KR20190125643A - 수중시설 감시용 무인잠수정 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수중시설 감시용 무인잠수정에 관한 것으로, 무인잠수정을 통해 해저케이블, 교량, 및 송유관 등 수중에 시설되어 있는 대상을 감시, 관리, 및 보수할 수 있도록 하며, 상기 무인잠수정은 선박의 선상통제기에서 원격 조종하게 되며, 지정된 수심 이내의 수중에서 해저케이블, 보호시설, 및 수중 구조물 등의 조사에 활용할 수 있도록 하고, 또한 상기 무인잠수정은 기본적으로 설치되는 복수의 센서 이외에 추가로 설치되는 하이드로폰 및 집게부를 이용해 수중 시설물의 고장 위치 확인 및 원인 조사를 포함한 다양한 유지보수 업무에 활용할 수 있도록 한다.

Description

수중시설 감시용 무인잠수정{UNMANNED SUBMERSIBLE FOR MONITORING UNDERWATER FACILITY}
본 발명은 수중 시설물의 감시에 활용할 수 있는 무인잠수정에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해저케이블, 교량, 및 송유관 등 수중에 있는 대상을 감시하거나 관리할 수 있는, 수중시설 감시용 무인잠수정에 관한 것이다.
일반적으로 수중에 설치된 시설(예 : 해저케이블, 교량, 송유관 등)을 안전하게 관리하기 위해서는 주기적으로 감시가 필요하며, 또한 감시 중 시설물의 고장 발견 시 보수를 수행할 필요가 있다.
이러한 수중 시설물의 감시를 위해서, 기존에는 잠수사에 의한 육안감시, 측면주사소나(Side Scan Sonar)를 이용한 감시, 다중빔 수심 측량기(Multibeam Echo Sounder)를 이용한 감시, 및 대형 DP(Dynamic Positioning) 선박과 작업용 무인 잠수정을 이용한 감시 방법을 이용하였다.
그러나 상기 잠수사에 의한 육안감시 방법은, 잠수사가 잠수 가능한 깊이가 50m 정도로 제한되는 상황에서 최대수심이 160m의 심해 구간에 설치되는 해저케이블의 감시가 사실상 어렵고, 수심 증가에 따른 감압병 위험이 증가하는 문제점이 있다. 상기 측면주사소나에 의한 감시 방법은, 예인체(Towfish)의 해저면 근접조사가 어렵기 때문에 분별력이 낮은 문제점이 있다. 상기 다중빔 수심 측량기를 이용한 감시 방법은, 선박에 부착하여 조사하기 때문에 해상도가 높지 않아 분별력이 낮은 문제점이 있다. 또한 대형 DP 선박과 작업용 무인 잠수정을 이용한 감시 방법은, 동원 시간이 길고 비용이 증가하는 문제점이 있다.
따라서 잠수사가 진입할 수 없는 심해에서도 대상의 접근 및 감시가 용이하며, 정확한 수심과 위치의 측량이 가능할 뿐만 아니라, 유지 보수에도 활용할 수 있는 기술이 필요한 상황이다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2010-0079635호(2010.07.08. 공개, 해저 케이블 고장지점 탐색장치)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 해저케이블, 교량, 및 송유관 등 수중에 있는 대상을 감시하거나 관리할 수 있는, 수중시설 감시용 무인잠수정을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 수중시설 감시용 무인잠수정은, 수중의 정보를 센싱하기 위한 복수의 센서; 무인잠수정을 통해 전방이나 주변의 영상을 촬영하는 카메라부; 상기 카메라부를 통해 촬영할 방향을 조명하는 조명부; 수중 시설물의 이상 구간에서 발생하는 소리를 탐지하는 하이드로폰; 상기 수중 시설물의 이상 구간을 보수하기 위한 로봇팔을 포함하는 집게부; 상기 무인잠수정의 수중 위치를 추적하는 USBL(Ultra Short BaseLine) 트랜스폰더; 초음파를 이용해 수중의 상황을 이미지 형태로 출력하는 이미징 소나; 상기 무인잠수정을 특정 방향으로 이동시키거나 자세를 조정하기 위한 복수의 스크류를 포함하는 스크류부; 선상통제기와 통신하며, 복수의 센서를 통해 검출된 수중의 상황 및 감시 대상물에 대한 정보를 전달하거나, 무인잠수정의 이동과 감시 및 보수에 관련된 제어 명령을 수신하는 통합운영 제어부; 상기 무인잠수정의 이동과 자세 제어에 관련된 제어를 수행하며, 상기 선상통제기로부터 제어 명령을 수신하는 잠수정 제어부; 상기 선상통제기로부터 무인잠수정에 인가되는 전원을 무인잠수정의 구동에 필요한 레벨의 전원으로 변환하는 전원부; 및 상기 선상통제기와 상기 이미징 소나를 POE(Power Of Ethernet) 방식으로 연결하여, 초음파를 