KR102667234B1 - Simulation-based autonomous ship performance evaluation system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시뮬레이션 기반 자율운항 선박 성능 평가 시스템에 관한 것으로서, 선박 운항을 시뮬레이션하는 선박 운항 시뮬레이션 장치; 상기 선박 운항 시뮬레이션 장치가 운항하는 가상 해양이 제공되어, 상기 선박 운항 시뮬레이션 장치가 접속하여 운항하는 가상해양 제공모듈; 상기 가상해양 제공모듈에 해상환경정보를 생성, 출력시키는 해상환경 생성 모듈; 상기 선박 운항 시뮬레이션 장치에 설치되며, 상기 해상환경정보에 능동 대응하는 운항 신호를 생성시키는 자율운행 프로그램; 상기 해상환경정보에 대한 상기 선박 운항 시뮬레이션 장치의 자율 운항 응답정보를 수집하여 상기 자율운행 프로그램의 효율성을 평가하여 출력하는 평가모듈;을 포함하여 구성되어 상기 자율운행 프로그램의 효율성을 자동 평가시키는 것을 특징으로 한다.
상기한 본 발명에 의하여, 자율운항선박 및 스마트 선박을 위한 성능 검증을 통한 차세대 자율운항 선박 시장을 장악할 수 있으며, 스마트 해상 운용에 필요한 새로운 요소 기술들에 대한 모의 검증 및 시스템 검증 작업을 통한 기술의 안전성과 향후 스마트 자율운항선박에 대한 기술 주도권 및 국제적 위상 확보를 위한 기술 축적 및 위상 확보 전략으로 활용 가능한 시뮬레이션 기반 자율운항 선박 성능 평가 시스템이 제공되는 이점이 있다.The present invention relates to a simulation-based autonomous ship performance evaluation system, which includes a ship operation simulation device that simulates ship operation; A virtual ocean providing module that provides a virtual ocean in which the ship navigation simulation device operates, and connects to and operates the ship navigation simulation device; A maritime environment creation module that generates and outputs maritime environment information to the virtual ocean provision module; An autonomous navigation program installed in the ship navigation simulation device and generating navigation signals actively corresponding to the maritime environment information; An evaluation module that collects autonomous operation response information of the ship operation simulation device with respect to the marine environment information, evaluates the efficiency of the autonomous operation program, and outputs it, and is configured to automatically evaluate the efficiency of the autonomous operation program. Do it as
Through the above-mentioned invention, it is possible to dominate the next-generation autonomous ship market through performance verification for autonomous ships and smart ships, and technology through simulation verification and system verification work for new element technologies required for smart maritime operation. There is an advantage in providing a simulation-based autonomous ship performance evaluation system that can be used as a strategy to accumulate technology and secure status to secure technological leadership and international status for future smart autonomous ships and the safety of smart autonomous ships.
Description
본 발명은 시뮬레이션 기반 자율운항 선박 성능 평가 시스템에 관한 것으로서, 선박 운항 시뮬레이션 장치에 평가 대상 자율운항 프로그램을 설치하고 해상환경 가상정보 하에서 선박을 시뮬레이션 운전하여 상기 자율운행 프로그램의 효율성을 평가하는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a simulation-based autonomous ship performance evaluation system, which installs an autonomous operation program to be evaluated on a ship operation simulation device and simulates the ship under virtual marine environment information to evaluate the efficiency of the autonomous operation program. will be.
IMO(International Maritime Organization)에서는 선박의 안전항해와 해양환경의 보호를 위한 e-Navigation을 구현하기 위해 전략 이행 계획을 수립하였으며, 그 중에서도 해사서비스 목록인 MSP(Maritime Service Portfolio)는 2018년부터 실행하도록 계획되어 있다. IMO (International Maritime Organization) has established a strategic implementation plan to implement e-Navigation for safe navigation of ships and protection of the marine environment. Among them, MSP (Maritime Service Portfolio), a list of maritime services, is to be implemented from 2018. It is planned.
MSP란, 항해 시 항만, 연근해 및 혼잡 또는 제한 수역, 대양 횡단, 해양, 극지방 및 원해 지역 등에 따라 달라지는 안전항해를 위한 정보요구사항을 충족시킬 수 있도록 제공하는 서비스 집합을 의미하며, NAV 59차와 NCSR 1차 회의를 통해 16가지 MSP가 제안되었다. MSP refers to a set of services provided to meet information requirements for safe navigation that vary depending on ports, coastal waters, congested or restricted waters, ocean crossings, oceans, polar regions, and deep sea areas during navigation. NAV 59th and 16 MSPs were proposed at the first NCSR meeting.
MSP는 단일 IT장비를 개발하는 것이 아니라, e-Navigation 체계에서 적합하게 구축된 선박, 육상, 통신 인프라를 활용하여 안전항해를 위한 IT서비스를 의미한다. MSP does not develop a single IT equipment, but rather refers to IT services for safe navigation by utilizing ships, land, and communication infrastructure appropriately built in the e-Navigation system.
즉, 항해에 필요한 정보를 제공하여 항해사들의 의사결정을 보조함으로써 인적 과실(human error)과 정보부족에 의한 해양사고를 줄이는 것이 목적이다. 현재 MSP는 개념설계단계에 머무르고 있지만, 향후 다양한 IT서비스가 창출될 것으로 예상된다. In other words, the purpose is to reduce marine accidents caused by human error and lack of information by providing information necessary for navigation and assisting navigators in their decision-making. Currently, MSP is at the conceptual design stage, but it is expected that various IT services will be created in the future.
성공적인 MSP 의 창출을 위해 먼저 IT서비스 기반이 되는 데이터의 구조와 전송, 표현, 프로토콜, 소프트웨어의 품질 인증과 항해사에게 어떠한 MSP가 있는지 알려주는 방법 등을 위한 표준화가 진행되어야 한다. In order to create a successful MSP, standardization must first be carried out for the structure, transmission, expression, protocol, and quality certification of the data that forms the basis of the IT service, as well as methods for informing navigators of what MSPs exist.
또한, 항해사의 혼란을 야기하지 않도록 안전항해에 효과적인가에 대한 효용성 평가와 관리 및 유지보수를 위한 체계를 개발해야 한다. In addition, a system must be developed for effectiveness evaluation and management and maintenance to determine whether it is effective in safe navigation to avoid causing confusion to navigators.
이러한 것은 실제 상황에서 많은 실험을 거쳐 확인되어야 하지만 선상 실험 전에 이러한 목적에 적합한 시뮬레이션 시스템을 통하여 IT서비스가 제공하는 목표를 달성할 수 있는지를 검증하는 단계가 필요하다. This must be confirmed through many experiments in real situations, but before shipboard experiments, it is necessary to verify whether the goals provided by IT services can be achieved through a simulation system suitable for this purpose.
효과가 있을 것이라고 예상한 서비스가 실제적으로 기대하는 만큼의 효과는 없고 오히려 항해사의 판단을 흐리게 하거나 오해를 야기하여 안전항해에 해를 끼치는 경우도 발생할 수 있기 때문이다.This is because services expected to be effective may not actually be as effective as expected, and may actually harm safe navigation by clouding the navigator's judgment or causing misunderstanding.
