디지털 트윈 기술을 활용한 스마트 해양 내비게이션의 발전과 한국형 자율운항선박의 출항과 미래 전망

디지털 트윈 기술을 활용한 스마트 해양 내비게이션의 발전

디지털 트윈의 개념과 적용

디지털 트윈은 실제 물체나 프로세스를 디지털 세계에서 가능한 한 정확하게 재현한 가상 모델입니다. 이는 모델, 시뮬레이션, 알고리즘 및 서비스로 구성되어 실제 객체의 특성과 동작을 설명합니다.

 

해양 내비게이션에서의 활용

해역 상태에 대한 모든 데이터를 결합하여 정확한 디지털 이미지를 생성

최적의 선박 경로 결정 및 모니터링 가능

항만 산업과의 상호작용 개선, 해양보호구역 우회, 악천후 회피, 자율 운항 실현

The essence of S-100 allows for the creation of data product descriptions across various topics, much like how the assembly instructions for Lego kits provide clear, comparable guidance.

S-100 표준의 역할

다양한 데이터를 기계가 읽을 수 있는 방식으로 구조화

ISO 표준 기반의 개방형, 무료, 확장 가능한 프레임워크 제공

2024년 말까지 주요 데이터 제품 정의 개발 목표

 

향후 전망

2026년부터 해운업계에 정기적인 데이터 서비스 제공 예정

2029년까지 모든 신규 ECDIS 시스템에 S-100 준수 의무화

스마트 소프트웨어를 통해 데이터를 결합하여 항해 가능 수역의 디지털 트윈 구현

 

신조어 '디지털 트윈'은 실제 프로세스의 디지털 복제에 대한 직관적인 이해에 호소합니다. 쌍둥이의 비유는 완전한 동일성은 아닐지라도 큰 유사성에 대한 아이디어를 창출합니다. 실제로 이것이 바로 핵심입니다. 디지털 트윈은 디지털 세계의 물질적 또는 비물질적 객체를 최대한 정확하게 가상으로 표현한 것입니다. 실제 객체의 속성과 동작을 설명하는 모델, 시뮬레이션, 알고리즘 및 서비스로 구성됩니다.

 

디지털 트윈의 개념은 실제 객체와 가상 객체 간의 통신을 가능하게 합니다. 데이터는 현실에서 가상 객체로 흐르고, 정보는 가상에서 실제 객체로 흐른다. 실제 객체와 가상 객체의 편차를 비교 분석함으로써 실제 객체를 서로 적응시키고 프로세스를 규제할 수 있습니다.

 

 

이 설명은 미래의 지능형 해양 항법 솔루션이 어떻게 작동하는지 추상적인 수준에서 설명합니다. 항해할 해역의 상태에 대한 모든 데이터를 완전히 이용할 수 있고 모델, 시뮬레이션 및 알고리즘의 도움으로 결합하여 이 상태에 대한 정확한 디지털 이미지를 생성할 수 있다면 선박의 최적 경로를 결정할 수 있습니다. , 준수하고 지속적으로 모니터링합니다. 선박은 항만 산업과 더 잘 상호 작용할 수 있고, 해양 보호 구역에서의 항해는 효율성 손실 없이 피할 수 있으며, 악천후 지역을 피할 수 있으며, 자율 배송이 가능해집니다.

 

항해 가능한 바다의 디지털 트윈을 누구에게, 무엇을 위해 사용할 수 있는지에 대한 비전은 이미 존재합니다. 그러나 이를 실현하려면 앞서 언급한 디지털 도구(모델, 시뮬레이션 및 알고리즘)에 필요한 데이터를 정확하고 전체적으로 영구적으로 수집, 관리 및 사용할 수 있어야 합니다. 이를 바탕으로 현재 항해 상황에 대한 개요와 사람의 개입 없이 그에 따른 조치 지침을 생성하는 스마트 기능이 있어야 합니다.

