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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 풍속이 20 m/s를 초과하는 경우에 대하여 PIANC에서 제시하는 기준을 바탕으로 선회반경을 계산하도록 알고리즘을 구성하여 현실을 반영할 수 있도록 하였다.
- 본 연구에서도 전체 정박지 점유율의 75 %ile를 기준으로 안전계수를 도출할 수 있으나, 항행환경 및 항해사의 특성이 다르기 때문에 같은 조건을 적용하는데 문제가 있다고 판단된다. 따라서 우리나라의 정박지를 실제 이용하고 있는 전문가 집단인 선박 운항자를 대상으로 설문조사를 실시하여 정박지의 안전계수에 대해 기준을 제시하고자 한다.
제안 방법
- (1) 정박지를 이용하는 선박 척수, 규모, 대기시간을 고려한 정박지 규모의 적정성을 정량적으로 제시하기 위해서 정박지 점유 면적, 시간별 정박지 점유 면적에 따른 정박지 점유율 개념을 제안하였고, 이를 통해 필요 정박지 면적 산출 식을 제시하였다.
- (2) 시간별 정박지 점유율 분석을 위하여 시뮬레이션 알고리즘을 설계하고 MATLAB 프로그램을 이용하여 모델링하였다.
- 이를 위해 울산항 E정박지의 2015년 자료를 조사 및 분석하여 시뮬레이션을 실시하고 연간 정박지 입항 척수를 도출하였다. 그리고 이 결과가 실제 울산항 E정박지 실적과 어느 정도의 정확도가 있는지 검증하였다. 검증 결과 Fig.
- 따라서 본 연구에서는 정박지의 교통환경 특성을 고려하여 정박지 규모의 적정성을 판단할 수 있는 지표로서 시간별 정박지 점유율 개념을 제시하고, 이를 토대로 필요 정박지 면적을 산출할 수 있는 일반식을 제안하였으며, 시간별 정박지 점유율 분석을 위한 시뮬레이션 알고리즘을 구성하고, MATLAB 프로그램을 이용하여 모델링하였다. 그리고 이 모델을 울산항 E정박지에 적용하여 시간별 정박지 점유율을 분석하고, 필요 정박지 면적을 산출하였으며, 이를 현재 울산항 E 정박지와 비교 분석하였다. 이러한 시간별 정박지 점유율을 이용한 집단정박지 필요면적 제시 방법을 정박지 설계 시 반영할 경우 정박지를 이용하는 선박의 안전에 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다.
- 시간별 정박지 점유율을 분석하기 위해서는 일정기간 동안 막대한 양의 자료를 분석해야 하고, 결과 도출에도 많은 시간이 소요되므로 좀 더 효과적인 실제 정박지 점유 면적을 산출할 수 있는 방법이 필요하다. 따라서 동적 시스템을 아이콘화 된 블록을 사용하여 모델링하고 시뮬레이션 할 수 있도록 해줄 뿐 만 아니라 시간에 따라 사건을 발생시킬 수 있는 기능을 제공하는 MATLAB 프로그램을 사용하여 분석 모델을 설계하였다.
- 따라서 본 연구에서는 정박지의 교통환경 특성을 고려하여 정박지 규모의 적정성을 판단할 수 있는 지표로서 시간별 정박지 점유율 개념을 제시하고, 이를 토대로 필요 정박지 면적을 산출할 수 있는 일반식을 제안하였으며, 시간별 정박지 점유율 분석을 위한 시뮬레이션 알고리즘을 구성하고, MATLAB 프로그램을 이용하여 모델링하였다. 그리고 이 모델을 울산항 E정박지에 적용하여 시간별 정박지 점유율을 분석하고, 필요 정박지 면적을 산출하였으며, 이를 현재 울산항 E 정박지와 비교 분석하였다.
- 따라서 설문조사를 통해 정박지 면적 산출 시 고려해야 하는 안전계수로 산출된 70 %ile는 0.5σ(표준편차)로 근사하고, 정박지는 항만의 안전지침 또는 환경영향으로 정박지를 폐쇄하여 사용하지 못하는 경우가 발생할 수 있으므로 이를 고려하여 식(4)와 같이 면적 산출식을 제시하였다.
