WO2018182098A1 - Underwater structure measuring system and underwater structure measuring method - Google Patents

Underwater structure measuring system and underwater structure measuring method Download PDF

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WO2018182098A1
WO2018182098A1 PCT/KR2017/007878 KR2017007878W WO2018182098A1 WO 2018182098 A1 WO2018182098 A1 WO 2018182098A1 KR 2017007878 W KR2017007878 W KR 2017007878W WO 2018182098 A1 WO2018182098 A1 WO 2018182098A1
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altitude
underwater structure
sonar sensor
sensor
tomographic
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PCT/KR2017/007878
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이정우
서진호
최영호
이종득
이효준
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한국로봇융합연구원
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
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Definitions

  • the present invention relates to an underwater structure measuring system and an underwater structure measuring method. More specifically, the present invention obtains a plurality of tomographic shapes while moving the sonar sensor in a direction perpendicular to the sea bottom, and accumulates the plurality of tomographic shapes, thereby generating a three-dimensional shape of the underwater structure. And an underwater structure measuring method.
  • an image sonar sensor is mainly used to generate three-dimensional shape information of a seabed topography and an underwater structure.
  • the image sonar transmits and receives the sonar in a certain area and obtains information similar to a two-dimensional image of a digital camera.
  • the brightness value corresponding to each pixel of the image becomes information about distance.
  • the present invention obtains a plurality of tomographic shapes while moving the sonar sensor in a direction perpendicular to the sea bottom, accumulates the plurality of tomographic shapes, and makes it possible to generate a three-dimensional shape of the underwater structure and the underwater structure. It relates to a measuring method.
  • the present invention also relates to an underwater structure measuring system and an underwater structure measuring method capable of measuring precisely the shape of an underwater structure by reducing the measurement error of attitude information and rapidly controlling and maintaining the underwater altitude during shape measurement.
  • Underwater structure measuring system is a vessel, the lifting winch mounted on the ship, the lifting rope fixed to one end to the lifting winch, sonar sensor is coupled to the other end of the lifting rope, and is introduced into the water and And a control unit for generating the three-dimensional shape of the underwater structure by controlling the lifting winch and the sonar sensor, wherein the sonar sensor is configured as a profiling sonar, and rotates at a fixed altitude (Z axis) from the sea bottom, Acquiring a tomographic shape of the, the control unit operates the lifting winch step by step, accumulating a plurality of tomographic shapes obtained by increasing the altitude of the sonar sensor step by step to generate a three-dimensional shape of the underwater structure.
  • the sonar sensor may further include a depth sensor coupled to a lower portion of the sonar sensor and a depth sensor coupled to a lower portion of the sonar sensor and configured to measure a position of the sonar sensor.
  • One end of the lifting rope 20 is fixed through the fixing portion 11 in the ship 10, one end is connected to the lifting winch 500 and the other end is inserted into the water.
  • the depth data measured by the depth sensor 420 is transmitted to the controller 300 by wire or wirelessly.
  • the controller 300 estimates the position (distance, height) of the lowest point based on the slope at the last point of the tomographic shape acquired at each step altitude.
  • spline interpolation is performed on the highest point of the first hill, the estimated lowest point of the unacquired area A, and the three points of the highest point of the second hill, and the unacquired area A is curved in a three-dimensional shape. It can process so that it may consist of (3b).
  • step S50 if it is determined that the current altitude does not reach the final altitude in step S40, the lifting winch 500 is operated to increase the altitude by the set height H2, thereby increasing the second altitude ( H1 + H2).
  • the sonar sensor 100 may be lifted and rotated up to a target final altitude (for example, a third altitude) through the series of processes described above to obtain a tomographic shape at each step altitude.
  • a target final altitude for example, a third altitude
  • a preferred work time and overlapping range may be set in consideration of the relationship between precision and work time.

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Abstract

The present invention relates to an underwater structure measuring system and an underwater structure measuring method, which can generate a three-dimensional shape of an underwater structure by acquiring a plurality of tomographic shapes while moving a sonar sensor in a direction perpendicular to the surface of the seabed, and accumulating the plurality of tomographic shapes.

Description

수중 구조물 측정 시스템 및 수중 구조물 측정 방법Underwater structure measuring system and underwater structure measuring method
본 발명은 수중 구조물 측정 시스템 및 수중 구조물 측정 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 해저면에 대해 수직한 방향으로 소나 센서를 이동하면서 복수의 단층 형상을 획득하고, 복수의 단층 형상을 누적하여, 수중 구조물의 3차원 형상을 생성하는 것이 가능한 수중 구조물 측정 시스템 및 수중 구조물 측정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an underwater structure measuring system and an underwater structure measuring method. More specifically, the present invention obtains a plurality of tomographic shapes while moving the sonar sensor in a direction perpendicular to the sea bottom, and accumulates the plurality of tomographic shapes, thereby generating a three-dimensional shape of the underwater structure. And an underwater structure measuring method.
종래에는 해저지형 및 수중구조물의 3차원 형상 정보를 생성하기 위해 이미지 소나 센서를 주로 사용하고 있다. 이미지 소나는 일정 영역에 소나를 송신 및 수신하여 마치 디지털 카메라의 2차원 영상과 같은 정보를 얻게 되며, 영상의 각 픽셀에 해당하는 밝기 값이 거리에 대한 정보가 된다.Conventionally, an image sonar sensor is mainly used to generate three-dimensional shape information of a seabed topography and an underwater structure. The image sonar transmits and receives the sonar in a certain area and obtains information similar to a two-dimensional image of a digital camera. The brightness value corresponding to each pixel of the image becomes information about distance.
선행 기술에서는 이미지 소나 영상의 그림자 영역의 정보로 물체의 높이를 계산하여 3차원 정보를 생성하거나(출원번호: 10-2015-0028364), 기존 3차원 해저 지형 공간 정보와 사이드 스캔 소나(이미지 소나와 유사한 방식)의 측정 정보를 결합하여 3차원 해저지형정보를 생성하는 방식을 제안하고 있다(출원번호: 10-2012-0018385). In the prior art, three-dimensional information is generated by calculating the height of an object using information of an image sonar or a shadow area of an image (application number: 10-2015-0028364), or existing three-dimensional seabed geospatial information and a side scan sonar (image sonar A method of generating three-dimensional undersea terrain information by combining measurement information of a similar method) is proposed (application number: 10-2012-0018385).
하지만, 상술한 선행 기술에서는 이미지 소나를 사용하여 영상을 처리하여 3차원 정보를 구성하게 되며, 이미지 소나는 빠른 영상 정보를 받을 수 있는 대신에 측정 거리가 수 미터에서 수십 미터밖에 안되고 해상도도 프로파일링 방식에 비해 동일하거나 낮은 수준이다. 또한, 측정된 정보는 이미지 소나로부터 해저지형 또는 수중 구조물로 대각선 방향으로 측정된 투영(Projection)된 영상 정보로, 원거리로 갈수록 영상의 왜곡으로 인한 오차가 더 커지게 된다.However, in the above-mentioned prior art, an image sonar is used to process an image to form three-dimensional information. Instead, the image sonar can receive fast image information. The same or lower level than the method. In addition, the measured information is projection image information measured diagonally from an image sonar to a seabed topography or an underwater structure, and the error due to the distortion of the image increases as the distance is increased.
