본 연구는 스마트 자율운항선박(Maritime Autonomous Surface Ship, MASS) 기술 개발 및 실증을 위한 산학 과제로서 목포해양 대학교와 삼성중공업이 함께 참여한 연구가 안전하게 실시되어 질수 있도록 안전관리 절차서를 개발하였다. 본 연구에서는 국내 및 국 제해사기구(International Maritime Organization, IMO)의 관련 가이드라인 및 해사 관련법 검토를 거쳐 안전관리 절차서를 개발하였다. 안전관리 절차서는 자율운항선박의 관련 해당 당국과 이해관계자들이 시스템 및 기반 시설에서 시험의 안전 및 환경 보호와 관련하여 적절하게 실시하기 위하여 국제해사기구에서 제시한 자율운항선박 시험을 위한 지침(MSC.1/Circ.1604, Annex : Interim guidelines for MASS trials)의 의거하여 개발 하였다. 개발된 안전관리 절차서는 당직체제로 운항 중인 선박에 항해보조기기로 탑재한 자율운항요소기술을 적용한 시스템의 해상 실증 시험을 위하여, 대한민국 연안의 해양환경보호와 항행 안전을 준수하면서, 관련 시스템의 시험이 안전하고 안정적으로 수행할 수 있도록 개발되었다.

경로추종 제어는 대양에서 선박의 자율운항을 위한 가장 기본적인 연구 중에 하나로 여겨진다. 본 연구는 선수미방향, 횡방향 및 회두방향으로 외력이 작용하는 경로추종 제어를 다룬다. 가상의 선박에서 발생하는 항로를 자선이 추종하는 문제를 해결하기 위해서 유도 원리와 백스테핑 기법을 활용하였다. 경로추종 제어에서 가장 중요한 기술 중에 하나는 오차 동역학에 관한 것으로서, 이 개념은 선박의 자동 충돌 회피 및 자동 접안 제어 등과 같은 연구 영역에서도 활용이 가능하다. 유도 원리와 오차 변수의 알고리즘은 수치 시뮬레이션을 통해 증명하였다. 그 결과, 회두각의 오차를 제외한 대부분의 오차 변수는 제어기를 통하여 제로 값으로 수렴하였다. 기존에 근거리 통항선박의 간섭력을 고려한 안전통항거리의 값보다 두 선박 간의 경로추종 제어의 트래킹 오차의 값이 더 작은 점이 가장 흥미로운 결과 중에 하나로 여겨진다. 또한 프로펠러, 핀이나 러더와 같은 엑츄에이터의 손상을 줄이기 위해서는 수렴의 성능과 선박의 안전을 절충하여 적합한 제어 파라미터를 결정할 필요가 있다.

자동차 음주운전의 경우에는 그 위험성에 대한 사회일반의 경각심이 고조되고 있으며, 이에 따라 점차 감소하는 추세를 보이고 있다. 이에 반하여 선박의 음주운항은 선상의 음주에 관대한 오랜 관습, 음주여부 확인의 현실적인 어려움 등에 따라 줄어들지 않고 있는 상황이다. 2019년 러시아 선적 화물선 시그랜드호가 음주운항 중 광안대교와 충돌하는 사건을 비롯하여 국내에서 선박 등의 음주운항을 한 사실의 적발 및 음주 운항으로 인한 해상사고가 지속적으로 발생하고 있다. 위 사건 등의 영향으로 ｢해사안전법｣이 개정되기도 하였으나, 동법 외에도 다수의 법령에 단속 근거, 음주운항 판단기준 및 처벌기준이 분산 되어 있다는 문제점을 지적할 만하다. 나아가 단속절차에 관해서도 ｢해사안전법｣, ｢경찰관직무집행법｣ 외에도 ｢해양경비법｣ 등이 적용된다 하 겠으나 제정목적 상의 일부 차이가 있으며, 단속절차에 관하여 규율이 미진한 부분이 존재하는 등의 한계가 있다. 이에 관해서는 단속 상대방의 권익보호를 위해서 절차보장이 필요하다고 본다. 나아가 철도･항공과 같은 출발 전 사전음주여부 등에 관한 측정하도록 하는 제도의 도입될 필요성이 있고, 음주사실 확인시 선박의 예인 또는 긴급시 해양경찰청 경찰공무원에 의한 대리운항 등을 허용하여야 할 것으로 생각된다. 이와 같은 사후조치 과정에서의 사고 등으로 인하여 해양경찰공무원 등이 개인적인 손해배상 책임을 면할 수 있는 특례규정을 두는 방안 등도 검토하여야 할 것으로 생각한다.

