KR102131723B1 - 무인 항공기를 이용한 화재 감시 및 진화 시스템 및 이의 동작방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기를 이용한 화재 감시 및 진화 시스템은 화재구간을 공중 스캔한 후, 상기 화재구간의 온도분포, 화재구간의 형상 및 풍향에 따라 화재진화수단의 발사각을 조절하여 투척하거나 또는 비산시키는 무인 항공기; 및 화재신고접수에 따라 화재가 발생된 지역으로 상기 무인 항공기를 원격이송하고, 상기 무인 항공기에서 공중 스캔한 영상스캔정보를 기초로 화재지역의 화재구간의 온도분포 및 화재진행형상을 분석한 후, 상기 온도분포, 화재구간의 형상을 기초로 화재구간의 단계별 진화선을 생성하고, 상기 단계별 진화선 내에 확산영역의 크기 및 외부서버에서 제공된 기상데이터를 기초로 따라 상기 화재진화수단의 투척지점/투척각 또는 비산지점을 생성하여 상기 무인 항공기로 제공하는 통합관제서버를 포함한다.
Description
본 발명은 무인 항공기를 이용한 화재 감시 및 진화 시스템에 관한 것이다.
오늘날, 환경오염 및 기후변화의 심화 등의 변화요인에 의한 자연 재난재해의 발생빈도는 증가하는 추세이다.
이러한 다양한 재난재해의 가능성과 광역적 피해 상황을 분석하는데 위성정보를 활용하는 기술이 적용되고 있다. 그러나 인공위성이 특정지역에 머무를 수 있는 시간은 한정되어 있으므로, 이상 변화를 발견하는 정도로만 활용되고, 특정 지역에 관한 정보는 CCTV나 무인 항공기 등을 활용하여 획득한다.
청명한 날씨인 경우, CCTV 가시권내의 연기흐름과 불꽃형상 변위의 감지는 가능하나, 습기로 인한 안개로 시야확보가 어려운 경우가 발생한다. 그리고 기 설치된 CCTV의 노화에 따른 노이즈 증가, 자동 초점 오류 등으로 인하여 산불/화재 감지가 어렵다.
반면, 무인 항공기를 활용하는 방법은 산불/화재 발생시 사람이 접근하기 힘든 장소의 사고현장 상황을 실시간으로 원격으로 제공해 줄 수 있어서 사고 발생 시 골든 타임을 가장 빠른 시간에 확보할 수 있다.
그리고 무인 항공기에 탑재되어 있는 카메라나 센서를 통해 산악이나 농촌 등 공공의 피해를 방지할 수 있으며, 특히 적외선 카메라를 이용하는 경우, 가시광선과 차별되는 우수한 투과 특성으로 구름, 악천우, 안개에 상관없이 관찰 가능하며 야간에도 주간과 같은 관측 가능하다.
따라서, 적외선 카메라의 장점을 이용하여, 사람이 접근하기 어려운 장소의 산불/화재를 감시하고, 산불/화재의 피해 구역을 추정하거나, 진행 방향을 예측하는 기술의 개발이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 종래의 문제점을 해결할 수 있는 무인 항공기를 이용한 화재 감시 및 진화 시스템 및 이의 동작방법을 제공하는 데 그 목적이 있다
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 무인 항공기를 이용한 화재 감시 및 진화 시스템은 화재구간을 공중 스캔한 후, 상기 화재구간의 온도분포, 화재구간의 형상 및 풍향에 따라 화재진화수단의 발사각을 조절하여 투척하거나 또는 비산시키는 무인 항공기(200); 및 화재신고접수에 따라 화재가 발생된 지역으로 상기 무인 항공기(200)를 원격이송하고, 상기 무인 항공기(200)에서 공중 스캔한 영상스캔정보를 기초로 화재지역의 화재구간의 온도분포 및 화재진행형상을 분석한 후, 상기 온도분포, 화재구간의 형상을 기초로 화재구간의 단계별 진화선을 생성하고, 상기 단계별 진화선 내에 확산영역의 크기 및 외부서버에서 제공된 기상데이터를 기초로 상기 화재진화수단의 투척지점/투척각 또는 비산지점을 생성하여 상기 무인 항공기(200)로 제공하는 통합관제서버(300)를 포함하고, 상기 통합관제서버(300)는 화재신고에 포함된 화재지역의 위치정보를 GPS 좌표로 변환하는 좌표 변환부(320); 상기 GPS 좌표로 상기 무인 항공기(200)가 이동되도록 수동 또는 자동으로 원격 제어하는 원격제어부(330); 화재지역으로 이송된 무인 항공기(200)에서 전송한 화재구간을 스캔한 화재스캔영상을 기초로 화재구간의 온도분포, 화재구간의 형상, 화재구간 내의 확산영역을 추정 및 분석하는 화재영상분석부(340); 및 화재구간의 형상 및 기상정보를 기초로 화재구간의 단계별 진화선을 생성하고, 상기 단계별 진화선 내에 상기 확산영역의 크기 및 풍향을 기초로 소화탄 및 소화물질 중 어느 하나의 화재진화수단을 선택하고, 선택된 화재진화수단의 투척지점 또는 비산지점/투척높이/투척각을 생성하여 상기 무인 항공기(200)로 제공하는 화재진화정보 생성부(350); 및 상기 무인 항공기(200)에서 화재진화수단의 투척횟수에 따른 확산영역의 진화상태영상을 모니터링하는 모니터링부(360)를 포함하고, 상기 화재진화정보 생성부(350)는 상기 진화상태영상에 따라 단계별 진화선을 변경하고, 변경된 단계별 진화선 내의 확산영역의 크기 및 풍향을 기초로 화재진화수단의 투척지점 또는 비산지점/투척높이/투척각을 재조정하고, 상기 화재구간으로 이송된 무인 항공기(200)의 대수 및 각 무인 항공기에 탑재된 화재진화수단의 종류, 수량을 기초로 화재구간의 