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[전문가 기고] 자율주행 농기계를 위한 표준기술​- 박주영 한국전자통신연구원 책임연구원
【전문가 기고】 자율주행 농기계를 위한 표준기술
- 박주영 한국전자통신연구원 책임연구원
 

“국제표준화 적극적인 참여 필요해”

자율주행 국제 표준기술에 탄소저감·생산성·안전 등 활발한 논의
국내 농기계 입지강화 위한 집중적 연구개발과 표준화 검토필요

자율주행 기술의 확산

2050년에는 전 세계 인구가 현재 대비 약 20% 정도 증가하는 반면 지속적인 농업 종사 인구의 감소와 기후변화로 인한 농경면적의 감소가 예상됨에 따라 작물생산성 향상이 필요하게 됐다. 이에 따라 세계 각국은 식량부족 문제를 해결하기 위한 식량 증산정책을 추진하고 있으며, 이미 글로벌 선진사들을 중심으로 자율주행 농기계에 관한 기술개발에 박차를 가하고 있다. 농기계 기업 존디어(John Deere)는 전 세계 최대규모의 ICT 융합전시회인 CES를 통해 고성능 와이드앵글 카메라와 IoT 센서, GPS, 구글맵, 클라우드 기술을 이용해 농업 데이터를 수집하고, 인공지능 기술을 이용해 상황을 해석해 농약과 비료사용의 속도와 방법을 조절할 수 있는 자율농업 패키지를 보유한 대형 자율주행 농기계(트랙터)를 2023년도에 선보인 바 있다.

대부분 자율주행 농기계라는 단어를 접하게 되면 사람이 도로에 다니는 ‘자동차’에 대한 자율주행을 많이 생각하게 된다. 이는 자동차가 실생활에서 가장 쉽게 접할 수 있으며, 글로벌 자동차 기업들 또한 자율주행기술에 집중하고 있기 때문이라 생각된다. 하지만 자율주행 자동차와는 달리 자율주행 농기계는 자율적으로 농작업을 수행하기 위한 핵심기술이 추가로 필요하다. 이 글에서는 자동차 핵심기술 관련 표준화 동향과 함께 자율주행 농기계의 핵심기술에 대한 표준화 동향을 살펴본다.

자율주행자동차 핵심기술(출처: 서울신문)

자율주행 자동차 표준기술

자동차의 자율주행을 위해서는 센서, 인지 및 판단, 제어 및 운전지원, 인터넷 연결, 인공지능, 차량통신 및 로봇기술들과의 융합이 필수이다. 즉, 라이다, 레이더, 카메라 등 다양한 센서를 활용해 주변환경을 인식하고, 딥러닝, 강화학습 등의 기술을 활용해 차량이 스스로 수집된 정보를 학습해 주행 경로를 결정하며, 주행상황에 따른 차량의 속도, 방향 등을 제어할 수 있어야 한다. 또한, 인터넷을 통해 운전자에게 필요한 정보를 제공하고, 차량통신(자동차-자동차 및 자동차-인프라)을 활용해 차량의 위치, 속도, 주행 경로 등을 실시간으로 공유할 수 있어야 한다. 끝으로 차량 외부와 지속적인 통신이 필요한 자율주행 자동차를 외부 해킹과 사이버 공격으로부터 방어하기 위한 차량 내부 시스템의 보안성강화 기술이 필수이다.

이를 위한 자율주행 자동차 관련 기술표준화는 ISO TC22(도로차량), ISO TC204(지능형 교통시스템)를 중심으로 ‘자율주행 단계 및 용어정의 표준(ISO/SAE 22736)’ 개발이 시작돼, 차량제어, 정밀지도, 인간공학, 안전(기능안전), 사이버 보안, 평가(시험 및 검증)에 관한 표준이 개발되고 있다. 자율주행 자동차에 관한 표준화는 정밀 상황인지, AI 기반 판단, 차량제어 등 중요기술이 융합되는 추세이며, 표준화 작업 역시 다양한 국제표준 기구에서 진행 중이다.

△ ISO TC22 표준화 현황

도로차량에 대한 표준화를 담당하는 ISO TC22(도로차량)에서는 자율주행 애드혹(ADAG, Automated Driving Ad-hoc) 그룹을 구성해 자율주행 적용가능 표준을 식별하고 향후 신규 표준화 아이템으로 개발해야 할 기술분야를 발굴하기 위한 작업을 진행하고 있다.

ISO TC22 산하의 SC31(데이터 통신)에서는 자율주행 자동차의 주변상황인지를 위한 라이다, 레이더, 카메라 등 다양한 센서와 컴퓨팅 시스템 간의 논리적인 인터페이스를 주 내용으로 하는 ‘자율주행 기능을 위한 센서 인터페이스 표준(ISO 23150)’을 발간한 바 있다.

또한, ISO TC22 산하의 SC33(시험)에서는 실제 사고 데이터 분석을 기반으로 차량, 운전자, 주행환경 등의 제반요소가 고려된 자율주행차 성능평가 테스트 시나리오를 자동생성하고 시험을 통한 결과를 저장하고 운용할 수 있는 절차에 관한 표준화를 진행하고 있다.

