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WAVE 통신을 활용한 소형선박의 충돌예방 알고리즘 구축에 관한 연구
A Study on Construction of Collision Prevention Algorithm for Small Vessel Using WAVE Communication System 원문보기

海洋環境安全學會誌 = Journal of the Korean society of marine environment & safety, v.25 no.1, 2019년, pp.1 - 8  

이명기 (한국해양대학교 해양과학기술전문대학원) ,  박영수 (한국해양대학교 해사대학) ,  강원식 (선박안전기술공단)

초록
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2017년 12월 인천의 영흥도에서 발생한 급유선과 낚시어선의 충돌사고를 비롯하여 소형 어선의 충돌 사고가 잇따라 발생하고 있다. 해양수산부에서 이러한 소형 어선의 해양사고를 예방하기 위하여 5톤 미만의 어선원에 대한 교육 훈련 규정 마련 등 교육 강화 및 근로환경 개선 등 선박종사자의 안전역량 제고를 위해 노력하고 있으나, 여전히 소형 선박은 해양사고에 매우 취약한 실정이다. 본 연구에서는 소형선박의 충돌 사고를 예방하기 위하여 새로운 통신 기법인 차량용 무선통신(WAVE 통신)을 활용한 소형 선박을 위한 충돌 예방 알고리즘을 구축하고자 하였다. 충돌 예방 알고리즘은 DCPA/TCPA를 기반으로 구성되었으며, DCPA/TCPA의 기준 설정을 위하여 선행 연구 분석, 시뮬레이션 실험 및 설문조사를 실시하였다. 그 결과 DCPA $8(L_a+L_b)$, TCPA 2.5min의 기준을 적용하였다. 각각 다른 조우 상황의 3가지 사고 사례를 선별한 후 구성된 알고리즘을 적용하여 어느 시기에 경보가 발생하는지 확인하였다. 추후에 실선 적용을 통하여 문제점을 식별하고 알고리즘을 고도화한다면 소형 선박의 운항자가 충돌 상황을 사전에 인지하는데 정보를 제공할 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In December 2017, many collision accidents of small vessels, such as those between oil refineries and fishing boats, occurred near Yeonghung-do in Incheon. In order to prevent marine casualties from small vessels, the government is striving to improve the safety capabilities of ship operators by str...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 WAVE 통신과 AIS의 장단점을 비교·분석하고, 소형 선박의 특성을 반영할 수 있는 장점을 가진 WAVE 통신 기술을 적용하고자 하였다.
  • 반면에 상선에 관한 선행연구에서는 AIS를 기반으로 선박안전영역과DCPA/TCPA 등을 기준으로 보다 명확한 기준을 제시하였으나, 다소 복잡하다는 한계가 존재하였다. 따라서 본 연구에서는 두 선박이 조우하는 상황에서 위험 여부를 결정할 수 있는 가장 일반적인 방법인 TCPA와 DCPA를 기반으로 충돌 예방 알고리즘을 구축하고자 하였다.
  • 따라서 본 연구에서는 소형 선박의 특성을 반영할 수 있는 새로운 통신기술을 기반으로 충돌 예방 알고리즘을 고안하고 이를 해양사고에 적용하여 그 실효성을 검증하고자 하였다.
  • 소형 선박의 특성상 보침성능이 좋지 않기 때문에 이로 인하여 변화하는 DCPA의 기준 설정이 본 연구의 신뢰성 및 정확성에 중요한 역할을 한다. 따라서 본 연구에서는 시뮬레이션 실험을 통하여 소형 선박의 보침성능을 확인하고,이를 반영한 DCPA 기준을 설정하고자 하였다.
  • 잇따라 발생하고 있는 소형 선박의 해양사고를 예방을 위해 충돌 예방하는 알고리즘을 개발하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 소형 선박의 특성을 반영하고 새로운 통신기술을 기반으로 충돌 예방 알고리즘을 제안하였으며, 그 실효성에 대하여 검증하였다.
  • 상황별 대표 해양사고 3건을 선정하여 본 연구에서 제안하는 소형선박 충돌예방 알고리즘을 적용하여 어느 시점에 경보가 발생하는지 확인하고자 하였다. 해양사고는 어선 충돌 사고 중 마주치는 상황, 교차하는 상황, 정지해있는 선박에 접근하는 상황으로 구분하여 선별하였다.
  • 2 m로 나타났다. 선박의 크기에 따라 운항자가 느끼는 안전 항행 거리가 다르기 때문에 실험에서 도출된 거리와 두 선박의 길이를 고려하여 식으로 나타내고자 하였다. 따라서 1마일 거리에서는 4(La + Lb), 2마일 거리에서는 8(La + Lb), 3마일 거리에서는 12(La + Lb)의 DCPA 여유를 설정함으로써 선수방향의 움직임을 보완할 수 있는 것으로 판단했다.
  • 소형선박의 충돌 예방 알고리즘을 구성하기 위하여 기존의 소형선박 및 일반상선 대상의 충돌 예방 관련 연구를 분석하고자 하였다.
  • 5 min의 기준을 적용하여 선박 간의 거리가 2마일 이내로 들어오면 경보를 발생시키도록 구성하였다. 이를 상황별 대표 해양사고 3건을 선정하여 검증해 보고자 하였다.
  • (2011)은 소형 선박 내 AIS 탑재의 어려움에 대한 방안으로 대부분의 성인이 휴대하고 다니는 휴대폰을 활용하여 충돌 예방에 도움을 주고자 하였다. 휴대폰을 통해 파악된 위치 정보를 바탕으로 TCPA와 DCPA값을 계산하여 알려준다면 사고 예방에 도움이 될 것이라고 제안하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
기존의 초음파 경보 시스템 연구에서 경보신호 거리는 어떤 방식으로 개발되었는가? Lee(2004)는 선박의 상부층에 초음파 센서를 설치하고 공기 중에 초음파 펄스를 발사하여 충돌 위험율 오디오와 발광 경보신호를 알려주는 초음파 경보 시스템을 제안했다. 이때 경보신호 거리는 초음파 특성을 고려하여 50 m에서 처음 발생하여 위험성이 높아짐에 따라 반복 주기를 짧게 하여 운항자의 반사 신경을 자극하도록 개발하였다.
WAVE 통신 기술의 장점과 단점은 각각 무엇인가? WAVE 통신 기술은 Device to Device 통신이 가능하고, 사용료가 없으며 전송주기가 100 msec으로 신뢰성 높은 통신이 가능하다는 장점이 있지만, 통신거리가 최대 약 5해리인 것은 단점일 수 있다(Kang et al., 2018).
차량용 무선통신기술이란 무엇인가? 차량용 무선통신기술(Wireless Access in Vehicular Environments,WAVE)은 도로교통과 IT 기술의 융합으로 차량과 차량, 차량과 인프라 통신을 지원하여 차량의 안전을 확보하는 통신 서비스이다. 도로교통뿐만 아니라 최근에는 철도 교통 분야에서도 WAVE통신 적용을 위한 시험 평가를 수행했을 뿐만 아니라, 해상에서도 실선 실험을 통해 해상적용 가능성을 검토하였다.
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참고문헌 (12)

