KR102210019B1 - Method of monitoring aquafarm using water surface drone - Google Patents

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KR102210019B1
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박중건
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Abstract

According to the present invention, provided is a farm monitoring method using a water drone comprising: a first step of acquiring an image while navigating around the farm; a second step of temporarily storing the acquired image data; a third step of comparing a reference image with a current frame image to calculate an amount of change; a fourth step of determining an abnormal state when the amount of change is greater than that of a threshold value, and sending an alarm to a terminal; and a fifth step of permanently storing the image data from a predetermined frame before the frame in which the abnormality is detected. The water drone of the present invention can maintain a stable posture in a marine environment, and can be automatically restored even if overturned.

Description

수상드론을 이용한 양식장 감시 방법{METHOD OF MONITORING AQUAFARM USING WATER SURFACE DRONE}Aquafarm monitoring method using a water drone{METHOD OF MONITORING AQUAFARM USING WATER SURFACE DRONE}

본 발명은 수상드론을 이용한 양식장 감시 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인력을 대체하여 자율적으로 양식장 주위를 감시하며 이상 상태 감지 시 해당 영상을 저장하고 알림을 송출하는 기능을 갖는 수상드론을 이용한 양식장 감시 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a farm monitoring method using a floating drone, and more specifically, a farm using a floating drone having a function of autonomously monitoring the surroundings of a farm by replacing manpower, and storing an image and sending a notification when an abnormal condition is detected. It's about how to watch.

초기에 드론은 아군의 희생을 줄이는 군사 목적으로 주로 무선 비행체 형태로 개발되기 시작하였으나, 현재는 육상, 수중, 수상에서 운용 가능한 드론들이 개발되고 있으며 활용 범위도 농업, 물류, 측량, 재난 감시, 인명 구조까지 다양한 분야로 확장되고 있다.Initially, drones began to be developed mainly in the form of wireless aircraft for military purposes to reduce the sacrifice of allies, but now drones that can be operated on land, water, and water are being developed, and the scope of use is also in agriculture, logistics, surveying, disaster monitoring, and human life. It is expanding to various fields, even to structure.

최근에는 해양 환경에서 운항 가능한 수상 드론의 수요도 점차 증가하고 있다. 종래에는 사람들이 직접 바다로 나가 해양 감시, 해양 시료 수집 및 측량 활동 등을 수행하였으나, 바람과 파도에 의한 거친 환경에서 장시간 업무를 수행하는 것은 많은 인적 자원이 소모될 뿐만 아니라 위험 부담도 크기 때문에 이러한 활동들을 대신할 수 있는 무인 수상 드론의 수요가 점차 늘어나고 있다.Recently, the demand for water drones capable of operating in marine environments is also gradually increasing. Conventionally, people went out to the sea to monitor the ocean, collect marine samples, and perform surveying activities, but working for a long time in a harsh environment caused by wind and waves consumes a lot of human resources and carries a high risk. The demand for unmanned surface drones that can replace activities is gradually increasing.

수상 드론은 거친 해양 환경에서 안정적으로 감시, 정보 수집 등의 활동을 수행할 수 있어야 하기 때문에 수시로 변하는 바람, 파도에 의해서도 안정적으로 자세를 유지할 수 있고 전복되는 경우에도 자동 복원될 수 있어야 한다.Since a surface drone must be able to perform activities such as monitoring and information collection in a rugged marine environment, it must be able to maintain its posture stably even by winds and waves that change from time to time, and to be automatically restored even if it is overturned.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 바람과 파도가 수시로 변하는 해양 환경에서 안정적으로 자세를 유지할 수 있고, 전복되어도 자동 복원될 수 있는 수상 드론을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a floating drone that can stably maintain its posture in a marine environment where wind and waves change from time to time, and can be automatically restored even if it is overturned.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 각종 전자 장치들의 탑재로 인한 부피와 무게 증가로 초래되는 운송과 보관 상의 불편을 해결할 수 있는 수상드론을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a floating drone capable of solving inconveniences in transportation and storage caused by an increase in volume and weight due to mounting of various electronic devices.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 인력을 대신하여 양식장의 파손, 유실 및 도난을 감시하고 이상 상태 감지 시 알림 신호를 송출할 수 있는 수상드론을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a floating drone capable of monitoring damage, loss, and theft of a farm on behalf of manpower and transmitting a notification signal when abnormal conditions are detected.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른, 수상드론을 이용한 양식장 감시 방법은, 양식장 주위를 운항하며 영상을 획득하는 제1단계와, 획득한 영상 데이터를 임시 저장하는 제2단계와, 기준 이미지와 현재 프레임 이미지를 비교하여 그 변화량을 산출하는 제3단계와, 상기 변화량이 임계값보다 큰 경우 이상 상태로 판단하여 단말에 알람을 송출하는 제4단계와, 이상이 감지된 프레임의 일정 프레임 이전부터 영상 데이터를 영구 저장하는 제5단계를 포함하여 구성된다.In order to achieve the above technical problem, according to an embodiment of the present invention, a farm monitoring method using a water drone includes a first step of acquiring an image while navigating around a farm, and a second step of temporarily storing the acquired image data. Step, a third step of comparing the reference image and the current frame image to calculate the amount of change, and a fourth step of determining an abnormal state and sending an alarm to the terminal when the amount of change is greater than a threshold value, and an abnormality is detected. And a fifth step of permanently storing image data from before a certain frame of the frame.

본 발명의 실시예에 따르면, 추가적인 무게추 구조를 증설하지 않고도 전원을 공급하는 배터리를 무게추로 활용하여 수상드론의 자세 안정성 및 복원력을 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to improve the posture stability and resilience of a water drone by using a battery that supplies power as a weight without adding an additional weight structure.

본 발명의 실시예에 따르면, 배터리와 센서 등 일부 장치를 구비한 다기능부가 선체에 탈부착될 수 있도록 함으로써, 수상드론의 전체 부피와 무게를 분산시켜 운송 및 보관을 용이하게 할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by allowing a multifunctional part including some devices such as batteries and sensors to be attached and detached to the hull, it is possible to facilitate transportation and storage by distributing the total volume and weight of the water drone.

본 발명의 실시예에 따르면, 각각 다른 센서들을 구비한 다기능부들을 구비하고 용도에 맞게 선택하여 선체에 장착함으로써, 목적에 따라 수상드론의 운용 효율성을 높일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to increase the operational efficiency of a surface drone depending on the purpose by providing multi-function units each having different sensors and selecting it according to a purpose and mounting it on the hull.

본 발명의 실시예에 따르면, 자율적으로 양식장 주위를 운항하면서 촬영한 양식장의 영상 이미지의 변화량을 토대로 양식장의 파손, 유실, 도난을 판단하여 단말에 알람을 송출하므로, 인력을 대체하여 효율적으로 양식장 감시 임무를 수행할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, an alarm is sent to the terminal by determining damage, loss, and theft of the farm based on the amount of change in the image image of the farm taken while autonomously navigating around the farm, so that the farm is efficiently monitored by replacing manpower. You can do your job.

