KR-20260060599-A - WAYPOINT OPTIMIZATION METHOD AND APPARATUS CONSIDERING TOPOGRAPHIC AND FUEL CONSUMPTION

Abstract

지형 및 연료 소모를 고려한 경로점 최적화 방법 및 장치가 개시된다. 개시된 경로점 최적화 방법은, 선박의 대권항로 상에 위치하며, 미리 설정된 간격만큼씩 이격된 복수의 경로점을 설정하는 단계; 상기 경로점 주변의 해저 수심 변화에 따른 항해 위험도를 판단하는 단계; 및 상기 판단 결과에 따라서, 상기 경로점 사이에 제1신규 경로점을 추가하는 단계를 포함한다.

Inventors

• 김세원
• 이주향
• 엄정온

Assignees

• 세종대학교산학협력단

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20241025

Claims (10)

1. 선박의 대권항로 상에 위치하며, 미리 설정된 간격만큼씩 이격된 복수의 경로점을 설정하는 단계; 상기 경로점 주변의 해저 수심 변화에 따른 항해 위험도를 판단하는 단계; 및 상기 판단 결과에 따라서, 상기 경로점 사이에 제1신규 경로점을 추가하는 단계 를 포함하는 지형 및 연료 소모를 고려한 경로점 최적화 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 해저 수심 변화에 따른 항해 위험도를 판단하는 단계는 상기 경로점으로부터 미리 설정된 거리 내에 상기 육지가 존재하는 경우, 상기 해저 수심 변화에 따른 항해 위험도가 높은 것으로 판단하며, 상기 제1신규 경로점을 추가하는 단계는 상기 해저 수심 변화에 따른 항해 위험도가 높은 것으로 판단된 경우, 상기 제1신규 경로점을 추가하는 지형 및 연료 소모를 고려한 경로점 최적화 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 제1신규 경로점을 추가하는 단계는 주변에 육지가 존재하는 경로점과, 상기 주변에 육지가 존재하는 경로점에 인접한 경로점 사이에, 상기 제1신규 경로점을 추가하는 지형 및 연료 소모를 고려한 경로점 최적화 방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 제1신규 경로점을 추가하는 단계는 상기 항해 위험도가 감소될 수 있도록, 상기 제1신규 경로점을 추가하는 지형 및 연료 소모를 고려한 경로점 최적화 방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 경로점 사이에, 상기 대권항로 상에 위치하는 적어도 하나의 제2신규 경로점을 추가하는 단계; 상기 제2신규 경로점의 추가 이전의 제1항로, 상기 제2신규 경로점의 추가 이후의 제2항로, 상기 제1 및 제2항로에 대응되는 기상 데이터 및 상기 선박의 운항 데이터를 이용하여, 상기 제1 및 제2항로에 대한 상기 선박의 연료 소모량을 추정하는 단계; 및 상기 제1항로에 대한 제1연료 소모량보다 상기 제2항로에 대한 제2연료 소모량을 비교하여, 상기 제2신규 경로점을 삭제하는 단계 를 더 포함하는 지형 및 연료 소모를 고려한 경로점 최적화 방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 제2신규 경로점을 삭제하는 단계는 상기 제2연료 소모량이 상기 제1연료 소모량 이상이거나 또는 상기 제2연료 소모량이 상기 제1연료 소모량보다 적더라도 상기 제2항로에 대한 상기 선박의 항해 시간이, 항정선 항로에 대한 항해 시간보다 미리 설정된 임계 시간 이내로 절약되는 경우, 상기 제2신규 경로점을 삭제하는 지형 및 연료 소모를 고려한 경로점 최적화 방법.
7. 선박의 대권항로 상에 위치하며, 미리 설정된 간격만큼씩 이격된 복수의 경로점을 설정하는 단계; 상기 경로점 주변의 지형에 따라서, 상기 경로점 사이에 제1신규 경로점의 추가 여부를 결정하는 단계; 및 상기 대권항로 상에 위치하는 제2신규 경로점의 추가에 따른 항로의 연료 소모량을 추정하여, 상기 제2신규 경로점의 추가 여부를 결정하는 단계 를 포함하는 지형 및 연료 소모를 고려한 경로점 최적화 방법.
8. 제 7항에 있어서, 상기 제2신규 경로점의 추가 여부를 결정하는 단계는 상기 제2신규 경로점의 추가 이전의 제1항로, 상기 제2신규 경로점의 추가 이후의 제2항로, 상기 제1 및 제2항로에 대응되는 기상 데이터 및 상기 선박의 운항 데이터를 이용하여, 상기 제1 및 제2항로에 대한 상기 선박의 연료 소모량을 추정하는 단계; 및 상기 제1항로에 대한 제1연료 소모량보다 상기 제2항로에 대한 제2연료 소모량을 비교하여, 상기 제2신규 경로점의 추가 여부를 결정하는 단계 를 포함하는 지형 및 연료 소모를 고려한 경로점 최적화 방법.
9. 제 8항에 있어서, 상기 제2신규 경로점의 추가 여부를 결정하는 단계는 상기 제2연료 소모량이 상기 제1연료 소모량보다 적으며, 상기 제2항로에 대한 상기 선박의 항해 시간이, 항정선 항로에 대한 항해 시간보다 미리 설정된 임계 시간 이상으로 절약되는 경우, 상기 제2신규 경로점을 추가하는 것으로 결정하는 지형 및 연료 소모를 고려한 경로점 최적화 방법.
10. 메모리; 및 상기 메모리와 전기적으로 연결되는 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는 선박의 대권항로 상에 위치하며, 미리 설정된 간격만큼씩 이격된 복수의 경로점을 설정하며, 상기 경로점 주변의 지형 및 상기 경로점의 증가에 따른 연료 소모량을 고려하여, 상기 경로점 사이에 신규 경로점을 추가하는 지형 및 연료 소모를 고려한 경로점 최적화 장치.