또한, 실제 운용에서는 배에 긴 구조물(파이프 등)에 이미지 소나를 달아 이동하면서 정보를 측정하게 되며, 이때 파고 등에 의해 배가 위아래로 움직이면 이미지 소나와 해저 지형 또는 수중 구조물과의 거리가 변하게 되어 측정 정보 전체를 보정하여야 하는 어려움이 있으며, 배의 위아래로 움직인 측정 정보가 부정확하면 보정이 되지 않아 전체 3차원 정보의 생성이 불가할 수 있다.In addition, in actual operation, information is measured while moving an image sonar on a structure (pipe, etc.) that is long on a ship.At this time, when the ship moves up and down due to digging, the distance between the image sonar and the seabed terrain or underwater structure is changed. There is a difficulty in correcting the whole, and if the measurement information moved up and down of the ship is inaccurate, it may not be possible to generate the full three-dimensional information.
본 발명은 해저면에 대해 수직한 방향으로 소나 센서를 이동하면서 복수의 단층 형상을 획득하고, 복수의 단층 형상을 누적하여, 수중 구조물의 3차원 형상을 생성하는 것이 가능한 수중 구조물 측정 시스템 및 수중 구조물 측정 방법에 관한 것이다.The present invention obtains a plurality of tomographic shapes while moving the sonar sensor in a direction perpendicular to the sea bottom, accumulates the plurality of tomographic shapes, and makes it possible to generate a three-dimensional shape of the underwater structure and the underwater structure. It relates to a measuring method.
또한, 본 발명은 자세정보의 측정 오차를 감소시키고 형상 측정 시의 수중 고도를 빠르게 제어하여 유지하도록 하여 정밀한 수중 구조물 형상을 측정하는 것이 가능한 수중 구조물 측정 시스템 및 수중 구조물 측정 방법에 관한 것이다.The present invention also relates to an underwater structure measuring system and an underwater structure measuring method capable of measuring precisely the shape of an underwater structure by reducing the measurement error of attitude information and rapidly controlling and maintaining the underwater altitude during shape measurement.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems that are not mentioned are clearly to those skilled in the art from the following description. It can be understood.
본 발명의 일 실시예에 따른 수중 구조물 측정 시스템은 선박, 상기 선박에 탑재된 인양 윈치, 상기 인양 윈치에 일단이 고정된 인양 로프, 상기 인양 로프의 타단에 결합되어, 수중으로 투입되는 소나 센서 및 상기 인양 윈치 및 상기 소나 센서를 제어하여 수중 구조물의 3차원 형상을 생성하는 제어부를 포함하고, 상기 소나 센서는 프로파일링 소나로 구성되며, 해저면에서부터 고정된 고도(Z축)에서 회전하여, 주변의 단층 형상을 획득하고, 상기 제어부는 상기 인양 윈치를 단계별로 동작하여, 상기 소나 센서의 고도를 단계별로 증가시켜 획득한 복수의 단층 형상을 누적하여 상기 수중 구조물의 3차원 형상을 생성한다.Underwater structure measuring system according to an embodiment of the present invention is a vessel, the lifting winch mounted on the ship, the lifting rope fixed to one end to the lifting winch, sonar sensor is coupled to the other end of the lifting rope, and is introduced into the water and And a control unit for generating the three-dimensional shape of the underwater structure by controlling the lifting winch and the sonar sensor, wherein the sonar sensor is configured as a profiling sonar, and rotates at a fixed altitude (Z axis) from the sea bottom, Acquiring a tomographic shape of the, the control unit operates the lifting winch step by step, accumulating a plurality of tomographic shapes obtained by increasing the altitude of the sonar sensor step by step to generate a three-dimensional shape of the underwater structure.
또한, 상기 제어부는 다음의 [수학식 1]에 따른 고도 증가 값 이하로 상기 소나 센서의 고도를 단계별로 증가시킬 수 있다.In addition, the controller may increase the altitude of the sonar sensor step by step to below the altitude increase value according to Equation 1 below.
[수학식 1][Equation 1]
Figure PCTKR2017007878-appb-I000001
Figure PCTKR2017007878-appb-I000001
(여기서,
Figure PCTKR2017007878-appb-I000002
는 고도 증가 값, L은 소나 센서의 최대 측정 거리,
Figure PCTKR2017007878-appb-I000003
는 소나 센서에서의 발신하는 초음파의 각도를 나타냄)(here,
Figure PCTKR2017007878-appb-I000002
Is the altitude increase value, L is the maximum measurement distance of the sonar sensor,
Figure PCTKR2017007878-appb-I000003
Represents the angle of the outgoing ultrasound from the sonar sensor)
또한, 상기 인양 로프와 상기 소나 센서 사이를 연결하며, 상기 인양 로프를 권취 또는 권출하는 윈치, 상기 소나 센서의 하부에 결합되며, 해저면에서부터의 고도를 측정하는 고도 센서 및 상기 고도 센서 및 상기 윈치에 연결된 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 고도 센서에서 측정된 고도 데이터를 기반으로 상기 윈치를 동작시켜, 상기 고도를 목표 고도로 유지시킬 수 있다.In addition, connecting between the lifting rope and the sonar sensor, the winch for winding or unwinding the lifting rope, coupled to the lower portion of the sonar sensor, the altitude sensor and altitude sensor for measuring the altitude from the sea floor and the And a control unit connected to the winch, and the control unit may operate the winch based on the altitude data measured by the altitude sensor to maintain the altitude at a target altitude.
또한, 상기 소나 센서의 하부에 결합되며, 해수면에서부터의 수심을 측정하는 수심 센서 및 상기 소나 센서의 하부에 결합되며, 상기 소나 센서의 자세를 측정하는 자세 측정 센서를 더 포함할 수 있다.The sonar sensor may further include a depth sensor coupled to a lower portion of the sonar sensor and a depth sensor coupled to a lower portion of the sonar sensor and configured to measure a position of the sonar sensor.
또한, 상기 제어부는 상기 복수의 단층 형상 각각에서의 미획득 영역을 평면으로 처리할 수 있다.In addition, the controller may process an unacquired area in each of the plurality of tomographic shapes in a plane.
또한, 상기 제어부는 스플라인 보간법을 이용해 상기 복수의 단층 형상 각각에서의 미 획득 영역을 곡면으로 처리할 수 있다.In addition, the controller may process the unacquired regions in each of the plurality of tomographic shapes as curved surfaces using spline interpolation.
본 발명의 일 실시예에 따른 수중 구조물 측정 방법은 선박에 탑재된 인양 윈치를 이용해 소나 센서를 해저로 하강하는 제 1 단계, 상기 소나 센서에서 초음파를 송수신하는 제 2 단계, 상기 소나 센서를 회전하여, 수중 구조물의 단층 형상을 획득하는 제 3 단계, 상기 소나 센서의 고도가 최종 고도인지 판단하는 제 4 단계, 상기 제 4 단계에서, 상기 소나 센서의 고도가 최종 고도가 아니라고 판단되면 상기 인양 윈치를 이용해 상기 소나 센서를 상승시키는 제 5 단계, 상기 제 4 단계에서, 상기 소나 센서의 고도가 최종 고도에 위치한 것으로 판단되면 획득한 복수의 단층 형상을 누적하여 상기 수중 구조물의 3차원 형상을 생성하는 제 6 단계를 포함한다.Underwater structure measuring method according to an embodiment of the present invention is a first step of lowering the sonar sensor to the sea floor using a lifting winch mounted on the vessel, the second step of transmitting and receiving ultrasonic waves from the sonar sensor, by rotating the sonar sensor A third step of acquiring a tomographic shape of the underwater structure; a fourth step of determining whether the altitude of the sonar sensor is the final altitude; and in the fourth step, if it is determined that the altitude of the sonar sensor is not the final altitude, the lifting winch A fifth step of raising the sonar sensor using the fourth step, and in the fourth step, generating a three-dimensional shape of the underwater structure by accumulating a plurality of obtained tomographic shapes when it is determined that the altitude of the sonar sensor is located at the final altitude. Includes six steps.
