KR102266235B1 - 지능형 드론 비행계획 수립방법 및 이를 이용한 드론 관제 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 지능형 드론 비행계획 수립방법은, 드론 비행특성에 따른 드론 종류를 설정하는 단계; 상기 설정된 드론이 비행할 비행지역을 설정하는 비행지역 설정 단계; 상기 설정된 비행지역에 실시간 기상정보를 반영하여 드론의 비행경로를 설정하는 비행경로 설정 단계; 상기 드론 비행경로에 맵 데이터로부터 추출된 높이를 비행경로에 반영하기 위한 알고리즘 적용 단계; 상기 맵 데이터 반영 알고리즘에 따라 비행경로에 사용자 설정 비행높이를 반영한 드론 비행계획을 도출하는 비행계획 도출 단계; 상기 비행계획 도출 단계를 통해 도출된 비행계획을 클라우드 서버에 저장하고 드론에 전송하는 비행계획 저장 및 드론 전송 단계; 상기 비행계획에 따른 드론 임무수행을 진행하고 비행정보를 수집하는 드론 임무수행 및 비행정보 수집 단계; 및 상기 비행계획, 실제 비행결과, 시뮬레이션 비행결과를 비교하고 분석하는 비행결과 비교분석 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 드론 비행계획 수립방법에 관한 것이다.

Description

지능형 드론 비행계획 수립방법 및 이를 이용한 드론 관제 시스템 {INTELLIGENT DRONE FLIGHT PLANNING METHOD AND DRONE CONTROL SYSTEM USING THE SAME}

본 발명은 맵 데이터로부터 비행경로상의 지면높이 변화를 추출하여 드론 비행계획에 반영하는 지능형 드론 비행계획 수립방법 및 이를 이용한 드론 관제 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 드론 비행경로의 위치정보에 따른 지형 등고선 데이터 등 고도 데이터를 반영하여 지능형 드론 비행계획을 수립함으로써 드론 비행구역 내에서 비행 시 지면의 고도변화에 상관없이 드론이 항상 지면으로부터 일정한 이격거리를 유지하며 비행하면서 임무수행을 할 수 있도록 하는 지능형 비행계획 수립방법 및 이를 이용한 드론 관제 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 드론(Drone)은 기체에 사람이 타지 않고 지상에서 원격조종을 통해 비행하는 무인(無人) 비행기를 의미한다.

드론을 운영하기 위해서는 오픈소스 비행 컨트롤러 기반으로 비행경로의 설정 및 이를 이용한 드론이 운영되고 있다. 드론을 운영하기 위해서는 운영하기 위해 비행구역에 따라 이에 적합한 드론을 선정하고 드론의 비행경로와 비행높이 등을 포함한 비행계획을 확정하고 관련 데이터를 드론에 전송하면 드론은 정해진 높이에서 정해진 비행경로로 드론이 비행하게 된다.

비행계획은 드론의 운영 목적에 따라 드론의 비행높이와 비행경로에 기반하여 수립 되며 비행경로를 포함한 비행계획 수립 시 드론의 비행높이에 지형지물의 높이 변화를 반영하기 어렵기 때문에 충돌을 방지하기 위하여 일반적으로 건물 또는 지상구축물 그리고 산 등의 최대 높이 보다 높은 높이에서 비행이 되도록 비행계획을 수립하는 것이 일반적이다.

그런데, 만일 산의 경사로 또는 언덕 등이 포함된 철새 도래지의 방역/방제를 위하여 비행지역으로 설정될 경우 방역의 효율을 높이기 위하여 지면과 근접한 높이, 예를 들어 1m를 유지하며 약재를 분사해야 하는 상황에서 드론의 비행높이의 조정은 매우 중요하게 된다. 기존의 드론의 비행경로 설정 시 이륙지점의 높이를 기점으로 비행높이가 결정되어 지기 때문에 경사로의 방역이 이루어질 경우 지면의 높이 변화에 따라 드론의 비행높이를 조절해 주지 못하는 경우 지면과의 일정높이를 유지할 수 없게 된다. 드론 비행계획 수립 시 지면높이 변화를 반영하기 어려웠기 때문에 지면의 높이가 변하게 되더라도 지형 또는 지형지물과의 충돌을 방지하기 위해 지형지물 높이보다 높은 고도로 드론이 비행되도록 하는 게 일반적이었다. 드론을 이용한 방제를 실시하는 경우 지면과의 높이를 일정하게 유지하지 못해 방역작업이 부실해지거나 약제의 손실율이 높아지는 문제점이 있었다.

