It is well known that simulation study in the preliminary design stage of harbors or berths is of great use, since it can provide helpful informations to the designer from the view point of ship navigations. In this paper, a brief review is made in the safety assessment of ship navigation for a 320,000 DWT VLCC entering Yecocheon harbor area, which is carried out by shiphandling simulator system. The geographic data base for the harbor as well as the mathematical models of the ship and environmental effects are designed and developed. Based in the on-site inspections and interviews with pilots in Yeocheon area, basic maneuvering plans and consistence with real operation conditions. Berthing and deberthing maneuvering simulations as well as approaching and departing simulations are carried out by 3 experienced navigators according to the maneuvering plans and environmental scenarios. The simulation results are analysed in various ways to evaluate the quantitative and qualitative maneuvering difficulties and thereby to assess the safety of ship navigation in that area.

추측항법과 Loran C 항법을 결합한 Hybrid 항법의 정도를 평가하기 위하여, 군산수산전문대학 실습선 전북 401, 403 호에 설치되어 있는 Hybrid항법장치를 이용하여 1982년 7월부터 1983년 6월 사이에 한국서해안 해역에서 실선관측을 행하여 그 측위의 정도를 Radar 위치와 비교.검토한 결과는 다음과 같다. 1. 9970, 5970 Chain의 Loran C 시간차의 표준편차는 각각 약 0.21μs, 약 0.06μs로 5970 Chain의 시간차 변동이 9970 Chain보다 적었다. 2. Hybrid위치와 Loran C 위치는 Radar 위치와의 편위거리가 각각 약 0.4 mile, 약 0.51 mile로서 Hybrid 항법이 Loran C 항법보다 정도가 더 높았다. 3. Hybrid 위치와 Loran C의 계산기 simulation 위치는 Radar 위치와의 위치거리가 각각 0.4 mille, dir 0.98 mile로 Hybrid 항법이 Loran C의 계산기 simulation 위치보다 정도가 더 높았으며, 추측위치의 미소한 변동에 대한 Loran C의 변위량을 보정하면 Loran C의 계산기 simulation 위치의 정도도 더 높일 수 있음을 알 수 있었다.

In this paper, we propose a modified ORB-SLAM (Oriented FAST and Rotated BRIEF Simultaneous Localization And Mapping) for precise indoor navigation of a mobile robot. The exact posture and position estimation by the ORB-SLAM is not possible all the times for the indoor navigation of a mobile robot when there are not enough features in the environment. To overcome this shortcoming, additional IMU (Inertial Measurement Unit) and encoder sensors were installed and utilized to calibrate the ORB-SLAM. By fusing the global information acquired by the SLAM and the dynamic local location information of the IMU and the encoder sensors, the mobile robot can be obtained the precise navigation information in the indoor environment with few feature points. The superiority of the modified ORB-SLAM was verified to compared with the conventional algorithm by the real experiments of a mobile robot navigation in a corridor environment.

항로표지는 선박에게 위치정보 등 다양한 정보를 제공함으로써 해양사고 예방 및 해양환경 보호 등에 기여하고 있다. 이러한 항로 표지의 중요성을 인식하여 무역항을 입출항하는 선박에 톤당 24원의 항로표지이용료가 징수되고 있다. 그러나 24원의 항로표지이용료는 1999년에 책정된 이후 현재까지 유지되어 오고 있는 반면, 해운 및 항만 4.0 시대변화에 따라 자율운항 선박 및 스마트 항만운영 등을 위한 항로표지의 새로운 역할에 대한 수요는 점점 증가하고 있다. 따라서 본 연구의 목적은 이러한 해운 및 항만산업의 변화에 따른 적정한 항로 표지이용료의 추정에 있으며, 이를 위해 평택청을 대상으로 총괄원가를 회수하는 방법을 도입하였다. 항로표지이용료 추정은 연도별 및 누적 환산 연도별 2가지와 항로표지이용료 징수대상이 무역항 이용 선박임으로 평택청의 항로표지를 전체와 대상 항로표지로 구분한 총 4가지 경우로 추정하였다. 추정결과 평택청의 항로표지이용료는 53.78-71.62원(2019년 기준)으로 현재 24원보다 29.78-47.62원이 높게 추정되어 인상이 필요하였다. 이러한 연구결과는 항로표지의 역할을 고려한 관련 예산 운영과 정책 운용에 유용한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.

