인프라 검사 및 해저 조사를 통한 해양 안전에 기여
차세대 해양 산업을 주도하는 IHI의 라이브 배팅 사이트 기술
ihi Corporation
수중 드론이라고도 불리는 자율 수중 차량 (라이브 배팅 사이트)은 인간이 도달하기 어려운 깊이에서 수중과 해저를 탐색 할 수있는 로봇입니다. 이 기사는 IHI의 라이브 배팅 사이트를 사용하여 이러한 라이브 배팅 사이트의 기능, 구조 및 제어를 소개합니다.
소개
2023 년 12 월, 일본 내각 사무소의 해양 정책 본부는“라이브 배팅 사이트의 사회적 구현 전략”을 공식화했습니다. 이것은 해양 산업의 국내 시장이 미래에 확장 될 것으로 예상되기 때문에 라이브 배팅 사이트 산업화를 주도한 서방 국가들과의 경쟁에 대한 위기에 의한 것이 었습니다. 예를 들어, 최근 몇 년 동안 해양 풍력 발전은 탈탄화의 관점에서 더 많은 관심을 끌고 있습니다. 해양 풍력 터빈을 설치하기 전에 해저 상태에 대한 자세한 조사가 필요합니다. 설치 후 설치된 케이블 및 구조물은 정의 설문 조사와 같은 지속적인 유지 보수 및 검사가 필요합니다. 출생률 감소 및 고령화 인구로 인한 노동 인구의 감소를 고려할 때, 인간의 원격 제어없이 수중을 탐색 할 수있는 완전 자동화 된 라이브 배팅 사이트의 사용에 대한 기대치가 높습니다. 언급 된 전략에 관한 전략은 정부, 회사 및 연구 기관 간의 협력을 통해 라이브 배팅 사이트의 국내 생산 및 산업화를 촉진해야 할 긴급한 필요성을 요구합니다.
한편, 국방의 관점에서 수중 및 해저 보안이 중요합니다. 특히 최근 몇 년 동안 해상 교통 안보를 확보하고 국제 상황이 더 빠르고 복잡하게 변하면서 국가 자원에 대한 독립적 인 조사를 수행하는 것이 더욱 중요해졌습니다. 안전한 모니터링을 가능하게하기 위해 정부는 무인 수중/해저 모니터링 시스템의 구성 요소 중 하나로 라이브 배팅 사이트를 활용하기를 원합니다.
IHI는 1990 년대부터 라이브 배팅 사이트를 개발해 왔습니다. 이 기사는 다양한 분야에서 사용될 것으로 예상되는 라이브 배팅 사이트의 특성과 라이브 배팅 사이트 기술의 개요를 소개합니다.
라이브 배팅 사이트s '특성
내비게이션 방법으로 분류 된 세 가지 유형의 수중/해저 로봇이 있습니다. 다음은이 세 가지 유형을 소개합니다 : 인간 점령 차량 (HOV), 원격 운영 차량 (ROV) 및 라이브 배팅 사이트.
HOV는 사람들이 조사하고자하는 바다 지역이나 해저로 직접 가도록하는 차량입니다. HOV는 암호가 현장에서 결정을 내리고 차량을 탐색하기 때문에 다른 두 가지 유형보다 더 자세한 설문 조사 및 데이터 수집을 수행 할 수 있습니다. 그러나 비밀번호의 안전을 보장하기 위해 안전 조치에 대한 비용이 강화되어야합니다. 그들은 크고 대량의 운영 비용이 필요합니다. 따라서 HOV는 대규모 국가 연구와 비즈니스로 수익성이 높은 해저 자원 개발에 사용됩니다.
ROV는 케이블 통신을 통해 인간이 탐색하는 수중 로봇입니다. 해외 구조물의 검사가 증가하고 기술이 개발 되었기 때문에 최근 몇 년 동안 더 작고 저렴 해졌습니다. 해상 항법의 운영자는 차량을 검사 영역으로 또는 다른 작업을 수행하는 동안 다른 작업을 수행하는 동안 다른 작업을 수행합니다. ROV는 인간이 원격으로 작동하기 때문에 라이브 배팅 사이트보다 상황에 더 유연하게 반응 할 수 있습니다. 반면, ROV는 케이블을 사용하므로 커버리지 영역은 케이블의 길이에 따라 다릅니다.
