KR101963826B1 - 무인비행체 군집비행에서의 비행안전 및 장애복구 시스템 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하나의 마스터 무인비행체 및 서브마스터를 포함한 복수의 서브 무인비행체가 군집비행을 통하여 농작물 재배분포 확인 등을 위한 원거리 및 근거리 영상을 촬영할 때, 각각의 무인비행체에 대한 장애발생이나 경로이탈을 확인하여 원위치로 복귀하도록 하며, 무인비행체들 상호간의 충돌을 방지하도록 하는 무인비행체 군집비행에서의 비행안전 및 장애복구 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 무인비행체 군집비행에서의 비행안전 및 장애복구 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 마스터 무인비행체 및 서브마스터를 포함한 복수의 서브 무인비행체가 군집비행을 통하여 농작물 재배분포 확인 등을 위한 원거리 및 근거리 영상을 촬영할 때, 각각의 무인비행체에 대한 장애발생이나 경로이탈을 확인하여 원위치로 복귀하도록 하며, 무인비행체들 상호간의 충돌을 방지하도록 하는 무인비행체 군집비행에서 안전한 비행 및 장애복구를 위한 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
최근 들어 무인비행체의 기술이 급속하게 발전함에 따라 이에 대한 수요가 전 세계적으로 폭발적으로 증가하고 있다.
상기 무인비행체는 조종사가 탑승하지 않고 원격 조정 또는 자동 조종을 통해 무선전파로 조종할 수 있는 무인 항공기로서, 통상적으로 드론이라 불리며, 카메라, 센서, 초음파 장비, 통신시스템 등이 탑재되어 있다.
또한 상기 무인비행체는 군사용도로 시작되었지만, 최근에는 고공 촬영과 상품 배송은 물론, 농약 살포, 공기질 측정, 산불감시 및 진화, 통신, 재난환경 대처, 연구개발 등 다양한 목적으로 광범위하게 활용되고 있으며, 값싼 키덜트 제품으로 재탄생되어 개인도 부담 없이 구매할 수 있는 시대를 맞이하게 되었다.
이러한 상황에서 최근에는 통신 및 컴퓨팅 기술의 급속한 발전으로 인하여 단순히 단일 무인비행체의 비행이 아닌 복수의 무인비행체가 포메이션을 형성하여 재난구호, 정찰 등의 특수하고 복잡한 임무를 수행하는 군집비행에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
그러나, 상술한 바와 같은 종래의 무인비행체를 이용한 군집비행을 수행할 때, GPS의 정밀도가 낮아 다수의 무인비행체를 좁은 공간에서 동시에 제어하는 상황에서 근접한 무인비행체 상호간에 충돌이 발생할 우려가 높았으며, 무인비행체 상호간에 충돌이 발생하면 무인비행체의 파손에 따른 경제적인 손실은 물론, 군집비행을 통해 수행하는 작업에 막대한 차질이 발생되는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명에서는 RTK(Real Time Kinematic)-GPS를 토대로 군집비행을 수행하면서 원거리 및 근거리 영상을 촬영하는 하나의 마스터 무인비행체 및 서브마스터를 포함한 복수의 서브 무인비행체에 장애가 발생하거나 또는 경로가 이탈되어 비행제어를 수행할 수 없는 경우 마스터 무인비행체 또는 서브마스터 무인비행체에서 다른 무인비행체에 대한 복귀제어를 수행함으로써, 어느 하나의 무인비행체에 장애가 발생되더라도 다른 무인비행체의 복귀를 용이하게 수행할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.
또한 본 발명은 군집비행을 수행하면서 촬영하는 각각의 무인비행체에 자체적으로 구비된 레이더 센서의 감지결과를 토대로 다른 무인비행체가 일정 거리 이내로 접근하는 경우 접근방향으로부터 소정 각도로 일정 거리를 이동하도록 함으로써, 무인비행체들 상호간의 충돌을 방지할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.
다음으로 본 발명의 기술분야에 존재하는 선행기술에 대하여 간단하게 설명하고, 이어서 본 발명이 상기 선행기술에 비해서 차별적으로 이루고자 하는 기술적 사항에 대해서 기술하고자 한다.
먼저 한국등록특허 제1747393호(2017.06.15.)는 무인비행체의 충돌회피 제어방법에 관한 것으로, n개의 무인비행체 중 적어도 하나의 무인비행체가 비행경로 변경을 알리는 알람신호를 전송하는 단계, 제어국이 알람신호를 수신하여 알람신호를 전송한 무인비행체의 비행경로를 산출하는 단계, 제어국이 n개의 무인비행체의 비행경로를 상호 비교하여 충돌 가능한 무인비행체를 탐색하는 단계, 충돌 가능한 무인비행체의 개수가 0이 될 때까지 제어국이 알람신호를 전송한 무인비행체를 제외한 나머지 무인비행체의 비행경로를 상호 조정하여 시뮬레이트하는 단계, 제어국이 충돌 가능한 무인비행체의 개수가 0이 되는 n개의 무인비행체의 비행경로를 확정하는 단계, 및 제어국이 알람신호를 전송한 무인비행체를 제외한 나머지 무인비행체 중 적어도 하나에 제어신호를 전송하여 확정된 비행경로로 비행경로를 변경시키는 단계를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.
하지만 본 발명은 군집비행을 수행하는 무인비행체에 장애가 발생하거나 또는 경로가 이탈되어 비행제어를 수행할 수 없는 경우 마스터 무인비행체 또는 서브마스터 무인비행체에서 다른 무인비행체에 대한 복귀제어를 수행하고, 군집비행을 수행하는 각각의 무인비행체에서 다른 무인비행체가 일정 거리 이내로 접근하면 접근방향으로부터 소정 각도로 일정 거리를 이동하여 상호간의 충돌을 방지하는 기술적 구성을 제시하고 있기 때문에, 상기 선행기술의 다수의 무인비행체가 충돌하지 않고 장애물 및 다른 무인비행체 등을 회피하여 비행하는 기술 구성과 비교해 볼 때 기술적 특징의 차이점이 분명하다.
또한 한국공개특허 제2017-0074453호(2017.06.30.)는 근거리 무선통신망 기반의 드론과 드론간 자동 충돌방지 및 회피 시스템에 관한 것으로, 무인기용 ADS-B(Automatic Surveillance Broadcast : 방송형자동종속감지) 시스템을 저전력과 경박단소 기반하에 근거리(100m 내외) 자동 충돌 방지 및 회피 기능을 기본으로 하면서, 지상 조종장치와 상기 기능 작동 및 해제 상태와 주변 무인기 정보를 전달하도록 구성함으로써, 지상 관제센터 및 탑승 조종사가 없는 무인기에 있어서 상호 충돌 방지 및 회피가 자동으로 이루어지므로 공중에서 무인기 충돌을 방지하는 것을 기술적 특징으로 한다.
하지만 본 발명은 장애 발생이나 경로 이탈로 인하여 군집비행을 수행하는 무인비행체의 비행제어를 수행하지 못할 때 마스터 무인비행체 또는 서브마스터 무인비행체에서 다른 무인비행체에 대한 복귀제어를 수행하는 구성, 각각의 무인비행체가 군집비행을 수행하는 과정에서 인접한 다른 무인비행체가 일정 거리 이내로 접근하면 접근방향으로부터 소정 각도로 일정 거리를 이동하여 상호간의 충돌을 방지하는 구성을 구체적으로 제시하고 있기 때문에, 상기 선행기술의 비행 도중 예측할 수 없이 나타나는 주변 무인기와 충돌을 막기 위해서 무인기용으로 설계된 ADS-B를 사용하는 기술적 구성과의 차이점이 분명하다.
즉 상기 선행기술들은 다수의 무인비행체가 충돌하지 않고 장애물 및 다른 무인비행체 등을 회피하여 비행하는 구성, 무인기에 있어서 상호 충돌 방지 및 회피가 자동으로 이루어져 공중에서 무인기 충돌을 방지하는 구성을 제시하고 있지만, 본 발명의 기술적 특징인 군집비행을 수행하는 마스터, 서브마스터 및 서브 무인비행체에 장애가 발생하거나 또는 경로가 이탈되어 비행제어를 수행할 수 없는 경우 마스터 무인비행체 또는 서브마스터 무인비행체에서 다른 무인비행체에 대한 복귀제어를 수행하는 구성, 무인비행체 각각에서 다른 무인비행체가 일정 거리 이내로 접근하는 경우 접근방향으로부터 소정 각도로 일정 거리를 이동하여 무인비행체들 상호간의 충돌을 방지하는 구성에 대해서는 구체적인 기재가 없기 때문에 기술적 차이점이 분명한 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 하나의 마스터 무인비행체 및 서브마스터를 포함한 복수의 서브 무인비행체에서 RTK(Real Time Kinematic)-GPS를 활용한 군집비행을 통하여 특정 촬영목표 영역의 원거리 및 근거리 영상을 촬영할 때, 각각의 무인비행체들의 통신 단절이나 배터리 방전 등에 의한 장애발생 여부를 확인하고, 장애가 발생한 무인비행체를 원위치로 복귀시킬 수 있는 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 특정 촬영목표 영역에서 군집비행을 수행하는 하나의 마스터 무인비행체 및 서브마스터를 포함한 복수의 서브 무인비행체 각각의 경로이탈을 확인하고, 경로를 이탈한 무인비행체를 원위치로 복귀시킬 수 있는 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한 본 발명은 마스터 무인비행체 및 서브마스터를 포함한 복수의 서브 무인비행체 각각에서 자체적으로 장애상태를 체크하여 장애가 발생하면 복귀프로그램을 가동하여 원위치로의 복귀제어를 수행할 수 있는 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한 본 발명은 특정 촬영목표 영역에서 농작물 재배분포 영상 획득을 위하여 군집비행을 수행하면서 촬영을 수행하는 무인비행체 상호간의 충돌을 방지할 수 있는 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한 본 발명은 서브마스터 무인비행체에서 마스터 무인비행체의 장애발생에 대비하여 마스터 무인비행체에서 촬영한 원거리 촬영영상을 수신하여 저장하고, 마스터 무인비행체에서 서브마스터 및 서브 무인비행체의 장애발생에 대비하여 서브마스터 및 서브 무인비행체에서 각각 촬영한 근거리 촬영영상을 수신하여 저장함으로써, 각각의 무인비행체에서 촬영한 원거리 및 근거리 촬영영상을 이중화하여 저장할 수 있는 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무인비행체 군집비행에서의 비행안전 및 장애복구 시스템은, RTK(Real Time Kinematic)-GPS를 활용하여 특정 촬영목표 영역을 군집비행하면서 영상획득을 위한 촬영을 수행하는 과정에서, 다른 무인비행체의 장애발생 또는 경로이탈을 확인하는 진단부 및 특정 무인비행체에 장애발생 또는 경로이탈이 확인되면, 상기 장애발생 또는 경로이탈이 확인된 특정 무인비행체를 제외한 정상적으로 동작중인 나머지 무인비행체로 복귀명령을 전달하고, 기 설정된 복귀프로세스에 따라 자신의 원위치 복귀를 수행하는 복귀제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 진단부는, 다른 무인비행체와의 무선통신에 따른 제어명령 또는 보고신호 전송 후 기 설정 시간 이내에 응답신호가 수신되지 않으며, 상기 응답신호의 수신이 기 설정 횟수 이상 수행되지 않으면 다른 무인비행체의 장애발생 또는 경로이탈로 확인하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 복귀명령은, 상기 RTK-GPS 위치정보를 활용하여 특정 촬영목표 영역을 이동하면서 원거리 촬영을 수행하고, 상기 수행한 원거리 촬영영상을 토대로 근거리 촬영을 수행할 복수의 서브 무인비행체의 경로를 설정하는 하나의 마스터 무인비행체, 또는 상기 설정한 경로를 토대로 촬영위치로 이동한 다음 RTK-GPS 위치정보를 활용하여 군집비행하면서 근거리 영상을 촬영하는 복수의 서브 무인비행체 중에서 설정되는 어느 하나의 서브마스터 무인비행체에서 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 마스터 무인비행체는, 상기 서브마스터 무인비행체 또는 상기 서브 무인비행체의 장애발생 또는 경로이탈이 확인되면, 상기 장애발생 또는 경로이탈이 확인된 특정 서브마스터 무인비행체 또는 서브 무인비행체를 제외한 정상적으로 동작하는 서브마스터 무인비행체 또는 서브 무인비행체로 복귀명령을 전송하여 원위치 복귀를 수행하도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 서브마스터 무인비행체는, 상기 