226 특집 : 드론영상기반기술과서비스 특집 드론영상기반기술과서비스 드론기술의공공분야적용사례 진정회, 김형석 / ( 주 ) 엑스드론 Ⅰ. 서론 최근언론매체를통해 4차산업혁명에대한관심과기대가매우높다. 인류는 4차산업혁명이미래 산업을주도해갈것으로믿고있다. 4차산업은인공지능 (artificial intelligence) 이탑재된자율무인자동차, 로봇응용기술분야, 자율비행이가능한드론, 빅데이터를분석한다양한서비스등인간이경험하지못한새로운기술이실현될것이다. 그중드론분야의기술산업동향과공공부문의임무용드론의기술수준등을살펴보고국내의공공분야의적용사례를알아본다. Ⅱ. 본론 1. 임무용드론 (Missoin Type Drone) < 그림 1> 창조경제혁신센터클라우드슈밥회장엑스드론방문 단순한재미나놀이를목적으로하는레저용이나완구용드론은간단한비행제어및추력체계로구성되기때문에기술적난이도가낮지만임무용드 106 방송과미디어제 22 권 2 호
드론기술의공공분야적용사례 227 < 그림 2> 론은임무수행에적합한비행반경이넓고비행시간이길게되며, 다양한임무장비를탑재할수있는 payload 무게를충족해야되고프로그램자동비행 (program automatic flight) 에따른비행계획이필요하고산악, 해양, 도심등에풍속및전파간섭, 통신환경등외부환경으로부터안정적으로운용이가능해야된다. 임무용드론을운용하기위한몇가지조건이필요하다. 첫째는비행체및운용시스템의안정성이다. 기체의형상이최적화되야하고조종자나운영자가계획된비행이가능하도록예측할수있는신뢰성이있어야한다. 하지만현재의기술수준에서는소형드론에적용된센서의정밀도및오차범위가크고외부환경적요인에영향을많이받고있는상황 이다. 둘째는임무용드론운용은전문조종사의투입이필수적이다. 현재기술수준은비행체운용에있어서비행자동화수준은 40% 정도이고조종사의역할이 60% 라고표현하는것이현실적일것이다. 비행중장애물회피나풍속극복능력, 전파간섭등긴급상황이수시로발생하고이를적절히대응하지못하면추락으로이어질수있기때문에임무용드론은자격이있는전문조종사가꼭운용해야한다. 셋째는임무작업에대한경험이다. 비행체의안정성이나전문조종사만으로임무성공을보장하지는못한다. 임무환경에대한경험이부족하면다양한위험으로부터자유로울수없다. 예를들면산악환경에운용시산악의고도나지형에따라돌풍등 2017 년 4 월 107
228 특집 : 드론영상기반기술과서비스 풍속의변화가심하고봄철산불현장같은경우야간산악환경에서운용되어야하기때문에가시거리확보가어렵고 10m/s 이상의강풍이불어매우특수한환경에서의운용경험이있어야투입이가능하다. 또, 해양환경의경우수면의빛반사로인해전파교란이발생할수있고, 교량등대형시설물의경우구조물의형상에따라순간풍속변화와전파간섭요인등을경험하지못하면위험에처할수있다. 예측하거나인지할수없는상황을대처하는능력또한필요하다. 넷째는임무의신뢰성을확보하기위한데이터베이스구축이필요하다. 아직은수요기관별필요성에의해서드론을활용한공공분야의적용사례들이대부분이벤트성시범사업이다. 국토교통부의무인비행장치시범사업처럼공공수요의분야별로정부주도하에테스트베드및데이터베이스구축이요구된다. 다섯째는드론의운용과탑재장비로만들어낸데이터를분석하고가공하여현장에서신속하게임무를수행할수있는시스템을구축하는것이중요하다. 산불현장에서화선의진행상황또는잔불확산감시등현장에서즉흥적이고신속하게판단하고대응하려면실시간데이터수집및분석처리가꼭필요하며, 산림보존활용에서도최근에많이발생하는재선충피해정도파악및방재대체를신속하게처리가가능해야한다. 적인발전과산업용드론의상용화가되었는지는의문이다. 