KR20210116798A - Wave information collecting device for economic operation of ship using digital twin - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 디지털 트윈을 이용하여 선박의 경제운항을 위한 실시간 파랑 정보 수집 장치에 관한 것으로, 안정적이고 정확하게 파랑 정보를 추출하는 기술에 관한 것으로, 특히 운항 중인 선박에서 통계적으로 파랑 정보를 추출하여 수집하여 경제운항에 활용할 수 있는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a device for collecting real-time wave information for economic operation of a ship using a digital twin, and to a technology for stably and accurately extracting wave information. It is about technology that can be used for economic operation.
디지털 트윈(Digital Twin)은 컴퓨터에 현실 속 사물의 쌍둥이를 만들고, 현실에서 발생할 수 있는 상황을 컴퓨터로 시뮬레이션 함으로써 현실 자산의 특성에 대한 정확한 정보를 얻기 위한 기술을 말한다.Digital twin refers to a technology for obtaining accurate information about the characteristics of real assets by creating twins of real objects on a computer and simulating situations that may occur in real life with a computer.
현실 자산의 각종 상태, 생산성, 동작 시나리오 등을 알 수 있으므로 여러 산업들의 생산, 서비스 등 전반에 걸쳐 효율을 향상시킬 수 있으므로 최근 주목받고 있다.Since it is possible to know the various states, productivity, and operation scenarios of real assets, it is attracting attention recently because it can improve the overall efficiency of production and services in various industries.
디지털 트윈은 복제품을 만든다는 점에서 디지털 목업(mockup)과 비슷하다.A digital twin is similar to a digital mockup in that it creates a clone.
하지만 제품 설계가 완성되고 생산 및 판매가 이뤄지는 시점에서 쓸모가 없어지는 목업과는 달리, 디지털 트윈은 제품이 완성된 이후에도 계속 유지되며, 수집한 상태 데이터를 제품 사용자에게 제공할 수 있다는 점에서 큰 차이점을 가진다.However, unlike mockups, which become obsolete once the product design is complete and production and sales take place, digital twins persist after the product is complete, and the state data it collects can be made available to users of the product. have
이러한 디지털 트윈의 장점으로 인해 산업 전반에는 디지털 트윈을 이용한 다양한 프로세스 및 관련 기술을 개발하고 있다. 그러나 아직 디지털 트윈은 초기 아이디어 단계에서 연구가 머물고 있는 실정이며 산업에 실제 적용하기 위한 기술 개발이나 적용이 미비한 실정이다.Due to these advantages of digital twins, various processes and related technologies using digital twins are being developed throughout the industry. However, research on digital twins is still in the initial idea stage, and technology development or application for practical application to industry is insufficient.
또한, 선박은 항해하는 과정에서 파도와 조류에 의해 영향을 받게 된다. 조류는 일정한 해수의 흐름을 의미하며 거시적으로 일어나지만, 파도는 국부적으로 다양한 원인에 의해 발생하며 미시적으로 일어난다.In addition, the vessel is affected by waves and currents in the course of sailing. Current refers to a constant flow of seawater and occurs macroscopically, but waves are caused by various local causes and occur microscopically.
조류나 파도가 선박의 항해 방향과 반대 방향으로 발생하게 되면, 선박은 조류 및 파도로 인한 반발력을 이겨낼 수 있을 만큼 많은 연료를 소모하여 엔진을 구동해야 한다. 따라서 조류 또는 파도가 선박의 방향과 정반대가 되지 않도록 선박의 운항을 조절하는 것이 매우 중요하다.When a current or wave occurs in the opposite direction to the direction of the vessel's sailing, the vessel must consume enough fuel to overcome the repulsive force caused by the current and wave to drive the engine. Therefore, it is very important to control the operation of the vessel so that the current or waves do not directly oppose the direction of the vessel.
이를 위해서는 조류나 파도를 계측 및 예측하고, 이에 따라 선박의 항해 경로를 효율적으로 선택해야 한다.To this end, it is necessary to measure and predict currents or waves, and to efficiently select the sailing route of the vessel accordingly.
그런데 조류의 경우에는 거시적으로 일어나며 일정한 규칙을 갖기 때문에 계측과 예측이 용이한 반면, 파도는 미시적으로 단시간에 일어나며 예측이 쉽지 않다.However, in the case of currents, because they occur macroscopically and have certain rules, it is easy to measure and predict, whereas waves occur microscopically in a short time and are difficult to predict.
