WO2019143083A1 - 선박 충돌 방지 시스템 및 방법 - Google Patents

선박 충돌 방지 시스템 및 방법 Download PDF

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WO2019143083A1
WO2019143083A1 PCT/KR2019/000528 KR2019000528W WO2019143083A1 WO 2019143083 A1 WO2019143083 A1 WO 2019143083A1 KR 2019000528 W KR2019000528 W KR 2019000528W WO 2019143083 A1 WO2019143083 A1 WO 2019143083A1
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WO
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ship
tcpa
collision risk
risk
information
Prior art date
Application number
PCT/KR2019/000528
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English (en)
French (fr)
Inventor
김영두
강원식
이성재
박영수
Original Assignee
선박안전기술공단
주식회사 이씨스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 선박안전기술공단, 주식회사 이씨스 filed Critical 선박안전기술공단
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    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B45/00—Arrangements or adaptations of signalling or lighting devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B49/00—Arrangements of nautical instruments or navigational aids
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G3/00—Traffic control systems for marine craft
    • G08G3/02—Anti-collision systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
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    • B63B2201/02—Audible
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B2201/00—Signalling devices
    • B63B2201/04—Illuminating
    • B63B2201/08—Electric light

Definitions

  • the present invention relates to a ship collision avoidance system and method.
  • MSP Maritime Service Portfolio
  • AIS Automatic Identification System
  • Passenger ships according to the Shipping Act passenger ships with a gross tonnage of 150 tons or more, Ships with a tonnage of 300 tons or more and vessels with a gross tonnage of 500 tons or more that are not engaged in international voyages are equipped with AIS equipment and AIS is required to be installed in fishing vessels with a gross tonnage of 10 tons or more.
  • SSB single-side band transceivers provided in such small fishing boats do not have a means for automatically transmitting the positions of vessels in the sea, so that it is difficult to quickly construct a boat when a sinking accident occurs due to waves or stranding there was.
  • Korean Patent Registration No. 1250858 discloses a system in which an alarm is generated when a distress signal is received from a location originating terminal of a fishing boat and a fishermen, and a situation is automatically provided by automatically providing a situation propagation to each relevant agency A safety management system for a marine accident is disclosed.
  • such a conventional marine accident safety management system is effective in that it enables rapid structure by receiving a distress signal from a location originating terminal of a fishing vessel and notifying the concerned agencies of the occurrence of the distress signal.
  • Korean Patent Publication Nos. 10-2017-0076405, 10-2014-0042166, 10-0720595, and 2012-21947 are disclosed in the prior art documents.
  • a prevention system for preventing collision of a ship including a vessel length and a width, a vessel type, a standard time, a position, An AIS which transmits and receives a WAVE unit for transmitting and receiving information including an IMO identification number (MMSI), a call sign, a ship name, a ship length and width, a ship type, a standard time and a position information, A data receiving unit for receiving an x-coordinate (latitude), a y-coordinate (hardness), a length, a speed and a walk information of the own ship and other ships from the AIS, a collision risk calculator for calculating CPA and TCPA using y coordinate (hardness), hardness, speed, and creep information, a collision risk calculator for calculating collision risk with other vessels on the basis of the CPA and TCPA values, , And the collision And a collision risk output unit for outputting a warning sound or lighting a warning light according to the degree of the collision risk
  • MMSI IMO identification number
  • TCPA is L a / V a + L b / V b with the user input at least (TCPA ⁇ 2 min + L a / V a + L b / V b + ß) is determined as a second risk, where L a is the child vessel length m ), L b is the length of the other vessel (m), V a is the vessel speed (knots), V b is the vessel speed (knots), and ⁇ is the user input value (minimum).
  • the collision risk judging unit determines that the DCPA is less than or equal to the sum of the lengths of the ship and the other vessels (L a + L b ), and TCPA is 4 min + L a V a + L b V + 6min + L a / V a + L b / V b + ⁇ " the range if it is determined as a primary risk, and TCPA" TCPA ⁇ 4min + L a / V a + L b / V b + ⁇ " the range if the second It is determined as a car risk.
  • the data receiving unit checks the distance between the other ship and the self-ship, receives the information through the WAVE if the distance to the other ship is within the set range, and if the distance exceeds the set range, Receiving;
  • the collision risk calculator receives the information from the data receiver and computes CPA and TCPA;
  • step of collision risk judgment part determines whether less than the sum (L a + L b) of the CPA value character ship and other ship's length;
  • step d determining whether the TCPA is within a set range if it is determined in step d), and determining that the TCPA is a secondary risk if the TCPA is within a set range;
  • the collision risk determination unit 330 determines that the risk is a secondary risk.
  • the data receiving unit receives the information from the WAVE unit when the other ship is located within a range of three miles.
  • the ship collision avoidance system according to the present invention constructed as described above is very suitable for small and medium sized vessels because it is easy to install and economical in mass production by using the AIS signal and WAVE signal that are installed in the past, It can contribute to prevention of marine accidents.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a ship collision avoidance system according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2 and 3 are schematic views for explaining a process of calculating a risk value of a collision between a self-ship and another ship according to an embodiment of the present invention.
  • 4 and 5 are flowcharts illustrating a method of preventing a ship collision according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a conceptual view of the operation of the ship collision avoidance system according to the embodiment of the present invention.
  • the ship collision avoidance system includes a data receiving unit 310 for receiving signals from the AIS 100 and the WAVE unit 200, A collision risk value calculator 320 for calculating a collision risk value according to the operation value of the collision risk value calculator, and a collision risk value output unit 340 for outputting a collision risk alarm do.
