컨테이너항만 성과 관점에서의 스마트 컨테이너 지표 간 인과관계 분석

Analyzing Causal Relationships among Smart Container Indicators from a Container Port Performance Perspective

Article information

J Navig Port Res. 2025;49(2):262-269

Publication date (electronic) : 2025 April 30

doi : https://doi.org/10.5394/KINPR.2025.49.2.262

Yong Seong Lee ^*, Sang Hyun Lim ^**, Min-Ho Ha^,^†

^*MSc Student, Graduate School of Logistics, Incheon National University, Incheon, Korea

^**MSc Student, Graduate School of Logistics, Incheon National University, Incheon, Korea

^†Associate Professor, Graduate School of Logistics, Incheon National University, Incheon, Korea

이용성^*, 임상현^**, 하민호^,^†

^*인천대학교 석사과정생

^**인천대학교 석사과정생

^†인천대학교 동북아물류대학원 부교수

^†Corresponding author : 정회원, mhha77@inu.ac.kr 032)835-8195

Received 2025 April 3; Revised 2025 April 22; Accepted 2025 April 23.

Abstract

본연구는 스마트 컨테이너 도입이 항만성과에 미치는 영향을 체계적으로 분석하고, 항만에서 스마트 컨테이너의 전략적 운영 방향을 제시하고자 하였다. DEMATEL 기법을 활용해 항만 운영, 안전, 보안, 친환경 등 네 가지 최상위 지표와 여덟 개 하위 지표 간의 인과관계를 전문가 평가를 통해 도출하였다. 분석 결과, 항만 안전과 항만 보안은 다른 지표에 영향을 주는 원인지표로, 항만운영과 항만 친환경은 영향을 받는 결과지표로 나타났다. 특히, 하위 지표 분석에서는 운송수단 운영관리(항만 친환경)와 운송수단 운영관리(항만 운영)가 가장 높은 중요도를 가지는 것으로 나타났는데 이는 스마트 컨테이너 도입으로 인해 항만에서 상기 지표의 효용성이 가장 높을 것이라고 평가한 동시에 항만의 운영 효율성 향상과 친환경 항만 구축을 위한 핵심 요소임을 의미한다. 따라서, 항만에서 스마트 컨테이너 활용 효과를 극대화하기 위해서는 항만 안전 및 보안 수준 향상(원인지표)이 선행되어야 함을 시사한다.

Trans Abstract

This study analyzed the impact of smart container adoption on port performance and aimed to provide strategic directions for their operation in container ports. Using the DEMATEL method, this study identified causal relationships among four key performance areas—port operations, safety, security, and environmental sustainability—along with eight associated sub-indicators, based on expert evaluations. The analysis revealed that port safety and security function as causal indicators influencing others, while port operations and environmental sustainability were classified as effect indicators. Notably, "transportation operations management" (under both port operations and environmental sustainability) was identified as the most critical sub-indicator. This suggests that these indicators are expected to benefit the most from the adoption of smart containers, highlighting their roles as key factors in improving operational efficiency and enhancing the sustainability of ports. These findings suggest that, in order to maximize the effectiveness of smart containers in ports, enhancements in safety and security (the causal indicators) must be prioritized.

Keywords: smart container; container port; performance indicator; causal relationships; DEMATEL

Keywords: 스마트 컨테이너; 컨테이너 항만; 성과지표; 인과관계분석; DEMATEL

1. 서 론

스마트 컨테이너는 일반 또는 냉동 컨테이너에 스마트 기기가 부착 또는 내장되어 컨테이너의 상태 및 위치정보를 실시간 제공하는 물류자원이다. 국제운송에 참여하는 수많은 물류 이해관계자는 스마트 컨테이너를 통해 (1) 컨테이너 내 화물 안전 및 상태정보, (2) 컨테이너 도착예정시간 및 위치정보를 실시간 모니터링, (3) 스마트 컨테이너 관제 운용 서비스플랫폼을 통해 수집된 데이터를 분석하고 예측하여 컨테이너 이동 프로세스 분석 및 컨테이너 공급망 최적화에 활용될 수 있다(UNECE, 2020, pp. 6-10). 이러한 이유로 글로벌 해운선사들은 자사의 컨테이너에 스마트 기기를 부착하여 물류 서비스 품질 제고뿐만 아니라 컨테이너 자원 활용 및 물류 프로세스 최적화에 활용하고 있다. 예를 들어, 머스크 라인은 자사 냉동 컨테이너에 Captain Peter라고 하는 원격 컨테이너 관리(RCM: Remote Container Management)를 도입하였으며, 2022년까지 자사 냉동 컨테이너의 80% 이상에 IoT 장비를 설치하여 서비스하였으며 2023년 말까지 90% 이상의 냉동 컨테이너의 스마트화 선언하였다(Maersk, 2023). 우리나라에서도 해양수산부 R&D 과제인 “스마트 컨테이너 실용화 기술개발 사업”을 통해 내장형 스마트 컨테이너(일반, 냉동)를 개발하고 있다(MOF, 2023). 한편, Drewry(2022, p. 18)에 의하면 2021년 기준 스마트 컨테이너 비중은 전체 글로벌 컨테이너의 3.6%이나 2026년에는 25%(8.7 백만개)로 8배 이상 성장할 것으로 전망하고 있다.

