[논문]모니터 영상을 통한 원격제어 임업용 장비의 원목상차작업 생산성

최윤성; 조민재; 오재헌

doi:10.21289/ksic.2021.24.3.363

Abstract ▼ AI-Helper

Forest operations like timber harvesting have already been mechanized to reduce hazards to the worker and increase productivity. However, timber harvesting operations have still been considered potentially dangerous and expensive on steep terrain. Teleoperation, to control the timber harvesting mach...

Forest operations like timber harvesting have already been mechanized to reduce hazards to the worker and increase productivity. However, timber harvesting operations have still been considered potentially dangerous and expensive on steep terrain. Teleoperation, to control the timber harvesting machine at a distance, has the potential to improve the safety, productivity and efficiency of harvesting operations on steep terrain. To verify the effects of teleoperation, an experimental prototype system of a monitor image-based teleoperation was constructed using a real forestry machine. In this study, the productivity of excavator based grapple loader, which is one of the most used mechanized harvesting equipment in the timber production, was analyzed using time-study method. Factors like skill and age of operators, influencing loader productivity in timber loading operation were also evaluated by statistical analysis. Productivity analysis results showed that less experienced operators were more productive than experienced operators for teleoperation through image of monitors in the operator cabin. These results are shown to be unfamiliar to the monitor image and different loading operation pattern by operators. According to the results, the monitor image-based teleoperation system of forestry machine need to improve the resolution and installation position of camera. It was expected that additional studies will be needed for real-time remote control of forestry machine in the future.

주제어

표/그림 (14)

그림 Fig. 1 Forestry machines used for the study
표 Table 1. Specification of forestry machines used in the study
그림 Fig. 2 Installation of image in-out devices and their view angle
표 Table 2. Specification of monitor image-based devices used in the study
그림 Fig. 3 Experimental design of timber loading operation by monitor image-based and real operation
표 Table 3. Productivity of timber loading operation by monitor image-based operation
표 Table 4. One-way ANOVA of timber loading operation by monitor image-based operation
표 Table 5. Duncan's multiple range test of timber loading operation by monitor image- based operation
표 Table 6. Productivity of timber loading operation by real operation
표 Table 7. One-way ANOVA of timber loading operation by real operation
표 Table 8. Duncan's multiple range test of timber loading operation by real operation
표 Table 9. Validation result of test data in productivity by monitor image-based and real operation
그림 Fig. 4 Comparative analysis of the average productivity by monitor image-based and real operation
그림 Fig. 5 Analysis of productivity(three replication) monitor image-based and real operation

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

따라서 본 연구는 산림작업 중 비교적 작업의 난이도가 낮은 원목상차작업을 대상으로 카메라를 이용한 영상 모니터와 실제작업에서 작업자(숙련도, 연령)에 따른 생산성 차이를 비교 분석하여 영상을 통한 원격제어 가능성을 검토하기 위한 기초연구로 활용하고자 하였다.
본 연구에서는 영상을 이용한 실시간 원격제어를 위해 영상 모니터와 실제작업을 원목상차장비, 연령과 경험을 고려한 작업자들로 구분하여 생산성 분석을 통해 가능성을 검토하고자 하였다. 모니터 영상 기반의 작업 생산성은 젊은 작업자 D 와 경험이 많은 작업자 B에서 가장 높게 나타났다.

제안 방법

본 연구는 영상을 통한 실시간 원격제어의 가능성을 검토하기 위해 모니터 영상과 실제작업의 생산성 차이를 분석하였다. 작업자별 영상 모니터와 실제작업 생산성 차이의 유의성을 검증하기 위해 t-검정을 실시한 결과 각 처리안에서 유의수준 5% 이내에서 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(Table 9).
원격제어를 위한 영상 모니터와 실제작업의 원목상차작업 생산성 분석을 위한 실험설계는 공시 재료로 잣나무 원목 2.1 m, 작업을 위한 작업자 선정은 총 4명으로 작업자 A(경력 30년 이상, 연령 50대), 작업자 B(경력 30년 이상, 연령 50대), 작업자 C(경력 5년 미만, 연령 3 0대), 작업자 D (경력 5년 미만, 연령 20대)로 구분하였다. 또한 동일한 실험조건으로 작업을 실시하기 위해 Fig.

대상 데이터

원격제어를 위한 영상 모니터와 실제작업의 원목상차작업은 Fig. 1과 같이 5톤급 굴삭기 우드그랩(Volvo, EC55C, Sweden)과 궤도형 임내차 (Morooka, MST800VDL, Japan)를 이용하였으며, 장비 제원은 Table 1과 같다. 적용장비는 국내 산림작업에서 가장 많이 이용되고 있으며, 굴삭기 우드그랩은 원목과 벌채부산물을 수집하는 작업뿐만 아니라 집재되어 조재된 원목을 집적작업하거나 소운반과 운송작업을 위한 원목상차작업이 가능한 장비이다.
카메라를 이용한 영상 모니터의 원목상차작업은 작업자에 시야 확보가 중요하기 때문에 이를 고려한 카메라는 광각렌즈를 사용하여 화각이 최대 200°로 넓은 시야 확보에 유리하나 광각렌즈 특성상 출력되는 모니터에 영상이 왜곡이 발생하게 된다. 그러나 본 연구는 영상을 이용한 원격제어의 기초연구로 가능성 검토하고자 하였기 때문에 우선 시야확보가 넓은 카메라를 대상으로 비교 연구를 수행하였다.
영상 모니터와 실제작업에 따른 원목상차작업의 통계분석은 영상처리 유무와 작업자를 대상으로 실시하였다. 통계분석은 SPSS 23.

