무인 선박에서 원격 음향 장치의 적용 사례

해양 작업, 보안 순찰, 생태 모니터링 등 분야에서 무인 선박 기술이 빠르게 발전함에 따라 자율 항해 및 장기 내구성이라는 특성은 수상 작업의 중요한 지원 요소가 되고 있습니다. 그러나 기존의 무인 선박 기능은 수질 검사 및 영상 감시와 같은 데이터 수집에 주로 집중되어 있으며, 효율적인 수중 음향 상호작용 및 저지 능력이 부족한 실정입니다. 원격 음향 장치는 지향성 음파 전송과 수중 환경 간섭에 대한 저항이라는 핵심 이점을 활용하여 무인 선박과 결합해 '수상 이동형 음향 플랫폼'을 구성함으로써 무인 선박의 음향 상호작용 부족 문제를 효과적으로 보완하고 복잡한 수상 상황에서의 적용 가치를 더욱 확대할 수 있습니다.

I. 무인 선박에 적합한 원격 음향 장치의 적용 시나리오

원격 음향 장치와 무인 선박의 조합은 다음의 네 가지 핵심 수상 상황에 정확하게 대응하여 다양한 분야에서 발생하는 운영상의 문제점을 해결한다:

• 해양 보안 및 국경 순찰 상황: 해안 경계 및 내륙 수로 지역에서 원격 음향 장치가 장착된 무인 선박은 불법 밀수선이나 밀항선에게 방향성 경고를 발령할 수 있다(예: "귀하의 선박이 중국 관할 수역에 진입하였습니다. 즉시 정지하여 검사를 받으십시오"). 항구 및 부두와 같은 주요 지역에서는 안전 관리 공지를 실시간으로 방송할 수 있으며(예: "수로 내 정박 금지, 통과하는 선박과의 충돌을 피하기 위해 주의하시기 바랍니다"), 현장 상황을 지상 지휘센터에 동시에 전달함으로써 법 집행 인력의 대응을 지원한다.
• 응급 구조 상황: 홍수 및 태풍과 같은 재난으로 인해 사람들이 물에 고립되었을 때, 무인 선박은 신속하게 피해 지역 수역에 도달할 수 있다. 원격 음향 장치를 통해 고립된 사람들에게 구조 경로(예: "주황색 구명정 방향으로 이동해 주세요. 구조선이 근처에서 대기 중입니다.")를 안내하고 부유 및 위험 회피 요령을 전달할 수 있다. 해상 수색 구조 작전에서는 물에 빠진 사람에게 위치 안내 음성 메시지(예: "체력을 아끼시고, 곧 무인선이 구명 장비를 투하할 것입니다.")를 제공하며, 음향 신호를 통해 구조팀이 목표 위치를 확정하는 것을 지원할 수 있다. 유류 유출 사고의 경우 주변 선박들에게 위험 지역 범위(예: "XX 해역에서 유류 유출 사고 발생, 접근 금지")를 방송하여 2차 사고를 예방할 수 있다.
• 생태 보호 및 수자원 관리 시나리오: 자연 보호구역의 수역(예: 습지 및 호수)에서 원격 음향 장치가 장착된 무인선은 불법 어업을 하는 보트나 불법 폐수 배출 선박에게 경고 음성을 송출하여 수상 감시 역할을 할 수 있다. 저수지나 식수원 지역에서는 수영하거나 어업 규정을 위반하는 사람들에게 '이곳은 식수원 보호 구역으로, 물에 들어가는 것이 금지되어 있습니다'와 같은 금지 안내 방송을 송출할 수 있다. 양식 지역에서는 특정 주파수의 음파를 이용해 유해 수중 생물을 퇴치함으로써 양식 생물의 안전을 보호할 수 있다.
• 공공 서비스 및 운영 조정 시나리오: 수상 공사 현장(예: 다리 건설 및 수로 준설)에서 무인선박은 원격 음향 장치를 통해 공사 구역의 범위와 우회 노선을 지나는 선박들에게 방송할 수 있습니다(예: "공사 구역으로부터 북쪽으로 100미터 우회해 주시기 바랍니다. 협조에 감사합니다"). 수상 이벤트 중(예: 용선 경주 및 요트 경주)에는 경기 규칙과 안전 수칙을 실시간으로 방송하여(예: "경기 중에는 비행사 선박의 경주 코스 진입이 금지됩니다") 현장 질서를 유지할 수 있습니다.