이를 개선하기 위하여 드론 운영자가 드론에서 전송하는 화면 또는 드론운영 상황을 보면서 일일이 고도를 상황에 맞게 수정할 수도 있지만 드론의 비행계획을 미리 설정하여 자율적으로 비행하는 모드로 진행될 경우 고도 수정이 어렵고 또한 드론이 원거리에서 비행되는 상황에서는 고도를 일일이 상황에 맞게 변경하여 설정하는 것은 쉽지 않다는 문제점이 있었다.

기존 드론 운영시스템에서 드론의 고도룰 반영하기 위하여 비행경로 상의 지면높이 변화를 입력해 보는 것을 고려해 볼 수 있으나 비행 포인트 마다 지면높이 정보를 별도로 입력하는 것은 드론 운영자가 드론의 위치에 따른 높이 조건을 알 수 없기 때문에 일일이 관련 데이터를 입력하는 것은 어렵다. 따라서 높이 데이터를 맵 데이터베이스에서 확보하여 드론운행 계획상의 드론 비행경로에 따라 높이 데이터를 반영하여 드론 비행계획을 수립할 경우 기존의 문제점을 해결해 줄 수 있다.

본 발명과 관련된 선행문헌으로는 공개특허 제10-2016-0074895호(2016년 06월 29일)가 있으며, 상기 선행 문헌에는 드론의 비행 경로를 업데이트 하는 방법 및 장치가 개시되어 있으나 항로상의 운행제한 정보 등을 수집하여 항로를 수정 또는 업데이트하는 방법에 관한 것으로서 본 특허의 비행경로 상의 고도를 맵 데이터로부터 확보하고 비행계획에 반영하여 지면과의 일정 고도로 드론이 비행하도록 하는 내용과는 다르다고 할 수 있다.

대한민국 공개특허 제10-2016-0074895호(2016.06.29.)

본 발명의 목적은 드론의 비행경로를 설정함에 있어서 손쉽게 지면의 높낮이를 반영한 드론 비행경로가 설정되게 함으로써 언덕뿐만 아니라 경사가 있는 산악지역에서 드론이 운영이 되더라도 지면과의 항상 일정한 이격거리를 유지하면서 드론이 안정적으로 운영되며 임무수행을 할 수 있도록 하며, 이를 위하여 드론 비행경로 설정 시 비행경로 상의 GPS정보와 지리 정보시스템의 등고선 정보를 결합하여 드론 비행경로를 설정하는 자체 알고리즘을 적용하여 지면 높이 변화를 드론 비행 높이에 반영시킴으로써 산 또는 언덕의 경사 지면과 일정할 거리가 유지되면서 드론이 비행될 수 있도록 하는 지능형 드론 비행계획 수립방법 및 이를 이용한 드론 관제 시스템을 제공한다.