한편, 과거 사고사례를 분석해 보면 다양한 선박이 동일한 공간에서 운용될 때 항해사가 선박의 동특성을 이해하지 못해 발생하는 사고보다 육상-선박, 선박-선박 사이에서 정보를 교환할 때 항해사가 오해하기 쉬운 상황이거나 정보 부족 등에 따른 인적과실에 의한 사고발생 비율이 더 높다. Meanwhile, analyzing past accident cases, it is more likely that navigators will misunderstand when exchanging information between land-vessels and ships-vessels than accidents that occur when navigators do not understand the dynamic characteristics of ships when various ships operate in the same space. The rate of accidents occurring due to human error due to lack of information is higher.
이는 교환되는 정보를 잘못 이해하도록 하는 요인이 있거나 적절한 정보의 부족, 제공되는 정보의 부적절한 시기 및 부적절한 표현 등에서 기인하다고 볼 수 있다.This can be attributed to factors that cause misunderstanding of the information being exchanged, lack of appropriate information, inappropriate timing of the information provided, and inappropriate expression.
최근 제 4차 산업혁명으로 인하여 IoT, AI, 빅데이터 등 첨단 ICT를 기반으로 혁신적인 변화가 산업, 산회, 경제 등 다양한 분야에서 이루어지고 있으며, 이를 통한 파급효과가 여러 방면으로 창출될 것으로 전망된다.Recently, due to the Fourth Industrial Revolution, innovative changes are being made in various fields such as industry, industry, and economy based on cutting-edge ICT such as IoT, AI, and big data, and it is expected that ripple effects will be created in various fields.
해상분야의 제4차 산업혁명으로는 선박 및 항만의 초연결성을 중심으로 한 스마트화가 이루어지고 있으며, 기술요소로는 자율운항선박, 스마트 항만, e-Navigation 등 해상장비들의 디지털화를 위한 개발이 급증되고 있다.The 4th industrial revolution in the maritime sector is leading to smartization centered on hyper-connectivity of ships and ports, and technological elements include rapid growth in the development of digitalization of maritime equipment such as autonomous ships, smart ports, and e-Navigation. It is becoming.
유럽에서는 STM 프로젝트를 통해 선박과 선박, 선박과 항만, 항만과 선박 사이의 정보교환을 위한 인프라 구축 및 기술요소 개발이 이루어지고 있으며, 이를 검증하기 위해 EMSN 개념을 정의하고 개발 진행되고 있다.In Europe, infrastructure construction and technological elements for information exchange between ships and ships, ships and ports, and ports and ships are being developed through the STM project. To verify this, the EMSN concept is being defined and developed.
(e-Navigation: 해상에서 안전과 보안, 해양환경 보호를 위해 부두에서 부두까지 항해와 관련된 서비스를 향상시키기 위하여 전자적 수단에 의하여 선박과 육상에서 해양정보의 조화로운 수집, 통합, 교환, 표현 및 분석 장치.)(e-Navigation: Harmonious collection, integration, exchange, expression and analysis of maritime information on ships and on land by electronic means to improve navigation-related services from dock to dock for safety and security at sea and protection of the marine environment Device.)
(STM (Sea Traffic Management): 출발부두에서 도착부두까지 해상운송에 관계된 모든 이해 관계자들이 표준화되고 조화로운 정보공유를 통해 항해 안전과 해상교통의 효율성을 향상시키고, 환경 부담을 줄이는 목적으로, 인증된 서비스 공급자와 사용자 간에 안전하고 적절하며 적시에 해양정보를 공유하는 개념으로 정보 및 접근 관리와 서비스 호환성에 관한 공통의 프레임워크와 표준에 의해서 작동함)(STM (Sea Traffic Management): Certified for the purpose of improving navigational safety and efficiency of maritime traffic and reducing environmental burden through standardized and harmonized information sharing among all stakeholders involved in maritime transportation from departure pier to arrival pier. The concept of sharing maritime information in a safe, appropriate and timely manner between service providers and users, operating under a common framework and standards for information and access management and service compatibility)
(EMSN (European Maritime Simulator Network): 유럽 인근 다수의 시뮬레이션 센터를 상호작용할 수 있도록 공통 가상 플랫폼에 통합하고 현실적인 4가지 시나리오를 기반으로 인적, 기술적 요소들에 의해 발생하는 동작들을 관찰 및 검증하는 작업을 수행함.)(EMSN (European Maritime Simulator Network): Integrates multiple simulation centers around Europe into a common virtual platform so that they can interact, and observes and verifies actions caused by human and technical factors based on four realistic scenarios. Performed.)
DIS (Distributed Interactive Simulation): 시뮬레이션 간의 실시간 연결을 위한 개방형 네트워크 프로토콜 표준으로 네트워크 상에서의 데이터 쿄환 및 시뮬레이션 상호 운용성을 위한 데이터 형식과 규칙을 정의DIS (Distributed Interactive Simulation): An open network protocol standard for real-time connections between simulations, defining data formats and rules for data exchange and simulation interoperability over the network.
선박의 자율운행 프로그램은 선박의 자동항해를 위한 소프트웨어로서, 각종 항법 센서와 연계하여 설정된 선수방위에 따라 타(rudder)를 제어하여 선박의 운항을 지원하는 프로그램 장비이다. The ship's autonomous operation program is software for the automatic navigation of the ship, and is a program equipment that supports the operation of the ship by controlling the rudder according to the heading direction set in connection with various navigation sensors.
과거의 자동항해장치는 선수방위(heading)를 유지하는 방식의 선수방위제어장치(HCS, heading control system)의 개념이었으나, 최근에는 전자해도표시장치(ECDIS, electronic chart display and information system) 등 각종 항해통신장비와 연계하여 계획된 항로를 유지하거나 적절한 시기에 변침을 해주는 항적제어장치(TCS, track control system)의 개념으로 발전되었다. In the past, automatic navigation systems were based on the concept of a heading control system (HCS) that maintained heading, but recently, various navigation systems such as electronic chart display and information systems (ECDIS) have been developed. It developed into the concept of a track control system (TCS) that maintains a planned route or changes course at an appropriate time in conjunction with communication equipment.
선박의 자율운행 프로그램은 자율운항선박으로의 패러다임 전환에 대응하기 위해서 각종 항해통신장비와 조타 및 추진 장비가 연계되어 선박을 제어하기 위한 TCS의 핵심 기술 확보가 필수적이다. In order to respond to the paradigm shift to autonomous ships, the ship's autonomous operation program is essential for securing the core technology of TCS to control the ship by linking various navigation communication equipment and steering and propulsion equipment.
실제 국내에서는 이러한 두 가지 개념의 자동항해장치 중, HCS는 상용화 중인 상태이며 TCS로 확장하기 위한 기술은 현재 상당 부분 개발이 진행 중이다. In fact, among these two concepts of automatic navigation devices in Korea, HCS is currently being commercialized, and much of the technology to expand to TCS is currently under development.
