[논문]활주로 점유 시간 개선의 효과성 예측 분석

박광훈; 강금석; 구성관

doi:10.12673/jant.2023.27.5.666

활주로 점유 시간 개선의 효과성 예측 분석
Estimated Analysis for Runway Occupancy Time Improvement 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.27 no.5, 2023년, pp.666 - 673

박광훈 (한서대학교 대학원 항공운항관리학과) , 강금석 (한서대학교 대학원 항공운항관리학과) , 구성관 (한서대학교 항공산업공학과)

초록
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착륙 항공기의 활주로 점유 시간은 활주로 수용량을 결정하는 중요한 요인이다. 본 연구는 기존 공항의 운영 개선을 위해 활주로 점유시간에 대한 개선 방안을 제시하는 것을 목적으로 한다. 개선 방안 도출을 위해서 사례 공항의 특정일에 대한 항공기 운영 현황 데이터를 가지고 개선의 효과성에 대하여 비교 분석을 하였다. 개선안에 대한 분석은 FAA REDIM 모델을 사용하였으며, 모델의 개선 적용 기능을 활용하여 고속탈출유도로가 없는 공항에 고속탈출유도로를 추가함으로써 나타나는 활주로 수용량 개선 효과를 확인하였다. 본 연구의 접근 방법은 활주로 개선 방안의 도출과 효과성에 대한 사전 예측에 적용할 수 있으며, 향후 진행되는 공항 건설 사업 또는 공항의 개선 사업 등에 적용할 수 있는 사례를 제시하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The runway occupancy time of landing aircraft is an important factor in determining runway capacity. The purpose of this study is to suggest improvement measures for runway occupancy time to improve the operation of existing airports. In order to derive improvement measures, a comparative analysis was conducted on the effectiveness of improvement using aircraft operation status data for specific days at the case airport. The FAA REDIM model was used to analyze the improvement plan, and the improvement application function of the model was used to confirm the effect of improving runway capacity by adding a rapid escape taxiway to an airport without a rapid escape taxiway. This study's approach can be applied to the derivation of runway improvement measures and preliminary prediction of effectiveness, and it presents cases that can be applied to future airport construction projects or airport improvement projects.

주제어

표/그림 (20)

그림 그림 1. 김해국제공항 지상 레이아웃 Fig. 1. Gimhae international airport ground layout
그림 그림 2. 대구국제공항 지상 레이아웃 Fig. 2. Daegu international airport ground layout
표 표 1. 김해국제공항 및 대구국제공항 활주로 정보 Table 1. Gimhae and Daegu international airport runway information
표 표 2. 김해국제공항 유도로 정보 Table 2. Gimhae international airport taxi-way information
표 표 3. 대구국제공항 유도로 정보 Table 3. Daegu international airport taxi-way information
그림 그림 3. 김해국제공항 기종별 유도로 사용 비율 Fig. 3. Gimhae international airport taxiway used rate
표 표 4. 김해국제공항 운항 현황 (23년 6월 12일) Table 4. Gimhae international airport operation result (12 JUN 2023)
표 표 5. 대구공항 운항 현황 (23년 6월 12일) Table 5. Daegu international airport operation result (12 JUN 2023)
그림 그림 4. 대구국제공항 기종별 유도로 사용 비율 Fig. 4. Daegu international airport taxiway used rate
표 표 6. 김해국제공항 기종별 운영 시뮬레이션 결과 Table 6. Gimhae international airport operation simulation result
표 표 7. 김해국제공항 기종 별 유도로 사용에 따른 ROT Table 7. Gimhae international airport ROT of taxiway used
표 표 8. 대구국제공항 기종별 운영 시뮬레이션 결과 Table 8. Daegu international airport operation simulation result
표 표 9. 대구국제공항 기종 별 유도로 사용에 따른 ROT Table 9. Gimhae international airport ROT of taxiway used
그림 그림 5. 대구국제공항 개선 1안 유도로별 개방 비율 Fig. 5. Daegu international airport 1st improvement rate
그림 그림 6. 대구국제공항 개선 2안 유도로별 개방 비율 Fig. 6. Daegu international airport 2nd improvement rate
그림 그림 7. 대구국제공항 개선 최적안 유도로 위치 Fig. 7. Daegu internation airport taxi way optimized position
표 표 10. 대구국제공항 개선 2안의 평균 ROT 산출 결과 Table 9. Daegu international airport 2^nd Improvement ROT result
그림 그림 8. 김해국제공항 B737-800 시뮬레이션 결과 Fig. 8. Simulation result of B737-800 on Gimhae international airport
그림 그림 9. 대구국제공항 B737-800 시뮬레이션 결과 Fig. 9. Simulation result of B737-800 on Daegu international airport
그림 그림 10. 대구국제공항 개선안의 B737-800 시뮬레이션 결과 Fig. 10. Simulation result of B737-800 on Daegu international airport for Improvement

