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과제기본정보

하천조사 및 모니터링 특화 드론 플랫폼 기반 하천관리 기술 개발1년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 공공혁신조달연계 무인이동체 및 SW플랫폼 개발 과제번호 19DPIW-C153746-01
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 수공시스템기술 | 수리 수문 조사 해석기술 적용분야 기타 공공목적
2순위 기계 | 항공시스템 | 고정익 회전익 항공기 기체 실용화대상여부 실용화
3순위 전기 전자 | 광응용기기 | 달리 분류되지 않는 광응용기기 과제유형 개발
과제명 하천조사 및 모니터링 특화 드론 플랫폼 기반 하천관리 기술 개발
주관연구기관 한국건설기술연구원
총괄연구 책임자 성명 이동섭
소속 한국건설기술연구원 직위 연구위원
전화번호 031-910-0114 FAX -
총 연구기간 2019-06-28 ~ 2023-06-27
당해연도 연구기간 2019-06-28 ~ 2020-03-27

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
1차년도 606,000,000 21,366,400 192,297,600 213,664,000 819,664,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 * 하천법？수자원조사법 개정에 따른 첨단기술 기반의 하천조사 기술 선진화 필요
* 드론 플랫폼 기반 스마트하천 관리 실현을 위해 기술개발 및 실용화 필요
* 하천조사 및 모니터링 특화 드론 플랫폼 기반 하천관리 기술 개발
- 드론 특화 수심 LiDAR 기반 하천지형 모니터링 및 하상/하안/수위 변동 분석기술 개발
- IoT 계측 네트워크 연계 초분광 등 영상 기반 AI/CV를 이용한 현장 체감형 하천물리량(수심, 유속, 부유사, 녹조) 준실시간 분석기술 개발
- 현장 조건 자율 판단형 하천관리 드론 운영 플랫폼 기술 및 하천환경 변화(환경사도 등) 예측 S/W 개발
- 하천조사/관리 최적화 드론 개발
최종목표 * 고기능 무인기를 이용한 하천조사 전문 드론 플랫폼 개발을 위한 요소기술 개발과 테스트베드 운영을 통한 기술 검증
- IR/Green Laser 동시 활용 하천 수심측량이 가능한 드론 탑재용 수심 LiDAR 개발
- AI/CV 활용 초분광 등 영상 기반 현장 체감형 하천물리량(수심, 유속, 부유사, 녹조) 준실시간 분석기술 개발
- 현장조건 자율판단형 하천관리 드론 운영플랫폼 개발 및 하천환경 변화 예측 S/W 개발
- 하천조사/관리 최적화 드론 개발
연구내용 및 범위 * IR/Green Laser 동시 활용 하천 수심측량이 가능한 드론 탑재용 수심 LiDAR 개발
- 하천조사 전문 드론 탑재용 경량화/소형화된 수심 LiDAR 탑재체 개발
· IR/Green Laser 동시 적용, 평균 수심 1.5 secchi depth 내외의 하상측량 가능
· 레이저빔의 송수신 광 패스 시뮬레이션으로 멀티 센서 검증
- 면형 측량이 가능한 스캐너 개발을 통해 하천 수심측량의 경제성 확보
- 드론을 이용한 수심측량 검증방안 수립 및 제도 개선
· 수심 LiDAR 센서의 성능 검증 및 최적 운영방안 수립
· 하천관리 전용 드론 운영 관련 규제 완화를 위한 제도 개선(안) 마련
* AI/CV 활용 초분광 등 영상 기반 현장 체감형 하천물리량(수심, 유속, 부유사, 녹조) 준실시간 분석기술 개발
- 하천물리량 계측 표준지표 및 AI/CV 활용 준실시간 분석기술 개발
· 드론 특화 초분광영상 수집 및 제작 기술 개발
· 초분광영상 기반 하천 수심 계측을 위한 표준지표 개발
· 초분광영상 기반 하천 부유사 농도 계측을 위한 표준지표 개발
· 초분광영상 기반 녹조 측정 표준지표 개발
- 고정 및 이동영상을 활용한 하천 유속 측정 기술 및 불확도 평가기준 개발
· 고해상도 드론 영상 왜곡 보정 알고리즘 개발 및 고정/이동영상을 활용한 유속 측정 알고리즘 개발
· 드론 기반 하천 유속 측정 불확도 평가 기준 개발
- 드론 컴퓨팅 최적화를 위한 성능/에너지 관계 모델 기반 에너지 최적 연산 오프로딩 개발
· 드론 컴퓨팅 디바이스 및 네트워크 처리 성능과 에너지 소모 관계 모델 개발
· 드론 컴퓨팅 디바이스를 기반으로 원격센싱 알고리즘 최적화 수행
* 현장조건 자율판단형 하천관리 드론 운영플랫폼 개발 및 하천환경 변화 예측 S/W 개발
- 하천조사 드론 상태 실시간 관리 및 계측정보 관리(CPS 구현)를 위한 드론 운영플랫폼 개발
- 드론 운영플랫폼 기반 하천 흐름/수질 변화 준실시간 예측 S/W 개발
· 2시간 간격 일 단위 수질예측 정보를 30분 이내 제공하기 위한 수질해석 S/W 개발
- 드론 이종센서 활용 하천지형 맞춤형 디지털 트윈 모듈 개발 및 하상변화 장/단기 예측
