[논문]재난대응용 원격조종 드론 개발을 위한 연구

박남희; 안용철; 황연정

doi:10.15683/kosdi.2019.12.31.578

재난대응용 원격조종 드론 개발을 위한 연구
A Study on the Development of a Remote Control Drone for Disaster Response 원문보기

한국재난정보학회논문집 = Journal of the Society of Disaster Information, v.15 no.4 = no.46, 2019년, pp.578 - 589

박남희 (U&E) , 안용철 (U&E) , 황연정 (U&E)

초록
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군사용으로 개발된 드론은 최근 들어 농업, 산업, 방송중계, 경찰, 소방, 레저 등 광범위한 활용 분야를 넓혀가고 있다. 드론은 IT 기술과 결합하여 활용 분야를 더욱 넓혀가고 있고, 4차 산업의 핵심으로 부상하고 있다. 연구목적: 본 연구에서는 재난 예방, 대비, 대응 등 재난 방재 분야에서 활용 가능한 드론을 설계하고 구현하는 것을 목적으로 하였다. 연구방법: 본 연구는 문헌조사를 바탕으로 하드웨어 드론 스펙을 조사하고 연구목적에 맞는 프로그램을 개발하는 방법으로 수행하였다. 연구결과: 본 연구에서는 원격조종이 가능한 드론을 개발하고, 드론 원격조종을 위한 프로그램 방안을 조사하고, 드론에서 원격조종 방송이 가능한 프로그램을 개발하였다. 결론: 해당 드론은 재난현장에서 원거리 원격조종, 원격방송 등의 기능을 바탕으로 재난분야에서 활용될 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

The drones, developed for military use, have recently expanded a wide range of areas of use, including agriculture, industry, broadcasting utility, police, fire fighting and leisure. Drone, combined with IT technology, is further expanding its utilization and emerging as a key part of the fourth industry. Purpose: This study designs and implements drones that can be utilized in disaster prevention areas such as disaster prevention, preparedness and response. Method: This study was conducted by examining hardware drone specifications and developing a program suitable for the purpose of research based on the literature review. Result: In this study, we developed a drone that can be controlled remotely, investigated program plans for drone remote control, and developed a program that enables remote control broadcasting from drones. Conclusion: The drone could be used in the disaster area based on functions such as remote control and remote broadcasting.

주제어

표/그림 (15)

표 Table 1. Drone Usage by Country
표 Table 2. Contents of Ministry of Science and ICT(MSIT)'s Six Technology
표 Table 3. Drone Missions of 4 Public Sector
표 Table 4. Documentary Research
그림 Fig. 1. Spreading Wings S900.
그림 Fig. 2. Network Configuration for LTE Communication Connection.
표 Table 5. Wireless Communication Technology
그림 Fig. 3. GCS Monitor Composition
그림 Fig. 4. GCS Diagram
그림 Fig. 5. GCS
그림 Fig. 6. Data Flow Diagram of Drone Control S/W and Broadcasting S/W
그림 Fig. 7. GCS-Drone Control S/W
그림 Fig. 8. Remote Broadcasting(Saved Message Broadcasting)
그림 Fig. 10. Remote Broadcasting(Broadcast Using a Microphone)
그림 Fig. 9. Remote Broadcasting(Typed Message Broadcasting)

