KR102200588B1 - 드론을 이용한 지뢰제거관리 시스템 및 그를 이용한 지뢰제거관리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지뢰가 묻혀 있는 것으로 예상되는 지역에 대한 정보를 수집하고, 해당 지역에 드론을 이용하여 지뢰를 탐지하되 다중센서를 적용하여 지뢰를 탐지하고, 탐지한 지뢰를 분석하여 지뢰의 종류에 따라 지뢰를 표시하거나, 지뢰제거를 용이하게 하기 위하여 지뢰가 묻힌 위치를 지시하거나, 가능한 경우에는 지뢰를 제거하고, 이러한 지뢰를 종합적으로 관리할 수 있는 드론을 이용한 지뢰제거관리 시스템 및 그를 이용한 지뢰제거관리 방법에 관한 것으로, 자율비행을 수행하고, 비행중 비상상황시 홈 컴잉 기능과 탐지 결과 분석 기능을 포함하며 환경피해를 최소화하는 지뢰제거를 수행하는 것으로, 지뢰매설지역이나 지뢰매설예상지역에서 지뢰를 탐지하고, 제거하며, 카메라를 통해 촬영된 영상을 통해 지뢰탐지는 물론 현행 수목 및 표토제거, DMZ내 습지, 자연하천 생태계에 대한 사전조사를 위한 자료를 수집하는데 이용되는 드론(100); 상기 드론(100)에서 탐지하고자 하는 지뢰탐지지역이나 지뢰매설예상 지역 데이터를 관리하고, 상기 드론(100)에 의해 취득한 데이터에 따라 지뢰제거를 결정하며, 매설지뢰를 제거하기 위한 장비와 관리자 정보를 관리하고, 상기 드론(100)에서 촬영된 영상 및 데이터에 따라 지역별 지뢰제거 가이드 라인 결정하고, 보존, 개발을 포함하는 DMZ의 활용계획을 수립하는 지뢰제거관리서버(200); 및 상기 드론(100)의 비행을 제어하기 위한 컴퓨터로 구성되는 드론조종기(지상관제장비)(300);를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 드론을 이용한 지뢰제거관리 시스템을 제공한다.

Description

드론을 이용한 지뢰제거관리 시스템 및 그를 이용한 지뢰제거관리 방법{Mine removal management system using drones and mine removal management method using the same}

본 발명은 지뢰제거에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 드론을 이용하여 지뢰를 제거하거나 관리할 수 있는 할 수 있는 드론을 이용한 지뢰제거관리 시스템 및 그를 이용한 지뢰제거관리 방법에 관한 것이다.

일반적으로 드론(drone)은 무인비행체의 일종으로 사람이 타지 않고 무선전파에 의해 비행하는 비행체를 말하는데. 다양한 분야에 사용되고 있으며, 특히 화재진압용, 구조용 및 농약살포용 등으로 광범위하게 사용범위가 증가되고 있다.

한편 드론은 무선전파의 유도에 의해서 비행 및 조종 가능한 비행기나 헬리콥터 모양의 군사용 무인비행기(UAV :Unmanned aerial vehicle)의 총칭으로, 2010년대를 전후하여 군사적 용도 외 다양한 민간 분야에 활용되고 있다.

헬리콥터나 드론처럼 프로펠러의 회전에 의해 양력을 발생시키는 비행 물체의 경우, 프로펠러 회전의 반작용에 의해 본체가 프로펠러가 회전하는 반대 방향으로 회전하게 된다. 싱글로터 헬리콥터의 경우 이 문제를 해결하기 위해 테일 로터(tail rotor)가 필요하지만, 드론은 앞뒤 프로펠러의 회전을 반대로 하여 프로펠러 회전에 의해 발생하는 반작용을 상쇄시키는 원리를 기본으로 한다. 즉, 드론은 각각의 로터 프로페러 회전을 제어하여 상승비행모드(ascend), 하강비행모드(descend), 전진비행모드 (forward), 후진비행모드(backward), 우횡비행모드(roll right), 좌횡비행모드 (roll left), 좌회전비행모드(yaw left), 우회전비행모드(yaw right)가 가능하다. 드론은 상대적으로 작은 복수 개의 프로펠러를 이용하여 양력을 얻고, 각각의 프로펠러로부터 발생하는 양력을 조절하여 전진 및 후진과 방향 전환을 한다.

특허공개번호 10-2008-0037434호에 의해 러더와 엘리베이터 및 플랩을 장착한 고정익 비행기에 의한 "카메라를 장착한 자폭형 무인 소형 비행 장치와 그를 위한 원격조정장치'가 있으나 해당 특허는 정지비행이 불가능한 고정익 비행기로 제안하여 비행 혹은 활공 비행으로 목표물을 공격해야 하므로 고가의 전자장비를 탑재하지 않고서는 공격 정확성을 확보하기 어려웠다는 문제가 있었다.

선행문헌 1 : 대한민국 공개특허번호 10-2008-0037434호 - 카메라를 장착한 자폭형 무인 소형 비행 장치와 그를 위한 원격조정장치 선행문헌 2 : 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0025386호 - 소화탄을 발사할 수 있는 화재 진압 드론 선행문헌 3 : 대한민국 등록실용신안공보 제20-0479365호 - 농약 용기가 구비된 드론

