선박의 해상 시운전 중 속도성능시험은 선박의 속도를 입증하기 위한 중요한 시험항목 중 하나이다. 국제표준화기구에서는 2015년 시운전 속도성능시험에 관한 표준 가이드라인을 제정한 바 있다. 일반적인 해상상태에서는 바람과 파도등 환경적 외란의 영향이 언제나 존재하므로, 정확한 전달동력을 추정하기란 불가능 하다. 또한 외란의 영향으로 최근 개발되고 있는 에너지 절감장치의 개선효과를 정확히 평가하는 것도 쉽지 않다. 본 연구에서는 몬테카를로 시뮬레이션을 이용하여 공기윤활시스템을 장착한 선박의 동력 절감량에 관한 불확실성 해석을 수행하였다. 그 결과 공기윤활시스템 가동으로 3.2%의 동력이 절감되었으며, 절감된 동력의 확장불확도는 95% 신뢰수준 (k = 2)에서 약 ± 2.7 % 범위를 갖는 것으로 나타났다.
선박의 운항 상태를 재현하기 위한 시뮬레이터의 가시화 프로그램은 컴퓨터 그래픽 기법을 이용하여 사용자에게 실제로 선박을 운항하는 현실감을 제공하는 기능을 가져야 한다. 시뮬레이터를 위한 3차원 그래픽의 특성은 실제 상황을 실시간(real-time)으로 재현(15∼30Hz Update rates)해야 하는 기능이 요구되기 때문에 시점 변화에 빠른 그래픽 관련 계산 및 화면 표시에 필요한 시간 제약이 비교적 적은 CAD나 Animation용 3차원 그래픽 시스템과 달리, 시뮬레이션 대상 물체의 운동 상태를 정확히 표현하기 위한 빠른 3차원 그래픽 재현 기능이 매우 중요한 요소가 된다. 그러나 현실감 재현의 관점에서 광고 및 영화용 Animation시스템에서와 같은 Poto-Realistic한 현실감 재현 기능도 무시할 수 없는 요소이고, 현재 최신 컴퓨터 그래픽 기술의 발전과 고성능 그래픽 장비의 개발로 빠른 update rate의 현실감 있는 화면 재현이 가능해 지고 있고 이러한 기능의 요구가 점차 높아지고 있다.
본 연구는 슬라이딩 모드개념을 이용한 비선형 견실 상태 추정기의 선박 위치제어시스템에 대한 적용에 관한 연구이다. 개발된 상태추정기는 제어기 설계에 필요한 동적 모델에 있어서 고려되지 않은 비선형성과 불확실성 및 외란이 존재하더라도 견실히 상태추정을 수행할 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한 선박의 속도 및 유체력으로 인한 외란의 추정이 가능하며, 파랑으로 인한 고주파 운동응답을 여과시킴으로 불필요한 작동기의 동작과 과도한 연료손실을 방지할 수 있다. 특히 상태 추정기에 불연속 함수를 도입함으로 비선형성, 외란 및 불확실성에 대해 강인한 특성을 가지고 있다. 제안된 상태추정기에 기초하여 Observer backstepping 방법을 이용한 위치 제어기가 설계되었으며, 제어시스템의 안정성을 Lyapunov 법을 이용하여 검증하였다. 일련의 수치 시뮬레이션을 수행함으로서 제안된 상태추정기 및 제어기의 선박위치제어시스템으로서의 성능을 예증하였다.
전체 해양 사고 원인 중 선박 운항 부주의가 34%로 사고 발생 원인 중 대다수를 차지한다. 해당 문제를 해결하기 위해서는 선박 운항자를 대상으로 효과적인 운항 교육 및 실시간 관제 시스템을 제공해 사고를 방지하는 것이 중요하다. 따라서 울산항만을 현실적으로 반영한 가상현실 시물레이션 및 5g 수상드론을 이용한 운항 교육 시스템과 모든 선박들이 사용가능한 실시간 관제 시스템을 연구하고 이를 울산 항만에 제공한다.
본 논문에서는 카메라로부터 입력된 해상 또는 항만 영상에 대하여 배경추정을 이용한 영상기반의 선박검출과 해당 선박의 AIS 신호를 연동하여 모니터 상에 표출하는 AIS 연동 선박검출시스템을 제안한다. 해상 또는 항만에서 실시간 입력되는 영상에 대하여 선박 검출 실험을 하였다. 시뮬레이션 및 실 환경에서의 실험결과 제안하는 알고리즘이 선박 관제에 효과적인 것을 확인하였다.
