KR20230074865A - Unmanned ship equipped with low-draft 2-axis sensor mount for surveying and marine survey in shallow waters and approaching dangerous areas - Google Patents

Unmanned ship equipped with low-draft 2-axis sensor mount for surveying and marine survey in shallow waters and approaching dangerous areas Download PDF

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Abstract

In artificial facilities such as a coastline port, a berthing facility, a seawall and the like, the height of a seabed always varies due to actions such as erosion, sedimentation and the like in which sand and the like are deposited or swept away due to a typhoon, a storm, waves and the like. However, since a facility provided in a coastline often interrupts the flow of water, or changes the direction of the water, a water current around a terrain to be surveyed can be fast, a large wave can occur, and surveying with surveying equipment can be difficult due to a narrow terrain, in many cases. To solve the above problem, the present invention includes an unmanned vessel, wherein the unmanned vessel has a groove formed in a center part in forward and backward directions of a lower part of the vessel such that a water current can flow therein, having a vessel driving part composed of a power motor and a propeller at lower ends of left and right sides of the tail of the vessel, and having a net type screen provided in a water inflow part of the vessel driving part to prevent seaweeds and the like from being stuck on the power motor; a biaxial sensor fixing mount fixing a vertically-movable and horizontally-rotatable multibeam sonar to the lower end of the front of the unmanned vessel; and the multibeam sonar, thereby sounding the depth of water along a coastline under manipulation by a user. In accordance with the present invention, the unmanned vessel can have an effect of maintaining a predetermined distance from a coastline structure, and surveying submarine topography.

Description

천해 및 접근 위험지역 측량 및 해양조사를 위한 저흘수 2축 센서마운트 장착 무인선박{.}Unmanned vessel equipped with low-draft 2-axis sensor mounts for surveying and marine surveys in shallow waters and approach hazard areas{.}

본 출원 발명은 해안선, 항구, 연안, 천소 등의 육지와 해안이 만나는 지역의 지형과 수심의 깊이를 정확하게 측량하기 위한 장비에 관한 것이다. 더욱 자세하게는 무인선박을 이용한 측량 방법을 제공하고자 하는 것이다.The invention of the present application relates to equipment for accurately measuring the depth of the topography and water depth of an area where the land and the coast meet, such as a coastline, a port, a coast, and a shallow place. More specifically, it is intended to provide a surveying method using an unmanned ship.

본 발명의 출원 이전의 선행기술은 무인선박을 이용한 해안선 측량 시스템에 관한 것으로, 레이저측량기(LiDAR)를 탑재한 무인선박을 이용하여 해당 연안지역의 해안선 최근점 지점까지 접근하여 지형을 정밀하게 측량한 데이터와 해당 연안지역 해역의 수심 값과 평균 해수면 값을 좌표변환기(GIS)로 변한하는 기술을 포함한 무인선박에 관한 기술을 개시하고 있다.The prior art prior to the filing of the present invention relates to a coastline surveying system using an unmanned ship, which uses an unmanned ship equipped with a laser surveyor (LiDAR) to accurately survey the terrain by approaching the nearest point of the coastline in the coastal area Disclosed is a technology related to an unmanned ship, including a technology for converting data, depth values and average sea level values of a corresponding coastal area with a coordinate converter (GIS).

또 다른 선행기술로 무인선박의 스테레오카메라를 이용한 해안선 측량시스템에 관한 기술이 개시되어 있다. 무인선박의 스테레오카메라를 이용하여 해안선 조사에 대한 정밀도를 향상시키는 기술이 개시되어 있다.As another prior art, a technique related to a coastline surveying system using a stereo camera of an unmanned ship has been disclosed. A technology for improving the precision of a coastline survey using a stereo camera of an unmanned ship is disclosed.

등록특허공보 제10-1941082호Registered Patent Publication No. 10-1941082 등록특허공보 제10-1973529호Registered Patent Publication No. 10-1973529

해안선 항구, 접안시설, 방파재 등의 인공시설 등은 태풍, 폭풍 및 파도 등에 의하여 모래 등이 쌓이기도 하고, 쓸려 나가기도하는 침식과 퇴적 등의 작용으로 해저면의 높이가 항시 변하게 된다. 따라서, 주기적으로 상기 시설들 주면의 해수면의 높이를 항시 측정하고 이를 관찰할 필요가 있다.Coastal ports, docking facilities, and man-made facilities such as breakwaters constantly change the height of the seabed due to erosion and deposition, in which sand is piled up and washed away by typhoons, storms, and waves. Therefore, it is necessary to periodically measure and observe the height of the sea level of the main surface of the facilities at all times.

그러나, 해안선의 구비된 시설물이 물의 흐름을 방해하거나, 물의 흐름을 바꾸는 경우가 많이있어, 측정할 지연 주변의 물살이 빠른 곳도 있고, 파도가 많이 치는 곳도 있고, 지형이 협소하여 측정 장비로 측정이 어려운 경우가 많이 있다.However, there are many cases where facilities provided on the coastline obstruct or change the flow of water, so there are places where the current around the delay to be measured is fast, there are places where there are many waves, and the topography is narrow, so it is difficult to use the measuring equipment. It is often difficult to measure.

그래서, 트럭 등에 장비를 싣고, 연장 암(arm)을 설치하여 측정하는 경우도 있으나, 해안에서 측정할 수 있는 범위가 한정되고, 트럭이 들어갈 수 없는 장소도 많이 있어 실질적으로 사용하지 못하는 경우가 많이 있어 문제가 되고 있다.So, there are cases where equipment is loaded on a truck and an extension arm is installed to measure it, but the range that can be measured on the coast is limited, and there are many places where trucks cannot enter, so there are many cases where it is not practically used. there is a problem

상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 자신의 위치를 정확히 측량하고, 파도에 의한 외란의 영향을 줄인 상태에서 해안에 근접한 해저지형을 측정할 수 있는 기술이 필요하다.In order to solve the above problems, a technology capable of accurately measuring one's own position and measuring the topography of the seafloor close to the coast in a state in which the influence of disturbance caused by waves is reduced is required.

