KR102029991B1 - 멀티 tod 서라운드 카메라 장치를 이용한 드론 침입 감지 포획 방법 - Google Patents

멀티 tod 서라운드 카메라 장치를 이용한 드론 침입 감지 포획 방법 Download PDF

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Abstract

비행 금지 구역에 침입한 드론을 감지 포획하기 위한 방법에 관한 것으로서,
비행 금지 구역 내의 지상 최대 근접 범위에서 주변부로 이동하면서 공간 설정맵 형성에 필요한 지상부 정보를 수집 저장하는 단계;
비행 금지 구역 내에서 GPS 수신기가 장착된 정보 수집용 드론을 이용하여 공간 설정맵 형성에 필요한 상층부 공간 정보를 수집 저장하는 단계;
멀티 TOD 서라운드 카메라 장치에 의해 외부에서 침입하는 드론을 실시간으로 감지하는 드론 감지 단계;
외부 침입 드론의 GPS 위치 정보를 포획용 드론에게 전달하는 단계;
및 포획용 드론이 침투한 드론을 포획하여 안전지대로 이송 및 파기하는 단계를 구비하여 야간이나 악천후시에도 금지 구역에 침입한 드론을 신속하게 감지하여 포획할 수 있는 것을 특징으로 하는 멀티 TOD 서라운드 카메라 장치를 이용한 드론 침입 감지 포획 방법

Description

멀티 TOD 서라운드 카메라 장치를 이용한 드론 침입 감지 포획 방법{METHOD FOR THE DETECTING AND HUNTING OF TRESPASSING DRONE BY USING MULTI TOD SURROUND CAMERA DEVICE}
본 발명은 비행 금지 구역에 침입하는 드론 즉, 무인 비행기를 탐지하는 장치와 방법에 관한 것으로서, 열영상장비(Thermal Observation Device, TOD)를 통해 서라운드 방식으로 촬영한 드론의 위치를 공간맵을 통해 실시간으로 파악하여 드론의 침입을 즉시 탐지하는 것을 특징으로 하는 드론 침입 탐지장치 및 탐지방법을 제공한다.
일반적으로 드론은 사람이 타지 않고 무선전파의 유도에 의해 비행하는 비행기나 헬리콥터 모양의 비행체를 말한다.
드론은 초창기 공군기나 고사포, 미사일의 연습사격에 적기 대신 표적 구실로 사용되었으나, 점차 무선기술의 발달과 함께 정찰기가 개발되어 적의 내륙 깊숙히 침투하여 정찰 ·감시의 용도로도 운용되었다. 근래에 들어 드론에 미사일 등 각종 무기를 장착하여 공격기로도 활용되고 있다.
드론의 활용 목적에 따라 다양한 크기와 성능을 가진 비행체들이 다양하게 개발되고 있는데 대형 비행체의 군사용뿐만 아니라, 초소형 드론도 활발하게 개발 연구되고 있다. 또한 개인의 취미활동으로 개발되어 상품화되고 있으며, 정글이나 오지, 화산지역, 자연재해지역 및 사고지역 등 인간이 접근할 수 없는 지역에 드론을 투입하여 운용한다.
그러나 드론의 활용 범위가 점차 넓어지면서, 공항이나 원자력 발전소와 같이 비행 금지 구역을 침입하는 드론이 점차 늘어나고 있으며, 이로 인한 혼란과 경제적 손실이 사회적으로 문제가 되고 있다.
따라서 비행 금지 구역을 침입하는 드론을 탐지하는 시스템을 설치하고 운영하는 곳이 증가하고 있으나, 현실적으로 야간이나 악천후와 같은 때는 드론을 검출하기 어렵고, 또한 침입한 드론을 즉시 포획하여 안전한 곳으로 이동하여 파기하는 것이 어려운 문제가 있다.