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 지뢰가 묻혀 있는 것으로 예상되는 지역에 대한 정보를 수집하고, 해당 지역에 드론을 이용하여 지뢰를 탐지하되 다중센서를 적용하여 지뢰를 탐지하고, 탐지한 지뢰를 분석하여 지뢰의 종류에 따라 지뢰를 표시하거나, 지뢰제거를 용이하게 하기 위하여 지뢰가 묻힌 위치를 지시하거나, 가능한 경우에는 지뢰를 제거하고, 이러한 지뢰를 종합적으로 관리할 수 있는 드론을 이용한 지뢰제거관리 시스템 및 그를 이용한 지뢰제거관리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 자율비행을 수행하고, 비행중 비상상황시 홈 컴잉 기능과 탐지 결과 분석 기능을 포함하며 환경피해를 최소화하는 지뢰제거를 수행하는 것으로, 지뢰매설지역이나 지뢰매설예상지역에서 지뢰를 탐지하고, 제거하며, 카메라를 통해 촬영된 영상을 통해 지뢰탐지는 물론 현행 수목 및 표토제거, DMZ내 습지, 자연하천 생태계에 대한 사전조사를 위한 자료를 수집하는데 이용되는 드론(100); 상기 드론(100)에서 탐지하고자 하는 지뢰탐지지역이나 지뢰매설예상 지역 데이터를 관리하고, 상기 드론(100)에 의해 취득한 데이터에 따라 지뢰제거를 결정하며, 매설지뢰를 제거하기 위한 장비와 관리자 정보를 관리하고, 상기 드론(100)에서 촬영된 영상 및 데이터에 따라 지역별 지뢰제거 가이드 라인 결정하고, 보존, 개발을 포함하는 DMZ의 활용계획을 수립하는 지뢰제거관리서버(200); 및 상기 드론(100)의 비행을 제어하기 위한 컴퓨터로 구성되는 드론조종기(지상관제장비)(300);를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 드론을 이용한 지뢰제거관리 시스템을 이용한 지뢰제거관리 방법에서, 지뢰제거관리서버에 지뢰매설 데이터가 수집되고, 분류 후 저장되는 단계(S100); 상기 지뢰제거관리서버에 지뢰제거를 위한 장치의 정보가 수집 및 관리되는 단계(S110); 지뢰탐지를 위한 드론을 운행하는 단계(S120); 상기 드론이 지뢰를 탐지하였다면 드론조종기는 지뢰탐지 램프를 발광하고(S140), 지뢰제거관리서버로 해당 데이터를 전송하는 단계(S150); 드론조종기의 제어에 따라 상기 드론이 탐지한 지뢰에 대하여 드론의 기능에 따라 탐지된 지뢰위치가 표시(스프레이)되거나 상기 드론의 레이저를 통해 지시하도록 제어되는 단계(S160); 상기 드론조종기 제어에 따라 상기 드론에 구비된 로봇팔을 통해 지뢰가 제거되는 단계(S170); 및 드론기체 이상이나 복귀 명령시 드론이 복귀하는 단계(S180);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 지뢰제거관리 시스템을 이용한 지뢰제거관리 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 정밀도 높은 지뢰 탐지가 가능하다.

둘째, 지뢰를 현장에서 직접 제거하거나, 서버의 관리를 통해 제거할 수 있다.

셋째, 드론을 통해 촬영된 영상에 따라 지뢰탐지는 물론 현행 수목 및 표토제거, DMZ내 습지, 자연하천 생태계에 대한 사전조사를 위한 자료를 수집이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 드론을 이용한 지뢰제거관리 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 드론을 이용한 지뢰제거관리 시스템에서 이용되는 드론 및 드론에서 이용되는 배터리의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 드론을 이용한 지뢰제거관리 시스템에서 지뢰감지 방식 중 하나인 지상관통 레이더를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 드론을 이용한 지뢰제거관리 시스템에서 이용되는 드론의 실시예를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 드론을 이용한 지뢰제거관리 시스템에서 이용되는 드론제거관리 서버의 실시예를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 7은 본 발명에 따른 드론을 이용한 지뢰제거관리 시스템에서 이용되는 드론조종기의 실시예를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 8은 본 발명에 따른 드론을 이용한 지뢰제거관리 시스템을 이용한 지뢰제거관리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다. 또한 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

도 1은 본 발명에 따른 드론을 이용한 지뢰제거관리 시스템을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명에 따른 드론을 이용한 지뢰제거관리 시스템은 도 1에 나타낸 바와 같이, 고정익이나 회전익 무인기로 지뢰매설지역이나 지뢰매설예상지역에서 지뢰를 탐지하고, 제거하기 위한 드론(100)과, 지뢰매설지역이나 지뢰매설예상지역 정보를 드론(100)으로 제공하고, 관리하는 지뢰제거관리서버(200)와, 드론(100)의 비행을 제어하기 위한 컴퓨터(예로써 노트북)로 구성되는 드론조종기(지상관제장비)(300)와, 드론(100)을 통해 지뢰매설지역이나 지뢰매설예상지역에서 지뢰를 탐지하여 발견하거나, 파괴하는 경우 발생되는 각종 금융비용을 처리하고, 특히 드론(100)을 임대한 경우 이용비용을 주기적으로 결제하는 금융사 서버(400) 및 드론조정기(300) 및 지뢰제거관리서버(200)와 데이터를 송수신하는 데이터 송수신 단말기(500)로 구성된다.

여기서 드론(100)은 기본적으로 자율비행을 수행하고, 비행중 비상상황시 홈 컴잉 기능과 탐지 결과 분석 기능 등이 있는 것으로, 환경피해를 최소화하는 지뢰제거를 수행할 수 있도록 한다. 이러한 드론(100)을 통해서는 지뢰제거 단체나 전문가로 구성되어 드론(100)으로 탐지된 지뢰 Map이나 기존 지뢰 Map을 활용하여 생태 평가 실시 계획에 활용할 수 있고, 현행 수목 및 표토제거, DMZ내 습지, 자연하천 등 생태계에 대한 사전조사를 위한 자료로 활용하여 용도에 부합한 지역별 지뢰제거 가이드 라인 결정하고, 보존, 개발 등 DMZ의 활용계획은 지뢰탐지를 실시한 후 생물 다양성 등 생태조사를 하고 토지 운용계획 수립하는데 이용된다.