마스터 무인비행체의 장애발생 또는 경로이탈이 확인되면 기 설정된 예비 통신채널로 전환하고, 상기 전환한 예비 통신채널을 통해 상기 서브 무인비행체로 복귀명령을 전송하여 원위치 복귀를 수행하도록 하며, 상기 서브 무인비행체는, 상기 마스터 무인비행체의 장애발생 또는 경로이탈에 따라 전환된 예비 통신채널을 통해 상기 서브마스터 무인비행체와 무선통신을 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 비행안전 및 장애복구 시스템은, 레이더 센서에서 측정한 감지신호를 토대로 다른 무인비행체와의 거리가 기 설정된 거리 이내로 접근하면 접근방향으로부터 소정 각도 방향으로 기 설정된 거리만큼 이동하고, 소정 각도 방향으로 이동한 후 다른 무인비행체가 기 설정된 거리 이내에 감지되지 않으면 비행할 원래의 좌표로 이동하여, 무인비행체 상호간의 충돌을 방지하는 충돌 회피부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인비행체 군집비행에서의 비행안전 및 장애복구 방법은, 비행안전 및 장애복구 시스템에서 RTK-GPS 위치정보를 활용하여 특정 촬영목표 영역을 군집비행하면서 영상획득을 위한 촬영을 수행하는 과정에서, 진단부를 통하여 다른 무인비행체의 장애발생 또는 경로이탈을 확인하는 진단 단계 및 상기 진단 단계에서 특정 무인비행체에 장애발생 또는 경로이탈이 확인되면, 복귀제어부를 통하여 상기 장애발생 또는 경로이탈이 확인된 특정 무인비행체를 제외한 정상적으로 동작중인 나머지 무인비행체로 복귀명령을 전달하고, 기 설정된 복귀프로세스에 따라 자신의 원위치 복귀를 수행하는 복귀 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 진단 단계는, 다른 무인비행체와의 무선통신에 따른 제어명령 또는 보고신호 전송 후의 기 설정 시간 이내에 응답신호가 수신되지 않으며, 상기 응답신호의 수신이 기 설정 횟수 이상 수행되지 않으면 다른 무인비행체의 장애발생 또는 경로이탈로 확인하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 복귀 제어 단계에서의 상기 복귀명령은, 상기 RTK-GPS 위치정보를 활용하여 특정 촬영목표 영역을 이동하면서 원거리 촬영을 수행하고, 상기 수행한 원거리 촬영영상을 토대로 근거리 촬영을 수행할 복수의 서브 무인비행체의 경로를 설정하는 하나의 마스터 무인비행체, 또는 상기 설정한 경로를 토대로 촬영위치로 이동한 다음 RTK-GPS 위치정보를 활용하여 군집비행하면서 근거리 영상을 촬영하는 복수의 서브 무인비행체 중에서 설정되는 어느 하나의 서브마스터 무인비행체에서 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 마스터 무인비행체는, 상기 서브마스터 무인비행체 또는 상기 서브 무인비행체의 장애발생 또는 경로이탈이 확인되면, 상기 장애발생 또는 경로이탈이 확인된 특정 서브마스터 무인비행체 또는 서브 무인비행체를 제외한 정상적으로 동작하는 서브마스터 무인비행체 또는 서브 무인비행체로 복귀명령을 전송하여 원위치 복귀를 수행하도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 서브마스터 무인비행체는, 상기 마스터 무인비행체의 장애발생 또는 경로이탈이 확인되면 기 설정된 예비 통신채널로 전환하고, 상기 전환한 예비 통신채널을 통해 상기 서브 무인비행체로 복귀명령을 전송하여 원위치 복귀를 수행하도록 하며, 상기 서브 무인비행체는, 상기 마스터 무인비행체의 장애발생 또는 경로이탈에 따라 전환된 예비 통신채널을 통해 상기 서브마스터 무인비행체와 무선통신을 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 비행안전 및 장애복구 방법은, 충돌 회피부를 통하여, 무인비행체 각각에 구비된 레이더 센서에서 측정한 감지신호를 토대로 다른 무인비행체와의 거리가 기 설정된 거리 이내로 접근하면 접근방향으로부터 소정 각도 방향으로 기 설정된 거리만큼 이동하고, 소정 각도 방향으로 이동한 후 다른 무인비행체가 기 설정된 거리 이내에 감지되지 않으면 비행할 원래의 좌표로 이동하여, 무인비행체 상호간의 충돌을 방지하는 충돌 회피 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서와 같이 본 발명의 무인비행체 군집비행에서의 비행안전 및 장애복구 시스템 및 그 방법에 따르면, RTK-GPS 위치정보를 활용하여 군집비행을 수행하는 하나의 마스터 무인비행체 및 서브마스터를 포함한 복수의 서브 무인비행체 각각에서 통신 단절이나 배터리 방전 등의 장애발생 여부, 또는 경로이탈 여부를 확인하고, 특정 무인비행체에 장애가 발생하거나 또는 경로가 이탈되어 비행제어를 수행할 수 없는 경우 마스터 무인비행체 또는 서브마스터 무인비행체에서 다른 무인비행체에 대한 복귀제어를 수행함으로써, 어느 하나의 무인비행체에 장애가 발생되더라도 다른 무인비행체의 복귀를 용이하게 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 특정 촬영목표 영역에서 군집비행을 수행하면서 촬영을 수행하는 각각의 무인비행체에 자체적으로 구비된 레이더 센서를 사용하여 다른 무인비행체가 일정 거리 이내로 접근하는 경우 접근방향으로부터 소정 각도로 일정 거리를 이동하도록 함으로써, 근거리에서 운행하는 각각의 무인비행체들 상호간의 충돌을 방지할 수 있으며, 이에 따라 군집비행을 통해 특정 촬영목표 영역에서의 원거리 및 근거리 영상촬영을 손쉽고 안전하게 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 마스터 무인비행체의 장애발생에 대비하여 서브마스터 무인비행체에서 마스터 무인비행체에서 촬영한 원거리 촬영영상을 백업하여 저장하고, 서브마스터 및 서브 무인비행체의 장애발생에 대비하여 마스터 무인비행체에서 서브마스터 및 서브 무인비행체에서 각각 촬영한 근거리 촬영영상을 백업하여 저장함으로써, 각각의 무인비행체에서의 농작물 재배분포 영상 획득을 위한 촬영 작업을 차질 없이 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 마스터, 서브마스터 및 서브 무인비행체의 군집비행을 토대로 촬영목표 영역의 원거리 촬영영상과 근거리 촬영영상을 모두 수집하기 때문에 정확한 영상획득이 가능하고, 짧은 시간동안 많은 영상을 촬영할 수 있고, 사전에 설정된 경로에 따라 영상 촬영을 수행하므로 목표정보의 획득이 용이하며, 아무리 넓은 지역이라도 경로 확장을 통하여 체계적으로 손쉽게 촬영목표 영역의 원거리 및 근거리 촬영영상을 획득할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인비행체 군집비행에서의 비행안전 및 장애복구 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명이 적용된 무인비행체 군집비행에서의 비행안전 및 장애복구 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명에 적용된 무인비행체의 정상동작상태와 장애상태의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1의 마스터 무인비행체의 구성을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1의 서브마스터 무인비행체의 구성을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1의 서브 무인비행체의 구성을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 7은 도 1의 군집비행 관리서버의 구성을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인비행체 군집비행에서의 비행안전 및 장애복구 방법의 동작과정을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8의 원거리 촬영영상의 백업과정을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 10은 도 8의 근거리 촬영영상의 백업과정을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 11과 도 12는 도 8의 장애발생이나 경로이탈에 따른 원위치 복귀의 동작과정을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 13은 도 8의 충돌회피의 동작과정을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명이 적용된 무인비행체 군집비행에서의 비행안전 및 장애복구 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명에 적용된 무인비행체의 정상동작상태와 장애상태의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1의 마스터 무인비행체의 구성을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1의 서브마스터 무인비행체의 구성을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1의 서브 무인비행체의 구성을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 7은 도 1의 군집비행 관리서버의 구성을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인비행체 군집비행에서의 비행안전 및 장애복구 방법의 동작과정을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8의 원거리 촬영영상의 백업과정을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 10은 도 8의 근거리 촬영영상의 백업과정을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 11과 도 12는 도 8의 장애발생이나 경로이탈에 따른 원위치 복귀의 동작과정을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 13은 도 8의 충돌회피의 동작과정을 상세하게 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 무인비행체 군집비행에서의 비행안전 및 장애복구 시스템 및 그 방법에 대한 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 또한 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인비행체 군집비행에서의 비행안전 및 장애복구 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 복수의 무인비행체(100), 군집비행 관리서버(200), 데이터베이스(300)로 구성된다.
상기 무인비행체(100)는 무선전파의 유도에 의하여 비행 및 조종이 가능한 비행기나 헬리콥터 모양의 무인 항공기로서, 통상적으로 드론(drone)으로 알려져 있으며, 본 발명에서는 하나의 마스터 무인비행체(110), 하나의 서브마스터 무인비행체(120) 및 적어도 하나 이상의 서브 무인비행체(130)로 구성된다.
또한 상기 무인비행체(100)를 구성하는 하나의 마스터 무인비행체(110), 하나의 서브마스터 무인비행체(120) 및 적어도 하나 이상의 서브 무인비행체(130) 각각은, 농작물 재배분포 영상 등을 획득하기 위한 기능을 수행하기 위하여, RTK-GPS 위치정보를 활용한 군집비행을 통하여 특정 촬영목표 영역의 원거리 촬영영상과 근거리 촬영영상을 획득한다. 여기서, 상기 원거리 촬영영상은 지상으로부터 150m 높이를 비행하는 마스터 무인비행체(110)에서 촬영목표 영역을 이동하면서 촬영한 영상을 의미하며, 상기 근거리 촬영영상은 지상으로부터 25m 높이를 수평으로 군집비행하는 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각에서 상기 원거리 촬영영상 영역을 이동하면서 촬영한 영상을 의미하는 것으로 정의하고 설명하기로 한다(도 2 참조).
