자율운항선박 원격제어 관련 제어 데이터와 운용자의 적합성 평가 방법

노화섭(Hwa-Sop Roh),김홍진(Hong-Jin Kim),임정빈(Jeong-Bin Yim) 한국항해항만학회 2024 한국항해항만학회지 Vol.48 No.3

원격제어는 자율운항선박의 원격 운용에 적용하기 위한 것으로, 운용자가 원격제어 시스템에서 생성되는 제어 데이터를 이용하여 수행한다. 성공적인 원격제어를 위해서는 원격제어 3원칙(안전성, 신뢰성, 가용성)의 준수가 필요한데, 이를 위해서 우선적으로 제어 데이터와 운용자 양쪽에 대한 원격제어 적합성이 확보되어야 한다. 또한, 원격제어 적합성 평가를 위해서는 실제 선박에 대한 실험이 필요한데, 현재 이와 관련된 국제규정이 마련되어 있지 않고, 실제 선박에 대한 실험은 위험하며, 많은 비용과 시간이 걸리는 등의 문제가 있다. 본 연구의 목적은 실제 선박조종에 사용된 제어장치들의 출력 값을 이용한 적합성 평가 방법의 개발에 있다. 이 연구에서는 선박 제어장치의 출력 값을 제어 데이터로 이용한 데이터 적합성과 출력 값에 대한 운용자의 추종 값을 이용한 운용자 적합성 등의 2가지 방법을 제안하였다. 실험은 국립한국해양대학교 실습선 ‘한나라’호의 원격제어를 위해 구성된 육상 원격제어 시스템을 이용하였다. 실험방법은 실습선의 제어장치에서 출력된 값에 대한 운용자의 추종 값을 획득함과 동시에 이 추종 값이 포함된 추종 데이터를 선박과 육상 사이에서 송수신하는 절차의 반복과정을 통해 수행하였다. 평가 결과, 데이터에 관한 송수신 성능은 원격운용에 적합한 것으로 나타났으나, 운용자의 추종 성능은 더 많은 교육과 훈련이 필요한 것으로 분석되었다. 그래서 제안한 평가방법은 원격제어의 3원칙 확보에 필요한 제어 데이터와 원격 운용자 양쪽의 적합성 평가와 분석에 적용 가능함을 알았다. Remote control is used for operating maritime autonomous surface ships. The operator controls the ship using control data generated by the remote control system. To ensure successful remote control, three principles must be followed: safety, reliability, and availability. To achieve this, the suitability of both the control data and operators for remote control must be established. Currently, there are no international regulations in place for evaluating remote control suitability through experiments on actual ships. Conducting such experiments is dangerous, costly, and time-consuming. The goal of this study is to develop a suitability evaluation method using the output values of control devices used in actual ship operation. The proposed method involves evaluating the suitability of data by analyzing the output values and evaluating the suitability of operators by examining their tracking of these output values. The experiment was conducted using a shore-based remote control system to operate the training ship 'Hannara' of Korea National Maritime and Ocean University. The experiment involved an iterative process of obtaining the operator's tracking value for the output value of the ship's control devices and transmitting and receiving tracking data between the ship and the shore. The evaluation results showed that the transmission and reception performance of control data was suitable for remote operation. However, the operator's tracking performance revealed a need for further education and training. Therefore, the proposed evaluation method can be applied to assess the suitability and analyze both the control data and the operator's compliance with the three principles of remote control.