AI 본문요약
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문제 정의

국내외적으로 드론 기술이 현저하게 발전하고 있으며 각종 규제가 아직 많이 적용되고 있으나 향후 드론의 상용화가 이루어질 수 있음을 감안하여 본 연구에서는 도시에서의 재난대응용으로 드론의 활용성을 연구하고자 한다. 본 연구의 목적은 재난대응을 위한 원거리용 원격조종이 가능한 드론을 개발하는 것이다.
비교적 높은 성능을 가진 라즈베리 파이는 가격도 저렴하므로 재난 상황에서 사용될 드론에 접목하여 활용하기에 매우 높은 경제성과 효율성을 가지고 있다. 본 연구에서는 드론과 GCS를 라즈베리 파이와 LTE 모듈을 통해 연결하여 상호 통신할 수 있도록 개발하였다.
재난이 발생한 지점으로 무인 드론을 신속히 보내기 위해서 원격조종을 통한 비행 기능이 필요하다. 본 연구에서는 드론의 원격조종 기술을 구현하기 위하여 GCS의 드론 제어 S/W를 개발하였다. Fig.
국내외적으로 드론 기술이 현저하게 발전하고 있으며 각종 규제가 아직 많이 적용되고 있으나 향후 드론의 상용화가 이루어질 수 있음을 감안하여 본 연구에서는 도시에서의 재난대응용으로 드론의 활용성을 연구하고자 한다. 본 연구의 목적은 재난대응을 위한 원거리용 원격조종이 가능한 드론을 개발하는 것이다. 구체적인 목적은 다음과 같다.
이에 따라 디지털기술을 활용하여 도시의 안전을 계획하는 다양한 기술을 적용한 재난대응 방안이 마련되고 있다. 이러한 대응 방안의 하나로 최근 다양한 분야에 활용되고 있는 드론을 원거리 원격조정이 가능한 형태로 개발하여 재난 상황에 신속한 상황전파가 이루어질 방법을 모색해 보았다.

