KR102399267B1 - 자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템 및 방법 - Google Patents

자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선박 충돌 사고의 운항 궤적을 입력 받아 선박 충돌 사고를 재현하는 선박충돌 재현 시뮬레이션 시스템; 자유항주 모형선을 이용하여 충돌 사고 선박의 자유항주 모형 시험을 하는 자유항주 모형 시스템; 및 상기 자유항주 모형 시험을 원격으로 수행하는 자유항주 관제 시스템;을 포함하고, 상기 선박 충돌 사고의 재현은 상기 선박충돌 재현 시뮬레이션 시스템에서의 시뮬레이션과 상기 자유항주 모형 시스템에서의 자유 항주 모형 시험이 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는, 자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템을 제공한다.

Description

자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템 및 방법 {Replay system and method of ship collision accidents using free running model test}
본 발명은 자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템 및 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 선박충돌사고시 자유항주모형시험을 이용하여 선박충돌사고를 재현함으로써, 사고선박의 물리적인 충돌 재현과 물리적인 회피 기동을 통한 피항평가를 수행하여, 실시간 선박충돌사고를 재현함과 동시에 선박충돌사고재현 시뮬레이션을 실시간 검증할 수 있는 자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템 및 방법에 관한 것이다.
종래에는, 선박이 운항할 경우 충돌사고에 대비하여 항해사는 견시 업무를 수행하며, 레이더와 전자해도 장비를 통해 지원을 받고 있다.
그러나, 충돌상황을 초기에 식별하고, 회피기동을 수행하기까지 수동으로 많은 항해장비를 일일이 확인하고, 위험상황시 신속하게 대응하는 데 많은 시간이 소요된다.
또한, 해양사고의 30%가 선박충돌사고이며, 이중 인적오류가 80% 이상을 차지하고 있는 상황에서, 충돌사고를 사전에 예방하기 위해, 자선박 주위의 수십척의 선박과의 충돌상황을 효과적으로 단시간에 식별할 수 있도록 지원할 수 있는 시스템이 필요하다.
종래에 ARPA 레이더 등에서 충돌여유거리(DCPA)를 이용하여, 수동으로 설정한 특정의 두 선박간의 충돌위험을 알람으로 제공받는 기능은 있으나, 수십척의 선박들간의 조합을 통해 충돌위험을 동시에 고려하지 못하고 있다.
이로 인하여, 수십척의 선박들 중에 어느 선박이 가장 위험하고, 충돌위험성이 높은 선박군이 어느 그룹인지 파악하는 데 한계가 있었다.
선박과 마찬가지로, 해상교통관제센터에서 통항선박의 관제업무를 수행하는 관제사에 있어서도, 여러 척의 선박들의 조합간의 충돌위험을 실시간 제공하는 시스템은 전무하다.
최근 선박의 항해지원 시스템이 개발되어 보급되고 있으나, 선박사고는 줄어들지 않고 있으며, 2017년도 기준 2600건의 사고중 10% 이상인, 280여건의 충돌사고가 발생하고 있으며, 재결사고 기준으로는 최근 5년간 60% 이상이 충돌사고이며, 이중 80% 이상이 운항과실에 의해 발생되고 있다.
선박 충돌사고는 허베이스피리트호 사고에서 알 수 있듯이 대형 해양오염 사고로 전개될 수 있으며, 충돌현장 유지가 어려워 충돌의 메커니즘과 원인분석을 위하여 선박 충돌사고 재현 시스템이 필요하다.
기존에 개발된 선박 충돌사고 재현 시스템은 주로 AIS 등 선박이나 VTS에 저장된 사고선박의 운항정보를 입력하여 전자해도상에 도시하여 그 궤적을 살핌으로써 충돌사고의 원인을 살피는 방법으로서, 물리적인 선박의 거동을 정확히 알아내기 어려운 한계가 있다.
