1. 서 론

자율운항선박(MASS : Maritime Autonomous Surface Ships) 은, 고도의 자율도를 가지고, 계획된 경로를 따라 자율 운항 하면서, 운항중 충돌위험이 있는 장애물과 조우할 경우, 자 동으로 이를 인식하고 회피하는 기능을 보유한 선박이다. 자율운항선박의 자율도에 따라 다르기는 하지만, 현재 개발 중인 대부분의 자율운항선박은 완전 무인으로 운영되는 것 은 아니며, 최소한의 승무원이 탑승하여 최소한의 선박 운항 을 담당하고, 필요시 육상원격제어센터(SRCC : Shore Remote Control Center)에서 선박의 운항에 직접 개입할 수 있다(Roh et al., 2020;Lee, 2018;Ottesen, 2015;Barthelsson, 2017, MacKinnon et al., 2015).

따라서, 유사시 자율운항선박을 원격 제어해야 하는 육상 원격제어사에 대한 관심도 증가하고 있으며, 기존의 항해사 에 대한 교육훈련과는 다른 개념의 교육훈련이 필요하다는 연구결과가 지속적으로 발표되고 있다(Lee et al., 2019;Hwang and Youn, 2022).

본 연구에서는 이러한 자율운항선박의 운항을 육상에서 모니터링하고 유사시 원격제어하는 역할을 담당할 육상원 격제어사(SRCO : Shore Remote Control Officer)의 교육훈련에 필요한 시뮬레이터 시스템의 운용개념과 이를 가능하게 하 기 위한 요구기능에 대해 검토하였다.

2장에서는, 자율운항선박의 개념과 운항구간, 선원의 역 할, 육상원격제어센터의 운용개념과 육상원격제어사의 개 념, 그리고 육상에서 자율운항선박에 원격으로 개입하는 ESRC(Emergency Situation for Remote Control) 상황 등에 대해 고찰하였다. 3장에서는 이러한 육상원격제어센터의 운용상 황 모의를 가능하게 하기 위해, 육상원격제어 시뮬레이터 시스템이 갖추어야 할 요구기능에 대해 고찰하였다.

2. 육상원격제어센터 운용개념 분석

2.1 자율운항선박 개념

IMO(MSC, 2021)에서는 자율운항선박의 자율도(DoA : Degree of Autonomy)를 4가지 등급으로 분류하였다. 본 연구에서 다 루는 자율도 2등급 수준의 자율운항선박은 완전 무인으로 운용되는 것은 아니며, 최소한의 승무원이 탑승하여 선박 운항을 담당하고, 필요시 육상원격제어센터에서 선박의 운 항에 직접 개입할 수 있다.

선박 운항 관점에서 자율운항선박은, 경로 자동생성 기능, 경로 자동추종 기능, 장애물 인식 기능, 충돌 회피 기능을 보유하고 있는 것으로 가정한다. 이외에도, 육상원격제어센 터에 본선의 운항정보를 지속적으로 제공하고, 필요시 육상 원격제어센터의 원격제어를 받는 기능, 본선 주변에서 운항 하는 선박, VTS, Local Pilot 등과 직접 통신하거나, 육상원격 제어센터가 이들과 통신(음성 및 Data)할 수 있도록 중계하 는 기능을 보유하고 있다고 가정한다.

2.2 자율운항선박 운항 구간

자율운항선박의 운항 구간은, 운항환경이나 통항 여건에 따라 부두~P/S(Pilot Station) 구간, P/S~연근해 구간, Open Sea 구간 등으로 Fig.1과 같이 구분할 수 있다.

각 운항 구간에서 자율운항선박이 어느 정도의 자율도를 가지고 운항할지, 그리고 본선 선원이 어느 정도 개입할지 에 대해서는 아직 정의된 것이 없으며, 이러한 문제가 해결 되기 위해서는 향후 법적, 제도적 정비도 수반되어야 할 것 으로 보인다.