또한, 상기 제 6 단계에서, 상기 복수의 단층 형상 각각에서의 미획득 영역을 평면으로 처리할 수 있다.In addition, in the sixth step, the unacquired regions in each of the plurality of tomographic shapes may be processed in a plane.
또한, 상기 제 6 단계에서, 스플라인 보간법을 이용해 상기 복수의 단층 형상 각각에서의 미 획득 영역을 곡면으로 처리할 수 있다.Further, in the sixth step, the unacquired regions in each of the plurality of tomographic shapes may be processed into curved surfaces using spline interpolation.
본 발명에 따른 수중 구조물 측정 시스템 및 수중 구조물 측정 방법은 해저면에 대해 수직한 방향으로 소나 센서를 이동하면서 복수의 단층 형상을 획득하고, 복수의 단층 형상을 누적하여, 수중 구조물의 3차원 형상을 생성하는 것이 가능하다.The underwater structure measuring system and the underwater structure measuring method according to the present invention obtain a plurality of tomographic shapes by moving the sonar sensor in a direction perpendicular to the sea bottom, accumulate the plurality of tomographic shapes, and then form a three-dimensional shape of the underwater structure. It is possible to produce.
또한, 본 발명에 따른 수중 구조물 측정 시스템 및 수중 구조물 측정 방법은 자세정보의 측정 오차를 감소시키고 형상 측정 시의 수중 고도를 빠르게 제어하여 유지하도록 하여 정밀한 수중 구조물 형상을 측정하는 것이 가능하다.In addition, the underwater structure measuring system and the underwater structure measuring method according to the present invention can reduce the measurement error of the attitude information, it is possible to quickly control and maintain the underwater altitude at the time of shape measurement, it is possible to measure the precise underwater structure shape.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the effect obtained in the present invention is not limited to the above-mentioned effects, other effects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description. Could be.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.The following drawings, which are attached to this specification, illustrate preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description thereof, serve to further understand the technical spirit of the present invention. It should not be interpreted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 구조물 측정 시스템을 개략적으로 나타낸다.1 schematically shows an underwater structure measuring system according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 구조물 측정 시스템을 개략적으로 나타내는 블록도이다.Figure 2 is a block diagram schematically showing an underwater structure measuring system according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 구조물 측정 시스템의 프로파일링 소나 센서를 나타내는 예시도이다.Figure 3 is an exemplary view showing a profiling sonar sensor of the underwater structure measuring system according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 구조물 측정 시스템을 이용해 단층 형상을 획득하는 과정을 나타낸다.4 illustrates a process of obtaining a tomographic shape using an underwater structure measuring system according to an embodiment of the present invention.
도 5는 도 4의 단층 형상을 누적한 결과를 나타낸다.FIG. 5 shows the result of accumulating the tomogram of FIG. 4.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 구조물 측정 시스템을 이용해 생성한 수중 구조물의 3차원 형상의 나타낸다.Figure 6 shows a three-dimensional shape of the underwater structure created using the underwater structure measurement system according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수중 구조물 측정 시스템을 이용해 생성한 수중 구조물의 3차원 형상의 나타낸다.Figure 7 shows a three-dimensional shape of the underwater structure created using the underwater structure measurement system according to another embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 구조물 측정 방법을 나타내는 흐름도이다.8 is a flowchart illustrating a method for measuring underwater structures according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.The embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art, and the following examples can be modified in various other forms, and the scope of the present invention is It is not limited to an Example. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the inventive concept to those skilled in the art.
또한, 이하의 도면에서 각 구성은 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.In addition, in the following drawings, each configuration is exaggerated for convenience and clarity of description, the same reference numerals in the drawings refer to the same elements. As used herein, the term “and / or” includes any and all combinations of one or more of the listed items.
*본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" may include the plural forms as well, unless the context clearly indicates otherwise. Also, as used herein, "comprise" and / or "comprising" specifies the presence of the mentioned shapes, numbers, steps, actions, members, elements and / or groups of these. It is not intended to exclude the presence or the addition of one or more other shapes, numbers, acts, members, elements and / or groups.
<수중 구조물 측정 시스템><Underwater Structure Measurement System>
우선, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 구조물 측정 시스템을 상세하게 설명한다.First, referring to Figures 1 and 2, the underwater structure measuring system according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 구조물 측정 시스템을 개략적으로 나타내며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 구조물 측정 시스템을 개략적으로 나타내는 블록도이다.1 schematically shows an underwater structure measuring system according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a block diagram schematically showing an underwater structure measuring system according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 구조물 측정 시스템은 인양 로프(20), 소나 센서(100), 윈치(200), 제어부(300), 센서부(410, 420, 430), 수밀 하우징(400) 및 인양 윈치(500)를 포함한다.1 and 2, the underwater structure measuring system according to an embodiment of the present invention, the lifting rope 20, sonar sensor 100, winch 200, the control unit 300, the sensor unit 410, 420 , 430, watertight housing 400, and lifting winch 500.
상기 인양 로프(20)는 일단이 선박(10)에서 고정부(11)를 통해 위치 고정되며, 일단이 인양 윈치(500)에 연결되며 타단이 수중으로 삽입된다.One end of the lifting rope 20 is fixed through the fixing portion 11 in the ship 10, one end is connected to the lifting winch 500 and the other end is inserted into the water.
상기 인양 로프(20)의 타단의 일부는 윈치(200)에 권취되어 있으며, 윈치(200)의 동작에서 의해 권취 또는 권출될 수 있다.A portion of the other end of the lifting rope 20 is wound on the winch 200, and may be wound or unwound by the operation of the winch 200.
이러한 인양 로프(20)는 강도와 내부식성이 우수하며 자유로이 변형할 수 있는 것이 바람직하며, 일 예로 다수의 강선이 꼬여 형성된 강연선으로 구성될 수 있다.The lifting rope 20 is preferably excellent in strength and corrosion resistance and can be freely deformed. For example, the lifting rope 20 may be composed of a stranded wire in which a plurality of steel wires are twisted.
상기 소나 센서(100)는 "sonar(sound navigation and ranging) sensor"의 약어로, 음파에 의해 수중목표의 방위 및 거리를 알아내는 장비를 의미하며 음향탐지장비 혹은 음탐기로도 불린다.The sonar sensor 100 is an abbreviation of "sonar (sound navigation and ranging) sensor", and means a device that finds the direction and distance of the underwater target by sound waves, and is also called a sound detection device or sound detector.
이러한 상기 소나 센서(100)는 스캐닝 소나로 구현될 수 있으며, 수중으로 음파를 발신하고, 발신된 음파에 대한 반사신호를 수신하여 수중 지형물(물체)의 존재, 위치, 성질 등을 탐지할 수 있다.The sonar sensor 100 may be implemented as a scanning sonar, and detects the presence, position, and properties of an underwater feature (object) by transmitting sound waves underwater and receiving a reflection signal for the transmitted sound waves. have.
