선박 SMS 서버(110)로부터 육상 SMS 서버(210)로의 정보 전송시에, 정보에 포함된 데이터를 AES(Advanced Encryption Standard) 256을 이용하여 암호화하여 초단위 실시간으로 전송하고, CRC(Cyclic Redundancy Check)를 통해 모든 데이터를 확인하여 데이터의 신뢰성을 확보하도록 할 수 있다.In addition, communication between the ship SMS server 110 and the onshore SMS server 210 is connected in real time through an Ethernet-based NMEA (National Marine Electronics Association) or a TCP/IP-based protocol, and from the ship SMS server 110, the onshore SMS server ( 210), the data contained in the information is encrypted using AES (Advanced Encryption Standard) 256 and transmitted in real time in seconds, and all data is checked through CRC (Cyclic Redundancy Check) to ensure the reliability of the data. Can be secured.

한편, 도 4는 도 1의 스마트선박의 최적항로 도출방법의 위성통신 네트워크 구성을 예시한 것으로, 동일 출원인에 의해 선출원된 특허출원 제10-2019-0068740호를 참조하여, SAT와 선박 SMS 서버(110)간 위성통신 네트워크를 간략히 설명하면 다음과 같다.On the other hand, Figure 4 is an illustration of the configuration of the satellite communication network of the method for deriving the optimal route of the smart ship of Figure 1, referring to Patent Application No. 10-2019-0068740 previously filed by the same applicant, SAT and ship SMS server ( A brief description of the satellite communication network between 110) is as follows.

예컨대, VSAT(20)와 선박 SMS 서버(110)간 위성통신 네트워크는, VSAT(20)와 연결된 제1네트워크 스위치와, 제1네트워크 스위치에 의해 라우팅되는 다수의 제2네트워크 스위치와, 각 제2네트워크 스위치에 의해 선내 장비가 그룹핑되어 구성되는 해당 선내 네트워크 그룹을 포함하여, 어느 하나의 선내 네트워크 그룹의 연결망 실패시, 다른 하나의 선내 네트워크 그룹의 무선 AP(190)를 통해 백업하도록 할 수 있다.For example, the satellite communication network between the VSAT 20 and the ship SMS server 110 includes a first network switch connected to the VSAT 20, a plurality of second network switches routed by the first network switch, and each second network switch. In the event of a failure of a connection network of any one of the ship's network groups, including a corresponding onboard network group configured by grouping onboard equipment by a network switch, backup may be performed through the wireless AP 190 of the other onboard network group.

구체적으로, 제1네트워크 스위치는 라우터(30) 및 파이어월디바이스(40)와 연결된 L3 스위치(310)로 가상랜을 구축하여 네트워크 그룹을 분할하도록 구성되고, 위성 안테나를 통해 위성통신하는 VSAT(20)와 연결되어 제2네트워크 스위치를 라우팅하고, 제2네트워크 스위치는 L2 스위치(320)로 구성되고, 각 L2 스위치(320)에 연결되는, 선박 SMS 서버(110)와, L2 스위치(320)를 통해 브릿지되어 VDR(120)과 ECDIS(130,160)와 CAMS(140)로 그룹핑된 OT 네트워크 그룹(A)과, L2 스위치(320)를 통해 브릿지되어 크루용 PC(180)가 그룹핑된 크루 네트워크 그룹(B)의 선내 네트워크 그룹을 구성하여, L3 스위치(310)를 통해 해당 L2 스위치(320)가 포함된 선내 네트워크 그룹을 라우팅하고 트래픽을 모니터링하고, 선박 SMS 서버(110) 또는 OT 네트워크 그룹(A)은, 크루 네트워크 그룹(B)의 무선 AP(190)를 통해 L3 스위치(310)로 연결되어 데이터를 백업할 수 있다.Specifically, the first network switch is configured to divide a network group by constructing a virtual LAN with the L3 switch 310 connected to the router 30 and the firewall device 40, and the VSAT 20 for satellite communication through a satellite antenna. ) To route the second network switch, and the second network switch is composed of an L2 switch 320, and is connected to each L2 switch 320, the ship SMS server 110, and the L2 switch 320. An OT network group (A) bridged through the VDR 120, ECDIS (130, 160) and CAMS 140, and a crew network group bridged through the L2 switch 320 and grouped with a crew PC 180 ( By configuring the onboard network group of B), routing the onboard network group including the L2 switch 320 through the L3 switch 310 and monitoring the traffic, and the ship SMS server 110 or OT network group (A) Is connected to the L3 switch 310 through the wireless AP 190 of the crew network group B to back up data.