간략히정리하자면산업용드론시장보다는레저 / 완구용드론시장이 2016 년까지성장을해왔다. 하지만레저 / 완구용시장의포화상태로 2016 년 DJI를제외한메이저급기업들의실적저조로생산중단및인력감원또는폐업으로사업을접는상황이벌어졌고대부분의드론기업들은레저용사업을축소하고산업용개발및사업화에집중하고있다. 1) DJI 영상촬영용드론및레저용드론으로글로벌마켓의 70% 시장점유를하고있으며 2016 년 1조7천억매출로전년대비 60% 성장을했으며 2016 년농업방재용드론을한국에출시 ( 약700 대 ) 하였고산업용드론사업을확대하였고, 올해는시설물관리용 M200 을발표하여산업용드론사업을확대하고있다. 2. 세계주요기업동향 < 그림 3> 2013 년아마존닷컴의프라임에어 (Prime Air) 로드론택배서비스를하겠다고발표했을때세계언론들은산업용드론의상용화를기대하며봇물처럼기사를 < 그림쏟아냈다 3>. 그리고 4년이지난현재에기술 2) Parrot 레저용 / 완구용드론전문업체로 2016 년 DISCO 라는고정익을선보였지만매출감소로소비자용드론제품군축소및인력의 1/3을감원하였다. 산업 108 방송과미디어제 22 권 2 호
드론기술의공공분야적용사례 229 < 그림 4> 용드론개발및사업화를추진중이다. 3) 3D Robotics DIY와오픈소스로대변되는개발자들에게각광을받었던회사로 DJI를대적할만한기업으로주목을받았지만고프로에최적화된드론솔로 (Solo) 출시가좋은실적을내지못하고 150명이넘는직원을해고하고레저용 / 완구용드론생산중단을선언했다. 3DR은산업용드론과개발자중심드론개발에특화한다고한다. < 그림 5> 3. 세계주요기업의기술수준드론의상용화에혁명적으로산업을변화시킬분야로물품배송과유인드론일것이다. 현재의기술수준으로극복해야할난제가너무많아하나하나언급하기조차무의미하다. 그중가장먼저해결해야할문제는비행시간에대한문제 일것이다. 그리고무인기이기때문에통신의안정성이검증되지않으면운용이불가능하다. 이또한통신 LOS(Line-Of-Sight) 확보의문제와전파간섭등해결해야될문제가많다. 소형드론의대부분의핵심부품은센서등전자부품이다. 이는온도와외부환경에매우취약하며소재에대한원천기술개발이필요하다. 물품배송과유인드론의대표적인기업의현재기술적구현수준을언급하고자한다. 1) 아마존닷컴 (Prime Air) 물품배송을위한드론개발에가장앞서가고있는아마존닷컴의프라임에어는초기비행체의형상이옥터콥터 ( 블레이드 8개 ) 에서 2016 년에수직이착륙기인 VTOL(Vertical Take Off and Landing air plane) Type 으로변경되었다. 변경이유는비행시간과비행체의안정성때문일것으로판단된다. 비행체의성능은 Payload 2kg을탑재하고 30분비행을한다고한다. 또, 자동착륙에대한안정성문제로와이어에의존해물품을전달하는방식을진행중이며최근 2017 년아마존닷컴에서 낙하산택배 특허등록을한것을보면물품전달방법에있어서서비스까지발전하기에는기술적으로부족함이보인다. 2) 이항 (EHAN) 2016 년 CES에서이항이라는스타트업기업이유인드론 EHANG184 를선보이면서주목받는드론기업으로급부상했다. 비행체성능은 Payload 100kg 을탑재하고 23분비행이가능하다고발표했다. 하지만 CES이후미국샌프란시스코상공을비행하는시연동영상이 CG로발각되었고, 이항드론으로사람을탑승시키고운용한적이없다는언론 ( 포브스 2017 년 4 월 109