여기서, 도 3을 함께 참조하면, 상기 소나 센서(100)는 프로파일링 소나 센서(Profiling Sonar)로 구성될 수 있으며, 음파 송수신부(110)와 회전부(120)로 구성된다. 즉, 소나 센서(100)에서는 회전부(120)를 통해 360도 회전하며, 음파 송수신부(110)에서 음파를 발신 및 수신하여, 수중 구조물의 단층 형상을 획득한다.Here, referring to FIG. 3, the sonar sensor 100 may be configured as a profiling sonar sensor, and may include a sound wave transceiver 110 and a rotating unit 120. That is, the sonar sensor 100 rotates 360 degrees through the rotation unit 120, and transmits and receives sound waves from the sound wave transceiver 110, to obtain a tomographic shape of the underwater structure.
상기 윈치(200)는 상기 소나 센서(100)의 상부에 결합되며, 상기 인양 로프(20)를 소정 간격으로 권취 또는 권출하도록 동작한다.The winch 200 is coupled to an upper portion of the sonar sensor 100, and operates to wind or unwind the lifting rope 20 at predetermined intervals.
즉, 상기 윈치(200)의 동작으로 수중에서 소나 센서(100)가 상하로 소정 간격 위치 이동하여, 목표하는 고도가 유지될 수 있다.That is, the sonar sensor 100 is moved up and down by a predetermined interval in the water by the operation of the winch 200, the target altitude can be maintained.
상기 제어부(300)는 상기 수밀 하우징(400)의 내부에 배치될 수 도 있으며, 상기 선박(10) 내부에 배치될 수 있다.The controller 300 may be disposed inside the watertight housing 400 or may be disposed inside the vessel 10.
이러한 상기 제어부(300)는 소나 센서(100), 윈치(200), 센서부(410, 420, 430) 및 인양 윈치(500)에 유선 또는 무선으로 통신적으로 연결되어 있으며, 소나 센서(100), 윈치(200), 센서부(410, 420, 430) 및 인양 윈치(500)의 동작을 제어함과 동시에 소나 센서(100) 및 센서부(410, 420, 430)에서 측정된 정보를 수렴할 수 있다.The control unit 300 is connected to the sonar sensor 100, the winch 200, the sensor unit 410, 420, 430 and the lifting winch 500 by wire or wirelessly, the sonar sensor 100 Control the operation of the winch 200, the sensor units 410, 420, 430 and the lifting winch 500 and simultaneously converge the information measured by the sonar sensor 100 and the sensor units 410, 420, 430. Can be.
여기서, 상기 센서부(410, 420, 430)는 소나 센서(100)의 하부에 결합된 수밀 하우징(400)의 내부에 배치될 수 있으며, 고도 센서(410), 수심 센서(420) 및 자세 측정 센서(430)로 구성된다.Here, the sensor unit 410, 420, 430 may be disposed inside the watertight housing 400 coupled to the lower portion of the sonar sensor 100, the altitude sensor 410, the depth sensor 420 and the attitude measurement It consists of a sensor 430.
여기서, 상기 수밀 하우징(400)은 소나 센서(100)의 하부에 결합되며, 무게 추 역할을 수행하도록 설정된 제 1 질량 범위 내에서 설정될 수 있다.Here, the watertight housing 400 is coupled to the lower portion of the sonar sensor 100 and may be set within a first mass range set to serve as a weight weight.
여기서, 제 1 질량 범위는 대략 30kg 내지 100kg의 범위로 설정될 수 있으며, 30kg보다 커 해수의 흐름이나 파랑 또는 선박의 움직임 등의 영향에 의한 소나 센서(100)의 흔들림을 최대한 감쇄할 수 있으며, 인양 로프(20)의 인장 하중을 버티기 위해 100kg 이하로 설정되는 것이 바람직하다. 다만, 상기 제 1 질량의 수치 범위는 하나의 실시예에 불과한 것으로, 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니다.Here, the first mass range may be set to a range of approximately 30kg to 100kg, greater than 30kg can be attenuated the shaking of the sonar sensor 100 due to the influence of the flow of the sea water or the wave or the movement of the vessel as much as possible, In order to withstand the tensile load of the lifting rope 20 is preferably set to 100kg or less. However, the numerical range of the first mass is only one embodiment, and thus the present invention is not limited thereto.
상기 고도 센서(410)는 상기 수밀 하우징(400)에 수용될 수 있으며, 음파 감지기로 구성되어, 수중의 해저면(2)에서부터의 고도를 측정한다.The altitude sensor 410 may be accommodated in the watertight housing 400, and configured as a sound wave detector to measure an altitude from the sea bottom 2 in the water.
상기 고도 센서(410)에서 측정된 고도 데이터는 상기 제어부(300)에 유선 또는 무선으로 전송된다.The altitude data measured by the altitude sensor 410 is transmitted to the controller 300 by wire or wirelessly.
상기 수심 센서(420)는 상기 수밀 하우징(400)에 수용될 수 있으며, 압력 센서로 구성되어, 수면(1)으로부터의 수심을 측정한다.The water depth sensor 420 may be accommodated in the watertight housing 400, and may be configured as a pressure sensor to measure the water depth from the water surface 1.
상기 수심 센서(420)에서 측정된 수심 데이터는 상기 제어부(300)에 유선 또는 무선으로 전송된다.The depth data measured by the depth sensor 420 is transmitted to the controller 300 by wire or wirelessly.
즉, 제어부(300)에서는 지정된 위치에서 설정된 목표 고도와 상기 고도 데이터를 비교하고, 설정된 목표 수심과 상기 수심 데이터를 비교하여, 상기 윈치(200)의 회전 방향과 회전 양을 결정한다. 이로써, 상기 소나 센서(100)의 고도 또는 수심을 항상 일정하게 유지한다.That is, the controller 300 compares the target altitude set at the designated position with the altitude data, compares the set target depth with the depth data, and determines the rotation direction and the amount of rotation of the winch 200. As a result, the altitude or depth of the sonar sensor 100 is always kept constant.
따라서, 해수의 흐름이나 파랑 또는 선박의 움직임 등의 영향을 받지 않고 목표 고도를 유지한 상태에서 소나 센서(100)를 통해 수중 지형물을 측정함으로써, 재측정 횟수를 줄이고 미 측정된 부분을 감소시켜 작업 효율을 향상 시킬 수 있다.Therefore, by measuring the underwater feature through the sonar sensor 100 while maintaining the target altitude without being affected by the flow of sea water or the wave or the movement of the vessel, the number of remeasurement is reduced and the unmeasured portion is reduced. Can improve the working efficiency.
상기 자세 측정 센서(430)는 해수의 흐름이나 파랑 또는 선박의 움직임 등에 의해 움직이는 소나 센서(100)의 속도, 가속도, 회전각속도, 기울기 중 적어도 하나를 포함하는 자세를 측정한다.The posture measurement sensor 430 measures a posture including at least one of the speed, acceleration, rotational angular velocity, and inclination of the sonar sensor 100 moving by the flow of the sea water or the wave or the movement of the ship.