선박을 포함한 지상, 해상, 공중의 이동체는 일반적으로 사람에 의해서 운용되고 있는데, 최근 제4차 산업혁명에 따른 자율의사 결정시스템과 인공지능의 획기적 발전을 기반으로 자율 이동 개념의 무인이동체에 대한 연구개발이 전 세계적으로 활발하게 진행되고 있다. 국제해상운송에서 자율운항선박(MASS)의 상용화 실현을 앞두고 이 선박에 대한 성격 규정과 국제법적 지위에 대한 규명이 시급해졌다. 자율운항선박은 발전단계에 따라 승선원이 점차 감축되어 결국에는 완전히 무인화된 선박으로 운용될 것인데, 이 연구를 통하여 승선원이 없는 선박도 국제법상 선박으로써의 지위를 인정받을 수 있는가에 대한 쟁점 사항을 분석하였다. 이를 위하여 유엔해양법협약 (UNCLOS) 및 국제해사기구(IMO)의 제반 법규를 중심으로 자율운항선박은 일반선박과 동일한 국제법적 지위를 가지고 있음을 규명하고, 자율운항선박을 운용하는데 필요한 제반 국제협약의 제·개정작업에 관한 제도개선 방향과 국제법적 조치사항을 제시하였다.

제4차 산업혁명이 시작되면서 주목받기 시작한 인공지능은 선박에도 적용되 어 자율운항선박 개발이 진행되고 있다. 자율운항선박은 선원의 승선유무와 원 격조종자의 조종여부에 따라 총 4단계로 구분되며, 완전자율운항선박은 인간의 개입 없이 설계자가 설계한 알고리즘에 따라 최적의 결정을 내리게 된다. 그러 나 인공지능의 자율성과 예측곤란성이라는 특징으로 인하여 완전자율운항선박 의 결정이 예측하기 어려우며 이러한 결정이 항상 윤리적이라고 기대하기 어렵 다. 그러나 인공지능의 예측불가능성을 인공지능의 자율성에 의존해서는 안되므로 인간의 가치가 반영된 인공지능의 알고리즘이 설계되어야 한다. 특히, 충 돌의 위험을 피할 수 없는 상황에서 인공지능이 어떠한 원칙과 기준에 따라 결 정을 내리는 것인지 이러한 과정을 결정하는 사고 알고리즘에 대해 설명가능하 고 이러한 결정이 사회 구성원들에게 합리적으로 받아들여져야 한다. 이와 같은 인공지능의 윤리문제에 대한 논의는 자율주행자동차 분야에서 가 장 활발하게 이루어지고 있다. 그러나 인간의 가치가 일관성과 보편성을 가지 기 어렵다는 한계가 있다. 특히, 윤리적 딜레마 상황에서는 ‘실천이성의 이중성’ 으로 인하여 이성적이며 윤리적인 판단과는 다른 결정을 내리게 되며, 윤리적 이라는 행동에 대한 기준 역시 지역·문화·경제 상황에 따라 다르게 인식하고 있다. 그 결과 인공지능의 윤리적 가이드라인의 필요성에 대해 인식하면서도 사고 알고리즘에 대한 구체적인 기준을 정립하는 것에 대해서는 회의적이다. 자율주행자동차의 윤리적 딜레마 상황을 예견하여 사용과정에서 발생하게 될 현실적인 문제를 완벽하게 대응할 수 없다는 것이다. 그러나 문제가 발생한 이 후 대응책을 마련한다는 것은 현실적으로 발생한 피해를 구제하기 위한 조치일 뿐 근본적인 문제를 해결하는 방법이 아니다. 특히, 전 세계 해역을 운항하는 자율운항선박은 전 세계 구성원들에게 합리적으로 받아들여지는 결정을 내려 야 한다. 따라서 국제해사기구를 중심으로 자율운항선박과 관계된 사고 알고리 즘을 포함한 윤리적 가이드라인을 마련하고 이를 개별국가에서 정책적으로 반 영함으로써 자율운항선박 개발 단계부터 사용단계에 이르는 전 과정에서 프로 그램 개발자와 이해관계자가 윤리규범을 준수하고, 축적된 정보를 기초로 보완 작업을 통해 자율운항선박의 윤리문제에 대응해 나가야 할 것이다.

