충돌회피를 위한 충돌위험도 결정 시스템

김은경(Eun-kyoung Kim),강일권(Il-kweon Kang),김용기(Yong-gi Kim) 한국지능시스템학회 2001 한국지능시스템학회논문지 Vol.11 No.6

본 논문은 충돌회피 시스템을 위한 충돌위험도를 결정하는 충돌위험도 결정시스템을 제안한다. 충돌회피 시스템은 선박이 장애물을 만났을 때 영역전문가인 항해사를 대신하여 피항 행위를 하는 시스템으로 피항의 판단 기준을 각 장애물에 대한 충돌위험도에 둔다. 따라서 본 연구에서는 선박의 충돌회피 시스템의 보다 안전한 충돌회피를 도모하기 위해 충돌회피를 위한 충돌위험도 결정 시스템을 구성하였다. 기존에는 DCPA와 TCPA를 이용하여 충돌위험도를 산출하였는데, 본 연구에서는 DCPA, TCPA, VCD를 이용하는 새로운 충돌위험도 결정 기법을 이용하여 충돌위험도를 결정하였다. 입력변수가 되는 DCPA, TCPA, VCD의 퍼지 소속함수를 산출하고, 이를 기반으로 퍼지 추론을 이용하여 세부적인 충돌위험도를 결정한다. 본 연구에서 제안하는 기법은 기존의 DCPA와 TCPA만으로 충돌위험도를 결정한 경우보다 상세한 충돌위험도 결정이 가능하다는 장점과 국제해상충돌예방규칙의 내용이 적용되었다는 장점을 지닌다. In this paper, we propose a collision risk decision system for collision avoidance system. A collision avoidance system carries out collision avoidance based on collision risk of unknown obstacle. In the traditional researches, using DCPA and TCPA for calculating the collision risk has a problem that they produce a same collision risk for ship which located in the given distance. The solves the problem, we use DCPA, TCPA and VCD for calculating collision risk. A proposed system has two advantages that it produce more detailed collision risk and reflects the International Regulations for Preventing Collision at Sea.

퍼지종합평가에 의한 연안해역의 선박충돌위험성 평가

박진완,정중식 한국지능시스템학회 2020 한국지능시스템학회논문지 Vol.30 No.4

국제해상충돌예방규칙에 따라 선박은 충돌위험의 존재 여부를 판단하여 충돌위험이 있을 시 조기에충돌회피동작을 취하여야 하나, 지난 5년간 충돌사고 원인 분석결과 96%가 인적오류에 의한 사고로밝혀졌다. 본 연구는 연안해역에서 선박충돌의 위험성을 평가하여 항해사들에게 충돌회피를 위한정보를 제공하는데 있다. 국내 연안해역에서 항해하는 선박 간 조우상황 중 충돌위험이 존재하는 상황을 Lenart의 알고리즘을 적용하여 분류하고, 분류된 상황별로 퍼지종합평가 방법을 통하여 충돌위험을 정량적으로 평가하였다. 입력 데이터는 선박자동식별장치 데이터를 전처리하여 확보하였다. 제안된 방법으로 대상 해역을 평가한 결과 인천항 부근의 연안해역의 충돌위험성이 가장 높은 것으로 나타났다. 연안해역에서 선박교통특성을 분석하고 충돌위험성을 평가함으로써 선박에서 인적오류의 감소에 기여할 것으로 기대된다. According to the COLREGs, every ship should determine the existence of a collision risk and take an action to avoid collision in ample time if there is a collision risk. However, the results of analysis on the maritime collision accidents over the past five years revealed that 96% of all accidents were caused by the human errors. This article aims to assess the collision risk between ships in coastal waters and provide the information on the collision avoidance to navigator. Among the encounter situations between ships in the coastal waters of Korea, the situations where collision risk exists were classified by the Lenart's algorithm, and the collision risk was quantitatively evaluated by the FCE(Fuzzy Comprehensive Evaluation) method for each classified situation. The input data was obtained from the AIS(Automatic Identification System) of the ships. As a result of evaluating the target waters using the proposed method, it was found that the coastal waters near Incheon Port had the highest risk of collision. By analyzing the ship traffic characteristics in the coastal waters and assessing the ship collision risk, it is expected that the proposed method contributes to reduce human errors in the ship.

