KIGAM 한국지질자원연구원

소가 끄는 달구지를 타고 나룻배로 강을 건너며 우리나라의 지질을 연구하러 다니던 시절이 불과 100년 전쯤의 일인데, 무섭도록 진보한 기술의 발달은 하늘에 드론을 날려 땅속을 연구하고, 수집한 데이터를 기반으로 섬의 지형을 고스란히 복원해내는 수준에 이르렀다. 이제는 최첨단 기술로 3차원 공간 안에 우리 땅의 모습을 출력해낸다. 드론과 3D프린트 기술은 첨단과학 분야뿐만이 아니라 기본이라고 할 수 있는 지질자원연구 현장의 풍경도 새롭게 바꾸고 있다.

드론과 3D프린트가 바꾼 지질조사 풍경

writer. 방은석 박사 (광물자원연구본부 자원탐사개발연구센터)

드론 서비스와 공간의 만남

드론에 대해 관심이 없던 독자들도 언제부턴가 택배 드론이 언론에 오르내리면서 드론에 의한 우리 일상의 변화에 대해 상상해 보았을 것이다. 택배 드론과 더불어 드론 택시, 소방 드론, 경찰 드론 등 다양한 드론 서비스가 구상되고 있다. 이렇듯 드론이 미래 먹거리로 이슈가 되면서 드론 자격증 취득 돌풍이 불었고, 현재까지 삼만여 명이 무인 멀티콥터 조종자 국가자격증을 취득하였으며 2019년도에만 만오천여 명이 취득하였다.

하지만 드론자격증 취득만으로는 고소득이 보장되는 것은 아니며 해당 분야의 전문성과 드론 조종기술이 결합될 때 시너지가 날 수 있다. 농업 방제사업 분야에서도 기존의 유인헬기를 드론이 점차 대 체하고 있는데 단순히 사업자가 농약 분사 드론으로 의뢰받은 지역 에 농약을 뿌려주고 단위 면적당 단가에 근거하여 대가를 받는 수준이 아니라 정밀농업의 일환으로 보다 고차원적인 비즈니스 모델이 구축되고 있다.

수요자로부터 의뢰가 들어오면 사업자가 일차적으로 드론 원격탐사를 통해 해당 지역에 대한 병충해나 생육 상태 등에 관한 지도를 만들어 입체적으로 상황을 파악하고, 이를 기반으로 맞춤형 농약/비료를 살포해주는 방식이며 이에 대한 모든 정보는 웹 지도 기반 서비스 플랫폼에서 수요자 및 사업자가 모니터링 할 수 있다. 즉, 드론 비행에만 의존한 단순한 수익모델이 아닌 공간 정보와의 연계를 통해 그 부가가치를 높이는 것이다.

보다 정밀하고 정확한 자료를 제공받다

지질조사 및 자원탐사를 위한 드론 활용에 있어서도 대상 현장에 대한 항공사진, 동영상 자료 취득 외에도 다양한 드론 서비스로 확대할 수 있다. 지표지형지질 공간정보는 인공위성, 항공기, 지상조사 등을 통해 획득해 왔으나 드론기술의 발전으로 인해 이들의 영역을 점점 대체하고 있으며, 보다 정확하고 정밀한 자료 제공이 가능해졌다.

현재 DJI를 비롯한 많은 드론 제작 업체에서 다양한 임무형 드론을 출시하고 있으며 여기에는 적절한 모터 제어를 통한 안정적 비행은 기본이고 자동/자율비행을 위한 센서 및 소프트웨어 기술이 접목되어 있다. 이러한 드론들은 약간의 훈련을 거치면 직접 조종이 가능하므로 드론 적용 시장의 저변 확대에 큰 기여를 하고 있다.

