자율 운항 선박

자율 운항 시대의 항해사: ‘조종자’에서 ‘시스템 책임자’로
자율 운항 선박(MASS)은 더 이상 미래 기술이 아니라 이미 진행 중인 변화다. 완전 무인 운항보다는 기존 시스템에 자동화와 원격 제어가 점진적으로 결합되는 형태로 발전하고 있으며, 센서·AI·통신 기술을 기반으로 “감지-해석-판단-개입”이 연결된 복합 시스템으로 작동한다. 이는 해양 산업의 ‘4차 산업혁명’으로, 특히 조타실의 변화는 안전을 만들어내는 방식 자체의 전환을 의미한다.
이 변화의 출발점은 인간의 한계에 대한 인식이다. 피로, 인지 부담, 복잡한 교통 상황 등 구조적 위험은 개인의 숙련으로 해결되지 않는다. MASS는 이를 보완하지만, 인간을 대체하기보다 역할을 재배치한다. 이에 따라 항해사의 역할은 ‘조종’에서 ‘감시·검증·개입·책임’으로 이동하며, 시스템 관리자이자 최종 책임자로서의 성격이 강화된다.
특히 자동화 환경에서 항해사는 시스템 판단의 의미를 해석하고, 규정과 실제 상황 간의 간극을 판단하며, 필요 시 의사결정 구조 자체를 수정해야 한다. 이는 단순 기술 숙련이 아닌 비판적 사고, 협업, 의사소통 등 복합 역량을 요구하며, 해기 교육 역시 AI와의 협업 능력 중심으로 재편되어야 한다.
자율 운항의 핵심 과제는 기술이 아니라 ‘신뢰’다. 이를 위해 설명 가능한 AI(XAI)가 중요해지며, 시스템은 판단 근거와 규정 적용을 인간이 이해할 수 있는 형태로 제시해야 한다. 그래야 과신이나 불신을 방지하고, 사고 시 책임과 판단 과정을 명확히 할 수 있다.
또한 현실의 해상 환경은 유인선과 자율선이 공존하는 ‘혼합 교통류’로 전개된다. 이 환경에서는 기술 수준과 판단 방식의 차이로 오해와 위험이 발생할 수 있어, 항해사는 시스템과 외부를 연결하는 ‘통역자’ 역할까지 수행해야 한다. 아울러 자율 경계와 공유 자율성 개념을 통해 인간과 AI의 협력 구조가 설계되어야 한다.
결국 MASS 시대 항해사의 전문성은 조종 기술이 아니라 시스템을 이해하고 통제하는 ‘운용 능력’으로 확장된다. 자율화가 진전될수록 인간의 개입은 줄어들지만, 그 중요성은 오히려 커진다. 핵심 질문은 “기계가 안전을 계산할 수 있는가”가 아니라, “인간이 그 계산을 이해하고 책임질 수 있는가”이며, 항해사는 여전히 해상 안전의 최종 보루로 남는다.

자율 운항 선박(MASS)의 핵심인 지능형 충돌 회피와 AI 기반 의사 결정을 중심으로, “자동화”를 넘어 실제 바다에서 움직일 수 있는 기동이 무엇인지부터 짚는다. 선박의 관성, 응답지연, 외력 같은 물리 제약을 반영하는 피지컬 AI를 통해 계산이 곧바로 운항으로 이어지려면 어떤 조건이 필요한지 설명하고, 항해사가 시스템을 믿고 쓸 수 있도록 설명 가능한 AI(XAI)의 역할을 강조한다. 항해사의 역할이 조종자에서 감독·검증·개입자로 바뀌는 미래를 구체적으로 이해할 수 있다.

남궁호
국립목포해양대학교 해양산업융합학과 교수로 재직 중이며, 해상 교통 안전과 자율 운항 선박의 지능형 항법을 연구하는 항해공학 전문가다. 국립목포해양대학교 해상운송시스템학부를 졸업하고 해양정보시스템학 전공으로 공학석사와 공학박사 학위를 취득했다. 자율 운항 선박의 충돌 위험 평가와 경로 계획, COLREGs 기반 충돌 회피 의사 결정, 해상 교통 관제(VTS) 지능화 분야에서 다수의 연구 성과를 발표했다.

김주성
국립목포해양대학교 항해학부 교수로 재직 중이며, 해상교통공학과 관제 실무를 기반으로 해상 교통 안전과 데이터 기반 해양 지능 연구를 수행하고 있다. 국립목포해양대학교에서 항해학 공학사를, 동 대학원에서 해양정보시스템학 전공으로 공학석사와 공학박사 학위를 취득했다. 현대상선 항해사와 Port Captain(화물 선적 감독), 해양수산부·해양경찰청 VTS 관제사로 근무하며 현장 경험을 쌓았고, 현재 선박 충돌 위험 평가, VTS 지원 시스템, 자율 운항 선박(MASS) 환경에서의 다중 선박 위험도 분석을 주요 연구 분야로 하고 있다.