단계별 진화선을 생성하고, 생성된 단계별 진화선에 배정된 무인 항공기 별로 화재진화수단의 종류, 투척지점/투척각 또는 비산지점을 통지하고, 상기 원격제어부(330)는 상기 화재진화정보 생성부(340)로부터 각 무인 항공기(200)로 배정된 단계별 진화선을 제공받고, 배정된 단계별 진화선 내의 영역으로 각 무인 항공기(200)가 반복 비행되도록 비행제어정보를 제공하고, 상기 무인 항공기(200)가 화재진화수단의 투척시점마다 고공 및 저공에서 상기 확산영역의 진화상태를 촬영하도록 화재진화동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기를 이용한 화재 감시 시스템의 동작방법은 통합관제서버(300)에서 외부단말 또는 외부서버로 화재신고를 접수하면, 화재지역의 GPS 좌표를 생성한 후, GPS 좌표로 무인 항공기(200)를 이송시키는 단계; 이송된 무인 항공기(200)에서 화재구간을 항공스캔한 후, 화재스캔영상을 상기 통합관제서버(300)로 전송하는 단계; 상기 통합관제서버(300)에서 화재스캔영상을 기초로 화재구간의 온도분포, 화재구간의 형상, 화재구간 내의 확산영역을 추정 및 분석하고, 화재진화정보를 생성하는 단계; 상기 무인 항공기(200)가 상기 통합관제서버(300)에서 생성한 화재진화정보를 기초로 화재진화작업을 진행하는 단계; 상기 무인 항공기(200)에서 1차 화재진화작업을 수행하면서, 화재구간의 영상을 스캔한 스캔영상을 통합관제서버(300)로 전송하는 단계; 및 상기 통합관제서버(300)에서 화재진화 전 영상과 화재진화 후 영상을 비교하여 화재구간의 진화율을 판단하고, 진화율이 기준 진화율과 같거나 클 경우, 동일한 화재진화수단, 투척지점/투척각/투척높이로 화재진화작업을 수행하는 단계를 포함하고, 상기 진화율이 기준 진화율 보다 작을 경우, 1차 진화된 화재구간의 스캔영상 내의 온도분포를 기초로 화재구간의 확산영역의 크기 및 확산방향(벡터)를 재 분석한 후, 화재진화수단의 투척지점/투척각/투척높이를 재 생성하여 무인 항공기로 전송하는 단계 및 상기 무인 항공기(200)에서 변경된 투척지점/투척각/투척높이로 화재진화작업을 재수행한 후, 화재구간의 진화율을 판단하고, 진화율이 기준진화율과 같거나 클 경우, 동일한 화재진화수단, 투척지점/투척각/투척높이로 화재진화작업을 수행하는 단계를 더 포함하고, 상기 통합관제서버(300)는 화재신고에 포함된 화재지역의 위치정보를 GPS 좌표로 변환하는 좌표 변환부(320); 상기 GPS 좌표로 상기 무인 항공기(200)가 이동되도록 수동 또는 자동으로 원격 제어하는 원격제어부(330); 화재지역으로 이송된 무인 항공기(200)에서 전송한 화재구간을 스캔한 화재스캔영상을 기초로 화재구간의 온도분포, 화재구간의 형상, 화재구간 내의 확산영역을 추정 및 분석하는 화재영상분석부(340); 및 화재구간의 형상 및 기상정보를 기초로 화재구간의 단계별 진화선을 생성하고, 상기 단계별 진화선 내에 상기 확산영역의 크기 및 풍향을 기초로 소화탄 및 소화물질 중 어느 하나의 화재진화수단을 선택하고, 선택된 화재진화수단의 투척지점 또는 비산지점/투척높이/투척각을 생성하여 상기 무인 항공기(200)로 제공하는 화재진화정보 생성부(350); 및 상기 무인 항공기(200)에서 화재진화수단의 투척횟수에 따른 확산영역의 진화상태영상을 모니터링하는 모니터링부(360)를 포함하고, 상기 화재진화정보 생성부(350)는 상기 진화상태영상에 따라 단계별 진화선을 변경하고, 변경된 단계별 진화선 내의 확산영역의 크기 및 풍향을 기초로 화재진화수단의 투척지점 또는 비산지점/투척높이/투척각을 재조정하고, 상기 화재구간으로 이송된 무인 항공기(200)의 대수 및 각 무인 항공기에 탑재된 화재진화수단의 종류, 수량을 기초로 화재구간의 단계별 진화선을 생성하고, 생성된 단계별 진화선에 배정된 무인 항공기 별로 화재진화수단의 종류, 투척지점/투척각 또는 비산지점을 통지하고, 상기 원격제어부(330)는 상기 화재진화정보 생성부(340)로부터 각 무인 항공기(200)로 배정된 단계별 진화선을 제공받고, 배정된 단계별 진화선 내의 영역으로 각 무인 항공기(200)가 반복 비행되도록 비행제어정보를 제공하고, 상기 무인 항공기(200)가 화재진화수단의 투척시점마다 고공 및 저공에서 상기 확산영역의 진화상태를 촬영하도록 화재진화동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기를 이용한 화재 감시 및 진화 시스템은 화재구간으로 이동되는 무인 비행체의 댓수, 탑재된 화재진화수단의 종류, 개수 등을 기초로 화재구간의 단계별 진화선을 생성하고, 단계별 진화선 내의 확산영역의 크기 및 풍향을 기초로 화재진화수단의 투척지점/투척높이/투척량을 생성하여 화재구간의 화재를 빠르게 진화할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기를 이용한 화재 감시 및 진화 시스템은 무인 비행체의 화재진화수단 투척시점마다 화재진화상태를 모니터링하고, 이에 따른 화재구간의 진화률을 분석할 수 있고, 진화률에 따라 화재진화수단 및/또는 단계별 진화선을 효율적으로 재조할 수 있다는 이점이 있다.
