KR101882419B1 - 무인비행기를 이용한 다 차로 차량 검지 시스템 및 방법 - Google Patents

무인비행기를 이용한 다 차로 차량 검지 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 무인비행기를 이용한 다 차로 차량 검지 시스템 및 방법에 따르면, 평가 하고자 하는 도로 지점의 갓길 상공에 무인비행기를 위치시키고, 무인비행기에 구비된 레이저 검지 장치로부터 차로를 향하여 레이저를 투사함으로써 전 차로의 교통량 및 속도 정보를 실시간으로 측정 할 수 있으며, 이에 따라 ITS 구축에 필요한 현장 장비의 성능 평가가 합리적으로 이루어 질 수 있다.

Description

무인비행기를 이용한 다 차로 차량 검지 시스템 및 방법{System for Detecting Vehicle in Multiplelane using UAV and Method thereof}
본 발명은 무인비행기를 이용한 다 차로 차량 검지 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 평가하고자 하는 도로 지점의 갓길 상공에 무인비행기를 위치시키고, 무인비행기에 구비된 레이저 검지 장치로부터 차로를 향하여 레이저를 투사함으로써 전 차로의 교통량 및 차량의 속도 정보를 실시간으로 측정 할 수 있는 무인비행기를 이용한 다 차로 차량 검지 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 들어 지능형 교통 시스템(Intelligent Transport Systems; ITS) 구축에 필요한 현장 장비가 도로 증설 및 ITS 추가 구축 사업으로 지속적으로 설치되고 있다.
ITS 구축에 필요한 현장 장비는 크게 교통정보 수집체계와 교통정보 제공체계로 나뉜다.
특히 교통정보 수집체계의 주요 현장 장비는 VDS, CCTV, AVI 등이 있으며, 이중 VDS(Vehicle Detection System)는 도로상의 차량의 속도, 교통량, 점유율 등의 정보를 수집하는 시스템으로써 루프형 VDS, 지자기형 VDS, 영상식 VDS, 레이다식 VDS 등으로 나뉘게 된다.
이러한 ITS 구축에 필요한 현장 장비는 준공 시에 실제 교통 정보 측정의 신뢰성을 평가 받아야 준공을 할 수 있다.
이때 성능 평가를 받은 결과치가 최초 성능이라고 볼 수 있다.
예를 들어 영상식 VDS는 준공 당시 실제 교통량 측정 오차가 5%(95%이상의 신뢰성)이내로 준공되었지만 카메라 노화 또는 기타 주변 여건의 변동으로 측정오차가 15%(85% 신뢰성)이상이 되었다면 보정을 하거나 수리를 해야 하기 때문에 성능 평가가 반드시 필요하게 된다.
이에 따라 현장 장비의 체계적인 유지 관리(교정/수리/교체 등)가 필요하게 되고 이를 원활히 추진하기 위해 현장 장비의 최초 성능이 유지되는지를 점검/평가하여야 한다.
현재 현장 장비의 점검/평가는 ITS 사업 시행자가 자체 수행하거나 국가가 지정한 전담 기관에서 평가 대행을 통하여 수행하고 있다.
하지만, 현재 성능 평가를 위한 레이저 기준 장비는 제일 바깥 차로만 평가가 가능하며 전 차로를 동시에 평가할 수 없어 현장 장비의 전체 평가에 불합리한 부분이 많은 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2011-0000324호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 평가 하고자 하는 도로 지점의 갓길 상공에 무인비행기를 위치시키고, 무인비행기에 구비된 레이저 검지 장치로부터 차로를 향하여 레이저를 투사함으로써 전 차로의 교통량 및 속도 정보를 실시간으로 측정 할 수 있으며, 이에 따라 ITS 구축에 필요한 현장 장비의 성능 평가가 합리적으로 이루어 질 수 있도록 하는 무인비행기를 이용한 다 차로 차량 검지 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무인비행기를 이용한 다 차로 차량 검지 시스템은, 영상을 촬영하는 카메라와 거리를 측정하는 거리측정센서가 구비된 무인비행기 시스템과 이를 제어하는 원격의 지상 시스템을 이용하여 다 차로 차량 검지 시스템을 구성하고; 차량 검지를 하려는 도로의 상공에 머물면서 카메라와 거리측정센서가 차로의 성능 평가 지점을 향하도록 하여 해당 성능 평가 지점을 통과하는 차량을 검출하고, 이에 따른 차량의 속도와 교통량을 검지할 수 있도록 하며; 차량의 속도와 교통량의 검지가 종료된 후 귀환한 무인비행기 시스템에 저장된 영상 데이터 및 차량 검지 데이터를 기반으로 별도의 전산 시스템에서 ITS 구축을 위한 현장 장비의 성능과 비교 분석한 후 성능 평가 결과가 출력되도록 한다.
