1. 서 론

자율운항선박(MASS)의 개발은 현재 전 세계 해양산업 분 야의 가장 큰 이슈 중 하나이다(Lim and Lee, 2018). 현재 자 율운항선박 관련 기술은 개발 중에 있으므로, 실증 검증을 위한 시운전 안전절차서는 당직체제로 운항 중인 선박에 항 해보조기기로 탑재한 자율운항요소기술을 적용한 시스템의 해상 실증 시험을 위하여, 대한민국 연안의 해양환경보호와 항행 안전을 준수하면서, 관련 시스템의 시험이 안정적으로 수행할 수 있도록 개발 되어야한다(Choi, 2020).

자율운항선박 관련 해당 당국과 이해관계자들이 시스템 및 기반 시설에서 시험의 안전하고 해양환경보호와 관련하 여 적절하게 실시하기 위하여 국제해사기구(IMO)에서 제시한 자율운항선박 시험을 위한 임시지침(MSC.1/Circ.1604, Annex : Interim guidelines for MASS trials)을 바탕으로 작성되어야 한 다(IMO, 2019). IMO의 자율운항선박 시험을 위한 임시 지침 은 MASS 선박을 대상으로 하고 있으나, 관련된 자율운항요 소 기술의 개발 및 실증은 새로 건조되는 MASS에 국한하지 않고 당직체제로 기존 운항 중인 선박에 항해 보조 기기로 탑재하여 실증 단계를 거침으로써 자율운항요소기술 개발 단계를 단축할 수 있으며 현재 유인 체제로 운항 중인 대부 분의 선박과의 안전한 교행을 위한 효율적인 자율운항요소 기술 개발을 촉진할 수 있을 것이다(Park et al., 2020).

기존 운항선에 항해보조기기로 자율운항요소 기술을 설 치한 시스템 실증에 있어 주목해야 하는 부분은 다른 항해 기기와는 운항자의 의사 결정 과정이 기기에 의존하게 되는 자동항적제어 성능과 함께 타선과의 자동충돌회피 성능에 대하여 엄격한 기준 적용이 요구되며, 해상 시운전에 있어 자선과 타 선박의 항행 안전을 저해하지 않고, 항만 또는 관 제 수역에서 위해성이 발생하지 않도록 체계화된 안전관리 지침서의 작성과 적용이 필요하다(Choi et al., 2018). 대한민 국 연안에서 길이 100 m 이상의 운항 중인 대형 선박에 항해 보조기기로 자율운항요소기술을 적용한 시스템의 설치 및 실증을 위하여 이 지침서에 수록된 절차에 따라 인명과 선 박의 안전 확보, 항해 시스템의 보호, 항행 안전을 확보해야 하며 적절한 검증 과정이 수반되어야 한다.

본 연구의 안전관리 절차서는 자율운항선박(Maritime Autonomous Surface Ship, MASS) 기술 개발 및 실증을 위한 산학 과제로서 목포해양대학교와 삼성중공업이 함께 참여 한 연구가 안전하게 실시되어 질수 있도록 안전관리 절차서 를 개발하였다. 자율운항선박의 관련 해당 당국과 이해관계 자들이 시스템 및 기반 시설에서 시험의 안전 및 해양환경 보호와 관련하여 적절하게 실시하기 위하여 국제해사기구 (International Maritime Organization, IMO)에서 제시한 자율운항 선박 시험을 위한 지침(MSC.1/Circ.1604, Annex : Interim guidelines for MASS trials)에 의거하여 개발 하였다. 개발된 안전관리 절차서는 당직체제로 운항 중인 선박에 항해보조기기로 탑 재한 자율운항요소기술을 적용한 시스템의 해상 실증 시험 을 위하여, 대한민국 연안의 해양환경보호와 항행 안전을 준수하면서, 관련 시스템의 시험이 안전하고 안정적으로 수 행할 수 있도록 개발되었다.

2. 국내 및 IMO 관련 지침 및 관련법 검토

2.1 용어 정의

2.1.1 자율운항요소기술

자율운항요소기술이란 해상 물체/선박 및 해상 환경과 관 련된 선박의 외부상황과 선박 운항/운동과 관련된 내부 상 황을 인식하기 위한 데이터 수집 및 분석 시스템과 자동항 적제어․자동충돌회피제어 시스템을 구성하고 있으며 기능 측면으로 분류할 수 있는 기술을 말한다.

