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선장도 선원도 없는 무인 선박시대 '자율운항선박'

2018.04.02 09:30

지난 몇 년 동안 해운업은 선박의 초 대형화 및 운영비용 절감을 통해 경쟁력을 확보해 나갔으나, 타 산업과 마찬가지로 4차 산업혁명에 의한 변화가 천천히 진행되고 있습니다.


4차 산업혁명과 마찬가지로 해운 시장에서도 ICBM, Cyber Security, Simulation 등 다양한 기술이 요구되고, 이를 통해 산업의 체질 변화를 시도하고 있지만 타 산업과는 달리 통신 환경의 제약(육상에 비해 상대적으로 통신비 부담이 크고, 통신 속도가 느림)에 의해 연결성 확보가 상대적으로 매우 도전적입니다.


또한, 해상 운송은 국제해사기구(IMO, International Maritime Organization)의 강력한 기준을 따르는 산업이므로 파생되는 솔루션 및 서비스가 상용화 되기 위해서는 국제 표준 및 규제가 반드시 우선 되어야 하는 것도 상대적으로 변화를 더디게 하는 요인입니다.


l Shipping 4.0 (출처: SINTEF)


그럼에도 불구하고 국•내외 해운산업을 비롯한 이해 관계 기관에 의한 Shipping 4.0에 대한 논의는 점점 활발해지고 있으며, 그 중심에는 자율운항선박(MASS, Maritime Autonomous Surface Ship)가 있습니다. 


Rolls Royce의 Tug Boat를 활용한 원격 조종 테스트, Kongsberg Grupen과 Yara 컨소시엄의 연안운항용 자율운항 선박 개발 진행이 예상보다 빠르게 진행되는 것과 더불어 IMO 제98차 해사안전위원회에서 자율운항선박에 대한 논의와 법적 검토에 착수하기로 결정한 이후, 미래의 기술로만 인식되던 자율운항선박이 현실로 보다 가까이 다가오고 있습니다.


자율운항선박은 최근까지 Smart Ship, Digital Ship, Connected Ship, Remote Ship, Unmanned Ship, Autonomous Ship 등 다양한 형태로 불리다가 국제해사기구(IMO)에 의해 MASS(Maritime Autonomous Surface Ship)으로 정의되었는데요.


자율운항 할 수 있는 선박을 단순히 만드는 것이 아니라, 선박 운영에서의 안전성(Safety), 신뢰성(Reliability), 효율성(Efficiency)을 위한 단계적 고도화 안에서 선박의 무인화, 자율화 및 운송의 효율화를 위한 종합적인 제품 및 서비스라고 볼 수 있습니다.


l MASS(출처: Rolls-Royce)

안전성(Safety)

자율운항 선박은 선박 및 장애물과의 충돌 예방, 악천후 상태에서의 회피 조종, 개선된 시야, 향상된 상황 인식을 통해 Human Error를 방지하여 선박 사고를 절감할 수 있습니다. 하지만 비상 상황 또는 사고 발생에서는 초동 대처 실패로 인해 오히려 피해를 키울 수가 있고, 해킹과 같은 추가적으로 안전을 위협할 수 있는 요인을 해소해 방안은 마련할 필요가 있습니다.


② 신뢰성(Reliability)

선박에 승선한 소수 인원의 판단이 아닌 자율운항선박과 육상 간의 유기적인 기술 문제 해결(중앙 집중식 유지보수), 빠른 탐지와 경고, 예방 정비, 보다 간단한 선박의 선체 설계 등으로 인해 선박 운항에 대한 신뢰성을 보다 확보할 수 있을 것으로 보입니다.


③ 효율성(Efficiency)

선박의 무인화, 친환경 연료 사용, 무인화로 인한 선체 설계 변경으로 인한 연료 효율 증가, 실시간 항로 최적화 등 시스템 전체의 에너지 효율화 기술 적용을 통해 운항 비용이 절감할 것으로 예상합니다. 특히 EU의 경우 선주국으로서 선원 수급에 대한 부담(승선에 대한 기피, 아시아의 선원국 송출 인원의 지속적인 인건비 증가 및 대체 선원국 부재 등)을 줄일 수 있어서 해사 업무에 대한 효율성이 보다 높아 질 것으로 예상합니다.


