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1. 서론

1) 드론의 정의 및 기원

무인 항공기(UAV, Unmanned Aerial Vehicle)란, 조종사의

탑승 없이 지정된 임무를 수행할 수 있도록 제작된 비행체를 의

미한다. 무인 항공기 중 드론(Drone)으로 통칭되는 종류

(Rotary Wing UAV)가 있는데, 이러한 비행체 종류의 비행 소

리가 수벌(Drone)이 비행할 때의 소리와 유사하여 명명된 것이

라 한다. 드론은 무인 비행 본체와 이를 운용하기 위한 지상통

제장치 및 지상지원장비, 임무탑재체(예: 항법장치, 각종 센서)

로 구성되어 있다.

드론은 세계 1차대전부터 군사적 활용을 위해 실험적으로 투

입된 이후 개발 연구가 본격적으로 시작되었다. 정찰용, 전투

용 등의 군사적 목적으로 운용되던 초기 드론은 현재 원격 측정

용, 정보 수집용, 통신 중계용까지 다양한 목적으로 활용되고

있다.

드론은 운용 목적 외에도 형태, 비행 반경, 고도, 크기, 이착

륙 방식 등으로 분류할 수 있다. 본 고에서는 그림1에 보이는

것과 같이 민간 산업분야에 활발히 활용되는 드론 종류를 중심

으로 연구동향, 실제 적용사례 및 전망을 소개하고자 한다.

그림 1. 드론의 비행 모습

2) 드론 투자 및 도입 현황

드론은 현재 많은 산업에 도입되거나 도입하기 위한 연구가

진행되어 그 시장규모가 급격히 성장하고 있다. 국방위산업 전

문 컨설팅 업체인 Teal Group의 보고서에 따르면 드론의 시장

규모는 2003년부터 매년 평균 21.8%의 폭발적 성장세를 보여

2013년 약 64억 달러를 기록하였다. 그림2에서 보듯 향후 전체

드론 시장규모는 2024년까지 매년 지속적으로 성장하여 115억

달러에 이르고 총 누적규모 910억 달러(한화 약 104조원)에 이

를 것으로 전망된다(Teal Group 2014).

그림 2. 드론 시장규모 전망 (Teal Group, 2012)

과거부터 세계 드론 시장의 90%이상은 군사용 드론 시장이

차지하였으나, 최근에는 민간 분야의 드론 활용이 점차 증가하

고 있는 추세이다. 2024년경에는 민간 드론 시장이 전체 드론

시장 규모의 14%에 이를 것으로 전망된다(Teal Group 2014).

민간 드론시장의 활용분야는 크게 공공 분야, 상업적 분야로

나눌 수 있다.

공공 활용분야에서 드론은 재난·재해, 기상 및 대기 관측,

지도제작, 교통상황 감시 등 사용하고 있다. 일본에서 드론에

GPS(Global Positioning System), IMU(Inertial Measurement

Unit) 센서를 장착하여 정밀한 3차원 지도제작을 수행하고 이

건설 산업 드론 적용가능성

김형관 연세대학교 토목환경공학과 교수

김홍조 연세대학교 토목환경공학과 석·박사 통합과정

박성재 연세대학교 토목환경공학과 석·박사 통합과정

드론 : 건설산업 가능할까?–건설 산업 드론 적용가능성

4 건설관리

특 집

를 국토모니터링에 활용한 사례가 있다. 상업적 분야에서 드론

은 농작물 작황조사, 배관 누출 감지, 시추 시설 점검, 전력선

의 관리감시, 배달 서비스 등에 활용될 수 있다. 미국에서는 드

론을 활용하여 농작물 작황조사와 가축의 이동현황을 관측하

는 데에 활용한 사례가 있다.

한 국가의 영공(Aerial Domain)은 보안상의 이유로 법적 규

제가 매우 심한 공간이어서, 드론의 경우도 실질적인 활용이

제한적으로 이루어지고 있었다. 그러나 현재 각국에서는 드론

의 산업적 가치에 주목하여 관련 규제를 폐지·보안하고 있다.