여기서, 자세 측정 센서(430)는 자이로스코프로 구현될 수 있다. 자이로스코프의 원리는 제1 축 방향으로 관성체가 일정하게 진동하거나 회전하는 관성체가 제1 축 방향에 대하여 직각인 제2 축 방향에서의 회전에 의한 각속도의 입력을 받을 때, 그 두 개의 축에 대하여 직교하는 제3 축 방향으로 발생하는 코리올리의 힘(Coriolis Force)을 검출함으로써 회전 각속도를 검출하며, 검출된 회전 각속도에 기초하여 속도, 가속도, 기울기 등을 산출할 수 있다. 이때, 관성체에 가해지는 힘을 평형 시키면 각속도 검출의 정확성이 높아진다.Here, the attitude measuring sensor 430 may be implemented with a gyroscope. The principle of the gyroscope is that when an inertial body vibrates or rotates in a constant direction in the first axial direction, when an inertial body receives an input of an angular velocity by rotation in a second axial direction perpendicular to the first axial direction, The rotational angular velocity is detected by detecting Coriolis Force occurring in the third orthogonal direction, and the speed, acceleration, slope, and the like can be calculated based on the detected rotational angular velocity. At this time, if the force applied to the inertia is balanced, the accuracy of the angular velocity detection is increased.
특히, 신호의 선형성과 대역폭을 넓히려면 힘의 평형방법을 이용한 구조가 바람직하다. 자이로스코프의 종류로는, 전술한 바와 같이 회전체 질량을 이용하여 각속도를 측정하는 자이로스코프 이외에도 진동 자이로스코프(Vibrating Gyroscope), 광섬유 자이로스코프(Fiber Optic Gyroscope), 고리형 레이저 자이로스코프(Ring Laser Gyroscope), 동적 전환형 자이로스코프(Dynamically Turned Gyroscope) 등이 이용될 수 있다.In particular, in order to increase the linearity and bandwidth of a signal, a structure using a force balancing method is preferable. As a type of gyroscope, as described above, in addition to a gyroscope that measures angular velocity using a rotating mass, a vibrating gyroscope, a fiber optic gyroscope, a ring laser gyroscope, and the like. ), A dynamically turned gyroscope and the like can be used.
상기 인양 윈치(500)는 선박(10)에 탑재되거나, 선박(10)의 측면에 부착되도록 배치될 수 있으며, 제어부(300)의 제어에 의해 동작하며 상기 인양 로프(20)를 권취 또는 권출하여 소나 센서(100)의 고도를 변경(상승 또는 하강)할 수 있다.The lifting winch 500 may be mounted on the vessel 10 or may be arranged to be attached to the side of the vessel 10, operated by the control of the controller 300, and wound or unwound the lifting rope 20. The altitude of the sonar sensor 100 may be changed (raised or lowered).
도 4 및 도 5를 참조하면, 인양 윈치(500)를 통해 소나 센서(100)는 제 1 시간에 제 1 고도(H1)에 위치하여 수중 구조물(3)(지형물) 측으로 음파(M)를 발신하고, 구조물(3)에서 반사되는 반사파(M1)를 수신하여 수중 구조물(3)의 존재, 위치, 성질 등을 탐지할 수 있다.4 and 5, through the lifting winch 500, the sonar sensor 100 is positioned at the first altitude H1 at the first time to direct the sound wave M toward the underwater structure 3 (terrain). It is possible to detect the presence, position, property, and the like of the underwater structure 3 by transmitting and receiving the reflected wave M1 reflected from the structure 3.
이후, 제 1 고도(H1)에서 소나 센서(100)가 360도 회전하여, 주변의 수중 구조물(3)을 탐지하며 제 1 고도(H1)에서의 단층 형상을 획득한다.Thereafter, the sonar sensor 100 rotates 360 degrees at the first altitude H1 to detect the surrounding underwater structure 3 and acquire a tomographic shape at the first altitude H1.
여기서, 상기 단층 형상은 음파(M)의 방사 각도에 의해 소정의 높이(Z축)를 갖는 3차원 형상일 수 있다.Here, the tomographic shape may be a three-dimensional shape having a predetermined height (Z axis) by the radiation angle of the sound wave (M).
이후, 제어부(300)는 인양 윈치(500)를 동작하여, 소나 센서(100)를 제 1 고도(H1)에서 제 1 높이(H2) 상승시켜, 제 2 고도(H1+H2)로 위치시킨다.Thereafter, the control unit 300 operates the lifting winch 500 to raise the sonar sensor 100 from the first altitude H1 to the first height H2 to position the second altitude H1 + H2.
여기서, 소나 센서(100)의 상승 높이(H1)는 다음의 [수학식 1]에 따른 고도 증가 값 이하의 값으로 설정되는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the rising height H1 of the sonar sensor 100 is set to a value less than or equal to the altitude increase value according to Equation 1 below.
[수학식 1][Equation 1]
Figure PCTKR2017007878-appb-I000004
Figure PCTKR2017007878-appb-I000004
(여기서,
Figure PCTKR2017007878-appb-I000005
는 고도 증가 값, L은 소나 센서의 최대 측정 거리,
Figure PCTKR2017007878-appb-I000006
는 소나 센서에서의 발신하는 음파의 각도를 나타냄)(here,
Figure PCTKR2017007878-appb-I000005
Is the altitude increase value, L is the maximum measurement distance of the sonar sensor,
Figure PCTKR2017007878-appb-I000006
Represents the angle of the sound wave from the sonar sensor)
즉, 제 1 고도(H1)에서의 음파(M) 발신 범위와 제 2 고도(H1+H2)에서의 음파(M) 발신 범위는 적어도 일부가 중첩되는 것이 바람직하며, 중첩 범위가 넓을수록 결과적으로 생성되는 3차원 형상의 정확도가 향상된다.That is, at least a portion of the sound wave M transmission range at the first altitude H1 and the sound wave M transmission range at the second altitude H1 + H2 is preferably overlapped. The accuracy of the generated three-dimensional shape is improved.
다만, 중첩 범위가 넓을수록 3차원 형상을 생성하는 시간이 증가하므로, 정밀도와 작업 시간의 관계를 고려하여 바람직한 작업 시간 및 중첩 범위가 설정될 수 있다.However, since the time for generating the three-dimensional shape increases as the overlapping range is wider, a preferred work time and overlapping range may be set in consideration of the relationship between precision and work time.
이후, 제 2 고도(H1+H2)에서 소나 센서(100)가 360도 회전하여, 주변의 수중 구조물(3)을 탐지하며 제 2 고도(H1+H2)에서의 단층 형상을 획득한다.Thereafter, the sonar sensor 100 rotates 360 degrees at the second altitude H1 + H2 to detect the surrounding underwater structure 3 and obtain a tomographic shape at the second altitude H1 + H2.
이와 마찬가지로, 이후, 제어부(300)는 인양 윈치(500)를 동작하여, 소나 센서(100)를 제 2 고도(H1+H2)에서 제 2 높이(H3) 상승시켜, 제 3 고도(H1+H2+H3)로 위치시킨다.Similarly, afterwards, the control unit 300 operates the lifting winch 500 to raise the sonar sensor 100 from the second altitude H1 + H2 to the second height H3, thereby increasing the third altitude H1 + H2. + H3).
이후, 제 3 고도(H1+H2+H3)에서 소나 센서(100)가 360도 회전하여, 주변의 수중 구조물(3)을 탐지하며 제 3 고도(H1+H2+H3)에서의 단층 형상을 획득한다.Thereafter, the sonar sensor 100 rotates 360 degrees at the third altitude H1 + H2 + H3 to detect the surrounding underwater structure 3 and obtain a tomographic shape at the third altitude H1 + H2 + H3. do.
