KR102182500B1 - 오염원 위치 추정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 오염원 위치 추정 방법은, 관심 영역에 대한 풍향 정보를 획득하는 단계; 화학 센서가 마련되는 무인기를 이용하여, 상기 풍향 정보를 기초로 상기 관심 영역의 제 1 관심 평면에 대한 오염 농도를 탐색하는 단계; 상기 탐색 결과에 따라 결정되는 하강 위치에서 상기 무인기의 고도를 미리 정해진 하강 거리만큼 하강하는 단계; 및 상기 무인기의 고도가 미리 정해진 기준 고도 이하이면, 상기 무인기의 위치를 기초로 오염원 존재 가능 영역을 추정하는 단계를 포함한다.

Description

오염원 위치 추정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING LOCATION OF POLLUTANT SOURCE}
본 발명은 화학 오염운 발생시키는 오염원의 위치를 추정하는 오염원 위치 추정 장치 및 방법에 관한 것이다.
화생방 정찰이란 오염이 예상되는 지역에 대해 정찰을 수행하여 화학 오염운을 발생시키는 오염원의 위치를 위치를 찾아내고, 오염 지역의 구체적인 윤곽(오염 한계선)을 발견하는 것을 의미한다. 화생방 정찰은 긴급한 상황에서 이루어지므로 안전하고 신속하게 수행하는 것이 필수적이지만, 이러한 화생방 정찰임무는 화학부대 인원에 의해 이루어지고 있기 때문에, 인체에 치명적인 작용을 하는 화생방 무기에 정찰병들이 노출될 수밖에 없다.
이를 해결하기 위해, 최근에는 오염 지역의 내부를 탐색하기 위한 별도의 장치를 이용하는 방법에 대해 연구가 진행되고 있다. 예를 들어, 드론과 같은 무인기를 통해 오염 지역 내부를 탐색함으로써, 탐색자의 안전에 대한 위협이 발생하지 않으면서도 오염 지역과 관련된 다양한 정보를 탐색할 수 있다.
무인기를 이용하여 탐색 가능한 정보 중 하나로서 오염 지역 내의 오염원의 위치 정보가 포함될 수 있다. 오염원의 위치를 조기에 정확히 탐색할 경우, 오염 지역의 확산을 방지할 수 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1730979호 (2017년04월21일 등록)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 관심 영역의 관심 평면 내 하강 위치로부터 하강 거리만큼 하강 시 무인기의 고도가 기준 고도 이하이면, 무인기의 위치를 기초로 오염원 존재 가능 영역을 추정하는 오염원 위치 추정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 바로 제한되지 않으며, 언급되지는 않았으나 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있는 목적을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오염원 위치 추정 방법은, 관심 영역에 대한 풍향 정보를 획득하는 단계; 화학 센서가 마련되는 무인기를 이용하여, 상기 풍향 정보를 기초로 상기 관심 영역의 제 1 관심 평면에 대한 오염 농도를 탐색하는 단계; 상기 탐색 결과에 따라 결정되는 하강 위치에서 상기 무인기의 고도를 미리 정해진 하강 거리만큼 하강하는 단계; 및 상기 무인기의 고도가 미리 정해진 기준 고도 이하이면, 상기 무인기의 위치를 기초로 오염원 존재 가능 영역을 추정하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 하강 거리만큼 하강한 무인기의 고도가 상기 기준 고도를 초과하면, 상기 하강된 무인기의 고도에 따라 결정되는 제 2 관심 평면에 대한 오염 농도를 재탐색하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 오염 농도를 탐색하는 단계는, 상기 풍향 정보에 따라 결정되는 제 1 진행 방향으로 상기 무인기를 진행하여 상기 오염 농도를 탐색하는 제1단계; 상기 제 1 진행 방향 내 상기 오염 농도가 최대인 회전 위치를 결정하는 제2단계; 및 상기 회전 위치에서 상기 제 1 진행 방향에 수직인 제 2 진행 방향으로 상기 무인기를 진행하여 상기 오염 농도를 탐색하는 제3단계를 포함하되, 상기 제2단계 및 상기 제3단계를 반복해 상기 무인기를 지그재그로 진행해 상기 오염 농도를 탐색할 수 있다.
또한, 상기 무인기의 고도를 하강하는 단계는, 상기 제 2 진행 방향 내 상기 오염 농도가 최대인 상기 하강 위치를 결정하는 단계; 및 상기 하강 위치에서 상기 무인기의 고도를 상기 하강 거리만큼 하강하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 오염원 존재 가능 영역을 추정하는 단계는, 상기 기준 고도 이하의 고도를 가지는 상기 무인기의 위치를 기초로 결정되는 중심 위치로부터 미리 정해진 반경 거리만큼 이격된 복수의 탐색 위치에서 상기 오염 농도를 탐색하는 단계; 및 상기 탐색된 복수의 오염 농도를 이용하여 상기 오염원 존재 가능 영역을 추정하는 단계를할 수 있다.
