본 연구는 선박 조종에 영향을 주는 대표적 요인들(충돌위험 정도, 목표선박의 항로변경 여부 및 주변 선박 수)을 체계적으로 조작한 조건들에서 항해사의 상황인식 훈련이 항해사의 선박 조종 능력에 어떠한 차이를 가져오는지 선박조종시뮬레이터를 이용하여 분석하였다. 본 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 항해와 관련된 상황인식 훈련을 받은 조건에서 실험참가자들은 여러 선박 조종 요소들(목표선박과의 거리 유지와 충돌 비율)에서 훈련을 받지 않은 조건에 비해 수행이 우수하였다. 둘째, 훈련을 받지 않은 실험참가자들은 목표선박이 평시상황에서 항로를 변경하는 경우 선박 조종에 가장 큰 어려움을 겪었으나 훈련 이후에는 이러한 경향이 크게 감소하여 동일한 조건에서 수행이 향상되는 것이 관찰되었다. 이러한 결과들을 종합하면, 선박 조종에서의 상황인식에 대한 여러 요소들의 훈련은 항해사들의 기본적 선박 조종능력에서 우수한 수행을 이끌 수 있는 것으로 판단된다.
본 연구는 선박 조종에 영향을 주는 대표적 요인들(충돌위험 정도, 목표선박의 항로변경 여부 및 주변 선박 수)을 체계적으로 조작한 조건들에서 항해사의 상황인식 훈련이 항해사의 선박 조종 능력에 어떠한 차이를 가져오는지 선박조종시뮬레이터를 이용하여 분석하였다. 본 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 항해와 관련된 상황인식 훈련을 받은 조건에서 실험참가자들은 여러 선박 조종 요소들(목표선박과의 거리 유지와 충돌 비율)에서 훈련을 받지 않은 조건에 비해 수행이 우수하였다. 둘째, 훈련을 받지 않은 실험참가자들은 목표선박이 평시상황에서 항로를 변경하는 경우 선박 조종에 가장 큰 어려움을 겪었으나 훈련 이후에는 이러한 경향이 크게 감소하여 동일한 조건에서 수행이 향상되는 것이 관찰되었다. 이러한 결과들을 종합하면, 선박 조종에서의 상황인식에 대한 여러 요소들의 훈련은 항해사들의 기본적 선박 조종능력에서 우수한 수행을 이끌 수 있는 것으로 판단된다.
The purpose of the present study was to investigate the effect of mariner's situation awareness(SA) training on navigation performance using a full mission ship-handling simulator. For this purpose, the mariners were trained in terms of various aspects of SA. Independent variables such as risk level...
The purpose of the present study was to investigate the effect of mariner's situation awareness(SA) training on navigation performance using a full mission ship-handling simulator. For this purpose, the mariners were trained in terms of various aspects of SA. Independent variables such as risk levels of ship-to-ship collision, navigational route types of 'target ship(TS)', and number of ships around the own ship(OS) were systematically varied, and dependent variables of closest point of approach(CPA) between TS and OS, number of collision, types of collision-avoidance strategy were measured The results can be summarized as followings. First, training on mariner's SA appeared to induce improved performances in various aspects of ship handling. Second, mariners in the routine navigation situation where TS had priority following maritime rules seemed to suffer to prepare collision avoidance when the TS altered its route. However, this tendency greatly reduced after the training These results suggest the benefit of mariner's SA training on maritime safety.
The purpose of the present study was to investigate the effect of mariner's situation awareness(SA) training on navigation performance using a full mission ship-handling simulator. For this purpose, the mariners were trained in terms of various aspects of SA. Independent variables such as risk levels of ship-to-ship collision, navigational route types of 'target ship(TS)', and number of ships around the own ship(OS) were systematically varied, and dependent variables of closest point of approach(CPA) between TS and OS, number of collision, types of collision-avoidance strategy were measured The results can be summarized as followings. First, training on mariner's SA appeared to induce improved performances in various aspects of ship handling. Second, mariners in the routine navigation situation where TS had priority following maritime rules seemed to suffer to prepare collision avoidance when the TS altered its route. However, this tendency greatly reduced after the training These results suggest the benefit of mariner's SA training on maritime safety.
