해 외 출 장 복 명 서
2017. 6.
미래환경연구본부 국토환경정보센터
연구원 손승우
1. 출장목적
○ 환경부 연구개발사업인 『환경감시 업무의 첨단 기술(드론, 로봇 등) 적용 및 통합 관리 기술』의 일환으로 UAS 기반 환경감시 방법론 개발을 위한 전문가 면담 및 최신기술 습득 - 미국 마이애미에서 개최되는 ICUAS 2017(2017 International
Conference on Unmanned Aircraft Systems)에 참석하여 본 연구에서 개발중인 ‘UAS 기반 환경감시 방법론’에 적용 가 능한 기술과 연구동향 파악
- 1차년도에 배출업소 TEST-BED로 수행한 UAS 기반 산업단 지 고해상도 정사영상 제작, 폐기물 발생지역 지도화 및 발 생량 측정 등에 필요한 기술 파악
- 또한 Technical Sessions에 참석하여 세계 기술지식 및 관련 강의를 듣고, 자료를 습득하여 향후 연구과제의 내실을 기 하고자 함
○ 'UAS Technical Program’ 참석하여 UAS 기반 지도화, 환경 감시 등의 최신 연구기술 파악 및 자료 습득
- 대기질, 배출업소 등의 환경감시를 위한 UAV 비행 경로, 비행 기술, 3차원 모형 등
⦁ 3D Dynamic Coverage and Avoidance
⦁ Data Science for Decision Aiding UAV Control
⦁ Mapping
○ UAS를 이용하여 1차년도에 적용한 3차원 환경감시 방법론 과 관련한 전문가 면담
- UAS 기반 폐기물 발생량 측정 비행기법과 정확도 관련 전 문가 면담 수행
- UAS 기반 3차원 모형 정확도 향상을 위한 지상기준점 설 정 관련 전문가 면담 수행
2. 출장기간 및 출장지
○ 2017.6.12.(월)~6.18(일)/5박 7일, Miami, USA(Miami Marriott Biscayne Bay)
3. 출장자
성명 부서 및 직위 기간
손승우 미래환경연구본부
국토환경정보센터 연구원
‘17.6.12~6.18 (5박 7일)
4. 세부 일정
일정 위치 활동내용
6.12(월)
인천공항 – 아틀란타 -
마이애미
⦁인천공항 출국(6월 12일 09:20)
⦁미국 아틀란타 경유
⦁미국 마이애미 공항 도착(6월 12일 14:50)
6.13(화)~
6.16(금)
마이애미 Marriott Biscayne Bay
⦁ICUAS 2017 참석을 통한 최신 연구 및 기 술 습득
⦁’UAS Technical Program’ 참석
- 환경감시 관련(대기질 측정/열화상 센서 감지 등) - 환경감시 3차원 모형/공간 기술
5. 주요 내용
○ 'UAS Technical Program’ 참석하여 UAS 기반 비행 기술, 환경감시 등의 최신 연구기술 파악 및 자료 습득
1. UAS 기반 3차원 공간 Coverage 및 Avoidance 기술
- UAS기반 환경감시에 필요한 3차원 공간을 탐지할 수 있는 기술과 자동회피기술 적용방안 모색
- UAS를 이용한 대기오염물질 환경감시에서는 자동비행경로 설정, 대기질 감지 등의 기술이 필요함
- Technical Program에서 먼지, 구름, 수증기 등을 감지하고 커버할 수 있는 센서기술과 자동비행경로에서의 장애물 회 피기술 등에 대한 최신 기술 습득
- UAV의 forward-facing 카메라에 의한 영상자료를 획득하고 공간 Coverage 모형을 로컬, 글로벌, 스캔모드로 구분하여
⦁1차년도 개발품(3차원 폐기물 환경감시 기 법, 3차원 모형 정확도 향상을 위한 지상기 준점 설정 등) 기반 전문가 면담 및 회의(13 일, 14일)
6.17(토)~
6.18(일)
마이애미 - 아틀란타 - 인천공항
⦁미국 마이애미 공항 출국(6월 17일 08:45)
⦁미국 아틀란타 경유
⦁인천공항 도착(6월 18일 16:45)
설계함
