WO2023182800A1 - 해상 측위플랫폼 기반 수중 표류추적 시스템 - Google Patents

해상 측위플랫폼 기반 수중 표류추적 시스템 Download PDF

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WO2023182800A1
WO2023182800A1 PCT/KR2023/003778 KR2023003778W WO2023182800A1 WO 2023182800 A1 WO2023182800 A1 WO 2023182800A1 KR 2023003778 W KR2023003778 W KR 2023003778W WO 2023182800 A1 WO2023182800 A1 WO 2023182800A1
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drift
maritime
sound wave
drifting
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PCT/KR2023/003778
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이문진
김태성
김용명
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한국해양과학기술원
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • G01S2205/04—Nautical

Definitions

  • the present invention relates to an underwater drift tracking system based on a maritime positioning platform.
  • the present invention is to provide an underwater drift tracking system based on a maritime positioning platform that tracks the drift of a plurality of underwater drifting objects in order to simulate the movement and diffusion of underwater pollutants.
  • an underwater drift tracking system based on a maritime positioning platform is disclosed.
  • An underwater drift tracking system based on a marine positioning platform includes a plurality of underwater drifting objects that transmit sound wave signals containing their own water depth information using sound wave communication while drifting underwater and at sea with their own power. Moving, receiving sound wave signals transmitted from the plurality of underwater drifting objects, and calculating absolute position information of the plurality of underwater drifting objects using the received sound wave signals, thereby determining the real-time underwater location of the plurality of underwater drifting objects. Includes a maritime drift tracker to track.
  • the plurality of underwater floating objects include a power source unit, a depth sensor unit that measures the water depth, and a sound wave transmitter unit that transmits a sound wave signal including information about the water depth and the voltage of the power unit.
  • the marine drift tracker includes a propulsion unit that generates propulsion, a storage unit in which a spare underwater drift object is stored, a launching unit that launches the spare underwater drift object into the water, and an external device through a marine communication network.
  • a communication unit that performs communication, a GPS receiver that receives GPS signals and generates absolute location information of the maritime drift tracker, a sonic tracking unit installed at the lower part of the maritime drift tracker and receives the transmitted sound wave signal, and the maritime drift tracker. It includes a control unit that calculates absolute position information of the plurality of underwater floating objects using the absolute position information of the tracker, the sound wave signal, and the water depth.
  • the control unit checks the voltage information included in the received sound wave signal, and if the voltage of the confirmed underwater floating object is less than a preset minimum voltage value, the launching unit launches the spare underwater floating object into the water from the storage unit. Control it to do so.
  • the spare underwater floating object is provided with a buoyancy tank for adjusting buoyancy, and the control unit injects water into the buoyancy tank so that the spare underwater floating object has buoyancy to be located in a preset water depth section. Control it to do so.
  • the control unit measures the level of the received sound wave signal, and when the measured level is below a preset minimum level, the propulsion unit drives the marine drift tracker to move to a preset proximity area of the underwater drifting object. Control it to occur.
  • the control unit calculates absolute position information of the plurality of underwater floating objects using the following equation.
  • (x', y', z') are the absolute position coordinates of the underwater drifting object
  • (x, y, z) are the absolute position coordinates of the marine drift tracker
  • ⁇ x and ⁇ y are the x-axis and y-axis, respectively.
  • On axis, is the distance between the marine drift tracker and the underwater drifting object
  • ⁇ z is the water depth of the underwater drifting object.
  • the control unit calculates the absolute position coordinates of the plurality of underwater floating objects using the following equation.
  • L Z is the straight line distance from the maritime drift tracker to the underwater drifting object
  • ⁇ is the orientation angle of the underwater drifting object based on the position of the maritime drift tracker
  • L H is the It is the horizontal distance to an underwater floating object.
  • the underwater drift tracking system based on a maritime positioning platform can simulate the movement and spread of underwater pollutants by tracking the drift of a plurality of underwater floating objects.
  • Figure 1 is a diagram schematically illustrating the configuration of an underwater drift tracking system based on a maritime positioning platform according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a diagram schematically illustrating the configuration of an underwater floating object according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a diagram schematically illustrating the configuration of a maritime drift tracker according to an embodiment of the present invention.
