항로표지는 선박이 운항하는데 필요한 각종 정보를 제공해 주는 중요한 시설물이다. 과거에는 이러한 항로표지 배치를 설계함에 있어 도상 및 경험에 의한 설계가 주로 이루어져 왔으나, 최근 선박의 대형화 및 물동량 증가와 함께 해역의 복잡성이 상대적으로 증가하면서, 항로표지 배치에 보다 과학적인 설계 기법을 도입해야 할 필요성이 증가하고 있다. 항로표지 시뮬레이터는 우리나라 주요 해역의 지형적, 환경적 특성, 그리고 여기에서 운항하는 선박들의 특성, 해상교통 특성 등을 종합적으로 고려한 시뮬레이션 환경을 항로표지 설계자에게 제공함으로써, 최적의 안전성과 효율성을 가진 항로표지 설계, 항로표지 최적 배치계획 등에 대한 의사결정을 효과적으로 지원할 수 있는 시스템을 의미한다. 이를 위해서는, 기존의 선박운항 시뮬레이터 시스템이 가진 기본적인 기능외에 추가적인 기능 설계가 필요하다. 본 논문에서는 이러한 항로표지 시뮬레이터에 대한 개발 및 구축 계획에 대해서 정리하였다.
선교에서 항해자는 견시를 통해 선박의 주위 상황을 인지하고, RADAR나 ECDIS와 갈은 항해 장비의 정보를 동시에 파악하면서 운항해야한다. 이렇게 복잡한 정보 제공 환경에서는 상황 인지에 대한 인적과실이 발생할 가능성이 크기 때문에 보다 효율적인 항행정보 제공 기술이 필요하다. 본 연구에서는 항해장비가 제공하는 다양한 정보들을 외부 영상에 중첩하여 전시할 수 있는 증강현실 기반 항해지원 시스템의 항행정보 정함 기술을 개방하고, 이를 선박운항 시뮬레이터 환경에서 검증하는 연구를 수행 하였다. 본 시스템은 항해장비로부터 항행정보를 획득한 후, 이 정보를 카메라를 통해 입력되는 영상과 중첩하여 항해사에게 제공하며, 효과적인 중첩처리를 위하여 상용 그래픽스 엔진인 Unity3D를 사용 하였다. 또한, 시뮬레이터 실험 결과 선박의 움직임에도 정확하게 정합되는 것을 확인하였으며, 개발원 기술은 향후 실제 선교환경에서 활용될 수 있는 증강현실 기반의 항행정보 지원 시스템에 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
최근 선박 운항의 고효율화 및 안전성 확보를 위하여 지능형 선박 시스템에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 전문가의 지식과 경험 정보가 데이터베이스로 구축된 전문가 시스템의 지식 정보를 이용하여 안전하고 효율적인 선박 운항이 가능한 항해 지원 시스템에 관한 연구도 활발하다. 따라서, 본 논문에서는 지능형 선박을 구현하기 위한 연구의 일환으로 퍼지 추론과 휴먼 인터페이스의 하나인 음성 인식 기술을 적용하여 선박 운항자의 부담 경감 및 인원 절감 등의 효과를 가져 올 수 있는 지능형 선박 조종 시스템을 구축한다. 구체적인 연구방법으로는 먼저, 음성 인식 기술과 지능형 학습 기법을 기반으로 음성 지시 기반 학습 시스템을 구현하고, 다음으로 퍼지 추론에 의한 조타수 조작 모델을 구성하여 PC기반 원격 제어 시스템을 구축하였다. 마지막으로 구현된 음성 지시 조타 제어 시스템을 모형 선박 시스템에 적용하여 그 효용성을 확인하였다.
