KR102197140B1 - 해저토양 수거장치를 포함하는 자율주행 선박 - Google Patents
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Abstract
해저토양 수거장치를 포함하는 자율주행 선박이 제시된다. 본 발명의 실시예에 따른 자율주행 선박은, 저수지, 하천 또는 바다의 해저에 퇴적된 오염된 토양을 수거하는 자율주행 선박으로서, 기 설정된 주기마다 자율주행 선박이 위치하는 지역의 기상 데이터, 인근에서 항해하는 타 선박 위치 및 항로 데이터, 인근에 위치하는 장애물 좌표 데이터를 검출한 후, 자율주행 제어부에 전달하는 환경데이터 검출부; 상기 환경데이터 검출부로부터 획득한 데이터, 및 수거되어야 할 오염된 토양의 위치 데이터를 바탕으로 최적항해 경로를 계산하는 자율주행 제어부; 해저면 퇴적된 오염된 토양을 수거하는 구조를 포함하고, 해저 촬영장치 및 해저 수질 검출장치를 탑재한 해저토양 수거장치; 및 상기 해저토양 수거장치에 탑재된 해저 촬영장치 및 해저 수질 검출장치를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 해저토양 수거장치의 작동을 제어하는 수거장치 제어부;를 포함하는 것을 구성의 요지로 한다.
본 발명에 따르면, 오염된 토양을 효과적으로 수거할 수 있는 구성을 포함하는 자율주행 선박을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 오염된 토양을 효과적으로 수거할 수 있는 구성을 포함하는 자율주행 선박을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 자율주행 선박에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 해저토양 수거장치를 포함하는 자율주행 선박에 관한 것이다.
일반적으로, 해양수산자원 개발 및 관리, 의약품 및 신물질 개발을 위한 생명공학적 연구, 그리고 기후변화 및 환경오염과 연관된 수생생태계 영향 연구 등을 수행하기 위해서는 필요로 하는 시료의 채집기술 확보가 선행되어야 한다.
지금까지 해양에서 주로 사용되는 채집기술 및 장비는, 주로 선상에서 긴 줄에 채집장비를 연결하여 수심 수십에서 수천 미터 깊이까지 줄은 내려 원거리에서 시료를 채취하거나, 얕은 수심의 경우에는 잠수부가 직접 장비를 들고 수중으로 들어가서 시료를 채취하는 경우가 대부분이었다.
선상채집의 경우 대부분 박스코어러나 퇴적물 그랩, 저인망 트롤, 그물망 등을 사용하게 되는데 이들의 경우 선상에서 해저까지 긴 줄을 내려 원거리에서 채집을 시도하므로 시료 채취위치의 정확도가 떨어지며, 시료의 종류별, 시간별 선별 채취가 불가능하다는 단점이 있다.
또한, 잠수부에 의한 시료 채취의 경우 잠수부의 판단에 의한 선별채취는 가능하나 잠수시간에 제한이 있고, 모든 판단을 잠수부 단독으로 결정하여야 하며, 잠수가능 수심 이상의 해저에서는 작업이 불가능한 단점이 있다.
이와 관련하여 무인 선박을 이용하여 해저에 퇴적된 토양을 채집하는 기술이 개발되었다.
무인 선박 즉, 드론쉽(Drone Ship)은 선원 없이 자동으로 정해진 경로를 항해하고, 필요한 경우 원격 조종 통제센터에서 항해 및 기관부(예를 들면, 엔진, 방향타 장치)를 제어할 수 있는 선박을 말한다.
도 1에는 종래 기술에 따른 무인 선박을 나타내는 모식도가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 무인 선박(11)의 경우, 수상부에는 전방 관측용 비디오카메라(19) 및 조명장치(25) 또는 필요시 확성기(23) 및 방어용 무기(24)가 설치되고, 회전 및 방향을 변경할 수 있도록 방향키(16)가 장착되며, 실시간으로 선박에서 측정한 해저 및 해상의 영상데이터와 위치좌표를 무선으로 모선 또는 육상관리서버로 송신하고, 모선 또는 육상관리서버로부터 전송되는 제어신호를 수신할 수 있도록 무선송수신 안테나(13) 및 무선송수신기가 설치되어 있으며, 선박의 현재 위치를 실시간으로 측정하는 디지피에스(DGPS) 수신기(12)가 설치되어 있다.
한편, 지상에서는 무인 선박 및 선단을 원격 조정하기 위한 원격 조정 통제 센터가 필요하며, 기술적인 문제 및 법적인 문제 등의 해결을 위하여 원격 조정 통제 센터에서는 선장 및 기관장이 직접 지휘 통솔을 수행해야 한다.
