효율적인 비행교육을 위한 엄격한 패턴 기반의 군집화 알고리즘

강동우 ( Kang Dongwoo ),김성호 ( Kim Sungho ) 공군사관학교 2019 空士論文集 Vol.70 No.-

조종사들의 효율적인 비행교육을 위해 비행 시뮬레이션 데이터를 이용해 비행 특징별로 군집을 형성하는 것이 필요하다. k-means 알고리즘, 계층적 군집화 알고리즘 등 거리를 기준으로 유사도를 판단하는 군집분석 알고리즘은 같은 군집 내의 특정 변수 값에서 큰 차이가 날 수 있다는 한계를 지닌다. 이를 위해 일부 변수에서 공통적으로 나타나는 패턴을 기준으로 유사도를 정의하는 패턴군집화 기법 연구들이 최근 진행되고 있다. 하지만, 기존 패턴 군집화 연구는 shifting 패턴과 scaling 패턴에 국한되는 단점이 있다. 본 연구의 목적을 달성하기 위해서는 보다 엄격한 패턴에 의한 군집화 알고리즘(Clustering by Strict Pattern; CSP)이 필요하다. 본 연구에서는 엄격한 패턴 생성을 위해 패턴 사이의 근접 정도를 나타내는 새로운 역치를 설정한다. 또한, 군집의 크기를 보다 균일하게 유지하면서 더 큰 군집으로의 결합을 위해 그래프 이론의 클리크(clique) 구조를 이용한다. 학생 조종사의 비행 시뮬레이션 데이터에 배타군집화와 중첩군집화를 적용하여 CSP 알고리즘의 유용성을 입증한다. CSP 알고리즘은 매우 일반적인 형태로 엄격한 패턴을 기준으로 군집화를 할 필요가 있는 다양한 분야에서 이용될 수 있을 것으로 기대한다. For efficient flight education of pilots, it is necessary to construct clusters by their flight characteristics. Clustering algorithms based on distance measure like k-means clustering and hierarchical clustering have crucial limit of big difference on some variables within a cluster. There is a few studies that address clustering methodology by pattern similarity. They capture a pattern, a subset of variables, that appear in some data in common. However, existing studies of pattern-based clustering algorithm deal with shifting and scaling patterns. We need clustering algorithm by strict pattern(CSP) to achieve our research objective. We introduce new threshold that means closeness of pattern to make stricter pattern. For constructing larger clusters from pairwise pattern, we exploits clique structure in graph theory. We verify usefulness of CSP to apply to flight data by exclusive and overlapping clustering. We expect CSP can be applied various fields need to clustering analysis by strict pattern similarity.

소형 고정익 무인기 군집비행 기술 연구

명현삼(Hyunsam Myung),정준호(Junho Jeong),김도완(Dowan Kim),서난솔(Nansol Seo),김용빈(Yongbin Kim),이재문(Jaemoon Lee),임흥식(Heungsik Lim) 한국항공우주학회 2021 韓國航空宇宙學會誌 Vol.49 No.12

최근 드론 기술의 대중화와 함께 저비용의 소형 무인기를 다수 또는 군집으로 운용함으로써 상당한 군사적 효용성을 얻을 수 있음이 알려지면서, 군집무인체계의 전장 활용을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 국방과학연구소에서는 이와 관련한 주요기술로 군집제어, 군집통신, 군집정보, 군집협업 기술을 식별하였으며, 1단계로써 대상 무인체를 운용하는 데 필요한 군집제어와 군집통신 기술에 대한 연구를 수행하였다. 본 논문에서는 소형 고정익 무인기 기반의 군집무인기시스템을 설계 및 제작하고, 군집제어 및 군집통신 기술을 비행시험으로 검증한 과정을 소개한다. 최종 비행시험에서 무인기 19대가 군집비행을 수행함으로써 국내 최초로 군사적으로 활용도가 높은 고정익 무인기 약 20대 규모의 군집 비행시험에 성공하였다. Recently popularized drone technologies have revealed that low-cost small unmanned aerial vehicles(UAVs) can be a significant threat to prevailing power by operating in group or in swarms. Researchers in many countries have tried to utilize integrated swarm unmanned aerial system(SUAS) in the battlefield. Agency for Defense Development also identified four core technologies in developing SUAS: swarm control, swarm network, swarm information, and swarm collaboration, and the authors started researches on swarm control and network technologies in order to be able to operate vehicle platforms as the first stage. This paper introduces design and integration of SUAS consisting of small fixed-wing UAVs, swarm control and network algorithms, a ground control system, and a launcher, with which swarm control and network technologies have been verified by flight tests. 19 fixed-wing UAVs succeeded in swarm flight in the final flight test for the first time as a domestic research.