상기 무인비행기 시스템은 무인비행기의 비행을 제어하는 비행제어부; 차로의 성능 평가 지점을 동영상으로 촬영하는 카메라; 차로의 성능 평가 지점을 통행하는 차량을 검출하기 위한 거리측정센서; 카메라 및 거리측정센서가 장착되어 고정되는 것으로, 카메라를 통한 촬영 방향이 유지되도록 카메라의 위치 보정을 수행하고, 거리측정센서를 통한 검출 방향이 유지되도록 거리측정센서의 위치 보정을 수행하는 짐벌 장치; 카메라를 통한 영상이 촬영되도록 제어하고, 거리측정센서를 통한 차량 검출 후 이에 따른 차량의 속도와 교통량이 산출되도록 하며, 비행제어부로부터 비행 정보를 전송받아 짐벌 장치의 위치 보정을 제어하는 메인 제어부; 및 무인비행기의 비행 정보, 카메라를 통한 촬영된 영상 및 메인 제어부를 통한 차량의 속도와 교통량 산출 데이터를 지상 시스템으로 전송하고, 지상 시스템으로부터 비행제어 신호를 전송받는 제1통신부를 포함하여 구성될 수 있다.
짐벌 장치는 카메라의 촬영 방향 및 거리측정센서의 검지 방향이 유지되도록 롤(Roll), 피치(Pitch) 또는 요(Yaw) 방향으로 회전하여 카메라 및 거리측정센서의 위치를 보정할 수 있다.
상기 메인 제어부는 카메라를 제어하는 포트와, 거리측정센서를 제어하는 포트와, 짐벌 장치를 제어하는 포트와, 메모리가 장착되는 슬롯이 구비될 수 있다.
거리측정센서는 성능 평가 지점의 차량 진행 방향으로 이격된 한 쌍의 센서로 구성되는 것으로, 임의의 첫 번째 지점을 향하도록 구비된 전방 센서 및 상기 전방 센서와 센서 사이각의 간격을 가지면서 임의의 두 번째 지점을 향하도록 구비된 후방 센서를 포함하여 구성될 수 있다.
거리측정센서는 전방 센서를 통하여 첫 번째 지점에 대해 측정된 거리의 변화로 차량의 진입을 판단하고, 후방 센서를 통하여 두 번째 지점에 대해 측정된 거리의 변화로 차량의 진출을 판단할 수 있다.
첫 번째 지점을 통과하여 두 번째 지점에 도달한 차량의 속도는
Figure 112017004547215-pat00001
에 의해 산출(여기서, L은 첫 번째 지점과 두 번째 지점 사이의 거리, Δt는 차량이 첫 번째 지점을 통과하여 두 번째 지점에 도착하는데 걸린 통과 시간)될 수 있다.
첫 번째 지점과 두 번째 지점 사이의 거리는
Figure 112017005818655-pat00018
에 의해 산출(여기서, Hf는 전방 센서에 의한 첫 번째 지점(P1)까지의 측정 거리 값, Hr은 후방 센서에 의한 두 번째 지점(P2)까지의 측정 거리 값, Θs는 전방 센서와 후방 센서 사이의 센서 사잇각)될 수 있다.
지상 시스템은 무인비행기 시스템으로부터 촬영된 영상이 디스플레이되는 영상모니터; 무인비행기 시스템의 비행제어 신호를 자동으로 생성하는 메인 조종부; 및 비행제어 신호를 무인비행기 시스템으로 전송하고, 무인비행기 시스템으로부터 비행 정보, 카메라를 통한 촬영된 영상 및 거리측정센서를 통한 차량 검지 데이터를 전송받는 제2통신부를 포함하여 구성될 수 있다.
지상 시스템은 무인비행기의 자동 이착륙 및 자동 임무수행을 지시하고 성능 평가 임무수행을 통제하는 소프트웨어가 탑재되며, 무인비행기 시스템의 비행제어 신호를 수동으로 생성하는 수동 조종기를 더 포함하여 구성될 수 있다.
그리고 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무인비행기를 이용한 다 차로 차량 검지 방법은, (a) 성능 평가 지점의 차량 진행 방향으로 임의의 첫 번째 지점을 향하도록 구비된 무인비행기 시스템의 전방 센서 및 상기 전방 센서와 센서 사이각의 간격을 가지면서 임의의 두 번째 지점을 향하도록 구비된 무인비행기 시스템의 후방 센서를 통하여 차량 검지를 하려는 도로의 상공에 머물면서 차량의 진입 및 차량의 진출을 감지하는 차량감지단계; (b) 상기 차량감지단계를 통하여 차량의 진입 및 진출이 감지되면, 차량의 진입 시부터 진출 시까지 통과 시간을 산출하는 시간산출단계 및 (c) 상기 시간산출단계를 통하여 통과 시간이 산출되면, 성능 평가 지점에서의 차량의 속도와 교통량이 산출되는 검지단계를 포함한다.
