드론을 활용한 3D 실내 탐사 - 문화재 보호 및 실내 조사

드론은 바퀴 달린 로봇보다 넓은 영역을 더 빠르게 탐색할 수 있어 실내 환경에 매우 적합합니다. 드론은 공중 이동 능력을 활용하여 건물 내부의 다양한 높이를 이동하며 여러 구조물의 정확한 지도를 제작할 수 있습니다. 이러한 능력 덕분에 복잡한 실내 환경을 효율적으로 탐색하고 지도화할 수 있습니다. 또한 드론은 좁은 공간이나 굴뚝, 계단과 같은 험난한 지형도 거침없이 통과할 수 있는 다재다능함을 보여줍니다. 이러한 특징들은 드론을 사람이 수행하기 어렵거나 위험한 작업에 유용한 도구로 만들어 줍니다. 궁극적으로 이러한 비행 로봇은 안전성과 자율성을 보장하면서 효율적인 탐색 및 지도 제작을 가능하게 함으로써 다양한 산업 분야에 잠재적인 이점을 제공할 수 있습니다.

전담팀은 다양한 시나리오에 맞춘 일련의 솔루션을 개발했습니다. 아부다비 기술혁신연구소(TII)와 협력하여 실내 공간 탐색 및 매핑에 특화된 맞춤형 드론 3종을 설계했습니다. 이 드론들은 3D LiDAR와 3D 카메라를 탑재하여 정확한 위치 파악(로케이션)은 물론, 두 기술에서 얻은 데이터를 통합하여 주변 환경을 매핑합니다. 또한, 탑재된 카메라는 실시간으로 사물을 분류하여 벽, 테이블, 기타 물체를 구분할 수 있습니다. 이러한 첨단 기술의 통합으로 비행 중 효율적인 데이터 수집 및 매핑이 가능해졌습니다.

이러한 맞춤형 드론은 뛰어난 기동성을 갖추고 있어 좁은 공간을 탐색하거나 특정 작업 요구 사항에 따라 구성을 조정할 수 있습니다. 이러한 유연성은 유사한 상황에서 어려움을 겪을 수 있는 인간이나 다른 로봇과 차별화되는 요소입니다. 다양한 환경에서 신속하게 기동하고 관련 데이터를 수집할 수 있어 수색 및 구조 활동에 유용하며, 응급 구조대원이 인명 구조 및 위험 상황 평가를 수행하는 데 도움을 줍니다.

이러한 솔루션은 실내에 위치한 역사적 건물과 고고학 유적지에서 풍부한 3D 데이터를 수집할 수 있는 엄청난 잠재력을 지니고 있습니다. 혁신적인 접근 방식과 첨단 기술을 활용하여 실내 공간을 탐색함으로써, 중요한 유적지를 기존 방식보다 훨씬 효과적으로 기록할 수 있습니다.

전반적으로 실내 드론 활용은 연구 및 실제 응용 분야에 새로운 가능성을 열어줍니다. 드론은 기반 시설 점검, 위험 지역 모니터링, 건물 유지 보수 및 기록에 필요한 데이터 수집 등을 지원할 수 있습니다. 건설, 문화재 보존, 엔지니어링, 시설 관리, 보안 감시, 재난 대응과 같은 산업 분야는 드론이 제공하는 안전성과 자율성을 통해 많은 이점을 얻을 수 있습니다.

자율 드론이 방수로 조사에 필수적인 데이터를 수집하고 있습니다. 브리티시컬럼비아주 북서부 해안의 키티맷 산맥에는 길이 475미터, 폭 8미터의 방수로 터널이 있어 산속 수력 발전소의 물을 배출합니다. 발주처는 지속적인 유지 보수를 위해 터널 내부의 상세 조사를 요구했지만, 방수로 가동을 중단하고 검사하는 것은 불가능했습니다. 이에 전문팀은 자율 드론을 활용하여 터널 내부의 3D 스캔을 수행하고, 구조 평가에 필수적인 고해상도 데이터를 확보하는 임무를 시작했습니다.

팀은 작업을 중단하지 않고 터널 내부를 조사해야 했습니다. 초기 논의에서는 원격 조종 수중 로봇(ROV), 자율 수상 선박, 센서가 장착된 부유 장치 등을 고려했습니다. 최종적으로는 항공 조사 방식을 선택했습니다.

