최근 지능형 해상교통정보 서비스, 자율운항 시스템 등의 개발 및 검증, 고도화 과정에서 실제 해상교통상황의 구현이 가능한 선박조종 시뮬레이터와 연동하고자 하는 요구가 증대되고 있다. 본 논문에서는 실제 해상교통상황 기반 선박조종 시뮬레이션 시스템을 개발하기 위해 시뮬레이션 서버를 구축하여 지능형 해상교통정보 연계 시스템으로부터 실제 해상교통상황에 대한 정보를 수신받아 선박조종 시뮬레이터 구동을 위한 정보로 변경하였으며, 실시간 시뮬레이션 영상을 사용자에게 제공하기 위해 우리나라 무역항 및 연안항에 대한 3차원 형상 모델링과 주요 선종에 대한 3차원 형상 모델링을 수행하였다. 이렇게 개발된 시스템은 10,000척 이상의 선박의 동시처리가 가능하여 사용자가 원하는 해역에서 실제 해상교통상황을 시뮬레이션할 수 있게 함으로써 지능형 해상교통정보 서비스의 고도화, 자율운항 시스템의 개발 및 검증 등에 유용하게 사용될 것으로 예상된다.
IT 분야에서 에이전트는 상황에 따라서 의도를 이해하고 자립적인 판단에 의해 처리를 실행하는 기능을 의미한다. 디지털 해상교통 환경을 구축하기 위해서는 해상교통환경을 구성하는 교통류, 선박, 항해사, 관제사 등의 주요 요소들에 대해 에이전트 기술개발이 필요하다. 관제사 에이전트는 해상교통환경에서 관제 기능을 수행하여 실제 상황과 유사한 해상교통 상황을 제공하고, 해상교통 영향 평가에 있어서 관제 요소가 부여된 평가를 수행하는 것이다. 본 논문에서는 관제사 에이전트 개발에 대한 설계, 구축 현황을 소개하였다.
해상교통모의 기술은 자선 중심의 조종과 사람에 의한 인위적인 해상교통환경 모의로 실제 해상교통 상황이 반영된 타선 동적 특성과 해상교통관제 상황을 반영하는데 한계가 있음. 정확한 해상교통 모의 및 평가를 위해 교통흐름 영향의 주요 요소인 관제 영역의 적용이 필요함. 본 연구에서는 에이전트 기반의 관제 모델을 구축하는 기초 연구를 소개하였음.
해상교통관제 업무의 최적화를 위하여 요구되는 인적요소 분야 중 관제사의 상황인식(SA: Situation Awareness)와 관제 업무부하(Workload)와의 관계성을 확인하는 것이 해상교통 분야에서는 중요한 실정이다. 이 연구에서는 관제사의 상황인식과 업무부하를 상황인식평가기술(SART)과 다차원 작업부하 지표(NASA-TLX)를 실제적으로 측정하고, 측정 결과를 비교함으로서 개념들에 대한 이해와 시스템적으로 관리할 수 있는 방법을 제시함으로써 해상교통관제사 전문성 제고방안에 기여하고자 한다.
선박은 충돌방지를 위해 해상충돌예방규칙에 의해 운항한다. 하지만 다수의 선박이 동시에 운항하는 특수상황 시에는 해상충돌예방규칙을 적용하기 곤란하며 이때는 운항자의 개인능력에 의한다. 이러한 경우 해상교통관제를 통한 교통상황 관리가 필요하다. 이에 전 세계적으로 VTS(Vessel Traffic Services)를 통해 해상교통이 관리되고 있으며 운용 방법은 관제요원이 VTS 시스템을 이용하여 위험상황을 판단하고 통신시설을 이용하여 선박들에게 안전운항을 권고한다. 이 연구에서는 기존 방법에 AI(Artificial Intelligence) 기법을 추가하여 운항자의 관점에서 위험상황을 판단하는 방법에 대해 고찰한다. 또한, 관제 효율성 증대를 위해 AR(Augmented Reality)기법을 추가한 해상교통안전모니터링 시스템에 대해 설명한다. 이 시스템은 위험상황 및 위험 우선순위 예측이 정량적으로 가능하여 복잡한 교통상황시 실제 운항자가 충돌회피하는 방법과 동일한 순차적 위험상황 해소가 가능하다. 특히, 위험상황을 관제요원의 관점뿐만 아니라 각 선박의 운항자의 관점에서 분석할 수 있어 기존의 방법보다 실제적이다. 또한, 분석결과를 통해 정량적인 위험수역 파악이 가능하여 충돌회피를 위한 권고항로 지원이 가능하다. 결과적으로 이 시스템은 해상교통상황이 복잡한 해역에서의 선박간 충돌방지에 도움이 될 것이다. 특히, 해양분야 제4차 산업혁명에 주요한 분야를 차지하는 자율운항선박에 충돌방지 기능으로 사용될 수 있을 것이다.
