KR20060061945A - Remote control system and remote control using wireless internet and dgps - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수심측량을 하기 위한 무선 원격측정 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 DGPS 위성정보를 이용한 위치정보 및 취득한 정보의 수신, 처리, 관리를 무선 또는 이동통신서비스를 이용하여 로봇선을 제어 할 수 있도록 된 중앙통제부와;The present invention relates to a wireless telemetry system for depth surveying, and more particularly, to control the robot ship using wireless or mobile communication services for receiving, processing and managing location information and acquired information using DGPS satellite information. Central control unit to be able to;
상기 DGPS 위성정보를 수신하는 GPS 수신부 및 해저의 수심정보를 취득하는 음향측심기(Echosounder)를 갖는 로봇선과;A robot ship having a GPS receiver for receiving the DGPS satellite information and an echo sounder for acquiring depth information of the seabed;
상기 로봇선에서 취득한 정보의 수신, 처리, 관리 및 로봇선의 위치를 원격으로 제어할 수 있도록 부호분할 다중 접속방식(CDMA:Code Division Multiple Access)으로 이루어진 통신수단과;Communication means comprising a code division multiple access (CDMA) method for receiving, processing, managing information obtained from the robot ship and remotely controlling the position of the robot ship;
상기 통신수단에 의한 무선인터넷과 DGPS를 이용하여 원격조정 할 수 있도록 데이터를 갖는 서버 및 그 데이터를 다운로딩 할 수 있도록 하는 PC로 이루어진 수심 원격측정 시스템을 구성한 것으로서, 지역이나 환경 조건에 제약을 받지 않고 필요한 정보를 취득할 수 있도록 함과 동시에 취득한 정보들은 무선 인터넷에 의해 자동으로 서버에 저장되므로 데이터 입력오류 또는 분실 등의 문제점을 해결할 수 있도록 하여 정확한 수심측량 및 해저지형정보의 획득 할 수 있도록 된지역이나 환경 조건에 제약을 받지 않고 필요한 정보를 취득할 수 있도록 된 무선인터넷과 디지피에스를 이용한 원격측정 시스템 및 원격 측정 로봇선을 제공할 수 있도록 한 것이다.It is composed of a server having data for remote control using the wireless Internet and DGPS by the communication means, and a depth telemetry system consisting of a PC for downloading the data, and is not restricted by local or environmental conditions. At the same time, the necessary information can be obtained without having to acquire the necessary information, and the acquired information is automatically stored in the server by the wireless Internet. It is to provide a telemetry system and telemetry robot ship using wireless Internet and Digi-PS that can acquire necessary information without being restricted by station or environmental condition.
GPS, 중앙통제부, 로봇선, 수심측량, GPS, central control, robot ship, depth survey,
Description
도1은 본 발명에 따른 무선인터넷과 디지피에스를 이용한 원격측정 시스템 개략도.1 is a schematic diagram of a telemetry system using the wireless Internet and digital PS according to the present invention.
도2는 본 발명에 따른 GPS 데이터를 나타낸 프로세스. 2 is a process showing GPS data in accordance with the present invention.
도3은 본 발명에 따른 GPS정보변환모듈 실행 화면 표시창 구성도.Figure 3 is a configuration diagram of the display screen running GPS information conversion module according to the present invention.
도4는 본 발명에 따른 좌표계 변환과정을 나타낸 프로세스.4 is a process showing a coordinate system transformation process according to the present invention.
도5는 본 발명에 따른 수심정보 데이터 처리과정을 나타낸 프로세스. 5 is a process showing the depth data processing process according to the present invention.
도6은 본 발명에 따른 IC용 프로그램 개발 화면 표시창 구성도.Figure 6 is a block diagram of a program development screen display window for the IC in accordance with the present invention.
도7은 본 발명에 따른 위치정보 데이터를 나타낸 프로세스.7 is a process showing location information data according to the present invention;
도8은 본 발명에 따른 설계된 위치정보데이터 처리시스템의 초기화면을 나타낸 표시창 구성도.8 is a configuration of a display window showing an initial screen of a designed position information data processing system according to the present invention;
도9는 본 발명에 따른 설계된 로봇선의 상태확인 및 처리모듈을 나타낸 표시창 화면 구성도.Figure 9 is a display window screen showing the status check and processing module of the robot ship designed according to the present invention.
도10은 본 발명에 따른 설계된 이동계획결로 설정 모듈중 계획선 작성을 나타낸 표시창 화면 구성도.Figure 10 is a display window screen configuration showing the planning line creation of the movement planning condensation setting module designed according to the present invention.
도11a는 본 발명의 시스템에 따른 도면양식 중 페이지 설정기능을 나나낸 표 시창 화면 구성도.Figure 11a is a display window screen showing the page setting function of the drawing form in accordance with the system of the present invention.
도11b는 본 발명의 시스템에 따른 도면양식중 레이어 설정 기능을 나타낸 표시창 화면구성도.Fig. 11B is a diagram showing a display window showing the layer setting function in the drawing style according to the system of the present invention.
도11c는 본 발명의 시스템에 따른 도면양식 중 선 설정기능을 나타낸 표시창 화면 구성도.Fig. 11C is a view showing a window structure showing a line setting function in a drawing form according to the system of the present invention.
도11d는 본 발명의 시스템에 따른 도면양식 중 문자설정 기능을 나타낸 표시창 화면 구성도.Fig. 11D is a block diagram showing a display window showing the character setting function in the drawing style according to the system of the present invention.
도11e는 본 발명의 시스템에 따른 도면양식 중 해칭 설정 기능을 나타낸 표시창 화면 구성도.11E is a display window configuration diagram showing a hatching setting function in a drawing form according to the system of the present invention;
도11f는 본 발명의 시스템에 따른 도면양식 중 블록 설정 기능을 나타낸 표시창 화면 구성도.Fig. 11F is a block diagram showing a display window showing a block setting function in the drawing form according to the system of the present invention.
도11g는 본 발명의 시스템에 따른 도면양식 중 점 설정 기능을 나타낸 표시창 화면구성도.Fig. 11G is a diagram showing a display window showing the point setting function in the drawing style according to the system of the present invention.
도11h는 본 발명의 시스템에 따른 도면양식 중 치수 설정 기능을 나타낸 표시창 화면 구성도.11H is a display window configuration diagram showing a dimension setting function in the drawing form according to the system of the present invention;
도11i는 본 발명의 시스템에 따른 도면양식 중 그리드 설정 기능을 나타낸 표시창 화면 구성도.Fig. 11I is a view showing a display window configuration showing a grid setting function in the drawing style according to the system of the present invention.
도11j는 본 발명의 시스템에 따른 도면양식 중 개체스냅 설정 기능을 나타낸 표시창 화면 구성도.FIG. 11J is a diagram of a display window screen showing an object snap setting function in a drawing form according to the system of the present invention; FIG.
도11k는 본 발명의 시스템에 따른 도면양식 중 사선스냅 설정 기능을 나타낸 표시창 화면 구성도.11K is a display window configuration diagram showing a diagonal snap setting function in the drawing form according to the system of the present invention;
도11ℓ은 본 발명의 시스템에 따른 도면 양식 중 단위 설정 기능을 나타낸 표시창 화면 구성도.11L is a display window configuration diagram showing unit setting functions in a drawing form according to the system of the present invention;
도11m은 본 발명의 시스템에 따른 도면양식 중 환경 설정 기능을 나타낸 표시창 화면 구성도.11M is a display window screen diagram showing an environment setting function in a drawing form according to the system of the present invention;
도12a는 본 발명의 시스템에 따른 도형 처리 중 점 그리는 기능을 나타낸 표시창 화면 구성도.Fig. 12A is a configuration diagram of a display window showing the function of drawing a point during figure processing according to the system of the present invention.
도12b는 본 발명의 시스템에 따른 도형처리 중 선 그리는 기능을 나타낸 표시창 화면 구성도.Fig. 12B is a block diagram showing a display window showing a function of drawing a line during graphic processing according to the system of the present invention.
도12c는 본 발명의 시스템에 따른 도형처리 중 곡선 그리기 기능을 나타낸 표시창 화면 구성도.Fig. 12C is a view showing the construction of a display window showing a curve drawing function during shape processing according to the system of the present invention.
도12d는 본 발명의 시스템에 따른 도형처리 중 수치 넣기 기능을 나타낸 표시창 화면 구성도.Fig. 12D is a block diagram showing a display window showing a numerical input function during figure processing according to the system of the present invention.
도12e는 본 발명의 시스템에 따른 도형처리중 문자설정 기능을 나타낸 표시창 화면 구성도.Fig. 12E is a block diagram showing a display window showing a character setting function during figure processing according to the system of the present invention.
도13은 본 발명의 원격제어 데이터 처리과정을 나타낸 프로세스.Figure 13 is a process showing the remote control data processing of the present invention.
도14a는 본 발명에 따른 원격제어 프로그램을 나타낸 표시창 화면 구성도.14A is a block diagram showing a display window showing a remote control program according to the present invention;
도14b는 본 발명에 따른 속도 및 방향제어 인터페이스를 나타낸 표시창 화면 구성도.14B is a block diagram showing a display window showing a speed and direction control interface according to the present invention;
도15는 본 발명에 따른 로봇선의 계획 경로와 실제경로를 나타낸 예시도.Figure 15 is an exemplary view showing the planned path and the actual path of the robot ship according to the present invention.
도16은 본 발명에 따른 로봇선 접속 프로그램을 나타낸 표시창 화면 구성도.Fig. 16 is a block diagram showing a display window showing a robot line connection program according to the present invention;
도17은 본 발명의 RTCM 정보처리 프로그램을 나타낸 표시창 화면 구성도. Fig. 17 is a block diagram showing a display window showing the RTCM information processing program of the present invention;
도18은 본 발명의 로봇선의 평면 구성도.18 is a plan configuration diagram of the robot ship of the present invention.
도19는 본 발명의 로봇선의 측면 구성도.Figure 19 is a side configuration diagram of the robot ship of the present invention.
도20은 본 발명의 로본선의 선미에 장착된 스크류와 방향키를 나타낸 구성도.Figure 20 is a block diagram showing a screw and a direction key mounted on the stern of the main line of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10:로봇선 11:선체10: Robot ship 11: hull
12:덮개 13:공간부12: Cover 13: space part
14:음향측심기 15:속도제어모터14: Sound echo sounder 15: Speed control motor
16:방향제어모터 17:GPS수신부16: Directional control motor 17: GPS receiver
18:중앙제어부 19:PDA18: Central control unit 19: PDA
20:표시창 21,21':방향키20:
22,22':스크류 23:횡봉22, 22 ': Screw 23: Horizontal bar
24:힌지부 25:,25':지지대24: hinge portion 25 :, 25 ': support
26:롤러 27:지지패널26: roller 27: support panel
30:중앙통제부 40:DGPS 30: Central control department 40: DGPS
본 발명은 수심측량을 하기 위한 무선 원격측정 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무선 인터넷을 이용하여 로봇선의 위치를 원격으로 제어하고 이에 장착된 GPS(Global Positioning System) 및 음향측심기(Echosounder) 등의 센서를 이용하여 저수지, 댐, 해양의 수심 및 해저 지형정보를 취득할 수 있도록 한 무선인터넷과 DGPS(Differential GPS, 상대측위)를 이용한 원격측정 시스템 및 원격 측정 로봇선에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless telemetry system for depth surveying, and more particularly, to remotely control the position of a robot ship using a wireless Internet, and to be equipped with a GPS (Global Positioning System) and an echo sounder (Echosounder). The present invention relates to a telemetry system and a telescopic robotic ship using wireless Internet and DGPS (Differential GPS), which enable the sensor to acquire reservoir, dam, ocean depth and ocean topography information.
기존의 저수지, 댐, 해양의 수심 및 해저 등의 수심측량은 측량선에 각종 장비를 설치하고 현장 조건에 맞도록 매개변수들을 변경하였으며, 지역이나 환경 조건에 제약을 많이 받아 왔다. 또한 사람의 접근이 어려운 지역과 오염지역에 대한 수심의 측정은 간접적인 방법을 사용하여 왔으나 이는 부정확하기 때문에 보다 정확한 자료의 취득을 위해서는 사람이 직접 접근하여 측량함으로서 그 만큼 위험부담을 갖는 문제점이 있었다.Conventional depth surveys of reservoirs, dams, ocean depths and seabeds have been equipped with various equipment on the survey line, parameters have been changed to suit the site conditions, and have been constrained by local and environmental conditions. In addition, indirect measurement of the depth of the inaccessible area and the contaminated area has been indirectly used. However, this is inaccurate. Therefore, there is a problem in that it takes a lot of risks by directly approaching and surveying people to obtain more accurate data. .
따라서 기존의 수심측량은 측량선 + GPS + Echosounder + 운영소프트웨어 등의 복합시스템으로 구성된 선박은 사람이 직접 현장까지 선박을 조타하여 이루어 졌다. 즉, 측량선은 대부분 현지에서 조달하기 때문에 대상지역이 변경될 때마다 각종 장비를 새로 설치해야 하는 불편이 따랐으며, 선박의 조타도 항해사의 운전능력에 따라서 그 정확성이 상당히 큰 영향을 받게 된다. 특히 댐 및 저수지에서는 측량선을 이용하기 어려우며 측량선 자체의 무게로 인해 수심 1.5m 이하의 얕은 지역에 대해서는 접근이 어렵기 때문에 이들 지역에 대한 수심정보를 얻지 못하고 있는 실정이다.Therefore, existing water surveying was performed by manipulating the ship directly to the site, which was composed of a complex system such as survey ship + GPS + echo sounder + operating software. In other words, since most survey ships are procured locally, it is inconvenient to install new equipment every time the target area is changed, and the accuracy of the ship's steering is greatly affected by the navigator's driving ability. In particular, it is difficult to use survey lines in dams and reservoirs, and due to the weight of the survey lines themselves, it is difficult to access shallow areas less than 1.5m deep, and thus, depth information on these areas is not available.
따라서 지역이나 환경 조건에 제약을 받지 않고, 장비 설치 및 매개변수 설정 등 준비작업이 필요 없으며, 소수의 인원으로 필요한 수심정보를 취득할 수 있는 자동화된 측정 장비가 요구되고 있는 실정이다.Therefore, there is no need for any preparation work such as equipment installation and parameter setting without being restricted by local or environmental conditions, and there is a demand for automated measuring equipment that can acquire necessary depth information with a small number of personnel.
현재 국내에서 무인 원격체를 이용하여 수심 및 해저지형정보를 취득하는 기술은 아직까지 활성화되어 있지 않은 상태이다. 본 발명의 핵심기술이라고 할 수 있는 GPS, 수심측량, 무선통신 및 원격제어에 대한 국내외 기술을 살펴보기로 한다.At present, the technology for acquiring depth and subterranean topographic information using an unmanned remote body has not been activated yet. Let us look at domestic and foreign technologies for GPS, depth measurement, wireless communication and remote control that can be said to be the core technology of the present invention.
<국내기술동향><Domestic Technology Trends>
GPS는 1993년부터 정상적으로 가동되기 시작한 위치정보확인시스템이다. 군사적인 이유로 일부 코드만을 개방하여 초기에는 그 정확도가 수십 m 정도였던 것이 민간단체의 연구에 의해 현재 수 mm 까지 정확도가 높아졌다.GPS is a location information confirmation system that has been operating normally since 1993. For military reasons, only a few cords were opened and the accuracy was initially several tens of meters.
이렇게 정확도를 높일 수 있었던 계기는 DGPS(Differential GPS, 상대측위)기법의 사용이다. DGPS는 정밀한 위치를 알고 있는 지점과 위치측정이 요구되는 지점에서 동시에 GPS 관측을 수행하고, 두 수신기에 수신된 반송파를 이용한 자료처리로 정밀도를 증가시키는 방법이다. DGPS 기법의 사용은 높은 정밀도를 요구하는 기준점 측량 등에 활용되고 있으나, 시간이 오래 걸려서 이동중인 물체의 위치를 추적하는데는 부적합하다.One reason for the increased accuracy is the use of DGPS (Differential GPS). DGPS is a method that performs GPS observation at the point where the precise position is known and the point where the position measurement is required, and increases the precision by processing the data using the carriers received by the two receivers. The use of the DGPS technique has been used for reference point surveying, which requires high precision, but it is not suitable for tracking the position of a moving object because it takes a long time.
광범위한 관측점의 정밀 좌표들을 빠른 시간내에 획득하기 위해서는 이동측량을 수행하는 동시에 후처리 자료처리 기법이 갖는 정밀도에 근접한 결과를 산출 할 수 있는 방법이 요구된다. 이러한 목적을 위해 개발된 것이 고정밀 이동측량 기법인 RTK(Real Time Kinematic, 실시간 이동측위)로서, 이는 정밀한 위치를 확보한 기준점의 반송파 오차 보정치를 이용하여 사용자가 실시각으로 수 cm의 정밀도를 유지하는 관측치를 얻을 수 있게 하는 기법이다. 오차보정을 위해 기준국에서 전송되는 데이터가 반송파 수신자료라는 것을 제외하고는 DGPS의 개념과 거의 유사하다.In order to obtain accurate coordinates of a wide range of observations in a short time, a method is needed to perform a mobile survey and to produce a result close to the precision of post-processing data processing techniques. Developed for this purpose, RTK (Real Time Kinematic) is a high-precision mobile surveying technique that uses a carrier error correction value of a reference point to secure a precise position. A technique that allows you to obtain observations. It is very similar to the concept of DGPS except that the data transmitted from the reference station for error correction is the carrier received data.
초기 수심측량은 2대의 토탈스테이션을 이용해 방향선을 설정하고 통신에 의하여 일정 계획선에 따라 선박을 조향하면서 측정하는 기술이 주를 이루다가 최근에 와서는 GPS에 의한 선박의 위치 해석법과 음향측심기를 사용하여 수심을 측정하는 기법이 적용되고 있다. 이 기법에서는 노트북의 RS-232통신포트에 GPS위치와 음측기의 수심정보를 수신하여 화면상에 표시하며, GPS의 위치해석과 수심정보의 통합 및 처리기술이 적용되고 있다. 측정된 데이터의 분석은 외국소프트웨어를 주로 사용해 왔으며, 근년에 국내에서 개발한 해양측량소프트웨어가 3-4종 시판되고 있다.The initial depth surveying technique consists mainly of setting the direction line using two total stations and measuring the ship while steering the ship according to a predetermined schedule by communication. The technique of measuring the depth by using is applied. In this technique, the GPS position and depth information of the instrument are received and displayed on the screen through the RS-232 communication port of the notebook, and the GPS position and depth information integration and processing technology is applied. The analysis of the measured data has mainly used foreign software, and in recent years, three to four kinds of marine survey software developed in Korea are commercially available.
무선통신 및 원격제어에 있어서는 RF모뎀에 의한 제어측정 부분은 이미 많이 발전되어 있기 때문에 무선통신 기반기술과 각종 모터에 대한 수치제어 기반기술은 이미 상당한 수준이라 할 수 있다. RF모뎀의 경우 가시범위인 약 2Km 이내에서 조향하는 모형선박과 항공기 등에 적용되는데 이 경우 가시가 불가능한 안개지역 또는 야간에는 조향을 할 수 없다는 단점이 있다. 최근에는 CDMA(Code Division Multiple Access, 부호 분할 다중 접속 방식)를 이용한 개인휴대통신이 상용화된 상태이며, 개선된 IMT2000은 현재 실용화 단계에 있다.In wireless communication and remote control, since the control measurement part by RF modem has already developed a lot, the wireless communication base technology and the numerical control base technology for various motors are already considerable. The RF modem is applied to model ships and aircraft that steer within the visible range of about 2 km, in which case it is impossible to steer in the invisible fog area or at night. Recently, personal mobile communication using Code Division Multiple Access (CDMA) has been commercialized, and the improved IMT2000 is currently in practical use.