상기 차량감지단계에서는 전방 센서를 통하여 첫 번째 지점에 대해 측정된 거리의 변화로 차량의 진입을 판단하고, 후방 센서를 통하여 두 번째 지점에 대해 측정된 거리의 변화로 차량의 진출을 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 검지단계에서 차량의 속도는
Figure 112017004547215-pat00003
에 의해 산출(여기서, L은 첫 번째 지점과 두 번째 지점 사이의 거리, Δt는 차량이 첫 번째 지점을 통과하여 두 번째 지점에 도착하는데 걸린 통과 시간)되는 단계를 포함할 수 있다.
상기 검지단계에서 첫 번째 지점과 두 번째 지점 사이의 거리는
Figure 112017005818655-pat00019
에 의해 산출(여기서, Hf는 전방 센서에 의한 첫 번째 지점(P1)까지의 측정 거리 값, Hr은 후방 센서에 의한 두 번째 지점(P2)까지의 측정 거리 값, Θs는 전방 센서와 후방 센서 사이의 센서 사잇각)되는 단계를 포함할 수 있다.
상기 검지단계 이후에는 귀환한 무인비행기 시스템에 저장된 영상 데이터 및 차량 검지 데이터를 기반으로 별도의 전산 시스템에서 ITS 구축을 위한 현장 장비의 성능과 비교 분석된 후 성능 평가 결과가 출력되는 단계를 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 무인비행기를 이용한 다 차로 차량 검지 시스템 및 방법에 따르면, 평가 하고자 하는 도로 지점의 갓길 상공에 무인비행기를 위치시키고, 무인비행기에 구비된 레이저 검지 장치로부터 차로를 향하여 레이저를 투사함으로써 전 차로의 교통량 및 속도 정보를 실시간으로 측정 할 수 있으며, 이에 따라 ITS 구축에 필요한 현장 장비의 성능 평가가 합리적으로 이루어 질 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무인비행기를 이용한 다 차로 차량 검지 시스템을 나타낸 블록도이며,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무인비행기 시스템을 나타낸 블록도이며,
도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 무인비행기를 이용한 다 차로 차량 검지 시스템의 설치 위치를 나타낸 예시도이며,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 지상 시스템을 나타낸 블록도이며,
도 6 및 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 무인비행기를 이용한 다 차로 차량 검지 시스템을 이용한 검지 방법을 설명하는 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 무인비행기(Unmanned Aerial Vehicle)를 이용한 다 차로 차량 검지 시스템은 도 1 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 무인비행기 시스템(100)과 지상 시스템(500)을 포함하여 구성된다.
무인비행기 시스템(100)은 멀티콥터 타입의 다양한 드론(drone) 등의 무선 조종으로 비행하는 무인비행기에 장착되어 포함되는 것으로 도 2에 나타낸 바와 같이, 비행제어부(110), 전방 센서(121), 후방 센서(125), 카메라(130), 짐벌 장치(140), 메모리부(150), 제1통신부(160) 및 메인 제어부(170)를 포함하여 구성된다.
비행제어부(110)는 지상 시스템(500)으로부터 전송되는 비행제어 신호를 전송받아 무인비행기의 비행을 제어하는 것으로, 지상 시스템(500)으로부터 목표 지점, 복귀 지점 및 정지비행 고도 등의 비행제어 신호를 입력 받으면, 무인비행기가 입력된 목표 지점, 복귀 지점 및 정지비행 고도에 따라 자동 비행하도록 무인비행기의 기계적인 동작을 제어할 수 있다.
비행제어부(110)는 GPS(위성항법시스템) 또는 GIS(지리정보시스템) 등을 이용하여 무인비행기의 위치를 파악하기 위한 GPS 모듈, 무인비행기의 자세를 감지하기 위한 관성측정모듈, 무인비행기의 고도를 측정하기 위한 고도측정모듈 등을 포함하여 구성되며, 관성측정모듈 및 고도측정모듈 등을 이용하여 무인항공기의 현재 고도와 기울어짐 정도를 파악할 수 있다.
비행제어부(110)는 상기와 같이 파악된 무인항공기의 비행 상태를 파악함으로써 상기 무인항공기가 입력된 비행제어 신호에 따라 정확하게 이동할 수 있도록 하며, 정지 비행 시 현재 위치나 고도 등을 정확히 유지할 수 있도록 한다.
카메라(130)는 차로의 성능 평가 지점을 동영상으로 촬영하여 비휘발성 메모리인 메모리부(150)에 저장되도록 하는 것으로, 야간 촬영을 위한 적외선 조명수단(미도시)을 더 구비할 수 있다.
전방 센서(121) 및 후방 센서(125)는 차로의 성능 평가 지점을 통행하는 차량을 검출하기 위해 레이저(Laser)를 이용하여 거리를 측정하는 센서로써, 도 3에 나타낸 바와 같이 전방 센서(121)는 성능 평가 지점의 차량 진행 방향으로 임의의 첫 번째 지점(P1)을 향하도록 구비되고, 후방 센서(125)는 성능 평가 지점의 차량 진행 방향으로 임의의 두 번째 지점(P2)을 향하도록 구비된다.
