충돌위험도 평가 모델을 활용한 소형선박에 대한 선박교통관제사의 위험도 분석
Risk Analysis of VTS operators for Small Vessels Using Collision Risk Assessment Model
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Abstract
본 연구는 유선, 어선 등이 관제대상으로 확대됨에 따라 해당 선박이 VTS(Vessel Traffic Service) 관제사에게 미치는 충돌사고 위 험도를 분석하는 데 목적이 있다. 이를 위해 VTS 관제사를 대상으로 설문을 하고 소형선박의 범위를 정하여 부산 VTS 관제 구역을 항해하는 일반상선과 소형선박의 침로 등을 3일간 조사하였다. 이를 VTS 관제사 관점에서의 충돌위험 평가모델(CoRI)로 위험도를 구한 결과, 침로 편차 에 따른 위험도의 증가․감소 패턴은 비슷하였고, 최댓값과 최솟값은 큰 차이가 없었다. 또한 대부분 VTS 관제사는 선박근접상황에 대해 안전 하게 관제할 수 있는 최소 시간으로 3분이 필요하다 응답하였는데, 소형선박의 충돌위험도는 3분의 시간 동안 매우 급격하게 위험도 변화를 보 여 VTS 관제사의 업무량 증가와 집중도 저하 우려가 있다고 판단된다. 본 연구는 소형선박의 관제대상 포함 여부가 VTS 관제사에게 미치는 영향을 충돌위험도로 검토한 것으로, 향후 다양한 사례를 통한 CoRI 모델의 각 지수에 대한 분석과 검증을 통해 관제 대상 선박의 적절한 범위 설정을 위한 방안 마련에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
Trans Abstract
The objective of this study was to analyze the risk of collision accidents to the VTSOs (Vessel Traffic Service Operators) as small ferries and fishing boats are expanded for monitoring targets. The VTSOs was surveyed, the scale of the small vessels defined and the course of general cargo vessels and small vessels along the Busan VTS area investigated for three days. From calculating the risk with CoRI, patterns of increased or decreased risk due to course deviation were similar, and there was no significant difference between the maximum values and the minimum values. In addition, most VTSOs responded that the minimum time required was approximately three minutes to safely instruct in encounter situation, however, the collision risk with a small vessel is very rapidly changing within the three minutes, which is likely to increase the workload and decrease the concentration of the VTSOs. The objective of this study was to investigate the effect on VTSOs with respect to the expansion of small vessels as collision risk, it is expected that it will contribute to the establishment of a suitable scale for the target vessels for VTS through the analysis of each index of the CoRI model and various case studies.
1. 서 론
최근 해양사고 통계(KMST, 2018)를 살펴보면, 최근 5년간 전체 해양사고 10,664건 중 100톤 이하 선박의 사고는 8,799건 으로 약 82.5%를 차지하고 있다. 그리고 해양사고 종류별로는 기관손상이 2,928건(27.4%), 충돌이 2,176건(20.4%) 순으로 나 타났고, 인명피해 현황은 충돌 822명(35.0%), 전복 409명 (17.4%) 순으로 나타났다.
이러한 해양사고의 82%가 인적과실로 발생하고 있으며, 특 히 국내 충돌사고의 대부분은 경계 소홀(76.7%, 704건)이 주 요 원인이다(KMST, 2018). 또한 기술의 발전에 따른 선박 교 통량의 증가, 고속ㆍ대형선의 증가, 내항 선원의 고령화 및 이 에 따른 외국인 선원의 증가, 레저인구의 급증, 대형 교량 건 설 및 해상 시설물 설치 증가 등과 같은 해상교통안전을 위협 하는 요소는 더욱 증가하고 있다(Jang, 2018).
우리나라는 선박 항행 안전 정보제공 및 해상교통 질서 확 립 등 해양사고 방지를 위해 20개소의 해상교통관제(Vessel Traffic Service, VTS)센터를 설치 운영하고 있지만, 소형선 박은 레이더 탐지가 곤란할 뿐 아니라 VHF(Very High Frequency) 설치 대상이나 승선원이 2～3명이거나 조업 등에 따른 견시 및 선교 당직이 잘 이행되지 않아 VTS와 지속적인 정보 교환이 잘 이루어지지 않고 있다.
소형선박 특히 어선과 관련하여 어선 해양사고와 기상요소 의 관계에서 충돌사고의 주요 원인으로 제한 시계와 날씨가 맑고 흐리거나 파고가 2m 미만 시 1척당 해양사고 발생주기 가 높다는 연구(Kim and Kang, 2011)와 결함수 분석(FTA, Fault Tree Analysis) 기법을 통해 어선 충돌사고의 주요 원 인인 경계 소홀과 간접적인 원인을 정량적으로 분석한 연구 (Kim et al., 2017) 등이 있다.
