재난 지역의 물체를 탐지하기 위한 소형 무인기 설계와 제작을 통한 공학 교육의 실천에 관한 연구 A Study on the Practice of Engineering Education through the Design and Production of Drones for Detecting Objects in Disaster Area원문보기
졸업 조건 만족을 위한 졸업 작품 제작과 제작된 작품의 공학 논문 체계로 서술해야 하는 졸업 논문 제출 규정에 따라 전공단위에서 이루어진 절차의 개요를 제시하고, 개선에 필요한 사항을 제안한다. 설계 내용은 재난 지역의 인원이나 물체를 탐지하기 위한 소형 무인기 구성에 관한 것이다. 적외선 센서와 GPS를 소형 무인기인 드론에 탑재하고, 블루투스 통신을 이용하여 드론을 조종한다. 조종되는 드론이 구조 대상물을 탐지하고, 드론에 탑재된 GPS를 이용하여 실시간으로 탐지한 대상물의 위치를 수신하는 대상물 탐지용 드론을 설계하고 제작한다. 실험결과로 3~4 m 범위의 구조 대상물 탐지가 가능했고, 위치값을 실시간으로 전송하는 것을 확인했으며, RF 통신을 이용하여 통신 거리를 증가시킬 계획이다.
졸업 조건 만족을 위한 졸업 작품 제작과 제작된 작품의 공학 논문 체계로 서술해야 하는 졸업 논문 제출 규정에 따라 전공단위에서 이루어진 절차의 개요를 제시하고, 개선에 필요한 사항을 제안한다. 설계 내용은 재난 지역의 인원이나 물체를 탐지하기 위한 소형 무인기 구성에 관한 것이다. 적외선 센서와 GPS를 소형 무인기인 드론에 탑재하고, 블루투스 통신을 이용하여 드론을 조종한다. 조종되는 드론이 구조 대상물을 탐지하고, 드론에 탑재된 GPS를 이용하여 실시간으로 탐지한 대상물의 위치를 수신하는 대상물 탐지용 드론을 설계하고 제작한다. 실험결과로 3~4 m 범위의 구조 대상물 탐지가 가능했고, 위치값을 실시간으로 전송하는 것을 확인했으며, RF 통신을 이용하여 통신 거리를 증가시킬 계획이다.
In order to satisfy the graduation requirements, the graduation work should be presented as an engineering dissertation system of the produced work and an outline of the procedure made by the major unit in accordance with the graduation thesis submission rules, and suggests necessary matters for imp...
In order to satisfy the graduation requirements, the graduation work should be presented as an engineering dissertation system of the produced work and an outline of the procedure made by the major unit in accordance with the graduation thesis submission rules, and suggests necessary matters for improvement. The design content relates to a small unmanned aerial vehicle configuration for detecting personnel or objects in a disaster area. It is equipped with an infrared sensor and a GPS in the drone, the drone is control by using Blutooth communications. The drones detect the target and use the GPS to determine the location. As a result of the experiment, it was possible to detect the structure object within the range of 3~4 m, confirm the transmission of the position value in real time, and increase the communication distance by using RF communication.
In order to satisfy the graduation requirements, the graduation work should be presented as an engineering dissertation system of the produced work and an outline of the procedure made by the major unit in accordance with the graduation thesis submission rules, and suggests necessary matters for improvement. The design content relates to a small unmanned aerial vehicle configuration for detecting personnel or objects in a disaster area. It is equipped with an infrared sensor and a GPS in the drone, the drone is control by using Blutooth communications. The drones detect the target and use the GPS to determine the location. As a result of the experiment, it was possible to detect the structure object within the range of 3~4 m, confirm the transmission of the position value in real time, and increase the communication distance by using RF communication.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
제안 방법
위치값을 측정하기 위해 GPS 수신 모듈을 이용한다. GPS 수신 모듈을 이용하여 구조 대상물의 위치값을 측정하고 블루투스 통신으로 GPS로 측정한 위치값을 송, 수신한다.