종래의 선박은 항해 관련하여 항해계획을 하고, 주변 환경을 감시하고, 각종 장비를 제어하며, 무인 선박 조종, 타 선박과의 교신 등을 수행하게 된다. 이러한 기술은 고 난이도의 기술로써 전문 교육을 받는 선원이 수행해야 한다.
그러나, 해상 사고의 위험을 인하여 고 난이도의 기술을 교육받은 고급 선원을 유지하고 운용하기 어려워, 고급 선원의 수가 감소하고 있고, 이때문에 선원의 실수로 인한 사고가 급증하고 있는 추세이다. 또한, 선박 사고의 경우에는 인명손실 혹은 환경파괴 등의 영향력이 크다. 또한, 수급의 불균형으로 인하여 선원임금이 높아지고 있는 추세이다.
그리고 선박의 최적경로 추적으로 인한 유류비의 절감은 정확한 수치적인 계산에 의해서 라기보다는 선원의 감에 의존하는 경우가 많아 실제 유류비의 절감량은 크지 않다.
또한, 종래 기술에 따른 무인 선박의 경우, 선박 운용 중 발생할 수 있는 타 선박과의 충돌 및 자연 환경의 변화에 따라 적절히 대처할 수 없는 문제점을 가지고 있다.
따라서, 상기 언급한 종래 기술에 따른 문제점을 해결할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은, 오염된 토양을 효과적으로 수거할 수 있는 구성을 포함하는 자율주행 선박을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 자율주행 선박은, 저수지, 하천 또는 바다의 해저에 퇴적된 오염된 토양을 수거하는 자율주행 선박으로서, 기 설정된 주기마다 자율주행 선박이 위치하는 지역의 기상 데이터, 인근에서 항해하는 타 선박 위치 및 항로 데이터, 인근에 위치하는 장애물 좌표 데이터를 검출한 후, 자율주행 제어부에 전달하는 환경데이터 검출부; 상기 환경데이터 검출부로부터 획득한 데이터, 및 수거되어야 할 오염된 토양의 위치 데이터를 바탕으로 최적항해 경로를 계산하는 자율주행 제어부; 해저면 퇴적된 오염된 토양을 수거하는 구조를 포함하고, 해저 촬영장치 및 해저 수질 검출장치를 탑재한 해저토양 수거장치; 및 상기 해저토양 수거장치에 탑재된 해저 촬영장치 및 해저 수질 검출장치를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 해저토양 수거장치의 작동을 제어하는 수거장치 제어부;를 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 자율주행 제어부는, 자율주행 선박이 출항하는 위치의 제1 좌표 데이터, 수거되어야 할 오염된 토양이 존재할 것으로 판단된 위치의 제2 좌표 데이터 및 자율주행 선박이 회귀해야 할 위치의 제3 좌표 데이터를 바탕으로 최단주행 항로를 계산한 후, 환경데이터 검출부를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 최단주행 항로를 수정하여 최적항해 경로를 계산할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 자율주행 제어부는, 상기 환경데이터 검출부로부터 획득한 자율주행 선박의 외부환경 데이터, 선박 자동 식별장치로부터 수신된 타 선박 데이터, 선박 자동 충돌 예방 장치로부터 수신된 선박 간 거리 데이터를 이용하여 자율주행 선박과 장애물 간의 충돌 위험을 예측하고, 자율주행 선박과 장애물 간의 충돌 가능성이 있을 경우, 충돌 예측된 장애물을 회피하도록 회피용 항해 경로를 생성하여 기 계산된 최적항해 경로를 수정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 자율주행 제어부는, 기 설정된 주기마다 획득한 기상정보를 분석하여 기 설정된 항로 재계산 조건에 따라 항로의 재계산 여부를 판단하는 항로 재계산 판단부; 재계산이 이루어지는 경우 상기 항로 재계산 조건에 포함된 변경조건을 충족하는 경로 중 최단경로를 계산하는 최단 항로 결정부; 상기 계산된 최단 항로로 현재 항해중인 항로를 변경하기 위해 선박관리 시스템에 승인을 받아야 하는지 여부를 판단하고, 승인이 필요한 경우 승인 요청 및 상기 요청에 대한 응답을 수신하는 항로변경 승인부; 및 상기 계산된 최단경로로 현재 항해중인 항로를 변경하는 항로 변경부;를 포함하는 구성일 수 있다.