제안 방법

방송 S/W는 드론 제어 S/W와 마찬가지로 드론의 방송 장비와 LTE 통신으로 연결하였다. GCS 의 방송 S/W에서 드론의 방송 장비로 방송 명령을 전송하면 상용 LTE 통신사의 기지국을 통해 방송 장비로 전송되도록 구성하였다.
고정 IP를 갖는 M2M 덕분에 드론과 GCS는 상호 통신이 가능하게 된다. GCS의 방송 S/W에 서 방송 메시지를 드론의 LTE 모듈에 전송하면, 드론은 스피커를 통해 방송하도록 구현하였다. 이때 LTE 모듈과 드론은 1.
첫 번째로 배터리 전력에 의존해 구동되는 드론이 스스로 배터리의 전압을 실시간 모니터링하여 잔여 배터리가 25% 이하로 떨어지면 이륙 장소로 복귀하여 착륙하도록 설정하였다. 두번째로 LTE 통신사 기지국에 의해 전파를 수신받아 움직이는 LTE 통신 기반 드론이라도 LTE 송수신 전파가 약하거나 기타 여러 가지 이유로 전파장애가 생기는 문제가 발생하면 이륙 장소로 복귀하여 착륙하도록 설정하였다. 비상시 자동 복귀 장소를 별도로 설정도 가능하고, 설정하지 않는다면 기본값은 이륙했던 지점으로 돌아와 착륙하는 것이다.
첫째, 원격조종이 가능한 드론을 개발한다. 둘째, 드론 원격조종을 위한 프로그램 방안을 조사한다. 셋째, 드론에서 원격조종 방송이 가능한 프로그램을 개발한다.
이를 위해 재난대응 드론의 하드웨어 구성방안을 제시하였다. 드론은 DJI사의 Spreading Wing S900 제품을 바탕으로 원격제어, 자동비행, 원격방송이 가능하도록GCS의 개발, 스피커 장착, 라즈베리파이와 LTE 모듈을 통한 LTE 통신 기술 개발을 하였다. 또한, 드론의 안전한 비행을 위해 장애물 탐지하고 회피하는 기술과 긴급한 상황 시 이륙 장소로 복귀하는 기술을 개발하였다.
드론을 통한 재난 상황전파 방송은 다음과 같이 3가지의 방법을 통해 구현되도록 개발하였다. 첫째, 드론에 주요 메시지 내용을 저장한 뒤 상황에 따라 해당 메시지를 방송하는 방법이다.
이것이 되지 않으면 드론이 비행 중 추락하여 큰 사고로 이어질 수 있기 때문이다. 따라서 드론에 장착된 초음파 센서를 통해 드론이 지속해서 장애물 유무와 장애물과의 거리 측정 그리고 우회 비행을 할 수 있도록 경로 변경을 하는 기술을 구현하였다.
드론은 DJI사의 Spreading Wing S900 제품을 바탕으로 원격제어, 자동비행, 원격방송이 가능하도록GCS의 개발, 스피커 장착, 라즈베리파이와 LTE 모듈을 통한 LTE 통신 기술 개발을 하였다. 또한, 드론의 안전한 비행을 위해 장애물 탐지하고 회피하는 기술과 긴급한 상황 시 이륙 장소로 복귀하는 기술을 개발하였다. 최근 5G가 주요 통신수단으로 등장하면서 이를 드론에도 적용 가능할지에 대한 검토가 향후 연구에서 검토해볼 사항이다.
GCS에서 드론의 원격조종, 자율비행 등의 비행 조작 신호를 송신하면 라즈베리 파이가 수신 후 FC로 전달하여 드론이 비행할 수 있도록 한다. 또한, 드론의 카메라로부터 촬영된 영상정보를 GCS로 전송할 때도 라즈베리파이에 탑재된 LTE모듈을 통해 드론제어 S/W와 LTE 통신으로 전송하도록 구성하였다. 방송 S/W는 드론 제어 S/W와 마찬가지로 드론의 방송 장비와 LTE 통신으로 연결하였다.
8GHz LTE망을 통해 통신을 주고받게 되고, LTE 통신 덕분에 대용량 음성메시지를 실시간으로 전송할 수 있다. 또한, 방송 앰프의 상태 및 방송 설정 데이터를 전달하도록 설계하였으며, TTS 방식의 방송은 최대 1500자의 문자열을 방송할 수 있다. 저장된 메시지를 방송하는 기능은 프로그램 내부에 리스트 박스로 구성하여 선택할 수 있도록 설계하였다.
재난현장에서 드론을 활용하여 상황전파 또는 상황 지휘를 하기 위해 드론에 방송용 스피커를 장착하였다. 또한, 방송은 먼 거리에서도 LTE 통신을 통해 메시지 전달과 방송을 할 수 있도록 구현하였다. GCS와 드론에 장착된 LTE 모듈은 M2M 중계 서버를 통해 이루어진다.
저장된 메시지를 방송하는 기능은 프로그램 내부에 리스트 박스로 구성하여 선택할 수 있도록 설계하였다. 본 기술은 LTE통신을 이용하여 LTE기지국이 있는 곳이라면 장소에 제약을 받지 않고 원격조종, 영상전송 등을 할 수 있다. 반면에 DJI의 Mavic2 Enterprise는 ocusync 2.
본 연구에서는 Fig. 1과 같이 드론의 기본적인 부품들이 장착되어 있는 완제품인 중국의 드론 제조업체 DJI사의 Spreading Wings S900 드론 기체를 이용하여 재난대응용 드론을 개발하였다. Spreading Wings S900을 선정한 이유는 8.
둘째, 드론 원격조종을 위한 프로그램 방안을 조사한다. 셋째, 드론에서 원격조종 방송이 가능한 프로그램을 개발한다.
이를 위해 재난대응 드론의 하드웨어 구성방안을 제시하였다. 드론은 DJI사의 Spreading Wing S900 제품을 바탕으로 원격제어, 자동비행, 원격방송이 가능하도록GCS의 개발, 스피커 장착, 라즈베리파이와 LTE 모듈을 통한 LTE 통신 기술 개발을 하였다.
재난현장에서 드론을 활용하여 상황전파 또는 상황 지휘를 하기 위해 드론에 방송용 스피커를 장착하였다. 또한, 방송은 먼 거리에서도 LTE 통신을 통해 메시지 전달과 방송을 할 수 있도록 구현하였다.
또한, 방송 앰프의 상태 및 방송 설정 데이터를 전달하도록 설계하였으며, TTS 방식의 방송은 최대 1500자의 문자열을 방송할 수 있다. 저장된 메시지를 방송하는 기능은 프로그램 내부에 리스트 박스로 구성하여 선택할 수 있도록 설계하였다. 본 기술은 LTE통신을 이용하여 LTE기지국이 있는 곳이라면 장소에 제약을 받지 않고 원격조종, 영상전송 등을 할 수 있다.
즉 탐지·인식, 통신, 자율지능, 동력원·이동, 인간-이동체 인터페이스, 시스템 통합 등의 6개 분야에서 124종의 기술개발을 계획하였다.
자동 복귀 기술은 두 가지 경우에 작동하도록 구현하였다. 첫 번째로 배터리 전력에 의존해 구동되는 드론이 스스로 배터리의 전압을 실시간 모니터링하여 잔여 배터리가 25% 이하로 떨어지면 이륙 장소로 복귀하여 착륙하도록 설정하였다. 두번째로 LTE 통신사 기지국에 의해 전파를 수신받아 움직이는 LTE 통신 기반 드론이라도 LTE 송수신 전파가 약하거나 기타 여러 가지 이유로 전파장애가 생기는 문제가 발생하면 이륙 장소로 복귀하여 착륙하도록 설정하였다.
구체적인 목적은 다음과 같다. 첫째, 원격조종이 가능한 드론을 개발한다. 둘째, 드론 원격조종을 위한 프로그램 방안을 조사한다.
0 기술은 최대 7km 까지 기체를 컨트롤 할 수 있고, 영상전송 지연시간을 많이 단축했다는 장점이 있다. 하지만 본 연구에서는 거리제약의 한계가 없는 LTE 통신을 이용하여 개발했다.