본 발명의 실시예에 따르면, 촬영된 영상 데이터를 처리하여 이상이 감지된 구간의 데이터를 선택적으로 저장하므로, 장시간 양식장 감시 활동에도 한정된 저장 공간을 효율적으로 사용할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, since the data of the section in which the abnormality is detected by processing the photographed image data is selectively stored, a limited storage space can be efficiently used even for long-term farm monitoring activities.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above effects, and should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수상 드론을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수상 드론의 다기능부의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 도 2의 다기능부에 의해 복원력이 향상되는 수상 드론을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수상 드론의 탈부착 기능을 보여주기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수상 드론이 목표 수심의 수온을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 복수의 파라미터를 이용하여 목표 수심의 수온을 알아낼 수 있도록 학습된 인공지능 신경망의 일 예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 수상드론이 자율적으로 양식장 감시를 수행하는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 수상드론이 양식장을 감시하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 9는 도 8의 설명을 돕기 위한 영상 데이터의 예들을 도시한 도면이다.
1 is a view showing a water drone according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a block diagram showing the configuration of a multi-function unit of the water drone according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a water drone with improved resilience by the multifunctional unit of FIG. 2.
4 is a view for showing a detachable function of a water drone according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a method of measuring a water temperature of a target depth of the water drone according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating an example of an artificial intelligence neural network that has been learned to determine a water temperature of a target depth using a plurality of parameters.
7 is a diagram schematically showing that a water drone according to an embodiment of the present invention autonomously performs aquaculture monitoring.
Figure 8 is a flow chart showing a method for monitoring aquaculture farm by a water drone according to the present invention.
9 is a diagram illustrating examples of image data to aid in the description of FIG. 8.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms, and therefore is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and similar reference numerals are assigned to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, bonded)" with another part, it is not only "directly connected", but also "indirectly connected" with another member in the middle. "Including the case. In addition, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further provided, rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or a combination thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 수상 드론에 대해 상세히 설명하도록 하겠다.Hereinafter, a water drone according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수상 드론을 도시한 도면이다.1 is a view showing a water drone according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수상 드론(100)은 선체(110), 다기능부(120), 제1센서부(130), 영상 수집부(140), 안테나(150) 및 제2센서부(160)를 포함한다.As shown in Figure 1, the water drone 100 according to the present invention is the hull 110, the multi-function unit 120, the first sensor unit 130, the image collection unit 140, the antenna 150 and the first It includes two sensor unit 160.

수상드론(100)의 선체(110)는 수면에 뜰 수 있도록 부력을 가지며, 내부에는 영상 수집부(140)에서 촬영된 영상을 처리하는 영상 처리 장치(미도시), 센서를 통해 측정된 데이터나 촬영된 영상 데이터를 저장하는 저장 장치(미도시) 및 조종용 단말 또는 관제센터와 수상드론(100) 사이에 송수신되는 데이터를 처리하는 통신 장치(미도시) 등이 구비될 수 있다.The hull 110 of the water drone 100 has buoyancy so that it can float on the water surface, and therein, an image processing device (not shown) that processes an image captured by the image collection unit 140, data measured through a sensor, or A storage device (not shown) for storing photographed image data and a control terminal or a communication device (not shown) for processing data transmitted and received between the control center and the water drone 100 may be provided.

다기능부(120)는 수상드론(100)의 선저부, 즉, 선체(110)의 하부에 결합되며, 수상드론(100)의 운항과 각종 전자 장치들의 운용에 필요한 전력을 공급하거나 수중 환경 데이터를 수집하여 선체(110)의 통신 장치로 전달한다. 다기능부(120)의 자세한 구성과 동작은 도 2를 참조하여 후술하도록 하겠다.The multifunctional unit 120 is coupled to the bottom of the ship of the surface drone 100, that is, the lower part of the hull 110, and supplies power necessary for the operation of the surface drone 100 and the operation of various electronic devices, or provides underwater environment data. It is collected and transmitted to the communication device of the hull 110. Detailed configuration and operation of the multifunctional unit 120 will be described later with reference to FIG. 2.

제1센서부(130)는 다기능부(120)에 결합되어 수중 환경 데이터를 수집한다. 수중 환경 데이터에는 수온, 염도, 수심, pH, 유속 등이 해당된다. 제1센서부(130)는 다기능부(120)에 탈부착될 수 있으며, 온도 센서, 수심 센서, 염도 센서, pH센서, 유속 센서들 중 적어도 하나 이상을 포함한다.The first sensor unit 130 is coupled to the multi-function unit 120 to collect underwater environment data. The underwater environment data includes water temperature, salinity, water depth, pH, and flow rate. The first sensor unit 130 may be detachably attached to the multi-function unit 120 and includes at least one of a temperature sensor, a depth sensor, a salinity sensor, a pH sensor, and a flow rate sensor.

영상 수집부(140)는 카메라(142), 짐벌(gimbal, 144), 보호부(146)를 포함하여 구성된다.The image collection unit 140 includes a camera 142, a gimbal 144, and a protection unit 146.

카메라(142)는 회전 가능하며 설정된 각도 내의 외부 영상을 촬영한다.The camera 142 is rotatable and captures an external image within a set angle.

도시된 바와 같이, 회전 가능한 두 대의 카메라(142)를 가동하여 360도 주변 영상을 촬영할 수 있다. 도 1에서는 두 대의 카메라(142)를 운영하는 것으로 도시되어 있으나, 한 대의 카메라를 360도 회전시켜 외부 영상을 촬영할 수도 있다.As shown, two rotatable cameras 142 may be operated to capture 360-degree surrounding images. In FIG. 1, two cameras 142 are shown to be operated, but an external image may be captured by rotating one camera 360 degrees.

촬영된 영상은 수상 드론(100) 내부에 구비된 영상 처리 장치를 통해 처리되며, 처리된 영상 데이터 중 유효한 영상 데이터만 선택적으로 저장된다. 예를 들어, 양식장 감시를 위해 촬영된 영상 데이터 중 이상이 감지된 구간의 영상 데이터만 선택적으로 영구 저장할 수 있으며, 이를 통해 한정된 저장 공간을 효율적으로 사용할 수 있다. 이와 같이 저장된 영상 데이터는 조종용 단말 또는 관제센터의 요청에 의해 스트리밍될 수 있다.The captured image is processed by an image processing device provided in the underwater drone 100, and only valid image data is selectively stored among the processed image data. For example, it is possible to selectively and permanently store only the image data of the section in which an abnormality is detected among the image data photographed for farm monitoring, and through this, a limited storage space can be efficiently used. The video data stored in this way may be streamed at the request of a control terminal or a control center.

짐벌(144)은 흔들리는 선체에서도 안정적인 영상 촬영을 위해 카메라(142)의 자세를 수평으로 유지해주는 장치이다.The gimbal 144 is a device that maintains the posture of the camera 142 horizontally for stable image capture even in a shaking hull.

보호부(146)는 날아오는 외부 물체, 강한 바람 또는 강한 파도에 의해 카메라(142)가 파손되는 것을 방지하기 위해 설치되는 보호 케이스이다. 보호부(146)는 카메라(142)를 보호하되 영상 촬영 시 카메라(142)의 시야를 가리지 않기 위해 투명 유리나 투명 플라스틱 재질로 제작될 수 있다.The protection unit 146 is a protective case installed to prevent the camera 142 from being damaged by flying foreign objects, strong wind, or strong waves. The protection unit 146 may be made of a transparent glass or transparent plastic material to protect the camera 142 but not to obstruct the view of the camera 142 when taking an image.

