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문제 정의
- 본 연구는 경로교환의 효과를 분석한 기초 연구로써 경로 교환 이외의 요인에 의한 영향을 배제하고자 시나리오를 단순하게 구축하여 경로교환의 효과를 확인하였다. 향후 연구에서는 항행 장애물, 교통량 등을 고려한 다양한 시나리오를 구축하여 경로교환 효과의 신뢰성을 검증할 필요가 있다.
- 이에 본 연구에서는 항해사의 승선 경력에 따른 경로교환의 효과를 확인하기 승선 경력별로 4그룹으로 나누어 선박 조종 시뮬레이션을 실시하고, 경로교환 여부에 따른 선박조종 시뮬레이션의 정량적 평가와 항해사의 주관적인 평가를 종합하여 경로교환의 효과를 검증하고자 한다.
제안 방법
- 경로교환이 타선과의 근접도에 미치는 영향을 알아보기 위해 대상 선박과 횡단상태에 있는 타선 A와의 근접도를 비교·분석하였다.
- 대상 선박은 COLREG에 의거하여 타선 A와 타선 B의 진로를 피해야 하는데, 경로교환이 충돌회피 동작을 취한 시점에 영향을 주는지 비교·분석하였다.
- 두 번째 시뮬레이션은 선박조종 시뮬레이션 수행자에게 첫 번째 시뮬레이션과 동일한 정보를 제공하고 이에 추가하여 Fig. 7과 같이 타선 A와 타선 B의 경로를 ECDIS에 파란 점선으로 제공한 후(Route exchange) 시뮬레이션을 실시하였다.
- 선박조종 시뮬레이션 수행 결과인 항적과 계획된 항로를 비교·분석하여 경로교환 유무에 따른 계획된 항로에서의 이탈 정도를 분석하였다.
- 선박조종 시뮬레이션을 통해 경로교환의 효과를 정량적· 정성적으로 분석하였다.
- 이와 같이 항해사가 타선과의 횡단 및 추월 상태에서 타선의 다양한 변침가능성까지 고려하도록 환경을 구축하였다.
- 정량적 평가 항목은 Table 2와 같이 경로교환이 항해사의 의사결정에 영향을 주는지 확인하기 위해 충돌회피 동작 시점과 충돌회피 방향을 평가 항목으로 선정하였고, 항해 안전과 운항 효율에 영향을 주는지 확인하기 위해 타선 A와의 CPA, 계획항로 이탈정도 그리고 평균 타 사용지수를 평가항목으로 선정하였다.
- 6과 같이 본선의 항해계획을 제공하였다. 타선 A와 타선 B의 항해 의도를 알려주지 않은 채 타선의 변침 가능성을 염두에 두고 항해하도록 하였다. 타선이 AIS에 목적지를 입력하지 않은 경우와 출항 전 목적지를 변경하지 않아 잘못된 정보를 제공하는 경우 항해사에게 혼란을 초래할 수 있기 때문에 이러한 요인을 배제하고자 타선 A와 타선 B의 목적지를 알려주지 않았다.
- 해상에서의 실무 경력을 가지고 있는 15명의 항해사와 5명의 실습 항해사를 대상으로 선박조종 시뮬레이션을 수행 하였다. 항해사의 승선 경력에 따른 경로교환의 효과를 확인하기 위해 승선 경력이 1년 미만인 실습 항해사, 승선 경력 3년 미만 항해사, 승선 경력 6년 미만 항해사, 승선 경력 6년 이상 항해사와 같이 총 4개의 그룹으로 나누어 분석하였다.
대상 데이터
- 대상 선박은 Fig. 6과 같이 북위 34도 23분 동경 128도 05.9분에서 서쪽으로 항해하여 역만도 남단에 있는 통항분리방식을 이용하는 항해계획을 가지고 있다. 대상 선박의 초기 선수방위는 255도, 속력은 15.
- 0노트를 유지하고 있다. 대상 선박을 기준으로 우현 8.8마일 전방에 위치하고 있으며, CPA는 0.29마일이다. 대상 선박과 타선 A는 국제해 상충돌예방규칙(International Regulations for Preventing Collision at Sea : COLREG)에서 정의하는 횡단상태(Cross situation)에 해당된다.
- 4마일에 간여암이 있다. 대상 선박이 간여암 북단으로부터 2마일(Nautical Mile : NM) 떨어진 지점에서 변침하도록 하였다.
- 선박조종 시뮬레이션 대상 선박과 타선은 선박조종 시뮬레이터에서 보유하고 있는 모델 선박 중 연안 항해를 감안하여 선정하였으며, 대상 선박과 타선의 제원은 Table 1과 같다.
- 선박조종 시뮬레이션 대상 해역은 Fig. 5와 같이 우리나라 연안에서 비교적 선박의 교차가 많이 발생되는 여수·광양항 일대로 선정하였다(Ministry of Oceans and Fisheries, 2015).
