제14부 민간 UAS — 기술·운용·응용

14.7 응용 V: 소방·재난 대응

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

소방·재난 대응은 공공 안전 응용(14.1.2.1) 가운데 현장 지휘관에게 보이지 않는 곳을 보여 주는 임무다. 화재 현장의 열 분포와 요구조자 위치, 붕괴 건물 주변의 피해 범위, 산악·수난 사고의 수색이 대표적이다. 이 장의 요점은 두 가지다. 첫째, 수색은 센서가 아니라 규제 고도 상한이 수색률을 정할 수 있다. 둘째, 공공 기관은 민간과 다른 규제 문서(공공 항공기 운용의 포기·승인서)를 받으며 그 문서가 비가시권·사람 위·긴급 운용의 조건을 구체적으로 적는다. 이 장은 FAA가 FEMA에 발급한 포기·승인서 원문을 읽고, 열화상 수색의 기하·확률·소티를 계산한다.

배우는 것:

수색의 기하 — 열화상 센서의 탐지 거리와 시야각이 정하는 소탕 폭과 최적 고도(14.7.3.1).
규제 고도 상한의 영향 — 비가시권 고도 상한 200 ft에서 수색률이 최적의 60 %(탐지 90 % 기준)로 줄어든다(14.7.3.2).
누적 탐지 확률과 소티 — 5 km²를 POD 90 %로 수색하려면 19소티, 기체 4대로 125분이다(14.7.3.3·14.7.3.4).
FEMA 포기·승인서 — 38개 특별 조건 가운데 고도·비가시권·사람 위·긴급 운용·ADS-B 탐지 조건(14.7.5).
공공 기관의 긴급 운용 — 한도를 넘는 긴급 상황에서 특별 정부 이익(SGI) 승인을 요청하는 절차(14.7.5.3).
표준과 현장 사례 — NFPA 2400(2차)과 한국 소방 드론 운용 실적(2차)(14.7.6).

선수 지식: 6.3(전자광학 영상 센서, 특히 Johnson 기준 6.3.6), 6.4(열화상 센서), 14.6(치안과 선착 대응 드론)를 읽었다고 가정한다.

특히 중요한 독자: 사업 담당자는 14.7.3·14.7.8을, 엔지니어는 14.7.3을, 정책·법무 담당자는 14.7.5·14.7.11을, 인증 담당자는 14.7.5·14.7.10을 먼저 읽는다.

기준 시점과 정직성. 2026년 11월 기준이다. 원문을 읽은 것: FAA 포기·승인서(Certificate of Waiver and Authorization) 91.113-2026-00722(FEMA 발급, 2026-06-18 서명, 유효 2026-06-15~2030-06-30, PDF 6쪽 전문), 49 U.S.C. 40125(14.1에서 읽음), 14 CFR 107.39(14.5에서 읽음). 2차 출처로만 읽은 것: NFPA 2400의 범위와 판(검색 요약), 서울시 소방 드론 운용 실적(2022년 보도 요약), FAA 공공 안전 안내 쪽의 두 경로 설명(검색 요약). 읽지 못한 것: NFPA 2400 본문(유료), 한국 소방 드론의 법적 근거와 운용 지침, FAA SGI 절차의 원문, 소방 현장의 실제 수색 소탕 폭 실측. 이 포기·승인서는 한 기관의 한 문서이며 다른 기관의 조건은 다를 수 있다. 계산의 센서·속도·체공은 설명용 가정이다. 이 장은 소방 전술 지침이 아니다.

14.7.2 개념·직관

14.7.2.1 소방·재난 응용의 네 유형

유형	하는 일	센서	지배 제약	상세 장
화재 상황 파악	열 분포·연소 범위·요구조자 위치	열화상, 가시광	연기, 열, 현장 지휘 연동	6.4
수색구조	실종자·요구조자 탐색	열화상, 가시광 줌	면적, 고도 상한, 야간	이 장
재난 피해 조사	붕괴·침수 범위 파악	가시광, LiDAR	반복 비행, 정합	14.9
통신·물자	통신 중계, 구호 물자 전달	중계기, 투하 장치	가용 시간, 하중	14.12·14.8

14.7.2.2 일반 응용과 다른 점

소방·재난은 공공 기관이 정부 기능으로 수행하므로 공공 항공기 경로를 따르는 경우가 많고(14.6.4.1), 현장의 유인 항공기(소방·구급 헬기)와 같은 공역을 사용한다. 이 점이 규제 문서에 유인 응급 항공기와의 분리 의무로 나타난다(14.7.5).

