KR101927983B1 - 인명 구조용 드론 및 이를 이용한 조난 구조 시스템 - Google Patents

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변정태
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Abstract

본 발명은 조난 구조 시스템을 개시한다. 보다 상세하게는, 본 발명은 GPS 모듈과 같은 인명 구조용 트래킹 장치와 연계하여 조난 사고 발생시 신속하게 구조 활동을 수행하는 인명 구조용 드론 및 이를 이용한 조난 구조 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 조난자가 소지한 트래커의 작동에 따라 조난 발생여부를 판단하고, 조난경보 발령시 관제 서버가 현장으로 구조수단을 탑재한 인명 구조용 드론을 투입함으로써 신속하게 인명을 구조할 수 있는 효과가 있다.

Description

인명 구조용 드론 및 이를 이용한 조난 구조 시스템{DRONE FOR LIFE SAVING AND SYSTEM FOR RESCUING VICTIM USING THE SAME}
본 발명은 조난 구조 시스템에 관한 것으로, 특히 GPS 모듈과 같은 인명 구조용 트래킹 장치와 연계하여 조난 사고 발생시 신속하게 구조 활동을 수행하는 인명 구조용 드론 및 이를 이용한 조난 구조 시스템에 관한 것이다.
매년 많은 사람들이 바다, 강 및 호수 등의 수상에서 발생하는 익사사고에 의해 부상을 당하거나 소중한 목숨을 잃고 있으며, 높고 험준한 산악에서도 낙상 및 실종사고가 빈번하게 발생하고 있다.
이러한 조난 사고에 대체하는 데 있어서, 사고 발생시부터 구조대 출동 및 구조에 이르기까지의 시간이 매우 중요하다고 할 수 있다. 특히, 사고 발생시점에서부터 구조대가 이를 인지 및 초동 조치를 취하는 시간이 짧으면 짧을수록 생명을 구할 확률이 보다 더 높아지게 된다.
통상적으로 강, 바다 등에서 발생하는 수상사고의 경우, 구조대원이 직접 사고지점으로 헤엄쳐 들어가 조난자를 직접 붙잡고 뭍으로 헤엄쳐 나와 구조하거나, 튜브, 밧줄 등을 던져주어 조난자가 그것을 잡도록 함으로써 구조를 시도하게 된다.
그러나, 이러한 전통적인 구조 방식에 의하면 구조할 수 있는 인원에 한계가 있으며, 이에, 무인 비행체 즉, 드론에 투하부재를 설치하고 자동 전개 튜브 등을 탑재하여 사고지점으로 신속히 이동하여 자동 전개 튜브를 운송 및 투하함으로써 인명을 구조할 수 있는 방식이 제안되었다.
공지기술인 등록특허공보 제10-1856026호에는 드론을 제어하여 사고지점으로 신속하게 이동시키고, 드론 몸체의 하부면에 자동 전개 튜브 운송 및 투하부를 탑재하여 기 설정된 높이에서 자동 전개 튜브를 드론 몸체의 하부면과 분리시켜 사고지점에 투하하는 인명 구조용 드론에 관한 내용을 개시하고 있다.
본 발명은 일반적인 인명 구조용 드론을 활용한 조난 구조 방법에서 더 나아가 다양한 조난 상황에서 보다 효과적으로 인명 구조를 수행할 수 있도록 한 인명 구조용 드론 및 이를 이용한 조난 구조 시스템을 제시하고자 한다.
등록특허공보 제10-1856026호(공고일자: 2018.05.09.)
본 발명은 조난 구조 시스템에 관한 것으로, 수상에서 발생할 수 있는 안전사고에 대하여 상황실의 관제 서버와 연계하고, 인명 구조용 드론을 활용하여 다양한 조난 상황에서 신속하게 조난자를 구조할 수 있는 인명 구조용 드론 및 이를 이용한 조난 구조 시스템을 제공하는 데 과제가 있다.
전술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 조난 경보를 발령하는 관제 서버와 연동하고, 상기 관제 서버로부터 전송되는 조난자의 조난위치정보에 따라 구조 활동을 수행하는 드론에 있어서, 위성으로부터 송출되는 GPS 신호를 수신하는 GPS 모듈과, 정보통신망에 접속하여 상기 관제 서버와 데이터를 송수신하는 통신모듈과, 설정된 비행경로에 따라 회전익에 구동력을 전달하는 구동모듈과, 상기 GPS 신호에 따라 드론위치정보를 생성하고, 상기 조난위치정보 및 드론위치정보에 따라 상기 비행경로를 설정하는 항법 프로그램이 기록된 메모리와, 하나 이상의 구조 수단과 연결되는 투하모듈과, 각 모듈의 구동을 제어하고, 상기 항법 프로그램을 실행하는 제어모듈을 포함할 수 있다.
상기 항법 프로그램은, 상기 조난위치정보 및 드론위치정보를 이용하여 조난자 및 드론의 현재 위치좌표를 추출하는 좌표 추출부와, 추출된 위치좌표를 이용하여 조난자의 위치를 목적지로 하는 최단경로를 산출하고, 산출된 최단경로에 기초하여 상기 비행경로를 산출하는 경로 산출부와, 상기 비행경로에 따른 상기 구동모듈의 구동신호를 생성하는 구동신호 생성부를 포함할 수 있다.
