KR20170064345A - Autonomous navigation system for a sailing yacht and method thereof - Google Patents

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KR20170064345A
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Abstract

본 발명은 운항체의 자율운항시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 선체의 갑판 상부에 설치된 하나 이상의 돛, 센터보드 및 키(rudder)가 구비된 운항체의 자율운항시스템에 있어서, 바람정보, 조류정보, 자세 및 속도 정보, 위치정보 중 적어도 하나를 측정하는 센서부, 상기 센서부에서 측정된 바람정보 및 조류정보를 이용하여 기상지도를 생성하고, 상기 자세 및 속도 정보, 위치정보 중 적어도 하나를 이용하여 운항체 상태정보를 생성하는 분석부, 상기 생성된 기상지도, 상기 운항체 상태정보 및 운항정보를 이용하여 기 설정된 경로계획 알고리즘에 따라 최적 경로를 설정하는 경로 설정부, 상기 최적 경로를 따라 상기 운항체가 항해 되도록 제어하는 운항 제어부를 포함한다. The present invention relates to an autonomous navigation system for a navigation system and a control method thereof, and more particularly, to an autonomous navigation system for a navigation system having at least one sail, a center board and a rudder installed on a deck of a ship, A sensor unit for measuring at least one of information, posture, velocity information and position information, a weather map using wind information and bird information measured by the sensor unit, and at least one of the posture, A route setting unit for setting an optimum route according to a predetermined route planning algorithm using the generated weather map, the operational status information and the operational information, And a navigation control unit for controlling the navigation unit to navigate.

Description

운항체의 자율운항시스템 및 그 제어방법{AUTONOMOUS NAVIGATION SYSTEM FOR A SAILING YACHT AND METHOD THEREOF}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an autonomous navigation system,

본 발명은 운항체의 자율운항시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기상정보 및 운항체 상태정보를 반영하여 출발지와 목적지 사이의 최적 경로를 설정하고, 운항체가 최적 경로를 따라 항해되도록 제어하는 운항체의 자율운항시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an autonomous navigation system and a control method thereof, and more particularly, to an automatic navigation system and a control method thereof, in which an optimal route between a departure point and a destination is set by reflecting weather information and operational state information, And to a control method therefor.

세일링 요트는 돛과 센터보드, 그리고 키를 사용하여 해상을 운항하는 선박이다. 모터 등의 동력에 의존한 추진력은 이/접안 시를 제외하고는 거의 사용하지 않으며, 돛에 작용하는 바람의 압력 및 부력, 그리고 센터보드와 선체의 횡 지지력을 활용하여 전진력을 얻고, 키(rudder)를 사용하여 방향 전환을 수행한다. 이 중, 조종이 필요한 부분은 돛, 키, 그리고 센터보드이며, 이 중 현재까지 자동화가 되어 있는 부분은 조향을 담당하는 키 부분이다. Sailing Yacht is a marine vessel that uses sails, centerboards, and keys to navigate the sea. The propulsion force depending on the power of the motor is rarely used except for this / docking, the forward pressure is obtained by utilizing the pressure and buoyancy of the wind acting on the sail, and the lateral support force of the center board and the hull, rudder) is used to perform the redirection. Among them, sail, key, and center board are the parts that need to be controlled. Of these, the part that is automated until now is the key part for steering.

현재까지 상용화된 세일링 요트의 autopilot 시스템은 풍향 및 풍속 정보, 위치 정보를 입력으로 받고, wind vaning이나 해도 상의 목적지를 가기 위하여 키에 대한 제어를 실시하는 역할을 제공한다.Until now, the autopilot system of commercial sailing yachts receives wind direction, wind speed information, and position information, and provides a role of controlling the keys to wind vanishing or navigating to the destination of the sea chart.

그러나, 요트와 같은 운항체는 차량과 달리 기상 상태에 따라 운항이 제한되기도 하고, 기상 상태에 따라 운항 속도가 크게 영향을 받는다는 점에서, 항로 생성시에 기상 상태를 파악하여 운항체 항로를 생성하여야 하나, 종래의 항로 시스템은 이러한 기상 정보를 이용하여 경제적인 항로를 제공하지 않았다.
However, unlike a car, a yacht-like operating body is limited in operation depending on a weather condition, and a navigation speed is greatly influenced by a weather condition. Therefore, However, the conventional navigation system did not provide an economical route using such weather information.

선행기술1: 한국등록특허 제1,434,228호(공고일: 2014.08.27)Prior Art 1: Korean Patent No. 1,434,228 (Notification date: 2014.08.27)

본 발명은 기상 정보를 이용하여 운항체의 운항 경로를 설정할 수 있는 운항체의 자율운항시스템 및 그 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다. An object of the present invention is to provide an autonomous navigation system and a control method thereof for a navigation system that can set a navigation path of a navigation system using weather information.

본 발명의 다른 목적은 운항체가 최적 경로를 따라 운항할 수 있도록 제어하는 운항체의 자율운항시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide an autonomous navigation system and a control method thereof for controlling a navigation system so that the navigation system can be operated along an optimal path.

