KR101828441B1 - 무인이동체의 이동경로 제공 방법과, 이를 위한 이동경로 관리 서버 - Google Patents

무인이동체의 이동경로 제공 방법과, 이를 위한 이동경로 관리 서버 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무인이동체의 이동경로 제공 방법과, 이를 위한 이동경로 관리 서버에 관한 것으로서, 베지에 곡선(Bezier Curve)을 이용하여 적어도 두 개의 노드를 연결하여 노드라인을 생성하고, 복수의 노드 또는 복수의 노드라인으로 구성되는 전체 경로 집합을 생성하는 단계; 노드를 통과할 수 있는 제한속도, 노드의 현재 교통량, 및 노드의 이용 가능 여부 중 적어도 하나를 포함하는 각 노드의 노드 속성(Node Property)을 고려하여 상기 전체 경로 집합에서 상기 무인이동체의 이동경로를 검색하는 단계; 및 검색된 이동경로를 상기 무인이동체로 제공하는 단계를 포함한다.

Description

무인이동체의 이동경로 제공 방법과, 이를 위한 이동경로 관리 서버{METHOD FOR PROVIDING MOVING PATH OF UNMANNED MOVING BODY, AND MOVING PATH MANAGING SERVER THEREFOR}
본 발명은 무인이동체의 이동경로 제공 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 경로점들의 데이터를 최소화하여 무인이동체로 하여금 직선 및 곡선 구간에서 효과적으로 이동할 수 있도록 하는 무인이동체의 이동경로 제공 방법과, 이를 위한 이동경로 관리 서버에 관한 것이다.
현재 무인항공기나 무인자동차 등과 같은 무인이동체는 GPS의 위치신호나 관성 측정 장치(Inertial Measurement Unit; IMU)의 위치 값을 기반으로 정해진 경로를 따라 카메라, 레이다, 라이다, 및 초음파 등의 센서들을 이용하여 스스로 장애물을 피해가며 이동한다.
무인자동차는 카메라와 라이다의 센서 신호를 기반으로 실시간 계산을 통해 주행할 차로나 변경할 차로를 결정한다. 하지만, 무인자동차는 비, 눈, 및 안개 등의 외부 환경에 따른 인식률의 차이로 인해 운행에 제약이 따른다.
한편, 무인비행체는 무인자동차와 달리 자동비행을 위한 경로 설정이 용이하지만, 이는 비행구간에 다른 비행체가 없고, 장애물이 없는 경우에만 가능하다. 결국, 공중에 다른 비행체가 있고, 보이지 않는 비행구간에 대한 장애물 정보가 없으면, 무인비행체도 자동차와 마찬가지로 비행체 간, 비행체와 장애물 간의 충돌 위험성이 높아진다.
또한, 무인비행체는 다른 비행체나 장애물들을 감지할 수 있는 기술이 아직 무인자동차의 기술에 이르지 못하여 완전 자율비행에 제약이 따른다. 이를 위해, 최근에는 무인비행체 분야에서도 무인자동차와 같이 카메라, 라이다, 초음파, 및 레이더 등의 센서 기술들이 활발히 개발되고 있다.
그러나, 탑재된 센서만을 기반으로 하는 무인비행체나 무인자동차의 자율 또는 자동 운항은 분명히 한계가 있다. 만약, GPS나 IMU 등과 같은 관성 센서 등의 위치측정 정밀도가 높아짐에 따라 무인자동차나 무인비행체 등과 같은 무인이동체의 이동경로를 차로별, 항로별로 모두 구축하고, 이 경로들을 기반으로 무인이동체를 효과적으로 이동시킬 수 있다면, 외부 기상조건과 무관하게 보다 정확하고 안전하게 무인이동체의 자동 운행이 가능할 것이다.