또한, 상기 탐색된 복수의 오염 농도를 이용하여 상기 오염원 존재 가능 영역을 추정하는 단계는, 상기 탐색된 복수의 오염 농도 모두가 미리 정해진 기준 농도 이상이면, 상기 중심 위치로부터 상기 반경 거리 이내의 영역을 상기 오염원 존재 가능 영역으로 추정하는 단계; 및 상기 탐색된 복수의 오염 농도 중 일부가 상기 기준 농도 이상이면, 상기 기준 농도 이상인 오염 농도가 탐색된 탐색 위치를 기초로 상기 오염원 존재 가능 영역을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 탐색된 복수의 오염 농도를 이용하여 상기 오염원 존재 가능 영역을 추정하는 단계는, 상기 탐색된 복수의 오염 농도를 기초로 오염 농도 경사(Gradient)를 획득하는 단계; 상기 획득된 오염 농도 경사를 이용하여 상기 오염원 존재 가능 영역을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오염원 위치 추정 장치는, 오염 농도를 감지하는 화학 센서가 마련되는 무인기; 및 상기 무인기를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 관심 영역에 대한 풍향 정보를 기초로 상기 관심 영역의 제 1 관심 평면에 대한 오염 농도를 탐색하도록 상기 무인기를 제어하고, 상기 탐색 결과에 따라 결정되는 하강 위치에서 상기 무인기의 고도를 미리 정해진 하강 거리만큼 하강하도록 상기 무인기를 제어하고, 상기 무인기의 고도가 미리 정해진 기준 고도 이하이면, 상기 무인기의 위치를 기초로 오염원 존재 가능 영역을 추정하되, 상기 오염 농도를 탐색할 때에, 상기 풍향 정보에 따라 결정되는 제 1 진행 방향으로 상기 무인기를 제어하여 상기 오염 농도를 탐색하는 제1단계를 수행하고, 상기 제 1 진행 방향 내 상기 오염 농도가 최대인 회전 위치를 결정하는 제2단계를 수행하며, 상기 회전 위치에서 상기 제 1 진행 방향에 수직인 제 2 진행 방향으로 상기 무인기를 제어하여 상기 오염 농도를 탐색하는 제3단계를 포함하되, 상기 제2단계 및 상기 제3단계를 반복해 상기 무인기를 지그재그로 진행해 상기 오염 농도를 탐색한다.
또한, 상기 무인기는, 상기 관심 영역에 대한 풍향 정보를 획득하는 라이다를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 무인기를 이용하여 오염원 위치를 추정하므로, 보다 안전하게 화학 오염운을 탐색할 수 있다.
또한, 무인기의 고도에 따라 결정되는 평면을 기준으로 화학 오염운을 탐색하므로, 화학 오염운의 탐색 정확도가 높아질 수 있다. 그 결과, 화학 오염운 내 오염원의 위치를 정확하게 추정할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오염원 위치 추정 장치를 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인기의 기능 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 오염원 위치 추정 장치의 기능 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 오염원 위치 추정 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인기에 대한 초기 방향 결정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 관심 평면에 대한 제 1 진행 방향으로의 오염 농도 탐색 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 관심 평면에 대한 제 2 진행 방향으로의 오염 농도 탐색 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인기가 하강 위치에서 하강하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인기가 지면에 도달한 것으로 판단하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 여러 가지 실시예에 따른 오염원 존재 가능 영역을 추정하는 방법이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범주는 청구항에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 실제로 필요한 경우 외에는 생략될 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하 사용되는 '…부', '…기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오염원 위치 추정 장치를 예시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인기의 기능 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 오염원 위치 추정 장치의 기능 블록도이다.
본 발명의 오염원 위치 추정 장치는 화학 오염운을 관심 영역으로 하여, 관심 영역 내 존재하는 화학 오염운의 발생 원인 오염원의 위치를 추정하는 장치를 의미한다.
오염원은 인체에 유해한 화학 물질을 기체 또는 액체의 형태로 배출하고, 배출된 화학 물질이 대기 상에 구름과 같이 화학 오염운을 형성할 수 있다. 이러한 오염원이 지속적으로 화학 물질을 배출하면, 화학 오염운 영역은 점차 확대되고, 그에 따른 피해 규모도 커질 수 있다. 따라서, 화학 오염운에 의한 피해를 최소화하기 위해서는 화학 오염운 내 오염원을 신속하게 제거할 필요가 있다.
그러나, 화학 오염운 내를 사람이 직접 탐색할 경우, 탐색자가 화학 오염운 내 화학 물질에 완전히 노출될 수 있다. 일반적으로 화학 오염운 내 화학 물질은 인체에 유해하므로, 이는 탐색자의 안전을 심각하게 위협할 수 있다.
이를 해결하기 위해, 화학 오염운 내부를 탐색하기 위한 별도의 장치를 이용할 수 있다. 만약, 탐색 장치를 원격에서 수동으로 제어하는 경우, 화학 오염운 내 오염원의 위치를 추정하기 위해서는 사용자의 정밀한 제어가 요구될 수 있다. 즉, 사용자의 숙련 정도 등에 따라 화학 오염운 내 오염원 위치 추정의 정확도가 달라질 수 있다.
이와는 달리, 탐색 장치가 미리 정해진 제어 알고리즘에 따라 자동으로 화학 오염운 내부를 탐색할 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 오염원 위치 추정 장치는 관심 영역으로 설정되는 화학 오염운의 관심 평면 내 하강 위치로부터 하강 거리만큼 하강 시 무인기의 고도가 기준 고도 이하이면, 무인기의 위치를 기초로 오염원 존재 가능 영역을 추정할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 오염원 위치 추정 장치(1)는 제어 신호에 따라 비행하는 무인기(100)와 무인기(100)로 제어 신호를 전송하는 제어 장치를 포함할 수 있다.
