[논문]정밀 위치정보 데이터를 이용한 수중 하저면의 수심 정보 획득 시스템

김온; 고영진

doi:10.13067/jkiecs.2020.15.2.327

정밀 위치정보 데이터를 이용한 수중 하저면의 수심 정보 획득 시스템
Data Collection System to Water Depth in Reservoir Using Accurate Location Information 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.15 no.2, 2020년, pp.327 - 334

김온 ((주)에이피테크) , 고영진 (순천제일대 전기자동화과)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 위성으로부터의 전파를 이용해 지상의 위치를 측정하는 글로벌 위성항법시스템(GNSS)과 음향측심기를 같이 사용하여 저수지의 정확한 위치 정보와 수심 정보 데이터를 동시에 획득할 수 있는 무인 조사 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 자동 경로 생성 프로그램으로 5m, 10m 및 20m의 그리드 크기에 대한 입력 조건에 따라 자동으로 순항 경로를 생성토록 하였고, 또한 자동으로 정확한 순항 경로를 제어하도록 하였다. 개발된 시스템은 전라남도 순천시 서면에 위치한 용곡(건천) 저수지에서 적용 가능성을 검증하였다. 61.1ha의 전체 저수지 수역 조사 시간에 대한 검증 결과는 새로운 시스템이 매우 높은 품질의 공간 분해능을 포함하여 저수지의 수심을 신속하게 조사할 수 있음을 나타내었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, an automatic cruise system of unmanned boat was developed for surveying water depth in reservoir using accurate location information. Using global satellite navigation system(GNSS) data in real time, this unmanned system, combined with an echo sounder, can simultaneously collect location information and depth information on the reservoir. This automatic navigation system allows the automatic route generation program to automatically generate a cruise route according to the input conditions for grid sizes of 5m, 10m and 20m, and automatically controls the cruise route with high positional accuracy. The developed system was tested to verify the applicability of the selected Yonggok(Geoncheon) reservoir as a test reservoir located in Suncheon, Jeollanam-do.

주제어

표/그림 (14)

그림 그림 1. 무인 조사선의 3D 도면 Fig. 1 3D floor plan of unmanned survey ship
그림 그림 2. RC 송수신 안테나의 지향성 Fig. 2 Direction of RC transceiver antenna
표 표 1. 무인 조사선의 제원 Table. 1 Dimension of unmanned survey ship
그림 그림 3. GNSS Module 회로도 Fig. 3 Schematic of GNSS Module
그림 그림 4. 제작된 GNSS 수신 모듈 Fig. 4 Manufactured GNSS receiving module
그림 그림 5. 제작된 GNSS 수신 모듈을 이용한 용곡(건천) 저수지의 위치 정보(스마트폰 앱) Fig. 5 Information on the location of the Yonggok(Geoncheon) reservoir using the GNSS receiving module manufactured(App)
그림 그림 6. 응용 프로그램 화면 Fig. 6 Application screen
그림 그림 7. 원격 측심 시스템의 모든 동작 과정을 나타낸 블록 다이어그램 Fig. 7 Block diagram showing all the processes of operation of the remote atrium system
그림 그림 8. 조사 대상 지역 Fig. 8 measured Area
그림 그림 9. 조사 지역 항적도 Fig. 9 navigational chart of measurement area
그림 그림 10. 무인 조사선을 이용한 측정 Fig. 10 Measurement using an unmanned survey ship
그림 그림 11. 스타프에 의한 측심 데이터 Fig. 11 Data of sounding the depth using Staff
그림 그림 12. 무인 조사선을 이용한 측심 데이터 Fig. 12 Data of sounding the depth using an unmanned survey ship
그림 그림 13. 등수심도와 3차원 입체도 Fig. 13 Bathymetric chart and 3D graph

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

③ 조사선의 전진과 후진, 정지 동작을 신속하게 할 수 있어 정확한 위치에서의 자료 획득이 가능하도록 하였다.
본 논문에서는 지역이나 환경에 영향을 받지 않는 바다나 저수지 등의 수심 지형도 조사 등에 적합한 소형ㆍ경량의 무인 조사선을 직접 제작하고, 고정밀 위치 데이터를 획득하기 위한 GNSS 수신 모듈을 개발 하여 수심 측정용 음향측심기와 연동한 3차원 지형 정보 구축 시스템을 제안하였다.
본 논문에서는 지역이나 환경에 영향을 받지 않는 바다나 저수지 등의 수심 지형도 조사 등에 적합한 소형ㆍ경량의 무인 조사선을 직접 제작하고, 고정밀 위치 데이터를 획득하기 위한 GNSS 수신 모듈을 개발하여 수심 측정용 음향측심기와 연동한 3차원 지형 정보 구축 시스템을 구현하였다. 덧붙여, 개발한 시스템에 무선 네트워크 기술을 적용하여 조사 희망 항로를 원격으로 입력하여 자동적으로 항로를 따라 순차 적으로 위치 및 수심 데이터의 획득과 처리가 가능하게 하였다.