상기 드론은, 일 방향에 존재하는 조난자를 감지하는 센서모듈을 포함하고, 상기 항법 프로그램은, 상기 센서모듈에 의해 조난자가 감지되면, 감지된 조난자를 타겟으로 설정하고, 상기 타겟의 위치를 실시간으로 상기 비행경로에 반영하여 추적하는 타겟 추적부를 포함할 수 있다.
상기 드론은, 일 방향을 촬영하는 카메라 모듈을 포함하고, 상기 항법 프로그램은, 상기 카메라 모듈이 촬영한 이미지를 3D 맵 상에 매핑하고, GIS 정보를 참조하여 상기 최단경로 상에 존재하는 지형 및 지물에 대한 지형정보를 생성하는 지형 매핑부와, 상기 GIS 정보가 저장된 저장소와, 상기 지형정보를 참조하여 상기 비행경로를 보정하는 경로 보정부를 포함할 수 있다.
상기 항법 프로그램은, 미리 정의된 복수의 구조 시나리오가 저장된 저장소를 포함하고, 현재 주변상황에 따라, 상기 복수의 구조 시나리오를 참조하여 상기 조난자의 예상 이동경로를 판단하고, 상기 예상 이동경로에 따라 비행경로를 보정하는 사례 적용부를 포함할 수 있다.
상기 주변상황은, 상기 조난자의 위치에서 날씨, 온도, 습도, 풍속, 유속 및 파도 중, 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 구조 수단은 상기 투하모듈에 의해 하방으로 투하되고, 투하시 전개되는 구명튜브 또는 상기 조난자가 착용한 라이프 재킷에 연결되는 연결 구조물일 수 있다.
상기 제어모듈은, 상기 관제 서버의 제어에 따라, 인접한 장소에 위치한 제어 콘트롤러에 상기 비행경로 설정에 대한 제어권한을 이양할 수 있다.
또한, 전술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 양태의 실시예에 따른 조난 구조 시스템은, 조난자의 의류에 부착, 라이프 자켓 내 실장, 손목밴드 또는 목걸이 형태로 착용되고, 조난 상황시 구동하여 구조요청신호 및 현재의 조난위치정보를 실시간으로 송출하는 트래커와, 상기 구조요청신호를 수신하여 조난 경보를 발령하고, 상기 조난위치정보에 따른 드론 제어신호를 생성 및 송출하는 관제 서버와, 상기 관제 서버의 제어에 따라, 상기 조난위치정보에 따른 비행경로를 설정하고 현장으로 비행하여 구조 활동을 수행하는 하나 이상의 드론을 포함하고, 상기 드론은, 현장의 지형정보에 따라 상기 비행경로를 보정하는 항법 프로그램이 탑재될 수 있다.
상기 항법 프로그램은, 상기 조난위치정보 및 드론위치정보를 이용하여 조난자 및 드론의 현재 위치좌표를 추출하는 좌표 추출부와, 추출된 위치좌표를 이용하여 조난자의 위치를 목적지로 하는 최단경로를 산출하고, 산출된 최단경로에 기초하여 상기 비행경로를 산출하는 경로 산출부와, 상기 비행경로에 따른 구동모듈의 구동신호를 생성하는 구동신호 생성부와, 센서모듈에 의해 조난자가 감지되면, 감지된 조난자를 타겟으로 설정하고, 상기 타겟의 위치를 실시간으로 상기 비행경로에 반영하는 타겟 추적부와, 카메라 모듈이 촬영한 이미지를 3D 맵 상에 매핑하고, 지리정보를 참조하여 상기 최단경로 상에 존재하는 지형 및 지물에 대한 상기 지형정보를 생성하는 지형 매핑부와, GIS 정보 및 미리 정의된 복수의 구조 시나리오가 저장된 저장소와, 상기 지형정보를 참조하여 상기 비행경로를 보정하는 경로 보정부와, 현재 주변상황에 따라, 상기 복수의 구조 시나리오를 참조하여 상기 조난자의 예상 이동경로를 판단하고, 상기 예상 이동경로에 따라 비행경로를 보정하는 사례 적용부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 조난 구조 시스템은, 상기 트래커와 관제서버간, 상기 드론과 관제서버간 또는 상기 드론과, 조난자와 인접한 선박간 신호 중계를 수행하는 보조 드론을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 조난자가 소지한 트래커의 작동에 따라 조난 발생여부를 판단하고, 조난경보 발령시 관제 서버가 현장으로 구조수단을 탑재한 인명 구조용 드론을 투입함으로써, 신속하게 인명을 구조할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 현장상황에 따라 비행경로를 보정하는 보정기능을 적용함으로써, 구조 가능성을 높이고 효율적인 구조 활동을 수행하는 인명 구조용 드론을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인명 구조용 드론 및 이를 이용한 조난 구조 시스템의 전체 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인명 구조용 드론의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인명 구조용 드론에 탑재되는 항법 프로그램의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 조난 구조 시스템에 의한 조난 구조 방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 조난 구조 시스템에 정의된 시나리오별 조치 내용을 표로 나타낸 도면이다.
설명에 앞서, 본 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "구비" 또는 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 "실시예"라는 용어는 예시, 사례 또는 도해의 역할을 하는 것을 의미하나, 발명의 대상은 그러한 예에 의해 제한되지 않는다. 그리고, "포함하는", "구비하는", "갖는" 및 다른 유사한 용어가 사용되고 있으나, 청구범위에서 사용되는 경우 임의의 추가적인 또는 다른 구성요소를 배제하지 않는 개방적인 전환어(Transition word)로서 "포함하는(Comprising)"이라는 용어와 유사한 방식으로 포괄적으로 사용된다.