무인기(100)는 사람이 탑승하지 않고, 자동 또는 원격지의 사용자에 의해 수동으로 제어되어 비행하는 무인 비행체를 의미한다. 무인기(100)는 공지된 다양한 방법으로 비행하도록 마련되고, 일 실시예에 따르면 무인기(100)는 내부 로터를 회전하여 양력을 발생시키고, 발생된 양력에 의해 비행할 수 있다. 다만, 본 발명의 무인기(100)가 비행하는 방법은 상술한 실시예에 한정되지 않는다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인기(100)는 제 1 통신부(110), 구동부(120), 화학 센서(130) 및 라이다(140)를 포함할 수 있다.
제 1 통신부(110)는 후술할 제어 장치와 통신이 가능하도록 마련될 수 있다. 이를 위해, 제 1 통신부(110)는 공지된 다양한 통신 방식을 채택하되, 제어 장치와 동일한 통신 방식을 채택할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 제 1 통신부(110)는 CDMA, GSM, W-CDMA, TD-SCDMA, WiBro, LTE, EPC 등의 공지된 통신 방법을 채택하여 기지국을 거쳐 제어 장치와 통신할 수 있다. 이와는 달리, 다른 실시예에 따른 제 1 통신부(110)는 무선 랜(Wireless LAN), 와이파이(Wi-Fi), 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), WFD(Wi-Fi Direct), UWB(Ultra wideband), 적외선 통신(IrDA; Infrared Data Association), BLE (Bluetooth Low Energy), NFC(Near Field Communication)와 같은 통신 방법을 채택하여 소정 거리 이내에서 제어 장치와 통신할 수도 있다. 다만, 본 발명의 제 1 통신부(110)가 제어 장치와 통신하는 방법은 상술한 실시예에 한정되지 않는다.
제 1 통신부(110)는 제어 장치와 무인기(100)의 비행과 직간접적으로 관련된 정보를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 제 1 통신부(110)는 무인기(100)의 동작을 제어하는 제어 신호를 제어 장치로부터 수신하거나, 비행 중 획득된 비행 관련 정보를 제어 장치로 전송할 수도 있다.
구동부(120)는 무인기(100)가 비행할 수 있도록 양력을 발생시킬수 있다. 구동부(120)는 무인기(100)가 채택한 다양한 비행 방법에 대응되는 방법으로 양력을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 구동부(120)는 로터를 회전하여, 로터의 일단에 마련되는 회전 날개를 회전시키고, 회전하는 회전 날개에 의해 양력을 발생시킬 수 있다.
구동부(120)는 제 1 통신부(110)에 의해 수신된 제어 신호에 따라 구동할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 구동부(120)는 제어 신호에 따라 무인기(100)가 비행 시작, 비행 종료, 직진 비행, 방향 선회, 고도 하강, 현 위치 유지 등의 비행을 수행하도록 구동할 수 있다.
화학 센서(130)는 오염 물질로 정의되는 화학 물질의 존재 및 그 농도를 감지하도록 마련될 수 있다. 화학 센서(130)는 비행 중인 무인기(100) 주변의 대기로부터 화학 물질을 감지할 수 있도록, 무인기(100)의 외측에서 화학 물질의 감지가 용이한 위치에 노출되어 마련될 수 있다.
일 실시예에 따른 화학 센서(130)는 접촉식 센서로 구현될 수 있다. 이를 위해, 접촉식 화학 센서(130)는 화학 물질과 접촉하여 반응하는 촉매를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 접촉식 화학 센서(130)의 촉매는 화학 물질과 접촉 시 접촉 연소하여 센서 내부의 온도를 상승시키므로, 접촉식 화학 센서(130)는 온도 상승에 따른 내부 소자의 저항 변화를 기초로 화학 물질의 존재와 농도를 감지할 수 있다. 다만, 이러한 예는 접촉식 화학 센서(130)의 일 실시예에 불과하므로, 본 발명의 접촉식 화학 센서(130)는 화학 물질과의 접촉을 통해 화학 물질을 감지하는 기술적 사상 안에서 다양하게 구현될 수 있다.
이와는 달리, 다른 실시예에 따른 화학 센서(130)는 비접촉식 센서로 구현될 수도 있다. 이를 위해, 비접촉식 화학 센서(130)는 화학 물질로부터 방사되는 광을 수집하는 광 수집 수단을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 비접촉식 화학 센서(130)의 광 수집 수단은 주변 대기로부터 수집된 광의 스펙트럼을 획득하고, 비접촉식 화학 센서(130)는 획득된 광의 스펙트럼을 기준 스펙트럼과 비교하여 화학 물질의 존재와 농도를 감지할 수 있다. 다만, 이러한 예는 비접촉식 화학 센서(130)의 일 실시예에 불과하므로, 본 발명의 비접촉식 화학 센서(130)는 화학 물질과의 접촉 없이 화학 물질을 감지하는 기술적 사상 안에서 다양하게 구현될 수 있다.
라이다(140)(Lidar)는 무인기(100) 주변의 풍향 및 풍속을 감지할 수 있다. 이를 위해, 일 실시예에 따른 라이다(140)는 파원이 관측자에 대하여 상대적으로 멀어지거나 가까워질 때 파동의 파장이 변환되는 도플러 효과를 이용하여 풍향 및 풍속을 감지하는 도플러 라이다(140)로 구현될 수 있다. 이와는 달리, 다른 실시예에 따른 라이다(140)는 대기의 분진(aerosol)의 불균일도를 기초로 풍향 및 풍속을 감지할 수도 있다.
