KR102015493B1 - 최소비용경로 분석 장치 및 방법 - Google Patents

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KR102015493B1
KR102015493B1 KR1020170126542A KR20170126542A KR102015493B1 KR 102015493 B1 KR102015493 B1 KR 102015493B1 KR 1020170126542 A KR1020170126542 A KR 1020170126542A KR 20170126542 A KR20170126542 A KR 20170126542A KR 102015493 B1 KR102015493 B1 KR 102015493B1
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Abstract

본 발명은 언덕이 많은 지형에서 최소비용경로를 결정하기 위하여 무빙윈도우의 크기를 확장하고 절토 및 성토 작업을 통해 지형을 일부 변형시킨 후 최소비용경로를 분석하는 최소비용경로 분석 장치 및 방법에 관한 것이다.
상기 최소비용경로 분석장치는, 최소 비용 경로 산출 대상 셀들 사이의 이동 경로 중 하나 이상의 이동 경로의 경사도가 기 설정된 경사도 임계 범위 내에 존재하도록 셀들의 범위를 설정하는 무빙윈도우(moving window)를 생성하는 무빙윈도우 설정부;
상기 무빙윈도우(moving-window)의 크기 범위 내의 출발지점 셀에서 인접한 복수의 셀에 각각 직선 연결하여 각각의 복수의 경사도정보를 산출하는 경사도 산출부;
상기 복수의 경사도정보 중 기 설정된 제한 경사 범위에 포함되는 적정 경사도정보를 추출하여 도착지점 셀을 추출하는 도착지점 셀 추출부; 및
상기 출발지점 셀과 상기 도착지점 셀 사이에 장애물 셀들이 존재하는 경우, 절토 또는 성토 작업을 수행하여 지형 고도를 보정하고, 실제 고도와 보정된 고도의 차이에 대한 가중치에 따라 상기 도착지점 셀까지의 누적이동비용을 계산하여 최소비용경로를 분석하는 최소비용경로 분석부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

최소비용경로 분석 장치 및 방법{Least-Cost Path Analysis Device and method thereof}
본 발명은 언덕이 많은 지형에서 최소비용경로를 분석하는 최소비용경로 분석 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적인 래스터 기반 LCPA(Least-cost path analysis) 알고리즘들은 임의의 셀에서 이동 가능한 다른 셀들을 탐색하기 위해 일반적으로 3×3 크기의 무빙윈도우(moving-window)를 사용한다. 그러나 3×3 크기의 무빙윈도우(moving-window)는 인접해있는 셀들 간의 이동 경로만을 탐색할 수 있기 때문에 이동 가능한 최대 경사 조건 등과 같이 제약조건이 존재할 경우 특정 셀에서는 이동 가능한 경로를 찾지 못하는 상황이 발생할 수 있다. 이에 따라 무빙윈도우(moving-window)의 크기를 확장하여 인접해있는 셀들뿐만 아니라 인접해있지 않은 셀들까지 고려하고, 최대 경사 조건에서 이동 가능한 경로를 분석할 수 있는 새로운 알고리즘의 개발이 요구되고 있다.
실세계에서는 경로결정시 지형 경사도에 대한 절토 제약조건이 존재하는 경우가 많다. 도로나 운하와 같은 구조물들은 최대 경사조건을 초과하는 지형에서 건설되기 어렵고, 건설이 되더라도 구조물들을 사용하고 유지하는 것이 어렵기 때문이다. 지형을 고려할 수 있는 기존의 래스터 기반 LCPA 기법들은 지형 경사도에 대한 절토 제약 조건을 만족하지 못하는 셀간의 이동경로에 무한대에 가까운 높은 비용을 할당하여 최소비용경로에 포함되지 않도록 하였다. 그러나 언덕이 많은 지형에서는 셀들 간의 이동경로들이 지형 경사도에 대한 절토 제약 조건을 만족하지 못하는 경우가 대부분이기 때문에 기존에 개발된 래스터 기반 LCPA 기법들을 적용할 경우 출발지부터 도착지까지의 최소비용경로를 찾지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
한국 등록특허 제10-0979745(2010년08월27일)
따라서 래스터 기반 LCPA 적용 시 지형 경사도에 대한 경사 제약 조건을 만족하지 못하는 경우 절토 및 성토 작업을 통해 지형을 일부 변형시킨 후 최소비용경로를 분석할 수 있는 새로운 알고리즘의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 필요성에 따라 언덕이 많은 지형에서 최소비용경로를 결정하기 위하여 무빙윈도우의 크기를 확장하고 절토 및 성토 작업을 통해 지형을 일부 변형시킨 후 최소비용경로를 분석하는 최소비용경로 분석 장치 및 방법의 제공에 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 최소비용경로 분석장치는,
최소 비용 경로 산출 대상 셀들 사이의 이동 경로 중 하나 이상의 이동 경로의 경사도가 기 설정된 경사도 임계 범위 내에 존재하도록 셀들의 범위를 설정하는 무빙윈도우(moving window)를 생성하는 무빙윈도우 설정부;
