4차 산업혁명에 따른 기술혁신으로 무인기, 로봇, AI 등의 신기술이 각광을 받고 있으며, 그 기술력 또한 점차 성숙해지고 있다. 다양한 분야에서 이러한 신기술 요소를 현업에 적용하는 방안을 연구, 개발, 실용화 중에 있으며, 특히 인공지능(AI) 기술을 접목한 무인 전(全) 자동 드론 시스템에 대한 관심이 고조되고 있다.

  얼마 전 한글과컴퓨터(한컴) 그룹은 전라북도와 인공지능(AI)과 드론을 활용한 화재 감지 시스템을 구축하는 시연회를 하였으며, 성공적 사업추진을 위해 양 기관 간 업무협약(MOU)을 체결했다. 전주시 한옥마을과 남부시장을 대상으로 화재 예방과 화재발생 초기에 신속하게 대응하는데 드론을 활용하는 시스템을 구축하는 실증사업을 공동으로 추진하게 된 것이다. 무인 전 자동 드론시스템을 통해 연기, 불, 온도 등 초기 화재 징후를 감지하면 자동으로 소방서와 119상황실에 해당 영상을 전송하는 체계로 운영되며 전주 한옥마을과 남부시장 등 화재경계지구를 중심으로 주·야간 감시할 예정이다. 이러한 사업의 성공적 추진을 위해 전라북도(소방본부)와 한컴 그룹(라이프케어, 인스페이스)이 협력하여 우선 2개월 간의 실증 기간을 거쳐 추진하고, 이후 전주시 및 전라북도 전체로 시스템을 확대 구축해 나갈 것으로 기대하고 있다. 이중 한컴라이프케어는 전체 운영 시스템을 개발하고, 한컴인스페이스는 무인 전 자동 드론시스템인 드론샛(DroneSAT)을 통해 드론의 자동 이·착륙, 무선 충전, AI 기반 영상정보 분석 등을 수행하게 된다.

  본 고에서는 이러한 무인 전자동 드론 시스템인 드론샛의 개발 동향과 기술을 알아보고, 드론샛을 국방분야에 활용할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.

  최근 자동화 드론시스템의 높은 유용성과 시장성으로 인해 여러 해외업체도 활발하게 무인화 기능이 반영된 각종 드론시스템을 개발하고 있다. 특히 자동화된 드론과 지상국 시스템 간 통합운영하는 방식의 드론시스템은 미국 위보텍(WiBotic)사의 파워패드(PowerPad), 스카이디오(Skydio)사의 스카이디오 X2, 이스라엘 에어로보틱스(Airobotics)사의 옵티무스(Optimus), 독일 드론 매트릭스(Drone Matrix)사의 야곱(Yacob), 프랑스 아주드론(Azur Drones)사의 스카이텍(Skytech), 싱가포르 H3다이나믹스사의 드론박스(DroneBox) 시스템 등이 개발되고 있다. 드론시스템을 개발하고 있는 기업과 제품에 대한 간략한 설명은 <표 1>과 같다.

기업명	제품명	주요 기능	상용화	비고	제품
WiBotic (미국)	PowerPad	자동충전 시스템, 드론의 무빙 포인트 설정 지상국 스테이션	2017	자동비행 및 영상처리 기술 개발 중
Skydio (미국)	Skydio X2	실시간 모니터링, 충돌회피, 광학/열화상 카메라 활용 자율주행 및 실시간 3D 매핑, 드론 HW 개발	2020	드론에 7대의 카메라로 360도 라이브뷰 제공, 무인운영 및 무선 충전기능은 없음
Airobotics (이스라엘)	Optimus	자동순찰 무인항공 시스템, 실시간 데이터 전송, 배터리 교환 방식, 드론 HW 개발	2017	장비의 대형화 (2.6ton)로 운용 전담 인력 필요, 고가의 장비(약 7억원) 영상처리 기능 없음
Drone Matrix (독일)	YACOB	드론의 자동 이착륙, 다중드론 활용 시스템 지상국스테이션 및 드론 개발	2017	실시간 데이터 전송, 이벤트 알람 기능, 다중드론 운용, 자동객체 탐지 기능
Azur Drones (프랑스)	Skytech	드론의 자동 이착륙, 자동 임무계획, 지상국스테이션 및 드론 개발	2017	방수, 풍속, 우량계 탑재, 영상보안 네트워크 기술 적용 영상처리/자동 충전기능은 없음
H3 Dynamics (싱가포르)	DroneBox	실시간 모니터링 자동감시, 자동비행, 자동충전 시스템 지상국스테이션 및 드론 개발	2019	다중 무인기 운용 및 영상처리 기능 없음

