| 2차년도 |
1) 1차 연도< 경쟁형 R&D 기간 (‘19.06 ~ ’19.09) > ① 개발 목표 < ㈜그리폰다이나믹스 >○ 고중량 기본 드론 플랫폼 개발 - 임무중량 30Kg을 탑재 후 운용 가능한 기체 개발과 비행안정성 테스트 - 40Kg(추가임무장치의 탑재고려)의 임무중량 기체개발의 기초가 되는 비행데이터 획득 및 분석 - 참여기관의 필요임무장치에 따른 파워 분배와 BEC등 전기장치 수요분석 - 비행테스트를 통한 제어변수 최적 값 도출< 포항공과대학교 >○ 영상 이미지 처리를 통한 화재 발생 지점의 국지화 소프트웨어 개발 - 화재 지점 국지화를 위한 최적 신경망 설계 - 화재 데이터 병합 및 인공신경망 교육 - 딥러닝 기술을 활용한 카메라 촬영 이미지의 화재 지점 국지화 알고리즘 개발 < ㈜무지개연구소 >○ 드론비행 제어, 영상 제어(이미지 저장, 실시간 전송)를 위한 드론 내 고성능 임베디드 컴퓨터 탑재 - 기존의 드론 전장시스템(비행컨트롤러, 카메라 등)과의 연동을 위한 데이터, 전력 배선 연결 - JETSON TX2 에 전장장치 데이터가 수집이 될수 있도록 소프트웨어 디바이스 드라이버 개발< (재)경북IT융합산업기술원 >○ 드론 촬영용 소형 EO/TIR 장비 선정 및 탑재 - 기체 안정화를 위한 소화탄 탑재 및 추가임무장치 최적의 위치 연산 - 그리폰다이나믹스 기체 탑재 특화용 최적화 위치 설계 < 단독수행 기간 (‘19.10 ~ ’20.02) > ① 개발 목표 < ㈜그리폰다이나믹스 >○ 고강성 카본부품 개발 - 카본 프리프레그 적층 방법에 따른 강성 및 탄성 비교연구 - 최적화된 적층방법 도출로 부품별 내구성확보 - 경량화된 결합 메탈 시스템 설계○ 고중량 산업용 드론 플랫폼 설계 - 전자변속기 결합이 용이한 모터마운트 설계 - 다양한 전원공급이 가능한 파워시스템 개발(모듈화를 통한 범용성 확보) - 하드랜딩에 강인한 랜딩기어 시스템 설계 및 개발< 포항공과대학교 >○ 소화탄 자동 투하 기초 알고리즘 개발 - 열화상카메라 촬영 이미지 처리를 통한 화재 지점 국지화 알고리즘 개발 - 화재 발생지점 위치 획득 및 모니터링 프로그램 개발 - 소화탄 투하를 위한 화재 위치 추천 알고리즘 개발< ㈜무지개연구소 >○ LTE 통신망을 이용한 드론 영상 스트리밍 기술 개발 - 지역(위도, 경도, 고도)에 따른 LTE, 5G 통신 품질 측정 - 통신품질에 따른 영상 전송 규격 제어 알고리즘 개발을 통한 실시간 영상 스트리밍 - 다수의 시스템으로 실시간 영상 중계를 위한 표준 스트리밍 제어○ LTE 통신망을 이용한 드론 원격 제어 기술 개발 - IoT 방식의 드론 제어 프로토콜 및 네트워크 시스템 개발 - 지상에서 다수의 드론을 동시에 운용하기 위한 지상제어시스템 UX/UI 기술 개발< (재)경북IT융합산업기술원 >○ 드론 촬영용 소형 LIDAR 장비 선정 및 탑재 - 기체 안정화를 위한 소화탄 탑재 및 추가임무장치 최적의 위치 연산 - 그리폰다이나믹스 기체 탑재 특화용 최적화 위치 설계 ○ 인공지능 드론 제어를 위한 빅데이터 수집 - 드론을 활용한 1세부 지정 실증 공간 내 산악 지형 빅데이터 수집○ 산악지형 3D 비행경로 생성을 위한 고도-GPS 연동 DB SW 구축 - 인공지능 3D 비행경로 생성을 위한 고도-GPS 연동 DB SW 제공
