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과제기본정보

무인비행체 등을 위한 고도150m 이하 초저고도 바람에측 모델링 기법 연구2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 19CTAP-C143284-02
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 항공교통기술 | 항공안전기술 적용분야 교통/정보통신/기타 기반시설
2순위 None | None | None 실용화대상여부 비실용화
3순위 None | None | None 과제유형 기초
과제명 무인비행체 등을 위한 고도150m 이하 초저고도 바람에측 모델링 기법 연구
주관연구기관 한서대학교 산학협력단
총괄연구 책임자 성명 구성관
소속 한서대학교 산학협력단 직위 교수
기관 대표번호 041-688-0184 FAX 041-660-1402
총 연구기간 2018-04-17 ~ 2019-12-31
당해연도 연구기간 2019-01-01 ~ 2019-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
2차년도 219,000,000 7,300,000 65,700,000 73,000,000 292,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ○ 본 연구에서 수행하고자 하는 연구 범위는 가시권/비가시권 무인비행체, 미래형 저고도 자율비행체 등 4차 산업혁명의 ICT 및 IoT 기반 기술의 결과물로 예상되는 미래형 항공서비스의 안전 운항과 비행을 위한 기상 모델과 이를 검증하기 위한 지원 기술을 개발하는데 있음
○ 미래형 항공서비스는 운영자(조종사 등)에 의하여 직접 운송을 목적으로 사람 또는 화물 운송이 이루어지는 기존의 개념과는 별개로 사람에 의해 직접 운송이 이루어지지 않더라도 본래 운송 목적을 달성하는 비행체의 개발과 서비스가 예상될 수 있음
○ 이러한 미래형 항공운송서비스도 기본적으로 공역을 비행하는 비행체로서 안전한 비행을 위해서는 이착륙 지역, 목적지 또는 이동 경로의 날씨, 기상 상태 등의 확인이 반드시 필요함
○ 현재 공역의 기상 정보를 확인할 수 있는 항공기상 서비스는 대형운송용 항공기의 고고도 비행을 기반으로 제공하는 것으로, 일정 높이 이상 상공의 기상 상태와 공항의 이착륙 기상을 확인할 수 있음
○ 고도 150m 이하의 초저고도는 지형의 영향에 의한 공기 유동 때문에 기존의 저해상도 기상예보로는 정확도가 낮은 정보를 제공하게 되어, 초저고도에서 비행하는 비행체 및 운영자는 유용한 정보를 획득하기가 어려운 실정임
○ 세계 드론시장은 2026년까지 820억 달러 규모로 연평균 29% 씩 성장할 것으로 전망되며, 이에 따라 초저고도 비행체의 안전한 통제의 중요성이 커지고 있어 효과적인 통제 체계를 위한 연구(UTM : Unmmaned aircraft system traffic management 등)도 국내외에서 진행되고 있음
○ 이처럼 초저고도 비행체의 운영에 관한 요구도가 증가하고 있으나, 실제적으로 비행체의 운항 안전에 직접적인 도움을 줄 수 있는 기상 및 초저고도 기상 예보의 중요성은 높으나 관련 연구가 수행되지 못하고 있는 실정임
○ 본 연구에서는 초저고도 비행체의 안전한 운항을 위한 기상 정보 중 특히 중요도가 높으나 다양한 변수의 영향을 고려해야 하는 풍향 및 풍속 등의 바람정보에 대한 상세 모델링 방법에 대한 연구를 수행하고자 함
○ 본 연구는 지형의 영향을 받는 초저고도의 바람 정보를 정밀하게 예측하여 비행체의 운항 안전에 직접적인 중요 정보를 제공하는 것을 목표로 하는 것으로써, 향후 무인항공기, 드론, 비가시권 무인비행체, 저고도 자율비행체 뿐만 아니라, 현재의 저고도 유인비행체의 조종사 등도 활용할 수 있는 정보를 제공할 수 있는 등 국내 항공 안전 증진에도 직접적인 도움이 될 것임
최종목표 ○ 무인비행체 등를 위한 초저고도 바람예보 모델링 기법 연구
○ 고도150m 이하의 초저고도 바람예보 모델링 기술 개발
○ 실시간 기상 측정 데이터를 위한 모듈 등에 대한 기술 확보를 통하여 실제 초소형비행체 운항환경에서 측정된 값고 모델링 결과의 적절성 확인 기술 연구
○ 기상역학모델(WRF), 정밀지형정보, 수치예보 모델 자료 등을 활용하여 기존 기상예보에서 제공하지 못하는 고도 150m 이하 초저고도 비행체의 안전한 운항을 위한 바람예보 모델링 기법을 연구하고, 이를 검증할 수 있는 기술 개발과 시험을 수행하여 TRL4 수준의 기술을 확보
연구내용 및 범위 ○ 초저고도 비행체 운영 환경 분석 및 모델 검증 기법 개발
？ 연구과제 통합관리
？ 초저고도 비행체 운영 개념 및 환경 분석
？ 딥러닝을 이용한 데이터 고도화 방안 연구
？ 심층신경망 DNN(Deep neural network)을 이용한 시범 데이터 처리 적용