상술한 이점을 통해 화재구간의 진화시간을 보다 빠르게 단축시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기를 이용한 화재 감시 및 진화 시스템의 네트워크 환경을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2a는 도 1에 도시된 무인 항공기의 일 예시도이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 무인 항공기의 세부구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 통합관제서버의 세부구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 화재구간영상의 온도분포 및 풍향정보를 기초로 화재구간의 진화선, 저지선, 투척지점이 생성되는 순서를 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기를 이용한 화재 감시 및 진화 시스템의 동작방법을 설명한 흐름도이다.
도 6은 본 명세서에 개진된 하나 이상의 실시 예가 구현될 수 있는 예시적인 컴퓨팅 환경을 도시한 도이다.
도 2a는 도 1에 도시된 무인 항공기의 일 예시도이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 무인 항공기의 세부구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 통합관제서버의 세부구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 화재구간영상의 온도분포 및 풍향정보를 기초로 화재구간의 진화선, 저지선, 투척지점이 생성되는 순서를 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기를 이용한 화재 감시 및 진화 시스템의 동작방법을 설명한 흐름도이다.
도 6은 본 명세서에 개진된 하나 이상의 실시 예가 구현될 수 있는 예시적인 컴퓨팅 환경을 도시한 도이다.
상기한 바와 같은 본 발명을 첨부된 도면들과 실시예들을 통해 상세히 설명하도록 한다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기를 이용한 화재 감시 및 진화 시스템의 네트워크 환경을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2a는 도 1에 도시된 무인 항공기의 일 예시도이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 무인 항공기의 세부구성을 나타낸 블록도이고, 도 3은 도 1에 도시된 통합관제서버의 세부구성을 나타낸 블록도이고, 도 4는 화재구간영상의 온도분포 및 풍향정보를 기초로 화재구간의 진화선, 저지선, 투척지점이 생성되는 순서를 나타낸 예시도이다.
먼저, 도 1에 도시한 바와 같이, 무인 항공기를 이용한 화재 감시 시스템은 무인 항공기(200) 및 통합관제서버(300)를 포함한다.
무인 항공기(200)는 산악 지형 또는 농촌 지역의 영상을 촬영하고 감시하여 감시 정보를 생성한다. 그리고 무인 항공기(200)는 생성된 감시 정보를 실시간으로 통합관제서버(300)로 전송한다.
이때, 무인 항공기(200)는 기 수립된 감시 운행 계획에 상응하도록 비행하고수신된 통합관제서버(300)에서 제공된 명령 신호 및 제어 신호에 상응하도록 비행할 수 있다.
보다 구체적으로, 무인 항공기(200)는 도 2a, 도 2b 참조, 비행조종모듈(210), 카메라모듈(220), 화재판단모듈(230), 통신모듈(240) 및 화재방재모듈(250)를 포함할 수 있다.
상기 비행 조종 모듈(210)은 무인 항공기(200)에 탑재되는 카메라, 센서 등의 데이터 수집용 탑재 장비(탑재체)를 제어하고, 촬영 영상 메모리를 제어하며, USB 포트를 제어하거나, 전력을 제어할 수 있으며, 통신 모뎀 등의 운용을 제어할 수도 있다. 비행 제어를 위하여, 무인 항공기(200)에는 가속도 센서, 자이로 센서, 고도 센서, 자기 센서 및 GPS 등의 센서들이 연결될 수 있으며, 비행 조종 모듈(210)은 이러한 각종 센서들의 연결 및 제어를 수행한다.
그리고 무인 항공기(200)의 비행 조종 모듈(210)은 비행 정보 송신, 무인 항공기(200)의 이착륙, 항법 및 통신 등과 관련된 전반적인 운영을 담당하는 무인 항공기 컨트롤러일 수 있다. 또한, 무인 항공기(200)의 비행 조종 모듈(210)은 비행체의 수동 조종을 위한 수동 조종 신호 수신기 및 원격에서의 자동 운용을 위한 자동 운용 통신 기능을 포함할 수 있다.
