[논문 리뷰] Unmanned Aerial Vehicles: A Survey on Civil Applications and Key Research Challenges

Hazim Shakhatreh, Ahmad Sawalmeh외 7명|arXiv (Cornell University)|2018. 04. 19.

UAV Applications and Optimization참고 문헌 219인용 수 500

한 줄 요약

이 논문은 민간 UAV 응용 분야, 시장 기회, 주요 도메인 간 도전과제에 대한 평가 및 UAV 기반 서비스에 대한 연구 동향과 향후 통찰을 논의한다.

ABSTRACT

The use of unmanned aerial vehicles (UAVs) is growing rapidly across many civil application domains including real-time monitoring, providing wireless coverage, remote sensing, search and rescue, delivery of goods, security and surveillance, precision agriculture, and civil infrastructure inspection. Smart UAVs are the next big revolution in UAV technology promising to provide new opportunities in different applications, especially in civil infrastructure in terms of reduced risks and lower cost. Civil infrastructure is expected to dominate the more that $45 Billion market value of UAV usage. In this survey, we present UAV civil applications and their challenges. We also discuss current research trends and provide future insights for potential UAV uses. Furthermore, we present the key challenges for UAV civil applications, including: charging challenges, collision avoidance and swarming challenges, and networking and security related challenges. Based on our review of the recent literature, we discuss open research challenges and draw high-level insights on how these challenges might be approached.

연구 동기 및 목표

• 민간 UAV 응용 범위 평가 (교통 모니터링, 무선 커버리지, 원격 sensing, SAR, 배송, 보안, 농업, 인프라 점검).
• 산업 잠재력을 형성하기 위한 시장 기회와 UAV 분류를 제시한다.
• 도메인 전반의 주요 도전과제(충전, 충돌 회피, 군집비행, 네트워킹, 보안)를 식별하고 논의한다.
• 현재 연구 동향을 종합하고 UAV 기반 민간 서비스의 향후 방향을 제시한다.

제안 방법

• 기존 UAV 설문조사 및 산업 보고서를 포괄적으로 문헌 조사한다.
• 지구력, 고도, 중량, 탑재량, 범위, 연료 유형, 운영 복잡도 및 커버리지를 기준으로 UAV를 분류한다.
• 해당 연구 분야의 도메인별 도전과제 및 대응 연구 경향을 상세히 제시한다.
• 에너지 하베스팅, 군집 협조, 기내 AI 등 미래 통찰 및 가능 기술을 논의한다.
• 비교 분석(표 I-II와 같이)들을 참조하여 본 조사를 기존 연구와의 비교 위치를 제시한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 도메인별로 UAV의 주요 민간 응용과 그에 따른 도전 과제는 무엇인가?
• RQ2 LAP와 HAP로서 UAV 플랫폼은 어떻게 다르며 성능 및 배치에서 어떤 트레이드오프를 제시하는가?
• RQ3 민간 인프라 및 관련 부문에서 UAV의 시장 기회의 범위와 규모은 어느 정도인가?
• RQ4 교차 도메인 UAV 도전과제를 해결하기 위해 가장 유망한 연구 방향과 기술은 무엇인가?

주요 결과

• 글로벌 UAV 시장은 강한 성장 신호를 보이며 민간 인프라가 시장의 큰 부분을 차지할 것으로 예상됩니다( over $45 billion ).
• 전 세계 UAV 수요 시장은 $127 billion 이상으로 예측되며, 민간 인프라가 약 $45 billion를 기여할 것으로 예상된다.
• 글로벌 UAV 페이로드 시장은 2027년까지 $3 billion에 이를 것으로 예상되며(레이더와 통신 장비가 약 80% 차지).
• UAV 출하량 및 시장 성장 전망에는 소비자(~29 million units in 2021), 기업(~805,000 in 2021), 정부 UAV(전투/감시)가 포함된다.
• 미국 DoD는 2017년에 UAV에 약 $4.457 billion를 배정하여 UAV에 대한 상당한 정부 투자를 강조한다.
• LAP/HAP 분류 프레임워크를 성능 매개변수(endurance, altitude, payload, range)와 함께 제시하여 플랫폼 차이 및 사용 사례 적합성을 포착한다.