이때 상기 RTK-GPS 위치정보는 GPS 위성을 통해 획득한 좌표와 상기 군집비행 관리서버(200)로부터 송신되는 위치보정 데이터를 합성하여 현재 위치의 정확한 좌표를 실시간으로 결정하는 것이며, 각각의 무인비행체(100)는 종래의 GPS에서 발생할 수 있는 위치 오차를 최소화하면서 GPS 위성과 기지국에서 제공되는 정보를 통하여 자신의 정확한 위치 정보를 확인할 수 있다. 이에 따라 각각의 무인비행체(100)는 RTK-GPS 위치정보를 활용하여 획득한 고정밀 위치 인식에 따른 정확한 좌표정보를 토대로 군집비행을 수행하면서 상기 촬영목표 영역의 원거리 촬영영상과 근거리 촬영영상을 획득할 수 있게 된다.
한편, 상기 무인비행체(100)는 RTK-GPS 위치정보를 활용한 군집비행을 통하여 특정 촬영목표 영역의 촬영을 수행하는 과정에서, 다른 무인비행체들의 통신 단절이나 배터리 방전 등에 의한 장애발생이나 경로이탈 여부를 확인하고, 장애발생이나 경로이탈이 확인되면 해당 무인비행체를 제외한 정상적으로 작동중인 나머지 무인비행체의 원위치(즉 이착륙장) 복귀를 제어한다. 이때 상기 무인비행체(100)는 다른 무인비행체와의 무선통신에 따른 제어명령 또는 보고신호 전송 후 기 설정 시간 이내에 응답신호가 수신되지 않으며, 상기 응답신호의 수신이 기 설정 횟수 이상 수행되지 않으면 다른 무인비행체의 장애발생 또는 경로이탈로 확인할 수 있다.
이는 본 발명의 특징적 구성의 하나로서, 예를 들어 상기 마스터 무인비행체(110)에 장애발생이나 경로이탈이 확인되면, 상기 서브마스터 무인비행체(120)에서 다른 서브 무인비행체(130)와 무선통신을 수행하여 복귀명령을 전송하고, 상기 복귀명령을 받은 서브 무인비행체(130)에서 기 설정된 복귀프로세서에 따라 원위치로 복귀하도록 한다.
이때 상기 서브마스터 무인비행체(120)는 다른 서브 무인비행체(130)로 복귀명령을 전송한 이후 일정 시간이 경과하면 기 설정된 복귀프로세서를 가동하여 원위치로의 복귀를 수행한다. 또한 장애발생 또는 경로이탈이 확인된 마스터 무인비행체(110)는 자체적으로 원위치 복귀가 가능한지의 여부를 확인하고, 원위치 복귀가 가능하면 기 설정된 복귀프로세스에 따라 원위치 복귀를 수행할 수 있다. 또한 상기 원위치 복귀가 가능한지의 여부를 확인하는 것은, 다른 무인비행체와의 무선통신을 제외한 비행 기능의 정상적인 동작여부를 확인하는 것으로서, 원위치의 좌표, 이동에 필요한 연료 여부 등의 확인을 의미한다. 만일 장애발생이나 경로이탈이 확인된 무인비행체가 연료 소모, 고장 등으로 인하여 원위치 복귀가 가능하지 않으면 관리자 측에서 해당 위치로 이동하여 장애발생 또는 경로이탈한 무인비행체를 회수하는 것이 바람직하다.
또한 상기 설명과 마찬가지로 상기 마스터 무인비행체(110)에서의 확인결과 만일 서브마스터 무인비행체(120) 또는 서브 무인비행체(130) 중 어느 하나 이상에 장애발생이나 경로이탈이 확인되면, 상기 마스터 무인비행체(110)는 장애발생 또는 경로이탈이 확인된 특정 무인비행체를 제외한 나머지 서브마스터 무인비행체(120) 또는 서브 무인비행체(130)로 복귀명령을 전송하여 기 설정된 복귀프로세서에 따라 원위치로 복귀할 수 있도록 한다. 또한 장애발생 또는 경로이탈이 확인된 서브마스터 무인비행체(120) 또는 서브 무인비행체(130)는 자체적으로 원위치 복귀가 가능한지의 여부를 확인하고, 원위치 복귀가 가능하면 기 설정된 복귀프로세스에 따라 원위치 복귀를 수행할 수 있다.
또한 상기 무인비행체(100)는 RTK-GPS 위치정보를 활용한 군집비행을 통하여 특정 촬영목표 영역의 촬영을 수행하는 과정에서 자체적으로 장애상태를 체크하고, 만일 장애가 발생하면 기 저장되어 있는 복귀프로그램을 가동하여 원위치로 복귀할 수 있다.
또한 상기 무인비행체(100)는 군집비행을 통해 특정 촬영목표 영역의 촬영을 수행하는 과정에서, 상기 무인비행체(100) 상호간의 충돌방지 및 회피를 수행할 수 있다.
예를 들어 상기 마스터 무인비행체(110)에서 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각의 경로 설정을 수행함에 따라, 각각의 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130)가 해당 좌표로 이동할 때 상호간의 거리가 근접하여 제어 장애, 경로 이탈 등에 의해 충돌할 경우가 종종 발생할 수 있다.
본 발명에서는 이러한 무인비행체 상호간의 충돌을 예방하기 위하여, 상기 무인비행체(100)에 구비된 레이더 센서에서 측정한 감지신호를 토대로 다른 무인비행체와의 거리를 확인하고, 다른 무인비행체와의 거리가 기 설정된 거리 이내로 접근하면 접근방향으로부터 소정 각도(예를 들어, 90도) 방향으로 기 설정된 거리만큼 이동한다. 그리고 다른 무인비행체와의 거리를 다시 확인하여 다른 무인비행체가 기 설정된 거리 이내에 감지되지 않으면 비행할 원래의 좌표로 이동함으로써, 상기 무인비행체 상호간의 충돌을 방지할 수 있다.
또한 상기 무인비행체(100)는 정상적인 촬영을 토대로 특정 촬영목표 영역에서의 촬영이 모두 종료되면 원위치(즉 군집비행 관리서버(200) 부근의 이착륙장)로 복귀하여 원거리 및 근거리 촬영영상을 군집비행 관리서버(200)로 업로드한다. 이때 상기 원거리 및 근거리 촬영영상은 촬영이 모두 종료된 다음 업로드하는 방식 이외에, 촬영 즉시 실시간으로 상기 군집비행 관리서버(200)에 업로드 할 수 있음을 밝혀둔다.
한편, 상기 무인비행체(100)를 구성하는 상기 마스터 무인비행체(110), 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각에 대하여 설명하면 다음과 같다.
상기 마스터 무인비행체(110)는 상기 군집비행 관리서버(200)의 제어에 의하여 이착륙장을 이륙하여 특정 촬영목표 영역의 초기 촬영위치로 이동하고, 상기 초기 촬영위치에서 착륙을 수행할 때까지 원거리 촬영정보를 토대로 한 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130)의 근거리 촬영위치를 계산하여 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각의 경로설정을 수행하고, 상기 경로설정 정보를 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130)에 각각에 전송함으로써, 해당 촬영위치로 이동하여 군집비행에 의한 근거리 촬영을 수행할 수 있도록 한다.
즉 상기 마스터 무인비행체(110)는 농작물 재배분포 영상 등을 획득하기 위하여, 특정 촬영목표 영역을 이동하면서 원거리 촬영을 수행하고, 상기 수행한 원거리 촬영영상을 토대로 근거리 촬영을 수행할 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각의 비행경로를 설정하는 것이다.
이때 상기 마스터 무인비행체(110)는 RTK-GPS 위치정보를 통해 자신의 정확한 위치좌표를 확인하며, 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130)의 위치제어를 위한 통신을 수행한다.
또한 상기 마스터 무인비행체(110)는 장애발생에 대비하여 상기 마스터 무인비행체(110)에서 촬영한 원거리 촬영영상을 상기 서브마스터 무인비행체(120)로 전송하여 원거리 촬영영상을 백업하여 저장할 수 있다.
또한 상기 마스터 무인비행체(110)는 원거리 촬영의 수행 및 영상저장을 수행하는 것은 물론, 상기 마스터 무인비행체(110)의 경로설정에 따라 군집비행을 수행하는 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각에서 촬영한 근거리 촬영영상을 수신하여 저장할 수 있다. 즉 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각에서 촬영한 근거리 촬영영상을 백업하여 저장하는 것이다.
또한 상기 마스터 무인비행체(110)는 자체적으로 장애상태의 체크는 물론, 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130)의 장애발생 또는 경로이탈을 지속적으로 체크하고, 장애발생 또는 경로이탈이 확인되면 해당 서브마스터 무인비행체(120) 또는 서브 무인비행체(130)를 제외한 다른 서브마스터 무인비행체(120) 또는 서브 무인비행체(130)의 복귀제어 및 기 저장되어 있는 복귀프로그램을 통해 자신의 복귀제어를 수행할 수 있다.
또한 상기 마스터 무인비행체(110)는 특정 촬영목표 영역에서의 정상적인 촬영 작업이 모두 종료되면 이착륙장으로 복귀한 다음, 원거리 촬영영상은 물론, 백업하여 저장해둔 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각에서 촬영한 근거리 촬영영상을 상기 군집비행 관리서버(200)로 전송한다.
한편 상기 서브마스터 무인비행체(120)는 복수의 서브 무인비행체(120) 중에서 설정되는 것으로서, 상기 마스터 무인비행체(110)와 무선통신으로 군집비행을 수행할 경로설정 정보를 수신하여 해당 위치로 이동하고, 상기 마스터 무인비행체(110)에서 설정한 경로에 따라 근거리 촬영 및 저장을 수행하며, 근거리 촬영영상을 상기 마스터 무인비행체(110)로 전송한다. 이때 상기 서브마스터 무인비행체(120)도 상기 마스터 무인비행체(110)와 마찬가지로 RTK-GPS 위치정보를 통해 자신의 정확한 위치좌표를 확인하며, 상기 마스터 무인비행체(110)와 위치제어를 위한 통신을 수행한다.
또한 상기 서브마스터 무인비행체(120)는 상기 마스터 무인비행체(110)의 장애발생에 대비하여 상기 마스터 무인비행체(110)에서 촬영한 원거리 촬영영상을 수신하여 저장한다.
또한 상기 서브마스터 무인비행체(120)는 자체적으로 장애상태의 체크는 물론, 상기 마스터 무인비행체(110)의 장애발생 또는 경로이탈을 지속적으로 체크하고, 만일 상기 마스터 무인비행체(110)에 장애발생 또는 경로이탈이 발생하면 기 설정된 예비 통신채널을 통해 다른 서브 무인비행체(130)와 통신하여 이착륙장으로의 복귀제어를 수행하거나, 자체적인 장애가 발생하면 기 저장되어 있는 복귀프로그램을 통해 자신의 복귀제어를 수행할 수 있다.
