KR20130131961A - 선박자동식별장치를 활용한 선박간 지능적 충돌예측정보 제공방법 - Google Patents

선박자동식별장치를 활용한 선박간 지능적 충돌예측정보 제공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선박자동식별장치를 활용한 선박간 지능적 충돌예측정보 제공방법에 관한 것으로, 항행하는 선박 간의 이격거리를 선박자동식별장치(AIS)를 통하여 탐지하는 이격거리 탐지단계(S10); 상기 선박들이 일정거리 범위 내에 접근하고 있는지의 여부를 판단하는 근접여부 판단단계(S20); 상기 이격거리 탐지단계(S10) 또는 근접여부 판단단계(S20) 중 어느 한 단계에서, 선박 간 충돌을 회피할 수 있는 안정거리를 설정하는 위험반경 설정단계(S30); 항행 선박이 위험반경 설정 범위 내 진입하였을 경우에, 충돌위험을 경고하고, 상호 위험반경 설정 범위 내를 이탈할 수 있는 가이드라인 정보를 제공하는 회피정보 제공단계(S40);를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

선박자동식별장치를 활용한 선박간 지능적 충돌예측정보 제공방법{Intelligent Collision Forecasting Information System and Method thereof Between the Ships Using AIS Apparatus}
본 발명은 선박자동식별장치를 활용한 선박간 지능적 충돌예측정보 제공방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 항해하는 선박을 식별하여 충돌 가능성의 여부를 예측 및 분석하며, 안전한 항행을 하도록 의사결정을 지원하는 선박자동식별장치를 활용한 선박간 지능적 충돌예측정보 제공방법에 관한 것이다.
해양에서는 항행 중인 선박들 간에 충돌이 발생하는 사례가 여전히 빈발하고 있다.
도 1은 항행 선박이 충돌하여 침몰하는 장면을 나타내는 사진을 나타낸다. 도 1의 사진은 2010년 인도 뭄바이 해안에서 5해리 정도 떨어진 해상에서 파나마 국적 컨테이너 선박인 'MSC 치트라'호가 좌초된 채 기울어져 있는 것이다. 길이가 약 200m에 이르는 이 선박은 전날 다른 선박과 충돌 사고를 일으켜 실려 있던 컨테이너 1250여 개 중 250여 개가 바다에 떨어졌다.
또, 지난 2011년 11월에는 대형 선박회사 소속의 철강 운반선이 충남 태안군 앞바다에서 어선과 충돌하는 사고가 발생한 적이 있다. 이 사고로 다수의 인명이 희생되었을 뿐만 아니라 대형 선박에서 기름이 누출되어 해안 및 해양의 오염 및 훼손이 매우 컸었다.
또한, 부산, 통영 등의 해안에서도 안개 상태 등에서 접근하는 선박을 빨리 식별하지 못하여 충돌하는 사고가 빈발하고 있으며, 국내 및 해외에서도 같은 유형의 사고가 발생하여 경제적 손실과 환경파괴가 발생함은 물론 인명피해가 심각한 상황이다.
통상 대형 선박 또는 최근 건조한 선박들은 안전항해를 위한 시스템을 보강하고 있으나, 아직까지 안전항행을 위한 장치가 미비한 선박도 다수 존재하여, 선박의 항행안전에 심각한 위협이 되고 있다.
해당 선박에 안전운항을 위한 선박자동식별장치가 장착 운용되고 있는지의 여부를 기사를 통해 알 수 없었지만, 선박자동식별장치를 장착한 선박 또는 장착되지 않은 선박 모두가 충돌의 위험성에 노출되어 있는 상황이다.
선박자동식별장치(AIS: Automatic Identification System, 이하, "AIS"라고 도 함)는 선박의 위치, 침로, 속력 등 항해 정보를 실시간으로 제공하는 첨단 장치. 해상에서 선박의 충돌을 방지하기 위한 장치로서, 국제 해사 기구(IMO)가 추진하는 의무 사항이며, 선박자동식별장치(AIS)가 도입되면 주위의 선박을 인식할 수 없는 경우에도 타선의 존재와 진행 상황 판단이 가능하고, 시계가 좋지 않은 경우에도 선명ㆍ침로ㆍ속력 식별이 가능하여 선박 충돌 방지, 광역 관제, 조난 선박의 수색 및 구조 활동 등 안전 관리를 더욱 효과적으로 수행할 수 있다.
