5. 동해가스전의 선박 안전이격거리 분석
5.2 선박 길이별 안전이격거리 분석
5.2.3 동해가스전의 안전 통항범위 제안
Fig. 5.5는 본 연구를 통해 선정한 동해가스전과 선박간의 안전이격거리의 기 준인‘5.5L+500m’과 Z-score에 따른 안전이격거리 범위 (Small 99%, Medium 95%, Large 90%)에 대한 결과를 시각적으로 비교하기 위해 나타낸 그림이다.
단, 본 연구에서는 5.5L+500m의 권고 안전이격거리에 대해 각 길이구간별 최댓 값 (Small : 100m, Medium : 200m)을 L값에 대입하였으나 해양시설물 반경 2NM을 통항하는 Large 구간의 선박은 최소 200m에서 최대 367m로 길이의 편 차가 심하였다. 그러므로 Large는 신뢰구간 90%의 좌측 값 선박 길이로 도출된 길이인 277.8m 및 Small과 Medium의 최댓값이 각각 100m, 200m인 점을 감안 하여 Large의 L은 300m로 대입하였다.
(b) 5.5L+500m
(c) Confidence Interval
(a) Comparision of measurement method
Fig. 5.5 Comparison of proper distance between ships and Donghae gas field
Table 5.7은‘5.5L+500m’과 Z-score에 따른 안전이격거리 범위 (Small 99%, Medium 95%, Large 90%)에 대한 유사도 분석한 결과이다. 그 결과, Small은 96.56m의 차이와 1.00의 Distance / Length 차이, 오차율은 9.20% 차이가 나타 났으며 가장 차이가 컸다. Medium의 경우에는 3.68m의 이격거리 차이와 Distance / Length 차이는 0.01로 나타났으며 오차율은 0.23%의 차이로 가장 차 이 값이 근소하였다. Large는 122m의 이격거리 차이로 단순 수치는 가장 차이 가 컸으나 Distance / Length 의 차이는 0.14로 나타났으며 오차율은 5.80%의 차이를 나타냈다.
Ship Safety Distance
Small Medium Large
99% CI 5.5L+500m 95% CI 5.5L+500m 90% CI 5.5L+500m
Distance(m) 953.44 1,050.00 1,603.68 1,600.00 2,025.39 2,150.00
Distance/Length 11.50 10.50 7.99 8.00 7.30 7.16
Distance
Difference(m) 96.56 3.68 124.61
Distance/Length
Difference 1.00 0.01 0.14
Error rate(%) 9.20 0.23 5.80
Table 5.7 Comparison of safety distance between ships and Donghae gas field
본 연구에서는 동해가스전을 대상으로 13주간의 AIS data를 수집하여 분석했 음에도 불구하고 통계적 검증력 분석 결과, Medium을 제외한 Small, Large의 경우에서 통계적 검증력을 확보하는 표본 수가 부족한 것으로 분석되었다. 그 러므로 본 연구의 결과를 종합하여, 동해가스전으로부터의 선박 안전거리는 Medium의 신뢰구간에 95%에 대한 이격거리를 선박 안전이격거리의 기준으로 선정하였다.
제 6 장 결론
6.1 결론
본 연구에서는 해양시설물과 선박의 안전이격거리에 대한 기준을 통항분포를 통해 제안하기 위하여 서로 다른 해역의 통항 특징을 가진 항만횡단 해상교량 인 인천대교와 부산항대교의 2019년 6월 한 달간의 수집된 AIS data와 동해가 스전의 2019년 1월부터 4월까지 13주간 수집된 AIS data를 통해 통항분포를 분 석하였다.
수집된 AIS data는 데이터 정제, 데이터 변환을 거쳐 전처리 수행하였으며, 대상선박은 규칙적인 선박의 항적을 분석하기 위해 상선을 대상으로 수행하였 다. 인천대교의 경우, 대상 교량의 선박통항규칙을 참고하여 총 톤수 5만 톤을 기준으로 단독통항과 교행통항을 분류하여 입항선과 출항선을 각각 분류하였으 며 부산항대교의 경우 상대적으로 통항에 자유로운 소형선을 제외한 총 톤수 1 천톤 이상의 선박을 대상으로 하였다. (Fujii, 1981) 동해가스전의 경우 순시선 2 척 및 50m 이하의 선박으로 인한 불규칙한 항적의 영향을 줄이고자 50m 이상 의 상선을 대상으로 안전이격거리를 제시하기 위해 선박의 길이를 기준으로 Small(50-100m), Medium(100-200m), Large(200m 이상)으로 분류하였다.
