KR20210136810A - 선박 운항 지원 시스템 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

선박 운항 지원 시스템 및 이를 포함하는 선박 Download PDF

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    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B43/00—Improving safety of vessels, e.g. damage control, not otherwise provided for
    • B63B43/18—Improving safety of vessels, e.g. damage control, not otherwise provided for preventing collision or grounding; reducing collision damage
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    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G3/00—Traffic control systems for marine craft
    • G08G3/02—Anti-collision systems

Abstract

본 발명은 선박 운항 지원 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것으로서, 선박에 마련되며 주변 해양의 레이더 정보를 수집하는 레이더 측정부; 상기 선박의 운항 정보를 토대로 상기 선박의 주변 해양에 대한 상기 레이더 정보 중 관심구역을 설정하는 관심구역 설정부; 상기 관심구역에 대한 상기 레이더 정보를 토대로 해상 상태를 추정하는 해상 추정부; 및 상기 선박의 운항 정보 및 상기 해상 상태를 고려하여 상기 선박의 운항값 변화를 예측하는 운항 산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

선박 운항 지원 시스템 및 이를 포함하는 선박{support system for vessel operation and ship having the same}
본 발명은 선박 운항 지원 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
선박은 대량의 광물이나 원유, 천연가스, 또는 몇천 개 이상의 컨테이너 등을 싣고 대양을 항해하는 운송수단으로서, 강철로 이루어져 있고 부력에 의해 수선면에 부유한 상태에서 프로펠러의 회전을 통해 발생되는 추력을 통해 이동한다.
이러한 선박은 엔진이나 가스 터빈 등을 구동함으로써 추력을 발생시키는데, 이때 엔진은 중유(HFO) 또는 경유(MDO, MGO) 등의 오일연료를 사용하여 피스톤을 움직여서 피스톤의 왕복운동에 의해 크랭크 축이 회전되도록 하고, 크랭크 축에 연결된 샤프트가 회전되어 프로펠러가 구동되도록 하며, 반면 가스 터빈은 압축 공기와 함께 오일연료를 연소시키고, 연소 공기의 온도/압력을 통해 터빈 날개를 회전시킴으로써 발전하여 프로펠러에 동력을 전달하는 방식을 사용한다.
그러나 최근에는, 오일연료 사용 시의 배기로 인한 환경 파괴 문제를 해소하기 위해, 액화천연가스(LNG)나 액화석유가스(LPG) 등의 가스연료를 사용하여 엔진이나 터빈 등을 구동해 추진하는 가스연료 추진 방식이 사용되고 있다. 특히 LNG는 청정연료이고 매장량도 석유보다 풍부하기 때문에, 가스연료로 LNG를 사용하는 방식이 LNG 운반선 외에 컨테이너선 등과 같은 다른 선박에도 적용되고 있다.
이와 같이 선박은, 화물의 운송 효율을 보장하는 기본 기능에서 더 나아가, 환경 오염을 억제하고 에너지 소비를 줄일 수 있도록, 운항 효율을 보장하는 수준까지 점차 발전해 나가고 있다.
이러한 발전 과정에 따라 운항을 효과적이고 심지어 자율적으로 제어할 수 있도록 하는 기술에 대한 연구 및 개발이 지속적으로 이루어지고 있다. 그러나 아직까지 선박에 적용된 사례는 많지 않은 것이 현실이며, 꾸준한 연구가 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 선박이 항해, 정박 등을 위해 움직이는 운항 시 직관적인 가이드 정보를 제공하여 안전한 운항을 가능케 하는 선박 운항 지원 시스템 및 이를 포함하는 선박을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 선박 운항 지원 시스템은, 선박에 마련되며 주변 해양의 레이더 정보를 수집하는 레이더 측정부; 상기 선박의 운항 정보를 토대로 상기 선박의 주변 해양에 대한 상기 레이더 정보 중 관심구역을 설정하는 관심구역 설정부; 상기 관심구역에 대한 상기 레이더 정보를 토대로 해상 상태를 추정하는 해상 추정부; 및 상기 선박의 운항 정보 및 상기 해상 상태를 고려하여 상기 선박의 운항값 변화를 예측하는 운항 산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 주변 해양의 해상 상태가 두드러지는 방향으로 상기 레이더 정보에 대한 클러터를 조정하는 레이더 가공부를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 관심구역 설정부는, 상기 선박의 운항 방향을 기준으로 기설정 각도 범위를 관심구역으로 설정할 수 있다.
구체적으로, 상기 선박의 움직임을 포함한 자선 운동정보를 산출하는 자선 운동 추정부; 및 상기 자선 운동정보 및 상기 해상 상태를 고려하여 상기 선박의 저항 변화를 예측하는 부가저항 계산부를 더 포함하며, 상기 운항 산출부는, 상기 운항값 변화로서 상기 선박의 연비 변화를 예측할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 다른 선박은, 상기 선박 운항 지원 시스템을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 선박 운항 지원 시스템 및 이를 포함하는 선박은, 운항 과정에서 주변 환경에 대한 정보를 직관적으로 제공할 수 있음으로써, 사고 위험을 혁신적으로 낮추며 운항의 효율성을 최적화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박 운항 지원 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박의 평면도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박 운항 지원 시스템의 개념도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박 운항 지원 시스템의 블록도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 선박 운항 지원 시스템의 블록도이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 선박 운항 지원 시스템의 개념도이다.
도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 선박 운항 지원 시스템의 블록도이다.
도 14 내지 도 16은 본 발명의 제4 실시예에 따른 선박 운항 지원 시스템의 개념도이다.
도 17은 본 발명의 제5 실시예에 따른 선박 운항 지원 시스템의 블록도이다.
도 18 내지 도 20은 본 발명에 따른 선박 운항 지원 시스템의 출력 화면을 나타내는 도면이다.
도 21은 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박 운항 지원 시스템의 입자를 나타내는 도면이다.
도 22 및 도 23은 본 발명에 따른 선박 운항 지원 시스템의 출력 화면을 나타내는 도면이다.
도 24는 본 발명의 제6 실시예에 따른 선박 운항 지원 시스템의 블록도이다.
도 25는 본 발명의 제6 실시예에 따른 선박 운항 지원 시스템의 개념도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 참고로 본 발명은 이하에서 설명하는 선박 운항 지원 시스템은 물론이고, 해당 시스템이 탑재/내장되는 선박도 포함한다.
이때 선박이라 함은 화물이나 사람을 출발지에서 도착지까지 실어 나르는 상선/여객선과 같은 일반적인 선박 외에도, 해양에서 특정한 작업을 수행하기 위한 부유 구조물 등을 모두 포괄하는 개념일 수 있다.
또한 참고로 본 명세서에서, 본 발명의 시스템이 마련되는 선박을 자선이라 하며, 자선의 주변에 위치하는 물체로서 다른 선박이나 부유체, 육지, 교각과 같은 고정 구조물 등을 객체라 지칭함을 알려둔다.
또한 참고로 이하에서 길이방향은 전후방향과 동일한 의미이며, 폭방향과 좌우방향 역시 동일한 의미를 갖는다. 또한 이하에서 추정, 확인, 산출 등은 그 용어에도 불구하고 계산, 측정, 수신 및 이외 유사어들을 모두 포괄하는 것으로 해석될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박 운항 지원 시스템의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박의 측면도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박의 평면도이다.
또한 도 4 내지 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박 운항 지원 시스템의 개념도이다.
또한 도 18 내지 도 20은 본 발명에 따른 선박 운항 지원 시스템의 출력 화면을 나타내는 도면이고, 도 22 및 도 23은 본 발명에 따른 선박 운항 지원 시스템의 출력 화면을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박 운항 지원 시스템(1)은, 영상 획득부(10), 데이터 전달부(20), 영상 처리부(30), 출력부(40)를 포함한다.
영상 획득부(10)는, 선박(200)에 마련되며 주변의 영상을 수집한다. 영상 획득부(10)는 복수 개로 마련되며, 아날로그 영상신호를 생성하는 단안 카메라 등으로 마련될 수 있다. 편의상 이하에서 본 발명의 영상 획득부(10)는 단안 카메라인 것을 가정하여 설명하도록 한다.
영상 획득부(10)는, 선박(200)의 주변 영상을 수집하기 위하여 선박(200)의 주변 방향을 바라보도록 마련되며, 수집된 영상은 후술하는 영상 처리부(30)에 의하여 가공 및 정합되어 하나의 가공 영상(300)으로 변환될 수 있다.
영상 처리부(30)가 생성하는 가공 영상(300)은 선박(200)의 상측에서 내려다보는 영상일 수 있으며, 이러한 영상의 생성을 위하여 복수 개의 영상 획득부(10)는, 적어도 부분적으로 영상이 겹쳐지도록 촬영할 수 있다.
또한 영상 획득부(10)는, 갑판(220) 상에 선실(221)을 갖는 선박(200)에 마련되며, 그 위치가 구체적으로 특정될 수 있다. 이에 대해서는 도 2 및 도 3을 참조해 설명한다.
도 2 및 도 3을 참조할 때, 본 발명의 선박(200)은 내부에 화물을 적재하는 홀드(210)를 구비하며, 홀드(210)는 길이 방향으로 복수 개가 마련될 수 있다.
일례로 홀드(210)가 오일 등의 유체를 저장하는 카고탱크일 경우, 홀드(210)는 선내에 길이방향을 따라 4개 내지 8개로 마련될 수 있으며, 폭방향으로도 1개 이상 마련될 수 있다.
또한 선박(200)에는 갑판(220) 상에 선실(221)과 엔진 케이싱(222)이 마련되며, 선실(221)은 갑판(220)에서 선미에 구비될 수 있고, 선실(221)의 후방에 엔진 케이싱(222)이 마련될 수 있다. 즉 도면에 따를 때 선박(200)은 벌크선, 탱커선, 가스선 등일 수 있다.
물론 본 발명의 선박(200)은 위와 같은 상선으로 한정되지 않으며, 선실(221)이 갑판(220)에서 길이방향으로 중앙부에 마련되는 컨테이너선 역시 포함될 수 있다. 다만 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박(200) 운항 시스템이 탑재되는 선박(200)은, 선수에서 선실(221)까지의 거리가 100m를 초과하는 선박(200)일 수 있다.
