KR102073157B1 - 비행선을 이용한 지하시설물의 실시간 측량 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비행선을 이용한 지하시설물의 실시간 측량 시스템에 관한 것으로, 지하시설물의 매설 단계에서부터 지하시설물을 정확하게 측량하여 DB클라우드서버에 지하시설물 정보를 수치지도와 전자지도로서 저장하고, 이에 기초하여 지하시설물을 효율적으로 유지, 관리할 수 있도록 하며, 지반의 부등침하 또는 유실 등으로 인하여 변동된 지하시설물을 사후측량하여 DB클라우드서버에 저장된 지하시설물 정보를 보정하여 항상 지하시설물 정보를 수치지도와 전자지도로서 정확하게 유지하여 지하시설물을 효율적으로 유지, 관리할 수 있도록 하고, 초기측량시에는 드론본체의 중심에 설치되는 GPS안테나의 연직하방에 위치하는 디지털카메라에 의하여 측량하고, 사후측량시에는 드론본체의 중심에 설치되는 GPS안테나의 연직하방에 위치하는 RFID테그탐지기에 의하여 측량하여 보다 정확한 측량이 가능하도록 하며, 드론이 랜딩할 때 드론의 손상이 발생하지 않도록 한 것이다.

Description

비행선을 이용한 지하시설물의 실시간 측량 시스템{Underground facility realtime surveying system by UAV}

본 발명은 측량 분야 기술 중에서, 비행선을 이용한 지하시설물의 실시간 측량 시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 지하시설물의 매설 단계에서부터 지하시설물을 정확하게 측량하여 DB클라우드서버에 지하시설물 정보를 수치지도와 전자지도로서 저장하고, 이에 기초하여 지하시설물을 효율적으로 유지, 관리할 수 있도록 하며, 지반의 부등침하 또는 유실 등으로 인하여 변동된 지하시설물을 사후측량하여 DB클라우드서버에 저장된 지하시설물 정보를 보정하여 항상 지하시설물 정보를 수치지도와 전자지도로서 정확하게 유지하여 지하시설물을 효율적으로 유지, 관리할 수 있도록 하고, 초기측량시에는 드론본체의 중심에 설치되는 GPS안테나의 연직하방에 위치하는 디지털카메라에 의하여 측량하고, 사후측량시에는 드론본체의 중심에 설치되는 GPS안테나의 연직하방에 위치하는 RFID테그탐지기에 의하여 측량하여 보다 정확한 측량이 가능하도록 하며, 드론이 랜딩할 때 드론의 손상이 발생하지 않도록 한 비행선을 이용한 지하시설물의 실시간 측량 시스템에 관한 것이다.

지하시설물을 매설하는 과정에서 지반을 터파기하여 지하시설물을 가설하고, 되메우기하여 지하시설물이 지하에 매설되도록 하는 개착공법이 널리 사용되고 있다.

지하시설물은 상수도, 하수도, 전력 및 통신선로, 도시가스관로, 송유관, 주택건설 등에 수반하는 분기관 등이 있으며, 이러한 지하시설물은 국가기반시설물로서 장기간의 검토를 거쳐 계획을 수립하고 건설하게 되는데 무엇보다도 유지, 관리가 매우 중요하다.

따라서 지하시설물을 가설한 상태에서 되메우기 전에 측량기기와 표척을 이용하여 측량하여 지하시설물 지도를 작성하여 보관하고, 지하시설물 지도에 따라 유지, 관리를 하고 있다.

도 8은 종래 지하시설물의 하나인 상수도관 매설공사 과정에서 상수도의 매설 위치를 측량하는 예를 보인 것으로, 상수도관을 매설하기 위하여 터파기를 하고, 그 굴착부 주변에 표척과 측량기기를 거치한 상태에서 측량하고 있음을 보여주고 있다.

이는 굴착부 내에 상수도관과 함께 가설물이 복잡하게 설치되어 있고 표척과 측량기기를 거치할만한 평평한 부분이 없어 부득이 표척과 측량기기를 상수도관 위에 거치하지 못할 뿐만 아니라 표척수와 기계수의 안전상의 문제로 굴착부 주변에 거치한 상태로 측량하는 것으로 볼 수 있다.

이와 같이 종래에는 표척과 측량기기를 상수도관 위에 직접 거치하지 못하고, 굴착부의 주변에 거치한 상태로 측량하기 때문에 지하시설물의 매설 위치를 정확하게 측량하지 못하게 되어 지하시설물의 매설정보가 부정확하게 되고, 이에 따라 지하시설물의 유지, 관리에 난점이 있게 되는 문제점이 있다.

한편, 종래기술로서 대한민국 등록특허 제10-0449751호(2004.09.22. 공고) "상수도 운영 및 관리 시스템"(이하, '종래기술 1'이라 함)은 상수도시설의 상태정보를 추출하고, 관리자가 입력하는 제어데이터에 의해 원격에서 제어하는 로컬감시제어서버 및 통신서버를 구비한 현장시스템과, 일반 사용자에게 정보를 제공할 수 있는 웹페이지를 운영하고, 관리자의 제어데이터를 현장시스템에 전송하는 중앙서버를 구비하는 중앙관리시스템과, 관리자를 인증하기 위한 보안수단이 구비된 관리자시스템과, 상기 중앙관리시스템에 접속할 수 있는 사용자시스템으로 구성되어, 상수도시설의 안전하고 효율적인 원격제어와 관리가 가능하고, 일반 사용자에게는 각자가 원하는 서비스를 제공받을 수 있으며, 관리자에게는 보안이 유지된 상태에서 상수도시설의 상태를 원격지에서 실시간으로 점검하고 관리할 수 있도록 하여 인원 및 경비를 절감할 수 있도록 하는 기술을 개시하고 있다.

그러나 상기 종래기술 1은 처음부터 정확하지 않은 상수도관의 매설정보에 기초로 하는 것이기 때문에 정확한 관리를 할 수 없게 되는 문제점이 있다.

또한 종래기술로서 대한민국 등록특허 제1782040호(2017.09.26. 공고) "드론을 이용한 상수도 시설물 측량장치 및 위치측량방법"(이하, '종래기술 2'라 함)은 상수도 시설물을 무인화된 유무선영상장치로 상수원 현장 상황을 모니터링하여 환경적인 요건을 극복할 수 있고, 상수도 시설물의 각종 부대시설의 작동현황, 수질 분석치 등을 실시간으로 확인하고, 단위 행정구역의 관리부서를 통제센터가 되도록 각 상수원 시설물 간을 네트워크화 함으로써 관리의 효율성의 극대화시킬 수 있으며, 또한 상수도 시설물의 각 장치들을 원격으로 제어함과 동시에 상수도 및 시설에 문제 발생 시 이에 따른 상황 정보를 통제소 및 무인 비행을 수행하는 드론으로 전송하여 즉각적인 조치가 이루어지도록 하는 기술을 개시하고 있다.

상기 종래기술 2는 관리서버로부터 시설장치 정보를 통보받아 해당 시설장치가 위치한 장소로 비행하여 시설장치의 이상 유무를 점검하는 것이라고는 하나, 관리서버에 저장되어 있는 지하시설물 정보가 상술한 종래기술과 마찬가지로 부정확한 측량에 따른 부정확한 지하시설물 정보에 기초하는 것이기 때문에 드론에 정확한 위치정보를 통보하지 못하게 되어 드론의 비행 및 점검에 혼선을 초래하게 되는 문제점이 있다.

또한 상기 종래기술 1, 2는 지하시설물의 매설 후 지반부동침하나 유실 등에 의하여 지하시설물의 위치가 변경된 경우 이를 측량하지 못하므로 지하시설물의 정보를 정확하게 유지할 수 없는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-0449751호(2004.09.22. 공고) "상수도 운영 및 관리 시스템" 대한민국 등록특허 제1782040호(2017.09.26. 공고) "드론을 이용한 상수도 시설물 측량장치 및 위치측량방법"

따라서 본 발명의 목적은 지하시설물의 매설 단계에서부터 지하시설물을 정확하게 측량하여 DB클라우드서버에 지하시설물 정보를 수치지도와 전자지도로서 저장하고, 이에 기초하여 지하시설물을 효율적으로 유지, 관리할 수 있도록 한 비행선을 이용한 지하시설물의 실시간 측량 시스템을 제공하려는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 지반의 부등침하 또는 유실 등으로 인하여 변동된 지하시설물을 사후측량하여 DB클라우드서버에 저장된 지하시설물 정보를 보정하여 항상 지하시설물 정보를 수치지도와 전자지도로서 정확하게 유지하여 지하시설물을 효율적으로 유지, 관리할 수 있도록 한 비행선을 이용한 지하시설물의 실시간 측량 시스템을 제공하려는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 초기측량시에는 드론본체의 중심에 설치되는 GPS안테나의 연직하방에 위치하는 디지털카메라에 의하여 측량하고, 사후측량시에는 드론본체의 중심에 설치되는 GPS안테나의 연직하방에 위치하는 RFID테그탐지기에 의하여 측량하여 보다 정확한 측량이 가능하도록 한 비행선을 이용한 지하시설물의 실시간 측량 시스템을 제공하려는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 드론이 랜딩할 때 드론의 손상이 발생하지 않도록 한 비행선을 이용한 지하시설물의 실시간 측량 시스템을 제공하려는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은 복수개의 직선부분(11)과 변곡부(12)를 가지는 지하시설물(10)을 실시간으로 측량하는 비행선을 이용한 지하시설물의 실시간 측량 시스템에 있어서,

