[논문]임무유형과 다중 격자지도 기반의 임무지향적 전역경로 생성 연구

이호주; 이영일; 이명천

[국내논문] 임무유형과 다중 격자지도 기반의 임무지향적 전역경로 생성 연구
Mission Oriented Global Path Generation for Unmanned Combat Vehicle Based on the Mission Type and Multiple Grid Maps 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.13 no.2, 2010년, pp.180 - 187

이호주 (국방과학연구소) , 이영일 (국방과학연구소) , 이명천 (국방과학연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, a global path generation method is suggested using multiple grid maps connected with the mission type of unmanned combat vehicle(UCV). In order to carry out a mission for UCV, it is essential to find a global path which is coincident with the characteristics of the mission. This can be done by considering various combat circumstances represented as grid maps such as velocity map, threat map and communication map. Cost functions of multiple grid maps are linearly combined and normalized to them simultaneously for the path generation. The proposed method is realized using $A^*$, a well known search algorithm, and cost functions are normalized in the ratio of the traverse time which is one of critical information should be provided with the operators using the velocity map. By the experiments, it is checked found global paths match with the mission type by reflecting input data of grid maps properly and the computation time is short enough to regenerate paths in real time as combat circumstances change.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 임무지향적인 전역경로 생성을 위하여 다중 격자지도 기반의 전역경로계획 방법을 제안한다. 제안된 방법은 UCV가 수행할 수 있는 임무유형(Mission Type)^[2]과 상호 연계되도록 고안되었다.
본 논문은 무인전투차량의 임무유형에 따라 상이하게 선택되는 다중 격자지도 기반의 전역경로 생성 방법을 제안하였다. 제안된 방법에서는 먼저 무인전투차량이 수행 가능한 임무유형을 식별하고 그 임무유형별로 고려할 필요성이 있는 격자지도들을 연계시킨다.

제안 방법

본 논문에서는 임무지향적인 전역경로 생성을 위하여 다중 격자지도 기반의 전역경로계획 방법을 제안한다. 제안된 방법은 UCV가 수행할 수 있는 임무유형(Mission Type)^[2]과 상호 연계되도록 고안되었다. UCV을 운용하기 위하여 설정해야 할 각종 운용모드들은 운용자가 선택한 임무유형에 따라서 사전에 최적화된 값으로 자동 설정됨으로써 보다 효과적인 체계운용이 가능한데, 제안된 전역경로계획 방법 역시 임무유형의 선택에 따라 경로 생성 간에 고려해야 할 격자지도가 자동적으로 운용자에게 제공되며, 운용자는 다수의 격자지도를 활용함으로써 보다 임무에 부합되는 전역경로를 생성할 수 있다.
위협도맵은 적 교리 및 무기체계의 사거리를 고려하여 도로를 연한 7∼8부 능선 상에서의 가시선을 기초로 판단된 위협수준을 단계화한 값을 격자에 입력하였다.
따라서 구현된 알고리즘에서는 탐색시간을 줄이기 위한 방편으로, Fig. 10에서와 같이 ‘가상장벽(Imaginary Obstacles)’ 개념을 적용하였다.
위 문제의 해결함에 있어서 A^*알고리즘을 일부 수정하여 적용하였다. 특히, A^*는 경로 탐색에 있어서 그 구조적 특성상 함정(Trap) 또는 막힌길(Dead-end or Cul-de-sacs)과 같은 지역에서 신속히 탈출하지 못하고 지루한 탐색을 지속하는 경향이 있다.
본 논문은 무인전투차량의 임무유형에 따라 상이하게 선택되는 다중 격자지도 기반의 전역경로 생성 방법을 제안하였다. 제안된 방법에서는 먼저 무인전투차량이 수행 가능한 임무유형을 식별하고 그 임무유형별로 고려할 필요성이 있는 격자지도들을 연계시킨다. 이를 기초로 경로 탐색에 있어서 다수의 격자지도를 동시에 고려할 수 있도록 격자지도별 비용함수를 선형조합하고 그 비용 값을 정규화하는 방법을 통하여 임무의 특성에 부합되는 전역경로를 생성할 수 있다.

대상 데이터

제안된 전역경로 생성 방법은 10kmx10km 크기의 실제 지역을 대상으로 테스트되었다. 가장 중요한 격자지도라고 할 수 있는 속도맵과 위협도맵의 두 개의 격자지도가 ‘감시경계’ 임무유형의 지정에 따라 선택되었다고 본다.

이론/모형

가장 중요한 격자지도라고 할 수 있는 속도맵과 위협도맵의 두 개의 격자지도가 ‘감시경계’ 임무유형의 지정에 따라 선택되었다고 본다. 실험 대상 지역인 ㅇㅇ지역(SHEET 3916 Ⅳ SE)에 대한 속도맵은 벡타지도(FDB : Feature DataBase)를 활용하여 작성되었다^[7]. 위협도맵은 적 교리 및 무기체계의 사거리를 고려하여 도로를 연한 7∼8부 능선 상에서의 가시선을 기초로 판단된 위협수준을 단계화한 값을 격자에 입력하였다.