무인차량용 다중채널 무선원격 제어시스템의 설계

김진관(Jin-Kwan Kim),유영재(Young-Jae Ryoo) 한국지능시스템학회 2014 한국지능시스템학회논문지 Vol.24 No.5

본 논문에서는 무인차량용 다중채널 무선원격 제어시스템의 설계방안을 제안한다. 기존의 무선원격 제어시스템은 단일 제어채널로 구성되어 제어채널에 고장이 발생하였을 때 응급대처가 불가능한 문제점이 있다. 따라서 휴대용 무선원격 제어기와 스테이션용 무선원격 제어로 구성되는 다중채널 무선원격시스템을 제안한다. 무인차량용 다중채널 무선원격 제어시스템을 개발하기 위하여 휴대용 무선원격 제어기와 휴대용 무선원격 제어기를 설계 및 개발하였다. 개발한 무선원격 제어시스템의 성능을 확인하기 위하여 무인차량에 적용하여 주행 실험을 실시하였다. 무선원격제어기의 고장 시 휴대용 무선원격 제어기를 이용한 비상정지 실험과 휴대용 무선원격제어기의 고장 시 스테이션용 원격제어시스템을 이용한 비상정지 실험을 실시한 결과 모두 만족하는 비상정지 성능을 발휘함을 검증하였다. In this paper, a design of multiple channel wireless remote control system for unmanned vehicle is proposed. One of serious problems of the previous wireless remote control system is that it does not work when a control channel is damaged in case of emergency because it`s composed of single control channel. Therefore, we propose the multiple channel wireless remote system which is composed of a portable wireless remote controller and a stationary wireless remote controller. The portable wireless remote controller and stationary wireless remote controller are designed and the multiple channel wireless remote control system for unmanned vehicles in developed. By applying to the unmanned vehicle to check its performance. The wireless remote control system is tested. Emergency stop using the portable wireless remote controller is tested when the stationary wireless remote controller is damaged. Also, emergency stop using the stationary wireless remote controller is tested when the portable wireless remote controller is damaged. The result of emergency stop test shows satisfied performance.

자율운항선박의 원격제어 시스템 개발과 성능평가 결과

김홍진,노화섭,임정빈 한국항해항만학회 2024 한국항해항만학회지 Vol.48 No.4

최근 자율운항선박 및 원격제어에 관한 연구와 개발 및 상용화가 진행되고 있다. 원격제어는 원격제어 시스템을 이용하여 현존 선박 또는 초기 단계의 자율운항선박에 적용하여 자율항해 환경을 확보하기 위한 것이다. 원격제어 시스템의 주요한 기능은 자율운항선박과 원격제어센터 사이의 송수신 데이터를 이용한 자율운항선박의 제어이고, 아울러 원격제어사관에 의한 원격조종 역시 중요한 기능이다. 본 연구의 목적은 원격제어 시스템을 개발하고, 이 시스템에서 운용하는 데이터에 관한 성능평가기법의 개발에 있다. 실험은 육상 원격제어센터와 국립한국해양대학교 실습선 ‘한나라’호 양쪽에 실험 장치를 구축한 후, 실습선의 항해 기간 중 실시하였다. 개발한 원격제어 시스템에 의해 전송한 데이터를 평가한 결과, 0.1%p 이내의 오차범위에서 데이터가 송수신됨을 확인하였고, 실습선의 항해환경이 반영된 14종의 선박정보가 송수신됨을 확인하였다. 그 결과 본 연구에서 개발한 원격제어 시스템은 원격제어의 3원칙(안전성, 신뢰성, 가용성)을 준수할 수 있음을 알았다. 본 연구는 자율운항선박 원격제어 시스템의 개발과 데이터 송수신 성능평가에 관한 핵심 기술로 적용될 것으로 기대된다. Recently, research, development, and commercialization of maritime autonomous surface ships (MASS) and remote control are in progress. Remote control is intended to secure autonomous navigation environments for existing ships or early-stage MASS using a remote control system (RCS). The main function of an RCS is to control MASS using data transmission between the MASS and the remote control centre. Remote control by a remote control officer also has an important function. The purpose of this study was to develop RCS and a performance evaluation technique for operation data provided by the RCS. The experiment was conducted during the navigation period of a training ship 'Hannara' after building experimental equipment at both an onshore remote control center and a training ship. As a result of evaluating data transmitted and received using the developed RCS, it was confirmed that data transmission was possible within an error range of 0.1%p. Fourteen types of ship information reflecting the navigation environment of the training ship were confirmed to be transmitted and received. The RCS developed in this work complies with the three principles of remote control: safety, reliability, and availability. This study provides a core technology for the development of RCSs for MASS and the evaluation of data transmission performance.