본 연구에서는, 자율운항선박의 전체 운항구간중 통신이 상대적으로 원활한 연안해역(부두 ~ 연근해 구간)만을 대상 으로, 육상원격제어센터가 자율운항선박의 운항에 적극 개 입할 수 있다고 가정하고, 이러한 기능을 모의할 수 있도록 개발한다.

육상원격제어센터가 기존의 연안 VTS 센터의 기능과 통 합될 가능성도 있으나, 본 연구에서 검토하는 육상원격제어 센터의 기능은 VTS와의 통합 여부에 큰 영향을 받지 않을 것으로 판단하여, 본 검토에서는 이러한 통합은 고려하지 않았다.

2.3 자율운항선박 선원의 역할

IMO에서 정의한 자율도 2 등급 수준의 자율운항선박에는 선원이 승선하지만, 일반 선박보다 소수의 선원이 탑승해 있을 가능성이 높으며, 제한된 선원으로 장기간의 항해를 모두 담당하는 근무 일정을 수립할 경우 국제해상노동규정 등에 위반될 수 있다. 따라서, 육상원격제어센터와 본선 선 원이 함께 구성된 당직 근무 방식으로 운용될 가능성이 높 으나, 이는 향후 관련 법령에서 검토되어야 할 사항이다. 자 율운항선박 승선 선원의 업무 범위는 현재 정의된 것은 없 으며, 이 역시 추후 법령으로 정해질 것으로 보인다.

본 연구에서는, 자율운항선박 선원과 육상원격제어센터와 의 업무 분담은 고려하지 않고, 필요시 육상원격제어센터에 서 자율운항선박을 완전히 원격제어한다는 개념으로 검토 를 진행한다. 즉, 현재 계획중인 육상원격제어 시뮬레이터 시스템에서는 육상원격제어사가 자율운항선박 선원과 협업 하는 상황은 고려하지 않는다.

2.4 자율운항선박 육상원격제어센터(SRCC)

육상원격제어센터는, 다수의 자율운항선박을 대상으로, 그 운항상황을 원격으로 종합 모니터링하며(Monitoring Station 기능), 필요시 육상원격제어사를 통해 특정 자율운항선박의 운항에 개입하여 선박운항에 필요한 다양한 조작을 원격으 로 수행한다(Control Station 기능).

육상원격제어센터의 기능에 대한 공식적인 정의나, 기능 을 구체적으로 정의한 문서는 아직 많지 않으며, 본 연구에 서는 최근 한국선급과 목포해양대학에서 정립한 개념(Korean Register and Mokpo Narional Maritime Univ., 2022)을 바탕으로 육상원격제어센터의 기능을 정의하되, 주로 선박 운항 측면 에 초점을 맞추어 진행한다.

육상원격제어센터의 외부와의 인터페이스 개념은 Fig. 2 에 도시되어 있다(MacKinnon et al., 2015). 이러한 개념에 따 르면, 육상원격제어센터는 자율운항선박을 포함한 다수의 주체와 Communication(음성 및 Data)할 수 있어야 한다. 육상 원격제어센터의 주요 기능은,

2.4.1 Monitoring Station

육상원격제어센터 Monitoring Station의 개념은 MUNIN 연 구결과에 비교적 자세하게 기술되어 있으며(MacKinnon et al., 2015;Barthelsson, 2017;Ottesen, 2015;Bruhn et al., 2013), 본 연구에서는 이를 참조하여 Monitoring Station의 기능을 다음 과 같이 검토하였다.

2.4.2 Control Station

육상원격제어센터 Control Station의 주요 기능 및 운용개 념은 다음과 같이 검토하였다.

2.5 ESRC 상황

육상원격제어센터에서, 원격지에서 운항중인 자율운항선 박에 아무 때나 임의로 개입할 수 있는 것은 아니고, 다음과 같은 ESRC(Emergency Situation for Remote Control) 상황에서만 개입하는 것으로 한다(Jeong and Yim, 2020;Yim, 2021).

2.6 자율운항선박 육상원격제어사(SRCO)

육상원격제어사의 정의는, “육상원격제어센터에서 자율 운항선박의 상황 감시, 자율운항선박 시스템의 개선 및 관 리, 자율운항선박의 원격제어 업무를 담당하는 사람”으로 되어 있다(Korean Register and Mokpo Narional Maritime Univ., 2022).