제안 방법

② screw 회전 방식을 이용하여 선체의 좌우에 screw 를 배치하여 회전 방향의 screw만을 회전함으로써 방향 전환을 용이하게 하여 선체 선회 반경의 극소화는 물론 제자리에서의 선회도 가능하도록 설계ㆍ제작하였다.
본 논문에서는 지역이나 환경에 영향을 받지 않는 바다나 저수지 등의 수심 지형도 조사 등에 적합한 소형ㆍ경량의 무인 조사선을 직접 제작하고, 고정밀 위치 데이터를 획득하기 위한 GNSS 수신 모듈을 개발하여 수심 측정용 음향측심기와 연동한 3차원 지형 정보 구축 시스템을 구현하였다. 덧붙여, 개발한 시스템에 무선 네트워크 기술을 적용하여 조사 희망 항로를 원격으로 입력하여 자동적으로 항로를 따라 순차 적으로 위치 및 수심 데이터의 획득과 처리가 가능하게 하였다.
덧붙여, 저수지의 하저면을 측심하는 때에 선박의 이동 속도에 대해 측량법에 특별한 규정은 되어 있지 않으나, 고속으로 인해 측정 데이터의 정확도가 떨어지는 것을 방지하기 위하여 조사선의 이동 속도는 시속 5km 정도로 입력된 좌표에 따라 순차적으로 이동하면서 측량하도록 설정하였다.
또한, CCTV 카메라 화면으로 주변 상황을 모니터링 하여 무인 조사선의 진행 방향에 대한 주변 환경도 확인할 수 있도록 하였다.
또한, 제작된 조사선은 배터리를 이용한 DC 모터를 사용하여 선체의 무게를 크게 줄일 수 있도록 하였으 며, 음향측심기는 선체의 하단 중심부에 배치하여 무게 중심을 잡을 수 있도록 하였으며, 비교적 가벼운 무선 송수신기와 컨트롤 보드, R/C 수신기는 선수 쪽에 장착시켜 측량 장비와 통신 장비가 공간의 제약을 받지 않도록 배치하였다.
무인 조사선의 선체는 탑재할 장비의 배터리 무게에 따른 안정성을 고려하여 배터리가 선체의 중심에 놓이도록 하였으며, 선회 반경이 크거나 바람이나 파도의 영향에 의해 선체에 급격한 흔들림이 있을 때 side scan sonar나 음향측심기에 의해 획득한 측심 데이터의 신뢰성이 떨어지기 때문에 선체의 높이를 가급적 낮추도록 하였다.
방향 조정은 선회 반경이 크게 되는 방향키를 사용한 방식 대신에 screw 회전 방식을 이용하여 선체의 좌우에 screw를 배치하여 회전 방향의 screw만을 회전함으로써 방향 전환을 용이하게 하여 선체의 선회 반경이 극소화는 물론 제자리에서의 선회도 가능하도록 설계ㆍ제작하였다.
본 논문에서 제안한 원격 수심 측정 시스템은 하드웨어와 더불어 획득한 데이터를 처리하는 deck unit로 구성되며, 데이터 처리용 소프트웨어는 3D 표면 매핑, 표면 분석 또는 지형 모델링을 수행하는 AutoCAD와 Surfer 8.0을 사용하여 등수심도를 작성하였다.
본 논문에서는 매우 신뢰성 있는 정밀한 위치 정보의 획득을 위하여 GNSS 수신 모듈 기반의 위치 정보 획득 시스템을 제작하였으며, chip 제조사에서 제공하는 u-center(GNSS evaluation software)를 이용 하여 위치 정보를 수집 적용하였다.
선체 상부는 덮개를 설치하여 배터리의 탈부착과 장비의 고장 유무를 쉽게 파악하여 조치할 수 있도록 하였으며, 선체 내부에 턱을 설치하여 덮개를 부착한 경우에 완벽한 방수가 되도록 하였다. 이와 더불어, 선수와 선미에는 손잡이를 두어 선체 이동을 편리하게 하도록 하였다.
선체의 재질은 충격에 강하며, 또한 조사 현장으로의 이동이 편리하도록 FRP로 제작하였다. 그림 1과 표 1은 각각 제작된 FRP 무인 조사선의 3D 도면과 선체의 제원을 나타낸 것이다.
지향성에 따른 통신상의 최악의 조건은 송수신 두개의 안테나가 모두 전파의 송수신 전계 강도가 약한 방향 즉, 두 개의 안테나가 일직선 연장선상에 있을 때이다. 이에 따라 최악의 경우, 조종 불능의 상황이 생길 수도 있으므로 조사선의 수신 안테나를 수직으로 세워서 RC 조종기의 안테나 끝이 조사선을 향하지 않도록 하였다. 현재 사용한 RC 송수신기가 고성 능, 고출력의 제품이지만, 송신기의 안테나를 가능한 수직으로 세워서 조종하도록 하였다.
한편, 본 논문에서는 저수지 하저면의 측심을 위하여 휴대와 보관, 이동이 간편하고, 그리고 단시간에 고정밀도의 측심이 가능한 휴대용 수중 음향측심기인 AquaRuler200s를 사용하였다.
이에 따라 최악의 경우, 조종 불능의 상황이 생길 수도 있으므로 조사선의 수신 안테나를 수직으로 세워서 RC 조종기의 안테나 끝이 조사선을 향하지 않도록 하였다. 현재 사용한 RC 송수신기가 고성 능, 고출력의 제품이지만, 송신기의 안테나를 가능한 수직으로 세워서 조종하도록 하였다.