선박 운영의 경우 연료비와 인건비 비중이 가장 높아 자율운항 선박에 대한 선주의 관심과 수요가 높을 것으로 예상하고 있습니다. 또한 규제가 지속적으로 강화되고 있어, 오염물질 저감을 위해 전기 추진 기술도 자율운항선박 범위에 포함됩니다.


 

자율운항선박 시대는 완전한 자율운항선박만으로 한정하지는 않습니다. 앞서 얘기한 것과 같이 규제와 통신을 비롯한 기술 등 도전적인 과제가 산재하기 때문에, Rolls-Royce가 중심이 되는 AAWA(The Advanced Autonomous Waterborne Application Initiative) 프로젝트를 비롯하여 자율운항을 준비하는 프로젝트에서는 상용화(확산) 단계를 Remotely operated local vessel → Remote controlled unmanned coastal vessel → Autonomous unmanned ocean-going ship으로 설정하고 각 단계 선박 별로 개발 및 검증을 진행하고 있습니다.


이러한 단계는 기술의 성숙도 측면 보다는 앞서 설명한 규제의 범위에 의해 국제법이 발효되기 전•후를 구분하여 나뉜다고 볼 수 있으며, 친환경 선박의 시장 수요와 기술의 한계성(배터리 용량, 전기 추진 선박의 효율)에 의해서 연안 및 연근해를 중심으로 상용화가 먼저 될 것으로 전망하고 있습니다.


자율운항선박의 운항 레벨에 따라서는 6개 단계로 나뉠 수 있으며, 각 단계의 그룹은 선박 중심의 운항 → 육상의 의사결정 지원 → 원격에서의 제어 → 선박의 자율화로 구분할 수 있습니다.


현재는 선박의 전문 승선 인원 기반의 운항에서 최적 운항 지원 등 의사 결정을 지원할 수 있는 솔루션이 공급되고 있는 단계로 1~2단계의 운항이라고 볼 수 있습니다. 자율운항 레벨 단계 마다 각 선박 및 운항 특징에 맞게 상용화 및 확산 될 것이라는 전망과 함께 EU를 중심으로 AI, IoT를 중심으로 한 데이터 분석 서비스, 선박 및 화물 모니터링 서비스, 최적 운항 서비스 등이 도입 및 확산되고 있습니다. 


이러한 서비스가 운항 효율성 관점에서 지속적으로 고도화 되고 보편화 되면 자연스럽게 3단계로 전환 될 것으로 보입니다. 선박 공급 과잉에 의한 불황이 장기화 되면서 이를 극복하기 위한 생존 전략으로 ICBM 투자를 통한 선박 운항에 대한 최적화를 통해 비용 절감과 함께 생존을 위협 또는 새로운 비즈니스를 창출할 수 있는 자율운항선박의 상용화에 지속적으로 관심을 가지고 있기 때문에 빠르게 전환되고 있습니다.


l 자율운항 레벨 (출처: AAWA, 재구성)


자율운항선박을 주축으로 하는 Shipping 4.0은 Pilot Station to Pilot Station을 운항 하기 위한 자동화•지능화에 한정하는 것이 아닌 해사업무를 포함한 물류, 항만 등 여러 사업 영역을 포함되어야 합니다. 


따라서 자율운항 레벨 3부터는 원격 관제, 원격 진단, 원격 유지보수 등 육상 기반의 서비스의 확대이며, 이는 ICT를 통해 효율성과 함께 신뢰성을 상용화 관점에서 제공하는 단계라 볼 수 있습니다. 또한, 인원의 축소 또는 무인화에 의해서 육상에서 다양한 해사업무를 처리 하기 위한 지원 서비스들도 공급 될 것이며, Buoy, 등대 등 선박의 안전 운항을 지원하던 인프라도 지능화되어 전환 구축 될 것입니다.


