인공지능기반 드론자율 / 편대비행기술 2017 년 7 월 12 일 ( 상암동누리꿈스퀘어 ) 경운대학교항공공과대학무인기공학과 임헌영교수
발표순서 01 드론산업동향 1) 정의및관련기술 2) 드론생태계및산업전망 02 임무용무인기활용기술 1) 자율 / 편대비행기술사례 2) 데이터기반인지 / 판단기술사례 03 드론기술및시장예측 1) 기술발전 2) 시장형성
2016 년교육부주관프라임대형사업항공특성화교육분야선정되어, 무인기공학과신설
드론 ( 무인기 ) 은? 정의및분류 사람이탑승하지않고무선전파유도또는프로그램의해 비행및조종이가능한비행기나헬리콥터모양의항공기 운용목적 기체중량. 군사용 : 정찰 / 전투 / 표적용. 상업용 : 택배 / 농업 / 촬영용. 무인항공기 : 150Kg 이상. 무인비행장치 : 150Kg 이하 (25Kg 이하신고없이비행 ). 고정익 / 회전익 / 혼합형. 고고도 : 10Km 이상. 중고도 : 3~10Km. 저고도 : 3Km 이하 구동형태 운용고도 1/18
드론시대별발전동향 1960 년대 1970 년대 1980 년대 1990 년대 2000 년대 2010 년대 초기무인비행체 개량형무인비행체 무인기시스템 고성능무인기 전략무인기 자율화 / 상업화 수준향상 역할. 베트남전전장녹화. 중동전적기만용 / 시설파괴용. 저고도 / 근거리무인시스템. 농업용개발. 걸프전전술무인기. 민수용무인기 ( 농약살포용 ) 실용화. 아프칸전요격무인기. 민수용무인기산업화착수 ( 통신중계등 ). 정찰, 장기체공무인기. 민수용무인기실용화. 무인전투기 기술. 무인비행체. 항공전자. 전장녹화. 생존성증대. 레이더교란. 관성항법. 실시간정보처리. 주 / 야간관측. 디지털맵. GPS 항법및유도제어. 디지털통신. 장기체공 / 스텔스기술. 인공지능인식, 정밀유도제어. 위성통신. 통합체계화 ( 합동전술개념 ). 자율 / 군집화 (Swarming) 제품. AQM-34. Masriff. Ryan 147. Scout. CL-89. Pioneer, Searcher. R50. CL-289, Hunter. Predator. Rmax. Predator, Reaper. Global Hawk, Fire Scout. Smart UAV, Helios 등 기술요구는기체 / 정밀제어 인식 / 자율화. X-45,X-47. Zephyr. Solar Eagle 활용요구는군사 / 취미용 상업용전환되는시점 2/18
드론시스템구성 제어 : Sensing, 통신, 구동 기구 : Frame, Pay Load(Zimbal 등 ) SW : 인지 / 회피, Algorithm, etc Mechanism + Controller + SW Design 에대한융합기술필요 3/18
120 100 80 60 40 20 0 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 PRIME 드론산업전망 - 벤처캐피탈투자 13 16 억달러 9 10 1 0 0 2 2 3 4 3 5 5 Q1('12) Q2('12) Q3('12) Q4('12) Q1('13) Q2('13) Q3('13) Q4('13) Q1('14) Q2('14) Q3('14) Q4('14) Q1('15) Q2('15) - 시장예측 - 드론시장성장전망 - 미국내허가받은민간드론수 ( 억달러 ) 120 100 80 60 52 40 20 0 2010 114 ( 대수 ) 8000 7500 66 4000 146 298 313 257 545 2013 0 2022 2009 2010 2011 2012 2013 2018 선진국 ( 미국 ) 은이미무인기산업에집중투자및시장형성시작 5/18
