[논문]국제해상충돌예방규칙에 따른 충돌회피 알고리즘에 관한 연구

김동균; 정중식; 박계각

doi:10.5391/jkiis.2011.21.3.290

국제해상충돌예방규칙에 따른 충돌회피 알고리즘에 관한 연구
A Study on Ship Collision Avoidance Algorithm by COLREG 원문보기

한국지능시스템학회 논문지 = Journal of Korean institute of intelligent systems, v.21 no.3, 2011년, pp.290 - 295

김동균 (목포해양대학교 해양정보시스템학) , 정중식 (목포해양대학교 해양정보시스템학) , 박계각 (목포해양대학교 해양정보시스템학)

초록
AI-Helper

최근접점과 최근접시간에 기초를 둔 종래 선박충돌회피 알고리즘은 국제해상충돌예방규칙(COLREG, International Regulations for Preventing Collisions at Sea, 1972)에 의한 선박간의 항법규정을 고려하지 않는다는 문제점이 있다. 본 논문에서 제안하는 알고리즘은 조우선박의 상대방위를 측정함으로써 자선이 피항선인가 유지선이 될 것인가를 판단한다. 피항시점을 결정하기 위하여 타원형의 선박안전영역 모델을 이용하여 타선과 위험한 위치에 도달하는 지점과 시간을 계산함으로써 피항을 수행한다. 두 선박의 위치, 속도 및 방위를 임의로 생성하여 타원모델에 의한 충돌회피 과정을 시뮬레이션 한다. 또한 실제적인 해양사고 발생 자료를 이용하여 충돌위험 분석 및 선박간 충돌회피를 위한 방안을 제시한다. 제안한 알고리즘은 안개 및 기상악화의 경우 시계가 제한되거나 야간항해 중 항해등의 식별이 어려워 피항선과 유지선의 판단이 불확실한 경우에도 국제해상충돌예방규칙에 의한 충돌회피 동작에 효과적으로 적용할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

On the basis of DCPA(Distance to Closest Point of Approach) and TCPA(Time to CPA), the conventional algorithms for collision avoidances have a drawback that the '72 CORLEGs(International Regulations for Preventing Collisions at Sea, 1972) has not taken into account to prevent collisions between ships. In this paper, the proposed algorithm decides whether the own ship is a give-way vessel or a stand-on vessel by observing the relative bearing of the encountered ship. To determine the ship position and time for collision avoidance, the proposed algorithm utilizes the ellipse model for ship safety domain. The computer simulation is done to represent the process of adversive behavior. Using the proposed method, the past maritime accident is analyzed. The proposed method can be effectively applied to collision avoidance by CORLEGs even when the target ship's navigational lights is invisible in poor weather and/or in the restricted visibility.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 상대방위를 관측하여 본선이 ’72 CORLEGs에 의한 피항선 또는 유지선의 위치에 있는가를 판단하여 충돌 회피 동작을 수행하는 알고리즘을 제안하였다.
강[5]은 DCPA, TCPA, VCD(Variation of Compass Degree)의 세 입력변수를 가지고 선박의 충돌위험도를 결정하였다. 본 논문에서는 상대방위를 관측하여 본선이 CORLEG에 의한 피항선 또는 유지선의 위치에 있는가를 판단하여 충돌회피 동작을 수행하는 알고리즘을 제안한다. 즉, 제안된 방법은 선박간 조우 상황을 분류하고 피항선과 유지선의 관계를 판단한 후, DCPA와 TCPA를 고려하여 Rafal[1]이 언급한 타원모델에 토대를 둔 상황접근 지수를 계산하여 충돌회피 시점을 결정한다.

