KR20240030937A - 접안 경로 생성 방법 및 그 장치 - Google Patents

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KR20240030937A
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씨드로닉스(주)
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Abstract

본 발명은 선박에 대한 접안 경로 생성 방법으로, 해상에서의 위치에 대응되는 복수의 노드를 포함하는 장애물 지도를 획득하는 단계; 상기 장애물 지도 상에서의 상기 선박의 현재 위치에 대응되는 현재 노드 및 접안 위치에 대응되는 접안 노드를 선택하는 단계; 상기 현재 노드에서의 상기 선박의 현재 선수 방향 및 상기 접안 노드에서의 접안 선수 방향을 판단하는 단계; 상기 선박의 길이, 상기 선박의 너비, 상기 선박의 무게, 상기 선박의 조타 성능, 및 접안 시설의 길이 중 적어도 하나를 고려하여 기준 거리를 결정하는 단계; 상기 기준 거리 및 미리 정해진 예상 접안 경로 비용 함수를 이용하여 상기 장애물 지도 상에서 상기 현재 노드로부터 상기 접안 노드까지의 복수의 경유 노드들 및 상기 경유 노드에 할당될 예상 선수 방향을 결정하는 단계 - 상기 경유 노드는 상기 단위 노드들 중 적어도 하나에 대응됨 -; 및 상기 결정된 복수의 경유 노드들을 이용하여 상기 접안 경로를 생성하는 단계;를 포함하며, 상기 미리 정해진 예상 접안 경로 비용 함수는, 상기 접안 위치로부터 상기 기준 거리보다 먼 위치에 위치하는 상기 선박에 대해, 상기 현재 선수 방향을 고려하여 상기 현재 노드부터 기준 거리 경유 노드까지의 제1 예상 접안 경로에 대하여 적용하는 제1 예상 접안 경로 비용 함수 및 상기 기준 거리 경유 노드부터 상기 접안 노드까지의 제2 예상 접안 경로에 대하여 적용하는 제2 예상 접안 경로 비용 함수를 포함하되, 상기 제1 예상 접안 경로 비용 함수는 상기 제2 예상 접안 경로 비용 함수와 상이한, 접안 경로 생성 방법에 관한 것이다.

Description

접안 경로 생성 방법 및 그 장치{Berthing path generation method and apparatus thereof}
본 발명은 선박의 접안 경로 생성 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박이 접안 위치로부터 기준 거리 이내에 위치하는지에 따라 상이한 경유 노드 결정 방법을 이용하는 접안 경로 생성 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
선박의 운항에 있어 많은 사고가 발생하고 있으며, 그 사고의 주요 원인은 사람의 운항 부주의로 알려져 있다. 사람이 운항하지 않는, 스스로 운항하는 자율 운항 선박 또는 무인 선박이 상용화되는 경우 해양 사고를 크게 감소시킬 수 있을 것으로 예상되고 있다. 이를 위해 글로벌 기업들은 자율 운항 선박 개발 프로젝트의 진행 중에 있다.
자율 운항 선박의 완성을 위해서는 해양 환경의 특성, 선박의 특성 및 항만의 특성 등을 고려하여 경로를 생성할 수 있어야 한다. 특히 선박의 접안 시 단순히 접안 시설 까지의 최단 거리를 따라 경로를 생성할 경우 침로 변화 구간이 접안 시설 직전에 짧은 길이로 존재하게 된다. 이에 따라, 작은 경로 이탈에도 접안 시설과의 충돌 위험성이 높아지게 되며, 해양 환경의 특성 및 선박의 특성 등을 고려할 경우 생성된 경로를 따라서는 선박의 접안이 사실상 불가능한 문제가 있었다.
본 발명의 일 과제는 선박이 접안 위치로부터 기준 거리 이내에 위치하는지에 따라 상이한 경유 노드 결정 방법을 이용하는 접안 경로 생성 방법 및 그 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 과제는 선박이 생성된 경로를 따라 운항할 수 있도록 경로 추종을 수행하는 자율 운항 방법 및 그 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 선박에 대한 접안 경로 생성 방법으로, 해상에서의 위치에 대응되는 복수의 노드를 포함하는 장애물 지도를 획득하는 단계; 상기 장애물 지도 상에서의 상기 선박의 현재 위치에 대응되는 현재 노드 및 접안 위치에 대응되는 접안 노드를 선택하는 단계; 상기 현재 노드에서의 상기 선박의 현재 선수 방향 및 상기 접안 노드에서의 접안 선수 방향을 판단하는 단계; 상기 선박의 길이, 상기 선박의 너비, 상기 선박의 무게, 상기 선박의 조타 성능, 및 접안 시설의 길이 중 적어도 하나를 고려하여 기준 거리를 결정하는 단계; 상기 기준 거리 및 미리 정해진 예상 접안 경로 비용 함수를 이용하여 상기 장애물 지도 상에서 상기 현재 노드로부터 상기 접안 노드까지의 복수의 경유 노드들 및 상기 경유 노드에 할당될 예상 선수 방향을 결정하는 단계 - 상기 경유 노드는 상기 단위 노드들 중 적어도 하나에 대응됨 -; 및 상기 결정된 복수의 경유 노드들을 이용하여 상기 접안 경로를 생성하는 단계;를 포함하며, 상기 미리 정해진 예상 접안 경로 비용 함수는, 상기 접안 위치로부터 상기 기준 거리보다 먼 위치에 위치하는 상기 선박에 대해, 상기 현재 선수 방향을 고려하여 상기 현재 노드부터 기준 거리 경유 노드까지의 제1 예상 접안 경로에 대하여 적용하는 제1 예상 접안 경로 비용 함수 및 상기 기준 거리 경유 노드부터 상기 접안 노드까지의 제2 예상 접안 경로에 대하여 적용하는 제2 예상 접안 경로 비용 함수를 포함하되, 상기 제1 예상 접안 경로 비용 함수는 상기 제2 예상 접안 경로 비용 함수와 상이한, 접안 경로 생성 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 선박에 대한 접안 경로 생성 장치에 있어서, 상기 선박에 대한 정보, 항만에 대한 정보 및 경유 노드 결정 방법을 저장하는 메모리; 및 적어도 하나의 프로세서;를 포함하며, 상기 프로세서는, 해상에서의 위치에 대응되는 복수의 노드를 포함하는 장애물 지도를 획득하고, 상기 장애물 지도 상에서 상기 선박의 현재 위치에 대응되는 현재 노드 및 접안 위치에 대응되는 접안 노드를 선택하고, 상기 현재 노드에서 상기 선박의 현재 선수 방향 및 상기 접안 노드에서의 접안 선수 방향을 판단하고, 상기 선박의 길이, 상기 선박의 너비, 상기 선박의 무게, 상기 선박의 조타 성능, 및 접안 시설의 길이 중 적어도 하나를 고려하여 기준 거리를 결정하고, 상기 기준 거리 및 미리 정해진 예상 접안 경로 비용 함수를 이용하여 상기 장애물 지도 상에서 상기 현재 노드로부터 상기 접안 노드까지의 복수의 경유 노드들 및 상기 경유 노드에 할당될 예상 선수 방향을 결정하고 - 상기 경유 노드는 상기 단위 노드들 중 적어도 하나에 대응됨 -, 상기 결정된 복수의 경유 노드들을 이용하여 상기 접안 경로를 생성하며, 상기 미리 정해진 예상 접안 경로 비용 함수는, 상기 접안 위치로부터 상기 기준 거리보다 먼 위치에 위치하는 상기 선박에 대해, 상기 현재 선수 방향을 고려하여 상기 현재 노드부터 기준 거리 경유 노드까지의 제1 예상 접안 경로에 대하여 적용하는 제1 예상 접안 경로 비용 함수 및 상기 기준 거리 경유 노드부터 상기 접안 노드까지의 제2 예상 접안 경로에 대하여 적용하는 제2 예상 접안 경로 비용 함수를 포함하되, 상기 제1 예상 접안 경로 비용 함수는 상기 제2 예상 접안 경로 비용 함수와 상이한, 접안 경로 생성 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 과제의 해결 수단이 상술한 해결 수단들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 해결 수단들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 의하면, 선박이 접안 위치로부터 기준 거리 이내에 위치하는지에 따라 상이한 경유 노드 결정 방법을 이용하는 접안 경로 생성 방법 및 그 장치를 이용하여, 기준 거리 이내에서는 접안 시설과의 충돌을 최소화하는 경로를 생성할 수 있으므로 접안 시 선박과 접안 시설과의 충돌 위험을 줄일 수 있다.
본 발명에 의하면, 선박이 생성된 경로를 따라 운항할 수 있도록 경로 추종을 수행하는 자율 운항 방법 및 그 장치를 이용하여 선박 제어를 할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 접안 가이드 시스템에 대한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 경로 생성 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 센서 모듈의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 외부 서버의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 선박 운항 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 장애물 지도를 나타낸 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 점수가 부여된 장애물 지도를 나타낸 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 선박에 대응되는 노드를 포함하는 장애물 지도에 대한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 경로 생성 방법의 순서도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 장애물 지도를 나타낸 도면이다.
도 11은 도 10의 장애물 지도 상에서 기존의 접안 경로 생성 방법을 수행하여 생성된 경로를 나타낸 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 기준 거리를 설명하기 위한 도면이다.
도 13, 도 14 및 도 15는 일 실시예에 따른 장애물 지도 상에서의 접안 경로 및 경유 노드를 나타낸 도면이다.
도 16은 3D A* 알고리즘을 기반으로 경유 노드 및 경로를 획득하는 예시적 알고리즘이다.
도 17은 일 실시예에 따른 경로 생성 방법의 순서도이다.
도 18은 일 실시예에 따른 기준 거리 경유 노드 결정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 일 실시예에 따른 장애물 지도 상에서의 각 노드 및 생성된 접안 경로를 나타낸 도면이다.
도 20은 일 실시예에 따른 경로 추종 제어 방법의 순서도이다.
도 21 및 도 22는 일 실시예에 따른 경로 추종 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 23은 일 실시예에 따른 경로 추종 제어를 이용한 선박 접안 방법의 순서도이다.
본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 명확히 설명하기 위한 것이므로, 본 발명이 본 명세서에 기재된 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 본 발명의 사상을 벗어나지 아니하는 수정예 또는 변형예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하여 가능한 현재 널리 사용되고 있는 일반적인 용어를 선택하였으나 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 의도, 관례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 다만, 이와 달리 특정한 용어를 임의의 의미로 정의하여 사용하는 경우에는 그 용어의 의미에 관하여 별도로 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가진 실질적인 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 한다.
본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명을 용이하게 설명하기 위한 것으로 도면에 도시된 형상은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 필요에 따라 과장되어 표시된 것일 수 있으므로 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 본 발명과 관련된 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 이에 관한 자세한 설명은 필요에 따라 생략할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 선박에 대한 접안 경로 생성 방법으로, 해상에서의 위치에 대응되는 복수의 노드를 포함하는 장애물 지도를 획득하는 단계; 상기 장애물 지도 상에서의 상기 선박의 현재 위치에 대응되는 현재 노드 및 접안 위치에 대응되는 접안 노드를 선택하는 단계; 상기 현재 노드에서의 상기 선박의 현재 선수 방향 및 상기 접안 노드에서의 접안 선수 방향을 판단하는 단계; 상기 선박의 길이, 상기 선박의 너비, 상기 선박의 무게, 상기 선박의 조타 성능, 및 접안 시설의 길이 중 적어도 하나를 고려하여 기준 거리를 결정하는 단계; 상기 기준 거리 및 미리 정해진 예상 접안 경로 비용 함수를 이용하여 상기 장애물 지도 상에서 상기 현재 노드로부터 상기 접안 노드까지의 복수의 경유 노드들 및 상기 경유 노드에 할당될 예상 선수 방향을 결정하는 단계 - 상기 경유 노드는 상기 단위 노드들 중 적어도 하나에 대응됨 -; 및 상기 결정된 복수의 경유 노드들을 이용하여 상기 접안 경로를 생성하는 단계;를 포함하며, 상기 미리 정해진 예상 접안 경로 비용 함수는, 상기 접안 위치로부터 상기 기준 거리보다 먼 위치에 위치하는 상기 선박에 대해, 상기 현재 선수 방향을 고려하여 상기 현재 노드부터 기준 거리 경유 노드까지의 제1 예상 접안 경로에 대하여 적용하는 제1 예상 접안 경로 비용 함수 및 상기 기준 거리 경유 노드부터 상기 접안 노드까지의 제2 예상 접안 경로에 대하여 적용하는 제2 예상 접안 경로 비용 함수를 포함하되, 상기 제1 예상 접안 경로 비용 함수는 상기 제2 예상 접안 경로 비용 함수와 상이한, 접안 경로 생성 방법이 제공될 수 있다.
상기 기준 거리 경유 노드는, 상기 접안 노드로부터 상기 기준 거리만큼 떨어진 위치에 대응되는 기준 거리 노드들 중 하나일 수 있다.
상기 기준 거리 경유 노드는, 상기 기준 거리 노드들 중 상기 접안 노드로부터 상기 접안 선수 방향 또는 상기 접안 선수 방향의 반대 방향으로 상기 기준 거리만큼 떨어진 위치에 대응되는 노드일 수 있다.
상기 제2 예상 접안 경로 비용 함수는, 상기 접안 선수 방향을 고려하는 항을 포함할 수 있다.
상기 접안 선수 방향을 고려하는 항은, 상기 제2 예상 접안 경로 상의 경유 노드에 할당될 예상 선수 방향과 상기 접안 선수 방향과의 차이를 고려하는 항일 수 있다.
상기 장애물 지도는, 상기 복수의 노드 각각에 대해 상기 선박의 운항 안전성에 따른 점수가 부여되며, 상기 예상 접안 경로 비용 함수는, 상기 점수를 고려하는 항을 포함할 수 있다.