또한, 본 명세서의 전반에 걸쳐 기재된 "...부(unit), "...모듈(module)", "...장치(device)" 및 "...시스템(system)" 등의 용어는 하나 또는 둘 이상의 기능이 조합된 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어, 소프트웨어 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 명세서에 설명된 다양한 기법은 하드웨어 또는 소프트웨어와 함께 구현될 수 있거나, 적합한 경우에 이들 모두의 조합과 함께 구현될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같은 "부", "모듈", "장치" 및 "시스템" 등의 용어는 마찬가지로 컴퓨터 관련 엔티티(Entity), 즉 하드웨어, 하드웨어 및 소프트웨어의 조합, 소프트웨어 또는 실행 시의 소프트웨어와 등가로 취급할 수 있다. 또한, 본 발명에서 관제 서버는 "부" 또는 "모듈" 단위로 구성될 수 있고, 읽기, 쓰기 및 지우기가 가능한 형태로 하나의 물리적 메모리에 기록되거나, 둘 이상의 메모리 또는 기록매체 사이에 분산되어 기록될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 인명 구조용 드론 및 이를 이용한 조난 구조 시스템을 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인명 구조용 드론 및 이를 이용한 조난 구조 시스템의 전체 구조를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 인명 구조용 드론 및 이를 이용한 조난 구조 시스템은 조난자의 의류에 부착되거나 라이프 자켓 내 실장, 혹은 손목에 착용하는 형태나 목걸이 형태로 착용될 수 있고, 조난 상황시 구동하여 구조요청신호 및 현재의 조난위치정보를 실시간으로 송출하는 트래커(10)와, 구조요청신호를 수신하여 조난 경보를 발령하고, 위치정보에 따른 드론 제어신호를 생성 및 송출하는 관제 서버(100) 및 관제 서버의 제어에 따라, 조난위치정보에 따른 비행경로를 설정하고 현장으로 비행하여 구조 활동을 수행하는 하나 이상의 드론(200)을 포함할 수 있다.
트래커(Tracker; 10)는 라이프 재킷에 탑재되거나 단말기 형태로 구현되어 조난자가 소지한 RFID 통신 또는 블루투스 통신이 가능한 신호 송수신장치로서, GPS위성으로부터 GPS신호를 수신하여 현재위치를 판단하고, 현재위치에 대한 조난위치정보를 생성할 수 있다. 이러한 트래커(10)는 조난상황이 발생한 경우 구조요청신호 및 조난위치정보를 송출할 수 있다.
관제 서버(100)는 상황실에 설치될 수 있고, 각 지역의 구조센터 등과 연결되어 조난 상황 발생시 조난 경보를 발령하여 구조센터에 인명 구조 활동을 요청하되, 특히 하나 이상의 인명 구조용 드론(200)을 현장에 투입하여 신속한 구조 활동을 진행하도록 제어하는 서버이다.
관제 서버(100)는 정보통신망을 통해 인명 구조용 드론(200)과 무선통신을 수행하여 감시구역에 대한 모니터링, 조난 경보 발령 및 현장으로 인명 구조용 드론(200)의 이동제어를 수행할 수 있다.
인명 구조용 드론(200)은 복수의 회전익이 장착되고, 자동 항법기능이 프로그래밍된 공지의 드론(Drone) 또는 무인 비행체(Unmanned Aerial Vehicle; UAV)로서, 자동 전개 튜브(290)가 실장될 수 있고, 관제 서버(100)에 자신의 현재위치를 실시간으로 전송하고, 설정된 비행경로에 따라 비행 구동할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 인명 구조용 드론(200)은 관제 서버(100)로부터 전송되는 조난위치정보와, 자신의 드론위치정보를 이용하여 각 위치좌표를 추출하고, 두 위치좌표를 이용하여 최단거리에 따른 비행경로를 설정하는 자동 항법 프로그램이 탑재된 것을 특징으로 한다.
또한, 전술한 항법 프로그램은 다양한 현장상황에 따라, 비행경로를 보정함으로써 최적의 이동경로를 도출하여 구조활동을 수행하는 특징이 있다. 이러한 인명 구조용 드론(200) 및 이에 탑재되는 항법 프로그램에 대한 상세한 설명은 후술한다.
전술한 구조에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 조난 구조 시스템에서는 조난자와 인접하여 소형 낚시배 또는 어선 등이 선박(50)이 존재하는 경우, 조난 사고 발생시, 자동으로 트래커(10)가 작동을 시작하여 선상에 있는 선원은 조난사고 발생 여부와 위치를 즉시 파악할 수 있게 되며, 조난자의 위치 정보가 실시간으로 선박(50)에 있는 메인 컴퓨터에 실시간으로 전송됨에 따라 선박(50)의 위치와 조난자의 위치가 실시간으로 동기화되어 선상에서 인명 구조 드론(200)을 수동으로 제어함으로써, 구조 활동을 수행할 수 있도록 한다.
