[논문]관제 공역 다중 드론 운행 충돌 방지 방안 연구

유순덕; 최태인; 조성원

doi:10.7236/jiibc.2021.21.5.103

관제 공역 다중 드론 운행 충돌 방지 방안 연구
A Study on Method to prevent Collisions of Multi-Drone Operation in controlled Airspace 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.21 no.5, 2021년, pp.103 - 111

유순덕 (한세대학교 국제경영학과) , 최태인 (클로버스튜디오) , 조성원 ((주)클로버스튜디오 기업부설연구소)

초록
AI-Helper

본 연구목적은 관제 공역 다중 드론의 운행 충돌 방지 방안에 대한 연구이다. 연구 결과 드론 충돌을 회피하는 방안으로 관제 시스템에서 드론 예상 경로와 시간을 기반으로 추정되는 ROI 영역에 대한 정확한 정보를 설정 후 드론 충돌을 제어 할 수 있는 방안으로 적절하다는 것을 입증하였다. 실혐분석 결과, 운행하는 드론의 항로 직경은 충돌 위험을 줄일 수 있는 규모를 선정해야 하며, 운행하는 드론의 출발시간과 운행 속도의 변화는 충돌에 영향요인으로 작동하지 않았다. 또한, 충돌을 회피하기 위한 대응 방안으로 비행 우선 순위 제공이 적절한 방법 중의 하나임을 실증하였다. 충돌 회피 방안에 대해 드론 센서기반 충돌회피뿐만 아니라 관제 시스템에서 충돌을 모니터링 및 예측하고 실시간 제어를 수행하여 이중으로 충돌을 보완 할 수 있다. 본 연구는 관제 기반으로 운행되는 드론의 충돌 방지 방안에 대한 아이디어를 제공하고 이를 실질적인 테스트를 진행했다는 것에 의의를 두고 있다. 이는 관제 기반으로 이기종 드론들이 다수 운행시 등장하는 충돌 문제 해결에 도움이 된다. 본 연구는 드론의 충돌로 인한 사고 방지와 안전한 드론 운행 환경 제공을 통한 관련 산업의 발달에 기여 할 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to study a method for preventing collisions of multiple drones in controlled airspace. As a result of the study, it was proved that it is appropriate as a method to control drone collisions after setting accurate information on the ROI (Region of Interest) area estimated based on the expected drone path and time in the control system as a method to avoid drone collision. As a result of the empirical analysis, the diameter of the flight path of the operating drone should be selected to reduce the risk of collision, and the change in the departure time and operating speed of the operating drone did not act as an influencing factor in the collision. In addition, it has been demonstrated that providing flight priority is one of the appropriate methods as a countermeasure to avoid collisions. For collision avoidance methods, not only drone sensor-based collision avoidance, but also collision avoidance can be doubled by monitoring and predicting collisions in the control system and performing real-time control. This study is meaningful in that it provided an idea for a method for preventing collisions of multiple drones in controlled airspace and conducted practical tests. This helps to solve the problem of collisions that occur when multiple drones of different types are operating based on the control system. This study will contribute to the development of related industries by preventing accidents caused by drone collisions and providing a safe drone operation environment.

주제어

표/그림 (10)

표 표. 1 드론 충돌 방지 분류 Table 1. Drone Collision Prevention Classification
그림 그림 1. 장애물 발견시 대응 현황 Fig. 1. How the drone responds when it finds an obstacle
표 표 2. 테스트 환경 Table 2. Test environment
그림 그림 2. 드론 운행 시나리오 경로 Fig. 2. Drone operation scenario
그림 그림 3. ROI 영역과 각 드론의 출발지점을 설정 Fig. 3. Set the ROI area and the starting point of each drone
그림 그림 4. 드론의 예상 경로를 GPS 좌표로 매칭 Fig. 4. Matching the predicted path of the drone with GPS coordinates
그림 그림 5. 지정된 공역에서 드론 운행 현황 Fig. 5. Drone operation status in designated airspace
그림 그림 6. ROI 영역에서 운행 현황 Fig. 6. Operational status in the ROI area
표 표 3. 드론간 충돌 제어 모드 단계 Table 3. Drone Collision Control Mode Steps
그림 그림 7. ROI 영역에 접근하여 순차별 운행 Fig. 7. Sequential operation by approaching the ROI area

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 관제기반 다중드론 운영시 충돌 방지 방안에 대해 연구 하였다. 이는 관제 기반으로 이기종 드론들이 다수 운행 시 등장하는 각종의 문제를 해결하는데 도움이 될 것이다.
본 연구는 다중드론 운영시 관제 기반 드론간 충돌 방지 방안에 대해 연구하였다.