종래에는 파고를 측정하기 위해서 다수의 파고 계측용 부유체와 계측 시스템을 설치하고 있지만, 운항 중인 선박의 경우에 적용하기 어렵고 파랑 계측 레이더를 설치하는 선박은 비용이 비싸다는 문제점이 있었다.Conventionally, a number of floating bodies and measuring systems for wave height measurement have been installed in order to measure wave height, but it is difficult to apply in the case of a ship in operation and a ship installing a wave measurement radar has a problem that the cost is high.
또한, 효율적인 선박 운항의 관리를 위해 디지털 트윈 선박에 시뮬레이션을 적용하기 위해 기존의 파랑 예측 및 측정 방식들은 정확성 및 신뢰성이 낮아 실효성이 떨어진다.In addition, in order to apply simulation to a digital twin ship for efficient ship operation management, the existing wave prediction and measurement methods have low accuracy and reliability, which makes them less effective.
따라서, 정확하고 안정적으로 파랑 정보를 추출할 수 있도록 하는 기술의 개발이 필요하다.Therefore, it is necessary to develop a technology capable of accurately and stably extracting wave information.
관련 선행문헌으로는 대한민국 등록특허 제10-0795497호(2008.01.17.)에 개시되어 있다.As a related prior art, it is disclosed in Korean Patent Registration No. 10-0795497 (Jan. 17, 2008).
최근에 국제해사기구(IMO)에서는 환경규제가 심해지고 있고, 특히 연료효율의 향상을 통하여 이산화탄소의 배출량을 규제하는 움직임이 있다. 또한 선주의 입장에서도 선박의 운항에서 연료소비량을 줄이는 것은 경제적으로 아주 중요한 일이다. Recently, the International Maritime Organization (IMO) has tightened environmental regulations, and in particular, there is a movement to regulate carbon dioxide emissions through improvement of fuel efficiency. Also, from the point of view of the shipowner, it is economically very important to reduce the fuel consumption in the operation of the ship.
따라서, 디지털 트윈 기술을 이용하여 경제적 운항경로를 선정하기 위해서는 항로별로 파랑 정보나 선박의 육자운동에 대한 정보를 축적할 필요가 있는데, 종래에는 정확한 정보의 취득 방법에 대한 기술이 부족하였다. 이와 같이 축적된 정보를 활용하여 선박의 출항 전에 디지털 트윈 기술을 이용하여 경제적 운항경로를 선정할 수 있다. Therefore, in order to select an economical navigation route using the digital twin technology, it is necessary to accumulate wave information or information on the ship's land movement for each route. Using this accumulated information, it is possible to select an economical route using digital twin technology before the ship departs.
그런데, 선박을 운항할 때 일반적으로 기상정보를 미리 받아서 이전의 경험을 바탕으로 경제적 운항경로를 따라서 운항을 하지만, 운항시에 실제 해상 기상은 기상예보정보와 맞지 않은 경우도 많기 때문에 시시각각으로 변화하는 해상 기상 정보에 맞게 새로운 경제적 운항경로를 찾기가 쉽지 않다.However, when operating a ship, it generally receives weather information in advance and operates along an economical route based on previous experience. It is not easy to find a new economic route according to maritime weather information.
본 발명의 목적은 선박의 경제운항을 위해 실시간 운항 중인 선박의 선수부 양측에 압력센서를 구비하여, 파랑 측정부에 의해 측정되는 파도의 세기, 횟수, 주기를 통계적으로 분석하여 정확한 파랑정보를 측정할 수 있으며, 레이더를 이용하는 고가의 파랑 측정 장치 없이 선박에 작용하는 파랑을 정확하게 측정할 수 있는 디지털 트윈을 이용하여 선박의 경제운항을 위한 파랑 정보 수집 장치를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to measure accurate wave information by statistically analyzing the intensity, frequency, and period of waves measured by the wave measuring unit by providing pressure sensors on both sides of the bow of the vessel in real-time operation for economic operation of the vessel. It is to provide a wave information collection device for economic operation of a ship using a digital twin that can accurately measure waves acting on a ship without an expensive wave measuring device using radar.
본 발명에 따른 디지털 트윈을 이용하여 선박의 경제운항을 위한 파랑 정보 수집 장치는, 선박의 선수부의 양측에 구비되어 파랑 정보를 측정하는 파랑 측정부; 상기 파랑 측정부에서 측정된 값을 통계적으로 분석하여 파랑 정보를 추출하는 파랑 정보 추출부; 상기 파랑 정보 추출부에서 추출된 파랑 정보와 상기 운동 계측부에서 계측된 선박의 운동 정보 및 위치 정보를 저장하는 저장부; 및 상기 저장부에 저장된 파랑 정보와 선박의 운동 정보 및 위치 정보를 디지털 트윈 시스템에 전송하는 전송부를 포함하는 것을 특징으로 한다.A wave information collection device for economic navigation of a ship using a digital twin according to the present invention includes: a wave measuring unit provided on both sides of a bow of a ship to measure wave information; a wave information extracting unit for statistically analyzing the value measured by the wave measuring unit to extract wave information; a storage unit for storing the wave information extracted from the wave information extraction unit and the motion information and location information of the vessel measured by the motion measurement unit; and a transmission unit for transmitting wave information stored in the storage unit, motion information and location information of the vessel to the digital twin system.