14.7.3 원리 — 수색을 계산한다

14.7.3.1 센서가 정하는 탐지 거리와 소탕 폭

열화상 센서를 640×512 화소, 화소 피치 12 µm, 수평 시야 45°로 가정하면 초점거리는 $f=(640\times12\ \mu\text{m}/2)/\tan 22.5^\circ=9.27$ mm이고 순간 시야는 IFOV $=1.294$ mrad다. 사람의 임계 치수를 $s=0.5$ m로 두면 6.3.6의 식 $R=s/(2N_c\,\mathrm{IFOV})$에서 탐지 거리는 다음과 같다.

가장자리 탐지 확률	Johnson 주기 수 $N_c$	탐지 거리 [m]
50 %	1.0	193
90 %	1.75	110

(주기 수 1.75는 6.3.6이 90 %에 필요하다고 소개한 값이다.) 센서를 수직 아래로 향하면 소탕 폭은 $W=2h\tan\theta_{1/2}$이고, 시야 가장자리의 비스듬한 거리 $h/\cos\theta_{1/2}$가 탐지 거리보다 크면 가장자리를 볼 수 없다. 따라서 소탕 폭이 최대가 되는 고도는 시야 가장자리의 거리가 탐지 거리와 같아지는 고도 $h^{*}=R\cos\theta_{1/2}$이다. 탐지 90 %에서 $h^{*}=102.0$ m(폭 84.5 m), 탐지 50 %에서 178.4 m(폭 147.8 m)다. 이 고도를 넘으면 유효 폭은 $2\sqrt{R^{2}-h^{2}}$로 줄어든다.

14.7.3.2 규제 고도 상한이 정하는 수색률

수색률은 소탕 폭에 속도를 곱한 값이다. 속도 10 m/s에서 고도별 결과는 다음과 같다(탐지 50 %와 90 %의 곡선은 낮은 고도에서 일치한다).

고도 [m]	30	61(200 ft)	100	121(400 ft)
탐지 50 % [km²/h]	0.89	1.82	2.98	3.64
탐지 90 % [km²/h]	0.89	1.82	2.98	0(탐지 거리 110 m 밖)

열화상 수색률 대 비행 고도. 고도가 오르면 소탕 폭이 시야각에 비례해 늘다가, 시야 가장자리의 거리가 탐지 거리와 같아지는 고도(탐지 90 %에서 102 m, 50 %에서 178 m)를 넘으면 거리 한계로 소탕 폭이 줄어 곡선이 꺾인다. FEMA 포기·승인서의 비가시권 고도 상한 200 ft(61 m)에서 수색률은 1.82 km²/h로, 탐지 90 % 기준 최적(3.04 km²/h)의 60 %이고 탐지 50 % 기준 최적(5.32 km²/h)의 34 %이다. 센서(640×512, 12 µm, 수평 시야 45°)와 사람 임계 치수 0.5 m, 속도 10 m/s는 설명용 가정이다.

FEMA 포기·승인서의 비가시권 고도 상한 200 ft(61 m)에서 수색률은 1.82 km²/h로, 탐지 90 % 기준 최적(3.04 km²/h)의 60 %이고 탐지 50 % 기준 최적(5.32 km²/h)의 34 %다. 이 가정에서는 센서가 아니라 고도 상한이 수색률을 정한다. 시야 내 운용(400 ft)은 이 한계를 벗어나지만 시야 내에서는 사람이 기체를 볼 수 있는 범위로 한정된다. 같은 640화소·12 µm 센서의 수평 시야각을 바꾸면 고도 61 m·탐지 90 %의 수색률은 30°에서 1.18, 45°에서 1.82, 60°에서 2.53 km²/h이고 최적은 약 64°의 2.74 km²/h다. 75° 이상에서는 IFOV가 커져 탐지 거리(예: 75°에서 61 m 미만)가 고도보다 짧아 수색률이 0이다. 이 비교는 규제 고도 상한이 센서 시야각 선택을 정할 수 있음을 보인다(6.4.10).

14.7.3.3 누적 탐지 확률과 수색 시간

수색 계획은 소탕 폭이 덮은 면적의 비 $C=W\,L/A$(coverage, $L$ 비행 거리)에서 누적 탐지 확률을 추정한다. 지수 탐지 모형(Koopman)은 다음과 같다.

$$\mathrm{POD}=1-e^{-C},\qquad C=-\ln(1-\mathrm{POD})$$

누적 POD	50 %	80 %	90 %	95 %	99 %
필요한 $C$	0.69	1.61	2.30	3.00	4.61

소탕을 한 번 훑는 것($C=1$)은 누적 POD 63 %에 그친다. 90 %는 면적의 2.3배, 95 %는 3배를 훑어야 한다. 이 장은 센서 수준의 탐지 확률(시야 가장자리, 주기 수)과 계획 수준의 누적 POD(소탕 폭·면적)를 구분한다. 여기서 소탕 폭은 시야 가장자리 탐지 90 % 기준의 유효 폭 근사이며, 실제 SAR는 현장 실측으로 구한 유효 소탕 폭을 사용한다(읽지 못함, 확인 필요).