다음으로, 카메라 모듈(220)은 산불 및 화재를 감시하거나 또는 방재 또는 대응하는 임무시에 화재대상을 촬영하기 위한 구성일 수 있다. 상기 카메라 모듈(220)는 가시광선/적외선 카메라를 포함할 수 있으며, 다양한 임무 장비를 탑재하기 위한 센서 플러그인/아웃 모듈을 포함할 수 있다.
상기 화재판단모듈(230)은 카메라 모듈(220)에서 촬영된 영상을 기초로 산물 및 화재를 판단하는 구성일 수 있다. 상기 화재판단모듈(230)은 주변센서들 예컨대, 적외선 온도, 화염 감지 센서들의 측정값을 기초로 화재여부를 판단한다.
또한, 화재판단모듈(230)은 화재가 발생한 것으로 판단된 경우, 화재판단신호를 비행 조종 모듈(210)로 제공하고, 비행 조종 모듈(210)은 내부에 설정된 화재대응시나리오에 기초하여 화재대응비행 매뉴얼을 실행할 수 있다.
다음으로, 화재방재모듈(250)은 통합관제서버(300)의 지시에 따라 화재진화수단을 화재구간으로 투척 또는 비산시키는 구성일 수 있다.
화재방재모듈(250)은 화재진화수단, 발사체, 회전체 및 선택수단으로 구성될 수 있고, 종류가 서로 다른 화재진화수단을 분리수용하기 위한 분리수용공간을 더 포함할 수 있다.
화재진화수단은 소화물질(분말 또는 액상) 또는 내부에 소화물질을 포함한 소화탄일 수 있다.
발사체는 소화탄을 투척각도로 방향조정하여 투척지점으로 발사(투척)시키는 구성일 수 있다. 회전체는 발사체의 회전각도를 조절하는 구성일 수 있다. 선택수단은 화재진화선택신호에 따라 화재진화수단을 분리수용공간에서 추출하는 구성일 수 있다.
다음으로, 통신모듈(240)은 통합관제서버(300)와 위성통신을 수행한다.
도 3은 도 1에 도시된 통합관제서버의 세부구성을 나타낸 예시도이다.
도 3을 참조하면, 통합관제서버(300)는 화재신고접수에 따라 화재가 발생된 지역으로 무인 항공기를 원격이송하고, 상기 무인 항공기(200)에서 공중 스캔한 영상스캔정보를 기초로 화재지역의 화재구간의 온도분포 및 화재진행형상을 분석한 후, 상기 온도분포, 화재구간의 형상을 기초로 화재구간의 단계별 진화선을 생성하고, 상기 단계별 진화선 내에 확산영역의 크기 및 외부서버에서 제공된 기상데이터를 기초로 따라 상기 소화탄의 투척지점/투척각 또는 소화물질의 비산지점을 생성하여 상기 무인 항공기로 제공하는 서버일 수 있다.
상기 통합관제서버(300)는 기상청 서버 및 지리정보 서버와 연동되어, 화재구간의 지리정보, 화재구간의 날씨정보 등을 제공받을 수 있고, 날씨정보 및 지리정보를 기초로 화재진화 방안을 검색할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 통합관제서버(300)는 화재신고접수부(310), 좌표 변환부(320), 원격제어부(330), 화재영상분석부(340), 화재진화정보 생성부(350), 모니터링부(360) 및 인터페이스부(370)를 포함한다.
화재신고접수부(310)는 외부단말 또는 외부서버로부터 화재신고를 접수받는 구성일 수 있다. 화재신고는 화재지역 정보를 포함할 수 있다.
좌표 변환부(320)는 화재신고에 포함된 화재지역의 위치정보를 GPS 좌표로 변환하여 제공한다.
원격제어부(330)는 좌표 변환부(320)에서 변환된 GPS 좌표로 무인 항공기(200)가 이송되도록 수동 또는 자동원격제어한다.
화재영상분석부(340)는 화재지역으로 이송된 무인 항공기(200)에서 전송한 화재구간을 스캔한 화재스캔영상을 기초로 화재구간의 온도분포, 화재구간의 형상, 화재구간 내의 확산영역을 추정 및 분석한다.
화재영상분석부(340)는 무인 항공기(200)에서 1차 화재진화한 화재구간의 스캔영상(고공에서 촬영한 스캔영상 및 저공에서 스캔한 스캔영상)을 기초로 화재구간의 온도분포 및 확산영역을 재분석한다.
상기 화재영상분석부(340)는 스캔영상 내의 픽셀값을 가우시안 필터(Gaussian filter), 라플라시안 필터(Laplacian filter), 가우시안 차(Difference of Gaussian: DoG) 및 캐니 에지 검출(Canny edge detection) 등을 이용하여, 변형 또는 개선시킬 수 있다.
또한, 가우시안 필터 등을 이용하여 잡음을 제거하고(Noise reduction), 에지 성분 검출을 위한 그라디언트(gradient) 연산을 수행하며(gradient operation), 끊어진 에지 라인을 보간 하는 비 최대치 억제를 수행하고(non-maximum suppression), 에지 맵을 이진화하는 히스테리시스 경계화(Hysteresis thresholding)를 수행할 수 있다.
또한, 스캔영상을 기 설정된 이미지 블록단위(patch)로 격자분할한 후, 각 블록의 고유의 윈도우 좌표값을 생성한다.
이후, 이미지 블록단위(Patch)로 격자분할된 화재구간 내의 픽셀 밝기값을 기초로 화재확산영역을 추정한다.