 

데이터의 생성 및 지속적인 업데이트는 여기서 가장 복잡한 요소입니다. 이를 관리, 처리하고 가상 표현에 사용할 수 있도록 하려면 체인의 모든 컴퓨터가 동일한 방식으로 데이터를 읽고 해석할 수 있도록 기술적으로 표준화되어야 합니다.

 

디지털 트윈이 다양한 데이터 세트(해저 지형, 수심, 해안 윤곽, 해류, 날씨 패턴, 해운 항만 교통량 등)의 단순한 오버레이 이상의 역할을 하려면 데이터 스트림이 알고리즘을 허용하는 방식으로 통합되어야 합니다. 관계를 해석하는 작업은 여전히 ​​선원의 전문 지식과 경험에 크게 의존합니다. 운송에서 특히 중요한 것은 날씨, 조수 및 조류 조건은 물론 항구에 기항할 때 예상되는 수위를 고려하여 운송할 화물을 최대화할 수 있는 경로 최적화입니다.

 

S-100의 본질은 레고 키트의 조립 지침이 명확하고 비교 가능한 지침을 제공하는 것과 마찬가지로 다양한 주제에 대한 데이터 제품 설명을 생성할 수 있다는 것입니다.

 

모든 정보의 필요한 지능적 조합을 가능하게 하려면 데이터로 표현되는 다양한 주제가 기계가 읽을 수 있는 동일한 방식으로 구성되어야 합니다. 즉, 동일한 의미론적 모델의 적용을 받아야 합니다. 이는 이미 S-100 범용 수로 데이터 모델이라는 이름으로 모든 데이터의 유사한 구조를 담고 있는 S-100 개념에서 취한 접근 방식입니다. 이 보편적 모델에 따라 구조화된 모든 데이터 스트림은 내용 측면에서 서로를 '이해'합니다. 모든 휴대폰에 설치된 지도 앱은 이것이 창출하는 부가가치를 보여주는 좋은 예입니다. 사용자는 특별한 기술 지식 없이도 경로를 계획하고 자동차, 기차 또는 도보로 이동할지 결정할 수 있습니다. 경로를 따라 열려 있는 주유소가 있는지, 들러볼 만한 비스트로나 관심 장소가 있는지 알아볼 수 있습니다. 시스템은 자동으로 교통 정체를 경고하고 대체 경로를 제안하며, 그 길이를 계산하여 원래 선택한 경로와 비교합니다. 이 모든 것은 설명된 방식으로 표준화되고 서로 연결된 다양한 주제에 대해 지속적으로 업데이트되는 데이터 스트림을 기반으로 합니다. 해양 부문을 위한 S-100 데이터 모델은 지리 데이터에 대한 ISO 표준을 기반으로 하는 프레임워크에서 이러한 접근 방식을 제공합니다. S-100은 오픈 소스이며 무료이며 지속적으로 확장 가능합니다.

 

S-100의 핵심 요소는 다양한 주제에 대한 데이터 제품 설명을 생성하는 것을 가능하게 하며, 이는 레고 키트의 소형 조립 설명과 쉽게 비교할 수 있습니다. 빌딩 블록 자체는 표준화되어 있지만 이를 조합하여 집, 비행기, 성 등 다양한 요소를 형성할 수 있습니다. 그러나 레고 키트의 조립 설명과 달리 S-100의 데이터 제품 조립 설명서는 디지털 방식으로 존재합니다. 그들의 빌딩 블록은 물리적으로 존재하지 않으며 스터드나 색상이 없지만 '기능'이라는 디지털 빌딩 요소로 인터넷 기반 라이브러리에 저장됩니다. 기능에는 기능을 개별화하는 '속성'이라는 특정 속성이 할당됩니다. 이 개념의 한 가지 장점은 확장성입니다. 다른 속성을 가진 새로운 기능이 필요한 경우 실제 레고 세계에서와 같이 적용 가능한 기본 표준에 따라 정의되고 '레지스트리'로 알려진 온라인 라이브러리에 등록됩니다. 데이터 제품을 설명하는 또 다른 비유는 컨테이너의 외부 치수와 다양한 상품을 로드하는 방식이 엄격하게 표준화되어 있다는 것입니다.