자율운항선박(MASS)를 정의하면서 가장 중요한 분야는 육상 서비스 및 관련된 체계 정립이라 할 수 있습니다. Class NK, DNV GL, Kongsberg Maritime, Maersk 등 이미 조선기자재 및 해운업무의 Market Leader는 이미 자율운항선박의 사전 단계에서 육상 운영을 위한 기반 기술 개발 및 이를 통한 서비스화를 진행하고 있습니다.


자율운항선박 3단계를 진입하기 위해서는 데이터의 연결성 확보가 요구되는데요. 선박•육상 간 통신 환경 개선(VSAT의 보급 확산 및 기술 진화 속도), 선내 통신의 표준화(NMEA, Modbus, ISO DIS19848 등), e-Navigation(S-100)은 데이터의 연결성을 향상 시켜주고 있습니다.


 LG CNS는 어떻게 준비하고 있을까?


Rolls Royce, Kongsberg, ABB 등 자율운항선박 체계를 준비하는 기업들과 같이 최종적인 목표는 자율운항선박 체계를 만드는 것이며, 자사의 역량과 산학협력을 통하여 선대(Fleet)의 완전한 원격 관제를 시작으로 요구되는 서비스를 확산해 나가는 것입니다.



특히, 우수한 R&D 역량, 개발 및 검증 인프라를 보유한 한국해양대와 협력을 통하여 사용자 관점 및 미래 지향적으로 자율운항선박 시스템을 설계 및 구현해 나가고 있습니다.


이를 위한 첫 단계로 NDDS(Navigation Data Distribution System)을 개발하고 검증 완료 했습니다. NDDS는 선박 내 설치된 GPS, Speed Log, Echo Sounder 등 장비로부터 데이터를 수집 및 처리하고, 선박에서의 데이터 관제와 함께 육상에 전송하여 육상에서도 선박의 주요 운항 상태를 관제할 수 있는 솔루션입니다.


l NDDS 개념도


NDDS는 ‘17년에 개발 완료 했으며, 한국해양대 실습선(한바다호)에 설치되어 연안 및 원양 항해에서 직접 운영을 통해 데이터 수집, 처리, 육상과의 연계 등 다양 한 관점에서 검증 완료했고, 이 중 일부 서비스를 ‘18년 한국해양대를 비롯한 국립대학 5개 신규 선박에 탑재되어 운용될 예정입니다.


이와 함께 향후 자율운항선박을 위한 SCC(Shore Control Center)용 솔루션 확보를 진행하고 있습니다. LG CNS INFioT 플랫폼 기반 솔루션을 구축하여 선박 및 육상에서 수집되는 다양한 데이터를 처리하고 영상 정보의 육상 처리, 선대 관리 시스템, 선내 Alert Info. 및 선박의 동정 정보의 확대 등 육상에서 선박의 운항 상태를 확인하기 위한 기능을 추가 확보해 나가고 있습니다.


국내•외 해운업계는 생존 및 경쟁력 확보를 위해서 자율운항선박을 주시하고, 조선소 및 기존의 조선 기자재 업체는 신 사업이라는 인식이 매우 강합니다. 또한 기존 선박 중심의 시스템 개발은 기술력도 중요하지만 전세계 유지보수 망 확보, 주요 선급의 인증, 수많은 레퍼런스 요구 등 자동화가 진행됨에도 불구하고 너무나 높은 진입장벽이 존재해 왔는데요. 


하지만 해운업계의 Game Changer라고하는 MASS가 물류 분야, ICT 분야 등 다양한 역량을 보유한 기업들에게는 기회가 될 것으로 보입니다. 자율운항선박이 시장으로 활성화 되려면 관련된 기술의 안정성이 검증되어 많은 우려를 해소해 나가는 것과 자율운항선박을 통해 국가 간 운송이 가능하도록 규제 및 지원 정책이 필요하며 이러한 요소들이 원활하게 진행된다면 보다 빠르게 시장이 열리고 확산될 것입니다. 


더 나아가 ICT 기업은 선내 중심이 아닌 육상 중심의 운항을 대비하기 위해, 해운•물류업에서 필요한 운항 비용 효율성 및 안전성을 제공할 수 있는 다양한 솔루션을 발굴하고 확보해 나갈 필요가 있습니다.


글 l LG CNS 데이터센싱플랫폼팀


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