？ 개발된 예보 모델의 검증 방안 개발
？ 모델링 결과 비교를 위한 바람 실황 측정용 드론 개발
○ 현업 기상모델 분석 및 초저고도 바람예보 기초 모델링 개발
？ 현업 기상정보 수치예보 모델 분석
？ 고도 150m 이하의 고해상도 바람자료 생산을 위한 기상역할 모델 구성
？ 수평해상도 1km의 바람자료 생산을 위해 수평해상도 100m 이하의 지형자료 처리
？ 모델링 성능 향상을 위한 입력자료 선정 실험
○ 바람예보 모델링 적절성 검토 및 고도화 기법 개발
？ 연구과제 추적관리
？ 딥러닝을 활용한 모델링 정밀도 향상 후처리 기술 연구
？ 초저고도 비행계획 수립, 드론을 활용한 바람의 실황 측정 및 비교
？ 시계열 예측에 적합한 RNN(Recurrent neural network) 검토 및 시범 적용
？ 3차원 데이터의 학습에 적합한 CNN(Convolutional neural network) 검토 및 시범 적용
○ 모델링 고도화 및 운영자용 리포트 샘플 개발
？ 초저고도 바람예보 모델링의 시범 지역 적용
？ 중규모 기상역학모델 WRF 결과를 활용한 고해상도 모델 처리 기법 개발
？ 국내 기상현업 모델의 UM 모델을 활용한 입력자료 선정 실험
？ 모델의 최적화를 위한 물리과정 실험 및 성능 비교 시험 수행
？ 모델결과를 사용자가 확인할 수 있는 리포트 샘플 개발
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 ？ 초저고도 비행체 운영 환경 분석 및 모델 검증 기법 개발
？ 현업 기상모델 분석 및 초저고도 바람예보 기초 모델링 개발 		？ 초저고도 비행체 운영 개념 및 환경 분석
？ 딥러닝을 이용한 데이터 고도화 방안 연구
？ 심층신경망 DNN(Deep neural network)을 이용한 시범 데이터 처리 적용
？ 개발된 예보 모델의 검증 방안 개발
？ 모델링 결과 비교를 위한 바람 실황 측정용 드론 개발
？ 현업 기상정보 수치예보 모델 분석
？ 고도 150m 이하의 고해상도 바람자료 생산을 위한 기상역할 모델 구성
？ 수평해상도 1km의 바람자료 생산을 위해 수평해상도 100m 이하의 지형자료 처리
？ 모델링 성능 향상을 위한 입력자료 선정 실험
연구성과 기술적 기대성과 ○ 본 연구결과를 통하여 미래 항공운항 형태 중 하나인 초저고도 소형비행체의 운항을 위한 기반 기술 중 하나인 기상정보 제공을 위한 원천기술을 확보할 수 있으며,
○ 드론 등 초저고도 비행체 비행계획 수립 지원에 활용하여 비행체의 안전 운항의 통합 지원을 위한 새로운 서비스 분야의 창출이 가능할 것임
사회 경제적 파급효과 ○ 본 연구의 예상되는 기술수요처는 초저고도에서 운영되는 드론 등의 소형비행체를 운영하는 주체로 예상되지만, 현재 운영되고 있는 기타 항공 분야에도 적용하는 것이 가능할 것으로 판단됨
○ 개발 결과를 활용하기 위한 활용 범위는 현재 항공기상 정보의 주요 운용 주체인 정부, 항공사, 관제 기관 등 항공기 운항 통제를 위한 기상 감시 시스템 개발의 원천기술로 활용이 가능할 것임
활용방안 ○ 기술적 측면
- 비행체를 위한 고해상도 모델 설치 및 구성을 통해 항공정보에 기상모델을 적용한 사례가 될 수 있음
- 기상과 항공의 기술융합 확대를 기대할 수 있음
- 수치예보모델 자료와 현실적 시각정보를 활용한 융복합적 서비스 방안 제시
- 딥러닝을 기상모델에 적용함으로써 최신 기술에 대한 기술력을 확보할 수 있음
○ 경제적ㆍ산업적 측면
- 비행체를 활용한 사업 확대 추진에 따라 초저고도 비행체의 수요가 증가할 것으로 예상됨
- 초저고도 바람자료는 각 업계에서 저고도 비행체의 운항계획을 세우는데 기초자료로 활용가능
- 기상으로 인한 비행제한 시에 발생할 수 있는 인적·물적·시간적 손실을 줄일 수 있음
- 바람으로 인한 무인비행체 추락을 방지함으로써, 비행체의 손실을 막을 수 있음
○ 사회적 측면
- 기상정보를 고려하지 않은 무분별한 비행을 방지하여, 체계적인 비행계획 수립을 가능하게 함
- 바람으로 인한 무인비행체 추락 시에 발생할 수 있는 인명피해를 방지할 수 있음
- 기상정보를 효율적으로 사용하여 운항 안전이 확보되어 상용화되면 항공, 해상, 지상 등 여러 교통 분야로 서비스 확대가 가능할 것임
- 정확하고 항공기상정보를 대국민에게 쉽게 제공할 수 있는 기반을 마련하여, 항공 안전의 증진하고 추후 미래형 항공운송이 대중화 시점에 필요한 대국민 복지 서비스의 기틀을 마련
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 항공기상 항공기상예보 초저고도비행체 저고도 기상서비스 기상정보
영문 Aviation weather Aviation weather forecast Very low altitude air vehicle Low altitude weather service Weather information
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