KR102213036B1 - 스마트 드론 관제시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비행에 대한 웨이포인트(Waypoint), 영역비행이 가능하고, 특수한 업무 3D고도 비행이 가능하도록 드론을 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 드론의 위치를 공공기관의 스트리밍 서버로 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 세이프(SHAPE) 파일을 앱에 로딩할 수 있고 이를 비행경로로 설정하여 사진 및 동영상 촬영이 가능한 스마트 드론 관제시스템에 관한 것으로, 드론을 제어하는 드론모바일앱과, 드론의 비행을 관제하는 관제실를 포함하는 관제시스템에 있어서, 상기 관제시스템은 MQTT제어 어플리케이션 서비스와 MQTT브로커로 구성되어, 관제실과 드론모바일앱 사이의 메시지 송수신 중계하는 중계서버; 관제 웹 서비스와 드론 상태 정보를 제공하고, 외부 API 연동 기능을 갖는 웹서비스서버; 및 실시간 영상 송수신을 위한 스트리밍서버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

스마트 드론 관제시스템{drone control system}

본 발명은 스마트 드론 관제시스템에 관한 것으로, 비행에 대한 웨이포인트(Waypoint), 영역비행이 가능하고, 특수한 업무 3D고도 비행이 가능하도록 드론을 제어할 수 있게 한 스마트 드론 관제시스템에 관한 것이다.

또한 본 발명은 드론의 위치를 공공기관의 스트리밍 서버로 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 세이프(SHAPE) 파일을 앱에 로딩할 수 있고 이를 비행경로로 설정하여 사진 및 동영상 촬영이 가능한 스마트 드론 관제시스템에 관한 것이다.

드론(Drone)은 사람이 탑승하지 않고 원격 조정에 의해 비행하거나 지정된 경로를 따라 자율적으로 비행하는 비행체로, 주로 군사적 용도로 활용되어 왔으나, 최근에는 운송 분야, 보안 분야 등 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 개인적인 용도로도 활용되고 있다.

이러한 드론은 활용 범위는 점차 확대되어 가는 반면, 드론에 대한 통제는 주로 개인이나 드론 운영자에 의해 개별적으로 이루어지고 있으므로, 공공 통제 구역이나, 사적 통제 구역으로 침입하거나 건물과의 충돌 또는 추락 등 다양한 문제가 발생하고 있다.

이에 드론을 제어하기 위한 다양한 기술들이 개발되고 있으며 그 예로 특허문헌 1 내지 3이 있다.

특허문헌 1은 무선 통신망을 통해 드론 및 드론 운용 단말기와 통신하는 통신부; 드론 운용 단말기로부터 수신한 비행 조작 신호를 드론의 위치 정보 및 드론의 자세 정보, 및 드론의 운행 제한 정보 중 적어도 하나에 따라 보정하여 비행 보정 제어 신호를 생성하고, 생성된 비행 보정 제어 신호를 통신부를 통해 드론으로 전송하여 드론의 비행을 관제하는 비행 제어부; 및 드론의 비행 경로를 확인하고, 드론의 비행 경로 상에 통신 범위 이탈 지역이 있는 경우, 통신범위 이탈 지역과 최근접에 위치한 이동식 중계기를 통신 범위 이탈 지역으로 이동시켜 드론과 통신하게 하는 이동식 중계기 제어부를 포함하는 드론 관제 서버이고,

특허문헌 2는 네트워크에 연결되어 있는 드론 관제소의 서버로부터 사용자 정보와, 사용자의 드론에 대한 드론 정보를 인증받아 드론 항공관제 애플리케이션을 사용자의 이동통신 단말기에 설치하는 단계와; 드론의 시동 전에 드론을 원격제어하기 위한 드론 조정기와 이동통신 단말기를 접속한 후 블루투스 통신을 통해 드론과 이동통신 단말기를 연결하는 단계와; 드론의 시동 후에 드론 항공관제 애플리케이션을 통해 서버로부터 드론에 대한 비행허가를 승인 받는 비행승인 단계와; 드론을 비행하면서 드론 항공관제 애플리케이션을 통해 드론의 비행 정보를 서버로 전송하는 단계와; 드론의 비행 정보를 서버에 의해 처리하여 이동통신 단말기로 항공관제 서비스를 제공하는 단계와; 드론이 비행금지구역을 비행하게 되는 경우 서버에 의해 드론을 강제착륙시키는 단계와; 서버로부터 드론의 강제착륙 정보를 드론 항공관제 애플리케이션으로 전송하는 단계를 포함하는 드론의 항공관제 방법이며,

