KR-20260061592-A - ROUTE GENERATION METHOD AND APPARATUS FOR SAFE BERTHING AND DEPARTURE OF SHIPS

Abstract

선박의 안전한 입출항을 위한 경로 생성 방법 및 장치가 개시된다. 개시된 선박의 안전한 입출항을 위한 경로 생성 방법은 미리 설정된 경로 계획 영역을 복수의 격자로 분할하는 단계; 상기 격자에 포함된 지형과, 상기 격자에서의 혼잡도를 이용하여, 상기 격자 각각에 대응되는 후보 노드에 코스트를 할당하는 단계; 및 상기 코스트 및 타겟 선박의 선회 능력에 따라서, 상기 후보 노드 중에서 경유 노드를 선정하여, 상기 타겟 선박의 운항 경로를 생성하는 단계를 포함한다.

Inventors

• 김세원
• 이다빈
• 김수환
• 이서호

Assignees

• 세종대학교산학협력단

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20241028

Claims (10)

1. 미리 설정된 경로 계획 영역을 복수의 격자로 분할하는 단계; 상기 격자에 포함된 지형과, 상기 격자에서의 혼잡도를 이용하여, 상기 격자 각각에 대응되는 후보 노드에 코스트를 할당하는 단계; 및 상기 코스트 및 타겟 선박의 선회 능력에 따라서, 상기 후보 노드 중에서 경유 노드를 선정하여, 상기 타겟 선박의 운항 경로를 생성하는 단계 를 포함하는 선박의 안전한 입출항을 위한 경로 생성 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 후보 노드에 코스트를 할당하는 단계는 상기 격자 중 해안선 또는 방파제가 포함된 격자에 대응되는 후보 노드에 대해, 미리 설정된 임계값 이상의 코스트를 할당하는 선박의 안전한 입출항을 위한 경로 생성 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 후보 노드에 코스트를 할당하는 단계는 상기 격자에서의 다른 선박과의 충돌 위험도 및 상기 격자에서의 밀집도를 이용하여, 상기 혼잡도를 계산하는 선박의 안전한 입출항을 위한 경로 생성 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 후보 노드에 코스트를 할당하는 단계는 국제해상충돌예방규칙에 따라서, 상기 경로 계획 영역에서 상기 타겟 선박이 우측으로 운항하도록, 상기 코스트를 할당하는 선박의 안전한 입출항을 위한 경로 생성 방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 경유 노드는 상기 타겟 선박의 선회 가능 각도에 따라서 선정된 노드이며, 상기 운항 경로의 코스트 합이 최소가 되는 노드인 선박의 안전한 입출항을 위한 경로 생성 방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 타겟 선박의 운항 경로를 생성하는 단계는 상기 후보 노드 중에서, 선회 가능 각도에 따라서 상기 타겟 선박이 현재 경유 노드로부터 경유할 수 있는 후보 노드를 필터링하는 단계; 및 상기 필터링된 후보 노드 중에서, 상기 운항 경로의 코스트 합이 최소가 되는 다음 경유 노드를 선정하는 단계 를 포함하는 선박의 안전한 입출항을 위한 경로 생성 방법.
7. 제 5항에 있어서, 상기 선회 가능 각도는 상기 타겟 선박의 무게, 상기 경로 계획 영역의 날씨 및 상기 타겟 선박의 목표 연료 소모량 중 적어도 하나에 따라서 적응적으로 결정되는 선박의 안전한 입출항을 위한 경로 생성 방법.
8. 미리 설정된 경로 계획 영역을 복수의 격자로 분할하는 단계; 상기 격자에 포함된 지형, 상기 격자에서의 혼잡도 및 국제해상충돌예방규칙을 이용하여, 상기 격자 각각에 대응되는 후보 노드에 코스트를 할당하는 단계; 및 상기 코스트의 합이 최소가되는, 상기 타겟 선박의 운항 경로를 생성하는 단계 를 포함하는 선박의 안전한 입출항을 위한 경로 생성 방법.
9. 제 8항에 있어서, 상기 후보 노드에 코스트를 할당하는 단계는 국제해상충돌예방규칙에 따라서, 상기 경로 계획 영역에서 상기 타겟 선박이 우측으로 운항하도록, 상기 혼잡도에 따라서 할당된 코스트를 갱신하며, 상기 갱신되는 코스트값은 상기 혼잡도에 따라서 결정되는 선박의 안전한 입출항을 위한 경로 생성 방법.
10. 메모리; 및 상기 메모리와 전기적으로 연결된 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는 미리 설정된 경로 계획 영역의 격자에 포함된 지형, 상기 격자에서의 혼잡도 및 국제해상충돌예방규칙 중 적어도 하나를 이용하여, 상기 격자 각각에 대응되는 후보 노드에 코스트를 할당하고, 상기 코스트 및 타겟 선박의 선회 능력에 따라서, 상기 후보 노드 중에서 경유 노드를 선정하여, 상기 타겟 선박의 운항 경로를 생성하며, 상기 경로 계획 영역은 복수의 격자로 분할된 영역인 선박의 안전한 입출항을 위한 경로 생성 장치.

