초록 ▼

1. 연구 개요
가. 연구의 필요성 및 목적
최근 지속적으로 증가하는 항공교통량으로 인해 공역의 과밀화가 급속하게 진행되고 있다. 이렇게 증가하는 항공교통량의 효과적 관리를 위해 최근 많은 선진국이 제시한 항공교통관리(ATM)는 과거 항공관제 분야에 국한된 범위를 뛰어넘어 항행시설, 공항, 운항, 항공정보, 관제 등 항공교통의 전 분야를 유기적으로 연결하여 운영의 시너지를 극대화하는 개념으로 발전하고 있으며, 위성 등 신기술과 항공전자공학 등 진일보한 항공관련 기술들을 반영하여 미래 항공교통 환경을 구축해 가고 있다. 효

1. 연구 개요
가. 연구의 필요성 및 목적
최근 지속적으로 증가하는 항공교통량으로 인해 공역의 과밀화가 급속하게 진행되고 있다. 이렇게 증가하는 항공교통량의 효과적 관리를 위해 최근 많은 선진국이 제시한 항공교통관리(ATM)는 과거 항공관제 분야에 국한된 범위를 뛰어넘어 항행시설, 공항, 운항, 항공정보, 관제 등 항공교통의 전 분야를 유기적으로 연결하여 운영의 시너지를 극대화하는 개념으로 발전하고 있으며, 위성 등 신기술과 항공전자공학 등 진일보한 항공관련 기술들을 반영하여 미래 항공교통 환경을 구축해 가고 있다. 효율적 공역운영과 항공교통흐름관리(ATFM, Air Traffic Flow Management)는 공역 수용량을 최대화하고 지연을 최소화하는 항공교통관리를 위한 상호보완적인 존재로서 이에 관한 이론적이고 정책적인 연구가 필요한 시점이다.
이에 본 연구는 국내에 적합한 효율적인 공역활용 방안 모색을 목표로 향후 국내에서 수요 용량 관리를 수행할 수 있는 기반을 마련하고자 한다.
이를 위한 세부연구 목표는 다음과 같다.
첫째, 선진국 공역운영 개념 및 기법을 분석하고, 이를 기초로 하여 우리나라 공역 운영의 문제점을 파악하고, 국내에 적용이 가능한 효율적 공역운영 개념과 이론적 기법을 제시한다. 둘째, 효율적 공역운영 개념과 상호보완적 개념인 ATFM 연구를 통하여 기술적 정책적 공역운영 방안을 제시한다.
나. 연구방법 및 수행체계
본 연구의 연구방법은 첫째, 국내 공역체계 및 운영현황에 대하여 심층적인 문헌연구와 전문가 그룹의 활용을 통해 국내 공역체계 및 공역관리제도의 문제점을 파악한다. 둘째, 해외의 공역 운영사례 및 기법을 분석하기 위해 미국, 유럽 등 선진국의 사례를 분석하고 ICAO, FAA 등 국제기구의 정책방향 등을 검토한다. 셋째, 국내 적용을 위한 항공교통흐름관리의 기술 정책적 운영방안 제시를 위하여 실제 항적데이터를 이용하여 항공교통흐름에 대해 분석한다.
다. 선행연구와의 차별성
그동안 수행된 연구는 우리나라의 미래 ATM 시스템 구축을 위한 마스터플랜 수립에 그침에 따라 정책적인 성격이 강하며, 실질적인 ATM, ATFM에 관한 연구는 개론적으로만 다루어져 왔다.
반면 본 연구는 공역의 효율적인 운영을 목표로, 이에 관한 정량적 분석과 이론을 토대로 효율적 공역운영 모델을 개발하고, 정책수행에 있어 법제도적 측면도 고려한다. 또한 ATFM의 이론체계 정립을 비롯하여 우리나라 공역체계에 적합한 ATFM 적용방안을 개발함에 따라 선행연구와 연구의 범위 및 주요 내용 등에도 분명한 차별성이 있다.
2. 국내 공역체계 및 운영현황
가. 공역구조의 복잡성
우리나라 공역은 매우 협소한 면적에도 불구하고 사용목적에 따라 관제공역, 비관제공역, 통제공역, 주의공역 등으로 구분하여 세부적으로 약 250여개의 구역으로 구분하고 있다. 또한 항공교통업무 제공에 따라 관제공역 및 비관제공역을 A. B, C, D, E, G 등급으로 구분하고 있다. 또한 항공교통센터는 원활한 항공교통업무 제공을 위하여 비행정보구역을 8개의 관제구역으로 분할하여 업무를 수행하고 있으며, 이와 더불어 14개의 접근관제소를 두어 항공교통관제업무를 위임하고 있다. 이렇듯 협소한 공역면적에도 불구하고 매우 세분화된 공역구조는 공역의 효율적 관리를 어렵게 하고 있다. 또한 이러한 세분화된 공역들은 서로 중첩되어 있어 공역의 관리도 용이하지 않다.
