[논문]고정형 이물질(FOD) 자동 탐지 시스템과 이동형 이물질 자동 탐지 시스템의 성능 비교 및 시험

김성희; 홍재범; 박광근; 최인규; 홍교영

doi:10.12673/jant.2019.23.6.495

고정형 이물질(FOD) 자동 탐지 시스템과 이동형 이물질 자동 탐지 시스템의 성능 비교 및 시험
Performance Comparison and Test of Fixed FOD Automatic Detection System and Moving FOD Automatic Detection System 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.23 no.6, 2019년, pp.495 - 500

김성희 (한서대학교 대학원 항공시스템공학과) , 홍재범 (한서대학교 항공전자공학과) , 박광근 ((주) 웨이브텍) , 최인규 ((주) 웨이브텍) , 홍교영 (한서대학교 항공전자공학과)

초록
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FOD (foreign object debris)는 각종 금속 및 비금속 이물질 및 항공기 운항에 잠재적 위험요소를 가진 물질을 총칭한다. 항공기 이동지역에서 사람이 직접 FOD 탐지 및 수거를 하던 방식은 효율성 및 경제성 또한 매우 낮기 때문에 국내환경에 적합한 FOD 자동 탐지 시스템 개발이 필수적으로 요구된다. 본 논문에서는 한서대학교 태안비행장에서 EO/IR카메라 및 레이더를 이용한 고정형 이물질 자동 탐지 시스템과 이동형 이물질 자동 탐지 시스템을 이용하여 100 m이상 최적탐지시간과 90% 탐지 정확도의 복합운영을 위한 두 시스템의 성능비교 실험 결과이다. 지속적인 연구개발을 통하여 FOD를 무인력으로 수행 할 수 있을것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Foreign object debris (FOD) is a generic term for various metals and non-metal foreign object and materials with potential hazards to aircraft operations. Since the method of manual FOD detection and collection in the aircraft moving area is very low in efficiency and economic efficiency, it is essential to develop to FOD automatic detection system suitable for domestic environment. This paper is the result of the performance comparison test results of the two systems for the combined operation of each optimal detection time and 95% accuracy above 100 m for complex operation using the fixed FOD automatic detection system and the mobile FOD system using EO/IR camera and radar at Taean Airfield Hanseo University. It is expected that FOD can be performed unattended through continuous R & D.

주제어

표/그림 (11)

그림 그림 1. 인력에 의한 FOD 탐지 Fig. 1. FOD detection by the manpower.
그림 그림 2. FOD 자동 탐지 시스템 운영 개념도 Fig. 2. Conceptual diagram of automatic FOD detection system operation.
그림 그림 3. Stratech/Qinetiq & 웨이브텍 제작 고정형 플랫폼 Fig. 3. Stratech/Qinetiq & Wave Tech production fixed platform.
그림 그림 4. Trex Enterprises & 웨이브텍 제작 이동형 플랫폼 Fig. 4. Trex Enterprises & Wave Tech production mobile platform.
표 표 1. 고정형 이물질 자동 탐지 시스템 기술비교 Table 1. Comparison of automatic transparent material detection system.
그림 그림 5. 고정형 레이다 & 이동형 레이다 Fig. 5. Stationary & Mobile radar.
그림 그림 6. EO 센서 Fig. 6. EO sensor.
표 표 2. 이동형 이물질 자동 탐지 시스템 기술비교 Table 2. Comparison of automatic transparent material detection system.
그림 그림 7. 사용한 이물질 Fig. 7. Foreign object used.
그림 그림 8. 이동형 플랫폼의 금속 구 35 mm 탐지 UI 감시화면 Fig. 8. Metal sphere 35 mm detection UI surveillance screen on mobile platform.
표 표 3. 고정형/이동형 자동탐지시스템 체계통합 연동시험결과 Table 3. System integration test results for fixed/mobile automatic detection system.

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

FOD 탐지에 의한 경제적 손실을 최소화하려는 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 한서대학교 태안비행장에서 이물질 자동 탐지 시스템에 대한 개발 및 실험을 진행하였다. 현재 통합운영 콘솔을 사용하여 고정형과 이동형의 1 m이하 위치정확도와 –30 dBsm의 최소 탐지 RCS을 통하여 검증하였다.

