선박 통신 시스템

과학(Science)/산업 (Industry)

선박 통신 시스템

SURPRISER - Tistory 2023. 5. 12. 17:19

'정보통신기술(ICT: Information and Communication Technologies)'이 생활 곳곳에 반영되는 디지털 시대에 '사물인터넷(IoT)', '클라우드 컴퓨팅(Cloud Computing)', '빅데이터(Big Data)', '인공지능(AI)', '모바일(Mobile)' 등 4차 산업혁명 기술이 대부분의 산업과 융합하고 있는 가운데, 조선·해양 산업도 동일한 변화를 맞이하고 있다. 조선·해양 산업에서는 최신 정보통신기술이 융합된 '스마트 선박(Smart Ship)'이 소개되었으며, '국제해사기구(IMO: International Maritime Organization)'에서 서비스 중인 '차세대 전자항법 체제(e-Navagation)'과 '전 세계 해상 조난 및 안전제도(GMDSS: Global Maritime Distress and Safety System)'는 현대화 과정을 거치는 등 조치가 이루어지고 있다. 그리고 이러한 과정은 '선박 내 통신', '선박과 육상 간 통신' 같은 선박통신을 기반으로 하고 있다. 또한 '스마트 선박(Smart Ship)의 안전한 운항이나 '차세대 전자항법 체제(e-Navigation)'의 원만한 이행을 위해서는 소통되는 정보의 양도 비약적으로 늘어나게 될 것으로 예상된다.

그러나 오늘날 육상 이동통신 환경과 비교하였을 때, 선박통신 환경은 비교할 수 없을 정도로 상당히 낙후되어 있다. 따라서 '스마트 선박'을 준비하는 시대에 육상 통신과 같이 대용량 고속 통신을 보장할 수 있는 '초고속 통신 채널을 확보'와 '통신 단말기 종류에 상관없이 모든 방식의 통신이 가능한 선박통신 환경 조성'이 필요하다.

0. 목차

선박 통신 시스템
선박 통합 네트워크(SAN)
'LTE-M'과 '선박용 라우터'
통합 항해 시스템(INS)
MFD(Multi Function Display)
선박용 IoT 플랫폼
자율운항 선박 기술
'선박 통신 시스템' 관련 기업

1. 선박 통신 시스템

'스마트 선박(Smart Ship)'이란 기존의 선박에 첨단 기자재 및 ICT 기술을 융합한 미래형 선박으로, 안전하고 편리하며 친환경이고 경제적인 서비스를 제공하는 지능적인 자율운항 선박을 의미한다. '스마트 선박'은 조선산업의 생산성을 획기적으로 증가시키고, '선박(Ship)' 및 '해양 플랜트(Off-Shore Plant)'의 기능을 고도화하여 새로운 부가가치 창출이 기대되는 분야이다. 한국을 비롯해, 중국, 일본, EU 등은 조선업 불황 타개를 위해 민관 공동으로 친환경 스마트 선박 개발에 투자를 아끼지 않고 있다. 특히 한국의 3대 조선소인 '현대중공업', '한화오션(구 대우조선해양)', '삼성중공업'은 스마트 선박과 관련된 기술의 연구 개발이 활발하게 진행되어 국제 해운시장에서 그 기술력을 인정받고 있다.

과거의 선박통신은 필요할 때 아주 짧게 축약된 전문 형태로 이용하였으며, '전 세계 해상 조난 및 안전제도(GMDSS: Global Maritime Distress and Safety System)'에서도 디지털 통신 기술이 호출 응답용으로만 이용될 뿐이었고, '위성 통신'은 고가의 요금 때문에 제한적으로만 이용되었다. 그러나 최근 '스마트 선박(Smart Ship)', '차세대 전자항법 체제(e-Navigation)'과 관련하여 선박과 육상의 원활한 정보 교환 필요성이 강조되었다. 또한 '선박 자동식별 장치(AIS: Automatic Identification System)'의 적극적 활용과 'VHF 데이터 교환 시스템' 등이 논의되면서 '선박 통신 시스템'에 관심이 높아지고 있다.

또한 '차세대 전자항법 체제(e-Navigation)'은 관련 당사자들 간 정보 교환·수집·통합·표현·분석 등 중요성이 증대되어 충분한 용량의 통신을 전제로 하고 있다. 스마트 선박'이나 자율운항 선박의 경우, 선박 운항에 필요한 '각종 센서 정보'와 '화물의 상태 정보', '운항 정보' 교환이 필수적이다. 이러한 정보는 '빅 데이터' 수준의 정보량에 달하므로, 빅 데이터 분석에 의한 운항 지원을 위해 '선박과 육상 간 광대역 통신 채널 확보'가 필요하다. 아울러 선박 내 선원들에게도 '인터넷 연결' 또는 'TV 뉴스'나 '스포츠 정보', '각종 엔터테인먼트 정보'를 선박 승무의 기본 조건을 권고하고 있다.