(0001) 국내공개특허 제10-2017-0067195호 드론 침입 탐지 및 제어 장치 및 방법
본 발명은 공항이나 원자력 발전소와 같이 드론 비행 금지 구역에 대하여 드론의 침입을 상시적으로 모니터링할 수 있는 공간맵을 제공하고자 한다.
본 발명은 야간이나 악천후와 같이 감시 카메라의 시야 확보가 어려운 시기에도 정밀하게 드론의 침입을 감시할 수 있는 장치와 방법을 제공하고자 한다.
또한 드론 비행 금지 구역에 침입한 드론을 신속하고 안전하게 포획하고 안전지대로 유도하는 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 드론 침입 탐지 장치는 주간 및 야간, 기상 여건의 변화에도 불구하고 성능 열화 없이 드론을 고성능으로 촬영할 수 있는 TOD 카메라 모듈을 구비 한다.
본 발명의 드론 침입 탐지 장치는 3D 공간맵 영상 화면을 모니터링하면서 비행 금지 구역에 침입한 무인가 드론을 빠른 시간에 탐지하고 포획을 제어할 수 있는 통합 제어 장치를 구비한다.
또한 본 발명은 최대한 빠른 시간에 침입한 드론을 포획하고 안전지대로 유도하여 파기하는 장치를 구비한다.
본 발명에 의한 드론 침입 탐지 및 포획 시스템은 야간 및 기상 여건이 좋지 않은 악천후 시기에도 성능의 열화 없이 드론을 고성능으로 촬영하여 영상을 획득할 수 있게 된다.
본 발명에 의한 드론 침입 탐지 및 포획 시스템은 실제 드론 영상과 3D 공간맵 상에서 표시된 드론으로부터 획득한 통합 정보를 실시간으로 파악하여 침입한 드론을 빠른 시간에 제어할 수 있게 된다.
본 발명은 폭발물을 장착한 외부 드론이 국가 시설로 침입할 경우에 신속하여 제압하고 안전지대로 유도하여 파기할 수 있게 한다.
도 1은 본 발명에 따른 드론 비행 금지구역을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 드론 포획용 TOD 서라운드 카메라 장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 드론 포획용 TOD 서라운드 카메라 장치의 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 드론 포획용 TOD 서라운드 카메라 장치의 측면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 드론 포획용 TOD 서라운드 카메라 장치의 실시예이다.
도 6은 본 발명에 따른 드론 포획용 TOD 서라운드 카메라 장치의 협업에 의한 전체 보호 범위를 보여주는 개념도이다.
도 7은 본 발명에 따른 드론 침투 공간 설정맵을 평면상에서 형성하는 실시예이다.
도 8은 본 발명에 따른 드론 침투 공간 설정맵을 공간상에서 형성하는 실시예이다.
도 9는 본 발명에 따른 드론 침투 공간 설정맵에 의해 드론을 감지하는 실시예이다.
도 10은 본 발명에 따른 공간 설정맵 형성과정에 대한 순서도이다.
도 11은 본 발명에 따른 드론 침투 탐지 및 포획을 보여주는 일 실시예이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 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.
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.
도 1은 일반적인 드론 비행 금지 구역을 보여주는 개념도이다.
상기 도 1의 원자력 발전소와 같은 국가 주요시설은 드론의 침입에 의한 폭발물 투척 등으로 피해를 볼 수 있기 때문에 반경 수 km 내의 지상 및 상공에 대하여 비행 금지 구역을 설정하고, 이 설정된 구역 안으로 침입하는 드론을 즉시 감지, 경보 및 제어하여 안전한 지역으로 이동한 후 파기하는 시스템을 필요로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 멀티 TOD 서라운드 카메라 장치(200)이다.
상기 장치는 복수개의 TOD 카메라와 LED 투광기 및 주간용 카메라로 구성되어 있다.
주변부를 360도 촬영할 수 있는 복수개의 TOD 카메라는 상기 장치의 기단 상부에 형성된 6각형의 고정판 위에 설치되며, 상기 고정판의 중앙부에 원형의 지지대가 형성되고, 상기 지지대의 상부에 고성능 TOD 카메라와 LED 투광기 및 주간용 카메라가 설치된다.
