AIS 기반 다중선박 충돌 위험도 추정 알고리즘에 관한 연구

손남선(Nam-Sun Son),오재용(Jae-Yong Oh),김선영(Sun-Young Kim) 한국항해항만학회 2009 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.추계

인적 오류를 줄이고, 해상교통관제를 효과적으로 지원하기 위해 다중선박의 충돌 위험도를 모니터링 할 수 있는 시스템을 개발하였다. 다중선박 충돌위험도 추정 알고리즘은 선박들의 항행정보로서 AIS 정보를 이용할 수 있도록 고안되었다. 선박들의 현재와 미래의 경로를 고려하기 위하여, 퍼지알고리즘을 이용하여 충돌위험도가 계산되도록 구성하였다. 고안된 새로운 알고리즘의 성능을 검증하기 위해 선박운항 시뮬레이터기반 재생시뮬레이션을 수행하였다. 이를 위해, 울산항만의 해상교통관제(VTS) 센터로부터 AIS 정보를 수집하여 데이터베이스를 구축하였다. 수집된 데이터는 약 2시간 동안 실제로 울산항만에서 운행된 25척의 선박들의 항행데이터를 포함하고 있다. 본 논문에서는 새로 개발된 선박충돌 위험도 추정알고리즘의 특징과 재생시뮬레이션 결과들에 대해 소개한다. A monitoring system of collision risk among multiple ships is newly-designed in order to reduce human error and make vessel traffic control more effective. By using AIS data as ships' navigational information, an estimation algorithm of collision risk among multiple ships is newly-designed. To consider ship's course of now and future, collision risks of multiple ships can be calculated by using fuzzy algorithm. To test the performance of new algorithm, replay simulations are carried out on actual AIS data collected from VTS center of Ulsan harbor in Korea. The AIS data include 25 ships' information for two hours. In this paper, the features of newly-designed estimation algorithm of collision risk and the results of replay simulation are discussed.

퍼지기반 다중선박 충돌위험도 추정에 관한 검증 연구

손남선(Nam-Sun Son) 한국지능시스템학회 2013 한국지능시스템학회 학술발표 논문집 Vol.23 No.1

수중운동체의 충돌회피시스템에 대한 연구

손남선(Nam-Sun Son),이기표(Key-Pyo Rhee),이상무(Sang-Mu Lee),여동진(Dong-Jin Yeo) 대한조선학회 2001 大韓造船學會 論文集 Vol.38 No.4

선박충돌사고의 AIS 데이터를 이용한 선박 충돌위험도 추정 알고리즘 검증에 관한 연구

손남선(Nam-Sun Son),김선영(Sun-Young Kim) 한국항해항만학회 2010 한국항해항만학회지 Vol.34 No.10

해양사고에서 선박간의 충돌사고가 많은 부분을 차지하고 있으며, 상당수가 인적오류에 의해 발생되고 있다. 본 논문에서는 선박에서 항해사의 안전운항을 효과적으로 지원하고 충돌사고를 방지하기 위해 다중선박의 충돌 위험도를 추정하는 알고리즘을 개발하였다. 선박 충돌위험도 추정 알고리즘은 선박들의 항행정보로서 AIS 정보를 사용하고 퍼지 이론을 이용하여 충돌위험도를 계산한다. 지난 연구에서는 고안된 알고리즘의 성능을 검증하기 위해 울산항 해상교통관제(VTS) 센터로부터 실제 울산항에서 운행된 선박들의 AIS데이터를 수집하였고, 이를 기반으로 검증 시뮬레이션을 수행한 바 있다. 본 논문에서는 선박 충돌위험도 추정 알고리즘을 좀더 정밀하게 검증하기 위해 실제 해상충돌사고 데이터에 적용해 보고자 하였다. 이를 위해, 2009년 부산항에서 발생한 석유제품 운반선과 화물선간의 충돌사고에 대한 AIS 데이터를 수집하였고 이를 이용하여 선박운항 시뮬레이터 기반 재생 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션 결과, 실제 사고 상황에 적용할 경우 충돌 사고가 일어나기 전에 충돌 위험을 표시하여 충돌사고를 경고할 수 있음을 확인할 수 있었다. An estimation algorithm of collision risk among multiple ships has been developed in order to reduce human error and prevent collision accidents. The algorithm is designed to calculate the collision risk among ships based on Fuzzy theory by using AIS data as traffic information. In this paper, to validate the algorithm, the AIS data of actual collision accident, which occurred between a product carrier and a cargo carrier in Busan harbor in 2009 are collected. The replay simulation is carried out on the actual AIS data and the collision risk is calculated in real time. In this paper, the features of the estimation algorithm of collision risk and the results of replay simulation based on AIS data of actual collision accident are discussed.