한편, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 기술적 과제가 포함될 수 있다.
It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선체의 갑판 상부에 설치된 하나 이상의 돛, 센터보드 및 키(rudder)가 구비된 운항체의 자율운항시스템에 있어서, 바람정보, 조류정보, 자세 및 속도 정보, 위치정보 중 적어도 하나를 측정하는 센서부, 상기 센서부에서 측정된 바람정보 및 조류정보를 이용하여 기상지도를 생성하고, 상기 자세 및 속도 정보, 위치정보 중 적어도 하나를 이용하여 운항체 상태정보를 생성하는 분석부, 상기 생성된 기상지도, 상기 운항체 상태정보 및 운항정보를 이용하여 기 설정된 경로계획 알고리즘에 따라 최적 경로를 설정하는 경로 설정부, 상기 최적 경로를 따라 상기 운항체가 항해 되도록 제어하는 운항 제어부를 포함하는 운항체의 자율운항시스템이 제공된다. According to an aspect of the present invention, there is provided an autonomous navigation system for a navigation system having at least one sail, a center board, and a rudder installed on an upper portion of a deck of a ship, the navigation system including wind information, bird information, A sensor unit for measuring at least one of the wind direction information, the wind direction information and the bird information measured by the sensor unit, generates the weather map, and generates the operational state information using at least one of the attitude, A route setting unit for setting an optimum route in accordance with a predetermined route planning algorithm using the generated weather map, the operational status information, and operational information, a navigation control unit for controlling the navigation system to navigate along the optimal route, An operating system of the operating system is provided.

상기 센서부는, 바람의 방향 및 풍속을 감지하는 바람정보 감지부, 조류 정보를 감지하는 조류정보 감지부, 상기 운항체의 진행방향, 자세 및 이송속도를 감지하는 자세/속도정보 감지부, 위치정보를 측정하는 위치정보 감지부를 포함할 수 있다. The sensor unit includes a wind information sensing unit for sensing wind direction and wind speed, a bird information sensing unit for sensing bird information, a posture / velocity information sensing unit for sensing a traveling direction, a posture, And a position information sensing unit for measuring the position information.

상기 운항 정보는, 선박의 출발지, 선박의 목적지 및 도착 마감시간(deadline) 중 적어도 하나일 수 있다. The flight information may be at least one of a departure point of the ship, a destination of the ship, and a deadline of arrival.

상기 경로 설정부는, 상기 생성된 기상지도를 해당 해역지도와 결합하여 예상기상지도를 생성하고, 상기 예상 기상지도, 상기 운항체 상태정보 및 운항정보를 이용하여 기 설정된 경로계획 알고리즘에 따라 최적 경로를 설정할 수 있다. The route setting unit generates an expected weather map by combining the generated weather map with the corresponding sea map, and calculates an optimal route according to a predetermined route planning algorithm using the predicted weather map, the operational state information, Can be set.

상기 운항 제어부는, 상기 최적 경로에 따라 운항체가 항해되도록 상기 돛, 센터보드, 키 중 적어도 하나를 제어하는 제어신호를 생성하고, 상기 생성된 제어신호를 기반으로 상기 돛, 센터보드, 키 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. The navigation control unit generates a control signal for controlling at least one of the sail, the center board, and the key so that the navigator is navigated according to the optimum route, and at least one of the sail, You can control one.

상기 제어신호는 키의 회전값, 센터보드 높이값, 돛 제어값 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The control signal may include at least one of a rotation value of a key, a center board height value, and a sail control value.

상기 운항 제어부는 상기 최적 경로를 따라 항해하는 운항체의 속도가 기 설정된 일정값 이하인 경우, 운항체에 구비된 엔진을 가동시킬 수 있다. The navigation control unit may operate the engine provided in the operating body when the speed of the operating body navigating along the optimal path is less than or equal to a preset constant value.

또한, 상기 운항 제어부는 상기 센서부에서 측정된 위치정보를 최적 경로와 비교하여, 운항체가 최적 경로를 벗어나는 경우, 상기 운항체가 최적 경로를 따라 운항하도록 돛, 센터보드, 키 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. The navigation control unit may compare at least one of the sail, the center board, and the key so that the navigator can navigate along the optimal route when the navigator is out of the optimal route by comparing the position information measured by the sensor unit with the optimal route. .

본 발명의 다른 측면에 따르면, 자율운항시스템이 운항체의 자율 운항을 제어하는 방법에 있어서, (a) 구비된 센서부를 통해 바람정보, 조류정보, 자세 및 속도 정보, 위치정보 중 적어도 하나를 포함하는 센싱정보를 측정하는 단계, (b) 상기 측정된 센싱정보를 이용하여 기상지도와 운항체 상태정보를 생성하는 단계, (c) 상기 생성된 기상지도, 상기 운항체 상태정보 및 운항정보를 이용하여 기 설정된 경로계획 알고리즘에 따라 최적 경로를 설정하는 단계, (d) 상기 최적 경로를 따라 상기 운항체가 항해 되도록 제어하는 단계를 포함하는 운항체의 자율운항제어방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling an autonomous navigation system of an operating system, the method comprising the steps of: (a) receiving at least one of wind information, bird information, (B) generating a weather map and operational status information using the sensed information; (c) using the generated weather map, the operational status information and operational information And setting an optimal path according to a predetermined path planning algorithm; and (d) controlling the navigator to navigate along the optimal path.

상기 운항 정보는, 선박의 출발지, 선박의 목적지 및 도착 마감시간(deadline) 중 적어도 하나일 수 있다. The flight information may be at least one of a departure point of the ship, a destination of the ship, and a deadline of arrival.

상기 (d) 단계는, 상기 최적 경로에 따라 운항체가 항해되도록 상기 돛, 센터보드, 키 중 적어도 하나를 제어하는 제어신호를 생성하는 단계, 상기 생성된 제어신호를 기반으로 상기 돛, 센터보드, 키 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 포함할 수 있다. Wherein the step (d) comprises the steps of: generating a control signal for controlling at least one of the sail, the center board, and the key so that the navigator is navigated according to the optimum route; Key of at least one of the plurality of keys.

