KR20220132911A - Real-time route change system considering weather and fuel - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a real-time route change system considering weather and fuel. The real-time route change system considering weather and fuel comprises: a communication device which connects to a weather information providing server in a country neighboring an autonomous ship, and receives weather information of an area where a route to be navigated along a preset navigation route is located, from an area where the autonomous ship is located; a monitoring device which monitors the weather information to check the weather conditions in each area including the preset navigation route, and derives navigation risk areas; a navigation device which generates a plurality of candidate navigation routes that avoid the navigation risk areas by a preset safety distance or more, based on the preset navigation route, selects a candidate navigation route that minimizes fuel consumption of the autonomous ship from among the plurality of generated candidate navigation routes, and determines a change navigation route; and an autonomous navigation device which performs control so that the autonomous ship navigates according to the changed navigation route. Therefore, the real-time route change system enables the autonomous ship to safely navigate.

Description

기상 및 연료를 고려한 실시간 항로 변경 시스템{Real-time route change system considering weather and fuel}Real-time route change system considering weather and fuel}

본 발명은 기상 및 연료를 고려한 실시간 항로 변경 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a real-time route change system in consideration of weather and fuel.

자율운항선박은 선원 없이 자동으로 정해진 경로를 항해하고, 필요한 경우, 원격 조종 통제 센터에서 항해 및 기관부(예를 들면, 엔진, 방향타 장치)를 제어할 수 있는 선박을 말한다. 이를 위하여, 지상에는 자율운항선박을 원격으로 조종하기 위한 원격 조종 통제 센터가 필요하며, 기술적인 문제 및 법적인 문제 등의 해결을 위하여 원격 조종 통제 센터에서는 선장 및 기관장이 직접 지휘 통솔을 수행해야 한다.Autonomous vessel refers to a vessel capable of navigating an automatically set route without crew and, if necessary, controlling navigation and machinery (eg engine, rudder device) from a remote-controlled control center. To this end, a remote control and control center is required to remotely control an autonomous ship on the ground. In order to solve technical and legal problems, the captain and the chief engineer must directly conduct command and control at the remote control center.

일반적으로, 자율운항선박은 기 결정된 항로를 기반으로 운행된다. 보통, 항해사가 탑승하는 선박에서는 항해사가 항로 설정을 변경할 수 있지만, 자율운항선박은 이를 항해사 대신에 처리하기 위한 별도의 자동 항로 결정 시스템이 요구된다. 자동 항로 결정 시스템에서 제시하는 항로는 자율운항선박 내의 시스템에서 자동으로 즉시 적용하는 방식과 네트워크로 연결된 선박 관리 서버에 연결하여 중앙집중적인 관리하에 결정된 후 적용하는 방식이 함께 활용될 수 있도록 구성되어 있다.In general, autonomous vessels are operated based on a predetermined route. Usually, in a vessel on which the navigator boards, the navigator can change the route setting, but the autonomous ship requires a separate automatic route determination system to handle this instead of the navigator. The route suggested by the automatic route determination system is configured so that the method that is automatically applied immediately by the system within the autonomous ship and the method that is applied after being determined and applied under centralized management by connecting to the network-connected ship management server can be used together. .

그러나, 자동 항로 결정 시스템을 사용함에 있어서 장거리 운행 중 지역의 날씨 변화 또는 이상 기후 등이 발생하는 경우, 기 결정된 항로를 우회하여야 하는 일들이 발생할 수 있어서, 자율운항선박을 장거리에 활용하기 어려운 점이 존재한다.However, in using the automatic route determination system, if local weather changes or abnormal climate occurs during long-distance operation, it may be necessary to detour the predetermined route, so it is difficult to utilize the autonomous ship for long distances. do.

자율운항선박은 정해진 항로를 기반으로 운행되는데, 급격한 날씨 변화 또는 장거리 운행시에 발생하는 여러 변수를 적용하여 항로를 변경함으로써, 필요에 따라 자동으로 항로를 재설정하는 기술이 요구된다.Autonomous ships operate based on a set route, and a technology is required to automatically reset the route as necessary by changing the route by applying various variables that occur during rapid weather changes or long-distance operation.

대한민국등록특허공보 제10-0734814호(2007.06.27)Republic of Korea Patent Publication No. 10-0734814 (June 27, 2007)

본 발명은 자율운항선박이 기 설정된 최적 항해경로에 따라 항해하면서 항해경로 상의 기상상황을 확인하고, 확인된 기상상황에 따라 항해경로를 재설정하는 기상 및 연료를 고려한 실시간 항로 변경 시스템을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a real-time route change system in consideration of weather and fuel in which an autonomous vessel navigates according to a preset optimal navigation route, checks the weather conditions on the navigation route, and resets the navigation route according to the confirmed weather conditions. .

본 발명의 일 측면에 따르면, 항해 중인 자율운항선박을 위한 기상 및 연료를 고려한 실시간 항로 변경 시스템이 개시된다.According to one aspect of the present invention, a real-time route change system in consideration of weather and fuel for an autonomously operated vessel in voyage is disclosed.