현재, 선박의 자율운행 프로그램의 평가는 항해사가 해당 시스템을 실제 선박에서 사용해 본 후, 경험에 근거하여 불편하거나 효율적이지 않은 부분과 추가 혹은 제거되어야 하는 기능 등을 도출하여 개선하고 있다.Currently, the evaluation of a ship's autonomous operation program is improved by having navigators use the system on an actual ship, then deriving inconvenient or inefficient parts and functions that need to be added or removed based on experience.
이러한 일련의 선박의 자율운행 프로그램의 평가 과정들은 실제 환경에서 진행하는 것이 가장 좋지만, 이는 선교 설치 및 타 장비와의 연동 문제, 혹시 모를 안전상의 문제 등 여러 제약이 따르는 문제점이 있다.It is best to conduct the evaluation process of this series of ship autonomous operation programs in a real environment, but this has many limitations, such as bridge installation and interconnection issues with other equipment, and possible safety issues.
본 발명은 상기한 기술적 배경을 바탕으로 자율운항선박 및 스마트 선박을 위한 성능 검증을 통한 차세대 자율운항 선박 시장을 장악할 수 있으며, 스마트 해상 운용에 필요한 새로운 요소 기술들에 대한 모의 검증 및 시스템 검증 작업을 통한 기술의 안전성과 성능에 대한 국제적인 인정이 가능하며, 자율운항선박 기술과 관련 서비스 기술 개발을 통한 기술 축적을 통해 다양한 유관 산업적에 대한 파생효과를 발생시킬 수 있고, 향후 스마트 자율운항선박에 대한 기술 주도권 및 국제적 위상 확보를 위한 기술 축적 및 위상 확보 전략으로 활용 가능한 시뮬레이션 기반 자율운항 선박 성능 평가 시스템를 제공하는 것을 목적으로 한다.Based on the above-described technical background, the present invention can dominate the next-generation autonomous ship market through performance verification for autonomous ships and smart ships, and provides simulation verification and system verification work for new element technologies required for smart maritime operation. Through this, international recognition of the safety and performance of the technology is possible, and through the accumulation of technology through the development of autonomous ship technology and related service technology, spin-off effects can be generated for various related industries, and future smart autonomous ship technology can be developed. The purpose is to provide a simulation-based autonomous vessel performance evaluation system that can be used as a technology accumulation and status securing strategy to secure technological leadership and international status.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 선박 운항을 시뮬레이션하는 선박 운항 시뮬레이션 장치; 상기 선박 운항 시뮬레이션 장치가 운항하는 가상 해양이 제공되어, 상기 선박 운항 시뮬레이션 장치가 접속하여 운항하는 가상해양 제공모듈; 상기 가상해양 제공모듈에 해상환경정보를 생성, 출력시키는 해상환경 생성 모듈; 상기 선박 운항 시뮬레이션 장치에 설치되며, 상기 해상환경정보에 능동 대응하는 운항 신호를 생성시키는 자율운행 프로그램; 상기 해상환경정보에 대한 상기 선박 운항 시뮬레이션 장치의 자율 운항 응답정보를 수집하여 상기 자율운행 프로그램의 효율성을 평가하여 출력하는 평가모듈;을 포함하여 구성되어 상기 자율운행 프로그램의 효율성을 자동 평가시키는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 기반 자율운항 선박 성능 평가 시스템을 기술적 요지로 한다.In order to achieve the above object, the present invention includes a ship operation simulation device that simulates ship operation; A virtual ocean providing module that provides a virtual ocean in which the ship navigation simulation device operates, and connects to and operates the ship navigation simulation device; A maritime environment creation module that generates and outputs maritime environment information to the virtual ocean provision module; An autonomous navigation program installed in the ship navigation simulation device and generating navigation signals actively corresponding to the maritime environment information; An evaluation module that collects autonomous operation response information of the ship operation simulation device with respect to the marine environment information, evaluates the efficiency of the autonomous operation program, and outputs it, and is configured to automatically evaluate the efficiency of the autonomous operation program. The technical point is a simulation-based autonomous ship performance evaluation system.
또한, 상기 가상해양 제공모듈은 상기 선박 운항 시뮬레이션 장치가 네트워크로 접속하는 가상해양서버;로 형성되어, 하나의 가상 해양에 복수 선박 운항 시뮬레이션 장치가 접속 운항되어 가상 현실로 작동되게 하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 기반 자율운항 선박 성능 평가 시스템으로 되는 것이 바람직하다.In addition, the virtual ocean providing module is formed as a virtual ocean server to which the ship navigation simulation device connects to a network, and allows multiple ship navigation simulation devices to connect and operate in one virtual ocean and operate in virtual reality. It is desirable to have a simulation-based autonomous ship performance evaluation system.
또한, 상기 평가모듈은 상기 가상해양서버에 설치되고, 상기 자율운행 프로그램은 상기 가상해양서버에서 접속된 선박 운항 시뮬레이션 장치에 통일적으로 제공하여 상기 가상해양서버에 접속된 선박 운항 시뮬레이션 장치들에 의한 집단형 통합 평가가 실행되는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 기반 자율운항 선박 성능 평가 시스템으로 되는 것이 바람직하다.In addition, the evaluation module is installed in the virtual marine server, and the autonomous operation program is provided uniformly to the ship operation simulation devices connected to the virtual ocean server, so that a group of ship operation simulation devices connected to the virtual ocean server is provided. It is desirable to have a simulation-based autonomous ship performance evaluation system characterized by an integrated evaluation.
또한, 상기 해상환경 생성 모듈은 해상의 기상 조건과 가상선박의 항로를 입력시키는 입력 수단이 구비된 해상환경 시나리오 생성기가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 기반 자율운항 선박 성능 평가 시스템으로 되는 것이 바람직하다.In addition, the marine environment generation module is preferably a simulation-based autonomous vessel performance evaluation system, characterized in that it includes a marine environment scenario generator equipped with an input means for inputting sea weather conditions and the route of the virtual ship. do.
또한, 상기 해상환경 생성 모듈에는 자율운항 난이도에 따른 해상환경 정보 시나리오가 저장된 메모리를 포함하여 난이도별 자율운항 테스트를 실행하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 기반 자율운항 선박 성능 평가 시스템으로 되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the maritime environment creation module includes a memory storing maritime environment information scenarios according to the difficulty of autonomous navigation and is a simulation-based autonomous ship performance evaluation system characterized by executing autonomous navigation tests according to difficulty level.
또한, 상기 해상환경 생성 모듈은 난이도 설정 입력 수단이 구비되어 설정 난이도에 따라 해상의 기상 조건과 가상선박의 항로를 자동 형성시키는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 기반 자율운항 선박 성능 평가 시스템으로 되는 것이 바람직하다.In addition, the marine environment creation module is preferably a simulation-based autonomous ship performance evaluation system that is equipped with a difficulty setting input means and automatically forms sea weather conditions and the route of the virtual ship according to the difficulty setting.