상기와 같은 문제를 해결하고자 다음의 과제 해결 수단을 제공한다.In order to solve the above problem, the following problem solving means are provided.

무인선박; 및unmanned vessel; and

상기 무인선박은 선박의 하부 전후방향으로 중심부에 홈이 형성되어 물살이 흐르도록 구성되었으며, 선박의 후미 좌우측 하단에 구동모터와 프로펠러로 구성된 선박구동부를 구비하고 있으며, 상기 선박구동부에 물이 유입되는 부분에 망형태의 스크린을 구비하여 해초 등이 상기 구동모터에 감기지 않도록 구성되었으며,The unmanned ship has a groove formed in the center in the front and rear direction of the bottom of the ship so that water flows, and a ship drive unit composed of a drive motor and a propeller is provided at the lower left and right sides of the aft end of the ship, and water flows into the ship drive unit A net-shaped screen is provided on the part so that seaweed is not wound on the drive motor,

상기 무인선박의 중앙 하단에 상하이동 및 수평으로 회전 가능한 멀티빔 소나를 고정하는 2축 센서고정마운트; 및 상기 멀티빔 소나를 구비하여, 사용자의 조종에 의하여 해안선을 따라 수심을 측정하는 것을 특징으로 하는 무인선박을 제공한다.A two-axis sensor fixing mount for fixing a multi-beam sonar capable of vertical movement and horizontal rotation at the lower center of the unmanned vessel; and the multi-beam sonar to provide an unmanned vessel for measuring water depth along the coastline by user's manipulation.

상기 무인선박에는 상기 센서고정마운트의 수직 위쪽으로 중앙GPS센서를 고정하여 상기 중앙GPS 센서에서 수신한 위치가 상기 멀티빔 소나 센서의 측정위치와 일치하도록 하는 것을 특징으로 하는 무인선박을 제공한다.In the unmanned ship, the central GPS sensor is fixed vertically upward of the sensor fixing mount so that the position received by the central GPS sensor coincides with the measurement position of the multi-beam sonar sensor.

상기 무인선박의 상기 중앙 GPS센서와 일직선상의 선미에 선미GPS 센서를 더 구비하여 상기 중앙 GPS센서와 상기 선미GPS 센서의 측정위치를 계산함으로써 상기 무인선박의 주행방향, 회전, 롤링 및 피칭 등을 계산하는 것을 특징으로 하는 무인선박을 제공한다.A stern GPS sensor is further provided at the stern on a straight line with the central GPS sensor of the unmanned vessel to calculate the measurement positions of the central GPS sensor and the stern GPS sensor, thereby calculating the driving direction, rotation, rolling, and pitching of the unmanned vessel. It provides an unmanned vessel characterized by doing.

상기 무인선박의 상기 중앙 GPS센서와 일직선상의 선미에 선미GPS 센서를 더 구비하여 상기 멀티빔 소나 센서에서 측정한 수심을 보정하는 것을 특징으로 하는 무인선박을 제공한다.Provided is an unmanned vessel characterized in that the water depth measured by the multi-beam sonar sensor is corrected by further including a stern GPS sensor at the stern in line with the central GPS sensor of the unmanned vessel.

또한, 상기 무인선박이 운행하는 측정 반경 내의 지상에 위치를 정확히 알고있는 지점에 지상 GPS 센서를 더 구비하여, 상기 무인선박의 중앙 GPS센서 및 선미 GPS 센서의 위치를 실시간 또는 측정 후에 보정하는 것을 특징으로 하는 무인선박을 제공한다.In addition, a ground GPS sensor is further provided at a point on the ground within the measurement radius where the unmanned vessel operates, and the positions of the central GPS sensor and the stern GPS sensor of the unmanned vessel are corrected in real time or after measurement. It provides an unmanned ship that

상기 무인선박이 항구, 접안시설, 방파제 등을 따라 이동하는 경우 상기 시설들과 일정한 거리를 유지하며 상기 무인선박이 이동할 수 있도록, 상기 무인선박의 좌우 측면에, 측면 거리센서를 더 구비한 것을 특징으로 하는 무인선박을 제공한다.When the unmanned vessel moves along a port, docking facility, breakwater, etc., side distance sensors are further provided on the left and right sides of the unmanned vessel so that the unmanned vessel can move while maintaining a constant distance from the facilities. It provides an unmanned ship that

또한, 상기 무인선박이 항구, 접안시설, 방파제 등을 따라 이동하는 경우 상기 시설들과 일정한 거리를 유지하며 상기 무인선박이 이동할 수 있도록, 상기 무인선박의 상단 선수에 360도 라이다 거리센서를 더 구비하여, 항구, 접안시설, 방파제를 인식하여 거리를 두고 수심을 측량할 수 있는 것을 특징으로 하는 무인선박을 제공한다.In addition, when the unmanned vessel moves along a port, docking facility, breakwater, etc., a 360-degree lidar distance sensor is further installed on the upper bow of the unmanned vessel so that the unmanned vessel can move while maintaining a certain distance from the facilities. It provides an unmanned ship, characterized in that it can measure the water depth at a distance by recognizing the port, docking facility, and breakwater.