우리나라 항만 입출항 통항 선박의 대형화, 고속화에 따른 해양안전사고가 증가하고 있어 항만 연안 해역에서의 해상교통 안전 확보가 절실히 요구되고 있는 실정으로, 최근 국제항로표지협회(IALA)에서 항로표지 설계와 배치계획에 대한 의사결정을 지원할 수 있는 항로표지 전문 기능 시뮬레이터의 개발과 주요 항로의 항로표지 설계 및 계획 등을 검증할 수 있는 시스템 필요성을 제기하였다. 우리나라 주요 항로의 항로표지 설계와 적정 배치 여부 등을 검증하고 보완할 수 있는 시뮬레이션 시스템이 필요하며 3차원 가상현실 기법을 이용하여 항로표지의 신설 및 이설에 따른 여러 가지 효과를 직관적으로 파악하고 대상 해역의 특성이 고려된 다양한 해상교통환경 변화에 따른 항로표지의 신설 및 이설 효과를 선박 운항자 관점에서 검증하거나, 새로운 항만 항로 건설시 최적 항로표지 배치에 대한 의사결정을 지원하기 위한 항로표지용 시뮬레이터 시스템 개발이 진행되고 있다. 이러한 항로표지 시뮬레이터 개발에 필요한 항로표지 관련 속성에 대하여 기술하였다.
본 연구에서는 항해용 국제 표준 기반의 전자해도를 기본 맵으로 육상 연안 정보 및 해저 수심 데이터를 제공하고, 선박 내 설치 운용되고 있는 자이로컴퍼스, DGPS, AIS의 각종 항해 지원 장비와의 표준 인터페이스를 제공하여 자선 및 타선의 실시간 항로 감시 및 안전운항 정보를 지원할 수 있는 중소형 선박 항해 성능 모니터링 시스템을 개발하고자 한다. 이를 위해 차량의 필수 장비인 육상 네비게이션의 기능 및 사용 방법들을 적용하여 항해자들에게 친숙한 사용 환경, 메뉴 구성, 쉬운 작동법을 제공하여 중소형 선박들이 보다 안전한 항해를 할 수 있는 장비 개발을 목표로 한다. 개발된 항해 성능 모니터링 시스템은 선박에 설치되어 있는 다양한 항해장비와의 인터페이스를 지원하고, 기존 해상 항해장비와 달리 사용자 편의를 극대화함으로써 조기에 선박간의 충돌사고 예방 및 선박 사고로 인한 인명 피해를 줄일 수 있을 것으로 판단된다.
된 연구에서 대상으로 하고 있는 LG 정유 광양항 제품부두는 7 선석(Berth)에 재화중량(DWT) 300톤에서 48000 톤의 선박까지 다양한 선박이 이용하고 있으며, 해상의 기상상태에 따른 선박 입출향 통제 지침 설정이 어렵고, 현재 사용하고 있는 지침의 근거가 명확하지 않아 현재의 부두 운영이 비효율적이거나 안전성이 결여되어 있다고 할 수 있다. 따라서 이를 개선하기 위한 합리적인 부두운영 제한조건 개발이 절실히 요구되었다. 본 논문에서는 대상 부두의 특성, 대상 선박의 특성, 하중상태, 선박 운항자의 특성 등을 고려하여 해상/기상 상황(바람, 조류 및 파랑)에 따른 부두 입출항 가능 여부를 정량적으로 판단하고, 안전성 향상 방안을 제시할 수 있는 의사결정 시스템을 개발하고 5번, 7번 선석을 대상으로 이를 검증하였다. 여기서는 입출항 여부를 정량적으로 판단하여 결과를 제시하기 위해서 유전적 프로그래밍(Genetic Programming)을 이용한 기계학습 방법을 이용하였으며, GP의 방대한 계산량을 줄이기 위한 가중 선형 연상 기억(Weighted Linear Associative Memory: WLAM) 방법의 도입 및 전역 최적점을 쉽게 찾기 위한 Group of Additive Genetic Programming Trees(GAGPT)를 도입함으로써 학습 성능을 개선하였다.