따라서 협소한 공역을 효율적으로 운영할 수 있도록 섹터의 통폐합과 같은 공역구조의 개편이 필요하다.
나. 공역활용의 비효율성
우리나라 관할공역인 인천비행정보구역안의 공역구조는 항공로를 제외한 대부분의 구역이 특수사용공역으로 설정되어 있어 환경변화에 따른 항공로 또는 공역의 신설 조정이 어려운 실정이다. 효율적인 공역활용을 위해서는 한정된 공역자원을 민(民)과 군(軍)이 함께 사용할 수 있도록 되어 있어야 하지만, 우리나라의 경우 군에 배정된 훈련 작전 및 제한구역 등은 실제 사용여부에 관계없이 배타적으로 운영됨에 따라 민간항공기의 공역활용을 저해하고 있다. 분단국가인 우리의 안보현실을 감안할 때 군의 공역사용을 제한할 수는 없지만, 민과 군 공역간의 효율적인 활용방안의 모색이 필요하다.
다. 공역 용량의 포화
최근 5년간 우리나라의 항공교통량은 약 4.7%로 증가되고 있고, 이와 더불어 관제섹터의 최대 수용량 초과도 발생하고 있으며, 공항의 지연과 결항도 증가하고 있다. 향후 지속적인 항공교통량의 증가는 관제섹터의 수용 초과와 지상 지연 및 결항을 증가시킬 것으로 예상된다. 공중 및 지상 지연은 독립적으로 발생하지 않고 서로 영향을 주면서 추가적인 비용을 유발한다.
따라서 이를 방지할 수 있는 효율적인 항공교통흐름관리 방안이 마련되어야 하며, 이러한 수요와 용량의 불균형을 해결할 수 있는 방안도 같이 모색되어야 한다.
라. 공역관리 주체의 혼잡성
우리나라는 좁은 공역에도 불구하고 그 구조가 복잡하게 얽혀있을 뿐 아니라 공역의 사용주체와 관리주체가 혼재되어 있어 공역의 효율적 사용이 어려운 상황이다. 우리나라 167개의 특수사용공역 중 16개 공역을 제외한 모든 특수사용공역들이 인천 ACC 관제공역에 포함되어 있어 항공교통업무수행에 직 간접적인 영향을 미치고 있다. 그럼에도 불구하고 특수사용공역의 통제기관은 항공교통센터가 아니라는 사실이 우리나라 공역관리 현실을 단적으로 보여준다. 공역의 사용주체와 관리주체의 혼재는 특히 서로 긴밀한 협조 및 정보공유가 요구되므로, 효율적인 공역관리를 위하여 민 군이공역을 통합적으로 관리할 수 있는 방안의 모색이 필요하다.
결과적으로, 현재 항공교통관리시스템에서 공역구조는 항공기의 운항에 앞서 미리 설계된 이후 고정적인 형태로 매우 제한적으로 운영함에 따라 공역자원의 활용성 감소, 항공기 운항의 비효율성 증가, 더 나아가 비행연착 및 항공기 온실가스 배출량의 증가 등의 문제로 이어지게 된다. 향후 항공교통관리시스템은 국가공역시스템 사용자 모두에게 필요한 공역자원 및 서비스를 최대한 제공해야 한다. 따라서 항공교통을 관리하는 개념이 기존의 공역 설계 및 충돌방지 중심에서 수요 용량관리를 비롯한 보다 전략적이고 효율성이 강조되는 개념으로의 전환이 필요하다.
3. 선진 공역관리 기법
항공교통관리는 항공교통수요와 용량의 불균형을 예측하고 감소시키는 역할을 수행한다. 즉, 특정 공역이나 공항에 진입하고자 하는 수요와 그 공역, 또는 공항용량의 균형을 유지하도록 하는 것이다. 수요가 용량을 초과하는 경우 항공기의 궤적 또는 공역구조의 변경 등을 통하여 관리가 이루어진다. 수요가 용량을 초과하거나 초과할 것으로 예상될 때, 항공기의 궤적을 변경하여 진입하는 항공교통을 제한하는 것을 ATFM이라고 하며, 이는 수요를 조절하는 방법으로 볼 수 있다. 반대로, 공역구조의 변경 등을 통해 해당공역이나 공항의 용량을 일시적으로 증대시켜 수요와 용량을 관리하는 방법을 탄력적 공역관리(DAC, Dynamic Airspace Capacity)라 부르며, 이는 용량을 관리하여 수요와 용량의 불균형을 해소하는 방법으로 볼 수 있다.