한편, 항만에서는 스마트 컨테이너 도입 등 새로운 기술 적용이 확산됨에 따라 스마트 컨테이너 운영에 따른 성과평가의 필요성이 증가할 것으로 예상된다(Hirata et al, 2022). 이를 위해서는 우선하여 항만에 적용할 수 있는 스마트 컨테이너 성과지표가 개발되어야 한다. 또한, 항만에서 컨테이너와 내·외부 운송수단의 운영은 독립적으로 이루어지는 것이 아니라 상호의존적이며 서로 영향을 미치고 받으면서 최적의 항만 효율성을 달성하기 위한 전략이 필요하다.

따라서 본연구에서는 스마트 컨테이너 도입 및 활성화로 인한 컨테이너 항만에서의 스마트 컨테이너 관련 성과지표 개발 및 지표 간 인과관계를 분석하여 항만의 성과에 어떠한 영향을 미칠 것인지에 관한 연구를 진행하고자 한다.

2. 일반적 고찰

2.1 스마트 컨테이너

스마트 컨테이너에 대한 개념은 연구자 또는 연구기관에 따라 다양하게 정의 되고 있으나 일반적으로 컨테이너(일반, 냉동)에 IoT, 인공지능, 빅데이터 등의 기술을 접목하여 언제 어디에서나 화물의 상태 및 위치를 실시간으로 관리하고 제어 가능한 컨테이너를 의미한다(UNECE, 2020, pp. 2-3). 이를 통한 체계적인 컨테이너 및 화물 관리시스템의 등장은 물류 공급망의 신뢰성과 효율성을 강화하여 국제무역 및 경제의 지속적인 성장에 기여할 것으로 기대되고 있다(MOF, 2023). 현재 MSC, Maersk, CMA　CGM, Hapag-Lloyd 등 글로벌 해운선사에서 실용화하여 서비스되고 있는 스마트 컨테이너의 경우 컨테이너 문에 IoT 기기를 탈부착하는 형태이다. 이를 통해, 컨테이너 문의 개폐 감지, 컨테이너 내부의 온도, 습도, 충격, 컨테이너 위치정보 등을 실시간으로 수집하여 무선통신을 통해 서버로 전송하는 형태이다. 한편, 우리나라 해양수산부에서는 R&D 과제인 “스마트 컨테이너 실용화 기술개발 사업”을 통해 기존 탈부착형 기기의 한계^¹⁾및 항만·선박 무인화 환경에서의 적용을 위한 “최적 위치 센서+충전+통신+원격제어” 기능이 내재화된 스마트 컨테이너를 개발하고 있다(MOF, 2023).

스마트 컨테이너는 스마트 유닛, 스마트 센서노드, 미들웨어로 구성되며, 스마트 컨테이너 기술의 핵심은 스마트 유닛이라는 단말과 스마트 센서 유닛이라는 센서 단말이 컨테이너 내외부에 부착되어 컨테이너 내외부의 각종 센싱 정보를 실시간으로 수집･전송할 수 있는 능력이 핵심이다(Kim et al., 2022). 스마트 유닛은 컨테이너 내･외부 통신을 위한 제어 및 센싱 기능을 관제, 스마트 센서노드는 컨테이너 내부의 센싱 정보를 수집하고 스마트 유닛과 유선 또는 무선통신 기능, 미들웨어는 스마트 컨테이너가 전달한 정보를 저장하고 관리하는 기능을 수행한다.

Table 1

The components of smart container

2.2 선행연구

스마트 컨테이너 관련 연구는 국내외적으로 스마트 컨테이너 개발 및 운영과 관련한 기술적인 요소에 집중되어 있으며, 스마트 컨테이너의 운영 효율성 및 이용 효용성에 관한 연구가 일부 진행된 것으로 파악된다.

