임업기계 무인화를 위한 헬륨기구 기반 무선통신 시스템의 성능에 관한 연구

김균형1*, 이현승1, 주홍식1, 문호성1, 오재헌1

(1국립산림과학원 산림기술경영연구소)

A study on the Performance of a Wireless Communication System with a Tethered Helium Balloon for the Unmanned Forestry Mchines

Gyun-Hyung Kim1*, Hyeon-Seung Lee1, Hong-Sik Ju1, Ho-Seong Mun1, Jae-Heun Oh1

(1Forest Technology and Management Research Center, National Institute of Forest Science)

요약: 전 세계적으로 산림 산업의 디지털화를 위해 Forestry 4.0 개념을 적용한 연구 및 개발이 지속적으로 수행되고 있다. 목재수확 분야에서는 목재수확기계, 목재 및 바이오매스 공급망 구축 등에 Forestry 4.0 개념을 적용하고 있으며, 그 중 목재수확기계는 인구의 고령화 및 운전자의 안전 문제를 해소하기 위해 Forestry 4.0 개념을 적용한 무인화 기술 연구가 수행되고 있다. 목재수확기계 무인화 기술은 목재수확 현장에서 각 기계 간의 실시간 정보 공유 및 제어를 위해 무선통신이 필요하며, 이와 같은 기능을 수행하기 위해 헬륨기구 기반 무선통신 시스템이 선행 연구를 통해 개발되었다. 본 연구에서는 개발한 시스템을 실제 목재수확 현장에 적용하여, 무선통신의 성능을 평가하였다. 연구 시험은 광릉 시험림 내 완경사지 목재수확 현장에서 실시하였으며, GNSS set 및 무선신호 수신기를 활용하여 수신기의 위·경도 좌표와 수신감도 데이터를 측정하였다. 그리고 ArcGIS를 활용하여 시험 대상지의 지형 거칠기 및 경사를 분석하고 측정한 수신감도와의 상관관계를 확인하였다. 개발한 헬륨기구 기반 무선통신 시스템은 최대 1.9ha 면적 안에서 –69dBm 이상의 수신감도를 유지하는 것으로 확인되었으며, 지형 거칠기와 수신감도의 R2는 최대 0.1161, 경사와 수신감도의 R2는 최대 0.1137로 분석되었다. 따라서 완경사지 목재수확 현장에 적용한 이 시스템의 성능은 1.9ha 면적을 두 지형요인과 관계없이 안정적으로 무선신호를 제공할 수 있을 것으로 판단된다. 향후에는 목재수확 현장에서 취득한 데이터의 표본 수를 늘리기 위해 경사지, 급경사지 등이 포함된 다양한 현장조건에서 추가 시험을 통해 데이터를 취득할 예정이다.

Abstract: The concept of Forestry 4.0 is being continuously applied in research and development to digitalize the forestry industry worldwide. In the field of timber harvesting, the concept of Forestry 4.0 is being applied to vehicular timber harvesting machines, the establishment of timber and biomass supply chains, and more. Vehicular timber harvesting machines is the subject of research on unmanned technology that applies the concept of Forestry 4.0 to address issues related to the aging population and driver safety. Unmanned technology for vehicular timber harvesting machines requires wireless communication for real-time information sharing and control between machines at timber harvesting sites. To perform these functions, a wireless communication system with a tethered helium balloon has been developed through preliminary research. In this study, the developed system was applied to an actual timber harvesting site to evaluate the performance of the wireless communication. The research test was conducted on a gentle slope timber harvesting site. Using a GNSS(Global Navigation Satellite System) set and a wireless signal receiver, the latitude and longitude coordinates and the RSSI(Received Signal Strength Indicator) data of the receiver were measured. Additionally, ArcGIS was used to analyze the terrain ruggedness and slope of the test site and to verify the correlation with the measured RSSI. The developed wireless communication system with a tethered helium balloon was found to maintain the RSSI of -69dBm or higher within an area of up to 1.9 hectares. The R² value for the correlation between terrain ruggedness and RSSI was up to 0.1161, and the R² value for the correlation between slope and RSSI was up to 0.1137. Therefore, the performance of this system, when applied to a gentle slope timber harvesting site, is judged to be capable of providing stable wireless signals over an area of 1.9 hectares regardless of the two terrain factors. In the future, to increase the sample number obtained from timber harvesting sites, additional tests will be conducted under various field conditions, including slopes and steep slopes.

Keywords: Wireless communication system, RSSI, Timber harvesting, Unmanned technology, Safety

사사: 본 연구는 산림분야 재난·재해의 현안해결형 연구개발사업(2023475A00-2325-BB01)에 의해 수행되었다.