해양 운송 산업은 특성상 항공 및 철도 등의 다른 운송 산업보다 비교적 늦게 신기술이 적용되는 산업이다. 현재 대부분의 선박은 기계장치 및 시스템에 문제가 발생하거나 운용 시간 기반으로 정비를 하는 사후 정비(Corrective Maintenance, CM)와 예방 정비 (Preventive Maintenance, PM)에 속하는 시간 기반 정비(TBM, Time Based Maintenance)가 적용되고 있다. 그러나 높은 유지보수 비용이 요구되고, 육상의 즉각적인 지원이 어려우며, 선박이 멈추면 즉시 위험에 노출되는 해양 환경에서 운영되는 선박에서 과도한 단순 정비로 인한 인력과 비용 낭비, 예측되지 못한 고장 및 결함으로 유발되는 사고 등으로 인해 운용 효율화 측면에서 기존 정비법에 대한 한계점이 문제시 되고 있다. 예지 정비(Predictive Maintenance, PdM)는 진보된 기술로 기계의 상태 및 성능을 모니터링하여 고장시기를 예측하여 정비하는 방법으로 핵심 기계장치가 항상 최상의 작동 상태를 효율적으로 유지할 수 있도록 한다. 본 논문은 해양 환경에서 PdM의 적용성에 중점을 둔 해양 예지 정비(MPdM, Maritime Predictive Maintenance)에 대해 고안하였으며, 제시된 MPdM은 지리적 고립과 극한 해양 상황 등 해양 운송 산업의 특수한 환경을 고려하여 설계되었다. 본 논문은 선진 미래 해양 운송을 가능하게 하는 MPdM이라는 개념과 그 필요성을 제안한다.

4차 산업혁명 시대를 맞이하면서 첨단기술이 산업 전반에 사용됨에 따라 자율운항선박기술에 대한 관심이 고조되고 있다. 이에 본 연구에서는 자율운항선박에 대한 기초 연구로써 모형 선박을 제작하고 드론에 사용되는 아두파일럿(Ardupilot)을 적용시켜 자율운항 제어 시스템을 구축하였다. 구축된 모형선을 활용하여 다양한 항해계획을 실행함으로써 자율운항 선박의 운항 자동제어 가능성을 확인하였다. 침로안정성 실험에서는 모형선이 정해진 침로를 똑바로 따라가지 못하고 지그재그(S자 형태)로 항행하면서 침로에서 최대 5.4 m(4.5 L) 이탈하였으며, 매개변수를 수정하여 이탈거리를 최대 1.8 m(1.5 L)까지 감소시켰다. 선회성능 실험에서는 선회권의 직경이 최대 약 9.3 m(7.8 L) 로 나타났는데 매개변수를 수정하여도 큰 변화를 확인할 수 없었다. 하지만 WP 도착 전 감속하도록 실험한 결과 선회권의 직경이 최대 약 3.2 m(2.7 L)로 감소된 것을 확인할 수 있었다. 정지성능을 평가하기 위해 모든 실험의 마지막 정지 예정 위치와 실제 모형선이 정지한 위치를 상호 비교하였으며, 정지 예정 위치로부터 최소 0.4 m(0.3 L), 최대 6.2 m(5.2 L) 떨어진 지점에서 모형선이 정지하였음을 확인할 수 있었다. 추후 다양한 매개변수의 수정·보완을 통한 성능 향상이 이루어진다면 자동제어를 통한 자율운항선박의 자동접안을 위한 연구를 진행할 계획이다.