이에, 선박 SMS 서버(110) 또는 OT 네트워크 그룹(A)의 네트워크 오류(network failure) 발생시, 크루 네트워크 그룹(B)의 무선 네트워크를 구성하는 무선 AP(190)를 통해서 L3 스위치(310)로 우회하여 오퍼레이터 또는 오퍼레이터 단말기에 의해 수동으로 연결되도록 하여, 네트워크가 복구될 때까지 비상용으로 사용하여서, 선박 SMS 서버(110) 또는 OT 네트워크 그룹(A)은 크루 네트워크 그룹(B)의 무선 AP(190)를 통해 L3 스위치(310)로 연결되어 데이터를 네트워크 백업하도록 하여서, 사이버 보안을 고려한 네트워크 시스템을 구축할 수 있다.Accordingly, when a network failure of the ship SMS server 110 or OT network group A occurs, it is bypassed to the L3 switch 310 through the wireless AP 190 constituting the wireless network of the crew network group B. Thus, by being manually connected by the operator or operator terminal, it is used for emergency until the network is restored, so that the ship SMS server 110 or the OT network group (A) is the wireless AP 190 of the crew network group (B). By connecting to the L3 switch 310 through the network to back up data, it is possible to build a network system in consideration of cyber security.

또한, 동일 출원인에 의해 선출원된 특허출원 제10-2018-0077737호를 참조하여, 제3 추천항로 도출 과정을 간략히 설명하면 다음과 같다.In addition, referring to Patent Application No. 10-2018-0077737 previously filed by the same applicant, the process of deriving the third recommended route will be briefly described as follows.

예컨대, 최적항로 도출시스템(150)은, 기상정보와 선박재원정보와 운항정보를 통해 산출된 물리적 최단거리에 해당하는 초기운항경로를 특정 단위거리로 복수 분할하고, 분할된 단위거리에 최적화 경로를 각각 도출하되, 단위거리별 복수의 후보 항로를 도출하고, 후보 항로에서 파도와 바람의 환경인자의 주파수와 방향에 따른 선박의 2차원 저항응답함수와, 경도와 위도로 특정되는 소정 위치에서의 주파수와 방향에 따른 운항 해역의 특성이 고려된 환경인자의 분포를 나타내는 2차원 환경 스펙트럼 정보를 통해서 FOC가 최소가 되는 제3 추천항로를 도출할 수 있다.For example, the optimal route derivation system 150 divides a plurality of initial flight routes corresponding to the physical shortest distance calculated through weather information, ship finance information, and navigation information into a specific unit distance, and divides the optimized route into the divided unit distance. Each of them is derived, but a plurality of candidate routes are derived for each unit distance, and the two-dimensional resistance response function of the ship according to the frequency and direction of environmental factors of waves and wind in the candidate route, and the frequency at a predetermined location specified by longitude and latitude. The third recommended route with the minimum FOC can be derived through the 2D environmental spectrum information indicating the distribution of environmental factors considering the characteristics of the operating sea area according to the and direction.

여기서, 선박재원정보는 선형정보, 추진기정보, 침수 상부 구조물 정보, 표면적 및 엔진의 주요재원 중 어느 하나 이상을 포함하고, 운항정보는 선박의 출발지점과 도착지점을 포함할 수 있다.Here, the ship resource information may include any one or more of linear information, propeller information, submerged upper structure information, surface area, and main resources of the engine, and the navigation information may include a starting point and an arrival point of the ship.