 

IHO는 2024년 말까지 사용할 수 있는 일련의 S-100 호환 데이터 제품 정의를 개발한다는 목표를 세웠습니다. 경로 추적에 가장 중요한 데이터 제품에 우선순위가 부여됩니다. 많은 주요 IHO 회원국은 이미 2026년부터 이 데이터를 해운 업계에 제공하기 위해 정기적인 데이터 서비스를 운영하기로 약속했습니다.

 

이러한 데이터 서비스가 고품질 및 안전한 전송으로 충분한 지역 간 범위를 통해 제공된다면 이전에는 달성할 수 없었던 기술 수준의 항해용 스마트 기능 개발이 해양 장비 산업의 관심을 끌 것입니다. IHO는 해양 항법 시스템 제조업체 협회인 CIRM과 긴밀히 협력하고 있습니다. IMO가 e-Navigation으로 명명한 스마트 해양 항법을 위한 데이터 생성부터 데이터 전송 및 데이터 활용에 이르는 기술 개념을 구현하려면 S-100 세계의 추가 표준화된 디지털 요소가 필요하며 다음과 같은 공동 개발도 진행 중입니다.

S-100 준수 데이터 서비스 출시의 첫 번째 단계는 모든 새로운 ECDIS 시스템에 대해 S-100 준수가 의무화되는 2029년에 종료됩니다. 이후 두 번째 단계에서는 추가 주제별 데이터 서비스가 제공될 것으로 예상됩니다.

돌이켜보면 S-100 모델의 공식명칭에 수로학을 명시적으로 언급한 것은 어설픈 일이었다. 오늘날 S-100은 아마도 '범용 해양 지리 데이터 모델'이라고 불릴 것입니다. 다른 해양 부문에서도 이제 S-100 표준을 준수하는 데이터세트를 생성할 계획을 세우고 있기 때문에 이는 적절할 것입니다. 여기서 언급해야 할 협력 파트너는 다음과 같습니다.

좁은 의미의 수로 제품과 달리 IHO는 여전히 데이터 생산자와 관련하여 이러한 데이터 스트림을 활성화하고 조정하는 특별한 임무를 맡고 있습니다. 이전에 사용한 비유를 유지하려면 데이터 컨테이너를 정의하는 것만으로는 충분하지 않지만 정기적으로 컨테이너를 채우고 여행에 보낼 수 있는 사람들을 위한 인센티브가 생성되어야 합니다. 이 시스템은 데이터 스트림 생성을 위한 도구를 생산하고 정기적인 데이터 서비스 조항을 설정하며 모든 시장 참여자를 위한 혜택을 정의해야 하는 관련 국제 기관 및 업계와의 긴밀한 협력을 통해서만 성공할 수 있습니다.

 

이러한 데이터 전달이 스마트 소프트웨어로 읽고 결합되는 사용자의 최종 애플리케이션에 결합되면 항해 가능한 해역의 디지털 트윈을 위한 조건이 생성되며, 이는 오늘날 우리가 자동차 내비게이션을 통해 알고 있는 것을 해양 부문에서 달성할 수 있습니다. 그리고 항공 교통 관제. S-100 기반 시스템은 지상 기반 애플리케이션에서 우리가 익숙한 기대를 충족할 것입니다. 우리는 백그라운드에서 실행되는 복잡한 기술 프로세스를 다루고 싶지 않습니다. 대신 우리는 간단한 조작, 이해하기 쉬운 디스플레이, 신뢰할 수 있는 조치 권장 사항을 기대합니다. 마지막 단계에서는 이러한 권장 사항이 자동으로 스마트 해양 항해로 실행되어 사람, 자연, 선박 및 화물에 안전하고 효율적이며 온화한 해상 운송을 제공하게 됩니다. 이러한 발전을 통해 해상 운송은 더욱 안전하고 효율적이며 사람, 자연, 선박, 화물에 친화적인 방식으로 이루어질 것으로 기대됩니다.

