[논문]선박운항 중 선체동요에 의한 뱃멀미 평가방법

최찬문; 이창헌; 김병엽; 안장영; 김석종; 시게히로 리츠오

doi:10.3796/ksft.2015.51.1.071

선박운항 중 선체동요에 의한 뱃멀미 평가방법
Evaluation method of motion seasickness by ship motions during underway in irregular waves 원문보기

한국어업기술학회지 = Journal of the Korean Society of Fisheries Technology, v.51 no.1, 2015년, pp.71 - 78

최찬문 (제주대학교 해양산업경찰학과) , 이창헌 (제주대학교 해양산업경찰학과) , 김병엽 (제주대학교 해양산업경찰학과) , 안장영 (제주대학교 해양산업경찰학과) , 김석종 (제주대학교 해양산업경찰학과) , 시게히로 리츠오 (녹아도대학수산학부)

Abstract ▼ AI-Helper

In order to deduce an objective evaluation method of motion seasickness incidence (MSI) by ship motions during underway in irregular waves and to present the fundamental data of passenger comfort on the yacht and the passenger ship according to the result, the MSI of the trainees by the questionnaires was analysed and compared with the rate of variation of salivary ${\alpha}$-amylase activity (VSAA) on the training ship "A-ra ho" of Jeju national university. Relationship between rate of variation (x) by salivary ${\alpha}$-amylase activity and motion seasickness incidence (y) was described by the equation, MSI(%) = 0.6073 x + 12.189 including the correlation coefficient ($R^2=0.9853$). The result obtained through the rate of variation of salivary ${\alpha}$-amylase activity which was the quantitative evaluation method for ship motions causing seasickness was most affected by z-vertical acceleration and occurred within the frequency range 0.1 to 0.3Hz centered on 0.2Hz, and the simulation result based on this finding showed the motion seasickness rate at approximately 4% lower than the rate obtained through the survey.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 멀미를 유발시키는 선체동요 중 가장 뱃멀미에 영향을 초래하는 동요를 찾아 이를 토대로 정량적이고 객관적인 뱃멀미율 (Motion seasickness incidence:MSI)에 대한 평가방법을 제시하고, 그 결과를 이용하여 연·근해에서 운항하는 중·소여객선 및 요트에 승선감에 관한 기초자료를 제공할 목적으로, 제주대학교 실습선 아라호에 승선한 실습생들의 정박 및 항해 중에 설문지에 의해서 뱃멀미율을 측정하였다.
본 연구에서는 선박이 항해 중에 주관적인 방법인 설문조사와 객관적이고 정량적인 분석방법에 의한 뱃멀미를 비교 분석한 결과 MSI(%) = 0.6073 x + 12.189 (R²= 0.9853)을 얻을 수 있었으므로, 아밀라제 변화와 선체운동과의 관계에서 새로운 뱃멀미 평가방법을 제시하였다.
선체동요에서 보다 더 정량적으로 분석하기 위해, 타액 아밀라제 측정값의 변화로 부터 뱃멀미율을 얻고자 하였다. 그 결과 상하 가속도에서 상관관계가 가장 높아 계수가 R²=0.

가설 설정

선박의 멀미에 관한 내용은 “전혀 느끼지 못했다”, “속이 불편”, “두통”, “구토” 의 4개 항목으로 나누어 조사하였으며, 이중 무작위로 10명 이상을 선정하여 각각의 아밀라제 양을 측정하여 비교·분석하였다. 본 연구에서 뱃멀미율은 속이 불편하다고 느끼고 있는 학생 이상을 멀미 기가 있다고 가정하여 참여인원수를 나눈 값으로 정의하였으며, 정박 중에는 멀미하는 학생이 전혀 없었다.

