최근 해상교통안전진단제도가 국내에 도입되면서 선박의 안전여부를 판별하는 중요한 핵심 기술 요소로 다양한 항행 환경을 인위적으로 재현하는 선박조종시뮬레이션이 활용되고 있다. 그러나 현행 시행지침에 명시된 진단기술은 국내 시뮬레이터 보유 기관에서 공통적으로 활용하고 있는 수행 절차 및 평가 방법 등을 일반화한 것으로 이에 대한 적절한 보완 또는 개선이 필요하다. 본 연구는 현행 선박조종시뮬레이션 진단기술의 기술력 분석과 함께 한계점 및 문제점 등의 적정성 평가를 수행하였다. 또한 선박조종시뮬레이션 선박모델의 표준화, 표준조선법, 평가 방법 등의 고도화 방안을 제시하였다. 이러한 연구 결과는 선박조종시뮬레이터 시스템 개선은 물론 해상교통안전진단제도에 활용되고 있는 진단 기술의 정량화 및 신뢰성 향상에 기여할 것으로 사료된다.

현재 해상교통 및 선박 통항안전성의 판단을 위하여 사용되는 일반적인 방법은 선박조종시뮬레이션에서 구해진 선박의 거동자료와 조종자 의견을 검토하는 방법이다. 구체적인 평가 방법은 해상 시설물에 대한 선박의 접근, 선체 제어의 난이도 및 실제 조종자의 의견 분석이 있다. 해상 시설물에 대한 선박의 접근 및 선박의 제어와 관련된 부분은 통계적으로 산출이 가능하여 그 기준이 명확하나, 조종자의 의견에 의 한 평가는 상대적으로 기준이 모호한 측면이 있고 또한 조종자의 평가와 선박제어의 난이도와의 관계에 대한 연구도 부족하다. 따라서 본 연 구에서는 선박제어의 난이도와 조종자의 평가를 각각 기술적 운항만족도와 심리적 운항만족도로 정의하였다. 먼저 퍼지추론을 통하여 기술적 운항만족도를 수치화하였고, 이로부터 기술적 운항만족도와 심리적 운항만족도의 관계를 정리하였다.

예부선 운항 시 부두의 접안, 이안 및 좁은 수로를 항행할 경우 접할 수 있는 안벽 근처의 항행과, 두 선박이 접근하여 평행 항로상을 반대 방향으로 항과할 경우의 유체력 상호작용을 살펴보기 위하여, 예선의 부선 예항 시뮬레이션을 실시한 후 부선의 선수방향, 예선의 회두 모멘트와 횡방향의 힘과 같은 특성을 조사 및 분석하여 그에 따른 안전한 예부선의 조선 방안을 제시하였다. 그 결과 부선의 과도한 회두운동을 감소시키기 위해서는 예선의 속도가 너무 느리지 않도록 미속상태의 속도를 유지하고, 예인삭의 길이를 가능한 한 부선의 길이만큼 줄여 항행하는 것이 안전예항 업무에 도움이 될 것으로 판단된다.

항공기와 자동차의 운전을 중심으로 알코올이 인간의 행동과 수행도에 미치는 연구가 많이 이루어져 왔으며 이를 통해 선박의 당직 전 및 당직 중의 음주는 이어지는 행동에 큰 영향을 미친다고 할 수 있다. 본 연구에서는 승선 중 음주 실태를 파악하기 위하여, 선택형 앙케트를 교육중인 사관들에게 배포하여 118명으로부터 얻어진 결과를 조사하였다. 알코올 의존도에 관한 자가진단결과에 따르면, 조사대상자의 27% 이상이 알코올 남용 증세를 나타내었다. 또한, 승선 중 음주 현황 및 인식에 관한 사항을 정리하여, 선박운항 시뮬레이터를 이용한 음주 운항 시나리오를 마련하였으며, 알코올이 선박운항능력에 미치는 영향을 알아보았다. 실험결과를 분석한 결과, 알코올의 섭취가 선박운항능력을 다소 저하시키는 것으로 나타났다. 이러한 분석결과는 앞으로 선박운항자의 피로에 의한 해양사고 발생을 근본적으로 줄이기 위한 기초자료로 활용할 수 있을 것이다.

해상교통시스템은 선박, 조선자, 선박과 조선자를 둘러싼 환경으로 구성되어 있다. 항행환경은 조선환경, 교통환경, 정보사회환경으로 분류하며, 항로설계는 조선환경의 일부를 설정하는 것이다. 본 연구는 항만설비 중 항로설계기준의 적정성을 확인하기 위하여 조선자의 입장에서 직선항로와 항로만곡부에서의 조선부담감을 정량적으로 평가한 것이다. 환경스트레스모델을 이용하여 대상항로에서 항로폭, 선박전장, 선속 등의 요소를 고려하여 선박조종 난이도를 평가하고, 그 상관관계를 구하였으며 조선부담의 경감방안을 제시하였다.