대표적으로, 미국에서는 민간 드론 시장의 확대를 위한 민간

드론 사용을 전면 허용하는 법안이 통과되었다(미 연방항공청

2012, “2012 현대화 개정 법률”). 드론 활용에 유리한 제도적 환

경은 실제 시장에 매우 긍정적인 영향을 주는 것을 그림3을 통

해 알 수 있다.

그림 3. 미국에서 허가 받은 민간 드론의 수 (Etnews 2014)

2. 건설산업의 드론 적용 현황

드론을 활용하면 단시간 내에 광범위한 지역의 이미지 데이

터를 수집할 수 있어 시설물 상태 및 현장 모니터링을 효율적으

로 수행할 수 있다. 따라서 국내외 건설산업에도 드론을 도입하

기 시작하였다. 그림4에서 볼 수 있듯이 드론을 사용하여 건설

현장을 촬영할 경우 건설현장의 전반적 모습을 파악할 수 있다.

그림 4. 드론으로 촬영한 건설현장

1) 해외 건설산업 드론 적용 사례

해외 건설산업에서 드론은 건설현장 관리 및 시설물 유지관

리에 주로 사용되고 있다. 영국 웨일스 정부출연 기구인

CEW(Construction Excellence in Wales)에서는 건설 폐기물

관리 프로젝트에 드론을 사용하여 발생되는 건설 폐기물을 추

적하고, 실시간으로 관리자에게 폐기물 위치 정보를 전달하였

다. 관리자는 전달된 정보를 통해 폐기물 중 재활용이 가능한

것을 분류하고 재사용하여 전체 폐기물의 양을 줄일 수 있었다

(Waste Management World 2014). 프랑스 건설사 VINCI는

채석장에서의 지형 조사 및 보관량 측정과 같은 업무를 수행하

는데 드론을 사용하였다. 건설현장 관리뿐만 아니라 시설물 유

지관리 측면에서도 드론이 사용되고 있다. 일본건설정보센터

(JACIC, Japan Construction Information Center)에서는 태

풍으로 피해를 입은 교토지역 제방복구 사업에 드론을 사용하

여 파괴된 제방의 3차원 모델을 구축하고, 이 모델을 활용하여

필요한 건설 자재 및 인력을 파악하는데 소요 시간을 단축 하였

다 (Yamamoto et al. 2014).

2) 국내 건설산업 드론 적용 사례

국내에서는 주로 건설현장 모니터링을 위해 드론을 활용하

였다. 쌍용건설은 동부산 관광단지 건설 프로젝트의 현장이 넓

고 바다로 둘러싸여있어 현장 모니터링에 어려움을 겪었다. 이

와 같이 접근성이 열악한 현장에 드론을 활용하여 현장의 상황

파악을 신속히 수행할 수 있었다. 삼성물산은 사우디아라비아

복합발전소 건설 프로젝트의 진척률 확인, SK 건설은 건설 현

장의 작업자 안전모 착용 여부를 파악하는데 드론을 사용하였

다(조선비즈 “건설현장 상공에 등장한 드론, 무슨 일 할까?”

2015).

3) 건설산업 드론 적용의 한계점

현재 드론은 건설산업 생애주기 전 단계(기획, 설계, 시공,

유지관리, 해체)에서 주로 건설현장 관리에 제한적으로 활용하

고 있다. 드론 확산을 가로막는 장애물로는 열악한 제도적 환

경, 기체성능 및 이미지 해석 기술의 부족으로 요약할 수 있다.