14.7.3.4 소티와 기체 수

고도 200 ft·속도 10 m/s·탐지 90 % 기준의 소탕 폭은 50.5 m이므로 한 소티(검색 20분)는 0.606 km²를 소탕한다. 필요한 소티는 $\lceil C\cdot A/0.606\rceil$이다.

면적	POD 50 %	80 %	90 %	95 %
1 km²	2	3	4	5
2 km²	3	6	8	10
5 km²	6	14	19	25

누적 탐지 확률 목표별 필요한 소티 수. 소탕 폭 50.5 m(고도 200 ft)·속도 10 m/s·소티당 검색 20분이면 한 소티가 0.606 km²를 소탕한다. 누적 POD는 지수 탐지 모형 POD=1−e^(−C)로 두므로 필요한 소탕 면적은 면적×(−ln(1−POD))이다. 5 km²를 POD 90 %로 수색하려면 19소티, 95 %는 25소티, 99 %는 약 38소티이다. 소탕 폭은 시야 가장자리 탐지 90 % 기준의 유효 폭이며 현장 실측 소탕 폭이 아니다. 모든 값은 설명용 가정이다.

5 km²를 POD 90 %로 수색하려면 19소티가 필요하다. 소티당 25분(검색 20분 + 교체 5분)이면 기체 1대는 475분, 2대는 250분, 4대는 125분이다. 병렬 기체는 시간을 줄이지만 한 사람이 둘 이상의 기체를 조종할 수 없다는 조건(FEMA 포기·승인서 특별 조건 16, 허가가 없으면)과 충돌한다(14.7.5, 14.16).

14.7.4 현장에서의 운용

수색·화재 현장의 드론은 현장 지휘소에 영상을 제공하고 유인 항공기(구급·소방 헬기)와 같은 공역을 공유한다. FEMA 포기·승인서는 운용자가 다른 응급 대응 기관의 유인 항공기와 활동을 조정·분리하고 모든 유인 항공기에 길을 비켜야 한다고 정한다(특별 조건 24). 기체 상실·통제 상실 때의 절차와 정해진 귀환 고도도 요구한다(특별 조건 29·31). 이 장은 현장 지휘 체계(ICS)를 다루지 않는다.

14.7.5 FEMA 포기·승인서 — 공공 기관 문서의 구조

14.7.5.1 문서의 성격

이 문서는 연방항공청 비행표준국 신기술과(AFS-700)가 FEMA에 발급한 공공 항공기 운용용 포기·승인서다. 특별 조건 1~4가 공공 항공기 지위를 49 U.S.C. 40102(a)(41)과 40125로 정하고, 모든 비행이 14 CFR 91의 조건을 따른다고 한다. 소형 무인기(sUAS)를 시야 내와 시야 밖에서, 지상 200 ft 이하 또는 Class G에서 물체 100 ft 이내, 또는 Class B~E 표면 구역에서는 UASFM 고도 이하 중 낮은 쪽으로 운용하도록 허용하고, 91.113(b) 등 9개 규정을 포기한다. 이 문서는 연방 규정만 포기하며 주법·조례를 포기하지 않는다. 유효 기간은 2026-06-15부터 2030-06-30까지이고 FAA가 언제든 취소할 수 있다.

14.7.5.2 핵심 조건

FAA 포기·승인서 91.113-2026-00722(FEMA, 공공 항공기 운용, 2026-06-15~2030-06-30)의 고도 규칙. 시야 내 운용은 400 ft 또는 UASFM 격자 고도 중 낮은 쪽까지이고(특별 조건 10), 시각 관측자 없는 비가시권 운용은 Class G 공역에서 지상 200 ft 이하이거나 반경 100 ft 안의 장애물 위 100 ft(400 ft 이하)까지이다(특별 조건 11). 그림의 장애물 높이 150 ft는 설명용 예시이다. 비가시권에서는 ADS-B Out(978·1090 MHz) 송신 항공기를 탐지하는 체계를 써야 한다(특별 조건 35).