또한, FOC는 다음의 식을 통해 산출되되,In addition, FOC is calculated through the following equation,

FOC = [RCALM(선속) + RWAVE(선속,주파수,파향) + RWIND(선속,바람주파수,풍향)] * 속도 * 시간 * 엔진효율(SFOC)이고, 여기서, RCALM은 정수 저항이며, RWAVE은 파도 저항이고, RWIND은 바람 저항일 수 있다.FOC = [R CALM (ship speed) + R WAVE (ship speed, frequency, wave direction) + R WIND (ship speed, wind frequency, wind direction)] * speed * time * engine efficiency (SFOC), where R CALM is an integer resistance , R WAVE is the wave resistance, and R WIND can be the wind resistance.

또한, 분할된 단위거리 각각에 대해 방향과 속도의 조합으로 복수의 후보 항로를 도출하고, 후보 항로 각각에 대해 소정 위치에서의 2차원 환경 스펙트럼 정보와 2차원 저항응답함수의 곱을 적분한 환경 저항값과 비교하여, 환경 저항값이 최소가 되는 경로를 제3 추천항로를 선정하여 도출할 수 있다.In addition, for each of the divided unit distances, a plurality of candidate routes are derived from a combination of direction and speed, and the product of the product of the 2D environmental spectrum information and the 2D resistance response function at a predetermined position for each candidate route is integrated. Compared with, it is possible to derive a route with the minimum environmental resistance value by selecting a third recommended route.

또한, 복수의 후보 항로 중, 항해시간, 운동조건, 육상구역여부, 위험구역여부 및 국경선여부 중 어느 하나 이상을 포함하는 제한조건을 위반하지 않는 경로를 제3 추천항로로 선정할 수 있다.In addition, among a plurality of candidate routes, a route that does not violate the restriction conditions including any one or more of sailing time, exercise condition, land area, danger area, and borderline may be selected as the third recommended route.

이에, 선박의 운항 경로에 따라 변화하는 주파수와 방향성을 함께 고려한 2차원 스펙트럼을 활용함으로써 선박의 운항성능을 보다 정확히 예측할 수 있는 동시에, 운항 경로에 따라 선체에 가해지는 정확한 저항을 구할 수 있으므로 연료 소모량을 정확하게 예측할 수 있고 결과적으로 연료 절감을 극대화한 최적항로를 도출할 수 있다.Therefore, by utilizing the two-dimensional spectrum that considers the frequency and direction that change according to the ship's navigation route, it is possible to more accurately predict the sailing performance of the ship, and at the same time, it is possible to obtain the accurate resistance applied to the hull according to the navigation route. Can be accurately predicted, and consequently, an optimal route that maximizes fuel savings can be derived.

따라서, 전술한 바와 같은 스마트선박의 최적항로 도출방법의 구성에 의해서, 선박 내 장비들의 데이터를 수집하여 육상통합상황실로 수집된 데이터를 전송하여 실시간으로 전송된 정보를 기준으로 선박의 상태를 확인하고 운항하는데 있어 운항을 개선하는 방법을 제공하며, 안전사고가 발생하지 않도록 기상정보를 포함하는 항해정보를 기반으로 최적 항로 데이터를 선박에 제공하고, 선박 내 최적항로도출 시스템 및 육상통합상황실에서 전송한 최적항로를 비교하여 선장이 가장 이상적인 항로를 선택하여 운항함으로써, 선박운항의 안전성 및 경제성을 향상시킬 수 있다.Therefore, according to the configuration of the method for deriving the optimal route of the smart ship as described above, it collects the data of the equipment in the ship and transmits the collected data to the land integrated situation room to check the condition of the ship based on the transmitted information in real time. In operation, it provides a method to improve navigation, and provides optimal route data to the ship based on navigation information including weather information so that safety accidents do not occur, and is transmitted from the ship's optimal route guidance system and the integrated land control room. By comparing the optimal route, the captain selects and operates the most ideal route, thereby improving the safety and economic efficiency of ship operation.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Since the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all the technical spirit of the present invention, various equivalents that can replace them at the time of the present application It should be understood that there may be water and variations.