상기 무빙윈도우(moving-window)의 크기 범위 내의 출발지점 셀에서 인접한 복수의 셀에 각각 직선 연결하여 각각의 복수의 경사도정보를 산출하는 경사도 산출부;
상기 복수의 경사도정보 중 기 설정된 제한 경사 범위에 포함되는 적정 경사도정보를 추출하여 도착지점 셀을 추출하는 도착지점 셀 추출부; 및
상기 출발지점 셀과 상기 도착지점 셀 사이에 장애물 셀들이 존재하는 경우, 절토 또는 성토 작업을 수행하여 지형 고도를 보정하고, 장애물 셀들의 실제 고도와 보정된 고도의 차이에 대한 가중치를 반영한 장애물 셀들의 지형 변화에 따른 이동비용을 함께 고려하여 상기 출발지점 셀로부터 상기 도착지점 셀까지의 누적이동비용을 계산함으로써 최소비용경로를 분석하는 최소비용경로 분석부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 무빙윈도우 설정부는,
기 설정된 기본 무빙윈도우(moving-window)의 크기 범위 내의 출발지점 셀에서 인접한 복수의 셀에 각각 직선 연결하여 각각의 복수의 경사도정보를 산출한 후, 상기 복수의 경사도정보들 전체가 기 설정된 경사도 임계 범위 내에 존재하지 않는 경우, 상기 경사도 임계 범위 내에 경사도정보가 존재하는 범위까지 상기 기본 무빙윈도우(moving-window)의 크기 범위를 확장하여 확장 무빙윈도우(moving-window)를 생성하도록 구성될 수 있다.
상기 최소비용경로 분석부는,
상기 출발지점 셀에서 상기 도착지점 셀을 선으로 연결하여 상기 선이 통과하는 복수의 통과셀의 접점정보를 생성하고, 상기 통과셀의 x,y 좌표정보, 크기정보, 고도정보에 따라 상기 통과셀을 지나가는 경사선의 2.5차원 물리적 거리인 제1 거리정보를 산출하는 제1 거리정보 산출부;
제1 내지 제i 기준접점의 x,y 좌표정보에 따라 제1 기준접범과 제i 기준접점 사이의 2차원 물리적 거리인 제2 거리정보를 산출하고, 상기 제2 거리정보에 상기 출발지점 셀과 상기 도착지점 셀 사이의 경사각의 tan값을 곱하여 제i 접점의 고도정보를 산출하고 상기 제1 기준접점의 고도정보와 상기 제i 기준접점의 고도정보에 따라 수정된 고도정보를 산출하는 수정 고도정보 산출부;
삭제
상기 통과셀 각각의 상기 수정 고도정보에서 상기 고도정보의 차에 따라 고도 차 정보를 생성하고, 상기 고도 차 정보에 따라 절토 및 성토에 대한 가중치를 부여하고, 각각의 상기 통과셀의 단위거리 당 비용정보, 각각의 상기 제1 거리정보(2.5 차원 거리정보), 각각의 상기 통과셀의 가중치, 경사에 대한 가중치, 각도의 차이에 대한 가중치에 따라 이동비용을 산출하는 이동비용 산출부; 및
상기 기 저장된 알고리즘에 따라 상기 이동비용을 이용하여 누적이동비용정보를 산출하는 누적이동비용 산출부를 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 제1 거리정보 산출부는, 아래의 수식
Figure 112017095513779-pat00001
(
Figure 112017095513779-pat00002
는 cell들의 집합,
Figure 112017095513779-pat00003
는 접점들의 집합,
Figure 112017095513779-pat00004
는 i번째로 통과하는 셀,
Figure 112017095513779-pat00005
는 i번째로 통과하는 접점을 의미하고,
Figure 112017095513779-pat00006
는 i번째 cell을 지나가는 선의 물리적 거리 (m),
Figure 112017095513779-pat00007
(
Figure 112017095513779-pat00008
)는 i번째 접점의 x좌표(y좌표),
Figure 112017095513779-pat00009
는 cell의 크기(size),
Figure 112017095513779-pat00010
는 Cell N과 S 사이의 2차원 물리적 거리 (m),
Figure 112017095513779-pat00011
는 i번째로 통과하는 cell을 지나가는 선의 2.5차원 물리적 거리 (m),
Figure 112017095513779-pat00012
는 i번째 접점의 고도 (m),
Figure 112017095513779-pat00013
는 I번째 cell의 고도 (m)를 의미한다.) 을 이용하여 상기 제1 거리정보를 산출하도록 구성될 수 있다.
상기 수정 고도정보 산출부는, 아래의 수식
Figure 112017095513779-pat00014
(
Figure 112017095513779-pat00015
는 1번째 기준접점과 i번째 기준접점 사이의 2차원 물리적 거리 (m),
Figure 112017095513779-pat00016
(
Figure 112017095513779-pat00017
)는 i번째 기준접점의 x좌표(y좌표),
Figure 112017095513779-pat00018
는 i번째 기준접점의 고도 (m),
Figure 112017095513779-pat00019
는 i번째 cell의 수정된 고도(m)) 을 이용하여 상기 수정된 고도정보를 산출하도록 구성될 수 있다.