우선 스마트 컨테이너 기술개발과 관련한 연구는 컨테이너에 대한 사이버공격이나 외부에서의 조작, 내품정보 변화 등 보안/안전 기술개발이 주를 이루며 최근까지도 새로운 기술을 적용한 스마트 컨테이너의 개발연구가 활발하게 진행되고 있다. Wang and He(2007)는 권한이 없는 자가 컨테이너 문을 열면 이를 탐지하는 문 열림 감지 시스템을 개발하였으며, Easley and Martin(2006)은 센서 기술을 활용해 컨테이너 안의 상태변화를 모니터링하는 기술을 특허 출원하였다. Costa et al.(2013)은 센서와 RFID 통신을 결합한 스마트 태그(Smart tags) 기술의 활용도를 다양한 종류의 부패하기 쉬운 식품(perishable food)에 적용하여 논의하였으며, 물류에서 스마트 태그의 주요 이점을 “(1) 추적 가능성과 상태 모니터링, (2) 프로세스의 효율적인 향상, (3) 엄격한 품질 모니터링, (4) 정부와 소비자를 위한 더 나은 정보 제공”으로 제시하였다. Aung and Chang(2014)는 부패하기 쉬운 물품(perishables)의 안전성과 품질관리에 스마트 컨테이너 시스템을 활용한 추적 관리에 관해 연구하였다. Lang and Jedermann(2016)은 식품 화물에서 배출하는 에틸렌 검출 기술의 최신 동향, 적외선 분광 센서, 그리고 소형 가스 크로마토그래피 시스템 등 식품 물류 공급망에서 활용되는 주요 센서 유형들을 식별하고, 이와 관련된 신기술을 개발하였다. Salah et al.(2020)은 사물인터넷(IoT), 클라우드 컴퓨팅, MQTT(Message Queuing Telemetry Transport) 프로토콜, Docker 이미지를 활용하여 스마트 컨테이너 시스템을 설계, 개발하여 실제 조건에서 실험하여 성능효과를 검증하였다. Nguyen et al.(2021)은 블록체인 기반 통합 컨테이너 해운 시스템에서 발생할 수 있는 잠재적인 운영 리스크를 조사하고 운영 리스크가 어떻게 변화하는지 분석하였다. Alkhoori et al.(2021)은 블록체인 기반 스마트 컨테이너 시스템을 개발하였으며, 운송 중 위반 사항 발생 시 스마트 계약(smart contract)을 통해 블록체인에 기록되며, 이는 다수의 이해관계자 간 신뢰성 향상에 도움이 된다고 주장하였다. 이렇듯, 스마트 컨테이너의 실용화 확산 및 새로운 기술을 통한 컨테이너 운송 시스템의 성능 유지는 중요한 연구 주제로 자리매김하고 있다.

스마트 컨테이너 기술개발 연구에 비해 스마트 컨테이너의 효과 및 효용성에 관한 연구는 거의 진행되지 않고 있다. 스마트 컨테이너 효용성에 관한 초기 연구는 UNECE(2020)^²⁾ 연구이다. 상기 연구는 스마트 컨테이너 도입에 따라 국제물류 주요 이해관계자별 잠재적 효용성과 활용 사례를 제시하였으나 실증연구로 이어지진 못한 한계가 있다. Jeon and Kim(2023)은 UNECE(2020)의 스마트 컨테이너 효용 항목 20개 중 중복을 제외한 15개 항목에 대해 선사/포워더(11개 항목)와 실화주(4개 항목)를 대상으로 각각의 단기 및 중장기 효용성을 조사하였다. 조사 결과, 선사/포워더는 비용 절감에 대한 단기/중장기적 효용은 부정적으로 나타났으나 가치 창출 측면 효용에 대해 큰 기대를 하는 것으로 나타났다. 반면, 실화주의 경우는 4개 효용 항목에 대해 전반적으로 높은 효용성을 기대하고 있는 것으로 나타났다. 그 외 항만의 새로운 기술 적용 연구에서 직·간접적으로 스마트 컨테이너 효용을 다루고 있다. Choi and Yu(2020)는 컨테이너 터미널의 운영 효율 향상을 위한 디지털 트윈 기술 적용 분석에서 스마트 컨테이너는 타 4차산업 기술과 함께 시급하게 도입해야 할 기술로 제안하였으며, Ha and Kim(2023)은 4차산업 기술을 도입한 스마트 항만은 항만 운영 효율, 실시간 정보 공유, 환경오염 최소화, 운영비 절감 등의 긍정적인 효과를 역설하였다.

앞서 살펴본 선행연구는 대부분이 스마트 컨테이너 기술개발과 스마트 컨테이너 활용 효용성에 관한 연구이며, 항만당국 등 이해관계들의 스마트 컨테이너 운영 효용 및 전략에 관한 연구는 이뤄지지 않고 있다. 그럼에도, 항만 터미널의 경우 새로운 기술이 도입되어 운영되면 그에 따른 새로운 성과평가가 필요하다(Hirata et al, 2022). 다만, 항만 운영에서 컨테이너 및 운송수단의 상호의존적 운영을 고려한 최적의 효율성을 달성하기 위한 전략 지표가 필요하며, 그와 관련한 성과지표 개발과 성과평가가 필요하다(Ha et al., 2017). 따라서 본연구는 컨테이너 항만에서의 스마트 컨테이너 운영이 증가함에 따라 항만성과 지표 간 인과관계 분석을 통해 항만성과에 어떠한 영향을 미칠 것인지에 관해 분석하고자 한다.