대상 데이터

본 연구에서 개발한 드론의 추가 장착 부품은 방송 스피커, 드론과 송신기 간의 전송속도와 전송 거리의 한계를 없애줄 LTE 모듈, 드론-컨트롤러(송신기)를 LTE 통신으로 연결해서 각종 신호를 전송해줄 Raspberry Pi(이하 라즈베리 파이), 원격제어와 자율비행, 원격방송을 가능하게 해줄 Ground Control Station(이하 GCS) 등이다.
Swiss Federal Institute of Technology에서는 재난 발생시 실종자 및 요구조자의 스마트폰에서 나오는 신호를 감지하여 드론으로 주변 지역을 촬영한 3D 영상을 제공해 주는 기술을 개발하였다. 실제로 산악지대에 고립된 요구조자의 위치를 적외선 센서를 장착한 드론을 통해 구조하였다(초당대학교, 2017). 국내에서는 수난사고 현장이나 산행 조난자 구조에도 드론을 배치하고 있다.

이론/모형

하지만 Light Bridge는 비싼 가격 문제, 용량 제한 등의 여러 제약사항이 있어 재난대응용 드론 개발에 부적합하다. 본 연구에서는 재난대응용 드론의 원격조종을 원활히 하기 위해 LTE 무선통신 기술을 적용하였다. LTE 기술은 WiFi보다 훨씬 더 빠른 전송속도를 가지고 있으며, 비가시권이라도 LTE 통신 기지국의 커버리지 지역이라면 드론의 제어가 가능할 정도로 전송 거리의 한계가 없다.

후속연구

게다가 원격 방송시스템을 활용하여 대시민 재난상황 전파 안내방송 서비스를 할 수 있어 인명피해 저감의 효과를 가져올 수 있다. 드론을 통해 신속한 상황전파 및 재난현장 관리 체계를 구축하여 안전한 사회 구현과 국민의 삶의 질 제고에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
하지만 같은 채널을 사용하는 다른 기기와의 전파간섭 문제가 발생하여 재난 상황 시 드론의 비행 중 추락의 위험을 초래할 수 있다는 단점이 있다. 또한, 본 연구에서 개발한 재난대응용 드론의 기능 중 하나인 장거리 원격비행과 자율비행을 하기에는 거리의 한계가 있다는 점도 적용 불가능하게 한 요소이다. 이러한 WiFi의 한계를 보완하기 위해 중국의 드론 제조업체인 DJI사는 2.
또한, 드론의 안전한 비행을 위해 장애물 탐지하고 회피하는 기술과 긴급한 상황 시 이륙 장소로 복귀하는 기술을 개발하였다. 최근 5G가 주요 통신수단으로 등장하면서 이를 드론에도 적용 가능할지에 대한 검토가 향후 연구에서 검토해볼 사항이다.
사람의 접근이 힘든 지역, 요구조자의 위치 파악, 통합 관제시스템과의 연계를 통한 재난대응 등에 활용이 주된 연구개발 내용이다. 하지만 재난현장에서 대피, 상황관리 등을 위한 원격방송 기술과 비가시권에서의 자율 비행을 위한 LTE통신 바탕의 드론 개발 연구가 진행된다면 원격으로 언제 어디서든 자율비행과 원격조종을 통해 재난대응이 가능해져 재난현장에서의 드론의 활용 범위가 대폭 증가될 것으로 예상된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	드론이란?	드론은 항공안전법상 초경량 비행 장치 중 무인 비행 장치에 속하며, 무선전파를 이용하여 조종사 없이 비행 및 조종을 할 수 있은 무인 비행 장치를 말한다. 드론은 구동 형태에 따라 고정익 무인 비행 장치, 회전익 무인기, 혼합형 무인기로 구분된다.
	재난대응 드론의 도입으로 기대할 수 있는 점은 무엇인가?	게다가 원격 방송시스템을 활용하여 대시민 재난상황 전파 안내방송 서비스를 할 수 있어 인명피해 저감의 효과를 가져올 수 있다. 드론을 통해 신속한 상황전파 및 재난현장 관리 체계를 구축하여 안전한 사회 구현과 국민의 삶의 질 제고에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
	최근 재난관리가 중요한 이유는?	이러한 스마트 솔루션 가운데 대표적인 것 중의 하나가 드론 관련 기술이다. 최근의 재난 발생은 발생 빈도에서뿐만 아니라 복합적이고 대규모적이고 치명적인 재난이라는 점에서 재난관리의 중요성이 매우 크다 할 수 있다. 재난을 예방 또는 대비하거나 재난 발생 초기에 다양한 정보를 바탕으로 효율적이고 신속한 대응을 하는 것이 더욱 중요해졌다.

