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드론을 활용한 실내ㆍ협소 공간 탐색- Ⅰ

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서울 영등포소방서 김성호 | 기사입력 2023/05/19 [09:40]

드론을 활용한 실내ㆍ협소 공간 탐색- Ⅰ

서울 영등포소방서 김성호 | 입력 : 2023/05/19 [09:40]

소방드론 도입 배경

▲ [사진 1] 최초 도입된 소방드론(DJI 인스파이어)


‘소방드론’은 2015년 8월 서울소방재난본부에서 ‘소방업무를 효율적으로 수행하기 위해 기체에 사람이 타지 않고 지상에서 원격 운용하는 장비’라고 최초 정의했다(소방드론 운용 규정 명시, 2016.08.20., 서울소방재난본부 현장대응단).

 

이후 2019년 소방청 훈령 제75호 ‘소방 무인비행장치 운용규정’에는 ‘무인동력비행장치 중 연료 중량을 제외한 자체 중량이 150㎏ 이하인 무인비행기, 무인헬리콥터, 무인멀티콥터 중 소방용으로 사용되는 무인비행장치’를 ‘소방 무인비행장치’라고 정의했다.

 

이들 중 소방드론으로 주로 사용하는 무인비행장치는 무인멀티콥터다.

 

소방드론 도입엔 다양한 배경이 있었지만 대표적으로 기존 재난 대응 단계에서 현장 활동이나 지휘에 필요한 정보 획득에 한계가 있었다.

 

화재 현장에서 재난 초기엔 신고자나 선착대에 의한 정보에 의지할 수밖에 없었다. 대응 중에도 지속적인 단위 지휘관의 무전 정보가 필요했다. 지상에서의 이차원적인 시야와 정보로는 입체적인 현장 파악에 한계가 있었다.

 

특히 산악 실종자 수색과 같은 구조 현장에서 활동할 땐 불규칙한 지형과 장애물이 많아 기동성이 매우 떨어지고 수색 범위가 넓을수록 필요한 대원의 수도 범위에 비례해 필요했다. 그런데도 대원이 접근하기 어렵거나 위험한 사각(음영) 지역은 여전히 존재했다.

 

▲ [사진 2] 서울소방 실시간 영상전송시스템

 

소방드론은 이런 사각지역에 대한 정보 취득을 위해 도입된 장비다. 현재는 현장의 입체적인 정보 취득과 영상송출을 통해 실시간 현장 정보를 공유하는 등 기존 현장대응에서 추가된 첨단기술융합(드론+ICT)시스템이 다양한 재난 현장에서 활용되고 있다.

 

그리고 소방드론 운용자들은 드론 도입 배경과 ‘효율적인 소방업무 수행’, ‘대원 안전 확보’라는 목적을 달성하고 더 다양한 방법으로 드론을 활용하기 위해 재난 대응을 포함한 재난관리 시점에서 여러 연구와 훈련을 꾸준히 진행하고 있다.

 

소방드론 운용 한계

소방드론이 날아오르며 화재나 구조, 구급 등 전국 다양한 재난 현장에서 활용됐다. 재난 현장의 소방드론은 소방관의 ‘제3의 눈’이 돼 줬고 제한된 시야의 확장을 통해 무전 정보에 의존하던 현장지휘관의 입체적인 현장 파악을 지원했다.

 

대원이 접근하기 어렵거나 위험한 현장을 먼저 탐색하고 현장 주변 지형이나 장애물을 관측해 정보를 제공하는 등 다양하게 활용됐다. 특히 넓은 범위를 수색해야 하는 재난 발생 시 광범위한 지역을 탐색할 수 있었다. 

 

그러나 소방드론으로 모든 걸 할 수 있던 건 아니다. 탐색 범위는 대부분 현장의 구조물 외부로 한정돼 있었다. 내부로 진입하지 못하고 외부에서 관측할 수 있는 범위에서 내부를 탐색했기 때문에 드론 활용성이 높아질수록 현재 드론으로 활용하기 어려운 재난 현장도 두드러졌다. 

 

▲ [사진 3] 도입 초기의 소방드론(아리스 비틀)

 

다양한 한계점이 있었지만 먼저 재난 상황에 따라 명확하게 소방드론의 임무를 정하는 SOP 부재로 활동 중인 소방드론과 지상 소방력의 혼선이 발생할 우려가 있었다.