이 경우, 상기 항로 변경부는, 환경데이터 검출부로부터 획득한 데이터를 바탕으로 최적항해 경로 상에 충돌가능성이 있는 타 선박이 항해 중인 경우, 상기 최적항해 경로 상의 타 선박과의 충돌을 회피할 수 있도록 자율주행 선박과 타 선박을 연결한 가상의 제1 직선과, 상기 타 선박의 전방 운항 경로를 나타내는 제2 직선이 형성하는 제1 각도를 계산하고, 상기 계산된 제1 각도를 바탕으로 타 선박과의 충돌을 회피할 수 있도록, 자율주행 선박의 항해 속도와 타 선박과의 거리에 따라 자율주행 선박의 변경 속도와 최소 선회 각도를 계산한 후, 최적항해 경로를 수정하여 자율주행 선박의 운항을 제어할 수 있다.
또한, 상기 항로 변경부는, 환경데이터 검출부로부터 획득한 데이터를 바탕으로 최적항해 경로 상에 충돌가능성이 있는 타 선박이 항해 중인 경우, 상기 최적항해 경로 상의 타 선박과의 충돌을 회피할 수 있도록, 타 선박의 항해 경로 상에 위치하지 않고 현재 운항 경로와 가장 인접한 또 다른 오염된 토양의 위치 데이터를 반영하여 최적항해 경로를 수정하여 자율주행 선박의 운항을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 자율주행 제어부는, 환경데이터 검출부로부터 획득한 외부환경 데이터가 기 정의된 가혹환경조건에 포함되는 경우, 자율주행 선박의 위치를 기 설정된 안전지역으로 대피시키거나, 자율주행 선박의 항해 조건을 기 설정된 항해 속도 및 항해 방향으로 변경시킬 수 있다.
이 경우, 상기 가혹환경조건은 국제해사기구(IMO; Intermational Maritime Organization)에서 권고한 위험조건이고, 상기 위험조건은 자율주행 선박의 특성과 기상 조건의 조합일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 자율주행 제어부는, 자율주행 선박의 출발지 정보와 도착지 정보를 이용하여 생성된 항해 경로별 날씨 정보를 수집하여 정해진 운항 시간 동안 연료소비율이 가장 낮은 최적 항해 경로를 계산할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 자율주행 선박은 선택적으로 중앙관제센터에 의해 항해 제어를 받으며, 상기 중앙관제센터는 자율주행 선박의 항해 상태를 감시하는 모니터링 모드, 자율주행 제어부로부터 비정상신호가 수신되는 경우 경고를 발생하는 경고 모드, 자율주행 선박의 원격 조종을 위한 원격조종 모드 중 어느 하나의 모드를 동작모드로 구동될 수 있다.
이 경우, 상기 자율주행 제어부와 중앙관제센터의 최적항해 경로는, 서로 동기화되어 운용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 해저토양 수거장치는, 상기 자율주행 선박의 바닥 중앙에 형성된 개구부; 상기 자율주행 선박의 일측에 장착되고, 개구부를 통해 승강 또는 하강되는 와이어를 권취하거나 풀어주는 와이어 권취 드럼; 상기 개구부와 인접하여 장착되고, 개구부 중앙을 향해 분사되도록 둘 이상 배치되는 세척노즐; 및 상기 와이어의 일단부에 장착되고, 수거장치 제어부와 무선통신을 수행할 수 있는 무선통신모듈이 탑재되며, 해저면에 퇴적된 오염된 토양을 수납할 수 있는 수납구조가 형성된 토양수거유닛;를 포함하는 구성일 수 있다.
또한, 상기 해저토양 수거장치는, 상기 개구부의 양측 자율주행 선박 선체 상에 장착되고, 개구부의 중앙 상부로 연장 배치되고, 중앙에 와이어를 기 설정된 방향으로 안내하는 롤러구조의 가이드가 장착된 삼각대;를 더 포함하는 구성일 수 있다.
또한, 상기 해저토양 수거장치는, 상기 자율주행 선박 선체 상에 장착되고, 와이어 권취 드럼의 구동상태를 촬영한 후, 획득한 영상 데이터를 수거장치 제어부를 통해 운용자에게 실시간으로 전송하는 드럼 감시카메라;를 더 포함하는 구성일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 자율주행 선박에 따르면, 특정 역할을 수행하는 환경데이터 검출부, 자율주행 제어부, 해저토양 수거장치 및 수거장치 제어부를 구비함으로써, 오염된 토양을 효과적으로 수거할 수 있는 구성을 포함하는 자율주행 선박을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 자율주행 선박에 따르면, 환경데이터 검출부로부터 획득한 데이터, 및 수거되어야 할 오염된 토양의 위치 데이터를 바탕으로 최적항해 경로를 계산하는 자율주행 제어부를 구비함으로써, 오염된 토양의 위치 데이터를 바탕으로 계산된 최적항해 경로를 환경데이터 검출부로부터 획득한 데이터를 바탕으로 재계산하여 보다 최적화함으로써, 오염된 토양을 수거하는 작업을 보다 안정적이고 효과적으로 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 자율주행 선박에 따르면, 특정 역할을 수행하는 항로 재계산 판단부, 최단 항로 결정부, 항로변경 승인부 및 항로 변경부를 구비함으로써, 기 설정된 주기마다 획득한 기상정보를 반영하여 최적항해 경로를 안전한 항해경로로 변경할 수 있어, 자율주행 선박의 안전한 항해를 보장할 수 있다.
