본 논문에서는 저고도 무인기교통관리 체계에서 운용될 무인기의 사용 용도별로 비행패턴을 분석하였고, 시뮬레이션 모형을 개발하였다. 무인기 비행패턴은 감시형, 선회형, 배송형 패턴으로 분류하였으며, 무인기 사용 용도별로는 농업, 시설 점검, 공공안전 및 보안, 물품 배송으로 총 네 가지 경우를 고려하였다. 또한 저고도 무인기 교통관리 체계에 적용할 공역 운용방식을 검증하기 위한 도구로써 시뮬레이션 모형을 개발하였다. 개발된 시뮬레이션 모형을 감시형 비행패턴에 적용해 보았으며, 그 결과 정해진 입력을 받아 주어진 비행패턴을 그리며 비행하는 것을 확인 및 검증하였다. 본 시뮬레이션 모형은 향후 무인기가 다양한 비행패턴을 그리며 해당 용도에 맞게 안전하고 효율적으로 운항할 수 있는지 검증하는데 사용될 예정이다.
본 논문에서는 저고도 무인기 교통관리 체계에서 운용될 무인기의 사용 용도별로 비행패턴을 분석하였고, 시뮬레이션 모형을 개발하였다. 무인기 비행패턴은 감시형, 선회형, 배송형 패턴으로 분류하였으며, 무인기 사용 용도별로는 농업, 시설 점검, 공공안전 및 보안, 물품 배송으로 총 네 가지 경우를 고려하였다. 또한 저고도 무인기 교통관리 체계에 적용할 공역 운용방식을 검증하기 위한 도구로써 시뮬레이션 모형을 개발하였다. 개발된 시뮬레이션 모형을 감시형 비행패턴에 적용해 보았으며, 그 결과 정해진 입력을 받아 주어진 비행패턴을 그리며 비행하는 것을 확인 및 검증하였다. 본 시뮬레이션 모형은 향후 무인기가 다양한 비행패턴을 그리며 해당 용도에 맞게 안전하고 효율적으로 운항할 수 있는지 검증하는데 사용될 예정이다.
In this paper, we classified a flight pattern of unmanned aerial vehicle(UAV) which will be operating in UTM system and analyzed its flight pattern by purpose of use. Flight patterns of UAV are sorted into three patterns which are circling, monitoring and delivery. We considered four cases of indust...
In this paper, we classified a flight pattern of unmanned aerial vehicle(UAV) which will be operating in UTM system and analyzed its flight pattern by purpose of use. Flight patterns of UAV are sorted into three patterns which are circling, monitoring and delivery. We considered four cases of industry areas using UAV which are agriculture, infrastructure monitoring, public safety & security(p.s.s) and delivery. It is necessary to build a simulation model as a verification tool for applying the flight pattern according to the use of UAV to the real UTM system. Therefore, we propose the simulation model of UAV with updating states over time. We applied simulation to UAV monitoring flight pattern, and confirmed that the flight was done by the given input data. The simulation model will be used in the future to verify that the UAV has various flight patterns and can operate safely and efficiently for the intended use.
In this paper, we classified a flight pattern of unmanned aerial vehicle(UAV) which will be operating in UTM system and analyzed its flight pattern by purpose of use. Flight patterns of UAV are sorted into three patterns which are circling, monitoring and delivery. We considered four cases of industry areas using UAV which are agriculture, infrastructure monitoring, public safety & security(p.s.s) and delivery. It is necessary to build a simulation model as a verification tool for applying the flight pattern according to the use of UAV to the real UTM system. Therefore, we propose the simulation model of UAV with updating states over time. We applied simulation to UAV monitoring flight pattern, and confirmed that the flight was done by the given input data. The simulation model will be used in the future to verify that the UAV has various flight patterns and can operate safely and efficiently for the intended use.