- 해상에서의 실무 경력을 가지고 있는 15명의 항해사와 5명의 실습 항해사를 대상으로 선박조종 시뮬레이션을 수행 하였다. 항해사의 승선 경력에 따른 경로교환의 효과를 확인하기 위해 승선 경력이 1년 미만인 실습 항해사, 승선 경력 3년 미만 항해사, 승선 경력 6년 미만 항해사, 승선 경력 6년 이상 항해사와 같이 총 4개의 그룹으로 나누어 분석하였다.
데이터처리
- 각 평가 항목별 분석에서 경로교환 여부에 따라 동일표본에서 측정된 평균값이 유의한 차이가 있는지를 통계적으로 검증하기 위해서 대응표본 t 검정을 활용하였다.
- 경로교환을 실시함으로써 조타기의 사용 횟수 또는 조타 각(δ)에 영향을 미치는지 알아보기 위해 평균 타 사용지수(Mean Rudder Angle Index : MRI)를 비교·분석하였다.
성능/효과
- Fig. 8과 같이 선박 간 경로교환 없이 항해하였을 경우 최초 충돌회피 동작 시점의 전체 평균은 시뮬레이션 시작 후 11.62분이 지난 시점이고, 선박 간 경로교환을 통해 타선의 경로를 알고 항해한 경우 전체 평균은 8.19분으로 타선의 경로를 모르고 항해한 경우보다 평균 3.43분 더 빨리 충돌회피 동작을 취하였다. 그리고 모든 승선 경력별 그룹에서 경로 교환을 하였을 경우 더 빨리 충돌회피를 시도하였으나, 실습항해사의 경우에는 상대적으로 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.
- Table 3과 같이 선박조종 시뮬레이션을 정량적으로 분석한 결과 선박 간 경로교환은 의도한 경로로 항해할 시 예상되는 타선과의 관계를 조기에 판단할 수 있게 함으로써 충돌회피 동작 시점이 평균 3.43분 더 빨라지고 선박조종 시뮬레이션 수행자의 60 %가 충돌회피 방향을 바꾸는 등 항해사의 충돌회피 의사결정에 도움을 주는 것으로 평가되었다.
- 43분 더 빨리 충돌회피 동작을 취하였다. 그리고 모든 승선 경력별 그룹에서 경로 교환을 하였을 경우 더 빨리 충돌회피를 시도하였으나, 실습항해사의 경우에는 상대적으로 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.
- 타선 A와의 최근접 거리는 31 % 더 가까워졌으며, 평균 타 사용지수는 57 % 줄어들었다. 그리고 충돌회피 방향 변화, 타선과의 근접도 및 평균타 사용지수는 승선경력이 적은 항해사에게 경로교환 효과가 더 크게 영향을 미치는 것으로 분석되었다.
- 대상선박이 타선 A와 타선 B의 진로를 피하기 위해 선택한 충돌회피 방향을 분석한 결과 Fig. 10과 같이 시뮬레이션 수행자의 60 %가 충돌회피 방향이 달라졌다. 승선경력별 충돌 회피 방향 변화율은 승선경력 3년 이하 80 %, 실습생 60 %, 6년 미만 60 % 그리고 6년 이상 40 %로 승선경력이 작을수록 변화율이 더 크게 나타났다.
- 또한 좌현으로 충돌회피한 비율이 경로교환 후 35 %로 일반 항해 때보다 15 % 증가하였는데, 이는 타선의 경로를 알지 못한 상황에서는 여러 가지 가능성을 염두에 두고 충돌회피 의사결경을 내리기 때문에 우현으로 충돌회피 하는 경향이 컸지만, 경로교환을 통하여 타선의 의도를 알고 항해할 때에는 두 선박 모두 진로를 피하고 충돌회피 동작 이 후에도 위험한 관계가 지속될 가능성이 적은 좌현으로 조기에 충돌회피한 비율이 높아진 것으로 판단된다.
- 선박조종 시뮬레이션을 통해 경로교환의 효과를 정량적· 정성적으로 분석하였다. 선박 간 경로교환을 한 경우 최초 충돌회피 시점은 평균 3.43분 더 빨라졌으며, 충돌회피 방향은 경로교환 후 60 %가 변화되었다. 타선 A와의 최근접 거리는 31 % 더 가까워졌으며, 평균 타 사용지수는 57 % 줄어들었다.
- 설문 응답자의 95 %가 경로교환이 충돌회피 의사 결정에 영향, 85 %는 안전운항에 긍정적인 영향, 90 %는 사고예방 효과, 70 %는 항해사의 심리적 부담을 경감 그리고 70 %가 경로교환을 실무에 도입해야 한다고 답하였다.
- 10과 같이 시뮬레이션 수행자의 60 %가 충돌회피 방향이 달라졌다. 승선경력별 충돌 회피 방향 변화율은 승선경력 3년 이하 80 %, 실습생 60 %, 6년 미만 60 % 그리고 6년 이상 40 %로 승선경력이 작을수록 변화율이 더 크게 나타났다.
