제14부 민간 UAS — 기술·운용·응용

14.10 응용 VIII: 국경·해양 감시

14.10.1 이 장에서 배우는 것 / 선수 지식 / 특히 중요한 독자

해양·국경 감시는 민간 UAS 응용 가운데 넓은 구역을 오래 지켜보는 임무다. 해양경찰·어업 통제·해양 오염 감시·수색구조·출입국 관리 기관이 수행하며, 센서가 보는 것은 선박·항적·유류·차량이다. 이 응용의 병목은 센서보다 체공과 이동 거리, 그리고 센서가 본 것을 해석하는 일이다. 이 장은 세 계산을 한다. 탐지 수평선, 한 곳을 끊김 없이 감시하는 데 필요한 기체 수, 그리고 AIS 신호가 없는 선박의 기저율이다. 이 책의 군사 제외 방침(BK-08)에 따라 군 작전·표적 관련 내용은 다루지 않고 민간·법 집행·안전 목적의 감시만 다룬다.

배우는 것:

• 탐지 수평선 — 고도 120 m에서 5 m 높이 표적까지 광학 47 km·레이더 54 km, 고도 1,000 m에서 121 km·139 km다(14.10.3.1).
• 연속 체공 — 체공 12 h·거점까지 150 km이면 한 곳을 끊김 없이 감시하는 데 기체 2대(연속값 1.52), 체공 6 h·300 km이면 18대가 필요하다(14.10.3.2).
• AIS 무신호의 기저율 — 의무 선박 비율 0.2·작동률 0.95·자발 작동률 0.3 가정에서 무신호 선박 570척 중 의무 위반은 10척(1.75 %)이다(14.10.3.3).
• 순찰률과 재방문 — 면적 순찰률 $W V$와 선형 구역의 재방문 주기(14.10.3.4).
• 제도 — 무조종사 항공기의 국제 규범, IMO AIS 의무, EMSA의 RPAS 서비스(14.10.4).

선수 지식: 14.1(응용 지형과 운용 모델), 14.7(수색 계산), 0.7(항공 규제의 구조, 시카고협약 제8조), 6.8(수평선 계산)를 읽었다고 가정한다.

특히 중요한 독자: 정책·법무 담당자는 14.10.4·14.10.9를, 사업 담당자는 14.10.3.2를, 엔지니어는 14.10.3을, 인증 담당자는 14.10.4·14.10.8을 먼저 읽는다.

기준 시점과 정직성. 2026년 11월 기준이다. 원문을 읽은 것: IMO의 AIS 안내 쪽(웹 요약 도구가 인용한 문장 — 탑재 의무 범주, 상시 작동 원칙, 기국 면제)과 EMSA RPAS 운영 쪽(이용 요청 방식과 연도별 운영 지도의 존재만 읽음). 이 책에서 읽은 것을 가져온 것: 시카고협약 제8조(0.7의 서술). 2차 출처로만 읽은 것: EMSA RPAS 서비스의 기체·체공·센서·운용 건수(EMSA 보도자료와 기사 요약), 항공기 일반 수평선 계수. 읽지 못한 것: SOLAS 제5장 19규칙의 통합 본문, ITU-R AIS 기술 권고, 한국 해양경찰·해양수산부·출입국 기관의 드론 운용 근거와 현황, 국경 관리 기관의 운용. 계산의 비율(의무 선박·작동률)·속도·거리·지상 시간은 설명용 가정이다. 이 장은 감시 작전 지침이 아니다.

14.10.2 개념·직관

14.10.2.1 해양과 국경, 협력과 비협력

협력 신호는 대상이 스스로 위치를 알리는 신호(AIS)이고, 비협력 탐지는 센서로 직접 찾는 것이다. 두 가지를 맞춰 보는 것이 해양 감시의 기본이다.

14.10.2.2 체공이 지배한다

감시 기체는 목표 구역까지 날아가서(이동) 머물다(거점 체공) 돌아온다. 체공 시간이 같아도 이동 거리가 길면 거점에서 머무는 시간이 줄어든다. 이 구조가 14.10.3.2의 계산이다.

14.10.3 원리 — 거리·체공·기저율을 계산한다

14.10.3.1 탐지 수평선

플랫폼 고도 $h$[m]에서 높이 $h_t$[m]인 표적까지의 수평선 거리는 광학(기하) $3.57(\sqrt h+\sqrt{h_t})$ km, 레이더(표준 대기, 4/3 지구 반지름) $4.12(\sqrt h+\sqrt{h_t})$ km다(6.8.4의 가시선·전파 수평선과 같은 구조).