본 발명의 실시예에 따른 기상 및 연료를 고려한 실시간 항로 변경 시스템은, 상기 자율운항선박에서 인접한 국가의 기상정보 제공 서버에 접속하여, 상기 자율운항선박이 위치하는 영역으로부터, 기 설정된 항해경로를 따라 항해 예정인 경로가 위치하는 영역의 기상정보를 수신하는 통신 장치, 상기 기상정보를 모니터링하여, 상기 기 설정된 항해경로가 포함되는 각 지역의 기상상황을 확인하고, 항해 위험 영역을 도출하는 모니터링 장치, 상기 기 설정된 항해경로를 기반으로 상기 항해 위험 영역을 미리 설정된 안전거리 이상으로 회피하는 복수의 후보 항해경로를 생성하고, 상기 생성된 복수의 후보 항해경로 중에서 상기 자율운항선박의 연료 소모량을 최소화하는 후보 항해경로를 선택하여 변경 항해경로를 결정하는 내비게이션 장치 및 상기 변경 항해경로에 따라 상기 자율운항선박이 항해하도록 제어하는 자율운항 장치를 포함한다.In the real-time route change system in consideration of weather and fuel according to an embodiment of the present invention, the autonomous ship accesses a weather information providing server of a neighboring country, and follows a preset navigation route from an area in which the autonomous ship is located. A communication device for receiving weather information of an area in which a route to be sailed is located, a monitoring device for monitoring the weather information, confirming the weather conditions of each area including the preset sailing route, and deriving a navigation risk area, the above Candidate navigation for generating a plurality of candidate navigation routes that avoid the navigation risk area by more than a preset safety distance based on a preset navigation route, and minimizing the fuel consumption of the autonomous ship among the generated plurality of candidate navigation routes and a navigation device for determining a changed navigation route by selecting a route, and an autonomous navigation device for controlling the autonomous navigation vessel to navigate according to the changed navigation route.

상기 모니터링 장치는, 상기 기상정보를 확인하여, 상기 기 설정된 항해경로가 포함되는 지역 중에서 풍속, 파고 및 강우량 중 적어도 하나가 미리 설정된 기준치를 초과하는 지역 및 태풍 발생 지역을 항해 위험 영역으로 도출한다.The monitoring device checks the weather information and derives, as a navigation risk area, an area in which at least one of wind speed, wave height, and rainfall exceeds a preset reference value and a typhoon occurrence area among areas including the preset navigation route.

상기 모니터링 장치는 파고 센서 및 바람 센서를 통해 실시간 수집되는 현재 위치에서의 파고 및 풍속이 미리 설정된 기준치를 초과하는 경우, 현재 상기 자율운항선박이 위치하는 지역을 상기 항해 위험 영역으로 도출한다.When the wave height and wind speed at the current location collected in real time through the wave height sensor and the wind sensor exceed preset reference values, the monitoring device derives the area where the autonomous ship is currently located as the navigation risk area.

상기 내비게이션 장치는, 상기 모니터링 장치로부터 상기 기상정보를 제공받고, 상기 제공된 기상정보 중 상기 복수의 후보 항해경로가 포함되는 각 지역의 풍향, 풍속, 파고, 파향, 조류 방향 및 조류 속도를 이용하여, 각 지역별로 상기 자율운항선박이 바람, 파도 및 조류로부터 받는 저항 정도를 도출하고, 상기 도출된 저항 정도가 최소인 지역을 가장 많이 포함하는 후보 항해경로를 상기 변경 항해경로로 결정한다.The navigation device receives the weather information from the monitoring device, and uses a wind direction, wind speed, wave height, wave direction, current direction and current speed of each region including the plurality of candidate navigation routes among the provided weather information, The degree of resistance that the autonomous vessel receives from wind, waves and currents is derived for each region, and a candidate navigation route including the most areas with the minimum degree of resistance is determined as the changed navigation route.

본 발명의 실시예에 따른 기상 및 연료를 고려한 실시간 항로 변경 시스템은, 자율운항선박이 기 설정된 최적 항해경로에 따라 항해하면서 항해경로 상의 기상상황을 확인하고, 확인된 기상상황에 따라 항해경로를 재설정함으로써, 자율운항선박을 안전하게 운행시킬 수 있다.The real-time route change system in consideration of weather and fuel according to an embodiment of the present invention confirms the weather conditions on the navigation route while the autonomous vessel navigates according to a preset optimal navigation route, and resets the navigation route according to the confirmed weather conditions By doing so, it is possible to safely operate autonomously operated ships.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기상 및 연료를 고려한 실시간 항로 변경 시스템의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기상 및 연료를 고려한 실시간 항로 변경 시스템의 동작 방법을 예시하여 나타낸 흐름도.
1 is a diagram schematically illustrating the configuration of a real-time route change system in consideration of weather and fuel according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating an operation method of a real-time route change system in consideration of weather and fuel according to an embodiment of the present invention.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.As used herein, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “consisting of” or “comprising” should not be construed as necessarily including all of the various components or various steps described in the specification, some of which components or some steps are It should be construed that it may not include, or may further include additional components or steps. In addition, terms such as "...unit" and "module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software. .

이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다. Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기상 및 연료를 고려한 실시간 항로 변경 시스템의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically illustrating the configuration of a real-time route change system in consideration of weather and fuel according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기상 및 연료를 고려한 실시간 항로 변경 시스템은, 통신 장치(110), 센서 장치(120), 모니터링 장치(130), 내비게이션 장치(140) 및 자율운항 장치(150)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1 , a real-time route change system in consideration of weather and fuel according to an embodiment of the present invention includes a communication device 110 , a sensor device 120 , a monitoring device 130 , a navigation device 140 , and autonomous navigation. device 150 may be included.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 기상 및 연료를 고려한 실시간 항로 변경 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 자율운항선박(100)에 탑재될 수 있다.As shown in FIG. 1 , the real-time route change system in consideration of weather and fuel according to the embodiment of the present invention may be mounted on the autonomous ship 100 .