본 명세서는 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 경로점들의 데이터를 최소화하여 무인이동체로 하여금 직선 및 곡선 구간에서 효과적으로 이동할 수 있도록 하는 무인이동체의 이동경로 제공 방법과, 이를 위한 이동경로 관리 서버를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 명세서의 다른 목적은 전체 경로 집합을 효과적으로 관리하여, 전체 경로 집합에서 이동할 경로를 빠르게 검색하고, 경로를 따라 이동하는 무인이동체를 효과적으로 통제할 수 있는 무인이동체의 이동경로 제공 방법과, 이를 위한 이동경로 관리 서버를 제공한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 명세서의 일실시예에 따르면, 본 명세서에 따른 이동경로 관리 서버가 직선 및 곡선 구간에서 무인이동체의 이동경로를 제공하는 방법에 있어서, 무인이동체의 이동경로 제공 방법은, 베지에 곡선(Bezier Curve)을 이용하여 적어도 두 개의 노드를 연결하여 노드라인을 생성하고, 복수의 노드 또는 복수의 노드라인으로 구성되는 전체 경로 집합을 생성하는 단계; 노드를 통과할 수 있는 제한속도, 노드의 현재 교통량, 및 노드의 이용 가능 여부 중 적어도 하나를 포함하는 각 노드의 노드 속성(Node Property)을 고려하여 상기 전체 경로 집합에서 상기 무인이동체의 이동경로를 검색하는 단계; 및 검색된 이동경로를 상기 무인이동체로 제공하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 전체 경로 집합을 생성하는 단계는, 베지에 곡선을 이용하여 시작 노드인 제1 노드와 끝 노드인 제2 노드를 연결하여 제1 노드라인을 생성하는 단계; 및 상기 제2 노드를 시작노드로 지정하고, 베지에 곡선을 이용하여 상기 제2 노드와 끝 노드인 제3 노드를 연결하여 제2 노드라인을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 전체 경로 집합을 생성하는 단계는, 상기 제2 노드의 분기노드 정보를 조회하여 자노드가 존재하는지 여부를 판단하는 단계; 및 자노드가 존재하는 경우, 자노드인 제4 노드와 연결되는 링크를 생성하여 상기 제4 노드를 시작 노드로 지정하고, 베지에 곡선을 이용하여 시작 노드인 제4 노드와 끝 노드인 제5 노드를 연결하여 제3 노드라인을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 분기노드 정보는 상기 제4 노드의 주소 정보를 가지고 있고, 상기 제4 노드의 주소 정보를 토대로 상기 제4 노드와 연결되는 링크를 생성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 무인이동체의 이동경로를 검색하는 단계에서, 상기 제3 노드 및 상기 제4 노드의 노드 속성을 비교하여 상기 제3 노드 또는 상기 제4 노드로 상기 무인이동체의 이동경로를 설정하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 각 노드는 3차원 좌표로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 각 노드는 자신의 노드번호(Node Number), 스플라인 조절점 위치(Spline Control Point), 노드 위치(Node Points), 이전 노드 정보(Previous Node Address), 다음 노드 정보(Next Node Address), 분기노드 수(Number of Branch Node), 분기노드 정보(Branch Node Address), 자신이 속해 있는 노드라인의 정보(Node Line Address), 및 상기 노드 속성 정보 중 적어도 하나를 포함하는 노드 정보를 가지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 각 노드라인은 자신의 노드라인 번호(Node Line Number), 이전 노드라인 정보(Previous Node Line Address), 다음 노드라인 정보(Next Node Line Address), 노드라인 속성(Node Line Property) 정보, 자신에게 속해 있는 노드의 수(Number of Node), 시작 노드 정보(Start Node Address), 및 끝 노드 정보(End Node Address) 중 적어도 하나를 포함하는 노드라인 정보를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 저장한 기록매체를 제공한다.
본 명세서의 또 다른 실시예에 따르면, 본 명세서에 따른 이동경로 관리 서버는, 베지에 곡선(Bezier Curve)을 이용하여 적어도 두 개의 노드를 연결하여 노드라인을 생성하고, 복수의 노드 또는 복수의 노드라인으로 구성되는 전체 경로 집합을 생성하는 경로 생성부; 노드를 통과할 수 있는 제한속도, 노드의 현재 교통량, 및 노드의 이용 가능 여부 중 적어도 하나를 포함하는 각 노드의 노드 속성(Node Property)을 고려하여 상기 전체 경로 집합에서 상기 무인이동체의 이동경로를 검색하는 경로 검색부; 및 상기 경로 검색부에 의해 검색된 이동 경로를 상기 무인이동체로 제공하는 경로 제공부를 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 명세서에 의하면, 베지에 곡선을 이용하여 전체 경로 집합을 생성하고, 각 노드의 노드 속성을 고려하여 전체 경로 집합에서 무인이동체의 이동경로를 검색하는 무인이동체의 이동경로 제공 방법과, 이를 위한 이동경로 관리 서버를 제공함으로써, 비, 눈, 및 안개 등의 외부 환경과 무관하게 무인이동체로 보다 정확하고 안전한 이동경로를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 베지에 곡선을 이용한 이동경로를 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 2는 △t에 따른 베지에 곡선의 생성점을 보여주는 도면,
도 3은 조절점의 위치에 따른 다양한 형태의 베지에 곡선을 보여주는 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선통신망 기반의 무인이동체 자동운항 운영 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 블럭 구성도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이동경로 관리 서버의 개략적인 구성을 나타낸 블럭 구성도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무인이동체의 이동경로 제공 방법을 나타낸 흐름도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 베지에 곡선의 실시간 보간을 통한 무인이동체의 이동 방법을 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전체 경로 집합의 자료연결 구조를 나타낸 도면, 및
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전체 경로 집합에서 이동경로를 검색하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니됨을 유의해야 한다.
무인이동체의 이동경로로서는, 직선뿐만 아니라 부드럽게 이동할 수 있는 곡선이 필요하다. 직선의 경우에는 시작점과 끝점만으로도 긴 구간의 이동경로 설정이 가능하지만, 곡선의 경우에는 많은 점들이 있어야만 부드러운 이동경로가 만들어질 수 있다. 하지만, 많은 점들을 이용하여 곡선의 이동경로를 설정한다면, 많은 경로점들을 설정해줘야 하고, 경로 검색시에도 계산량이 많아지게 된다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에서는 베지에 곡선(Bezier Curve)을 이용하여 이동경로를 설정한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 베지에 곡선을 이용한 이동경로를 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, A, B, C는 각각 시작점, 조절점, 및 끝점을 나타내고, P는 곡선상의 점을 나타낸다. P는 다음의 수학식 1에 0 ~ 1 사이의 t 값을 입력하여 구할 수 있다.