그리고 개발지역은 방법적용이 무방하나 건강한 생태계는 시간을 가지고 신중하게 생태환경에 영향을 주지않는 방향으로 지뢰를 제거하는데 이용하기 위한 것으로, GOP부대 작전 상황리지를 열람하여 산불 발생시 DMZ내 폭발상황 기록하여 D/B현장 조사를 실시하며 드론사진과 대조하여 지형분석을 하고 지뢰 매설 예상지역을 판단, 분석할 수 있도록 한다. 이러한 드론(100)은 최대 5,000m까지 오를 수 있으며, 로봇 팔을 이용해 10 - 20kg 되는 물건도 운반가능한 것이 바람직하다. 또한 로봇 팔을 이용해 전선 절단하거나 케이블 연결하는 등의 부설 작업 가능한 것 역시 가능한 것을 이용하고, GPS ,LTE 신호와 연계해서 지형정보를 수집할 수 있다. 또한 지뢰지점에 금속탐지기로 조사하여 지하 매설 PVC 탐지기로 조사(초고주파 무선레이더 2.45GHz 기술적용)하며, 탐지위치에 대한 표시 지시를 위한 레이저와, 깊이 측정 및 PVC 사이즈도 측정가능 한 것이 바람직하다.

한편 지뢰 탐지 시 32단계로 감도를 설정하여 발목지뢰(작고 보호색, 가볍움, 폭약 뇌관 8g이라 탐지어려움)와 같은 대인지뢰나 지뢰의 폭발압력 9kg인 대전차 지뢰의 탐지가 가능한 것이 바람직하다. 또한 지도에 지뢰가 묻혀 있는 장소 GPS 좌표로 표시(저장)하고, 지면에 4cm높이로 바짝 붙어 드론(100)에 구성된 지뢰지기로 지뢰를 찾도록 하며, 서버나 드론 조종기 운영자의 시스템에 위치정보 마킹되도록 한다. 참고로, 드론(100)에 달린 로봇팔로 지뢰 위에 소형 기폭제를 올려놓고 기폭장치 타이머에 의해 안전거리 확보후 터뜨리는 방식을 이용할 수 있으며, 디바이스를 추가해서 공중에서 케이블 절단하거나 회전형 다이얼을 돌리기 등의 작업이 가능하도록 한다. 기본적으로는 원격제어하는 프로토타입으로 구성될 수 있으며, 자동운전, 자율비행이 가능하도록 하고, 지중탐사레이더 장착하여 10m 깊이이내 땅속 지장물을 탐지할 수 있도록 한다. 그리고 초 광대역 트리폴 주파수(1GHz, 500MHz, 250MHz )를 장착하여 정밀하고 고해상도의 탐사가 가능하도록 하는 것이 바람직하고, 현장 탐사시 데이터의 기록 및 변환값이 Tablet PC(드론 조종기)화면에 출력되며, 고해상도로 일광 시에도 뚜렷이 보이도록(금속탐지기)한다.

그리고 인터넷 서비스 연결에 대한 옵션이 가능하고, 3G, 4G, 5G 직접 인터넷 서비스 연결 옵션이 가능하도록 할 수 있다. 또한 측정결과를 다운로드하여 그림 파일로 호환 사용 및 측정결과를 보정하여 분석을 용이하게 하는 S/W 제공하고, 초고주파무선주파수 2.45GHz)를 지하에 전파시킨 후 밀도차이 경계면에서 반사해오는 신호를 수신하도록 한다.

이때, 문제점으로 지뢰 주변에 있는 토양의 특성인 미네랄등 인식 또는 간섭으로 노이즈 발생할 수 있으므로, 탐지 위치 표시 지시 레이저 기능을 탑재하여 나무 장애물을 부딛치지 않고 지뢰가 나무뿌리 또는 풀 숲등에서 인식하도록 하며, 깊이 측정(간접법) 및 배관 사이즈 측정 방법(2cm 인식되어야함), 그래프로 목표물 감지 표시(LED를 이용한 Target lndicator)가 가능하도록 한다.

또한 내장 되어 있는 송신기(통신부)로부터 PVC 재질에 특화된 초고주파무선주파수를 지하에 전파시킨 후 전파경로 가운데 물리적 성질이 다른 매질의 경계에서 반사되어 나오는 전자파를 본체 수신부에서 받아 중앙처리장치인 제어부에 구비되는 CPU(MICROPROCESSOR)에 의해 이를 실 시간으로 처리해 매설물의 위치를 찾아 내는 첨단 비파괴 탐사 장비를 이용할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이때, 드론(100)에 의해 취득한 데이터를 지뢰제거관리서버(200)에서 전송된 자료근거하여 센터에서 최종 결정하도록 할 수 있다.

지뢰제거관리서버(200)는 드론(100)에서 탐지하고자 하는 지뢰탐지지역이나 지뢰매설예상 지역 데이터를 관리하고, 드론(100)에 의해 취득한 데이터를 지뢰제거관리서버(200)에서 전송된 자료근거하여 센터에서 최종 결정하며, 매설지뢰를 제거하기 위한 장비와 관리자 등의 정보를 관리하고, 비용정산이 필요한 경우 해당 비용정산을 수행한다. 특히 드론(100)에 의해 취득한 데이터에 따라 지뢰제거를 결정하며, 매설지뢰를 제거하기 위한 장비와 관리자 정보를 관리하고, 드론(100)에서 촬영된 영상 및 데이터에 따라 지역별 지뢰제거 가이드 라인 결정하고, 보존, 개발을 포함하는 DMZ의 활용계획이 수립되면 해당 활용계획 역시 관리된다.