무인수상선을 위한 경유점 추적 제어 알고리즘에 관한 연구

손남선(Nam-Sun Son),윤현규(Hyun-Kyu Yoon) 한국항해항만학회 2008 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2008 No.추계

워터젯이 탑재된 RIB(Rigid Inflatable Boat)형태의 무인수상선을 위한 경유점 추적 제어 알고리즘을 설계하였고, 성능 검증을 위해 실해역 시험을 수행하였다. 본 연구에서 사용된 RIB형 무인수상선의 경유점 추적제어를 위해서는 방향제어를 위해 버킷각을 제어하여야 한다. 우선, 육상 관제소에 미리 입력된 경유점들의 위경도 등의 위치정보들을 바탕으로, 목표 방향각을 실시간 계산한다. 그리고, 무인수상선에 탑재된 마그네틱콤파스 등의 센서로부터 받은 선수각 및 선수각속도의 값과 PD 제어기법을 이용하여, 버킷각 명령을 실시간 계산한다. 본 연구에서는, 바람 등의 외력으로 인한 표류각을 보정하기 위해 일정속도 이상에서는 실첨로(Course Of Ground, COG)를 사용하였다. 또한, 설계된 경유점 추적 제어 알고리즘을 검증하기 위해 부산 광안대교 근처 해역에서 육상관제소를 설치하고, 실선 시험을 수행하였다. 본 논문에서는, 설계된 무인 경유점 추적 제어 알고리즘의 시험결과를, 유인으로 제어한 결과 및 상용추적제어기로 제어한 결과들과 비교 분석하였다. A waypoint tracking algorithm(WTA) is designed for Unmanned Surface Vehicle(USV), in which water-jet system is installed for propulsion. To control the heading of USV for waypoint tracking, the steering nozzle of water-jet needs to be controlled. Firstly, target heading is calculated by using the position information of waypoints input in land control center. Secondly, the command for the steering nozzle of water-jet is calculated in real time by using the heading and the rate-of-turn(ROT) from magnetic compass. In this study, in order to consider the drift angle due to external disturbance such as wind and wave, the course of ground(COG) can be used instead of heading at higher speed than a certain value. To test the performance of newly-designed WTA, the experiments were carried out in actual sea area near Gwang-an bridge of Busan. In this paper, the experimental results from WTA are analyzed and they are also compared with those from manual control and those from commercial controller.

항만 네트워크 기반 선박 이접안 지원 시스템 설계

손남선(Nam-Sun Son),김선영(Sun-Young Kim),강남선 한국항해항만학회 2007 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.1 No.춘계