- 본 연구에서는 UAS 기반 공간 Coverage 기술과 Avoidance 기술을 대기 환경감시에 적용할 수 있는 부분의 모색이 가능 할 것으로 판단됨
<UAS 기반 3D Coverage & Avoidance 기술>
2. UAS 활용을 위한 Data Science 기술
- 환경감시 목적에 맞는 UAS 활용을 위해서는 자동비행경로, 오염물질 탐지 등의 설정이 필요
- 최근 Data Science 기술의 급진적 발전과 이를 기반으로한 UAV 비행 기술에 대한 관심이 높아지고 있음
- Technical Program에서 Data Science 기반 센싱기술을 이용 한 비행경로 및 비행지점 설정에 대한 최신 기술 습득
- 본 연구에는 습득한 UAS에 적용 가능한 Data Science 기술
을 바탕으로 추후 환경감시에 필요한 UAV 비행 기술 등에 적용해보고자 함
<UAV 제어를 위한 데이터 과학 기술>
3. UAS 기반 Mapping 기술
- UAS기반의 지도화기술은 환경, 지형, 해안, 재난 등의 다양 한 분야에서 널리 쓰이고 있음
- UAS 기반의 지도화 기술은 과거 위성영상이나 항공영상 등 을 이용하여 지도화하고 이를 활용하는 기술의 한계점을 보 완할 수 있음
- Technical Program에서 UAV 비행기술, 비행 소스 개발 등 을 이용하여 지도화할 수 있는 최신 기술 습득
- 특히, 3차원으로 지도화 구축은 매우 중요함. 최근 DSM(Digital Surface Model)이나 DEM(Digital Elevation
Model)을 고해상도로 구축하여 다양한 연구분야에서 활용 하고 있음
- 3차원 지도화는 UAV의 비행 시나리오 즉, 비행 변수에 따 라 영향을 받음. 비행의 속도, 중복도, 고도, GSD(Ground Sampling Poionts) 등에 따라 해상도 등이 결정되므로 비행 변수를 적절하게 설정할 필요가 있음
- 또한, UAV 비행을 통해 확보한 정사영상을 정합하고 지도 화하는 과정에서는 지상기준점 설정이 매우 중요하다고 볼 수 있음. 지상기준점은, 정확한 측량을 위해서 정확한 좌표 를 구하기 위해 설정하고 있으며 그 개수나 위치 등을 전 략적으로 설치할 필요가 있음
- 본 연구개발과제에서는 폐기물지역을 지도화하고 폐기물 발 생량을 정량적으로 측정하는 연구를 개발하고 있음. 배출업 소에서 배출하는 폐기물이나 건축, 자연 폐기물 등의 발생 량을 3차원 모형으로 구축하고 발생량을 측정하며 정확도 를 분석하는 연구분야에 적용이 가능할 것으로 판단됨
- 또한, 고해상도 정사영상을 정합하여 배출물질을 배출하는 산업단지나 환경감시 대상지역 등을 지도화하여 환경감시 에 대한 공간 의사결정이 가능할 것으로 판단됨
<UAS 기반 Mapping 기술>
○ 1차년도에서 수행한 UAS 기반 환경감시 방법론 결과를 토 대로 전문가 면담 수행
1. UAS 기반 폐기물 발생량 측정 비행기법과 정확도 관련
- 1차년도에 수행한 폐기물 발생지역에서의 UAS 적용결과에 대한 결과물을 기반으로 면담 수행
< UAS Process for Calculating the Waste >
- 세종시에 위치한 폐기물 축적지역을 대상으로 수행한 폐기물 지역 지도화 및 발생량 측정 과정에서의 비행기법과 정확도 분석 과정 소개
<Results>
- 또한, 이 과정을 통해 도출한 3차원 폐기물 지도와 발생량 결과값에 대한 논의
- 면담 결과, 비행 변수에 대한 연구는 현재 꾸준히 진행되고 있으며 비행 변수에 따라 결과값이 다양할 것으로 보이지만 다양한 변수에 대한 융·복합적인 연구가 필요함을 시사
- UAV 촬영에 있어서, 비행 변수를 다양하게 설정하여 시나리 오별로 촬영할 필요가 있음
- Mesas-Carrascosa et al.(2016)의 연구를 참고할 필요가 있음.