또는, 구조요청신호 및 조난위치정보를 수신한 관제 서버(100)의 드론 제어신호에 따라 인명 구조 드론(200)을 자동으로 비행시켜 조난자의 위치로 이동, 조난자에게 자동 전개 튜브(190)를 투하하거나, 조난자의 라이프 재킷에 연결될 수 있는 갈고리, 밸트 등의 기구물을 인명 구조 드론(200)이 운반 및 투하하여 조난자가 착용할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 인명 구조용 드론 및 이를 이용한 조난 구조 시스템은, 복수의 드론을 이용할 수 있고, 만약 인명구조용 드론의 해상에서의 비행 거리가 선박의 조종기, 관제 서버와의 통신 범위를 벗어나게 되면, LTE중계기 혹은 RF증폭기 등을 장치한 별도의 보조 드론이 선박과 인명구조용 드론의 중간거리에 비행을 수행함으로써, 인명구조용 드론이 무사히 임무 완수 및 귀환을 할 수 있게끔 보조해 줄 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 이와 동일한 방식으로 선박 및 관제 서버와 조난자의 트래커 간의 통신 거리를 연장시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인명 구조용 드론의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 인명 구조용 드론(200)은 조난 경보를 발령하는 관제 서버와 연동하고, 관제 서버로부터 전송되는 조난자의 조난위치정보에 따라 구조 활동을 수행하는 드론으로서, 위성으로부터 송출되는 GPS 신호를 수신하는 GPS모듈(210)과, 정보통신망에 접속하여 관제 서버와 데이터를 송수신하는 통신모듈(220)과, 설정된 비행경로에 따라 회전익에 구동력을 전달하는 구동모듈(230)과, 일 방향을 촬영하는 카메라 모듈(240)과, 일 방향에 존재하는 조난자를 감지하는 센서모듈(250)과, GPS 신호에 따라 드론위치정보를 생성하고, 조난위치정보 및 드론위치정보에 따라 비행경로를 설정하는 항법 프로그램(300)이 기록된 메모리(270)와, 하나 이상의 구조 수단과 연결되는 투하모듈(260)과, 각 모듈의 구동을 제어하고, 항법 프로그램(300)을 실행하는 제어모듈(280)을 포함할 수 있다.
상세하게는, GPS모듈(210)은 GPS 위성으로부터 송출되는 GPS신호에 따라 현재 위치에 대한 드론위치정보를 생성하고, 이를 통신모듈(220)을 통해 관제 서버에 전송할 수 있다.
통신모듈(220)은 정보통신망을 통해 관제서버와 통신을 수행할 수 있다. 이에 따라, 통신모듈(220)은 드론위치정보를 관제 서버에 전송할 수 있고, 관제 서버로부터 제어신호 및 조난위치정보를 수신할 수 있다.
여기서 이용되는 정보통신망은, 복수의 단말 및 서버들과 같은 각각의 노드 상호 간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 일 예로서, RF, 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 망, LTE(Long Term Evolution) 망, 5GPP(5rd Generation Partnership Project) 망, WIMAX(World Interoperability for Microwave Access) 망, 인터넷(Internet), 블루투스(Bluetooth) 망 및 위성 방송 망 등이 포함될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
구동모듈(230)은 프로펠러 등을 회전시키는 구동력을 발생시키는 소정의 모터를 포함할 수 있고, 제어모듈(280)에 의한 제어에 따라 항법 프로그램(300)이 설정한 비행경로에 따라 드론 몸체를 비행시킬 수 있다.
카메라 모듈(240)은 인명 구조용 드론(200)에 탑재되어 비행 중, 전방 또는 유동적인 방향을 촬영하여 소정의 영상을 획득할 수 있고, 획득된 영상은 통신모듈(220)을 통해 관제 서버에 전송되거나, 항법 프로그램(300)에 의해 분석될 수 있다.
센서모듈(250)은 자이로 센서, 적외선 센서, 가속센서 및 카메라 모듈 등 하나 이상의 센서를 포함할 수 있고, 이중 적외선 센서는 일 방향으로 적외선 빔을 조사하여 둘 이상의 투사점간의 거리를 측정함으로써 피사체 즉, 조난자와의 거리를 계산하여 조난자와의 상대적 위치를 산출할 수 있도록 하고, 특히 항법 프로그램(300)에 의해 그 산출결과를 반영하여 조난자를 타겟으로 설정하여 지속적으로 추적하거나 기타 다른 구동을 위해 비행경로를 보정할 수 있도록 한다. 또한, 카메라 모듈로 조난자를 인식하여 조난자의 이동에 따라 지속적으로 추적할 수 있다.
투하모듈(260)은 인명 구조용 드론(200)의 몸체 하부면에 배치될 수 있고, 탈착 가능한 구조로 튜브(290)가 연결될 수 있다. 이러한 투하모듈(260)은 제어모듈(280)의 제어에 따라, 조난지점에 튜브(290)를 투하할 수 있다.
이러한 튜브(290)는 조난자를 구조하기 위한 구조 활동으로서 조난자에게 제공되는 것으로, 튜브 백, 전개식 튜브 및 가스 공급부 등으로 이루어지는 자동 전개형 튜브일 수 있다.
투하모듈(260)에 의해 튜브 백이 투하되면, 튜브(290)는 낙하시의 중력가속도로 인하여 가스 마개가 개구됨에 따라, 가스 공급부가 튜브 내부로 가스(CO2)를 주입하게 되며, 이에 튜브(290)는 전개된 상태로 조난지점에 투하되게 된다.
