KR101943911B1 - 드론을 이용한 위치 추적 방법 및 장치 - Google Patents

드론을 이용한 위치 추적 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

위치 추적 방법이 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위치 추적 방법은 드론이, 센서의 신호를 감지하여 상기 센서의 신호가 잡히는 제1 경계 지점과 제2 경계 지점을 확보하는 단계; 및 상기 드론이, 상기 제1 경계 지점과 상기 제2 경계 지점을 잇는 선분의 수직이등분선 위에서 상기 센서의 위치를 추적하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

드론을 이용한 위치 추적 방법 및 장치 {Method and apparatus for tracing position using drone}
본 발명은 드론을 이용하여 위치를 추적하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 보다 자세하게는 드론을 이용하여 신호가 발생하는 센서의 정확한 위치를 추적하는 방법 및 그 방법을 수행하는 장치에 관한 것이다.
무인항공기(UAV; Unmanned Aerial Vehicle)는 조종사가 비행체에 직접 탑승하지 않고 지상에서 원격 조종 또는 사전에 설정된 경로에 따라 자동 또는 반자동으로 자율 비행하는 비행체를 말한다. 무인항공기를 다른 말로 드론(Drone)이라고도 하는데 이는 "벌이 윙윙거린다"는 뜻에서 유래했다.
드론은 감시정찰, 방송, 택배, 농업 등 다양한 응용 분야에서 활용되고 있고 향후 이용과 응용 범위가 급격히 확대될 전망이다. 그 중에서 드론이 빠른 속도로 공간을 이동하면서 목표물의 위치를 쉽게 탐색할 수 있다는 특징을 이용한 응용 분야가 있다. 예를 들면 드론은 실종자 수색에 유용하게 사용될 수 있다.
드론이 목표물의 위치를 탐색하는 방법으로 드론에 카메라, 열화상 카메라 또는 적외선 카메라를 장착하고 촬영한 영상을 분석하여 목표물의 위치를 탐색하는 방법이 있다. 하지만 이러한 영상 분석에 기반한 위치 탐색 방법은 비용이나 효율성 측면에서 의문점이 있다. 일 예로 열화상 카메라의 경우 수십 만원에서 수백 만원에 이르기까지 적지 않은 비용을 필요로 한다.
이에 영상 분석에 기반한 위치 추적 방법 외에도 목표물의 위치를 손쉽고 정확하게 추적할 수 있는 방법의 필요성이 점차 커지고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 드론을 이용하여 위치를 추적하는 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위치 추적 방법은 드론이, 센서의 신호를 감지하여 상기 센서의 신호가 잡히는 제1 경계 지점과 제2 경계 지점을 확보하는 단계; 및 상기 드론이, 상기 제1 경계 지점과 상기 제2 경계 지점을 잇는 선분의 수직이등분선 위에서 상기 센서의 위치를 추적하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 경계 지점과 제2 경계 지점을 확보하는 단계는, 상기 센서의 신호가 무에서 유로 변경되는 지점을 상기 제1 경계 지점으로 선정하고, 상기 센서의 신호가 유에서 무로 변경되는 지점을 상기 제2 경계 지점으로 선정하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 경계 지점과 제2 경계 지점을 확보하는 단계는, 상기 드론이 상기 센서의 신호의 전달 거리 r의 2배 이내의 간격으로 지그재그 형태로 그리드 탐색을 하면서 비행하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 센서의 위치를 추적하는 단계는,
Figure 112017039025843-pat00001
의 수학식에 의해 상기 센서의 위치를 상기 수직이등분선 위에서 추적하는 단계를 포함하되, r은 상기 센서의 신호의 전달 거리이고, d는 상기 제1 경계 지점과 상기 제2 경계 지점 사이의 거리이고, s는 상기 선분과 상기 수직이등분선의 교점으로부터 상기 수직이등분선을 따라 상기 센서가 떨어진 거리이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위치 추적 방법은 드론이, 센서의 신호를 감지하여 상기 센서의 신호의 크기가 증가했다가 감소되는 제1 지점을 확보하고, 상기 제1 지점에서 제1 각도로 비행 경로를 수정하는 단계; 상기 드론이, 상기 제1 지점에서 상기 제1 각도로 비행 경로를 수정하여 비행하고, 상기 센서의 신호의 크기가 증가했다가 감소되는 지점을 만날 때마다 반복적으로 상기 제1 각도로 비행 경로를 수정하는 단계; 및 상기 드론이, 상기 제1 각도로 반복적으로 비행 경로를 수정한 결과, 나선형 형태의 중심으로 이동하여 상기 센서의 위치를 추적하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 각도는 90도 이하의 각도이다.
