통항 확률분포에 기반한 선박과 해양시설물간 안전이격거리에 관한 연구

통과확률분포에 따른 선박과 해양시설 간의 안전이격거리에 관한 연구. 선박과 해양시설의 안전이격거리에 관한 연구.

본 연구에서는 해양 물체 근처를 통과하는 선박의 AIS 데이터를 수집하고 전달했습니다. 각 선박의 확률분포를 바탕으로 안전 이격거리를 분석하였다.

연구 내용

선박-해양구조물간 해양사고 조사

선박-교량간 해양사고 조사

이를 통해 선박과 교량 사이의 충돌사고는 연평균 1.2건의 충돌사고로 계속 발생하고 있으며, 충돌사고는 모두 인적 실수에 의해 발생한 것으로 분석됐다. 그럼에도 불구하고 현재까지 선박 운항자들에게는 충돌 사고를 예방하라는 권고가 내려져 있다.

국내외 이격거리 관련 기준 조사

• 해사안전법
• UN해양법협약
• 일본 국토교통성
• 영국 해사연안경비청
• 영국 그레이터 가바드 해상풍력단지
• 네덜란드 보셀 해상풍력 발전단지
• 미국 뉴욕 에너지 연구 개발국

Leiter Gabbard 해상 풍력 발전 단지의 안전 구역 설정 상태를 보여줍니다. 교통안전구역 설정 범위를 보여줍니다.

Fig. 2.1은 MLITT (2015)에서 제안한 해양시설물 중 해상풍력발전단지와의 이 격거리를 나타낸다. 이에 따르면 해상풍력터빈 후류 영향에 의한 거리인   (Rotor Diameter)와 해상풍력터빈 붕괴영향에 의한 거리   (Height from broken part to rotor highest point)중 큰 값에 대하여 이격거리로 설정할 것을 제안하였다.

지리적 위치 분석

인천항과 부산항은 우리나라를 대표하는 무역항 중 하나로, 선박 통행량과 ​​화물량이 많다.

통항량 분석

본 연구에서는 계산 결과에 따라 선정된 유의수준이 0.05보다 높으면 분포가 정규성을 따르는 것으로 판단하였다. 본 연구에서는 K-S 검정, 왜도, 첨도를 이용하여 통계적으로 분포의 정규성을 검정하였다. 그 결과, 모든 크기의 선박에 대한 통행분포는 정규성을 따르고 있는 것으로 분석되었다.

Table 3.1 Donghae gas field traffic status by ship type

해양사고 현황 조사

대상 해양시설물 통항특성 분석

동해가스전

동해가스전은 정해진 항로나 TSS가 없어 자유로운 통행이 가능한 해역으로, 동해가스전과 선박 사이의 거리는 선박 운영자의 주관적 판단에 따라 결정된다. 게이트 길이는 해상풍력발전 단지와 선박 사이의 안전한 이격거리로 주로 권장되는 2NM(NYSERDA, 2017)으로 설정하였고, MARIN이 PIANC(2018)에서 언급한 연구 결과를 통해 확립한 2NM 거리를 설정하였다. 적격성이 조사되었습니다. 마린의 연구 결과에 따르면 선박의 통로 폭은 연간 교통량에 따라 한 편에 2~4척으로 설정되며, 선박 각 측면의 1L는 선박이 통과할 수 있는 최대 길이를 기준으로 2L이다. 각각의 해상 지역이므로 약간의 여유를 두십시오.

Fig. 3.3 Donghae gas field traffic characteristic analysis result

인천대교

부산항대교

데이터 처리 과정

데이터 수집 절차

선박의 폭과 물체의 크기를 기준으로 이격거리를 분석하였다. 그러나 본 연구에서는 모든 선박의 CCRP(Consistency Common Reference Point)를 고려하는데 한계가 있었다. 따라서 본 연구에서는 AIS 수신기가 선박의 중심선에 설치되어 있다고 가정하였다.

Table 3.12 Sailing speeds passing through the target bridge

데이터 전처리 과정

Henry, 2002) 본 연구에서는 정규 Q-Q 플롯과 히스토그램을 사용하여 트래픽 분포의 정규성을 시각적으로 테스트했습니다. 본 연구에서는 선박의 안전기준을 5.5L로 선정했는데, 이는 실제 통행과 가장 작은 차이를 보였다. 따라서 본 연구에서는 선박 길이별 교통 분포 분석 결과 중 평균 결과를 해양시설과 선박 간의 안전 이격거리에 대한 신뢰구간 기준으로 설정하였다.

Table 3.14 Result of missing values treatment by data pre-processing

항만횡단 해상교량의 선박 안전이격거리 분석

통계적 검증력 분석

본 연구에서는 트래픽 분포 특성을 비교하기에 앞서, 획득된 데이터의 표본 크기가 충분한 통계적 검정력을 갖고 있는지 분석하였다. 여기서는 교통 분포를 정규분포로 가정하고, 분포의 평균을 교통 구역의 중심선으로, 표준편차를 LOA로 설정하여 기하학적 충돌 확률을 모델링한다. 귀무가설의 평균을 경로폭의 중심선으로 설정하고, 표본크기 검증은 1표본 t-검정을 통해 수행하였다.

