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[REVIEW IS] 재난 관리에 활용하는 드론 리뷰-Ⅱ

현직 드론 운용 소방관이 써본 DJI M30T(매트릭스 30T)

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서울 서대문소방서 허창식 | 기사입력 2022/10/20 [11:00]

[REVIEW IS] 재난 관리에 활용하는 드론 리뷰-Ⅱ

현직 드론 운용 소방관이 써본 DJI M30T(매트릭스 30T)

서울 서대문소방서 허창식 | 입력 : 2022/10/20 [11:00]

<지난 호에서 이어지는 내용입니다.>

 

재난 현장 운용과 관련한 M30T 성능ㆍ기능 테스트

필자는 M30T의 성능과 여러 기능을 직접 테스트하기 위해 이틀간 개인 연차를 사용했지만 사실상 재난 관리 활용 테스트를 하기엔 매우 제한적이었다. 공식적으로 도입한 기체가 아니라 업무에 사용할 수 없어서다.

 

특히 재난 관리 업무 중 화재를 빼놓을 수 없는데 단지 테스트를 위해 개인이 실물 화재와 같은 환경을 만들 수 없어 가장 부담 없이 할 수 있는 주ㆍ야간 실종자 수색을 중점으로 테스트했다. 아쉽지만 추후 M30T가 도입된다면 실제 재난 현장에서 화재나 붕괴 사고 등 다양한 조건에서 시도해 보고 싶다.

 

 

일단 재난 대응 출동 과정부터 시작하면 M30T는 전용 하드케이스에 보관할 수 있어 차량에 적재하기 편했다. 만약 하드케이스가 없으면 그밖에 다른 재난 대응에 사용하는 장비보다 상대적으로 가볍고 강도가 약한 드론이 파손될 확률이 매우 높다.

 

실례로 하드케이스가 없는 드론은 보관이나 적재, 하역하는 과정에서 다른 장비로 인해 손상된 적이 있었다.

 

▲ 하드케이스는 출동 차량 내 보관장소를 쉽게 선택할 수 있다.

 

M30T는 비행 준비과정에서 추가적인 탈부착이 필요 없는 접이식 구조라 불시에 비행을 시작해야 하는 재난 대응 업무엔 매우 효율적이다. 현장 도착 후 이륙 장소가 확보되면 바로 꺼내서 펴기만 하면 되므로 비행을 준비하는 시간을 단축해 골든타임 확보에 유리하다. 

 

물론 모든 출동이 일분일초를 다툴 정도로 긴급하지 않다. 그리고 현장 도착 전까지 드론 운용이 필요할지 알 수 없을 때도 많다. 다만 분명한 건 현재 재난 현장에서 드론을 통한 선제 대응이나 갑작스러운 임무 수행이 필요할 때 동급 크기나 성능의 기체 중에서는 준비 과정이 가장 간편하다고 할 수 있다.

 

▲ M30T는 짐벌 일체형에 접이식 방식의 기체라 신속한 비행 준비가 가능하다.


1. 재난 현장에서 임무 수행 시 정보 취득을 위한 카메라 

일단 줌카메라 성능은 광학 16배를 포함한 200배다. 그리고 이번 제품에서는 줌 기능 외에도 유용한 기능이 하나 있는데 바로 주변이 어두워지는 경우 야간에 잘 보이게 하는 야경 모드 기능이다.

 

ISO 감도를 높인 상태에서 시각적 색상을 효과적으로 보정해 사실 조금 더 잘 보이는 정도지만 서치라이트까지 함께 운용한다면 완전 빛 하나 없는 칠흑 같은 어둠이더라도 포인트에 대한 탐지나 인식이 무리 없을 정도로 유용했다.

 

▲ 야경모드 OFF

 

▲ 야경모드 ON


M30T 줌카메라의 200배 배율 성능(광학 16배)은 먼 거리의 물체에 대한 정보를 취득할 수 있는 매우 유용한 기능이다. 여담으로 필자의 줌카메라 활용 경험을 언급하자면 현장에서 고성능의 줌카메라가 항상 효율적인 건 아니다. 일반적으로 실종자 수색에서 평평하고 장애물이 없는 넓은 개활지라면 효율적이다.

 

하지만 산악이나 지상에 불규칙한 장애물이 많아 입체적인 확인이 필요한 경우 고성능 줌카메라 사용이 비효율적이기도 하다. 실종자 수색은 음영지역을 최소화하기 위해 적당한 거리에서 계획된 패턴과 다양한 각도로 접근하면서 반복적으로 비행한다.

 

그런데 멀리서 줌 기능에 의존해 수색하면 제한된 각도와 방향에서만 수색하므로 입체적으로 확인하고 인식ㆍ식별하는 데 한계가 있을 수밖에 없다. 필자는 대상물 화재나 국내 실종자 수색 환경의 경우 디지털 200배 줌이 아닌 차라리 광학 30배줌이나 그 이하로도 충분하다고 생각한다.

