북극항로 운항 선박의 항해안전지원시스템(KARS) 개발 개요

강국진,정성엽,김정중,정성헌,양찬수,김현수,노명일 한국항해항만학회 2018 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2018 No.추계

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.

실시간 기상 정보를 이용한 최적 항로 안전 평가 시스템의 연구

최경순,박명규,이진호,박건일,Choi, Kyong-Soon,Park, Myung-Kyu,Lee, Jin-Ho,Park, Gun-Il 해양환경안전학회 2007 해양환경안전학회지 Vol.13 No.2

예로부터 선장은 경험적으로 기상, 선박 제원 상태 및 운항 일정을 고려하여 최적의 항로를 선택하여 항해하여 왔다. 이는 선장의 경험을 바탕으로 해류나 파랑에 대한 기상 예보 정보를 활용하여 최적항로를 결정하는 것으로 아직까지 선상에서 항로 결정을 보조해주는 디지털화한 시스템은 그 사례를 찾아보기 힘들다. 본 논문에서는 선박의 운항 효율성과 안전성의 관점에서 구성된 선상 최적 항로 안전 평가 시스템을 소개한다. 선사와 선장이 요구하는 효율적인 항해를 위해서는 도착예정시간 및 연료소모량을 최소로 하는 최적 항로를 구한다. 이는 선박의 파랑 중 부가저항에 기초를 둔 선속 저하 빚 마력 증가를 고려하여 계산한다. 안전성 관점에서는 3D 판넬법에 기초를 둔 선박의 내항 계산을 본 시스템에서 구현하여 내항 평가를 수행하며, 최종적으로 선박의 항로 안전 계획 및 평가를 위한 보조 수단이다. Since early times, captain have been sailing to select the optimum route considering the weather, ship loading status condition and operational scheduling empirically. However, it is rare to find digitalized onboard route support system whereas weather facsimile or wave and swell chart are utilized for the officer, based on captain's experience. In this paper, optimal route safety assessment system which is composed of voyage efficiency and safety component is introduced. Optimum route minimizea ETA(estimated time of arrival) and fuel consumption that shipping company and captain are requiring to evaluate for efficient voyage considering speed loss and power increase based on wave added resistance of ship. In the view point of safety, seakeeping prediction is performed based on 3 dimensional panel method. Finally, It is assistance measure for ship's optimum navigation route safety planning & assessment.

신속성과 정확성을 고려한 항로 추론 방법 연구

최현,임재우,정성헌 한국항해항만학회 2017 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.추계

선박운항의 안전과 연료 소비의 최소화 운항를 위하여 국내외적으로 최적 항로 서비스에 대한 연구와 상업적인 서비스가 진행되고 있다. 특히, 국내에서는 국제해사기구(IMO)의 e-Navigation 정책 추진 이후, 한국정부도 한국형 e-Navigation 개발 사업 을 진행 중이며, 해당 연구의 일부분으로 안전에 중점을 둔 최적화 항로 서비스를 연구 개발 중이다. 일반적인 항로 추론 방업은 기상, 해상, 해양환경 등의 예측 데이터를 이용하여 선박운항에 영향을 미치는 저항 요소가 적은 위치를 찾아 항로를 추론한다. 이때 사용되는 예측데이터의 해상도에 따라 연산수행 속도와 정확도가 달라진다. 본 연구에서는 항로 추론 연산 속도와 정확도를 고려하여 최적항로를 계산하는 방법에 관한 연구이다. 이를 통해 최적항로의 실시간 최적항로 서비스와 신뢰성을 향상 시킬 수 있을 것으로 판단한다.

최적 안전항로 지원시스템 개발을 위한 해양 환경 및 안전 규제에 대한 고찰

김은찬(Eun-Chan Kim),최혁진(Hyuek-Jin Choi),김홍태(Hongtae Kim) 한국해양환경·에너지학회 2017 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.10

