본 논문은 해사위성 통신을 이용한 기상 예보 데이터를 수신하여 운항 선박의 최적 항로 안전 평가 시스템 개발에 관한 내용을 다룬다. 예로부터 선장은 경험적으로 기상, 선박 제원 상태 및 운항 일정을 고려하여 최적의 항로를 선택하여 항해하여 왔다. 이는 선장의 경험을 바탕으로 해류나 파랑에 대한 기상 예보 정보를 활용하여 최적항로를 결정하는 것으로 아직까지 선상에서 항로 결정을 보조해주는 디지털화한 시스템은 그 사례를 찾아보기 힘들다. 본 논문에서는 선박의 운항 효율성과 안전성 관점에서 구성되어져 있는 선상 최적 항로 안전 평가 시스템을 소개한다. 선사와 선장이 요구하는 효율적인 항해를 위해서는 도착예정시간 및 연료소모량을 최소로 하는 최적 항로를 구한다. 이는 선박의 파랑 중 부가저항에 기초를 둔 신속 저하 및 마력 증가를 고려하여 계산한다. 안전성 관점에서는 3D 판넬법에 기초를 둔 선박의 내항 계산을 본 시스템에서 구현하여 내항 평가를 수행하며, 기본적으로 기상 예보는 시스템을 구동하기 위해 우선적으로 확보되어져야만 한다.
본 논문은 해사위성 통신을 이용한 기상 예보 데이터를 수신하여 운항 선박의 최적 항로 안전 평가 시스템 개발에 관한 내용을 다룬다. 예로부터 선장은 경험적으로 기상, 선박 제원 상태 및 운항 일정을 고려하여 최적의 항로를 선택하여 항해하여 왔다. 이는 선장의 경험을 바탕으로 해류나 파랑에 대한 기상 예보 정보를 활용하여 최적항로를 결정하는 것으로 아직까지 선상에서 항로 결정을 보조해주는 디지털화한 시스템은 그 사례를 찾아보기 힘들다. 본 논문에서는 선박의 운항 효율성과 안전성 관점에서 구성되어져 있는 선상 최적 항로 안전 평가 시스템을 소개한다. 선사와 선장이 요구하는 효율적인 항해를 위해서는 도착예정시간 및 연료소모량을 최소로 하는 최적 항로를 구한다. 이는 선박의 파랑 중 부가저항에 기초를 둔 신속 저하 및 마력 증가를 고려하여 계산한다. 안전성 관점에서는 3D 판넬법에 기초를 둔 선박의 내항 계산을 본 시스템에서 구현하여 내항 평가를 수행하며, 기본적으로 기상 예보는 시스템을 구동하기 위해 우선적으로 확보되어져야만 한다.
This paper treats optimal route safety assessment system at seaway based on weather forecasting data through INMARSAT. Since early times, captain have been sailing to select the optimum route considering the weather, ship loading status condition and operational scheduling empirically. However, it i...
This paper treats optimal route safety assessment system at seaway based on weather forecasting data through INMARSAT. Since early times, captain have been sailing to select the optimum route considering the weather, ship loading status condition and operational scheduling empirically. However, it is rare to find digitalized onboard route support system whereas weather facsimile or wave and swell chart are utilized for the officer, based on captain's experience. In this paper, optimal route safety assessment system which is composed of voyage efficiency and safety component is introduced. Optimum route minimized ETA(estimated time of arrival) and fuel consumption that shipping company. and captain are requiring to evaluate for efficient voyage considering speed loss and power increase based on wave added resistance of ship. In the view point of safety, seakeeping prediction is performed based on 3 dimensional panel method Basically, the weather forecast is assumed to be prepared previously in order to operate this system.
This paper treats optimal route safety assessment system at seaway based on weather forecasting data through INMARSAT. Since early times, captain have been sailing to select the optimum route considering the weather, ship loading status condition and operational scheduling empirically. However, it is rare to find digitalized onboard route support system whereas weather facsimile or wave and swell chart are utilized for the officer, based on captain's experience. In this paper, optimal route safety assessment system which is composed of voyage efficiency and safety component is introduced. Optimum route minimized ETA(estimated time of arrival) and fuel consumption that shipping company. and captain are requiring to evaluate for efficient voyage considering speed loss and power increase based on wave added resistance of ship. In the view point of safety, seakeeping prediction is performed based on 3 dimensional panel method Basically, the weather forecast is assumed to be prepared previously in order to operate this system.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 논문에서는 선교에 탑재하여 항해전 및 항해 중에 선장의 항해 판단을 객관화하여서 파랑 등의 외란에 의해 야기될 수 있는 운항 선박의 운동 안전성 및 항로의 효율성을 높이고자, 연구한 시스템을 소개하고자 한다. 이러한 시스템은 1970 년대부터 거론되었으나 기상예보와 해사위성통신의 한계로 현실화되지 못하다가 1990년대 후반부터 다시 주목받기 시작하게 된다.
