Determination of an economical shipping route considering the effects of sea state for lower fuel consumption

Roh, Myung-Il The Society of Naval Architects of Korea 2013 International Journal of Naval Architecture and Oc Vol.5 No.2

With increases in international oil prices, the proportion of fuel cost to the operational costs of a ship is currently increasing. To reduce fuel cost, a method for determining an economical route for a ship based on the acquisition of the sea state and the estimation of fuel consumption is proposed. The proposed method consists of three items. The first item is to acquire the sea state information in real time. The second item is to estimate the fuel consumption of a ship according to the sea state. The last item is to find an economical route for minimal fuel consumption based on the previous two items. To evaluate the applicability of the proposed method, it was applied to routing problems in various ocean areas. The result shows that the proposed method can yield economical ship routes that minimize fuel consumption. The results of this study can contribute to energy savings for environmentally friendly ships.

Determination of an economical shipping route considering the effects of sea state for lower fuel consumption

노명일 대한조선학회 2013 International Journal of Naval Architecture and Oc Vol.5 No.2

With increases in international oil prices, the proportion of fuel cost to the operational costs of a ship is currently increasing. To reduce fuel cost, a method for determining an economical route for a ship based on the acquisition of the sea state and the estimation of fuel consumption is proposed. The proposed method consists of three items. The first item is to acquire the sea state information in real time. The second item is to estimate the fuel consumption of a ship according to the sea state. The last item is to find an economical route for minimal fuel consumption based on the previous two items. To evaluate the applicability of the proposed method, it was applied to routing problems in various ocean areas. The result shows that the proposed method can yield economical ship routes that minimize fuel consumption. The results of this study can contribute to energy savings for environmentally friendly ships.

해상 정보 취득과 연료 소모량 추정을 기반으로 한 선박 경제 운항 경로 결정 방법

노명일(Myung-Il Roh) (사)한국CDE학회 2012 한국CDE학회 논문집 Vol.17 No.2

Recently, the ratio of fuel cost to the operational cost of a ship is increasing according to the increase of the international oil price. Thus, many studies are being made to reduce the cost; for example, a method for acquiring the sea state information, a method for estimating fuel consumption, a method for determining the ship’s optimal route, and so on. However, these studies were not incorporated together and being independently made in different fields. In this study, by improving and incorporating such studies, a method for determining a ship economic route based on the acquisition of the sea state and estimation of fuel consumption was proposed. To evaluate the applicability of the proposed method, it was applied to an optimal routing problem of the ocean area including many islands. The result shows that the proposed method can yield the economic route minimizing fuel consumption.

논문 : 한,중 카페리선사 선택요인의 중요도 분석에 관한 연구

박성은 ( Sung Eun Park ),이충효 ( Choong Hyo Lee ),김형일 ( Hyeong Il Kim ) 한국해운물류학회(구 한국해운학회) 2015 해운물류연구 Vol.31 No.4