본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 해양에서 항행하는 선박 간에 이격거리를 탐지 및 안전거리 확보 여부를 판단하여 이를 통지함으로써 선박간 충돌사고를 방지하기 위한 선박자동식별장치를 활용한 선박간 지능적 충돌예측정보 제공방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 해양에서 항행하는 선박 간에 충돌위험을 감지하였을 때 안전하게 회피할 수 있도록 선박간 회피에 필요한 정보를 적시에 미리 설정된 단계적 경보레벨과 함께 제공함으로써 위험/사고를 인지하고 안전항행을 보장하는 선박자동식별장치를 활용한 선박간 지능적 충돌예측정보 제공방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 선박자동식별장치를 활용한 선박간 지능적 충돌예측정보 제공방법은, 항행하는 선박 간의 이격거리를 선박자동식별장치(AIS)를 통하여 탐지하는 이격거리 탐지단계(S10); 상기 선박들이 일정거리 범위 내에 접근하고 있는지의 여부를 판단하는 근접여부 판단단계(S20); 상기 이격거리 탐지단계(S10) 또는 근접여부 판단단계(S20) 중 어느 한 단계에서, 선박 간 충돌을 회피할 수 있는 안전거리를 설정하는 위험반경 설정단계(S30); 항행 선박이 위험반경 설정 범위 내 진입하였을 경우에, 충돌위험을 경고하고, 상호 위험반경 설정 범위 내를 이탈할 수 있는 가이드라인 정보를 제공하는 회피정보 제공단계(S40);를 구비함으로써 달성할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 해양에서 항행하는 선박 간에 이격거리를 탐지 및 안전거리 확보 여부를 판단하여 항해사나 관제사에게 이를 통지함으로써 선박간 충돌사고를 방지하기 위한 선박자동식별장치를 활용한 선박간 지능적 충돌예측정보 제공방법을 제공하는 효과를 구현할 수 있다.
또, 본 발명의 실시 예에 따르면, 해양에서 항행하는 선박 간에 충돌위험을 감지하였을 때 안전하게 회피할 수 있도록 선박간 회피에 필요한 정보를 적시에 제공함으로써 선박의 안전항행을 보장하는 선박자동식별장치를 활용한 선박간 지능적 충돌예측정보 제공방법을 제공하는 탁월한 효과를 갖는다.
도 1은 항행 선박이 충돌하여 침몰하는 장면을 나타내는 사진,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 선박자동식별장치를 활용한 선박간 지능적 충돌예측정보 제공방법을 단계적으로 설명하기 위한 흐름도(flowchart).
도 3은 본 발명의 실시 예에 있어서, 위험반경 설정단계를 구체화하여 도시한 흐름도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 있어서, 회피정보 제공단계에서 제공되는 정보에 대해 예를 들어 나타낸 예시도,
도 5는 선박간 충돌위험 거리(Closest Point of Approach;CPA)를 산출하기 위한 개념 설명도,
도 6은 경고 경보를 발생시키기 위한 조건을 계산하는 방법을 설명하기 위한 개념 설명도,
도 7은 본 발명에 의한 실시 예를 시뮬레이션 시스템으로 구현하여 나타낸 것으로, 충돌 분석 중 관심 단계를 나타내는 예시화면,
도 8은 선박이 상호 계속 가깝게 접근함에 따라 위험도가 상승하고 있는 상황을 나타낸 것으로, 경보단계가 주의단계로 격상된 단계를 나타내는 예시화면,
도 9는 선박이 적절한 회피 동작을 하지 않을 경우 충돌 하게 될 위험이 매우 높은 상태로 경보 최고 단계인 경계 단계까지 상승한 것을 나타낸 예시화면,
도 10은 회피 동작이 이뤄져서 위험도가 없다고 판단되는 상태를 시뮬레이션표시하며, 경계 단계가 해제되고 알람 목록에서 제외된 상황을 나타낸 예시화면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하면서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
(실시 예)
첨부한 도면에서 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 선박자동식별장치를 활용한 선박간 지능적 충돌예측정보 제공방법을 단계적으로 설명하기 위한 흐름도(flowchart)이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 있어서, 위험반경 설정단계를 구체화하여 도시한 흐름도이며, 도 4는 본 발명의 실시 예에 있어서, 회피정보 제공단계에서 제공되는 정보에 대해 예를 들어 나타낸 예시도를 각각 도시한다.