Figure 112017035738479-pat00001
여기서, A, B, C는 각각 시작점, 조절점, 및 끝점을 나타내고, P(t)는 곡선상의 점을 나타낸다.
도 2는 △t에 따른 베지에 곡선의 생성점을 보여주는 도면이다.
도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, △t가 0.5인 경우, 생성점이 한 개이고, 두 개의 직선으로 곡선이 만들어지기 때문에 곡선이 부드럽지 못하다. 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, △t가 0.25인 경우, 생성점이 3개이고, 도 2의 (a)보다 부드러운 곡선을 얻을 수 있다. 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, △t가 0.1인 경우, 생성점이 9개이고, 도 2의 (b)보다 훨씬 부드러운 곡선을 얻을 수 있다.
이처럼, △t가 작아질수록 많은 점들이 곡선의 이동경로를 이루고, 부드러운 이동경로를 만들 수 있다.
도 3은 조절점의 위치에 따른 다양한 형태의 베지에 곡선을 보여주는 도면이다.
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 조절점(B)이 시작점(A)와 끝점(B)을 연결한 직선에 위치하는 경우, 베지에 곡선은 직선이다.
도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 조절점(B)이 시작점(A)와 끝점(B)을 연결한 직선에서 약간 멀어지는 경우, 베지에 곡선은 약간 곡선을 이루게 된다.
도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 조절점(B)이 도 3의 (b)의 조절점(b)보다 시작점(A)와 끝점(B)을 연결한 직선에서 더 멀어지는 경우, 베지에 곡선은 도 3의 (b)의 베지에 곡선보다 더 곡선을 이루게 된다.
도 3의 (d)에 도시된 바와 같이, 조절점(B)이 도 3의 (c)의 조절점(b)보다 시작점(A)와 끝점(B)을 연결한 직선에서 좀 더 멀어지는 경우, 베지에 곡선은 도 3의 (c)의 베지에 곡선보다 좀 더 곡선을 이루게 된다.
이처럼, 조절점(B)이 시작점(A)와 끝점(B)을 연결한 직선에서 점점 멀어짐에 따라 베지에 곡선은 점점 더 굽어지게 된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선통신망 기반의 무인이동체 자동운항 운영 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 블럭 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 무선통신망 기반의 무인이동체 자동운항 운영 시스템은 무인이동체(100), 무인이동체 제어 시스템(200), 및 교통관제 시스템(300) 등을 포함한다. 여기서, 무인이동체(100), 무인이동체 제어 시스템(200), 및 교통관제 시스템(300)은 3G, LTE, 및 LTE-A 등의 무선통신망을 통해 연결될 수 있다.
무인이동체(100)는 무선통신 모뎀과 WLAN(Wireless LAN) 모뎀을 포함하고, 무선통신 모뎀과 WLAN 모뎀은 외부 메모리(External memory) 혹은 프로세서 간 통신(Inter-Processor Communication; IPC)을 통해 데이터 교환을 수행할 수 있다. 여기서, 무선통신 모뎀은 일 예로서 LTE 모뎀이 될 수 있다. 또한, WLAN 모뎀은 WiFi, M-Wimax, 및 블루투스(Bluetooth) 등의 다양한 형태를 지원할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 무인이동체(100)는 후술하는 무인이동체 제어 시스템(200)의 제어정보에 따라 정해진 이동경로를 따라 무인으로 이동하면서, 이동체 ID, 이동경로 수신 상태, 이동제어명령 수신 상태, 및 이동상태 등을 포함하는 이동정보를 교통관제 시스템(300)을 경유하여 무인이동체 제어 시스템(200)으로 전송할 수 있다.
무인이동체 제어 시스템(200)은 무인이동체(100)와 마찬가지로 무선통신 모뎀과 WLAN 모뎀을 포함할 수 있다. 따라서, 무인이동체 제어 시스템(200)은 비상 및 운영 관리를 위해서 근거리 통신이 가능한 WLAN 모뎀을 통해 무인이동체(100)의 이동을 제어하고, 또한, 무선통신 모뎀을 통해 무인이동체(100)의 이동을 제어한다.
이하에서는, 무인이동체 제어 시스템(200)이 무선통신 모뎀을 통해 무인이동체(100)의 비행을 제어하는 것을 기준으로 설명하기로 한다.
무인이동체 제어 시스템(200)은 무선통신망을 통해 이동체 ID, 이동시간, 출도착점, 및 경유점 등을 포함하는 이동계획 정보를 교통관제 시스템(300)으로 전송하여 무인이동체(100)의 이동경로를 요청하고, 교통관제 시스템(300)으로부터 이동경로를 수신한 후, 이동체 ID, 이동경로, 및 이동제어명령 등을 포함하는 제어정보를 교통관제 시스템(300)을 경유하여 무인이동체(100)로 전송하여 무인이동체(100)의 이동을 제어한다. 여기서, 제어명령은 이동의 시작 및 종료를 나타내는 신호로서, 무인이동체(100)의 속도 및 위치 등의 제어정보를 포함할 수 있다.