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< 경쟁형 R&D 기간 (‘19.06 ~ ’19.09) >< ㈜그리폰다이나믹스 >○ 고중량 기본 드론 플랫폼 개발 - 기존 제품을 개선하여 30Kg의 임무중량 탑재 가능한 플랫폼 개발 ？고출력 모터사용으로 인한 부품 피로도 및 내구성 분석 ？5 sortie 연속 비행 시 문제점 도출을 바탕으로 향후 개선 부품 선정 및 설계 방향성 수립 ？40Kg(추가임무장치의 탑재고려)의 임무중량 기체개발의 기초가 되는 비행데이터 획득 및 분석 ？고출력 파워 사용으로 인한 전기장치의 개발에 필요한 부품선정 ？대형화에 따른 비행제어 변수의 경향성 분석< 포항공과대학교 >○ 영상 이미지 처리를 통한 화재 발생 지점의 국지화 알고리즘 개발 - 화재 지점 국지화를 위한 최적 신경망 설계 ？빠른 시간 내에 국부 지역의 산불 확인을 위한 CNN 기반 신경망 설계 - 딥러닝 기술을 활용한 카메라 촬영 이미지의 화재 지점 국지화 시스템 개발 ？산불 영상 데이터의 국부화를 위한 n x n 행렬 최적화 및 영상인식 시스템 구축 ？영상 내 국지 화재 영상을 Classification 하기 위한 자료 라벨링 ？딥러닝을 활용한 국지 영상 교육 및 판독 ？테스트 데이터를 이용한 국부 화재 영상 판독 알고리즘 검증 < ㈜무지개연구소 >○ 드론비행 제어, 영상 제어(이미지 저장, 실시간 전송)를 위한 드론 내 고성능 임베디드 컴퓨터 탑재 - 기존의 드론 전장 시스템과의 연동을 위한 데이터, 전력 배선 연결 ？실시간 영상 전송(LTE, 5G)을 위한 USB 영상출력 규격의 카메라 연동 ？영상 처리(산불 발견)을 위한 HDMI 영상출력 규격의 카메라 연동 ？LTE 모뎀과 네트워크 연결을 위한 USB 포트 지원 ？비행제어컴퓨터로부터 비행 데이터 및 제어를 위한 시리얼 포트 지원 ？각종 전장장치의 전원 공급 - JETSON TX2 에 전장장치 데이터가 수집이 될수 있도록 소프트웨어 디바이스 드라이버 개발 ？시리얼, USB, HDIM 등 주요 외부 장치들과의 연동을 위한 리눅스 커널 프로그래밍< (재)경북IT융합산업기술원 >○ 드론 촬영용 소형 EO/TIR 장비 선정 및 탑재 - 기체 안정화를 위한 소화탄 탑재 및 추가임무장치 최적의 위치 연산 - 그리폰다이나믹스 기체 탑재 특화용 최적화 위치 설계 < 단독수행 기간 (‘19.10 ~ ’20.02) >< ㈜그리폰다이나믹스 >○ 카본 부품 및 메탈 설계 - 다양한 카본 프리프레그(UD,3K,다축 등)사용한 여러 적층방법에 따른 고중량 기체에 적합한 부품재료 선정 - 제작된 카본 부품의 결합을 위한 메탈 부품 설계 및 제작○ 고중량 산업용 드론 플랫폼 설계 - 각종 설계 파트에 대한 통합 관리 체계 구축○ 대용량 배터리 운용 플랫폼 설계 및 장착 시스템 연구 - 고중량 드론에는 최소한 12~16개의 상용 배터리가 사용될 것으로 추정 - 긴급출동 상황을 고려한 신속한 배터리 교체 시스템 연구 - 수시점검을 위한 배터리 관리 시스템 및 상태 표시 GUI 연구< 포항공과대학교 >○ 소화탄 자동 투하 기초 알고리즘 개발 - 열화상카메라 촬영 이미지 처리를 통한 화재 지점 국지화 알고리즘 개발 - 화재 발생지점 위치정보 획득 및 모니터링 프로그램 개발 - 소화탄 투하 중요 위치 추천 알고리즘 개발< ㈜무지개연구소 >○ LTE, 5G 통신망을 이용한 드론 영상 스트리밍 기술 개발 - 지역(위도, 경도, 고도)에 따른 LTE, 5G 통신 품질 측정 ？