시뮬레이션을 이용하여 해상환경 조건을 적용하고, 회피기동 등 피항평가를 수행하는 방법도 사고선박의 제원정보를 바탕으로 동종의 선박운항 모델을 가정하여 적용한 것으로서, 피항평가시 선박의 회피제어에 따른 물리적 회피 거동을 정확하게 모사할 수 없는 한계가 있다.
KR 10-1298925 B1
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 여러 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 선박충돌사고시 자유항주모형시험을 이용하여 선박충돌사고를 재현함으로써, 사고선박의 물리적인 충돌 재현과 물리적인 회피 기동을 통한 피항평가를 수행하여, 실시간 선박충돌사고를 재현함과 동시에 선박충돌사고재현 시뮬레이션을 실시간 검증할 수 있는 자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명은 선박 충돌 사고의 운항 궤적을 입력 받아 선박 충돌 사고를 재현하는 선박충돌 재현 시뮬레이션 시스템; 자유항주 모형선을 이용하여 충돌 사고 선박의 자유항주 모형 시험을 하는 자유항주 모형 시스템; 및 상기 자유항주 모형 시험을 원격으로 수행하는 자유항주 관제 시스템;을 포함하고, 상기 선박 충돌 사고의 재현은 상기 선박충돌 재현 시뮬레이션 시스템에서의 시뮬레이션과 상기 자유항주 모형 시스템에서의 자유 항주 모형 시험이 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는, 자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 선박 충돌 사고의 운항 궤적을 입력 받아 선박 충돌 사고를 재현하는 선박충돌 재현 시뮬레이션 시스템; 자유항주 모형선을 이용하여 충돌 사고 선박의 자유항주 모형 시험을 하는 자유항주 모형 시스템; 및 상기 자유항주 모형 시험을 원격으로 수행하는 자유항주 관제 시스템;을 포함하고, 상기 선박충돌 재현 시뮬레이션 시스템 상에서 충돌 궤적에 따라 사고를 재현하기 위해 경로 추종을 위한 사고 선박의 실선 스케일의 추진 및 조타 명령이 생성되는 것을 특징으로 하는, 자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템을 제공한다.
이때, 상기 사고 선박의 실선 스케일의 추진 및 조타 명령은 상기 자유항주 관제 시스템을 통하여 모형선 스케일의 추진 및 조타 명령으로 변환되어 상기 자유항주 모형 시스템으로 인가되는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 자유항주 모형 시스템으로 인가된 추진 및 조타 명령에 따라 자유항주 모형선은 옥외 시험장 또는 실내 해양공학 수조 시험 시설에서 물리적으로 이동하며 운항정보를 획득할 수 있다.
상기 해양공학 수조 내 영역은 50m × 30m 로서, 상기 해양공학 수조 내 영역에서 시험이 가능한 경우에는 수조 자유항주 시험을 하고, 상기 수조 영역을 초과하는 경우에는 옥외 자유항주 시험을 수행한다.
이러한 자유항주 모형선에 설치된 GPS, 측위센서, 자이로센서를 통하여 상기 자유항주 모형선의 실시간 운항정보(위치, 속도, 방위, 자세 정보)를 획득한다.
또한, 상기 획득된 자유항주 모형선의 운항정보는 무선통신을 통해 원격으로 상기 자유항주 관제 시스템의 모형선 스케일로 전달된다.
이와 같이 상기 자유항주 관제 시스템의 모형선 스케일로 전달된 운항정보는 실선 스케일로 변환되어 상기 선박충돌 재현 시뮬레이션 시스템 상에 충돌선박의 운항 궤적으로 표출되어 상기 선박충돌 재현 시뮬레이션 시스템의 시뮬레이션 궤적 결과와 함께 도시됨으로써 실시간 검증을 할 수 있다.
이때, 상기 실선 스케일의 길이 대 상기 모형선 스케일의 길이로 정의되는 축척비에 따른 Froude 상사변환법칙이 적용되어 모형선 스케일이 실선 스케일로 변환된다.