상기 제어신호는 키의 회전값, 센터보드 높이값, 돛 제어값 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The control signal may include at least one of a rotation value of a key, a center board height value, and a sail control value.

상기 운항체의 자율운항제어방법은 상기 (d)단계 이후, 상기 최적 경로를 따라 항해하는 운항체의 속도가 기 설정된 일정값 이하인 경우, 운항체에 구비된 엔진을 가동시키는 단계를 더 포함할 수 있다. The autonomous navigation control method of the operating body may further include, after the step (d), operating the engine provided in the operating body when the speed of the operating body traveling along the optimal path is less than a predetermined constant value have.

또한, 상기 운항체의 자율운항제어방법은 상기 (d)단계 이후, 상기 센서부에서 측정된 위치정보를 최적 경로와 비교하여, 운항체가 최적 경로를 벗어나는 경우, 상기 운항체가 최적 경로를 따라 운항하도록 돛, 센터보드, 키 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
Further, the autonomous navigation control method of the operating unit may further include, after the step (d), comparing the position information measured by the sensor unit with an optimal route so that the navigation unit travels along the optimal route A sail, a center board, and / or a key.

본 발명에 따르면, 풍속, 풍향, 조류 등의 정보를 측정하여 현재 기상 상황에 대한 기상 지도를 만들고, 만들어진 기상 지도를 바탕으로 최적 경로를 생성한 후, 생성된 최적 경로를 따라 돛, 키 및 센터 보드를 제어하여, 운항체가 목적지까지 자율 운항을 하도록 함으로써, 운전자에게 정신없이 바쁜 상황 대신 여유롭고 안전한 항해를 즐길 수 있는 기회를 제공할 수 있다.According to the present invention, a weather map for current weather conditions is made by measuring information such as wind speed, wind direction and algae, and an optimal route is generated based on the generated weather map. Then, By controlling the board and allowing the operator to autonomously navigate to the destination, it is possible to provide the driver with an opportunity to enjoy a leisurely and safe voyage instead of a busy situation.

나아가, 군사적인 목적으로 활용 시, 무인 시스템으로 구성할 경우, 적은 에너지를 소모하면서도 인명 피해 없이 여러 가지 작전을 수행할 수 있게 된다.Furthermore, when used as a military purpose, an unmanned system can perform various operations without consuming less energy while consuming less energy.

또한, 운항체가 최적 경로를 이탈하여도, 운항체가 최적 경로를 따라 운항할 수 있도록 자동으로 제어함으로써, 운항체 탑승자는 즐기면서 원하는 목적지에 도착할 수 있다. In addition, even if the operator leaves the optimum route, the operator can automatically control the operator so that the operator can navigate along the optimum route, so that the occupant can enjoy the desired destination while enjoying the route.

한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.
The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and various effects can be included within the scope of what is well known to a person skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 운항체를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 운항체의 자율운항시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자율운항시스템이 운항체를 자율 운항하는 방법을 나타낸 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a schematic view of a vehicle according to an embodiment of the present invention; Fig.
2 is a block diagram schematically showing a configuration of an autonomous navigation system of a navigation system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a method for autonomous navigation of a navigation system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 전술한 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.The foregoing and other objects, features, and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 '운항체의 자율운항시스템 및 그 제어방법'을 상세하게 설명한다. 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, referring to the accompanying drawings, a description will be made in detail of an automatic navigation system and its control method according to the present invention. The embodiments are provided so that those skilled in the art can easily understand the technical spirit of the present invention, and thus the present invention is not limited thereto. In addition, the matters described in the attached drawings may be different from those actually implemented by the schematic drawings to easily describe the embodiments of the present invention.

한편, 이하에서 표현되는 각 구성부는 본 발명을 구현하기 위한 예일 뿐이다. 따라서, 본 발명의 다른 구현에서는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 구성부가 사용될 수 있다. 또한, 각 구성부는 순전히 하드웨어 또는 소프트웨어의 구성만으로 구현될 수도 있지만, 동일 기능을 수행하는 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 구성들의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 하나의 하드웨어 또는 소프트웨어에 의해 둘 이상의 구성부들이 함께 구현될 수도 있다. In the meantime, each constituent unit described below is only an example for implementing the present invention. Thus, in other implementations of the present invention, other components may be used without departing from the spirit and scope of the present invention. In addition, each component may be implemented solely by hardware or software configuration, but may be implemented by a combination of various hardware and software configurations performing the same function. Also, two or more components may be implemented together by one hardware or software.

또한, 어떤 구성요소들을 '포함'한다는 표현은, '개방형'의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
Also, the expression " comprising " is intended to merely denote that such elements are present as an expression of " open ", and should not be understood to exclude additional elements.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 운항체를 개략적으로 나타낸 도면이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a schematic view of a vehicle according to an embodiment of the present invention; Fig.

도 1을 참조하면, 운항체는 선체(20)를 포함하고, 선체(20)의 갑판 상부에 하나 이상의 돛(30)이 설치되며, 돛(30)은 마스트(40,mast) 및 붐(50, boom)에 의해 그 형태가 유지되며, 선체(20)의 선미 저면에는 요트의 방향을 조절하는 러더(60)가 설치되어 있다. 이러한 운항체는 예컨대, 요트일 수 있다. 1, the operating body includes a hull 20, and one or more sails 30 are installed on the deck of the hull 20, and the sail 30 is connected to the mast 40 and the boom 50 and the boom 20 is provided with a rudder 60 for adjusting the direction of the yacht. Such a navigator may be, for example, a yacht.