바람직하게는, 상기 파랑 측정부는, 상기 선박의 선수부 양측에서, 선박의 흘수선과 갑판 사이에 각각 배치되는 적어도 하나의 압력센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the wave measuring unit, both sides of the bow of the ship, characterized in that it comprises at least one pressure sensor respectively disposed between the waterline and the deck of the ship.
더욱 바람직하게는, 상기 파랑 정보 추출부는, 상기 압력센서를 통해 감지된 파도의 높이나 면적을 통계적으로 분석하여 파도의 크기를 측정하는 것을 특징으로 한다.More preferably, the wave information extraction unit is characterized in that the size of the wave is measured by statistically analyzing the height or area of the wave detected through the pressure sensor.
또한 바람직하게는, 상기 파랑 정보 추출부는, 상기 압력센서를 통해 감지된 압력의 세기를 통계적으로 분석하여 파도의 세기를측정하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the wave information extraction unit is characterized in that the intensity of the wave is measured by statistically analyzing the intensity of the pressure sensed through the pressure sensor.
또한 바람직하게는, 상기 파랑 정보 추출부는, 상기 압력센서를 통해 감지된 파도의 횟수 또는 주기를 통계적으로 분석하여 파주기를 측정하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the wave information extraction unit is characterized in that the wave period is measured by statistically analyzing the number or period of waves detected through the pressure sensor.
또한 바람직하게는, 상기 파랑 정보 추출부는, 상기 압력센서를 통해 선박의 좌현 또는 우현에 감지된 파도 및 조류의 방향을 통계적으로 분석하여 파향을 측정하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the wave information extraction unit is characterized in that the wave direction is measured by statistically analyzing the direction of waves and currents detected on the port or starboard side of the ship through the pressure sensor.
또한 바람직하게는, 상기 전송부에서 실시간으로 전송된 파랑 정보와 선박의 운동 정보 및 위치 정보를 통해 선박의 경제 운항을 할 수 있도록 디지털 트윈 서버에 저장되고 추후 활용 시 불러오기를 진행할 수 있는 것을 특징으로 한다.In addition, preferably, it is stored in the digital twin server so that the economic operation of the ship can be performed through the wave information transmitted in real time from the transmission unit, the motion information of the ship, and the location information, and can be retrieved when used later. do it with
본 발명에 따르면 선박의 경제운항을 위해 실시간 운항 중인 선박의 선수부 양측에 압력센서를 구비하여, 파랑 측정부에 의해 측정되는 파도의 세기, 횟수, 주기를 통계적으로 분석하여 정확한 파랑정보를 측정할 수 있으며, 레이더를 이용하는 고가의 파랑 측정 장치 없이 선박에 작용하는 파랑을 정확하게 측정할 수 있어 비용을 절감할 수 있는 효과를 가진다.According to the present invention, it is possible to measure accurate wave information by statistically analyzing the intensity, number, and period of waves measured by the wave measuring unit by providing pressure sensors on both sides of the bow of the vessel in real-time operation for economic operation of the vessel. In addition, it is possible to accurately measure waves acting on a ship without an expensive wave measuring device using radar, thereby reducing costs.
또한, 축적된 정보를 활용하여 선박의 출항 전에 디지털 트윈 기술을 이용하여 경제적 운항경로를 선정할 수 있다. In addition, by using the accumulated information, it is possible to select an economical route by using digital twin technology before the ship departs.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 트윈을 이용하여 선박의 경제운항을 위한 실시간 파랑 정보 수집 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 파랑 측정부를 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 파랑 측정부를 개략적으로 나타낸 정면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 트윈 선박 제작을 위한 파랑 정보 수집 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 트윈 선박 제작을 위한 파랑 정보 수집 방법을 나타내는 도면이다.1 is a diagram schematically showing a real-time wave information collection system for economic navigation of a ship using a digital twin according to an embodiment of the present invention.
2 is a side view schematically showing a wave measuring unit according to an embodiment of the present invention.
3 is a front view schematically showing a wave measuring unit according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram schematically illustrating a wave information collection device for manufacturing a digital twin ship according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing a wave information collection method for manufacturing a digital twin ship according to an embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.Advantages and features of the present invention, and a method of achieving the same, will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings.
