본 연구에서는 선박의 항해 안전성과 정박 중인 선박의 계류 안전성 평가에 기초가 되는 선체운동 평가를 위한 다목적 계측시스템을 개발 하는데 있다. 다목적 계측시스템은 선박에 탑재되어 외력에 의해 발생하는 동적 동요를 계측 및 분석하기 위해 상하, 좌우, 전후방향의 가속도량을 측정하는 3축 가속도 계측기를 포함하여, 방위 센서, 2축 경사계 및 초음파 변위계로 구성하였다. 선박의 항해 및 계류 안전성을 종합적으로 평가하기 위해서는 특정 센서를 이용 선체운동을 실시간으로 측정하여 내항성능 평가 시스템과 항해 또는 정박 중인 선박의 상태에 관한 선박 데이터베이스 시스템을 이용하여 평가한다. 개발된 다목적 계측시스템은 해상에서의 전복사고 분석, 선박 출입항 통제, 부두에서의 하역작업 통제, 조선소에서의 내항성능 및 안전설계에 있어서도 적용이 가능하리라 본다.
본 연구에서는 선박의 항해 안전성과 정박 중인 선박의 계류 안전성 평가에 기초가 되는 선체운동 평가를 위한 다목적 계측시스템을 개발 하는데 있다. 다목적 계측시스템은 선박에 탑재되어 외력에 의해 발생하는 동적 동요를 계측 및 분석하기 위해 상하, 좌우, 전후방향의 가속도량을 측정하는 3축 가속도 계측기를 포함하여, 방위 센서, 2축 경사계 및 초음파 변위계로 구성하였다. 선박의 항해 및 계류 안전성을 종합적으로 평가하기 위해서는 특정 센서를 이용 선체운동을 실시간으로 측정하여 내항성능 평가 시스템과 항해 또는 정박 중인 선박의 상태에 관한 선박 데이터베이스 시스템을 이용하여 평가한다. 개발된 다목적 계측시스템은 해상에서의 전복사고 분석, 선박 출입항 통제, 부두에서의 하역작업 통제, 조선소에서의 내항성능 및 안전설계에 있어서도 적용이 가능하리라 본다.
In order to evaluate the safety of navigation at sea and the safety of mooring on berthing, it is necessary that the wave and wind induced ship dynamic motion should be measured in real time domain for the validity of theoretical evaluation method sum as sea-keeping performance and safety of mooring...
In order to evaluate the safety of navigation at sea and the safety of mooring on berthing, it is necessary that the wave and wind induced ship dynamic motion should be measured in real time domain for the validity of theoretical evaluation method sum as sea-keeping performance and safety of mooring. In this paper, the basic design of sensors is discussed and some system configurations were shown. The developed system mainly consists of 4 kind of sensors sum as three dimensional accelerator, two dimensional tilt sensor, two displacement sensors and azimuth sensor. Using this measuring system(MMS), it can be obtained the 6 degrees of freedom of ship dynamic motions at sea and on berthing sum as rolling, pitching, yawing, swaying, heaving, surging under the certain external forces.
In order to evaluate the safety of navigation at sea and the safety of mooring on berthing, it is necessary that the wave and wind induced ship dynamic motion should be measured in real time domain for the validity of theoretical evaluation method sum as sea-keeping performance and safety of mooring. In this paper, the basic design of sensors is discussed and some system configurations were shown. The developed system mainly consists of 4 kind of sensors sum as three dimensional accelerator, two dimensional tilt sensor, two displacement sensors and azimuth sensor. Using this measuring system(MMS), it can be obtained the 6 degrees of freedom of ship dynamic motions at sea and on berthing sum as rolling, pitching, yawing, swaying, heaving, surging under the certain external forces.
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문제 정의
정도인가를 정량적으로 판단하는 것이다. 그리고 만약 어떤 선박이 특정 기상 또는 해상상태에서 하역작업 또는 항해가 위험하다고 판단되는 경우, 그 위험상태가 어떤 요소로 인해 유발되었으며 어떤 조치를 어떻게 얼마만큼 취해야 선박의 안전을 확보할 수 있는가 하는 것이다.