비행청소년의 문제도박 실태 및 특성 유형화 연구

부민서,조윤오 한국치안행정학회 2023 한국치안행정논집 Vol.20 No.1

문제도박(Problem Gambling)은 도박을 하는 개인이 자신의 삶이나 일상생활의 많은 부분에 부정적인 영향을 받는 것을 알고 있음에도 그 욕구를 참을 수 없이 강박적인 도박에 대한 집착이 생겨 일상생활에 지장을 초래하는 것을 의미한다. 이 연구는 비행청소년을 대상으로 사이버 문제도박의 실태와 특성 별 유형화 군집분석을 시도하는데 그 목적이 있다. 이런 맥락에서 일반청소년보다 학교 밖 비행청소년이 더욱 심각한 문제도박 우려가 있다고 할 수 있어 보호관찰 처분을 받은 학생 189명을 대상으로 문제도박 실태 및 유형화 연구 자료 수집을 2022년 11월 1일부터 2022년 11월 15일까지 진행했다. 해당 데이터를 분석한 결과, 전체 비행청소년의 약 60%가 사이버 불법도박을 경험했던 것으로 나타났다. 군집분석(cluster analysis) 결과, 총 네 개의 집단으로 비행청소년 도박집단이 있는 것으로 나타났다. 첫 번째 그룹은 비행청소년의 도박 중독 정도가 심하고 동시에 심각한 수준의 낮은 비행 통제력 상태를 갖고 있어 충동적이고 즉흥적인 성향을 가진 비행 청소년으로 볼 수 있다(일명 “단순 도박충동 집단”). 두 번째는 자신이 가진 도박 중독으로 인해 범죄 사건에 연루될 가능성이 큰 2차 범죄 전이 위험집단이다(일명 “합리적 도박 범죄전이 집단”)인 것으로 나타났다. 세 번째는 범죄보다는 개인의 자기통제력 문제가 있고, 주변에 불량교우도 많아 도박 중독 문제가 심화될 우려가 큰 집단이다(일명 “다수 극충동 집단”). 네 번째 군집은 도박 문제가 있고 범죄성이나 재범 가능성이 가장 높은 재범 고위험 집단이다. 이들은 현재 도박에 중독이 심하지는 않으나, 낮은 자기통제력 성향과 많은 비행 친구를 가지고 있으며, 현재까지의 범죄성도 높다. 따라서 앞으로 도박문제가 심각해지거나 범죄로의 전이 위험성도 예측되는 집단이다(일명 “다수 도박충동 범죄전이 고위험 집단”). 다섯 번째 군집은 자기통제력이 매우 낮고 경찰 조사 횟수가 다수여서 범죄성이 높은 성향의 집단이다. 이들은 불량 친구의 영향은 없지만, 개인의 낮은 자기통제력 문제가 매우 심각하여 현재까지 범죄를 반복하여 저지른 범죄가 심화된 위험집단이다. 현재 도박 중독 정도는 다른 집단에 비해 상대적으로 낮은 편이지만 낮은 자기통제력 문제로 충동적이고, 혼자서 문제 행동을 많이 저지르는 청소년이므로 앞으로 도박 중독 문제가 심화될 수 있는 가능성을 가졌다고 볼 수 있다(일명 “단순 극충동 범죄전이 고위험집단”). 향후 군집분석 결과를 바탕으로 맞춤형 소년사법 비행청소년 도박 예방 교정프로그램이 개발, 운영되어야 할 것이다.