상기 이동비용 산출부는, 아래의 수식
Figure 112017095513779-pat00020
(
Figure 112017095513779-pat00021
는 i번째 cell에서의 수정된 고도와 실제 고도의 차이 (m),
Figure 112017095513779-pat00022
는 Cell N에서 S로 이동할 때 발생하는 이동 비용(travel cost),
Figure 112017095513779-pat00023
은 Cell N의 node와 S의 node를 이은 선이 통과하는 cell들의 개수,
Figure 112017095513779-pat00024
는 i번째로 통과하는 cell의 단위거리 당 비용(cost per unit length),
Figure 112017095513779-pat00025
는 i번째로 통과하는 cell을 지나가는 선의 2.5차원 물리적 거리 (m),
Figure 112017095513779-pat00026
는 i번째로 통과하는 cell에서 발생하는 절토 및 성토에 대한 가중치(Cut and Fill Factor),
Figure 112017095513779-pat00027
는 Cell N에서 S로 이동할 때 발생하는 경사에 대한 가중치(Vertical Factor),
Figure 112017095513779-pat00028
는 Cell N을 향해 들어오는 path의 각도(반시계 방향)와 Cell N에서 S로 나가는 path의 각도(반시계 방향)의 차이에 대한 가중치(Horizontal Factor)) 을 이용하여 상기 이동비용을 산출하도록 구성될 수 있다.
상기 누적이동비용 산출부는, 아래의 수식
Figure 112017095513779-pat00029
(
Figure 112017095513779-pat00030
는 Cell S의 누적이동비용, (
Figure 112017095513779-pat00031
)는 Cell N의 누적이동비용,
Figure 112017095513779-pat00032
는 Cell N에서 S로 이동할 때 발생하는 이동비용) 을 이용하여 상기 누적이동비용을 산출하도록 구성될 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 최소비용경로 분석방법은,
최소 비용 경로 산출 대상 셀들 사이의 이동 경로 중 하나 이상의 이동 경로의 경사도가 기 설정된 경사도 임계범위 내에 존재하도록 셀들의 범위를 설정하는 무빙윈도우(moving window)를 생성하는 무빙윈도우 설정단계;
상기 무빙윈도우(moving window)의 크기 범위 내의 상기 출발지점 셀에서 인접한 복수의 셀에 각각 직선 연결하여 각각의 복수의 경사도정보를 산출하는 경사도 산출단계;
상기 복수의 경사도정보 중 기 설정된 제한 경사 범위에 포함되는 적정 경사도정보를 추출하여 도착지점 셀을 추출하는 도작지점 셀 추출단계; 및
상기 출발지점 셀과 상기 도착지점 셀 사이에 장애물 셀들이 존재하는 경우, 절토 또는 성토 작업을 수행하여 지형 고도를 보정하고, 장애물 셀들의 실제 고도와 보정된 고도의 차이에 대한 가중치를 반영한 장애물 셀들의 지형 변화에 따른 이동비용을 함께 고려하여 상기 출발지점 셀로부터 상기 도착지점 셀까지의 누적이동비용을 계산함으로써 최소비용경로를 분석하는 최소비용경로 분석단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 언덕이 많은 지형에서 최소비용경로를 결정하기 위하여 무빙윈도우의 크기를 확장하고 절토 및 성토 작업을 통해 지형을 일부 변형시킨 후 최소비용경로를 분석할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 최소비용경로 분석장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 무빙윈도우 설정부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 제1 거리정보 산출부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 수정 고도정보 산출부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 수식 3에 사용된 매개 변수를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 실시예에 따른 수정 고도정보 산출부의 동작을 개략적으로 나타낸 도면이다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서에서 단어 "예시적인" 은 "예로서, 일례로서, 또는 예증으로서 역할을 한다."라는 것을 의미하기 위해 이용된다. "예시적"으로서 본 명세서에서 설명된 임의의 양태들은 다른 양태들에 비해 반드시 선호되거나 또는 유리하다는 것으로서 해석되어야 하는 것만은 아니다.
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. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 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 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 최소비용경로 분석장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
최소비용경로 분석장치(1)는 무빙윈도우 설정부(10), 경사도 산출부(20), 도착지점 셀 추출부(30) 및 최소비용경로 분석부(40)를 포함한다. 여기서, 최소비용경로 분석부(40)는 제1 거리정보 산출부(42), 수정 고도정보 산출부(44), 이동비용 산출부(46) 및 누적이동비용 산출부(48)를 포함한다.