230 특집 : 드론영상기반기술과서비스 재팬 ) 의보도도나왔다. 올해는두바이에서드론택시시범사업을하겠다고발표를했다. 물론이러한 기술발전노력들이중요하기는하나비행체의안정성에대한검증을받으려면몇번의시범사업이나 Amazon Prime Air(2013) Amazon Prime Air(2016) < 그림 6> UAV IN-FLIGHT WITH PACKAGE 106 UAV TO DEPLOY PACKAGE AT ALTITUDE BY APPLYING A RELEASE FORCE 106 UAV TO MONITOR AND ADJUST PACKAGE TRAJECTORY DURING DESCENT 110 102 102 102 104 104 104(1) 104(2) 104(3) FIG. 1 402 536 422 424 420 418 540 542 502 538 536 508 FIG. 4C 404 FIG. 5G 508 < 그림 7> Amazon 낙하산택배 특허등록 (2017) 110 방송과미디어제 22 권 2 호
드론기술의 공공분야 적용사례 231 EHAN184(2016) 두바이 7월 드론택시 시범사업 (2017) <그림 8> 테스트로 되는 것은 아니다. 수 천 번 아니 수 십만 3) 국내 도심비행 및 물품배송 사례(엑스드론) 번의 테스트에 의해서 안정성을 검증받아야 한다. 국내에서도 물품배송을 위한 기술개발이 진행되 사람을 탑승시켜서 서비스까지 가능하려면 수많은 고 있다. 물품을 배송하기 위한 조건 중에 외부환경 운용데이터를 수집 분석하여 비행체의 신뢰성이 확 을 극복해야 하는 것이 중요하다. 첫째는 풍속극복 보되어야 상용화가 가능할 것이다. 능력인데 비행체가 소형이기 때문에 취약할 수 밖 <그림 9> 영월군청에서 영월공역까지 구호물품 (12kg)배송 (2016.11.16.) 2017년 4월 111
232 특집 : 드론영상기반기술과서비스 에없다. 둘째는안정적통신환경이확보되어야운용이가능한데도심을비행할경우다양한전파간섭의문제가발생할수있다. 그외에도우리가경험하지못하거나예상하지못한상황이벌어질수있기때문에많은경험과데이터가필요하다. 엑스드론에서도심비행과구호물품을배송하는미션을 2016 년국토교통부무인비행장치시범사업의성과보고회에서시연하였다. 40여개의언론기관이참관한가운데영월군청에서국토교통부시범사업공역인영월공역까지약 3km를도심을횡단해서 12kg 의구호물품을배송하였다. 이날시연을위해며칠전부터사전 6회의비행을시행하였고 3 번째비행에서전파간섭으로데이터자동비행이중단되어위험한상황도있었지만조종사의대응으로극복은되었다. 본시연에서는안전하게임무를완수했지만이처럼수시로위험상황이발생할수있어도심비행은어려운도전이될수밖에없다. 또, < 그림 10> 사진처럼구호물품이플레이트에고정된것이아니라매달려있어서움직이는 Payload 의영향으로비행체의흔들림이커져비행안정성에문제가발행하기도하였다. 이번시연을통해드론으로도심비행이가능한가에의문이들었고개발진이생각하는자동비행에대한신뢰성문제도제기되었다. 물론무리한임무계획에시연을한움직이는 Payload 탑재는무모한행동이었다는것을증명하였다. 4. 드론의공공부문적용사례 1) 산악환경의적용사례우리나라는국토의 70% 가산악환경이어서드론이산악환경에필요하다면유용하게활용될것으로기대했다. 그래서 2014 년부터산림청산하연구기관이국립산림과학원과공동으로무인기를산림환경에활용할분야를개발하고있다. < 그림 10> 도심비행을통한구호물품배송시연장면 - 드론의잔불감시및진화에투입사례우리나라는대부분산불이봄철에발생하고산불이나면산림전체를소실되고진화하는경우가많다. 이유는몇가지가있다. 