* 하천조사/관리 최적화 드론 개발
- 하천조사 및 모니터링을 위한 요구사양(ROC) 달성을 위한 비행체 개발
· 임무중량 10 kg, 운용고도 300 m, 체공시간 90분, 임무거리 20 km 달성
· 강우조건 5~15 mm/hr, 온도조건 ？10~40 ℃, 상시풍속 7 m/s, 순간풍속 15 m/s 달성
- 고가 임무장비 탑재 및 안정적 운용을 위한 디자인 설계
· 임무 요구도 분석 및 임무 장비 탑재 하중 계산을 통한 임무 구성품 고려 최적 메커니즘 설계
· 하천관리 및 모니터링 임무 수행을 위한 임무용 센서 연결 및 구현
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
1차년도 * 하천 수심측량 분야 시스템 요구사항 분석 및 개념설계(Conceptual Design)
* 초분광영상 분석을 위한 전처리 기술 개발 및 하천물리량 수집
* 드론 기반 유속 측정을 위한 영상 촬영 및 전처리 알고리즘 개발
* 드론 연산 최적화를 위한 컴퓨팅 및 네트워크 디바이스 분석
* 하천관리 전문 드론 요구사양 조사 및 운영플랫폼 아키텍쳐 설계
* 드론 플랫폼 임베디드 하천 흐름/수질 예측모형 개발방향 도출
* 드론 이종센서 기반의 하천지형 맞춤형 디지털 트윈 모델 개발 방향 설정
* 드론 비행체 요구사양 상세분석 및 외형/스트럭처 PDR 디자인
* 드론 비행체의 장거리 통신 및 비상상황 대처 장치 설계 		* 요구사항 분석 및 HW 및 SW 개념 설계
* 하천 수심측량 분야 국내/외 기술동향 분석 및 적용성 검토를 통한 관련 규정 및 지침 요구기준 분석
* 초분광영상 수집 및 제작 기술 개발을 통한 하천물리량(수심, 부유사, 녹조) 자료 수
* AI/CV 기반의 차원축소기법을 이용, 부유사 농도에 대한 초분광영상의 특징 정보 추출
* 하천 유속 측정을 위한 드론 영상촬영 조건 최적화(영상 보정 알고리즘 등)
* 원격센싱 데이터 처리를 위한 드론에서의 컴퓨팅 및 네트워크 전송 에너지의 합을 최소로 하는 최적점 계산 알고리즘 연구
* 하천지형조사, 하천물리량 측정 등 현장조사용 드론의 요구사양(임무 내용 포함) 및 개발현황(기술 수준 포함) 검토
* 드론 운영플랫폼 호환성을 고려한 하천 흐름 예측모형 핵심 구성요소 도출 및 모형 설계
* 드론 운영관리 및 클라우드 컴퓨팅을 이용한 하천정보분석(LiDAR, 초분광, 흐름/수질) 운영플랫폼 아키텍쳐 정의 및 설계
* 드론 시범운영을 위한 테스트베드 선정(스마트시티 주변 국가하천)
* 드론 이종센서(LiDAR 및 초분광)의 특장점(정확도, 정밀도, 분광반사도 등) 조사 및 하천지형 맞춤형 디지털 트윈 모델 개발을 위한 프레임 설계
* 드론 비행체 요구사양에 맞는 비행체 외형 디자인 설계 및 사이즈 확정
* 드론 비행체의 강우/풍속/임무중량/체공시간 조건을 고려한 모터/ESC/동력원 설계
* 드론 비행체의 임무거리를 고려한 통신장비 사양확인 및 LTE 통신장비 사전 평가수행
연구성과 기술적 기대성과 * 수심 LiDAR를 탑재한 드론을 이용해 하천제방뿐 아니라 하천지형까지 동시에 측정 가능
* AI/CV 기술에 기반한 실시간 영상분석 기술 및 자료전송 기능을 활용해 신속한 하천정보 분석 및 수재해 대응을 위한 의사결정 가능
* 하천조사 및 모니터링을 위한 드론의 촬영, 활용물 생산 처리 기술 및 사용자와 운영자간 효율적인 드론플랫폼 기반 하천관리 기술 개발
사회 경제적 파급효과 * 하천지형측량에 소모되는 시간 단축 및 비용 저감 가능
* 측선에 기반한 선 단위 중심의 하천정보를 영상정보에 기반한 면 단위로 확대해 하천정보 효용성 확대 가능
* 드론 운영 플랫폼은 잠재력 있는 드론 산업시장과 물 산업 시장과의 결합을 유도하여 경제적 ？ 산업적 시너지 효과를 일으킬 것으로 기대
활용방안 * 드론 LiDAR 데이터 처리 시스템을 구축해 장기적/지속 가능한 하천, 하상/하안 모니터링 체계 마련
* 하천의 미계측 지점들에 드론 기반의 유속 측정 기술을 적용함으로써 실측자료 기반의 과학적인 하천 설계 및 관리에 활용
* 하천조사/모니터링 전문 드론의 효율적 활용을 위한 통합 관제 플랫폼으로 활용 가능해, 하천관리자의 업무효율 향상
* 우수조달물품 등록을 통해 품질이 인증된 하천조사/관리 전문 드론으로 국토교통부 및 산하기관과 지방자치단체 업무 활용 가능
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 하천조사 및 관리 하천조사 전문 드론 드론용 수심 LiDAR 초분광영상 기반 계측 드론 운영플랫폼
영문 River survey and management Drone for river survey Specialized LiDAR for drone Hyperspectral image-based measurements Drone operating platform
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