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FMSS를 이용한 MASS의 충돌회피능력 평가모델의 개발에 관한 연구

Title
FMSS를 이용한 MASS의 충돌회피능력 평가모델의 개발에 관한 연구
Alternative Title
A Study on the Development of an Evaluation Model for Collision Avoidance Capability of MASS Using FMSS
Author(s)
배석한
Keyword
자율운항선박평가모델평가시나리오평가요소평가수식선박조종시뮬레이터
Issued Date
2021
Publisher
한국해양대학교 대학원
URI
http://repository.kmou.ac.kr/handle/2014.oak/12602
http://kmou.dcollection.net/common/orgView/200000375287
Abstract
최근 4차산업 기술을 선박에 적용하는 자율운항선박의 기술개발 연구가 활발하게 진행되고 있다. 자율운항선박의 핵심기술 중 하나는 자동충돌회피 기술이다.
자동충돌회피 연구에 관한 문헌조사 결과, 4차산업 기술을 적용하는 많은 모델이 개발되었다. 하지만 자동충돌회피 모델을 객관적으로 정량화하여 평가할 수 있는 평가모델에 관한 연구는 국내․외적으로 거의 없었다.
따라서 본 연구는 선박조종시뮬레이터를 이용하여 자율운항선박의 자동충돌회피 능력을 정략적으로 평가할 수 있는 평가모델을 개발하여 자동충돌회피 모델의 기술적인 보완에 도움을 주기 위한 목적으로 수행하였다.
본 연구의 평가모델 개발에는 평가요소, 평가시나리오 및 평가수식으로 구성되어 있다. 평가요소의 개발은 COLREGs의 항법분석, 해상교통안전진단 및 FMSS를 이용한 선박 안전통항의 진단기법을 분석하여 수치적으로 정량화할 수 있는 12개의 평가요소를 개발하였다. 또한 AHP와 쌍대비교 위한 설문조사를 통하여 평가요소에 대한 가중치를 설정하였다.
평가시나리오의 개발은 COLREGs 상의 전형적인 선박 조우상태와 특수한 조우상태 등에 대해 다양하게 개발하고, 2차례의 전문가 회의 및 Fast-time 시뮬레이션으로 수정․보완하여 총 8개를 개발하였다.
평가수식의 개발은 선박조종 전문가를 기준으로 자동충돌회피능력을 상대적으로 평가하도록 개발하였다. 평가점수는 각 평가요소의 점수에 해당 가중치를 곱하여 가중치 점수를 산출하고 이를 합산하여 구한다. 평가요소의 점수 산출은 선박조종 전문가 표본의 평균을 기준으로 감점하는 방식이다. 감점의 점수산출에는 상대평가에 널리 통용되는 통계학의 표준점수를 참고하여 개발한 수식으로 계산한다.
평가요소에 대한 표본의 기준 설정을 위해 COLREGs에 전문적인 지식을 갖추고 실무 경험이 풍부한 도선사, 실무 선장으로 구성된 선박조종 전문가 12명이 각 평가시나리오에 대해 선박조종시뮬레이션을 실시하였다. 시뮬레이션 결과 데이터에서 평가요소를 계측하고, 기술통계 처리하여 평균과 표준편차를 구하고, 이 값을 평가요소의 정량화 점수산출의 기준으로 하였다.
개발된 평가모델은 초급, 중급 및 선박조종 전문가에게 적용하여 수준별 점수 차별성, 정성평가와의 유사성, 평가점수의 적정성 및 충돌회피능력의 문제점 분석력에 대해 검증하였다. 그 결과 MASS를 포함한 조선자의 충돌회피능력을 평가할 수 있는 것으로 검정되었다.
마지막으로 자동충돌회피 모델에 개발된 평가모델을 적용하여 평가하였다. 선박조종시뮬레이터에 자동충돌회피 모델을 장착하여 호환성과 연동성을 테스트 실시한 후, 각 평가시나리오에 대하여 시뮬레이션을 실시하였다. 평가결과 충돌사고가 발생하지 않아 자동충돌회피 모델에 결정적인 문제는 없으나, 전형적인 두 척간의 조우상태에서는 높은 평점을 기록한 반면 특수한 조우상태에서 낮은 평점을 기록하여 이에 대한 보완이 필요한 것으로 평가되었다.
본 연구의 주요한 결과와 의의를 정리하면 다음과 같다.
첫째, 본 연구에서는 자율운항선박의 충돌회피능력을 평가할 수 있는 평가요소 12개, 평가시나리오 8개 및 평가수식을 포함하는 평가모델을 개발하였으며, 그 유효성이 검증되었다.
둘째, 본 연구의 평가모델을 적용하면 선박조종 전문가를 기준으로 자율운항선박의 자동충돌회피능력을 정량적으로 평가할 수 있고, 문제점을 파악할 수 있어 기술개발의 완성도를 높이는데 기여할 수 있다.
셋째, 본 연구에서 개발된 평가모델은 항해사의 충돌회피능력 배양과 VTS 관제에도 활용할 수 있다.
넷째, 본 연구는 사람을 기준으로 MASS의 충돌회피능력을 객관적으로 정량화한 첫 연구로써 향후 자동충돌회피능력에 대한 평가기준의 토대가 되어 보다 향상된 기술개발에 일조할 수 있는데 그 의의를 부여할 수 있다.
향후 연구과제로, 선박 크기, 협수로, 통항분리대 및 항만 내에 적용할 수 있는 평가모델을 추가로 개발할 필요성이 있다. 아울러 해상교통안전진단과 같이 자율운항선박의 통항 안전성을 제3자가 객관적으로 평가하기 위한 기준과 절차에 대한 연구도 수행되어야 한다.
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선박운항시스템공학과 > Thesis
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