110 : 선박 SMS 서버 120 : VDR
121 : DGPS 122 : 풍속계
123 : 자이로 124 : 스피드 로그
125 : 음파측심기 126 : AIS
130 : 제1 ECDIS 140 : CAMS
150 : 최적항로 도출 시스템 160 : 제2 ECDIS
170 : 디지털 차트 테이블 180 : 크루용 PC
190 : 무선 AP 210 : 육상 SMS 서버
310 : L3 스위치 320 : L2 스위치
20 : VSAT 30 : 라우터
40 : 파이어월디바이스110: ship SMS server 120: VDR
121: DGPS 122: anemometer
123: gyro 124: speed log
125: sound echo sounder 126: AIS
130: first ECDIS 140: CAMS
150: optimal route derivation system 160: second ECDIS
170: digital chart table 180: crew PC
190: wireless AP 210: land SMS server
310: L3 switch 320: L2 switch
20: VSAT 30: router
40: Firewall device

Claims (13)

선박 출항 전, 운항경로에 따른 항해사의 경험칙에 의한 제1 추천항로를 도출하는 단계;
선박 출항 후, 선박내 센서로부터 계측된 운항정보와, 제1 ECDIS로부터의 항해정보와, CAMS로부터의 항해경고정보를 수집하여 선박 SMS 서버에 저장하는 단계;
VSAT 위성 네트워크를 통해, 상기 선박 SMS 서버로부터 상기 운항정보와 상기 항해정보와 상기 항해경고정보를 육상통합상황실의 육상 SMS 서버로 전송하여 저장하는 단계;
상기 육상 SMS 서버가 상기 저장된 정보와 기상정보를 통해 제2 추천항로를 도출하여 상기 VSAT 위성 네트워크를 통해 상기 선박 SMS 서버로 전송하는 단계;
선박내 최적항로 도출시스템에 의해, 상기 육상 SMS 서버로부터의 기상정보와 선박재원정보와 상기 운항정보를 통해, 특정 2차원 저항응답함수와 특정 2차원 환경 스펙트럼 정보를 통해서 FOC가 최소가 되는 제3 추천항로를 도출하여 상기 선박 SMS 서버로 전송하는 단계; 및
상기 제1 내지 제3 추천항로를 비교 판단하여, 안전성 및 경제성을 고려한 최적항로를 선정하는 단계;를 포함하여서, 선박운항의 위험성이 최소화되면서 경제적인 최종 최적항로를 도출하는, 스마트선박의 최적항로 도출방법.Before departure of the ship, deriving a first recommended route according to the empirical rule of the navigator according to the navigation route;
After the ship departs, collecting the navigation information measured from the sensor inside the ship, the navigation information from the first ECDIS, and the navigation warning information from the CAMS and storing the information in the ship SMS server;
Transmitting and storing the navigation information, the navigation information, and the navigation warning information from the ship SMS server through a VSAT satellite network to a land SMS server of the integrated land control room;
Deriving, by the land SMS server, a second recommended route through the stored information and weather information, and transmitting it to the ship SMS server through the VSAT satellite network;
The third in which FOC is minimized through a specific two-dimensional resistance response function and a specific two-dimensional environmental spectrum information through meteorological information from the land SMS server and the ship resource information and the flight information by the ship's optimal route derivation system. Deriving a recommended route and transmitting it to the ship SMS server; And
Comparing and determining the first to third recommended routes and selecting an optimal route in consideration of safety and economics; Including, the optimal route for smart ships to derive a final economical route while minimizing the risk of ship operation How to derive. 제 1 항에 있어서,
상기 육상 SMS 서버는, 운항경로의 예보 기상데이터 또는 동일 운항경로를 앞서 항해하는 타선박의 풍향/풍속/기압/너울의 실제 기상데이터의 상기 기상정보를 통해서, ENC기반의 상기 제2 추천항로를 도출하는 것을 특징으로 하는, 스마트선박의 최적항로 도출방법.The method of claim 1,
The land SMS server provides the ENC-based second recommended route through the weather information of the forecast weather data of the navigation route or the actual weather data of the wind direction/wind speed/atmospheric pressure/nerul of other ships sailing ahead of the same route. A method of deriving an optimal route for a smart ship, characterized in that for deriving. 제 2 항에 있어서,
상기 육상 SMS 서버로부터 상기 선박 SMS 서버로의 상기 제2 추천항로 전송 단계는 상기 VSAT를 통해 원격접근으로 이루어지되,