시뮬레이터 기반 퍼지알고리즘과 환경스트레스모델을 이용한 선박 충돌위험도 추정에 관한 연구

손남선(Nam-Sun Son),김선영(Sun-Young Kim),공인영(In-Young Gong) 한국항해항만학회 2009 한국항해항만학회지 Vol.33 No.1

최근 해양사고가 날로 증가되고 있으며, 특히, 인적과실로 인한 충돌사고의 비중은 70% 에 이르고 있다. 본 연구에서는 실시간 충돌 위험도 표시 시스템을 개발하였는데, 충돌위험도를 사전에 인지함으로써 비상상황에 효과적으로 대처하고,인적과실로 인한 충돌위험도를 줄이고자 하였다. 충돌위험도 추정을 위해,선박들 간에 충돌 위험도를 평가하는 퍼지알고리즘을 이용한 방법과 항해사가 느끼는 환경 스트레스를 이용하여 충돌위험도를 평가하는 방법의 두 가지를 비교 검토토하였다. 실시간 충돌위험도 추정 알고리즘을 검증하기 위해 선박운항 시뮬레이터에 설치하고 다양한 시뮬레이션을 수행하였다. Recently. many maritime accidents have been increased and the collisions due CO human error are given a great deal of proportions out of them We develop the Real- time Collision Risk Monitoring System (CRMS) for the navigational of officers to cope with the emergency situation promptly and thus to reduce the probability of casualty. In this study. the risk of collision and grounding is evaluated by two kinds of method The first method is based on Fuzzy algorithm, which evaluates the risk of collision between traffic ships. The second method is based on Environmental Stress (ES) Model. where the total risk of collision and grounding is evaluated by the environmental stress felt by human The developed real- time CRMS has been installed to the ship handling simulator system and its capabilities have been test ed through simulator experiments.

시뮬레이터 기반 환경스트레스를 이용한 선박 충돌위험도 추정에 관한 연구

손남선(Nam-Sun Son),공인영(In-Young Gong),김선영(Sun-Young Kim),이창민(Chang-Min Lee) 한국항해항만학회 2004 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.3 No.-

최근 해난사고가 날로 증가되고 있으며, 특히, 인적과실로 인한 충돌사고의 비중은 70%에 이르고 있다. 본 연구에서는 실시간 충돌위험도 표시 시스템을 개발함으로써, 충돌위험도를 사전에 인지함으로써 비상상황에 효과적으로 대처하고, 인적과실로 인한 충돌위험도를 줄이고자 하였다. 이를 위해 충돌위험도 추정에 있어, 2가지 방법을 비교 검토하였는데, 선박들 간에 충돌위험도를 평가하는 퍼지알고리즘을 이용한 방법과 항해사가 느끼는 환경스트레스를 이용하여 충돌위험도를 평가하는 방법이다. 개발된 실시간 충돌위험도 표시시스템을 검증하기 위해 선박운항 시뮬레이터에 설치하고 다양한 시뮬레이션을 수행하였다. Recently, many maritime accidents have been increased and the collisions due to human error are given a great deal of proportions out of them. We develop the Real-time Collision Risk Monitoring System (CRMS) for the navigational officers to cope with the emergency situation promptly and thus to reduce the probability of casualty. In this study, the risk of collision is evaluated by two kinds of method. The first method is based on Fuzzy algorithm, which evaluates the risk of collision between traffic ships. The second method is based on Environmental Stress (ES) Model, where the total risk of collision is evaluated by the environmental stress felt by human. The developed real-time CRMS has been installed to the ship handling simulator system and its capabilities have been tested through simulator experiments.