제안 방법

3대 드론을 사용하여 각 드론이 운행경로에 교차로에 접근 시 충돌을 회피하는 방안에 대해 제시하였다. ROI(Road of interest) 중심 공역을 직경 25m로 설정하고 ROI 공역에 먼저 접근한 드론에게 운행 우선권을 제공하고 나머지 드론이 ROI 공역에 접근 후 정지 모드를 수행하도록 하였다.
3대 드론을 사용하여 각 드론이 운행경로에 교차로에 접근 시 충돌을 회피하는 방안에 대해 제시하였다. ROI(Road of interest) 중심 공역을 직경 25m로 설정하고 ROI 공역에 먼저 접근한 드론에게 운행 우선권을 제공하고 나머지 드론이 ROI 공역에 접근 후 정지 모드를 수행하도록 하였다. 우선 순위의 드론이 ROI 공역을 벗어나고 진행 방향으로 진행하게 되면 다음 우선 순위로 배정된 드론이 운행하는 것으로 설계하였다.
본 연구는 다중드론 운영시 관제 기반 충돌 방지에 대해 연구로서 관제시스템 연동을 통해 자율 비행하는 드론을 대상으로 연구하였다. 관제 서버에서 지정한 운행 공역을 제공하여 운영시 해당 공역 통과시 서로 충돌 위험이 발생하는 경우 회피 방안을 제시하는 것이다.
드론에 내장된 APAS(Advanced Pilot Assisatance System, 고급 파일럿 보조 시스템)기능의 경우 장애물이 인식되는 경우 회피하는 기술이지만 이 경우는 지정된 공역을 운행시 드론간 충돌 상황이 발생시 관제에서 프로그램화된 우선 순위에 따라 운행을 하는 방법에 대해 연구하였다.
본 연구 환경에서는 외부 환경적 요인으로 경로 이탈하는 경우는 외부 환경인 바람 등에 영향을 받거나, GPS의 오류를 통해 지정된 위치가 다른 경우로 위치 정보를 통해 지정된 운항경로로 복귀하도록 설계되었다.
각 드론의 경우 지정된 공역을 자율비행하는 방식을 사용하였다. 본 연구에서 선정한 시나리오는 드론이 운행시 서로의 목적에 따라 동일한 공역을 교차 비행하는 경우를 채택하였다. 실험을 위한 준비 테스트는 수차례 진행했으며, 실제 분석에 활용된 자료의 테스트 시간은 11분 20초 진행되었다.
연구의 가정 조건은 1) 드론 3대가 동시에 지정된 공역을 통해 운영하는 경우, 2) 운행하는 지상 20m 상공에 고정된 장애물이 존재하지 않는다는 전제, 3) 이동 드론 공역은 직경 50m로 설정, 4) GPS 수신 상태는 0.5m 정확도 유지, 4) 이동 드론을 경로를 이탈 시킬 수 있는 바람 등 외부 환경요인이 없는 환경에서 이루어졌다. 운용 고도는 지면으로부터 20m이상 이며, 총 3대의 드론으로 10분 내외 공동 비행을 진행하였으며 총 6회 테스트를 진행 되었다.
5m 정확도 유지, 4) 이동 드론을 경로를 이탈 시킬 수 있는 바람 등 외부 환경요인이 없는 환경에서 이루어졌다. 운용 고도는 지면으로부터 20m이상 이며, 총 3대의 드론으로 10분 내외 공동 비행을 진행하였으며 총 6회 테스트를 진행 되었다.

대상 데이터

GCS(Ground Control System) 기반 드론에 활용한 관제 시스템은 CLROBUR DROW4D GCP(Ground Control Platform)가 제공하는 플래폼을 사용하였다.
경기도 부천시 중동에 소재하고 있는 경기국제통상 고등학교 중심의 야외 현장에서 비행 테스트를 진행하였다. 테스크 공역의 규모는 경기국제통상고등학교 중심반경 733m(가장 먼 드론 기준)으로 진행되었다.
본 연구는 다중드론 운영시 관제 기반 충돌 방지에 대해 연구로서 관제시스템 연동을 통해 자율 비행하는 드론을 대상으로 연구하였다. 관제 서버에서 지정한 운행 공역을 제공하여 운영시 해당 공역 통과시 서로 충돌 위험이 발생하는 경우 회피 방안을 제시하는 것이다.
경기도 부천시 중동에 소재하고 있는 경기국제통상 고등학교 중심의 야외 현장에서 비행 테스트를 진행하였다. 테스크 공역의 규모는 경기국제통상고등학교 중심반경 733m(가장 먼 드론 기준)으로 진행되었다. 야외 현장에서 비행한 데이터를 시각적으로 이해를 돕기 위해 자료를 3D GIS (Geographic Information System) 데이터 기반으로 연계하여 분석하였다.