이러한 운항체의 자율운항을 제어하기 위한 시스템은 도 2와 같다.
A system for controlling the autonomous navigation of such a vehicle is shown in Fig.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 운항체의 자율운항시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다. 2 is a block diagram schematically showing a configuration of an autonomous navigation system of a navigation system according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 운항체의 자율운항시스템(200)은 센서부(210), 분석부(220), 경로 설정부(230), 운항 제어부(240)를 포함한다. 2, the autonomous navigation system 200 includes a sensor unit 210, an analysis unit 220, a route setting unit 230, and a navigation control unit 240.

센서부(210)는 바람정보, 조류정보, 자세 및 속도 정보, 위치정보 등을 측정한다. The sensor unit 210 measures wind information, algae information, attitude and speed information, and position information.

센서부(210)는 바람정보 감지부(212), 조류정보 감지부(214), 자세/속도 정보 감지부(216), 위치정보 감지부(218)를 포함한다. The sensor unit 210 includes a wind information sensing unit 212, a bird information sensing unit 214, a posture / velocity information sensing unit 216, and a position information sensing unit 218.

바람정보 감지부(212)는 풍향 및 풍속을 감지하는 것으로, 예컨대, 풍향계일 수 있다. 풍향계는 선체의 상부 특히, 마스트의 상단에 설치될 수 있고, 이 풍향계에 의해 바람의 세기 및 풍향 등을 정밀하게 감지할 수 있다.The wind information sensing unit 212 senses wind directions and wind speeds, and may be, for example, a weather vane. The weather vane can be installed at the top of the hull, especially at the top of the mast, and the wind direction and wind direction can be precisely detected by the weather vane.

조류정보 감지부(214)는 조류 정보를 감지하는 것으로 예컨대, 유속계일 수 있다. 즉, 운항체 하부에는 유속계 등의 센서를 활용하여 조류 정보를 계산한다.The algae information sensing unit 214 senses algae information and may be, for example, a flow meter. That is, a bird sensor information is calculated by using a sensor such as an anemometer under the operating body.

자세/속도정보 감지부(216)는 운항체의 진행방향, 자세 및 이송속도를 감지하는 것으로, 예컨대, 자이로 센서, 가속도 센서, 지자기 센서, 경사도 감지센서 등을 포함할 수 있다. 자세/속도정보 감지부(216)는 운항체의 조종실 등에 설치된 위성항법장치(GPS)에 의해 운항체의 진행방향 및 속도를 정밀하게 감지하도록 구성될 수도 있다. 지자기 센서는 선수 방향 중심에 설치되는 것으로, 지자기를 측정하여 운항체 진행방향인 방위각을 검출하게 되는데, 이와 같은 지자기 센서는 붐에 설치되어 돛이 향하는 방향인 돛의 현재 각도도 검출할 수 있다.The attitude / velocity information sensing unit 216 senses a traveling direction, a posture, and a conveying speed of the operating body, and may include, for example, a gyro sensor, an acceleration sensor, a geomagnetism sensor, The attitude / speed information sensing unit 216 may be configured to precisely detect the traveling direction and the speed of the operating unit by a GPS (Global Positioning System) installed in the cockpit of the operating unit or the like. The geomagnetic sensor is installed at the center of the bow direction, and it measures the geomagnetism to detect the azimuth angle which is the traveling direction of the operator. Such a geomagnetic sensor can detect the current angle of the sail which is installed on the boom and is the direction of the sail.

이처럼 자세/속도정보 감지부(216)는 운항체 무게 중심에 자리하는 가속도계 센서 및 자이로 센서 등의 정보, flowmeter의 정보와 GPS의 위치 정보를 결합하여 운항체의 위치, 속력 및 방향을 얻게 된다. As described above, the attitude / velocity information sensing unit 216 obtains the position, speed, and direction of the operating body by combining the information of the accelerometer sensor and the gyro sensor located at the center of gravity of the operating body, the flowmeter information and the GPS position information.

위치정보 감지부(218)는 운항체의 위치정보를 측정하는 것으로, 예컨대, GPS 일 수 있다. The position information sensing unit 218 measures the position information of the operating body, and may be, for example, a GPS.

분석부(220)는 센서부(210)에서 측정된 바람정보 및 조류정보를 이용하여 기상지도를 생성하고, 센서부(210)에서 측정된 자세 및 속도 정보, 위치정보를 이용하여 운항체 상태정보를 생성한다. 기상지도는 해당 해역에서의 조류, 풍향, 풍속 등으로 표시될 수 있다. The analysis unit 220 generates a weather map by using the wind information and the bird information measured by the sensor unit 210 and generates a weather map by using the position, . The weather map can be displayed as algae, wind direction, wind speed, etc. in the sea area.

경로 설정부(230)는 분석부(220)에서 생성된 기상지도, 운항체 상태정보 및 운항정보를 이용하여 기 설정된 경로계획 알고리즘에 따라 최적 경로를 설정한다. 여기서, 운항정보는 운항체의 출발지, 목적지, 도착 마감시간(deadline) 등을 포함할 수 있다. The route setting unit 230 sets an optimal route according to a predetermined route planning algorithm using the weather map, the operational status information, and the flight information generated by the analysis unit 220. Here, the flight information may include a departure point, a destination, an arrival deadline, and the like of the operator.

