안전 항해 지원 서비스 제공에 대한 유용성 평가(I) : 항로 계획 공유 서비스를 대상으로 An Evaluation of Effectiveness for Providing Safety Navigation Supporting Service : Focused on Route Plan Sharing Service원문보기
본 논문에서는 안전항해를 위한 IT서비스 집합인 16가지의 MSP 중 두 번째 항목인 항해 지원 서비스와 관련하여 설문조사 과정 등을 통해 항로 계획 공유 서비스를 도출하였다. 또한, 도출한 서비스의 유용성을 평가하기 위한 시나리오를 개발하였으며, 개발한 시나리오를 기반으로 FMSS를 활용하여 유용성을 평가하기 위한 시뮬레이션을 수행하였다. 이를 통해 근접도 평가, 제어도 평가, 심리적 평가에 대한 시뮬레이션 결과를 분석함으로써 항로 계획 공유 서비스의 유용성을 평가하였다. 만약 새로운 서비스를 평가하기 위한 실험을 실제 선박이나 VTS 센터에서 수행한다면 시간적/경제적 문제를 비롯하여 여러 위험이 뒤따를 수 있다. 따라서 시뮬레이션 기반의 예비 유용성 평가 과정이 요구되며, 서비스의 도입 및 시행에 있어서도 다방면의 검증 과정을 반드시 거쳐야할 것으로 판단된다. 왜냐하면, 유용할 것으로 기대되는 서비스일지라도 실제와 유사한 환경에서 평가를 진행해보면, 그 결과는 기대에 미치지 못할 수 있기 때문이다.
본 논문에서는 안전항해를 위한 IT서비스 집합인 16가지의 MSP 중 두 번째 항목인 항해 지원 서비스와 관련하여 설문조사 과정 등을 통해 항로 계획 공유 서비스를 도출하였다. 또한, 도출한 서비스의 유용성을 평가하기 위한 시나리오를 개발하였으며, 개발한 시나리오를 기반으로 FMSS를 활용하여 유용성을 평가하기 위한 시뮬레이션을 수행하였다. 이를 통해 근접도 평가, 제어도 평가, 심리적 평가에 대한 시뮬레이션 결과를 분석함으로써 항로 계획 공유 서비스의 유용성을 평가하였다. 만약 새로운 서비스를 평가하기 위한 실험을 실제 선박이나 VTS 센터에서 수행한다면 시간적/경제적 문제를 비롯하여 여러 위험이 뒤따를 수 있다. 따라서 시뮬레이션 기반의 예비 유용성 평가 과정이 요구되며, 서비스의 도입 및 시행에 있어서도 다방면의 검증 과정을 반드시 거쳐야할 것으로 판단된다. 왜냐하면, 유용할 것으로 기대되는 서비스일지라도 실제와 유사한 환경에서 평가를 진행해보면, 그 결과는 기대에 미치지 못할 수 있기 때문이다.
In this paper, we suggest a route plan sharing service for the navigation assistance service which is the second item of 16 items in maritime service portfolios (MSPs) for safety navigation based on interview process. Also, we developed scenarios for effectiveness evaluation of the proposed service,...
In this paper, we suggest a route plan sharing service for the navigation assistance service which is the second item of 16 items in maritime service portfolios (MSPs) for safety navigation based on interview process. Also, we developed scenarios for effectiveness evaluation of the proposed service, and conducted simulations using full mission ship handling simulator (FMSS) for effectiveness evaluation of proposed services based on the developed scenarios. Through the simulations, we analyzed proximity measures, controllability statistics and subjective evaluations to assess the usefulness of suggested service. If accomplishing the test for new services to apply real ships and vessel traffic (VTS) center, there has possibilities to occur various risks in terms of time/cost problems. Therefore, there is needs for the preliminary effectiveness evaluation processes necessarily when adopts and implements new services. Because we expected the service that is helpful for safety navigation, but the test results are not when conducted a simulation.