즉, 예를 들어, 소나 센서(100)의 음파(M)가 폭을 가지고 송신되기 때문에 수중 구조물(3)의 첫 번째 언덕에서 최초에 반사된 반사파(M1) 외에도, 그 이후의 두 번째, 세 번째 언덕에 대해서도 신호가 반사되어 수신되며, 고도를 상승하여 측정하며, 두 번째 언덕과 세 번째 언덕에 의해 반사된 신호를 수신하게 된다. 따라서, 이전에 측정되지 않은 두 번째 언덕과 세 번째 언덕 사이의 지형 정보를 더욱 자세히 측정할 수 있게 된다. That is, for example, in addition to the reflected wave M1 initially reflected at the first hill of the underwater structure 3 because the sound wave M of the sonar sensor 100 is transmitted with a width, the second and third thereafter. The signal is also received and reflected on the second hill, the elevation is measured, and the signal reflected by the second and third hills is received. Thus, it is possible to measure the terrain information between the second hill and the third hill, which have not been measured previously.
또한, 이전보다 만큼 고도를 상승하여 측정하며, 이전에 측정되지 않았던 네 번째 언덕에 의해 반사된 반사파(M1)의 신호를 수신할 수 있게 되어, 음파(M)가 도달하는 범위 내에 상세한 형상 정보를 획득할 수 있다.In addition, it is possible to receive the signal of the reflected wave M1 reflected by the fourth hill, which has not been measured previously, by increasing the altitude as much as before and measuring the detailed shape information within the range where the sound wave M reaches. Can be obtained.
이후, 제어부(300)에서는 각 고도에서 획득한 단층 형상을 누적하며, 중첩되는 범위를 정합하여 수중 구조물(3)에 대한 3차원 형상을 생성한다.Subsequently, the controller 300 accumulates the tomographic shapes obtained at each altitude, matches the overlapping ranges, and generates a three-dimensional shape for the underwater structure 3.
여기서, 도 6을 참조하면, 각 단계별 고도(제 1 고도, 제 2 고도, 제 3 고도)에서 획득한 단층 형상에서는 수중 구조물(3)에 의해 가려져 음파(M)가 도달하지 못하고 이로 인해 반사파(M1)을 수신하지 못하는 미 획득 영역(A)이 존재한다.Here, referring to FIG. 6, in a tomographic shape obtained at each step altitude (first altitude, second altitude, third altitude), the acoustic wave M is not reached due to the submerged structure 3, and thus, the reflected wave ( There is an unacquired area A that does not receive M1).
본 발명의 일 실시예에 따르면 도 6에 도시된 바와 같이, 제어부(300)는 각 단계별 고도에서 획득한 단층 형상에서 마지막 지점들을 연결하여 미획득 영역(A)을 3차원 형상에서 평면(3a)으로 구성되도록 처리할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, as shown in FIG. 6, the control unit 300 connects the last points in the tomographic shape obtained at each step elevation to form the unacquired area A in the plane 3a in the three-dimensional shape. It can be configured to consist of.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 도 7에 도시된 바와 같이, 제어부(300)는 각 단계별 고도에서 획득한 단층 형상의 마지막 지점에서의 기울기를 바탕으로 최저점의 위치(거리, 높이)를 추정하고, 그 다음으로 첫 번째 언덕의 최고점과 미획득 영역(A)의 추정된 최저점, 두 번째 언덕의 최고점의 세 점에 대한 스플라인 보간법을 수행하여, 미획득 영역(A)을 3차원 형상에서 곡면(3b)으로 구성되도록 처리할 수 있다.In addition, according to another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 7, the controller 300 estimates the position (distance, height) of the lowest point based on the slope at the last point of the tomographic shape acquired at each step altitude. Next, spline interpolation is performed on the highest point of the first hill, the estimated lowest point of the unacquired area A, and the three points of the highest point of the second hill, and the unacquired area A is curved in a three-dimensional shape. It can process so that it may consist of (3b).
<수중 구조물 측정 방법><Method for Measuring Underwater Structures>
다음은 수중 구조물 측정 시스템을 이용한 수중 구조물 측정 방법을 도 4 내지 도 8을 참조하여 상세하게 설명한다.Next, an underwater structure measuring method using the underwater structure measuring system will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 8.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 구조물 측정 시스템을 이용해 단층 형상을 획득하는 과정을 나타내고, 도 5는 도 4의 단층 형상을 누적한 결과를 나타내며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 구조물 측정 시스템을 이용해 생성한 수중 구조물의 3차원 형상의 나타내며, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수중 구조물 측정 시스템을 이용해 생성한 수중 구조물의 3차원 형상의 나타내며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 구조물 측정 방법을 나타내는 흐름도이다.4 illustrates a process of obtaining a tomographic shape using an underwater structure measuring system according to an embodiment of the present invention, FIG. 5 illustrates a result of accumulating the tomographic shape of FIG. 4, and FIG. 6 illustrates an embodiment of the present invention. Figure 3 shows the three-dimensional shape of the underwater structure generated using the underwater structure measuring system according to, Figure 7 shows the three-dimensional shape of the underwater structure generated using the underwater structure measuring system according to another embodiment of the present invention, Figure 8 A flowchart illustrating a method of measuring underwater structures according to an embodiment of the present invention.
우선, 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 구조물 측정 방법은 하강 단계(S10), 초음파 송수신 단계(S20), 회전 단계(S30), 최종 고도인지 판단하는 단계(S40), 상승 단계(S50) 및 3차원 형상 생성 단계(S60)를 포함한다.First, referring to FIG. 8, the method for measuring an underwater structure according to an embodiment of the present disclosure may include a descending step (S10), an ultrasonic transmitting and receiving step (S20), a rotating step (S30), and a final altitude determining step (S40). A rising step S50 and a three-dimensional shape generating step S60.
상기 하강 단계(S10)에서는 선박(10)에 배치된 GPS(Global Positioning System)에 기초하여, 현재의 위치를 측위한 후, 선박(10)을 고정시킨 후, 제어부(300)의 제어를 통해 인양 윈치(500)가 동작하여, 소나 센서(100)가 제 1 고도(H1)로 하강하여 위치한다.In the descending step (S10), after measuring the current position based on the GPS (Global Positioning System) disposed on the vessel 10, after fixing the vessel 10, the lifting through the control of the control unit 300 The winch 500 is operated so that the sonar sensor 100 descends to the first altitude H1.
상기 초음파 송수신 단계(S20)에서는 소나 센서(100)에서 일방향으로 음파(M)를 발신하고, 수중 구조물(3)에 반사되는 반사파(M1)를 수신하여, 수중 구조물(3)의 존재, 위치, 성질 등을 탐지한다.In the ultrasonic transmission and reception step (S20), the sonar sensor 100 transmits the sound wave M in one direction, receives the reflected wave M1 reflected by the underwater structure 3, and the existence, position, Detect nature, etc.
여기서, 상술한 바와 같이, 제어부(300)에서는 지정된 위치에서 설정된 목표 고도(제 1 고도)와 현재 고도 데이터를 비교하고, 설정된 목표 수심과 상기 수심 데이터를 비교하여, 상기 윈치(200)의 회전 방향과 회전 양을 결정하고 상기 소나 센서(100)의 고도 또는 수심을 항상 일정하게 유지한다.Here, as described above, the controller 300 compares the target altitude (first altitude) set at the designated position with the current altitude data, compares the set target depth with the depth data, and the rotation direction of the winch 200. Determine the amount of rotation and rotation and always maintain a constant altitude or depth of the sonar sensor 100.