드론조종기(지상관제장비)(300)는 드론(100)의 비행을 제어하는 컴퓨터로 구성된다. 또한 드론 조정기(300)에는 무선 데이터 송수신 기능을 통해 드론(100)의 비행제어나 영상 제어를 수행하고, 드론(100)으로부터 송신되는 영상 데이터를 통신망을 통해 데이터 송수신을 중계 그리고 3G, 4G 및 5G와 같은 무선 데이터 송수신을 통해 공정관리 서버(200)로 전송하도록 구성될 수 있다.

금융사 서버(400)는 드론(100)과 드론조종기(지상관제장비)(300)에 대하여 지뢰매설 지역이나 예상지역에 대하여 군에서 직접 드론(100)과 드론조종기(300)를 구매하여 사용하는 경우에는 관계없지만 일정기간 임대하여 이용하는 경우가 있을 수 있는데 그와 같은 경우 해당 지역에서 발생되는 각종 금융비용을 처리하기 위한 것으로, 미리 설정된 임대기간 동안의 이용 수수료를 일별이나, 주간별 및 월별 금액 등으로 처리하기 위한 것이다.

데이터 송수신 단말기(500)는 드론조정기(300)와 공정관리 서버(200)간의 데이터 송수신을 중계하기 위한 것으로, 드론조정기(300)와 공정관리 서버(200)간의 직접적인 데이터 송수신이 어려운 경우 3G, 4G 및 5G와 같은 무선 데이터 송수신을 중계한다. 즉, 드론 조종기(300)에 무선 데이터 송수신 기능이 있는 경우는 관계없지만 그렇지 않은 경우 데이터 송수신 단말기(500)를 통해 드론조정기(300)와 공정관리 서버(200)와 데이터를 송수신을 중계한다. 이러한 데이터 송수신 단말기(500)는 현장 관리자의 스마트폰을 이용할 수도 있고, 테블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터(notebook computer)를 이용할 수도 있다.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 드론을 이용한 지뢰제거관리 시스템에서 이용되는 드론 및 드론에서 이용되는 배터리의 실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 드론을 이용한 지뢰제거관리 시스템에서 지뢰감지 방식 중 하나인 지상관통 레이더를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명에 따른 드론을 이용한 지뢰제거관리 시스템에서 이용되는 드론은 도 2에 나타낸 바와 같이, 기본적인 드론 본체와 다수의 비행조정날개가 구성될 수 있으며, 지뢰 탐지시 주변정보를 촬영하는 카메라, 주변을 밝히는 조명, 지뢰제거를 위한 장비나 기타 장비를 전송하는데 이용하는 로봇팔, 지뢰탐지 및 발견 시 이를 지시해주기 위한 표적지시기 등으로 구성된다.

또한 배터리로는 도 3에서와 같은 알루미늄-공기 흐름전지를 이용하는 것이 바람직하다.

그리고 드론은 도 4에서와 같이 지뢰매설지역이나 지뢰매설예상지역에서 지뢰 탐지시 지상관통 레이더를 이용할 수 있는데, 이러한 지상관통 레이더는 GPR지상 관통 레이더 3-50m 깊은곳 검색이 가능하고, 14m 장거리 금속 탐지, 소개 지상 관통 레이더(GPR)를 이용할 수 있는데, GPR은 지상 관통 레이더 비 침습적 방법 소재 분석 기반으로 송신 울트라 와이드 밴드 EM신호 들어간 재료, EM 부분 웨이브 비치는 도달 경계 사이에 다른 전기 특성, 반사 신호 가져온다.

도 5는 본 발명에 따른 드론을 이용한 지뢰제거관리 시스템에서 이용되는 드론의 실시예를 설명하기 위한 블록 구성도이다.

본 발명에 따른 드론을 이용한 지뢰제거관리 시스템에서 이용되는 드론의 실시예는 도 5에 나타낸 바와 같이, 통신부(101), 센서부(102), 비행부(103), GPS 수신부(104), 지뢰탐지부(105), 지뢰분석부(106), 지뢰표시부(107), 지뢰인식기 살포부(108), 표적지시부(109), 카메라부(110), 조명부(111), 메모리부(112), 전원공급부(배터리)(113), 스피커(114), 로봇팔 제어부(115) 및 제어부(제어모듈)(116)로 구성된다.

여기서 통신부(101)는 드론 조종기(300)와 통신하며, 드론(100)에서 취득한 데이터를 드론 조종기(300)로 전송하거나, 드론 조종기(300)로부터의 제어 데이터를 수신한다.

센서부(102)는 풍향/풍속/고도 센서, 농연가시화센서, 지자기센서, 가속도센서, 자이로 센서, 라이다 센서(인지탐지레이더센서) 등으로 구성되어, 드론(100) 이동방향에 따른 풍향과 풍속 및 현재 고도를 센싱하고, 드론(100)의 이동방향(진행방향), 회전운동상태를 측정하고 기울기를 센싱한다.

농연가시화센서는 가시거리를 확장해주며, 라이다 센서는 인지탐지 레이더 센서(ADAS)는 기본적으로는 차량용 센서와 카메라에서 감지한 외부환경 정보를 바탕으로 운전자로 하여금 적절한 조치츨 취하거나 자율적으로 차량을 제어해 더욱 안전한 운전환경을 구축하는 시스템으로, 일반적으로 완전한 자율주행 자동차 구현 단계인 운전자 지원 1단계, 부분 자동차(2단계), 조건부 자동화(3단계), 완전 자동화(4단계) 중 2단계에 해당한다. 이러한 ADAS의 동작 가정은 인간의 행도오가 유사하게 인식, 판단, 제어의 과정을 거친다. 이 동작 과정중 인식 부분에 반드시 필요한 기술이 바로 센서다

인식 기술은 주변을 인지하기우해 카메라, 레이더(Radar), 라이다(Lidar), 초음파 센서, GPS, 가속도계, 자이로스코프 등 사용하게 된다.