육상원격제어센터에서 근무하는 육상원격제어사(SRCO : Shore Remote Control Officer)는, 평상시 다수의 자율운항선박 의 운항상황을 모니터링하며, 필요시 특정 선박을 원격으로 제어하는 역할을 수행한다. 육상원격제어사의 조직은 책임 육상원격제어사와 육상원격제어사로 구성된다.

육상원격제어센터에서 관리하는 자율운항선박 선단 규모 에 따라 1인의 책임육상원격제어사가 다수의 육상원격제 어사를 관리 및 감독한다. 육상원격제어사의 업무 수행절차 를 흐름도로 표시하면 Fig. 3과 같다(Korean Register and Mokpo National Maritime Univ., 2022).

3. 육상원격제어 시뮬레이터 요구 기능 분석

3.1 시뮬레이터 요구 기능

육상원격제어 시뮬레이터(SRCS : Shore Remote Control Simulator)는 육상원격제어센터에서 다수의 자율운항선박의 운항상황을 모니터링하고 필요시 원격제어를 수행하는 육 상원격제어사(Shore Remote Control Officer)의 교육훈련을 위 한 장비이다. 따라서, 육상원격제어사가 실제 조우할 가능성 이 있는 다양한 상황에 대한 교육훈련이 가능하도록 구성되 어야 한다. 즉, SRCS는, 육상원격제어센터의 주요 기능과 성 능이 모두 구현되도록 구축되어야 하며, 육상원격제어센터 의 주요 제어대상인 자율운항선박의 운항상황과 자율운항 선박의 운항에 영향을 미칠 수 있는 다양한 객체의 재현, 그 리고 다양한 상황을 설정할 수 있는 종합통제시스템이 구축 되어야 한다. 이를 위해, 2장에서 기술한 육상원격제어센터 에 대한 운용개념을 기반으로, SRCS가 가져야 할 요구기능 을 분석하고 이에 따른 시스템 초기 설계를 수행하였다. 구 체적으로는 Table 1과 같은 단위 기능들을 구축하고, 이를 통합하는 Simulator 시스템을 설계하였다.

육상원격제어 시뮬레이터 시스템의 전체 구성은 Fig. 4와 같이 설계하였다.

3.2 Monitoring Station Simulator 요구 기능

육상원격제어센터의 Monitoring 기능 모의를 위해, 복수 의 육상원격제어사가 다수의 자율운항선박 운항상황을 모 니터링하는 상황을 모의할 수 있는 MSS(Monitoring Station Simulator)가 필요하다. 아울러, 다수의 육상원격제어사간 협 업, 책임 육상원격제어사의 역할 모의 등을 위해, 복수의 Monitoring 콘솔과 책임 육상원격제어사용 콘솔이 있어야 한 다. 이러한 최소한의 기능 목적 달성을 위해 Monitoring Station Simulator는 다음과 같이 구성하였으며, 구성 개념도는 Fig. 5 에 도시되어 있다.

3.2.1 EASS

EASS(Entire Area Survelliance System)는 육상원격제어사 모 두가 볼 수 있도록 벽면에 부착된 대형 모니터 형태이며, 현 재 모니터링중인 모든 자율운항선박과 그 주변에서 운항중 인 타 선박이 모두 전시되어야 한다.

3.2.2 SRCO용 Monitoring 콘솔

Monitoring 콘솔 1 set당 1명의 육상원격제어사가 할당되 며, 1대의 콘솔을 이용하여 다수의 자율운항선박의 운항상 황을 모니터링할 수 있어야 하고, 할당된 모든 자율운항선 박의 운항상황과 현재 집중 모니터링중인 자율운항선박(이 하 tMASS로 표현)의 운항상황을 동시에 파악할 수 있어야 한다. Monitoring 콘솔의 화면은 Fig. 6과 같이 구성된다. 이러 한 화면 구성은 일례이며, 필요에 따라 다른 화면으로 대체 될 수 있다.