또한, 상기 무인선박이 항구, 접안시설, 방파제 등을 따라 이동하는 경우 상기 시설들과 일정한 거리를 유지하며 상기 무인선박이 이동할 수 있도록, 상기 무인선박의 상단 선수에 360도 라이다 거리센서를 더 구비하여, 항구, 접안시설, 방파제를 인식하여 거리를 두고 수심을 측량하며, 좁은 수로를 통과하는 경우 좌우측의 장애물과의 거리를 일정하게 유지하며 중앙으로 통과할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 무인선박을 제공한다.In addition, when the unmanned vessel moves along a port, docking facility, breakwater, etc., a 360-degree lidar distance sensor is further installed on the upper bow of the unmanned vessel so that the unmanned vessel can move while maintaining a certain distance from the facilities. An unmanned ship characterized by being equipped to recognize ports, docking facilities, and breakwaters to measure the depth of water at a distance, and to pass through the center while maintaining a constant distance from obstacles on the left and right when passing through a narrow waterway provides

또한, 상기 무인선박의 직진안정성과 파도에 의한 뒤집힘에서 벗어나기 위하여, 가속도 센서와 상기 무인선박의 일측면 또는 양측면에 에어가 발사되는 에어노즐을 더 구비하여 상기 가속도 센서에서 선박이 뒤집어짐을 감지하는 경우 상기 에어노즐을 동작하여 상기 무인선박이 다시 항해할 수 있는 것을 특징으로 하는 무인선박을 제공한다.In addition, in order to escape from straight stability of the unmanned vessel and overturning by waves, an acceleration sensor and an air nozzle through which air is ejected are further provided on one side or both sides of the unmanned vessel so that the acceleration sensor detects the overturning of the vessel. It provides an unmanned vessel, characterized in that the unmanned vessel can navigate again by operating the air nozzle.

상기와 같은 발명의 구성에 의하여 해안선에 있는 구조물과 일정거리를 유지하며, 해저지형을 측정할 수 있는 수단을 제공하는 효과가 있다. 기존의 측정방법에 해안가에 구비된 접안시설, 방파재, 항구 등과의 거리를 측정하며, 이를 따라 주행하면서 전방과 후방에 구비된 2개의 GPS로 무인측량선박의 움직임을 지상에 구비된 GPS 수신기와 함께 DGPS를 구현하여, 상기 무인측량선박의 움직임을 cm 단위로 측정하는 효과가 있다.According to the configuration of the invention as described above, there is an effect of providing a means for measuring the topography of the seabed while maintaining a certain distance from the structure on the shoreline. In the existing measurement method, the distance to the berthing facility, breakwater, port, etc. provided on the shore is measured, and while driving along it, the movement of the unmanned surveying vessel is monitored with two GPSs provided at the front and rear along the GPS receiver and By implementing DGPS together, there is an effect of measuring the movement of the unmanned surveying vessel in cm.

도 1은 본 발명의 무인선박이 사용될 방파제 주면의 해저 지형의 개념도롤 도시하고 있다.
도 2는 실제 해저의 방파제 주변의 수심을 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 무인선박의 사시도 이다.
도 4는 본 발명의 무인선박의 배면도 이다.
도 5는 본 발명의 무인선박이 방파제를 거리측정센서로 감지하여 이동하는 개념을 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 중앙과 선미에 구비된 2개의 GPS를 이용하여 무인선박의 진행방향을 계산하는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 더욱 정밀한 위치 측정을 위하여 지상에 고정된 지상 GPS를 이용하여 무인선박이 해저지형 및 수심을 측정하는 예시도 이다.
도 8은 본 발명의 무인선박에 구비된 멀티빔 소나 센서의 측정 각도를 방파제 쪽으로 전환하여 방파제 주면의 지형을 밀착하여 측정하는 도면이다.1 shows a conceptual diagram of the topography of the seabed on the main surface of the breakwater where the unmanned vessel of the present invention is to be used.
Figure 2 shows the water depth around the breakwater on the actual seabed.
3 is a perspective view of an unmanned vessel of the present invention.
4 is a rear view of the unmanned vessel of the present invention.
5 illustrates a concept in which an unmanned vessel of the present invention moves by sensing a breakwater with a distance measuring sensor.
6 is a conceptual diagram for calculating the direction of movement of an unmanned vessel using two GPSs provided at the center and the stern of the present invention.
FIG. 7 is an exemplary diagram in which an unmanned vessel measures the topography and water depth of a seabed using a terrestrial GPS fixed to the ground for more precise location measurement according to the present invention.
8 is a view of closely measuring the topography of the main surface of a breakwater by switching the measurement angle of the multi-beam sonar sensor provided in the unmanned vessel of the present invention to the breakwater side.

항구, 접안시설, 방파제 주면의 해저 지형은 여러 가지 이유로 많이 변화하게 된다. 밀려오는 모래, 자갈, 및 쓰레기와 태풍, 파도 등의 영향으로 해저 수심과 지형이 자주 바뀌게 된다. 이렇게 지형이 바뀌게되면, 작은 선박은 문제가 없을 수 있으나, 크기가 큰 선박의 경우 해저에 지형의 변화로 바닥에 걸릴 수도 있고, 불필요한 이물질이 프로팰러 등에 걸리는 문제가 생길 수도 있다.The topography of the seafloor around ports, docking facilities, and breakwaters changes greatly for various reasons. Under the influence of surging sand, gravel, and debris, as well as typhoons and waves, the depth and topography of the seabed often change. When the topography changes in this way, small ships may not have a problem, but large ships may get caught on the bottom due to changes in the topography, or unnecessary foreign substances may be caught on the propeller or the like.

이러한 문제를 해결하는 가장 쉬운 방법이 주기적으로 항구, 접한시설 및 방파제 주변의 수심을 측정하고, 촬영하여 이를 검토하여 시설을 사용하는 사용자에 정보를 제공하는 것이다.The easiest way to solve this problem is to periodically measure the water depth around the port, access facilities and breakwater, take pictures, review them, and provide information to users using the facilities.

