측량의 새로운 이정표를 제시하다...GPS와 소나를 활용한 원격조정 보트로 측량을..

(서울=기술사신문) 조계현 기자 = ㈜아반(대표이사 배홍찬 / 02-525-0425)은 일본 마쯔시타(松下)에 자사의 카메라모듈을 공급하고 있으며, 기타 중소기업 제품도 함께 일본시장과 해외시장에 공급하고 있는 회사이다.

㈜아반의 배홍찬 대표는 사업다각화를 위해서 일본 회사로부터 향후 기술제휴를 위한 전초전으로 우선 일본회사의 제품을 수입판매 하기로 하였다. 그 제품이 바로 GPS와 소나를 탑재한 자율항행 무인 원격조종 보트(RC-S3 Model)로서 강, 하천, 댐, 호수, 해안, 항만 등의 수역부(水域部)를 안전하게 저렴한 비용으로 깊이를 측량하는 첨단 제품이다.

즉, GPS, 음향 측심기를 소형 리모컨 보트 안에 탑재해 육상의 안전한 장소에서 원격 조작을 실시해서 원하는 Data를 얻을 수 있는 것이다. 또 자율항행 기능 등에 의해 기존처럼 작업에 필요한 숙련도도 크게 필요 없이 소형 리모컨으로 자유자재로 손쉽게 무인 원격 조정이 가능한 제품이다.

배홍찬 대표는 "이러한 이점(利点)으로 기존에 곤란했던 해안 정선부(汀線部)나 하천의 얕은 곳, 댐, 호수 기슭한 곳등 폭넓은 장소에 활약이 기대된다".며 "또 단독 사용뿐만 아니라 멀티빔 측심이나 항공 레이저 계측, 3D레이저 계측 등의 삼차원 계측 수법과 병행함으로써, 고정밀 수륙(水陸) 일체의 지형 정보를 구축할 수 있고, 또한 본 리모컨 보트 RC-S3의 음향 측심기는 풍랑에 의한 동요 대책으로서 모션 센서를 탑재한 고 정밀도 사양으로서 이를 활용함으로써 본 보트의 기기가 가진 성능의 효과를 얻을 수 있다"고 말했다.

그리고 "리모컨 보트 RC-S3는 안전성과 기동성이 높으므로 CCD카메라를 장착 가능한 옵션 사양도 있으며, 수질 센서를 탑재함으로써 염분농도, 엽록소, 탁도(濁度)등 각종 조사에도 이용이 가능하고, 다양한 분야에 응용 및 전개가 가능할 것으로 전망되며, 향후 수역부(水域部) 조사 기술의 발전에도 큰 영향을 미칠 것으로 기대한다"고 말했다.

특히 배홍찬 대표는 조사용 리모컨 보트의 활용 이점은 아래와 같다고 강조했다.

자율 주행 리모컨 보트는 정확도 면에서는 상기에서 기술한 봐와 같이 기존의 단일 소자음향 측심기와 거의 차이가 없는 것으로 확인됐으며, 본 리모컨 보트의 활용 가능한 장점으로는 다음과 같은 곳에 효율적으로 적용 대상이 될 수 있는 것이다.

1. 강, 하천, 댐, 호수, 바다 등의 수심이 얕은 곳, 선박 진입이 어려운곳.

2. 작업시 위험한 곳에서의 리스크를 감소하고자 하는 곳(사람이 들어가서는 위험하다고 판단되는 곳, 유해성 물질이 있는 위험한 곳)

3. 해일 등 외부 요인에 의한 호안(護岸) 복원시의 측심(測深)이 필요한 곳.

4. 준설 현장 등에서 간이적으로 거래 총액의 확인이 필요한 곳.

즉, 준설 국토의 유효활용, 호안(護岸), 해양오염, 항만 시설의 보수 및 보강, 측량, 해일 등등의 여러 분야에 아주 유용하게 사용할 수 있다.

수역부(水域部)의 퇴사측량(堆砂測量), 깊이측량(深浅測量)은 물론 수질센서, 카메라 등을 활용하는 기존의 유인측량선에 의한 공법에서 향후 변화하는 무인 원격조종 보트에 의한 신기술 방법 및 실례를 소개하고자 한다.

1. 서론

얕은 해역은 토사이동 형태와 해안 특성을 파악하기 위해 정선부의 지형 정보를 정확하게 취득하는 것이 요구되고 있다. 하천이나 댐, 호수에 있어서도 수심이 얕은 부분은 사구지역(堆砂域) 등의 지형적으로 중요한 부분인 것이 많다.

한편, 얕은 해역이나 하천의 얕은 부분은 작업 위험 위험이 높은 곳이기도 하다. 기존 측심기를 탑재한 유인 측량선에서는 특히 해안파대(砕波帯)에서는 전복이나 암초에 충돌과 같은 위험성이 항상 따른다. 육지에서 접근에서도 이안류(離岸流)나 하천 흐름에 따라 전복하는 사고가 측량 작업에서 발생하고 있다.

또 준설 현장에서 현황을 파악하기 위해 기존의 유인보트라는 GPS, 음향 측심기 등을 탑재하고, 유인 측량선을 수역에 띄우는 것만으로도 상당한 시간이 필요하다.

여기에서 기존의 유인측량 수단보다도 더 간편하고 이동이 쉬운 원격 조작에 의해 좌표 입력을 실시해 두면 자율 항해 기능을 가진 혁신적이고 비용이 저렴한 신기술의 세부 사항을 이하에 소개한다.