Maritime autonomous surface ships (MASS) has been developed over the years. But, there are many unresolved problems. To overcome these problems, this study proposes connected ship navigation system. The system comprises a slave ship and a master ship that leads the slave ship. To implement this system, communication network, route planning algorithms, and controllers are designed. The communication network is built using the transmission control protocol/Internet protocol (TCP/ IP) socket communication method to exchange data between ships. The route planning algorithms calculate the course and distance of the slave ship using the middle latitude sailing method. Nomoto model is used as the mathematical model of the slave ship maneuvering motion. Then, the autoregressive with exogenous variables (ARX) model is used to estimate the parameters of Nomoto model. Based on the above model, the automatic steering controller is designed using a proportional-derivative (PD) control. Also, the speed controller is designed for the slave ship to maintain constant distance from the master ship. Sea experiments are conducted to verify the proposed system with two remodeled boats.

Alternative navigation in underwater environments is essential to prevent accumulating drift error of dead reckoning. In case of using an external positioning system, the installation and management process of the transmission station is cumbersome, and the operation range of underwater vehicle is limited. In order to solve this problem, navigation using geophysical information such as terrain, geomagnetic field and gravity can be used. Unlike the terrain, geomagnetic field and gravity are composed of 3-D information, so continuation process is required. In this paper, we present a integrated navigation algorithm using multiple geophysical information for long-term operation of UUV. The proposed algorithm is verified through numerical simulation in an artificially generated environments. As a result, integrated navigation showed higher navigation accuracy than single alternative navigation.

This paper describes an alignment algorithm that estimates the initial heading angle of AUVs (Autonomous Underwater Vehicle) for starting navigation in a sea area. In the basic dead reckoning system, the initial orientation of the vehicle is very important. In particular, the initial heading value is an essential factor in determining the performance of the entire navigation system. However, the heading angle of AUVs cannot be measured accurately because the DCS (Digital Compass) corrupted by surrounding magnetic field in pointing true north direction of the absolute global coordinate system (not the same to magnetic north direction). Therefore, we constructed an experimental constraint and designed an algorithm based on extended Kalman filter using only inertial navigation sensors and a GPS (Global Positioning System) receiver basically. The value of sensor covariance was selected by comparing the navigation results with the reference data. The proposed filter estimates the initial heading angle of AUVs for navigation in a sea area and reflects sampling characteristics of each sensor. Finally, we verify the performance of the filter through experiments.

Technology-driven development of a new system makes it difficult for users and stakeholders to identify or intervene in the development process, resulting in systems with unnecessary functions and poor quality services. Applying the software architecture design process to the initial design of the navigation system platform of autonomous ships enables the development of a system that reflects the required functions and service quality of the stakeholders. The design, which includes all of the subsystems that make up an autonomous ship platform, is close to an enterprise architecture. Thus, we strived to design a navigation system platform suitable for the design range of the software architecture. This study analyzed the definition of functional requirements, and quality attributes by applying the software architecture design procedure. This study was conducted to identify the characteristics of the navigation system and platform needs, and the stakeholders were identified. To derive the functional requirements and constraints of the platform, a quality attributes workshop was held engaging stakeholders, and the results of the analysis of functional requirements and quality attributes were listed. Based on the results of this study, the architect can establish the evidence and technical solutions that are integral for the architecture development, and will facilitate the creation of quality attribute scenarios.