이용하여 검출한 수중의 상황 이미지를 상기 선상통제기에 출력하는 통신부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 통합운영 제어부와 잠수정 제어부, 및 상기 선상통제기는, 제어 명령, 센서 정보, 및 영상 데이터를 송수신하기 위한 통신 방식으로서, RS485 통신 방식을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 복수의 센서는, 무인잠수정의 누수 검출을 위한 누수 센서; 전압 및 전류 검출을 위한 전압 센서 및 전류 센서; 온/습도 검출을 위한 온/습도 센서; 잠수정의 자세 검출을 위한 관성 센서; 및 수심에 따른 압력을 검출하기 위한 압력 센서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 스크류부는, 적어도 하나 이상의 스크류를 무인 잠수정의 정면, 측면, 및 후면에 각기 설치되고, 상기 각 스크류를 구동하기 위한 모터 구동부가 각기 대응되어 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 순시선박 내의 상기 선상통제기와 무인잠수정은, 케이블(Tether)을 통해 전원 및 통신이 연결되며, 수심과 위치를 정확하게 측정하기 위하여, 상기 케이블(Tether)이 중량물(Clamp Weight)에 결합되어 수직 방향으로 내려지며, 상기 무인잠수정이 상기 케이블(Tether)에 연결된 상태에서 측면으로 이동하여 대상물을 감시하게 하며, 상기 무인잠수정의 수중 위치를 추적하기 위하여, USBL 트랜스폰더가 상기 무인잠수정의 본체 및 중량물의 끝단에 설치되며, 상기 순시선박의 하부에 USBL 트랜시버가 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 무인잠수정을 통해 해저케이블, 교량, 송유관 등 수중에 시설되어 있는 대상을 감시, 관리, 보수할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인잠수정의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 2는 상기 도 1에 있어서, 무인잠수정과 통신하는 선상통제기의 개략적인 구성을 설명하기 위하여 보인 예시도.
도 3은 상기 도 1에 있어서, 무인잠수정을 운영하여 해저케이블을 점검하는 방법을 설명하기 위한 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 수중시설 감시용 무인잠수정의 일 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인잠수정의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 무인잠수정은, 복수의 센서(111 ~ 116), 카메라부(121), 조명부(122), 하이드로폰(123), 집게부(124), USBL 트랜스폰더(125), 이미징 소나(126), 스크류부(130), 통합운영 제어부(140), 잠수정 제어부(150), 전원부(160), 및 통신부(170)를 포함한다.
상기 복수의 센서(111 ~ 116)는 누수 센서(111), 전압 센서(112), 전류 센서(113), 온/습도 센서(114), 관성(IMU)센서(115), 및 압력(수심)센서(116)를 포함하고, 상기 센서들(111 ~ 116)을 통해 누수 검출, 전압/전류 검출, 온/습도 검출, 요/롤/피치 검출, 수심에 따른 압력을 검출한다.
상기 카메라부(121)는 무인잠수정을 통해 전방이나 주변의 영상을 촬영하며, 상기 조명부(122)는 상기 카메라부(121)를 통해 촬영할 방향을 조명하며, 상기 하이드로폰(또는 수중청음기)(123)은 수중 시설물(예 : 해저케이블, 교량, 송유관 등)의 이상 구간에서 발생하는 소리를 탐지하며, 상기 집게부(124)는 수중 시설물의 이상 구간을 보수하기 위한 로봇팔을 포함하며, 상기 USBL(Ultra Short BaseLine) 트랜스폰더(125)는 잠수정(무인잠수정)의 수중 위치를 추적한다. 그리고 상기 이미징 소나(또는 이미지 소나)(126)는 초음파를 이용하여 수중의 상황을 스캔하여 이미지로 출력한다.
특히 상기 이미징 소나(또는 이미지 소나)(126)는 시야가 탁해 상기 카메라부(121)의 카메라를 이용할 수 없을 경우, 및 수중의 암석이 많은 지역을 이동할 때 세밀한 지형의 스캔이 가능하여 충돌 사고를 방지할 수 있도록 하며, 음파를 이용해 형상화된 이미지를 데이터베이스화 함으로써 체계적이고 효율적으로 유지보수 작업을 수행할 수 있도록 한다.