Description

선박의 안전한 입출항을 위한 경로 생성 방법 및 장치{ROUTE GENERATION METHOD AND APPARATUS FOR SAFE BERTHING AND DEPARTURE OF SHIPS} 본 발명은 선박의 운항 경로 생성 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선박의 안전한 입출항을 위한 경로 생성 방법 및 장치에 관한 것이다. 자율 운항 선박은 선원 없이 자동으로 정해진 경로를 항해하고, 필요한 경우, 원격 조종 통제 센터에서 제어할 수 있는 선박을 말한다. 이를 위하여, 지상에는 자율 운항 선박을 원격으로 조종하기 위한 원격 조종 통제 센터가 필요하며, 기술적인 문제 및 법적인 문제 등의 해결을 위하여 원격 조종 통제 센터에서는 선장 및 기관장이 직접 지휘 통솔을 수행해야 한다. 일반적으로, 자율 운항 선박은 미리 결정된 경로를 기반으로 운행된다. 보통, 항해사가 탑승하는 선박에서는 항해사가 주변 상황의 변화를 신속하게 인식하고 판단하여 경로 설정을 변경할 수 있지만, 자율 운항 선박은 이를 항해사 대신에 처리하기 위한 별도의 자동 경로 생성 시스템이 요구된다. 자동 경로 생성 시스템에서 제시하는 경로는 자율 운항 선박 내의 시스템에서 자동으로 즉시 적용하는 방식과 네트워크로 연결된 선박 관리 서버에 연결하여 중앙집중적인 관리하에 결정된 후 적용하는 방식이 함께 활용될 수 있도록 구성되어 있다. 기존 경로 생성 기법은 경제적 경로 최적화 또는 충돌 위험 평가 및 회피에 초점을 맞추고 있으며, 최근 연구에서는 경로 최적화와 안전성을 동시에 고려하는 것을 목표로 하고 있다. 그러나 이러한 기술의 대부분은 국제해상충돌예방규칙(COLREG)과 충돌 위험 지수(CRI)를 함께 고려하지 않고 제한적인 시뮬레이션 테스트로 인해 일반적인 적용성이 부족하다. 또한 선박의 선회 능력을 고려하지 않은 경로 설정은, 선박 안정성을 크게 저해할 수 있다. 이에 국제해상충돌예방규칙, 충돌 위험 지수, 선박의 선회 능력이 고려된, 선박의 안정성을 높일 수 있는 경로 생성 방법이 요구되고 있다. 관련 선행문헌으로 대한민국 공개특허 제2023-0137720호, 제2024-0030937호 및 대한민국 등록특허 제10-2182037호가 있다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 선박의 안전한 입출항을 위한 경로 생성 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 경유 노드 선정 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박의 안전한 입출항을 위한 경로 생성 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 본 발명의 일실시예에 따른 선박의 안전한 입출항을 위한 경로 생성 방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 경유 노드 선정 방법을 설명하기 위한 도면이다. 본 발명의 일실시예에 따른 경로 생성 방법은, 메모리 및 메모리와 전기적으로 연결된 프로세서를 포함하는 컴퓨팅 장치에서 수행될 수 있으며, 프로세서는 본 발명의 일실시예에 따른 경로 생성을 위한 일련의 과정을 수행할 수 있다. 