Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.61
no.3
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pp.170-184
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2024
With the advancement of autonomous navigation technology in maritime domain, there is an active research on swarming Unmanned Surface Vehicles (USVs) that can fulfill missions with low cost and high efficiency. In this study, we propose a formation control algorithm that maintains a certain shape when multiple unmanned surface vehicles operate in a swarm. In the case of swarming, individual USVs need to be able to accurately follow the target state and avoid collisions with obstacles or other vessels in the swarm. In order to generate guidance commands for swarm formation control, the potential field method has been a major focus of swarm control research, but the method using the potential field only uses the position information of obstacles or other ships, so it cannot effectively respond to moving targets and obstacles. In situations such as the formation change of a swarm of ships, the formation control is performed in a dense environment, so the position and velocity information of the target and nearby obstacles must be considered to effectively change the formation. In order to overcome these limitations, this paper applies a method that considers relative velocity to the potential field-based guidance law to improve target following and collision avoidance performance. Considering the relative velocity of the moving target, the potential field for nearby obstacles is newly defined by utilizing the concept of Velocity Obstacle (VO), and the effectiveness and efficiency of the proposed method is verified through swarm control simulation, and swarm control experiments using a small scaled unmanned surface vehicle platform.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SP
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v.37
no.5
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pp.94-104
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2000
The accuracy and reliability of the target tracking is very critical issue in the design of automotive collision warning radar A significant problem in multi-target tracking (MTT) is the target-to-measurement data association If an incorrect measurement is associated with a target, the target could diverge the track and be prematurely terminated or cause other targets to also diverge the track. Most methods for target-to-measurement data association tend to coalesce neighboring targets Therefore, many algorithms have been developed to solve this data association problem. In this paper, a new multi-target data association method based on order statistics is described The new approaches. called the order statistics probabilistic data association (OSPDA) and the order statistics joint probabilistic data association (OSJPDA), are formulated using the association probabilities of the probabilistic data association (PDA) and the joint probabilistic data association (JPDA) filters, respectively Using the decision logic. an optimal or near optimal target-to-measurement data association is made A computer simulation of the proposed method in a heavy cluttered condition is given, including a comparison With the nearest-neighbor CNN). the PDA, and the JPDA filters, Simulation results show that the performances of the OSPDA filter and the OSJPDA filter are superior to those of the PDA filter and the JPDA filter in terms of tracking accuracy about 18% and 19%, respectively In addition, the proposed method is implemented using a developed digital signal processing (DSP) board which can be interfaced with the engine control unit (ECU) of car engine and with the d?xer through the controller area network (CAN)
Park, Young-Soo;Kim, Jin-Kwon;Kim, Jong-Sung;Kim, Jong-Soo;Lee, Yun-Sok;Park, Sang-Won
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.39
no.3
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pp.318-325
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2015
Korea has very strong shipbuilding industry in the world, so many new ships are constructed in Korean shipyards. These built vessels are carrying out sea trial at sea before delivering to shipowner, and sea trial ships cause navigation risk to other passing vessels to accomplish sea trial tests as quick turning, zigzag maneuvering and crash astern etc. in traffic congestion conditions. It occurred more than 1 collision accident related sea trial for recent 5 years. It has been increased about 30% of risk because of navigation of sea trial vessel by marine traffic flow simulation. This paper analyzed marine traffic density surveyed by AIS data for 7 days, and investigated position of marine accidents for 5 years in Korean coastal waterway, it established the sea trial prohibition areas as 10/100 level of total marine traffic volume, which is considered no danger for ship operator. This analyzed maritime safety law for setting of the prohibition waters to propose the basic legal system. It makes contribution to marine pollution prevention by setting of the sea trial prohibition water to improve the ship's navigation safety.
Kim, Hyunchul;Kim, In-Tae;Kim, Sanghyun;Kwon, Soo Yeon
Journal of Navigation and Port Research
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v.43
no.6
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pp.369-376
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2019
Ship hydrodynamics in the confined waterways is challenging. When a ship is maneuvering in confined waterways, the hydrodynamic behavior may vary significantly because of the hydrodynamic interaction between the bottom of the ship hull and the seabed, or so-called shallow water effects. Thus, an accurate prediction of shallow water and bank effects is essential to minimizing the risk of the collision and the grounding of the ships. The hydrodynamic derivatives measured by the virtual captive model test provide a path to predicting the change in ship maneuverability. This paper presents a numerical simulation of captive model tests to predict the maneuverability of a ship in confined waterways. Also, straight and zig-zag simulation were conducted to predict the trajectory of a ship maneuvering in confined waterways. The results showed that the asymmetric flow around a ship induced by vicinity of banks causes pressure differences between the port and starboard sides and the trajectory of a ship maneuvering in confined waterways.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC
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v.41
no.8
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pp.9-18
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2004
The IEEE 802.11 Distributed Coordination Function(DCF) protocol provides a contention-based distribution channel access mechanism for stations to share the wireless medium. However, the performance of the DCF drops dramatically in terms of throughput, delay and delay jitter as the number of active stations becomes large. In this paper, we propose a simple and effective scheme, called DCF/VG(Distributed Coordination Function with Virtual Group), for improving the performance of the IEEE 802.11 DCF mechanism. In this scheme, each station independently decides the virtual group cycle using the information provided by the carrier sensing mechanism. The virtual group cycle consists of one or more virtual groups and a virtual group includes an idle period and a busy period. Each station operates in only one out of several virtual groups of the virtual group cycle and does not operate in the others. In other words, each station decreases its backoff counter and tries to transmit a packet only in its virtual group like the IEEE 802.11 DCF. Performance of the proposed scheme is investigated by numerical analysis and simulation. Numerical and simulation results show that the proposed scheme is very effective and has high throughput and low delay and jitter under a wide range of contention level.
