WO2012050253A1 - 초음파 선박 항로 유도 시스템 및 장치 - Google Patents

초음파 선박 항로 유도 시스템 및 장치 Download PDF

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WO2012050253A1
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ultrasonic
transmitter
ultrasonic transmitter
route guidance
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정준환
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(주)리노
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    • G—PHYSICS
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    • G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/06—Systems determining the position data of a target
    • G01S15/08—Systems for measuring distance only

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic vessel route guidance system and apparatus, and more particularly to an ultrasonic vessel route guidance system and apparatus for safely guiding a vessel route by an ultrasonic transmitter installed on the seabed.
  • 'e-Navigation' is an electronic means of harmonizing the collection, integration, exchange, presentation of maritime information on board and on land by means of electronic means to promote navigation and related services from dock to dock for maritime safety, security and marine environment protection. It means doing an analysis.
  • 'e-Navigation' collects all the information necessary for the safety of navigation, processes it to ship operators, land traffic controllers, and port and waterway managers and processes them in an easy-to-understand form. This information can be used to mitigate the work of ship operators and controllers and to support decision making for safe navigation, preventing accidents caused by human error, which accounts for the largest proportion of maritime accidents.
  • Accumulated maritime traffic data can also be used as a data for improving the maritime traffic environment, which can be a structural cause of sea accidents through the analysis of maritime traffic risks in sea areas.
  • the core content of 'e-Navigation' is to collect and process information related to marine safety, logistics, security and environmental protection, and exchange and share it with users through wired and wireless communication networks.
  • the implementation of 'e-Navigation' means that all marine information related to the ship's navigation can be used whenever necessary.
  • An object of the present invention is to provide an ultrasonic vessel route guidance system and apparatus which can guide an accurate berthing by installing an ultrasonic vessel route guidance device in water when the vessel enters the sea or a port, and interlocks with the navigation system.
  • an object of the present invention is to install an ultrasonic ship route guidance device underwater when the vessel enters the sea or a port, and to calculate the correct depth through the position information on the device and the GPS to induce a safe and efficient eyepiece
  • a ship route guidance system and apparatus are provided.
  • the system according to the present invention having a unique identification ID is fixedly installed on the seabed, at least one ultrasonic transmitter for transmitting an ultrasonic signal of a set frequency every set period; Maps and stores identification IDs of the respective ultrasonic transmitters and coordinate information on the GPS on which the ultrasonic transmitters are installed, and identifies the corresponding ultrasonic transmitters that have transmitted the ultrasonic signals by receiving the ultrasonic signals transmitted from the ultrasonic transmitters.
  • Ultrasonic receiver characterized in that it comprises a.
  • the ultrasonic transmitter transmits the same or different frequencies to each of the ultrasonic transmitters, and the ultrasonic transmitter can be identified by the frequency of the ultrasonic signal transmitted from the ultrasonic transmitter.
  • the ultrasonic transmitter is characterized in that the ultrasonic transmitter can be identified by the transmission cycle or transmission pattern of the ultrasonic signal transmitted from each ultrasonic transmitter.
  • the ultrasound receiver may further store depth information of a location where each of the ultrasound transmitters is installed.
  • the ultrasonic receiver is set to be time-synchronized with the ultrasonic transmitter, and when receiving the ultrasonic signal transmitted from the ultrasonic transmitter, the distance from the ultrasonic transmitter from the difference between the time the ultrasonic signal is transmitted and the received time It is characterized by calculating.
  • the ultrasonic receiver may calculate an actual depth value of the corresponding ultrasonic transmitter from distance information of the ultrasonic transmitter calculated above and coordinate information on the GPS on which the pre-stored ultrasonic transmitter is installed.
  • the ultrasonic transmitter includes a time synchronization corrector for resetting time synchronization by a synchronization setting signal transmitted from the outside.
  • the ultrasonic transmitter may include a power supply unit supplying power for transmitting an ultrasonic signal.
  • the device the case to protect the water is penetrated into the inside and the ultrasonic wave through one side of the upper; Fixing means provided on one side of the case to fix the case to the seabed; An ultrasonic transmitter provided inside the case and transmitting an ultrasonic signal having a frequency set according to a unique identification ID to the outside of the case at a set cycle; And a time synchronizer configured to set time synchronization to store standard time information so that the ultrasound signal is transmitted at a predetermined time by the ultrasound transmitter.
  • the device transmits a frequency set according to the unique identification ID, and the device can be identified by the frequency of the transmitted ultrasonic signal.
  • the device is characterized in that the device can be identified by the transmission period or transmission pattern of the ultrasonic signal transmitted from each device.
  • the apparatus includes a time synchronization correction unit for resetting the time synchronization by the synchronization setting signal transmitted from the outside.
  • the apparatus may include a power supply unit supplying power for transmitting an ultrasonic signal.
  • the device withstands the pressure in the case and uses buoyancy, at least one of the gyro-type instrument device for guiding the transmission direction of the ultrasonic transmitter up and down, and the underwater compass for guiding the transmission direction of the ultrasonic transmitter to the left and right.
  • Directional guidance means including a; characterized in that it further comprises.
  • 1 is a view showing the concept of the ultrasonic vessel route guidance system according to the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a detailed structure of an ultrasonic receiver according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a detailed structure of an ultrasonic transmitter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a concept of depth correction according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flow chart showing a ship route guidance procedure by the ultrasonic wave according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing a transmission signal waveform of an ultrasonic transmitter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing a method for proceeding eyepiece using the ultrasonic vessel route guidance system according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention provides an effective ship berthing by installing an ultrasonic vessel route guidance device (ultrasound transmitter) in the water at the time of entry into the sea and a port, and identifying the device in the ultrasonic receiver installed in the vessel to accurately identify the corresponding position and depth.