상기 변곡부(12)에 설치되는 RFID마커(100)와; 드론본체(210)와, 상기 드론본체(210)에 설치되는 비행부(220)와 랜딩부(230)를 구비하는 드론(200)과; 상기 드론본체(210)의 하면에 장착되는 짐벌(300)과; 상기 짐벌(300)의 하단에 장착되는 회전장착대(400)와; 상기 회전장착대(400)에 탑재되는 초기측량용 디지털카메라(510)와, 사후측량용 RFID테그탐지기(520)와; 수치지도와 전자지도가 저장되는 DB클라우드서버(600); 상기 DB클라우드서버(600)와 무선통신하며, 상기 드론(200)을 관제하는 드론관제수단(700)과; 상기 드론(200)에 구비되어 상기 드론관제수단(700)과 무선통신하며 상기 비행부(220), 랜딩부(230), 짐벌(300), 회전장착대(400), 초기측량용 디지털카메라(510) 및 사후측량용 RFID테그탐지기(520)를 제어하는 드론제어수단(800);을 포함하여 구성되며,

상기 RFID마커(100)는 지하시설물(10)의 시공시 터파기공정과 지하시설물 거치공정 후 되메우기 공정 전에 지하시설물(10)이 노출된 상태에서 상기 변곡부(12)에 설치되며,

상기 RFID마커(100)는 지하시설물에 부착 고정되는 마커본체(110)와, 상기 마커본체(110)에 매설되는 RFID태그(120)를 포함하고,

상기 RFID마커(100)는 마커본체(110)에 형성된 밴드관통공(111)에 상부밴드(130)를 관통시키고, 지하시설물(10)의 하반부를 하부밴드(140)로 감싼 상태에서 하부밴드(140)와, 상부밴드(130)와 하부밴드(140)의 양단에 형성된 절곡부(131, 141)에 볼트(151)를 관통시키고 너트(152)를 체결하여 조이는 것에 의하여 지하시설물(10)에 부착되며,

상기 드론(200)은 드론본체(210)와, 상기 드론본체(210)에 설치되는 비행부(220)와 랜딩부(230)를 포함하여 구성되고,

상기 비행부(220)는 상기 드론본체(210)의 가장자리에 결합되어 방사상으로 연장되며 외측단에 비행모터장착부(222)가 구비되고 중간부에 랜딩모터장착부(223)가 구비되는 복수개의 지지대(221)와, 상기 복수개의 지지대(221)의 비행모터장착부(222)에 각각 장착되는 비행모터(224)와, 상기 비행모터(224)에 의하여 각각 회전하는 프로펠러(225)를 포함하며,

상기 랜딩부(230)는 상기 지지대(221)에 형성된 랜딩모터장착부(223)에 고정되며 내주면에 암나사부(233)가 형성된 중공형모터축(232)을 가지는 랜딩모터(231)와, 상기 암나사부(233)에 나자물림되며 랜딩모터장착부(223)를 관통하는 수나사부(235)를 가지는 랜딩나사봉(234)과, 상기 랜딩나사봉(234)의 하단에 구비되어 랜딩여부를 감지하는 랜딩감지스위치(236)와, 지면과의 접촉에 의하여 랜딩감지스위치(236)가 손상되는 것을 방지하기 위하여 랜딩감지스위치(236)에 씌워지는 반구형 고무캡(237)을 포함하고,

상기 짐벌(300)은 상기 드론본체(210)의 중앙에서 이격된 위치에 수직으로 고정 결합되는 짐벌고정대(310)와; 상기 짐벌고정대(310)의 하면에 결합되는 요잉모터(320)와; 상기 요잉모터(320)의 요잉모터축(321)의 하단에 결합되는 수평판(331)과 상기 수평판(331)의 일단에서 수직하방으로 절곡 연장 형성되는 수직판(332)을 가지는 요잉작동대(330)와; 상기 요잉작동대(330)의 수직판(332)에 장착되는 롤링모터(340)와; 상기 롤링모터(340)의 롤링모터축(341)의 선단부에 결합되는 결합판(351)과 상기 결합판(351)의 좌우양측에서 전방으로 절곡 형성되는 연장판(352)을 가지는 롤링작동대(350)와; 상기 롤링작동대(350)의 연장판(352)에 장착되는 피칭모터(360)와; 상기 피칭모터(360)의 피칭모터축(361)의 하단에 결합되는 피칭작동대(370)를 포함하여 구성되며,

상기 회전장착대(400)는 상기 짐벌(300)의 피칭작동대(370)의 하면에 상면이 고정되어 수직으로 설치되고 모터축(411)이 하방을 향하는 회전모터(410)와, 상기 모터축(411)에 결합되는 장착판(420)을 포함하여 구성되고,

상기 모터축(411)에 수나사부(413)를 형성하되 평면부(414)를 형성하고, 장착판(420)에 형성되는 축공(421)에 상기 평면부(414)에 대응하는 평면부(422)를 형성하여, 축공(421)에 모터축(411)을 끼웠을 때 모터축(411)과 장착판(420)이 헛돌지 않게 하고, 장착판(420)의 상, 하부에서 모터축(411)에 너트(431, 432)를 체결하는 것에 의하여 결합되며,

상기 사후측량용 RFID테그탐지기(520)는 상단에 플랜지(522)가 형성된 탐지기본체(521)와, 상기 탐지기본체(521)에 매설되는 RFID탐지센서(523)를 포함하여 구성되고,

상기 짐벌(300)은 드론본체(210)의 중심에서 이격된 위치에 장착되며, 짐벌(300)의 피칭작동대(370)에 장착된 회전모터(410)에 의하여 장착판(420)을 회전시키는 것에 의하여 초기측량용 디지털카메라(510)의 촬영중심 또는 사후측량용 RFID테그탐지기(520)의 탐지중심이 드론본체(210)의 중심 하방에 위치할 수 있도록 구성되며,

상기 DB클라우드서버(600)는 원격제어관리센터에 구비되며, 국가지리정보원에서 다운로드된 기본수치지도와, 상기 기본수치지도에 상기 RFID마커(100)의 설계좌표가 기록된 설계수치지도와, 상기 설계좌표를 지하시설물(10)의 시공시 상기 초기측량용 디지털카메라(510)에 의하여 측량된 RFID마커(100)의 초기측량좌표로 보정한 초기보정수치지도와, 상기 초기측량좌표를 추후 사후측량용 RFID테그탐지기(520)에 의하여 측량된 사후측량좌표로 보정한 사후보정수치지도와, 상기 초기보정수치지도와 초기측량용 디지털카메라(510)에 의하여 촬영된 초기영상이미지를 합성한 초기전자지도와, 상기 사후보정수치지도와 초기측량용 디지털카메라(510)에 의하여 촬영된 사후영상이미지를 합성한 사후전자지도가 저장되는 지도저장부(610)와, 상기 드론관제수단(700)과 무선통신하는 DB클라우드서버통신부(620)와, 상기 지도저장부(610)와 DB클라우드서버통신부(620)를 제어하는 DB클라우드서버제어부(630)를 포함하여 구성되고,

상기 드론관제수단(700)은 원격제어관리센터에 구비되며, 측량모드가 입력되는 측량모드입력부(710)와, 상기 DB클라우드서버(600)와 무선통신하는 드론관제통신부(720)와, 상기 측량모드입력부(710)의 입력모드에 따라 드론관제통신부(720)를 제어하는 드론관제제어부(730)를 포함하여 구성되며,

상기 드론제어수단(800)은 드론본체(210)의 상면 중앙에 설치되는 GPS수신기(810)와, 상기 드론본체(210)의 중심부에 위치하는 GPS안테나(811)를 가지는 상기 드론관제통신부(720)와 무선통신하는 드론통신부(820)와, 상기 장착판(420)의 상면에 설치되는 수평감지센서(830)와, 상기 측량모드입력부(710)에 입력되고 드론관제통신부(720)로부터 드론통신부(820)에 수신된 측량모드에 따라 상기 비행부(220)와 랜딩부(230)와 짐벌(300) 및 회전장착대(400)를 제어하는 드론제어부(840)를 포함하여 구성되고,

초기상태에서, DB클라우드서버(600)의 지도저장부(610)에는 국가지리정보원에서 다운로드된 기본수치지도가 저장되며, 지하시설물(10)의 설계단계에서 기본수치지도 상에 RFID마커(100)의 설계좌표가 입력된 설계수치지도가 저장되며,

상기 드론(200)은 DB클라우드서버(600)와 드론관제수단(700)이 설치된 원격제어관리센터에 상시 이륙 가능한 상태로 비치되고, 드론(200)이 비치되는 원격제어관리센터에는 유선 또는 무선 충전장치를 구비하여 드론(200)에 탑재된 배터리가 항시 완충된 상태로 유지되도록 할 수 있도록 구성되고, 드론(200)에 장착된 초기측량용 디지털카메라(510)가 드론(200)의 중심 직하방에 위치하는 상태로 유지되며,