바람직하게는, 상기 나선형 형태의 중심은 상기 센서의 신호의 크기가 최대인 지점이다.
바람직하게는, 상기 드론이, 상기 센서의 신호가 처음부터 지속적으로 감소하는 경우에는 현재의 비행 경로의 반대 방향(180도)으로 비행 경로를 수정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위치 추적 장치는 네트워크 인터페이스; 하나 이상의 프로세서; 및 상기 프로세서에 의하여 수행되는 컴퓨터 프로그램을 로드하는 메모리를 포함하되, 상기 컴퓨터 프로그램은, 센서의 신호를 감지하여, 위치에 따른 상기 센서의 신호의 유무 및 크기를 저장하는 오퍼레이션; 및 상기 센서의 신호의 유무 또는 상기 센서의 신호의 크기 또는 상기 센서의 신호의 크기와 상기 센서의 위치의 상관 관계 중에서 하나 이상을 이용하여 상기 센서의 위치를 추적하는 오퍼레이션을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 센서의 위치를 추적하는 오퍼레이션은, 상기 센서의 신호의 유무를 기준으로 센서의 신호가 잡히는 제1 경계 지점과 제2 경계 지점을 확보하고, 상기 제1 경계 지점과 상기 제2 경계 지점을 잇는 선분의 수직이등분선 위에서 상기 센서의 위치를 추적하는 오퍼레이션 을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 센서의 위치를 추적하는 오퍼레이션은, 상기 센서의 신호의 크기를 기준으로 상기 센서의 신호의 크기가 증가했다가 감소되는 지점마다 비행 경로를 90도 이하의 각도로 수정한 결과, 나선형 형태의 중심으로 이동하여 상기 센서의 위치를 추적하는 오퍼레이션을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 센서의 위치를 추적하는 오퍼레이션은, 상기 센서의 신호의 크기와 상기 센서의 위치의 상관 관계를 기준으로, 제1 지점에서 상기 센서의 신호의 크기를 측정하여 제1 거리로 환산하고, 제2 지점에서 상기 센서의 신호의 크기를 측정하여 제2 거리를 환산하고, 상기 제1 거리와 상기 제2 거리 및 상기 제1 지점과 상기 제2 지점 사이의 거리를 이용한 삼각 측량으로 상기 센서의 위치를 추적하는 오퍼레이션을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 센서는, 비콘(Beacon) 센서 또는 로라(LoRa) 센서 중에 하나이다.
본 발명에 따른 효과는 다음과 같다.
본 발명에서 제안하는 위치 추적 방법을 이용하면, 센서의 신호의 유무 또는 센서의 신호의 강도만을 가지고도 센서의 정확한 위치를 추적할 수 있다. 이는 별도의 고가의 장비를 필요로 하지 않는다는 점에서 목표물의 위치를 저렴하고 정확하게 추적할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 실종자 수색 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 이용한 위치 추적 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에서 사용될 수 있는 센서의 신호의 유무를 가지고 목표물의 위치를 추적하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에서 사용될 수 있는 센서의 신호의 세기를 가지고 목표물의 위치를 추적하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 이용한 위치 추적 장치의 하드웨어 구성도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 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 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 종래의 실종자 수색 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1은 2016년 11월 28일 중앙일보 사회면의 한 뉴스에 실린 지도이다 (http://news.joins.com/article/20935610). 동중국해를 항해하다 전복된 갈치잡이 어선의 실종선원 4명에 대한 수색 작업이 기상 악화로 난항을 겪고 있다는 뉴스이다.
이처럼 종래에는 실종자가 발생하는 경우 인력을 투입하여 실종자를 수색해왔다. 하지만 수색 대상이 되는 지역의 범위가 넓으면 넓을수록 투입해야 하는 인력의 수도 많아지게 된다. 또한 인력에 기반한 실종자 수색 방법은 도 1과 같이 기상에 의한 영향도 많이 받게 된다.
