인공지능 드론 자율주행, GPS없이도 최적주행경로 찾는다
인공지능 드론 자율주행, GPS없이도 최적주행경로 찾는다
  • 전찬민 기자
  • 승인 2021.08.03 17:02
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[공학저널 전찬민 기자] 최근 대형 건축물이나 교량 등의 상태를 파악하고 균열과 이상을 파악하기 위해 드론기술이 활용돼 주목 받고 있다. 하지만 이런 경우 GPS신호를 기반으로 위치를 파악해 드론을 운용하는 방식은 한계가 있다.

공장지대이거나 교량의 하부를 관측하는 경우 GPS 신호가 원활하지 않는 상황이 발생하게 된다. 이와 같은 상황에서 드론 조종자를 이용해 수동조정을 택할 수도 있지만 조종자의 가시거리는 물론 장애물이 있는 경우 사용에 제한을 받을 수 있다. 또한 충돌이나 인명사고의 위험을 줄이기 위해 소극적으로 촬영에 임하게 되고 결국 대상물의 상태를 정확하게 측정하는데 문제가 생길 수 밖에 없다.

최근의 세계적 연구동향은 기존의 드론에 부착된 카메라센서와 최신의 인공지능기술을 접목해 드론이 장애물을 피해서 자율적으로 주행하는 기술이 시도되고 있으며 국내에서도 인공지능과 자율주행 드론에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

특히 세종대학교 컴퓨터공학과 김용국 교수(사진) 연구실에서는 인공지능과 자율주행 드론 연구에 다수의 SCI 논문실적과 미국특허를 소유하고 있으며, 최근 캐나다 밴쿠버에서 열린 세계 최고의 인공지능학회인 NeurIPS에서 드론 자율주행 분야(Microsoft 주최) 종합 우승을 차지한 경력이 있다.

이 대회는 산악지형에 분포돼 있는 20여개의 게이트를 가장 빠르게 충돌 없이 통과하는 자율주행 알고리즘을 선정하는 것으로 세계25개국 120여 개 팀이 참석했으며, 마이크로소프트의 가상현실기반 자율드론 드론과 자율차 주행 플랫폼인 Airsim을 이용한 대회다.

현재는 GPS신호가 불안한 제조시설 사이를 자율 주행하며 촬영한 영상을 분석해 시설물의 결함을 미리 검출하고 산업재해에 대비하는 사업을 과학정보통신부 산하 IITP지원 바우처 사업을 진행하고 있다. 이 연구에 사용하는 드론은 오픈소프트웨어를 기반으로 하며, 기본적인 카메라 센서를 사용해 주행하는 형식을 유지하고 있다.

드론 전방에서 입력되는 영상신호를 이용해 자율주행을 시도할 경우 가장 많이 사용하는 학습방법은 교사학습(Supervised Learning)이며, 이를 위해서는 주행경로를 따라 기존에 획득된 데이터에 주행해야 하는 방향과 그렇지 않은 방향을 사람이 레이블(Labeling)하여 드론훈련에 사용하게 된다. 하지만 이 방법의 문제점은 레이블링에 많은 시간이 소비되며 또한 주행환경이 변하게 되면 자율주행에 문제가 생기게 된다.

세종대학교 컴퓨터공학과 김용국 교수는 “이번 연구에서는 이 문제를 해결하기 위해 최근 언리얼엔진(Unreal Engine)같은 그래픽툴을 이용하고 가상현실 내에 주행환경을 구성하고 강화학습을 이용해 레이블링이 없이 알고리즘자체가 최적주행경로를 찾아가는 방법을 활용하고 있다”며 “학습이 만족할 만한 수준에 도달 했을 때 사용한 네트워크 웨이트를 드론에 이식해 드론이 실질환경에서 주행하도록 하는 방법이다. 이 경우 학습에는 조금시간이 더 걸리지만 환경변화에도 강인하게 최적주행을 할 수 있다”고 말했다.

한편, 드론에는 짐벌(Gimbal)에 설치된 고해상도 카메라를 이용해 건축물의 외관영상을 획득하고 이상여부를 파악하는 작업을 시행한다. 건축물에 부착된 물건이나 크랙을 검침하는 작업은 CNN(Convolutional Neural Network)기반 딥러닝 방법을 사용한다.

이 작업은 전통적으로 이상검출(Anomaly Detection)분야로 연구 되었고 정확도가 높지 않았지만 최근에 딥러닝기술 발달로 실용화가 가능해진 분야다. 이 기술은 결함검출, 이상행동 검출, 이상물체 검출등 다양한 분야에 응용되고 있다.

이 연구에 추가적으로 필요한 기술은 촬영된 영상과 실제 좌표를 정합시키는 Georeferencing과 3D 입체물을 구축하는 Point-Cloud 방법 등이 함께 사용 된다.

최근 건설산업에서 대두되고 있는 스마트건설뿐만 아니라 시설물의 유지관리 분야에서도 첨단 드론기술을 활용한 스마트 안전기술이 적극 도입되고 있다.


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