  • a ship collision avoidance system may be implemented on a hardware device such as an FPGA, ASIC, microcontroller, PLD, or the like.
  • An AIS Auto Identification System
  • MMSI IMO identification number
  • ETA Navigational information
  • the wireless access in vehicle environment (WAVE) unit 200 is a wireless communication technology developed to transmit a dangerous situation of a road or a vehicle to a vehicle in a vehicle network (VANET) having a high mobility (up to 200 km / h) to be.
  • WAVE technology is applied to inter-ship communication. Since WAVE communication technology has a short transmission range but has a high transmission speed and wide bandwidth, it does not cause channel overloading or missing information update even in a lot of ship traffic, ensuring high reliability.
  • the WAVE unit 200 includes an RF, OFDM modem, an inter-ship communication MAC, and a writing technology in a frequency band of 5.85 to 5.925 GHz.
  • IEEE 802.11a / g wireless LAN technology is an improved communication technology for the environment.
  • WAVE communication technology When WAVE communication technology is used, transmission range is short and WAVE transmission / reception is possible only for a ship equipped with a WAVE terminal.
  • the WAVE communication distance on the land is about 1 km, but since the WAVE according to the embodiment of the present invention performs communication in the sea, the measured communicable distance is 5 km to 8 km.
  • the WAVE unit 200 may be implemented as a WAVE terminal or a WAVE modem.
  • the WAVE unit 200 transmits and receives static information such as a ship name, ship length and width, and ship type input to the WAVE terminal, and standard information such as standard time and location (latitude and longitude) and ship speed, which are GPS information connected to the terminal.
  • the data receiving unit 310 receives the AIS and WAVE communication data of a plurality of other ships within the AIS and WAVE communication distances.
  • data is transmitted and received through WAVE communication from a ship equipped with remote and WAVE terminal (modem).
  • the data receiving unit 310 receives static information such as a ship name, a ship type, ship length and width, dynamic information such as GPS position and line speed through the WAVE unit 200, and transmits the IMO identification number (MMSI The name of the ship, the length and width of the ship, the type of ship, the standard time, and the position (latitude and longitude) information.
  • MMSI IMO identification number
  • the WAVE communication is possible, the information is received via the WAVE, and the WAVE terminal is not provided, or the information is received from another ship outside the communication range through the AIS.
  • the collision risk calculator 320 receives the vessel name, vessel type, vessel length and width, position, standard time, and line speed information from the data receiving unit 310 and calculates a collision risk value with other vessels.
  • the risk of collision is calculated by the following CPA / TCPA calculation method.
  • CPA Cross Point of Approch
  • DCPA Time to Closest Point of Approach
  • TCPA Time to Closest Point of Approach
  • x 0 is the x coordinate of the ship (latitude)
  • x t is the x coordinate of the other ship (latitude)
  • y o is the y coordinate of the ship (longitude)
  • y t is the y coordinate 0 chair speed (Kts) of the ship
  • V t is the speed (Kts)
  • C 0 is a character heading (°)
  • C t is heading (°)
  • Y r is the y coordinate of the relative vector
  • D is the distance between the ship and the other ship.
  • the collision risk value calculation unit 320 calculates .
  • the factor values required for the CPA / TCPA calculation method are shown in Table 1 below.
  • the collision risk calculator 320 calculates as follows.
  • the CPA is 1.15miles and the TCPA is 8.48min. 3
  • CPA and TCPA are calculated according to distance, course, line speed, and the like when the ship A (suburban ship) and B (other ship) meet each other.
  • the collision risk determination unit 330 determines the collision risk based on the CPA value and the TCPA value computed by the collision risk calculator 320. It is preferable that the collision risk determination unit 330 determines the risk of collision by distinguishing between when the vehicle is in voyage and during operation. If you are voyage when the ship is present within a range of 3 miles, characters are DCPA vessel and the other the sum of the ship length (L a + L b) is less than or equal to, the TCPA is L a / V a + L b / V b (TCPA ⁇ 2 min + L a / V a + L b / V b + ß) is judged to be dangerous when the time of input of the user input is smaller than the sum of 2 min.
  • the CPA and TCPA ranges are preferably maintained for [alpha] seconds. If you are operating, DCPA the chair is less than the sum of the vessel and the other length of the ship (L a + L b) or equal to the TCPA "4min + V L a b L a + V + + 6min ⁇ TCPA ⁇ L a / V L b + a / V b + ⁇ ", the range is determined as a primary risk and, TCPA is" if TCPA ⁇ 4min + L a / V a + L b / V b + ⁇ " range is determined as a secondary risk.
  • the normal collision avoidance distance is about 564 m when navigating, and it is possible to avoid 1.3 minutes before navigation at 14 kts.
  • the range of TCPA is adjusted considering 5 minutes ⁇ 1 minute to return to the operational state.
  • L a is the length of the ship (m)
  • L b is the length of the other ship (m)
  • V a is the ship's speed in knots
  • V b is the speed of the other ship
  • ⁇ is the user input value (minimum).
  • the collision risk output unit 340 outputs an alarm set according to the collision risk level as shown in FIG. Alerts can be mixed with acoustic alerts and warning lights.
  • the 4 is a flowchart showing a ship collision preventing method during voyage.
  • the AIS and WAVE are turned ON to transmit and receive the above-described information (S10).
  • the data receiving unit 310 receives information through the AIS system (S22) at a distance greater than a set value, for example, 5.5 Km (3 miles) or more,
  • the algorithm operates with the information received through the WAVE (S21).