예를 들면 날씨에 따라 또는 낮인지 밤인지에 따라 실종자를 수색하는 효율이 달라질 수 밖에 없다. 이러한 실종자 수색의 비효율성을 개선하기 위한 다양한 시도들이 있어왔다. 그 중에 대표적인 방안이 드론을 이용하여 실종자를 수색하는 방법이다.
드론은 소형이며 기상에 의한 영향을 상대적으로 덜 받는 점을 고려하여 수색 대상이 되는 지역을 드론이 비행하면서 목표물의 위치를 추적하는 방식으로 실종자를 수색할 수 있다. 특히 드론은 자유 비행이 가능하여, 바다나 절벽 및 산 등과 같이 지형이 험한 곳에서의 실종자 수색에 더 효율적이다.
드론을 이용한 실종자 수색에 일반적인 방법은 영상 데이터를 이용하는 방식이다. 예를 들면 카메라, 열화상 카메라, 적외선 카메라와 같은 영상 장치를 드론에 탑재하고 드론이 비행을 수행하면서 촬영한 영상을 분석하여 목표물의 위치를 탐색하는 방법이다.
다만 이와 같이 카메라를 이용하여 목표물을 추적하는 방법은 카메라의 가격 문제 및 카메라가 소모하는 전력과 카메라 무게만큼 드론에 가해지는 부하로 인한 드론의 소모 전력 등 비용과 자원 면에서 비효율적인 목표물 추적 방법이다. 이에 영상을 기반으로 한 목표물 추적 방법 외에도 저렴하고 간편하게 목표물을 추적할 수 있는 방법이 필요하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 이용한 위치 추적 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참고하면 산을 등산하던 등산객(110)이 산에서 실종된 경우 등산객(110)이 가지고 있던 센서(120)의 신호를 드론(130)이 감지하여 등산객(110)의 위치를 추적하는 과정을 볼 수 있다. 물론 본 발명에서 제안하는 드론을 이용한 위치 추적 방법은 등산객(110)의 위치를 추적하는 경우 외에도 아동과 청소년 및 치매 환자들의 위치를 추적하는 경우에도 활용이 가능하다.
본 발명에서 제안하는 위치 추적 방법은 목표물에 해당하는 등산객(110)이 별도의 센서(120)를 가지고 있고, 드론(130)은 센서의 신호를 기준으로 등산객(110)의 위치를 추적하는 방법이다. 이를 위해서 등산객(110)는 비콘(Beacon)과 같은 센서를 소지하고 있어야 한다.
예를 들면 실종선원이 입는 구명 조끼에 비콘 센서를 내장하거나, 등산객(110)이 주로 사용하는 등산화나 등산 모자 등과 같은 등산 용품에 비콘 센서를 내장할 수 있다. 또는 어린이의 미아 실종 방지 목걸이나 팔찌에 비콘 센서를 내장할 수 있다.
여기서 비콘(Beacon)이란 반경 50m 이내의 거리에서 데이터를 주고 받을 수 있는 근거리 통신 기술을 말한다. 비콘은 저전력 블루투스를 지원하는 블루투스 4.0 기술을 기반으로 작동된다. 동전 모양의 전지로 최장 2년 동안 사용이 가능할 정도로 저전력이라는 특징이 있다.
이에 구명 조끼, 등산용품, 실종 방지 목걸이나 팔찌 등과 같이 목표물이 소지할 만한 물품에 비콘 센서를 장착하면 장기간 활용이 가능하다. 뿐만 아니라 드론에 비콘 센서를 내장하면 크기나 무게 및 전력 소모 면에서 카메라를 이용한 목표물 추적 방법에 비해 월등한 효과를 보일 수 있다.
특히 비콘 센서는 100ms 마다 신호를 발생시킬 수 있으므로 드론이 빠른 속도를 비행하더라도 목표물의 위치를 추적할 수 있다는 장점이 있다. 이는 카메라를 이용하는 경우 선명한 영상을 얻기 위해서는 드론의 비행 속도가 낮아야 한다는 점을 고려하면 더욱 효과적이라 할 수 있다.
카메라의 경우 드론이 너무 빠른 속도로 비행을 하게 되면 선명한 영상을 얻을 수 없기 때문에 정확한 영상 분석을 수행할 수 없다. 드론이 빠른 속도로 비행을 하더라도 선명한 영상을 얻기 위해서는 고가의 카메라를 사용해야 한다는 문제점이 있다.