드론산업전망 - 국내, 주요언론보도내용 1 드론활성화컨퍼런스 : 17 년 3 월 7 일 정부는향후 10년간드론산업에대하여취업유발효과만 3만 1000명, 경제적파급효과약 12조 7천만원으로전망했다. 한국교통연구원 10 년간 1 조 4000 억원의 R&D 인프라투자를 비롯해공공수요주도의선순환생태계 조성하겠다 2 드론시범사업시연회 : 16 년 5 월 13 일 국토교통 7 대신성장동력으로드론산업의중요성강조 강호인국토부장관 3 각지자체별드론산업육성경쟁치열 : 17 년 1 월 26 일 경남, 대구, 부산, 전남, 전북, 경기, 강원등지자체별드론육성경쟁치열 중앙일보 4 다부처공동기획과제 : 17 년 2 월 14 일 국민안전감시및대응무인항공기융합시스템구축및운영기획과제총사업비 490 억 /3 년 5/18
드론산업파급효과 무인수상함 : USV (Unmanned Surface Vehicle) 무인기 : UAV (Unmanned Aerial Vehicle) 무인잠수함 : UUV (Unmanned Under Water Vehicle) 무인차량 : UGV (Unmanned Ground Vehicle) 무인기자율 / 전기에너지추진기술등은기타무인시스템으로활용가능 6/18
드론운용사례 의료용드론 웨이터드론 드론무인기 6/18
무인기산업생태계 SW 개발분야 서비스제공분야 - 드론조종교육 제조분야 - 드론 SW 유지관리 - 드론 / 조종사임대 부품개발분야 수요요청분야 - 재난구조 / 보안 - 운송배달 - 가스 / 전기관리 - 취미 / 레크레이션 - 영화 / 미디어 / 광고 개발 / 제작산업외에도무인기를활용한 다양한응용산업분야에대한일자리창출가능 6/18
드론핵심기술 임무수행위한 Sensing / 자율비행 / 충돌회피기술 Big Data 처리기술 제어 ( 탐지 / 회피 ) 기술 SW 및응용기술 실시간 OS / 개방형 SW 플랫폼 센서기술 안전한운항 / 임무수행지원 무인기핵심기술 동력원 / 구동기기술 통신 / 항법교통관리기술 항재밍기술 / 통합운영관리 플랫폼기술 구조부 / 전장부설계기술 친환경고효율동력원 / 구동기 / 초경량소재 / 최적설계기술 최신기술동향은단순구동을위한기술에서 제작 / 운용등복합활용을위한기술로변화중 4/18
드론운영시나리오 예 ) 지뢰탐지 / 제거프로젝트 3 지정된영역에대한정밀탐색 2 금속탐지센서부착드론이 1대, 편대를이루어자율비행. 4 지뢰매설지점 데이터기반으로자동판단 1 지상통제소에서탐색영역지정및드론기동지시 5 매니퓰레이터이용지뢰제거 지상관제, 자율비행, 탐색, 판단, 임무진행시, 사람의행동을대신및상호협업할수있는기능필요
자율비행기술 개념 드론이주어진임무를스스로수행하기위해, 위치이동, 돌발상황처리등에 스스로인지하고판단하고행동할수있는기술 비행 / 임무 계획수립 환경인지 / 충돌회피 실시간 비행경로 추종 고장예측 / 진단 비행상태 ( 드론 / 기상 ) 판단 Sense Decide Act". 위치 : GPS(Global Positioning System). take off / landing. 자세 : IMU(Inertial Moment Unit). trajectory / controller change. 환경 : lidar / Camera Sensor. Rule Base Algorithm. Machine Learning Algorithm
자율비행기술동향 충돌회피 + 비행제어방법 : Model Predictive Control A real-time model predictive position control with collision avoidance for commercial low-cost quadrotots CCA, 2016 Jan Dentler, et al