<국외기술동향><Overseas Technology Trends>
국외에서도 무인 원격체를 이용하여 정보를 취득하는 사례는 드물며, 로봇선을 제작한 사례는 조사되지 않고 있다. 본 연구의 핵심 기술인 GPS, 수심측량, 무선통신 및 원격제어에 관련된 기술은 국내의 사정과 별 차이가 없다. GPS와 수심측량은 현재 기술개발보다는 실용화 단계로서 하드웨어의 국산화는 미비한 점이 있으나, 데이터 취득 및 분석에 대해서는 국내와 국외의 수준차이가 거의 없다고 할 수 있다. 또한 무선통신의 경우는 국외보다 오히려 국내의 기술 수준이 높아 외국으로 수출하고 있다. 다만 원격제어 및 로봇을 활용한 기술은 아직 세계시장을 주도하지 못하고 있다. 이에 대한 기술 동향을 사례 중심으로 살펴보면 다음과 같다.There is a rare case of obtaining information using an unmanned remote system from abroad, and cases of robotic ships have not been investigated. The technologies related to GPS, depth surveying, wireless communication and remote control, which are the core technologies of this study, are not different from domestic circumstances. GPS and depth surveying are in practical use rather than technology development, and localization of hardware is insignificant, but there is little difference between domestic and foreign level in data acquisition and analysis. In addition, wireless communication is exported to foreign countries because of its high level of domestic technology rather than abroad. However, technologies using remote control and robots are not yet leading the global market. The technical trends regarding this are as follows.
1982년 레바논 전쟁에서 이스라엘 공군은 무인항공기를 이용하여 레이더 기지를 파악한 후에 공격함으로써 큰 성과를 거두었다. 그러나, 이 경우는 무인기가 직접 정보를 취득한 것이 아니라, 레이더 기지에서 미사일을 발사하도록 유도한 표적 역할을 한 것에 불과하다. 이를 계기로 미국도 본격적인 무인항공기 개발을 추진하게 되었으며, 사전에 입력된 자료에 의해 임무를 수행하는 비행체와 무선 통제에 의해 임무를 수행하는 비행체를 포함하고 있다. 초기에는 무인기를 무기체계의 시험이나 훈련을 위한 표적용으로 사용하였으나 현재는 그 용도가 넓어져 정찰/관측/감시/표적획득/기만/전자전/공격용 등 다목적으로 개발되고 있다.During the Lebanese War in 1982, the Israeli Air Force achieved great results by using radar to identify and attack radar bases. In this case, however, the drone did not acquire information directly, but merely served as a target to guide missiles from the radar base. As a result, the U.S. has also begun to develop unmanned aerial vehicles, including those that perform missions based on pre-input data and those that perform missions by radio control. In the early stages, drones were used as targets for testing and training weapon systems, but now they are widely used for reconnaissance, observation, surveillance, target acquisition, deception, electronic warfare, and attack.
현재 미해군에서는 지뢰추적 수중 무인 잠수함을 개발 중에 있다. 2004년 말 에 완성될 예정인 무인 잠수함은 조이스틱이나 컴퓨터 단말기로 조정자에 의해 원격 조정되어 쉽게 지뢰를 찾아내는 지능 시스템과 수중 로봇 마이크로 시스템으로 구성된다.The US Navy is currently developing a mine-tracking underwater unmanned submarine. The unmanned submarine, scheduled for completion in late 2004, consists of an intelligent system that can be remotely controlled by a coordinator with a joystick or computer terminal and easily detects mines and an underwater robotic microsystem.
일본에서는 1996년에 건설차량의 무인운전 시스템을 개발하였다. 후지다사가 개발한 자율주행시스템은, GPS에 의한 리얼타임 키네마틱 기법과 독자적인 자동운전제어기구를 조합하여 반경 10m를 포함한 곡선코스를 설정해 주행시험을 수행하였으며, 고속주행시의 적용검증(시속 10㎞)을 진행하는 한편, 실용화를 서두르고 있다.In 1996, Japan developed an unmanned operation system for construction vehicles. The autonomous driving system developed by Fujida Co., Ltd. conducted a driving test by setting a curve course including a radius of 10 m by combining a real-time kinematic technique using GPS with a unique automatic driving control mechanism. ), While rushing to commercialization.
이상에서 살펴본 바와 같이 국내외 기술동향을 분석한 결과, 이하 실시 되는 본 발명의 로봇선에 의한 수심정보취득에 대한 사례를 찾아보기 힘들었으며 독창적인 시스템으로 판단된다.As described above, as a result of analyzing domestic and foreign technical trends, it is difficult to find a case for obtaining depth information by the robot ship of the present invention, which is performed below, and it is judged as an original system.
본 발명의 핵심기술 중에서 GPS 및 수심측량은 하드웨어의 국산화가 미비한 점이 있으나, 이를 이용한 정보의 취득 및 분석에서는 이미 해외 선진국의 기술과 별 차이가 없으며, 무선통신은 세계 기술시장을 주도적으로 선도하는 상황이다. 원격제어 및 로봇 활용기술은 아직 세계기술시장을 주도하고 있지는 못하지만 기반 기술은 확보된 상태이다. 각 분야별 기술들은 세계 기술수준과 비교해도 손색이 없지만 다각도의 활용이 부족한 상태이다. 기술의 복합응용은 기존의 분야별 기술개발에 비해 몇 가지의 장점을 도출할 수 있으며, 응용범위도 넓힐 수 있다. Among the core technologies of the present invention, GPS and depth surveying have inadequate localization of hardware. However, the acquisition and analysis of information using the same is not much different from that of foreign developed countries, and wireless communication is leading the global technology market. to be. Although remote control and robot utilization technology do not lead the global technology market yet, the foundation technology is secured. The technologies in each field are comparable to the world's technology level, but the utilization of various angles is insufficient. The complex application of technology can derive several advantages over existing field technology development, and can extend the scope of application.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안한 것으로서, 원격측정 로봇선은 DGPS(Differential GPS, 상대측위)를 이용한 자동화 유도방법에 의하여 정형화된 정보를 취득하므로 신뢰도를 향상시킬 수 있고, 필요한 장비들을 내장하고 있으므로 장비설치나 매개변수 설정 작업이 필요 없으며, 지역이나 환경 조건에 제약을 받지 않고 필요한 정보를 취득할 수 있는 시스템을 제공함을 목적으로 하고. The present invention has been made in view of the above problems, and since the telemetry robot ship obtains standardized information by an automated induction method using DGPS (Differential GPS, relative positioning), reliability can be improved and necessary equipments are built in. It does not require any equipment installation or parameter setting, and aims to provide a system that can acquire necessary information without being restricted by local or environmental conditions.
또한 취득한 정보들은 무선 인터넷에 의해 자동으로 서버에 저장되므로 데이터 입력오류 또는 분실 등의 문제점도 해결할 수 있는 자동화된 측정 장비로 효과적이고 정확한 수심측량 및 해저지형정보의 획득 할 수 있도록 된 시스템을 제공함을 목적으로 하며, 더불어 본 발명은 로봇선을 초 소형화하여 승용차의 트렁크에 탐재될 수 있도록 하여 이동이 자유롭게 함으로서 산간지방의 호수, 저수지, 강, 하천 등의 수심과 지형을 저렴한 경비로 간단 용이하게 측량할 수 있도록 함을 목적으로 한 것이다.
In addition, since the acquired information is automatically stored in the server by the wireless Internet, it is an automated measurement equipment that can solve problems such as data input error or loss, and provides a system that can effectively and accurately acquire depth surveying and submarine topographical information. In addition, the present invention is to easily survey the depth and terrain of mountainous lakes, reservoirs, rivers, rivers, etc. by easily miniaturizing the robot ship to be interrogated in the trunk of the passenger car at low cost to easily survey The purpose is to make it possible.
이와 같이된 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the present invention as described in detail as follows.
해저의 수심을 측량하기 위한 수심측량조사장치가 탐재 된 무인선박을 이용한 해상측량 장치에 있어서,In the offshore surveying apparatus using an unmanned ship surveyed with a depth surveying apparatus for surveying the depth of the seabed,
DGPS 위성정보를 이용한 위치정보 및 취득한 정보의 수신, 처리, 관리를 무선으로 로봇선(10)을 제어 할 수 있도록 된 중앙통제부(30)와;A
상기 DGPS 위성정보를 수신하는 GPS 수신부 및 해저의 수심정보를 취득하는 음향측심기(Echosounder)를 갖는 로봇선과;A robot ship having a GPS receiver for receiving the DGPS satellite information and an echo sounder for acquiring depth information of the seabed;
상기 로봇선에서 취득한 정보의 수신, 처리, 관리 및 로봇선의 위치를 원격으로 제어할 수 있도록 부호분할 다중 접속방식(CDMA:Code Division Multiple Access)으로 이루어진 통신수단과;Communication means comprising a code division multiple access (CDMA) method for receiving, processing, managing information obtained from the robot ship and remotely controlling the position of the robot ship;
상기 통신수단에 의한 무선인터넷과 DGPS를 이용하여 원격조정 할 수 있도록 데이터를 갖는 서버 및 그 데이터를 다운로딩 할 수 있도록 하는 PC로 이루어진 수심 원격측정 시스템을 특징으로 한다.It is characterized by a depth telemetry system consisting of a server having data to download the data and a server having data for remote control using the wireless Internet and DGPS by the communication means.
상기 로봇선은 해저의 수심을 측정하는 음향측심기(Echosounder)와, 속도와 방향을 제어하는 속도제어모터 및 방향제어 모터와, 위성정보를 수신할 수 있도록 안테나로 이루어진 GPS 수신부와, The robot ship includes an echo sounder for measuring the depth of the seabed, a speed control motor and a direction control motor for controlling speed and direction, and a GPS receiver configured to receive satellite information;
상기 음향측심기, 속도제어모터 및 방향제어 모터,안테나 수신부의 입출력신호를 제어하는 중앙제어부와, A central controller for controlling input and output signals of the sound echo receiver, a speed control motor, a direction control motor, and an antenna receiver;
상기 중앙제어부의 신호를 외부로 입출력할수 있도록 PDA를 구비하여 무인 원격제어할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.It is characterized in that it is configured to enable unattended remote control by having a PDA to input and output the signal to and from the central control unit.
상기 GPS 수신부는 위성으로부터 수신한 정보를 RTCM를 보정하고 보정된 정보를 다시 위치데이터 위치보정후 NMEA 메세지, 필요한 문자분리, 좌표변환, 통신규약에 따른 데이터작성을 실시하여 중앙제어부로 보내어지도록 GPS 정보변환모듈로 이루어진 것을 특징으로 한다. The GPS receiver corrects the RTCM information received from the satellite and corrects the corrected information to the position data, and then corrects the position data and performs data generation according to the NMEA message, necessary character separation, coordinate transformation, and communication protocol, and sends the GPS information to the central controller. Characterized in that consisting of a conversion module.
상기 음향측심기는 측정데이터, 항목별 데이터분리, 수심데이터 축출, 통신규약에 따른 데이터 작성을 작성한 신호를 중앙제어부에 보내도록 음향측심기 정 보변환 모듈로 이루어진 것을 특징으로 한다. The echo sounder is characterized in that the echo sounder information conversion module is configured to send a measurement data, data separation by item, extracting the depth data, data prepared according to the communication protocol to the central control unit.
상기 제어부는 로봇선의 상태확인 및 처리모듈과, 이동계획경로 설정 모듈, 도형편집모듈로 이루어진 위치정보 데이터 처리부와, 로봇선의 제어, 데이터전송, 속도 및 방향전환 제어, 코드문자 수치적으로 역변환 수단을 갖는 제어 명령부로 구성된 것을 특징으로 한다.The control unit comprises a position information data processing unit consisting of a status check and processing module of the robot ship, a movement plan path setting module, a figure editing module, control of the robot ship, data transmission, speed and direction change control, and code character numerically inverse converting means. It is characterized by having a control command unit having.
상기 통신수단은 로봇선과 제어국의 입출력신호 제어를 리모콘 콘트롤러로 원격조정할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.The communication means is configured to remotely control the input / output signal control of the robot ship and the control station with a remote controller.
상기 통신수단은 로봇선과 제어국의 인출력신호 제어를 휴대폰으로 원격조정할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다. The communication means is configured to remotely control the in-output signal control of the robot ship and the control station with a mobile phone.
상기와 같이 이루어진 인터넷 및 무선원격 조정 시스템으로 이루어지는 무인 로봇선의 구성을 살펴보면,Looking at the configuration of the unmanned robot ship made of the Internet and wireless remote control system made as described above,
로봇선(10)은 선수에는 속도제어모터 및 방향제어 모터와 엔지부가 내장되도록 수납부를 형성하고 수납부 상부에 내부의 엔진부를 확인할 수 있도록 덮개(12)를 구비하며, 선미에는 일측이 개방된 공간부(13)가 형성되어 해저의 수심을 측정하는 음향측심기(Echosounder)(14)와, 속도와 방향을 제어하는 속도제어모터(15) 및 방향제어 모터(16)와, 위성정보를 수신할 수 있도록 안테나로 이루어진 GPS 수신부(17)가 구성된 선체(11)와; The
상기 선체의 공간부(13) 선미 저면에는 로봇선(10)전진과 조타할 수 있도록 된 다수의 방향키(21)(21')및 스크류(22)(22')와;A plurality of direction keys (21) (21 ') and screws (22) (22') on the bottom surface of the stern space (13) of the hull to steer and move the robot ship (10);
상기 음향측심기, 속도제어모터 및 방향제어 모터, GPS 수신부(17)의 입출력 신호를 제어하는 중앙제어부(18)와;A
상기 중앙제어부(18)의 신호를 외부로 입출력할 수 있도록 PDA(19)를 구비하여 무인 원격제어할 수 있도록 로봇선(10)이 구성된 것을 특징으로 한다.The
상기 방향키는 상단부에 위치한 횡봉(23)의 양측단부에 연결되어 힌지부(24)를 구성하고, 선미 양측의 지지대(25)(25')에 지지되어 방향제어 모터와 회전와이어로 연결되어 조타될 수 있도록 구성된다.The direction keys are connected to both end portions of the
상기 스크류는 선미 하단에 양측에 설치되어 속도제어모터와 회전 와이어로 연결되어 로봇선의 속도를 조절할 수 있도록 구성된다. The screw is installed on both sides at the bottom of the stern is connected to the speed control motor and the rotation wire is configured to adjust the speed of the robot ship.
이와 같이 구성된 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the embodiment of the present invention configured as described above in detail.
먼저 수심 또는 지형을 측량하고자 하는 하천, 저수지, 호수, 강, 바다 중 한곳에 로봇선을 띄운다.First, a robot ship is placed in one of the rivers, reservoirs, lakes, rivers and seas where you want to survey the depth or terrain.
이때 로봇선을 조정하기 위한 제어국 즉 중앙통제부는 인근의 차량 또는 사무실이 될 수 있다.At this time, the control station for adjusting the robot ship, that is, the central control unit may be a nearby vehicle or office.
따라서 중앙통제부(30)에서는 PC에 저장된 프로그램을 이용하여 로봇선을 운행할 수 있다. 이때 PC에 입력된 프로그램과 로봇선의 중앙제어부는 상호 호안 운영되도록하는 것은 당연하다. Therefore, the
본 발명의 로봇선(10)은 선수 즉 선체의 앞부인 내부 수납부에는 속도제어모터(15)와 방향제어 모터(16)와 기타 구동부인 엔지부가 내장되도록 하였다.In the
상기 수납부에는 속도제어모터(15)와 방향제어 모터(16)이외에 기어와 각종 부품이 수납부에 내장되는 이들의 구성품 들을 일일이 설명하는 것은 생략한다.In addition to the
상기 선체의 선수에 내장된 속도 제어 모터(15)는 케이블에 연결되어 선미의 저부 양측에 설치된 스크류(22)(22')와 연결되도록 하였다.The
상기 속도제어모터(15)는 스크류(22)(22')의 고속회전과 저속회전의 전달을 통상의 동력전달 케이블을 연결하여 제어할 수 있도록 하였다.The
또한 방향제어 모터(16) 역시 선미의 양측에 설치된 방향키(21)(21')에 각각 동력 전달 케이블을 연결시켜 방향키를 조정(조타)할 수 있도록 하였다.In addition, the
상기 선미 양측에 설치된 방향키(21)(21')는 상부에 횡봉(23)을 설치하여 양측 말단부와 방향키(21)(21')가 연결되는 부분에 힌지부(24)를 구성하여 중앙통제부에서 로봇선의 방향을 조정시 송출된 신호가 선체의 중앙 제어부(18)에 입력되고, 중앙 제어부는 방향제어 모터에 명령신호를 보내어 원하는 방향으로 조타시킬 수 있도록 하였다.The
이때 방향제어 모터에 의해 연결된 회전 와이어가 양측 방향키 중 어느 일측을 당기거나 밀면 방향키 상부에 연결된 횡봉에 의해 2개의 방향키는 지시된 일측으로 회전되어 각도를 유지함으로서 로봇선의 선체는 원하는 방향으로 조탈 될 수 있게된다.At this time, when the rotating wire connected by the direction control motor pulls or pushes one side of the direction keys, the two direction keys are rotated to one side indicated by the side bars connected to the upper direction keys to maintain the angle so that the hull of the robot ship can be disassembled in the desired direction. Will be.
또한 선미 중앙부에는 선체의 길이 방향으로 공간부를 형성하고 이의 공간부에는 다수의 롤러(26)을 설치하고 공간부(13)에는 해저의 수심을 측정하는 음향측심기(Echosounder)(14)를 설치하되 상기 음향측정기는 상부가 지지패널(27)에 고정되고 지지패널(27) 양측은 밸트 또는 타이밍벨트에 연결되어 다수의 롤러(26)에 안내되도록 지지되어 중앙통제부에서 원격으로 음향측심기(14)를 공간부(13) 내의 거 리에서 이동시킬 수 있도록 하였다.In addition, the center portion of the stern is formed with a space in the longitudinal direction of the hull, and a plurality of
상기와 같이 구성된 로봇선(10)은 모든 입력 정보를 위성정보로 수신할 수 있도록 선체에 설치된 GPS 수신부(17)에 의해 입력된 정보는 선체의 중앙 제어부(18)에서 명령을 출력할 수 있도록 하였다. The
상기 선체의 일측에는 중앙제어부(18)의 신호를 외부로 입출력할 수 있도록 PDA(19)를 구비하여 제어국인 중앙통제부(30)에서 무인 원격제어 할 수 있도록 로봇선(10)이 구성된 것이다. One side of the hull is equipped with a PDA (19) to input and output the signal from the
이상과 같이 이루어진 본 발명의 로봇선과 이를 조정하기 위한 원격조정 시스템을 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the robot ship of the present invention made as described above and the remote control system for adjusting it in detail as follows.
1. 원격측정 로봇선1. Telemetry robot ship
1)로봇선의 선체개발1) Development of hull of robot ship
<선체설계 및 안정성><Hull Design and Stability>
먼저 본 발명에서 사용된 무인 로봇선을 살펴보면, 로봇선의 선체는 각 모듈의 성능적인 측면, 장비의 안정성, 탑재할 장비들의 무게 등을 고려하여 설계하였으며, 설계조건은 다음과 같다.First, referring to the unmanned robot ship used in the present invention, the hull of the robot ship was designed in consideration of the performance aspects of each module, the stability of the equipment, the weight of the equipment to be mounted, the design conditions are as follows.
