Issue
수자원 하천조사 고도화를 위한 01
무인기(드론)의 활용방안
1. 서 론
2016년은 4대강 유역조사를 실시 한지 50주년 (1966년~1972년)이 된다. 4대강 살리기사업 이후 4 대강 유역은 기존의 유출구조와 하도흐름특성이 근 본적으로 변화 했으며, 수자원과 하천관리의 지속성 과 수질, 수생태, 수환경을 고려한 smart한 수자원 및 하천관리의 고도화를 위한 첨단장비와 ICT융복 합 신기술을 활용한 조사와 모니터링의 중요성과 필 요성이 제기되고 있다. 지금까지 인공위성 영상판독 과 지리정보시스템(GIS)을 활용한 광범위한 지역의 통상적 수자원변동과 하천조사는 실시하고 있으나 기후변화 대응 수자원 하천조사 적용기술의 첨단화 와 정책실현여건의 다양화에 적합한 조사 방안제시 가 절실하다. ICT 융복합기술과 각종 정밀센서와 측 정장비를 탑재한 “무인기(드론)을 활용한 수자원 하 천조사”는 좁은지역에 준 실시간으로 정밀한 디지털 조사 자료의 취득과 영상정보를 활용 할 수 있는 방 안으로 주목 받고 있다.
국토교통부와 관계기관 및 한국수자원공사 (K-water)는 우리나라 하천과 수자원관리를 위한 다양한 정책수단과 실현 가능한 신기술을 활용하고 자 워크숍과 수자원학회 특별 기획세션을 통하여 실 현방안을 발표하였다. 한국하천협회 2016년도 기후 변화 대비 하천관리 워크숍에서 “하천관리 패러디임 의 변화”를 주제로 전국의 하천관리 공직자(대부분 지자체 하천관리 담당자)와 전문가를 상대로 국토교 통부 하천계획 과장은 “스마트 하천관리 방향”을 발 제 하면서 하천관리 정책여건의 변화와 스마트 하천 관리를 위한 드론을 활용한 하천조사와 관리방안, 하천변동조사 시행, 다차원 하천공간정보시스템 구 축에 관하여 발제와 토의를 하였다.
K-water는 한국수자원학회 2016년 학술발표회 에서 필자와 공동기획한 “무인기(드론)을 활용한 수 자원조사 고도화” 특별 기획세션을 개최하여 주제발 표와 토론 및 부스운영을 하였다. 무인기(드론) 동영 상 시연을 통하여 참석자들에게 무인기(드론)을 활 용한 수자원 하천조사의 유용성과 기술적 타당성을 설명하여, 무인기(드론)을 적극 활용하여 수자원정 보관리의 고도화와 [스마트 하천 관리]를 실현 할 수 있도록 정부정책 역량과 관계전문가 및 무인기(드 론) 전문업체의 공동 노력과 지혜로운 협력 방안을 논의 하였다.
동시에 국토교통부는 대통령 주재로 개최된 제5 차 규제개혁장관회의에서 발표된 “드론 및 자율주행 심 순 보 ●●●
충북대학교 명예교수 K-water 원로정책자문위원 shimsb2100@dreamwiz.com
2. 수자원 하천조사를 위한 무인기(드론)의 비행체 현황
2.1. 무인기(드론) 개요; 정의, 무인기(드론)체계 구성
무인기(드론)은 일반적으로 조종사가 탑승하지 않 고 원격으로 조종하거나 미리 비행경로를 입력하 여 지정된 조사 관측/측정 영상 촬영 등 특정 임무 를 수행 할 수 있도록 제작된 비행체로 정의 하고 있다. 또한, UAV(Unmanned Aerial Vechicle), UAS(Unmanned Aircraft System) 또는 통칭 드 론(Drone) 이라고 한다.