그러나 현행 선박 항해에 사용되는 지상파 통신 설비는 충분한 용량의 통신 서비스를 제공하기에 주파수 제한 및 통신 기술이 충분하지 못하다. '전 세계 해상 조난 및 안전제도(GMDSS)'가 인정하는 위성 통신 설비도 통신료 및 통신 속도의 제한 등으로 상시 접속이 불가능한 상태이다.

1-1. 해상 통신 기술의 현대화

'해상 통신(Maritime Communication)'은 매우 오래된 통신으로 '인명 안전'과 밀접하게 관련되어 국제적으로 보호되고 있다. '해상 통신'은 상대적으로 진화가 느린 편이지만, 최근 통신 기술의 급격한 발전에 따라 해상 통신 기술도 현대화가 진행되고 있다. 'GMDSS(전 세계 해상 조난 및 안전제도)'의 현대화와 '차세대 전자항법 체제(e-Navigation)'의 실현 실현으로 '4S 통신'에 대한 필요성이 증대되고 있다. '4S 통신'이란 'Ship to Ship, Ship to Shore 통신'으로 '선박 대 선박, 선박 대 육상' 간 통신을 의미한다. 또한 항해 중 인터넷 접속 등의 대용량 데이터 전송에 대한 요구가 증가하고 있으며, 음성 위주의 '아날로그 통신'에서 '디지털 데이터 통신'으로 진화하고 있다.

새로운 해상용 광대역 무선통신 인프라 구축을 위한 기술로는 '위성 통신', '기존 해상 통신', '지상 통신'이 있다. '위성 통신' 기술은 근본적으로 가격을 낮추기 힘들고, '기존 해상 통신' 기술은 속도를 높이기 어렵다. '지상 통신'은 통신 거리에 문제가 있지만, '안테나 빔포밍(Antenna Beamforming)'과 같은 장거리 RF 통신 기술이 개발되고 있어, 거리 문제를 해결할 수 있을 것으로 전망된다. 한국의 경우, '한국전자통신연구원(ETRI)'에서 '해상 네트워크 관리 기술', '멀티 홉 릴레이 기술', '전송 거리 확장 기술', '통신 신호 흔들림 보상 기술' 등의 개발을 통해 지상 무선통신 기술을 인프라 구축이 어려운 해상으로 확장했다. 즉, 해상에서도 고속 데이터 통신이 가능하도록 경제성과 신뢰성이 보장된 '해상 광대역 통신 시스템(MariComm)'을 선보였다.

'조선(Shipbuilding)'과 'IT(Information Technology)'의 융합은 조선 산업이 더 이상 노동집약적인 산업이 아닌 것과, 해상을 운항하고 있는 선박이 육상으로부터 독립적으로 고립된 선박이 아니라는 의미를 담고 있다. 조선업은 최첨단 기술이 요구되는 고부가가치 산업으로 변모해가고 있고, 점차 선박에서 육상과 유사한 수준의 정보 서비스가 가능해지는 환경이 구축되어 가고 있다. 즉, 조선업은 IT 기술이 접목되면서 다양한 부가 서비스 시장이 창출되고 있다.

1-2. '스마트 선박' 관련 기술

'선박 통신 시스템'은 '선박 내 통신 인프라'와 '해상 무선통신', '항해 정보시스템' 등 선박과 관련된 통신장비와 인프라를 총칭한다. '스마트 선박' 시대를 맞이하여, '선박 통신 시스템'은 4차 산업혁명 기술과의 융합을 통해 진화하고 있다. '선박 통신 시스템'에 이용되는 기술에는 '선박 통합 네트워크(SAN)', 'LTE-M'과 '선박용 라우터', '통합 항해 시스템(INS)', 'MFD(Multi Function Display)', '선박용 IoT 플랫폼', '자율운항 선박 기술' 등이 있다.