자율비행기술동향 충돌회피 + 비행제어방법 : Reinforce Learning Reinforce Action Trajectory Position Learning Interpreter Command Control Model Update / Planning / Action Selection Position (GPS) Posture (IMU) Battery Level Reward Start Goal Autonomous Navigation of UAV by Using Real-Time Model-Based Reinforcement Learning ICCARV, 2016 Nursultan Imanberdiyev, et al
자율비행기술동향 충돌회피 + 비행제어방법 : Vision Based Navigation Vision Camera Deep Neural Network Action A Machine Learning Approach to Visual Perception of Forest Trails for Mobile Robots IEEE ROBOTS AND AUTOMATION LETTERS,2015 Alessandro Giusti, et al
자율비행기술시연 드론활용재난상황모니터링시스템 : 제 14 회국제소방안전박람회 (2017,4, EXCO) - 드론과재난상황감지시스템간연동시연 6 드론촬영영상관제센터전송 1 변형발생 2 변형감지 4 지령전달 3 상황전달 무인기컨트롤서버 구조물모니터링플랫폼
자율비행기술시연 드론활용재난상황모니터링시스템 : 제 14 회국제소방안전박람회 (2017,4, EXCO)
자율비행기술시연 드론활용재난상황모니터링시스템 : 제 14 회국제소방안전박람회 (2017,4, EXCO) 시연동영상
편대비행기술 개념 다수의드론이공동의목표를위해, 서로상태정보를공유하며개별적인임무를수행 영역탐색의경우, 드론의대수가많을수록탐색시간단축가능 필요기술 - 임무할당 - 충돌회피 - 다중통신시스템 - 분산제어 충돌회피 ( 충돌시간 계산 ) 근접통신정보획득 - 상태정보공유 - 탐색정보공유 목표할당알고리즘 ( 효율적탐색을위한목표합의, 탐색 /Health Cost 비교 ) 곤충지능을가진저가군집무인기기반탐색알고리듬 한국항공우주학회 2017 춘계학술대회, 박국권외
편대비행기술시연 편대비행시연개념도 1) 5 대드론의위치 (X, Y, Z) Ras Berry PI 3 Ras Berry PI 3 Indoor GPS PC Control PC Ras Berry PI 3 Ras Berry PI 3 Ras Berry PI 3 - 시연공간내, 비행하는드론들의위치 (x, y, z) / 자세 (roll, pitch, yaw) 측정 - Central Control PC 로드론위치정보전달 - 드론경로계획 - 드론위치제어 - Motion 명령전달 - Central Control PC 에서전달받은명령을드론에전달 - 드론의상태정보를중앙제어 PC 에전달 - 드론제어기는드론의각모터제어 - 배터리, 알람등상태값전단 1) Optitrack Prime13
편대비행기술시연 편대비행시연 : 2017 드론쇼코리아 크레용팝빠빠빠와동기된드론군무시연
편대비행기술시연 편대비행시연 : 2017 드론쇼코리아 크레용팝빠빠빠와동기된드론군무시연
편대비행기술시연 편대비행시연 : 2017 드론쇼코리아 크레용팝빠빠빠와동기된드론군무시연 : 동영상
드론기술및시장예측 드론산업전망 - 드론기술활성화. 취미용드론시장을중국 (DJI 社 70% 점유 ) 에내주었지만, 더큰시장으로예상되는임무용드론시장은우리나라가선도필요. 드론제작및임무장치기술에서드론취득데이터 ( 공간정보, 기후정보등 ) 에해석및활용기술발전필요. 인공지능기반상황판단알고리즘을실용화하여다양한분야활용가능 Library Open하여업체개발부담저감. Sense-Judge-Act에대한 Open Architecture 개발필요 - 드론시장폭발적성장. 국내드론도입은 16년 1,523대에서 25년 20,204대로급속히증가할것으로예상 건설 / 측량, 시설점검, 농 / 임업, 영상, 감시 / 방재분야. 무인기안정성 / 신뢰성을평가할수있는기술및인증기술도입필요