교통관제 시스템(300)은 무인이동체 제어 시스템(200)의 이동경로 요청에 따라 전체 경로 집합에서 금지구역, 제한속도, 및 교통량을 고려하여 이동경로를 검색하고, 검색된 이동경로를 무선통신망을 통해 무인이동체 제어 시스템(200)으로 전송한다. 교통관제 시스템(300)은 무인이동체 제어 시스템(200)으로부터 제어정보를 수신하고, 수신한 제어정보를 무선통신망을 통해 무인이동체(100)로 전달한다. 교통관제 시스템(300)은 무인이동체(100)로부터 이동정보를 수신하고, 수신한 이동정보를 무선통신망을 통해 무인이동체 제어 시스템(200)으로 전달한다.
한편, 본 발명에 따른 교통관제 시스템(300)은 전술한 동작을 수행하기 위해, 무인이동체 관리 데이터베이스(310), 이동경로 관리 서버(320), 및 이동정보 중계 및 모니터링 서버(330)를 포함할 수 있다.
무인이동체 관리 데이터베이스(310)는 ID 정보, 인증 정보, 및 등급 정보 등을 포함한다. ID 정보는 다수의 이동체 ID를 포함한다. 인증 정보는 각각의 이동체 ID에 대응되는 무인이동체에 대한 성능 정보를 나타낸다. 등급 정보는 소형, 중형, 및 대형 등과 같은 무인이동체의 하드웨어적인 분류를 나타내고, 인증 정보에 포함될 수 있다.
무인이동체 관리 데이터베이스(310)는 후술한 이동경로 관리 서버(320)의 인증 요청에 따라 이동계획 정보에 포함된 이동체 ID와 무인이동체 관리 데이터베이스(310)에 저장된 ID 정보를 비교하여 이동체 ID가 등록되어 있는지 여부를 판단하고, 이동체 ID가 등록되어 있는 경우, 이동체 ID에 대응되는 인증 정보 및 등급 정보를 참조하여 무인이동체(100)에 대한 인증을 수행한다.
이동경로 관리 서버(320)는 무선통신망을 통해 무인이동체 제어 시스템(200)과 데이터를 송수신하기 위해 무선통신 모뎀을 포함한다. 이동경로 관리 서버(320)는 무선통신망을 통해 무인이동체 제어 시스템(200)으로부터 이동계획 정보를 수신하면, 무인이동체 관리 데이터베이스(310)로 무인이동체(100)의 인증을 요청하고, 무인이동체 관리 데이터베이스(310)에 의해 무인이동체(100)의 인증이 완료된 경우, 전체 경로 집합에서 금지구역, 제한속도, 및 교통량을 고려하여 이동경로를 검색하며, 검색된 이동경로를 무선통신망을 통해 무인이동체 제어 시스템(200)으로 전송한다. 이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 이동경로 관리 서버(320)의 자세한 구성에 대해서는 도 5에서 설명하기로 한다.
이동정보 중계 및 모니터링 서버(330)는 이동경로 관리 서버(320)와 마찬가지로 무선통신망을 통해 무인이동체 제어 시스템(200) 및 무인이동체(100)와 데이터를 송수신하기 위해 무선통신 모뎀을 포함한다. 이동정보 중계 및 모니터링 서버(330)는 무선통신망을 통해 무인이동체 제어 시스템(200)으로부터 제어정보를 수신하고, 수신한 제어정보를 무인이동체(100)로 전달한다. 그리고, 이동정보 중계 및 모니터링 서버(330)는 무인이동체(100)로부터 이동정보를 수신하고, 수신한 이동정보를 무선통신망을 통해 무인이동체 제어 시스템(200)으로 전달한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이동경로 관리 서버의 개략적인 구성을 나타낸 블럭 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이동경로 관리 서버(320)는 경로 생성부(322), 경로 저장부(324), 경로 검색부(326), 및 경로 제공부(328)를 포함한다.
경로 생성부(322)는 베지에 곡선을 이용하여 적어도 두 개의 노드를 연결하여 이동경로, 즉, 노드라인을 생성하고, 복수의 노드 또는 복수의 노드라인으로 구성되는 전체 경로 집합을 생성하며, 생성된 전체 경로 집합을 경로 저장부(324)에 저장한다.
경로 저장부(324)는 다수의 이동경로로 구성된 전체 경로 집합을 저장한다. 경로 저장부(324)는 경로 생성부(322)에서 생성된 이동경로를 전체 경로 집합에 추가하거나, 경로 생성부(322)의 요청에 따라 전체 경로 집합에서 특정 이동경로를 삭제할 수 있다.
경로 검색부(326)는 노드를 통과할 수 있는 제한속도, 노드의 현재 교통량, 및 노드의 이용 가능 여부(금지구역) 등을 포함하는 각 노드의 노드 속성을 고려하여 경로 저장부(324)에 저장된 전체 경로 집합에서 무인이동체(100)의 이동경로를 검색한다.