다시 도 1을 참조하면, 제어 장치는 무인기(100)의 비행을 제어하는 제어 신호를 무인기(100)로 전송할 수 있다. 이 때, 제어 신호는 사용자의 제어 명령을 통해 입력되거나, 제어 장치 내부 연산에 의해 자동으로 생성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 장치는 입력부, 제어부, 제 2 통신부 및 디스플레이를 포함할 수 있다.
입력부는 사용자로부터 제어 명령을 입력받을 수 있도록, 제어 장치의 외관 상에 마련될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 입력부는 사용자가 바라보는 제어 장치의 전면 상에 마련될 수 있다.
입력부는 공지된 다양한 방법으로 제어 명령을 입력받도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 입력부는 사용자의 압력을 감지하여 제어 명령을 입력받는 가압식 버튼, 사용자의 터치를 감지하여 제어 명령을 입력받는 정전식 버튼 등을 포함할 수 있다. 이 밖에도, 일 실시예에 따른 입력부는 키보드, 조이스틱, 트랙볼, 조그셔틀 등의 형태로 구현되어 사용자로부터 제어 명령을 입력받을 수도 있다.
제어부는 무인기(100)의 동작을 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 일 실시예에 따른 제어부는 입력부를 통해 입력된 제어 명령에 대응되는 제어 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 제어부는 입력부를 통해 입력된 비행 시작 명령에 대응되는 비행 시작 신호, 비행 종료 명령에 대응되는 비행 종료 신호, 직진 비행 명령에 대응되는 직진 비행 신호, 방향 선회 명령에 대응되는 방향 선회 신호, 고도 하강 명령에 대응되는 고도 하강 신호, 현 위치 유지 명령에 대응되는 현 위치 유지 신호 등을 생성할 수 있다.
이와는 달리, 다른 실시예에 따른 제어부는 미리 정해진 제어 알고리즘에 따라 무인기(100)를 제어할 수 있는 제어 신호를 생성할 수도 있다. 이 때, 제어부는 후술할 제 2 통신부에 의해 수신된 무인기(100)의 비행 관련 정보를 제어 알고리즘에 입력하고, 출력 값에 대응되는 제어 신호를 생성할 수 있다.
이하에서는 설명의 편의 상 제어부가 비행 관련 정보에 기초하여 제어 신호를 생성하는 것을 전제한다.
일 실시예에 따른 제어부는 마이크로프로세서(Microprocessor)를 포함하는 연산 장치로 구현될 수 있고, 예를 들어 중앙 처리 장치(Central Processing Unit, CPU), 그래픽 처리 장치(Graphic Processing Unit, GPU) 등으로 구현될 수 있다. 이 때, 제어부는 하나의 단일 마이크로프로세서로 구현되거나, 복수의 마이크로프로세서가 집적된 하나의 SOC(System On Chip) 로 구현되는 것도 가능할 수 있다.
제 2 통신부는 상술한 무인기(100)와 통신 가능하도록 마련될 수 있다. 이를 위해, 제 2 통신부는 공지된 다양한 통신 방식을 채택하되, 무인기(100)와 동일한 통신 방식을 채택할 수 있다. 제 2 통신부가 채택할 수 있는 통신 방법은 무인기(100)의 제 1 통신부(110)에서 설명한 바와 같다.
제 2 통신부는 제어 장치와 무인기(100)의 비행과 직간접적으로 관련된 정보를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 제 2 통신부는 무인기(100)의 동작을 제어하는 제어 신호를 무인기(100)로 전송하거나, 비행 중 획득된 비행 관련 정보를 무인기(100)로부터 수신할 수도 있다.
디스플레이는 무인기(100)에 대한 비행 관련 정보를 표시할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 디스플레이는 무인기(100)의 비행 경로, 비행 속도, 무인기(100) 주변의 풍향, 풍속, 현재 온도, 지도 정보 등을 표시할 수 있다.
이를 위해, 일 실시예에 따른 디스플레이는 CRT(Cathode Ray Tube), PDP(Plasma Display Panel), LCD(Liquid Crystal Display), LED(Light Emitting Diode), OLED(Organic Light Emitting Diode) 등으로 구현될 수 있다.
지금까지는 오염원 위치 추정 장치(1)의 각 구성에 대해 설명하였다. 이하에서는 상술한 오염원 위치 추정 장치(1)에 의해 수행되는 오염원 위치 추정 방법에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 오염원 위치 추정 방법의 흐름도이다.
먼저, 오염원 위치 추정 장치(1)는 관심 영역에 대한 풍향 정보를 획득할 수 있다(S100). 여기서, 관심 영역이란 오염원이 존재할 것으로 예상되는 영역을 의미하고, 오염원으로부터 배출되는 화학 물질에 의해 형성되는 화학 오염운이 존재하는 영역을 포함할 수 있다.
오염원 위치 추정 장치(1)는 무인기(100)를 이용하여 화학 오염운을 포함하는 관심 영역을 확인할 수 있다. 일 실시예에 따른 오염원 위치 추정 장치(1)는 무인기(100)에 탑재된 카메라에 의해 획득된 주변 영상으로부터 관심 영역을 확인할 수 있고, 다른 실시예에 따른 오염원 위치 추정 장치(1)는 무인기(100)에 탑재된 관심 영역 확인 센서에 의해 획득된 센서 값으로부터 관심 영역을 확인할 수도 있다.