2.1.2 전문기관

전문기관이란 선박 운항에 관한 직접적인 전문 해기 교육 과 연구, 해상교통안전 진단을 수행할 수 있는 학교나 단체 를 말하며 각 전문성을 가진 학교나 단체가 연합하여 통일 된 전문기관을 형성할 수 있으나 이 경우 책임 있는 대표 전 문기관이 명시되어야 한다.

2.1.3 자율수준

국제해사기구에서 정의하는 자율운항선박의 자율화 수준 은 아래와 같이 총 4개의 수준으로 분류되어진다.

본 연구에서 개발한 절차서의 자율운항선박의 자율수준 은 시스템의 의해서 데이터가 수집․분석되고 그에 따른 의 사 결정 및 실행도 시스템에 의해 수행되어 시스템에 의한 의사 결정에 대한 운영자의 확인이 반드시 요구된다. 운영 자 확인이 선행되지 않을 경우 해당 의사결정 사항을 철회 되고 운영자의 대응이 필요한 자율수준이다. 단 자율운항요 소기술 해상 실증 시험에서 한시적으로 시스템의 의해서 데 이터가 수집/분석되고 그에 따른 의사 결정 및 실행도 시스 템에 의해 수행될 경우 자율수준이 진행될 수 있으나 유인 당직체제 운항 중인 선박이므로 시스템에 의한 의사 결정 및 그 실행에 대한 정보는 운영자가 항시 모니터링하고 비 정상 운용에 대하여 즉각적인 대응이 가능한 수준이다.

2.1.4 자율운항모듈

자율운항모듈이란 자율운항요소기술을 구성하는 단위기 기를 의미하며 데이터 수집 및 분석 시스템, 자율운항시스 템, 통신시스템 및 선외지원시스템으로 크게 분류된다. 자율 운항모듈의 단순기능시험은 운항선의 제어 시스템과 직접 연계되지 단위기기의 독립된 기능을 의미하며 장소와 시간 의 제약을 받지 않고 시험이 가능하나 복합기능시험 전에 검증이 되어야 한다. 복합기능시험은 기존 항해기기와 자율 운항모듈 간의 적합한 인터페이스 기능을 시험하는 단계로 정박 중 사전 시험 단계를 거쳐, 안정적으로 운항선의 항해 상태를 유지할 수 있는 환경에서 항해 중 감시 상태에서 선 박을 제어하는 수준의 시험이며 통합기능시험 전 검증이 완 료되어야 한다. 통합기능시험은 자동항적제어 성능과 함께 타선과의 자동충돌회피성능을 시험하기 위하여 시운전 설 정 수역에서 선박 운영자, 시스템 개발자 및 전문기관에 의 해 협의 검토된 시나리오에 따라 자동항적제어 성능과 함께 타선과의 자동충돌회피성능 시험을 의미한다.

2.2 원칙과 주요 목적

기존 운항선에서 자율운항요소기술을 시험하는 선박은 국제해사기구의 의무적인 협정서에 대한 면제는 적용되지 않으며 관련 규정을 준수하면서 시험의 목적, 시험 중 선박 에 설치된 시스템의 예상할 수 있는 능력과 한계, 그리고 시험에 적용된 위험 통제수준 등을 고려해야 한다. 전문기 관에서는 국제해상충돌예방규칙(International Regulation for Preventing Collision at Sea, COLREG) 에 의거하여 통항규칙과 기존 선박운항자의 항행 관습과 분석한 결과를 근거로 자율 운항요소기술의 자동충돌회피 알고리즘에 대한 분석과 검 증을 수행하여 당직체계로 운항 중인 운항선박의 위험 요인 을 완화하거나 저감시킬 수 있도록 고려해야 한다.

자율운항요소기술 시험은 해당 기구에서 제시하는 동등 이상의 안전, 보안 및 해양환경보호 수준을 확보하는 방식 으로 수행되어야 하며, 운항해역, 해역조건, 선박의 운항 상 태, 시스템의 안전한 운용을 위해 운용 요건을 문서화하고 아래 항목들에 대한 정보를 명시하여야 한다.

