KR20220132910A - Collision avoidance system for autonomous ships - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a collision avoidance system for an autonomous vessel. The present invention is to provide the collision avoidance system for an autonomous vessel, capable of controlling an autonomous vessel for the autonomous vessel to sail in a safe navigation path avoiding a collision with an object on the sea. The collision avoidance system for an autonomous vessel includes: a steering gear controlling the speed and the direction of the autonomous vessel; a periphery searching device detecting an object on the sea in the periphery of the autonomous vessel while the autonomous vessel is sailing, and obtaining position information, a moving speed, a moving direction, and shape information of the detected object; and an autonomous navigation device generating the navigation path to a predetermined destination and controlling the steering gear for the autonomous vessel to sail according to the generated navigation path. Furthermore, the autonomous navigation device determines whether the detected object is located on the navigation path of the autonomous vessel by using the obtained position information, moving speed, moving direction, and shape information. Also, the autonomous navigation device predicts the size of the detected object and discriminates whether the detected object is an obstacle. When the detected object is determined to be an obstacle, the autonomous navigation device corrects the navigation path to avoid a collision with the detected object by considering the shape information on the lower part of the detected object submerged in the water. Moreover, the autonomous navigation device controls the autonomous vessel so that the autonomous vessel sails according to the corrected navigation path.

Description

자율운항선박의 충돌회피 시스템{Collision avoidance system for autonomous ships}Collision avoidance system for autonomous ships}

본 발명은 자율운항선박의 충돌회피 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a collision avoidance system for autonomously operated ships.

자율운항선박은 선원 없이 자동으로 정해진 경로를 항해하고, 필요한 경우, 원격 조종 통제 센터에서 항해 및 기관부(예를 들면, 엔진, 방향타 장치)를 제어할 수 있는 선박을 말한다. 이를 위하여, 지상에는 자율운항선박을 원격으로 조종하기 위한 원격 조종 통제 센터가 필요하며, 기술적인 문제 및 법적인 문제 등의 해결을 위하여 원격 조종 통제 센터에서는 선장 및 기관장이 직접 지휘 통솔을 수행해야 한다.Autonomous vessel refers to a vessel capable of navigating an automatically set route without crew and, if necessary, controlling navigation and machinery (eg engine, rudder device) from a remote-controlled control center. To this end, a remote control and control center is required to remotely control an autonomous ship on the ground. In order to solve technical and legal problems, the captain and the chief engineer must directly conduct command and control at the remote control center.

한편, 최근 GPS 및 각종 센서의 발전으로 인해 차량이 최단 거리를 가진 경로로 자율 주행하는 것은 어렵지 않은 기술이라 할 수 있으나, 선박의 운항에 있어서는 그렇지 않다고 할 수 있다. 선박은 자동차나 오토바이 등 기타 육상에서 운행되는 차량과는 다르게 수중에서 운항되는 특성상 관성력이 매우 크므로 즉각적으로 속도나 방향을 조절하는 것이 매우 어렵기 때문이다. 또한, 바다는 육지처럼 정해진 도로가 없고 날씨 등 여러 변수의 영향을 크게 받기 때문에 예정된 경로로 운항하는 것은 매우 어려운 것이 현실이며, 예상하지 못한 다른 선박 및 암초 등과의 충돌을 예방하기 위해 선원들이 항상 전방을 주시해야 한다.On the other hand, it can be said that it is not difficult technology to autonomously drive a vehicle on a route having the shortest distance due to the recent development of GPS and various sensors, but it can be said that this is not the case in the operation of a ship. This is because, unlike other land-based vehicles such as automobiles and motorcycles, ships have a very large inertial force due to their characteristics of being operated underwater, so it is very difficult to immediately adjust their speed or direction. In addition, the sea does not have a fixed road like land and is greatly affected by various variables such as weather, so it is very difficult to navigate on a scheduled route. should keep an eye on

특히, 선박 운행 중에 대량의 비 또는 눈이 내리거나, 고농도의 안개, 스모그(smog), 황사 또는 미세먼지 등이 발생한 경우, 가시성(visibility, 可視性)이 급격히 낮아져 선원들이 전방을 주시하더라도 육안(肉眼)으로 물체를 탐지하기 어렵기 때문에 예상하지 못한 다른 선박 및 암초 등과 충돌할 수 있는 매우 위험한 상황에 놓이게 될 수 있는 문제점이 있다. 즉, 선박의 운항은 충돌 회피가 핵심이라고 할 수 있는데, 선박의 속도나 방향을 조절하기 위해서는 선박의 운항 경로를 미리 예측하여 사전에 조향 핸들이나 변속 레버의 조작을 수행하여야 한다.In particular, when a large amount of rain or snow falls, or a high concentration of fog, smog, yellow dust, or fine dust occurs while the ship is operating, the visibility is sharply reduced, Because it is difficult to detect an object with a shoal, there is a problem that may be put in a very dangerous situation that may collide with other ships and reefs, etc. unexpectedly. That is, collision avoidance is the key to ship navigation. In order to control the speed or direction of the ship, the ship's navigation route must be predicted in advance and the steering handle or shift lever must be operated in advance.

