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5G시대, 드론이 찍은 대용량 영상도 실시간 전송

기자
신동연 사진 신동연
[더,오래] 신동연의 드론이 뭐기에(20)
세계 최초로 5세대 무선통신(5G) 상용화 서비스가 시작됐다. 기존 LTE가 보다 20배 빠른 5G는 최고 다운로드 속도가 20Gbps까지 구현할 수 있다. 속도만큼 중요한 지연시간(latency)은 LTE보다 최대 10분의 1 수준. 단위면적당 접속 가능한 디바이스 수는 한 번에 100만개를 연결할 수 있다. 
 
5G 이동 통신은 IoT, AI, 증강현실(AR), 가상현실(VR), 빅데이터 등 다양한 기술과 연계해 드론, 자율주행 차 제어, 스마트홈, 스마트 팩토리, 로봇 원격 제어, 실시간 클라우드 컴퓨팅, 스트리밍 서비스까지 많은 분야에서 일대 혁신을 불러일으킬 것으로 기대된다.
 
문제는 5G에 연계할 기술과 콘텐츠가 빈약하다는 것이다. 그래서 정부는 5G 상용화에 따른 실효성 있는 정책을 적극적으로 개발하고 업계는 내실 있는 수익 모델 창출과 여러 분야에 걸친 산업적 연계를 서둘러야 할 때이다. 
 
 
드론에서 5G의 활용은 드론으로 찍은 이미지로 3D 모델링을 만들어 여러 산업 분야와 연계하는 방법이다. 고해상도 사진으로 만들어진 엄청난 용량의 3D 모델링을 관제센터나 클라우딩 서버에 실시간으로 전송하는 5G 무선통신 기술을 접목하는 일이다. 최근 산업용 드론과 소프트웨어의 성능 개선으로 교량, 댐, 등 공공시설물 안전점검이나 플랜트 등 대형공장의 유지관리, 문화재 복원에 활용되는 사례가 늘고 있다.
 
다음은 드론으로 이용한 영상기반 3D 모델링에 대해 알아봤다. 드론을 활용한 3D 모델링은 드론으로 촬영한 사진들을 소프트웨어를 사용하여 가상의 3차원 모델을 만드는 것이다. 그간 3D프린터가 부품이나 소형 물체를 복사해 제작하는 데 활용했다면 드론은 하늘을 비행하면서 얻는 보다 넓고 스케일이 큰 건물이나 지역을 모델링 하는 데 적합하다.
 
3D 모델링은 소프트웨어를 사용하여 어떤 물체나 표면을 가상으로 3차원 형태의 모델을 디지털로 표현하기 위한 컴퓨터 그래픽 기술이다. 즉 사진처럼 2차원 평면에 보여주던 형상에다 위치 정보를 가미해 3차원 입체로 보여주는 결과물이다.
 
영상을 기반으로 한 모델링은 디지털카메라로 촬영한 2장 이상의 사진으로부터 촬영된 물체의 3D 모델을 생성한다. 사람이 두 눈으로 3D 상의 한 지점을 보게 되면 각각의 눈에 맺히는 상의 위치는 약간의 차이가 있게 된다. 이를 ‘양안시차’라고 하는데, 뇌에서는 두 눈에 맺힌 영상의 각 부분에 대해 이런 양안시차를 계산하고 삼각측량법을 통해 물체의 3D 위치를 파악하는 원리를 이용하는 것이다.
 
영상기반 모델링은 서로 다른 위치에서 촬영한 사진 간의 양안시차를 뇌 대신 컴퓨터를 이용하여 계산함으로써 물체의 3D를 계산한다. 그러나 영상기반 모델링에서는 사람의 두 눈과 같이 고정된 위치가 아니라 임의의 위치에서 촬영한 영상에 대해 양안시차를 계산해야 한다. 그래서 영상기반 모델링은 영상 간의 양안시차를 컴퓨터를 이용하여 정확하게 구현하는 것과 GPS를 이용해 카메라의 위치를 정확히 알아내는 것이 중요하다.
 
이를 위해 사진을 찍을 때 드론이 자동으로 비행하도록 비행경로를 계획하는 것이 좋다. 구조물이 비정형이나 복잡할수록 3D 비행계획이 가능한 드론이 효과적이다.
 
