KR102191109B1 - 자율 무인항공 이동체 및 이의 제어 방법 - Google Patents

자율 무인항공 이동체 및 이의 제어 방법 Download PDF

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문정환
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Abstract

라이다를 포함한 자율 무인항공 이동체 및 이의 제어 방법이 개시된다. 상기 자율 무인항공 이동체는 수상의 오염물질을 탐지하는 라이다 및 상기 자율 무인항공 이동체의 운항을 제어하는 운항부를 포함한다. 여기서, 상기 라이다는 상기 오염물질의 이동 경로 또는 확산 경로를 추적하고, 상기 운항부는 상기 이동 경로 또는 확산 경로를 따라 상기 자율 무인항공 이동체를 이동시키며 설정된 프로그램에 따라 특정 수상 영역을 감시한다.

Description

자율 무인항공 이동체 및 이의 제어 방법{AUTONOMOUS UNMANNED AERIAL VEHICLE AND CONTROL METHOD IN THE SAME}
본 발명은 라이다를 장착한 자율 무인항공 이동체 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
종래에는 해상에 유출유가 발생하면, 유출유의 이동 경로 등을 빨리 파악할 수가 없어서 초등 대응에 늦었으며, 그 결과 생태계를 심하게 파괴시키는 문제를 야기시켰다.
KR 10-2015-0089740 A
본 발명은 라이다를 포함한 자율 무인항공 이동체 및 이의 제어 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 무인항공 이동체는 수상의 오염물질을 탐지하는 라이다; 및 상기 자율 무인항공 이동체의 운항을 제어하는 운항부를 포함한다. 여기서, 상기 라이다는 상기 오염물질의 이동 경로 또는 확산 경로를 추적하고, 상기 운항부는 상기 이동 경로 또는 확산 경로를 따라 상기 자율 무인항공 이동체를 이동시키며 설정된 프로그램에 따라 특정 수상 영역을 감시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자율 무인항공 이동체 제어 방법은 수상에서 오염물질을 탐지하는 단계; 상기 수상에서 상기 오염물질이 탐지된 경우 상기 오염물질을 ZOOM OUT 탐색하여 상기 오염물질의 이동 경로를 추적하는 단계; 상기 오염물질 중 특정 부분을 ZOOM IN 탐색하는 단계; 및 상기 ZOOM IN 탐색된 영역의 샘플을 취득하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 자율 무인항공 이동체는 라이다를 포함하여 유출유를 빠르게 탐지하고 상기 유출유의 이동/확산 경로를 추적할 수 있으므로, 초동 대응이 빠르게 이루어질 수 있어서 유출유로 인한 피해를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 무인항공 이동체를 이용한 유출유 탐지 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유출유 탐지 방법을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유출유의 두께를 구하는 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 유출유의 종류에 따른 특성을 도시한 도면이다.
도 5는 유출유의 이동 경로를 탐지하는 과정을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 zoom in/out 기능을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다의 동작을 도시한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 무인항공 이동체 시스템을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 무인항공 이동체의 구성을 도시한 블록도이다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 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, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 발명은 자율 무인항공 이동체 및 이의 제어 방법에 관한 것으로서, 라이다(Lidar)를 포함하는 자율 무인항공 이동체, 예를 들어 드론을 이용하여 수상에 유출된 기름(유출유)을 탐지하고 상기 유출유의 이동 및 확산 경로를 파악하여 효과적인 초동 대응을 시도할 수 있다. 물론, 상기 자율 무인항공 이동체가 유출유 외에도 수상에 존재하는 오염물질을 탐지하고 감시할 수 있다.