여기서, 모니터링 장치(130)는 네트워크 연결 가능한 서버를 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 서버는 자율운항선박(100)의 설비를 제어 및 관리하는 기능을 수행하거나, 자율운항선박(100)의 운항을 지원하는 기능을 수행할 수 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 모니터링 장치(130)를 포함하여 구성될 수 있다.Here, the monitoring device 130 may be implemented through a network connectable server. For example, the server may perform a function of controlling and managing facilities of the autonomously operated vessel 100 or may perform a function of supporting the operation of the autonomously operated vessel 100 , and monitoring according to an embodiment of the present invention Device 130 may be included.

본 명세서에서 서버란 본 발명의 실시예에 따른 항로 변경 방법을 수행하는 컴퓨팅 디바이스로서, 하나 또는 둘 이상의 물리적 개체일 수 있다. 서버가 복수의 물리적 개체로 나뉘어 구현될 때, 각각의 물리적 개체의 관리 주체는 서로 상이할 수 있다. 서버에는 각각의 데이터베이스에 대응되는 정보를 저장하는 소프트웨어 및 하드웨어의 기능적 구조적 결합을 의미하는 DB가 포함될 수 있으며, DB는 적어도 하나의 테이블로 구현될 수도 있으며, 데이터베이스에 저장된 정보를 검색, 저장, 및 관리하기 위한 별도의 DBMS(Database Management System)을 더 포함할 수도 있다. 또한, 링크드 리스트(linked-list), 트리(Tree), 관계형 데이터베이스의 형태 등 다양한 방식으로 구현될 수 있으며, 데이터베이스에 대응되는 정보를 저장할 수 있는 모든 데이터 저장매체 및 데이터 구조를 포함한다.In the present specification, a server is a computing device that performs a route change method according to an embodiment of the present invention, and may be one or two or more physical entities. When the server is divided into a plurality of physical entities and implemented, the management subject of each physical entity may be different from each other. The server may include a DB, which means a functional and structural combination of software and hardware for storing information corresponding to each database, and the DB may be implemented as at least one table, and retrieve, store, and A separate DBMS (Database Management System) for managing may be further included. In addition, it can be implemented in various ways such as a linked-list, a tree, and a relational database, and includes all data storage media and data structures that can store information corresponding to the database.

다시, 도 1을 참조하면, 자율운항선박(100)에는 통신 장치(110), 센서 장치(120), 모니터링 장치(130), 내비게이션 장치(140) 및 자율운항 장치(150)를 포함하는 실시간 항로 변경 시스템이 설치될 수 있다.Again, referring to FIG. 1 , the autonomous vessel 100 includes a real-time route including a communication device 110 , a sensor device 120 , a monitoring device 130 , a navigation device 140 , and an autonomous navigation device 150 . A change system may be installed.

통신 장치(110)는 다른 자율운항선박 또는 육상의 통신 가능한 각종 장치들과 통신을 수행한다. 예를 들어, 통신 장치(110)는 CDMA, 위성통신, LTE, RF통신 등과 같은 다양한 통신매체를 포함할 수 있다.The communication device 110 performs communication with other autonomously operated ships or various devices capable of communicating on land. For example, the communication device 110 may include various communication media such as CDMA, satellite communication, LTE, RF communication, and the like.

특히, 통신 장치(110)는 도 1에 도시된 바와 같이, 육상에서 선박들의 항해를 지원하는 육상관제센터의 서버, 기상정보를 제공하는 기상청 서버 등과 같은 기상정보 제공 서버(200)와 통신을 수행하여 기상정보를 수신할 수 있다. 여기서, 기상정보는 실시간 기상 정보 및 미래의 기상 예측 정보를 포함할 수 있으며, 특히, 해당 선박이 위치하는 해상 영역의 파고, 날씨 등을 포함할 수 있다.In particular, as shown in FIG. 1 , the communication device 110 communicates with a weather information providing server 200 such as a server of a land control center that supports navigation of ships on land, a meteorological office server that provides meteorological information, and the like. to receive weather information. Here, the meteorological information may include real-time weather information and future weather prediction information, and in particular, may include a wave height, weather, etc. of a sea area in which the corresponding vessel is located.

예를 들어, 통신 장치(110)는 항해 중인 자율운항선박(100)에서 가장 인접한 국가의 기상정보 제공 서버(200)에 접속하여, 자율운항선박(100)이 위치하는 영역으로부터 설정된 항해경로를 따라 미래에 항해 예정인 경로가 위치하는 영역의 기상정보를 수신할 수 있다.For example, the communication device 110 accesses the weather information providing server 200 of a country closest to the autonomous ship 100 being sailed, and follows a set navigation route from the area where the autonomous ship 100 is located. It is possible to receive meteorological information of an area where a route to be sailed in the future is located.

센서 장치(120)는 주변환경의 상태를 측정하기 위한 각종 센서를 포함할 수 있으며, 각종 센서에 의하여 측정되는 센싱 정보를 모니터링 장치(130)로 전송할 수 있다.The sensor device 120 may include various sensors for measuring the state of the surrounding environment, and may transmit sensing information measured by the various sensors to the monitoring device 130 .

즉, 센서 장치(120)는 도 1에 도시된 바와 같이, 자동선박식별장치(AIS: Automatic Identification System)(121), 레이더(RADAR)(122), 파고 센서(123), 바람 센서(124), 위치 센서(125) 및 연료 센서(126)를 포함할 수 있다.That is, the sensor device 120 is, as shown in FIG. 1 , an Automatic Identification System (AIS) 121 , a radar (RADAR) 122 , a wave height sensor 123 , and a wind sensor 124 . , a position sensor 125 and a fuel sensor 126 may be included.