⊙ 선체 길이 : 1.5m 이하⊙ Hull length: 1.5m or less
⊙ 선박 속도 : 12km/h 이상⊙ ship speed: more than 12km / h
⊙ 선회 반경 : 5m 이내⊙ Turning radius: within 5m
⊙ 작동 시간 : 최소 2시간 이상에서 최대 4시간 이상 작동되도록 설계하였다.⊙ Operating time: It is designed to operate at least 2 hours and at least 4 hours.
또한 해양 및 연안의 수심측량은 측량법에 의하여 파고 1m 이내에서 측정하도록 규정되어 있는 점을 감안하여 로봇선은 운반이 용이하도록 가급적 소형이면서도, 측량법에 규정된 범위 내에서 안정적으로 이동할 수 있도록 설계하였다.In addition, considering that sea and coastal depth surveying is to be measured within 1m by surveying method, the robot ship is designed to be as small as possible to move easily and to move stably within the range specified by surveying method.
로봇선의 속도는 시속 12km 이상이 되도록 설계하였다. 수심 측량시 선박의 속도에 대한 규정은 있지 않으나, 너무 느릴 경우 일일 작업량이 적어 효율성에 문제가 발생할 수 있으며, 너무 빠를 경우 수심측정 데이터의 정확도가 떨어지는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, GPS, Echosounder 및 통신장비를 적재하고도 원하는 지점까지 수심측정에 적절한 속도로 이동할 수 있도록 설계하였다.The speed of the robot ship is designed to be over 12km per hour. There is no regulation on the speed of ships when surveying depths, but if it is too slow, there may be problems with efficiency due to less daily work, and too fast may cause problems with inaccurate depth data. Therefore, the GPS, echo sounder and communication equipment are loaded so that they can move at the proper speed for depth measurement to the desired point.
또한 본 발명의 로봇선(10)의 선회반경은 5m 이내가 되도록 설계하였다. 측량법에 규정된 측정간격은 음향측심기(14)를 이용할 경우, 20m ∼ 100m 이므로 선회반경은 최소 10m 이내이어야 한다. 따라서 로봇선을 이용한 수심측량은 선박이 소형이라는 점을 최대한 살려 선회반경이 규정의 절반인 5m 이내가 되도록 설계하였다.In addition, the turning radius of the
또한 작동시간은 최소 2시간 이상, 최대 4시간 이상이 되도록 설계하였다. 작동시간이 짧게 되면 연료 충전 및 측정지점으로의 이동에 시간이 소요되므로, 일일 작업량이 적어지게 된다. 따라서, 작동시간이 2시간 이상이 되도록 설계하여 오전과 오후에 각각 1번의 연료충전으로 작업을 지속할 수 있도록 설계하였다.In addition, the operating time is designed to be at least 2 hours, and at least 4 hours. Shorter run times take longer to fill and transfer to the measuring point, resulting in less daily work. Therefore, the operating time is designed to be more than 2 hours, so that the work can be continued with one fuel charge each morning and afternoon.
<선체제작 및 운동성 검토><Hull Production and Mobility Review>
본 발명의 로봇선의 선체는 설계 조건을 충족할 수 있도록 제작하였다. 전복에 따른 위치정보 손실 및 장비의 결손 등을 사전에 방지하고, 안정적인 조향을 할 수 있도록 물리-역학적인 측면을 고려하였다. The hull of the robot ship of the present invention was manufactured to satisfy the design conditions. The physical-mechanical aspects were considered to prevent the loss of location information and the loss of equipment due to the rollover and to provide stable steering.
즉, 무게의 중심을 안정적으로 배치할 수 있도록 하고, 선박의 폭을 크게 하여 측량법에 규정된 범위 내에서 안정적인 작업이 가능하도록 로봇선(10)을 제작하였다. 선체의 제원은 표 1과 같다.That is, the
상기 표1에서 알 수 있듯이 전장과 전폭의 비는 약 2:1 정도로 전장에 비해 전폭을 넓게 하였으며, 전장과 전고의 비는 약 3:1 정도로 전장에 비해 전고를 낮게 하여 바람 및 파도의 영향을 최소한으로 할 수 있도록 제작하였다. 선체의 재질은 충격에 강한 FRP(Fiber Reinforced Polyester, 강화 플라스틱 섬유)로 제작하여 파손에 대비하였다. As can be seen in Table 1, the ratio of the full length and the full width was wider than the full length of about 2: 1, and the ratio of the full length and the total height was about 3: 1 lowering the total height compared to the full length to influence the wind and waves. Made to be minimal. The hull material is made of impact resistant FRP (Fiber Reinforced Polyester) to prevent damage.
또한 선체는 소형선 두 대를 연결한 쌍동선의 형태가 되도록 후미 중앙부에 공간부(13)를 형성하고 이의 공간부에는 해저의 수심과 지형을 측량할 수 있도록 된 음향측심기(14)가 설치되도록 제작하여 안전성을 확보하고, 로봇선의 선체(11) 전면부에는 장비들을 내부에 장착할 수 있도록 제작하였다. 이렇게된 본 발명의 로봇선은 선수부분부터 중간부분까지는 밑부분과 윗부분을 연결하여 이동시 공기 및 물에 의한 저항을 최소화할 수 있도록 제작하였으며, 내부에 내연엔진과 연료탱크를 적재하였다. 선미 중앙에는 GPS 수신기 및 Echosounder의 컨트롤러를 장착하여 무게중심이 선수나 선미 한쪽으로 치우치지 않도록 하였다. 또한 로봇선의 추진 스토크를 크게 두어 바람 등 외부 영향을 최대한 줄일 수 있도록 하였다. 추진 스토크를 크게 하기 위하여 소형의 내연엔진을 장착함으로써 GPS, Echosounder 등의 정보획득 장비와 CDMA 무선모뎀 등의 통신장비를 적재하고도 설계속도를 충족할 수 있도록 하였다. In addition, the hull is formed so as to form a catamaran that connects two small ships to form a
또한 엔진부를 수납한 몸체상부에는 덮개(12)를 설치하고 유선형으로 제작하여 이동시 공기의 저항을 줄일 수 있도록 하였으며, 방열을 위하여 앞부분에 바람이 들어올 수 있도록 공기 흡입구를 제작하였다.In addition, the upper part of the body housing the engine portion was installed in the
선미부분은 쌍동선 내부에 모터를 설치하고, 전자장비 및 배선과 스크류를 회전시키는 회전와이어가 상호간의 작동에 방해가 되지 않도록 키를 설치할 수 있는 지지대와 스크류가 바깥으로 돌출되었으며, 키는 물살을 가르기 위해 날카롭게 제작되었기 때문에 안전사고에 대비하여 작업중지시에는 분리할 수 있도록 제작하였다. The stern part has a motor installed inside the catamaran wire, and a support and a screw protruding outward so that the rotating device that rotates the electronic equipment and wiring and screw do not interfere with each other. It is manufactured so that it can be separated when work is stopped for safety accidents.
또한, 쌍동선의 형태를 유지하면서 장비를 적재할 수 있도록 장비적재함을 설치하였다. 장비적재함에는 GPS, Echosounder 및 통신장비를 적재할 수 있다. In addition, the equipment loading box was installed so that the equipment can be loaded while maintaining the shape of the catamaran. Equipment stacker can be loaded with GPS, echo sounder and communication equipment.
덮개와 적재함은 방수처리하고, 내부를 부드러운 완충재로 채우고 적재되는 장비의 모양과 같은 공간을 두어 충격을 받지 않도록 제작하고 있으며, 덮개를 덮으면 완전방수될 수 있도록 하였다.The cover and loading box are waterproof, filled with soft cushioning material, and placed in the same space as the shape of the equipment to be protected from impact, and the cover is completely waterproof.
2) 로봇선 정보변환모듈 개발2) Robot ship information conversion module development
<GPS 정보변환모듈><GPS information conversion module>
본 발명의 GPS를 이용한 이동체의 위치측정에 대한 연구는 국내외에서 활발히 수행 중에 있다. 본 발명에서는 DGPS 기법중에서 고정밀 실시간 이동측위기법인 RTK OTF(Real Time Kinematic On The Fly, 실시간 동적측위)기법을 사용하였다.Research on the position measurement of the moving object using the GPS of the present invention is being actively performed at home and abroad. In the present invention, RTK OTF (Real Time Kinematic On The Fly) technique, which is a high-precision real-time mobile positioning technique, is used in the DGPS technique.
GPS는 여러 가지 오차를 포함하고 있으며 사이클 슬립(Cycle slip)이나 다중경로(Multi-pass) 등 오차를 유발시키는 요인을 잠재하고 있다. 그러나 GPS는 시간, 시야, 기후에 제약이 적으며 휴대가 편리하고 상대적인 위치측정이 상당히 정확하기 때문에 이동체의 위치추적에 이용되고 있다. GPS contains various errors and latent factors causing errors such as cycle slip and multi-pass. However, GPS has been used for tracking the position of a moving object because it is less constrained by time, field of view, and climate, is portable, and its relative positioning is quite accurate.
또한 GPS는 1초마다 한번씩 위치를 측정하므로 이동하는 물체의 경우 이동 경로 및 위치를 확인할 수 있다. 이러한 방법을 응용하여 이동체의 실시간 위치를 측정하고 측정된 위치 좌표를 수치지도 상에 표시함으로써 위치를 추적할 수 있게 된다.In addition, GPS measures the position once every second, so that the moving path and the position of the moving object can be checked. By applying this method, the position can be tracked by measuring the real-time position of the moving object and displaying the measured position coordinates on the numerical map.
GPS의 신호 체계상 반송파에 의한 위치결정 방법이 코드에 의한 위치결정보가 정밀도 측면에서 큰 이득을 주지만, 반송파에 의한 단독측위 역시 후처리 상대측위 기법보다는 정밀도가 떨어지는 단점을 가지고 있다. In the GPS signal system, the positioning method based on the carrier has a large gain in terms of accuracy in terms of accuracy, but the single positioning based on the carrier is also less accurate than the post processing relative positioning method.
또한 광범위한 관측점의 정밀 좌표들을 빠른 시간내에 획득하기 위해서는 이동측량을 수행하는 동시에 후처리 자료처리 기법이 갖는 정밀도에 근접한 결과를 산출할 수 있는 방법이 요구된다. In addition, in order to obtain accurate coordinates of a wide range of viewpoints in a short time, a method that can perform a mobile survey and produce a result close to the precision of post-processing data processing techniques is required.
이러한 목적을 위해 개발된 것이 DGPS(Differential GPS, 상대측위) 기법이다.Developed for this purpose is the DGPS (Differential GPS) technique.
DGPS 기법은 두 대 이상의 GPS 수신기를 이용하는 기법으로서, 한 대의 수신기는 위치정보를 알고 있는 기지국(Reference)에 설치하고, 다른 한대는 위치를 알고자 하는 지점으로 이동하는 이동국(Rover)이 되며, 두 대의 수신기는 똑같은 신호를 독립적으로 수신하기 때문에 발생하는 오차가 같게 된다. DGPS is a technique that uses two or more GPS receivers. One receiver is installed in a base station (Reference) where location information is known, and the other is a mobile station (Rover) moving to a point where the location is desired. Since the receivers receive the same signal independently, the error is the same.
기지 점에서는 수신된 신호를 분석하여 오차 발생요인을 파악하고 오차보정정보를 이동국에 전송하면, 이동국에서는 보정정보를 이용하여 정확한 위치정보를 획득하게 된다. The known point analyzes the received signal to identify the error occurrence factor and transmits the error correction information to the mobile station, and the mobile station acquires the correct position information using the correction information.
이러한 DGPS 기법은 정지측위 및 이동측위에 모두 사용되며, 데이터의 보정도 실시간 처리, 후처리 등의 방법으로 이루어진다. DGPS 기법 중의 하나인 실시간 이동 측위 기법은 정밀한 위치를 확보한 기준점의 반송파 오차 보정치를 이용하여 사용자가 실시각으로 수 cm의 정밀도를 유지하는 관측치를 얻을 수 있게 하는 것이다. This DGPS technique is used for both stationary and mobile positioning, and data correction is also performed by real-time processing and post-processing. One of the DGPS techniques, the real-time moving positioning technique, enables the user to obtain observations that maintain a precision of several centimeters in real time by using a carrier error correction value of a reference point having a precise position.
실시간 이동측위기법의 기본 개념은 오차보정을 위해 기준국에서 전송되는 데이터가 반송파 수신자료라는 것을 제외하고는 DGPS의 개념과 거의 유사하다. 다만 실시간 이동측위기법은 각 위성에 대한 반송파 측정치를 지속적으로 제공하여야 하고, 정보의 전송 장애로 발생할 수 있는 오차의 한계가 DGPS보다 상대적으로 크기 때문에 보다 안정적이고도 신속한 정보 전달 통신 시스템이 요구된다.The basic concept of real-time mobile positioning technique is very similar to that of DGPS except that the data transmitted from the reference station for error correction is the carrier received data. However, the real-time mobile positioning technique must continuously provide carrier measurements for each satellite, and a more stable and faster information transfer communication system is required because the limit of errors that can occur due to information transmission disturbance is larger than that of DGPS.
GPS의 모호정수를 구하기 위해서 최소한 5개의 위성이 기준국과 이동국에서 관측되어야 하며, 4개의 위성을 관측할 경우 정확도는 미터정도가 된다. 한번 모호정수가 풀리고 나면 1∼2cm정도의 정확도가 될 것이며, 이때부터 GPS시스템은 4개 의 위성으로 원하는 정도로 기능을 수행하고 만약 위성의 수가 4이하로 떨어지면 코드만으로 해석을 한다.At least five satellites must be observed at the reference and mobile stations to obtain the ambiguity of the GPS. When four satellites are observed, the accuracy is about a meter. Once the ambiguity constant is solved, the accuracy will be about 1 ~ 2cm. From this time, the GPS system performs the desired function with 4 satellites. If the number of satellites falls below 4, only the code is interpreted.
실시간 측정에 있어 Kinematic기법의 경우 모호정수를 구하기 위하여 기지점에서 초기화가 필요하고, 이동국 수신기의 측점들을 이동할 경우 모든 위성의 신호 단절이 없어야만 측정이 가능하다. In the real-time measurement, Kinematic technique requires initialization at the known point to obtain the ambiguity constant, and when moving the stations of the mobile station receiver, it is possible to measure only when there is no signal disconnection of all satellites.
그러나 OTF 측위기법은 정지측위에 의한 초기화가 필요하지 않고 관측시작부터 즉시 이동할 수 있으며 모호정수가 측정 중에 결정된다.However, OTF positioning technique does not require initialization by stationary positioning and can move immediately from the start of observation, and the ambiguity constant is determined during measurement.
<로봇선 위치추적 및 유도를 위한 적용><Application for Robot Line Location Tracking and Guidance>
본 발명에서는 로봇선의 위치를 추적하고 위치 및 수심 정보를 획득하고자 하는 지점으로 로봇선을 보내기 위하여 GPS 정보변환모듈을 개발하였다. 연구에 사용된 GPS는 일본 TOPCON 사의 Legacy-H 모델로서 제원은 표 2와 같다. In the present invention, the GPS information conversion module has been developed to track the position of the robot ship and send the robot ship to the point to obtain the position and depth information. The GPS used in this study is the Legacy-H model of TOPCON, Japan. The specifications are shown in Table 2.
본 발명은 GPS 정보변환 모듈은 로봇선의 GPS에서 획득한 위성신호와 기준국에서 보내오는 보정신호를 이용하여 정밀한 3차원 위치좌표를 획득할 수 있도록 개발하였다. The present invention has been developed to the GPS information conversion module to obtain a precise three-dimensional position coordinates by using the satellite signal obtained from the GPS of the robot ship and the correction signal from the reference station.
따라서 로봇선의 GPS에서 수신한 위성신호는 센서에서 NMEA(The National Marine Electronics Association, 국제 해양전자공학 협회) 0183 표준 메시지의 형태로 출력되는데, 3차원 위치좌표, 위성상태 등 매우 다양한 정보를 포함하고 있 다. 이러한 NMEA 메시지는 RS232 통신 포트를 통하여 PDA에 곧바로 입력되고, 위치좌표, 속도, 방향 등 수심측정과 로봇선의 이동제어에 필요한 정보를 분리하도록 개발하였다. 도 2는 GPS 데이터의 처리과정을 나타낸 GPS 데이터 프로세스이고, 도3은 개발한 GPS 정보변환모듈의 실행화면이다.Therefore, the satellite signal received from the GPS of the robot ship is output from the sensor in the form of NMEA (The National Marine Electronics Association) 0183 standard message, which contains a wide variety of information such as 3D position coordinates and satellite status. All. These NMEA messages are directly input to the PDA through the RS232 communication port and developed to separate the information necessary for depth measurement such as position coordinates, speed and direction, and the movement control of the robot ship. 2 is a GPS data process showing a GPS data processing process, and FIG. 3 is an execution screen of the developed GPS information conversion module.
이때 OTF 기법을 이용하여 이동체의 위치를 실시간으로 추적할 때 중요한 문제는 짧은 시간 안에 최소한의 오차로 위치정보를 획득해야 한다는 것이다. 이를 위해서는 기준국에서 정밀정지측위기법을 이용하여 GPS의 위성신호를 정확히 분석하고 이동체에 이 정보를 보내줌으로써 가능하다. At this time, an important problem when tracking the position of a moving object in real time using the OTF technique is that the position information must be acquired with a minimum error in a short time. This can be done by precisely analyzing the satellite signals of the GPS using the precise stationary positioning technique at the reference station and sending this information to the mobile.
이러한 보정정보는 RTCM(Radio Technical Commisstion for Maritime Service, 해상서비스를 위한 라디오 기술)이라는 일정한 포맷에 의해 송신하도록 표준화되었다. 또한 이동체에서 보내오는 정보를 분석하여 정확한 위치를 파악하는 것이 중요하다. This calibration information has been standardized for transmission by a certain format called Radio Technical Commisstion for Maritime Service (RTCM). In addition, it is important to determine the exact location by analyzing the information sent from the moving object.
이동체에서 보내오는 정보는 NMEA라고 하는 표준화된 규약에 의해 전송된다. 따라서 이동체의 정확한 위치파악을 위해서는 RTCM 및 NMEA에 대한 분석이 필요하다. The information from the mobile is transmitted by a standardized protocol called NMEA. Therefore, the analysis of RTCM and NMEA is necessary for accurate positioning of moving objects.
이러한 RTCM 및 NMEA와는 별도로 GPS에 의하여 획득된 위치정보는 지구 중심 좌표계인 WGS 84(World Geodetic System 84, 세계 측지 좌표계) 좌표계의 위치정보이므로 이를 우리나라 지도좌표인 TM(Transverse Mercator, 횡 메르카토르) 투영에 의한 평면좌표계로 변환해 주어야 한다. RTCM, NMEA, 좌표변환에 대한 내용을 살펴보면 다음과 같다.Apart from the RTCM and the NMEA, the location information acquired by GPS is the location information of the
RTCMRTCM 및 And NMEANMEA
기준국의 수신기와 이동국 수신기 사이의 보정 데이터 전송은 RTCM 특별위원회에 의하여 표준화 되어졌으며 RTCM SC-104 포맷으로 명명되었다. RTCM 2.0 버전(version)은 코드의사거리에 대한 보정거리를 포함하지만 2.1 버전은 측정된 반송위상에 대한 보정치를 포함하고 있다. The transmission of calibration data between the reference station receiver and the mobile station receiver has been standardized by the RTCM Special Committee and named in the RTCM SC-104 format. The RTCM version 2.0 includes the correction distance for the code range, while the 2.1 version contains the correction for the measured carrier phase.