또한, 상기 자율 무인항공 이동체는 유출유의 단순한 탐지만 하는 것이 아니라, 유출유의 샘플을 취득하여 관제센터의 관리자에게 제공할 수도 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다. 다만, 설명의 편의를 위하여 오염물질을 유출유로 가정하나, 이로 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 무인항공 이동체를 이용한 유출유 탐지 과정을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유출유 탐지 방법을 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유출유의 두께를 구하는 과정을 도시한 도면이다. 도 4는 유출유의 종류에 따른 특성을 도시한 도면이고, 도 5는 유출유의 이동 경로를 탐지하는 과정을 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 zoom in/out 기능을 도시한 도면이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다의 동작을 도시한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 자율 무인항공 이동체, 예를 들어 드론은 라이다를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 라이다는 수상을 탐지할 수 있도록 수상 방향으로 빔을 출력할 수 있다. 한편, 상기 라이다가 상기 자율 무인항공 이동체에 장착되는 한 장착 구조 및 방법에는 제한이 없다.
일 실시예에 따르면, 상기 자율 무인항공 이동체는 지정 해역을 자율 감시하도록 프로그램되어 있으며, 관제센터와 통신 연결될 수 있다. 즉, 상기 자율 무인항공 이동체는 지정 해역의 탐지 결과를 실시간 또는 정해진 주기로 상기 관제센터로 전송하며, 소정 시간이 경과하면 기지로 복귀할 수 있다.
탐지 과정을 살펴보면, 상기 자율 무인항공 이동체의 라이다가 수상으로 빔을 발사하며, 반사파를 통하여 유출유를 탐지할 수 있다. 구체적으로는, 도 2에 도시된 바와 같이 수상에서 빔이 반사될 때와 유출유에서 빛이 반사될 때 반사빔들의 세기 또는 도달 시간이 다르므로, 상기 라이다는 이러한 세기 또는 도달시간을 이용하여 상기 유출유가 존재하는 지를 탐지할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 라이다는 반사빔들 중 수상에서 반사된 반사파를 제거하여 유출유의 형태 또는 폭 등을 탐지할 수 있다.
또한, 상기 라이다는 유출유의 두께도 탐지할 수 있다. 예를 들어, 상기 라이다는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 유출유로부터 반사된 반사파를 통하여 상기 라이다와 상기 유출유 사이의 거리를 측정하고, 상기 유출유 근방의 수상에서 반사된 반사파를 통하여 상기 라이다와 상기 수상 사이의 거리를 측정하며, 상기 측정된 거리들의 차이를 통하여 상기 유출유의 두께를 검출할 수 있다.
게다가, 상기 라이다는 상기 유출유의 종류도 검출할 수 있다. 일반적으로, 상기 유출유의 종류로는 light crude oil, bunker A oil 및 bunker C oil이 존재한다. 도 4에 도시된 바와 같이 오일의 종류에 따라 다른 특성이 나타나므로, 상기 라이다는 이러한 데이터를 기반으로 하여 오일의 종류도 검출할 수 있다. 물론, 이러한 오일의 종류는 후술하는 바와 같이 샘플 채취를 통하여 관제센터에서 분석하여 검출될 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 자율 무인항공 이동체 또는 상기 자율 무인항공 이동체와 교신하는 관제센터는 상기 유출유의 이동 경로 또는 확산 경로를 추적할 수 있다. 예를 들어, 상기 자율 무인항공 이동체가 도 5에 도시된 바와 같이 이동하면서 상기 유출유를 탐지하면, 상기 유출유의 이동 경로 또는 확산 경로를 추적할 수 있다. 다른 관점에서는, 상기 자율 무인항공 이동체는 상기 이동/확산 경로를 따라서 이동할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 자율 무인항공 이동체 또는 상기 관제센터는 바람, 파도, 안개 등의 주변 상황을 고려하여 상기 유출유의 예상 이동/확산 경로 또는 확산 경로를 예측할 수 있다. 물론, 상기 자율 무인항공 이동체 또는 상기 관제센터는 상기 이동/확산 속도도 산출할 수 있다. 이렇게 예상 이동/확산 경로, 이동/확산 속도 등이 산출되면, 후술하는 바와 같이 이동/확산 경로 상의 해역에 존재하는 선박 또는 사람에게 유출유가 곧 도달할 것이라는 경고를 안내할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 자율 무인항공 이동체는 오염 해역 중 기설정된 조건에 맞춰 일부 해역을 집중해서 관촬하도록 ZOOM IN/OUT 기능을 구현할 수 있다. 예를 들어, 상기 자율 무인항공 이동체는 유출유 탐지시 ZOOM IN 기능을 수행하여 상기 유출유의 이동/확산 경로를 추적하고, ZOOM OUT 기능을 수행하여 상기 유출유의 특정 부분을 정밀 관찰할 수 있다.