  • Figures 4 to 6 are diagrams for explaining the operation of an underwater drift tracking system based on a maritime positioning platform according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 1 is a diagram schematically illustrating the configuration of an underwater drift tracking system based on a maritime positioning platform according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a diagram schematically illustrating the configuration of an underwater drifting object according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a diagram schematically illustrating the configuration of a maritime drift tracker according to an embodiment of the present invention
  • Figures 4 to 6 show the operation of an underwater drift tracking system based on a maritime positioning platform according to an embodiment of the present invention.
  • This is a drawing to explain.
  • an underwater drift tracking system based on a maritime positioning platform according to an embodiment of the present invention will be described, focusing on Figure 1, with reference to Figures 2 to 6.
  • an underwater drift tracking system based on a maritime positioning platform may be configured to include a plurality of underwater drift objects 100, a maritime drift tracker 200, and a management server 300. there is.
  • the plurality of underwater drifting objects 100 are objects that drift according to the flow of water underwater in a submerged state.
  • the underwater floating object 100 may have buoyancy set to move according to the ocean current in a preset water depth section.
  • the underwater floating object 100 may be equipped with a buoyancy tank to adjust buoyancy. That is, water may be injected into the buoyancy tank so that the underwater floating object 100 has buoyancy to be located in a preset water depth section.
  • the plurality of underwater drifting objects 100 transmit sound wave signals containing their own water depth information using sound wave communication while drifting in the water.
  • the underwater floating object 100 may be configured to include a power source 110, a water depth sensor 120, and a sound wave transmitter 130.
  • the power supply unit 110 supplies driving power to the underwater floating object 100.
  • the power supply unit 110 may be configured to include a lightweight battery.
  • the water depth sensor unit 120 measures the water depth at which the underwater floating object 100 is located underwater.
  • the water depth sensor unit 120 may measure water pressure and convert the measured water pressure into water depth using a preset algorithm.
  • the sound wave transmitting unit 130 transmits a sound wave signal containing preset information for sound wave communication. That is, the sound wave transmitting unit 130 may transmit a sound wave signal including water depth information of the underwater drifting object 100 measured by the water depth sensor unit 120. Additionally, the sound wave transmitting unit 130 may transmit a sound wave signal including the measured voltage information of the power supply unit 110.
  • the power supply unit 110 may be equipped with a voltage sensor (not shown) that measures the internal voltage.
  • the maritime drift tracker 200 moves in the sea under its own power and performs sound wave communication with a plurality of underwater drifting objects 100 drifting in the water.
  • the marine drift tracker 200 receives sound wave signals from a plurality of underwater drifting objects 100 drifting in the water, and calculates absolute position information of the plurality of underwater drifting objects 100 using the received sound wave signals. , the real-time underwater location of each underwater floating object 100 can be tracked.
  • the marine drift tracker 200 includes a power source 210, a propulsion unit 220, a launching unit 230, a communication unit 240, a GPS receiver 250, a sonic tracking unit 260, and It may be configured to include a control unit 270.
  • the power supply unit 210 supplies driving power to the maritime drift tracker 200.
  • the power supply unit 210 may be configured to include a lightweight battery.
  • the propulsion unit 220 is its own power source for the sea movement of the sea drift tracker 200, and is installed at the lower part of the sea drift tracker 200 to generate propulsion.
  • the propulsion unit 220 is controlled by the control unit 270.
  • the maritime drift tracker 200 may generate propulsion to move to a preset proximity area of the corresponding underwater drifting object 100.
  • the launching unit 230 is provided with a storage unit 231 in which a spare underwater floating object 100 is stored, and is stored in the storage unit 231 under the control of the control unit 270. It serves to launch the spare underwater floating object 100 into the water.
  • the launching unit 230 may be provided with a water supply module 232 for injecting water into the buoyancy tank 150 of the spare underwater floating object 100 stored in the storage unit 231. That is, before the spare underwater floating object 100 is launched into the water, water may be injected into the buoyancy tank 150 so that the spare underwater floating object 100 has buoyancy to be located in a preset water depth section.
  • the water supply module 232 may be configured to include a pump (not shown) that raises seawater to be supplied to the buoyancy tank 150.
