전남대 손형일 교수연구팀, ‘말벌 탐지’ 자율 추적 시스템 개발

[위키트리 광주전남취재본부 노해섭 기자]전남대학교 손형일 교수팀이 말벌의 위치를 실시간으로 탐지해 꿀벌의 피해를 줄일 수 있는 자율 추적 시스템을 개발해 화제다.

전남대 손형일 교수(융합바이오시스템기계공학과)는 박정현 박사과정생, 김보성 석박사통합과정생, 한국생산기술연구원 주찬영 박사와 함께 등검은말벌과 같은 소형 곤충의 위치를 실시간으로 추적할 수 있는 무인항공기 기반 자율 추적 시스템을 개발했다.

2004년 국내에 유입된 이후 2019년 환경부의 1급 생태계 교란종으로 지정된 등검은말벌은 꿀벌을 사냥하며 양봉농가에 막대한 피해를 입히는 것으로 악명이 높다. 아시아뿐 아니라 유럽 등 전세계적으로도 기승을 부리고 있어 방제 대책이 시급한 상황이다.

손형일 교수팀은 등검은말벌의 귀소본능에 착안해 등검은말벌에 초소형 센서를 부착한 후 안테나, 수신기, 추적 알고리즘이 내장된 제어기 등이 탑재된 무인항공기가 등검은말벌에서 나오는 센서 신호를 자율적으로 추적하여 등검은말벌 둥지를 찾아내는 시스템을 제안했다. (그림 1)

해당 연구는 정확한 센서 수신 신호 강도(RSSI) 모델링, 추적 대상의 상태 불확실성을 고려한 확장 FIR 필터, 위치 추정 정확도 향상을 위한 무지향성 멀티안테나 기반 삼각측량 등을 융합한 추적 알고리즘으로 무인항공기 기반 추적 시스템이 자율적으로 추적 대상을 실시간으로 빠르고 정확하게 추적하는 우수한 성능을 보장한다.

연구팀이 개발한 알고리즘에서 RSSI 모델링은 실험 데이터를 기반으로 로그-거리 경로손실 모델로 나타냈다. 또한, 확장 FIR 필터는 추적 대상의 상태 및 파라미터 추정과 노이즈 불확실성을 고려했으며, 타겟의 비선형적인 움직임을 선형화해 추적 성능을 향상했다. 마지막으로 무지향성 멀티안테나는 무인항공기에 탑재된 공중 안테나 1대, 지상에 안테나 2대를 두어 3대의 안테나가 동시에 센서 신호를 수신한다. 수신된 신호는 LTE 통신으로 무인항공기 제어기에 전송되어 삼각측량 알고리즘으로 위치를 추정하고 동시에 무인항공기가 추정 위치로 자율주행한다.

연구팀은 광주광역시 인근 양봉장에서 다수의 등검은말벌을 대상으로 현장 실험하여 시스템의 성능을 평가했으며, 해당 연구 결과는 높은 위치 추정 정확도와 추적 성능을 보였다. 그리고 추정된 위치 데이터를 기반으로 실제 말벌 둥지를 확인했다.

연구팀은 개발한 추적 시스템의 추적 정확도와 사용 편의성 향상을 위해 단일 무지향성 안테나를 이용한 무인항공기 기반 회전형 안테나 추적 시스템을 개발하고 있다. 또, 연구자, 농민 등이 더욱 간편하게 사용할 수 있도록 후속 연구로 무인항공기가 아닌 휴대형 지상 추적 시스템 연구도 계획하고 있다.

연구 성과는 융복합 농업분야 최고 권위 국제학술지 ‘Computers and Electronics in Agriculture’(JCR 상위 1.7%, IF 7.7)에 게재됐다. 이번 연구는 농촌진흥청 농업정책지원기술개발사업, 농림축산식품부 농식품과학기술융합형연구인력양성사업, 광주전남지역혁신플랫폼사업, 한국연구재단 BK21 4단계 IT-Bio융합시스템농업교육연구단 등의 지원으로 수행됐다.