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가설 설정
UTM 체계에서 무인기가 비행할 수 있는 공간은 G 등급 공역(비관제 공역) 이며, 안전한 운영을 위해 필요한 기능들은 그림 1에서 보이는 것처럼 다양하다. 경로 설정(path planning), 지형적 경계 설정(geo-fencing), 공역 내 감시 기능(monitoring) 및 이착륙장 설정(designating landing and take-off area) 등의 여러 기능이 합쳐져 안전을 보장할 수 있는 UTM 체계가 구성될 것이다. 무인기는 비행 목적에 따라 비행하는 패턴도 달라지는데, 따라서 공역 운영 개념은 무인기의 비행패턴을 고려해 적절히 설계되는 것이 중요하다.
공공안전 및 보안용 무인기는 선회형과 감시형 비행패턴을 가질 것이다. 선회형 비행패턴일 경우 무인기를 사고, 재해 및 위험 지역에 띄워 선회하면서 신속하고 정확한 정보를 실시간으로 수집할 수 있다.
농업용 무인기는 감시형 비행패턴의 궤적을 그릴 것이다. 농작물 최적 수확을 위해 더 정확하고 정밀하게 농작물을 관리하는 용도로 무인기를 사용할 수 있다.
배수관, 석유 수송관, 도로 및 철도 시설 등 다양한 시설을 감시하고 점검하는 기능으로 무인기를 사용할 수 있다. 따라서 시설 점검 무인기의 비행패턴은 비행 목적에 따라 선회형과 감시형 비행패턴을 취할 것이다. 구조물 또는 시설물과 같이 넓은 범위에서 감시하는 것을 목적으로 하는 경우, 선회형 비행패턴을 통해 전체적 상황을 한눈에 파악할 수 있다.
선회형 및 감시형 비행패턴과 달리 배송형 비행패턴은 출발지와 목적지가 다르며, 목적지에서 임무를 수행하고 나면, 다시 출발지로 돌아오는 왕복 비행형태를 보인다. 또한 배송형 비행패턴은 침범해서는 안 되는 구역을 피해서 비행하여야 하고, 선회형 및 감시형 비행패턴보다는 상대적으로 최적 경로를 통한 직진 비행의 빈도가 높을 것이다. 따라서 배송형 비행패턴은 무인기 조종사의 가시거리 밖(BVLOS; beyond visual line of sight)에서 비행할 가능성이 높으며, 패턴 특성상 인구 밀집이 높은 도심 지역에서 많이 이용될 것이다.
향후 물품 배송용 무인기는 지상의 장애물 및 주변의 무인기들을 피하면서 비행을 하고, 공중 배송을 통하여 소비자에게 물품을 신속하게 전달해 줄 수 있는 역할을 할 것으로 기대된다. 물품 배송용 무인기는 배송형 비행패턴을 가질 것인데, 특정 물품을 목적지에 배송하고, 배송이 완료된 후에는 다시 출발지로 돌아오는 형태를 가질 것이다. 비행 전에는 미리 비행할 최적 경로를 정하고, 비행 중에는 실시간으로 변하는 교통 및 공역 상황을 반영하여 비행 전에 계획한 비행경로를 준수할지 혹은 비행경로를 재설정할지 판단하면서 임무를 수행할 것이다.
무인기가 반복적으로 움직이면서 목적지 좌표 (0, 0)로 다시 돌아오면 시뮬레이션이 종료되고, 총 75번의 입력을 주어 750초 동안 시뮬레이션이 진행된다. 본 시뮬레이션에서 바람은 없는 것으로 가정하였다.
제안 방법
본 논문에서는 한 대의 무인기에 대한 시뮬레이션 모형을 개발하였으며, 이를 앞서 분석한 저고도 무인기 주요 비행패턴 중 한 가지에 적용해 보았다. 그림 5와 같이 무인기의 종류는 크게 고정익 무인기(fixed-wing UAV)와 회전익 무인기(multi-rotor UAV)로 분류할 수 있는데, 본 논문에서는 고정익 무인기를 기준으로 하여 시뮬레이션을 진행하였다[10].