2.3 스마트 컨테이너 도입에 따른 항만 성과지표

스마트 컨테이너 도입 및 활성화에 따른 항만성과 지표의 대분류는 싱가포르, 로테르담, 함부르크, 부산항 등 글로벌 항만의 스마트 항만 추진 전략을 바탕으로 항만 운영, 항만 안전, 항만 보안, 항만 친환경으로 분류하였다. 또한 위 분류는 UNECE(2020)에서 제시하는 항만 이해관계자별 스마트 컨테이너 효용지표를 카테고리 한 결과와 큰 차이가 없다. 즉, UNECE(2020)에서 제시하는 터미널운영사, 선사, 항만당국, 규제당국 등 항만 이해관계자별 효용성 및 활용 사례의 카테고리는 운영, 안전/보안, 거버넌스 등으로 분류하고 있으며, 이에 해당하는 주체별, 카테고리별 구체적인 지표를 소개하고 있다. 따라서, 본 연구는 UNECE(2020)에서 제시하는 이해관계자별 효용성 및 활용 사례, 그리고 컨테이너 항만 성과지표(Ha et al., 2017)를 스마트 컨테이너 도입에 따른 항만의 성과지표로 재배치하여 정리하였다(Table 2).

Table 2

Smart container performance indicators

3. 분석방법

DEMATEL(Decision Making Trial and Evaluation Laboratory)은 1972년부터 1976년까지 스위스 제네바에 있는 Battelle Memorial Institute의 Science and Human Affairs Program에서 복잡하고 얽혀 있는 사회 문제를 조사하고 해결하기 위해 개발한 방법이다(Ha and Yang, 2017). 이 방법은 구조적 모델링 접근법으로, 주어진 변수를 원인(cause) 그룹과 결과(effect) 그룹으로 분류할 수 있고, 방향성 그래프(digraph)를 통해 변수 간 인과관계 분석과 상호의존성의 강도를 파악하는데 유용하다.

DEMATEL은 변수들의 집합인 z = {x₁,x₂,…,x_i,…,x_n} 이 있고, 여기서 x_i는 i번째 변수(i=1,2,…,n)를 의미한다. z는 변수 x_i의 상위 수준의 변수를 나타내며, 변수 간 영향 관계 도출은 다음의 절차를 따른다.

Step 1: 초기 직접 영향 행렬 Z

초기 직접 영향 행렬 Z는 n×n 평균 행렬로, 변수 간의 방향성과 영향력의 강도에 따른 쌍대비교(pairwise comparison)를 통해 도출된다. 일반적으로 DEMATEL에서 사용되는 쌍대비교 척도는 0에서 4까지이며 0: 영향 없음, 1: 낮은 영향, 2: 중간 영향, 3: 높은 영향, 4: 매우 높은 영향을 의미한다.

Z=[z_ij]_n×n은 초기 직접 영향 행렬이며, 여기서 z_ij는 x_i가 x_j에 미치는 직접 영향에 대한 m명이 평가한 평균값이다. 대각 성분(z_ii)은 항상 0으로 같은 변수 간은 영향 관계가 없는 것으로 고려한다.

(1) Z=[zij]n×n=1m∑k=1mxijk, i,j=1,2,....,nZ= x1x2⋯ ..xnx1x2⋯xn[0z12⋯z1nz210⋯z2n⋯⋯⋯⋯zn1zn2⋯0]

Step 2: 정규화된 직접 영향 행렬 D

정규화된 직접 영향 행렬 D=[d_ij]_n×n는 각 변수의 영향력이 0과 1 사이가 되도록 조정한 행렬이며, 계수 s를 통해 Z 행렬을 정규화하면 행렬 D 는 다음과 같이 정의된다. 계수 s는 각 행과 열의 합 중 최댓값의 역수 중 더 작은 값을 선택하여 정규화 계수로 사용한다.

(2) D=s·Z or [dij]n×n=s·[zij]n×n, s〉0s=min[1max1≤j≤n∑j=1nzij,1max1≤i≤n∑i=1nzij]i, j=1, 2, ⋯.,n

Step 3: 총 영향 행렬 T와 행 및 열의 합 구하기

총 영향 행렬 T는 정규화된 직접 영향 행렬D 를 기반으로 다음 식(3)을 통해 계산된다. 여기서 I는 단위행렬(identity matrix)이다. R_i와 C_j는 행과 열의 합을 의미하며, t_ij는 각 변수 간 상호 영향 정도를 나타낸다. 또한, 수평축 값 pri+는 "Prominence(중요도)"로 i번째 변수의 중요도를 의미하며, 수직축 값 pri-는 "Relation(관계성)"으로 각 변수가 원인(cause) 또는 결과(effect) 그룹에 속하는지를 결정한다.