상기한 본 발명에 의하여, 자율운항선박 및 스마트 선박을 위한 성능 검증을 통한 차세대 자율운항 선박 시장을 장악할 수 있으며, 스마트 해상 운용에 필요한 새로운 요소 기술들에 대한 모의 검증 및 시스템 검증 작업을 통한 기술의 안전성과 성능에 대한 국제적인 인정이 가능하며, 자율운항선박 기술과 관련 서비스 기술 개발을 통한 기술 축적을 통해 다양한 유관 산업적에 대한 파생효과를 발생시킬 수 있고, 향후 스마트 자율운항선박에 대한 기술 주도권 및 국제적 위상 확보를 위한 기술 축적 및 위상 확보 전략으로 활용 가능한 시뮬레이션 기반 자율운항 선박 성능 평가 시스템이 제공되는 이점이 있다.Through the above-mentioned invention, it is possible to dominate the next-generation autonomous ship market through performance verification for autonomous ships and smart ships, and technology through simulation verification and system verification work for new element technologies required for smart maritime operation. International recognition of safety and performance is possible, and through technology accumulation through the development of autonomous ship technology and related service technology, derivative effects can be generated for various related industries, and technological leadership and technology leadership for smart autonomous ships in the future can be achieved. There is an advantage in providing a simulation-based autonomous ship performance evaluation system that can be used as a strategy for accumulating technology and securing international status.
또한, 자율운항 선박의 국제적 허브 역할로 국가적, 사회적 위상을 확립할 수 있는 시뮬레이션 기반 자율운항 선박 성능 평가 시스템이 제공되는 이점이 있다. In addition, there is an advantage in providing a simulation-based autonomous ship performance evaluation system that can establish national and social status as an international hub for autonomous ships.
도 1은 본 발명의 실시 예시 블럭도
도 2와 도 3은 본 발명의 실시 예시 중 서버 중심의 평가 예시 블럭도
도 4와 도 5는 본 발명의 실시 예시 중 로컬 중심의 평가 예시 블럭도
도 6은 본 발명의 해상환경 생성듈 예시 블럭도
도 7은 본 발명에 의해 생성되는 해상환경 시나리오 예시도1 is a block diagram of an exemplary embodiment of the present invention.
Figures 2 and 3 are block diagrams of server-centered evaluation examples among embodiments of the present invention.
Figures 4 and 5 are block diagrams showing an example of local-centered evaluation in an embodiment of the present invention.
Figure 6 is an example block diagram of the marine environment creation module of the present invention
Figure 7 is an example of a maritime environment scenario generated by the present invention.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 살펴보기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. The present invention will be reviewed below with reference to the drawings. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technology or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. will be.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. In addition, the terms described below are terms defined in consideration of the functions in the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator, so the definitions should be made based on the content throughout the specification explaining the present invention.
이하의 도 1은 본 발명의 실시 예시 블럭도이며, 도 2와 도 3은 본 발명의 실시 예시 중 서버 중심의 평가 예시 블럭도이며, 도 4와 도 5는 본 발명의 실시 예시 중 로컬 중심의 평가 예시 블럭도이며, 도 6은 본 발명의 해상환경 생성듈 예시 블럭도이며, 도 7은 본 발명에 의해 생성되는 해상환경 시나리오 예시도이다.Figure 1 below is a block diagram of an exemplary embodiment of the present invention, Figures 2 and 3 are block diagrams of an exemplary server-centered evaluation among the exemplary embodiments of the present invention, and Figures 4 and 5 are block diagrams of an exemplary server-centric evaluation among the exemplary embodiments of the present invention. This is an example evaluation block diagram, Figure 6 is an example block diagram of the marine environment generation module of the present invention, and Figure 7 is an example marine environment scenario generated by the present invention.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명은 시뮬레이션 기반 자율운항 선박 성능 평가 시스템에 관한 것으로서, 크게 선박 운항 시뮬레이션 장치(10); 가상해양 제공모듈(21); 해상환경 생성 모듈(22); 자율운행 프로그램(24); 평가모듈(23);을 포함하여 구성된다.As shown in the drawing, the present invention relates to a simulation-based autonomous ship performance evaluation system, which largely includes a ship operation simulation device (10); Virtual marine provision module (21); Marine environment creation module (22); autonomous driving program (24); It is configured to include an evaluation module (23).
일반적으로 선박의 조종 성능은 선체의 형상뿐만 아니라 선원의 조타 능력 및 자연 환경과 밀접한 관계가 있다.In general, a ship's steering performance is closely related not only to the shape of the hull, but also to the crew's steering ability and the natural environment.
선박 운항 시뮬레이션 장치(10)는 이러한 모든 효과를 고려한 상황에서의 선박의 조종 성능을 파악하기 위한 목적으로 널리 사용되고 있으며, 국제 해사 기구에서도 항해사들의 조선 능력 향상과 위기 상황 대처 훈련을 위하여 이의 사용을 권장하고 있다.The ship operation simulation device 10 is widely used for the purpose of understanding the ship's steering performance in situations considering all these effects, and the International Maritime Organization also recommends its use to improve navigators' shipbuilding skills and train them to respond to crisis situations. I'm doing it.
현재 선박 운항 시뮬레이션 장치(10)는 선박의 운항 안전성 평가, 항해사의 훈련, 항만에서의 충돌 위험도의 예측 및 예방 대책 연구, 새로운 선박의 조종성 연구 및 새로운 항해 장비 개발에 널리 활용되는 장치이다.Currently, the ship operation simulation device 10 is a device widely used for evaluating ship operation safety, training navigators, predicting collision risk in ports and researching preventive measures, studying the maneuverability of new ships, and developing new navigation equipment.
자세하게는, 선박의 경우 사고 발생 시 막대한 인적 및 물적 피해가 발생하므로, 사고 예방을 위해서 운항자의 교육이 매우 중요하다. Specifically, in the case of a ship accident, enormous human and material damage occurs, so operator training is very important to prevent accidents.
그러나 이러한 운송 시스템들은 그 구조가 복잡하여 전문적인 교육이 필요하고 장비의 가격이 고가여서 실제 장비를 가지고 교육을 하기가 어려운 문제점이 있다.However, these transportation systems have complex structures, require specialized training, and the equipment is expensive, making it difficult to provide training using actual equipment.
따라서, 선박과 같은 운송 시스템에 대한 인적사고 방지 및 운전 훈련을 위한 방안으로 다양한 시뮬레이터 기술(Magee, 1997; Murai et al., 2004; Wallace and Northam, 1997; Kuhl et al., 1995)이 적용되고 있다.Therefore, various simulator technologies (Magee, 1997; Murai et al., 2004; Wallace and Northam, 1997; Kuhl et al., 1995) are applied as a way to prevent human accidents and provide driving training for transportation systems such as ships. there is.
본 발명의 상기 선박 운항 시뮬레이션 장치(10)는 이와 같은 시뮬레이터 기술 기반의 장치로서, 이미 일선 교육 분야에 널리 알려지고 사용되고 있는 장치이며, 상용화되어 널리 공지되어 있는 장치이다. The ship operation simulation device 10 of the present invention is a device based on such simulator technology, and is a device that is already widely known and used in the field of front-line education, and is a commercialized and widely known device.