  • the launching unit 230 is controlled by the control unit 270 to launch a spare underwater
  • the drifting object 100 can be launched into the water from the storage unit 231.
  • the communication unit 240 communicates with external devices through a maritime communication network such as LTE-Maritime.
  • the communication unit 240 may communicate with a management server 300 that manages a plurality of underwater drifting objects 100 and a maritime drift tracker 200, as shown in FIG. 1 .
  • the communication unit 240 may transmit real-time location information of a plurality of underwater floating objects 100 to the management server 300.
  • the management server 300 can collect in real time the location information of a plurality of underwater drifting objects 100 received from the communication unit 240, and simulate the movement and spread of underwater contaminants using the collected real-time location information. there is.
  • the GPS receiver 250 receives GPS signals from a plurality of GPS satellites and generates absolute position information of the marine drift tracker 200.
  • the sonic tracking unit 260 is installed at the lower part of the marine drift tracker 200 and receives sonic signals transmitted by a plurality of underwater drifting objects 100. That is, the sound wave tracking unit 260 may receive a sound wave signal including water depth information and voltage information of the underwater drifting object 100 transmitted from the sound wave transmitting unit 130 of the underwater drifting object 100.
  • the control unit 270 typically controls the overall operation of the maritime drift tracker 200.
  • control unit 270 checks the voltage information included in the sound wave signal received from the underwater floating object 100, and when the confirmed voltage of the underwater floating object 100 is below the preset minimum voltage value, the launching unit 230 ) can be controlled to launch the spare underwater floating object 100 into the water from the storage unit 231.
  • control unit 270 allows the launching unit 230 to use the water supply module 232 so that the spare underwater drifting object 100 has buoyancy to locate the spare underwater drifting object 100 in a preset water depth section. ) After water is injected into the buoyancy tank 150, the spare underwater floating object 100 can be controlled to launch into the water from the storage unit 231.
  • control unit 270 measures the level (e.g., received signal strength) of the sound wave signal received from the underwater drifting object 100, and when the measured level is below a preset minimum level, the marine drift tracker 200 In order to move the underwater floating object 100 to a preset proximity area, the propulsion unit 220 can be controlled to generate propulsion.
  • level e.g., received signal strength
  • control unit 270 calculates absolute position information of a plurality of underwater floating objects 100 using a sound wave signal including water depth information of the underwater floating objects 100.
  • control unit 270 calculates distance information and direction information for the underwater drifting object 100 that transmitted the sound wave signal through reception of the sound wave signal, and includes the calculated distance information and direction information in the sound wave signal.
  • Absolute position information of the underwater floating object 100 can be calculated using the water depth information of the underwater floating object 100.
  • the absolute position coordinates of the marine drift tracker 200 generated by the GPS receiver 250 are (x, y, z), and the absolute position coordinates of the underwater drifting object 100 are Assuming that is (x', y', z'), the absolute position of the underwater floating object 100 can be expressed by the following equation.
  • ⁇ x and ⁇ y are the distance between the marine drift tracker 200 and the underwater drifting object 100 on the x-axis and y-axis, respectively, and ⁇ z is the water depth of the underwater drifting object 100.
  • the distance information and direction information of the underwater drifting object 100 calculated through reception of the sound wave signal are the distance from the marine drifting tracker 200 to the underwater drifting object 100, as shown in FIGS. 5 and 6, respectively. It can be expressed as the direction angle ⁇ of the underwater drifting object 100 based on the straight-line distance L Z and the position of the marine drift tracker 200.
  • the horizontal distance L H from the marine drift tracker 200 to the underwater drifting object 100 can be calculated using the following equation.
  • the absolute position of the underwater floating object 100 can be calculated using the following equation.
  • each component can be understood as a separate process.
  • the processes of the above-described embodiments can be easily understood from the perspective of the components of the device.
  • the technical contents described above may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer-readable medium.
  • the computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc., singly or in combination.
  • Program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiments or may be known and available to those skilled in the art of computer software.
  • Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks.
  • Examples of program instructions include machine language code, such as that produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc.