  • the collision risk calculator 320 calculates the collision risk values CPA and TCPA (S30).
  • the collision risk determination unit 330 determines whether the CPA value is less than the sum (L a + L b ) of the length of the self-ship and other vessels.
  • the normal collision avoidance distance is about 564m, and it is possible to avoid 1.3 minutes before the cruising speed of 14kts.
  • the collision risk determination unit 330 determines that the collision risk is present, and the collision risk output unit 340 outputs an alarm (S60).
  • FIG. 5 is a flowchart showing a method of preventing ship collision during operation. The same steps as those shown in Fig. 4 are denoted by the same reference numerals.
  • the AIS and WAVE are turned ON to transmit and receive the above-described information (S10).
  • the data receiving unit 310 receives information through the AIS system (S22) at a distance greater than a set value, for example, 5.5 Km (3 miles) or more,
  • the algorithm operates with the information received through the WAVE (S21).
  • the collision risk calculator 320 calculates the collision risk values CPA and TCPA (S30).
  • the collision risk determination unit 330 determines whether the CPA value is less than the sum (L a + L b ) of the length of the self-vessel and other vessels (S 51).
  • TCPA is "4min + L a / L b + V a / V b + ⁇ TCPA 6min + ⁇ L a / L b + V a / V b + ⁇ " when it satisfies the range is determined by the first collision risk (S52 If the TCPA is in the range of "TCPA ⁇ 4 min + L a / V a + L b / V b + ⁇ ", it is determined as a second risk (S53).
  • the collision risk output unit 340 outputs a warning sound or operates a warning lamp according to the degree of collision risk.
  • the collision risk output unit 340 may display the collision risk on the screen or output it through a warning light or a siren in accordance with the alarm criteria according to the algorithm of the collision risk level determiner 330, have.
  • the risk judgment algorithm can change the range of TCPA according to the criteria of the table in S52 and S53.
  • the system and method for preventing collision of a ship use the AIS information transmission / reception and the WAVE communication technology in parallel. However, within a short distance (about 3 miles of WAVE reception range) And provides a collision risk warning by transmitting and receiving AIS information to a ship which is not equipped with a remote or WAVE terminal.
  • Transmission and reception of information through the AIS may cause a problem of reliability as a collision avoidance system because channel overload occurs in a place where there is a lot of ship traffic and information updates may be omitted or erroneous information may be displayed.
  • a reliable collision risk warning can be provided using WAVE within a short range with a high risk of collision.
  • the present invention provides a non-transitory computer readable recording medium on which a program for implementing a method of preventing a collision of a ship according to an embodiment of the present invention, when executed on a device having processing capability,
  • the device may further include a device having processing capability to perform the processing.

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  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
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Abstract

본 발명은 WAVE 통신기술을 사용하여 선박 정보를 송수신하는 WAVE부, IMO 식별번호, 호출부호, 선박명, 선박의 길이 및 폭, 선박종류, 표준시간, 및 위치 정보를 송수신하는 AIS, WAVE부 또는 AIS로부터 자선박과 타선박의 x 좌표, y 좌표, 길이, 속력, 및 침로 정보를 수신하는 데이터 수신부, 데이터 수신부에서 전달받은 자선박과 타선박의 x 좌표, y 좌표, 경도, 속력, 및 침로 정보를 이용하여 CPA와 TCPA를 연산하는 충돌 위험도 연산부, CPA 와 TCPA 값을 기준으로 타선박과의 충돌 위험도를 판단하는 충돌 위험도 판단부, 및 충돌 위험도 판단부에서 판단한 충돌 위험도의 정도에 따라 경고음을 출력하거나 경광등을 점등하는 충돌 위험도 출력부를 포함하고, 데이터 수신부는 타선박과의 거리가 설정 범위 이내일 경우 WAVE의 정보를 수신하여 충돌 위험도 연산부로 전달하는 것을 특징으로 하는 선박 충돌 방지 시스템을 제공한다.

Description

선박 충돌 방지 시스템 및 방법
본 발명은 선박 충돌 방지 시스템 및 방법에 관한 것이다.
선박 사고의 대부분은 선박 간의 충돌 또는 선박과 고정 장애물 간의 충돌에 의한 충돌 등 충돌 사고가 대부분으로, 최근 선박의 크기가 대형화되고 선박의 종류가 다양화됨에 따라, 선박 충돌 사고로 인한 인명 피해, 재산 피해 및 해양 오염과 같은 2차적 피해 등 대규모 피해가 발생하고 있다. 해양 사고 원인으로는 경계 소홀, 항행 법규 위반 등 운항 과실이 약 87.9%를 차지하고 있다.
한편, 선박 사고의 대부분은 선박의 이동이 빈번한 연안에서 발생되고, 선종 별로는 어선이 톤수 별로는 100톤 미만이 해양 사고의 약 80%를 차지하고 있다.
최근 e-네비게이션(e-navigation) 기능을 수행하기 위해서 MSP(Maritime Service Portfolio)가 제안되는 등 안전항행을 위한 다양한 정보가 선박과 선박 간 그리고 선박과 육지간 공유될 예정이다. 대형 선박 및 국제항행 선박의 경우 선박자동식별장치(AIS: Automatic Identification System)와 해사위성 등을 통해 정보를 제공할 수 있고, 해운법에 따른 여객선, 총톤수 150톤 이상 여객선, 국제항해에 종사하는 총톤수 300톤 이상 선박, 국제항해에 종사하지 아니하는 총톤수 500톤 이상선박 등은 AIS 장비를 탑재하고 있고, 총 톤수 10톤 이상의 어선에 AIS 설치 의무화되어 있다.
