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과제현황 목록

과제기본정보

무인비행장치를 활용한 산불 대응체계 기술개발1년차

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-C153557-01
국가과학표준분류 1순위 기계 | 항공시스템 | 고정익 회전익 항공기 기체 적용분야 사회질서 및 안전
2순위 기계 | 항공시스템 | 항공시스템 관련 S W 실용화대상여부 실용화
3순위 기계 | 항공시스템 | 고정익 회전익 항공기 전기전자시스템 과제유형 개발
과제명 무인비행장치를 활용한 산불 대응체계 기술개발
주관연구기관 (주) 휴인스
총괄연구 책임자 성명 송태훈
소속 (주) 휴인스 직위 연구소장 및 CEO
전화번호 031-719-8200 FAX -
총 연구기간 2019-06-28 ~ 2019-10-27
당해연도 연구기간 2019-06-28 ~ 2019-10-27

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
1차년도 80,000,000 2,668,000 24,012,000 26,680,000 106,680,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ○ 연구개발 필요성
- (야간산불 진화 시스템 필요) 따뜻한 겨울, 여름까지 건조지속으로 산불 조기발생, 연중화 및 대형화로 피해가 증가함에 따라 인명 재산적 피해가 확대되고, 특히 강풍이거나 야간에 산불이 발생하면 재해현장에 대한 정보부족과 공중진화가 불가능하므로 이를 대체할 시스템 필요

- 지난 4월, 강원도 고성 지역 산불이 건조와 강한 바람을 타고 대형 재난성 산불로 확산되어, 산림, 주택, 이재민 피해가 발생하였고, 산불의 확산 방향 및 속도에 대한 정보를 고려하여 인근 시설물 보호 및 인명대피 조치를 하여야 하나 공중진화 업무를 맡은 산불진화헬기에서 파악한 산불의 민가·시설물로의 확산정보가 소방지휘관 및 주민에게 제때 전달되지 못하고 있음.
- 2019년 4월 5일 강원도 산불 피해 규모

ㅇ 악기상, 야간 산불 진화등 긴급 재난 임무수행 시 구조인력 위험노출 심화
- 인명수색구조, 산불진압 등 위험한 재난 임무수행 시 드론 개발 도입 절실

- (드론을 이용한 산불 대응시스템 필요) 소형무인기에 야간적외선 카메라와 개방 공간에서 진화를 할 수 있는 소화탄을 탑재한 드론 자동비행과 다수의 비행체를 동시에 투입하면 진화인력 접근이 어려운 지역 산불의 직접적인 진화가 가능하고, 비행 경로상의 항공촬영을 통해 화선과 잔불을 실시간으로 탐지할 수 있다면, 산불 확산의 경로 파악이 가능하므로 신속하고 정확한 무인비행체 현장 대응체계 확보가 절실함
최종목표 - 무인비행장치를 활용한 산불대응체계 기술개발

○ 소화탄 또는 소화액을 탑재하고 산불진화 취약시간대인 야간에 직접적인 산불진화를 수행하는 무인비행장치 플랫폼 개발

○ 산불진화 지점 선정 및 투하 위치를 계산하고 산불진화용 무인기로 정보를 전달 및 진화진행상황을 관찰 할수 있는 지원용 무인비행장치 플랫폼 개발

- 야간 산불 대응을 위한 드론 시스템 개발
- 30kg 소화탄 탑재 및 30분 이상 운용 가능한 드론 설계 및 제작
- 다중 드론 및 임무 수행을 위한 지상관제시스템 개발
- 산불 진화효과 등 영상 처리 기술 개발
연구내용 및 범위 1. 산불 대응 드론 기체 설계 및 제작

○ 개발 목표
- 산불 대응 드론 설계 및 제작
- 30kg 소화탄 탑재 드론
- 기체 개념안을 토대로 비행성능에 대하여 분석 후 상세설계를 수행하여 이론적인 성능과 유사한 성능이 나오도록 개발수행 예정

