[논문]선박자동충돌회피지원을 위한 자동제어

임남균

[국내논문] 선박자동충돌회피지원을 위한 자동제어
Automatic Control for Ship Automatic Collision Avoidance Support 원문보기

한국항해항만학회 2003년도 춘계공동학술대회논문집, 2003 May 01, 2003년, pp.81 - 86

임남균 (삼성중공업 조선플랜트 연구소)

초록
AI-Helper

일본을 중심으로 과거 10여년전부터 수행되어온 선박자동충돌회피연구는 최근 눈부신 IT산업의 발전에 힘입어 실용화 단계에 까지 접어들 수 있는 환경을 맞이 하고 있다. 본 논문에서는 이러한 연구의 일환으로 선박자동충돌회피지원시스템의 주요 핵심 기술인 자동회피 알고리즘을 구성하기 위한 연구를 수행하였다. 선박운동방정식은 간편히 선체운동을 수학식으로 표현하는 KT모델을 이용하였으며, 선박이 정해진 항로를 유지해 나가는 Track Control System의 구현을 위해서는 퍼지 이론을 이용한 자동제어 시스템을 적용하였다. 또한 충돌회피 추론 부분에서는 위험도 판정을 위하여 TCPA와 DCPA를 이용한 퍼지 추론이 이용되었다. 충돌회피거동 기능면에서는 국제해상충돌예방규칙을 기초로 하여, 두 선박의 다양한 조우 상황을 분석하였다. 이 분석에 기초한 피항거동이 이루어질수 있도록 알고리즘을 구축하였다. 제안된 시스템의 유효성을 검증하기 위하여, 다양한 상황의 시뮬레이션이 수행되었다. 그 결과 적절한 선박충돌회피 동작이 이루어지는 것을 확인하였으며, 향후 더욱 연구가 발전된다면 자동선박충돌회피지원시스템으로 실 선박에 적용할 수 있는 가능성을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The studies on automatic ship collision avoidance system, which have been carried out last 10 years, are facing on new situation due to newly developed high technology such as computer and other information system. It was almost impossible to make it used in real navigation 3-4 years ago because of the absence of the tool to get other ship's information, however recently developed technology suggests new possibility. This study is carried out to develop the algorithm of automatic ship collision support system. The NOMOTO ship's mathematic model is adopted in simulation for its simplicity. The fuzzy reason rules are used for course-keeping system and for the calculation of Collision Risk using TCPA/DCPA. Moreover‘encounter type’ between two ships is analyzed based on Regulations for Preventing Collisions at Sea and collision avoidance action is suggested, Some situations are simulated to verity the developed algorithm and appropriate avoidance action is shown in the simulation.

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

본 논문은 Hasegawa의 퍼지추론 방식을 기본으로 채택하여, 충돌회피 알고리즘을 구축하였고, 항해자에게 충돌 회피 거동을 지원하기 위한 기초연구로써 수행되었다. 상대 선박의 충돌 회피 기능뿐만 아니라 주어진 항로를 유지하는 Course-Keeping 기능을 갖추고 있으며, 피항거동시 보다 다양한 피항 항로를 제시하며, 피항에 관한 국제규칙에 충실하도록 알고리즘을 구성하였다.
본 연구는 선박자동충돌예방지원을 위한 충돌예방 알고리즘 구축을 주 목적으로 수행되었다. 두 선박 간의 조우 형태를 국제 해상충돌 예방규칙을 기초로 분류하는 작업을 수행하였으며, 그 분류를 통하여 피항거동에 적용하는 알고리즘을 제안하였다.