  • a hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

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Abstract

해상 측위플랫폼 기반 수중 표류추적 시스템이 개시된다. 해상 측위플랫폼 기반 수중 표류추적 시스템은, 수중에서 표류하면서, 음파통신을 이용하여 자신의 수심 정보를 포함하는 음파 신호를 발신하는 복수의 수중 표류 물체 및 자체 동력으로 해상에서 이동하며, 복수의 수중 표류 물체로부터 발신된 음파 신호를 수신하고, 수신된 음파 신호를 이용하여 복수의 수중 표류 물체의 절대위치정보를 산출함으로써, 수중 표류 물체의 실시간 수중 위치를 추적하는 해상 표류 추적기를 포함한다.

Description

해상 측위플랫폼 기반 수중 표류추적 시스템
본 발명은 해상 측위플랫폼 기반 수중 표류추적 시스템에 관한 것이다.
최근, 해양기술의 발전으로 해양 생태계 조사, 해저 기지 건설 등의 해상 작업이 증가하였다. 이러한 해상 작업의 증가 뿐만 아니라, 지속적인 해양 교역의 증가로 인하여 선박 침몰, 기름유출 등의 해상 사고도 지속적으로 증가하였다.
이러한 해상 사고의 발생 시, 인명구조, 사고확산 예방 등의 신속한 대처가 필요하다. 발생된 해상 사고의 신속한 대처를 위하여 수행되는 구조 및 수색은 상당 부분 수작업으로 이루어지는데, 혹독한 해양 환경으로 인하여 작업자에게는 상당히 난이도가 높다고 할 수 있다. 특히, 해류는 다양한 요인으로 인하여 그 성질이 변화하는데, 작업자는 이러한 변화무쌍한 해류를 극복하면서 작업을 수행해야만 한다.
따라서, 해양에서의 작업을 안전하고 신속하고 효율적으로 하기 위해서는 해류에 관한 정확한 정보의 제공이 필요하다.
본 발명은 수중 오염물질의 이동확산을 시뮬레이션하기 위하여, 복수의 수중 표류 물체의 표류를 추적하는 해상 측위플랫폼 기반 수중 표류추적 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 해상 측위플랫폼 기반 수중 표류추적 시스템이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 해상 측위플랫폼 기반 수중 표류추적 시스템은, 수중에서 표류하면서, 음파통신을 이용하여 자신의 수심 정보를 포함하는 음파 신호를 발신하는 복수의 수중 표류 물체 및 자체 동력으로 해상에서 이동하며, 상기 복수의 수중 표류 물체로부터 상기 발신된 음파 신호를 수신하고, 상기 수신된 음파 신호를 이용하여 상기 복수의 수중 표류 물체의 절대위치정보를 산출함으로써, 상기 수중 표류 물체의 실시간 수중 위치를 추적하는 해상 표류 추적기를 포함한다.
상기 복수의 수중 표류 물체는, 전원부, 수심을 측정하는 수심 센서부 및 상기 수심 및 상기 전원부의 전압에 대한 정보를 포함하는 음파 신호를 발신하는 음파 발신부를 포함한다.
상기 해상 표류 추적기는, 추진력을 발생시키는 추진부, 예비용 수중 표류 물체가 수납되는 수납부를 구비하며, 상기 예비용 수중 표류 물체를 수중으로 런칭(Launching)시키는 런칭부, 해양통신망을 통해 외부 장치와 통신을 수행하는 통신부, GPS 신호를 수신하여 상기 해상 표류 추적기의 절대위치정보를 생성하는 GPS 수신부, 상기 해상 표류 추적기의 하부에 설치되어, 상기 발신된 음파 신호를 수신하는 음파 추적부 및 상기 해상 표류 추적기의 절대위치정보, 상기 음파 신호 및 상기 수심을 이용하여 상기 복수의 수중 표류 물체의 절대위치정보를 산출하는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는 상기 수신된 음파 신호에 포함된 전압 정보를 확인하고, 확인된 수중 표류 물체의 전압이 미리 설정된 최소 전압값 이하인 경우, 상기 런칭부가 상기 예비용 수중 표류 물체를 상기 수납부에서 수중으로 런칭하도록 제어한다.
상기 예비용 수중 표류 물체는 부력 조정을 위한 부력탱크를 구비하며, 상기 제어부는 상기 예비용 수중 표류 물체가 미리 설정된 수심 구간에 위치하게 하는 부력을 가지도록, 상기 런칭부가 상기 부력탱크로 물을 주입하도록 제어한다.