지하시설물(10)이 처음 시공될 때, 지반을 터파기한 굴착부에 지하시설물(10)을 거치하고 굴착부를 되메우기 전에 지하시설물(10)이 노출된 상태에서 드론(200)이 비행하면서 디지털카메라(510)와 GPS수신기(810)에 의한 초기측량을 수행하기 위하여 드론관제수단(700)의 측량모드입력부(710)에 초기측량모드가 입력되면, 드론관제제어부(730)가 RFID마커(100)의 설계좌표를 포함하는 초기측량구간정보요청명령을 출력하고, 설계좌표를 포함하는 초기측량구간정보요청신호가 드론관제통신부(720)를 통해 송신되며, DB클라우드서버통신부(620)를 통해 DB클라우드서버제어부(630)에 수신되며, DB클라우드서버제어부(630)가 초기측량구간정보에 따라 지도저장부(610)에 저장된 설계수치지도 상의 RFID마커(100)의 설계좌표를 포함하는 초기측량구간정보송신명령을 출력하고, 설계좌표를 포함하는 초기측량구간정보가 DB클라우드서버통신부(620)와 드론관제통신부(720)를 통해 드론관제제어부(730)에 수신되며, 드론관제제어부(730)가 수신된 설계좌표를 포함하는 초기측량구간정보송신명령을 출력하며, 설계좌표를 포함하는 초기측량구간정보가 드론관제통신부(720)와 드론통신부(820)를 통해 드론제어부(840)에 수신되며, 드론제어부(840)가 수신된 설계좌표를 포함하는 초기측량구간정보에 따라 초기측량명령을 출력하게 되고, 드론제어부(840)의 초기측량명령에 따라 비행모터(224)가 회전하며, 회전모터(410)에 의하여 프로펠러(225)가 회전하여 드론(200)이 비행하면서 GPS수신기(810)를 통해 현재의 좌표를 수신하면서 초기측량구간의 시단부에 위치한 설계좌표를 향하여 비행하고, 드론(200)이 초기측량구간의 시단부에 위치한 설계좌표에 이르면, 초기측량구간에 설치된 RFID마커(100)의 설계좌표를 따라 비행하면서 초기측량구간에 설치된 RFID마커(100)를 순차적으로 촬영하며, 드론제어부(840)가 촬영이미지정보와 GPS수신기(810)로부터 수신한 GPS좌표에 따른 초기측량좌표를 포함하는 초기측량정보송신명령을 출력하고, 초기측량정보가 드론통신부(820)와 DB클라우드서버통신부(620)를 통해 DB클라우드서버제어부(630)에 수신되며, DB클라우드서버제어부(630)가 수신된 초기측량정보에 따라 설계수치지도 상의 설계좌표를 초기측량좌표로 보정하여 초기보정수치지도가 지도저장부(610)에 저장되게 함과 아울러 상기 촬영이미지정보와 초기보정수지지도를 합성한 초기보정전자지도가 지도저장부(610)에 저장되게 하고, 드론(200)은 다시 원격제어관리센터로 복귀하며,

지하시설물(10)이 노출된 굴착부가 되메워져 지하시설물(10)의 매설이 완료된 후, 일정 시간이 경과하여 매설된 지하시설물(10)의 측량이 필요한 경우, RFID테그탐지기(520)와 GPS수신기(810)에 의한 사후측량을 수행하기 위하여 드론관제수단(700)의 측량모드입력부(710)에 사후측량모드가 입력되면, 드론관제제어부(730)가 RFID마커(100)의 설계좌표를 포함하는 사후측량구간정보요청명령을 출력하고, 설계좌표를 포함하는 초기측량구간정보요청신호가 드론관제통신부(720)를 통해 송신되며, DB클라우드서버통신부(620)를 통해 DB클라우드서버제어부(630)에 수신되며, DB클라우드서버제어부(630)가 초기측량구간정보에 따라 지도저장부(610)에 저장된 초기보정수치지도 상의 RFID마커(100)의 초기측량좌표를 포함하는 사후측량구간정보송신명령을 출력하고, 초기측량좌표를 포함하는 사후측량구간정보가 DB클라우드서버통신부(620)와 드론관제통신부(720)를 통해 드론관제제어부(730)에 수신되며, 드론관제제어부(730)가 수신된 초기측량좌표를 포함하는 사후측량구간정보송신명령을 출력하며, 초기측량좌표를 포함하는 사후측량구간정보가 드론관제통신부(720)와 드론통신부(820)를 통해 드론제어부(840)에 수신되며, 드론제어부(840)가 수신된 초기측량좌표를 포함하는 사후측량구간정보에 따라 사후측량명령을 출력하게 되고, 드론제어부(840)의 사후측량명령에 따라 비행모터(224)가 회전하며, 회전모터(410)에 의하여 프로펠러(225)가 회전하여 드론(200)이 비행하면서 GPS수신기(810)를 통해 현재의 좌표를 수신하면서 사후측량구간의 시단부에 위치한 설계좌표를 향하여 비행하고, 드론제어부(840)의 사후측량명령에 따라 회전모터(410)가 가동되고, 회전모터(410)에 의하여 장착판(420)이 180도 회전하여 장착판(420)에 장착된 RFID테그탐지기(520)가 드론본체(210)의 중심의 연직하방에 위치하게 되며, 드론(200)이 사후측량구간의 시단부에 위치한 설계좌표에 이르면, 사후측량구간에 설치된 RFID마커(100)의 설계좌표를 따라 비행하면서 사후측량구간에 설치된 RFID마커(100)를 RFID테그탐지기(520)가 순차적으로 탐지하며, 드론제어부(840)가 탐지정보와 GPS수신기(810)로부터 수신한 GPS좌표에 따른 사후측량좌표를 포함하는 사후측량정보송신명령을 출력하고, 사후측량정보가 드론통신부(820)와 DB클라우드서버통신부(620)를 통해 DB클라우드서버제어부(630)에 수신되며, DB클라우드서버제어부(630)가 수신된 사후측량정보에 따라 초기보정수치지도 상의 초기측량좌표를 사후측량좌표로 보정하여 사후보정수치지도가 지도저장부(610)에 저장되게 함과 아울러 상기 사후전자지도와 사후보정수지지도를 합성한 사후보정전자지도가 지도저장부(610)에 저장되게 하고, 드론(200)은 다시 원격제어관리센터로 복귀하도록 운용됨을 특징으로 하는 비행선을 이용한 지하시설물의 실시간 측량 시스템을 제공한다.

본 발명의 비행선을 이용한 지하시설물의 실시간 측량 시스템에 의하면, 지하시설물의 매설 단계에서부터 드론에 탑재된 디지털카메라에 의하여 지하시설물을 정확하게 측량하여 DB클라우드서버에 지하시설물 정보를 수치지도와 전자지도로서 저장하고, 이에 기초하여 지하시설물을 효율적으로 유지, 관리할 수 있다.

또한 본 발명의 비행선을 이용한 지하시설물의 실시간 측량 시스템에 의하면, 지반의 부등침하 또는 유실 등으로 인하여 변동된 지하시설물을 드론에 탑재된 RFID테그탐지기에 의하여 사후측량하여 DB클라우드서버에 저장된 지하시설물 정보를 보정하여 항상 지하시설물 정보를 수치지도와 전자지도로서 정확하게 유지하여 지하시설물을 효율적으로 유지, 관리할 수 있다.

본 발명의 비행선을 이용한 지하시설물의 실시간 측량 시스템에 의하면, 초기측량시에는 드론본체의 중심에 설치되는 GPS안테나의 연직하방에 위치하는 디지털카메라에 의하여 측량하고, 사후측량시에는 드론본체의 중심에 설치되는 GPS안테나의 연직하방에 위치하는 RFID테그탐지기에 의하여 측량하여 보다 정확한 측량이 가능하게 된다.

본 발명의 비행선을 이용한 지하시설물의 실시간 측량 시스템에 의하면, 랜딩모터에 의하여 승강하는 복수개의 랜딩나사봉과 랜딩감지스위치를 구비하여 드론이 랜딩할 때 드론이 기울어지지 않고 항상 수평 상태로 랜딩되어 드론의 손상이 발생하지 않게 된다.

도 1 내지 도 7은 본 발명에 의한 비행선을 이용한 지하시설물의 실시간 측량 시스템의 바람직한 실시예를 보인 것으로,
도 1은 지하시설물의 일예를 보인 개요도,
도 2는 본 발명의 기능블록도,
도 3은 RFID마커의 종단면도,
도 4는 드론의 분해 사시도,
도 5는 짐벌과 회전장착대와 초기측량용 디지털카메라와 사후측량용 RFID테그탐지기의 분해 사시도,
도 6은 드론이 수평인 지면에 랜딩된 상태를 보인 도면,
도 7은 드론이 경사진 지면에 랜딩된 상태를 보인 도면,
도 8은 종래 지하시설물의 하나인 상수도관 매설공사 과정에서 상수도의 매설 위치를 측량하는 예를 보인 사진이다.

