본 논문은 선박 화재 상황에 대한 비상 대처 훈련을 가상 환경에서 수행하는 가상 선원 훈련 플랫폼을 제안한다. 제안하는 플랫폼 은 HMD 기반의 몰입형 가상 환경을 제공하여 훈련 효과를 높일 뿐 아니라 네트워크를 통하여 다중 피훈련자가 함께 훈련에 참여하기 때문 에 가상 환경에서의 협동 훈련을 수행할 수 있다. 본 플랫폼은 FDS 및 CFAST 기반의 오프라인 화재 시뮬레이션 결과를 기반으로 사실적인 화재 확산 및 시각화를 제공한다. 선박 화재 상황에 대한 해양 안전 교육 기관의 교재 시나리오를 기반으로 구현한 본 훈련 플랫폼은 기존의 절차 숙달 훈련에 더불어 몰입형 가상 기술을 이용한 장비 숙달 및 환경 숙달 훈련을 제공한다. 구현된 가상 선원 훈련 플랫폼은 장비 작동, 환경 통제, 원격 현장감을 기반하여 선원의 훈련도를 향상시키고 다수의 피훈련자가 실시간으로 임무를 공동 수행하는 가상 협력 훈련이 가 능함을 보였다. 또한 구현된 플랫폼은 화재 진압 요령, 승객 유도 방법 등 다양하고 세부적인 기능 숙달 훈련이 가능함을 보였다

일반적으로 VTSO(Vessel Traffic Service Operator)는 양 선박의 충돌위험 정도를 판단할 때, 선박들의 침로와 속력, DCPA(Distance to CPA)와 TCPA(Time to CPA) 그리고 양 선박의 조우상황 등을 종합적으로 고려한다. 이에 본 연구에서는 CPA에서 의 양 선박 상대방위에 따른 충돌위험도 계산 알고리즘을 제안하고, 알고리즘의 타당성을 검증하기 위하여 다양한 조우상황별 충돌위험 도 측정에 대한 VTSO의 설문조사를 실시하였다. 그 결과, 제안한 알고리즘에 의한 위험도 평가 결과와 VTSO의 설문결과 사이에 높은 상관관계가 있음이 확인되어 제안한 알고리즘의 유효성을 검증하였다.

우리나라 항구 주변에는 입․출항하는 선박으로 인하여 해상교통흐름이 복잡하다. 이러한 선박통항의 안전과 효율성을 증진하기 위 해 우리나라에서는 해상교통관제 서비스를 시행하고 있다. 24시간 쉴 틈이 없는 해상교통 관제사들의 노력에도 불구하고 관제구역 내에서의 충돌사고는 지속적으로 발생하고 있으며, 위험 상황이 약 20분에 1회씩 발생하고 있는 것으로 분석되어 그 위험성은 크다고 할 수 있다. 이러한 사고는 선박운항 및 해상교통관제 정보 제공 시 충돌 위험에 대한 안전 기준을 적시에 제공함으로써 사고를 감소시킬 수 있을 것으로 조사되었 다. 이에 본 연구는 선박의 충돌위험도를 선박운항자의 관점에서 평가할 수 있는 모델을 이용하여 그 위험을 선박의 속도, 침로 등을 조정하여 각 교통 상황별 충돌 위험도를 사전에 예측 할 수 있는 위험도 예측 모듈을 개발하였다. 이 모듈을 이용하여 선박운항자 및 관제사는 복잡한 교통 상황에서 위험요소를 쉽게 식별 할 수 있어, 가까운 장래의 위험 정도의 변화를 선박침로 및 속력변경 등을 제시할 수 있는 등의 적절한 피항조치를 취할 수 있다. 이 모듈의 효용성을 검증하기 위해 부산항 해역을 대상으로 조우 상황별 위험도를 예측 후 구체적인 침로 및 속력 변경에 따른 위험도 변화를 식별할 수 있는 것으로 확인되었다.