또한 상기 서브마스터 무인비행체(120)는 특정 촬영목표 영역에서의 정상적인 촬영 작업이 모두 종료되면 이착륙장으로 복귀한 다음, 저장해둔 근거리 촬영영상을 상기 군집비행 관리서버(200)로 전송한다.
한편 상기 서브 무인비행체(130)는 상기 마스터 무인비행체(110)와 무선통신으로 군집비행을 수행할 위치로 이동하고, 상기 마스터 무인비행체(110)에서 설정한 경로에 따라 근거리 촬영 및 저장을 수행한 다음, 근거리 촬영영상을 상기 마스터 무인비행체(110)로 전송한다. 이때 상기 서브 무인비행체(130)도 상기 마스터 무인비행체(110) 및 서브마스터 무인비행체(120)와 마찬가지로 RTK-GPS 위치정보를 통해 자신의 정확한 위치좌표를 확인한다.
또한 상기 서브 무인비행체(130)는 자체적으로 장애상태를 체크하여 장애가 발생하면 기 저장되어 있는 복귀프로그램을 가동하여 이착륙장으로의 복귀제어를 수행하며, 상기 마스터 무인비행체(110)에 장애가 발생하면 기 설정된 예비 통신채널을 통해 상기 서브마스터 무인비행체(120)로부터 전송되는 복귀명령을 토대로 복귀프로그램을 가동하여 이착륙장으로의 복귀제어를 수행할 수 있다.
또한 상기 서브 무인비행체(130)는 특정 촬영목표 영역에서의 정상적인 촬영 작업이 모두 종료되면 이착륙장으로 복귀한 다음, 저장해둔 근거리 촬영영상을 상기 군집비행 관리서버(200)로 전송한다.
상기 군집비행 관리서버(200)는 지상국을 통한 상기 무인비행체(100)의 비행제어, 네트워크를 통한 촬영데이터 수집 및 분석을 총괄적으로 제어하거나 관리하는 주체로서, 관리자의 수동조작을 토대로 지상국을 통하여 이착륙장에 위치한 상기 마스터 무인비행체(110)의 촬영목표 지점으로의 이동을 제어하며, 상기 촬영목표 영역에서의 촬영이 종료되어 이착륙장으로 복귀한 상기 마스터 무인비행체(110), 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 상기 서브 무인비행체(130)를 포함한 각각의 무인비행체(100)로부터 상기 촬영목표 영역의 원거리 촬영영상 및 근거리 촬영영상을 수집한다.
이때 상기 군집비행 관리서버(200)는 상기 무인비행체(100)로부터 원거리 촬영영상 및 근거리 촬영영상을 수집할 때, 사전에 정해진 정보전송 순서를 토대로 상기 무인비행체(100)에서 촬영한 영상의 수집을 처리한다.
또한 상기 군집비행 관리서버(200)는 각각의 무인비행체(100)에서 촬영을 수행하는 즉시 무선통신을 통해 실시간으로 원거리 촬영영상 및 근거리 촬영영상을 수집할 수 있다.
또한 상기 군집비행 관리서버(200)는 군집비행을 수행하는 각각의 무인비행체(100)로부터 수집한 원거리 촬영영상 및 근거리 촬영영상을 토대로 경로위치별 중복정보 분석, 처리 및 영상정합을 수행하여 농작물 재배분포 상황 등의 확인을 수행한다. 여기서, 영상처리로 확인하는 것은 농작물 재배분포 상황을 예로 하여 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 그 이외에 촬영영상을 토대로 분석을 수행하는 모든 분야에 적용할 수 있음은 물론이다.
또한 상기 군집비행 관리서버(200)는 지상국에 고정된 GPS 수신기를 설치하여 지상국 위치좌표와 위성에 의한 좌표 차이값인 위치보정 데이터를 생성하고, 상기 생성한 위치보정 데이터를 상기 마스터 무인비행체(110), 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 상기 서브 무인비행체(130) 각각으로 제공함으로써, 각각의 무인비행체(100)에서 RTK-GPS 위치정보를 토대로 고정밀 위치 인식에 따른 정확한 좌표정보를 확인하여 군집비행을 수행할 수 있도록 한다.
또한 상기 군집비행 관리서버(200)는 원거리 촬영 및 경로설정을 수행하는 상기 마스터 무인비행체(110)와, 상기 마스터 무인비행체(110)에서 설정한 경로에 따라 군집비행을 수행하면서 근거리 촬영을 수행하는 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 상기 서브 무인비행체(130) 각각에서 사용하는 각종 동작프로그램의 업데이트를 관리하는 기능을 추가로 수행할 수 있다.
상기 데이터베이스(300)는 농작물 재배분포 영상 획득을 위한 복수의 무인비행체(100)에서 사용하는 비행운행 프로그램, RTK-GPS 위치정보를 활용을 위한 프로그램 등을 포함한 각종 동작프로그램은 물론, 업데이트 정보를 저장하여 관리한다.
또한 상기 데이터베이스(300)는 특정 촬영목표 영역에서 촬영을 수행하는 각각의 무인비행체(100)로부터 업로드되는 원거리 및 근거리 촬영영상을 저장하여 관리하고, 상기 군집비행 관리서버(200)에서 상기 무인비행체(100)로부터 수집한 원거리 및 근거리 촬영영상을 토대로 분석한 농작물 재배분포 확인 등의 결과정보를 저장하여 관리한다.
한편, 이러한 농작물 재배분포 영상 획득을 위한 무인비행체 군집비행에서의 비행안전 및 장애복구 과정을 도 2와 도 3을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명이 적용된 무인비행체 군집비행에서의 비행안전 및 장애복구 과정을 설명하기 위한 개념도이며, 도 3은 본 발명에 적용된 무인비행체의 정상동작상태와 장애상태의 예를 설명하기 위한 도면이다.
여기서, 상기 마스터 무인비행체(110)는 지상으로부터 150m 상공에서 상기 촬영목표 영역을 이동하면서 원거리 촬영을 수행하며, 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130)는 지상으로부터 25m 상공에서 상기 마스터 무인비행체(110)에서 촬영한 원거리 촬영영상의 영역을 이동하면서 근거리 촬영을 수행하는 것을 예로 하여 설명하기로 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 군집비행 관리서버(200)는 촬영목표 영역의 원점위치(예를 들어 P00 위치)로 상기 마스터 무인비행체(110)의 이동을 제어한다(①). 이때 상기 마스터 무인비행체(110)의 원점위치로의 이동은 관리자의 수동조작을 통해 이루어질 수 있다. 또한 원점위치 이후의 다음 위치부터는 상기 마스터 무인비행체(110)의 1회 촬영영역 만큼의 거리를 사전에 계산하여 X축 또는 Y축 방향으로 이동할 수 있도록 P01 또는 P10의 좌표를 계산하여 촬영 위치를 계산할 수 있다.
특정 촬영목표 영역의 원점위치로 이동된 상기 마스터 무인비행체(110)는 현재 위치에서 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각이 위치할 위치정보를 계산하고, 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각으로 위치좌표를 전달하여 원점위치에 이동할 수 있도록 한다(①-1).
이후 상기 마스터 무인비행체(110)는 현재 위치에서 원거리 촬영을 수행한 다음, 상기 원거리 촬영영상 범위 내에서 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각의 촬영범위를 계산하여, 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각이 수평으로 군집비행하면서 근거리 영상을 촬영할 수 있도록 경로 설정을 수행한다(②).
예를 들어 상기 마스터 무인비행체(110)는 촬영목표 영역의 P00 위치에서 촬영한 원거리 촬영영상을 토대로 하나의 서브마스터 무인비행체(120) 및 2개의 서브 무인비행체(130)가 수평 일직선으로 군집비행을 통해 근거리 영상을 촬영할 수 있도록 경로 설정을 수행한다고 할 때, 이동거리 및 시간을 최소화할 수 있는 최적경로로 하나의 서브마스터 무인비행체(120) 및 2개의 서브 무인비행체(130)가 근거리 촬영을 수행할 이동경로를 설정하는 것이다. 이때 상기 마스터 무인비행체(110)에서 설정하는 근거리 촬영의 이동경로는 촬영 지형이나 환경에 따라 임의로 변경될 수 있음은 물론이다.
또한 각각의 무인비행체(100)가 설정된 경로에 따라 위치이동을 수행할 때, 상기 마스터 무인비행체(110)는 GPS 좌표를 기반으로 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각의 군집비행 구성방법, 거리, 촬영영역에 따른 상대적인 위치좌표를 계산하여 이동해야할 위치정보를 각각의 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130)로 전송한다.
본 발명에서는 GPS 위치좌표에서 발생되는 실제위치와의 오차를 최소화하기 위하여 RTK-GPS 위치정보를 활용하여 오차를 최소화하였으며, 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각은 RTK-GPS 위치정보를 활용하여 상기 마스터 무인비행체(110)로부터 수신한 해당 위치로 이동한다.
이때 상기 ② 과정은 촬영목표 영역의 원거리 촬영경로(예를 들어 P01, P02, P03, P13, P12, P11, P10의 순서로 설정할 수 있음)에 따라 마지막 촬영위치까지 반복적으로 수행될 수 있으며, 만일 상기 마스터 무인비행체(110)에서 한 번의 원거리 촬영으로 촬영목표 영역을 모두 커버할 수 있을 정도로 촬영목표 영역이 적은 경우에는 한차례의 원거리 촬영 및 경로설정으로 종료할 수 있다.
이처럼 상기 마스터 무인비행체(110)에서 원거리 촬영 및 이를 토대로 한 근거리 촬영을 위한 경로설정이 수행되면, 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각은 하나의 묶음 형태로 이동하여, 군집비행을 수행하면서 근거리 촬영을 수행한다(③).
이때 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각이 상기 마스터 무인비행체(110)에서 설정한 경로에 따라 이동을 수행하여 근거리 촬영을 수행할 때, 상호간의 거리가 근접하여 제어 장애, 경로 이탈 등에 의해 충돌할 경우가 발생할 수 있다.
이를 방지하기 위하여, 상기 무인비행체(100)는 자체적으로 구비된 레이더 센서에서 측정한 감지신호를 토대로 다른 무인비행체와의 거리를 확인한 다음, 다른 무인비행체와의 거리가 기 설정된 거리 이내로 접근하면 접근방향으로부터 90도 방향으로 기 설정된 거리만큼 이동하고, 다른 무인비행체와의 거리를 다시 확인하여 다른 무인비행체가 기 설정된 거리 이내에 감지되지 않으면 비행할 원래의 좌표로 이동한다(④).
또한 각각의 무인비행체(100)가 설정된 경로에 따라 위치이동을 수행하면서 원거리 및 근거리 영상촬영을 수행할 때, 다른 무인비행체들의 장애발생 또는 경로이탈을 확인하고, 장애발생 또는 경로이탈이 확인되면 해당 무인비행체를 제외한 정상적으로 작동중인 나머지 무인비행체의 원위치 복귀를 제어한다(⑤).