종래 선박-선박 및 선박-육상(관제시스템) 간 통신체계는 선박종류와 항해범위에 따라 예컨대 항해범위 100㎞ 이내의 연안해역에서는 선박 자동식별장치(AIS)로, 100㎞∼300㎞의 근해해역에서는 SSB나 위성통신으로, 300㎞ 이상의 원양해역에서는 위성통신으로 항해정보의 교류가 이루어지고 있고 특히 대부분의 어선은 어업무선국에서 관장하는 음성통신방식을 사용하기 때문에, 이와 같이 상이한 통신체계를 사용하는 선박 간 정보소통이 제대로 이루어지지 못해 연근해 부근에서 소형 어선과 대형선박 간 충돌사고가 간혹 발생하고 있었다.
더욱이, 종래에는 이러한 소형 어선에 비치된 SSB(Single-Side Band) 송수신기는 바다에서의 선박위치를 자동으로 발신하는 수단을 갖추고 있지 않으므로 파랑이나 좌초에 의한 침몰사고가 발생한 때 신속한 구조가 어렵다는 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 국내 특허 등록 제1250858호에는 어선 및 어선원의 위치발신 단말기로부터 조난신호가 수신되면 알람경보를 발생하고, 각 유관기관으로 상황전파를 자동으로 제공함으로써 신속한 구조가 이루어질 수 있도록 하는 해양사고 안전 관리시스템이 개시되어 있다.
그러나 이와 같은 종래의 해양사고 안전 관리시스템은 어선의 위치발신 단말기로부터 조난 신호를 수신하여 각 유관기관으로 이를 알림으로써 신속한 구조를 가능하게 한다는 점에 있어서는 효과적이나, 어선의 충돌이나 조난 등의 사고가 발생한 이후에 이루어지는 조치라는 점에서 한계를 가지고 있었다.
연안 항행 선박들이 서로 충돌하거나 해양 기상 변화에 신속히 대처하지 못하여 발생하는 사고를 미연에 방지할 수 있게 하는 해상 안전 시스템을 마련할 필요가 있다. 상호간 견시가 충돌 예방의 가장 기본적인 대책이나 견시 소홀 등으로 사고가 지속적으로 발생하고 있으므로 이에 대한 대책 마련이 필요하다. 즉, 선박 운항자를 보조적으로 도울 수 있는 사용자 편의를 위한 장비 개발이 필요하다.
선행기술문헌에 대한민국 공개 특허 제10-2017-0076405호, 대한민국 공개 특허 제10-2014-0042166호, 대한민국 등록 특허 제10-0720595호, 일본 공개 특허 제2012-21947호가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 대형선박과 달리 장비가격, 공간협소 등의 이유로 충돌예방장치를 설치하지 않은 중소형 선박과, 첨단장비가 설치되어 있어도 장비조작 등 현실적인 어려움이 있는 국내 운항자의 요구사항을 반영하여 간편하면서도 비용 부담이 적은 저렴한 사용자 편의적인 선박 충돌 방지 시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 충돌 예방을 위한 방지 시스템은, 본 발명은 WAVE 통신기술을 사용하여 선박길이 및 폭, 선박 종류, 표준시간, 위치, 및 선속을 포함하는 정보를 송수신하는 WAVE부, IMO 식별번호(MMSI), 호출부호(Call Sign), 선박명, 선박의 길이 및 폭, 선박종류, 표준시간, 및 위치 정보를 송수신하는 AIS, 상기 WAVE부 또는 상기 AIS로부터 자선박과 타선박의 x 좌표(위도), y 좌표(경도), 길이, 속력, 및 침로 정보를 수신하는 데이터 수신부, 상기 데이터 수신부에서 전달받은 상기 자선박과 타선박의 x 좌표(위도), y 좌표(경도), 경도, 속력, 및 침로 정보를 이용하여 CPA와 TCPA를 연산하는 충돌 위험도 연산부, 상기 CPA 와 TCPA 값을 기준으로 상기 타선박과의 충돌 위험도를 판단하는 충돌 위험도 판단부, 및 상기 충돌 위험도 판단부에서 판단한 상기 충돌 위험도의 정도에 따라 경고음을 출력하거나 경광등을 점등하는 충돌 위험도 출력부를 포함하고, 상기 데이터 수신부는 상기 타선박과의 거리가 설정 범위 이내일 경우 상기 WAVE의 정보를 수신하여 상기 충돌 위험도 연산부로 전달하는 것을 특징으로 한다.
상기 충돌 위험도 판단부는 항해 중일 경우, 상기 DCPA가 자선박과 타선박의 길이의 합(La+Lb)보다 작거나 같고, TCPA가 La/Va + Lb/Vb 와 사용자 입력 최소 시간값(β)에 2분을 더한 시간보다 작을 경우(TCPA ≤ 2min + La/Va+Lb/Vb+ß) 2차 위험으로 판단하고, 여기서, La : 자선박 길이(m), Lb : 타선박 길이(m), Va : 자선박 속도(knots), Vb : 타선박 속도(knots), β:사용자 입력값(minimum)인 것을 특징으로 한다.