최근 이종센서간의 데이터를 종합해 장해물의 위치정보를 정확하게 인식하기 위한 센서 융합기술이 개발되는 추세이다.

ADAS용 레이더는 77 GHz까지 탐지 가능한데, ADAS의 인식 기술에 필요한 센서중 초음파 센서는 가장 일반화된 것으로 5m 내외의 거리에 있는 장애물을 식별하거나 주차보조용으로 카메라는 차선과 차량 인식에 활용되고 있다. 각 센서가 나름의 역할을 하며 자율주행 자동차의 구현에 있어 필요한 역할을 수행하고 있지만 그 중에서도 가장 중요하다고 판단되는 센서는 레이더와 라이다 이다.

레이더는 자동차 주변 환경을 정확하게 파악할 수 있는 수단을 제공해 운전자의 부담을 덜어줘 ADAS의 핵심 기술에 속하며 대상과의 거리 및 상대 속도파악 등에 유용하다.

라이다의 경우 레이더나 카메라 등을 통해 감지한 사물을 3D 영상으로 구현하는 기술로, 최근 24GHz 근거리 레이더에 이어 77GHz 거리까지 감지 할 수 있는 중장거리 레이더 기반 기술이 공개되었다.

헬라는 NXP 반도체가 출시한 77GHz 레이더 단일칩 송수신기인 RFCMOS 레이더 시스템을 기반으로 컴팩트레이더 센서를 개발했는데 제스처 인식은 물론 자동차 외부 주위 환경을 360도 감지할 수 있다.

라이다 센서는 가격이 비싸다는 단점이 있으나 정밀한 측정이 가능하고 간섭이 덜하다는 점에서 향후 ADAS의 발전에 크게 기여할 것으로 전망되고 있다. 또한 라이다는 건설, 국방 등의 분야에서 활용되던 기술인데 이를 자동차용으로 응용해 자동차와 충돌을 피하거나 충격을 최소화 할 수 있도록 차간 거리를 실시간으로 측정해 경고나 자동 제어를 가능하게 한다.

라이다 센서의 가장 큰 특징은 마이크로웨이브에 비해 측정가능 거리와 공간 분해능이 매우 높다는 점이다

또한 실시간 관측으로 2차원, 3차원 공간 분포 측정이 가능하다.

비행부(103)는 복수의 회전날개와 구동모터 및 발전부 중 하나 이상으로 구성되는데, 회전날개는 구동모터의 구동에 의해 드론(100)의 비행을 위한 것으로, 복수개로 구성되며, 구동모터 역시 각각의 회전날개를 독립적으로 구동하기 위하여 복수개로 구성될 수 있다. 물론 이러한 드론은 배터리를 이용한 것일 수도 있으나, 엔진, 가솔린엔진과 전기배터리엔진을 결합한 하이브리드 엔진, 가솔린 엔진만을 이용한 방식등 모두 사용할 수 있다.

GPS 수신부(104)는 드론(100)의 현재 위치를 수신한다.

지뢰탐지부(105)는 지뢰를 탐지하기 위한 것으로, 금속탐지기, 적외선감지기, 열중성자 활성화 탐지기, 지상관통 레이더, 마이크로 파워 임펄스 레이더 등으로 구성될 수 있다. 참고로, 열 중성자 활성화 탐지기는 X선 검사기나 금속탐지기로 찾아 낼 수 없었던 플라스틱 폭탄도 95% 가량 탐지 할 수 있는 열중성자 분석기로도 불리우며, 이 분석기는 이미 미국 뉴욕의 케네디 공항에 설치돼 수화물 이외의 짐을 검사하고 있으며 미 항공관리국은 미국에 오는 여객기의 외국 출발공항 40여 군데에 이 탐지기의 설치를 요구하고 있다. 이러한 열중성자 분석기를 이용하여 감마선 탐지가 가능하다. 또한 또 다른 첨단 과학 분야인 핵사극자공명 (NQR) 기술, 열중성자활성화 분석 (TNAA) 방법이 있는데, 이 중성자와 특성 감마선은 웬만한 금속이나 플라스틱 같은 주변 장해물을 투과하므로 장해물에 감추어진 폭발물의 탐지에 효과적으로 알려져 있다. 최근 국가 자연과학 기금 중점프로젝트로 원자력 등에서 양성자 가속기에 의해 발생하는 감마선과 광핵공명반응을 이용한 폭발물 탐지 기술이 최근에 개발되는 중인데 이를 적용할 수도 있다.

지뢰분석부(106)는 지뢰탐지부(105)에서 탐지된 결과에 따라 지뢰인지 아닌지, 지뢰라면 대인지뢰인지, 대전차 지뢰인지 등을 분석한다. 이때 앞에서도 설명한 바와 같이 지뢰지점에 금속탐지기로 조사하여 지하 매설 PVC 탐지기로 조사(초고주파 무선레이더 2.45GHz 기술적용)하며, 탐지위치에 대한 표시 지시를 위한 레이저와, 깊이 측정 및 PVC 사이즈도 측정가능 한 것이 바람직한데, 지뢰 탐지 시 32단계로 감도를 설정하여 발목지뢰(작고 보호색, 가볍움, 폭약 뇌관 8g이라 탐지어려움)와 같은 대인지뢰나 지뢰의 폭발압력 9kg인 대전차 지뢰의 탐지가 가능한 것이 바람직하다. 또한 지도에 지뢰가 묻혀 있는 장소 GPS 좌표로 표시(저장)하고, 지면에 4cm높이로 바짝 붙어 드론(100)에 구성된 지뢰지기로 지뢰를 찾도록 하며, 서버나 드론 조종기(300)에 위치정보 마킹되도록 한다. 그리고 지중탐사레이더 장착하여 10m 깊이이내 땅속 지장물을 탐지할 수 있도록 하며, 광대역 트리폴 주파수(1GHz, 500MHz, 250MHz )를 장착하여 정밀하고 고해상도의 탐사가 가능하도록 하는 것이 바람직하다.

