서울 ADEX 2021(Seoul International Aerospace & Defense Exhibition 2021)이 10월 19일부터 23일까지 약 5일간 개최되었다. ADEX는 제15특수임무비행단에서 개최되는 방위사업 전시회다, 정말 많은 항공기 업체 및 방산 관련 업체가 ADEX에 참가하였으며, 국방부 및 각 군에서 4차 산업혁명을 위해 준비 중인 사항들도 전시가 되었다. ADEX에서 가장 주목받는 전시품들은 단연 드론과 UGV 였다. 이들은 4차 산업혁명의 대표적인 아이콘으로 크게 주목받고 있으며 가장 앞서서 발전되고 있는 분야이다. LIG넥스원에서는 미래드론을 활용한 수송을 위해 200kg의 적재용량을 가지는 수소연료 전기 기반 카고드론을 선보였으며, 2025년까지 전력화를 목표로 삼았다. 한화디펜스에서는 AI를 기반으로 자율주행이 가능한 전기 연료 기반 다목적 무인 차량 (MUGV : Multi-Purpose Unmanned Ground Vehicle)을 선보였다. 이는 현재 육군에서 시범 운행 중인 장비로 탑재용량이 500kg 이상으로서 군용 수송 차량으로 발전 가능성이 매우 크다.
이렇듯 앞으로 다가올 4차 산업혁명 시대에서 주도적인 입장이 되기 위해서 군과 민간기업은 드론, UGV를 활용하여 전투, 수송 체계를 발전시키고 있다. 특히 군수 탄약 작전 및 수송 분야야말로 발전 가능성이 매우 크다. 수송이란 필요한 병력과 화물을 적시 적소에 이동시켜주는 수단과 방법 및 활동이다. 수송 운용의 목적은 수송수단, 이동관리, 터미널 운용 등을 상호 연계하여 사용자(부대)가 요구하는 시간과 장소에 수송지원이 보장되도록 하기 위함이다. 탄약전환보급소(ATP)는 작전부대가 급속한 전진이나 이동, 기타요인으로 탄약보급소(ASP)와 거리가 신장하였을 때 대량으로 소모한 탄약을 적시·적소에 재보급하기 위하여 필요시 군단장 승인하에 군단 또는 사단 내에서 운용한다. 현재까지 사단 내에서 ATP는 차량이 부족하여 각 여단(보병, 포병) 및 직할부대에서 직접 탄약을 받기 위해 ATP로 차량을 보내서 탄약을 보충받는다. 실제 군 작전상황 하에 ATP에서 각 여단 및 직할부대까지 탄약수송을 위해 사단 편제에 수송 UGV와 드론이 반영되면 부대들의 전투력을 탄약 수송을 위해 분산시키지 않고 더욱 단단하게 만들 수 있다. 사단 ATP에서 탄약을 수송해야 하는 부대(노드)는 최대 14개 부대이다.
본 연구에서는 앞으로 우리 군의 탄약 및 수송 작전 분야를 더욱 발전시킬 가능성을 가진 드론과 UGV를 활용하여 사단 예하 부대들에 전투력을 집중시키기 위해 보급하는 상황을 가정한다. 또한, 탄약 및 수송 작전은 제한시간 안에 모든 노드에 수송을 완료하는 것이 매우 중요하다. 그리므로 제한시간에 대한 부분을 연구하였으며, 각 노드에 도착해야 하는 '최소시간', '최대시간' 등 시간제한은 없다. 또한, 모든 수송 체계의 라우팅이 군내 탄약 작전처럼 정해진 제한시간 안에 최소화하여 끝나는 것을 목표로 연구하였다. 그리고 가장 길게 수송하는 체계를 최소화함으로써 모든 수송 체계의 배송 완료 시간이 유사해져야 한다. 마지막으로, 드론과 UGV가 서로 속도, 적재용량, 라우팅 방법이 상이하므로 이기종에 대한 부분도 연구하였다.
본 연구에서는 TSP 문제가 대표적인 NP-Hard 문제이므로 이를 해결하기 위해 최적화 수리모형을 제시하였고, 계산량이 급증하여 문제를 빠른 시간 안에 해결하는 것이 힘들어서 이를 위해 메타휴리스틱 중 하나인 하이브리드 유전 알고리즘을 제시하였다. 또한, HVRP와 VDRPTW(Vehicle-Drone Routing Problem with Time Window) 에 대한 선행 연구를 소개하고, VDRPTW의 '희망배송 시간대'가 아닌 더욱 간단한 '제한시간' 만으로도 충분히 달성하고자 하는 목표를 달성할 수 있음을 보인다.