가. 탄력적 공역관리 기법
1) FUA(Flexible Use of Airspace)
탄력적 공역관리기법인 FUA는 공역을 민간 혹은 군 공역으로 구분하여 배정하지 않고, 하나의 연속체로써 사용자의 요구사항을 최대한 수용하는 원칙에 기반을 두고 있다. 그렇기 때문에 FUA는 민간과 군 사용자간의 적절한 협력을 통해 통합적인 공역사용 계획을 수립하고, 그에 따른 공역배정으로 공역사용의 효율성을 최대화하는 데 목적이 있다.
FUA 개념은 민 군 협동 업무에 따라 공역관리를 세 가지 발전단계로 살펴볼 수 있다. 1단계는 전략적 공역관리(ASM, Airspace Management) 단계로, FUA 개념의 전반적인 적용을 위하여 공역구조를 설계하고, 협력체계와 공역관리체계를 계획하고, 국가 간 협력과 민 군 비행간 분리 표준을 수립하고, 2단계는 사전 전술적 ASM 단계로, 국가가 ASM 기관을 설립하여 전략단계에서 합의된 조건과 절차에 따라 공역을 할당하는 단계이다. 3단계는 전술적 ASM 단계로 사전 전술단계에서 할당된 공역을 효과적으로 실시간 활성화, 비활성화, 혹은 재할당하는 단계이다.
FUA에서는 잠재적으로 조건부항로(CDR), 임시유보지역(TRA), 임시분리지역(TSA) 및 국경지역(CBA)의 개념을 활용하여 공역의 일시적 할당 및 활용에 적합한 유연한 공역구조와 절차를 제공한다.
미국과 유럽에서는 이미 성공적인 민 군 협력체계를 수립하여 공역관리와 ATM 시스템 운영에 다음과 같은 효과를 보았다. 첫째, 높은 수준의 안전을 달성하고, 둘째, 공역 용량의 증대를 가져왔으며, 셋째, 국가 보안을 강화하였다. 그리고 넷째, 민 군 항공기의 상호 운영성과, 비행거리의 축소, 최적의 비행경로 설정, 그리고 연료소비 및 배출량 감소를 통하여 운영 면에서도 많은 효과를 가져왔다.
2) FAM(Flexible Airspace Management)
FAM은 공역의 혼잡을 발생시키는 수요나 기상 등의 변화에 대해 센터나 섹터의 경계를 동적으로 조정하여 용량을 재할당하여 섹터 간 수요 균형을 이루게 하는 개념으로, 현재 항공교통관리 방법보다 상대적으로 교통흐름에 대한 제한을 감소시키는 기법이다. 즉, FAM은 공역의 경계를 현재보다 더욱 신축적인 방법으로 조정하여, 수요변화에 즉각적이고 빈번하게 공역을 변경할 수 있도록 선택의 폭을 넓혀줌으로써 항공기가 더욱 효율적으로 이동할 수 있게 한다.
이러한 수요 불균형에 따른 섹터의 경계 변경은 항공교통 자원을 더욱 효율적으로 활용하게 함으로써 공역의 처리량을 높이고, 결과적으로는 수요불균형으로 인한 지연이나 노선을 변경하는 횟수를 줄게 하여 경제적 효과를 거두게 한다.
NASA(2011) 연구 결과에 따르면, FAM 운영으로 발생되는 효과는 다음과 같다. 첫째, FAM은 항공기가 계획된 원래 항공로를 더욱 잘 유지할 수 있도록 하고, 이용자가 선호하는 항공로 이용률을 높인다. 둘째, FAM 운영 결과 항공기가 우회하는 경우 더 짧은 거리를 운항하게 한다. 셋째, FAM 운영 결과 공역용량 및 공역의 활용성이 매우 증가한다.
FAM은 아직 ATM 운영에서 실현되고 있지 않고 있다. 이행 이전에 FAM을 운영할 수 있는 운영절차, FAM에 포함되는 관제사 등의 책임 및 역할이 반드시 수립되어야 하며, 이와 더불어 수요 공급을 모니터링 하는 시스템과, 향후 수요나 기상 등 변화 요인을 예측하고 자동으로 할당할 수 있는 자동화된 시스템 구축이 필요하다.
나. 항공교통흐름관리 기법
탄력적 공역관리 기법처럼 공역의 구조를 변경시키지 않고, 항공교통 흐름을 제어함으로써 항공교통수요를 조절하여 신속한 흐름을 제공하는 것이 ATFM이다. ATFM은 전략계획단계, 사전전술단계, 전술운영단계 3단계를 거쳐 시행된다. 전략계획단계는 ATC와 공항운영자가 다가오는 계절에 대한 수요를 산정하고 수요가 ATC 용량을 초과하는 곳과 시기를 평가하여 수요불균형을 해결하는 단계이며, 사전전술단계는 최신 수요 자료를 고려한 전략계획의 조정을 수반한다. 전술운영단계에서는 수요가 용량을 초과하여 발생하는 곳에서 축소 혹은 동일한 교통흐름을 제공하기 위한 합의된 전술 방법을 실행한다. 이후 적용되는 ATFM 대책이 제대로 효과를 발휘하고, 장시간 지연이 보고될 때 ATC 용량을 최대로 활용하기 위하여 항로의 재배정, 비행고도 할당 등의 개선조치를 위해 항공교통상황의 변화를 감시한다.