참고문헌 (17)

Bae, J-W., Lee, S-J. (2019). "Development of Video Transfer System using LTE/WiFi for Small UAV," Journal of Aerospace System Engineering. The Society for Aerospace System Engineering, Vol. 13, No. 2, pp. 10-18.

원문보기 상세보기
C&P (2017). Analyze business model and commercialization strategy using drones, IACT, Korea.
Cho, H-K. (2017). "A Study on Problems and Improvement of Disaster Management Activities Using Drones." Journal of Korean Society of Disaster and Security, Vol. 10, No. 1, pp. 67-74.

원문보기 상세보기
Chodang University (2017). Use Cases Analysis of Smart Drone on Domestic and Foreign, IACT, Korea.
IACT (2017). Analsis of Drone Business Model and Commercialization Strategy.
Im, S-Y. (2015). "The Use of Drones at Disaster Sites." Science and Technology Policy, Vol. 25, No. 6, pp. 16-19.
Kim, D.R., Lee, S.H., Woo, C.W., Han, W.K. (2018). "Smart City by Smart Citizen Part II". NIA, Korea.
Kim, Y.C. (2016). "Review the Role of Drone in the IoT-based Disaster Relief." Proceedings of the Korean Society of Broadcast Engineers Conference, Korea, pp. 58-59.
Korea Transport Institute. (2017). Drone Activation Support Roadmap Study, MOLIT, 11-1613000-002079-01, Korea. p. 203.
Lee, Y-S. (2017). "Smart Integrated Monitoring System for Ensuring Indenpendent Network in Disaster Site." Journal of Digital Contents Society, Vol. 18, No. 5, pp. 905-910.

원문보기 상세보기
Oh, J.W. (2015). "Disaster Analysis and uGIS Process through the Drone(UAV) Systems." Proceedings of the Korean Society of Disaster Information Conference, Korea, pp. 232-234.
Oh, Y-S. (2019). "Design of Context-Aware-Based Drone Control Mechanism by Using Two-Factor," Journal of The Korea Institute of Information Security & Cryptology, Vol. 29, No. 1, pp. 57-59.

원문보기 상세보기
Smart Drone Technology Center (2018). A Study on the Actual Condition and Demand of Drones in Korea, Korea.
Unmanned Vehicle Technology Roadmap (2018). Ministry of Science and ICT, p. 27.
Woo, C.W., Kim, D.R., Han, W.K., Lee, S.K. (2018). "Smart City by Smart Citizen Part I", NIA, Korea.
YeungJin University (2018). Smart Drone Hardware Trend Analysis, Korea.
Youngjin University (2019). Major Key Players in Drone Industry, Korea.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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