그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.However, the present invention is not limited by the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우, 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.In addition, when it is determined that related known techniques may obscure the gist of the present invention in describing the present invention, a detailed description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 트윈을 이용하여 선박의 경제운항을 위한 실시간 파랑 정보 수집 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 트윈을 이용하여 선박의 경제운항을 위한 파랑 측정부를 개략적으로 나타낸 측면도이고, 도 3는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 트윈을 이용하여 선박의 경제운항을 위한 파랑 측정부를 개략적으로 나타낸 정면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 트윈을 이용하여 선박의 경제운항을 위한 실시간 파랑 정보 수집 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 트윈을 이용하여 선박의 경제운항을 위한 실시간 파랑 정보 수집 방법을 나타내는 도면이다.1 is a diagram schematically showing a real-time wave information collection system for economic operation of a ship using a digital twin according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram of a ship using a digital twin according to an embodiment of the present invention. It is a side view schematically showing a wave measuring unit for economic operation, and FIG. 3 is a front view schematically showing a wave measuring unit for economic operation of a ship using a digital twin according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an embodiment of the present invention It is a diagram schematically showing a real-time wave information collection device for economic operation of a ship using a digital twin according to an example, and FIG. 5 is real-time wave information for economic operation of a ship using a digital twin according to an embodiment of the present invention It is a drawing showing a collection method.
먼저, 본 발명에서 이용되는 디지털 트윈(Digital Twin)은 현실 세계의 사물, 환경을 가상공간에 모사한 디지털 객체로서, 형상뿐만 아니라 데이터를 통해 현실에서의 움직임, 특성까지도 동일하게 표현하는 것을 의미한다.First, the digital twin used in the present invention is a digital object that simulates objects and environments in the real world in a virtual space, meaning that not only shapes but also movements and characteristics in the real world are expressed in the same way through data. .
따라서 디지털 트윈을 이용하여, 선박과 동일한 물리 법칙(6자 운동)으로 구동되는 디지털 모델과 실제 제품을 디지털화 하여 가상현실에서 미래를 예측할 수 있다.Therefore, by using a digital twin, digital models and real products driven by the same physical laws as ships (figure 6 motion) can be digitized to predict the future in virtual reality.
도 1을 참조하면, 디지털 트윈을 이용하여 선박의 경제운항을 위한 파랑 정보 수집 시스템은, 실제 선박(100)의 선수부(101)에 흘수선(1)과 갑판(105) 사이에 파랑 정보를 측정할 수 있도록 적어도 하나의 파랑 측정부(10)가 배치되며, 파랑 측정부(10)는 압력센서일 수 있다.Referring to FIG. 1 , the wave information collection system for economic navigation of a ship using a digital twin measures wave information between the waterline 1 and the
선박에 가해지는 파도에 의한 충격을 감지하여, 파랑 측정부(10)를 통해 계측된 압력을 근거로 파랑 정보를 측정할 수 있으며, 파랑 측정부(10)에서 측정된 파랑 정보는 선박에 구비된 파랑 정보 수집 장치(200)로 전송될 수 있다.By sensing the impact by the waves applied to the vessel, wave information can be measured based on the pressure measured through the
또한, 파랑 정보 수집 장치(200)는 선박에 설치되어 해당 선박의 운동을 계측하는 운동 계측부(150)에서 선박의 6자유도 운동(surge, roll, sway, pitch, heave, yaw)정보를 수신할 수 있다.In addition, the wave
운동 계측부(150)는 MRU(Motion Reference Unit)일 수 있다.The
운동 계측부(150)는 운항시 선박 작용하는 파도에 따른 선박의 운동을 계측할 수 있다.The
파랑 정보 수집 장치(200)는 네트워크(50)와 통신 접속될 수 있으며, 선박의 운동정보와 파랑 정보를 네트워크(50)를 통해 시뮬레이션 장치(350)로 전송할 수 있다.The wave
시뮬레이션 장치(350)에서 실제 선박의 운동 정보와 파랑 정보를 포함하는 환경외력 정보를 수신하고 이것을 통해 디지털 트윈 선박(300)에 적용하여 시뮬레이션 진행할 수 있다.The
여기서 네트워크(50)는, 유선으로 접속할 수 있는 TCP/IP 프로토콜과 무선으로 접속할 수 있는 WAP프로토콜 등을 사용한 인터넷망, 내부 네트워크 등을 포함한다.Here, the
도 2 및 도 3을 참조하면, 파랑 측정부(10)는 실제 선박(100)의 선수부(101) 양측에 배치될 수 있으며, 흘수선(1)과 갑판(105) 사이에 적어도 하나 이상 배치될 수 있다.Referring to FIGS. 2 and 3 , the
파랑 측정부(10)는 압력센서로 구성될 수 있으며, 도 2(a)에서와 같이, 좌현 측에 배치된 압력센서는 흘수선(1)과 갑판(105) 사이에 위치에 따라 흘수선(1)에 가까이 배치되는 제1 압력센서(11)와 갑판에 가까이 배치되는 제3 압력센서(13)와 제1 압력센서(11)와 제3 압력센서(13) 사이에 배치되는 제2 압력센서(12)로 구분될 수 있다.The
또한, 도 2(b)에서와 같이 우현 측에 배치된 압력센서는 흘수선(1)과 갑판(105) 사이에 위치에 따라 흘수선(1)에 가까이 배치되는 제4 압력센서(14)와 갑판에 가까이 배치되는 제6 압력센서(16)와 제4 압력센서(14)와 제6 압력센서(16) 사이에 배치되는 제5 압력센서(15)로 구분될 수 있다.In addition, the pressure sensor disposed on the starboard side as in FIG. 2(b) is a
예시적으로 좌현과 우현에 각 3개씩 배치하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 선택적으로 선수부의 좌현과 우현에 각각 적어도 하나의 압력센서를 구비할 수 있다.Illustratively, although three each are arranged on the port and starboard, it is not limited thereto, and optionally, at least one pressure sensor may be provided on each of the port and starboard of the bow.