Fig. 4.1 Geometric Probability of Pier Collision

통항분포 정규성 검정

정규분포를 평가하는 방법 중 Kolmogorov-Smirnov 검정(이하 K-S 검정)은 정규성을 검증하기 위해 일반적으로 사용되는 정규성 검정 방법이다. 분석 결과, 인천대교 양방향 통행을 제외한 모든 경우에 대해 K-S 테스트를 만족하였다. 왜도와 첨도를 통한 정규성 검토 결과 왜도는 모든 경우에 제시된 정규분포 조건을 만족하였으며, 인천대교 편도 출발의 경우 첨도가 5.92로 가장 높았으나 정규분포 조건을 만족하였다. 이전 연구에서 제시되었습니다. 했다.

Table 4.4 Summarized data for normality tests of traffic distributions

신뢰구간에 따른 이격거리 분석

• Z-score에 따른 이격거리 분석
• 신뢰구간에 따른 입, 출항 이격거리 차이 조사

부산항대교의 경우 99% 범위에서 신뢰구간을 벗어나 이동하는 선박의 수는 입항 2건, 출항 1건으로 분석되었으며, 인천대교와 달리 99% 신뢰구간 범위가 형성된 통행폭 이내인 것으로 나타났다. . 인천대교는 부산항대교에 비해 항로가 넓어 부산항대교에 비해 상대적으로 통행이 자유로운 편이다. 1방향에서는 항만 도착이 출발보다 높게 나타났으며, 신뢰구간이 증가하더라도 그 차이는 상대적으로 일정한 것으로 판단되었다.

Fig. 4.8 Method used for analyzing the ship safety distance

항만횡단 해상교량의 안전이격거리 제안

• 인천대교
• 부산항대교

본 연구에서는 동해 가스전 중심으로부터 2NM 간격으로 통과하는 선박을 대상으로 통계적 검정력 분석과 통행 분포의 정규성을 테스트하였다. 따라서 본 연구에서는 선박 길이에 따른 교통 분포 분석 결과 중 평균 결과를 해양 물체와 선박 사이의 안전한 이격 거리에 대한 신뢰 구간 기준으로 설정하고자 하였다. 동해가스전 통행량 분포분석 및 정규분포 결과와 선박간 이격거리를 통계적으로 나타내기 위해 통행패턴 분석을 실시하였다.

Fig. 4.16은 본 연구에서 제안하는 인천대교의 선박 안전이격거리이다. 인천대 교 2-way의 신뢰구간 95%에 해당하는 통항에 따른 Safety zone은 529m로 분석 되었으며 가항 수로 폭 (720m) 기준으로 73.5%의 범위에 해당하는 것으로 분석 되었다

동해가스전의 선박 안전이격거리 분석

통계적 검증력 분석

본 연구에서는 동해 가스전 통행량 분석 결과를 바탕으로 선박 길이 인자를 이용하여 선박과 동해 가스전 사이의 안전거리를 도출하고자 하였다. 99% 구간에서 변화량이 가장 많이 증가한 것으로 분석됐다. 본 연구에서는 다양한 특성을 지닌 해양물체를 대상으로 하는 교통량 분포를 통해 선박과의 이격거리를 정량적으로 분석하였다.

Table 5.1 Verification of sample size for Donghae gas field

선박 길이별 통항분포 정규성 검정

선박 길이별 안전이격거리 분석

• 적정 이격거리 범위 분석
• Z-score에 따른 선박 안전이격거리 분석
• 동해가스전의 안전 통항범위 제안

따라서 본 연구 결과를 종합하여 평균 신뢰구간 95%에서 동해가스전 선박안전거리를 선박안전거리 기준으로 선정하였다. 항만을 따라 해상교량 아래를 통과하는 선박의 통행분포를 종합적으로 검토한 결과, 95% 신뢰구간에 따른 교량과 선박의 이격거리를 안전선박 이격거리로 선정하였다. 따라서 본 연구에서는 동해를 통과하는 선박의 길이별로 안전한 이격거리를 선택하고자 하였다.

Table 5.3 The number of ships passing below setting distance

결론

향후 과제

6] Park, Y.S., Lee, Y.S., Park, J.S., Cho, I.S., & Lee, U., 2008, A proposed bridge design guideline by analysis of maritime accident parameters occurred at bridge crossings over navigable waterways. 18] World Association for Waterborne Transport Infrastructure (PIANC), 2018, MarCOM Working Group 161 Interaction between offshore wind farms and maritime navigation, pp.15-25. 26] Annual Report of the Korea Maritime Safety Tribunal containing statistics on maritime accidents in Incheon Port and Busan Port.