비행 고도값이 영상에 가장 큰 영향을 미친다고 말하지만 폐 기물 발생지역은 재확인해볼 필요가 있음. 일반적으로 비행 고도값을 30m에서 120m까지 다양하게 구분하고 있지만 현 재, 연구자별로 각자 다른 고도에서 촬영한 영상의 수직정확 도가 유사하게 도출된 경우가 있음
- 비행 중복도의 경우, 일반적으로 종중복과 횡중복으로 구분 하여 설정하고 있지만 같은 값으로 설정해도 무방할 것으로 보임
- 대상지의 특성을 고려하여 중복도를 설정해야 할 것이며 지 나치게 높은 중복도는 촬영 시간이나 비용 등에 영향을 미치 기 때문에 적정한 값 설정이 필요함
- 폐기물 발생량 측정의 경우 RMS에러 수치나 R2 수치가 비교 적 높게 도출된 것으로 보아 발생량 정확도가 높을 것으로 보이나 실제 측정을 통해 그 값을 비교하여 정확도를 검증할 필요가 있음
2. UAS 기반 3차원 모형 정확도 향상을 위한 지상기준점 설 정 관련
- 정확한 3차원 모형 구축을 위해서는 지상기준점을 설치가 매 우 중요하기 때문에 지상기준점 설정과 관련하여 설치 개수, 위치 등에 대한 전문가 면담 수행
<GCP 위치선정에 대한 질의 내용>
- 지상기준점을 설정하지 않고 3차원 모형을 구축할 경우, 그 정확도가 매우 낮아짐
- 지상기준점은 최소 3개부터 10개 정도 설치해도 되나 그 정 확도에 대한 연구는 지속적으로 진행되고 있음
- 대표적으로 Agüera-Vega et al.(2017)의 연구를 참고할 필요
가 있음. 지상기준점을 4, 5, 6, 7, 8, 9, 20, 15, 20개로 설정 하여 그 정확도를 분석하여 정확도를 도출하였음. 또한 여타 연구자는 2ha당 1개의 지상기준점을 균일하게 설치해야 한 다고 말하고 있음
- 현재는 지상기준점 개수에 대한 논의가 이루어지고 있지만 설치 지점에 대한 연구 또한 수행이 필요함. 일반적으로 대 상지에 균일하게 분포하도록 배치해야 한다고 말하지만 건물 의 모서리나 전봇대 부분에 설치해야 한다는 연구가 있음 - 폐기물 지역은 고저차나 클 것으로 예상되며 이에 따라 가장
높은 지점과 낮은 지점, 모서리 지점을 구분하여 설치할 것 을 권장
6. 시사점
○ ICUAS 2017 참석을 통해 급격한 발전을 이루고 있는 UAS 기술과 연구 등의 최신 기술을 습득할 수 있었음
○ 특히, 본 연구개발과제에 필요한 3차원 공간 Coverage 기술 과 비행 경로 기술에 대한 최신 기술을 파악하고 2차년도 연구방법론 설정에 적용이 가능할 것으로 판단됨
○ UAS 기술 외에도 이를 통해 도출되는 공간정보, 환경정보 등의 데이터의 활용방안에 대해서도 모색할 수 있을것으로 판단됨
○ 1차년도에 수행한 산업단지 환경감시 방법론 적용과 폐기물 발생량 측정 기법 방법론 적용 결과에 대한 전문가 면담을 통해 방법론을 수정·보완할 수 있으며 2차년도에 정교화된 방법론을 개발하고 적용할 수 있을 것으로 판단됨