본 발명의 일실시예는 항만에서의 선박의 안전한 입출항을 지원하기 위한 경로를 생성할 수 있으며, A star 알고리즘과 같이 코스트 기반으로 경로를 생성할 수 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 컴퓨팅 장치는 미리 설정된 경로 계획 영역을 복수의 격자로 분할(S110)한다. 전술된 바와 같이, 항만에서의 선박의 안전한 입출항을 지원하기 위해, 경로 계획 영역은 일실시예로서, 항만으로부터 미리 설정된 거리 내의 연안인, 항만 인근 연안으로 설정될 수 있다. 항만 인근 연안의 크기나 형상 등은 실시예에 따라서 달라질 수 있다. 그리고 컴퓨팅 장치는 격자에 포함된 지형과, 격자에서의 혼잡도를 이용하여, 격자 각각에 대응되는 후보 노드에 코스트를 할당(S120)한다. 경로 계획 영역의 격자 각각에 후보 노드가 할당될 수 있으며, 타겟 선박을 위한 운항 경로 경로는, 후보 노드 중에서 선정된 경유 노드로 이루어진다. 타겟 선박은 일실시예로서, 자율 운행 선박일 수 있음, 경유 노드는 후술되는 바와 같이, 코스트 및 타겟 선박의 선회 능력에 따라서 선정될 수 있다. 타겟 선박의 안전한 입출항을 위해, 타겟 선박이 운행하기 어려운 지형과 혼잡도가 높은 격자에 대응되는 후보 노드에는, 상대적으로 높은 코스트가 할당되고, 타겟 선박이 운행 가능한 지형과 혼잡도가 낮은 격자에 대응되는 후보 노드에는 상대적으로 낮은 코스트가 할당됨으로써, 코스트가 낮은 후보 노드들이 운항 경로 생성을 위한 경유 노드로 선정될 수 있다. 해선선 또는 방파제가 위치한 지형에서는, 타겟 선박이 운행하기 어려우므로, 컴퓨팅 장치는 일실시예로서, 격자 중 해안선 또는 방파제가 포함된 격자에 대응되는 후보 노드에 대해, 미리 설정된 임계값 이상의 코스트를 할당할 수 있다. 임계값은, 해안선 또는 방파제가 포함된 격자에 대응되는 후보 노드가 경유 노드로 선정되지 않도록, 설정될 수 있다. 또한 컴퓨팅 장치는 격자에서의 다른 선박과의 충돌 위험도 및 밀집도를 이용하여, 혼잡도를 계산하고, 이러한 혼잡도에 따라서, 코스트를 할당할 수 있다. 충돌 위험도 및 밀집도에 비례하여, 혼잡도는 커질 수 있으며, 혼잡도에 비례하여 코스트 역시 커질 수 있다. 컴퓨팅 장치는 타겟 선박의 운항 스케줄에 따라서 타겟 선박이 경로 계획 영역에 위치할 것으로 예상되는 시간 구간에 대한 격자별 혼잡도를 계산할 수 있으며, 혼잡도는 경로 계획 영역을 운항한 선박들의 과거 운항 데이터로부터 계산될 수 있다. 이러한 운항 데이터는 과거 항적 데이터, 입출항 신고 데이터, 선석 계획 데이터 등을 포함할 수 있다. 예컨대, 전술된 시간 구간에 대응되는 과거 시간 구간에서, 제1격자에 대응되는 영역보다 제2격자에 대응되는 영역에 선박이 많이 위치하는 경우, 제1격자보다 제2격자에 대한 밀집도가 높은 것으로 계산될 수 있다. 또한 제1격자에 인접한 격자에 대응되는 영역보다, 제2격자에 인접한 격자에 대응되는 영역에 선박이 많이 위치하는 경우, 제1격자보다 제2격자에 대한 충돌 위험도가 높은 것으로 계산될 수 있다. 또한 컴퓨팅 장치는 국제해상충돌예방규칙에 따라서, 경로 계획 영역에서 타겟 선박이 우측으로 운항하도록, 코스트를 할당할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 일실시예로서, 타겟 선박의 운항 방향을 기준으로 좌측에 위치하는 격자보다 우측에 위치하는 격자에 상대적으로 낮은 코스트를 할당할 수 있다. 