통신 모뎀의 디버깅 메시지 내에 RSRP, RSRQ, SINR 값을 이용해 LTE 통신품질 지표를 구성 ？Mid Cell 이상을 만족하지 못할 경우 통신 불량 상태로 지정, 해당 지역에서는 영상 스트리밍 불가 메시지를 사용자(지상운용 측)에 전달 - 통신망 상태를 고려한 영상 전송 규격 제어 알고리즘 개발을 통한 실시간 영상 스트리밍 - 다수의 시스템으로 실시간 영상 중계를 위한 위한 표준 스트리밍 제어○ LTE, 5G 통신망을 이용한 드론 원격 제어 기술 개발 - IoT 방식의 드론 제어 프로토콜 및 네트워크 시스템 개발 - 지상에서 다수의 드론을 동시에 운용하기 위한 지상제어시스템 UX/UI 기술 개발< (재)경북IT융합산업기술원 >○ 드론 촬영용 소형 LIDAR 장비 선정 및 탑재 - 기체 안정화를 위한 소화탄 탑재 및 추가임무장치 최적의 위치 연산 - 그리폰다이나믹스 기체 탑재 특화용 최적화 위치 설계 ○ 인공지능 드론 제어를 위한 빅데이터 수집 - 드론을 활용한 1세부 지정 실증 공간 내 산악 지형 빅데이터 수집○ 산악지형 3D 비행경로 생성을 위한 고도-GPS 연동 DB SW 구축 - 인공지능 3D 비행경로 생성을 위한 고도-GPS 연동 DB SW 제공
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| 연구성과 |
기술적 기대성과 |
○ 기술적 측면 - 기술적 경쟁력 향상 효과 ？고중량 플랫폼 개발은 비행안정성에 국한된 개발을 진행하고 있으며 본 과제에서는 인공지능 자율비행에 최적화된 비행제어 기술을 접목할 예정임. 고중량 드론의 비행제어기술은 특정기체에 제한적이며 범용성이 떨어짐 ？LED 서치라이트, 대용량 운용 배터리 시스템등은 국내 개발된 상용품이 존재하지 않으며 개발시 다양한 활용분야에서 기술적 우위가 예상됨 - 본 과제를 수행하며 고중량 Payload 기체 개발을 위한 카본 프리프레그 레진 추출량 최적화 연구 및 프레스 공법 연구를 통하여 축척될 기술력을 토대로 본 과제에서 개발될 기체뿐만 아니라 그리폰다이나믹스가 생산 중인 다른 기체에도 적용이 가능할 것으로 사료됨. 동일 기체 대비 경량화 및 소형화 됨과 동시에 기체 강성이 늘어남으로써 품질 또한 크게 향상될 것으로 판단됨. 그리폰다이나믹스는 수출 비중이 매출의 80%를 차지하며 세계 5위의 산업용 드론 기업임을 고려했을 때 대한민국 드론산업의 이미지 제고 효과가 있을 것으로 기대됨 - 일반적인 인공지능 기반 드론제어 기술은 다수가 공개되어 있으나, 해외 기업에서 실제 산업에 적용할 수 있는 수준의 기술은 공개하지 않고 있음. 이는 선진국에서의 기술이전 및 규제 회피에 기인한 것으로 추정되며, 이에 인공지능을 이용한 핵심 드론 제어기술을 국내에서 확보할 수 있다는 점에서 기술적 파급효과가 클 것으로 기대됨 - 산불 감시용 드론에 탑재될 인공지능기반 자율주행, 이미지 처리, 소화탄 자동투하, 드론추락방지 등의 핵심 기술을 확보함으로써 산불 감시뿐만 아니라 이를 이용한 인공지능 드론 플랫폼의 관련 공공기관 연계 사업화 추진이 가능함 - 산불은 국가적 재난사고로 이어질 수 있는 만큼 많은 기관과 인원들의 유기적인 협업이 필요함. 