  1. Anglo-eastern(2010), Guideline for Collision Avoidance, pp. 1-2. 

  2. Inoue, K.(2017), Theory and Practice of Ship Handling, MunHyun, p. 56, p. 170. 

  3. 10.7837/kosomes.2018.24.4.445 Kang, W. S., S. B. Jeon and Y. D. Kim(2018), A Study on Marine Application of Wireless Access in Vehicular Environment (WAVE) Communication Technology, Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety, Vol. 24, No. 4, pp. 445-450. 

  4. 10.5391/JKIIS.2011.21.3.290 Kim, D. G., J. S. Jeong and G. K. Park(2011), A Study on Ship Collision Avoidance Algorithm by COLREG, Journal of Korean Institute of Intelligent Systems, Vol. 21, No. 3, pp. 290-295. 

  5. Kim, S. W.(2013), A Study on Ship Collision Avoidance and Order of Priority Designation Model, Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol. 14, No. 11, pp. 5442-5447. 

  6. KMST(2018), Korean Maritime Safety Tribunal, Annual report of Marine Safety Judgement Cases, http://www.kmst.go.kr/ (Accessed: December, 2018). 

  7. Lee, E. B.(2004), A Basic Study on the Development of Ultrasonic Alert System for Preventing Collision Accident of Small ships, Journal of the Research Institute of Maritime Industry, Vol. 15, pp. 1-7. 

  8. 10.5394/KINPR.2011.35.3.205 Lee, S. J., H. S. Kim, Z. J. Long and S. K. Lee(2011), A Study on the Korea Marine Accident and the Countermeasures, Journal of Navigation and Port Research, Vol. 35, No. 3, pp. 205-211. 

  9. 10.5394/KINPR.2008.32.1.103 Park, Y. S. and Y. S. Lee(2008), Development of Efficient Training Material through Danger Analysis to Various Encounter Types using Training Ship, Journal of Navigation and Port Research, Vol. 32, No. 1, pp. 103-108. 

  10. Seo, A., T. Hida, M. Nishiyama and K. Nagao(2018), Comparison and Evaluation on User Interface of Small Ship Navigation Support System, 2018 Proceeding of Japan Institute of Navigation, Vol. 6, No. 1, pp. 1-4. 

  11. 10.1016/j.oceaneng.2016.08.030 Szlapczynski, R. and J. Szlapczynska(2016), An analysis of domain-based ship collision risk parameters, Ocean Engineering, Vol. 126, pp. 47-56. 

  12. 10.1016/j.oceaneng.2017.08.034 Wang, X., Z. Liu and Y. Cai(2017), The ship maneuverability based on collision avoidance dynamic support system in close-quarter situation, Ocean Engineering, 146, pp. 486-497. 

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