이러한 무인기(드론)은 비행체 동체, 비행 조종 장치(RTOS-Real Time Operating System), 임 무수행 장비(각종 센서, 카메라, 측량장비 등)와 운 용 S/W(비행 안정화, 통신, 영상 취득과 전송, 충 돌 및 추락방지, GPS와 위치 추적, 체공 및 정지상
태유지 등)와 동력원(Battery)이 필수 구성 요소이 다. 실 예로 소규모의 수자원 하천조사임무수행에 운용 안정성과 조사성과를 잘 나타내고 있다고 알려 진 AIBOTIX사의 Aibot X6모델의 그림과 기술자료 (Spec.)를 예로 들면 그림 3~4와 같다.
차 규제혁신 및 경기대응을 위한 선제적 규제정비방 안” 후속조치로 드론 운용에 관한 항공법 시행규칙 개정안을 입법예고 하고 2016년7월1일부터 시행 하 고자 공지하였다. 이는 무인기(드론)산업 육성과 활 용에 많은 규제와 제약을 해소하고 개선점을 시급히 보완 하고자 한 국토교통부 관계관의 노력으로 높이 평가 받고 있다.
이에 본 특별기고문은 정부와 국가수자원관리종 합정보시스템(WAMIS) 운영기관과 K-water의 지 속적인 수자원 하천조사 고도화를 촉진하기 위하여 지금까지 활용 가능한 기술과 방안을 상세하게 설명 하고 시급히 연구개발 해야 할 과제와 방안들을 제 안 하고자 한다.
그림 1. 드론활용 수자원조사 발표사진 그림 2. K-water 드론시연 부스/전시
출처; https://www.aibotix.com/en/technical-data-aibot-x6.html 그림 3. 드론-Aibot-uas-hexacopter-en
2.2. 수자원 하천조사를 위한 무인기(드론) 활용 현황
2016년 6월 현제 우리나라에서 제작된 수자원 하 천조사 및 모니터링에 특화된 무인기(드론)은 그 실 용성과 운용 안정성이 입증된 것은 공개적으로 확인 되고 있는 것은 제한적이다. 그러나 군수용으로 개 발 운용되고 있는 것(Payload 5,15,20Kg)은 수자원 하천조사용 임무장비만 탑재하면 당장 전용 될 수 있 다. 무인기(드론) 선도 업체에서는 자체 개발 완료 직
전에 있으면서 시범운용에 대비하고 있는 기업과 제 품은 각 개별 업체를 방문하여 확인 할 수도 있었다.
우선 세종대학교 홍성경교수(ARworks대표)는 한 국수자원학회 2016년 학술발표회 때 K-water주 관 특별 기획세션 “무인기(드론)을 활용한 수자원조 사 고도화” 주제 발표에서 다음 그림 5와 같이 산업 용(수자원 하천조사가능) 드론으로서 비행성능 최적 화를 이루고 있는 드론을 2016년 후반기에는 안정 적으로 활용 할 수 있을 것으로 발표하였다
Technical data Aibot X6
1 Depending on operating mode, weather and payload 2. Up to 3,000 m above sea level
그림 4. Technical data Aibot X6
Length / Width / Height 1,05 x 1,05 x 0,45 m
Housing CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer)
Dead Weight 3.4 kg
Take-off Weight 4.6–6.6 kg
Max. Payload1 2,0 kg
Max. Speed1 50 km/h (31 mph)
Climb Rate1 8 m/s
Flight Height2 up to 1,000 m (3,280 ft.)rideal conditions, up to 3,000 m RC range up to 1,000 m, fly always in line-of-sight
Flight Time1 20 min
Operating Temperature -20° to 40°C (-4 to 104° F)
GPS-receiver Yes
Gyroscope Yes
Accelerometer Yes
Barometer Yes
Magnetometer Yes
Ultrasonic Sensors Yes
Adaptable Sensors flexible, according to current application Control Remote control, automatic waypoint flight
Batteries Lithium-polymer 10,000 mA
Software AiProFlight, Agisoft PhotoScan
Service Service team, hotline, pilot trainings Sets + Equipment On-top camera mounting, live video etc.