2. 선박 통합 네트워크(SAN)

요약: 유무선 통신 기반의 선박 통합 네트워크

'선박 통합 네트워크(SAN: Ship Area Network)'는 선박 내 구축되어 '상태 정보', '제어 명령', '문서 및 도면 정보' 등을 교환할 수 있도록 제공되는 통신망을 말한다. SAN은 선박 내 기계장치 제어를 선원이 직접 수행할 필요가 없는 중앙 처리 방식이라 선박 자동화에 필수적인 요소이며, '컨테이너선(Container Ship)', '크루즈선(Cruise Ship)'과 같은 대형 선박을 약 30명의 선원만으로 운항할 수 있도록 한다. 초기의 SAN은 네트워크가 존재하지 않았던 선박에 '네트워크를 설치해야 하는 어려움', '회선의 낮은 전송속도', '낮은 신뢰성'때문에 '점 대 점(Point-to Point)' 연결 방식을 이용하였다.

그러나 '점 대 점(Point-to-Point)' 연결 방식은 '회선 길이의 지속적인 증가', '배선 비용 증가', '고장 발생 시 수리의 어려움' 등의 문제점이 있어, 유무선 통신 기반의 '이더넷(Ethernet)', '전력선 통신(PLC: Power Line Communication)', 'IoT(Internet of Thing)' 기술이 적용된 통합된 형태의 'SAN(Integrated Ship Area Network)' 구조로 변경되었다. SAN 구조는 각각의 시스템들을 하나의 네트워크로 연결하며, 장비들에 대한 연결은 '통합 게이트웨이(Integrated Gateway)'가 수행하여 상호 간 통신이 가능하다.

SAN 구조는 아래의 그림과 같다. 선박 내에는 선박의 위치 추적을 위한 '선박 자동식별 장치(AIS: Automatic Identification System)', '위성항법장치(GPS: Global Positioning System)' 장치가 있으며, 선박 내부 기기에 대한 상태 측정·통보·제어를 위한 센서 및 액추에이터에 해당하는 '알람 모니터링 장치(AMS: Alarm Monitoring System)', 'Gauge NN1' 등이 있다. 그리고 센서로부터 전달되어 상태를 확인하는 '선박 내 웹 서버'와 항해 동안 발생한 이벤트를 기록하는 '선박 항해 기록장치(VDR: Voyage Data Recorder)'이 있다. 또한 사용자에게 각 기기를 연결하여 모든 기기에 대한 동작을 가능하게 하는 '통합 선교 시스템(IBS: Integrated Bridge System)' 및 '통합 항해 시스템(INS: Integrated Navigation System)'이 있고, 선원이 점검용으로 사용할 수 있는 PC를 포함한 선원 네트워크와 외부 통신을 위한 '위성 통신 시스템'이 있다. 마지막으로 해당 기기들을 모두 연결해 주는 '통합 게이트웨이(integrated Gateway)'가 있다.

상업적 컨테이너선에 대한 종단 간 연결 및 전달 '프로토콜(Protocol)'과 '트래픽 모델(Traffic Model)'은 선박과 표준에 따라 다르지만, 주로 '알람 모니터링 장치(AMS)' 정보는 기록·조회를 위하여 '선박 항해 기록장치(VDR)'과 웹 서버로 전송되며, VDR에서 수집된 정보 역시 웹 서버로 전송되어 '기록 상황' 및 '수집된 선박의 상황'을 확인할 수 있도록 한다. GPS, AIS, INS, Gauge NN1 등에서 발생하는 정보는 다양한 곳에서 활용되므로 정보를 모든 곳으로 전달하기 위해 '브로드캐스팅(Broadcasting)'을 사용한다.

3. 'LTE-M'과 '선박용 라우터'

요약: 초고속 해상 무선 통신 시스템

'LTE-M(LTE-Maritime)'이란 LTE를 기반으로 하는 초고속 해상 무선통신 기술이다. LTE-M 3GPP 기술을 해상에서 서비스할 수 있도록 해상 통신에 필요한 기능을 추가한 것으로 '초단파(VHF)' 대역에서 저속의 데이터 통신만 가능했던 기존 해상 통신과는 달리 '광대역 멀티미디어 서비스'를 지원한다. 연안에서 100km 거리의 해상까지 무선통신 서비스 제공이 가능하다. LTE-M은 항해하고 있는 선박에 '해로·수로 교통상황'과 '항만 정보', '기상정보' 등을 실시간으로 제공하여 정보를 수집·활용할 수 있도록 하고, 육상에서는 정보 수집 분석을 위한 데이터 센터와 운영 시스템을 구축해 선박의 안전운항을 지원한다. 또한 해양 사고 발생 시 수색·구조 대응과 '골든아워' 확보를 위한 해상 재난 통신망 기능까지 담당하며, 기존의 '해상 교통관제 시스템(VTS: Vessel Traffic Management System)', '해양 안전 정보 시스템(GICOMS: General Information Center on Maritime Safety)', '어선 위치 발신 장치(V-PASS)' 등과도 연계되어 있다.