관심 영역이 확인되면, 무인기(100)는 관심 영역 내 소정의 한 점에서의 풍향 정보를 획득할 수 있다. 일 실시예에 따른 무인기(100)는 관심 영역 내 중심점에서의 풍향 정보를 획득할 수 있고, 다른 실시예에 따른 무인기(100)는 관심 영역 내 무게 중심에서의 풍향 정보를 획득할 수도 있다.
무인기(100)는 탑재된 라이다(140)를 이용하여 관심 영역에 대한 풍향을 획득할 수 있다. 이 때, 라이다(140)에 의해 풍향을 획득하는 방법은 도 2에서 설명한 바와 같다.
그 다음, 오염원 위치 추정 장치(1)는 풍향 정보에 따라 결정되는 초기 방향으로 소정 거리만큼 무인기(100)를 진행할 수 있다(S110). 이를 위해, 오염원 위치 추정 장치(1)는 먼저 초기 방향을 결정할 수 있다. 이하에서는, 도 5를 참조하여, 무인기(100)에 대한 초기 방향을 결정하는 방법을 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인기에 대한 초기 방향 결정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 무인기(100)는 관심 영역 SI 내 중심점 PI에 대한 풍향 DW를 획득할 수 있다. 풍향 Dw가 획득되면, 무인기(100)는 미리 정해진 초기 고도로 상승 비행할 수 있다. 이 ‹š, 초기 고도란 최초로 탐색하고자 하는 관심 영역 내 평면에 따른 고도를 의미하고, 일 실시예에 따른 초기 고도는 지면으로부터 10m로 결정될 수 있다.
그 다음, 오염원 위치 추정 장치(1)는 풍향 DW의 반대 방향을 초기 방향으로 결정할 수 있다. 즉, 초기 방향은 풍향 DW와 평행하고 부호가 상이할 수 있다.
초기 방향이 결정되면, 무인기(100)는 초기 방향을 무인기(100)의 진행 방향 DD로 하여 소정 거리만큼 진행할 수 있다. 여기서, 소정 거리는 오염 농도 변화를 감지하기 위해 사전에 설정되는 거리를 의미할 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 무인기(100)가 소정 거리 진행 후, 오염원 위치 추정 장치(1)는 무인기(100)에 의해 감지된 오염 농도가 초기 임계 농도 이상인지 확인할 수 있다(S120). 여기서, 초기 임계 농도란 무인기(100)가 화학 오염운을 포함하는 관심 영역에 존재할 때 감지할 수 있는 최저 화학 물질 농도를 의미할 수 있다. 이를 위해, 무인기(100)는 탑재된 화학 센서(130)를 이용하여 현재 위치에서의 화학 물질 농도를 감지할 수 있다.
만약, 감지된 오염 농도가 초기 임계 농도 미만이라면, 무인기(100)는 반복하여 초기 방향으로 소정 거리만큼 진행할 수 있다.
반면, 감지된 오염 농도가 초기 임계 농도 이상이면, 오염원 위치 추정 장치(1)는 무인기(100)를 이용하여 현재 고도에 의해 결정되는 관심 평면에 대한 오염 농도를 탐색할 수 있다(S130). 오염 농도가 초기 임계 농도 이상이라는 것은 무인기(100)가 관심 영역에 진입하였음을 의미하기 ‹š문이다.
여기서, 관심 평면이란 관심 영역 내 무인기(100)의 현재 고도에 대응되는 평면을 의미할 수 있다. 만약, 초기 방향으로 진행하던 무인기(100)에 의해 감지된 오염 농도가 초기 임계 농도 이상이라고 판단되면, 무인기(100)는 초기 고도로부터 결정되는 관심 평면에 대한 오염 농도를 탐색할 수 있다.
이하에서는 도 6 및 7을 참조하여 관심 평면에 대한 오염 농도 탐색 방법을 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 관심 평면에 대한 제 1 진행 방향으로의 오염 농도 탐색 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 관심 평면에 대한 제 2 진행 방향으로의 오염 농도 탐색 방법을 설명하기 위한 도면이다.
무인기(100)가 관심 영역에 진입한 것으로 판단되면, 오염원 위치 추정 장치(1)는 무인기(100)를 제 1 진행 방향으로 진행시킬 수 있다. 여기서, 제 1 진행 방향이란 확인된 풍향 방향과 반대 방향, 즉 초기 방향을 의미할 수 있다.
무인기(100)는 제 1 진행 방향을 무인기(100)의 진행 방향 DD로 하여 진행하면서 화학 센서(130)를 통해 오염 농도를 감지할 수 있다. 도 6을 참조하면, 무인기(100)는 관심 영역 진입 지점 PS로부터 제 1 진행 방향을 무인기(100)의 진행 방향 DD로 하여 진행할 수 있고, 제 1 진행 방향이 x축 방향을 의미할 수 있다. 이 때, 무인기(100)는 진행 방향 DD로 진행하면서 소정 시간 간격마다 오염 농도를 감지하거나, 소정 거리 진행 후 오염 농도를 감지할 수 있다.