경로 제공부(328)는 전술한 바와 같이 무인이동체 제어 시스템(200)으로부터 무인이동체(100)의 이동경로를 요청받고, 경로 검색부(326)에 의해 검색된 무인이동체(100)의 이동경로를 무선통신망을 통해 무인이동체 제어 시스템(200)으로 전송한다. 이를 위해, 경로 제공부(328)는 3G, LTE, 및 LTE-A 등의 무선통신망에 접속할 수 있는 모뎀을 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무인이동체의 이동경로 제공 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 무인이동체의 이동경로 제공 방법은 크게 베지에 곡선을 이용하여 적어도 두 개의 노드를 연결하여 노드라인을 생성하고, 복수의 노드 또는 복수의 노드라인으로 구성되는 전체 경로 집합을 생성하는 단계(S100), 노드를 통과할 수 있는 제한속도, 노드의 현재 교통량, 및 노드의 이용 가능 여부 등을 포함하는 각 노드의 노드 속성을 고려하여 전체 경로 집합에서 무인이동체(100)의 이동경로를 검색하는 단계(S200), 및 검색된 이동경로를 무인이동체로 제공하는 단계(S300)를 포함한다.
우선, 전체 경로 집합을 생성하는 단계(S100)는 다음의 단계 예를 들면, S610 내지 S640을 포함할 수 있다.
베지에 곡선을 이용하여 시작 노드인 제1 노드와 끝 노드인 제2 노드를 연결하여 제1 노드라인을 생성한다(S610).
제2 노드를 시작 노드로 지정하고, 베지에 곡선을 이용하여 제2 노드와 끝 노드인 제3 노드를 연결하여 제2 노드라인을 생성한다(S620).
제2 노드의 분기노드 정보를 조회하여 자노드가 존재하는지 여부를 판단하고(S630), 자노드가 존재하는 경우, 자노드인 제4 노드와 연결되는 링크를 생성하여 제4 노드를 시작 노드로 지정하고, 베지에 곡선을 이용하여 시작 노드인 제4 노드와 끝 노드인 제5 노드를 연결하여 제3 노드라인을 생성한다(S640).
비록, 본 발명의 실시예에서는 설명의 편의상 제3 노드 및 제4 노드를 전체 경로 집합의 최종 노드로 한정하고 있지만 이에 한정되는 것은 아니며, 제3 노드의 다음 노드인 제5 노드가 존재하고, 제3 노드와 제5 노드를 연결하여 제4 노드라인을 생성할 수 있다. 또한, 제3 노드의 분기노드 정보를 조회하여 자노드가 존재하는지 여부를 판단하고, 자노드가 존재하는 경우, 자노드인 제6 노드와 연결되는 링크를 생성한 후, 제3 노드와 제6 노드를 연결하여 제5 노드라인을 생성할 수 있다. 이처럼, 본 발명의 실시예에서는 단계 S610 내지 S640을 반복적으로 수행하여 복수의 노드 또는 복수의 노드라인으로 구성되는 전체 경로 집합을 생성할 수 있다.
이어서, 제3 노드와 제4 노드의 노드 속성을 비교한다(S650). 예를 들면, 제3 노드와 제4 노드의 교통량을 비교하거나, 제3 노드와 제4 노드의 제한속도를 비교하거나, 노드의 이용 가능 여부, 즉, 금지구역인지 여부를 판단할 수 있다. 제한속도, 교통량, 및 금지구역 중 어느 것을 우선시할지 여부는 관리자가 얼마든지 설정할 수 있고, 이때 제한속도, 교통량, 및 금지구역을 복합적으로 고려할 수 있다. 이와 같은 단계 S650은 전술한 단계 S200에 해당된다.
단계 S650의 비교 결과에 따라, 제3 노드의 교통량이 제4 노드의 교통량보다 적은 경우, 또는 제3 노드의 제한속도가 무인이동체가 통과할 수 있는 최대속도를 수용하는 경우, 또는 제4 노드가 금지구역인 경우, 제3 노드로 무인이동체(100)의 이동경로를 설정한다(S652). 또한, 단계 S650의 비교 결과에 따라, 제4 노드의 교통량이 제3 노드의 교통량보다 적은 경우, 또는 제4 노드의 제한속도가 무인이동체가 통과할 수 있는 최대속도를 수용하는 경우, 또는 제3 노드가 금지구역인 경우, 제4 노드로 무인이동체(100)의 이동경로를 설정한다(S660). 이와 같은 단계 S652 및 단계 S660은 전술한 단계 S300에 해당된다.
전술한 방법은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(Firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.
하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로컨트롤러 및 마이크로프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 베지에 곡선의 실시간 보간을 통한 무인이동체의 이동 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, A는 제1 구간의 시작점을 나타내고, B는 제1 구간의 조절점을 나타내며, C는 제1 구간의 끝점이면서 제2 구간의 시작점이 된다. 또한, D는 제2 구간의 조절점을 나타내고, E는 제2 구간의 끝점을 나타낸다.
도 7의 (a)를 참조하면, 무인이동체(100)가 제1 구간을 지날 때 탐색 경계구(700) 바깥의 첫번째 지점인 제3 경로점(P3)의 위치를 수학식 1을 통해 구하고, 그 위치를 무인이동체(100)의 이동목표점으로 설정한다. 이때, 제3 경로점(P3)은 수학식 1에서 t=0.6인 지점이다.
도 7의 (b)를 참조하면, 제3 경로점(P3)이 무인이동체(100)의 탐색 경계구(700) 안에 들어오면, 그 다음 지점인 제4 경로점(P4)의 위치를 수학식 1을 통해 구하고, 그 위치를 무인이동체(100)의 이동목표점으로 설정한다. 이때, 제4 경로점(P4)은 수학식 1에서 t=0.8인 지점이다.