'LTE-M' 시스템은 기존 상용 LTE 시스템과 유사한 구조를 갖는다. 단, LTE-M 시스템은 원거리 통신 서비스를 제공하는 것이 가장 중요한 요소이기 때문에, 데이터 서비스 중심으로 원거리 통신을 지원하는 '선박용 라우터(Ship Router)'를 사용한다. '선박용 라우터'는 'LTE-M' 기지국 신호를 수신하고 처리하기 위한 장치로, 원거리 통신을 위해 가능한 높은 위치에 설치된다. '라우터 시스템'에서 통신에 가장 큰 영향을 미치는 부분은 '안테나'이며, 저손실 RF 케이블이 라우터에 연결된다. RF 케이블의 길이는 손실을 최소화하기 위해 가능한 1~2m 정도의 길이가 적당하다. 또한 '선박용 라우터'는 선박 외부에 설치되므로 해수에 의한 침수를 방지할 수 있도록 방수 기능을 지원한다. LTE-M 통신망은 '전파 지연'으로 통신 거리가 결정되는데, 이러한 '전파 지연'을 바탕으로 계산한 '최대 통신 거리'는 100km에 다다른다.

전파가 100km 거리까지 도달하기 위해서는 LTE-M 기지국 위치 역시 높은 위치에 설치되어야 하고, 먼 거리에서 전파를 수신할 수 있도록 '안테나 이득(Antenna Gain)'도 커야 한다. 전파 도달거리는 전파 가시거리 공식에 의해서 계산될 수 있으며, 선박에 설치되는 수신 안테나의 높이가 0이라고 가정했을 때, 기지국 송신 안테나는 약 592m 높이에 위치해야 한다. '기지국' 안테나는 지향성으로 원하는 방향으로 전파를 보내는 것이 일반적이지만 선박은 해상에서 방향이 수시로 변경될 수 있으므로, 전 방향 전파 수신이 가능한 '무지향성 안테나(Omnidirectional Antenna)'를 사용한다.

'선박용 라우터'는 선박의 현재 위치를 실시간으로 관제 서버에 전달할 수 있도록 위치정보 전달 기능을 포함하고 있다. 해양에서 선박의 위치 및 상태 정보는 '사고 예방' 또는 '관제 센터 지시 전달'을 위해 GPS를 이용하여 직접 '관제 서버'로 전달된다. LTE

4. 통합 항해 시스템(INS)

요약: 지능형 항해의 핵심

'통합 항해 시스템(INS: Integrated Navigation System)'은 항해 계획을 바탕으로 '기상 정보', '해양 정보', '위치 정보(레이다, AIS, GPS)', '지역 정보' 등을 통합하여 '항행(Navigation)'을 계획하고, 항로 감시와 항해 장비를 제어하도록 설계된 시스템이다. 항해자들은 항해에 필요한 정보 수집을 위해 다양한 매체와 장비를 일일이 확인하지 않아도, 하나의 통합된 장치를 통해 항해에 관한 정보를 회득할 수 있고 올바른 결정을 할 수 있다. '통합 항해 시스템(INS)'은 크게 4개의 모듈 A, B, C, D로 구성되어 있는데, 이러한 모듈들을 살펴보면 향후 '항해 통신 시스템'이 어떤 기능을 가질지 알 수 있다. 각 모듈에 대한 기능은 아래의 표와 같다.

모듈 구조	내용 (출처: TTA - e-Navigation 시대의 항해통신시스템 동향)
Module A (항해정보의 통합)	Availability, Validity, Integrity를 확보한 통신
	Validity, Plausibility, Latency를 확보한 통신
	IEC61162 통신 표준 적용
	일관성, 안전성 있는 통신 모듈
	CCRP, CCRS
Module B (주요 항해 업무의 기능)	항해 계획
	항로 감시
	충돌 방지
	항해 데이터 제어
	상태 및 데이터의 표시
	경보 관리 기능
Module C (경보 관리)	경보의 처리·분배·표현을 강화
	경보관리의 범위와 적용 대상 정의
	경보관리 HMI 개발
	경보우선순위
	경보승인 방법과 처리 방안
	경보메시지 및 통신 안전성 확보
Module D (문서 및 훈련)	국제표준에 맞는 운영자 및서리 매뉴얼 개발
	시스템 설정 정보 관리 시스템
	고장 분석
	선박탑재 훈련 시스템