한·중간 FTA 체결, 역직구 등 한·중간 전자상거래 물동량의 급격한 증가가 예상되지만, 카페리 항로의 문제점 개선과 경쟁력 강화 방안의 모색 없이는 카페리 업계의 어려움은 지속될 것으로 판단된다. 이를 위해 카페리선사 선택요인을 계층화된 AHP 설문으로 구성하고 포워더 그룹과 화주 그룹으로 구분하여 선택요인에 대한 쌍대비교 분석하였다. 두 그룹의 카페리선사 선택요인 중요도에서 인식의 차이가 크게 발생한 주요인은 신속성 및 경제성으로 나타났으며, 세부요인에서는 운항시간, 내륙운송요금, 하역료, 운항의 정시성으로 나타났다. 화주 입장에서 중요시 하고 있는 신속성의 운항시간에 대한 비교우위 강조 및 간이통관 시스템 등의 제도적 보완이 병행되어야 하고, 카페리선사 입장에서는 해상운임 개선을 통해 일반화물에 대한 유치 노력도 필요하다. The quantity of goods transported from China is expected to rise drastically, given the recent conclusion of the free trade agreement between Korea and China and the rise of online purchases of Chinese customers on Korean Internet sites. The rising e-commerce is good news, but it may not last long if the problems affecting the car ferry routes between Korea and China are not resolved and measures not taken to enhance the competitiveness of shipping companies. To enhance competitiveness, the strength of the car ferry shipping between Korea and China should be analyzed and issues such as the imbalanced supply and demand between Korea and China, severe freight rate war, backlash against the protective policies of car ferry routes, lack of competitiveness, and deterioration of shipping should be resolved. To help strengthen competitiveness in the car ferry shipping between Incheon and Tianjin, this study conducted a survey on freight forwarders and shippers with intent to provide an empirical analysis. Thus, a preliminary research was conducted to draw up a survey questionnaire. The upper category reasons listed for choosing a certain car ferry shipping company were speed, economic feasibility, and stability. Speed was then subdivided into shipping time, cargo working time, and customs clearance time; economic feasibility was subdivided into ocean freight charge, unloading charge, and inland haulage charge; and stability was subdivided into low damage rate of freight, safety facility for freight inside the ship, and punctuality of sailing. From the classified Analytic Hierarchy Process survey analysis, the elements that showed significant differences in perceptions of the forwarders, distribution service providers, shippers, and distribution service users were speed and economic feasibility in the upper category elements and shipping time, inland haulage charge, unloading charge, and punctuality of sailing in the sub-category elements. In conclusion, car ferry shipping companies in the Incheon-Tianjin route need to change their strategy: they need to raise the satisfaction level of the elements viewed important by forwarders and shippers, maintain the satisfaction level of the elements low in significance, and focus on their core abilities. As for the important elements for shippers, namely, speed in the upper category and shipping time in the sub-category, car ferry shipping companies should promote more active marketing to highlight their competitiveness relative to general container shipping and emphasize the economic and speed aspects of car ferry shipping in physical distribution. To attract more online purchases from China, the merits of online purchases such as lower cost compared to airfreight with only a slightly longer shipping time should be highlighted, and systematic issues such as the expanding simplified clearance for car ferry shipping between Korea and China should be complemented.

전화전략기반 엔진출력 최적화를 통한 선박경제운항시스템

장호섭,권영근,Jang, Ho-Seop,Kwon, Yung-Keun 한국통신학회 2011 韓國通信學會論文誌 Vol.36 No.4B

선박경제운항이란 기상예측정보를 활용하여 연료소모량을 최소화하도록 선박을 운항하는 것으로서 최근 많은 시스템이 이를 위해 연구되고 있다. 기존의 시스템에서는 문제의 복잡성을 줄이기 위해 엔진의 출력을 고정하거나 속력을 일정하게 운항한다는 가정을 기반으로 접근하고 있다. 그러나 엔진출력을 잘 조절한다면 더 좋은 기상환경에서 선박이 운항할 수 있게 되어 연료소모량을 더욱 줄일 수 있다. 본 논문에서는 진화전략 알고리즘을 사용하여 항로의 세부구간별로 최적출력을 탐색할 수 있는 새로운 경제운항시스템을 제안하였다. 또한, 지리적 최단 경로를 찾을 수 있는 $A^*$ 알고리즘과 곡선 표현의 자유도를 높일 수 있는 방법을 사용함으로써 임의의 출발지와 목적지에 대해서 제안된 경제운항시스템을 적용할 수 있도록 하였다. 총 36가지의 운항 시나리오에 대해서 이 논문에서 제안된 시스템의 성능을 기존의 출력고정 운항방법과 비교한 결과, 운항소요시간은 거의 차이가 없으면서도 연료소모량을 평균적으로 1.3%, 최대로는 5.6% 개선시킬 수 있음을 관찰하였다. An economic ship routing means to sail a ship with a goal of minimizing the fuel consumption by utilizing weather forecast information, and many such systems have been recently developed. Most of them assume that sailing is carried out with a constraint like a fixed output of engine-power or a fixed sailing speed. However, if the output of engine-power is controlled, it is possible to reduce the fuel consumption by sailing a ship under a relatively good weather condition. In this paper, we propose a novel economic ship routing system which can search optimal outputs of the engine-power for each part of a path by employing an evolutionary strategy. In addition, we develope an $A^*$ algorithm to find the shortest path and a method to enhance the degree of curve representation. These make the proposed system applicable to an arbitrary pair of departure and destination points. We compared our proposed system with another existing system not controlling output of the engine-power over 36 scenarios in total, and observed that the former reduced the estimated fuel consumption than the latter by 1.3% on average and the maximum 5.6% with little difference of estimated time of arrival.

