현재까지 주요 항만의 운항경로에 설치되는 항로표지의 선택과 배치는 전문가의 경험에 의지하여 결정하여 왔다. 이에 따라 기존 항로표지 설치에 대한 객관적인 근거와 타당성을 확보하기 어려웠다. 그러나 최근 빠른 연산 능력을 지닌 컴퓨터와 이를 이용한 시뮬레이터를 활용하여 보다 빠르고 정확한 프로그램을 운용할 수 있어 전문가의 경험에 의존하는 전통적 방법을 대체하고 있다. 이에 본 연구는 국제 규격과 경험식을 기준으로, 항로표지를 배치하여 산출되는 수치를 비교 분석하여 정량적인 평가를 통한 최적의 항로표지 배치를 도출하는데 그 목적을 가진다. 본 논문에서는 국내 특정 항만을 대상으로 적용한 시뮬레이션 결과를 통하여 항로표지 시뮬레이터의 추후 사용 가치와 발전방향에 대하여 논한다.
지구 온난화로 인해 여름철 북극해의 해빙이 점차 감소함에 따라서 북극항로를 이용한 선박의 화물운송이 점차 증가하고 있다. IMO에서는 극지해역운항선박의 안전성과 해양오염방지를 위하여 2014년에 Polar Code를 개정하였으며, 2017년 1월부터 SOLAS협약과 MARPOL73/78협약에 추가되어 시행되고 있다. 본 연구는 해양수산부 해양안전 및 해양교통시설기술개발 사업으로 1) Polar Code 강제화에 따라 '극지해역 운항선박용 항해안전지원시스템의 개발'의 필요성과 2) 북극항로에 대한 국적선의 안전 운항 확보를 위한 '북극권 국가와의 국제협력 및 공조체계 구축'과 '극지 구난, 구조 및 환경보호 관련 국내법 및 규정 제정'을 위한 기반 연구의 필요성에 의거하여 2014년 11월 10일에 시작되었으며 2018년 12월 31일에 종료될 예정이다. 연구내용은 1) 고정밀도 북극항로 빙상정보 수치예측 시스템 개발, 2) 북극항로 안전속도 예측, 평가, DB구축 및 항행 모델 개발, 3) 북극항로 안전운항을 위한 항해계획 기술 개발, 4) 북극항로 운항선박 건조 및 안전항해 가이드라인 개발이다. 본 논문에서는 개발 중인 KRISO Arctic safe Routing System (KARS)에 대한 소개와 활용 결과 및 향후 계획에 대해서 설명하고자 한다. 본 KARS는 향후 지속적인 수정보완 작업을 통해서 완성도를 높여갈 예정이며, 검증단계를 거쳐서 최적하고 안전한 항로와 운항 관련 정보를 선사와 해기사에게 제공함으로서 북극항로 중 단기 운항계획 수립과 안전 운항을 지원할 수 있을 것으로 기대된다.
전자해도에는 해안선, 등심선, 수심, 항로표지, 위험물, 항로 등 선박의 항해와 관련된 모든 해도정보를 포함하고 있으며, 각 정보는 속성정보와 공간정보를 가지고 데이터 레코드 단위로 저장된다. 수심 정보의 경우 점 형태의 공간정보로서 전자해도 격자 구역에 포함되는 수백에서 수천 개의 수심 위경도 좌표와 수심정보를 포함하고 있다. 수심 정보는 전자해도 중첩의 주된 원인이 되어 수심정보의 최적표현 기법 개발이 요구되었다. 본 연구에서는 전자해도 수심정보의 표현 기준을 수립하고, 기준에 따라 수심정보의 최적표현 방법을 제안하였다. 세부 내용으로 전자해도 수심정보 표현기준을 작성하고 전자해도에서 수심정보를 추출한 다음 기준에 따라 수심정보를 분류 하였다. 또한 분류한 수심정보를 전자해도에 저장하고 그 결과를 확인 하였다.
선박에서 항해시간을 줄이고 연료소비를 절감하기 위하여 최적항로의 결정하는 작업은 선박운항의 가장 중요한 요소이다. 최근, 보다 빠르고, 정확한 최적항로를 결정하기 위해 전자해도시스템이 개발되고 있다. 본 논문은 이러한 시스템에 탐색의 알고리즘 중 최선의 탐색해를 제공하는 $A^*$알고리즘을 전자해도 시스템에 적용하였다. 그러나 $A^*$알고리즘의 적용은 과도한 탐색시간과 많은 메모리를 요구하는 문제점이 있다는 사실이 발견되었고 이러한 문제점을 해결하기 위해 장애물을 발견했을 때 탐색 후보 선정에 가중치를 부여하는 보다 개선된 알고리즘의 필요성을 제안하고자 한다.