상기 선박 운항 시뮬레이션 장치(10)는 선박의 해상 시뮬레이션 현장을 가시화하는 디스플레이 출력을 동반하며, 이와 같은 시뮬레이션 가시화는 응용 목적에 맞는 추상적인 모델을 정의한 후, 정의된 모델과 외부 객체 및 환경과의 상호작용을 전산도구를 이용하여 수치 연산을 수행하여 계산한 결과를 사용자에서 시각적으로 모사하는 것이다. The ship operation simulation device 10 is accompanied by a display output that visualizes the marine simulation site of the ship. Such simulation visualization involves defining an abstract model suitable for the application purpose and then interacting with the defined model and external objects and the environment. The operation is to perform numerical calculations using computer tools and visually simulate the calculated results for the user.
조선해양 분야에서 시뮬레이션 가시화를 위해서는 해양파의 모사(Tessendorf, 1999; Lee and Han, 2010), 해수면에서의 광원처리(Jensen and Golias, 2001), 해양 환경의 가시화, 해양파와 동적 객체 (예를 들어 선박)와의 상호작용(Mitchell, 2005; Glassner, 2002) 등의 특수한 가시화 기능들이 포함되어 현장감을 제공하고 있다.For simulation visualization in the field of shipbuilding and marine, simulation of ocean waves (Tessendorf, 1999; Lee and Han, 2010), light source processing at the sea surface (Jensen and Golias, 2001), visualization of the ocean environment, ocean waves and dynamic objects (e.g. Special visualization functions such as interaction with ships (Mitchell, 2005; Glassner, 2002) are included to provide a sense of realism.
선박의 자율운행 프로그램(24)은 선박의 자동항해를 위한 소프트웨어로서, 각종 항법 센서와 연계하여 설정된 선수방위에 따라 타(rudder)를 제어하여 선박의 운항을 지원하는 프로그램 장비이다. The ship's autonomous operation program 24 is software for the automatic navigation of the ship, and is a program equipment that supports the operation of the ship by controlling the rudder according to the heading direction set in connection with various navigation sensors.
과거의 자동항해장치는 선수방위(heading)를 유지하는 방식의 선수방위제어장치(HCS, heading control system)의 개념이었으나, 최근에는 전자해도표시장치(ECDIS, electronic chart display and information system) 등 각종 항해통신장비와 연계하여 계획된 항로를 유지하거나 적절한 시기에 변침을 해주는 항적제어장치(TCS, track control system)의 개념으로 발전되었다. In the past, automatic navigation systems were based on the concept of a heading control system (HCS) that maintained heading, but recently, various navigation systems such as electronic chart display and information systems (ECDIS) have been developed. It developed into the concept of a track control system (TCS) that maintains a planned route or changes course at an appropriate time in conjunction with communication equipment.
선박의 자율운행 프로그램(24)은 자율운항선박으로의 패러다임 전환에 대응하기 위해서 각종 항해통신장비와 조타 및 추진 장비가 연계되어 선박을 제어하기 위한 TCS의 핵심 기술 확보가 필수적이다. In order to respond to the paradigm shift to autonomous ships, the ship's autonomous operation program (24) is essential for securing the core technology of TCS to control the ship by linking various navigation communication equipment and steering and propulsion equipment.
실제 국내에서는 이러한 두 가지 개념의 자동항해장치 중, HCS는 상용화 중인 상태이며 TCS로 확장하기 위한 기술은 현재 상당 부분 개발이 진행 중이다. In fact, among these two concepts of automatic navigation devices in Korea, HCS is currently being commercialized, and much of the technology to expand to TCS is currently under development.
현재, 선박의 자율운행 프로그램(24)의 평가는 항해사가 해당 시스템을 실제 선박에서 사용해 본 후, 경험에 근거하여 불편하거나 효율적이지 않은 부분과 추가 혹은 제거되어야 하는 기능 등을 도출하여 개선하고 있다.Currently, the evaluation of the ship's autonomous operation program (24) is being improved by navigators using the system on an actual ship and deriving inconvenient or inefficient parts and functions that need to be added or removed based on experience.
이러한 일련의 선박의 자율운행 프로그램의 평가 과정들은 실제 환경에서 진행하는 것이 가장 좋지만, 이는 선교 설치 및 타 장비와의 연동 문제, 혹시 모를 안전상의 문제 등 여러 제약이 따르는 문제점이 있다.It is best to conduct the evaluation process of this series of ship autonomous operation programs in a real environment, but this has many limitations, such as bridge installation and interconnection issues with other equipment, and possible safety issues.
본 발명에서 자율운행 프로그램(24)은 상기 선박 운항 시뮬레이션 장치(10)에 설치되어, 수동의 선박 운전신호를 대신하여 상기 해상환경정보에 능동 대응하는 운항 신호를 생성시킨다.In the present invention, the autonomous navigation program 24 is installed in the vessel navigation simulation device 10, and generates navigation signals actively corresponding to the marine environment information in place of passive vessel operation signals.
이와 같은 자율운행 프로그램(24)은 도 2, 도 3의 실시예와 같이 서버를 통해 통합적으로 제공되거나, 도 4, 도 5의 실시예와 같이 서버에 접속하는 각 선박 운항 시뮬레이션 장치(10)에 독립 설치되고 서버를 통한 운행 정보를 수집하여 평가 정보로 활용할 수도 있다.Such an autonomous operation program 24 is provided integratedly through a server, as in the embodiment of FIGS. 2 and 3, or is provided to each ship operation simulation device 10 connected to the server, as in the embodiment of FIGS. 4 and 5. It can be installed independently and collect driving information through a server and use it as evaluation information.
본 발명의 가상해양 제공모듈(21)은 상기 선박 운항 시뮬레이션 장치가 접속하여 운항하는 가상 해양이 제공되는 장치이다.The virtual ocean providing module 21 of the present invention is a device that provides a virtual ocean to which the ship operation simulation device connects and operates.
이와 같은 가상해양 제공모듈(21)은 마치 컴퓨터 게임처럼 개별 컴퓨터에 상기 선박 운항 시뮬레이션 장치가 접속하는 가상 해양 환경을 제공할 수도 있으나, 다중 접속 인터넷 게임처럼 다수의 선박 운항 시뮬레이션 장치가 서버에 네트워크 접속되어 MMORPG의 캐릭터처럼 운전 선박이 표시될 수도 있다This virtual ocean providing module 21 may provide a virtual ocean environment in which the ship operation simulation device connects to an individual computer like a computer game, but like a multi-access Internet game, multiple ship operation simulation devices have network access to a server. The driving ship may appear like an MMORPG character.
본 발명에서는 이와 같이 선박 운항 시뮬레이션 장치 다중 접속 서버를 가상해양서버(20)로 정의한다.In the present invention, the ship operation simulation device multiple access server is defined as the virtual marine server 20.
본 발명에서 해상환경 생성 모듈(22)은 상기 가상해양 제공모듈(21)에 해상환경정보를 생성, 출력시키는 모듈이다.In the present invention, the maritime environment creation module 22 is a module that generates and outputs maritime environment information to the virtual ocean provision module 21.