바람직하게는 상기 복수개의 TOD 카메라의 수량, 6각형 고정판과 원형 지지대의 형상은 상기 도 2의 실시 예와 같이 한정되지 않고, 이하 발명의 실시에 적합하게 변형이 가능하다.
주간용 카메라(210)은 주간에 건물 상층부의 칼라 영상 정보를 제공하며, 고성능 TOD 카메라(220)는 야간에 건물 상층부의 공간 영상 정보를 제공하기 위한 것으로서 줌 기능을 보유하고 있다.
LED 투광기(230)는 야간에 조명을 비춰주는 써치 라이트 기능을 보유함으로써 비행 금지 구역에 침투한 드론을 선명하게 촬영할 수 있도록 조명을 제공한다.
상기 장치에는 복수개의 TOD 카메라(240)를 구비하고 있으며, 상기 6개의 TOD 카메라는 전후좌우 360도의 공간을 복수등분하여 각각의 구역을 촬영하여 영상 정보를 제공한다.
도 3은 상기 멀티 TOD 서라운드 카메라 장치(200)의 평면도로서 복수개의 TOD 카메라(240)가 360도 방향으로 복수개 배치되어 있으며, 상방향으로는 고성능 TOD 카메라(220)가 비추고 있는 것을 알 수 있다.
도 4는 상기 멀티 TOD 서라운드 카메라 장치(200)의 측면도이다.
측면에 6방향으로 설치된 6개의 TOD 카메라(240)는 지상으로부터 약 60도까지의 공간을 촬영 하게 되며, 6개의 TOD 카메라로 촬영할 수 없는 60도를 초과하는 상부 공간은 상방향으로 배치된 고성능 TOD 카메라(220)에 의해 촬영을 하게 된다.
도 5 및 도 6은 상기 멀티 TOD 서라운드 카메라 장치(200)에 의해 감시하는 범위를 보여주는 개념도이다.
지상으로부터 약 60도까지의 주변부는 6개의 TOD 카메라, 60도를 초과하는 최상층부는 고성능 TOD 카메라에 의해 침투하는 드론을 감시하게 된다.
도 7은 본 발명에 따른 드론 침투 공간 설정맵을 평면상에서 형성하는 실시예이다
공간 설정맵이란 비행 금지 구역에 침입한 드론의 정확한 위치를 드론 침입 감지 시스템 내에서 파악할 수 있도록 제작된 가상선으로 이루어진 공간으로서, 가상 공간 내의 모든 점은 GPS 위치값, TOD 카메라로부터의 거리값, 영상화면 픽셀 좌표값 및 카메라의 줌값으로 특정될 수 있다.
즉, 상기 비행 금지 구역에 대한 가상 공간에 대한 4가지의 값을 미리 시스템에 저장시켜두면, 영상화면의 픽셀좌표 값과 카메라의 줌값으로부터 침입한 드론의 실제 GPS 위치값과 거리값을 파악할 수 있게 된다.
평면상의 공간 설정맵을 형성하는 과정은 다음과 같다.
우선 TOD 카메라에 최대한 근접한 범위에서부터 점차 주변부로 확대해 나가면서 GPS 위치값과 거리값을 측정하게 된다.
TOD 카메라 장치로부터 최소 거리에 해당하는 원형 상에서 좌측 또는 우측으로 이동하면서 카메라 영상화면에 보이는 각 지점에 대한 모든 GPS 위치값을 수신하여 저장한다.
모든 GPS 위치값을 저장하고 난 이후에는, 기존에 보유하고 있는 실측값과 상기 수신한 GPS 위치값과의 오차를 보정한다.
최소 거리에 대한 GPS 위치값 저장과 오차 보정이 종료되면, 주변부로 기본 이격거리만큼 이동하여 이전의 과정을 반복하여 진행한다.