아울러, 상기 자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템은, 선박 충돌사고를 재현하는 재현모드와, 충돌 사고 시점에 충돌을 회피하는 피항모드를 구현할 수 있다.
이러한 피항모드에서는 선박 충돌사고 궤적을 추종하다가 사고 시각 이전에 사용자가 선박 충돌위험 발생시, 회피하기 위한 추진 및 조타 명령을 인가하여 피항평가를 수행하게 된다.
이때, 상기 자유항주 모형 시스템에 채용되는 자유항주 모형선은 2척이 운용가능하다.
다른 방법으로, 상기 자유항주 모형 시스템에 채용되는 자유항주 모형선은 자선으로, 상기 선박 충돌 재현 시뮬레이션 시스템에는 가상의 시뮬레이션 선박인 상대선으로 설정하여 운용할 수도 있다.
아울러, 상기 선박충돌 재현 시뮬레이션 시스템에서 부여된 가상의 선박충돌 사고상황의 운항정보에 따라 상기 자유항주 모형선이 자유항주 모형시험을 수행하고, 자선의 자유항주 모형선의 시험 정보는 상기 선박충돌 재현 시뮬레이션 시스템에 업데이트된다.
또한, 자선인 자유항주 모형선의 충돌 회피를 위한 조타 및 추진 명령값이 수동 또는 자동으로 산출되어 물리적 자유항주 모형시험시 자선의 피항 시험이 수행되고, 상대선의 피항 평가시에는 자선은 사고상황 그대로 자유항주 시험으로 재현되며, 상대선은 가상을 시뮬레이션으로 피항평가가 이루어진다.
한편, 전술한 자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템을 이용하여 선박 충돌사고를 재현하는 재현 방법으로서, 실시간으로 선박충돌 사고를 재현함과 동시에 선박충돌 사고 재현 시뮬레이션을 실시간 검증할 수 있는, 자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 방법이 개시된다.
기타 실시예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.
전술한 과제의 해결수단에 의하면 본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.
본 발명은 물리적인 운항궤적뿐만 아니라 자세 및 조타/추진제어정보를 함께 획득, 재현이 가능하며, 기존의 선박충돌재현 시뮬레이션을 실시간 검증할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 충돌사고 그대로의 재현과 함께, 별도로 해당 사고 시점에 회피기동을 통하여 피항이 가능했는지를 평가해 볼 수 있으며, 이는 선박충돌재현시 피항시뮬레이션도 검증할 수 있는 물리적인 피항궤적정보도 획득 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템에서 선박충돌 재현 시뮬레이션 시스템, 자유항주 관제 시스템 및 자유항주 모형 시스템이 실시간으로 상호 연동하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템에서 자유항주 모형 시스템에 채용되는 수조와 예인전차를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템에서 자유항주 모형 시스템에 채용된 자유항주 모형선의 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템에서 자유항주 모형 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템 기반 충돌 위험도 및 회피 가능성 평가를 위한 개념도이다.
도 7은 본 발명에 따른 자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템에 의해 충돌 위험도 평가 기능이 구현된 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템에 의해 회피 가능성 평가 기능이 구현된 예를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.
즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에 있어서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.
본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.
더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.
반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.
마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에 있어서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.
더욱이, 본 발명의 명세서에서는, "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는, 사용된다면, 하나 이상의 기능이나 동작을 처리할 수 있는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있음을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.
본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.
또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략될 수도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템에서 선박충돌 재현 시뮬레이션 시스템, 자유항주 관제 시스템 및 자유항주 모형 시스템이 실시간으로 상호 연동하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 선박충돌 재현 시뮬레이션 시스템, 자유항주 관제 시스템 및 자유항주 모형 시스템을 포함하여 구성되고, 선박 충돌 사고의 재현은 선박충돌 재현 시뮬레이션 시스템에서의 시뮬레이션과 자유항주 모형 시스템에서의 자유 항주 모형 시험이 동시에 수행되는 것을 특징으로 한다.