선박의 항행안전의 문제가 중요시됨에 따라 선박조종시뮬레이터를 이용한 운항훈련, 안전성 검토 등이 필요성이 중요하게 인식되고 있다. 또한 추진성능을 향상시킬 목적으로 다양한 선종이 출현되고 있고, 이에 따라 선박조종시뮬레이터의 개발에 있어서 선박의 데이터베이스는 필수적이라고 할 수 있다. 따라서 선종에 따른 수학모델을 각각 선박조종시뮬레이터에 적용시킴으로써 다양한 조종 시뮬레이션을 가능하게 할 수 있다. 본 논문에서는 우수한 추진성능을 목적으로 한 2축2타선박을 대상으로 조종운동 수학모델을 정식화하였다. 구체적으로 항만내에서의 저속시 조종운동을 구현할 수 있는 수학모델에 대해서 검토하였으며, 선체·프로펠러·타의 상호간섭에 대해서도 고려하였다. 또한, 수치시뮬레이션을 수행함으로써 2축2타선박의 기본적인 조종성능을 확인하였다.

This paper deals with PC-based ship handling simulator, which is now widely utilized not only for total assessment of safety in harbour area but also for training purpose. The suitable mathematical model for low advance speed manoeuvre is treated with the effects of current, wind, wave, tug force and water depth. We adopt 3 dimensional graphic technique for perspective representation of relative ship motion. Some graphical panels on the screen are devised for data input/output or ship manoeuvring information. We show the real time simulation of berthing menoeuvre applied to Pusan harbour as an example.

이 논문에서는 가상현실로 잘 알려진 인간과 컴퓨터 상호 작용에서의 3차원 음장 재생을 위한 요소 기술을 논하였다. 이 연구의 목적은 가상 공간과 같은 가상 환경을 갖는 선박 조종 시뮬레이터의 구현 가능성을 검토하는데 있다. 이 연구에서는 머리 전달 함수(HRTF)를 이용한 3차원 음장 재생에서의 몇가지 핵심 기술을 고찰하고, 필터 탭수를 줄이기 위한 방법과 3차원 음장에서의 불연속 영역을 보간하기 위한 방법을 기술하였다.

해양사고 원인의 대부분을 차지하고 있는 인적오류에 의한 운항과실에는 관련 지식의 결여, 잘못 이해하고 있는 지식, 적용절차의 미숙 등을 들 수 있다. 최근 해양경찰 경비함정에 장착되고 있는 추진기 형태를 살펴보면, 해상치안 수요에 따라 다양화 되고 있는 추세이다. 특히, 소형 경비정에 주로 장착되었던 워터제트 추진기가 중대형 경비함으로 점차 확대되어 전체 함정의 50%에 이르고 있으며, 축 형식은 2 에서 4축, 버켓 유형도 전후진과 조향 제어방식이 전혀 다른 '이중역전버켓'과 '단일역전버켓' 방식으로 구분된다. 이러한 운항체계의 다양화 는 운항자의 인적과실 요인을 증가시킬 수 있다. 그러나 워터제트 유형별 고유의 특성에 알맞은 조종법의 연구는 부족한 편이다. 이 논문에서 는 워터제트 유형별 후진성능을 기반으로 외력의 도움 없이 해양경찰 전용부두의 요건에 적합한 횡이동 방법을 분석하였다. 이어서, 선박조종 시뮬레이터를 활용하여 실험하고, 실험이 곤란한 워터제트 방식 함정은 함정장들의 인터뷰를 통하여 비교․검증하였다. 이를 기반으로 워터 제트 운항 지식의 올바른 습득과 기술적 측면의 인적오류를 최소화하여 해상치안활동에 기반인 함정의 안전운항에 기여하고자 한다.

선박온실가스 규제를 위한 SEEMP (Ship Energy Efficiency Management Plan) 기술 중 선박에너지절감을 위한 조치는 하드웨어 적인 장비를 선박에 탑재하여 구현하거나, 인적교육 및 운항패턴 개선 등과 같은 소프트웨어적인 방식으로 구현 가능하다. 선체저항개선을 위 한 기술 중 하드웨어적인 장비 개조를 통해 구현되는 기술은 현존선에 적용하는데 장비의 규모 등에 의한 제약이 발생한다. 반면 소프트웨어 적인 에너지절감기술의 구현은 저렴한 도입비용과 하드웨어적인 방식에 비해 높은 에너지 절감효과를 보이며, 선종에 크게 구애받지 않고 적 용이 용이하다는 장점을 가지고 있어 IT 기술을 이용한 선박에너지절감기술이 요구되어지고 있다. 본 논문에서는 IT 기반의 선박에너지절감 기술을 검증하기 위하여 대표적인 3개 선종에 대한 실선 모델링 기반의 선박조종시뮬레이터를 이용한 육상시험을 수행하였다. 시뮬레이터를 이용한 성능검증 방법은 6개의 다양한 환경조건에서 에너지절감기술 적용 전후의 운항결과로부터 에너지절감효과를 비교·분석하고, 해상상태 에 따른 구간별 비교결과를 통해 IT기반 에너지절감시스템의 성능평가를 수행하였다. 벌크, 컨테이너, VLCC 선종을 이용한 육상시험 결과 컨테이너선의 연료절감률이 가장 크게 나타났고, 육상시험 대상선박 모두 선박에너지절감시스템 사용전과 비교하여 연료절감효과를 보였다.