따라서, 각 압력센서에 감지되는 값을 근거로 파랑 정보를 측정할 수 있다.Accordingly, wave information can be measured based on the value detected by each pressure sensor.
또한, 압력센서가 선수부(101)의 양측에 배치되어 좌현 측에 설치된 제1 내지 제3 압력센서(11 내지 13)와 우현 측에 설치된 제4 내지 제6 압력센서(14 내지 16)의 각 위치에 따라 가해지는 파도에 의해 충격을 감지하고, 압력센서를 통해 감지된 파도의 크기(예: 다수의 압력센서에 의하여 감지되는 파도의 높이나 면적), 세기(예: 압력 센서에서의 압력의 세기), 횟수, 주기 및 파도의 방향(예: 선수의 좌현 및 우현에 따른 압력센서에서 측정되는 파도의 방향으로 감지) 등을 통계적으로 분석하여 파도의 파고, 파향, 파주기 등의 파랑 정보를 정확하게 측정하여 파랑 정보를 추출할 수 있는 것을 나타낸다.In addition, the pressure sensors are disposed on both sides of the
예를 들어, 좌현 측에 설치된 제1 내지 제3 압력센서와 우현 측에 설치된 제4 내지 제6 압력센서에서 측정되는 값을 통해 좌현과 우현의 압력센서에서 측정된 값을 비교하여 파향을 측정할 수 있고, 제1 내지 제3 압력센서 또는 제4 내지 제6 압력센서의 위치에 따른 측정된 값을 비교하여 파고를 측정할 수 있다.For example, the wave direction can be measured by comparing the values measured by the port and starboard pressure sensors through the values measured by the first to third pressure sensors installed on the port side and the fourth to sixth pressure sensors installed on the starboard side. The wave height may be measured by comparing the measured values according to the positions of the first to third pressure sensors or the fourth to sixth pressure sensors.
또한, 이것을 통계적으로 횟수와 주기를 분석하여 파주기를 측정할 수 있다.In addition, it is possible to measure the wave period by statistically analyzing the number and period.
따라서, 압력센서에서 감지되는 파도의 세기, 횟수, 주기 등을 측정하고 분석하여 정확한 파랑 정보를 추출할 수 있다.Therefore, accurate wave information can be extracted by measuring and analyzing the intensity, number, and period of waves detected by the pressure sensor.