IMO에서는 2003년 12월 제23차 총회에서 ‘Guidelines on places of refuge for ships in need of assistance’를 총회 결의서 Res. A.949(23)으로 채택하여, IMO 협약국에 선박 피난처를 지정할 것을 권고하고 있다. 선박 피난처란 ‘원조를 필요로 하는 선박이 선박을 정상 상태로 복원하고 항해의 위험을 줄이고 인명이나 환경을 보호하기 위한 장소’라고 IMO에서는 정의하고 있다. 선박 피난처를 지정·운영하는 것은 자국의 연안 환경을 보호하기 위한 국가 정책과 밀접한 관련이 있어, 국가적으로 아주 예민한 문제이다. 그러나 선박 피난처를 지정·운 영하는 것은 해양 사고로 인한 2차적 피해의 확산을 방지하여, 환경적·재산적 손실을 최소화 할 수 있다. 현재 외국의 여러 국가에서는 선박 피난처를 지정·운영하고 있다. 그러나 국가별로 선박 피난처 입지 선정 방법·기준이 달랐으며 표준화된 선박 피난처 입지 선정 모델은 없었 다. 따라서 본 연구에서는 향후 국내 선박 피난처 제도의 도입 시 합리적이고 효율적인 선박 피난처 입지를 선정하기 위하여, 외국의 선박 피 난처 입지 선정 시 고려되었던 요소들을 검토·분석 하였으며, 이러한 고려 요소들의 정성적인 자료를 정량적인 수치로 표현하여 객관적인 지 표에 따른 선박 피난처 입지 지정 모델을 제시하고자 한다. 선박 피난처 입지 지정 모델은 선박 해양 개연성 평가, 입지 분석, 지원 시설의 접 근성 평가 과정을 통하여 최종 선박 피난처 입지를 제시하였다.

선박, 항해기술 발달과 더불어 안전에 대한 교육 및 법제 강화에도 불구하고 해양사고는 지속적으로 발생하여 큰 피해를 주고 있 다. 사고가 발생하면 생명, 재산 그리고 환경적 재해가 수반하게 되므로 예방활동이 강조되고 그를 위한 정책적, 교육적, 법제적 노력에도 예 방성과는 미흡한 실정이다. 본 논문에서는 예방활동의 동기와 성과를 촉진하고 체계적인 안전관리를 위한 시각적이고 정량적인 지수를 개발 하여 선순환적인 예방문화를 구축하고자 선박사고 예방지수(PISA)와 예방수준(PLSA)을 개념화하고 정량화하였다. 선박사고 예방지수를 설 계하기 위하여 지난 5년(2009∼2013)간 국내에서 발생한 사고통계 자료를 4개 영역, 즉 교육, 기술, 단속, 정보영역으로 구조화하고 예방요소 와 인자를 추출함으로써 지수를 정의하였다. 정의된 지수 산정에 필요한 평가모듈을 설계하였으며, 설계된 모듈을 이용하여 화물선, 여객선, 유조선, 예선, 어선을 대상으로 지수를 측정하였다. 측정된 선박사고 예방지수 결과를 통계적, 사례적으로 위험성(Risk)과의 상관관계를 분석 하여 유용성을 확인하였다. 제안된 선박사고 예방지수를 인증제도 등에 활용함으로써 선박별 맞춤형 성과기반 예방활동은 물론 예방중심의 안전문화 촉진과 선박사고 저감효과가 기대된다.

본 논문에서는 소형 선박용 관성측정장치(Inertial Measurement Unit, IMU) 개발에 적합한 MEMS(Micro-Electro Mechanical System) 기반의 관성 센서 평가와 선정에 관하여 기술했다. 먼저, 오일러 공식에 기초한 관성 센서의 오차 모델과 잡음 모델을 정의하고, 앨런 분산(Allan Variance) 기법과 몬테카르로(Monte Carlo) 시뮬레이션 기법을 도입하여 관성 센서를 평가하였다. ADIS16405, SAR10Z, SAR100Grade100, LIS344ALH, ADXL103 등 다섯 가지 관성 센서에 대한 평가결과, ADIS16405의 자이로와 가속도계를 조합한 경우 오차가 가장 작게 나타났는데, 600 초 경과시 속도 오차의 표준편차가 약 160 m/s, 위치 오차의 표준편차가 약 35 km로 나타났다. 평가를 통해 ADIS16405 관성 센서가 IMU 구축에 최적임을 알았고, 이러한 오차 감소 방법에 대해서 참고문헌을 조사하여 검토하였다.

선박운항자의 인적사고 방지 및 운항 훈련을 위한 방안으로 선박 운항 시뮬레이터가 사용된다. 선박운항 시뮬레이터에서 실시간 3D 가시화 기술은 현실감 있는 직관적인 영상을 제공하여 피교육자에 인지력을 향상시켜 시뮬레이터의 교육 효과를 높이는 중요한 요소이다. 본 연구에서는 공개형 3D 그래픽 엔진을 기반으로 선박 운항 시뮬레이터용 실시간 3D 가시화 시스템을 설계하고 구현한 결과에 대해서 설명한다. 실시간 3D 가시화 시스템은 요소 기능, 기존 그래픽 데이터 활용, 타 시스템과의 연동 측면에서 도출된 운용 요구사항들을 만족하며 추가적인 기능의 확장이 용이한 구조로 설계되었다.