상기 복수의 경유 노드들을 결정하는 단계는, 상기 선박의 현재 속력을 판단하는 단계; 상기 현재 속력에 기초하여 상기 선박의 최대 선회각을 산출하는 단계;를 포함하며, 상기 예상 접안 경로 비용 함수는, 상기 최대 선회각을 고려하는 항을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 선박에 대한 접안 경로 생성 장치에 있어서, 상기 선박에 대한 정보, 항만에 대한 정보 및 경유 노드 결정 방법을 저장하는 메모리; 및 적어도 하나의 프로세서;를 포함하며, 상기 프로세서는, 해상에서의 위치에 대응되는 복수의 노드를 포함하는 장애물 지도를 획득하고, 상기 장애물 지도 상에서 상기 선박의 현재 위치에 대응되는 현재 노드 및 접안 위치에 대응되는 접안 노드를 선택하고, 상기 현재 노드에서 상기 선박의 현재 선수 방향 및 상기 접안 노드에서의 접안 선수 방향을 판단하고, 상기 선박의 길이, 상기 선박의 너비, 상기 선박의 무게, 상기 선박의 조타 성능, 및 접안 시설의 길이 중 적어도 하나를 고려하여 기준 거리를 결정하고, 상기 기준 거리 및 미리 정해진 예상 접안 경로 비용 함수를 이용하여 상기 장애물 지도 상에서 상기 현재 노드로부터 상기 접안 노드까지의 복수의 경유 노드들 및 상기 경유 노드에 할당될 예상 선수 방향을 결정하고 - 상기 경유 노드는 상기 단위 노드들 중 적어도 하나에 대응됨 -, 상기 결정된 복수의 경유 노드들을 이용하여 상기 접안 경로를 생성하며, 상기 미리 정해진 예상 접안 경로 비용 함수는, 상기 접안 위치로부터 상기 기준 거리보다 먼 위치에 위치하는 상기 선박에 대해, 상기 현재 선수 방향을 고려하여 상기 현재 노드부터 기준 거리 경유 노드까지의 제1 예상 접안 경로에 대하여 적용하는 제1 예상 접안 경로 비용 함수 및 상기 기준 거리 경유 노드부터 상기 접안 노드까지의 제2 예상 접안 경로에 대하여 적용하는 제2 예상 접안 경로 비용 함수를 포함하되, 상기 제1 예상 접안 경로 비용 함수는 상기 제2 예상 접안 경로 비용 함수와 상이한, 접안 경로 생성 장치가 제공될 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 복수의 경유 노드들을 결정하고, 상기 선박의 현재 속력을 판단하고, 상기 현재 속력에 기초하여 상기 선박의 최대 선회각을 산출하며, 상기 예상 접안 경로 비용 함수는, 상기 최대 선회각을 고려하는 항을 포함할 수 있다.
이하에서는 일 실시예에 따른 접안 경로 생성 방법 및 그 장치에 대하여 설명한다.
1. 접안 가이드 시스템(10)
도 1은 일 실시예에 따른 접안 가이드 시스템(10)에 대한 도면이다.
일 실시예에 따른 접안 가이드 시스템(10)은 선박의 현재 위치로부터 접안 위치까지의 접안 경로를 생성할 수 있다. 접안 경로를 생성하기 위해 장애물 지도가 획득될 수 있으며, 기준 거리가 결정될 수 있다. 이후, 현재 위치에 대응되는 장애물 지도 상의 현재 노드부터 접안 위치에 대응되는 장애물 지도 상의 접안 노드까지의 경유 노드가 결정될 수 있으며, 현재 노드, 접안 노드 및 경유 노드를 이용하여 접안 경로를 생성할 수 있다. 안전한 접안 경로를 생성하기 위해, 선박이 접안 위치로부터 기준 거리 이내에 들어오면, 선박이 접안 위치에 접안했을 때의 선박의 선수 방향을 고려한 경로를 생성할 수 있다. 한편, 해상에서의 운항 안전성을 고려하여 경로를 생성할 수도 있다. 또한, 생성된 경로를 추종하여 선박이 운항할 수 있도록 선박을 제어할 수도 있다.
보다 구체적으로, 도 1을 참조하면, 접안 가이드 시스템(10)은 경로 생성 장치(100), 센서 모듈(200), 외부 서버(300), 및 선박 운항 장치(400)를 포함할 수 있다.
이하에서는 경로 생성 장치(100), 센서 모듈(200), 외부 서버(300) 및 선박 운항 장치(400)에 대해 구체적으로 살펴본다. 접안 가이드 시스템(10)은 상술한 구성을 모두 포함해야 하는 것은 아니고, 경로 생성 장치(100), 센서 모듈(200), 외부 서버(300) 및 선박 운항 장치(400)들 중에서 선택된 일부의 구성을 포함할 수도 있다. 이때, 경로 가이드 시스템(10)에 포함된 경로 생성 장치(100), 센서 모듈(200), 외부 서버(300) 및 선박 운항 장치(400)들 중 하나의 구성의 개수는 하나 이상일 수 있다. 예를 들어, 경로 가이드 시스템(10)은 한 개의 센서 모듈(200)을 포함할 수도 있고, 둘 이상의 센서 모듈(200)들을 포함할 수도 있다.
일 실시예에 따른 경로 생성 장치(100)는 내부에 저장된 데이터 또는 외부로부터 획득한 데이터를 이용하여 선박의 현재 위치에서 접안 위치까지의 경로를 생성할 수 있다.
보다 구체적으로, 경로 생성 장치(100)는 경유 노드 결정 방법을 이용하여, 획득한 장애물 지도(obstacle map) 상의 선박의 현재 노드에서 접안 노드까지의 경유 노드를 결정할 수 있다. 경로 생성 장치(100)는 결정된 경유 노드들을 이용하여 접안 경로를 생성할 수 있다. 장애물 지도는 장애물의 위치 및 객체 정보 등이 반영된 지도이다. 장애물 지도 및 접안 경로 생성 방법에 대한 구체적인 내용은 후술한다.
일 실시예에 따른 센서 모듈(200)(Sensor device)은 선박의 상태 및 주변 환경 요소를 감지할 수 있다. 또한, 경로 생성 장치(100)가 접안 경로 생성을 위해 필요한 각종 요소를 감지하여 경로 생성 장치(100)에 전송할 수 있다.
일 실시예에 따른 외부 서버(300)는 선박에 대한 정보, 항만에 대한 정보, 실시간 선박 상태 정보, 실시간 항만 상태 정보, 실시간 환경 데이터 중 적어도 하나를 저장하며, 경로 생성 장치(100)에서 필요한 데이터를 전송할 수 있다. 구체적으로, 경로 생성 장치(100)에 저장되어 있지 않으나 접안 경로 생성을 위해 필요한 데이터가 있을 경우, 또는 데이터가 저장되어 있더라도 접안 경로 생성을 위해 실시간 데이터가 필요한 경우, 외부 서버(300)는 경로 생성 장치(100)에 접안 경로 생성을 위해 필요한 데이터를 전송할 수 있다.
일 실시예에 따른 선박 운항 장치(400)는 경로 생성 장치(100)에서 생성된 접안 경로를 따라 선박이 운항할 수 있도록 제어 신호를 생성할 수 있다. 생성된 제어 신호는 선박의 구동 장치로 전송되어 선박의 운항을 제어할 수 있다. 제어 신호는 선박 속력 제어 신호 및/또는 선수 방향 제어 신호를 포함할 수 있다.
이하에서 경로 생성 장치(100), 센서 모듈(200) 및 선박 운항 장치(400)는 선박에 위치하며, 외부 서버(300)는 관제 센터에 위치한 것으로 설명한다.
그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 경로 생성 장치(100) 또한 관제 센터에 위치할 수도 있다. 이 경우, 경로 생성 장치(100)는 센서 모듈(200)로부터 원격으로 데이터를 수신할 수 있으며, 생성된 경로와 관련된 데이터를 원격으로 선박 운항 장치(400)에 전송할 수 있다. 한편, 경로 생성 장치(100) 및 선박 운항 장치(400) 모두가 관제 센터에 위치할 수도 있으며, 이 경우 선박 운항 장치(400)는 생성된 제어 신호를 원격으로 선박에 전송할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 경로 생성 장치(100)의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 경로 생성 장치(100)는 메모리(110), 프로세서(120), 및 통신 장치(130)를 포함할 수 있다.
메모리(110)는 각종 프로세싱 프로그램, 프로그램의 프로세싱을 수행하기 위한 파라미터 또는 이러한 프로세싱 결과 데이터 등을 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리(110)는 후술할 프로세서(120)의 동작을 위한 인스트럭션, 경유 노드 결정 방법, 경유 노드 결정 알고리즘 등을 저장할 수 있다.
한편, 메모리(110)는 선박에 대한 정보, 항만에 대한 정보를 더 저장할 수 있다.
선박에 대한 정보는, 선박의 길이, 선박의 너비, 선박의 부피, 선박의 무게, 선박의 조타 성능, 선박의 최대 조타 각도 등을 포함할 수 있다.
항만에 대한 정보는, 항만 지도, 항만 구조, 항만 시설의 위치, 항만의 길이, 접안 시설의 위치, 접안 시설의 길이, 장애물의 위치, 장애물의 속성, 장애물 지도, 선박의 접안 위치, 접안 위치에 선박이 접안 시 선박의 선수 방향 등을 포함할 수 있다.
메모리(110)에 저장된 선박에 대한 정보 및/또는 항만에 대한 정보는 외부로부터 수신한 데이터일 수 있다.
메모리(110)는 비휘발성 반도체 메모리, 하드 디스크, 플래시 메모리, RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) 또는 그 외에 유형의 (tangible) 비휘발성의 기록 매체 등으로 구현될 수 있다.
프로세서(120)는 메모리(110)에 저장된 인스트럭션에 따라 동작할 수 있으며, 경유 노드 결정 방법을 이용하여 경유 노드를 결정하고, 경로 생성 방법을 이용하여 접안 경로를 생성할 수 있다. 이하에서 본 발명의 실시예로 개시되는 접안 경로 생성의 각종 동작이나 단계들은 별도의 언급이 없으면 경로 생성 장치(100)의 프로세서(120)에서 수행되거나 프로세서(120)의 제어에 의해 수행되는 것으로 해석될 수 있다. 프로세서(120)의 구체적인 동작 방법은 후술한다.
프로세서(120)는 중앙 처리 장치(Central Processing Unit, CPU), 그래픽 처리 장치(Graphics Processing Unit, GPU), 디지털 신호 처리 장치(Digital Signal Processor, DSP), 상태 기계(state machine), 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC), 무선 주파수 집적 회로(Radio-Frequency Integrated Circuit, RFIC) 및 이들의 조합 등으로 구현될 수 있다.
통신 장치(130)는 유선 및/또는 무선 통신을 통해 데이터 및/또는 정보를 외부로 송신 또는 외부로부터 수신할 수 있다. 통신 장치(130)는 양방향(bi-directional) 또는 단방향 통신을 수행할 수 있다.
일 예로, 통신 장치(130)는 센서 모듈(200), 외부 서버(300) 및/또는 선박 운항 장치(400)와 통신을 수행할 수 있다. 구체적으로, 센서 모듈(200)로부터 센싱 데이터를 수신할 수 있으며, 외부 서버(300)로부터 경로 생성에 필요한 각종 데이터를 수신할 수 있다. 또한. 결정된 경유 노드와 관련된 정보 및/또는 생성된 경로와 관련된 정보를 선박 운항 장치(400)로 전송할 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니며, 통신 장치(130)는 다른 외부 장치들과 통신을 수행할 수도 있다.
경로 생성 장치(100)는 선박에 설치될 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니며, 경로 생성 장치(100)는 선박의 외부에 설치될 수도 있다. 일 예로, 경로 생성 장치(100)는 항만 관제 서버, 관계자의 단말 장치, 외부 서버 등에 설치되어 있을 수도 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 센서 모듈(200)의 구성을 나타낸 블록도이다.
센서 모듈(200)은 선박의 상태 및 주변 환경 요소를 감지할 수 있다. 보다 구체적으로, 센서 모듈(200)은 선박에 대한 위치 감지, 선수 방향 감지, 속력 감지, 조타 각도 감지, 및/또는 무게 감지를 수행할 수 있으며, 외부 환경에 대해 조류 감지, 풍향 및 풍속 감지를 수행할 수도 있다. 감지할 수 있는 대상은 상술한 대상에 한정되는 것은 아니며, 센서 모듈(200)은 접안 경로 생성을 위해 필요한 각종 요소를 감지할 수도 있다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 센서 모듈(200)은 적어도 하나의 센서(210), 및 통신 장치(220)를 포함할 수 있다.
센서(210)는, GPS(Global Positioning System)(211), 선박자동식별장치(Automatic Identification System, AIS)(212), 초음파 탐지기(213), 관성측정장비(Inertial Measurement Unit, IMU)(214), 관성항법장치(Inertial Navigation system, INS)(215), 속력계(216), 카메라(217), 레이더(Radar)(218), 라이다(LidDar)(219), RTK-GPS(Real-Time Kinematic GPS) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상술한 구성에 한정되는 것은 아니며, 센서(210)는 선박의 상태를 감지하기 위한 센서 및/또는 선박의 주변 환경을 감지하기 위한 센서를 포함할 수도 있다.
센서 모듈(200)의 통신 장치(220)는 유선 및/또는 무선 통신을 통해 데이터 및/또는 정보를 외부로 송신 또는 외부로부터 수신할 수 있으며, 경로 생성 장치(100), 외부 서버(300), 및/또는 선박 운항 장치(400)와 데이터 통신을 수행할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 외부 서버(300)의 구성을 나타낸 블록도이다.
외부 서버(300)는 선박에 대한 정보, 항만에 대한 정보, 실시간 선박 상태 정보, 실시간 항만 상태 정보, 및 실시간 환경 데이터 중 적어도 하나를 저장하며, 경로 생성 장치(100)에서 경로를 생성하기 위해 필요한 데이터를 경로 생성 장치(100)에 전송할 수 있다.
구체적으로, 경로 생성 장치(100)에 저장되어 있지 않으나 접안 경로 생성을 위해 필요한 데이터가 있을 경우, 또는 데이터가 저장되어 있더라도 접안 경로 생성을 위해 실시간 데이터 등이 필요한 경우, 외부 서버(300)는 경로 생성 장치(100)에 접안 경로 생성을 위해 필요한 데이터를 전송할 수 있다.
일 예로, 외부 서버(300)는 선박으로부터 수신한 선박 위치 데이터 등을 이용하여 선박이 위치하는 항만을 판단할 수 있으며, 판단된 항만에 대한 정보를 경로 생성 장치(100)에 전송할 수 있다.