이진석
국립목포해양대학교 항해학부 교수로 재직 중이다. 한국해양대학교 해사수송과학부에서 항해학 공학사를 취득하고, 동 대학원에서 해상교통정보공학 전공으로 공학석사와 공학박사 학위를 받았다. 남성해운 항해사, 한국해양대학교 조교를 거쳐 해양수산부와 해양경찰청에서 VTS 관제사로 근무하며 해상교통 관제 실무를 수행했다. 해상 교통 안전, 선박 충돌 위험 평가, VTS 지원 시스템을 연구하며, 최근에는 자율 운항 선박(MASS) 도입에 따른 다중 선박 환경 위험도 평가와 관제사 지원 기술에 집중하고 있다.

장다운
국립목포해양대학교 승선실습과정부 교수로 재직 중이며, 동 대학원에서 해양안전시스템공학 전공으로 공학석사와 공학박사 학위를 취득했다. 현대상선과 현대LNG해운에서 1등항해사로 근무하고, 현대해양오션서비스를 거쳐 실습선 항해사로 재직하며 풍부한 해상 실무 경험을 쌓았다. 현재는 국립목포해양대학교 실습선 선장으로서 운항을 총괄하며 현장 중심의 선박 운용 및 안전 관리 교육을 수행하고 있다. 주요 연구 분야는 해상 교통 공학, 선박 경로 탐색, 해양 사고 위험도 평가다.

자율 운항 선박 시대, 항해사의 역할 변화

01 MASS와 안전 운항
02 안전 운항의 기본 전제
03 AIS·레이더·전자 해도와 센서 융합
04 충돌 위험 추론과 경보
05 회피 행동 설계
06 단일 선박과 다중 선박
07 글로벌 항로 계획과 로컬 충돌 회피
08 예측 가능성과 적응성의 균형
09 AI 선장과 HMI
10 운용 시나리오와 평가, 제도

전통적인 해상 운송 환경에서 선박 사고의 약 75%에서 96%는 항해사의 상황 인식(Situational Awareness, SA) 오류, 피로 누적, 정보 과부하와 같은 인적 과실에 기인한다고 알려져 있다. 특히 야간 항해나 악천후 상황에서는 인간의 감각 기관이 거리와 속도를 오판하기 쉬우며, 작은 오판이 곧 충돌로 연결되는 경우가 많다. 이때 문제는 “보지 못했다”라기보다, “보았지만 의미를 붙이지 못했거나, 우선순위를 잘못 두었거나, 행동으로 이어지는 결정을 늦게 내렸다”는 형태로 나타난다. 즉 SA는 단순한 관측 능력이 아니라, 관측된 정보를 바탕으로 위협을 식별하고 다음 행동을 조직화할 수 있는 인지 상태다.
－01_“MASS와 안전 운항” 중에서

안전 운항은 ‘현재를 정확히 아는 것’에서 시작하지만, 그 출발점은 데이터의 무결성(Data Integrity)이다. 시스템이 주변을 어떻게 보고 있는지, 그리고 그 정보가 얼마나 믿을 만한지 스스로 판단할 수 있어야 자율 의사 결정이 성립한다.
MASS는 자동 식별 장치(Automatic Identification System, AIS), 레이더(Radar) 등 여러 소스에서 정보를 받는다. 그러나 각 데이터에는 센서 노이즈, 통신 지연, 신호 누락 같은 불확실성이 포함된다. 이런 상태에서 충돌 위험 지수(Collision Risk Index, CRI)를 계산하면, 위험 판단이 흔들리고 회피 기동도 잘못될 수 있다.
－02_“안전 운항의 기본 전제” 중에서

MASS는 선박의 기동 한계(Manoeuvring Limit)를 수식화하고, 예측 모델 제어(Model Predictive Control, MPC) 등 제어 틀 안에 넣어야 한다. MPC는 ‘미래 일정 구간’을 내다보며 현재의 제어 입력이 앞으로의 상태 변화를 어떻게 만드는지 예측하고, 그 예측을 바탕으로 최적 입력을 선택한다. 선박 회피에 이 접근이 중요한 이유는 두 가지다. 첫째, 선박은 즉각 반응하지 않으므로 “지금의 타각”이 “몇 분 뒤의 위치·침로”를 결정한다. 둘째, 회피 기동은 단일 순간의 조작이 아니라 일정 시간 지속되는 제어의 연속이기 때문이다. 따라서 MPC 기반 회피는 단발성 변침 명령이 아니라, 시간에 따라 달라지는 타각·속력 명령의 시퀀스를 산출하는 형태로 구현되는 편이 자연스럽다.
－05_“회피 행동 설계” 중에서

여기서 중요한 것은 XAI가 ‘결과를 정당화’하는 장치가 되어서는 안 된다는 점이다. 설명은 시스템을 변호하기 위한 말이 아니라, 항해사가 시스템을 감독할 수 있도록 근거를 제공하는 도구여야 한다. 따라서 XAI는 불리한 정보도 숨기지 않고 드러내야 한다. 예컨대 “AIS 지연으로 표적 속력 추정 오차가 커서 CRI 신뢰도가 낮다” 같은 문장이 포함되어야 하고, 필요하면 “현재 권고안은 보수 모드 기준”이라는 조건도 명시되어야 한다. 이 투명성이 있어야 항해사는 ‘맹목적 신뢰’가 아니라 ‘조건부 신뢰’를 형성할 수 있고, 그 조건부 신뢰가 실제 운항에서 가장 안전한 형태가 된다.
－08_“예측 가능성과 적응성의 균형” 중에서