II. 무인선박 시나리오에서의 핵심 고객 요구사항

무인선박 적용 분야에서 고객들이 원격 음향 장치에 대해 요구하는 사항은 "방수성, 안정성, 효율성"을 중심으로 하며, 구체적으로 다음과 같이 나타납니다:

• 강한 내수성과 환경 적응성 요구 사항: 무인선박은 장시간 수상에서 운용되므로, 장치는 IP65 이상의 보호 등급을 가져야 하며, 해수 부식, 비 침수, 파도 충격에 견딜 수 있어야 합니다. 동시에 -20°C에서 60°C 범위의 수온 및 기온 변화에도 적응할 수 있어 고온 노출 및 저온 동결과 같은 환경에서 오작동을 방지해야 합니다. 또한 풍랑 저항 기능을 갖추고 있어 풍속 5급 이하에서도 안정적으로 음파를 송신할 수 있어야 하며, 환경 잡음(예: 파도 소리 및 엔진 소음)에 의해 신호가 가려지지 않아야 합니다.
• 장거리 선명한 음성 전송 요구사항: 무인선박의 운용 범위는 대부분 1~5킬로미터 구간의 수역이다. 따라서 장치는 장애물이 없는 개방된 수역에서 최소 800미터 이상의 유효한 음성 전송 거리를 가져야 한다. 음성 신호는 왜곡이 없어야 하며 잡음이 없어야 한다. 풍랑이 심한 환경에서도 수상 인원이 정보를 명확히 수신할 수 있어야 한다. 특정 대상(예: 단일 선박 또는 단일 구조 대상자)의 경우, 소리의 확산으로 인해 관련 없는 지역에 간섭을 주지 않도록 방향성 음성 전송 기능이 요구된다.
• 원격 제어 및 연동 필요 사항: 무인선 제어 시스템 또는 육상 지휘 플랫폼을 통해 원격 조작이 가능하며, 볼륨 조절, 작동 모드 전환(지향성/무지향성), 미리 녹음된 음성 재생, 실시간 음성 입력 기능을 지원합니다. 설정을 위해 선박에 직접 탑승할 필요가 없습니다. 동시에 무인선의 GPS 위치 정보, 고해상도 카메라 및 소나 센서와 연동되어야 하며, 센서가 대상물(예: 갇힌 사람이나 불법 선박)을 탐지하면 음향 장치가 자동으로 작동하도록 트리거됩니다.
• 저전력 소비 및 내구성 적응 요구사항: 무인선박의 단일 작동 지속 시간은 대부분 8~24시간이다. 따라서 장치는 15W 미만의 작동 전력 소비를 갖는 저전력 특성을 가져야 하며, 무인선박의 전원 공급 시스템에 직접 연결되어 자주적인 충전으로 인한 운용 중단을 방지할 수 있어야 한다. 동시에 전력 모니터링 기능을 갖추고 있어야 하며, 장치의 전력이 부족할 경우 자동으로 명령 플랫폼에 알림을 보내 핵심 정보 전송이 중단되지 않도록 해야 한다.

III. 무인선박에 적합한 원격 음향 장치의 핵심 특성

무인선박 운용 환경의 요구를 충족하기 위해 원격 음향 장치는 무인선박과 효율적으로 협업할 수 있도록 다음과 같은 목표 지향적 기술적 특성을 가져야 한다.