이러한 선박(200)은, 길이방향을 따라 선수, 선미, 중앙부로 구분될 수 있으며, 영상 획득부(10)는 선박(200) 주변에 대한 영상을 확보하기 위해 선수와 선미 및 선박(200)의 양측 등에 마련된다.
특히 영상 획득부(10)는 선수와 선미에 각각 구비되어 선박(200)의 전방 및 후방의 영상을 수집하고, 선박(200)에서 전후 방향으로 적어도 한 지점의 양측에 각각 구비되어 선박(200)의 좌우 영상을 수집할 수 있다.
선박(200)을 길이 방향으로 도 2 및 도 3에 나타난 바와 같이 선수 구역(A), 선미 구역(B), 전방 구역(C), 후방 구역(D)으로 구분할 수 있으며, 전방 구역(C)은 선수 구역(A)보다 뒤쪽에 위치하며 선수 또는 중앙부에 속하는 부분일 수 있고, 후방 구역(D)은 선미 구역(B)보다 앞쪽에 위치하며 선미 또는 중앙부에 속하는 부분이면서 선실(221)이 마련되는 부분일 수 있다.
이때 영상 획득부(10)는, 위 각 구역(A-D)에 적어도 1개씩 마련되어, 선박(200)의 주변 360도 영상을 모두 확보할 수 있다. 일례로 영상 획득부(10)는 선수 구역(A)과 선미 구역(B)에 각각 1개씩 마련되고, 전방 구역(C)과 후방 구역(D)에 각각 2개씩 선측에 마련될 수 있다.
또한 복수 개의 영상 획득부(10) 중 일부는 갑판(220)에 마련되며, 다른 일부는 갑판(220)보다 높은 위치에 마련될 수 있다. 영상 획득부(10)가 갑판(220)보다 상방에 마련되어 선박(200)의 외측 방향을 촬영하게 될 경우, 촬영된 영상을 선박(200)의 상측에서 내려다보도록 시점 변환하였을 때 해상도가 상대적으로 높게 이루어질 수 있다.
즉 영상 처리부(30)가 생성하는 가공 영상(300)을 고려할 때, 영상 획득부(10)는 높이가 높은 위치에서 촬영하는 것이 해상도 측면에서 바람직한데, 선박(200)의 경우 갑판(220) 위쪽으로 구조물이 많지 않아 복수 개의 영상 획득부(10)를 모두 동일하게 갑판(220)보다 높은 위치에 설치하는 것이 쉽지 않다.
따라서 본 실시예의 영상 획득부(10)는, 일부의 영상 획득부(10)를 갑판(220)보다 높은 위치에 마련하여 가공 영상(300)에서 해당 부분에 대한 해상도를 부분적으로 높일 수 있다.
일례로 선수 구역(A)에 마련되는 영상 획득부(10)는, 선수에서 가장 높은 위치인 선수 마스트(223)에 설치될 수 있다. 다만 선미 구역(B)의 경우 높이를 높일 구조물이 뚜렷하지 않으므로, 선미 구역(B)의 영상 획득부(10)는 갑판(220)에 마련될 수 있다.
또한 전방 구역(C)의 영상 획득부(10) 역시 갑판(220) 상에 높이를 높일 수 있는 설비의 확보가 쉽지 않은 바, 전방 구역(C)의 영상 획득부(10)도 갑판(220) 상에 마련될 수 있다.
이때 전방 구역(C)의 영상 획득부(10)는, 복수 개의 홀드(210) 중 최전방에 마련된 홀드(210)의 상방에서 갑판(220)의 양측에 마련될 수 있다. 즉 전방 구역(C)의 영상 획득부(10)는 첫 번째 홀드(210)와 두 번째 홀드(210)를 구획하는 격벽을 기준으로 전방에 배치될 수 있으며, 이를 통해 본 발명은 영상 획득부(10)가 확보하는 영상이 선박(200)을 이접안시키는 예인선(500)에 의해 간섭되지 않도록 할 수 있다.
다만 후술하겠으나 영상 처리부(30)는 선실(221)에 마련될 수 있으므로, 영상 처리부(30)에서 선수 구역(A) 및 전방 구역(C)에 마련되는 영상 획득부(10)까지는 일반적인 통신 방법으로 데이터 전송이 어려울 수 있다. 이러한 문제를 해결한 본 발명의 구성에 대해서는 데이터 전달부(20)를 설명하는 과정에서 자세히 서술한다.
후방 구역(D)에 마련되는 영상 처리부(30)는, 선실(221)의 상부에서 양측에 마련될 수 있다. 일례로 후방 구역(D)의 영상 처리부(30)는 선실(221)의 상부에서 양측으로 연장된 브릿지윙(221a)의 좌우 양단에 각각 마련될 수 있다.
따라서 선수 구역(A)과 선미 구역(B)에 마련되는 영상 획득부(10)는 선박(200)의 폭방향으로 중심에 배치되면서 선박(200)의 전방 및 후방의 영상을 확보할 수 있고, 전방 구역(C)과 후방 구역(D)에 마련되는 영상 획득부(10)는 선박(200)의 양측에 배치되면서 선박(200)의 좌우 영상을 확보한다.
또한 영상 획득부(10)는, 선미 구역(B) 및 전방 구역(C)에 마련되는 일부의 영상 획득부(10)가 갑판(220)에 마련되는 대신, 선수 구역(A) 및 후방 구역(D)에 마련되는 다른 일부의 영상 획득부(10)가 갑판(220)보다 높은 위치에 마련되도록 함으로써, 가공 영상(300)에 있어서 충돌 위험이 높거나 가공 영상(300)에 대한 의존도가 높은 부분(일례로 선실(221) 주변 부분)의 해상도를 높일 수 있게 된다. 따라서 본 발명은 선박(200) 운항의 안전성 및 효율성을 더욱 높일 수 있다.
다만 본 발명에서 영상 획득부(10)는, 브릿지윙(221a)의 좌우 양단에만 마련되고 선수 구역(A)이나 선미 구역(B)에서는 생략되는 것도 가능하다. 이 경우 브릿지윙(221a) 양단에 마련되는 일례로 2개의 영상 획득부(10)를 이용하면, 선박(200)의 전방이나 후방의 영상이 미확보될 수 있다.
다만 선박(200)의 이접안 시 전방과 후방 등에 연결되는 예인선(500)을 통해 선박(200)의 전후방에 대한 충돌 위험은 해소될 수 있으며, 위와 같은 경우 적어도 선박(200)에서 가장 중요한 부분인 선실(221)(특히 조타실)의 주변에 대한 가공 영상(300)을 제공하여 줌으로써, 영상 획득부(10)를 최소한으로 설치하고 데이터 전달이나 처리를 최소화하여, 최소한의 안전은 확보하면서도 시스템 구축 및 운영 비용을 절감할 수 있다.
데이터 전달부(20)는, 영상 획득부(10)의 영상을 영상 처리부(30)로 전달한다. 앞서 설명한 영상 처리부(30)는 단안 카메라일 수 있고 아날로그 영상신호로서 영상을 수집할 수 있다.
이때 데이터 전달부(20)는 영상의 가공이 가능한 영상 처리부(30)로 영상 획득부(10)의 영상을 전달하게 된다. 다만 영상 처리부(30)는 가공 영상(300)이 출력되어야 하는 선실(221)(특히 조타실)에 설치되는 것이 바람직하므로, 데이터 전달부(20)는 선수 구역(A) 등에 마련되는 영상 획득부(10)로부터 후방 구역(D)의 선실(221)에 마련되는 영상 처리부(30)까지 영상신호를 전송해야 한다.
그런데 본 발명에서 선수 구역(A) 또는 전방 구역(C) 등에 마련되는 적어도 어느 하나의 영상 획득부(10)는, 영상 처리부(30) 대비 기설정거리 이상으로 이격 배치된다. 이때 기설정거리라 함은 GMSL 통신에 의한 유효거리(15m) 및 이더넷(Ethernet) 통신에 의한 유효거리(100m)를 초과한 값이다.
따라서 데이터 전달부(20)는, 도 4 내지 도 7에서 설명되는 바와 같은 구성을 마련하여 선수 등에 구비되는 영상 획득부(10)와 영상 처리부(30) 간의 영상신호 전달을 보장할 수 있다. 이하에서 데이터 전달부(20)의 구성을 각각 설명한다.
도 4를 참조하면, 데이터 전달부(20)는, 복수 개의 영상 획득부(10)의 영상을 아날로그 영상신호로 전달하는 동축 케이블(21a)과, 아날로그 영상 신호를 디지털 영상신호로 변환하여 영상 처리부(30)에 전달하는 인코더(21b)를 포함할 수 있다.
이때 동축 케이블(21a)은 5C-HFBT, RG-6 등으로서, HD-SDI용으로 마련되는 것일 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 동축 케이블(21a)은 통신 유효거리가 200m에 달하므로, 본 실시예는 선수의 영상 획득부(10)로부터 선실(221)의 영상 처리부(30)로 원활하게 영상신호를 전달할 수 있다.
다만 데이터 전달부(20)는 동축 케이블(21a)을 이용하여 영상 획득부(10)의 아날로그 영상신호를 그대로 전송하게 되므로, 영상 처리부(30)의 가공을 위하여 인코더(21b)가 영상 처리부(30)의 전단에 마련될 수 있다.
인코더(21b)는 아날로그 영상신호를 디지털 영상신호로 변환해 영상 처리부(30)로 전달함으로써, 영상 처리부(30)가 가공 영상(300)을 원활하게 생성하도록 할 수 있다.
참고로 도면에 따르면 복수 개의 영상 획득부(10)가 하나의 인코더(21b)를 경유하는 것으로 도시되었으나, 인코더(21b)는 영상 획득부(10)의 수에 대응하여 적어도 둘 이상으로 마련될 수 있음은 물론이다.
또는 도 5를 참조하면 데이터 전달부(20)는, 복수 개의 영상 획득부(10)의 영상신호를 이더넷 통신으로 전달하도록 마련될 수 있으며, 다만 영상 처리부(30)에서 기설정거리 이상으로 이격된 영상 획득부(10)로부터의 영상 전달을 보장하기 위해, 적어도 어느 하나의 영상 획득부(10)에 대해 리피터(22)를 구비할 수 있다.