본 연구는 최근 VTS 관제면적 및 대상선박이 점차 확대됨 에 따라 VTS 관제사에게 미치는 영향을 조사하기 위한 선행 연구로, 분석된 소형선박의 침로를 VTS 관제사 관점에서의 선박충돌위험도 평가모델(Lee and Song, 2018)에 적용하여 소형선박에 대한 VTS 관제사의 선박 충돌위험도 변화와 설 문 결과를 비교함으로써 문제점을 도출하고자 한다.
2. 소형선박 범위 및 해양사고 현황
2.1 소형선박 범위
소형선박의 톤수와 범위에 대하여 별도로 정의되어 있지 않고 어선으로만 특정하기에도 무리가 있다. 본 연구는 관제 대상 선박을 확대하게 될 경우, VTS 관제사에게 미치는 위험 정도를 평가하기 위한 것으로 소형선박의 범위를 관제대상에 포함되지 않는 선박을 기준으로 하고자 한다.
선박교통관제의 시행 등에 관한 규칙 제2조에 따르면 관제 대상 선박은 국제항해에 종사하는 선박, 총톤수 300톤 이상인 선박, 해사안전법 제2조제6호에 따른 위험물 운반선, 그 밖에 해양경찰청이 정하여 고시하는 선박으로 정의하고 있다. 그리 고 해양경찰청이 정하여 고시하는 선박으로는 선박자동식별 장치(Automatic Identification System, AIS)를 설치한 예인 선, 총톤수 2톤 이상의 AIS를 설치한 유선, 선박길이 45m 이 상의 어선, 총톤수 300톤 미만의 AIS를 설치한 예선, 급수선, 급유선, 도선선, 공사 또는 작업에 종사하는 선박 그리고 관공 선이다(KCG, 2018).
따라서 본 연구의 대상선박인 소형선박은 해양경찰청이 정 하여 고시하는 선박을 제외한 선박길이 45m 미만인 어선, 총 톤수 300톤 미만 중 AIS를 설치하지 않은 선박이다.
2.2 소형선박의 해양사고 발생 현황 및 특성
VTS 운영성과 분석 자료(2019)에서 최근 5년간 관제구역 내에서의 선박사고 발생 추이를 살펴보면 Table. 1과 같고, 충 돌사고가 대부분을 차지하고 있음을 알 수 있다. 여기서 해양 사고 발생 건수는 관제관련 사고로서 충돌·접촉·좌초·좌 주 사고를 말한다.
The number of accidents in VTS area
그리고 관제구역 내 사고 건수를 관제대상 선박 간 사고와 관제-비관제대상 선박 간 사고로 Table 2와 같이 구분한 결 과, 해마다 관제-비관제대상 선박 간 사고가 관제대상 선박간 사고와 비교하여 거의 비슷하게 발생하고 있음을 알 수 있다.
The number of accidents between monitoring and non-monitoring vessels
Table 3은 기상요소별 사고 발생 현황으로 전체 해양사고 199건 중 기상양호 시 153건(76.9%), 기상악화 시 30건 (15.1%), 시계제한 시 16건(8%)이 발생하였다. 이는 풍랑주의 보 이상의 기상악화 시 소형선박의 출항 통제로, 기상이 양호 한 상태에는 조업 중인 어선이 많아지고 그에 따른 해양사고 도 증가하는 것으로 보인다.
The number of accidents by weather
3. 선박 침로 분석 및 VTS 관제사 설문
3.1 선박 침로 분석
선박의 침로안전성을 분석하기 위해 양호한 기상 상태(파 고 1～2m, 맑음)에서 부산 VTS 관제 구역을 항해하는 선박 중 침로 변경 없이 일정한 침로를 유지한 채 항해하는 선박의 침로와 항적 데이터를 2018년 4월 2일부터 4일까지 3일간 조 사하였다. 이 자료를 선종별로 분석한 결과, Fig. 1과 같이 케 미컬선의 침로는 표준편차가 .73도이고, 컨테이너선은 .53도 그리고 벌크선은 .67도로 정규분포에 가깝게 정침하는 것을 확인할 수 있었고, 어선의 침로는 표준편차가 3.3도로 5.0～ 10.0도의 범위로 나타났다.
Course keeping analysis of commercial vessels and fishing boats
3.2 VTS 관제사의 설문 조사
조사대상자는 2017년 9월 18일부터 10월 13일 사이의 기간 전국 18개 VTS 센터 중 15개 VTS 센터에 근무하는 VTS 관 제사를 대상으로 설문을 하였다. 전체 VTS 센터 종사자 316 명 중 센터장, 시설 담당자, 전산 담당자 및 휴직자를 제외한 실제 관제업무를 수행하고 있는 VTS 관제사 241명에게 설문 을 배포하였다. 이 중 135명의 자료가 수집되어 응답 회신율 은 56.0%였다.