2. 소화탄 투하 장치

- 30kg급의 고중량 투하물이 비행체에 안정적으로 고정되도록 하고, 투하시에는 마찰을 최소화 하면서 안정적으로 투하가 되도록하는 구조 설계 기술
- 투하장치의 작동여부 및 상태확인이 가능한 액추에이터를 적용하여 시스템 개발
- MCS와 연동이 가능한 시스템으로 개발

3. 비행 제어 기술

○ 비행제어 S/W
- 센서 데이터를 이용한 위치 및 속도 추정 알고리듬 기술 보유
- 낮은 업데이트 주기의 GPS 와 빠른 업데이트 주기의 AHRS 및 압력센서의 데이터를 이용하여 빠른 업데이트 주기로 위치 및 속도제어 성능을 개선 할 수 있는 추정 알고리듬 기술 보유.
- 자세 제어 및 위치, 속도 제어에 대한 핵심 기술 보유 및 자체 FCC보유.
- 자체 FCC를 이용하여 제어 알고리듬 개발 및 개선

4. 영상 장비 운용 기술

○ EO/TIR 제어 및 운용
- 항공대에서 보유중인 다양한 EO/TIR장비들의 운용성을 위하여 MCS에서 통합 운용이 가능한 기술 보유 및 시스템 개발능력 보유
- EO/TIR 결합 모듈 또는 독립 모듈을 통합하여 운용가능하도록 시스템 구성
- GCS와 연동하여 VideoPreocessor를 통하여 영상처리 및 유도제어를 수행할 수 있도록 개발
○ MCS를 이용한 자동 및 수동제어
- MCS를 이용하여 자동 및 수동으로 임무장비의 투하가 가능하도록 시스템 구성
- GCS의 UI를 이용하여 임무장비의 제어가 자동 및 수동이 가능하도록 개발

5. 지상통제장치

○ 다중드론 통합관제 S/W 개발

6. 상황인식 및 영상분석 S/W 개발

○ 다중드론 통합관제 S/W 개발

7. 개발 체계 관리

- 비행체, 통신장비, 관제장비, 임무장비 등의 체개요소를 통합하여 최적의 임무를 수행할 수 있는 시스템 수준의 물리적/기능적 아키텍처를 설계하고, 성능을 만족할 수 있는 효율적인 프로세스를 정의함

8. 테스트베드 구축 및 실증

- 시제품 통합 성능 시험
- 현장 실증

9. 영상정보 및 비행체 정보를 이용한 위치 추정기술

- 비행체 정보와 GCS를 이용하여 목표지점의 위치 추정
- 산불 탐지시 원거리에서 근거리 이동을 위한 목표지점을 예측하여 계산된 결과를 기체에 전송하여 근거리로 이동할 수 있는 유도 기술 적용(1단계)
- 근거리 이동후 직하방으로 정밀 투하를 위한 위치 제어 및 자동투하기능 구현(2단계)
- GCS에서 지형데이터를 기반으로 위치 추정 오차를 감소할 수 있도록 개발
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
1차년도 - 주관연구기관((주)휴인스):
무인기 체계기술 설계
비행체 설계 및 1차 비행체 제작
비행제어시스템 H/W 설계 및 제작

- 공동연구기관 1(한국항공대학교):
비행제어 시스템 S/W 개발
임무 운영 시스템 설계 및 제작
투하장비 설계 및 1차 제작
영상정보를 활용한 소화탄 자동투하 시스템 설계
외부 조종사용 GCS 개념 설계

- 공동연구기관 2(메타빌드(주)):
다중드론 통합관제 시스템 S/W 개발
차량 탑재형 GCS 시스템 개발
임무장비 지상운용 S/W 설계
비행제어 시스템 연동 투하 위치확인 S/W 개발
상황인식 및 영상분석 S/W 설계
- 주관연구기관((주)휴인스):

○ 무인기 체계기술 설계
- 수요기관 요구도를 바탕으로 비행체, 탑재체, 임무장비 요구성능 분석
- 무인비행체 및 탑재체에 대한 기본설계, 상세설계 단계 수행

○ 비행제어시스템 H/W 설계 및 제작
- 소형무인기 탑재용 통합 하드웨어시스템 설계 및 제작

- 공동연구기관 1(한국항공대학교):