  • An ultrasonic ship route guidance system and apparatus for guidance are proposed.
  • the ultrasonic vessel route guidance system is composed of an ultrasonic transmitter 110 is installed on the seabed and the ultrasonic receiver 101 is installed on the vessel 100, the ultrasonic transmitter 110 is' It is also referred to as an ultrasonic vessel route guidance device.
  • the ultrasonic transmitter 110 is fixedly installed on the bottom of the sea, and transmits an ultrasonic signal toward the ship 100 to operate the sea surface.
  • the ultrasonic transmitter 110 has a unique identification ID for each device, and transmits an ultrasonic signal at a unique frequency or a unique transmission pattern set according to the unique identification ID.
  • the ultrasonic transmitter 110 is preferably installed at a specific position on the seabed near the shore where the vessel 100 is docked or the water depth is sharply lowered.
  • the ultrasonic transmitter 110 may be configured to protect the penetration of water into the interior by the case as shown, and to radiate the ultrasonic waves to the top.
  • the case further includes a fixing means (not shown) for fixing the ultrasonic transmitter 110 to the seabed.
  • the directing direction so that the ultrasonic signal emitted from the ultrasonic transmitter 110 is radiated toward a specific direction in which the vessel travels, or may flow the directing direction so that it can be radiated through various directions.
  • the ultrasonic transmitter 110 is used for setting the direction of the gyro type mechanism and the sea to guide the transmission direction up and down.
  • the directing direction may be changed by using a direction inducing means (not shown) including at least one of the underwater compass which guides the transmission direction to the left and right.
  • the direction inducing means is preferably a means capable of withstanding the pressure in the case and using buoyancy.
  • the ultrasonic receiver 101 By receiving the ultrasonic signal transmitted from the ultrasonic transmitter 110, the ultrasonic receiver 101 identifies the ultrasonic transmitter 110 and confirms the depth and position of the ultrasonic transmitter 110 according to the present invention. It will be used as docking or navigational information.
  • the ultrasonic receiver 101 may determine its position through the GPS satellite 120 and set the time synchronization between the ultrasonic transmitter 110 and the ultrasonic receiver 101 by setting a standard time.
  • the ultrasonic receiver 101 maps and stores the identification ID of each of the ultrasonic transmitters 110 and coordinate information on the GPS on which the ultrasonic transmitters 110 are installed, according to an embodiment of the present invention.
  • the ultrasonic receiver 101 may accurately know the time at which the corresponding ultrasonic signal is transmitted by the time synchronization set with the ultrasonic transmitter 110. have. In this case, the ultrasonic receiver 101 may calculate the distance from the ultrasonic transmitter 110 that transmits the corresponding ultrasonic signal by Equation 1 below.
  • Equation 1 R is the distance between the ultrasonic transmitter 110 and the ultrasonic receiver 101 (that is, the distance between the vessel 100 and the position on the sea floor where the ultrasonic transmitter 110 is installed), and T is the corresponding ultrasonic wave.
  • the transmission time of the ultrasonic signal calculated by the time difference between the time at which the signal is sent and the time received, and V is the speed in the corresponding seawater medium of the ultrasonic signal.
  • the ultrasonic receiver 101 calculates the distance R from the ultrasonic transmitter 110 that has transmitted the ultrasonic signal, and identifies the ultrasonic transmitter 110 by checking the transmission cycle or transmission pattern of the ultrasonic signal. The ID will be checked.
  • the ultrasonic receiver 101 has already mapped and stored the identification ID of each ultrasonic transmitter 110 and the coordinate information on the GPS on which the ultrasonic transmitter 110 is installed, so that the correct position of the ultrasonic transmitter 110 (C) and depth (D) can be known.
  • the ship 100 can be securely docked or sailing by confirming the depth of the adjacent position.
  • the ultrasonic receiver 101 by identifying the ultrasonic transmitter 110, it is possible to check the position (B) and depth (D) information on the GPS of the ultrasonic transmitter 110 as the pre-stored information. Therefore, the distance R calculated by the received ultrasonic signal through the positional information and the depth information of the ultrasonic transmitter 110 can be verified by Equation 2 below.
  • D is a depth value measured when the ultrasonic transmitter 110 is installed, and is stored in the ultrasonic receiver 101 by mapping with identification ID information of the corresponding ultrasonic transmitter 110.
  • the ultrasound receiver 101 includes a transmitter identification unit 210, a time synchronization unit 220, a distance calculator 230, a controller 240, and an ultrasonic receiver 250.
  • the depth calculation unit 260 and the storage unit 270 may be configured.
  • the transmitter identification unit 210 identifies the ultrasound transmitter 110 that has transmitted the ultrasound signal through the controller 240. In this case, as described above, the transmitter identification unit 210 identifies an ID of the corresponding ultrasonic transmitter 110 through a transmission frequency, a signal transmission pattern, a signal transmission period, and a distance from the ultrasonic transmitter 110 of the received ultrasonic signal. Will be confirmed. In addition, by confirming the information about the ultrasonic transmitter 110 near the location previously stored in the transmitter information database 272 of the storage unit 270 to accurately identify the ultrasonic transmitter 110 that transmitted the ultrasonic signal.
  • the synchronization is set through the time synchronizer 220.
  • the time synchronization unit 220 maintains time synchronization with the ultrasonic transmitter 110 by receiving standard time information from the GPS satellite 120 and correcting synchronization in real time.