대한민국등록특허공보 제10-0734814호(2007.06.27)Republic of Korea Patent Publication No. 10-0734814 (June 27, 2007)

본 발명은 자율운항선박의 항해 중에 항해경로에 존재하는 해상물체를 미리 탐지하여 분석하고, 분석 결과를 이용하여 해상물체와의 충돌을 회피하는 안전한 항해경로로 자율운항선박이 항해하도록 제어하는 자율운항선박의 충돌회피 시스템을 제공하기 위한 것이다.The present invention detects and analyzes marine objects existing in the navigation path in advance during the voyage of the autonomous navigation vessel, and uses the analysis result to control the autonomous navigation vessel to navigate on a safe navigation path that avoids collision with marine objects. It is intended to provide a collision avoidance system for ships.

본 발명의 일 측면에 따르면, 자율운항선박의 충돌회피 시스템이 개시된다.According to one aspect of the present invention, a collision avoidance system for an autonomously operated ship is disclosed.

본 발명의 실시예에 따른 자율운항선박의 충돌회피 시스템은, 상기 자율운항선박의 속도 및 방향을 제어하는 조타 장치, 상기 자율운항선박이 항해 중에, 상기 자율운항선박 주변의 해상에서 물체를 탐지하고, 상기 탐지된 물체의 위치 정보, 이동 속도, 이동 방향 및 형태 정보를 획득하는 주변 탐색 장치 및 미리 설정된 목적지까지의 항해 경로를 생성하고, 상기 생성된 항해 경로에 따라 상기 자율운항선박이 항해하도록 상기 조타 장치를 제어하고, 상기 획득된 위치 정보, 이동속도, 이동방향 및 형태 정보를 이용하여, 상기 탐지된 물체가 상기 자율운항선박의 항해경로 상에 위치하는지 여부를 판단하고 상기 탐지된 물체의 크기를 예측하여, 상기 탐지된 물체의 장애물 여부를 판별하고, 상기 탐지된 물체가 장애물로 판별되면, 상기 탐지된 물체의 수중에 잠긴 물체 하부의 형태 정보를 고려하여 상기 탐지된 물체와의 충돌을 회피하도록 상기 항해경로를 수정하고, 상기 수정된 항해경로에 따라 자율운항선박이 항해하도록 제어하는 자율 운항 장치를 포함한다.A collision avoidance system for an autonomously operated ship according to an embodiment of the present invention includes a steering device for controlling the speed and direction of the autonomously operated ship, and while the autonomously operated ship is sailing, detecting an object in the sea around the autonomously operated ship and , to generate a navigation route to a preset destination and a peripheral search device for acquiring location information, movement speed, movement direction and shape information of the detected object, and to allow the autonomous vessel to navigate according to the created navigation route Control the steering device, and determine whether the detected object is located on the navigation path of the autonomous vessel by using the obtained location information, movement speed, movement direction and shape information, and determine the size of the detected object to predict whether the detected object is an obstacle, and if the detected object is determined as an obstacle, a collision with the detected object is avoided by considering the shape information of the submerged object of the detected object. and an autonomous navigation device that modifies the navigation route to do so, and controls the autonomous navigation vessel to navigate according to the modified navigation route.

상기 자율 운항 장치는, 상기 위치 정보, 상기 이동속도 및 상기 이동방향으로부터 상기 탐지된 물체의 예상 항해경로를 산출하고, 상기 예상 항해경로와 상기 자율운항선박의 항해경로를 시간에 따라 비교하여 충돌 가능 여부를 판단하고, 상기 판단 결과 충돌 가능한 경우 상기 탐지된 물체를 장애물로 판별한다.The autonomous navigation device may calculate an expected navigation route of the detected object from the location information, the movement speed and the movement direction, and compare the predicted navigation route with the navigation route of the autonomous navigation vessel over time to collide It is determined whether a collision is possible, and the detected object is determined as an obstacle if a collision is possible as a result of the determination.

상기 자율 운항 장치는, 상기 형태 정보를 이용하여 상기 탐지된 물체의 예상 크기를 산출하고, 상기 산출된 예상 크기가 임계치 이상인 경우, 상기 탐지된 물체를 장애물로 판별한다.The autonomous navigation device calculates an expected size of the detected object by using the shape information, and determines that the detected object is an obstacle when the calculated expected size is greater than or equal to a threshold value.

상기 주변 탐색 장치는 소나(Sonar)를 포함하되, 상기 자율 운항 장치는, 상기 탐지된 물체가 장애물로 판별되면, 상기 소나가 상기 탐지된 물체의 수중에 잠긴 물체 하부를 스캔하여 상기 물체 하부의 형태 정보를 획득하도록 제어하고, 상기 물체 하부의 형태 정보를 이용하여 상기 탐지된 물체의 하부 크기를 물체의 실제 크기로 산출하고, 상기 산출된 실제 크기를 고려하여 상기 상기 항해경로를 수정한다.The device for searching for surroundings includes a sonar, and when the detected object is determined as an obstacle, the sonar scans a lower part of the submerged object of the detected object to determine the shape of the lower part of the object. It controls to acquire information, calculates the detected lower size of the object as the actual size of the object by using the shape information of the lower portion of the object, and corrects the navigation route in consideration of the calculated actual size.