선박충돌사고의 AIS 데이터를 이용한 선박 충돌위험도 추정 알고리즘 검증에 관한 연구

손남선(Nam-Sun Son),김선영(Sun-Young Kim) 한국항해항만학회 2010 한국항해항만학회지 Vol.34 No.10

해양사고에서 선박간의 충돌사고가 많은 부분을 차지하고 있으며, 상당수가 인적오류에 의해 발생되고 있다. 본 논문에서는 선박에서 항해사의 안전운항을 효과적으로 지원하고 충돌사고를 방지하기 위해 다중선박의 충돌 위험도를 추정하는 알고리즘을 개발하였다. 선박 충돌위험도 추정 알고리즘은 선박들의 항행정보로서 AIS 정보를 사용하고 퍼지 이론을 이용하여 충돌위험도를 계산한다. 지난 연구에서는 고안된 알고리즘의 성능을 검증하기 위해 울산항 해상교통관제(VTS) 센터로부터 실제 울산항에서 운행된 선박들의 AIS데이터를 수집하였고, 이를 기반으로 검증 시뮬레이션을 수행한 바 있다. 본 논문에서는 선박 충돌위험도 추정 알고리즘을 좀더 정밀하게 검증하기 위해 실제 해상충돌사고 데이터에 적용해 보고자 하였다. 이를 위해, 2009년 부산항에서 발생한 석유제품 운반선과 화물선간의 충돌사고에 대한 AIS 데이터를 수집하였고 이를 이용하여 선박운항 시뮬레이터 기반 재생 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션 결과, 실제 사고 상황에 적용할 경우 충돌 사고가 일어나기 전에 충돌 위험을 표시하여 충돌사고를 경고할 수 있음을 확인할 수 있었다. An estimation algorithm of collision risk among multiple ships has been developed in order to reduce human error and prevent collision accidents. The algorithm is designed to calculate the collision risk among ships based on Fuzzy theory by using AIS data as traffic information. In this paper, to validate the algorithm, the AIS data of actual collision accident, which occurred between a product carrier and a cargo carrier in Busan harbor in 2009 are collected. The replay simulation is carried out on the actual AIS data and the collision risk is calculated in real time. In this paper, the features of the estimation algorithm of collision risk and the results of replay simulation based on AIS data of actual collision accident are discussed.

실습생의 충돌위험도 인식에 관한 조사 연구

김소라,박상원,심효상,김종성,박영수,김대원 해양환경안전학회 2022 해양환경안전학회지 Vol.28 No.4

Collision prevention education, which takes up the longest time among officer training courses, is one of the most important training and practice courses for trainees. The purpose of this study is to investigate the trainees' perception of collision risk in order to develop a systematic and quantified collision prevention training course. For this, factors for judging collision risk were derived from previous studies, and each trainee’s perspective on collision risk was derived for each scenario through a questionnaire survey for trainees. Using the PARK Model, the same was compared with the collision risk perceived by the officer. Resultingly, it was found that trainees and officers consider the distance to other ships the most important among collision risk factors. Additionally, although the risk trends of two groups for each scenario were similar, the average risk of trainees (5.39) was higher than that of officers (5.20). However, the trainees perceived a lower level of risk than the officers in certain scenarios, and this is judged to be the result of the trainees' lack of navigational experience. This study is expected to be used as basic data for the development of collision prevention practice education by quantitatively suggesting the difference between the collision risk of trainees and officers respectively. 항해사 교육과정 중에서 가장 많은 시간을 차지하는 충돌 예방에 관한 교육은 실습생에게 중요한 교육 및 실습 과정 중 하나이다. 본 연구의 목적은 실습생의 체계적이고 정량화된 충돌 예방 실습 교육과정 개발을 위해 실습생의 충돌위험도 인식을 조사하는 것이다. 이를 위해 선행연구에서 충돌위험을 판단하는 요소를 도출하고 실습생 대상 설문조사로 실습생 관점의 충돌위험도를 시나리오별로 도출하였다. 그리고 PARK Model을 이용하여 현직 항해사가 느끼는 충돌위험도와 비교하였다. 분석 결과 실습생 및 현직 항해사는 충돌위험요소 중 타선과의 거리를 가장 중요하게 생각하는 것으로 나타났다. 또한 시나리오별 위험도 경향은 유사했으나 실습생의 평균 위험도(5.39)가 현직 항해사의 평균 위험도(5.20)보다 더 높은 것으로 나타났다. 그러나 특정 상황에서는 현직 항해사보다 실습생이 더 낮은 위험도를 체감하였고 이는 실습생의 항해 경험 부족으로 인한 결과로 판단된다. 해당 연구는 실습생의 충돌 위험도 및 현직 항해사의 위험도 차이를 정량적으로 제시하여 충돌 예방 실습 교육 개발의 기초자료로 사용될 수 있을 것으로 기대한다.