화재진화정보 생성부(350)는 화재구간의 온도분포 및 확산영역에 기초하여 복수 개의 진화선을 형성할 수 있고, 복수 개의 진화선은 우선순위가 설정된다. 또한, 진화선은 화재구간의 형상에 따라 가변될 수 있다. 따라서, 무인 항공기는 우선순위가 가장 높은 진화선 내에 화재구간을 우선 화재진화한다. 여기서, 우선순위가 가장 높은 진화선은 확산영역일 수 있다(도 4를 참조).
즉, 화재진화정보 생성부(350)는 화재구간의 형상 및 기상정보(풍향)를 기초로 화재구간의 단계별 진화선을 생성하고, 상기 단계별 진화선 내에 상기 확산영역의 크기 및 풍향을 기초로 소화탄 및 소화물질 중 어느 하나의 화재진화수단을 선택하고, 선택된 화재진화수단의 투척지점 또는 비산지점/투척높이/투척각을 생성할 수 있다.
또한, 화재진화 상태정보에 따라 단계별 진화선을 변경하고, 변경된 단계별 진화선 내의 확산영역의 크기 및 풍향을 기초로 화재진화수단의 투척지점 또는 비산지점/투척높이/투척각을 재조정할 수 있다.
또한, 상기 화재구간으로 이송된 무인 항공기의 대수 및 각 무인 항공기에 탑재된 화재진화수단의 종류, 수량을 기초로 화재구간의 단계별 진화선을 생성하고, 생성된 단계별 진화선에 배정된 무인 항공기 별로 화재진화수단의 종류, 투척지점/투척각 또는 비산지점을 생성하여 제공할 수 있다.
모니터링부(360)는 무인 항공기(200)에서 화재진화수단의 투적횟수에 따른 확산영역의 진화상태영상을 모니터링하고, 진화상태정보를 상기 화재진화정보 생성부로 제공한다.
한편, 상기 원격제어부(330)는 상기 화재진화정보 생성부(350)로부터 각 무인 항공기로 배정된 단계별 진화선을 제공받고, 배정된 단계별 진화선 내의 영역으로 각 무인 항공기가 반복 비행되도록 비행제어정보를 제공할 수 있다.
또한, 원격제어부(330)는 상기 무인항공기가 화재진화수단의 투척시점마다 고공 및 저공에서 상기 확산영역의 진화상태를 촬영하도록 화재진화동작을 제어할 수 있다.
인터페이스부(370)는 각 구성요소들의 실행에 필요한 내부 인터페이스를 제공한다. 여기서, 내부 인터페이스는 좌표변환, 위치추적, 이미지 영상처리 등의 소프트웨어(프로그램)을 포함할 수 있다.
다음으로, 각 구성요소들은 시스템 버스(1)를 통하여 서로 통신할 수 있다. 즉 시스템 버스는 각 구성요소를 연결하여 각 구성요소간 데이터 송수신의 통로 역할을 한다. 또한, 시스템 버스는 각 구성요소간 제어신호의 전송 통로 역할을 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기를 이용한 화재 감시 및 진화 시스템은 화재구간으로 이동되는 무인 비행체의 댓수, 탑재된 화재진화수단의 종류, 개수 등을 기초로 화재구간의 단계별 진화선을 생성하고, 단계별 진화선 내의 확산영역의 크기 및 풍향을 기초로 화재진화수단의 투척지점/투척높이/투척량을 생성하여 화재구간의 화재를 빠르게 진화할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기를 이용한 화재 감시 및 진화 시스템은 무인 비행체의 화재진화수단 투척시점마다 화재진화상태를 모니터링하고, 이에 따른 화재구간의 진화률을 분석할 수 있고, 진화률에 따라 화재진화수단 및/또는 단계별 진화선을 효율적으로 재조할 수 있다는 이점이 있다.
상술한 이점을 통해 화재구간의 진화시간을 보다 빠르게 단축시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기를 이용한 화재 감시 및 진화 시스템의 동작방법을 설명한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기를 이용한 화재 감시 및 진화 시스템의 동작방법(S700)은 통합관제서버에서 외부단말 또는 외부서버로 화재신고를 접수하면, 화재지역의 GPS 좌표를 생성한 후, GPS 좌표로 무인 항공기(200)를 이송시킨다(S710).
이송된 무인 항공기(200)는 화재구간을 항공스캔한 후, 스캔영상을 통합관제서버로 전송(S720)하면, 통합관제서버(300)는 화재스캔영상을 기초로 화재구간의 온도분포, 화재구간의 형상, 화재구간 내의 확산영역을 추정 및 분석(S730)한다. 보다 구체적으로, 상기 S730 과정은 화재영상분석부(340)에서 스캔영상 내의 온도분포를 기초로 화재구간의 확산영역의 크기 및 확산방향(벡터)를 분석한 후, 확산영역의 크기 및 확산방향을 기초로 화재구간의 단계별 진화선을 생성한 후, 확산영역의 크기 및 온도값을 기초로 화재진화수단을 선택하고, 선택된 화재진화수단의 투척지점/투척각/투척높이를 생성하는 과정을 포함할 수 있다.
이후, 무인 항공기(200)는 통합관제서버(300)에서 생성한 화재진화수단, 화재진화수단의 투척지점/투척각/투척높이로 화재진화수단을 비산 또는 발사 또는 투척한다(S740).