본 발명의 실시예에 따른 자율운항선박의 충돌회피 시스템은, 자율운항선박의 항해 중에 항해경로에 존재하는 해상물체를 미리 탐지하여 분석하고, 분석 결과를 이용하여 해상물체와의 충돌을 회피하는 안전한 항해경로로 자율운항선박이 운항하도록 제어할 수 있다.The collision avoidance system of an autonomously operated vessel according to an embodiment of the present invention detects and analyzes in advance a marine object existing in a navigation path during the voyage of an autonomously operated vessel, and uses the analysis result to avoid a collision with a marine object. It is possible to control the autonomous navigation vessel to operate on the navigation route.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자율운항선박의 충돌회피 시스템의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면.
도 2는 도 1의 본 발명의 실시예에 따른 자율운항선박의 충돌회피 시스템을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자율운항선박의 충돌회피 시스템의 동작 방법을 예시하여 나타낸 흐름도.1 is a diagram schematically illustrating the configuration of a collision avoidance system for an autonomously operated ship according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view for explaining a collision avoidance system of an autonomously operated ship according to an embodiment of the present invention of FIG. 1 .
3 is a flowchart illustrating an operation method of a collision avoidance system for an autonomously operated vessel according to an embodiment of the present invention.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.As used herein, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “consisting of” or “comprising” should not be construed as necessarily including all of the various components or various steps described in the specification, some of which components or some steps are It should be construed that it may not include, or may further include additional components or steps. In addition, terms such as "...unit" and "module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software. .

이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다. Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자율운항선박의 충돌회피 시스템의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 본 발명의 실시예에 따른 자율운항선박의 충돌회피 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 도 1을 중심으로, 본 발명의 실시예에 따른 자율운항선박의 충돌회피 시스템에 대하여 설명하되, 도 2를 참조하기로 한다.1 is a diagram schematically illustrating the configuration of a collision avoidance system for an autonomously operated vessel according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating a collision avoidance system for an autonomously operated vessel according to the embodiment of the present invention of FIG. It is a drawing for Hereinafter, a collision avoidance system for an autonomously operated vessel according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 , with reference to FIG. 2 .

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자율운항선박의 충돌회피 시스템은, 자율 운항 장치(100), 조타 장치(200), 센서 장치(300), 주변 탐색 장치(400) 및 통신 장치(500)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1 , the collision avoidance system for an autonomously operated ship according to an embodiment of the present invention includes an autonomous navigation device 100 , a steering device 200 , a sensor device 300 , a neighborhood search device 400 , and a communication device. 500 may be included.

조타 장치(200)는 자율운항선박의 속도 및 방향을 제어한다.The steering device 200 controls the speed and direction of the autonomous vessel.

즉, 조타 장치(200)는 도 1에 도시된 바와 같이, 자율운항선박의 추진력을 제공하는 엔진을 제어하는 속도 제어기(210) 및 자율운항선박의 방향타 및 방향타의 각도를 제어하는 방향 제어기(220)를 포함할 수 있다.That is, as shown in FIG. 1 , the steering device 200 includes a speed controller 210 for controlling the engine providing propulsion of the autonomous vessel and a direction controller 220 for controlling the rudder and angle of the rudder of the autonomous vessel. ) may be included.

속도 제어기(210)는 자율 운항 장치(100) 또는 항해사의 직접적인 조작에 의하여 결정된 속도로 엔진이 동작하도록 제어함으로써, 자율운항선박의 전진, 후진 및 속도를 제어할 수 있다.The speed controller 210 may control the forward, backward, and speed of the autonomous navigation vessel by controlling the engine to operate at a speed determined by the autonomous navigation device 100 or a direct manipulation of the navigator.

방향 제어기(220)는 자율 운항 장치(100) 또는 항해사의 직접적인 조작에 의하여 결정된 방향으로 선수가 위치하도록 제어함으로써, 자율운항선박의 방향을 제어할 수 있다.The direction controller 220 may control the direction of the autonomous navigation vessel by controlling the bow to be positioned in a direction determined by the autonomous navigation device 100 or the direct manipulation of the navigator.

센서 장치(300)는 자율운항선박의 주변환경의 상태를 측정하기 위한 각종 센서를 포함할 수 있으며, 각종 센서에 의하여 측정되는 센싱 정보를 자율 운항 장치(100)로 전송할 수 있다.The sensor device 300 may include various sensors for measuring the state of the surrounding environment of the autonomous navigation vessel, and may transmit sensing information measured by the various sensors to the autonomous navigation device 100 .

즉, 센서 장치(300)는 도 1에 도시된 바와 같이, 파고 센서(310), 바람 센서(320) 및 위치 센서(330)를 포함할 수 있다.That is, the sensor device 300 may include a wave height sensor 310 , a wind sensor 320 , and a position sensor 330 as shown in FIG. 1 .

여기서, 파고 센서(310)는 주변 해양의 파고를 측정하고, 바람 센서(320)는 주변 해양의 풍속 및 풍향을 측정하고, 위치 센서(330)는 자율운항선박의 현재 위치를 측정하며, 이동 중인 경우, 측정되는 실시간 현재 위치로부터 이동방향 및 이동속도를 측정한다. 예를 들어, 위치 센서(330)는 GPS(Global Positioning System) 장치일 수 있다.Here, the wave height sensor 310 measures the wave height of the surrounding ocean, the wind sensor 320 measures the wind speed and wind direction of the surrounding ocean, and the position sensor 330 measures the current position of the autonomous vessel, and In this case, the moving direction and moving speed are measured from the measured real-time current position. For example, the location sensor 330 may be a Global Positioning System (GPS) device.

이와 같은 센서들이 측정한 센싱 정보는 자율 운항 장치(100)로 전송될 수 있다.Sensing information measured by these sensors may be transmitted to the autonomous navigation device 100 .