상기 회전 단계(S30)에서는 제 1 고도(H1)에서 고도를 유지하면서, 소나 센서(100)를 360도 회전하여, 전 방향의 수중 구조물(3)을 탐지하며, 제 1 고도(H1)에서의 단층 형상을 획득한다.In the rotating step (S30) while maintaining the altitude at the first altitude (H1), by rotating the sonar sensor 100 by 360 degrees, the underwater structure (3) of the omnidirectional direction is detected, at the first altitude (H1) Acquire a tomographic shape.
상기 최종 고도인지 판단하는 단계(S40)에서는 현재 고도가 목표로 하는 최종 고도(예를 들어, 제 3 고도)인지를 비교/판단하여, 최종 고도에 도달한 것으로 판단하면 현재까지 획득한 다수의 단층 형상을 누적하여, 수중 구조물(3)에 대한 3차원 형상을 생성한다.In the step of determining whether the final altitude (S40) compares / determines whether the current altitude is the target altitude (for example, the third altitude) to the target, if it is determined that the final altitude has reached a plurality of faults obtained so far The shapes are accumulated to create a three-dimensional shape for the underwater structure 3.
상기 상승 단계(S50)에서는 상기 단계(S40)에서 현재 고도가 최종 고도에 도달하지 않은 것으로 판단되면, 상기 인양 윈치(500)를 동작하여 설정된 높이(H2)만큼 고도를 상승하여, 제 2 고도(H1+H2)에 도달한다.In step S50, if it is determined that the current altitude does not reach the final altitude in step S40, the lifting winch 500 is operated to increase the altitude by the set height H2, thereby increasing the second altitude ( H1 + H2).
상기 상승 단계(S50)에서 제 2 고도(H1+H2)에 도달에 도달한 후, 다시 소나 센서(100)를 360도 회전하여, 전 방향의 수중 구조물(3)을 탐지하며, 제 2 고도(H1+H2)에서의 단층 형상을 획득한다.After reaching the second altitude (H1 + H2) in the ascending step (S50), the sonar sensor 100 is rotated 360 degrees again to detect the underwater structure 3 in all directions, and the second altitude ( A tomographic shape in H1 + H2) is obtained.
이로써, 상술한 일련의 과정을 통해 목표로 하는 최종 고도(예를 들어, 제 3 고도)까지, 소나 센서(100)를 상승 및 회전하여 각 단계별 고도에서 단층 형상을 획득할 수 있다.As a result, the sonar sensor 100 may be lifted and rotated up to a target final altitude (for example, a third altitude) through the series of processes described above to obtain a tomographic shape at each step altitude.
여기서, 소나 센서(100)의 상승 높이(H1)는 다음의 [수학식 1]에 따른 고도 증가 값 이하의 값으로 설정되는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the rising height H1 of the sonar sensor 100 is set to a value less than or equal to the altitude increase value according to Equation 1 below.
[수학식 1][Equation 1]
Figure PCTKR2017007878-appb-I000007
Figure PCTKR2017007878-appb-I000007
(여기서,
Figure PCTKR2017007878-appb-I000008
는 고도 증가 값, L은 소나 센서의 최대 측정 거리,
Figure PCTKR2017007878-appb-I000009
는 소나 센서에서의 발신하는 음파의 각도를 나타냄)즉, 제 1 고도(H1)에서의 음파(M) 발신 범위와 제 2 고도(H1+H2)에서의 음파(M) 발신 범위는 적어도 일부가 중첩되는 것이 바람직하며, 중첩 범위가 넓을수록 결과적으로 생성되는 3차원 형상의 정확도가 향상된다.(here,
Figure PCTKR2017007878-appb-I000008
Is the altitude increase value, L is the maximum measurement distance of the sonar sensor,
Figure PCTKR2017007878-appb-I000009
Denotes the angle of the sound wave transmitted from the sonar sensor), that is, the sound wave M transmission range at the first altitude H1 and the sound wave M transmission range at the second altitude H1 + H2 are at least partially. It is preferable to overlap, and the wider the overlapping range, the better the accuracy of the resulting three-dimensional shape.
다만, 중첩 범위가 넓을수록 3차원 형상을 생성하는 시간이 증가하므로, 정밀도와 작업 시간의 관계를 고려하여 바람직한 작업 시간 및 중첩 범위가 설정될 수 있다.However, since the time for generating the three-dimensional shape increases as the overlapping range is wider, a preferred work time and overlapping range may be set in consideration of the relationship between precision and work time.
상기 3차원 형상 생성 단계(S60)에서는 현재 고도가 목표로 하는 최종 고도(예를 들어, 제 3 고도)에 도달한 것으로 판단하면, 현재까지 획득한 다수의 단층 형상을 누적하며, 중첩되는 범위를 정합하여 수중 구조물(3)에 대한 3차원 형상을 생성한다.In the three-dimensional shape generation step (S60), when it is determined that the current altitude has reached the target altitude (for example, the third altitude), a plurality of tomographic shapes acquired so far are accumulated and overlapping ranges are obtained. The registration produces a three-dimensional shape for the underwater structure 3.
여기서, 도 6을 참조하면, 각 단계별 고도(제 1 고도, 제 2 고도, 제 3 고도)에서 획득한 단층 형상에서는 수중 구조물(3)에 의해 가려져 음파(M)가 도달하지 못하고 이로 인해 반사파(M1)을 수신하지 못하는 미 획득 영역(A)이 존재한다.Here, referring to FIG. 6, in a tomographic shape obtained at each step altitude (first altitude, second altitude, third altitude), the acoustic wave M is not reached due to the submerged structure 3, and thus, the reflected wave ( There is an unacquired area A that does not receive M1).
본 발명의 일 실시예에 따르면 도 6에 도시된 바와 같이, 제어부(300)는 각 단계별 고도에서 획득한 단층 형상에서 마지막 지점들을 연결하여 미획득 영역(A)을 3차원 형상에서 평면(3a)으로 구성되도록 처리할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, as shown in FIG. 6, the control unit 300 connects the last points in the tomographic shape obtained at each step elevation to form the unacquired area A in the plane 3a in the three-dimensional shape. It can be configured to consist of.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 도 7에 도시된 바와 같이, 제어부(300)는 각 단계별 고도에서 획득한 단층 형상의 마지막 지점에서의 기울기를 바탕으로 최저점의 위치(거리, 높이)를 추정하고, 그 다음으로 첫 번째 언덕의 최고점과 미획득 영역(A)의 추정된 최저점, 두 번째 언덕의 최고점의 세 점에 대한 스플라인 보간법을 수행하여, 미획득 영역(A)을 3차원 형상에서 곡면(3b)으로 구성되도록 처리할 수 있다.In addition, according to another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 7, the controller 300 estimates the position (distance, height) of the lowest point based on the slope at the last point of the tomographic shape acquired at each step altitude. Next, spline interpolation is performed on the highest point of the first hill, the estimated lowest point of the unacquired area A, and the three points of the highest point of the second hill, and the unacquired area A is curved in a three-dimensional shape. It can process so that it may consist of (3b).
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 수중 구조물 측정 시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is just one embodiment for implementing the underwater structure measuring system according to the present invention, the present invention is not limited to one embodiment, and the subject matter of the present invention as claimed in the following claims Without departing from the scope of the present invention, any person having ordinary skill in the art will have the technical spirit of the present invention to the extent that various modifications can be made.
