우선순위 대기행렬 모형을 활용한 공군 탐색구조 전력 소요 산정 연구 = A Study on Estimating ROKAF Search and Rescue Force Requirements Using a Priority Queueing Model

국문 초록 (Abstract)

대한민국 공군은 전·평시 발생하는 조난자를 구조하기 위해 전투탐색구조 (Combat Search and Rescue, CSAR) 비상대기태세를 상시 유지하고 있다. 현재 탐색구조 전력의 소요 판단은 주로 항공기 및 인력 편제 등 공급 중심의 기준에 의존하고 있어, 실제 조난자 발생 빈도와 구조 긴급성 등 수요 측면의 특성을 충분히 반영하지 못하는 한계가 있다. 이에 본 연구는 조난자 생존율 을 극대화할 수 있는 적정 탐색구조팀 규모를 산출하기 위한 과학적이고 정량 적인 방법론을 제시하는데 목적이 있다. 본 연구에서는 공군 탐색구조 작전의 현실적 특성을 반영하기 위해 ‘비선점 우선순위(Non-preemtive Priority)’와 ‘이탈고객(Impatient Customer)’ 개념을 적용한 M/M/c/K 대기행렬 모형을 수립하였다. 특히 해상 조난자가 육상 조난자보다 생존 골든타임이 짧다는 점을 고려하여 해상 조난자에게 우선순위를 부여하였으며, 구조 지연 시 발생할 수 있는 조난자 사망 및 이탈 상황을 모 형에 반영하였다. 모수 추정을 위해 공군 탐색구조비행전대의 실제 출동 데이터를 활용하였으며, 수립된 분석적 모형을 수치적으로 풀이하고, NetLogo를 활용한 행위자 기반 모형(Agent-Based Modeling, ABM) 시뮬레이션을 구축 하여 분석적 모형의 결과와 비교함으로써 연구의 타당성을 검증하였다. 나아가 현실적인 작전 환경을 모사하기 위해 서비스 시간과 도착 간격에 로그정규 분포를 적용한 M/G/c/K 및 G/G/c/K 모델로 시뮬레이션을 확장하였다. 본 연구는 대기행렬 이론과 시뮬레이션을 접목하여 공군 탐색구조 전력의 적정 소요를 산출하는 논리적 근거를 마련하였다는데 의의가 있다. 본 연구의 결과는 향후 공군 탐색구조 전력의 효율적 운영 방안 수립과 지휘부의 합리적 인 의사결정을 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다.
주요어 : 전투탐색구조(CSAR), 대기행렬이론, M/M/c/K, 비선점형 우선순위, 행위자 기반 모형(ABM), 시뮬레이션

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 제1절 연구 배경 및 목적 1
• 제2절 연구 범위 및 방법 3
• 제3절 기존연구 고찰 4
• 제2장 이론적 배경 6
• 제1절 대기행렬 이론의 기본 개념 6
• 제2절 M/M/1 대기행렬 7
• 제3절 M/M/c/K 대기행렬 9
• 제4절 우선순위(Priority Queueing) 대기행렬 11
• 제3장 탐색구조 작전 대기행렬 모형 13
• 제1절 모형가정 및 상태정의 13
• 3.1.1. 모형가정 13
• 3.1.2. 상태정의 14
• 제2절 전이 다이어그램 및 전이율 행렬 16
• 3.2.1. 전이 다이어그램 16
• 3.2.2. 전이율 행렬 19
• 제4장 연구 결과 분석 22
• 제1절 성능척도(Performance Measure) 22
• 제2절 모수(Parameter) 설정 24
• 제3절 모형의 타당성 검증 25
• 제4절 산출 모형 결과 분석 28
• 4.4.1. 구조팀 수(c) 변화에 따른 성능척도 결과 28
• 4.4.2. 시스템 용량(K) 변화에 따른 민감도 분석 30
• 제5절 시뮬레이션 모형 확장 및 분석 33
• 4.5.1. 실험 시나리오 및 가정 사항 33
• 4.5.2. 서비스 시간 분포에 따른 영향 분석(M/G/c/K) 34
• 4.5.3. 작전 환경 불확실성 영향 분석(G/G/c/K) 36
• 제5장 결론 및 향후 연구 38
• 참고문헌 41
• 부록 44
• 영문요약 51