이를 위하여 암이 부착된 트럭 등을 해안에 설치하고 멀티빔 소나, 또는 영상 카메라 등으로 방파제 및 항구 주면의 수심을 측정했다. 그러나, 암의 길이에 한계가 있어 멀리까지는 측정하지 못하고, 측정 반경도 매우 제약되어 측정에 시간이 많이 걸리는 단점이 있다.To this end, a truck with an arm was installed on the shore, and the water depth around the breakwater and port was measured using a multi-beam sonar or a video camera. However, since the length of the arm is limited, it cannot measure far, and the measurement radius is also very limited, so it takes a lot of time to measure.

본 출원 발명은 이러한 문제를 무인선박에 수심측정 장치를 설치하여 정기적으로 순항하며 수심 데이터를 측정할 수 있도록 하고자 한다.The invention of the present application aims to solve this problem by installing a depth measurement device in an unmanned ship to regularly cruise and measure depth data.

본 발명의 무인선박에 사용할 수 있는 소나의 종류는 멀티빔 소나, 사이드 스캔소나, 이미징 소나 등의 사용이 가능하며, 여러 종류의 측정 장치에 상하 및 좌우로 회전가능한 소나 마운트를 구비하여 스캔하면서 측정하거나, 진행방향과 다른 방향의 수심 등을 측정할 수 있도록 하였다.The types of sonars that can be used in the unmanned vessel of the present invention include multi-beam sonars, side scan sonars, imaging sonars, and the like, and various types of measuring devices equipped with sonar mounts that can rotate up and down and left and right to measure while scanning. Or, it was possible to measure the depth of water in a direction different from the direction of travel.

해안선은 물이 부딪히는 곳으로 항상 물의 출렁임이 있다. 이렇게 물이 출렁이는 위에서 수심을 측정하는 것은 쉽지 않다. 따라서 본 발명의 무인선박은 부력을 유지할 수 있는 형태로 제작되며, 제자리에서 선회하게나, 방향전환이 가능하도록 프로펠러가 구비된 2개의 구동모터를 무인선박의 후미에 구비하고 있다.The shoreline is a place where water collides, and there is always water movement. It is not easy to measure the depth of the water on such a turbulent surface. Therefore, the unmanned vessel of the present invention is manufactured in a form capable of maintaining buoyancy, and has two drive motors equipped with propellers at the rear of the unmanned vessel to turn in place or change direction.

한편, 상기 구동모터에 이물질이 달라붙어 엉기지 않도록 상기 구동모터에 유입되는 물에 포함된 이물질을 걸러낼 수 있도록 그물형태의 스크린을 더 구비하고 있다.Meanwhile, a screen in the form of a net is further provided to filter out foreign substances included in water flowing into the driving motor so that the foreign substances do not stick to the driving motor and become entangled.

도 1은 본 출원 발명의 무인선박을 도시하고 있다.1 shows an unmanned vessel of the invention of the present application.

무인선박은 선박의 하부 전후방향으로 중심부에 홈이 형성되어 선박의 중앙하부로 물살이 흐르도록 구성되어있어, 직진성이 좋도록 설계하였으며, 선박의 후미 좌우측 하단에 구동모터와 프로펠러로 구성된 선박 구동부를 구비하고 있다.The unmanned ship has a groove formed in the center of the bottom of the ship in the forward and backward directions so that water flows down the center of the ship, so it is designed to have good straightness. are equipped

상기 선박구동부에 물이 유입되는 부분에 망형태의 스크린을 구비하여 해초 등이 상기 구동모터에 감기지 않도록 구성하였고, 상기 무인선박의 앞쪽 하단에 각종 소나를 고정할 수 있는 센서고정마운트를 구비하고 있다. 상기 센서고정마운트는 2 자유도를 가진 암형태로 구비되며, 소나센서를 수평으로 회전하는 동작과, 상하로 움직이는 동작을 할 수 있도록 구성된다.A screen in the form of a mesh is provided at the part where water flows into the ship drive unit so that seaweed is not wound on the drive motor, and a sensor fixing mount capable of fixing various sonars is provided at the front lower end of the unmanned ship, there is. The sensor fixing mount is provided in the form of an arm having two degrees of freedom, and is configured to allow the sonar sensor to rotate horizontally and move vertically.

또한, 1개 이상의 GPS를 구비하여 무인선박의 이동을 측정함으로써 이동경로 및 실제 측정한 수심의 깊이와 위치를 결함하여 해저지형도를 만들게된다.In addition, by measuring the movement of the unmanned vessel with one or more GPS units, a seabed topographical map is created by combining the movement path and the depth and location of the actually measured water depth.

2개의 GPS 센서를 선미GPS 센서, 중앙 GPS 센서로 구비하여, 두 개의 GPS 센서의 위치 값으로부터 배의 진행방향. 회전방향, 선수의 기울기 등을 측정할 수 있다.Two GPS sensors are provided as a stern GPS sensor and a central GPS sensor, and the direction of the ship is measured from the position values of the two GPS sensors. It can measure the direction of rotation and the inclination of the player.

별개로 무인선박의 선수 상단에 라이다센서(장애물 감지센서)를 더 구비하여 무인선박의 진행방향에 장애물이 있는지 확인하여 운행한다.Separately, a lidar sensor (obstacle detection sensor) is further provided at the top of the bow of the unmanned ship to check whether there is an obstacle in the direction of the unmanned ship and run.