그 다음, 오염원 위치 추정 장치(1)는 무인기(100)가 감지 영역 내에서 제 1 진행 방향을 진행 방향 DD로 하여 진행하면서 감지한 오염 농도 중 최대가 되는 위치를 회전 위치로 결정할 수 있다.
회전 위치가 결정되면, 무인기(100)는 회전 위치에서 제 1 진행 방향에 수직인 제 2 진행 방향을 무인기(100)의 진행 방향 DD로 하여 진행할 수 있다. 도 7을 참조하면, 무인기(100)는 회전 위치 PT에서 제 2 진행 방향을 무인기(100)의 진행 방향 DD로 하여 진행할 수 있다. 도 6과 같이 제 1 진행 방향이 x축일 때, 제 2 진행 방향은 x축에 수직이 y축을 의미할 수 있다.
제 2 진행 방향으로 진행하면서, 무인기(100)는 관심 영역 내 제 2 진행 방향 상의 오염 농도를 탐색할 수 있다. 이 때, 무인기(100)는 진행 방향 DD로 진행하면서 소정 시간 간격마다 오염 농도를 감지하거나, 소정 거리 진행 후 오염 농도를 감지할 수 있다. 이렇게 제 1 진행 방향에 수직인 제 2 진행 방향으로 무인기(100)를 제어하는 것을 반복해 도 9에 나타낸 바와 같이 무인기(110)를 지그재그로 진행해 오염 농도를 탐색할 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 오염원 위치 추정 장치(1)는 탐색 결과를 기초로 하강 위치를 결정할 수 있다(S140). 여기서, 하강 위치는 관심 평면 상에 오염원과 가장 인접한 것으로 추정되는 위치를 의미할 수 있다. 구체적으로, 오염원 위치 추정 장치(1)는 무인기(100)가 감지 영역 내에서 제 2 진행 방향을 진행 방향 DD로 하여 진행하면서 감지한 오염 농도 중 최대가 되는 위치를 하강 위치로 결정할 수 있다.
하강 위치가 결정되면, 오염원 위치 추정 장치(1)는 하강 위치에서 무인기(100)의 고도를 하강 거리만큼 하강시킬 수 있다(S150). 여기서, 하강 거리는 관심 영역 내 관심 평면을 변경하기 위해 사전에 설정되는 거리를 의미할 수 있다. 이하에서는, 도 8을 참조하여, 무인기(100)가 하강 위치에서 하강하는 방법을 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인기가 하강 위치에서 하강하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
오염원 위치 추정 장치(1)는 무인기(100)가 감지 영역 내에서 제 2 진행 방향을 진행 방향 DD로 하여 진행하면서 감지한 오염 농도 중 최대가 되는 위치를 하강 위치로 결정할 수 있다. 즉, 하강 위치는 관심 영역 내 제 1 진행 방향 상에서 오염 농도가 가장 높은 회전 위치로부터 제 2 진행 방향 상에서 오염 농도가 가장 높은 위치를 의미할 수 있다.
하강 위치가 결정되면, 무인기(100)는 회전 위치에서 고도를 하강 거리만큼 하강할 수 있다. 도 8을 참조하면, 무인기(100)는 하강 위치 PD로부터 하강 방향을 무인기(100)의 진행 방향 DD로 하여 하강 거리만큼 하강할 수 있다. 이 때, 하강 방향은 z축 방향 또는 그 반대 방향일 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 고도 하강 후, 오염원 위치 추정 장치(1)는 무인기(100)의 고도가 기준 고도 이하인지 확인할 수 있다(S160). 여기서, 기준 고도는 지면이라고 판단할 수 있는 고도의 최대값을 의미할 수 있다.
만약, 무인기(100)의 고도가 기준 고도를 초과하는 경우, 오염원 위치 추정 장치(1)는 무인기(100)가 지면에 도달하지 않은 것으로 보고, 관심 영역 내 현재 고도를 기초로 결정되는 관심 평면에 대한 오염 농도를 재 탐색할 수 있다. 이를 반복함으로써 관심 영역 내 오염 농도를 고도에 따라 탐색할 수 있다.
이와는 달리, 무인기(100)의 고도가 기준 고도 이하이면, 오염원 위치 추정 장치(1)는 무인기(100)가 지면에 도달한 것으로 판단할 수 있다. 이하에서는, 도 9를 참조하여, 무인기(100)가 지면에 도달한 것으로 판단하는 방법을 설명한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인기가 지면에 도달한 것으로 판단하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
오염원 위치 추정 장치(1)는 무인기(100)를 초기 고도로부터 하강 거리만큼 하강시키면서, 매 하강 시점 마다 무인기(100)의 고도를 기초로 관심 평면을 재설정하고, 재설정된 관심 평면 내 화학 농도를 재탐색할 수 있다. 이를 반복적으로 수행함으로써, 관심 영역 전체에 대한 화학 농도를 탐색할 수 있다.
이를 반복하면서, 오염원 위치 추정 장치(1)는 하강 위치에서 하강 거리만큼 하강할 때마다, 무인기(100)의 고도가 기준 고도 이하가 되었는지 확인할 수 있다. 최종적으로, 무인기(100)의 고도가 기준 고도 이하가 되면, 오염원 위치 추정 장치(1)는 무인기(100)가 지면에 도달한 것으로 판단할 수 있다. 도 9의 경우, 무인기(100)가 최종적으로 지면 상의 최종 하강 위치 PF에 도달하였음을 확인할 수 있다.