가상 슬레이브 정동역학 보정에 기반한 원격제어 시스템 개발

양정연(Jeong-Yean Yang) 한국콘텐츠학회 2018 한국콘텐츠학회논문지 Vol.18 No.7

원격제어는 명령을 전달하는 마스터 장치와 원격지에 위치한 로봇을 슬레이브로 간주하는 방식이다. 이러한 원격제어의 경우, 양 에이전트 간의 동특성, 전송속도 차이에 의해 가상환경을 이용한 가상 슬레이브를 통해 조작자가 원격제어의 특수성을 선행 수행하는 것이 일반적이다. 기존의 가상 슬레이브는 연산량의 한계에 의해 동역학적 효과를 제거한 그래픽 모델로 구성하는 것이 일반적이나 이는 원격지 로봇의 동특성이 무시되어 실제 원격제어시의 실재감을 살리기 어렵다. 본 논문에서는 로봇의 정동역학 모델을 이용하여 이를 원격제어에 활용하고, 가상 환경에서 상대적으로 느린 제어 주기에 의해 발생하는 정동역학의 수치오류를 보완하는 보상 기법을 제안하고 이를 실제 환경과의 원격제어와 비교하고자 한다. Teleoperation is defined with a master device that gives control command and a slave robot in a remote site. In this field, it is common that a human operator executes and experiences teleoperation with a virtual slave, and preliminary learns dynamic characteristic and network environment from both agents. Generally, a virtual slave has neglected forward dynamics and its kinematic model has been implemented in computer graphics. This makes a operator to experience actual feelings. This paper proposes a dynamic teleoperation model in which a robotic forward model is applied. Also, a novel compensation method is proposed to reduce the numerical error problems in forward dynamics caused by low control sampling rate. Finally, its results will be compared to the teleoperation in an actual environment.

사례연구와 특허분석을 통한 승강기 원격 모니터링 기술의 발전방향 고찰

한관희,김윤겸 국제차세대융합기술학회 2021 차세대융합기술학회논문지 Vol.5 No.1

본 논문은 승강기 원격 모니터링 및 제어를 이용한 유지관리기술의 발전방향을 제시하는 것을 목적으로 한다. 엘리베이터 업계는 IoT, 클라우드, 빅데이터, 모바일 기반의 4차 산업 환경을 접목해 고장률을 줄이기 위한 유지관리 기술 개발을 지속해왔다. 본 논문에서는 주요 엘리베이터 제조사의 각종 운전정보를 수집하고 결함에 대 한 조치를 취하는 원격 감시·제어 분야의 승강기 유지관리 기술의 발전 추이를 비교·분석하였고, 이러한 사례분석 을 통하여 엘리베이터 원격 모니터링 및 제어시스템의 시스템 요소 및 기능적 요구사항을 고찰하였으며, 관련 특 허에 대한 인용도지수 CPP(Cites Per Publices), 영향력지수 PII(Public Impact Index), 기술력지수 TS(Technology Strength), 시장확보지수 PFS(Patent Family Size), IP-History 분석을 통하여 엘리베이터 원격 모니터링 기술 개발 방향 등을 제시하고자 하였다. The aim of this paper is to suggest the development direction of maintenance technology using elevator remote monitoring and control. The elevator industry has continued to develop maintenance technology to reduce breakdown ratio, especially by combining the 4th industrial environment. This paper compared and analyzed the development trends of the technology for the elevator maintenance in the field of remote monitoring and control, which collects various operation information of elevators, and takes the actions for defects, and analyzed the remote monitoring and remote control systems of seven major manufacturers of elevators, and also analyzed CPP, PII, TS, PFS, and IP-History trends for the open patents. Based on the case study, system elements and functional requirements of elevator remote monitoring and control system is proposed, and development directions in the elevator remote monitoring technology by patent analysis.

