UAS가 22에이커 규모의 광산 붕괴 지형을 매핑하기 위해 ‘ Hovermap ’ STX를 어떻게 배치했는지 - 자율 비행 방식으로

고객사 소개

Unmanned Aerial Services Inc(UAS Inc)는 실내 산업 현장 및 지하 광산 시설을 대상으로 하는 검사 서비스 제공업체입니다. UAS Inc는 Emesent Hovermap 의 드론 기술을 활용하여 위험하거나 접근이 어려운 작업 구역을 검사함으로써, 기존의 인력 중심 방식을 대체하고 안전성을 높이는 한편, 고객에게 상세한 시각적 정보와 레이저 스캔 데이터를 제공합니다. 

과제: 지반의 대재앙적 붕괴

미국 아이오와주의 한 석회석 채석장에서 긴급 연락이 들어왔을 때, 상황은 매우 위급했습니다. 지하에서 대규모 지반 붕괴가 발생하여 약 22에이커에 달하는 가동 중인 채굴 구역—전체 채굴 면적의 약 4분의 1—이 피해를 입었습니다. 광산의 상당 부분이 차단되고 구조가 불안정해진 데다, 터널 곳곳에서는 계속해서 낙석 소리가 울려 퍼지고 있었습니다. 광산 운영자는 누구도 위험에 빠뜨리지 않으면서 피해를 어떻게 평가할 것인가라는, 선택하기 어려운 기로에 서게 되었습니다.

기존 프로세스의 과제

사람이 직접 들어가야 하는 기존의 평가 방식은 애초에 고려 대상조차 될 수 없었다. 현장의 상황이 너무 불안정하고, 위험하며, 불확실했기 때문이다. 하지만 붕괴의 규모를 파악하지 못하면 광산 측은 대응책을 마련할 수도 없고, 작업을 언제—혹은 과연—안전하게 재개할 수 있을지 판단할 수도 없었다. 

Emesent 해결책

바로 그때 무인 항공 서비스(UAS)가 ‘ Emesent ’의 ‘ Hovermap ’ 자율 비행 드론 기술을 투입했습니다. 이들의 임무는 GPS 신호가 차단된 환경에서 5킬로미터가 넘는 지하 굴착 구역을 매핑하고, 현재 붕괴가 진행 중인 구역을 우회하며, 실행 가능한 정보를 제공하는 것이었으며, 이 모든 작업을 최초 비상 신고 접수 후 48시간 이내에 완료해야 했습니다.

임무: 인간이 갈 수 없었던 곳에서의 자율 항법

이 도전은 단순히 거리 문제 그 이상이었다. 그곳의 환경은 지하 작업에 있어 상상할 수 있는 모든 장애물을 안고 있었다:

• 광산 채굴 구역 전역에서 GPS 신호가 완전히 차단됨 
• 편도 최대 1.3킬로미터까지 비행이 필요한 확장된 운용 거리
• 지반이 무너진 주변의 통로가 좁고, 프로펠러 주변의 여유 공간이 6~8인치에 불과함
• 계단식 지형에서 수심이 40피트를 초과하는 심각한 홍수
• 100~800미터를 넘어서는 거리에서 신호가 간헐적으로 끊기는 등 통신에 제약이 발생함
• 비행 운항 중 낙석이 발생하는 등 불안정한 상황이 지속되고 있다

이러한 상황에서 ‘ Hovermap ’의 자율 항법 기능은 임무 수행에 있어 필수적인 요소가 되었습니다. 이 시스템은 GPS를 전혀 사용하지 않고, 대신 실시간 3D LiDAR 기반의 동시 위치 추정 및 매핑(SLAM) 기술에 의존하여 작동했습니다. 드론은 좁은 교차로를 통과하고, 매달린 바위를 피하며, 침수된 구간을 조심스럽게 우회하는 동시에 안전하게 위치를 유지하고 귀환 경로를 계획했습니다.

“이 시스템을 거의 8년 동안 조종해 온 사람으로서, 여전히 감탄스러울 따름입니다.”라고 UAS의 설립자이자 사장인 맷 맥키넌(Matt Mackinnon)은 말했습니다. “이 드론은 인간 조종사인 제가 절대 비행하지 않을 만한 장소에도 스스로 진입합니다. 하지만 이 자율 시스템은 360도 인식 능력을 갖추고 있어, 제가 볼 수조차 없는 장애물도 피할 수 있습니다.”