다른 예로, 상기 유출유의 폭이 기설정된 값을 초과하면 집중 관촬하도록 설정된 경우, 상기 자율 무인항공 이동체는 상기 유출유의 폭이 상기 기설정된 값을 초과하면 자동으로 ZOOM IN 기능을 실행시켜 상기 유출유 중 특정 부분을 집중 관찰할 수 있다.
이러한 유출유의 탐지, 유출유의 이동/확산 경로 추적, 유출유의 종류 결정, 예상 이동/확산 경로 검출, ZOOM IN/OUT 기능 구현, 샘플 채취는 인공지능 방식으로 구현될 수 있다. 즉, 상기 라이다는 하나의 정해진 순서로 유출유를 감시하는 것이 아니라, 유출유의 상태 또는 주변 환경 상태에 따라 자율적으로 동작할 수 있다.
예를 들어, 바람이나 풍랑이 강하지 않은 경우, 상기 라이다는 유출유 탐지 후 유출유의 이동/확산 경로를 탐지하고, ZOOM IN/OUT을 통하여 특정 영역을 집중 탐지하며, 샘플 채취하여 기지로 복귀할 수 있다. 그런 후, 상기 유출유의 종류 및 상기 예상 이동/확산 경로가 검출될 수 있다.
다른 예로, 바람이나 풍랑이 강한 경우, 상기 라이다는 유출유 탐지, 유출유의 이동/확산 경로 탐지, 예상 이동/확산 경로 검출을 순차적으로 수행하고, 바람이나 풍랑이 잦아든 후 상기 라이다가 ZOOM IN/OUT을 통하여 특정 영역을 탐지하고, 상기 자율 무인항공 이동체가 샘플을 채취하여 기지로 복귀할 수 있다. 그런 후, 상기 유출유의 종류가 검출될 수 있다.
또 다른 예로, 상기 자율 무인항공 이동체가 고장나거나 연료가 다 소진되어가는 경우, 상기 자율 무인항공 이동체가 다른 단계를 수행하지 않고 상기 자율 무인항공 이동체가 샘플을 채취하여 기지로 바로 복귀할 수 있다. 이 경우, 상기 자율 무인항공 이동체 또는 상기 관제센터는 현재 진행 상태 후의 단계부터 교대된 자율 무인항공 이동체가 수행하도록 제어할 수도 있다.
이러한 상기 자율 무인항공 이동체의 전체적인 동작의 일 예가 도 7에 보여진다.
도 7을 살펴보면, 상기 자율 무인항공 이동체가 기지, 예를 들어 관제센터로부터 이륙하여(S700) 지정 해역을 감시할 수 있다(S702).
감시 중 물체, 예를 들어 유출유가 탐지되지 않으면, 상기 자율 무인항공 이동체는 기설정 시간이 지난 후 기지로 복귀한다(S716).
반면에, 상기 자율 무인항공 이동체의 라이다가 유출유를 탐지하면, 상기 자율 무인항공 이동체는 상기 지정 해역을 ZOOM OUT 탐색하여(S706) 상기 유출유의 이동/확산 경로를 추적하며(S708), 탐색 결과를 상기 관제센터로 보고할 수 있다(S714).
이어서, 상기 자율 무인항공 이동체는 정밀 탐색을 위하여 상기 유출유를 ZOOM IN 탐색할 수 있고, 탐색 결과를 상기 관제센터로 보고할 수 있다(S710).
계속하여, 상기 자율 무인항공 이동체는 상기 유출유의 샘플을 취득한 후(S712) 기지로 복귀할 수 있다(S716). 예를 들어, 상기 자율 무인항공 이동체는 상기 ZOOM IN된 영역의 유출유를 샘플 채취할 수 있다.