소형 UAS의 120 m 고도에서도 5 m 높이의 어선까지 광학 수평선은 47 km다. 이 값은 기하 한계이며 실제 탐지 거리는 센서 분해능·대기·해면 반사가 정한다(6.3.6·6.4.6). 표적이 클수록, 플랫폼이 높을수록 수평선이 멀지만 높이는 규제 상한(14.4.5.1)과 충돌한다.

14.10.3.2 한 곳을 끊김 없이 감시하는 데 필요한 기체

거점 구역까지 편도 $d$[km]를 순항 속도 $V$로 이동하는 데 드는 왕복 시간을 빼면 거점 체공은 $E-2d/V$다. 착륙 뒤 정비·재출발 시간 $t_g$를 더한 한 주기 $E+t_g$ 동안 거점에 한 대를 두려면 다음 수의 기체가 필요하다.

$$N=\left\lceil\frac{E+t_g}{E-2d/V}\right\rceil$$

가정: $V=30$ m/s(108 km/h), $t_g=2$ h.

(괄호는 올림 전 연속값이다.)

체공이 짧고 이동 거리가 길면 필요한 기체가 급격히 는다. 체공 6 h·거점까지 300 km에서는 왕복 이동이 5.6 h를 소요하고 거점 체공이 0.4 h에 그쳐 18대가 필요하다. 체공이 24 h이면 같은 거리에서도 2대면 된다. 체공 12 h·150 km의 거점 체공은 9.2 h다. 장시간 체공의 가치가 여기서 나온다(1.26·14.12). 기체 대수가 가동 비용을 정하는 구조는 14.1.4와 같다.

14.10.3.3 AIS 신호가 없는 선박의 기저율

IMO의 안내는 AIS를 국제 항해 300 GT 이상 선박, 비국제 항해 500 GT 이상 화물선, 크기와 무관한 모든 여객선에 의무화하고, 탑재한 선박은 항상 작동해야 하며, 기국이 일부 선박을 면제할 수 있다고 정한다. 탑재 요건은 2000년 개정된 제5장에서 채택되었고 모든 선박에 2004년 12월 31일까지 효력이 생겼다고 서술한다. 따라서 AIS가 없다는 것이 곧 위반은 아니다. 의무가 없는 선박(소형 어선, 레저 선박 등)이 신호를 내지 않기 때문이다.

베이즈 계산으로 보면, 의무 선박 비율 $r$, 의무 선박의 AIS 작동률 $c$, 비의무 선박의 자발 작동률 $q$일 때 AIS 신호가 없는 선박이 의무인데 끈 선박일 확률은 다음과 같다.

$$P(\text{위반}\mid\text{무신호})=\frac{r(1-c)}{r(1-c)+(1-r)(1-q)}$$

$r=0.2$, $c=0.95$, $q=0.3$에서 1,000척 가정의 결과는 다음과 같다. 의무 200척 중 190척이 작동하고 10척이 끈다. 비의무 800척 중 240척이 자발 작동하고 560척이 무신호다. AIS 없음 570척 중 의무 위반은 10척(1.75 %)이다.

무신호의 대부분은 의무가 없는 선박이므로 신호 없음만으로 위반을 판정하면 오탐이 크다. 위반 후보를 좁히려면 센서로 선박의 크기·종류를 추정해 의무 대상(예: 대형 선박)에 한정해야 한다. 한정하면 $r$이 올라 사후 확률이 커진다. 이 계산은 비율을 가정했고 실제 해역의 비율을 읽지 못했다.

14.10.3.4 순찰률과 재방문

면적 순찰률은 센서 폭 $W$에 속도를 곱한 값이다. $V=30$ m/s에서 폭 20 km는 2,160 km²/h, 60 km는 6,480 km²/h이며, 10,000 km² 구역을 한 번 훑는 시간은 4.63 h와 1.54 h다. 선형 구역(국경)에서 길이 $L$을 기체 $N$대가 왕복 순찰하면 재방문 주기는 $T=2L/(NV)$다. 예를 들어 $L=100$ km, $N=3$, 108 km/h이면 37분이다. 이 계산은 센서 폭 안의 탐지 확률을 가정하지 않았다(14.7.3.3의 누적 POD 구조).

14.10.4 제도

14.10.4.1 무조종사 항공기의 국제 규범

시카고협약 제8조는 조종사 없는 항공기가 타국 영역을 특별 허가 없이 비행할 수 없고 민간 항공기에 위험이 없도록 통제하라고 정한다(0.7). 해양 감시는 영해와 공해를 오가므로 영공의 국가 허가와 공해 상공의 규칙이 모두 문제다. 국경 간 운용과 국제 규칙은 17.2·17.21에서 다룬다.