이하, 본 발명에 의한 비행선을 이용한 지하시설물의 실시간 측량 시스템을 첨부도면에 예시한 바람직한 실시예에 따라서 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 7은 본 발명에 의한 비행선을 이용한 지하시설물의 실시간 측량 시스템의 바람직한 실시예를 보인 것이다.

이하에서 각종 볼트와 볼트관통공 및 나사홀은 도시하지 않거나, 도시하되 도면부호를 생략한다.

본 실시예는 지하시설물로서 상, 하수도관로나 전력 및 통신용 지하매설관로에 적용한 예를 보인 것이다.

본 실시예에 따른 비행선을 이용한 지하시설물의 실시간 측량 시스템은 도 1에 도시한 바와 같이, 복수개의 직선부분(11)과 변곡부(12)를 가지는 지하시설물(10)을 실시간으로 측량하는 것이다.

본 발명에 의한 비행선을 이용한 지하시설물의 실시간 측량 시스템은 상기 변곡부(12)에 설치되는 RFID마커(100)와; 드론본체(210)와, 상기 드론본체(210)에 설치되는 비행부(220)와 랜딩부(230)를 구비하는 드론(200)과; 상기 드론본체(210)의 하면에 장착되는 짐벌(300)과; 상기 짐벌(300)의 하단에 장착되는 회전장착대(400)와; 상기 회전장착대(400)에 탑재되는 초기측량용 디지털카메라(510)와, 사후측량용 RFID테그탐지기(520)와; 수치지도와 전자지도가 저장되는 DB클라우드서버(600); 상기 DB클라우드서버(600)와 무선통신하며, 상기 드론(200)을 관제하는 드론관제수단(700)과; 상기 드론(200)에 구비되어 상기 드론관제수단(700)과 무선통신하며 상기 비행부(220), 랜딩부(230), 짐벌(300), 회전장착대(400), 초기측량용 디지털카메라(510) 및 사후측량용 RFID테그탐지기(520)를 제어하는 드론제어수단(800);을 포함하여 구성된다.

지하시설물(10)은 직선부(11)와 변곡부(12)를 가지는 것으로, 직선부(11)는 변곡부(12)를 잇는 직선상에 위치하게 되므로, 변곡부(12)에 설치된 RFID마커(100)를 측량하는 것에 의하여 직선부(11)를 간접적으로 측량할 수 있게 된다.

상기 RFID마커(100)는 지하시설물(10)의 시공시 터파기공정과 지하시설물 거치공정 후 되메우기 공정 전에 지하시설물(10)이 노출된 상태에서 상기 변곡부(12)에 설치된다.

상기 RFID마커(100)는 지하시설물에 부착 고정되는 마커본체(110)와, 상기 마커본체(110)에 매설되는 RFID태그(120)를 포함한다.

상기 마커본체(110)는 RFID(120)를 고정 상태로 설치시키면서 외부 표면을 방수, 방습하는 것으로 단단한 기구적 재료로 구성되며, 그 위에 니켈도금 및 우레탄 코팅 처리한 후에 플라스틱류 또는 아크릴 수지류로 피복하여 구성된다.

상기 마커본체(110)는 하면을 상, 하수도관, 전력 및 통신선로용 매설관 등 지하시설물(10)에 고정하기 쉽도록 곡면구조로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 RFID마커(100)는 마커본체(110)에 형성된 밴드관통공(111)에 상부밴드(130)를 관통시키고, 지하시설물(10)의 하반부를 하부밴드(140)로 감싼 상태에서 하부밴드(140)와, 상부밴드(130)와 하부밴드(140)의 양단에 형성된 절곡부(131, 141)에 볼트(151)를 관통시키고 너트(152)를 체결하여 조이는 것에 의하여 지하시설물(10)에 부착할 수 있다.

상기 RFID태그(120)는 일반적인 구성으로 고유번호가 포함되는 RFID태그정보를 기록하고 무선으로 동작전원이 공급되면 고유번호가 포함되는 ID정보를 무선으로 출력한다.

상기 RFID태그(120)는 후술하는 사후측량용 RFID테그탐지기(520)가 접근하면 사후측량용 RFID테그탐지기(520)로부터 동작전원을 무선으로 공급받아 고유번호를 포함하는 RFID태그정보를 무선으로 출력한다.

상기 드론(200)은 드론본체(210)와, 상기 드론본체(210)에 설치되는 비행부(220)와 랜딩부(230)를 포함한다.

상기 드론본체(210)는 도시예와 같이 원형의 판체로 형성할 수도 있으나, 반드시 이로서 국한되는 것은 아니고, 장원형, 타원형, 장방형 등 필요에 따라 변경할 수 있다.

상기 드론본체(210)는 중량을 최소화하기 위하여 알루미늄 합금이나 폴리카보네이트(Polycarbonate) 재질 또는 그라파이트(Graphite) 재질로 구성할 수 있으며, 구조적 강도를 저하시키지 않는 범위 내에서 복수개의 살빼기공을 형성할 수도 있다.

상기 드론본체(210)에는 상기 비행부(220), 랜딩부(230), 짐벌(300), 회전장착대(400), 초기측량용 디지털카메라(510), 사후측량용 RFID테그탐지기(500), 드론제어수단(800)에 필요한 전원을 공급하는 배터리(도시생략)가 탑재된다.

상기 비행부(220)는 상기 드론본체(210)의 가장자리에 결합되어 방사상으로 연장되며 외측단에 비행모터장착부(222)가 구비되고 중간부에 랜딩모터장착부(223)가 구비되는 복수개(도면에서는 4개)의 지지대(221)와, 상기 복수개의 지지대(221)의 비행모터장착부(222)에 각각 장착되는 비행모터(224)와, 상기 비행모터(224)에 의하여 각각 회전하는 프로펠러(225)를 포함한다.

상기 지지대(221)는 도시예와 같이 드론본체(210)와 일체로 형성할 수도 있으나, 별도로 부품으로서 드론본체(210)에 나사체결방식으로 결합할 수도 있다.

또한 상기 비행모터장착부(222)와 랜딩모터장착부(223)는 지지대(221)에 일체로 형성한 예를 들고 있으나 용접이나 나사체결방식으로 결합할 수도 있다.

상기 비행모터(224)는 정회전과 역회전이 가능한 비엘디씨모터(BLDC Motor; Brushless DC Motor)를 사용할 수 있다.

상기 비행모터(224)는 하단부에 형성된 플랜지를 관통하는 볼트를 상기 비행모터장착부(222)에 형성된 나사홀에 체결하는 것에 의하여 지지대(221)에 장착할 수 있다.

상기 프로펠러(225)는 중심부에 형성되는 보스부(도시생략)에 모터축(도시생략)을 관통시키고, 보스부에 관통체결되는 볼트를 모터축에 조이는 것에 의하여 모터축에 결합할 수 있다.

상기 랜딩부(230)는 상기 지지대(221)에 형성된 랜딩모터장착부(223)에 고정되며 내주면에 암나사부(233)가 형성된 중공형모터축(232)을 가지는 랜딩모터(231)와, 상기 암나사부(233)에 나자물림되며 랜딩모터장착부(223)를 관통하는 수나사부(235)를 가지는 랜딩나사봉(234)과, 상기 랜딩나사봉(234)의 하단에 구비되어 랜딩여부를 감지하는 랜딩감지스위치(236)를 포함한다.

상기 랜딩모터(231)는 정회전 및 역회전이 가능한 모터를 사용한다.

상기 랜딩모터장착부(223)에는 랜딩나사봉(234)이 관통하는 관통공(223a)이 형성된다.

상기 랜딩감지스위치(236)는 푸시버튼스위치, 압력감지스위치 등을 사용할 수 있다. 또한 랜딩감지스위치(236)는 지면과의 접촉에 의하여 손상되는 것을 방지하기 위하여 반구형 고무캡(237)을 씌워 보호할 수 있다.

상기 드론본체(210)에는 상기 비행부(220), 랜딩부(230), 짐벌(300), 회전장착대(400), 초기측량용 디지털카메라(510), 사후측량용 RFID테그탐지기(520), 드론제어수단(800)에 필요한 전원을 공급하기 위한 배터리(도시생략)가 탑재된다.

상기 짐벌(300)은 상기 드론본체(210)의 중앙에서 이격된 위치에 수직으로 고정 결합되는 짐벌고정대(310)와; 상기 짐벌고정대(310)의 하면에 결합되는 요잉모터(320)와; 상기 요잉모터(320)의 요잉모터축(321)의 하단에 결합되는 수평판(331)과 상기 수평판(331)의 일단에서 수직하방으로 절곡 연장 형성되는 수직판(332)을 가지는 요잉작동대(330)와; 상기 요잉작동대(330)의 수직판(332)에 장착되는 롤링모터(340)와; 상기 롤링모터(340)의 롤링모터축(341)의 선단부에 결합되는 결합판(351)과 상기 결합판(351)의 좌우양측에서 전방으로 절곡 형성되는 연장판(352)을 가지는 롤링작동대(350)와; 상기 롤링작동대(350)의 연장판(352)에 장착되는 피칭모터(360)와; 상기 피칭모터(360)의 피칭모터축(361)의 하단에 결합되는 피칭작동대(370)를 포함하여 구성된다.