The final goal of our research is developing not a simple collision a1ann equipment for the blinded walkers, but the apparatus (Audio- Vision System) which can simulate vision based on auditory information so that the blinds can figure the three dimensional space in front of them. On the way to the final goal, in this study, simulation software was developed and verified. Thirty normal volunteers were included in the subject group and the average age Was 25.8 years old. After being accustomed to the system by evaluating 10 blinded virtual spaces, the volunteers performed test using another set of 10 blinded virtual spaces. The results of test were scored by shape, center, margin, and gradient surface of objects in virtual space. The score of each checking point ranged from 1 to 5, and the full score was converted to 100. As results of this study, the total score ranged from 77 to 97 with the average of 88.7. In this study, a simulation software was developed and verified to have acceptable success rale. By combining to visual sensors, the vision-reconstruction system based on auditory signal (Audio-vision System) may be developed.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.21
no.9
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pp.1788-1795
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2017
In this paper, we proposed a service that provides CPA/TCPA information to ships, without ARPA/ATA devices to support decision making of the navigator for maritime safety based on various services at shore and off-shore. To verify the proposed service, we use SiNAS (scenario-based simulator for NAS) with CPA/TCPA information providing software to evaluate its usability, because executing the test in real ship has many limitations and difficulties. To do this, we specify two simulation scenarios for the required purpose, and we liaise twelve participants with various navigation experience to conduct the simulations. Also, we analyze the results of simulation using mission success or not, the minimum approaching distance with the target ship, the time of a recognition the target ship, the time of a first action for collision avoidance with the target ship, and so on. Then, we evaluate usability of the proposed service based on the three elements which are effectiveness, efficiency and satisfaction.
This paper presents a method to simulate noise propagation by a computer for outdoor environment. Sound propagated in 3 dimensional space generates reflected waves whenever it hits boundary surfaces. If a receiver is away from a sound source, it receives multiple sound waves which are reflected from various boundary surfaces in space. The algorithm being developed in this paper is based on a ray sound theory. If we get 3 dimensional geometry input as well as sound sources, we can compute sound effects all over the boundary surfaces. In this paper, we present two approaches to compute sound: the first approach, called forward tracing, traces sounds forwards from sound sources. while the second approach, called geometry based computation, computes possible propagation routes between sources and receivers. We compare two approaches and suggest the geometry based sound computation for outdoor simulation. Also this approach is very efficient in the sense we can save computational time compared to the forward sound tracing. Sound due to impulse-response is governed by physical environments. When a sound source waveform and numerically computed impulse in time is convoluted, the result generates a synthetic sound. This technique can be easily generalized to synthesize realistic stereo sounds for virtual reality, while the simulation result is visualized using VRML.
This paper was prepared to investigate the behavior of fragments in underwater torpedo explosion beneath a frigate or surface ship by using an explicit finite element analysis. In this study, a fluid-structure interaction (FSI) methodology, called the multi-material arbitrary Lagrangian-Eulerian (MM-ALE) approach in LS-DYNA, was employed to obtain the responses of the torpedo fragments and frigate hull to the explosion. The Euler models for the analysis were comprised of air, water, and explosive, while the Lagrange models consisted of the fragment and the hull. The focus of this modeling was to examine whether a worst-case fragment could penetrate the frigate hull located close (4.5 m) to the exploding torpedo. The simulation was performed in two separate steps. At first, with the assumption that the expanding skin of the torpedo had been torn apart by consuming 30% of the explosive energy, the initial velocity of the worst-case fragment was sought based on a well-known experimental result concerning the fragment velocity in underwater bomb explosion. Then, the terminal velocity of the worst-case fragment that is expected to occur before the fragment hit the frigate hull was sought in the second step. Under the given conditions, the possible initial velocities of the worst-case fragment were found to be very fast (400 and 1000 m/s). But, the velocity difference between the fragment and the hull was merely 4 m/s at the instant of collision. This result was likely to be due to both the tremendous drag force exerted by the water and the non-failure condition given to the frigate hull. Anyway, at least under the given conditions, it is thought that the worst-case fragment seldom penetrate the frigate hull because there is no significant velocity difference between them.
In this study, quasi-3D inundation flow simulations were conducted for a simplified subway station configuration. The effects of variations in rainwater inflow locations and discharge were investigated, analyzing the resulting inundation flow patterns and flood risk. The inundation simulation results calculated the incipient velocities for slipping and toppling accidents to assess pedestrian safety. The results indicated that velocities exceeding the incipient velocity for slipping accidents mainly occurred on the flooded staircase. Meanwhile, velocities surpassing the incipient toppling accidents were observed around the staircase and the corridor near the staircase leading to B2F. This observation is consistent with the results from the specific force distribution analysis. To provide detailed flood risk assessments, the Flood Hazard Degree (FD) was applied with four levels of criteria, along with the Flood Intensity Factor (FIF). The results demonstrated that FD identified a broader area at risk of flood-induced consequences compared to FIF. When comparing the different inundation risk assessment methods, the specific force method tended to overestimate the risk area, whereas FIF tended to underestimate it. Furthermore, among all assessment methods, the influence of rainwater discharge was found to have a more dominant effect on flood risk assessment compared to the number of rainwater inflow locations. Additionally, the direction of inundation flow influenced the assessed risk, with collision-induced flow patterns leading to higher flood risk than those with identical flow directions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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