경로 설정부(230)는 분석부(220)에서 생성된 기상지도를 해당 해역지도와 결합하여 예상 기상지도를 생성하고, 그 예상 기상지도, 운항체 상태정보 및 운항정보를 이용하여 기 설정된 경로계획 알고리즘에 따라 최적 경로를 설정한다. 이때, 설정된 최적 경로는 최단 거리의 경로, 최단 시간의 경로, 연료 소모량이 가장 적게 드는 경로 등일 수 있다. 이처럼 경로 설정부(230)는 기상정보, 운항체 상태정보를 반영하여 출발지와 목적지 사이의 최적 경로를 설정한다.The path setting unit 230 generates a predicted weather map by combining the weather map generated by the analysis unit 220 with the corresponding sea map, and generates a predicted weather map by using the predicted weather map, Set the optimal path according to the algorithm. At this time, the optimal route set may be a route having the shortest distance, a route having the shortest time, a route having the least amount of fuel consumption, and the like. In this way, the route setting unit 230 sets the optimum route between the departure point and the destination point by reflecting the weather information and the operational state information.

이하, 경로 설정부(230)가 최적 경로를 설정하는 방법에 대해 좀더 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of setting an optimal path by the path setting unit 230 will be described in more detail.

경로 설정부(230)는 출발지로부터 목적지에 도달하는 경로들을 생성하고, 생성된 경로들 중에서 예상 기상지도를 이용하여 장애물 영역을 판단하며, 장애물 영역이 포함되지 경로를 최적 경로로 설정할 수 있다. 즉, 경로 설정부(230)는 분석부(220)에서 생성된 기상지도를 해당 해역지도와 결합하여 예상 기상지도를 생성함으로써, 장애물 영역을 판단할 수 있다. 여기서, 장애물 영역은 파도 및 조류가 센 영역정보, 통항선(Traffic line) 정보, 육상지역 정보, 국경 정보, 위험지역 정보, 수심 정보 등을 포함할 수 있다. 경로 설정부(230)는 예상 기상지도, 운항체 위치정보 등에 기초하여 출발지부터 목적지까지의 경로들에 대해 장애물 영역을 판단하고, 경로들 중에서 장애물 영역이 포함되지 않도록 필터링하여, 최적 경로를 설정할 수 있다. The route setting unit 230 may generate routes that reach the destination from the departure location, determine an obstacle area using the predicted weather map among the generated routes, and set the route including the obstacle area as an optimal route. That is, the path setting unit 230 can determine the obstacle area by combining the weather map generated by the analysis unit 220 with the corresponding sea map to generate the predicted weather map. Here, the obstacle area may include waves and algae sen area information, traffic line information, land area information, border information, dangerous area information, depth information, and the like. The route setting unit 230 determines an obstacle area for routes from the departure place to the destination on the basis of the predicted weather map and the operational object location information and filters the obstacle area from the routes so as to set the optimal route have.

또한, 경로 설정부(230)는 기상정보, 운항체 상태정보를 반영하여 출발지와 목적지 사이의 경로들을 설정하고, 설정된 경로들 중에서 최단 거리의 경로를 최적 경로로 설정할 수 있다. In addition, the route setting unit 230 may set the routes between the departure location and the destination by reflecting the weather information and the operational state information, and may set the route with the shortest distance as the optimum route.

또한, 경로 설정부(230)는 기상정보, 운항체 상태정보를 반영하여 출발지와 목적지 사이의 경로들을 설정하고, 설정된 경로들 중에서 운항체의 평균속도를 기준으로 운항 시간이 최소로 걸리는 경로를 최적 경로로 설정할 수 있다. In addition, the route setting unit 230 sets the routes between the departure point and the destination by reflecting the weather information and the operational status information, and determines a route having the minimum flight time on the basis of the average speed of the carriers among the set routes Path can be set.

또한, 경로 설정부(230)는 분석부(220)로부터 입력된 센싱정보를 바탕으로 등시선법(Isochrone Method)을 이용한 운항체의 최적 경로를 설정할 수도 있다. In addition, the path setting unit 230 may set the optimal path of the operating body using the isochronous method based on the sensing information input from the analyzing unit 220. [

예컨대, 경로 설정부(230)는 예상기상지도 및 운항체 상태정보에 기초하여 복수의 운항 경로 각각에 대한 연료 소모량을 예측하고, 연료 소모량이 가장 적게 드는 운항 경로를 최적 경로로 선택할 수도 있다. 구체적으로, 취득된 기상 정보 및 성능 정보에 기초하여 운항체 저항 증가량을 계산하고, 계산된 운항체 저항 증가량에 기초하여 선속 증가/저하량을 계산하며, 계산된 선속 증가/저하량에 기초하여 선속 조절을 위한 마력 증가량을 계산하고, 계산된 마력 증가량에 기초하여 운항체의 연료 소모량을 계산할 수 있다. 그리고, 예측된 연료 소모량에 기초하여, 복수의 운항 경로 중 최적 경로를 선택한다. 구체적으로, 복수의 운항 경로 각각에 대한 예측된 연료 소모량을 비교하여, 연료 소모량이 가장 적게 드는 운항 경로를 최적 경로로 선택할 수 있다. 이와 같은 비교 과정은 A*와 같은 알고리즘을 사용하여 최적 경로 생성 중에 이루어질 수도 있다.For example, the route setting unit 230 may predict the fuel consumption amount for each of the plurality of navigation routes based on the predicted weather map and the operational status information, and may select the navigation route with the least amount of fuel consumption as the optimum route. Specifically, the operating body resistance increase amount is calculated based on the acquired weather information and performance information, the wire increase / decrease amount is calculated based on the calculated operating body resistance increase amount, and based on the calculated wire increase / The amount of horsepower increase for the adjustment can be calculated, and the fuel consumption of the operator can be calculated based on the calculated increase in horsepower. Then, based on the predicted fuel consumption amount, an optimum route among a plurality of operational routes is selected. More specifically, it is possible to compare the predicted fuel consumption amount for each of the plurality of flight paths, and to select the flight path with the least amount of fuel consumption as the optimum path. Such a comparison process may be performed during optimal path generation using an algorithm such as A *.