전세계적으로 드론 시장이 급성장하는 추세에 있으나, 각국

의 제도적 환경이 이를 뒷받침하지 못하는 경우가 많아 드론의

활용 확산에 장애물로 작용하고 있다. 국내를 예로 들면, 전파

법과 항공법에 따라 공항 반경 5.5km, 고도 150m 이상, 휴전

선 인근 및 서울도심 상공의 비행금지구역, 인구밀집지역 또는

사람이 많이 모인 곳의 상공에서는 드론 운행을 금지하고 있

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다. 또한 비행 제한공역에서 드론을 운행하기 위해서는 항공 4

일전 수도방위사령부에 비행계획을 승인 받아야 하는 번거로

움이 있다. 따라서 건설현장과 같이 모니터링 수요가 불규칙적

으로 빈번하게 발생하는 상황에서는, 상기 규제를 준수하며 드

론을 활용하기 힘들어 실용성이 상당히 결여된다.

현재 상용되고 있는 드론의 기체 성능 또한 건설산업에 적용

되기에 부족한 점이 존재한다. 일반적으로 구조물이 복잡하게

배치되어 있는 건설 현장에서 드론이 충돌할 경우 심각한 안전

사고를 초래할 수 있으므로, 신뢰성 높은 충돌 방지 항법 시스

템이 드론 시스템에 탑재되어야 한다. 현재 상용화된 드론 대

부분의 종류가, 사용자가 직접 육안으로 보며 조종해야 되어

먼거리에서의 조종 정확도가 떨어지고, 더불어 조종 신호에 기

체가 정확히 반응하는 반응성이 부족하여 사고의 위험이 매우

높다.

드론이 촬영한 이미지를 해석하는 기술 또한 실제 건설산업

에서 활용하는데 미흡한 실정이다. 현재까지 건설산업의 이미

지 데이터는 사람이 직접 카메라를 통해 취득하거나,

CCTV(Closed-Circuit Television)를 활용하여 취득하는 것이

일반적이었다. 따라서 3차원 현실공간을 2차원 이미지에 투영

되었을 때 발생하는 오차, 왜곡을 보정하여 필요한 정보를 추

출하는 기술들이 존재한다. 그러나 드론을 사용하여 이미지를

취득할 경우에는 카메라 촬영위치가 3차원 상에서 시시각각 변

하기 때문에 촬영 시점에 따라 변하는 물체 크기, 각도, 왜곡,

오차 등을 처리할 수 있는 기술이 필요하나, 현재 기술 수준이

매우 미흡한 실정이다.

그림 5. 드론 법규위반 적발건수

(국토교통부 뉴스, 2015)

3. 건설산업 드론 연구동향 및 적용 전망

학계는 건설산업에 드론을 다양한 목적으로 활용하기 위한

연구를 진행하고 있다. 이 대목에서는 드론 활용목적별 대표적

연구사례와, 실제 본 고의 저자들이 드론을 활용하여 건설현장

모니터링을 실험적으로 수행한 결과를 바탕으로 건설산업의

드론 적용 전망을 도출해보고자 한다.

1) 건설현장 관리

독일 프리드왈드 고속도로 확대 건설사업현장에서 고속도로

주변의 필요 없는 지반을 절삭하는 공정과 주변의 구덩이를 메

우는 공정에 드론을 사용하여 현장을 3차원으로 모델링하여 절

삭 면적과 채움 면적의 부피를 계산하는 연구를 진행하였다

(Siebert and Teizer 2014). 이 연구에서는 드론이 취득한 이미

지로 토공 생산성 분석에 활용할 수 있는 고차원 정보를 얻을

수 있음을 확인할 수 있었다.