이에 비해 본 발명에서 제안하는 위치 추적 방법은 센서당 20~35 달러로 저렴하면서도, 크기가 3mm 두께에 2cm 내외에 지나지 않은 작은 비콘 센서를 이용하여 장시간, 그리고 빠른 속도로 드론을 비행하면서 목표물의 위치를 추적할 수 있다.
특히 본 발명에서 제안하는 위치 추적 방법을 실종자 수색에 주로 사용할 수 있다는 점을 고려하면 넓은 지역을 빠르게 수색할 수 있는 목표물의 위치 추적 방법은 골든 타임 이내에 빠르게 실종자를 수색해야 한다는 실종자 수색의 목표에도 보다 부합한다 할 것이다.
물론 본 발명에서 사용하는 센서는 비콘 센서에 한정되는 것은 아니다. 그 외에도 와이파이(WiFi), 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee) 등 무선 통신이 가능한 다양한 스마트 디바이스가 센서로 활용될 수 있다. 다만, 현재에는 비용, 크기, 효율 측면에서 비콘 센서가 가장 바람직하다 볼 수 있다.
또한 비콘 외에도 로라(LoRa; Long Range) 센서를 활용할 수 있다. 로라는 저전력 장거리 무선 기술로서, 소량의 데이터를 장거리로 전송하는데 매우 유용한 기술이다. 비콘, 지그비(Zigbee) 등이 단거리 기반의 통신 기술인데 비해 로라는 장거리 통신이 가능하다.
로라는 최대 도달거리 10km, 최대 속도 수십 kbps 수준을 보이는 장거리 무선 통신 기술로써, 로라 모듈의 가격이 1만원 가량에 불과하며 배터리 수명이 매우 긴 점을 고려하면 드론에 탑재하여 넓은 지역을 수색하고 목표물의 위치를 추적하기에 비콘보다 더 적합할 수 있다.
다시 도 2로 돌아가서 본 발명에서 제안하는 목표물의 위치 추적 방법은 비콘 센서를 내장한 드론(130)이 일정 지역을 빠르게 비행하면서, 비콘 센서(120)를 소지한 목표물(110)의 위치를 탐색하고, 목표물의 위치를 탐색한 경우 드론에 내장된 GPS 등을 이용하여 목표물(110)의 정확한 위치 정보를 관리자의 단말에 전송할 수 있다.
이 경우에 드론(130)이 비콘 센서(120)의 신호를 감지하여 목표물(110)의 위치를 파악할 수 있는 방법이 필요하다. 이를 위해서 본 발명에서는 2가지의 위치 추적 방법을 제안한다. 하나는 센서의 신호의 유무를 기준으로 한 목표물의 위치 추적 방법이고 다른 하나는 센서의 신호의 크기를 기준으로 한 목표물의 위치 추적 방법이다.
센서의 신호의 유무를 기준으로 한 목표물의 위치 추적 방법은 도 3 내지 도 4에서 보다 자세하게 살펴보기로 한다. 또한, 센서의 신호의 크기를 기준으로 한 목표물의 위치 추적 방법은 도 5 내지 도 6에서 보다 자세하게 살펴보기로 한다.
도 3 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에서 사용될 수 있는 센서의 신호의 유무를 가지고 목표물의 위치를 추적하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
센서의 신호의 유무를 가지고 목표물의 위치를 추적하는 방법은 비콘 신호가 도달 가능한 거리(r)는 존재하지만, 비콘 신호의 세기로부터 목표물의 거리를 정확히 측정할 수 없는 경우에 이용한다.
먼저 드론(130)이 목표물(110)의 예상 범위를 지그재그 형태 또는 나선형 형태로 탐색을 하되 탐색 간격은 비콘 신호가 도달할 수 있는 거리(r)의 2배 이내로 한다.
탐색 도중 비콘 신호가 잡히고 목표물(110)의 GPS 정보가 있다면, 목표물(110)이 소지한 비콘 센서(120)와의 통신을 통해 목표물(110)의 GPS 정보를 드론(130)이 수신하고, 목표물(110)의 GPS 정보의 위치로 드론을 이동시킨다.
만약 비콘 신호가 잡히지만 목표물(110)의 GPS 정보가 없다면 비콘 신호가 사라지는 지점까지 드론을 이동한 후, 비콘 신호가 잡히기 시작한 지점과 사라진 지점을 잇는 선분의 중간 지점에서 선분과 직각인 직선상이 목표물의 예상 위치가 된다.