상기 육상 SMS 서버로부터 상기 제1 ECDIS로 상기 항해정보에 대한 모니터링 접근 허용을 요청하고, 상기 제1 ECDIS로부터 상기 육상 SMS 서버로 요청된 상기 항해정보를 전송하는 단계와,
상기 육상 SMS 서버로부터 상기 제1 ECDIS로 상기 제2 추천항로를 전송하는 단계와,
상기 제1 ECDIS로부터 상기 육상 SMS 서버로 상기 기상정보를 요청하고, 상기 육상 SMS 서버로부터 상기 제1 ECDIS로 요청된 상기 기상정보를 전송하는 단계와,
상기 육상 SMS 서버로부터 상기 제1 ECDIS로 상기 ENC의 업데이트정보를 전송하는 단계와,
상기 제2 추천항로를 디지털 차트 테이블 또는 제2 ECDIS를 통해 전시하는 단계로 세부적으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 스마트선박의 최적항로 도출방법.The method of claim 2,
The step of transmitting the second recommended route from the land SMS server to the ship SMS server is performed by remote access through the VSAT,
Requesting permission for monitoring access to the voyage information from the land SMS server to the first ECDIS, and transmitting the requested voyage information from the first ECDIS to the land SMS server;
Transmitting the second recommended route from the land SMS server to the first ECDIS,
Requesting the weather information from the first ECDIS to the land SMS server, and transmitting the requested weather information from the land SMS server to the first ECDIS;
Transmitting the update information of the ENC from the land SMS server to the first ECDIS;
A method of deriving an optimal route for a smart ship, characterized in that it is configured in detail with the step of displaying the second recommended route through a digital chart table or a second ECDIS. 제 3 항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 추천항로를 상기 제2 ECDIS 또는 디지털 차트 테이블을 통해 동시에 전시하고, 상기 제1 내지 제3 추천항로 중 상기 최적항로로 선정된 추천항로를 상기 제1 ECDIS에 적용하여 운항하도록 하는 것을 특징으로 하는, 스마트선박의 최적항로 도출방법.The method of claim 3,
The first to third recommended routes are simultaneously displayed through the second ECDIS or digital chart table, and the recommended route selected as the optimal route among the first to third recommended routes is applied to the first ECDIS to operate. Characterized in that, the method of deriving the optimal route of the smart ship. 제 1 항에 있어서,
상기 운항정보는 VDR을 통해 수집하되, DGPS에 의한 (항해)시간/선박위치/실제침로/대지속도, 풍속계에 의한 풍속/풍향, 자이로에 의한 선회율/진침로의 선체모션정보, 스피드 로그에 의한 횡방향 대지속도/종방향속도/선미 횡방향속도, 음파측심기에 의한 운항경로의 수온/수심, 및 AIS에 의한 상세 선박관련정보/항해관련정보로 구성되고,
상기 항해정보는 항로정보/ECDIS 경고로 구성되고, 상기 항해경고정보는 항해관련 주요 경고정보로 구성되는 것을 특징으로 하는, 스마트선박의 최적항로 도출방법.The method of claim 1,
The above flight information is collected through VDR, but in (navigation) time/ship location/actual course/ground speed by DGPS, wind speed/wind direction by anemometer, turning rate by gyro/ship motion information of true course, and speed log. It is composed of lateral ground speed/longitudinal speed/stern lateral speed, water temperature/depth of the navigation route by sound wave sounding device, and detailed ship-related information/navigation-related information by AIS,
The navigation information is composed of route information/ECDIS warning, and the navigation warning information is composed of main warning information related to navigation. 제 3 항에 있어서,
상기 선박 SMS 서버와 상기 육상 SMS 서버간 통신은 이더넷 기반 NMEA 또는 TCP/IP 기반 프로토콜을 통해 실시간 연결되고,
상기 선박 SMS 서버로부터 상기 육상 SMS 서버로의 상기 정보 전송시에, 상기 정보에 포함된 데이터를 AES 256을 이용하여 암호화하여 전송하고, CRC를 통해 상기 데이터의 신뢰성을 확보하도록 하는 것을 특징으로 하는, 스마트선박의 최적항로 도출방법.The method of claim 3,
Communication between the ship SMS server and the onshore SMS server is connected in real time through an Ethernet-based NMEA or TCP/IP-based protocol,