한편, 외부 서버(300)는 경로 생성에 필요한 데이터 이외에도 선박 운항에 필요한 데이터를 경로 생성 장치(100), 센서 모듈(200) 및/또는 선박 운항 장치(400)로 전송할 수 있다.
일 실시예에 따른 외부 서버(300)는 관제 서버, 클라우드 서버 등 다양한 종류의 서버일 수 있다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 외부 서버(300)는 메모리(310), 프로세서(320), 및 통신 장치(330)를 포함할 수 있다.
외부 서버(300)의 메모리(310)는 적어도 하나의 항만에 대한 정보를 저장할 수 있다. 항만에 대한 정보는 현재 선박이 위치한 항만에만 한정되는 것은 아니며, 인근 항만 또는 전체 항만에 대한 정보를 포함할 수 있다. 구체적인 항만에 대한 정보는 상술한 바 있으므로 중복 설명은 생략한다.
메모리(310)는 적어도 하나의 선박에 대한 정보를 저장할 수 있다. 선박에 대한 정보는 선박으로부터 수신한 데이터일 수 있으며, 구체적인 선박에 대한 정보는 상술한 바 있으므로 중복 설명은 생략한다.
메모리(310)는 외부 서버(310)가 실시간으로 외부로부터 수신한 데이터를 저장할 수도 있다. 일 예로, 메모리(310)는 실시간 선박 상태 정보, 실시간 항만 상태 정보, 및 실시간 환경 데이터 중 적어도 하나를 저장할 수 있다.
외부 서버(300)의 프로세서(320)는 선박으로부터 수신한 데이터를 이용하여 선박이 위치하는 항만을 판단할 수 있다. 일 예로, 외부 서버(300)가 선박으로부터 GPS 위치 데이터를 수신한 경우, 프로세서(320)는 이를 이용하여 선박이 위치한 또는 가까운 항만을 판단할 수 있다.
프로세서(320)는 판단된 항만에 대응되는 장애물 지도를 경로 생성 장치(100) 및/또는 선박 운항 장치(400)에 전송할 수 있다.
일 예로, 프로세서(320)는 현재 선박의 위치에 대응되는 노드 및 선박의 접안 위치에 대응되는 노드를 포함하는 장애물 지도를 생성하거나 복수의 장애물 지도 중에서 선택하여 후술할 통신 장치(330)를 통해 경로 생성 장치(100) 또는 선박 운항 장치(400)에 전송할 수도 있다. 장애물 지도와 관련된 내용은 후술한다.
한편, 외부 서버(300)가 관제 서버 등인 경우, 외부 서버(300)는 별도의 기상청 서버로부터 항만에 대한 기상 정보 등을 수신할 수 있으며, 수신한 기상 정보 등을 경로 생성 장치(100) 및/또는 선박 운항 장치(400)에 전송할 수 있다.
외부 서버(300)의 통신 장치(330)는 유선 및/또는 무선 통신을 통해 데이터 및/또는 정보를 외부로 송신 또는 외부로부터 수신할 수 있으며, 경로 생성 장치(100), 센서 모듈(200), 및/또는 선박 운항 장치(400)와 데이터 통신을 수행할 수 있다.
한편, 외부 서버(300)는 선박의 외부에 배치될 수 있으며, 관제 센터, 운항 관리 센터 등에 위치할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 선박 운항 장치(400)의 구성을 나타낸 블록도이다.
선박 운항 장치(400)는 경로 생성 장치(100)로부터 수신한 접안 경로 또는 경유 노드를 따라 선박이 운항할 수 있도록 제어 신호를 생성할 수 있다. 제어 신호는 선박 속력 제어 신호 및/또는 선수 방향 제어 신호를 포함할 수 있다.
일 예로, 선박 속력 제어 신호는 선박의 프로펠러의 회전 속도를 조절하는 신호, 프로펠러의 단위 시간당 회전수를 조절하는 신호 또는 엔진 출력 제어 신호 등일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니고, 선박의 동력 장치를 제어하기 위한 각종 신호를 포함할 수 있다.
일 예로, 선수 방향 제어 신호는 선박의 방향타(rudder)를 조절하는 신호 또는 키(wheel, helm)를 조절하는 신호일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니고, 선박의 진행 방향을 제어하기 위한 각종 신호를 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 선박 운항 장치(400)는 제어 신호 생성부(410), 및 통신 장치(420)를 포함할 수 있다. 제어 신호 생성부(410)는 선박 속력 제어 신호 생성부(411) 및/또는 선수 방향 제어 신호 생성부(412)를 포함할 수 있다.
선박 속력 제어 신호 생성부(411)는 상술한 선박 속력 제어 신호를 생성하여, 선박의 프로펠러 또는 엔진 등을 제어할 수 있다.
선수 방향 제어 신호 생성부(412)는 상술한 선수 방향 제어 신호를 생성하여, 선박의 방향타 또는 키 등을 제어할 수 있다. 제어 신호와 관련된 구체적인 내용은 후술한다.
선박 운항 장치(400)의 통신 장치(420)는 경로 생성 장치(100)로부터 경유 노드와 관련된 정보 또는 접안 경로와 관련된 정보를 수신할 수 있다. 한편, 선박 운항 장치(400)는 센서 모듈(200)로부터 현재 선박의 상태 및 주변 환경 정보를 수신할 수 있다. 한편, 선박 운항 장치(400)는 외부 서버(300)로부터 기상 정보 또는 운항 규칙 등을 수신할 수 있다. 운항 규칙은 선박 운항 시 지켜야 하는 약속이나 법규 등을 의미한다. 일 예로, 운항 규칙은 국제해상출돌예방규칙(International Regulations for Preventing Collisions at Sea, COLREG) 일 수 있다. 한편, 선박 운항 장치(400)는 생성된 제어 신호를 선박에 전송하여 선박이 생성된 접안 경로를 따라 운항하도록 할 수 있다.
2. 장애물 지도
도 6은 일 실시예에 따른 장애물 지도(600)를 나타낸 도면이다.
장애물 지도는 경로 생성에 있어서 사용되는 격자 이미지, 또는 행렬 데이터 등이며, 이에 한정되지 않고 다양한 형태로 구현될 수 있다. 도 6은 격자 이미지로 구현된 장애물 지도(600)를 나타낸 것이다.
해상에서의 경로는 장애물 지도(600) 상에서 장애물에 대응되는 노드(630)의 위치를 고려하여 생성될 수 있다. 일 예로, 경로 생성 장치(100)는 장애물 지도(600)를 이용하여 접안 경로를 생성할 수 있다.
도 6을 참조하면, 장애물 지도(600)는 복수의 노드(610)를 포함할 수 있다. 각 노드(610)는 해상에서의 위치에 대응될 수 있으며, 지상의 위치에도 대응될 수 있다.
장애물 지도(600)가 격자 이미지로 구현된 경우, 각 노드(610)는 격자 이미지의 각 영역을 의미할 수 있다.
한편, 장애물 지도가 2차원 이미지인 경우, 상기 장애물 지도에 포함된 '하나의 노드'는 상기 2차원 이미지를 구성하는 '하나의 픽셀'에 대응될 수 있으며, 또는 상기 장애물 지도에 포함된 '하나의 노드'는 상기 2차원 이미지를 구성하는 서로 인접하고 있는 복수의 픽셀들에 대응될 수 있다.
한편, 장애물 지도가 행렬 데이터들로 구현된 경우, 행렬 데이터들은 복수의 행렬들을 포함하며, 각 행렬들의 원소들 중 일부는 위치값(예를 들어, x 좌표, y좌표 등)에 대응되며 원소들 중 나머지 일부는 해당 위치값에 할당(assign)되는 속성값들에 대응될 수 있다. 이때, 전술한 장애물 지도의 노드는 전술한 행렬 데이터들에 포함된 하나의 행렬에 대응될 수 있으며, 또는 장애물 지도의 노드는 전술한 행렬 데이터들에 포함된 행렬들 중 서로 인접한 위치에 대응되는 복수의 행렬들에 대응될 수 있다.
도 6을 참조하면, 장애물 지도(600)는 바다에 대응되는 노드(620)들과 장애물에 대응되는 노드(630)들을 포함할 수 있다. 도 6을 참조하면, 바다에 대응되는 노드(620)들은 밝은 색으로, 장애물에 대응되는 노드(630)들은 어두운 색으로 표시되었다.
장애물에 대응되는 노드(630)는 선박이 각 노드에 대응되는 위치로 운항할 수 없음을 의미한다. 장애물에 대응되는 노드(630)의 분포는 항만 시설의 형태, 접안 시설의 형태에 따라 달라질 수 있다. 장애물은 지형, 건물, 섬, 항만, 선박, 부표, 해상 구조물, 방파제, 사람 등 선박의 운항 시 장애가 될 수 있는 모든 객체를 의미할 수 있다.
한편, 도 6에는 도시되지 않았으나, 장애물 지도(600)의 각 노드(610)에는 속성 정보가 부여될 수 있다. 속성 정보는 각 노드에 대응되는 객체와 관련된 정보를 의미하며, 객체에 대한 정보라면 그 제한이 없다.
객체는 상술한 선박의 운항 시 장애가 될 수 있는 장애물뿐만 아니라, 바다와 같이 선박이 운항할 수 있는 지역도 포함할 수 있다. 따라서, 전술한 바다에 대응되는 노드(620)들에는 바다와 관련된 정보가 부여될 수 있으며, 장애물에 대응되는 노드(630)들에는 장애물과 관련된 정보가 부여될 수 있다. 한편, 육지에 대응되는 노드들에는 육지와 관련된 정보가 부여될 수도 있다.
속성 정보는 객체의 유무, 종류, 위치, 배치 방향, 이동 방향, 및 이동 속도 등 그 제한이 없으며, 장애물의 존재 여부 및 운항 적합 여부에 따른 점수(Score)도 포함할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 점수가 부여된 장애물 지도(700)를 나타낸 도면이다. 점수가 부여된 장애물 지도(700)를 비용 지도라고 할 수도 있다.
도 7을 참조하면, 장애물 지도(700)에 포함된 복수의 노드 중 일부 또는 전부에는 장애물의 존재 여부 및 운항 적합 여부에 따른 점수(Score)가 부여될 수 있다.
특정 노드에 부여된 점수는 여러 가지 기준에 따라 결정되는 특정 노드의 운항 적합도를 반영한다. 이에 따라, 만약 하나의 노드에 부여된 점수의 값과 다른 하나의 노드에 부여된 점수의 값이 서로 다른 경우, 각 노드에 대해 결정된 운항 적합도가 서로 다르다는 것을 의미한다.
특정 노드에 대한 운항 적합도는 특정 노드에 장애물이 존재할 확률을 고려하여 결정될 수 있다. 또는, 특정 노드에 대한 운항 적합도는 특정 노드에 선박이 위치할 때 선박이 장애물과 충돌할 확률을 고려하여 결정될 수 있다. 또는, 특정 노드에 대한 운항 적합도는 특정 노드가 장애물에 대응되는 노드로부터 떨어져 있는 거리를 고려하여 결정될 수 있다. 물론, 특정 노드에 대한 운항 적합도는 전술한 3가지 방식들 중 둘 이상을 조합한 방식에 의해 결정될 수 있다.
특정 노드에 대한 운항 적합도가 높다는 것의 의미는 선박이 상기 특정 노드를 경유해서 지나갈 때 장애물과 충돌할 확률이 낮다는 것을 의미할 수 있다. 반대로, 특정 노드에 대한 운항 적합도가 낮다는 것의 의미는 선박이 상기 특정 노드를 경유해서 지나갈 때 장애물과 충돌할 확률이 높다는 것을 의미할 수 있다.
이에 한정되는 것은 아니지만, 본 명세서에 있어서, 더 높은 점수는 더 낮은 운항 적합도를 의미하고, 더 낮은 점수는 더 높은 운항 적합도를 의미하는 것으로 설명한다.
점수는, 이에 한정되는 것은 아니지만, 0-255 사이의 값을 가질 수 있다. 전술한 범위는 예시적으로 나타낸 것이며, 점수의 범위가 전술한 범위로 한정되는 것은 아니다. 점수가 높을수록 장애물 존재 확률이 높거나 운항에 부적합한 것을 의미하고, 점수가 낮을수록 운항에 적합한 것을 의미할 수 있다.
한편, 노드에 부여되는 점수는 장애물에 대응되는 노드와의 거리에 따라 결정될 수 있다. 일 예로, 장애물에 대응되는 노드로부터 거리가 먼 노드일수록 낮은 점수를 부여할 수 있다. 이 경우, 장애물의 특성에 따라 다른 점수 결정 기준을 적용할 수도 있다.
예를 들어, 섬 또는 방파제 등 선박이 접근하기 어려운 특성을 가지는 장애물에 대응되는 노드의 인근 노드에는, 부표 등 선박이 접근하기 용이한 특성을 가지는 장애물에 대응되는 노드의 인근 노드보다 상대적으로 높은 점수가 부여될 수 있다. 또한, 선박이 접근하기 어려운 특성을 가지는 장애물에 대응되는 노드의 인근 노드는 장애물에 대응되는 노드와 거리가 멀어짐에 따라 낮아지는 점수의 폭이 선박이 접근하기 용이한 특성을 가지는 장애물에 대응되는 노드의 인근 노드에서의 점수의 폭보다 작을 수 있다.
일 예에 따른 도 7에서는 노드에 부여된 점수가 높을수록 어두운 색으로 표시하였으며, 노드에 부여된 점수가 낮을수록 밝은 색으로 표시하였다. 도 7을 참조하면, 장애물에 대응되는 노드(710)에는 가장 높은 점수가 부여되므로, 가장 어둡게 표시하였다. 한편, 바다에 대응되는 노드(720, 730, 740)에 대해서는, 부여된 점수가 가장 낮은 노드(720)를 가장 밝은 색으로 표시하였으며, 중간 점수가 부여된 노드(730)를 중간 밝은 색으로, 그리고 높은 점수가 부여된 노드(720)를 약간 밝은 색으로 표시하였다.
도 8은 일 실시예에 따른 선박에 대응되는 노드(810)를 포함하는 장애물 지도(800)에 대한 도면이다.
도 8의 장애물 지도(800) 상에는 선박의 형상(820)도 반영되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 장애물 지도(800) 상에는 선박에 대응되는 노드(810)만 표시될 수 있다.