도 2는 무인선박의 배면도로 선박의 하부로 물이 지나가는 홈과 구동모터 및 이물질 제거 스크린 등을 확인할 수 있다.2 is a rear view of the unmanned vessel, and it is possible to check a groove through which water passes to the bottom of the vessel, a driving motor, and a screen for removing foreign substances.

출원 발명의 무인선박은 전방, 측방 및 이동 및 정지 시에도 측량이 가능하게 하여 천소, 연안 등 수심이 낮은 지역과 항만 안벽, 호수, 하천변 등 선박이 접근하기 어려운 지역의 해저 상태를 측정할 수 있도록 설계되었다.The unmanned vessel of the invention of the application enables surveying in front, sideways, and even when moving and stopping, so that it can measure the seabed conditions in areas with low water depth such as shallow waters and coasts and areas difficult to access by ships such as harbor quays, lakes, and riversides. designed

추가적으로 선체의 롤링 및 피칭으로 인한 수심측량의 오차를 보정하기 위하여 IMU 및 가속도 센서를 무인선박에 구비하고 있다. 센서고정마운트에는 2축 엑추에이터를 장착하여 선박의 진행 방향과 관계 없이 다양한 각도와 수심에서 해저지형의 측량이 가능하도록 설계하였다.In addition, an IMU and an acceleration sensor are installed in the unmanned vessel to compensate for errors in bathymetry due to rolling and pitching of the hull. The fixed sensor mount is equipped with a 2-axis actuator so that it is possible to survey the topography of the seabed at various angles and depths regardless of the direction of the ship.

또한 최대한 얕은 수심에서 작업하기 위해 부착물 기능이 있는 스크린을 프로펠러가 구비된 구동모터 주변에 배치하여 워터제트와 유사한 방식으로 무인선박이 구동될 수 있도록 하고 있다.In addition, in order to work in the shallowest water depth, a screen with an attachment function is placed around a drive motor equipped with a propeller so that the unmanned ship can be driven in a manner similar to that of a water jet.

도 3에 도시한 것과 같이 무인선박의 측면에 1쌍 이상의 거리 측정 센서를 구비하여 지상에 돌출된 시설과 일정 간격을 두고 해저의 지형을 측정할 수 있도록 하였다. GPS 등의 위치 센서를 활용하여 인공 지형물과 일정 거리를 두고 항해할 수 있도록 할 수 있으나, 물살과 파도에 의한 영향으로 순간순간 무인선박이 방향을 잃을 수 있기 때문에 순간순간 인공 지형물과의 거리를 측정하여 진행방향을 유지할 수 있도록 무인선박의 측면에 거리측정 센서를 더 구비하고 있다.As shown in FIG. 3, one or more pairs of distance measurement sensors are provided on the side of the unmanned vessel to measure the topography of the seabed at a predetermined distance from facilities protruding from the ground. Position sensors such as GPS can be used to navigate at a certain distance from the artificial terrain, but the unmanned vessel can lose its direction momentarily due to the influence of currents and waves. A distance measurement sensor is further provided on the side of the unmanned ship to measure and maintain the traveling direction.

도 4는 본 출원 발명의 배면도 이다. 운항을 위한 구동모터와 프로펠러의 구성 및 이물질 유입 방지를 위한 스크린이 구비되어 있다.4 is a rear view of the present application invention. It is equipped with a drive motor and propeller for navigation and a screen to prevent the inflow of foreign substances.

도 5는 본 출원 발명의 측면 거리센서를 이용하여 방파제 등의 인공 구조물과 일정 거리를 두고 운항할 수 있는 구성을 도시하고 있다.5 illustrates a configuration capable of navigating at a certain distance from an artificial structure such as a breakwater by using the lateral distance sensor of the present application.

도 6은 선미와 중앙의 GPS 센서를 이용하여 선박의 진행방향을 설정하는 예시도 이다. 선미의 GPS 센서의 위치에서 중앙에 구비된 GPS 센서 방향으로 무인선박이 이동하는 것으로 이동방향을 계산하게된다.6 is an exemplary view of setting the ship's traveling direction using GPS sensors at the stern and the center. The movement direction is calculated by moving the unmanned ship from the location of the GPS sensor at the stern to the direction of the GPS sensor provided in the center.

가속도 및 IMU(관성항법센서) 센서를 이용하여 무인선박에 순간순간 작용하는 외력을 측정하여 상기 무인선박의 자세를 측정하여 상기 소나 센서에서 측정한 수심 등의 정보를 보정하여 정확한 해저 지형을 계산한다.Acceleration and IMU (inertial navigation sensor) sensors are used to measure the external force acting momentarily on the unmanned vessel to measure the attitude of the unmanned vessel, and correct information such as water depth measured by the sonar sensor to calculate accurate seafloor topography. .

도 7은 본 발명의 더욱 정밀한 위치 측정을 위하여 지상에 고정된 지상 GPS를 이용하여 무인선박이 해저지형 및 수심을 측정하는 예시도 이다. GPS의 특성상 오차가 존재하고 있다. 이러한 오차의 영향은 항상 일정하지 않기 때문에 측정결과 전체의 신뢰성에 문제가 될 수 있다. 본 출원 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여 지상에 위치를 정확히 알고 있는 위치에 GPS를 추가로 설치하여 동일 시간대에 GPS 센서로 측정한 위치정보의 오차를 상기 지상에 설치된 GPS에서 측정하여 이를 무인선박에 실시간으로 전송 또는 후 보정함으로써 GPS로 측정된 위치를 정확히 보정한다.FIG. 7 is an exemplary diagram in which an unmanned vessel measures the topography and water depth of a seabed using a terrestrial GPS fixed to the ground for more precise location measurement according to the present invention. Due to the nature of GPS, errors exist. Since the influence of these errors is not always constant, it may be a problem in the reliability of the entire measurement result. In order to solve this problem, the invention of the present application additionally installs a GPS at a location on the ground where the location is accurately known, measures the error of the location information measured by the GPS sensor in the same time zone by the GPS installed on the ground, and transmits it to an unmanned ship. Accurately corrects the location measured by GPS by transmitting or post-calibrating in real time.