즉, pri-값이 양수이면 원인그룹으로 분류되고 음수이면 결과그룹으로 분류된다.

(3) T=limm→∞(D1+D2+⋯+Dm)=∑m=1∞Di=D(I-D)-1Ri=∑j=1ntij,Cj=∑i=1ntij, (i,j=1,2,....,n)pri+=Ri+Ci, pri-=Ri-Ci

Step 4: 임계값(α) 설정 및 인과도(Digraph) 구성

임계값 α는 전문가의 주관적인 판단 또는 수학적 공식을 통해 계산된다(Ha et al., 2017). 임계값을 설정하는 목적은 행렬 T에서 변수 간 영향력이 미미한 관계를 필터링하고 제거하기 위함입니다. 임계값은 행렬 T에서 모든 t_ij의 평균으로 계산되며, 여기서 N은 전체 원소 수(i×j)를 의미한다. 임계값(α)보다 큰 영향력 값만 영향 관계가 있다고 판단하며, 이들 변수 간 관계만 선택되어 인과관계 다이어그램으로 변환된다.

(4) α=∑i=1n∑j=1ntijN

4. 실증분석

4.1 자료수집

스마트 컨테이너 도입 성과를 평가하기 위한 최상위 지표인 항만 운영 부문, 항만 안전 부문, 항만 보안 부문 그리고 항만 친환경 부문 지표 간 인과관계를 우선 분석하고 이 결과에 따라 각 하부 주요 지표 간의 인과관계를 분석한다. 시스템 다이나믹스 등 지표 간의 인과관계에 활용되는 방법은 연구자의 주관에 따라 지표 간의 인과관계를 규명하여 시뮬레이션 모형을 구축하는 것이 일반적이다. 이러한 주관적인 인과관계 규명 문제를 보다 객관화 하여 분석하기 위해 본연구에서는 DEMATEL을 활용한다. 각 지표 간의 인과관계를 분석하기 위해 해운 항만물류 교수 3명, 국책연구원 1명, 선사 1명, 터미널 운영사 2명 등 총 7명^³⁾의 전문가 집단이 평가에 참여하였다. 각 전문가는 다음의 질문에 응답하게 하였다. 예를 들어, 항만 운영 지표와 항만 안전 지표의 인과관계 분석을 위해서 “항만 운영 지표가 항만 안전 지표에 얼마만큼 영향을 주는지를 5점 척도(0-영향을 주지 않음, 1-약간 영향을 줌, 2-보통 영향을 줌, 3-많이 영향을 줌, 4-매우 많이 영향을 줌)를 활용하여 평가해 주시길 바랍니다.” 다른 지표 간의 인과관계도 동일한 방법으로 평가하게 하였다. 따라서 최상위 지표 간의 인과관계 분석을 위해서는 총 12(N(N-1); 4*3)개의 쌍대비교 평가(질문)가 이루어졌다.

4.2 최상위 4개 지표 인과관계 분석

항만에서의 스마트 컨테이너 도입 성과를 평가하기 위해 항만성과지표의 최상위 지표인 항만 운영 부문, 항만 안전 부문, 항만 보안 부문 그리고 항만 친환경 부문에 대해 7명의 전문가 집단이 평가한 평균 초기 직접 영향 행렬 는 다음 <Table 3>과 같다. 이는 식(1)을 통해 도출된 결과이다.

Table 3

An initial direct-relation matrix(Z) evaluated by 7 experts

식(2)~식(4)에 따라 정규화 매트릭스(D), 단위행렬(I), 정규화 매트릭스(D)의 역행렬을 활용하여 도출한 최종 영향 관계 매트릭스(T)는 아래 <Table 4>와 같다. 평가 결과를 요약하자면, 1) 운영 효율성은 항만 안전과 항만 친환경에 영향을 줌, 2) 항만 안전은 운영 효율성, 항만 보안, 항만 친환경에 영향을 줌, 3) 항만 보안은 운영 효율성, 항만 안전, 항만 친환경에 영향을 줌, 4) 항만 친환경은 운영 효율성에 영향을 주는 것으로 나타났다.

Table 4

A total-relation matrix(T) evaluated by 7 experts

R_i+C_j값은 각 지표의 중요도를 나타내는 것으로 운영 효율성, 항만 안전, 항만 보안, 항만 친환경 순으로 중요한 것으로 나타났으며, 이는 스마트 컨테이너 도입 시, 운영 효율성, 항만 안전, 항만 보안, 항만 친환경 순으로 성과가 향상이 클 것으로 해석할 수 있다. 반면, R_i-C_j값은 지표의 원인지표(영향을 주는 지표)와 결과지표(영향을 받는 지표)를 구분하는 것으로 운영 효율성과 항만 친환경 지표는 결과지표이며, 항만 안전과 항만 보안은 원인지표임을 의미한다.