즉, 상기 자율 무인항공 이동체는 유출유가 탐지되면 ZOOM OUT을 통하여 상기 유출유의 이동/확산 경로를 추적하고, ZOOM IN을 통하여 상기 유출유를 정밀 탐지하며, 상기 유출유의 샘플을 취득하여 기지로 복귀할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 자율 무인항공 이동체는 인공 지능 제어를 통하여 다른 오염물질에 대하여는 다른 단계들을 수행시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 무인항공 이동체 시스템을 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 복수의 자율 무인항공 이동체들의 자신의 해상 영역을 비행하며 오염물질, 예를 들어 유출유를 탐지할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 자율 무인항공 이동체는 다른 자율 무인항공 이동체와 교신할 수 있고, 선박과도 교신할 수 있다. 이 때, 상기 자율 무인항공 이동체는 탐지 결과 또는 관제센터로부터 전송된 정보를 상기 다른 자율 무인항공 이동체 또는 선박으로 제공할 수 있다.
예를 들어, 상기 자율 무인항공 이동체가 상기 유출유의 예상 이동 경로를 획득한 경우 상기 예상 이동 경로 상에서 해상을 탐지하고 있는 다른 자율 무인항공 이동체에 유출유가 해당 해역으로 이동할 것이라 정보를 전달할 수 있다. 이 경우, 상기 다른 자율 무인항공 이동체는 자신의 영역에서 운항하고 있는 선박에게 상기 유출유가 곧 도달할 것이라는 정보를 전달할 수 있다. 따라서, 상기 선박은 적절하게 유출유를 피할 수 있다. 물론, 이러한 예상 이동 경로 안내 등의 정보는 상기 관제센터에서 상기 다른 자율 무인항공 이동체로 직접 제공될 수도 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 자율 무인항공 이동체는 상기 유출유가 탐지된 경우, 해안가 등의 사람들에게 소리나 빛으로 유출유가 곧 도달할 것임을 경고하고 해안가의 사람들을 촬영하여 상기 관제센터로 전송할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 무인항공 이동체의 구성을 도시한 블록도이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예의 자율 무인항공 이동체는 제어부(900), 라이다(902), 통신부(904), AI부(906), ZOOM IN/OUT부(908), 운항부(910), 샘플 취득부(912), 경고부(914) 및 저장부(916)를 포함할 수 있다.
라이다(902)는 해상의 오염물질, 특히 유출유를 탐지할 수 있다. 예를 들어, 라이다(902)는 유출유의 존재 여부, 유출유의 이동/확산 경로, 유출유의 종류, 유출유의 예상 이동/확산 경로, 유출유까지의 거리 중 적어도 하나를 탐지할 수 있다.
통신부(904)는 관제센터, 다른 자율 무인항공 이동체 또는 선박과의 통신 연결 통로이다.
AI부(906)는 주변 환경, 예를 들어 바람에 따라 운항, 유출유의 이동/확산 경로 탐지, 유출유의 예상 이동/확산 경로, ZOOM IN/OUT 동작, 샘플 취득 등의 일련의 동작을 자율적으로 제어할 수 있다. 예를 들어, AI부(906)는 주변 환경에 따라 자율적으로 이러한 일련의 동작들의 순서를 변경하거나 특정 동작을 집중해서 실행시키거나 특정 동작을 생략할 수 있다.
또한, AI부(906)는 오염물질이 유출유인지 다른 물질인지에 따라, 즉 오염물질의 종류에 따라 자율적으로 다른 동작을 수행시킬 수 있다.
ZOOM IN/OUT부(908)는 유출유를 탐지하기 위하여 ZOOM IN 또는 ZOOM OUT 기능을 수행할 수 있다.
운항부(910)는 상기 자율 무인항공 이동체의 이륙, 운항, 복귀 등의 일련의 동작을 제어한다. 또한, 운항부(910)는 유출유의 이동/확산 경로를 따라 상기 자율 무인항공 이동체를 이동시킬 수 있다.
