[과제기획 8호] 지정공모 일반형 RFP 양식(안)

관리번호

2022-전략투자분야-일반-01

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제유형

□ 원천기술   ■ 혁신제품

조선/해양시스템

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ IP연계  □ 표준연계  □ 디자인연계  □ BI연계  □ 경쟁형  □ 복수형    □ 국가핵심기술  □ 서비스형  □ 안전과제  □ 탄소중립  ■ 국제공동    □ BM형  □ 원스톱형  □ 챌린지형  □ 통합형  □ 실증형

R&D

샌드박스유형

□ R&D 샌드박스(일반)  □ R&D 샌드박스(지정)

과제명

중소형선박 자율/반자율 운항보조 및 안전지원 기술 개발

품목코드

(HSK10)

류

호

소호

통계부호

(TRL :  [시작] 4단계 〜 [종료] 6단계)

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

1. 개념 및 정의

ㅇ 개념 : 연안 중소형 선박을 대상으로 선원 최소화를 위한 자율·반자율 항해보조/유지관리/안전수준 평가 기술 및 관련 기술의 개발

- 제품형태 : 선원 최소화 반자율/자율운항이 가능한 지능형 항해 지원, 저시정 상태에서도 운용 가능한 항해 상황 시각화, 운영시나리오 설계 및 검증평가, 기계학습 활용 유지관리, 운용 안전수준 평가 및 대응

- 기술형태 : 선내외 정보 취득/통합/전파 기술, 가항영역 정보생성 기술 및 능동형 안전항해 제어기술을 활용한 반자율/자율항해 보조 기술, 고정도 센서 정보융합 기술을 활용한 전방위 항해 상황 시각화 기술(저시정 상황 포함), 자율/반자율 운영시나리오 설계 기술 및 검증평가(시뮬레이션, *HILS), 기계학습 모델 운영관리 기술을 활용한 유지관리 기술, 안전수준(충돌 위험도, 고장 위험도)평가 및 대응 기술, 안전수준 평가 가이드라인

* HILS: Hardware In the Loop Simulation

2. 연구목표 및 내용

□ 최종 목표

ㅇ 연안 중소형 선박의 대상으로하여 선원 최소화를 위한 자율항해/항해보조/유지관리 기술 개발 및 안전수준의 평가와 안전확보를 위한 관련 기술의 개발

- 반자율/자율항해 보조 기술

- 저시정 상황을 포함한 전방위 항해 상황 시각화 기술

- 자율/반자율 운영시나리오 설계 기술 및 검증평가

- 기계학습 모델 운영관리 기술을 활용한 유지관리 기술

- 안전수준 평가 및 대응 기술

ㅇ 정량적 목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내최고 수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	가항영역 생성 멀티모달 센서 종류	종	5종 이상	-	-
2	항해 상황 시각화 기술	deg	시각화 범위(수직: ±25 deg, 수평: 360 deg)	수평: 360 deg	수평: 360 deg (핀란드, 바르질라)
3	시정 정보 융합 기술	종	데이터 정합 센서 종류: 4종 이상	-	-
4	자율/반자율 운영 시나리오	건	3건	-	-
5	친환경추진시스템 고장계통도	건	1건	80%	95% (MAN, 바르질라)
6	항해안전지원 기관 MLOps 시스템	건	1건	60%	80% (미국, MS)
7	중소형 자율운항선박 안전수준 평가 가이드라인	건	1건	70%	80% (UN, MUNIN, NMA, DNV)