운항 제어부(240)는 경로 설정부(230)에서 설정된 최적 경로를 따라 운항체가 항해되도록 제어한다. 즉, 운항 제어부(240)는 최적 경로에 따라 운항체가 항해되도록 돛, 센터보드, 키를 제어하는 제어신호를 생성하고, 생성된 제어신호를 기반으로 운항체의 돛, 센터보드, 키를 제어한다. 여기서, 제어신호는 키의 회전값, 센터보드 높이값, 돛 제어값 등을 포함할 수 있고, 운항 제어부(240)는 키의 회전값에 따라 운항체의 방향을 전환시키고, 센터보드 높이값에 따라 센터보드의 높이를 조절하며, 돛 제어값에 따라 돛의 위치를 조절할 수 있다. The navigation control unit 240 controls the navigation system to navigate along the optimal route set by the route setting unit 230. That is, the navigation control unit 240 generates a control signal for controlling the sail, the center board, and the key so that the navigator is navigated according to the optimum route, and controls the sail, the center board, and the key of the navigator based on the generated control signal . Here, the control signal may include the rotation value of the key, the center board height value, the sail control value, etc., and the navigation control unit 240 may change the direction of the operating body according to the rotation value of the key, You can adjust the height of the center board and adjust the sail position according to the sail control value.

또한, 운항 제어부(240)는 최적 경로를 따라 항해하는 운항체의 속도가 기 설정된 일정값 이하인 경우, 운항체에 구비된 엔진을 가동시켜, 엔진에 의해 운항체가 항해되도록 할 수 있다. In addition, when the speed of the navigating member traveling along the optimal path is equal to or less than a predetermined constant value, the navigation control unit 240 can operate the engine provided in the navigating member so that the navigating member can be navigated by the engine.

또한, 운항 제어부(240)는 센서부(210)에서 측정된 위치정보를 최적 경로와 비교하여, 운항체가 최적 경로를 벗어나는 경우, 운항체가 최적 경로를 따라 운항하도록 돛, 센터보드, 키를 제어한다.
In addition, the navigation control unit 240 compares the position information measured by the sensor unit 210 with the optimal route, and controls the sail, the center board, and the key so that the navigator travels along the optimal route when the navigator is out of the optimal route .

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자율운항시스템이 운항체를 자율 운항하는 방법을 나타낸 도면이다. FIG. 3 is a diagram illustrating a method for autonomous navigation of a navigation system according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 자율운항시스템은 구비된 센서부를 통해 바람정보, 조류정보, 자세 및 속도 정보, 위치정보 중 적어도 하나를 포함하는 센싱정보를 측정한다(S302).Referring to FIG. 3, the autonomous navigation system measures sensing information including at least one of wind information, almanac information, attitude and velocity information, and position information through a sensor unit (S302).

그런 후, 자율운항시스템은 측정된 센싱정보를 이용하여 기상지도와 운항체 상태정보를 생성한다(S304). 즉, 자율운항시스템은 바람정보 및 조류정보를 이용하여 기상지도를 생성하고, 자세/속도 정보 및 위치정보를 이용하여 운항체 상태정보를 생성한다. S302부터 S304까지의 과정은 자율운항시스템이 동작하는 동안 일정 시간마다(예를 들면, 매 1초 간격) 반복적으로 이루어지게 된다.Then, the autonomous navigation system generates the weather map and the operating status information using the sensed information (S304). That is, the autonomous navigation system generates the weather map using the wind information and the bird information, and generates the operational state information using the attitude / speed information and the location information. The processes from S302 to S304 are repeated at regular intervals (for example, every one second interval) during the operation of the autonomous navigation system.

그런 후, 자율운항시스템은 생성된 기상지도, 운항체 상태정보 및 운항정보를 이용하여 기 설정된 경로계획 알고리즘에 따라 최적 경로를 설정한다(S306). 즉, 자율운항시스템은 기상정보, 운항체 상태정보를 반영하여 출발지와 목적지 사이의 최적 경로를 설정한다. 여기서, 최적 경로는 최단 거리의 경로, 최단 시간의 경로, 연료 소모량이 가장 적게 드는 경로 등일 수 있다.Then, the autonomous navigation system sets an optimal route according to a predetermined route planning algorithm using the generated weather map, operational state information and operational information (S306). That is, the autonomous navigation system sets the optimal route between the departure point and the destination point by reflecting the weather information and the operational state information. Here, the optimum route may be a route having the shortest distance, a route having the shortest time, a route having the least amount of fuel consumption, or the like.