이때 메시지의 형식은 거의 GPS 메시지 형식과 동일하며, 30 비트 워드(bit word)의 열로 구성되어져 있다. 각 메시지는 2워드 헤더로 시작한다. At this time, the format of the message is almost the same as the GPS message format, and is composed of a column of 30 bit words. Each message starts with a two word header.
첫 번째 워드는 고정 머리말과 메시지 형태 그리고 기준국의 명칭을 포함한다. The first word contains the fixed header, the message type and the name of the reference station.
두 번째 워드는 제트-카운터(Z-counter) 형식에서 기준시간표, 열번호, 메시지길이 그리고 기준국 상태 지표등을 포함한다. 1부터 17까지의 메시지는 두 RTCM 버전에서 이용되어지는 반면 각각 3개의 헤더를 포함하는 18에서 21까지의 메시지는 오직 2.1버전만 포함한다. 18과 20 메시지는 높은 정확도를 가진 위치정보를 포함하고 RTK 기법을 지원한다. The second word contains the timetable, column number, message length, and reference station status indicator in the Z-counter format.
마지막으로 메시지21의 형태는 메시지1의 형태와 유사하다. 그리고 RTCM 메시지의 몇몇은 NMEA형식과 유사하다Finally, the form of
아래의 표 3은 RTCM 메시지의 형식을 나타내는데, 기준국에서 정밀정지측위를 통해 분석한 보정정보와 측정정보들을 포함함으로써 이동체에서 짧은 시간동안 측정할 때 발생할 수 있는 오차를 최소화할 수 있도록 하였다.Table 3 below shows the format of the RTCM message, which includes correction information and measurement information analyzed by the precision stationary positioning at the reference station to minimize errors that may occur when measuring in the moving object for a short time.
상기 표3과 같는 정보 메세지인 RTCM 보정정보에 의하여 로봇선의 호출에 의하여 상호 접속 상태가 유지되면 기준국의 고정 GPS 수신기에 의하여 계산된 보정신호를 로봇선에 전송한다. 이어서 로봇선은 이 보정신호를 수신하여 로봇선 GPS 수신기에서 수신한 위성신호를 이용하여 위치산출에 이 보정값을 적용시킨다. When the interconnection state is maintained by the call of the robot ship by the RTCM correction information as the information message as shown in Table 3, the correction signal calculated by the fixed GPS receiver of the reference station is transmitted to the robot ship. The robot ship then receives the correction signal and applies this correction value to the position calculation using the satellite signal received by the robot ship GPS receiver.
또한 DGPS를 운영하기 위해서는 기준국에 대한 좌표를 결정하여야 한다. 이러한 좌표의 결정은 지구중심에 대한 절대위치를 산출하기 위한 것으로 24시간 이상 장시간 위성신호를 수신하여 1점에 대한 좌표를 구한다. In addition, to operate the DGPS, the coordinates for the reference station should be determined. The determination of these coordinates is to calculate the absolute position with respect to the earth's center. The coordinates of one point are obtained by receiving satellite signals for a long time over 24 hours.
다른 기준점들은 다시 이를 기준으로 상대적인 DGPS 기준국에 대한 위치를 후처리 방법으로 산출하여 그 성과를 고정시켜야 한다. 고정된 기지국 성과와 위성신호에 의한 의사거리를 산출하여 다수의 이용자가 사용할 수 있는 통신체계를 구축하여야 한다. The other reference points should then use the post-processing method to fix their position relative to the DGPS reference station. It is necessary to construct a communication system that can be used by a large number of users by calculating the fixed base station performance and pseudorange based on satellite signals.
현재 우리나라의 경우 실시간 보정메시지인 RTCM 방송은 해양수산부에서 운영하는 비콘(Beacon) 시스템이 있다. Beacon 수신기와 2주파수 GPS 수신기만 있으면 연안 및 내륙에서 25cm 이상의 위치정확도로 전국을 포괄하는 통일된 위치 측정이 가능하게 된다. Currently, in Korea, RTCM broadcasting, a real-time correction message, has a beacon system operated by the Ministry of Maritime Affairs and Fisheries. With a Beacon receiver and a two-frequency GPS receiver, unified position measurements across the country can be achieved with location accuracy of 25 cm or more on the coast and inland.
이러한 서비스 방송체계는 실시간 DGPS로 위치 측정이 가능하도록 하는 것으 로 사용자가 고정기지국 수신기를 따로 설치하지 않고 비콘 수신기만으로 정밀도가 높은 위치측정이 가능하게 된다.This service broadcasting system allows real-time DGPS to measure the location, so that users can install high-precision positioning only by the beacon receiver without installing a fixed base station receiver.
일반적으로 DGPS를 실시간으로 구현하는 경우 GPS 수신기에서 송신하는 RTCM 보정신호가 디지털 형태이기 때문에 공중파에 의하여 송수신을 하기 위해서는 변조를 하여야 한다. In general, when the DGPS is implemented in real time, since the RTCM correction signal transmitted from the GPS receiver is in a digital form, modulation is required to transmit and receive by airwaves.
DGPS의 경우 이러한 변조장치인 모뎀이 기준국과 이동국에 모두 필요로 하며 단순한 RTCM만 구현하기 위해서는 기준국에서 이동국에 대하여 일방향으로 보정신호를 송신한다. In the case of DGPS, such a modulator, a modem, is required for both the reference station and the mobile station. To implement only a simple RTCM, the reference station transmits a correction signal in one direction to the mobile station.
송수신통신 매개전자파는 UHF(Ultra High Frequency, 극초단파), VHF(Very High Frequency, 초단파), HF(High Frequency, 단파) 등이 주로 사용되며 방송과 수신국간 시통이 확보되어야 한다. 대개의 경우 도달범위는 10km∼20km 정도이며 범위를 확장하기 위하여 중계기를 설치한다. Transmitted and received communication mediated electromagnetic waves are mainly UHF (Ultra High Frequency), VHF (Very High Frequency), HF (High Frequency) and the time between broadcasting and receiving stations. In most cases, the range is about 10 km to 20 km and repeaters are installed to expand the range.
또한 주파수 대역이 30MHz∼300MHz인 VHF에서는 RTCM 메시지를 1초 간격으로 전송할 경우 9600baud 정도로 데이터를 전송할 수 있다. In the VHF having a frequency band of 30 MHz to 300 MHz, when the RTCM message is transmitted at 1 second intervals, data can be transmitted at about 9600 baud.
상기 데이터의 송신에서는 안테나의 위치가 대단히 중요하며 송신출력이 25W의 경우 약 70km 범위까지 포괄한다. HF는 파장이 3∼30MHz로 전리층에 의하여 반사되면 1000km까지 가능하게 된다.The position of the antenna is very important in the transmission of the data, and covers a transmission range of about 70 km when the transmission power is 25W. HF can be up to 1000km when the wavelength is reflected by the ionospheric layer at 3 to 30MHz.
기준국의 밀도증가에 따라 기준국 보정정보의 서비스로 RTK를 적용하기 위하여 통신의 조건과 배치밀도에 의한 기준국과 이동국간의 상대적인 거리에 따른 정도의 저하문제가 발생할 수 있다. As the density of the reference station increases, the degree of degradation of the degree depending on the relative distance between the reference station and the mobile station due to communication conditions and batch density may occur in order to apply the RTK as a service of the reference station correction information.
따라서 측위의 목적에 맞게 RTCM 체계를 적용하여야 한다. 이러한 보정신호의 서비스를 송수신하는 시스템은 전파체계를 이용하여 보정한다. 이러한 보정메시지는 범용적으로 NMEA에 의한 RTCM-104 규정을 준용하거나 RTCM에 포함된 불필요한 정보를 제거하고 특수한 목적으로 수행하도록 설계한 메시지형이 있다.Therefore, the RTCM system should be applied for the purpose of positioning. The system for transmitting and receiving the service of the correction signal is corrected using a radio wave system. These correction messages are designed to comply with RTCM-104 regulations by NMEA on a universal basis, or to remove unnecessary information contained in RTCM and perform them for special purposes.
GPS 기준국의 일반적인 조건 이외에 RTCM 방송에 따른 수평적 도달제한 범위에 대한 조건을 고려하도록 한다. RTCM 메시지 채널은 주로 UHF/VHF와 FM 라디오 채널, 위성통신, 이동통신 서비스, TRS(Trunked Radio System, 중계회선시스템), 패킷 통신망 등이 있다. In addition to the general conditions of a GPS reference station, consideration should be given to the conditions for horizontal reach limits following RTCM broadcasts. RTCM message channels mainly include UHF / VHF, FM radio channel, satellite communication, mobile communication service, TRS (Trunked Radio System) and packet communication network.
상기 패킷 통신에 의한 RTCM 방송의 경우 무선상 2메가 속도로 전송이 가능하기 때문에 GPS 사용에 문제가 없다. 이러한 무선통신은 LAN(Local Area Network, 근거리 지역망) 개념으로 이동통신과 조합하면 간단하게 DGPS 시스템이 구성된다.In case of RTCM broadcasting by packet communication, there is no problem in using GPS because it is possible to transmit at a speed of 2M over the air. Such a wireless communication is a LAN (Local Area Network) concept and when combined with mobile communication, a DGPS system is simply constructed.
또한 무선통신은 RTTY(Radio TeleTYpe, 무선 타이프라이터), AMTOR(Amateur Microprocessor Teleprint Over Radio, 아마추어 무선 전신), FAX(Facsimile, 팩시밀리), PACKET(패킷) 등으로 다양하며, 이 중 패킷통신 유선용으로 X.25 프로토콜을 사용하고 무선의 경우 주로 AX.25 프로토콜을 사용한다. 패킷은 컴퓨터를 기본으로 하여 통신주파수의 경우 주로 UHF, VHF, HF를 사용하고 실제로 통신관리는 TNC(Terminal Node Controller, 단말기 교점 관리기)와 모뎀으로 구성된다. In addition, wireless communication is diversified into RTTY (Radio TeleTYpe), AMTOR (Amateur Microprocessor Teleprint Over Radio), FAX (Facsimile), PACKET (Packet), etc. The .25 protocol is used and for wireless the AX.25 protocol is mainly used. In case of communication frequency, UHF, VHF, and HF are mainly used for computer based packets. Actually, communication management consists of terminal node controller (TNC) and modem.
상기 TNC는 AX.25를 내장하고 ROM과 TNC를 관리하는 마이크로프로세서인 CPU와 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 모뎀으로 구성된다. TNC는 유선에 사용하는 모뎀과 같이 RS232 포트와 접속하는 트랜시버와 컴퓨터 인터페이스에 전화 선을 이용한다.The TNC consists of a modem that converts a digital signal into an analog signal and a CPU, which is a microprocessor that manages a ROM and a TNC. The TNC uses telephone lines for transceivers and computer interfaces that interface with RS232 ports, such as modems used for wired applications.
상기 TNC는 9600bps 정도를 지원하는 것으로 무선통신기기는 일반적으로 최대 20kHz 폭 밖에 지원하지 못하는 제약이 있고 전파관리법상 16Hz에서 8kHz로 줄이고 있다. 노드 기능은 TNC 장치로 최대 16개의 각기 다른 정보를 송수신 처리할 수 있는 일종의 멀티플렉서로 사용자가 정보를 하나의 패킷으로 구성하여 전송할 수 있다. 즉, 수만개의 전파중에 자신이 필요한 전파만을 선택적으로 수신할 수 있다.The TNC supports about 9600bps, and wireless communication devices generally have a limitation of supporting only a maximum width of 20 kHz, and are reduced from 16 Hz to 8 kHz under the Radio Management Law. The node function is a type of multiplexer capable of transmitting and receiving up to 16 different pieces of information to the TNC device, and the user can configure and transmit the information in one packet. That is, it is possible to selectively receive only the radio waves required by the user among tens of thousands of radio waves.
또한 TRS는 주파수 공용통신으로 적은 주파수를 많이 공유하는 무전기 형태로 혼신이 없고 저렴한 비용으로 장거리 음성통화 및 무선데이터 통신, GPS, 이동전화서비스가 가능한 것으로 복합형태의 무선 통신을 말한다. In addition, TRS is a type of radio that shares a lot of low frequency through common frequency communication. It is a hybrid type of wireless communication that enables long distance voice call, wireless data communication, GPS, and mobile phone service at low cost without interference.
이 경우 우리나라의 서비스 지역이 전국을 포괄하고 있지 않기 때문에 문제가 될 수 있다. TCP/IP나 디지털 서비스를 이용하여 인터넷의 접속에 의한 RTCM 보정처리와 별도의 TTY에 의하여 상대국의 호출과 수치데이터를 전송할 수 있다. This can be a problem because Korea's service areas do not cover the whole country. Using TCP / IP or digital service, it is possible to transmit the call and numerical data of the other station by RTCM correction processing by internet connection and separate TTY.
또한 RTCM 보정을 위한 여러 매체중에서 CDMA를 이용한 이동통신의 경우 패킷 통신방법과 TCP/IP 프로토콜에 의한 방법으로 사용될 수 있다. CDMA 모뎀에 의한 실시간 RTCM 전송방법은 CDMA가 디지털 형태의 전송이 이루어지기 때문에 단말기에서 제공되는 모뎀제어 명령어를 이용하여 RTCM 신호를 지속적으로 일방향으로 전송시키면 된다. In addition, among the various media for RTCM correction, the mobile communication using CDMA can be used as a packet communication method and a TCP / IP protocol. In the real-time RTCM transmission method by the CDMA modem, since the CDMA is digitally transmitted, the RTCM signal is continuously transmitted in one direction by using the modem control command provided from the terminal.
상기 CDMA를 이용한 이동통신 서비스망을 이용하면 표준모뎀 명령어에 의하여 기준국에서 이동국의 호출을 대기하고 이동국의 호출이 이루어지면 RTCM 메시지 를 전송해주면 된다. In the mobile communication service network using the CDMA, a standard modem command waits for a call of a mobile station and transmits an RTCM message when the call is made.
이러한 여러 이동국의 지원을 위해서는 멀티플랙스와 같은 장치를 사용하여 다자간 송신이 가능해 진다.In order to support these mobile stations, multi-party transmission is possible using a device such as multiplex.
본 발명의 시스템의 구성은 기준국 GPS 수신기에서 출력되는 방송을 RTCM 보정 메시지로 일반 이동통신 서비스망에 연결하고 자동 수신체계로 구축하여 이동국의 호출에 응답한 후에 바로 RTCM 메시지를 전송해 주어야 한다. The configuration of the system of the present invention is to connect the broadcast output from the reference station GPS receiver to the general mobile communication network as an RTCM correction message, and to establish an automatic receiving system to transmit the RTCM message immediately after responding to the call of the mobile station.
기준국은 일반 이동통신 서비스망을 이용하여 내장 또는 외장 모뎀과 연결하고 PC의 GPS RTCM 통신포트와 연결한다. 이어서 이동국의 호출을 대기하도록 한다. 이동국에서는 CDMA 모뎀을 이용하여 GPS와 연결하고 별도의 전환 소프트웨어를 운영한다. 기준국도 마찬가지로 CDMA 모뎀과 연결하고 자동 응답회수를 지정하기 위하여 CDMA 표준모뎀 명령어로 초기화 한다.The reference station connects to internal or external modem using general mobile communication network and to GPS RTCM communication port of PC. The mobile station then waits for a call. The mobile station uses a CDMA modem to connect to the GPS and operate separate switching software. The reference station is similarly initialized with a CDMA standard modem command to connect to the CDMA modem and to specify the number of automatic responses.
또한 NMEA 01833은 국제해양전자공학협회(National Marine Electronics Associa -tion) 의 위원회 번호이며, 이 위원회는 해상 전자 장치의 인터페이싱의 표준을 정하는 것을 목적으로 발족되었다. 이 표준은 GPS 수신기의 인터페이싱에도 널리 사용된다. NMEA-0183의 ASCⅡ텍스트로 출력될 수 있으며 데이터는 4800baud의 속도로 전송된다. NMEA 01833 is also a committee number of the National Marine Electronics Associa-tion, which was established to set standards for interfacing marine electronics. This standard is also widely used for interfacing GPS receivers. It can be output as ASCII text of NMEA-0183 and data is transmitted at 4800 baud.
상기 NMEA 메시지는 사용장비에 따라 여러 가지 있으나 본 연구에서는 3차원 직각좌표 뿐만 아니라 속도 및 진행 방향을 얻을 수 있게 몇 가지 형식으로 데이터를 획득하게 된다. 이 중에서 로봇선의 위치추적 및 유도에 필요한 데이터들은 GGA(Global positioning system fixed data, 위성측위시스템의 고정데이터), GLL(Geographic position-Latitude, Longitude, 지리적 위치-위도, 경도) VTG(Course over ground and ground speed, 경로 및 속도) 등 세 가지 메시지로부터 얻을 수 있다. The NMEA messages are various depending on the equipment used, but in this study, data are obtained in several formats to obtain speed and direction as well as three-dimensional rectangular coordinates. Among these, the data required for the tracking and guidance of the robot ship are GGA (Global positioning system fixed data), GLL (Geographic position-Latitude, Longitude, Geographic position-latitude, longitude) VTG (Course over ground and You can get it from three messages: ground speed, path and speed.
아래의 표 4부터 표 6은 각 NMEA 메시지 형식중 GGA, GLL, VTG 메시지에 대한 내용을 나타낸다. 이 3개의 메시지를 분석하여 로봇선의 위치를 실시간으로 파악할 수 있는데, 각 메시지들은 GPS 위성을 사용할 수 있는 모든 분야에 대한 정보를 담고 있기 때문에 중복되는 내용들이 다수 있다. Tables 4 to 6 below show the contents of the GGA, GLL, and VTG messages in each NMEA message format. These three messages can be analyzed to determine the location of the robot ship in real time, and each message contains information on all areas where GPS satellites can be used.
또한 GPS 정보변환모듈에서는 이러한 메시지들의 각 항목을 선별하여 사용하도록 개발하였다.In addition, GPS information conversion module was developed to select each item of these messages.
좌표변환Coordinate transformation
본 발명의 로봇선의 제어와 자동유도를 위해서는 2개의 좌표체계가 필요하다. GPS 수신기에 의한 출력성과 부분에 해당되는 GPS 좌표계와 유도를 위한 도형정보기반이 되는 국가좌표계이다. Two coordinate systems are required for the control and automatic induction of the robot ship of the present invention. It is a GPS coordinate system corresponding to the output and part of the GPS receiver and a national coordinate system that is a graphic information base for derivation.
상기 GPS 좌표계는 이동체가 이동하는 궤적에 대한 실시간적 위치측정에 사용되며 국가좌표계는 로봇선이 실제적으로 이동되어야 할 특정위치를 표시하는 좌표계로서 사전에 설정되는 기본 좌표계로 사용된다. The GPS coordinate system is used for real-time position measurement of the trajectory in which the moving object moves, and the national coordinate system is used as a basic coordinate system that is set in advance as a coordinate system indicating a specific position to which the robot ship should actually move.
상기 GPS 성과는 지구중심좌표계인 WGS 84 좌표계를 사용한다. 하지만 대부분의 자료들이 국가좌표를 사용하여 실제 GPS 성과와 차이가 있다. The GPS performance uses the
따라서 2체계간의 공통점을 측정하여 GPS 좌표계와 지역좌표계 간의 변환을 위한 매개변수를 산출하여야 한다. Therefore, the common parameters between the two systems should be measured to calculate the parameters for conversion between the GPS coordinate system and the local coordinate system.