제안 방법

PTZ (pan-tilt-zoom) 카메라의 Pan은 최대 초당 12도, Tilt는 최대 초당9도를 사용하고 있다. 눈, 비, 안개 등 악기상에도 FOD를 탐지하기 위해 806 nm ~ 860 nm의 파장투과 필터를 사용하고 light를 설계하여 악기상에 제약을 받지 않도록 설정한다.
FAA 권고회람에서 언급된 이물질 분류를 고려하여 총 12개의 시험용 이물질을 선정하였다. 대표적으로 그림 7과 같은 35 mm 금속 구(metal sphere)를 사용하여 고정형과 이동형 플랫폼의 FOD 탐지 시험하였다. 고정형 이물질 자동 탐지 시스템 성능평가 시험에서 0.
짧은 파장의 밀리미터파를 사용해 주야간 및 눈, 비와 같은 악기상에서도 cm의 크기인 이물질을 탐지할 수 있다. 레이더센서를 통하여 활주로 상의 이물질을 탐지하고, RTK를 통해 얻은 정확한 위치를 이용하여 EO/IR카메라로 이물질을 탐지 및 확인하여 FOD 탐지 확률을 높인다[1],[5].
그림 1과 같이 인명피해를 줄이기 위해서 현재 공항에서는 FOD를 육안으로 식별하고 있으나 악기상 상황처럼 불리한 조건에서는 FOD를 식별하기 힘들뿐더러 활주로의 모든 구간을 육안으로 점검하는 것은 시간이 많이 소요되기 때문에 환경적 제약이 없는 전천후 탐지시스템 구축이 필요하다. 이에 본 논문에서는 한서대학교 태안비행장에서 EO(electro -optic) / IR(infra-red) laser light 카메라 및 레이저 센서를 이용한 이물질 자동 탐지 실험을 진행하였고, 활주로 상의 FOD 탐지에 사용하는 고정형 FOD 자동 탐지 시스템과 이동형 이물질 자동 탐지 시스템 비교 및 시스템의 요구조건을 분석하였다 [3],[4].
그림 6과 같이 EO/IR 카메라와 EO/IR laser light 모듈은 시스템 랙에 착장되어 획득한 영상을 분석하고 활주로 내 FOD를 탐지하는 EO센서 프로세서로 전송한다. 이후 제어 및 조회 등의 외부 인테페이스를 적용하여 획득한 영상에서 이물질을 탐지한다. EO센서 카메라는 광신호를 감지하는 촬상소자, 광신호를 전기신호로 변환하는 신호변환부, 영상신호를 압축하여 IP모듈로 구성되어 있다[1].
69m 탐지 정확도를 보였다. 주간에 광학을 사용하여 실험하였고, 야간 및 악기상은 EO/IR을 사용하여 FOD를 탐지하였다. 이동형 FOD 자동 탐지 시스템의 경우 최대 100m 이상의 탐지가능하며, 최소 탐지 RCS는 고정형 플랫폼과 동일하게 –30 dBsm이하로 나타난다.
FAA 권고회람에서 언급된 이물질 분류를 고려하여 선정하였다. 치명적인 사고를 예방하기 위하여 고정형 FOD 자동 탐지 시스템과 이동형 FOD 자동 탐지 시스템의 체계통합 연동시험을 시행한 결과, 이물질에 대한 GPS좌표와 탐지 좌표의 위도, 경도를 비교하여 탐지 정확도를 측정하였다. 고정형은 1분 이내 최적 탐지시간과 이동형은 2초 이내 최적 탐지시간 효과값을 얻을 수 있었으며, 고정형 FOD 자동 탐지 시스템과 이동형 FOD 자동 탐지 시스템의 병립사용은 100 m 이상 탐지거리와 95% 이상 탐지 능력이 가능함을 본 실험에서 확인할 수 있었다.
한서대학교 태안비행장에서 고정형 FOD 자동 탐지 시스템 실험과 이동형 FOD 자동 탐지 시스템 실험을 진행하였다. RTK로 고정형과 이동형 플랫폼의 위치정보를 획득하였다.
현재 통합운영 콘솔을 사용하여 고정형과 이동형의 1 m이하 위치정확도와 –30 dBsm의 최소 탐지 RCS을 통하여 검증하였다.