  • the distance calculator 230 calculates the distance between the ultrasonic transmitter 110 and the ultrasonic receiver 101 by Equation 1 from the ultrasonic signal received as described above. In addition, according to the method described below in the description of FIG. 4, the depth calculator 260 calculates an accurate current depth of the ultrasonic transmitter 110.
  • the storage unit 270 stores the chart information database 271 and the transmitter information database 272, and interoperates with each other to be used for deriving a ship's route.
  • the transmitter information database 272 maps and stores the identification ID of each ultrasonic transmitter 110 according to the present invention, location and depth information on the GPS.
  • the ultrasonic transmitter 110 includes a time synchronizer 310, a time synchronization corrector 320, an ultrasonic transmitter 330, a controller 340, a power supply 350, and the like.
  • the storage unit 360 may be configured.
  • the power supply unit 350 supplies power for transmitting an ultrasonic signal, and the control unit 340 transmits a signal having a corresponding frequency set through the ultrasonic transmitter 330 to the supplied power.
  • the storage unit 360 stores the identification ID information 361, the frequency information 362 to be transmitted, the location information 363, and the like of the ultrasonic transmitter 110.
  • the apparatus may further include depth information, frequency transmission pattern, period information, and the like.
  • the ultrasonic transmitter 330 transmits the ultrasonic signal of the corresponding frequency in accordance with the set time synchronization of the time synchronizer 310.
  • the time synchronization correction unit 320 receives the standard time information from the GPS satellite 120 to correct the synchronization in real time, or is installed on the sea floor, if this method is impossible, by a separate external signal for time synchronization The time synchronization is corrected.
  • the time synchronization corrector 320 may be configured to include a receiver (not shown) for receiving the standard time information or the external signal, and the receiver may be an ultrasound receiver that receives an ultrasound.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a concept of depth correction according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, when the ultrasonic transmitters 110 are identified by the received ultrasonic signals as described in FIG. 1, the distances R may be calculated.
  • the accurate depth D 'of the ultrasonic transmitter 110 is calculated using the measured value and the previously stored value.
  • the ultrasonic receiver 101 may calculate the distance R between the devices as described above from the received ultrasonic signal.
  • time synchronization correction of the ultrasonic receiver 110 is possible by transmitting a signal for time synchronization from the separate synchronization correction vessel 400 to each ultrasonic receiver 110.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a ship route guide procedure by ultrasonic waves according to an embodiment of the present invention.
  • information eg, identification ID, frequency, location, depth, etc.
  • S501 an ultrasonic receiver
  • the ultrasonic transmitter is fixedly installed on the sea floor and periodically transmits an ultrasonic signal (S502).
  • the signal characteristics for example, the transmission frequency, frequency transmission pattern, transmission cycle, etc.
  • the ID of the corresponding ultrasonic transmitter is identified (S504). Accordingly, the position and depth of the ultrasonic transmitter are checked on the electronic chart (S505), and the distance between the transceiver devices is calculated (S506) using GPS time synchronization.
  • the distance between the transceiver devices is first calculated using the GPS time synchronization, and then the ID of the corresponding ultrasound transmitter is identified (S504) by comparing with the information of the previously stored ultrasound transmitter (S504). You can also check on the electronic chart.
  • the ultrasonic transmitters may be identified by different transmission cycles or transmission patterns of signals transmitted from the ultrasonic transmitters.
  • the first transmitter transmits an ultrasonic signal every t 1 hours
  • the second transmitter transmits every t 2 hours
  • the third transmitter transmits every t 3 hours so that the receiver can distinguish each transmitter.
  • different transmitters may be distinguished by different transmission patterns of the transmitted ultrasonic signals.
  • each transmitter and receiver transmits an ultrasonic signal by setting time synchronization.
  • FIG. 7 is a view showing a method for proceeding eyepiece using the ultrasonic vessel route guidance system according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention can be applied when the ship is actually docked at the port.
  • the ultrasonic transmitter is installed at the corresponding position.
  • the ship can establish a safe and efficient eyepiece path by identifying the position and depth of the corresponding transmitter by checking the ultrasonic signals transmitted from the respective ultrasonic transmitters in the installed ultrasonic receivers.

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Abstract

본 발명은 초음파 선박 항로 유도 시스템에 관한 것으로, 특히 고유의 식별 아이디를 가지고 해저에 고정 설치되며, 설정된 주파수의 초음파 신호를 설정된 주기마다 송출하는 적어도 하나의 초음파 송신기; 및 선박에 설치되고 상기 각 초음파 송신기의 식별 아이디와 상기 각 초음파 송신기가 설치된 GPS 상의 좌표 정보를 매핑하여 저장하며, 상기 초음파 송신기에서 송출된 초음파 신호를 수신하여 상기 초음파 신호를 송출한 해당 초음파 송신기를 식별하는 초음파 수신기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

초음파 선박 항로 유도 시스템 및 장치
본 발명은 초음파 선박 항로 유도 시스템 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해저에 설치된 초음파 송신기에 의해 선박의 항로를 안전하게 유도하기 위한 초음파 선박 항로 유도 시스템 및 장치에 관한 것이다.
최근 서해안에서 발생한 유조선의 기름 유출 사고를 보면 한 척의 선박 사고가 해양 환경과 인근 해역 국가에 얼마나 많은 피해를 끼치는지를 느낄 수 있다. 관성력이 큰 대형 선박을 접안하는 경우, 종래에는 몇 척의 터크 보트로 접안 대상 선박을 밀고 당기는 과정을 통해 접안이 이루어진다.