- 정박지를 이용하는 선박은 그 크기가 다양하고, 대기시간이 다를 뿐만 아니라 환경적인 요인에 의해서 정박지 점유면적이 각기 다르기 때문에 정박지의 환경적 요소, 입항 선박의 시간 패턴, 대기시간 등을 종합적으로 고려하고 시간별 실제 정박지 점유 면적을 산출하여 정박지 규모의 적정성을 판별할 필요가 있다. 본 연구에서는 시간별 정박지 점유 면적을 해당 정박지의 기상상태 출현 빈도, 정박지 입항 선박척수 및 규모, 정박지 입항 시간 간격, 정박지 점유 시간, 다양한 정박지 수심 및 저질 등의 조건 하에서 정박지에 대기하고 있는 선박의 선회반경이 점유한 면적의 합으로 정의하였으며, 그 일반식은 식(2)와 같다.
- 설문조사는 정박선박의 안전을 고려한 적정 규모의 정박지 면적을 산정할 때 정박지 점유율 분포에서 몇 번째 백분위수를 기준으로 안전계수를 산정할 필요가 있는지 조사하였다. 설문조사의 개요에 대해 살펴보면 Table 2와 같이 총 39명의 선박 운항자를 대상으로 2015년 12월부터 2016년 2월까지 3개월간 실시하였으며, 인터뷰 형식으로 진행하였다.
- 시간별 정박지 점유율을 분석하기 위한 시뮬레이션 시스템 개념은 Fig. 3과 같이 선박의 도착 간 시간간격, 대기시간, 수역의 바람 속력, 수심 및 저질 등의 자료를 확률분포로 입력하고, 시뮬레이션 모델 및 점유율 계산 알고리즘을 통해 정박지 대기선박 척수, 시간별 정박지 점유 면적을 출력하는 시스템을 구성하였다.
- 본 연구에서 제시한 시간별 정박지 점유율 분석 모델이 현실을 잘 반영하고 있는지 검증할 필요가 있다. 이를 위해 울산항 E정박지의 2015년 자료를 조사 및 분석하여 시뮬레이션을 실시하고 연간 정박지 입항 척수를 도출하였다. 그리고 이 결과가 실제 울산항 E정박지 실적과 어느 정도의 정확도가 있는지 검증하였다.
- 정박지 점유율 계산을 위한 알고리즘은 Fig. 5와 같이 Table 1에서 제시한 우리나라의 정박지 설계기준을 바탕으로 선박의 길이와 수심, 저질에 따른 선박의 선회반경을 계산하였다.
대상 데이터
- 설문조사는 정박선박의 안전을 고려한 적정 규모의 정박지 면적을 산정할 때 정박지 점유율 분포에서 몇 번째 백분위수를 기준으로 안전계수를 산정할 필요가 있는지 조사하였다. 설문조사의 개요에 대해 살펴보면 Table 2와 같이 총 39명의 선박 운항자를 대상으로 2015년 12월부터 2016년 2월까지 3개월간 실시하였으며, 인터뷰 형식으로 진행하였다. 설문조사 대상자의 승선경력은 10년 초과자가 3명, 5년~10년 14명, 3년~5년 8명, 그리고 3년 미만의 승선경력자는 14명이다.
- 시뮬레이션 입력변수는 Table 5와 같이 울산항 E정박지의 2015년 실적치를 분석하여 확률분포의 형태로 입력하였다.
데이터처리
- 시간별 정박지 점유율 분석을 위한 알고리즘 설계 결과를 바탕으로 시뮬레이션을 수행하기 위하여 MATLAB 프로그램을 이용하여 모델링하였으며 그 결과는 Fig. 6과 같다.
- 울산항 E정박지의 정박지 전체면적과 점유면적은 Autocad 프로그램을 이용하여 도출하였으며 그 결과는 Table 4와 같다. 즉 E1정박지의 정박지 점유면적은 6,955,936 m2로, 전체 정박지 면적인 9,387,662 m2의 약 74.
이론/모형
- 정박지를 이용하는 선박의 척당 점유면적은 Table 1과 같이 우리나라 정박지 설계기준 중 일반적인 환경조건 하에서 통상적으로 취하여지는 방법인 단묘박(Yun, 2008)시의 점유 수역 반경을 기준으로 계산하였다.
성능/효과
- (3) 필요 정박지 면적 분석 산출 방법을 울산항 E정박지에 적용한 결과, E1정박지의 경우 현재 E1정박지 면적을 약 1.41배 정도 확충할 필요가 있는 것으로 확인되었다. 또한 E2및 E3정박지의 적정 규모는 현재 E2 및 E3정박지 면적의 0.