Description

지형 및 연료 소모를 고려한 경로점 최적화 방법 및 장치{WAYPOINT OPTIMIZATION METHOD AND APPARATUS CONSIDERING TOPOGRAPHIC AND FUEL CONSUMPTION} 본 발명은 선박의 항로를 구성하는 경로점을 최적화하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지형 및 연료 소모를 고려한 경로점 최적화 방법 및 장치에 관한 것이다. 기존 항로 계획에서는, 좁은 수로 통과, 해상 위험 요소의 유무, 지정된 항로 준수, 그리고 TSS(Traffic Separation Scheme)의 준수가 중요한 영향을 미친다. 항로 계획시에, 출발점부터 도착점까지 최단 거리를 기준으로 항로를 설정하고, 최단 항로 상에서 인접한 해상 위험 요소나 수심을 검토하여 항로를 구성하는 경로점(waypoint)을 추가, 삭제 또는 이동한다. 그러나 경로점의 추가, 삭제 또는 이동에 대한 명확한 기준은 없으며, 상황에 따라 경로점을 갱신하기 위한 가이드라인만 존재하기 때문에, 항해사의 자의적 판단에 따라서 운항중에 경로점이 변경되는 것이 현실이다. 경로점의 개수가 너무 많으면 코스 변경 횟수와 선박 조종의 복잡성이 증가하여 운항 효율이 저하될 수 있다. 반대로 경로점의 수가 너무 적으면, 선박이 일정한 침로를 유지하는 항정선(Rhumb Line)과 비교했을 때 거리 이점이 감소하며, 결과적으로 연료 소모량이 증가할 수 있다. 따라서 적절한 경로점의 개수를 균형 있게 조절하는 것은 항로 계획 시 중요한 고려 요소이다. 기존의 경로점 설정 방법으로는 고정 간격으로 경로점을 배치하는 방법, 항해 시간 1시간 미만으로 줄어들 경우 경로점을 추가하지 않는 경도 이분법 등이 있다. 그러나 이러한 방법들로 얻어진 경로점의 개수와 위치는 최적이 아니며, 항정선과 비교한 거리 이점, 연료 소모량과 같은 중요한 요소들이 충분히 반영되지 않는 문제가 있다. 특히 기존 방법들로는, 해양 환경의 변동성과 예측되지 않은 상황에 대한 대처가 어려울 수 있다. 따라서, 종래 기술들의 한계를 극복하기 위해서는 해양의 기상 상황을 고려하고, 항정선과 비교한 거리 이점을 반영할 수 있는 경로점 최적화 방법의 개발이 필요하다. 이를 통해 연료 소모량을 최소화하고, 최소 여유 수심을 보장하며, 동시에 항해 안전성을 확보할 수 있도록 경로점이 최적화될 수 있다. 관련 선행문헌으로 대한민국 공개특허 제2022-0036593호, 제2022-0126091호 및 대한민국 등록특허 제10-2644038호, 제10-2182037호가 있다. 도 1은 일반적인 선박의 항로 계획 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지형을 고려한 경로점 최적화 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 제1신규 경로점의 추가 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 연료 소모를 고려한 경로점 최적화 방법을 설명하기 위한 도면이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1은 일반적인 선박의 항로 계획 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면 먼저 항로 계획 장치는 선박의 출도착 항구 정보를 입력(S110)받는다. 