또한, 본 발명의 자율주행 선박에 따르면, 특정 구조의 개구부, 와이어 권취 드럼, 세척노즐 및 토양수거유닛을 포함하는 해저토양 수거장치를 구비함으로써, 저수지, 하천 또는 바다의 해저에 퇴적된 오염된 토양을 안정적으로 수거할 수 있는 자율주행 선박을 제공할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 무인 선박을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 선박을 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 선박을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 선박을 나타내는 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 제어부를 통해 최단주행 항로를 계산하는 모습을 나타내는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 제어부를 통해 최적항해 경로를 계산하는 모습을 나타내는 모식도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 항로 변경부를 통해 자율주행 선박의 변경 속도와 최소 선회 각도를 계산하는 모습을 나타내는 모식도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 항로 변경부를 통해 자율주행 선박의 변경 속도와 최소 선회 각도를 계산하는 모습을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 선박을 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 선박을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 선박을 나타내는 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 제어부를 통해 최단주행 항로를 계산하는 모습을 나타내는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 제어부를 통해 최적항해 경로를 계산하는 모습을 나타내는 모식도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 항로 변경부를 통해 자율주행 선박의 변경 속도와 최소 선회 각도를 계산하는 모습을 나타내는 모식도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 항로 변경부를 통해 자율주행 선박의 변경 속도와 최소 선회 각도를 계산하는 모습을 나타내는 모식도이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 선박을 나타내는 구성도이가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 선박을 나타내는 사시도가 도시되어 있으며, 도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 선박을 나타내는 정면도가 도시되어 있다.
본 실시예에 따른 자율주행 선박(100)은, 저수지, 하천 또는 바다의 해저에 퇴적된 오염된 토양을 수거하는 선박으로서, 특정 역할을 수행하는 환경데이터 검출부(110), 자율주행 제어부(120), 해저토양 수거장치(130) 및 수거장치 제어부(140)를 구비함으로써, 오염된 토양을 효과적으로 수거할 수 있는 구성을 포함하는 자율주행 선박을 제공할 수 있다.
이하에서는 본 실시예에 따른 자율주행 선박(100)을 구성하는 각 구성에 대해 상세히 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 환경데이터 검출부(110)는, 기 설정된 주기마다 자율주행 선박이 위치하는 지역의 기상 데이터, 인근에서 항해하는 타 선박 위치 및 항로 데이터, 인근에 위치하는 장애물 좌표 데이터를 검출한 후, 자율주행 제어부(120)에 전달하는 역할을 수행한다.
이때, 자율주행 제어부(120)는, 환경데이터 검출부(110)로부터 획득한 데이터, 및 수거되어야 할 오염된 토양의 위치 데이터를 바탕으로 최적항해 경로를 계산할 수 있다.
경우에 따라서, 환경데이터 검출부(110)로부터 획득한 외부환경 데이터가 기 정의된 가혹환경조건에 포함될 경우, 본 실시예에 따른 자율주행 제어부(120)는, 자율주행 선박(100)의 위치를 기 설정된 안전지역으로 대피시키거나, 자율주행 선박(100)의 항해 조건을 기 설정된 항해 속도 및 항해 방향으로 변경시킬 수 있다.
구체적으로 상기 언급한 가혹환경조건은 국제해사기구(IMO; Intermational Maritime Organization)에서 권고한 위험조건이고, 위험조건은 자율주행 선박의 특성과 기상 조건의 조합임이 바람직하다.
이때, 본 실시예에 따른 자율주행 제어부(120)는, 자율주행 선박(100)의 출발지 정보와 도착지 정보를 이용하여 생성된 항해 경로별 날씨 정보를 수집하여 정해진 운항 시간 동안 연료소비율이 가장 낮은 최적 항해 경로를 계산할 수 있다.