첫 번째 지점(P1) 및 두 번째 지점(P2)은 레이저에 의한 점의 형태로 형성되는 것으로, 차로를 지나는 모든 차량을 검지할 수 있도록 차로의 폭 방향으로의 중심 위치를 첫 번째 지점(P1) 및 두 번째 지점(P2)으로 지정할 수 있다.
전방 센서(121) 및 후방 센서(125)는 한 세트로 구성되어 한 개 차로에 적용되며, 도 4에 나타낸 바와 같이 여러 차로에 대해 성능 평가하기 위해서는 각 차로마다 전방 센서(121) 및 후방 센서(125)를 한 세트로 구성하여 무인비행기에 장착하여야 한다.
즉, 예를 들어 4차선 차로를 성능 평가하기 위해서는 4개의 센서 세트가 구성되어야 한다.
한편, 무인비행기가 비행 중 지면으로 추락하게 되면, 차로를 주행하는 차량에 피해를 줄 수 있으므로, 추락에 따른 피해를 최소화하기 위해 무인비행기는 도로의 갓길 상공에서 정지 비행을 수행하도록 하며, 이때, 각 차로를 향하는 센서 세트들은 차로의 폭 및 차로의 수에 맞게 센서 세트의 차로 센서각(Θr)을 설정한다.
짐벌 장치(140)는 무인항공기의 하면에 설치되어 전방 센서(121), 후방 센서(125) 및 카메라(130)가 장착되어 고정되는 것으로, 카메라(130)를 통한 촬영 방향이 유지되도록 카메라(130)의 위치 보정을 수행하고, 전방 센서(121) 및 후방 센서(125)를 통한 차량 검출 방향이 유지되도록 전방 센서(121) 및 후방 센서(125)의 위치 보정을 수행한다.
짐벌 장치(140)는 카메라(130)를 통한 촬영 방향과 전방 센서(121) 및 후방 센서(125)를 통한 차량 검출 방향이 유지되도록 롤(Roll), 피치(Pitch) 또는 요(Yaw) 방향으로 3축 방향으로 회전되어 전방 센서(121), 후방 센서(125) 및 카메라(130)의 위치를 보정한다.
짐벌 장치(140)는 전방 센서(121), 후방 센서(125) 및 카메라(130)가 장착되는 고정대와, 가속도센서가 구비된 보정제어모듈과, 3축(Roll, Pitch, Yaw) 회전을 담당하는 3개의 모터와 프레임으로 구성될 수 있으며, 보정제어모듈에 구비된 가속도센서로 각축의 기울어짐을 측정하여 각각의 해당 모터를 반대방향으로 회전함으로써, 최종적으로 고정대의 기울기는 변하지 않도록 작동하여 카메라(130)를 통한 촬영 방향이 유지되도록 카메라(130)의 위치 보정을 수행하고, 전방 센서(121) 및 후방 센서(125)를 통한 차량 검출 방향이 유지되도록 전방 센서(121) 및 후방 센서(125)의 위치를 보정할 수 있다.
따라서 무인비행기가 바람 등으로 흔들려도 고정대에 장착된 전방 센서(121), 후방 센서(125) 및 카메라(130)의 흔들림을 제거하여, 초기의 3축 방향의 절대 자세를 유지할 수 있어, 무인비행기의 흔들림에도 안정되게 차로의 성능 평가 지점 영상을 획득할 수 있으며, 차로의 성능 평가 지점을 통행하는 차량 검출을 안정되게 수행할 수 있다.
또한 필요에 따라 지상 시스템(500)으로부터의 제어 명령을 통하여 3축의 기본 유지 각도를 변경할 수 있어 원하는 촬영 각도 및 차량 검출 방향을 확보할 수 있다.
메인 제어부(170)는 전방 센서(121) 및 후방 센서(125)와 접속하여 전방 센서(121) 및 후방 센서(125)를 제어하는 포트와, 카메라(130)와 접속하여 카메라(130)를 제어하는 포트와, 짐벌 장치(140)를 제어하는 포트와, 메모리부(150)가 장착되는 슬롯과 지상 시스템(500)과 통신을 담당하는 통신 포트가 구비될 수 있다.
메인 제어부(170)에 구비된 센서를 제어하는 포트는 센서의 개수에 따라 복수로 구비될 수 있다.
그리고 메인 제어부(170)는 차로별 센서 세트에서 입력되는 측정 데이터를 실시간으로 감시하고, 센서 데이터 분석 처리 모듈과 차로별 속도 측정 모듈을 포함하여 구성된다.
센서 데이터 분석 처리 모듈은 전방 센서(121)에 의한 첫 번째 지점(P1)까지의 초기 거리 값 및 후방 센서(125)에 의한 두 번째 지점(P2)까지의 초기 거리 값과 미리 설정된 기준 값(Th)을 비교하여, 첫 번째 지점(P1)까지의 초기 거리 값 및 후방 센서(125)에 의한 두 번째 지점(P2)까지의 초기 거리 값이 미리 설정된 기준 값(Th) 이상의 변동이 있으면, 첫 번째 지점(P1)을 통과하여 두 번째 지점에 도착하는데 걸린 통과 시간(Δt) 측정과 실시간 데이터 저장을 시작하고 변동이 마무리되면 정지하는 기능을 담당한다.