자동선박식별장치(121)는 다른 선박들의 항적 데이터인 AIS 데이터를 수신하여 수집한다. 여기서, AIS 데이터는 정적(static) 정보와 동적(dynamic) 정보로 구성되며, 정적 정보는 선명, 선박의 제원, 목적지 등을 포함하고, 동적 정보는 선박의 현재 위치 및 침로, 속도 등의 운항정보를 포함한다.The automatic ship identification device 121 receives and collects AIS data, which is the track data of other ships. Here, the AIS data consists of static information and dynamic information, and the static information includes ship name, ship specifications, and destination, and dynamic information includes navigation information such as the ship's current location, course, and speed. includes

레이더(122)는 주변 선박들의 위치를 측정한다.The radar 122 measures the positions of surrounding ships.

파고 센서(123)는 주변 해양의 파고를 측정한다.The wave height sensor 123 measures the wave height of the surrounding ocean.

바람 센서(124)는 주변 해양의 풍속 및 풍향을 측정한다.The wind sensor 124 measures the wind speed and wind direction of the surrounding ocean.

위치 센서(125)는 자율운항선박(100)의 현재 위치를 측정하며, 이동 중인 경우, 측정되는 실시간 현재 위치로부터 이동방향 및 이동속도를 측정한다. 예를 들어, 위치 센서(125)는 GPS(Global Positioning System) 장치일 수 있다.The position sensor 125 measures the current position of the autonomous vessel 100 and, when moving, measures the moving direction and moving speed from the measured real-time current position. For example, the location sensor 125 may be a Global Positioning System (GPS) device.

연료 센서(126)는 자율운항선박(100)에 저장된 연료량을 측정한다.The fuel sensor 126 measures the amount of fuel stored in the autonomous vessel 100 .

그리고, 센서 장치(120)는 연료량을 측정하는 연료 센서(126) 외에도, 자율운항선박(100)의 각종 설비에 설치되어 각종 설비의 상태를 측정하는 각종 센서를 더 포함할 수 있다.In addition to the fuel sensor 126 for measuring the amount of fuel, the sensor device 120 may further include various sensors installed in various facilities of the autonomous vessel 100 to measure the state of various facilities.

예를 들어, 자율운항선박(100)의 설비는 선박의 추진계통의 장치들로서, 디젤엔진, 가스터빈, 감속기, 발전기, 추진기 등을 포함할 수 있다. 그리고, 각 장치에는, 온도, 압력, 전류, 전압, 분당 회전수(rpm) 등을 측정하는 센서가 장착될 수 있다. 또한, 자율운항선박(100)의 설비는 자율운항선박(100)의 방향을 조종하기 위한 조타기(Steering Gear), 선교항해기기 등과 같은 운항장비를 포함할 수 있다. 그리고, 선박기관의 감시제어시스템(AMS: Alarm Monitoring and Control System), 경사계, 화재감지 센서(연기감지 센서, 열감지 센서, 가스감지 센서 등), 방화문 및 수밀문의 개폐감지 센서, 연료유 유출감지 센서, 탱크 수위감지 센서 등과 같은 센서가 운항장비에 설치될 수 있다.For example, the facilities of the autonomous ship 100 are devices of the ship's propulsion system, and may include a diesel engine, a gas turbine, a speed reducer, a generator, a thruster, and the like. In addition, each device may be equipped with a sensor for measuring temperature, pressure, current, voltage, revolutions per minute (rpm), and the like. In addition, the equipment of the autonomously operated ship 100 may include operation equipment such as a steering gear and a bridge navigation device for controlling the direction of the autonomously operated ship 100 . In addition, the monitoring and control system (AMS: Alarm Monitoring and Control System) of ship engines, inclinometers, fire sensors (smoke sensors, heat sensors, gas sensors, etc.), open/close sensors for fire doors and watertight doors, fuel oil leak detection A sensor such as a sensor, a tank level sensor, and the like may be installed in the operating equipment.

이와 같은 각종 센서들이 측정한 센싱 정보는 모니터링 장치(130)로 전송될 수 있다.Sensing information measured by such various sensors may be transmitted to the monitoring device 130 .

모니터링 장치(130)는 통신 장치(110)를 통해 기상정보 제공 서버(200)로부터 기상정보를 수집하여 모니터링하고, 센서 장치(120)로부터 센서 데이터를 수신하여 모니터링한다.The monitoring device 130 collects and monitors weather information from the weather information providing server 200 through the communication device 110 , and receives and monitors sensor data from the sensor device 120 .

즉, 모니터링 장치(130)는 통신 장치(110)를 통해, 항해 중인 자율운항선박(100)에서 가장 인접한 국가의 기상정보 제공 서버(200)에 접속하고, 접속된 기상정보 제공 서버(200)로부터 자율운항선박(100)이 위치하는 영역으로부터 미리 설정된 항해경로를 따라 미래에 항해 예정인 경로가 위치하는 영역의 기상정보를 획득하고, 획득된 기상정보를 모니터링할 수 있다.That is, the monitoring device 130 accesses the weather information providing server 200 of the nearest country from the autonomously operated vessel 100 on the voyage through the communication device 110 , and from the connected weather information providing server 200 . It is possible to acquire weather information of an area in which a route to be sailed in the future is located along a preset navigation route from an area in which the autonomous vessel 100 is located, and monitor the obtained weather information.