대상 데이터

지속적인 실험을 통하여 과거에는 고정형은 400 m 최대탐지거리에서 현재 450 m 까지 탐지가 검증 되었으며, 자체개발된 이동형은 120 m탐지가 가능하였다. FAA 권고회람에서 언급된 이물질 분류를 고려하여 선정하였다. 치명적인 사고를 예방하기 위하여 고정형 FOD 자동 탐지 시스템과 이동형 FOD 자동 탐지 시스템의 체계통합 연동시험을 시행한 결과, 이물질에 대한 GPS좌표와 탐지 좌표의 위도, 경도를 비교하여 탐지 정확도를 측정하였다.
RTK로 고정형과 이동형 플랫폼의 위치정보를 획득하였다. FAA 권고회람에서 언급된 이물질 분류를 고려하여 총 12개의 시험용 이물질을 선정하였다. 대표적으로 그림 7과 같은 35 mm 금속 구(metal sphere)를 사용하여 고정형과 이동형 플랫폼의 FOD 탐지 시험하였다.
한서대학교 태안비행장에서 고정형 FOD 자동 탐지 시스템 실험과 이동형 FOD 자동 탐지 시스템 실험을 진행하였다. RTK로 고정형과 이동형 플랫폼의 위치정보를 획득하였다. FAA 권고회람에서 언급된 이물질 분류를 고려하여 총 12개의 시험용 이물질을 선정하였다.
레이더 센서는 크게 레이더 스캐닝 유닛과 레이더 인터페이스 유닛으로 분류할 수 있다. 레이더 스캐닝 유닛은 태양열 차단과 GPS안테나, 파형발생기, RF송수신기 레이더 센서 프로세서로 구성된 베이스플레이트 어셈블리로 구성되어 있다. 짧은 파장의 밀리미터파를 사용해 주야간 및 눈, 비와 같은 악기상에서도 cm의 크기인 이물질을 탐지할 수 있다.

성능/효과

현재 통합운영 콘솔을 사용하여 고정형과 이동형의 1 m이하 위치정확도와 –30 dBsm의 최소 탐지 RCS을 통하여 검증하였다. EO/IR 카메라 및 레이더를 사용하여 악기상에서도 24시간 탐지가 가능하며, 주야간 테스트를 통해 FOD 탐지가 가능한 것을 확인하였다. 지속적인 실험을 통하여 과거에는 고정형은 400 m 최대탐지거리에서 현재 450 m 까지 탐지가 검증 되었으며, 자체개발된 이동형은 120 m탐지가 가능하였다.
대표적으로 그림 7과 같은 35 mm 금속 구(metal sphere)를 사용하여 고정형과 이동형 플랫폼의 FOD 탐지 시험하였다. 고정형 이물질 자동 탐지 시스템 성능평가 시험에서 0.66 m 탐지 정확도와, 이동형 이물질 자동 탐지 시스템 성능평가 시험에서 0.69m 탐지 정확도를 보였다. 주간에 광학을 사용하여 실험하였고, 야간 및 악기상은 EO/IR을 사용하여 FOD를 탐지하였다.
치명적인 사고를 예방하기 위하여 고정형 FOD 자동 탐지 시스템과 이동형 FOD 자동 탐지 시스템의 체계통합 연동시험을 시행한 결과, 이물질에 대한 GPS좌표와 탐지 좌표의 위도, 경도를 비교하여 탐지 정확도를 측정하였다. 고정형은 1분 이내 최적 탐지시간과 이동형은 2초 이내 최적 탐지시간 효과값을 얻을 수 있었으며, 고정형 FOD 자동 탐지 시스템과 이동형 FOD 자동 탐지 시스템의 병립사용은 100 m 이상 탐지거리와 95% 이상 탐지 능력이 가능함을 본 실험에서 확인할 수 있었다. 지속적인 연구개발을 통하여 FOD를 무인력으로 수행 할 수 있을것으로 기대된다.
고정형과 이동형 플랫폼에서 탐지 거리는 100 m이상 정확도를 보였다. 또한 탐지거리, 위치 정확도, 최소 탐지 RCS, 탐지 확률 결과와 목표시험 결과가 일치함을 확인했다.
EO/IR 카메라 및 레이더를 사용하여 악기상에서도 24시간 탐지가 가능하며, 주야간 테스트를 통해 FOD 탐지가 가능한 것을 확인하였다. 지속적인 실험을 통하여 과거에는 고정형은 400 m 최대탐지거리에서 현재 450 m 까지 탐지가 검증 되었으며, 자체개발된 이동형은 120 m탐지가 가능하였다. FAA 권고회람에서 언급된 이물질 분류를 고려하여 선정하였다.

