I. 서론
01. 유해 물질 누출 근원지 추정기법 3가지 제안
- 다수의 고정형 센서를 근원 예상지에 매설 >> 비용이 많이 듦, 매설지역 외 임의의 지점 사고 발생시 대처 어려움.
- 누출 근원지에 사람을 파견 >> 추가적인 2차 사고 발생 가능.
- 모바일-로봇 원거리 원격 조종 >> 통신 거리의 제약, 조종사 당 운용가능 로봇 개수의 한계 존재.
- 무인이동체를 이용하여 위험 지역( Hazardous Source ) 에서 사람 대신 목표 탐색, 추적 기술은 세계적으로 관심을 받고 있음.
02. 무인 이동체를 활용한 근원지 추정 방법
- 미리 지정된 경로를 따라 센서 데이터 취득을 통한 근원지 정보 추정. >> 실시간 경로 계획이 아니므로 효율적인 탐색 불가.
- 실시간 탐색 경로 생성 알고리즘, 반응형 알고리즘 ( 나방 등 생물의 페로몬 탐색의 생체 모방형 ) >> 주변 환경 변화에 민감함.
03. 다수 무인이동체 이용의 한계점 제시
- 다수의 무인이동체 이용시 탐색 성능을 높일 수 있다는 증명은 하고 있으나, 상호 간의 통신 제약의 문제는 고려하지 않아 현실에서의 사용은 어렵다고 말함.
>> 본 논문은 다수의 무인이동체 이용시에 발생하는 이동체 상호 간의 통신 연결성을 보장한 탐색 경로 생성 알고리즘을 제안함.
04. 논문에서 제시하는 4가지 주요 기여 사항
- 다수 센서 데이터 융합 알고리즘 소개
- 근원지 추정을 위한 베이지안 추정기반의 particle filter 알고리즘 도입
- 그래프 이론의 라플라시안 행렬
- ( 결론 ) 다수의 무인이동체가 추정한 정보를 바탕으로 경로를 생성 & 전체 그룹 통신 연결성 유지 알고리즘 제시
II. 문제정의
01. 유해 물질 방출 모델
- 근원지 정보는 2차원으로 나타냄.
02. 무인기 모델
- 모바일 센서 임무를 위하여, 정해진 위치에서 일정 시간 제자리 비행이 가능한 회전익 비행체를 활용.
- 모바일 무인기의 탐색위치는 상/하/좌/우의 위치만을 고려.
- 무인기 모델이 지닌 센서
- 유해 물질 농도 센서( 포아송 분포 ), 대부분의 화학물질 농도 센서를 이루는 반도체 박막 센서의 특징을 고려함 >> 화학 입자가 박막에 부착되는 사건이 확률적으로 일어날 때를 고려함.
- < 파라미터에 대한 정보 >
- k : 단위시간 당 발생하는 이벤트 횟수
- m : 획득할 수 있는 센서 값
III. 근원지 및 통신 연결성 추정기법
01. 근원지 추정기법
근원지 추정이란 어디서 화학물질의 누출이 시작됐는지를 찾는 문제이다.
- 신호원 : 유해 물질을 공기 중에 방출하는 근원지
- 신호 : 그 근원지로부터 방출된 유해 물질의 농도를 측정한 값
01-1. 파티클 필터
- 파티클 = 가능한 근원지 위치를 나타내는 "작은 점"
- 필터 = 이 파티클들을 계속 업데이트 하여 진짜 근원지를 찾아내는 방법
<동작원리>
On-going . .
This paper, published in the Journal of Aerospace Engineering in 2025 was written by Prof. Park Min-gyu.