DEVS 형식론 기반 핵심 선박장비 및 에이전트 모델링과 항해 시뮬레이션

Abstract

과거부터 꾸준한 해상 교통량 증가로 선박 사고 발생은 지속해서 증가하고 있으며, 이에 따라 항해사 의사결정 지원 등을 위한 안전 지원 IT 서비스 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 IT 서비스들을 선박에 탑재하여 운영하기 위해서는 그 유용성 검증이 필수적으로 요구된다. 선박 조종시뮬레이터(FMSS, full mission ship simulator)와 같은 시험 장비 대여 및 실제 선박 탑재를 통한 시험 등은 막대한 비용과 위험 등의 한계를 가진다. 이에 따라 저비용, 쉬운 접근성을 가진 컴퓨터 기반 항해 시뮬레이션 모델링 방법을 제안한다. 본 논문에서는 항해 시뮬레이션을 통해 IT 서비스의 신뢰성 있는 유용성 검증을 위해 다음의 핵심 요소를 모델링한다. 첫째, 항로 계획에 따른 목적지까지의 자율적인 항해 시뮬레이션을 위해 핵심 선박장비와 항적제어 기술을 분석하고 모델링한다. 둘째, 항해 중 발생하는 충돌위험 상황에 대해 사용자 미개입의 능동적인 회피를 수행하기 위해 국제해상충돌예방규칙(COLREGS, international regulations for preventing collisions at sea)에 따른 의무를 분석하여 에이전트를 모델링한다. 핵심 선박장비와 에이전트는 많은 모델로 구성되어 상당히 복잡한 구조를 가진다. 이를 체계적으로 표현하고 연속적인 시간상에서 이산적인 사건에 따른 모델들의 동적인 변화 표현을 위해 Zeigler가 제안한 DEVS(Discrete Event System Specification) 기반 SES/MB(System Entity Structure/Model Base) 프레임워크를 활용하였다. 제안하는 모델링 방법은 항해 시뮬레이션 시스템 구현에 적용되어 다양한 항해 안전 지원 서비스에 대한 시뮬레이션 및 신뢰성 높은 분석에 활용이 가능할 것으로 기대된다.| From the past, maritime traffic accidents have been consistently increased due to a steady increase in marine traffic volume. Thus, the research on safety-assisted IT services has been actively conducted for decision-making of navigators and others. In order to operate the IT services on board, its utility must be verified. Equipment rental such as FMSS (full mission ship simulator) or ship test, however, takes significant cost and risk limitations. Accordingly, this thesis proposes a computer-based navigation simulation modeling method with low cost and easy accessibility. For this, this thesis examines the following key elements for reliable validation of IT service through simulation of navigation: ㆍ Analyzing and modeling core vessel equipments and track control technology for autonomous navigation simulation based on destination route planning. ㆍ Modeling agents and its obligations according to COLREGs, international regulations for preventing collisions at sea, in order to actively avoid collision risk during navigation. The core vessel equipments and agents consist of many models and have a fairly complex structure. For systematically representation of the structure and dynamic changes of discrete event on continuing time, DEVS (discrete event system specification) based SES/MB (system entity structure / model base) is used. We expect that the proposed modeling method will be applied to the implementation of the navigation simulation system and used for simulation of various navigation safety support services and highly reliable analysis.