In this paper, we suggest a route plan sharing service for the navigation assistance service which is the second item of 16 items in maritime service portfolios (MSPs) for safety navigation based on interview process. Also, we developed scenarios for effectiveness evaluation of the proposed service, and conducted simulations using full mission ship handling simulator (FMSS) for effectiveness evaluation of proposed services based on the developed scenarios. Through the simulations, we analyzed proximity measures, controllability statistics and subjective evaluations to assess the usefulness of suggested service. If accomplishing the test for new services to apply real ships and vessel traffic (VTS) center, there has possibilities to occur various risks in terms of time/cost problems. Therefore, there is needs for the preliminary effectiveness evaluation processes necessarily when adopts and implements new services. Because we expected the service that is helpful for safety navigation, but the test results are not when conducted a simulation.
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문제 정의
본 논문에서는 16가지 MSP 중, 두 번째에 해당하는 항해 지원 서비스(navigation assistance service)와 관련 하여 “항로 계획 공유 서비스”를 제안하고, 선박 조종 시뮬레이터(FMSS, full mission ship handling simulator) 를 기반으로 제안한 서비스에 대한 유용성을 평가한다.
본 논문에서는 16가지의 MSP 중 두 번째 항목인 항해 지원 서비스와 관련하여 설문조사 등을 통해 항로 계획 공유 서비스를 제안하였고, 시나리오를 설정한 후 FMSS를 활용하여 제안한 서비스에 대한 유용성을 평가하기 위한 시뮬레이션을 수행하였다. 근접도 평가, 제어도 평가, 심리적 평가를 통해 시뮬레이션 결과를 분석하였으나, 근접도 및 제어도 평가에서는 유효한 결과가 도출되지 않았으며, 심리적 평가에서 항해 위험도 및 심리적 부담도가 낮아지는 것을 확인 할 수 있었다.
따라서 실제 실험을 수행하기 전에 예비 검증을 위한 과정이 필요하며, 이를 위한 수단으로 시뮬레이션 기법이 도입되어야 한다[6]. 본 논문에서는 그림 1과 같이 실제 선박의 선교와 유사한 환경을 구축하여 직접 선박을 운항하는 것과 같은 환경 에서 시뮬레이션을 수행할 수 있도록 해주는 FMSS(선박 조종 시뮬레이터)를 활용하여 항로 계획 서비스의 유용성을 평가한다.
가설 설정
항로 계획 공유 서비스의 제공을 위한 과정은 그림 2와 같다. (1) 각 선박의 항해사가 항로 계획을 세운 후, VTS 센터로 해당 정보를 전송하고, (2) VTS 센터는 이러한 정보를 각 선박으로 방송(broadcast)형태로 제공하며, (3) 각 선박은 이러한 정보를 수신하여 ECDIS (electronic chart display and information system)에서 출력하는 것으로 가정하는 것으로 시뮬레이션을 수행한다.
항로 계획 정보는 본선 주변에 항해중인 다른 선박의 통항 상태, 즉 다른 선박의 선종, 항적, 차기 변침점 및 변침후의 예정 침로 등을 포함한다. 따라서 이러한 항로 계획 공유 서비스가 제공된다면, 즉 다른 선박의 통항 정보와 같은 항로 계획 정보가 선박간 공유된다면 안전 항해에 도움이 될 것이라는 가설을 세우고 이를 기반으로 제안 서비스의 유용성을 평가한다.
시뮬레이션 대상 선박의 최대 타각은 35°, 전속 상태 (full ahead)에서 최대 엔진 RPM은 100이지만 입항 상황을 가정하였기 때문에 속력을 10±1노트 이내로 제한하여 수행하였다.
제안 방법
왜냐하면, 두 가지 경우를 동일한 항구에서 시뮬레이션하게 되면 학습 효과로 인해 적응도가 높아질 수 있기 때문이다. 따라서 선박의 항해 난이도에 영향을 미치는 요소들(바람/조류의 방향 및 세기, 선박 통항량/ 밀집도)을 동일하게 설정한 후에 입항 시뮬레이션을 진행하였다. 이때, 바람은 정선수 방향의 10노트 세기로, 조류는 시뮬레이션 시작 지점에서 선미로 흘러나가는 0.
시뮬레이션 대상 선박의 최대 타각은 35°, 전속 상태 (full ahead)에서 최대 엔진 RPM은 100이지만 입항 상황을 가정하였기 때문에 속력을 10±1노트 이내로 제한하여 수행하였다. 따라서 엔진 여유 제어량은 10 노트에 해당하는 RPM인 45를 기준으로 하여 엔진을 얼마나 사용하였는지를 표현하였다. 먼저, 부산항의 제어도 평가 결과를 표 10에 나타내었다.