가장 중요한 비행 중, 드론은 팀이 “풀 센드(full send)” 임무라고 부르는 임무를 수행하기 위해 파견되었습니다. 이는 통신 범위를 벗어난 경유점을 설정하고 드론이 돌아오기를 기다리는 것이었습니다. 20분 동안 팀은 드론과 연락이 두절되었습니다. 드론은 혼자서 1킬로미터가 넘는 불안정한 채굴 구역을 비행하며, 장애물과 경로에 대해 실시간으로 판단을 내렸습니다.

드론은 붕괴 구역 전체에 대한 포괄적인 3D 스캔 데이터를 실은 채 무사히 귀환했습니다.

제품 개요

Emesent 기업이 불확실한 상황을 파악할 수 있도록 지원하여, 운영 중단 시간을 최소화하는 동시에 근로자의 안전을 향상시킵니다.

Hovermap STX

빠르고 정확하며 고해상도의 모바일 데이터 수집
AI 기반 자율 매핑 기능을 탑재한 Hovermap 는 최신 LiDAR 센싱 기술을 적용하여 탁월한 커버리지를 자랑하는 고밀도 포인트 클라우드를 생성합니다. 최대 300미터의 감지 범위와 초당 100만 개 이상의 포인트를 수집할 수 있는 능력을 갖춘 Hovermap 는 넓은 영역에 걸쳐 상세하고 측량 등급의 데이터를 신속하게 제공하여, 인사이트 도출 시간을 단축해 줍니다.

사용자 요구에 맞는 다양한 배치 옵션
Hovermap 의 독보적인 다용도성 덕분에 사용자는 공중이나 지상에서 이전에는 접근할 수 없었던 지역의 데이터도 수집할 수 있습니다. 플러그 앤 플레이(plug-and-play) 설계로 드론 기반 사용에서 휴대용, 백팩, 차량 또는 지상 로봇 장착 스캐닝으로 손쉽게 전환할 수 있습니다. 

DJI M350 드론, AstroMax 

GCP 없이 빠르고 정확한 드론 기반 스캔
Emesent Aura 는 이제 RTK를 지원하여, DJI의 M300 및 M350 드론을 활용한 Hovermap 스캔에 대해 고정밀 지오레퍼런싱 및 드리프트 보정을 자동화합니다. 이를 통해 지상 제어점을 배치하거나 지오레퍼런싱할 필요 없이, 필요에 따라 빠르고 정확하며 정밀한 지상 드론 스캔 결과를 제공할 수 있습니다. 

Hovermap 를 전용 마운트를 사용하여 DJI M300 또는 M350 드론에 간단히 장착하고, 연결만 완료하면 스캔을 시작할 준비가 됩니다. 처리 과정에서 ‘ Aura ’는 GPS 신호 품질을 자동으로 평가하여 RTK와 위성 기반 보정( SLAM )의 최적 조합(RTK와 SLAM, 또는 RTK 품질이 충분히 높지 않을 경우 SLAM 만 사용)을 지능적으로 선택하고, 두 방식을 번갈아 가며 적용하여 사용자에게 가장 신뢰할 수 있고 견고한 포인트 클라우드를 제공합니다.

결과: ‘Eyes Underground’가 기록적인 시간 내에 완성되었다

최초의 긴급 신고 접수 후 48시간 이내에 UAS와 Hovermap 은 5킬로미터가 넘는 지하 작업 구역을 아우르는 여러 차례의 자율 비행을 완료했습니다. 초당 약 200만 개의 데이터 포인트를 수집한 포괄적인 3D 포인트 클라우드 데이터는 다음과 같은 사실을 밝혀냈습니다:  

• 22에이커에 달하는 붕괴의 전체 규모
• 주변 눈더미와 기둥의 상태
• 불안정성에 영향을 미쳤을 것으로 보이는 저수 흔적
• 향후 작전을 위한 안전한 접근 경로
• 즉각적인 지상 지원이 필요한 지역

특히, 이 팀은 LiDAR 스캐닝과 360도 카메라 영상을 결합하여 정밀한 공간 데이터와 즉각적인 시각적 맥락을 모두 제공했습니다. 스캔 처리에는 시간이 걸렸지만, 영상을 통해 이해관계자들은 지하 상황에 대한 즉각적인 피드백을 얻을 수 있었으며, 이 모든 과정이 단 한 명도 위험 구역에 들어가지 않은 상태에서 이루어졌습니다.

맥키넌은 “ Hovermap 가 접근이 전혀 불가능한 지역에 진입해 데이터를 수집한 뒤 자율적으로 안전한 곳으로 복귀할 수 있는 능력은 의심할 여지 없이 광산 사고 분석 및 대응에 새로운 기회를 열어줄 것”이라고 언급했다. 