모듈 A(Module A): '모듈 A'는 '항해 정보의 통합'에 관한 기준이다. 데이터 취득 실패에도 다른 시스템에 영향을 주지 않도록 데이터의 '가용성(Availability)', '유효성(Validity)', '일관성(Integrity)'을 가지고 있고 타당성·응답성을 확보한 데이터 통신과 데이터의 공통 참조 시스템인 'CCRS(Consistent Common Reference System)'의 요구 조건을 정의하고 있다.
모듈 B(Module B): '모듈 B'는 '주요 항해 업무'가 정의되어 있다. '항해 계획', '항로 감시', '충돌 방지', '항해 데이터 제어', '상태 및 데이터 표시', '경보관리'에 관한 기준을 제시하고, '정보 표시'의 요구사항과 백업, '고장 시 대처방안'에 대한 기준이 담겨 있다.
모듈 C(Module C): '모듈 C'는 '경보 관리'가 정의되어 있다. '전자해도 정보 시스템(ECDIS: Electronic Chart Display and Information System)'이나 '레이다 관련 기존 표준 대비 경보관리 기능'을 일관적으로 통일하여, 각각 개별 시스템에서 동작하던 경보 기능을 중앙 집중적으로 다룰 수 있게 하였다.
모듈 D(Module D): '모듈 D'는 '사용자 설치 설명서'에 포함해야 하는 사항을 정의하였다. '기본 시스템 구성', '상호 연결 구성도', '데이터 소스 명세서'와 같은 시스템 구성 정보와 연동된 각 시스템이 고장 난 경우, '독립적임을 보장하는 내용', '선박 탑재용 교육 훈련 시스템에 관한 내용'이 포함되어 있다.

5. MFD(Multi Function Display)

요약: e-Navigation 시대를 준비하는 다기능 표시장치

'해상인명안전협약(SOLAS: Safety Of Life at Sea)'은 해상에서 인명을 보호하고 기관과 선체 및 방수·방화·구명·무선설비 등에 관한 기준을 정한 국제조약이다. '항해통신시스템'은 탑재 대상에 따라 'SOLAS 대상 선박용'과 'NON-SOLAS 대상 선박용'으로 구분할 수 있다. 'SOLAS 대상 선박'은 SOLAS에 명시된 특정 톤수 이상의 국내외를 항해하는 화물선과 여객선을 말하며, 'SOLAS 대상 선박' 이외는 모두 'NON-SOLAS 대상 선박'으로 '소형 선박', '요트'를 포함 레저 선박 등이 포함된다. 'SOLAS 대상 선박' 항해통신시스템은 안전항해를 우선시하는 경향 때문에 새로운 기능의 제품을 수용하는데 매우 보수적이며, 반대로 'NON-SOLAS 대상 선박' 항해통신시스템은 새로운 기술을 적용하는데 개방적이므로 스마트폰 또는 태블릿과 연동 시스템으로 활성화되고 있다.

'MFD(Multi Function Display)'는 항해 시스템을 위한 다기능 표시장치를 말하며, '레이다(Radar)', '어군탐지기(Fish Finder)', 'CCTV', '전자해도 시스템(Electronic Navigation Chart System)', '엔진 감시 시스템(Engine Monitoring System)' 등 다양한 기능을 하나의 디스플레이 장치에서 통합 또는 분할 화면으로 보여주는 역할을 한다. '차세대 전자항법 체제(e-Navagation)' 시대가 도래함에 따라, MFD도 기술 발전이 진행 중이고, '레이다 화면 통합', '위성영상 중첩', '스마트폰 통합', '증강현실 기반 항해 시스템' 등 다양한 기술들이 소개되었다.

레이다 화면 통합 기술: '레이다 화면 통합' 기술은 '레이다 화면 정보와 전자해도를 중첩하는 기술', '대용량 레이다 정보를 전송하는 기술', '물표 획득 및 추적 기술'로 구성된다. WGS84 형식의 '전자해도(ENC: Electronic Navigation Chart)' 정보와 레이다 화면을 중첩하기 위해서 '투영도법(Projection Drawing Method)'을 사용한다. 이때, 축적 정보에 맞게 전자해도와 레이다 영상의 크기를 통일하는 것이 중요하다. 레이다 정보는 '휘선(Spoke)'이라고 불리는 디지털 정보로 구성되어 있는데, 보통 한 화면을 구성하기 위해 4096개의 휘선 정보가 필요하고 1개의 휘선은 1024byte의 크기를 가진다.
위성영상 중첩 기술: '위성영상 중첩' 기술은 각자 자체 형식으로 제작하여 시스템에 적용하고 있다. 시스템에 따라 '전자해도(Electronic Navigation Chart)' 또는 'ARCS 해도'를 3차원 시스템에 텍스처링하는 방법, '해저지형도(Bathymetric Chart)'만 텍스처링하는 방법들을 주로 사용한다.
스마트폰 통합 기술: '스마트폰 통합' 기술은 스마트폰과의 연동 또는 스마트폰 기능을 탑재한 시스템 기술이다. '로렌스(LOWRANCE)'는 무선랜 AP를 통해 스마트폰과의 연동을 제공하는 GoFree라는 제품을 출시하였고, 스마트 기기에 설치되는 앱을 통해 다양한 기능을 구현한다. '후르노(FURUNO)'는 스마트폰 기능을 내장한 Navnet3D라는 차세대 MFD 제품을 출시하였다.
증강현실 기반 항해 시스템: '증강현실 기반 항해 시스템'은 현재 개발이 진행 중이며, 일부 제조사에서는 스마트폰에서 사용 가능한 증강현실 내비게이션 앱을 출시하였다. 주로 '선박 자동식별 장치(AIS: Automatic Identification System)'를 통해 주변 교통 선박의 정보를 취득하고, 거리와 방위를 계산하여 화면상 선박 운항 정보를 보여주는 기능을 가진다.