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문제 정의
둘째, 항해 훈련이 진행됨에 따라 항해사의 선박 조종 수행은 어떠한 방식으로 변화하는지를 관찰하고자 한다. 기존의 연구들이 특정 영역에서의 수행 차이를 검토하기 위해 전문가-초심자를 대상으로 한 횡단적 연구를 주로 수행하였으나(손과 박, 2003), 본 연구에서는 훈련 과정을 통해 선박 조종 기술의 어 떠한 측면들이 향상되는지 검토하고자 한다.
첫째, 본 연구에서는 실제 항해 상황을 보다 현실감 있게 재현해 줄 수 있는 선박 조종시뮬레이터를 이용한 항해 시뮬레이션을 훈련 및 평가 방법으로 채택함으로써, 항해 과제에 대한 항해사의 수행을 측정하기 위해 기존의 연구들이 사용하였던 비교적 단 순한 형태의 실험 방법이 갖는 한계를 극복하고자 한다. 둘째, 항해 훈련이 진행됨에 따라 항해사의 선박 조종 수행은 어떠한 방식으로 변화하는지를 관찰하고자 한다. 기존의 연구들이 특정 영역에서의 수행 차이를 검토하기 위해 전문가-초심자를 대상으로 한 횡단적 연구를 주로 수행하였으나(손과 박, 2003), 본 연구에서는 훈련 과정을 통해 선박 조종 기술의 어 떠한 측면들이 향상되는지 검토하고자 한다.
본 연구의 자료는 시뮬레이터를 이용한 항해 훈련을 통해 구체적으로 어떠한 능력이 발달하는지를 관찰함으로써 항해 수행에 근저하는 인간요인의 규명에 중요한 기초자료를 제공하였다고 자체 평가된다. 본 연구를 통해 얻어진 자료를 바탕으로 하여 새로운 항해 훈련 시나리오를 개발하고 효과를 검증한다면 이러한 훈련을 통해 궁극적으로 해양사고의 감소를 가져올 수 있을 것이다.
본 연구의 목적은 다음과 같이 요약될 수 있다. 첫째, 본 연구에서는 실제 항해 상황을 보다 현실감 있게 재현해 줄 수 있는 선박 조종시뮬레이터를 이용한 항해 시뮬레이션을 훈련 및 평가 방법으로 채택함으로써, 항해 과제에 대한 항해사의 수행을 측정하기 위해 기존의 연구들이 사용하였던 비교적 단 순한 형태의 실험 방법이 갖는 한계를 극복하고자 한다. 둘째, 항해 훈련이 진행됨에 따라 항해사의 선박 조종 수행은 어떠한 방식으로 변화하는지를 관찰하고자 한다.
제안 방법
다른 선박과의 충돌 위험 상황에서 얼마나 효율적으로 충돌을 회피했는지에 대한 측정치로 실제 충돌 빈도의 본선과 목 표선 박 과의 최 단거리 (Closet Point of Approach; CPA), 그리고 충돌을 회피하기 위한 선박 조종 유형(엔진의 조작을 통한 선박의 속도 변화만을 사용한 경우, 조타에 의한 방향 변화만을 사용한 경우, 그리고 엔진 조작과 조타를 동시에 사용한 경우)을 종속 측정치로 측정하였다. 이 측정치들은 실험참가자의 수행에 대한 선박 조종 데이터와 참가자가 직접 작성한 설 문 지 응답을 통해 분석하였다.
