무인 측량선의 원격자동제어시스템 개선에 관한 연구 = A Study on Improvement of Automatic Control System for Remote Surveying Ship

국문 초록 (Abstract)

이 연구의 목적은 LOS 가이던스 알고리즘을 적용하여 무인 측량선의 자동유도 정확도를 향상시키고, 이를 이용하여 효율적인 수심정보를 획득하는데 있다. 유인 측량선의 경우 오염지대 등 사람의 접근이 곤란한 지역에 대하여 수심정보를 획득하기가 어렵고 많은 위험을 내포하고 있다. 따라서 이러한 지역에 대한 효율적인 수심정보를 획득하기 위해서는 무인 측량선이 필요하며, 이를 정확하게 운항하기 위한 자동제어시스템이 필요하다.
이 연구에서는 자동유도 알고리즘, 위치정보 및 제어정보 교환을 위한 무선통신, 프로그램이 가능한 인터럽트 컨트롤러를 이용한 모터제어시스템 등이 적용된 무인 측량선을 개발하였다. LOS 가이던스 알고리즘을 적용하여 무인 측량선을 자동으로 유도하는데 필요한 제어시스템을 개선하고, 현장 실험을 통하여 기존 시스템과의 자동유도 및 원격수심측정의 정확도를 비교 분석하였다.
이 연구 결과, LOS 가이던스 알고리즘을 적용한 무인 측량선의 자동제어시스템의 정확도가 크게 향상되고, 원격 자동 제어된 무인측량선에 의하여 정확한 수심 측량이 효과적으로 이루어짐을 알 수 있었다. 즉 실제 운항궤적과 계획선과의 최대 및 평균 변위량은 위치오차 허용범위를 충분이 만족하고, 수심측정 정확도가 측심오차허용범위를 충분히 만족함으로써 LOS 가이던스 알고리즘에 의하여 개발된 무인 측량선이 충분한 정확성을 가지면서 자동으로 제어됨을 알 수 있었다
이 연구에서 개발된 무인 측량선은 저수지, 댐, 하천 등의 수심정보를 경제적이고 정확하게 획득함으로써, 하상지형도 작성, 담수량 산정 등을 통한 수자원 관리는 물론, 교각 쇄굴조사 및 수중 토목구조물 시공 분야 등에서도 활용이 가능할 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this study is to enhance the accuracy of automatic guidance of remote surveying ship by applying LOS guidance algorithm, and to acquire water depth information. In case of manned survey ship, it is difficult to acquire water depth information in the area where human cannot access due to pollution. Therefore, in order to acquire water depth information effectively in this area, remote surveying ship is needed and automatic control system is needed to run this ship accurately.
In this study, a remote surveying ship was developed which is applied by automatic guidance algorithm, wireless communication for exchanging location information and control information, and motor control system using programmable interrupt controller. A control system necessary to guide the remote surveying ship automatically by applying LOS guidance algorithm was improved, and the automatic guidance and accuracy of remote water depth measurement were compared and analyzed through field tests.
As a result of this study, the accuracy of automatic control system of the remote surveying ship applied by LOS guidance algorithm was significantly improved, and the accurate water depth was effectively measured by the remotely controlled remote surveying ship. That means as the maximum and average displacement between actual operation path and the planned line sufficiently satisfies location tolerance, and the accuracy of water depth measurement sufficiently satisfies the tolerance, the remote surveying ship developed by LOS guidance algorithm has sufficient accuracy and is automatically controlled.
The remote surveying ship developed in this study can obtain water depth information of reservoir, dam and river accurately, it will be used for water resources management such as river bed topographic map and water reserve amount as well as erosion of bridge and construction of underwater structures.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 = 1
• 1.1 연구의 배경 및 목적 = 1
• 1.2 연구동향 = 2
• 1.3 연구의 내용 및 방법 = 4
• 제2장 무인 측량선에 의한 수심측량 = 6
• 2.1 DGPS를 이용한 이동체의 위치측정 = 6
• 2.2 음향측심기를 이용한 수심측량 = 18
• 2.3 획득정보의 무선 송수신 = 20
• 2.3.1 DGPS 보정정보 = 20
• 2.3.2 송수신 데이터의 구성 = 23
• 2.4 무인 측량선의 운동방정식 = 28
• 2.4.1 좌표계와 변수 = 28
• 2.4.2 선박의 조종운동모형 = 29
• 2.4.3 자동유도이론 = 47
• 제3장 LOS 가이던스 알고리즘을 이용한 자동유도시스템 = 75
• 3.1 LOS 가이던스 알고리즘 = 77
• 3.1.1 직선 항로 LOS 가이던스 = 78
• 3.1.2 선회항로 LOS 가이던스 = 82
• 3.1.3 LOS 가이던스를 적용한 무인 측량선의 자동제어 = 88
• 3.2 무인 측량선의 운동명령체계 = 90
• 3.2.1 운동 제어체계 및 명령어 구조 설계 = 90
• 3.2.2 자동 유도 명령체계 구성 = 91
• 제4장 시스템의 적용 및 결과분석 = 92
• 4.1 현장실험 대상 및 장비 = 92
• 4.2 무인 측량선의 자동유도 실험 및 분석 = 101
• 4.3 자동제어에 의한 수심측정 결과 및 분석 = 107
• 제5장 결론 = 111
• 참고문헌 = 113
• Abstract = 118