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 김해국제공항과 대구국제공항의 현황 파악과 개선 방안을 도출을 수행한 것으로, 한국에서 운영 개선의 방안으로 상세한 검토 사례가 적은 고속탈출 유도로의 최적 위치와 효과성에 대하여 적용한 것에 의미가 있다. 또한, 모형의 산출 결과를 면밀히 분석함으로써 조종사의 업무 부하에 따른 안전 효과를 예측한 것에 의미를 추가할 수 있다.
본 연구에서는 형태가 유사한 공항의 현재 활주로 점유시간의 비교 분석한 후 고속탈출 유도로가 없는 공항에서 적절한 위치에 고속탈출 유도로를 추가함으로써 나타나는 개선 효과를 예측하고자 한다. 본 논문의 구성은 2에서 활주로 수용량과 관련한 선행연구의 수행 및 분석 대상으로 선택한 공항의 현황을 확인하고, 3에서 분석을 위해 적용하는 모델의 설명, 4에서 대상 공항의 개선 효과에 대한 분석을 적용한 후, 5에서 결론을 도출한다.

가설 설정

원칙적으로 두 공항에서 민간항공기와 군용기가 두 활주로 모두 사용 가능하나, 실제로 민간항공기는 주로 서편활주로만 쓰기 때문에 모든 민간항공기가 서편활주로를 사용하고, 남에서 북으로 접근, 착륙(김해공항 RWY 36L, 대구공항 RWY31L)하는 것을 가정하여 분석을 수행하였다. 분석에 필요한 자료는 국토교통부 항공정보간행물(AIP ; aeronautical information publication)에 명시된 활주로 정보를 사용하였으며, 활주로 정보 및 유도로 형상 정보는 표 1부터 표 3까지와 같다.