도 8을 참조하면, 장애물 지도(800) 상의 선박에 대응되는 노드(810)에는 노드(810)에 대응되는 해상에서의 위치에 위치한 선박의 선수 방향(830)이 속성 정보로서 할당될 수 있다.
선수 방향(Heading)은, 선박의 선수가 가리키고 있는 방향을 의미한다. 구체적으로, 선수 방향은 선박을 진행시키려는 방향, 즉 선수미선과 선박을 지나는 기준선(자오선, Meridian line)이 이루는 각도를 의미할 수 있다. 일 예로, 도 8을 참조하면, 선박에 대응되는 노드(810)에는 선수 방향(830)으로 270도 또는 1.5π 값이 할당될 수 있다.
이에 한정되는 것은 아니며, 장애물 지도 상에서 일 기준 방향을 설정한 경우, 선수 방향은 설정된 기준 방향과 선수미선이 이루는 각도를 의미할 수 있다.
장애물 지도는 다양한 방식으로 생성될 수 있다. 일 예로, 장애물 지도는 전자 해도로부터 생성될 수 있으며, 위성 사진 또는 항공 사진 등 이미지를 이용하여 생성될 수도 있다.
일 예로, 이미지를 가공하여 장애물 지도를 생성할 경우, 이미지 세그멘테이션을 이용하여 이미지에 반영된 바다 영역과 장애물 영역을 식별한 후 식별된 영역에 기초하여 장애물 지도를 생성할 수 있다. 구체적으로, 바다 영역에 바다에 대응되는 노드를 배치하고, 장애물 영역에 장애물에 대응되는 노드를 배치시켜 장애물 지도를 생성할 수 있다.
한편, 장애물 지도는 라이다 포인트 클라우드 데이터를 이용하여 생성될 수도 있다. 구체적으로, 라이다 포인트 클라우드에 포함되어 있는 각 포인트들을 기준 평면으로 투영(Projection)하여 2차원으로 표현되는 장애물 지도를 생성할 수 있다. 기준 평면은 평균적 해수면으로 가정할 수 있는 평면을 의미할 수 있다.
라이다 포인트 클라우드를 이용하여 장애물 지도를 생성하기 위해, 선박 또는 항만 시설에는 주변 환경을 감지하기 위한 라이다 센서가 배치될 수 있다. 라이다 센서는 복수 개 배치될 수 있으며, 그 위치에 제한 없이 설치될 수 있다.
한편, 장애물 지도는 카메라 이미지를 이용하여 생성될 수도 있다. 구체적으로, 이미지에 대해 이미지 세그멘테이션을 수행한 후, 세그멘테이션 된 이미지를 기준 평면으로 시점 변환하여 장애물 지도를 생성할 수 있다. 기준 평면은 평균적 해수면으로 가정할 수 있는 평면을 의미할 수 있다.
카메라 이미지를 이용하여 장애물 지도를 생성하기 위해, 선박 또는 항만 시설에는 주변 환경을 촬상하는 카메라가 배치될 수 있다. 카메라는 복수 개 배치될 수 있으며, 그 위치에 제한 없이 설치될 수 있다.
장애물 지도 생성 방법은 이에 한정되는 것은 아니며, 항만 지도를 생성하는 다양한 방식이 이용될 수 있다.
장애물 지도는 외부 서버(300)에서 생성될 수 있다. 외부 서버(300)는 상술한 바와 같이 전자 해도 또는 이미지 데이터를 이용하여 장애물 지도를 생성할 수 있다. 한편, 외부 서버(300)는 항만 시설 또는 선박이 획득한 라이다 포인트 클라우드 데이터 또는 촬상된 이미지를 이용하여 장애물 지도를 생성할 수도 있다.
이에 한정되는 것은 아니며, 장애물 지도는 경로 생성 장치(100)에서 생성될 수도 있다. 구체적으로, 경로 생성 장치(100)는 경로 생성 장치(100)에 저장된 데이터 또는 외부로부터 수신한 데이터를 이용하여 장애물 지도를 생성할 수 있다.
한편, 경로 생성 장치(100)가 선박에 위치하는 경우, 선박의 라이다 센서가 획득한 라이다 포인트 클라우드 데이터 또는 선박의 카메라가 촬상한 이미지를 이용하여 장애물 지도를 생성할 수 있다. 경로 생성 장치(100)가 선박의 외부에 위치하는 경우, 경로 생성 장치(100)는 항만 시설 또는 선박이 획득한 라이다 포인트 클라우드 데이터 또는 촬상된 이미지를 이용하여 장애물 지도를 생성할 수도 있다.
3. 경로 생성 방법 1
도 9는 일 실시예에 따른 경로 생성 방법의 순서도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 생성 방법은, 장애물 지도를 획득(S910)하고, 장애물 지도 상에서의 현재 노드 및 접안 노드를 선택(S920)하고, 현재 노드에서의 현재 선수 방향 및 접안 노드에서의 접안 선수 방향을 판단(S930)하고, 기준 거리를 결정(S940)하고, 장애물 지도 상에서의 현재 노드부터 접안 노드까지의 복수의 경유 노드들을 결정(S950)하고, 결정된 경유 노드를 이용하여 접안 경로를 생성(S960)하는 과정으로 수행될 수 있다. 경로 생성 방법과 관련된 구체적인 내용은 후술한다.
먼저 장애물 지도의 획득과 관련하여, 장애물 지도는 경로 생성 장치에 저장되어 있을 수도 있으며, 외부로부터 획득될 수도 있다. 경로 생성 장치에 장애물 지도가 저장되어 있어도 이를 업데이트 하기 위해 외부로부터 새롭게 획득될 수도 있다.
장애물 지도 상에서의 현재 노드 및 접안 노드의 선택과 현재 노드에서의 현재 선수 방향 및 접안 노드에서의 접안 선수 방향의 판단과 관련해서는 도 10을 참조하여 설명한다.
도 10은 일 실시예에 따른 장애물 지도(1000)를 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 현재 노드(1020)는 장애물 지도(1000) 상에서 선박의 현재 위치에 대응되는 노드를 의미할 수 있다. 현재 노드(1020)는 경로의 시작 위치에 대응될 수 있다.
도 10의 장애물 지도(1000)에는 선박의 현재 위치에 대응되는 장애물 지도(1000) 상의 위치(1010)에 선박의 형상이 반영되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 장애물 지도에는 선박의 형상이 반영되어 있지 않을 수도 있다.
경로 생성 장치는 선박의 현재 위치에 관한 정보를 획득하기 위하여, 센서 모듈을 통해 현재의 선박의 위치에 관한 좌표 등을 수신할 수 있다. 아울러, 경로 생성 장치는 획득된 현재 선박의 위치에 관한 정보를 이용하여 장애물 지도 상에서 현재 노드를 선택할 수 있다.
장애물 지도 상에서 현재 노드를 선택하기 위하여, 장애물 지도의 스케일 및 절대 좌표계에 대한 장애물 지도의 매핑 등이 경로 생성 장치에 의해 수행될 수도 있다.
현재 노드를 선택하기 위한 선박의 현재 위치 판단과 관련하여, 선박의 현재 위치는 선박의 중심점의 위치를 기준으로 판단될 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니며, 선박의 현재 위치는 선박의 선수 또는 선미 등 선박의 어느 한 지점을 기준으로 판단될 수도 있다.
한편, 경로 생성 장치는 외부로부터 현재 노드(1020)가 선택된 장애물 지도(1000)를 획득할 수도 있다.
도 10을 참조하면, 접안 노드(1050)는 장애물 지도(1000) 상에서 선박의 접안 위치에 대응되는 노드를 의미할 수 있다. 접안 노드(1050)는 경로의 종료 위치에 대응될 수 있다.
도 10의 장애물 지도(1000)에는 선박의 접안 위치에 대응되는 장애물 지도(1000) 상의 위치(1040)에 선박의 형상이 반영되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 장애물 지도에는 선박의 형상이 반영되어 있지 않을 수도 있다.
선박의 접안 위치는 접안 시설에서 선박이 접안될 위치를 의미하며, 경로 생성 장치에 저장된 항만에 대한 데이터 또는 외부 서버로부터 획득된 데이터에 기초하여 판단될 수 있다.
접안 노드를 선택하기 위한 선박의 접안 위치 판단과 관련하여, 선박의 접안 위치는 선박이 접안 시설에 접안하였을 경우 선박의 중심점의 위치를 기준으로 판단할 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니며, 선박의 접안 위치는 선박의 선수 또는 선미 등 선박의 어느 한 지점을 기준으로 판단될 수도 있다. 한편, 현재 노드를 선택하기 위한 선박의 기준 위치와 접안 노드를 선택하기 위한 선박의 기준 위치를 동일하게 설정할 수도 있다.
한편, 경로 생성 장치는 외부로부터 접안 노드(1050)가 선택된 장애물 지도(1000)를 획득할 수도 있다.
선택된 현재 노드(1020)에는 선박의 현재 선수 방향(1030)이 할당될 수 있다. 현재 선수 방향(1030)은 현재 시점에서의 선박의 선수 방향을 의미하며, 센서 모듈로부터 획득된 데이터를 이용하여 판단될 수 있다. 장애물 지도 상의 노드에 선수 방향을 할당하는 것과 관련된 내용은 상술한 바 있으므로 중복 설명은 생략한다.
선택된 접안 노드(1050)에는 접안 선수 방향(1060)이 할당될 수 있다. 접안 선수 방향(1060)은 선박이 접안 시설에 접안될 때의 선수 방향을 의미한다. 접안 선수 방향(1060)은 경로 생성 장치에 저장된 항만에 대한 정보 또는 외부로부터 획득된 데이터에 기초하여 판단할 수 있다. 외부로부터 접안 위치에 대한 정보만 수신된 경우, 접안 선수 방향(1060)은 장애물 지도(1000) 상의 항만에 대한 정보(항만의 형태 등)에 기초하여 선박이 접안 위치에 위치할 때의 예상되는 선수 방향으로부터 판단될 수도 있다 장애물 지도 상의 노드에 선수 방향을 할당하는 것과 관련된 내용은 상술한 바 있으므로 중복 설명은 생략한다.
도 11은 도 10의 장애물 지도(1000) 상에서 기존의 접안 경로 생성 방법을 수행하여 생성된 경로(1070)를 나타낸 도면이다.
일반적으로 경로를 생성하기 위해 3D A* 알고리즘이 이용될 수 있으며, 도 11은 기존의 3D A* 알고리즘만을 이용하여 생성된 현재 노드(1020)부터 접안 노드(1050)까지의 경로(1070)를 나타낸 것이다.
도 11을 참조하면, 기존의 3D A* 알고리즘은 현재 노드(1020)부터 접안 노드(1050)까지의 최단 거리 경로(1070)를 생성하는 바, 생성된 경로(1070)에는 침로 변화 구간(1080)이 접안 시설 직전에 짧은 길이로 존재하게 된다.
이에 따라, 일반적인 3D A* 알고리즘만을 이용하는 접안 경로 생성 방법으로 생성된 접안 경로를 따라 선박을 운항할 경우 작은 경로 이탈에도 선박과 접안 시설 간의 충돌 위험성이 높아지는 문제점이 있었다. 이를 해결하기 위해 본 발명은 후술할 기준 거리를 이용하여 접안 경로를 생성하고자 한다.
도 12는 일 실시예에 따른 기준 거리(1110)를 설명하기 위한 도면이다.
기준 거리(1110)는 선박이 접안 시설에 접안할 때, 선박의 선수 방향과 접안 선수 방향과의 차이가 커서 선박이 접안 시설에 바로 진입하기 어렵거나 위험한 경우, 선박이 360도 회두하여 재진입할 수 있을 만큼의 여유를 고려한 거리를 의미한다.
기준 거리(1110)를 고려한 접안 경로 생성 시, 경로 생성 장치는 접안 노드(1150)로부터 기준 거리 범위(1120) 이내에서는 선박의 선수 방향의 변화를 최소화한 경로를 생성하는 바, 생성된 경로를 따라 선박을 운항할 때 선박과 접안 시설 간의 충돌 위험을 줄일 수 있다.
구체적으로, 기준 거리(1110)는 선박의 길이, 선박의 너비, 선박의 무게, 선박의 조타 성능, 접안 시설의 길이(1170) 중 적어도 하나를 고려하여 산출될 수 있다. 일 예로, 선박의 길이가 길수록, 선박의 너비가 넓을수록, 선박의 무게가 무거울수록, 선박의 조타 성능이 낮을수록, 접안 시설의 길이(1170)가 길수록 기준 거리(1110)가 길어질 수 있다. 한편, 기준 거리(1110)는 선박의 선회 반경을 고려하여 산출될 수도 있다. 이 경우, 선박의 선회 반경이 길수록 기준 거리(1110)가 길어질 수 있다. 한편, 기준 거리(1110)는 접안 시설의 길이(1170)의 두배와 선박의 길이의 다섯배의 합산 길이를 고려하여 산출될 수도 있다.
기준 거리(1110)는 경로 생성 장치에서 산출될 수 있다. 구체적으로, 경로 생성 장치는 경로 생성 장치에 저장된 선박에 대한 정보 및 항만에 대한 정보를 이용하여 기준 거리(1110)를 산출할 수 있다. 이 경우, 선박에 대한 정보 및/또는 항만에 대한 정보는 외부로부터 수신된 데이터일 수 있다.
한편, 기준 거리(1110)는 외부 서버에서 산출될 수도 있다. 구체적으로, 외부 서버는 외부 서버에 저장된 항만에 대한 정보와, 선박으로부터 수신한 선박에 대한 정보를 이용하여 기준 거리(1110)를 산출할 수 있다. 외부 서버에서 기준 거리가 산출된 경우, 외부 서버는 산출된 기준 거리를 경로 생성 장치에 전송할 수 있다.
도 12를 참조하면, 후술할 접안 경로를 생성하기 위해 접안 노드(1150)로부터 기준 거리(1110)만큼 떨어진 위치에 대응되는 노드인 기준 거리 노드(1130)가 이용될 수 있다.
장애물 지도 상에서의 현재 노드부터 접안 노드까지의 복수의 경유 노드들의 결정 및 접안 경로 생성과 관련해서는 도 13, 도 14 및 도 15를 참조하여 설명한다.
도 13, 도 14 및 도 15는 일 실시예에 따른 장애물 지도(1200) 상에서의 접안 경로 및 경유 노드를 나타낸 도면이다.