상기 스크류부(130)는 무인잠수정을 특정 방향으로 이동시키거나 자세를 조정하기 위한 복수의 각 스크류(스크류1 ~ 스크류6)를 구동한다. 이에 따라 상기 각 스크류(스크류1 ~ 스크류6)는 무인잠수정의 일 측(예 : 정면, 측면, 후면 등)에 각기 설치된다. 또한 상기 각 스크류(스크류1 ~ 스크류6)를 구동하기 위한 모터 구동부(모터 구동부1 ~ 모터 구동부6)가 각기 대응된다. 다만 상기 스크류부(130)의 스크류 및 모터 구동부의 개수는 조정될 수 있다.
상기 통합운영 제어부(140)는 선상통제기(200)와 통신하며, 복수의 센서를 통해 검출된 수중(또는 해저)의 상황 및 감시 대상물에 대한 정보를 전달하거나, 무인잠수정의 이동과 감시 및 보수에 관련된 제어 명령을 수신한다.
상기 잠수정 제어부(150)는 무인잠수정의 이동과 자세 제어에 관련된 제어를 수행하며, 상기 선상통제기(200)로부터 제어 명령을 수신한다.
이때 상기 통합운영 제어부(140)와 상기 잠수정 제어부(150)는 메인 제어부와 서브 제어부로서 기능할 수도 있다.
상기 전원부(160)는 상기 선상통제기(200)로부터 무인잠수정(100)에 인가되는 전원(예 : DC300V)을 무인잠수정(100)의 구동에 필요한 전원(예 : 12~24V, 12~20V 등)으로 변환하여 인가한다.
상기 통신부(170)는 상기 선상통제기(200)와 상기 이미징 소나(126)를 POE(Power Of Ethernet) 방식으로 연결하여, 초음파를 이용하여 검출한 수중의 상황 이미지를 상기 선상통제기(200)에 출력한다.
한편 상기 통합운영 제어부(140)와 잠수정 제어부(150), 및 상기 선상통제기(200) 간에는 다른 통신 방식(예 : RS485)으로 통신하여 제어 명령, 센서 정보, 및 영상 데이터 등을 송수신한다.
도 2는 상기 도 1에 있어서, 무인잠수정과 통신하는 선상통제기의 개략적인 구성을 설명하기 위하여 보인 예시도로서, 상기 선상통제기(200)는 잠수정(무인잠수정)에 전원을 공급하기 위한 전원공급장치, 무인잠수정의 동작을 원격 제어하기 위한 조종기, 상기 이미징 소나(또는 이미지 소나)(126)를 통해 스캔한 수중 이미지를 처리하는 이미지 소나 컴퓨터, 잠수정(무인잠수정)의 상태 검출 및 정상 상태를 유지하기 위한 상태 제어를 수행하는 무인잠수정 제어검퓨터, 및 상기 잠수정(무인잠수정)에서 검출된 정보(예 : 센싱 정보, 영상 정보 등) 및 상태 정보를 전체적으로 출력하여 감시할 수 있도록 하는 외부 모니터를 포함한다.
그리고 상기 선상통제기(200)와 수중의 무인잠수정(100)은 케이블(Tether)을 통해 전원 및 통신이 연결된다.
도 3은 상기 도 1에 있어서, 무인잠수정을 운영하여 해저케이블을 점검하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 순시선박 내의 선상통제기(200)와 무인잠수정(100)은 케이블(Tether)을 통해 전원 및 통신이 연결되며, 수심과 위치를 보다 정확하게 측정하기 위하여 상기 케이블(Tether)이 중량물(Clamp Weight)에 결합되어 수직 방향(또는 직하 방향)으로 내려진다.
상기 무인잠수정(100)은 상기 케이블(Tether)에 연결된 상태에서 측면으로 이동하여 대상물(예 : 해저케이블)을 감시한다.
이때 상기 무인잠수정(100)의 정확한 수중 위치를 추적하기 위하여 USBL 트랜스폰더(125)가 상기 무인잠수정(100)의 본체 및 중량물(Clamp Weight)의 끝단에 설치된다. 그리고 상기 순시선박의 하부에는 USBL 트랜시버가 설치될 수 있다.
상기와 같이 본 실시예에 따른 무인잠수정(100)은 선박의 선상통제기(200)에서 원격 조종하게 되며, 지정된 수심(예 : 200m) 이내의 수중에서 해저케이블, 보호시설, 및 수중 구조물 등의 조사에 활용할 수 있도록 한다.