숨겨진 가치: 변화 감지 및 예방

이번 임무를 더욱 가치 있게 만든 것은 작전 도중 이루어진 한 가지 발견이었습니다. 광산 운영사는 인수 실사 과정의 일환으로 전년도에 채굴 구역에 대한 스캔 작업을 의뢰한 바 있었습니다. 팀은 새로 수행한 긴급 스캔 데이터를 이 과거 데이터와 중첩시켜 분석함으로써, 정확히 어떤 부분이 변했는지 파악할 수 있었습니다.

이 비교 결과는 많은 것을 드러내면서도 경각심을 불러일으켰습니다. 과거 스캔 데이터를 새로운 데이터와 함께 검토한 결과, 모래시계 모양으로 변형된 기둥, 2019년 초 지반 붕괴 지점에서 시작된 변형, 당시에는 점진적인 변화가 뚜렷하게 드러나지 않았던 구역 등 지반의 점진적인 열화를 뒷받침하는 패턴들이 명확히 드러났습니다. 지표면 수문학적 모델링( LiDAR ) 결과, 한 농부의 밭에서 나온 물이 오랫동안 오래된 붕괴 구역으로 유입되어 유량이 집중되고, 이로 인해 주변 석회암이 약화되었음이 밝혀졌습니다. 붕괴 구역 위에서 최대 22피트에 달하는 지표면 침하가 기록된 가운데, 통합된 데이터 세트는 붕괴에 기여한 요인들을 더 명확하게 이해하는 데 도움을 주었습니다.

“가장 중요한 교훈은 이것입니다. 데이터는 언제든지 저장할 수 있으니, 가능한 한 많이 스캔해야 합니다.”라고 맥키넌은 강조했습니다. “데이터를 즉시 처리할 필요는 없지만, 문제가 발생했을 때 그 기준선이 있다면 상황이 완전히 달라집니다. 이번 사례에서 우리는 과거 데이터를 되짚어보며, 처음부터 존재했던 불안정성의 징후를 확인할 수 있었습니다.”

광산 안전을 위한 교훈: 선제적 대응 대 사후 대응

이 사례는 자율 비행 드론 기술의 긴급 대응 능력은 물론, 일상적이고 선제적인 모니터링 분야에서 이 기술이 지닌 훨씬 더 큰 가치를 모두 보여줍니다:

긴급 대응 시:

• 인력의 안전을 위협하지 않고 접근이 어려운 지역에 신속하게 투입
• GPS 신호가 차단된 불안정한 환경에서의 자율 항법
• 고정밀 공간 데이터와 결합된 실시간 시각적 피드백
• 지상 기반 방식으로 달성할 수 있는 범위를 넘어선 확장된 작전 범위

일상적인 운영을 위해:

• 정기적인 자율 스캔을 통해 기준 상태를 파악합니다.
• 변화 감지 모니터링을 활성화하여 잠재적 위험 요소를 파악하십시오
• 접근 제한으로 인해 지상 측량이 불가능한 구역을 기록하십시오.
• 팀을 위험에 노출시키지 않으면서 지반 공학 분석을 지원합니다

그 후 이 광산은 자체적인 지반 모니터링 시스템( Hovermap )에 투자하고 정기적인 스캔 일정을 도입했습니다. 지반 상태에 대한 신뢰도가 높아짐에 따라 처음에는 매주, 그 다음에는 매달, 그리고 분기별로 스캔을 실시하고 있습니다. 이제 그들은 이 기술이 단순히 비상시에만 쓰이는 것이 아니라 예방을 위한 것임을 잘 알고 있습니다.

결론

광산에서 치명적인 사고가 발생하면 단 몇 분도 매우 중요합니다. 하지만 자율 비행 드론( 3D ) 매핑 기술의 진정한 가치는 재난이 닥치기 전의 몇 분, 몇 시간, 며칠 동안에 있습니다. 바로 그 시점에 데이터를 활용해 비극을 단순히 기록하는 데 그치지 않고, 실제로 예방할 수 있기 때문입니다.

이 사례에서 볼 수 있듯이, 자율 비행 드론 기술은 비상 상황에서 사람들의 안전을 지키는 데 그치지 않습니다. 애초에 비상 상황이 발생하지 않도록 예방함으로써 사람들의 안전을 지켜줍니다.

지하 광산용 Hovermap 자율 매핑 솔루션에 대한 자세한 정보는 Emesent 으로 문의하거나 https://emesent.com/industry/mining/을 방문해 주십시오.