재난현장에서 구조 인력이 직접 투입되어 이루어지는 인명 구조 활동은 구조 인력의 추가 인명 손실의 위험과 단순한 인력만으로 이루어지는 구조 활동이 비효율적이며, 구조 시간이 늦어짐에 따른 불가피한 야간 구조 활동의 비효율성, 위험성 등이 있다. 드론의 하드웨어 설계 및 구현 내용을 기술하고 기능 구성도와 동작 흐름도를 제시한다. 또한, 구조 대상물 탐지 기능을 실현하며, 실시간 위치 좌표를 전송한다.
적외선 센서와 GPS를 탑재한 드론이 구조 대상물을 탐지하고, GPS 위치값을 송신하는 기능을 수행하기 위해서는 안정적인 주행이 필요하다. 이를 위해 드론의 자세 제어와 방향 제어를 한다. 그림 10은 드론의 자세 제어와 방향 제어를 수행한 그림이다.
드론의 자세 제어, 방향 제어와 드론에 탑재한 GPS로 측정한 위치값을 수신하기 위한 통신수단으로 블루투스 통신을 이용한다. 이를 위해 스마트폰 어플리케이션을 제작한다. 스마트폰 어플리케이션으로 하나의 화면으로 드론의 제어와 GPS의 위치값 수신을 동시에 진행한다.
대상 데이터
측정 실험은 신장 180 cm의 사람으로 실험을 진행하였고, 탐지 범위를 0°를 기준으로 좌우 55°까지 실험하였다.
이론/모형
드론의 자세 제어, 방향 제어와 드론에 탑재한 GPS로 측정한 위치값을 수신하기 위한 통신수단으로 블루투스 통신을 이용한다. 이를 위해 스마트폰 어플리케이션을 제작한다.
성능/효과
그 결과, 적외선 센서의 탐지 범위는 100° ~110°, 평균 탐지 거리는 6~7 m이다.
63 m2 를 확인했다. 그리고 GPS 오차를 최소화하며 작동하는 최적의 장소인 건물 외부와 이 장소에서 발생하는 평균 오차값 약 4 m를 확인했다. 그리고 오차값을 생각하여 탐지 범위는 16 m2임을 확인했다.
적외선 센서의 탐지 범위와 GPS의 오차값은 두 자료 모두, 드론이 구조 대상물을 탐지 시에 조사해야 하는 범위를 알려준다. 그리고 적외선 센서와 GPS의 상시 연동을 확인했고, 구조 대상물을 탐지 시에는 위치값을 스마트폰 어플 리케이션에 수신하는 것을 확인했다. 향후 연구 방향으로는 블루투스 통신보다 통신 거리가 긴 RF 통신을 이용하여 드론을 제어하고, GPS 위치값을 수신할 계획이다.
5 m를 확인했다. 드론을 상공 5 m에서 운용하였을 시에 구조 대상물이 존재하는 최대 탐지 넓이 34.63 m2 를 확인했다. 그리고 GPS 오차를 최소화하며 작동하는 최적의 장소인 건물 외부와 이 장소에서 발생하는 평균 오차값 약 4 m를 확인했다.
성취도 측정에 사용한 자료에서 샘플을 1개 선정하여, 문제 해결을 위한 “공학 문제” 또는 “공학 문제 해결방안” 이 8가지 “문제의 속성” 항목에 대하여 문제 수준 설명에 부합하는 것에 체크하고, 심화된 공학 문제가 속성 1(지식의 깊이)을 만족하고, 속성 2~8중 일부 또는 전부를 만족해야 하나, 2017년도 평가에서는 속성 1과 함께 확인되는 항목이 2 개이면 보완이고, 3개 이상이면 만족으로 평가하도록 인증기준 KEC 2015의 2017년 판정 가이드에 명시하고 있다. 본 연구에 관련된 내용에 대해 판단하면, SWOT 분석 등을 통한 설계 및 구성 전략없이 졸업작품 수행을 위한 수동적 상태가 많았고, 항공역학과 모터 제어 등의 생소한 주제에 적극적 대처가 이루어지지 않았으며, 상호 의존성과 다양한 영향 고려에 대한 포괄적 여유가 부족한 것으로 판단되었다.
표 3은 적외선 센서와 GPS 센서의 성능 분석표이다. 적외선 센서의 탐지 범위와 최대 탐지 거리 6.5 m를 확인했다. 드론을 상공 5 m에서 운용하였을 시에 구조 대상물이 존재하는 최대 탐지 넓이 34.