무인기(100)가 지면에 도달한 후, 오염원 위치 추정 장치(1)는 무인기(100)의 위치를 기초로 오염원 존재 가능 영역을 추정할 수 있다(S170). 이하에서는, 도 10 및 도 11을 참조하여, 오염원 존재 가능 영역을 추정하는 방법을 설명한다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 여러 가지 실시예에 따른 오염원 존재 가능 영역을 추정하는 방법이다.
오염원 위치 추정 장치(1)는 무인기(100)의 위치, 즉 최종 하강 위치를 기준으로 하여 오염원 존재 가능 영역을 추정할 수 있다. 이를 위해, 일 실시예에 따른 오염원 위치 추정 장치(1)는 중심 위치를 결정할 수 있다. 이 때, 중심 위치는 최종 하강 위치로부터 미리 정해진 반경 거리만큼 이격된 위치를 의미할 수 있다.
그 다음, 오염원 위치 추정 장치(1)는 결정된 중심 위치로부터 반경 거리만큼 이격된 복수의 탐색 위치에서 오염 농도를 탐색할 수 있다. 도 10을 참조하면, 오염원 위치 추정 장치(1)는 중심 위치로부터 반경 거리만큼 이격된 네 개의 탐색 위치 N, W, S, E를 결정하고, 무인기(100)가 탐색 위치 N, W, S, E 각각에서 오염 농도를 감지할 수 있다. 이 때, 일 실시예에 따른 무인기(100)는 중심 위치로부터 반경 거리만큼 이격된 원주를 따라 이동하면서 오염 농도를 탐색할 수 있다. 도 10에서는 무인기(100)가 반시계 방향으로 이동하면서 오염 농도를 탐색하는 경우를 예시하였으나, 무인기(100)가 시계 방향으로 이동하면서 오염 농도를 탐색하는 것도 가능할 수 있다.
만약, 복수의 탐색 위치 각각에서 탐색된 오염 농도가 미리 정해진 기준 농도 이상이면, 오염원 위치 추정 장치(1)는 중심 위치로부터 반경 거리 이내의 영역을 오염원 존재 가능 영역으로 추정할 수 있다. 여기서, 기준 농도란 주변에 오염원이 위치할 때의 탐색되는 최소 오염 농도를 의미할 수 있다. 도 10에서는 복수의 탐색 위치 N, W, S, E에 의해 형성되는 원이 오염원 SP가 존재하는 오염원 존재 가능 영역이 될 수 있다.
반면, 복수의 탐색 위치 각각에서 탐색된 오염 농도 중 적어도 일부가 미리 정해진 기준 농도 미만이면, 오염원 위치 추정 장치(1)는 기준 농도 이상인 오염 농도가 탐색된 탐색 위치를 기초로 오염원 존재 가능 영역을 추정할 수 있다. 상술한 바와 같이 탐색된 오염 농도가 기준 농도 이상이면 주변에 오염원이 존재할 가능성이 높다는 것이므로, 해당 탐색 위치만을 기초로 오염원 존재 가능 영역을 추정할 수 있다.
만약, 도 11과 같이 복수의 탐색 위치 N, W, S, E에 의해 형성되는 원의 외측에 오염원 SP가 존재하는 경우, 탐색 위치 N과 W 또는 S에서 탐색된 오염 농도만이 기준 농도 이상일 수 있다. 이 경우, 일 실시예에 따른 오염원 위치 추정 장치(1)는 기준 농도 이상의 오염 농도가 탐색된 탐색 위치 N과 W 또는 S로부터 반경 거리만큼 이격된 위치에 새롭게 중심점을 설정하고, 해당 중심점으로부터 반경 거리만큼 이격된 새로운 복수의 탐색 위치에서 오염 농도를 탐색하여 오염원 존재 가능 영역을 추정할 수 있다.
새로운 탐색 위치에서 오염 농도를 탐색하였음에도 오염원 존재 가능 영역을 추정할 수 없는 경우, 오염원 위치 추정 장치(1)는 이를 반복하여 수행할 수 있다. 만약, 오염원 존재 가능 영역을 추정하기 위해 오염 농도 탐색 중 소정 시간이 도과한 경우, 오염원 위치 추정 장치(1)는 전체 탐색 위치에서 탐색된 오염 농도 중 높은 순서대로 소정 개수를 선택하여, 이들이 탐색된 탐색 위치를 기초로 오염원 존재 가능 영역을 추정할 수 있다.
또는, 다른 실시예에 따른 오염원 위치 추정 장치(1)는 기준 농도 이상의 오염 농도가 탐색된 탐색 위치로부터 소정 거리 이내의 영역을 오염원 존재 가능 영역으로 추정할 수도 있다.
상술한 오염원 위치 추정 장치 및 방법은, 무인기를 이용하여 오염원 위치를 추정하므로, 보다 안전하게 화학 오염운을 탐색할 수 있다.
