[논문]스마트 IT 기술로 구현된 하천조사 로봇

하상민

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하상민 ((주)데이타피씨에스)

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문제 정의

본 고에서는 앞서 언급한 원격조정 하천조사보트를 기반으로 기존 IT 기술에 비해 훨씬 강력해지고 사용성이 증대된 스마트 IT 기술을 접목하여 개발된 하천조사로봇(Water roBot ; WaBot)을 소개하고자 한다. 먼저, 국내외에서 널리 활용되고 있는 하천조사보트의 주요 기능 및 현황을 살펴보고 LTE 등의 고속의 통신 인프라와 LBS(Location Based Service) 기술을 손쉽게 이용할 수 있는 스마트 IT 환경에서 하천조사로봇은 어떠한 기능을 수행할 수 있는지, 그러한 기능들은 하천조사에 어떻게 효율적으로 활용되고 있는지에 대하여 기술하였다.

제안 방법

잠실 수중보 직 하류는 접근성이 좋고 강의 폭도 900m 이상이며, 잠실 수중보로 인한 하상의 변동이 예상되는 곳으로서 로봇을 이용하여 유량을 측정할 경우 극적인 효과를 거둘 수 있는 지역이다. 로봇을 이용하여 잠실 수중보 하류 남단에서 북단까지의 하상과 연직유속의 크기를 측정하여 각 소단면에서의 유량을 산정하여 전체 횡단면에서의 유량을 계산하였다. 보트의 속도는 흐르는 유속이 크지 않으므로 저속으로 운전하도록 설정하였고 위치 오차는 최대 3m 넘지 않도록 DGPS를 사용하였다.
본 고에서는 앞서 언급한 원격조정 하천조사보트를 기반으로 기존 IT 기술에 비해 훨씬 강력해지고 사용성이 증대된 스마트 IT 기술을 접목하여 개발된 하천조사로봇(Water roBot ; WaBot)을 소개하고자 한다. 먼저, 국내외에서 널리 활용되고 있는 하천조사보트의 주요 기능 및 현황을 살펴보고 LTE 등의 고속의 통신 인프라와 LBS(Location Based Service) 기술을 손쉽게 이용할 수 있는 스마트 IT 환경에서 하천조사로봇은 어떠한 기능을 수행할 수 있는지, 그러한 기능들은 하천조사에 어떻게 효율적으로 활용되고 있는지에 대하여 기술하였다.
로봇을 이용하여 잠실 수중보 하류 남단에서 북단까지의 하상과 연직유속의 크기를 측정하여 각 소단면에서의 유량을 산정하여 전체 횡단면에서의 유량을 계산하였다. 보트의 속도는 흐르는 유속이 크지 않으므로 저속으로 운전하도록 설정하였고 위치 오차는 최대 3m 넘지 않도록 DGPS를 사용하였다. 다음 그림 4는 실제 하천조사로봇의 동작을 명령한 스마트폰 어플리케이션의 실행 장면이다.
수질 측정을 위해서는 간단한 홀더 장치 변경을 통해 ADCP 센서를 수질 센서를 교체 장착하면 된다. 산업용 배터리로 구동되는 강력한 2축 프로펠러를 이용함으로써 최고속도 2.5m/s까지 구동 가능하여 평수기나 홍수 전, 후의 하천조사에 적합하도록 설계되었다. 2.
완성된 로봇을 이용해서 직접 한강에서 유량측정을 수행하였다. 장소는 한강 유람선이나 윈드서핑 지역이 아닌 잠실 수중보 바로 하단을 택하였다.
이 지점은 1천만이 넘는 서울의 홍수피해 가능성을 예보하는 동시에 100년 이상의 수위기록이 있어 해당년도의 홍수피해 규모를 짐작할 수 있기 때문이다. 현재 이 지점의 유량은 조석의 영향을 받고 있기 때문에 노들섬을 중심으로 남쪽과 북쪽 횡단면의 유량을 측정하여 최종 값을 산정한다. 한강에서 조석의 영향은 잠실 수중보까지 미치기 때문에 잠실 수중보 하류의 유량 측정을 위해서는 반드시 전 횡단면에서 유량을 측정해야 조석의 영향을 정확히 반영할 수 있다.