상기 충돌 위험도 판단부는 조업중일 경우, 상기 DCPA가 자선박과 타선박의 길이의 합(La+Lb)보다 작거나 같고 TCPA가 "4min + LaVa+LbV+β≤ TCPA ≤ 6min + La/Va+Lb/Vb+β" 범위이면 1차 위험으로 판단하고, TCPA가 "TCPA ≤ 4min + La/Va+Lb/Vb+β" 범위이면 상기 2차 위험으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면,
a) AIS와 WAVE부를 ON하여 자선박과 타선박의 x 좌표(위도), y 좌표(경도), 속력, 및 침로를 포함하는 정보를 송수신하는 단계;
b) 데이터 수신부는 상기 타선박과 자선박의 거리를 체크하여 상기 타선박과의 거리가 설정 범위 이내이면 상기 WAVE를 통해 상기 정보를 수신하고, 설정 범위를 초과할 경우 상기 AIS를 통해 상기 정보를 수신하는 단계;
c) 충돌 위험도 연산부가 상기 데이터 수신부로부터 상기 정보를 전달받아 CPA와 TCPA를 연산하는 단계;
d) 충돌 위험도 판단부가 상기 CPA 값이 자선박과 타선박 길이의 합(La + Lb)이하인 지 판단하는 단계;
e) 상기 d) 단계에서 이하로 판단되면, 상기 TCPA가 설정범위 이내인 지를 판단하여 설정범위 이내일 경우 2차 위험으로 판단하는 단계; 및
f) 상기 단계에서 2차 위험으로 판단하면 충돌 위험도 출력부가 위험 정보에 해당하는 경보를 출력하는 단계를 포함하는 선박 충돌 방지 방법을 제공한다.
상기 e) 단계에서,
상기 자선박이 항해중일 경우,
상기 TCPA의 범위가 TCPA ≤ 2min + La/Va+Lb/V+ß이면 상기 충돌 위험도 판단부(330)가 2차 위험으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 e) 단계에서,
상기 자선박이 조업중일 경우,
상기 TCPA의 범위가 "4min + La/Va+Lb/Vb+β≤ TCPA ≤ 6min + La/Va+Lb/Vb+β" 이면 1차 위험으로 판단하고, "TCPA ≤ 4min + La/Va+Lb/Vb+β" 범위이면 2차 위험으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 b) 단계에서 상기 데이터 수신부는 상기 타선박이 3마일 범위 안에 위치할 경우 상기 WAVE부로부터 상기 정보를 수신하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 선박 충돌 방지 시스템은 기존에 장착된 AIS 신호와 WAVE 신호를 이용하여, 설치가 용이하고 양산시 경제적이므로 중소형 선박에 매우 적합하며 급박한 충돌 위험을 운항자에게 인지시켜준다는 측면에서 해양사고 예방에 기여할 수 있다.
또한, 중소선박 운항자 요구사항을 반영하여 해양사고 저감시킬 수 있고, 국내 관련산업 활성화에 기여할 수 있으며, 국제 표준 수립 등 다양한 경제ㆍ산업적 이익을 도모할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 선박 충돌 방지 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 2 및 3은 본 발명의 실시예에 따른 자선박과 타선박의 충돌 위험값 연산과정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 4 및 5는 본 발명의 실시예에 따른 선박 충돌 방지 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6 은 본 발명의 실시예에 따른 선박 충돌 방지 시스템의 운용 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 선박 충돌 방지 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다. 도시되는 바와 같이 본 발명에 따른 선박 충돌 방지 시스템은 AIS(100) 및 WAVE부(200)로부터 신호를 수신하는 데이터 수신부(310), 상기 데이터 수신부(310)에서 수신한 데이터를 이용하여 충돌 위험값을 연산하는 충돌 위험값 연산부(320), 상기 충돌 위험값 연산부의 연산 값에 따라 충돌 위험도를 판단하는 충돌 위험도 판단부(330), 및 충돌 위험 경보를 출력하는 충돌 위험도 출력부(340)를 포함한다. 선박 충돌 방지 시스템은 FPGA, ASIC, 마이크로컨트롤러, PLD 또는 이와 같은 프로세서와 같은 하드웨어 디바이스 상에 구현될 수 있다.
AIS(Auto Identification System)(100)는 선박 자동 식별 장치로, 일정 범위의 설비를 장착한 선박의 선명 · 침로 · 선속 · 위치 등의 항행정보를 자동으로 표시해주는 장비를 말한다. AIS는 정적 정보인 IMO식별번호(MMSI), 호출부호(Call Sign), 선박명, 선박의 길이 및 폭, 선박종류, 적재화물, 안테나 위치와 동적 정보인, 표준시간, 위치(경위도), 위치정확도, Course over ground, Speed over ground, Heading, 그리고 항해 관련 정보인 목적지 및 도착 예정 시각(ETA), 항해계획, 통신문을 교환한다. AIS(100)의 구체적인 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.