무인 항공기(200)는 1차 화재진화작업을 수행하면서, 화재구간의 영상을 스캔한 스캔영상을 통합관제서버(300)로 전송(S740)한다.
통합관제서버(300)는 화재진화 전 영상과 화재진화 후 영상을 비교하여 화재구간의 진화율을 판단하고, 진화율이 기준 진화율과 같거나 클 경우, 동일한 화재진화수단, 투척지점/투척각/투척높이로 화재진화작업을 수행한다.
만약, 진화율이 기준 진화율 보다 작을 경우, 1차 진된 화재구간의 스캔영상 내의 온도분포를 기초로 화재구간의 확산영역의 크기 및 확산방향(벡터)를 재 분석한 후, 화재진화수단의 투척지점/투척각/투척높이를 재 생성하여 무인 항공기(200)로 전송한다.
이후, 무인 항공기(200)는 변경된 투척지점/투척각/투척높이로 화재진화작업을 재수행한 후, 화재구간의 진화율을 판단하고, 진하율이 기준진화율과 같거나 클 경우, 동일한 화재진화수단, 투척지점/투척각/투척높이로 화재진화작업을 수행한다.
도 6은 본 명세서에 개진된 하나 이상의 실시 예가 구현될 수 있는 예시적인 컴퓨팅 환경을 도시하는 도면으로, 상술한 하나 이상의 실시 예를 구현하도록 구성된 컴퓨팅 디바이스(1100)를 포함하는 시스템(1000)의 예시를 도시한다. 예를 들어, 컴퓨팅 디바이스(1100)는 개인 컴퓨터, 서버 컴퓨터, 핸드헬드 또는 랩탑 디바이스, 모바일 디바이스(모바일폰, PDA, 미디어 플레이어 등), 멀티프로세서 시스템, 소비자 전자기기, 미니 컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터, 임의의 전술된 시스템 또는 디바이스를 포함하는 분산 컴퓨팅 환경 등을 포함하지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
컴퓨팅 디바이스(1100)는 적어도 하나의 프로세싱 유닛(1110) 및 메모리(1120)를 포함할 수 있다. 여기서, 프로세싱 유닛(1110)은 예를 들어 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU), 마이크로프로세서, 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC), Field Programmable Gate Arrays(FPGA) 등을 포함할 수 있으며, 복수의 코어를 가질 수 있다. 메모리(1120)는 휘발성 메모리(예를 들어, RAM 등), 비휘발성 메모리(예를 들어, ROM, 플래시 메모리 등) 또는 이들의 조합일 수 있다. 또한, 컴퓨팅 디바이스(1100)는 추가적인 스토리지(1130)를 포함할 수 있다. 스토리지(1130)는 자기 스토리지, 광학 스토리지 등을 포함하지만 이것으로 한정되지 않는다. 스토리지(1130)에는 본 명세서에 개진된 하나 이상의 실시 예를 구현하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 명령이 저장될 수 있고, 운영 시스템, 애플리케이션 프로그램 등을 구현하기 위한 다른 컴퓨터 판독 가능한 명령도 저장될 수 있다. 스토리지(1130)에 저장된 컴퓨터 판독 가능한 명령은 프로세싱 유닛(1110)에 의해 실행되기 위해 메모리(1120)에 로딩될 수 있다. 또한, 컴퓨팅 디바이스(1100)는 입력 디바이스(들)(1140) 및 출력 디바이스(들)(1150)을 포함할 수 있다.
여기서, 입력 디바이스(들)(1140)은 예를 들어 키보드, 마우스, 펜, 음성 입력 디바이스, 터치 입력 디바이스, 적외선 카메라, 비디오 입력 디바이스 또는 임의의 다른 입력 디바이스 등을 포함할 수 있다. 또한, 출력 디바이스(들)(1150)은 예를 들어 하나 이상의 디스플레이, 스피커, 프린터 또는 임의의 다른 출력 디바이스 등을 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 디바이스(1100)는 다른 컴퓨팅 디바이스에 구비된 입력 디바이스 또는 출력 디바이스를 입력 디바이스(들)(1140) 또는 출력 디바이스(들)(1150)로서 사용할 수도 있다.
또한, 컴퓨팅 디바이스(1100)는 컴퓨팅 디바이스(1100)가 다른 디바이스(예를 들어, 컴퓨팅 디바이스(1300))와 통신할 수 있게 하는 통신접속(들)(1160)을 포함할 수 있다.
여기서, 통신 접속(들)(1160)은 모뎀, 네트워크 인터페이스 카드(NIC), 통합 네트워크 인터페이스, 무선 주파수 송신기/수신기, 적외선 포트, USB 접속 또는 컴퓨팅 디바이스(1100)를 다른 컴퓨팅 디바이스에 접속시키기 위한 다른 인터페이스를 포함할 수 있다. 또한, 통신 접속(들)(1160)은 유선 접속 또는 무선 접속을 포함할 수 있다. 상술한 컴퓨팅 디바이스(1100)의 각 구성요소는 버스 등의 다양한 상호접속(예를 들어, 주변 구성요소 상호접속(PCI), USB, 펌웨어(IEEE 1394), 광학적 버스 구조 등)에 의해 접속될 수도 있고, 네트워크(1200)에 의해 상호접속될 수도 있다. 본 명세서에서 사용되는 "구성요소", "시스템" 등과 같은 용어들은 일반적으로 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 소프트웨어, 또는 실행중인 소프트웨어인 컴퓨터 관련 엔티티를 지칭하는 것이다.
