초록

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선박 운항시 운항소요인원을 최소화하기 위해서는 선박의 자동화 및 지능화가 필요하다. 특히 선박의 지능화된 운항을 위해서는 항해전문가의 지식을 저장, 관리하여 그것을 기반으로 항해전문가의 임무를 대신 수행하는 지능형 항해시스템(intelligent navigation system)이 요구된다. 지능형 항해시스템은 GPS, 전자해도, 항로계획, 항로감시, 항로관리, 경로계획, 경로감시, 경로관리, 유도, 제어 등의 기능으로 구성된다. 본 논문에서는 지능형 항해시스템의 자동화된 항로계획을 위해 폴리선기능을 응용한 항로계획(RPAP, Route Planning Applying the Poly-line)기법을 제안한다. 제안된 기법은 대표적 항로계획 기법인 $A^{*}$탐색기법과 비교 평가하여 그 효용성을 증명한다.

선박 운항시 운항소요인원을 최소화하기 위해서는 선박의 자동화 및 지능화가 필요하다. 특히 선박의 지능화된 운항을 위해서는 항해전문가의 지식을 저장, 관리하여 그것을 기반으로 항해전문가의 임무를 대신 수행하는 지능형 항해시스템(intelligent navigation system)이 요구된다. 지능형 항해시스템은 GPS, 전자해도, 항로계획, 항로감시, 항로관리, 경로계획, 경로감시, 경로관리, 유도, 제어 등의 기능으로 구성된다. 본 논문에서는 지능형 항해시스템의 자동화된 항로계획을 위해 폴리선기능을 응용한 항로계획(RPAP, Route Planning Applying the Poly-line)기법을 제안한다. 제안된 기법은 대표적 항로계획 기법인 $A^{*}$탐색기법과 비교 평가하여 그 효용성을 증명한다.

AI 본문요약

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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 이 기법은 구현이 간단하다는 장점이 있으나 격자의 크기에 따라 원래 물체의 왜곡 정도가 달라져항로계획 결과가 다르게 나타나는 등의 단점이 있다. 본 논문에서는 전자해도 상에 존재하는 장애물의 모양을 왜곡시키지 않고 최적의 항로를 계획하는 폴리선기능을 응용한 항로계획(RPAP, Route Planning Applying the Poly-line) 기법을 제안한다.
• 본절에서는 기존의 여러 탐색 기법들 중 최단거리 확보가 증명되어 가장 많이 응용되고 있는 격자 좌표 기반 A*탐색기법을 이용한 항로계획 기법에 대해 살펴본다.
• 본절에서는 제안하는 폴리선 기능을 응용한 항로계획 (RPAP, Route Planning Applying the Poly-line) 기 법의전처리단계와 알고리즘에 관해 살펴본다.

가설 설정

• 셋째, 현재 대상이 되는 전자해도에 대해 화면 외부는 모두 장애물로 인식한다고 가정한다.
• 같다. 첫째, 실제 전자해도 상에 본 기법을 적용하여 보다 신뢰성 높은 결과를 산출하도록 유도하여야할 것이다. 둘째, 전자해도 상의 장애물 인식에 대한다양한 연구가 이루어져야 할 것이며 셋째, 계획된 항로의 데이터베이스를 효율적으로 관리하여 항해시스템 내의 타 기능에 효율적으로 이용되도록 하여야 할것이다.

제안 방법

• 격자 좌표 기반 A*탐색기법을 이용한 항로계획은 일정 크기의 격자를 기반으로 출발지점부터 목표지점사이에 후보 노드를 생성하고, 그들 중 최적의 평가함수(evaluate function) 값을 갖는 노드를 탐색하여 항로를 계획한다. 이때 평가함수는 선박의 현재 방향, 장애물로부터의 거리, 목표지점과의 거리 등 항로탐색시고려되어야 할 사항을 수치로 계산하는 함수이다.
• 이것은 전자해도 상에 위도와 경도로표현되는 한 점을 기준으로 격자와 좌표를 표현한 것이라고 볼 수 있다. 또한 A*탐색 기법의 격자크기에따른 결과의상이함을 평가하기 위해 기준 격자의 크기를 2배, 3배로 확대하고 탐색경로상에 존재하는 장애물들을 격자의 크기에 따라 표현하였다. 본 평가에서 거리는 모두 RPAP기법의 좌표를 기반으로 계산하였다.
• 필요하다. 먼저 RPAP기법을 위한 X, Y좌표를 표현하고, 이와 동일한 크기로 A*탐색기법을 위한 격자를 표현하였다. 이것은 전자해도 상에 위도와 경도로표현되는 한 점을 기준으로 격자와 좌표를 표현한 것이라고 볼 수 있다.
• 본 논문에서 제안하는 RPAP기법을 적용하여 항로계획을 수행하기 위해서는 세 가지 작업이 먼저 수행되어야 한다.
• 본절에서는 격자좌표 기반 A*탐색기법과 본 논문에서 제안하는 RPAP기법을 적용하여 좌표상의 특정 출발지점에서 목표지점까지의 항로를 계획하고 그 결과를 비교함으로써 두 기법의 효율성을 평가한다.
• 첫째, 전자해도 상에 벡터형으로 표현된 객체(object) 들을 장애물과 비장애물로만 구분한다. 이때 자료구조는국제수로기구(IHO, International Hydrographic Organization) 에서 정의한 전자해도 표준S-5719]을 따른다.

이론/모형

• 또한 A*탐색 기법의 격자크기에따른 결과의상이함을 평가하기 위해 기준 격자의 크기를 2배, 3배로 확대하고 탐색경로상에 존재하는 장애물들을 격자의 크기에 따라 표현하였다. 본 평가에서 거리는 모두 RPAP기법의 좌표를 기반으로 계산하였다.

성능/효과

• 운항경비를 가지는 항로를 산출하였다. 또한 격자의 크기에 따라 결과가 다르게 나타나는 A*탐색기법에 반해항상 일정한 항로를 계획한다는 것을 알수 있었다. 표 1은 본 논문에서 제안하는 RPAP기법과 격자좌표 기반 A*탐색기법을 세 가지 크기의 격자에 적용하여 항로계획한 결과를 보인 것이다.
• 본 논문에서 제안하는 RPAP기법을 적용한 항로계획은 기존에 널리 쓰이는 격자 기반 A*탐색기법을 적용한 항로 계획 보다 뛰어난 운항 경비의 항로를 산출하였고 또한 그 결과가 항상 일정하게 나타나는 장점을 가진다.
• 본 평가에서 제안하는 RPAP기법은 전자해도 상에존재하는 장애물의 모양을 왜곡시키지 않으므로 해서격자좌표기반 A*탐색기법을 적용한 항로계획보다 뛰어난 운항경비를 가지는 항로를 산출하였다. 또한 격자의 크기에 따라 결과가 다르게 나타나는 A*탐색기법에 반해항상 일정한 항로를 계획한다는 것을 알수 있었다.

후속연구

• 첫째, 실제 전자해도 상에 본 기법을 적용하여 보다 신뢰성 높은 결과를 산출하도록 유도하여야할 것이다. 둘째, 전자해도 상의 장애물 인식에 대한다양한 연구가 이루어져야 할 것이며 셋째, 계획된 항로의 데이터베이스를 효율적으로 관리하여 항해시스템 내의 타 기능에 효율적으로 이용되도록 하여야 할것이다.

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이 논문을 인용한 문헌

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