도 4를 참조하면, 디지털 트윈 선박 제작을 위한 파랑 정보 수집 장치(200)는, 파랑 측정값 수신부(210)와, 선박 운동 계측값 저장부(220)와, 파고 예측부(230)와, 파랑 정보 추출부(240)와, 파랑 정보 저장부(250)와, 변환 및 전송부를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the wave
파랑 측정값 수신부(210)는 파랑 측정부(10)로부터 측정된 파랑 측정값을 수신하며, 선박 운동 계측값 저장부(220)는 선박 운동 계측부(150)에서 계측된 선박 운동 계측값을 수신하여 저장한다.The wave measurement
파고 예측부(230)는, 선박의 6자유도에 관한 운동 응답 함수값(RAO: Response Amplitude Operator)을 이용하여 파고를 예측할 수 있다.The wave
즉, 파고 예측부(230)는 하기의 수학식 1에서 선박의 운동 응답 함수값(RAO: Response Amplitude Operator)은 파고에 따른 선박의 운동값을 통해 구할 수 있으며, 이는 현재 선박의 운동값을 운동 계측부를 통해 계측할 수 있으며, 이를 역이용하여 현재 선박의 운동값과 선박의 운동 응답 함수값(RAO)을 이용해 파고를 계산할 수 있다. That is, the wave
파고 예측부(230)는 하기 수학식 1을 이용하여, 운동 계측부(150)를 통해 계측된 선박의 운동 정보값(MRU)을 선박의 운동 응답 함수값(RAO)으로 나누어 파고를 계산할 수 있다.The wave
또한, 파고 예측부(230)에서 수학식 1을 적용하여 계산하여 파고를 예측하나, 파고의 정확한 측정을 위해 보정계수가 더 반영될 수 있다. In addition, the wave
수학식 1Equation 1
선박의 운동 응답 함수값은 선박의 모양, 선박의 무게 분포를 포함하는 선박의 고유특성에 따라 구해지며, 선박마다 운동 응답 함수값은 다를 수 있다.The value of the motion response function of the vessel is obtained according to the intrinsic characteristics of the vessel including the shape of the vessel and the weight distribution of the vessel, and the value of the motion response function may be different for each vessel.
이와 같이 구해진 선박의 운동 응답 함수값은 파고 예측부(230)을 통해 파고를 예측할 때 사용되도록 파랑 정보 수집 장치(200)의 메모리(미도시)내에 저장될 수 있다.The obtained motion response function value of the vessel may be stored in a memory (not shown) of the wave
이와 같이 선박에 설치된 운동 계측부(150)의 선박 운동값과 선박 운동 응답 함수를 이용하여 파고를 계산할 수 있어, 다수의 파고 계측용 부유체 없이도 운항시에도 파고를 용이하게 예측할 수 있다.As described above, it is possible to calculate the wave height using the vessel motion value and the vessel motion response function of the
또한, 파랑 정보 추출부(240)는 파랑 측정값 수신부(210)에서 수신된 파랑 정보와 파고 예측부(230)에서 수신된 파고 예측 정보를 비교 분석하여, 파랑 정보를 추출할 수 있다.In addition, the wave information extraction unit 240 may extract wave information by comparing and analyzing the wave information received from the wave measurement
파랑 측정부(10)에서 측정된 파랑 정보와 파고 예측부(230)에서 예측된 파고값을 비교 분석하여 보다 정확한 파랑 정보를 수집 할 수 있다.More accurate wave information may be collected by comparing and analyzing the wave information measured by the
이는 파랑 측정부(10)의 측정된 값이 선체의 높이 보다 높은 파도에 대하여는 정확하게 측정이 되지 못할 수 있으므로, 파고 예측부(230)의 예측값과 파랑 측정부(10)의 측정값이 보완되어 보정될 수 있다.This is because the measured value of the
예를들어 파랑 측정부(10)에서 측정된 파고 값이 설정값 이상일 경우, 파고 예측부(230)에서 예측된 파고 값으로 보정될 수 있다.For example, when the wave height value measured by the
파랑 정보 저장부(250)는 파랑 정보 추출부(240)에서 추출된 파랑 정보를 저장하며, The blue information storage unit 250 stores the blue information extracted from the blue information extraction unit 240 ,
파랑 정보 저장부(250)에 저장된 파랑 정보와 선박 운동 계측값 저장부(220)에 저장된 선박 운동 정보를 디지털 트윈 시스템에서 적용 가능하도록 변환 및 전송부(260)에서 변환하고 변환된 파랑 정보와 선박의 운동 정보를 디지털 트윈 시스템으로 전송할 수 있다.The wave information stored in the wave information storage unit 250 and the vessel motion information stored in the vessel motion measurement
도 5를 참조하면, 디지털 트윈 선박 제작을 위한 파랑 정보 수집 방법은, 파랑 측정부(10)에서 측정된 파랑 정보를 파랑 측정값 수신부(210)에서 수신한다(S100).Referring to FIG. 5 , in the method of collecting wave information for manufacturing a digital twin ship, the wave information measured by the
선박의 운동 계측부(150)에서 계측된 선박의 6자유도 운동 정보를 수신한다(S110).The 6 degree of freedom motion information of the vessel measured by the
선박 운동 계측값 저장부(220)된 선박 운동 계측값을 통해 파고 예측부(230)에서 파고를 예측한다(S111).The wave
파랑 측정값 수신부(210)에서 수신된 파랑 측정값과 파고 예측부(230에서 수신된 파고 예측값을 파랑 정보 추출부(240)에서 비교 분석한다(S120).The wave measurement value received from the wave measurement
파랑 정보 추출부(240)에서 비교 분석하여 정확한 파랑 정보를 추출한다(S130).The wave information extraction unit 240 compares and analyzes to extract accurate wave information (S130).