본 발명에 따른 지능형 드론 비행계획 수립방법 및 이를 이용한 드론 관제 시스템은, 드론 비행특성에 따른 드론 종류를 설정하는 단계; 상기 설정된 드론이 비행할 비행지역을 설정하는 비행지역 설정 단계; 상기 설정된 비행지역에 실시간 기상정보를 반영하여 드론의 비행경로를 설정하는 비행경로 설정 단계; 상기 드론 비행경로에 맵 데이터로부터 추출된 높이를 비행경로에 반영하기 위한 알고리즘 적용 단계; 상기 맵 데이터 반영 알고리즘에 따라 비행경로에 사용자 설정 비행높이를 반영한 드론 비행계획을 도출하는 비행계획 도출 단계; 상기 비행계획 도출 단계를 통해 도출된 비행계획을 클라우드 서버에 저장하고 드론에 전송하는 비행계획 저장 및 드론 전송 단계; 상기 비행계획에 따른 드론 임무수행을 진행하고 비행정보를 수집하는 드론 임무수행 및 비행정보 수집 단계; 및 상기 비행계획, 실제 비행결과, 시뮬레이션 비행결과를 비교하고 분석하는 비행결과 비교분석 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 비행계획 저장 및 드론 전송 단계 진행 후 클라우드 서버에 저장된 비행계획을 통한 비행 시뮬레이션 진행 여부를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 드론 임무수행 및 비행정보 수집 단계 후 비행결과 비교분석 여부를 선택하는 단계; 및 추가로 진행할 임무수행 여부를 선택하는 추가 임무수행 선택 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 드론 비행지역 설정 단계는, 상기 드론이 비행할 비행지역 설정 시, 상기 설정된 해당 비행지역의 기상정보를 클라우드 서버의 실시간 기상정보로부터 수집하여 비행지역 정보가 반영되는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 맵 데이터 반영 알고리즘 적용 단계는, 상기 드론이 비행할 비행예정 경로를 설정 시, 상기 설정된 해당 비행경로에 따른 맵 데이터를 클라우드 서버의 실시간 맵 데이터로부터 수집하여 비행경로상의 지면 높이 변화가 드론 비행계획에 반영되는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 비행 시뮬레이션 진행 여부를 선택하는 단계는, 비행 시뮬레이션 진행시, 지면 높이 변화가 반영되어 수립된 비행계획에 따라 드론이 실제 비행 시 지면 고도 변화에 따라 이상 없이 지면과 일정한 이격거리를 유지하면서 비행할 수 있는지 여부를 확인하며; 문제가 없는 것이 확인될 경우, 드론에 업로드된 비행계획에 따른 드론 임무 수행 및 비행정보 수집 단계로 진행되는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 드론 임무수행 및 비행정보 수집 단계는, 상기 드론 임무수행 중 대기환경변화의 영향을 파악하기 위하여 드론의 실제 비행좌표를 수집하여 드론비행계획 또는 비행 시뮬레이션 내용과 비교하기 위한 데이터를 수집하여 차기 유사환경 드론 비행 시 드론 비행계획을 보정할 수 있는 데이터를 확보하는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 드론 임무수행 및 비행정보 수집 단계는, 상기 드론이 임무수행 중 드론위치 및 비행경로, 드론의 거리측정 센서를 통한 지면과의 거리정보 등의 데이터를 수집하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 비행결과 비교분석 및 비행정보 저장 단계는, 드론이 실제 비행 중에 바람의 영향을 포함한 외부 대기환경 변화로 인하여 실제 드론이 계획된 비행계획상의 비행경로 또는 시뮬레이션 비행경로에 따라서 정상적으로 비행이 되었는지 그리고 만일 차이가 생겼다면 어떤 부분에서 차이가 있었는지 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 드론 관제 시스템에 있어서, 비행이 가능한 드론; 상기 드론과 무선통신으로 정보를 송수신 할 수 있는 클라우드 서버; 및 상기 드론 및 클라우드 서버와 무선통신으로 연결되어 드론의 비행계획을 수립하는 지상제어 시스템을 포함하며; 상기 클라우드 서버는, 상기 드론이 비행할 비행지역의 실시간 기상정보를 수집하는 기상정보 수집부; 상기 드론이 비행할 비행지역의 지형의 등고선과 건물 높이 데이터를 포함하는 맵 데이터를 업데이트 하여 저장하는 맵 데이터 저장부; 상기 드론이 비행할 비행지역과 비행경로를 설정 시 실시간 맵 데이터를 반영하여 사용자가 임무수행을 위해 설정한 높이 데이터가 반영된 비행계획을 저장하는 비행계획 DB 저장부; 상기 드론의 시뮬레이션 비행, 드론 비행계획 및 드론의 실제 비행결과를 분석한 DB를 저장하는 비행분석 DB 저장부; 및 상기 기상정보 수집부와 맵 데이터 저장부와 비행계획 DB 저장부 및 비행분석 DB 저장부와 연결되어 통합적으로 DB를 관리하는 통합 DB 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 지상제어 시스템은, 드론 비행경로 설정 시 드론의 비행 시작 지점과 비행 종료 지점에 따라 클라우드 서버의 맵 데이터 저장부에 저장된 등고선 및 건물 높이 데이터를 실시간 반영하고, 사용자가 드론의 임무수행을 위해 설정한 높이 데이터를 반영하여 비행계획을 도출하는 데이터 반영 알고리즘; 상기 드론의 시뮬레이션 비행과 드론 비행계획 및 드론의 실제 비행결과를 비교 분석하여 변경된 맵 데이터나 비행계획을 확인하고 DB 반영 여부를 처리하는 비행결과 분석 처리부; 및 상기 클라우드 서버에 저장된 비행계획 DB를 통한 비행 시뮬레이션을 진행하여 비행계획에 따른 드론의 실제 비행 시 지면 고도 변화에 따라 이상 없이 일정 고도로 비행할 수 있는지 여부를 확인하는 비행 시뮬레이터를 포함하며; 상기 비행결과 분석 처리부는, 임무 수행 완료시 비행계획에 따라 드론이 실제 비행을 수행하였는지를 비교 분석 할 수 있는 알고리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 드론 관제 시스템.