후속연구
향후 연구 방향으로는 블루투스 통신보다 통신 거리가 긴 RF 통신을 이용하여 드론을 제어하고, GPS 위치값을 수신할 계획이다. RF 송신기 측에 드론의 자세 제어와 방향 제어를 위해 버튼을 만들고, GPS 위치값을 아날로그값으로 확인하는 LCD(Liquid Crystal Display) 표시기도 추가할 계획이다.
그리고 적외선 센서와 GPS의 상시 연동을 확인했고, 구조 대상물을 탐지 시에는 위치값을 스마트폰 어플 리케이션에 수신하는 것을 확인했다. 향후 연구 방향으로는 블루투스 통신보다 통신 거리가 긴 RF 통신을 이용하여 드론을 제어하고, GPS 위치값을 수신할 계획이다. RF 송신기 측에 드론의 자세 제어와 방향 제어를 위해 버튼을 만들고, GPS 위치값을 아날로그값으로 확인하는 LCD(Liquid Crystal Display) 표시기도 추가할 계획이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
적외선 센서란 무엇인가?
적외선 센서는 적외선을 이용해 온도, 압력, 방사선의 세기 등의 물리량이나 화학량을 감지하여 신호처리가 가능한 전기량으로 변환하는 장치이다[5]. 주, 야간에 관계없이 구조 대상물을 탐지하기 위해 적외선 센서 중에서 인체감지 센서를 이용한다.
구조 인력이 직접 투입되어 이루어지는 인명 구조 활동의 단점은 무엇인가?
이와 같이 재난 현장에서 실종자의 신속하고 정확한 위치 탐지 기술을 재난 상황에서 인명 구호를 위한 필수적인 기술로 활용한다 [2-4]. 재난현장에서 구조 인력이 직접 투입되어 이루어지는 인명 구조 활동은 구조 인력의 추가 인명 손실의 위험과 단순한 인력만으로 이루어지는 구조 활동이 비효율적이며, 구조 시간이 늦어짐에 따른 불가피한 야간 구조 활동의 비효율성, 위험성 등이 있다. 드론의 하드웨어 설계 및 구현 내용을 기술하고 기능 구성도와 동작 흐름도를 제시한다.
2016년의 졸업 인증을 위한 종합 설계 작품 제작내용은 무엇이었는가?
2008년부터 전공 단위로 졸업 인증을 위한 종합 설계 작품 제작 및 평가 절차를 도입하여 교과 과정과 분리된 별도로 졸업을 위한 자격요건으로서 학칙에 근거하여 작품의 설계, 제작, 완성과 그 결과에 대한 논문 체계의 완성도 평가가 이루어지고 있다[1]. 2016년(2017년 졸업) 10월까지 이루어진 내용은 무인, 무선 비행체인 드론에 감지 센서와 GPS를 탑재하여 재난현장에서 구조 대상물을 탐지하고 실시간 위치전송으로 구조 대상물의 위치를 파악하여 신호를 전송하는 드론을 설계한다. 재난 발생의 초기에 재난 대응 기술의 확보는 실종자의 생존 담보하는 중요한 역할을 한다.
참고문헌 (8)
E. Y. Chang and S. B. Yoon, "A study on the operating management method of capstone design and graduation portfolio using with the small drone or smartphone," Journal of Practical Engineering Education, vol. 8, no. 1, pp. 1-7, June, 2016.
S. J. Pyeon, K. Y. Choi, and J. Y. Lee, Why Drones Now, Miraebook Publishing Co., July, 2015.
H. Cha, J. Jeon, and S. Lee, "ICT DIY-Part 16: Drone production requirements," Telecommunication Technology Association, TTAK.KO-10.0789-Part16/R1, pp. 1-9, December, 2015.
D. H. Lee and B. J. Kang, "The study of drone configuration for detection objects of rescure in disaster areas," in Proceedings of Korean Institute of Information Technology Summer Conference, pp. 281-282, June, 2016.
H. S. Moon, C. Y. Kim, and W. S. Lee, "Drone-based location detection technique for buried person in collapsed area," The Magazine of the Korean Society of Civil Engineers, vol. 64, no. 4, pp. 32-35, April, 2016.
S. Y. Lim, "Drone utilization in disaster safety field," Science & Technology Policy Institute, vol. 203, pp. 16-19, June, 2015.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.