이격거리는 수 m에서 수십 m까지 조정될 수 있다. 이 때 거리값은 레이저 거리 측정기(LRF)로 측정될 수 있다.
상기에서 확보한 GPS 위치값을 카메라 촬영 영상정보와 매칭시켜 저장한다. 영상 정보에는 영상 화면에서의 픽셀 좌표값과 카메라 줌값을 포함할 수 있다. 앞서 최소 거리에 대하여 측정한 GPS 위치값의 오차를 보정하였던 보정값을 이용하여 모든 측정값에 대하여 오차를 보정하여 저장한다.
비행 금지 구역의 최외곽 지점까지 상기 과정이 완성되면, 지상부에 대한 정보 수집을 종료하고 상층부 공간으로 이동한다.
도 8은 본 발명에 따른 드론 침투 공간 설정맵을 상층부 공간에서 형성하는 실시예이다.
상층부 공간은 정보 수집용 드론이 필요하며, 상기 정보 수집용 드론에는 GPS 수신기가 장착되어 각 지점에서의 GPS 위치 정보를 수집 한다.
또한 정보 수집용 드론까지의 거리는 레이저 거리 측정기(LRF)를 사용하여 측정한다.
이와 같은 정보 수집용 드론은 복수 개를 활용하여 최근접 거리에서부터 비행 금지 구역의 최외곽 범위까지 점차 확대하여 진행하게 된다.
이와 동시에 각 지점의 드론에 대한 촬영 영상에 대한 디스플레이 픽셀 및 카메라 줌 정보를 시스템에 세트로 저장하게 된다.
도 9는 상기 카메라에 의해 촬영된 영상과 시스템에 저장된 정보에 의하여 침투한 드론을 감지하는 실시예를 보여주고 있다.
보정된 GPS 좌표를 기반으로 환경설정시 수집한 최대거리까지 가상선을 설정할 수 있으며, 출력되는 영상으로부터 교차하는 가상선의 픽셀 정보와 카메라 줌 정보를 포함하여, 레이저 거리 측정기(LRF)에 의한 거리값과 GPS 위치값이 모두 매칭되어 표시되고, 긴급 상황이 경보된다.
바람직하게는 가상선의 특정 위치에는 포획 드론이 항상 띄워져 있으며, 외부에서 드론이 침입하게 되면 GPS 위치값 및 거리관련 좌표정보가 시스템으로부터 포획 드론으로 실시간으로 전송된다.
도 10은 상기 도 7 내지 도 9에서 개시된 본 발명에 따른 공간 설정맵 형성 과정을 정리한 순서도이다.
도 11은 본 발명에 따른 드론 침투 탐지 및 포획을 보여주는 일 실시예이다.
본 발명에 따른 멀티 TOD 서라운드 카메라 장치는 야간이나 악천후 시에도 드론이 침입하는 경우 즉시 감지를 하게 되고, 촬영된 드론 영상의 픽셀 및 줌 정보와 세트로 저장되어 있는 GPS 위치정보를 포획용 드론에게 전달하여 주게 된다.
이 때 상층부의 포획용 드론은 침입 드론을 추적하게 되며, 멀티 TOD 서라운드 카메라 장치에 부착된 써치 라이트를 통해서 침입한 드론의 위치를 계속하여 선명하게 식별할 수 있게 된다.
이후 포획용 드론은 침투한 드론과 근접한 위치에서 그물을 발사하여 침투한 드론을 포획하게 되며, 이후 포획된 드론을 외부 안전지대로 이송하여 비행 금지 구역과 격리시킨다.
이후 격리된 드론에 대하여 폭발물 설치 여부를 탐지하고, 폭발물이 설치된 경우에는 해체 작업을 실시한 후 파기 시킨다.