즉, 선박의 출발지와 목적지에 대한 정보를 입력받는다. 그리고 항로 계획 장치는 선박의 출발지에서 목적지를 잇는 대권항로(Great Circle Course)를 생성하고, 대권항로상에 위치하며, 미리 설정된 간격만큼씩 이격된 경로점을 설정(S120)한다. 대권항로는 출발지와 목적지를 잇는 최단거리 항로로서, 구(sphere), 즉 지구의 표면에서 최단거리를 이동할 수 있는 항로이다. 경로점은 해상 상황, 장애물 등을 고려하여 변경될 수 있으며, 항로 계획 장치는 변경된 경로점으로 구성된 최적 항로를 생성(S130)한다. 즉, 항로 계획 장치는 변경된 경로점을 경유하는 최적 항로를 생성하며, 이러한 최적 항로는 대권항로에 근접하거나 대권항로와 유사한 새로운 항로일 수 있다. 이 때 전술된 바와 같이, 경로점의 변경은 항해사의 주관과 경험에 의해 이루어지기 때문에, 경로점의 변경이 최적화되기 어렵다. 이에 본 발명은 지형과 연료 소모를 고려하여 자동으로 경로점을 최적화하는 방법을 제안한다. 본 발명의 일실시예는 대권항로 상에 위치하는 경로점 사이에 신규 경로점을 추가하는 방식으로 경로점을 최적화할 수 있으며, 경로점이 추가될 경우, 경로점을 경유하는 선박의 항로가 대권항로에 근접해짐으로써, 선박의 연료 소모랑이 감소할 뿐만 아니라 선박의 항해 시간도 단축될 수 있다. 다만, 경로점이 추가되더라도, 항로의 기상 상태 등에 따라서 선박의 연료 소모량과 선박의 항해 시간이 증가될 수 있기 때문에, 본 발명의 일실시예는 경로점의 증가에 따른 연료 소모량, 항해 시간 등을 고려하여, 경로점 사이에 신규 경로점을 추가하는 방식으로 경로점을 최적화한다. 또한 선박의 운항 안정성을 높이기 위해, 본 발명은 경로점 주변의 지형 또한 고려하여, 경로점 사이에 신규 경로점을 추가한다. 본 발명의 일실시예에 따른 경로점 최적화 방법은, 메모리 및 메모리와 전기적으로 연결된 프로세서를 포함하며, 프로세서는 경로점 최적화를 위한 일련의 과정을 수행한다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지형을 고려한 경로점 최적화 방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 제1신규 경로점의 추가 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 컴퓨팅 장치는, 선박의 대권항로 상에 위치하며, 미리 설정된 간격만큼씩 이격된 복수의 경로점을 설정(S210)한다. 그리고 컴퓨팅 장치는 경로점 주변의 해저 수심 변화에 따른 위험도를 판단(S220)하고, 단계 S220의 판단 결과에 따라서, 경로점 사이에 제1신규 경로점을 추가(S230)한다. 컴퓨팅 장치는 단계 S220에서, 해저 수심 변화에 따른 항해 위험도를 판단하기 위해, 경로점 주변의 지형을 이용할 수 있다. 경로점 주변에 육지가 존재할 경우, 경로점 주변 환경은 수심이 자주 변화는 복잡한 환경일 수 있으므로 항해의 위험도가 높아질 수 있다. 컴퓨팅 장치는 경로점으로부터 미리 설정된 거리 내에 육지가 위치하는 경우, 해저 수심 변화에 따른 항해 위험도가 높은 것으로 판단할 수 있다. 그리고 컴퓨팅 장치는 해저 수심 변화에 따른 항해 위험도가 높은 것으로 판단된 경우, 제1신규 경로점을 추가할 수 있다. 일예로서, 도 3과 같이, 대권항로(310) 상에 출발지(311)와 목적지(312)를 제외한 5개의 경로점(313 내지 317)이 형성될 수 있으며, 컴퓨팅 장치는 경로점(314)을 중심으로하는 가상의 원(320)을 그려, 미리 설정된 거리 내에 육지(321, 322)가 존재하는지 여부를 판단할 수 있다. 