상기 해상환경 생성 모듈(22)은 도 6의 실시예와 같이 가상 해양의 해상 기상 조건과 가상선박의 항로를 입력시키는 입력 수단(221)이 구비된 해상환경 시나리오 생성기가 포함되어 구성되어, 도 7과 같은 해상환경 시나리오를 생성시킬 수 있다.The maritime environment creation module 22 is configured to include a maritime environment scenario generator equipped with an input means 221 for inputting the maritime weather conditions of the virtual ocean and the route of the virtual ship, as in the embodiment of FIG. 6, FIG. 7 A maritime environment scenario such as can be created.
또한, 자율운항 난이도에 따른 해상환경 정보 시나리오가 저장된 메모리(222)를 포함하여 난이도별 가상 해양 환경을 상기 가상 해양에 출력시켜 선박 운항 시뮬레이션 장치가 운항되게 하면서, 자율운항 테스트를 실행한다.In addition, a memory 222 storing maritime environment information scenarios according to autonomous navigation difficulty is output to the virtual ocean for each level of difficulty, allowing the ship navigation simulation device to operate and performing an autonomous navigation test.
또 다른 실시예로서 상기 해상환경 생성 모듈은 난이도 설정 입력 수단(223)이 구비되어 설정 난이도에 따라 해상의 기상 조건과 가상선박의 항로를 자동 형성시키는 프로그램을 포함하는 것이 바람직하다.As another embodiment, the marine environment creation module is preferably provided with a difficulty setting input means 223 and includes a program that automatically forms sea weather conditions and the route of the virtual ship according to the difficulty setting.
이와 같은 프로그램은 주어진 난이도에 따라 ai에 의한 자동 생성을 포함할 수 있다.A program like this may include automatic generation by AI depending on a given level of difficulty.
본 발명의 평가모듈(23)은 상기 해상환경정보에 대한 상기 선박 운항 시뮬레이션 장치의 자율 운항 응답정보를 수집하여 상기 자율운행 프로그램의 효율성을 평가하여 출력하는 장치이다.The evaluation module 23 of the present invention is a device that collects autonomous operation response information of the ship operation simulation device to the marine environment information, evaluates the efficiency of the autonomous operation program, and outputs it.
또한, 상기 평가모듈(23)은 상기 도 2, 도 3의 실시예와 같이 가상해양서버(20)에 설치되고, 상기 자율운행 프로그램(24)은 상기 가상해양서버(20)에서 접속된 선박 운항 시뮬레이션 장치(10)에 통일적으로 제공하여 상기 가상해양서버(20)에 접속된 선박 운항 시뮬레이션 장치들에 의한 집단형 통합 평가가 실행될 수 있다.In addition, the evaluation module 23 is installed in the virtual marine server 20 as in the embodiment of FIGS. 2 and 3, and the autonomous operation program 24 operates the vessel connected to the virtual marine server 20. By uniformly providing the simulation device 10, a group-type integrated evaluation can be performed by ship operation simulation devices connected to the virtual marine server 20.
또한, 도 4와 도 5의 실시예와 같이 상기 가상해양서버(20)에서 접속된 선박 운항 시뮬레이션 장치(10)에 개별적으로 설치되어 상기 가상해양서버(20)에서 운행정보를 내려받아 평가할 수도 있음은 물론이다.In addition, as in the embodiment of FIGS. 4 and 5, it can be individually installed on the ship operation simulation device 10 connected to the virtual ocean server 20 to download and evaluate operation information from the virtual ocean server 20. Of course.
이상과 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 가상해양서버(20)에는 동시접속 가능선박 수, 최대 시나리오 참여선박 수(시뮬레이션 가능한 시나리오 중 최대 선박이 참여한 시나리오에서의 총 참여 선박 수), 운항시나리오 수(자율운항선박의 성능을 분석하고 안정성을 평가하기 위한 운항시나리오의 수), 운항정보 수집항목 수(복수의 선박이 상호간 실시간으로 상호작용하기 위해 주고받는 데이터의 수)가 포함되어 관리된다.According to an embodiment of the present invention configured as described above, the virtual marine server 20 includes the number of ships that can be connected simultaneously, the number of ships participating in the maximum scenario (the total number of participating ships in the scenario in which the maximum ship participates among the scenarios that can be simulated), Management includes the number of operation scenarios (the number of operation scenarios to analyze the performance of autonomous ships and evaluate their stability) and the number of operation information collection items (the number of data exchanged between multiple ships for real-time interaction with each other). do.
또한, 상기 평가모듈(23)에는 운항정보 수집주기(운항 시나리오 기반으로 선박간 실시간 상호작용이 가능하도록 하기 위한 운항정보의 최소 수집주기), 평가항목 수 및 항목별 기준(자율운항선박의 성능을 분석하고 평가하기 위한 평가항목의 수와 항목에 따라 평가하기 위한 정량적 기준이 개발되었는지의 여부 평가 횟수)이 포함되어 관리될 수 있다.In addition, the evaluation module 23 includes the operation information collection cycle (minimum collection cycle of operation information to enable real-time interaction between ships based on the operation scenario), the number of evaluation items, and the criteria for each item (performance of autonomous ships). The number of evaluation items to analyze and evaluate and whether quantitative standards for evaluation according to the items have been developed can be managed by including the number of evaluations.
상기 평가모듈(23)에는 이를 위하여 선박운항신호 분석기술, 시뮬레이터간 프로토콜 분석, 구현기술, 실 운항 경험을 통한 성능 분석모듈이 포함되어 진다.For this purpose, the evaluation module 23 includes ship operation signal analysis technology, protocol analysis between simulators, implementation technology, and a performance analysis module through actual operation experience.
이상과 같이 실현되는 본 발명의 적용범위는 자율운항선박의 자율운항 알고리즘에 대한 성능 및 안정성 평가, 자율운항선박의 등급 별 자율운항성능 평가, 자율운항선박과 유인선박 또는 타 자율운항선박과의 운항 서비스 시나리오 분석 및 자율운항선박의 운항성능 향상과 검증을 위한 학습 데이터로서 활용할 수 있다.The scope of application of the present invention realized as described above is the performance and stability evaluation of the autonomous navigation algorithm of autonomous ships, autonomous navigation performance evaluation by class of autonomous ships, and operation between autonomous ships and manned ships or other autonomous ships. It can be used as learning data to analyze service scenarios and improve and verify the operation performance of autonomous ships.
[실시예][Example]
동시접속가능 선박 수는 구현된 자율운항 알고리즘을 기반으로 가상의 운항환경에서 동시에 시뮬레이션 방식으로 상호작용하면서 운항될 수 있게 구현된 선박의 수 운항시나리오에 참여한 선박의 수이다.The number of ships that can be connected simultaneously refers to the number of ships that can be operated while interacting in a simulated manner simultaneously in a virtual operating environment based on the implemented autonomous navigation algorithm and the number of ships that participate in the operation scenario.