또한 바람직하게는, 상기 드론의 비행계획을 수립하는 지상제어 시스템은, 상기 드론의 비행계획은 실제 지도상에 3D로 비행경로가 표현되는 웹기반 플랫폼인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면, 드론의 비행경로를 설정함에 있어서 지리정보 시스템의 등고선 높이 데이터를 반영하여 드론 비행계획을 수립함으로써 지면의 높이가 변하더라도 드론이 지면과 항상 일정한 이격거리를 유지하면서 드론 비행이 가능하며 이에 따라 드론을 이용한 경사지가 포함된 철새 도래지 방재 또는 지면의 높이 변화가 있는 산림 등의 방재 목적으로 약재를 살포할 경우 지면 또는 산림 위에서 항상 일정 거리를 유지하면서 약재를 살포할 수 있어, 약재 살포 효과를 높일 수 있으며 이로 인해 약재의 사용량을 절감할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 지형의 높이변화를 반영하지 않은 일반적인 드론의 비행경로로서 드론의 처음 이륙한 지점을 기점으로 일정한 높이에서 드론이 비행하는 것을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에서 드론이 산과 같은 지형(등고선으로 표시) 위를 비행하는 드론 비행경로를 나타내기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 고도 맵 데이터가 반영된 드론 비행계획에 따라 드론이 지면과 일정 높이를 유지하면서 비행하는 것을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 드론 관제 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론 맵데이터를 반영한 드론 비행계획 수립 및 드론 운용에 대한 세부 순서를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론 임무수행 및 비행정보 수집 단계의 세부 순서를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 고도 정보가 반영된 드론 비행계획에 따라 일 예로서 다랭이논과 같은 지형에서 지면의 높이변화가 드론의 비행계획에 반영되어 드론이 지면과 일정 높이로서 비행할 수 있다는 것을 보여주기 위한 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 등고선의 높이 데이터가 비행경로에 반영되어 지변의 높이 변화가 수정된 드론 비행계획이 구현된 실제 드론 관제플랫폼(GCS)을 나타낸 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우, 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 지형의 높이 변화를 반영하지 않은 일반적인 드론의 비행경로로서 드론의 처음 이륙한 지점을 기점으로 일정한 높이에서 드론이 비행하는 것을 나타내는 도면이고, 도 2는 등고선이 도시된 지형을 비행하는 드론의 비행경로를 보다 상세하게 나타나기 위하여 위에서 내려다본 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론이 등고선 데이터가 반영되어 지면의 높이가 달라짐에도 불구하고 지면과의 일정거리를 두고 운항되는 드론 비행경로를 나타내는 도면이고 도 4는 본 발명에 따른 드론 관제 시스템을 나타내는 개념도이고, 도 5는 본 발명에 따른 지형 등고선을 반영한 드론 비행계획 수립방법을 나타내는 순서도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론 임무수행 및 비행정보 수집 단계의 세부 순서를 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 계단식 지역에서 고도 정보가 반영된 드론 비행계획에 따라 드론이 계단식 지면과 일정고도를 유지하면서 비행하는 실시예를 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 등고선의 높이 데이터가 반영된 드론 비행계획이 구현된 실제 드론 관제플랫폼(GCS)을 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 지형이 높이 변화를 반영하지 않은 일반적인 드론(10)의 비행경로(100)가 도 1에 도시된 바와 같이 나타나며, 이는 지면(200)의 지형지물에 대한 높이를 고려하여 비행경로를 설정함에 건물 또는 지상구축물 그리고 산 등의 최대높이 보다 높은 높이에서 운행되도록 높이를 높게 설정하여 운행하는 것을 나타낸다.

도 1에 도시된 드론(10)의 비행경로(100)에 지면(200)의 높낮이를 확인할 수 있도록 도 2에 도시된 바와 같이, 등고선(210) 데이터를 반영하여 비행경로(100)를 설정할 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이 지면(200)의 높낮이를 반영한 최적화된 비행경로(102)를 나타낸다.

도 3에서는 고도 맵 데이터를 드론 비행경로에 반영하기 위하여, 먼저 설정된 비행경로(100)에 대한 비행 시작 지점(110)과 비행 종료 지점(120) 및 중간 포인트들(d1 내지 d5)에 대한 GPS 좌료를 구한다.

그리고 맵 데이터로부터 GPS 좌표 지점들 포인트들에 대한 등고선 고도 정보를 획득하고, 비행경로 포인트와 등고선으로부터 얻어진 고도 정보를 반영하여 드론 비행 타겟 비행높이를 계산하여 반영하는 것을 나타낸다.

따라서, 본 발명에 따른 드론이 실제 비행경로 상의 고도 정보가 반영되어 지면의 높이가 달라짐에도 불구하고 지면과의 일정한 이격거리(d)를 두고 운항되는 드론(10)의 최적화된 비행경로(102)를 나타낸다.

포인트들은 예시적으로 d1 내지 d5로 5개의 포인트를 설정하였지만, 비행 시작 지점(110)부터 비행 종료 지점(120)까지 세분화하여 사용자의 설정에 따라 복수개의 포인트를 설정할 수 있음은 물론이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 드론 관제 시스템의 개념도를 나타내며, 드론(10)은 3축 가속도계(11), 3축 자이로스코프(12), 자력계(13), GPS 센서(14), 거리측정 센서(15) 및 비전센서(16) 등 각종 센서를 구비할 수 있으며, 무선통신을 위한 통신부(미도시)를 포함할 수 있다.