이때, 문제점으로 지뢰 주변에 있는 토양의 특성인 미네랄등 인식 또는 간섭으로 노이즈 발생할 수 있으므로, 탐지 위치 표시 지시 레이저 기능을 탑재하여 나무 장애물을 부딛치지 않고 지뢰가 나무뿌리 또는 풀 숲등에서 인식하도록 한다.

지뢰표시부(107)는 탐지된 지뢰는 기본적으로는 지뢰제거관리서버(200)나 드론조정기(300)에 디지털로 표시되는데, 육상에도 그 흔적을 남기기 위한 것으로, 스프레이와 같은 방식으로 표시되도록 할 수 있다.

지뢰인식기 살포부(108)는 탐지된 지뢰는 기본적으로는 지뢰제거관리서버(200)나 드론조정기(300)에 그 위치가 드론(100)의 GPS 좌표에 따라 디지털 좌표로 저장 및 표시되는데, 육상에도 지뢰인식을 위한 별도의 인식기(태그)를 살포하여 찾기 쉽도록 하기 위한 것이다. 이는 지뢰인지, 지뢰가 아닌지 부정확하거나, 작업자에 의해 작업이 필요한 경우(민간인 지역 등에서 함부로 폭발이 어려운 경우 등)에 해당할 수 있다.

표적지시부(109)는 목표물인 지뢰 탐지 시 예를 들면 적색레이저로 지면에 정확한 위치를 가르켜 주므로 작업자(사용자)는 쉽게 탐지된 정확한 위치를 알 수 있다.

카메라부(110)는 드론(100)이 이동하면서 미리 설정된 지뢰매설지역이나 지뢰매설예상지역을 촬영한다. 이러한 카메라부는 줌기능과 틸트 기능 등이 부가된다.

조명부(111)는 드론(100)에 장착된 카메라부(110)의 HD카메라를 통해 고화질 동영상을 실시간 전송 시 어두운 곳에서 탐지할 수 있도록 LED조명 갖추도록 하였다.

메모리부(112)는 카메라부(110)에서 촬영된 영상을 압축하여 저장하고, 지뢰탐지 시 분석에 의해 지뢰로 인식된 것에 대한 GPS 데이터가 저장된다. 또한 지뢰맵 데이터가 저장된다. 특히 DMZ 특성을 고려, 미확인 지뢰지대에 들어가지않고 원거리에서 컨트롤 가능하도록 FCC 데이터도 저장된다.

전원공급부(배터리)(113)는 드론(100)에서 필요로 하는 전원을 공급한다.

스피커(114)는 지뢰탐지 시 작업자에게 그 위치를 경고음을 통해 출력하거나, 드론(100) 분실, 손실 시 해당 드론을 쉽게 찾는데 이용할 수 있다.

로봇팔 제어부(115)는 드론(100)에 달린 로봇팔로 지뢰 위에 소형 기폭제를 올려놓고 기폭장치 타이머에 의해 안전거리 확보후 터뜨리는 방식을 이용할 수 있으며, 디바이스를 추가해서 공중에서 케이블 절단하거나 회전형 다이얼을 돌리기 등의 작업이 가능하도록 한다. 기본적으로는 원격제어하는 프로토타입으로 구성될 수 있으며, 자동운전, 자율비행이 가능하도록 하고, 지중탐사레이더를 장착하여 10m 깊이 이내의 땅속 지장물을 탐지할 수 있도록 한다.

제어부(116)는 통신부(101), 센서부(102), 비행부(103), GPS 수신부(104), 지뢰탐지부(105), 지뢰분석부(106), 지뢰표시부(107), 지뢰인식기 살포부(108), 표적지시부(109), 카메라부(110), 조명부(111), 메모리부(112), 전원공급부(배터리)(113), 스피커(114) 및 로봇팔 제어부(115)를 제어하고, 위치 추정 및 지도작성(SLAM), 자율비행 알고리즘 개발 및 탑재된다.

도 6은 본 발명에 따른 드론을 이용한 지뢰제거관리 시스템에서 이용되는 드론제거관리 서버의 실시예를 설명하기 위한 블록 구성도이다.

본 발명에 따른 드론을 이용한 지뢰제거관리 시스템에서 이용되는 드론제거관리 서버의 실시예는 도 7에 나타낸 바와 같이, 통신부(210), 디스플레이부(220), 인터페이스부(230), 지뢰맵 데이터 수집 및 분류부(240), 지뢰매설 맵 저장부(250), 매설지뢰 데이터 분류 및 저장부(260), 지뢰제거장치 관리부(270), 제어부(280) 및 비용정산부(290)로 구성된다.

디스플레이부(220)는 드론제거관리 서버(200) 관리자가 모니터링하는 모니터로써, 드론(100)에서 촬영되어 전송된 영상이나 데이터에서 지뢰매설 위치를 디스플레이한다.

인터페이스부(230)는 드론제거관리 서버(200) 관리자가 드론제거관리 서버(200)에 접속하여 각종 데이터를 입력하거나, 각종 데이터를 출력하는 마우스, 키보드, 프린터 및 모니터 등과 연결될 수 있도록 한다.