바람직하게 본 실시예에 따른 자율주행 선박(100)은, 선택적으로 중앙관제센터에 의해 항해 제어를 받을 수 있다. 이때, 중앙관제센터는 자율주행 선박의 항해 상태를 감시하는 모니터링 모드, 자율주행 제어부(120)로부터 비정상신호가 수신되는 경우 경고를 발생하는 경고 모드, 자율주행 선박의 원격 조종을 위한 원격조종 모드 중 어느 하나의 모드를 동작모드로 구동될 수 있다. 또한, 자율주행 제어부(120)와 중앙관제센터의 최적항해 경로는, 서로 동기화되어 운용됨이 바람직하다.
한편, 본 실시예에 따른 해저토양 수거장치(130)는 해저면 퇴적된 오염된 토양을 수거하는 구조를 포함하는 구조로서, 해저 촬영장치 및 해저 수질 검출장치를 탑재할 수 있다.
이때, 수거장치 제어부(140)는, 해저토양 수거장치(130)에 탑재된 해저 촬영장치 및 해저 수질 검출장치를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 해저토양 수거장치(130)의 작동을 제어할 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 해저토양 수거장치(130)는, 특정 구조의 개구부(131), 와이어 권취 드럼(133), 세척노즐(134) 및 토양수거유닛(135)를 포함하는 구성일 수 있다.
구체적으로, 자율주행 선박(100)의 바닥 중앙에 개구부(131)가 형성되어 있고, 개구부(131)를 통해 와이어(132)가 승강 또는 하강될 수 있다. 이때, 자율주행 선박(100)의 일측에 와이어 권취 드럼(133)이 장착되어 와이어의 승강 또는 하강 동작을 구현할 수 있다.
경우에 따라서, 개구부(131)의 양측 자율주행 선박(100) 선체 상에 삼각대(137)를 장착하고, 중앙에 와이어(132)를 기 설정된 방향으로 안내하는 롤러구조의 가이드(136)를 탑재함으로써, 와이어의 승강 또는 하강 동작을 더욱 원활히 구현할 수 있다.
이때, 자율주행 선박(100) 선체 상에 드럼 감시카메라(도시하지 않음)가 장착되어, 와이어 권취 드럼(133)의 구동상태를 촬영한 후, 획득한 영상 데이터를 수거장치 제어부(140)를 통해 운용자에게 실시간으로 전송할 수 있다.
와이어(132)의 일단부에는 토양수거유닛(135)이 장착된다. 본 실시예에 따른 토양수거유닛(135)은, 수거장치 제어부(140)와 무선통신을 수행할 수 있는 무선통신모듈이 탑재되며, 해저면에 퇴적된 오염된 토양을 수납할 수 있는 수납구조가 형성된 구조일 수 있다.
경우에 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 개구부(131)와 인접하여 세척노즐(134)이 장착되어 토양수거유닛(135)의 외부를 세척할 수 있다.
도 5 및 도 6에는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 제어부를 통해 최단주행 항로를 계산하는 모습을 나타내는 모식도가 도시되어 있다.
이하에서는 도 2 내지 도 6에 도시된 도면을 참조하여, 본 실시예에 따른 자율주행 선박(100)의 자율주행 방법에 대해 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 자율주행 제어부(120)는, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 최적항해 경로를 계산하는 역할을 수행한다.
구체적으로, 자율주행 제어부(120)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 자율주행 선박(100)이 출항하는 위치의 제1 좌표 데이터(P1), 수거되어야 할 오염된 토양이 존재할 것으로 판단된 위치의 제2 좌표 데이터(P2) 및 자율주행 선박이 회귀해야 할 위치의 제3 좌표 데이터(P3)를 바탕으로 최단주행 항로를 계산한다. 이 후, 환경데이터 검출부(110)를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 최단주행 항로를 수정하여 최적항해 경로를 계산하게 된다.
경우에 따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 자율주행 선박(100)과 장애물(X1, X2) 간의 충돌 가능성이 있을 경우, 충돌 예측된 장애물을 회피하도록 회피용 항해 경로를 생성하여 기 계산된 최적항해 경로를 수정할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 자율주행 제어부(120)는, 환경데이터 검출부(110)로부터 획득한 자율주행 선박(100)의 외부환경 데이터, 선박 자동 식별장치로부터 수신된 타 선박 데이터, 선박 자동 충돌 예방 장치로부터 수신된 선박 간 거리 데이터를 이용하여 자율주행 선박(100)과 장애물 간의 충돌 위험을 예측하고, 이러한 데이터를 바탕으로 기 계산된 최적항해 경로를 수정할 수 있다.
본 실시예에 따른 자율주행 제어부(120)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 특정 역할을 수행하는 항로 재계산 판단부(121), 최단 항로 결정부(122), 항로변경 승인부(123) 및 항로 변경부(124)를 포함하는 구성일 수 있다.