<표 1> 해외 자동화 드론시스템 제품 사례

  한컴인스페이스는 항공우주 산업 분야 기술 개발을 수행하는 전문 기업으로 위성지상국 시스템 구축, 위성/드론 영상 처리/분석, 태양/달 등 우주환경 연구, 무인드론운영 플랫폼, 인공지능 기반 영상 분석 등 위성·드론·항공 분야를 아우르는 스마트 솔루션을 개발하고 서비스를 다양한 기관에 제공하고 있다.

이러한 축적된 항공·우주 분야 원천기술을 토대로 인공위성 지상국 개발 기술, 위성영상 처리 기술, 우주환경 기술 및 인공지능 기술을 통합하여 지난 2019년 무인 전 자동 드론 시스템인 드론샛(DroneSAT)을 개발하여 소프트웨어 품질(GS인증) 1등급을 받았으며 이후 지속적으로 성능을 개량하고 있다. 현재 대전 119 안전센터 5개소 등 8개 장소에 시스템을 구축하여 운영하고 있으며, 2022년까지 대전 내 전체 119 안전센터에 드론샛을 설치할 예정이다. 드론샛은 지상국 시스템에서 설정한 미션에 따라 자동으로 드론 비행을 수행하고 비행간 드론에서 촬영한 영상과 상태를 실시간 모니터링이 가능하며, 임무(mission) 수행간 드론샛을 통합하여 모니터링하는 기능과 드론 무선 충전 기능, 실시간 데이터 분석 기능 등을 구현할 수 있다. 드론샛의 기능과 성능을 살펴보면 각각 다음과 같다.

  첫째, 통합모니터링 기능을 통해 드론 상태 정보 모니터링, 스테이션 상태 정보 모니터링, 실시간 드론 영상 모니터링, 실시간 기상정보 모니터링 등이 종합적 수행이 가능하고, 자동기상관측장비(AWS : Automatic Weather System)를 통해 강우, 풍향, 온도, 습도 등 기상정보 데이터를 자동으로 취합하여 드론 운용 여부를 판단한다.

  둘째, 드론을 방수기능의 무선충전 방식을 통해 충전하고, 다양한 드론을 제어할 수 있다.

  셋째, 실시간 데이터 분석 기능을 통해 최신 무선통신 기술을 접목한 전국적 데이터 수집이 가능하며, 한컴인스페이스의 독자적 영상분석 기술을 활용하여 준 실시간(semi-realtime) AI 기반 영상데이터 처리가 이루어진다.

  드론샛의 모델은 <그림 1>과 같이 다양한 형태를 가지고 있으며, 영상정보 산출물은 각종 변화 탐지, 3D 생성 등 다양하게 구성되어 있다.는 것으로 알려져 있다.