파랑 정보 추출부(240)에서 추출된 파랑 정보 파랑 정보 저장부(250)에서 저장한다(S140).The wave information extracted by the wave information extraction unit 240 is stored in the wave information storage unit 250 ( S140 ).
파랑 정보 저장부(250)에 저장된 파랑 정보와 선박 운동 계측값 저장부(220)에 저장된 선박 운동 정보를 디지털 트윈 시스템에 전송한다(S150).The wave information stored in the wave information storage unit 250 and the vessel motion information stored in the vessel motion measurement
디지털 트윈 시스템(350)에서 수신된 정확환 선박의 운동 정보 및 위치 정보를 통해 선박의 경제 운항을 할 수 있도록 디지털 트윈 서버에 저장되고 추후 활용 시 불러오기를 진행하여 선박의 경제 운항을 위한 시뮬레이션 및 실제 선박의 경제 운항에 활용할 수 있다.It is stored in the digital twin server so that the economic operation of the ship can be performed through the motion information and location information of the accurate-hwan ship received from the
또한, 디지털 트윈 시스템(350)에서는 정보를 실시간으로 수신하거나 주기적으로 수신하여, 디지털 트윈 선박(300)을 업데이트 진행할 수 있다.In addition, the
디지털 트윈 시스템(350)은 선박의 운동 정보 및 상기 파랑 정보를 포함하는 실시간 환경외력 정보를 더해 디지털 트윈 선박에 적용하여 시뮬레이션을 진행할 수 있다.The
전술된 환경외력 정보는 실시간 기상정보와 관련하여 바람, 해류, 파랑 정보 등으로 의미할 수 있다.The above-described environmental external force information may refer to wind, ocean current, wave information, etc. in relation to real-time weather information.
이것에 의해, 선박의 운항시에도 운동 응답 함수를 이용하여 별도의 장치 없이 선박에 작용하는 파고를 예측할 수 있으며, 디지털 트윈을 이용하여 선박의 경제운항을 위한 선박의 운동 정보와 선박에 작용하는 파랑 정보를 레이더를 이용하는 고가의 파랑 측정 장치 없이 정확하게 측정하여 수집할 수 있어 비용을 절감 할 수 있는 효과를 가진다.Thereby, even when the ship is operating, the wave height acting on the ship can be predicted without a separate device using the motion response function, and the motion information of the ship and the wave acting on the ship for economic operation of the ship using the digital twin. Information can be accurately measured and collected without an expensive wave measuring device using radar, which has the effect of reducing costs.
지금까지 본 발명에 따른 디지털 트윈을 이용하여 선박의 경제운항을 위한 파랑 정보 수집 장치에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러가지 실시 변형이 가능함은 자명하다. 그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Until now, specific embodiments of the wave information collection device for economic navigation of ships using the digital twin according to the present invention have been described, but it is obvious that various implementation modifications are possible within the limits that do not depart from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, and should be defined by the following claims as well as the claims and equivalents.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술 될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.That is, it should be understood that the above-described embodiments are illustrative in all respects and not restrictive, and the scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and the meaning and scope of the claims and All changes or modifications derived from the concept of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.
1: 흘수선(water line) 10: 파랑 측정부
11: 제1 압력센서 12: 제2 압력센서
13: 제3 압력센서 14: 제4 압력센서
15: 제5 압력센서 16: 제6 압력센서
50: 네트워크 100: 실제 선박
101: 선수부 102: 중앙부
103: 선미부 105: 갑판
150: 운동 계측부 200: 파랑 정보 수집 장치
210: 파랑 측정값 수신부 220: 선박 운동 정보값 저장부
230: 파고 예측부 240: 파랑 정보 추출부
250: 파랑 정보 저장부 260: 변환 및 전송부
300: 디지털 트윈 선박 350: 디지털 트윈 시스템1: water line 10: wave measuring part
11: first pressure sensor 12: second pressure sensor
13: third pressure sensor 14: fourth pressure sensor
15: fifth pressure sensor 16: sixth pressure sensor
50: network 100: real ship
101: bow 102: central part
103: stern portion 105: deck
150: motion measurement unit 200: blue information collecting device
210: blue measurement value receiving unit 220: vessel motion information value storage unit
230: wave height prediction unit 240: wave information extraction unit
250: blue information storage unit 260: conversion and transmission unit
300: digital twin ship 350: digital twin system
Claims (7)
상기 파랑 측정부에서 측정된 값을 통계적으로 분석하여 파랑 정보를 추출하는 파랑 정보 추출부;
상기 파랑 정보 추출부에서 추출된 파랑 정보와 상기 운동 계측부에서 계측된 선박의 운동 정보 및 위치 정보를 저장하는 저장부; 및
상기 저장부에 저장된 파랑 정보와 선박의 운동 정보 및 위치 정보를 디지털 트윈 시스템에 전송하는 전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 트윈을 이용하여 선박의 경제운항을 위한 파랑 정보 수집 장치.
