KR102090170B1 - 드론을 이용한 산불 감시 장치 및 산불 감시 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 360도 회전하는 무선충전패드, 무선충전패드에서 공급되는 무선전력에 따라 구비된 배터리를 충전하고 무선충전패드의 회전에 따라 구비된 카메라를 이용하여 산불 감시 장치 외부의 이미지를 촬영하는 드론 및 무선충전패드의 회전과 드론에 대한 무선충전을 제어하는 제어 유닛을 포함하고, 드론에 의해 촬영된 이미지로부터 산불 발생 이벤트가 감지되는, 드론을 이용한 산불 감시 장치 및 산불 감시 시스템에 관한 것이다.

Description

드론을 이용한 산불 감시 장치 및 산불 감시 시스템{FOREST FIRE MONITORING DEVICE AND FOREST FIRE MONITORING SYSTEM USING DRONE}
본 발명은 드론을 이용한 산불 감시 장치 및 산불 감시 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 360도 회전 가능한 CCTV로 동작하고 산불 발생시 산불의 진행방향을 추적하고 산불의 화재 영상을 실시간 무선 전송 가능하며 드론의 배터리 방전시에 인근 충전 격납고를 검색하여 충전 가능한, 드론을 이용한 산불 감시 장치 및 산불 감시 시스템에 관한 것이다.
최근 산불 피해액 규모가 약 2000억 원에 이르고 산림피해 면적 940ha 정도가 소실되어 이슈가 된 강원도 산불과 같이 산불 진화가 초기에 이루어지지 못하면 산불에 따른 많은 피해가 발생한다.
산불 발생에 따른 피해를 줄이기 위해서는 많은 인력을 산불 감시에 동원해야 하나 인력, 예산 등의 문제로 용이치 않다. 또한, CCTV를 이용하여 산불감시를 할 수 있으나 이 경우에도 산불 감시를 위한 인력이 필요하고 고정 CCTV의 한계점으로 인해 산불 진화의 초동 대응에 그 한계가 존재한다.
한편, 기술의 발전에 따라, 무선전파 유도에 따라 비행하는 비행체가 널리 활용되고 있다. 비행기, 헬리콥터 모양의 비행체로서 "드론" 등으로 지칭되는 비행체(이하 '드론'이라 함)는 원격에서의 제어에 따라 임의의 위치나 장소로 이동하고 구비된 카메라를 이용하여 해당 위치에서의 영상을 촬영하고 촬영된 영상을 실시간 전송 가능하다.
이와 같은 드론 등을 활용하여 산불 감시에 적용할 수 있다면 다양한 장점을 제공할 수 있을 것이다.
드론 등을 산불 감시에 적용하기 위해서는 여러 가지 고려 사항이 존재한다. 먼저, 드론은 구비된 배터리의 한계로 인해 최대 비행시간이 제한된다. 예를 들어, 현재까지 알려진 드론은 최대 40분 이내의 제한적인 비행시간을 가지고 있다. 반면, 산불 감시 대상인 산림의 면적은 매우 넓어 드론을 활용해서 넓은 산림 면적을 모니터링 하기가 사실상 불가능하다.
이와 같은 문제점을 해소할 수 있는 드론을 이용한 산불 감시 장치 및 산불 감시 시스템이 필요하다.
공개특허 10-2018-0079725, 2018년07월11일
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해서 안출한 것으로서, 다수의 드론 격납고 및 드론을 이용하여 넓은 산림에서 발생하는 산불을 효율적으로 모니터링 가능한, 드론을 이용한 산불 감시 장치 및 산불 감시 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 산림의 열악한 환경에도 드론을 안전하게 격납 가능한 격납고에서 드론에 장착된 카메라를 사용하여 360도 방향 회전을 통해 고정 위치에서의 전방향 산불 감시가 가능하고 산불 발생시 인접한 드론이 동적으로 산불 모니터링이 가능한, 드론을 이용한 산불 감시 장치 및 산불 감시 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 산불 발생시 산림에 설치된 드론 격납고의 다수의 드론을 통해 산불의 발생위치 및 진행 방향을 감시, 추적 및 통보하여 효율적으로 산불을 조기에 진화 가능토록 하는, 드론을 이용한 산불 감시 장치 및 산불 감시 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 다수의 산불 감시 장치를 설치하여 산림에서의 산불 모니터링 중 드론 배터리의 방전시에 드론의 현재 위치에서 가장 근접해 있고, 이용 가능한 산불 감시 장치에서 배터리 충전이 가능토록 하는, 드론을 이용한 산불 감시 장치 및 산불 감시 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 일 양상에 따른 드론을 이용한 산불 감시 장치는 360도 회전하는 무선충전패드, 무선충전패드에서 공급되는 무선전력에 따라 구비된 배터리를 충전하고 무선충전패드의 회전에 따라 구비된 카메라를 이용하여 산불 감시 장치 외부의 이미지를 촬영하는 드론 및 무선충전패드의 회전과 드론에 대한 무선충전을 제어하는 제어 유닛을 포함하고, 드론에 의해 촬영된 이미지로부터 산불 발생 이벤트가 감지된다.
상기한 산불 감시 장치에 있어서, 드론의 이륙이나 착륙을 위해 개폐 가능한 개폐 커버 및 개폐 커버로부터 무선충전패드로의 착륙을 가이드할 수 있는 슬로프를 더 포함한다.
상기한 산불 감시 장치에 있어서, 돔 형상인 개폐 커버는 태양광 패널을 구비하고, 산불 감시 장치는, 태양광 패널을 통해 생성되는 전원을 저장하고 무선충전패드 및 제어 유닛으로 전원을 공급하는 배터리를 더 포함한다.
상기한 산불 감시 장치에 있어서, 산림의 지정된 위치에 고정 설치되어 개폐 커버, 드론 및 무선충전패드를 지지하고 지정된 높이를 가지는 기둥(pillar), 무선충전패드에 착륙한 드론을 보호하는 유리벽으로서, 유리벽 외부의 카메라의 렌즈에 노출되는 이미지를 촬영 가능토록 하는 유리벽 및 무선 통신을 통해 무선 패킷을 송수신하는 무선 AP를 더 포함하고, 드론은 무선 패킷을 통해 수신된 제어 정보의 지정 위치로 이동하여 산불 발생 이벤트를 추적한다.
본 발명에 일 양상에 따른 드론을 이용한 산불 감시 시스템은 상기한 복수의 산불 감시 장치 및 복수의 산불 감시 장치에서 촬영된 이미지로부터 산불 발생을 모니터링하고 산불 감시 장치의 드론을 제어하여 산불을 추적하는 지역관제센터를 포함한다.
상기한 산불 감시 시스템에 있어서, 지역관제센터는 산불 감시 장치의 드론에서 촬영된 이미지를 수신하고 수신된 이미지로부터 산불 발생 이벤트를 결정하고 구비된 3D 맵을 통해 산불이 발생한 위치를 특정하고 산불 감시 장치로 특정된 위치를 포함하는 제어 정보를 전송하며, 산불 감시 장치는 제어 정보의 수신에 따라 구비된 개폐 커버를 열고, 산불 감시 장치의 드론은 제어 정보에 특정된 위치로 이동한다.
상기한 산불 감시 시스템에 있어서, 특정 위치로 이동 후에, 드론은 구비된 카메라를 이용하여 이미지를 촬영하고 촬영된 이미지 및 구비된 GPS 센서를 이용하여 측정된 위치 정보를 지역관제센터로 전송하고, 구비된 카메라로부터의 이미지를 통해 발생한 산불의 진행 방향을 자동 추적한다.
상기한 산불 감시 시스템에 있어서, 드론은 구비된 시각 카메라로부터의 이미지 영역에서 픽셀 데이터들에 대응하는 색 온도의 변화 인식을 통해 산불의 진행 방향을 추정하고 추정된 진행 방향으로 이동하여 시각 카메라를 통해 이미지를 계속 촬영하거나, 드론은 구비된 열화상 카메라로부터의 열화상 이미지 영역에서 픽셀별 온도 데이터의 변화 인식을 통해 산불의 진행 방향을 추정하고 추정된 진행 방향으로 이동하여 열화상 카메라를 통해 열화상 이미지를 계속 촬영한다.
상기한 산불 감시 시스템에 있어서, 드론은 측정된 배터리 잔량 정보를 지역관제센터로 더 전송하고, 지역관제센터는 배터리 잔량 정보의 배터리 잔량이 지정된 임계치 미만인 경우 드론이 없는 하나 이상의 산불 감시 장치 중 가장 가까운 산불 감시 장치를 결정하고 결정된 산불 감시 장치로의 이동을 요청하는 제어 정보를 배터리 잔량이 임계치 미만인 드론으로 전송하고 드론으로부터의 수신되는 위치 정보에 따라 드론이 결정된 산불 감시 장치에 도착한 경우 산불 감시 장치의 제어 유닛으로 개폐 커버를 오픈하도록 하는 제어 정보를 전송한다.