종합 Dashboard는, 현재 Monitoring 콘솔에 할당된 전체 자 율운항선박의 운항상황을 직관적으로 파악할 수 있도록 구 성되어야 한다. 현재 할당된 전체 선박의 리스트와 각 선박 의 현재 상황(정상, 주의, ESRC, 통신두절/불량 상황 등)을 색상 등으로 직관적으로 표시하여야 한다. 각 선박중 현재 집중 모니터링 중인 자율운항선박(tMASS)를 식별하여 표시 하고, tMASS는 육상원격제어사가 설정한 일정 시간 간격으 로 자동으로 변경되거나 혹은 육상원격제어사의 선택에 의 해 임의의 자율운항선박을 집중 모니터링 대상 선박으로 지 정할 수 있어야 한다. 종합 Dashboard의 화면 구성예는 Fig. 7 과 같다.

나머지 5개의 화면에는, 현재 집중 모니터링중인 자율운 항선박(tMASS)의 운항상황을 직관적으로 파악할 수 있도록 구성되어야 한다. 특정 Dashboard에는, tMASS의 현재 상황이 전시되고, 주의 혹은 ESRC 상황일 경우, 해당 상황을 보다 자세히 파악할 수 있는 정보가 전시되어야 한다. ECDIS에는 현재 tMASS의 위경도 정보를 기반으로 ENC 기반의 전자해 도 화면이 전시되어야 한다. NID화면에는, tMASS의 다양한 운항정보가 전시되어야 한다. CCTV 화면에는, tMASS의 선 수 정면에 대한 영상이 전시되어야 하며, 육상원격제어사의 선택에 의해, tMASS에 설치된 다른 CCTV나 Camera의 영상 도 전시될 수 있어야 한다.

통신 화면에는, tMASS 주위의 타 선박이나 VTS센터 등 tMASS의 운항에 영향을 미칠 수 있는 다양한 객체와 Data 혹은 Handset을 이용한 음성 통신 기능이 있어야 한다.

3.2.3 Senior SRCO용 콘솔

Senior SRCO는, 자율운항선박의 운항 및 선체, 기기 이상 시 원격 개입 여부를 판단하고, 개입이 필요하다고 판단되 면, CSS에서 원격제어를 수행한다. Senior SRCO 콘솔은 다음 과 같은 기능을 보유한다.

3.3 Control Station Simulator 요구 기능

Control Station에서는 자율운항선박에 대한 원격제어가 가 능하도록 모든 정보가 제공되고 또한 적절한 제어 기능이 제공되어야 한다. Control Station의 구성에 대해서는 국제적 으로도 아직 명확하게 표준으로 정의된 것은 없고, 현재 개 념설계 수준의 시스템이 발표된 바 있다(Roh et al., 2020). 본 검토에서는, SRCO 1인 제어가 가능한 형태의 Console로 구 성되도록 하였다.

Monitoring Station에서 집중 관찰 대상 자율운항선박 (tMASS)으로 설정되면, 해당 선박의 정보가 Control Station에 전시되어야 한다. 하지만, 아직 원격제어 대상선박(cMASS) 은 아니며, 책임 육상원격제어사가 집중 관찰 대상 선박 (tMASS)을 원격제어대상 선박(cMASS)으로 지정하면, 이후 cMASS에 대한 제어가 가능하다.

Control Station에 할당된 cMASS의 원격조종이 가능한 상태 가 되면, Ready 신호를 발생시켜 책임 육상원격제어사 콘솔로 전송하고, Control Station에도 현재 본 선박이 원격제어 Mode 에 있음을 쉽게 식별할 수 있는 신호가 점등되어야 한다.

Control Station Simulator 시스템에는, 이러한 기능 모의를 위해 다음과 같은 정보가 제공되어야 한다.