When transmitting the information from the ship SMS server to the onshore SMS server, the data included in the information is encrypted and transmitted using AES 256, and the reliability of the data is secured through CRC. How to derive the best route for smart ships. 제 1 항에 있어서,
운항경로의 협소로 존재여부, 운항경로의 해적출현여부, 또는 통과수역의 국지적/국제적 분쟁 발생여부의 상기 안정성을 고려하여 상기 최적항로를 선정하는 것을 특징으로 하는, 스마트선박의 최적항로 도출방법.The method of claim 1,
A method for deriving the optimal route for smart ships, characterized in that the optimal route is selected in consideration of the stability of the existence of a narrow route of operation, the appearance of pirates in the route of operation, or the occurrence of local/international disputes in the transit area. 제 5 항에 있어서,
상기 VSAT와 상기 선박 SMS 서버간 위성통신 네트워크는,
상기 VSAT와 연결된 제1네트워크 스위치와, 상기 제1네트워크 스위치에 의해 라우팅되는 다수의 제2네트워크 스위치와, 상기 각 제2네트워크 스위치에 의해 선내 장비가 그룹핑되어 구성되는 해당 선내 네트워크 그룹을 포함하여, 어느 하나의 선내 네트워크 그룹의 연결망 실패시, 다른 하나의 선내 네트워크 그룹의 AP를 통해 백업하도록 하되,
상기 제1네트워크 스위치는 라우터 및 파이어월디바이스와 연결된 L3 스위치로 가상랜을 구축하여 네트워크 그룹을 분할하도록 구성되고, 위성 안테나를 통해 위성통신하는 상기 VSAT와 연결되어 상기 제2네트워크 스위치를 라우팅하고, 상기 제2네트워크 스위치는 L2 스위치로 구성되고, 상기 각 L2 스위치에 연결되는, 상기 선박 SMS 서버와, 상기 L2 스위치를 통해 브릿지되어 상기 VDR과 상기 ECDIS와 상기 CAMS로 그룹핑된 OT 네트워크 그룹과, 상기 L2 스위치를 통해 브릿지되어 크루용 PC가 그룹핑된 크루 네트워크 그룹의 선내 네트워크 그룹을 구성하여, 상기 L3 스위치를 통해 해당 상기 L2 스위치가 포함된 선내 네트워크 그룹을 라우팅하고 트래픽을 모니터링하고,
상기 선박 SMS 서버 또는 상기 OT 네트워크 그룹은, 상기 크루 네트워크 그룹의 AP를 통해 상기 L3 스위치로 연결되어 데이터를 백업하는 것을 특징으로 하는, 스마트선박의 최적항로 도출방법.The method of claim 5,
The satellite communication network between the VSAT and the ship SMS server,
Including a first network switch connected to the VSAT, a plurality of second network switches routed by the first network switch, and a corresponding in-board network group configured by grouping in-board equipment by each of the second network switches, If the connection network of one of the ship's network groups fails, backup through the AP of the other ship's network group,
The first network switch is configured to divide a network group by constructing a virtual LAN with an L3 switch connected to a router and a firewall device, and is connected to the VSAT for satellite communication through a satellite antenna to route the second network switch, The second network switch is composed of an L2 switch, the ship SMS server connected to each of the L2 switches, an OT network group bridged through the L2 switch and grouped into the VDR, the ECDIS, and the CAMS, and the It is bridged through the L2 switch to form an onboard network group of the crew network group in which the crew PCs are grouped, and routes the onboard network group including the L2 switch through the L3 switch and monitors traffic,
The ship SMS server or the OT network group is connected to the L3 switch through an AP of the crew network group to back up data. 제 1 항에 있어서,
상기 최적항로 도출시스템은, 상기 기상정보와 선박재원정보와 상기 운항정보를 통해 산출된 물리적 최단거리에 해당하는 초기운항경로를 특정 단위거리로 복수 분할하고, 상기 분할된 단위거리에 최적화 경로를 각각 도출하되, 상기 단위거리별 복수의 후보 항로를 도출하고, 상기 후보 항로에서 파도와 바람의 환경인자의 주파수와 방향에 따른 선박의 상기 2차원 저항응답함수와, 경도와 위도로 특정되는 소정 위치에서의 주파수와 방향에 따른 운항 해역의 특성이 고려된 환경인자의 분포를 나타내는 상기 2차원 환경 스펙트럼 정보를 통해서 상기 FOC가 최소가 되는 상기 제3 추천항로를 도출하는 것을 특징으로 하는, 스마트선박의 최적항로 도출방법.The method of claim 1,