최적 안전항로 지원시스템과 관련된 해양 환경 및 안전 규제에 대한 각종 국제협약의 내용을 조사 분석하였다. IMO는 MARPOL Annex VI의 개정안을 채택하여 4장에 기술 및 운영상의 조치가 필요한 선박의 에너지 효율 규정을 추가했다. 2013년 1월에 발효된 이 규정은 선박의 에너지 효율을 개선하기 위해 에너지효율운항지표 (EEOI)의 자발적 모니터링을 요구하고 있다. IMO는 극지해역 운항선박 안전코드 (Polar Code)를 채택하였다. 2017년 1월에 발효된 이 규정은 극지해역 운항에 대한 절차 또는 제한 사항을 수립하기 위해, 예상되는 운항 범위와 환경 조건을 평가해야 한다. IMO는 2014년 11월 e-Navigation 전략이행계획 (SIP)을 승인했다. e-Navigation을 통해 향상된 서비스의 일환으로 선박에 제공되는 해상서비스 포트폴리오 (MSP)는 조화로운 방식으로 전자 정보를 제공하는 수단으로 식별되었다. 최적 안전항로 지원시스템을 위해서는 선박 정보, 항로 환경 정보 및 해상 교통 정보가 필요하다. 선박 정보는 선박 제원, 선박성능계수, 각종 외력에 의한 부가저항 자료로 구성될 것이다. 항로 정보는 해도, 수로, 서지, 기상 정보, 실시간 수로 및 환경 정보 등으로 구성될 것이다. 해상 안전 정보는 항해 경보, 기상 경보, 조난 경보, 해빙 위험 등으로 구성될 것이다. The contents of various international conventions on marine environment and safety regulation related to the optimal route support system were investigated and analyzed. IMO adopted amendments to MARPOL Annex VI which added a new chapter 4 on regulations on energy efficiency for ships requiring technical and operational measures. This regulation, which entered into force in January 2013, requires voluntary monitoring of the energy efficiency operational indicator (EEOI) to improve the energy efficiency of ships in operation. The IMO adopted the International Code for Ships Operating in Polar Waters (Polar Code). This regulation, which entered into force on January 2017, requires assessment of anticipated range of operating and environmental conditions in order to establish procedures or operational limitation for polar water operation. IMO approved the e-Navigation Strategy Implementation Plan (SIP) in November 2014. As a part of the improved provision of services to vessels through e-Navigation, Maritime Service Portfolios (MSP) have been identified as the means of providing electronic information in a harmonized way. For the optimum routing decision support system, ship information, route environment information and maritime traffic information are required. Ship information, will be composed of ship specification, ship performance coefficient, and various data for additional resistance due to external conditions. Route environment information will be composed of nautical chart, nautical publication, meteorological information, real-time hydrographic and environmental information, etc. Maritime safety information will be composed of navigation warning, weather warning, distress alerts, oceanic ice hazard, etc.

해양환경 예측정보를 활용한 인공지능 분석 기반의 최적 안전항로 연구

엄대용(Dae-yaoung Eeom),이방희(Bang-hee Lee) 한국항해항만학회 2023 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2023 No.1

최근 스마트선박 개발에 발맞춰 정확하고 세밀한 실시간 해양환경 예측정보의 요구가 확대되고 선박에 직접 지원하기 위한 환경이 확보됨에 따라 최적항로 분야에서도 다양한 해양환경을 고려한 정보 생산 및 평가 연구가 필요하다. 스마트선박에서 해양환경의 위험도및 에너지 소비의 불확실성을 줄이면서 최적항로를 산출할 수 있는 알고리즘은 2단계로 구분하여 개발하였다. 1단계는 해양환경정보들과 선박자동식별시스템(AIS)내에 선박의 위치·상태정보를 결합해 프로파일을 생성하였다. 2단계는 구성한 프로파일 결과를 이용하여 해양환경 에너지맵을 정의할 수 있는 모델을 개발하였고, 약 60만개의 데이터를 반영할 수 있도록 인공지능 머신러닝 기법 중 Random Forest를 적용하여회귀식을 생성하였다. Random Forest 회귀 모델의 결정계수(R2)는 0.89 를 보였다. 생성한 모델에 2021년 6월 1일∼3일의 해양환경 예측정보를 이용하여 Dijikstra 최단경로 알고리즘을 적용해 최적 안전항로를 산출하고 맵에 표출했다. Random Forest 회귀 모델로 산출된 항로는 유선적이고 해양환경 예측정보의 상태를 감안하며 항로를 도출하는 결과를 보였다. 본 연구의 실시간 해양환경 예측정보 기반의 항로 산출 개념은 선박의 이동 경향성을 반영한 현실적이면서 안전한 항로 산출이 가능하고, 향후 경제성, 안전성, 친환경성 평가 모델로 범위로 확대할 수 있을 것으로 기대된다. Recently, development of maritime autonomoust surface ships and eco-friendly ships, production and evaluation research considering various marine environments is needed in the field of optimal routes as the demand for accurate and detailed real-time marine environment prediction information expands. An algorithm that can calculate the optimal route while reducing the risk of the marine environment and uncertainty in energy consumption in smart ships was developed in 2 stages. In the first stage, a profile was created by combining marine environmental information with ship location and status information within the Automatic Ship Identification System (AIS). In the second stage, a model was developed that could define the marine environment energy map using the configured profile results, A regression equation was generated by applying Random Forest among machine learning techniques to reflect about 600,000 data. The Random Forest coefficient of determination (R2) was 0.89, showing very high reliability. The Dijikstra shortest path algorithm was applied to the marine environment prediction at June 1 to 3, 2021, and to calculate the optimal safety route and express it on the map. The route calculated by the random forest regression model was streamlined, and the route was derived considering the state of the marine environment prediction information. The concept of route calculation based on real-time marine environment prediction information in this study is expected to be able to calculate a realistic and safe route that reflects the movement tendency of ships, and to be expanded to a range of economic, safety, and eco-friendliness evaluation models in the future.

