As the global temperature has been increasing, the ice-covered area in the Arctic re-gion has been decreasing. One of the opportunities to take advantage of the situation is the Arctic shipping between Asia and Europe. For economical and safe route selection, an ice navigation system is required for ships operating in the region, since the ice condition is changing hour after hour, and the ships sail long distances for weeks. Therefore, route selec-tion by hand is challenging. The ice model in an ice navigation system simulates dynamic sea ice behavior, and its result is delivered to an optimization model for the path planning domain. During the map generation process for the path planning, both the ice model and the input da-ta for the ice model have uncertainties, which cause prediction uncertainties in the sea ice be-havior. For safety, the uncertainties should be considered carefully. Otherwise, accidents in the extremely severe conditions can happen because of unexpected events caused by the un-certainties of the prediction. Notwithstanding the safety issues, uncertainties in the ice naviga-tion system have not been considered in previous research. In this work, the path planning problem in ice-covered waters is presented as a dynamic stochastic path planning problem by generating a map through the ensemble simulation of an ice model. And an uncertainty-based path planning model is proposed to find an optimal route under time-varying stochastic condi-tions. A heuristic path planning algorithm is employed, and different path planning models (stochastic vs. deterministic) are compared through simulations in two different scenarios for validation of the model.
지구온난화로 인해 북극해 지역의 빙하가 감소하고 있다. 이러한 상황에서 얻을 수 있는 이득 중 하나는 극지방 항로를 이용하여 유럽과 아시아를 연결하는 것이며, 이를 위해서는 안전하고 경제적인 항로선택이 필수적이다. 북극해의 빙상정보는 실시간 적으로 변화한다. 따라서 사람이 직접 2~3주가 소요되는 장기간의 경로를 계획하기란 쉽지가 않으며 전산화된 항법시스템의 사용은 필수불가결 하다. 빙하로 덮인 해상환경에서의 항법시스템은 몇 가지 하위모델로 구성되는데 이 중에 아이스모델은 실시간으로 변하는 빙상정보를 시뮬레이션하고 그 결과를 최적화 모델로 전달하며 이러한 정보는 최적화 모델의 도메인 정보로 사용된다. 빙상정보시뮬레이션 과정에서 초기 빙상정보 및 모델 자체의 유효성에 불확실성이 존재할 수 있다. 불확실성은 예상치 못한 사고를 야기할 수 있으며, 북극해 지역의 극한의 날씨와 한번 사고가 일어난 경우 그 막심한 피해를 감안하였을 때 불확실성은 간과되어서는 안될 것이다. 이러한 불확실성의 중요성에도 불구하고, 이전의 빙상지역 항법시스템연구에서는 이를 중요하게 다루지 않아 왔다. 본 논문에서는 북극항로경로결정 문제를 시간에 종속적이고 추계적인 경로결정문제로 여기고 이를 풀기 위하여 에이스타 알고리즘이 도입된다. 또한 모델의 유효성 검사를 위해 이전방식의 모델과 본 논문에서 제안하는 모델을 두 시나리오에서의 시뮬레이션을 통해 비교한다.