예를 들어, 구성요소는 프로세서 상에서 실행중인 프로세스, 프로세서, 객체, 실행 가능물(executable), 실행 스레드, 프로그램 및/또는 컴퓨터일 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 컨트롤러 상에서 구동중인 애플리케이션 및 컨트롤러 모두가 구성요소일 수 있다. 하나 이상의 구성요소는 프로세스 및/또는 실행의 스레드 내에 존재할 수 있으며, 구성요소는 하나의 컴퓨터 상에서 로컬화될 수 있고, 둘 이상의 컴퓨터 사이에서 분산될 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 무인항공기를 이용한 화재 감시 및 진화 시스템
200: 무인 항공기
300: 통합관제서버
310: 화재신고접수부
320: 좌표변환부
330: 원격제어부
340: 화재영상분석부
350: 화재진화정보 생성부
360: 모니터링부
370: 인터페이스부
200: 무인 항공기
300: 통합관제서버
310: 화재신고접수부
320: 좌표변환부
330: 원격제어부
340: 화재영상분석부
350: 화재진화정보 생성부
360: 모니터링부
370: 인터페이스부
Claims (10)
- 화재구간을 공중 스캔한 후, 상기 화재구간의 온도분포, 화재구간의 형상 및 풍향에 따라 화재진화수단의 발사각을 조절하여 투척하거나 또는 비산시키는 무인 항공기(200); 및
화재신고접수에 따라 화재가 발생된 지역으로 상기 무인 항공기(200)를 원격이송하고, 상기 무인 항공기(200)에서 공중 스캔한 영상스캔정보를 기초로 화재지역의 화재구간의 온도분포 및 화재진행형상을 분석한 후, 상기 온도분포, 화재구간의 형상을 기초로 화재구간의 단계별 진화선을 생성하고, 상기 단계별 진화선 내에 확산영역의 크기 및 외부서버에서 제공된 기상데이터를 기초로 상기 화재진화수단의 투척지점/투척각 또는 비산지점을 생성하여 상기 무인 항공기(200)로 제공하는 통합관제서버(300)를 포함하고,
상기 통합관제서버(300)는
화재신고에 포함된 화재지역의 위치정보를 GPS 좌표로 변환하는 좌표 변환부(320);
상기 GPS 좌표로 상기 무인 항공기(200)가 이동되도록 수동 또는 자동으로 원격 제어하는 원격제어부(330);
화재지역으로 이송된 무인 항공기(200)에서 전송한 화재구간을 스캔한 화재스캔영상을 기초로 화재구간의 온도분포, 화재구간의 형상, 화재구간 내의 확산영역을 추정 및 분석하는 화재영상분석부(340); 및
화재구간의 형상 및 기상정보를 기초로 화재구간의 단계별 진화선을 생성하고, 상기 단계별 진화선 내에 상기 확산영역의 크기 및 풍향을 기초로 소화탄 및 소화물질 중 어느 하나의 화재진화수단을 선택하고, 선택된 화재진화수단의 투척지점 또는 비산지점/투척높이/투척각을 생성하여 상기 무인 항공기(200)로 제공하는 화재진화정보 생성부(350); 및
상기 무인 항공기(200)에서 화재진화수단의 투척횟수에 따른 확산영역의 진화상태영상을 모니터링하는 모니터링부(360)를 포함하고,
상기 화재진화정보 생성부(350)는
상기 진화상태영상에 따라 단계별 진화선을 변경하고, 변경된 단계별 진화선 내의 확산영역의 크기 및 풍향을 기초로 화재진화수단의 투척지점 또는 비산지점/투척높이/투척각을 재조정하고, 상기 화재구간으로 이송된 무인 항공기(200)의 대수 및 각 무인 항공기에 탑재된 화재진화수단의 종류, 수량을 기초로 화재구간의 단계별 진화선을 생성하고, 생성된 단계별 진화선에 배정된 무인 항공기 별로 화재진화수단의 종류, 투척지점/투척각 또는 비산지점을 통지하고,
상기 원격제어부(330)는
상기 화재진화정보 생성부(350)로부터 각 무인 항공기(200)로 배정된 단계별 진화선을 제공받고, 배정된 단계별 진화선 내의 영역으로 각 무인 항공기(200)가 반복 비행되도록 비행제어정보를 제공하고, 상기 무인 항공기(200)가 화재진화수단의 투척시점마다 고공 및 저공에서 상기 확산영역의 진화상태를 촬영하도록 화재진화동작을 제어하는 무인 항공기를 이용한 화재 감시 및 진화 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 무인 항공기(200)는
비행 조종 모듈(210);
산불 및 화재를 감시하거나 또는 방재 또는 대응하는 임무시에 화재대상을 촬영하는 카메라 모듈(220);
상기 카메라 모듈(220)에서 촬영된 영상을 기초로 산불 및 화재를 판단하고, 상기 화재가 발생한 것으로 판단된 경우, 화재판단신호를 상기 비행 조종 모듈(210)로 제공하는 화재판단모듈(230); 및
상기 통합관제서버(300)의 지시에 따라 화재진화수단을 화재구간으로 투척 또는 비산시키는 화재방재모듈(250);을 포함하고,