상기한 산불 감시 시스템에 있어서, 지역관제센터는, 드론이 결정된 산불 감시 장치에 도착한 후에, 드론의 바닥면에 구비된 3D 이미지 센서로부터 3D 이미지를 수신하고 구비된 3D 맵을 이용하여 3D 이미지에 대응하는 현재의 3차원 위치를 특정하고 특정된 3차원 위치에 따라 드론을 결정된 산불 감시 장치의 오픈된 개폐 커버 아래의 무선충전패드에 착륙시키기 위해 드론의 현재 위치를 조정하는 제어 정보를 드론으로 전송하고 무선충전패드에 착륙 인식 후에 산불 감시 장치의 제어 유닛으로 드론을 충전하기 위한 제어 정보를 전송한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 드론을 이용한 산불 감시 장치 및 산불 감시 시스템은 다수의 드론 격납고 및 드론을 이용하여 넓은 산림에서 발생하는 산불을 효율적으로 모니터링 가능한 효과가 있다.
또한, 상기와 같은 본 발명에 따른 드론을 이용한 산불 감시 장치 및 산불 감시 시스템은 산림의 열악한 환경에도 드론을 안전하게 격납 가능한 격납고에서 드론에 장착된 카메라를 사용하여 360도 방향 회전을 통해 고정 위치에서의 전방향 산불 감시가 가능하고 산불 발생시 인접한 드론이 동적으로 산불 모니터링이 가능한 효과가 있다.
또한, 상기와 같은 본 발명에 따른 드론을 이용한 산불 감시 장치 및 산불 감시 시스템은 산불 발생시 산림에 설치된 드론 격납고의 다수의 드론을 통해 산불의 발생위치 및 진행 방향을 감시, 추적 및 통보하여 효율적으로 산불을 조기에 진화 가능토록 하는 효과가 있다.
또한, 상기와 같은 본 발명에 따른 드론을 이용한 산불 감시 장치 및 산불 감시 시스템은 다수의 산불 감시 장치를 설치하여 산림에서의 산불 모니터링 중 드론 배터리의 방전시에 드론의 현재 위치에서 가장 근접해 있고, 이용 가능한 산불 감시 장치에서 배터리 충전이 가능토록 하는 효과가 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 예시적인 산불 감시 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 산불 감시 장치의 예시적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 지역관제센터의 예시적인 블록도를 도시한 도면이다.
도 4는 산불 감시 장치의 제어 유닛의 예시적인 블록도를 도시한 도면이다.
도 5는 드론의 예시적인 블록도를 도시한 도면이다.
도 6은 산불 감시 시스템을 통해 산불 감시가 이루어지는 예시적인 제어 흐름을 도시한 도면이다.
도 7은 산불 감시 중인 드론에 대해 예시적인 동적 전원 충전 과정을 도시한 도면이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술 되어 있는 상세한 설명을 통하여 더욱 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 예시적인 산불 감시 시스템을 도시한 도면이다.
도 1에 따르면, 드론(370)을 이용하는 산불 감시 시스템은 중앙관제센터(100), 하나 이상의 지역관제센터(200) 및 하나 이상의 산불 감시 장치(300)를 포함한다.
도 1을 통해 산불 감시 시스템을 간단히 살펴보면, 중앙관제센터(100)는 하나 이상의 지역관제센터(200)를 관리 및 모니터링한다. 중앙관제센터(100)는 중앙관제서버 등을 구비하고 중앙관제서버는 지역관제센터(200)와 인터넷 등을 통해 연결되어 지역관제센터(200)로부터 산불 발생 이벤트를 나타내거나 포함하는 상태 정보를 수신하고 상태 정보에 따라 산림청이나 소방청에 이를 통보할 수 있다.
중앙관제센터(100)는 바람직하게는 지역에 산재 되어 설치되어 있는 다수의 지역관제센터(200)를 관리하고 모니터링(감시)할 수 있고 이에 따라 관제업무를 효율화시킬 수 있다.
지역관제센터(200)는 특정 산림 지역에 설치되어 해당 산림 지역 내에 설치되어 있는 산불 감시 장치(300)를 관리하고 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 지역관제센터(200)는 특정 산악 지역 내에 설치되어 있는 다수의 산불 감시 장치(300)에 무선 통신을 통해 연결되고 산불 감시 장치(300)로부터 수신되고 산불 감시 장치(300)에 의해 촬영된 이미지로부터 산불 발생을 모니터링한다. 또한, 지역관제센터(200)는 산불 발생시 특정 산림(산악) 지역에 설치되어 있는 산불 감시 장치(300)(들)의 드론(370)을 제어하여 산불의 이동(진행) 경로를 추적할 수 있다.
지역관제센터(200)는 무선 AP, 라우터, NVR 및 관제서버 등을 구비하고 관리 대상인 하나 이상의 산불 감시 장치(300)에서 촬영되고 수신되는 이미지에서 산불 발생을 나타내는 산불 발생 이벤트를 결정할 수 있다. 산불 발생 이벤트의 결정에 따라, 지역관제센터(200)는 내부에 구비된 3D 맵(또는 3차원 지능형 맵)을 통해 수신된 이미지로부터 산불 발생 위치를 특정할 수 있다.
지역관제센터(200)는 특정된 위치를 포함하는 제어 정보를 산불 발생 이벤트의 결정에 이용된 이미지를 전송한 산불 감시 장치(300) 또는 특정된 위치에 가장 인접하는 위치에 설치된 산불 감시 장치(300)로 전송할 수 있다.
지역관제센터(200)에 대해서는 도 3, 도 6 및 도 7에서 좀 더 상세히 살펴보도록 한다.
산불 감시 장치(300)는 특정 산림(산악) 지역의 한 위치에 설치되어 설치된 위치 주위를 모니터링한다. 산불 감시 장치(300)는 산림(산악) 지역의 산등성이, 꼭대기, 능선 등 주위를 모니터링 용이한 위치에 고정 설치될 수 있다.
산불 감시 장치(300)는 드론(370)을 구비하고 드론(370)의 카메라에서 촬영된 이미지를 통해 주위를 모니터링할 수 있도록 구성된다. 산불 감시 장치(300)는 지역관제센터(200)(의 관제서버)의 제어에 따라 동작할 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 산불 감시 장치(300)는 특정 위치(예를 들어, 위도, 경도 등)를 포함하는 제어 정보의 수신에 따라 구비된 개폐 커버(330)(슬라이딩 루프돔)를 열고 개폐 커버(330) 내부에 설치되어 있는 드론(370)이 해당 특정 위치로 이동할 수 있다.
산불 감시 장치(300)와 지역관제센터(200)는 각종 데이터를 무선 통신을 통해 송수신할 수 있다. 예를 들어, 산불 감시 장치(300)들과 이 산불 감시 장치(300)들을 관리하는 지역관제센터(200)는 2.4GHz/5.8GHz 대역의 와이파이 무선통신을 통해 이미지나 제어 데이터(정보) 등을 포함하는 무선패킷을 송수신할 수 있다. 또는, 산불 감시 장치(300)와 지역관제센터(200)는 LTE망, 5G 망과 같은 이동통신망을 통해 이미지나 제어 데이터(정보) 등을 포함하는 이동통신(무선) 패킷을 송수신할 수 있다.
산불 감시 장치(300)에 대해서는 도 2, 도 4 내지 도 7 등을 통해 좀 더 상세히 살펴보도록 한다.
도 2는 산불 감시 장치(300)의 예시적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2에 따른 산불 감시 장치(300)는 산림 지역의 특정 위치에 고정 설치된다. 도 2의 예와 같이 산불 감시 장치(300)는 받침대(310), 기둥(320), 격납고(340), 개폐 커버(330), 무선충전패드(350), 무선 AP(360), 드론(370), 배터리(380) 및 제어 유닛(390)을 포함한다. 기둥(320), 받침대(310) 등을 포함하는 산불 감시 장치(300)는 산림 지역의 지정된 위치에 고정 설치된다. 산불 감시 장치(300)들은 서로 일정한 거리(예를 들어, 4Km)에 위치하고 시야가 확보되는 임의의 위치(예를 들어, 산능선, 정상)에 고정 설치될 수 있다.
받침대(310)는 기둥(320), 격납고(340) 등의 산불 감시 장치(300)를 설치 위치의 지면상에 고정시키고 산불 감시 장치(300)를 지지한다. 받침대(310)는 금속재, 시멘트, 플라스틱 등의 재질로 구성되고 볼트, 와이어 등과 같은 고정 수단을 통해 산림의 흙이나 암석 등에 고정될 수 있도록 구성된다.