이러한 작업에는 접안하고자 하는 정박지의 해상지리에 밝은 파일럿이 반드시 승선해야 한다. 그리고, 해당 선박 및 지원팀과의 효율적인 팀워크가 갖추어져야만 안전하고 효율적인 접안 작업이 이루어질 수 있다. 이와 같이 접안이라는 작업은 많은 인적, 물적 손실을 초래할 수 있는 열악한 환경과 물류 처리 비용 증가의 요인을 항상 내포하고 있다. 그리고, 선박이 항구로 입항을 한다든지, 근해를 이동할 때 바다 속의 암초나 특정 지형물을 피하기 위해 부표 식별, 전자 해도 이용 등의 다양한 방법을 이용하고 있지만 육안으로 해저 속의 지형물을 식별하기에는 곤란한 부분이 많이 있으며, 선박의 안전에 밀접한 영향을 기치기도 한다.
이러한 문제점들을 처리하기 위해 다양한 센서 및 IT 기술을 이용한 선박 접안 시스템과 안정 운항 시스템 등이 개발되고 있다.
한편 'e-Navigation'이란 해상안전, 보안 및 해양환경보호를 위하여 부두에서 부두까지 항해 및 관련서비스를 증진하기 위하여 전자적인 수단으로 선상과 육상에서 해상정보의 조화로운 수집, 통합, 교환, 표현 및 분석을 하는 것을 의미한다.
즉 해양사고 저감 측면에서 본다면 'e-Navigation'은 항해안전에 필요한 모든 정보들을 수집하여 선박 운항자, 육상의 해상교통 관제요원 및 항만 및 수로 관리자에게 이들이 이해하기 쉬운 형태로 가공하여 전달하는 것이다. 이러한 정보들은 선박 운항자나 관제요원들의 업무를 경감시키고 안전항해를 위한 의사 결정을 지원하는 데 활용되어 해난 사고 중 가장 큰 비중을 차지하는 인간 실수에 의한 사고를 예방할 수 있다. 또한 축적된 해상교통 데이터들은 해역의 해상교통 위해도 분석을 통하여 해난사고의 구조적 원인이 될 수 있는 해상교통 환경 개선을 위한 자료로 활용될 수 있다.
'e-Navigation'의 핵심 내용은 해양안전, 물류, 보안, 환경보호와 관련된 정보들을 수집하고 가공하여 사용자에게 유무선 통신망을 통하여 교환하고 공유하는 것이다. 즉 'e-Navigation'이 구현된다는 것은 선박의 항해와 관련된 모든 해양 정보들을 필요 시 언제든지 이용할 수 있다는 것을 의미한다고 볼 수 있다.
이를 위해 선박의 충돌/좌초 사고를 방지하기 위한 경보 시스템이나 회피 시스템은 오래전부터 개발되어 왔다. 그러나, 종래의 선박에 탑재된 충돌/좌초 경보 시스템의 대부분이 실제의 위험 상황을 적절히 판별하지 못하고 너무 자주 경보를 내는 등의 불편함만 주고 있어 거의 사용되고 있지 않다. 이러한 문제점의 주원인은 아직까지 정확한 상황 인식을 하기 위한 정보가 부족한 데 있다. 따라서, 보다 풍부하고 신뢰성 있는 정보를 선박에서 이용할 수 있게 됨으로써 신뢰성 있는 충돌/좌초 경보 및 회피 시스템의 필요성이 대두되고 있다.
본 발명의 목적은 선박이 근해 또는 항구에 입항 시 수중에 초음파 선박 항로 유도 장치를 설치하고, 이를 항법 시스템과 연동시킴으로써 정확한 접안을 유도할 수 있는 초음파 선박 항로 유도 시스템 및 장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 선박이 근해 또는 항구에 입항 시 수중에 초음파 선박 항로 유도 장치를 설치하고, 상기 장치와 GPS 상의 위치 정보를 통해 정확한 수심을 산출함으로써 안전하고 효율적인 접안을 유도할 수 있는 초음파 선박 항로 유도 시스템 및 장치를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 시스템은, 고유의 식별 아이디를 가지고 해저에 고정 설치되며, 설정된 주파수의 초음파 신호를 설정된 주기마다 송출하는 적어도 하나의 초음파 송신기; 선박에 설치되고 상기 각 초음파 송신기의 식별 아이디와 상기 각 초음파 송신기가 설치된 GPS 상의 좌표 정보를 매핑하여 저장하며, 상기 초음파 송신기에서 송출된 초음파 신호를 수신하여 상기 초음파 신호를 송출한 해당 초음파 송신기를 식별하는 초음파 수신기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 초음파 송신기는 상기 각 초음파 송신기마다 서로 같거나 다른 주파수를 송출하며, 상기 초음파 송신기에서 송출되는 초음파 신호의 주파수에 의해 해당 초음파 송신기의 식별이 가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 초음파 송신기는 상기 각 초음파 송신기에서 송출되는 초음파 신호의 전송 주기 또는 전송 패턴에 의해 해당 초음파 송신기의 식별이 가능한 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 초음파 수신기는 상기 각 초음파 송신기가 설치된 위치의 수심 정보를 더 저장하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 초음파 수신기는 상기 초음파 송신기와 시간 동기 되도록 설정되어, 상기 초음파 송신기에서 송출된 초음파 신호를 수신할 때, 상기 초음파 신호가 송출된 시간과 수신된 시간의 차이로부터 상기 초음파 송신기와의 거리를 산출하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 초음파 수신기는 상기에서 산출된 초음파 송신기와의 거리 정보와 상기 기저장된 초음파 송신기가 설치된 GPS 상의 좌표 정보로부터 상기 해당 초음파 송신기의 실제 수심값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기 초음파 송신기는 외부로부터 전송되는 동기 설정 신호에 의해 시간 동기를 재설정하는 시간 동기 보정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 초음파 송신기는 초음파 신호를 송출하기 위한 전력을 공급하는 전원부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 장치는, 물이 내부로 침투되는 것을 보호하고 상부의 일측을 통해 초음파가 방사되는 케이스; 상기 케이스의 일측에 구비되고 상기 케이스를 해저에 고정시키는 고정 수단; 상기 케이스 내부에 구비되고, 고유의 식별 아이디에 따라 설정된 주파수의 초음파 신호를 설정된 주기마다 