 

게다가 소방드론 도입 초기의 기체들은 다양한 재난 현장에 적용하기 위한 임무 장비 탑재를 위해 대부분 기체 크기가 컸다. 그리고 크기와 관계없이 실내에서 비행하기에 적합한 조건을 갖추지 못했다.

 

그로 인해 실내 또는 협소 공간의 정보를 취득하기 어려웠고 현장에 가까이 접근하는 것조차 위험부담이 컸다. 더욱이 도입된 지 얼마 안 된 생소한 장비였기 때문에 소방드론에 대한 회의적인 의견이 많았던 시점이라 재난 현장의 실내 또는 협소한 공간에서 활용하려는 시도 조차 쉽지 않았다.

 

이런 이유로 소방드론은 넓은 공간에서 운용해야 한다는 생각이 지배적이었고 당연하게도 실외에서 주로 활용돼 왔다. 

 

하지만 전국의 일부 소방드론 선구자들은 재난 현장의 드론 활용 범위를 실내와 협소한 공간까지 확장해야 할 필요성을 느끼고 있었다. 재난의 다양화ㆍ복잡화 추세에 따라 현장에서 필요한 드론의 임무도 다양하고 복잡해질 거로 예상해 드론 활용 역량 또한 미리 갖춰 놔야 한다고 생각했다. 

 

비록 당시엔 어려움이 많았지만 한계점들을 극복해서 재난 현장의 실내 또는 협소한 공간까지 비행할 수 있다면 소방드론 역량 강화에 큰 도움이 될 거로 판단했다. 그리고 드론에 관심 있는 일부 직원은 2017년부터 다양한 테스트와 훈련, 연구를 진행했다.

 

여기서 실내 비행에 대한 개념을 정리하자면 ‘드론을 활용한 실내 및 협소 공간 탐색’은 ‘구조대원 탐색이 불가하거나 위험성이 높아 소방력 투입이 어렵거나 불가한 실내 또는 협소 공간에 드론이 진입해 탐색하는 임무 활동’으로 정의했다.

 

현재 소방에서는 재해종별로 재난 출동을 구분한다. 이에 따라 소방드론 실내 비행도 재해종별 운용환경을 기준으로 해 실외와 실내로 구분했다. 각각 비행환경 공간 조건에 따라 ‘협소 공간 비행’을 추가했다.

 

그리고 2016년 말부터 모아온 자료와 현장 운용 경험을 바탕으로 2020년 서울소방학교 드론 운용자과정부터 ‘드론을 활용한 실내 및 협소 공간 탐색’이라는 교육과정을 개설했다.

 

실내ㆍ협소 공간 비행을 위한 테스트와 훈련

가장 먼저 2016년 10월 서울소방에 정식으로 도입된 기체 중 가장 작은 기체인 팬텀 4(450㎜급)를 활용해 연구를 진행했다. 실내 비행에 적합한 드론은 아니지만 당시엔 최선이었다. 

 

▲ [사진 4] 실내 비행 테스트(팬텀 4)


최초 실내 비행환경에 관한 연구는 당시 서울 방학동에 위치한 서울소방학교 구조구급센터 1층부터 지하 2층까지의 농연훈련장 계단참에서 진행했다. 프로펠러 가드를 설치한 기체로 출입문을 지나 계단 2개 층을 내려간 다음 다시 복귀하면서 약 지름 830㎜의 원형 구조물도 통과하는 방식이었다.

 

실내에서의 센서 오류(빈도 포함), 조종ㆍ영상 송수신 감도 등 좁은 공간이 기체에 미치는 영향을 중점으로 연구했다. 예상대로 센서 오류는 다양하게 발생했지만 프롭 가드를 설치하니 벽면의 가벼운 충돌에 버틸 수 있었다.

 

다만 조종자가 기체의 상태를 눈으로 직접 볼 수 없어 조종기에 수신된 정보만으로 기체 센서 오류에 대한 다양한 이상 반응을 즉각적으로 대처하는 게 쉽지 않았다.

 

▲ [사진 5] 철제 장애물 테스트

▲ [사진 6] 건물 내부 진입 테스트

 

이후 협소 공간 연구는 야외에서 철제 파이프 비계로 장애물ㆍ공가 건물에서 진행했다. 기체 조건은 실내 비행 테스트와 동일했다. 다양한 환경과 기체 크기에 따른 안정적인 진입 공간 크기를 판단하기 위한 실험이었다. 그리고 당연한 얘기지만 기체 크기는 작을수록 유리해 다양한 크기의 드론으로 실험했다.