모든 시나리오에서 공통적으로, 본선이 미리 설정된 최초 방향과 최초 속도로 운행하는 상황에서는 본선과 목표 선박이 충돌하도록 목표 선박 의 항로를 설정한 반면, 목표 선박을 제외한 주변의 선박과 본선이 충돌하지 않도록 하였다. 목표 선박의 최초 출현 위치는 각 시나리오의 조건에 맞게 우현(starboard) 혹은 좌현(port)으로 설정하였고 주변 선박의 위치 및 방향, 그리고 선박의 종류는 무작위로 설정하였으며, 목표 선박의 거동 변화는 실험 시작 후 5분 이내에 임의적인 시점에서 발생하도록 하였다.
본 연구는 모든 항해사들이 두 수준의 목표 선박과의 충돌 위험 정도(평시 상황 vs. 긴급상황) 두 수준의 목표 선박 항로변경 여부(직진 vs. 변경), 두 수준의 교통 혼잡 정도(주변 선박의 수, 1척 vs. 5척), 그리고 세 수준의 실험 회기(즉, 대략 1주일 간격으로 총 3회기)가 모두 조합된 조건에 반복적으로 참여하는 2x2x2x3 피험자 내 설계이다. 그리고 이러한 독립 변 인들에 따른 종속 변인들의 차이는 변량분석(ANOVA)을 이용해 분석하였다.
가 항해 경로를 변경하여 항해사가 즉각적으로 조치를 취하지 않으면 층돌 상황이 발생하는 경우이다. 본선과 목표 선박을 제외한 주변 선박이 1척인 조건과 5척인 조건이 각각 있으므로 총 8가지의 실험 조건들이 가능하고, 실험 조건 각각에 따라 총 8벌의 시나리오를 사용하였다(Tabel 1 참고).
본선의 최초 방향은 진행 방향의 방위와 상관없이 000도로 설정하였고, 최초 속도 및 목표 속도는 본선의 최대속도 및 조선의 난이도를 고려해 10노트로 설정하였다. 모든 시나리오에서 공통적으로, 본선이 미리 설정된 최초 방향과 최초 속도로 운행하는 상황에서는 본선과 목표 선박이 충돌하도록 목표 선박 의 항로를 설정한 반면, 목표 선박을 제외한 주변의 선박과 본선이 충돌하지 않도록 하였다.
실험은 긴급상황 조건의 그룹과 평시 상황 조건의 그룹이 제 1 선교와 제 2 선교에서 각각 독립적으로 실험에 참가하는 방식으로 진행되었다. 실험 참가 순서 및 시나리오 제시 순서는 임 의적으로 지정하였고, 선교 내에서는 두 명의 참가자가 각각 항해사와 조타수의 위치에서 실험에 참가하였다.
다른 선박과의 충돌 위험 상황에서 얼마나 효율적으로 충돌을 회피했는지에 대한 측정치로 실제 충돌 빈도의 본선과 목 표선 박 과의 최 단거리 (Closet Point of Approach; CPA), 그리고 충돌을 회피하기 위한 선박 조종 유형(엔진의 조작을 통한 선박의 속도 변화만을 사용한 경우, 조타에 의한 방향 변화만을 사용한 경우, 그리고 엔진 조작과 조타를 동시에 사용한 경우)을 종속 측정치로 측정하였다. 이 측정치들은 실험참가자의 수행에 대한 선박 조종 데이터와 참가자가 직접 작성한 설 문 지 응답을 통해 분석하였다.
대상 데이터
실험에 사용된 시나리오의 시간은 총 5분이며 바람, 조류 등 기타 외력은 고려하지 않았다. 대상 지역은 울산 외항 앵커리지 부근이었으며, 설정 선박 이외의 선박은 없었고 기타 지형지물도 존재하지 않았다.
본 실험에서는 시뮬레이터의 조작법에 관한 절차가 없기 때문에 기본적으로 선박 조종시뮬레이터의 사용 방법을 이미숙 지하고 있는 한국해양대학교 해사 대학 4학년 학부생 18명을 대상으로 연구를 실시하였으며, 이들의 평균 연령은 22.33세 (SD=L03)였고 성별은 모두 남자였다.