제안 방법

이를 통하여 첫째, 입력 데이터에 따라 생성된 접근 항적이 시뮬레이션되어 각각의 접근/접지속도, 착륙활주거리, 개방 활주로 결과를 비롯하여 이 값에 따른 평균 또는 최대, 최소 활주로 점유시간 등의 결과를 산출하는 활주로 평가, 둘째, 고속탈출 유도로의 위치 변경을 추천하거나, 유도로 증설 여부와 증설 개수와 위치를 결정해 주는 활주로 개선, 셋째, 공항의 활주로 신규 건설 시 최적의 고속탈출 유도로 위치를 결정하는 근거를 제공하기 위한 활주로 설계 등의 3가지 범위에 활용할 수 있다. 본 연구에서는 분석 대상으로 설정한 두 공항의 현 데이터에 따른 활주로 평가를 수행하여 산출된 활주로 점유시간을 비교하고, 대구국제공항에 고속탈출 유도로를 추가하여 활주로 점유시간의 개선 효과를 확인하기 위한 활주로 개선 효과 분석을 수행하였다. 두 공항 모두 민간항공기는 주로 서편활주로를 사용하고 있으며, 연구의 취지와 규모를 고려하여 남쪽에서 북쪽으로 접근 및 착륙(김해 36L, 대구31L)하는 경우만으로 한정하였다.
REDIM은 활주로와 유도로에 관련된 기본자료와 이착륙하는 항공기의 종류와 비율을 입력하고 몬테카를로시뮬레이션 방법으로 기종별 총 10,000회의 접근 및 착륙 수행의 결과를 산출한다. 이를 통하여 첫째, 입력 데이터에 따라 생성된 접근 항적이 시뮬레이션되어 각각의 접근/접지속도, 착륙활주거리, 개방 활주로 결과를 비롯하여 이 값에 따른 평균 또는 최대, 최소 활주로 점유시간 등의 결과를 산출하는 활주로 평가, 둘째, 고속탈출 유도로의 위치 변경을 추천하거나, 유도로 증설 여부와 증설 개수와 위치를 결정해 주는 활주로 개선, 셋째, 공항의 활주로 신규 건설 시 최적의 고속탈출 유도로 위치를 결정하는 근거를 제공하기 위한 활주로 설계 등의 3가지 범위에 활용할 수 있다. 본 연구에서는 분석 대상으로 설정한 두 공항의 현 데이터에 따른 활주로 평가를 수행하여 산출된 활주로 점유시간을 비교하고, 대구국제공항에 고속탈출 유도로를 추가하여 활주로 점유시간의 개선 효과를 확인하기 위한 활주로 개선 효과 분석을 수행하였다.

대상 데이터

본 연구는 민군 복합 공항 중 민간항공기의 운용 수요가 높은 김해국제공항 및 대구국제공항을 대상으로 하였다. 국토교통부 항공통계 자료에 따르면 코로나 발생년도(2020년) 이전인 2019년도의 연간 운항편수는 김해국제공항 55,672편, 대구국제공항은 15,614편으로 각각 일일 평균 153편, 43편을 운항하였다. 2019년 중 일일 최대 도착운항 편수는 하계 휴가철인 7월 28일 ~ 8월 3일 기간 중인 김해공항 163편, 대구공항 49편 수준이었다.
김해국제공항의 형상은 그림1과 같다. 길이 3,200m, 폭 60 m의 18R/36L 활주로(서)와 길이 2,743 m, 폭 46m의 18 L/36 R 활주로(동) 2개가 있다. 주로 민간항공기가 사용하는 서편활주로가 동편활주로에 비해 규모가 크고, 일반적인 군공항과는 달리 북쪽으로 2개, 남쪽으로 1개 등 총 3개의 고속탈출 유도로가 설치되어 있다.
김해국제공항에 시뮬레이션을 적용한 평가 결과에 따라 1,397m 지점에 위치한 유도로 C4의 개방 비율이 가장 높으므로, 유사한 지점인 대구공항 활주로의 B1과 C1 사이의 지점으로 예상하여 시뮬레이션 해 본 결과, 모형에서 최적안으로 산출한 지점은 1,600m이다. 이 지점에 고속탈출 유도로를 증설하는 경우, 활주로 점유시간은 평균 68.
본 연구에서는 분석 대상으로 설정한 두 공항의 현 데이터에 따른 활주로 평가를 수행하여 산출된 활주로 점유시간을 비교하고, 대구국제공항에 고속탈출 유도로를 추가하여 활주로 점유시간의 개선 효과를 확인하기 위한 활주로 개선 효과 분석을 수행하였다. 두 공항 모두 민간항공기는 주로 서편활주로를 사용하고 있으며, 연구의 취지와 규모를 고려하여 남쪽에서 북쪽으로 접근 및 착륙(김해 36L, 대구31L)하는 경우만으로 한정하였다. 활용된 모델은 미연방항공청에서 2022년 12월 22일에 배포한 REDIM Ver 4.
본 연구는 민군 복합 공항 중 민간항공기의 운용 수요가 높은 김해국제공항 및 대구국제공항을 대상으로 하였다. 국토교통부 항공통계 자료에 따르면 코로나 발생년도(2020년) 이전인 2019년도의 연간 운항편수는 김해국제공항 55,672편, 대구국제공항은 15,614편으로 각각 일일 평균 153편, 43편을 운항하였다.
따라서, 해당 활주로에 운영되는 항공기 비율을 변수로 입력해야 하며, 운항 기종은 항공사별로 보유 항공기와 운영 노선에 따라 확정된 수치이므로 운항 횟수가 기종 비율의 변화에 미치는 영향은 적을 것으로 판단된다. 본 연구에는 최근 운영된 무작위 일인 2023년 6월12일의 김해국제공항의 운영 결과(표4)와 대구국제공항의 운영 결과(표5)의 실제 항공기 착륙 편수와 기종별 비율 데이터를 활용하였다. 입력 변수 중 항공기 성능 요소에 영향을 미칠 수 있는 활주로 고도는 각 공항의 항공정보고시보에 명시된 고도 정보를 적용하고, 온도는 국제표준대기조건(ISA : international standards atmosphere)인 섭씨 15도(ISA + 15℃)를 적용하였다.
원칙적으로 두 공항에서 민간항공기와 군용기가 두 활주로 모두 사용 가능하나, 실제로 민간항공기는 주로 서편활주로만 쓰기 때문에 모든 민간항공기가 서편활주로를 사용하고, 남에서 북으로 접근, 착륙(김해공항 RWY 36L, 대구공항 RWY31L)하는 것을 가정하여 분석을 수행하였다. 분석에 필요한 자료는 국토교통부 항공정보간행물(AIP ; aeronautical information publication)에 명시된 활주로 정보를 사용하였으며, 활주로 정보 및 유도로 형상 정보는 표 1부터 표 3까지와 같다.
두 공항 모두 민간항공기는 주로 서편활주로를 사용하고 있으며, 연구의 취지와 규모를 고려하여 남쪽에서 북쪽으로 접근 및 착륙(김해 36L, 대구31L)하는 경우만으로 한정하였다. 활용된 모델은 미연방항공청에서 2022년 12월 22일에 배포한 REDIM Ver 4.0.2이다.