성능/효과

실험 결과, 다중 격자지도 기반의 전역경로 생성 방법은 임무유형에 부합되는 경로를 신속히 생성함을 확인하였다. 운용자는 선형조합상수 α 값의 변경으로 주행시간과 적 위협을 적절히 조절 가능하다.
4GHz 프로세서의 컴퓨터를 사용한 실험결과에 의하면, 대대∼연대급 제대의 통상적인 작전지역 크기에 대하여 50∼100m의 격자크기의 2∼3개의 격자지도를 사용할 때 불과 수초 내에 전역경로를 생성할 수 있다. 또한, 임무유형과 연계된 다수의 격자지도를 활용한 전역경로 생성 방법은 하나의 격자지도에 의한 것보다 UCV의 임무 수행에 보다 적합한 전역경로를 생성할 수 있음을 알 수 있다.
제안된 방법은 실시간 변하는 전장상황을 전역경로 생성 간에 효과적으로 반영하기 위하여 다양한 격자지도의 작성과 활용을 요구하므로 향후 이 분야에 대한 연구가 필요하다. 다중 격자지도 기반의 전역경로 생성 방법은 국방과학연구소를 중심으로 기술개발 중인 견마로봇에 부분적으로 구현되어 무인전투차량의 운용효과 증대에 기여할 수 있음을 확인하였다.

후속연구

무인전투차량(UCV : Unmanned Combat Vehicle)의 운용을 위해서는 적절한 지휘통제 방법과 자율주행기술이 뒷받침되어야 한다. 먼저, 운용자가 무인체계에 대한 설계 및 각종 통제․제어 모드 등에 대한 이해나 사전 지식이 없이도 효과적인 체계운용을 가능하게 해 주는 운용자 인터페이스 및 자율주행을 위한 효과적인 경로계획 방법이 개발되어야 한다.
따라서 전역경로를 생성함에 있어서 UCV에게 부여된 임무의 유형(이하 ‘임무유형’)과 격자지도를 상호연계시킴으로써 보다 임무지향적인 전역경로 생성이 가능하다.
제안된 방법은 실시간 변하는 전장상황을 전역경로 생성 간에 효과적으로 반영하기 위하여 다양한 격자지도의 작성과 활용을 요구하므로 향후 이 분야에 대한 연구가 필요하다. 다중 격자지도 기반의 전역경로 생성 방법은 국방과학연구소를 중심으로 기술개발 중인 견마로봇에 부분적으로 구현되어 무인전투차량의 운용효과 증대에 기여할 수 있음을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	무인전투차량의 운용을 위해서 뒷받침되어야 하는 것은?	무인전투차량(UCV : Unmanned Combat Vehicle)의 운용을 위해서는 적절한 지휘통제 방법과 자율주행기술이 뒷받침되어야 한다. 먼저, 운용자가 무인체계에 대한 설계 및 각종 통제․제어 모드 등에 대한 이해나 사전 지식이 없이도 효과적인 체계운용을 가능하게 해 주는 운용자 인터페이스 및 자율주행을 위한 효과적인 경로계획 방법이 개발되어야 한다.
	UCV의 경로계획은 어떻게 구분되는가?	필요시 운용자의 개입 없이 자율적으로 주행하거나 사전에 계획된 임무시나리오에 의거 순차적인 임무를 수행할 수도 있어야 하는데, 이것은 경로계획에 의해서 가능하다. UCV의 경로계획은 전역경로계획(GPP : Global Path Planning)과 지역경로계획(LPP : Local Path Planning)으로 구분된다[3].
	GPP란?	전역경로계획은 운용자가 선정한 비교적 넓은 작전 지역을 대상으로 상황도를 중심으로 운용자가 직접 경로를 지정하거나, 가용한 지형정보 및 전장상황을 반영한 격자지도를 활용하여 차량의 이동 또는 임무수행을 위한 주행경로를 최적화하는 상위 개념의 경로계획이다. 따라서 전역경로계획은 운용자의 개입 정도에 따라서 보통 세 가지로 구분되는데, 주행경로 전체를 운용자가 지정한 경로지정주행(Route Following), 일정 간격의 경로점 또는 임무점을 지정하는 경로점주행(Waypoint Navigation) 그리고 출발점과 목표점(도착점) 만을 지정하고 경로는 최적화 알고리즘을 통하여 결정하는 자율주행(Autonomous Navigation)이 그것이다[4]. 경로점주행과 자율주행은 이후 지역경로계획을 추가적으로 요구한다.

참고문헌 (7)

합참, 합동개념요구능력서, 2008.
이호주 외 6인, "무인전투차량의 전투효과 증대를 위한 운용자 인터페이스 구현", 제16회 지상무기 학술대회 초록집 p. 114, 2008.
Kramer, T. A., Laird, R. T., Dinh, M., Barngrover, C. M., Cruickshanks, J. R and Gilbreath, G. A., SPIE Unmanned Systems Technology VIII 2006.
Thorpe, C., Hebert, M, Pomerleau, D., Stentz, A. and Kanade. T., "Unmanned Ground Vehicle System Perception for Outdoor Navigation", Technical Report TEC-0114, 1995.
Stentz, A., "Optimal and Efficient Path Planning for Partially Known Environments", Proceedings of IEEE International Conference on Robotics and Automation, 1994.
김준 외 3인, "견마로봇의 NMAC 설계 및 구현", 제15회 한국군사과학기술학회 종합학술대회, pp. 1065-1068, 2007.
이호주 외 6인, "FDB 기반의 경로계획용 속도맵 생성", 제17회 한국군사과학기술학회 종합학술대회, pp. 1972-1975, 2009.

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