▲ 광각카메라

 

▲ 줌카메라(20배)

 

▲ 줌카메라(40배)

 

▲ 줌카메라(200배)


2. M30T 열화상카메라 

드론에서 사용하는 열화상카메라는 지상에서 부분적으로 사용하는 일반 열화상카메라와 달리 멀리서 광범위하게 감지하기 때문에 카메라에 노출된 온도 편차가 크다. 따라서 물체의 탐지나 인식을 쉽게 하려면 이미지 픽셀을 보정(non uniformity correction)하거나 노이즈를 상쇄(off set)할 수 있는 기능이 필요하다.

 

또 조종자가 직접 시각적 이미지로 구별하기 어려운 차이를 대신 구별해 줄 수 있는 보조 기능이 추가되면 좋다.

 

M30T의 열화상카메라는 앞서 언급한 부분에 대해 충분한 기능 개선이 이뤄져 실종자 수색 과정에 큰 어려움이 없을 정도다. 특히 이미지 해상도의 초기 설정이 1280×1024의 초고해상도로 돼 있어 디지털 20배 줌(최대) 기능을 사용해도 식별ㆍ인식할 수 있는 선명한 이미지 영상을 확보할 수 있다.

 

그리고 10가지의 팔레트 모드가 있어 표출할 수 있는 온도 이미지 색상의 범위를 다양하게 선택할 수 있다. 게다가 감지 온도 범위를 날씨ㆍ수색할 주변 온도에 맞게 조종자가 수동으로 설정할 수 있다. 일정 온도가 감지되면 알람을 해주는 설정도 보조적으로 사용할 수 있다. 

 

▲ 초고해상도 열화상카메라(왼쪽)와 줌카메라(오른쪽) 동시 야간 촬영 이미지

▲ 초고해상도 열화상카메라(20배, 왼쪽)와 줌카메라(20배, 오른쪽) 야간 동시 촬영 이미지

▲ 초고해상도 열화상카메라(왼쪽)와 줌카메라(오른쪽) 주간 동시 촬영 이미지

▲ 10가지 팔레트(색상) 선택 화면

 

다만 필자는 실종자 수색에서 열화상카메라의 활용성 중 성능ㆍ기능이 60%, 조종자의 실전 경험을 통한 기체 설정 최적화, 열화상카메라의 이해와 이미지 분석 능력이 40%를 차지한다고 생각한다. 

 

예를 들어 화재 현장과 같은 노출된 온도 범위가 넓은 환경이나 겨울철 실종자 수색과 같이 노출되는 온도가 낮고 범위가 좁은 환경 등 예측할 수 없는 다양한 비행 환경에서 원하는 열 정보를 탐지하고 식별하려면 기본적으로 그에 알맞은 열화상카메라 기능(온도 범위, 팔레트 모드)을 설정할 수 있어야 한다.

 

그리고 적외선 이미지의 노이즈나 손실을 최소화할 수 있는 감지 거리(비행 고도)와 주변 지형에 알맞은 카메라 각도, 비행 패턴을 알아야 한다. 하지만 이 모든 비행 계획은 실제 현장 경험과 관련 지식이 없으면 제한적일 수밖에 없다.

 

의료 장비에 사용되는 X-Ray나 MRI 촬영 판독 시 담당 의사의 판단이 매우 중요하다. 이처럼 열화상카메라 활용성 또한 조종자가 해당 재난 현장의 활용 경험과 탐지ㆍ식별 능력이 부족하다면 아무래도 포인트를 놓치거나 정확한 확인을 위해 더욱 낮은 고도로 비행하기 때문에 수색 범위도 좁아지고 비효율적인 운용을 할 수밖에 없다.


3. FPV카메라

수색 현장에서 실종자를 찾는 데 직접적인 역할은 하지 않지만 수색 간 안전 비행을 보조해주는 아주 유용한 기능이다. 실종자 수색 현장에서 드론은 대개 카메라(줌카메라, 열화상카메라) 각도를 아래 방향(약 35~75°)으로 유지해 지상의 정보를 취득한다.

 

그로 인해 조종자는 실종자 수색에 대한 정보 수집과 기체가 비행하는 방향의 장애물을 동시에 파악하기 쉽지 않다. 수색에 집중하다 보면 나뭇가지나 전선 등 장애물에 부딪혀 추락하는 때도 있다.

 

하지만 M30T는 161° 화각으로 볼 수 있는 FPV카메라가 기체 정면에 별도 설치돼 있어 실종자 수색에 필요한 영상정보와 비행 방향의 장애물을 감지하고 회피하기 위한 영상정보를 동시에 확인할 수 있다. 

 

물론 M30T는 FPV카메라 외에도 전 방향의 장애물을 감지하기 위한 센서가 있고 성능도 뛰어나다. 하지만 장애물 센서의 경우 주변 장애물 특성이나 환경에 따라 정확도가 떨어질 수 있다.

 

특히 야간엔 성능이 크게 저하된다. 반면 FPV카메라는 조종자가 비행 방향의 장애물을 직접 확인할 수 있으므로 모두 적절히 활용한다면 비행 안전과 업무효율을 동시에 높일 수 있다.