항로표지는 선박에 대하여 등광, 형상, 색채, 음향, 전파 등을 수단으로 운항 선박에게 위치, 방향 및 장애물의 위치 등을 알려주는 항행보조시설 일체를 의미하며, 주야간 선박항행의 안전을 위한 기본 수단이다. 예인선은 안전을 위해 종류별 최소 설비요건을 마련하여 사고를 대비하고 있지만, 예인삭의 길이, 조류의 영향, 상대적으로 중량이 큰 부선의 타력으로 인한 영향 등으로 예인선과 선회권이 달라, 변침 시 부선이 예인선을 따라가지 못하여 등부표와 추돌하는 사고가 발생하기도 한다. 본 연구의 목적은 두 선박의 물리적 관계를 분석하여 예인선 열을 식별하고 등부표와의 위험을 항로표지 관리운영 시스템을 통해 전파하는 기초 시스템을 제시하는데 있다. 연구를 통해 예부선의 사전 식별 가능성을 확인하였고, 위험 전파를 위한 메시지를 설계하고 모의 시스템을 통한 위험 전파 및 전자해도 상에 위험을 표시하였다.

항로표지는 등광, 형상, 색채, 음향, 전파를 이용하여 선박의 안전항해를 돕기 위한 인위적인 시설을 의미한다. 국제항로표지협회에서는 이러한 항로표지의 설계, 배치, 관리 등을 위해 전문가 그룹에 대한 교육과정을 개발하여 운영 중에 있으며, 해기교육기관에서는 항해사 들을 위한 선박조종향상교육 및 ECDIS 교육과정을 통하여 안전항해를 위한 다양한 교육을 운영하고 있다. 이에 더불어, 다양한 지형적, 환경적, 해상교통환경 등에 따른 항로표지의 오인으로 인한 해양사고를 예방하기 위해 항로표지 시뮬레이션 시스템을 활용한 교육이 필요하다. 본 연구에서는 기존의 선박조종시뮬레이터와 항로표지 시뮬레이터를 활용하여 다양한 환경에서 항로표지에 대한 정확한 이해과 활용을 위한 교 육모듈 개발을 통해, 기존의 이론적인 관점에서의 교육을 보완하고 실무적인 활용도를 높여 교육효과 향상방안을 제시하였다.

In this paper, an Embedded solution for fast navigation and precise positioning of mobile robots by floor features is introduced. Most of navigation systems tend to require high-performance computing unit and high quality sensor data. They can produce high accuracy navigation systems but have limited application due to their high cost. The introduced navigation system is designed to be a low cost solution for a wide range of applications such as toys, mobile service robots and education. The key design idea of the system is a simple localization approach using line features of the floor and delayed localization strategy using topological map. It differs from typical navigation approaches which usually use Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) technique with high latency localization. This navigation system is implemented on single board Raspberry Pi B+ computer which has 1.4 GHz processor and Redone mobile robot which has maximum speed of 1.1 m/s.

In this paper, we implemented a safety navigation mobile application that converged AtoN information and location-based services. When application user uses the smartphone’s GPS sensor to transmit the user’s vessel location data to the data server, the user receives information of which its providing range is considered, such as stored AtoN data, neighboring vessels information, danger area, and weather information in the server. Providing information is sorted based on the smartphone’s direction and inclination and it will be also delivered via wireless network (5G, LTE, 3G, WiFi). Additionally the application is available to implement other functions such as information provision through voice and text alarming service when the user’s vessel is either approaching or entering the danger area, and an expanded information provision service that is available in shadow area linking with data-storing methods; other linkable data such as weather and other neighboring vessels will be applied based on the lasted-saved data perceived from the non-shadow area.

In this paper, we implemented a mobile application of location-based augmented reality that combines self-sensing technology and various safety information using technological advancements of the smartphone. Vessel navigation is a suitable area for augmented reality because it requires accurate knowledge of the distance and location of destinations, danger zones, AtoN, and adjacent vessels. Current smartphone applications only provide 2D images and location information. Such applications do not include information about the surrounding environment, and as a result, they can only function using their own sensing information and surrounding information into a location-based augmented reality. If you provide a variety of sensor information embedded in the smartphone to ‘BadaGO’, the implemented application through this study, ‘BadaGO’ can provide safe navigation information to the user device in real time with a variety of its own formed information. The user has a high practicality and applicability of a small ship that is supplied with safe navigation information in a changing marine environment only by providing information through the application on the smartphone.