특허문헌 3은 임무 현장에 출동하는 시점으로부터 도착 및 회귀할 때까지의 전 과정에서 비행 경로 주변 환경 및 임무현장에 관한 영상을 촬영하거나 임무 관련 정보를 수집하는 맞춤형 임무 수행 드론; 드론과 근거리 무선 통신을 통해, 임무 현장에 관한 위치 정보 및 비행 경로 정보를 포함하는 비행 제어 명령을 드론에 전송하여 드론의 비행을 자동 모드로 제어하거나, 드론과 LTE 이동통신망 기반의 쌍방향 통신을 통해, 드론에 조종 신호를 전송하여 드론의 비행 제어를 수동 모드로 전환하여 드론에서 송신되는 정보에 기반하여 드론의 비행을 원격에서 수동으로 제어하고, 드론으로부터 비행 경로 주변 환경 및 임무 현장에 관한 촬영 영상, 임무 관련 정보 또는 드론의 수동비행 제어 관련 정보 중 적어도 하나를 수신하여 현장 근무자 단말기에 스트리밍으로 실시간 전송하는 관제 센터; 및 현장 근무자 단말기에 설치되고, 관제 센터로부터 현장 근무자 단말기를 통해 촬영 영상, 임무 관련 정보 또는 수동 비행 제어 관련 정보 중 적어도 하나를 수신하여 실시간으로 현장 근무자 단말기의 화면에 표시하는 어플리케이션을 포함하고, 관제 센터는 드론의 비행 제어 시 해당 기지국의 통신 영역을 벗어나는 경우, 핸드오프(Hand-off) 기능을 이용하여 드론이 해당 통신 영역의 다른 기지국과 LTE 이동통신망으로 연결되도록 함으로써 드론에게 심리스(Seamless)한 통신 서비스를 제공하여 드론의 비행 거리에 상관 없이 드론의 비행을 원격에서 제어하고, 드론을 출동시키기 전에, 임무 현장으로부터 일정 거래 이내에 임무를 완수한 다른 드론이 존재하는 경우, 드론과 임무를 완수한 다른 드론 각각의 현재 위치 정보에 기초하여 드론과 임무를 완수한 다른 드론이 임무 현장으로부터 각각 떨어진 거리를 측정하고, 측정된 각각의 거리를 비교하여 임무 현장과 더 가까운 거리에 있는 드론을 출동시키는 드론 관제 시스템이다.

이와 같이 다양한 드론 관제 기술이 개발되고 있으나, 종래의 관제 기술에서 자율주행은 특정 제조사(DJI사)에서 제공하는 드론의 비행 및 자율주앱에 의해 이루어지고 있어 제한이 따르고, 드론 위치정보, 관제, 스트리임(Streeming) 서비스를 구현하고자 할때 별도의 장치를 구비하거나 복작한 과정을 거쳐야 구현이 가능한 단점이 있다.

또한, 드론 제작 기업의 경우, 사용자 및 공공기관의 요구가 있어도 반영되기는 어려운 문제가 있다.

대한민국 등록특허 제10-1837979호 대한민국 등록특허 제10-1780479호 대한민국 등록특허 제10-1894409호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 비행에 대한 웨이포인트(Waypoint), 영역비행이 가능하고, 특수한 업무 3D고도 비행이 가능하도록 드론을 제어할 수 있게 한 스마트 드론 관제시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 드론의 위치를 공공기관의 스트리밍 서버로 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 세이프(SHAPE) 파일을 앱에 로딩할 수 있고 이를 비행경로로 설정하여 사진 및 동영상 촬영이 가능한 스마트 드론 관제시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 스마트 드론 관제시스템은 드론을 제어하는 드론모바일앱과, 드론의 비행을 관제하는 관제실를 포함하는 관제시스템에 있어서, 상기 관제시스템은 MQTT제어 어플리케이션 서비스와 MQTT브로커로 구성되어, 관제실과 드론모바일앱 사이의 메시지 송수신 중계하는 중계서버; 관제 웹 서비스와 드론 상태 정보를 제공하고, 외부 API 연동 기능을 갖는 웹서비스서버; 및 실시간 영상 송수신을 위한 스트리밍서버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 스트리밍서버는 실시간 사진 송수신을 위한 파일서버를 포함한다.