리피터(22)는 복수 개의 영상 획득부(10)의 영상신호를 증폭한다. 물론 영상 처리부(30)에서 기설정거리를 초과해 배치된 영상 획득부(10)가 선수의 영상 획득부(10)만이라면, 리피터(22)는 1개인 선수의 영상 획득부(10)의 영상신호를 증폭할 수도 있다.
데이터 전달부(20)는, 영상 획득부(10)와 리피터(22) 사이의 간격, 리피터(22)와 영상 처리부(30) 사이의 간격, 리피터(22) 사이의 간격 등을 기설정거리 이내로 할 수 있다. 일례로 어느 하나의 영상 획득부(10)로부터 영상 처리부(30)까지의 간격이 150m라고 할 때, 리피터(22)는 영상 획득부(10)로부터 50m 이상 이격된 위치에 배치됨으로써, 리피터(22)에서 영상 획득부(10)/영상 처리부(30)까지의 거리를 이더넷 통신의 유효거리 이내로 할 수 있다.
또는 영상 획득부(10)에서 영상 처리부(30)까지의 간격이 300m 이상이라면, 적어도 100m 이내의 간격으로 2개 이상이 마련될 수 있고, 영상 획득부(10)와 리피터(22) 사이, 리피터(22)들 사이 및 리피터(22)와 영상 처리부(30) 사이의 최소 간격이 이더넷 통신의 유효거리 이내가 되도록 할 수 있다.
또한 리피터(22)를 사용하는 경우 데이터 전달부(20)는 앞서 설명한 인코더(21b)가 영상 처리부(30) 측에 부가될 수 있음은 물론이다.
또는 도 6을 참고할 때, 데이터 전달부(20)는 유효 통신거리가 수십 km에 달하는 광통신을 활용할 수 있다. 즉 본 실시예에서 데이터 전달부(20)는, 복수 개의 영상 획득부(10)의 아날로그 영상신호를 광신호로 변환하는 송신측 광 컨버터(23a)와, 광신호를 디지털 영상신호로 변환하는 수신측 광 컨버터(23b)를 포함할 수 있다.
이때 송신측 광 컨버터(23a)와 영상 획득부(10) 사이에 인코더(21b)가 마련될 수 있으며, 송신측 광 컨버터(23a)는 인코더(21b)의 디지털 영상신호를 광신호로 변환하여 수신측 광 컨버터(23b)에 전달할 수 있다.
또는 도 7을 참조하면, 무선통신을 이용할 수 있다. 즉 데이터 전달부(20)는 복수 개의 영상 획득부(10)의 영상신호를 무선으로 전달하는 하나 이상의 무선통신 송신부(24a)와, 영상신호를 영상 처리부(30)로 전달하는 하나 이상의 무선통신 수신부(24b)를 포함할 수 있다.
이‹š 무선통신 송신부(24a)와 무선통신 수신부(24b) 사이에는, 영상신호의 전달이 원활하도록 전파의 직선 도달이 가능한 가시선(Line of Sight)이 확보될 수 있다.
이를 위해 무선통신 송신부(24a)는 선수 마스트(223) 등 전고가 높고 주변 장애물이 없는 위치에 설치될 수 있으며, 또한 선수 마스트(223)에 영상 획득부(10)가 설치되는 경우, 무선통신 송신부(24a)는 선수 마스트(223) 상에서 영상 획득부(10)의 후방에 마련되어 영상신호의 무선 전달이 영상 획득부(10)에 의해 간섭되지 않도록 할 수 있다.
또한 무선통신 수신부(24b)는 브릿지윙(221a)의 외부에 마련되어 무선통신 송신부(24a)를 바라볼 때 그 사이에 적어도 전파의 전달을 방해하는 장애물이 없도록 할 수 있다. 따라서 데이터 전달부(20)는 통신의 유효거리가 1km 내외인 WiFi 등의 무선통신 방식을 활용함으로써, 선박(200)에 별도의 케이블을 포설할 필요 없이 영상신호의 전달을 구현할 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 자동차와 달리 폭방향 대비 길이방향이 상대적으로 매우 길며 전후 방향으로 길이가 적어도 100m 이상으로 마련되는 선박(200)에 대해 상측에서 내려다보는 가공 영상(300)을 원활하게 생성할 수 있도록, 선수 등에 배치되는 영상 획득부(10)로부터 선실(221)에 마련되는 영상 처리부(30)까지의 데이터 전달을 구체적으로 특정함으로써, 효율적인 운항을 도울 수 있다.
영상 처리부(30)는, 영상 획득부(10)의 영상을 가공하여 선박(200)의 상측에서 내려다보는 가공 영상(300)을 생성한다. 영상 처리부(30)는 복수 개의 영상 획득부(10)의 영상을, 선박(200)의 상측에서 내려다보는 시점으로 변환한다. 이때 삼각함수를 이용한 영상 변환이 수행될 수 있으며, 선박(200)에 대해 미리 저장된 top-view 영상이 활용될 수 있다.
선수와 선미, 브릿지윙(221a), 갑판(220) 등의 다양한 위치에서 획득한 선박(200)의 주변에 대한 영상은, 모두 동일하게 선박(200)의 상측에서 내려다보는 시점으로 변환될 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같이 각 영상은 적어도 부분적으로 겹치게 마련된다.
따라서 영상 처리부(30)는, 시점이 변환된 영상들을 정합함으로써 가공 영상(300)을 생성할 수 있다. 이와 같이 생성된 가공 영상(300)은 도 18에 나타난 바와 같다.
다만 도 18은 영상들의 시점 변환 및 가공만으로 이루어진 가공 영상(300)에서, 서지(surge) 및 스웨이(sway) 속도와, n초 후 선박(200)의 상태 등이 선박(200) 상에 겹쳐 표시되고 선박(200)의 개념 형상을 좌측 하단에 부가한 재가공 영상(310)으로 해석될 수도 있다.
영상 처리부(30)가 각 영상 획득부(10)로부터 데이터 전달부(20)를 통해 전달된 영상을 가공 및 정합하여 선박(200)의 상측에서 내려다보는 가공 영상(300)을 생성하는 것은, 자동차 분야에서 널리 알려져 있는 어라운드뷰/서라운드뷰 등에서 사용되는 방법을 활용할 수 있으므로, 보다 자세한 내용은 생략한다.
다만 앞서 설명한 바와 같이 영상 획득부(10)는, 선미에 마련되는 영상 획득부(10)와 선실(221)에 마련되는 영상 획득부(10)의 높이가 서로 다르게 마련되는 바, 영상 처리부(30)는 일부의 영상 획득부(10)와 다른 일부의 영상 획득부(10) 간의 높이차를 고려하여, 복수 개의 영상 획득부(10)의 영상을 가공 및 정합하여 가공 영상(300)을 생성할 수 있다.
이때 선실(221) 등과 같이 상대적으로 높게 마련된 영상 획득부(10)의 영상으로부터 생성되는 가공 영상(300)의 일부분이 높은 해상도를 가질 수 있다. 따라서 영상 처리부(30)는 영상들을 정합할 때, 상대적으로 높게 배치되는 영상 획득부(10)로부터 전달되는 영상을 맨 위로 덧입혀서(overlay) 해상도를 확보할 수 있다.
또한 본 발명의 영상 처리부(30)는 선박(200)이 움직이는 과정에서 영상 획득부(10)에 대한 6자유도 운동이 발생함에 따라 정합이 제대로 이루어지지 못하는 문제를 해소하고자 파라미터 보정부(74) 등을 이용할 수 있는데, 이는 후술한다.
출력부(40)는, 가공 영상(300)을 출력한다. 출력부(40)는 선실(221)에 마련되는 디스플레이 등일 수 있으며, 적어도 시각적으로 운항을 보조하기 위한 구성일 수 있다. 또한 출력부(40)는 기본적으로 선실(221)에 마련될 수 있지만, 선실(221)에서 출력될 수 있는 가공 영상(300)을 주요 승선원이 휴대하는 휴대기기(모바일단말기 등)에 동시 출력할 수도 있으므로, 출력부(40)는 설치 위치가 제한되지 않으며 가공 영상(300)이 출력될 수 있는 모든 구성을 포괄할 수 있다.
본 실시예의 가공 영상(300)은 선박(200)을 위에서 내려다보는 Top-view로 이루어지므로, 출력부(40)를 이용하는 사용자는 상황에 대한 직관적 인식이 가능하다. 또한 앞서 도 18에서 설명한 바와 같이 운항에 도움이 될 수 있는 다른 정보(선박(200)의 운동 정보 등)가 가공 영상(300)에 추가되어 출력부(40)를 통해 출력될 수 있으므로, 본 실시예는 사용자의 상황인식을 도울 수 있다.
출력부(40)는 자선에 대한 가공 영상(300)을 실시간으로 출력할 수 있으며, 이를 위해 영상 획득부(10)의 영상 획득 및 영상 처리부(30)의 가공 영상(300) 생성 역시 실시간으로 이루어질 수 있다.
또한 출력부(40)는 가공 영상(300)에 대한 확대/축소, 가공 영상(300)의 송출 기능 조정, 실시간 자선 속도 정보 표시 등을 구현할 수 있다. 일례로 출력부(40)는 선수, 중앙부, 선미에서의 속도를 각각 실시간으로 제공함으로써 자선의 움직임에 대하여 즉각적인 이해를 도울 수 있고, 확대/축소 기능을 통해 사용자의 필요에 따라 영상을 조절하여 특정 위치의 확인을 가능케 한다.
본 발명의 출력부(40)는 이하 다른 실시예에서 설명하는 추가적인 사항들을 영상으로 송출할 수 있으며, 다만 출력부(40)는 자선 속도 등과 같이 영상신호에서 기인하지 않은 다른 정보에 대해, 가공 영상(300)에 겹쳐 표시하거나 또는 가공 영상(300)의 주변에 별도로 표시할 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 길이가 100m 이상으로 마련되어 일반적인 이더넷으로는 영상신호 전달이 불가능한 선박(200)에 대해, 선박(200)을 위에서 내려다보는 가공 영상(300)을 생성하기 위하여 특정한 통신 방식을 활용하며, 또한 영상 획득부(10)의 배치를 최적화하여 이접안 상황 등에서 선박(200)의 주변 영상을 직관적으로 제공하여 효율적 운항을 도울 수 있다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박 운항 지원 시스템의 블록도이고, 도 21은 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박 운항 지원 시스템의 입자를 나타내는 도면이다.