이접안 지원 시스템(Portable Pilot Unit, PPU)이 전세계적으로 연구되고 있으나, 원유부두와 같이 인위적인 항해자의 실수가 커다란 위험을 야기할 수 있는 곳을 제외하고는, 정밀위치계측장비 설치의 불편함 등으로 국내 항만의 상선에서는 사용사례가 거의 전무한 실정이다. 한편, 통신망의 발달에 따라, 항만 역시 광역무선통신망으로 통합되고 있으며, 일부 컨테이너 부두에서는 이미 이러한 무선통신망에 기반하여, 컨테이너 운반차량 등 육상 기반시설이 통합되어 운용되고 있다. 본 연구에서는 항만 네트워크에 기반하여, 항만 이 접안 상황을 효율적으로 지원할 수 있는 시스템(Network Supported Pilot Unit, NSPU)을 설계하였다. 이를 활용하면, 추가적인 장비의 설치 없이, 무선 네트워크망을 통해 육상관제센터로부터 실시간으로 정밀한 선박들의 통항 정보 등 항해관련 정보를 받아 이용할 수 있게 된다. Recently, various kinds of Portable Pilot Units(PPUs) have been developed in the world, but they are not popularly used except for crude oil harbor, where human carelessness can bring about highly-risky navigation. Furthermore, due to some inconvenience such as installation of position sensor, domestic pilots are not nearly willing to use PPUS, either. On the other hand, rapid development of communication technology enables previous harbor infrastructure of communication to be integrated as a broadband wireless network. In this study, we design Harbor Network Supported Pilot Unit(NSPU) so that pilot can real-timely and effectively acquire more accurate information of ship position and available navigation information from E-Navigation land control center through harbor wireless network, without additional installation of sensors.

시뮬레이터 기반 환경스트레스를 이용한 선박 충돌위험도 추정에 관한 연구

손남선(Nam-Sun Son),공인영(In-Young Gong),김선영(Sun-Young Kim),이창민(Chang-Min Lee) 한국항해항만학회 2004 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.3 No.-

최근 해난사고가 날로 증가되고 있으며, 특히, 인적과실로 인한 충돌사고의 비중은 70%에 이르고 있다. 본 연구에서는 실시간 충돌위험도 표시 시스템을 개발함으로써, 충돌위험도를 사전에 인지함으로써 비상상황에 효과적으로 대처하고, 인적과실로 인한 충돌위험도를 줄이고자 하였다. 이를 위해 충돌위험도 추정에 있어, 2가지 방법을 비교 검토하였는데, 선박들 간에 충돌위험도를 평가하는 퍼지알고리즘을 이용한 방법과 항해사가 느끼는 환경스트레스를 이용하여 충돌위험도를 평가하는 방법이다. 개발된 실시간 충돌위험도 표시시스템을 검증하기 위해 선박운항 시뮬레이터에 설치하고 다양한 시뮬레이션을 수행하였다. Recently, many maritime accidents have been increased and the collisions due to human error are given a great deal of proportions out of them. We develop the Real-time Collision Risk Monitoring System (CRMS) for the navigational officers to cope with the emergency situation promptly and thus to reduce the probability of casualty. In this study, the risk of collision is evaluated by two kinds of method. The first method is based on Fuzzy algorithm, which evaluates the risk of collision between traffic ships. The second method is based on Environmental Stress (ES) Model, where the total risk of collision is evaluated by the environmental stress felt by human. The developed real-time CRMS has been installed to the ship handling simulator system and its capabilities have been tested through simulator experiments.

시뮬레이터 기반 퍼지알고리즘과 환경스트레스모델을 이용한 선박 충돌위험도 추정에 관한 연구

손남선(Nam-Sun Son),김선영(Sun-Young Kim),공인영(In-Young Gong) 한국항해항만학회 2009 한국항해항만학회지 Vol.33 No.1

최근 해양사고가 날로 증가되고 있으며, 특히, 인적과실로 인한 충돌사고의 비중은 70% 에 이르고 있다. 본 연구에서는 실시간 충돌 위험도 표시 시스템을 개발하였는데, 충돌위험도를 사전에 인지함으로써 비상상황에 효과적으로 대처하고,인적과실로 인한 충돌위험도를 줄이고자 하였다. 충돌위험도 추정을 위해,선박들 간에 충돌 위험도를 평가하는 퍼지알고리즘을 이용한 방법과 항해사가 느끼는 환경 스트레스를 이용하여 충돌위험도를 평가하는 방법의 두 가지를 비교 검토토하였다. 실시간 충돌위험도 추정 알고리즘을 검증하기 위해 선박운항 시뮬레이터에 설치하고 다양한 시뮬레이션을 수행하였다. Recently. many maritime accidents have been increased and the collisions due CO human error are given a great deal of proportions out of them We develop the Real- time Collision Risk Monitoring System (CRMS) for the navigational of officers to cope with the emergency situation promptly and thus to reduce the probability of casualty. In this study. the risk of collision and grounding is evaluated by two kinds of method The first method is based on Fuzzy algorithm, which evaluates the risk of collision between traffic ships. The second method is based on Environmental Stress (ES) Model. where the total risk of collision and grounding is evaluated by the environmental stress felt by human The developed real- time CRMS has been installed to the ship handling simulator system and its capabilities have been test ed through simulator experiments.