상기 짐벌고정대(310)와 상기 요잉모터(320)는 모터베이스(322)와 짐벌고정대(310)를 관통하는 스크루를 짐벌본체(110)의 하면에 형성되는 나사홀에 체결하는 것에 의하여 짐벌본체(110)에 동시에 고정 결합할 수 있다.

상기 요잉모터(320)의 요잉모터축(321)과 요잉작동대(330)의 수평판(331)은 수평판(331)을 관통하는 스크루를 요잉모터축(321)의 하면에 형성된 나사홀에 체결하는 것에 의하여 결합할 수 있다.

상기 롤링모터(340)는 모터베이스(342)를 관통하는 스크루를 요잉작동대(330)의 수직판(332)에 형성된 나사홀에 체결하는 것에 의하여 요잉작동대(330)에 장착할 수 있다.

상기 롤링모터(340)의 롤링모터축(341)과 롤링작동대(350)의 결합판(351)은 결합판(351)을 관통하는 스크루를 롤링모터축(341)에 형성된 나사홀에 체결하는 것에 의하여 결합할 수 있다.

상기 피칭모터(360)는 롤링작동대(350)의 연장판(352)에 형성된 장착공(353)에 삽입하고 모터베이스(362)를 관통하는 스크루를 연장판(352)에 형성된 나사홀에 체결하는 것에 의하여 롤링작동대(350)에 장착할 수 있다.

상기 피칭작동대(370)의 양측면에 사각단면의 결합홈(371)을 형성하고 피칭모터축(361)은 사각단면으로 형성하여 피칭모터축(361)을 결합홈(371)에 삽입하는 것에 의하여 피칭모터(360)의 회전력이 피칭작동대(370)에 전달되도록 구성할 수 있다.

상기 회전장착대(400)는 상기 짐벌(300)의 피칭작동대(370)의 하면에 상면이 고정되어 수직으로 설치되고 모터축(411)이 하방을 향하는 회전모터(410)와, 상기 모터축(411)에 결합되는 장착판(420)을 포함한다.

상기 회전모터(410)는 상단에 형성된 플랜지(412)를 관통하는 스크루를 피칭작동대(370)의 하면에 형성된 나사홀에 체결하는 것에 의하여 피칭작동대(370)에 장착할 수 있다.

상기 모터축(411)에 수나사부(413)를 형성하되 평면부(414)를 형성하고, 장착판(420)에 형성되는 축공(421)에 상기 평면부(414)에 대응하는 평면부(422)를 형성하여, 축공(421)에 모터축(411)을 끼웠을 때 모터축(411)과 장착판(420)이 헛돌지 않게 하고, 장착판(420)의 상, 하부에서 모터축(411)에 너트(431, 432)를 체결하는 것에 의하여 결합할 수 있다.

상기 초기측량용 디지털카메라(510)는 상단에 형성되는 플랜지(511)를 관통하는 스크루를 장착판(420)에 형성된 나사홀에 체결하는 것에 의하여 장착판(420)에 장착할 수 있다.

상기 사후측량용 RFID테그탐지기(520)는 상단에 플랜지(522)가 형성된 탐지기본체(521)와, 상기 탐지기본체(521)에 매설되는 RFID탐지센서(523)를 포함한다.

상기 탐지기본체(521)는 상단에 형성되는 플랜지(522)를 관통하는 스크루를 장착판(420)에 형성된 나사홀에 체결하는 것에 의하여 장착판(420)에 장착할 수 있다.

상기 짐벌(300)은 드론본체(210)의 중심에서 이격된 위치에 장착되며, 짐벌(300)의 피칭작동대(370)에 장착된 회전모터(410)에 의하여 장착판(420)을 회전시키는 것에 의하여 초기측량용 디지털카메라(510)의 촬영중심 또는 사후측량용 RFID테그탐지기(520)의 탐지중심이 드론본체(210)의 중심 하방에 위치할 수 있도록 구성된다.

상기 DB클라우드서버(600)는 원격제어관리센터에 구비되며, 국가지리정보원에서 다운로드된 기본수치지도와, 상기 기본수치지도에 상기 RFID마커(100)의 설계좌표가 기록된 설계수치지도와, 상기 설계좌표를 지하시설물(10)의 시공시 상기 초기측량용 디지털카메라(510)에 의하여 측량된 RFID마커(100)의 초기측량좌표로 보정한 초기보정수치지도와, 상기 초기측량좌표를 추후 사후측량용 RFID테그탐지기(520)에 의하여 측량된 사후측량좌표로 보정한 사후보정수치지도와, 상기 초기보정수치지도와 초기측량용 디지털카메라(510)에 의하여 촬영된 초기영상이미지를 합성한 초기전자지도와, 상기 사후보정수치지도와 초기측량용 디지털카메라(510)에 의하여 촬영된 사후영상이미지를 합성한 사후전자지도가 저장되는 지도저장부(610)와, 상기 드론관제수단(700)과 무선통신하는 DB클라우드서버통신부(620)와, 상기 지도저장부(610)와 DB클라우드서버통신부(620)를 제어하는 DB클라우드서버제어부(630)를 포함하여 구성된다.

상기 드론관제수단(700)은 원격제어관리센터에 구비되며, 측량모드가 입력되는 측량모드입력부(710)와, 상기 DB클라우드서버(600)와 무선통신하는 드론관제통신부(720)와, 상기 측량모드입력부(710)의 입력모드에 따라 드론관제통신부(720)를 제어하는 드론관제제어부(730)를 포함하여 구성된다.

상기 드론관제통신부(720)는 안테나를 포함하는데 이에 대한 도시 및 설명은 생략한다.

상기 드론제어수단(800)은 드론본체(210)의 상면 중앙에 설치되는 GPS수신기(810)와, 상기 드론관제통신부(720)와 무선통신하는 드론통신부(820)와, 상기 장착판(420)의 상면에 설치되는 수평감지센서(830)와, 상기 측량모드입력부(710)에 입력되고 드론관제통신부(720)로부터 드론통신부(820)에 수신된 측량모드에 따라 상기 비행부(220)와 랜딩부(230)와 짐벌(300) 및 회전장착대(400)를 제어하는 드론제어부(840)를 포함하여 구성된다.

상기 드론통신부(820), 드론제어부(840)는 드론본체(210)의 상면에 설치되는 컨트롤박스(850) 내에 설치할 수 있다.

상기 GPS수신기(810)는 드론본체(210)의 중심부에 위치하는 GPS안테나(811)를 포함한다. 상기 GPS안테나(811)는 상기 컨트롤박스(850)의 상면에 설치할 수 있다.

또한 상기 배터리(도시생략)도 상기 컨트롤박스(850)의 내부에 설치할 수 있다.

상기 드론통신부(820)도 안테나를 포함하는데 이에 대한 도시 및 설명은 생략한다.

[초기 상태]

최초, DB클라우드서버(600)의 지도저장부(610)에는 국가지리정보원에서 다운로드된 기본수치지도가 저장되며, 지하시설물(10)의 설계단계에서 기본수치지도 상에 RFID마커(100)의 설계좌표가 입력된 설계수치지도가 저장된다.

드론(200)은 DB클라우드서버(600)와 드론관제수단(700)이 설치된 원격제어관리센터에 상시 이륙 가능한 상태로 비치된다.

또한 드론(200)이 비치되는 원격제어관리센터에는 유선 또는 무선 충전장치를 구비하여 드론(200)에 탑재된 배터리가 항시 완충된 상태로 유지되도록 할 수 있다.

또한 드론(200)에 장착된 초기측량용 디지털카메라(510)가 드론(200)의 중심 직하방에 위치하는 상태로 유지된다.

[초기측량]

지하시설물(10)이 처음 시공될 때, 지반을 터파기한 굴착부에 지하시설물(10)을 거치하고 굴착부를 되메우기 전에 지하시설물(10)이 노출된 상태에서 드론(200)이 비행하면서 디지털카메라(510)와 GPS수신기(810)에 의한 초기측량이 실시된다.

