초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 탐지센서가 탑재된 다수의 무인이동체를 이용하여 사고나 테러 등에 의해 발생된 생화학 오염 근원지와 방출량 및 오염 범위 등을 추정하기 위한 자율 탐색 기법을 개발한다. 특히, 본 연구에서는 다수의 근원지에 의한 오염물질 방출 환경을 베이지안 추론 기법으로 추정하고, 다수의 협력 무인 이동체를 이용해 도심 영역을 탐색하며, 정보이론을 통해 효율적인 자율 탐색을 실시간으로 수행 가능한 알고리듬을 제안한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구는 도심 장애물 환경에서 다수 오염물질 근원지에 대

□ 연구개요
본 연구는 탐지센서가 탑재된 다수의 무인이동체를 이용하여 사고나 테러 등에 의해 발생된 생화학 오염 근원지와 방출량 및 오염 범위 등을 추정하기 위한 자율 탐색 기법을 개발한다. 특히, 본 연구에서는 다수의 근원지에 의한 오염물질 방출 환경을 베이지안 추론 기법으로 추정하고, 다수의 협력 무인 이동체를 이용해 도심 영역을 탐색하며, 정보이론을 통해 효율적인 자율 탐색을 실시간으로 수행 가능한 알고리듬을 제안한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구는 도심 장애물 환경에서 다수 오염물질 근원지에 대한 센서 측정치를 대기 확산 모델의 출력값과 비교하여 오염 환경 추정치를 실시간 업데이트하는 추정 알고리듬과, 효율적으로 오염 근원지를 탐지하기 위해 다수의 무인이동체의 상호보완적인 특성을 활용한 분산형 협업 자율 탐색 경로를 생성하고자 한다. 따라서 본 연구는 대기 확산 모델과 실제 환경과의 오차, 센서 특성으로 인한 부정확하고 불연속적인 측정치, 알려지지 않은 다수의 유해물질 근원지 존재 가능성, 실시간 계산의 필요성, 장애물 환경에서의 다수 무인이동체의 통신 연결성 보장, 분산형 센서 정보 융합 및 협력 제어를 목표로 하였다.
본 연구팀은 베이지안 추론을 기반으로 하는 통계적/ 확률적 프레임워크로 다수 오염원을 추정하고, 엔트로피를 이용하는 정보이론 기반의 탐색 기법을 이용하여 다수 무인이동체의 효율적인 탐색 경로를 생성하는 기법을 개발하였다. 이때, 도심 영역과 같은 장애물 환경에서도 다수 오염원을 추정 및 탐색할 수 있도록 추정 및 탐색 경로 생성기법을 보완하였다. 또한, 각 무인이동체의 통신 환경 및 탐색 협력성을 고려한 다수 무인이동체 의사결정 기법 개발을 기반으로 다수 무인이동체의 탑재 센서 정보 교환을 통한 효율적인 분산형 센서 정보융합을 통해 준-최적 탐색경로 생성이 가능해져 오염 근원지와 방출량 및 나아가 오염 범위를 보다 정확하고 빠르게 파악할 수 있게 되었다.
다양한 환경에서 다수 무인이동체를 이용한 시뮬레이션 및 실내외 실제 실험 수행을 통해 본 연구팀이 개발한 알고리듬이 무질서한 실제 환경에 강인하며, 다양한 오염지역 탐색 시나리오에 범용적으로 사용 가능한 것으로 검증되었다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
자율 무인시스템 관련 기술은 부가가치가 높은 최첨단 기술로, 타 산업으로의 광범위한 기술 파급을 통해 산업 전반의 경쟁력을 한 차원 제고시킬 수 있는 국가적 기초 전략 산업이다. 현재 공공 기관이나 산업용으로 사용되는 드론과 같은 무인이동체는 매우 제한적인 자율성만을 보유하고 있으며 대부분 운용자가 직접 조종 및 세부적인 임무를 부여하는 수준에 머물러 있다. 본 과제에서 개발된 기술은 무인이동체의 자율성을 한 단계 높이는 데 크게 기여할 것이고 생화학 유해물질 및 환경 모니터링에 대한 새로운 패러다임을 가져올 것으로 기대된다.
본 연구의 결과를 활용하여 화학단지의 가스누출, 유해화학물질 차량 사고 등에 대해 유해물질의 근원지 및 방출량 등을 추정하여 피해 규모 및 확산 경로를 파악하고 피해를 최소화하는데 활용 가능하다. 소형 무인이동체를 활용하여 밀폐된 공간 내부 폭발성 가스 및 독성가스 농도를 측정하여 인명사고 예방 및 즉각적인 사고 대응에 활용 또한 기대된다. 군사적으로는 생화학 무기에 대한 기존의 화생방 감시 체계 시스템 보완에 활용될 수 있다. 간접적으로는, 향후 또 다수 무인/자율 시스템들 간의 상호 협업을 통한 임무 (예: 다수 조난자 탐색 및 구조, 산불 발화점 파악 등) 수행이 요구될 때 본 과제에서 개발된 다수의 무인이동체에 탑재된 센서 정보를 이용하여 현 상황을 파악하고 실시간으로 비행경로를 스스로 결정하는 프레임워크 적용 가능해 산업과 국방에도 큰 파급효과를 가질 것이다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 1) 자료 조사 및 모델링 ... 5
• 2) 베이지안 추론 및 정보이론을 이용한 다수 근원지 추정 및 자율 탐색 알고리듬 개발 ... 6
• 3) 다수 무인이동체의 통신 연결성 보장을 위한 분산형 협업 제어 기법 개발 ... 9
• 4) 실내외 실험을 통한 알고리듬 검증 ... 10
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 12
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 13
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 14
• 7. 참고문헌 ... 14
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 16
• 끝페이지 ... 27