전술된 센서들은 공지된 것으로 자세한 설명은 생략한다.

드론(10)은 지상제어 시스템(30)과 무선통신으로 연결되어 정보를 송수신할 수 있으며, 지상제어 시스템(30)의 명령을 수신하여 드론의 비행을 제어될 수 있다.

클라우드 서버(20)는 지상제어 시스템(30)과 무선통신으로 연결될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 드론(10)과도 무선통신으로 연결될 수 있음은 물론이다.

따라서, 드론(10)은 클라우드 서버(20)와 무선통신으로 연결될 수 있으며 클라우드 서버(20)에 정보를 업로드 및 다운로드 진행할 수 있다.

클라우드 서버(20)는 기상정보 수집부(21)와 맵 데이터 저장부(22)와 비행 계획 DB 저장부(23)와 비행분석 DB 저장부(24) 및 통합 DB 처리부(25)를 포함할 수 있다.

기상정보 수집부(21)는 드론 비행지역을 설정하면 해당 지역의 풍향, 풍량, 기온 및 습도 등 기상정보를 실시간으로 수집하는 것을 나타낸다.

맵 데이터 저장부(22)는 지형의 등고선과 건물 높이 데이터와 같은 맵 데이터를 업데이트 하여 저장하는 것을 나타낸다.

비행계획 DB 저장부(23)는 드론 비행지역과 비행경로를 설정하고 실시간 맵 데이터를 반영하여 사용자가 임무수행을 위해 설정한 높이 데이터가 반영된 비행계획을 저장하는 것을 나타낸다.

비행분석 DB 저장부(24)는 드론의 시뮬레이션 비행, 드론 비행계획 및 드론의 실제 비행결과를 분석한 DB를 저장하는 것을 나타낸다.

통합 DB 처리부(25)는 기상 정보 수집부(21), 맵 데이터 저장부(22), 비행계획 DB 저장부(23) 및 비행분석 DB 저장부(24)와 연결되어 통합적으로 DB를 관리하는 것을 나타낸다.

지상제어 시스템(30)은 데이터 반영 알고리즘(31)과 비행결과 분석처리부(32) 및 비행 시뮬레이터(33)을 포함할 수 있다.

지상제어 시스템(30)의 데이터 반영 알고리즘(31)은 드론 비행경로(100) 설정 시 드론의 비행 시작 지점(110)과 비행 종료 지점(120)에 따라 클라우드 서버(20)의 맵 데이터 저장부(22)에 저장된 등고선 및 건물 높이 데이터가 반영될 수 있도록 맵 데이터를 실시간으로 반영할 수 있으며, 사용자가 드론의 임무수행을 위해 설정한 높이 데이터를 반영하여 비행계획을 도출할 수 있는 것을 나타낸다.

비행결과 분석처리부(32)는 드론의 시뮬레이션 비행, 드론 비행계획 및 드론의 실제 비행결과를 비교 분석하여 변경된 맵 데이터나 비행계획을 확인하고 DB에 반영여부를 처리할 수 있다.

따라서, 변경된 사항이 있는 경우 클라우드 서버(20)의 맵 데이터 저장부(22)에 저장된 맵 데이터에 변경사항을 반영하거나 비행계획 DB 저장부(23)에 저장된 비행계획 DB에 변경사항을 반영하거나 맵 데이터 저장부(22) 및 비행계획 DB 저장부(23)에 모두 변경사항을 반영할 수 있다.

이것에 의해 추후 동일한 비행지역 또는 비행경로 설정 시 클라우드 서버(20)의 DB를 통하여 저장된 데이터를 불러와서 임무수행을 진행할 수 있다.

비행 시뮬레이터(33)는 클라우드 서버(20)에 저장된 비행계획 DB를 통한 비행 시뮬레이션을 진행하여, 비행계획에 따른 드론의 실제 비행 시 지면 고도 변화에 따라 이상 없이 일정 고도로 비행할 수 있는지 여부를 확인하는 것을 나타낸다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 지형 등고선을 반영한 드론 비행계획 수립방법을 나타내며, 드론 비행특성에 따른 드론 종류 설정 단계(S100)는 산림 방제 또는 산림 감시 등 드론 비행특성에 맞는 드론 종류를 설정할 수 있으며, 다음으로, 드론 비행지역 설정 단계(S110)에서는 상기 단계(S100)에서 설정된 드론이 비행할 비행지역을 설정할 수 있다.

다음으로, 드론 비행지역 설정 단계(S110)에서 비행지역을 설정하면, 설정된 비행지역에 따른 기상정보를 클라우드 서버(20)의 실시간 기상정보로부터 수집하는 실시간 기상정보 수집 단계(S111)에서 실시간으로 풍향, 풍량, 기온 및 습도 등과 같은 기상정보가 수집될 수 있다.