△ ISO TC204(지능형 교통시스템) 표준화 현황

글로벌 시장에서는 자율주행 6단계 중 레벨 3 제품인 ‘고속도로 자율주행시스템(MCS)’이 우선 출시될 예정이며, 세계적인 자율주행 셔틀버스 붐으로 인해 LSAD(Low-Speed Automated Driving, 저속자율주행) 시장의 확대와 주문형 자율주행 택시 개발착수가 이뤄지고 있다.

이를 위해 지능형 교통시스템에 대한 표준화를 담당하고 있는 ISO TC203(지능형 교통시스템)에서는 ‘차선변경, 합류, 분기행을 포함하는 신호등이 없는 자동차 전용도로용 자율주행시스템(ISO/DTS 23972-1)’과 ‘자율주행 셔틀버스와 같이 정해진 구역 내에서 노선운영이 가능한 레벨 3 이상의 자율주행시스템(ISO 22737)’에 대한 표준이 개발되고 있다.

△ SAE(미국자동차공학회) 표준화 현황

자율주행 자동차 관련 사실 표준화 기구 중 하나인 SAE(미국자동차공학회)에서는 ‘자율주행시스템에 대한 분류 및 정의(SAE J3016)’를 통해 자율주행차의 운전수준을 레벨 0부터 레벨 5까지 총 6단계로 구분해 정의한 바 있다. 또한, ISO와 양해각서 체결을 통해 ‘자율주행 자동차용어 및 자율주행 단계정의(ISO/SAE 22736)’, ‘사이버 보안(J3061)’과 같은 SAE 표준을 ISO 표준으로 발간했으며, ‘자율주행 참조 아키텍처(J3131)’, ‘자율주행시스템의 확인 및 검증테스트(J3092)’, ‘자율주행시스템의 동작 및 기동(J3164)’에 관한 표준을 개발한 바 있다. 이를 위해 지능형 교통시스템에 대한 표준화를 담당하고 있는 ISO TC203(지능형 교통시스템)에서는 ‘차선변경, 합류, 분기주행을 포함하는 신호등이 없는 자동차 전용도로용 자율주행 시스템(ISO/DTS 23972-1)’과 ‘자율주행 셔틀버스와 같이 정해진 구역 내에서 노선운영이 가능한 레벨 3 이상의 자율주행 시스템(ISO 22737)’에 대한 표준이 개발되고 있다.

자율주행자동차의 단계적 구분(출처: 국토교통부)
자율주행농기계의 단계적 구분

자율주행 농기계의 표준기술

스스로 기동하는 자율주행 농기계에서도 마찬가지로 GPS, 센서, 컴퓨터 비전 등의 기술을 이용해 주행 및 작업을 제어하기 때문에 그 핵심기술이 자율주행 자동차의 그것과 크게 다르지 않다. 하지만 일반도로를 대상으로 하는 자율주행 자동차와는 달리 농업용 작업기에 다양한 동력전달을 위해 대량 배출되는 탄소를 줄이기 위한 ‘탄소배출 저감기술’, 고르지 못한 다양한 농작업 환경을 인식하고 작업경로를 생성하고 작물의 상태나 작업결과 등을 감시하고 분석해 적정한 작업을 수행할 수 있는 ‘농업생산성 개선기술’, 작업자의 안전사고와 장애물 충돌사고를 방지하기 위한 ‘안전기술’ 들이 추가로 고려돼야 한다. 이를 위해 농기계(트랙터)의 자율주행 단계를 레벨 0에서 레벨 4까지 총 5단계로 구분해, 현재 국내에서는 레벨 3 자율주행 트랙터에 관한 기술개발이 이뤄지고 있다.

ISO/TC23은 농림업기계에 관한 국제표준화 기구로서, 산하 SC19에서는 이러한 농기계의 안전성, 성능, 신뢰성 등에 대한 표준화 작업이 추진되고 있다. 아직 자율주행차에 해당하는 자율주행 농기계에 대한 표준화는 눈에 띄게 진행되고는 있지 않지만, 농기계 자동화를 위한 ‘자동조종시스템(ISO 10968)’, ‘농기계 전자제어장치 간 통신(ISO 11783)’ 등의 표준을 개발한 바 있다.

 

국제표준화를 위한 우리의 역할

자율주행 농기계를 위한 핵심기술은 상당부분 자율주행 자동차의 그것과 매우 유사하다. 그러므로 자율주행 자동차 관련 표준을 적절히 수정해 자율주행 농기계를 위해 사용이 가능할 것으로 보인다. 하지만 자율주행 농기계가 처한 작업환경이나 그 목적이 자율주행 자동차와 매우 다름으로 자율주행 농기계를 위한 집중적인 연구개발과 표준화에 대한 검토가 필요할 것이다. 예를 들어 자율주행 농기계에 설치된 다양한 사물인터넷(IoT) 장치 간 융합, 자율주행 농기계로부터 수집되고 분석되는 데이터, 인공지능 기술을 통한 농작업 운용, 자율주행 농기계의 안전성향상 기술들이 바로 그것이다.

이러한 기술에 관한 집중적인 연구개발을 통해 아직은 참관자에 불과한 대한민국이 국제표준화에서의 입지를 주도적으로 바꿔야 할 시기가 도래했다고 생각한다.

 

 

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