도 7의 (c)를 참조하면, 제4 경로점(P4)이 무인이동체(100)의 탐색 경계구(700) 안에 들어오면, 그 다음 지점은 t=0인 지점이면서 그 다음 구간의 시작점인 C가 된다. 이때, 수학식 1은 C, D, E를 사용하고, t는 0으로 초기화된다.
이와 같은 방식으로, 본 발명의 실시예에 따른 무인이동체(100)는 구간을 이동하게 되고, t의 증분을 더 작게 할수록 무인이동체(100)는 부드럽게 이동할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전체 경로 집합의 자료연결 구조를 나타낸 도면이다.
무인이동체(100)가 자동으로 이동하기 위해서는 이동경로점들을 가지고 있어야 하는데, 이러한 이동경로점들은 전체 경로 집합에서 검색된다. 이러한 이동경로점들을 빠르고 효과적으로 검색하기 위해서는 도 8과 같은 전체 경로점들을 유기적으로 결합한 자료연결 구조(800)가 요구된다.
도 8을 참조하면, 각 경로는 노드(810)가 된다. 각 노드들(810)이 연결되어 이루는 하나의 선은 노드라인(820)이 된다. 이때, 최소한 두 개의 노드만 있으면 노드라인이 구성될 수 있다. 또한, 노드(810)와 노드라인(820)들이 모여 전체 경로 집합이 되는데, 이를 링크드리스트(LinkedList)(830)라 한다.
자료연결 구조(800)에서는, 노드들(810) 간에 링크드리스트될 수 있고, 또한 노드라인들(820) 간에도 링크드리스트될 수 있음은 물론이다. 또한, 한 노드에서 다른 노드로 분기될 때 모노드가 분기되는 자노드의 주소 정보를 가지고 있고, 이를 통해 노드 간에 링크가 생기며, 이는 후술하는 분기노드 정보에 기재된다.
각각의 노드(810)는 자신의 노드번호(Node Number), 스플라인 조절점 위치(Spline Control Point), 노드 위치(Node Points), 이전 노드 정보(Previous Node Address), 다음 노드 정보(Next Node Address), 분기노드 수(Number of Branch Node), 다른 노드로 분기하는 데 필요한 분기노드 정보(Branch Node Address), 자신이 속해 있는 노드라인의 정보(Node Line Address), 및 노드의 속성을 담고 있는 노드 속성 정보 등을 포함할 수 있다. 노드 속성은 앞에서 전술한 바와 같이, 각 노드의 특징을 나타내는 것으로서, 예를 들어, 노드를 통과할 수 있는 제한속도, 노드의 현재 교통량, 노드를 이용 가능할 수 있는지 여부, 및 무인이동체가 노드를 통과할 때 전송되는 메시지 등을 포함할 수 있고, 그 밖에 다양한 속성을 포함할 수 있다.
각각의 노드라인(820)은 자신의 노드라인 번호(Node Line Number), 이전 노드라인 정보(Previous Node Line Address), 다음 노드라인 정보(Next Node Line Address), 노드라인의 속성을 담고 있는 노드라인 속성(Node Line Property) 정보, 자신에게 속해 있는 노드의 수(Number of Node), 시작 노드 정보(Start Node Address), 및 끝 노드 정보(End Node Address) 등을 포함할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전체 경로 집합에서 이동경로를 검색하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, S는 노드라인의 시작 노드를 나타내고, E는 노드라인의 끝 노드를 나타내며, 제0 노드(0), 제1 노드(1), ..., 제11 노드(11)는 노드라인의 노드목록을 나타낸다. 또한, 점선은 노드 간의 링크를 나타낸다.
이하에서는, 노드 속성으로서 교통량을 예로 들어, 본 발명의 실시예에 따른 전체 경로 집합에서 이동경로를 검색하는 방법을 설명하기로 한다.
우선, 시작 노드인 제0 노드(0)로부터 제1 노드(1)를 이동목표점으로 설정한다. 그리고, 제1 노드(1)에 링크가 존재하기 때문에, 제2 노드(2)와 제2-1 노드(2-1)의 노드 속성을 고려하여 제2 노드(2)를 다음 이동목표점으로 설정한다. 이때, 제2 노드(2)의 교통량이 제2-1 노드(2-1)의 교통량보다 적기 때문에 제2 노드(2)를 다음 이동목표점으로 설정하였다.
이후, 제3 노드(3)를 다음 이동목표점으로 설정하고, 이어서 제4 노드(4)를 다음 이동목표점으로 설정한다. 그리고, 제4 노드(4)에도 링크가 존재하기 때문에, 제5 노드(5)와 제5-1 노드(5-1)의 노드 속성을 고려하여 제5 노드(5)를 다음 이동목표점으로 설정한다. 이때, 제5 노드(5)의 교통량이 제5-1 노드(5-1)의 교통량보다 적기 때문에 제5 노드(5)를 다음 이동목표점으로 설정하였다.