○ 비행제어 S/W 개발
- 근접센서를 사용하여 경로에 장애물이 있을 경우 회피할수 있는 알고리듬 S/W를 개발할 것임.
- 변속기의 모터정보 신호선을 FCC와 연동하여 모터 또는 프롭이상을 감지하여 제어기를 조정할 수 있도록 개발할 것임
- GCS에서 복수 운용할 수 있도록 기체의 고유 ID를 식별하여 운용할 수 있도록 개발할 것임.
- 항공대에서 개발된 비행제어 시스템 S/W를 개선하여 과제에 필요한 기능을 추가하여 개발 수행할 것임.
- GPS 및 AHRS 및 근접센서 데이터를 이용하여 자세 및 위치 추정을 수행하여 비행제어 및 경로비행 안정성을 높일 수 있도록 할 것임.
○ 임무운영 시스템 설계 및 제작
- 기존 항공대에서 개발한 MCS에서 H/W 및 S/W를 개선하여 개발할 것임.
- Cortex-M7기반의 MCS를 설계 및 제작하여 안전운항, 모터 및 변속기 고장 대응, 영상장비 운용, 투하장비 제어를 통합하여 운용할 수 있도록 할 것임
○ 투하장비 설계 및 1차 시제품 제작
- 소화를 위한 장치를 흔들림 없이 고정하여 비행시 진동이나 외란을 최소화 하고 장착물 투하시 안정적으로 투하가 가능한 투하구조물 및 액추에이터가 결합된 투하장치를 설계 할 것임.
- 기체 주요부위에 온도센서들을 장착하여 소화탄 투하지점으로 이동하여 투하준비시 기체 주요 부분의 온도들을 모니터링하여 위험시 GCS를 통하여 운영자에게 알려줄 수 있도록 할 것임.
○ 외부 조종사용 조종장치 설계
- 실제 기체를 조종하는 외부 조종사용 GCS를 설계하여 차량탑재용 GCS와 연동하도록 개발할 것임


- 공동연구기관 2(메타빌드(주)):
○ 다중드론 통합관제 시스템 S/W 설계
- 산불탐색 임무수행을 통하여 산불발생 위치(위도,경도,고도)를 산출 및 지도상의 발생위치 표시함
- 산불탐색 기체에서 제공되는 동영상 및 정사영상 정합을 통한 자동 임무비행계획서 작성함
- 작성된 임무비행계획서를 소화탄 투하 임무수행으로 수정하여 소화탄 투하 임무기체 업로드 수행함
- 소화탄 투하 임무수행으로 산불발생 위치까지 근접 후 자동투하 모드로 변경함
- 기체 자동투하 모드 변경으로 인한 위치 및 고도 조종 후 소화탄 자동투하 수행함
○ 비행제어 시스템 연동 투하 위치확인 기능설계
- 산불탐지 임무수행 기체로 제공되는 동영상에 의하여 운용자는 산불영상을 확인하고 위치산출 수행함
- 다중드론 통합관제 시스템은 기체로부터 수신된 카메라 지향정보와 지형고도 데이터를 결합하여 산불발생
위치를 산출하고 관제시스템에 표시함
○ 상황인식 및 영상분석 S/W 설계
- 소화탄 투하 임무수행 기체가 제공하는 동영상으로 소화탄 투하에 대한 진화효과를 확인함
- 추가 소화탄 투하가 필요할 시에는 두 번째 기체에 기존 수행 임무비행계획서를 업로드하여 임무를 수행함
○ 임무장비 운용시스템 기능설계
- 소화탄 투하 기능 메뉴는 소화탄의 투하위치 및 기체위치 정보를 표출하며 소화탄 투하에 대한 제어명령과
상태정보를 제공함
- 자동 위치 조정을 수행하여 투하위치를 선정하면 기체는 투하고도로 자동조정에 들어감
- 투하고도에 위치하면 기체는 자동으로 소화탄을 투하하며 운용자의 선택에 의하여 투하 취소를 수행할 수 있음
- 자동 투하 수행을 실패하거나 현재 비행위치에서 투하를 수행하여야 할 경우 운용자는 수동투하 기능을 사용할 수 있음
- 소화탄 투하 기능 메뉴 중 테스트 기능을 사용하여 소화탄 투하 짐벌에 대한 지상테스트 기능을 수행하며
이때 반드시 소화탄 미장착 상태이어야 함
- 임무비행 중인 소화탄 투하 기체는 소화탄 투하 위치 자동식별 기능을 사용하여 현재 위치에서 산불탐지를 수행하여
추정된 위치로 소화탄 투하를 수행함