이는 비콘 센서(120)의 신호는 원의 형태로 방사가 된다는 점과, 현의 수직 이등분선은 원의 중심을 지난다는 기하학적 원리를 이용하여 비콘 신호가 발생되는 중심인 비콘 센서(120)의 위치를 추적하는 방법이다.
목표물의 정확한 위치는 다음의 수학식 1에서와 같이 구할 수 있다. r은 비콘 신호가 도달하는 거리이며, d는 비콘 신호가 잡힌 지점과 사라진 지점간의 거리라고 할 때, 두 지점의 중앙에서 (r^2-d^2/4)^(1/2) 떨어진 지점이 센서의 예상 위치이다. 이는 피타고라스의 정리를 이용한 방법이다.
Figure 112017039025843-pat00002
도 3에 예시된 방법을 이용하면 센서(120)의 신호의 유무만을 가지고 2개의 경계 지점을 확보하고 두 경계 지점을 잇는 현의 수직이등분선을 기준으로 센서(120)의 위치를 추적할 수 있다.
이때 비콘 신호가 도달하는 거리(r)의 값은 사전에 알고 있는 값이며, 2개의 경계 지점 사이의 거리(d)는 드론(130)이 비행하면서 측정한 값이다. 이 두 값을 바탕으로 센서(120)의 위치를 수학적으로 추적할 수 있다. 도 3의 과정을 순서도로 나타내면 도 4와 같다.
도 4를 참고하면, 드론(120)은 비콘 신호가 도달할 수 있는 거리(r)의 2배 이내의 간격을 지그재그 형태 또는 나선형 형태로 비행한다. 이는 비콘 센서(120)의 신호가 도달하는 공간을 원으로 가정하면 원의 지름보다 작은 공간을 간격으로 하여 비콘 센서(120)의 신호의 유무를 감지하기 위한 사전 과정이다.
드론(130)이 비행을 하다가 센서의 신호가 무에서 유로 변환되는 지점을 발견하면 이를 제1 경계 지점으로 설정하고, 제1 경계 지점의 위치 정보를 확보한다(S1100).
그 후 드론(130)은 계속해서 비행을 하다가 센서의 신호가 유에서 다시 무로 변환되는 지점을 발견하면 이를 제2 경계 지점으로 설정하고, 제2 경계 지점의 위치 정보를 확보한다(S1200).
드론(130)은 제1 경계 지점과 제2 경계 지점의 위치 정보를 바탕으로 두 경계 지점 사이의 거리(d)를 구하고, 비콘 센서(120)의 신호 도달 거리(r)에 기초하여 비콘 센서(120)의 위치를 추적한다(1300).
이와 같은 과정을 통해 카메라가 없어도 비콘 센서(120)를 소지한 목표물(110)의 정확한 위치를 드론(130)을 이용하여 정확하고 빠르게 추적할 수 있다. 이는 실종자 수색이나 치매 노인 수색, 미아 수색과 같은 다양한 분야에 응용이 가능하다.
도 5 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에서 사용될 수 있는 센서의 신호의 세기를 가지고 목표물의 위치를 추적하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참고하면, 드론(130)이 도 3의 경우와 마찬가지로 지그재그 형태로 비행을 수행하다가 비콘 센서(130)의 신호의 크기가 달라지는 지점을 기준으로 비행 방향을 전환하여 비콘 센서(130)의 위치에 점진적으로 접근하는 과정을 볼 수 있다.
이는 비콘 센서(130)의 신호가 연속적으로 증가하지 않고 단계적으로 증가한다는 가정 아래에서 유효하게 비콘 센서(130)의 위치를 추적하는 방법이다. 우선 도 3과 마찬가지로 지그재그 형태로 드론(130)이 비행을 수행한다. 이처럼 지그재그 형태로 일정한 영역을 비행하는 것을 다른 말로 그리드 탐색 내지 그리드 비행이라고 한다.
도 5를 참고하면, 드론(130)이 그리드 탐색을 수행하다가 비콘 센서(120)의 신호가 증가했다가 감소하는 경우에는 비행 방향의 오른쪽 직각 방향으로 경로를 선회하는 것을 볼 수 있다. 해당 지점에서 드론(130)은 다시 비행을 계속하다가 마찬가지로 비콘 센서(120)의 신호의 크기가 감소하는 지점을 기준으로 비행 방향을 다시 오른쪽 직각 방향으로 수정할 수 있다.