대조적으로, 라이브 배팅 사이트는 자율적 인 제어를 통해 주어진 임무를 수행하는 무인 수중 로봇입니다. 바다에 배치되기 전에 라이브 배팅 사이트에는 해저 및 관찰 지역으로가는 경로에 대한 정보가 제공됩니다. 그런 다음 바다를 탐색하여 자체 속도와 여행 방향을 조정하여 관찰 및 기타 임무를 수행합니다. 무인 라이브 배팅 사이트는 HOV보다 운영 비용이 낮으며 케이블리스이기 때문에 ROV보다 넓은 지역에서 작동 할 수 있습니다. 반면에, 케이블리스 라이브 배팅 사이트는 잃을 위험이 있기 때문에 매우 신뢰할 수있는 제어가 필요합니다.
라이브 배팅 사이트 함수 및 구조
다음은 사내 테스트를 위해 IHI의 라이브 배팅 사이트를 사용하여 라이브 배팅 사이트의 기능과 구조를 소개합니다. 차량은 라이브 배팅 사이트 기술을 개발하기위한 실험 차량으로 개발되었습니다. 자율 내비게이션 및 제어 기술을 얻고, 설치된 센서 및 장비의 성능을 확인하고, 엑스 러더를 확인하고, 호버링 기능을 얻는 데 사용되었습니다.
- (1) 내비게이션 및 이동성 기능
- 라이브 배팅 사이트S는 일반적으로 프로펠러 유형의 프로 풀러 (Main Thruster)로 앞뒤로 순항 할 수 있습니다. 크루즈 중에 차량 측면에 부착 된 방향타의 각도가 변경되면 방향타에 작용하는 유체 역학적 힘으로 인해 라이브 배팅 사이트의 여행 방향이 바뀝니다. 이 테스트 차량의 방향타는 4 개의 블레이드로 구성되어 있으며 전면에서 볼 때 X 모양으로 설치되며 X- 러더라고합니다. 다른 유형의 라이브 배팅 사이트 러더에는 크로스 방향타가 포함되어 있으며, 앞면에서 볼 때 십자가 모양으로 설치됩니다. 일반적으로 X- 러더는 Cross Rudder보다 고급 제어가 필요하지만 선회 성능이 뛰어납니다. 또한, 이와 같은 일부 라이브 배팅 사이트에는 차량의 수직 및 측면 방향에서 추력을 생성 할 수있는 하위 스러스터가 있습니다. 방향타와 하위 스러스터를 함께 사용함으로써 차량은 바다의 한 지점에서 떠나거나 해저 지형의 복잡한 기복을 따라 탐색 할 수 있습니다.
- (2) 커뮤니케이션 기능
- 라이브 배팅 사이트가 바다에서 부유 한 경우 수직 꼬리에 설치된 무선 LAN 트랜시버를 사용하여 무선 LAN을 통해 모국과 통신 할 수 있습니다. 그러나 수중 내비게이션 중에 신호 강도가 수중으로 크게 감소함에 따라 무선 파를 사용하는 장치는 일반적으로 사용되지 않습니다. 따라서 차량은 음향 통신 장비를 사용하여 수중 내비게이션을하는 동안 어머니 선과 통신합니다. 음향 통신은 무선 통신보다 데이터를 적게 전송할 수 있지만 수중에도 더 먼 거리에서 통신 할 수 있습니다.
- (3) 자기 위치 추정 기능
- 라이브 배팅 사이트가 바다에서 부유 할 때 GPS 신호를 수신하여 자체 위치 (위도 및 경도)를 결정할 수 있지만 GPS는 수중 수중에 사용할 수 없습니다. 자체 위치를 결정하기 위해 라이브 배팅 사이트는 사운드의 도플러 효과를 사용하는 가속도 및지면 속도 표시기 (Doppler Velocity Log : DVL)를 감지 할 수있는 관성 내비게이션 시스템 (INS)을 사용합니다. 위치 정보는 이러한 시스템에서 얻은 데이터의 적분 계산으로 계산할 수 있습니다. 추정 된 자체 위치 정보는 크루즈 중에 시간이 경과함에 따라 더 많은 계산 오류가 축적됩니다. 따라서 정확한 자체 위치가 필요한 경우 차량은 한 번 표면을 표면으로 GPS에 의해 추정 된 자체 위치 데이터를 수정해야합니다. 연료 소비 및 운영 효율성을 갖는 미션의 오류에 대한 공차의 균형을 고려하여 표면의 타이밍과 주파수가 계획됩니다.