안테나(150)는 제1센서부(130)와 제2센서부(160)를 통해 측정된 데이터 또는 촬영된 영상을 조종용 단말 또는 관제센터로 전송하고, 조종용 단말 또는 관제센터로부터 송신되는 드론 제어 신호를 수신한다. 즉, 조종용 단말 또는 관제센터와 수상 드론(100) 사이에서 데이터를 송수신한다. 조종용 단말은 조종 앱을 설치한 스마트폰일 수도 있고, 전용 조종기일 수도 있다.The antenna 150 transmits data or captured images measured through the first sensor unit 130 and the second sensor unit 160 to a pilot terminal or a control center, and a drone control signal transmitted from the pilot terminal or the control center. Receive. That is, data is transmitted and received between the control terminal or the control center and the floating drone 100. The control terminal may be a smartphone with a control app installed, or may be a dedicated remote controller.

수상드론(100)은 LTE(Long Term Evolution)방식을 이용하여 단말 또는 관제센터와 데이터를 송수신할 수 있다. 그러나, 충분한 수의 액세스 포인트(Access Point)들이 주변 섬, 양식장 및 해상 부표 등에 설치되어 있는 경우에는 WiFi(Wireless Fidelity)를 이용하여 데이터를 송수신할 수도 있다.The surface drone 100 may transmit/receive data to and from a terminal or a control center using the LTE (Long Term Evolution) method. However, when a sufficient number of Access Points are installed on surrounding islands, farms, and marine buoys, data may be transmitted and received using WiFi (Wireless Fidelity).

수상드론(100)의 통신 방식의 예로서 LTE방식과 WiFi방식을 언급하였으나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 무선 통신 방식이 적용될 수 있다.Although the LTE method and the WiFi method have been mentioned as examples of the communication method of the surface drone 100, the present invention is not limited thereto, and various wireless communication methods may be applied.

제2센서부(160)는 대기 환경 데이터를 수집하기 위해 해수면 위로 노출되어 선체(110)에 설치되는 센서이며, 온도 센서, 풍량 센서, 조도 센서, 습도 센서들 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.The second sensor unit 160 is a sensor that is exposed above sea level and installed on the hull 110 to collect atmospheric environment data, and may include at least one of a temperature sensor, an air volume sensor, an illuminance sensor, and a humidity sensor. .

한편, 도면에 도시하진 않았지만, 수상 드론(100)에는 원격 조정 또는 자율 주행 시 실시간으로 위치를 파악할 수 있는 GPS 장치, 스크류와 같이 수상 드론(100)을 이동시키기 위한 추진 장치, 선체(110)의 중심라인에 설치되어 수상 드론(100)을 좌우로 방향 전환시키는 방향타도 포함된다.On the other hand, although not shown in the drawing, the floating drone 100 includes a GPS device that can determine the location in real time during remote control or autonomous driving, a propulsion device for moving the floating drone 100 such as a screw, and the hull 110 Also included is a rudder installed on the center line to turn the drone 100 left and right.

이와 같이 구성된 수상드론(100)은 제1센서부(130) 및 제2센서부(160)를 이용하여 수중과 대기 환경 데이터를 수집하여 단말 또는 관제센터로 전송하는 기능을 수행할 수도 있고, 영상 수집부(140)를 이용하여 양식장 파손, 유실, 도난 등을 감시하는 기능을 수행할 수도 있다.The water drone 100 configured as described above may perform a function of collecting underwater and atmospheric environment data using the first sensor unit 130 and the second sensor unit 160 and transmitting the data to a terminal or a control center. The collection unit 140 may be used to monitor damage, loss, and theft of a farm.

다기능부(120)는 수상드론(100)의 선저부에 위치하여 수상드론(100)에 전원을 공급하는 기능과 수중 환경 데이터를 측정하는 기능을 한다. 아울러, 다기능부(120)의 무게를 이용하여 수상드론(100)의 무게중심을 아래로 이동시킴으로써 수상드론(100)의 자세 안정성과 복원력을 향상시키는 기능도 수행한다.The multifunctional unit 120 is located at the bottom of the water drone 100 and functions to supply power to the water drone 100 and measure underwater environment data. In addition, by using the weight of the multi-function unit 120 to move the center of gravity of the water drone 100 downward, it also performs a function of improving the posture stability and resilience of the water drone 100.

이하, 도면을 참조하여 다기능부(120)의 구성을 구체적으로 살펴보도록 하겠다.Hereinafter, the configuration of the multifunctional unit 120 will be described in detail with reference to the drawings.

도 2에 도시된 바와 같이, 다기능부(120)는 배터리(122), 전원 제어부(123), 전원 연결단자(124), 센서 장착부(125), 데이터 인터페이스 단자(128) 및 제1센서부(130)를 포함한다.As shown in Figure 2, the multi-function unit 120 includes a battery 122, a power control unit 123, a power connection terminal 124, a sensor mounting unit 125, a data interface terminal 128, and a first sensor unit ( 130).

배터리(122)는 다기능부(120)의 최하단, 즉, 수상드론의 최하단에 배치된다.The battery 122 is disposed at the lowest end of the multifunctional unit 120, that is, the lowest end of the surface drone.

배터리(122)는 충전 가능한 2차 배터리이며, 리튬 폴리머 배터리가 적용될 수 있다.The battery 122 is a rechargeable secondary battery, and a lithium polymer battery may be applied.

수상드론(100)은 해상을 장시간 운항하면서 해양 및 대기 환경 데이터를 수집하거나 장시간 양식장을 감시하기 때문에 대용량 배터리를 필요로 하며, 충분한 전원을 공급하기 위해 복수의 대용량 배터리를 장착하기도 한다.The surface drone 100 requires a large-capacity battery because it collects marine and atmospheric environment data or monitors a farm for a long time while operating at sea for a long time, and it is also equipped with a plurality of large-capacity batteries to supply sufficient power.

본 발명에서는 수상드론(100)에 전원을 공급하기 위해 사용하는 배터리(122)를 수상드론(100)의 무게추로도 활용한다. 배터리(122)를 수상드론(100)의 최하단에 배치할 경우 수상드론(100)의 무게 중심을 아래로 이동시킬 수 있기 때문에 수상드론(100)의 자세 안정성 및 복원력을 향상시킬 수 있다.In the present invention, the battery 122 used to supply power to the floating drone 100 is also used as a weight of the floating drone 100. When the battery 122 is disposed at the bottom of the surface drone 100, the center of gravity of the surface drone 100 can be moved downward, thereby improving the postural stability and resilience of the surface drone 100.

만일, 배터리(122)의 무게만으로 무게중심을 충분히 이동시킬 수 없는 경우에는 선체(110) 내에 구비되는 영상 처리 장치, 영상 저장 장치, 통신 장치들 중 일부 또는 전부를 다기능부(120)로 이동 배치하여 다기능부(120)의 중량을 높일 수 있다.If the center of gravity cannot be sufficiently moved with only the weight of the battery 122, some or all of the image processing devices, image storage devices, and communication devices provided in the hull 110 are moved and arranged to the multifunctional unit 120 Thus, it is possible to increase the weight of the multi-functional unit 120.

한편, 전원 제어부(123)는 배터리(122)의 전류 및 전압을 다양한 크기로 변환하여 수상드론(100)의 각 전자 장치에 공급한다.Meanwhile, the power control unit 123 converts the current and voltage of the battery 122 into various sizes and supplies them to each electronic device of the floating drone 100.