이 결과를 바탕으로 하위 8개 주요 지표의 인과관계를 평가하며, DEMATEL에서는 노란색으로 하이라이트 된 지표 간에만 직접 영향 관계가 있는 것으로 판단하기 때문에 해당 지표 간의 인과관계만 조사한다.

4.3 하위 8개 지표 인과관계 분석

상위 4개 지표 간 인과관계 결과(Table 4)에 따라 항만 운영 부문(컨테이너 운영관리, 터미널 운영관리, 운송수단 운영관리)와 항만 친환경 부문(컨테이너 운영관리, 운송수단 운영관리), 항만 안전 부문(컨테이너 운영관리, 항만구역 안전관리)와 항만 보안 부문(정보 기반 통관 관리), 항만 친환경 부문(컨테이너 운영관리, 운송수단 운영관리) 등 직접 인과관계가 있는 것으로 나타난 하위 지표 간의 인과관계를 조사하였다.

상위지표 조사와 같은 방식으로 식 (1)~(4)을 통해 도출된 7명 전문가 집단의 평균 초기 직접 영향 행렬 Z와 최종 영향 관계 행렬 T는 <Table 5>와 <Table 6>과 같다.

Table 5

An initial direct-relation matrix(Z) evaluated by 7 experts

Table 6

A total-relation matrix(T) evaluated by 7 experts

평가 결과를 요약하자면, 1) 항만 운영에서 컨테이너 운영관리(항만 운영)는 컨테이너 운영관리(항만 안전), 컨테이너 운영관리(항만환경)와 운송수단 운영관리(항만환경)에 영향을 주며, 터미널 운영관리(항만 운영)는 항만구역 안전관리(항만 안전), 컨테이너 운영관리(항만환경)와 운송수단 운영관리(항만환경)에 영향을 주며, 운송수단 운영관리(항만 운영)는 자기 자신, 컨테이너 운영관리(항만 안전), 항만구역 안전관리(항만 안전), 컨테이너 운영관리(항만환경)와 운송수단 운영관리(항만환경)에 영향을 주는 것으로 나타났다. 2) 항만 안전에서 컨테이너 운영관리(항만 안전)과 항만구역 안전관리(항만 안전)는 항만 친환경의 모든 지표, 항만 운영의 모든 지표에 영향을 주며, 컨테이너 운영관리(항만 안전)는 항만 보안의 정보 기반 통관 관리(항만 보안)에 영향을 미치는 것으로 조사되었다. 3) 항만 보안의 정보 기반 통관 관리(항만 보안)는 모든 지표에 영향을 주는 것으로 나타났다. 4) 항만 친환경 2개 주요 지표 중 운송수단 운영관리(항만환경) 지표만 항만 운영 효율 부문 3개 지표에 영향을 주며, 자기 자신에게 영향을 주는 것으로 나타났다.

R_i+C_j값에 따라 운송수단 운영관리(항만환경), 운송수단 운영관리(항만 운영), 컨테이너 운영관리(항만 안전), 컨테이너 운영관리(항만 운영), 터미널 운영관리(항만 운영) 순으로 중요한 것으로 나타났으며, 이는 스마트 컨테이너 실용화 확산으로 항만에서 이들 지수의 성과 향상이 높을 것이라 해석이 가능하다.

R_i-C_j값은 원인지표(영향을 주는 지표)와 결과지표(영향을 받는 지표)로 구분하는 것으로 운영 효율성과 항만 친환경 부문의 주요 지표는 결과지표이며, 항만 안전과 항만 보안 부문의 주요 지표는 원인지표임을 의미한다. 단, 각 지표의 R_i값과 C_j값을 비교하여 C_j값이 크면 그 지표는 비교 지표에 대해 결과지표가 된다. 예를 들어, Table 6의 진하게 표시된 항만 운영 부문의 터미널 운영관리(R_i=0.14), 항만 운영 부문의 컨테이너 운영관리(C_j=0.13)에서 R_i-C_j=0.01이 되어 터미널 운영관리(항만 운영)는 결과지표, 컨테이너 운영관리(항만 운영)는 원인지표가 되며, 이러한 방식으로 각 지표 개개의 관계에서 인과관계를 확인할 수 있다. 이를 통해 각 지표 중 결과지표로 분류된 지표의 성과의 향상을 위해서는 원인지표의 성과관리를 통해 이뤄질 수 있다는 것을 의미하고 있다.

5. 결 론

본 연구는 스마트 컨테이너 도입이 항만 성과지표에 미치는 영향을 체계적으로 분석하고, 특히 성과지표 간의 인과관계를 규명함으로써 컨테이너 항만에서 스마트 컨테이너 운영에 관한 전략적 방향을 제시하고자 하였다. 분석을 위해 DEMATEL 기법을 활용하였으며, 항만 운영, 항만 안전, 항만 보안, 항만 친환경의 네 가지 최상위 지표와 이를 구성하는 8개의 하위지표 간 상호작용을 전문가 집단의 평가를 기반으로 정량적으로 도출하였다.