메모리(270)에는 인명 구조용 드론(200)의 비행경로를 결정하는 항법 프로그램(300)이 저장될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 항법 프로그램(300)은 관제 서버가 조난 상황을 발령하고, 조난위치정보가 송출되면 이를 입력 받을 수 있다. 또한, GPS신호에 따른 현재 드론위치정보와, 조난위치정보를 분석하여 조난자의 위치좌표 및 자신의 위치좌표를 식별하고, 이를 이용하여 최단거리를 산출하여 비행경로를 설정하게 된다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 항법 프로그램(300)은 인명 구조용 드론에 탑재된 카메라 모듈(240) 또는 센서모듈(250)을 통해 현장에 대한 지형정보를 생성하고, 그 지형정보에 따라 설정된 비행경로를 보정할 수 있다. 일 예로서, 현재위치에서 조난지점 사이에 산 또는 건물이 배치된 경우, 항법 프로그램(300)을 그에 대한 3D 모델링을 생성하고, 드론이 해당 지형 또는 지물을 회피하는 방향으로 비행경로를 보정할 수 있다.
이에 따라, 제어모듈(280)은 설정된 비행경로에 따라 구동모듈(230)을 제어하여 조난지점으로 이동하고, 조난지점에 도착하면, 튜브(290)를 투하하는 등의 구조 활동을 수행하게 된다.
또한, 메모리(270)에는 인명 구조용 드론(200)에 탑재된 각 모듈의 제어를 위한 환경 설정값 등이 저장될 수 있다. 이러한 메모리(270)는 기판상에 실장되는 IC형의 RAM, ROM 등으로 구현될 수 있고, 또는 플래시 메모리(flash memory)와 같이 기판으로부터 탈착 가능한 메모리장치 등으로 구현될 수 있다.
제어모듈(280)은 인명 구조용 드론에 탑재된 각 모듈들을 제어하여 드론을 구동할 수 있다. 상세하게는, 제어모듈(280)은 항법 프로그램(300)을 실행하여 비행경로를 설정하여 그 경로에 따라 비행 제어하고, 통신모듈(220)로부터 드론 제어신호가 수신되면, 이를 해석하여 비행경로를 재설정 및 보정하여 구조 활동을 수행하도록 드론을 제어할 수 있다.
이러한 제어모듈(280)은 각 모듈의 제어명령이 프로그래밍된 마이크로 콘트롤러 유닛(MCU)등으로 구현될 수 있다.
또한, 제어모듈(280)은 관제 서버의 제어에 따라, 인접한 장소에 위치한 제어 콘트롤러에 상기 비행경로 설정에 대한 제어권한을 이양하는 기능을 더 포함할 수 있다. 이러한 기능에 의하면, 물에 빠진 조난자와 인접하여 선박 등이 존재하는 경우, 선박 측에 인명 구조용 드론의 제어권한을 넘겨 줌으로써 현장에 위치한 구조대원이 눈으로 직접 상황을 판단하고 직관적으로 드론을 이용한 구조 활동을 수행하도록 하는 장점이 있다.
또한, 도면에 도시되어 있지는 않지만, 본 발명의 인명 구조용 드론의 몸체에는 각 모듈에 구동에 필요한 전원을 공급하는 배터리(미도시)가 탑재될 수 있다.
전술한 구조에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 인명 구조용 드론은 관제 서버의 제어에 따라, 탑재된 항법 프로그램을 통해 비행경로를 결정 및 보정하고, 구조 활동을 수행할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 인명 구조용 드론에 탑재되는 항법 프로그램을 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인명 구조용 드론에 탑재되는 항법 프로그램의 구조를 나타낸 도면이다. 이하의 설명에서 항법 프로그램 및 이에 포함되는 각 구성부들은 기록매체에 기록되어 인명 구조용 드론에 탑재되는 프로그램 형태일 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 항법 프로그램(300)은 조난위치정보 및 드론위치정보를 이용하여 조난자 및 드론의 현재 위치좌표를 추출하는 좌표 추출부(310)와, 추출된 위치좌표를 이용하여 조난자의 위치를 목적지로 하는 최단경로를 산출하고, 산출된 최단경로에 기초하여 상기 비행경로를 산출하는 경로 산출부(320)와, 비행경로에 따른 구동모듈의 구동신호(drv)를 생성하는 구동신호 생성부(330)와, 드론에 탑재된 카메라 모듈이 촬영한 이미지를 3D 맵 상에 매핑하고, 지리정보를 참조하여 상기 최단경로 상에 존재하는 지형 및 지물에 대한 지형정보를 생성하는 지형 매핑부(340)와, 지형정보를 참조하여 비행경로를 보정하는 경로 보정부(350)와, GIS 정보 및 미리 정의된 복수의 구조 시나리오가 저장된 저장소(360)와, 현재 주변상황에 따라, 복수의 구조 시나리오를 참조하여 조난자의 예상 이동경로를 판단하고, 예상 이동경로에 따라 비행경로를 보정하는 사례 적용부(370)와, 드론에 탑재된 센서모듈에 의해 조난자가 감지되면, 감지된 조난자를 타겟으로 설정하고, 타겟의 위치를 실시간으로 비행경로에 반영하는 타겟 추적부(380)를 포함할 수 있다.
좌표 추출부(310)는 조난위치정보(info1) 및 드론위치정보(info2)를 입력받아 현재 조난자의 위치좌표 및 드론의 위치좌표를 산출할 수 있다. 각 위치좌표는 GPS 좌표인 '37.498603, 127.034251' 형태로 추출될 수 있다.
경로 산출부(320)는 추출된 두 위치좌표를 서로 최단거리로 연결하는 최단경로를 산출할 수 있고, 이를 1차적인 비행경로로 설정할 수 있다.