- 그리고 이 결과가 실제 울산항 E정박지 실적과 어느 정도의 정확도가 있는지 검증하였다. 검증 결과 Fig. 7과 같이 시뮬레이션에서는 정박지에 입항하는 선박을 생성할 때 사전에 입력된 정박지 도착 간 시간간격의 확률분포에 따라서 선박을 발생 시키기 때문에 정확한 일치를 보일 수는 없었지만 약 1 %의 오차 범위 안에서 현실을 반영하고 있음을 알 수 있다.
- 84 %인 것을 알 수 있다. 따라서 2015년 울산항 E1정박지의 입출항 선박 척수, 정박선박 대기시간, 정박지 이용선박의 규모를 고려할 때 E1정박지의 적정 규모는 약 13.22 km2가 필요하며, E1정박지 면적을 고려할 때 약 1.41배 정도 확충해야 하는 것으로 확인하였다.
- 41배 정도 확충할 필요가 있는 것으로 확인되었다. 또한 E2및 E3정박지의 적정 규모는 현재 E2 및 E3정박지 면적의 0.90배, 0.96배로 이미 충분한 수역이 확보되어 있는 것을 확인하였다.
- 02 %이다. 즉, E2 정박지의 적정 규모는 약 9.23 km2이며, 이는 E2정박지 면적의 약 0.90배 규모로 이미 충분한 수역이 확보되어 있는 것을 확인하였다.
- 73 %이다. 즉, E3 정박지의 적정 규모는 약 11.2 km2이며, 이는 E3정박지 면적의 약 0.96배 규모로 이미 충분한 수역이 확보되어 있는 것을 확인되었다.
- 13 %)으로 조사되었다. 즉, 적정 규모의 정박지 면적 산출 시 정박지 점유율의 70 %ile까지 포함해야 될 필요가 있다는 의견이 과반수 이상을 차지하였다.
후속연구
- 또한 시간별 정박지 점유율 중 Peak 시점을 기준으로 정박지 면적을 제시할 경우, 항계 수역이 상대적으로 협소한 우리나라의 특성 상 항만개발에 부정적인 영향을 끼칠 뿐만 아니라 항만 수역의 효율적인 이용 측면에서도 문제가 있을 것으로 판단된다. 따라서 정박선박의 안전과 항만의 효율적인 운용 측면을 고려하여 일정 수준의 안전계수를 추가함으로써 적정 규모의 정박지 면적을 산출할 수 있을 것이다.
- 본 연구를 통해 확인한 울산항 E1 정박지의 부족 문제를 정책에 반영하여 E1 정박지 이용선박을 E2 혹은 E3 정박지로 분산하거나, E1 정박지의 확장을 위한 정량적인 연구로서 활용한다면 그 가치가 있다고 판단되며, 필요 정박지 면적 분석 방법을 타 항만에 적용할 경우 정박지를 이용하는 선박의 안전에도 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
- 본 연구에서 제시한 시간별 정박지 점유율 분석 모델이 현실을 잘 반영하고 있는지 검증할 필요가 있다. 이를 위해 울산항 E정박지의 2015년 자료를 조사 및 분석하여 시뮬레이션을 실시하고 연간 정박지 입항 척수를 도출하였다.
- 본 연구에서도 전체 정박지 점유율의 75 %ile를 기준으로 안전계수를 도출할 수 있으나, 항행환경 및 항해사의 특성이 다르기 때문에 같은 조건을 적용하는데 문제가 있다고 판단된다. 따라서 우리나라의 정박지를 실제 이용하고 있는 전문가 집단인 선박 운항자를 대상으로 설문조사를 실시하여 정박지의 안전계수에 대해 기준을 제시하고자 한다.
- 그리고 이 모델을 울산항 E정박지에 적용하여 시간별 정박지 점유율을 분석하고, 필요 정박지 면적을 산출하였으며, 이를 현재 울산항 E 정박지와 비교 분석하였다. 이러한 시간별 정박지 점유율을 이용한 집단정박지 필요면적 제시 방법을 정박지 설계 시 반영할 경우 정박지를 이용하는 선박의 안전에 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다.
- 후속 연구로는 항만 물동량, 선석 수, 입항 척수, 선석 접안 시간 등과 정박지 필요 면적과의 상관관계를 분석하는 추가적인 연구를 통하여, 항만개발에 따른 미래의 잠재적인 물동량 증가 또는 선석 수 증가를 고려할 때 설치해야 하는 정박지 면적을 정량적으로 제시하는 연구를 실시할 예정이다.
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