선박 근접상황에서 항해사의 인적특성요인이 지각한 충돌위험도에 미치는 영향에 관한 연구

김도훈 해양환경안전학회 2020 해양환경안전학회지 Vol.26 No.6

This study focuses on the margin of human error when a navigator is embarrassed by the psychological fear of collision in a close-quarter situation (CQS) and is unable to perform as per the prescribed collision avoidance measures. The purpose of the study is to identify the effects of the navigator's personal characteristics or factors in relation to on-board career (OC), license rating (LR), and age on the perceived collision risk (PCR) in CQSs. In order to obtain quantified data regarding the collision risk perceived by the navigator in four typical CQSs between their own ship and a target ship, this study measured and collated the heart rate variability of 30 navigators on their own ship when two ships approached each other at a speed of 10 knots from 2.5 nautical miles to a collision situation. According to a multiple regression analysis of the measured values, the navigators’ OC and LR factors had negative effects on the PCR, while the age factor had no significant effect on PCR. The t-test results showed that the PCR value was significantly higher for navigators with an OC ≤ 4 years than for those with an OC ≥ 5 years, and the LR factor was significantly higher for a class 4∼6 group than for a class 2∼3. This finding may be applied to the development of collision risk warning systems, particularly for navigators. 본 연구는 항해사가 근접상황에서 심리적 충돌의 두려움으로 당황하여 규정된 충돌 회피조치를 수행하지 못하는 인적오류 상황을 연구하였다. 연구 목적은 선박 간 근접상황에서 항해사의 인적특성 요인인 승선경력, 면허등급, 연령요인이 충돌위험도에 미치는 영향을 규명하는 것이다. 본선과 상대선박 간 네 가지 대표적인 근접상황의 충돌침로에서 항해사가 지각한 충돌위험도 값을 측정, 정량화된 데이터를 얻기 위하여 시뮬레이터를 이용하여 충돌위험도 측정실험을 설계하고 두 척의 선박이 거리 2.5해리에서 충돌상황까지 상호 10 노트의 속도로 접근할 때 본선의 30명의 항해사의 심장박동변이를 측정하여 항해사가 지각한 충돌위험도 측정데이터를 확보하였다. 측정값에 대한 다중회귀분석 결과 항해사의 승선경력과 면허등급 요인은 충돌위험도에 부(-)의 영향을 미쳤고, 연령은 영향을 미치지 않았다. t-검정 결과 승선경력≤4년인 항해사는 승선경력≥5년인 항해사 보다 충돌위험도 값이 유의미하게 높았고 면허등급 요인은 4~6급 그룹이 2~3급 그룹보다 충돌위험도 값이 유의미하게 높게 나타났다. 본 연구결과는 충돌위험경보시스템 개발에 적용될 수 있을 것이다.

Sech 함수를 이용한 새로운 충돌위험도 평가법

정태권(Tae-Gweon Jeong) 한국항해항만학회 2003 한국항해항만학회지 Vol.27 No.2

충돌위험도의 정량적인 평가는 항해ㆍ충돌방지 전문가 시스템 개발에 있어서 중요한 역할을 한다. 이 연구에서는 기존의 충돌위험도 평가 방법을 분석하여 문제점을 비교ㆍ검토하였으며, 그 대안으로 sech 함수를 이용한 충돌위험도 평가 방법을 새롭게 시도하였다. 이를 충돌위험도 평가에 적용하고 본선의 안전한 행동구간을 결정할 수 있는 방법을 제시하였다. Evaluating the risk of collision quantitatively plays a key role in developing the expert system of navigation and collision avoidance. This study analysed the existing methods of appraising the collision risk, examined the problems that are intrinsic to them, and developed a new approach to its evaluation by using the sech function as an alternative to them. This paper applied the new method in appraising the collision risk and suggested how to decide the safe range of ownship’s action.