조사 방법은 선박 간 근접상황이 동시에 전개될 때 관제 개 입이 필요한 우선순위와 충돌 임박까지 남아있는 여유시간이 10분, 6분, 그리고 3분일 때 VTS 관제사가 선택한 우선순위 에 따라 관제를 할 경우, 몇 건까지 안전한 통항을 유도 가능 한지 설문을 하였다.
Table 4는 각 선박근접상황이 선종별로 동시에 전개될 때 VTS 관제사의 관제 개입 우선순위에 대한 응답률을 나타낸 것으로, VTS 관제사는 관제 개입 1순위로 총톤수 300톤 이상 의 선박과 위험물 운반선 간 근접상황으로 60%(81명)를 차지 하였다. 2순위로는 위험물운반선과 AIS를 설치한 예부선 간
Encounter situations according to the ship’s type and ratio of VTSO’s response N=135
근접상황으로 34.8%(47명), 3순위는 위험물 운반선과 AIS를 설치한 2톤 이상의 유선 간 근접상황으로 25.2%(34명), 4순위 는 위험물운반선과 선박길이 45m 이상의 어선 간 근접상황으 로 28.1%(38명)를 차지하였다. 즉, VTS 관제사의 관제 우선 순위 선종은 위험물 운반선이며, 다음으로 일반 선박(300톤 이상), 예부선, 어선 순임을 알 수 있다.
Table 5는 선박과 VHF로 호출 응답이 가능하다는 조건으 로 남아있는 여유시간에 따라 선박근접상황에 대해 안전한 선 박 통항을 위한 VTS 관제사의 관제 가능 건수에 대해 조사한 결과다. 10여분의 여유시간이 남았을 때는 VTS 관제사의 45.1%(61명)가 5건, 30.4%(41명)가 3건 이하의 선박근접상황 을 처리 가능하다고 응답하였으나, 3분의 여유시간이 남았을 때는 VTS 관제사의 20.7%(28명)가 3건, 78.5%(106명)가 1건 이하만 처리할 수 있다 응답하였다.
The number of VTSO’s controllable cases in close quarter situation N=135
4. CoRI를 통한 소형선박의 위험도 분석
부산 VTS 관제 구역 내에서 발생한 관제대상 선박과 비관 제 대상 선박인 어선 간 선박근접상황으로 발생한 준사고 사 례에 대해 당시 VTS 항적 자료와 앞서 조사된 선박 침로 분 석 결과를 VTS 관점에서의 충돌위험 평가 모델(CoRI, Lee & Song, 2017)에 적용하여 충돌 위험도를 분석하였다.
CoRI 모델은 VTS 관제사의 위험 인지에 영향을 미치는 세 가지 요소(선박 조우 상황, 근접 시간, 선박 근접 거리)를 이용 하여 위험지수(Risk Index, RI)를 구하고, 이를 VTS 관제사의 위험태도를 반영하여 최종적으로 충돌 위험도를 식(1)과 같이 구한다(Lee et al, 2017).
P max : 충돌 위험도 최댓값
RI max : 위험지수 최댓값
ρ : 위험 태도(ρ<0 : 회피, ρ=0 : 중립, ρ>0 : 감수)
RI(t) : 시간(t)에 따른 위험지수
Table 6은 각 준사고 사례에 대한 선박 주요제원으로 S1은 일반상선과 어선 간 근접상황이며, S2는 탱커선과 어선 간 근 접상황이다.
Ship’s particular of each encounter situation
Fig. 2는 S1과 S2에 대한 두 선박의 항적과 CoRI 모델로 구한 위험도의 변화에 따른 각 선박의 벡터(침로와 속력)와 safety domain을 나타낸 것이며, Fig. 3은 S1과 S2에 대한 각 선박의 원침로에서 일반 화물선은 ± 2.0〫, 어선은 ± 5.0〫편차 에 따른 위험도를 CoRI로 구한 것이다. 여기서 실선은 VTS 의 항적자료를 그대로 적용하여 도출한 위험도이며, 파선은 각 선박의 침로를 -로, 1점 쇄선은 각 선박의 침로를 +로 선 종별 편차에 따라 도출한 위험도이다.
Ship’s route and safety domain using CoRI model
Collision Risk using CoRI model
Fig. 1과 Fig. 2의 S1은 일반상선 A 호가 북동 방향으로, 어선 B 호는 남남서 방향으로 접근하던 중 어선의 침로가 불 안정함에 따라 충돌위험도의 변화도 심하게 나타나고 있고, ①에서 위험도가 최대가 된다. 그러다 B 호가 좌현 전타로 선 회함에 따라 ②에서 위험도는 0으로 사라졌으나, ③에서 B 호 가 우현 전타하여 위험도가 다시 상승하고 우현으로 계속 선 회하여 결국 H 호 선미로 근접 통과하게 된다.