경로는 적어도 둘 이상의 노드들의 순서를 의미할 수 있으며, 경로를 결정한다는 것은 노드들 및 그 순서를 결정한다는 것을 의미할 수 있다.
경유 노드는 선박이 경로를 따라서 현재 위치에서 접안 위치까지 이동하는 경우 해당 선박의 특정 위치에 대응되는 장애물 지도 상의 노드를 의미할 수 있다. 이때, 상기 특정 위치는 선박의 선두, 선미 혹은 중심점일 수 있다. 다만, 상기 특정 위치는 선박의 현재 위치에 대응되는 현재 노드를 결정할 때 사용된 위치와 동일하게 결정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 만약 현재 노드를 결정할 때 선박의 중심점이 사용되었다면, 경유 노드를 결정할 때에도 선박의 중심점이 사용되는 것이 바람직하다.
장애물 지도 상에서 경유 노드를 결정하기 위해 경유 노드 결정 방법을 이용할 수 있다. 일 예에 따른 경유 노드 결정 방법은, 제1 경유 노드 결정 방법과 제2 경유 노드 결정 방법을 포함할 수 있다. 구체적인 경유 노드 결정 방법은 도 13을 참조하여 설명한다.
도 13을 참조하면, 제1 경유 노드 결정 방법은 현재 선수 방향(1220-1)을 고려하여 현재 노드(1210-1)부터 기준 거리 노드(1230) 중 하나까지의 복수의 제1 경유 노드(1240-1)들을 결정하는 방법이다.
이 경우, 제1 경유 노드(1240-1)는 선박의 최대 선회각을 고려하여 결정될 수 있다. 구체적으로, 현재 노드(1210-1) 바로 다음의 제1 경유 노드(1240-1)는 현재 선수 방향(1220-1)을 기준으로 최대 선회각 이내의 노드들 중에서 결정될 수 있다.
제1 경유 노드 결정 방법은 결정된 제1 경유 노드(1240-1) 각각에서의 예상 선수 방향도 결정할 수 있다. 도 13에는 도시되지 않았으나, 결정된 예상 선수 방향은 대응되는 경유 노드에 할당될 수 있다. 특정 경유 노드에 대한 예상 선수 방향은 예상 경로를 따라서 이동하는 선박이 상기 특정 경유 노드에 대응되는 위치하는 것을 가정할 때 상기 대응되는 위치에 있는 선박의 예상되는 선수 방향을 의미한다. 결정된 제1 경유 노드(1240-1) 각각에 예상 선수 방향이 할당되어 있는 바, 결정된 제1 경유 노드(1240-1) 바로 다음의 후속 제1 경유 노드는, 결정된 제1 경유 노드(1240-1)에 할당된 예상 선수 방향을 기준으로 최대 선회각 이내의 노드들 중에서 결정될 수 있다.
선박의 최대 선회각은 선속에 비례하고 선회 반경에 반비례하는 값일 수 있다. 이 경우 선회 반경은 선박의 길이의 다섯배로 설정될 수 있다. 제1 경유 노드(1240-1)를 결정함에 있어서 최대 선회각을 고려하기 위해 각 노드에서의 최대 선회각, 선속, 및/또는 선회 반경이 산출될 수도 있다.
도 13에는 도시되지 않았으나, 제1 경유 노드 결정 방법은, 상술한 장애물 지도(1200)의 각 노드에 부여된 점수를 고려하여 제1 경유 노드(1240-1)를 결정할 수도 있다. 구체적으로, 제1 경유 노드 결정 방법은, 현재 노드(1210-1) 또는 결정된 제1 경유 노드(1240-1) 바로 다음의 후속 제1 경유 노드를 결정할 때, 후속 제1 경유 노드에 부여된 점수를 고려하여 제1 경유 노드를 결정할 수 있다. 일 예로, 예비 후속 제1 경유 노드들 중에서 해당 노드에 부여된 점수가 가장 낮은 노드가 후속 제1 경유 노드로 결정될 수 있다.
또한, 제1 경유 노드 결정 방법은 접안 노드(1280)까지의 남은 거리를 고려하여 제1 경유 노드(1240-1)를 결정할 수도 있다. 구체적으로, 제1 경유 노드 결정 방법은, 현재 노드(1210-1) 또는 결정된 제1 경유 노드(1240-1)의 바로 다음의 후속 제1 경유 노드를 결정할 때, 후속 제1 경유 노드부터 접안 노드(1280)까지의 남은 거리가 작아지도록 후속 제1 경유 노드를 결정할 수 있다.
한편, 도 13에서는, 제1 경유 노드(1240-1)들 간에 거리가 있도록 제1 경유 노드(1240-1)들이 결정되었으나, 제1 경유 노드(1240-1)들은 현재 노드(1210-1)부터 기준 거리 노드(1230) 중 하나까지 연속적으로 결정될 수도 있다.
제1 경유 노드(1240-1)를 결정하기 위해 고려되는 기준 거리 노드(1230)는 접안 노드(1280)로부터 기준 거리만큼 떨어진 위치에 대응되는 적어도 하나의 노드를 의미한다. 기준 거리 노드(1230) 중 제1 경유 노드(1240-1)로 결정된 노드를 기준 거리 경유 노드(1250-1)로 설정할 수 있다. 이 경우, 선박이 기준 거리 경유 노드(1250-1)에 위치할 때의 선수 방향이 예상 선수 방향(1260-1)으로 기준 거리 경유 노드(1250-1)에 할당될 수 있다.
제1 경유 노드 결정 방법은 후술할 제2 경유 노드 결정 방법에 따라 제2 경유 노드(1270-1)들이 결정될 수 있도록 제1 경유 노드(1240-1)들을 결정할 수 있다. 구체적인 내용은 후술한다.
도 13을 참조하면, 제2 경유 노드 결정 방법은 접안 선수 방향(1290)을 고려하여 기준 거리 경유 노드(1250-1)부터 접안 노드(1280)까지의 복수의 제2 경유 노드(1270-1)들을 결정하는 방법이다.
이 경우, 제2 경유 노드(1270-1)는 선박의 최대 선회각을 고려하여 결정될 수 있다. 구체적으로, 기준 거리 경유 노드(1250-1) 바로 다음의 제2 경유 노드(1270-1)는 기준 거리 경유 노드(1250-1)에 할당된 예상 선수 방향(1260-1)을 기준으로 최대 선회각 이내의 노드들 중에서 결정될 수 있다.
제2 경유 노드 결정 방법은 결정된 제2 경유 노드(1270-1) 각각에서의 예상 선수 방향도 결정할 수 있다. 도 13에는 도시되지 않았으나, 결정된 예상 선수 방향은 대응되는 경유 노드에 할당될 수 있다. 결정된 제2 경유 노드(1270-1) 각각에 예상 선수 방향이 할당되어 있는 바, 결정된 제2 경유 노드(1270-1) 바로 다음의 후속 제2 경유 노드를 결정할 때에도, 결정된 제2 경유 노드(1270-1)에서의 예상 선수 방향을 기준으로 최대 선회각 이내의 노드들 중에서 후속 제2 경유 노드가 결정될 수 있다.
또한, 제2 경유 노드 결정 방법은 접안 노드(1280)에 대응되는 제2 경유 노드(1270-1)에 할당될 예상 선수 방향이 접안 선수 방향(1290)과 일치하도록 제2 경유 노드(1270)들을 결정할 수 있다.
도 13에는 도시되지 않았으나, 제2 경유 노드 결정 방법은, 상술한 장애물 지도(1200)의 각 노드에 부여된 점수를 고려하여 제2 경유 노드(1270-1)를 결정할 수도 있다. 구체적으로, 제2 경유 노드 결정 방법은, 기준 거리 경유 노드(1250-1) 또는 결정된 제2 경유 노드(1270-1) 바로 다음의 후속 제2 경유 노드를 결정할 때, 후속 제2 경유 노드에 부여된 점수를 고려하여 제2 경유 노드를 결정할 수 있다. 일 예로, 예비 후속 제2 경유 노드들 중 부여된 점수가 가장 낮은 노드가 후속 제2 경유 노드로 결정될 수 있다.
또한, 제2 경유 노드 결정 방법은, 접안 노드(1280)까지의 남은 거리를 고려하여 제2 경유 노드(1270-1)를 결정할 수도 있다. 구체적으로, 제2 경유 노드 결정 방법은, 기준 거리 경유 노드(1250-1) 또는 결정된 제2 경유 노드(1270-1) 바로 다음의 후속 제2 경유 노드를 결정할 때, 후속 제2 경유 노드부터 접안 노드(1280)까지의 남은 거리가 작아지도록 후속 제2 경유 노드를 결정할 수 있다.
한편, 도 13에서는, 제2 경유 노드(1270-1)들 간에 거리가 있도록 제2 경유 노드(1270-1)들이 결정되었으나, 제2 경유 노드(1270-1)들은 기준 거리 경유 노드(1250-1)부터 접안 노드(1280)까지 연속적으로 결정될 수도 있다.
제1 경유 노드 결정 방법과 비교하여 제2 경유 노드 결정 방법은 기준 거리 경유 노드(1250-1) 또는 결정된 제2 경유 노드(1270-1)의 바로 다음의 후속 제2 경유 노드를 결정할 때, 후속 제2 경유 노드에 할당될 예상 선수 방향과 접안 선수 방향(1290)과의 차이를 고려하여 후속 제2 경유 노드를 결정할 수 있다. 일 예로, 예비 후속 제2 경유 노드들 중에서 해당 노드에 할당될 예상 선수 방향과 접안 선수 방향(1290)과의 차이가 가장 작은 노드가 후속 제2 경유 노드로 결정될 수 있다.
한편, 제2 경유 노드 결정 방법은, 후속 제2 경유 노드에 할당될 예상 선수 방향과 접안 선수 방향(1290)과의 차이만 고려하여 후속 제2 경유 노드를 결정할 수 있다. 또는, 제2 경유 노드 결정 방법은, 예비 후속 제2 경유 노드들 중에서 해당 노드에 할당될 예상 선수 방향이 접안 선수 방향(1290)과 동일한 노드를 후속 제2 경유 노드로 결정할 수도 있다.
즉, 제2 경유 노드 결정 방법에 따르면, 제2 경유 노드(1270-1)들에 할당될 예상 선수 방향과 접안 선수 방향(1290)의 차이가 작거나 없도록 제2 경유 노드(1270-1)들이 결정되어야 한다. 이에 따라, 제1 경유 노드 결정 방법은, 제2 경유 노드 결정 방법을 통해 제2 경유 노드(1270-1)들이 결정될 수 있는지 여부도 고려하여 제1 경유 노드(1240-1)들을 결정할 수 있다.
구체적으로, 제1 경유 노드 결정 방법을 통해 제1 경유 노드(1240-1) 및 기준 거리 경유 노드(1250-1)가 결정되었어도, 제2 경로 생성 방법을 이용하여 기준 거리 경유 노드(1250-1)에서부터 접안 노드(1280)까지의 제2 경유 노드(1270-1)들을 결정할 수 없을 경우, 결정된 제1 경유 노드들 중 적어도 하나의 제1 경유 노드가 새로 결정되거나, 새로운 제1 경유 노드가 추가로 결정될 수도 있다.
제1 경유 노드가 새로 결정되는 것과 관련해서는 도 14 및 도 15를 참조하여 설명한다.
도 14를 참조하면, 현재 노드(1210-2)가 기준 거리 노드(1230)에 가까이 위치하고, 현재 선수 방향(1220-2)이 접안 선수 방향(1290)과 차이가 큰 조건에서, 제1 경로 생성 방법을 이용하여 현재 노드(1210-2)부터 기준 거리 노드(130)중 하나까지 최단 경로를 생성할 경우, 선박의 조타 성능의 한계 등으로 인해 기준 거리 경유 노드(1250-2) 및 기준 거리 경유 노드(1250-2)에 할당된 예상 선수 방향(1260-2)은 도 14와 같이 결정될 수밖에 없다.
기준 거리 경유 노드(1250-2) 및 기준 거리 경유 노드(1250-2)에 할당된 예상 선수 방향(1260-2)이 도 14와 같이 결정된 상태에서, 상술한 제2 경유 노드 결정 방법을 이용하여 제2 경유 노드(1270-2)들을 결정할 경우, 제2 경유 노드(1270-2)는 접안 노드(1280)까지 생성되지 못한다. 즉, 제2 경유 노드(1270-1)는 제2 경유 노드 결정 방법을 통해 결정될 수 없다.
이에 따라, 도 14와 같은 현재 노드(1210-2) 및 현재 선수 방향(1220-2) 조건에서는, 새로운 제1 경유 노드를 결정해야 한다.
도 15를 참조하면, 현재 노드(1210-2)가 기준 거리 노드(1230)에 가까이 위치하고, 현재 선수 방향(1220-2)이 접안 선수 방향(1290)과 차이가 큰 조건 등에서 제1 경유 노드 결정 방법은 선박이 기준 거리 밖에서 회두하여 기준 거리 노드(1230)에 접근할 수 있도록 제1 경유 노드(1240-3)들을 결정할 수 있다.
이에 따라, 도 15에서와 같이 제2 경유 노드 결정 방법은 기준 거리 경유 노드(1250-3)부터 접안 노드(1280)까지의 제2 경유 노드(1270-3)들을 결정할 수 있다.
상술한 경유 노드 결정 방법은 3D A* 알고리즘을 기반으로 구현될 수도 있다.
구체적으로, 상술한 경유 노드 결정 방법을 통해 생성하고자 하는 경로인 예상 접안 경로를 획득하기 위해 예상 접안 경로 비용 함수를 3D A* 알고리즘에서 고려되는 비용 함수로 설정할 수 있다.
이하에서는 기준 거리 및 예상 접안 경로 비용 함수를 이용하여 장애물 지도 상에서 현재 노드부터 접안 노드까지의 복수의 경유 노드들을 결정하는 방법을 설명하고자 한다.
경유 노드 결정 방법이 제1 경유 노드 결정 방법 및 제2 경유 노드 결정 방법을 포함하는 것과 같이 예상 접안 경로 비용 함수는 제1 예상 접안 경로 비용 함수 및 제2 예상 접안 경로 비용 함수를 포함할 수 있다.