지질자원 분야 드론 지형 매핑에서 이슈가 되는 사항은 현장측량 을 대체할 수 있는 수준의 좌표 정확도와 정밀도를 가지는 자료의 생산이다. 또한 라이다(LiDAR), 열화상(Thermal), 다중분광(Multi-spectral), 초분광(Hyper-spectral) 센서 등의 원격탐사 자료를 중첩하여 보다 고차원적인 현장의 지표 정보를 생성하며, 여기에 GPR, 자력, 방사능, 전자탐사 등의 물리탐사 드론으로 지중 정보를 획득하여 함께 서비스함으로써 드론 데이터의 활용도를 넓히고 서비스의 부가가치를 높여줄 수 있다.

드론 지형 매핑을 위해서는 이에 적합한 고품질의 사진들을 촬영하는 것이 요구된다. 드론 기체, 비행 방법, 카메라/짐벌의 성능 및 사진촬영 방식 등 여기에 영향을 끼치는 다양한 요소가 있다. 과거에는 이러한 기술을 조합하고 적용하는 데 많은 어려움이 있었으나 짐벌일체형 카메라 드론의 출시와 자동비행 및 촬영에 필요한 프로그램이 다수 공급되어 비교적 손쉽게 양질의 자료 취득이 가능하다. 이후 포토모델링 프로그램을 통해 정밀지형모델로 만들어지며 이 과정에서 정사영상(Orthomosaic) 및 수치표고모델(Digital surface model), 3차원 정밀지형모델(3D precise terrain model) 등이 기본적으로 생성된다.

다양한 형태의 드론 데이터를 효율적으로 저장/공유/분석/도시하기 위해 클라우드 기반의 플랫폼 형태로 서비스를 하는 기업들도 생겨나고 있다. 초기에는 드론 데이터의 공유 및 간단한 분석/도시 기능으로 시작하였지만 최근에는 매핑용 드론의 판매, 대여에서부터 드론 비행, 지형모델구축, 다양한 GIS 분석 및 시각화까지 그 서비스 범위를 확장하고 있다.

한국지질자원연구원에서는 이러한 기본적 서비스와 더불어 3D 기반의 결과 도시, 드론정밀지형모델을 이용한 3D 해석 기능이 포함 된 드론데이터플랫폼(Drone Data Platform)을 구축하였다. 현장 현황관리는 물론이고 지형 모니터링, 절리면 분석, 사면안정해석, 배수해석(지표수 모델링) 등 보다 고차원적인 작업이 가능하다. 이 드론데이터플랫폼은 한국지질자원연구원에서 구축하고 있는 3D지질모델링 플랫폼(3D Geological Modeling Platform) 및 VR/AR 플랫폼(Virtual Reality/Augmented Reality Platform)과도 연동된다.

가상/증강현실 및 3D 프린팅과 연계

한국지질자원연구원에서는 가상공간에서 현장지형모델에 대한 관찰은 기본이며 360°사진/동영상 보기, 다양한 측정(거리, 면적, 부피, 주향, 경사)이 가능한 ‘KIGAM Earth VR 플랫폼’을 개발, 서비스 중에 있다. 현장 방문에 앞서 드론 3D 매핑을 통해 해당 현장의 정밀 지형모델을 구축하고 이 모델을 활용하여 VR공간에서 실제 현장에 와 있는 것 같은 환경에서 현장 답사, 지질조사 등을 수행할 수 있다.

4차 산업혁명과 관련된 또 다른 키워드로 3D 프린팅이 있다. 3차원 공간 안에 실제 사물을 인쇄하는 3D 프린팅 기술은 의료, 생활 용품, 자동차 부품 등 많은 물건을 만들어낼 수 있다. 드론 3D 매핑을 통해 정밀지형모델을 만들고 이를 3D 프린터로 출력함으로써 현장 상황을 다른 사람들과 쉽게 공유할 수 있다. 한국지질자원연구원에서는 독도, 성산 일출봉과 같이 지질학적으로 의미가 있는 대상을 포함하여 석회석 노천광산 등의 현장관리를 위해 드론 데이터 기반의 3D 프린팅 기술을 활용하고 있다.