a wave measuring unit provided on both sides of the bow of the ship to measure wave information;
a wave information extracting unit for statistically analyzing the value measured by the wave measuring unit to extract wave information;
a storage unit for storing the wave information extracted from the wave information extraction unit and the motion information and location information of the vessel measured by the motion measurement unit; and
Wave information collection device for economic operation of a ship using a digital twin, characterized in that it comprises a transmission unit for transmitting the wave information stored in the storage unit and the motion information and location information of the vessel to the digital twin system.
상기 파랑 측정부는,
상기 선박의 선수부 양측에서, 선박의 흘수선과 갑판 사이에 각각 배치되는 적어도 하나의 압력센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 트윈을 이용하여 선박의 경제운항을 위한 파랑 정보 수집 장치.
The method according to claim 1,
The blue measurement unit,
Wave information collection device for economic navigation of a ship using a digital twin, characterized in that it includes at least one pressure sensor disposed between the waterline and the deck of the ship, respectively, on both sides of the bow of the ship.
상기 파랑 정보 추출부는,
상기 압력센서를 통해 감지된 파도의 높이나 면적을 통계적으로 분석하여 파도의 크기를 측정하는 것을 특징으로 하는 디지털 트윈을 이용하여 선박의 경제운항을 위한 파랑 정보 수집 장치.
3. The method according to claim 2,
The blue information extraction unit,
Wave information collection device for economic operation of a ship using a digital twin, characterized in that the size of the wave is measured by statistically analyzing the height or area of the wave detected through the pressure sensor.
상기 파랑 정보 추출부는,
상기 압력센서를 통해 감지된 압력의 세기를 통계적으로 분석하여 파도의 세기를측정하는 것을 특징으로 하는 디지털 트윈을 이용하여 선박의 경제운항을 위한 파랑 정보 수집 장치.
3. The method according to claim 2,
The blue information extraction unit,
Wave information collection device for economic operation of a ship using a digital twin, characterized in that the intensity of the wave is measured by statistically analyzing the intensity of the pressure sensed through the pressure sensor.
상기 파랑 정보 추출부는,
상기 압력센서를 통해 감지된 파도의 횟수 또는 주기를 통계적으로 분석하여 파주기를 측정하는 것을 특징으로 하는 디지털 트윈을 이용하여 선박의 경제운항을 위한 파랑 정보 수집 장치.
3. The method according to claim 2,
The blue information extraction unit,
Wave information collection device for economic operation of a ship using a digital twin, characterized in that the wave period is measured by statistically analyzing the number or period of waves detected through the pressure sensor.
상기 파랑 정보 추출부는,
상기 압력센서를 통해 선박의 좌현 또는 우현에 감지된 파도 및 조류의 방향을 통계적으로 분석하여 파향을 측정하는 것을 특징으로 하는 디지털 트윈을 이용하여 선박의 경제운항을 위한 파랑 정보 수집 장치.
3. The method according to claim 2,
The blue information extraction unit,
Wave information collection device for economic navigation of a ship using a digital twin, characterized in that the wave direction is measured by statistically analyzing the direction of waves and currents detected on the port or starboard side of the ship through the pressure sensor.
상기 전송부에서 실시간으로 전송된 파랑 정보와 선박의 운동 정보 및 위치 정보를 통해 선박의 경제 운항을 할 수 있도록 디지털 트윈 서버에 저장되고 추후 활용 시 불러오기를 진행할 수 있는 것을 특징으로 하는 디지털 트윈을 이용하여 선박의 경제운항을 위한 파랑 정보 수집 장치.The method according to claim 1,
A digital twin characterized in that it is stored in the digital twin server so that the ship can economically operate through the wave information transmitted in real time from the transmission unit, the movement information of the ship, and the location information, and can be retrieved when used later. A wave information collection device for economic navigation of ships.
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CN116630907A (en) * | 2023-06-01 | 2023-08-22 | 数字太空(北京)科技股份公司 | Ship navigation digital twin method, system, terminal and storage medium based on remote sensing |
KR20230131723A (en) | 2022-03-07 | 2023-09-14 | 한국해양과학기술원 | Simulating system and method including real vessel traffic information and virtual vessel navigation information |
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- 2020-03-16 KR KR1020200032160A patent/KR20210116798A/en unknown
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