선체 내부에 설치된 영상 처리 장치, 저장 장치, 통신 장치 및 각종 센서들은 허용되는 정격 전압과 정격 전류가 각각 다를 수 있기 때문에 전원 제어부(123)는 배터리(122)의 전원을 각 전자 장치의 허용 범위 내로 변환하여 공급한다.Since the image processing devices, storage devices, communication devices, and various sensors installed inside the ship may have different allowed rated voltages and rated currents, the power control unit 123 reduces the power of the battery 122 within the allowable range of each electronic device. Convert and supply.

또한, 전원 제어부(123)는 수상드론(100)이 파손되어 선체(110) 내부 또는 다기능부(120) 내부로 물이 유입되는 경우 누전에 의한 전자 장치들의 손상을 막기 위해 전원 공급을 차단하는 기능을 추가로 가질 수도 있다.In addition, the power control unit 123 is a function to cut off the power supply to prevent damage to electronic devices due to a short circuit when water flows into the hull 110 or the multi-function unit 120 due to the damage of the floating drone 100 You can also have additional.

전원 연결단자(124)들은 배터리(122)의 전원을 선체(110)로 전달하기 위한 단자이며, 다기능부(120)의 외부 표면에 노출되도록 설치된다. 전원 연결단자(124)에 대향하는 선체(110)의 하부면에도 전원 연결단자(124)가 구비되며, 서로 밀착되어 전기적으로 연결된다.The power connection terminals 124 are terminals for transmitting the power of the battery 122 to the hull 110, and are installed to be exposed to the outer surface of the multifunctional unit 120. A power connection terminal 124 is also provided on the lower surface of the hull 110 facing the power connection terminal 124 and is in close contact with each other to be electrically connected.

도 2에는 2개의 전원 연결단자(124)가 도시되었으나, 전원 제어부(123)가 각 전자 장치의 정격전압과 정격전류에 맞춰 다양한 크기의 전압과 전류를 생성하는 경우 더 많은 전원 연결단자(124)가 구비될 수도 있다.Although two power connection terminals 124 are shown in FIG. 2, when the power control unit 123 generates voltages and currents of various sizes according to the rated voltage and rated current of each electronic device, more power connection terminals 124 May be provided.

센서 장착부(125)는 수중 환경 데이터를 측정하는 제1센서부(130)가 결합되는 모듈이다.The sensor mounting unit 125 is a module to which the first sensor unit 130 measuring underwater environment data is coupled.

데이터 인터페이스 단자(128)는 제1센서부(130)가 측정한 데이터를 선체(110)로 전달하기 위한 단자이다. 상기 전원 연결단자(124)와 마찬가지로 데이터 인터페이스 단자(128)에 대향하는 선체(110)의 하부면에도 데이터 인터페이스 단자가 구비되며, 서로 밀착되어 전기적으로 연결된다.The data interface terminal 128 is a terminal for transmitting the data measured by the first sensor unit 130 to the hull 110. Like the power connection terminal 124, a data interface terminal is provided on the lower surface of the hull 110 facing the data interface terminal 128 and is in close contact with each other to be electrically connected.

제1센서부(130)는 센서 장착부(125)에 탈부착될 수 있으며, 온도 센서, 수심 센서, 염도 센서, pH센서, 유속 센서들 중 적어도 하나를 포함한다.The first sensor unit 130 may be detachable from the sensor mounting unit 125 and includes at least one of a temperature sensor, a depth sensor, a salinity sensor, a pH sensor, and a flow rate sensor.

한편, 선체(110)는 하나를 운용하더라도 다기능부(120)는 복수 개를 운용할 수 있다. 예를 들어, 여러 대의 다기능부(120)를 운용하면, 일부의 다기능부(120)가 고장나거나 방전되어도 정상 작동하는 다기능부(120)를 바로 선체(110)에 장착하여 사용할 수 있어서, 운영 효율성을 높일 수 있다. 또한, 각 다기능부(120)의 제1센서부(130)에 구비되는 센서들을 다양한 조합으로 설치하여 용도에 맞는 다기능부(120)를 선체(110)에 장착하여 사용할 수도 있다.On the other hand, even if the hull 110 operates one, the multi-function unit 120 can operate a plurality. For example, when a plurality of multi-function units 120 are operated, the multi-function unit 120, which operates normally even if some of the multi-function units 120 are broken or discharged, can be mounted and used directly on the hull 110, so that operation efficiency Can increase. In addition, sensors provided in the first sensor unit 130 of each multi-function unit 120 may be installed in various combinations so that a multi-function unit 120 suitable for use may be mounted on the hull 110 and used.

이와 같이, 본 발명에서 배터리(122)는 두 가지 용도로 사용된다. 즉, 배터리(122)는 수상드론(100)에 전원 공급할 뿐만 아니라 선체의 자세 안정성 및 복원력 향상에도 기여한다.As such, the battery 122 in the present invention is used for two purposes. That is, the battery 122 not only supplies power to the surface drone 100, but also contributes to improving the postural stability and resilience of the hull.

배터리(122)를 이용하여 수상드론(100)의 복원력이 향상되는 원리를 도 3을 참조하여 설명하도록 하겠다.The principle of improving the resilience of the surface drone 100 by using the battery 122 will be described with reference to FIG. 3.

도 3은 도 2의 다기능부에 의해 복원력이 향상되는 수상 드론을 보여주는 도면이다.3 is a view showing a water drone with improved resilience by the multifunctional unit of FIG. 2.

(a)는 평형 자세를 이루고 있는 수상드론의 정면도이고, (b)는 다기능부에 배터리가 미설치되어 있고 외력에 의해 일정한 각도로 기울어져 있는 수상드론의 정면도이다. 그리고, (c)는 다기능부에 배터리가 설치되어 있고 일정한 각도로 기울어져 있는 수상드론의 정면도이고, (d)는 다기능부에 배터리가 설치되어 있고 180° 뒤집어진 수상드론의 정면도이다.(a) is a front view of a surface drone in a balanced position, and (b) is a front view of a surface drone in which a battery is not installed in the multifunctional part and is inclined at a certain angle by external force. In addition, (c) is a front view of a water drone with a battery installed in the multifunctional part and tilted at a certain angle, and (d) is a front view of a surface drone with a battery installed in the multifunctional part and turned 180°.

먼저, (a)를 보면, 수상드론(100)의 중심에서 수직 하방으로 작용하는 중력과 수직 상방으로 작용하는 부력이 동일 수직선상에서 같은 힘으로 서로 반대방향으로 작용하기 때문에, 수상드론(100)은 균형을 유지하고 있다.First, looking at (a), since the gravity acting vertically downward from the center of the surface drone 100 and the buoyancy acting vertically upward act in opposite directions with the same force on the same vertical line, the surface drone 100 is Keeping the balance.

(a)에 도시된 상태는 이상적인 상태로서, 파도가 끊임없이 발생하는 해양 환경에서는 실질적으로 (a)의 상태를 유지하기 어렵다.The state shown in (a) is an ideal state, and it is difficult to substantially maintain the state of (a) in a marine environment where waves are constantly generated.

