제14부 민간 UAS — 기술·운용·응용

14.5 응용 III: 촬영·미디어·드론쇼

14.5.1 이 장에서 배우는 것 / 선수 지식 / 특히 중요한 독자

촬영·미디어·드론쇼는 민간 드론 응용에서 사람이 보는 결과물을 만드는 임무다. 점검(14.4)은 결함을 찾는 카메라이고, 이 장의 촬영은 구도와 움직임을 만드는 카메라이며, 쇼는 카메라 없이 기체 자체가 화소가 된다. 사람이 많이 모이는 곳에서 하는 일이라 규제와 안전 문제가 응용의 성격을 정한다. 이 장은 쇼의 규모·체공·접촉·낙하를 계산하고, 미국과 EU 규정이 군중·다수 기체·야간을 어떻게 다루는지 원문으로 읽는다.

배우는 것:

• 촬영과 쇼의 구분 — 두 응용이 부딪히는 제약의 차이(14.5.2).
• 쇼의 규모 — 기체 수가 간격의 제곱에 반비례한다. 100×50 m 영상은 간격 2 m에서 1,326대다(14.5.3.1).
• 소형 쇼 기체의 체공 — 0.45 kg 기체의 호버 전력 75 W(가정)에서 배터리 15 Wh는 LED를 켠 채 8.7분이다(14.5.3.2).
• 접촉 확률의 민감도 — 위치 오차 표준편차 0.1 m에서 0.5 m로 늘면 이웃 한 쌍의 접촉 확률이 10²¹배 커진다(14.5.3.3).
• 낙하 영역 — 높이 100 m·풍속 5 m/s의 낙하 이동 상한은 49.5 m, 1대 1 완충(100 m) 안이다(14.5.3.4).
• 규제 경로 — 미국 Part 107의 다수 기체·사람 위·이동 차량·야간 조항, EU의 통제된 지상 구역과 집회 위 운용(14.5.4).

선수 지식: 14.1(응용 지형과 운용 모델), 7.9(군집 I), 8.6(위험 정량화)을 읽었다고 가정한다.

특히 중요한 독자: 사업 담당자는 14.5.3.1·14.5.6을, 엔지니어는 14.5.3을, 정책·법무 담당자는 14.5.4·14.5.10을, 인증 담당자는 14.5.4·14.5.9를 먼저 읽는다.

기준 시점과 정직성. 2026년 11월 기준이다. 원문을 읽은 것: 14 CFR 107.25·107.29·107.35·107.39·107.205(eCFR, 2026-11-01 판 요청), EU 이행규칙 2019/947 제2조 21호·제4조 1항·제6조 1항(14.1과 같은 관보 원문). 2차 출처로만 읽은 것: 한국의 군집비행 사례(2019년 규제샌드박스 사업자 선정과 2024년 5월 5,293대 기록 보도, 검색 요약). 읽지 못한 것: 한국 특별비행승인의 군집·야간 조건과 항공촬영 허가 조문, 미국 Part 107 subpart D(사람 위 운용 범주)의 상세, 쇼 사업자의 제품 사양과 사고 통계. 계산의 기체 질량·로터·항력·오차 분포·간격은 모두 설명용 가정이며 제품·사업자의 값이 아니다. 이 장은 쇼의 안전 설계 지침이 아니다.

14.5.2 개념·직관

14.5.2.1 두 응용의 차이

촬영의 영상 기하(GSD, 화각)는 6.3이, 촬영 기법 자체는 이 책의 범위 밖이다. 이 장의 촬영 서술은 규제 조건에 한정한다.

14.5.2.2 쇼의 구조

쇼는 지상 관제가 각 기체에 시간표(궤적)를 내려보내고, 기체는 GNSS 보정(RTK, 4.2)으로 자기 위치를 추정해 궤적을 따른다. LED가 색을 만든다. 모든 기체가 같은 시간표를 따르므로 통신·항법의 공통 원인 고장이 한꺼번에 많은 기체에 영향을 준다(8.2의 공통 원인 고장). 이것이 쇼의 안전이 개별 기체 신뢰도가 아니라 시스템 구조에 달린 이유다.

14.5.3 원리 — 쇼를 계산한다

14.5.3.1 영상 크기·간격·기체 수

가로 $W$, 세로 $H$인 평면 영상을 간격 $s$의 격자로 만들면 기체 수는 $N=(W/s+1)(H/s+1)$다(내림).

기체 수는 간격의 제곱에 반비례하고 영상 면적에 비례한다. 영상을 가로·세로 두 배로 키우면 기체가 약 4배가 되고, 간격을 절반으로 줄여 해상도를 높이면 역시 약 4배가 된다. 1,000대로 100×50 m 영상을 채우면 간격 2.24 m이고, 5,293대는 0.97 m다. 정부가 발표한 2024년 5월 5,293대 군집비행 기록 보도((2차))와 위 계산을 직접 비교하지 않는다. 기록 비행의 배치(입체·크기)를 읽지 못했기 때문이다.