이 때, 국제해상충돌예방규칙보다는 혼잡도에 우선하여 코스트가 할당되는 것이 선박의 운항 안전성을 높일 수 있으므로, 컴퓨팅 장치는 1차적으로 혼잡도에 따라서 코스트를 할당하고, 타겟 선박이 우측으로 운항할 수 있도록, 할당된 코스트를 갱신할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 일실시예로서, 타겟 선박의 운항 방향을 기준으로 좌측에 위치하는 격자의 코스트를 증가시키거나 타겟 선박의 운항 방향을 기준으로 우측에 위치하는 격자의 코스트를 감소시켜, 할당된 코스트를 갱신할 수 있다. 그리고 국제해상충돌예방규칙에 따라서 갱신되는 코스트값은, 혼잡도에 따라서 결정될 수 있다. 예컨대 혼잡도의 편차가 크다면 갱신되는 코스트값 즉, 증가되거나 감소되는 코스트값도 커지고, 혼잡도의 편차가 작다면 증가되거나 감소되는 코스트값도 작아질 수 있다. 컴퓨팅 장치는 전술된 바와 같이, 후보 노드에 코스트를 할당한 후, 할당한 코스트 및 타겟 선박의 선회 능력에 따라서 후보 노드 중에서 경유 노드를 선정하여, 타겟 선박의 운항 경로를 생성(S130)한다. 경유 노드는, 타겟 선박의 선회 가능 각도에 따라서 선정된 노드이며, 또한 운항 경로의 코스트 합이 최소가 되는 노드일 수 있다. 즉, 컴퓨팅 장치는 타겟 선박의 선회 능력을 고려하여 경유 노드를 선정하고, 운항 경로에 포함된 경유 노드에 할당된 코스트의 합이 최소가 되도록, 운항 경로를 생성할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 후보 노드 중에서, 타겟 선박의 선회 가능 각도에 따라서 타겟 선박이 현재 경유 노드로부터 경유할 수 있는 후보 노드를 필터링한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 현재 경유 노드(210)에서 타겟 선박이 경유할 수 있는 후보 노드(221 내지 225)가 5개일 때, 컴퓨팅 장치는 제1 내지 제5후보 노드(221 내지 225) 중에서 타겟 선박이 현재 경유 노드로부터 경유할 수 있는 후보 노드를 필터링할 수 있다. 만일 타겟 선박의 선회 가능 각도가 클 경우, 제1 내지 제5후보 노드(221 내지 225)가 모두, 현재 경유 노드로부터 경유할 수 있는 후보로 필터링될 수 있으며, 타겟 선박의 선회 가능 각도가 작다면, 제1 내지 제5후보 노드(221 내지 225) 중 제2 내지 제4후보 노드(222 내지 224)가 현재 경유 노드로부터 경유할 수 있는 후보로 필터링될 수 있다. 선회 가능 각도는 타겟 선박의 무게, 경로 계획 영역의 날씨 및 타겟 선박의 목표 연료 소모량에 따라서 적응적으로 결정될 수 있다. 즉, 타겟 선박의 제원에 따라서 결정되는 선회 가능 각도는, 무게, 경로 계획 영역의 날씨 및 타겟 선박의 목표 연료 소모량에 따라서 조절될 수 있다. 타겟 선박에 실린 화물량이 많이 타겟 선박의 무게가 증가했거나 경로 계획 영역의 파도가 높다면, 타겟 선박의 선회 가능 각도는 감소할 수 있다. 또한 타겟 선박의 목표 연료 소모량에 여유가 있다면, 안전을 위해 선회 가능 각도가 감소할 수 있다. 그리고 컴퓨팅 장치는 필터링된 후보 노드 중에서, 운항 경로의 코스트 합이 최소가 되는 다음 경유 노드를 선정할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 국제해상충돌예방규칙, 충돌 위험도, 선박의 선회 능력 등이 종합적으로, 그리고 통합