선박충돌 재현 시뮬레이션 시스템은 선박 충돌 사고의 운항 궤적을 입력 받아 선박 충돌 사고를 재현하는 것이다.
이러한 선박충돌 재현 시뮬레이션 시스템 상에서 충돌 궤적에 따라 사고를 재현하기 위해 경로 추종을 위한 사고 선박의 실선 스케일의 추진 및 조타 명령이 생성되어 후술하는 자유항주 관제 시스템으로 전달된다.
자유항주 관제 시스템은 자유항주 모형 시험을 원격으로 수행하는 것이다.
선박충돌 재현 시뮬레이션 시스템에서 생성된 사고 선박의 실선 스케일의 추진 및 조타 명령은 자유항주 관제 시스템을 통하여 모형선 스케일의 추진 및 조타 명령으로 변환되어 후술하는 자유항주 모형 시스템으로 인가된다.
자유항주 모형 시스템은 자유항주 모형선을 이용하여 충돌 사고 선박의 자유항주 모형 시험을 하는 것이다.
자유항주 모형 시스템으로 인가된 추진 및 조타 명령에 따라 자유항주 모형선은 옥외 시험장 또는 실내 해양공학 수조 시험 시설에서 물리적으로 이동하며 운항정보를 획득할 수 있다.
이러한 자유항주 모형선에 설치된 GPS, 측위센서, 자이로센서를 통하여 자유항주 모형선의 실시간 운항정보(위치, 속도, 방위, 자세 정보)를 획득한다.
또한, 상기 획득된 자유항주 모형선의 운항정보는 무선통신을 통해 원격으로 자유항주 관제 시스템의 모형선 스케일로 전달된다.
이와 같이 자유항주 관제 시스템의 모형선 스케일로 전달된 운항정보는 실선 스케일로 변환되어 선박충돌 재현 시뮬레이션 시스템 상에 충돌선박의 운항 궤적으로 표출되어 선박충돌 재현 시뮬레이션 시스템의 시뮬레이션 궤적 결과와 함께 도시됨으로써 실시간 검증을 할 수 있다.
이때, 실선 스케일의 길이 대 상기 모형선 스케일의 길이로 정의되는 축척비(scale ratio)에 따른 Froude 상사변환법칙이 적용되어 모형선 스케일이 실선 스케일로 변환된다.(식 1 참고)
[식 1] 자유항주 모형시험 운항정보 및 제어정보에 대한 실선-모형선 변환 법칙
Figure 112021140141716-pat00001
식 1에서 λ 는 축척비를 의미하고, ts, tm 은 각각 실선과 모형선의 시간을 의미하며, Ls, Lm 은 각각 실선과 모형선의 길이를 의미한다.
Figure 112021140141716-pat00002
은 실선과 모형선의 횡동요각을 의미하며,
Figure 112021140141716-pat00003
은 실선과 모형선의 종동요각을 의미한다.
Figure 112021140141716-pat00004
은 실선과 모형선 선수각을 의미하며,
Figure 112021140141716-pat00005
은 실선과 모형선의 타각을 의미한다.
Us, Um은 실선과 모형선의 속도를 의미하며,
Figure 112021140141716-pat00006
은 실선과 모형선의 전진방향 속도를 의미한다.
Figure 112021140141716-pat00007
은 실선과 모형선의 횡동요 각속도를 의미하며,
Figure 112021140141716-pat00008
은 실선과 모형선의 종동요 각속도를 의미한다.
Figure 112021140141716-pat00009
는 실선과 모형선의 선수 각속도를 의미하며,
Figure 112021140141716-pat00010
은 실선과 모형선의 타각속도를 의미한다.
아울러, 자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템은, 선박 충돌사고를 재현하는 재현모드와, 충돌 사고 시점에 충돌을 회피하는 피항모드를 구현할 수 있다.