도 8은 본 발명의 무인선박에 구비된 멀티빔 소나 센서의 측정 각도를 방파제 쪽으로 전환하여 방파제 주면의 지형을 밀착하여 측정하는 도면이다. 하나의 센서를 이용하여 해저의 지형을 여러 방향에서 측정할 수 있는 수단을 제공하는 것이다. 8 is a view of closely measuring the topography of the main surface of a breakwater by switching the measurement angle of the multi-beam sonar sensor provided in the unmanned vessel of the present invention to the breakwater side. It is to provide a means to measure the topography of the seafloor from multiple directions using a single sensor.

본 출원 발명의 무인선박의 구성은 다음의 구성을 하나 이상 포함한다.The configuration of the unmanned vessel of the present application includes one or more of the following configurations.

각종 소나센서 : 멀티빔, 사이드 스캔소나, 이미징 소나 및 이축 스캐닝소나Various sonar sensors: multi-beam, side scan sonar, imaging sonar and biaxial scanning sonar

소나 센서를 고정하며, 여러 방향으로 해저를 측정하기위한 2축 엑추에이터를 구비한 센서고정마운트A sensor fixing mount equipped with a 2-axis actuator to fix the sonar sensor and measure the seabed in various directions

무인선박의 항해방향이나, 가속도 및 파도 등에 의한 롤링 등을 측정하기위한 IMU(관성센서), 수평센서, 위치를 측정하기 위한 GNSS 중 하나인 GPS 센서가 구비된다.A GPS sensor, which is one of an IMU (inertial sensor) for measuring the sailing direction of the unmanned vessel, acceleration and rolling by waves, etc., a horizontal sensor, and a GNSS for measuring the position, is provided.

상기 구동모터를 구동하고, GPS, IMU, 수평, 거리측정, 장애물측정용 라이다 센서 등의 신호를 수신하며, 밀티빔 소나를 구동하여 수심을 측정하는 것을 제어하는 제어부 등을 구비하고 있다. It is provided with a control unit that drives the drive motor, receives signals from GPS, IMU, level, distance measurement, lidar sensor for measuring obstacles, etc., and controls the measurement of water depth by driving a multi-beam sonar.

상기 2축 액추에이터는 공압, 유압 및 전기 방식 등이 가능하며, 소나 센서를 마운트하는 마운팅 기능이 있어, 소나 센서의 좌우방향을 설정하여 측정이 가능하고 측정시 소나의 물속으로의 깊이 제어할 수 있다.The two-axis actuator can be of pneumatic, hydraulic, and electric type, and has a mounting function for mounting a sonar sensor, so that measurement can be performed by setting the left and right directions of the sonar sensor, and the depth of the sonar into the water can be controlled during measurement. .

이와는 별게로 상기 소나 센서와 마운트 사이에 수평유지장치를 더 구비할 수 있다. 상기 수평유지장치는 상기 무인선박이 외부의 파도에 의하여 흔들리는 경우에도 소나 센서가 수평을 항시 유지하여 수심을 정확히 측정할 수 있도록 한다.Separately, a leveling device may be further provided between the sonar sensor and the mount. The leveling device keeps the sonar sensor level at all times even when the unmanned vessel is shaken by external waves so that the water depth can be accurately measured.

이를 위하여 상기 수평유지장치는 선박을 기준으로 롤 과 피치 방향으로 움직이며 상기 소나 센서를 항상 수평으로 유지한다. 이를 위하여 고속의 서모 모터 한쌍을 수직하게 배열하고 별도의 수평유지제어기와 IMU 또는 2축 수평센서를 사용하여 항시 수평이 유지될 수 있도록 제어하며, 제어범위를 벗어난 경우 경보를 발생하고 측정된 데이터에도 이를 표시하여 추후에 보정하여 사용할 수 있도록 한다.To this end, the leveling device moves in roll and pitch directions relative to the ship and always keeps the sonar sensor horizontal. To this end, a pair of high-speed thermomotors are vertically arranged and a separate leveling controller and IMU or 2-axis leveling sensor are used to control the level so that it is always leveled. Mark it so that it can be corrected and used later.

본 발명에 사용하는 IMU(관성항법센서 또는 관성센서)는 자이로, 가속도, 지자계 등 각3축 총 9축 센서를 사용할 수 있다.The IMU (inertial navigation sensor or inertial sensor) used in the present invention can use a total of 9-axis sensors such as gyro, acceleration, and earth magnetometer, each of three axes.

수평유지 제어기는 수평센서의 값을 얻어, 엑추에이터를 기울어진 반대방향으로 작동하도록 제어하여 음향측심기가 수평을 유지하도록 한다. The leveling controller obtains the value of the level sensor and controls the actuator to operate in the opposite direction of inclination so that the echo sounder remains level.

운행제어기는 각종 운행정보를 측정하여 무인선박이 외부의 제어 또는 자동제어에 의하여 수심을 측정할 수 있도록 제어한다.The operation controller measures various operation information and controls the unmanned vessel to measure the water depth by external control or automatic control.

GNSS(위치측정 장치) : 음향측심기와 수직방으로 장착되며, 본 장치를 사용할 경우 선박의 자세에서 발생하는 GPS와 음향측심기 사이의 기하학적 오차를 줄일 수 있다. 한편 추가적인 GPS를 1개 이상 더 구비하여 선박의 자세를 계산할 수 있다.GNSS (Positioning System): It is installed in a vertical room with the echo sounder, and when using this device, the geometric error between the GPS and the echo sounder that occurs in the attitude of the ship can be reduced. Meanwhile, one or more additional GPSs may be further provided to calculate the attitude of the ship.