본 발명의 실시 예에 따른 선박자동식별장치를 활용한 선박간 지능적 충돌예측정보 제공방법은, 항행하는 선박 간의 이격거리를 선박자동식별장치(AIS)를 통하여 탐지하는 이격거리 탐지단계(S10)와; 상기 선박들이 일정거리 범위 내에 접근하고 있는지의 여부를 판단하는 근접여부 판단단계(S20)와; 상기 이격거리 탐지단계(S10) 또는 근접여부 판단단계(S20) 중 어느 한 단계에서, 선박 간 충돌을 회피할 수 있는 안정거리를 설정하는 위험반경 설정단계(S30); 및 항행 선박이 위험반경 설정 범위 내 진입하였을 경우에, 충돌위험을 설정된 위험레벨과 함께 경고하고, 상호 위험반경 설정 범위 내를 이탈할 수 있는 가이드라인 정보를 제공하는 회피정보 제공단계(S40);를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 이격거리 탐지단계(S10)는 항행하는 선박 간의 이격거리를 선박자동식별장치(AIS)를 통하여 탐지하는 단계이다. 이경우, 육지에 설치된 중앙관제센터(도시 생략)에서 인근 선박과 정보를 교환하여 파악하거나 선박상호간에 이격거리를 탐지할 수 있다.
상기 근접여부 판단단계(S20)는 항행하는 선박들이 일정거리 범위 내에 접근하고 있는지의 여부를 판단하는 단계이다. 이 단계는 선박간 근접하여 항행시 충돌을 방지하기 위하여 주의를 발행하는 것으로 중앙관제센터나 관제기구에서 설정할 수 있다. 물론, 선박의 속도나 방향에 따라 변경 설정이 가능하다.
또, 상기 위험반경 설정단계(S30)는 상기 이격거리 탐지단계(S10) 또는 근접여부 판단단계(S20) 중 어느 한 단계에서, 선박 간 충돌을 회피할 수 있는 안정거리를 설정하는 단계이다.
상기 회피정보 제공단계(S40)는 항행 선박이 위험반경 설정 범위 내 진입하였을 경우에, 충돌위험을 설정된 위험레벨과 함께 경고하고, 상호 위험반경 설정 범위 내를 이탈할 수 있는 가이드라인 정보를 제공하는 단계이다. 이 단계에서는 항행 중인 선박이 충돌상황에 근접하였다는 것으로 비상조치가 요구되는 단계이다. 따라서, 항행선박 각각에 대해 긴급하게 상황통지를 하는 것과 함께 상호 위험반경 설정 범위 내를 이탈할 수 있는 가이드라인 정보로서, 속도와 방향에 관한 정보를 제공할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 이격거리 탐지단계(S10)는, 항행하는 선박 간의 이격거리를 선박자동식별장치(AIS)를 통하여 탐지하는 단계이다. 이때, 인접 구간을 항해하는 선박의 거리를 측정하는 것은 도5에 도식한것처럼 근접도착시간(Time to Closet Point of Approach time)을 산출하는 방식으로 구할 수 있다. 2대의 선박 또는 복수 대의 선박이 인접 해양을 운행하고 있을 때 상호 간에 이격된 거리를 정확하게 산출하는 것은 매우 중요하다.
이것은 당해 선박과 육지에 설치된 관제기관(도시 생략)의 레이더 탐색 및 통신을 통해 이루어지는 것으로, 거리 또는 시간을 산출하고, 운행하는 선박에 통지하여 정보를 공유할 수 있다.
상기 근접여부 판단단계(S20)는, 상기 선박들이 일정거리 범위 내에 접근하고 있는지의 여부를 판단하는 단계이다. 여기에서 말하는 일정거리 범위 내란 선박의 크기나 주행 속도에 따라 가변 될 수 있는 것으로 거리와 위험도에 따른 위험단계를 설정하는 것을 포함하는 것으로, 육상에 설치된 관제센터 등에서 설정할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 각 선박에 설치된 선박자동식별장치에 공통으로 통지 및 적용할 수 있는 거리로 위험/사고회피할 수 있도록 정할 수 있으며, 직접적이거나 심각하게 충돌할 위험이 있을 정도의 근접거리는 아닌 것으로 정한다.
상기 위험반경 설정단계(S30)는, 상기 이격거리 탐지단계(S10) 또는 근접여부 판단단계(S20) 중 어느 한 단계에서, 선박 간 직접적인 충돌을 회피할 수 있는 안정거리를 설정하는 단계이다. 이 단계는 충돌사고를 긴급하게 방지할 수 있는 최소한의 거리를 안정거리로 설정하는 것이다. 따라서, 선박의 속도 및 항행방향에 따라 가변할 수 있도록 설정한다. 물론, 물리적으로 어느 한 선박을 기준으로 근처 일정 거리 이내에 접근하는 선박이 있을 경우에도 설정할 수 있다.