G는 수상드론(100)의 무게중심을 나타내고, B는 수상드론(100)의 부력중심(부심)을 나타내며, K는 용골(keel)을 나타낸다. 용골(keel)은 선박의 최하부의 중심선에 길이방향으로 설치된 구조재로, 선박의 중심선을 따라 선수재에서 선미재까지의 선체의 종 조직을 구성하는 기초가 되는 부분이다. 여기서, 용골은 수상드론(100)의 가장 하부면에 위치한다.G denotes the center of gravity of the water drone 100, B denotes the buoyancy center (center) of the water drone 100, and K denotes the keel. The keel is a structural member installed in the longitudinal direction on the center line of the lowermost part of the ship, and is a part that forms the basis of the longitudinal structure of the hull from the bow member to the stern member along the center line of the ship. Here, the keel is located on the lowermost surface of the water drone 100.

(b)는 다기능부(120)에 배터리가 미설치된 수상드론(100)이 바람이나 파도와 같은 외력에 의해 일정한 각도로 기울어진 상태를 나타낸다.(b) shows a state in which the water drone 100 in which the battery is not installed in the multi-function unit 120 is inclined at a certain angle by an external force such as wind or waves.

M은 경심(metacenter)를 나타내며, 평형일 때 부력의 작용선과 선박이 기울어졌을 때 부력의 작용선이 교차하는 점을 가리킨다.M represents the metacenter, and indicates the point where the line of action of buoyancy force intersects the line of action of buoyancy when the ship is inclined.

이하, 용골(K)과 경심(M) 사이의 거리를 KM으로 정의하고, 용골(K)과 무게중심(G) 사이의 거리를 KG로 정의하겠다. 수상드론(100)이 외력에 의해 기울어졌을 때 복원력을 가지려면 KM>MG를 만족해야 한다. 만일, (b)에서와 같이 부력중심(B)이 이동하여 KM<KG가 되면 수상드론(100)은 반대방향으로 회전력이 작용하여 전복될 가능성이 크다.Hereinafter, the distance between the keel (K) and the center of gravity (M) will be defined as KM, and the distance between the keel (K) and the center of gravity (G) will be defined as KG. In order to have resilience when the surface drone 100 is inclined by external force, it must satisfy KM>MG. If, as in (b), the buoyancy center (B) moves and becomes KM<KG, the surface drone 100 is likely to overturn due to the rotational force acting in the opposite direction.

(c)를 보면, 수상드론(100)의 다기능부(120)의 최하단에 배터리(122)를 배치함으로써, (b)에 비해 무게중심(G)을 용골(K) 방향으로 이동시켰다. 이에 따라, 수상드론(100)이 일정 각도로 기울어서 부력중심(B)이 이동해도 KM>KG조건을 만족시킬 수 있어서, 수상드론(100)에 복원력이 작용하여 (a) 상태로 돌아가게 된다.Looking at (c), by arranging the battery 122 at the bottom of the multi-function unit 120 of the water drone 100, the center of gravity (G) was moved in the direction of the keel (K) compared to (b). Accordingly, even if the buoyancy center (B) moves because the surface drone 100 is inclined at a certain angle, the KM>KG condition can be satisfied, so that a restoring force acts on the surface drone 100 to return to the state (a). .

(d)를 보면, 수상드론(100)이 180° 완전히 뒤집어진 상태에서 중력과 부력이 일직선 상에 작용하여 복원력이 0이 되지만, 조류나 바람이 초기 외력으로 작용하여 수상드론(100)이 조금이라도 흔들리면 KM>KG 조건이 되어 선체가 원래의 자세로 복원된다. 그런데, 실제 해상에서는 수면의 미세한 파동이 끊임없이 발생하여 초기 외력으로 작용할 수 있고, 수상드론(100)이 전복되는 동안의 관성력도 초기 외력으로 작용할 수 있어서 실질적으로 본 발명의 수상드론(100)은 기울어진 각도에 상관없이 항상 복원력을 가진다고 할 수 있다.Looking at (d), when the surface drone 100 is completely turned 180°, gravity and buoyancy act in a straight line and the resilience is 0, but the tide or wind acts as an initial external force, causing the surface drone 100 to slightly Even if it shakes, the condition is KM>KG and the hull is restored to its original posture. However, in actual sea, minute waves on the surface of the water are constantly generated and can act as an initial external force, and the inertial force while the surface drone 100 is overturned can also act as an initial external force, so that the surface drone 100 of the present invention is substantially tilted. It can be said that it always has a resilience regardless of the angle of loss.

이와 같이, 본 발명에 따른 수상드론(100)이 기울어지는 각도에 상관없이 항상 복원력을 갖도록 하기 위해서는, 각도에 상관없이 항상 KM>KG조건을 만족할 수 있도록 다기능부(120)에 배치되는 배터리(122)의 배치 위치와 무게가 조절된다. 물론, 배터리(122)를 다기능부(120)의 최하단에 배치하는 것이 바람직할 것이다. 또한, KM>KG조건을 만족시키기 위해 배터리(122)를 복수 개 배치하여 중량을 늘릴 수도 있다.In this way, in order to always have a resilience regardless of the angle at which the water drone 100 according to the present invention is inclined, the battery 122 disposed in the multifunctional unit 120 always satisfies the KM>KG condition regardless of the angle. )'S placement position and weight are adjusted. Of course, it would be desirable to place the battery 122 at the bottom of the multi-function unit 120. In addition, it is possible to increase the weight by disposing a plurality of batteries 122 to satisfy the condition KM>KG.

그러나, 시뮬레이션 결과, 배터리(122)를 다기능부(120)의 최하단에 여러 개 배치해도 충분한 무게중심(G) 이동 효과를 얻을 수 없는 경우에는 선체(110)에 배치되는 영상 처리 장치나 통신 장치 등을 다기능부(120)로 이동 배치할 수도 있다.However, as a result of the simulation, if a sufficient center of gravity (G) movement effect cannot be obtained even if several batteries 122 are placed at the bottom of the multifunction unit 120, an image processing device or a communication device disposed on the hull 110, etc. It may be arranged to move to the multi-function unit 120.

수상드론(100)의 자세 안정성에 중요한 역할을 하는 다기능부(120)는 도 4에 도시된 바와 같이, 선체(110)에 탈부착될 수 있다.The multifunctional unit 120, which plays an important role in the posture stability of the water drone 100, may be detachably attached to the hull 110, as shown in FIG. 4.

수상드론(100)은 양식장 감시 임무 및 대기와 수중 환경 데이터를 수집하고 통신하기 위해 많은 전자 장치들을 구비하므로 부피와 무게가 상당하다. 따라서, 선체(110)와 다기능부(120)의 분리에 의해 부피와 무게를 분산시킬 수 있어 운반과 보관이 용이해질 수 있다. 다만, 해상에서 운항 시에는 선체(110)와 다기능 모듈(120)이 결합한 상태로 운항하기 때문에 결합 부위로 물이 스며들지 않도록 선체(110)와 다기능 모듈(120)의 결합 부위는 기밀하게 밀착되어야 한다.The surface drone 100 is equipped with many electronic devices for collecting and communicating data on aquaculture monitoring missions and atmospheric and underwater environments, and thus has considerable volume and weight. Therefore, it is possible to distribute the volume and weight by the separation of the hull 110 and the multi-function unit 120, it is possible to facilitate transportation and storage. However, when operating at sea, since the hull 110 and the multi-function module 120 operate in a combined state, the coupling portion of the hull 110 and the multi-function module 120 must be tightly contacted so that water does not permeate into the coupling portion. do.