최근 대형 건설 프로젝트를 중심으로 BIM(Building

Information Modeling)모델의 활용이 점차 확산되고 있으나,

모델을 구축하는 데 많은 시간이 소요되므로 건설 현장을 모니

터링 하기 위한 용도로는 널리 활용되지 못하고 있었다. 드론

을 활용하면 신속히 현장모델을 구축할 수 있어 현장모니터링

에 BIM 모델 활용이 가능하다. 실제로 최근 4D BIM 모델을 구

축하는데 드론을 활용한 연구가 수행되었다. 그 중 하나를 예

로 들면, Monographs et al. (2015)은 4D BIM을 구축하기 위

해 건설현장 이미지를 드론으로 촬영하여 3차원 모델을 생성하

고, 3차원 모델에 지형공간정보 및 시간정보를 입력하여, 이미

지를 취득한 시점에서의 공사 현장(As-built)과 완공된 시점

(As-planned)에서의 공사현장을 비교·분석하여 현장의 진척

률과 완성도를 평가해주는 프레임워크를 제시하였다

(Monographs et al. 2015).

본 고의 저자들은 드론(DJI사 Phantom 2 Vision+)을 사용

하여 연세대학교 백양로 프로젝트 건설현장 일부 지역의 이미

지를 취득하고(그림6), 이를 활용하여 3차원 모델을 구축해보

았다.

그림 6. 드론을 사용하여 촬영한 건설현장

드론 : 건설산업 가능할까?–건설 산업 드론 적용가능성

6 건설관리

특 집

드론으로 촬영한 건설현장 이미지를 Visual SFM(Structure

from Motion) 와 MeshLab과 같은 오픈소스 프로그램을 사용

하여 3차원으로 모델링 하였다(그림7). 드론을 사용하여 데이

터 취득에 40분, 3차원 모델링에는 약 4시간이 소요되었다(컴

퓨터 사용 환경 및 알고리즘 최적화에 따라 달라질 수 있는 수

치임.). 실험 결과를 통해 드론을 활용하였을 때 3차원 모델을

손쉽게 확보할 수 있었다.

그림 7. 구현한 건설현장 3차원 모델

드론의 자동 항해기능을 사용하면 드론이 스스로 건설현장

을 촬영하고 돌아오게끔 설정할 수 있어, 드론 운용의 효율성

이 더욱 증대될 수 있다. 그림8에서 보이는 것과 같이, 지도상

에 모니터링을 원하는 경로를 미리 설정해 놓으면, 드론으로

GPS정보를 수신하여 경로에 따라 모니터링을 자동으로 수행

하게 된다. 향후 모니터링에 강점을 가진 드론으로 취득한 이

미지를 처리하는 연구가 더욱 가속화 된다면, 건설 프로젝트

생산성 분석, 진척률 확인, 품질 확인 등으로의 활용이 더욱 확

산될 것이라 전망된다.

그림 8. 드론의 자동 항해기능

2) 건설산업 유지관리

2013년 The American Society of Civil Engineers(ASCE)에

서 발행한 보고서(2013 Report Card for America’s

Infrastructure)에서 미국 내 사회기반시설물들이 종합적으로

D+등급(D등급–위험함)에 속하는 것으로 확인되었는데, 이는

시설물이 사용연한(service life)의 마지막에 와있어 기능상실

직전임을 의미한다. ASCE에서는 이러한 시설물들을 B등급(좋

은 시설물 상태로써 시설물의 몇 가지 요소만 수선이 필요한 단

계를 의미함)으로 수선하는 데에 무려 $3.6조 달러(한화 4천 60

조원, 환율 1,128.50원=1달러 기준)가 필요하다고 추산하고 있

다. 이처럼 선진국을 위주로 급성장하고 있는 시설물 유지관리

시장에서, 드론의 시설물 상태 모니터링 활용가능성이 크게 주

목 받고 있다.

시설물의 수명을 연장시키고, 기능을 유지하기 위해서는 시

설물의 상태를 적시에 진단하여 필요한 처방을 내리는 것이 매

우 중요하다. 그런데 보통 도로, 댐, 공항 등의 사회기반시설물

그림9. 3차원 모델의 비교(좌: LIDAR로 구축한 3차원 모델, 우: 드론으로 구축한 3차원 모델)

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들은 규모가 크고 광범위한 지역에 각종 부대 시설물이 위치해

있어 인력에 의존하는 모니터링에는 시간과 비용이 크게 소요

된다. 때문에 효율적인 모니터링을 가능하게 하는 드론이 주목

받아 관련 연구가 점차 증가하고 있다.