수집된 AIS data의 통항분포에 따른 통계적 검증력 분석결과, 동해가스전의 Small, Large를 제외하고 모두 수집된 표본 수가 통계적 검증력을 나타내기에 충분한 것으로 분석되었다. 따라서 본 연구에서는 선박 길이별 통항분포 분석 결과 중 Medium의 결과를 해양시설물과 선박 간 안전이격거리의 신뢰구간 기 준으로 설정하였다.
우선 항만횡단 해상교량을 대상으로 수집된 AIS data의 통항분포에 따른 정 규성 검정을 Kolmogorov-smirnov test, Normal Q-Q plot, Skewness, Excess kurtosis에 따라 수행하였으며, 그 결과, 인천대교 2-way의 Kolmogorov-Smirnov test의 결과를 제외하고 모두 정규성을 따르는 것으로 확인되었다. 본 연구에서
는 인천대교 2-way에서의 분포가 정규분포와 유사하고 통계적 검증력을 통해 수집된 표본의 수가 충분하므로 교각의 통항분포에 대해 정규분포를 따르는 것 으로 가정하여 교량의 폭, 충돌방지공 크기, 선박의 폭을 고려한 80~99%의 신 뢰구간에 따른 이격거리를 정규분포 Z-score에 따라 나타내었다.
통항분포의 신뢰구간에 따른 이격거리 분석 결과, 인천대교의 경우 신뢰구간 95%의 범위 내에서 2-way 출항 시 1척을 제외한 모든 선박이 통항하였으며 부 산항대교의 경우 입항 시 6척, 출항 시 2척을 제외한 대부분의 선박이 95%의 범위 내에서 통항하는 것으로 분석되었다. 1-way 통항 시 평균값은 항로의 중 심에 위치하며 2-way통항 시에는 0.1배의 항로폭만큼 편위하여 통항하며 그 표 준편차는 통항량과 항로폭에 따라 결정된다. 인천대교는 부산항대교에 비해 항 로의 폭이 크므로 상대적으로 자유로운 통항을 수행한다. 또한 1-way 통항시에 는 항로 중심으로 통항하려는 특징이 있으므로 2-way 통항과 비교하면 입, 출 항 시 이격거리의 차이가 작게 나타난다는 특징이 있다. 이를 통해 신뢰구간에 따른 교각과 선박의 입항, 출항 시에 대한 이격거리 차이는 신뢰구간별로 차이 가 일정하고 그 변화량이 적을수록 선박은 규칙적인 통항을 하며, 입항과 출항 의 차이에 대한 변화량이 많을수록 상대적으로 자유로운 통항을 수행하는 것으 로 판단되었다. 입항, 출항에 대한 이격거리 차이의 변화량을 분석한 결과 95%
에서 99%구간의 변화량이 가장 많이 증가하는 것으로 분석되었다.
항만횡단 해상교량 하부를 통항하는 선박의 통항분포를 종합적으로 검토한 결과, 95%의 신뢰구간에 따른 교각과 선박의 이격거리를 선박 안전이격거리로 선정하였다. 신뢰구간 95%에 따른 입, 출항 통항 범위를 Safety zone으로 설정 하였으며, 신뢰구간 95% 외측에서부터 항로 끝단까지의 거리를 Precautionary zone으로 설정하였다. 또한 Safety zone과 Precautionary zone을 합친만큼의 범 위까지를 허용 가능한 통항범위로 설정하였다. 그리고 항로 끝단에서부터 교각 까지의 거리를 Risk zone으로 분류하여 위험구간으로 설정하였다.