□  개발 내용

ㅇ 멀티모달 센서 기반의 가항영역 정보 시스템 개발

- 다중 센서 융합 기반의 연안 항해 상황인식 기술 개발

- 시변 데이터를 고려한 의미론적 자율 항행 정보 생성 기술 개발

- 연안 선박의 안전 운항 상황 식별 및 항해 안전성 확보 기술 개발

ㅇ 다중센서 기반 시정 증대 시스템 개발

- 광학장비(Camera, Lidar, *EO/IR 등) 기반의 운항 상황 시각화 장치 개발

- 융합장비 기반의 물체 탐지 및 저시정 영상개선 알고리즘 개발

*EO/IR: Electro-Optical/Infrared Ray Sensors

ㅇ 자율/반자율 운영시나리오 설계 기술 및 검증평가

- 통항량과 충돌 위험도를 고려한 항해사 개입도 평가 기술 개발

- 무인선교 항해제어관리시스템 알고리즘 개발

- 원격제어장치 기술 개발

- 선내 경보 기술 개발

ㅇ **ML 모델 운영관리 기술 기반 중소형 자율운항선박 유지관리 기술 개발

- 친환경추진시스템 ***CBM 도입을 위한 고장모드 및 운전시나리오 개발

- ML 파이프라인 및 ****MLOps 시스템 기반 항해안전 지원 기술 개발

**ML: Machine Learning, ***CBM: Condition Based Maintenance, ****MLOps: Machine Learning Operations

ㅇ 중소형 자율운항선박 안전수준 평가 및 대응 기술 개발

- 시뮬레이션 기반 자율운항선박 수준에 따른 충돌 위험도 평가 기술 개발

- 중소형 자율운항 선박 안전수준 평가 가이드라인 개발

□ TRL 핵심기술요소(CTE)

핵심 기술요소		최종단계	생산수준 또는 결과물	시험평가 환경
1	멀티모달 센서 기반의 가항영역 정보 생성 기술	6	가항영역 생성 멀티모달 센서 정보 종류 5종 이상	시뮬레이션/20 미터 이상 선박 대상 실해역 시험 전문가 평가
2	저시정 상황인지 및 시각화 정보 기술	6	데이터 정합 센서 종류 4종 이상	시뮬레이션/20 미터 이상 선박 대상 실해역 시험 전문가 평가
3	자율/반자율 운영 시나리오	6	3건 이상	전문가 평가
3	중소형 자율운항선박 기관 MLOps 시스템	5	소프트웨어	전문가평가
4	항해안전지원 기관 MLOps 시스템	5	소프트웨어	전문가평가
5	중소형 자율운항선박 안전수준 평가 가이드라인	6	가이드라인	전문가평가

3. 국내외 기술 동향

ㅇ 자율운항선박 기술개발사업 (‘20~’25)

- 대형선 대상의 자율운항선박 관련 기술 개발

* IMO Level 2(연안), Level 3(대양) 목표로 지능항해, 기관자동화, 성능실증센터 및 실증, 운용기술 및 표준화 기술을 개발 중

- 자율운항 상위 레벨 기술 달성 목표로 개발하고 있으나 개별 단계의 기술 적용 시 선원 최소화에 따른 선원 자원의 효율적인 관리를 위한 시스템 개발은 배제되고 있음

ㅇ 조선 3사의 자율항해 시스템 개발

- 대형선 대상의 자율항해 관련 기술 개발 진행 중

* IMO Level 2 수준

ㅇ Meguri Project (일본)

- 2040년 완전 자율운항을 목표로 각종 연안 정기선에 대하여 자율항해 및 선박상태 모니터링 기술을 개발 중

ㅇ Yara Birkeland (노르웨이)

- 자율운항을 목표로 건조되어 2021년 인도, 2022년 원격 운항, 2023년 무인 운항 목표를 가지고 있으나 2022년 현재 유인상태로 운용 중

ㅇ 국외의 선진 항해 통신 기자재 업체를 중심으로 IMO 레벨3 단계 수준의 기술로 진화 중

- 본선에 선원 없이 육상원격관제소에서 원격제어 하는 컨셉으로 선내 자원 관리는 고려하고 있지 않음

ㅇ 마이크로소프트는 클라우드 기반의 “Azure ML Service”를 통해 개발자가 맞춤형 ML 모델을 개발·운영할 수 있도록 지원

- 아마존웹서비스(AWS)는 ‘세이지메이커’를 통해 전체 ML 워크플로우를 포괄해 작업을 수행하는 완전 관리형 서비스를 제공하고 있으며, ML서비스를 통해 제조업의 생산성과 품질 제고 실현을 목표로 서비스를 확대하고 있음

4. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 최근 선박의 디지털화 및 자율화 기술로 선박 운용 인력면의 효율화가 진행되고 있으며 이러한 선박의 디지털화 및 자율화 기술은 연안 운용 중소형 선박에서 더 효율적으로 적용될 것으로 전망됨. 또한, 중소형 선박의 완전 자동화/무인화 전 과도기적 기술로 운항 보조 시스템 기술 개발이 필요함

ㅇ 자율운항 선박은 화물 종류, 추진시스템 방식, 투입 항로 등에 따라 다양한 형태로 도입 예상

-  반자율 자율운항 선박에서 무인 선교의 항해제어권을 효율적으로 관리하여 안전항해를 도모할 수 있는 기술 개발 필요

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 다양한 분야에 활용될 수 있는 첨단 운항자 지원 시스템 및 플랫폼 기술 개발을 통해 조선 및 기자재 산업의 경쟁력 제고에 기여할 수 있으며, 다양한 사업화 가능성을 검증하여 관련 제조업체들의 새로운 주력 분야 개척 및 산업 전반의 성장 잠재력 확충에 기여할 수 있음

ㅇ 연안 해상 교통·운송 시스템에 대한 디지털화 및 자율화 기술 개발로 연안 해상 교통·운송의 미래화 및 운용 영역 확대가 가능하며, 관련 산업 발전도 기대할 수 있음

ㅇ 국내외 자율운항 기술 개발 시 고려하고 있지 않은 틈새 기술임

- IMO 레벨2 자율운항 선박 도입 시 초도 표준 제품으로 시장 선도

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 연안 해상 교통·운송은 지속적으로 그 요구가 늘어나고 있으나, 운항 인력 감소 및 인력의 질적 저하 등의 문제로 이러한 요구에 효율적으로 대응하지 못하는 상황임

ㅇ 자율운항 선박은 연근해 화물선, 여객선에 선제적으로 도입 예상

- 콩스버그 Yara 프로젝트, 일본 Meguri 프로젝트는 모두 연근해 화물선 또는 여객선을 대상으로 기술 개발 중

-  국내 대형 조선소는 원양항해에 종사하는 대형선박을 주로 건조하여 연근해 투입 선박 대상 기술 개발 및 실증이 어려움

5. 활용방안 및 기대효과

□ 활용방안

ㅇ 중소형 선박(화물선, 여객선, 어선 등), 중소형 선박 디지털화 자율화 관련 기자재 및 통합 시스템

ㅇ 중소형 연안 선박 단계별 자율운항 도입 시 선원 감소에 따른 무인선교 환경에서 안전 운항을 위한 운항 자원의 효율적 활용

□ 기술적 기대효과

ㅇ 중소형 선박의 디지털화 및 자율화 기술 확보를 기대할 수 있으며, 완전 자동화/무인화 전 과도기적 기술로 운항 보조 시스템 기술 확보 가능

ㅇ 국내외 기술 표준 선도

□ 경제적 기대효과

ㅇ 첨단 운항자 지원 시스템 및 플랫폼 기술 개발을 통해 조선 및 기자재 산업의 경쟁력 제고에 기여

ㅇ 연안 해상 교통·운송 관련 산업 및 조선·기자재 산업 발전을 기대할 수 있음

ㅇ 시장 선도 및 시장 지배력 확보

□ 기타 사회․문화적 측면의 기대효과 및 파급효과

ㅇ 연안 해상 교통·운송의 미래화 및 운용 영역 확대

ㅇ 기술 장벽으로 해외 기자재 수입 차단 효과

□ 규제개선 요구사항

6. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 45개월 이내 (1차년도 개발기간 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월, 4차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 :  ‘23년 10억원 이내(총 정부출연금 50억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수