이하에서는 도 8 등을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 대해 설명하되, 앞선 실시예 대비 달라지는 점 위주로 설명하며, 설명을 생략한 부분은 앞선 내용으로 갈음한다. 이는 이하 다른 실시예에서도 마찬가지임을 알려둔다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박 운항 지원 시스템(1)은, 풍하중 정보 획득부(50)를 더 포함할 수 있다.
풍하중 정보 획득부(50)는, 선박(200) 주변의 풍하중 정보를 획득한다. 풍하중 정보라 함은 풍향 정보, 풍속 정보 등을 의미할 수 있으며, 풍하중은 그 용어에도 불구하고 해수면 상방에서 선박(200)의 움직임에 영향을 미칠 수 있는 모든 하중을 포괄하는 것으로 해석될 수 있다.
풍하중 정보 획득부(50)는 선박(200)에 마련되는 anemometer 센서 등을 포함하여 풍하중 정보를 직접 측정할 수 있으며, 또는 선박(200)의 위치를 참고하여 위성이나 기상관측소 등으로부터 풍하중 정보를 수신할 수 있다.
이때 본 실시예의 영상 처리부(30)는, 영상 획득부(10)의 영상들을 시점 변환 및 정합해 생성한 가공 영상(300)에, 풍하중 정보를 덧입혀 재가공 영상(310)을 생성할 수 있으며, 출력부(40)는 재가공 영상(310)을 출력한다.
일례로 영상 처리부(30)는 가공 영상(300)에 복수 개의 입자(311)로 이루어진 그리드를 덧입히고, 입자(311)를 통해 풍하중 정보를 표시할 수 있다. 즉 도 20에 나타난 것과 같이, 도 18의 가공 영상(300)에 대해 복수 개의 입자(311)가 부가되어 풍하중 정보를 표시할 수 있다. 다만 도 20의 경우 풍하중이 (거의) 없는 상태로서 그리드를 이루는 입자(311)들이 균일하게 배열되어 있을 수 있다.
영상 처리부(30)는, 풍하중 정보에 따라 입자(311)의 형상, 크기, 위치 및 색상 중 적어도 어느 하나를 변형하여 재가공 영상(310)을 생성할 수 있다. 일례로 영상 처리부(30)는, 풍하중 정보에 포함되는 풍향 정보에 따라 입자(311)의 형상 및 위치 중 적어도 어느 하나를 수정하여 풍향을 직관적으로 표시할 수 있으며, 또한 영상 처리부(30)는 풍하중 정보에 포함되는 풍속 정보에 따라 입자(311)의 크기 및 색상 중 적어도 어느 하나를 수정하여 풍속을 직관적으로 표시할 수 있다.
일례로 도 21을 참조할 때, 풍하중이 거의 없는 좌측의 그리드 대비, 풍하중이 작용하는 경우 우측의 그리드와 같이 입자(311)가 변화할 수 있다. 이때 입자(311)는 풍향에 따라 기울어지게 형상이 변형될 수 있으며, 또한 풍속에 따라 크기나 색상이 변형될 수 있다.
물론 본 실시예에서 도 21에 나타난 입자(311)의 변형은 하나의 예시에 불과하며, 풍하중 정보를 효율적이고 직관적으로 사용자에게 제공할 수 있는 어떠한 입자(311)의 변형도 가능하다.
일례로 풍하중 정보는 벡터장과 같이 나타날 수 있으며, 또한 실제 바람이 움직이는 것과 같은 입자(311)의 이동을 표현할 수 있다. 즉 풍향과 풍속을 고려하여 입자(311)가 이동하여 그리드의 배열을 흐트러뜨릴 수 있고, 다만 입자(311)의 위치 이동이 반복적으로 표시되도록 할 수 있다.
일례로 입자(311)는 풍하중 정보를 토대로 위치가 일정 시간동안 이동한 뒤 원위치로 되돌아가는 애니메이션으로 구현될 수 있으며, 이때 입자(311)가 이동하는 거리나 원위치로 되돌아가는 시간 간격 등은 풍하중 정보에 따라 달라질 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 선박(200)을 위에서 내려다보는 직관적인 가공 영상(300)에 대해 풍하중 정보를 겹쳐 표시하여, 풍하중에 대한 직관적 상황인식을 가능케 하고 도선 과정에서 잘못된 상황인식에 의해 발생할 수 있는 인적과오를 방지할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 선박 운항 지원 시스템의 블록도이고, 도 10 내지 도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 선박 운항 지원 시스템의 개념도이다.
도 9 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 선박 운항 지원 시스템(1)은, 앞선 제1 실시예 대비 영상 분할부(61), 객체 거리 추정부(62), 영상 블러 추정부(63) 등을 더 포함할 수 있다.
영상 분할부(61)는, 영상 처리부(30)가 생성한 가공 영상(300)을 특정 단위로 분할하고, 각 단위에 대해 클래스를 할당한다. 특정 단위라 함은 픽셀(pixel)일 수 있지만 영상신호의 종류에 따라 특정 단위는 다양하게 설정될 수 있다.
영상 분할부(61)는 픽셀 단위에 대하여 클래스를 할당하게 되며, 클래스는 운항 효율이 도움이 될 수 있도록 복수 개로 마련될 수 있다. 일례로 본 실시예에서 클래스는 자선, 객체(400), 예인선(500), 바다 등으로 구분될 수 있으며, 특히 자선과 충돌 우려가 있는 주변객체(400)를 별도 클래스로 구분할 수 있다.
따라서 도 10에서와 같이, 영상 분할부(61)는 가공 영상(300)의 각 단위에 선박(200), 육지, 예인선(500)을 서로 다른 클래스로 구분할 수 있다. 이러한 영상 분할부(61)의 기능은 semantic segmentation 기법에 해당할 수 있으며, 이는 공지된 기술이므로 보다 자세한 설명은 생략한다.
다만 본 실시예의 영상 분할부(61)는, 도 10의 (A)에서와 같이 영상 획득부(10)가 획득한 영상을 직접 이용하여 semantic segmentation을 적용할 수 있고, 또는 도 10의 (B)에서와 같이 가공 영상(300)을 토대로 semantic segmentation을 적용할 수도 있다.
다만 영상 획득부(10)가 획득한 영상에서 영상 처리부(30)에 의해 가공 영상으로 변환될 때 왜곡이 발생할 수 있으므로, 영상 분할부(61)는 영상 처리부(30)에 의한 처리 전의 원본 영상(raw data)을 이용해 semantic segmentation을 적용할 수 있을 것이다.
객체 거리 추정부(62)는, 영상의 특정 단위를 기반으로 선박(200)과 주변객체(400) 간의 수평거리를 추정한다. 객체 거리 추정부(62)는 영상 분할부(61)에 의해 클래스가 할당되는 경우, 원본 영상 또는 가공 영상(300)에서 자선과 주변객체(400)가 구분되므로, 자선과 주변객체(400) 간의 거리를 특정 단위로 확인할 수 있다.
또한 객체 거리 추정부(62)는, 자선에 대한 제원을 특정 단위로 확인할 수 있으며, 일례로 가공 영상(300)에 나타난 자선의 전후 길이를 특정 단위로 확인 가능하다.
따라서 객체 거리 추정부(62)는 미리 저장된 자선에 대한 제원을 활용하고 아래 공식을 참고하여 자선과 주변객체(400) 간의 실제거리를 확인할 수 있게 된다.
자선길이(픽셀):자선 길이(실제)=객체(400)거리(픽셀):객체(400)거리(실제)
이를 통해 객체 거리 추정부(62)는, 자선과 주변객체(400) 간의 실제 거리를 확인할 수 있으며, 가공 영상(300)이 Top-view 이므로 가공 영상(300)으로부터 객체 거리 추정부(62)에 의해 확인되는 자선과 주변객체(400) 사이의 거리는 수평 거리일 수 있다.
또는 영상 분할부(61)가 원본 영상을 이용하는 경우 객체 거리 추정부(62)는 영상 획득부(10)의 좌표나 촬영 각도, 화각 등을 감안하여 자선과 주변객체(400) 사이의 거리를 수평거리로 환산하여 출력할 수도 있다. 이 경우에는 도 13 등에서 설명하는 파라미터 보정부(74) 등이 활용될 수 있다.
즉 아래 다른 실시예에서 상세히 설명하겠으나, 영상 획득부(10)의 좌표(내부 파라미터)를 고정적으로 이용하여 객체 거리 추정부(62)가 자선과 주변객체(400) 사이의 거리를 추정하게 되면, 선박(200)이 이접안 과정에서 움직이거나 흘수가 변경됨에 따라 거리 추정에 오차가 발생할 수 있다.
따라서 본 실시예는, 이하 다른 실시예에서 설명하는 파라미터 보정부(74)에 의해 영상 획득부(10)인 카메라의 위치 및 자세에 대해 캘리브레이션을 수행하고, 객체 거리 추정부(62)는 파라미터 보정부(74)를 통해 캘리브레이션 후 보정된 파라미터를 반영하여 보다 정확하게 거리 추정값을 산출해낼 수 있다.
이와 같이 객체 거리 추정부(62)에 의해 확인된 주변객체(400)까지의 거리는 영상 처리부(30)에 의해 가공 영상(300)에 덧입혀져 재가공 영상(310)을 생성할 수 있으며, 도 19에 나타난 것과 같이 출력부(40)에 의해 출력될 수 있다. 도 19를 참조하면 선박(200)에서 선실(221) 전방의 양측에서 육지까지의 거리인 38.2m, 44.5m가 도시되어 있다.
또한 도 22의 경우에도 이접안 과정에 놓인 선박(200)에 대해 육지와의 거리를 표시할 수 있다. 이때 객체 거리 추정부(62)는 선박(200)에서 주변객체(400)까지의 최단거리를 확인하여 출력되도록 할 수 있고, 또는 도 22에서와 같이 선박(200)에서 전방과 후방에 대해 항만과의 거리를 확인하여 출력되도록 함으로써 선박(200)이 원활하게 접안되는지를 사용자에게 확인시켜 줄 수 있다.