최소동적비용 경로탐색 알고리즘 기반 선박경제운항시스템

주상연 ( Sang Yeon Joo ),조태정 ( Tae Jeong Cho ),차재문 ( Jae Mun Cha ),양진호 ( Jin Ho Yang ),권영근 ( Yung Keun Kwon ) 한국정보처리학회 2012 정보처리학회논문지. 컴퓨터 및 통신시스템 Vol.1 No.2

선박경제운항이란 기상예측정보를 활용하여 연료소모량을 최소화하도록 선박을 운항하는 것으로서 최근 다양한 선박경제운항 시스템이 연구되고 있다. 성공적인 선박경제운항을 위해서는 효율적인 최적의 지리적 경로탐색 방법이 필요한데 기존의 시스템에서는 주로 Dijkstra 알고리즘 기반의 최소정적비용 경로탐색 알고리즘으로 접근하고 있다. 그러한 접근법을 적용하기 위해서는 특히 연료소모량으로 정의되는 간선의 비용을 고정해야 하는데 선박이 그 간선을 실제 지날 때의 기상 상황에 따라 연료소모량이 변할 수 있다는 점에서 적절하지 않은 가정이다. 이에 본 논문에서는 그러한 단점을 극복하기 위해 Dijkstra 알고리즘을 변형한 최소동적비용 경로탐색 알고리즘을 제안한다. 또한, 실행시간을 단축하기 위해 A* 알고리즘을 활용하여 탐색공간을 효과적으로 줄이기 위한 방법도 제시한다. 총 10개의 테스트 노선에 대해서 본 논문에서 제안된 시스템을 기존의 단순한 최단거리 운항방법과 비교한 결과, 운항소요시간은 거의 차이가 없으면서도 연료소모량을 평균 2.36%, 최대 4.82% 개선시킬 수 있었다. An economic ship routing means to sail a ship with a goal of minimizing the fuel consumption by utilizing weather forecast information, and various such systems have been recently studied. For a successful economic ship routing system, an efficient algorithm is needed to search an optimal geographical path, and most of the previous systems were approaching to that problem through a minimal static-cost path search algorithm based on the Dijkstra algorithm. To apply that kind of search algorithm, the cost of every edge assigned with the estimated fuel consumption should be constant. However, that assumption is not practical at all considering that the actual fuel consumption is determined by the weather condition when the ship will pass the edge. To overcome such a limitation, we propose a new optimal ship routing system based on a minimal dynamic-cost path search algorithm by properly modifying the Dijkstra algorithm. In addition, we propose a method which efficiently reduces the search space by using the A* algorithm to decrease the running time. We compared our system with the shortest path-based sailing method over ten testing routes and observed that the former reduced the estimated fuel consumption than the latter by 2.36% on average and the maximum 4.82% with little difference of estimated time of arrival.