주변 탐색 장치(400)는 자율운항선박 주변의 장애물을 감지하기 위하여 자율운항선박 주변의 물체를 탐색하고, 탐색 정보를 자율 운항 장치(100)로 전송할 수 있다.The surrounding navigation device 400 may search for an object around the autonomous navigation vessel to detect obstacles around the autonomous navigation vessel, and transmit search information to the autonomous navigation device 100 .

주변 탐색 장치(400)는 자율운항선박 주변의 물체를 탐색하기 위한 각종 탐색기를 포함할 수 있다. 즉, 주변 탐색 장치(400)는 도 1에 도시된 바와 같이, 자동선박식별장치(AIS: Automatic Identification System)(410), 레이더(RADAR)(420), 라이다(Lidar)(430), 카메라(440) 및 소나(Sonar)(450)를 포함할 수 있다.The surrounding search apparatus 400 may include various searchers for searching for objects around the autonomously operated vessel. That is, the surrounding search apparatus 400 is, as shown in FIG. 1, an Automatic Identification System (AIS) 410, a radar (RADAR) 420, a lidar (Lidar) 430, a camera. 440 and a Sonar 450 may be included.

여기서, 자동선박식별장치(410)는 다른 선박들의 항적 데이터인 AIS 데이터를 수신하여 수집한다. 여기서, AIS 데이터는 정적(static) 정보와 동적(dynamic) 정보로 구성되며, 정적 정보는 선명, 선박의 제원, 목적지 등을 포함하고, 동적 정보는 선박의 현재 위치 및 침로, 속도 등의 운항정보를 포함한다.Here, the automatic ship identification device 410 receives and collects AIS data, which is the track data of other ships. Here, the AIS data consists of static information and dynamic information, and the static information includes ship name, ship specifications, and destination, and dynamic information includes navigation information such as the ship's current location, course, and speed. includes

레이더(420) 및 라이다(430)는 자율운항선박의 주변에 존재하는 물체를 감지하고, 감지된 물체의 위치 정보, 이동속도, 이동방향 및 형태 정보를 획득한다. 여기서, 물체는 자율운항선박 주변에서 항해하는 선박, 빙산, 암초, 부유물 등을 포함할 수 있다.The radar 420 and the lidar 430 detect an object existing in the vicinity of the autonomous navigation vessel, and acquire location information, movement speed, movement direction, and shape information of the detected object. Here, the object may include a vessel, an iceberg, a reef, a floating object, and the like, sailing around the autonomous vessel.

카메라(440)는 영상분석을 통한 자율운항선박 주변의 물체를 감지하기 위하여, 자율운항선박 주변의 영상을 획득한다.The camera 440 acquires an image around the autonomous vessel in order to detect an object around the autonomous vessel through image analysis.

예를 들어, 카메라(440)는 자율운항선박의 전방, 후방 및 측방에서 외부 방향을 지향하도록 자율운항선박의 외측을 따라 설치되는 복수의 카메라로 구성되는 어라운드 뷰 카메라일 수 있다. 어라운드 뷰 카메라는 전방, 후방 및 측방에 미리 설정된 영역을 미리 설정된 시점으로 촬영하고, 이를 통해 획득되는 복수의 다시점 영상의 왜곡을 보정한 후 스티칭(Stitching)하여 탑뷰 시점을 갖는 하나의 어라운드뷰 영상을 생성할 수 있다.For example, the camera 440 may be an around-view camera composed of a plurality of cameras installed along the outside of the autonomous vessel so as to point outward from the front, rear and sides of the autonomous vessel. The around-view camera shoots preset areas in the front, rear, and side at preset viewpoints, corrects distortion of a plurality of multi-view images obtained through this, and stitches them to have a top-view image. can create

소나(450)는 수중으로 음파를 발신하고 반사된 파동으로 수중의 물체를 탐지하고, 탐지된 물체를 스캔하여, 탐지된 물체의 위치 정보 및 형태 정보를 획득한다.The sonar 450 transmits a sound wave into the water, detects an object in the water with the reflected wave, and scans the detected object to obtain location information and shape information of the detected object.

이와 같은 탐색기들이 측정한 탐색 정보는 자율 운항 장치(100)로 전송될 수 있다.The search information measured by such searchers may be transmitted to the autonomous navigation device 100 .

통신 장치(500)는 다른 자율운항선박 또는 육상의 통신 가능한 각종 장치들과 통신을 수행한다. 예를 들어, 통신 장치(500)는 CDMA, 위성통신, LTE, RF통신 등과 같은 다양한 통신매체를 포함할 수 있다.The communication device 500 performs communication with other autonomously operated ships or various devices capable of communicating on land. For example, the communication device 500 may include various communication media such as CDMA, satellite communication, LTE, RF communication, and the like.

특히, 통신 장치(500)는 육상에서 선박들의 항해를 지원하는 육상관제센터의 서버, 기상정보를 제공하는 기상청 서버 등과 통신을 수행할 수 있다. 여기서, 기상정보는 실시간 기상 정보 및 미래의 기상 예측 정보를 포함할 수 있으며, 특히, 해당 선박이 위치하는 해상 영역의 파고, 날씨 등을 포함할 수 있다.In particular, the communication device 500 may communicate with a server of a land control center that supports navigation of ships on land, a server of the Korea Meteorological Administration that provides weather information, and the like. Here, the meteorological information may include real-time weather information and future weather prediction information, and in particular, may include a wave height, weather, etc. of a sea area in which the corresponding vessel is located.