상기와 같은 작용효과를 나타내기 위한 발명의 구성은 다음과 같다.The configuration of the invention for exhibiting the above functional effects is as follows.

무인선박; 및unmanned vessel; and

상기 무인선박은 선박의 하부 전후방향으로 중심부에 홈이 형성되어 물살이 흐르도록 구성되었으며, 선박의 후미 좌우측 하단에 구동모터와 프로펠러로 구성된 선박구동부를 구비하고 있으며, 상기 선박구동부에 물이 유입되는 부분에 망형태의 스크린을 구비하여 해초 등이 상기 구동모터에 감기지 않도록 구성되었으며,The unmanned ship has a groove formed in the center in the front and rear direction of the bottom of the ship so that water flows, and a ship drive unit composed of a drive motor and a propeller is provided at the lower left and right sides of the aft end of the ship, and water flows into the ship drive unit A net-shaped screen is provided on the part so that seaweed is not wound on the drive motor,

상기 무인선박의 앞쪽 하단에 상하이동 및 수평으로 회전 가능한 멀티빔 소나를 고정하는 2축 센서고정마운트; 및 상기 멀티빔 소나를 구비하여, 사용자의 조종에 의하여 해안선을 따라 수심을 측정하는 것을 특징으로 하는 무인선박을 제공한다.A two-axis sensor fixing mount for fixing a multi-beam sonar capable of vertical movement and horizontal rotation to the front lower portion of the unmanned vessel; and the multi-beam sonar to provide an unmanned vessel for measuring water depth along the coastline by user's manipulation.

상기 무인선박에는 상기 센서고정마운트의 수직 위쪽으로 중앙GPS센서를 고정하여 상기 중앙GPS센서에서 수신한 위치가 상기 멀티빔 소나 센서의 측정위치와 일치하도록 하는 것을 특징으로 하는 무인선박을 제공한다.In the unmanned ship, the central GPS sensor is fixed vertically upward of the sensor fixing mount so that the position received by the central GPS sensor coincides with the measurement position of the multi-beam sonar sensor.

상기 무인선박의 상기 중앙 GPS센서와 일직선상의 선미에 선미GPS 센서를 더 구비하여 상기 중앙 GPS센서와 상기 선미GPS 센서의 측정위치를 계산함으로써 상기 무인선박의 주행방향, 회전, 롤링 및 피칭 등을 계산하는 것을 특징으로 하는 무인선박을 제공한다.A stern GPS sensor is further provided at the stern on a straight line with the central GPS sensor of the unmanned vessel to calculate the measurement positions of the central GPS sensor and the stern GPS sensor, thereby calculating the driving direction, rotation, rolling, and pitching of the unmanned vessel. It provides an unmanned vessel characterized by doing.

상기 무인선박의 상기 중앙 GPS센서와 일직선상의 선미에 선미GPS 센서를 더 구비하여 상기 멀티빔 소나 센서에서 측정한 수심을 보정하는 것을 특징으로 하는 무인선박을 제공한다.Provided is an unmanned vessel characterized in that the water depth measured by the multi-beam sonar sensor is corrected by further including a stern GPS sensor at the stern in line with the central GPS sensor of the unmanned vessel.

또한, 상기 무인선박이 운행하는 측정 반경 내의 지상에 위치를 정확히 알고있는 지점에 지상 GPS 센서를 더 구비하여, 상기 무인선박의 중앙 GPS센서 및 선미 GPS 센서의 위치를 실시간 또는 측정 후에 보정하는 것을 특징으로 하는 무인선박을 제공한다.In addition, a ground GPS sensor is further provided at a point on the ground within the measurement radius where the unmanned vessel operates, and the positions of the central GPS sensor and the stern GPS sensor of the unmanned vessel are corrected in real time or after measurement. It provides an unmanned ship that

상기 무인선박이 항구, 접안시설, 방파제 등을 따라 이동하는 경우 상기 시설들과 일정한 거리를 유지하며 상기 무인선박이 이동할 수 있도록, 상기 무인선박의 좌우 측면에, 측면 거리센서를 더 구비한 것을 특징으로 하는 무인선박을 제공한다.When the unmanned vessel moves along a port, docking facility, breakwater, etc., side distance sensors are further provided on the left and right sides of the unmanned vessel so that the unmanned vessel can move while maintaining a constant distance from the facilities. It provides an unmanned ship that

또한, 상기 무인선박이 항구, 접안시설, 방파제 등을 따라 이동하는 경우 상기 시설들과 일정한 거리를 유지하며 상기 무인선박이 이동할 수 있도록, 상기 무인선박의 상단 선수에 360도 라이다 거리센서를 더 구비하여, 항구, 접안시설, 방파제를 인식하여 거리를 두고 수심을 측량할 수 있는 것을 특징으로 하는 무인선박을 제공한다.In addition, when the unmanned vessel moves along a port, docking facility, breakwater, etc., a 360-degree lidar distance sensor is further installed on the upper bow of the unmanned vessel so that the unmanned vessel can move while maintaining a certain distance from the facilities. It provides an unmanned ship, characterized in that it can measure the water depth at a distance by recognizing the port, docking facility, and breakwater.