ATFM에서 흐름통제방법은 시스템 수용력 고려를 기반으로 한 흐름수요를 관리하는 기법이다. ATFM의 운영은 최적의 항공교통흐름을 달성하기 위해 종대거리(MIT), 종대시간(MINIT), 픽스균형, 경로재설정, 고도규제 시나리오, 대체경로 시나리오, 최소출발간격, 슬롯교환, 각본경로, 지상지연프로그램(GDP), 지상정지(SG) 방법 등을 사용하여 교통흐름을 관리한다.
다. 시사점
탄력적인 공역관리 기법인 FUA나 FAM에서는 제한된 공역 자원을 더욱 효율적이고 유연하게 사용할 수 있다. 탄력적인 공역구조의 개념 하에서는, 국가 공역은 하나의 자원으로 관리되며, 수요에 따라 다양한 공역 사용자에 할당되고 사용 기간이 지나면 회수하면서 공역의 일시적인 사용을 허가하여 운영 관리할 수 있다.
항공교통흐름관리 기법인 ATFM은 수요가 용량을 초과하거나 초과할 것으로 예상되는 경우 최적의 항공교통 흐름을 보장하기 위한 것으로, 지연을 최소화하면서 안전하고, 질서정연하고 신속한 항공교통 흐름을 제공하고자 수립된 ATM의 기능이다.
하지만 탄력적인 공역관리 기법인 FUA나 FAM은 공역의 구조를 변경하여 공역의 용량을 증대시키는 것이므로, 현재 국내의 공역 상황이나 국내 정치적 상황을 고려해 볼 때, 적용에 대한 효과나 운영에 있어 어려움이 존재할 것으로 판단된다.
이에 효율적인 공역관리를 위하여 공역구조의 변경 측면이 아니라 항공교통흐름을 관리하여 수요와 용량을 균형을 달성하는 항공교통흐름관리(ATFM)를 중심으로 국내에 적용할 수 있는 기술적 운영방안을 정립하고, 국내 적용 방안을 위한 정책적 운영방안을 제시한다.
4. 효율적 공역운영 방안
가. 기술적 운영방안
ATFM이나 분리기준적용(Separation Assurance)의 성공적인 적용을 위해서는 항공기궤적 예측, 공역 및 공항의 용량을 최대한 활용하기 위한 자동화된 최적화 모형의 구축 및 활용이 절대적으로 요구된다. 특히 ATFM은 그 특성상 여러 분야의 관련 학문이 유기적으로 연결된 복합적인 사안이라는 점을 유념해야 한다.
ATFM 최적화 기법은 크게 제어이론(Control Theory)에 의한 접근방법과 전통적인 운영과학(OR, Operations Research)에 의한 접근방법으로 나누어 생각 할 수 있다. 최근에는 이러한 두 가지 접근방법을 활용하여 관제사의 실제 업무에 사용할 수 있는 의사결정지원시스템(Decision Support System)의 개발에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 최적화모형에 의한 ATFM 접근방법의 현실적 한계를 극복하기 위한 대안적 접근방법으로 최적화기법과 시뮬레이션 모형을 통합 적용하는 방법이 최근 활발히 연구되고 있다.
모형을 정립하기 이전에 공역의 현재 상태를 분석해 보았으며, 우리나라 공역 분석 결과, 도착항공기가 집중되는 시간대의 항공기 지연은 활주로 방향, 진입방향별 도착항공기 대수 등에 따라 큰 폭의 차이를 보였으며, 도착항공기의 지연은 공역의 운영여건에 따라 동적으로 변화하는 특성을 보이고 있어, 수학적인 수식이나 통계적인 방법을 이용하여 지체를 사전 예측할 경우 다양한 요소들에 대한 종합적인 고려가 필요하며, 이와 같은 경우 시뮬레이션이 활용될 수 있다.
이에 본 연구에서는 이러한 문제에 대한 대안으로 Fast-time 시뮬레이션 분석을 이용하여 항공기 지연시간 및 장래 운영상황 예측하는 흐름관리 방안을 제시하였다. 본 연구에서 제안하는 흐름 관리의 효율화를 위한 지상지연(Ground Delay) 적용을 위한 접근방법이다.