이후, 제6 노드(6)를 다음 이동목표점으로 설정하고, 이어서, 제7 노드(7)를 다음 이동목표점으로 설정한다. 그리고, 제7 노드(7)에도 링크가 존재하기 때문에, 제8 노드(8)와 제8-1 노드(8-1)의 노드 속성을 고려하여 제8 노드(8)를 다음 이동목표점으로 설정한다. 이때, 제8 노드(8)의 교통량이 제8-1 노드(8-1)의 교통량보다 적기 때문에 제8 노드(8)를 다음 이동목표점으로 설정하였다.
이후, 제9 노드(9)를 다음 이동목표점으로 설정하고, 이어서 제10 노드(10)를 다음 이동목표점으로 설정하며, 이어서 제11 노드(11)를 끝 노드로 설정한다.
이처럼, 본 발명의 실시예에서는, 베지에 곡선을 이용하여 전체 경로 집합을 생성하고, 각 노드의 노드 속성을 고려하여 전체 경로 집합에서 무인이동체의 경로를 검색하는 무인이동체의 이동경로 제공 방법과, 이를 위한 이동경로 관리 서버를 제공함으로써, 비, 눈, 및 안개 등의 외부 환경과 무관하게 무인이동체로 보다 정확하고 안전한 이동경로를 제공할 수 있다.
이상에서 본 명세서에 개시된 실시예들을 첨부된 도면들을 참조로 설명하였다. 이와 같이 각 도면에 도시된 실시예들은 한정적으로 해석되면 아니되며, 본 명세서의 내용을 숙지한 당업자에 의해 서로 조합될 수 있고, 조합될 경우 일부 구성 요소들은 생략될 수도 있는 것으로 해석될 수 있다.
여기서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 명세서에 개시된 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 명세서에 개시된 실시예에 불과할 뿐이고, 본 명세서에 개시된 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
100: 무인이동체 200: 무인이동체 제어 시스템
300: 교통관제 시스템 310: 무인이동체 관리 데이터베이스
320: 이동경로 관리 서버 322: 경로 생성부
324: 경로 저장부 326: 경로 검색부
328: 경로 제공부 330: 이동정보 중계 및 모니터링 서버

Claims (10)

  1. 교통관제 시스템에 포함된 이동경로 관리 서버가 직선 및 곡선 구간에서 무인이동체의 이동경로를 제공하는 방법에 있어서,
    교통관제 시스템이,
    지상 무인이동체 제어 시스템으로부터 무선통신망을 통해 이동체 ID, 비행시간, 출도착점, 및 경유점 중 적어도 하나를 포함하는 비행계획 정보를 수신하는 단계;
    상기 비행계획 정보에 포함된 이동체 ID와 기저장된 ID 정보를 비교하여 상기 이동체 ID가 등록되어 있는지 여부를 판단하는 단계;
    상기 이동체 ID가 등록되어 있는 경우, 상기 이동체 ID에 대응되는 인증 정보 및 등급 정보를 참조하여 상기 무인이동체에 대한 인증을 수행하는 단계;
    전체 항로에서 비행금지 구역, 장애물, 비행시간, 및 교통량을 고려하여 비행경로를 검색하는 단계;
    검색된 비행경로를 무선통신망을 통해 상기 지상 무인이동체 제어 시스템으로 전송하는 단계;
    상기 지상 무인이동체 제어 시스템으로부터 이동체 ID, 비행경로, 및 비행제어명령 중 적어도 하나를 포함하는 지상제어정보를 수신하는 단계; 및
    수신한 지상제어정보를 무선통신망을 통해 상기 무인이동체로 전달하는 단계;를 포함하고,
    상기 이동경로 관리 서버가,베지에 곡선(Bezier Curve)을 이용하여 적어도 두 개의 노드를 연결하여 노드라인을 생성하고, 복수의 노드 또는 복수의 노드라인으로 구성되는 전체 경로 집합을 생성하는 단계;
    노드를 통과할 수 있는 제한속도, 노드의 현재 교통량, 및 노드의 이용 가능 여부 중 적어도 하나를 포함하는 각 노드의 노드 속성(Node Property)을 고려하여 상기 전체 경로 집합에서 상기 무인이동체의 이동경로를 검색하는 단계; 및
    검색된 이동경로를 상기 무인이동체로 제공하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 전체 경로 집합을 생성하는 단계는,
    베지에 곡선을 이용하여 시작 노드인 제1 노드와 끝 노드인 제2 노드를 연결하여 제1 노드라인을 생성하는 단계;
    상기 제2 노드를 시작노드로 지정하고, 베지에 곡선을 이용하여 상기 제2 노드와 끝 노드인 제3 노드를 연결하여 제2 노드라인을 생성하는 단계;
    상기 제2 노드의 분기노드 정보를 조회하여 자노드가 존재하는지 여부를 판단하는 단계; 및
    자노드가 존재하는 경우, 자노드인 제4 노드와 연결되는 링크를 생성하여 상기 제4 노드를 시작 노드로 지정하고, 베지에 곡선을 이용하여 시작 노드인 제4 노드와 끝 노드인 제5 노드를 연결하여 제3 노드라인을 생성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 무인이동체의 이동경로를 검색하는 단계에서,
    상기 제3 노드 및 상기 제4 노드의 노드 속성을 비교하여 상기 제3 노드 또는 상기 제4 노드로 상기 무인이동체의 이동경로를 설정하고,
    상기 분기노드 정보는 상기 제4 노드의 주소 정보를 가지고 있고, 상기 제4 노드의 주소 정보를 토대로 상기 제4 노드와 연결되는 링크를 생성하고,
    각 노드는 자신의 노드번호(Node Number), 스플라인 조절점 위치(Spline Control Point), 노드 위치(Node Points), 이전 노드 정보(Previous Node Address), 다음 노드 정보(Next Node Address), 분기노드 수(Number of Branch Node), 분기노드 정보(Branch Node Address), 자신이 속해 있는 노드라인의 정보(Node Line Address), 및 상기 노드 속성 정보 중 적어도 하나를 포함하는 노드 정보를 가지고,
    각 노드라인은 자신의 노드라인 번호(Node Line Number), 이전 노드라인 정보(Previous Node Line Address), 다음 노드라인 정보(Next Node Line Address), 노드라인 속성(Node Line Property) 정보, 자신에게 속해 있는 노드의 수(Number of Node), 시작 노드 정보(Start Node Address), 및 끝 노드 정보(End Node Address) 중 적어도 하나를 포함하는 노드라인 정보를 가지는 것을 특징으로 하는 무인이동체의 이동경로 제공 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 각 노드는 3차원 좌표로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무인이동체의 이동경로 제공 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항 또는 제6항에 의한 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 저장한 기록매체.