즉, 드론관제수단(700)의 측량모드입력부(710)에 초기측량모드가 입력되면, 드론관제제어부(730)가 RFID마커(100)의 설계좌표를 포함하는 초기측량구간정보요청명령을 출력하고, 설계좌표를 포함하는 초기측량구간정보요청신호가 드론관제통신부(720)를 통해 송신되며, DB클라우드서버통신부(620)를 통해 DB클라우드서버제어부(630)에 수신되며, DB클라우드서버제어부(630)가 초기측량구간정보에 따라 지도저장부(610)에 저장된 설계수치지도 상의 RFID마커(100)의 설계좌표를 포함하는 초기측량구간정보송신명령을 출력하고, 설계좌표를 포함하는 초기측량구간정보가 DB클라우드서버통신부(620)와 드론관제통신부(720)를 통해 드론관제제어부(730)에 수신되며, 드론관제제어부(730)가 수신된 설계좌표를 포함하는 초기측량구간정보송신명령을 출력하며, 설계좌표를 포함하는 초기측량구간정보가 드론관제통신부(720)와 드론통신부(820)를 통해 드론제어부(840)에 수신되며, 드론제어부(840)가 수신된 설계좌표를 포함하는 초기측량구간정보에 따라 초기측량명령을 출력하게 되고, 드론제어부(840)의 초기측량명령에 따라 비행모터(224)가 회전하며, 회전모터(410)에 의하여 프로펠러(225)가 회전하여 드론(200)이 비행하면서 GPS수신기(810)를 통해 현재의 좌표를 수신하면서 초기측량구간의 시단부에 위치한 설계좌표를 향하여 비행하고, 드론(200)이 초기측량구간의 시단부에 위치한 설계좌표에 이르면, 초기측량구간에 설치된 RFID마커(100)의 설계좌표를 따라 비행하면서 초기측량구간에 설치된 RFID마커(100)를 순차적으로 촬영하며, 드론제어부(840)가 촬영이미지정보와 GPS수신기(810)로부터 수신한 GPS좌표에 따른 초기측량좌표를 포함하는 초기측량정보송신명령을 출력하고, 초기측량정보가 드론통신부(820)와 DB클라우드서버통신부(620)를 통해 DB클라우드서버제어부(630)에 수신되며, DB클라우드서버제어부(630)가 수신된 초기측량정보에 따라 설계수치지도 상의 설계좌표를 초기측량좌표로 보정하여 초기보정수치지도가 지도저장부(610)에 저장되게 함과 아울러 상기 촬영이미지정보와 초기보정수지지도를 합성한 초기보정전자지도가 지도저장부(610)에 저장되게 하고, 드론(200)은 다시 원격제어관리센터로 복귀함으로써 초기 측량이 완료된다.

드론(200)의 비행은 통상적으로 4개의 비행모터(224)가 드론제어부(840)에 의하여 제어되며, 어느 한 쪽에 위치하는 2개의 비행모터(224)의 회전수가 낮고, 반대쪽에 위치하는 2개의 비행모터(224)의 회전수가 높으면, 회전수가 낮은 비행모터(224)에 의하여 회전하는 프로펠러(225)에 의한 양력이 낮고, 회전수가 높은 비행모터(224)에 의하여 회전하는 프로펠러(225)에 의한 양력이 크게 되어 회전수가 낮은 비행모터(224)가 위치하는 쪽이 낮고 회전수가 높은 비행모터(224)가 위치하는 쪽이 높은 상태로 되고, 드론(200)은 회전수가 낮은 비행모터(224)가 위치하는 쪽으로 전진비행하게 된다.

또한 4개의 비행모터(224)를 설정된 회전수보다 높은 회전수로 회전시키면 드론(200)이 상승하게 되고, 4개의 비행모터(224)를 설정된 회전수보다 낮은 회전수로 회전시키면 드론(200)이 하강하게 되며, 4개의 비행모터(224)를 설정된 회전수로 회전시키면 드론(200)이 상승 또는 하강하지 않고, 제자리를 유지하게 된다.

한편, 초기측량과정에서 드론제어부(840)는 장착판(420)에 설치된 수평감지센서(830)의 감지신호에 따라 짐벌(300)의 요잉모터(320), 롤링모터(340), 피칭모터(360)를 제어하여 장착판(420)이 항상 수평을 유지하도록 하며, 이에 따라 장착판(420)에 장착된 디지털카메라(510)의 촬영방향이 연직하방을 향하도록 제어하게 되고, 결과적으로 디지털카메라(510)는 항상 연직하방을 향하면서 지하시설물(10)과 RFID마커(100)를 촬영하게 된다.

또한 장착판(420)에 장착된 디지털카메라(510)는 드론본체(210)의 중심에 위치하는 GPS수신기(810)의 GPS안테나(811)의 연직하방에 위치하게 되므로 디지털카메라(510)에 의하여 촬영된 촬영이미지와 GPS수신기(810)에 의해 수신된 GPS좌표가 일치하게 되어 정확한 초기측량이 이루어지게 된다.

[사후측량]

지하시설물(10)이 노출된 굴착부가 되메워져 지하시설물(10)의 매설이 완료된 후, 일정 시간이 경과하여 매설된 지하시설물(10)의 측량이 필요한 경우, RFID테그탐지기(520)와 GPS수신기(810)에 의한 사후측량이 실시된다.

즉, 드론관제수단(700)의 측량모드입력부(710)에 사후측량모드가 입력되면, 드론관제제어부(730)가 RFID마커(100)의 설계좌표를 포함하는 사후측량구간정보요청명령을 출력하고, 설계좌표를 포함하는 초기측량구간정보요청신호가 드론관제통신부(720)를 통해 송신되며, DB클라우드서버통신부(620)를 통해 DB클라우드서버제어부(630)에 수신되며, DB클라우드서버제어부(630)가 초기측량구간정보에 따라 지도저장부(610)에 저장된 초기보정수치지도 상의 RFID마커(100)의 초기측량좌표를 포함하는 사후측량구간정보송신명령을 출력하고, 초기측량좌표를 포함하는 사후측량구간정보가 DB클라우드서버통신부(620)와 드론관제통신부(720)를 통해 드론관제제어부(730)에 수신되며, 드론관제제어부(730)가 수신된 초기측량좌표를 포함하는 사후측량구간정보송신명령을 출력하며, 초기측량좌표를 포함하는 사후측량구간정보가 드론관제통신부(720)와 드론통신부(820)를 통해 드론제어부(840)에 수신되며, 드론제어부(840)가 수신된 초기측량좌표를 포함하는 사후측량구간정보에 따라 사후측량명령을 출력하게 되고, 드론제어부(840)의 사후측량명령에 따라 비행모터(224)가 회전하며, 회전모터(410)에 의하여 프로펠러(225)가 회전하여 드론(200)이 비행하면서 GPS수신기(810)를 통해 현재의 좌표를 수신하면서 사후측량구간의 시단부에 위치한 설계좌표를 향하여 비행하고, 드론제어부(840)의 사후측량명령에 따라 회전모터(410)가 가동되고, 회전모터(410)에 의하여 장착판(420)이 180도 회전하여 장착판(420)에 장착된 RFID테그탐지기(520)가 드론본체(210)의 중심의 연직하방에 위치하게 되며, 드론(200)이 사후측량구간의 시단부에 위치한 설계좌표에 이르면, 사후측량구간에 설치된 RFID마커(100)의 설계좌표를 따라 비행하면서 사후측량구간에 설치된 RFID마커(100)를 RFID테그탐지기(520)가 순차적으로 탐지하며, 드론제어부(840)가 탐지정보와 GPS수신기(810)로부터 수신한 GPS좌표에 따른 사후측량좌표를 포함하는 사후측량정보송신명령을 출력하고, 사후측량정보가 드론통신부(820)와 DB클라우드서버통신부(620)를 통해 DB클라우드서버제어부(630)에 수신되며, DB클라우드서버제어부(630)가 수신된 사후측량정보에 따라 초기보정수치지도 상의 초기측량좌표를 사후측량좌표로 보정하여 사후보정수치지도가 지도저장부(610)에 저장되게 함과 아울러 상기 사후전자지도와 사후보정수지지도를 합성한 사후보정전자지도가 지도저장부(610)에 저장되게 하고, 드론(200)은 다시 원격제어관리센터로 복귀함으로써 사후 측량이 완료된다.

드론(200)은 상술한 초기측량시와 마찬가지로 비행하게 된다.

한편, 사후측량과정에서 드론제어부(840)는 장착판(420)에 설치된 수평감지센서(830)의 감지신호에 따라 짐벌(300)의 요잉모터(320), 롤링모터(340), 피칭모터(360)를 제어하여 장착판(420)이 항상 수평을 유지하도록 하며, 이에 따라 장착판(420)에 장착된 RFID테그탐지기(520)의 탐지방향이 연직하방을 향하도록 제어하게 되고, 결과적으로 RFID테그탐지기(520)가 항상 연직하방을 향하면서 RFID마커(100)를 탐지하게 된다.

이때, RFID마커(100)와 RFID테그탐지기(520)의 송수신감도에 따라 드론(200)은 비행높이보다 낮게 하강하여 RFID테그탐지기(520)에 의한 RFID마커(100)의 탐지가 정확하게 이루어지도록 할 수 있다.

또한 장착판(420)에 장착된 디지털카메라(510)는 드론본체(210)의 중심에 위치하는 GPS수신기(810)의 GPS안테나(811)의 연직하방에 위치하게 되므로 디지털카메라(510)에 의하여 촬영된 촬영이미지와 GPS수신기(810)에 의해 수신된 GPS좌표가 일치하게 되어 정확한 사후측량이 이루어지게 된다.

[사후 재측량]

사후에 재측량이 필요한 경우에는 상술한 사후 측량시와 동일한 방법으로 이루어질 수 있으며,

[드론 랜딩]

한편, 드론(200)은 지면의 상태와 무관하게 랜딩부(230)에 의하여 항상 수평 상태를 유지하면서 랜딩하게 되어 랜딩 과정에서 드론(200)의 손상을 방지할 수 있게 된다.