출처; https://www.aibotix.com/en/technical-data-aibot-x6.html
또한 유콘시스템(주) 송재근 대표이사는 “수자원 분야 활용을 위한 무인기(드론)의 운용” 이란 주제 발표에서 지금까지 군수용으로 실제 군 작전에 활용 되고 있는 고정익을 주로한 중 대규모 회전익드론을 활용 할 수 있는 비행체분야의 설계제작 기술과 무 선통신장비, 각종탑제센서, 비행안정화 장치, 추진 장치(프로펠러, 모터, 엔진, 발전기 등) 자동비행조 종장치(항법센서, 컴퓨터, 자동비행 S/W 등)과 지 상통제장비 및 임무 수행 S/W분야 기술과 운용능력
(실시간동영상 취득/전송과 표출, 동영상에 지점좌 표 표시, 동영상 저장 및 영상 스틸캡쳐 저장 기능 과 저장영상 확대분석기능, 자동경로비행을 위한 지 도상 경로설정 및 비행중 급변상황에 즉시 경로변경 가능, 디지털지도와 수집동영상 동시 표시와 동영상 지역 표시기능과 수집영상 후처리 기능으로서 3D 맵핑과 임무영상분석 기술이 완벽하게 시스템일체 로 활용 할 수 있다고 하였다.
그림 5. 산업용(수자원 하천조사가능)드론-비행성능 최적화
그림 6. 수자원조사에 적합 할 무인기(드론) 그림 7. K-water의 드론 활용 실예
한편 K-water 조사기획처 신영호팀장은 K-water 의 드론활용 현황 설명(그림7참조)과 향후 수자원조 사 추진계획을 발표 하였다. 그 핵심내용을 요약하면
홍수기 수자원모니터링, 수심별 수질조사, 유량조사, 하천(하상)변화 모니터링, 하천공간조사(3D), 하천 수 치지도작성 , 재난시나리오별 현황조사와 대응조치,
조사 모니터링 성과 실시간 전송/저장/분석->수자원 관리종합정보시스템(WAMIS)을 위한 자료로 활용 및
재난대응 신속한 의사 결정 지원과 이동형 관제 센터 운용에 있다고 하였다.(그림8,9 참조)
그림 8. K-water의 드론을 활용한 홍수기 수자원모니터링 추진방안
그림 9. K-water의 하천공간조사 추진방안
3. 수자원 하천조사를 위한 한국형 무인기 (드론) 개발 방안
수자원 하천조사에 특화된 한국형 무인기(드론)개 발은 무인기(드론)에 장착할 각종 센서, 영상취득 카 메라 및 수자원 하천조사 임무수행을 위한 조사장비 와 이들을 효과적으로 장착 및 탑재하여 취득한 자 료와 영상들을 판독하여 수자원 하천 정보로서 질적 신뢰도를 확보 할 수 있는 각종S/W가 시스템 일체 로 활용되어야 한다. 센서와 임무장비들은 각 제조 사마다의 특허기술들을 실용화 하여 초소형화, 경량 화, 초정밀화 추세로 급속히 발전하고 있으며 적정 가격으로 세계시장에서 경쟁력을 가져야 한다.
또한 특수임무 장비로 수질자동측정용 다항목센 서, 전자광학센서, IoT센서와 센서Network, 수면 하와 하상 조사용 장비로서 Green Lidar 등 조사 및 모니터링 세부 목적에 따라 신중하게 선택 하여 야 한다. 그러나, 대부분 이러한 특수 임무수행 장 비들은 개발시 주어진 자연환경과 채택된 기술에 따 라 다양한 성능과 가격차가 많다. 더욱이 수자원 하
천조사를 위한 무인기(드론)의 각 무인비행체운용에 최적화된 S/W와 조사/취득된 영상과 디지털 자료 의 판독 S/W 들은 수자원 하천 전문가들의 고유한 연구개발 영역이다.
따라서 우리나라 국토의 자연환경과 하천조사에 적합한 특수 임무수행 장비는 국내에서 개발된 기술 을 적용하여 한국형으로 개발 하는 것이 바람직하 다. 국토인프라 조사 및 모니터링용 무인기(드론)개 발의 선도적 위치에 있는 업체의 실 예를 들어 수자 원 하천관리 임무수행을 위한 한국형 무인기(드론) 을 개발하고 있는 ㈜휴인스의 전략적 내용을 살펴 보면, 수자원 하천관리의 운용 개념도를 작성하고, 1) 필요성 검토와 2)사업화 전략으로 고화질광학카 메라 탑재와 고화질열화상카메라 탑재로 시작한다.