[부호의 설명][Description of the code]
10: 선박 20: 인양 로프10: ship 20: lifting rope
100: 소나 센서 200: 윈치100: sonar sensor 200: winch
300: 제어부 400: 수밀 하우징300: control unit 400: watertight housing
410, 420, 430: 센서부410, 420, 430: sensor unit
500: 인양 윈치500: lifting winch

Claims (9)

  1. 선박;Ship;
    상기 선박에 탑재된 인양 윈치;Lifting winch mounted on the vessel;
    상기 인양 윈치에 일단이 고정된 인양 로프; A lifting rope having one end fixed to the lifting winch;
    상기 인양 로프의 타단에 결합되어, 수중으로 투입되는 소나 센서; 및A sonar sensor coupled to the other end of the lifting rope and introduced into the water; And
    상기 인양 윈치 및 상기 소나 센서를 제어하여 수중 구조물의 3차원 형상을 생성하는 제어부; 를 포함하고,A control unit for generating the three-dimensional shape of the underwater structure by controlling the lifting winch and the sonar sensor; Including,
    상기 소나 센서는 프로파일링 소나로 구성되며, 해저면에서부터 고정된 고도(Z축)에서 회전하여, 주변의 단층 형상을 획득하고,The sonar sensor is composed of a profiling sonar, rotated at a fixed altitude (Z-axis) from the sea bottom, to obtain a peripheral tomographic shape,
    상기 제어부는 상기 인양 윈치를 단계별로 동작하여, 상기 소나 센서의 고도를 단계별로 증가시켜 획득한 복수의 단층 형상을 누적하여 상기 수중 구조물의 3차원 형상을 생성하는 것을 특징으로 하는 수중 구조물 측정 시스템.And the control unit operates the lifting winch step by step, accumulating a plurality of tomographic shapes obtained by increasing the altitude of the sonar sensor step by step to generate a three-dimensional shape of the underwater structure.
  2. 제 1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 제어부는 다음의 [수학식 1]에 따른 고도 증가 값 이하로 상기 소나 센서의 고도를 단계별로 증가시키는 것을 특징으로 하는 수중 구조물 측정 시스템.The control unit is an underwater structure measuring system, characterized in that for increasing the altitude of the sonar sensor by less than the altitude increase value according to the following [Equation 1].
    [수학식 1][Equation 1]
    Figure PCTKR2017007878-appb-I000010
    Figure PCTKR2017007878-appb-I000010
    (여기서,
    Figure PCTKR2017007878-appb-I000011
    는 고도 증가 값, L은 소나 센서의 최대 측정 거리,
    Figure PCTKR2017007878-appb-I000012
    는 소나 센서에서의 발신하는 초음파의 각도를 나타냄)    (here,
    Figure PCTKR2017007878-appb-I000011
    Is the altitude increase value, L is the maximum measurement distance of the sonar sensor,
    Figure PCTKR2017007878-appb-I000012
    Represents the angle of the outgoing ultrasound from the sonar sensor)
  3. 제 1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 인양 로프와 상기 소나 센서 사이를 연결하며, 상기 인양 로프를 권취 또는 권출하는 윈치;A winch connecting between the lifting rope and the sonar sensor and winding or unwinding the lifting rope;
    상기 소나 센서의 하부에 결합되며, 해저면에서부터의 고도를 측정하는 고도 센서; 및An altitude sensor coupled to the bottom of the sonar sensor, the altitude sensor measuring altitude from a sea bottom; And
    상기 고도 센서 및 상기 윈치에 연결된 제어부를 포함하고,A control unit connected to the altitude sensor and the winch,
    상기 제어부는 상기 고도 센서에서 측정된 고도 데이터를 기반으로 상기 윈치를 동작시켜, 상기 고도를 목표 고도로 유지시키는 것을 특징으로 하는 수중 구조물 측정 시스템.The control unit operates the winch based on the altitude data measured by the altitude sensor, the underwater structure measuring system, characterized in that to maintain the altitude to the target altitude.
  4. 제 1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 소나 센서의 하부에 결합되며, 해수면에서부터의 수심을 측정하는 수심 센서 및A depth sensor coupled to the bottom of the sonar sensor and measuring the depth from the sea level;
    상기 소나 센서의 하부에 결합되며, 상기 소나 센서의 자세를 측정하는 자세 측정 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 구조물 측정 시스템.It is coupled to the lower portion of the sonar sensor, the underwater structure measuring system further comprises a posture measuring sensor for measuring the attitude of the sonar sensor.
  5. 제 1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 제어부는The control unit
    상기 복수의 단층 형상 각각에서의 미획득 영역을 평면으로 처리하는 것을 특징으로 하는 수중 구조물 측정 시스템.Underwater structure measurement system, characterized in that for processing the unacquired area in each of the plurality of tomographic shapes in a plane.
  6. 제 1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 제어부는The control unit
    스플라인 보간법을 이용해 상기 복수의 단층 형상 각각에서의 미획득 영역을 곡면으로 처리하는 것을 특징으로 하는 수중 구조물 측정 시스템.An underwater structure measuring system characterized in that the unacquired areas in each of said plurality of tomographic shapes are curved by using a spline interpolation method.
  7. 선박에 탑재된 인양 윈치를 이용해 소나 센서를 해저로 하강하는 제 1 단계;A first step of lowering the sonar sensor to the sea floor using a lifting winch mounted on the ship;
    상기 소나 센서에서 초음파를 송수신하는 제 2 단계;A second step of transmitting and receiving an ultrasonic wave from the sonar sensor;
    상기 소나 센서를 회전하여, 수중 구조물의 단층 형상을 획득하는 제 3 단계;Rotating the sonar sensor to obtain a tomographic shape of the underwater structure;
    상기 소나 센서의 고도가 최종 고도인지 판단하는 제 4 단계;A fourth step of determining whether the altitude of the sonar sensor is the final altitude;
    상기 제 4 단계에서, 상기 소나 센서의 고도가 최종 고도가 아니라고 판단되면 상기 인양 윈치를 이용해 상기 소나 센서를 상승시키는 제 5 단계;A fifth step of raising the sonar sensor using the lifting winch if it is determined that the altitude of the sonar sensor is not the final altitude;
    상기 제 4 단계에서, 상기 소나 센서의 고도가 최종 고도에 위치한 것으로 판단되면 획득한 복수의 단층 형상을 누적하여 상기 수중 구조물의 3차원 형상을 생성하는 제 6 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 구조물 측정 방법.In the fourth step, if the altitude of the sonar sensor is determined to be located at the final altitude, a sixth step of accumulating a plurality of tomographic shapes obtained to generate a three-dimensional shape of the underwater structure; Underwater structure measuring method comprising a.
  8. 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein
    상기 제 6 단계에서,In the sixth step,
    상기 복수의 단층 형상 각각에서의 미획득 영역을 평면으로 처리하는 것을 특징으로 하는 수중 구조물 측정 방법.The method of measuring the underwater structure, characterized in that the unacquired regions in each of the plurality of tomographic shapes are treated in a plane.
  9. 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein
    상기 제 6 단계에서,In the sixth step,
    스플라인 보간법을 이용해 상기 복수의 단층 형상 각각에서의 미획득 영역을 곡면으로 처리하는 것을 특징으로 하는 수중 구조물 측정 방법.A method for measuring an underwater structure, characterized in that the unacquired areas in each of the plurality of tomographic shapes are processed into a curved surface using a spline interpolation method.
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