체화된 인터페이스를 적용한 몰입형 원격 존재 로봇 프로토타입 개발

이중호(Joong Ho Lee) 한국HCI학회 2019 한국HCI학회 학술대회 Vol.2019 No.2

최근 원격 로봇 제어 기술과 가상현실 인터페이스 기술이 발전하면서 이동 로봇, 드론 등의 원격 존재를 1 인칭 관점으로 몰입도 높게 정밀 조작할 수 있는 VR 기반 원격 존재 기술에 대한 관심이 높다. 본 논문은 이동 로봇에 장착된 카메라로 취득한 영상정보를 사용자의 HMD 로 무선 전송하여 실시간 동기 시키고 원격 존재의 자세를 사용자의 머리 움직임에 동기화한 체화된 사용자 인터페이스 프로토타입 개발을 소개한다. 원격 존재 이동 로봇 프로토타입은 전동휠에 컴퓨터와 스테레오 웹카메라를 장착하여 구현하였다. 원격 존재 머리운동과 사용자 머리의 동기화를 위해 2 축 관절로봇을 제작하고 이를 원격 제어하는 컨트롤러를 구현하였다. 제작된 원격 제어 로봇의 제어 효율을 평가하기 위해 각 제어 단계별 지연시간을 측정하고 실제 환경에서 작동하는 작업 시나리오를 설계하여 이의 효용성을 평가하였다. 실사용 평가결과 원격존재 로봇의 카메라 영상 지연이 원격 제어 효율에 영향을 미치는 가장 중요한 요소임이 관찰되었다.

원격제어실험을 위한 실선 데이터 수집결과분석

예병덕,정우리 한국항해항만학회 2022 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2022 No.2

육상제어센터의 원격제어시스템은 원격모니터링시스템, 원격제어시스템, 메시지 교환장치 및 선박모사장치로 구성되었다. 본 연구에서는 육상제어센터의 원격제어시스템 실험을 위해 실습선 한나라호와 육상제어센터 간 통신망(VSAT, LTE)를 활용하여 1) 장비테스트, 2) 시나리오 기반 테스트를 실시하였다. 먼저, 장비테스트는 정박 및 항해중 필수장비(Rudder, Engine, Thruster)에 대해 이루어졌으며, 시나리오 기반 테스트는 항해중 안전수역내에서 제어실험이 이루어졌다. 장비테스트 결과는 선박-육상 간 지연시간은 0.1초이내이며, 시나리오 기반 테스트 결과는 선박에서 육상제어센터까지 평균지연시간은 0.87초이며 최대 9.88분, 육상제어센터에서 선박까지 평균지연시간은 1.14초이며, 최대 8.9분이다. 이와 같이, 선박과 육상간 송수신된 데이터 분석을 통해 선박과 육상 간의 원격제어 및 통신네트워크의 문제점 식별하고, 이에 대한 대안방안 등을 제시하고자 한다.

자율운항선박 육상원격제어사의 행동기반 비상대응능력 평가 방법

황태민,황태웅,황효선,윤익현 한국항해항만학회 2022 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2022 No.2

자율운항선박 육상원격제어사의 육상원격제어능력은 자율운항선박의 안전 운항 달성에 중요한 요소 중 하나이다. 특히 화재, 침수와 같은 비상상황은 긴밀한 대처를 필요로 하며, 선박에 자율화된 대응 시스템이 있다 하더라도 육상원격제어사의 비상상황 대응능력은 중요도가 높은 원격제어능력이라 할 수 있다. 하지만 육상원격제어사의 능력에 대한 연구는 대부분 선박조종능력에 편향된 경향을 보이며 선박조종 이외의 비상상황대처에 대한 연구는 부족하다. 이에 본 연구는 자율운항선박의 비상상황에 대한 육상원격제어사의 대처능력을 평가하기위한 방법으로써 행동기반 비상대응능력 평가 모델을 개념화하여 제시하였다.