제안 방법

위한 기초연구로써 수행되었다. 상대 선박의 충돌 회피 기능뿐만 아니라 주어진 항로를 유지하는 Course-Keeping 기능을 갖추고 있으며, 피항거동시 보다 다양한 피항 항로를 제시하며, 피항에 관한 국제규칙에 충실하도록 알고리즘을 구성하였다. 그 효용성을 검증하기 위해서 다양한 상황에서 시뮬레이션이 수행되었으며, 대체로 무난히 피항거동이 수행됨을 확인할 수 있었다.
T： 조종성능지수, 丁招 조타 시정수, Ty선속 시정수를 각각 의미한다. 또한 보침과 변침을 행하기 위해서 지령침로와 현침로의 차이( <1心선회각속도( 0를 변수로 한 퍼지추론을 수행하여 명령 타각을 계산하였다. 즉 명령침로 가 주어지면 적절한 타각명령을 하기 위해 현재의 선회각속도 그리고 지령침로와 현침로의 차이값을 이용하였다.
또한 보침과 변침을 행하기 위해서 지령침로와 현침로의 차이( <1心선회각속도( 0를 변수로 한 퍼지추론을 수행하여 명령 타각을 계산하였다. 즉 명령침로 가 주어지면 적절한 타각명령을 하기 위해 현재의 선회각속도 그리고 지령침로와 현침로의 차이값을 이용하였다. 이때 사용된 퍼지함수와 그제어규칙은 참고문헌(K.
본 논문의 시뮬레이션에서는 피항 행동과 더불어 주어진 항로를 따라 항행하는 Course keeping 기능을 포함하고 있다. 주어진 항로의 WayPoint가 주어지면 선박은 Fig.
충돌위험도(Collision Risk)는 상대 선박의 위험도 산정에 기본이 되는, TCPA, DCPA를 기초로 하여 퍼지추론 과정을 거쳐 계산되었다. 이용된 퍼지 소속 함수 및 추론규칙은 참고문헌(K Hasegawa, 1987, 1997)을 참조하였으나, 현실에 맞게 다소 그 수치를 변경하는 퍼지튜닝작업을 수행한 후 시뮬레이션에 적용시켰다, 그 소속 함수 및 추론규칙은 Fig.
이용된 퍼지 소속 함수 및 추론규칙은 참고문헌(K Hasegawa, 1987, 1997)을 참조하였으나, 현실에 맞게 다소 그 수치를 변경하는 퍼지튜닝작업을 수행한 후 시뮬레이션에 적용시켰다, 그 소속 함수 및 추론규칙은 Fig. 4 및 Table 2에 나타났다.
선박 충돌 회피에 관한 기존의 많은 연구논문들은 주로 위험도 산정 문제에 그 초점이 있었으며, 이러한 부분에서는 다소 미흡한 것이 사실이였다. 본 논문에서 채택된 피항거동 알고리즘에서는 국제 해상충돌 예방규칙에서 제시한 많은 선박조우 상황에 따라 다양한 피항거동을 제시할 수 있도록 설계하였다. Fig.
從 만남각도로써, 상대선박과 본선이 마주치는 각도를 위미한다. 이 두각 도를 이용하여, 상대 선박과 본선의 조우 형태를 판단하고, 이를 근거로 하여 피항 조치를 구분하여 행하도록 하였다.
주 목적으로 수행되었다. 두 선박 간의 조우 형태를 국제 해상충돌 예방규칙을 기초로 분류하는 작업을 수행하였으며, 그 분류를 통하여 피항거동에 적용하는 알고리즘을 제안하였다. 시뮬레이션을 통하여 구분된 조우 상황에 따라 적절한 피항 거동이 수행됨을 확인할 수 있었다.

대상 데이터

본 연구의 경우 다수의 선박이 출현하면 그 중 가장 위험도가 높은 선박을 피항 선박으로 삼고 있다. 충돌 위험도가 계산되면, 이를 이용하여 피항거동에 이용하여야 한다.

이론/모형

수치계산을 위한운동방정식은 계산의 간편성을 위해 KT 모델 (K. Nomoto, 1956, 1957)을 채용하였다.이 모델은 그 간편성과 유효성으로 인해 아직까지도 간이 시뮬레이션 등에 많이 쓰이고 있는 모델이다.
즉 명령침로 가 주어지면 적절한 타각명령을 하기 위해 현재의 선회각속도 그리고 지령침로와 현침로의 차이값을 이용하였다. 이때 사용된 퍼지함수와 그제어규칙은 참고문헌(K. Hasegawa, 1987,1997)를 참조하였다.

성능/효과

상대 선박의 충돌 회피 기능뿐만 아니라 주어진 항로를 유지하는 Course-Keeping 기능을 갖추고 있으며, 피항거동시 보다 다양한 피항 항로를 제시하며, 피항에 관한 국제규칙에 충실하도록 알고리즘을 구성하였다. 그 효용성을 검증하기 위해서 다양한 상황에서 시뮬레이션이 수행되었으며, 대체로 무난히 피항거동이 수행됨을 확인할 수 있었다. 피항거동의 다양화를 더욱 세부화 하고 효용성을 확인한다면, 항해자에게 피항거동을 제시하는 도구로써 활용할 수 있는 가능성을 확인 하였다.
그 효용성을 검증하기 위해서 다양한 상황에서 시뮬레이션이 수행되었으며, 대체로 무난히 피항거동이 수행됨을 확인할 수 있었다. 피항거동의 다양화를 더욱 세부화 하고 효용성을 확인한다면, 항해자에게 피항거동을 제시하는 도구로써 활용할 수 있는 가능성을 확인 하였다.
항적을 보면 본선이 우현변침을 하여 상대 선박을 피항하였음을 알 수 있다. 시계열 데이터를 살펴보면, lOOfsec] 부근에서 CR 값이 0.7이상을 기록하고, Rudder angle이 20deg 정도 가까이 우현 타각을 사용하여, 본선의 헤딩이 0도에서 약 50도까지 변화했음을 보여주고 있다. 50도 정도까지 변화하여, CR값이 0가까이 저하되자, 이번에는 원코스 침로로 복귀하여 진행하고 있음을 알 수 있다.
두 선박 간의 조우 형태를 국제 해상충돌 예방규칙을 기초로 분류하는 작업을 수행하였으며, 그 분류를 통하여 피항거동에 적용하는 알고리즘을 제안하였다. 시뮬레이션을 통하여 구분된 조우 상황에 따라 적절한 피항 거동이 수행됨을 확인할 수 있었다. 본 연구의 피항 거동은 타각에 의한 방법만 행하여지고 있다.

후속연구

본 연구의 피항 거동은 타각에 의한 방법만 행하여지고 있다. 앞으로 엔진 사용의 경우 또한 고려되어야 할 것이며, 피항동작 시 인간이 행하는 패턴을 잘 연구하여, 적절히 응용수용할 수 있는 알고리즘 또한 개발할 필요성이 요구된다.

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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