그리고, 모니터링 장치(130)는 획득된 기상정보를 모니터링하여, 설정된 항해경로가 포함되는 각 지역의 기상상황을 확인하고, 항해 위험 영역을 도출한다.Then, the monitoring device 130 monitors the obtained weather information, checks the weather conditions of each area including the set sailing route, and derives the navigation risk area.

예를 들어, 모니터링 장치(130)는 획득된 기상정보를 확인하여, 항해경로가 포함되는 지역이 풍속, 파고, 강우량 등이 미리 설정된 기준치를 초과하는 경우, 해당 지역을 항해 위험 영역으로 판단할 수 있다. 또한, 모니터링 장치(130)는 태풍 발생 지역을 항해 위험 영역으로 판단할 수 있다.For example, the monitoring device 130 checks the acquired weather information, and when the area including the navigation route exceeds a preset reference value in wind speed, wave height, rainfall, etc., it can be determined that the area is a navigation risk area. have. Also, the monitoring device 130 may determine the typhoon occurrence area as a navigation risk area.

모니터링 장치(130)는 항해 위험 영역이 도출되면, 자율운항선박(100)이 도출된 항해 위험 영역을 우회하여 항해하도록 제어한다.When the navigation risk area is derived, the monitoring device 130 controls the autonomous navigation vessel 100 to bypass the derived navigation risk area and navigate.

즉, 모니터링 장치(130)는 내비게이션 장치(140)가 기 설정된 항해경로를 항해 위험 영역을 우회하는 항해경로로 변경하고, 자율운항 장치(150)에 의하여 변경된 항해경로에 따라 자율운항선박(100)이 항해하도록 제어할 수 있다.That is, the monitoring device 130 changes the navigation route set by the navigation device 140 to a navigation route bypassing the navigation risk area, and according to the navigation route changed by the autonomous navigation device 150 , the autonomous navigation vessel 100 . You can control it to navigate.

이를 위하여, 모니터링 장치(130)는 항해 위험 영역이 도출되면, 기 설정된 항해경로를 항해 위험 영역을 우회하는 항해경로로 변경하라는 항해경로 변경 명령을 내비게이션 장치(140)로 전달할 수 있다.To this end, when the navigation risk area is derived, the monitoring device 130 may transmit a navigation route change command to change the preset navigation route to a navigation route bypassing the navigation risk zone to the navigation device 140 .

또한, 모니터링 장치(130)는 센서 장치(120)의 파고 센서(123) 및 바람 센서(124)를 통해 실시간 수집되는 현재 위치에서의 파고 및 풍속이 미리 설정된 기준치를 초과하는 경우, 현재 자율운항선박(100)이 위치하는 지역을 항해 위험 영역으로 판단할 수 있다. 이 경우, 모니터링 장치(130)는 자율운항선박(100)이 현재 위치를 신속히 벗어나 항해하도록 제어할 수 있다. 즉, 모니터링 장치(130)는 기 설정된 항해경로를 자율운항선박(100)이 현재 위치를 벗어나는 항해경로로 변경하라는 항해경로 변경 명령을 내비게이션 장치(140)로 전달할 수 있다.In addition, the monitoring device 130 detects the current autonomous navigation vessel when the wave height and wind speed at the current location collected in real time through the wave height sensor 123 and the wind sensor 124 of the sensor device 120 exceed preset reference values. It can be determined that the area where (100) is located is a navigation risk area. In this case, the monitoring device 130 may control the autonomously operated vessel 100 to quickly leave the current position and navigate. That is, the monitoring device 130 may transmit a navigation route change command to the navigation device 140 to change the preset navigation route to a navigation route in which the autonomously operated ship 100 deviates from the current location.

한편, 모니터링 장치(130)는 센서 장치(120)로부터 수신되는 자율운항선박(100)의 설비의 센서 데이터를 분석하여 자율운항선박(100)의 설비들의 상태를 모니터링하고, 자율운항선박(100)의 설비의 고장발생 여부를 판별한다.On the other hand, the monitoring device 130 analyzes the sensor data of the facility of the autonomous vessel 100 received from the sensor device 120 to monitor the state of the facilities of the autonomous vessel 100 , and the autonomous vessel 100 . Determining whether or not there is a failure of the equipment of

즉, 모니터링 장치(130)는 수집된 설비의 센서 데이터 중 자율운항선박(100) 설비의 정상상태의 센서 데이터를 반복적으로 학습하고, 학습에 기초하여 정상상태의 예측 데이터를 산출하고 저장할 수 있다. 여기서, 모니터링 장치(130)는 센서별로 정의된 센서 데이터의 정상 범위를 이용하여 수집된 센서 데이터 중에서 정상상태의 센서 데이터를 선별할 수 있다.That is, the monitoring device 130 may repeatedly learn the sensor data of the normal state of the autonomous vessel 100 facility among the collected sensor data of the facility, and calculate and store the predicted data of the steady state based on the learning. Here, the monitoring device 130 may select sensor data in a normal state from the collected sensor data using a normal range of sensor data defined for each sensor.

그리고, 모니터링 장치(130)는 산출된 정상상태의 예측 데이터를 실시간 측정된 센서 데이터와 비교하여 자율운항선박(100)의 설비의 상태를 모니터링하고, 정상상태의 예측 데이터와 실시간 측정된 센서 데이터의 차이의 크기에 따라 이상현상을 감지하여 고장발생 여부를 판별할 수 있다.Then, the monitoring device 130 compares the calculated predicted data of the steady state with the real-time measured sensor data to monitor the state of the facility of the autonomously operated ship 100, Depending on the size of the difference, it is possible to detect anomalies and determine whether a failure has occurred.

