[논문]충돌 위험 모델을 활용한 UAM 평행 항로 충돌 위험 분석

김연실; 배중원

doi:10.12673/jant.2023.27.5.561

충돌 위험 모델을 활용한 UAM 평행 항로 충돌 위험 분석
UAM Parallel Corridor Collision Risk Analysis based on Collision Risk Model 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.27 no.5, 2023년, pp.561 - 567

김연실 (한국항공우주연구원 무인기연구부) , 배중원 (한국항공우주연구원 무인기연구부)

초록
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본 연구에서는 유인기 회랑에 적용되는 충돌 위험 모델을 활용하여 UAM (Urban Air Mobility) 회랑의 충돌 위험을 분석하였다. K-UAM 로드맵과 운용개념서에 따르면 UAM은 기존 유인기 운항과 유사하게 지정된 항로를 비행하는 형태를 가지며 출발지와 도착지를 왕복하는 두 가지의 노선으로 운행될 것으로 예상된다. 국내 유인기 노선 중 김포공항-제주공항 간 유인기 운행이 이와 유사하며 두 개의 노선 간 횡 방향 분리간격을 가진 평행항로 형태를 띤다. 본 연구에서는 이와 유사한 형태의 UAM 회랑에 대해 유인기 평행 항로 충돌 위험 분석에 활용되는 충돌 위험 모델을 활용하여 횡 방향 분리간격에 따른 UAM 회랑의 충돌 위험을 분석하였다. 이를 바탕으로 최종적으로 K-UAM 실증 노선을 고려하여 한강 폭 내에 몇 개의 평행 항로가 설치될 수 있는지 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the collision risk of the UAM (Urban Air Mobility) corridor was analyzed using a collision risk model applied to the manned aircraft corridor. According to the K-UAM roadmap and operating concept, UAM is expected to fly on a designated route similar to existing manned aircraft operations and operate on two routes, traveling back and forth between the departure point and the destination point. Among domestic manned aircraft routes, the manned aircraft operation between Gimpo Airport and Jeju Airport is similar to this and takes the form of a parallel route with a lateral separation distance between the two routes. In this study, we analyzed the collision risk of the UAM corridor according to the lateral separation distance using a collision risk model used to analyze the collision risk of manned aircraft parallel routes for a similar type of UAM corridor. Based on this, we finally analyzed how many parallel routes could be installed within the width of the Han River, considering the K-UAM demonstration route.

주제어

표/그림 (11)

그림 그림 1. UAM 실증 노선 Fig. 1. Route for UAM demonstration
그림 그림 2. 2024년 UAM 실증 노선안 Fig. 2. 2024 route for UAM demonstration
그림 그림 3. 국내 공역 항공로 Fig. 3. Airways of domestic airspace
그림 그림 4. Y711, Y722 항로 Fig. 4. Y711, Y722 route
표 표 1. 횡 방향 충돌 위험 모델 파라미터 Table 1. Parameter of lateral collision risk model
표 표 2. UAM 기체 제원 Table 2. UAV specification
표 표 3. 다양한 공역 운영에 대한 TLS Table 3. TLS for various airspace operation
그림 그림 5. 횡 방향 충돌 위험 Fig. 5. Lateral collision risk
그림 그림 6. 한강 너비 Fig. 6. Width of Han river
그림 그림 7. 여러 개 회랑을 고려한 충돌 위험 Fig. 7. Collision risk considering multiple corridors
그림 그림 8. 한강 위 평행 회랑 예시 Fig. 8. Parallel corridor example above Han river

AI 본문요약
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가설 설정

김포-제주 공항 간 운항에 활용되는 Y711, Y722 노선에 적용되는 평행 항로 모델을 활용하였으며 해당 모델에서 유인기에 맞춰진 파라미터들을 기존 문헌 조사 및 UAM 제원 분석을 통해 UAM에 적합하도록 파라미터 재설정을수행하였다. K-UAM 실증노선을 고려하여 한강폭 내에 회랑이 설치된다고 가정하고최소 두 개의 회랑이 설치될 때에 회랑 간 횡 방향 분리거리 및 회랑 내 교통량에 따른 충돌 위험을 분석하였다. Y711, Y722 노선에 적용되는 TLS를 동일하게 적용하였으며 이를 만족하는 충돌 위험을 분석한 결과 두 개의 회랑에 대해서는 시간 당 10대의 UAM을 운항하기 위해 최소 80미터 이상의 분리간격이 요구되는 것을 확인하였다.
V는 ground speed로 표 2의 UAM 제원을 기반으로 약 150km/h의 속도를 가진다고 가정하였다.
그림 7은 한강 폭내에 각각 50m, 60m, 75m, 100m의 횡 방향 분리간격을 가진12개, 10개, 8개, 6개의 평행 회랑이 설치될 경우 회랑의 교통량에 따른 횡 방향 충돌 위험 분석 결과이다. 근접한 회랑 간 통행 방향은 반대로 운용된다고 가정하였다.