무빙윈도우 설정부(10)는 최소 비용 경로 산출 대상 셀들 사이의 이동 경로 중 하나 이상의 이동 경로의 경사도가 기 설정된 경사도 임계 범위 내에 존재하도록 셀들의 범위를 설정하도록 구성된다. 무빙윈도우 설정부(10)는 기 설정된 기본 무빙윈도우(moving-window)의 크기 범위 내의 출발지점 셀에서 인접한 복수의 셀에 각각 직선 연결하여 각각의 복수의 경사도정보를 산출한 후, 복수의 경사도정보들 전체가 기 설정된 경사도 임계 범위 내에 존재하지 않는 경우, 경사도 임계 범위 내에 경사도정보가 존재하는 범위까지 기본 무빙윈도우(moving-window)의 크기 범위를 확장하여 확장 무빙윈도우(moving-window)를 생성하도록 구성된다. 도 2는 본 실시예에 따른 무빙윈도우 설정부의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 무빙윈도우 설정부(10)의 동작을 도 2를 통해 설명한다.
도 2의 (a), (b)는 지형을 고려한 최적경로 분석 시 무빙윈도우(moving-window)의 확장이 필요한 경우를 나타낸다. 무빙윈도우 설정부(10)는 예컨대, 임의의 지점에서 상향 경사 방향으로 이동할 수 있는 지형 경사도의 최댓값이 12도로 제한되고 하향 경사 방향으로 이동할 수 있는 지형 경사도의 최소값이 -12도로 제한한다. 이 경우, 무빙윈도우 설정부(10)는 도 1의 (a)와 같이 3×3 크기의 무빙윈도우(moving-window)를 사용하면 출발지점 셀과 주변의 8방향 인접 셀들 간에 형성되는 지형 경사도가 모두 제한 경사 -12도 내지 12도 범위를 초과하게 되므로, 이동 가능한 경로를 찾지 못하게 된다. 따라서 무빙윈도우 설정부(10)는 3×3 크기의 무빙윈도우(moving-window)의 크기 범위를 도 1의 (b)와 같이 확장하여 확장 무빙윈도우(moving-window)를 생성하여 출발지점 셀과 인접하지 않은 (non-adjacent) 셀들 중 12도 이하의 지형 경사도를 만족하는 셀들을 찾으면 더 이상 무빙윈도우(moving-window)의 크기를 확장하지 않는다.
경사도 산출부(20)는 무빙윈도우(moving-window)의 크기 범위 내의 상기 출발지점 셀에서 인접한 복수의 셀에 각각 직선 연결하여 각각의 복수의 경사도정보를 산출하도록 구성된다.
도착지점 셀 추출부(30)는 복수의 경사도정보 중 기 설정된 제한 경사 범위에 포함되는 적정 경사도정보를 추출하여 도착지점 셀을 추출하도록 구성된다.
최소비용경로 분석부(40)는 출발지점 셀과 도착지점 셀 사이에 장애물 셀들이 존재하는 경우, 절토 또는 성토 작업을 수행하여 지형 고도를 보정하고, 장애물 셀들의 실제 고도와 보정된 고도의 차이에 대한 가중치를 반영한 장애물 셀들의 지형 변화에 따른 이동비용을 함께 고려하여 출발지점 셀로부터 도착지점 셀까지의 누적이동비용을 계산함으로써 최소비용경로를 분석하도록 구성된다.
최소비용경로 분석부(40)는 제1 거리정보 산출부(42), 수정 고도정보 산출부(44), 이동비용 산출부(46) 및 누적이동비용 산출부(48)를 포함하고, 각각의 구성요소에 대해서는 이하 상세히 후술한다.
도 3은 본 실시예에 따른 제1 거리정보 산출부의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 제1 거리정보 산출부(42)의 동작을 도 3을 통해 설명한다.
제1 거리정보 산출부(42)는 출발지점 셀에서 도착지점 셀을 선으로 연결하여 선이 통과하는 복수의 통과셀의 접점정보를 생성하고, 통과셀의 x,y 좌표정보, 크기정보, 고도정보에 따라 2.5차원 물리적 거리인 제1 거리정보를 산출하도록 구성된다.
도 3의 (a)와 (b)를 보면, 제1 거리정보 산출부(42)는 출발지점 셀인 Cell N(=Cell 1)에서 도착지점 셀 Cell S(=Cell 6)를 선으로 연결하여 선이 통과하는 복수의 통과셀 Cell 2, Cell 3, Cell 4, Cell 5의 접점정보인 Point 1, Point 2, Point 3, Point 4, Point 5, Point 6, Point 7을 생성한다. 제1 거리정보 산출부(42)는 통과셀의 x,y 좌표정보, 크기정보, 고도정보에 따라 2.5차원(주어진 X, Y좌표를 위해 하나의 Z값을 가지는 표면) 물리적 거리인 제1 거리정보를 산출한다.
여기서, 제1 거리정보 산출부(42)는 수식 1을 이용하여 제1 거리정보를 산출한다.
