항만 진입항로 설계 시에는 선박 입출항에 따른 통항 안전성이 우선적으로 확보될 수 있도록 적정한 항로 폭이 고려되어야 한다. 통항 안전성에 요구되는 최소 항로 폭 산출은 선종별 선박의 크기와 운항 속력 등에 따라 상이하게 나타나는 조종성능을 포함한 선박 요소, 바람, 조류 및 파랑에 따른 환경적 요소, 그리고 운항자 개인별 경험과 판단력 등에 따른 인적 요소 및 해상교통량, 항해지원 시설 등의 기타 요소를 종합적으로 검토하여 결정해야 한다. 그러나, 우리나라 항로 폭 설계 기준이 국제수상교통시설협회나 미국, 일본 등의 기준과 비교할 때 단순히 선박 길이 요소만으로 산정하고 있어, 이에 대한 개선이 요구된다. 본 연구에서는 배속 선박조종시뮬레이션을 활용하여 다양한 형태의 선박 및 환경적 요소를 고려하여, 직선항로에서 일방통항에 요구되는 적정 항로 폭에 대한 평가를 실시하였다. 대표적인 연구 결과로 일반적인 운항 선속 10노트 기준 풍속 25노트의 바람과 유속 2노트의 조류, 파고 약 3 m의 파랑이 작용할 경우, 15만 GT급 크루즈선은 선박 길이(L) 대비 0.67~0.91, 1만 2천 TEU급 컨테이너선은 0.79~1.17, 30만 DWT급 원유운반선은 1.02~1.59에 해당되는 최소 항로 폭이 필요한 것으로 분석되었다. 해당 결과는 우리나라 항로 설계기준의 개선 필요성 및 선박 대형화에 따른 통항 안전성 확보에 요구되는 최소 항로 폭 결정 등에 직접적으로 활용이 가능할 것이라 판단된다.
항만 진입항로 설계 시에는 선박 입출항에 따른 통항 안전성이 우선적으로 확보될 수 있도록 적정한 항로 폭이 고려되어야 한다. 통항 안전성에 요구되는 최소 항로 폭 산출은 선종별 선박의 크기와 운항 속력 등에 따라 상이하게 나타나는 조종성능을 포함한 선박 요소, 바람, 조류 및 파랑에 따른 환경적 요소, 그리고 운항자 개인별 경험과 판단력 등에 따른 인적 요소 및 해상교통량, 항해지원 시설 등의 기타 요소를 종합적으로 검토하여 결정해야 한다. 그러나, 우리나라 항로 폭 설계 기준이 국제수상교통시설협회나 미국, 일본 등의 기준과 비교할 때 단순히 선박 길이 요소만으로 산정하고 있어, 이에 대한 개선이 요구된다. 본 연구에서는 배속 선박조종시뮬레이션을 활용하여 다양한 형태의 선박 및 환경적 요소를 고려하여, 직선항로에서 일방통항에 요구되는 적정 항로 폭에 대한 평가를 실시하였다. 대표적인 연구 결과로 일반적인 운항 선속 10노트 기준 풍속 25노트의 바람과 유속 2노트의 조류, 파고 약 3 m의 파랑이 작용할 경우, 15만 GT급 크루즈선은 선박 길이(L) 대비 0.67~0.91, 1만 2천 TEU급 컨테이너선은 0.79~1.17, 30만 DWT급 원유운반선은 1.02~1.59에 해당되는 최소 항로 폭이 필요한 것으로 분석되었다. 해당 결과는 우리나라 항로 설계기준의 개선 필요성 및 선박 대형화에 따른 통항 안전성 확보에 요구되는 최소 항로 폭 결정 등에 직접적으로 활용이 가능할 것이라 판단된다.
Waterway design should prioritize appropriate channel width to ensure preferential safe passage for the arrival and departure of vessels. To calculate the minimum channel width required for safe passage a comprehensive review of several factors is required. These factors include vessel maneuverabili...