제안 방법

Fig. 1은 운항 중에 선체 운동 및 위치정보 등을 수신 하는 계통도로서 선박의 동요를 측정하기 위해 Magnetic compass (Cross-bow, VG 440C) 3축 경사계를 선교 선수미선상에 설치하였으며, 설문지 및 타액 아밀라제 활성값을 측정할 때 동일한 시간에 20분간의 선체동요 자료를 개인 컴퓨터에 저장한 후, 이 가운데 10분간의 자료를 이용하여 분석하였다.
그 반사율이 광학 Unit으로 자동적으로 측정된 후, 효소 활성 (unit/l)으로 환산되어 나타나는 값을 비교·분석하였으며, kIU/ℓ (kilogram International Unit/liter) 단위는 1리터 중 아밀라제가 함유한 Kg을 말한다.
2 Hz 이내 범위에서 뱃멀미가 가장 높았고, 선체운동에 의해서 승선자의 현재 상태에 대한 설문지를 분석한 결과, 정박 때에 멀미 하는 실습생이 전혀 보이지 않았으나, 항해 때 멀미가 발생하였다. 그 원인은 선체의 동요가 인체에 자극을 줌으로써 일어난 현상이라고 할 수 있는데, 지금까지의 연구결과에 대한 멀미율은 운송체 내에서 인위적으로 자극의 변화를 준 후, 참여자의 설문을 통해서 자극의 크기에 따라 그 비를 결정하였다.
동시에 혈장의 부신 수지 호르몬 농도와 스트레스 평가에 대한 상호관계가 가장 높다고 알려진 교감신경의 지표로 이용되고 있는 타액의 아밀라제 활성 (Salivary α-amylase activity :SAA)값의 변화율과의 관계를 정량적으로 비교‧분석하였다.
선박의 멀미에 관한 내용은 “전혀 느끼지 못했다”, “속이 불편”, “두통”, “구토” 의 4개 항목으로 나누어 조사하였으며, 이중 무작위로 10명 이상을 선정하여 각각의 아밀라제 양을 측정하여 비교·분석하였다.
실험 측정방법은 타액 채취지를 실험 설문 참여자의 혀 밑에 30초 정도 넣어 직접 채취를 실시한 후, 본체에 타액을 10초 동안 전사 (轉寫)시키면, α–Amylase가 가수분해 되어 황색으로 변한다.

대상 데이터

Table 1은 선체동요에 의해 뱃멀미 평가방법을 제시하기 위해 시험선박으로 이용된 제주대학교 실습선 아라호의 제원 및 선체동요 평가에 필요한 각종 계수들을 나타낸 것으로, 특히, 시험선은 선체의 동요를 감쇠시키는 횡동요 감쇠장치 (Active type - anti-rolling tank) 가 설치된 선박이다.
Table 3은 항해 중 설문에 참여한 현황을 나타낸 것으로 총 4회에 걸쳐 전체 참여 인원은 총 150명이었다. 선박의 멀미에 관한 내용은 “전혀 느끼지 못했다”, “속이 불편”, “두통”, “구토” 의 4개 항목으로 나누어 조사하였으며, 이중 무작위로 10명 이상을 선정하여 각각의 아밀라제 양을 측정하여 비교·분석하였다.

성능/효과

4는 4회 걸쳐 정박, 항해 중 타액 아밀라제 활성값의 변화 (Variation rate of Salivary α– amylase activity:VSAA)를 Nakano and Yamaguchi (2011) 식에 의해 구한 것으로 y축의 왼쪽은 정박 및 항해 중의 아밀라제 측정값, 오른쪽은 변화율을 나타내었다. 4회의 남녀 학생의 개별적인 설문 결과, Fig. 3에 나타냈듯이 뱃멀미 율은 평균 약 52.74%로 아라호에 승선한 실습생 절반 이상이 항해 중에 멀미를 한다고 할 수 있었으며, 반면에 아밀라제 변화도 비슷한 경향을 볼 수 있었다.
Table 5는 정박 및 항해 중 아밀라제 측정에 참여한 현황을 나타낸 것으로 정박 때 측정된 학생과 동일하게 항해 중에 측정하도록 하였으며 참여한 전체 인원은 정박, 항해 각각 60명이였다. 결과값은 측정기 2대를 이용한 평균값으로, 항해 중에는 약 18.13 kIU/ℓ로 정박 때보다 높게 나타났다.
선체동요에서 보다 더 정량적으로 분석하기 위해, 타액 아밀라제 측정값의 변화로 부터 뱃멀미율을 얻고자 하였다. 그 결과 상하 가속도에서 상관관계가 가장 높아 계수가 R²=0.5712 이었고, 횡동요 크기 R²=0.2568, 상하 가속도 주기 R²=0.2473 횡동요 주기 R²=0.1340순으로 나타나 뱃멀미에 미치는 운동은 종동요에 의한 것이 큰 것으로 생각되며, 반면에 종동요 크기 및 주기는 뱃멀미에 큰 영향을 미치지 않음을 알 수 있었다. 이러한 결과는 O'Hanlon and McCauley (1974)등과 비슷한 경향을 보였고, Joseph and Griffn (2008), Fang and Chan (2007)의 연구결과처럼 뱃멀미에 미치는 영향이 횡‧종동요 크기와는 뚜렷하게 나타나지 않았다는 것과 일치하였다.
본 연구에서 이용된 시험선 아라호는 초기설계단계에서 종동요를 이용한 승선감 판정법에 의해 분석한 결과 1.55 보다 크지 않았고, 횡·종동요 주기는 한계 범위 내에 있으므로 승선감 측면에서 크게 나쁘지 않은 선박으로 판단되었다.
선체의 횡‧종동요로 인하여 멀미를 일으키는 운동을 정량적인 방법인 아밀라제 변화을 통해 얻은 결과 중 가장 많은 영향을 미치는 요소는 상하 가속도 변화였으며 이를 토대로 시뮬레이션 한 결과, 4회 걸친 설문에 의한 뱃멀미와는 약 4%정도 적게 나타났지만, 승선감을 정량적으로 평가하는 데 적합한 것으로 생각되었다.
설문지 결과값에서 정박 때에는 전혀 멀미기운이 없었으나, 항해 중 구토율이 5.26%에 달하는 경우도 발생 하였다. 이는 선박의 동요로 인하여 멀미가 유발되었다고 규명할 수 있으나, 정량적으로 분석하기 어렵다고 판단되어 의학분야에서 스트레스 측정용으로 사용하고 있는 타액 아밀라제 측정기를 이용하여 변화율과 비교한 결과 변화율이 크면 클수록 멀미율이 증가하는 것을볼 수 있었다.
시험선인 경우, 상하 가속도 0.2 Hz 이내 범위에서 뱃멀미가 가장 높았고, 선체운동에 의해서 승선자의 현재 상태에 대한 설문지를 분석한 결과, 정박 때에 멀미 하는 실습생이 전혀 보이지 않았으나, 항해 때 멀미가 발생하였다. 그 원인은 선체의 동요가 인체에 자극을 줌으로써 일어난 현상이라고 할 수 있는데, 지금까지의 연구결과에 대한 멀미율은 운송체 내에서 인위적으로 자극의 변화를 준 후, 참여자의 설문을 통해서 자극의 크기에 따라 그 비를 결정하였다.
26%에 달하는 경우도 발생 하였다. 이는 선박의 동요로 인하여 멀미가 유발되었다고 규명할 수 있으나, 정량적으로 분석하기 어렵다고 판단되어 의학분야에서 스트레스 측정용으로 사용하고 있는 타액 아밀라제 측정기를 이용하여 변화율과 비교한 결과 변화율이 크면 클수록 멀미율이 증가하는 것을볼 수 있었다. 식의 상수값 0.
이상의 분석결과에서 제주대학교 실습선 아라호의 횡동요 고유주기 한계치는 CT > 8 이내이고, GM의 조건에 매우 만족하는 것으로 분석되었으며, 종동요 가속도에 판정 결과에서 Iwai (1965)의 1.55 보다 크지 않아 전반적으로 승선감은 나쁘지 않다는 것을 알수 있었다.