2.2.1 위험 관리

자율운항요소기술 시험은 안전, 보안 및 해양환경보호에 관련된 위험 요소들을 다루어야 한다. 시험과 관련된 위험 요소들이 적절하게 식별되어야 하며 합리적으로 실행 가능 하고 수용할 수 있을 정도로 위험 요인을 낮출 수 있는 기준 이 마련되어야 한다. 위험도 평가 결과를 근거로 예측 가능 한 사고나 실패의 충격을 줄이기 위하여 적절하고 효과적인 비상계획 및 대책이 수립되어야 한다. 시험의 안전도를 지 속적으로 평가해야 하며, 안전 조건을 초과하게 되면 시험 을 보류하거나 중단해야 한다.

2.2.2 자율운항요소기술 시험에 참여하는 인력의 배치 및 자격

자율운항요소기술 시험을 하는 운항선은 당직체제로 상 시 시스템 감시가 유지되어야 하며 당직에 임하는 해기사에 대한 사전 교육이 선행되어야 한다. 복합기능시험과 통합기 능시험을 진행하는 과정에서는 운항선의 선장이 직접 선교 를 지휘하여야 한다. 선박 운항과 직접적인 관련이 없는 시 스템 개발자는 선박에 승선하거나 또는 원격 운용 자율운항 요소기술 시험에 있어 선박을 운용할 수 있는 적절한 자격 이 주어지기 위하여 관련 시스템 개발에 참여하거나 교육을 받은 선박직원법의 1급해기사 자격이 있는 선장 입회하에 시험에 참여하여야 한다. 원격 또는 승선 여부에 관계없이 자율운항요소기술 시험에 관련된 모든 인적 자원은 자율운 항선박 시험을 안전하게 수행할 수 있는 적절한 교육, 자격, 연구 실적 또는 개발 경험을 갖추어야 한다.

운항 중인 선박에 자율운항요소기술을 안전, 보안, 해양환 경 친화적으로 시험하기 위하여 인적 요소가 적절하게 배치 되어야 한다. 인간 중심 설계와 자동화의 조화가 자율운항 기술의 핵심 요소이기 때문에 시험에 있어 인적 시스템 인 터페이스가 우선 고려되어야 한다.

2.2.3 시험의 안전한 수행을 위한 기반시설

안전과 보안, 해양환경 친화적 자율운항요소기술 시험 환 경을 제공하기 위하여 통합기능시험 최적 시운전 해역을 전 문기관에서 검토 설정해야 한다. 이와 관련하여 시스템, 기 술 및 시험의 실패의 영향을 완화하기 위한 적절한 전략이 구현되어야 한다. 이러한 전략에는 비상사태에 대응할 수 있는 능력이 포함되어야 한다. 선박의 성능과 자동화된 시 스템에 관한 판단의 기초와 연관된 정보는 원격 또는 승선 여부에 관계없이 자율운항요소기술 시험과 연계된 사람들 이 이용할 수 있어야 한다.

2.2.4 시험의 인지

자율운항요소기술 통합기능시험에 있어 잠재적으로 영향 을 받을 수 있는 주변 선박, 해양교통안전관리공단, 해상관 제센터, 해양경찰이 시운전 수역에 관하여 인식할 수 있도 록 국립해양조사원의 사전위험 고지제도를 활용하여 합리 적인 조치가 취해져야 한다.

2.2.5 통신 및 사이버 위험 관리

시험의 안전한 수행을 위해 이중화를 포함하여 통신 및 정보 교환을 위한 적절한 수단이 제공되어야 한다. 자율운 항요소기술 시험을 수행할 때 사용되는 시스템 및 육상기반 시설의 충분한 사이버 위험 관리를 확보하기 위한 적절한 조치가 취해져야 한다.

2.2.6 시운전 해역의 설정

해사안전법, 해사안전법시행규칙, ^「해양수산부령으로 정 하는 시운전_」, ^「대통령령으로 정한 시운전금지해역의 범위_」 등의 국내법을 검토하여 자율운항요소기술 자동항적제어· 자동충돌회피제어 성능을 실증할 수 있는 안전한 시운전 해 역 범위를 운항선 선장에게 제시한다. 해양수산부령으로 정 하는 시운전의 정의는 아래와 같다.

