[국내논문]무인지상차량의 자율주행 기능수준 도출 방법 - 국방로봇을 중심으로 - How to Derive the Autonomous Driving Function Level of Unmanned Ground Vehicles - Focusing on Defense Robots -원문보기
본 논문은 국방로봇의 하나인 무인지상차량이 자율주행 시 요구되는 기능수준을 도출하기 위한 방법에 대한 연구이다. 기존의 무기체계는 운용환경에 크게 영향을 받지 않는 반면 국방로봇은 동일한 플랫폼이라 할지라도 운용환경 변화에 따라 다른 성능이 표출된다. 만약 운용제대에 따라 무기체계인 국방로봇의 성능이 각각 다르게 발현된다면 임무수행의 결과는 달라질 것이다. 그러므로 소요군은 국방로봇에 요구하는 기능의 수준을 명확히 도출해야 최적의 국방로봇을 연구개발 할 수 있다. 본 논문에서는 국방로봇의 주요 기능 중 하나인 자율주행을 중심으로 하여 무인지상차량의 요구기능수준을 도출하는 방법을 제시하였다. 소요군 내 각 운용제대별로 무인지상차량이 자율주행 시 요구되는 기능의 수준을 평가 할 수 있는 문항과 운용자의 개입정도에 따른 자율주행 기능의 요구수준을 나타내었으며, 더불어 여러 운용환경에 따른 변수 중에서 지상 환경에 대한 수준을 제시하였다.
본 논문은 국방로봇의 하나인 무인지상차량이 자율주행 시 요구되는 기능수준을 도출하기 위한 방법에 대한 연구이다. 기존의 무기체계는 운용환경에 크게 영향을 받지 않는 반면 국방로봇은 동일한 플랫폼이라 할지라도 운용환경 변화에 따라 다른 성능이 표출된다. 만약 운용제대에 따라 무기체계인 국방로봇의 성능이 각각 다르게 발현된다면 임무수행의 결과는 달라질 것이다. 그러므로 소요군은 국방로봇에 요구하는 기능의 수준을 명확히 도출해야 최적의 국방로봇을 연구개발 할 수 있다. 본 논문에서는 국방로봇의 주요 기능 중 하나인 자율주행을 중심으로 하여 무인지상차량의 요구기능수준을 도출하는 방법을 제시하였다. 소요군 내 각 운용제대별로 무인지상차량이 자율주행 시 요구되는 기능의 수준을 평가 할 수 있는 문항과 운용자의 개입정도에 따른 자율주행 기능의 요구수준을 나타내었으며, 더불어 여러 운용환경에 따른 변수 중에서 지상 환경에 대한 수준을 제시하였다.
This paper is a study on the method to derive the functional level required for autonomous unmanned ground vehicle, one of the defense robots. Conventional weapon systems are not significantly affected by the operating environment, while defense robots exhibit different performance depending on the ...
This paper is a study on the method to derive the functional level required for autonomous unmanned ground vehicle, one of the defense robots. Conventional weapon systems are not significantly affected by the operating environment, while defense robots exhibit different performance depending on the operating environment, even if they are on the same platform. If the performance of defense robot is different depending on operational environment, results of mission performance will be vary significantly. Therefore, it is necessary to clarify the level of function required by the military in order to research and develop most optimal defense robots. In this thesis, we propose a method to derive the required function level of unmanned ground vehicles, focusing on autonomous driving, one of the most vital functions of defense robots. Our results showed that the autonomous driving function depending intervention levels and evaluated functional sensitivity for autonomous driving of the unmanned vehicle using climate and topography as variables.