• 높은 보호 및 부식 방지 설계: 케이스는 알루미늄 합금 또는 엔지니어링 플라스틱 + 부식 방지 코팅 소재로 제작되어 해수 및 담수 부식을 방지하고 장기간 침수로 인한 녹 및 균열을 방지합니다. 장비 인터페이스는 방수 밀봉 구조를 채택했으며, 데이터 케이블과 전원 케이블에는 방수 커넥터가 장착되어 내부 회로로 물이 스며드는 것을 방지합니다. 동시에, 장치 내부에는 방습 및 통기성 밸브가 설치되어 내외부 공기압의 균형을 맞추고 결로 현상 발생을 방지합니다.
• 높은 음압 레벨 및 간섭 방지 출력: 음압 레벨 출력은 130dB에서 150dB에 이르며, 인간의 귀가 민감하게 반응하는 200Hz에서 20,000Hz 주파수 대역을 커버하여 파도 소리나 엔진 소음과 같은 잡음이 있는 환경에서도 음성 신호가 여전히 명확하게 전달될 수 있도록 합니다. 전문 음향 알고리즘을 사용하여 음파 전송 경로를 최적화하고 수면 반사로 인한 음향 감쇠를 줄입니다. 파고가 1미터에 달하는 상황에서도 800미터 거리에서 목소리 정보를 여전히 선명하게 수신할 수 있습니다. 또한 다양한 상황의 요구에 맞추어 10단계 이상의 음량 조절 기능을 지원합니다.
• 낮은 전력 소모 및 다중 전원 적응: 저전력 칩과 절전 회로 설계를 채택하여 대기 시 전력 소모가 3W 미만이며, 작동 중 전력 소모는 10~15W로 제어됩니다. 무인선박의 리튬 배터리나 태양광 전원 공급 시스템에 직접 연결이 가능하여 추가적인 보조 전원이 필요하지 않습니다. 일부 장치는 내장형 백업 리튬 배터리를 갖추고 있어 무인선박의 전원이 끊겼을 경우에도 장치가 3시간 이상 지속적으로 작동할 수 있으므로 비상 상황에서도 정보 전송이 보장됩니다.
• 경량화 및 간편한 설치 설계: 장치의 전체 중량은 5킬로그램 이내로 제어되며, 부피는 20cm×20cm×20cm를 초과하지 않습니다. 브라켓을 통해 무인선박의 갑판 또는 선실 상단에 고정할 수 있어 무인선박의 항해 안정성과 적재 능력에 영향을 주지 않습니다. 설치 인터페이스는 표준화된 설계를 채택하여 신속한 분해 및 교체가 가능하며, 향후 유지보수와 정비를 용이하게 합니다.

IV. 원격 음향 장치의 타 장비와 통합 솔루션

무인선박 시스템에서 원격 음향 장치는 다양한 장비와 통합되어 '감지-판단-실행' 협업 시스템을 구성해야 합니다. 구체적인 통합 솔루션은 다음과 같습니다.