드론을 이용한 산불 상황 극복에서 반드시 필요한 부분 중의 하나는 드론의 현재 상황을 실시간으로 공유하고 원하는 임무를 원격지에서 즉시 제어할 수 있어야하는 부분임. LTE, 5G를 이용한 IoT 드론 운용은 기존의 드론과 사용자 간의 1:1 패쇄적인 운용에서 벗어나 다양한 시스템과 유기적으로 데이터 교환할 수 있음으로 산불뿐만 아닌 다양한 재난 상황에서 활용될 수 있음
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| 사회 경제적 파급효과 |
○ 사회적 측면 - 전 세계적으로 인공지능 기반 자율주행 드론을 이용한 화재 자동 진압은 적용된 사례가 없으므로, 최초로 국산화된 기술을 재난 안전분야에 적용함으로써 국가 이미지 제고 효과가 있음 - 본 과제를 통해 향후 재난 안전 분야에서 4차산업혁명 기술 적용을 위한 3명의 박사급 융합형 전문 인력을 양성할 수 있을 것으로 기대됨 - LTE, 5G 기술은 전 세계적으로도 대한민국이 주도하는 기술임. 특히 5G 기술의 경우 세계에서 최초 시행이라는 타이틀을 가지고 있음에도 불구하고 적절한 콘텐츠를 찾기 못했으나 본 사업을 통해 산불과 같은 재난상황에서 원격지의 드론을 제어할 수 있는 주요 기술로 활용될 수 있는 점에서 국가 경쟁력 재고에 큰 이바지를 할 수 있음○ 경제적 측면 - 경제적인 산불 대응 시스템 ？초기 산불 진압을 위해서 헬기를 도입 및 유지 보수하기 위해서는 막대한 구매 비용 및 유지비용과 전문 인력이 필요함. 그에 비해 드론은 초기 구매 비용 및 유지비용이 저렴하며 역할에 따라 임무를 부여하여 산불 대응시 경제적 결과가 예상됨 ？전문 인력이 필요하지 않는 통합시스템의 활용으로 산불대응의 비용절감이 가능함 - 인공지능 기반 상시 감시 및 산불 진압용 드론 개발을 통해 산불에 조기 대처가 가능하고 산불 발생 시 효율적인 진압을 통해서 재난으로부터 오는 막대한 피해를 최소화 할 수 있음. 이에 따른 경제적 피해를 줄일 수 있으며 아직 시장에 상용화되지 않은 인공지능 기술이 탑재됨으로써 상시 감시 및 산불 진압용 드론 시스템 시장의 선도할 수 있음 - LTE, 5G 통신망을 이용해 다수의 드론을 동시 제어할 수 있는 기술을 통해 드론 운용을 위한 인건비 절감효과가 기대됨 - 대부분 스마트폰 사용에만 국한된 LTE, 5G 통신 인프라를 드론으로 확장함으로써 다양 드론 서비스를 창출해 낼 수 있으며 이에 따른 일자리 창출 효과를 기대할 수 있음
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| 활용방안 |
○ 실용화 제품화 방안 - 통합 시스템 ？고중량 드론 플랫폼과 인공지능 학습 알고리즘과 비행제어 기술의 융합으로 통합된 산불 대응체계 시스템의 제품화 예정임 - 추가 임무장치의 활용성 ？야간 비행시 필요한 드론용 LED 서치라이트와 휴대가 간편한 IP55 기반의 GCS 시스템 등 통합 드론 체계의 완성도를 높여 초보자도 쉽게 적응할 수 있는 실용성을 확보할 예정임. - 공공기관 수요도 최적화 ？산림청 등의 수요도 협의하에 조달청 우수제품 등록을 통한 공공기관 조달 예정임. 