해상교통 관제 서비스는 해상교통량의 폭주, 위험화물의 증가와 잠재적인 환경오염의 위험 등에서 항만의 안전 또는 항만운영 효율성 제고하기 위해 실시하는 통항서비스로 VTS 구역 내에서 주변상황 및 해상교통상황을 적시에 제공하여 선박에서 항해의사 결정과정에 도움이 될 수 있도록 정보서비스 등을 제공하고 있으며 실제로 안전한 해상교통에 많은 도움을 주고 있는 것이 사실이다. 우리나라 전 연안 및 항만에서 운영하고 14개소의 VTS 및 연안 VTS 서비스를 제공하고 있다. VTS 관제사는 선박운항자와 마찬가지로 관제하고 있는 항만이나 연안의 지형적 특성에 따라 선박의 안전한 운항을 위해 선박과 선박 사이 및 선박과 육지(장해물)와의 최소안전거리를 두고 관제를 하고 있다. 본 연구에서는 우리나라 각 VTS 관제사들이 관제하는 안전이격거리를 개인별로 조사함으로써 VTS 관제사간의 안전이격거리를 조사함에 그 목적이 있다. 설문조사 결과 같은 VTS 소속임에도 불구하고 개인별로 관제하는 최소안전거리가 많은 차이가 있음을 확인할 수 있었다.
디지털 트윈 기술은 현실 세계의 문제점을 해결하고 비용을 최소화하기 위한 가상세계를 만드는 방법으로 다양한 분야에 사용되고 있으며, 대규모 시스템인 선박이나 해양플랜트 등 해사 분야에도 적극적으로 활용되고 있다. 본 논문에서는 선박조종 시뮬레이터를 이용하여 연안 해역의 디지털 트윈을 구축하고자 하였으며, 이렇게 개발된 연안 해역의 디지털 트윈은 실제 해역의 해상교통 환경을 제공하여 해상교통이 복잡한 우리나라 연안 해역을 안전하게 관리하는 데 사용될 수 있다. 또한, 충돌위험 상황 및 사고 상황 등 가혹한 환경에 대한 가상의 해상교통 환경을 제공하여 연안 해역에서 자율운항선박과 관련된 기술과 지능형 해상교통정보 서비스를 개발하고 고도화하는 데 유용하게 사용될 수 있다. 더불어 실제 해상교통상황의 모니터링이 필요하지만 물리적으로 모니터링이 어려운 구역에 대한 3D 기반 모니터링 장비로 사용될 수 있으며, 항만/관제 구역의 항공뷰, 운항 중인 선박의 선교뷰/맹목구간뷰 등의 해상교통상황을 안전하게 관리하기 위한 기능을 제공할 수 있다.
최근 해상교통량이 증가하고 연안 항해에 대한 관제 필요성이 요구되면서 선박 교통 관제구역이 점차 확대되는 추세이다. 이러한 관제구역의 확대는 관제사의 업무 부하를 초래하며, 이로 인해 교통 혼잡 시간대와 같이 교통량이 급증하는 경우 관제사가 위험 상황을 인지하지 못하는 상황도 발생하게 된다. 이러한 배경에서 본 논문에서는 관제 업무의 지원을 위해 이상 거동 선박을 자동으로 식별하는 방법을 제안하고자 한다. 제안하는 방법은 기계학습 기술을 기반으로 관제구역 내의 통항 패턴을 모델링하고, 이를 통해 이상 거동 선박을 식별하는 방법으로, 대상 항만의 누적된 AIS 데이터를 이용하여 모델을 학습하며, 실제 항적 및 시뮬레이션 데이터를 이용한 실험을 통해 선박교통관제시스템에의 활용 가능성을 고찰한다.
현재 구난 구조(SAR)를 해상교통관제센터의 입장에서 돌아보고 현행 문제점을 파악하여 앞으로 관제센터의 역할에 대해 검토하였다. 수난구호법 등 법률 및 제도상의 문제점과 함께 실무 현장에서의 문제점을 중점적으로 도출하여 분석하였다. 현재 VTS에서 수행하고 있는 역할의 변화를 통하여 단순하지만 실제 상황에서 신속한 상황전파와 정보공유를 통하여 TIME LOSS를 최대한 줄이는 방안을 제안하였다.
최근 선박의 대형화 고속화가 진행되면서 항만의 변화와 항내 수역 혼잡의 증대 등 해상 교통에 많은 위험 요소가 늘어가고 있다. 최근 가장 첨예하게 대립되는 것이 항로폭을 적정하게 결정하는 문제이다. 현행의 항로폭 설계법은 해당 수역을 통항하는 최대 선박의 운동 성능을 중심으로 설계되고 있지만, 다양한 종류의 선박이 혼재되어 운항하고 있는 해상교통 환경을 고려하지 않고 있다. 본 연구에서는 항내 수역의 다양한 교통 상황을 설정하고, 교통(용)량을 고려한 항로 설계법을 제안하고 이를 현행 항로설계법과 비교하였다. 이를 위해 기존 항로 설계 방법을 정리하고, 항내 수역을 대상으로 하는 162개의 해상교통 시뮬레이션을 실시하였다. 이 결과를 바탕으로 각 선종별 선형 구성 및 교통량에 따른 환경스트레스값 즉 운항위험도를 추정하였다. 허용 교통량에 대한 적정 항로폭 모델식을 구하고, 실제 수역에 적용하였다. 현행 설계법에 따른 항로폭과 비교하고 그 유용성을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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