본 발명에서는 GPS 수신기에서 RS 232 통신포트로부터 데이터를 수신하여 미리 하드웨어에서 설정한 기준타원체와 3-파라미터에 의하여 출력되는 경위도좌표를 사용, TM 투영법으로 평면직각좌표를 계산하였으며, 이어서 이 평면직각좌표를 국가 평면좌표계로 변환하는 방법을 사용하였다. In the present invention, the planar rectangular coordinates are calculated by TM projection method using the reference ellipsoid pre-set in hardware and 3-parameters received by the GPS receiver from the RS 232 communication port. We used the method of converting to the national plane coordinate system.
GPS 수신기에서 위성신호를 처리하여 출력하는 성과는 지구중심좌표계인 WGS 84 좌표계로부터 변환된 측지좌표이다. The result of processing and outputting satellite signal in GPS receiver is geodetic coordinates transformed from
이렇게 변환된 좌표를 실용화하기 위해서는 사용하고자 하는 지역의 원점체계에 따라서 지역좌표로 변환하여야 하는데, 우리나라의 경우에는 베셀타원체에 의한 측지원자를 적용하여 변환하여야 한다. 이러한 변환성과는 현재 대부분 사용하 고 있는 지역좌표와 일정한 차이가 발생한다. In order to put the converted coordinates into practical use, they need to be converted to local coordinates according to the origin system of the region to be used. This conversion performance is different from the local coordinates that are currently used.
따라서 도4 같은 변환체계에 의하여 단계적인 변환과정을 거쳐야 한다. Therefore, the conversion system as shown in FIG. 4 requires a stepwise conversion process.
이때 이동체의 위치측정과 유도를 위해서는 사전에 이러한 매개변수를 정의하여야 한다.At this time, these parameters should be defined in advance for positioning and derivation of the moving object.
우리나라의 경우 TM 투영법을 사용하여 평면좌표로 변환한다. 이 경우 원점에 대한 축척계수를 고려한다. 따라서, 평면직각좌표로부터 측지변환, 타원체 높이 입력, 측지좌표로부터 3차원 지심좌표변환, GPS에 의한 WGS 84의 X-Y-Z와 X'-Y'-Z'로부터 변환파라미터 산출, 산출된 파라미터를 통한 GPS 성과 변환 과정을 거치게 된다. 도4에서 상하간의 변환은 동일 좌표계에 의한 변환으로 측지원자와 투영법이 적용되며 좌우간의 변환은 이질적인 좌표계 사이의 변환으로 공통점을 이용한 변환파라미터의 산출과 적용절차가 필요하게 된다.In Korea, the TM projection method is used to convert plane coordinates. In this case, the scale factor for the origin is considered. Therefore, geodetic transformation from plane rectangular coordinates, ellipsoid height input, three-dimensional centroid coordinate transformation from geodetic coordinates, conversion parameters from XYZ and X'-Y'-Z 'of
먼저 이동체의 위치를 측정하기 전에 변환매개변수를 정의하기 위하여 기존의 매개변수를 적용하거나 새로운 공통점을 이용하여 이를 구한다. 3차원 지심좌표계를 사용할 경우 좌표계의 원점은 지구의 질량중심이 되며 수학적 타원체의 원점과 차이가 있다. First, before measuring the position of the moving object, we apply existing parameters or define new parameters in order to define the conversion parameters. When using the 3D geocentric coordinate system, the origin of the coordinate system becomes the center of mass of the earth, which is different from the origin of the mathematical ellipsoid.
따라서 이 변환은 우선 지구의 묘유선에 대한 곡률반경을 계산하고 측지원자를 적용하여 다음의 변환공식에 의한 측지좌표로부터 지구중심의 3차원 좌표를 구한다.Therefore, this transformation first calculates the radius of curvature of the earth's catenary lines and applies the geodesic to obtain the three-dimensional coordinates of the earth's center from geodetic coordinates by the following transformation formula.
Y=(N+h)cosφsinλY = (N + h) cosφsinλ
Z=[N(1-e2)+h]sinφZ = [N (1-e 2 ) + h] sinφ
여기서, 변환 공식에 의한 측지좌표에 따른 계산을 살펴보면 수학식2와 같다. Here, the calculation according to the geodetic coordinates by the conversion formula is as follows.
또한 3차원 지심좌표로부터 측지좌표로 역 변환할 경우 앞의 반복법을 사용하거나 다음 수학식3과 같이 중앙자오선의 길이에 의해 계산할 수 있다. In addition, when inverse transformation from the three-dimensional geocentric coordinates to geodetic coordinates can be calculated by using the previous iteration method or the length of the central meridian as shown in the following equation (3).
여기서here
또한 측지좌표계를 변환하기 위해서는 매개변수를 필요로 하게 된다. 이러한 매개변수는 GPS 컨트롤러 내부 프로그램에 의하여 WGS 84 좌표계에 의한 지역좌표 LLH(Longitude-Latitude-Height, 경도-위도-표고)간에 3차원의 지구중심좌표에 대하여 이동량(T), 축척계수(λ), 회전행렬(R)과 측정값 X'로 변환하며 측지변환 매개변수의 산출을 위하여 3점 이상의 공통점에 대한 WGS 84 LLH와 지역좌표 L'L'H'가 필요하다. 변환된 3차원 좌표에 의한 지역좌표 계산모델은 Bursa-Wolf 모델, Molodensky 모델, Veis 모델 등에 의하여 계산한다. 우리나라에서 사용하는 베셀타원체와 WGS 84 좌표계간의 변환은 이러한 모델공식에 의하여 최소제곱으로 최적의 파라미터를 계산하고 Bursa-Wolf 모델의 경우 다음과 같은 공식으로 수학식 4와 같 이 파라미터를 산출한다.Also, to convert the geodetic coordinate system, parameters are required. These parameters are calculated by the internal program of the GPS controller for the three-dimensional geocentric coordinates between the local coordinates LLH (Longitude-Latitude-Height) by the
단 여기서,는 회전량이므로 미소하다.However, since it is a rotation amount, it is minute.
관측방정식에 의하여By observation equation
여기서,here,
V=[Vx' Vy' Vz' Vx Vy Vz]'(잔차)V = [Vx 'Vy' Vz 'Vx Vy Vz]' (residual)
X'=[X0 Y0 Z0R ΘX' Θy' Θz' ]' (미지수 : 파라미터)X '= [X 0 Y 0 Z 0 R Θ X ' Θ y' Θ z ' ]' (Unknown: parameter)
W=[(X'-X)(Y'-Y)(Z'-Z) (관측치)W = [(X'-X) (Y'-Y) (Z'-Z) (observed)
나머지 Molodenskij 모델이나 Veis 모델의 경우에도 이와 유사하게 계산한다. 측지원자에 의한 좌표변환의 경우에는 2좌표체계에 따라 GPS 성과와 기존의 국가 좌표로부터 변환공식에 의하여 2차원 지심좌표로 변환하고 다음 공식으로 측지 원자를 적용하여 동시에 변환한다.Similar calculations are made for the remaining Molodenskij or Veis models. In case of coordinate transformation by geospatial supporter, it converts GPS coordinates and existing national coordinates into two-dimensional geocentric coordinates according to the conversion formula and converts them simultaneously by applying geodetic atoms according to the following formula.
또한 테일러 식에 의한 1차 전개에 의하여 묘유선의 곡률반경은 다음과 같다.In addition, the radius of curvature of the seedling line by the first expansion by the Taylor equation is as follows.
따라서,therefore,
가 된다.Becomes
T변환에 의한 선형화에 의하여 회전미소변위 와 의 이동량에 의하여 측지원자 a, f 변환에 따른 를 보정하게 한다. 지구중심 좌표계와 베셀에 의한 우리나라 실용성과에서 연구한 결과에 의하면 3-파라미터(parameter)의 경우 위도에 대하여 최대 6.55m, 경도에 대하여 최대 4.61m 차이가 있으며, 7-파라미터의 경우에는 평면적으로 위도의 경우 4.48m, 경도 2.07m로 실제 직접적으로 매개변수를 하드웨어에 입력하여 지역공통점에 대한 변환성과를 이용하지 않으면 편위가 발생하게 된다.By linearization by the T transform, the values of the side applicants a and f are corrected by the amount of rotation displacement and. According to the results of the research on the practicality of Korea by the earth-based coordinate system and the vessel, the maximum difference of 6.55m for latitude and 4.61m for longitude differs in the case of 3-parameter. In the case of 4.48m and 2.07m in longitude, the parameters are directly inputted into the hardware, and the deviation is generated if the conversion performance for the local common point is not used.
이동체의 유도는 주로 평탄지역이나 수면상에서 이루어지기 때문에 3차원의 지구중심 좌표로부터 측지좌표로 변환하고 이를 투영변환하여 사용지역에서의 공통점에 의한 평면변환요소를 구하여 단계적으로 접근하는 계단방식이 합리적이다.Since the derivation of the moving body is mainly performed on a flat area or on the surface of water, it is reasonable to use a stepwise approach to convert plane-to-geodesic coordinates from three-dimensional geocentric coordinates into geodesic coordinates and to obtain planar transformation elements by common points in the area of use. .
계단식의 계산은 우선 WGS 84 좌표계에 의한 X-Y-Z로부터 φ-λ-h 좌표로 변환하는 과정에서 측지원자에 의한 묘유선의 곡률반경이 결정된다. 이 단계에서 준거타원체의 측지원자(φ-λ-h) 성과로 변환된다. 이어서 측지좌표로부터 평면좌표로 변환하기 위하여 축척계수와 원점을 설정하고 다음의 수학식 6과 같은 TM 공식에 의하여 변환하여야 한다.In the stepwise calculation, the radius of curvature of the seedling line is determined by the side supporter in the process of converting from X-Y-Z to φ-λ-h coordinates by the
여기서, here,
와 같이 이루어진다.Is done as
현재 우리 나라의 좌표계는 주로 평면좌표와 표고좌표 체계로 2원화하여 사용하고 있다. 2007년부터는 지구중심좌표계의 전면 시행으로 이러한 체계가 사라질 것이지만, 아직까지는 이를 고려해야 한다. GPS 측위성과는 시간과 지구중심좌표계에 의한 4차원 측위시스템으로서 T-X-Y-Z 좌표를 평면성과와 표고성과로 분리하여야 한다. 따라서, GPS에 의한 평면좌표와 국가좌표계에 의한 평면좌표계의 변환이 필요하다. 이러한 평면변환의 정도는 200km × 200km 지역에서 8mm ~ 15mm 이하의 오차가 발생하기 때문에 로봇선의 유도에는 큰 문제가 없다. 이러한 공통점에 의한 2차 평면변환은 다음과 같은 절차를 거치게 된다.At present, the coordinate system of our country is mainly used by two-way system of plane coordinate and elevation coordinate system. Beginning in 2007, this system will disappear with full implementation of the global coordinate system, but so far this has to be taken into account. GPS positioning performance is a four-dimensional positioning system based on time and geocentric coordinate system, and T-X-Y-Z coordinates should be separated into planar performance and elevation performance. Therefore, it is necessary to convert the plane coordinate system by GPS and the plane coordinate system by national coordinate system. The degree of such plane transformation is less than 8mm ~ 15mm in the 200km × 200km area, so there is no big problem in the guidance of the robot ship. Secondary plane transformation by these common points goes through the following procedure.
모든 공통점에 대한 GPS 좌표성과 X, Y, Z를 반복법에 의하여 베셀 타원체의 φ, λ, h로 계산한다. 다음 단계로 우리나라 원점계열에 의한 TM 투영변환을 하고, GPS의 (x, y)와 지역좌표계 (x, y)의 공통점에 대한 변환파라미터를 산출하며, 잔차를 점검한다. 마지막으로 산출된 파라미터로 좌표계산을 한다.GPS coordinates and X, Y, Z for all common points are calculated as φ, λ, h of Bessel ellipsoid by iterative method. In the next step, we perform TM projection transformation based on Korean origin series, calculate the conversion parameters for the common point between (x, y) and local coordinate system (x, y) of GPS, and check the residuals. Finally, the coordinates are calculated using the calculated parameters.
이러한 좌표변환처리 모듈이 GPS 컨트롤러 프로그램에 내장되어 있을 경우에는 NMEA 출력양식 중 수신기 장비제작사별로 변환방법에 의한 고유한 지역좌표 출력양식을 지원하기 때문에 소프트웨어적으로 사용자가 별도의 변환모듈을 작성하지 않고 NMEA 자료를 직접 사용할 수 있다.When the coordinate conversion module is embedded in the GPS controller program, the unique local coordinate output format by the conversion method is supported for each manufacturer of receiver equipment in the NMEA output format. Therefore, the user does not write a separate conversion module in software. NMEA data can be used directly.
따라서 휴대형의 1주파수 수신기의 경우 공통점에 의한 변환모듈을 지원하지 않고 하드웨어적으로 3차원 직각좌표계에 의한 지구중심좌표의 원점이동량과 측지원자에 해당하는 측지원자의 명칭을 선택하여 측지좌표를 산출하게 된다. Therefore, the portable one frequency receiver does not support the conversion module by the common point, but calculates the geodetic coordinates by selecting the origin moving amount of the geocentric coordinates by the three-dimensional rectangular coordinate system and the name of the geospatial supporter. do.
이 경우 실제 지역좌표와 차이가 많이 발생하기 때문에 추가적인 평면좌표 변환이 필요하다. 이것을 해결하기 위하여 GPS 수신기의 NMEA 포트로 출력되는 GGA 양식 내용 중에서 위도와 경도성과를 추출하여 TM 투영을 실시한 후 다시 이를 공 통점에 의한 파라미터를 산출하고, 이 파라미터에 의하여 다른 점의 좌표를 계산하는 과정을 거친다.In this case, since there are many differences from the actual local coordinates, an additional planar coordinate transformation is necessary. To solve this problem, the latitude and longitude results are extracted from the GGA form output to the NMEA port of the GPS receiver, TM projection is performed, and the parameters are calculated by the common point, and the coordinates of the other points are calculated by this parameter. Go through the process.
또한 투영변환 후에 공통점에 대하여 평면변환은 Helmert 변환에 의하여 관측방정식에 따라 최소제곱법으로 구한다. 물리적으로는 기계좌표에 의하여 출력되는 NMEA 데이터 양식에서 계산이 필요한 경위도와 높이를 추출하여 이를 좌표환산 처리에 사용한다. 여러 형태의 NMEA 출력 양식 중에서 GGA 양식이 가장 대표적인데 이 성과는 측정시간과 측지좌표가 시스템 내부에 사용자가 미리 설정해둔 측지원자에 의하여 WGS 84 성과를 베셀 성과로 환산한 결과가 GPS 수신기에서 출력된다. 따라서 이를 부가장치와 연결한 후에 변환하여 사용하는 것이 일반적인 형태이다.In addition, the plane transformation for the common point after the projection transformation is obtained by the least square method according to the observation equation by the Helmert transformation. Physically, the longitude and latitude which need to be calculated are extracted from the NMEA data format output by machine coordinates and used for coordinate conversion. Among the various forms of NMEA output, the GGA form is the most representative.The result is that the measurement time and geodetic coordinates are converted into Bessel results by converting the
이와 같은 등각변환은 RTK-GPS 측량의 측위정도가 100㎞ 이내에서는 ±2∼ 3cm 정도로 변환상 이동체 유도에 필요한 10cm 이내에 포함되기 때문에 로봇선 조향에 문제없이 적용할 수 있다. Such isometric transformation can be applied to robot ship steering without any problem because the positioning accuracy of RTK-GPS surveying is included within 10 cm necessary for guiding the moving object in the range of ± 2 to 3 cm within 100 km.
본 발명은 이러한 변환절차에 따라 회전량과 이동량이 산출되면 원점의 이동량 및 축의 회전요소로부터 변환좌표를 구한다.In the present invention, when the rotation amount and the movement amount are calculated according to the conversion procedure, the transformation coordinates are obtained from the movement amount of the origin and the rotational element of the axis.
즉, 로봇선의 좌표계는 무게중심이 원점이 되며, 로봇선의 선두와 선미의 방향선이 x축, 이 축에 대하여 무게중심점으로부터 직각이 되는 축이 y축이 된다. 이동체의 회전각 추출은 자이로 시스템을 이용하거나 2대 이상의 수신기를 설치하여 2점간의 벡터변위에 따라서 이동체 자체의 방향 움직임에 대한 수치를 구할 수 있다. That is, in the coordinate system of the robot ship, the center of gravity is the origin, and the direction line between the head and the stern of the robot ship is the x axis, and the axis perpendicular to the axis of the ship is the y axis. The rotation angle extraction of the moving object can be obtained by using a gyro system or by installing two or more receivers to obtain a numerical value for the directional movement of the moving object itself according to the vector displacement between two points.
또한 특수한 시스템의 경우, 하나의 수신기에 2개 이상의 안테나가 부착된 벡터용 수신기를 사용하여야 한다. 하지만 GPS의 도플러 측정에 의하여 이동순간부터 정확한 이동벡터의 측정이 가능하기 때문에 이동체의 이동방향을 추출할 수 있다. Also for special systems, a receiver for vectors with two or more antennas attached to one receiver should be used. However, since the Doppler measurement of GPS enables accurate measurement of the moving vector from the moment of movement, the moving direction of the moving object can be extracted.
따라서 이동체의 자체 방향인 절대좌표는 출발시점 상태에서 이동체의 자체 방향을 감지하는데 중요하지만 이동중에 이동체 자체의 방향을 추적하는 것은 커다란 의미가 없다. 이 문제에 있어서 이동체 유도의 경우에는 초기에 일정 구간을 운항시킴으로써 자체의 방향을 도플러 효과에 의해 추출할 수 있기 때문이다. Therefore, the absolute coordinate which is the direction of the moving body is important for detecting the moving direction of the moving body at the starting point, but it is not significant to track the direction of the moving body itself during the movement. This is because, in the case of moving object induction, its direction can be extracted by the Doppler effect by initially operating a predetermined section.
또한 선박의 조종모델에 사용되는 조종 운동방정식에서 적용하는 좌표계는 공간에 고정된 N-E 좌표계와 선체의 고정좌표에 의한 X-Y 좌표계로 2분화되며 선체에 고정된 좌표계는 원점이 무게중심과 일치한다고 가정한다. In addition, it is assumed that the coordinate system applied in the steering motion equation used in the ship's steering model is divided into NE coordinate system fixed in space and XY coordinate system by fixed coordinates of the hull, and the coordinate system fixed to the hull assumes the origin coincides with the center of gravity. .
이러한 이동체의 좌표는 방향센서에서 구한 성과만으로 조향하는 경우에는 물리적인 운동법칙의 계산에 의한 방향각도 중요하지만 GPS의 경우 선체 전체의 동적인 운동으로부터 최소 0.1초 간격으로 갱신된 이동체의 위치와 방향성과를 GPS로부터 구할 수 있을 뿐만 아니라 도플러 효과에 의한 속도 및 방향각이 주어져 이동체의 물리적인 특성을 감안하지 않더라도 이동체의 운동요소가 주어지게 된다. In case of steering with only the result obtained from the direction sensor, the coordinate of the moving body is also important by the calculation of the laws of physical motion.However, in the case of GPS, the position and direction of the moving body updated at least 0.1 second from the dynamic movement of the whole hull. Not only can be obtained from GPS, but also the velocity and direction angle due to the Doppler effect are given so that the motion element of the moving object is given without considering the physical characteristics of the moving object.