여러 가지 형태의 스케줄링 방법이 적용될 수 있지만 최적해를 도출하는데 상당한 시간이 소요되는 정수계획법에 의한 최적화모형보다는 Rios and Ross(2007)가 적용한 FCFS(First-Come, First-Served) 기반의 Greedy 스케줄 알고리즘을 적용하는 방법을 채택하였다.
새롭게 조정된 항공기 운항스케줄에 따른 항공로 비행시간의 변화는 다음의 시뮬레이션 모듈에서 추정하게 된다. T2시점에서 시작하는 시뮬레이션 분석은, i) T2시점 이전에 출발공항을 이륙하여 T2시점에 특정섹터 상공을 비행중인 항공기와, ii) T2시점 이후 이륙을 위해 지상에서 출발공항 지상에 대기하는 항공기를 포함하여 분석을 수행한다. 시뮬레이션 분석의 주요기능은 T2시간 이후에 비행, 또는 이착륙하는 항공기의 공역에서의 운항 상황을 반영하여 각 항공로의 비행시간을 T2+1×Δt, T2+2×Δt, T2+3×Δt,..시점에서 시간대별로 예측하는 것이다. 추정된 비행시간 결과는 다시 스케줄러의 입력 자료로 활용된다.
나. 정책적 운영방안
1) 체계적인 ATFM 서비스 제공
ATFM 서비스 제공 전략은 가용한 수용력의 이용률과 모든 이해관계자들의 각 분야에서의 충분한 운영경험 혹은 능력의 최대화를 목적으로 수립되어야 한다. 또한 ATFM 시스템 운용을 위한 인력자원, 장비, 시설, 자동화 시스템 등 가용한 자원 사용의 최대화를 고려하여 ATFM 서비스가 계획되고 이행되어야 한다. ATFM 서비스 제공에 있어 이해관계자 혹은 인접 ATFM 조직 간 협조를 통한 조화된 운영절차를 수립하는 것은 매우 중요한 문제로서 이를 통하여 전체 ATM 시스템의 안전과 효율성을 확보하게 된다. 결국, 성공적인 ATFM 서비스 제공을 위해 가장 근간이 되는 것은 각 구성원 간‘협조적 의사결정 수행과정’이 어떻게 구성이 되어야 하는지의 문제이다.
ATFM 초기 구성단계에서는 복잡한 절차 구성이나 정교한 시스템의 구성에 집중하기 보다는 시스템 안에서 구성원 간 정보교환을 어떠한 방식으로 할 것인가에 초점을 맞추게 된다. 정보교환 과정에서가장 유념해 두어야 할사항은 각 구성원들의 운영정보 취득시점으로 모든 구성원들은 적시에 정보를 취득하여야 협력적 의사결정이나 운영 효율성 극대화를 이룰 수 있다는 점이다.
2) 공역구조의 개편
현재 공역구조는 섹터, 항공로, 픽스 등으로 구성되어 있다. 현재의 공역
은 고정적이며, 매우 제한적으로 운영된다. 우리나라 공역은 특히 매우 협소
한 면적에도 불구하고, 매우 세분화되어 있으며, 세분화된 공역들을 서로 중
첩되어 있어 그 구조가 매우 복잡하다. 또한 항공로를 제외하고는 대부분
특수사용공역으로 구성되어 있다. 이는 공역의 경계를 변경시킬 수도, 관제
사와 같은 인적자원도 서로 교환할 수 없는 구조이다. 미래의 공역운영 목
표는 가능한 유연성을 제공하고 필요한 곳에 필요한 구조를 제공하는 것이
다. 또한 공역은 수요나 기상 예보에 기반을 두어 변경될 수 있어야 한다.
3) 과학적 관리기법의 개발과 적용
과학적 접근방법과 절차에 의한 용량분석(Capacity Analysis), 수요-용량 균형(Demand-Capacity Balancing), 최적 의사결정 솔루션의 도출 및 고도의 ATFM 시스템 개발과 이를 통한 과학적 협업체계 운영은 ATFM을 통한 전체 ATM 운영체계의 성공적 목표달성에 있어 가장 중요한 핵심기능이다. 그렇지만 현재의 국내 ATFM 운영은 과학적 절차에 의한 의사결정이 이루어지는 것이 아니고 경험적이나 주관적인 방법에 의해 의사결정이 이루어지는 구조이다. 이로 인해 흐름 관리의 비효율성 및 솔루션의 적절성을 보장하지 못한다. 또한 의사결정 절차도 전체 ATM 관계자가 참여하지 않고 항공관제기관(항공교통센터)에 의해 단독으로 이루어지는 구조이기 때문에 최적화된 흐름 관리를 달성하기 어려운 문제가 있고 이는 필수적으로 ATM 전체 성능의 저하를 가져오게 된다. 따라서 흐름 관리에 대한 체계적이며 과학적인 의사결정 절차의 개발과 그에 따른 고도의 의사결정시스템과 항공기 항적을 예측, 감시하는 시스템과 이의 연동 등 첨단화된 ATFM 시스템을 구축할 필요가 있다.