국제해상충돌예방규칙의 올바른 적용을 위한 ‘위험’과 ‘위험성’에 대한 용어 분석 및 해사안전법 개정 제안

김인철,이홍훈 해양환경안전학회 2023 해양환경안전학회지 Vol.29 No.1

국제해상충돌예방규칙은 선박이 다른 선박이나 해저 등 어떠한 물체에도 충돌하지 아니하도록 제정된 국제협약이다. 선박의 충돌예방을 위한 규칙은 19세기 중반부터 성문화되고 다듬어져 현재에 이르고 있다. 따라서 COLREGs에서 사용된 용어와 문장 또한 뚜렷한 학문적, 법률적 의미를 갖고 있다. 그러나 COLREGs를 국내법으로 반영한 해사안전법에서는 ‘충돌의 위험성’과 ‘충돌의 위험’을 구분하지 않은 채 혼용하고 있다. 이에 ‘위험성’의 정의에 대하여 국제연합 산하의 권위 있는 국제기구인 국제해사기구 및 널리 알려진 비정부간 기구인 국제표준화기구에서 정의한 내용을 살펴봄으로써 ‘위험’과 ‘위험성’의 차이를 분석하였으며, COLREGs에서 관련 문장을 살펴봄으로써 이를 구분해야할 근거를 제시하였다. 안전한 항해라는 측면에서 볼 때 향후 해사안전법에 ‘위험’과 ‘위험성’의 구분이 명확해 짐으로써 이를 준수해야 하는 해기사들의 해상충돌예방을 위한 노력이 한층 체계화되기를 기대하였다.

Dempster-Shafer 이론 기반의 선박충돌위험성 평가에 관한 연구

박진완,정중식 해양환경안전학회 2023 해양환경안전학회지 Vol.29 No.5

In this study, we propose a method for evaluating the risk of collision between ships to support determination on the risk of collision in a situation in which ships encounter each other and to prevent collision accidents. Because several uncertainties are involved in the navigation of a ship, must be considered when evaluating the risk of collision. We apply the Dempster-Shafer theory to manage this uncertainty and evaluate the collision risk of each target vessel in real time. The distance at the closest point approach (DCPA), time to the closest point approach (TCPA), distance from another vessel, relative bearing, and velocity ratio are used as evaluation factors for ship collision risk. The basic probability assignments (BPAs) calculated by membership functions for each evaluation factor are fused through the combination rule of the Dempster-Shafer theory. As a result of the experiment using automatic identification system (AIS) data collected in situations where ships actually encounter each other, the suitability of evaluation was verified. By evaluating the risk of collision in real time in encounter situations between ships, collision accidents caused by human errora can be prevented. This is expected to be used for vessel traffic service systems and collision avoidance systems for autonomous ships. 본 논문은 선박이 조우하는 상황에서 충돌의 위험에 대한 판단을 지원하여 충돌사고를 예방하기 위하여 선박충돌위험성을 평가하는 방법을 제안하고자 한다. 선박의 항해는 불확실성이 다수 내포되어 있기 때문에 충돌의 위험을 평가할 때 선박충돌위험성이 가진 불확실성을 고려할 필요가 있다. 본 논문은 불확실성을 처리하고 각 상대 선박의 충돌의 위험을 실시간으로 평가하기 위하여 Dempster-Shafer 이론을 적용한다. 선박충돌위험의 평가 요인으로 DCPA(distance at closest point approach), TCPA(time to closest point approach), 상대 선박과의 거리, 상대방위, 속도비율 등이 사용되며, 각 평가 요인별 멤버쉽 함수로 계산된 기본확률배정함수(basic probability assignment)는 Dempster-Shafer 이론의 융합 규칙을 통하여 융합된다. 선박들이 실제로 조우하는 상황에서 수집된 선박자동식별장치 데이터를 사용하여 제안된 방법을 실험한 결과 평가의 적합성이 검증되었다. 선박간 조우 상황에서의 실시간으로 충돌위험성을 평가함으로써 인적오류로 인한 충돌사고를 예방할 수 있으며, 해상교통관제시스템과 자율운항선박의 충돌회피시스템에도 활용될 것으로 기대된다.