팀은 안전한 점검을 보장하고 위험을 최소화하기 위해 다음과 같은 요소를 고려하여 임무를 세심하게 계획했습니다.

곡선형 터널 구조

산속으로 500미터 여정

시야가 매우 좋지 않거나 전혀 보이지 않음

GPS 신호 수신 불가 환경 (운영자와 장비 간 신호 전송 없음)

유출 속도 및 난류

프로젝트 관리자는 고해상도 LiDAR, 비디오 및 모션 센서가 장착된 드론과 SLAM 기술을 활용한 자율 항법 시스템을 선택한 점을 강조했습니다. 이러한 구성 덕분에 드론은 GPS 신호가 차단된 환경에서도 가시선 밖(BVLOS) 및 통신 범위 밖에서 작동할 수 있었습니다.

종합적인 위험 관리 계획에는 복구망, 장애물을 피하기 위한 세심하게 계획된 비행 경로, 접근 중 전력선 간섭을 방지하기 위한 GNSS 비활성화 등이 포함되었습니다. 팀은 정밀한 기준점과 자체 개발 소프트웨어를 사용하여 포인트 클라우드, 3D 모델, 비행 시뮬레이션 영상을 제작하고 철저한 구조 평가를 수행했습니다.

GNSS 신호가 차단된 환경에서의 검사

드론 기술은 위성 신호가 제한적인 지역의 검사를 위해 토목 공학 분야에서 점점 더 널리 사용되고 있습니다. 드론은 터널, 환기구, 파이프라인, 배수로 등을 검사하는 데 도움을 줍니다. 정기적인 검사는 필수적이지만, 기존 방식으로는 비용과 시간이 많이 소요되는 경우가 많습니다. 또한 육안 검사로는 잠재적인 결함을 놓칠 수 있습니다. 광학 카메라와 고감도 카메라를 장착한 드론은 초기 평가에 이상적인 솔루션을 제공하여 검사원과 기술자의 비용, 시간, 위험을 줄여줍니다.

개발팀은 GNSS 신호가 차단된 환경에서 정밀한 위치 파악 및 내비게이션 시스템을 개발했습니다. 이 혁신적인 기술은 복잡한 터널 환경에서 뛰어난 정확성과 효율성으로 고품질 이미지를 촬영하도록 설계되었습니다.

이 시스템은 체코에서 가장 긴 도로 터널의 임시 폐쇄 기간 동안 실제 환경에서 테스트되었습니다. 저조도 및 먼지와 같은 까다로운 조건에서도 상세한 이미지를 촬영할 수 있는 능력을 성공적으로 입증했습니다.

첨단 기술을 탑재한 이 드론들은 배출가스 배출에 사용되는 좁은 보조 터널까지 검사할 수 있습니다. 유독 물질로 가득 찬 환경은 유지보수 작업자들에게 위험을 초래합니다. 자율 드론은 터널 운영 중 검사 시간을 단축하여 유해 가스에 대한 작업자의 노출을 줄이고 유지보수 방식을 혁신적으로 변화시킵니다.

자율 드론은 교량 검사 중 GNSS 지원 환경과 GNSS 미지원 환경 간 원활한 전환을 위해 설계되었습니다.

드론 기술은 GNSS 신호가 풍부하거나, 제한적이거나, 아예 없는 지역의 기반 시설을 검사하는 데 있어 토목 공학 분야에서 점점 더 중요한 역할을 하고 있습니다. 드론은 교량, 고가도로 및 기타 수작업이 위험한 구조물을 검사하는 데 필수적인 역할을 수행합니다.

정기적인 점검은 필수적이지만, 기존 방식은 비효율적이고 비용이 많이 들며 시간도 오래 걸립니다. 드론 기술을 통합하면 실시간 데이터 수집 및 분석이 가능해져 엔지니어가 신속하게 정보에 기반한 결정을 내릴 수 있습니다. 고해상도 이미지와 비디오는 상세한 평가를 지원하며, 이를 통해 결함을 놓치지 않고 재검토할 수 있습니다. 드론은 기존 장비로는 접근하기 어려운 복잡한 환경에서도 작업할 수 있어 안전성과 효율성을 향상시킵니다.