상기 케이스 외부로 송출하는 초음파 송신부; 및 표준 시간 정보를 저장하여 상기 초음파 송신부에서 상기 초음파 신호가 설정된 시간에 전송되도록 시간 동기를 설정하는 시간 동기화부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 장치는 상기 고유의 식별 아이디에 따라 설정된 주파수를 송출하며, 상기 송출되는 초음파 신호의 주파수에 의해 해당 장치의 식별이 가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 장치는 상기 각 장치에서 송출되는 초음파 신호의 전송 주기 또는 전송 패턴에 의해 해당 장치의 식별이 가능한 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 장치는 외부로부터 전송되는 동기 설정 신호에 의해 시간 동기를 재설정하는 시간 동기 보정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 장치는 초음파 신호를 송출하기 위한 전력을 공급하는 전원부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 장치는 상기 케이스 내의 압력을 견디고 부력을 사용하며, 상기 초음파 송신기의 송신방향을 상,하로 유도하는 자이로 타입 기구장치 및 상기 초음파 송신기의 송신방향을 좌,우로 유도하는 수중나침반 중 적어도 하나를 포함한 방향 유도 수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
종래에는 각종 조사 정보와 센서류를 포함한 항법 장비를 이용하여 육안 견시를 한다 하더라도 접안 위치나 근해의 지형지물을 정확하게 파악하기 어려워 선박의 안전 운항이 어려웠으나, 본 발명에 따르면 수중에 설치되어 초음파를 송신하는 지능형 항로 표지를 항법 장치와 연동시킴으로써 접안시의 충돌을 회피하고 암초 등의 위험 지역을 피하여 운행할 수 있도록 한다. 이에 따라, 낮은 비용으로도 선박의 안전 운행을 유도할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 초음파 선박 항로 유도 시스템의 개념을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 수신기의 세부 구조를 나타내는 블록도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 송신기의 세부 구조를 나타내는 블록도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수심 보정의 개념을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 초음파에 의한 선박 항로 유도 절차를 나타내는 흐름도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 송신기의 송신 신호 파형을 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 선박 항로 유도 시스템을 이용하여 접안을 진행하는 방법을 나타내는 도면.
본 발명은 선박이 근해 및 항구 입항시에 수중에 초음파 선박 항로 유도 장치(초음파 송신기)를 설치하고, 선박에 설치된 초음파 수신기에서 상기 장치를 식별하여 해당 위치와 수심을 정확히 식별함으로써 선박의 접안을 효과적으로 유도하기 위한 초음파 선박 항로 유도 시스템 및 장치를 제안한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상세한 설명을 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 하기에는 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 초음파 선박 항로 유도 시스템의 개념을 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 초음파 선박 항로 유도 시스템은 해저에 설치되는 초음파 송신기(110)와 선박(100)에 설치되는 초음파 수신기(101)로 구성되며, 상기 초음파 송신기(110)는 '초음파 선박 항로 유도 장치'라고도 칭한다.
상기 초음파 송신기(110)는 해저 상에 고정 설치되며, 해수면을 운행하는 선박(100)을 향해 초음파 신호를 송출한다. 상기 초음파 송신기(110)는 각 장치마다 고유의 식별 아이디(ID)를 가지게 되며, 상기 고유의 식별 아이디에 따라 설정된 고유의 주파수 또는 고유의 송출 패턴으로 초음파 신호를 송출한다. 상기 초음파 송신기(110)는 선박(100)이 접안하는 해안 부근이나 수심이 급격히 낮아지는 해저 상의 특정 위치에 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 초음파 송신기(110)는 도시된 바와 같이 케이스에 의해 물이 내부로 침투되는 것을 보호하고 상부로 초음파가 방사되도록 구성할 수 있다. 이때, 상기 케이스는 초음파 송신기(110)를 해저에 고정시키는 고정 수단(미도시)을 더 구비하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 초음파 송신기(110)에서 방사되는 초음파 신호가 선박이 다니는 특정 방향을 향해 방사되도록 지향 방향을 고정시키거나, 다양한 방향을 통해 방사될 수 있도록 지향 방향을 유동시킬 수도 있다.
더욱 상세하게는, 상기 초음파 송신기(110)의 송신 각도가 송신 거리에 영향을 미칠 수 있으므로, 상기 초음파 송신기(110)는 송신방향을 상,하로 유도하는 자이로 타입 기구장치와 해상의 방향설정을 위해 송신방향을 좌,우로 유도하는 수중나침반 중 적어도 하나를 포함한 방향 유도 수단(미도시)을 이용하여 지향 방향을 변경할 수 있다.
이때, 상기 방향 유도 수단은 상기 케이스 내의 압력을 견디고 부력을 사용할 수 있는 수단인 것이 바람직하다.
상기 초음파 수신기(101)는 상기 초음파 송신기(110)에서 송출되는 초음파 신호를 수신함으로써, 해당 초음파 송신기(110)를 식별하고, 본 발명에 따라 상기 해당 초음파 송신기(110)의 수심 및 위치를 확인함으로써 접안 또는 항해 정보로 사용하게 된다.