The Korean government has introduced and enforced maritime traffic safety assessment to secure traffic safety since 2010. The maritime traffic safety assessment is needed by law to design a new port or modify an existing one. According to Korea Maritime Safety Act, in the assessment the propriety of marine traffic system consists of the safety of channel transit and berthing/unberthing maneuver, safety of mooring, and safety of marine traffic flow. The safety of channel transit and berthing/unberthing maneuver can be evaluated only by ship-handling simulation. The ship-handling simulation is carried out by sea pilots working with the port concerned. The vessel’s proximity measure is an important factor to evaluate traffic safety. The proximity measure is composed of vessel’s closest distance to channel boundary and probability of grounding/collision. What is more, the probability of grounding becomes important. According to central limit theorem, a sample has a normal distribution on condition that its size is more than 30. However, more than 30 simulation runs bring about the increase of assessment period and difficulty of employing sea pilots. Therefore this paper is to find out minimum sample size for evaluating vessel’s proximity. First sample sets of size of 3, 5, 7, 9 etc. are selected randomly on the basis of normal distribution. And then KS test for goodness of fit and t-test for confidence interval are applied to each sample set. Finally this paper decides the minimum sample size. As a result this paper suggests the minimum sample size of 5, that is, the simulation of more than five times.

This paper is to introduce the development of a LCD monitor-based pilots' ship handling simulator installed in the office of Korea Maritime Pilots Association. This simulator is composed of hardware which includes working server array, operation PC, monitor array, rudder, thruster and telegraph peripheral devices, and software which includes ship mathematical model software, ship conning software, image supporting software and so on. In this simulator, MMG mathematical model is used to create thirteen(13) ship models, which are based on sea trial data & pilots' opinion. According to requirements of pilots, virtual scenes of different port areas are built, and some required additional functions are also developed. By using this simulator, pilots can fulfill all kinds of training exercises, design of channel approaching ports, traffic safety analysis, prevention of accident research and other tasks, so as to grasp the characteristics of different ships, and accumulate experience for piloting.

Berthing and unberthing maneuver is essential work for marine pilots and securing the safety against risks during the maneuver is more important than anything else. Moreover, the maneuvering environment in ports and harbors has changed rapidly and got worse due to development of a new port, the advent of a new type or large-sized ship, and the rapid increase in harbor traffic. As one of measures taken to cope with such changes in the maneuvering environment and for each pilot to improve his own maneuvering ability, this paper developed laptop-based ship-handling simulator which is readily available anytime and anywhere. This paper is to develop a conning display for ship's maneuvering and electronic chart based display widely used nowadays to represent a model ship's movement. The displays were arranged appropriately considering pilot age, easy handling by mouse, using a maximum screen, proper arrangement of rudder, engine, thruster, tug etc and representation of information. Up to now thirteen (13) model ships were developed based on real-ship, whose mathematical model is Japanese MMG & pilots' low speed maneuver.

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.

시뮬레이션 가시화 기술은 시뮬레이터 사용자가 직접적으로 접하게 되는 기술이며, 사용자들은 보다 빠르고, 보다 현실적이며, 보다 직관적인 시뮬레이션 영상을 요구하고 있다. 컴퓨팅 기술 및 영상장비 기술 등의 하드웨어는 우수한 성능으로 발전된 반면, 현재 일반적으로 선박 운항 시뮬레이터에 사용되고 있는 그래픽 렌더링 엔진은 그 한계를 나타내고 있다. 또한 이러한 배경에서 본 논문에서는 선박 운항 시뮬레이션 시스템의 가시화를 위해 필요한 요구사항을 도출하였다. 가시화 요구사항들을 반영할 수 있는 상업용 및 공개용 그래픽 렌더링 엔진에 대해 조사/검토하며, 시스템 요구사항을 만족시키기 위한 그래픽 렌더링 엔진의 장단점을 분석하였다. 이를 통해 선박 운항 시뮬레이션 가시화에 대한 그래픽 렌더링 엔진으로서 OGRE3D의 활용가능성을 평가하였으며, 예부선 운항 시뮬레이션 가시화를 대상으로 OGRE3D 엔진의 타당성을 검토하였다.