실내외 군집 비행 시스템 소개

문성태(SungTae Moon),김도윤(DoYoon Kim),최연주(YeonJu Choi),공현철(HyeonCheol Gong) 한국지능시스템학회 2017 한국지능시스템학회논문지 Vol.27 No.3

최근 드론에 대한 관심 증가로 다양한 분야에서 드론 기술을 활용하고 있다. 그 중 군집 비행 기술은 문화 산업과 접목되어 드론들을 활용한 다양한 공연을 수행하고 있다. 군집 비행을 위해서는 우선 서로간의 충돌을 피하기 위한 정밀한 위치인식이 필요하다. 이와 함께 정밀한 제어 기법과 다수의 드론과 끊임없는 실시간 통신 기술도 요구된다. 최근 군집 비행은 혁신적인 센서 기술 발달로 실내와 함께 실외에서도 수행하고 있다. 본 논문에서는 실내와 실외에 따라 필요한 요소기술들에 대해 설명하고 자체 개발한 군집 비행 시스템을 소개한다. The increasing interest in drones is taking advantage of drone technology in various areas. Among them, swarming flight technology is combined with the cultural industry to perform various performances using drones. For a swarming flight, the accurate position recognition is required to avoid conflict between each other. It also requires precise control techniques, a number of drones and constant real-time communications skills. The recent swarming flight is also carried out outdoors with an innovative sensor technology development. This paper explains the indoor/outdoor swarming flight system which is developed with necessary elements technology.

무인기 군집 비행 보안위협 및 보안요구사항 연구

김만식,강정호,전문석 한국디지털정책학회 2017 디지털융복합연구 Vol.15 No.8

부모의 양육태도와 청소년 비행 : 사이버비행과 현실비행의 비교

김희진,이호정,신혜민,이창배 동국대학교 사회과학연구원 2023 사회과학연구 Vol.30 No.3

이 연구는 건강한 청소년 발달을 도모하고 청소년 비행을 예방하는데 기여할 수 있는 실천적제언을 도출하고자, 생태체계이론 및 일반긴장이론을 토대로 부모의 양육태도와 청소년 비행의 인과적 관계에 주목하였다. 연구대상은 한국아동·청소년패널조사 2018의 3차 년도 대상자인 중학교 3학년이며, 이들이 인식한 부모의 양육태도를 군집분석을 통해 분류하고 군집에 따라 사이버비행 및 현실비행에 미치는 영향에 유의한 차이가 있는지 살펴보았다. 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 청소년이 인식한 부모양육태도 유형은 일반 양육, 거부·강요·비일관적 양육, 상대적 긍정 양육, 애정결여·비자율·구조미제공 양육의 총 4개의 군집으로도출되었다. 둘째, 양육태도 군집유형에 따라 사이버비행과 현실비행의 유의한 차이가 있는지살펴본 결과, 사후분석에서 애정결여·비자율·구조미제공 양육집단의 청소년들이 가장 빈번하게 사이버비행과 현실비행에 참여하는 것으로 확인되었다. 마지막으로 이 연구결과의 시사점을토대로 한국의 부모에게 요구되는 양육태도의 올바른 방향을 제시하고 연구제언 및 한계점을논의하였다. This study focused on the relationship between parents' parenting attitudes and juvenile delinquency based on ecological systems theory and general strain theory in order to derive practical suggestions that can contribute to promoting healthy youth development and preventing juvenile delinquency. The results of the study are as follows. First, the types of parenting attitudes perceived by adolescents were classified into four as follows. Normal parenting, rejection/forced/inconsistent parenting, positive parenting, affection-deficient/non-autonomy/unsupported parenting. Second, it was found that there was a significant difference between all clusters. In particular, it was confirmed that adolescents from affection-deficient/non-autonomy/unsupported parenting were the most frequently involved in cyber delinquency. Third, as a result of examining whether there is a difference in reality delinquency according to the parenting attitude cluster, it was found that there was a significant difference between each group except for the refusal/forced/ inconsistent parenting groups. It was also found that adolescents from the 'affectiondeficient/ non-autonomy/unsupported parenting group' participated the most in reality delinquency as in cyber delinquency. Among the types of parenting attitudes, the types combined with affection-deficient, non-autonomy, unsupported parenting acted as the most influential factor in both cyber delinquency and reality delinquency.