This paper is a study on the method to derive the functional level required for autonomous unmanned ground vehicle, one of the defense robots. Conventional weapon systems are not significantly affected by the operating environment, while defense robots exhibit different performance depending on the operating environment, even if they are on the same platform. If the performance of defense robot is different depending on operational environment, results of mission performance will be vary significantly. Therefore, it is necessary to clarify the level of function required by the military in order to research and develop most optimal defense robots. In this thesis, we propose a method to derive the required function level of unmanned ground vehicles, focusing on autonomous driving, one of the most vital functions of defense robots. Our results showed that the autonomous driving function depending intervention levels and evaluated functional sensitivity for autonomous driving of the unmanned vehicle using climate and topography as variables.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 국방로봇의 주요 기능 중 하나인 자율주행 기능에 대해 요구사항과 환경수준을 정량화하는 도출방법을 다음과 같이 제시하였다. 또한 환경요인 이외 고려해야 할 다른 요인이 발생될 경우 이를 정량화하여 추가로 도출할 수 있다.
본 논문에서는 요구기능수준과 환경수준을 모두 고려한 자율수준을 도출한다. 각 소요군별 요구기능 수준과 환경요인이 국방로봇 운용에 미치는 영향이 다를 수 있으므로, 가중치를 고려해야 한다.
국방로봇이 최적의 운용성능을 발휘하기 위해서는 소요제기 단계에서부터 구체적인 운용환경과 운용자의 작업수행을 위해 필요로 하는 수준의 로봇의 기능에 대한 구체적이고 정량화된 적시가 필요하다. 본고는 이런 취지에서 군이 필요로 하는 로봇을 요구하기 위한 정량화된 기준을 구현하기 위한 설계방법을 제시하는데 그 목적을 두고 연구하였으며, 국방로봇의 자율주행 기능을 중심으로 요구기능 도출방법론을 연구하였다.
차후 국방로봇의 본격적인 소요와 획득이 시작되면 각 운용제대에서 활용될 국방로봇에 적합한 가중치 산출이 가능하므로 본 연구에서는 각 가중치에 대한 수식만 제시 하였다.
제안 방법
로봇에 대한 전문적인 지식 없이도 군이 필요로 하는 국방로봇의 소요를 제시할 수 있도록 요구기능 기준을 로봇의 외부 3요소와 내부 5요소의 구성요소로 나누고 각 구성요소별로 소요군에 필요한 기능을 도출할 수 있도록 구성하였다. 또한 요구기능 기준을 평가 할 수 있도록 소요군은 서술형 평가문항을 작성하고 이에 배점을 두어 운용제대별 요구기능을 정량화 할 수 있게 하였다.
로봇에 대한 전문적인 지식 없이도 군이 필요로 하는 국방로봇의 소요를 제시할 수 있도록 요구기능 기준을 로봇의 외부 3요소와 내부 5요소의 구성요소로 나누고 각 구성요소별로 소요군에 필요한 기능을 도출할 수 있도록 구성하였다. 또한 요구기능 기준을 평가 할 수 있도록 소요군은 서술형 평가문항을 작성하고 이에 배점을 두어 운용제대별 요구기능을 정량화 할 수 있게 하였다.
본 도출방법론에서는 소요군의 요구사항을 정량적으로 나타 낼 수 있도록 요구기능 기준과 환경기준을 고려한 통합된 요구수준을 산출하였으며, 이를 위해 산출식을 제시하였다. 또한 본 연구는 소요군의 요구 기능을 임무에 따라 정량화할 수 있기 때문에 추후 소요결정을 위한 판단의 근거자료로 활용이 가능할 것이다.
J3016은 위의 미 도로교통안전국이 정의한 Level 4분류 방식에서 최종 Level 4를 둘로 나눠 세분화한 것으로, Level 0부터 Level 5까지 총 Level 6로 분류하였다. 이 분류는 기존의 분류와 달리 운전을 크게 작동작업(조향조정, 감속 및 가속, 차량 및 도로 감시), 전술적인 작업(이벤트에 대한 대응, 차선변경 결정, 신호사용, 회전 등), 전략적인 작업(경로결정, 목적지 및 경유지 결정 등)으로 분류하고 이중 작동작업과 전술적인 작업을 동적인 운전작업(Dynamic driving task)으로 아래 표 1과 같이 분류하였다.[5]
그러므로 운용환경에 따른 국방로봇의 운용성능의 고려는 매우 중요하다. 이를 비교하기 위해 무인지상차량이 운용되는 지상의 환경을 기준으로 기상 및 기후 환경과 지리 및 지형 환경의 수준 정량화가 필요하며, 본 논문에서는 표 5와 같이 환경수준을 제시하였다.