제1 경유 노드 결정 방법으로 생성하고자 하는 제1 예상 접안 경로에 대해 적용할 수 있는 제1 예상 접안 경로 비용 함수는, 비용 함수 f=g+h 에서, g(n)과 h(n)을 각각 다음과 같이 정의할 수 있다.
g(n)=ωm*Cm(n)+ ωc*Cc(n)
h(n)=ωd*Cd(n)
이때, n은 현재 노드로부터 제1 경유 노드의 순번을 나타내며, 현재 노드에서 n은 0이 될 수 있다.
한편, ωm, ωc, 및 ωd는 Cm, Cc, 및 Cd 각각에 대한 가중치 값이다.
Cm 은 장애물 지도의 각 노드에 부여된 점수이며, 장애물로부터 안전한 위치를 고려하기 위함이다. Cc는 라디안 단위의 현재 선수 방향 또는 예상 선수 방향을 기준으로 한 다음 노드까지의 각도 변화량이며, 선박의 제한된 조종성능을 반영하기 위함이다. Cd는 경유 노드부터 접안 노드까지의 남은 거리이며, 휴리스틱 값을 의미한다.
상술한 비용 함수를 이용하여 현재 노드부터 기준 거리 경유 노드까지의 제1 경유 노드를 결정할 수 있다.
예를 들어, n번째 경유 노드를 기준으로 바로 다음 후속 노드(예를 들어, n+1번째 경유 노드)를 결정하고자 할 때, n번째 경유 노드를 기준으로 복수의 후속 노드 후보들 각각에 대해서 비용함수에 의해 결정된 비용값들이 산출될 수 있으며, 산출된 비용값이 가장 작은 후속 노드 후보가 상기 n+1번째 경유 노드로 결정될 수 있다. 즉, n번째 경유 노드를 기준으로 n+1번째의 후속 경유 노드를 결정함에 있어서, 장애물로부터 안전한 위치를 고려하기 위한 장애물 지도의 각 노드에 부여된 점수, 선박의 제한된 조종성능을 반영하기 위한 라디안 단위의 현재 선수 방향 또는 예상 선수 방향을 기준으로 한 다음 노드까지의 각도 변화량 및 경유 노드부터 접안 노드까지의 남은 거리가 고려될 수 있다. 이러한 과정이 현재 노드로부터 기준 거리 경유 노드까지 반복되어 복수의 제1 경유 노드들이 결정될 수 있다.
한편, 제2 경유 노드 결정 방법으로 생성하고자 하는 제2 예상 접안 경로에 대해 적용할 수 있는 제2 예상 접안 경로 비용 함수는, 비용 함수 f=g+h 에서, g(n)과 h(n)을 각각 다음과 같이 정의할 수 있다.
g(n)=ωm*Cm(n)+ ωc*Cc(n)
h(n)=ωd*Cd(n)+ωb*Cb(n)*A
이때, n은 제2 경유 노드의 순번을 나타내며, 기준 거리 경유 노드에서 n은 0이 될 수 있다.
한편, ωm, ωc, ωd 및 ωb는 Cm, Cc, Cd 및 Cb 각각에 대한 가중치 값이다. Cm, Cc, Cd와 관련해서는 상술한 바 있으므로 중복 설명은 생략한다.
Cb는 경유 노드에서의 라디안 단위의 예상 선수 방향과 접안 선수 방향과의 차이 값이며, 예상 선수 방향과 접안 선수 방향과의 차이를 최소화하기 위함이다.
A는 제2 경유 노드 결정 방법을 이용함에 있어서, 예상 선수 방향과 접안 선수 방향의 차이에 대한 가중치를 높이기 위해 설정된 값이다. A는 실수 형태의 최대 값이 부여될 수 있다. 일 예로, A에 무한대 값이 부여될 경우, 제2 경유 노드를 결정함에 있어서 Cb 값만이 고려되도록 할 수 있다. A에 무한대 값(설정할 수 있는 가장 큰 실수값이어도 무방)을 부여함로으써, 전술한 바와 같이, 제2 노드 결정 방법은 후속 경유 노드를 결정할 때, 후속 제2 경유 노드에 할당될 예상 선수 방향과 접안 선수 방향(1290)과의 차이만을 고려하여 결정하는 것과 같이 해석될 수 있다. 다만, A에 무한대 값을 대입하는 대신 적당히 큰 크기의 실수가 부여되는 경우, 후속 제2 경유 노드에 할당될 예상 선수 방향과 접안 선수 방향(1290)과의 차이를 가장 크게 고려하되, 장애물로부터 안전한 위치를 고려하기 위한 장애물 지도의 각 노드에 부여된 점수, 선박의 제한된 조종성능을 반영하기 위한 라디안 단위의 현재 선수 방향 또는 예상 선수 방향을 기준으로 한 다음 노드까지의 각도 변화량 및 경유 노드부터 접안 노드까지의 남은 거리도 함께 고려할 수 있게 된다.
한편, 예상 선수 방향과 접안 선수 방향의 차이가 많이 나게 되는 경우, 궁극적으로 후속 노드가 결정될 수 없게 되기 때문에, 제1 노드 결정 방법에 따라 '새로운' 제1 경유 노드들의 세트가 결정될 수 있으며, 이러한 루프가 반복됨에 따라서, 궁극적으로 본 출원에 의해 달성하고자 하는 목적이 달성될 수 있으며, 도 11에 도시된 바와 같은 충돌 위험이 큰 경로 대신 도 13 및 도 15에 도시된 바와 같은 안전한 경로가 찾아질 수 있게 된다.
상술한 비용 함수를 이용하여 기준 거리 경유 노드부터 접안 노드까지의 제2 경유 노드를 결정할 수 있다.
정리하면, 3D A* 알고리즘을 기반으로 한 경유 노드 결정 방법의 예상 접안 경로 비용 함수는 f=g+h 에서, g(n)과 h(n)을 각각 다음과 같이 정의할 수 있다.
g(n)=ωm*Cm(n)+ ωc*Cc(n)
h(n)=ωd*Cd(n)+ωb*Cb(n)*A
이때, n은 경유 노드의 순번을 나타내며, 현재 노드에서 n은 0이 될 수 있다.
결과적으로, 현재 노드로부터 기준 거리에 배치되는 경유 노드(기준 거리 경유 노드)를 결정해 나가는 방법과 기준 거리 경유 노드에서부터 접안 위치까지 결정해 나가는 방법이 서로 달라지게 된다.
보다 구체적으로, 후속 노드에 부여되는 예상 선수 각도와 접안 노드에 부여되는 접안 각도 사이의 차이를 더 고려한다는 점이 제2 경유 노드 결정 방법과 제1 경유 노드 결정 방법 사이의 차이점이 된다. 나아가, 후속 노드에 부여되는 예상 선수 각도와 접안 노드에 부여되는 접안 각도 사이의 차이점에 대한 가중치값이 매우 크게 설정되어 마치 제1 경유 노드 결정 방법에서 고려되던 값들(예를 들어, 장애물로부터 안전한 위치를 고려하기 위한 장애물 지도의 각 노드에 부여된 점수, 선박의 제한된 조종성능을 반영하기 위한 라디안 단위의 현재 선수 방향 또는 예상 선수 방향을 기준으로 한 다음 노드까지의 각도 변화량 및 경유 노드부터 접안 노드까지의 남은 거리)에 비용함수의 함수값에 미치는 영향을 없애거나 혹은 매우 작게 한다는 점이 제2 경유 노드 결정 방법과 제1 경유 노드 결정 방법 사이의 차이가 된다.
상술한 비용 함수를 이용하여 현재 노드부터 접안 노드까지의 복수의 경유 노드들이 결정될 수 있다.
구체적으로, 경유 노드들은 상술한 예상 접안 경로 비용 함수 및 도 16의 알고리즘을 이용하여 결정될 수 있다.
도 16은 3D A* 알고리즘을 기반으로 경유 노드 및 경로를 획득하는 예시적 알고리즘이다.
경로 생성 장치는 접안 경로를 생성하기 위해 현재 노드, 접안 노드 및 경유 노드들을 이용할 수 있다.
구체적으로, 경로 생성 장치는 현재 노드, 경유 노드 및 접안 노드를 순차적으로 연결하여 경로를 생성할 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니며, 경로 생성 장치는 경유 노드들 중 운항에 적합한 일부 경유 노드를 선택하고, 현재 노드, 선택된 경유 노드 및 접안 노드를 순차적으로 연결하여 경로를 생성할 수 있다. 경로 생성 장치는 노드들을 순차적으로 연결하여 경로를 생성함에 있어서 각 노드에 할당된 선수 방향을 고려할 수 있다.
한편, 경로 생성 장치는 경유 노드에 대한 근사 곡선을 산출하여 경로를 생성할 수도 있다. 근사 곡선은 현재 선수 방향 및 접안 선수 방향을 고려하여 현재 노드 및 접안 노드를 지나도록 산출될 수 있다. 근사 곡선의 경유 노드에 대한 근사 정도는 선박에 대한 정보에 기초하여 결정될 수 있다.
한편, 기준 거리 범위 이내에 장애물이 존재하는 등으로 인해 상술한 경유 노드 결정 방법을 이용하여 상술한 조건을 만족하는 경유 노드들을 결정하지 못할 경우, 경로 생성 장치는 경로를 생성할 수 없다는 결과를 출력할 수도 있다.
4. 경로 생성 방법 2
도 17은 일 실시예에 따른 경로 생성 방법의 순서도이다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 생성 방법은, 장애물 지도를 획득(S1410)하고, 장애물 지도 상에서의 현재 노드 및 접안 노드를 선택(S1420)하고, 현재 노드에서의 현재 선수 방향 및 접안 노드에서의 접안 선수 방향을 판단(S1430)하고, 기준 거리를 결정(S1440)하고, 장애물 지도 상에서 기준 거리 경유 노드를 결정(S1450)하고, 장애물 지도 상에서의 현재 노드부터 기준 거리 경유 노드까지의 복수의 제3 경유 노드들을 결정(S1460)하고, 장애물 지도 상에서의 기준 거리 경유 노드부터 접안 노드까지의 복수의 제4 경유 노드들을 결정(S1470)하고, 결정된 제3 경유 노드 및 제4 경유 노드를 이용하여 접안 경로를 생성(S1480)하는 과정으로 수행될 수 있다. 경로 생성 방법과 관련된 구체적인 내용은 후술한다.
장애물 지도의 획득, 장애물 지도 상에서의 현재 노드 및 접안 노드의 선택, 현재 노드에서의 현재 선수 방향 및 접안 노드에서의 접안 선수 방향의 판단, 기준 거리의 결정 및 경유 노드를 이용한 접안 경로 생성과 관련된 내용은 상술한 바 있으므로 중복 설명은 생략한다.
장애물 지도 상에서의 기준 거리 경유 노드 결정과 관련해서는 도 18을 참조하여 설명한다.
도 18은 일 실시예에 따른 기준 거리 경유 노드 결정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 15를 참조하면, 기준 거리 경유 노드 결정 방법은, 장애물 지도(1500) 상의 기준 거리 노드(1550) 중 하나인 기준 거리 경유 노드(1580)를 결정하는 방법이다. 구체적으로, 기준 거리 경유 노드(1280)는 장애물 지도(1500) 상에서 접안 노드(1520)의 위치, 접안 선수 방향(1530), 기준 거리(1540), 접안 임계 각도(1560), 및 선박에 대한 정보 중 적어도 하나를 고려하여 결정될 수 있다.
접안 임계 각도(1560)는 접안 위치로부터 기준 거리 이내에서의 선박의 변침을 최소화하기 위한 임계 각도를 의미한다.
접안 임계 각도(1560)는 선박에 대한 정보 및 항만에 대한 정보 중 적어도 하나를 고려하여 결정될 수 있다. 일 예로, 선박의 조타 성능이 높은 경우 접안 임계 각도(1560)가 클 수 있고, 선박의 조타 성능이 낮은 경우 접안 임계 각도(1560)가 작을 수 있다. 한편, 선박의 선회 반경이 작을수록 접안 임계 각도(1560)가 클 수 있고, 선회 반경이 클수록 접안 임계 각도(1560)가 작을 수 있다. 한편, 접안 시설의 길이가 짧을수록 접안 임계 각도(1560)가 클 수 있고, 접안 시설의 길이가 길수록 접안 임계 각도(1560)가 작을 수 있다. 한편, 접안 임계 각도(1560)는 0도로 결정될 수도 있다.
일 예로, 접안 노드(1520)에서 접안 선수 방향(1530) 또는 접안 선수 방향(1530)의 반대 방향으로 연장된 선을 기준으로 접안 임계 각도 범위(1570) 내에 위치한 기준 거리 노드(1550) 중 하나를 기준 거리 경유 노드(1580)로 결정할 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니며, 접안 노드(1520)에서 접안 선수 방향(1530) 또는 접안 선수 방향(1530)의 반대 방향으로 연장된 선 상에 있는 기준 거리 노드(1550)를 기준 거리 경유 노드(1580)로 결정할 수도 있다.
도 18을 참조하면, 결정된 기준 거리 경유 노드(1580)에는 기준 거리 선수 방향(1590)이 할당될 수 있다. 기준 거리 선수 방향(1590)은 기준 거리 경유 노드(1580)에서의 예상 선수 방향을 의미하며, 기준 거리 경유 노드(1580)의 위치, 접안 노드(1520)의 위치, 접안 선수 방향(1530), 기준 거리(1540), 접안 임계 각도(1560), 및 선박에 대한 정보 중 적어도 하나를 고려하여 결정될 수 있다.
일 예로, 기준 거리 선수 방향(1590)은 기준 거리 경유 노드(1580)에서 접안 노드(1520)를 향하는 방향으로 결정될 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니며, 기준 거리 선수 방향(1590)은 접안 선수 방향(1530)과의 차이가 접안 임계 각도(1560) 이내가 되도록 결정될 수도 있다.
접안 노드(1520)에서 접안 선수 방향(1530) 또는 접안 선수 방향(1530)의 반대 방향으로 연장된 선 상에 있는 기준 거리 노드(1550)를 기준 거리 경유 노드(1580)로 결정한 경우, 기준 거리 선수 방향(1590)은 접안 선수 방향(1530)과 동일할 수 있다.
장애물 지도 상에서의 현재 노드부터 기준 거리 경유 노드까지의 복수의 제3 경유 노드 결정 및 장애물 지도 상에서의 기준 거리 경유 노드부터 접안 노드까지의 복수의 제4 경유 노드 결정과 관련해서는 도 19를 참조하여 설명한다.
