스마트시티의 드론 비행 체계와 드론의 비행 공간 분할에 관한 연구

Abstract

전 세계의 주요 도시들은 급격한 도시화로 인해 에너지, 교통, 안전 등 다양한 분야에서의 도시 문제가 발생하고 있다. 또한 도시 문제들은 하나의 분야 지식으로는 해결하기 어려운 복합적인 경향도 가지고 있다. 기존의 도시 문제 해결방식은 신도시를 개발하거나 인프라를 신규로 공급하는 방식이다. 그러나 기존 문제 해결방식은 복합적인 도시 문제를 해결하기 어려우며, 한정된 도시 자원의 비효율적 이용이라는 한계를 가진다. 그렇기에 도시 문제를 효율적으로 해결하고 관리하는 방법은 주요 도시들의 사안으로 등장하고 있으며, 그 대안으로서 스마트시티와 스마트시티 서비스가 제시되고 있다.

스마트시티와 스마트시티 서비스는 복합적인 도시 문제를 정보통신기술을 활용하여 해결하는 함으로서, 도시 관리 수단 및 미래 성장 동력의 중요한 기술로 인식되고 있으며 구체적인 실행방안까지 제시되고 있다. 또한 도시의 교통 문제를 해결하기 위하여 스마트시티의 교통 분야로서 새로운 모빌리티를 활용하는 드론(Drone UAV, unmanned aerial vehicle) 서비스가 제시되고 있다. 이에 본 논문의 목적은 드론의 안정적 비행을 위한 스마트시티의 역할과 드론의 비행을 위한 공간 분할에 대한 일반적인 이해 수준을 향상시키는데 있다.

본 논문은 크게 세 부분으로 구성된다. 첫 번째는 스마트시티와 드론, 그리고 스마트시티 신기술 사이에 존재하는 연관관계에 대한 인식을 바탕으로 스마트시티와 드론의 비행 체계를 개발하는 것이다 본 논문에서 개발된 체계는 스마트시티의 드론 비행 체계의 검증뿐만 아니라 스마트시티의 미래 모빌리티 도입을 위한 기본 틀을 제공하게 된다.

두 번째는 드론의 안정적 비행을 위한 비행 공간 분할이다. 공간은 수직 공간, 수평 공간 그리고 회전 공간으로 분류하여 제시하였으며, 총 9개의 드론 도입 시나리오를 설정하였다. 각 시나리오의 결과는 ICAO(국제민간항공기구)에서 제시하는 TLS(Target Level of Safety, 안전 목표 수준)의 수치와 비교하였으며, 그 결과의 수치를 드론이 비행 가능한 공간으로 변환하여 제시하였다. 분석 결과, 수직 공간은 드론 비행 최대 고도인 150m 이하를 최대 두 개의 공역으로 분할한다. 수평 공간은 드론의 양 옆으로 1,852m 이상의 안전 이격 거리를 확보해야 한다. 회전 공간은 고정익 드론은 최소 속도인 80Knot에서조차 회전 폭이 209.0m로서 광로 폭을 넘어선다. 즉 고정익은 도시 공간 내에서의 운영이 불가능하다. 그러나 회전익 드론은 60Knot 이하에서는 광로와 대로에서 회전이 가능하다.

마지막으로 드론의 TLS를 낮추기 위한 민감도 분석이다. 본 논문의 공간 분할 결과를 향후 더욱 세분화하기 위해서는 공간 분할 모형에 사용된 수치의 현실화가 필요하다. 민감도 분석 결과, TLS는 드론의 수직 중첩확률과 항공기 종적 분리 간격의 수치에 가장 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 그러므로 드론의 도시 내 안정적인 비행을 위해서는 수직 중첩확률과 항공기 종적 분리 간격에 대한 연구가 최우선으로 진행되어야 함을 제시하였다.

본 논문은 드론의 도시 내 비행을 위한 스마트시티 체계와 공간 분할의 모형을 개발하였다. 구체적으로 본 논문에서 개발된 스마트시티 체계와 공간 분할 모형은 드론의 운영을 위한 기본 틀로 활용될 수 있으며, 이를 바탕으로 미래 모빌리티의 통합적인 관리체계를 구축하는데 사용될 수 있다. 또한 개발된 모형에 드론의 비행 데이터들이 확보되어 적용되면, 도시 내 드론의 비행을 위한 비행로 개발 정책을 수립할 수 있다.

미래 도시의 모습을 상상하는 것은 즐겁다. 그 상상 속에는 도시 상부를 자유롭게 비행하고 있는 무인 소형항공기, 즉 드론이 있다. 미래 도시의 시작은 바로 스마트시티일 것이다.