세계 최대의 e-Navigation 프로젝트인 STM(Sea Trafic Management)의 일환으로 운용중인 가상운항환경인 EMSN의 경우 최대 5개국의 시뮬레이터를 활용하여 구현하고 있으며, 가능한한 많은 선박이 동시 운항되는 환경 하에서 성능시험이 구현되는 것이 좋으나, 실질적으로 EMSN에 가입된 시뮬레이터 수를 고려하였을 때 현실적으로 최대 5개국에서 20척까지 동시운항하여 평가가 가능할 것이다.In the case of EMSN, a virtual navigation environment operated as part of STM (Sea Traffic Management), the world's largest e-Navigation project, it is implemented using simulators from up to five countries, and performance tests are conducted in an environment in which as many ships as possible operate simultaneously. It would be good to implement this, but considering the number of simulators actually subscribed to EMSN, realistically, it would be possible to evaluate it by simultaneously operating up to 20 ships in up to 5 countries.
자율운항선박 성능분석용 운항시나리오 수는 자율운항선박의 성능을 분석하기 위하여 선박 내외부 환경과 자선, 타선 측면에서의 시간별 움직임과 예상되는 응답상황을 사전 정의한 운항 시나리오의 수이다.The number of operating scenarios for autonomous ship performance analysis is the number of operating scenarios that predefine the internal and external environment of the ship, the movement by time in terms of own ship and other ships, and expected response situations in order to analyze the performance of autonomous ships.
본 발명의 실시예에서는 두 가지의 시나리오(South Western Baltic, English Channel/-Sothampton)로 테스트를 완료하였으나, 선박 운항 관제를 고려하여 추가 개발될 예정이다.In the embodiment of the present invention, testing was completed in two scenarios (South Western Baltic, English Channel/-Sothampton), but further development is planned to take into account ship operation control.
자율운항선박 평가를 위한 다양한 항목을 고려하였을 때 최소 평가항목별로 하나 이상의 시나리오가 존재하여야 할 것으로 예상되며, 최소 10개 이상의 서비스 시나리오를 통하여 자율운항선박 성능분석이 가능할 것으로 예상되어 해당 기준으로 성능목표를 수립하고 있다.Considering various items for evaluating autonomous ships, it is expected that there should be at least one scenario for each evaluation item, and it is expected that performance analysis of autonomous ships will be possible through at least 10 service scenarios, so performance targets are set based on that standard. is being established.
최대 시나리오 참여선박 수는 자율운항선박 시뮬레이션을 위하여 개발된 시나리오 중 가장 복잡한 상황을 가정하였을 때 참여하고 있는 선박의 수를 확인, 설정한다.The maximum number of participating ships in the scenario confirms and sets the number of participating ships assuming the most complex situation among the scenarios developed for autonomous ship simulation.
선박별 운항정보 수집항목 수는 운항정보 수집항목 수, 둘 이상의 선박이 서로 원활히 실시간 상호작용하기 위해 주고받는 동적, 정적 데이터의 수에 의해 정의된다.The number of operation information collection items for each vessel is defined by the number of operation information collection items and the number of dynamic and static data exchanged between two or more vessels for smooth real-time interaction with each other.
AIS 기반 통신을 고려하였을 때 복호화된 정보 중 실제 항해와 실시간으로 연동하여 관련할 수 있는 항목으로 (LOA, BOA, 위경도, 선수, 선속) 등 5가지를 확인하였으며, 해당 항목을 DIS 기반으로 구현 예정이다.Considering AIS-based communication, five items including (LOA, BOA, latitude and longitude, bow, ship speed) that can be related to actual navigation in real time among the decoded information were identified, and the corresponding items were implemented based on DIS. Is expected.
선박별 운항정보 수집주기는 인터넷 환경 기반 대역폭을 고려하여 주어진 시나리오 기반으로 선박간 실시간 상호작용이 가능하도록 하기 위해 전의된 최소 수집주기에 따른다.The operation information collection cycle for each ship follows the predefined minimum collection cycle to enable real-time interaction between ships based on a given scenario, taking into account the bandwidth of the Internet environment.
AIS 기준으로 가장 빠른 전송 주기는 2초 이내, 최소한 해당 신호를 실시간으로 주고받을 정도의 수집주기가 필요한 것으로 평가되고 있다.Based on AIS, the fastest transmission cycle is less than 2 seconds, and it is evaluated that a collection cycle that is at least long enough to exchange the signal in real time is required.
자율운항선박 평가항목 수 및 항목별 기준 수립은 자율운항선박의 성능을 분석하고 평가하기 위한 평가기준의 수와 각 항목에 따라 자율운항선박의 성능을 평가하기 위한 정량적 기준이 개발되었는지 확인한 것으로서, 자율운항선박의 성능을 실제로 평가하기 위한 판단기준으로, 필수적으로 포함되어야 할 항목으로 충돌유무 판정과 항법준수(해상충돌방지규약) 두 가지가 포함된다. 전문가 협의를 통하여 추가적인 성능지표를 세 가지 이상 도출하여 총 5가지 이상의 평가기준을 수립하고, 수립된 기준으로 실패 시 감점방식을 적용하여 성능평가를 실행하였다.The establishment of the number of evaluation items and criteria for each item for autonomous ships is to confirm that the number of evaluation criteria to analyze and evaluate the performance of autonomous ships and that quantitative standards have been developed to evaluate the performance of autonomous ships according to each item. As a judgment standard for actually evaluating the performance of operating vessels, two items that must be included are collision determination and navigation law compliance (maritime collision prevention regulations). Through consultation with experts, at least three additional performance indicators were derived, a total of five or more evaluation criteria were established, and performance evaluation was performed by applying a deduction method in case of failure based on the established criteria.
서비스 시나리오는 해양 충돌사고 원인 분석을 통해 자율운항선박의 충돌회피 알고리즘에 반영되어야 하는 기초 평가 모델 항목으로 우선 검토 시나리오를 작성하며, 자율운항 선박은 탐지능력 레이더, CCTV, RADAR, LiDAR, AIS 등이 장착되어 있으며 IMO 조종성능을 만족하는 일반적인 선박이라고 가정한다.The service scenario is a basic evaluation model item that must be reflected in the collision avoidance algorithm of autonomous ships through analysis of the causes of maritime collisions, and a review scenario is created first. Autonomous ships have detection capabilities such as radar, CCTV, RADAR, LiDAR, and AIS. It is assumed that it is a general ship that is equipped and satisfies IMO handling performance.
현존하는 시뮬레이터에서 기능적으로 가능한 신호 위주로 가상 자율운항선박에 아래 정보를 분석한다.The following information is analyzed on the virtual autonomous ship, focusing on functionally possible signals from the existing simulator.
운항 해역 판별 : 항만, 진입항로, 연안항로, TSS, 연근해, 대양 등Operation sea area identification: port, entry route, coastal route, TSS, coastal sea, ocean, etc.