한편, 상기 초음파 수신기(101)에서는 GPS 위성(120)을 통해 자신의 위치를 확인하고, 표준 시간을 설정함으로써 초음파 송신기(110)와 초음파 수신기(101) 간의 시간 동기를 설정할 수 있다. 또한, 상기 초음파 수신기(101)는 본 발명의 실시예에 따라 상기 각 초음파 송신기(110)의 식별 아이디와 상기 각 초음파 송신기(110)가 설치된 GPS 상의 좌표 정보를 매핑하여 저장한다.
따라서, 상기 초음파 수신기(101)는 상기 초음파 송신기(110)에서 송출한 초음파 신호를 수신할 경우, 상기 초음파 송신기(110)와 상호간에 설정된 시간 동기에 의해 해당 초음파 신호가 송출된 시간을 정확히 알 수 있다. 이때, 초음파 수신기(101)에서는 하기 <수학식 1>에 의해 해당 초음파 신호를 송출한 초음파 송신기(110)와의 거리를 산출할 수 있게 된다.
수학식 1
Figure PCTKR2010007265-appb-M000001
상기 <수학식 1>에서 R은 초음파 송신기(110)와 초음파 수신기(101)간의 거리(즉, 선박(100)과 해당 초음파 송신기(110)가 설치된 해저 상의 위치 간의 거리)이며, T는 해당 초음파 신호가 송출된 시간과 수신된 시간의 시간 차에 의해 계산된 초음파 신호의 전송 시간이며, V는 해당 초음파 신호의 해당 해수 매질에서의 속력이다.
이와 같이, 초음파 수신기(101)에서 해당 초음파 신호를 송출한 초음파 송신기(110)와의 거리(R)를 산출하고, 상기 해당 초음파 신호의 전송 주기 또는 전송 패턴을 확인함으로써 상기 초음파 송신기(110)의 식별 아이디를 확인하게 된다.
이때, 상기 초음파 수신기(101)에서는 상기 각 초음파 송신기(110)의 식별 아이디와 상기 각 초음파 송신기(110)가 설치된 GPS 상의 좌표 정보를 이미 매핑하여 저장하고 있으므로, 해당 초음파 송신기(110)의 정확한 위치(C) 및 수심(D)을 알 수가 있게 된다.
이에 따라, 상기 선박(100)은 해당 인접 위치의 수심을 확인함으로써 안전한 접안 또는 항해를 할 수가 있게 된다.
한편, 상기 초음파 수신기(101)에서는 상기 초음파 송신기(110)를 식별함으로써 해당 초음파 송신기(110)의 GPS 상의 위치(B)와 수심(D) 정보를 기저장된 정보로 확인이 가능하게 된다. 따라서, 상기 초음파 송신기(110)의 위치 정보와 수심 정보를 통해 상기 수신된 초음파 신호에 의해 산출된 거리(R)를 하기 <수학식 2>에 의해 검증할 수가 있게 된다.
수학식 2
Figure PCTKR2010007265-appb-M000002
이때, 상기 L은 초음파 수신기(101)에서 GPS 위성(120)으로부터 측정된 현재 위치(A)와 기저장된 해당 초음파 송신기(110)의 GPS 상의 위치 정보(B)로부터 산출(L=A-B)될 수 있다. 또한, 상기 D는 초음파 송신기(110)가 설치될 때 측정된 수심 값으로서, 상기 초음파 수신기(101)에 해당 초음파 송신기(110)의 식별 아이디 정보와 매핑하여 기저장된다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 상기 초음파 송신기(110) 및 초음파 수신기(101)의 세부 구성을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 수신기의 세부 구조를 나타내는 블록도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 수신기(101)는 송신기 식별부(210), 시간 동기화부(220), 거리 산출부(230), 제어부(240), 초음파 수신부(250), 수심 산출부(260) 및 저장부(270) 등으로 구성될 수 있다.
초음파 수신기(101)의 초음파 수신부(250)로 초음파 신호를 수신하면, 제어부(240)를 통해 송신기 식별부(210)에서는 해당 초음파 신호를 송신한 초음파 송신기(110)를 식별하게 된다. 이때, 상기 송신기 식별부(210)는 상술한 바와 같이 상기 수신된 초음파 신호의 송신 주파수, 신호 전송 패턴, 신호 전송 주기, 초음파 송신기(110)와의 거리 등을 통해 해당 초음파 송신기(110)의 식별 아이디를 확인하게 된다. 또한, 저장부(270)의 송신기 정보 데이터베이스(272)에 기저장된 해당 위치 인근의 초음파 송신기(110)에 대한 정보를 확인함으로써 해당 초음파 신호를 전송한 초음파 송신기(110)를 정확히 식별하게 된다.
이때, 본 발명의 실시예에 따라 초음파 송신기(110)와 초음파 수신기(101) 간에는 시간 동기가 설정되어야 하므로, 시간 동기화부(220)를 통해 동기를 설정하게 된다. 또한, 상기 시간 동기화부(220)는 GPS 위성(120)으로부터 표준 시간 정보를 수신하여 실시간으로 동기를 보정함으로써 초음파 송신기(110)와의 시간 동기를 유지한다.
상기 거리 산출부(230)는 상술한 바와 같이 수신된 초음파 신호로부터 <수학식 1>에 의해 초음파 송신기(110)와 초음파 수신기(101) 간의 거리를 산출한다. 또한, 도 4의 설명에서 후술하는 방법에 따라 수심 산출부(260)에서는 해당 초음파 송신기(110)의 정확한 현재 수심을 산출한다.