Waterway design should prioritize appropriate channel width to ensure preferential safe passage for the arrival and departure of vessels. To calculate the minimum channel width required for safe passage a comprehensive review of several factors is required. These factors include vessel maneuverability, determined by vessel size, type and speed; environmental factors such as wind, tide, and wave action; human factors, including personal experience and operator judgment as well as marine traffic and navigation support facilities for decision making. However, the Korean channel width design standard is based only on vessel length, and requires improvement when compared with the standards of PIANC, USA, and Japan. This study aims to estimate the appropriate channel width required for one-way traffic in a straight channel, considering various vessel and environmental factors, using Fast Time Simulation (FTS). When the wind speed is 25 knots, with a current speed of 2 knots and a normal vessel speed of 10 knots FTS shows that a 150K GT Cruise Ship requires a minimum channel width of 0.67-0.91 the vessel length (L), whereas a 120K TEU Container Ship and a 300K DWT VLCC require 0.79-1.17 and 1.02-1.59, respectively. Such results can be used to calculate the minimum channel width required for safe passage as an improved Korean design standard.
Waterway design should prioritize appropriate channel width to ensure preferential safe passage for the arrival and departure of vessels. To calculate the minimum channel width required for safe passage a comprehensive review of several factors is required. These factors include vessel maneuverability, determined by vessel size, type and speed; environmental factors such as wind, tide, and wave action; human factors, including personal experience and operator judgment as well as marine traffic and navigation support facilities for decision making. However, the Korean channel width design standard is based only on vessel length, and requires improvement when compared with the standards of PIANC, USA, and Japan. This study aims to estimate the appropriate channel width required for one-way traffic in a straight channel, considering various vessel and environmental factors, using Fast Time Simulation (FTS). When the wind speed is 25 knots, with a current speed of 2 knots and a normal vessel speed of 10 knots FTS shows that a 150K GT Cruise Ship requires a minimum channel width of 0.67-0.91 the vessel length (L), whereas a 120K TEU Container Ship and a 300K DWT VLCC require 0.79-1.17 and 1.02-1.59, respectively. Such results can be used to calculate the minimum channel width required for safe passage as an improved Korean design standard.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 우리나라 항로 설계기준의 개선 필 요성을 제시하고 선종별로 통항 안전성 확보에 요구되는 최소 항로 폭을 검토하기 위하여, 국내·외 항로설계기준 현황 을 조사하고, 국내 항만 주요 진입항로에 대한 적정성을 검 토하였다. 아울러, 배속 시뮬레이터를 활용하여 다양한 종류 의 선박 및 환경적 요소를 고려함으로써, 직선항로에서 일방 통항에 요구되는 최소 항로 폭에 대한 평가를 실시하였다.
따라서, 본 연구에서는 항만 진입항로 설계 단계에서 고려해야 할 많은 요소들이 있지만, 그 중에서도 선박 및 환경 적 요소를 대상으로 배속 시뮬레이션을 활용하여, 직선 항 로에서 일방통항에 요구되는 적정 항로 폭에 대한 평가를 실시하였다.
가설 설정
항행 환경은 대상 선박 흘수 대비 수심이 충분히 확보(H > 1.5 T)된 직선항로를 대상으로 통항 선박의 일방통항 형태를 가정하였다. 항로 길이는 앞서 검토한 국내 항만 주요 항로 현황 중 Group C의 평균 길이를 반영하여 2 NM로 설정하였다.
제안 방법
따라서, 본 연구에서는 우리나라 항로 설계기준의 개선 필 요성을 제시하고 선종별로 통항 안전성 확보에 요구되는 최소 항로 폭을 검토하기 위하여, 국내·외 항로설계기준 현황 을 조사하고, 국내 항만 주요 진입항로에 대한 적정성을 검 토하였다. 아울러, 배속 시뮬레이터를 활용하여 다양한 종류 의 선박 및 환경적 요소를 고려함으로써, 직선항로에서 일방 통항에 요구되는 최소 항로 폭에 대한 평가를 실시하였다.