Figure 112017095513779-pat00033
(
Figure 112017095513779-pat00034
는 cell들의 집합,
Figure 112017095513779-pat00035
는 접점들의 집합,
Figure 112017095513779-pat00036
는 i번째로 통과하는 셀,
Figure 112017095513779-pat00037
는 i번째로 통과하는 접점을 의미하고,
Figure 112017095513779-pat00038
는 i번째 cell을 지나가는 선의 물리적 거리 (m), (
Figure 112017095513779-pat00039
,
Figure 112017095513779-pat00040
)는 i번째 접점의 (x좌표, y좌표),
Figure 112017095513779-pat00041
는 cell의 크기(size),
Figure 112017095513779-pat00042
는 Cell N과 S 사이의 2차원 물리적 거리 (m),
Figure 112017095513779-pat00043
는 i번째로 통과하는 cell을 지나가는 선의 2.5차원 물리적 거리 (m),
Figure 112017095513779-pat00044
는 i번째 접점의 고도 (m),
Figure 112017095513779-pat00045
는 I번째 cell의 고도 (m)를 의미한다.)
도 4는 본 실시예에 따른 수정 고도정보 산출부의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 수정 고도정보 산출부(44)의 동작을 도 4를 통해 설명한다.
수정 고도정보 산출부(44)는 제1 내지 제i 기준접점을 포함하는 기준접점정보를 기반으로 제1 내지 제i 기준접점의 x,y 좌표정보에 따라 2차원 물리적 거리인 제2 거리정보를 산출하고, 제2 거리정보에 출발지점 셀과 도착지점 셀 사이의 경사각의 tan값을 곱하여 제i 기준접점의 고도정보를 산출하고 제1 기준접점의 고도정보와 제i 기준접점의 고도정보에 따라 수정된 고도정보를 산출하도록 구성된다.
도 4를 보면, 수정 고도정보 산출부(44)는 접정정보인 제1 기준접점인 RP 1, 제2 기준접점인 RP 2, 제3 기준접점인 RP 3, 제4 기준접점인 RP 4, 제5 기준접점인 RP 5, 제6 기준접점인 RP 6, 제7 기준접점인 RP 7, 제8 기준접점인 RP 8을 기반으로 제1 내지 제8 기준접점의 x,y 좌표정보에 따라 2차원 물리적 거리인 제2 거리정보를 산출한다. 수정 고도정보 산출부(44)는 제2 거리정보에 Cell N과 Cell S 사이의 경사
Figure 112019032479683-pat00046
의 tan값을 곱하여 제i 기준접점의 고도정보를 산출하고 제1 기준접점의 고도정보와 제i 기준접점의 고도정보에 따라 수정된 수정 고도정보를 산출한다.
여기서, 수정 고도정보는
Figure 112017095513779-pat00047
가 0보다 크거나 같다면 Cell S에서의 수정된 고도는 Cell N의 고도와 제i 기준접점(도 4에서는 제8 기준접점)의 고도를 합한 것이다. 반면에,
Figure 112017095513779-pat00048
이 0보다 작다면 Cell S에서의 수정된 고도는 Cell N의 고도와 제i 기준접점(도 4에서는 제8 기준접점)의 고도의 차이로 계산된다.
수정 고도정보 산출부(44)는 수식 2를 이용하여 제1 기준접점과 제i 기준접점 사이의 2차원 물리적 거리인 제2 거리정보, 제i 기준접점의 고도정보, 수정 고도정보를 산출한다.
Figure 112017095513779-pat00049
(
Figure 112017095513779-pat00050
는 1번째 기준접점과 i번째 기준접점 사이의 2차원 물리적 거리 (m),
Figure 112017095513779-pat00051
(
Figure 112017095513779-pat00052
)는 i번째 기준접점의 x좌표(y좌표),
Figure 112017095513779-pat00053
는 i번째 기준접점의 고도 (m),
Figure 112017095513779-pat00054
는 i번째 cell의 수정된 고도(m)를 의미한다.)
이동비용 산출부(46)는 통과셀 각각의 수정 고도정보에서 고도정보의 차에 따라 고도 차 정보를 생성하고, 고도 차 정보에 따라 절토 및 성토에 대한 가중치를 부여하고, 각각의 통과셀의 단위거리 당 비용정보, 각각의 제1 거리정보(2.5 차원 거리정보), 각각의 통과셀의 가중치, 경사에 대한 가중치, 각도의 차이에 대한 가중치에 따라 이동비용을 산출하도록 구성된다.
이동비용 산출부(46)는 수식 3을 이용하여 이동비용(travel cost)을 산출한다.