- 923마일로 큰 차이가 없었다. 승선경력별 평균을 보면 3년 이상의 승선경력을 가진 그룹의 계획항로 이탈 정도는 유사하였지만 3년 미만의 승선경력 그룹 평균은 경로교환 시 약 0.2NM만큼 계획항로에서 더 멀어졌고, 실습 항해사 그룹 평균은 경로교환 시 약 0.4NM만큼 계획항로에 더 가까워졌다. 시뮬레이션 수행자 중 55 %가 선박 간 경로교환을 하였을 경우 계획된 항로에서의 이탈 정도가 더 적었으나 큰 차이가 없었고, 계획항로 이탈 정도는 실습생 그룹에서만 효과가 있는 것으로 나타났다.
- 4NM만큼 계획항로에 더 가까워졌다. 시뮬레이션 수행자 중 55 %가 선박 간 경로교환을 하였을 경우 계획된 항로에서의 이탈 정도가 더 적었으나 큰 차이가 없었고, 계획항로 이탈 정도는 실습생 그룹에서만 효과가 있는 것으로 나타났다.
- 시뮬레이션 수행자 중 75 %가 선박 간 경로교환을 하였을 경우 CPA가 더 가까웠으며, 승선경력별 평균도 모든 그룹이 경로교환을 하였을 경우 일반 항해 때보다 CPA가 더 가까웠다. 승선경력별 타선 A와의 CPA는 실습생 52 %, 6년 이상 42 %, 3년 이하 18 % 그리고 6년 미만 16 % 순으로 더 가까워졌다.
- 14 %로 약 2배가량 줄어들었다. 시뮬레이션 수행자 중 85 %가 선박 간 경로교환을 하였을 경우 평균 타 사용지수가 더 낮았으며, 승선경력별 모든 그룹이 일반 항해 때보다 평균 타 사용지수가 더 낮게 나타났다. 승선경력별 평균 타 사용지수 변화율은 실습생 73 %, 6년 미만 59 %, 3년 이하 35 % 그리고 6년 이상 20 % 감소하였다.
- 시뮬레이션 수행자를 대상으로 경로교환에 대한 주관적 평가를 분석한 결과 Fig. 14와 같이 설문 응답자의 95 %는 충돌 회피 의사 결정에 영향을 미친다고 답하였고, 응답자의 85 % 는 안전운항에 긍정적인 영향을 미친다고 답하였다. 그리고 설문 응답자의 90 %는 사고예방 효과가 있다고 답하였고, 응답자의 70 %는 항해사의 심리적 부담을 경감시킨다고 답하였다.
- 정량적인 평가와 정성적인 평가를 종합한 결과, 경로교환은 항해사의 의사결정을 지원하여 항해 안전성을 높이고 항해사의 심리적 부담을 경감시키며 사고예방에도 효과가 있다고 평가되었다.
- 항해사 전체를 대상으로 한 대응표본 t-검정 결과 경로교환 유무에 따른 충돌회피 동작시점이 통계적 유의성에 근접한 수치(p<0.051)로 귀결됐다.
후속연구
- 경로교환이란 전자해도표시정보장치(Electronic Chart Display and Information System : ECDIS)에 입력한 의도된 경로를 부근 선박 및 육상국에 전파하고, 타 선박의 경로 정보를 공유하여 ECDIS 화면에 표시하는 것이다(Wilske and Lexell, 2011). 경로교환은 기존에 항해 안전성을 해치는 요인으로 지적되어 온 상황인식 결여, 주변 환경의 잘못된 해석, 언어로 인한 의사소통 문제, 음성통신의 한계를 보완하는 수단이 될 것으로 기대된다.
- 경로교환은 선박 대 선박뿐만 아니라 선박 대 육상 간 경로 공유를 통해 e-navigation이 추구하는 종합안전관리체계에 중요한 요소가 될 것이며, 나아가 최적항로 설계 및 무인선 도입에도 기여할 것으로 기대된다.
- 그리고 경로교환의 긍정적인 효과는 상대선의 경로정보에 대한 신뢰성이 확보될 때 가능한 것이므로 신뢰성 확보에 관한 연구가 이뤄져야 할 것이다. 또한 사고 발생 시 경로교환 유무에 따른 책임 소재에 관한 논란이 생길 가능성이 있는 바 관련 규정에 대해서도 면밀히 검토해야 할 것이다.
- 그리고 경로교환의 긍정적인 효과는 상대선의 경로정보에 대한 신뢰성이 확보될 때 가능한 것이므로 신뢰성 확보에 관한 연구가 이뤄져야 할 것이다. 또한 사고 발생 시 경로교환 유무에 따른 책임 소재에 관한 논란이 생길 가능성이 있는 바 관련 규정에 대해서도 면밀히 검토해야 할 것이다.
- 본 연구는 경로교환의 효과를 분석한 기초 연구로써 경로 교환 이외의 요인에 의한 영향을 배제하고자 시나리오를 단순하게 구축하여 경로교환의 효과를 확인하였다. 향후 연구에서는 항행 장애물, 교통량 등을 고려한 다양한 시나리오를 구축하여 경로교환 효과의 신뢰성을 검증할 필요가 있다.
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