실습생 및 초급항해사에게 항해 중 가장 기본적으로 요구되는 충돌회피를 위한 선박조종 실습은 법적 책임 및 타 선박과의 불규칙한 조우로 인하여 직접적인 충돌회피 조종 실습이 곤란할 뿐만 아니라 타 선박과의 조우 상황 자체가 극히 제한되어 있는 실정이다. 이에 이 연구는 한국해양대학교 실습선 한나라호의 2007년 원양항해 중 타 선박과의 조우형태를 조사하여 해양계열 대학 실습생 및 초급 항해사에게 실제 해역에서 발생할 수 있는 조우상황별 위험도를 분석하여 이를 기초로 하여 충돌회피를 위한 효율적인 판단 능력 향상을 위한 기초 실습교육 자료를 개발하고자 한다. 그리고 추후에는 이러한 자료를 선박조종시뮬레이터에 적용하여 임의의 조우 상황하에서 안전한 선박조종이 가능하도록 교육 훈련함으로써 보다 효율적인 실습교육에 이바지 할 것으로 판단된다.
항해 중에 항해사의 상황인식 능력은 사고와 직결되는 능력이라고 할 수 있다. 본 연구에서는 선박들이 조우하는 상황에서 항해사들이 어떻게 상황인식을 하고 있는지 조사하고 분석하였다. 본 실험은 선교 시뮬레이터에서 실시되었으며, 다양한 선박조우 상황의 시나리오를 구현하였다, 본 연구의 결과로써 항해사들의 상황인식에 문제점을 도출하였으며, 이를 예방할 수 있는 교육방법들을 제시하였다.
본 연구는 울산항 인근 정박지 내 선박의 운항 패턴을 파악하고, 관련 법규 및 준수 실태를 대조하여 자율운항선박의 실제 운항 시에 부차적인 운항 수칙을 수립하는 데 목적을 두고 있다. 일반적으로 항행하는 선박의 해양사고 중 높은 비중을 차지하는 조우 상황에서의 운항 규칙과 관련된 법률이 정박지 내에도 적용되고 있다. 이러한 관점에서 관련 법규들을 토대로, 실제 정박지에서 항행하는 선박들의 운항 패턴들을 관측하였으며, 대부분 정박지 내에서 출항하는 선박들은 항로의 우측에 근접하여 운항하는 양상을 보이며 우측 항행을 준수하고 있음을 확인하였다. 또한, 정박지 및 항내에서 충돌과 같은 예치기 못한 사고가 발생하는 대표적인 운항 패턴들은 정면 조우 상황, 방파제 내 출항 선박 회피, 우측 항행 등으로 분류되며, 정면 조우 상황과 방파제 출항 선박 회피의 경우에는 관련 법규를 준수하며 항행하는 것을 확인하였으나, 우측 항행 상황에서는 조우 상황에 따라 부득이하게 이행할 수 없는 경우가 발생함을 확인하였다. 본 기초 연구를 통하여 정박지 및 항내에서의 항행하는 선박의 운항 패턴을 자율운항선박에 적용 가능성을 타진하고, 항해 지원이 가능한 운항 수칙을 새로 정립하는 데 활용하고자 한다.
해상교통상황에서 수집된 선박 조우(Encounter) 데이터 변수는 선박 충돌 및 근접사고(Near-Collision) 위험도를 통계적인 방법에 의한 분석이 가능하다. 본 연구에서는 선박 조우 데이터에서 추출되는 다수의 선박충돌위험도 평가 변수들을 요인분석(Factor Analysis)하여, 선박 조우데이터에서 충돌위험에 영향을 미치는 주요 요인을 결정하고자 한다. 각 요인 결정을 위해 선박조우데이터 변수 정규분포화 및 표준화를 수행한 후 주성분 분석(Principal Component Analysis)으로 요인을 결정하였다. 요인분석결과 선박 근접도 요인과 충돌회피변화요인으로 요약하였다.
VTSO(Vessel Traffic Service Operator)는 양 선박의 충돌위험 정도를 판단할 때, 선박들의 침로와 속력, DCPA(Distance to CPA)와 TCPA(Time to CPA) 그리고 양 선박의 조우상황 등을 종합적으로 고려한다. 이에 본 연구에서는 VTS관점에서 선박충돌 위험도를 구하기 위하여 CPA에서의 양 선박 상대방위에 따른 조우상황 위험도와 선박의 길이를 고려한 양 선박의 범퍼영역에 대한 근접 위험도를 이용하여 두 선박의 다양한 교차상황에 따른 선박 충돌위험 값을 비교하였다.
2010년부터 최근 5년간 해양안전심판원의 충돌사고 통계분석 결과에 따르면 98%가 인적과실이 원인이 될 정도로 경계소홀 등 해기사에 의한 운항과실이 해양사고의 대부분을 차지하고 있으나 그동안 외국뿐만 아니라 국내에서도 이에 대한 연구는 극히 미흡한 실정이다. 본 연구는 항해중인 선박이 타 선박과 6가지 유형(Head-on, $045^{\circ}$, $090^{\circ}$, $135^{\circ}$, Overtaking, Overtaken)의 다른 방위각으로 조우 상황시 양 선박의 거리가 가까워지면서 거리별 항해당직사관인 해기사가 느끼는 스트레스(주관적 위험도)를 실제 항해중인 선박에 승선하여 실험하였고 획득한 데이터를 통계적으로 분석 및 처리하였다. 데이터를 곡선적합(Curve fitting) 적용 결과 6가지 조우각도별 거리에 따른 연속 데이터 획득이 가능 하였고 인적과실의 주요 원인 중의 하나인 타 선박 조우 상황시 해기사가 느끼는 스트레스 일반화 모델을 위한 기초 식을 제안하였다. 이러한 결과는 향후 해기사의 인적과실을 줄여 해양사고 예방을 위한 기초 자료로 활용 할 수 있을 것이다.