자율운항선박 원격제어시스템 실증결과

정우리,임정빈 한국항해항만학회 2022 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2022 No.2

자율운항선박 원격제어시스템의 실증을 위하여 원격제어시스템 실증방법을 고안하였으며, 이는 크게, 원격추종테스트, 원격제어테스트, 원격조종테스트 세 가지 방법으로 구분하였다. 본 연구에서는 원격제어시스템 실증을 위하여 실습선 한나라호와 육상제어센터 내 원격제어시스템을 통신네트워크(LTE, VSAT)을 통해 테스트하였다. 실습선을 활용하여 연안항해(부산-여수-부산) 중 안전수역(다도해 해상국립공원 부근)에서 10°/10° 지그재그 및 20/°20° 지그재그 테스트를 시행하였다. 실증 결과에 따라 원격제어시스템 내 핵심모듈의 부분적 문제점을 식별하여 이를 해결하기 위한 방안을 제시하였다.

자율운항선박 육상원격제어 시뮬레이터 시스템 운용개념 및 시스템 요구기능 분석

공인영,김용환,김성무,윤익현 해양환경안전학회 2022 해양환경안전학회지 Vol.28 No.6

Maritime autonomous surface ships (MASS) have a high degree of autonomy and operate autonomously along a planned route. However, when necessary, the shore remote control center(SRCC) can directly intervene in ship operations. In this paper, the operation concept of the simulator system, which can be used to educate and train shore remote control officers, responsible for monitoring the operation of autonomous ships on land and remotely controlling them in case of an emergency, is reviewed. The required functions of the simulator system that enables the operation concept are also reviewed. The major parts of the SRCC simulator system are the monitoring station and control station, which simulate the functions of monitoring the operation status of multiple MASS and the functions of the remote operation of MASS in the case of emergency, respectively. Various units to simulate the operation of MASS and traffic ships and various objects around the MASS are included in the simulator system. The instructor operation station is the central part of the simulator system that integrates and controls the unit systems. Functionally, as conditions under which SRCC is allowed to remotely intervene in the operation of MASS, the emergency situation for remote control (ESRC) has been defined. Moreover, the required functions to cope with these ESRC conditions have been included in the simulator system requirements. 자율운항선박(MASS : Maritime Autonomous Surface Ships)은, 고도의 자율도를 가지고, 계획된 경로를 따라 자율 운항하지만, 필요시 육상원격제어센터(SRCC : Shore Remote Control Center)에서 선박의 운항에 직접 개입할 수 있다. 본 연구에서는 이러한 자율운항선박의 운항을 육상에서 모니터링하고 유사시 원격제어하는 역할을 담당할 육상원격제어사(SRCO : Shore Remote Control Officer)의 교육훈련에 필요한 시뮬레이터 시스템의 운용개념과 이를 가능하게 하기 위한 요구기능에 대해 검토하였다. 육상원격제어 시뮬레이터 시스템은, 다수의 자율운항선박의 운항상황을 모니터링하는 Monitoring Station, 유사시 특정 선박의 운항에 직접 원격개입하는 Control Station의 기능을 모의하도록 하였고, 시뮬레이션 종합통제실, 자율운항선박 운항상황 모의 시뮬레이터, 그리고 주변의 유인선 운항을 모의하기 위한 통항선 시뮬레이터 등으로 구성하였다. 기능적으로는, 육상에서 선박을 직접 제어하기 위하여 원격으로 개입하는 ESRC(Emergency Situation for Remote Control) 상황을 정의하여 이러한 상황을 모의할 수 있도록 하였다.