드론의 한계 넘은 VTOL 고정익 드론,

스마트건설 현장 뜬다

 

스마트건설은 건설현장의 전 과정이 데이터 기반으로 관리·운영되는 것을 목표로 한다. 이를 위해서는 넓고 복잡한 현장을 신속하고 정확하게 디지털화할 수 있는 수단이 필수적이며, 드론은 이러한 요구를 충족시키는 가장 효과적인 수단으로 평가받고 있다.

드론은 수집된 데이터를 기반으로 디지털 맵과 포인트 클라우드 지형정보를 생성해 설계–시공–유지관리 전 주기를 연계하는 핵심 역할을 수행한다. 군집 드론 자율비행 기술을 통해 작업 간섭 여부와 비행 경로의 안전성을 스스로 판단함으로써 현장 운영의 안전성과 효율성을 동시에 향상시키는 장점을 가지고 있다.

또한, 자동 도킹·충전 스테이션을 통한 무인·연속 운용은 상시 모니터링 환경을 구현해 운영 효율을 극대화할 수 있다. 나아가 AI 기반 지능형 드론 제어 시스템은 공정 관리, 품질 검증, 안전 관리의 자동화를 가능하게 해 건설현장을 데이터 기반 의사결정이 가능한 스마트 현장으로 전환시키는 역할을 수행하게 된다.

하지만, 스마트건설 현장에서 기존에 활용돼 온 멀티콥터 드론은 비행시간이 짧아 장시간·연속적인 현장 모니터링에 한계가 있으며, 잦은 이착륙과 충전이 필요한 단점을 가지고 있다. 대규모 토공 현장이나 선형 구조물 공사에서는 반복 비행으로 인해 운영 효율이 저하되며, 기상 조건에 따른 운용 제약이 클 뿐만 아니라 광역 지형 데이터 수집 시 데이터 단절과 다수 기체 운용 시 충돌 회피와 통신 부하 관리가 복잡해진다는 한계도 있다.

반면, 고정익 드론은 양력을 이용한 비행 방식으로 에너지 효율이 높아 장시간 체공과 장거리 비행이 가능하며, 한 번의 비행으로 넓은 면적을 커버할 수 있어 대규모 토공 현장이나 도로·철도 등 선형 공사 구간에 유리하다는 장점을 가지고 있다. 또한, 비행 안정성이 높아 일정 고도와 속도를 유지하며 균일한 품질의 영상과 라이다 데이터를 수집할 수 있으며, 반복 비행 횟수가 줄어들어 운영 시간과 비용도 절감할 수 있다.

VTOL 고정익 드론의 경우, 기존 멀티콥터의 비행시간, 커버리지의 한계와 순수 고정익의 이착륙 공간 문제를 극복해 협소한 현장에서도 운용 가능하면서 고정익 수준의 장거리 비행 성능을 제공할 수 있는 능력을 보유하고 있다. 이에 따라 넓은 면적·고정밀·지속적 데이터 수집을 동시에 충족할 수 있는 현실적인 대안으로 부각되며, 스마트건설기술개발사업에서도 이를 활용하고 있다.

지난 2020년 스마트건설 기술개발사업이 착수된 당시에는 VTOL 고정익이라는 기체가 성능 검증과 실용화에 다소 미진해 반영되지 못했지만, 대영M&S(주)가 VTOL 고정익 드론의 실증에 적극 나서며 효율성과 실용성을 검증받았다.

특히, 대영M&S의 VTOL KEVA 7.1은 고정익 드론의 장거리·장시간 비행 능력과 VTOL의 수직 이착륙 장점을 결합해 스마트건설 현장에 최적화된 항공 플랫폼 역할을 수행하고 있다. 또한, 협소한 건설현장에서도 별도의 활주로 없이 이착륙이 가능해 적용 범위를 크게 확장해 넓은 면적의 토공 현장과 도로·철도 등 선형 공사 구간을 한 번의 비행으로 효율적인 맵핑이 가능하다.

