Nikkei Construction_2019.2.25 기술 (p30-31)

세계 최초 '수중 계측 레이저 드론'
하천의 바닥 지형을 상세 계측/ Amuse Oneself, 개발에 성공

수중의 지형을 면적으로 계측할 수 있는 세계 최초 드론 탑재형 레이저 스캐너가 탄생하였다. Amuse Oneself(오사카시)와 Pasco가 팀을 이뤄 개발에 성공. 이르면 4월부터 정식으로 발매한다. 국토교통성은 정부가 2018년 12월에 각의결정한 ‘방재∙감재 국토강인화를 위한 3개년 긴급 대책’에 따라 각 지방정비국에 배치하여 하천 관리에 활용한다. 국내뿐 아니라 해외에서도 수요가 많을 것으로 보인다.

Amuse 등이 개발한 레이저스캐너 ‘TDOT GREEN’은 육상의 계측에 이용하는 근적외 레이저가 아니라 파장이 짧고 물에 흡수되기 어려운 그린레이저(파장은 532nm)를 이용하는 것이 특징이다. 수면에서 반사되는 레이저와 수중을 투과하여 하천 바닥에서 반사되는 레이저의 시간 차를 통해 수심을 산출한다.

스캐너는 폭 26cm, 안 길이 22cm, 높이 15cm의 크기에 무게는 2.8kg이다. 일반적인 드론에도 충분히 탑재할 수 있는 크기와 무게다. 가격은 육상용 스캐너보다 1,000만엔 정도 비싼 2,980만엔이다. 장기적으로는 1,000만엔 정도로 낮출 계획이다.

그린레이저에는 물이 탁하면 흡수되는 약점이 있지만 지금까지 하천에서 실시한 실험에서는 2~3m 정도의 깊이까지 지형 데이터를 취득할 수 있었다. 하천과 비교하여 투명도가 높은 바다에서는 앞바다 400m, 깊이 9m까지 계측이 가능했다.

개발을 담당한 Amuse의 도미이(冨井) CTO는 “하천의 경우는 물이 맑은 겨울이 계측하기에는 적합하다. 물의 탁한 정도에 따라 다르지만 50~100m 정도의 높이에서 계측하면 최적의 데이터를 얻을 수 있다. 현장에 맞춘 최적의 고도나 루트는 앞으로 확인해 나갈 필요가 있다”라고 설명한다.

정밀도는 기존의 근적외 레이저와 비교해 손색이 없다. “4월 발매를 위해 수면에서의 굴절이나 수중에서 빛의 속도가 느려지는 것이 미치는 영향을 Pasco와 검증하여 보정해 나간다”(도미이 CTO).

그린레이저는 눈에 닿으면 위험하기 때문에 지상에서의 고도에 맞춰서 출력을 제어하는 눈 보호 기능을 탑재하였다. 높이 2.5m까지는 레이저를 조사할 수 없도록 하고, 높이 40m까지는 출력을 10%로 억제하고 있다.

-- 국토교통성의 프로젝트 하에서 개발 --
Amuse 등은 수중용 레이저스캐너의 개발을 국토교통성이 17년부터 실시하고 있는 ‘혁신적 하천 관리 프로젝트’ 하에서 추진하였다. 이 프로젝트는 국토교통성이 육상과 수중을 계측할 수 있는 레이저스캐너 탑재형 드론(이하, 레이저 드론)의 사양을 제시하고 이를 만족하는 기술을 민간기업이 단기간에 실용화하는 것이다. 개발한 레이저 드론을 국토교통성이 구입하고 직원이 직접 운용하도록 하고 있다.

국토교통성은 하천의 정기적인 종횡단계측에서, 음파를 내보내 수중의 지형을 계측하는 음향측심기 등을 사용하여 200m 간격의 단면 모양을 5년에 1번 취득하였다. 제방의 모양 변화나 세굴(Scour) 모습을 보다 실시간으로 파악하고 싶지만 경비가 많이 들기 때문에 측량 정밀도를 올리는 것도 어려운 딜레마가 있었다.

이 프로젝트에는 Amuse와 Pasco로 이뤄진 팀과, 하천정보센터, Aero Asahi, Asia Air Survey, Luce Search의 4자로 구성된 ‘팀 FALCON’이 참가하였다. 팀 FALCON는 17년 말에 오스트리아의 측량기기업체인 리글(Riegl)의 그린레이저 거리계 ‘BDF-1’을 탑재한 드론을 개발. 하천 바닥의 단면 모양을 계측하는데 성공했다고 발표하였지만 하천의 지형을 ‘면’으로 계측하는 것까지는 완성하지 못했다. 한편, Amuse의 팀은 면적인 계측을 실현. 국토교통성이 제시한 사양을 거의 만족시켰다.

-- 비 온 직후의 토사 재해 현장도 계측 가능 --
그린레이저를 이용하여 수중의 지형을 면적으로 계측할 수 있는 스캐너는 지금까지도 존재했다. ‘항공레이저 측심기(Airborne Laser Bathymetry, ALB)’라고 부르는 유인항공기용 대형계량기기로 최근에 대형 항공측량회사가 모두 도입. 항만이나 하천의 측량 업무에 사용하기 시작하였다. 정밀도는 ±5cm 정도로 음향측심기로 손색이 없다.

단, ALB는 가격이 2억엔 정도로 상당히 고가다. 무게도 수십 킬로그램으로 무겁기 때문에 유인항공기가 아니면 탑재가 불가능하고 계측에는 상응하는 비용이 필요하다. 수중 레이저 드론이 보급되면 보다 싸게, 간단하게 하천을 계측할 수 있게 된다. 해안 부근의 측량에도 도움이 된다. 또한 측량선이 들어오지 못해 기존에는 수작업에 의존했던 암초 지역이나 얕은 여울의 측량을 효율화∙고도화할 수 있다.

수중 레이저 드론의 용도는 하천이나 해안의 일상적인 관리에 그치지 않는다. 재해 현장에서의 활약도 기대할 수 있다. 근적외 레이저를 사용하는 기존의 육상용 레이저 드론으로는 불가능했던 ‘젖어 있는 곳’을 계측할 수 있기 때문에 토석류의 피해 현장을 비가 그친 직후에 계측할 수 있다.

Amuse가 개발하고 있는, 악천후에도 비행이 가능한 ‘전천후형 드론’에 새롭게 개발한 레이저스캐너를 탑재하면 재해 현장을 실시간으로 계측하는 것도 가능해진다.

 -- 끝 --