그런 후, 자율운항시스템은 최적 경로를 따라 운항체가 항해 되도록 제어신호를 생성하고(S308), 그 제어신호에 따라 키, 센터보드, 돛을 제어한다(S310). 즉, 자율운항시스템은 최적 경로에 따라 운항체가 항해되도록 돛, 센터보드, 키를 제어하는 제어신호를 생성하고, 생성된 제어신호를 기반으로 운항체의 돛, 센터보드, 키를 제어한다.Then, the autonomous navigation system generates a control signal so that the operator navigates along the optimal path (S308), and controls the key, the center board, and the sail according to the control signal (S310). That is, the autonomous navigation system generates a control signal for controlling the sail, the center board and the key so that the navigator is navigated according to the optimum route, and controls the sail, the center board, and the key of the operator based on the generated control signal.

운항체가 항해 중이면, 자율운항시스템은 운항체의 위치정보를 이용하여 운항체가 최적경로를 이탈하는지를 판단한다(S312).If the operator is navigating, the autonomous navigation system uses the location information of the operator to determine whether the navigator leaves the optimal route (S312).

S312의 판단결과, 운항체가 최적 경로를 이탈하면, 자율운항 시스템은 S308을 수행한다. 만약 운항체가 최적 경로에서 지나치게 많이 이탈했을 경우, 자율운항 시스템은 S306을 재수행하여 새로운 최적 경로를 생성하게 된다.As a result of the determination in S312, if the operator leaves the optimum route, the autonomous navigation system performs S308. If the operator has deviated too much from the optimal path, the autonomous navigation system re-runs S306 to create a new optimal path.

만약, S312의 판단결과, 운항체가 최적경로를 이탈하지 않으면, 자율운항 시스템은 운항체의 속도가 기 설정된 일정값 이하인지를 판단한다(S314).If it is determined in step S312 that the operating body does not deviate from the optimal path, the autonomous navigation system determines whether the speed of the operating body is equal to or less than a predetermined value (S314).

S314의 판단결과, 운항체의 속도가 일정값 이하이면, 자율운항시스템은 엔진 가동 신호를 생성하고(S316), 그 엔진 가동 신호에 따라 엔진을 가동시킨다(S318). 그러면, 운항체는 돛과 엔진을 활용하여 항해하게 된다.
As a result of the determination in S314, if the speed of the operating body is less than a predetermined value, the autonomous navigation system generates an engine operation signal (S316) and activates the engine in accordance with the engine operation signal (S318). Then, the operator sails using the sails and the engine.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Thus, those skilled in the art will appreciate that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the embodiments described above are to be considered in all respects only as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.

10200 : 자율운항시스템 210 : 센서부
212 : 바람정보 감지부 214 : 조류정보 감지부
216 : 자세/속도 정보 감지부 218 : 위치정보 감지부
220 : 분석부 230 : 경로 설정부
240 : 운항 제어부10200: autonomous navigation system 210: sensor unit
212: Wind information detecting unit 214: Bird information detecting unit
216: attitude / velocity information sensing unit 218: position information sensing unit
220: Analysis section 230: Path setting section
240:

Claims (14)