후속연구

이동형 무인 자동 탐지 시스템의 기술에 대한 전망은 있으나, 문제 발생시 대형사고로 이어질 수 있기 때문에 도입에는 어려움이 있다. 또한, 군 공항에서는 빠르게 활주로 전체를 스캔할 수 있는 시스템을 요구하고 있는 실정이므로 향후 더 빠른 속도에서 이물질 탐지가 이루어질 수 있는 기술 개발이 필요할 것으로 요구된다. 이동형 FOD 자동 탐지 시스템의 구성은 EO/IR lighting 센서 모듈, 레이다 센서모듈, 서치 라이트, 후방 카메라 등으로 구성되어 있다[1]-[3].
고정형은 1분 이내 최적 탐지시간과 이동형은 2초 이내 최적 탐지시간 효과값을 얻을 수 있었으며, 고정형 FOD 자동 탐지 시스템과 이동형 FOD 자동 탐지 시스템의 병립사용은 100 m 이상 탐지거리와 95% 이상 탐지 능력이 가능함을 본 실험에서 확인할 수 있었다. 지속적인 연구개발을 통하여 FOD를 무인력으로 수행 할 수 있을것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	이동형 이물질 자동 탐지 시스템의 장점은?	이동형 이물질 자동 탐지 시스템은 표 2와 같이 제작하여 이동할 수 있는 플랫폼의 상단에 센서들을 장착하여 탐지하며, 특정 원하는 시간대에 활주로 전체를 빠르게 스캔할 수 있다는 장점이 있다. 그림 4는 현재 태안비행장에서 활주로를 이동하면서 사용중인 이동형 이물질 자동 탐지 시스템 플랫 폼이다.
	이동형 이물질 자동 탐지 시스템의 단점은?	이는 고정형 이물질 자동 탐지 시스템을 이용하기 어려운 계류장이나 복잡한 유도로 등에서 이용할 수 있다. 하지만 항공기로 인한 이물질 발생 시 즉각적으로 탐지 및 수거가 불가능하기 때문에 항공 안전운항 보장에 제약사항으로 작용할 수 있다. 이동형 무인 자동 탐지 시스템의 기술에 대한 전망은 있으나, 문제 발생시 대형사고로 이어질 수 있기 때문에 도입에는 어려움이 있다.
	FOD란 무엇인가?	FOD (foreign object debris)는 각종 금속 및 비금속 이물질 및 항공기 운항에 잠재적 위험요소를 가진 물질을 총칭한다. 항공기 이동지역에서 사람이 직접 FOD 탐지 및 수거를 하던 방식은 효율성 및 경제성 또한 매우 낮기 때문에 국내환경에 적합한 FOD 자동 탐지 시스템 개발이 필수적으로 요구된다.

참고문헌 (7)

J. B Hong, M. S. Kang,Y. S and G. Y. Hong, "Experiment on automatic detection of airport debris (FOD) using EO/IR cameras and radar," The Journal of Advanced Navigation Technology, Vol. 22, No. 6, pp. 522-529, 2018.

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H. S. Shin, G. Y. Hong, J. B. Hong, Y.S. Choi, and Y. S. Kim, "Automatic FOD detection test using EO/IR laser light camera" The Journal of Advanced Navigation Technology, Vol. 21, No. 6, pp. 638-642, 2017.

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S. H. Kim, M. K. Park and G. Y. Hong, J. S. So, S. K. .Kim, and U. E. Kim, "Analysis for FOD automatic detection system," The Journal of Advanced Navigation Technology, Vol. 20. No. 3, pp.210-217, 2016.

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K. B. Lee, A Study for Efficient foreign object debris detection on runways, Ph D. dissertation, Incheon University, Incheon, Korea, March, 2014.
K. B. Lee, FOD automatic detection system a study on the development direction for localization, Ph.D. dissertation, Incheon University, Incheon, Korea, July 2014.
J. Huh and C.W. Kim, "A study of laboratory measurement of EO GRD resolution for airborne EO/IR sensor," Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology, Vol. 17, No. 6 pp. 793-799, 2014.

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J. S. Koo, An analysis of ampitude and frequency modulation in FMCW radar, Ph D. dissertation, The Graduate School of Seoul National University, Seoul, Korea Feb, 2017.

저자의 다른 논문 :

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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