본 논문에서는 현재 건설 중인 목포대교와 선박 사이의 충돌 위험도 평가에 필요한 선박 정보와 기상 정보 수집 장치(Data Acquisition System, DAS) 개발에 관하여 기술하였다. 본 연구에서는 DAS를 통항 선박과 기상 현황 데이터를 수집하기 위한 신호 수신 및 처리 유닛과, 데이터 전송과 분배를 위한 네트워킹 유닛, 데이터 관리를 위한 유닛 등으로 구성하였다. 목포항 여객터미널과 신안군 안좌도를 왕복하는 카페리 선상에서의 현장 실험을 통해, 충돌 위기 평가에 적합한 정보를 DAS가 제공할 수 있음을 알았다. 또한 5차 버터워스 디지털 필터를 이용하여 기상 데이터에 포함된 잡음성 데이터를 충분히 억제할 수 있었다.

본 논문에서는 현재 건설 중인 목포 대교와 통항 선박 사이에 발생 가능한 충돌 위기를 평가하기 위한 선박-교량 충돌 모델(Real-Time Bridge-Vessel Collision Model, RT-BVCM)을 제안하였다. RT-BVCM의 수학 모델은, 항행환경으로 선박이 이탈하게 되는 원인 확률과, 선박의 크기와 교량 구조로 인한 기하학적 확률, 선박의 충돌 침로와 정지거리에 기인한 충돌 회피 실패 확률 등으로 구성하였다. 그리고 이러한 확률적인 수학 모델은 1부터 5까지의 위기수준을 갖는 위기지수로 나타냈다. 본 연구에서 제안한 RT-BVCM은 기존 AASHTO(American Association of State Highway and Transportation Officials)에 제시된 선박-교량 충돌 모델과 달리, 충돌 회피를 위한 충분한 시간을 확보할 수 있는 장점이 있다. 3,000 GT와 10,000 GT 실험 선박에 다양한 항행환경을 적용한 시뮬레이션 실험 결과, 제안한 모델이 목포 대교와 통항 선박 사이의 충돌위기 평가 모델로 타당함을 확인하였다.

본 연구에서는 선박오수 고도처리시스템 개발을 목적으로 SBR 공법을 도입하여 선박용 오수처리장치를 제작한 후 성능 평가를 수행하였다. Lab scale 과 Pilot Plant 규모의 기초 실험을 토대로 제작한 시제품은 시운전 결과 IMO의 Res.MEPC.159(55) 성능 기준을 충분히 만족시켰으며, 질소와 인의 동시처리도 가능하여 강화되어 가는 해양환경기준을 충분히 만족시킬 수 있을 것으로 평가되었다. 선박오수와 유사한 실 하폐수를 대상으로 한 제품 가동 결과 유기물의 경우 90% 이상, 질소와 인의 경우 50% 이상의 처리 효율을 나타내었으며, 운전 기간 내내 안정적인 처리 효율을 보이며 선박이라는 특수한 환경과의 접목성도 매우 우수한 시스템으로 확인되었다.

본 논문에서는 선박 탑재 전자기기들이 외부의 전자파에 의한 장해와 과도 전압에 의해 전자파 간섭 또는 오동작을 방지하기 위한 목적으로 EMC 필터를 설계 및 제작하였다. 먼저 필터를 구성하는 인덕터의 경우 높은 투자율을 가진 Ni-Zn계열 페라이트 비드와 컨덴서의 경우 공진현상을 최대한 억제하기 위해 공진점이 없는 관통형 컨덴서를 이용하여 EMC 필터를 설계 제작하고, 그 특성을 평가하였다. 그 결과 0 kHz~1.5 GHz 광대역에서 25~70 dB의 우수한 감쇠특성을 얻을 수 있었으며, 과도진압의 경우, IEC 61000-4-4에서 규정하는 level 4에서 4 kV를 인가 시 600 V로 과도전압이 감쇠되는 특성을 얻음으로써, 선박 탑재 전자기기들 간의 전자파 간섭을 억제할 수 있음을 확인하였다.