예를 들어, 모니터링 장치(130)는 정상상태의 예측 데이터와 실시간 측정된 센서 데이터의 차이가 미리 설정된 허용치를 초과하여 일정시간 지속되는 경우, 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 허용치는 학습 모델을 생성하는 과정에서 정상상태의 센서 데이터를 통계 분석하여 설정될 수 있다.For example, the monitoring device 130 may determine that a failure has occurred when the difference between the predicted data in a normal state and the sensor data measured in real time exceeds a preset allowable value and continues for a predetermined time. Here, the allowable value may be set by statistically analyzing sensor data in a steady state in the process of generating the learning model.

내비게이션 장치(140)는 모니터링 장치(130)로부터 항해경로 변경 명령의 수신에 따라 기 설정된 항해경로를 항해 위험 영역을 회피하는 항해경로로 수정하여 변경 항해경로를 생성한다. 즉, 내비게이션 장치(140)는 기상상황을 고려하여 복수의 후보 항해경로를 생성한 후, 연료 소모량을 고려하여, 생성된 복수의 후보 항해경로 중에서 하나를 선택하여 변경 항해경로를 결정한다.The navigation device 140 generates a changed navigation route by modifying the preset navigation route to a navigation route avoiding the navigation risk area in response to receiving a navigation route change command from the monitoring device 130 . That is, the navigation device 140 generates a plurality of candidate navigation routes in consideration of weather conditions, and then selects one of the plurality of generated candidate navigation routes in consideration of fuel consumption to determine a changed navigation route.

우선, 내비게이션 장치(140)는 기 설정된 항해경로를 기반으로 항해 위험 영역을 미리 설정된 안전거리 이상으로 회피하는 복수의 후보 항해경로를 생성할 수 있다. 이어, 내비게이션 장치(140)는 생성된 복수의 후보 항해경로 중에서 연료 소모량을 최소화하는 후보 항해경로를 선택하여 변경 항해경로를 결정할 수 있다.First, the navigation device 140 may generate a plurality of candidate navigation routes that avoid the navigation risk area by a preset safe distance or more based on the preset navigation route. Next, the navigation device 140 may determine a changed navigation route by selecting a candidate navigation route that minimizes fuel consumption from among a plurality of generated candidate navigation routes.

예를 들어, 내비게이션 장치(140)는 모니터링 장치(130)로부터 기상정보를 제공받고, 제공된 기상정보 중 후보 항해경로가 포함되는 각 지역의 풍향, 풍속, 파고, 파향, 조류 방향 및 조류 속도를 이용하여 각 지역별로 자율운항선박(100)이 바람, 파도 및 조류로부터 받는 저항 정도를 도출하고, 도출된 저항 정도가 최소인 지역을 가장 많이 포함하는 후보 항해경로를 최종적으로 변경 항해경로로 결정할 수 있다. 여기서, 저항 정도는 후보 항해경로에 따른 자율운항선박(100)의 진행에 대한 바람, 파도 및 조류의 방해 정도일 수 있다. 그래서, 풍향, 파향 및 조류 방향이 자율운항선박(100)의 진행방향의 역방향에 근접하면서, 풍속, 파고 및 조류 속도가 증가할수록, 저항 정도가 증가할 수 있다.For example, the navigation device 140 receives weather information from the monitoring device 130 , and uses the wind direction, wind speed, wave height, wave direction, current direction and current speed of each region including the candidate navigation route among the provided weather information. Thus, the degree of resistance that the autonomous ship 100 receives from wind, waves and currents is derived for each region, and the candidate navigation route including the most areas with the lowest degree of resistance can be finally determined as the changed navigation route. . Here, the degree of resistance may be the degree of interference of wind, waves and currents with respect to the progress of the autonomous ship 100 according to the candidate navigation route. Therefore, as the wind direction, wave direction, and current direction approaches the reverse direction of the traveling direction of the autonomous vessel 100, as the wind speed, wave height, and current speed increase, the degree of resistance may increase.

그리고, 내비게이션 장치(140)는 최종적으로 결정된 변경 항해경로를 자율운항 장치(150)로 전달하여 자율운항선박(100)이 결정된 변경 항해경로를 따라 항해하도록 제어할 수 있다.In addition, the navigation device 140 may transmit the finally determined changed navigation route to the autonomous navigation device 150 to control the autonomous navigation vessel 100 to navigate along the determined changed navigation route.

자율운항 장치(150)는 내비게이션 장치(140)로부터 전달받은 변경 항해경로에 따라 자율운항선박(100)의 속도 및 방향을 제어하여 자율운항선박(100)이 항해하도록 한다.The autonomous navigation device 150 controls the speed and direction of the autonomous navigation vessel 100 according to the changed navigation route received from the navigation device 140 so that the autonomous navigation vessel 100 navigates.

예를 들어, 자율운항 장치(150)는 자율운항선박(100)의 엔진 및 조타기를 조종하여 자율운항선박(100)의 속도 및 방향을 제어할 수 있다. 이때, 자율운항 장치(150)는 자율운항선박(100)의 주변 상황을 감시하는 센서 장치(120)를 이용하여 자율운항선박(100)이 주변의 선박이나 장애물을 회피하도록 자율운항선박(100)의 속도 및 방향을 제어할 수 있다. 여기서, 주변 상황을 감시하는 센서 장치(120)는, 자동선박식별장치(121)와 레이더(122)일 수 있다.For example, the autonomous navigation device 150 may control the speed and direction of the autonomous navigation ship 100 by controlling the engine and the steering gear of the autonomous navigation ship 100 . At this time, the autonomous navigation device 150 uses the sensor device 120 to monitor the surrounding conditions of the autonomous navigation vessel 100 so that the autonomous navigation vessel 100 avoids the surrounding vessels or obstacles. You can control the speed and direction of Here, the sensor device 120 for monitoring the surrounding situation may be an automatic ship identification device 121 and a radar 122 .