Figure 112017095513779-pat00055
(
Figure 112017095513779-pat00056
는 i번째 cell에서의 수정된 고도와 실제 고도의 차이 (m),
Figure 112017095513779-pat00057
는 Cell N에서 S로 이동할 때 발생하는 이동비용,
Figure 112017095513779-pat00058
은 Cell N의 node와 S의 node를 이은 선이 통과하는 cell들의 개수,
Figure 112017095513779-pat00059
는 i번째로 통과하는 cell의 단위거리 당 비용(cost per unit length),
Figure 112017095513779-pat00060
는 i번째로 통과하는 cell을 지나가는 선의 2.5차원 물리적 거리 (m),
Figure 112017095513779-pat00061
는 i번째로 통과하는 cell에서 발생하는 절토 및 성토에 대한 가중치(Cut and Fill Factor),
Figure 112017095513779-pat00062
는 Cell N에서 S로 이동할 때 발생하는 경사에 대한 가중치(Vertical Factor),
Figure 112017095513779-pat00063
는 Cell N을 향해 들어오는 path의 각도(반시계 방향)와 Cell N에서 S로 나가는 path의 각도(반시계 방향)의 차이에 대한 가중치(Horizontal Factor))
도 5는 수식 3에 사용된 매개 변수를 설명하기 위한 도면이다.
도 5의 (a)를 보면, 장애물 셀의 지형 보정하는 것을 나타낸 도면으로
Figure 112017095513779-pat00064
는 셀 N과 셀 S의 중심 사이의 2.5 차원 물리적 거리(m)를 나타낸다.
Figure 112017095513779-pat00065
(
Figure 112017095513779-pat00066
)는 셀 N (셀 S)의 해발 고도 (m)이다.
Figure 112017095513779-pat00067
는 셀 N에서 셀 S까지의 지형의 기울기(-90도 ~ 90도)이다.
도 5의 (b)를 보면, (a)에 대한 절토 및 성토를 나타낸 그래프로 각 셀의 수정된 고도와 실제 고도 사이의 차이(m)를 나타낸 것으로 절토 및 성토에 대한 가중치(Cut and Fill Factor)를 나타내는 도면이다.
도 5의 (c)를 보면, 셀 N에서 셀 S까지의 라인의 기울기를 계산하기 위한 도면으로
Figure 112017095513779-pat00068
는 셀 N과 셀 S의 중심 사이의 2 차원(2D) 물리적 거리(m)를 나타낸다.
도 5의 (d)를 보면, 수직 계수 그래프의 예를 나타낸 도면이다.
도 5의 (e)를 보면, 셀 N(
Figure 112017095513779-pat00069
)의 중심에서의 유입 경로 방향과 셀 N(
Figure 112017095513779-pat00070
)의 중심에서의 유출 경로 방향 간의 차이를 계산하기위한 도면이다.
도 5의 (f)를 보면, 수평 계수 그래프의 예를 나타낸 도면이다.
누적이동비용 산출부(48)는 기 저장된 알고리즘에 따라 이동비용을 이용하여 누적이동비용정보를 산출하도록 구성된다. 누적이동비용 산출부(48)는 수식 4를 이용하여 누적이동비용정보 산출한다.
Figure 112017095513779-pat00071
(
Figure 112017095513779-pat00072
는 Cell S의 누적이동비용, (
Figure 112017095513779-pat00073
)는 Cell N의 누적이동비용,
Figure 112017095513779-pat00074
는 Cell N에서 S로 이동할 때 발생하는 이동비용을 의미한다.)
도 6은 본 실시예에 따른 수정 고도정보 산출부의 동작을 개략적으로 나타낸 도면이다.
무빙윈도우 설정부(10)는 최소 비용 경로 산출 대상 셀들 사이의 이동 경로 중 하나 이상의 이동 경로의 경사도가 기 설정된 경사도 임계범위 내에 존재하도록 셀들의 범위를 설정하는 무빙윈도우(moving window)를 생성한다(S10).
경사도 산출부(20)는 무빙윈도우(moving window)의 크기 범위 내의 출발지점 셀에서 인접한 복수의 셀에 각각 직선 연결하여 각각의 복수의 경사도정보를 산출한다(S11).
도착지점 셀 추출부(30)는 복수의 경사도정보 중 기 설정된 제한 경사 범위에 포함되는 적정 경사도정보를 추출하여 도착지점 셀을 추출한다(S12).
최소비용경로 분석부(40)의 제1 거리정보 산출부(42)는 출발지점 셀에서 도착지점 셀을 선으로 연결하여 선이 통과하는 복수의 통과셀의 접점정보를 생성하고, 통과셀의 x,y 좌표정보, 크기정보, 고도정보에 따라 2.5차원 물리적 거리인 제1 거리정보를 산출한다(S13).
최소비용경로 분석부(40)의 수정 고도정보 산출부(44)는 제1 내지 제i 기준접점의 x,y 좌표정보에 따라 2차원 물리적 거리인 제2 거리정보를 산출하고, 제2 거리정보에 출발지점 셀과 도착지점 셀 사이의 경사각의 tan값을 곱하여 제i 접점의 고도정보를 산출하고 제1 기준접점의 고도정보와 상기 제i 기준접점의 고도정보에 따라 수정된 고도정보를 산출한다(S14).