전술한 바와 같이, 수상드론(100)은 다기능부(120)의 제1센서부(130)를 이용하여 수중 환경 데이터를 수집한다. 수상드론(100)이 측정할 수 있는 수중 환경 데이터는 수온, 수심, 염도, pH, 유속 등이 있다.As described above, the water drone 100 collects underwater environment data using the first sensor unit 130 of the multifunctional unit 120. The underwater environment data that the water drone 100 can measure include water temperature, depth, salinity, pH, and flow rate.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 수상드론(100)이 수심을 측정하는 방법에 대해 설명하도록 하겠다.Hereinafter, a method for measuring the depth of the water drone 100 according to the present invention will be described with reference to the drawings.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수상 드론이 목표 수심의 수온을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 복수의 파라미터를 이용하여 목표 수심의 수온을 알아낼 수 있도록 학습된 인공지능 신경망의 일 예를 도시한 도면이다.5 is a diagram for explaining a method of measuring the water temperature of a target depth by a water drone according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is an artificial intelligence neural network that is learned to find out the water temperature of the target depth using a plurality of parameters. It is a diagram showing an example of.

다기능부(120)의 제1센서부(130)는 온도 센서를 구비한다. The first sensor unit 130 of the multifunction unit 120 includes a temperature sensor.

도 5에 도시된 바와 같이, 제1센서부(130)의 온도 센서가 위치하는 센서 위치 수심과 수온을 재고자 하는 목표 수심 사이에 수심 오차가 존재하는 경우, 일반적으로는 기계 팔, 와이어 등을 이용하여 온도 센서를 목표 수심까지 하강시킨 후 수온을 측정한다.As shown in FIG. 5, when there is a depth error between the sensor location depth at which the temperature sensor of the first sensor unit 130 is located and the target depth to measure the water temperature, in general, a mechanical arm, a wire, etc. After lowering the temperature sensor to the target depth, measure the water temperature.

그러나, 본 발명에서는 온도 센서의 위치를 고정하고, 인공지능 신경망을 이용하여 다른 파라미터들을 입력 값으로 하여 목표 수심의 수온을 간접적으로 알아내는 방법을 제시한다. 입력 파라미터들은 제1센서부(130) 및 제 2센서부(160)를 통해 측정되는 데이터들을 포함한다.However, in the present invention, a method of indirectly determining the water temperature of a target depth is proposed by fixing the position of the temperature sensor and using other parameters as input values using an artificial intelligence neural network. The input parameters include data measured by the first sensor unit 130 and the second sensor unit 160.

인공지능 신경망을 수상드론(100)에 탑재하기 전에 다양한 입력 파라미터들과 이에 대응하는 목표 수심의 수온에 대한 많은 데이터들을 학습시킨 학습 모델을 구축해야 한다. 예를 들어, 제1센서부(130)에 의해 측정된 센서 위치 수심의 수온과 제2센서부(160)에 의해 측정된 대기 온도, 조도, 습도, 풍량, 그리고 각 목표 수심의 수온과 측정 시각을 해상의 다양한 포인트에서 측정하여 인공지능 신경망을 학습시킨다.Before mounting the artificial intelligence neural network on the surface drone 100, a learning model that learns various input parameters and a large number of data on the water temperature of the target depth must be constructed. For example, the water temperature of the sensor location depth measured by the first sensor unit 130 and the air temperature, illuminance, humidity, air volume measured by the second sensor unit 160, and the water temperature and measurement time of each target depth The artificial intelligence neural network is trained by measuring at various points on the sea.

도 6을 보면, 인공지능 신경망의 입력층(182)에 제1센서부(130)를 통해 측정한 센서 위치 수심의 수온을 입력하고, 제2센서부(160)를 통해 측정한 온도, 조도, 습도, 풍량과 함께 측정 시각을 입력하면, 은닉층(184)에서는 이 파라미터들을 이용하여 학습된 결과를 기초로 목표 수심의 수온을 알아낸다. 그리고, 출력층(186)을 통해 목표 수심의 수온을 출력한다.Referring to FIG. 6, the water temperature of the sensor location depth measured through the first sensor unit 130 is input to the input layer 182 of the artificial intelligence neural network, and the temperature, illuminance measured through the second sensor unit 160, and When the measurement time is input together with the humidity and air volume, the hidden layer 184 finds out the water temperature of the target depth based on the learned result using these parameters. Then, the water temperature of the target depth is output through the output layer 186.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 수상드론(100)은 영상 수집부(140)를 이용하여 양식장 감시를 수행할 수도 있다.On the other hand, the water drone 100 according to an embodiment of the present invention may perform a farm monitoring by using the image collection unit 140.

양식장 시설물은 바닷물에 지속적으로 노출되기 때문에 염분에 의해 부식되어 파손되거나 풍랑과 같은 외력에 의해 파손되어 유실될 수 있다. 또한, 해삼, 전복과 같은 양식 해산물 도난 사고도 빈번하게 일어난다. 따라서, 적절한 타이밍의 시설 보수나 사유 재산을 지키기 위해 양식장 감시는 중요하다. 그런데, 양식장을 사람이 직접 감시하기에는 인력 소모가 너무 크기 때문에 수상드론(100)을 이용하여 감시할 경우 훨씬 효율적인 감시가 가능하다.Since farm facilities are constantly exposed to sea water, they may be corroded and damaged by salt or damaged by external forces such as storms and thus lost. In addition, theft of farmed seafood such as sea cucumber and abalone occurs frequently. Therefore, it is important to monitor the farm to ensure timely facility maintenance or private property. However, since the consumption of manpower is too great for humans to directly monitor the farm, much more efficient monitoring is possible when monitoring using the aquatic drone 100.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 수상드론이 자율적으로 양식장 감시를 수행하는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.7 is a diagram schematically showing that a water drone according to an embodiment of the present invention autonomously performs aquaculture monitoring.

도시된 바와 같이, 양식장(200) 주위에는 복수의 경유점(way-point, W1∼W4)이 설정된다.As shown, a plurality of way-points (W1 to W4) are set around the farm 200.

수상드론(100)은 위성통신을 이용하여 자율 운항하며, 설정된 경유점(W1∼W4)들을 통과한다. 이때, 외부 영상을 촬영하여 이상 여부를 감시한다.The surface drone 100 operates autonomously using satellite communication, and passes through set transit points (W1 to W4). At this time, an external image is captured to monitor for abnormalities.

수상드론(100)은 GNSS(Global Navigation System, 글로벌 위성 항법 시스템)를 기반으로 한 GPS(Global Positioning System)를 이용하여 실시간으로 위치 정보를 수신하여 정확한 경로로 자율 운항한다.The surface drone 100 receives location information in real time using a Global Positioning System (GPS) based on a Global Navigation System (GNSS) and operates autonomously in an accurate route.

도 8은 본 발명에 따른 수상드론이 양식장을 감시하는 방법을 나타낸 순서도이다.Figure 8 is a flow chart showing a method for monitoring aquaculture farm by a water drone according to the present invention.

조종용 단말 또는 관제센터로부터 양식장 감시 시작 신호가 오면, 단계(S310)에서 수상드론은 양식장 주위를 따라 운항하면서 카메라로 외부 영상을 획득한다.When a farm monitoring start signal comes from the control terminal or the control center, the water drone navigates around the farm and acquires external images with a camera in step S310.