또한 기본적으로 설치되는 복수의 센서(111 ~ 116) 이외에 추가로 설치되는 하이드로폰(123) 및 집게부(124)(예 : Manipulator(로봇팔) 등)를 이용해 수중 시설물의 고장 위치 확인 및 원인 조사를 포함한 다양한 유지보수 업무에 활용할 수 있도록 한다.
예컨대 상기 무인잠수정(100)은 해저케이블 뿐만 아니라 해상풍력의 구조물 등 수중 구조물의 시공과 감리, 유지 보수에도 활용하여 수중 시설물에 대한 시공품질 향상과 안전사고를 예방할 수 있도록 하는 효과가 있다.
이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
111 : 누수 센서 112 : 전압 센서
113 : 전류 센서 114 : 온/습도 센서
115 : 관성(IMU)센서 116 : 압력(수심)센서
121 : 카메라부 122 : 조명부
123 : 하이드로폰 124 : 집게부
125 : USBL 트랜스폰더 126 : 이미징 소나
130 : 스크류부 140 : 통합운영 제어부
150 : 잠수정 제어부 160 : 전원부
170 : 통신부

Claims (5)

  1. 수중의 정보를 센싱하기 위한 복수의 센서;
    무인잠수정을 통해 전방이나 주변의 영상을 촬영하는 카메라부;
    상기 카메라부를 통해 촬영할 방향을 조명하는 조명부;
    수중 시설물의 이상 구간에서 발생하는 소리를 탐지하는 하이드로폰;
    상기 수중 시설물의 이상 구간을 보수하기 위한 로봇팔을 포함하는 집게부;
    상기 무인잠수정의 수중 위치를 추적하는 USBL(Ultra Short BaseLine) 트랜스폰더;
    초음파를 이용해 수중의 상황을 이미지 형태로 출력하는 이미징 소나;
    상기 무인잠수정을 특정 방향으로 이동시키거나 자세를 조정하기 위한 복수의 스크류를 포함하는 스크류부;
    선상통제기와 통신하며, 복수의 센서를 통해 검출된 수중의 상황 및 감시 대상물에 대한 정보를 전달하거나, 무인잠수정의 이동과 감시 및 보수에 관련된 제어 명령을 수신하는 통합운영 제어부;
    상기 무인잠수정의 이동과 자세 제어에 관련된 제어를 수행하며, 상기 선상통제기로부터 제어 명령을 수신하는 잠수정 제어부;
    상기 선상통제기로부터 무인잠수정에 인가되는 전원을 무인잠수정의 구동에 필요한 레벨의 전원으로 변환하는 전원부; 및
    상기 선상통제기와 상기 이미징 소나를 POE(Power Of Ethernet) 방식으로 연결하여, 초음파를 이용하여 검출한 수중의 상황 이미지를 상기 선상통제기에 출력하는 통신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중시설 감시용 무인잠수정.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 통합운영 제어부와 잠수정 제어부, 및 상기 선상통제기는,
    제어 명령, 센서 정보, 및 영상 데이터를 송수신하기 위한 통신 방식으로서, RS485 통신 방식을 포함하는 것을 특징으로 하는 수중시설 감시용 무인잠수정.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 복수의 센서는,
    무인잠수정의 누수 검출을 위한 누수 센서; 전압 및 전류 검출을 위한 전압 센서 및 전류 센서; 온/습도 검출을 위한 온/습도 센서; 잠수정의 자세 검출을 위한 관성 센서; 및 수심에 따른 압력을 검출하기 위한 압력 센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중시설 감시용 무인잠수정.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 스크류부는,
    적어도 하나 이상의 스크류를 무인 잠수정의 정면, 측면, 및 후면에 각기 설치되고, 상기 각 스크류를 구동하기 위한 모터 구동부가 각기 대응되어 설치되는 것을 특징으로 하는 수중시설 감시용 무인잠수정.
  5. 제 1항에 있어서, 순시선박 내의 상기 선상통제기와 무인잠수정은,
    케이블(Tether)을 통해 전원 및 통신이 연결되며,
    수심과 위치를 정확하게 측정하기 위하여, 상기 케이블(Tether)이 중량물(Clamp Weight)에 결합되어 수직 방향으로 내려지며,
    상기 무인잠수정이 상기 케이블(Tether)에 연결된 상태에서 측면으로 이동하여 대상물을 감시하게 하며,
    상기 무인잠수정의 수중 위치를 추적하기 위하여, USBL 트랜스폰더가 상기 무인잠수정의 본체 및 중량물의 끝단에 설치되며, 상기 순시선박의 하부에 USBL 트랜시버가 설치되는 것을 특징으로 하는 수중시설 감시용 무인잠수정.
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