• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권3호
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• pp.352-361
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• 2021

한국해양과학기술원에서는 수중 공사용 구조물에 적용할 수 있는 수중 위치 인식 기술을 개발하고 있다. 정밀한 위치 인식을 위해 관성 항법을 기반으로 한 확장 칼만 필터를 사용하였으며, 비동기화 된 센서들의 데이터를 알고리즘 보정 단계에 적용하기 위하여 내부의 관측 행렬을 데이터에 따라 구분하여 업데이트 하였다. 수중 공사 환경, 설치 위치, 시스템 운용 편의성 등을 종합적으로 고려하여 수중 공사 구조물 하부에 붙여야 신호를 획득할 수 있는 Doppler velocity logger(DVL)는 설치 및 회수가 어렵기 때문에 이를 배제한 수중 공사 구조물 부착용 수중 위치 인식 복합 시험체를 제작하였으며 수조 환경에서 수중 위치 인식 성능 시험을 수행하였다. Ultra short-base line(USBL)로 측정된 수중 위치, 위치 벡터만 보정된 추정 위치, 그리고 위치와 속도 벡터를 보정한 추정 위치 결과를 원형 공산 오차(CEP)를 이용하여 비교 및 평가하였다. 그 결과 USBL 단독 위치 추정 CEP 0.02 m, 위치 벡터만 보정한 추정 위치 CEP 3.76 m., 위치 및 속도 벡터를 보정한 추정 위치 CEP 0.06 m로 평가되었다. 본 연구를 통해 DVL이 미적용된 비동기식 센서들을 이용하여 안정적인 수중 위치를 추정할 수 있음을 확인하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권5호
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• pp.330-335
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• 2017

본 논문은 수중 초음파 시스템을 교각 수중부의 손상 진단 및 점검에 적용하기 위한 기초 연구로써, 수중 초음파와 광학 영상의 하이브리드 시스템을 이용하여 교각의 수중부 점검 실험을 수행하였다. 수중 초음파 시스템을 이용하여 교각 수중부 촬영 시 현장실험에 영향을 미치는 환경변수를 파악하기 위하여 촬영 방향이나 촬영 방법 등을 변화 시키면서 결과영상을 획득 하였다. 교각 주위의 탁도는 10 NTU이었고, 물살과 파고에 의하여 수중 초음파영상에 잡음이 발생하였으나, 이를 최소화 할 수 있는 최적의 촬영 방향과 방법을 제안하였다. 수중 초음파시스템을 이용하여 교각 수중부의 손상 의심부위를 선정하였고, 광학 영상시스템을 이용하여 손상상태를 확인할 수 있었다. 또한 수중 초음파영상과 광학 영상의 정량적인 분석을 위하여 도트게이지를 활용하는 방안을 제안하였다. 본 논문의 결과는 수중 초음파와 광학 영상의 하이브리드 시스템을 이용한 교각 수중부 점검 기법 연구로, 이와 관련된 기술개발을 위하여 기초자료로 활용할 수 있을 것이라 판단된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권3호
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• pp.23-28
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• 2019

한국해양과학기술원은 해저에서 지면 굴착 작업이 가능한 트랙 형태의 수중건설로봇 (URI-R)을 개발 중에 있다. 개발 로봇은 수중에서 굴착 작업을 수행하는 동안 강한 소음 및 진동 환경에 노출된다. 이로 인하여 음향을 이용하여 수중 위치 신호를 획득하여야 하는 개발 장비는 신호획득이 어려운 상황에 빈번하게 놓일 수 있다. 이를 극복하기 위하여 개발장비가 수중 위치 신호가 간헐적으로 들어오는 상황 속에 놓여 있어도 연속적으로 자신의 위치를 인식하는 방안을 확보하는 것이 필요하다. 본 논문에서는 비용절감 및 다양한 실험케이스를 확보하기 위하여 수중 작동 특성을 모사할 수 있는 실험을 육상에서 재현하여 실험하였으며 위치 추정을 위하여 관성항법 및 위성항법신호를 사용하였다. 위치 신호획득 주기가 길어짐에 따라 자기 위치 추정에 미치는 영향을 실험적으로 고찰하였다. 이를 통하여 URI-R의 연속적인 자기 위치 인식을 수행하기 위한 위치 신호획득의 최대 주기를 확인하고 이를 적용하고자 한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제12권8호
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• pp.3758-3765
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• 2011