예를 들어 도 3a는 상기 마스터 무인비행체(110)와 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 상호간에 요청(request) 및 응답(ACK)이 정상적으로 이루어지는 정상동작상태를 나타낸 것으로서, 상기 마스터 무인비행체(110)와 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 모두 촬영작업 이후 정상적인 원위치 복귀가 가능하다.
이러한 정상동작상태에서 도 3b에 나타낸 바와 같이, 상기 마스터 무인비행체(110)의 장애발생 또는 경로이탈이 확인되면, 상기 서브마스터 무인비행체(120)가 마스터로 되어 기 설정된 예비 통신채널로 전환하여 상기 서브 무인비행체(130) 각각으로 복귀명령을 전송하여 기 설정된 복귀프로세서에 의해 원위치로 복귀하도록 한다. 또한 상기 서브마스터 무인비행체(120)는 상기 서브 무인비행체(130) 각각에 복귀명령을 전송한 이후, 일정 시간이 경과하면 기 설정된 복귀프로세서를 통해 원위치로 복귀한다.
또한 도 3c에 나타낸 바와 같이, 상기 서브마스터 무인비행체(120)에 장애발생이나 경로이탈이 확인되면, 상기 마스터 무인비행체(110)는 장애발생 또는 경로이탈이 확인된 상기 서브마스터 무인비행체(120) 이외에 다른 서브 무인비행체(130)로 복귀명령을 전송하여 기 설정된 복귀프로세서에 따라 원위치로 복귀하도록 한다. 또한 상기 마스터 무인비행체(110)는 정상적으로 구동중인 상기 서브 무인비행체(130)로 복귀명령을 전송한 이후, 일정 시간이 경과하면 기 설정된 복귀프로세서를 통해 원위치로 복귀한다.
이제, 상기 무인비행체(100) 각각에서의 원거리 및 근거리 촬영이 모두 종료되면, 상기 마스터 무인비행체(110), 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각은 이착륙장으로 복귀한다(⑥).
이후 상기 군집비행 관리서버(200)는 상기 마스터 무인비행체(110), 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각으로부터 촬영목표 영역의 원거리 촬영영상과 근거리 촬영영상을 수집한다(⑦).
이때 상기 원거리 촬영영상은 상기 마스터 무인비행체(110)에서 소정의 높이(여기에서는 150m 고도)에서 촬영목표 영역을 촬영한 것으로, 촬영목표 영역이 상기 마스터 무인비행체(110)의 촬영 영역보다 클 경우 촬영영역을 분할하여 영상을 촬영한다.
또한 상기 근거리 촬영영상은 상기 원거리 촬영영상에서 복수개로 분할된 영역을 상기 마스터 무인비행체(110)의 아래에 위치한 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 상기 서브 무인비행체(130)에서 촬영한 것이다.
또한 상기 군집비행 관리서버(200)는 상기 마스터 무인비행체(110), 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각으로부터 수집한 원거리 촬영영상과 근거리 촬영영상을 분석, 처리 및 정합하여 농작물 재배분포 등을 확인하고, 확인된 농작물 재배분포 상황에 대한 정보를 상기 데이터베이스(300)에 저장하여 관리한다(⑧).
예를 들어 상기 군집비행 관리서버(200)는 특정 지역의 농작물 재배분포 상황의 확인을 수행할 때, 해당 지역에서 촬영된 원거리 및 근거리 촬영영상은 상기 마스터 무인비행체(110)의 경로 위치와 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 상기 서버 무인비행체(130)의 경로 위치의 비교 분석을 통해 정합된다. 이때 원거리 촬영영상은 상기 마스터 무인비행체(110)와 상기 서브마스터 무인비행체(120)에 저장된 원거리 촬영영상을 비교 분석하며, 만일 상기 마스터 무인비행체(110)에 장애가 발생한 경우에는 상기 서브마스터 무인비행체(120)에 저장된 원거리 촬영영상을 기본정보로 한다.
또한 근거리 촬영영상은 상기 마스터 무인비행체(110)에 저장된 영상과 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각에서 촬영한 정보를 비교 분석하여 저장오류가 있는지를 검토한다. 이때 근거리 촬영영상은 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각에서 촬영한 영상정보를 기본정보로 하며, 만일 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130)에 장애가 발생하여 영상정보가 손실되는 경우 상기 마스터 무인비행체(110)에 저장된 정보를 사용한다.
또한 영상정보의 정합은 원거리 영상 내에서 근거리 경로 설정 위치와 대응되는 위치별로 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 상기 서브 무인비행체(130) 각각에서 촬영한 영상을 조합하고, 영상 간의 중복영역을 삭제하여 정합영상을 생성한다.
도 4는 상기 도 1의 마스터 무인비행체(110)의 구성을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 마스터 무인비행체(110)는 통신 인터페이스부(111), 비행 관리부(112), 카메라(113), RTK-GPS 처리부(114), 경로 설정부(115), 장애 확인 및 복귀 처리부(116), 충돌 회피부(117), 저장부(118), 제어부(119)로 구성된다.
또한 상기 마스터 무인비행체(110)는 도면에 도시하지는 않았지만, 각 구성 부분에 동작전원을 공급하는 전원부, 무인비행체 운행을 위한 다양한 종류의 센서, 각종 기능에 대한 데이터 입력을 위한 입력부, 각종 동작프로그램의 업데이트를 관리하는 업데이트 관리부 등을 추가로 포함할 수 있다.
상기 통신 인터페이스부(111)는 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 상기 서브 무인비행체(130)와 통신 접속하여 근거리 촬영을 위한 경로설정 정보를 전송하고, 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 상기 서브 무인비행체(130)로부터 근거리 촬영영상을 전송받으며, 상기 마스터 무인비행체(110)의 장애발생에 대비하여 상기 카메라(113)로 촬영한 원거리 촬영영상을 상기 서브마스터 무인비행체(120)로 전송한다.
또한 상기 통신 인터페이스부(111)는 특정 촬영목표 영역에서의 촬영 작업이 모두 종료되어 상기 마스터 무인비행체(110)가 이착륙장에 복귀한 이후, 상기 군집비행 관리서버(200)로 상기 저장부(118)에 저장되어 있는 원거리 촬영영상과 근거리 촬영영상을 전송한다.
상기 비행 관리부(112)는 상기 군집비행 관리서버(200)의 수동조작에 의한 상기 마스터 무인비행체(110)의 촬영목표 영역의 원점위치로의 이동제어는 물론, 상기 RTK-GPS 처리부(114)에서 확인한 좌표정보를 토대로 촬영목표 영역에서의 경로에 따른 비행을 제어한다.
상기 카메라(113)는 상기 촬영목표 영역을 이동하는 상기 마스터 무인비행체(110)에서의 원거리 촬영을 수행한다.
상기 RTK-GPS 처리부(114)는 GPS 위성을 통해 획득한 좌표와 상기 군집비행 관리서버(200)로부터 송신되는 위치보정 데이터를 합성하여 현재 위치의 정확한 좌표를 실시간으로 결정한다.
상기 경로 설정부(115)는 상기 카메라(113)로 촬영한 원거리 촬영영상의 범위 내에서 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각의 촬영범위를 계산하여 수평으로 군집비행하면서 근거리 영상을 촬영할 수 있는 경로를 설정하며, 경로설정 정보를 해당 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각으로 제공한다.
상기 장애 확인 및 복귀 처리부(116)는 자체 진단부(116a), 제어대상 진단부(116b), 복귀제어부(116c)로 구성된다.
상기 자체 진단부(116a)는 상기 마스터 무인비행체(110)에 장애가 발생하는지의 여부를 주기적으로 체크하고, 체크결과를 복귀제어부(116c)로 출력한다.
상기 제어대상 진단부(116b)는 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130)의 장애발생 또는 경로이탈을 지속적으로 체크하고, 체크결과를 복귀제어부(116c)로 출력한다.
이때 상기 제어대상 진단부(116b)는 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130)와의 무선통신에 따른 제어명령 또는 보고신호 전송 후 기 설정 시간 이내에 응답신호가 수신되지 않고, 상기 응답신호의 수신이 기 설정 횟수 이상 수행되지 않으면, 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130)의 장애발생 또는 경로이탈로 확인할 수 있다.
상기 복귀제어부(116c)는 상기 자체 진단부(116a)의 체크결과를 토대로 상기 마스터 무인비행체(110)에 장애가 발생하면 기 저장되어 있는 복귀프로그램을 가동하여 이착륙장으로의 복귀를 제어한다.
또한 상기 복귀제어부(116c)는 상기 제어대상 진단부(116b)의 체크결과를 토대로 상기 서브마스터 무인비행체(120) 또는 서브 무인비행체(130)의 장애발생 또는 경로이탈이 확인되면 장애발생 또는 경로이탈이 확인된 상기 서브마스터 무인비행체(120) 또는 서브 무인비행체(130)를 제외한 정상적으로 구동중인 상기 서브마스터 무인비행체(120) 또는 서브 무인비행체(130)로 복귀명령을 전송하여, 상기 복귀명령을 전송받은 상기 서브마스터 무인비행체(120) 또는 서브 무인비행체(130)에서 기 설정된 복귀프로세서에 따라 원위치로 복귀를 수행하도록 한다.
상기 충돌 회피부(117)는 상기 마스터 무인비행체(110)에 구비된 레이더 센서에서 측정한 감지신호를 토대로 다른 무인비행체와의 거리를 확인하고, 상기 다른 무인비행체가 기 설정된 거리 이내로 접근하면 접근방향으로부터 소정 각도 방향으로 기 설정된 거리만큼 이동하고, 소정 각도 방향으로 이동한 후 다른 무인비행체가 기 설정된 거리 이내에 감지되지 않으면 비행할 원래의 좌표로 이동하도록 하여 무인비행체 상호간의 충돌을 방지하는 기능을 수행한다.
상기 저장부(118)는 상기 마스터 무인비행체(110)에서 사용하는 각종 동작프로그램, 원위치 복귀프로그램, 상기 카메라(113)로 촬영한 원거리 촬영영상, 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 상기 서브 무인비행체(130) 각각에서 촬영한 근거리 촬영영상 등을 저장한다.
상기 제어부(119)는 상기 마스터 무인비행체(110)의 각 구성부분을 총괄적으로 제어하는 부분으로서, 상기 통신 인터페이스부(111)에서의 근거리 촬영을 위한 경로설정 정보의 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 상기 서브 무인비행체(130)로의 전송과 근거리 촬영영상의 수신, 원거리 촬영영상의 상기 서브마스터 무인비행체(120)로의 전송, 촬영 작업이 종료된 이후 상기 군집비행 관리서버(200)로의 원거리 촬영영상과 근거리 촬영영상의 전송을 제어한다.
또한 상기 제어부(119)는 상기 비행 관리부(112)에서의 상기 마스터 무인비행체(110)의 촬영목표 영역의 원점위치 이동 및 원거리 설정경로의 이동을 제어하고, 상기 카메라(113)의 원거리 촬영을 제어하며, 상기 RTK-GPS 처리부(114)에서의 현재 위치의 정확한 좌표의 실시간 결정을 제어한다.
