해양드론 교통관리를 위한 LTE 및 AIS 기반 원격 식별 시스템 비교 실험에 관한 연구

Abstract

150m 이하의 저고도 공역에서 다수·이기종 무인비행장치가 안전하고 효율적으로 운항하기 위한 드론교통관리(UAS Traffic Management, UTM) 서비스를 제공하는 시스템을 구현하기 위해서는 기본적으로 드론 원격 식별 장치(Remote Identification, RID)가 요구된다. 해양 분야에서도 드론의 활용도가 높아지면서 선박이 자주 통항하는 항만 및 연안 해역에서의 해상교통 안전을 확보하고 해양드론에 대한 교통관리를 위해서는 원격 식별 시스템이 필요하다. 국내에서는 육·해상 드론의 원격 식별 방법으로 LTE 기반의 Remote ID를 고려하고 있으나, LTE 통신설비는 내륙을 중심으로 인프라가 갖추어져 있기 때문에 해상으로 멀리 나갈수록 LTE 통신품질이 저하되고 신호가 끊기는 지점에 다다르면 원격 식별 및 위치 추적이 불가능하게 된다. 따라서 해상에서 운용되는 해양드론의 경우 육상의 LTE 기반 시스템을 보완하고 해상공역 환경에 맞는 드론교통관리서비스와 드론 원격 식별 방식이 요구된다. 본 논문에서는 네트워크 및 브로드캐스트 기반 원격 식별 장치에 대한 비교 실험을 통해 각각의 차이점을 살펴보고 해상공역 환경에서 효과적인 원격 식별 방식에 대해 알아보고, 향후 연구를 위한 시사점을 도출하였다. 네트워크 기반 원격 식별 장치로는 LTE 기반 UTID(UAS Tracking Identification) 단말기를 사용하였으며, 브로드캐스트 기반 원격 식별 장치로는 초단파(Very High Frequency, VHF) 대역의 AIS(Automatic Identification System, 선박자동식별시스템) 단말기를 사용하였다. 이 두 장치를 드론에 동시 탑재한 후 해상 비행을 수행하며 각각의 식별 장치가 관제 소프트웨어 상에서 전시되는 방식에 대한 비교 실험을 수행하였다. 먼저 실험 대상 원격 식별 장치인 UTID와 AIS 시스템의 구조와 기술적 특징을 살펴보았고, 국내외 동향 및 관련 선행연구 사례들에 대한 검토 내용을 다루었다. 또한 UTID와 AIS 시스템에서 지원하는 메시지 종류를 비교하여 수행할 실험에서 비교하게 될 대상들을 식별하였다. 실험환경 구성을 위해 사용된 시험 드론(모델명: MDT-25D)과 UTID 및 AIS 시스템의 제원을 설명하였고, 조종 신호에 대한 간섭과 드론에 탑재된 카메라에서 수신되는 영상 감도가 방해받지 않도록 하고, 각 단말기 장착 후 수신 소프트웨어와의 연동 운용성 및 위치추적 성능을 테스트하는 지상시험을 수행하였다. 해상 비행시험은 이동형 드론 스테이션(모델명: MDT-242) 내부에서 드론의 제어 및 비행데이터를 수집하였으며, 데이터 비교 분석을 위해 비행 시 실시간으로 모니터링 및 화면 녹화를 수행하였다. UTID와 AIS 비교실험 결과 평균 미수신율은 각각 1.9%와 35.7%로 UTID가 AIS보다 미수신율이 낮았으며, 평균 미수신 횟수는 각각 2.4회와 6.3회로 UTID가 AIS보다 평균 미수신 횟수가 낮았다. 이륙지로부터 3km 이내 근거리 해상에서 UTID가 AIS보다 드론 원격 식별 및 위치 수신율이 높았다. 마지막으로 실험 결과를 바탕으로 두 원격 식별 방식의 장단점과 개선점 및 향후과제를 제시한다.