이와 같은 과정을 거쳐서 비콘 센서(120)의 신호의 크기가 단계적으로 변하는 공간에서 드론(130)은 나선형 형태로 비행을 계속하면서 점차 비콘 센서(120)의 위치에 접근할 수 있게 된다. 이렇게 나선형 형태의 중심을 향해 계속해서 비행을 하다가 비콘 센서(120)의 신호의 크기가 최대에서 변하지 않는 지점을 발견하면, 해당 지점이 비콘 센서(120)의 위치가 된다.
그러면 드론(130)은 해당 비콘 센서(120)의 위치에서 내장된 GPS 등을 이용하여 비콘 센서(120)의 절대적인 위치 정보를 얻고 이를 관리자의 단말로 전송할 수 있다.
이때 도 5에 예시된 오른쪽 직각 방향의 선회는 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 얼마든지 다른 방식으로 구현이 가능하다. 즉 오른쪽이 아니라 왼쪽 직각 방향으로 비행기의 방향을 변경할 수도 있다. 이 때에는 도 5의 시계 방향 형태의 나선형과는 반대인 반시계 방향 형태의 나선형을 따라 비콘 센서(120)의 위치에 접근하게 된다.
또한 90도 각도의 직각이 아니더라도 예각으로 드론(130)의 비행 경로를 변경하더라도 비콘 센서(120)의 위치에 접근할 수 있다. 즉 도 5에서 오른쪽 직각 방향으로 드론(130)의 비행 경로를 수정하면서 비콘 센서(120)의 위치를 탐색하는 과정은 발명의 이해를 돕기 위한 예일 뿐, 오른쪽 방향이 아니어도 무방하고 직각이 아니어도 무방하다.
이때 비콘 센서(120)의 신호의 크기가 증가했다가 감소하는 경우가 아닌 처음부터 감소하다가 사라지는 경우에는 비콘 센서(120)로부터 드론(130)이 멀어지는 방향으로 비행하고 있는 것이므로 비행 방향과 정반대의 방향으로 비행을 해서 비콘 센서(120)에 가까워질 필요가 있다. 이와 같은 과정을 순서도로 도시하면 도 6과 같다.
도 6을 참고하면 드론(130)이 그리드 탐색을 수행하다가 비콘 센서(120)의 신호의 크기가 증가했다가 감소하는 경계 지점을 발견하면(S2100), 해당 지점에서 현재 진행 방향과 90도 이하의 각을 이루는 제1 방향으로 경로를 변경한다(S2200). 여기서 제1 방향은 진행 방향과 오른쪽 방향 또는 왼쪽 방향 어느 방향이어도 무방하다.
이렇게 센서의 신호의 크기를 기준으로 드론(130)의 비행 방향을 지속적으로 제1 방향으로 변경하면서 접근하다 보면 비콘 센서(120)의 정확한 위치를 탐색할 수 있다. 만약 센서의 신호 크기가 증가했다가 감소한 경우가 아닌(S2100), 센서의 신호 크기가 처음부터 감소하는 경우에는(S2300), 현재 진행 방향과 반대의 방향으로 드론(130)을 비행한다. 이를 통해 비콘 센서(120)의 위치에 접근할 수 있다.
하지만 센서의 신호 크기가 처음부터 감소한 경우가 아닐 때에는 센서의 최대 신호 강도를 기준으로 센서의 위치를 추정할 수 있다(S2500). 즉 비콘 센서(120)의 신호를 감지한 이후 나선형 형태로 비행을 계속하다가 최종적으로 나선형 형태의 중심에 접근하여 비콘 센서(120)의 최종적인 위치를 추적할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 이용한 위치 추적 장치의 하드웨어 구성도이다.
도 7을 참고하면 드론을 이용한 위치 추적 장치(10)는 하나 이상의 프로세서(510), 메모리(520), 스토리지(560) 및 인터페이스(570)을 포함할 수 있다. 프로세서(510), 메모리(520), 스토리지(560) 및 인터페이스(570)는 시스템 버스(550)를 통하여 데이터를 송수신한다.