즉 도 22에서와 같은 주변객체(400)와의 거리 출력을 이용하면, 선박(200)이 정박하는 과정에서 안벽과 나란하게 놓여 있는지 여부를 명확하게 확인할 수 있으며, 이는 선박(200)의 heading angle 등을 통해 확인하는 것보다 더욱 정확하다. 또한 선박(200)이 안벽과 평행한 상태를 유지하다가 안벽에 접안되도록 하여, 안벽과 선박(200) 사이에 마련되는 완충재(fender)에 국부적으로 과도한 부하가 걸리는 것을 방지할 수 있다.
이러한 객체 거리 추정부(62)는, 앞서 설명한 바와 같이 semantic segmentation 기법을 이용할 수 있고, 및/또는 영상 블러 추정기법을 이용할 수 있다. 영상 블러에 대해서는 영상 블러 추정부(63)를 이용한다.
영상 블러 추정부(63)는, 영상 획득부(10)의 영상에서 선박(200)의 주변객체(400)에 해당하는 특정 부분의 흐림 정도를 산출한다. 특정 부분의 흐림 정도는 영상 획득부(10)가 단안 카메라일 경우, 초점거리를 토대로 객체(400)의 거리를 추정하는데 사용될 수 있다.
영상 블러 추정부(63)는, 딥러닝 기반으로 영상의 흐림 정도를 분석할 수 있으며, 흐림 정도는 수치 등으로 산출될 수 있다. 또한 영상 블러 추정부(63)는 주변객체(400) 중 선박(200)에 가장 인접한 부분을 특정 부분으로 하여 흐림 정도를 산출할 수 있다.
영상 블러 추정부(63)가 산출한 흐림 정도는, 객체 거리 추정부(62)에 의해 거리 추정에 활용된다. 구체적으로 객체 거리 추정부(62)는, 특정 부분의 흐림 정도와 영상 획득부(10)의 초점거리를 토대로, 선박(200)으로부터 특정 부분까지의 거리를 추정하며, 이에 대해서는 도 11 및 도 12에 나타나 있다.
영상 획득부(10)는 선박(200)에서 갑판(220) 등에 마련될 수 있으며, 해상도 향상을 위해 적어도 어느 하나는 갑판(220)보다 상방의 위치에 배치될 수 있다. 그런데 선박(200)의 주변객체(400)가 안벽 등일 경우, 주변객체(400)는 영상 획득부(10) 대비 낮은 위치에 놓이게 된다.
따라서 도 11에서와 같이, 주변객체(400)에서 선박(200)에 인접한 지점과, 선박(200)에서 주변객체(400)와 수평하게 인접한 지점, 그리고 영상 획득부(10)가 위치한 지점은 삼각형을 이루게 되며, 빗변은 영상 획득부(10)로부터 주변객체(400)까지의 거리이고, 밑변은 선박(200)과 주변객체(400) 간의 실제 거리가 된다.
또한 수직변은 영상 획득부(10)의 설치 높이에 대응되는데, 해수면 또는 지면 등을 기준으로 하는 영상 획득부(10)의 설치 높이는 미리 저장되어 있는 값일 수 있다.
따라서 도 11에 나타난 직각 삼각형에서 수직변은 확인 되었으므로, 객체 거리 추정부(62)는 빗변을 구하면 밑변을 확인할 수 있다. 이를 위해 객체 거리 추정부(62)는, 특정 부분의 흐림 정도와 영상 획득부(10)의 초점거리를 토대로 영상 획득부(10)로부터 특정 부분까지의 직선거리를 먼저 추정한다.
도 12는 카메라 센서에 상이 맺히는 기하학적 구조를 나타낸다. 물체로부터 방사된 빛은 렌즈에 의해 굴절되어 초점면의 점(lF)에 맺힌다. 렌즈의 초점이 F일 때 렌즈로부터 초점이 맞는 물체 평면까지의 초점거리(LOl)과 초점이 맞춰진 영상에서 렌즈까지의 거리(LlF) 간의 관계는 다음과 같이 표현된다.
1/LOl + 1/LlF = 1/F
센서 평면이 초점면과 일치하지 않으면 카메라 센서에 맺히는 상은 반지름이 R인 원형으로 나타나며, 이때 렌즈와 물체 사이의 거리(LOl)과 R 사이의 관계는 다음과 같다.
LOl = FLlS / (LlS - F- 2fR)
따라서 객체 거리 추정부(62)는, 앞서 영상 블러 추정부(63)가 확인한 특정 부분의 흐림 정도(R)를 고려하여, 영상 획득부(10)로부터 주변객체(400)까지의 직선거리를 구할 수 있다.
이후 객체 거리 추정부(62)는, 직선거리 및 영상 획득부(10)의 높이를 토대로 하여, 선박(200)으로부터 특정 부분까지의 수평거리를 추정할 수 있다. 이때 추정된 수평거리는 앞서 영상 분할부(61)를 이용해 확인된 수평거리와 융합되어 영상 처리부(30)에 의해 처리된 후 출력부(40)를 통해 가시화될 수 있다.
다만 영상 분할부(61)를 이용하는 경우와 달리, 영상 블러 추정부(63)를 이용하는 경우에는 영상 획득부(10)가 마련되는 지점에서의 수평거리만 확인된다. 따라서 객체 거리 추정부(62)는, 영상 획득부(10)가 배치된 지점 대비 육지 등의 주변객체(400) 간의 이격 거리가 출력되도록 하거나, 영상 블러 추정부(63)를 이용한 수평거리에 대해 보정을 수행한 뒤 출력할 수 있다.
일례로 영상 블러 추정부(63)를 이용한 수평거리를, 도 22에서 확인 가능한 선박(200)의 측선과 안벽 사이의 경사각도와 융합함으로써, 선측에서 영상 획득부(10)가 마련되지 않은 부분에 대한 주변객체(400)까지의 수평거리로 보정할 수도 있다.
물론 이외에도 객체 거리 추정부(62)는 영상 분할부(61) 및 영상 블러 추정부(63)를 다양하게 조합함으로써, 사용자로 하여금 보다 효율적인 운항을 가능케 하는 다양한 직관적 표시요소를 출력할 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 가공 영상(300)의 특정 단위/흐림 정도 등을 바탕으로 하여, 선박(200)의 주변에 놓이는 객체(400)까지의 거리를 명확하게 확인하여 출력부(40)를 통해 사용자에게 제공해 줌으로써, 충돌 위험을 직관적으로 안내하여 안전한 운항을 가능케 한다.
도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 선박 운항 지원 시스템의 블록도이고, 도 14 내지 도 16은 본 발명의 제4 실시예에 따른 선박 운항 지원 시스템의 개념도이다.
도 13 내지 도 16을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 선박 운항 지원 시스템(1)은, 앞선 제1 실시예 등과 대비할 때 파라미터 세팅부(71), 흘수 추정부(72), 운동 추정부(73), 파라미터 보정부(74) 등을 더 포함한다.
파라미터 세팅부(71)는, 선박(200)의 기준점에 대한 영상 획득부(10)의 위치와 자세를 포함한 파라미터를 산출한다. 영상 획득부(10)는 선박(200)에서 갑판(220), 선수 마스트(223), 브릿지윙(221a) 등에 설치될 수 있으며, 선박(200)의 기준점 대비 서로 다른 높이에 배치될 수 있다.
이 경우 선박(200)이 롤링 등으로 기울게 되면, 도 14에서와 같이 브릿지윙(221a) 등에 마련된 영상 획득부(10)의 위치 및 자세 변화가 선박(200)의 위치 및 자세 변화와는 서로 다른 양상으로 나타날 수 있다. 따라서 선박(200)에 움직임이 발생할 때 각 영상 획득부(10)에 대한 파라미터가 서로 다르게 나타나면서, 영상 처리부(30)의 영상 정합 시 오류가 발생할 우려가 있다.
이를 해소하고자 본 실시예는, 먼저 파라미터 세팅부(71)를 통해 영상 획득부(10)인 카메라 고유의 내부 파라미터를 구한 뒤, 카메라 외부의 물체(마크, 선박(200)의 기준점)에 대한 분석을 통해 외부 파라미터를 구할 수 있고, 파라미터 세팅부(71)는 외부 파라미터를 영상 획득부(10)의 파라미터로서 확인할 수 있다.
이와 같이 확인된 파라미터는 초기값으로, 선박(200)이 6자유도 운동을 하지 않는 상태에서의 기본값일 수 있다. 그런데 선박(200)이 운항 중에 롤링/피칭 등의 6자유도 운동을 하게 되면, 서로 다른 위치에 배치된 영상 획득부(10)의 6자유도 운동이 발생하게 되고 복수 개의 영상 획득부(10)의 파라미터가 각각 변화하므로, 파라미터 세팅부(71)에 의해 세팅된 파라미터를 그대로 이용하면 영상 정합 시 정확도가 떨어질 수밖에 없다.
따라서 본 실시예는 선박(200)의 흘수 등을 이용하여 영상 획득부(10)의 파라미터(위치 및 자세)를 실시간으로 보정할 수 있는데, 이에 대해 후술한다.
흘수 추정부(72)는, 선박(200)의 흘수를 추정한다. 흘수 추정부(72)는 흘수를 직접 측정하거나, 선박(200)에서 자체적으로 계산되는 흘수를 받아 사용할 수 있다. 일례로 흘수 추정부(72)는 도 15에 나타난 바와 같이 선박(200)의 선수나 전방의 양측 및 선박(200)의 선미나 후방의 양측 등에 마련된다.
특히 흘수 추정부(72)는 추정되는 흘수를 통해 트림 등을 계산할 수 있도록, 적어도 세 지점에서 흘수를 추정하여 추정된 흘수값에 의해 가상의 평면이 작도되도록 할 수 있다.
운동 추정부(73)는, 선박(200)의 6자유도 운동을 추정한다. 운동 추정부(73)는 흘수 추정부(72)에 의해 추정된 선박(200)의 복수 지점에 대한 흘수값을 통해 선박(200)의 6자유도 운동을 추정할 수 있다.