지뢰맵 데이터 수집 및 분류부(240)는 지뢰 매설기록부로써, 지뢰 맵 작성 (지뢰매설시 설치자 이동통로 기준), 한국대인지뢰 대책회의회 자료 및 국방부 자료 등을 통해 지뢰맵 데이터를 수집하고, 분류(원자료 출처, 드론으로부터의 수집 데이터 등의 분류)한다.

지뢰매설 맵 저장부(250)는 지뢰맵 데이터 수집 및 분류부(240)에서 수집 및 분류된 지뢰매설 맵을 저장한다.

매설지뢰 데이터 분류 및 저장부(260)는 지뢰매설 맵 저장부(250)에 저장된 매설지뢰에 대한 데이터를 지뢰 종류별, 위치별, 발견일별, 처리일별, 발견/처리 경과(발견, 처리 예정, 처리 완료 등) 등에 대한 데이터를 저장한다.

지뢰제거장치 관리부(270)는 지뢰를 제거하는 장비(드론이나 기타 제거 장비)의 종류, 연식, 장비별 기능 및 해당 장비에 대한 관리자 정보(이름, 전화번호, 소속 등) 등이 관리된다.

제어부(280)는 통신부(210), 디스플레이부(220), 인터페이스부(230), 지뢰맵 데이터 수집 및 분류부(240), 지뢰매설 맵 저장부(250), 매설지뢰 데이터 분류 및 저장부(260) 및 지뢰제거장치 관리부(270)를 제어한다.

비용정산부(290)는 드론이 임대된 경우 해당 드론 이용에 따른 비용을 정산한다. 이때 드론의 종류별, 드론 이용일별 등에 따라 정산될 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 드론을 이용한 지뢰제거관리 시스템에서 이용되는 드론조종기의 실시예를 설명하기 위한 블록 구성도이다.

본 발명에 따른 드론을 이용한 지뢰제거관리 시스템에서 이용되는 드론조종기의 실시예는 도 7에 나타낸 바와 같이, 통신부(310). 비행 조작부(320), 디스플레이부(330), 카메라 제어부(340), 음성입력부(350), 알람 발생부(360), 운행영역 설정부(370) 및 제어부(380)로 구성된다.

여기서 통신부(310)는 드론(100)과 통신하여 각종 제어신호를 전송하거나 드론(100)으로부터의 영상정보를 전송받는다.

비행 조작부(320)는 드론(100)의 비행부(103)를 제어하기 위한 신호를 발생시킨다.

디스플레이부(330)는 드론(100)의 현재위치를 표시하거나, 드론(100)에서 전송된 영상 데이터를 표시한다. 이때, 디스플레이부(330)는 앞에서 설명한 32단계의 탐지감도(Sensitivity) 등을 후술하는 지뢰제거장비 조작부(380)에서 예를 들어스크롤버튼 사용해 조정하여 사용자는 작업영역의 상태(매질의 상태)등에 따라 적절하게 감도레벨을 스크롤버튼을 사용하여 선택하여 원치 않는 노이즈(잡음)를 최소화시켜 효율적으로 정확한 탐사작업을 수행하면, 이를 디스플레이부(330)에서 화면상에 나타나는 각종 정보로 표시한다. 또한, 드론(100)의 지뢰분석부(106)의 분석에 따라 목표물(지뢰)이 분석되면 Indicator 기능을 통해 디스플레이부(330)의 화면에 막대 그래프 모양으로 목표물에 접근시 좌우로 막대 그래프가 증가 하므로 작업자가 시각적으로 확실하고 빠르게 효율적으로 목표물을 정확하게 추적해 탐지해 낼 수 있다. 이때, 막대그래프가 모두 표시 될 때 그 지점이 정확한 목표물 위치임을 알려주도록 하여, 탐색하고자 하는 영역(의심 매설 배관 영역)을 탐사하다 배관 위치에 접근되면 드론 조종기(300) 장비 본체의 한쪽 LED 램프에 불이 들어오면서 동시에 표시창(화면)에 막대 그래프가 증가하면서 소리가 나기 시작하도록 하고, 한쪽 LED램프에 불이 들어오면 장비를 좌우로 돌리면서 정확한 위치가 탐지될 때 장비가 매설배관과 평행으로 일치될 때 소리가 나면서 장비본체의 양쪽 LED램프에 모두 불이 들어오며 동시에 디스플레이부(330)에 막대 그래프가 증가하면서 레이저타켓지시기가 지면에 정확한 위치를 표시해 주며 이 위치를 스프레이등으로 표시해 놓도록 하는데 이용할 수 있다.

카메라 제어부(340)는 드론(100)의 카메라부(140)를 제어하며, 줌이나 틸트 제어신호를 전송한다.

음성입력부(350)는 드론(100)의 경고방송부(180)를 통해 방송하고자 하는 경고 방송 또는 각종 안내 방송을 할 수 있다.

알람발생부(360)는 드론(100)에서 통신부(310)를 통해 전송된 신호에서 화재 등의 위험 데이터가 발생되면 알람음이나 LED 광으로 출력하도록 한다.

운행영역 설정부(380)는 드론(100)에 운행 구역이 미리 설정되어 있더라도 관리자에 의해 새롭게 설정된 구간을 운행하도록 한다.

제어부(390)는 통신부(310). 비행 조작부(320), 디스플레이부(330), 카메라 제어부(340), 음성입력부(350), 알람 발생부(360) 및 운행영역 설정부(370)를 제어한다.

도 8은 본 발명에 따른 드론을 이용한 지뢰제거관리 시스템을 이용한 지뢰제거관리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

본 발명에 따른 드론을 이용한 지뢰제거관리 시스템을 이용한 지뢰제거관리 방법은 도 8에 나타낸 바와 같이, 지뢰제거관리서버는 지뢰매설 데이터를 수집하고, 분류 후 저장한다(S100).