선체의 갑판 상부에 설치된 하나 이상의 돛, 센터보드 및 키(rudder)가 구비된 운항체의 자율운항시스템에 있어서,
바람정보, 조류정보, 자세 및 속도 정보, 위치정보 중 적어도 하나를 측정하는 센서부;
상기 센서부에서 측정된 바람정보 및 조류정보를 이용하여 기상지도를 생성하고, 상기 자세 및 속도 정보, 위치정보 중 적어도 하나를 이용하여 운항체 상태정보를 생성하는 분석부;
상기 생성된 기상지도, 상기 운항체 상태정보 및 운항정보를 이용하여 기 설정된 경로계획 알고리즘에 따라 최적 경로를 설정하는 경로 설정부; 및
상기 최적 경로를 따라 상기 운항체가 항해 되도록 제어하는 운항 제어부;
를 포함하는 운항체의 자율운항시스템.
An autonomous navigation system for a vehicle having at least one sail, a center board and a rudder installed on the deck of a ship,
A sensor unit for measuring at least one of wind information, algae information, attitude and velocity information, and position information;
An analyzing unit for generating a weather map using wind information and algae information measured by the sensor unit and generating operational state information using at least one of the attitude, speed, and location information;
A route setting unit configured to set an optimal route according to a predetermined route planning algorithm using the generated weather map, the operating state information, and the flight information; And
A navigation controller for controlling the navigator to navigate along the optimal route;
The system comprising:
제1항에 있어서,
상기 센서부는,
바람의 방향 및 풍속을 감지하는 바람정보 감지부;
조류 정보를 감지하는 조류정보 감지부;
상기 운항체의 진행방향, 자세 및 이송속도를 감지하는 자세/속도정보 감지부; 및
위치정보를 측정하는 위치정보 감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 운항체의 자율운항시스템.
The method according to claim 1,
The sensor unit includes:
A wind information sensing unit for sensing wind direction and wind speed;
A bird information detecting unit for detecting bird information;
A posture / speed information sensing unit for sensing a traveling direction, a posture, and a conveying speed of the operating body; And
And a position information sensing unit for measuring the position information.
제1항에 있어서,
상기 운항 정보는, 출발지, 목적지, 도착 마감시간(deadline) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 운항체의 자율운항시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the flight information is at least one of a departure point, a destination, and a deadline of arrival.
제1항에 있어서,
상기 경로 설정부는,
상기 생성된 기상지도를 해당 해역지도와 결합하여 예상기상지도를 생성하고, 상기 예상 기상지도, 상기 운항체 상태정보 및 운항정보를 이용하여 기 설정된 경로계획 알고리즘에 따라 최적 경로를 설정하는 것을 특징으로 하는 운항체의 자율운항시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the path setting unit comprises:
Generating an expected weather map by combining the generated weather map with the corresponding sea map, and setting an optimal route according to a predetermined route planning algorithm using the predicted weather map, the operational state information, and the operational information, The autonomous navigation system of the operating body.
제1항에 있어서,
상기 운항 제어부는,
상기 최적 경로에 따라 운항체가 항해되도록 상기 돛, 센터보드, 키 중 적어도 하나를 제어하는 제어신호를 생성하고, 상기 생성된 제어신호를 기반으로 상기 돛, 센터보드, 키 중 적어도 하나를 제어하는 것을 특징으로 하는 운항체의 자율운항시스템.
The method according to claim 1,
The navigation control unit,
A control board for controlling at least one of the sail, the center board and the key so that the navigator is navigated according to the optimum route, and controlling at least one of the sail, the center board and the key based on the generated control signal The autonomous navigation system of the navigation system.
제5항에 있어서,
상기 제어신호는 키의 회전값, 센터보드 높이값, 돛 제어값 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 운항체의 자율운항시스템.
6. The method of claim 5,
Wherein the control signal includes at least one of a rotation value of a key, a center board height value, and a sail control value.
제1항에 있어서,
상기 운항 제어부는 상기 최적 경로를 따라 항해하는 운항체의 속도가 기 설정된 일정값 이하인 경우, 운항체에 구비된 엔진을 가동시키는 것을 특징으로 하는 운항체의 자율운항시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the navigation control unit activates the engine provided in the operating body when the speed of the operating body traveling along the optimum path is less than a preset constant value.
제1항에 있어서,
상기 운항 제어부는 상기 센서부에서 측정된 위치정보를 최적 경로와 비교하여, 운항체가 최적 경로를 벗어나는 경우, 상기 운항체가 최적 경로를 따라 운항하도록 돛, 센터보드, 키 중 적어도 하나를 제어하는 것을 특징으로 하는 운항체의 자율운항시스템.
The method according to claim 1,
The navigation control unit compares position information measured by the sensor unit with an optimal route and controls at least one of a sail, a center board, and a key so that the navigator travels along an optimal route when the navigator is out of an optimal route The autonomous navigation system of the navigation system.
자율운항시스템이 운항체의 자율 운항을 제어하는 방법에 있어서,
(a) 구비된 센서부를 통해 바람정보, 조류정보, 자세 및 속도 정보, 위치정보 중 적어도 하나를 포함하는 센싱정보를 측정하는 단계;
(b) 상기 측정된 센싱정보를 이용하여 기상지도와 운항체 상태정보를 생성하는 단계;
(c) 상기 생성된 기상지도, 상기 운항체 상태정보 및 운항정보를 이용하여 기 설정된 경로계획 알고리즘에 따라 최적 경로를 설정하는 단계; 및
(d) 상기 최적 경로를 따라 상기 운항체가 항해 되도록 제어하는 단계;
를 포함하는 운항체의 자율운항제어방법.
A method for an autonomous navigation system to control autonomous navigation of a navigation system,
(a) measuring sensing information including at least one of wind information, alga information, attitude and velocity information, and position information through a sensor unit;
(b) generating weather map and operational state information using the sensed information;
(c) setting an optimal path according to a predetermined path planning algorithm using the generated weather map, the operational state information and the operational information; And
(d) controlling the navigator to navigate along the optimal route;
Wherein the method comprises the steps of:
제9항에 있어서,
상기 운항 정보는, 출발지, 목적지, 도착 마감시간(deadline) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 운항체의 자율운항제어방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the flight information is at least one of a start point, a destination point, and a deadline of an arrival.
제9항에 있어서,
상기 (d) 단계는,
상기 최적 경로에 따라 운항체가 항해되도록 상기 돛, 센터보드, 키 중 적어도 하나를 제어하는 제어신호를 생성하는 단계;
상기 생성된 제어신호를 기반으로 상기 돛, 센터보드, 키 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 운항체의 자율운항제어방법.
10. The method of claim 9,
The step (d)
Generating a control signal for controlling at least one of the sail, the center board and the key so that the navigator is navigated according to the optimum route;
And controlling at least one of the sail, the center board and the key based on the generated control signal.
제11항에 있어서,
상기 제어신호는 키의 회전값, 센터보드 높이값, 돛 제어값 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 운항체의 자율운항제어방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the control signal includes at least one of a rotation value of a key, a center board height value, and a sail control value.
제9항에 있어서,
상기 (d)단계 이후,
상기 최적 경로를 따라 항해하는 운항체의 속도가 기 설정된 일정값 이하인 경우, 운항체에 구비된 엔진을 가동시키는 단계를 더 포함하는 운항체의 자율운항제어방법.
10. The method of claim 9,
After the step (d)
And operating the engine provided in the operating body when the speed of the operating body traveling along the optimal path is less than or equal to a predetermined constant value.
제9항에 있어서,
상기 (d)단계 이후,
상기 센서부에서 측정된 위치정보를 최적 경로와 비교하여, 운항체가 최적 경로를 벗어나는 경우, 상기 운항체가 최적 경로를 따라 운항하도록 돛, 센터보드, 키 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 더 포함하는 운항체의 자율운항제어방법.10. The method of claim 9,
After the step (d)
And controlling at least one of a sail, a center board, and a key so as to operate the navigator along the optimal route when the navigator is out of an optimal route by comparing position information measured by the sensor with an optimal route Autonomous Navigation Control Method of Sieve.
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