  10. 지상 무인이동체 제어 시스템의 비행경로 요청에 따라 전체 항로에서 비행금지 구역, 장애물, 비행시간, 및 교통량을 고려하여 비행경로를 검색하고, 검색된 비행경로를 무선통신망을 통해 상기 지상 무인이동체 제어 시스템으로 전송하며, 상기 지상 무인이동체 제어 시스템으로부터 수신한 지상제어정보를 무선통신망을 통해 무인이동체로 전달하는 교통관제 시스템에 포함된 이동경로에 있어서,
    상기 교통관제 시스템은,
    ID 정보, 인증 정보, 및 등급 정보 중 적어도 하나를 저장하고, 비행경로 관리 서버의 인증 요청에 따라 비행계획 정보에 포함된 이동체 ID와 기저장된 ID 정보를 비교하여 상기 이동체 ID가 등록되어 있는지 여부를 판단하고, 상기 이동체 ID가 등록되어 있는 경우, 상기 이동체 ID에 대응되는 인증 정보 및 등급 정보를 참조하여 상기 무인이동체에 대한 인증을 수행하는 무인이동체 관리 데이터베이스;
    상기 무인이동체 관리 데이터베이스에 의해 상기 무인이동체의 인증이 완료된 경우, 전체 항로에서 비행금지 구역, 장애물, 비행시간, 및 교통량을 고려하여 비행경로를 검색하고, 검색된 비행경로를 무선통신망을 통해 상기 지상 무인이동체 제어 시스템으로 전송하는 비행경로 관리 서버; 및
    상기 지상 무인이동체 제어 시스템으로부터 수신한 지상제어정보를 무선통신망을 통해 상기 무인이동체로 전달하고, 상기 무인이동체로부터 이동체 ID, 비행경로 수신 상태, 비행제어명령 수신 상태, 및 비행상태 중 적어도 하나를 포함하는 비행정보를 수신하여 무선통신망을 통해 상기 지상 무인이동체 제어 시스템으로 전달하는 비행정보 중계 및 모니터링 서버;를 포함하고
    상기 이동경로 관리서버는 베지에 곡선(Bezier Curve)을 이용하여 적어도 두 개의 노드를 연결하여 노드라인을 생성하고, 복수의 노드 또는 복수의 노드라인으로 구성되는 전체 경로 집합을 생성하는 경로 생성부;
    노드를 통과할 수 있는 제한속도, 노드의 현재 교통량, 및 노드의 이용 가능 여부 중 적어도 하나를 포함하는 각 노드의 노드 속성(Node Property)을 고려하여 상기 전체 경로 집합에서 상기 무인이동체의 이동경로를 검색하는 경로 검색부; 및
    상기 경로 검색부에 의해 검색된 이동 경로를 상기 무인이동체로 제공하는 경로 제공부;
    를 포함하고,
    각 노드는 자신의 노드번호(Node Number), 스플라인 조절점 위치(Spline Control Point), 노드 위치(Node Points), 이전 노드 정보(Previous Node Address), 다음 노드 정보(Next Node Address), 분기노드 수(Number of Branch Node), 분기노드 정보(Branch Node Address), 자신이 속해 있는 노드라인의 정보(Node Line Address), 및 상기 노드 속성 정보 중 적어도 하나를 포함하는 노드 정보를 가지고,
    각 노드라인은 자신의 노드라인 번호(Node Line Number), 이전 노드라인 정보(Previous Node Line Address), 다음 노드라인 정보(Next Node Line Address), 노드라인 속성(Node Line Property) 정보, 자신에게 속해 있는 노드의 수(Number of Node), 시작 노드 정보(Start Node Address), 및 끝 노드 정보(End Node Address) 중 적어도 하나를 포함하는 노드라인 정보를 가지는 것을 특징으로 하는 이동경로 관리 서버.
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