포텐셜 함수와 슬라이딩 모드 제어기법을 이용한 무인기 군집비행 제어기 설계

한기훈(Kihoon Han),김유단(Youdan Kim) 한국항공우주학회 2008 韓國航空宇宙學會誌 Vol.36 No.5

본 논문에서는 포텐셜 함수와 슬라이딩 모드 제어기법을 이용한 행동양식 기반의 분산 형 군집비행 제어구조를 제안하였다. 군집비행 행동양식을 위해 각 개체의 상호작용을 포텐셜 함수로 표현하였으며, 군집형태를 유지하며 기준궤적을 추종하기 위해 군집중심점 제어기법을 제안하였다. 시스템의 불확실성과 임무환경에 의한 포텐셜 함수 변화에 대해 강건한 성능을 유지하기 위해 슬라이딩 모드 제어기법을 적용하여 제어기를 구성하고 안정성을 평가하였다. 또한 예상하지 못한 장애물에 대한 군집 회피기동을 위해 비행경로 수정기법을 제시하였다. 수치 시뮬레이션을 통해 제안한 군집비행 제어기법의 성능을 평가하였다. This paper deals with a behavior based decentralized control strategy for UAV swarming utilizing the artificial potential functions and the sliding mode control technique. Individual interactions for swarming behavior are modeled using the artificial potential functions. The motion of individual UAV is directed toward the negative gradient of the combined potential. For tracking the reference trajectory of UAV swarming, a swarming center is considered as the object of control. The sliding-mode control technique is adopted to make the proposed swarm control strategy robust with respect to the system uncertainties and the varying mission environment. Numerical simulation is performed to verify the performance of the proposed controller.

고정익 소형무인기 군집비행을 위한 분산형 유도 알고리듬 설계

정준호(Junho Jeong),명현삼(Hyunsam Myung),김도완(Dowan Kim),임흥식(Heungsik Lim) 한국항공우주학회 2021 韓國航空宇宙學會誌 Vol.49 No.12

본 논문에서는 다수 고정익 소형무인기 군집비행을 위한 분산형 유도 알고리듬 설계를 다룬다. 군집비행을 통한 임무 수행을 위해서 각 무인기들은 집결, 선회, 경로점, 개별 비행 등의 기동이 필요하다. 이를 위해서는 경로 추종, 떼비행, 충돌 회피가 요구된다. 본 논문에서는 상기 기동들을 수행하기 위해 벡터필드(경로 추종), 증강 쿠커-스메일 모델(떼비행), 포텐셜 필드(충돌 회피) 기법들을 활용한 통합 유도 알고리듬을 제안한다. 통합 유도 명령 생성을 위해 각 기법에서 생성된 유도 명령을 가중치에 따라 혼합할 수 있게 설계하며, 19대의 소형 고정익 무인기를 이용한 비행시험을 통해 제안한 군집 유도 알고리듬의 성능을 확인하였다. This paper presents a decentralized guidance algorithm for swarm flight of fixed-wing UAVs (Unmanned Aerial Vehicles). Considering swarm flight missions, we assume four representative swarm tasks: gathering, loitering, waypoint/path following, and individual task. Those tasks require several distinct maneuvers such as path following, flocking, and collision avoidance. In order to deal with the required maneuvers, this paper proposes an integrated guidance algorithm based on vector field, augmented Cucker-Smale model, and potential field methods. Integrated guidance command is synthesized with heuristic weights designed for each guidance method. The proposed algorithm is verified through flight tests using up to 19 small fixed-wing UAVs.