제안 방법

Y711, Y722 노선에 적용되는 TLS를 동일하게 적용하였으며 이를 만족하는 충돌 위험을 분석한 결과 두 개의 회랑에 대해서는 시간 당 10대의 UAM을 운항하기 위해 최소 80미터 이상의 분리간격이 요구되는 것을 확인하였다. 더불어 한강 폭 내에 여러 개의 평행 항로가 설치된다고 가정할 때 분리거리 및 교통량에 따른 충돌 위험을 분석하였다. 그 결과, 100미터의 분리간격을 고려할 때 최대 시간당 10대의 UAM 운용이 가능함을 확인하였다.
본 연구에서는 K-UAM 운용개념서 및 로드맵에 제시된 UAM 운용 개념을바탕으로UAM 회랑은 출발지-목적지간 양방향 최소 두 개 이상의 평행 회랑을 가진다고 가정하고 이와 유사하게 운항되는 유인기 충돌 위험 모델을 적용하여 UAM 회랑의 횡 방향 충돌 위험을 분석하였다. 김포-제주 공항 간 운항에 활용되는 Y711, Y722 노선에 적용되는 평행 항로 모델을 활용하였으며 해당 모델에서 유인기에 맞춰진 파라미터들을 기존 문헌 조사 및 UAM 제원 분석을 통해 UAM에 적합하도록 파라미터 재설정을수행하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 K-UAM 운용개념서 및 로드맵에 제시된 UAM 운용 개념을바탕으로UAM 회랑은 출발지-목적지간 양방향 최소 두 개 이상의 평행 회랑을 가진다고 가정하고 이와 유사하게 운항되는 유인기 충돌 위험 모델을 적용하여 UAM 회랑의 횡 방향 충돌 위험을 분석하였다. 김포-제주 공항 간 운항에 활용되는 Y711, Y722 노선에 적용되는 평행 항로 모델을 활용하였으며 해당 모델에서 유인기에 맞춰진 파라미터들을 기존 문헌 조사 및 UAM 제원 분석을 통해 UAM에 적합하도록 파라미터 재설정을수행하였다. K-UAM 실증노선을 고려하여 한강폭 내에 회랑이 설치된다고 가정하고최소 두 개의 회랑이 설치될 때에 회랑 간 횡 방향 분리거리 및 회랑 내 교통량에 따른 충돌 위험을 분석하였다.

성능/효과

그 결과, 100미터의 분리간격을 고려할 때 최대 시간당 10대의 UAM 운용이 가능함을 확인하였다. UAM 상용화시기에 예상되는 교통량을 고려하여 횡 방향 분리간격을 설정하는 것이 적합할 것으로 판단된다. 본 연구의 결과는 UAM 평행 회랑 설계의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 예상한다.
그림 8은 100m 분리를 적용한 UAM 회랑 예시이다. UAM 운용 초기에는 많은 교통량이 예상되지는 않으나 점차 교통량이 증가할 것으로 판단되므로 미래의 최대 교통량을 고려하여 횡 방향 분리간격을 설정하는 것이 적합할 것으로 판단된다.
K-UAM 실증노선을 고려하여 한강폭 내에 회랑이 설치된다고 가정하고최소 두 개의 회랑이 설치될 때에 회랑 간 횡 방향 분리거리 및 회랑 내 교통량에 따른 충돌 위험을 분석하였다. Y711, Y722 노선에 적용되는 TLS를 동일하게 적용하였으며 이를 만족하는 충돌 위험을 분석한 결과 두 개의 회랑에 대해서는 시간 당 10대의 UAM을 운항하기 위해 최소 80미터 이상의 분리간격이 요구되는 것을 확인하였다. 더불어 한강 폭 내에 여러 개의 평행 항로가 설치된다고 가정할 때 분리거리 및 교통량에 따른 충돌 위험을 분석하였다.
더불어 한강 폭 내에 여러 개의 평행 항로가 설치된다고 가정할 때 분리거리 및 교통량에 따른 충돌 위험을 분석하였다. 그 결과, 100미터의 분리간격을 고려할 때 최대 시간당 10대의 UAM 운용이 가능함을 확인하였다. UAM 상용화시기에 예상되는 교통량을 고려하여 횡 방향 분리간격을 설정하는 것이 적합할 것으로 판단된다.

후속연구

UAM 상용화시기에 예상되는 교통량을 고려하여 횡 방향 분리간격을 설정하는 것이 적합할 것으로 판단된다. 본 연구의 결과는 UAM 평행 회랑 설계의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 예상한다.

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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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