성능/효과

REDIM은 기종별로 시뮬레이션된 모든 항공기의 시뮬레이션 데이터를 확인할 수 있는데 두 공항에서 가장 많이 운영되는 B737-800 기종의 결과를 분석해 보면 안전 측면에서 의미 있는 효과를 확인할 수 있다. 김해국제공항에 착륙한 B737-800 기종의 활주로 점유시간은 50 ~ 55초를 기록한 비율이 가장 높고 일부 90 ~ 100초를 보이기도 한다.
4초로 산출되었다. 그러나 시뮬레이션 결과 신규 고속탈출 유도로로 개방하는 비율이 높지 않고, 그림 5에서와 같이 여전히 기존 직각 유도로 D1에서 개방하는 비율이 60%에 육박하여 적절하지 않은 것으로 판단된다.
대구국제공항 유도로 개선의 다른 방안인 고속탈출 유도로를 유도로 C1과 유도로 D1 사이에 추가하여 시뮬레이션한 결과, 모형에서 최적안으로 산출한 지점은 2,300m 지점으로, 활주로 점유시간은 58.2초, 표준편차 7.8초로 산출되어 상대적으로 명확한 감소 효과가 표 10과 같이 확인된다.
이는 2개의 고속탈출 유도로를 운용하는 김해국제공항의 현재 활주로 점유시간 예측 값인 60.4초 보다도 낮은 수치로서 활주로의 절대 수용량을 증대 시킬 수 있는 효과적인 방안이라고 판단할 수 있다. 김해국제공항보다 활주로 점유시간이 낮아진 것은 운항되는 항공기가 B737 및 A320 등과 같은 C·D급 항공기만 있는 것도 영향을 미칠 수 있으나, 국내선은 B777 및 A330과 같은 E급 항공기의 운항비율이 높지 않아 영향이 적을 것이므로, 고속탈출 유도로가 최적 위치에 선정됨으로 인하여 예측되는 효과라고 할 수 있다.
활주로의 2/3 지점이자 직각유도로인 C1에서 개방하기 위해서는 활주속도를 10KTS 이하로 완전히 감소시켜야 하므로 접근단계부터 정확한 접근속도를 유지하고 짧은 접지구역 내 접지를 위한 노력 을 기울여야 하기 때문에 조종사의 임무부하를 증대시키는 요인이 된다. 이러한 점을 고려해 볼 때 REDIM으로 산출된 해당 데이터는 활주로 절대수용량 개선 등 효율의 증대 뿐만 아니라 안전 측면에서 활주로/유도로의 구조적인 개선의 필요성을 제기할 수 있는 데이터로 판단된다.