데이터처리

테스크 공역의 규모는 경기국제통상고등학교 중심반경 733m(가장 먼 드론 기준)으로 진행되었다. 야외 현장에서 비행한 데이터를 시각적으로 이해를 돕기 위해 자료를 3D GIS (Geographic Information System) 데이터 기반으로 연계하여 분석하였다. 각 드론의 경우 지정된 공역을 자율비행하는 방식을 사용하였다.

성능/효과

드론의 장애물 충돌방지의 경우를 살펴보면, 1) 외부기기 장착으로 드론이 외부 장애물 회피, 2) 드론 내부에 장착된 장애물 회피센서를 사용하여 장애물회피, 3) 전용운용 공역을 제공하여 충돌을 회피하는 방안, 4) 관제기반으로 충돌을 회피 하는 방안, 5) 드론의 내외부 기능뿐만 아니라 관제 기반 시스템과 혼합하여 드론 충돌을 회피하는 방안으로 분류 할 수 있다.
실혐분석 결과에서 운행하는 드론의 항로 직경은 충돌 위험을 줄일수 있는 규모를 선정 해야 하며, 운행하는 드론의 출발시간과 운행속도의 변화는 충돌에 영향요인으로 작동하지 않았다. 또한, 충돌을 회피하기 위한 대응 방안으로 비행 우선 순위를 제공하는 것이 적절한 방법 중의 하나로 실증되었다.
본 연구는 관제 공역 다중 드론 운행 충돌 방지 방안에 대한 아이디어를 제공하고 이를 실질적인 테스트를 진행했다는 것에 의의를 두고 있다.
본 연구는 관제 공역 다중 드론 운행 충돌 방지 방안에 대한 연구로서 드론 충돌을 회피하는 방안으로 관제시스템에서 드론 예상 경로와 시간을 기반으로 추정되는 ROI 영역에 대한 정확한 정보를 설정 후 드론 충돌을 제어 할수 있는 방안으로 적절하다는 것을 실증하였다. 실혐분석 결과에서 운행하는 드론의 항로 직경은 충돌 위험을 줄일수 있는 규모를 선정 해야 하며, 운행하는 드론의 출발시간과 운행속도의 변화는 충돌에 영향요인으로 작동하지 않았다.
본 연구는 관제 공역 다중 드론 운행 충돌 방지 방안에 대한 연구로서 드론 충돌을 회피하는 방안으로 관제시스템에서 드론 예상 경로와 시간을 기반으로 추정되는 ROI 영역에 대한 정확한 정보를 설정 후 드론 충돌을 제어 할수 있는 방안으로 적절하다는 것을 실증하였다. 실혐분석 결과에서 운행하는 드론의 항로 직경은 충돌 위험을 줄일수 있는 규모를 선정 해야 하며, 운행하는 드론의 출발시간과 운행속도의 변화는 충돌에 영향요인으로 작동하지 않았다. 또한, 충돌을 회피하기 위한 대응 방안으로 비행 우선 순위를 제공하는 것이 적절한 방법 중의 하나로 실증되었다.
이 결과 드론 충돌을 회피하는 방안으로 관제 시스템에서 드론 예상 경로와 시간을 기반으로 추정되는 ROI 영역에 대한 정확한 정보를 설정후 드론 충돌을 제어 할 수 있는 방안으로 적절하다는 것을 실증하였다.
충돌회피 방안에 대해 드론 내부 센서 기반 회피뿐만 아니라 기존에는 없던, 관제 시스템에서 충돌을 모니터링 및 예측하고 실시간 제어를 수행으로 이중으로 충돌을 보완할 수 있다.

후속연구

이는 관제 기반으로 이기종 드론들이 다수 운행 시 등장하는 각종의 문제를 해결하는데 도움이 될 것이다. 본 연구는 드론의 충돌로 인한 사고 방지와 안전한 드론 운행 환경 제공을 통한 관련 산업의 발달에 기여 할 것이다.
이는 관제 기반으로 이기종 드론들이 다수 운행 시 등장하는 각종의 문제를 해결하는데 도움이 될 것이다. 본 연구는 드론의 충돌로 인한 사고 방지와 안전한 드론 운행 환경 제공을 통한 관련 산업의 발달에 기여 할 것이다.
본 연구는 관제기반 다중드론 운영시 충돌 방지 방안에 대해 연구 하였다. 이는 관제 기반으로 이기종 드론들이 다수 운행 시 등장하는 각종의 문제를 해결하는데 도움이 될 것이다. 본 연구는 드론의 충돌로 인한 사고 방지와 안전한 드론 운행 환경 제공을 통한 관련 산업의 발달에 기여 할 것이다.
한계요인은 드론을 여러 가지 환경과 장소에서 테스트할 수 없었으며, 이에 따라 등장하는 다양한 제약 요인에 대해 검증은 향후 과제로 남겨두었다.

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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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