중국 송나라 서긍이 작성한 선화봉사 고려도경은 고려의 서해상을 항해한 가장 생생한 기록이다. 선박을 이용하여 고려를 방문한 서긍은 도서지역의 봉수를 이용하여 흑산도에서 벽란도까지 항해하였다. 고려가 도서지역에 설치한 봉수는 당시의 통항로에 인접한 곳에 위치하였고, 항해자가 24시간 식별할 수 있도록 낮에는 연기, 밤에는 횃불로 위치를 표시하였다. 또한 산 정상에 설치하여 항해자가 원거리에서 쉽게 식별할 수 있도록 하였다. 고려 봉수는 현대 항로표지 기본요건을 만족하며, 광달거리(시인성)는 약 29-39mile로 추정되고, 봉수의 광도 는 약 9,105-168,610cd로 추정할 수 있다. 그러므로 고려의 봉수는 현대의 항로표지와 같이 항해자에게 쉽게 이용되고, 국가가 운영한 만큼 신뢰성이 높아 안전항해에 필수적인 항로표지 기능을 수행하였다.

항로표지사고는 항로표지의 신뢰성을 저하시키고, 관리자는 추가적인 업무가 부여되며, 이용자는 항해 중 부담감을 가지게 되는 등 모두에게 불편을 초래하는 사회적 비용(경제적 손실)이 발생하게 된다. 이러한 항로표지사고로 인한 경제적 손실을 추정하기 위해 선행연 구에서는 항로표지사고의 사회적비용 추정모델을 생산손실비용, 행정비용, 위험비용의 합으로 제안하였으나, 위험비용의 추정에 대한 적절한 연구결과를 제시하지 못하였다. 따라서 본 연구에서는 선행연구에서 제시한 추정모델을 보완하여, 부산청 관할해역에서 최근 10년간 (2008-2017년) 발생한 항로표지사고 249건에 대한 사회적비용을 산출하였다. 즉, 항로표지 사고의 위험비용은 항로표지가 비시장재화이므로 조건부가치측정법을 이용하여 산출하였다. 그 결과, 10년간 항로표지사고의 사회적비용은 생산손실비용 31억원(25.38%), 행정비용 17억원 (13.62%), 위험비용 75억원(61.01%) 등 총 124억원으로 추정되었다.

This paper presents a satellite relative navigation strategy for formation flying, which chooses an appropriate navigation algorithm according to the operating environment. Not only global positioning system (GPS) measurements, but laser measurements can also be utilized to determine the relative positions of satellites. Laser data is used solely or together with GPS measurements. Numerical simulations were conducted to compare the relative navigation algorithm using only laser data and laser data combined with GPS data. If an accurate direction of laser pointing is estimated, the relative position of satellites can be determined using only laser measurements. If not, the combined algorithm has better performance, and is irrelevant to the precision of the relative angle data between two satellites in spherical coordinates. Within 10 km relative distance between satellites, relative navigation using double difference GPS data makes more precise relative position estimation results. If the simulation results are applied to the relative navigation strategy, the proper algorithm can be chosen, and the relative position of satellites can be estimated precisely in changing mission environments.

항로표지는 해상교통의 안전을 도모하고 선박운항 능률 향상을 위하여 설치된 해양교통안전시설 중 하나이다. 그러나 선박충돌 또는 기상악화 등의 원인으로 발생하는 항로표지의 사고로 인하여 제 기능을 상실 하였을 경우, 선박운항자를 비롯한 여러 이용자에게 이용불편 또는 항행위험을 증가시키고 있다. 특히 우리나라 최대 컨테이너항만인 부산항은 최근 12년(2006년~2017)동안 총400건의 항로표지 사고가 발생하였으며, 이로 인하여 평균 20.6일의 복구기간이 소요됨에 따라 항로표지 이용자들에게 해양안전 불안을 가중시키고 있다. 따라서 연구의 목적은 우리나라 항로표지 사고예방과 효율적인 관리방안을 적극적으로 추진하기 위한 이용자들의 정량적 지지도를 제시하고자 한다. 이를 위해 부산항 해역이용자들을 대상으로 항로표지 및 항로표지 사고에 대한 인식조사를 실시하고, 효율적 항로표지 관리방안의 추진을 통한 항행위험 감소에 대한 경제적 가치를 추정하였다. 연구의 결과, 비시장재화인 환경재나 공공재의 대표적인 가치추정법인 조건부가치추정법을 이용하여 추정된 부산항 항로표지 서비스에 대하여 이용자들이 부여한 경제적 가치는 최소 약 160억원으로 나타났다. 따라서 이러한 연구결과는, 항로표지 관리자 및 정책입안자들에게 부산항을 비롯한 우리나라 항로표지 서비스에 대한 다양한 이용자의 요구사항을 확인하고, 이에 대응하는 보다 효율적인 관리방안의 수립과 추진에 유용한 자료로 활용될 수 있을 것이다.