따라서 시간변화에 의한 이동위치와 방향각으로부터 조향이 가능하기 때문에 이동체 자체의 좌표계는 본 발명에서는 큰 의미가 없다.Therefore, since the steering is possible from the moving position and the direction angle due to the time change, the coordinate system of the moving body itself is not significant in the present invention.
<Echosounder 정보변환모듈><Echosounder Information Conversion Module>
Echosounder를Echosounder 이용한 수심측량 Depth survey
본 발명의 로봇선을 이용한 수심측량은 계획된 측심선에 따라 수면위치측량과 수심측량을 동시에 실시한다. The depth survey using the robot ship of the present invention simultaneously performs the surface position survey and the depth survey in accordance with the planned survey line.
상기 수면위치측량 방법에는 직선유도법, 3점 양각법, 전자위치측정법, DGPS 방법 등이 있는데, 최근 DGPS 장비의 정확성이 향상되면서 DGPS 방법이 활발하게 사용되고 있다. The sleep position measurement method includes a linear induction method, a three-point embossing method, an electronic position measuring method, a DGPS method, etc. Recently, as the accuracy of DGPS equipment is improved, the DGPS method is actively used.
상기 수심측정은 대상지역에 따라 수심측정방법이 달라지는데 일반적으로 수심이 얕은 곳에서는 측심봉과 측심추를 이용하고, 수심이 깊은 곳에서는 Echosounder가 이용된다. Echosounder는 수면에서 매우 짧은 시간 지속하는 음파를 수저에 발사하는데, 발사된 음파는 사방에 확산하여 전파된다. The depth measurement method varies depending on the target area. In general, a shallow depth of a depth is used by a side rod and a lateral weight, and a deep depth uses an echo sounder. Echosounders emit sound waves that last a very short time on the surface of the water, and the emitted sound waves propagate in all directions.
일부는 수직으로 수저방향에 전파되고, 수저면에서 일부는 투과되나 대부분은 반사되어 수면부근에 도달한다. Some propagate vertically in the water direction, and some are transmitted through the water surface, but most are reflected to reach the surface of the water.
이대 음파신호는 일정한 범위로 확산되지만 평탄한 수저에서는 수직방향 부근의 음파신호가 가장 강하게 검출된다. 송신음파와 수신음파의 도달시간차 T를 정확히 측정하고, 수중음속 V를 알면 수심 Z는 수학식6과 같은 식으로 구할 수 있다.This sound wave signal is spread to a certain range, but in a flat spoon, the sound wave signal near the vertical direction is most strongly detected. When the time difference T between the transmission sound wave and the reception sound wave is accurately measured and the underwater sound velocity V is known, the depth Z can be obtained as shown in
일반적으로 음향측심기는 가정음속 V=1,500m/sec를 기준으로 설계되며, 시간차는 0.003sec 단위로 관측된다. 따라서, 를 K라 하면, Z=KT가 되어 시간만의 함수로 표시되므로 음파신호의 도달시간만 알면, 바로 이에 대응하는 수심을 알 수 있다.In general, the echo sounder is designed based on the home sound velocity V = 1,500m / sec, and the time difference is observed in 0.003sec units. therefore, If K is expressed as a function of time only when Z = KT, and only the arrival time of the sound wave signal can know the depth corresponding thereto.
그러나, 실제 수중의 음속은 염분, 수온, 수압 등에 의하여 미소하게 변화하므로 엄밀한 관측값을 구하려면 관측 당시의 실제 음속을 구하여 음속도 보정해 주어야 한다. However, since the actual speed of sound changes slightly by salinity, water temperature, water pressure, etc., in order to obtain a precise observation value, the speed of sound must be corrected by obtaining the actual speed of sound at the time of observation.
또한 해수의 경우 수심의 기준면과 관측시 해수위 차이를 고려한 조위보정, 수면으로부터 음파송출기까지의 깊이를 고려하는 흘수보정이 필요하며, 선박의 운동, 자료 측정시점의 일치화 등에 의한 오차요인에 대하여 보정해주어야 한다.In addition, in case of seawater, tide correction considering depth reference surface and sea level difference in observation, and draft correction considering depth from water surface to sound wave transmitter are required, and correction of error factors due to ship's motion, coincidence of data measurement point, etc. You should.
또한 음속의 보정방법에는 바-체크(Bar-Check)에 의한 방법, 해수의 염분, 온도 등의 데이터를 이용한 계산방법, 속도계로 직접 음속도를 구하는 방법 등이 있다. 바-체크법은 Echosounder의 음속도 보정방법으로 수심 30m ∼ 50m 미만의 수심에 사용한다. 음파를 반사할 수 있는 판에 1m 간격으로 길이를 표시한 와이어를 연결한 것을 바-판(Bar-Plate)이라고 한다. In addition, a method of correcting the speed of sound includes a bar-check method, a calculation method using data such as salinity and temperature of seawater, and a method of directly obtaining a sound speed using a speedometer. Bar-check method is the sound speed correction method of Echosounder and is used for the depth of 30m ~ 50m. Bar-plates are wired wires marked at 1 m intervals to a plate that can reflect sound waves.
즉, 측량선에 Echosounder를 설치하고 측량대상 구역 중 파고가 없는 곳을 택하여 수중으로 바-판을 1m ∼ 2m 간격으로 침하시키면서 Echosounder의 기록수심과 바의 수심을 동기화하기 위하여 온도, 염도 등의 해수조건에 대한 음속도를 보정하는 것을 바-체크라고 한다. In other words, Echosounder is installed on the survey line, and there is no crest in the surveyed area, and the bar-plate is submerged at intervals of 1m to 2m, and the seawater such as temperature and salinity is synchronized in order to synchronize the recording depth of the echo with the bar Correcting the sound velocity for a condition is called bar-check.
또한 데이터 수치계산법은 해수의 깊이에 따른 각 층의 염분, 수온, 수압을 직접 관측하여 정확한 음속도를 계산하고 가정음속과의 보정량을 구하는 방법으로, 계산식에는 Willson식, Matthew식, 우리나라 해양연구소 KORDI식 있다.In addition, the data numerical method calculates the correct sound velocity by directly observing salinity, water temperature, and water pressure of each layer according to the depth of seawater, and calculates the correction amount with the home sound velocity.Willson's, Matthew's, KORDI There is an expression.
또한 정밀수심측량을 수행하는 선박의 Echosounder는 선박의 운동에 영향을 받기 때문에 선박의 운동을 고려한 보정이 필요하다. 특히, 상하운동(Heave), 좌우회전운동(Pitch) 및 전후회전운동(Roll)에 대한 보정은 가장 기본적이고 중요한 인자이다. In addition, since the echo sounder of a ship performing precision depth surveying is affected by the ship's motion, it is necessary to compensate for the ship's motion. In particular, the correction for the vertical movement (Heave), the left and right rotation (Pitch) and the forward and backward rotation (Roll) is the most basic and important factors.
일반적으로 선박의 전후운동(Surge) 및 좌우운동(Sway)은 평면위치변화에만 영향을 미치며, 중심축을 따른 선박의 회전운동(Yaw)은 Echosounder가 선박의 중심지점에 설치된 경우 오차는 무시할만한 정도가 된다. In general, the surge and sway of the ship only affect the change of the plane position, and the yaw of the ship along the central axis has negligible error when the echosounder is installed at the center of the ship. do.
이때 측정시점의 일치에 의한 오차는 측정장비의 측정간격을 조정하면 감소시킬 수 있다.The error due to the coincidence of the measurement time can be reduced by adjusting the measurement interval of the measuring equipment.
음향측심기Echo sounder (( EchosounderEchosounder )를 이용한 해저지형정보 획득 Undersea Geological Information Acquisition Using
음향측심기(Echosounder) 정보변환모듈은 트랜스듀서에서 획득하여 문자열로 출력되는 데이터를 분석하여 수심을 측정할 수 있도록 개발하였다. 본 발명의 실험에 사용된 음향측심기(Echosounder)는 호주 BRUTTOUR 사의 CEESTAR 모델로서 제원은 표 7과 같다. The echosounder information conversion module has been developed to measure the depth of water by analyzing the data acquired from the transducer and outputted as a string. Echosounder used in the experiment of the present invention is a CEESTAR model of BRUTTOUR Australia, the specifications are shown in Table 7.
또한 트랜스듀서에서 인지한 신호는 컨트롤러에서 변환되어 RS232 통신포트를 통해 PDA에 입력된다. 입력된 데이터에는 트랜스듀서에서 해저지면, 해저지면에 서 암반층까지의 데이터가 포함되어 있으므로, 이를 분석하여 순수한 수심데이터를 추출한 후, 통신모듈을 통해 제어국에 전송되도록 개발하였다. 도5는 음향측심기(Echosounder) 데이터의 처리과정을 나타낸 순서도이다.In addition, the signal recognized by the transducer is converted by the controller and input to the PDA through the RS232 communication port. Since the input data includes the data from the transducer to the seabed and the seabed to the rock bed, it was developed to extract pure water depth data and then transmit it to the control station through the communication module. 5 is a flowchart illustrating a process of processing echo sounder data.
모터 드라이브 및 Motor drive and 중앙제어보드Central control board
본 발명의 모터 드라이브와 중앙제어부(중앙제어보드)는 마이크로 컨트롤러인 PIC(Pxxx Interrupt Controller, 단절제어기) 단일기판의 형태로 개발 및 설계하였다. The motor drive and the central control board (central control board) of the present invention were developed and designed in the form of a microcontroller PIC (Pxxx Interrupt Controller) single board.
상기 마이크로 컨트롤러(Micro controller)를 이용하여 하드웨어의 구동을 직접 제어함으로써 데이터의 처리효율을 높이고 데이터의 처리시간을 단축하기 위한 목적으로 개발하였다.The microcontroller has been developed for the purpose of directly controlling the operation of hardware to increase data processing efficiency and shorten data processing time.
상기 모터 드라이브는 제어명령체계에 의하여 정량화된 속도 및 방향조절 명령 성분이 숫자의 형태로 전달되면 이를 모터 회전량으로 전환하여 해당 모터를 제어명령만큼 회전시킬 수 있도록 개발하였다. The motor drive has been developed so that when the speed and direction control command components quantified by the control command system are transmitted in the form of numbers, the motor drive is rotated by the amount of motor rotation to rotate the motor by the control command.
상기 중앙제어부는 통합된 GPS 및 Echosoun -der 의 데이터와 모터 드라이브에 전달될 모터제어 명령을 동시에 처리하도록 설계하였다. The central control unit is designed to simultaneously process integrated GPS and Echosoun -der data and motor control commands to be sent to the motor drive.
상기 모터드라이브는 국내 컴파일 사의 PICBASIC을 이용하여 개발하였으며, 도6은 EEPROM에 제어명령을 입력하기 위한 IC용 프로그램 개발화면을 나타낸 것이다.The motor drive was developed using PICBASIC, a domestic compilation company, and FIG. 6 shows a program development screen for an IC for inputting a control command to an EEPROM.
2. 로봇선 제어국2. Robot ship control station
1) 위치정보데이터 처리시스템1) Location Information Data Processing System
본 발명의 GPS를 이용한 위치정보데이터 처리시스템은 로봇선의 상태확인 및 처리모듈, 이동계획경로 설정 모듈, 도형편집 모듈로 구성하였다. The position information data processing system using the GPS of the present invention is composed of a robot ship state checking and processing module, a movement plan path setting module, and a figure editing module.
상기 로봇선의 상태확인 및 처리모듈은 로봇선이 전송하는 위치 및 수심좌표, GPS의 위성정보 등의 데이터를 시각화하여 사용자가 로봇선의 위치와 상태를 한눈에 알아볼 수 있도록 하였다. The state check and processing module of the robot ship visualizes data such as position and depth coordinates transmitted by the robot ship, satellite information of GPS, and the like so that the user can recognize the position and state of the robot ship at a glance.
또한 로봇선의 이동경로를 계획하여 로봇선에 송신함으로써 자동으로 위치정보 및 수심정보를 획득할 수 있도록 구성하였으며, 로봇선의 상태확인, 처리 및 이동경로의 계획은 CAD를 기반으로 시각화할 수 있도록 구성하였다. In addition, the robot route was planned and transmitted to the robot ship to automatically obtain location information and depth information.The status check, processing, and planning of the route of the robot ship were configured to be visualized based on CAD. .
도7은 위치정보데이터의 처리과정을 나타낸 순서도이고, 도8은 설계된 위치정보데이터 처리시스템의 초기화면을 나타낸 표시창(20)이다.7 is a flowchart showing a process of processing position information data, and FIG. 8 is a
로봇선의 상태 확인 및 처리모듈Status check and processing module of robot ship
본 발명은 로봇선의 상태 확인 및 처리모듈은 로봇선의 위치, 위성수신상태, 이동상황 등을 쉽게 파악할 수 있도록 구성하였다. 도9에 도시한 바와 같이 화면 좌측에는 로봇선의 위치좌표, 시간, 위성상태, 수심, 속도, 방향 등의 내용을 수치로 출력하여 세부적인 상태를 모니터링할 수 있도록 구성하였다. In the present invention, the robot ship's state checking and processing module is configured to easily determine the robot ship's position, satellite reception state, and movement status. As shown in FIG. 9, the left side of the screen is configured to output detailed values such as position coordinates, time, satellite state, depth, speed, direction, etc. of the robot ship to monitor the detailed state.
또한 화면 중앙에 삽입한 CAD 엔진을 이용하여 측정지역의 수치지도 및 로봇선의 이동 궤적을 화면에 출력함으로써 로봇선의 이동상황을 시각화할 수 있도록 구성하였다. 도9는 설계된 로봇선의 상태 확인 및 처리모듈을 나타낸 표시창(20) 화면이다.In addition, by using the CAD engine inserted in the center of the screen, the digital map of the measurement area and the movement trajectory of the robot ship are outputted on the screen to visualize the movement of the robot ship. 9 is a screen of the
이동계획 경로 설정모듈Movement plan routing module
본 발명의 이동계획경로 설정모듈은 로봇선 유도에 대한 수/자동화 알고리즘 연구 내용을 적용하여, 화면을 보면서 로봇선을 측정지점으로 직접 이동시키거나, 지정한 경로를 따라 자동으로 이동할 수 있도록 경로를 지정해 줄 수 있도록 구성하였다. The movement plan path setting module of the present invention applies the research of the number / automation algorithm research on the robot line induction, and moves the robot line directly to the measuring point while viewing the screen, or designates a path to automatically move along the designated path. It was configured to give.
또한 로봇선에 구비한 CAD 엔진을 기반으로 출발점과 도착점의 입력, 이동간격(피치)의 설정, 이동계획선 표시, 계획선의 선택, 계획선과 실제 궤적과의 이격내용 표시 등의 기능을 수행할 수 있도록 구성하였다. In addition, based on the CAD engine provided on the robot ship, it is possible to input starting and arrival points, set the moving distance (pitch), display the moving plan line, select the planning line, and display the separation between the planned line and the actual trajectory. It was configured to be.
도10은 설계된 이동계획경로 설정 모듈 중 계획선 작성을 나타낸 표시창(20) 화면을 나타낸 것이다.FIG. 10 illustrates a screen of a
도형편집모듈Figure editing module
본 발명의 도형편집모듈은 도면편집, 도형양식, 도형처리의 세 부분으로 구성하였다. 상기 도면편집 기능은 사용자가 측정지역의 수치지도, 계획선, 측정데이터 등을 편집하여 필요한 정보들만을 도면으로 만들 수 있도록 구성하였으며, 취소, 취소복구, 속성보기, 복사, 이동, 회전, 축척, 미러, 자르기, 블록생성, 지우기 등의 기능을 가지고 있다. The figure editing module of the present invention is composed of three parts: drawing editing, figure style, figure processing. The drawing editing function is configured so that the user edits the numerical map, the plan line, the measurement data, etc. of the measurement area to make only the necessary information into the drawing, cancel, cancel, restore, view, copy, move, rotate, scale, It has functions such as mirroring, cutting, block generation, and erasing.
또한 도형양식 기능은 레이어 및 각종 도형의 속성을 설정할 수 있도록 구성 하였으며, 페이지, 레이어, 선, 문자, 해칭, 블록, 점, 치수, 도형지원, 단위설정, 화면설정 등의 속성을 설정하는 기능을 가지고 있다. 도11a부터 11m까지는 도형양식 기능의 세부 기능을 나타낸 표시창(20) 화면이다.In addition, the shape form function is configured to set the properties of layers and various shapes, and it is possible to set properties such as page, layer, line, text, hatching, block, point, dimension, shape support, unit setting, and screen setting. Have. 11A to 11M are screens of the
상기 도형처리 기능은 도면 작성에 필요한 각종 보조 도형작성 및 설명을 추가할 수 있는 기능을 가지고 있는 것으로, 점, 선, 다각형, 곡선, 원, 호, 타원, 사각형 등의 도형, 수평, 수직, 평행, 각도, 반경, 직경, 둘레 등에 대한 수치선, 문자, 심볼, 래스터, 모자이크 등을 추가하는 기능을 가지고 있다. 도12a부터 12d 까지 도형처리 기능의 세부 기능을 나타낸 표시창(20) 화면을 나타낸 것이다.The figure processing function has a function for adding various auxiliary figure creation and description necessary for drawing, and includes figures such as points, lines, polygons, curves, circles, arcs, ellipses, rectangles, horizontal, vertical, and parallel It has the ability to add numerical lines, text, symbols, rasters, mosaics, etc., for angles, radii, diameters, and perimeters. 12A to 12D show screens of the
2) 이동체의 원격제어시스템2) Remote control system of moving object
본 발명의 속도조절 및 조향키의 조작에 필요한 내/외부 파라미터들에 대하여 분석하고, 속도의 증감 및 방향 전환을 정량화하였으며, 사용자가 로봇선을 원하는 지점으로 보낼 수 있도록 수/자동화 알고리즘에 대하여 연구하였다. 물의 저항으로 인해 스크류 및 키의 회전이 제조시의 성능과 다르게 나타나므로, 로봇선을 실제로 물에 띄운 후, 진행속도 및 회전반경을 테스트를 실시 하였다. We analyzed the internal and external parameters necessary for speed control and steering key operation of the present invention, quantified the increase and decrease of the speed and the change of direction, and study the manual / automation algorithm so that the user can send the robot ship to the desired point. It was. Due to the water resistance, the rotation of the screw and the key appears different from the performance at the time of manufacture. After the robot ship was actually floated on the water, the speed and the radius of rotation were tested.
상기 수/자동화 알고리즘은 분석된 내/외부 파라미터들을 적용하여 CAD 기반에서 계획한 이동경로와 동일하게 이동할 수 있도록 속도조절 및 회전반경에 대한 데이터를 얻기 위해 테스트하였다. 도13은 원격제어 데이터의 처리과정을 나타낸 순서도이다.The number / automation algorithm was tested to obtain data on speed control and rotation radius by applying the analyzed internal / external parameters to move in the same way as the planned movement path based on CAD. 13 is a flowchart showing a process of processing remote control data.
로봇선 운동명령체계 개발Robotic motion command system development
본 발명의 운동 제어체계 분석 및 명령어 구조 설계를 살펴보면, 로봇선의 제어는 방향과 속도를 조절하는 2개의 모터에 의하여 조정된다. 추진력을 담당하는 내연엔진의 토크(Torque)조절 밸브에 연결된 모터를 제어함으로써 실제 필요한 힘을 얻게 되고, 방향을 담당하는 키에 연결된 모터를 제어함으로써 방향을 전환하게 된다. Looking at the analysis of the motion control system and the design of the command structure of the present invention, the control of the robot ship is controlled by two motors that control the direction and speed. By controlling the motor connected to the torque control valve of the internal combustion engine responsible for propulsion, the actual required force is obtained, and the direction is switched by controlling the motor connected to the key responsible for the direction.