제안 방법

그림 11은 타선과의 위치에 따른 f(t)의 변화를 나타낸 그림이다. 내부의 장반경 a와 단반경 b로 된 타원영역내에 타선이 침범하지 못하게 피항하도록 설계하였다. 그림 12는 2010년 11월 10일 22:55분경 실제 충돌사고가 발생했던 해군 고속정과 어선 간 사고 위치를 나타낸 것이다.
제안된 방법은 선박간 조우상황을 분류하고 피항선과 유지선의 관계를 판단한 후, f(t)에 의한 충돌회피 시점을 계산하여 피항동작을 수행하였다. 또한 본선과 타선과의 위치관계에 따른 가능한 상황을 분류하였으며, 타선의 상대방위, 본선의 침로 등을 가지고 충돌피항을 위한 일반화된 식을 나타내었다.
본선의 위치(x1, y1)은 (0,0), 타선의 위치(x2, y2)는 (1,1), 본선길이 L = 200m, a=7L=0.76마일, 단반경 b=3L=0,32마일, 본선의 속력, v1 = 14노트, 타선의 속력, v2 = 12노트로 설정하여 시뮬레이션을 실행하였다.
본선은 000°로 항해중이며, 타선은 270°로 항해중이다. 본선이 피항선임을 판단하여 우현으로 변침하였다. 본선의 위치(x₁, y₁)은 (0,0), 타선의 위치(x₂, y₂)는 (1,1), 본선길이 L = 200m, a=7L=0.
어선은 10노트로 250°를 유지하며 항해하던 중 충돌하였다. 사고당시 AIS의 정보를 활용하여 선박의 위치, 선속, 침로 등의 정보를 이용하여 선박의 위험도를 계산하였다.
따라서 자선은 타선의 상대방위에 따라서 볼 수 있는 등화가 정해진다. 이 개념을 이용하여 본선이 위치한 곳에서 상대선의 어떠한 등화를 바라보는가에 따라 1), 2) 및 3)의 항법관계를 판단하고 피항선 또는 및 유지선의 동작을 수행한다.
본 논문에서는 상대방위를 관측하여 본선이 ’72 CORLEGs에 의한 피항선 또는 유지선의 위치에 있는가를 판단하여 충돌 회피 동작을 수행하는 알고리즘을 제안하였다. 제안된 방법은 선박간 조우상황을 분류하고 피항선과 유지선의 관계를 판단한 후, f(t)에 의한 충돌회피 시점을 계산하여 피항동작을 수행하였다. 또한 본선과 타선과의 위치관계에 따른 가능한 상황을 분류하였으며, 타선의 상대방위, 본선의 침로 등을 가지고 충돌피항을 위한 일반화된 식을 나타내었다.
제안된 알고리즘의 유효성을 보여주기 위하여 컴퓨터 시뮬레이션이 수행되었다. 실제적인 해양사고 자료를 바탕으로 위험도의 변화를 계산하였으며 실제적인 상황에 잘 적용될 수 있음을 확인하였다.
본 논문에서는 상대방위를 관측하여 본선이 CORLEG에 의한 피항선 또는 유지선의 위치에 있는가를 판단하여 충돌회피 동작을 수행하는 알고리즘을 제안한다. 즉, 제안된 방법은 선박간 조우 상황을 분류하고 피항선과 유지선의 관계를 판단한 후, DCPA와 TCPA를 고려하여 Rafal[1]이 언급한 타원모델에 토대를 둔 상황접근 지수를 계산하여 충돌회피 시점을 결정한다. 제2절에서는 타원모델 기반의 충돌회피 방법을 소개하고, 제3절에서 '72 CORELGs 기반한 충돌회피 알고리즘을 제안한다.

이론/모형

선박의 위험도는 Lisowski[8]의 논문에서 제시된 다음 식 (2)를 이용하였다.

성능/효과

본 연구의 결과는 안개 및 기상악화의 경우 시계가 제한되거나 야간항해 중 항해등의 식별이 어려워 피항선과 유지선의 판단이 불확실한 경우에도 국제해상충돌예방규칙에 의한 충돌회피 동작에 효과적으로 적용할 수 있다.
제안된 알고리즘의 유효성을 보여주기 위하여 컴퓨터 시뮬레이션이 수행되었다. 실제적인 해양사고 자료를 바탕으로 위험도의 변화를 계산하였으며 실제적인 상황에 잘 적용될 수 있음을 확인하였다.