   드론샛의 소프트웨어는 서버그룹, 스테이션그룹, 클라이언트, 드론으로 각각 구성되어 있다(<그림 2> 참조). 먼저 서버그룹 영역에서 Database는 드론, 스테이션, 미션, AWS 정보를 저장한다. 그리고 서버그룹은 API Server를 통해 REST API를 활용한 실시간 응답 서버를 구현하였다. 참고로 REST(Representational State Transfer)는 HTTP(HyperText Transfer Protocol)를 활용할 수 있는 아키텍처 스타일이며, API(Application Programming Interface)는 컴퓨터 프로그램 간 상호작용을 촉진하여 서로 정보를 교환 가능하도록 하는 것이다. 한편 서버그룹 중 Data Analysis Module은 딥러닝을 활용하여 영상 데이터로부터 실시간 객체(사람, 유모차, 산불 등)를 검출하는 기능을 담당하고, Streaming Server는 Drone에서 촬영한 영상을 스트리밍 서버를 활용하여 실시간 스트리밍(전달)하여, 딥러닝 기반 객체검출 등에 활용된다.

둘째, 스테이션그룹(Station Group) 영역에서 Process Monitoring은 스테이션 동작 상태 모니터링 및 상태 이상을 감지하고, AWS Monitoring은 AWS(Automatic Weather Station)으로부터 데이터를 입력 받아 드론 스테이션이 설치된 현장의 기상상태를 서버로 전달한다. 그리고 I/O Board Control은 스테이션 동작 제어 모듈(모터 및 전원 제어 & 배터리 충전 & 드론 On/Off 등) 기능을 제공한다.

셋째, 클라이언트(Client) 영역은 GCS(Ground Control System)를 통해 관리자가 드론 비행 미션 생성 및 긴급 복귀 명령을 송출하고, 드론, 스테이션 및 실시간 기상 상태를 모니터링하며, 실시간 드론영상을 표출하는 기능을 제공한다.

끝으로 Drone 영역은 Mobile Application(또는 Windows)을 통해 GCS에서 생성한 미션 정보를 활용하여 드론을 비행시키는데, 드론 상태정보 및 영상을 서버로 전송하는 역할을 수행한다.

  최근 국방개혁 2.0에서 발표한 바에 따르면 우리 군의 상비 병력은 2020년 말 기준 55만 5천명에서 수년 내에 약 50만 명 규모로 감축될 예정인 바 병력축소에 따른 국방력 약화를 우려하는 목소리가 지속적으로 제기되고 있다. 군의 병력 축소 운용이 불가피함에 따른 전력 손실을 보완하기 위해 무인감시체계 도입을 통한 감시능력 강화가 시급히 요구되고 있는 상황이다. 이러한 상황을 극복하기 위해서 각종 첨단 감시정찰 장비 활용이 요구되고 있으며, 무인 전 자동 드론시스템의 활용이 무엇보다 시급하다고 하겠다. 드론샛을 통해 감시정찰 및 경계 임무를 효율적으로 수행할 수 있으며, 계획된 시간에 계획된 장소를 감시하는 임무와 긴급한 상황이 발생했을 때 발생 상황을 신속히 모니터링 하기 위해 드론을 자동으로 투입하는 임무의 두가지로 병행하여 수행할 수 있을 것이다. 특히, 인공지능을 이용한 타켓 탐지, 변화 탐지 및 추적 기법 등을 활용하면 병력을 통한 감시 능력보다 우월하게 되어 국방 병력 감축에 따른 우려를 다소나마 불식시킬 수 있을 것이다.

개략적인 절차는 작전 상황실에서 소프트웨어를 이용한 임무계획을 수행하고 입력하면 계획된 시간에 계획된 장소에 드론이 비행을 자동으로 실시하고, 실시간 촬영되는 영상은 상황실로 전송되어 감시구역 상황을 작전요원들이 모니터링 하게 된다. 작전요원들이 예기치 않게 파악하지 못한 주요한 상황이 발생하게 되면 알람 기능을 부여하여 관심을 가질 수 있게 할 수 있다. 또한, 긴급한 상황 발생시 해당되는 장소의 좌표를 입력하거나 상황을 인지한 요원에 의한 자동 좌표 입력 시스템을 통해 드론을 투입하는 시스템으로 활용할 수 있겠다. 이러한 인공지능 기반 첨단 감시정찰 시스템의 도입을 통한 자주 국방의 역량이 한층 강화 할 수 있기를 희망하고, 기원해 본다.