- 제어도 평가 결과 분석 기준 : 제어도는 선박의 타각/엔진 사용량, 타각/엔진 여유 제어량 등으로 평가한다. 본 논문에서는 타각/엔진 사용량은 평균값을 사용 하고, 타각/엔진 여유 제어량은 전체 제어량에 타각/엔진 사용량을 나누어 계산한다. 타각/엔진 여유 제어량 값의 범위는 0～100%로 값이 0에 가까우면 제어 불능 상태를 의미하고, 100에 가까우면 여유 제어량이 최대로 남아있는 것을 의미한다.
설문은 (Q1) 항해시 육상으로부터 제공받기를 희망 하는 정보, (Q2) 입․출항시 유용한 정보, (Q3) 기타 안전 항해에 도움이 될 만한 정보에 관한 내용을 자유롭게 서술하는 형태로 진행되었다. 설문조사의 응답 내용을 분석해 본 결과, Q1과 관련하여 17명의 항해사중 12명이 다른 선박의 통항 상태에 관한 정보가 필요한 것으로 나타났고, Q2와 관련해서도 마찬가지로 다른 선박의 통항 상태에 관한 정보 및 입․출항 선박에 대한 상태 정보가 필요한 것으로 조사되었다.
설문조사의 결과를 통해 도출된 내용을 기반으로 본 논문에서는 “항로 계획 공유 서비스”를 제안한다.
유용성 평가를 위해 부산항과 오사카항을 대상으로 시뮬레이션을 수행하는 것으로 정의하였고, 1인 2회(항로 계획 공유 서비스를 제공 받은 경우/제공받지 못한 경우 : 각각 1회)를 각기 다른 항구에서 수행하도록 하였다. 왜냐하면, 두 가지 경우를 동일한 항구에서 시뮬레이션하게 되면 학습 효과로 인해 적응도가 높아질 수 있기 때문이다.
항해사의 심리적 위험 정도를 확인하기 위하여 시뮬레이션을 수행한 항해사의 심리적 평가 의견을 표 12와같이 리커트(Likert) 척도를 활용하여 조사하였다. 이때, 조사 항목은 크게 (1) 항해 위험도, (2) 심리적 부담도의 두 가지로, +3에서 –3까지의 점수를 부여하여 선택하도록 하였으며, 그 결과를 표 13에 나타냈다.
대상 데이터
시뮬레이션을 위한 선박의 제원을 표 3에 나타냈고, 시뮬레이션 대상자는 1급 면허를 소지한 항해사 2명과 3급 면허를 소지한 항해사 2명을 선정하였으며, 선정한 항해사에 대한 일반적인 정보를 표 4에 정리하였다.
예를 들어, 계획된 항로를 벗어나는 경우 기상 환경(안개/눈/비/야간 등) 등으로 인해 다른 선박 혹은 고정 물표간 잠재적 충돌 및 좌초 등 해양 사고를 예방하기 위한 지원 서비스이다. 이러한 항해 지원 서비스의 도출을 위하여 표 2와 같이 6개월~35년의 경력을 가진 17명의 항해사를 대상으로 설문조사를 실시하였다.
데이터처리
이때, 근접도 평가와 제어도 평가는 FMSS 기반 시뮬레이션의 결과 분석을 위해 대표적으로 활용하는 평가 항목이다. 시뮬레이션은 항해사 A~D가 FMSS를 활용하여 설정한 시나리오에 따라 해당 항구에서 수행하였으며 그 결과를 그림 5 및 그림 6에 나타내었다.
성능/효과
반면에 초급 항해사(항해사 C, D)는 ECDIS와 같은 상대적으로 새로운 항해 장비를 많이 활용하는 성향을 보였다. 결론적으로 다른 선박의 항로 계획 정보가 선박간 공유된다면 안전 항해에 도움이 될 것이라는 가정과는 달리 유용한 결과를 도출해내기는 매우 어려웠다. 공통된 유효 분석 결과를 도출하기 위해서는 보다 많은 시뮬레이션 과정이 필요할 것으로 판단되며, 이에 대한 시간/비용 문제를 해결하기 위한 방안의 모색이 필요하다.