 

위 두 가지 실험 결과 드론이 활동할 수 있는 충분한 공간과 조도, 원활한 전파 송수신을 해결할 수 있다면 기존의 실외용 드론으로도 실내ㆍ협소 공간 탐색은 충분히 활용 가능하다고 판단했다.

 

다만 모든 재난 환경에서 드론이 반드시 필요한 게 아니어서 실내ㆍ협소 공간 드론탐색 또한 필요 투입 상황과 임무를 예측하는 추가적인 연구가 필요했다.

 

▲ [사진 7] 임무 장비(서치라이트) 활용 실내 비행 테스트

이후에도 다양한 환경에서 연구는 지속됐다. 게다가 진행 과정 중 실내에서 비행이 용이한 여러 소형 드론이 출시됐기 때문에 드론 활용 실내ㆍ협소 공간 탐색 분야에 관한 연구는 더욱 활발하게 진행될 수 있었다.

 

연구가 거듭될수록 다양한 연구와 비행 테스트를 거치며 실내ㆍ협소 공간에서도 안정적인 비행 성능을 보이기 위한 요소들을 파악하기 시작했다.

 

이에 따라 재난 현장에서의 실내ㆍ협소 공간에서도 충분히 활용할 수 있겠다는 결론에 도달했다. 물론 활용성이 높은 현장과 낮은 현장은 어느 정도 구분돼 있다.

 

활용성이 낮거나 어려운 재난 현장에는 드론 외 다른 방식의 임무가 더 효율적일 수 있다.

 

하지만 실내ㆍ협소공간 탐색의 활용성이 높은 현장에서 조종자가 미리 훈련하는 등 대비한다면 쓰임이 필요할 때 큰 힘이 될 수 있을 거로 생각했다.

 

 

협소 공간 드론 비행의 성공사례

▲ [사진 8] 2022년 1월 14일 자 소방청 보도자료(드론ㆍ119구조견 예비동원령)

2022년 1월 11일 광주광역시 서구 화정동의 아파트 신축공사 현장에서 콘크리트 타설 중 구조물이 붕괴하는 사고가 발생했다. 

 

건물 남쪽 방향 23층부터 38층까지 구간이 건물 외벽 일부만 남긴 채 무너져 내렸고 작업자 6명이 실종됐다.

 

실종자 수색이 시작됐지만 추가 붕괴 우려가 커 구조대원의 현장 접근은 쉽지 않았다. 일반적인 붕괴사고와 달리 고층건물의 상층부 일부분이 붕괴해 지상과 건물 외부에서도 내부를 관측하기 어려웠다.

 

드론을 활용하더라도 외부에서 내부를 탐색하는 방법으로는 볼 수 없는 음영지역이 많이 존재했다. 즉 드론을 붕괴 공간 내부로 진입시켜 확인하지 못한 음영지역을 탐색할 필요가 있었다.

 

소방청에서는 전문 구조대원, 구조견 동원령과 함께 드론 전문인력 동원령을 발령했다. 

 

서울소방에서도 드론 담당자가 파견돼 현장에서 임무를 수행했고 이는 재난 현장 실내 비행을 위해 소방드론을 동원한 공식적인 첫 사례로 기록됐다.

 

서울소방에서는 재난 현장에서 실내ㆍ협소 공간 탐색이 필요할 때를 위해 오래전부터 대비하고 있었다. 서울에서도 내부 구조대상자 확인 등의 임무로 일부 드론이 실내에 들어갔던 사례가 있긴 하다. 하지만 일시적으로 잠시 진입했을 뿐 장기적으로 활용한 사례는 없다. 

 

그리고 실전에서 활용한 정보가 충분치 않았기 때문에 연구ㆍ훈련을 할 때면 아쉬운 점이 많았다. 실전 데이터를 반영한 것과 그렇지 않은 건 천지 차이였고 현장 상황을 녹여내지 못한 연구는 부족한 점이 많을 수밖에 없었다.

 

이번 재난은 그동안 준비해 온 모든 걸 실전에 적용하고 부족한 점을 채울 기회로 생각했다.