봄철은풍속이쎈바람이불어서주불을진화하고도잔불에의해큰불로확대되는경우가많다. 국립산림과학원과공동으로 6개월간잔불감시드론개발을위한테스트및시연을통해가능성을검증하였고, 2015 년 3월 4일정선노추산의산불현장에최초로투입되었다. 펜션에서낮 12시에시작된불은대형산불로확산되었고유인헬기 17대, 진화대원 400 명이투입된대형산불이었다. 낮에발생한산불이어서주불은대부분진화를했고날이어두워져잔불이남은상황에서유인헬기는비행할수없어진화대원도날이밝기를기 112 방송과미디어제 22 권 2 호
드론기술의공공분야적용사례 233 < 그림 11> 드론으로잔불감시 ( 경주 / 포항산불현장 ) 다리는상황이였다. 이것이인간이산불을대처하는방법이다. 이러면당연히잔불이바람을타고다시큰불로확산되어산림전체가소실된후커지는것이다. 하지만이날드론을투입해잔불을찾아냈고대원에게전달하여진화를한첫사례를만들었다. 이후수십차례의대형산불에투입되어산림보전에큰성과를거두었다. < 그림 11> 처럼소방지위본부수십미터옆에잔불이있어도확인이불가능하다. - 드론의산불화선감시산불진화에중요한부분은주불이어떻게확산되는지를파악해야민가의피해를예방할수있고산림방재를위한계획을수립할수있다. 특히야간산불의화선감시는대형산불로확산되는것을사전에방지하고산불피해를최소화하는선제적임무이지만기존의산불진화체계에서는야간의진화행위가불가능에가까웠다. 하지만유인비행체의야간비행안전성문제로운영이어려운것과달리드론은신속하게어디서나자유롭게비행할수있어산불현 장에투입되고있다. 최근 3월 9일강릉산불에서도국립산림과학원의드론 (XD-X8U 모델 ) 이투입되어산불진화에도움을주었다. - 산림보존을위한산림병해충예찰및방재국립산림과학원은 2016 년드론과 3D스캐너등을활용하여정확성이높은 3차원이미지분석기술을산림보존에적용하고있다. 드론이숲의상공을촬영한자료와 3D스캐너가숲속내부를스캔하여얻은자료를융합하면조사가이루어진숲속의모습을입체적으로시각화하여구현할수있다. 이렇게구현된 3차원정보를이용하면각나무의높이와지름, 나무사이의거리를 95% 이상의신뢰도로정확하게측정할수있다. 또한산림병해충, 산림재해에드론을활용하고있으며소나무재선충병피해목조사에활용한결과기존인력예찰에비행조사기간은약 90% 단축하고, 1인당조사가능면적은 10배로증가했다. 이외에도조림, 벌채, 숲가꾸기등과산림내에산재한 2017 년 4 월 113
234 특집 : 드론 영상 기반 기술과 서비스 <그림 12> 드론으로 산불화선 감시(화천 산불 현장) <그림 13> 드론에 3D 스캐너를 탑재해 만든 3차원 산림 이미지(산림청) 시설물 관리, 불법 산지 훼손 감시 등 다양한 분야 이 크다. 풍속변화가 심하고 풍속도 강하여 소형드 로 확대시킬 예정이다. 론의 운용이 어려운 환경이다. 우리나라에서 매년 찾아오는 재해가 있다. 첫째는 태풍이고, 둘째는 적 2) 해양환경의 적용사례 조피해이다. 적조피해는 태풍피해와는 달리 적조현 해양환경은 드론의 활용분야에서 환경적인 영향 상을 빨리 탐지하고 방재를 하게 되면 피해의 114 방송과 미디어 제22권 2호
드론기술의 공공분야 적용사례 235 <그림 14> 완도 적조 발생 탐지 및 방재 현장 <그림 15> 완도 적조 발생 탐지 <그림 16> 완도 적조 방재 작업 2017년 4월 115