도 19는 일 실시예에 따른 장애물 지도 상에서의 각 노드 및 생성된 접안 경로를 나타낸 도면이다.
현재 노드, 접안 노드, 경유 노드, 기준 거리 경유 노드의 의미와 관련해서는 상술한 바 있으므로 중복 설명은 생략한다.
장애물 지도(1600) 상에서 경유 노드를 결정하기 위해 경유 노드 결정 방법이 이용될 수 있다. 일 예에 따른 경유 노드 결정 방법은, 제3 경유 노드 결정 방법과 제4 경유 노드 결정 방법을 포함할 수 있다.
제3 경유 노드 결정 방법은 현재 노드(1610)의 위치, 현재 선수 방향(1670), 기준 거리 경유 노드(1630)의 위치 및 기준 거리 선수 방향(1680)을 고려하여 현재 노드(1610)부터 기준 거리 경유 노드(1630)까지의 복수의 제3 경유 노드(1640)들을 결정하는 방법이다.
구체적으로, 제3 경유 노드 결정 방법을 이용하여 기준 거리 경유 노드(1630)에 대응되는 제3 경유 노드(1640)에 할당될 예상 선수 방향이 기준 거리 선수 방향(1680)과 일치하도록 제3 경유 노드(1640)들을 결정할 수 있다.
이를 위해 제3 경유 노드 결정 방법은 결정된 제3 경유 노드(1640) 각각에서의 예상 선수 방향도 결정할 수 있다. 도 19에는 도시되지 않았으나, 결정된 예상 선수 방향은 대응되는 경유 노드에 할당될 수 있다.
한편, 제3 경유 노드(1240)는 선박의 최대 선회각을 고려하여 결정될 수 있다. 구체적으로, 현재 노드(1610) 바로 다음의 제3 경유 노드(1640)는 현재 선수 방향(1670)을 기준으로 최대 선회각 이내의 노드들 중에서 결정될 수 있다.
상술한 바와 같이 결정된 제3 경유 노드(1640) 각각에 예상 선수 방향이 할당되어 있는 바, 결정된 제3 경유 노드(1640) 바로 다음의 후속 제3 경유 노드는, 결정된 제3 경유 노드(1640)에 할당된 예상 선수 방향을 기준으로 최대 선회각 이내의 노드들 중에서 결정될 수 있다. 최대 선회각과 관련된 내용은 상술한 바 있으므로 중복 설명은 생략한다.
도 19에는 도시되지 않았으나, 제3 경유 노드 결정 방법은, 상술한 장애물 지도(1600)의 각 노드에 부여된 점수를 고려하여 제3 경유 노드(1640)를 결정할 수도 있다.
구체적으로, 제3 경유 노드 결정 방법은, 현재 노드(1610) 또는 결정된 제3 경유 노드(1640) 바로 다음의 후속 제3 경유 노드를 결정할 때, 후속 제3 경유 노드에 부여된 점수를 고려하여 제3 경유 노드를 결정할 수 있다. 일 예로, 예비 후속 제3 경유 노드들 중에서 해당 노드에 부여된 점수가 가장 낮은 노드가 후속 제3 경유 노드로 결정될 수 있다.
또한, 제3 경유 노드 결정 방법은 기준 거리 경유 노드(1630)까지의 남은 거리를 고려하여 제3 경유 노드(1640)를 결정할 수도 있다. 구체적으로, 제3 경유 노드 결정 방법은, 현재 노드(1610) 또는 결정된 제3 경유 노드(1640)의 바로 다음의 후속 제3 경유 노드를 결정할 때, 후속 제3 경유 노드부터 기준 거리 경유 노드(1630)까지의 남은 거리가 작아지도록 후속 제3 경유 노드를 결정할 수 있다.
또한, 제3 거리 경유 노드 결정 방법은, 현재 노드(1610) 또는 결정된 제3 경유 노드(1640)의 바로 다음의 후속 제3 경유 노드를 결정할 때, 후속 제3 경유 노드에 할당될 예상 선수 방향과 기준 거리 선수 방향(1680)과의 차이를 고려하여 후속 제3 경유 노드를 결정할 수 있다. 일 예로, 예비 후속 제3 경유 노드들 중에서 해당 노드에 할당될 예상 선수 방향과 기준 거리 선수 방향(1680)과의 차이가 가장 작은 노드가 후속 제3 경유 노드로 결정될 수 있다.
한편, 도 19에서는, 제3 경유 노드(1640)들 간에 거리가 있도록 제3 경유 노드(1640)들이 결정되었으나, 제3 경유 노드(1640)들은 현재 노드(1610)부터 기준 거리 경유 노드(1630)까지 연속적으로 결정될 수도 있다.
일 실시예에 따른 제3 경유 노드 결정 방법은 3D A* 알고리즘을 기반으로 구현될 수 있다.
구체적으로, 3D A* 알고리즘에서 고려되는 비용 함수는 f=g+h 에서, g(n)과 h(n)가 각각 다음과 같이 정의될 수 있다.
g(n)=ωm*Cm(n)+ ωc*Cc(n)
h(n)=ωd*Cd(n)+ωb*Cb(n)
이때, n은 제3 경유 노드의 순번을 나타내며, 현재 노드에서 n은 0이 될 수 있다.
한편, ωm, ωc, ωd 및 ωb는 Cm, Cc, Cd 및 Cb 각각에 대한 가중치 값이다.
Cm 은 장애물 지도의 각 노드에 부여된 점수이며, 장애물로부터 안전한 위치를 고려하기 위함이다. Cc는 라디안 단위의 현재 선수 방향 또는 예상 선수 방향을 기준으로 한 다음 노드까지의 각도 변화량이며, 선박의 제한된 조종성능을 반영하기 위함이다. Cd는 경유 노드부터 기준 거리 경유 노드까지의 남은 거리이며, 휴리스틱 값을 의미한다. Cb는 경유 노드에서의 라디안 단위의 예상 선수 방향과 기준 거리 선수 방향과의 차이 값이며, 예상 선수 방향과 기준 거리 선수 방향과의 차이를 최소화하기 위함이다.
상술한 비용 함수를 이용하여 현재 노드부터 기준 거리 경유 노드까지의 제3 경유 노드를 결정할 수 있다.
제4 경유 노드 결정 방법은 기준 거리 경유 노드(1630)의 위치, 기준 거리 선수 방향(1680), 접안 노드(1620)의 위치 및 접안 선수 방향(1690)을 고려하여 기준 거리 경유 노드(1630)부터 접안 노드(1620)까지의 복수의 제4 경유 노드(1650)들을 결정하는 방법이다.
구체적으로, 제4 경유 노드 결정 방법을 이용하여 접안 노드(1630)에 대응되는 제4 경유 노드(1640)에 할당될 예상 선수 방향이 접안 선수 방향(1680)과 일치하도록 제4 경유 노드(1640)들을 결정할 수 있다.
이를 위해 제4 경유 노드 결정 방법은 결정된 제4 경유 노드(1650) 각각에서의 예상 선수 방향도 결정할 수 있다. 도 19에는 도시되지 않았으나, 결정된 예상 선수 방향은 대응되는 경유 노드에 할당될 수 있다.
한편, 제4 경유 노드 결정 방법은 상술한 제3 경유 노드 결정 방법과 같이 선박의 최대 선회각, 장애물 지도(1600)의 각 노드에 부여된 점수, 도착 위치인 접안 위치(1620)까지의 남은 거리 및 도착 위치에서의 방향인 접안 선수 방향(1690)을 고려하여 제4 경유 노드(1650)를 결정할 수 있다. 구체적인 방법은 제3 경유 노드 결정 방법에서 설명한 바 있으므로 중복 설명은 생략한다.
일 실시예에 따른 제4 경유 노드 결정 방법은 3D A* 알고리즘을 기반으로 구현될 수 있다.
구체적으로, 제4 경유 노드 결정 방법의 비용 함수는, 제3 경유 노드 결정 방법에서의 비용 함수와 동일할 수 있다.
다만, 제4 경유 노드 결정 방법의 비용 함수와 제3 경유 노드 결정 방법의 비용 함수에 차이가 있다면, 제4 경유 노드 결정 방법의 비용 함수에서 Cd는 경유 노드부터 접안 노드까지의 남은 거리를 의미하며, Cb는 경유 노드에서의 라디안 단위의 예상 선수 방향과 접안 선수 방향과의 차이 값을 의미한다.
기준 거리 경유 노드(1630)부터 접안 노드(1620)까지의 제4 경유 노드(1650)는 상술한 비용 함수를 이용하여 결정될 수 있다.
도 19를 참조하면, 현재 노드(1610)부터 접안 노드(1620)까지의 접안 경로(1660)는 결정된 제3 경유 노드(1640) 및 결정된 제4 경유 노드(1650)를 이용하여 생성될 수 있다.
구체적으로, 경로 생성 장치는 장애물 지도(1600) 상에서의 현재 노드(1610)부터 기준 거리 경유 노드(1630)까지 결정된 제3 경유 노드(1640)들을 순차적으로 연결하고, 기준 거리 경유 노드(1630)부터 접안 노드(1620)까지 결정된 제4 경유 노드(1650)들을 순차적으로 연결하여 접안 경로(1660)를 생성할 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니며, 경로 생성 장치는 결정된 제3 경유 노드(1640) 및 제4 경유 노드(1650)들 중 운항에 적합한 일부 경유 노드를 선택하고, 선택된 경유 노드를 이용하여 접안 경로를 생성할 수도 있다. 경로 생성 장치는 경로를 생성함에 있어서 각 노드에 할당된 선수 방향을 고려할 수 있다.
한편, 경로 생성 장치는 경유 노드에 대한 근사 곡선을 산출하여 경로를 생성할 수도 있다. 구체적으로, 경로 생성 장치는 현재 선수 방향 및 기준 거리 선수 방향을 고려하여 현재 노드 및 기준 거리 경유 노드를 지나는 제1 근사 곡선은 산출하고, 기준 거리 선수 방향 및 접안 선수 방향을 고려하여 기준 거리 경유 노드 및 접안 노드를 지나는 제2 근사 곡선을 산출할 수 있으며, 제1 근사 곡선과 제2 근사 곡선을 이용하여 접안 경로를 생성할 수 있다. 근사 곡선의 경유 노드에 대한 근사 정도는 선박에 대한 정보에 기초하여 결정될 수 있다.
한편, 기준 거리 범위 이내에 장애물이 존재하는 등으로 인해 상술한 경유 노드 결정 방법을 이용하여 상술한 조건을 만족하는 경유 노드들을 결정하지 못할 경우, 경로 생성 장치는 경로를 생성할 수 없다는 결과를 출력할 수도 있다.
5. 경로 추종 제어
경로 추종 제어는 생성된 경로를 따라 선박이 운항할 수 있도록 선박 제어 신호를 생성하는 것을 의미한다. 일 예로, 선박 운항 장치에서 선박 제어 신호를 생성할 수 있다.
도 20은 일 실시예에 따른 경로 추종 제어 방법의 순서도이다.
도 20을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 추종 제어 방법은, 제1 시점에 제1 경로를 생성(S1710)하고, 제1 경로를 이용하여 제1 선박 제어 신호를 생성(S1720)하고, 제1 시점보다 늦은 제2 시점에 제2 경로를 생성(S1730)하고, 제2 경로를 이용하여 제2 선박 제어 신호를 생성(S1740)하는 과정으로 수행될 수 있다. 경로 추종 제어와 관련된 구체적인 내용은 후술한다.
제1 시점에 제1 경로 생성 및 제1 제어 신호 생성과 관련해서는 도 21을 참조하여 설명한다.
도 21은 일 실시예에 따른 경로 추종 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 21을 참조하면, 경로 추종 제어 방법을 수행하기 위해 장애물 지도(1800)를 이용하여 제1 접안 경로(1830)가 생성될 수 있다. 구체적으로, 장애물 지도(1800)는 제1 시점에 획득된 장애물 지도일 수 있으며, 또는 제1 시점 이전에 획득된 장애물 지도일 수도 있다.
장애물 지도(1800) 상에서 제1 시점의 현재 위치에 대응되는 제1 현재 노드(1810)가 선택될 수 있으며, 접안 위치에 대응되는 접안 노드(1860)도 선택될 수 있다.
이후 상술한 경로 생성 방법을 이용하여 제1 경로(1830)가 생성될 수 있다. 구체적인 접안 경로 생성과 관련해서는 상술한 바 있으므로 중복 설명은 생략한다.
제1 시점에 제1 경로가 생성된 이후 선박이 제1 경로를 따라 운항할 수 있도록 제1 제어 신호가 생성될 수 있다. 제1 제어 신호는 제1 선박 방향 제어 신호 및/또는 제1 선박 속력 제어 신호를 포함할 수 있다.
제1 제어 신호는 생성된 제1 경로(1830)에 속한 현재 노드(1810) 이후의 후속 경유 노드들 중 어느 하나의 후속 경유 노드(1840)에 대해 실제 선박이 그 후속 경유 노드(1840)에 위치할 때의 선수 방향이 그 후속 경유 노드에 할당된 예상 선수 방향(1850)과 최대한 일치될 수 있도록 현재 노드(1810)에 할당된 현재 선수 방향(1820)을 고려하여 생성될 수 있다.
즉, 제1 제어 신호는 생성된 제1 경로(1830) 상에서 현재 선박의 위치에 대응되는 현재 노드(1810)와 현재 선수 방향(1820) 및 현재 노드에 대한 적어도 하나의 후속 경유 노드(1840)와 그 후속 경유 노드에 할당된 예상 선수 방향(1850)을 고려하여 생성될 수 있다.
구체적으로, 제1 제어 신호는 현재 노드(1810)에 할당된 현재 선수 방향(1820)과 후속 경유 노드(1840)에 할당된 예상 선수 방향(1850)의 차이를 고려하여 생성될 수 있다. 그 차이를 고려하여 선박의 방향타 또는 키를 조절하기 위한 제어 신호인 제1 선박 방향 제어 신호가 생성될 수 있다.