LH공사 본사 3D와 2D 비행계획 결과물 비교. [사진 신동연]

LH공사 본사 3D와 2D 비행계획 결과물 비교. [사진 신동연]

 
영상기반 모델링은 사진만으로 물체의 3D 모델을 얻을 수 있기 때문에 저렴한 비용으로 쉽게 모델링을 얻을 수 있다는 장점이 있다. 하지만 레이저를 이용한 고가의 3D 스캐너와 비교하면 정밀도가 떨어지는 게 한계이다. 최근 드론에 RTK, PPK 기술이 접목돼 정밀도를 상당히 향상시켰다. 드론 데이터로 제작한 3D 모델링 활용 사례를 소개한다.

 
포항 지진 피해 건물 실태 조사
위에서부터 지진으로 역대 가장 큰 피해를 본 피해 아파트 건물 레벨과 아파트 표면 확대 사진, 크랙 크기 사진이다. [사진 신동연]

위에서부터 지진으로 역대 가장 큰 피해를 본 피해 아파트 건물 레벨과 아파트 표면 확대 사진, 크랙 크기 사진이다. [사진 신동연]

 
지진으로 역대 가장 큰 피해를 본 2017년 포항지진 피해 아파트를 3D 모델링 했다. 드론으로 자동 비행을 함으로써 기존의 육안 검사를 대체했다. 요소별 평가에 있어 포인트 클라우드 생성 및 3D 모델링 등의 후처리 기술을 활용했다.
 
위험도 평가 기준 중 건축물의 기울기, 부등침하량 항목을 정량적으로 측정하고, 콘크리트 외벽에 생긴 크랙과 박리 등의 손상 부분에 대해 실태조사를 했고, 3D 재현 모델을 구축해 복구 지원 계획 수립 등의 의사결정을 도운 사례이다.
 
· 총 2회 자동 비행 계획 수립 및 수동비행
· 약 900개의 이미지 생성
· 비행시간: 총 1시간 30분
 
서울 염창IC교 안전점검 사례
염창IC교 시설물 안전점검. [사진 신동연]

염창IC교 시설물 안전점검. [사진 신동연]

 
드론을 활용한 시설물 안전점검의 목표는 드론으로 취득한 데이터를 후처리 과정을 거쳐 진단에 필요한 유용한 보고서를 제공하는 데 있다. 이때 드론으로 취득한 시설물의 데이터는 육안 관찰보다 불량의 위치와 크기 및 종류 등을 정밀하게 파악할 수 있어야 한다.
 
교량의 자동 비행계획 수립은 현장의 다양한 환경적 변수에 맞춰 최소 촬영 높이, 촬영 각도, GSD 등을 설정해야 한다. 일단 최선의 비행계획이 설정되면 그다음부터는 설정된 비행경로대로 자율비행하면서 촬영이 가능하기 때문에 주기적, 반복적으로 데이터를 측정하기가 매우 수월하다.
 
· 총 8회 자동 비행 계획 수립 및 수동 비행
· 약 1348개의 이미지를 생성
· 비행시간: 총 1시간 30분
 
유네스코 세계 문화유산인 수원 화성 화홍문 3D 모델링
화홍문 고해상도 이미지 촬영. [사진 신동연]

화홍문 고해상도 이미지 촬영. [사진 신동연]

 
최근 유산을 있는 그대로 보존하는 옛 방식뿐만 아니라 파괴나 훼손에 대비해 미래 복원 혹은 대체 복원을 위한 디지털 문화유산 기술이 주목받고 있다. 사람의 접근이 쉽지 않거나 접근을 금지하는 문화유산을 대상으로 수천장의 고해상도 이미지 촬영을 수행할 뿐만 아니라, 보다 정밀한 조사를 위해 문화유산의 현재 상태를 3D 디지털화하여 해당 문화유산의 보존에 기여한다.
 
드론이 제공한 데이터를 기반으로 문서화된 화홍문의 현재 상태에 대한 정보는 향후 구조물에 대한 지속적인 모니터링과 정말 필요한 부분에 대한 조치를 가능하게 함으로써 앞으로 더욱 스마트한 유지보수를 가능하게 할 전망이다.
 
 
· 총 15회 자동 비행 계획 수립
· 약 2200개의 이미지 생성
· 비행시간: 총 2시간
 
신동연 드론아이디 세일 마켓 담당 theore_creator@joongang.co.kr
 
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‘북한의 급변사태와 안정화 전략’을 주제로 북한학 박사를 받았다. 국방연구원 안보전략연구센터ㆍ군사기획연구센터와 고려대학교 아세아문제연구소 북한연구센터에서 군사ㆍ안보ㆍ북한을 연구했다. 2016년부터는 중앙일보에서 군사ㆍ안보 분야 취재를 한다.