프로세서(510)는 메모리(520)에 로드 된 컴퓨터 프로그램을 실행하고, 메모리(520)는 상기 컴퓨터 프로그램을 스토리지(560)에서 로드(load) 한다. 상기 컴퓨터 프로그램은, 초기 비행 오퍼레이션(521), 신호 감지 오퍼레이션(523) 및 센서 위치 추적 오퍼레이션(529)을 포함할 수 있다.
초기 비행 오퍼레이션(521)은 도 3 또는 도 5의 경우와 같이 비콘 센서(120)의 신호를 감지하기 위해 그리드 탐색을 수행하는 과정을 담당한다. 이때 그리드의 간격은 비콘 센서(120)의 신호의 도달 거리(r)의 2배보다 작은 값을 가진다.
신호 감지 오퍼레이션(523)은 비콘 센서(120)의 신호를 감지한다. 이때 신호의 유무 및 세기를 수치화하여 시스템 버스(550)를 통해 스토리지(560)의 신호 유무(561) 및 신호 크기(563)로 저장한다. 이 값은 추후 센서 위치 추적 오퍼레이션(525)에서 사용한다.
센서 위치 추적 오퍼레이션(525)은 비콘 센서(120)의 신호의 유무(561)를 기준으로 기하학적 원리에 의해 비콘 센서(120)의 위치를 추적할 수 있다. 또는 비콘 센서(120)의 신호의 크기(563)를 기준으로 나선형 형태로 비행을 계속하면서 점진적으로 비콘 센서(120)의 위치에 접근할 수 있다. 이와 같은 과정을 통해 확보한 비콘 센서(120)의 위치는 시스템 버스(550)를 통해 스토리지(560)의 센서 위치(565) 값으로 저장된다.
또한 센서 위치 추적 오퍼레이션(525)는 비콘 센서(120)의 신호의 세기를 거리로 환산하여 비콘 센서(120)의 위치를 추적할 수 있다. 공간상에서 비콘 센서(120)의 신호가 전달되는 과정은 에너지의 전달로 설명할 수 있다. 그러므로 비콘 센서(120)로부터 멀어질수록 신호의 크기는 작아지게 된다.
이를 이용하면 거꾸로 특정 위치에서 비콘 센서(120)의 신호의 크기를 기준으로 비콘 센서(120)까지의 거리를 구할 수 있다. 이를 2개 이상의 지점에서 신호의 세기를 측정하고 거리로 환산하면, 3각 측정법에 의해서 비콘 센서(120)의 위치를 확정할 수 있다.
또한 비콘 센서(120)의 신호의 유무, 신호의 크기, 신호와 거리 사이의 관계를 하나 이상 적용하여 비콘 센서(120)의 위치를 추적하는 방법도 가능하다. 예를 들면 비콘 센서(120)의 신호의 유무를 기본으로 비콘 센서(120)의 개략적인 위치를 확인하고, 신호의 크기를 기준으로 정확한 비콘 센서(120)의 위치를 추적할 수도 있다.
도 7의 각 구성 요소는 소프트웨어(Software) 또는, FPGA(Field Programmable Gate Array)나 ASIC(Application-Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어(Hardware)를 의미할 수 있다. 그렇지만, 상기 구성 요소들은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, 어드레싱(Addressing) 할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고, 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 실행시키도록 구성될 수도 있다. 상기 구성 요소들 안에서 제공되는 기능은 더 세분된 구성 요소에 의하여 구현될 수 있으며, 복수의 구성 요소들을 합하여 특정한 기능을 수행하는 하나의 구성 요소로 구현될 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (13)

  1. 드론이 센서의 신호가 도달 가능한 거리 내에 존재하면, 상기 드론이 상기 센서의 신호를 감지하여 상기 센서의 신호가 잡히는 제1 경계 지점과 제2 경계 지점을 확보하는 단계; 및
    상기 드론이, 상기 제1 경계 지점과 상기 제2 경계 지점을 잇는 선분의 수직 이등분선 위에서 상기 센서의 위치를 추적하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 경계 지점은 상기 센서의 신호가 무에서 유로 변경되는 지점으로 선정되고,
    상기 제2 경계 지점은 상기 센서의 신호가 유에서 무로 변경되는 지점으로 선정되는,
    위치 추적 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 경계 지점과 제2 경계 지점을 확보하는 단계는,
    상기 드론이 상기 센서의 신호의 전달 거리 r의 2배 이내의 간격으로 지그재그 형태로 그리드 탐색을 하면서 비행하는 단계를 포함하는,
    위치 추적 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 센서의 위치를 추적하는 단계는,
    Figure 112017039025843-pat00003

    의 수학식에 의해 상기 센서의 위치를 상기 수직이등분선 위에서 추적하는 단계를 포함하되,
    r은 상기 센서의 신호의 전달 거리이고, d는 상기 제1 경계 지점과 상기 제2 경계 지점사이의 거리이고,
    s는 상기 선분과 상기 수직이등분선의 교점으로부터 상기 수직이등분선을 따라 상기 센서가 떨어진 거리인,
    위치 추적 방법.