4) 협력적 의사결정 시스템 구축
협력적 의사결정(CDM, Collaborative Decision Making) 시스템을 구축하여 시의적절하고 정확한 방법으로 제공된 최고의 정보를 기반으로 의사결정이 이루어지도록 해야 한다. 이러한 CDM은 어떠한 목표나 목적이 아니라 어떠한 업무의 수행목표를 이루는 데 사용하는 하나의 방법으로, 정보의 공유가 CDM에 있어 중요한 요인이기는 하지만 CDM의 목적을 실현하기에는 정보의 공유로는 불충분하다. 이에 따라 의사결정 방법, 의사결정 관계자 및 그들의 역할 및 책임, 목표 공유 및 합의, 의사결정 법칙, 절차 및 원칙, 데이터 표준, 형식, 수집 횟수 및 기한 등과 같은 정보 관련 필요사항, 검토 및 감시 등 CDM 유지절차 등을 마련하여 협력적 의사결정이 되도록 해야 한다. 또한 전체 ATM 이해관계자 간 협의방법, 협의절차 등을 수립하고 관련 협의체를 구축하여 상호협력을 통해서 전체 ATM 이해관계자가 가용한 범위 내에서 안전을 도모하면서 사용자의 요구를 최대한 수용할 수 있도록 하여야 한다.
5) 국제 공조시스템 구축
ATFM은 국내 공역사용자의 협력만으로는 효과 및 효율성 측면에서 매우 제한적이다. 일례로, 우리나라의 ATFM이 자주 이루어지는 구간은 중국노선인 G597, Y64 구간인데, 이 구간은 항공교통량의 증가와 더불어 기상상황 및 중국의 군 훈련에 의해 잦은 상승 및 강하가 이루어지고 있다. 이렇듯 항공교통흐름관리는 자국은 물론 주변국의 상황이나 환경에 의해 직접적인 영향을 받을 수 있기 때문에 주변국과의 긴밀한 협조체계가 필요하며, 이를 위해 주변국과의 공조시스템을 마련하여야 한다.
6) 공역 분석 시스템 구축
항공교통 관제량은 연평균 4.7%가 증가하고 있으며, 교통흐름도 편중이나 교통흐름의 지체가 발생하고 있다. 이러한 문제점들은 단순히 관제사의 관제업무로는 해결되기 어렵기 때문에, 공역 분석을 통한 전략적인 관리가 필요하다. 이러한 공역 분석 시스템을 통하여 항공교통흐름 현황을 분석하고, 지속적인 감시를 통하여 항공교통흐름 장애발생 가능요소 및 영향을 식별하여 장애요소에 대한 인지능력, 처리능력 및 조치능력을 확보하여야 한다.
5. 결론 및 정책 제언
가. 결론
최근 지속적으로 증가하는 항공교통량으로 인하여 매우 빠른 속도로 공역의 과밀화가 진행되고 있는 가운데, 한정된 공역에서 공역 수용량을 최대화 하고 지연을 최소화 할 수 있는 방안을 마련하고자 본 연구를 수행하게 되었다.
그동안 수행된 연구는 우리나라의 미래 ATM 시스템 구축을 위한 마스터플랜 수립에 집중돼 있고 실질적인 항공교통흐름을 처리하기 위한 연구는 개론적으로만 다루어져 왔다. 이에 본 연구에서는 효율적인 공역활용을 위한 여러 가지 기법들을 살펴보고, 우리나라에 적합한 항공교통흐름관리 적용을 위한 기술적, 정책적 운영방안을 제시하였다.
다양한 공역활용 기법들을 살펴보기 이전에, 국내 공역 체계 및 운영 현황을 살펴보았다. 검토 결과, 우리나라 공역은 매우 면적이 협소함에도 불구하고 공역이 너무 세분화되어 있으며, 이렇게 세분화된 공역들도 서로 중첩되어 있어 매우 복잡한 형태를 띠고 있다. 또한 항공로를 제외하고는 대부분 특수사용공역이 차지하고 있으며, 운용되지 않을 때에도 민간 항공기의 이용이 제한되고 있어 비효율성이 나타나고 있다. 공역이 매우 고정적인 형태로 운영되고 있는 것도 비효율성을 가중시키고 있다.
이러한 공역구조 및 운영에 있어 나타나는 비효율성은 공역자원의 활용성 감소, 항공기 운항의 비효율성 증가, 더 나아가 비행연착 및 항공기 온실 가스 배출량의 증가 등의 문제로 이어지게 된다.
이에 효율적으로 공역을 운영하기 위한 탄력적 공역관리 기법인 FUA와 FAM, 그리고 항공교통흐름관리 기법인 ATFM을 검토해 보았다.