14.10.4.2 IMO AIS와 협력 신호

IMO 안내는 위 14.10.3.3의 의무 범주와 상시 작동 원칙을 정하며, 항해 정보 보호를 위한 국제 합의·규칙·표준이 있는 경우를 예외로 든다. 기국 면제가 있으므로 어떤 선박이 의무 대상인지는 기국과 선박의 항로·종류·톤수에 따라 달라진다. 감시 기관이 AIS를 센서 탐지와 맞춰 볼 때 이 의무 범주를 알아야 오탐을 줄일 수 있다.

14.10.4.3 EMSA의 RPAS 서비스(2차)

EMSA(유럽해사안전청)의 RPAS 서비스는 EU 회원국 기관과 EU 기구의 요청으로 배치된다고 안내 쪽이 밝히고, 2018년부터 2026년까지 연도별 운영 지도를 게시한다(지도 내용은 읽지 못했다). 기사·보도자료 요약은 이 서비스가 해상 감시와 선박 배출 감시, 오염 대응, 어업 통제를 지원하고 무인 헬리콥터급은 체공 약 6시간·항속 100 km, 장거리 기체는 12시간 넘는 체공으로 연안 200해리까지 위성 통신을 사용한다고 전한다((2차)). 센서는 전자광학·적외선 카메라가 주이고 AIS 수신기·레이더·가스 센서를 더할 수 있다고 한다((2차)). 현재 기체·계약 현황은 확인하지 못했다.

14.10.4.4 한국(읽지 못함)

한국의 해양경찰·해양수산부·출입국 관련 기관의 드론 운용 근거와 현황은 이 장에서 읽지 못했다(확인 필요, 18.1·18.19). 해양에서의 비행 승인과 공역은 18.6·18.7에서 다룬다.

14.10.5 설계·선택의 트레이드오프

• ① 체공 대 이동 거리. 장시간 체공 기체는 이동 거리 영향이 작아 필요한 기체가 준다(12 h·150 km에서 2대, 6 h·300 km에서 18대). 단 기체가 크고 규제가 무겁다(14.25).
• ② 센서 폭 대 해상도. 넓은 폭 레이더는 순찰률이 높지만 선박 식별에는 광학·적외선의 확인이 필요하다. 두 센서의 조합이 일반적이다.
• ③ 자동 판정 대 사람 확인. 무신호를 자동으로 위반으로 분류하면 오탐이 크다(14.10.3.3). 크기 추정과 사람 확인을 거치는 구조가 필요하다.

견해: 해양 감시 체계의 성능은 센서 탐지 거리가 아니라 연속 체공 기체 수와 AIS 대조의 기저율로 평가하는 편이 낫다. 근거는 14.10.3.2·14.10.3.3의 계산이다. 체공 6 h·300 km는 18대가 필요하고, 무신호 선박의 98 %는 의무가 없는 선박이다(가정). 반론은 이 값들이 가정이며 실제 해역의 의무 선박 비율과 기체 성능이 다르다는 점이다. 그래도 사양 협상에서 센서보다 체공과 기저율을 먼저 확인하는 편이 낫다고 본다.

14.10.6 세 축 비교

14.10.7 관련 규격·프로토콜

14.10.8 관련 규제·인증 요구와의 연결

14.10.9 함정과 한계

14.10.10 체크포인트·연구 질문

체크포인트

1. 플랫폼 고도와 표적 높이에서 광학·레이더 수평선을 계산할 수 있는가?
2. 체공·이동 거리·지상 시간에서 연속 감시에 필요한 기체 수를 구할 수 있는가?
3. AIS 의무 범주와 무신호의 기저율을 설명하고 베이즈로 계산할 수 있는가?
4. 면적 순찰률과 선형 구역의 재방문 주기를 구할 수 있는가?
5. 해양 감시에서 영공 허가와 공해 규칙이 함께 문제가 되는 이유를 설명할 수 있는가?

연구 질문(25.7에 모은다)

• 실제 해역에서 의무 선박 비율과 의무 선박의 AIS 작동률은 얼마이며 무신호의 위반 기저율은 어떻게 달라지는가?
• 장시간 체공 소형 기체(태양광·수소 등)가 연속 체공 기체 수를 얼마나 줄이는가?
• 한국 해양 감시에서 드론·해상 초계기·위성의 역할 분담은 어떠한가?
• 센서가 추정한 선박 크기로 AIS 의무 대상을 가르는 분류기의 오탐·미탐은 얼마인가?

1차 출처(이 장)

• IMO, AIS transponders 안내 쪽(imo.org, 웹 요약 도구로 읽음)
• EMSA, RPAS 운영 쪽(emsa.europa.eu, 이용 요청 방식만 읽음)
• 시카고협약 제8조(이 책 0.7의 서술)

다음 장: 14.11 응용 IX: 실내·창고·제조 현장 — GNSS가 없는 환경에서 항법과 안전이 지배한다.