4차 산업혁명시대에 해운산업에서는 자율운항 선박의 출현이 예상되고 있다. 이와 관련된 충돌회피 시스템 연구는 활발하지만 대부분 상선을 중심으로 추진되고 있다. 자율운항 선박이 조우하게 될 모든 선박을 고려하였을 때 어선과의 충돌회피 시스템 연구 또한 반드시 필요하다. 본 연구에서는 어선의 점용면적(Ship’s domain) 반영한 충돌회피 모델의 연구를 위하여 부산항과 인근 해역의 중·소형 어선과 모든 선박과의 통항 이격거리를 조사하였다. 통항량이 가장 많은 기간의 AIS 데이터 중에서 조우관계에 있는 어선과 모든 선박간 상대위치를 원형산포도로 나타내었고, 이를 대상선박으로부터 방위별 평균 이격거리 및 최다 통항 이격거리로 분석하였다. 분석 결과, 어선의 속력이 증가할수록 평균 이격거리는 방위별 4L에서 8L 정도로 증가하였고, 선박 길이가 증가할수록 10L 이상이던 평균 이격거리가 약 6L 정도로 감소하는 경향이 나타났다. 추후 어선의 점용면적 일반화를 통한 충돌회피 모델에 연구에 본 기초결과가 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

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.

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.

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.

전 세계적으로 자율운항선박 기술개발이 가속화 되고 있는 현재 앞으로 자 율운항선박이 해운산업에서 어떻게 구현될 것인가에 대한 국제적 관심이 높다. 특히, 이러한 자율화 기술을 촉진시키고, 실현시키기 위해서는 규제 장벽을 식별하고, 새로운 제도적 장치를 마련하는 것이 중요할 것이다. 본 논문은 자율운 항선박과 관련된 규범적 연구 중 그동안 논의되지 않았던 해상조난자 지원제공 의무에 초점을 맞추었다. 해상조난자 지원제공의무는 전통적으로 하나의 관습법으로 간주되며, 국제사회에서 인도주의적 가치실현에 중요한 기여를 해왔다. 하지만 자율운항선박의 등장은 해상조난자 지원제공의무의 효과적 이행에 대한 근본적인 의문을 야기한다. 따라서 본 논문은 구체적으로 해상조난자 지원제공 의무의 실무상의 한계를 파악하고, 그에 대한 적절한 대응방안을 제시하였다.