이러한 모터의 제어를 통해 로봇선의 이동을 제어하게 되는데 필요한 토크의 변화→추진력 조절 및 방향 조절→가감속 및 방향전환의 절차를 거치게 된다. Through the control of the motor to control the movement of the robot ship is required to go through the process of torque change → thrust force control and direction control → acceleration / deceleration and direction change.
여기서, 기본적인 모터의 운동에서 어떻게 정확한 위치와 속도를 낼 수 있는가 하는 것은 모터의 성능을 얼마나 정확하게 분석하고 조절하느냐에 좌우된다. 이를 위해, VTC(Vector Torque Control)에 의한 디지털 서브모터를 사용하면 모터의 성능을 정확하게 조절할 수 있다. VTC 모터드라이브는 1994년경에 상용화되었으며, 현재에는 대부분 디지털 사인웨이브 포지션 서보 드라이버(Digital sine-wave position servo dirver)에 의하여 벡터토크, 속도, 위치 등이 상호 작용하여 작동된다.Here, how accurate position and speed can be achieved in basic motor motion depends on how accurately the motor performance is analyzed and adjusted. To do this, a digital submotor with VTC (Vector Torque Control) can be used to precisely control the performance of the motor. VTC motor drives were commercialized around 1994 and are now mostly interacted with vector torque, speed and position by means of digital sine-wave position servo drivers.
본 발명의 로봇선의 제어는 직선운동(가속, 감속, 정지)과 방향전환(좌, 중, 우)으로 구분되며, 각각을 담당하는 모터에 의하여 제어된다. The control of the robot ship of the present invention is divided into linear motion (acceleration, deceleration, stop) and direction change (left, middle, right), and is controlled by a motor in charge of each.
상기 방향전환에서는 모터의 회전량과 키의 회전각을 정량화하는데 큰 어려움이 없지만, 속도를 제어할 경우 선박의 자중 때문에 관성력이 생겨 처음 발진시 많은 토크가 필요하게 되므로 모터의 회전량에 따른 속도의 정량화가 어렵다. In the direction change, there is no great difficulty in quantifying the rotation amount of the motor and the rotation angle of the key, but when controlling the speed, the inertia force is generated due to the self-weight of the ship, so a large amount of torque is required at the first oscillation. Quantification is difficult
본 발명에서는 방향전환모터의 제원에 의한 제어각도를 설정하고 운동량변화를 점검하여 정량화하였으며, 속도조절모터는 모터의 회전량과 속도와의 관계를 테스트하여 정량화하였다.In the present invention, by setting the control angle according to the specifications of the directional motor and checking the change of momentum, the speed control motor was quantified by testing the relationship between the rotational speed of the motor and the speed.
또한 원격 이동측위에 따른 로봇선의 유도에 있어서 양측모터를 구동, 제어하기 위하여 모터제어용 프로토콜 작성이 필요하다. In addition, it is necessary to prepare a protocol for motor control in order to drive and control both motors in the induction of the robot ship according to the remote moving position.
본 발명의 아날로그 형태의 파형자료를 수치화하는 인코더(Encoder)와 서브 모터에 대한 디지털 신호를 통해 원하는 변위량 만큼 모터의 회전수를 제어함으로써 이동 변위량을 조작할 수 있도록 하였다.The moving displacement amount can be manipulated by controlling the rotational speed of the motor by a desired displacement amount through an encoder and a digital signal for the sub-motor that digitizes the analog waveform data of the present invention.
제어명령체계 개발Control Command System Development
본 발명은 로봇선을 조향하기 위해서는 현재의 위치에서 이동하고자 하는 목표점까지에 대한 거리 및 방위각을 분석하고 이를 이동체가 진행한 궤적과 비교하고 조정해야 한다. In order to steer the robot ship, it is necessary to analyze the distance and azimuth from the current position to the target point to be moved, and compare and adjust the trajectory progressed by the moving object.
이러한 이동체 제어를 위한 모터의 작동은 가속, 감속, 정지와 방향전환 키의 회전각에 의하여 진행속도와 방향을 조정한다. 단일기판 형태의 PIC를 사용하는 경우에는 단순한 데이터의 통신을 지원하여 1바이트(Byte) 단위로 전송, 처리되기 때문에 모터를 제어하기 위하여 일정한 규약을 작성하여야 한다. The operation of the motor for controlling the moving body adjusts the moving speed and direction by the rotation angle of the acceleration, deceleration, stop and direction change keys. In case of using single board type PIC, simple data communication is supported and transmitted in 1 byte unit, so a certain protocol must be prepared to control the motor.
본 발명에서는 제어 단위를 ASCII 코드 문자로 변환하여 전송하고 로봇선에서 수치데이터로 역 변환하도록 하였다. 이러한 수치별 모터제어 동작상태는 표 8과 같다.In the present invention, the control unit is converted to ASCII code characters for transmission and reverse conversion from the robot ship to numerical data. The motor control operation status for each value is shown in Table 8.
즉, ASCII 코드 1 ∼ 50까지는 속도변화에 할당하고, 51 ∼ 100까지는 방향전환에 할당하였다. 단순 1바이트 전송에 의한 속도와 방향판단을 로봇선에서 받은 수치에 의하여 분류한 후 이를 구분하여 모터를 작동하도록 하였다. 그림 3.33과 3.34는 서브모터의 제어명령을 이용하여 원격제어 프로그램으로 개발한 화면이다. That is,
운항궤적에 의한 수학적 모델Mathematical Model by Flight Trajectory
본 발명의 이동체의 이동경로는 원격 제어부(제어국)에서 일정한 방향성을 설정하고 조향하기 때문에 이러한 이동체의 위치를 샘플링하여 이들의 선형분석을 통하여 실제의 궤적을 수학적으로 표현하여야 한다. Since the moving path of the moving object of the present invention sets and steers a certain directionality in the remote control unit (control station), the position of such moving object must be sampled and the actual trajectory must be represented mathematically through their linear analysis.
상기 이동체의 이동에 따른 궤적은 각종 보간법에 의하여 추정될 수 있으며 여러 가지 형태의 보간법을 사용한다. The trajectory according to the movement of the moving body can be estimated by various interpolation methods and various types of interpolation methods are used.
본 발명에서는 선형과 원형에 대하여 운항하였으며, 위치(x, y)에 대한 평면적 분석만을 수행하였다. 선형화에 의한 최적화는 주어진 점(x1, y1), (x2, y2)‥‥,(xn, yn)을 이용하여 지수형의 곡선형으로 다음과 같이 나타낸다.In the present invention, a linear and circular operation was performed, and only the planar analysis of the position (x, y) was performed. The optimization by linearization is given by the exponential curve using the given points (x 1 , y 1 ), (x 2 , y 2 ) ..., (x n , y n ) as follows.
여기서, 양변에 log를 취하여Here, log on both sides
In(y)=Ax + In(c) In (y) = Ax + In (c)
로 변환하면 그 변수는 다음과 같다.When converted to, the variable is
Y=In(y),X=x,B=In(c)Y = In (y), X = x, B = In (c)
새로운 변수 X, Y에 대한 선분은 Y = AX + B의 공식으로 나타내어 xy 평면의 원시점좌표(xk, yk)가 XY평면으로 (xk, yk)=(x1 ·In(yk )) 좌표로 변환되어 선형화된다. A와 B의 미지수를 구하기 위하여 점{(xk, yk)}에서 최소제곱법의 정규방정식으로 나타내어 A, B를 찾으면 C를 구할 수 있다. 즉,The line segments for the new variables X and Y are represented by the formula Y = AX + B so that the primitive coordinates of the xy plane (x k , y k ) are in the XY plane (x k , y k ) = (x1In (y k) )) Converted to coordinates and linearized. To find the unknowns of A and B, C can be found by finding the normal equation of least squares at points {(x k , y k )}. In other words,
최소제곱법에 의하여 N개의 점좌표{(xk, yk)}와 M개의 선형독립함수가 주어지면 M의 계수{Cj}를 구하기 위한 선형함수 f(x) 는 Given N point coordinates {(x k , y k )} and M linear independences by the least-squares method, the linear function f (x) to obtain the coefficient of C {Cj} is
로 나타내고 행렬에 의하여 FT FC=FTY 에서 C 계수를 구한다. The C coefficient is obtained from F T FC = F T Y by the matrix.
이러한 점위치에 대한 선형화 내용은 여러 형태의 선형화 공식에 따라서 통상적인 방법에 의해 계산된다.The linearization content for these point positions is calculated by conventional methods in accordance with various forms of linearization formulas.
로봇선 유도 Robot ship guidance 알고리즘algorithm 개발 Development
본 발명의 로봇선의 유도는 인위적인 조작에 의하여 유도하는 수동화 유도와 훈련에 의하여 로봇선 고유의 기계적인 상수 값을 얻어서 소프트웨어 방식으로 유도하는 자동화 유도가 있다. 수동화 유도는 중앙통제부에서 로봇선의 위치를 모니터링하면서 로봇선의 속도와 방향을 설정하는 방법이고, 자동화 유도는 GPS에 의하여 실시간으로 그 위치를 구하고 벡터변위량을 산출하고 이동경로를 예측함으로써 로봇선의 속도와 방향을 자동으로 조절하는 방법이다. Induction of the robot ship according to the present invention includes manual induction induced by artificial manipulation and automated induction that obtains a mechanical constant value unique to the robot ship by training. Manual guidance is a method of setting the speed and direction of the robot ship while monitoring the position of the robot ship in the central control unit.Automated guidance is the speed of the robot ship by obtaining its position in real time by GPS, calculating the vector displacement, and predicting the movement route. It is a method to automatically adjust the direction of and.
또한 자동화 유도의 경우 조작감도를 훈련에서 구하여 미리 입력하고 이동체의 변위량에 대한 기준 설정방향각에 맞추어 조향을 하도록 한다. 프로그램으로 자동조향하기 위하여 로봇선의 속도와 기준위치점에 대한 벡터 변위량을 1초 단위로 계산하고 임계치를 벗어나는 경우 제어명령을 전송한다.In addition, in the case of automated induction, the operation sensitivity is obtained from training and inputted in advance, and steering is performed according to the reference setting direction angle for the displacement amount of the moving object. In order to automatically steer the program, the speed of the robot and the amount of vector displacement with respect to the reference position are calculated in units of 1 second.
본 발명은 로봇선을 이동시킬 경우, 순간위치와 사전에 설계한 경로를 비교하여 오차를 찾아낼 수 있으며, 이 순간 위치에 대하여 현재의 위치로부터 다음 점에 대한 이동체의 위치를 매번 추정하게 된다. GPS의 경우 데이터가 불안정하여 발생하는 과대 오차를 알고리즘에 의하여 보정하여야 한다. GPS에 의하여 취득한 측위정보(시간, 위치, 속도, 방향 등)와 로봇선의 물리적인 법칙에 의한 2종류의 자료로부터 제어운동을 모델화하여 로봇선 유도의 문제를 해결하게 된다. 이러한 해 결 방법들은 이동체의 벡터운동에 대한 모델링의 경우 물리적인 운동법칙에 따라서 다음의 3가지 가정을 두고 있다. According to the present invention, when the robot ship is moved, an error can be found by comparing the instantaneous position with a previously designed path, and the position of the moving object with respect to the next point from the current position with respect to the instantaneous position is estimated each time. In the case of GPS, an excessive error caused by data instability should be corrected by an algorithm. The problem of robot line guidance is solved by modeling the control motion from two kinds of data based on the positioning information (time, position, speed, direction, etc.) acquired by GPS and the physical laws of the robot ship. These solutions make three assumptions according to the laws of motion in the modeling of the vector motion of a moving object.
즉, 정지상태의 물체는 계속 정지하려 하고 움직이는 물체는 운동을 멈추려 한다는 것, 주어진 모든 힘의 합이 이동체의 위치이동에 사용되며 이에 대한 반대방향의 저항력이 있다는 것, 정확한 위치로 이동하려면 조정이 필요하다는 것이다.That is, the stationary object tries to stop and the moving object tries to stop the movement. The sum of all the forces given is used to move the moving object and there is a resistance to the opposite direction. It is necessary.
이러한 3가지 조정개념은 1997년 Christopher와 Arius Kaufmann이 VMS(Vector Movement System)를 소개하였다. 이러한 이동체의 벡터운동에 대한 모델링의 절차는 이동중 순간적인 시간에 대하여 이동운동을 도형적으로 표시하고, 이동체에 힘을 가하며, 이동체를 회전하는 과정이 필요하다. These three coordination concepts were introduced in 1997 by Christopher and Arius Kaufmann. The modeling procedure for the vector motion of the moving object requires a process of graphically displaying the moving motion, applying a force to the moving object, and rotating the moving object with respect to the instantaneous time during the moving.
상기 VMS는 헥사 맵(Hexa-map)을 이용하여 벡터상태를 나타내는 방법으로서 예로는 게임프로그램의 이동체 조정에 사용하는 방법이 있다. 이 방법은 이동체 운동을 6각형으로 구성하여 수직선으로 이등분 한 2개의 도식과 하단의 전후-좌우, 현재-좌우 난을 이용하여 기수(Odd)와 우수(Even)로 서로 교대해 가면서 이동체의 방향을 작성하는 개념이다. 이동체가 이동을 하면 선박의 이동방향에 화살표를 그려 넣고, 선박의 방향을 화살표로 나타낸 후, 선박을 회전한다. 정해진 경로를 통과하는 경우에는 현재의 속도와 방향을 6각형의 좌측에 기입하고 우측에는 로봇선의 방향표시를 나타내는데 사용한 조작사항을 기록한다.The VMS is a method of representing a vector state using a hexa-map, for example, a method used for adjusting a moving object of a game program. This method consists of hexagonal motion and two diagrams which are divided into two vertical lines. The concept of writing. When the moving body moves, the arrow is drawn in the moving direction of the ship, the direction of the ship is indicated by the arrow, and the ship is rotated. When passing through the designated path, write the current speed and direction on the left side of the hexagon and record the operation used to indicate the direction of the robot ship on the right side.
이동체에 대한 움직임을 실행하기 위하여 우선적으로 화살표의 레벨을 계산하고 육각형의 우측난에 현재의 화살표 방향을 기록한 후, 좌측에는 진행할 화살표의 방향을 기록한다. 현재의 방향은 내부 6각형에 화살표로 표시한다. 회전결과에 대해서는 바깥 부분의 6각형에 화살표를 표시하고 계속하여 홀수와 짝수를 교대로 이용한다. 이러한 헥사-맵의 경우, 특수한 프로그램의 작성에 필요한 개념설정에 유용하게 사용되며 이동체의 유도를 위해서는 실시간으로 이동체에 대한 지도를 작성하여야 하기 때문에 여러 개의 지도를 필요로 한다. 이러한 개념을 로봇선의 유도에 적용할 경우, 매우 복잡하게 되지만 GPS에 의한 이동체의 이동경로에 대하여 수치적으로 정보를 얻을 수 있고 매 1초 단위로 이동체에 대한 정확한 위치와 속도 및 방향을 알 수 있을 뿐만 아니라 실시간으로 조정할 수 있기 때문에 이러한 개념적인 접근의 시도를 달리하여야 한다. 일반적으로 선박의 경우, 조종 성능을 추정하는 방법으로 자유항로 주행 모형시험을 통하여 추정한 조종계수를 사용한다. 이론적인 조종운동방정식에 의한 결과를 실제의 실험결과와 비교하여 이론모델을 구성하는 과정을 되풀이하였다.In order to execute the movement for the moving object, the arrow level is first calculated, the current arrow direction is recorded in the right column of the hexagon, and the arrow direction to be advanced is recorded on the left side. The current direction is indicated by an arrow on the inner hexagon. For the result of the rotation, place an arrow on the outer hexagon and continue to use odd and even numbers alternately. In the case of hexa-map, it is useful to set up a concept necessary for writing a special program, and several maps are required because the map of the moving object must be made in real time to derive the moving object. When this concept is applied to the guidance of the robot ship, it becomes very complicated, but it is possible to obtain numerical information about the moving path of the moving object by GPS and to know the exact position, speed, and direction of the moving object every 1 second. In addition, this conceptual approach must be tried differently because it can be adjusted in real time. In general, the ship's control coefficients are estimated using the freeway driving model test to estimate the steering performance. The process of constructing the theoretical model was repeated by comparing the results of the theoretical steering equation with the experimental results.
정확한 조종모델의 유도는 설계에 필수적이지만 유체동력적인 계수들의 이론적인 추정에 한계가 있고 여러 요인에 대한 정확한 평가가 어렵기 때문에 조종모델은 비선형성과 불확실성이 내포되어 있다고 간주해야 한다.Accurate control model derivation is essential for design, but the control model should be considered to contain nonlinearity and uncertainty because of the limited theoretical estimation of the hydrodynamic coefficients and the difficult evaluation of many factors.
해양선박의 경우, 자동조타장치에 사용되는 여러 가지의 제어방법 중에서 고전적으로 PID(Proportional Integral Derivative, 비례적분도함수) 제어방법이 주로 사용되고 있으며, 이 경우 Nomoto가 제안한 1차 모델을 대상으로 한다. 선박운항의 자동제어 시스템은 수로에서 선박의 조정을 위한 퍼지제어기 설계가 시도되었으며, 신경망에 의한 자동조타장치가 사용되기도 한다.In the case of marine ships, the PID (Proportional Integral Derivative) control method is used mainly among the various control methods used in the automatic steering system. In this case, the first model proposed by Nomoto is used. In the automatic control system of ship operation, the design of fuzzy controller for the adjustment of ship in the waterway was attempted, and the auto steering system by neural network is also used.
따라서 실제적으로 이동체를 유도할 경우 변수에는 속도와 조향 뿐만 아니라 축척과 굴절요소들이 짧은 시간 동안에도 일정하게 존재하게 된다. 2차 모델의 경우 y는 미지의 오차량으로 공분산행렬 Cy에 의하여 2차 모델이 더욱 정확하게 된다.Therefore, in the case of actually inducing a moving body, not only speed and steering but also scale and refractive elements are constantly present in a variable time. In the quadratic model, y is an unknown error, and the quadratic model is more accurate by the covariance matrix Cy.
또한 음향비콘으로 일정지역을 운항한다고 가정했을 때, 목표지점에 대하여 로봇선의 이동위치를 점검한 수에 따라 목표점과의 거리와 위치에 독립적인 최소제곱으로 계산한다. 실제 이동한 경로에서 확인 점을 연결한 결과는 도15와 같이 나타낼 수 있다.In addition, assuming that a certain area is operated by acoustic beacons, the distance to the target point is calculated as the least square independent of the distance and position from the target point according to the number of positions of the robot ship's movement. The result of connecting the check points in the actually traveled path may be represented as shown in FIG. 15.
즉, 로봇선의 계획경로를 점선으로, 실제경로를 실선으로 나타내었을 때, 두 경로에 오차가 발생하게 된다. 이러한 오차를 알기 위해서는 실시간으로 이동방향과 경로에 대한 매 시간마다 위치를 추정하는 방법을 사용하여야 한다. That is, when the planned route of the robot ship is represented by the dotted line and the actual route is represented by the solid line, an error occurs in the two paths. In order to know these errors, a method of estimating the position every time for the direction and path in real time should be used.