6. 선박용 IoT 플랫폼

요약: '스마트 선박의 통신장비'와 '시스템' 간 연결 솔루션 역할

'스마트 선박(Smart Ship)'은 '항해 장비'와 '컨트롤 시스템(Control System)'을 포함한 선박에 설치된 '각종 센서 및 장비'와 연결되어 정보를 취득하고 분석한다. 게다가 '파도', '해류', '풍향', '풍속', 등의 '환경정보', 그리고 '인터넷을 통해 연결된 외부 시스템'을 통해서도 정보를 수신한다.

이러한 정보들 실시간으로 변동하는 수많은 단위 데이터로서 정보들을 취득·저장·분석·학습하기 위해서는 최신 ICT 기술로 분류되는 '빅 데이터(Big Data)', '인공지능(AI)', '기계 학습(Machine Learning)' 등 4차 산업혁명 기술이 필요하다. 장비와 시스템을 연결하기 위해 해결해야 할 중요한 문제는 각 장비와 시스템별 통신 프로토콜을 정비하거나, 선박에서 주로 사용하는 통신 프로토콜에 대한 '인터페이스(Interface)'를 구축하는 것이다. 선박통신은 이미 'IP 네트워크(Internet Protocol Network)'가 구현되어 있어, 물리적인 데이터 통신망은 갖추어져 있다고 할 수 있으나, 아직 각각의 장비와 시스템별 개별적인 통신 프로토콜은 가지고 있는 경우가 많다.

7. 자율운항 선박 기술

요약: 여러 센서와 AI를 이용한 자율운항 선박 기술

자동차 분야는 CES 2017을 계기로 자율주행 기술이 상용화 단계에 접어들었다. 하지만 선박 분야는 이에 한참 미치지 못한다. 자율주행 자동차의 기술 구성요소를 기반으로 '스마트 선박'의 자율운항 기술을 응용해 보면 '다중센서 기반 장애물 탐지 및 상황인지 기술', '인공지능을 적용한 충돌 회피 및 선박 자율제어 기술'을 들 수 있다. 선박에 탑재된 '위치 센서'는 'GPS', '교통정보 센서'로는 'AIS'와 '레이다(Radar)', 환경정보 센서로는 '풍향풍속계', '수심계', '경사계'를 들 수 있다. 현재 흔히 사용되고 있지 않는 항해 센서이지만 향후 중요한 역할을 하게 될 것으로 기대되는 장비는 '카메라 센서'이다. 항해사가 존재하는 경우, 시야로 상태를 확인할 수 있다. 하지만 자율운항 선박의 경우 카메라 사용이 필수적이다.

'딥러닝(Deep Learning)' 기법을 이용한 선박 인식 분야가 좋은 예가 될 수 있으며, 이미지 인식을 위해 가장 유명한 인공지능 알고리즘인 'CNN(Convolution Neural Network)'을 이용하면 '스마트 선박'이 '컨테이너선(Container Ship)', '유조선(Oil-Tanker)', '어선(Fishing Vessel)'까지 구분할 것으로 보고 있다. 또한 항해사들은 육안으로 파도의 상태를 관찰하여, 바람과 파도의 세기를 가늠한다. 'CNN(Convolution Neural Network)'은 이미지 분류에 적합한 인공지능 알고리즘이므로, CNN을 사용하면 바람과 파도의 세기 구분, 즉 기상정보 판별이 가능한 해상상태 분류 시스템 구축도 가능할 것으로 예상한다.