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기상 및 연료를 고려한 실시간 항로 변경 시스템의 동작 방법을 예시하여 나타낸 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating an operation method of a real-time route change system in consideration of weather and fuel according to an embodiment of the present invention.

S210 단계에서, 자율 운항 장치(100)는 내비게이션 장치(140)로부터 전달받은 미리 설정된 최적의 항해 경로에 따라 자율운항선박(100)이 항해하도록 제어한다. 여기서, 내비게이션 장치(140)는 입력된 목적지까지의 최적의 항해 경로를 생성하거나, 사용자에 의하여 설정된 최적의 항해 경로를 입력받을 수도 있다. 예를 들어, 최적의 항해 경로는 현 위치와 목적지 사이의 해저 지형, 수심, 암초, 해양 구조물 등을 고려하여 생성될 수 있다.In step S210 , the autonomous navigation device 100 controls the autonomous navigation vessel 100 to navigate according to a preset optimal navigation route received from the navigation device 140 . Here, the navigation device 140 may generate an optimal navigation route to the input destination or may receive an optimal navigation route set by a user. For example, the optimal navigation route may be generated in consideration of the topography of the seabed between the current location and the destination, water depth, reefs, marine structures, and the like.

S220 단계에서, 모니터링 장치(130)는 통신 장치(110)를 통해 기상정보 제공 서버(200)로부터 기상정보를 수집하여 모니터링한다.In step S220 , the monitoring device 130 collects and monitors weather information from the weather information providing server 200 through the communication device 110 .

즉, 모니터링 장치(130)는 통신 장치(110)를 통해, 항해 중인 자율운항선박(100)에서 가장 인접한 국가의 기상정보 제공 서버(200)에 접속하고, 접속된 기상정보 제공 서버(200)로부터 자율운항선박(100)이 위치하는 영역으로부터 미리 설정된 항해경로에 따라 앞으로 항해 예정인 경로가 위치하는 영역의 기상정보를 획득하고, 획득된 기상정보를 모니터링할 수 있다.That is, the monitoring device 130 accesses the weather information providing server 200 of the nearest country from the autonomously operated vessel 100 on the voyage through the communication device 110 , and from the connected weather information providing server 200 . It is possible to acquire weather information of an area in which a route to be sailed in the future is located according to a preset navigation route from an area in which the autonomous vessel 100 is located, and monitor the obtained weather information.

그리고, 모니터링 장치(130)는 획득된 기상정보를 모니터링하여, 설정된 항해경로가 포함되는 각 지역의 기상상황을 확인하고, 항해 위험 영역을 도출한다. 모니터링 장치(130)는 항해 위험 영역이 도출되면, 기 설정된 항해경로를 항해 위험 영역을 우회하는 항해경로로 변경하라는 항해경로 변경 명령을 내비게이션 장치(140)로 전달할 수 있다.Then, the monitoring device 130 monitors the obtained weather information, checks the weather conditions of each area including the set sailing route, and derives the navigation risk area. When the navigation risk area is derived, the monitoring device 130 may transmit a navigation route change command to change the preset navigation route to a navigation route bypassing the navigation risk zone to the navigation device 140 .

S230 단계에서, 내비게이션 장치(140)는 기상상황을 고려하여 복수의 후보 항해경로를 생성한다.In step S230 , the navigation device 140 generates a plurality of candidate navigation routes in consideration of weather conditions.

즉, 내비게이션 장치(140)는 기 설정된 항해경로를 기반으로 항해 위험 영역을 미리 설정된 안전거리 이상으로 회피하는 복수의 후보 항해경로를 생성할 수 있다.That is, the navigation device 140 may generate a plurality of candidate navigation routes for avoiding the navigation risk area by a preset safe distance or more based on the preset navigation route.

S240 단계에서, 내비게이션 장치(140)는 연료 소모량을 고려하여, 생성된 복수의 후보 항해경로 중에서 하나를 선택하여 변경 항해경로를 결정한다.In step S240 , the navigation device 140 determines a changed navigation route by selecting one of a plurality of generated candidate navigation routes in consideration of fuel consumption.

즉, 내비게이션 장치(140)는 생성된 복수의 후보 항해경로 중에서 연료 소모량을 최소화하는 후보 항해경로를 선택하여 변경 항해경로를 결정할 수 있다.That is, the navigation device 140 may determine a changed navigation route by selecting a candidate navigation route that minimizes fuel consumption from among the plurality of generated candidate navigation routes.

그리고, 내비게이션 장치(140)는 최종적으로 결정된 변경 항해경로를 자율운항 장치(150)로 전달하여 자율운항선박(100)이 결정된 변경 항해경로를 따라 항해하도록 제어할 수 있다.In addition, the navigation device 140 may transmit the finally determined changed navigation route to the autonomous navigation device 150 to control the autonomous navigation vessel 100 to navigate along the determined changed navigation route.

한편, 전술된 실시예의 구성 요소는 프로세스적인 관점에서 용이하게 파악될 수 있다. 즉, 각각의 구성 요소는 각각의 프로세스로 파악될 수 있다. 또한 전술된 실시예의 프로세스는 장치의 구성 요소 관점에서 용이하게 파악될 수 있다.On the other hand, the components of the above-described embodiment can be easily grasped from a process point of view. That is, each component may be identified as a respective process. In addition, the process of the above-described embodiment can be easily understood from the point of view of the components of the apparatus.