기둥(320)은 지정된 높이(예를 들어, 3M, 4M 등)를 가지고 격납고(340), 개폐 커버(330), 격납고(340) 내의 드론(370)과 무선충전패드(350)를 지지하도록 구성된다. 기둥(320)은 원통형 등의 형상을 가지고 설계된 높이(예를 들어, 3M 등)를 가지도록 구성될 수 있다. 기둥(320)은 금속재, 시멘트, 플라스틱 등의 재질 등으로 구성되고 받침대(310)에 고정되어 지정된 임의 위치에서 주위 모니터링을 위한 드론(370)의 카메라 등을 위한 시야를 확보 가능토록 한다.
격납고(340)는 드론(370)을 내부에 수용하고 드론(370)을 외부와 분리(격리)시키도록 구성된다. 격납고(340)는 드론(370)을 내부에 수용하기 위한 공간을 가지고 해당 공간에 드론(370)이 위치할 수 있다. 격납고(340)는 드론(370)을 외부로부터 보호하기 위한 벽을 가진다. 예를 들어, 격납고(340)는 무선충전패드(350)에 착륙한 드론(370)을 외부로부터 보호하기 위한 원통형의 유리벽(341)을 가질 수 있다. 석영 등으로 구성되어 내외부를 분리하고 내부에서 외부를 볼 수 있도록 투명한 유리벽(341)은 드론(370)에 구비된 카메라의 렌즈에 노출되는 유리벽(341) 외부의 이미지를 촬영 가능토록 한다. 유리벽(341)(또는 유리창)은 고릴라글라스 등과 같이 외부 충격에 강한 재질로 바람직하게 구성된다.
개폐 커버(330)는 격납고(340)를 열거나 닫을 수 있도록 구성된다. 개폐 커버(330)는 격납고(340) 내의 드론(370)의 이륙을 위해 또는 착륙을 위해 열리고 이륙 후나 착륙 후에 닫힐 수 있도록 구성된다. 개폐 커버(330)는 격납고(340)의 지붕(루프)을 구성할 수 있다.
개폐 커버(330)는 두 개의 평평한 플레이트(판)(알루미늄 플레이트(판))로 구성되어 두 개의 플레이트가 멀어지는 방향으로 이동하여 열리거나 플레이트가 반대(가까워지는) 방향으로 이동하여 닫힐 수 있다. 또는, 개폐 커버(330)는 닫혔을 때 돔 형상으로 구성되고 하나의 반 돔 지붕과 다른 하나의 반 돔 지붕이 서로 멀어지는 방향으로 이동하여 열리거나 반대 방향으로 이동하여 닫힐 수 있다. 개폐 커버(330)는 지붕의 개폐를 위해 필요한 구성을 가질 수 있고 예를 들어 플레이트나 반 돔 지붕을 이동(슬라이딩)시키기 위한 모터, 모터 드라이버, 감속기 및 인버터 등을 적어도 포함한다. 개폐 커버(330)는 알루미늄 재질로 구성될 수 있다. 이와 같이, 개폐 커버(330)는 슬라이딩 루프이거나 슬라이딩 루프돔일 수 있다.
평평한 플레이트(판) 형상이나 돔 형상을 가지는 개폐 커버(330)는 태양광 패널(331)을 (표면에) 구비할 수 있다. 태양광 패널(331)은 태양광 에너지를 집적하고 태양광 발전부(395)를 통해 집적된 태양광 에너지를 전기 에너지(신호)로 변환시킬 수 있도록 한다. 개폐 커버(330)가 돔 형상을 가지는 경우에 태양광 패널(331)은 돔 지붕에 부착할 수 있는 필름 형태로 구성될 수 있다. 돔 형상의 개폐 커버(330)는 다양한 장점을 제공할 수 있다. 돔 형상에 의해 산림 지역에 설치되는 산불 감시 장치(300)는 비, 바람, 눈 등으로 인한 외부 영향과 그 피해를 최소화할 수 있다.
여기서, 격납고(340)는 내부에 슬로프(343)를 더 포함한다. 슬로프(343)는 착륙을 시도하는 드론(370)에 대해 개폐 커버(330)로부터 무선충전패드(350)로의 착륙을 가이드할 수 있도록 구성된다. 개폐 커버(330)의 직경(예를 들어, 개폐 커버(330)의 원통형의 지름 또는 개폐 커버(330)의 직사각형의 한 변의 길이)은 착륙 지점으로 이용되는 무선충전패드(350)의 직경보다 크도록 구성된다. 격납고(340) 내로 착륙하는 드론(370)이 무선충전패드(350)로 안전한 착륙을 가이드할 수 있도록 슬로프(343)는 개폐 커버(330)의 외측(외주면)에서 무선충전패드(350)의 외주면 방향으로 설치되어 무선충전패드(350)의 평면(착륙 평면)에 대해 일정한 경사(예를 들어, 70도 등, 도 2 참조)를 가진다.
슬로프(343)는 플라스틱, 고무, 금속재 등의 재질로 구성될 수 있고 무선충전패드(350)의 외주면 전체를 감싸도록 원뿔형 형상을 가질 수 있다. 또는 막대 형상의 다수의 슬로프(343)가 격납고(340) 내에 설치될 수 있다. 예를 들어, 긴 막대 형상의 4개의 슬로프(343)가 개폐 커버(330)의 외측의 일정한 지점에서 무선충전패드(350) 외주면의 일정한 지점(예를 들어, 90도 각도로 이격된 4개의 지점 등)으로 고정 설치될 수 있다. 드론(370) 제어가 용이치 않은 격납고(340) 내에서 슬로프(343)에 의해 드론(370)이 무선충전패드(350)에 안전하게 착륙할 수 있도록 한다.
무선충전패드(350)는 전송 코일(coil)을 구비하여 무선충전패드(350)에 위치하는 드론(370)에 무선전력을 공급한다. 무선충전패드(350)는 자기공명 또는 자기유도 방식의 무선충전기술을 적용하여 무선충전패드(350) 상의 드론(370)에 무선 전력을 공급할 수 있도록 구성된다. 무선충전패드(350)는 바람직하게는 수평방향으로(받침대(310)의 지면과 수평한) 360도 전방향으로 회전할 수 있도록 구성된다. 산불 감시 장치(300)는 무선충전패드(350)를 회전시키기 위한 회전 모터를 바람직하게 구비한다.
무선 AP(360)는 무선 통신을 통해 무선 패킷을 송수신한다. 무선 AP(360)는 2.4GHz/5.8GHz 대역의 와이파이 통신에 따라 수신된 무선 패킷을 드론(370)이나 제어 유닛(390)으로 전송하고 드론(370)이나 제어 유닛(390)으로부터의 패킷(유선 또는 무선의 패킷)을 2.4GHz/5.8GHz 대역의 와이파이 통신에 따라 지역관제센터(200)로 전송할 수 있다. 또는, 무선 AP(360)는 LTE, 5G 등의 이동통신망을 통한 통신에 따라 수신되는 무선 패킷을 드론(370)이나 제어 유닛(390)으로 전송하고 드론(370)이나 제어 유닛(390)으로부터의 패킷(유선 또는 무선의 패킷)을 이동통신망을 통한 통신에 따라 지역관제센터(200)로 전송할 수 있다. 무선 AP(360)는 기둥(320) 외부 격납고(340) 아래의 위치에 고정 설치될 수 있다.
드론(370)은 무선전파 유도에 따라 비행하는 비행체로서 비행기나 헬리콥터 모양을 가지고 무선전파(예를 들어, 2.4GHz/5.8GHz 와이파이 신호나 이동통신신호) 유도에 따른 제어 신호에 따라 비행한다.
드론(370)은 카메라를 구비하고 카메라를 이용하여 카메라의 렌즈에 노출되는 산불 감시 장치(300) 외부의 이미지를 (주기적으로) 촬영한다. 드론(370)은 무선충전패드(350)에 안착하여 내장된(구비된) 배터리(377)를 무선충전패드(350)에서 공급되는 무선전력에 따라 충전할 수 있다. 또한, 드론(370)은 무선충전패드(350)에 위치하는 경우 무선충전패드(350)의 360도 회전함에 따라 360도 방향의 산불 감시 장치(300) 외부 이미지를 촬영할 수 있다. 드론(370)에 의해 촬영된 이미지로부터 산불 발생 이벤트가 감지될 수 있다.
드론(370)은 촬영된 이미지를 무선 AP(산불 감시 장치(300)의 무선 AP(360) 또는 지역관제센터(200)의 무선 AP)를 통해 제어 유닛(390)이나 지역관제센터(200)로 전송하고 제어 유닛(390)이나 지역관제센터(200)로부터 무선 AP(산불 감시 장치(300)의 무선 AP(360) 또는 지역관제센터(200)의 무선 AP)를 통해 수신되는 무선 패킷의 제어 정보의 지정 위치로 비행하여 이동할 수 있다. 지정 위치로의 이동에 따라 드론(370)은 해당 위치에서 산불 발생 이벤트를 추적할 수 있다. 예를 들어, 드론(370)은 해당 위치에서 이미지를 촬영하여 산불의 이동 경로를 추적할 수 있다.
