한국환경생태학회 학술대회논문집 제28권 1호 (p.17-18)

|제2분과 : 보전 및 평가|
환경·생태 분야의 무인항공기(UAV) 활용을 위한 연구동향 분석

Analysis of Trend for Utilization of Unmanned Aerial Vehicles (UAV) in Environment and Ecology

초록

무인항공기(UAV; Unmanned Aerial Vehicle)는 관련 기술이 급속히 발전되면서 최근 다양한 분야에서 이용되고 있다. 주로 상업분야(미디어, 레크리에이션, 농업 등)에서 많이 이용되고 있지만 인공위성 및 항공영상에 비해 적은 운용비용과 효과적인 자료 취득이 가능하여 공공(감시·관리, 기상·관측 등), 연구(환경, 지리정보, 해양관측, 원격탐사 등)분야에서의 이용이 증가하는 추세이다. 하지만 기술의 잠재성과 사회적 관심에 비해 관련 연구는 상대적으로 미흡한 실정이며 특히 환경·생태 분야에서의 활용은 시작단계로 볼 수 있다. 따라서 UAV와 관련한 공간정보의 발전 추이와 연구 동향을 파악하는 것은 UAV 활용을 위한 기반연구로서 의의가 있다. 본 연구에서는 국내·외 관련 연구동향을 정량적으로 파악하고 세부적인 연구영역이 어떻게 구성되어 있는지를 분석하 는데 목적이 있다. 또한 최근 환경·생태 연구 분야에서 UAV와 관련하여 새롭게 주목받고 있는 연구 주제들은 무엇인지 파악하고자 하였다. 연구동향 분석을 위해 자료의 검색은 UAV를 제목으로 하는 1997~2017년 사이의 논문으로 하였다. 자료의 검색은 Thomson Reuters사의 Web of science에 등재된 연구논문 중 KCI, SCI, SCIE에 한하였으며 등재후보지 및 기타 문헌은 제외하였다. 분석 방법은 빅데이터 분석 방법 중 텍스트 마이닝과 동시출현 단어 분석을 통해 시계열적인 연구 동향과 주요 연구 분야 분류를 통해 그 의미를 해석하고자 하였다. 수집된 자료는 논문 수와 발행 시기를 고려하여 두 개의 시기 (97-13, 14-17)로 구분하였으며 세부연구 분야의 비중을 비율로 살펴보았다. UAV 관련 연구 주제를 파악하기 위하여 초록에 사용된 단어 및 단어구의 동시출현 빈도 분석과정에서 다음과 같은 기준을 가지고 진행하였다. 첫째, 유사한 의미를 가지는 단어는 제외하거나 동일한 단어로 치환하여 분석하였으며(ex. UAV, UAS, Smart UAV, Unmaned Aerial Vehicle 등) 20회 이상 출현된 단어 및 단어구만 한하였다. 둘째, 최소 5편 이상의 논문에 출현한 단어를 선정하였다. 셋째, 출현 빈도가 높은 단어 중 주제어로 판단되기 어려운 일반적인 단어, 조사 등은 주제단어의 적정점수(relevance score)의 상위 60%에 해당하는 단어에 한해 분석하였다 수집된 국내논문은 745편, 국외는 3,858편이며 연도별 논문 발행 수는 매년 30편 이내였지만 14년부터 급격히 증가하여 15~17년에 발행된 논문이 전체의 50% 이상을 차지하고 있었다. 수집된 논문을 기반으로 추출된 단어 및 단어구는 국내의 경우 13,359개, 국외는 73,628개로 나타났다. 분석은 2단계로 나눌 수 있는데 1단계에서 공출현 행렬 값을 기반으로 카테고리들 사이의 유사성을 Association Strength(관계강도) 산출식으로 계산하였다. 2단계에서는 1단계에서 계산된 유사성을 기초로 2차원 맵을 생성하였으며 유사성이 높을수록 단어의 위치가 근접하며 낮을수록 먼 거리에 배치된다. 