본 논문에서는 공역 내에서 행해지는 무인기의 비행패턴을 분류하고, 무인기 사용 용도별로 비행패턴을 분석하였다. 또한, UTM 공역 운영개념을 평가하기 위한 시뮬레이션 모형을 개발하고, 이를 분석한 비행패턴에 적용해 성능을 확인하였다.
본 논문에서는 무인기의 사용 용도별 비행패턴을 분석하고, 시뮬레이션 모형을 통해 간단히 구현해 보았다. 무인기의 비행 패턴은 선회형, 감시형, 배송형으로 나눌 수 있고, 앞으로 수요가 많을 것으로 예상되는 농업, 시설 점검, 공공안전과 보안, 물품 배송 분야별 비행패턴을 분석하였다. 주요 비행패턴 중 감시형 비행패턴을 대상으로 시뮬레이션 모형을 제시하였다.
본 논문에서는 공역 내에서 행해지는 무인기의 비행패턴을 분류하고, 무인기 사용 용도별로 비행패턴을 분석하였다. 또한, UTM 공역 운영개념을 평가하기 위한 시뮬레이션 모형을 개발하고, 이를 분석한 비행패턴에 적용해 성능을 확인하였다.
본 논문에서는 무인기의 사용 용도별 비행패턴을 분석하고, 시뮬레이션 모형을 통해 간단히 구현해 보았다. 무인기의 비행 패턴은 선회형, 감시형, 배송형으로 나눌 수 있고, 앞으로 수요가 많을 것으로 예상되는 농업, 시설 점검, 공공안전과 보안, 물품 배송 분야별 비행패턴을 분석하였다.
UTM 공역 운영 개념을 설계하고 평가하기 위해서는 적절한 시뮬레이션 모형이 필요하다. 본 논문에서는 한 대의 무인기에 대한 시뮬레이션 모형을 개발하였으며, 이를 앞서 분석한 저고도 무인기 주요 비행패턴 중 한 가지에 적용해 보았다. 그림 5와 같이 무인기의 종류는 크게 고정익 무인기(fixed-wing UAV)와 회전익 무인기(multi-rotor UAV)로 분류할 수 있는데, 본 논문에서는 고정익 무인기를 기준으로 하여 시뮬레이션을 진행하였다[10].
대상 데이터
시뮬레이션은 무인기의 감시형 비행패턴을 대상으로 진행하였다. 그림 7과 같이 좌표 (0, 0)에서 출발하는 무인기는 주어진 입력에 따라 10초 단위로 방위각, 속도, 고도 및 위치를 바꾸어가면서 이동한다.
성능/효과
본 연구에서는 주어진 헤딩, 속도, 고도 입력에 따라 무인기 상태변수가 적절히 변화하며 필요한 비행패턴을 그리는 것을 확인하였다. 향후 무인기의 비행성능을 고려해 뱅크각, 가속도, 비행경로 각에 대한 정산 작업을 진행한 후, 시뮬레이션 결과가 실제와 얼마나 일치하는지 보다 면밀한 검증을 진행할 예정이다.
주요 비행패턴 중 감시형 비행패턴을 대상으로 시뮬레이션 모형을 제시하였다. 일정한 시간 간격의 입력을 바탕으로 하나의 무인기가 상태를 변화하면서 감시형 비행패턴으로 비행하는 궤적을 생성하는 것을 확인하였다.
후속연구
시뮬레이션 모형은, 향후 UTM 공역 내에서 무인기가 다양한 비행패턴을 그리며 해당 용도에 맞게 안전하고 효율적으로 운항할 수 있는지 검증하는데 사용될 예정이다. 따라서 향후 연구에서는 무인기의 무게나 기상조건 및 장애물 등 무인기의 성능과 비행환경에 영향을 미치는 요인을 고려해 모형을 개선할 필요가 있다. 또한, 감시형 비행패턴 외에도 선회형, 배송형 비행패턴을 적용한 시뮬레이션을 진행하여야 할 것이다.