상기 제어부는 상기 수신된 음파 신호의 레벨을 측정하고, 상기 측정된 레벨이 미리 설정된 최소 레벨 이하인 경우, 상기 해상 표류 추적기가 수중 표류 물체의 미리 설정된 근접 거리 영역으로 이동하게 하기 위하여, 상기 추진부가 추진력을 발생하도록 제어한다.
상기 제어부는 하기 수학식을 이용하여 상기 복수의 수중 표류 물체의 절대위치정보를 산출한다.
Figure PCTKR2023003778-appb-img-000001
여기서, (x', y', z')는 상기 수중 표류 물체의 절대위치좌표이고, (x, y, z)는 상기 해상 표류 추적기의 절대위치좌표이고, Δx 및 Δy는 각각 x축 및 y축 상에서, 상기 해상 표류 추적기와 상기 수중 표류 물체 사이의 거리이고, Δz는 상기 수중 표류 물체의 수심이다.
상기 제어부는 하기 수학식을 이용하여 상기 복수의 수중 표류 물체의 절대위치좌표를 산출한다.
Figure PCTKR2023003778-appb-img-000002
여기서, LZ는 상기 해상 표류 추적기로부터 상기 수중 표류 물체까지의 직선 거리이고, θ는 상기 해상 표류 추적기의 위치를 기준으로 한 상기 수중 표류 물체의 방향각이고, LH는 상기 해상 표류 추적기로부터 상기 수중 표류 물체까지의 수평 거리이다.
본 발명의 실시예에 따른 해상 측위플랫폼 기반 수중 표류추적 시스템은, 복수의 수중 표류 물체의 표류를 추적하여 수중 오염물질의 이동확산을 시뮬레이션 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 해상 측위플랫폼 기반 수중 표류추적 시스템의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수중 표류 물체의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 해상 표류 추적기의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 해상 측위플랫폼 기반 수중 표류추적 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 해상 측위플랫폼 기반 수중 표류추적 시스템의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수중 표류 물체의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 해상 표류 추적기의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면이고, 도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 해상 측위플랫폼 기반 수중 표류추적 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 도 1을 중심으로, 본 발명의 실시예에 따른 해상 측위플랫폼 기반 수중 표류추적 시스템에 대하여 설명하되, 도 2 내지 도 6을 참조하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 해상 측위플랫폼 기반 수중 표류추적 시스템은, 복수의 수중 표류 물체(100), 해상 표류 추적기(200) 및 관리 서버(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
복수의 수중 표류 물체(100)는 잠수한 상태에서 수중에서 물의 흐름에 따라 표류하는 물체이다. 예를 들어, 수중 표류 물체(100)는 미리 설정된 수심 구간에서 해류에 따라 이동하도록 설정된 부력을 가질 수 있다. 이를 위하여, 수중 표류 물체(100)는 부력을 조정하기 위한 부력탱크를 구비할 수 있다. 즉, 수중 표류 물체(100)가 미리 설정된 수심 구간에 위치하게 하는 부력을 가지도록 부력탱크로 물이 주입될 수 있다.
또한, 복수의 수중 표류 물체(100)는 수중에서 표류하면서, 음파통신을 이용하여 자신의 수심 정보를 포함하는 음파 신호를 발신한다.
즉, 도 2을 참조하면, 수중 표류 물체(100)는 전원부(110), 수심 센서부(120) 및 음파 발신부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
전원부(110)는 수중 표류 물체(100)의 구동 전원을 공급한다. 예를 들어, 전원부(110)는 경량의 배터리를 포함하여 구성될 수 있다.
수심 센서부(120)는 수중 표류 물체(100)가 수중에서 위치하는 수심을 측정한다. 예를 들어, 수심 센서부(120)는 수압을 측정하고, 미리 설정된 알고리즘을 이용하여 측정된 수압을 수심으로 환산할 수 있다.