제어 유닛(390)은 산불 감시 장치(300)를 제어한다. 제어 유닛(390)은 적어도 무선충전패드(350)의 회전과 드론(370)에 대한 무선충전을 제어한다. 제어 유닛(390)은 내장형 보드, 프로세서( 또는 마이컴, CPU, MPU 등), 각종 전자 부품, 제어 회로 등을 구비하여 무선충전패드(350)의 충전, 회전, 개폐 커버(330)의 개폐, 배터리(380)의 충전 등을 제어할 수 있다.
산불 감시 장치(300)에 포함되는 배터리(380)는 전원을 저장한다. 배터리(380)는 리튬이온, 리튬폴리머 등의 알려진 전지를 포함하여 태양광 패널(331)을 통해 생성되는 전원을 저장한다. 배터리(380)는 저장된 전원을 무선충전패드(350), 제어 유닛(390), 개폐 커버(330) 등으로 공급할 수 있다.
도 3은 지역관제센터(200)의 예시적인 블록도를 도시한 도면이다.
도 3에 따르면, 지역관제센터(200)는 입력부(201), 출력부(203), 통신부(205), 디스플레이부(207), 저장부(209) 및 제어부(211)를 포함한다. 도 3의 블록도는 바람직하게는 기능 블록도를 나타내고 지역관제센터(200)는 다양한 하드웨어 구성을 통해 본 기능 블록도를 구성할 수 있다. 예를 들어, 지역관제센터(200)는 관제서버, NVR, 무선 AP 및 라우터의 하나 이상의 조합으로 도 3의 기능 블록을 구현할 수 있다.
도 3을 통해 지역관제센터(200)를 살펴보면, 입력부(201)는 지역관제센터(200) 내의 관리자 등의 입력을 수신한다. 입력부(201)는 버튼, 터치패널, 마우스, 키보드, 마이크 등을 구비하여 관리자로부터의 각종 구동 제어, 설정 등의 입력을 수신할 수 있다.
출력부(203)는 각종 신호를 출력한다. 출력부(203)는 부저, LED, 스피커 등을 구비하여 관리자 등에게 알리기 위한 각종 신호를 출력할 수 있다. 설계 예에 따라 입력부(201)와 출력부(203) 등의 구성은 지역관제센터(200)에서 생략될 수 있다.
통신부(205)는 데이터 통신을 수행한다. 통신부(205)는 라우터, 무선 AP, 유선 랜 인터페이스 등을 구비하여 인터넷을 통해 중앙관제센터(100)와 각종 데이터를 송수신하고(거나) 무선 통신을 통해 산불 감시 장치(300)(의 제어 유닛(390) 및/또는 드론(370))와 각종 데이터를 송수신한다.
디스플레이부(207)는 LCD, LED, TFT-LCD 디스플레이 모듈 등을 구비하여 제어부(211)로부터 수신되는 비디오 프레임 신호를 출력한다. 디스플레이부(207)는 산불이 발생한 위치를 특정하기 위한 지도 이미지 및/또는 산불이 발생한 위치에서 촬영된 영상 이미지를 제어부(211)로부터 수신하여 출력할 수 있다.
저장부(209)는 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 하드 디스크 등의 대용량 저장매체를 포함하여 각종 데이터와 프로그램 등을 저장한다. 예를 들어, 저장부(209)는 제어부(211)에서 구동되는 제어 프로그램, 수신된 이미지에서 위치를 3차원적으로 특정하기 위해서 이용되는 3D Map DB를 저장할 수 있다.
제어부(211)는 지역관제센터(200)를 제어한다. 제어부(211)는 프로그램을 수행할 수 있는 하나 이상의 실행 유닛(Execution Unit)을 구비하여 실행 유닛을 통해 저장부(209)의 프로그램을 수행하여 바람직하게 지역관제센터(200)를 제어할 수 있다. 제어부(211)는 CPU, MPU, GPU, 중앙처리장치, 마이컴 등을 포함하거나 이를 나타낼 수 있다.
제어부(211)에서 이루어지는 각종 제어는 도 6 이하에서 상세히 살펴보도록 한다.
도 4는 산불 감시 장치(300)의 제어 유닛(390)의 예시적인 블록도를 도시한 도면이다.
도 4에 따르면 제어 유닛(390)은 통신부(391), 저장부(392), 무선패드 전력 공급부(393), 개폐 작동부(394), 태양광 발전부(395), 무선패드 회전부(396) 및 제어부(397)를 포함한다. 도 4의 블록도는 제어 유닛(390)의 예시적인 기능 블록도를 나타내고 각각의 기능 블록들은 기능 구현에 이용 가능한 하드웨어( 부품)로 구성될 수 있다. 도 4의 블록도는 바람직하게는 내장형 보드나 프로토타입 보드 상에서 그 기능이 구현될 수 있다.
도 4를 통해 제어 유닛(390)을 살펴보면, 통신부(391)는 데이터 통신을 수행한다. 통신부(391)는 무선 AP(360)에 연결되기 위한 포트, 유선 인터페이스, 무선 인터페이스 등을 구비하여 무선 AP(360)를 통해 드론(370)이나 지역관제센터(200)와 각종 데이터나 제어 정보를 송수신할 수 있다.
저장부(392)는 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 하드 디스크 등의 대용량 저장매체를 포함하여 각종 데이터와 프로그램 등을 저장한다. 예를 들어, 저장부(392)는 제어부(397)에서 구동되는 제어유닛용 제어 프로그램을 저장한다. 나아가 저장부(392)는 산불 감시 장치(300)가 설치된 위치 주변의 일정한 영역(예를 들어 4Km 이내)에서 이미지로부터 위치 특정 이용 가능한 3D Map DB를 더 저장할 수 있다.
무선패드 전력 공급부(393)는 무선충전패드(350)로 무선전력을 공급하거나 차단할 수 있다. 무선패드 전력 공급부(393)는 무선전력 생성을 위한 트랜스미터를 구비하고 제어부(397)로부터의 제어 신호에 따라 트랜스미터를 구동하여 산불 감시 장치(300)의 배터리(380)로부터의 전원을 변환하여 무선충전패드(350)의 코일로 케이블을 통해 전송한다. 무선패드 전력 공급부(393)는 제어 신호에 따라 무선전력용 전력 신호를 생성하거나 차단할 수 있다.
개폐 작동부(394)는 하나 이상의 모터 등을 구비하여 개폐 커버(330)를 열거나 닫을 수 있다. 개폐 작동부(394)는 제어부(397)로부터 수신되는 제어 신호에 따라 개폐 커버(330)를 열거나 닫을 수 있는 모터 등을 한 방향으로 동작시키거나 다른 방향으로 동작시킬 수 있다.
태양광 발전부(395)는 태양광 에너지로부터 변환된 전기 에너지를 배터리(380)에 충전한다. 태양광 발전부(395)는 태양광 패널(331)로부터의 전기 신호를 지정된 전원 레벨로 변환하기 위한 전원 변환기를 구비하고 변환된 전원을 내부의 배터리(380)에 저장할 수 있다. 태양광 발전부(395)는 배터리(380)의 전원 레벨을 감지하고 전원 레벨이 설정된 완충 레벨 이상인 경우에 배터리(380) 충전을 자동 중단할 수 있도록 구성되거나 제어부(397)의 제어에 따라 충전 또는 충전을 중단할 수 있다. 태양광 발전부(395)는 태양광 패널(331)로부터 충전용 전기 신호를 생성하는 태양광 발전 시스템을 구성한다. 태양광 발전부(395)는 산불 감시 장치(300)의 받침대(310)이나 기둥(320) 내부에 설치될 수 있다.
무선패드 회전부(396)는 무선충전패드(350)를 회전 가능하도록 구성된다. 무선패드 회전부(396)는 무선충전패드(350)를 수평방향으로 360도 전방향 회전하기 위한 모터, 회전축 등을 구비하여 제어부(397)로부터 수신되는 제어신호에 따라 무선충전패드(350)를 제어신호에 따른 각도(0도, 90도, 180도 및 360도)로 회전할 수 있도록 구성된다.
제어부(397)는 제어 유닛(390)(산불 감시 장치(300))을 제어한다. 제어부(397)는 프로그램을 수행할 수 있는 하나 이상의 실행 유닛을 구비하여 실행 유닛을 통해 저장부(392)의 프로그램을 수행하여 바람직하게 산불 감시 장치(300)를 제어할 수 있다. 제어부(397)는 CPU, MPU, GPU, 중앙처리장치, 마이컴 등을 포함하거나 이를 나타낼 수 있다.
제어부(397)에서 이루어지는 각종 제어는 도 6 이하에서 상세히 살펴보도록 한다.
도 5는 드론(370)의 예시적인 블록도를 도시한 도면이다.