이러한 안정적인 순항 비행을 통해 고해상도 영상 및 라이다 데이터를 균일한 품질로 수집하며, 주기적인 광역 측량과 공정 진척 모니터링을 담당해 현장 전반의 거시적 관리에 기여한다. 자동 이‧착륙과 자율 비행 기능을 통해 현장 인력 부담을 최소화하며, 멀티콥터 드론이 담당하는 정밀하고 소규모 촬영과 연계돼 상호 보완적 운용이 가능함에 따라 KEVA 7.1은 스마트건설 현장의 핵심 데이터 수집 수단으로서 생산성과 안전성을 동시에 향상시키는 역할을 수행한다.

대영M&S 이희우 대표이사(사진)는 “현재 KEVA 7.1은 간척지 및 산림(재선충) 촬영, 후처리를 통해 정사영상, 3D 모델링 등 매핑의 전문성과 PPK 시스템을 기체에 적용해 측량 데이터를 획득하는 등 전반적인 프로세싱으로 스마트건설 사업에 적용이 가능”하다며 “AI 기반 비행계획은 향후 건설현장 지형과 장애물을 고려해 최적의 비행 경로를 자동으로 생성 할 수 있도록 노력 중에 있으며, 수집된 영상과 라이다 데이터는 AI 분석을 통해 지형 변화, 토공량, 공정 진척 상태를 자동 산출 할 수 있도록 연구 중에 있다”고 말했다.

그는 이어 “또한, KEVA 7.1은 고정밀 맵핑과 PPK 기반 측량 데이터를 안정적으로 확보해 건설현장의 데이터 신뢰성을 향상시키며, 넓은 면적 현장을 단시간에 맵핑함으로써 측량·점검 소요 시간을 크게 단축할 수 있다”며 “드론 맵핑으로 현장 인력 투입을 최소화, 안전사고 위험을 감소하는 등 스마트건설 구현을 위한 데이터 기반 의사결정 환경을 조성할 것”이라고 덧붙였다.

현재 KEVA 7.1은 간척지, 산림 촬영 등 실증 경험을 통해 광역 맵핑과 후처리 기반 정사영상·3D 모델링 분야에서 검증된 성능을 확보해 왔으며, PPK 시스템을 적용한 고정밀 측량 데이터 획득 능력은 스마트건설이 요구하는 공간정보 정확도를 충족하게 됐다. 이러한 기술적 성숙도는 군산 새만금간척지, 일산 테크노파크 건설현장 실증에서 멀티콥터와 매핑을 동시에 수행해 그 결과를 비교, 검증 하는 등 그 역할을 수행하게 됐다.

대영M&S는 축적된 기술력을 바탕으로 무인수송시대를 대비하기 위해 현재 고효율·장시간·광역 운용이 가능한 무인항공 플랫폼 확보에 나서고 있다. 특히, BWB(Blended Wing Body) 형상 적용을 통해 항력을 최소화하고 적재 효율을 극대화하고, 무인 수송 임무에 적합한 기체 구조를 구현하기 위한 수소연료전지 기반 동력 시스템을 결합함으로써 기존 배터리 UAV 대비 4배 이상 장시간 체공이 가능한 무인수송 능력을 확보할 계획이다.

또한, 스타링크 기반 BLOS(Beyond Line of sight) 위성통신을 연계해 통신 음영지역에서도 안정적인 지휘·통제와 실시간 데이터 전송이 가능하도록 해 향후 감시·정찰뿐 아니라 보급, 수송, 지원 임무까지 확장 가능한 다목적 무인수송 체계로 발전시키는 것을 계획하고 있다.

이와 더불어 해군에 운용이 가능한 정찰용, 공격용 로켓형 수직이착륙 드론을 개발해 현재 탑재가 제한이 되는 함정에 드론을 탑재함으로써 해군의 획기적인 작전운영 개념 발전에도 기여할 예정이다. 육군에는 가격이 저렴하고 운용이 쉬운 로켓형 수직이착륙 드론을 개발해 소단위 부대에서 적 경사면 후면에 위치한 적을 손쉽게 무력화할 수 있도록 드론 공급을 준비 중이다.

 

전찬민 기자 chan@