구체적으로, 항로 재계산 판단부(121)는, 기 설정된 주기마다 획득한 기상정보를 분석하여 기 설정된 항로 재계산 조건에 따라 항로의 재계산 여부를 판단할 수 있다. 최단 항로 결정부(122)는, 재계산이 이루어지는 경우 상기 항로 재계산 조건에 포함된 변경조건을 충족하는 경로 중 최단경로를 계산할 수 있다. 항로변경 승인부(123)는, 계산된 최단 항로로 현재 항해중인 항로를 변경하기 위해 선박관리 시스템에 승인을 받아야 하는지 여부를 판단하고, 승인이 필요한 경우 승인 요청 및 상기 요청에 대한 응답을 수신할 수 있다. 또한, 항로 변경부(124)는, 계산된 최단경로로 현재 항해중인 항로를 변경하는 역할을 수행한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 환경데이터 검출부(110)로부터 획득한 데이터를 바탕으로 최적항해 경로 상에 충돌가능성이 있는 타 선박(200)이 항해 중인 경우, 본 실시예에 따른 항로 변경부(124)는, 최적항해 경로 상의 타 선박(200)과의 충돌을 회피할 수 있도록 자율주행 선박(100)과 타 선박을 연결한 가상의 제1 직선(L1)과, 상기 타 선박(200)의 전방 운항 경로를 나타내는 제2 직선(L2)이 형성하는 제1 각도(A1)를 계산한다. 이 후, 도 8에 도시된 바와 같이, 계산된 제1 각도(A1)를 바탕으로 타 선박(200)과의 충돌을 회피할 수 있도록, 자율주행 선박(100)의 항해 속도와 타 선박(200)과의 거리(D1)에 따라 자율주행 선박(100)의 변경 속도와 최소 선회 각도(A2)를 계산한 후, 최적항해 경로를 수정하여 자율주행 선박(100)의 운항을 제어할 수 있다.
이 경우, 본 실시예에 따른 항로 변경부(124)는, 환경데이터 검출부(110)로부터 획득한 데이터를 바탕으로 최적항해 경로 상에 충돌가능성이 있는 타 선박(200)이 항해 중인 경우, 상기 최적항해 경로 상의 타 선박(200)과의 충돌을 회피할 수 있도록, 타 선박(200)의 항해 경로 상에 위치하지 않고 현재 운항 경로와 가장 인접한 또 다른 오염된 토양의 위치 데이터를 반영하여 최적항해 경로를 수정하여 자율주행 선박(100)의 운항을 제어할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 자율주행 선박에 따르면, 특정 역할을 수행하는 환경데이터 검출부, 자율주행 제어부, 해저토양 수거장치 및 수거장치 제어부를 구비함으로써, 오염된 토양을 효과적으로 수거할 수 있는 구성을 포함하는 자율주행 선박을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 자율주행 선박에 따르면, 환경데이터 검출부로부터 획득한 데이터, 및 수거되어야 할 오염된 토양의 위치 데이터를 바탕으로 최적항해 경로를 계산하는 자율주행 제어부를 구비함으로써, 오염된 토양의 위치 데이터를 바탕으로 계산된 최적항해 경로를 환경데이터 검출부로부터 획득한 데이터를 바탕으로 재계산하여 보다 최적화함으로써, 오염된 토양을 수거하는 작업을 보다 안정적이고 효과적으로 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 자율주행 선박에 따르면, 특정 역할을 수행하는 항로 재계산 판단부, 최단 항로 결정부, 항로변경 승인부 및 항로 변경부를 구비함으로써, 기 설정된 주기마다 획득한 기상정보를 반영하여 최적항해 경로를 안전한 항해경로로 변경할 수 있어, 자율주행 선박의 안전한 항해를 보장할 수 있다.
또한, 본 발명의 자율주행 선박에 따르면, 특정 구조의 개구부, 와이어 권취 드럼, 세척노즐 및 토양수거유닛을 포함하는 해저토양 수거장치를 구비함으로써, 저수지, 하천 또는 바다의 해저에 퇴적된 오염된 토양을 안정적으로 수거할 수 있는 자율주행 선박을 제공할 수 있다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
즉, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.