샘플 취득부(912)는 유출유의 샘플을 취득하는 역할을 수행한다.
경고부(914)는 자신의 영역에 있는 선박 또는 사람에게 유출유가 곧 도달할 것이라는 정보 또는 피하라는 경고를 제공할 수 있다.
저장부(916)는 탐지 결과 등의 각종 데이터를 저장할 수 있다.
제어부(900)는 상기 자율 무인항공 이동체의 구성요소들의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다.
한편, 전술된 실시예의 구성 요소는 프로세스적인 관점에서 용이하게 파악될 수 있다. 즉, 각각의 구성 요소는 각각의 프로세스로 파악될 수 있다. 또한 전술된 실시예의 프로세스는 장치의 구성 요소 관점에서 용이하게 파악될 수 있다.
또한 앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
902 : 라이다 906 : AI부
908 : ZOOM IN/OUT부 910 : 운항부
912 : 샘플 취득부 914 : 경고부

Claims (8)

  1. 자율 무인항공 이동체에 있어서,
    수상의 오염물질을 탐지하는 라이다-상기 오염물질은 유출유임;
    상기 자율 무인항공 이동체의 운항을 제어하는 운항부; 및
    주변 환경 또는 사이 유출유의 상태에 따라 상기 이동체의 운항, 상기 유출유의 이동/확산 경로 추적, 상기 유출유의 예상 이동/확산 경로 탐지 중 적어도 하나의 동작을 자율적으로 제어하는 AI부를 포함하되,
    상기 라이다는 상기 오염물질의 이동 경로 또는 확산 경로를 추적하고, 상기 운항부는 상기 이동 경로 또는 확산 경로를 따라 상기 자율 무인항공 이동체를 이동시키며 설정된 프로그램에 따라 특정 수상 영역을 감시하되,
    상기 라이다는 반사파들 중 상기 수상으로부터 반사된 반사파를 제거하여 상기 유출유를 인지하되, 유출유 종류에 따른 반사파 특성 데이터에 기초하여 상기 유출유의 종류를 검출하고, 상기 유출유로부터 반사된 반사파를 이용하여 상기 라이다와 상기 유출유 사이의 제1 거리를 측정하며, 상기 유출유 인근의 수상에서 반사된 반사파를 이용하여 상기 라이다와 상기 유출유 인근 수상 사이의 제2 거리를 측정하며, 상기 제1 거리와 상기 제2 거리의 차이를 계산하여 상기 유출유의 두께를 검출하되,
    상기 AI부는 상기 탐지 결과 상기 유출유의 종류가 달라지면 상기 자율 무인항공 이동체의 동작을 자율적으로 다르게 제어하는 것을 특징으로 하는 자율 무인항공 이동체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 라이다는 상기 유출유의 이동/확산 경로 추적뿐만 아니라 상기 유출유의 예상 이동/확산 경로도 탐지하는 것을 특징으로 하는 자율 무인항공 이동체.
  3. 제2항에 있어서,
    관제센터와 교신하는 통신부;
    상기 유출유의 ZOOM IN 또는 ZOOM OUT을 수행하는 ZOOM IN/OUT부; 및
    상기 유출유의 샘플을 취득하는 샘플 취득부를 더 포함하되,
    상기 자율 무인항공 이동체는 상기 ZOOM OUT 기능을 통하여 상기 유출유의 이동/확산 경로를 추적하고, 상기 ZOOM IN된 유출유 부분의 샘플을 채취하는 것을 특징으로 하는 자율 무인항공 이동체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 AI부는 상기 ZOOM IN/OUT 기능, 샘플 취득 중 적어도 하나의 동작을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 자율 무인항공 이동체.
  5. 삭제
  6. 제3항에 있어서,
    상기 자율 무인항공 이동체의 지정 해상 영역의 선박 또는 사람에게 상기 유출유의 도달을 경고하는 경고부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 무인항공 이동체.
  7. 삭제
  8. 삭제
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