여 다른 선박의 항행안전을 저해할 우려가 있는 시운전 Fig. 1은 대한민국 영해선, 영해 기선 및 시운전 금지해역 을 나타낸다.

시운전 해역 선정 시 추가 고려 사항은 아래와 같으며 운 항선선장이 최적의 해역을 선정할 수 있도록 해상 교통량 분석 자료를 제시해야 한다. 이러한 분석 자료들은 향후 시 운전 금지 해역 이내의 실제 항로 투입 실증시험에도 참조 가 될 수 있다. 또한 아래와 같이 항행 경보 사항들을 시운 전 해역의 해당 여부를 확인해야한다(Fig. 2).

3. 안전관리절차

당직체제로 기존 운항 중인 선박에 자율운항요소기술 실 증시험을 대한민국 한국연안에서 안전하고 안정적으로 수 행하기 위하여 안전관리절차가 작성되고 준수되어야 한다.

3.1 시스템개발자 위험관리

자율운항모듈의 위험도 평가 고려사항은 아래와 같으며 운 항선 실증시험 필요 시 문서화하여 제공될 수 있어야 한다.

시스템 개발자는 개발 중이거나 개발된 자율운항모듈에 대하여 한국선급 자율운항선박 지침에 상응하는 위험도기 반 설계가 적용되어야 하며, 운항선에 자율운항모듈 설치 및 안전 책임은 시스템 제공자에 있다(KR, 2020a). 해당 선급 의 규정에 적합해야 하고, 설치 과정, 상태 및 정상 작동 여 부는 선장과 기관장 또는 업무가 위임된 지정된 해기사가 아래 사항들을 확인하여야 한다.　

자율운항요소기술의 실증을 위하여 시스템 개발자는 단 순기능, 복합기능, 통합기능시험항목과 기능 정의를 열거한 목록을 Fig. 4와 같은 서식에 제시하여야 한다. 운항선에서는 이를 활용하여 시운전 금지 구역 내에서 수행할 수 있는 자 율운항요소기술의 기능을 분류하고 안전성 및 신뢰성 기반 선박 운용 계획 및 실증시험에 반영하도록 한다.

자율운항요소기술의 원격제어 성능을 검증하기 위해서 데이터 통신을 사용하는 경우 ^「해상 사이버 보안 형식승인 지침_」 과 ^「제조법 및 형식승인 등에 관한 지침 3장 23절_」 에 준하는 조치가 취해져야 하고, 필요한 경우 사이버보안 형 식승인 및 형식승인을 받아야 한다. 시운전 중 야기될 수 있 는 사이버 위험을 완화하기 위하여 다음 사항이 고려되어야 한다(KR, 2020b;2020c).

당직체계로 운항 중인 현재 항행 환경에서 운항선의 자율 운항요소기술 적용에 따른 시스템 및 기능에 대한 안정성과 신뢰성을 확보하기 위해 전문기관에서 알고리즘 분석 및 적 합성 연구에 필요한 자료 요청 시, 시스템 개발자는 아래의 자율운항요소기술 시스템에 관한 알고리즘 및 실적자료를 제시하여 시스템의 고도화 개발에 반영하여야 한다.

운항선에 설치된 데이터 수집 장치 및 자율운항모듈의 철 거 또는 존치는 선박소유자와 시스템 개발자의 협의로 결정 한다. 존치의 경우 시스템 개발자가 자율운항모듈을 정부당 국 인증기관을 통해 자율운항모듈의 형식 승인 단계를 통해 최신화하지 않은 상태에서는 운항선에서 항해보조기기로만 사용될 수 있으며 기존의 항해당직체계를 유지하여야 한다.

3.2 전문기관 위험관리

3.2.1 운항선의 항해계기 정밀도 및 안정성 확보

운항선 항해 계기는 IMO 성능기준에 만족한 상태로 탑재 설치된 것으로 되어 있고 운항자는 제조자 기준에 의거 정 상 작동 상태는 확인할 수 있다. 실시간 연동되어 정밀도가 요구되는 자율운항모듈 항해에 따른 안전성과 신뢰성을 확 보하기 위해 운항선에 탑재되어 있는 항해계기 핵심 장비에 대하여 각 기기의 정밀도 값을 계측하여 IMO 성능기준 만족 여부를 확인한다. 대표적으로 아래의 항해계기에 대한 성능 기준 평가가 있다.