항만이나 수중공사를 위한 수중 건설장비를 개발함에 있어 수중에서의 작업자의 시야확보는 작업장의 안전성은 물론 효율적인 장비운용에도 매우 중요한 요소이다. 특히 탁도가 높은 것으로 알려진 우리나라의 서해안에서는 시계가 30cm이내일 정도로 시계가 불확실하다. 본 연구에서는 실내수조실험을 통해 수중 건설장비에 사용할 수 있는 적합한 광원의 위치와 투사각도를 알아보고자 하였다. 연구결과, 광원은 피사체의 주변에 위치하여 정면보다는 $45^{\circ}$ 각도에서 투사하는 경우 시계가 가장 많이 확보되는 것으로 나타났다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제13권8호
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• pp.3345-3351
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• 2012

본 연구에서는 잠항과 부상이 가능한 잠수체로서 수중시험을 수행할 수 있는 수중 플랫폼 시스템의 동적 특성을 예측하기 위해서 시뮬레이션 해석을 수행하였다. 이를 위해 수학적 모델링을 통해 지배방정식을 유도하였다. 제안된 모델로부터 밸러스트 탱크 충수시 소요되는 시간과 블로잉 시스템을 통해 탱크내 공기를 불어넣을 때 수심에 따른 탱크 내 압력 변화 및 해수 변화를 예측하였다. 또한, 압축 공기에 의한 발사 반발력에 대한 시스템의 안정성 평가를 수행하였다. 시뮬레이션 결과는 밸브류 선정, 공기탱크, 밸러스트 탱크 등 시스템을 설계할 때 뿐만 아니라 플랫폼 시스템을 효율적으로 운용하는 데 도움을 줄 수 있을 것이다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권6호
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• pp.1-10
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• 2021

최근 해양 수중 산업의 발전으로 수중 센서 네트워크(UWASN: Underwater Acoustic Sensor Network)에 대한 관심이 증대되고 있다. 수중 센서 네트워크를 효율적으로 운용하기 위해서는 노드 간 전송 충돌을 방지하고 통신 자원을 효율적으로 공유할 수 있는 매체 접속 제어(MAC: Medium Access Control) 프로토콜을 적용하는 것이 매우 중요하다. 하지만 수중 채널은 지상 무선 통신 환경과 달리 좁은 대역폭, 긴 전파 지연 시간, 낮은 전송률 등의 특성을 가지므로 지상 환경에서 개발된 비직교 다중 접속(NOMA: Non Orthogonal Multiple Access)의 노드 페어링 기법을 그대로 적용할 수 없다. 따라서 본 논문에서는 수중 채널의 특수성을 고려한 수중 음향 센서 네트워크에서의 비직교 다중 접속 다차원 노드 페어링 기법을 제안한다. 기존의 기법들은 노드 페어링 시 채널 품질만을 고려하였다. 기존 기법과 달리 제안 기법에서는 채널 품질 뿐 아니라 노드 간 공평성, 트래픽 부하, 패킷의 나이를 추가로 고려하여 최적의 노드 쌍(node-pair)을 찾는다. 추가적으로, 송신 노드는 실제 경로 손실 대신 노드 쌍 가능 노드 목록(PNL: Pairable Nodes List)을 활용함으로써 노드 페어링 시의 계산 복잡도를 줄인다. 시뮬레이션 결과에 따르면 공평성 요소까지 고려한 제안 기법이 기존 기법 대비 최대 23.8% 전송률 증가, 28% 지연 시간 감소, 공평성은 최대 5.7% 향상됨을 확인할 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권7호
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• pp.176-183
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• 2020

구조함은 수색 및 구조작업을 위하여 크게 세 가지 형태의 잠수체계(Diver Stage Diving, Wet Bell Diving 및 Scuba Diving)를 보유하고 있다. 어떠한 잠수체계를 활용하더라도 잠수요원이 잠수작업 완료 후 상승 시에는 잠수병 예방을 위하여 잠수작업수심 및 잠수 총 시간에 해당하는 감압표에 따라 감압절차를 준수하여야 한다. 감압절차는 크게 수중감압방법과 수중 및 함상감압을 병행하여 수행하는 방법으로 나뉘게 된다. 특히 수중 및 함상감압을 함께 수행하는 방법의 경우 U.S Navy Diving Manual에 따라 수중감압에서 함상감압으로 넘어가는 단계인 Surface Interval이 5분을 초과하지 않아야 한다. 하지만 실선 테스트결과 Wet Bell Diving에서 Surface Interval이 5분을 초과하는 문제점이 발생하였다. 이에 본 논문에서는 모든 가능한 원인을 식별하여 원인분석을 실시하고, 이를 바탕으로 개선된 Wet Bell Diving의 측정결과를 나타내었다. 그 결과 개선된 잠수체계의 실선 테스트에서 Surface Interval이 5분 이내 만족함을 확인하였다. 본 논문의 연구결과는 향후 잠수체계의 운용 및 개선에 유용한 자료로 활용될 것으로 판단된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권1호
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• pp.660-665
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• 2018