자율 운항 장치(100)는 목적지 정보를 입력받아 목적지까지의 최적의 항해경로를 생성하고, 생성된 최적의 항해경로에 따라 자율운항선박이 항해하도록 제어한다.The autonomous navigation device 100 receives destination information, generates an optimal navigation route to the destination, and controls the autonomous navigation vessel to navigate according to the generated optimal navigation route.

예를 들어, 자율 운항 장치(100)는 소프트웨어, 하드웨어 또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합으로 구현될 수 있으며, 전자해도 데이터베이스, 최적의 항해경로를 산출하는 경로 알고리즘 등을 포함할 수 있다.For example, the autonomous navigation device 100 may be implemented by software, hardware, or a combination of software and hardware, and may include an electronic chart database, a route algorithm for calculating an optimal navigation route, and the like.

특히, 본 발명의 실시예에 따른 자율 운항 장치(100)는 자율운항선박이 항해 중에, 자율운항선박 주변의 물체가 탐지되면, 탐지된 물체를 분석하고, 분석 결과를 이용하여 자율운항선박이 탐지된 물체와의 충돌을 회피하도록 제어할 수 있다.In particular, the autonomous navigation device 100 according to the embodiment of the present invention analyzes the detected object when an object around the autonomous navigation vessel is detected while the autonomous navigation vessel is sailing, and the autonomous navigation vessel is detected using the analysis result. It can be controlled to avoid a collision with an object.

자율 운항 장치(100)는 자율운항선박이 항해 중에, 자율운항선박 주변에서 탐지된 물체가 자율운항선박의 항해경로 상에 위치하는지를 분석하여 탐지된 물체가 장애물인지 여부를 판단하고, 분석 결과 탐지된 물체가 장애물인 것으로 판단되면, 물체의 하부를 탐색하고, 탐색된 물체 하부 형태 및 자율운항선박의 이동속도를 고려하여 자율운항선박이 탐지된 물체와의 충돌을 회피하여 항해하도록 제어할 수 있다.The autonomous navigation device 100 determines whether the detected object is an obstacle by analyzing whether an object detected in the vicinity of the autonomous navigation vessel is located on the navigation path of the autonomous navigation vessel while the autonomous navigation vessel is sailing, and the analysis result is detected When it is determined that the object is an obstacle, the lower part of the object is searched, and the autonomous navigation vessel can be controlled to navigate by avoiding collision with the detected object in consideration of the searched shape of the lower part of the object and the movement speed of the autonomous navigation vessel.

예를 들어, 자동선박식별장치(410), 레이더(420) 및 라이다(430)는 자율운항선박이 항해 중에 자율운항선박 주변의 해상에서 물체를 탐지하고, 탐지된 물체의 위치 정보, 이동 속도, 이동 방향 및 형태 정보를 획득할 수 있다.For example, the automatic ship identification device 410, the radar 420, and the lidar 430 detect an object in the sea around the autonomous ship while the autonomous ship is sailing, and position information of the detected object, the movement speed , movement direction and shape information can be obtained.

그리고, 자율 운항 장치(100)는 획득된 위치 정보, 이동속도, 이동방향 및 형태 정보를 이용하여, 탐지된 물체가 자율운항선박의 항해경로 상에 위치하는지 여부를 판단하고, 탐지된 물체의 크기를 예측하여 탐지된 물체의 장애물 여부를 판별할 수 있다. Then, the autonomous navigation apparatus 100 determines whether the detected object is located on the navigation path of the autonomous navigation vessel using the obtained location information, movement speed, movement direction and shape information, and determines the size of the detected object. By predicting, it is possible to determine whether the detected object is an obstacle.

예를 들어, 자율 운항 장치(100)는 탐지된 물체의 위치 정보, 이동속도 및 이동방향으로부터 물체의 예상 항해경로를 산출하고, 물체의 예상 항해경로와 자율운항선박의 항해경로를 시간에 따라 비교하여 충돌 가능 여부를 판단하고, 판단 결과 충돌 가능한 경우 탐지된 물체를 장애물로 간주할 수 있다. 또한, 자율 운항 장치(100)는 탐지된 물체의 형태 정보를 이용하여 물체의 예상 크기를 산출하고, 산출된 예상 크기가 임계치 이상인 경우, 탐지된 물체를 장애물로 간주할 수 있다.For example, the autonomous navigation device 100 calculates the predicted navigation route of the object from the detected object's location information, movement speed, and movement direction, and compares the predicted navigation route of the object with the navigation route of the autonomous navigation vessel over time. Thus, it is determined whether a collision is possible, and if a collision is possible as a result of the determination, the detected object can be regarded as an obstacle. In addition, the autonomous navigation apparatus 100 may calculate an expected size of the object by using the shape information of the detected object, and when the calculated expected size is greater than or equal to a threshold value, the detected object may be regarded as an obstacle.

한편, 자율 운항 장치(100)는 카메라(440)에 의하여 획득된 영상을 분석하여, 자율운항선박으로부터 비교적 근거리에 위치하는 물체를 탐지하고, 탐지된 물체의 장애물 여부를 판별할 수 있다.Meanwhile, the autonomous navigation device 100 may analyze the image acquired by the camera 440 to detect an object located relatively close to the autonomous navigation vessel and determine whether the detected object is an obstacle.