도 5에 따르면, 드론(370)은 통신부(371), 저장부(372), 카메라부(373), 센싱부(374), 드론 구동부(375), 배터리 충전부(376), 배터리(377) 및 제어부(378)를 포함한다. 도 5의 블록도는 본 발명에 따라 드론(370)의 제어에 필요한 예시적인 기능 블록도를 나타내고 각각의 기능 블록들은 기능 구현에 이용 가능한 하드웨어( 부품)로 구성될 수 있다.
도 5를 통해 드론(370)을 살펴보면, 통신부(371)는 데이터 통신을 수행한다. 통신부(371)는 2.4GHz/5.8GHz 대역의 와이파이 무선통신이나 LTE, 5G 등의 이동통신을 수행하기 위한 통신 칩셋과 회로를 구비하여 각종 데이터를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 통신부(371)는 촬영된 이미지를 지역관제센터(200)나 산불 감시 장치(300)의 제어 유닛(390)으로 전송할 수 있다.
저장부(372)는 비휘발성 메모리, 휘발성 메모리 등을 포함하여 각종 데이터와 프로그램을 저장한다. 예를 들어, 저장부(372)는 카메라부(373)를 통해 촬영된 이미지, 센싱부(374)의 센싱 데이터 등과 제어부(378)에서 구동되는 드론제어 프로그램 등을 저장한다.
카메라부(373)는 구비된 렌즈를 통해 노출되는 이미지를 촬영한다. 카메라부(373)는 시각 카메라 및/또는 열화상 카메라를 구비하여 렌즈에 노출되는 시각(vision) 이미지 및/또는 열화상 이미지를 캡쳐링하고 캡쳐링된 시각 이미지 및/또는 열화상 이미지를 제어부(378)로 전송하거나 저장부(372)에 저장 가능하다.
카메라부(373)의 시각 카메라는 1개의 렌즈를 가지는 (단안) 카메라이거나 2개의 렌즈를 가지는 3D 카메라일 수 있다. 카메라부(373)의 시각 카메라 및/또는 열화상 카메라는 산불 발생 이벤트의 감지를 위해서 이용 가능하다.
센싱부(374)는 드론(370) 외부의 각종 외부 환경을 센싱한다. 센싱부(374)는 GPS 센서, 이미지 센서, 자이로 센서, 가속도 센서 등을 구비하여 센서로부터 센싱된 데이터를 제어부(378)로 출력할 수 있다. 이미지 센서는 적어도 드론(370)의 바닥면(bottom surface)에 설치되어 드론(370) 아래의(하측의) 영상 이미지를 캡쳐링할 수 있다. 이미지 센서는 2개의 렌즈를 가지는 3D 이미지 센서일 수 있다.
드론 구동부(375)는 드론(370)의 상,하,좌,우,전(후)의 이동을 위한 하나 이상의 엔진이나 모터를 구비하고 제어부(378)로부터 수신되는 제어 신호에 따라 지정된 엔진이나 모터를 동작 제어하여 드론(370)을 동작시킨다. 드론 구동부(375)를 통해 드론(370)은 비행할 수 있고 특정 위치로 이동 가능하다.
배터리(377)는 드론(370)의 블록들이 이용 가능한 전원을 저장한다. 배터리(377)는 리튬이온, 리튬폴리머 등의 알려진 전지를 포함하여 무선충전패드(350)로부터 공급되는 전원을 저장하고 저장된 전원을 전원이 필요한 블록들(예를 들어, 제어부(378), 통신부(371), 드론 구동부(375), 센싱부(374), 카메라부(373), 저장부(372) 등)에 공급한다.
배터리 충전부(376)는 배터리(377)에 전원을 충전한다. 배터리 충전부(376)는 코일과 코일로부터 유도되는 신호로부터 충전 전원을 생성하는 전원생성 회로나 부품을 포함한다. 배터리 충전부(376)는 배터리(377)에 연결되어 배터리(377)로 충전 전원을 공급하거나 충전 전원의 공급을 차단할 수 있다. 배터리 충전부(376)는 배터리(377)의 출력 전원을 측정하고 측정된 전원 데이터를 제어부(378)로 출력 가능하다. 측정되는 전원 데이터는 전류, 전압, 또는 전력 데이터일 수 있고 이로부터 배터리 잔량이 제어부(378)에 의해 측정될 수 있다.
제어부(378)는 드론(370)을 제어한다. 제어부(378)는 프로그램을 수행할 수 있는 하나 이상의 실행 유닛을 구비하여 실행 유닛을 통해 저장부(372)의 프로그램을 수행하여 바람직하게 드론(370)을 제어할 수 있다. 제어부(378)는 CPU, MPU, GPU, 중앙처리장치, 마이컴 등을 포함하거나 이를 나타낼 수 있다.
제어부(378)에서 이루어지는 각종 제어는 도 6 이하에서 상세히 살펴보도록 한다.
도 6은 산불 감시 시스템을 통해 산불 감시가 이루어지는 예시적인 제어 흐름을 도시한 도면이다.
도 6의 제어 흐름에서 지역관제센터(200)에서 이루어지는 동작이나 액션은 지역관제센터(200)의 제어부(211)를 통한 제어로 이루어지고 산불 감시 장치(300)에서 이루어지는 동작이나 액션은 드론(370)의 제어부(378) 및/또는 제어 유닛(390)의 제어부(397)에 의한 제어로 바람직하게 이루어진다.
먼저, 드론(370)을 이용하는 산불 감시 시스템은 산림(산악) 지역에 설치되고 지역관제센터(200)가 구성됨에 따라 산불 감시 장치(300)(1:N, N은 2 이상)들과 지역관제센터(200)는 데이터 송수신을 위한 통신 연결을 설정하고 나아가 각종 내부 설정을 셋팅(① 참조)한다.
예를 들어, 지역관제센터(200)와 산불 감시 장치(300)들의 제어 유닛(390) 및 드론(370)의 제어부(378) 각각은 무선 통신을 위한 통신 채널을 각각 설정할 수 있다. 통신 채널은 와이파이나 이동통신망 상에서 설정될 수 있다. 그 외, 지역관제센터(200)는 산불 감시 장치(300)의 제어 유닛(390)과 드론(370)의 제어부(378)로 산불 감시와 관련된 각종 설정 데이터를 셋팅하거나 전송할 수 있다.
이후, 산불 감시 장치(300)는 설정되는 스케줄에 따라 산불 발생을 감시(② 참조)한다. 예를 들어, 지역관제센터(200)에 의해 설정되는 스케줄 관리에 따라, 특정 시점의 산불 감시 장치(300)는 드론(370)이 무선충전패드(350)에 안착된 상태에서 제어 유닛(390)의 제어부(397)에 의한 무선패드 회전부(396)의 제어로 드론(370)을 지정된 주기에 따라 수평방향으로 일정 각도씩 회전할 수 있다. 또는, 산불 감시 장치(300)의 드론(370)은 산불 감시 장치(300)가 설치된 위치 주위를 감시하도록 비행할 수 있다. 지역관제센터(200)의 제어에 따라 산불 감시 장치(300)의 제어 유닛(390)은 개폐 커버(330)를 오픈하고 드론(370)은 지역관제센터(200)로부터 수신되는 제어 정보에 따라 산불 감시 장치(300) 주위의 임의의 위치 등으로 이동하여 설정된 지역에서의 산불 발생을 감시할 수 있다.
무선충전패드(350)에 안착시에 제어 유닛(390)은 드론(370)의 제어부(378)와 연동하여 드론(370)의 배터리(377)를 충전할 수 있다. 또한, 산불 발생의 감시를 위해 무선충전패드(350)에 위치하거나 비행중인 드론(370)은 구비된 카메라를 이용하여 이미지를 촬영하고 촬영된 이미지와 GPS 센서를 통해 결정되는 위치 정보를 포함하는 상태 정보를 지역관제센터(200)로 전송할 수 있다.
드론(370)은 무선 AP(산불 감시 장치(300)의 무선 AP(360) 또는 지역관제센터(200)의 무선 AP)를 통한 무선 통신으로 상태 정보를 지정된 주기에 따라 전송(②-1 참조))할 수 있다. 상태 정보에 포함되는 이미지는 시각 카메라에 의해서 촬영되는 이미지이거나(이고) 열화상 카메라에 의해서 촬영되는 이미지일 수 있다. GPS 정보는 GPS 센서로부터 수신되는 데이터이거나 GPS 센서의 센싱 데이터로부터 결정되는 위도, 경도 데이터일 수 있다.
상태 정보는 배터리 잔량 정보를 더 포함할 수 있다. 드론(370)의 제어부(378)는 배터리 충전부(376)를 통해 배터리(377)의 전원 잔량을 측정하고 잔량 정보를 구성하여 상태 정보에 포함시켜 지역관제센터(200)로 전송할 수 있다. 잔량 정보는 퍼센티지로 표현되거나 전압, 전류 및/또는 전력 데이터(값)로 표현될 수 있다.