시뮬레이션에 의한 허베이스피리트호-삼성바지선 충돌사고 분석

김선영(Sun Young Kim),이경중(Gyeong-Joong Lee),박세길(Sekil Park),김연규(Yeon Gyu Kim),이문진(Moonjin Lee),손남선(Nam-Sun Son),공인영(In-Young Gong),김미현(Mihyun Kim) 한국항해항만학회 2011 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.춘계

On 7 December 2007, the Hebei Spirit, a 260,000 dwt VLCC, anchored near Korea's Daesan Port, was collided with a passing crane-carrying barge Samsung1, which was under tow of two tugs Samsung T5 and Samho T3. In this study, the behaviour of Hebei Spirit at the time of the accident has been reproduced and analyzed by simulation. This study precedes the study for the investigation of any available countermeasures for Hebei Spirit to prevent the accident. The simulation has been done only for Hebei Spiri and the motion of Samsung barge is just given with recorded AIS data. Dynamic characteristics of Hebei Spirit have been modeled based on empirical data and her sea trial data. Effects of current, wave and wind are also estimateed using empirical formula. Considering uncertainty of environmental condition and control of Hebei Spirit, simulation has been done by varying engine control method and holding power coefficients of the anchor. Finally, based on simulations, the most plausible scenario on the state of anchor and engine control could cause real accidents.

관제사 의사결정 지원 시스템 개념 설계

김선영(Sun Young Kim),오재용(Jae-Yong Oh),김혜진(He-Jin Kim),손남선(Nam-Sun Son),이문진(Moonjin Lee) 한국항해항만학회 2010 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.추계

IMO에서 개발 중인 e-Navigation 전략 이행 계획에는 VTM(Vessel Traffic Management)을 핵심 요소들 중 하나로 포함시키고 있다. E-Navigation이 지향하는 VTM은 현재 VTS보다 다양하고 정확한 항행 정보를 선박에 제공하고 적극적 관제를 통하여 안전하고 효율적인 해상교통 흐름을 유지시키는 개념을 갖고 있다. IMO에서 계획하고 있는 VTM 기능을 구현하기 위해서는 VTS 운용 요원인 관제사들의 역할 및 능력이 VTM의 성공 여부를 좌우한다. 따라서, VTM의 구현을 위해서는 VTM에 있어서 관제사들의 역할과 관제사들의 VTM 수행을 위한 자질 능력 향상을 위한 교육 훈련 방안이 함께 논의되어야 한다. 본 연구에서는 e-Navigation 환경하에서 VTS 관제사가 안전하고 효율적인 VTM을 수행할 수 있도록 관제사를 지원하는 관제사 의사 결정 지원 시스템에 대한 개념 설계를 수행하였다. 본 논문에서는 관제사 의사결정 지원 시스템의 개념, 주요 기능, 구성 요소 및 이를 구현하기 위한 요소 기술들에 대해 기술하였다. VTM is regarded as a core element in e-Navigation under developing by IMO. IMO's e-Navigation aims for VTM which could provide more navigational information for ships and provide more active VTS services for safe and efficient marine traffic environment. To be successful for VTM under e-Navigation, VTS operator's experience and ability for carrying out VTM tasks are essential. In this study, Decision-making support system for VTS operators are designed conceptually which support VTS operators' VTM tasks by providing informations on traffic risk, and predicted behaviour of ships. This paper describes a designed system with design concept, main functions, main elements and necessary technologies to be developed.