예를 들어, 카메라(440)가 어라운드 뷰 카메라라고 가정하면, 자율 운항 장치(100)는 어라운드 뷰 영상에서 임의의 물체가 미리 설정된 장애물 감지 영역에 나타나는 경우, 장애물이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 그리고, 자율 운항 장치(100)는 어라운드뷰 영상으로부터 현재 위치에서 장애물까지의 거리를 추정하고, 추정된 거리, 자율운항선박의 현재 이동속도 및 이동방향으로부터 현재 위치에서 장애물에 충돌하기까지 걸리는 시간을 추정할 수도 있다.For example, assuming that the camera 440 is an around-view camera, the autonomous navigation apparatus 100 may determine that an obstacle exists when an arbitrary object appears in a preset obstacle detection area in the around-view image. Then, the autonomous navigation device 100 estimates the distance from the current position to the obstacle from the around-view image, and calculates the time taken from the estimated distance, the current moving speed and the moving direction of the autonomous vessel to collide with the obstacle at the current position. can also be estimated.

이어, 자율 운항 장치(100)는 장애물로 판별된 물체의 수중에 잠긴 물체 하부의 형태 정보를 고려하여 탐지된 물체와의 충돌을 회피하도록 항해경로를 수정할 수 있다.Next, the autonomous navigation device 100 may modify the navigation route to avoid collision with the detected object in consideration of the shape information of the lower part of the submerged object of the object determined as an obstacle.

이를 위하여, 자율 운항 장치(100)는 탐지된 물체가 장애물로 판별되면, 소나(450)가 탐지된 물체의 수중에 잠긴 물체 하부를 스캔하여 물체 하부의 형태 정보를 획득하도록 제어할 수 있다.To this end, when the detected object is determined to be an obstacle, the autonomous navigation apparatus 100 may control the sonar 450 to scan the lower part of the detected object submerged in water to obtain shape information of the lower part of the object.

그리고, 자율 운항 장치(100)는 물체 하부의 형태 정보를 이용하여 탐지된 물체의 하부 크기를 물체의 실제 크기로 산출하고, 산출된 실제 크기를 고려하여 자율운항선박의 항해경로를 수정할 수 있다.In addition, the autonomous navigation apparatus 100 may calculate the lower size of the detected object as the actual size of the object by using the shape information of the lower portion of the object, and correct the navigation path of the autonomous navigation vessel in consideration of the calculated actual size.

예를 들어, 도 2는 해상에서 부유하는 빙산의 예를 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 빙산과 같은 물체는 수면 위로 나타나는 상부 부분과 비교하여 수중에 잠긴 하부 부분이 매우 거대할 수 있다. 이러한 물체가 장애물이 되는 경우, 물체 상부보다는 물체 하부가 선박에 더 위험하므로, 탐지된 물체의 실제 크기는 물체 하부의 크기로 결정될 수 있다.For example, Figure 2 shows an example of an iceberg floating in the sea. As shown in FIG. 2 , an object such as an iceberg may have a submerged lower portion that is very large compared to an upper portion that appears above the water surface. When such an object becomes an obstacle, since the lower part of the object is more dangerous to the ship than the upper part of the object, the actual size of the detected object may be determined by the size of the lower part of the object.

즉, 자율 운항 장치(100)는 탐지된 물체의 위치 정보, 이동속도 및 이동방향으로부터 산출되는 물체의 예상 항해경로를 미리 설정된 안전거리만큼 이격되도록 자율운항선박의 항해경로를 수정하되, 산출된 물체의 실제 크기에 따라 물체가 예상 항해경로의 해상에서 차지하는 영역의 테두리로부터 미리 설정된 안전거리만큼 이격되도록 자율운항선박의 항해경로를 수정할 수 있다.That is, the autonomous navigation device 100 corrects the navigation route of the autonomous navigation vessel so that the predicted navigation route of the object calculated from the position information, the movement speed and the movement direction of the detected object is separated by a preset safe distance, but the calculated object According to the actual size of the navigation route, the navigation route of the autonomous navigation vessel can be modified so that the object is separated by a preset safe distance from the border of the area occupied by the sea of the expected navigation route.

이어, 자율 운항 장치(100)는 수정된 항해경로에 따라 자율운항선박이 항해하도록 제어할 수 있다.Next, the autonomous navigation device 100 may control the autonomous navigation vessel to navigate according to the modified navigation route.

이때, 자율 운항 장치(100)는 탐지된 물체와의 거리를 가능한 최대화하기 위하여, 수정된 항해경로에 따라 항해 중에, 탐지된 물체와의 거리에 따라 자율운항선박의 이동속도를 조정할 수 있다.In this case, in order to maximize the distance to the detected object, the autonomous navigation device 100 may adjust the moving speed of the autonomous navigation vessel according to the distance to the detected object while sailing according to the modified navigation route.

예를 들어, 자율 운항 장치(100)는 탐지된 물체와의 거리에 비례하도록 자율운항선박의 이동속도를 조정할 수 있다. 즉, 자율 운항 장치(100)는 자율운항선박이 탐지된 물체에 근접하면, 자율운항선박의 이동속도를 미리 설정된 비율로 감소시키고, 자율운항선박이 탐지된 물체와 멀어지면, 자율운항선박의 이동속도를 미리 설정된 비율로 증가시킬 수 있다.For example, the autonomous navigation device 100 may adjust the moving speed of the autonomous navigation vessel to be proportional to the distance to the detected object. That is, the autonomous navigation device 100 decreases the moving speed of the autonomous navigation vessel by a preset ratio when the autonomous navigation vessel approaches the detected object, and when the autonomous navigation vessel moves away from the detected object, the autonomous navigation vessel moves The speed can be increased by a preset rate.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자율운항선박의 충돌회피 시스템의 동작 방법을 예시하여 나타낸 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating an operation method of a collision avoidance system for an autonomously operated vessel according to an embodiment of the present invention.