• 인식 장비와의 통합: 무인선의 고해상도 카메라, 소나 센서 및 적외선 열화상 카메라와 연동된다. 카메라가 '불법 선박 침입' 또는 '낙수 사고' 등의 이상 상황을 인식하거나, 소나가 수중 장애물이나 불법 어구를 탐지하면 자동으로 원격 음향 장치를 작동시켜 해당 음성 메시지(예: '귀하의 선박이 금항 구역에 불법 진입하였습니다. 즉시 퇴거하여 주십시오', '낙수자가 발견되었습니다. 무인선이 구조에 나섭니다')를 재생한다. 적외선 열화상 카메라는 야간 또는 시계 불량 환경에서도 목표물을 정확하게 추적하는 데 도움을 주어, 장치가 정확한 음향 전달을 할 수 있도록 보장한다.
• 통신 장비와의 통합: 무인선박의 4G/5G 통신 모듈 또는 위성 통신 모듈에 연결되어 초장거리 제어를 구현한다. 무인선박이 육지에서 멀리 떨어진 공중망 신호가 없는 해역(예: 오픈 씨)에서 운용될 경우, 육상 관제 인원은 위성 링크를 통해 음향 장치에 명령(예: 작동 모드 전환, 사전 녹음된 음성 업데이트 등)을 전송할 수 있다. 본 장치는 실시간으로 작업 상태(예: 전원, 볼륨, 고장 정보 등)를 육상 기반 지휘 플랫폼으로 전송하여 원격 모니터링 및 고장 진단을 용이하게 한다.
• 위치 및 항법 장비와의 통합: 무인선의 GPS/베이더우 위치 측정 시스템과 연동하여, 무인선이 미리 설정된 민감 구역(예: 식수원 보호 구역, 군사 금지 항해 구역)에 진입할 경우 원격 음향 장치가 해당 구역에 진입하는 선박들에게 경고 음성을 방송합니다. 무인선이 운용 경로에서 이탈할 경우(파도나 바람으로 인해 수색 및 구조 지역에서 벗어나는 등), 장치는 즉시 육상 플랫폼에 위치 이상 알림을 전송하고 주변 선박들에게 "무인선이 경로를 이탈하였습니다. 회피에 주의하시기 바랍니다"라는 안내 음성을 재생합니다.
• 경고등 장비와의 통합: 무인선박의 LED 경고등 및 스트로보 라이트와 연동되어 '음향과 조명의 연동' 효과를 구현합니다. 원격 음향 장치가 경고 모드를 시작하면 경고등(예: 파란색 스트로보 라이트)이 동시에 켜지며, 시각과 청각의 이중 자극을 통해 대상에 대한 경고 효과를 강화합니다. 예를 들어 야간 구조 상황에서 '음광 연동'은 물에 빠진 인원이 무인선박의 위치를 신속히 파악할 수 있도록 도와주어 구조 효율을 향상시킵니다.

V. 원격 음향 장치와 무인선박 결합의 핵심 장점

기존 수상 음향 장치나 단독 운용되는 무인선박과 비교할 때, 원격 음향 장치와 무인선박의 결합은 다양한 측면에서 현저한 장점을 발휘할 수 있습니다:

• 운용 범위와 효율성 확대: 무인 선박은 자율적으로 항해하며 넓은 수역을 커버할 수 있으며(단일 작업으로 20제곱킬로미터 이상의 지역을 커버 가능) 원격 음향 장치와 결합하면 정보 전송 효율이 수동 조종 선박 방송 대비 4~6배 높다. 예를 들어, 10제곱킬로미터 규모의 저수지 관리 시 무인 선박과 장치를 함께 사용하면 전체 수역에 대한 수영 금지 안내 방송을 2시간 이내에 완료할 수 있으나, 수동 조종 선박은 6~8시간이 소요된다.
• 운영 안전성 향상: 홍수 지역 및 기름 유출 수역과 같은 위험한 상황에서 무인선박은 인력을 대신해 고위험 지역으로 진입하여 작업을 수행할 수 있습니다. 원격 음향 장치를 통해 육상 인력은 위험한 환경에 접근하지 않고도 정보 전달 및 경계 작전을 완료할 수 있어 인명 피해 위험을 크게 줄일 수 있습니다. 예를 들어, 태풍 이후 수중 구조 상황에서 무인선박은 장비를 탑재하고 강풍과 높은 파도가 있는 수역으로 진입하여 구조 지시 사항을 방송함으로써 구조 인력이 선박을 운용하며 위험을 감수하는 일을 피할 수 있습니다.
• 정밀하고 생태적인 작동 실현: 방향성 음향 전송 기술과 무인 선박의 정밀한 위치 결정 능력을 통해 소리를 목표 지역에 정확하게 전달할 수 있어, 주변 생태환경으로의 음향 확산으로 인한 환경 간섭을 방지할 수 있다. 예를 들어, 자연 보호구역 내 수역에서 불법 어업 선박에게만 경고방송을 방향성 있게 송출함으로써 주변 수중 생물의 서식에는 영향을 주지 않을 수 있다. 동시에 이 장치는 천적의 소리를 모방하여 생태적 퇴치 효과를 얻을 수 있어, 화학 약품 사용으로 인한 수질 오염을 피할 수 있다.
• 운영 비용 절감: 무인 선박 하나와 원격 음향 장치를 결합하면 2~3명의 수상 작업 인력이 수행하는 업무를 대체할 수 있습니다. 또한 무인 선박의 개별 운영 비용(전기료, 유지보수비)은 수동 조종 선박보다 낮습니다. 장기적으로 운영할 경우 인건비와 시간 투자를 크게 줄일 수 있습니다. 예를 들어, 항구의 일상적인 보안 순찰에서 무인 선박 한 척이 5km 구간의 수로 순찰 요구를 충족시킬 수 있으며, 수동 조종 선박 순찰에 비해 비용이 50% 이상 절감됩니다.