연구 결과, 스마트 컨테이너 활용에 따른 항만 안전과 항만 보안 지표는 다른 지표에 강한 영향을 미치는 원인 지표(cause)로 작용하며, 반면에 항만운영과 항만 친환경 지표는 영향을 받는 결과 지표(effect)로 분류되었다. 이는 스마트 컨테이너 도입 효과를 극대화하기 위해서는 항만 안전성과 보안 수준 향상을 위한 체계적인 관리가 우선으로 필요함을 의미한다. 특히, 하위지표 분석에서는 운송수단 운영관리(항만 친환경), 운송수단 운영관리(항만 운영), 컨테이너 운영관리(항만 안전)가 가장 높은 중요도를 가지는 것으로 나타났는데 이는 스마트 컨테이너 도입으로 인해 상기 지표의 성과 향상이 가장 높다는 것을 의미하는 동시에 항만의 효율성 향상과 지속가능성 강화를 위한 핵심 요소임을 나타낸다.

본 연구 결과 다음과 같은 시사점을 제공한다. 첫째, 스마트 컨테이너와 항만성과 간의 다차원적 관계를 인과적으로 분석한 본 연구는 기존의 기술 중심 논의에서 벗어나 보다 전략적이고 종합적인 평가 틀을 마련하였다. 둘째, 항만 운영사 및 터미널 운영사들은 스마트 컨테이너 도입 시, 안전 및 보안 시스템을 선제적으로 강화하고 이를 통해 전체 항만 운영 효율성을 제고할 수 있는 로드맵을 구축에 활용할 수 있을 것으로 판단된다. 셋째, 컨테이너 운영 및 운송수단의 통합 관리체계를 구축함으로써 항만 친환경과 비용 효율성을 동시에 달성할 수 있는 기반을 마련할 수 있다.

궁극적으로 본 연구는 스마트 컨테이너의 전략적 활용을 통해 지속 가능하고 경쟁력 있는 스마트 항만 구축에 기여할 수 있는 실천적 방향을 제시한 데 의의가 있다. 다만, 본연구는 스마트 컨테이너 도입에 따른 항만 분야 초기 연구로 향후 해당 지표의 2차 자료를 활용하여 실제 항만의 성과에 어떠한 영향을 미치는지 연구를 수행할 필요가 있다. 이를 통해, 항만 공사 등 항만당국은 스마트 항만 구축에 있어 실천적 방향성을 넘어 구체적인 실행계획 수립에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

Notes

¹⁾

장치의 탈부착(장착·회수), 배터리 교환 등 수시 관리 인력 필요하며, 컨테이너 문제 발생 시 원격 조치 곤란(Dong-A University, Smart Logistics Research Centre, https://dms.donga.ac.kr/slc/index.do)

²⁾

유엔유럽경제위원회(United Nations Economic Commission for Europe), Trade Facilitation White Paper on Smart Containers (ECE/TRADE/446)

³⁾

선사 1명 및 터미널 운영사 2명은 10년 이상(과장~부장)의 경력자이며, 학계 및 연구계 전문가는 박사학위 소유자로 15년 이상의 해운·항만 연구를 수행해 오고 있음.

⁴⁾

AHP, DEMATEL 등 MCDM(Multi-Criteria Decision Making) 방법은 비모수통계 방법으로 다수의 표본이 필요하지 않으며 연구분야에 전문성을 가진 10명 이내의 평가자로도 분석이 가능하다고 보고 있다(Ha and Yang, 2017).

사 사

본 논문은 인천대학교 2023년도 자체연구비 지원에 의하여 연구되었음.

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Type	Components	Description
Smart Container (Dry, Reefer)	Smart Unit	Control function for internal and external communication and sensing functions of the container
	Smart Sensor Node	Collects sensing information inside the container and functions for wired or wireless communication with smart devices
	Middle-Ware	Store and manage information delivered by smart containers