차로별 속도 측정 모듈은 차로별 통과 시간(Δt)과 전방 센서(121)에 의한 첫 번째 지점(P1)까지의 측정 거리 값(Hf), 후방 센서(125)에 의한 두 번째 지점(P2)까지의 측정 거리 값(Hr) 및 전방 센서(121)와 후방 센서(125) 사이의 센서 사잇각(Θs)을 기반으로 산출한 첫 번째 지점(P1)과 두 번째 지점(P2) 사이의 거리(L)를 사용하여 속도(V)를 측정한다.
따라서 메인제어부(170)는 카메라(130)를 통한 영상이 촬영되도록 제어하고, 전방 센서(1221) 및 후방 센서(125)를 통한 차량 검출 후 이에 따른 차량의 속도와 교통량이 산출되도록 하며, 비행제어부(110)로부터 무인비행기의 비행 정보를 전송받아 짐벌 장치(140)의 위치 보정을 제어한다.
제1통신부(160)는 지상 시스템(500)으로부터 비행제어 신호를 전송받아 비행제어부(110)로 전송되도록 하고, 지상 시스템(500)으로부터 카메라 짐벌(140)을 제어하기 위한 신호 및 카메라(130), 전방 센서(1221) 및 후방 센서(125)를 제어하는 신호를 전송받아 메인 제어부(170)로 전송한다.
그리고 제1통신부(160)는 무선 통신을 이용하여 무인비행기의 비행 정보를 비행제어부(110)로부터 전송받아 지상 시스템(500)으로 전송하고, 카메라(130)를 통한 촬영된 영상과 메인 제어부(170)를 통한 차량의 속도와 교통량 산출 데이터 및 카메라(130), 전방 센서(1221) 및 후방 센서(125)의 상태 정보를 지상 시스템(500)으로 전송한다.
지상 시스템(500)은 비행제어 정보가 입력되며, 입력된 비행제어 정보를 무인항공기로 전송하고, 무인항공기의 비행을 자동 또는 수동으로 무선 제어하며, 무인항공기로부터 촬영된 영상 정보 및 차량의 속도와 교통량 산출 데이터를 수신할 수 있는 것으로, 도 5에 나타낸 바와 같이, 제2통신부(510), 영상 모니터(520), 메인 조종부(530) 및 수동 조종부(540)를 포함하여 구성된다.
메인 조종부(530)는 무선 통신으로 인터넷 접속 가능한 모바일 단말기일 수 있으며, 무인항공기의 목표 지점, 복귀 지점 및 정지비행 고도에 대한 자동 비행제어 정보를 입력할 수 있는 것으로, 무인항공기의 모든 비행 동작을 제어하고, 상기 무인항공기 시스템(100)으로부터 수신되는 정보를 처리하기 위한 전용 애플리케이션이 설치될 수 있다.
영상 모니터(520)는 무인비행기 시스템(100)으로부터 촬영된 영상이 디스플레이된다.
제2통신부(510)는 메인 조종부(530)로부터 생성된 자동 비행제어 신호를 무인비행기 시스템(100)으로 전송하고, 무인비행기 시스템(100)으로부터 비행 정보, 촬영된 영상 정보 및 차량의 속도와 교통량 산출 데이터를 전송받는다.
상기 제2통신부(510), 영상 모니터(520) 및 메인 조종부(530)는 일체의 장비로 구성될 수 있다.
수동 조종부(540)는 무인비행기의 비행제어 모드를 수동으로 전환하고, 조작자의 조작에 따라 무인비행기의 비행을 수동 제어하기 위한 수동 비행제어 신호를 출력하는 것으로, 무인비행기 시스템(100)과 메인 조종부(530) 사이의 무선 통신의 접속이 끊어져서 무인비행기의 자동 조종이 불가한 경우 수동으로 전환하여 무인비행기를 통제하는 역할을 담당한다.
또한 상기 무인비행기의 자동 비행에 어려움이 있을 경우, 조작자가 수동 조종부(540)를 통해 목표 지점, 복귀 지점 및 정지비행 고도 등을 직접 입력해가며 무인비행기의 비행을 수동으로 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 무인비행기를 이용한 다 차로 차량 검지 시스템은 도 3을 참고하여, 다음과 같이 동작한다.
먼저, 영상을 촬영하는 카메라와 거리를 측정하는 거리측정센서가 구비된 무인비행기 시스템(100)과 이를 제어하는 원격의 지상 시스템(500)을 이용하여 다 차로 차량 검지 시스템을 구성하고, ITS 구축을 위한 현장 장비의 성능을 평가하고자 하는 지점 주변의 안전한 장소로 이들을 운반한다.