단계(S320)에서는 획득된 영상 데이터를 임시 저장한다. 수상드론에 구비된 저장 장치는 임시 저장 장치와 영구 저장 장치로 구성되며, 수상드론이 최초 촬영한 영상 데이터는 임시 저장 장치에 저장된다. 임시 저장 장치는 저장용량이 가득차면 먼저 저장된 데이터 순서대로 자동 삭제되는 공간이며, 일정 시간이 경과하면 자동 삭제되도록 설정될 수도 있다.In step S320, the acquired image data is temporarily stored. The storage device provided in the surface drone consists of a temporary storage device and a permanent storage device, and the image data first captured by the surface drone is stored in the temporary storage device. The temporary storage device is a space that is automatically deleted in the order of data stored first when the storage capacity is full, and may be set to be automatically deleted after a certain period of time.

단계(S330)에서는 선체에 있는 영상 처리 장치가 영상 데이터를 단순화한다.In step S330, the image processing device on the ship simplifies the image data.

단순화 작업은 여러 과정을 거칠 수 있는데, 예를 들어, 가우시안 필터(Gaussian filter)로 가우시안 분포의 양 극단의 화소들, 즉, 저주파와 고주파 영역의 화소들을 제거하여 중간 영역의 화소들만 남길 수 있다. 그리고, 스무드 필터(smooth filter)로 화소값들 중 계조 변화율이 큰 고주파 성분을 제거하여 이미지를 부드럽게 만들 수 있다. 예를 들어, 촬영된 영상 데이터에서 빛 반사 영역은 주변과의 계조 변화가 크기 때문에 이러한 부분을 제거하면 전체적으로 이미지가 부드러워질 수 있다. 결과적으로, 우시안 필터와 스무드 필터는 영상 데이터의 용량을 줄여 데이터를 단순화한다.The simplification process can go through several processes. For example, pixels at both extremes of the Gaussian distribution, that is, pixels in the low-frequency and high-frequency regions, can be removed with a Gaussian filter, leaving only the pixels in the middle region. In addition, the image may be smoothed by removing a high-frequency component having a large gradation change rate among pixel values using a smooth filter. For example, in the captured image data, since the light reflection area has a large change in grayscale with the surrounding area, removing such a part may smooth the image as a whole. Consequently, the Gaussian filter and the filter is smooth and simplify the data by reducing the amount of image data.

또한, 이미지를 구성하는 화소(pixel)의 계조수를 줄여서 영상 데이터를 단순화할 수도 있다. 예를 들어, 각 화소의 계조수가 16개일 때 이를 2개로 줄이면 영상 데이터의 용량은 크게 감소한다.In addition, image data may be simplified by reducing the number of gradations of pixels constituting the image. For example, when the number of grayscales of each pixel is 16, reducing the number of grayscales to 2 greatly reduces the capacity of image data.

상기 단계(S330)를 진행하는 이유는 영상 데이터의 용량을 줄여 영상 처리 속도 저하를 막기 위함이다. 그러나, 영상 처리 장치의 처리 속도가 대용량 데이터를 처리하기에도 충분히 빠른 경우에는 영상 데이터를 단순화하는 과정을 건너 뛰고 바로 단계(S340)를 진행해도 된다.The reason for performing the step S330 is to prevent a decrease in image processing speed by reducing the capacity of the image data. However, if the processing speed of the image processing apparatus is fast enough to process a large amount of data, the process of simplifying the image data may be skipped and step S340 may be immediately performed.

단계(S340)에서는 기준 이미지(reference image) 및 현재(N) 프레임 이미지를 비교하여 그 변화량을 산출한다. 여기서, 기준 이미지는 미리 저장해둔 이미지일 수도 있고, 이전 프레임 이미지일 수도 있다. N은 자연수이다. 또한, 변화량은 기준 이미지와 비교하여 현재 프레임 이미지에서 변화된 화소(pixel) 수를 가리킬 수 있다.In step S340, a change amount is calculated by comparing a reference image and a current (N) frame image. Here, the reference image may be a previously stored image or a previous frame image. N is a natural number. In addition, the amount of change may indicate the number of pixels changed in the current frame image compared to the reference image.

단계(S350)에서는 단계(S340)에서 산출된 이미지 변화량이 미리 설정된 임계값보다 클 경우에는 단말에 알람을 송출한다. 반면, 이미지 변화량이 임계값 이하인 경우에는 감시 활동을 유지한다. 현재 프레임 이미지가 기준 이미지에 비해 변화가 크다는 것은 양식장 시설물이 파손, 유실되거나 수상한 자가 침입했다는 것을 가리킨다.In step S350, when the image change amount calculated in step S340 is greater than a preset threshold, an alarm is transmitted to the terminal. On the other hand, when the amount of image change is less than the threshold, the monitoring activity is maintained. The large change in the current frame image compared to the reference image indicates that the farm facilities were damaged, lost, or a suspicious person invaded.

단계(S370)에서는 현재(N) 프레임 이미지에서 이상이 감지된 경우 N-M 프레임 영상 데이터부터 영구 저장한다. M은 1 이상의 자연수이다.In step S370, when an abnormality is detected in the current (N) frame image, the N-M frame image data is permanently stored. M is a natural number greater than or equal to 1.

양식장 시설이 유실되는 과정이나 양식장에 침입자가 침입하는 과정을 정확히 관찰하려면 이상이 감지된 프레임의 일정 프레임(M) 이전부터 저장해야 한다.In order to accurately observe the process of loss of farm facilities or the process of intruders entering the farm, it must be stored before a certain frame (M) of the frame where an abnormality is detected.

단말에 알람을 송출하는 단계(S360)와 영상 데이터를 선택적으로 영구 저장하는 단계(S370)는 동시에 진행될 수 있다.The step of transmitting an alarm to the terminal (S360) and the step of selectively permanently storing the image data (S370) may be performed simultaneously.

단계(S380)에서는 알람을 받은 사용자가 단말을 통해 해당 영상을 요청하면, 수상드론은 영구 저장된 영상 데이터를 단말로 스트리밍한다.In step S380, when the user who receives the alarm requests the video through the terminal, the floating drone streams the permanently stored video data to the terminal.

도 9는 도 8의 설명을 돕기 위한 영상 데이터의 예들을 도시한 도면이다.9 is a diagram illustrating examples of image data to aid in the description of FIG. 8.

(a)는 수상드론의 영상 수집부에 의해 촬영된 영상 이미지와 비교하기 위한 양식장의 기준 이미지를 도시하고 있다.(a) shows the reference image of the farm for comparison with the image image captured by the image collection unit of the water drone.

(b)는 양식장의 시설물 중 하나인 제1오브젝트의 왼쪽 일부가 파손되어 유실된 모습을 도시하고 있다. (a)의 기준 이미지와 (b)의 프레임 이미지를 비교하면 제1오브젝트의 왼쪽 일부 화소들만 변화된 것을 확인할 수 있다.(b) shows a part of the left side of the first object, which is one of the facilities of the farm, was damaged and lost. When comparing the reference image of (a) and the frame image of (b), it can be seen that only some pixels on the left of the first object have changed.

본 발명에 따른 수상드론의 영상 처리 장치는 설정된 임계값보다 적은 수의 화소만 변화했으므로, 양식장의 기능에 영향이 없는 정도의 손실로 판단하여 단말에 알림 송출을 하지 않는다.Since the image processing apparatus of a floating drone according to the present invention has changed only a small number of pixels than a set threshold, it is determined that it is a loss of a degree that does not affect the function of the farm and does not send a notification to the terminal.