또한 상기 제어부(119)는 상기 경로 설정부(115)에서의 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각의 근거리 영상 촬영을 위한 경로 설정 및 제공을 제어하고, 상기 장애 확인 및 복귀 처리부(116)에서의 상기 마스터 무인비행체(110), 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 상기 서브 무인비행체(130) 각각의 장애발생이나 경로이탈 확인 및 복귀를 제어하고, 상기 충돌 회피부(117)에서의 다른 무인비행체와의 충돌 회피를 제어하며, 상기 저장부(118)에서의 원거리 촬영영상 및 근거리 촬영영상의 저장을 제어한다.
도 5는 상기 도 1의 서브마스터 무인비행체(120)의 구성을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 서브마스터 무인비행체(120)는 통신 인터페이스부(121), RTK-GPS 처리부(122), 비행 관리부(123), 카메라(124), 충돌 회피부(125), 장애 확인 및 복귀 처리부(126), 저장부(127), 제어부(128)로 구성되며, 도면에 도시하지는 않았지만 전원공급을 수행하는 전원부, 비행에 사용되는 각종 센서, 각종 기능 입력을 위한 입력부, 각종 동작프로그램의 업데이트 관리를 위한 업데이트 관리부 등을 추가로 포함할 수 있다.
상기 통신 인터페이스부(121)는 상기 마스터 무인비행체(110)로부터 근거리 촬영을 위한 경로설정 정보와 상기 마스터 무인비행체(110)의 장애발생에 대비한 원거리 촬영영상을 수신하고, 상기 서브마스터 무인비행체(120)에서 촬영한 근거리 촬영영상을 상기 마스터 무인비행체(110)로 전송한다.
또한 상기 통신 인터페이스부(121)는 특정 촬영목표 영역에서의 촬영 작업이 모두 종료되어 상기 서브마스터 무인비행체(120)가 이착륙장에 복귀한 이후, 상기 군집비행 관리서버(200)로 상기 저장부(127)에 저장되어 있는 근거리 촬영영상과 원거리 촬영영상을 전송한다.
상기 RTK-GPS 처리부(122)는 GPS 위성을 통해 획득한 좌표와 상기 군집비행 관리서버(200)로부터 송신되는 위치보정 데이터를 합성하여 현재 위치의 정확한 좌표를 실시간으로 결정한다.
상기 비행 관리부(123)는 상기 RTK-GPS 처리부(122)에서 확인한 좌표정보를 토대로 상기 마스터 무인비행체(110)에서 설정한 경로에 따른 비행을 제어한다.
상기 카메라(124)는 상기 마스터 무인비행체(110)에서 촬영한 원거리 촬영영상의 범위 내에서의 근거리 촬영을 수행한다.
상기 충돌 회피부(125)는 상기 서브마스터 무인비행체(120)에 구비된 레이더 센서에서 측정한 감지신호를 토대로 다른 무인비행체(즉 마스터 무인비행체(110), 서브 무인비행체(130) 등)와의 거리를 확인하고, 상기 다른 무인비행체가 기 설정된 거리 이내로 접근하면 접근방향으로부터 소정 각도 방향으로 기 설정된 거리만큼 이동하고, 소정 각도 방향으로 이동한 후 다른 무인비행체가 기 설정된 거리 이내에 감지되지 않으면 비행할 원래의 좌표로 이동하도록 하여 무인비행체 상호간의 충돌을 방지한다.
상기 장애 확인 및 복귀 처리부(126)는 자체 진단부(126a), 피제어대상 진단부(126b), 통신채널 전환부(126c), 복귀제어부(126d)로 구성된다.
상기 자체 진단부(126a)는 상기 서브마스터 무인비행체(120)에 장애가 발생하는지의 여부를 주기적으로 체크하고, 체크결과를 복귀제어부(126d)로 출력한다.
상기 피제어대상 진단부(126b)는 상기 마스터 무인비행체(110)의 장애발생 또는 경로이탈을 지속적으로 체크하고, 체크결과를 복귀제어부(116c)로 출력한다.
이때 상기 피제어대상 진단부(126b)는 상기 마스터 무인비행체(110)와의 무선통신에 따른 제어명령 또는 보고신호 전송 후 기 설정 시간 이내에 응답신호가 수신되지 않고, 상기 응답신호의 수신이 기 설정 횟수 이상 수행되지 않으면, 상기 마스터 무인비행체(110)의 장애발생 또는 경로이탈로 확인할 수 있다.
상기 통신채널 전환부(126c)는 상기 피제어대상 진단부(126b)의 진단결과를 토대로 상기 마스터 무인비행체(110)에 장애발생 또는 경로이탈이 발생되면 상기 마스터 무인비행체(110)와의 무선통신채널을 기 설정된 예비 통신채널로 전환하여 상기 서브 무인비행체(130)와 무선통신을 수행할 수 있도록 한다.
상기 복귀제어부(126d)는 상기 자체 진단부(126a)의 체크결과를 토대로 상기 마스터 무인비행체(110)에 장애가 발생하면 기 저장되어 있는 복귀프로그램을 가동하여 이착륙장으로의 복귀를 제어한다.
또한 상기 복귀제어부(126d)는 상기 피제어대상 진단부(126b)의 체크결과를 토대로 상기 마스터 무인비행체(120)의 장애발생 또는 경로이탈이 확인되면 상기 통신채널 전환부(126c)를 통해 전환한 예비 통신채널을 통해 정상적으로 구동중인 상기 서브 무인비행체(130)로 복귀명령을 전송하여, 상기 복귀명령을 전송받은 상기 서브 무인비행체(130)에서 기 설정된 복귀프로세서에 따라 원위치로 복귀를 수행하도록 한다.
상기 저장부(127)는 상기 서브마스터 무인비행체(120)에서 사용하는 각종 동작프로그램, 복귀프로그램, 상기 카메라(124)로 촬영한 근거리 촬영영상, 장애발생을 대비하여 상기 마스터 무인비행체(110)로부터 전송받은 원거리 촬영영상 등을 저장한다.
상기 제어부(128)는 상기 서브마스터 무인비행체(120)의 각 구성부분을 총괄적으로 제어하는 부분으로서, 상기 통신 인터페이스부(121)에서의 근거리 촬영을 위한 경로설정 정보와 장애발생에 대비한 원거리 촬영영상의 수신, 근거리 촬영영상의 상기 마스터 무인비행체(110)로의 전송, 촬영 작업이 종료된 이후 상기 군집비행 관리서버(200)로의 근거리 촬영영상과 원거리 촬영영상의 전송을 제어한다.
또한 상기 제어부(128)는 상기 RTK-GPS 처리부(122)에서의 현재 위치의 정확한 좌표의 실시간 결정을 제어하고, 상기 비행 관리부(123)에서의 RTK-GPS 좌표정보를 토대로 한 비행을 제어하며, 상기 카메라(124)에서의 원거리 촬영영상의 범위 내에서의 근거리 촬영을 제어한다.
또한 상기 제어부(128)는 상기 충돌 회피부(125)에서의 다른 무인비행체와의 충돌 회피를 제어하고, 상기 장애 확인 및 복귀 처리부(126)에서의 상기 서브마스터 무인비행체(120)의 장애발생 및 복귀와, 상기 마스터 무인비행체(110)의 장애발생 또는 경로이탈 확인 및 상기 마스터 무인비행체(110)의 장애발생 또는 경로이탈 확인에 따른 상기 서브 무인비행체(130) 각각의 복귀를 제어하며, 상기 저장부(127)에서의 근거리 촬영영상 및 원거리 촬영영상의 저장을 제어한다.
도 6은 상기 도 1의 서브 무인비행체(130)의 구성을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 서브 무인비행체(130)는 통신 인터페이스부(131), RTK-GPS 처리부(132), 비행 관리부(133), 카메라(134), 충돌 회피부(135), 장애 확인 및 복귀 처리부(136), 저장부(137), 제어부(138)로 구성된다.
상기 서브 무인비행체(130)는 상기 도 5의 서브마스터 무인비행체(120)의 구성과 비교할 때, 마스터 무인비행체(110)의 장애발생에 대비하여 원거리 촬영영상을 전송받아 백업하고, 상기 마스터 무인비행체(110)에 장애가 발생하면 기 설정된 예비 통신채널을 통해 서브마스터 무인비행체(120)와 통신하여 이착륙장 복귀를 수행하는 기능 이외에 모든 구성이 동일하므로 여기에서의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 7은 상기 도 1의 군집비행 관리서버(200)의 구성을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 군집비행 관리서버(200)는 무인비행체 제어부(210), 통신 인터페이스부(220), 촬영영상 수집부(230), 영상 처리 제어부(240), 결과 확인부(250)로 구성된다.
상기 무인비행체 제어부(210)는 지상국을 통한 상기 무인비행체(100) 각각의 비행을 제어한다. 예를 들어, 상기 마스터 무인비행체(110)의 촬영목표 영역의 원점위치로의 이동을 제어하고, 원점위치로 이동된 상기 마스터 무인비행체(110)로부터 전달되는 위치좌표를 토대로 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각의 이동을 제어한다.
또한 상기 무인비행체 제어부(210)는 지상국 위치좌표와 위성에 의한 좌표 차이값인 위치보정 데이터를 생성하고, 상기 생성한 위치보정 데이터를 상기 통신 인터페이스부(220)를 통해 상기 마스터 무인비행체(110), 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 상기 서브 무인비행체(130) 각각으로 전송하도록 한다.
상기 통신 인터페이스부(220)는 특정 촬영목표 영역에서의 촬영을 수행하고 이착륙장으로 복귀한 상기 마스터 무인비행체(110), 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 상기 서브 무인비행체(130)와 통신 접속을 수행하여 원거리 촬영영상과 근거리 촬영영상을 수신하여 상기 촬영영상 수집부(230)로 전달한다.
또한 상기 통신 인터페이스부(220)는 상기 무인비행체 제어부(210)에서 생성한 지상국 위치좌표와 위성에 의한 좌표 차이값인 위치보정 데이터를 상기 마스터 무인비행체(110), 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 상기 서브 무인비행체(130) 각각으로 전송한다.
상기 촬영영상 수집부(230)는 사전에 설정된 정보전송 순서에 의거하여, 상기 통신 인터페이스부(220)를 통해 상기 마스터 무인비행체(110), 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각으로부터 원거리 촬영영상과 근거리 촬영영상을 수집한다.
상기 영상 처리 제어부(240)는 상기 촬영영상 수집부(230)를 통해 수집한 원거리 촬영영상과 근거리 촬영영상을 토대로 경로위치별 중복정보 분석, 처리 및 영상정합을 수행하고, 상기 수행한 분석, 처리 및 정합결과 데이터를 상기 결과 확인부(250)로 전달한다.
상기 결과 확인부(250)는 상기 영상 처리 제어부(240)에서 처리한 경로위치별 중복정보 분석, 처리 및 영상정합 결과 데이터를 토대로 특정 지역의 농작물 재배분포 상황을 확인하고, 상기 확인한 농작물 재배분포 정보를 상기 데이터베이스(300)에 저장하도록 한다.
다음에는, 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 무인비행체 군집비행에서의 비행안전 및 장애복구 방법의 일 실시예를 도 8 내지 도 13을 참조하여 상세하게 설명한다. 이때 본 발명의 방법에 따른 각 단계는 사용 환경이나 당업자에 의해 순서가 변경될 수 있다.