음파 발신부(130)는 음파 통신을 위하여 미리 설정된 정보를 포함하는 음파신호를 발신한다. 즉, 음파 발신부(130)는 수심 센서부(120)에 의하여 측정된 수중 표류 물체(100)의 수심 정보를 포함하는 음파 신호를 발신할 수 있다. 또한, 음파 발신부(130)는 측정된 전원부(110)의 전압 정보를 포함하는 음파 신호를 발신할 수도 있다. 이를 위하여, 전원부(110)는 내부 전압을 측정하는 전압 센서(미도시)를 구비할 수 있다.
해상 표류 추적기(200)는 자체 동력으로 해상에서 이동하며, 수중에서 표류하는 복수의 수중 표류 물체(100)와 음파 통신을 수행한다.
즉, 해상 표류 추적기(200)는 수중에서 표류하는 복수의 수중 표류 물체(100)로부터 음파 신호를 수신하고, 수신된 음파 신호를 이용하여 복수의 수중 표류 물체(100)의 절대위치정보를 산출함으로써, 각 수중 표류 물체(100)의 실시간 수중 위치를 추적할 수 있다.
즉, 도 3을 참조하면, 해상 표류 추적기(200)는 전원부(210), 추진부(220), 런칭부(230), 통신부(240), GPS 수신부(250), 음파 추적부(260) 및 제어부(270)를 포함하여 구성될 수 있다.
전원부(210)는 해상 표류 추적기(200)의 구동 전원을 공급한다. 예를 들어, 전원부(210)는 경량의 배터리를 포함하여 구성될 수 있다.
추진부(220)는 해상 표류 추적기(200)의 해상 이동을 위한 자체 동력으로서, 해상 표류 추적기(200)의 하부에 설치되어 추진력을 발생시킨다.
예를 들어, 추진부(220)는 해상 표류 추적기(200)와 음파 통신 중인 수중 표류 물체(100)가 발신하는 음파 신호의 레벨이 미리 설정된 최소 레벨 이하로 떨어지면, 제어부(270)의 제어에 의하여, 해상 표류 추적기(200)가 해당 수중 표류 물체(100)의 미리 설정된 근접 거리 영역으로 이동하도록 추진력을 발생할 수 있다.
런칭부(230)는 도 4에 도시된 바와 같이, 예비용 수중 표류 물체(100)가 수납되는 수납부(231)를 구비하며, 제어부(270)의 제어에 의하여, 수납부(231)에 수납된 예비용 수중 표류 물체(100)를 수중으로 런칭(Launching)시키는 역할을 수행한다. 또한, 런칭부(230)는 수납부(231)에 수납된 예비용 수중 표류 물체(100)의 부력탱크(150)로 물을 주입하기 위한 급수모듈(232)을 구비할 수 있다. 즉, 예비용 수중 표류 물체(100)가 수중으로 런칭되기 전에, 예비용 수중 표류 물체(100)가 미리 설정된 수심 구간에 위치하게 하는 부력을 가지도록 부력탱크(150)에 물이 주입될 수 있다. 여기서, 급수모듈(232)은 부력탱크(150)로 공급하기 위한 해수를 끌어올리는 펌프(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
예를 들어, 런칭부(230)는 해상 표류 추적기(200)와 음파 통신 중인 수중 표류 물체(100)의 전압이 미리 설정된 최소 전압값 이하로 떨어지면, 제어부(270)의 제어에 의하여, 예비용 수중 표류 물체(100)를 수납부(231)에서 수중으로 런칭시킬 수 있다.
통신부(240)는 LTE-Maritime과 같은 해양통신망을 통해 외부 장치와 통신을 수행한다.
예를 들어, 통신부(240)는 도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 수중 표류 물체(100) 및 해상 표류 추적기(200)를 관리하는 관리 서버(300)와 통신을 수행할 수 있다. 여기서, 통신부(240)는 복수의 수중 표류 물체(100)의 실시간 위치 정보를 관리 서버(300)로 전송할 수 있다. 그리고, 관리 서버(300)는 통신부(240)로부터 수신되는 복수의 수중 표류 물체(100)의 위치 정보를 실시간으로 수집하고, 수집된 실시간 위치 정보를 이용하여 수중 오염물질의 이동확산을 시뮬레이션할 수 있다.
GPS 수신부(250)는 복수의 GPS 위성으로부터 GPS 신호를 수신하여 해상 표류 추적기(200)의 절대위치정보를 생성한다.