 

▲ [사진 9] 진입 불가구간(드론 수색 당시) 탐색

 

▲ [사진 10] 수색 음영지역 탐색

 

그동안 준비해 온 것들을 토대로 붕괴사고 현장 위험구역 내부 실종자 공중수색 임무와 수색이 제한됐던 음영(사각)지역의 탐색, 현장 공간정보 데이터 확보 임무를 성공적으로 완수할 수 있었다. 

 

연구와 훈련, 교육과정 제작 등 실전을 대비해 만반의 준비를 하고 있었지만 과정의 한편엔 항상 현장에서 효과가 있을지에 대한 의문이 공존했던 것도 사실이다.

 

하지만 소방 최초로 대형 붕괴 현장에서 드론을 활용한 실내ㆍ협소 공간 탐색을 위해 사고 없이 진입한 후 기체까지 안전하게 회수한 순간에 그 의문이 해소됐다.

 

훈련뿐 아니라 실전에서도 실내 비행으로 내부를 탐색할 수 있고 극히 일부지만 효과도 있다는 게 증명됐다. 이번 실전 경험을 토대로 더 본격적으로 연구해야 한다고 생각했다.

 

앞으로 나아갈 방향

많은 훈련과 경험으로 드론 실내 탐색 자체는 충분히 가능하다는 결론이다. 심지어 위험을 감수한다면 자세제어 모드(ATTI)나 아크로 모드로 탐색비행을 하는 것도 가능하다. 하지만 실내에 드론이 진입해서 탐색할 필요가 있는 현장은 드물고 드론을 실내에 진입시켜도 얻을 수 있는 정보는 한정적이다. 

 

붕괴 현장을 예로 들어보자. 매몰된 구조대상자를 수색하는 과정은 숙달된 구조대원이 각종 탐지 장비와 구조견, 구조대원 자신의 오감을 이용해 수색하더라도 구조대상자를 찾아내기란 쉽지 않다.

 

만약 구조대상자의 흔적을 드론이 찾아내더라도 추가로 물리적인 작업을 행할 방법이 현재로선 없거나 제한적이다. 대신 현장 상황이 너무 위험해 구조대원의 안전을 확신할 수 없을 때 드론을 먼저 진입시켜 내부를 확인한다면 드론 도입의 목적 중 하나인 구조대원의 안전 확보를 달성할 수 있을 거다. 

 

▲ [사진 11] 실내, 연기 속 드론의 시야(농연이 아닌 포그머신으로 만든 연기인데도 시야 확보가 몹시 어렵다.)

 

예로 든 붕괴 현장 외에도 굉장히 다양한 재난 상황이 존재한다. 상황에 따른 드론 활용방법에는 차이가 있겠지만 지금으로서 실내에 진입해 드론이 할 수 있는 현실적인 임무 범위는 정보 획득까지가 한계점이라고 생각한다. 즉 드론이 모든 걸 할 수 있다는 생각은 아직 어불성설이라고 할 수 있다.

 

앞으로 풀어야 할 숙제들이 많다. 드론의 실내ㆍ협소 공간 탐색은 주로 사용되는 방법이 아닌 소수의 관심 있는 운용자들이 연구ㆍ훈련해 온 분야고 현장 운용사례도 드물다.

 

따라서 수많은 재난 상황에 따른 기체선정, 임무 범위 설정, 현재의 재난대응 시스템과 융화될 방안 연구 등 큰 노력과 데이터가 필요한 상황이다.

 

모든 소방드론 운용자들이 임무를 수행할 수 있도록 표준화된 체계적인 교육과 훈련도 필요하다. 무엇보다도 이제 시작하는 단계인 만큼 많은 소방드론 담당자의 관심과 관련 연구가 절실하다.

 

다음 호에서는 드론을 활용한 실내ㆍ협소 공간 탐색 간 주의해야 할 몇 가지를 소개해보겠다.

 

서울 영등포소방서_ 김성호 : seongho11@seoul.go.kr 감수 : 서울 서대문소방서_ 허창식

 

<본 내용은 소방 조직의 소통과 발전을 위해 베테랑 소방관 등 분야 전문가들이 함께 2019년 5월 창간한 신개념 소방전문 월간 매거진 ‘119플러스’ 2023년 5월 호에서도 만나볼 수 있습니다.>

 

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