드론(200)이 비행할 때 랜딩나사봉(234)은 모두 동일한 높이로 유지되며, 랜딩할 때, 지면이 수평인 경우에는 4개의 랜딩나사봉(234)의 하단에 구비된 랜딩감지스위치(236)가 일시에 턴온되고, 이에 따라 드론제어부(840)가 4개의 랜딩모터(231)가 정지된 상태로 유지되게 하여 그대로 랜딩하게 되며, 이 경우 드론(200)이 수평을 유지하므로 드론본체(210)의 손상이 발생하지 않게 된다[도 6 참조].

한편, 지면이 경사진 경우에는 4개의 랜딩나사봉(234)의 하단에 구비된 랜딩감지스위치(236) 중 어느 하나가 먼저 턴온되며, 이에 따라 드론제어부(840)가 턴온되지 않은 랜딩감지스위치(236)에 대응하는 랜딩모터(231)를 회전시키게 되고, 랜딩모터(231)의 중공형모터축(232)의 암나사부(233)와 랜딩나사봉(234)의 수나사부(235)의 나사작용에 의하여 랜딩나사봉(234)이 하강하게 되며, 이 과정에서 지면에 접촉하여 턴온되는 랜딩감지스위치(236)에 대응하는 랜딩모터(231)가 드론제어부(840)에 의하여 정지되고, 이러한 작용에 의하여 드론(200)이 수평상태로 랜딩될 수 있으므로 드론본체(210)의 손상이 방지된다[도 7 참조].

드론(200)은 1대만 운영될 수도 있으나, 복수대의 드론을 동시에 운영하여 여로 곳에서 진행되는 시공현장의 지하시설물(10)에 대한 초기측량과 매설된 지하시설물(10)에 대한 사후측량을 동시에 수행할 수 있도록 구성할 수 있다.

이상에서 설명한 실시예들은 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로 상술한 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 및 범위에서 벗어나지 않는 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이며, 이러한 수정 및 변형은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 지하시설물 11 : 직선부분
12 : 변곡부 100 : RFID마커
200 : 드론 210 : 드론본체
220 : 비행부 224 : 비행모터
225 : 프로펠러 230 : 랜딩부
231 : 랜딩모터 234 : 랜딩나사봉
236 : 랜딩감지스위치 300 : 짐벌
400 : 회전장착대 410 : 회전모터
420 : 장착판 510 : 디지털카메라
520 : RFID테그탐지기 600 : DB클라우드서버
610 : 지도저장부 620 : DB클라우드서버통신부
630 : DB클라우드서버제어부 700 : 드론관제수단
710 : 측량모드입력부 720 : 드론관제통신부
730 : 드론관제제어부 800 : 드론제어수단
810 : GPS수신기 820 : 드론통신부
830 : 수평감지센서 840 : 드론제어부

Claims (1)

