부두의 접안능력 조정 가능성을 판단하기 위해서는 조정예상 가능한 선형을 대상으로 항만시스템의 전반적인 부분에 대한 검토가 필요하다. 이 중 선형 증가에 따른 통항 및 접안조종 안전성의 평가는 부두의 접안능력 조정 가능성을 판단하기 위한 중요한 역할을 한다. 이 연구에서는 광양항 제품부두의 접안조종 안전성의 평가를 위해 선박조종 시뮬레이션을 수행하여 검토하였다.
항만 계류시설에 작용하는 접안력은 접안에너지에 근거하여 계산하게 된다. 접안력을 결정하는 절대적인 요소로서 현장에서 안전한 도선을 위해 주의해야 할 것이 바로 '선박접안속도'이다. 본 연구에서는 선박접안속도 관련 국내외 동향을 살펴보고, 안전하고 효율적인 부두설계 및 도선운영을 위한 기초자료로 활용하고자 국내부두에서 접안속도 실측데이터를 통계적 수단 및 알고리즘을 통해 분석하였다.
선박의 대형화 추세에 따른 항만 운영의 효율성 및 대형 선박의 접안 안전성을 향상시키기 위해서는 먼저 선체에 작용하는 접안에너지를 합리적으로 산출하여야 한다. 선박의 접안에너지는 방충재와 같은 항만시설물의 설계에 대한 허용 기준을 결정하는 변수임과 동시에 도선사 및 선박의 조선자에게는 예인선의 필요 마력이나 접안속도 둥을 결정하는데 있어 중요한 판단 요소로 활용된다. 본 연구에서는 현재 사용되고 있는 운동역학적인 방법을 토대로 한 접안에너지 산출 방법에 대해 유체역학적인 측면에서 문제를 제기하고, 부두 전면의 수심과 선박의 형상에 따라 변화하는 천수역 선체부가질량을 고려한 접안에너지의 산출 방법을 제안한다. 또한 천수역에서 선체에 작용하는 부가질량을 고려한 접안에너지 산출 방법을 사용하여 1600TEU급에서 12000TEU급까지의 컨테이너 선박을 대상으로 계통적으로 각각의 접안에너지를 계산하고, 현행의 접안에너지 산출방법과 비교 검토를 실시한다.
선박이 지정된 선석에 안전하게 접안하기 위해서는 도선사와 예인선의 도움이 필요하다. 접안 과정에서 선박이 선석까지 남은 거리와 접안 속도는 선박에 탑승한 도선사와 선원들의 육안에 의존하는 경우가 많으므로 안전에 대한 위험 요소가 있다. 본 연구에서는 접안 과정에서의 위험요소를 줄이고, 접안에 도움을 줄 수 있는 인공지능 센서 기반 선박 접·이안 정보 추출 기술을 개발하였다. 개발 기술은 임베디드 시스템과 클라우드 시스템에서 구동되며, 인공 지능 영상처리 기술과 센서 융합 기술을 기반으로 측정한 접안 중인 선박의 운동 정보를 접안 이해 관계자들에게 서비스한다.
현행 $\ulcorner$항만 및 어항 설계기준$\lrcorner$ 상 부두의 접안능력은 하기재화중량톤수를 사용하여 나타내고 있으나 접안가능 최대 선박의 결정에 영향을 미치는 요인은 재화중량톤수보다는 선박의 질량이나 길이 및 폭 등이다. 따라서 안전하고 효율적인 항만 운영을 위해 현재의 기준을 개선할 필요가 있으며, 이 연구는 합리적인 접안능력 기준을 제시하기 위하여 수행되었다. 부두의 적정 접안능력을 검토 하기 위하여 울산항의 3개 부두를 선정하고, 통항 및 접안 안전성과 선체동요 및 구조 안정성을 종합적으로 평가하였다. 배수톤수가 일정한 경우 선박의 크기가 다소 증가하더라도 선박조종이나 계류 및 구조 안전성에 미치는 영향은 미미하였으며, 검토 대상 선박에서는 선박의 크기에 따른 유의적인 차이를 보이지 않았다. 평가 결과 배수톤수에 차이가 없다면 20,000 DWT급 선박은 부두접안가능능력의 50%, 40,000 DWT급 선박은 25%, 그리고 150,000 DWT급 선박은 13% 정도 선박의 크기를 증가시키더라도 부두 축조시의 설계기준에 적합한 것으로 검토되었다. 따라서 항로폭, 선회장, 선석 길이 및 계류라인의 배치 등에 문제가 없다면 재화중량톤수 대신에 배수톤수를 적용하여 부두 접안가능 최대 선박을 조정할 수 있다.
선박의 접안 시 현재 중ㆍ대형 선박은 체계화된 접안 시스템 없이 주선박의 선수와 선미 및 예인선에서 무전기를 이용한 통신에 의존하여 선박을 접안하고 있다. 본 논문에서는 이를 보완하고자 DGPS를 이용한 선반접안 시뮬레이tus 시스템을 설계하고자 한다. 주선박의 서버는 경ㆍ위도 좌표 값, 헤딩, 속도 등의 정보를 이용하여 선박과 부두와의 거리, 진행방향등을 구하고, 예인선과의 실시간 위치정보의 공유를 통한 정밀측정으로 안전하게 접안을 유도한다. 주 선박 및 예인선의 조타수는 PDA의 클라이언트 프로그램으로 실시간 전송되는 선박의 상태 및 각종 정보를 통해 진행상황을 알 수 있다. 또한, 시뮬레이션 프로그램으로 계산된 선박의 유도경로 데이터를 데이터베이스화하여 최적의 접안 경로를 제시함으로써, 기존의 접안환경보다 정밀한 상황 판단의 방법을 제시하였다.
대산항 씨텍 제3번 돌핀부두에 최초 설계의 접안능력기준을 약간 상회하는 5만 DWT급 VLGC 선박이 접안작업을 할 경우, 돌핀의 용량에 따른 접안작업 동안의 안전성 여부를 대산항만의 입출항 제한 자연 환경조건을 적용하여 선박 계류측면에서의 안전성을 판단하고자 한다. 이를 위하여 대상선박의 부두에서의 최악의 외력조건과 계류장력과의 관계를 OCIMF에서 연구 발표한 결과를 바탕으로 계류안전성 계산공식을 적용하여 계류안전성을 평가하도록 한다.
이 연구의 목적은 부산항에 입항하는 대형 콘테이너 선박의 안전 접안 조종을 위한 한계풍속을 설정하는데 있다. 계산결과, 정상풍속 13.5m/sec 이하의 바람에서는 예선 4500H.P.의 Z. peller 2척을 이용하여 안전 접안 조선하는데 큰 위험이 없음을 알았다. 그러나 돌풍율 25%를 포함한 강풍 16.9m/sec 이상의 기상상태에서는 선박조종이 위험하게 됨을 알았고, 돌풍율을 포함하여 풍속이 16.9m/sec 에 달하는 강풍하에서 대형 콘테이너 선박을 부득이 접안 조종할 때는 4500 H.P.Z. peller 3척으로 조선보조를 받아야 함을 알았다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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