일례로 운동 추정부(73)는 흘수 추정부(72)에 의해 전달받은 복수의 흘수값을 이용하여 가상의 평면을 작도하고, 가상의 평면을 활용하여 선박(200)의 Roll/Pich/Yaw 값을 추정할 수 있다.
이러한 운동 추정부(73)는 일례로 네 점에 대한 흘수값을 통하여 선박(200)에 대한 Trim/Heel/Immersion을 계산해낼 수 있고, 계산된 값은 영상 획득부(10)의 파라미터 보정에 사용되어 정합 정확도를 높이게 된다.
파라미터 보정부(74)는, 선박(200)의 움직임에 따라 파라미터를 보정한다. 파라미터 보정부(74)는 선박(200)의 흘수 변화 및 선박(200)의 운동 상태를 고려하여, 파라미터를 보정할 수 있다.
즉 파라미터 보정부(74)는 영상 획득부(10)를 구성하는 카메라의 위치 및 자세에 대해 캘리브레이션을 수행함으로써, 선박(200)의 운동에도 불구하고 복수 개의 영상 획득부(10)의 영상들의 정합이 오차 없이 이루어지도록 할 수 있다.
즉 도 16을 참고할 때, 선박(200)이 움직임에 따라 영상 획득부(10)의 파라미터가 변경된 경우, 파라미터 세팅부(71)에 의해 세팅된 파라미터를 기반으로 하여 영상 처리부(30)가 영상에 대한 시점 변화를 그대로 수행하게 되면, 도 16의 우측 상부에 나타난 것과 같이 선박(200)의 자세 변화에 따른 대응이 불가능하여 정확한 Top-view 영상을 만들어내지 못한다.
반면 도 16의 우측 하부에 나타난 것과 같이, 본 실시예는 선박(200)의 자세변화에 따른 Roll/Pitch/Yaw 값을 이용하여, 영상 획득부(10)의 위치 및 자세인 파라미터가 보정되도록 함으로써, Top-view를 만들기 위한 Transformation의 정확도를 높일 수 있다. 즉 본 실시예는 파라미터 보정부(74)를 통해, 영상 획득부(10)에 의한 영상들의 부정합 발생 가능성을 낮출 수 있다.
따라서 영상 처리부(30)는, 파라미터 보정부(74)에 의해 보정된 파라미터를 반영하여 복수 개의 영상 획득부(10)의 영상을 가공 및 정합하여 가공 영상(300)을 생성하고, 출력부(40)를 통해 가시화할 수 있다.
구체적으로 영상 처리부(30)는 영상 획득부(10)의 파라미터를 반영하여 영상 획득부(10)가 전송한 영상의 시점변환을 수행함으로써, 선박(200)의 움직임 발생 시 영상에 대하여 영상 획득부(10)의 파라미터 수정 없이 시점변환을 그대로 하는 대신에, 선박(200)의 6자유도 운동을 고려한 파라미터 수정을 거쳐 시점변환을 수행하게 되므로, 정확한 가공 영상(300)의 생성이 가능하다.
다만 파라미터 수정을 위한 계산을 최소화 하고자, 파라미터 수정이 없더라도 가공 영상(300)에서의 오차가 사용자의 식별에 큰 문제가 없는 수준이라면, 즉 선박(200)의 움직임이 기설정범위 내로 확인되면, 파라미터 보정은 생략될 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 선박(200)에서 다양한 위치에 마련되는 영상 획득부(10)가 선박(200)의 6자유도 운동에 의해 위치/자세가 다양하게 변경되는 것을 반영하여 Top-view 영상을 생성함으로써, 가공 영상(300)의 부자연스러운 정합을 방지할 수 있다.
도 17은 본 발명의 제5 실시예에 따른 선박 운항 지원 시스템의 블록도이다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 선박 운항 지원 시스템(1)은, 선박(200)이 복수 개의 예인선(500)에 의해 이접안되는 경우에 활용될 수 있으며, 앞선 실시예 대비 예인선 운동 추정부(81), 예인선 벡터 추정부(82), 자선 운동 추정부(83), 자선 벡터 추정부(84), 객체 탐지부(90), 충돌 계산부(91) 등을 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 영상 획득부(10)는, 선박(200)에 마련되며 주변의 영상을 수집하는 것은 동일하며, 이 경우 적어도 선박(200)을 이접안시키는 예인선(500)(Tug-boat)까지 포괄되도록 영상을 수집할 수 있다.
본 실시예는 예인선(500)에 대한 정보가 표시되는 가공 영상(300)을 출력하기 위한 것이므로, 영상 획득부(10)는 적어도 선박(200)을 밀거나 당겨서 선박(200)에 어떠한 힘을 가하는 예인선(500)이 가공 영상(300)에 포함되는 범위로 영상을 수집할 수 있다.
예인선 운동 추정부(81)는, 예인선(500)의 위치, 자세 및 움직임 등을 포함한 예인선(500) 운동정보를 산출한다. 예인선(500) 운동정보는 예인선(500)이 직접 측정하는 정보일 수 있고, 예인선(500)과 통신하는 다른 설비로부터 수신되는 정보 등일 수 있다.
따라서 예인선 운동 추정부(81)는 서두에서도 언급한 것처럼, 예인선(500) 운동정보를 산출하거나 추정하거나 수신하는 등의 구성으로 해석될 수 있을 것이다.
예인선 운동 추정부(81)가 예인선(500) 운동정보를 산출하는 예인선(500)은, 선박(200)과 연결되어 선박(200)의 움직임에 관여하는 예인선(500)일 수 있으며, 선박(200)의 주변에 독립적으로 움직이거나 단순히 위치해 있는 예인선(500)의 경우에는 예인선(500) 운동정보의 산출에서 제외될 수 있다.
예인선(500)은 선박(200)에 대해 도 23에서 나타난 것과 같이 선수, 선미 및 좌우 양측 등을 포함하여 복수 대가 하나의 선박(200)에 대한 이접안을 담당할 수 있으며, 예인선 운동 추정부(81)는 각 예인선(500)마다 마련되거나, 적어도 둘 이상의 예인선(500)에 대한 예인선(500) 운동정보를 취합할 수 있도록 마련될 수 있다.
예인선 벡터 추정부(82)는, 예인선(500) 운동정보를 토대로, 예인선(500)이 선박(200)에 가하는 힘을 표시하는 예인선 벡터(312)를 산출한다. 예인선 벡터(312)는 예인선(500) 운동정보에 더하여 자선의 위치 및 자세 등이 함께 고려되어 산출될 수 있다.
예인선 벡터(312)는 예인선(500)이 연결된 선박(200)의 각 지점을 기준으로 선박(200)에 작용하는 힘 벡터를 표시하는 것이며, 따라서 예인선 벡터(312)는 복수 대의 예인선(500)에 대해 시작점이 모두 상이하게 마련될 수 있다.
또한 예인선(500)은 선박(200)의 각 부분에 대해 미는 힘과 당기는 힘 등을 적용하게 되므로, 각 예인선(500)에 대해 산출되는 예인선 벡터(312)는 서로 다른 시작점을 기준으로 서로 다른 방향 및 크기로 나타날 수 있다.
자선 운동 추정부(83)는, 본 실시예가 탑재되는 선박(200)인 자선의 위치, 자세 및 움직임 등을 포함한 자선 운동정보를 산출한다. 자선 운동 추정부(83)는 예인선 운동 추정부(81)와 마찬가지로, 선박(200)으로부터 직접 측정되는 자선 운동정보 또는 선박(200)과 통신하는 위성이나 예인선(500) 등으로부터 수신되는 자선 운동정보 등을 확인할 수 있다.
참고로 자선 운동 추정부(83)는 앞선 실시예에서 설명한 운동 추정부(73)와 동일/유사한 구성일 수 있으므로, 앞선 내용을 그대로 포함하며 이하에서 설명하는 내용을 추가로 포함할 수 있다.
자선 운동 추정부(83)는, 자선 운동정보를 바탕으로 자선의 n초(또는 n분 등) 후 위치를 추정할 수 있다. 즉 자선 운동 추정부(83)는 예인선 운동 추정부(81)와 달리, 자선에 대한 운동 예측값을 산출할 수 있다.
이를 위해 자선 운동 추정부(83)는 자선 운동정보에 더하여 예인선(500) 운동정보 및 예인선 벡터(312)를 활용할 수 있으며, 또한 앞선 실시예에서 영상 분할부(61)로부터 확인되는 가공 영상(300) 내 선박(200) 부분을 이용할 수 있다.
자선 운동 추정부(83)는, 자선의 위치 및 자세 추정 결과를 바탕으로, 자선의 n초 후 위치 및 자세를 추정하며, 추정된 n초 후 자선의 상태에 대하여 별도의 그래픽을 사용하여 가공 영상(300)에 덧입힐 수 있다.
이는 도 18에 나타난 바와 같다. 자선 운동 추정부(83)는 예인선(500) 등에 의해 n초 후에 선박(200)이 놓일 상태를 예상한 뒤, 영상 처리부(30)로 전달하게 된다. 이때 영상 처리부(30)는 가공 영상(300)에서 영상 분할부(61)로부터 추출된 선박(200) 부분을 확인하여 레이어(layer)를 형성해 두고(또는 미리 저장된 선박(200)의 top-view 영상 레이어를 활용할 수 있음), n초 후 선박(200)의 위치를 참고하여 가공 영상(300)에 미래의 선박(200) 상태를 별도의 레이어로 겹쳐서 표시할 수 있다.
일례로 도 18의 경우 선박(200)의 자항 및 예인선(500) 등에 의해 n초 후 선박(200)이 도면 상에서 좌측으로 이동하게 될 것이 자선 운동 추정부(83)에 의해 예측되면, 영상 처리부(30)는 가공 영상(300)에 대해 좌측으로 이동한 선박(200)의 레이어를 덧입혀 재가공 영상(310)을 생성하고, 출력부(40)를 통해 가시화할 수 있다.
이때 가공 영상(300)에 나타난 선박(200) 부분(영상 획득부(10)로 수집되는 부분이 아닌, 미리 저장된 선박(200)의 top-view 영상일 수 있음은 앞서 언급한 바와 같다.) 대비, 재가공 영상(310)에 부가되는 미래의 선박(200) 상태는, 반투명하며 사용자로 하여금 구별이 용이한 색상을 갖도록 표시될 수 있을 것이다.