 

https://www.hydro-international.com/content/article/the-digital-twin-of-the-navigable-waters-for-smart-marine-navigation

The digital twin of the navigable waters for smart marine navigation

https://www.kassproject.org/?menucode=30100&tmenu=content#tab_0

https://www.kassproject.org/?menucode=30100&tmenu=content#tab_0

자율운항선박기술개발사업 통합사업단

 

한국형 자율운항선박의 출항과 미래 전망   자율운항선박의 시대가 열리다   자율주행자동차가 육지의 미래를 바꾸듯, 바다에서는 자율운항선박(Maritime Autonomous Surface Ship, MASS)이 해운 및 조선 산업의 혁명을 이끌고 있습니다. 특히 우리나라에게 자율운항 기술은 선택이 아닌 필수가 되었습니다.   - 한국 교역량의 99.7%가 해운에 의존 - 세계 1위 조선업 명성 유지를 위한 핵심 기술   한국형 자율운항선박 '포스 싱가포르' 호 출항   2024년 9월 23일, 한국형 자율운항선박 시스템을 탑재한 컨테이너선 '포스 싱가포르' 호가 부산 자성대 부두를 떠났습니다. 이는 산업통상자원부와 해양수산부가 공동 추진하는 '자율운항선박 기술개발사업(KASS)'의 일환으로, 그동안 개발된 핵심 기술들을 통합 실증하는 단계에 이르렀습니다.   자율운항선박 기술 개발 로드맵   정부는 KASS 프로젝트에 2020년부터 2025년까지 약 1,600억 원을 투입하여 다음과 같은 목표를 설정했습니다:   - IMO 자율운항 레벨 3(대양항해) 및 레벨 2(연안항해) 수준 달성 - 지능형시스템, 자율항해·기관실 제어 통합 플랫폼 개발 - 상용화 기반 마련    IMO의 자율운항선박 분류   국제해사기구(IMO)는 자율운항선박을 4단계로 분류합니다:   1. 레벨 1: 선원 탑승, 자동화 시스템 보조 2. 레벨 2: 선원 탑승, 원격 조정 가능 3. 레벨 3: 무인 원격 조정 4. 레벨 4: 완전 자율운항, 인간 개입 불필요    '포스 싱가포르' 호의 핵심 기술   1. 상황인식시스템(i-SAS) 2. 디지털브릿지 3. 지능항해시스템(NEMO) 4. 선박 제어 시스템 5. 기관자동화시스템 6. 에너지 통합관제시스템 7. 자율운항 해상광대역 통신 및 사이버보안 시스템   해외 주요국 동향과 한국의 대응   해외 동향 - 노르웨이, 핀란드: 연안에서 자율운항 페리 시험 운행 - 일본: 'MEGURI 2040' 프로젝트로 6척의 완전자율운항선박 실증 테스트 완료   한국의 대응 - 삼성중공업: SAS 시스템 개발 및 실증 - HD한국조선해양/아비커스: 'HiNAS 2.0' 시스템 개발 - 한화오션: DS4 솔루션 개발   자율운항선박 시장 전망   - 2030년까지 109억 4,985만 달러 규모 예상 (연평균 성장률 27.5%) - 2029년까지 121억 9,000만 달러 규모 전망    향후 과제: 법제도 정비   - IMO의 MASS Code 개발 로드맵 1. 2025년: 비-강제 MASS Code 개발 완료 2. 2026-2027년: 경험 축적 기간 3. 2028-2030년: 강제 MASS Code 개발 4. 2032년 1월 1일: 강제 MASS Code 발효 예정   - 한국의 「자율운항선박법」 시행 (2025년 1월 3일부터)   자율운항선박 기술은 한국 해운·조선 산업의 미래를 좌우할 핵심 기술입니다. 정부의 지원과 산업계의 노력이 결실을 맺어 K-자율운항선박이 세계 시장을 선도할 날이 머지않았습니다.

https://www.hdhy.co.kr/news/articleView.html?idxno=30760

한국형 자율운항선박, 바다의 미래를 여는 혁신 기술