7 kts)를 참고하여, 7, 10, 13 kts 등으로 설정하였다. 환경적 요인(Ei)의 경우, 바람(EW) 및 조류(EC ), 파랑 (EH) 등의 요소로 구분하여 각 파라미터별 변화에 따른 민감도를 분석하고자 하였다.
대상 데이터
국내 항로 설계기준에 따른 항로 폭 적정성 평가를 위해 연구를 목적으로 수집한 해상교통현황 자료 및 선박 AIS Data(2014년 ~ 2018년)를 활용하였으며, 국내 항만별 최대 통항 선박(Max Size Traffic Ship, 이하 TSmax )의 일반 제원은 Table 2와 같다.
국내 항만 주요 진입항로의 현황을 분석하고자, 총 7개 무 역항(부산항, 광양항, 울산항, 인천항, 평택 당진항, 대산항, 제주항)의 15개 항로를 대상 항로로 설정하였다. 또한, 항로 폭(Channel Width, 이하 )과 항로 길이(Channel Length, 이하 CW)의 평균(CWavg.
이론/모형
배속 시뮬레이션 평가를 통해 검토된 대상 선박별 필요 항로 폭을 항만 설계기준 상에서 권고하고 있는 항로 폭과 의 비교 검토를 위하여, 국내에서 시행 중인 해상교통안전 진단제도의 자연환경 설정기준(바람, 조류, 파랑 등)을 참고 하였다.
성능/효과
선박조종시뮬레이션을 활용한 항로 폭 적정성 평가 결과, 항로에서의 통항 선속이 VS1 ~VS3일 때, 바람 약 25 kts(EW3), 조류 약 2 kts(ECA), 파랑 약 3 m(EH3)의 조건을 적용하는 경우, 15만 GT급 크루즈선은 0.67 L ~ 0.91 L, 1만 2천 TEU급 컨테이 너선은 0.79 L ~ 1.17 L, 30만 DWT급 원유운반선은 1.02 L ~ 1.59 L의 항로 폭이 필요한 것으로 검토되었다.
이를 통하여 대상 선박의 종류 및 규모, 조종성능, 통항 선속 등 선박 요인과 바람, 조류, 파랑 등 환경적 요인간의 상관관계가 적정 항로 폭 산정에 미치는 영향이 비교적 상 당하다는 것을 알 수 있다.
전반적으로 내 항만 주요 진입항로는 Group C에 속하는 것으로 나타나, 항로 폭이 평균보다 비교적 좁고(CW < CLavg), 항로 길이가 평균보다 비교적 짧은(CL< CLavg ) 형 태로 조사되었다.
후속연구
첫째, 일반적으로 FTS는 선박운항자의 역량 및 경험을 반영하 지 못하므로 보다 정확한 항로 폭을 산정함에 있어 부족함 이 있을 수 있다. 둘째, 본 논문에서는 일방통항 형태에 대한 평가만을 수행함에 따라, 교행 선박의 영향이나 장애물 등으로 인한 심리적 요소의 영향 등은 배제되었다.
따라서, 후속 연구에서는 선박 및 환경적 요소 이외에 선박 운항자의 경험과 판단력에 따른 인적 요소, 항로 통항 형 태에 따른 선박 추월, 교행 상황 등 선박간의 Interaction, 항로 경계선과의 위치 및 장애물 등에 따른 심리적인 요소 등을 종합적으로 고려한 적정 항로 폭 추정에 관한 연구가 필요하다.
평가 결과, 선박 및 환경적 요소의 관계에 따라 필요 항로 폭의 변화를 정량적으로 제시함으로써, 우리나라 항로 설계기준의 개선 필요성 및 대형 선박의 통항 안전성 확보에 요구되는 최소 항로 폭 결정 등에 직접적으로 활용이 가능할 것이라 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
출입항 선박의 안전 조선은 어떤 요소로 나뉘는가?
