건설및환경공학과 윤윤진 교수는 기상 변화에 따라 다르게 운영되는 항공기 운영 시스템에서 최적의 비용으로 항공기를 운영하는 방안에 대한 수학적 모델을 제시했다. 관련 논문은 ICRAT(Inter-national Conference on Air Tran-sportation), 미항공우주학회(AIAA) 등에 수차례 발표되었으며 현재 교통공학 학술지 ‘Tra-nsportation Research, Part B’에서도 검토 중이다.

새로운 개념의 항공교통시스템이 필요해

항공교통은 미국과 유럽에서 가장 중요한 교통수단이다. 현재 세계적으로 쓰이고 있는 시스템은 제2차 세계대전부터 사용되었는데, 비용이나 안전 측면에서 문제가 많고 구조적으로 복잡하다. 특히 현재의 항공교통시스템으로 국가 간 이동의 대부분을 차지하는 항공교통의 수요를 감당하기에는 절대적으로 빈약하다. 항공교통의 수용력을 늘리기 위해서는 관측소에서 통제할 수 있는 항공기의 대수가 많아야 한다.

이를 위해 관측소에서는 첨단 IT 기술을 이용해 항공기로 정보를 전달하고 수집한다. 현재 항공교통시스템에서는 위성항법장치(GPS)와 레이더를 이용해 항공기의 경로를 통제한다. 미연방항공청에서는 IT 기술을 접목한 차세대 항공교통시스템을 2020년까지 구축할 계획이다.

항공교통시스템에서 주요 문제는 날씨

항공교통시스템에서 가장 큰 변수는 기상 상태이다. 출발점과 도착점 사이에 태풍과 같은 기상 변화가 있을 때 항공기를 어떻게 운영해야 할지는 항공사 경영진의 주된 고민거리이다. 항공사는 크게 두 가지 방법으로 항공기를 운영할 수 있다. 날씨가 잠잠해질 때까지 연착하가 이륙하거나, 제 시각에 이륙한 후 우회경로로 돌아가는 방법이다. 전자의 방법을 GDP(Grou-nd Delay Program)라고 한다. 공항에서 승객이 무기한 지연으로 기다리고 있는 경우가 이에 해당한다. 이 경우 도착 시각을 지연시켜 승객들의 불편을 초래한다는 단점이 있지만, 적은 연료를 이용해 가장 빠른 경로로 도착지에 갈 수 있다는 장점이 있다. 후자의 방법은 태풍이 없는 쪽으로 우회하는 방법이다. 비행기가 대기 없이 제시간에 나가 승객들의 불만이 줄어든다는 장점이 있지만, 항공기 연료가 많이 든다는 단점이 있다.

항공사 경영에 새로운 모델 제시해

윤 교수는 이러한 항공사 경영 문제를 해결하는데 가장 최적화된 수학적 모델을 제시했다. 이 모델은 기상변화가 생기면 이륙을 제시간에 하는 것보다는 어느 정도 GDP를 한 후에 최적의 경로로 이륙해야 한다는 결론을 내린다. 최적의 경로로 이동하다가 관제탑에서 송신 받은 기상 정보를 토대로 우회할지 계속 이동할지 결정한다.

얼마나 연착할지는 GDP를 할 때 발생하는 비용인 GDC(Ground Delay Cost)와 항공기가 비행할 때 드는 비용인 AC(Airborne Cost)를 기준으로 결정 할 수 있다. GDC와 AC의 비를 CCR(Critical Cost Ratio)이라고 하고, 이 때 항공사에서 결정하는 기준 비용을 CC(Critical Cost)라고 한다. GDC가 CC보다 적은 값을 가진다면 최대한 GDP를 하다가 최적 경로로 날아가야 한다. 반대로 GDC가 CC보다 크다면 GDP없이 우회경로로 이륙하는 것이 바람직하다.

윤 교수는 앞으로의 연구방향에 대해 “미래에는 우리나라에서도 항공교통이 중요해질 것이다. 인천국제공항에서 이번 연구와 같은 차세대 항공교통시스템을 적용한다면 허브공항으로서 더 많은 이익을 창출할 수 있을 것이다”라며 항공교통 분야의 지속적인 연구가 필요하다고 덧붙였다.