지역관제센터(200)는 상태정보를 수신하고 상태정보를 저장부(209)에 저장하는 한편 각 산불 감시 장치(300)의 하나 이상의 이미지를 이용하여 산불이 발생하였는지를 결정(③ 참조)한다.
산불 발생 이벤트의 결정을 위해, 지역관제센터(200)는 수신된 시각 이미지에서 산불의 발생을 인식할 수 있다. 예를 들어, 지역관제센터(200)는 시각 이미지의 픽셀 데이터를 대응하는 색온도 값으로 변환하고 변환된 시각 이미지에서 지정된 임계치 이상의 색온도 값을 가지는 지로(영역이 있는 지로) 산불 발생을 인식할 수 있다. 픽셀 데이터로부터 결정되는 색상은 대응하는 색온도 값을 가질 수 있고 예를 들어, 노란색이나 빨간색 등은 파란색, 흰색 등 보다 더 높은 색온도 값을 가질 수 있다.
또는(이와 함께), 지역관제센터(200)는 수신되는 열화상 이미지에서 산불 발생을 인식할 수 있다. 예를 들어, 지역관제센터(200)는 열화상 이미지의 픽셀별 온도 데이터(의 그룹, 일정 영역이 그룹을 구성할 수 있음)가 지정된 임계치 이상의 온도를 가지는 지로 산불 발생을 인식할 수 있다.
산불 발생 이벤트를 인식한 지역관제센터(200)는 산불 발생 이벤트를 나타내는 상태 정보를 중앙관제센터(100)로 전송하고 이후 드론(370)으로부터 촬영된 산불 이미지를 중앙관제센터(100)로 전송할 수 있다. 지역관제센터(200)는 중앙관제센터(100)를 통해 또는 직접 산림청이나 방재청 등의 서버로 산불 발생을 나타내는 메시지를 전송 가능하다.
산불 발생 이벤트의 인식에 따라, 지역관제센터(200)는 산불 발생 위치를 특정하고 특정된 발생 위치로 비행할(이동할) 드론(370)을 선택(④ 참조)한다.
예를 들어, 지역관제센터(200)는 저장부(209) 등에 구비된 3D 맵을 이용하여 수신된 이미지(와 나아가 드론(370)이나 산불 감시 장치(300)의 위치 정보)로부터 산불 발생 지점에 대응하는 위치를 특정한다. 지역관제센터(200)는 수신된 이미지(예를 들어, 3D 이미지)와 3D 맵의 비교로 산불 발생 지점을 특정 가능하다. 특정되는 산불 발생 지점은 정확한 지점일 필요는 없고 추정 지점일 수 있다.
지역관제센터(200)는 특정된 발생 위치로 출동할 드론(370)을 복수의 산불 감시 장치(300)의 드론(370)들 중에서 선택한다. 예를 들어, 지역관제센터(200)는 산불 감시 장치(300)의 설치 위치 또는 드론(370)에 의해 측정된 현재 위치 중 발생 위치와 가장 가까운 위치의 드론(370)을 출동할 드론(370)으로 선택한다.
지역관제센터(200)는 산불 발생 지점으로 출동을 요청하는 제어 정보를 구성하고 무선 통신을 통해 선택된 산불 감시 장치(300)(의 제어 유닛(390) 및/또는 드론(370))으로 제어 정보를 전송(⑤ 참조)한다.
제어 정보의 수신에 따라, 산불 감시 장치(300)의 제어 유닛(390)은 개폐 작동부(394)를 제어하여 개폐 커버(330)를 오픈하고 이후 제어 정보를 수신한 드론(370)은 드론 구동부(375)를 제어하여 제어 정보에 포함되는 위치로 비행 이동(⑥ 참조)한다. 여기서, 제어 유닛(390)에서 수신되는 제어 정보와 드론(370)의 제어부(378)에서 수신하는 제어 정보는 동일하지 않을 수 있고 선후 관계를 가질 수 있다.
특정 위치로 이동한 후에, 드론(370)은 구비된 카메라를 이용하여 이미지를 촬영하고 산불의 진행 방향을 추적(⑦ 참조)한다.
구체적으로, 드론(370)은 시각 카메라 및/또는 열화상 카메라를 제어하여 렌즈에 노출되는 외부 이미지를 촬영하고 촬영된 이미지(시각 이미지 및/또는 열화상 이미지), GPS 센서를 이용하여 측정된 위치 정보, 배터리 충전부(376)를 통해 측정되는 배터리 잔량 정보 등을 포함하는 상태 정보를 구성하여 지역관제센터(200)로 전송한다. 드론(370)은 무선 AP(산불 감시 장치(300)의 무선 AP(360) 또는 지역관제센터(200)의 무선 AP)를 통한 무선 통신으로 상태 정보를 주기적으로 또는 복수회 전송할 수 있다.
또한, 드론(370)은 구비된 카메라로부터의 이미지를 통해 발생한 산불의 진행 방향을 자동 추적할 수 있다.
예를 들어, 드론(370)은 구비된 시각 카메라에서 촬영된 이미지를 임시 저장하고 일련의 이미지에서의 색 온도 변환 인식을 통해 산불의 진행 방향을 추정할 수 있다. 드론(370)의 제어부(378)는 이미지 영역의 픽셀 데이터들 각각을 대응하는 색 온도 픽셀 데이터로 변경한다. 드론(370)의 제어부(378)는 변경된 일련의 이미지들을 이용하여 후속 이미지의 이미지 영역 내에서 지정된 임계치 이상의 색 온도(예를 들어, 산불을 특정하기 위해 설정되는 색온도 등)를 가지고 이전 이미지의 동일 위치의 색 온도 비교에 따라 색 온도 변화가 발생한 영역의 인식을 통해 산불의 진행 방향을 추정할 수 있다. 드론(370)은 드론 구동부(375)를 제어하여 추정된 진행 방향으로 자동 이동하고 시각 카메라를 이용하여 이미지를 계속 촬영할 수 있다.
또는, 드론(370)은 구비된 열화상 카메라에서 촬영된 열화상 이미지를 임시 저장하고 일련의 열화상 이미지에서의 온도 변화 인식을 통해 산불의 진행 방향을 추정할 수 있다. 예를 들어, 드론(370)의 제어부(378)는 후속 열화상 이미지 영역 내에서 지정된 임계치 이상의 온도를 가지고 이전 열화상 이미지의 동일 위치의 온도 비교에 따라 온도 변화가 발생한 영역의 인식을 통해 산불의 진행 방향을 추정할 수 있다. 드론(370)은 드론(370) 구동부(375)를 제어하여 추정된 진행 방향으로 자동 이동하고 열화상 카메라를 이용하여 이미지를 계속 촬영할 수 있다.
지역관제센터(200)는 상태정보의 계속 수신에 따라 산불의 진행 방향을 특정하고 후속하여 산불을 감시하기 위한 드론(370)을 다시 선택할 수 있다. 예를 들어, 지역관제센터(200)는 드론(370)으로부터의 상태 정보의 변경되는 위치 정보로부터 진행 방향을 결정할 수 있다. 또한, 지역관제센터(200)는 산불을 모니터링할 (후속) 드론(370)을 선택(⑧ 참조)한다.
구체적으로, 지역관제센터(200)는 현재 모니터링 중인 산불의 위치 정보와 산불 감시 장치(300)의 설치 위치 또는 무선충전패드(350)에 안착되어 있는 드론(370)에 의해 측정된 현재 위치 중 현재 모니터링 중인 산불의 위치 정보와 가장 가까운 위치의 드론(370)을 모니터링이 이루어질 드론(370)으로 선택한다.
만일, 이전 선택(④ 참조)에서의 드론(370)과 현재 선택(⑧ 참조)에서의 드론(370)이 상이한 경우, 지역관제센터(200)는 이동 중인 산불의 위치 정보(예를 들어, 기존 드론(370)으로부터 변경되는 위치 정보)를 포함하는 제어 정보를 구성하고 무선 통신을 통해 선택된 산불 감시 장치(300)(의 제어 유닛(390) 및/또는 드론(370))로 제어 정보를 전송(⑨ 참조)한다.
앞서, ⑥ 및 ⑦에서 살펴본 바와 같이, 후속하여 선택된 드론(370)은 그 제어를 통해 산불의 진행에 따라 특정된 위치로 이동하고 이미지를 촬영하고 진행 방향을 추적(⑩ 및 ⑪ 참조)한다. 지역관제센터(200)는 촬영된 이미지, 위치 정보, 배터리 잔량 정보 등을 포함하는 상태 정보를 수신하고 이후 진행 방향을 특정하거나 후속하는 드론(370)을 더 선택할 수 있다.
여기서, 지역관제센터(200)에서 이루어지는 일부 과정은 산불 감시 장치(300) 내의 제어 유닛(390)에서 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 산불 발생 이벤트의 결정 과정(③ 참조)은 주변 위치의 3D 맵을 구비한 제어 유닛(390)에 의해 이루어질 수도 있다.