Category	Indicators	Sub-indicators	Use case	Reference
Smart Container	Smart Container Performance Indicators	Container and Cargo Condition Data	Unexpected Door Opening	UNECE (2020)
			Unexpected Temperature/Humidity Change
			Reefer Pre-Trip Inspection (PTI) on demand = Predictive Maintenance
			Shock/vibration Exceeding the Predefined Threshold
		Container Position Data	ETA Update (ship, truck, container)
			Trip Tracking for Inland Haulage including Port Terminal
			Container Gate In/Out Information
			Geofencing (port, terminal, depot, etc.)
Port Terminal	1. Port Operation Performance Indicators	1.1. Container Operation and Management	Real-Time Monitoring of Container Throughput
			Minimizing Unnecessary Container Relocation and Re-stacking within the CY Yard
			Container inspection/maintenance
			Monitoring Empty Container Inventory and Minimizing Empty Container Relocation
		1.2. Integrated Terminal Operations Management (Vessel Center–Yard Center–Gate Center)	Berth (Crane) Productivity (VAN/hr)	Ha et al. (2017)
			CY (Container Yard) Utilization Rate (%)
			CY (Container Yard) Productivity (VAN/hr)
			Berth-to-Yard Transfer Productivity (VAN/hr)
		1.3. Transport Mode Operation and Management	Vessel Turnaround Time at Port
			Truck Turnaround Time at Port
			Truck Backhaul Utilization Rate
	2. Port Safety Performance Indicators	2.1. Container Operation and Management	Hazardous Container Segregation Systems at Terminals and Onboard Vessels	UNECE (2020)
			Minimization of Manual Data Entry Errors in Hazardous Cargo Information
			Preventing Safety Accidents for Supervisors during Severe Weather Condition
			Minimizing Unnecessary Container Relocation and Re-stacking within the CY Yard
			Immediate Response to Container Damage
		2.2. Safety Management within the Port Zone	Predictive Port Infrastructure Maintenance Based on Container and Vehicle Usage Hours
		2.2. Safety Management within the Port Zone	Monitoring Illegal Activities within the Port Area (e.g. Unauthorized Parking of Vehicles and Chassis)
	3. Port Security Performance Indicators	3.1. Intelligence-Based Customs Control	Fast-Track Customs Clearance for Compliant Containers
	3. Port Security Performance Indicators	3.1. Intelligence-Based Customs Control	Intensive Inspection and Customs Processing for Non-Compliant Containers
	4. Environmental Sustainability Performance Indicators	4.1. Container Operation and Management	Minimizing Unnecessary Container Relocation and Re-stacking within the CY Yard
			Reducing Redundant Reefer Engine Usage and Optimizing Cargo-Specific Temperature/Humidity Settings
			Rapid Response to Container or Cargo Damage to Prevent Disposal
		4.2. Transport Mode Operation and Management	Optimizing Truck Traffic Management via TOS–ITS Integration	Ha et al. (2017)
			Vessel Turnaround Time at Port (Reduction of Vessel Waiting Time)
			Truck Turnaround Time at Port (Reduction of Truck Waiting Time)
			Truck Backhaul Utilization Rate (Reduction in Truck Trips)
			Optimized Repositioning of Empty Containers (Reducing Truck Trips)	UNECE (2020)

	Port Operation	Port Safety	Port Security	Eco-Friendly Port	Sum
Port Operation	0.00	2.14	2.14	3.00	7.29
Port Safety	3.43	0.00	2.86	1.86	8.14
Port Security	3.86	3.00	0.00	1.71	8.57
Eco-Friendly Port	2.14	2.29	1.43	0.00	5.86
Sum	9.43	7.43	6.43	6.57

	Port Operation	Port Safety	Port Security	Eco-Friendly Port	R_i	C_j	R_i + C_j	R_i − C_j
Port Operation	0.91	0.94	0.86	0.95	3.660	4.531	8.190	−0.871
Port Safety	1.30	0.84	1.00	0.96	4.099	3.736	7.835	0.363
Port Security	1.37	1.12	0.80	0.98	4.273	3.372	7.645	0.901
Eco-Friendly Port	0.96	0.83	0.71	0.60	3.094	3.487	6.582	−0.393

Category		Port Operation			Port Safety		Port Security	Eco-Friendly Port		Sum
Category		Container Operation and Management	Integrated Terminal Operations	Transport Mode Operation and Management	Container Operation and Management	Safety Management within the Port Zone	Intelligence-Based Customs Control	Container Operation and Management	Transport Mode Operation and Management	Sum
Port Operation	Container Operation and Management	0.00	0.00	0.00	3.29	1.43	0.00	2.86	1.14	8.71
	Integrated Terminal Operations	0.00	0.00	0.00	1.00	2.29	0.00	1.57	3.14	8.00
	Transport Mode Operation and Management	0.00	0.00	0.00	2.00	3.00	0.00	2.14	3.57	10.71
Port Safety	Container Operation and Management	2.14	2.14	2.71	0.00	0.00	2.71	3.14	2.29	15.14
Port Safety	Safety Management within the Port Zone	1.00	1.29	2.57	0.00	0.00	1.43	1.57	3.14	11.00
Port Security	Intelligence-Based Customs Control	1.00	1.29	2.71	1.86	1.14	0.00	2.29	2.29	12.57
Eco-Friendly Port	Container Operation and Management	1.86	1.29	1.43	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	4.57
Eco-Friendly Port	Transport Mode Operation and Management	3.14	3.43	3.57	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	10.14
Sum		9.14	9.43	13.00	8.14	7.86	4.14	13.57	15.57