동해가스전을 대상으로 AIS data의 통항분포에 따른 정규성 검정도 항만횡단 해상교량의 통항분포 정규성 검정과 동일한 방식으로 수행하였으며, 그 결과 모든 선박 길이별 통항분포는 정규성을 가지는 것으로 분석되었다.
동해가스전의 통항분포 분석 결과와 정규분포를 비교한 선박 간의 이격거리 를 통계적으로 나타내기 위해 통항 패턴 분석을 수행하였다. 그 결과, 선박의 길이가 커질수록 평균, 최솟값은 상승하였고, 표준편차는 작아졌다. 첨도는 선 박의 길이가 커질수록 감소하였으며 왜도는 Small에서 가장 높게 나타나고 Medium에서 가장 낮게 나타났다. 이를 바탕으로 통항 패턴은 선박 길이별로 상이한 특성을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 그러므로 본 연구에서는 동해가 스전 통항선박의 길이별로 안전이격거리를 선정하고자 하였다.
선박 길이별 권고 이격거리는 해양시설물에서 500m반경 지점부터 2NM까지 5.5L～7.0L의 값을 설정하고, 설정 이격거리 값의 구간을 0.5L으로 분류하여 설 정 값 이하로 통항하는 선박을 대상으로 이격거리의 차이를 분석하였다. 그 결 과, 5.5L이 가장 차이가 근소한 값으로 분석되었으며 선박 권고 안전이격기준 을 5.5L+500m로 선정하였다.
본 연구에서는 5.5L+500m의 권고 안전이격거리를 선박 길이별 신뢰구간의 좌 측 값으로 선정 하였을 때 각 구간별 길이의 최댓값에 가깝게 나온 값을 선박 길이별 신뢰구간에 따른 안전이격거리로 선정하였다. 그 결과, Small 99%, Medium 95%, Large는 90%의 신뢰구간 값에 해당하는 범위가 적정 값으로 분 석되었다. 다만, 동해가스전을 대상으로 13주간의 AIS data를 수집하여 분석했 음에도 불구하고 Medium을 제외한 Small, Large의 경우에서 통계적 검증력을 통한 적정 표본 수가 부족한 것으로 분석되었다. 그러므로 본 연구의 결과를 종합하여, 동해가스전으로부터의 선박 안전거리는 Medium을 기준으로 신뢰구 간에 95%에 대한 이격거리를 선박 안전이격거리의 기준으로 선정하였다.
본 연구를 통해서, 선박 운항자들에게 각 항만의 통항특성에 맞는 정량적인 안전이격거리를 제안하여 항만횡단 해상교량에 대한 사고 발생율을 낮출 수 있 을 것으로 판단된다. 또한 각 항만의 교통특성에 맞는 통항분포에 기반을 둔 방법을 활용하여 교량 설계 시에 있어 설계자에게 선박과의 이격거리를 고려한 항만횡단 해상교량의 설계 기준을 제시할 수 있을 것으로 판단된다. 더욱이 선 박 관제사들에게 정량적인 안전기준을 제안하여 더욱 통항 안전성을 도모 할 수 있을 것으로 판단된다.
6.2 향후 과제
본 연구는 서로 다른 특성을 가진 해양시설물을 대상으로 통항분포를 통한 선박과의 이격거리를 정량적으로 분석하였다. 그러나 동해가스전을 대상으로 수집한 데이터의 경우, 데이터 표본의 수가 통계적 검증력을 확보 할 만큼의 충분한 데이터를 확보하지 못한 점과 인천대교 1-way 의 데이터 표본 수가 적 어 안전이격거리를 제시하지 못한 한계점이 있었다.
향후 연구에서는 자료수집 기간을 늘려서 충분한 표본 수를 확보하여 본 연 구의 결과와 비교한다면 유의미한 결과를 도출할 수 있을 것으로 생각된다. 더 나아가, 이격거리에 미치는 다양한 요소가 되는 조류, 바람, 시정, 선속 등에 대 한 정보를 함께 분석하여 방파제, 교량, 부두시설 등 여러 가지 수역 시설을 대 상으로 한 통항 안전성 향상 방안을 모색한다면 해양 안전을 더욱 도모할 수 있을 것으로 예상한다.