도 7은 산불 감시 중인 드론(370)에 대해 예시적인 동적 전원 충전 과정을 도시한 도면이다.
도 7의 충전 과정은 지역관제센터(200), 드론(370) 및 산불 감시 장치(300)의 제어 유닛(390)의 협업을 통해 이루어진다. 바람직하게는 지역관제센터(200)에서 이루어지는 동작이나 액션은 지역관제센터(200)의 제어부(211)를 통한 제어로 이루어지고 산불 감시 장치(300)에서 이루어지는 동작이나 액션은 드론(370)의 제어부(378) 및/또는 제어 유닛(390)의 제어부(397)에 의한 제어로 이루어진다.
도 7의 충전 과정은 도 6의 제어 흐름의 임의의 과정에서 이루어지거나 이후에 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 7의 충전 과정은 배터리 잔량 정보를 포함하는 상태 정보의 수신과 연계하여 이루어진다.
먼저, 비행을 통해 산불 감시를 진행중인 드론(370)은 배터리 충전부(376)를 통해 배터리 잔량을 측정(S101)한다. 드론(370)은 측정된 배터리 잔량 정보와 현재 위치를 나타내는 위치 정보를 적어도 포함하는 상태 정보를 지역관제센터(200)로 전송한다.
지역관제센터(200)는 드론(370)으로부터 수신된 상태 정보의 배터리 잔량을 설정된 임계치(L1)와 비교(S103)한다. 임계치는 산불 감시 중인 드론(370)과 산불 감시 장치(300)(의 격납고(340)) 사이의 예상 최대 거리에 따라 설정될 수 있다.
드론(370)의 배터리(377)가 설정된 임계치 이상인 경우, 드론(370)은 설정된 산불 감시 미션을 계속 수행(S105)한다.
지정된 임계치 미만인 경우, 본 드론(370)을 충전 가능하고 가장 근접한 산불 감시 장치(300)(의 격납고(340))를 검색(S107)한다. 예를 들어, 지역관제센터(200)는 관리 대상인 산불 감시 장치(300)(의 격납고(340))들 중 드론(370)이 무선충전패드(350)(350)에 없는(비어 있는) 산불 감시 장치(300)(의 격납고(340))를 선 검색하고 선 검색된 산불 감시 장치(300)와 드론(370)의 위치 사이의 거리가 가장 짧은 산불 감시 장치(300)를 충전이 이루어질 산불 감시 장치(300)로 결정한다.
산불 감시 장치(300)가 결정됨에 따라, 산불 감시 중인 드론(370)은 결정된 산불 감시 장치(300)로 이동(S109)한다. 예를 들어, 지역관제센터(200)는 결정된 산불 감시 장치(300)가 설치된 해당 위치로 이동을 요청하는 제어 정보를 구성하여 배터리(377)가 임계치 미만의 드론(370)으로 무선 통신을 통해 전송한다. 제어 정보를 수신한 드론(370)은 제어 정보에 따라 해당 위치로 이동한다. 제어 정보는 결정된 산불 감시 장치(300)의 위치를 특정 가능한 위치 정보를 포함하거나 생략할 수 있다. 위치 정보가 생략되는 경우, 제어 정보는 단순히 드론(370)이 출발한 산불 감시 장치(300)로 이동하는 제어 명령(예를 들어, RTH(Return To Home) 명령)을 포함하거나 드론 구동부(375)를 제어하기 위한 제어 데이터를 포함할 수 있다.
지역관제센터(200)는 결정된 산불 감시 장치(300)에 배터리(377)가 임계치 미만인 드론(370)이 도착하였는 지를 확인(S111)한다. 예를 들어, 지역관제센터(200)는 드론(370)으로부터 현재의 위치를 특정 가능한 위치 정보를 포함하는 상태 정보를 수신하고 수신된 위치 정보와 결정된 산불 감시 장치(300)의 위치를 비교하여 도착 여부를 확인할 수 있다.
아직, 산불 감시 장치(300)에 도착하지 못한 경우, 지역관제센터(200)에 의한 제어나 드론(370) 자체 제어로 결정된 산불 감시 장치(300)로 이동(S113)할 수 있다.
충전이 이루어질 산불 감시 장치(300)에 도착한 경우, 개폐 커버(330)를 개방(S115)한다. 지역관제센터(200)는 위치 정보의 비교로 드론(370)이 산불 감시 장치(300)에 도착한 경우, 산불 감시 장치(300)의 제어 유닛(390)으로 개폐 커버(330)의 오픈을 요구하는 제어 정보를 구성하여 무선 통신을 통해 제어 유닛(390)으로 전송한다. 이 제어 정보를 수신한 제어 유닛(390)은 개폐 작동부(394)를 제어하여 개폐 커버(330)를 개방한다.
지역관제센터(200)는 개폐 커버(330)의 개방 완료를 확인(S117)한다. 예를 들어, 지역관제센터(200)는 개폐 커버(330)의 오픈 요구에 따라 제어 유닛(390)으로부터 수신되는 응답이나 상태 정보(데이터)로부터 개폐 커버(330)의 완료 여부를 확인할 수 있다. 아직 개폐 커버(330)가 개방 되지 못한 경우, 지역관제센터(200)는 드론(370)으로 현재 위치에서 호버링하도록 하는 제어 정보를 전송(S119)할 수 있다.
개폐 커버(330)가 오픈 된 경우, 드론(370)은 무선충전패드(350)에 착륙(S121)한다. 착륙을 위해, 드론(370)은 이미지를 계속 촬영하고 촬영된 이미지를 지역관제센터(200)로 전송한다. 예를 들어, 드론(370)은 센싱부(374)에 구비되고 드론(370)의 바닥면에 설치된(위치하는) 3D 이미지 센서로부터 3D 이미지를 촬영하고 이 3D 이미지를 포함하는 상태 정보를 주기적으로 지역관제센터(200)로 전송한다.
지역관제센터(200)는 드론(370)으로부터 수신되는 이미지로부터 현재 3차원 위치를 특정하고 현재 3차원 위치에서 오픈된 개폐 커버(330) 아래의 무선충전패드(350)에 착륙시키기 위해 위치 조정하는 제어 정보를 구성하여 드론(370)으로 전송한다.
예를 들어, 지역관제센터(200)는 구비된 3D 맵을 이용하여 수신된 3D 이미지에 대응하는 드론(370)의 현재 3차원 위치를 특정하고 특정된 3차원 위치에서 무선충전패드(350)의 3차원 위치로 이동하기 위해 현재 위치를 조정하는 제어 정보를 구성한다. 구성되는 제어 정보는 드론 구동부(375)를 제어하여 현재 3차원 위치를 개폐 커버(330)의 개방된 영역을 통과하여 무선충전패드(350)의 3차원 위치에 일치시키도록 하기 위한 제어 데이터(신호)를 포함한다.
위치 조정에 따라, 개폐 커버(330) 아래의(내의) 격납고(340) 내에 위치하고 있고 착륙 중인 드론(370)은 특정된 3차원 위치의 오차에도 불구하고 격납고(340) 내의 슬로프(343) 경사에 따라 안전하게 무선충전패드(350)에 안착할 수 있다.
드론(370)과 지역관제센터(200)는 3D 이미지 센서 외에 다른 센서를 (더) 활용하여 위치를 미세 조정할 수 있다. 예를 들어, 드론(370)은 적외선 센서, 라이더 센서 등을 구비하여 근접한 물체를 인식하고 근접 물체를 피해 무선충전패드(350)에 안착할 수도 있다.
지역관제센터(200)는 반복적으로 3D 이미지로부터 3차원 위치를 특정하고 특정된 3차원 위치에 기초하여 무선충전패드(350)의 착륙을 확인(S123)할 수 있다. 또는 무선충전패드(350)가 터치 센서, 압력 센서 등을 구비하여 드론(370)의 착륙을 지역관제센터(200)가 확인할 수도 있다.
무선충전패드(350)에 안착함에 따라, 드론(370)의 배터리(377)를 충전 시작(S125)한다. 예를 들어, 착륙을 인식(확인)한 지역관제센터(200)는 제어 유닛(390)으로 충전을 (시작) 요청하는 제어 정보를 전송하고 제어 유닛(390)은 무선패드 전력 공급부(393)를 제어하여 무선충전패드(350)를 통해 드론(370)에 무선전력을 공급한다.
무선충전패드(350)에 안착하여 충전을 시작한 드론(370)은 배터리 충전부(376)를 통해 배터리 잔량을 측정하고 측정된 배터리 잔량 정보(를 포함하는 상태 정보)를 지역관제센터(200)로 전송한다.
지역관제센터(200)는 수신된 배터리 잔량을 지정된 완충 임계치와 비교(S127)하고 완충 임계치보다 작은 경우 배터리(377) 충전을 계속(S129)한다.