특별 조건	내용
10	시야 내 운용: 400 ft AGL 또는 UASFM 격자 고도 중 낮은 쪽
11	시각 관측자 없는 비가시권 운용: Class G에서 지상 200 ft 이하 또는 반경 100 ft 안의 장애물 위 100 ft(400 ft AGL 이하). 관제 공역에서는 200 ft 이하 또는 UASFM 고도 아래 중 낮은 쪽
14	일·야 모두 충돌 방지등(3법정마일에서 보임) 작동
15·18·19·20	속도 87노트 이하, 부착물 포함 이륙 중량 55파운드 미만, 비행 시정 1법정마일 이상, 구름 회피
16·17	한 사람이 둘 이상의 기체를 조종·관측할 수 없음, 이동 차량·선박에서 운용 금지(예외 있음)
21	사람·이동 차량 위 운용: Part 107 subpart D 범주 1~4 적합 기체, 또는 0.88파운드 이하 + 프로펠러 보호, 또는 0.88파운드 초과 + ASTM F3322-18 이상 낙하산 회수 장치 + 프로펠러 보호, 또는 인명 구조에 필요한 경우
24	유인 응급 항공기와 조정·분리, 모든 유인 항공기에 양보
29	통신 상실 시 사전 프로그램된 귀환, 귀환 고도는 장애물 회피·200 ft 이하 등
32	한도를 넘는 긴급 운용은 SGI 승인 요청
35·36	비가시권에서는 ADS-B Out(978·1090 MHz) 송신 항공기를 탐지하는 체계 사용, 수신은 자체 센서·기체 탑재·FAA 승인 UTM 제3자 서비스로
37·38	사고·사건은 NTSB에 보고, 유인 항공기와 500 ft 미만 근접과 통제 상실은 FAA에 보고

14.7.5.3 긴급 운용과 SGI

특별 조건 32는 인명이 위험한 긴급 운용에서 이 문서의 한도를 넘거나 사전 승인 구역·고도를 벗어나야 할 때 특별 정부 이익(Special Government Interest, SGI) 승인을 요청하도록 한다. 요청은 FAA 체계운영지원센터(SOSC)에 전화하거나 온라인 신청으로 한다(문서에 번호와 주소가 적혀 있다). 즉 일상 운용은 문서의 한도로, 비상 운용은 별도 신속 승인으로 나누는 이중 구조다. 특별 조건 30은 비행 전 위험 점검표를 요구하면서 긴급 상황에서는 작성을 고려하되 필수가 아니라고 완화한다. 특별 조건 21(c)도 인명 구조에 필요하면 사람 위 비행을 허용하되 필요한 시간보다 길게 사람 위를 비행하지 말라고 한다.

14.7.6 표준과 한국의 현장

NFPA 2400은 공공 안전 활동의 소형 무인항공기체계 운용·배치·실행에 관한 최소 요건을 정하는 표준이며 55파운드(25 kg) 미만 기체를 대상으로 하고, 소방·법 집행·응급의료 기관과 비정부 공공 안전 운용자에게 적용된다고 소개된다. 초판은 2019년이고 2024년 판이 현행이라고 카탈로그에 나온다((2차), 본문은 읽지 못했고 발행일은 출처마다 다르다). 한국의 서울시는 2015년 훈련용 2대를 도입한 뒤 총 40대를 보유하고 최근 6년간 1,680회를 운용했으며 2021년에는 화재 167회·구조 127회 등 294회를 운용했고 드론 운용 자격 보유자가 105명이라고 2022년 보도되었다((2차), 검색 요약). 소방 드론의 법적 근거와 운용 지침은 읽지 못했다(확인 필요, 18.19·18.6).

14.7.7 설계·선택의 트레이드오프

① 센서 시야각 대 탐지 거리. 시야각을 넓히면 소탕 폭이 늘지만 IFOV가 커져 탐지 거리가 줄어든다. 고도 61 m·탐지 90 %에서 45°는 1.82, 60°는 2.53, 최적 64°는 2.74 km²/h이고 75° 이상은 0이다.
② 속도. 속도를 올리면 수색률이 비례해 오르지만 영상 번짐과 판독 신뢰가 떨어진다(14.4.3.3의 구조).
③ 기체 수 대 조종 인력. 병렬 기체는 시간을 줄이지만 한 사람이 둘 이상을 조종할 수 없는 조건(허가 없으면)이 있으므로 인력이 병목이 된다.

견해: 소방·재난 드론의 사양은 센서 제원이 아니라 적용되는 고도·비가시권 조건에서 출발해 정하는 편이 낫다. 근거는 14.7.3.2의 계산이다. 고도 상한 61 m에서는 최적 고도 102 m의 센서 성능이 쓰이지 못하고 수색률이 60 %로 준다. 반론은 이 계산이 단일 센서·단순 기하의 가정이며 실제로는 연기·지형이 탐지 거리를 정한다는 점이다. 그래도 수색 면적과 시간을 계획할 때 규제 상한을 먼저 넣는 편이 낫다고 본다.