도 8 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인비행체 군집비행에서의 비행안전 및 장애복구 방법의 동작과정을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 농작물 재배분포 영상을 획득하기 위하여 특정 촬영목표 영역이 결정되면, 상기 군집비행 관리서버(200)는 상기 촬영목표 영역의 원점위치로 상기 마스터 무인비행체(110)의 이동을 명령하고(S10), 상기 군집비행 관리서버(200)의 이동명령에 따라 상기 마스터 무인비행체(110)가 이착륙장을 이륙하여 촬영목표 영역의 원점위치로 이동한다(S20).
상기 S20 단계를 통해 특정 촬영목표 영역의 원점위치로 이동된 상기 마스터 무인비행체(110)는 현재 위치에서 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각이 위치할 위치정보를 계산하고, 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각으로 위치좌표를 전달한다(S30).
그러면 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각은 상기 마스터 무인비행체(110)로부터 전달받은 위치좌표를 토대로 근거리 촬영을 위한 원점위치로 이동을 수행하고(S40), 위치이동에 대한 결과를 상기 마스터 무인비행체(110)로 보고한다(S50).
상기 S50 단계를 통해 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각으로부터 위치이동이 보고되면, 상기 마스터 무인비행체(110)는 현재 위치에서 원거리 촬영, 저장 및 백업을 수행한다(S60). 즉 상기 마스터 무인비행체(110)의 장애발생에 대비하여 상기 서브마스터 무인비행체(120)에서 상기 마스터 무인비행체(110)에서 촬영한 원거리 촬영영상을 수신하여 저장하는 것이다.
상기 S60 단계를 도 9를 참조하여 상세하게 설명하면, 상기 마스터 무인비행체(110)는 원거리 촬영을 수행하여 저장한 후(S61), 상기 서브마스터 무인비행체(120)로 원거리 영상의 저장을 요청한다(S62).
그러면 상기 서브마스터 무인비행체(120)는 상기 마스터 무인비행체(110)의 원거리 영상 저장요청에 대한 응답을 수행하고(S63), 상기 마스터 무인비행체(110)로부터 원거리 촬영영상이 전송되면(S64), 상기 원거리 촬영영상을 저장한 후(S65), 상기 마스터 무인비행체(110)로 원거리 촬영영상의 저장완료 보고를 수행한다(S66).
이처럼 상기 S60 단계를 통해 상기 원거리 촬영영상을 상기 서브마스터 무인비행체(120)에 백업한 이후, 상기 마스터 무인비행체(110)는 상기 원거리 촬영영상의 범위 내에서 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각의 촬영범위를 계산하고, 상기 계산된 촬영범위를 참조하여 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각이 수평으로 군집비행하면서 근거리 영상을 촬영할 수 있는 경로를 설정한다(S70).
상기 S70 단계에서 설정된 경로는 무선통신을 통해 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각으로 전송되어 근거리 촬영을 수행하도록 한다(S80).
또한 상기 S90 단계를 통해 상기 마스터 무인비행체(100)로부터 경로설정 정보를 제공받은 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각은 군집비행을 통해 근거리 촬영, 저장 및 백업을 수행한다(S90). 즉 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130)의 장애발생에 대비하여 상기 마스터 무인비행체(110)에서 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130)에서 촬영한 근거리 촬영영상을 수신하여 저장하는 것이다.
상기 S90 단계를 도 10을 참조하여 상세하게 설명하면, 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각은 군집비행을 통해 근거리 촬영을 수행하여 저장한 후(S91), 상기 마스터 무인비행체(110)로 근거리 영상의 저장을 요청한다(S92).
그러면 상기 마스터 무인비행체(110)는 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각의 근거리 영상 저장요청에 대한 응답을 수행하고(S93), 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각으로부터 근거리 촬영영상이 전송되면(S94), 상기 근거리 촬영영상을 저장한 후(S95), 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각으로 근거리 촬영영상의 저장완료 보고를 수행한다(S96).
상기 S90 단계를 통해 상기 근거리 촬영영상을 상기 마스터 무인비행체(110)에 백업한 이후, 상기 마스터 무인비행체(110), 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각은 촬영목표 영역에서의 촬영이 모두 종료될 때까지 상기 마스터 무인비행체(110)의 경로이동과 원거리 영상 촬영, 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각에서의 상대 위치 이동과 근거리 영상 촬영을 반복하여 수행한다(S100).
한편, 상기 S10 내지 S100 단계를 통해 각각의 무인비행체(100)가 촬영목표 영역에서의 원거리 및 근거리 영상촬영을 수행하는 과정에서, 각각의 무인비행체(100)에서는 다른 무인비행체들의 장애발생 또는 경로이탈을 확인하여 장애발생 또는 경로이탈이 확인된 특정 해당 무인비행체를 제외한 정상적으로 작동중인 나머지 무인비행체의 원위치 복귀를 제어하거나, 근접한 무인비행체 상호간의 충돌을 회피하는 동작을 수행할 수 있다(S110).
예를 들어 상기 마스터 무인비행체(110) 또는 상기 서브마스터 무인비행체(120)에서 다른 무인비행체의 장애발생 또는 경로이탈을 확인하고, 장애발생 또는 경로이탈이 발생하는 경우 수행하는 원위치 복귀과정을 도 11과 도 12를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 11은 상기 마스터 무인비행체(110)의 장애발생이나 경로이탈이 확인된 경우 상기 서브마스터 무인비행체(120)에서 수행하는 원위치 복귀과정의 일 예를 나타낸 도면으로서, 상기 마스터 무인비행체(110)에서 상기 서브마스터 무인비행체(120)로 근거리 촬영을 수행할 경로 정보를 전송하면(S200), 상기 서브마스터 무인비행체(120)는 촬영위치로 이동한 후(S210), 상기 마스터 무인비행체(110)로 이동완료 보고를 수행한다(S220).
그러나 상기 마스터 무인비행체(110)가 작동 오류, 배터리 방전 등의 이유로 장애발생이나 경로이탈이 되면, 상기 서브마스터 무인비행체(120)로부터 이동완료 보고를 받을 수 없게 되며, 이에 따라 상기 서브마스터 무인비행체(110)는 상기 마스터 무인비행체(110)로부터 응답신호를 수신하지 못한다(S230).
그러면 상기 서브마스터 무인비행체(120)는 기 설정시간을 대기하고(S240), 기 설정시간이 경과되면 다시 상기 마스터 무인비행체(110)로 이동완료 보고를 수행한다(S250).
그리고 상기 마스터 무인비행체(110)로부터 응답신호가 수신되지 않으면(S260), 상기 서브마스터 무인비행체(120)는 상기 마스터 무인비행체(110)에 장애가 발생한 것으로 확인하고(S270), 정상적으로 구동중인 서브 무인비행체(130) 각각으로 복귀명령을 전송하여 복귀프로세스에 의한 원위치 복귀를 수행할 수 있도록 한다(S280). 즉 상기 마스터 무인비행체(110)의 장애발생 또는 경로이탈이 확인되면, 상기 서브마스터 무인비행체(120)는 마스터로 변경되어 기 설정된 예비 통신채널로 전환을 수행하며, 상기 예비 통신채널을 통해 상기 서브 무인비행체(130) 각각으로 복귀명령을 전송하여 기 설정된 복귀프로세서에 의해 원위치로 복귀하도록 하는 것이다.
이때 상기 S280 단계를 통해 다른 서브 무인비행체(130)로 복귀명령을 전송한 이후, 상기 서브마스터 무인비행체(120)는 일정 시간이 경과하면 기 설정된 복귀프로세서를 가동하여 원위치로의 복귀를 수행한다.
한편, 장애발생 또는 경로이탈이 확인된 상기 마스터 무인비행체(110)는 제어모듈 기능은 활성화 상태를 유지하여 자체적으로 원위치 복귀가 가능하다면, 기 설정된 복귀프로세스에 따라 원위치 복귀를 수행한다(S290). 만일 자체적으로 원위치 복귀가 불가능한 경우 관리자 측에서 장애발생 또는 경로이탈한 무인비행체를 회수한다.
도 12는 상기 서브마스터 무인비행체(120)의 장애발생이나 경로이탈이 확인된 경우 상기 마스터 무인비행체(110)에서 수행하는 원위치 복귀과정의 일 예를 나타낸 도면으로서, 상기 마스터 무인비행체(110)에서 상기 서브마스터 무인비행체(120) 또는 서브 무인비행체(130)로 근거리 촬영을 수행할 경로 정보를 전송한 후(S300), 작동 오류, 배터리 방전 등의 이유로 장애발생이나 경로이탈이 된 상기 서브마스터 무인비행체(120) 또는 서브 무인비행체(130)로부터 응답신호를 수신하지 못하면(S310), 기 설정시간을 대기한다(S320).
또한 상기 마스터 무인비행체(110)는 기 설정시간이 경과되면 다시 상기 서브마스터 무인비행체(120) 또는 서브 무인비행체(130)로 근거리 촬영을 수행할 경로 정보를 전송한다(S330).
상기 S330 단계를 통해 다시 한 번 근거리 촬영을 수행할 경로 정보를 전송한 후, 상기 서브마스터 무인비행체(120) 또는 서브 무인비행체(130)로부터 응답신호를 수신하지 못하면, 상기 마스터 무인비행체(110)는 상기 서브마스터 무인비행체(120) 또는 서브 무인비행체(130)에 장애가 발생한 것으로 확인하고(S350), 정상적으로 구동중인 상기 서브마스터 무인비행체(120) 또는 서브 무인비행체(130) 각각으로 복귀명령을 전송하고(S360), 상기 복귀명령에 의해 정상적으로 구동중인 상기 서브마스터 무인비행체(120) 또는 서브 무인비행체(130) 각각이 원위치 복귀를 수행할 수 있도록 한다(S370).
이후 상기 마스터 무인비행체(110)는 상기 S370 단계를 통해 정상적으로 구동중인 상기 서브마스터 무인비행체(120) 또는 서브 무인비행체(130) 각각으로 복귀명령을 전송한 이후, 일정 시간이 경과하면 기 설정된 복귀프로세서를 가동하여 원위치로의 복귀를 수행한다.
한편, 장애발생 또는 경로이탈이 확인된 상기 서브마스터 무인비행체(120) 또는 서브 무인비행체(130)는 제어모듈 기능은 활성화 상태를 유지하여 자체적으로 원위치 복귀가 가능하다면, 기 설정된 복귀프로세스에 따라 원위치 복귀를 수행한다(S390). 만일 자체적으로 원위치 복귀가 불가능한 경우 관리자 측에서 장애발생 또는 경로이탈한 무인비행체를 회수한다.
또한 상기 S110 단계에서의 근접한 무인비행체 상호간의 충돌 회피 과정을 도 13을 참조하여 상세하게 설명하면, 상기 무인비행체(100) 각각은 자체적으로 구비된 레이더 센서에서 측정한 감지신호를 확인하고(S400), 다른 무인비행체와의 거리를 확인한다(S410).
상기 S410 단계에서 확인한 다른 무인비행체와의 거리가 기 설정되어 있는 설정값 미만인지의 여부를 판단한다(S420). 즉 다른 무인비행체와의 거리가 기 설정된 거리 이내로 접근하는지를 판단하는 것이다.