최근 해양사고가 날로 증가되고 있으며, 특히, 인적과실로 인한 충돌사고의 비중은 70%에 이르고 있다. 본 연구에서는 실시간 충돌 위험도 표시 시스템을 개발하였는데, 충돌위험도를 사전에 인지함으로써 비상상황에 효과적으로 대처하고, 인적과실로 인한 충돌위험도를 줄이고자 하였다. 충돌위험도 추정을 위해, 선박들 간에 충돌위험도를 평가하는 퍼지알고리즘을 이용한 방법과 항해사가 느끼는 환경스트레스를 이용하여 충돌위험도를 평가하는 방법의 두 가지를 비교 검토하였다. 실시간 충돌위험도 추정 알고리즘을 검증하기 위해 선박운항 시뮬레이터에 설치하고 다양한 시뮬레이션을 수행하였다.

최근 국내에서는 원활한 물류 수송과 도로 이용자의 편의를 도모하기 위해 항만 및 주요 항로를 횡단하는 대형 해상교량 건설이 활발하게 추진되고 있다. 그러나 이러한 해상교량건설이 육상 도로시스템의 연장선상에서 경제 원리에 입각하여 추진된다면 이는 해상교통안전 확보에 지장을 초래할 수도 있을 것이다. 이러한 위험요소를 사전에 검증하고 통항안전성 유무를 평가하기 위하여 대표적인 방법으로 선박조종시뮬레이션을 채택하고 있다. 본 연구에서는 국내 전 기능 선박조종시뮬레이터(FMSS)를 보유하고 있는 대표 4개 기관에서 해상교량 건설과 관련하여 수행했던 통항안전성 평가 보고서를 비교 분석하여, 각 기관별 수행 방법에 대한 차이점과 문제점을 도출하고, 향후 시뮬레이션의 수행 및 평가 방법에 대한 표준화 필요성을 제시하고자 한다.

항만이나 항로에서의 심층적인 선박운항 안전성 평가를 위한 목적으로 주로 선박운항 시뮬레이션 시스템이 사용되고 있다. 하지만, 실제 해상에서 선박이 조우할 수 있는 환경 조건은 매우 다양한 반면, 비용이나 시간적인 제약으로 인하여 실시간 선박운항 시뮬레이션은 극히 한정된 경우에 대해서만 수행되는 것이 일반적이다. 본 논문에서는, 이러한 실시간 시뮬레이션 실험 조건을 효과적이고 체계적으로 도출하기 위한 통계적 기법에 대하여 제안하고, 이 기법을 실제 선박 운항 안전성 평가를 위한 시뮬레이션 연구에 적용한 실증 분석 결과를 사례 연구로 기술하였다. 실증 분석에는 주성분을 이용한 종합 운항 난이도 산정 방법과 누적 확률분포 개념을 이용하여 선박 운항 난이도가 높은 실험 조건을 실시간 시뮬레이션 실험 조건으로 선택하는 기법을 제시하였다.

This paper proposes a method for generating radar images used in a ship handling simulator, which includes mathematical logics based on radar equations and information from Openflight format files. In order to make radar image much similar to that of real radar in PPI type, the proposed mathematical logic derives radar video signals under the consideration of not only the data form flight format file of simulation scenes, but also geographical radar's position. The proposed method is considered useful to make radar images in ship handling simulator with accuracy and reality.

본 연구는 선박 조종에 영향을 주는 대표적 요인들(충돌위험 정도, 목표선박의 항로변경 여부 및 주변 선박 수)을 체계적으로 조작한 조건들에서 항해사의 상황인식 훈련이 항해사의 선박 조종 능력에 어떠한 차이를 가져오는지 선박조종시뮬레이터를 이용하여 분석하였다. 본 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 항해와 관련된 상황인식 훈련을 받은 조건에서 실험참가자들은 여러 선박 조종 요소들(목표선박과의 거리 유지와 충돌 비율)에서 훈련을 받지 않은 조건에 비해 수행이 우수하였다. 둘째, 훈련을 받지 않은 실험참가자들은 목표선박이 평시상황에서 항로를 변경하는 경우 선박 조종에 가장 큰 어려움을 겪었으나 훈련 이후에는 이러한 경향이 크게 감소하여 동일한 조건에서 수행이 향상되는 것이 관찰되었다. 이러한 결과들을 종합하면, 선박 조종에서의 상황인식에 대한 여러 요소들의 훈련은 항해사들의 기본적 선박 조종능력에서 우수한 수행을 이끌 수 있는 것으로 판단된다.