본 논문에서는 16가지의 MSP 중 두 번째 항목인 항해 지원 서비스와 관련하여 설문조사 등을 통해 항로 계획 공유 서비스를 제안하였고, 시나리오를 설정한 후 FMSS를 활용하여 제안한 서비스에 대한 유용성을 평가하기 위한 시뮬레이션을 수행하였다. 근접도 평가, 제어도 평가, 심리적 평가를 통해 시뮬레이션 결과를 분석하였으나, 근접도 및 제어도 평가에서는 유효한 결과가 도출되지 않았으며, 심리적 평가에서 항해 위험도 및 심리적 부담도가 낮아지는 것을 확인 할 수 있었다.
설문조사의 응답 내용을 분석해 본 결과, Q1과 관련하여 17명의 항해사중 12명이 다른 선박의 통항 상태에 관한 정보가 필요한 것으로 나타났고, Q2와 관련해서도 마찬가지로 다른 선박의 통항 상태에 관한 정보 및 입․출항 선박에 대한 상태 정보가 필요한 것으로 조사되었다. 또한 Q3과관련하여 항내 많은 소형 선박 및 AIS(automatic identification system)의 미탑재/미작동 어선으로 항해에 어려움을 겪고 있는 것으로 나타났으며, 이러한 어선에 대한 정보가 확인 가능하다면 사고 예방에 큰 도움이 될 것으로 조사되었다. 항해 지원 서비스 도출을 위해 실시한 설문조사의 결과는 “항해시 다른 선박의 통항 상태 등에 관한 정보를 얻을 수 있다면 안전 항해에 도움이 될 수 있을 것이다”로 요약할 수 있다[3].
설문조사의 응답 내용을 분석해 본 결과, Q1과 관련하여 17명의 항해사중 12명이 다른 선박의 통항 상태에 관한 정보가 필요한 것으로 나타났고, Q2와 관련해서도 마찬가지로 다른 선박의 통항 상태에 관한 정보 및 입․출항 선박에 대한 상태 정보가 필요한 것으로 조사되었다.
시뮬레이션을 통해 도출된 공통점은 상대적으로 경험이 많은 고급 항해사(항해사 A, B)는 항해 경험을 바탕으로 주로 레이더와 같은 전통적인 장비를 이용하는 성향을 보였고, 항로 계획 공유 서비스를 크게 참고하지는 않았다. 반면에 초급 항해사(항해사 C, D)는 ECDIS와 같은 상대적으로 새로운 항해 장비를 많이 활용하는 성향을 보였다.
또한, 오사카항의 제어도 평가 결과를 표 11에 나타내었다. 전체적으로 66~ 83% 수준의 타각 여유 제어량을 보였고, 42~55% 수준의 엔진 여유 제어량을 보였으며, 엔진 여유 제어량은 부산항의 경우보다 상대적으로 부족하였다. 기대와 달리 제어도 평가 또한 근접도 평가와 마찬가지로 유효한 분석 결과를 도출하기 어려웠다.
먼저, 부산항의 제어도 평가 결과를 표 10에 나타내었다. 전체적으로 76~86% 수준의 타각 여유 제어량을 보였고, 50~71% 수준의 엔진 여유 제어량을 확보하였다. 또한, 오사카항의 제어도 평가 결과를 표 11에 나타내었다.
후속연구
결론적으로 다른 선박의 항로 계획 정보가 선박간 공유된다면 안전 항해에 도움이 될 것이라는 가정과는 달리 유용한 결과를 도출해내기는 매우 어려웠다. 공통된 유효 분석 결과를 도출하기 위해서는 보다 많은 시뮬레이션 과정이 필요할 것으로 판단되며, 이에 대한 시간/비용 문제를 해결하기 위한 방안의 모색이 필요하다. 따라서 이러한 서비스 제안에 있어서 반드시 예비 검증 과정을 거쳐야하며, 실제 실험이나 제도 도입/시행에 있어서도 만전을 기해야할 것으로 사료된다.