이론/모형
또한 미국표준기술연구소(NIST)는 무인체계의 자율성 연구에서 다음의 세 가지 주요 지표를 도출하였다. 임무의 복잡성, 환경장애, 사람의 개입정도를 지표로 하여 무인체계의 자율수준 평가안인 Autonomy Levels For Unmanned Systems (ALFUS)을 다음의 그림 1과 같이 제시하였다. 그러나 미국표준기술연구소(NIST)의 방법론은 임무의 복잡성, 환경장애, 사람의 개입 정도의 지표를 구성하는 다양한 평가요소들에 대해 정성적인 평가로 그 수준을 도출하였기 때문에, 다분히 주관적 견해가 포함될 가능성이 높으며 정확하고 객관적인 요구수준을 도출하기 어렵다.
성능/효과
둘째, 운용자 개입수준을 단계별로 구분하고 정량화 하는 방법이 필요하다. 셋째, 국방로봇 운용을 위한 환경수준 등 그 밖의 운용변수에 대한 기준을 마련하고 이를 정량화해야 한다.
셋째, 요구기능수준과 환경수준을 모두 고려한 자율수준은 수식 (7)과 같이 나타낼 수 있다.
위의 국방로봇의 개념을 종합해 보면, ‘군사적 운용을 위해 임무를 부여받아 운용되는 지능형 무인기(Unmanned Vehicle)와 지능형 로봇(Robot)’이라 할 수 있다.
이에 따라 국방로봇의 소요를 제시하기 위해서는 기존의 연구와 달리 국방로봇에 필요한 주요 기능의 구현 정도와 그에 따른 운용자 개입의 정도, 운용환경에 민감한 로봇의 특수성을 고려한 환경수준을 통합하여 정량적 평가를 해야 한다. 첫째, 로봇의 요구기능의 기준을 정량화해야 한다. 이를 위해서는 소요군별 국방로봇의 기능에 대한 요구기준과 평가항목이 제시되어야 한다.
후속연구
국방 선진국들은 첨단 과학기술을 바탕으로 하여 최소의 병력 희생과 위험 감소를 목적으로 국방로봇 개발에 집중하고 있다. 국방 분야에서 로봇은 인간의 한계를 극복하고 전장의 위험성을 제거하며 전투효과를 극대화하는 역할을 수행할 것이다.
추후 연구는 실제 운용될 국방로봇에 이를 적용할 수 있는 적정한 평가 수행을 통해 검증기준과 검증 기준의 측정 방법 등에 대한 보완이 필요하다. 더불어 소요군이 요구기능 기준 문항을 보다 쉽게 작성하기 위해 기존의 무기체계를 대상으로 하는 기술발전추세와 기술동향을 조사하는 등 국방과학기술조사서에서 제시하는 기술수준[9]과는 별도로 국방로봇의 기능 및 역할분담에 대한 로봇생태계 중심의 기준 MAP 연구가 추가로 필요하다.
본 도출방법론에서는 소요군의 요구사항을 정량적으로 나타 낼 수 있도록 요구기능 기준과 환경기준을 고려한 통합된 요구수준을 산출하였으며, 이를 위해 산출식을 제시하였다. 또한 본 연구는 소요군의 요구 기능을 임무에 따라 정량화할 수 있기 때문에 추후 소요결정을 위한 판단의 근거자료로 활용이 가능할 것이다. 추후 연구는 실제 운용될 국방로봇에 이를 적용할 수 있는 적정한 평가 수행을 통해 검증기준과 검증 기준의 측정 방법 등에 대한 보완이 필요하다.