북극해항로와 북극해 자원개발: 한러 협력과 한국의 전략

홍성원 한국외국어대학교 국제지역연구센터 2012 국제지역연구 Vol.15 No.4

This paper investigates the potential of the Northern Sea Route(NSR) and the current situation of the resource and infrastructure development of the Arctic sea. And furthermore, this report analyze Arctic strategy of Northeast Asian countries and bilateral relations with Russia. Based on this results, Korean-Russian cooperation and Korean strategy in the Arctic sea will be analyzed. Since climate change accelerated melting of sea ice in the Arctic, interest toward Arctic region of neighboring such as China, Germany, Japan is increasing. Northern Sea Route(NSR) shipping through the Arctic Ocean via the Northern Sea Route could save about 40% of the sailing distance and shorten more than 10 days od the sailing time from Asia to Europe comparing to the existing Southern route through the Suez Canal. Together with transit transportation along the Northern Sea Route, since the resource development projects in the western part of Russian Arctic sea are ongoing, demand in the field of maritime transportation concerning Arctic resource development will be large in the foreseeable future. Since commercial voyage along the Northern Sea Route and resource development in the Arctic sea will be realized in the near future, Korea also need to challenge Arctic shipping and resource development in the strategic point of view. 본 논문은 기후변화로 인해 국제사회의 주목을 받고 있는 북극해 지역에서 우리나라의 국익을 증진시킬 수 있는 방안을 모색한다. 북극해 진출방안은 북극해항로를 통한 유럽과 아시아간의 해상수송과 북극해 자원개발 분야 등 두 가지로 대별해 볼 수 있다. 본 논문에서는 북극해항로의 경제적 잠재력, 북극해의 자원개발과 인프라, 동북아 주요 국가들의 북극전략 분석 내용 등을 토대로 북극해에서의 한-러 협력과 한국의 전략을 모색해 볼 것이다. 러시아와 중국의 북극전략 사례에서 볼 수 있듯이 우리나라도 북극지역에서의 국익증진을 위해 정부차원에서의 단계적인 북극 전략 수립이 필요하다. 단기적으로는 북극해에서 영향력이 있는 러시아, 노르웨이 등 북극 연안국가들과의 긴밀한 협력관계를 구축해 나가야 하며 특히 북극해항로를 실질적으로 관할하고 있는 러시아와의 해운 및 자원개발 협력을 강화해야 한다. 또한 북극연안국가들과 정부 및 민간부문에서의 인적 교류를 확대해 나가야 한다. 우리나라 조선업체와 해운회사들은 현재 북극해에서 해양플랜트 수출 및 통과수송 등의 분야에서 새로운 사업 기회를 모색하고 있으므로 정부 차원에서도 해운협력 강화를 통해 민간 기업들이 북극해에 보다 활발히 진출할 수 있도록 제도적인 지원책도 강구해야 한다. 지금은 북극해에서의 새로운 질서를 모색하는 단계이므로 중기적으로 북극해 관련 국제사회의 제반 논의에 지속적으로 참여해야 한다. 정부 차원에서 북극 위원회(Arctic council) 옵저버 회의, Polar code, 북극 환경보호 문제, 북극해에서의 수색 및 구조 등 북극해 관련 공동 논의 과정에 반드시 참여하여 우리의 입지를 굳히고, 동시에 관련 국가들과의 공조 관계를 구축해 나가야 한다. 우리나라 내부적으로는 정부 유관기관 및 연구소, 관련 학자들의 의견을 청취하여 국가 차원에서 장기적인 북극정책 방향을 수립해나갈 필요가 있다. 북극해항로를 통한 통과수송 및 북극해 자원개발 문제는 장기적인 관점에서 추진해야할 사업이다. 해상수송과 자원개발 같은 대형 사업은 그 특성 상 민간기업 차원의 추진보다는 대규모의 자본투자와 국가 차원의 지원이 뒷받침되어야 실현 가능할 것이다. 따라서 정책적인 판단이 선다면 러시아 등 주요 북극 연안국가들과 해운 및 자원개발 관련 장기 협정이 체결되어야 한다. 북극해항로 경유 통과수송과 북극해의 자원개발 문제는 수년 내에 급격히 진척될 전망이므로 이에 대한 국가 차원의 대비가 필요한 시점이다.