상기 S420 단계의 판단결과 다른 무인비행체와의 거리가 설정값 미만이면, 상기 무인비행체는 근접한 무인비행체의 접근방향과 90도 각도 방향으로 일정 거리를 이동하여 상호간의 충돌을 회피한다(S430).
무인비행체 상호간의 충돌을 회피한 이후, 해당 무인비행체는 레이더 센서에서 측정한 감지신호를 확인하고(S440), 다른 무인비행체와의 거리를 확인한 후(S450), 다른 무인비행체와의 거리가 기 설정되어 있는 설정값 미만인지의 여부를 판단한다(S460).
상기 S420 단계의 판단결과 다른 무인비행체와의 거리가 설정값 이상이면, 상기 무인비행체는 원래 예정된 경로의 좌표로 이동을 수행한다(S470).
도 8을 다시 참조하여, 상기 S10 내지 S100 단계를 통해 특정 촬영목표 영역에서의 정상적인 촬영이 모두 종료되면, 상기 마스터 무인비행체(110)는 복귀프로그램을 가동하고(S120), 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각으로 복귀 명령을 전달한다(S130).
이에 따라 상기 마스터 무인비행체(110), 상기 서브마스터 무인비행체(120) 및 서브 무인비행체(130) 각각은 이착륙장으로 복귀하고(S140), 복귀가 완료되면 카메라로 촬영한 원거리 촬영영상과 근거리 촬영영상을 상기 근접비행 관리서버(200)로 업로드함으로써, 상기 근접비행 관리서버(200)에서 상기 촬영목표 영역의 원거리 촬영영상 및 근거리 촬영영상을 토대로 경로위치별 중복정보 분석, 처리 및 영상정합을 수행하여 농작물 재배분포 확인을 수행한다(S150).
이처럼, 본 발명은 군집비행을 수행하면서 원거리 및 근거리 촬영을 수행하는 각각의 무인비행체에 장애가 발생하거나 또는 경로가 이탈되어 비행제어를 수행할 수 없는 경우, 마스터 무인비행체 또는 서브마스터 무인비행체에서 다른 무인비행체에 대한 복귀제어를 수행하기 때문에, 어느 하나의 무인비행체에 장애가 발생되더라도 다른 무인비행체의 복귀를 용이하게 수행할 수 있다.
또한 본 발명은 마스터 무인비행체 및 서브마스터를 포함한 복수의 서브 무인비행체 각각에서 자체적으로 구비된 레이더 센서를 사용하여 다른 무인비행체가 일정 거리 이내로 접근하는 경우 접근방향으로부터 소정 각도로 일정 거리를 이동하도록 제어하기 때문에, 무인비행체들 상호간의 충돌을 방지할 수 있다.
또한 본 발명은 서브마스터 무인비행체에서 마스터 무인비행체에서 촬영한 원거리 촬영영상을 백업하여 저장하고, 마스터 무인비행체에서 서브마스터 및 서브 무인비행체에서 각각 촬영한 근거리 촬영영상을 백업하여 저장하기 때문에, 각각의 무인비행체에서의 농작물 재배분포 영상 획득을 위한 촬영 작업을 차질 없이 수행할 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 판단되어야 할 것이다.
100 : 무인비행체
110 : 마스터 무인비행체
120 : 서브마스터 무인비행체
130 : 서브 무인비행체
200 : 군집비행 관리서버
300 : 데이터베이스
110 : 마스터 무인비행체
120 : 서브마스터 무인비행체
130 : 서브 무인비행체
200 : 군집비행 관리서버
300 : 데이터베이스
Claims (12)
- RTK(Real Time Kinematic)-GPS 위치정보를 활용하여 특정 촬영목표 영역을 군집비행하면서 영상획득을 위한 촬영을 수행하는 과정에서, 다른 무인비행체의 장애발생 또는 경로이탈을 확인하는 진단부; 및
특정 무인비행체에 장애발생 또는 경로이탈이 확인되면, 상기 장애발생 또는 경로이탈이 확인된 특정 무인비행체를 제외한 정상적으로 동작중인 나머지 무인비행체로 복귀명령을 전달하고, 기 설정된 복귀프로세스에 따라 자신의 원위치 복귀를 수행하는 복귀제어부;를 포함하고,
상기 진단부는 다른 무인비행체와의 무선통신에 따른 제어명령 또는 보고신호 전송 후 기 설정 시간 이내에 응답신호가 수신되지 않으며, 상기 응답신호의 수신이 기 설정 횟수 이상 수행되지 않으면 다른 무인비행체의 장애발생 또는 경로이탈로 확인하는 것을 특징으로 하는 무인비행체 군집비행에서의 비행안전 및 장애복구 시스템. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 복귀명령은,
상기 RTK-GPS 위치정보를 활용하여 특정 촬영목표 영역을 이동하면서 원거리 촬영을 수행하고, 상기 수행한 원거리 촬영영상을 토대로 근거리 촬영을 수행할 복수의 서브 무인비행체의 경로를 설정하는 하나의 마스터 무인비행체, 또는
상기 설정한 경로를 토대로 촬영위치로 이동한 다음 RTK-GPS 위치정보를 활용하여 군집비행하면서 근거리 영상을 촬영하는 복수의 서브 무인비행체 중에서 설정되는 어느 하나의 서브마스터 무인비행체에서 수행하는 것을 특징으로 하는 무인비행체 군집비행에서의 비행안전 및 장애복구 시스템. - 청구항 3에 있어서,
상기 마스터 무인비행체는,
상기 서브마스터 무인비행체 또는 상기 서브 무인비행체의 장애발생 또는 경로이탈이 확인되면, 상기 장애발생 또는 경로이탈이 확인된 특정 서브마스터 무인비행체 또는 서브 무인비행체를 제외한 정상적으로 동작하는 서브마스터 무인비행체 또는 서브 무인비행체로 복귀명령을 전송하여 원위치 복귀를 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 무인비행체 군집비행에서의 비행안전 및 장애복구 시스템. - 청구항 3에 있어서,
상기 서브마스터 무인비행체는,
상기 마스터 무인비행체의 장애발생 또는 경로이탈이 확인되면 기 설정된 예비 통신채널로 전환하고, 상기 전환한 예비 통신채널을 통해 상기 서브 무인비행체로 복귀명령을 전송하여 원위치 복귀를 수행하도록 하며,
상기 서브 무인비행체는,
상기 마스터 무인비행체의 장애발생 또는 경로이탈에 따라 전환된 예비 통신채널을 통해 상기 서브마스터 무인비행체와 무선통신을 수행하는 것을 특징으로 하는 무인비행체 군집비행에서의 비행안전 및 장애복구 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 비행안전 및 장애복구 시스템은,
레이더 센서에서 측정한 감지신호를 토대로 다른 무인비행체와의 거리가 기 설정된 거리 이내로 접근하면 접근방향으로부터 소정 각도 방향으로 기 설정된 거리만큼 이동하고, 소정 각도 방향으로 이동한 후 다른 무인비행체가 기 설정된 거리 이내에 감지되지 않으면 비행할 원래의 좌표로 이동하여, 무인비행체 상호간의 충돌을 방지하는 충돌 회피부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인비행체 군집비행에서의 비행안전 및 장애복구 시스템. - 비행안전 및 장애복구 시스템에서 RTK-GPS 위치정보를 활용하여 특정 촬영목표 영역을 군집비행하면서 영상획득을 위한 촬영을 수행하는 과정에서, 진단부를 통하여 다른 무인비행체의 장애발생 또는 경로이탈을 확인하는 진단 단계; 및
상기 진단 단계에서 특정 무인비행체에 장애발생 또는 경로이탈이 확인되면, 복귀제어부를 통하여 상기 장애발생 또는 경로이탈이 확인된 특정 무인비행체를 제외한 정상적으로 동작중인 나머지 무인비행체로 복귀명령을 전달하고, 기 설정된 복귀프로세스에 따라 자신의 원위치 복귀를 수행하는 복귀 제어 단계;를 포함하고,
상기 진단 단계는, 다른 무인비행체와의 무선통신에 따른 제어명령 또는 보고신호 전송 후의 기 설정 시간 이내에 응답신호가 수신되지 않으며, 상기 응답신호의 수신이 기 설정 횟수 이상 수행되지 않으면 다른 무인비행체의 장애발생 또는 경로이탈로 확인하는 것을 특징으로 하는 무인비행체 군집비행에서의 비행안전 및 장애복구 방법. - 삭제
- 청구항 7에 있어서,
상기 복귀 제어 단계에서의 상기 복귀명령은,
상기 RTK-GPS 위치정보를 활용하여 특정 촬영목표 영역을 이동하면서 원거리 촬영을 수행하고, 상기 수행한 원거리 촬영영상을 토대로 근거리 촬영을 수행할 복수의 서브 무인비행체의 경로를 설정하는 하나의 마스터 무인비행체, 또는
상기 설정한 경로를 토대로 촬영위치로 이동한 다음 RTK-GPS 위치정보를 활용하여 군집비행하면서 근거리 영상을 촬영하는 복수의 서브 무인비행체 중에서 설정되는 어느 하나의 서브마스터 무인비행체에서 수행하는 것을 특징으로 하는 무인비행체 군집비행에서의 비행안전 및 장애복구 방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 마스터 무인비행체는,
상기 서브마스터 무인비행체 또는 상기 서브 무인비행체의 장애발생 또는 경로이탈이 확인되면, 상기 장애발생 또는 경로이탈이 확인된 특정 서브마스터 무인비행체 또는 서브 무인비행체를 제외한 정상적으로 동작하는 서브마스터 무인비행체 또는 서브 무인비행체로 복귀명령을 전송하여 원위치 복귀를 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 무인비행체 군집비행에서의 비행안전 및 장애복구 방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 서브마스터 무인비행체는,
상기 마스터 무인비행체의 장애발생 또는 경로이탈이 확인되면 기 설정된 예비 통신채널로 전환하고, 상기 전환한 예비 통신채널을 통해 상기 서브 무인비행체로 복귀명령을 전송하여 원위치 복귀를 수행하도록 하며,
상기 서브 무인비행체는,
상기 마스터 무인비행체의 장애발생 또는 경로이탈에 따라 전환된 예비 통신채널을 통해 상기 서브마스터 무인비행체와 무선통신을 수행하는 것을 특징으로 하는 무인비행체 군집비행에서의 비행안전 및 장애복구 방법. - 청구항 7에 있어서,
상기 비행안전 및 장애복구 방법은,
충돌 회피부를 통하여, 무인비행체 각각에 구비된 레이더 센서에서 측정한 감지신호를 토대로 다른 무인비행체와의 거리가 기 설정된 거리 이내로 접근하면 접근방향으로부터 소정 각도 방향으로 기 설정된 거리만큼 이동하고, 소정 각도 방향으로 이동한 후 다른 무인비행체가 기 설정된 거리 이내에 감지되지 않으면 비행할 원래의 좌표로 이동하여, 무인비행체 상호간의 충돌을 방지하는 충돌 회피 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인비행체 군집비행에서의 비행안전 및 장애복구 방법.
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