데이터처리

영상 모니터와 실제작업 생산성의 유의성 검증은 t-검정을 이용하였고, 전체적인 유의성을 검증하기 위해서 데이터에 따라 일원배치 분산분석(Anova analysis) 후 Duncan 다중 검정을 실시하였다 (α = 0.05).

성능/효과

본 연구에서는 영상을 이용한 실시간 원격제어를 위해 영상 모니터와 실제작업을 원목상차장비, 연령과 경험을 고려한 작업자들로 구분하여 생산성 분석을 통해 가능성을 검토하고자 하였다. 모니터 영상 기반의 작업 생산성은 젊은 작업자 D 와 경험이 많은 작업자 B에서 가장 높게 나타났다. 특히 연령이 높고 경험이 많은 작업자들은 익숙하지 않은 영상이 어지러움을 호소하고 이러한 점이 반영되어 생산성에 영향이 있는 것으로 나타났으며, 영상을 이용한 작업은 충분한 연습을 통해 숙달되면 생산성이 향상될 수 있을 것으로 사료된다.
특히 연령이 높고 경험이 많은 작업자들은 익숙하지 않은 영상이 어지러움을 호소하고 이러한 점이 반영되어 생산성에 영향이 있는 것으로 나타났으며, 영상을 이용한 작업은 충분한 연습을 통해 숙달되면 생산성이 향상될 수 있을 것으로 사료된다. 실제작업는 경험이 많은 작업자 B와 경험이 낮은 작업자 D에서 생산성이 가장 높았고, 경험이 많은 작업자가 생산성이 높을 것으로 예상하였지만 연구결과를 통해 작업자들에 작업성향 차이가 생산성에 영향을 미치는 것으로 사료된다. 또한 모니터 영상 기반의 작업은 환경개선이 필요할 것으로 판단되었으며, 향후 고성능 카메라를 다양한 각도에 배치하여 작업환경을 개선하고 작업방법을 고려하여 작업생산성에 미치는 영향에 대한 검토에 대한 추가적인 연구가 진행되어야 할 것으로 사료된다.
모니터 영상 기반의 작업 생산성은 젊은 작업자 D 와 경험이 많은 작업자 B에서 가장 높게 나타났다. 특히 연령이 높고 경험이 많은 작업자들은 익숙하지 않은 영상이 어지러움을 호소하고 이러한 점이 반영되어 생산성에 영향이 있는 것으로 나타났으며, 영상을 이용한 작업은 충분한 연습을 통해 숙달되면 생산성이 향상될 수 있을 것으로 사료된다. 실제작업는 경험이 많은 작업자 B와 경험이 낮은 작업자 D에서 생산성이 가장 높았고, 경험이 많은 작업자가 생산성이 높을 것으로 예상하였지만 연구결과를 통해 작업자들에 작업성향 차이가 생산성에 영향을 미치는 것으로 사료된다.

후속연구

실제작업는 경험이 많은 작업자 B와 경험이 낮은 작업자 D에서 생산성이 가장 높았고, 경험이 많은 작업자가 생산성이 높을 것으로 예상하였지만 연구결과를 통해 작업자들에 작업성향 차이가 생산성에 영향을 미치는 것으로 사료된다. 또한 모니터 영상 기반의 작업은 환경개선이 필요할 것으로 판단되었으며, 향후 고성능 카메라를 다양한 각도에 배치하여 작업환경을 개선하고 작업방법을 고려하여 작업생산성에 미치는 영향에 대한 검토에 대한 추가적인 연구가 진행되어야 할 것으로 사료된다.
본 연구에서 적용된 모니터 영상에 사용된 카메라는 광각렌즈를 이용하여 최대 화각 200°까지 넓은 시야를 확보할 수 있었지만 1대의 설치로 여러 곳을 볼 수 없는 한계가 있었으며, 화면에서 왜곡 등 연령이 높은 작업자는 익숙하지 않고 어지러움을 호소하였기에 영상에 대한 개선이 필요할 것으로 판단된다
또한 작업자별 작업성향에 차이가 있으며, 이중 적재함에 정리를 하면서 순차적으로 상차하는 작업자가 있었고, 원목을 잡는 순간부터 정리하여 적재함에 상차하는 작업자가 있었기 때문에 생산성 차이를 나타낸 것으로 사료된다. 향후 이러한 문제점을 고려하고 동일한 작업방법을 적용하여 상차작업 생산성을 평가하기 위한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
본 연구에서 적용된 모니터 영상에 사용된 카메라는 광각렌즈를 이용하여 최대 화각 200°까지 넓은 시야를 확보할 수 있었지만 1대의 설치로 여러 곳을 볼 수 없는 한계가 있었으며, 화면에서 왜곡 등 연령이 높은 작업자는 익숙하지 않고 어지러움을 호소하였기에 영상에 대한 개선이 필요할 것으로 판단된다. 향후 이러한 점을 보완하여 고사양 카메라를 적용하고 여러 각도에 카메라를 설치하여 작업자들이 원하는 영상을 보고 작업을 할 수 있도록 환경개선을 통한 작업생산성 평가 연구가 추가적으로 필요할 것으로 판단된다.
현재 산림현장에서는 경사지에 굴삭기 우드그랩을 이용한 집재작업이 가장 많은 비율로 차지하고 있으며, 이러한 작업은 항상 위험에 노출되어 있기 때문에 이를 해결할 수 있는 효율적인 작업과 안전확보에 대한 연구가 필요하다.

참고문헌 (18)

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