14.7.8 세 축 비교

비교 축	군용 드론	민간 UAS(소방·재난)	AAM(UAM·RAM·화물)
목적	해당 없음	현장 정보 제공, 수색	응급 의료 수송 등은 14.8·14.25
운용 주체	—	공공 기관(소방·재난 기관)	—
규제	—	공공 항공기 포기·승인서, SGI 긴급 승인	—
병목	—	고도 상한, 유인 항공기 분리, 조종 인력	—

14.7.9 관련 규격·프로토콜

문서	발행	무엇을 정하나	상세 장
FAA 포기·승인서 91.113-2026-00722	미국 연방항공청	FEMA의 공공 항공기 운용 조건(예시)	17.5·18.19
49 U.S.C. 40125	미국 의회	공공 항공기·정부 기능	18.19
ASTM F3322	ASTM	소형 UAS 낙하산 회수 장치	1.30
NFPA 2400	NFPA	공공 안전 sUAS 운용 최소 요건(2차)	9.1
ADS-B Out(978·1090 MHz)	RTCA·EUROCAE 등	유인 항공기 식별 신호	9.12·9.13
UTM 서비스 정보 교환	ASTM F3548	제3자 서비스 연동	9.14·14.22

14.7.10 관련 규제·인증 요구와의 연결

이 장의 내용	일으키는 규제·인증 요구	장
상시 비가시권	비가시권 승인, 시각 관측자 면제	14.15·18.6
사람·차량 위	사람 위 운용 범주, 낙하산 회수	14.18·1.30
유인 항공기 분리	ADS-B 탐지, 양보 의무	9.12·9.13
긴급 운용	SGI 신속 승인, 한도 초과	14.7.5.3
공공 기관	공공 항공기 지위	18.19
사고 보고	NTSB·FAA 보고	17.23·18.25

14.7.11 함정과 한계

오해	실제	더 볼 곳
센서 성능이 수색률을 정한다	고도 상한이 낮은 규제에서는 상한이 정한다(이 장의 가정)	14.7.3.2
한 번 훑으면 수색이 끝난다	$C=1$의 누적 POD는 63 %이다	14.7.3.3
이 포기·승인서는 모든 공공 기관의 조건이다	한 기관(FEMA)의 한 문서다. 조건은 기관마다 다를 수 있다	14.7.5
긴급이면 모든 규정이 면제된다	한도를 넘는 긴급은 SGI 승인을 요청한다. 일부 조건만 완화된다	14.7.5.3
이 장의 소탕 폭이 현장 값이다	센서·기하에서 구한 유효 폭 근사다. 현장 실측 소탕 폭을 읽지 못했다	14.7.3.3
소방 드론의 법적 근거가 이 장에서 확인된다	읽지 못했다	18.19

14.7.12 체크포인트·연구 질문

체크포인트

열화상 센서의 탐지 거리와 시야각에서 소탕 폭이 최대가 되는 고도를 구할 수 있는가?
고도 상한이 수색률에 주는 영향을 계산할 수 있는가?
누적 POD와 소탕 면적비의 관계로 필요한 소티를 구할 수 있는가?
FEMA 포기·승인서의 비가시권 고도 조건과 ADS-B 탐지 조건을 설명할 수 있는가?
일상 운용과 긴급 운용의 이중 구조(SGI)를 설명할 수 있는가?

연구 질문(25.7에 모은다)

현장 실측 유효 소탕 폭(열화상, 야간, 지형별)은 이 장의 기하 근사와 얼마나 다른가?
고도 상한과 시야각의 조합에서 수색률을 최대화하는 센서 사양은 무엇인가?
한국의 소방·구조 드론에 적용되는 비가시권·긴급 운용 승인 체계는 FAA의 SGI와 어떻게 다른가?
연기·열기류 속에서 열화상 탐지 거리는 어떻게 변하는가?

1차 출처(이 장)

FAA, Certificate of Waiver and Authorization No. 91.113-2026-00722 (FEMA), 2026-06-18 서명, 유효 2026-06-15~2030-06-30
49 U.S.C. 40125 (코넬 LII)
이 책 6.3.6(Johnson 기준), 6.4(열화상 센서)

다음 장: 14.8 응용 VI: 응급의료 — 같은 공공 안전 응용이지만 의료 물자 전달과 규제·비용이 지배한다.