3.4 통신 상황 모사 요구 기능

육상원격제어센터는 자율운항선박과 기존의 통신망을 이 용하여 Data 혹은 음성 통신을 수행할 것으로 예상된다. 통 신 비용 문제 혹은 기술적인 문제 등으로, 육상원격제어센 터와 자율운항선박간 통신속도나 대역폭이 상황에 따라 변 할 수 있으며, 육상원격제어 시뮬레이터 시스템 구현시 자 율운항선박 - 육상원격제어센터간 통신속도 혹은 통신상태 를 임의로 설정하여, 통신이 두절되는 상황 혹은 기술적인 문제로 최소한의 Data만 통신되는 상황 등의 재현이 가능하 여야 한다.

육상원격제어센터에서는, 특정 자율운항선박은 물론, 자 율운항선박 주위의 유인선(다른 자율운항선박 포함), 자율운 항선박이 운항하는 해역의 VTS Center 등과 음성통신할 수 있어야 하며, 육상원격제어 시뮬레이터 시스템에서도 이러 한 기능이 모의되어야 한다.

3.5 자율운항선박 시뮬레이터(MaS) 요구 기능

육상원격제어센터에서 모니터링하고 통제하는 대상이 되는 자율운항선박의 운항상황을 모의하는 MaS(MASS Simulator)는 다양한 자율운항선박의 운항상황을 재현할 수 있어야 한다.

MaS는, 주어진 자율운항경로를 추종하며, 본선과 충돌위 험이 있는 장애물이 존재할 경우, 자동으로 충돌을 회피하 고 다시 경로로 복귀하는 자율운항선박의 기본적인 성능을 재현할 수 있어야 한다.

다양한 자율운항선박의 운항상황 모사를 위해, 본 설계에 서는 총 3 Set의 MaS가 설치되며, 각 Set는 다음과 같이 구성 되며, 필요시 유인통항선(TsS)의 역할도 담당할 수 있도록 구성된다.

본 연구에서 구축 예정인, 독립적으로 운용가능한 MaS시 스템의 개수는 최대 3개이지만, Monitoring Station 시뮬레이 터에서 수십 척 이상의 다양한 자율운항선박 운항상황을 모 의할 수 있도록, 나머지 자율운항선박의 운항상황은 종합통 제 시스템에 내재된 별도의 간략한 자율운항 Algorithm을 이 용하여 재현할 수 있도록 하였다.

3.6 통항선박 시뮬레이터(TsS) 요구 기능

원격제어 대상 자율운항선박(cMASS) 주변에서 운항중인, 다른 선박의 운항상황을 모의하는 Traffic Ship Simulator(TsS) 는 다양한 선박의 운항상황을 재현할 수 있어야 한다. TsS의 운항상황은 다음과 같이 3 종류로 재현할 수 있다.

는 일반 Traffic Ship – 자율운항 혹은 IOS에서 제어

위 (1) 및 (2)는 cMASS 주위에서 운항하는 통항선박의 거 동을 현실감있게 재현함으로써, 보다 다양하고 정교한 상황 을 부여하기 위한 용도로 활용 가능하며, (3)은 자율운항선 박의 운항에 통상적인 영향을 미치는 일반적인 통항선으로 활용할 수 있다.

3.7 기타 객체 시뮬레이터(EtS) 요구 기능

원격제어 대상 자율운항선박의 운항에 영향을 미칠 수 있 는, 다음과 같은 다양한 객체들의 기능을 모의할 수 있어야 한다.

3.8 종합 통제 시스템 요구 기능

3.8.1 HW적 기능

시뮬레이터 시스템의 종합통제(IOS: Instructor Operation Station) 시스템은, Monitoring Station 및 Control Station 시뮬레 이터 시스템 등 단위 시스템 전체에 대한 통제가 가능하도 록 다음과 같이 구성된다.

3.8.2 SW적 기능

시뮬레이터 시스템의 종합통제(IOS) 시스템은, 전체 상황 에 대한 종합 통제가 가능하도록 다음과 같은 기능을 가져 야 한다.

3.9 DataBase 요구 기능

3.9.1 해역 DataBase

해역 DataBase는, 다양한 해역에서의 발생할 수 있는 상황 에 대한 교육훈련이 가능하도록, 국내외 해역 DB가 각각 제 작되어야 한다.