다음으로, 드론 비행경로 설정 단계(S120)에서 설정된 비행지역에 비행할 드론의 비행경로를 설정하도록 비행 시작 지점(110)과 비행 종료 지점(120)을 선택하여 비행경로를 설정할 수 있다.

다음으로, 맵 데이터 반영 알고리즘 적용 단계(S130)는 드론 비행경로 설정 단계(S120)에서 드론이 비행할 비행예정 경로를 설정하면 맵 데이터 반영 단계(S121)에서 설정된 비행경로에 따른 등고선 및 건물 높이 데이터를 실시간으로 클라우드 서버(20)에 저장된 맵 데이터 저장부의 DB를 자동적으로 반영하여 지면 고도 변화에 따른 맵 데이터를 생성한다.

다음으로, 비행계획 도출 단계(S140)에서는 맵 데이터 반영 알고리즘 적용 후 사용자 설정에 따른 높이 데이터가 반영된 비행계획을 도출한다.

즉, 사용자가 원하는 지면과의 이격거리(예: 0.5m~2m)를 설정하면 해당 이격거리 만큼 높이 데이터가 자동적으로 비행경로에 반영되어 최적화된 비행경로에 따른 드론 비행계획을 도출한다.

다음으로, 비행계획 저장 및 드론 전송 단계(S150)에서는 상기 단계(S140)에서 도출된 비행계획을 클라우드 서버(20)에 저장하고 드론(10)에 전송한다.

비행 시뮬레이션 진행 여부를 선택하는 단계(S160)에서는 클라우드 서버(20)의 비행계획 DB 저장부(23)에 저장된 비행계획을 통한 비행 시뮬레이션 진행 여부를 선택하며, 비행 시뮬레이션 진행시, 비행계획에 따른 드론의 실제 비행 시 지면 고도 변화에 따라 이상 없이 일정 고도로 비행할 수 있는지 여부를 확인하며, 이상 상태가 확인되는 경우 드론 비행지역 설정 단계(S110)로 진행되고, 이상 상태가 확인되지 않는 경우 다음 단계로 진행된다.

드론 임무수행 및 비행정보 수집 단계(S170)는 드론이 비행계획에 따라 정상적으로 비행이 되었는지를 확인하기 위한 비행정보를 수집하는 단계로서 드론의 위치, 비행경로, 비행높이 등 드론의 임무수행에 상황에 대한 정보를 수집하는 단계를 포함한다.

여기서 임무수행은 산림방재 또는 산림감시를 의미할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 드론을 통한 물류 배송, 교통 등 다른 용도로 사용될 수 있음은 물론이다.

드론 임무수행 및 비행정보 수집 단계(S170) 진행 중 사용자가 설정한 설정값을 일정 기준(예: ± 0.3m)이상 벗어나는 경우, 비상정지 단계(S171)로 진행되며, 비상정지와 동시에 임무수행 일시정지 단계(S172)로 진행되고, 설정값으로 이격거리 조정 단계(S173)로 진행되며, 설정값으로 이격거리가 조정되면, 임무수행 일시정지 해제 단계(S174)와 동시에 조정된 이격거리로 드론 비행 및 비행 정보수집 단계(S175)로 진행될 수 있다.

비행계획에 따른 드론 임무수행 및 비행정보 수집 단계(S170) 비행계획에 따른 임무수행을 진행하며, 드론 임무수행 중 드론의 거리측정 센서(15)를 통해 지면(200)과의 이격거리(d)를 확인하여 비상정지 여부를 확인한다.

비상정지 단계(S171)는 거리측정 센서(15)를 통해 지면(200)과의 이격거리(d)가 설정값을 일정기준(예: ±0.3m) 이상 벗어날 경우 비상정지를 진행하며, 상기 비상정지와 동시에 드론이 호버링(hovering) 상태로 전환되며, 진행 중이던 임무수행을 일시 정지하는 임무수행 일시정지 단계(S172)로 진행된다.

다음으로, 설정값으로 이격거리 조정 단계(S173)에서는 드론(10)의 거리측정 센서(15)틀 통해 지면과의 거리가 설정값으로 이격거리(d)를 조정한다.

다음으로 임무수행 일시정지 해제 단계(S174)에서 상기 설정값으로 이격거리가 조정됨과 동시에 임무수행 일시정지를 해제하여 임무수행을 계속 진행한다.

조정된 이격거리로 드론 비행 및 비행정보 수집단계(S175)에서는 조정된 지면과의 이격거리 값으로 드론이 비행하며 임무를 수행하고, 변경된 내용에 따른 비행정보를 수집할 수 있다.