최근 항공기, 자동차, 선박을 포함하여 다양한 분야에서 무인시스템에 관한 연구 개발이 이루어지고 있다. 우리나라에서도 IT 기술의 발달과 함께 무인시스템에 관한 연구가 활발히 진행되고 있지만 아직 개발 실적은 미미한 수준이다. 이 연구에서는 바지(barge)선형의 초소형자율 무인선박(USV)을 개발하고자 하였다. 자율항법 알고리즘 개발에 GPS센서의 위치 정보를 기반으로 대권항법 계산식을 적용하였으며, 프로그래밍은 NI사의 LabVIEW 8.2를 이용하였다. 조타제어는 펄스진폭변조 방식으로 하였다. 또한, 엔진시스템은 전동모터 및 전자 변속기로 구성하였고, 엔진시스템 냉각방식으로 DC모터펌프를 이용한 해수 직접냉각방식을 채용하였다. 무인선박을 자체 설계 제작하고, 해상실험을 통해 자율운항 알고리즘의 유효성을 검증하였다.

This study developed a surveillance robot for a ship. The developed robot consists of ultrasonic sensors, an actuator, a lighting fixture and a camera. The ultrasonic sensors are used to avoid collision with obstacles in the environment. The actuator is a servo motor system. The developed robot has four drive wheels for driving. The lighting fixture is used to guide the robot in a dark environment. To transmit an image, a camera with a pan moving and a tilt moving is equipped on the upper part of the robot. AdaBoost algorithm trained with 15 features, is used for face recognition. In order to evaluate the face recognition of the developed robot, experiments were performed.

해양계열 대학에서는 STCW협약에 의거하여 항해계열 실습생은 1년 동안 승선실습을 대학 실습선 및 해운선사를 통한 위탁실습을 수행하고 있다. 한국해양대학교 및 목포해양대학교는 실습 교육프로그램에 의거하여 학기별 약 4~5회의 연안 항해 실습과 1회 정도의 원양항해 실습을 진행하고 있다. 실습교육 프로그램에는 초급항해사에게 필요한 위치결정능력, 해도작업능력, 국제해상충돌방지규칙을 포함한 선박운항능력, 화물관리능력 등과 같이 많은 내용을 요구하고 있다. 또한 초급항해사에게 항해 중 가장 기본적으로 요구되는 충돌 회피를 위한 선박조종 실습은 안전운항에 대한 법적 책임 및 타선박과의 불규칙한 조우로 인해 직접적인 충돌회피 조종 실습이 곤란할 뿐만 아니라, 타 선박과의 조우하는 상황 자체가 극히 제한되어 있다. 이에 이 연구에서는 한국해양대학교 실습선 한나라호의 원양항해 중 타선박과의 조우형태를 조사하여 해양계열 대학 실습생 및 초급 항해사에게 실제 해역에서 발생할 수 있는 조우상황별 위험도를 분석하여, 이를 기초로 충돌 회피를 위한 효율적인 판단 능력 향상을 위한 기초 실습교육 자료를 개발하고자 한다. 그리고 추후에는 이러한 자료를 선박조종시뮬레이터 적용하여 임의의 조우 상황 하에서 안전한 선박조종이 가능하도록 교육 훈련함으로서 보다 효율적인 실습 교육에 이바지 할 것으로 판단된다.

바다에서 운항하는 선박은 바람과 파도 등의 외란 때문에 횡동요(Rolling), 종동요(Pitching), 상하동요(Heaving) 등의 운동을 하게 되며, 이러한 운동은 가속도 형태로 승객이 느끼게 된다. 따라서, 선박내의 특정 지점에서 좌우방향, 상하방향 가속도와 각속도 등을 계측하면 선원 또는 승객이 선박 운동에 어느 정도 피폭되었는가를 알 수 있다. 본 연구에서 개발한 운동 운항환경 모니터링 시스템은 4개의 가속도계와 가속도계, 자이로가 포함된 관성 자세계측장치, 데이터 취득장치를 포함한 계측 및 통신부, 중앙에서 데이터를 관리하고, 운항환경 지수를 계산하는 전산기로 구성되고, 계측된 가속도와 각속도를 이용하여 운항환경을 나타내는 정량적 지수인 뱃멀미 지수(Motion Sickness Incidence, MSI), 운동유발 작업방해회수(Motion Induced Interrupt, MII)를 실시간으로 계산한다. 개발된 시스템은 한국해양대학교 실습선인 한나라호의 부산-목포, 부산-제주 연안항해시 실선시험을 통하여 유효성을 확인하였다.