또한, 무인기의 고도에 따라 결정되는 평면을 기준으로 화학 오염운을 탐색하므로, 화학 오염운의 탐색 정확도가 높아질 수 있다. 그 결과, 화학 오염운 내 오염원의 위치를 정확하게 추정할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 품질에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 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 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 오염원 위치 추정 장치
100: 무인기
110: 제 1 통신부
120: 구동부
130: 화학 센서
140: 라이다
200: 제어 장치
210: 입력부
220: 제어부
230: 제 2 통신부
240: 디스플레이

Claims (10)

  1. 관심 영역에 대한 풍향 정보를 획득하는 단계;
    화학 센서가 마련되는 무인기를 이용하여, 상기 풍향 정보를 기초로 상기 관심 영역의 제 1 관심 평면에 대한 오염 농도를 탐색하는 단계;
    상기 탐색 결과에 따라 결정되는 하강 위치에서 상기 무인기의 고도를 미리 정해진 하강 거리만큼 하강하는 단계; 및
    상기 무인기의 고도가 미리 정해진 기준 고도 이하이면, 상기 무인기의 위치를 기초로 오염원 존재 가능 영역을 추정하는 단계를 포함하고,
    상기 오염 농도를 탐색하는 단계는,
    상기 풍향 정보에 따라 결정되는 제 1 진행 방향으로 상기 무인기를 진행하여 상기 오염 농도를 탐색하는 제1단계;
    상기 제 1 진행 방향 내 상기 오염 농도가 최대인 회전 위치를 결정하는 제2단계; 및
    상기 회전 위치에서 상기 제 1 진행 방향에 수직인 제 2 진행 방향으로 상기 무인기를 진행하여 상기 오염 농도를 탐색하는 제3단계를 포함하되,
    상기 제2단계 및 상기 제3단계를 반복해 상기 무인기를 지그재그로 진행해 상기 오염 농도를 탐색하는
    오염원 위치 추정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하강 거리만큼 하강한 무인기의 고도가 상기 기준 고도를 초과하면, 상기 하강된 무인기의 고도에 따라 결정되는 제 2 관심 평면에 대한 오염 농도를 재탐색하는 단계를 더 포함하는
    오염원 위치 추정 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 무인기의 고도를 하강하는 단계는,
    상기 제 2 진행 방향 내 상기 오염 농도가 최대인 상기 하강 위치를 결정하는 단계; 및
    상기 하강 위치에서 상기 무인기의 고도를 상기 하강 거리만큼 하강하는 단계를 포함하는
    오염원 위치 추정 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 오염원 존재 가능 영역을 추정하는 단계는,
    상기 기준 고도 이하의 고도를 가지는 상기 무인기의 위치를 기초로 결정되는 중심 위치로부터 미리 정해진 반경 거리만큼 이격된 복수의 탐색 위치에서 상기 오염 농도를 탐색하는 단계; 및
    상기 탐색된 복수의 오염 농도를 이용하여 상기 오염원 존재 가능 영역을 추정하는 단계를 포함하는
    오염원 위치 추정 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 탐색된 복수의 오염 농도를 이용하여 상기 오염원 존재 가능 영역을 추정하는 단계는,
    상기 탐색된 복수의 오염 농도 모두가 미리 정해진 기준 농도 이상이면, 상기 중심 위치로부터 상기 반경 거리 이내의 영역을 상기 오염원 존재 가능 영역으로 추정하는 단계; 및
    상기 탐색된 복수의 오염 농도 중 일부가 상기 기준 농도 이상이면, 상기 기준 농도 이상인 오염 농도가 탐색된 탐색 위치를 기초로 상기 오염원 존재 가능 영역을 추정하는 단계를 포함하는
    오염원 위치 추정 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 탐색된 복수의 오염 농도를 이용하여 상기 오염원 존재 가능 영역을 추정하는 단계는,
    상기 탐색된 복수의 오염 농도를 기초로 오염 농도 경사(Gradient)를 획득하는 단계;
    상기 획득된 오염 농도 경사를 이용하여 상기 오염원 존재 가능 영역을 추정하는 단계를 포함하는
    오염원 위치 추정 방법.
  8. 오염 농도를 감지하는 화학 센서가 마련되는 무인기; 및
    상기 무인기를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    관심 영역에 대한 풍향 정보를 기초로 상기 관심 영역의 제 1 관심 평면에 대한 오염 농도를 탐색하도록 상기 무인기를 제어하고,
    상기 탐색 결과에 따라 결정되는 하강 위치에서 상기 무인기의 고도를 미리 정해진 하강 거리만큼 하강하도록 상기 무인기를 제어하고,
    상기 무인기의 고도가 미리 정해진 기준 고도 이하이면, 상기 무인기의 위치를 기초로 오염원 존재 가능 영역을 추정하되,
    상기 오염 농도를 탐색할 때에,
    상기 풍향 정보에 따라 결정되는 제 1 진행 방향으로 상기 무인기를 제어하여 상기 오염 농도를 탐색하는 제1단계를 수행하고, 상기 제 1 진행 방향 내 상기 오염 농도가 최대인 회전 위치를 결정하는 제2단계를 수행하며, 상기 회전 위치에서 상기 제 1 진행 방향에 수직인 제 2 진행 방향으로 상기 무인기를 제어하여 상기 오염 농도를 탐색하는 제3단계를 포함하되, 상기 제2단계 및 상기 제3단계를 반복해 상기 무인기를 지그재그로 진행해 상기 오염 농도를 탐색하는
    오염원 위치 추정 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 무인기는,
    상기 관심 영역에 대한 풍향 정보를 획득하는 라이다를 포함하는
    오염원 위치 추정 장치.
  10. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 따른 각각의 단계를 수행하는 명령어를 포함하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능 기록매체.
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