이러한 피항모드에서는 선박 충돌사고 궤적을 추종하다가 사고 시각 이전에 사용자가 선박 충돌위험 발생시, 회피하기 위한 추진 및 조타 명령을 인가하여 피항평가를 수행하게 된다.
이때, 자유항주 모형 시스템에 채용되는 자유항주 모형선은 2척이 운용가능하다.
다른 방법으로, 자유항주 모형 시스템에 채용되는 자유항주 모형선은 자선으로, 선박 충돌 재현 시뮬레이션 시스템에는 가상의 시뮬레이션 선박인 상대선으로 설정하여 운용할 수도 있다.
아울러, 선박충돌 재현 시뮬레이션 시스템에서 부여된 가상의 선박충돌 사고상황의 운항정보에 따라 자유항주 모형선이 자유항주 모형시험을 수행하고, 자선의 자유항주 모형선의 시험 정보는 선박충돌 재현 시뮬레이션 시스템에 업데이트된다.
또한, 자선인 자유항주 모형선의 충돌 회피를 위한 조타 및 추진 명령값이 수동 또는 자동으로 산출되어 물리적 자유항주 모형시험시 자선의 피항 시험이 수행되고, 상대선의 피항 평가시에는 자선은 사고상황 그대로 자유항주 시험으로 재현되며, 상대선은 가상을 시뮬레이션으로 피항평가가 이루어진다.
도 3은 본 발명에 따른 자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템에서 자유항주 모형 시스템에 채용되는 수조와 예인전차를 나타낸 도면이다.
자유항주 모형 시스템에 의해 수행되는 자유항주 모형 시험은 공인시험기법으로서, 공인기관인 ITTC(국제수조회의)에 따른 자유항주시험기법이 적용된다.
또한, 자유항주 모형 시험시 전문가 입회하에 시험을 진행한다.
충돌 대상선박 2척의 축척비 변환에 따라 사고해역 영역에 따른 시험방법으로서, 해양공학 수조 내 영역은 50m × 30m 이고, 해양공학 수조 내 영역에서 시험이 가능한 경우에는 수조 자유항주 시험을 하고, 수조 영역을 초과하는 경우에는 옥외 자유항주 시험을 수행한다.
단, IMO(국제해사기구) 권장하는 방법에 따라 외력의 영향을 고려하는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명에 따른 자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템에서 자유항주 모형 시스템에 채용된 자유항주 모형선의 예를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템에서 자유항주 모형 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 자유항주 모형 시스템은 다음과 같이 구성된다.
(1) KRISO 해양공학 수조/옥외 자유항주용 자유항주시험 지원 설비
→ CPMC 기반 자유항주시험 시스템 / 옥외 자유항주용 관제 시스템
(2) KRISO 해양공학 수조/옥외 자유항주용 자유항주시험 측정 장치
→ CPMC 기반 모형선 위치추적 시스템/옥외 자유항주용 정밀측위시스템
[표 1] 자유항주 모형시험 장치 주요 사양(KRISO)
Figure 112021140141716-pat00011
(3) 자유항주 모형선 : 선박 충돌사고 선박으로서 타기 및 추진장치(프로펠러) 포함
(4) 자유항주 모형 시스템 센서 : 자유항주 모형선의 위치,속도,방위 계측을 위한 측위센서
(5) 자유항주 모형 시스템 제어기 : 자유항주모형선의 추진/조타용 모터제어기
도 6은 본 발명에 따른 자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템 기반 충돌 위험도 및 회피 가능성 평가를 위한 개념도이고, 도 7은 본 발명에 따른 자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템에 의해 충돌 위험도 평가 기능이 구현된 예를 나타낸 도면이며, 도 8은 본 발명에 따른 자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템에 의해 회피 가능성 평가 기능이 구현된 예를 나타낸 도면이다.