성능/효과

64대로 파악되고 있다. 단순히 보급률만 높은 것이 아니라 지난 대선 관련 컨텐츠와 같이 이슈에 따라서는 포털 사이트에서 일반 PC보다 약 3배 이상 높은 접속 트랙픽을 기록한 사례도 조사되었다. 출퇴근길에 지하철과 버스의 수많은 사람들이 스마트폰을 만지작거리는 것은 더 이상 낯선 풍경이 아니듯 스마트기기는 이미 우리 삶의 필수재로 인식되고 있다.
개발된 하천조사로봇 Wabot의 기본 개념은 스마트폰 어플리케이션 상에서 출발지와 목적지를 정해주고 측정명령을 내리면 로봇이 목적지로 항해하면서 자동으로 유량을 비롯한 하천조사 항목을 측정하고 해당 자료는 무선 인터넷을 통하여 관리자의 컴퓨터로 전송하는 것이다. 로봇에는 DGPS가 탑재되어 현재의 측정위치를 정확하게 알려줄 수 있고 전방에 설치에 스마트 캠을 이용하여 진행방향의 실시간 동영상을 전송함으로써 관리자가 현장의 진행 상황을 상세히 파악할 수 있는 기능이 구현되었다. 로봇 제어부인 스마트폰 어플리케이션에서는 이동 시작-정지, 방향설정, 위치정보 송수신, 추진장치의 회전수 설정 등의 기본 제어 명령을 위한 버튼이 구현되어 있고 LBS 기능이 탑재되어 지도상에서 로봇의 위치를 실시간으로 파악할 수 있어 보트의 유실이나 고립의 위험을 최소화 하였다.
대표적인 성과로는 ADCP M9 센서가 탑재된 원격조정 하천조사보트(River Robot for Velocity and Volume ; R2V2)와 수많은 이종(異種)의 하천 자료들을 수신하여 통합된 웹 시스템에서 자료를 효율적으로 관리할 수 있는 Fieldbox를 꼽을 수 있다. 수자원 자료 관리에 대한 전문 지식에 첨단 IT 기술이 투영되어 개발된 두 성과의 사례로부터 효과적인 IT 기술의 활용이 하천 자료 측정과 관리의 편의성을 얼마나 향상시킬 수 있을까에 대한 해답을 명확하게 얻을 수 있었다.
최대 수심이 약 4m에 달하고 이 수심은 가운데 모래톱을 중심으로 남북으로 깊게 분포한다. 현장에서 만난 한강지킴이 수영클럽회원과의 대화를 상기해보면 잠실 수중보 아래에서 한강을 횡단할 경우, 모래톱에서 잠시 수영을 쉬고 간다는 사실로 미루어볼 때, 하천조사로봇에서 수집된 자료가 틀리지 않았음을 확인할 수 있었다. 그림 5에서도 알 수 있듯이 잠실수중보의 영향으로 물이 역류하는 이곳에서 유인 보트를 이용하여 유량을 측정하려 했다면 지형적인 특성으로 인하여 작업시간이 많이 소요될 뿐만 아니라 안전상의 위험을 초래하는 등의 난관을 경험했을 것으로 판단된다.

후속연구

하천조사로봇을 통해 수집된 자료들은 그림 5와 같은 센서 제조회사에서 제공되는 기본 소프트웨어에서 표출 가능한 형태로 저장된다. 하지만 수집된 원시자료들을 조사 목적에 부합하도록 몇 가지 IT 어플리케이션을 활용하여 후처리할 수 있다면, 훨씬 더 공학적이고 전문적인 하천조사 자료로 재생산할 수 있다. 먼저, 그림 6과 같이 하천 특정 지점의 세굴을 파악하기 위한 목적으로 Matlab을 이용하여 3D 맵핑하거나 google-earth의 지형정보를 오버랩하는 간단한 조작을 통해 수집된 자료의 가독성을 대폭 향상시킨 예이다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

하천조사로봇의 개발에 적용된 주요 스마트 IT 기술은 무엇인가?

(1) 모바일 어플리케이션 개발 : 로봇 제어부 총괄 (현재, Android OS용 어플리케이션만 개발된 상태임 ) (2) 3G(CDMA), LTE 이동통신망 : 모바일 어플리케이션과 Wabot 간의 통신 구현 (3) Zigbee 근거리통신 : DGPS와 로봇 구동 모듈간의 통신 구현 (4) 스마트기기 Tethering 통신 : 영상촬영 스마트기기와 내장 스마트기기간의 네트워크 동기화 (5) 원격접속 : 최종 조사자 혹은 관리자의 단말기에서 로봇에서 취득되는 실시간 영상과 하천조사 자료를 확인

하천조사보트 R2V2는 무엇인가?

R2V2는 첨단의 ADCP 센서를 장착하고 RTK GPS 기능을 탑재하여 하천을 자유롭게 횡단하면서 하천의 하상, 유속, 유량을 측정할 수 있는 하천조사보트이다. 수질 측정을 위해서는 간단한 홀더 장치 변경을 통해 ADCP 센서를 수질 센서를 교체 장착하면 된다.

하천조사로봇 Wabot의 기본 개념은?

개발된 하천조사로봇 Wabot의 기본 개념은 스마트폰 어플리케이션 상에서 출발지와 목적지를 정해주고 측정명령을 내리면 로봇이 목적지로 항해하면서 자동으로 유량을 비롯한 하천조사 항목을 측정하고 해당 자료는 무선 인터넷을 통하여 관리자의 컴퓨터로 전송하는 것이다. 로봇에는 DGPS가 탑재되어 현재의 측정위치를 정확하게 알려줄 수 있고 전방에 설치에 스마트 캠을 이용하여 진행방향의 실시간 동영상을 전송함으로써 관리자가 현장의 진행 상황을 상세히 파악할 수 있는 기능이 구현되었다.

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