1. 복수개의 직선부분(11)과 변곡부(12)를 가지는 지하시설물(10)을 실시간으로 측량하는 비행선을 이용한 지하시설물의 실시간 측량 시스템에 있어서,
   상기 변곡부(12)에 설치되는 RFID마커(100)와; 드론본체(210)와, 상기 드론본체(210)에 설치되는 비행부(220)와 랜딩부(230)를 구비하는 드론(200)과; 상기 드론본체(210)의 하면에 장착되는 짐벌(300)과; 상기 짐벌(300)의 하단에 장착되는 회전장착대(400)와; 상기 회전장착대(400)에 탑재되는 초기측량용 디지털카메라(510)와, 사후측량용 RFID테그탐지기(520)와; 수치지도와 전자지도가 저장되는 DB클라우드서버(600); 상기 DB클라우드서버(600)와 무선통신하며, 상기 드론(200)을 관제하는 드론관제수단(700)과; 상기 드론(200)에 구비되어 상기 드론관제수단(700)과 무선통신하며 상기 비행부(220), 랜딩부(230), 짐벌(300), 회전장착대(400), 초기측량용 디지털카메라(510) 및 사후측량용 RFID테그탐지기(520)를 제어하는 드론제어수단(800);을 포함하여 구성되며,
   상기 RFID마커(100)는 지하시설물(10)의 시공시 터파기공정과 지하시설물 거치공정 후 되메우기 공정 전에 지하시설물(10)이 노출된 상태에서 상기 변곡부(12)에 설치되며,
   상기 RFID마커(100)는 지하시설물에 부착 고정되는 마커본체(110)와, 상기 마커본체(110)에 매설되는 RFID태그(120)를 포함하고,
   상기 RFID마커(100)는 마커본체(110)에 형성된 밴드관통공(111)에 상부밴드(130)를 관통시키고, 지하시설물(10)의 하반부를 하부밴드(140)로 감싼 상태에서 하부밴드(140)와, 상부밴드(130)와 하부밴드(140)의 양단에 형성된 절곡부(131, 141)에 볼트(151)를 관통시키고 너트(152)를 체결하여 조이는 것에 의하여 지하시설물(10)에 부착되며,
   상기 드론(200)은 드론본체(210)와, 상기 드론본체(210)에 설치되는 비행부(220)와 랜딩부(230)를 포함하여 구성되고,
   상기 비행부(220)는 상기 드론본체(210)의 가장자리에 결합되어 방사상으로 연장되며 외측단에 비행모터장착부(222)가 구비되고 중간부에 랜딩모터장착부(223)가 구비되는 복수개의 지지대(221)와, 상기 복수개의 지지대(221)의 비행모터장착부(222)에 각각 장착되는 비행모터(224)와, 상기 비행모터(224)에 의하여 각각 회전하는 프로펠러(225)를 포함하며,
   상기 랜딩부(230)는 상기 지지대(221)에 형성된 랜딩모터장착부(223)에 고정되며 내주면에 암나사부(233)가 형성된 중공형모터축(232)을 가지는 랜딩모터(231)와, 상기 암나사부(233)에 나자물림되며 랜딩모터장착부(223)를 관통하는 수나사부(235)를 가지는 랜딩나사봉(234)과, 상기 랜딩나사봉(234)의 하단에 구비되어 랜딩여부를 감지하는 랜딩감지스위치(236)와, 지면과의 접촉에 의하여 랜딩감지스위치(236)가 손상되는 것을 방지하기 위하여 랜딩감지스위치(236)에 씌워지는 반구형 고무캡(237)을 포함하고,
   상기 짐벌(300)은 상기 드론본체(210)의 중앙에서 이격된 위치에 수직으로 고정 결합되는 짐벌고정대(310)와; 상기 짐벌고정대(310)의 하면에 결합되는 요잉모터(320)와; 상기 요잉모터(320)의 요잉모터축(321)의 하단에 결합되는 수평판(331)과 상기 수평판(331)의 일단에서 수직하방으로 절곡 연장 형성되는 수직판(332)을 가지는 요잉작동대(330)와; 상기 요잉작동대(330)의 수직판(332)에 장착되는 롤링모터(340)와; 상기 롤링모터(340)의 롤링모터축(341)의 선단부에 결합되는 결합판(351)과 상기 결합판(351)의 좌우양측에서 전방으로 절곡 형성되는 연장판(352)을 가지는 롤링작동대(350)와; 상기 롤링작동대(350)의 연장판(352)에 장착되는 피칭모터(360)와; 상기 피칭모터(360)의 피칭모터축(361)의 하단에 결합되는 피칭작동대(370)를 포함하여 구성되며,
   상기 회전장착대(400)는 상기 짐벌(300)의 피칭작동대(370)의 하면에 상면이 고정되어 수직으로 설치되고 모터축(411)이 하방을 향하는 회전모터(410)와, 상기 모터축(411)에 결합되는 장착판(420)을 포함하여 구성되고,
   상기 모터축(411)에 수나사부(413)를 형성하되 평면부(414)를 형성하고, 장착판(420)에 형성되는 축공(421)에 상기 평면부(414)에 대응하는 평면부(422)를 형성하여, 축공(421)에 모터축(411)을 끼웠을 때 모터축(411)과 장착판(420)이 헛돌지 않게 하고, 장착판(420)의 상, 하부에서 모터축(411)에 너트(431, 432)를 체결하는 것에 의하여 결합되며,
   상기 사후측량용 RFID테그탐지기(520)는 상단에 플랜지(522)가 형성된 탐지기본체(521)와, 상기 탐지기본체(521)에 매설되는 RFID탐지센서(523)를 포함하여 구성되고,
   상기 짐벌(300)은 드론본체(210)의 중심에서 이격된 위치에 장착되며, 짐벌(300)의 피칭작동대(370)에 장착된 회전모터(410)에 의하여 장착판(420)을 회전시키는 것에 의하여 초기측량용 디지털카메라(510)의 촬영중심 또는 사후측량용 RFID테그탐지기(520)의 탐지중심이 드론본체(210)의 중심 하방에 위치할 수 있도록 구성되며,
   상기 DB클라우드서버(600)는 원격제어관리센터에 구비되며, 국가지리정보원에서 다운로드된 기본수치지도와, 상기 기본수치지도에 상기 RFID마커(100)의 설계좌표가 기록된 설계수치지도와, 상기 설계좌표를 지하시설물(10)의 시공시 상기 초기측량용 디지털카메라(510)에 의하여 측량된 RFID마커(100)의 초기측량좌표로 보정한 초기보정수치지도와, 상기 초기측량좌표를 추후 사후측량용 RFID테그탐지기(520)에 의하여 측량된 사후측량좌표로 보정한 사후보정수치지도와, 상기 초기보정수치지도와 초기측량용 디지털카메라(510)에 의하여 촬영된 초기영상이미지를 합성한 초기전자지도와, 상기 사후보정수치지도와 초기측량용 디지털카메라(510)에 의하여 촬영된 사후영상이미지를 합성한 사후전자지도가 저장되는 지도저장부(610)와, 상기 드론관제수단(700)과 무선통신하는 DB클라우드서버통신부(620)와, 상기 지도저장부(610)와 DB클라우드서버통신부(620)를 제어하는 DB클라우드서버제어부(630)를 포함하여 구성되고,
   상기 드론관제수단(700)은 원격제어관리센터에 구비되며, 측량모드가 입력되는 측량모드입력부(710)와, 상기 DB클라우드서버(600)와 무선통신하는 드론관제통신부(720)와, 상기 측량모드입력부(710)의 입력모드에 따라 드론관제통신부(720)를 제어하는 드론관제제어부(730)를 포함하여 구성되며,
   상기 드론제어수단(800)은 드론본체(210)의 상면 중앙에 설치되는 GPS수신기(810)와, 상기 드론본체(210)의 중심부에 위치하는 GPS안테나(811)를 가지는 상기 드론관제통신부(720)와 무선통신하는 드론통신부(820)와, 상기 장착판(420)의 상면에 설치되는 수평감지센서(830)와, 상기 측량모드입력부(710)에 입력되고 드론관제통신부(720)로부터 드론통신부(820)에 수신된 측량모드에 따라 상기 비행부(220)와 랜딩부(230)와 짐벌(300) 및 회전장착대(400)를 제어하는 드론제어부(840)를 포함하여 구성되고,
   초기상태에서, DB클라우드서버(600)의 지도저장부(610)에는 국가지리정보원에서 다운로드된 기본수치지도가 저장되며, 지하시설물(10)의 설계단계에서 기본수치지도 상에 RFID마커(100)의 설계좌표가 입력된 설계수치지도가 저장되며,
   상기 드론(200)은 DB클라우드서버(600)와 드론관제수단(700)이 설치된 원격제어관리센터에 상시 이륙 가능한 상태로 비치되고, 드론(200)이 비치되는 원격제어관리센터에는 유선 또는 무선 충전장치를 구비하여 드론(200)에 탑재된 배터리가 항시 완충된 상태로 유지되도록 할 수 있도록 구성되고, 드론(200)에 장착된 초기측량용 디지털카메라(510)가 드론(200)의 중심 직하방에 위치하는 상태로 유지되며,
   지하시설물(10)이 처음 시공될 때, 지반을 터파기한 굴착부에 지하시설물(10)을 거치하고 굴착부를 되메우기 전에 지하시설물(10)이 노출된 상태에서 드론(200)이 비행하면서 디지털카메라(510)와 GPS수신기(810)에 의한 초기측량을 수행하기 위하여 드론관제수단(700)의 측량모드입력부(710)에 초기측량모드가 입력되면, 드론관제제어부(730)가 RFID마커(100)의 설계좌표를 포함하는 초기측량구간정보요청명령을 출력하고, 설계좌표를 포함하는 초기측량구간정보요청신호가 드론관제통신부(720)를 통해 송신되며, DB클라우드서버통신부(620)를 통해 DB클라우드서버제어부(630)에 수신되며, DB클라우드서버제어부(630)가 초기측량구간정보에 따라 지도저장부(610)에 저장된 설계수치지도 상의 RFID마커(100)의 설계좌표를 포함하는 초기측량구간정보송신명령을 출력하고, 설계좌표를 포함하는 초기측량구간정보가 DB클라우드서버통신부(620)와 드론관제통신부(720)를 통해 드론관제제어부(730)에 수신되며, 드론관제제어부(730)가 수신된 설계좌표를 포함하는 초기측량구간정보송신명령을 출력하며, 설계좌표를 포함하는 초기측량구간정보가 드론관제통신부(720)와 드론통신부(820)를 통해 드론제어부(840)에 수신되며, 드론제어부(840)가 수신된 설계좌표를 포함하는 초기측량구간정보에 따라 초기측량명령을 출력하게 되고, 드론제어부(840)의 초기측량명령에 따라 비행모터(224)가 회전하며, 회전모터(410)에 의하여 프로펠러(225)가 회전하여 드론(200)이 비행하면서 GPS수신기(810)를 통해 현재의 좌표를 수신하면서 초기측량구간의 시단부에 위치한 설계좌표를 향하여 비행하고, 드론(200)이 초기측량구간의 시단부에 위치한 설계좌표에 이르면, 초기측량구간에 설치된 RFID마커(100)의 설계좌표를 따라 비행하면서 초기측량구간에 설치된 RFID마커(100)를 순차적으로 촬영하며, 드론제어부(840)가 촬영이미지정보와 GPS수신기(810)로부터 수신한 GPS좌표에 따른 초기측량좌표를 포함하는 초기측량정보송신명령을 출력하고, 초기측량정보가 드론통신부(820)와 DB클라우드서버통신부(620)를 통해 DB클라우드서버제어부(630)에 수신되며, DB클라우드서버제어부(630)가 수신된 초기측량정보에 따라 설계수치지도 상의 설계좌표를 초기측량좌표로 보정하여 초기보정수치지도가 지도저장부(610)에 저장되게 함과 아울러 상기 촬영이미지정보와 초기보정수지지도를 합성한 초기보정전자지도가 지도저장부(610)에 저장되게 하고, 드론(200)은 다시 원격제어관리센터로 복귀하며,
   지하시설물(10)이 노출된 굴착부가 되메워져 지하시설물(10)의 매설이 완료된 후, 일정 시간이 경과하여 매설된 지하시설물(10)의 측량이 필요한 경우, RFID테그탐지기(520)와 GPS수신기(810)에 의한 사후측량을 수행하기 위하여 드론관제수단(700)의 측량모드입력부(710)에 사후측량모드가 입력되면, 드론관제제어부(730)가 RFID마커(100)의 설계좌표를 포함하는 사후측량구간정보요청명령을 출력하고, 설계좌표를 포함하는 초기측량구간정보요청신호가 드론관제통신부(720)를 통해 송신되며, DB클라우드서버통신부(620)를 통해 DB클라우드서버제어부(630)에 수신되며, DB클라우드서버제어부(630)가 초기측량구간정보에 따라 지도저장부(610)에 저장된 초기보정수치지도 상의 RFID마커(100)의 초기측량좌표를 포함하는 사후측량구간정보송신명령을 출력하고, 초기측량좌표를 포함하는 사후측량구간정보가 DB클라우드서버통신부(620)와 드론관제통신부(720)를 통해 드론관제제어부(730)에 수신되며, 드론관제제어부(730)가 수신된 초기측량좌표를 포함하는 사후측량구간정보송신명령을 출력하며, 초기측량좌표를 포함하는 사후측량구간정보가 드론관제통신부(720)와 드론통신부(820)를 통해 드론제어부(840)에 수신되며, 드론제어부(840)가 수신된 초기측량좌표를 포함하는 사후측량구간정보에 따라 사후측량명령을 출력하게 되고, 드론제어부(840)의 사후측량명령에 따라 비행모터(224)가 회전하며, 회전모터(410)에 의하여 프로펠러(225)가 회전하여 드론(200)이 비행하면서 GPS수신기(810)를 통해 현재의 좌표를 수신하면서 사후측량구간의 시단부에 위치한 설계좌표를 향하여 비행하고, 드론제어부(840)의 사후측량명령에 따라 회전모터(410)가 가동되고, 회전모터(410)에 의하여 장착판(420)이 180도 회전하여 장착판(420)에 장착된 RFID테그탐지기(520)가 드론본체(210)의 중심의 연직하방에 위치하게 되며, 드론(200)이 사후측량구간의 시단부에 위치한 설계좌표에 이르면, 사후측량구간에 설치된 RFID마커(100)의 설계좌표를 따라 비행하면서 사후측량구간에 설치된 RFID마커(100)를 RFID테그탐지기(520)가 순차적으로 탐지하며, 드론제어부(840)가 탐지정보와 GPS수신기(810)로부터 수신한 GPS좌표에 따른 사후측량좌표를 포함하는 사후측량정보송신명령을 출력하고, 사후측량정보가 드론통신부(820)와 DB클라우드서버통신부(620)를 통해 DB클라우드서버제어부(630)에 수신되며, DB클라우드서버제어부(630)가 수신된 사후측량정보에 따라 초기보정수치지도 상의 초기측량좌표를 사후측량좌표로 보정하여 사후보정수치지도가 지도저장부(610)에 저장되게 함과 아울러 상기 사후전자지도와 사후보정수지지도를 합성한 사후보정전자지도가 지도저장부(610)에 저장되게 하고, 드론(200)은 다시 원격제어관리센터로 복귀하도록 운용됨을 특징으로 하는 비행선을 이용한 지하시설물의 실시간 측량 시스템.

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