100: 자율주행 선박
110: 환경데이터 검출부
120: 자율주행 제어부
121: 항로 재계산 판단부
122: 최단 항로 결정부
123: 항로변경 승인부
124: 항로 변경부
130: 해저토양 수거장치
131: 개구부
132: 와이어
133: 와이어 권취 드럼
134: 세척노즐
135: 토양수거유닛
136: 가이드
137: 삼각대
140: 수거장치 제어부
200: 타 선박
300: 무인 항공기
A1: 제1 각도
A2: 선회 각도
D1: 자율주행 선박과 타 선박과의 거리
L1: 제1 직선
L2: 제2 직선
P1: 제1 좌표
P2, P21, P22, P23, P24: 제2 좌표
P3: 제3 좌표
X1, X2: 장애물
110: 환경데이터 검출부
120: 자율주행 제어부
121: 항로 재계산 판단부
122: 최단 항로 결정부
123: 항로변경 승인부
124: 항로 변경부
130: 해저토양 수거장치
131: 개구부
132: 와이어
133: 와이어 권취 드럼
134: 세척노즐
135: 토양수거유닛
136: 가이드
137: 삼각대
140: 수거장치 제어부
200: 타 선박
300: 무인 항공기
A1: 제1 각도
A2: 선회 각도
D1: 자율주행 선박과 타 선박과의 거리
L1: 제1 직선
L2: 제2 직선
P1: 제1 좌표
P2, P21, P22, P23, P24: 제2 좌표
P3: 제3 좌표
X1, X2: 장애물
Claims (14)
- 저수지, 하천 또는 바다의 해저에 퇴적된 오염된 토양을 수거하는 자율주행 선박(100)으로서,
기 설정된 주기마다 자율주행 선박이 위치하는 지역의 기상 데이터, 인근에서 항해하는 타 선박 위치 및 항로 데이터, 인근에 위치하는 장애물 좌표 데이터를 검출한 후, 자율주행 제어부(120)에 전달하는 환경데이터 검출부(110);
상기 환경데이터 검출부(110)로부터 획득한 데이터, 및 수거되어야 할 오염된 토양의 위치 데이터를 바탕으로 최적항해 경로를 계산하는 자율주행 제어부(120);
해저면 퇴적된 오염된 토양을 수거하는 구조를 포함하고, 해저 촬영장치 및 해저 수질 검출장치를 탑재한 해저토양 수거장치(130); 및
상기 해저토양 수거장치(130)에 탑재된 해저 촬영장치 및 해저 수질 검출장치를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 해저토양 수거장치(130)의 작동을 제어하는 수거장치 제어부(140);
를 포함하며,
상기 자율주행 제어부(120)는,
자율주행 선박(100)이 출항하는 위치의 제1 좌표 데이터(P1), 수거되어야 할 오염된 토양이 존재할 것으로 판단된 위치의 제2 좌표 데이터(P2) 및 자율주행 선박이 회귀해야 할 위치의 제3 좌표 데이터(P3)를 바탕으로 최단주행 항로를 계산한 후,
환경데이터 검출부(110)를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 최단주행 항로를 수정하여 최적항해 경로를 계산하고,
상기 자율주행 제어부(120)는,
상기 환경데이터 검출부(110)로부터 획득한 자율주행 선박(100)의 외부환경 데이터, 선박 자동 식별장치로부터 수신된 타 선박 데이터, 선박 자동 충돌 예방 장치로부터 수신된 선박 간 거리 데이터를 이용하여 자율주행 선박(100)과 장애물 간의 충돌 위험을 예측하고, 자율주행 선박(100)과 장애물(X1, X2) 간의 충돌 가능성이 있을 경우, 충돌 예측된 장애물을 회피하도록 회피용 항해 경로를 생성하여 기 계산된 최적항해 경로를 수정하며,
상기 자율주행 제어부(120)는,
기 설정된 주기마다 획득한 기상정보를 분석하여 기 설정된 항로 재계산 조건에 따라 항로의 재계산 여부를 판단하는 항로 재계산 판단부(121);
재계산이 이루어지는 경우 상기 항로 재계산 조건에 포함된 변경조건을 충족하는 경로 중 최단경로를 계산하는 최단 항로 결정부(122);
상기 계산된 최단 항로로 현재 항해중인 항로를 변경하기 위해 선박관리 시스템에 승인을 받아야 하는지 여부를 판단하고, 승인이 필요한 경우 승인 요청 및 상기 요청에 대한 응답을 수신하는 항로변경 승인부(123); 및
상기 계산된 최단경로로 현재 항해중인 항로를 변경하는 항로 변경부(124);
를 포함하고,
상기 항로 변경부(124)는,
환경데이터 검출부(110)로부터 획득한 데이터를 바탕으로 최적항해 경로 상에 충돌가능성이 있는 타 선박(200)이 항해 중인 경우, 상기 최적항해 경로 상의 타 선박(200)과의 충돌을 회피할 수 있도록 자율주행 선박(100)과 타 선박을 연결한 가상의 제1 직선(L1)과, 상기 타 선박(200)의 전방 운항 경로를 나타내는 제2 직선(L2)이 형성하는 제1 각도(A1)를 계산하고,