따라서 자선 운동 추정부(83)는, 자선 운동정보와 예인선(500) 운동정보 등을 통해 미래의 선박(200) 상태를 직관적으로 확인할 수 있게 함으로써, 이접안의 안전을 효율적으로 보장할 수 있다.
자선 벡터 추정부(84)는, 자선 운동정보 및 예인선(500) 운동정보를 토대로 선박(200)에 적용되는 힘을 표시하는 자선 벡터(313)를 산출한다. 자선 벡터 추정부(84)는, 자선 운동정보 및 예인선 벡터 추정부(82)로 추정되는 예인선 벡터(312)를 토대로 하여, 선박(200)에 적용되는 힘을 표시할 수 있다.
자선 벡터 추정부(84)가 자선 벡터(313)를 산출하는 것은 예인선 벡터(312)의 산출과 동일한 원리를 이용할 수 있으며, 다만 예인선 벡터(312)의 산출과 대비할 때 자선 벡터(313)는 선박(200)의 복수 지점에 예인선(500)에 의한 힘이 작용하는 것을 고려해야 한다.
따라서 자선 벡터(313)는 자선 운동정보 뿐만 아니라 예인선 벡터(312)를 고려하여 산출되어야 하며, 이때 자선 벡터(313)의 시작점은 선박(200)의 무게중심이나 사용자가 인식하기 용이한 센터 지점 등일 수 있다.
이와 같이 자선 벡터 추정부(84)에 의해 자선 벡터(313)의 산출이 완료되면, 영상 처리부(30)는 가공 영상(300)에 자선 벡터(313)를 덧입혀 재가공 영상(310)을 생성할 수 있다. 물론 영상 처리부(30)는 가공 영상(300)에 예인선 벡터(312)와 자선 벡터(313)를 모두 덧입혀 재가공 영상(310)을 생성하여 출력부(40)에 의해 출력되도록 할 수 있으며, 이는 도 23에 나타난 바와 같다.
다만 이때 사용자의 직관적인 인식 효율을 높이기 위하여, 예인선 벡터(312)와 자선 벡터(313)는 서로 다른 형식으로 표시될 수 있다. 일례로 예인선 벡터(312) 대비 자선 벡터(313)의 색상이나 굵기 등이 두드러지게 표현될 수 있다. 물론 이러한 변경은 사용자가 출력부(40)를 통해 조정할 수 있도록 마련된다.
이와 같이 자선 벡터 추정부(84)를 이용하여 자선 벡터(313)가 가시화되도록 함으로써, 본 실시예는 선박(200)의 이접안 시 선박(200)의 이동 방향이나 이동 정도 등을 육안으로 바로 확인할 수 있게 하여, 이접안의 안전을 보장하면서 이접안 효율을 혁신적으로 개선할 수 있다.
또한 본 실시예는 이하에서 설명하는 바와 같이 객체(400)와의 충돌 위험을 가시화하여, 이접안 안전성을 더욱 높이게 된다.
객체 탐지부(90)는, 선박(200)의 주변객체(400)를 탐지한다. 객체 탐지부(90)가 탐지하는 주변객체(400)라 함은 선박(200)과 충돌하였을 때 선박(200)에 위해를 가할 수 있는 모든 물체를 포함하며, 선박(200) 주변에 부유해 있는 예인선(500)(선박(200)의 이접안을 직접 담당하는 예인선(500) 제외) 역시 주변객체(400)로 포괄될 수 있다.
이때 객체 탐지부(90)는 해수면 상에서 선박(200)의 주변에 놓이는 주변객체(400) 위주로 탐지를 수행할 수 있으며, 이외에도 선박(200)의 상방에 놓이되 선박(200)의 높이를 고려해 충돌 위험이 있는 주변객체(400)(교각 등) 역시 탐지할 수 있다. 다만 후자의 경우에 객체 탐지부(90)는 주변객체(400)의 정보와 선박(200)의 제원 등을 고려하여 탐지 대상에서 제외하는 필터링이 이루어질 수도 있다.
충돌 계산부(91)는, 자선 운동정보를 토대로 주변객체(400)에 대한 충돌 정보를 산출한다. 충돌 정보는 자선 운동정보 및 자선 벡터(313)를 토대로 주변객체(400)에 대한 충돌 가능성 등으로서 산출될 수 있다.
충돌 계산부(91)의 충돌 확률은, 선박(200)의 이동 방향과 이동 속도, 선박(200)의 크기 등과 같은 제원, 주변객체(400)의 형태 및 크기 등을 복합적으로 고려하여 산출될 수 있으며, 이때 영상 분할부(61)에 의해 가공 영상(300)으로부터 할당되는 선박(200)과 주변객체(400)의 클래스가 활용될 수 있다.
다만 선박(200)과 객체(400) 간의 충돌 확률을 계산하는 구체적인 방법은, 다수의 문헌에 의해 공지된 방법을 얼마든지 활용할 수 있으므로, 본 명세서에서 자세한 설명은 생략하도록 한다.
충돌 계산부(91)가 산출하는 충돌 정보는, 선박(200)과 주변객체(400) 간의 충돌 확률에 더하여, 앞선 실시예에서 설명한 객체 거리 추정부(62)가 추정한 선박(200)과 주변객체(400)까지의 거리를 포함할 수 있다.
즉 이접안 과정에서 선박(200)이 움직임에 따라 주변객체(400)와의 충돌 가능성을 명확히 표시하기 위해, 본 실시예의 영상 처리부(30)는 충돌 확률 및 주변객체(400)까지의 거리 등과 같이 충돌과 관련되는 모든 정보들을 충돌 정보로 포괄하여, 가공 영상(300)에 덧입혀서 재가공 영상(310)을 생성할 수 있다.
이 경우 충돌 확률 및 주변객체(400)까지의 거리는, 선박(200)의 이접안 과정에서 지속적으로 변화할 수 있으므로, 충돌 계산부(91) 및 객체 거리 추정부(62)는 실시간 또는 n초 간격으로 충돌 정보 산출 및 객체(400) 거리 계산을 수행할 수 있다. 이때 n초는 앞선 자선 운동 추정부(83)에서의 n초와 동일한 시간일 수 있다.
충돌 정보는 충돌 가능성에 따라 다르게 표시될 수 있으며, 일례로 충돌 정보는 선박(200)에서 주변객체(400)까지의 거리를 기본적으로 표시하면서, 충돌 가능성이 높아짐에 따라 거리의 표시 색상이나 크기 등을 강조하여 주변객체(400)의 위험성을 두드러지게 표현할 수 있다.
물론 이러한 표현 방식은 사용자가 출력부(40)를 조작함에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 또한 본 발명에서 재가공 영상(310)에 부가되는 각종 정보들의 표현은 제한되지 않는 다양한 방식을 이용할 수 있음은 이미 언급한 바와 같다.
이와 같이 본 실시예는, 도 23에 나타난 것과 같이 자선 벡터(313) 등을 표시하여 선박(200)의 이접안 시 선박(200)의 이동 방향을 표시해주고, 더욱 직관적으로는 도 18에서와 같이 미래의 선박(200) 상태를 덧입혀 표시하며, 추가로 도 19에서와 같이 선박(200)의 주변객체(400)에 대한 충돌 정보를 표시함으로써, 위험 요소를 모두 배제한 안전한 이접안이 효과적으로 구현되도록 할 수 있다.
도 24는 본 발명의 제6 실시예에 따른 선박 운항 지원 시스템의 블록도이고, 도 25는 본 발명의 제6 실시예에 따른 선박 운항 지원 시스템의 개념도이다.
도 24 및 도 25를 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 선박 운항 지원 시스템(1)은, 앞선 실시예가 가공 영상(300)/재가공 영상(310)을 생성하여 사용자에게 직관적인 정보 제공을 주요 목적으로 한 것과 달리, 선박(200)의 운항 과정에서 선박(200)의 운항 효율을 향상시키기 위한 정보 제공을 주요 목적으로 한다.
일례로 본 실시예는, 이접안 시가 아닌 대양을 항해하는 과정에서 사용될 수 있으며, 본 실시예는 레이더 측정부(100), 관심구역 설정부(102), 해상 추정부(103), 운항 산출부(105)를 포함할 수 있다. 물론 본 실시예에 대해서도 앞선 실시예에서 언급한 출력부(40) 등이 얼마든지 활용될 수 있다.
레이더 측정부(100)는, 선박(200)에 마련되며 주변 해양의 레이더 정보를 수집한다. 레이더 정보는 레이더를 이용해 수집되는 신호로서, 선박(200)을 기준점으로 일정한 반경을 그리는 원 범위에 대해 신호가 수집될 수 있다.
즉 레이더 정보는 선박(200)을 중심으로 한 360도 원 형태로 나타날 수 있으며, 이를 출력부(40)로 출력하면 도 25의 좌측에 나타난 것과 같다.
레이더 측정부(100)가 수집하는 레이더 정보에는, 주변객체(400)에 대한 정보는 물론이고 해상에 대한 정보가 포함될 수 있다. 즉 선박(200)에 마련되는 레이더가 방출하는 신호에 대해 반사신호가 발생할 수 있는 모든 물체에 대해 레이더 정보가 발생할 수 있다.
특히 본 실시예는, 앞선 실시예에서 설명한 것과 같은 주변객체(400) 외에, 해상을 주요하게 확인하기 위하여 레이더 정보를 활용할 수 있으며, 이에 대해서는 후술한다.
이를 위해 본 실시예는 레이더 가공부(101)를 더 포함한다. 레이더 가공부(101)는, 주변 해양의 해상 상태가 두드러지는 방향으로 레이더 정보에 대한 클러터(clutter)를 조정할 수 있다.
항해 과정에서 선박(200)의 충돌 위험을 줄이기 위하여 레이더 장비를 이용하는 종래의 경우에는, 해상에 대한 부분은 축소되고 주변객체(400)가 강조되는 방향으로 클러터를 조정하는 것이 일반적이다.