가상의 원(320)의 반경은, 경로점으로부터 미리 설정된 거리에 대응될 수 있다. 또는 실시예에 따라서 컴퓨팅 장치는 경로점 주변에 추가적인 포인트를 설정하고, 이러한 포인트가 육지 상에 위치하는지 여부를 판단하여, 경로점으로부터 미리 설정된 거리 내에 육지가 위치하는지 여부를 판단할 수 있다. 다시 도 3으로 돌아가, 컴퓨팅 장치는 주변에 육지(321, 322)가 존재하는 경로점(314)과, 주변에 육지(321, 322)가 존재하는 경로점(314)에 인접한 경로점(313, 315) 사이에, 제1신규 경로점(331, 332)을 추가할 수 있다. 이 때 컴퓨팅 장치는 항해 위험도가 감소될 수 있도록, 제1신규 경로점(331, 332)을 추가할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 경로점(314) 주변의 육지(321, 322)의 형상을 고려하여, 제1신규 경로점(331, 332)과 경로점(314)를 잇는 선박의 항로가 육지(321, 322)로부터 최대한 이격될 수 있도록, 컴퓨팅 장치는 제1신규 경로점(331, 332)을 추가할 수 있다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 연료 소모를 고려한 경로점 최적화 방법을 설명하기 위한 도면이다. 컴퓨팅 장치는 전술된 바와 같이, 지형에 따라서 경로점을 추가할 수 있을 뿐만 아니라, 선박의 연료 소모량 또는 선박의 항해 시간을 고려하여 경로점을 추가할 수도 있다. 실시예에 따라서 컴퓨팅 장치는 지형과 연료 소모량을 모두 고려하거나 선택적으로 고려하여 경로점을 최적화할 수 있으며, 지형에 따라서 제1신규 경로점이 추가되지 않는 것으로 결정된 경우, 제2신규 경로점의 추가 여부를 판단할 수 있다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 컴퓨팅 장치는 선박의 대권항로 상에 위치하며, 미리 설정된 간격만큼씩 이격된 복수의 경로점을 설정(S410)하고, 경로점 주변의 지형에 따라서, 경로점 사이에 제1신규 경로점의 추가 여부를 결정(S420)한다. 그리고 컴퓨팅 장치는 대권항로 상에 위치하는 제2신규 경로점의 추가에 따른 항로의 연료 소모량을 추정하여, 제2신규 경로점의 추가 여부를 결정(S430)한다. 즉 컴퓨팅 장치는 대권항로 상에 위치하는 경로점 사이에 적어도 하나의 제2신규 경로점을 추가한 후, 제2신규 경로점의 추가 이전의 제1항로, 제2신규 경로점의 추가 이후의 제2항로에 대한 선박의 연료 소모량을 비교하여, 제2신규 경로점의 추가할지 아니면 삭제할지 여부를 결정할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 제2신규 경로점의 추가 이전의 제1항로 및 제2신규 경로점의 추가 이후의 제2항로를 생성하고, 제1항로, 제2항로와, 제1 및 제2항로 각각에 대응되는 기상 데이터 및 선박의 운항 데이터를 이용하여, 제2신규 경로점의 추가 전후의 항로, 즉 제1 및 제2항로에 대한 선박의 연료 소모량을 추정(S431)할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 일실시예로서 미리 학습된 연료 소모량 추정 모델에, 전술된 제1 및 제2항로와 기상 데이터 및 운항 데이터를 입력