최소비용경로 분석부(40)의 이동비용 산출부(46)는 통과셀 각각의 수정 고도정보에서 고도정보의 차에 따라 고도 차 정보를 생성하고, 고도 차 정보에 따라 절토 및 성토에 대한 가중치를 부여하고, 각각의 통과셀의 단위거리 당 비용정보, 각각의 제1 거리정보(2.5 차원 거리정보), 각각의 통과셀의 가중치, 경사에 대한 가중치, 각도의 차이에 대한 가중치에 따라 이동비용을 산출한다(S15).
최소비용경로 분석부(40)의 누적이동비용 산출부(48)는 기 저장된 알고리즘에 따라 이동비용을 이용하여 누적이동비용정보를 산출한다(S16).
도 6에서는 단계 S10 내지 단계 S16을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 6에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 단계 S10 내지 단계 S16 중 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 6은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1: 최소비용경로 분석장치
10: 무빙윈도우 설정부
20: 경사도 산출부
30: 도착지점 셀 추출부
40: 최소비용경로 분석부
42: 제1 거리정보 산출부
44: 수정 고도정보 산출부
46: 이동비용 산출부
48: 누적이동비용 산출부

Claims (8)

  1. 최소 비용 경로 산출 대상 셀들 사이의 이동 경로 중 하나 이상의 이동 경로의 경사도가 기 설정된 경사도 임계 범위 내에 존재하도록 셀들의 범위를 설정하는 무빙윈도우(moving window)를 생성하는 무빙윈도우 설정부;
    상기 무빙윈도우(moving-window)의 크기 범위 내의 출발지점 셀에서 인접한 복수의 셀에 각각 직선 연결하여 각각의 복수의 경사도정보를 산출하는 경사도 산출부;
    상기 복수의 경사도정보 중 기 설정된 제한 경사 범위에 포함되는 적정 경사도정보를 추출하여 도착지점 셀을 추출하는 도착지점 셀 추출부; 및
    상기 출발지점 셀과 상기 도착지점 셀 사이에 장애물 셀들이 존재하는 경우, 절토 또는 성토 작업을 수행하여 지형 고도를 보정하고, 장애물 셀들의 실제 고도와 보정된 고도의 차이에 대한 가중치를 반영한 장애물 셀들의 지형 변화에 따른 이동비용을 함께 고려하여 상기 출발지점 셀로부터 상기 도착지점 셀까지의 누적이동비용을 계산함으로써 최소비용경로를 분석하는 최소비용경로 분석부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 최소비용경로 분석장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 무빙윈도우 설정부는,
    기 설정된 기본 무빙윈도우(moving-window)의 크기 범위 내의 출발지점 셀에서 인접한 복수의 셀에 각각 직선 연결하여 각각의 복수의 경사도정보를 산출한 후, 기 설정된 경사도 임계 범위 내에 상기 복수의 경사도정보가 존재하지 않는 경우, 상기 경사도 임계 범위 내에 경사도정보가 존재하도록 확장 무빙윈도우(moving-window)를 생성하는 최소비용경로 분석장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 최소비용경로 분석부는,
    상기 출발지점 셀에서 상기 도착지점 셀을 선으로 연결하여 상기 선이 통과하는 복수의 통과셀의 접점정보를 생성하고, 상기 통과셀의 x,y 좌표정보, 크기정보, 고도정보에 따라 상기 통과셀을 지나가는 경사선의 2.5차원 물리적 거리인 제1 거리정보를 산출하는 제1 거리정보 산출부;
    제1 내지 제i 기준접점의 x,y 좌표정보에 따라 제1 기준접점과 제i 기준접점 사이의 2차원 물리적 거리인 제2 거리정보를 산출하고, 상기 제2 거리정보에 상기 출발지점 셀과 상기 도착지점 셀 사이의 경사각의 tan값을 곱하여 제i 접점의 고도정보를 산출하고 상기 제1 기준접점의 고도정보와 상기 제i 기준접점의 고도정보에 따라 수정된 고도정보를 산출하는 수정 고도정보 산출부;
    상기 통과셀 각각의 상기 수정 고도정보에서 상기 고도정보의 차에 따라 고도 차 정보를 생성하고, 상기 고도 차 정보에 따라 절토 및 성토에 대한 가중치를 부여하고, 각각의 상기 통과셀의 단위거리 당 비용정보, 각각의 상기 제1 거리정보(2.5 차원 거리정보), 각각의 상기 통과셀의 가중치, 경사에 대한 가중치, 각도의 차이에 대한 가중치에 따라 이동비용을 산출하는 이동비용 산출부; 및
    기 저장된 알고리즘에 따라 상기 이동비용을 이용하여 누적이동비용정보를 산출하는 누적이동비용 산출부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 최소비용경로 분석장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 거리정보 산출부는, 아래의 수식
    Figure 112017095513779-pat00075

    (
    Figure 112017095513779-pat00076
    는 cell들의 집합,
    Figure 112017095513779-pat00077
    는 접점들의 집합,
    Figure 112017095513779-pat00078
    는 i번째로 통과하는 셀,
    Figure 112017095513779-pat00079
    는 i번째로 통과하는 접점을 의미하고,
    Figure 112017095513779-pat00080
    는 i번째 cell을 지나가는 선의 물리적 거리 (m),
    Figure 112017095513779-pat00081
    (
    Figure 112017095513779-pat00082
    )는 i번째 접점의 x좌표(y좌표),
    Figure 112017095513779-pat00083
    는 cell의 크기(size),
    Figure 112017095513779-pat00084
    는 Cell N과 S 사이의 2차원 물리적 거리 (m),
    Figure 112017095513779-pat00085
    는 i번째로 통과하는 cell을 지나가는 선의 2.5차원 물리적 거리 (m),
    Figure 112017095513779-pat00086
    는 i번째 접점의 고도 (m),
    Figure 112017095513779-pat00087
    는 I번째 cell의 고도 (m)를 의미한다.)