 

▲ FPV카메라 영상(오른쪽 하단 PIP)

 

▲ FPV카메라 영상(메인)


4. 레이저 모듈
드론과 지상의 포인트 간 거리와 위치정보를 수치화해 정보를 공유하기 매우 유용한 기능이다. 특히 조종자가 원하는 포인트를 간단하게 GNSS 좌표로 위치 파악 후 공유할 수 있어 드론 수색 중 의심되거나 정밀한 접근 확인이 필요한 위치를 신속하게 정밀 수색할 수 있다.

 

또 위치를 지도 또는 AR(증강현실) 방식으로 저장해 이후 연속된 실종자 수색 작업 시 매우 효율적이다.

 

▲ 레이저 모듈을 활용한 위치정보 파악


5. LP12 모듈(스피커)
LP12는 M30T 기체 상단 PSDK(Payload Software Development Kit) 마운팅 브래킷에 추가 부착할 수 있는 스피커와 서치라이트 모듈(LP12)로 작동온도는 –15~40℃다.

 

먼저 스피커 방송 음압은 120㏈로 소방의 화재 경종인 90㏈보다 높다. 기본 ㏈은 입출력비를 ㏒로 계산한 상대적인 값이기 때문에 30㏈ 정도 높다는 건 이론상 1천배 높은 강도다.

 

▲ LP12 스피커 음량 테스트 영상

하지만 실제 사람이 직접 느끼는 120㏈(spl) 절댓값은 공연장보다 조금 높은 정도로 실종자 수색을 포함한 재난 현장에서 활용할 수 있는 충분한 성능이라고 볼 수 있다. 

 

다만 120㏈(spl)은 사람이 가까이(1m 이내)에서 들을 때 고통을 느끼고 청력 손상을 유발할 수 있을 정도라 조종자는 현장에서도 이 점을 유의해 활용해야 한다. 

 

방송 유효 도달 거리는 200m에서 알람 시계 수준인 74㏈(spl) 정도고 350m 거리에서도 일반적인 대화 수준보다 조금 높은 69㏈(spl)이지만 주변 소음 정도와 주ㆍ야간 환경에 따라 큰 차이를 보였다.

 

방송 방식은 녹음 업로드 또는 다국어가 지원되는 텍스트 음성 변환을 사용하며 오디오 형식은 MP3와 wav, m4a, flac, aac를 지원한다.

 

▲ LP12 추가 설치 이미지


6. LP12 모듈(서치라이트)

기본 사양은 2구, 광속 2천㏐(루멘), FOV(시야각)는 13°다. 제조사에서 제공하는 조명거리에 따른 유효한 직경과 면적, 조도(중앙)는 아래 표와 같다.

 

 

LP12 서치라이트는 위 사양과 같이 2구 2천㏐의 광속으로 50m 상공에서 20lux 정도의 조도 성능을 발휘한다. 얼핏 보면 성능이 매우 좋은 것처럼 보이지만 FOV가 13°로 지향성 수준이라 나올 수 있는 성능이다.

 

서치라이트의 무게와 성능 모두 극대화하기 위한 제조사 선택의 폭은 넓지 않았을 거다. 아마 필자 생각엔 제조사에서 열화상카메라, 줌카메라와 새롭게 개선된 야경 모드 기능을 믿고 FOV를 대폭 줄였다고 본다.

 

하지만 실제 야간 실종자 수색 테스트에서 LP12 서치라이트의 FOV는 생각보다 크게 단점으로 느껴지지 않았다. 열화상카메라와 야경 모드를 통한 탐지 이후에 서치라이트로 정확히 식별하는 과정에서 넓은 FOV보다 오히려 좁은 FOV가 영상 분석에 집중할 수 있어 장점이 되기도 했다.

 

▲ (왼쪽부터)M30T와 M300 서치라이트 비교

 

▲ (왼쪽부터)M300과 M30T 서치라이트 비교

 

▲ 줌(2배)ㆍ서치라이트 링크 

 

▲ 줌(10배)ㆍ서치라이트 링크

 

▲ LP12 서치라이트 짐벌 작동 영상

LP12의 서치라이트에는 짐벌이 부착돼 카메라 짐벌(열화상, 줌)과 동시에 포인트를 연동해 각도를 맞춰 사용할 수 있다. 조종자가 서치라이트를 별도로 조작하지 않아도 카메라 포인트에 맞춰 자동으로 비춰줌으로써 야간 운용 효율성이 매우 높아졌다.

 

본 리뷰는 <119플러스>가 영인인더스트리 사로부터 무상 지원받아 현장 소방공무원에게 대여하여 작성된 것으로 리뷰를 작성한 소방공무원은 관련 기업과 일체의 관계가 없음을 밝힙니다. 아울러 리뷰를 마친 드론은 영인인더스트리 사에 반납하였음을 알립니다.


  

 

서울 서대문소방서_ 허창식 : hcs119@seoul.go.kr

 

<본 내용은 소방 조직의 소통과 발전을 위해 베테랑 소방관 등 분야 전문가들이 함께 2019년 5월 창간한 신개념 소방전문 월간 매거진 ‘119플러스’ 2022년 10월 호에서도 만나볼 수 있습니다.> 

[인터뷰]
[인터뷰] 김종길 “소방 분야 발전 위해선 업체들도 역량 키워야”
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