이어서, 무인비행기 시스템(100)을 발진시켜, 도로의 갓길 상공에서 정지 비행 고도에 대한 비행제어 정보에 따라 자동 비행하면서 전방 센서(121)가 첫 번째 지점(P1)을 향하고, 후방 센서(125)가 두 번째 지점(P2)을 향하도록 센서 사이각(Θs)을 설정하고, 차로의 성능 평가 지점을 동영상 촬영하도록 한다.
이어서, 차로를 주행하는 차량이 첫 번째 지점(P1)으로 진입하여, 전방 센서(121)에 의한 첫 번째 지점(P1)까지의 측정 거리 값(Hf)의 변동이 발생하고, 이때 미리 설정된 기준 값(Th) 이상의 변동이 있으면, 메인 제어부(170)는 첫 번째 지점(P1)으로 차량이 진입이 되었다고 판단하고(S110), 첫 번째 지점(P1)에서의 감지된 시각을 측정하여 기록한다(S120).
참고로, 미리 설정된 기준 값(Th)은 차량 진입을 결정하기 위한 것으로, 차량 범퍼의 높이가 약 30cm ~ 50cm정도 되므로 기준 값(Th)은 30cm 정도로 설정하는 것이 바람직하다.
즉, 기준 값(Th)보다 작은 거리 변화는 차량의 진입으로 판단하지 않게 된다.
이어서, 첫 번째 지점(P1)으로 차량이 진입 한 후, 후방 센서(125)에 의한 두 번째 지점(P2)까지의 측정 거리 값(Hr)의 변동이 발생하고, 이때 미리 설정된 기준 값(Th) 이상의 변동이 있으면, 메인 제어부(170)는 두 번째 지점(P2)으로 차량이 진출이 되었다고 판단하고(S130), 두 번째 지점(P2)에서의 감지된 시각을 측정하여 기록한다(S140).
이어서, 메인 제어부(170)는 첫 번째 지점(P1)을 통과하여 두 번째 지점에 도착하는데 걸린 통과 시간(Δt)을 산출한다(S150).
이어서, 후방 센서(125)에 의한 두 번째 지점(P2)까지의 측정 거리 값(Hr)이 초기 거리 값으로 측정되면, 메인 제어부(170)는 두 번째 지점(P2)으로부터 차량이 진출이 완료 되었다고 판단하고(S160), 교통량 증가로 기록을 한다(S170).
이어서, 전방 센서(121)에 의한 첫 번째 지점(P1)까지의 초기 거리 값(Hf), 후방 센서(125)에 의한 두 번째 지점(P2)까지의 초기 거리 값(Hr) 및 전방 센서(121)와 후방 센서(125) 사이의 센서 사잇각(Θs)을 기반으로 산출한 첫 번째 지점(P1)과 두 번째 지점(P2) 사이의 거리(L)와(S210), 첫 번째 지점(P1)으로 진입하여 두 번째 지점(P2)으로 진출한 차량의 통과 시간(Δt)을 이용하여(S220), 첫 번째 지점(P1)과 두 번째 지점(P2) 사이를 통과한 차량의 속도(V)를 산출한다(S230).
한편, 무인비행기의 특성상 정지 비행 시 체공 높이를 정교하게 고정시키기가 어려우며, 정지 비행 시 체공 높이가 변화되면, 센서 사잇각(Θs)은 고정되어 있으므로, 전방 센서(121)에 의한 첫 번째 지점(P1)까지의 초기 거리 값(Hf) 및 후방 센서(125)에 의한 두 번째 지점(P2)까지의 초기 거리 값(Hr)과 센서 사잇각(Θs)을 이용한 삼각 측량법으로 첫 번째 지점(P1)과 두 번째 지점(P2) 사이의 거리(L)를 보정하여야 한다.
첫 번째 지점(P1)과 두 번째 지점(P2) 사이의 거리(L)는 수학식 1에 의해 산출될 수 있다.
Figure 112017005818655-pat00020
여기서, Hf는 전방 센서(121)에 의한 첫 번째 지점(P1)까지의 측정 거리 값, Hr은 후방 센서(125)에 의한 두 번째 지점(P2)까지의 측정 거리 값, Θs는 전방 센서(121)와 후방 센서(125) 사이의 센서 사잇각이다.
따라서 전방 센서(121)에 의한 첫 번째 지점(P1)까지의 측정 거리 값(Hf), 후방 센서(125)에 의한 두 번째 지점(P2)까지의 측정 거리 값(Hr) 및 전방 센서(121)와 후방 센서(125) 사이의 센서 사잇각(Θs)을 이용하여 L 값을 산출할 수 있으므로, 무인비행기의 비행 높이에 따라 전방 센서(121)에 의한 첫 번째 지점(P1)까지의 측정 거리 값(Hf), 후방 센서(121)에 의한 두 번째 지점(P2)까지의 측정 거리 값(Hr) 및 첫 번째 지점(P1)과 두 번째 지점(P2) 사이의 거리(L)가 변하더라도, 무인비행기에서의 속도 측정 오차를 최소화 할 수 있다.