이것에 의해, 드론이 지면과 항상 일정한 이격거리를 유지하면서 드론 비행이 가능하며 이에 따라 드론을 이용한 경사지가 포함된 철새 도래지 방재 또는 지면의 높이 변화가 있는 산림 등의 방재 목적으로 약재를 살포할 경우 지면 또는 산림 위에서 항상 일정 거리를 유지하면서 약재를 살포할 수 있어, 약재 살포 효과를 높일 수 있으며, 이격거리(d)가 설정값을 벗어나는 경우에 약재 살포를 일시 중단하여 이로 인해 약재의 사용량을 절감할 수 있는 효과를 가진다.

다음으로, 임무수행 및 비행정보 수집 완료 후 비행결과 비교분석 여부를 선택하는 단계(S180)에서는 비행 시뮬레이션 진행한 경우 시뮬레이션 비행 정보와 드론 비행계획 정보 및 실제 비행시 수집된 비행정보를 비교하여 변경된 맵 데이터 또는 비행계획을 확인하고 클라우드 서버(20)의 맵 데이터 저장부(22) 또는 비행계획 DB 저장부(23)에 반영하며, 비행 시뮬레이션을 진행하지 않은 경우 드론 비행계획 정보와 실제 비행시 수집된 비행정보를 비교하여 변경된 맵 데이터 또는 비행계획을 확인하고 클라우드 서버(20)의 맵 데이터 저장부(22) 또는 비행계획 DB 저장부(23)에 반영한다.

추가 임무수행 선택 단계(S195)에서는 추가로 진행할 임무수행 여부를 선택하며, 추가 임무수행을 진행하는 경우 드론 비행특성에 따른 드론 종류 설정 단계로 진행되며, 추가 임무수행을 진행하지 않는 경우 종료되는 것을 나타낸다.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 다랭이논과 같이 높이변화가 급격히 있는 지역에서 드론이 고도 정보가 반영된 드론 비행계획에 따라 지면으로부터 일정고도를 유지하면서 비행하는 실시예를 나타내며, 드론의 비행경로(100)는 지변의 고도변화 정보를 반영하지 않아 드론이 초기에 설정된 비행높이로 비행하는 드론의 비행경로를 나타낸 것이며 본 발명에 따르면 드론(10)은 맵 데이터로부터 높이데이터를 추출하여 지변의 높이변화(h1, h2, h3 등)가 본 발명의 알고리즘에 따라 드론 비행계획에 반영되어 드론(10)이 지면 높이가 변화되더라도(h1 → h2 → h3) 지면과의 일정한 이격거리(d)를 유지하면서 비행되는 예를 나타낸다.

이것에 의해, 드론(10)을 이용한 산악지역 제선충 방제 또는 언덕지역이 포함된 철새도래지 방제 등의 목적으로 드론을 운영하는 상황에서 드론이 산악지대의 지면(200)과의 일정 높이로 운행시켜야 하는 상황이 발생될 경우, 즉 지면의 높이 변화에도 불구하고 지면과의 일정한 이격거리를 두고 운행되어야 하는 경우, 드론(10)이 절대 높이로 비행되는 것이 아닌 지면(200)과의 상대 높이가 반영된 드론 비행계획을 수립하여 효과적인 방제가 가능하게 된다.

또한, 다랭이 논은 산등성이에 구성된 논으로서 드론을 이용하여 방제 할 경우 각각의 다랭이 논 마다 각각의 높이 데이터를 이용한 개별적인 드론비행 계획을 수립 및 방재를 해야 해서 매 다랭이 논마다 높이를 설정하여 비행계획을 새롭게 수립해야 하는 불편함이 있었다. 그러나 본 발명에서는 다랭이논 들에 대한 높이 변화 데이터를 반영할 수 있기 때문에 여러 다랭이논을 연이어 방재하도록 비행계획을 수립하더라도 각각의 다랭이논과의 일정높이를 유지하면서 효과적인 방제가 가능하게 된다.

도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 등고선의 높이 데이터가 반영된 드론 비행계획이 구현된 실제 드론 관제 플랫폼(GCS)을 나타낸다.

드론 비행을 위한 비행고도 기준을 나타내는 제1 비행 고도(150)와 등고선 고도 데이터 및 사용자 설정에 의한 임무수행을 위한 높이 설정값이 반영된, 즉 비행계획이 반영된 비행고도를 나타내는 제2 비행 고도(155)가 표시되어, 비행계획을 오픈 소스가 아닌 별도의 실제 지도상의 3D로 비행경로가 표현되는 웹기반 플랫폼을 나타낸다.

웹기판 플랫폼은 HTML(Hyper Text Markup Language)과 자바 스크립트를 기본적으로 사용하는 방식으로, CPU 변경에 따른 응용 프로그램의 종속성을 최소화한 자바 기반 SW 플랫폼 방식과 유사하여 HW에 대한 응용 프로그램의 종속성을 줄일 수 있다.