8. 선박 통신 시스템' 관련 기업

한국은 세계 최고 수준의 선박 건조 기술력을 보유하고, 조선기자재의 90%를 국산화하였으나, 유독 항해·통신장비 분야만 수입에 의존하고 있다. 운항자들이 항해·통신장비 선택 시 신기술이 적용된 장비보다 선박 탑재 실적이 풍부한 통신장비와 항해 중 장비 고장에 대해 안정성이 검증된 장비를 선호하기 때문이다. 이러한 이유로 일본의 JRC, '후르노(FURUNO)', 유럽의 'SALIER(살리에)' 등이 국내 선박통신 시장을 독점하고 있다.

또한 국내 대부분 선박에는 'GPS(Global Positioning System)', '전자해도(ENC: Electronic Navigation Chart)'와 같은 통신장비들이 설치되어 있지만, 단순 장비에만 국산 장비가 사용되는 경우가 많고, 고급 장비는 주로 해외 제품이 많다. 특히, 선박 핵심부인 '선교(Bridge)'에 채워진 항해 통신장비들은 주로 해외 제품이며, 그에 따라 수리 및 유지관리 등의 서비스들도 해외 기업의 시장 점유율이 높은 편이다.

8-1. 야라(YARA)

국가: 노르웨이

노르웨이는 '선박용 항해 장비', '통신 장비' 등 기존 기업이 보유한 핵심 역량을 바탕으로, 스마트 선박 분야의 대규모 프로젝트에 적극적으로 참여하여 선도적 역할을 수행 중이다. 노르웨이의 '야라(YARA)'는 기존에 육상으로 운송되던 비료를 친환경 무인선으로 대체하는 'YARA Birkland Project'를 통해 완전 자동 및 원격조종 운항이 가능한 수준의 선박 기술 개발을 진행 중이다. 또한 디지털 자동화 분야 전문 회사인 '콩스베르그(Kongsberg)'와 물류 및 선박 관리 운영 분야 전문 회사인 Wilhelmsen는 새로운 합작 투자 회사인 Massterly를 설립하여 YARA 프로젝트를 실질적으로 수행하고 있다.

8-2. 롤스로이스(Rollos-Royce)

국가: 영국

영국의 '롤스로이스(Rollos-Royce)'는 엔진 등 추진체계를 중심으로 선박 시스템 설계 기술에 IT 기업과의 협업을 통한 스마트 선박 기술 개발에 지속적 투자를 하고 있다. 2017년 10월에는 구글과 클라우드 머신러닝 엔진을 이용한 AI 기반 물체 분류 시스템 개발 MOU를 체결하였다. '인마셋(INMARSAT)'등 다양한 IT기업과의 협업을 통해 내항·근해선 무인화, '원양선박(먼바다까지 나가는 선박)'의 완전 무인화를 목표로 기술 개발을 하고 있다.

8-3. NYK

국가: 일본

일본의 최대 해운 업체인 NYK는 산하 연구기관인 '모노하코비 기술연구소(Monohakobi Technology Institute)'의 주도하에 자율운항 컨테이너 선박을 개발 중이다. 2019년에는 북미노선에서 원격조종 선박 시험을 시행하며, '자동 피항 운항 시스템(SSR: Sherpa System for Real Ship)'이 적용된 자동차 운반선 시 운전에도 성공하였다.

덧붙여서, '레이다(Radar)', '통신 설비' 등 NYK가 보유하지 않은 기술 기업과의 협업을 통해 기술 개발을 가속화하고 있으며 MOL 등의 해운사와 미쓰비시 등 조선사들과 협업 체계를 구축하여, AI 기반 자율운항 화물선 건조를 목표로 하고 있다.

8-4. 현대중공업

국가: 한국

'현대중공업'은 2017년에 선박 데이터를 실시간으로 수집해 '에너지 효율 선박 관리 및 '최적 운항 경로'를 제공하는 선박용 IoT 플랫폼인 '통합 스마트십 솔루션(ISS: Intergrated Smart Solution)'을 개발하였다. 또한 2020년 초에는 선박 이안·접안 시 주변을 한눈에 보여주는 '이접안 지원 시스템(HiBAS: Hyundai Intelligence Berthing Assistance System)'을 개발하였다. '이안(離岸)'은 해안에서 떠나가는 것을 말하고, '접안(接岸)'은 해안에 접하는 것을 말한다. '이안'과 '접안'의 '안(岸)'은 '해안(海岸)'을 의미한다. 또한 현대중공업은 세계 최초 항해 지원 시스템인 '하이나스(HiNAS)'를 실제 운항 중인 25만 t급 대형 선박에 탑재한 사례가 있다.