WAVE(Wireless Access in Vehicular Environment)부(200)는 고속 이동성(최대 200km/h)과 통신 교환시간이 짧은 차량 망(VANET)에서 도로나 차량의 위험 상황을 차량에게 전달하기 위해 개발된 무선 통신기술이다. 본 발명의 실시예에서는 WAVE 기술을 선박 간 통신에 적용하였다. WAVE 통신기술은 전송범위가 짧지만 전송속도가 빠르고 대역폭이 넓으므로 선박 통항이 많은 곳에서도 채널 과부화가 발생하거나 정보의 업데이트가 누락되는 현상은 발생하지 않아 높은 신뢰성을 보장한다. WAVE부(200) 단말기는 5.85~5.925GHz 주파수 대역 RF, OFDM 모뎀, 선박 간 통신 MAC과 라이팅 기술을 구비한다. IEEE 802.11a/g 무선랜 기술을 환경에 맞도록 개량된 통신기술이다. WAVE 통신기술을 사용 시 전송범위가 짧고 WAVE 단말기를 설치한 선박에 대해서만 WAVE 송수신이 가능하다. 육상에서의 WAVE 통신거리는 약 1km이나, 본 발명의 실시예에 따른 WAVE는 해상에서 통신이 이루어지므로, 측정된 통신 가능 거리가 5km 내지 최대 8km이다. WAVE부(200)는 WAVE 단말기 또는 WAVE 모뎀으로 구현될 수 있다. WAVE부(200)는 WAVE 단말기에 입력되는 선박명, 선박길이 및 폭, 선박 종류와 같은 정적 정보와 단말기에 연결된 GPS 정보인 표준시간와 위치(경위도) 그리고 선박 속도와 같은 동적 정보를 송수신한다.
데이터 수신부(310)는 AIS, WAVE 통신거리 내에 있는 복수의 타선박의 AIS, WAVE 통신 데이터를 수신한다. VHF 대역에서의 AIS와 WAVE 무선통신 기술을 적용하여 원거리와 WAVE 단말기(모뎀)을 설치한 선박으로부터 WAVE 통신을 통해 데이터를 송수신한다. 데이터 수신부(310)는 WAVE부(200)를 통해 선박명, 선박종류, 선박길이 및 폭 등의 정적 정보와 GPS 위치, 선속 등의 동적 정보를 수신하고, AIS(100)를 통해 IMO 식별번호(MMSI), 호출부호(Call Sign), 선박명, 선박의 길이 및 폭, 선박종류, 표준시간, 위치(경위도) 정보를 수신한다. WAVE 통신이 가능할 경우 WAVE를 통해 상기 정보를 수신하고, WAVE 단말을 구비하지 않았거나, 통신 가능 범위 밖에 있는 타선박으로부터는 AIS를 통해 상기 정보를 수신한다.
충돌위험도 연산부(320)는 데이터 수신부(310)로부터 선박명, 선박종류, 선박길이 및 폭, 위치, 표준시간, 선속 정보를 전달받아 타 선박과의 충돌 위험값을 산출한다. 충돌 위험값은 하기의 CPA/TCPA 계산 방식으로 산정한다. CPA(Closest Point of Approch)(DCPA로 표기되는 경우도 있음)는 최근접거리로, 타선박과 자선박의 위치가 가장 가까울 때의 거리를 의미한다. TCPA(Time to Closest Point of Approach)는 타선박과 자선박의 위치가 가장 가까울 때가 될 때까지 걸리는 시간을 의미한다. CPA와 TCPA는 아래와 같은 수식으로 산출된다.
Figure PCTKR2019000528-appb-I000001
여기서 x0는 자선박의 x좌표(위도), xt는 타선박의 x좌표(위도), yo는 자선박의 y 좌표(경도), yt는 타선박의 y 좌표(경도), V0는 자선박의 속력(Kts), Vt는 타 선박의 속력(Kts), C0는 자선박의 침로(°), Ct는 타선박의 침로(°), xr은 상대벡터의 x좌표,
Figure PCTKR2019000528-appb-I000002
는 상대 벡터, yr은 상대벡터의 y좌표, D는 자선박과 타선박과의 거리를 나타낸다.
예를 들어, 도 2에 도시되는 바와 같이, (0,0)위치의 자선박이 (2,2) 위치의 타선박으로부터 데이터를 수신할 경우, 충돌 위험값 연산부(320)는 다음과 같이 연산을 수행한다. CPA/TCPA 계산 방식에 필요한 인자 값은 다음 표 1과 같다.
Figure PCTKR2019000528-appb-T000001
충돌 위험도 연산부(320)에 의해 아래와 같이 연산이 이루어진다.
Figure PCTKR2019000528-appb-I000003
Figure PCTKR2019000528-appb-I000004
Figure PCTKR2019000528-appb-I000005
Figure PCTKR2019000528-appb-I000006
Figure PCTKR2019000528-appb-I000007
CPA는 1.15mile 이고 TCPA는 8.48min이다. 도 3에 도시되는 바와 같이 선박 A(자선박)와 B(타선박)가 마주할 경우, 거리, 코스, 선속 등에 따라 CPA와 TCPA가 산출된다.
충돌 위험도 판단부(330)는 충돌 위험도 연산부(320)에서 연산한 CPA 값과 TCPA 값을 기준으로 충돌 위험도를 판단한다. 충돌 위험도 판단부(330)는 항해중일 때와 조업 중일때를 구분하여 충돌 위험도를 판단하는 것이 바람직하다. 항해 중일 경우, 3마일 범위 내에 선박이 존재할 경우, DCPA가 자선박과 타선박의 길이의 합(La+Lb)보다 작거나 같고, TCPA가 La/Va + Lb/Vb 와 사용자 입력 최소 시간값(β)에 2분을 더한 시간보다 작을 경우(TCPA ≤ 2min + La/Va+Lb/Vb+ß) 위험으로 판단한다. CPA 및 TCPA 범위는 α초간 유지하는 것이 바람직하다. 조업중일 경우, DCPA가 자선박과 타선박의 길이의 합(La+Lb)보다 작거나 같고 TCPA가 "4min + LaVa+LbV+β≤ TCPA ≤ 6min + La/Va+Lb/Vb+β" 범위이면 1차 위험으로 판단하고, TCPA가 "TCPA ≤ 4min + La/Va+Lb/Vb+β" 범위이면 2차 위험으로 판단한다. 즉, AIS와 WAVE 정보를 수신하고 타선박과의 거리가 3마일 이상에서는 AIS(100)를 통해 정보를 전달하고, 3마일 이내일 경우, WAVE 를 통해 정보를 수신하여 충돌 위험도를 판단한다. 상기와 같은 방법에 의하면 항해중일 경우 통상 충돌 회피 거리가 약 564m이고, 14kts로 항해시 1.3분 전 회피가 가능하게 된다. 조업중일 경우 운항 가능 상태로 복귀하는데 5분±1분을 고려하여 TCPA의 범위를 조정하게 된다. 여기서, La : 자선박 길이(m), Lb : 타선박 길이(m), Va : 자선박 속도(knots), Vb : 타선박 속도(knots), α:초기값 10초후 상황에 따라 조정, β:사용자 입력값(minimum)이다.