14.5.3.2 소형 쇼 기체의 체공

쇼 기체가 질량 $m=0.45$ kg, 로터 4개(지름 0.127 m), $FM=0.5$, 종합 효율 $\eta=0.7$이라고 가정하면 호버 전력은 운동량 이론에서 다음과 같다(1.2.3).

$$P_h=\frac{(mg)^{3/2}}{FM\,\eta\,\sqrt{2\rho A}}=75.2\ \text{W}$$

LED 8 W를 더하고 배터리의 80 %를 사용하면 체공은 다음과 같다.

배터리 15 Wh에서 체공 8.7분이므로 쇼 한 번은 대략 10분 안팎이다. 쇼의 길이는 배터리와 질량의 교환으로 정해지고, 쇼를 반복하려면 배터리를 교체·충전해야 한다(14.1.5와 같은 구조, 14.27). 배터리 비에너지·열 관리는 1.21이다.

14.5.3.3 이웃 기체의 접촉 확률

이웃 기체의 위치 오차가 축 방향으로 가우스 분포(표준편차 $\sigma$)를 따른다고 가정하면, 간격 $s$·접촉 거리 $d_c$인 한 쌍의 접촉 확률은 상대 오차가 $s-d_c$를 넘을 확률이다. 두 기체의 오차에 상관 $\rho$가 있으면 상대 오차의 표준편차는 $\sigma\sqrt{2(1-\rho)}$다.

$$P=\tfrac12\,\mathrm{erfc}\!\left(\frac{s-d_c}{\sigma\sqrt{2(1-\rho)}\;\sqrt2}\right)$$

가정: $s=2$ m, $d_c=0.6$ m.

접촉 확률은 위치 오차의 표준편차에 극단적으로 민감하다. $\sigma$가 0.1 m에서 0.5 m로 5배가 되면 확률은 $10^{21}$배 커진다. 이웃이 같은 바람을 맞아 오차가 함께 움직이면($\rho=0.8$) 같은 $\sigma$에서도 확률이 크게 줄어든다. 기체 500대(이웃 쌍 1,000개), 쇼 중 독립 표본 600개로 계산하면 $\sigma=0.2$ m·$\rho=0$에서 쇼당 접촉 기대는 0.22건이고, $\rho=0.8$이면 $5\times10^{-23}$건이다. 이 계산은 정상 상태의 가우스 꼬리만 나타낸다. 실제 사고는 항법 저하·링크 상실·간섭 같은 공통 원인 사건이 꼬리를 정하므로(8.2), 가우스 모형으로 얻은 작은 확률을 안전의 근거로 사용하지 않는다.

14.5.3.4 낙하와 지상 구역

제어를 잃은 기체의 낙하는 항력과 중력의 균형으로 푼다. 항력 면적 $C_DA=0.06$ m²(가정)이면 종단속도는 $v_t=\sqrt{2mg/(\rho C_DA)}=10.96$ m/s이고, 높이 $H$에서의 낙하 시간은 $t=\dfrac{v_t}{g}\cosh^{-1}\!\left(e^{gH/v_t^{2}}\right)$이다. 바람 속에서 기체가 바람 속도로 움직인다고 하면 수평 이동의 상한은 $U\,t$다.

이 가정의 기체에서는 풍속이 약 8.5~10.4 m/s를 넘기 전까지 낙하 이동이 1대 1 완충 안에 든다. 1대 1 원칙은 SORA의 초기 지상 위험 완충이다(8.6.4.2). 종단 에너지는 $\tfrac12mv_t^{2}=27.0$ J이다. 8.6이 소개한 JARUS 모형이 치명적이지 않다고 보는 290 J의 약 1/11이지만, 이 비교는 눈이나 머리 같은 부위의 피해와 배터리 화재를 포함하지 않는다. 낙하 방지·비상 장치는 1.30·2.6이 맡는다.

14.5.4 규제 경로

14.5.4.1 미국 — 다수 기체·사람 위·이동 차량·야간

(107.39(c)의 subpart D 범주 상세는 읽지 못했다.) 107.35는 쇼가 기본 Part 107만으로는 허용되지 않고 포기를 필요로 한다는 뜻이다.

14.5.4.2 EU — 통제된 지상 구역과 집회

이행규칙 제4조 1항 (c)는 원격조종사가 사람과 안전 거리를 두고 집회 위를 비행하지 않을 것을 요구하고, 제6조 1항 (b) i는 집회 위 운용을 인증 범주로 분류한다(14.1.3.4). 제2조 21호는 통제된 지상 구역을 "UAS가 운용되고 운영자가 그 안에 관련된 사람만 있도록 보장할 수 있는 지상 구역"으로 정의한다. 쇼가 관객 위를 비행하지 않고 통제된 지상 구역 위에서 이루어지는 구성은 집회 위 비행 문제를 피하는 방식이다. 개방·특정 범주 중 어디에 드는지는 클래스·시야·기체 수 같은 다른 조건에 달려 있고 이 장은 정하지 않는다. 실제 승인 경로(특정 범주, 위험평가)는 17.11·17.17에서 다룬다.