특히 도로와 같은 선형적인 시설물에서 드론을 모니터링에

효과적으로 활용할 수 있다. Rathinam et al. (2008)은 도로와

운하를 대상으로 드론을 활용한 모니터링 방법을 연구하였다.

이 연구에서는 드론으로 취득한 이미지들을 보정하여 도로와

운하를 찾고 위치 정보를 연결하는 방법을 제시하였다

(Rathinam et al. 2008).

시설물 구조의 변형, 지형 변화 등 물리적 변이를 진단하기

위해서는 드론으로 취득한 이미지의 정확도가 매우 중요하다.

Harwin and Lucieer (2012)은 드론을 사용하여 해안가 지형의

3차원 모델 구축하고 그 정확도를 확인하였다. 이 연구결과를

참고하면 50m 이내의 거리에서 드론으로 해안가 지형의 이미

지를 취득하고 point cloud를 생성하여 3차원 모델을 구축하였

을 때, 실제지형과의 오차 범위가 25-40mm내에 있음을 보였

다(Harwin and Lucieer 2012).

본 고의 저자들은 건설산업에서 사진측량을 할 때,

LIDAR(Light Detection And Ranging) 장비와 드론으로 구축

한 3차원 모델들을 서로 비교하여 보았다. 이를 위해 연세대학

교 본관의 3차원 모델을 드론과 LIDAR로 구현하여 비교한 결

과가 그림9에 나와있다.

실험 결과 넓은 면적의 구조물을 단 시간 내에 관찰할 수 있

었으나, 3차원 모델의 정확도를 개선해야 될 필요가 확인되었

다. 드론은 고정형 CCTV와는 다르게 매번 촬영 위치 및 시점

이 바뀌므로 매번 이미지를 찍었을 때의 드론 위치를 정확히 캘

리브레이션(Calibration)하는 기술이 필요할 것으로 예상된다.

또한 도로, 운하 등 선형적인 구조물과 대규모의 시설물을 모

니터링 하기 위해서는 상용화된 드론의 배터리 및 무선 신호 송

수신 성능이 개선되어야 할 것으로 보인다.

3) 건설 자재 조달

현재 유통업체를 중심으로 드론을 활용하여 물류시스템을

구축하기 위한 연구 및 테스트를 진행하고 있다. 아직까지는

건설산업과 관련한 드론의 연구는 이미지 데이터의 취득 및 활

용에 중점이 있고, 직접 물건을 나르는 용도로 활용하기 위한

연구는 전무한 실정이다. 향후 상용화될 드론의 성능 및 안정

성이 건설 산업에서 필요한 자재(철근, 시멘트 등)를 운반할 수

있을 정도로 상당히 개선된다면 미래 건설 프로젝트는 현재 보

이는 건설현장의 모습과는 매우 상이한 모습을 보일 것으로 예

상된다.

4. 맺음말

빠르게 성장하고 있는 드론 산업이 미래 건설산업에 미칠

영향력은 막대할 것으로 예상된다. 앞서 살펴본 선행연구들에

서 확인할 수 있는 드론의 활용가능성에 착안해 볼 때, 드론의

활용은 건설 산업의 새로운 도약 계기를 마련해 줄 수 있을 것

이다.

그러나 국내에서는 건설산업 드론 활용에 대한 연구의 진행

이 미흡할 뿐만 아니라 각종 규제가 활용 장애요소로 작용하고

있다. 드론의 성능 개선뿐만 아니라 사용환경을 제도적으로 뒷

받침할 수 있을 때 건설산업의 드론 활용을 더욱 촉진할 수 있

을 것이다.

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■ 김형관 E-mail: hyoungkwan@yonsei.ac.kr