구동신호 생성부(330)는 설정된 비행경로에 따라 드론에 탑재된 복수의 회전익에 전달되는 구동력을 생성할 수 있다. 이러한 구동력은 드론의 방향 및 속도를 결정하게 된다.
지형 매핑부(340)는 드론에 탑재된 카메라 모듈로부터 촬영된 영상(img)을 입력받을 수 있다. 이러한 영상(img)은 드론의 진행방향을 향하여 촬영된 데이터 일 수 있다. 또한, 지형 매핑부(340)는 저장소(360)에 저장된 GIS정보를 참조하여 해당 위치에 대한 3D 맵을 구성하고 영상(img)을 3D 맵에 매핑함으로써 현재 위치에서 상기의 최단경로 상에 존재하는 지형 및 지물에 대한 지형정보를 생성할 수 있다.
경로 보정부(350)는 지형 매핑부(340)에 의해 생성된 지형정보에 따라, 현재 드론의 비행경로상에 존재하는 지형 및 지물에 따른 경로방해 여부를 판단하고, 비행경로를 보정할 수 있다. 경로 보정부(350)에 생성된 보정값은 실시간으로 경로 산출부(320)에 전달되어 비행경로에 반영될 수 있다.
저장소(360)에는 지형정보의 생성에 필요한 GIS정보와 인명 구조용 드론의 구동시 필요한 각종 설정값이 저장될 수 있다. 또한, 저장소(360)에는 본원발명의 조난 구조 시스템에 적용되는 다양한 시나리오별 구조 활동 방법이 저장될 수 있다.
사례 적용부(370)는 저장소에 저장된 시나리오별 구조 활동 방법을 참조하여 드론이 수행하는 구조 활동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 조난자가 최초 조난발생지점에서 이동이 없는 경우, 설정된 비행경로에 따라 인명 구조용 드론은 이동하게 되나, 조난자가 급류에 휩쓸려 위치가 변경되는 상황인 경우, 예상 이동경로를 판단하고, 조난자보다 우선하여 예상지점에 도착하여 구조 활동을 수행하도록 비행경로를 보정할 수 있다.
즉, 사례 적용부(370)는 현재 주변상황에 따라, 복수의 구조 시나리오를 참조하여 조난자의 예상 이동경로를 판단하여 비행경로를 보정하게 된다. 여기서 고려되는 주변상황으로는 조난자의 위치에서 날씨, 온도, 습도, 풍속, 유속 및 파도 등이 있다. 이러한 다양한 시나리오에 대한 구체적 예는 후술하도록 한다.
타겟 추적부(380)는 인명 구조용 드론에 탑재된 적외선 센서 등에 의해 조난자가 감지되면, 이를 타겟으로 설정하고 지속적으로 조난자를 추적할 수 있도록 비행경로를 보정할 수 있다. 타겟 추적부(380)에는 피사체의 형상, 동작 등에 따라 조난자임을 식별할 수 있는 딥 러닝(deep learning) 기술이 적용될 수 있고, 타겟 추적부(380)는 식별된 조난자와 드론간의 상대적 거리를 계산하여 조난자와의 위치를 산출하고, 현재 비행경로에 산출된 조난자의 위치를 반영할 수 있다.
전술한 구조에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 항법 프로그램은 인명 구조용 드론의 현재 위치에서 조난 상황이 발생된 현장에 신속하게 출동하여 구조 활동을 수행할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 인명 구조용 드론을 이용한 조난 구조 방법을 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 조난 구조 시스템에 의한 조난 구조 방법을 나타낸 도면이다. 이하의 설명에서는 별도의 기재가 없더라도, 각 단계별 실행주체는 본 발명의 관제 서버 및 인명 구조용 드론이 된다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 조난 구조 시스템에 의한 조난 구조 방법은, 트래커로부터 구조요청신호 및 조난위치정보를 수신하는 단계(S100)와, 조난경보를 발령하는 단계(S110)와, 드론 제어신호를 생성하는 단계(S120)와, 드론 제어신호를 현장에 위치한 드론에 송출하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.
상세하게는, 트래커로부터 구조요청신호 및 조난위치정보를 수신하는 단계(S100)는 조난 상황이 발생함에 따라, 조난자가 소지한 트래커로부터 송출되는 구조요청신호 및 조난위치정보를 원격지에 위치한 상황실의 관제 서버가 수신하게 된다.
다음으로, 조난경보를 발령하는 단계(S110)는 상황실의 관제 서버의 담당자가 현재상황을 확인하고, 조난경보를 발령하는 단계이다. 조난경보는 관제 서버에 연결된 각 지역의 구조센터 등에 전송될 수 있다.
이어서, 드론 제어신호를 생성하는 단계(S120)는 조난경보 발령에 따라, 관제 서버가 조난발생지점과 인접하여 비행중이거나 대기중인 인명 구조용 드론의 현재 위치를 판단하고, 조난위치정보를 포함하는 드론 제어신호를 생성하는 단계이다.
다음으로, 드론 제어신호를 현장에 위치한 드론에 송출하는 단계(S130)는 관제 서버가 생성된 드론 제어신호를 현장의 인명 구조용 드론에 송출하는 단계이다.