이 논문에서는 현재 선박의 운항 기능을 보다 향상시키는 방법의 하나로서 경제적이고 효율적인 "선박종합정보시스템"을 개발하였다. 이것은 선박의 운항 정보 및 주변 상황을 한 눈에 정확히 파악할 수 있도록 데이터를 종합적이고 체계적으로 선내 통신망을 기반으로 통합하고, 선내 뿐 만아니라 위성데이터통신을 이용하여 원격으로 육상에서 실시간으로 다중의 사용자가 동시에 이를 감시, 기록, 분석을 통하여 선박운항을 지원할 수 있는 시스템이다. 선박종합정보시스템은 선박신호연동장치를 통해 수신된 항해/기관/경보 데이터를 선박종합통신망에 적절하게 전송하는 데이터 분배 프로그램, 항해/기관 데이터를 저장하고 관리하는 데이터베이스, 항해/기관/경보 데이터를 표시하여 선박의 운항 상황 및 주변 상황을 감시하는 각종 정보프로그램, 선박이 건조되어 폐선될 때까지의 관리에 관한 선박관리프로그램, 기타 응용 프로그램으로 구성되어 있다.

항해 기관정보를 제공하는 각 장비들의 출력신호의 형태는 각기 달라 "선박종합정보시스템" 상에서 정보들을 읽고 기록하기 위해서는 각 장비들로부터의 선호와 데이터 프로토콜을 분석하여 표준 디지털 신호로 변환 처리한 후 이미 설계 개발한 "선박종합통신망"을 통하여 각 클라이언트로 전송해 주어야 한다. 따라서 이 연구에서는 선박의 각종 항해 기관장비와 선박종합정보시스템 사이에 필요한 시리얼 통신기술을 이용하고 이들 장비의 신호를 분석하여 선박신호 연동장치를 개발하고 이를 실선에 탑재하여 그 활용 여부를 실험하였다.

본 논문에서는 선박충돌사고의 주요한 원인이 되는 인적운항과실의 감소 및 효과적인 선박충돌회피를 지원하기 위해 새로이 제안된 '속력을 고려한 선박충돌회피지원 모델'을 기반으로 한 선박충돌회피지원 프로그램 개발에 관하여 연구하였다. 이 프로그램은 선행 연구에서 고려되지 않은 상대선박의 속력이 고려되었으며, 자선의 선회특성을 이용하여 상대선박의 침로, 속도에 대한 충돌회피 가능영역과 방법을 표시함으로써, 근접상황에서도 효과적인 충돌회피 조종을 지원할 것이다.

본 연구에서는 조이스틱을 이용하여 프로펠러와 타, 선수/선미 쓰러스터를 갖는 선박의 접이안을 위한 제어 알고리즘을 개발하였다. 조이스틱으로부터 전진 방향 및 회전 방향의 속도명령을 받아 전진 방향 및 회전 방향의 속도를 제어하는 MIMO(Multi-Input Multi-Output) 비선형 제어 알고리즘을 개발하기 위해 저속 조종수학모형을 사용하였다. 또한, 본 연구에서는 비선형 및 PID 제어기의 성능을 검증하기 위해 선박 접이안 가상 HILS(Hardware in the Loop Simulation) 프로그램을 구현하였다. HILS 프로그램은 LabWindow/CVI를 이용하여 개발하였으며, 사용자는 선박의 현재 위치와 원하는 궤적을 모니터를 통해 본 후 조이스틱을 이용하여 선박의 전진 방향 및 회전방향 속도를 제어함으로서 선박을 조종한다. 시뮬레이션 결과를 보면 비선형 제어기와 PID 제어기는 개루프 조이스틱 제어기보다 타와 쓰러스터의 입력 크기뿐 아니라 선박의 위치오차 면에서도 우수한 성능을 보였다.

이 연구의 최종목적은 기존의 선박용 자기 컴퍼스를 대체할 수 있는 디지털 컴퍼스 개발에 있다. 우선, 3축의 고정밀 프럭스-게이트센서와 소형 스텝 모터를 이용하여 새로운 디지털 컴퍼스 장치를 개발하였다. 그리고 기존 자차측정 방법과 달리 선박의 선회 없이 자동으로 자차의 분석과 수정이 가능하도록 기존 자차이론에 칼만필터 개념을 접목시킨 새로운 자차수정 이론을 제안하였다. 개발한 디지털 컴퍼스와 제안한 자차수정 방법의 유효성을 실습선 '새누리호'를 이용한 성능평가 실험을 통하여 유효성을 검증하였다.