후속연구

유도로의 형상과 위치에 따라 예측되는 효과를 확인할 수 있고, 후속 연구를 위한 기반 데이터를 생성하는 것도 가능한 것으로 판단된다. 다만, 본 연구는 시뮬레이션 모형에서 필요한 정산을 통한 모형의 타당성 검증하는 과정은 검증용 지상 운영 데이터의 확보가 어렵기 때문에 적용하기 어려운 점과 정보가 완전히 공개되지 않는 공항이기 때문에 적용이 어려운 변수가 있다는 점은 연구의 한계가 될 것이다. 추후, 실제 공항의 운영 결과를 기반하기 위한 ASDE 또는 ADS-B 등의 감시장비로부터 관측된 항적 데이터 또는 실제 운영 내역을 측정한 데이터 등을 통하여 획득된 활주로 점유시간과 본 연구의 결과를 비교, 분석해 보면 이 한계를 일부분 보완해 줄 것으로 기대된다.
본 연구에 사용한 REDIM은 착륙 후 유도로를 사용하는 항공기 성능 요소까지 고려된 상세한 운영 형상을 비교적 쉽고 명확하게 도출할 수 있는 모형이다. 유도로의 형상과 위치에 따라 예측되는 효과를 확인할 수 있고, 후속 연구를 위한 기반 데이터를 생성하는 것도 가능한 것으로 판단된다. 다만, 본 연구는 시뮬레이션 모형에서 필요한 정산을 통한 모형의 타당성 검증하는 과정은 검증용 지상 운영 데이터의 확보가 어렵기 때문에 적용하기 어려운 점과 정보가 완전히 공개되지 않는 공항이기 때문에 적용이 어려운 변수가 있다는 점은 연구의 한계가 될 것이다.
공항의 수용량은 활주로 수용량, 계류장 수용량, 터미널 수용량, 공역 및 관제 수용량 중에 가장 낮은 값을 적용하여야 한다. 즉, 공항 수용능력 전체를 비교하기 위해서라면 공항의 주기장, 터미널, 공역 및 관제능력에 대한 전반적인 현황에 대한 분석이 필요하나, 본 연구는 활주로 점유시간과 고속탈출 유도로에 한정된 연구이므로 활주로와 유도로에 대한 자료만이 요구된다.
다만, 본 연구는 시뮬레이션 모형에서 필요한 정산을 통한 모형의 타당성 검증하는 과정은 검증용 지상 운영 데이터의 확보가 어렵기 때문에 적용하기 어려운 점과 정보가 완전히 공개되지 않는 공항이기 때문에 적용이 어려운 변수가 있다는 점은 연구의 한계가 될 것이다. 추후, 실제 공항의 운영 결과를 기반하기 위한 ASDE 또는 ADS-B 등의 감시장비로부터 관측된 항적 데이터 또는 실제 운영 내역을 측정한 데이터 등을 통하여 획득된 활주로 점유시간과 본 연구의 결과를 비교, 분석해 보면 이 한계를 일부분 보완해 줄 것으로 기대된다.

참고문헌 (9)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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