또한, S130 단계에 따라, 조난위치정보가 전송되면 인명 구조용 드론은 탑재된 항법 프로그램을 통해 비행경로를 설정하고, 프로그래밍된 구조 활동을 수행하게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 조난 구조 시스템에 적용된 사례별 구조 활동을 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 조난 구조 시스템에 정의된 시나리오별 조치 내용을 표로 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 인명 구조용 드론을 이용하 조난 구조 시스템에서는 다양한 조난 상황에 대한 시나리오가 정의되어 있고, 인명 구조용 드론은 현재 조건을 참조하여 유형별 조치에 따라 구조 활동을 수행하게 된다.
제1 조난 유형으로서 비행 감시 상황에서는, 날씨 및 풍속 등이 고려될 수 있고, 인명 구조용 드론에 해양에서 장시간 비행이 가능한 배터리를 탑재하고, 감시구역을 설정하여 패턴비행을 통해 감시 임무를 수행하도록 하고, 감시구역 내 조난자 발생시 조난자의 조난위치정보가 송출되면 비행중인 인명 구조용 드론이 해당 조난자의 위치좌표를 추적 및 이동하여 인명 구조용 튜브를 투척하는 조치를 취하게 된다.
제2 조난 유형으로서 급류사고 A 상황에서는, 풍속, 유속 및 파도 등이 고려될 수 있고, 급류에 휩쓸려 가는 조난자의 발생시 인명 구조용 드론을 비행시켜 탑재된 센서모듈을 통해 조난자를 식별 및 타겟으로 지정하고 지속적으로 추적하여 구조 활동을 수행하게 된다.
제3 조난 유형으로서 급류사고 B 상황에서는, 풍속, 유속 및 파도 등이 고려될 수 있고, 조난자가 계곡을 따라 떠내려가는 상황일 경우, 인명 구조용 드론에 탑재된 카메라 모듈을 통해 촬영된 계곡의 이미지를 딥 러닝(deep-learning) 기술을 기반으로 하여 3D 맵에 매핑하여 모델링을 수행하고, 지형 및 지물에 대한 지형정보를 생성하여 비행경로를 보정, 조난자의 예상 이동경로를 파악한다. 이를 통해 조난자보다 우선하여 인명 구조용 드론이 예상지점에 도착하도록 함으로써 튜브나 부양정을 예상지점이 미리 투하 또는 설치하게 된다.
제4 조난 유형으로서 급류사고 C 상황에서는, 풍속, 유속 및 파도 등이 고려될 수 있고, 상기의 제3 조난 유형에서 공기저항 등에 의해 조난자가 튜브를 잡지 못한 상황에서는, 인명 구조용 드론에 모터가 장착된 CO2 가스 주입형 튜브 및 밴드 기구물을 탑재하고, 밴드 기구물을 우선 투하시켜 조난자가 몸에 착용할 수 있도록 유도한 후, 상기 모터를 작동시켜 CO2 가스통의 실린더를 타공하여 튜브가 전개되도록 하는 조치를 취하게 된다.
제5 조난 유형으로서 수중 다이버 상황에서는, 풍속 및 파도 등이 고려될 수 있고, 평소에는 인명 구조용 드론이 센서모듈 등을 통해 다이버를 추적하며 영상촬영 및 조명제공 등의 임무를 수행하고, 모션인식 기술에 의해 다이버의 움직임이 미리 설정된 정상적인 영법이나 움직임이 아니거나, 다이버의 산소, 이산화탄소 등의 가스 배출이 급격히 줄어든 경우, 혹은 상어와 같은 위협적인 어류나 선박 등이 출몰할 경우, 다이버에게 접근하여 경고를 출력하거나, 산소 공급을 위한 산소통을 투하하는 등의 조치를 취하게 된다.
한편, 전술한 구조 유형들은 수상 안전사고를 대상으로 하는 것으로, 산 또는 도심에서 발생하는 화재와 같은 사례에도 본 발명의 기술적 사상이 적용 가능하다.
이러한 제6 조난 유형으로서, 화재사고 상황에서는 온도, 습도 및 풍속 등이 고려될 수 있고, 일 예로서, 산불 발생시 초기 단계 또는 산불 발생 예상지역으로 인명 구조용 드론을 출동시켜 산불 발생지역의 상공에서 투척형 소화기를 투하함으로써 초동조치를 취하도록 한다.
도면에서는 수 개의 유형을 예시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 보다 다양한 유형에 따른 조치를 프로그래밍하여 인명 구조용 드론에 설정함에 따라 상황에 맞는 보다 효과적인 구조 활동을 수행 가능하도록 할 수 있다.