후속연구

향후, 보다 더 많은 선박에서 이러한 실험을 통해 도출되는 결과들이 선박의 특성, 운항 예상해역의 풍속, 풍향, 파고, 파주기 등에 의해 연‧근해 해역에서 운항하는 중·소여객선 및 요트 등의 선박에 승선감을 미리 알려주는 예보시스템 구축에 필요할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	선박에서 발생하는 6자유도 운동이란 무엇을 말하는가?	이러한 선박들은 육상의 구조물과 달리 부력에 의해 지지되어 수면위에서 운항하게 된다. 바다에서 운항하는 선박은 강과 호수와는 다르게 수면변화가 매우 크므로, 기상 상황에 따라서 과도한 6자유도 운동이 발생되는데, 이것은 선체의 길이 방향의 축을 포함하는 연직면 내에서 상하요 및 종요 연성운동을 하는 종운동, 수평면 내에의 좌우요, 선수요 및 횡요 횡운동, 전후 운동으로 나눌 수 있다 (Rameswar, 1978).
	진행파가 선박에 미치는 영향은 무엇인가?	진행파가 선박에 미치는 영향으로, 저항증가 등의 경제성, 전복 등의 안정성, 그리고 승선자에 미치는 승선감 등을 들 수가 있으며, 상선은 경제의 고도성장에 병행하여 대형화되고, 안정성, 경제성을 높이려는 추세에 있다. 그러나 어선 등의 중·소형선은 안전성 및 승선감의 개선에 대한 연구가 상선에 비하여 연구가 활발하지 못한 것이 현재의 상황이다.
	정박때에는 멀미를 하지 않다가 항해 때 멀미를 하는 이유는 무엇인가?	2 Hz 이내 범위에서 뱃멀미가 가장 높았고, 선체운동에 의해서 승선자의 현재 상태에 대한 설문지를 분석한 결과, 정박 때에 멀미 하는 실습생이 전혀 보이지 않았으나, 항해 때 멀미가 발생하였다. 그 원인은 선체의 동요가 인체에 자극을 줌으로써 일어난 현상이라고 할 수 있는데, 지금까지의 연구결과에 대한 멀미율은 운송체 내에서 인위적으로 자극의 변화를 준 후, 참여자의 설문을 통해서 자극의 크기에 따라 그 비를 결정하였다.

참고문헌 (19)

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저자의 다른 논문 :

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].

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