본 연구에서 사용된 레이더는 Norcontrol사에서 제작한 DataBridge2000 ARPA로 이 기종은 1280 x 1024 픽 셀의 고해 상도 화면상에 정지하고 있는 선박이나 움직이고 있는 목표선 박의 위치, 항해 방향, 항해속도 등의 정보를 제공한다.
본 연구에서 사용된 선박 조종시뮬레이터 시스템은 한국 해 양 대학교 내 마린 시뮬레이션 센터가 보유하고 있는 노르웨이 Kongsberg Norcontrol사의 선박 조종시뮬레이터였다. 본 연구에서 사용한 선박 조종시뮬레이터는 거의 모든 유형의 선박을 시뮬레이션 할 수 있었으나 시나리오의 구성과 조선의 용이함 등을 고려하여 본선(Own ship)은 2만 톤급 유조선(Chemical Tanker, 최대속도: 13.
본 연구에서 사용된 선박 조종시뮬레이터 시스템은 한국 해 양 대학교 내 마린 시뮬레이션 센터가 보유하고 있는 노르웨이 Kongsberg Norcontrol사의 선박 조종시뮬레이터였다. 본 연구에서 사용한 선박 조종시뮬레이터는 거의 모든 유형의 선박을 시뮬레이션 할 수 있었으나 시나리오의 구성과 조선의 용이함 등을 고려하여 본선(Own ship)은 2만 톤급 유조선(Chemical Tanker, 최대속도: 13.44노트)을 사용하였고 본선 외 총 여섯 종류의 선박을 목표 선박이나 주변 선박(distracter)으로 사용하였다.
데이터처리
5척), 그리고 세 수준의 실험 회기(즉, 대략 1주일 간격으로 총 3회기)가 모두 조합된 조건에 반복적으로 참여하는 2x2x2x3 피험자 내 설계이다. 그리고 이러한 독립 변 인들에 따른 종속 변인들의 차이는 변량분석(ANOVA)을 이용해 분석하였다.
성능/효과
4). (1) 충돌 위험 정도, 목표 선박의 항로변경 여부 및 주변 선박의 수와 상관없이 1 회기에서 3회기까지 훈련 회기가 진행될수록 충돌 발생 비율은 전반적으로 낮아졌다. 그러나 1회기의 경우 충돌위험이 상대적으로 더 낮은 평시 상황에서 충 돌 비율이 더 높았는데, 이것은 실험참가자들이 훈련 이전에는 평시 상황에서의 충돌 위험 정도를 과소평가했기 때문인 것으로 해석된다.
이러한 경향은 훈련이 계속됨에 따라 사라지고, 충돌 위험 정도가 더 큰 긴급상황에서의 충돌 비율이 더 높았다. (2) 전체적으로 보면 목표 선박이 직진하는 경우보다는 항로를 변경하는 경우, 그리고 주변의 선박 수가 적은 경우보다는 많은 경우에 목표 선박과의 충돌 비율이 상대적으로 더 높았다.
해양/항해 분야는 그 실용적 의미에 의해 매우 활발하게 연구되어온 분야이며 항해사들의 인적 요인에 대한 분석도 그 중요성에 비추어 앞으로 활발히 연구되어야 할 영역이다. 본 연구의 결과, 훈련 회기가 거듭될수록 선박 조종(목표 선박과 안전한 거리 유지, 실제 충돌 비율의 감소, 효율적인 충돌 회피 방법 사용)수행이 유의하게 향상됨을 관찰할 수 있었다. 항해사에 대한 이러한 훈련 효과는 항해 시뮬레이션을 이용한 훈련에만 그치지 않을 것으로 예상된다.