항로 계획 공유 서비스는 본선 주변에 항해중인 다른 선박의 통항 상태에 관한 정보를 공유하는 것을 의미하며, 통항 상태 정보에는 다른 선박의 선종, 항적, 차기 변침점 및 변침후의 예정침로 등의 정보가 포함된다. 이를 통해, 계획된 다른 선박의 항로를 파악함으로써 과거 및 현재의 정보뿐 아니라 미래 정보의 획득을 통해 해양 사고를 예방할 수 있을 것으로 기대된다. 한편, MSP를 위한 IT서비스의 유용성 평가를 위한 방법은 매우 중요하지만 연구 개발 사례는 거의 찾아볼 수 없다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
e-Navigation이란?
국제해사기구(IMO)는 선박의 안전 항해와 해양환경의 보호를 위한 목적으로 e-Navigation 체계를 도입하여 2018년부터 시행할 계획에 있다. e-Navigation은 전자적인 방법으로 출발지부터 목적지까지 안전항해가 이루어질 수 있도록 하는 개념으로 정의되며[1], 이를 위해서는 여러 IT서비스의 제공이 필수적이다. 이를 위해 선박의 항해 환경에 따라 요구되는 IT 서비스의 집합인 MSP(maritime service portfolio)가 개발되었고, 이는 16가지의 e-Navigation IT 서비스 목록으로 구성된다[2].
MSP서비스 제공시 유용성 평가가 반드시 이루어져야하는 이유는?
만약 이러한 IT 서비스가 제안되면, 해당 서비스가 안전 항해에 도움을 주는지, 혹은 사용자의 혼란을 가중시키지 않는지 등에 관한 유용성 평가가 반드시 이루어져야 한다[4]. 왜냐하면 효과가 있을 것으로 예상한 IT 서비스가 오히려 사용자의 판단을 흐리게 하거나 오류를 야기하여 안전 항해에 악영향을 끼칠 수도 있기 때문이다.
항로 계획 공유 서비스의 의미와 나타내는 정보는?
본 논문에서는 16가지 MSP 중, 두 번째에 해당하는 항해 지원 서비스(navigation assistance service)와 관련 하여 “항로 계획 공유 서비스”를 제안하고, 선박 조종 시뮬레이터(FMSS, full mission ship handling simulator) 를 기반으로 제안한 서비스에 대한 유용성을 평가한다. 항로 계획 공유 서비스는 본선 주변에 항해중인 다른 선박의 통항 상태에 관한 정보를 공유하는 것을 의미하며, 통항 상태 정보에는 다른 선박의 선종, 항적, 차기 변침점 및 변침후의 예정침로 등의 정보가 포함된다. 이를 통해, 계획된 다른 선박의 항로를 파악함으로써 과거 및 현재의 정보뿐 아니라 미래 정보의 획득을 통해 해양 사고를 예방할 수 있을 것으로 기대된다.
참고문헌 (9)
IMO, "Strategy for the development and implementation of e-Navigation," MSC 85/26, Annexes 20/21, IMO, 2008.
I. S. Shin, "A study on the usability evaluation of navigation assistance service in e-Navigation MSP," Ph. D. dissertation, Korea Maritime and Ocean University, Busan, Korea, 2016.
Y. H. Yu, K. Y. Gong, B. K. Lee and D. H. Kim, "A study on MSP architecture considering gap analysis of e-Navigation SIP," in Proceedings of KINPR spring conference, pp. 301-303, 2014.
H. G. Hwang, I. S. Shin, J. S. Lee and Y. H. Yu, "A design of navigation simulation system for verification of MSPs," in Proceedings of the Korean Society of Marine Engineering Spring Conference, p. 283, 2014.
M. R. Yi, "Study of situation prediction simulation for navigation information system of ship," Journal of the Korea Society for Simulation, vol. 19, no. 3, pp.127-135, Sep. 2010.
Y. H. Yu, "IMO e-Navigation implementation and international standard trend," TTA journal, vol. 146, pp. 73-78, Mar. 2013.
H. K. Choi, B. J. Kang, "A fundamental study on present condition of industry with e-Navigation," Research Reportof Korea Ship Safe Technology Authority, vol. 4, pp. 1-108, Dec. 2007.
B. K. Lee, "e-Navigation shore services and domestic technology trend," TTA journal, vol. 159, pp. 71-77, May 2015.
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