3.9.2 자율운항선박 및 통항선박 DataBase

다양한 선종과 선형특성에 대한 교육훈련이 가능하도록 자율운항선박은 다양한 선종으로 선정한다. 자율운항선박 DB의 운동 특성에는, 자율운항 기능이 포함되어야 한다.

자율운항선박의 운항에 영향을 미치는, 일반 상선, 해군/ 해경 함정, 중소형 어선, 기타 선박 등 다양한 통항선박 DB 가 구축되어야 한다.

4. 맺음말

본 논문에서는, 자율운항선박과 함께 출현할 것으로 예상 되는 육상원격제어사의 교육훈련을 위한 시뮬레이터 시스 템의 운용개념과 상세한 요구기능에 대해 검토하였다.

아직 실제 운용사례가 거의 없는 자율운항선박 육상원격 제어센터의 운용개념 검토를 위해, 해외의 유사 연구 사례 및 현재 국내에서 진행중인 자율운항선박기술개발사업의 연구결과를 참조하였다.

이로부터, 육상원격제어 시뮬레이터 시스템의 구성은, 다 수의 자율운항선박의 운항상황을 모니터링하는 Monitoring Station, 유사시 특정 선박의 운항에 직접 원격개입하는 Control Station의 기능을 모의하도록 하였고, 시뮬레이션 종합통제 실, 자율운항선박 운항상황 모의 시뮬레이터, 그리고 주변의 유인선 운항을 모의하기 위한 통항선 시뮬레이터 등으로 구 성하였다.

기능적으로는, 육상에서 선박을 직접 제어하기 위하여 원 격으로 개입하는 ESRC(Emergency Situation for Remote Control) 상황을 정의하여 이러한 상황을 모의할 수 있도록 요구기능 을 분석하였다.

육상원격제어센터(SRCC)나 육상원격제어사(SRCO)에 대 해서는, 현재 국제적으로 공인된 정의 및 기능이 아직 없으 며, 현재 IMO의 MASS Code에서도 논의가 진행중이다. SRCO에 대해 어떤 교육을 어떻게 실시할 것인가에 대한 연 구가 이제 시작된 단계이며, SRCO의 원격 개입 시점에 대한 논의 역시 최근 연구에서 국내의 기준안이 이제 제시된 상 태이다.

본 논문에서는, 실제 육상원격제어센터(SRCC)나 육상원격 제어사(SRCO)가 아직 존재하지 않고 그 정의나 기능에 대한 국제적인 표준도 결정되지 않은 상황에서, SRCO나 SRCC에 대해 현재 결정된 최소한의 개념을 기반으로, 육상원격제어 센터의 기능과 성능, 그리고 육상원격제어사의 역할을 가정 하고, 이를 바탕으로 앞으로 변경될 가능성이 높은 SRCO나 SRCC의 기능을 최대한 수용할 수 있도록, SRCO용 교육훈련 시뮬레이터가 어떠한 기능을 가져야 할 것인가에 대해 분석 하였다.

따라서, 향후 육상원격제어센터의 기능이나 성능, 육상원 격제어사의 역할 등에 변화가 발생할 경우, 본 시뮬레이터 시스템의 구성 역시 변경될 가능성이 있다.

이상에서 분석한 요구기능을 구현한, 자율운항선박 육상 원격제어 시뮬레이터 시스템 시제품은 2023년까지 국립목포 해양대학에 설치될 예정이며, 아직 그 운영개념이 국제적으 로 명확하게 정립되지 않은, 자율운항선박 육상원격제어사 의 자격, 역할 등에 대한 정의 작업, 교육훈련 및 평가 기법 개발 작업과 병행하여 구체적인 기능들은 점진적으로 개발 되어 나갈 예정이다.

본 검토에서는 주로 자율운항선박의 운항관점에서 육상 원격제어센터의 역할과 기능에 대해서만 검토하였으나, 향 후 선박의 자율도 향상에 따라 더 많은 분야에 대한 모니터 링과 원격제어가 필요해질 것이다. 이러한 부분은 추후, 육 상원격제어센터의 개념과 기능이 정립되고 표준화가 진행 되면서, 시뮬레이터 시스템에도 같이 반영되어야 할 것이다.