한편, 저장부(270)에는 해도 정보 데이터베이스(271)와 송신기 정보 데이터베이스(272)를 저장하며, 상호 데이터베이스를 연동함으로써 선박의 항로 유도에 활용하게 된다. 상기 송신기 정보 데이터베이스(272)에는 본 발명에 따른 각 초음파 송신기(110)의 식별 아이디와 GPS 상의 위치 및 수심 정보를 매핑하여 저장한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 송신기의 세부 구조를 나타내는 블록도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 송신기(110)는 시간 동기화부(310), 시간 동기 보정부(320), 초음파 송신부(330), 제어부(340), 전원부(350) 및 저장부(360) 등으로 구성될 수 있다.
상기 전원부(350)에서는 초음파 신호 송출을 위한 전원을 공급하며, 제어부(340)에서는 상기 공급된 전원으로 초음파 송신부(330)를 통해 설정된 해당 주파수의 신호를 송출한다. 저장부(360)에는 해당 초음파 송신기(110)의 식별 ID 정보(361), 송출하는 주파수 정보(362) 및 위치 정보(363) 등을 저장한다. 또한, 수심 정보 및 주파수 송출 패턴 또는 주기 정보 등을 더 포함하여 저장할 수 있다.
아울러, 상기 초음파 수신기(101)의 설명에서와 마찬가지로 초음파 송신기(110)와 초음파 수신기(101) 간에는 시간 동기가 설정되어야 하므로, 시간 동기화부(310)를 통해 동기를 설정하게 된다. 이에 따라, 상기 시간 동기화부(310)의 설정된 시간 동기에 맞춰 초음파 송신부(330)에서 해당 주파수의 초음파 신호를 송출하게 된다.
또한, 상기 시간 동기 보정부(320)는 GPS 위성(120)으로부터 표준 시간 정보를 수신하여 실시간으로 동기를 보정하거나, 해저에 설치되어 이러한 방법이 불가능할 경우, 시간 동기를 위한 별도의 외부 신호에 의해 시간 동기를 보정하게 된다. 이때, 상기 시간 동기 보정부(320)는 상기 표준 시간 정보 또는 상기 외부 신호를 수신하기 위한 수신부(미도시)를 포함하여 구성하는 것이 바람직하며, 상기 수신부는 초음파를 수신하는 초음파 수신부일 수도 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수심 보정의 개념을 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 상기 도 1의 설명에서와 같이 수신된 초음파 신호에 의해 초음파 송신기(110)가 식별되면 상호 간의 거리(R)를 산출할 수가 있게 된다.
한편, 해수면은 계절, 기후 등 외부 요인에 의해 항상 변하므로, 설치시 측정하여 저장된 수심(D)과는 차이가 발생하게 된다. 이에 따라, 이를 선박(100)의 접안 또는 항해 자료로 사용할 경우 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 측정된 값과 기저장된 값을 이용하여 해당 초음파 송신기(110)의 정확한 수심(D')을 산출하게 된다.
즉, 초음파 수신기(101)에서는 수신된 초음파 신호로부터 상술한 바와 같이 장치 간의 거리(R)를 산출할 수 있다. 또한, GPS 위성에 의해 산출된 선박(100)의 GPS 상의 위치(A) 및 기저장된 초음파 송신기(110)의 GPS 상의 위치(B') 정보로부터 해수면 상에서의 거리(L)를 산출할 수 있게 된다. 따라서, 해당 초음파 송신기(110)의 변경된 실제 수심(D')은 하기 <수학식 3>에 의해 산출될 수 있다.
수학식 3
Figure PCTKR2010007265-appb-M000003
한편, 상술한 바와 같이 초음파 수신기(110)는 해저에 설치되므로 GPS 위성(120)으로부터 표준 시간 정보를 수신하기 어렵다. 따라서, 별도의 동기화 보정 선박(400)에서 각 초음파 수신기(110)로 시간 동기를 위한 신호를 전송함으로써 초음파 수신기(110)의 시간 동기 보정이 가능하게 된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 초음파에 의한 선박 항로 유도 절차를 나타내는 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 먼저 초음파 수신기의 데이터베이스에 초음파 송신기의 정보(예컨대, 초음파 송신기의 식별 ID, 주파수, 위치, 수심 등)를 저장(S501)한다.
본 발명에 따라 초음파 송신기는 해저에 고정 설치되고 주기적으로 초음파 신호를 전송(S502)한다. 이때, 선박에 설치된 초음파 수신기에서 상기 전송된 신호를 수신(S503)하면, 송출되는 초음파 신호의 신호 특성(예컨대, 송출 주파수, 주파수 송출 패턴, 송출 주기 등)을 확인하여 기저장된 초음파 송신기의 정보와 비교함으로써 해당 초음파 송신기의 ID를 식별(S504)하게 된다. 이에 따라, 해당 초음파 송신기의 위치 및 수심을 전자 해도 상에서 확인(S505)하며, GPS 시간 동기를 이용하여 송수신기 장치 간의 거리를 산출(S506)하게 된다.
다른 방법으로는, 먼저 상기 GPS 시간 동기를 이용하여 송수신기 장치 간의 거리를 먼저 산출한 다음, 기저장된 초음파 송신기의 정보와 비교함으로써 해당 초음파 송신기의 ID를 식별(S504)하여, 해당 송신기의 위치 및 수심을 전자 해도 상에서 확인할 수도 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따라, 상기와 같이 송수신기 장치 간의 거리가 산출되면, GPS 상에서의 위치 정보를 이용하여 상술한 바와 같이 <수학식 3>에 의해 해당 초음파 송신기의 정확한 수심을 산출(S507)할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 송신기의 송신 신호 파형을 나타내는 도면이다. 도 6을 참조하면, 상술한 바와 같이 초음파 송신기에서 송출되는 신호의 송출 주기 또는 송출 패턴을 다르게 함으로써 각 초음파 송신기를 식별하도록 할 수 있다.