최적 안전항로 지원시스템 개발 개요

김홍태,이승준,고광현,최현,김은찬,최혁진 한국항해항만학회 2018 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2018 No.추계

한국형 e-Navigation 서비스 개발 중 최적 안전항로 지원서비스는 육상에서 연안여객선과 같은 사고취약 선박이나 서비스 요청 선박에 한해 실시간 선박 교통, 해역 환경, 기상 정보 등 해사 안전정보를 활용한 최적의 안전항로를 지원하는 서비스이다. 본 발표에서 현재 개발 중인 선상지원시스템과 육상지원시스템의 개발 내용을 소개하고, 사용자 만족도 조사결과를 소개하고자 한다.

항적 데이터를 활용한 가중치 기반 항로 추론에 대한 연구

심승(Seung Sim),김현진(Hyun-Jin Kim),민영수(Young-Soo Min),조준래(Jun-Rae Cho),우정훈(Jeong-Hun Woo),석호준(Ho-June Seok),조득재(Deuk-Jae Cho),백종화(Jong-Hwa Baek),정재룡(Jaeyong Jung) 한국항해항만학회 2023 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2023 No.1

해상교통 안전을 위한 지능형 해상교통정보서비스에서는 수심, 해사안전법, 기상정보, 연료 소모량 등의 정보를 고려한 안전하고 효율적인 최적 안전항로를 제공하는 서비스를 운영하고 있다. 하지만 서비스 사용자들 입장에서 불필요한 우회, 해상 객체에 대한 보수적인 안전거리 등으로 개인의 운항 경험, 스타일 등에 맞는 항로를 선호한다. 본 연구는 LTE-M을 통해 수집한 선박의 항적 데이터로 선박이 자주 운항하는 구역에 대해 간선 가중치를 조절하여 별도의 해상 환경을 반영하지 않고도 서비스 사용자들의 경험에 기반한 최적 안전항로를 추출할 수있는 모델을 연구하였다. Intelligent maritime traffic information service for maritime traffic safety operates a service that provides safe and efficient optimal safety routes considering information such as water depth, maritime safety law, weather information, and fuel consumption. However, from a service user's point of view, they prefer a route that suits their personal navigation experience and style, such as unnecessary detours and conservative safety distances for maritime objects. In this study, the optimal safety route can be extracted based on the experience of service users without reflecting the separate maritime environment by adjusting the weight of the trunk line for the area where the ship frequently navigates with the ship's track data collected through LTE-M model was studied.

Development of a Collision Risk Assessment System for Optimum Safe Route

전호군,정연철 해양환경안전학회 2018 해양환경안전학회지 Vol.24 No.6

In coastal waters where the traffic volume of the ship is high, there is a high possibility of a collision accident because complicated encounter situations frequently occurs between ships. To reduce the collision accidents at sea, a quantitative collision risk assessment is required in addition to the navigator's compliance with COLREG. In this study, a new collision risk assessment system was developed to evaluate the collision risk on ship’s planned sailing routes. The appropriate collision risk assessment method was proposed on the basis of reviewing existing collision risk assessment models. The system was developed using MATLAB and it consists of three parts: Map, Bumper and Assessment. The developed system was applied to the test sea area with simple computational conditions for testing and to actual sea areas with real computational conditions for validation. The results show the length of own ship, ship’s sailing time and sailing routes affect collision risks. The developed system is expected to be helpful for navigators to choose the optimum safe route before sailing.

최적 안전항로 지원시스템을 위한 추진성능 예제 DB

김은찬,최혁진,김홍태,이윤석 해양환경안전학회 2016 해양환경안전학회 학술발표대회 논문집 Vol.2016 No.11

한국형 e-Navigation 서비스를 위한 핵심기술 연구

김홍태,양영훈,오세웅,최현수 해양환경안전학회 2016 해양환경안전학회 학술발표대회 논문집 Vol.2016 No.11