최근 해상교통 환경은 국가 간 해상 물동량의 증가, 해양레저 활동인구의 증가 등으로 선박 교통량이 늘어나고 있으며 이로 인한 해양사고 발생건수 및 가능성이 높아지고 있다. 해양사고의 주요 원인은 선박운항자의 인적요인에 의해 발생하고 있는 것으로 분석되고 있다. 이러한 인적요인에 의한 해양사고를 줄이기 위하여 항해사를 보조할 수 있는 여러 항해 보조 시스템에 대한 연구가 제안 되어 왔다. 하지만 여러 제안된 연구들에서 이용된 선박데이터는 대부분 오프라인의 데이터를 가정하여 분석하고 있어 실시간으로 시스템에 적용하기 위해 필요한 선박 데이터 관리기법 등에 대해서는 제시하지 못하고 있다. 따라서 본 연구에서는 선박의 항해통신장비인 AIS와 ARPA Radar 정보를 이용하여 선박 일치 여부를 판단할 수 있는 중요한 요소들을 복합적으로 고려하여 운항자에게 중요 정보를 제공하는 실시간 항행지원시스템 구축을 목적으로 하고 있다. 이 시스템 구축을 위해서 인공지능 기법 중 블랙보드 시스템을 이용하여 선박정보융합 알고리즘을 제안하고 그 유효성을 검증하였다.
우리나라에는 현재 항만 및 연안의 15개 VTS시스템이 설치되어 있으며 연안 VTS는 우리나라 연안에 추가하여 지속적으로 설치를 예정하고 있다. 이러한 VTS 시스템에 대한 H/W적 설치는 선진항만에 뒤지지 않지만, 표준화된 관제정보 제공의 부재, 운항자 및 관제사와의 위험도 견해 차이가 발생할 뿐만 아니라 관제사별로 이러한 위험도에 대한 견해 차이가 존재하고 있어 Human Error를 유발할 수 있다. 또한 이로 인하여 09년 12월 인천항 부근의 XING GANG호 충돌사고와 같은 해양사고가 발생할 수 있어 관제의사 결정을 위하여 통항 위험선박 표시 방법 시스템에 대한 구축 기반 마련 및 이에 대한 개발을 수행하여 해양사고 예방에 기여하고자 한다.
해양정보의 디지털화, e-Navigation 개념의 해양서비스 개발, 차세대 전자해도 도입, 자율운항선박 기술 개발 등 해양 분야의 주요 이슈에 대응하여 핵심 항해안전지원 시설인 항로표지 역할 변화가 요구되고 있다. 특히 국제항로표협회(IALA)의 해양자원명(MRN) 지침과 항로표지 정보교환 표준(S-201) 개발을 통해 항로표지 정보의 디지털화와 정보 서비스화를 강조하고 있으며, e-Navigation 개념의 해양 서비스 개발을 논의 중이다. 본 연구에서는 현행 항로표지 정보시스템 현황을 분석하고, 국가 연구개발 사업으로 추진 중인 스마트 항로표지 및 정보협력 시스템의 구조를 분석하였다. 또한 항로표지 기본 및 수집정보를 이용한 항로표지 정보 서비스 종류를 식별하고 서비스 운영개념을 제안하였다. 본 연구에서 제안하는 항로표지 정보 서비스 운영개념에 따라 항로표지 정보 서비스 센터 구축 및 국제 정보표준 개발 활동이 추진되어야 할 것으로 사료 된다.
선박의 안전 확보를 위해 준수해야 하는 IMO 복원성 규칙에는 복원정 곡선(GZ Curve) 등에 관한 내용이 다양하게 규정되어 있다. 이 IMO 복원성 규정에는 다양한 항목의 만족 기준이 제시되고 있으나, 선박을 운항하는 선장에게 선박의 복원성능을 종합적이며, 간편하게 제공할 수 있는 방법은 부재한 상황이다. 이를 위해 본 연구에서는 복원성을 하나의 값으로 표현할 수 있는 지수를 개발하였다. IMO에서 규정한 선박의 6가지 복원성 항목과 대상선박의 적재상황에 따른 복원성 계산결과를 바탕으로 지수산정식이 도출되었다. 또한 개발된 지수산정식을 적용하여 다양한 화물 적재 상황별 복원성 지수(Stability Index)를 계산하였으며, 복원성능의 전반적인 정도를 수치적으로 적절하게 설명할 수 있음을 검증하였다. 이는 선박의 선장에게 복원성 평가하고 판단하는데 도움을 줄 것으로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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