14.5.4.3 한국 — 군집비행 사례(2차)

한국에서는 2019년 규제샌드박스의 군집비행 사업자 선정과 야간 비행 승인 절차를 끝냈다는 기업 보도가 있고, 2024년 5월 1일 국토교통부와 항공안전기술원이 국내 업체의 5,293대 군집비행 기네스 기록 달성을 발표했다는 보도가 있다((2차)). 한국의 특별비행승인 조건(군집·야간)과 항공촬영 허가 조문은 읽지 못했다(확인 필요, 18.6·18.12).

14.5.5 촬영 쪽의 규제 쟁점

촬영은 쇼와 달리 한두 대지만 사람과 재산 가까이 날고 영상을 기록한다. 이동 차량에서의 촬영(107.25), 사람 위 촬영(107.39), 야간 촬영(107.29)이 Part 107의 쟁점이고, 영상의 개인정보와 촬영 허가가 한국의 쟁점이다(18.17·18.20, 18.8). 방송·영화 촬영의 영상 전송 기술은 3.12이 다루고, 짐벌 제어와 촬영 기법은 이 장에서 계산하지 않았다.

14.5.6 설계·선택의 트레이드오프

• ① 간격. 간격을 줄이면 해상도가 오르고 기체 수가 제곱으로 는다. 간격을 늘리면 접촉 확률은 낮아지지만 영상이 성기다. 접촉 거리 0.6 m·$\sigma=0.3$ m·$\rho=0$에서 간격을 2 m에서 1.5 m로 줄이면 접촉 확률이 $4.8\times10^{-4}$에서 $1.7\times10^{-2}$로 오른다(14.5.3.3의 식).
• ② 쇼 높이. 높이를 낮추면 낙하 이동과 완충이 줄지만 관객과의 수평 거리가 가까워진다. 높이가 오르면 이동이 는다(60 m에서 31 m, 150 m에서 72 m, 5 m/s).
• ③ 배터리 용량. 용량을 키우면 쇼가 길어지나 질량이 늘어 호버 전력이 오르고 낙하 에너지가 는다(1.26.4의 탑재량–항속 구조).

견해: 쇼의 안전 논거는 정상 상태의 위치 정확도가 아니라 공통 원인 사건의 봉쇄(비상 착륙 구역, 링크 상실 시 정해진 동작, 관객과의 수평 이격)에 두어야 한다. 근거는 14.5.3.3의 계산이다. 가우스 가정에서는 $\sigma$가 조금만 바뀌어도 확률이 수십 자릿수 변하므로 이 값 자체가 근거가 될 수 없고, 꼬리는 가정되지 않은 사건이 정한다. 반론은 공통 원인 사건의 확률을 공개 자료로 정하기 어렵다는 점이다. 그래서 확률 대신 결과를 제한하는 구조(통제된 지상 구역과 완충)를 우선한다고 본다.

14.5.7 세 축 비교

14.5.8 관련 규격·프로토콜

14.5.9 관련 규제·인증 요구와의 연결

14.5.10 함정과 한계

14.5.11 체크포인트·연구 질문

체크포인트

1. 영상 크기·간격에서 기체 수를 구하고 간격 절반의 효과를 말할 수 있는가?
2. 호버 전력식으로 쇼 기체의 체공을 계산하고 LED의 영향을 설명할 수 있는가?
3. 이웃 쌍의 접촉 확률이 σ와 상관에 어떻게 반응하는지 설명할 수 있는가?
4. 낙하 이동과 1대 1 완충을 비교하고 이동=완충이 되는 풍속을 구할 수 있는가?
5. 107.35·107.39·EU 통제된 지상 구역이 쇼에 주는 의미를 말할 수 있는가?

연구 질문(25.7에 모은다)

• 쇼 사고의 공개 사례에서 원인(항법·링크·간섭·기상)의 분포는 어떠한가?
• 군집 쇼의 위치 오차 분포는 실측에서 가우스에 얼마나 가까운가(꼬리 두께)?
• 한국의 군집·야간 승인 조건은 미국 107.35 포기와 EU 특정 범주 승인과 어떻게 다른가?
• 관객 구역과 쇼 공간의 최소 수평 이격을 낙하·간섭·화재 위험에서 어떻게 정당화하는가?

1차 출처(이 장)

• 14 CFR Part 107 (eCFR) — 107.25·107.29·107.35·107.39·107.205
• Commission Implementing Regulation (EU) 2019/947 (관보 원문 2019년 판 — 제2조 21호, 제4조, 제6조)
• 이 책 8.6.4.2(1대 1 완충과 낙하 모형)

다음 장: 14.6 응용 IV: 치안과 선착 대응 드론(DFR) — 사람이 많은 곳과 다른 방식으로 공공 안전이 규제를 만나는 응용이다.