    을 이용하여 상기 제1 거리정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 최소비용경로 분석장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 수정 고도정보 산출부는, 아래의 수식
    Figure 112017095513779-pat00088

    (
    Figure 112017095513779-pat00089
    는 1번째 기준접점과 i번째 기준접점 사이의 2차원 물리적 거리 (m),
    Figure 112017095513779-pat00090
    (
    Figure 112017095513779-pat00091
    )는 i번째 기준접점의 x좌표(y좌표),
    Figure 112017095513779-pat00092
    는 i번째 기준접점의 고도 (m),
    Figure 112017095513779-pat00093
    는 i번째 cell의 수정된 고도(m))
    을 이용하여 상기 수정된 고도정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 최소비용경로 분석장치.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 이동비용 산출부는, 아래의 수식
    Figure 112017095513779-pat00094

    (
    Figure 112017095513779-pat00095
    는 i번째 cell에서의 수정된 고도와 실제 고도의 차이 (m),
    Figure 112017095513779-pat00096
    는 Cell N에서 S로 이동할 때 발생하는 이동 비용(travel cost),
    Figure 112017095513779-pat00097
    은 Cell N의 node와 S의 node를 이은 선이 통과하는 cell들의 개수,
    Figure 112017095513779-pat00098
    는 i번째로 통과하는 cell의 단위거리 당 비용(cost per unit length),
    Figure 112017095513779-pat00099
    는 i번째로 통과하는 cell을 지나가는 선의 2.5차원 물리적 거리 (m),
    Figure 112017095513779-pat00100
    는 i번째로 통과하는 cell에서 발생하는 절토 및 성토에 대한 가중치(Cut and Fill Factor),
    Figure 112017095513779-pat00101
    는 Cell N에서 S로 이동할 때 발생하는 경사에 대한 가중치(Vertical Factor),
    Figure 112017095513779-pat00102
    는 Cell N을 향해 들어오는 path의 각도(반시계 방향)와 Cell N에서 S로 나가는 path의 각도(반시계 방향)의 차이에 대한 가중치(Horizontal Factor))
    을 이용하여 상기 이동비용을 산출하는 것을 특징으로 하는 최소비용경로 분석장치.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 누적이동비용 산출부는, 아래의 수식
    Figure 112017095513779-pat00103

    (
    Figure 112017095513779-pat00104
    는 Cell S의 누적이동비용, (
    Figure 112017095513779-pat00105
    )는 Cell N의 누적이동비용,
    Figure 112017095513779-pat00106
    는 Cell N에서 S로 이동할 때 발생하는 이동비용)
    을 이용하여 상기 누적이동비용을 산출하는 것을 특징으로 하는 최소비용경로 분석장치.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따른 최소비용경로 분석장치를 이용한 최소비용경로 분석방법에 있어서,
    최소 비용 경로 산출 대상 셀들 사이의 이동 경로 중 하나 이상의 이동 경로의 경사도가 기 설정된 경사도 임계범위 내에 존재하도록 셀들의 범위를 설정하는 무빙윈도우(moving window)를 생성하는 무빙윈도우 설정단계;
    상기 무빙윈도우(moving window)의 크기 범위 내의 출발지점 셀에서 인접한 복수의 셀에 각각 직선 연결하여 각각의 복수의 경사도정보를 산출하는 경사도 산출단계;
    상기 복수의 경사도정보 중 기 설정된 제한 경사 범위에 포함되는 적정 경사도정보를 추출하여 도착지점 셀을 추출하는 도작지점 셀 추출단계; 및
    상기 출발지점 셀과 상기 도착지점 셀 사이에 장애물 셀들이 존재하는 경우, 절토 또는 성토 작업을 수행하여 지형 고도를 보정하고, 장애물 셀들의 실제 고도와 보정된 고도의 차이에 대한 가중치를 반영한 장애물 셀들의 지형 변화에 따른 이동비용을 함께 고려하여 상기 출발지점 셀로부터 상기 도착지점 셀까지의 누적이동비용을 계산함으로써 최소비용경로를 분석하는 최소비용경로 분석단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 최소비용경로 분석방법.
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