첫 번째 지점(P1)과 두 번째 지점(P2) 사이를 통과한 차량의 속도(V)는 수학식 2에 의해 산출될 수 있다.
Figure 112017004547215-pat00006
여기서, L은 첫 번째 지점과 두 번째 지점 사이의 거리, Δt는 차량이 첫 번째 지점을 통과하여 두 번째 지점에 도착하는데 걸린 통과 시간이다.
이어서, 차량의 속도와 교통량의 검지가 종료된 후 귀환한 무인비행기 시스템(100)에 저장된 영상 데이터 및 차량 검지 데이터를 기반으로 별도의 전산 시스템에서 ITS 구축을 위한 현장 장비의 성능과 비교 분석한 후 성능 평가 결과가 출력되도록 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면, 평가하고자 하는 도로 지점의 갓길 상공에 무인비행기를 위치시키고, 무인비행기에 구비된 레이저 검지 장치로부터 차로의 성능 평가 지점을 향하여 레이저를 투사함으로써 전 차로의 교통량 및 속도 정보를 실시간으로 측정 할 수 있으며, 이에 따라 합리적인 현장 장비의 성능 평가가 이루어 질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 단계 S110 내지 단계 S170 및 단계 S210 내지 단계 S230에 따른 무인비행기를 이용한 다 차로 차량 검지 방법을 프로그램화하여 컴퓨터가 읽을 수 있도록 시디롬, 메모리, ROM, EEPROM 등의 기록매체에 저장시킬 수도 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 제시하여 설명하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
100: 무인비행기 시스템 121: 전방 센서
125: 후방 센서 130: 카메라
170: 메인 제어부 500: 지상 시스템
530: 메인 조종부 540: 수동 조종부

Claims (16)

  1. 영상을 촬영하는 카메라와 거리를 측정하는 거리측정센서가 구비된 무인비행기 시스템과 이를 제어하는 원격의 지상 시스템을 이용하여 다 차로 차량 검지 시스템을 구성하고; 차량 검지를 하려는 도로의 상공에 머물면서 카메라와 거리측정센서가 차로의 성능 평가 지점을 향하도록 하여 해당 성능 평가 지점을 통과하는 차량을 검출하고, 이에 따른 차량의 속도와 교통량을 검지할 수 있도록 하며; 차량의 속도와 교통량의 검지가 종료된 후 귀환한 무인비행기 시스템에 저장된 영상 데이터 및 차량 검지 데이터를 기반으로 별도의 전산 시스템에서 ITS 구축을 위한 현장 장비의 성능과 비교 분석한 후 성능 평가 결과가 출력되도록 한 것을 특징으로 하며;
    거리측정센서는 성능 평가 지점의 차량 진행 방향으로 이격된 한 쌍의 센서로 구성되는 것으로, 임의의 첫 번째 지점을 향하도록 구비된 전방 센서 및 상기 전방 센서와 센서 사이각의 간격을 가지면서 임의의 두 번째 지점을 향하도록 구비된 후방 센서를 포함하여 구성되고;
    첫 번째 지점과 두 번째 지점 사이의 거리는
    Figure 112018050054625-pat00023
    에 의해 산출(여기서, Hf는 전방 센서에 의한 첫 번째 지점(P1)까지의 측정 거리 값, Hr은 후방 센서에 의한 두 번째 지점(P2)까지의 측정 거리 값, Θs는 전방 센서와 후방 센서 사이의 센서 사잇각)되는 것을 특징으로 한 무인비행기를 이용한 다 차로 차량 검지 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 무인비행기 시스템은 무인비행기의 비행을 제어하는 비행제어부; 차로의 성능 평가 지점을 동영상으로 촬영하는 카메라; 차로의 성능 평가 지점을 통행하는 차량을 검출하기 위한 거리측정센서; 카메라 및 거리측정센서가 장착되어 고정되는 것으로, 카메라를 통한 촬영 방향이 유지되도록 카메라의 위치 보정을 수행하고, 거리측정센서를 통한 검출 방향이 유지되도록 거리측정센서의 위치 보정을 수행하는 짐벌 장치; 카메라를 통한 영상이 촬영되도록 제어하고, 거리측정센서를 통한 차량 검출 후 이에 따른 차량의 속도와 교통량이 산출되도록 하며, 비행제어부로부터 비행 정보를 전송받아 짐벌 장치의 위치 보정을 제어하는 메인 제어부; 및 무인비행기의 비행 정보, 카메라를 통한 촬영된 영상 및 메인 제어부를 통한 차량의 속도와 교통량 산출 데이터를 지상 시스템으로 전송하고, 지상 시스템으로부터 비행제어 신호를 전송받는 제1통신부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한 무인비행기를 이용한 다 차로 차량 검지 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서, 짐벌 장치는 카메라의 촬영 방향 및 거리측정센서의 검지 방향이 유지되도록 롤(Roll), 피치(Pitch) 또는 요(Yaw) 방향으로 회전하여 카메라 및 거리측정센서의 위치를 보정하는 것을 특징으로 한 무인비행기를 이용한 다 차로 차량 검지 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 메인 제어부는 카메라를 제어하는 포트와, 거리측정센서를 제어하는 포트와, 짐벌 장치를 제어하는 포트와, 메모리가 장착되는 슬롯이 구비된 것을 특징으로 한 무인비행기를 이용한 다 차로 차량 검지 시스템.