실내 군집비행을 위한 AR.Drone의 제어기 개발

조동현(Dong-Hyun Cho),문성태(SungTae Moon),류동영(DongYoung Rew) 한국항공우주연구원 2014 항공우주기술 Vol.13 No.1

멀티로터 비행체는 헬리콥터와 같은 제자리 비행이 가능하면서 구조적으로 간단한 형태를 가지며 상대적으로 높은 추력을 가지는 장점으로 인해 다양한 분야에서 활용되고 있다. 최근 레저용으로 개발된 Parrot사의 AR.Drone은 사용자를 위한 내부 안정화 루프를 탑재하고 있기 때문에 초보자들도 쉽게 조정할 수 있으며, SDK(Software Development Kit)를 제공함으로서 멀티로터를 이용한 연구에 쉽게 활용할 수 있는 특징이 있다. 또한 크기가 상대적으로 작으면서 저가이기 때문에 군집비행에 적용되기 적합한 비행체이다. 이에 본 논문에서는 다수의 AR.Drone을 이용하여 실내 군집비행을 위한 제어기 개발과정에 대해서 소개하고자 한다. Multi-rotor UAVs are utilized in various fields because of the advantages such that a hovering capability such as helicopters, a simple structure and a relatively high thrust. Recently, AR.Drone manufactured by Parrot is easily operated by beginner due to its internal stabilization loop in the on-board computer and it can be easily applied on various researches for the multi-rotor UAVs by providing an SDK(Software Development Kit). Further this platform can be suitably used for application to swarm flight since it is low cost and relatively small. Therefore, in this paper, we introduce the development process of the controller for indoor swarm flight by using the AR.Drone.

효과적인 군집 드론 비행 형상 변환을 위한 공평한 헝가리안 알고리즘

문성태 한국정보과학회 2022 정보과학회논문지 Vol.49 No.6

The drone show impressed people through the convergence of technology and art in the sky during 2018 Pyeongchang Winter Olympics. For the stable swarm flight, the system should consider efficient communication, accurate position estimation, and fast and efficient scenario without collision between drones. Especially, the scenario transformation algorithm is a core technology of the drone show, and can be performed as an assignment problem. Hungarian algorithm is commonly used for the assignment problem. However, Hungarian algorithm is not suitable for formation transformation of the swarm flight, because the battery usage of individual drones is not taken into account. Thus, an increase in the amount of movement of some drones increases battery consumption and reduces operating time. In this paper, the fair Hungarian algorithm is proposed to increase operating time considering fair battery consumption. The proposed algorithm was verified using the swarming flight system at a drone show performed with 100 drones. 평창 올림픽 이후 군집 비행 시스템을 활용한 드론 쇼는 기술과 문화의 융합으로 많은 사람들에게 깊은 인상을 심어 주었다. 군집 비행을 위해서는 다수 드론과 안정적인 통신, 정확한 위치 인식, 그리고 충돌없는 최단 형상 변환 기술이 필요하다. 특히, 형상 변환 기술은 드론 쇼의 핵심 기술로써 제한된 비행 시간 안에 최대한 많은 형상을 표현하기 위해 형상 변경 시 할당 문제로 최적화를 수행한다. 할당 문제는 헝가리안 알고리즘을 통해 이동 거리 합을 최소화할 수 있다. 하지만, 헝가리안 알고리즘을 군집 비행에 적용한 경우, 전체 이동 거리 합은 최소화할 수 있지만, 개별 드론의 이동량을 고려하지 않아 배터리 소진으로 전체 운용 시간이 단축되는 문제가 발생하였다. 본 논문에서는 형상 변환 시간을 가능한 최소화하면서 드론들의 배터리 소모량을 공평하게 소모하여 운용 시간을 최대화하기 위한 공평한 헝가리안 알고리즘을 제안한다. 그 결과, 드론들의 배터리 사용량을 공평하게 유지함으로써 특정 드론의 배터리 소진으로 인한 드론쇼 중단 문제를 개선하였고, 같은 조건에서 보다 많은 형상을 선보일 수 있었다. 이 알고리즘은 100대의 드론으로 군집 비행을 함으로써 검증하였다.