지정된 완충 임계치 이상의 충전이 이루어진 경우, 지역관제센터(200)는 개폐 커버(330)를 오픈하고 완충된 드론(370)을 이륙시켜 산불 감시를 계속(S131)할 수 있다. 예를 들어, 지역관제센터(200)는 개폐 커버(330)를 오픈하기(닫혀 있는 경우에) 위한 제어 정보를 구성하여 제어 유닛(390)으로 전송하고 이 제어 정보의 응답의 수신과 확인에 따라 산불이 발생한 위치로 이동을 요구하는 제어 정보를 구성하여 드론(370)의 제어부(378)로 전송할 수 있다.
드론(370)의 비행에 따른 산불의 감시 과정 외에, 드론(370)이 지정된 산불 감시 장치(300)에 위치하여 산불 감시 장치(300) 내에서 고정되어 산불 발생을 감시하는 경우에도 살펴본 충전 과정(S125에서 S129)이 이루어질 수 있다.
예를 들어, 무선충전패드(350)에 위치하는 드론(370)은 주기적으로 배터리 잔량 정보를 지역관제센터(200)로 전송하고 배터리 잔량이 완충 임계치 미만인 경우에 산불 감시 장치(300)의 제어 유닛(390)으로 배터리(377) 충전을 요청하는 제어 정보를 구성하여 전송할 수 있다. 이에 따라, 360도 회전에 따라 고정된 위치의 드론(370)은 비행 대기시에 이미지 촬영에 따라 전원을 소비하는 산불 감시에도 완충 상태를 유지할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
100 : 중앙관제센터
200 : 지역관제센터
201 : 입력부 203 : 출력부
205 : 통신부 207 : 디스플레이부
209 : 저장부 211 : 제어부
300 : 산불 감시 장치
310 : 받침대 320 : 기둥
330 : 개폐 커버 331 : 태양광 패널
340 : 격납고 341 : 유리벽
343 : 슬로프
350 : 무선충전패드 360 : 무선 AP
370 : 드론
371 : 통신부 372 : 저장부
373 : 카메라부 374 : 센싱부
375 : 드론 구동부 376 : 배터리 충전부
377 : 배터리 378 : 제어부
380 : 배터리
390 : 제어 유닛
391 : 통신부 392 : 저장부
393 : 무선패드 전력 공급부 394 : 개폐 작동부
395 : 태양광 발전부 396 : 무선패드 회전부
397 : 제어부

Claims (10)

  1. 드론을 이용한 산불 감시 장치로서,
    360도 회전하는 무선충전패드;
    상기 무선충전패드에서 공급되는 무선전력에 따라 구비된 배터리를 충전하고 상기 무선충전패드의 360도 회전에 따라 구비된 카메라를 이용하여 상기 산불 감시 장치 외부의 이미지를 촬영하고 바닥면에 2개의 렌즈를 가지는 3D 이미지 센서를 구비하여 하측의 3D 이미지를 촬영하는 드론;
    슬로프 및 상기 드론을 외부와 분리하고 상기 무선충전패드에 위치하는 드론을 보호하는 유리벽을 구비하고 내부에 상기 드론을 수용하는 격납고;
    돔 형상으로 상기 격납고의 지붕을 형성하고 상기 드론의 이륙이나 착륙을 위해 상기 돔 형상의 지붕을 개폐 가능한 슬라이딩 루프돔; 및
    상기 슬라이딩 루프돔의 개폐, 상기 무선충전패드의 회전 및 상기 드론에 대한 무선충전을 제어하는 제어 유닛;을 포함하고,
    상기 슬로프는 상기 슬라이딩 루프돔의 외측에서 상기 무선충전패드의 외주면으로 설치되어 상기 무선충전패드의 평면에 대해 지정된 경사를 가지고, 상기 유리벽은 상기 드론에 구비된 카메라의 렌즈에 노출되는 외부 이미지를 촬영 가능토록 하고,
    이륙 후 상기 제어 유닛에 의한 제어에 따라 오픈된 상기 슬라이딩 루프돔을 통해 상기 무선충전패드에 착륙하기 위해, 상기 드론은 상기 3D 이미지 센서를 통해 3D 이미지를 촬영하고 촬영된 3D 이미지를 포함하는 상태 정보를 반복적으로 지역관제센터로 전송하고 상기 지역관제센터로부터 수신되는 제어 정보를 통해 반복적으로 상기 드론의 위치를 조정하고,
    상기 제어 유닛은 상기 3D 이미지를 이용한 상기 드론의 상기 무선충전패드로의 착륙 이후에 상기 지역관제센터로부터 충전 요청 제어 정보의 수신에 따라 상기 무선충전패드를 통해 상기 드론에 무선전력을 공급하고,
    상기 3D 이미지를 포함하는 상태 정보에 따라 상기 지역관제센터로부터 수신되는 제어 정보는 3D 맵을 이용하여 상기 상태 정보의 상기 촬영된 3D 이미지에 대응하는 상기 드론의 3차원 위치를 특정하고 특정된 3차원 위치에서 상기 무선충전패드의 3차원 위치로 이동하기 위해 상기 드론의 현재 위치를 조정하기 위한 정보를 포함하며,
    상기 드론에 의해 촬영된 외부의 이미지로부터 상기 지역관제센터에 의해 산불 발생 이벤트가 감지되는,
    산불 감시 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 슬라이딩 루프돔은 태양광 패널을 구비하고,
    상기 산불 감시 장치는,
    상기 태양광 패널을 통해 생성되는 전원을 저장하고 상기 무선충전패드 및 상기 제어 유닛으로 전원을 공급하는 배터리;를 더 포함하는,
    산불 감시 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    산림의 지정된 위치에 고정 설치되어 상기 슬라이딩 루프돔, 상기 드론 및 상기 무선충전패드를 지지하고 지정된 높이를 가지는 기둥(pillar); 및
    무선 통신을 통해 무선 패킷을 송수신하는 무선 AP;를 더 포함하고,
    상기 드론은 무선 패킷을 통해 수신된 제어 정보의 지정 위치로 이동하여 산불 발생 이벤트를 추적하는,
    산불 감시 장치.
  5. 드론을 이용한 산불 감시 시스템으로서,
    제1항에 따른 복수의 산불 감시 장치; 및
    상기 복수의 산불 감시 장치에서 촬영된 이미지로부터 산불 발생을 모니터링하고 상기 산불 감시 장치의 드론을 제어하여 산불을 추적하는 지역관제센터;를 포함하는,
    산불 감시 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 지역관제센터는 상기 산불 감시 장치의 드론에서 촬영된 이미지를 수신하고 수신된 이미지로부터 산불 발생 이벤트를 결정하고 구비된 3D 맵을 통해 산불이 발생한 위치를 특정하고 상기 산불 감시 장치로 특정된 위치를 포함하는 제어 정보를 전송하며,
    상기 산불 감시 장치는 제어 정보의 수신에 따라 구비된 슬라이딩 루프돔을 열고,
    상기 산불 감시 장치의 드론은 제어 정보에 특정된 위치로 이동하는,
    산불 감시 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 특정된 3차원 위치로 이동 후에, 상기 드론은 구비된 카메라를 이용하여 이미지를 촬영하고 촬영된 이미지 및 구비된 GPS 센서를 이용하여 측정된 위치 정보를 상기 지역관제센터로 전송하고, 구비된 카메라로부터의 이미지를 통해 발생한 산불의 진행 방향을 자동 추적하는,
    산불 감시 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 드론은 구비된 시각 카메라로부터의 이미지 영역에서 픽셀 데이터들에 대응하는 색 온도의 변화 인식을 통해 산불의 진행 방향을 추정하고 추정된 진행 방향으로 이동하여 상기 시각 카메라를 통해 이미지를 계속 촬영하거나,
    상기 드론은 구비된 열화상 카메라로부터의 열화상 이미지 영역에서 픽셀별 온도 데이터의 변화 인식을 통해 산불의 진행 방향을 추정하고 추정된 진행 방향으로 이동하여 상기 열화상 카메라를 통해 열화상 이미지를 계속 촬영하는,
    산불 감시 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 드론은 측정된 배터리 잔량 정보를 상기 지역관제센터로 더 전송하고,
    상기 지역관제센터는 상기 배터리 잔량 정보의 배터리 잔량이 지정된 임계치 미만인 경우 드론이 없는 하나 이상의 산불 감시 장치 중 가장 가까운 산불 감시 장치를 결정하고 결정된 산불 감시 장치로의 이동을 요청하는 제어 정보를 상기 배터리 잔량이 임계치 미만인 드론으로 전송하고 상기 드론으로부터의 수신되는 위치 정보에 따라 상기 드론이 결정된 산불 감시 장치에 도착한 경우 상기 산불 감시 장치의 제어 유닛으로 상기 슬라이딩 루프돔을 오픈하도록 하는 제어 정보를 전송하는,
    산불 감시 시스템.
  10. 삭제
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