  5. 삭제
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 거리측정센서는 전방 센서를 통하여 첫 번째 지점에 대해 측정된 거리의 변화로 차량의 진입을 판단하고, 후방 센서를 통하여 두 번째 지점에 대해 측정된 거리의 변화로 차량의 진출을 판단하는 것을 특징으로 한 무인비행기를 이용한 다 차로 차량 검지 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서, 첫 번째 지점을 통과하여 두 번째 지점에 도달한 차량의 속도는
    Figure 112017004547215-pat00007
    에 의해 산출(여기서, L은 첫 번째 지점과 두 번째 지점 사이의 거리, Δt는 차량이 첫 번째 지점을 통과하여 두 번째 지점에 도착하는데 걸린 통과 시간)되는 것을 특징으로 한 무인비행기를 이용한 다 차로 차량 검지 시스템.
  8. 삭제
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 지상 시스템은 무인비행기 시스템으로부터 촬영된 영상이 디스플레이되는 영상모니터; 무인비행기 시스템의 비행제어 신호를 자동으로 생성하는 메인 조종부; 및 비행제어 신호를 무인비행기 시스템으로 전송하고, 무인비행기 시스템으로부터 비행 정보, 카메라를 통한 촬영된 영상 및 거리측정센서를 통한 차량 검지 데이터를 전송받는 제2통신부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한 무인비행기를 이용한 다 차로 차량 검지 시스템.
  10. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 지상 시스템은 무인비행기의 자동 이착륙 및 자동 임무수행을 지시하고 성능 평가 임무수행을 통제하는 소프트웨어가 탑재되며, 무인비행기 시스템의 비행제어 신호를 수동으로 생성하는 수동 조종기를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한 무인비행기를 이용한 다 차로 차량 검지 시스템.
  11. (a) 성능 평가 지점의 차량 진행 방향으로 임의의 첫 번째 지점을 향하도록 구비된 무인비행기 시스템의 전방 센서 및 상기 전방 센서와 센서 사이각의 간격을 가지면서 임의의 두 번째 지점을 향하도록 구비된 무인비행기 시스템의 후방 센서를 통하여 차량 검지를 하려는 도로의 상공에 머물면서 차량의 진입 및 차량의 진출을 감지하는 차량감지단계; (b) 상기 차량감지단계를 통하여 차량의 진입 및 진출이 감지되면, 차량의 진입 시부터 진출 시까지 통과 시간을 산출하는 시간산출단계; 및 (c) 상기 시간산출단계를 통하여 통과 시간이 산출되면, 성능 평가 지점에서의 차량의 속도와 교통량이 산출되는 검지단계를 포함하며;
    상기 차량감지단계에서는 전방 센서를 통하여 첫 번째 지점에 대해 측정된 거리의 변화로 차량의 진입을 판단하고, 후방 센서를 통하여 두 번째 지점에 대해 측정된 거리의 변화로 차량의 진출을 판단하는 단계를 포함하고;
    상기 검지단계에서 첫 번째 지점과 두 번째 지점 사이의 거리는
    Figure 112018050054625-pat00024
    에 의해 산출(여기서, Hf는 전방 센서에 의한 첫 번째 지점(P1)까지의 측정 거리 값, Hr은 후방 센서에 의한 두 번째 지점(P2)까지의 측정 거리 값, Θs는 전방 센서와 후방 센서 사이의 센서 사잇각)되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인비행기를 이용한 다 차로 차량 검지 방법.
  12. 삭제
  13. 청구항 11에 있어서, 상기 검지단계에서 차량의 속도는
    Figure 112017004547215-pat00009
    에 의해 산출(여기서, L은 첫 번째 지점과 두 번째 지점 사이의 거리, Δt는 차량이 첫 번째 지점을 통과하여 두 번째 지점에 도착하는데 걸린 통과 시간)되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인비행기를 이용한 다 차로 차량 검지 방법.
  14. 삭제
  15. 청구항 11에 있어서, 상기 검지단계 이후에는 귀환한 무인비행기 시스템에 저장된 영상 데이터 및 차량 검지 데이터를 기반으로 별도의 전산 시스템에서 ITS 구축을 위한 현장 장비의 성능과 비교 분석된 후 성능 평가 결과가 출력되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인비행기를 이용한 다 차로 차량 검지 방법.
  16. 청구항 11항, 청구항 13 및 청구항 15항 중 어느 한 항의 무인비행기를 이용한 다 차로 차량 검지 방법을 실행하는 프로그램이 기록되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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