음파 추적부(260)는 해상 표류 추적기(200)의 하부에 설치되어, 복수의 수중 표류 물체(100)가 발신한 음파 신호를 수신한다. 즉, 음파 추적부(260)는 수중 표류 물체(100)의 음파 발신부(130)에서 발신된 수중 표류 물체(100)의 수심 정보 및 전압 정보를 포함하는 음파 신호를 수신할 수 있다.
제어부(270)는 통상적으로 해상 표류 추적기(200)의 전반적인 동작을 제어한다.
즉, 제어부(270)는 수중 표류 물체(100)로부터 수신된 음파 신호에 포함된 전압 정보를 확인하고, 확인된 수중 표류 물체(100)의 전압이 미리 설정된 최소 전압값 이하인 경우, 런칭부(230)가 예비용 수중 표류 물체(100)를 수납부(231)에서 수중으로 런칭하도록 제어할 수 있다.
이때, 제어부(270)는 예비용 수중 표류 물체(100)가 미리 설정된 수심 구간에 위치하게 하는 부력을 가지도록, 런칭부(230)가 급수모듈(232)을 이용하여 예비용 수중 표류 물체(100)의 부력탱크(150)로 물을 주입한 후, 예비용 수중 표류 물체(100)를 수납부(231)에서 수중으로 런칭하도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(270)는 수중 표류 물체(100)로부터 수신된 음파 신호의 레벨(예를 들어, 수신신호세기)을 측정하고, 측정된 레벨이 미리 설정된 최소 레벨 이하인 경우, 해상 표류 추적기(200)가 해당 수중 표류 물체(100)의 미리 설정된 근접 거리 영역으로 이동하게 하기 위하여, 추진부(220)가 추진력을 발생하도록 제어할 수 있다.
특히, 제어부(270)는 수중 표류 물체(100)의 수심 정보를 포함하는 음파 신호를 이용하여 복수의 수중 표류 물체(100)의 절대위치정보를 산출한다.
즉, 제어부(270)는 음파 신호의 수신을 통해 해당 음파 신호를 전송한 수중 표류 물체(100)에 대한 거리 정보 및 방향 정보를 산출하고, 산출된 거리 정보 및 방향 정보와 함께, 음파 신호에 포함된 해당 수중 표류 물체(100)의 수심 정보를 이용하여 해당 수중 표류 물체(100)의 절대위치정보를 산출할 수 있다.
이하, 도 5 및 도 6을 참조하여, 수중 표류 물체(100)의 절대위치정보를 산출하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, GPS 수신부(250)에 의하여 생성된 해상 표류 추적기(200)의 절대위치좌표는 (x, y, z)이고, 수중 표류 물체(100)의 절대위치좌표는 (x', y', z')라고 가정하면, 수중 표류 물체(100)의 절대위치는 하기 수학식으로 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2023003778-appb-img-000003
여기서, Δx 및 Δy는 각각 x축 및 y축 상에서, 해상 표류 추적기(200)와 수중 표류 물체(100) 사이의 거리이고, Δz는 수중 표류 물체(100)의 수심이다.
그리고, 음파 신호의 수신을 통해 산출되는 수중 표류 물체(100)의 거리 정보 및 방향 정보는 각각 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 해상 표류 추적기(200)로부터 수중 표류 물체(100)까지의 직선 거리 LZ 및 해상 표류 추적기(200)의 위치를 기준으로 한 수중 표류 물체(100)의 방향각 θ로 나타낼 수 있다.
도 5를 참조하면, 해상 표류 추적기(200)로부터 수중 표류 물체(100)까지의 수평 거리 LH는 하기 수학식으로 산출될 수 있다.
Figure PCTKR2023003778-appb-img-000004
따라서, 도 6을 참조하면, 수중 표류 물체(100)의 절대위치는 하기 수학식으로 산출될 수 있다.
Figure PCTKR2023003778-appb-img-000005
한편, 전술된 실시예의 구성 요소는 프로세스적인 관점에서 용이하게 파악될 수 있다. 즉, 각각의 구성 요소는 각각의 프로세스로 파악될 수 있다. 또한 전술된 실시예의 프로세스는 장치의 구성 요소 관점에서 용이하게 파악될 수 있다.