탄력적 공역관리 기법인 FUA는 공역을 전적으로 민간 혹은 군 공역으로 구분하여 배정하지 않고, 하나의 연속체로서 사용자의 요구사항을 최대한 수용하는 원칙에 기반을 두는 공역관리 개념이다. FUA에서는 조건부항로 (CDR), 임시유보지역(TRA), 임시분리지역(TSA) 및 국경지역(CBA)의 개념을 활용하여 공역의 일시적 할당 및 활용에 적합한 유연한 공역구조와 절차를 제공한다. 미국이나 유럽에서는 이미 성공적인 민 군 협력체계를 수립하여 공역관리와 ATM 시스템 운영에 있어 많은 효과를 보았다. FAM은 공역의 혼잡을 발생시키는 수요나 기상 등의 변화에 대해 센터나 섹터의 경계를 동적으로 조정하여 용량을 재할당하여 섹터 간 수요의 균형을 이루게 하는 개념이다. FAM은 항공교통 자원을 더욱 효율적으로 활용하게 함으로써 공역의 처리량을 높이고. 결과적으로 수요 불균형으로 인한 지연이나 노선 변경 횟수를 줄임으로써 경제적 효과를 발생시킨다. 공역의 구조를 변경시키지 않고, 항공교통 흐름을 제어함으로써 항공교통수요를 조절하여 신속한 흐름을 제공하는 것이 ATFM이다. ATFM은 전략계획단계, 사전전술단계, 전술운영단계 3단계를 거쳐 시행된다. ATFM의 운영은 최적의 항공교통흐름을 달성하기 위해 종대거리(MIT), 종대시간(MINIT), 픽스균형, 경로재설정, 고도규제 시나리오, 대체경로 시나리오, 최소출발간격, 슬롯교환, 각본경로, 지상지연프로그램(GDP), 지상정지(SG) 방법 등을 사용하여 교통흐름을 관리한다.
국내의 효율적 공역관리를 위하여 국내에 적용을 목표로 ATFM의 기술적, 정책적 운영방안을 제시하였다. ATFM의 기술적 운영방안 정립을 위하여 공역의 현재 상태를 분석해 보았다. 국내 공역의 분석 결과, 도착항공기가 집중되는 시간대의 항공기 지연은 활주로 방향, 진입방향별 도착항공기 대수 등에 따라 큰 폭의 차이를 보였으며, 도착 항공기의 지연은 공역의 운영여건에 따라 동적으로 변화하는 특성을 보이고 있으므로, 수학적인 수식이나 통계적인 방법을 이용하여 이러한 지체를 사전에 정확히 예측하는 것은 상당히 어려운 과제이다. 이에 본 연구에서는 이러한 문제에 대한 기술적 운영방안으로 Fast-time 시뮬레이션 분석을 이용하여 항공기 지연시간 및 장래운영상황 예측하는 흐름관리 방안을 제시하였다. 또한 ATFM을 이행하기 위해서 필요한 정책적 운영방안에 대해 살펴보았다. 결과적으로 ATFM 시스템 운용에 있어 가장 중요한 것은 의사결정 환경의 정립이라고 할 수 있으며, 이에 앞으로 최적의 의사결정을 위한 모형, 고도화된 정보관리 방법 등에 대한 연구가 필요하다.
나. 정책 제언
우리나라의 공역은 인접 비행정보구역에 비해 협소하며 매우 복잡한 공역구조를 가지고 있다. 또한 미래에 증가하는 항공교통 수요에 대비하여 보다 근본적이고 실효성 있는 정책이 필요한 시점이다. 현재 우리나라의 실정을 감안하여 공역구조의 개편은 현실적으로 매우 어려운 상황이다. 따라서 본 연구에서 제안된 ATFM의 적용이 가장 현실적인 대안으로 판단된다. 성공적인 ATFM 적용을 위한 정부의 역할은 다음과 같다.
첫째, 아태지역의 다른 비행정보구역 및 ATFM 네트워크와의 긴밀한 협조와 고도의 CDM 절차를 사용하여 ATFM 지역모델을 정립하는 것이다. 둘째, 교통량 수요와 수용력 데이터의 지속적인 모니터링을 통하여 문제점을 적시에 파악하고 효과적인 ATFM의 수행에 노력하여야 한다. 셋째, 고도의 ATFM 시뮬레이터의 구축을 통하여 ATFM 절차와 기술 관련 인력의 교육과 훈련을 수행하여야 한다. 넷째, 단일공항 및 복수공항 간 협력적 의사결정(A-CDM, Airport CDM) 절차의 수행 및 시스템 개발을 통하여 이를 ATFM 시스템과 연동하여 운용함으로써 ATFM 성능을 극대화 할 필요가 있다. 마지막으로 ATFM 시스템, 도착 출발관리 시스템 등 항행분야 시스템의 지속적인 개선을 위해 체계적인 로드맵 수립을 통하여 국가가 이를 지속적으로 지원할 필요가 있다. 이를 위하여 정부 내 부처 간 심도 있는 상호협력, 정부와 산 학 연의 실효성 있는 과제 발굴과 각 기관의 역량을 최대한 활용할 수 있도록 기관 간 적절한 역할분담을 통하여 연구개발의 효과를 극대화할 필요가 있다.