상기 중계서버는 드론의 상태 정보 수신하고, 드론모바일앱에서 요청하는 정보 제공하는 것이 바람직하다.

상기 웹서비스서버의 외부 API 연동기능은 주소 검색 정보, 날씨, 지구자기장 지수 정보를 제공한다.

상기 드론모바일앱 또는 관제시스템은 3D고도정보제공수단을 더 포함하고, 상기 3D고도정보제공수단은 드론 활동 영역의 정해진 간격의 고도 정보를 저장한 공간정보DB와, 공간정보DB에서 특정한 위치의 고도를 추출하기 위한 고도 추출 어플리케이션과, 외부 어플리케이션에서 요청하는 위치의 고도를 다양한 정보로 제공하는 웹API를 포함한다.

본 발명에 따른 스마트 드론 관제시스템은 비행 환경에 맞게 3차원 고도 비행을 그리드(Grid) 데이터분석을 통한 앱서비스를 이용하여 비행하게 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 드론 관제 모듈을 통하여 드론의 위치정보, 기체 정보, 사진 정보, 영상 정보를 실시간으로 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한 다양한 영상 프로토콜을 제공하여 빠른 속도로 데이터를 전송하고, 향후에는 실시간 원격 드론 비행과 택배 서비스와 같은 물류시스템을 구축할 수 있게 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 스마트 드론 관제시스템의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 스마트 드론 관제시스템을 구성하는 3D고도정보제공수단의 구성도
도 3은 본 발명에 따른 스마트 드론 관제시스템에서 비행결로 생성 알고리즘 설명을 위한 그래프
도 4는 본 발명에 따른 스마트 드론 관제시스템에서 3D 비행 경로 상대 고도 적용 알고리즘 설명을 위한 그래프

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명을 통해 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 비행 환경에 맞게 3차원 고도 비행을 그리드(Grid) 데이터분석을 통한 앱서비스를 이용하여 비행하게 할 수 있다.

본 발명에 따른 스마트 드론 관제시스템은 드론을 제어하는 드론모바일앱(10)과, 드론의 비행을 관제하는 관제실(200)를 포함하는 관제시스템(20)에 있어서, 상기 관제시스템(20)은 MQTT제어 어플리케이션 서비스와 MQTT브로커로 구성되어, 관제실과 드론모바일앱 사이의 메시지 송수신 중계하는 중계서버(21); 관제 웹 서비스와 드론 상태 정보를 제공하고, 외부 API 연동 기능을 갖는 웹서비스서버(22); 및 실시간 영상 송수신을 위한 스트리밍서버(33)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 드론모바일앱(10)은 스마트폰이나 원격조정기 등에 설치되는 어플리케이션으로, 현재 드론이 비행하는 지역의 지도를 표출하여 조작자가 확인할 수 있게 하고, 드론 관련 정보를 제공하는 최적의 상태로 드론을 조정할 수 있게 한다.

또한, 드론모바일앱(10)은 드론에 구비된 촬영장치를 제어하여 동영상 및 사진을 촬영할 수 있으며, 비행 경로 생성 알고리즘에 따라 비행 경로를 생성하며, 관제서버(20)의 중계서버(21)를 통해 관제실과 메시지를 송수신할 뿐만 아니라, 드론 상태 정보를 관제서버(20)와 송수신한다.

드론 상태정보는 드론의 현재 위치, 고도 정보는 물론, 드론의 동력원인 배터리 정보와, 현재 속도 정도등이 될 수 있다. 물론, 드론에서 촐영된 실시간 동영상 및 사진 송출을 송출하되, 실시간 동영상은 스트리밍서버(33)로 송출하고, 사진 정보는 파일서버로 송출한다.

이에 따라 상기 스트리밍서버(33)는 실시간 사진 송수신을 위한 파일서버를 더 포함하는 것이다.

상기 관제서버(20)는 관제실에 관제정보를 제공하기 위한 서버로, 상기한 바와 중계서버(21)를 구비하여 관제실과 드론모바일앱 사이를 중계한다.

상기한 바와 같이 상기 중계서버(21)는 관제실과 드론모바일앱 사이의 메시지 송수신 중계할 뿐만 아니라, 드론의 현재 상태 정보 수신하고, 드론모바일앱에서 요청하는 정보 제공한다.