선박간 충돌위험 거리는 CPA로 계산한다. CPA는 Closest Point of Approach로서 최근접점을 의미하고 도 5와 같다. 도 5는 선박간 충돌위험 거리(Closest Point of Approach;CPA)를 산출하기 위한 개념 설명도를 도시한다.
도 5에서 TCPA는 Time of CPA로서 상대선이 본선의 최근접점까지 도달하는 시간을 의미하며, 특정 계산 시점에 상대선의 위치로부터 최근접점까지의 거리(Distance to CPA)를 상대속력으로 나누어 계산한다. DCPA는 Distance of CPA로서 최근접점에서 본선까지의 거리를 의미하며 상대선이 본선을 통과하는 최근접거리이다.
상기 회피정보 제공단계(S40)는, 항행 선박이 위험반경 설정 범위 내 진입하였을 경우에, 충돌위험을 경고하고, 상호 위험반경 설정 범위 내를 이탈할 수 있는 가이드라인 정보를 제공하는 단계이다.
또한, 상술한 위험반경의 설정은 추후 구체적으로 설명하기로 한다.
다음으로, 상기 위험반경 설정단계(S30)는, 인근에 근접항행하는 선박들에게 상호 경고하는 충돌주의단계(32)와, 돌출 또는 긴급상황이 직접적인 충돌발생가능이 있을 때 긴급통지하는 충돌경고단계(S34),를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 충돌주의단계(32)는, 인근에 근접항행하는 선박들에게 상호 경고하는 단계이다. 이것은 전자음 또는 사전에 설정된 경고음 및 통신을 발행하여 인접 선박에 충돌이 임박한 상태를 고지하는 것이다.
상기 충돌경고단계(S34)는, 돌출 또는 긴급상황이 직접적인 충돌발생가능이 있을 때 긴급통지하는 단계이다.
경고 경보를 발생시키기 위한 조건을 계산하는 방법은 도 6과 같다. 도 6은 경고 경보를 발생시키기 위한 조건을 계산하는 방법을 설명하기 위한 개념 설명도이다.
도 6에서 두 선박의 초기 위치 P0와 Q0가 있는 경우, 각 선박의 속력과 침로는 벡터 u, v로 표현된다. t시간 후의 각 선박의 위치는 P(t), Q(t)로 표현될 수 있다. t시간 후의 선박위치는 P(t)=P0+tu, Q(t)=Q0+tv로 표현된다. 시간 t에서의 두 선박간의 위치 차이, 즉 거리는 d(t)=│P(t)-Q(t)│=w(t)이 된다. 여기서 w는 상대속력과 상대침로를 나타내는 벡터이다. 여기서 D(t)가 최소가 되는 거리를 d(t)라 하면, D(t)=w(t)=(u-v)ㆍ(u-v)t2+2w0ㆍ(u-v)t+w0ㆍw0가 되고 최근접거리 d(t)는 D(t)를 미분하여 0이 되는 점으로,
Figure pat00001
가 된다.
그 때의 시간 t는
Figure pat00002
이 된다. 단, │u-v│는 0이 아니다.
│u-v│가 0인 경우는 평행하게 같은 속력으로 항해하는 경우리다. 또한 tc가 0보다 작은 경우는 이미 최근접점을 지나갔다는 의미이다. tc일 때의 두 점간의 거리가 위험경보를 울리기 위해 설정된 최근접거리 dCPA가 되며, dCPA(P(t),Q(t))=│P(tc )-Q(tc )│으로 계산된다. 경보를 각 단계별로 구분하기 위해 최근접거리 dCPA를 다르게 설정할 수 있다. 경보를 발생하기 위한 조건은 일정 시간 간격 t에서 dCPA값이 점점 줄어드는 것이다. 이를 식으로 표현하면,
Figure pat00003
이 된다.
이때 충돌위험의 경고는 전자음 또는 선박자동식별장치(AIS)를 통해 약속한 경고음을 무작위로 송출하는 구성이 가능하다. 또는 선박자동식별장치(AIS)에 일정 신호를 비상신호로 인식하는 프로그램을 삽입함으로써 충돌사고의 위험을 알릴 수 있다.
이들의 각 단계는 관제기구에서 설정하거나, 선박자체에서 설정하여 발행할 수 있다.