또한 본 연구는 소요군의 요구 기능을 임무에 따라 정량화할 수 있기 때문에 추후 소요결정을 위한 판단의 근거자료로 활용이 가능할 것이다. 추후 연구는 실제 운용될 국방로봇에 이를 적용할 수 있는 적정한 평가 수행을 통해 검증기준과 검증 기준의 측정 방법 등에 대한 보완이 필요하다. 더불어 소요군이 요구기능 기준 문항을 보다 쉽게 작성하기 위해 기존의 무기체계를 대상으로 하는 기술발전추세와 기술동향을 조사하는 등 국방과학기술조사서에서 제시하는 기술수준[9]과는 별도로 국방로봇의 기능 및 역할분담에 대한 로봇생태계 중심의 기준 MAP 연구가 추가로 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
2007년 국방과학연구소에서 국방로봇을 어떻게 정의하였는가?
2007년 국방과학연구소는 ‘국방지상로봇 종합발전방향’ 발간 책자에서 국방로봇을 ‘대칭 및 비대칭 전투 환경에서 위험(Dangerous)하고, 어렵고(Difficult), 지루(Dull)한 임무를 수행함에 있어서 병사 또는 유인 시스템의 대행과 획기적인 능력을 위한 전투 및 비전투 시스템’이라고 정의하였다.
우리가 흔히 말하는 자율주행자동차의 의미는?
우리가 흔히 말하는 자율주행자동차는 운전자가 탑승하면서 ICT의 도움으로 운전을 안전하고 편리하게 하는 자동차를 의미한다.[7]
로봇의 필요성은 사회적 요구가 시발점이 되는데 이 사회적 요구를 3가지로 본다면?
로봇의 필요성은 사회적 요구가 시발점이 된다. 사회적 요구는 크게 3가지로 나누어 볼 수 있는데, 첫째 국가나 정부기관이 만들어내는 선도-사회적 요구, 둘째 수요자가 강하게 바라는 현재-사회적 요구, 셋째 수요자에게 필요하지만 수요자가 필요한 줄 모르고 있는 잠재-사회적 요구이다. 이 중에 선도-사회적 요구와 잠재-사회적 요구의 로봇 디자인은 오랜 경험과 능력을 갖춘 전문가 집단을 필요로 한다.
참고문헌 (9)
P.-S. Kim, "Technology and development trends related to human-friendly emotional robots" J. KICS, vol. 33, no. 8, p. 19, Jul. 2016.
Defense Acquisition Program Administration, Defense unmanned robot technology: Defense unmanned robot technology development strategy, Visual Infra. Corp., pp. 13-16. 2013.
Y. Choi, "Advanced advanced military capability building : Unmanned weapon system construction and operation strategy," National Security research series, vol. 2 no. 2, p. 251, Mar. 2014.
J.-O. Kim, 'Social demand' raises the robot industry(2015), Retrieved Nov. 14, 2016 from http://www.dt.co.kr/contents.html?article_no2015070802102351607001
SAE, Automated driving level of driving automation are defined in new SAE International Standard J3016 (2014), Retrieved Nov. 10, 2016, from http://www.sae.org/servlets/pressRoom?OBJECT_TYPEPressReleases&PAGEshowRelease&RELEASE_ ID2715
NIST, Autonomy Levels For Unmanned Systems (2010), Retrieved Dec. 21, 2016, from https://www.nist.gov/sites/default/files/documents/el/isd/ks/ALFUS-BG.pdf. pp
B. Lee, "Trends and prospects of autonomous vehicle technology development at home and abroad," J. KICS, vol. 33, no. 4, p. 20, Jul. 2016.
Eom, Hong Seob "A design methodology of Infantry platoon using combat robots based on the combat effectiveness" Kwangwoon University Graduate School, doctoral thesis, pp. pp.28-31, 2016
H. S. Kim and K. J. Park, "A study on the defense IT survey and the acquisition method of IT technology" in Proc. KICS Winter Conf., p. 495, Pyoungchang, Korea, Jan. 2014.
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