맵의 가독성과 관련하여 발생 빈도 따라 단어의 크기 및 연결강도에 따른 연결선의 수를 설정하였다. 주제 단어로서의 적정점수 이상을 획득한 단어를 최종적으로 추출한 결과 국내는 173개, 국외는 477개가 나타났다. 유사도에 따라 연구영역을 클러스터링 한 결과 국내 UAV 관련 연구는 7개, 국외는 8개의 주요 분야로 나눌 수 있었으며, 연구 영역별로 출현빈도와 관계강도가 높은 단어를 중심으로 그 의미를 파악하고자 하였다. 국외부터 살펴보면 Cluster1은 “원격탐사 기술/자료 활용(분류, NDVI, LAI, 산림, 온도 등)”, Cluster2 “항법기술(회피, 추적, 편대비행, 자율, 협조 등)” Cluster3 “비행기술(안정, 조종, 궤적, 추적 등)”, Cluster4 “원격탐사 기술/자료 활용(분류, NDVI, 온도 등 )”, Cluster5 “비행 성능(연료, 모터, 형태 등)”, Cluster6은 “무인항공 기술/산업 동향”, Cluster7 항법관련 알고리즘/센서(정찰, 회피, 인식 등)”, Cluster8 UAV SAR(대형 무인기, 레이더 등)로 나눌 수 있다. 2013년 이전에는 Cluster2, 5, 7, 8 영역의 연구가 주로 이루어졌는데 기체개발 및 항법기술과 관련한 기초 연구가 이에 해당된다. 14년부터 현재 까지는 Cluster1, 3, 4, 6에 해당 되는 연구로서 원격탐사 기술, 자료 처리 및 활용에 관련 연구가 진행되었다. 국내의 결과를 살펴보면 Cluster1은 “무인항공 기술/산업 동향”, Cluster2는 “원격탐사 기술/자료처리 (RGB, DEM, DSM 등)분석”, Cluster3 “비행성능(조종, 비행, 엔진 등)”, Cluster4 “기체 성능(연료, 모터, 형태 등)”, Cluster5 “원격탐사 기술/자 료 활용(분류, NDVI, 온도 등 )”, Cluster6 “항법기술(알고리즘, 회피, 객체 등)”, Cluster7 “원격 조종(안테나, 지상조정, 항로 등)” 로 분류되었다. 국외와 유사한 의미를 가지는 영역으로 클러스터링 되었지만 연구 주제를 파악할 수 있는 핵심 단어의 출현 시기와 단어들 간의 관계강도, 다양성에서 차이가 있었다. 국내는 UAV 기술 현황, 활용성을 주제로 한 기초연구 의 비중이 높았지만 국외의 경우 UAV 원격탐사 기술 통한 자료 수집 및 분석에 관한 연구의 비중이 가장 높게 나타났다. 환경·생태 분야와 관련한 연구 영역은 국외는 Cluster1, 국내는 Cluster5에 해당되며 출현 단어를 살펴보면 Canopy, Classification, Forest, LAI(Leaf Area Index), NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), Temperature, Tree, Atmosphere 등이 나타났다. 이와 같은 단어는 최근 주목 받은 연구 주제로서 UAV 광학센서 기술의 고도화와 영상처리기술 의 발전으로 기존의 공간정보에서 얻을 수 없었던 자료 획득이 가능하였기 때문이다. 국제적인 연구 동향에 따라 국내 에서도 최근 관련 논문이 증가하는 것은 향후 연구되어야 할 주제로 인식하고 있음을 알 수 있었다. 본 연구는 환경·생태 분야에 있어 효과적인 UAV 이용 방안과 한계점 제시를 위한 1단계 연구로서 국내·외 UAV 관련 연구동향을 정량적으로 파악하여 환경·생태 분야에 활용도가 높은 기술을 알아보고자 하였다. 향후 다양한 UAV 원격탐사 기술을 적용한 데이터 수집·분석·검증 과정을 통해 종합적으로 평가한 연구 결과를 발표할 수 있을 것이다.