도 7은 본 발명에 의한 실시 예를 시뮬레이션 시스템으로 구현하여 나타낸 것으로, 충돌 분석 중 관심 단계를 나타내는 예시화면이고, 도 8은 선박이 상호 계속 가깝게 접근함에 따라 위험도가 상승하고 있는 상황을 나타낸 것으로, 경보단계가 주의단계로 격상된 단계를 나타내는 예시화면이다. 또, 도 9는 선박이 적절한 회피 동작을 하지 않을 경우 충돌 하게 될 위험이 매우 높은 상태로 경보 최고 단계인 경계 단계까지 상승한 것을 나타낸 예시화면이고, 도 10은 회피 동작이 이뤄져서 위험도가 없다고 판단되는 상태를 시뮬레이션표시하며, 경계 단계가 해제되고 알람 목록에서 제외된 상황을 나타낸 예시화면을 각각 도시한다.
도 7은 실시 예를 시뮬레이션 시스템으로 구현하여 나타낸 것으로 현화면은 충돌 분석 중 관심 단계의 화면이다. 이 상황은 두 선박이 직교하는 방향으로 진행하는 도중 충돌이 예상되는 상황으로 위험도가 높지 않은 관심 단계다. 이 단계에서는 양선박의 선박기본정보와 위치, 진행궤적등의 정보를 확인하고 두선박간의 거리와 충돌 예상지점 및 충돌지점까지의 거리, 예상 도달 시간을 확인할 수 있다. 도 8은 선박이 상호 계속 가깝게 접근함에 따라 위험도가 상승하고 있는 모습을 보여주며 그에 따라 경보단계가 주의단계로 격상된 화면이다. 두 선박은 이전까지의 침로와 속도를 계속 유지하고 있다는 것을 나타내며 진행 방향에 따라 예상 충돌 위치가 매시간 갱신되어 보여지고 있다. 도 9는 선박이 적절한 회피 동작을 하지 않을 경우 충돌하게 될 위험이 매우 높은 상태로 경보 최고 단계인 경계 단계까지 상승하였다. 도 10은 회피 동작이 이뤄져서 위험도가 없다고 판단되는 상태를 시뮬레이션하고 있으며, 경계 단계가 해제되고 알람 목록에서 제외되었다.
이상에서는 본 발명을 일 실시 예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 구성과 작용 및 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형 및 부가할 수 있음은 물론이다.
S10: 이격거리 탐지단계
S20: 근접여부 판단단계
S30: 위험반경 설정단계
S40: 회피정보 제공단계

Claims (3)

  1. 선박자동식별장치를 활용한 선박간 지능적 충돌예측정보 제공방법에 있어서,
    항행하는 선박 간의 이격거리를 선박자동식별장치(AIS)를 통하여 탐지하는 이격거리 탐지단계(S10);
    상기 선박들이 일정거리 범위 내에 접근하고 있는지의 여부를 판단하는 근접여부 판단단계(S20);
    상기 이격거리 탐지단계(S10) 또는 근접여부 판단단계(S20) 중 어느 한 단계에서, 선박 간 충돌을 회피할 수 있는 안정거리를 설정하는 위험반경 설정단계(S30);
    항행 선박이 위험반경 설정 범위 내 진입하였을 경우에, 충돌위험을 경고하고, 상호 위험반경 설정 범위 내를 이탈할 수 있는 가이드라인 정보를 제공하는 회피정보 제공단계(S40);를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 선박자동식별장치를 활용한 선박간 지능적 충돌예측정보 제공방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 위험반경 설정단계(S30)는,
    인근에 근접항행하는 선박들에게 상호 경고하는 충돌주위단계(S32)와, 돌출 또는 긴급상황이 직접적인 충돌발생가능이 있을 때 긴급통지하는 충돌경고단계(S34),를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 선박자동식별장치를 활용한 선박간 지능적 충돌예측정보 제공방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 회피정보 제공단계(S40)는, 항행 선박이 위험반경 설정 범위 내 진입하였을 경우에 안전하게 회피할 수 있도록, 자선 또는 타선의 항행속도정보와, 항행방향을 안내하여 이탈할 수 있는 항행코스정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 선박자동식별장치를 활용한 선박간 지능적 충돌예측정보 제공방법.
KR1020120055959A 2012-05-25 2012-05-25 선박자동식별장치를 활용한 선박간 지능적 충돌예측정보 제공방법 KR20130131961A (ko)

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