최근 해상교통량이 증가하고 연안 항해에 대한 관제 필요성이 요구되면서 선박 교통 관제구역이 점차 확대되는 추세이다. 이러한 관제구역의 확대는 관제사의 업무 부하를 초래하며, 이로 인해 교통 혼잡 시간대와 같이 교통량이 급증하는 경우 관제사가 위험 상황을 인지하지 못하는 상황도 발생하게 된다. 이러한 배경에서 본 논문에서는 관제 업무의 지원을 위해 이상 거동 선박을 자동으로 식별하는 방법을 제안하고자 한다. 제안하는 방법은 기계학습 기술을 기반으로 관제구역 내의 통항 패턴을 모델링하고, 이를 통해 이상 거동 선박을 식별하는 방법으로, 대상 항만의 누적된 AIS 데이터를 이용하여 모델을 학습하며, 실제 항적 및 시뮬레이션 데이터를 이용한 실험을 통해 선박교통관제시스템에의 활용 가능성을 고찰한다.
현행 목포항의 항로는 달리도 등대 수역과 고하도 만곡부 지점을 대각도로 변침해야 함으로 국$\cdot$내외의 항로선계지침을 충족하지 못하고 있다. 또한 항로 주변에 천소가 존재하고 제2항로의 신설로 인한 통항선박의 항법문제, 항로표지의 재배치 및 신실 등이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 목포항 접근수역에 대한 자연환경, 해양사고, 해상교통량 및 해상교통흐름실태조사, 어업현황 등을 조사$\cdot$분석하고, 전문가 및 이용자에 대한 설문조사 및 국내외 항로설계지침과의 적절성 등을 검토하여 개선안을 도출하고자 한다. 또한 개선안에 대한 해상교통류시뮬레이션 및 선박조종시뮬레이션을 실시하여 타당성을 검증한다.
목포항의 현행 항로는 달리도 등대 수역과 고하도 만곡부 지점이 대각도로 변침해야 하는 항로설계지침을 충족하지 못하고 있다. 또한 항로 주변에 천소가 존재하고 있으며, 제2항로의 신설로 인한 통항선박의 항법문제, 항로표지의 재배치 및 신설이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 목포항 접근수역에 대한 자연환경, 해양사고, 해상교통량 및 해상교통흐름 관측, 어업현황 등을 조사 분석하고, 전문가 및 이용자에 대한 설문조사 및 현 항로의 국내외 항로설계지침과의 적절성 등을 검토하여 개선안을 도출하고자 한다. 그리고 개선안에 대한 해상교통류시뮬레이션 및 선박조종시뮬레이션을 실시하여 타당성을 검증한다.
선박의 다양한 흘수 및 트림 조건은 조종성능 추정을 위한 중요한 요소 중 하나이다. 본 논문에서는 세 종류의 흘수 및 트림 조건에서의 해상 시운전 자료를 바탕으로 하여 선체 유체력 미계수를 추정하였다. 시스템 식별법(system identification)의 하나인 수학적 최적화(mathematical optimization method) 및 Rheinmetall Defense사의 선박 운동 모델을 적용한 fast time 시뮬레이션 소프트웨어를 이용하여 시운전 항적데이터 및 관련 시뮬레이션 자료를 이용하여 선체 유체력 미계수를 추정하였다. 최적화 된 계수를 적용한 시뮬레이션 결과는 기존 계수 추정식을 사용한 시뮬레이션 결과와 대비하여 해상 시운전 계측 결과와 유사함을 보여주었으며 추가로 진행된 2차 검증 결과에서도 상대적으로 높은 유사함을 확인하였다.
선박과 선박, 선박과 육상 관제소간에 선박의 위치정보 등을 자동 송수신하여 선박 간의 충돌 방지 및 해난 수색 구조 활동을 지원하기 위하여 선박 자동 식별 장치인 AIS(automatic identification system)을 채용하고 있다. 그리고, 항만의 관제시스템은 선박 AIS와 연계하여 선박의 통항을 관리한다. 효율적인 통항관리를 할 수 있도록 AIS 연동하는 선박 인식 및 표출 시스템이 요구되고 있다. 본 논문에서는 카메라로부터 입력된 해상 또는 항만 영상에 대하여 배경추정을 이용한 영상기반의 선박검출과 검출된 해당 선박의 AIS 신호를 연동하여 모니터 상에 표출하는 AIS 연동 선박검출 방법을 제안한다. 해상 또는 항만에서 실시간 입력되는 영상에 대하여 선박 검출 실험을 하였다. 시뮬레이션 및 실험결과 제안하는 알고리즘이 항만의 선박 관제에 효과적으로 활용할 수 있음을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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