본선과 목표 선박과의 충돌을 회피하기 위한 선박 조종 방법을 훈련 회기별로 분석한 결과(Fig. 5), 훈련 회기가 진행될 수 록 항해 속도만을 조작하거나 혹은 항로 변경만으로 목표 선박 과의 충돌을 회피하고자 하는 노력이 점차 감소하는 대신 이 두 가지 방법을 모두 사용하여 충돌을 회피하고자 하는 경향이 상대적으로 더 높았다. 이러한 결과는 훈련 회기가 진행됨에 따라 항해사들이 목표 선박과의 충돌의 회피하기 위해 좀 더 적극적으로 선박을 조종하는 경향이 더 커진다는 것을 시 사한다.
그러나 이렇게 다양한 요인들을 모두 고려하여 선박 조종 행동을 설명하고자 하는 노력은 몇 가지 문제를 갖고 있다. 첫째, 선박 조종 행동과 관련된 많은 요인들을 광범위하게 고려하고자 할 경우선 박 조종과 관련된 핵심적 요인이 무엇이며 이 요인이 구체적으로 안전한 선박 조종에 어떠한 기여를 하는지 간과할 수 있다. 둘째, 항해 실습이나 수행 능력 검사 장면에서와같이 현 실적으로 항해와 관련하여 다양한 인간 요인들을 모두 고려할 수 없는 영역에서는 항해와 관련된 핵심적 인간 요인의 고려 없이 상대적으로 중요성이 떨어지는 요인들이 주로 교육되거 나 평가될 수 있다.
후속연구
본 연구를 통해 얻어진 자료를 바탕으로 하여 새로운 항해 훈련 시나리오를 개발하고 효과를 검증한다면 이러한 훈련을 통해 궁극적으로 해양사고의 감소를 가져올 수 있을 것이다. 또한 대부분의 선박들이 장착하고 있는 자동항법 시스템의 설계에 인간 오퍼레이터의 정보처리 특성을 고려한 설계가이드라인이나 원리를 제공하여 항법 시스템에 항해사의 상황 인식을 촉진할 수 있는 요소를 구현할 수 있다면 이러한 노력 역시 항해사의 안전한 선박 운행에 도움이 될 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구의 자료는 시뮬레이터를 이용한 항해 훈련을 통해 구체적으로 어떠한 능력이 발달하는지를 관찰함으로써 항해 수행에 근저하는 인간요인의 규명에 중요한 기초자료를 제공하였다고 자체 평가된다. 본 연구를 통해 얻어진 자료를 바탕으로 하여 새로운 항해 훈련 시나리오를 개발하고 효과를 검증한다면 이러한 훈련을 통해 궁극적으로 해양사고의 감소를 가져올 수 있을 것이다. 또한 대부분의 선박들이 장착하고 있는 자동항법 시스템의 설계에 인간 오퍼레이터의 정보처리 특성을 고려한 설계가이드라인이나 원리를 제공하여 항법 시스템에 항해사의 상황 인식을 촉진할 수 있는 요소를 구현할 수 있다면 이러한 노력 역시 항해사의 안전한 선박 운행에 도움이 될 수 있을 것으로 기대된다.
참고문헌 (6)
손영우, 박수애 (2003), '전문성과 작업기억 부하양이 조종사의 상황인식에 미치는 영향', 한국심리학회지: 산업 및 조직, 제 16권, pp. 155-174
Cockroft, R. G. (1984). 'Collisions at sea', Safety at Sea. June, pp. 17-19
Hockey, G. R. J, Healey, A., Crawshaw, M., Wastell, D. G., & Souer, J. (2003), 'Cognitive demands of collision avoidance in simulated ship control', Human Factors, Vol 45, pp.252-265
Perrow, C. (1984), 'Normal Accidents'. Princeton, NJ: Princeton University Press
Schuffel, H., Boer, J. P. A., & van Breda, L. (1989), 'The ship's wheelhouse of the nineties: The navigation performance and mental workload of the officer of the watch', Journal Of Navigation, Vol 42, pp.60-72
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