진화전략기반 엔진출력 최적화를 통한 선박경제운항시스템

장호섭(Ho-Seop Jang),권영근(Yung-Keun Kwon) 한국통신학회 2011 韓國通信學會論文誌 Vol.34 No.6

선박경제운항이란 기상예측정보를 활용하여 연료소모량을 최소화하도록 선박을 운항하는 것으로서 최근 많은 시스템이 이를 위해 연구되고 있다. 기존의 시스템에서는 문제의 복잡성을 줄이기 위해 엔진의 출력을 고정하거나 속력을 일정하게 운항한다는 가정을 기반으로 접근하고 있다. 그러나 엔진출력을 잘 조절한다면 더 좋은 기상환경에서 선박이 운항할 수 있게 되어 연료소모량을 더욱 줄일 수 있다. 본 논문에서는 진화전략 알고리즘을 사용하여 항로의 세부구간별로 최적출력을 탐색할 수 있는 새로운 경제운항시스템을 제안하였다. 또한, 지리적 최단 경로를 찾을 수 있는 A* 알고리즘과 곡선 표현의 자유도를 높일 수 있는 방법을 사용함으로써 임의의 출발지와 목적지에 대해서 제안된 경제운항시스템을 적용할 수 있도록 하였다. 총 36가지의 운항 시나리오에 대해서 이 논문에서 제안된 시스템의 성능을 기존의 출력고정 운항방법과 비교한 결과, 운항소요시간은 거의 차이가 없으면서도 연료소모량을 평균적으로 1.3%, 최대로는 5.6% 개선시킬 수 있음을 관찰하였다. An economic ship routing means to sail a ship with a goal of minimizing the fuel consumption by utilizing weather forecast information, and many such systems have been recently developed. Most of them assume that sailing is carried out with a constraint like a fixed output of engine-power or a fixed sailing speed. However, if the output of engine-power is controlled, it is possible to reduce the fuel consumption by sailing a ship under a relatively good weather condition. In this paper, we propose a novel economic ship routing system which can search optimal outputs of the engine-power for each part of a path by employing an evolutionary strategy. In addition, we develope an A* algorithm to find the shortest path and a method to enhance the degree of curve representation. These make the proposed system applicable to an arbitrary pair of departure and destination points. We compared our proposed system with another existing system not controlling output of the enginepower over 36 scenarios in total, and observed that the former reduced the estimated fuel consumption than the latter by 1.3% on average and the maximum 5.6% with little difference of estimated time of arrival.

실시간 해상 정보 취득과 연료 소모량 추정을 기반으로 한 선박 경제 운항 경로 결정 방법

김주영(Jooyoung Kim),최종문(Jongmun),서연미(Yeonmi Sug),노명일(MyeongIl Roh) (사)한국CDE학회 2011 한국 CAD/CAM 학회 학술발표회 논문집 Vol.2011 No.1

최근 국제 유가의 상승에 따라 선박의 운항 비용 중 연료비가 차지하는 비율이 점차 증가하고 있으며 이를 줄이기 위한 연구가 활발히 수행되고 있다. 이와 관련하여 해상 정보를 취득하는 방법, 연료 소모량을 추정하는 방법, 최적 운항 경로를 결정하기 위한 방법 등이 연구 되고 있다. 하지만 이들 연구는 서로 통합되지 못하고 개별적으로 서로 다른 분야에서 연구 되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 이들 방법을 통합 및 개선하여, 실시간 해상 정보를 취득 하고 연료 소모량을 추정하여 선박의 경제 운항 경로를 결정하는 방법을 제안하였다. 제안된 방법의 효용성을 검토하기 위해, 이를 다수의 섬들을 포함하는 복잡한 해상 영역에서의 최적 경제 운항 경로 결정 문제에 적용해 보았다. 그 결과 , 제안된 방법이 연료 소모량을 최소로 하는 경제 운항 경료를 효과적으로 도출할 수 있음을 확인 하였다.

진화전략 기반 경로탐색 알고리즘을 활용한 선박경제운항시스템

방세환(Se-hwan Bang),권영근(Yung-keun Kwon) 한국통신학회 2014 韓國通信學會論文誌 Vol.39 No.9(융합기술)