또한 앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 해상 측위플랫폼 기반 수중 표류추적 시스템에 있어서,
    수중에서 표류하면서, 음파통신을 이용하여 자신의 수심 정보를 포함하는 음파 신호를 발신하는 복수의 수중 표류 물체; 및
    자체 동력으로 해상에서 이동하며, 상기 복수의 수중 표류 물체로부터 상기 발신된 음파 신호를 수신하고, 상기 수신된 음파 신호를 이용하여 상기 복수의 수중 표류 물체의 절대위치정보를 산출함으로써, 상기 수중 표류 물체의 실시간 수중 위치를 추적하는 해상 표류 추적기를 포함하는 해상 측위플랫폼 기반 수중 표류추적 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 수중 표류 물체는,
    전원부;
    수심을 측정하는 수심 센서부; 및
    상기 수심 및 상기 전원부의 전압에 대한 정보를 포함하는 음파 신호를 발신하는 음파 발신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 측위플랫폼 기반 수중 표류추적 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 해상 표류 추적기는,
    추진력을 발생시키는 추진부;
    예비용 수중 표류 물체가 수납되는 수납부를 구비하며, 상기 예비용 수중 표류 물체를 수중으로 런칭(Launching)시키는 런칭부;
    해양통신망을 통해 외부 장치와 통신을 수행하는 통신부;
    GPS 신호를 수신하여 상기 해상 표류 추적기의 절대위치정보를 생성하는 GPS 수신부;
    상기 해상 표류 추적기의 하부에 설치되어, 상기 발신된 음파 신호를 수신하는 음파 추적부; 및
    상기 해상 표류 추적기의 절대위치정보, 상기 음파 신호 및 상기 수심을 이용하여 상기 복수의 수중 표류 물체의 절대위치정보를 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 측위플랫폼 기반 수중 표류추적 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 수신된 음파 신호에 포함된 전압 정보를 확인하고, 확인된 수중 표류 물체의 전압이 미리 설정된 최소 전압값 이하인 경우, 상기 런칭부가 상기 예비용 수중 표류 물체를 상기 수납부에서 수중으로 런칭하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 해상 측위플랫폼 기반 수중 표류추적 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 예비용 수중 표류 물체는 부력 조정을 위한 부력탱크를 구비하며,
    상기 제어부는 상기 예비용 수중 표류 물체가 미리 설정된 수심 구간에 위치하게 하는 부력을 가지도록, 상기 런칭부가 상기 부력탱크로 물을 주입하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 해상 측위플랫폼 기반 수중 표류추적 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 수신된 음파 신호의 레벨을 측정하고, 상기 측정된 레벨이 미리 설정된 최소 레벨 이하인 경우, 상기 해상 표류 추적기가 수중 표류 물체의 미리 설정된 근접 거리 영역으로 이동하게 하기 위하여, 상기 추진부가 추진력을 발생하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 해상 측위플랫폼 기반 수중 표류추적 시스템.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 하기 수학식을 이용하여 상기 복수의 수중 표류 물체의 절대위치정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 해상 측위플랫폼 기반 수중 표류추적 시스템.
    Figure PCTKR2023003778-appb-img-000006
    여기서, (x', y', z')는 상기 수중 표류 물체의 절대위치좌표이고, (x, y, z)는 상기 해상 표류 추적기의 절대위치좌표이고, Δx 및 Δy는 각각 x축 및 y축 상에서, 상기 해상 표류 추적기와 상기 수중 표류 물체 사이의 거리이고, Δz는 상기 수중 표류 물체의 수심임
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 하기 수학식을 이용하여 상기 복수의 수중 표류 물체의 절대위치좌표를 산출하는 것을 특징으로 하는 해상 측위플랫폼 기반 수중 표류추적 시스템.
    Figure PCTKR2023003778-appb-img-000007
    여기서, LZ는 상기 해상 표류 추적기로부터 상기 수중 표류 물체까지의 직선 거리이고, θ는 상기 해상 표류 추적기의 위치를 기준으로 한 상기 수중 표류 물체의 방향각이고, LH는 상기 해상 표류 추적기로부터 상기 수중 표류 물체까지의 수평 거리임
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