따라서 본 연구의 최종적인 목표는 선박의 항해 안전성과 정박 중인 선박의 계류 안전성 평가에 기초가 되는, 외력에 따른 선체 운동 평가를 위한 다목적 계측시스템의 개발에 있다.
ll과 같이 불러내어 각 시간대별 실시간 데이터 파형만을 원하는 센서 정보를 선택하여 확인할 수 있도록 프로그램을 제작했다. 또한 비교적 안정적으로 계측된 특정 영역만을 선택하여 지정된 범위 내의 평균치, 분산치 및 유의치를 제공하도록 하는 기능을 추가했다.
제안 방법
또한 Fig.7 & 8과 같이 프로젝트명, Sanpling Time, File Save Time 및 시험 항목 설정이 가능하고, 챠트 옵션을 통해 계측스코프의 챠트 스타일을 설정하여 사용자와의 GUKGraphical User Interface)가 용이하도록 하였다.
또한 저장된 실시간 데이터를 필요에 따라 차후에 보다 구체적인 분석 및 현상해석이 가능하도록 Fig.ll과 같이 불러내어 각 시간대별 실시간 데이터 파형만을 원하는 센서 정보를 선택하여 확인할 수 있도록 프로그램을 제작했다. 또한 비교적 안정적으로 계측된 특정 영역만을 선택하여 지정된 범위 내의 평균치, 분산치 및 유의치를 제공하도록 하는 기능을 추가했다.
본 연구에서 개발한 항해 또는 정박 중인 선박의 선체 동요 계측을 위한 다목적 계측시스템은 물리적 센서 부분과 분석 전용 S/W로 구성되며, 물리적 센서 부분을 선내에 휴대하여 간편하게 설치할 수 있는 실용화를 구현하였다. 다목적 계측시스템의 주요 특징만을 정리하면 다음과 같다.
선체운동 계측을 위한 다목적 계측시스템의 개발을 위한 본 연구에서는, 선내에 탑재되어 외력에 의해 발생하는 동적 동요를 계측 및 분석하기 위해 상하, 좌우, 전후방향의 가속 도량을 측정하는 3축 가속도 측정기를 포함해 방위센서, 2축 경사계 및 초음파 변위계가 이용된다. Fig.
대상 데이터
본계측시스템의 '분석 전용 S/W 응용프로그램은 Visual Basic으로 작성되었으며, RS232 통신을 위한 수신부는 2개의 채널로부터 데이터를 입력받을 수 있도록 구성되었다. 또한 A/D Converter로부터 수집된 데이터의 전송속도가 115200 Bps 인데 비해서 방위 신호는 4800 Bps(NMEA 0183)의 속도로 데이터를 전송하므로 이 두 채널 간의 데이터 전송 속도 차가 시스템의 성능에 영향을 미치지 않도록 비동기 방식의 RS232 데이터 수신부를 구성하였다. 또한 계측시스템은 1개의 USB 포트로 PC와 인터페이스 되므로 타 장비 또는 소프트웨어에 사용되어질 수 있다.
데이터처리
분석 전용 S/W 프로그램은 우선 환경설정 파일(CFG File) 을 사용하여 선체운동 각계측 센서의 초기화(각 센서의 영점조정)를 수행한다. 그리고 초기화가 완료되면 AAQ컨버터를 통해 변환된 각 센서들의 디지털 출력 정보를 지정한 특정 파일에 일정 간 격 동안 저장하면서 동시에 프로그램에 의해 설정된 최대치 및 최소치 범위에 상응하는 값으로 변환되어 모니터 화면상에 시계열 데이터로서 표시된다.
성능/효과
개발된 다목적 계측시스템은 항해 또는 정박 중인 선박의 외력에 의해 수반되는 선체의 동적동요에 대한 정량화된 데이터 수집이 가능하다. 또한 최대치, 평균치, 분산치, 1/3 유의치 등과 같은 통계 분석 방법을 통해 해상과 같은 특수한 환경하에서 발생하는 선체의 동적 동요에 대한 주요 운동 특성을 심층적으로 분석 및 평가할 수 있을 것으로 사료된다.
후속연구
개발된 다목적 계측시스템은 해상에서의 전복 사고 분석, 선박 출입항 통제, 부두에서의 하역작업 통제, 조선소에서의 내항 성능 및 안전설계에 있어서도 적용이 가능하리라 본다.
그리고 단순한 데이터 수집이 아니라 사용자가 설정한 형태의 데이터 수집이 가능하므로, 관련 데이터에 대한 가공 및 활용이 자유로워 다방면으로 응용이 가능할 것으로 판단된다.