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서, 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
10 : 트래커 50 : 선박
100 : 관제 서버 200 : 인명 구조용 드론
210 : GPS모듈 220 : 통신모듈
230 : 구동모듈 240 : 카메라 모듈
250 : 센서모듈 260 : 투하모듈
270 : 메모리 290 : 튜브
300 : 항법 프로그램 310 : 좌표 추적부
320 : 경로 산출부 330 : 구동신호 생성부
340 : 지형 매핑부 350 : 경로 보정부
360 : 저장소 370 : 사례 적용부
380 : 타겟 추적부

Claims (11)

  1. 조난 경보를 발령하는 관제 서버와 연동하고, 상기 관제 서버로부터 전송되는 조난자의 조난위치정보에 따라 구조 활동을 수행하는 드론에 있어서,
    위성으로부터 송출되는 GPS 신호를 수신하는 GPS 모듈;
    정보통신망에 접속하여 상기 관제 서버와 데이터를 송수신하는 통신모듈;
    설정된 비행경로에 따라 회전익에 구동력을 전달하는 구동모듈;
    상기 GPS 신호에 따라 드론위치정보를 생성하고, 상기 조난위치정보 및 드론위치정보에 따라 상기 비행경로를 설정하는 항법 프로그램이 기록된 메모리;
    하나 이상의 구조 수단과 연결되는 투하모듈; 및
    각 모듈의 구동을 제어하고, 상기 항법 프로그램을 실행하는 제어모듈을 포함하고,
    상기 항법 프로그램은,
    미리 정의된 복수의 구조 시나리오가 저장된 저장소를 포함하고,
    현재 주변상황에 따라, 상기 복수의 구조 시나리오를 참조하여 상기 조난자의 예상 이동경로를 판단하고, 상기 예상 이동경로에 따라 비행경로를 보정하는 사례 적용부
    를 포함하는 인명 구조용 드론.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 항법 프로그램은,
    상기 조난위치정보 및 드론위치정보를 이용하여 조난자 및 드론의 현재 위치좌표를 추출하는 좌표 추출부;
    추출된 위치좌표를 이용하여 조난자의 위치를 목적지로 하는 최단경로를 산출하고, 산출된 최단경로에 기초하여 상기 비행경로를 산출하는 경로 산출부; 및
    상기 비행경로에 따른 상기 구동모듈의 구동신호를 생성하는 구동신호 생성부
    를 포함하는 인명 구조용 드론.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 드론은, 일 방향에 존재하는 조난자를 감지하는 센서모듈을 포함하고,
    상기 항법 프로그램은,
    상기 센서모듈에 의해 조난자가 감지되면, 감지된 조난자를 타겟으로 설정하고, 상기 타겟의 위치를 실시간으로 상기 비행경로에 반영하여 추적하는 타겟 추적부
    를 포함하는 인명 구조용 드론.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 드론은, 일 방향을 촬영하는 카메라 모듈을 포함하고,
    상기 항법 프로그램은,
    상기 카메라 모듈이 촬영한 이미지를 3D 맵 상에 매핑하고, GIS 정보를 참조하여 상기 최단경로 상에 존재하는 지형 및 지물에 대한 지형정보를 생성하는 지형 매핑부;
    상기 GIS 정보가 저장된 저장소; 및
    상기 지형정보를 참조하여 상기 비행경로를 보정하는 경로 보정부
    를 포함하는 인명 구조용 드론.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 주변상황은,
    상기 조난자의 위치에서 날씨, 온도, 습도, 풍속, 유속 및 파도 중, 하나 이상을 포함하는 인명 구조용 드론.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조 수단은 상기 투하모듈에 의해 하방으로 투하되고,
    투하시 전개되는 구명튜브 또는 상기 조난자가 착용한 라이프 재킷에 연결되는 연결 구조물인 인명 구조용 드론.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어모듈은,
    상기 관제 서버의 제어에 따라, 인접한 장소에 위치한 제어 콘트롤러에 상기 비행경로 설정에 대한 제어권한을 이양하는 인명 구조용 드론.
  9. 조난자의 의류에 부착, 라이프 자켓 내 실장, 손목밴드 또는 목걸이 형태로 착용되고, 조난 상황시 구동하여 구조요청신호 및 현재의 조난위치정보를 실시간으로 송출하는 트래커;
    상기 구조요청신호를 수신하여 조난 경보를 발령하고, 상기 조난위치정보에 따른 드론 제어신호를 생성 및 송출하는 관제 서버;
    상기 관제 서버의 제어에 따라, 상기 조난위치정보에 따른 비행경로를 설정하고 현장으로 비행하여 구조 활동을 수행하는 하나 이상의 드론을 포함하고,
    상기 드론은,
    현장의 지형정보에 따라 상기 비행경로를 보정하는 항법 프로그램이 탑재되고,
    상기 항법 프로그램은,
    상기 조난위치정보 및 드론위치정보를 이용하여 조난자 및 드론의 현재 위치좌표를 추출하는 좌표 추출부;
    추출된 위치좌표를 이용하여 조난자의 위치를 목적지로 하는 최단경로를 산출하고, 산출된 최단경로에 기초하여 상기 비행경로를 산출하는 경로 산출부;
    상기 비행경로에 따른 구동모듈의 구동신호를 생성하는 구동신호 생성부;
    센서모듈에 의해 조난자가 감지되면, 감지된 조난자를 타겟으로 설정하고, 상기 타겟의 위치를 실시간으로 상기 비행경로에 반영하는 타겟 추적부;
    카메라 모듈이 촬영한 이미지를 3D 맵 상에 매핑하고, 지리정보를 참조하여 상기 최단경로 상에 존재하는 지형 및 지물에 대한 상기 지형정보를 생성하는 지형 매핑부;
    GIS 정보 및 미리 정의된 복수의 구조 시나리오가 저장된 저장소;
    상기 지형정보를 참조하여 상기 비행경로를 보정하는 경로 보정부; 및
    현재 주변상황에 따라, 상기 복수의 구조 시나리오를 참조하여 상기 조난자의 예상 이동경로를 판단하고, 상기 예상 이동경로에 따라 비행경로를 보정하는 사례 적용부
    를 포함하는 드론을 이용한 조난 구조 시스템.
  10. 삭제
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 트래커와 관제서버간, 상기 드론과 관제서버간 또는 상기 드론과 조난자와 인접한 선박간 신호 중계를 수행하는 보조 드론
    을 더 포함하는 드론을 이용한 조난 구조 시스템.
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