또한 앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.In addition, the technical contents described above may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiments, or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic such as floppy disks. - includes magneto-optical media, and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. A hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.The above-described embodiments of the present invention have been disclosed for the purpose of illustration, and various modifications, changes, and additions will be possible within the spirit and scope of the present invention by those skilled in the art having ordinary knowledge of the present invention, and such modifications, changes and additions should be regarded as belonging to the following claims.

100: 자율운항선박
110: 통신 장치
120: 센서 장치
130: 모니터링 장치
140: 내비게이션 장치
150: 자율운항 장치
200: 기상정보 제공 서버
100: autonomously operated vessel
110: communication device
120: sensor device
130: monitoring device
140: navigation device
150: autonomous navigation device
200: weather information providing server

Claims (4)

항해 중인 자율운항선박을 위한 기상 및 연료를 고려한 실시간 항로 변경 시스템에 있어서,
상기 자율운항선박에서 인접한 국가의 기상정보 제공 서버에 접속하여, 상기 자율운항선박이 위치하는 영역으로부터, 기 설정된 항해경로를 따라 항해 예정인 경로가 위치하는 영역의 기상정보를 수신하는 통신 장치;
상기 기상정보를 모니터링하여, 상기 기 설정된 항해경로가 포함되는 각 지역의 기상상황을 확인하고, 항해 위험 영역을 도출하는 모니터링 장치;
상기 기 설정된 항해경로를 기반으로 상기 항해 위험 영역을 미리 설정된 안전거리 이상으로 회피하는 복수의 후보 항해경로를 생성하고, 상기 생성된 복수의 후보 항해경로 중에서 상기 자율운항선박의 연료 소모량을 최소화하는 후보 항해경로를 선택하여 변경 항해경로를 결정하는 내비게이션 장치; 및
상기 변경 항해경로에 따라 상기 자율운항선박이 항해하도록 제어하는 자율운항 장치를 포함하는 기상 및 연료를 고려한 실시간 항로 변경 시스템.
In a real-time route change system in consideration of weather and fuel for an autonomous ship in voyage,
a communication device for accessing a weather information providing server of a neighboring country in the autonomous vessel to receive weather information from an area in which the autonomous vessel is located on an area in which a route to be sailed along a preset voyage route is located;
a monitoring device for monitoring the weather information, confirming a weather condition of each region including the preset navigation route, and deriving a navigation risk area;
A candidate for generating a plurality of candidate navigation routes for avoiding the navigation risk area by more than a preset safety distance based on the preset navigation route, and minimizing the fuel consumption of the autonomous ship from among the generated plurality of candidate navigation routes a navigation device for selecting a navigation route to determine a changed navigation route; and
A real-time route change system in consideration of weather and fuel including an autonomous navigation device that controls the autonomous navigation vessel to navigate according to the changed navigation route.
제1항에 있어서,
상기 모니터링 장치는, 상기 기상정보를 확인하여, 상기 기 설정된 항해경로가 포함되는 지역 중에서 풍속, 파고 및 강우량 중 적어도 하나가 미리 설정된 기준치를 초과하는 지역 및 태풍 발생 지역을 항해 위험 영역으로 도출하는 것을 특징으로 하는 기상 및 연료를 고려한 실시간 항로 변경 시스템.
According to claim 1,
The monitoring device checks the weather information, and among the regions including the preset navigation route, at least one of wind speed, wave height, and rainfall exceeds a preset reference value and a typhoon occurrence region is derived as a navigation risk zone. A real-time route change system that takes into account the weather and fuel features.
제1항에 있어서,
상기 모니터링 장치는 파고 센서 및 바람 센서를 통해 실시간 수집되는 현재 위치에서의 파고 및 풍속이 미리 설정된 기준치를 초과하는 경우, 현재 상기 자율운항선박이 위치하는 지역을 상기 항해 위험 영역으로 도출하는 것을 특징으로 하는 기상 및 연료를 고려한 실시간 항로 변경 시스템.
According to claim 1,
When the wave height and wind speed at the current location collected in real time through the wave height sensor and the wind sensor exceed preset reference values, the monitoring device derives the area where the autonomous vessel is currently located as the navigation risk area. Real-time route change system considering the weather and fuel.
제1항에 있어서,
상기 내비게이션 장치는, 상기 모니터링 장치로부터 상기 기상정보를 제공받고, 상기 제공된 기상정보 중 상기 복수의 후보 항해경로가 포함되는 각 지역의 풍향, 풍속, 파고, 파향, 조류 방향 및 조류 속도를 이용하여, 각 지역별로 상기 자율운항선박이 바람, 파도 및 조류로부터 받는 저항 정도를 도출하고, 상기 도출된 저항 정도가 최소인 지역을 가장 많이 포함하는 후보 항해경로를 상기 변경 항해경로로 결정하는 것을 특징으로 하는 기상 및 연료를 고려한 실시간 항로 변경 시스템.
According to claim 1,
The navigation device receives the weather information from the monitoring device, and uses a wind direction, wind speed, wave height, wave direction, current direction and current speed of each region including the plurality of candidate navigation routes among the provided weather information, Deriving the degree of resistance that the autonomous vessel receives from wind, waves and currents for each region, and determining a candidate navigation route including the most areas with the minimum degree of resistance as the changed navigation route Real-time route change system considering weather and fuel.
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