상기 화재방재모듈(250)은 화재진화수단, 발사체, 회전체 및 선택수단을 포함하고,
상기 화재진화수단은 소화물질(분말 또는 액상) 또는 내부에 소화물질을 포함한 소화탄이고, 상기 발사체는 소화탄을 투척각도로 방향조정하여 투척지점으로 발사(투척)시키는 구성이고, 상기 회전체는 발사체의 회전각도를 조절하는 구성이고, 상기 선택수단은 화재진화선택신호에 따라 화재진화수단을 분리수용공간에서 추출하는 구성인 것을 특징으로 하는 무인 항공기를 이용한 화재 감시 및 진화 시스템. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항 내지 제2항 중 어느 하나의 항에 기재된 무인 항공기를 이용한 화재 감시 및 진화 시스템의 동작방법에 있어서,
통합관제서버(300)에서 외부단말 또는 외부서버로 화재신고를 접수하면, 화재지역의 GPS 좌표를 생성한 후, GPS 좌표로 무인 항공기(200)를 이송시키는 단계;
이송된 무인 항공기(200)에서 화재구간을 항공스캔한 후, 화재스캔영상을 상기 통합관제서버(300)로 전송하는 단계;
상기 통합관제서버(300)에서 화재스캔영상을 기초로 화재구간의 온도분포, 화재구간의 형상, 화재구간 내의 확산영역을 추정 및 분석하고, 화재진화정보를 생성하는 단계;
상기 무인 항공기(200)가 상기 통합관제서버(300)에서 생성한 화재진화정보를 기초로 화재진화작업을 진행하는 단계;
상기 무인 항공기(200)에서 1차 화재진화작업을 수행하면서, 화재구간의 영상을 스캔한 스캔영상을 통합관제서버(300)로 전송하는 단계; 및
상기 통합관제서버(300)에서 화재진화 전 영상과 화재진화 후 영상을 비교하여 화재구간의 진화율을 판단하고, 진화율이 기준 진화율과 같거나 클 경우, 동일한 화재진화수단, 투척지점/투척각/투척높이로 화재진화작업을 수행하는 단계를 포함하고,
상기 진화율이 기준 진화율 보다 작을 경우, 1차 진화된 화재구간의 스캔영상 내의 온도분포를 기초로 화재구간의 확산영역의 크기 및 확산방향(벡터)를 재 분석한 후, 화재진화수단의 투척지점/투척각/투척높이를 재 생성하여 무인 항공기로 전송하는 단계 및 상기 무인 항공기(200)에서 변경된 투척지점/투척각/투척높이로 화재진화작업을 재수행한 후, 화재구간의 진화율을 판단하고, 진화율이 기준진화율과 같거나 클 경우, 동일한 화재진화수단, 투척지점/투척각/투척높이로 화재진화작업을 수행하는 단계를 더 포함하고,
상기 통합관제서버(300)는
화재신고에 포함된 화재지역의 위치정보를 GPS 좌표로 변환하는 좌표 변환부(320);
상기 GPS 좌표로 상기 무인 항공기(200)가 이동되도록 수동 또는 자동으로 원격 제어하는 원격제어부(330);
화재지역으로 이송된 무인 항공기(200)에서 전송한 화재구간을 스캔한 화재스캔영상을 기초로 화재구간의 온도분포, 화재구간의 형상, 화재구간 내의 확산영역을 추정 및 분석하는 화재영상분석부(340); 및
화재구간의 형상 및 기상정보를 기초로 화재구간의 단계별 진화선을 생성하고, 상기 단계별 진화선 내에 상기 확산영역의 크기 및 풍향을 기초로 소화탄 및 소화물질 중 어느 하나의 화재진화수단을 선택하고, 선택된 화재진화수단의 투척지점 또는 비산지점/투척높이/투척각을 생성하여 상기 무인 항공기(200)로 제공하는 화재진화정보 생성부(350); 및
상기 무인 항공기(200)에서 화재진화수단의 투척횟수에 따른 확산영역의 진화상태영상을 모니터링하는 모니터링부(360)를 포함하고,
상기 화재진화정보 생성부(350)는
상기 진화상태영상에 따라 단계별 진화선을 변경하고, 변경된 단계별 진화선 내의 확산영역의 크기 및 풍향을 기초로 화재진화수단의 투척지점 또는 비산지점/투척높이/투척각을 재조정하고, 상기 화재구간으로 이송된 무인 항공기(200)의 대수 및 각 무인 항공기에 탑재된 화재진화수단의 종류, 수량을 기초로 화재구간의 단계별 진화선을 생성하고, 생성된 단계별 진화선에 배정된 무인 항공기 별로 화재진화수단의 종류, 투척지점/투척각 또는 비산지점을 통지하고,
상기 원격제어부(330)는
상기 화재진화정보 생성부(350)로부터 각 무인 항공기(200)로 배정된 단계별 진화선을 제공받고, 배정된 단계별 진화선 내의 영역으로 각 무인 항공기(200)가 반복 비행되도록 비행제어정보를 제공하고, 상기 무인 항공기(200)가 화재진화수단의 투척시점마다 고공 및 저공에서 상기 확산영역의 진화상태를 촬영하도록 화재진화동작을 제어하는 무인 항공기를 이용한 화재 감시 및 진화 시스템의 동작방법.
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