본 논문에서는 기존의 시스템들과는 달리, 3D 판넬법(전 등, 1998), (Kim . Ha, 2002)을 이용한 내항 성능계산 결과로 선박의 운항 안전성을 평가하며, 또한 대파고 하에서 문제시되는 과도 횡요 (Parametric Roll) 발생 유무도 수치 계산을 통해 판단할 수 있도록 하였다. 운항 효율성 관점에서는 운항시간 및 연료 소모량의 추정과정에서는 파랑 중 자선의 운동에 의한 선속 저하 및 마력 증가를 고려하여, 부가 저항의 계산 및 자선의 저항, 자항 특성을 이용하도록 설계하였다.
본 시스템에 있어서 파랑 정보는 육상에서의 해양기상 예보의 정보 및 목측으로 얻는다.
할 수 있다. 본 논문에서는 "내항성 이론의 설계에의 응용” (일본운동성능연구위원회, 1994)등에 수록된 내항 성능 Criteria 를 참고하여 운항안전성을 평가하도록 하였고 이러한 Criteria는 사용자에 의해서 재설정될 수 있도록 하였다. Table 1에서는 본 시스템에서의 내항 성능 Criteria의 초기 값을 나타낸다.
앞절의 최적 항로 탐색 기법의 유용성을 검증하기 위해서 항해자에 의해 계획된 항로, 대권 항로 및 본 최적화 기법에 의한 항로별 비교 결과를 제시하고자 한다.
앞서 계산한 선박 운동 예측치, 선속 저하를 고려한 도착 예정 시간 및 마력 증가에 의한 연료 소모량을 목적함수로 하는 최적 항로 탐색 기법을 소개한다. 기본적으로 8 point 다익스트라(Dijkstra) 및 DP방법 (Dynamic Programming)을 통해 최적의 항로를 추정하도록.
가설 설정
선속이 12-:3kts일 때 선수각이 선수파인 규칙파로 가정하였으며 각각의 파고 및 주기에 따른 계산 결과를 정리하여 전체계산 영역에서의 과도 횡요 발생 유무를 판별해주는 차트이다.
제안 방법
Ha, 2002)을 이용한 내항 성능계산 결과로 선박의 운항 안전성을 평가하며, 또한 대파고 하에서 문제시되는 과도 횡요 (Parametric Roll) 발생 유무도 수치 계산을 통해 판단할 수 있도록 하였다. 운항 효율성 관점에서는 운항시간 및 연료 소모량의 추정과정에서는 파랑 중 자선의 운동에 의한 선속 저하 및 마력 증가를 고려하여, 부가 저항의 계산 및 자선의 저항, 자항 특성을 이용하도록 설계하였다. 선박의 경제성에 대한 항로계획의 영향을 분석한 연구에 의하면 운항비용 (Operational Cost)중 연료 및 윤활유 등의 항해비용(Sailing Cost)이 차지하는 비율이 40%를 차지하게 된다.
(Meijers, 1980). 시스템에서는 운항 선박의 안전성 확보 및 이러한 항해 비용을 줄이고자, 최적화 기법을 적용하여 시간과 연료 소모량을 동시에 고려한 최적 항로를 제시하도록 하였고, 선장의 항해계획 수립을 지원하도록 하였다. 또한 실시간 기상정보를 이용한 내항 성능 추정 기능을 제공함으로써 선장의 의사결정을 지원하도록 하였다.
시스템에서는 운항 선박의 안전성 확보 및 이러한 항해 비용을 줄이고자, 최적화 기법을 적용하여 시간과 연료 소모량을 동시에 고려한 최적 항로를 제시하도록 하였고, 선장의 항해계획 수립을 지원하도록 하였다. 또한 실시간 기상정보를 이용한 내항 성능 추정 기능을 제공함으로써 선장의 의사결정을 지원하도록 하였다.
본 시스템에서는 이러한 파라미터를 정량적으로 추정하기 위해서 파랑 중에서의 선속 저하, 마력 증가 계산법 및 최적 항로 탐색기법(5절)을 도입한다.