후속연구

향후 다수의 선박에 적용 가능한 알고리즘의 개발이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	해양사고예방을 위한 선박간의 충돌방지를 위한 알고리즘은 무엇을 기초로 개발되었는가?	그러나 이러한 항해시스템의 자동화에도 불구하고 해양사고의 사고건수는 크게 줄어들지 않고 있다. 해양사고예방을 위한 선박간의 충돌방지를 위한 알고리즘은 거의 대부분 최근접점에서 상대선과의 거리(DCPA, Distance to Closest Point of Approach)와 최근접점에 이르는 시간(TCPA, Time to CPA)에 기초를 두고 개발되어 왔다. 그러나 대부분의 선박충돌회피 알고리즘이 국제 해상충돌 예방규칙(‘72 COLREGs, International Regulations for Preventing Collisions at Sea, 1972)을 고려하지 않았다는 문제점이 있다[1][2][3][4].
	해양사고예방을 위한 선박간의 충돌방지를 위한 알고리즘의 문제점은 무엇인가?	해양사고예방을 위한 선박간의 충돌방지를 위한 알고리즘은 거의 대부분 최근접점에서 상대선과의 거리(DCPA, Distance to Closest Point of Approach)와 최근접점에 이르는 시간(TCPA, Time to CPA)에 기초를 두고 개발되어 왔다. 그러나 대부분의 선박충돌회피 알고리즘이 국제 해상충돌 예방규칙(‘72 COLREGs, International Regulations for Preventing Collisions at Sea, 1972)을 고려하지 않았다는 문제점이 있다[1][2][3][4]. 강[5]은 DCPA, TCPA, VCD(Variation of Compass Degree)의 세 입력변수를 가지고 선박의 충돌위험도를 결정하였다.
	선박자동식별장치는 무엇을 실시간으로 알 수 있는가?	기술의 발전으로 항해시스템은 과거보다 훨씬 빠르고 편하게 발전되어 왔다. 전자해도표시장치(ECDIS, Electronic Chart Display and Information System)가 종이해도를 대신하여 사용되기 시작되었고, 선박자동식별장치(AIS, Automation Information System)는 이미 국제협약의 대상 선박에 의무적으로 설치되어 상대선박의 선명, 선종, 방위 및 위치정보를 실시간으로 알 수 있게 되었다. 그러나 이러한 항해시스템의 자동화에도 불구하고 해양사고의 사고건수는 크게 줄어들지 않고 있다.

참고문헌 (8)

Rafal Szlapczynski, "A unified measure of collision risk derived from the concept of a ship domain," The Journal of Navigation, vol. 59, pp.477-490, 2006.

상세보기
Rafal Szlapczynski, "Determining the Optimal Course Alteration Manoeuvre in a Multi-Target Encounter Situation for a Given Ship Domain Model", Annual of Navigation 12/2007, pp.75-85, 2007.
Thomas Statheros, Gareth Howells and Klaus McDonald-Marier, "Autonomous Ship Collision Avoidance Navigation Concepts, Technologies and Techniques," The Journal of Navigation, vol. 61, pp.129-142, 2008.

상세보기
Y. Xue, B.S. Lee, and D. Han, "Automation collision avoidance of ships," Proc. IMechE, vol. 223, Part M: J. Engineering for the Maritime Environment, pp. 33-46, 2009.
강일권, "'72국제해상충돌방지규칙을 고려한 충돌위험도 결정시스템", Fish Tech, vol. 45(2), pp. 106-113, 2009.
Fuji J., Tanaka K., "Traffic capacity," The Journal of Navigation, vol. 24, pp. 543-552, 1971.

상세보기
윤점동, 1972 국제해상충돌예방규칙에 관한 협약, 세종출판사, 2008.
J. Lisowski, "The dynamic game models of safe navigation", TransNav2007, pp. 23-30.

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증