(c)는 제1오브젝트(OB1)가 완전히 유실된 모습을 도시하고 있다. (a)의 기준 이미지와 (c)의 프레임 이미지를 비교하면 임계값을 초과할 정도로 많은 수의 화소들이 변화한 경우로서 이때에는 N-M 프레임 영상 데이터부터 영구 저장하고, 단말에 알람을 송출한다.(c) shows a state in which the first object OB1 is completely lost. When comparing the reference image of (a) and the frame image of (c), a large number of pixels are changed to exceed the threshold. In this case, the N-M frame image data is permanently stored and an alarm is sent to the terminal.

(d)를 보면, 양식장에 제2오브젝트(OB2), 즉, 침입자가 침입한 모습을 도시하고 있다.In (d), the second object (OB2), that is, an intruder invading the farm is shown.

양식장에 사람이 침입한 경우 사람의 면적에 대응하는 만큼 화소 수의 변화가 발생하므로, 이미지 변화량은 임계값을 초과하게 되어 수상드론은 양식장 시설물의 유실 또는 사람의 침입으로 판단하여 단말에 알람을 송출한다.When a person invades the farm, the number of pixels changes according to the area of the person, so the amount of change in the image exceeds the threshold value, and the water drone determines that the farm facility is lost or a person intrudes and sends an alarm to the terminal. do.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수상드론은 항상 KM>KG를 만족하도록 선체 하부에 결합되는 다기능부에 배치되는 배터리의 위치와 무게를 조절하므로, 수상드론의 기울어지는 각도에 상관없이 항상 복원력을 갖게 된다. 즉, 수상드론에 전원을 공급하기 위해 구비되는 배터리가 무게추로도 활용되어 수상드론의 자세 안정성과 복원력 향상에 기여한다.As described above, since the water drone according to an embodiment of the present invention adjusts the position and weight of the battery disposed in the multifunctional part coupled to the lower part of the hull to always satisfy KM>KG, regardless of the inclination angle of the water drone You will always have resilience. In other words, the battery provided to supply power to the surface drone is also used as a weight, contributing to the improvement of the attitude stability and resilience of the surface drone.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 수상드론은 배터리와 센서들을 구비한 다기능부를 선체에 탈부착할 수 있어서 수상드론의 부피와 무게를 분산시킴으로써 운송 및 보관이 용이해질 수 있다.In addition, the water drone according to an embodiment of the present invention can be easily transported and stored by dispersing the volume and weight of the water drone because the multifunctional part including batteries and sensors can be attached to the hull.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 수상드론은 카메라를 통해 촬영된 영상 데이터를 기준 데이터와 비교하여 그 변화량에 따라 양식장 이상 여부를 판단하고, 이상이 감지된 구간을 포함하는 영상 데이터만 선별적으로 영구 저장함으로써, 한정된 저장 공간을 효율적으로 사용할 수 있다.In addition, the water drone according to an embodiment of the present invention compares the image data captured by the camera with reference data, determines whether there is an abnormality in the farm according to the amount of change, and selectively selects only image data including the section in which the abnormality is detected. By permanent storage, limited storage space can be used efficiently.

100: 수상드론 110: 선체
120: 다기능부 130: 제1센서부
140: 영상 수집부 142: 카메라
144: 짐벌 146: 보호부
150: 안테나 160: 제2센서부
100: water drone 110: hull
120: multi-function unit 130: first sensor unit
140: image collection unit 142: camera
144: gimbal 146: guard
150: antenna 160: second sensor unit

Claims (6)

수상드론을 이용한 양식장 감시 방법으로서,
양식장 주위를 운항하며 영상을 획득하는 단계와,
획득한 영상 데이터를 임시 저장하는 단계와,
기준 이미지와 현재 프레임 이미지를 비교하여 그 변화량을 산출하는 단계와,
상기 변화량이 임계값보다 큰 경우 이상 상태로 판단하여 단말에 알람을 송출하는 단계와,
이상이 감지된 프레임의 일정 프레임 이전부터 영상 데이터를 영구 저장하는 단계와,
상기 수상드론의 제1센서부가 측정한 수온 및 제2센서부가 측정한 대기 환경 데이터를 입력받아 목표 수심의 수온을 추정하는 단계를 포함하며,
상기 제1센서부는 상기 수상드론의 선저부에 위치하며, 상기 제2센서부는 해수면 위로 노출되도록 상기 수상드론의 선체부에 설치되며,
상기 목표 수심 수온 추정 단계는, 상기 제1센서부에 의해 측정된 센서 위치 수심의 수온과 상기 제2센서부에 의해 측정된 대기 온도, 조도, 습도, 풍량 및 각 목표 수심의 수온과 측정 시각을 가지고 학습된 인공지능 신경망을 이용하는 것인 수상드론을 이용한 양식장 감시 방법.
As a method of monitoring aquaculture using a water drone,
The steps of acquiring images while navigating around the farm,
Temporarily storing the acquired image data, and
Computing the amount of change by comparing the reference image and the current frame image, and
When the amount of change is greater than a threshold value, determining as an abnormal state and transmitting an alarm to the terminal;
Permanently storing image data from a predetermined frame before the frame in which an abnormality is detected; and
Including the step of estimating the water temperature of the target depth by receiving the water temperature measured by the first sensor unit of the water drone and the atmospheric environment data measured by the second sensor unit,
The first sensor unit is located at the bottom of the surface drone, and the second sensor unit is installed on the hull of the surface drone to be exposed above sea level,
In the estimating of the target depth water temperature, the water temperature of the sensor position depth measured by the first sensor unit, the air temperature, illuminance, humidity, air volume measured by the second sensor unit, and the water temperature and measurement time of each target depth Using artificial intelligence neural networks How to monitor aquaculture using a surface drone.
제1항에 있어서,
상기 기준 이미지와 상기 현재 프레임 이미지를 비교하여 그 변화량을 산출하는 단계 전에,
상기 획득한 영상 데이터를 처리함으로써 데이터 용량을 줄여 단순화하는 단계를 더 포함하는 것인 수상드론을 이용한 양식장 감시 방법.
The method of claim 1,
Before the step of comparing the reference image and the current frame image to calculate a change amount,
The method of monitoring a farm using a water drone further comprising the step of reducing and simplifying the data capacity by processing the acquired image data.
제 2항에 있어서,
상기 영상 데이터 처리는 가우시안 필터와 스무드 필터를 이용하여 획득된 영상 데이터를 필터링하는 것인 수상드론을 이용한 양식장 감시 방법.
The method of claim 2,
The image data processing is to filter the image data obtained using a Gaussian filter and a smooth filter.
제 1항에 있어서,
상기 기준 이미지는 미리 저장해둔 이미지이거나 이전 프레임 이미지인 것인 수상드론을 이용한 양식장 감시 방법.
The method of claim 1,
The reference image is a pre-stored image or a previous frame image, a farm monitoring method using a water drone.
제 1 항에 있어서,
상기 변화량은 기준 이미지와 현재 프레임 이미지 사이에 변화된 화소 수를 가리키는 것인 수상드론을 이용한 양식장 감시 방법.
The method of claim 1,
The amount of change indicates the number of pixels changed between the reference image and the current frame image.
제 1항에 있어서,
상기 단말의 요청 시 영구 저장된 영상 데이터를 단말로 스트리밍하는 것인 수상드론을 이용한 양식장 감시 방법.
The method of claim 1,
A farm monitoring method using a water drone to stream permanently stored image data to the terminal upon request of the terminal.
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