- (4) 물체 및 지형 감지 기능
- 햇빛은 라이브 배팅 사이트가 활성화 될 것으로 예상되는 깊이에 도달하지 않습니다. 이러한 이유로 광학 카메라를 사용하여 설문 조사를 수행 할 때도 빛을 사용해야합니다. 일반적으로 사운드 기반 센서 (SONAR)는 그러한 심해에서 장애물과 설문 조사 지형 불규칙성을 감지하는 데 사용됩니다. 이 테스트 차량은 전면의 장애물 감지를위한 전진하는 Sonar (FLS)와 양쪽의 해저 탐사를위한 측면 스캔 소나 (SSS)와 같습니다. SSS는 해저에서 반사 된 강도의 강도의 이미지를 획득하고 해저의 모양을 조사하고 재료의 분포 (예 : 암석, 모래 및 진흙)의 분포를 확인하고 해저에 떨어진 물건을 찾는 데 사용될 수 있습니다.
- (5) 압력 방지 기능
- 수심이 깊을수록 라이브 배팅 사이트의 수압이 커집니다. 따라서 심해에서 사용하기 위해 물과 압력을 적절하게 견딜 수 있도록 설계된 센서, 스러스터 및 음향 통신 장비를 선택해야합니다. 그러나 배터리 및 컨트롤러와 같은 물과 압력을 견딜 수 있도록 설계하기 어려운 장비는 라이브 배팅 사이트가 사용되는 깊이에 적합한 압력 방지 용기에 저장해야합니다. 이 차량은 최대 3,000m 깊이의 물에서 사용하도록 설계되었으므로 약 300 대의 대기를 견딜 수있는 압력 저항 용기가 있습니다.
라이브 배팅 사이트 Control
라이브 배팅 사이트는 자율 제어를 통해 주어진 임무를 수행하는 로봇입니다. 이 섹션은 해저를 조사하는 임무를 가정 할 때 라이브 배팅 사이트 제어 흐름의 예를 제시합니다.
먼저, 사용자는 라이브 배팅 사이트에서 조사 할 해저 경로를 설정합니다. 일반적으로 라이브 배팅 사이트 경로는 WayPoints라는 포인트 세트로 지정됩니다. 각 웨이 포인트에는 위도, 경도, 깊이 및 속도와 같은 정보가 있습니다. 라이브 배팅 사이트는 크루즈 중에 웨이 포인트를 반복적으로 타겟팅하여 경로를 따라 항해합니다. 그러나 실제 환경에서 해수의 염분의 차이로 인한 해류와 부력의 변화는 라이브 배팅 사이트에 대한 외부 세력이 경로에서 벗어나게합니다. 따라서 라이브 배팅 사이트는 초기의 INS 및 DVL을 사용하여 자체 위치를 지속적으로 추정하여 Target Waypoints에 도달하기 위해 속도와 여행 방향을 미세 조정합니다.
Propulsor와 Rudder를 올바르게 작동하여 속도와 이동 방향을 조정하려면 라이브 배팅 사이트는 모션 모델을 기반으로 모션 제어가 필요합니다. 모션 모델은 유체 역학적 힘으로 인한 라이브 배팅 사이트의 운동의 수학적 표현입니다. Propulsor Revolutions의 수와 방향타의 각도는 모션 모델을 기반으로 결정되며 전기 명령으로 모터로 전송되어 라이브 배팅 사이트가 계획된 경로를 따라 순항 할 수 있습니다. 라이브 배팅 사이트는 원하는 경로를 따라 순항하는 동안 SSS와 같은 소나를 사용하여 해저를 조사합니다.
따라서 라이브 배팅 사이트는 무인 설문 조사에 사용하여 광범위한 심해 조건에 대한 자세한 정보를 안전하게 얻을 수 있습니다. 예를 들어, 수중 인프라를 설치하기 전에 해저 상태를 조사하고 의심스러운 수중 물체를 조사 할 수 있습니다.
결론
이 기사에서는 IHI의 라이브 배팅 사이트를 사용하는 구조 및 제어뿐만 아니라 라이브 배팅 사이트의 특성과 기능을 소개합니다. IHI는 여기에 제시된 기술을 활용하여 국방부와 일본 해안 경비대에 라이브 배팅 사이트를 전달했습니다. 우리는 또한 국가 연구 개발에 참여하고 있습니다. 캐비닛 사무소의 SIP (Cross-Ministerial Strategic Innovation Promotion Program)에서 IHI는이 기사에 소개 된 라이브 배팅 사이트를 사용하여“기본 형성 크루즈 라이브 배팅 사이트 및 ASV의 해상 시험”에 참여합니다. 우리는 다양한 해양 산업 및 해상 안보에 기여하는 기술을 계속 개발할 것입니다.