Abstract ▼

Recently, air traffic has been growing significantly resulting in airspace saturation occurring in many FIRs. To cope with increasing traffic, advanced ATM (Air Traffic Management) technologies are proposed and being continuously developed by integrating operational concepts, and capacities of infra

Recently, air traffic has been growing significantly resulting in airspace saturation occurring in many FIRs. To cope with increasing traffic, advanced ATM (Air Traffic Management) technologies are proposed and being continuously developed by integrating operational concepts, and capacities of infrastructure, airport, and information management throughout civil air transportation. It is also expected that future ATM technologies embrace various cutting-edge technologies such as satellite-based navigation, sophisticated communication, surveillance technologies and avionics to maximize overall ATM performance.
Among ATM technologies for relaxing saturated traffic, the concept of efficient airspace management technologies and ATFM (Air Traffic Flow Management) are recently utilized by many ATM authorities. Those technologies are mutually complemented techniques that minimize the impacts of delays while maximizing airspace capacity. And it is time to conduct profound theoretical research and political measures to resolve such issues.
Therefore, the main purpose of this research is to establish a basis of efficient airspace utilization for Incheon FIR by proposing sophisticated demand-capacity balancing technologies including ATFM.
First, the advanced concepts of airspace management and technologies are analyzed. Based on these, we identify the problem of the current condition of airspace management in Incheon FIR and propose applicable concepts and schemes for efficient airspace management. Based on the results, the current airspace structure is highly redundant and combines a number of SUA (Special Use of Airspace) resulting in a very complex air route structure. Such a structure makes numerous negative impacts of overall ATM performance and also makes airspace utilization inefficiently. Typically, these inefficient airspace management technologies create a reduced utilization of airspace resources, significant traffic delays, and increasing amounts of aircraft emission. For efficient airspace management, various technologies including FUA (Flexible Use of Airspace), FAM (Flexible Airspace Management), and ATFM are utilized currently in various global ATM authorities. However, the applications of FUA/FAM have significant difficulties considering current political or local situations lying in Incheon FIR.
Second, technological and political applications for airspace management through ATFM research are proposed. ATFM is one of the technologies designed to increase airspace utilization by controlling the aircraft trajectories, entry time, or departure slots in case traffic demand exceeds airspace capacity. To establish technological applications of ATFM, we collected and analyzed air traffic trajectory data. Through analysis, arrival delays are significant changed based on the runway direction and number of arriving aircraft in each approach direction. Also, since these delays have dynamic natures, it is not possible to predict such delays through the mathematical or statistical methods prior to entering point of time of arriving aircraft. Therefore, we propose technological framework to handle air traffic flow efficiently utilizing fast-time simulation tools and also provide related policies for successful ATFM application. As a result of this study, we conclude that the establishment of ATFM decision-making environment is most important, therefore, continuous efforts for developing an effective, efficient ATFM decision making process and cutting-edge information management technologies are required.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 서 문 ... 3
• 목 차 ... 5
• 표목차 ... 7
• 그림목차 ... 8
• 요 약 ... 11
• 제1장 서론 ... 29
• 제1절 연구의 필요성 및 목적 ... 29
• 제2절 연구의 범위 및 방법 ... 32
• 제3절 선행연구 검토 및 본 연구와의 차별성 ... 35
• 제2장 국내 공역 체계 및 운영 현황 ... 40
• 제1절 국내 공역 체계 현황 ... 40
• 제2절 국내 공역 운영 현황 ... 52
• 제3절 공역관리 현황 ... 58
• 제4절 국내 공역 체계 및 운영상 문제점 ... 62
• 제3장 선진 공역관리 기법 ... 67
• 제1절 탄력적 공역관리 기법 ... 69
• 제2절 항공교통흐름관리 기법 ... 88
• 제3절 시사점 ... 101
• 제4장 효율적 공역활용 방안 ... 103
• 제1절 기술적 운영방안 ... 103
• 제2절 정책적 운영방안 ... 124
• 제5장 결론 및 정책 제언 ... 131
• 제1절 결론 ... 131
• 제2절 정책 제언 ... 134
• 참고문헌 ... 137
• 부 록 ... 141
• Abstract ... 147
• 끝페이지 ... 151