현행 운항 해역에 대한 식별 : 위치 기반의 상황 인식Identification of current operating sea area: location-based situational awareness
해상기상 식별 : 시계 상황, 바람, 파랑, 조류 분석Maritime weather identification: analysis of visibility conditions, wind, waves, and currents
시계 상황 분석 : 제한시계 적용 여부 판별Clock situation analysis: Determine whether to apply clock limit
외력 상황 분석 : MASS 운항 해역의 바람, 파랑, 조류 판별External force situation analysis: Determination of winds, waves, and currents in the MASS operating sea area
물표 인식 및 식별 : 선박, 해상교통량, 어망, 기타 floating objects 등에 대한 인식 및 식별 등 Target recognition and identification: Recognition and identification of ships, maritime traffic, fishing nets, other floating objects, etc.
선박일 경우 : 선종, 상태 및 진행 방향 식별In the case of a ship: identification of vessel type, condition and direction of travel
어선일 경우 : 항해, 조업 중이라면 어망의 방향 등In case of a fishing boat: sailing, direction of fishing net if fishing, etc.
어망, Floating objects일 경우 : 어망과 부유물의 위치 및 방향In case of fishing nets or floating objects: location and direction of fishing nets and floats
항법 적용 판별 : 충돌 위험성에 따른 항법 적용에 따른 상황판별Determination of navigation application: Determination of situation according to navigation application according to risk of collision
자동 회피 성능 : 초동조치 거리(위험물표와의 거리), 안전 이격거리(CPA), 변침 각도 및 속도 등 Automatic avoidance performance: initial action distance (distance from dangerous object), safe separation distance (CPA), change angle and speed, etc.
충돌개시 거리/시간 : 두 선박 간 상대 거리 또는 TCPA(최근접거리 도달 시간) Collision initiation distance/time: Relative distance between two vessels or TCPA (time of closest approach)
충돌 물표와의 통과 거리 : 선박 또는 물표와의 최근접 통과 거리(CPA)Passing distance with collision target: Closest passing distance with ship or target (CPA)
MASS 변침 동작 : 충돌 회피를 위한 변침각도 필요시 선속 변경 결정 MASS direction change operation: Determination of change of line speed when change of direction angle is necessary to avoid collision
해양분야에서 제 4차 산업혁명으로 인한 사회, 경제/산업 등 전 분야에 가속화가 빠르게 진행되고 있으며, 최근 국내외 해운업계 및 관련 관계자들은 자율운항 선박에 대한 논의와 더불어 이를 상호 연동하기 위한 움직임이 급증하고 있다.In the maritime field, acceleration is rapidly progressing in all fields including society, economy/industry, etc. due to the 4th Industrial Revolution, and recently, domestic and foreign shipping industry and related officials are discussing autonomous ships and there is a rapid increase in movements to interconnect them. I'm doing it.
따라서, 본 발명은 선내 IoT, 빅데이터, 인공지능 기술, 센서, 통신 및 원격제어기술 등이 주요 기술로서 상호연동하고 시험하는 시뮬레이션 구축 및 검증 작업을 통한 인력 및 자원의 효율화를 통해 큰 경제적, 기술적 효과를 창출할 것으로 기대된다.Therefore, the present invention provides great economic and technical benefits through the efficiency of manpower and resources through simulation construction and verification work that interconnects and tests shipboard IoT, big data, artificial intelligence technology, sensors, communication and remote control technology, etc. as key technologies. It is expected to create an effect.
이상 본 발명의 설명을 위하여 도시된 도면은 본 발명이 구체화되는 하나의 실시예로서 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 요지가 실현되기 위하여 다양한 형태의 조합이 가능함을 알 수 있다.The drawings shown above for explanation of the present invention are one embodiment of the present invention, and as shown in the drawings, it can be seen that various types of combinations are possible to realize the gist of the present invention.
따라서 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and as claimed in the following claims, anyone skilled in the art can make various changes without departing from the gist of the invention. It will be said that the technical spirit of the present invention exists to the extent possible.
10 : 선박 운항 시뮬레이션 장치
20 : 가상해양서버
21 : 가상해양 제공모듈
22 : 해상환경 생성 모듈
23 : 평가모듈
24 : 자율운행 프로그램10: Ship operation simulation device
20: Virtual marine server
21: Virtual marine provision module
22: Marine environment creation module
23: Evaluation module
24: Autonomous driving program
Claims (6)
상기 선박 운항 시뮬레이션 장치가 운항하는 가상 해양이 제공되어, 상기 선박 운항 시뮬레이션 장치가 접속하여 운항하는 가상해양 제공모듈;
상기 가상해양 제공모듈에 해상환경정보를 생성, 출력시키는 해상환경 생성 모듈;
상기 선박 운항 시뮬레이션 장치에 설치되며, 상기 해상환경정보에 능동 대응하는 운항 신호를 생성시키는 자율운행 프로그램;
상기 가상해양서버에 설치되어, 상기 해상환경정보에 대한 상기 선박 운항 시뮬레이션 장치의 자율 운항 응답정보를 수집하여 상기 자율운행 프로그램의 효율성을 평가하여 출력하는 평가모듈;을 포함하여 구성되는 것으로서,
상기 해상환경 생성 모듈에는
해상의 기상 조건과 가상선박의 항로를 입력시키는 입력 수단이 구비된 해상환경 시나리오 생성기가 포함되고, 자율운항 난이도에 따른 해상환경 정보 시나리오가 저장된 메모리가 포함되며
난이도 설정 입력 수단이 구비되어 설정 난이도에 따라 해상의 기상 조건과 가상선박의 항로를 자동 형성시키도록 형성되어
난이도별 자율운항 테스트를 실행하고, 상기 자율운행 프로그램의 효율성을 자동 평가시키는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 기반 자율운항 선박 성능 평가 시스템.
A ship operation simulation device that is formed on a virtual ocean server connected to a network and simulates ship operation by allowing multiple ship operation simulation devices to connect and operate in one virtual ocean and operate in virtual reality;
A virtual ocean providing module that provides a virtual ocean in which the ship navigation simulation device operates, and connects to and operates the ship navigation simulation device;
A maritime environment creation module that generates and outputs maritime environment information to the virtual ocean provision module;
An autonomous navigation program installed in the ship navigation simulation device and generating navigation signals actively corresponding to the maritime environment information;
An evaluation module installed in the virtual marine server to collect autonomous operation response information of the ship operation simulation device with respect to the maritime environment information, evaluate the efficiency of the autonomous operation program, and output it,
In the marine environment creation module,
It includes a maritime environment scenario generator equipped with an input means for inputting sea weather conditions and the virtual ship's route, and includes a memory storing maritime environment information scenarios according to the level of autonomous navigation difficulty.
A difficulty setting input means is provided to automatically form sea weather conditions and the route of the virtual ship according to the difficulty setting.
A simulation-based autonomous vessel performance evaluation system characterized by executing autonomous navigation tests according to difficulty level and automatically evaluating the efficiency of the autonomous operation program.
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| 배석한, 정민, 장은규, "FMSS를 이용한 자율운항선박 충돌회피능력 정량화 평가 기법에 관한 연구", 한국항해항만학회지 제44권 제6호 pp.460-468(2020.12.31.) 1부.* |
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