VI. 무인 선박에서의 원격 음향 장치 적용 사례

사례 1: 해안 국경 무인 선박 순찰 및 원격 음향 장치의 협업 적용

해안 국경 관리 부서는 원격 음향 장치와 고화질 카메라, 베이더우(Beidou) 위치 결정 시스템, 위성 통신 모듈을 각각 갖춘 8척의 무인 순찰선을 도입했다. 일상적인 순찰 중 무인선은 미리 설정된 경로에 따라 국경 수역을 순항한다. 카메라가 국경선에 접근하는 의심 선박을 식별하면, 원격 음향 장치는 자동으로 방향성 모드로 전환되어 "귀하의 선박이 중국 국경선에 접근하였습니다. 즉시 회전하여 떠나 주십시오. 그렇지 않으면 추가 조치가 취해질 것입니다"라는 경고 음성을 의심 선박 쪽으로 송출한다. 만약 의심 선박이 떠나기를 거부할 경우, 장치는 위성 링크를 통해 선박의 위치 및 항로 정보를 육상 기반 지휘 센터에 실시간으로 전송한다. 지휘 센터는 원격으로 장치의 볼륨을 조절하여 경고 강도를 지속적으로 강화할 수 있다. 또한 폭우나 짙은 안개 등의 악천후로 인해 인력 순찰이 불가능한 상황에서도 무인선은 정상 작동하며, 장치를 통해 통과하는 선박들에게 국경 관리 규정을 방송함으로써 불법 국경 횡단 사고를 예방할 수 있다. 이 시스템 도입 후 국경 수역 내 불법 국경 횡단 사건은 75% 감소했으며, 인력이 운항하는 선박에 비해 순찰 비용은 60% 절감되었다.

사례 2: 도시 침수 응급 구조 무인선박 및 원격 음향 장치의 실무적 적용

도시에 폭우로 인한 침수 재해가 발생했을 때, 구조팀은 5대의 비상 구조 무인선박을 투입하여 사용했다. 각 무인선박에는 원격 음향 장치, 적외선 열화상 카메라 및 구명 장비 투하 장치가 장착되어 있었다. 무인선박은 빠르게 침수된 도로와 공동체 수역으로 진입했다. 적외선 열화상 카메라가 지붕과 발코니에 고립된 사람들을 감지하면, 즉시 원격 음향 장치가 작동하여 "고립된 분들께 안내 말씀드립니다. 구조를 위해 높은 곳에서 대기해 주세요. 무인선박이 구명조끼와 식료품을 투하합니다. 무단으로 물속에 들어가지 마십시오"라는 안내 방송을 송출했다. 동시에 장치는 4G 통신 모듈을 통해 고립된 사람들의 위치 정보를 구조 지휘센터로 전송하여 구조팀 배치를 지원했다. 수심이 1.5미터를 초과하는 위험 지역에서는 주변 사람들에게 "여기 수류가 빠릅니다. 접근하지 마십시오"라는 경고 방송을 장치를 통해 송출하며, 사람들이 실수로 위험한 수역에 들어가는 것을 방지했다. 이번 구조 작전에서 원격 음향 장치와 무인선박의 조합을 통해 구조팀은 4시간 이내에 230명 이상의 고립자를 안전하게 대피시켰다. 정보 전달 효율은 기존 확성기에 비해 10배 이상 향상되었으며, 구조 인력의 부상자는 단 한 명도 발생하지 않았다.