한편, 선박의 프로펠러 회전 속도 또는 단위 시간당 회전수를 조절하거나 엔진의 출력을 조절하기 위한 제어 신호인 제1 선박 속력 제어 신호는 선박의 현재 속력, 현재 선수 방향(1820)과 예상 선수 방향(1850)의 차이, 현재 선박의 조타 성능, 현재 조류의 방향 및 세기, 현재의 풍향 및 풍속 중 적어도 하나를 고려하여 생성될 수 있다.
선박 방향 제어 신호와 선박 속력 제어 신호는 서로 독립적으로 생성될 수 있다. 즉, 선박 방향 제어 신호는 선박 속력 제어 신호의 값에 무관하게 생성될 수 있으며, 선박 속력 제어 신호는 선박 방향 제어 신호의 값에 무관하게 생성될 수 있다.
이에 한정되는 것은 아니며, 선박 방향 제어 신호는 선박 속력 제어 신호의 값을 고려하여 생성될 수도 있다. 선박 속력 제어 신호 또한 선박 방향 제어 신호의 값을 고려하여 생성될 수도 있다. 즉, 선박 방향 제어와 선박 속력 제어는 서로 영향을 미칠 수도 있다.
한편, 제어 신호는 현재 노드에서 후속 경유 노드 까지의 거리 및 선수 방향의 차이 등 선박 상태 및 주변 환경에 대한 데이터를 입력 받아 선박 방향 제어 신호 또는 선박 속력 제어 신호를 출력하도록 학습된 인공신경망을 이용하여 생성될 수도 있다.
인공신경망이란 인간의 신경망 구조를 본떠 만든 알고리즘의 일종으로, 하나 이상의 노드 또는 뉴런(neuron)을 포함하는 하나 이상의 레이어를 포함할 수 있고 각각의 노드는 시냅스(synapse)를 통해 연결될 수 있다. 인공신경망에 입력된 데이터(입력 데이터)는 시냅스를 통해 노드를 거쳐 출력(출력 데이터)될 수 있고, 이를 통해 정보를 획득할 수 있다.
인공신경망의 종류로는 필터를 이용해 특징을 추출하는 합성곱신경망(convolution neural network, CNN) 및 노드의 출력이 다시 입력으로 피드백되는 구조를 갖는 순환인공신경망(recurrent neural network, RNN)이 있고, 이 외에도 제한된 볼츠만 머신(restricted Boltzmann machine, RBM), 심층신뢰신경망(deep belief network, DBN), 생성대립신경망(generative adversarial network, GAN), 관계형 네트워크(relation networks, RN) 등 다양한 종류가 존재한다.
그 외 경로 추종은 경로 추종 알고리즘을 이용하여 수행될 수도 있다. 예를 들어, 경로 추종을 위해 현재 시점부터 임의의 T 시간 동안 추종해야 할 위치를 입력받아 최적의 제어 신호를 생성하는 기술인 모델 예측 제어(model predictive control, MPC), 순수 추적 제어(pure pursuit), 스탠리 방법(Stanley method), 벡터 추적 제어(vector pursuit) 등의 알고리즘을 이용할 수 있다.
한편, 경로 추종 제어 방법을 수행하기 위해, 제1 시점 이후 시점인 제2 시점에서 제2 경로가 생성될 수 있다. 제2 시점과 제1 시점의 시간 간격은 미리 정해진 시간 간격일 수 있다. 일 예로, 시간 간격은 150ms 내지 250ms로 설정될 수 있다.
제2 시점에 제2 경로 생성 및 제2 제어 신호 생성과 관련해서는 도 22를 참조하여 설명한다.
도 22는 일 실시예에 따른 경로 추종 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 22를 참조하면, 경로 추종 제어 방법을 수행하기 위해 장애물 지도(1900)를 이용하여 제2 접안 경로(1930)가 생성될 수 있다.
구체적으로, 장애물 지도(1900)는 제2 시점에 획득된 장애물 지도일 수 있으며, 또는 제1 시점에 획득된 장애물 지도이거나, 또는 그 이전 시점에 획득된 장애물 지도일 수도 있다.
장애물 지도 상에서 제2 시점의 현재 위치에 대응되는 제2 현재 노드(1910)가 선택될 수 있으며, 접안 위치에 대응되는 접안 노드(1960)도 선택될 수 있다. 이 경우, 접안 노드(1960)는 제1 시점에 선택된 접안 노드(1860)를 그대로 이용될 수 있으며, 제2 시점에 접안 노드(1960)를 새로 선택할 수도 있다.
이후 상술한 경로 생성 방법을 이용하여 제2 경로(1930)가 생성될 수 있다. 생성된 제2 경로(1930)는 제1 경로(1830)와 동일할 수도 있으며, 서로 차이가 있을 수도 있다.
도 22를 참조하면, 생성된 제2 경로(1930)는 도 21의 제1 경로(1830)와 상이할 수 있다.
구체적으로, 장애물 지도에 변화가 생긴 경우, 예를 들어 장애물의 위치 변동, 장애물의 상태 변동 등이 있을 경우, 또는 외력 및 운향 한계 등으로 인해 제1 시점과 제2 시점 사이에서 선박이 제1 경로를 따르지 못한 경우에 제2 경로(1930)는 제1 경로(1830)와 상이할 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니며, 기타 내부적 또는 외부적 요인에 의해 제1 경로(1830)와 상이한 제2 경로(1930)가 생성될 수도 있다.
제2 시점에 제2 경로가 생성된 이후 선박이 제2 경로를 따라 운항할 수 있도록 제2 제어 신호가 생성될 수 있다. 제어 신호 생성과 관련된 내용은 상술한 바 있으므로 중복 설명은 생략한다.
상술한 경로 추종 제어 방법을 제n 시점까지 반복하여 선박이 접안 시설에 접안될 수 있도록 할 수 있다.
도 23은 일 실시예에 따른 경로 추종 제어를 이용한 선박 접안 방법의 순서도이다.
도 23을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 추종 제어를 이용한 선박 접안 방법은, 장애물 지도를 이용하여 경로를 생성(S2010)하고, 생성된 경로에 기초하여 제어 신호를 생성(S2020)하고, 선박이 접안 위치에 도착하였는지 여부에 따라 경로 생성 및 제어 신호 생성을 반복(S2030)하는 과정으로 수행될 수 있다. 경로 생성 및 제어 신호 생성과 관련된 내용은 상술한 바 있으므로 중복 설명은 생략한다.
한편, 경로 생성은 경로 생성 장치에서 수행될 수 있으며, 제어 신호 생성은 선박 운항 장치에서 생성될 수 있다. 경로 생성 장치가 선박의 외부에 위치하는 경우, 선박 운항 장치는 경로 생성 장치로부터 접안 경로 및 각 노드들에 대한 정보를 수신하여 선박 제어 신호를 생성할 수도 있다.
실시예에 따른 방법은 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 실시예를 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. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 또한, 본 문서에서 설명된 실시예들은 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다. 나아가, 각 실시예를 구성하는 단계들은 다른 실시예를 구성하는 단계들과 개별적으로 또는 조합되어 이용될 수 있다.
10 접안 가이드 시스템 100 경로 생성 장치
200 센서 모듈 300 외부 서버
400 선박 운항 장치

Claims (15)

  1. 선박에 대한 접안 경로 생성 방법에 있어서,
    해상에서의 위치에 대응되는 복수의 노드를 포함하는 장애물 지도를 획득하는 단계;
    상기 장애물 지도 상에서의 상기 선박의 현재 위치에 대응되는 현재 노드 및 접안 위치에 대응되는 접안 노드를 선택하는 단계;
    상기 현재 노드에서의 상기 선박의 현재 선수 방향 및 상기 접안 노드에서의 접안 선수 방향을 판단하는 단계;
    상기 선박의 길이, 상기 선박의 너비, 상기 선박의 무게, 상기 선박의 조타 성능, 및 접안 시설의 길이 중 적어도 하나를 고려하여 기준 거리를 결정하는 단계;
    상기 기준 거리 및 미리 정해진 예상 접안 경로 비용 함수를 이용하여 상기 장애물 지도 상에서 상기 현재 노드로부터 상기 접안 노드까지의 복수의 경유 노드들 및 상기 경유 노드에 할당될 예상 선수 방향을 결정하는 단계 - 상기 경유 노드는 상기 단위 노드들 중 적어도 하나에 대응됨 -; 및
    상기 결정된 복수의 경유 노드들을 이용하여 상기 접안 경로를 생성하는 단계;를 포함하며,
    상기 미리 정해진 예상 접안 경로 비용 함수는,
    상기 접안 위치로부터 상기 기준 거리보다 먼 위치에 위치하는 상기 선박에 대해, 상기 현재 선수 방향을 고려하여 상기 현재 노드부터 기준 거리 경유 노드까지의 제1 예상 접안 경로에 대하여 적용하는 제1 예상 접안 경로 비용 함수 및 상기 기준 거리 경유 노드부터 상기 접안 노드까지의 제2 예상 접안 경로에 대하여 적용하는 제2 예상 접안 경로 비용 함수를 포함하되,
    상기 제1 예상 접안 경로 비용 함수는 상기 제2 예상 접안 경로 비용 함수와 상이한
    접안 경로 생성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기준 거리 경유 노드는,
    상기 접안 노드로부터 상기 기준 거리만큼 떨어진 위치에 대응되는 기준 거리 노드들 중 하나인,
    접안 경로 생성 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기준 거리 경유 노드는,
    상기 기준 거리 노드들 중 상기 접안 노드로부터 상기 접안 선수 방향 또는 상기 접안 선수 방향의 반대 방향으로 상기 기준 거리만큼 떨어진 위치에 대응되는 노드인,
    접안 경로 생성 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 예상 접안 경로 비용 함수는,
    상기 접안 선수 방향을 고려하는 항을 포함하는,
    접안 경로 생성 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 접안 선수 방향을 고려하는 항은,
    상기 제2 예상 접안 경로 상의 경유 노드에 할당될 예상 선수 방향과 상기 접안 선수 방향과의 차이를 고려하는 항인,
    접안 경로 생성 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 장애물 지도는,
    상기 복수의 노드 각각에 대해 상기 선박의 운항 안전성에 따른 점수가 부여되며,
    상기 예상 접안 경로 비용 함수는,
    상기 점수를 고려하는 항을 포함하는,
    접안 경로 생성 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 경유 노드들을 결정하는 단계는,
    상기 선박의 현재 속력을 판단하는 단계;
    상기 현재 속력에 기초하여 상기 선박의 최대 선회각을 산출하는 단계;를 포함하며,
    상기 예상 접안 경로 비용 함수는,
    상기 최대 선회각을 고려하는 항을 포함하는,
    접안 경로 생성 방법.
  8. 선박에 대한 접안 경로 생성 장치에 있어서,
    상기 선박에 대한 정보, 항만에 대한 정보 및 경유 노드 결정 방법을 저장하는 메모리; 및
    적어도 하나의 프로세서;를 포함하며,
    상기 프로세서는,
    해상에서의 위치에 대응되는 복수의 노드를 포함하는 장애물 지도를 획득하고,
    상기 장애물 지도 상에서 상기 선박의 현재 위치에 대응되는 현재 노드 및 접안 위치에 대응되는 접안 노드를 선택하고,
    상기 현재 노드에서 상기 선박의 현재 선수 방향 및 상기 접안 노드에서의 접안 선수 방향을 판단하고,
    상기 선박의 길이, 상기 선박의 너비, 상기 선박의 무게, 상기 선박의 조타 성능, 및 접안 시설의 길이 중 적어도 하나를 고려하여 기준 거리를 결정하고,
    상기 기준 거리 및 미리 정해진 예상 접안 경로 비용 함수를 이용하여 상기 장애물 지도 상에서 상기 현재 노드로부터 상기 접안 노드까지의 복수의 경유 노드들 및 상기 경유 노드에 할당될 예상 선수 방향을 결정하고 - 상기 경유 노드는 상기 단위 노드들 중 적어도 하나에 대응됨 -,
    상기 결정된 복수의 경유 노드들을 이용하여 상기 접안 경로를 생성하며,
    상기 미리 정해진 예상 접안 경로 비용 함수는,
    상기 접안 위치로부터 상기 기준 거리보다 먼 위치에 위치하는 상기 선박에 대해, 상기 현재 선수 방향을 고려하여 상기 현재 노드부터 기준 거리 경유 노드까지의 제1 예상 접안 경로에 대하여 적용하는 제1 예상 접안 경로 비용 함수 및 상기 기준 거리 경유 노드부터 상기 접안 노드까지의 제2 예상 접안 경로에 대하여 적용하는 제2 예상 접안 경로 비용 함수를 포함하되,
    상기 제1 예상 접안 경로 비용 함수는 상기 제2 예상 접안 경로 비용 함수와 상이한,
    접안 경로 생성 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기준 거리 경유 노드는,
    상기 접안 노드로부터 상기 기준 거리만큼 떨어진 위치에 대응되는 기준 거리 노드들 중 하나인,
    접안 경로 생성 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기준 거리 경유 노드는,
    상기 기준 거리 노드들 중 상기 접안 노드로부터 상기 접안 선수 방향 또는 상기 접안 선수 방향의 반대 방향으로 상기 기준 거리만큼 떨어진 위치에 대응되는 노드인,
    접안 경로 생성 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제2 예상 접안 경로 비용 함수는,
    상기 접안 선수 방향을 고려하는 항을 포함하는,
    접안 경로 생성 장치 .
  12. 제11항에 있어서,
    상기 접안 선수 방향을 고려하는 항은,
    상기 제2 예상 접안 경로 상의 경유 노드에 할당될 예상 선수 방향과 상기 접안 선수 방향과의 차이를 고려하는 항인,
    접안 경로 생성 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 장애물 지도는,
    상기 복수의 노드 각각에 대해 상기 선박의 운항 안전성에 따른 점수가 부여되며,
    상기 예상 접안 경로 비용 함수는,
    상기 점수를 고려하는 항을 포함하는,
    접안 경로 생성 장치.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 복수의 경유 노드들을 결정하고,
    상기 선박의 현재 속력을 판단하고,
    상기 현재 속력에 기초하여 상기 선박의 최대 선회각을 산출하며,
    상기 예상 접안 경로 비용 함수는,
    상기 최대 선회각을 고려하는 항을 포함하는,
    접안 경로 생성 장치.
  15. 접안 경로 생성 방법을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 비일시적 기록 매체에 있어서,
    상기 접안 경로 생성 방법은,
    제1항에 따른 접안 경로 생성 방법인,
    기록 매체.
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