S310 단계에서, 자율 운항 장치(100)는 입력된 목적지까지의 최적의 항해 경로를 생성하고, 생성된 최적의 항해 경로에 따라 자율운항선박이 항해하도록 제어한다.In step S310 , the autonomous navigation device 100 generates an optimal navigation route to the input destination and controls the autonomous navigation vessel to navigate according to the generated optimal navigation route.

S320 단계에서, 자율 운항 장치(100)는 자율운항선박이 항해 중에, 주변 탐색 장치(400)에 의하여 자율운항선박 주변에서 물체가 탐지되면, 탐지된 물체를 분석한다.In step S320 , when the autonomous navigation device 100 detects an object in the vicinity of the autonomous navigation vessel by the surrounding navigation device 400 while the autonomous navigation vessel is sailing, the detected object is analyzed.

S330 단계에서, 자율 운항 장치(100)는 탐지된 물체의 분석에 따라 탐지된 물체의 장애물 여부를 판단한다.In step S330 , the autonomous navigation apparatus 100 determines whether the detected object is an obstacle according to the analysis of the detected object.

즉, 자율 운항 장치(100)는 자율운항선박이 항해 중에, 자율운항선박 주변에서 탐지된 물체가 자율운항선박의 항해경로 상에 위치하는지를 분석하여 탐지된 물체가 장애물인 것으로 판단할 수 있다. 이때, 자율 운항 장치(100)는 획득된 위치 정보, 이동속도, 이동방향 및 형태 정보를 이용하여, 탐지된 물체가 자율운항선박의 항해경로 상에 위치하는지 여부를 판단하고, 탐지된 물체의 크기를 예측하여 탐지된 물체의 장애물 여부를 판별할 수 있다.That is, the autonomous navigation device 100 may determine that the detected object is an obstacle by analyzing whether an object detected in the vicinity of the autonomous navigation vessel is located on the navigation path of the autonomous navigation vessel while the autonomous navigation vessel is sailing. In this case, the autonomous navigation device 100 determines whether the detected object is located on the navigation path of the autonomous navigation vessel by using the obtained location information, movement speed, movement direction, and shape information, and determines the size of the detected object. By predicting, it is possible to determine whether the detected object is an obstacle.

S340 단계에서, 자율 운항 장치(100)는 탐지된 물체가 장애물로 판별되면, 소나(450)가 탐지된 물체의 수중에 잠긴 물체 하부를 스캔하여 물체 하부의 형태 정보를 획득하도록 제어한다.In step S340 , when the detected object is determined to be an obstacle, the autonomous navigation apparatus 100 controls the sonar 450 to scan the lower part of the submerged object of the detected object to obtain shape information of the lower part of the object.

여기서, 자율 운항 장치(100)는 물체 하부의 형태 정보를 이용하여 탐지된 물체의 하부 크기를 물체의 실제 크기로 산출한다.Here, the autonomous navigation apparatus 100 calculates the detected lower size of the object as the actual size of the object by using the shape information of the lower portion of the object.

S350 단계에서, 자율 운항 장치(100)는 탐색된 물체 하부 형태 및 자율운항선박의 이동속도를 고려하여 자율운항선박이 탐지된 물체와의 충돌을 회피하여 항해하도록 제어한다.In step S350 , the autonomous navigation device 100 controls the autonomous navigation vessel to navigate while avoiding collision with the detected object in consideration of the detected lower shape of the object and the movement speed of the autonomous navigation vessel.

여기서, 자율 운항 장치(100)는 산출된 물체의 실제 크기를 고려하여 자율운항선박의 항해경로를 수정하여 수정된 항해경로에 따라 자율운항선박이 항해하도록 제어하고, 탐지된 물체와의 거리를 가능한 최대화하기 위하여, 수정된 항해경로에 따라 항해 중에, 탐지된 물체와의 거리에 따라 자율운항선박의 이동속도를 조정할 수 있다.Here, the autonomous navigation device 100 modifies the navigation path of the autonomous navigation vessel in consideration of the calculated actual size of the object, controls the autonomous navigation vessel to navigate according to the corrected navigation route, and adjusts the distance to the detected object as much as possible. In order to maximize, the moving speed of the autonomous vessel can be adjusted according to the distance to the detected object during the voyage according to the modified navigation route.

한편, 전술된 실시예의 구성 요소는 프로세스적인 관점에서 용이하게 파악될 수 있다. 즉, 각각의 구성 요소는 각각의 프로세스로 파악될 수 있다. 또한 전술된 실시예의 프로세스는 장치의 구성 요소 관점에서 용이하게 파악될 수 있다.On the other hand, the components of the above-described embodiment can be easily grasped from a process point of view. That is, each component may be identified as a respective process. In addition, the process of the above-described embodiment can be easily understood from the point of view of the components of the apparatus.