항해중 충돌 위험으로 판단하면, 도 6에 게시된 바와 같이 충돌 위험도 출력부(340)가 충돌 위험도 단계에 따라 설정된 경보를 출력하다. 음향 경고와 경광등을 이용한 경고를 혼합하여 경고할 수 있다.
이하, 도 4 및 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 선박 충돌 방지 방법을 설명하기로 한다.
도 4는 항해 중 선박 충돌 방지 방법을 도시한 흐름도이다. 도시된 바와 같이, AIS와 WAVE를 ON하여 전술한 정보를 송수신한다(S10). 타선박과 자선박의 거리를 체크하여 설정값 예를 들어 5.5Km(3마일) 이상 원거리에서는 데이터 수신부(310)가 AIS 시스템 통해 정보를 수신하고(S22), 5.5km(3마일) 범위에 선박이 존재할 경우, WAVE를 통해 수신한 정보로 알고리즘 동작한다(S21). 그 다음 충돌 위험도 연산부(320)가 충돌 위험값인 CPA와 TCPA를 연산한다(S30). 그 다음 충돌 위험도 판단부(330)가 CPA 값이 자선박과 타선박 길이의 합(La + Lb)이하인 지 판단하고, 이하일 경우, TCPA가 설정범위 이내인 지를 판단한다. 통상 충돌 회피 거리는 약 564m, 항해중 이동속도 14kts일때 1.3분 전에 회피가 가능하다. 본 발명의 일 실시예에서, TCPA ≤ 2min + La/Va+Lb/V+ß일 경우 충돌 위험도 판단부(330)가 충돌 위험으로 판단하여, 충돌 위험도 출력부(340)가 경보를 출력하도록 한다(S60).
도 5는 조업 중 선박 충돌 방지 방법을 도시한 흐름도이다. 도4에 도시된 단계와 동일한 단계는 동일한 도면 부호로 나타냈다. 도시된 바와 같이, AIS와 WAVE를 ON하여 전술한 정보를 송수신한다(S10). 타선박과 자선박의 거리를 체크하여 설정값 예를 들어 5.5Km(3마일) 이상 원거리에서는 데이터 수신부(310)가 AIS 시스템 통해 정보를 수신하고(S22), 5.5km(3마일) 범위에 선박이 존재할 경우, WAVE를 통해 수신한 정보로 알고리즘 동작한다(S21). 그 다음 충돌 위험도 연산부(320)가 충돌 위험값인 CPA와 TCPA를 연산한다(S30). 그 다음 충돌 위험도 판단부(330)가 CPA 값이 자선박과 타선박 길이의 합(La + Lb)이하인 지 판단하고(S51), 이하일 경우, TCPA가 설정범위 이내인 지를 판단한다. TCPA가 "4min + La/Va+Lb/Vb+β≤ TCPA ≤ 6min + La/Va+Lb/Vb+β" 범위를 만족하면 1차 충돌 위험도로 판단하고(S52), TCPA가 "TCPA ≤ 4min + La/Va+Lb/Vb+β" 범위이면 2차 위험으로 판단한다(S53). 충돌 위험도 출력부(340)는 충돌 위험도 정도에 따라 경고음을 출력하거나 경광등을 작동한다. 충돌 위험도 출력부(340)는 충돌위험도 판단부(330)의 알고리즘에 따른 알람기준에 맞춰 다음 표2에 도시된 각각의 단계에 따라 충돌 위험도를 화면에 표시하거나 경광등, 사이렌 등을 통해 출력할 수 있다.
Figure PCTKR2019000528-appb-T000002
위험도 판단 알고리즘은 S52, S53에서 상기 표의 기준에 따라 TCPA의 범위를 변경할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 선박 충돌 방지 시스템 및 방법은 도 6에 도시된 바와 같이, AIS 정보 송수신과 WAVE 통신기술을 병행하여 사용하되 단거리(WAVE 수신 범위 약 3마일) 내에서는 WAVE 통신기술을 이용한 신뢰성 높은 충돌위험 경보를 제공하고, 원거리나 WAVE 단말기를 탑재하지 않은 선박에 대해서는 AIS 정보 송수신을 통한 충돌위험 경보를 제공할 수 있다.