예컨대, 제1 송신기는 t1 시간마다 초음파 신호를 송출하고, 제2 송신기는 t2 시간마다 송출하고, 제3 송신기는 t3 시간마다 송출하도록 함으로써 수신기에서는 각 송신기를 구별할 수가 있게 된다. 또한, 송출되는 초음파 신호의 송출 패턴을 다르게 함으로써 각 송신기를 구별할 수도 있다.
이때, 본 발명에 따라 각 송신기 및 수신기는 시간 동기를 설정하여 초음파 신호를 송출하는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 선박 항로 유도 시스템을 이용하여 접안을 진행하는 방법을 나타내는 도면이다. 도 7을 참조하면 본 발명을 실제로 선박이 항구에 접안하는 경우에 적용할 수 있다. 즉, 항구와 인접한 해상의 해저 상에서 수심이 급격히 낮아지거나 해당 위치에서의 수심이 낮아 선박에 주의를 요할 경우, 해당 위치에 초음파 송신기를 설치하게 된다.
따라서, 선박에서는 설치된 초음파 수신기에서 상기 각 초음파 송신기로부터 전송되는 초음파 신호를 확인하여 해당 송신기의 위치 및 수심을 각각 식별함으로써 안전하고 효율적인 접안 경로를 설정할 수가 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시 예에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허 청구의 범위뿐만 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (14)

  1. 고유의 식별 아이디를 가지고 해저에 고정 설치되며, 설정된 주파수의 초음파 신호를 설정된 주기마다 송출하는 적어도 하나의 초음파 송신기; 및
    선박에 설치되고 상기 각 초음파 송신기의 식별 아이디와 상기 각 초음파 송신기가 설치된 GPS 상의 좌표 정보를 매핑하여 저장하며, 상기 초음파 송신기에서 송출된 초음파 신호를 수신하여 상기 초음파 신호를 송출한 해당 초음파 송신기를 식별하는 초음파 수신기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 선박 항로 유도 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 초음파 송신기는,
    상기 각 초음파 송신기마다 서로 같거나 다른 주파수를 송출하며, 상기 초음파 송신기에서 송출되는 초음파 신호의 주파수에 의해 해당 초음파 송신기의 식별이 가능한 것을 특징으로 하는 초음파 선박 항로 유도 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 초음파 송신기는,
    상기 각 초음파 송신기에서 송출되는 초음파 신호의 전송 주기 또는 전송 패턴에 의해 해당 초음파 송신기의 식별이 가능한 것을 특징으로 하는 초음파 선박 항로 유도 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 초음파 수신기는,
    상기 각 초음파 송신기가 설치된 위치의 수심 정보를 더 저장하는 것을 특징으로 하는 초음파 선박 항로 유도 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 초음파 수신기는,
    상기 초음파 송신기와 시간 동기 되도록 설정되어, 상기 초음파 송신기에서 송출된 초음파 신호를 수신할 때, 상기 초음파 신호가 송출된 시간과 수신된 시간의 차이로부터 상기 초음파 송신기와의 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 초음파 선박 항로 유도 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 초음파 수신기는,
    상기에서 산출된 초음파 송신기와의 거리 정보와 상기 기저장된 초음파 송신기가 설치된 GPS 상의 좌표 정보로부터 상기 해당 초음파 송신기의 실제 수심값을 산출하는 것을 특징으로 하는 초음파 선박 항로 유도 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 초음파 송신기는,
    외부로부터 전송되는 동기 설정 신호에 의해 시간 동기를 재설정하는 시간 동기 보정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 선박 항로 유도 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 초음파 송신기는,
    초음파 신호를 송출하기 위한 전력을 공급하는 전원부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 선박 항로 유도 시스템.
  9. 물이 내부로 침투되는 것을 보호하고 상부의 일측을 통해 초음파가 방사되는 케이스;
    상기 케이스의 일측에 구비되고 상기 케이스를 해저에 고정시키는 고정 수단;
    상기 케이스 내부에 구비되고, 고유의 식별 아이디에 따라 설정된 주파수의 초음파 신호를 설정된 주기마다 상기 케이스 외부로 송출하는 초음파 송신부; 및
    표준 시간 정보를 저장하여 상기 초음파 송신부에서 상기 초음파 신호가 설정된 시간에 전송되도록 시간 동기를 설정하는 시간 동기화부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 선박 항로 유도 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 장치는,
    상기 고유의 식별 아이디에 따라 설정된 주파수를 송출하며, 상기 송출되는 초음파 신호의 주파수에 의해 해당 장치의 식별이 가능한 것을 특징으로 하는 초음파 선박 항로 유도 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 장치는,
    상기 각 장치에서 송출되는 초음파 신호의 전송 주기 또는 전송 패턴에 의해 해당 장치의 식별이 가능한 것을 특징으로 하는 초음파 선박 항로 유도 장치.
  12. 제9항에 있어서, 상기 장치는,
    외부로부터 전송되는 동기 설정 신호에 의해 시간 동기를 재설정하는 시간 동기 보정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 선박 항로 유도 장치.
  13. 제9항에 있어서, 상기 장치는,
    초음파 신호를 송출하기 위한 전력을 공급하는 전원부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 선박 항로 유도 장치.
  14. 제9항에 있어서, 상기 장치는,
    상기 케이스 내의 압력을 견디고 부력을 사용하며,
    상기 초음파 송신기의 송신방향을 상,하로 유도하는 자이로 타입 기구장치; 및
    상기 초음파 송신기의 송신방향을 좌,우로 유도하는 수중나침반 중 적어도 하나를 포함한 방향 유도 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 선박 항로 유도 장치.
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