따라서 향후 연구에서는 무인기의 무게나 기상조건 및 장애물 등 무인기의 성능과 비행환경에 영향을 미치는 요인을 고려해 모형을 개선할 필요가 있다. 또한, 감시형 비행패턴 외에도 선회형, 배송형 비행패턴을 적용한 시뮬레이션을 진행하여야 할 것이다.
시뮬레이션 모형은, 향후 UTM 공역 내에서 무인기가 다양한 비행패턴을 그리며 해당 용도에 맞게 안전하고 효율적으로 운항할 수 있는지 검증하는데 사용될 예정이다. 따라서 향후 연구에서는 무인기의 무게나 기상조건 및 장애물 등 무인기의 성능과 비행환경에 영향을 미치는 요인을 고려해 모형을 개선할 필요가 있다.
또한, 비행경로 각은 25도로 설정하였고[13], 뱅크각 Φ은 30도로 하였다. 향후 무인기의 비행성능에 대해 보다 면밀한 연구를 통해 위의 수치들에 대한 정산(calibration) 작업이 필요할 것이다.
본 연구에서는 주어진 헤딩, 속도, 고도 입력에 따라 무인기 상태변수가 적절히 변화하며 필요한 비행패턴을 그리는 것을 확인하였다. 향후 무인기의 비행성능을 고려해 뱅크각, 가속도, 비행경로 각에 대한 정산 작업을 진행한 후, 시뮬레이션 결과가 실제와 얼마나 일치하는지 보다 면밀한 검증을 진행할 예정이다.
향후 물품 배송용 무인기는 지상의 장애물 및 주변의 무인기들을 피하면서 비행을 하고, 공중 배송을 통하여 소비자에게 물품을 신속하게 전달해 줄 수 있는 역할을 할 것으로 기대된다. 물품 배송용 무인기는 배송형 비행패턴을 가질 것인데, 특정 물품을 목적지에 배송하고, 배송이 완료된 후에는 다시 출발지로 돌아오는 형태를 가질 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
무인기 사용의 용도는 무엇입니까?
본 논문에서는 저고도 무인기 교통관리 체계에서 운용될 무인기의 사용 용도별로 비행패턴을 분석하였고, 시뮬레이션 모형을 개발하였다. 무인기 비행패턴은 감시형, 선회형, 배송형 패턴으로 분류하였으며, 무인기 사용 용도별로는 농업, 시설 점검, 공공안전 및 보안, 물품 배송으로 총 네 가지 경우를 고려하였다. 또한 저고도 무인기 교통관리 체계에 적용할 공역 운용방식을 검증하기 위한 도구로써 시뮬레이션 모형을 개발하였다.
농업용 무인기의 용도는?
농업용 무인기는 감시형 비행패턴의 궤적을 그릴 것이다. 농작물 최적 수확을 위해 더 정확하고 정밀하게 농작물을 관리하는 용도로 무인기를 사용할 수 있다. 지그재그의 감시형 비행 패턴을 통해 농작물에 대한 지속적인 모니터링이 가능하며, 이를 통해 생산성 및 품질을 극대화할 수 있다.
무인기 비행패턴은 무엇입니까?
본 논문에서는 저고도 무인기 교통관리 체계에서 운용될 무인기의 사용 용도별로 비행패턴을 분석하였고, 시뮬레이션 모형을 개발하였다. 무인기 비행패턴은 감시형, 선회형, 배송형 패턴으로 분류하였으며, 무인기 사용 용도별로는 농업, 시설 점검, 공공안전 및 보안, 물품 배송으로 총 네 가지 경우를 고려하였다. 또한 저고도 무인기 교통관리 체계에 적용할 공역 운용방식을 검증하기 위한 도구로써 시뮬레이션 모형을 개발하였다.
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