자선은 물리적으로 자유항주 모형선을 의미하며, 가상으로도 동시에 존재한다.
가상 선박 충돌 재현 시뮬레이션 시스템 상에서 부여된 선박 충돌사고 상황의 운항정보에 따라, 동시에 물리적인 자유항주 모형시험을 수행하고, 자선의 모형시험 정보가 선박 충돌 재현 시뮬레이션 시스템에 업데이트된다.
자선 충돌회피를 위한 조타/추진 명령값이 수동 혹은 자동으로 산출되고, 이를 이용하여 물리적 자유항주 모형시험시 자선의 피항 시험이 수행된다.
다만, 상대선 피항평가시에는 자선은 사고상황 그대로 자유항주 시험으로 재현되며, 상대선은 가상의 시뮬레이션으로 피항평가가 이루어진다.
자선의 자유항주 모형시험 결과로 업데이트된 운항(피항)궤적과 가상으로 존재하는 상대 선박과의 운항정보를 바탕으로, 실시간 충돌위험도(회피가능성)를 평가한다.
따라서, 자선의 충돌사고 재현 데이터와 물리적 자유항주 모형시험 상의 운항궤적(피항궤적)을 비교하여, 충돌 재현시스템의 재현성능(회피가능성)을 시험적으로 검증하게 된다.
이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.
또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.
10 : 선박충돌 재현 시뮬레이션 시스템
20 : 자유항주 관제 시스템
30 : 자유항주 모형 시스템

Claims (16)

  1. 선박 충돌 사고의 운항 궤적을 입력 받아 선박 충돌 사고를 재현하는 선박충돌 재현 시뮬레이션 시스템;
    자유항주 모형선을 이용하여 충돌 사고 선박의 자유항주 모형 시험을 하는 자유항주 모형 시스템; 및
    상기 자유항주 모형 시험을 원격으로 수행하는 자유항주 관제 시스템;을 포함하고,
    상기 자유항주 모형선의 실시간 운항 정보는 상기 자유항주 관제 시스템의 모형선 스케일로 전달되며,
    상기 전달된 모형선 스케일은 실선 스케일로 변환되어 상기 선박충돌 재현 시뮬레이션 시스템 상에 충돌 선박의 운항 궤적으로 표출되고,
    상기 선박 충돌 사고의 재현은 상기 선박충돌 재현 시뮬레이션 시스템에서의 시뮬레이션과 상기 자유항주 모형 시스템에서의 자유 항주 모형 시험이 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는,
    자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템.
  2. 선박 충돌 사고의 운항 궤적을 입력 받아 선박 충돌 사고를 재현하는 선박충돌 재현 시뮬레이션 시스템;
    자유항주 모형선을 이용하여 충돌 사고 선박의 자유항주 모형 시험을 하는 자유항주 모형 시스템; 및
    상기 자유항주 모형 시험을 원격으로 수행하는 자유항주 관제 시스템;을 포함하고,
    상기 선박충돌 재현 시뮬레이션 시스템 상에서 충돌 궤적에 따라 사고를 재현하기 위해 경로 추종을 위한 사고 선박의 실선 스케일의 추진 및 조타 명령이 생성되며,
    상기 자유항주 모형선의 실시간 운항 정보는 상기 자유항주 관제 시스템의 모형선 스케일로 전달되고,
    상기 전달된 모형선 스케일은 실선 스케일로 변환되어 상기 선박충돌 재현 시뮬레이션 시스템 상에 충돌 선박의 운항 궤적으로 표출되는 것을 특징으로 하는,
    자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 사고 선박의 실선 스케일의 추진 및 조타 명령은 상기 자유항주 관제 시스템을 통하여 모형선 스케일의 추진 및 조타 명령으로 변환되어 상기 자유항주 모형 시스템으로 인가되는 것을 특징으로 하는,
    자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 자유항주 모형 시스템으로 인가된 추진 및 조타 명령에 따라 자유항주 모형선은 옥외 시험장 또는 실내 해양공학 수조 시험 시설에서 물리적으로 이동하며 운항정보를 획득하는 것을 특징으로 하는,
    자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 해양공학 수조 내 영역은 50m × 30m 로서, 상기 해양공학 수조 내 영역에서 시험이 가능한 경우에는 수조 자유항주 시험을 하고, 상기 수조 영역을 초과하는 경우에는 옥외 자유항주 시험을 수행하는 것을 특징으로 하는,