○ 안전성 향상 기술설계
- 결정된 소화탄 투하 위치에 대한 임무수행을 위하여 소화탄 투하 임무비행계획서를 작성함
- 소화탄 투하 수행기체의 등록된 이력관리에 의한 비행가능 거리 및 시간을 참고하여 비행경로를 설정함
- 작성 완료된 소화탄 투하 임무비행계획서를 소화탄 투하 임무수행 기체에 업로드 후 임무비행 시작함

○ 차량 탑재형 GCS 시스템 설계
- 차량 탑재형 GCS 시스템은 다중운용서버, 영상처리서버 및 다중운용 모니터, 영상처리 모니터로 구성함
- 차량 탑재형 GCS 시스템은 구성장비는 온도, 충격, 진동, 먼지 등으로 운용에 영향을 받지 않는 제품으로 구성함

연구성과 기술적 기대성과 가. 수요처 현장적용 방안
- 무인비행체 : 산림과학원 테스트 운용, 강원도 영월 산간지역

나. 제품 실용화 방안
- 산불 대응 무인비행체 국산화
- 항법제어시스템 등 드론 핵심부품 국산화
- 소화탈 투하 장비 국산화
- 정밀 이착륙 시스템 국산화
- 장애물 회피 기술 국산화
- GCS 국산화
- 영상 활용 산불 대응 s/w 국산화

다. 미래원천기술 확보
- 30kg 소화탄 탑재 가능형 드론을 제작하여 미래 기술을 확보함으로 향후 산림청에서 활용 가능성을 높임
- 산불 소화 효과 모니터링 및 잔불 감시 등 추후 현장에서 필요한 기술들의 원천기술을 국산화 개발을 통하여 추후 활용성 확보
- 고정 장애물 충돌회피기술을 확보하여 모든 드론 기술에 적용
- 드론 사용의 가장 큰 issue인 안정성을 확보하고, 충돌회피기술 분야를 더 개발하고 발전시킬 수 있는 계기를 마련해준다
- 자율항법비행 및 효율적인 소형 드론 운용이 가능함
사회 경제적 파급효과 ○ 기술적 측면
- 산불 대응 무인비행체의 임무수행을 위한 30kg 소화탄 탑재 무인비행체를 개발함으로 야간 산불 대응에 적용할 수 있는 기체 제작 기술 향상
- 산불 대응을 위한 S/W 등 주요 핵심 부품, S/W의 국산화를 통하여 국내 기술 향상 기대
○ 경제적 / 산업적 측면
- 무인항공기 산업이 미래 창조 경제 산업의 주력 산업으로서 일자리 창출 등 항공 산업 발전에 기여할 것으로 기대 (생산유발효과 1조 5천억원)
- 최근 시장이 급속하게 팽창하고 있는 무인기 시장에서 다양한 공공분야에 대한 경제적인 성과가 기대됨
○ 사회적 측면
- 소화탄 이외에도 긴급 구호물품 전달 등 재난 상황에서 물자 배송 등 다양한 측면으로 활용 할 수 있을 것으로 기대됨
활용방안 - 드론을 이용한 야간산불 진화시스템을 수요기관과 같이 시범운용 후 여러 지역으로 확대하여 활용할 것임.
- 각 지자채로 사업을 확대할 수 있으므로 각 지자체와 협력하여 전국적으로 사업을 수행할 것임
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 무인비행장치 산불진화 지상운용시스템 소화탄 비행제어시스템
영문 Unmanned aerial vehicle Forest fire evolution Ground Operation System Fire extinguishing bomb Flight Control System
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