또한 ㈜휴인스는 자체개발한 각종 운용 S/W와 자료 판독 S/W를 사용 하므로서 수자원 하천조사의 질적 신뢰성 확보는 물론 우리나라가 처한 안보적 측면을 고려한 수자원통합정보와 재난 안전 정보 취득에도 크게 기여 할 수 있을 것으로 판단된다. ㈜ 휴인스가 제공한 관련 자료는 아래 그림10~11과 같다.
또한 국립재난안전연구원에서 운영 중인 인공위 성정보와 드론을 결합하여 실시간 재난정보 수집 고 도화(그림12참조)와 광역적 위성정보와 무인기에 다
중센서 기반 실시간 재난 정보 수집(그림13참조)을 참고하면 수자원 하천조사의 성과와 상황정보 고도 화에도 적용 할 수 있을 것이다.
그림 10. (주)휴인스의 수자원 하천조사 드론 개발 필요성 검토와 운용 개념도
그림 12. 인공위성정보와 드론을 결합하여 실시간 재난정보 수집 고도화를 달성
그림 11. ㈜휴인스의 한국형 수자원 하천조사 드론개발 추 진방안
그림 13. 광역적위성과 무인기에 다중센서를 탑재하여 현장 중심의 관측과 능동적 재난정보 수집
발췌 : 국립재난안전연구원 상황정보 분석센터 소개자료 중(그림13포함)
4. 수자원 하천조사를 위한 무인기(드론)운 용 법규와 제도개선
무인기(드론)을 활용한 수자원 하천조사 고도화와 실용화를 위해서는 하천법, 항공법, 수문 수자원 국 토조사관련법, 및 국가와 지방정부상대로 한 계약법 등 법규의 개선과 현행 각 시행령, 시행 세칙, 행정 규정과 업무지침, 무인기(드론) 사업수행능력평가기 준과 대가 산정 기준 등 많은 부분이 개선되어야 실 제 무인기(드론)활용을 촉진 할 수 있을 것이다. 또 한 수질조사와 관련된 법과 수질조사분석 기준과 규 정들은 대폭 정비 개선하여야 될 것이다. 이들 법규 와 제도적 개선은 20대 국회에서 여야 공동 노력으 로 시급히 해결해야 기후변화와 자연재난으로부터 국민의 생활안정과 지속가능한 산업 및 경제발전을 도모하고 국가의 수자원(물)안보와 국제적 경쟁력을 향상 시킬 수 있을 것이다.
현행 수자원 하천조사와 직접 관련된 하천법은 2016년1월 개정(법제21조-하상변동조사의 실시)되 어 하상변동조사의 법적 근거가 마련되어 본격적인 시행이 가능하게 되었다. 또한 하천법 시행령도 개 정되어 하천종단과 횡단측량 하상재료 및 유사량조 사를 정기적으로 실시하여 하상변동 분석을 적극 실 시하도록 하였다.
또한 항공법관련 조항은 항공법 시행규칙을 개정 하여 그동안 농업용 촬영용 일반관측 분야로 제한 된 드론 사업범위를 국민안전과 안보를 저해하는 경 우를 제외하고 모든 분야로 확대 했다. 초경량비행 장치 중 무인동력 비행장치의 비행승인, 기체검사 면제범위를 확대(자체12kg 이하를 최대 이륙중량 25kg 이하)하고, 비행승인이 필요한 지역에서 계속 적 비행은 최대 6개월 단위로 일괄 승인 허용하도록 했다. 더욱이 무인비행장치에 대한 다양한 활용 가 능성을 시험할 수 있도록 조종자 육안범위 밖 비행, 야간 비행 등에 대해서도 제한적으로 시험비행 허가 가 가능하도록 허용 하였다. 특히 소형드론(25kg이 하)을 활용한 사업은 자본금 요건을 폐지했다.