100 비행금지구역
200 멀티 TOD 서라운드 카메라 장치
210 주간용 카메라
220 고성능 TOD 카메라
230 LED 투광기
240 TOD 카메라

Claims (5)

  1. 비행 금지 구역에 침입한 드론을 감지 포획하기 위한 방법에 관한 것으로서,
    비행 금지 구역 내의 지상 최대 근접 범위에서 주변부로 이동하면서 공간 설정맵 형성에 필요한 지상부 정보를 수집 저장하는 단계;
    비행 금지 구역 내에서 GPS 수신기가 장착된 정보 수집용 드론을 이용하여 공간 설정맵 형성에 필요한 상층부 공간 정보를 수집 저장하는 단계;
    멀티 TOD 서라운드 카메라 장치에 의해 외부에서 침입하는 드론을 실시간으로 감지하는 드론 감지 단계;
    외부 침입 드론의 GPS 위치 정보를 포획용 드론에게 전달하는 단계;
    및 포획용 드론이 침투한 드론을 포획하여 안전지대로 이송 및 파기하는 단계를 구비하며,
    상기 멀티 TOD 서라운드 카메라 장치는 야간에 상층부 공간을 촬영하기 위한 고성능 TOD 카메라;
    주간에 상층부 공간을 촬영하기 위한 주간용 카메라; 야간에 써치 라이트 조명을 비춰주는 LED 투광기; 및 주변 360도의 공간을 촬영하기 위한 복수개의 TOD 카메라를 구비하고,
    상기 복수개의 TOD 카메라는 상기 장치의 기단 상부에 형성된 고정판 위에 설치되고, 상기 고정판의 중앙부에 원형의 지지대가 형성되고, 상기 지지대의 상부에 상기 고성능 TOD 카메라와 상기 LED 투광기와 상기 주간용 카메라가 설치되고, 상기 비행 금지 구역에 침입한 드론의 정확한 위치를 파악할 수 있도록 가상 공간 내의 모든 점을 GPS 위치값, 상기 TOD 카메라로부터의 거리값 및 카메라 줌값, 영상화면 픽셀 좌표값으로 특정된 가상선으로 이루어진 공간설정맵을 포함하는 시스템을 구비하여 야간이나 악천후시에도 금지 구역에 침입한 드론을 신속하게 감지하여 포획할 수 있는 것을 특징으로 하는 멀티 TOD 서라운드 카메라 장치를 이용한 드론 침입 감지 포획 방법

  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지상부 정보를 수집 저장하는 단계는
    복수개의 GPS 수신기를 위치시킨 후 각 지점의 GPS 위치 정보와 레이저 거리 측정기(LRF)로 측정한 거리 정보를 저장하며, 수m에서 수십m까지 이격단위를 가지며 정보를 수집함으로써
    야간이나 악천후시에도 금지 구역에 침입한 드론을 신속하게 감지하여 포획할 수 있는 것을 특징으로 하는 멀티 TOD 서라운드 카메라 장치를 이용한 드론 침입 감지 포획 방법
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상층부 공간 정보를 수집 저장하는 단계는
    상기 정보 수집용 드론이 최근접 거리에서부터 최외곽 범위까지 이동하면서 GPS 위치정보와 레이저 거리 측정기(LRF)로 측정한 거리 정보를 저장함으로써 야간이나 악천후시에도 금지 구역에 침입한 드론을 신속하게 감지하여 포획할 수 있는 것을 특징으로 하는 멀티 TOD 서라운드 카메라 장치를 이용한 드론 침입 감지 포획 방법
  5. 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저장되는 GPS 위치정보와 거리정보는 촬영 영상에 대한 디스플레이 픽셀 정보 및 카메라 줌 정보와 세트로 저장되며,
    외부 침입 드론에 대하여 촬영된 영상의 픽셀 및 줌 정보와 세트로 저장되어 있는 GPS 위치정보를 포획용 드론에게 전달함으로써 야간이나 악천후시에도 금지 구역에 침입한 드론을 신속하게 감지하여 포획할 수 있는 것을 특징으로 하는 멀티 TOD 서라운드 카메라 장치를 이용한 드론 침입 감지 포획 방법
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