대상 데이터

그림 8은 본 논문에서 제안한 원격 수심 측정 시스템을 검증하기 위한 조사 대상 지역(전남 순천시 서면에 위치한 용곡(건천) 저수지)이다.
일반적으로 자동차나 보트의 경우에는 핸들과 같은 휠 방식을 사용하지만, 조사선에서는 선회 반경을 줄이기 위하여 screw를 좌우로 배치하여 조종하기 위하여 비행기의 조종에 적용하는 control stick 방식을 채택하였다. 이를 위한 RC 조종기는 RC Japan사의 9채널 (주파수 대역 72.870MHz) 제품을 사용하였다.

성능/효과

⑥ 무인 조사선의 이동 상황을 적외선 카메라로 모니터 링이 가능하여 안정적인 운항을 하며, 정형화된 정보를 안정적으로 획득할 수 있어서 자료의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	무인 조사선에서 방향 조정 설계 제작 방식은?	방향 조정은 선회 반경이 크게 되는 방향키를 사용한 방식 대신에 screw 회전 방식을 이용하여 선체의 좌우에 screw를 배치하여 회전 방향의 screw만을 회전함으로써 방향 전환을 용이하게 하여 선체의 선회 반경이 극소화는 물론 제자리에서의 선회도 가능하도록 설계ㆍ제작하였다.
	지향성에 따른 통신상의 최악의 조건으로 발생될 수 있는 상황은?	지향성에 따른 통신상의 최악의 조건은 송수신 두개의 안테나가 모두 전파의 송수신 전계 강도가 약한 방향 즉, 두 개의 안테나가 일직선 연장선상에 있을 때이다. 이에 따라 최악의 경우, 조종 불능의 상황이 생길 수도 있으므로 조사선의 수신 안테나를 수직으로 세워서 RC 조종기의 안테나 끝이 조사선을 향하지 않도록 하였다. 현재 사용한 RC 송수신기가 고성 능, 고출력의 제품이지만, 송신기의 안테나를 가능한 수직으로 세워서 조종하도록 하였다.
	무인 조사 시스템의 특성은?	본 논문에서는 위성으로부터의 전파를 이용해 지상의 위치를 측정하는 글로벌 위성항법시스템(GNSS)과 음향측심기를 같이 사용하여 저수지의 정확한 위치 정보와 수심 정보 데이터를 동시에 획득할 수 있는 무인 조사 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 자동 경로 생성 프로그램으로 5m, 10m 및 20m의 그리드 크기에 대한 입력 조건에 따라 자동으로 순항 경로를 생성토록 하였고, 또한 자동으로 정확한 순항 경로를 제어하도록 하였다.

참고문헌 (10)

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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