3.2.2 자율운항요소기술 검토

자율운항요소기술 통합기능 실증 시나리오를 검토하여 운항선 선장 및 시스템 개발자와 공유해야 한다. 공유해야 할 사항들은 아래와 같다.

자율운항요소기술 알고리즘 적합성을 연구하여 시험의 목적, 시험 중 선박에 설치된 시스템의 예상할 수 있는 능력 과 한계, 그리고 시험에 적용된 위험 통제수준 등을 아래와 같이 고려해야 한다.

3.3 해상 실증 시운전을 위한 운항선 대응 업무

기본적으로 승인되어 있는 운항선의 안전관리치제(Safety Management System, SMS), 비상 계획(Contingency Plan) 등 국 제법과 국내법을 수용한 규정과 안전 증서들은 유효하게 적 용되며 자율운항요소기술 통합기능 실증 시운전을 위한 승 선인원의 증가에 따른 안전설비 추가, 교육, 관련 기록 등이 수행되어져야 한다.

3.3.1 안전설비 및 거주시설

안전설비 및 거주시설 수용 여부를 위하여 아래 사항들을 확인하고 조치한다.

3.3.2 항해 및 정박 당직 체제

항해 및 정박 당직 체제를 유자하고 아래 사항들을 확인 하고 실시해야 한다.

3.3.3 자율운항 요소기술 통합기능시험의 시작과 종료

선장의 선교 입회하에 수행하며 시스템에 의한 선박 제 어 시에도 상시 감시 체제를 갖추어야 하며, 예상된 위험도 보다 위험도가 증가할 시 즉각 운항자 제어 기능으로 변경 해야 한다. 실증시험은 아래의 순서로 진행한다.

3.4 시험의 인지 및 해당기관 통보

자율운항요소기술 시험과 연계된 시스템 개발자, 전문기 관, 운항자는 실증 시험의 일정 및 결정된 시나리오에 관한 정보를 공유해야 한다. 자율운항요소기술 통합기능시험 일 정이 결정되면 운항자는 국립해양조사원의 사전위험 고지제 도를 활용하고 해양교통안전관리공단, 해상관제센터, 해양경 찰이 시운전 수역에 관하여 인지할 수 있도록 통보한다.

3.5 데이터 통신 및 사이버 위험 관리

자율운항요소기술 시험을 수행할 때 사용되는 시스템 및 육상기반 선외 지원 시스템과 선박자체의 선박 운항과 관련 한 데이터와 사이버 위험관리를 독립하여 사이버 위험 관리 를 확보하기 위한 적절한 조치를 취한다.

4. 결 론

본 연구는 목포해양대학교와 삼성중공업이 함께 참여한 연구인 스마트 자율운항선박 기술 개발 및 실증을 안전하게 실시 가능토록, 국내 및 IMO의 관련 가이드라인 및 해사 관 련법 검토를 거쳐 안전관리 절차서를 개발하였다. 안전관리 절차서는 자율운항선박의 관련 해당 당국과 이해관계자들 이 시스템 및 기반 시설에서 시험의 안전 및 해양환경보호 와 관련하여 적절하게 실시하기 위하여 IMO에서 제시한 자율 운항선박 시험을 위한 지침(MSC.1/Circ.1604, Annex : Interim guidelines for MASS trials)의 의거하여 개발 하였다.

국제해사기구에서 제시한 자율운항선박 시험을 위한 지 침의 10개 항목 사항을 토대로 본 연구의 안전관리절차서 작성 하였으며, Table 1은 안전관리절차서의 10개 항목의 반 영되어진 각 항목을 보여준다. 개발된 안전관리 절차서는 당직체제로 운항 중인 선박에 항해보조기기로 탑재한 자율 운항요소기술을 적용한 시스템의 해상 실증 시험을 위하여, 대한민국 연안의 해양환경보호와 항행 안전을 준수하면서, 관련 시스템의 시험이 안전하고 안정적으로 수행할 수 있도 록 개발되었다. 또한, 향후 목포해양대학교 실습선인 세계로 호 활용한 시운전 진행과 함께 작성되어진 안전관리 절차서 의 보완요소 발견 및 개선에 대한 연구가 진행되어야한다.