또한 지뢰제거관리서버는 지뢰제거를 위한 장치의 정보를 관리한다(S110).

이어 지뢰탐지를 위한 드론을 운행한다(S120).

그리고 이벤트가 발생하였는가를 판단하여(S130), 지뢰를 탐지하였다면 드론조종기는 지뢰탐지 램프를 발광한다(S140). 이때, 지뢰제거관리서버로 해당 데이터를 전송한다(S150).

드론조종기 관리자는 드론에서 전송된 영상을 보면서 드론이 탐지한 지뢰에 대하여 드론의 기능에 따라 지뢰를 표시(스프레이)하거나 레이저 등을 통해 지시하도록 제어한다(S160).

또한 드론조종기 관리자는 지뢰종류에 따라 로봇팔을 통해 지뢰를 제거한다(S170).

그리고 드론기체 이상이나 복귀 명령시 드론은 복귀한다(S180).

한편 드론조종기는 통신망을 통해 직접 또는 데이터 송수신 단말기를 통해 드론을 통해 수집된 데이터를 지뢰제거관리서버로 전송한다(S190).

한편 드론(100)을 대여한 경우 금융사 서버와 연동하여 비용을 정산한다(S200).

이때, 드론 계약정보와 드론 사용자(관리자) 정보(성함, 전화번호, 휴대폰 번호, 이메일 주소, 스마트 기기 식별정보, 구매, 임대 중인 무인비행체 정보 등) 등을 통해 비용을 정산하고, 청구하게 된다.

한편 금융사 서버(400)는 은행, 카드사 또는 페이팔 등일 수 있다.

이상과 같은 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 드론 101 : 통신부
102 : 센서부 103 : 비행부
104 : GPS 수신부 105 : 지뢰탐지부
106 : 지뢰분석부 107 : 지뢰표시부
108 : 지뢰인식기 살포부 109 : 표적지시부
110 : 카메라부 111 : 조명부
112 : 메모리부 113 : 전원공급부
114 : 스피커 115 : 로봇팔 제어부
116 : 제어부
300 : 드론 조종기 400 : 금융사 서버
500 : 데이터 송수신 단말

Claims (2)

1. 자율비행을 수행하고, 비행중 비상상황시 홈 컴잉 기능과 탐지 결과 분석 기능을 포함하며 환경피해를 최소화하는 지뢰제거를 수행하는 것으로, 지뢰매설지역이나 지뢰매설예상지역에서 지뢰를 탐지하고, 제거하며, 카메라를 통해 촬영된 영상을 통해 지뢰탐지는 물론 현행 수목 및 표토제거, DMZ내 습지, 자연하천 생태계에 대한 사전조사를 위한 자료를 수집하고, 로봇팔을 통해 와이어 절단, 케이블 연결 또는 물체 운반하는데 이용되는 드론(100);
   상기 드론(100)에서 탐지하고자 하는 지뢰탐지지역이나 지뢰매설예상 지역 데이터를 관리하고, 상기 드론(100)에 의해 취득한 데이터에 따라 지뢰제거를 결정하며, 매설지뢰를 제거하기 위한 장비와 관리자 정보를 관리하고, 상기 드론(100)에서 촬영된 영상 및 데이터에 따라 지역별 지뢰제거 가이드 라인 결정하고, 보존, 개발을 포함하는 DMZ의 활용계획을 수립하는 지뢰제거관리서버(200); 및
   상기 드론(100)의 비행을 제어하기 위한 컴퓨터로 구성되는 드론조종기(지상관제장비)(300);를 포함하여 구성되고,
   상기 드론(100)과 드론조종기(300)는 구매 또는 임대하여 사용할 수 있고, 드론(100)과 드론조종기(300)를 일정기간 임대하여 이용하는 경우에는 금융사 서버(400)에서 해당 지역에서 발생되는 각종 금융비용을 처리하며, 상기 금융사 서버(400)는 미리 설정된 임대기간 동안의 이용 수수료를 일별이나, 주간별 및 월별 금액으로 처리하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 지뢰제거관리 시스템.
   
2. 지뢰제거관리서버에 지뢰매설 데이터가 수집되고, 분류 후 저장되는 단계(S100);
   상기 지뢰제거관리서버에 지뢰제거를 위한 장치의 정보가 수집 및 관리되는 단계(S110);
   지뢰탐지를 위한 드론을 운행하는 단계(S120);
   상기 드론이 지뢰를 탐지하였다면 드론조종기는 지뢰탐지 램프를 발광하고(S140), 지뢰제거관리서버로 해당 데이터를 전송하는 단계(S150);
   드론조종기의 제어에 따라 상기 드론이 탐지한 지뢰에 대하여 드론의 기능에 따라 탐지된 지뢰위치가 표시(스프레이)되거나 상기 드론의 레이저를 통해 지시하도록 제어되는 단계(S160);
   상기 드론조종기 제어에 따라 상기 드론에 구비된 로봇팔을 통해 지뢰가 제거되는 단계(S170); 및
   드론기체 이상이나 복귀 명령시 드론이 복귀하는 단계(S180);를 포함하여 이루어지며,
   상기 드론(100)과 드론조종기(300)는 구매 또는 임대하여 사용할 수 있고, 드론(100)과 드론조종기(300)를 일정기간 임대하여 이용하는 경우에는 금융사 서버(400)에서 해당 지역에서 발생되는 각종 금융비용을 처리하며, 상기 금융사 서버(400)는 미리 설정된 임대기간 동안의 이용 수수료를 일별이나, 주간별 및 월별 금액으로 처리하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 지뢰제거관리 시스템을 이용한 지뢰제거관리 방법.

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