세계적으로 해양 자원 개발을 비롯하여 재난 방지 및 군사적 목적 등을 위하여 수중 환경 감시 및 제어를 가능하게 하는 수중 무선 통신망에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 국내에서도 호서대학교를 중심으로 '분산형 수중 관측 제어망'에 대한 연구가 진행되고 있는데, 본 논문에서는 해당 제어망 중 수중기지제어국과 수중기지국 사이의 음파 통신을 위한 인터폴레이터(Interpolator)를 연구하였다. 수중 음파 통신망은 양방향 듀플렉스(duplex) 통신을 위하여 서로 다른 4개의 주파수 링크를 정의하고 있으며, 링크에 따라 100배 혹은 200배 샘플링 레이트를 변환해야 한다. 또, 수중은 전원 공급이 원활하지 않은 환경이므로 저전력 설계가 중요하다. 따라서 저전력 인터폴레이터인 CIC 인터폴레이터를 기본으로 하여 링크에 따라 샘플링 레이트를 선택할 수 있도록 설계하였다. 하지만 CIC 인터폴레이터는 통과 대역 감쇠(passband droop)가 크고, 전이영역(transition region)이 넓기 때문에 채널 간격이 비교적 좁은 음파 통신에서는 저주파 대역 필터로서의 조건을 만족하기 어렵다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 논문에서는 통과 대역 감쇠를 보상하기 위한 보상 필터(compensator)와 전이 영역을 줄이기 위한 하프밴드 필터(halfband filter)를 추가하였다. Matlab을 이용하여 알고리즘을 검증한 후 Verilog-HDL로 하드웨어를 설계하고 Modelsim에서 시뮬레이션하여 동작을 검증하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제13권8호
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• pp.3704-3712
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• 2012

최근, 장대교량의 해상기초 구조물에 수중불분리성 콘크리트의 사용이 증가되고 있다. 그러나, 해상기초 구조물에 사용되는 수중불분리성 콘크리트의 공사기간을 단축시키기 위해서는 이전의 수중불분리성 콘크리트보다 유동성을 크게 개선시키는 고유동 수중불분리성 콘크리트의 제조가 필요하다. 따라서 본 연구의 목적은 해상기초 구조물에 사용되는 고유동 수중불분리성 콘크리트의 최적배합비를 도출하는 것이다. 이를 위하여 단위결합재량 550, 600kg/$m^3$ 각각에 대해서 수중불분리성 혼화제 첨가량별로 고로슬래그 미분말을 혼입한 콘크리트를 제작하였다. 제작된 콘크리트의 슬럼프 플로, 응결시간, 수중분리저항성 및 압축강도 비와 같은 품질성능을 관련 규격에 따라 평가하였다. 결국, 고로슬래그 미분말을 혼입한 고유동 수중불분리성 콘크리트는 관련 규격을 만족시키는 수중불분리성 혼화제의 최소 첨가량이 필요한 것으로 나타났다.

• Ocean and Polar Research
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• 제35권2호
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• pp.107-121
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• 2013

The underwater glider is an autonomous vehicle that can glide through the ocean interior by using a pair of wings attached to its body and can move up and down through the water column by changing its buoyancy. As of now, there are three widely-used gliders, namely, the Spray that was co-developed by Scripps Oceanographic Institution and Woods Hole Oceanographic Institution, the Slocum produced by the Webb Research Cooperation, and the Seaglider that was produced by the University of Washington. In this paper, I will introduce these three gliders and discuss the principles and procedures related to glider operation as well as the application and extendability of modern physical and bio-geochemical sensors to gliders. My experiences in developing a glider for measuring ocean turbulence and testing it 7 times during 12 days are shared in this paper. On the basis of my experiences and knowledge, different kinds of aspects that should be considered for successful glider operation are discussed. In addition, a suggestion is made as to what would be the ideal way to operate underwater gliders in the East/Japan Sea. At the end, the current status of active glider operation teams is presented and the efforts to proceed toward future gliders are briefly introduced.