3D-LiDAR SLAM을 이용한 모형선박의 6자유도 운동 계측 시스템 개발

Abstract

선박의 조종성능을 확인하기 위한 시험방법은 크게 구속모형시험(captive model test)과 자유항주모형시험(free running test, FRM)으로 나눌 수 있다. 구속모형시험은 조종 시뮬레이션을 위한 수학모형의 유체력 미계수를 추정하기 위해 다양한 운동 중의 힘과 모멘트를 측정하기 위해 수행된다. 자유항주모형시험은 선회시험, 지그재그시험 등과 같이 선박의 조종성능을 확인하기 위한 실선시험법을 모형선 스케일에서 동일하게 수행하고 각종 상태를 직접적으로 계측한다. 자유항주모형시험결과의 신뢰성 확보를 위해 정도 높은 모형선의 6자유도 운동 계측방법이 요구된다. 본 연구는 실내 수조 환경에서 모형선박의 6자유도 운동 계측을 위한 Three-Dimensional Light Detection and Ranging(3D-LiDAR) Simultaneous Localization And Mapping(SLAM) 시스템을 제안한다. 본 시스템은 graph-based SLAM에 기반하여 3D-LiDAR 데이터들 간 OpenMP-boosted Normal Distributions Transform(NDT-OMP) scan matching을 통하여 선박의 6자유도 운동을 계산한다. 선박해양플랜트연구소 해양공학수조에서 자유항주모형시험을 수행하며 mm급의 정밀 계측을 지원하는 토탈 스테이션과 3D-LiDAR SLAM으로 계측된 모형선박의 위치 및 6자유도 운동 계측 결과를 비교하여 제안한 방법을 검증하였다.