또한 다양한 계측 결과를 수집하여 정량적 통계처리를 수행하여 관련 이론 연구 결과와 상호비교 분석을 실시할 것이다. 그리고 향후 다목적 계측시스템을 보다 확장하여 외력요소들을 자동적으로 계측 가능한 외력분석 시스템은 물론 선박 DB 시스템과 연동하여 종합안전성 평가시스템을 구축할 예정이다.
l과 같이 정량적인 외력을 분석할 수 있는 외력분석 시스템 항해 또는 정박 중인 선박의 상태에 관한 선박 데이터베이스 시스템, 그리고 외력에 의해 발생하는 선체 운동을 계측하는 운동 평가 시스템이 갖추어져야 한다. 다목적 계측시스템은 Fig.l의 운동평가 시스템의 일부분에 해당되며, 외력 분석시스템 및 선박 DB 시스템은 선박 측에 탑재된 각종 장비 또는 관련 자료와 상호 연계해야 하므로 향후 관련 시스템을 추가 보완해 나갈 예정이다.
또한 최대치, 평균치, 분산치, 1/3 유의치 등과 같은 통계 분석 방법을 통해 해상과 같은 특수한 환경하에서 발생하는 선체의 동적 동요에 대한 주요 운동 특성을 심층적으로 분석 및 평가할 수 있을 것으로 사료된다. 더불어 실선 계측 자료는 항해 안전성 평가 또는 계류 안전성 평가에 대한 이론적 연구 결과와 상호 비교 검토가 가능할 것으로 사료된다.
및 성능 개선을 실시할 것이다. 또한 다양한 계측 결과를 수집하여 정량적 통계처리를 수행하여 관련 이론 연구 결과와 상호비교 분석을 실시할 것이다. 그리고 향후 다목적 계측시스템을 보다 확장하여 외력요소들을 자동적으로 계측 가능한 외력분석 시스템은 물론 선박 DB 시스템과 연동하여 종합안전성 평가시스템을 구축할 예정이다.
가능하다. 또한 최대치, 평균치, 분산치, 1/3 유의치 등과 같은 통계 분석 방법을 통해 해상과 같은 특수한 환경하에서 발생하는 선체의 동적 동요에 대한 주요 운동 특성을 심층적으로 분석 및 평가할 수 있을 것으로 사료된다. 더불어 실선 계측 자료는 항해 안전성 평가 또는 계류 안전성 평가에 대한 이론적 연구 결과와 상호 비교 검토가 가능할 것으로 사료된다.
또 최근 항해안전성 관련 연구心)는 충분한 이론적인 연구성과를 기초로 기존 내항 성능 평가 방법에 대한 문제점을 개선 .보완하여, 실선에서 임의의 대표한 요소만을 계측하여 선박 전체의 항해 안전성을 평가하는 항해안전성종합 평가시스템을 구축하여 본격적인 실선 실험을 준비하고 있다. 이러한 항해 안전성 종합 평가시스템°은 그동안 선박 운항자의 감각적인 면에서 정량화된 평가요 소로 채택하기 쉬운 상하가 속도의 1/3 유의치를 계측 하여, 다른 평가요소와의 상관관계를 도출하여 선박의 종합적인 내항 성능을 평가하는 '시스템2罚이다.
앞으로는 개발된 계측시스템을 실제 선박에 탑재하여 다양한 환경 하에서 계측을 수행하고, 계측과정에서 수반되는 각종 문제점 및 성능 개선을 실시할 것이다. 또한 다양한 계측 결과를 수집하여 정량적 통계처리를 수행하여 관련 이론 연구 결과와 상호비교 분석을 실시할 것이다.
그동안 항해 및 계류 안전성과 관련해서 수많은 연구들이 이론적인 접근 방식을 기초로 수치 시뮬레이션 또는 수리 모형 시험을 중심으로 진행되어 이론적인 부분에서 어느 정도 가시적인 성과가 있었다고 사료된다. 앞으로의 과제는 이러한 이론적 연구를 실선에 적용하여 그 연구 결과를 검증한 후 선박의 운항자가 직접적으로 활용할 수 있도록 실용화하는 작업이라 할 수 있다.
이러한 물리적 장치를 통해 수집된 정보는 A/D 컨버터를 통해 전용 분석 S/W 프로그램과 데이터 통신이 가능하며, S/W 상에 저장 또는 분석된 자료들은 내항 성능 이론을 기초로 구성된 항해 안전성 판별에 이용되거나 계류 안전성 판단 기준치로 활용될 수 있다.
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