또한 앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.In addition, the technical contents described above may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiments, or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic such as floppy disks. - includes magneto-optical media, and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. A hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.The above-described embodiments of the present invention have been disclosed for the purpose of illustration, and various modifications, changes, and additions will be possible within the spirit and scope of the present invention by those skilled in the art having ordinary knowledge of the present invention, and such modifications, changes and additions should be regarded as belonging to the following claims.

100: 자율 운항 장치
200: 조타 장치
300: 센서 장치
400: 주변 탐색 장치
500: 통신 장치100: autonomous navigation device
200: steering gear
300: sensor device
400: surrounding navigation device
500: communication device

Claims (4)

자율운항선박의 충돌회피 시스템에 있어서,
상기 자율운항선박의 속도 및 방향을 제어하는 조타 장치;
상기 자율운항선박이 항해 중에, 상기 자율운항선박 주변의 해상에서 물체를 탐지하고, 상기 탐지된 물체의 위치 정보, 이동 속도, 이동 방향 및 형태 정보를 획득하는 주변 탐색 장치; 및
미리 설정된 목적지까지의 항해 경로를 생성하고, 상기 생성된 항해 경로에 따라 상기 자율운항선박이 항해하도록 상기 조타 장치를 제어하고, 상기 획득된 위치 정보, 이동속도, 이동방향 및 형태 정보를 이용하여, 상기 탐지된 물체가 상기 자율운항선박의 항해경로 상에 위치하는지 여부를 판단하고 상기 탐지된 물체의 크기를 예측하여, 상기 탐지된 물체의 장애물 여부를 판별하고, 상기 탐지된 물체가 장애물로 판별되면, 상기 탐지된 물체의 수중에 잠긴 물체 하부의 형태 정보를 고려하여 상기 탐지된 물체와의 충돌을 회피하도록 상기 항해경로를 수정하고, 상기 수정된 항해경로에 따라 자율운항선박이 항해하도록 제어하는 자율 운항 장치를 포함하는 자율운항선박의 충돌회피 시스템.
In the collision avoidance system of an autonomously operated ship,
a steering device for controlling the speed and direction of the autonomous vessel;
a peripheral search device for detecting an object in the sea around the autonomous ship while the autonomous ship is sailing, and acquiring location information, movement speed, movement direction, and shape information of the detected object; and
Generates a navigation route to a preset destination, controls the steering device so that the autonomous vessel navigates according to the generated navigation route, and uses the obtained location information, movement speed, movement direction and shape information, It is determined whether the detected object is located on the navigation path of the autonomous vessel, and the size of the detected object is predicted to determine whether the detected object is an obstacle, and when the detected object is determined to be an obstacle , The navigation route is modified to avoid collision with the detected object in consideration of the shape information of the lower part of the submerged object of the detected object, and the autonomous navigation vessel is controlled to navigate according to the modified navigation route Collision avoidance system for autonomously operated ships including navigation devices.
 제1항에 있어서,
상기 자율 운항 장치는, 상기 위치 정보, 상기 이동속도 및 상기 이동방향으로부터 상기 탐지된 물체의 예상 항해경로를 산출하고, 상기 예상 항해경로와 상기 자율운항선박의 항해경로를 시간에 따라 비교하여 충돌 가능 여부를 판단하고, 상기 판단 결과 충돌 가능한 경우 상기 탐지된 물체를 장애물로 판별하는 것을 특징으로 하는 자율운항선박의 충돌회피 시스템.
According to claim 1,
The autonomous navigation device may calculate an expected navigation route of the detected object from the location information, the movement speed and the movement direction, and compare the predicted navigation route with the navigation route of the autonomous navigation vessel over time to collide A collision avoidance system for autonomous navigation ships, characterized in that determining whether or not there is a collision, and determining the detected object as an obstacle if a collision is possible as a result of the determination.
 제1항에 있어서,
상기 자율 운항 장치는, 상기 형태 정보를 이용하여 상기 탐지된 물체의 예상 크기를 산출하고, 상기 산출된 예상 크기가 임계치 이상인 경우, 상기 탐지된 물체를 장애물로 판별하는 것을 특징으로 하는 자율운항선박의 충돌회피 시스템.
According to claim 1,
wherein the autonomous navigation device calculates an expected size of the detected object by using the shape information, and determines the detected object as an obstacle when the calculated expected size is greater than or equal to a threshold. Collision avoidance system.
 제1항에 있어서,
상기 주변 탐색 장치는 소나(Sonar)를 포함하되,
상기 자율 운항 장치는,
상기 탐지된 물체가 장애물로 판별되면, 상기 소나가 상기 탐지된 물체의 수중에 잠긴 물체 하부를 스캔하여 상기 물체 하부의 형태 정보를 획득하도록 제어하고,
상기 물체 하부의 형태 정보를 이용하여 상기 탐지된 물체의 하부 크기를 물체의 실제 크기로 산출하고, 상기 산출된 실제 크기를 고려하여 상기 상기 항해경로를 수정하는 것을 특징으로 하는 자율운항선박의 충돌회피 시스템.According to claim 1,
The surrounding search device includes a sonar,
The autonomous navigation device,
When the detected object is determined as an obstacle, the sonar scans the lower part of the submerged object of the detected object to obtain shape information of the lower part of the object,
Collision avoidance of an autonomous ship, characterized in that the lower size of the detected object is calculated as the actual size of the object by using the shape information of the lower portion of the object, and the navigation route is modified in consideration of the calculated actual size system.
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