또한, 상기 무인선박이 항구, 접안시설, 방파제 등을 따라 이동하는 경우 상기 시설들과 일정한 거리를 유지하며 상기 무인선박이 이동할 수 있도록, 상기 무인선박의 상단 선수에 360도 라이다 거리센서를 더 구비하여, 항구, 접안시설, 방파제를 인식하여 거리를 두고 수심을 측량하며, 좁은 수로를 통과하는 경우 좌우측의 장애물과의 거리를 일정하게 유지하며 중앙으로 통과할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 무인선박을 제공한다.In addition, when the unmanned vessel moves along a port, docking facility, breakwater, etc., a 360-degree lidar distance sensor is further installed on the upper bow of the unmanned vessel so that the unmanned vessel can move while maintaining a certain distance from the facilities. An unmanned ship characterized by being equipped to recognize ports, docking facilities, and breakwaters to measure the depth of water at a distance, and to pass through the center while maintaining a constant distance from obstacles on the left and right when passing through a narrow waterway provides

또한, 상기 무인선박의 직진안정성과 파도에 의한 뒤집힘에서 벋어나기 위하여, 가속도 센서와 상기 무인선박의 일측면 또는 양측면에 에어가 발사되는 에어노즐을 더 구비하여 상기 가속도 센서에서 선박이 뒤집어짐을 감지하는 경우 상기 에어노즐을 동작하여 상기 무인선박이 다시 항해할 수 있는 것을 특징으로 하는 무인선박을 제공한다.In addition, in order to escape from the straight stability of the unmanned vessel and the overturning caused by the waves, an acceleration sensor and an air nozzle through which air is ejected are further provided on one side or both sides of the unmanned vessel to detect that the vessel is overturned by the acceleration sensor In this case, the air nozzle is operated to provide an unmanned vessel, characterized in that the unmanned vessel can navigate again.

상기 가속도센서의 Z 축값이 -9.8m/s 를 나타내면 상기 무인선박이 뒤집혀진 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 무인선박을 제공한다.When the Z-axis value of the acceleration sensor indicates -9.8 m/s, it is determined that the unmanned vessel is overturned.

100 : 무인선박
110 : 선체
120 : 2축 센서 고정 마운트
130 : 구동모터
140 : 스크린
150 : 선체홈
200 : 중앙 GPS 센서
210 : 선미 GPS 센서
250 : 지상 GPS 센서
300 : 라이다 장애물 감지센서
310 : 측면 거리센서
400 : 소나 센서(선수 멀티빔 소나 센서)100: unmanned ship
110: hull
120: 2-axis sensor fixed mount
130: drive motor
140: screen
150: hull groove
200: central GPS sensor
210: stern GPS sensor
250: ground GPS sensor
300: lidar obstacle detection sensor
310: side distance sensor
400: sonar sensor (head multi-beam sonar sensor)

Claims (4)

무인선박; 및
상기 무인선박은 선박의 하부 전후방향으로 중심부에 홈이 형성되어 물살이 흐르도록 구성되었으며, 선박의 후미 좌우측 하단에 동력모터와 프로펠러로 구성된 선박구동부를 구비하고 있으며, 상기 선박구동부에 물이 유입되는 부분에 망형태의 스크린을 구비하여 해초 등이 상기 동력모터에 감기지 않도록 구성되었으며,
상기 무인선박의 앞쪽 하단에 상하이동 및 수평으로 회전 가능한 멀티빔 소나를 고정하는 2축 센서고정마운트; 및 상기 멀티빔 소나를 구비하여, 사용자의 조종에 의하여 해안선을 따라 수심을 측정하는 것을 특징으로 하는 무인선박.unmanned vessel; and
The unmanned ship has a groove formed in the center in the front and rear direction of the bottom of the ship so that water flows, and has a ship drive unit composed of a power motor and a propeller at the lower left and right sides of the aft end of the ship, and water flows into the ship drive unit. A screen in the form of a net is provided on the part so that seaweed is not wound on the power motor,
A two-axis sensor fixing mount for fixing a multi-beam sonar capable of vertical movement and horizontal rotation to the front lower portion of the unmanned vessel; and the multi-beam sonar to measure the water depth along the coastline by user's manipulation. 제1항에 있어서,
상기 무인선박에는 상기 센서고정마운트의 수직 위쪽으로 중앙GPS센서를 고정하여 상기 중앙GPS센서에서 수신한 위치가 상기 멀티빔 소나 센서의 측정위치와 일치하도록 하는 것을 특징으로 하는 무인선박.According to claim 1,
The unmanned vessel, characterized in that the central GPS sensor is fixed vertically upward of the sensor fixing mount to the unmanned vessel so that the position received by the central GPS sensor coincides with the measurement position of the multi-beam sonar sensor. 제2항에 있어서,
상기 무인선박의 상기 중앙 GPS센서와 일직선상의 선미에 선미GPS 센서를 더 구비하여 상기 중앙 GPS센서와 상기 선미GPS 센서의 측정위치를 계산함으로써 상기 무인선박의 주행방향, 회전, 롤링 및 피칭 등을 계산하는 것을 특징으로 하는 무인선박.According to claim 2,
A stern GPS sensor is further provided at the stern on a straight line with the central GPS sensor of the unmanned vessel to calculate the measurement positions of the central GPS sensor and the stern GPS sensor, thereby calculating the driving direction, rotation, rolling, and pitching of the unmanned vessel. An unmanned vessel characterized by doing. 제3항에 있어서,
상기 무인선박의 상기 중앙 GPS센서와 일직선상의 선미에 선미GPS 센서를 더 구비하여 상기 멀티빔 소나 센서에서 측정한 수심을 보정하는 것을 특징으로 하는 무인선박.According to claim 3,
The unmanned vessel characterized in that the water depth measured by the multi-beam sonar sensor is corrected by further comprising a stern GPS sensor at the stern in a straight line with the central GPS sensor of the unmanned vessel.
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