국제해사기구의 해양환경안전위원회에 의해 도입된 에너지효율설계지수는 이산화탄소 배출량 규제를 위해 필요하나, 선박의 감속 운항과 주기관 출력 저하로 황천항해 시 사고로 이어질 수 있다. 이에 해양환경안전위원회는 황천항해 시 선박의 침로유지를 위한 주기관 최소출력에 대한 지침을 제시하였으나, 이는 재화중량톤수 20,000톤 이상 선박에 대한 것으로 중소형 선박에 대한 기준은 부재하다. 본 연구는 최소출력에 대한 지침을 근거로 지침 적용대상인 선박을 평가하고, 수정된 지침을 제안하였다. 또한 지침 미적용 대상인 재화중량톤수 20,000톤 미만의 중소형 선박들에 대한 주기관 최소출력 제시를 목적으로 관련 해양사고 사례들을 조사하고, 선박의 크기에 따른 주기관 출력을 분석하여 중소형 선박에 적용될 수 있는 주기관 최소출력 기준을 제시하였다. 연구의 결과는 악천후 시 중소형 선박들의 해양사고 감소를 위해 선박 건조에 고려될 수 있는 최소출력 기준으로 이용될 수 있을 것이다.

The Korean e-Navigation system is a Korean approach to correspond with implementation of IMO e-Navigation. It provides five services, among them SV20 service, a ship remote monitoring system that collects and processes sensor information related to fire, navigation, and seakeeping performance safety. The system also detects abnormal conditions such as fires, capsizing, sinking, navigation equipment failure during navigation, and calculates the safety index and determines the emergency level. According to emergency level, it provides appropriate emergency response guidance for the onboard operator. The fire safety module is composed of three sub-modules; each module is the safety index sub-module, the emergency level determination sub-module and emergency response guidance sub-module. In this study, operational concept of the fire safety module in SV20 service is explained, and fire safety assessment factors are estimated, to calculate the fire safety index. Fire assessment factors included ‘Fire detector position factor,’ ‘Smoke diffusion rate factor,’ and ‘Fire-fighting facilities factor.’

IMO introduced the concept of e-Navigation and proposed MSPs(Maritime Service Portfolios) concept to reduce marine accidents, to improve efficiency of ship operation, port operation, and ship operation technology. Korean e-Navigation defines S1 ~ S5 services, as the service concept focused on domestic e-Navigation service corresponding to IMO MSPs, and is constructing a system as an ongoing project. S2 service (onboard system remote monitoring service) among the concepts of Korean e-Navigation services, is a service concept that judges the emergency level according to risk if an abnormal condition occurs during navigation, and provides corresponding guidance to accident ships based on emergency level. The purpose of this paper is to provide a basic architecture proposal of Korean e-Navigation S2 service navigation safety module, based on the S2 service operation concept. To do this, we conducted a questionnaire survey to ask experts with experience with sailors, to respond to the subjective risk experienced by sailors considering effects of anomalies, including equipment failure relative to sailing and navigational safety. Risk level for each abnormal condition was classified. The basic algorithm design of the navigation safety module is composed of safety index (SI) calculation module based on results of questionnaire and expert opinions, safety level (SL) determination module according to safety index, and corresponding guidance generation module according to safety level. To conduct basic validation of basic architecture of the navigation safety module, simulation of the ship anomaly monitoring was performed, and results have been revealed.