상기 계산된 제1 각도(A1)를 바탕으로 타 선박(200)과의 충돌을 회피할 수 있도록, 자율주행 선박(100)의 항해 속도와 타 선박(200)과의 거리(D1)에 따라 자율주행 선박(100)의 변경 속도와 최소 선회 각도(A2)를 계산한 후,
최적항해 경로를 수정하여 자율주행 선박(100)의 운항을 제어하며,
상기 항로 변경부(124)는,
환경데이터 검출부(110)로부터 획득한 데이터를 바탕으로 최적항해 경로 상에 충돌가능성이 있는 타 선박(200)이 항해 중인 경우, 상기 최적항해 경로 상의 타 선박(200)과의 충돌을 회피할 수 있도록, 타 선박(200)의 항해 경로 상에 위치하지 않고 현재 운항 경로와 가장 인접한 또 다른 오염된 토양의 위치 데이터를 반영하여 최적항해 경로를 수정하여 자율주행 선박(100)의 운항을 제어하고,
상기 자율주행 제어부(120)는, 환경데이터 검출부(110)로부터 획득한 외부환경 데이터가 기 정의된 가혹환경조건에 포함되는 경우, 자율주행 선박(100)의 위치를 기 설정된 안전지역으로 대피시키거나, 자율주행 선박(100)의 항해 조건을 기 설정된 항해 속도 및 항해 방향으로 변경시키며,
상기 해저토양 수거장치(130)는,
상기 자율주행 선박(100)의 바닥 중앙에 형성된 개구부(131);
상기 자율주행 선박(100)의 일측에 장착되고, 개구부(131)를 통해 승강 또는 하강되는 와이어(132)를 권취하거나 풀어주는 와이어 권취 드럼(133);
상기 개구부(131)와 인접하여 장착되고, 개구부(131) 중앙을 향해 분사되도록 둘 이상 배치되는 세척노즐(134); 및
상기 와이어(132)의 일단부에 장착되고, 수거장치 제어부(140)와 무선통신을 수행할 수 있는 무선통신모듈이 탑재되며, 해저면에 퇴적된 오염된 토양을 수납할 수 있는 수납구조가 형성된 토양수거유닛(135);
를 포함하고,
상기 해저토양 수거장치(130)는,
상기 개구부(131)의 양측 자율주행 선박(100) 선체 상에 장착되고, 개구부(131)의 중앙 상부로 연장 배치되고, 와이어(132)의 승강 또는 하강 동작을 더욱 원활히 구현할 수 있도록 중앙에 와이어(132)를 기 설정된 방향으로 안내하는 롤러구조의 가이드(136)가 장착된 삼각대(137);
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 선박.
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- 제 1 항에 있어서,
상기 가혹환경조건은 국제해사기구(IMO; Intermational Maritime Organization)에서 권고한 위험조건이고,
상기 위험조건은 자율주행 선박의 특성과 기상 조건의 조합인 것을 특징으로 하는 자율주행 선박.
- 제 1 항에 있어서,
상기 자율주행 제어부(120)는, 자율주행 선박(100)의 출발지 정보와 도착지 정보를 이용하여 생성된 항해 경로별 날씨 정보를 수집하여 정해진 운항 시간 동안 연료소비율이 가장 낮은 최적 항해 경로를 계산하는 것을 특징으로 하는 자율주행 선박.
- 제 1 항에 있어서,
상기 자율주행 선박(100)은 선택적으로 중앙관제센터에 의해 항해 제어를 받으며,
상기 중앙관제센터는 자율주행 선박의 항해 상태를 감시하는 모니터링 모드, 자율주행 제어부(120)로부터 비정상신호가 수신되는 경우 경고를 발생하는 경고 모드, 자율주행 선박의 원격 조종을 위한 원격조종 모드 중 어느 하나의 모드를 동작모드로 구동되는 것을 특징으로 하는 자율주행 선박.
- 제 10 항에 있어서,
상기 자율주행 제어부(120)와 중앙관제센터의 최적항해 경로는, 서로 동기화되어 운용되는 것을 특징으로 하는 자율주행 선박.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 해저토양 수거장치(130)는,
상기 자율주행 선박(100) 선체 상에 장착되고, 와이어 권취 드럼(133)의 구동상태를 촬영한 후, 획득한 영상 데이터를 수거장치 제어부(140)를 통해 운용자에게 실시간으로 전송하는 드럼 감시카메라;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 선박.
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|---|---|---|---|
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