선박교통관제사는 충돌위험이 있는 선박을 식별하기 위하여 각 선박의 벡터(코스와 속력)를 실시간으로 모니터링하며, 이때 VTS 시스템을 통하여 CPA(Closest Point of Approach)와 TCPA(Time to Closest Point of Approach)를 확인할 뿐 아니라 선박의 조우상황에 따른 위험도 함께 고려하게 된다. 본 연구는 선박충돌위험을 자선의 관점이 아닌 제 3자 즉, VTS(Vessel Traffic Service)관점에서 서로 충돌 위험이 있는 선박을 실시간으로 계산하는 알고리즘과 시스템을 개발하기 위한 기초연구로써 선박의 조우상황에 따른 위험도를 구하는 것이 목적이다.
본 연구에서는 자율운항선박이 복잡한 항계 내에서 다양한 해상 객체와의 충돌을 회피하기 위하여 계층적 경로 생성 기법을 연계하는 프레임워크를 제안한다. 항계 내에는 항로를 항행하는 선박 외에도 정박 영역 내 정박 또는 묘박 중인 선박뿐만 아니라 항로 표지나 부표와 같은 정적 객체들이 다양하게 분포되어 있다. 자율운항선박의 효율적 운항을 위해서는 운항 중에 조우하게 되는 객체의 정적/동적 속성에 따라 경로 생성 기법이 달리 적용되어야 한다. 본 연구에서 제안한 경로 생성 프레임워크는 항계 내의 정적 객체나 항행 가항 영역 및 항행 불가항 영역 등에 대한 위치 정보들은 사전적 정보로 활용 가능하므로, 샘플링 기반의 전역 경로 생성 기법을 적용하여, 초기 출발지에서 최종 목적지까지의 예상 경로를 생성한다. 그리고 생성된 전역 경로를 추종하며 운항하는 과정에서 조우하게 되는 동적 객체들과의 조우 상황별 국제해상 충돌예방규칙(COLREGs)을 고려한 지역 경로를 생성한다. 샘플링 기반의 전역 경로와 국소 영역에서의 충돌 회피를 위한 지역 경로를 연계하기 위한 계층적 경로 생성 프레임워크를 설계하고, 수치 시뮬레이션을 통해 제안한 프레임워크의 유용성을 검증하였다.
선박 조우 시 레이더, ARPA, AIS, ECDIS 등 기존 항법장치는 정량적으로 충돌의 위험을 판단할 수 있도록 도와주고, 최선의 피항동작을 취할 수 있도록 도와주었다. 이러한 장비들은 대부분 DCPA와 TCPA를 반영한 것이다. 하지만, 피항을 위한 마지막 결정을 내리는 것은 사람인 해기사이기 때문에 충돌사고는 지속적으로 발생하고 있고, 이 때문에 해기사에 대한 연구가 진행되고 있다. 최근에는 선박조우 시 해기사의 심리상태를 스트레스나 생체 반응을 통해 측정하고자 하는 연구가 진행되고 있다. 해기사의 심리상태를 반영한 항법장치가 있다면 기존 항법장치의 단점을 보완하고 새로운 해양사고 예방 개념이 도출할 수 있을 것이다.
해양계열 대학에서는 STCW협약에 의거하여 항해계열 실습생은 1년 동안 승선실습을 대학 실습선 및 해운선사를 통한 위탁실습을 수행하고 있다. 한국해양대학교 및 목포해양대학교는 실습 교육프로그램에 의거하여 학기별 약 4${\sim}$5회의 연안 항해 실습과 1회 정도의 원양항해 실습을 진행하고 있다. 실습교육 프로그램에는 초급항해사에게 필요한 위치결정능력, 해도작업능력, 국제해상충돌방지규칙을 포함한 선박운항능력, 화물관리능력 등과 같이 많은 내용을 요구하고 있다. 또한 초급항해사에게 항해 중 가장 기본적으로 요구되는 충돌 회피를 위한 선박조종 실습은 안전운항에 대한 법적 책임 및 타선박과의 불규칙한 조우로 인해 직접적인 충돌회피 조종 실습이 곤란할 뿐만 아니라, 타 선박과의 조우하는 상황 자체가 극히 제한되어 있다. 이에 이 연구에서는 한국해양대학교 실습선 한나라호의 원양항해 중 타선박과의 조우형태를 조사하여 해양계열 대학 실습생 및 초급 항해사에게 실제 해역에서 발생할 수 있는 조우상황별 위험도를 분석하여, 이를 기초로 충돌 회피를 위한 효율적인 판단 능력 향상을 위한 기초 실습교육 자료를 개발하고자 한다. 그리고 추후에는 이러한 자료를 선박조종시뮬레이터 적용하여 임의의 조우 상황 하에서 안전한 선박조종이 가능하도록 교육 훈련함으로서 보다 효율적인 실습 교육에 이바지 할 것으로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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