3. 통신 및 백업시스템3. Communication and backup system
1) 로봇선과 제어국간 통신시스템1) Communication system between robot ship and control station
본 발명의 무선 인터넷 통신 및 RF모뎀 통신 시스템에 있어서, 로봇선과 제어국인 중앙통제부의 통신시스템은 이동통신 서비스망을 이용한 무선인터넷과 라디오 주파수(RF : Radio Frequency) 모뎀을 이용한 2채널 보완시스템으로 구성하였다. In the wireless Internet communication and RF modem communication system of the present invention, the communication system of the robot control unit and the central control unit, which is a control station, is composed of a two-channel complementary system using a wireless Internet using a mobile communication service network and a radio frequency (RF) modem. It was.
기본적인 통신 수단으로는 CDMA(Code Division Multiple Access, 코드 분할 다중 접속) 모뎀을 이용한 무선인터넷 통신을 이용하고 라디오 주파수(RF) 모뎀을 이용한 통신은 보조적인 수단으로 이용한다. As a basic communication means, wireless Internet communication using a Code Division Multiple Access (CDMA) modem is used, and communication using a radio frequency (RF) modem is used as an auxiliary means.
본 발명에서는 CDMA 모뎀을 이용한 무선인터넷 통신시스템을 개발하였다. 본 발명의 연구에 사용된 CDMA 무선모뎀은 국내 Growell 사의 EK-001B 모델로서 제원은 표 9와 같다.In the present invention, a wireless Internet communication system using a CDMA modem has been developed. The CDMA wireless modem used in the study of the present invention is a domestic EK-001B model of Growell, the specifications are shown in Table 9.
본 발명에서 송수신되는 데이터의 형태는 같고, 중앙통제부에서 무선인터넷 또는 RF 모뎀을 선택하여 데이터를 송수신할 수 있도록 설계하였다. 무선인터넷은 CDMA를 이용하여 구현하도록 설계하였다. 로봇선과 중앙통제부는 RS232 통신포트를 통해 CDMA 무선모뎀과 연결되는데, 각각 고유의 번호(전화번호)를 가지고 기존의 이동통신서비스를 이용하여 실시간으로 정보를 교환한다. In the present invention, the form of the data transmitted and received is the same, the central control unit is designed to transmit and receive data by selecting the wireless Internet or RF modem. The wireless Internet is designed to be implemented using CDMA. The robot ship and the central control unit are connected to the CDMA wireless modem through the RS232 communication port. Each robot has its own number (telephone number) and exchanges information in real time using the existing mobile communication service.
이때 이동통신서비스를 이용한 무선인터넷 통신의 장점은 거리에 상관없이 고속으로 데이터를 송수신할 수 있다는 점이다. 따라서, 중앙통제부국의 위치에 상관없이 원격지에서 로봇선을 조작하고 데이터를 송수신할 수 있는 장점이 있으며, 단점으로는 이동통신서비스 중계국과의 교신에 문제가 있거나, 지형적인 이유로 이동통신서비스를 이용하기 어려울 경우에 데이터 송수신이 불가능하다는 점이다. The advantage of wireless Internet communication using mobile communication services is that data can be transmitted and received at high speed regardless of distance. Therefore, there is an advantage that the robot ship can be operated and data can be transmitted / received from a remote place regardless of the location of the central control station. The disadvantage is that there is a problem in communication with a mobile communication service relay station or a geographic service for geographical reasons. It is impossible to transmit or receive data when it is difficult to do so.
본 발명에서는 이를 보완하기 위해서 RF 모뎀을 이용할 수 있도록 설계하였다. RF 모뎀은 근거리 통신장비로서 약 1∼2km 거리에서 데이터의 송수신이 가능하다. 따라서 이동통신서비스를 이용한 무선인터넷이 불가능할 경우에도 로봇선을 이용할 수 있다.In the present invention, it is designed to use the RF modem to compensate for this. The RF modem is a short-range communication device that can transmit and receive data at a distance of about 1 to 2 km. Therefore, even when the wireless Internet using a mobile communication service is impossible it can use a robot ship.
CDMA를 이용한 무선인터넷 통신은 TCP/IP(Transmission Control Protocol/ Internet Protocol, 전송제어규약/인터넷 규약)에 의한 방법으로 사용된다. CDMA는 데이터를 디지털의 형태로 전송하기 때문에 단말기에서 제공되는 모뎀제어 명령어를 이용하여 데이터를 전송하면 된다. CDMA 표준모뎀 명령어에 의하여 중앙통제부에서 로봇선의 호출을 대기하고 이동국의 호출이 이루어지면, 데이터를 전송한다. 표 10은 CDMA 표준모뎀 명령어 중 데이터 통신에 사용되는 명령어이다.Wireless Internet communication using CDMA is used as a method by TCP / IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol). Since CDMA transmits data in digital form, data can be transmitted using a modem control command provided by the terminal. The central control unit waits for the call of the robot ship by the CDMA standard modem command and transmits data when the call of the mobile station is made. Table 10 shows the commands used for data communication among CDMA standard modem commands.
본발명의 제어국인 중앙통제부와 로봇선은 CDMA 무선 모뎀을 이용하여 자동으로 호출하고 응답한다. 중앙통제부에 CDMA 모뎀을 연결하여 모뎀의 초기화 명령인 AT와 ATZ 및 이동국의 호출에 대한 응답회수를 1회로 설정한다. The central control unit and the robot ship, which are the control stations of the present invention, automatically call and respond using a CDMA radio modem. A CDMA modem is connected to the central control unit, and the number of response times for AT and ATZ, the modem's initialization command, and the call of the mobile station is set to one.
이어서 이동국에서 중앙통제부의 전화번호를 이용하여 At + ATDT + <IP number> + <Port number> 명령으로 호출한다. 이러한 호출은 시스템을 가동하기 시작하면서 1회 호출을 시도하고 만약 전화연결이 끊어지면 재호출을 하도록 프로그램을 작성하였다. The mobile station then calls the At + ATDT + <IP number> + <Port number> command using the central control's telephone number. The call was written to attempt to make one call as the system started up, and to recall if the phone disconnected.
상기 중앙통제부에서는 로봇선의 호출을 대기하고 있다가 ‘RING’ 이라는 메시지가 전송되면 곧 데이터의 송신과 수신을 수행한다. 로봇선의 호출은 중장통제부의 보정 메시지를 수신하고 GPS 수신기에 전달한다. 로봇선에서 호출하기 전에 우선적으로 중앙통제부의 응답모드로 설정하였다. The central control unit waits for a call of the robot ship, and then transmits and receives data as soon as the message 'RING' is transmitted. The call of the robot ship receives the calibration message of the mid-term control and transmits it to the GPS receiver. Prior to the call from the robot ship, the response mode of the central control unit was set first.
이때 호출이 이루어져 연결이 되면 GPS의 RTCM 포트와 RS 232 케이블을 연결하고 통신조건이 일치되도록 한다. 중앙통제부는 통신대기 상태가 설정되고 이어서 로봇선에서 호출하면 기준국에서는 RING 메시지와 접속의 성공을 나타내는 ‘CONNECTED 19200’과 같은 연결 및 전송속도가 표시된다. At this time, if the call is made and connected, connect the RTCM port of the GPS and RS 232 cable and make sure the communication conditions match. The central control unit is set to the communication standby state, and then called from the robot ship, the reference station displays the RING message and the connection and baud rate such as 'CONNECTED 19200' indicating the success of the connection.
이어서 GPS에 의한 보정메시지를 연속적으로 로봇선에 전송한다. 도16은 제어국에서 로봇선을 호출하는 프로그램을 나타낸 것이며, 도17은 RTCM 보정처리 프로그램을 설계한 화면을 나타낸 표시창(20)이다. Subsequently, a GPS correction message is continuously transmitted to the robot ship. Fig. 16 shows a program for calling the robot ship at the control station, and Fig. 17 is a
본 발명의 주요기능은 중앙통제부의 응답기능과 로봇선의 호출 및 RTCM 보정처리로 프로그램 내부적으로 제 1 통신포트를 GPS로 하고 제 2 통신포트를 CDMA 모뎀으로 설정한 경우 중앙통제부에서는 모뎀으로부터 ‘RING'과 ’CONNECT'라는 이벤트가 발생하면 자동적으로 GPS 포트에 RTCM 메시지를 전달한다. The main function of the present invention is that when the first communication port is set to GPS and the second communication port is set to CDMA modem in the program by the response function of the central control unit, the call of the robot ship, and the RTCM correction process, the central control unit is set to 'RING' from the modem. When the 'and' CONNECT 'events occur, RTCM messages are automatically sent to the GPS port.
또한 로봇선의 경우 전화번호로 호출을 하고 마찬가지로 ‘CONNECT'라는 이벤트가 발생하면 전송받은 보정메시지를 바로 GPS 포트로 연결하도록 하였다. In the case of a robot ship, the phone number is called and similarly, when the event of 'CONNECT' occurs, the received calibration message is directly connected to the GPS port.
본 발명의 원격측정 시스템의 통신은 외부통신과 내부통신으로 구분할 수 있다. 외부통신은 로봇선, 중앙통제부, 데이터 백업 서버간의 무선 인터넷 통신을 말하며, 내부통신은 로봇선에서의 GPS, Echosounder, 모터드라이브, 중앙제어보드, CDMA, PDA 간의 통신과 중앙통제부에서의 GPS, CDMA 모뎀, 노트북 또는 PDA 간의 통신을 말한다. Communication of the telemetry system of the present invention can be divided into external communication and internal communication. External communication refers to wireless internet communication between robot ship, central control unit and data backup server.Internal communication refers to communication between GPS, echo sounder, motor drive, central control board, CDMA, PDA and robot at central control unit. A communication between a CDMA modem, a notebook or a PDA.
또한 외부통신과 내부통신을 원활히 수행하기 위해서는 일정한 규약에 의한 데이터 포맷이 필요하다. 외부통신은 TCP/IP라는 인터넷 통신 규약에 의해 쉽게 해결할 수 있으나, 내부통신은 일부 데이터 통신에 대한 규약이 필요하다.In addition, in order to perform external communication and internal communication smoothly, a data format according to a certain protocol is required. External communication can be easily solved by the Internet communication protocol called TCP / IP, but internal communication requires some data communication protocol.
내부통신에서 각 기기의 연결은 RS232 포트를 통해 이루어지는데 이 부분은 시스템의 개발 언어인 비주얼 베이직(Visual Basic)에서 제공하는 명령어를 통해 포트를 열고 데이터를 전송하고 포트를 닫는 기능을 수행할 수 있다. 따라서 이 부분에 대해서는 특별한 규약을 정할 필요가 없다. In internal communication, each device is connected through RS232 port. This part can open a port, transmit data, and close the port through commands provided by the system's development language, Visual Basic. . Therefore, no special protocol needs to be set for this part.
또한 개발해야 할 통신 규약은 로봇선에서 중앙통제부로 보내는 획득 데이터의 통합과 중앙통제부에서 로봇선의 이동을 제어하기 위해 보내는 제어명령에 있다. 로봇선에서 보내는 통합데이터에는 로봇선의 위치좌표, GPS 위성신호 수신상태, 수심측정값 등이 있고, 중앙통제부에서 보내는 모터제어신호가 있는데, 데이터의 누락없이 신속하게 송수신하기 위해서는 GPS의 NMEA 메시지와 같은 일정한 형식으로 작성된 한 문장의 데이터가 적당하다. Also, the communication protocol to be developed is in the integration of acquisition data sent from the robot ship to the central control unit and control commands sent to control the movement of the robot ship from the central control unit. The integrated data sent from the robot ship includes the position coordinates of the robot ship, the GPS satellite signal reception status, the depth measurement value, and the motor control signal sent from the central control unit. One sentence of data written in the same uniform format is appropriate.
기본적인 통신규약을 구성하는 데이터들에 대한 내용은 표 11과 같다.Table 11 shows the data of the basic communication protocol.
2) 위치정보 및 제어정보 데이터 백업시스템2) Location information and control information data backup system
위치정보 및 제어정보 데이터 백업시스템은 로봇선과 이동국이 교환하는 정보를 실시간으로 서버에 저장함으로써 로봇선의 고장, 전복 등 만일의 상황에 대비할 수 있도록 설계하였다. 로봇선은 물리-역학적인 측면을 고려하여 설계하였지만, 로봇선의 고장, 전복, 파손 등의 위험성을 내포하고 있다. 작업도중 이러한 상황이 발생할 경우 측정중인 데이터가 손실될 우려가 있다. 서버에서도 무선인터넷을 이용하여 로봇선(10)과 중앙통제부(30)의 정보교환 내용을 수신할 수 있도록 설계하였다.Position information and control information data backup system is designed to prepare for the emergency situation such as failure or overturning of robot ship by storing information exchanged between robot ship and mobile station in server in real time. Although the robot ship was designed in consideration of the physico-mechanical aspect, the robot ship has a risk of failure, rollover and damage of the robot ship. If this happens during operation, there is a risk of losing the data being measured. The server was designed to receive information exchange information between the
측정된 데이터는 로봇선에 장착된 PDA의 메모리에 저장되고, 통합데이터를 중앙통제부에서 수신하여 1차적으로 백업하게 되며, 제어국에서 데이터의 백업을 담당하는 서버에 전송함으로써 2차적으로 백업하게 된다.The measured data is stored in the memory of the PDA mounted on the robot ship, and the integrated data is received by the central control unit and backed up first, and the control station sends the data back to the server responsible for backing up the data. do.
백업시스템은 통신시스템과 데이터베이스로 구성하였는데, 통신시스템은 3.3.1의 CDMA 무선 인터넷 통신과 동일하다. 그림 3.43의 통신규약에 의해 교환되는 측정 데이터 및 제어명령은 실시간으로 백업시스템에 전송되고 백업시스템에서는 전송된 데이터를 다시 각각의 항목별로 분리하여 표의 형태로 저장하게 된다. DBMS(DataBase Management System, 데이터베이스 관리 시스템)로는 MS 사의 Access를 이용하기로 하였다. Access는 DBMS 중에서 비교적 사용이 편리하고, GIS(Geographic Information System, 지리정보체계)의 데이터 포맷으로 많이 사용되고 있기 때문에 원격측정로봇선의 측정데이터를 활용하는데 용이할 것으로 판단된다. 다음 그림 3.44는 설계된 데이터베이스 중에서 로봇선의 데이터 저장화면이 다.The backup system consists of a communication system and a database. The communication system is identical to the CDMA wireless Internet communication in 3.3.1. The measured data and control commands exchanged by the communication protocol in Figure 3.43 are transmitted to the backup system in real time, and the backup system separates the transmitted data for each item and stores them in the form of a table. Microsoft decided to use Microsoft Access as its DBMS (Database Management System). Access is relatively easy to use among DBMSs and is widely used as a data format of GIS (Geographic Information System). The following figure 3.44 shows the data storage screen of the robot ship among the designed databases.
3) 현장 모니터링시스템3) Field monitoring system
본 발명의 현장 모니터링시스템은 로봇선과 중앙통제부를 하나의 대화그룹으로 관리하여 정보교환 내용을 모니터에 시각화함으로써 현장의 상황을 모니터링 할 수 있도록 설계하였다. 무선인터넷을 이용하여 로봇선의 획득정보 및 중앙통제부의 제어정보를 실시간으로 수신하고 화면에 출력하여 모니터링할 수 있도록 설계하였으며, 경우에 따라서 수신한 데이터를 이용하여 실시간으로 분석작업을 수행할 수 있도록 하였다. 다수의 측정지역 또는 여러 대의 로봇선을 관리할 경우, 각각의 로봇선을 하나의 그룹으로 관리할 수 있도록 하였으며, 필요에 따라서 수신되는 내용을 데이터베이스로 저장함으로써 즉시 다른 프로그램에서 작업할 수 있도록 하였다. Field monitoring system of the present invention is designed to monitor the situation of the site by visualizing the information exchange on the monitor by managing the robot ship and the central control unit as a single talk group. It is designed to receive and monitor the acquisition information of the robot ship and the control information of the central control unit in real time and output it on the screen by using the wireless internet, and in some cases, it is possible to perform analysis in real time using the received data. . When managing multiple measuring zones or several robot ships, each robot ship can be managed as a group, and if necessary, the received contents are stored in a database so that they can be worked on by other programs immediately.
또한 본 발명의 위치정보데이터 처리시스템은 로봇선의 상태확인 및 처리모듈, 이동계획경로 설정 모듈, 도형편집 모듈로 구성하여 현재의 위치에서 이동하고자 하는 목표점까지에 대한 거리 및 방위각을 분석하고 이를 이동체가 진행한 궤적과 비교하고 조정할 수 있는 수/자동화 알고리즘을 연구하고 모델링하였다. 또한 로봇선과 중앙통제부간의 통신시스템은 이동통신 서비스망을 이용한 무선인터넷과 RF모뎀을 이용한 2채널 시스템으로 이루어진 무선인터넷과 디지피에스를 이용한 원격측정 시스템 및 원격 측정 로봇선을 제공토록 한 것이다.In addition, the position information data processing system of the present invention is composed of a robot ship status check and processing module, a movement plan path setting module, a figure editing module to analyze the distance and azimuth angle from the current position to the target point to be moved, We studied and modeled a number / automation algorithm that can be compared and adjusted with advanced trajectories. In addition, the communication system between the robot ship and the central control unit is to provide a telemetry system and a telemetry robot ship using a wireless internet and a digital PS, which consist of a wireless internet using a mobile communication service network and a two-channel system using an RF modem.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 원격측정 로봇선은 사전 큰 준비작업 없이 1인이 간단 용이하게 원격 조정할 수 있으므로 기존의 수심측량 방법에 비해 경제적이고 데이터의 취득 및 저장이 자동화되어 수심측량 분야에서 활발히 이용될 수있는 장점이 있으며, As described above, the telemetry robot ship of the present invention can be easily and remotely controlled by one person without any large preparation work in advance, which is economical compared to the existing depth surveying method, and the acquisition and storage of data are automated, thereby actively participating in the depth surveying field. There are advantages that can be used,
또한 취득된 정확한 데이터는 하상지형도 작성, 담수량 산정 등을 통해 전국에 분포한 내륙지역 1만 여개 저수지의 수자원 관리, 홍수시의 피해 예방 등에 이용될 수 있어 토목구조물 시공 및 유지관리, 환경정보 획득 등의 분야에 활용함으로써 궁극적으로는 국토의 효율적인 관리를 할 수 있는 장점이 있으며,Accurate data can also be used to manage water resources in over 10,000 reservoirs distributed throughout the country and to prevent damage during flooding through the creation of river topography and freshwater calculations. It can be used to effectively manage the land, and ultimately,
또한 수중지형 모델링, 교각 밑부분 쇄굴조사 등 해양 토목구조물 시공 및 유지관리분야, 환경센서 추가장착을 통한 대기, 수질 정보획득 등 환경정보 취득분야, 군사적 이유로 출입이 통제된 지역의 영상정보획득 등 군사분야에서도 활용이 가능한 장점을 가지며, 특히 본 발명은 하천, 강, 바다 등의 수심과 지형을 원격으로 측량할 수 있는 로봇선을 초소형화시켜 자동차의 트렁크에 탐재할 수 있도록 함으로서 이동이 신속하고 측량시 원격조정이 간편 용이한 동시에 산업사회 전반에 걸쳐 응용할 수 있도록 된 효과를 갖는다.In addition, the construction and maintenance of marine civil structures such as underwater topography modeling and scour inspection at the bottom of the bridge, environmental information acquisition such as air and water quality acquisition through the installation of environmental sensors, and acquisition of image information in areas where access is restricted for military reasons The present invention has an advantage that can be utilized in the field, in particular, the present invention is to make it possible to survey the trunk of the car by miniaturizing the robot ship that can remotely survey the depth and terrain of rivers, rivers, seas, etc. Remote control of the city is easy and easy, and has the effect that it can be applied throughout the industrial society.
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