그러나 본 실시예는 종래와 반대되게, 해상 정보를 확인하기 위하여 해상 상태가 두드러지는 방향으로 클러터의 조정이 이루어질 수 있으며, 주변객체(400)에 대한 충돌 위험은 앞선 다른 실시예에서의 구성을 통해 확인되므로, 선박(200) 운항 시의 안전은 여전히 확보될 수 있다.
관심구역 설정부(102)는, 선박(200)의 운항 정보를 토대로 선박(200)의 주변 해양에 대한 레이더 정보 중 관심구역을 설정한다. 관심구역(ROI, Region of Interest)은, 레이더 측정부(100)에 의해 수집되는 원 형태의 레이저 정보(일례로 scatter plot)에 대해서, 선박(200)의 운항 방향을 기준으로 자선 유효변침각도를 고려해 기설정 각도 범위를 관심구역으로 설정할 수 있다.
즉 관심구역 설정부(102)는 도 25의 우측에 나타난 바와 같이, 360도로 나타나는 레이저 정보 중에서, 선박(200)이 전방 우측으로 항해할 경우 해당 방향을 포괄하는 일정 각도 부분을 관심구역으로 설정할 수 있다.
관심구역은 선박(200)의 운항 정보에 따라 지속적으로 업데이트될 수 있다. 즉 선박(200)의 운항 방향이 변경되면 관심구역 역시 변경될 수 있다. 또한 관심구역은 선박(200)의 선속에 따라서도 달라질 수 있는데, 선속이 커지면 원형으로 출력되는 레이더 정보 중에서 관심구역을 이루는 조각의 반경이 커질 수 있고, 반대로 선속이 작아지면 관심구역 조각의 반경이 작아질 수 있다.
해상 추정부(103)는, 관심구역에 대한 레이더 정보를 토대로 해상 상태를 추정한다. 해상 추정부(103)는 위성 등으로부터 수신하는 것도 가능하지만, 본 실시예는 선박(200) 자체적으로 확인 가능하도록 마련될 수 있다.
즉 해상 추정부(103)는, 레이더 가공부(101)를 통해 해상 상태가 두드러지도록 처리된 레이더 정보에 대하여, scatter plot의 색상, scatter의 정도로부터 영상 처리를 통해 파고와 파향 등을 추정할 수 있다.
일례로 scatter의 색상이 밝고 많으면 파고가 큰 것으로 추정할 수 있고, 해상 상태가 severe한 정도인 것으로 해상 상태를 확인할 수 있다. 반면 scatter가 매우 적다면 해상 상태는 잔잔한 것으로 해상 상태를 추정할 수 있다.
물론 이외에도 레이더 정보로부터 해상 상태의 추정은 다양한 방법이 활용될 수 있으며, 선택되는 방법에 따라 레이더 가공부(101)의 조정 역시 달라질 수 있다. 본 명세서의 경우에는 scatter를 이용하여 해상 상태를 추정하기 위해 클러터를 조정하는 것을 하나의 예시로서 설명하는 것이다.
해상 추정부(103)가 추정한 해상 상태는, 운항 산출부(105)에서 운항값 변화의 산출에 활용될 수 있으며, 따라서 해상 상태는 적어도 운항 효율을 계산하는데 반영할 수 있도록 수치적으로 산출될 수 있다.
본 실시예는 scatter로부터의 해상 상태의 산출 정확도 및 신뢰성을 높이기 위해, 딥러닝 등의 기법을 적용할 수 있다. 물론 딥러닝 기법은 앞서 다른 실시예들에서도 얼마든지 활용될 수 있다.
운항 산출부(105)는, 선박(200)의 운항 정보 및 해상 상태를 고려하여 선박(200)의 운항값 변화를 예측한다. 즉 운항 산출부(105)는 레이더 정보로부터 확인되는 해상 상태가 선박(200)이 미치는 영향을 고려하여, 연비 등의 변화를 사용자에게 제공함으로써 운항 조정 필요성 등을 가이드할 수 있다.
이를 위해 본 실시예는 부가저항 계산부(104)를 더 포함할 수 있다. 부가저항 계산부(104)는 자선 운동정보 및 해상 상태를 고려하여 선박(200)의 저항 변화를 예측할 수 있다.
이때 자선 운동정보는, 앞서 다른 실시예에서 설명한 자선 운동 추정부(83)로부터 추정 또는 수신되는 값을 활용할 수 있으므로, 본 실시예는 앞선 실시예의 구성 중 일부를 조합 사용할 수 있다. 다만 본 실시예의 경우 자선 운동정보는 자선 운동 추정부(83)가 수신하는 AIS 정보로부터 획득될 수 있다.
부가저항 계산부(104)는 부가저항 산정표 등과 같은 table data를 이용하여, 파랑에 의한 부가저항을 추정할 수 있다. scatter를 이용한 해상 상태는 수치적으로 도출될 수 있지만, 파고 등에 대해 매우 높은 수준의 정확도를 얻긴 쉽지 않다.
따라서 본 실시예는 적어도 레이더 정보에 기반한 해상 상태가 운항 가이드에는 신뢰성 있게 활용될 수 있도록, table data 등을 이용하여 부가저항을 추정해낼 수 있다.
물론 딥러닝 기법을 통해 레이더 정보에서 산출된 해상 상태의 정확성을 높이게 되면, table data 외에 계산식 등을 이용하여 부가저항이 보다 직접적으로 산출될 수도 있을 것이다.
운항 산출부(105)는 운항값 변화로서 선박(200)의 연비 변화를 예측할 수 있고, 출력부(40)는 운항 산출부(105)에 의해 산출된 연비의 변화를 사용자에게 가시화할 수 있다.
이를 통해 사용자는 운항 방향에서의 해상 상태에 따라 연비가 향상되거나 저하되는 것을 미리 확인하고, 운항 효율성을 높이기 위한 조타를 구현할 수 있게 된다.
이와 같이 본 실시예는, 선박(200)이 이동하는 해역에 대한 기상정보를 외부로부터 전달받을 경우에는 그 정확도가 낮아 활용성이 떨어지는 종래의 문제를 해소하고자, 선박(200) 주변의 레이더 정보를 토대로 해상 상태를 추정하고 연비 변화를 예측해 제공함으로써, 파고나 파향을 반영한 효율적인 운항이 가능하도록 할 수 있다.
다만 본 발명은, 앞서 설명한 것처럼 레이더 정보를 이용하는 것도 가능하지만, 또는 위성으로부터 수신되는 선박(200) 주변의 영상을 이용하는 것도 가능하고, 또한 앞선 실시예에서 설명한 영상 획득부(10)로부터 수집된 선박(200)의 주변 영상을 이용할 수도 있다.
다만 레이더 정보를 대신하여 영상을 이용하는 경우, 해상 추정부(103)는 해수면이 정수중일 때의 영상을 기준값으로 저장하고, 수신되는 영상에 대한 변화값(타선 등의 객체(400) 제외)을 토대로 해상 상태를 추정할 수 있다.
일례로 해상 추정부(103)는 파고 등에 의해 백색으로 변화하는 부분을 통해 해상 상태의 정도를 추정하고, 부가저항 산출부 및 운항 산출부(105)를 통하여 운항값 변화를 사용자에게 직관적으로 제공해줄 수 있다.
본 발명은 앞서 설명된 실시예 외에도, 상기 실시예들 중 적어도 둘 이상의 조합 또는 적어도 하나 이상의 상기 실시예와 공지기술의 조합에 의해 발생하는 실시예들을 모두 포괄한다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1: 선박 운항 지원 시스템 10: 영상 획득부
20: 데이터 전달부 21a: 동축 케이블
21b: 인코더 22: 리피터
23a: 송신측 광 컨버터 23b: 수신측 광 컨버터
24a: 무선통신 송신부 24b: 무선통신 수신부
30: 영상 처리부 40: 출력부
50: 풍하중 정보 획득부 61: 영상 분할부
62: 객체 거리 추정부 63: 영상 블러 추정부
71: 파라미터 세팅부 72: 흘수 추정부
73: 운동 추정부 74: 파라미터 보정부
81: 예인선 운동 추정부 82: 예인선 벡터 추정부
83: 자선 운동 추정부 84: 자선 벡터 추정부
90: 객체 탐지부 91: 충돌 계산부
100: 레이더 측정부 101: 레이더 가공부
102: 관심구역 설정부 103: 해상 추정부
104: 부가저항 계산부 105: 운항 산출부
200: 선박 210: 홀드
220: 갑판 221: 선실
221a: 브릿지윙 222: 엔진 케이싱
223: 선수 마스트 300: 가공 영상
310: 재가공 영상 311: 입자
312: 예인선 벡터 313: 자선 벡터
400: 객체 500: 예인선

Claims (5)

  1. 선박에 마련되며 주변 해양의 레이더 정보를 수집하는 레이더 측정부;
    상기 선박의 운항 정보를 토대로 상기 선박의 주변 해양에 대한 상기 레이더 정보 중 관심구역을 설정하는 관심구역 설정부;
    상기 관심구역에 대한 상기 레이더 정보를 토대로 해상 상태를 추정하는 해상 추정부; 및
    상기 선박의 운항 정보 및 상기 해상 상태를 고려하여 상기 선박의 운항값 변화를 예측하는 운항 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 운항 지원 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 주변 해양의 해상 상태가 두드러지는 방향으로 상기 레이더 정보에 대한 클러터를 조정하는 레이더 가공부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 운항 지원 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 관심구역 설정부는,
    상기 선박의 운항 방향을 기준으로 기설정 각도 범위를 관심구역으로 설정하는 것을 특징으로 하는 선박 운항 지원 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 선박의 움직임을 포함한 자선 운동정보를 산출하는 자선 운동 추정부; 및
    상기 자선 운동정보 및 상기 해상 상태를 고려하여 상기 선박의 저항 변화를 예측하는 부가저항 계산부를 더 포함하며,
    상기 운항 산출부는, 상기 운항값 변화로서 상기 선박의 연비 변화를 예측하는 것을 특징으로 하는 선박 운항 지원 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 상기 선박 운항 지원 시스템을 갖는 것을 특징으로 하는 선박.
KR1020200114200A 2020-05-08 2020-09-07 선박 운항 지원 시스템 및 이를 포함하는 선박 KR20210136810A (ko)

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