타 공공기관의 요구에 다른 여러 임무수행도 가능한 제품으로 개발할 예정임○ 미래 원천 기술 확보 - 다목적 산림용 고중량 드론의 원천 기술 ？본 과제에서 개발될 화재 진압용 드론은 화재 진압 기능뿐만 아니라 과제 완료 후 실종자 수색 후 수송, 구호물자 수송, 제선충 방지 약제 살포 등에 활용 가능하며 산림환경에서의 비행안정성을 확보하여 궁극적으로는 산림용 다목적 고중량 드론 개발이 목표이며 이를 위한 원천 기술이 될 것임 ○ 신사업 창출 - 고중량 산업용 드론 플랫폼 ？드론은 탑재 가능한 임무 중량의 한계로 탑재 제한적인 산업의 확장이 가능함. 고중량의 물자수송뿐만 아니라 활성화된 방제드론의 입제살포나 철새도래지의 조류독감(AI) 방제에도 활용 가능함 - 다목적 재난 재해 시스템 ？열악한 비행환경에서 다수의 비행제어와 임무장치제어 기술을 접목함으로써 지진. 해일 등의 재난재해시에도 활용 가능함 - 내풍성을 기반으로 한 임무 드론의 원천 기술 ？본 과제의 필수적인 내풍성 확보 기술은 불확실한 기류에서 안정적인 비행을 가능하게 하여 해상물자수송, 대형교량하부검사, 정밀지도 측정 등 여러 분야에 사업화가 가능함○ 고중량 임무장치 - 20Kg이하 분야는 해외 여러 대학이나 기업에서 시연용으로 다수 활용되고 있으며 고중량에서 비행안정성을 확보한다면 상용 드론이 없는 고중량 부분에서 세계 시장을 선점할 수 있음 - 군수물자수송용, 인명구조용, 농업용등에 활용가능하며 나아가서는 유인드론플랫폼개발의 기초기술 확보가 가능함○ 산불 감시 및 대처를 위한 인공지능 드론 원천기술 확보 - 본 과제에서의 기술 개발을 통해 인공지능 드론을 이용하여 산불 탐지와 더불어 이를 조기에 진압하기 위한 핵심 드론제어 기술을 확보할 수 있으며, 이를 통해 산림 화재 감시/진압과 인명 수색 등의 다양한 산불 안전 분야에 효과적으로 활용할 수 있음 - 본 과제에서 확보되는 핵심 인공지능 및 드론제어 기술은 산불 대응 시스템 분야에 한정되지 않으며 드론 자율주행이 필요한 배달서비스, 보안, 군사용, 산업용, 농업용 등에 폭넓게 적용될 수 있을 것으로 판단됨○ LTE/5G 통신기반 실시간 드론 원격제어, 영상 스트리밍 플랫폼 확보 - 드론이 4차 산업혁명 시대에 가장 각광받고 있는 아이템으로 부상한 이유는 기존의 대형 무인항공기에 비해 안정성, 경제성이 높기 때문 - 사람이 타지 않고 원격지 까지 비행하여 그곳의 영상을 촬영하여 물건을 운반할 수 있는 무인항공기의 본질이 드론에도 그대로 반영되고 있음 - 방재, 재난구호, 측량, 환경정보 수집 등 다양한 분야에서 드론이 활용되고 있으며 이러한 서비스는 드론 원격제어, 실시간 카메라 영상 전송 기능을 반드시 수반해야 이루어질 수 있는 드론 관제를 기반으로 함 - 필요에 따라 지정된 경로에 따라 비행임무만을 수행하는 영상촬영 서비스가 존재하지만 비행 중 지형, 지물에 의한 충돌, 추락 및 통신망 두절에 의한 실종 등의 상황에 대처하기 위해서는 실시간 드론 원격제어, 영상 스트리밍 기술이 수반되어야 함 - 본 관제 수행을 통해 이와 같은 기술의 원천 기술을 확보할 수 있으므로 다양한 드론 서비스에 적용할 수 있는 플랫폼 판매 사업으로 이어질 수 있음
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