  5. 드론이, 센서의 신호를 감지하여 상기 센서의 신호의 크기가 증가했다가 감소되는 제1 지점을 확보하고, 상기 제1 지점에서 제1 각도로 비행 경로를 수정하는 단계;
    상기 드론이, 상기 제1 지점에서 상기 제1 각도로 비행 경로를 수정하여 비행하고, 상기 센서의 신호의 크기가 증가했다가 감소되는 지점을 만날 때마다 반복적으로 상기 제1 각도로 비행 경로를 수정하는 단계; 및
    상기 드론이, 상기 제1 각도로 반복적으로 비행 경로를 수정한 결과, 나선형 형태의 중심으로 이동하여 상기 센서의 위치를 추적하는 단계를 포함하는,
    위치 추적 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 각도는 90도 이하의 각도인,
    위치 추적 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 나선형 형태의 중심은 상기 센서의 신호의 크기가 최대인 지점인,
    위치 추적 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 드론이, 상기 센서의 신호가 처음부터 지속적으로 감소하는 경우에는 현재의 비행 경로의 반대 방향(180도)으로 비행 경로를 수정하는 단계를 더 포함하는,
    위치 추적 방법.
  9. 네트워크 인터페이스;
    하나 이상의 프로세서; 및
    상기 프로세서에 의하여 수행되는 컴퓨터 프로그램을 로드하는 메모리를 포함하되,
    상기 컴퓨터 프로그램은,
    센서의 신호를 감지하여, 위치에 따른 상기 센서의 신호의 유무 및 크기를 저장하는 오퍼레이션; 및
    상기 센서의 신호의 유무 또는 상기 센서의 신호의 크기 또는 상기 센서의 신호의 크기와 상기 센서의 위치의 상관 관계 중에서 하나 이상을 이용하여 상기 센서의 위치를 추적하는 오퍼레이션을 포함하되,
    상기 센서의 위치를 추적하는 오퍼레이션은,
    상기 센서의 신호의 유무를 기준으로 센서의 신호가 잡히는 제1 경계 지점과 제2 경계 지점을 확보하고, 상기 제1 경계 지점과 상기 제2 경계 지점을 잇는 선분의 수직이등분선 위에서 상기 센서의 위치를 추적하는 것인
    위치 추적 장치.
  10. 삭제
  11. 네트워크 인터페이스;
    하나 이상의 프로세서; 및
    상기 프로세서에 의하여 수행되는 컴퓨터 프로그램을 로드하는 메모리를 포함하되,
    상기 컴퓨터 프로그램은,
    센서의 신호를 감지하여, 위치에 따른 상기 센서의 신호의 유무 및 크기를 저장하는 오퍼레이션; 및
    상기 센서의 신호의 유무 또는 상기 센서의 신호의 크기 또는 상기 센서의 신호의 크기와 상기 센서의 위치의 상관 관계 중에서 하나 이상을 이용하여 상기 센서의 위치를 추적하는 오퍼레이션을 포함하되,
    상기 센서의 위치를 추적하는 오퍼레이션은,
    상기 센서의 신호의 크기를 기준으로 상기 센서의 신호의 크기가 증가했다가 감소되는 지점마다 비행 경로를 90도 이하의 각도로 수정한 결과, 나선형 형태의 중심으로 이동하여 상기 센서의 위치를 추적하는 오퍼레이션을 포함하는,
    위치 추적 장치.
  12. 삭제
  13. 제9항에 있어서,
    상기 센서는,
    비콘(Beacon) 센서 또는 로라(LoRa) 센서 중에 하나인,
    위치 추적 장치.
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