즉, 드론모바일앱을 통해 얻을 수 없는 비행 지역 정보나 기상 정보 등을 수집하여 드론모바일앱에 제공함에 따라 드론모바일앱으로 드론을 제어하는 조정자에게 보다 많은 정보를제공하여 안전하게 드론을 제어할 수 있게 한다.

상기 웹서비스서버(22)는 드론모바일앱에 의해 송출되는 정보를 보다 쉽게 관제실에서 확인할 수 있게 가공하여 제공하기 위한 것으로, 상기한 바와 같이, 관제 정보와 드론 상태 정보를 웹상에 제공하며, 이를 위해 외부 API 연동기능을 갖추고 있고, 이 외부AP연동 기능을 통해 주소 검색 정보, 날씨, 지구자기장 지수 정보를 제공한다.

상기 드론모바일앱(10)은 비행 경로 생성 알고리즘을 구비하고 있으며, 비행 경로 생성 알고리즘은 도 3에 도시한 그래프를 통해 설명될 수 있으며, 비행 위치는 아래의 계산식에 의해 계산될 수 있다.

여기서

는 드론 비행 영역의 가로길이,

는 드론 비행 영역의 세로길이,

은 종중복도로 계산한 종강거리,

은 횡중복도로 계산한 횡간거리,

는 x축 원점,

는 x축 원점+

,

는 y축 원점,

는 y축 원점+

이다.

상기 드론모바일앱(10) 또는 관제시스템은 3D고도정보제공수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 3D고도정보제공수단은 드론이 비행하는 지역의 고도 및 비행고도정보를 제공하기 위한 것으로, 대한민국 전역의 고도 정보를 제공할 수 있다.

상기 3D고도정보제공수단은 도 2에 도시한 바와 같이, 드론 활동 영역의 정해진 간격의 고도 정보를 저장한 공간정보DB와, 공간정보DB에서 특정한 위치의 고도를 추출하기 위한 고도 추출 어플리케이션과, 외부 어플리케이션에서 요청하는 위치의 고도를 다양한 정보로 제공하는 웹API를 포함한다.

상기 3D고도정보제공수단에 의해 제공되는 고도에 따른 비행은 상기 고도 추출 어플리케이션에 구비된 3D 비행 경로 상대 고도 적용 알고리즘에 의해 이루어질 수 있다. 도 4는 스마트 드론 관제시스템에서 3D 비행 경로 상대 고도 적용 알고리즘 설명을 위한 그래프이다.

3D비행에서 기준고도(

)는 기체가 비행할 지면에서의 고도이고, DEM기준고도(

)는 기체의 호 위치의 해발고도이며, 각 지점에서의 상대고도는 아래의 계산식에 의해 구해진다.

10: 드론모바일앱
20: 관제시스템
21: 중계서버 22: 웹서비스서버 23: 스트리밍서버
100: 드론 200: 관제실

Claims (5)

1. 드론을 제어하는 드론모바일앱(10)과, 드론의 비행을 관제하는 관제실(200)를 포함하는 관제시스템(20)에 있어서,
   상기 관제시스템(20)은 MQTT제어 어플리케이션 서비스와 MQTT브로커로 구성되어, 관제실과 드론모바일앱 사이의 메시지 송수신 중계하는 중계서버(21);
   관제 웹 서비스와 드론 상태 정보를 제공하고, 외부 API 연동 기능을 갖는 웹서비스서버(22); 및
   실시간 영상 송수신을 위한 스트리밍서버(33)를 포함하며,
   상기 드론모바일앱(10) 또는 관제시스템(20)은 3D고도정보제공수단을 더 포함하고, 상기 3D고도정보제공수단은 드론 활동 영역의 정해진 간격의 고도 정보를 저장한 공간정보DB와, 공간정보DB에서 특정한 위치의 고도를 추출하기 위한 고도 추출 어플리케이션과, 외부 어플리케이션에서 요청하는 위치의 고도를 다양한 정보로 제공하는 웹API를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 드론 관제시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 스트리밍서버(33)는 실시간 사진 송수신을 위한 파일서버를 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 스마트 드론 관제시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 중계서버(21)는 드론의 상태 정보 수신하고, 드론모바일앱에서 요청하는 정보 제공하는 것을 특징으로 하는 스마트 드론 관제시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 웹서비스서버(22)의 외부 API 연동기능은 주소 검색 정보, 날씨, 지구자기장 지수 정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 스마트 드론 관제시스템.
5. 삭제

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