Optimal Ship Route Planning in Coastal Sea Considering Safety and Efficiency

안전과 효율을 고려한 연안 내 선박의 최적 항로 계획

Optimal route planning is the route planning to minimize voyage time or fuel consumption in a given ocean environment. Unlike the previous studies on weather routing, this study proposes an optimization method for the route planning to avoid the grounding risk in the coast. The route way-points were searched using Dijkstra algorithm, and then the optimization was performed to minimize fuel consumption by setting the optimization design parameter to the engine rpm. To set the engine rpm, a method to use the fixed rpm from the departure point to the destination point, and a method to use the rpm for each section by dividing the route were used. The ocean environmental factors considered for route planning were wind, wave, and current, and the depth information was utilized to compute grounding risk. The proposed method was applied to the ship passing between Mokpo and Jeju, and then it was confirmed that fuel consumption was reduced by comparing the optimum route and the past navigated route.

선박의 최적 항로 계획은 주어진 해양 환경에서 운항 시간 혹은 연료 소모량을 최소로 하는 항로 계획이다. 대양을 운항하는 선박의 최적 항로에 관한 기존 연구와 다르게, 본 연구에서는 연안에서 좌초 위험을 회피하는 선박의 항로 계획을 위한 최적화 방법을 제안하였다. Dijkstra 알고리즘을 사용하여 항로의 변경 지점을 찾고, 최적화 설계 변수를 엔진 회전수로 설정하여 연료 소모량이 최소가 되도록 최적화를 수행하였다. 엔진 회전수를 설정하는 방법은 출발지에서 도착지까지 고정 회전수로 설정하는 방법과 구간을 나누어 구간별 고정 회전수를 설정하는 방법을 사용하였다. 항로 탐색을 위해 고려한 해양 환경 요소는 바람, 파고, 조류이며 좌초 위험을 계산하기 위해 수심 정보를 사용하였다. 본 연구에서 제안한 방법을 목포와 제주를 오가는 선박을 대상으로 적용하여 최적의 항로를 결정하였으며, 최적 항로를 기존에 항해했던 항로와 비교하여 연료 소모량이 절감된 것을 확인하였다.