AIS를 통한 정보의 송수신은 선박 통항이 많은 곳에서 채널 과부하가 발생하여 정보의 업데이트가 누락되거나 잘못된 정보가 표시 될 수 있어 충돌예방시스템으로서의 신뢰성에 문제가 있을 수 있는데, 본 발명의 실시예에 따르면, 충돌 위험이 높은 단거리 범위 내에서 WAVE를 이용하여 신뢰성 높은 충돌 위험 경보를 제공할 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명은, 처리 능력을 갖는 디바이스 상에서 실행될 때, 본 발명의 실시예에 따른 선박 충돌 방지 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록되는 비일시적 컴퓨터 판독가능 기록매체 및 상기 비일시적 컴퓨터 판독 가능 기록매체를 실행하는 처리 능력을 갖는 디바이스를 추가로 포함할 수 있다.

Claims (7)

  1. WAVE 통신기술을 사용하여 선박길이 및 폭, 선박 종류, 표준시간, 위치, 및 선속을 포함하는 정보를 송수신하는 WAVE;
    IMO 식별번호(MMSI), 호출부호(Call Sign), 선박명, 선박의 길이 및 폭, 선박종류, 표준시간, 및 위치 정보를 송수신하는 AIS;
    상기 WAVE 또는 상기 AIS로부터 자선박과 타선박의 x 좌표(위도), y 좌표(경도), 길이, 속력, 및 침로 정보를 수신하는 데이터 수신부;
    상기 데이터 수신부에서 전달받은 상기 자선박과 타선박의 x 좌표(위도), y 좌표(경도), 경도, 속력, 및 침로 정보를 이용하여 CPA와 TCPA를 연산하는 충돌 위험도 연산부;
    상기 CPA 와 TCPA 값을 기준으로 상기 타선박과의 충돌 위험도를 판단하는 충돌 위험도 판단부; 및
    상기 충돌 위험도 판단부에서 판단한 상기 충돌 위험도의 정도에 따라 경고음을 출력하거나 경광등을 점등하는 충돌 위험도 출력부를 포함하고,
    상기 데이터 수신부는 상기 타선박과의 거리가 설정 범위 이내일 경우 상기 WAVE의 정보를 수신하여 상기 충돌 위험도 연산부로 전달하는 것을 특징으로 하는 선박 충돌 방지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 충돌 위험도 판단부는 항해 중일 경우, 상기 DCPA가 자선박과 타선박의 길이의 합(La+Lb)보다 작거나 같고, TCPA가 La/Va + Lb/Vb 와 사용자 입력 최소 시간값(β)에 2분을 더한 시간보다 작을 경우(TCPA ≤ 2min + La/Va+Lb/Vb+ß) 2차 위험으로 판단하고,
    여기서, La : 자선박 길이(m), Lb : 타선박 길이(m), Va : 자선박 속도(knots), Vb : 타선박 속도(knots), β:사용자 입력값(minimum)인 것을 특징으로 하는 선박 충돌 방지 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 충돌 위험도 판단부는 조업중일 경우, 상기 DCPA가 자선박과 타선박의 길이의 합(La+Lb)보다 작거나 같고 TCPA가 "4min + LaVa+LbV+β≤ TCPA ≤ 6min + La/Va+Lb/Vb+β" 범위이면 1차 위험으로 판단하고, TCPA가 "TCPA ≤ 4min + La/Va+Lb/Vb+β" 범위이면 상기 2차 위험으로 판단하고,
    여기서, La : 자선박 길이(m), Lb : 타선박 길이(m), Va : 자선박 속도(knots), Vb : 타선박 속도(knots), β:사용자 입력값(minimum)인 것을 특징으로 하는 선박 충돌 방지 시스템.
  4. a) AIS와 WAVE부를 ON하여 자선박과 타선박의 x 좌표(위도), y 좌표(경도), 속력, 및 침로를 포함하는 정보를 송수신하는 단계;
    b) 데이터 수신부는 상기 타선박과 자선박의 거리를 체크하여 상기 타선박과의 거리가 설정 범위 이내이면 상기 WAVE를 통해 상기 정보를 수신하고, 설정 범위를 초과할 경우 상기 AIS를 통해 상기 정보를 수신하는 단계;
    c) 충돌 위험도 연산부가 상기 데이터 수신부로부터 상기 정보를 전달받아 CPA와 TCPA를 연산하는 단계;
    d) 충돌 위험도 판단부가 상기 CPA 값이 자선박과 타선박 길이의 합(La + Lb)이하인 지 판단하는 단계;
    e) 상기 d) 단계에서 이하로 판단되면, 상기 TCPA가 설정범위 이내인 지를 판단하여 설정범위 이내일 경우 2차 위험으로 판단하는 단계; 및
    f) 상기 단계에서 2차 위험으로 판단하면 충돌 위험도 출력부가 위험 정보에 해당하는 경보를 출력하는 단계를 포함하는 선박 충돌 방지 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 e) 단계에서,
    상기 자선박이 항해중일 경우,
    상기 TCPA의 범위가 TCPA ≤ 2min + La/Va+Lb/V+ß이면 상기 충돌 위험도 판단부(330)가 2차 위험으로 판단하는 것을 특징으로 하는 선박 충돌 방지 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 e) 단계에서,
    상기 자선박이 조업중일 경우,
    상기 TCPA의 범위가 "4min + La/Va+Lb/Vb+β≤ TCPA ≤ 6min + La/Va+Lb/Vb+β" 이면 1차 위험으로 판단하고, "TCPA ≤ 4min + La/Va+Lb/Vb+β" 범위이면 2차 위험으로 판단하는 것을 특징으로 하는 선박 충돌 방지 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 b) 단계 상기 데이터 수신부는 상기 타선박이 3마일 범위 안에 위치할 경우 상기 WAVE부로부터 상기 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 선박 충돌 방지 방법.
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