그러나, 시급히 개선해야 할 과제는 국가 및 지방 정부를 상대로 한 계약법관련사항과 드론사업수행 능력평가 기준과 대가산정기준 및 시범운용 평가 방 법의 객관적 기준설정 등 수자원 하천조사 모니터링 에 무인기(드론)을 적극 활용하여 수자원 하천관리 의 성과 고도화를 달성하기 위해서는 관계 부처와 기관의 지속적 법규와 제도개선 노력이 필요하다.
5. 결 론
무인기(드론)을 활용한 수자원 하천조사의 실시를 위해서는 수자원 하천조사 실시 기관의 의사결정에 조사담당자의 무인기(드론)활용에 관한 전문성과 정 책실현의지가 중요하다. 그래야만 조사에 필요한 예 산 확보와 구체적 활용방안 수립이 가능 하다.
국토교통기술진흥원의 지원을 받아 연구를 수행 중인 “수재해 정보 플랫폼 융합 기술 연구단” 등에 서 이미 실효성을 일부 입증하고 있는 3차원 다중영 상정보의 수자원 하천조사 및 국토관측에서 인공위 성영상정보와 다양한 무인기(드론)을 활용하여 일상 적인 수자원 하천조사와 수재해 발생시 효과적인 현 장접근을 통하여 실시간 상황판단과 대응조치가 가 능하다고 연구 중간성과를 발표한바 있다.
여기에 최근 국립재난안전연구원에서 시범운영을 성공적으로 시행 한 것과 국토교통부 익산지방국토 관리청과 대전국토관리청이 공동으로 무인기(드론) 을 활용한 하천관리업무 선진화 협의회를 개최한후 만경강에서 직접 드론을 띄워 실용성을 검중한 것은 대단히 중요한 시도라고 평가 할 수 있다.
따라서 국가 및 지방하천 관리 담당기관과 국가수 자원정보관리 종합시스템(WAMIS)을 운용하고 있 는 기관 및 K-water 등 수자원종합관리기관에서 는 무인기(드론)의 시범운영을 통하여 각 기관별 수 자원 하천관리 조사의 실용성을 검증한 후 과감하게 전국적으로 확대 실시 할 것을 제안한다.
* 특별감사 : 본 원고는 귀중한 자료제공과 적극 협 력하여 주신 국토교통부 하천계획과 한강홍수통제 소의 관계관과 K-water의 조사기획처의 담당자 및 무인기(드론)개발 선도업체 대표자와 국립재난
안전연구원의 관계관 및 학회 사무국의 적극적 협 력에 의하여 작성 되었음을 밝히며 이에 특별히 감 사를 표시 한다.
참고문헌 1. 국토교통부 한국수자원공사(2016) 물과 미래
2. 심순보(2015) “ 국가 미래 수자원 전략에 대한 제언(1, 2)”
한국수자원학회지 Vol. 48 No.10~No.11
3. 심순보(2016) “수자원 100년의 평가와 제안” 한국수자원학회지 Vol. 49 No.3 4. 이상철(2016) “스마트 하천관리 방향” 2016 기후변화대비 하천관리 워크숍 자료
5. 송재근(2016) “수자원분야 활용을 위한 무인기(드론)의 운용” 2016년도 한국수자원학회 학술발표회 기획세션-[무인기(드론)을 활용한 수자원조사 고도화] 발표문
6. 홍성경(2016) “수자원조사 활용을 위한 산업용 무인기(드론)의 개발현황” 2016년도 한국 수자원학회 학술발표회 기획세션-[무인기(드론)을 활용한 수자원조사 고도화] 발표문 7. 신영호(2016) “K-water의 드론 활용사례 및 수자원조사 계획” 2016년도 한국수자원학회
학술발표회 기획세션-[무인기(드론)을 활용한 수자원조사 고도화] 발표문
8. 송태훈(2016) “ 수자원조사 드론 개발 제안서” ㈜ 휴인스의 [한국형 수자원조사 드론 개 발 제안서]
9. 국토교통부홈페이지->정보마당:
http://www.molit.go.kr/USR/ordinance/m_15019/lst.jsp