또한, 시간 변화에 따른 GM값을 추정하기 위해, 저장된 해당 선박의 Hull Offset 데이터로부터 수선 면적 및 배수량 변화, 수선면의 관성 모멘트를 계산한다. 선속 및 흘수는 앞 절의 내항 성능 예측에 사용한 정보와 동일한 조건을 사용한다.
8 point 다익스트라(Dijkstra)를 적용하기 위해서는 Map상의 적절한 영역에서 출발지와 목적지를 선택하여 격자를 생성한 후 각 지점까지의 연료 소모량 및 도착 시각의 초기 탐색영역에 대한 Cost 분포를 구한다. 또한, 초기탐색 영역 중에서도 최적 항로가 존재 가능한 탐색 영역을 재설정하여 해상도를 2배로 높인 후각 지점까지의 Cost를 재계산하였으며, 최적해 탐색을 위하여 목적지 방향으로 출발점으로부터의 등거리에 위치하는 Node를 집합으로 하는 Stage 를 일정 거리 수준마다 생성한다. 즉 Stage는 출발점으로부터 같은 거리만큼 떨어진 Node들의 집합이 되는데 Node들은 앞서의 격자상의점이고 해석해에 일치하기가 어려우므로 이 등간격의 집합에서 내분 점들을 생성하여서 Node의 수를 충분히 증가시킨다.
첫째, 선상 운항 보조시스템으로서의 최적 항로평가 시스템을 개발하였으며, 그 주요 개발사항으로 안전성 관점에서는 기상예보 및 목측 데이터를 이용한 내항성 평가, 과도 횡요 예측(Parametric Roll)을 수행하도록 하였으며, 효율성 관점에서는 파랑 중 선속 저하, 마력 증가 산정을 통한 도착 예정 시간 및 연료 소모량을 추정하도록 하였다.
09kts 로서 근접한 결과를 유추할 수 있었다. 또한, H3K 탱커선의 시스템 계산법을 통한 선속, 기관 마력값 및 연료 소모량을 .시운전 계측값과 비교한 결과 근접한 결과를 도출하였다.
대상 데이터
기상도 등의 기상예보 데이터를 INMARSAT 기지국(LES)에 송부하면 선박에서는 INMARSAT 통신 시스템을 이용하여 필요한 시간대별로 접촉한다. INMARSAT-A 혹은 B 와 연동된 이메일 서버를 통해 수신된 기상예보 데이터 파일은 LAN 케이블로 본 시스템 내에 전송받을 수 있다.
이론/모형
파고 및 파장 등의 영향에 따라 달리 나타난다. 본 시스템에서는 이러한 과도횡요 발생 유무를 판단하기 위하여 아랴의 선형 횡요운동 방정식(Francescutto, 2001)을 이용한 수치 시뮬레이션을 수행하도록 하였고, 그 구성은 Fig. 7과 같다.
본예측에는 앞절에서 언급한 파랑 정보가 필요하며, 운항 흘수에 해당하는 선박의 부가 질량계수 및 감쇄계수의 동유체력 계수는 3D 판넬법을 이용한 계산 결과를 사용한다. 또한, 시간 변화에 따른 GM값을 추정하기 위해, 저장된 해당 선박의 Hull Offset 데이터로부터 수선 면적 및 배수량 변화, 수선면의 관성 모멘트를 계산한다.
성능/효과
둘째, 4.250TEU 컨테이너선의 대양항해 기록 결과와 기상 예보 데이터를 근거로 한 본 알고리즘의 선속 저하 값을 도출하여 비교한 결과, 실적선과의 평균선 속 차이는 0.09kts 로서 근접한 결과를 유추할 수 있었다. 또한, H3K 탱커선의 시스템 계산법을 통한 선속, 기관 마력값 및 연료 소모량을 .
마지막으로, 최적 항로 탐색 기법을 통해 시스템에서 계산되어진 최적 항로는 항해사의 계획 항로 및 대권 항로와 비교해서 연료 소모량의 절감 및 항해 시간 단축의 결과를 보였다.
후속연구
횡축은 구간 번호이고 종축은 횡축의 변침점에 대해 10가지 내항성능 항목의: 한계치 100%를 기준으로 하여 계산되어진 결과 값이다. 이것을 통해서 항해자는 각 구간별 위험성을 파악할 수 있고 이에 따른 항해 계획 및 운항 중의 기상변회에 따른 대응을 효율적으로 수행할 수 있을 것으로 기대된다.
향후, 파방향성을 고려한 내항 응답을 계산하기 위해서는 상기 Ochi-Hubble 스펙트럼을 응용한 10 Parameter의 방향 스펙트럼 파의 도입이 필요하다고 사료된다(Graham, 1993).
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.