8-5. 한화오션

국가: 한국

1973년 대한조선공사 옥포조선소로 출발해, 1994년 '대우중공업'에 합병되었고, 2000년 '대우중공업(주)'으로부터 회사 분할에 의하여 신설 법인으로 설립되었다. 2001년 2월 증권거래소에 주식을 상장하였고, 8월에 '워크아웃(Workout, 기업의 재무 구조 개선 작업)'이 종료되었다. 2002년 3월 상호를 '대우조선해양(주)'로 변경하고 금융 및 보험업, 수송·하역·보관·포장·물자유통 및 정보유통과 관련된 사업을 사업목적에 추가하였다. 2004년에는 교육사업과 구난사업을, 2007년에는 에너지 관련 사업투자, 운영, 기술 개발, 설비 제작 및 판매를 사업목적에 추가하였다. 2009년에는 '100억 달러 수출의 탑'을 수상하였고, 2010년에 '오션플라자'를 준공하였으며, 2012년 12월에는 '대우조선해양이엔알(주)'을 합병하였다. 대주주였던 산업은행이 매각절차에 들어간 이후, 2022년 한화그룹이 우선협상자가 되어 2023년 5월 사명을 '한화오션'으로 변경해 새롭게 출범하였다.

'한화오션'의 주요 사업은 LNG운반선을 비롯한 '가스운반선(FSRU, VLGC)', '원유/화학제품 운반선(VLCC, Tanker)', '컨테이너 운반선', '풍력 발전기 설치선(WTIV)', '고정식 생산설비(FP)', '부유식 생산저장설비(FLNG, FPSO)', '시추선(Drilling Rig, Drillship)'을 비롯한 '육·해상플랜트', '잠수함(신조 및 창정비)', '구축함', '호위함' 등이다.

'한화오션'은 다수의 사내 홉은 협력 프로젝트를 통해 차세대 스마트 선박 시장에 대응하기 위한 시스템 개발·실증을 수행하고 있다. 독일의 응용과학 연구기관 '프라운호퍼(Fraunhofer)'와의 협업을 통해 '무인 항해 시스템(ANS: Autonomous Navigation System)'을 개발하고 시제품에 적용하였으며, '선박 모니터링 및 관리 시스템', '경제적 운항을 위한 최적 항로 계산 솔루션' 등을 개발하여 보유하고 있다. 또한 HMM이 발주한 24000 TEU급 초대형 컨테이너선 제작과 납품에 로이드선급과 협업하여 자율운항 선박 기술을 적용하고 있다.

8-6. 삼성중공업

국가: 한국

'삼성중공업'은 2011년부터 스마트 선박을 위한 '경제운항', '자율진단', '선제적 유지보수' 등 기술을 꾸준히 개발하고 있다. 2016년에는 스마트 선박 기술연계 운항 관제 시스템인 'SMART-AS' 개발을 시작하였고, 2020년 5월에는 삼성중공업 독자기술로 개발한 스마트 선박 솔루션 '에스베슬(SVESSEL)'을 탑재한 15만 t급 '셔틀탱커(Shuttle Tanker)'를 싱가포르 선사에 인도하였다. '에스베슬(SVESSEL)'을 탑재한 '셔틀탱커'는 세계 최초로 DNV-GL의 공식 인증을 받은 스마트 선박으로 평가되며, 최적 연비를 낼 수 있는 '운항 경로', '엔진 출력', '선박 기울기(Trim)' 등의 정보를 제공하고, 경제운항을 가능하게 할 수 있는 스마트 선박으로 평가된다.

8-7. 인텔리안테크(IntellianTech)

국가: 한국
설립: 2004년 2월

'인텔리안테크(IntellianTech)'는 '위성 통신 안테나(Satellite Communication Antenna)' 개발·생산·판매를 주요 사업으로 하고 있다. 코스닥 시장에는 2016년 10월 18일에 상장하였다. 제품으로는 '위성 통신용 'VSAT 안테나(Very Small Aperture Terminal Antenna)', 'FBB 안테나', '위성방송 수신 안테나', '지상용 송수신 안테나' 등을 확보하고 있다.

8-8. 삼영이엔씨

국가: 한국
설립: 1978년

'삼영이엔씨'는 '선박 통신장비', '항해 장비', '방산 장비', '기타 장비' 등 선박 전자 장비의 제조·판매를 주요 사업으로 하고 있다. 30여 기종 이상의 다양한 제품 포트폴리오를 확보하고 있으며, 안정적인 국내 시장을 기반으로 해외 시장에서의 제품 다각화 및 서비스망 확충을 통해 사업 기반을 확대 중이다.

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