이러한 해상교통 환경의 변화 추세에 따라 항만에서는 발생할 수 있는 모든 영향을 다양한 관점에 서 고려하고 안전성 확보를 위한 대응 방안에 대하여 검토가 필요하다. 특히, 항만의 진출입을 위한 입구부, 즉 항만 진입항로의 설계는 안전하고 효율적인 항만 건설을 위한 필수 요소이며(Cho and Cho, 2015), 이러한 관점에서, 출입항 선박의 안전 조선은 선박 요인 및 인적 요인, 환경 요인 등의 요소로 나누어 볼 수 있다(Kim, 1995).
적정 항로 폭에 대한 평가의 한계점은?
그러나, 본 논문에는 다음과 같은 한계점이 존재한다. 첫째, 일반적으로 FTS는 선박운항자의 역량 및 경험을 반영하 지 못하므로 보다 정확한 항로 폭을 산정함에 있어 부족함 이 있을 수 있다. 둘째, 본 논문에서는 일방통항 형태에 대한 평가만을 수행함에 따라, 교행 선박의 영향이나 장애물 등으로 인한 심리적 요소의 영향 등은 배제되었다.
선박조종시뮬레이션은 어떻게 구분되어지는가
선박조종시뮬레이션은 실제 선박 운항자가 실험에 참여하는 실시간 시뮬레이션(Real Time Simulation, 이하 RTS)과 인간의 판단 기능을 모델링하여 자동운항 알고리즘에 의해 수행되는 배속 시뮬레이션(Fast Time Simulation, 이하 FTS)으 로 구분되어 진다. RTS의 경우, 운항자의 경험과 판단력을 대상으로 다양한 환경조건의 조합에 대한 주관적 및 정성적 평가가 가능하며, FTS의 경우, 별도로 구성된 판단 로직에 의하여 동일한 실험조건에 대해 객관적 및 정량적 평가가 가능하다(Gong et al.
참고문헌 (10)
Cho, I. S. and J. W. Cho(2015), Comparative Analysis of Harbour Approach Channels Design Guidelines PIANC 97 and 14, Journal of Coastal Disaster Prevention, Proceedings of the 3rd. Annual Conference 2015, pp. 69-70.
Gong, I. Y., S. H. Kwon, and S. Y. Kim(2008), Determination of Simulation Conditions for Ship-handling Safety Assessment, Journal of Navigation and Port Research, Vol. 32, No. 3, pp. 207-213.
Kim, I. C. and I. S. Cho(2020), Maritime Safety & Governance, pp. 61-63.
Kim, W. S.(1995), A Study on the Safe Width and Alignment of the Navigational Channel, Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety, Vol. 1, No. 1, pp. 9-25.
MLIT(2009), Ports and Harbours Bureau, Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism, Technical Standards and Commentaries for Port nd Harbour Facilities in Japan, Part III Facilities, pp. 552-575.
MOF(2017), Ministry of Oceans and Fisheries, Harbour and Fishery Design Criteria, KDS 64 40 10:2017, pp. 4-8.
PIANC(2014), Harbour Approach Channels Design Guidelines, pp. 72-106.
Seong, Y. C.(2014), Assessment on Navigational Stress and Fairway Width according to Traffic Flow, Journal of Navigation and Port Research, Vol. 38, No. 3, pp. 253-259.
USACE(2006), U.S. Army Corps of Engineers, Hydraulic Design of Deep-Draft Navigation Projects, Chapter 8, pp. 1-11.
Yasukawa, T. and Y. Yoshimura(2015), Introduction of MMG standard method for ship maneuvering predictions, Journal of Marine Science and Technology, Vol. 20, Issue 1, pp. 37-52.
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