Fig. 1과 Fig. 2의 S2는 탱커선 C 호가 남서 방향으로, 어선 D 호는 북동 방향으로 약 1.5마일 떨어져서 좌현 대 좌현 통 과하는 상황이었다. 그러나 ①에서 D 호가 좌현 전타 선회하 면서 C 호와 일시적으로 횡단상태가 되면서 위험도가 높아지 다가 ②에서 D 호가 약 1.0마일 떨어져서 C 호 나란히 항해하 게 되면서 위험도는 0으로 낮아진다. 그러나 ③에서 D 호가 갑자기 우현 변침하여 C 호에 접근하면서 위험도가 급격하게 상승하게 되고, ④에서 C 호가 우현으로 회피하고 D 호도 우 현 전타함으로 서로 근접 통과하게 된다.
Fig. 3에서 침로의 편차의 따라 CoRI로 도출한 위험도는 다소 차이가 있으나, 위험도가 증가하고 감소하는 양상은 비 슷한 패턴을 보인다.
관제대상선박과 소형선박과의 근접상황에서 CoRI로 도출 한 충돌위험도의 편차가 3분(Fig. 2의 파란색 파선 화살표) 동 안 매우 급격하게 증가하였다가 감소하고 다시 증가하는 것이 반복됨을 확인할 수 있다. 이는 VTS 관제사가 위험을 인지하 고 정보제공 등 관제를 하려고 하면 위험도가 떨어지고 괜찮 다고 판단했는데 갑자기 위험도가 높아지는 현상이 자주 반복 된다는 것을 의미한다.
대부분의 VTS 관제사가 선박근접상황에 대해 안전하게 관 제할 수 있는 최소 시간으로 3분이 필요하다 응답하였는데, 이는 VTS 관제사가 선박과의 VHF를 통한 호출 응답이 원활 할 때 가능한 시간이다. 만약 어선 등 소형선박이 VHF 호출 에 즉각 응답하지 않는다면 필요한 최소 시간은 더 증가할 수 있다.
또한 이 상황은 거의 같은 시간대 동시에 발생한 것으로 이 러한 소형선박을 관제 대상으로 포함하게 경우, VTS 관제사 의 관심이 어선 등 소형선박에 집중될 수 있고 그로 인한 관 제 피로도는 증가하고 집중도는 저하될 우려가 매우 높다.
그리고 VTS 관제 구역은 선박 통항량이 많은 지역이므로 선박근접상황이 동시다발적으로 발생하고 있어, 자칫 VTS 관 제사의 시선이 낚시어선, 유선, 어선 등 소형선박에 쏠릴 경우 다른 선박 간 충돌 위험, 즉 대형 충돌 사고를 조기에 인지하 지 못할 가능성도 있다.
5. 결 론
우리나라는 선박 항행 안전 정보제공 및 해상교통 질서 확 립 등 해양사고 방지를 위해 VTS를 설치 운영하고 있지만, 관제 구역 및 대상 선박이 점차 확대됨에 따라 VTS 관제사의 부담은 점차 높아지고 있다. 따라서 본 연구에서는 소형선박 의 침로 등을 분석하고 이를 CoRI 모델을 이용하여 충돌위험 도를 구해 VTS 관제사의 위험도와 문제점을 분석하였다.
일반 선박 간 조우상황에서는 CoRI 위험도가 10여분의 시 간을 두고 점차 증가하였으나(Lee & Song, 2017), 본 연구 결 과 소형선박의 침로는 불안정할 뿐 아니라 급선회 등에 따른 충돌위험이 3분의 시간 동안 매우 급격하게 증감하는 것을 확 인하였다.
이는 VTS 관제사에게 상당한 부담으로 작용할 것으로 판 단되며, VTS 관제사 설문에서 관제 우선순위로 위험물운반 선>일반화물선>유선>어선 순으로 나타나 관제 대상에 포함 되지 않지만 유선과 어선 등 소형선박에 상당한 부담을 갖고 있는 것으로 판단된다.
따라서 어선 등 소형선박을 관제대상으로 확대하는 문제는 레이더 탐지 곤란, VHF 호출 응답 한계, AIS 설치 미비 등 기술적·시설적인 한계뿐 아니라, VTS 관제사가 느끼는 충돌 위험도도 함께 고려되어야 한다.
이를 위한 추후 연구로 CoRI 모델의 각 지수에 대한 분석 과 다양한 사례 검증을 통해 관제 대상 선박의 적절한 범위 선정을 위한 방안을 마련하고, 모델 또는 시스템 도입을 통한 도출된 문제점 해결 방안을 모색하는 등 지속적인 연구가 필 요할 것으로 사료된다.
