안전성, 경제성, 환경성이 고려된 선박의 항해 최적화 기술

Weather Routing Service, Voyage Optimization Service, 항로 최적화, 날씨 예측, 항로 추천

해상운송은 저렴한 운임으로 화물의 대량 운송이 가능하다는 장점이 있다. 반면에 화물 수송에 장시간이 소요된다는 단점이 있다. 항해 시간이 많이 걸리는 주요 이유는 바로 바다의 날씨 때문이다. 바다는 항상 잔잔하고 평화롭지만은 않다. 풍랑, 열대성 저기압의 영향으로 선박이 원래 항로를 벗어나 항해하는 경우도 있고, 선박의 피해 및 선박에 적재된 화물이 유실되거나 피해를 입기도 한다. 그래서 오래전부터 해상운송 서비스의 유지와 확대를 위해 국제법으로 헤이그(Hague rules), 헤이그-비스비(Hague-Visby Rules) 규칙에서는 운송인의 면책 범위를 넓게 하고 있다. 

최근에는 선박을 건조하는 조선기술이 발달하여 웬만한 날씨에도 배가 부서지거나 침몰하는 사고는 흔치 않다. 또한 예전에는 정오에 선박의 위치, 연료 소모량 등의 정보를 해운 선사에 보내던 정오 보고서(Noon Report)가 있었는데, 요즘에는 인공위성을 이용한 통신기술이 발달하여 해운 선사와 선박 간 수시로 이메일, 음성을 통해서 연락을 주고받게 되었다. 선박의 운항 환경이 빠르게 변화하면서 해운 회사는 해상 날씨의 변화에 따른 항로의 변경 등의 의사결정에 도움을 줄 수 있는 항로 최적화 서비스(WRS, Weather Routing Service)를 이용하고 있다. 과거에 WRS는 선박의 운항 과정에서 마주할 수 있는 풍랑, 태풍 등을 피할 수 있도록 지원하는 단순한 기술이었다면, 최근에는 날씨, 선박의 치명적 요소들을 고려한 안전 요소가 추가되어 선박 운항, 경제성, 환경적 측면을 복합적으로 고려할 수 있는 서비스가 요구되고 있다. 그래서 단순한 WRS를 넘어서는 항로 최적화 서비스(VOS, Voyage Optimization Service)라고 하는 것이 바람직한 표현으로 볼 수 있다. 간단히 요약하자면 바다의 거친 날씨로부터 선박을 안전하게 보호하면서 동시에 연료 소모량을 줄일 수 있는 경제성이 있으면서 탄소 배출을 최소화할 수 있는 친환경성까지 함께 고려하여 항로를 추천할 수 있는 서비스라고 볼 수 있다. 

VOS는 수학적 알고리즘 기반의 최적의 날씨 예측 모델, 선박의 날씨 반응 모델이 결합된 최적화 솔루션이라고 할 수 있다. 만약 날씨 예측 모델의 수준이 낮은 최적화 알고리즘이라면 잘못된 날씨 예측 결과로 인한 항로 추천 및 최적화 결과가 발생할 수 있다. 또한 날씨 예측 모델은 우수하지만 최적화 알고리즘의 수준이 낮다면 추천한 항로에 대한 신뢰성이 낮을 수 밖에 없기 때문에 VOS를 구성하는 알고리즘과 모델의 품질은 높아야 하고 상호 유기적으로 잘 조합이 이루어져야 한다. 

날씨 예측 모델(Weather forecast model)은 과거에는 날씨를 예측하는 회사가 WRS를 제공해 왔다. 이러한 점은 분명히 장점일 수 있지만 혁신을 방해하는 요소이기도 하다. 최근에는 VOS를 제공하는 업체에서는 공공에서 제공하는 날씨 데이터를 획득하여 인공지능 기술을 적용하여 예측 결과를 분석하고 있다. 전 세계 대양과 바다의 날씨를 예측하는데 특화된 날씨 예측 모델이 있기 때문에 선박이 항해하는 해역에 적합한 예측 모델을 사용하는 방식을 취하고 있다. 항로 추천 알고리즘(Routing algorithm)은 이론에 기반한 수학적 알고리즘이 아닌 항해사의 경험에 기반한 방식을 채택하여 최적의 항로를 추천하는 방식을 취하고 있다. 항해사는 선박의 특성(선종, 적화상태 등), 운항 제약 요인 등을 고려하여 항로를 선정한다. 이러한 항해사의 경험과 과거의 선박의 항로 정보를 데이터베이스화 하여 항로 추천 알고리즘을 구축하여 사용한다. 

선박 날씨 반응 모델(Ship-weather response model)은 실시간 날씨에 반응하여 선박의 속도의 증감, 항로의 변화를 결정하게 된다. 만약 날씨에 비해 과도하게 선박의 속도를 낮추게 되면 큰 이로(deviation)가 발생하고 연료 소모량도 증가하게 된다. 반면에 선속을 너무 조금만 낮추게 되면 거친 날씨 상황에 선박이 놓이게 되고 이것은 안전과 부가적인 비용과 시간 소모를 가져올 수 있다. 따라서 선박의 속도, 항로 등을 어떻게 결정할 것인가에 따라 그 결과가 달라질 수 있다.

가까운 미래에는 선박의 항로 앞에 펼쳐질 날씨를 예측 모델과 더불어 실시간으로 관측하여 선박의 최적 항로 선정과 안전 운항에 이용할 수 있을 것으로 기대된다.