2. GPS소나 탑재 자율 항행 무인 원격 조종 보트의 특징

본 기기는 선체 케이스부와 조작부로 크게 나뉜다. 조선(操船)은 수동에 의한 것과 미리 좌표(세계 측지계(世界測地系)를 입력해 둠으로써 자율 주행에 의한다. 선체에는 GPS(SBAS)과 음향 측심기가 탑재되어 있으며, 취득한 데이터는 실시간으로 기지국측(基地局側)의 조선부(操船部) PC측에 무선으로 전송되고 연속적으로 수록된다.

취득 데이터는 CSV형식으로 취득되고 성과물로서 제출할 때의 다양한 소프트에 대응할 수 있다.

선체는 전체 길이 약 1.2m로 무게도 12kg으로 가볍게 쉽게 운반 가능하고, 수심 데이터는 음향 측심기에 의한 0.5 m~80 m까지 취득되고 수심 레인지에 관계 없이 0.01 m단위로 단위로 깊이 측심하는 것이 가능하다.

수심 데이터는 음향 측심기에 의한 0.5m~80m까지 취득되고, 수심 레인지에 관계없이 0.01m 단위에서의 측심이 가능하다.

또한 측심의 위치 데이터는 SBAS방식에 의한 고정밀 GPS에서 취득했고, 그 정도는 DGPS의 공표 밀도보다도 좋고, RTK보다는 약간 못하다.(옵션에 의한 RTK를 탑재하는 방법도 있다.)

이하에 탑재되고 있는 안테나 일체형 GPS수신기의 카탈로그 사양을 나타낸다.

보트의 조작은 GPS에 의해 취득한 위치 정보를 바탕으로 PC상에서 목표 포인트나 측선과의 상대 위치를 확인하면서 컨트롤러로 실시한다. 또 본 기기의 특징으로서 미리 설정한 측선상을 목표로 항해하는 자율 항행 기능을 갖추고 있다.

3. 정도 검증 사례

(1) 위치 정밀도 검증(位置精度検証)

자율 항행 리모컨 보트의 위치 정밀도 검증은, 기설(既設) 4등 삼각점(치바현 가쓰우라시)의 좌표 비교에 따른다. 삼각점(三角点) 상에 RC-S3의 GPS안테나부가 위치하게 설치해 약 1시간의 연속 정지관측(連続静止観測)(취득 간격 1Hz)을 실시했다.

관측 결과는 그림-5와 같이 평균좌표차(平均座標差) 거리 14cm, 최대점간(最大点間) 거리 67cm이고, 광역 DGPS의 정밀도와 이정도 이상임을 확인했다. 교차거리(較差距離)의 95% 평균치가 22cm임에도 본기의 측위(測位)로 정적인 위치 정도는 확보한다고 판단했다.

설치시의 오프셋을 고려한 RTK-GPS위치 데이터의 궤적과 RC-S3의 궤적을 비교하면 평균 0.5m내에서 일치하고 있었다. 동시관측 약 2시간, 거리 약 5km의 전체적으로는 상대 위치 차이는 최대 1m이내이며, GPS의 자체 정밀도 및 데이터 기록시의 시간 지연을 포함해 측심(測深)을 알기 위한 위치 인식으로서는 문제가 없다고 판단했다.

(2) 측심 정도 검증(測深精度検証)

측위(測位)와 측심기(測深機)를 포함한 본기(本機)에 따라 측심한 데이터의 정밀도 검증은 범용 단일 소자 음향 측심기에 의한 동시수록에 따라 갔다.
 
사용한 음향 측심기는 PS-30R(카이죠 소닉 제품, 측위는 DGPS)이며, RC-S3은 조사선에서 예인함으로써 이지형 데이터를 수록했다. 기기 모두 지형 단면상에서 0.5m간격의 수심 데이터로서 단면 형상을 비교해 나타낸다.수심 5m~14m의 암초 요철부에서 RC-S3의 쪽이 약간 얕은(평균 수심 차이로 2cm)경향을 나타냈지만, 거의 동일한 데이터가 출력되었다.

4. 실제 성과 사례

준설의 거래총액을 파악할때 기존의 유인 보트에서는 배에 GPS, 음향측심기(音響測深機)를 의장하는 시간을 필요로 한다. 그러나 저희 제품은 간단하게 리모컨 보트를 활용하면, 현장에서 PC에 연결만해서 준설 전과 후에 물밑의 상황을 저렴한 비용으로 간단하게 확인할 수 있다. 실제의 강, 하천 바닥 상황을 횡단도, 등심선도, 3D화상을 이하에 기재한다.

(주)아반(대표이사 배홍찬)은 현재 국내시장 판매를 위한 준비단계로 판매 대리점을 모집하고 있으며, 직접 판매를 위한 온.오프라인 마켓 진입도 준비 중에 있다.

배홍찬 대표는 이러한 RC-S3리모컨 보트를 이용하는 방식은 전세계 최초로서그동안 접근이 곤란했던 해안 정선부(汀線部)나 하천의 얕은 곳, 댐, 호수 기슭한 곳이나 폭넓은 장소에 활약이 기대된다고 전망하고 있으며, 향후 여러 지형의 수역부(水域部) 조사 효율성 재고 및 조사 기술의 발전에도 큰 영향을 미칠 것으로 기대한다고 말했다.