    자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 자유항주 모형선에 설치된 GPS, 측위센서, 자이로센서를 통하여 상기 자유항주 모형선의 실시간 운항정보(위치, 속도, 방위, 자세 정보)를 획득하는 것을 특징으로 하는,
    자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 획득된 자유항주 모형선의 운항정보는 무선통신을 통해 원격으로 상기 자유항주 관제 시스템의 모형선 스케일로 전달되는 것을 특징으로 하는,
    자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 자유항주 관제 시스템의 모형선 스케일로 전달된 운항정보는 실선 스케일로 변환되어 상기 선박충돌 재현 시뮬레이션 시스템 상에 충돌선박의 운항 궤적으로 표출되어 상기 선박충돌 재현 시뮬레이션 시스템의 시뮬레이션 궤적 결과와 함께 도시됨으로써 실시간 검증을 할 수 있는 것을 특징으로 하는,
    자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 실선 스케일의 길이 대 상기 모형선 스케일의 길이로 정의되는 축척비에 따른 Froude 상사변환법칙이 적용되어 모형선 스케일이 실선 스케일로 변환되는 것을 특징으로 하는,
    자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템.
  10. 청구항 2에 있어서,
    상기 자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템은, 선박 충돌사고를 재현하는 재현모드와, 충돌 사고 시점에 충돌을 회피하는 피항모드를 구현할 수 있는 것을 특징으로 하는,
    자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 피항모드에서는 선박 충돌사고 궤적을 추종하다가 사고 시각 이전에 사용자가 선박 충돌위험 발생시, 회피하기 위한 추진 및 조타 명령을 인가하여 피항평가를 수행하는 것을 특징으로 하는,
    자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템.
  12. 청구항 2에 있어서,
    상기 자유항주 모형 시스템에 채용되는 자유항주 모형선은 2척이 운용가능한 것을 특징으로 하는,
    자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템.
  13. 청구항 2에 있어서,
    상기 자유항주 모형 시스템에 채용되는 자유항주 모형선은 자선으로, 상기 선박 충돌 재현 시뮬레이션 시스템에는 가상의 시뮬레이션 선박인 상대선으로 설정하여 운용하는 것을 특징으로 하는,
    자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 선박충돌 재현 시뮬레이션 시스템에서 부여된 가상의 선박충돌 사고상황의 운항정보에 따라 상기 자유항주 모형선이 자유항주 모형시험을 수행하고, 자선의 자유항주 모형선의 시험 정보는 상기 선박충돌 재현 시뮬레이션 시스템에 업데이트되는 것을 특징으로 하는,
    자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템.
  15. 청구항 14에 있어서,
    자선인 자유항주 모형선의 충돌 회피를 위한 조타 및 추진 명령값이 수동 또는 자동으로 산출되어 물리적 자유항주 모형시험시 자선의 피항 시험이 수행되고,
    상대선의 피항 평가시에는 자선은 사고상황 그대로 자유항주 시험으로 재현되며,
    상대선은 가상을 시뮬레이션으로 피항평가가 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템.
  16. 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 하나의 청구항에 따른 자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 시스템을 이용하여 선박 충돌사고를 재현하는 재현 방법으로서,
    실시간으로 선박충돌 사고를 재현함과 동시에 선박충돌 사고 재현 시뮬레이션을 실시간 검증할 수 있는,
    자유항주 모형시험을 이용한 선박 충돌사고 재현 방법.
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