미래 해상환경에 대응하기 위해 기존 항로표지의 기술 및 역할에 ICT 기술을 융합하여 스마트한 해양 서비스 제공을 위한 노력이 계속되고 있다. 본 논문에서는 현 항로표지 통신 시스템의 문제점을 분석하고 스마트 항로표지 시설 고도화를 위한 최적의 통신 시스템 및 다중 통신 플랫폼 개발 방향을 제시하도록 한다.
항로표지의 효율적인 설치를 위하여 항로표지 배치 대상 해역에 대한 사전 조사가 필요하며, 항로, 배후지역, 배후광 등을 고려하여 설치된 항로표지의 적절성을 검토하게 된다. 이러한 과정에서 항로표지 주변 환경을 재현한 항로표지 시뮬레이터를 이용하여 항로표지 배치를 위한 의사결정을 지원할 수 있다. 본 연구에서는 항로표지 시뮬레이터의 중요한 요소인 해역DB의 주간 모델과 야간 모델 구축시 고려될 요소를 고찰하고 항로표지 시뮬레이터용 해역 DB 구축을 위한 최적 방안을 도출하였다.
항로표지 시뮬레이터는 항로표지 설계, 최적 배치계획 수립을 지원하는 시스템이다. 이 시스템에서 가시화는 사용자가 항로표지의 인지, 배치 결과 예측 및 평가를 하는데 중요하다고 할 수 있다. 본 논문에서는 항로표지 시뮬레이터 가시화의 핵심 요소 및 개발 방안 도출에 초점을 두고 연구를 수행하였다. 항로표지 시뮬레이터 개발을 위한 테스트베드로 사용 중인 선박운항 시뮬레이터를 활용하여 항만, 선박, 부표 등을 배치하고 시각(Time of day), 기상상태 등을 모사하여 해상 환경을 재현 하였다. 이를 통해 항로 표지의 운동 재현, 배후광을 고려한 야간 상황 가시화, 항로표지 및 등화의 종류에 따른 가시화 등의 항로표지 시뮬레이터 기능들에 대한 개발 방안을 수립하고 계획에 반영하였다.
최근 우리나라는 선박 종류별 해양사고 발생률 중 100톤 미만의 어선 및 소형선박이 차지하는 비중이 72%에 달하고 있다. 그 원인을 살펴보면, 경계, 침로선정, 선위확인등 항해일반원칙의 미준수가 상당부분 차지하고 있다. 따라서, 본 논문에서는 비교적 고령화되고 운항지식이 충분하지 못한 소형선박의 항해사에게 안전한 최적항로를 안내해주는 지능형 항해지원시스템을 개발하였다. 본 시스템은 항로계획 프로그램과 항로전송부, GPS Plotter로 구성되어있다. 지능형 항해지원시간템을 통해 임의의 위치에서 목표지점까지 최적항로를 퍼지 언어표현으로 안내해주는 시스템을 개발하여 그 유효성을 확인하였다.
이 연구에서는 기존 선형 상대운동방정식에 차등중력, 주위성의 이심율, J2 섭동 등의 비선형항을 추가하여 보다 정확한 상대운동방정식을 만든 후 섭동이론을 적용하여 위성편대 연료최적화 재배치 문제에 대한 근사 해석해를 구하고자 한다. 먼저, 비선형 섭동항을 테일러 급수를 이용하여 2차항까지 전개한 후, 이를 기존 선형상대운동방정식에 추가하여 새로운 비선형 상대운동방정식을 만든다. 이 때 사용된 선형상대운동방정식은 힐스 방정식으로 주위성의 궤도가 일반적인 타원이고 위성 간 상대거리가 충분히 가깝다고 가정한다. 최적화 조건으로부터 상태벡터와 라그랑지 곱수로 이루어진 연립 미분방정식이 만들어 지는데, 이 식은 힐스 방정식에 기인한 선형부분과 2차 비선형항에 기인한 섭동부분으로 나뉜다. 이 때, 이 연립미분방정식의 해는 선형부분의 해와 섭동으로 인한 변화량의 합으로 근사할 수 있으며 그 변화량은 섭동이론을 적용하여 얻을 수 있다. 이와 같이 얻어진 해는 여러 섭동의 비선형항을 2차까지 포함한 상대운동방정식을 사용했기 때문에, 기존 선형상대운동방정식을 사용하여 구한 최적해 보다 더 정확한 결과를 얻을 것이라 예상한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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