236 특집 : 드론영상기반기술과서비스 60~70% 를줄일수있다. 이로인하여매년 6월부터 10월까지 4개월간거의매일 100여척의배로적조발생유무를탐지하기위하여 10~20km 를왕복한다. 배한척당유류비만하루 300만원가량든다고한다. 드론은고도를높이는것이가능하기때문에수십 km까지드론이비행할필요가없고비행체의탑재된광학기기의광학줌기능을높이면원거리의적조발생유무를확인할수있다. 국립수산과학원에서이러한임무를드론으로적조발생을탐지하고방재하는시범사업을시행하여기대이상의성과를올렸다. 2015 년 9월완도에서적조가발생했고, 양식장의넙치 100만마리가폐사하는피해를입었다. 피해가발생되었기때문에방재선을통해황토를살포하는방재를시행하였고, 방재시에도드론을활용하여적조발생지역중심으로방재선에정보를제공하여효율적으로방재를하였다. III. 결론 본고에서는드론산업의동향을필자의주관적 관점에서분석하여서술하였다. 국내의공공분야의적용사례도국토교통부, 국립산림과학원, 국립수산과학원등엑스드론과공동으로연구개발을수행하는정부기관을다루었다. 현재까지임무용드론공공분문의적용은수요기관 ( 산림청 ) 이라기보다수요기관의연구기관 ( 국립산림과학원 ) 에서연구개발및시험적용이였다. 2017년은수요기관에서도입하는원년이될것이다. 제4차산업혁명의중심에서드론산업이발전하려면넘어야할산이너무도많다. 첫째는개발환경및운용환경에대한유연한법제도개선이필요할것같다. 둘째는글로벌마켓에경쟁할제품을만들수있도록투자와 R&D지원이겸비되야할것이다. 특히고급연구인력의드론분야유입및양성또한시급한문제이다. 기술은기업이갖는것이아니다. 기술은사람이보유하는것이다. 그래서연구인력의중요성은 100번을강조해도지나치지않다. 중소기업의우수한연구인력이근무할수있는환경을꼭만들어주길바란다. 정부에서도공공부문의수요를창출하기위하여적극적으로나서고있고이런공공수요를국내드론기업들이기술역량을키우고성장할수있는발판이되었으면하는바램이다. 참고문헌 참고문헌 [1] 조경뉴스 드론산업, 산림 과 농업 분야접목사례늘어 2017.02 http://www.lafent.com/inews/news_view.html?news_id=118535 [2] 로봇신문 아마존, 낙하산택배 드론특허등록 2017.02 http://www.irobotnews.com/news/articleview.html?idxno=9892 [3] 진정회 무인기 / 드론의이해와동향 한국통신학회 2016년 [4] 진정회 국내외드론산업의현황및적용사례 KT경제경영연구소 2015년 116 방송과미디어제 22 권 2 호
드론기술의공공분야적용사례 237 필자소개 진정회 - 現주식회사엑스드론대표이사 - 한국방송통신대학교무역학과학사 - 한양대학교공학대학원방재안전공학석사 - 국토교통부자문위원 - 국토교통부서울지방항공청자문위원 - 미래창조과학부정책자문위원 - 산업통상자원부한국산업기술평가관리원자문위원 - 문화체육관광부정책과제평가위원 - 한국항공우주연구원무인기융합클러스터멤버 - 한국과학기술연구원국방과학기술융합클러스터멤버 - 국방정보본부자문 - 강원도드론부문자문위원 김형석 - 現주식회사엑스드론기술이사 - IOWA STATE UNIVERSITY Bachelor of Science in Aerospace Engineering 학사 - ILLINOIS INSTITUTE OF TECHNOLOGY Master of Science in Finance 석사 - UNMANNED VEHICLE UNIVERSITY Unmanned Systems Engineering 박사과정 - 산업통상자원부한국산업기술평가관리원평가위원 - 한국항공우주연구원무인기융합클러스터멤버 - 한국과학기술연구원국방과학기술융합클러스터멤버 2017 년 4 월 117