The optimal route derivation system divides the initial flight route corresponding to the shortest physical distance calculated through the weather information, ship finance information, and the navigation information into a plurality of specific unit distances, and divides the optimized route into each of the divided unit distances. However, a plurality of candidate routes for each unit distance are derived, and the two-dimensional resistance response function of the ship according to the frequency and direction of environmental factors of waves and winds in the candidate route, and at a predetermined position specified by longitude and latitude. Optimal for smart ships, characterized in that the third recommended route in which the FOC is minimized is derived through the two-dimensional environmental spectrum information indicating the distribution of environmental factors considering the characteristics of the operating sea area according to the frequency and direction of How to derive a route. 제 9 항에 있어서,
상기 선박재원정보는 선형정보, 추진기정보, 침수 상부 구조물 정보, 표면적 및 엔진의 주요재원 중 어느 하나 이상을 포함하고, 상기 운항정보는 선박의 출발지점과 도착지점을 포함하는 것을 특징으로 하는, 스마트선박의 최적항로 도출방법.The method of claim 9,
The ship resource information includes any one or more of linear information, propeller information, submerged upper structure information, surface area, and main resources of the engine, and the navigation information includes a starting point and an arrival point of the ship. How to derive the best route for a ship. 제 10 항에 있어서,
상기 FOC는 다음의 식을 통해 산출되되,
FOC = [RCALM(선속) + RWAVE(선속,주파수,파향) + RWIND(선속,바람주파수,풍향)] * 속도 * 시간 * 엔진효율(SFOC), 여기서, RCALM은 정수 저항이며, RWAVE은 파도 저항이고, RWIND은 바람 저항인 것을 특징으로 하는, 스마트선박의 최적항로 도출방법.The method of claim 10,
The FOC is calculated through the following equation,
FOC = [R CALM (ship speed) + R WAVE (ship speed, frequency, wave direction) + R WIND (ship speed, wind frequency, wind direction)] * speed * time * engine efficiency (SFOC), where R CALM is an integer resistance, R WAVE is wave resistance, and R WIND is wind resistance, a method for deriving an optimal route for smart ships. 제 11 항에 있어서,
상기 분할된 단위거리 각각에 대해 방향과 속도의 조합으로 복수의 상기 후보 항로를 도출하고, 상기 후보 항로 각각에 대해 상기 소정 위치에서의 상기 2차원 환경 스펙트럼 정보와 상기 2차원 저항응답함수의 곱을 적분한 환경 저항값과 비교하여, 상기 환경 저항값이 최소가 되는 경로를 상기 제3 추천항로를 선정하여 도출하는 것을 특징으로 하는, 스마트선박의 최적항로 도출방법.The method of claim 11,
For each of the divided unit distances, a plurality of candidate routes are derived by a combination of a direction and a speed, and for each of the candidate routes, the product of the 2D environmental spectrum information and the 2D resistance response function at the predetermined position is integrated. Comparing with one environmental resistance value, the method for deriving an optimal route for a smart ship, characterized in that the route for which the environmental resistance value is minimum is derived by selecting the third recommended route. 제 12 항에 있어서,
복수의 상기 후보 항로 중, 항해시간, 운동조건, 육상구역여부, 위험구역여부 및 국경선여부 중 어느 하나 이상을 포함하는 제한조건을 위반하지 않는 경로를 상기 제3 추천항로로 선정하는 것을 특징으로 하는, 스마트선박의 최적항로 도출방법.The method of claim 12,
Among the plurality of candidate routes, a route that does not violate any one or more of a voyage time, an exercise condition, a land area, a danger area, and a border line is selected as the third recommended route. , How to derive the optimal route for smart ships.
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KR101556723B1 (en) 2013-12-20 2015-10-02 삼성중공업 주식회사 Optimal route determination device for ship

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