웹기반 플랫폼은 HTML 및 자바 스크립트를 처리할 수 있는 웹 엔진을 두고 웹 엔진에서 HW 종속성을 완화시켜 줄 수 있으며, 웹 응용이 디바이스 상에서 최적 실행되도록 웹 브라우저와 운영체제가 겹합된 플랫폼을 나타낸다.

이것에 의해, 드론(10)의 비행경로(100)를 설정함에 있어서 사용자가 손쉽게 지면(200)의 높낮이를 반영하여 최적화된 비행경로(102)가 설정되게 함으로써 평지뿐만 아니라 산악지역에서 드론(10)이 운영이 되더라도 지면(200)과의 일정한 이격거리(d)를 유지하면서 드론이 안정적으로 운영될 수 있도록 하여 드론 비행경로를 설정하고 알고리즘을 적용하여 자동화시킴으로써 산 또는 언덕을 통과하는 드론경로 설정 시에 산의 지면 기울기를 반영하여 산의 지면과 일정한 이격거리를 유지하면서 드론이 운항될 수 있도록 하는 것을 나타낸다.

상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 적용 및 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구 범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

지금까지 본 발명에 따른 지능형 드론 비행계획 수립방법 및 이를 이용한 드론 관제시스템에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러가지 실시 변형이 가능함은 자명하다. 그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술 될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 드론 20: 클라우드 서버
21: 기상 정보 수집부 22: 맵 데이터 저장부
23: 비행계획 DB 저장부 24: 비행분석 DB 저장부
25: 통합 DB 처리부 30: 지상제어 시스템
31: 데이터 반영 알고리즘 32: 비행결과 분석처리부
33: 비행 시뮬레이터 100: 비행경로
102: 최적화된 비행경로 110: 비행 시작 지점
120: 비행 종료 지점 150: 제1 비행 고도
155: 제2 비행 고도 200: 지면
210: 등고선 d: 이격 거리
h: 지면 높이

Claims (12)

1. 드론 비행특성에 따른 드론 종류를 설정하는 단계;
   상기 설정된 드론이 비행할 비행지역을 설정하는 비행지역 설정 단계;
   상기 설정된 비행지역에 실시간 기상정보를 반영하여 드론의 비행경로를 설정하는 비행경로 설정 단계;
   상기 드론 비행경로에 맵 데이터로부터 추출된 높이를 비행경로에 반영하기 위한 알고리즘 적용 단계;
   상기 맵 데이터 반영 알고리즘에 따라 비행경로에 사용자 설정 비행높이를 반영한 드론 비행계획을 도출하는 비행계획 도출 단계;
   상기 비행계획 도출 단계를 통해 도출된 비행계획을 클라우드 서버에 저장하고 드론에 전송하는 비행계획 저장 및 드론 전송 단계;
   상기 비행계획에 따른 드론 임무수행을 진행하고 비행정보를 수집하는 드론 임무수행 및 비행정보 수집 단계; 및
   상기 비행계획, 실제 비행결과, 시뮬레이션 비행결과를 비교하고 분석하고 비행 결과를 저장하는 비행결과 비교분석 단계를 포함하며;
   상기 드론 임무수행 및 비행정보 수집 단계는,
   상기 드론 임무수행 중 대기환경변화의 영향을 파악하기 위하여 드론의 실제 비행좌표를 수집하고 드론비행계획 또는 비행 시뮬레이션 내용과 비교하기 위한 데이터를 수집하여 차기 유사환경 드론 비행 시 드론 비행계획을 보정할 수 있는 데이터를 확보하는 것을 특징으로 하는 지능형 드론 비행계획 수립방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 비행계획 저장 및 드론 전송 단계 진행 후
   클라우드 서버에 저장된 비행계획을 통한 비행 시뮬레이션 진행 여부를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 드론 비행계획 수립방법.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 드론 임무수행 및 비행정보 수집 단계 후
   실제 비행결과를 드론비행계획 또는 시뮬레이션 비행계획과 비교분석 여부를 선택하는 단계; 및
   추가로 진행할 임무수행 여부를 선택하는 추가 임무수행 선택 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 드론 비행계획 수립방법.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 드론 비행지역 설정 단계는,
   상기 드론이 비행할 비행지역 설정 시, 상기 설정된 해당 비행지역의 기상정보를 클라우드 서버의 실시간 기상정보로부터 수집 반영하여 드론 비행계획에 따른 실제 비행과 드론 비행계획 간의 차이를 줄이는 것을 특징으로 하는 지능형 드론 비행계획 수립방법.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 맵 데이터 반영 알고리즘 적용 단계는,
   상기 드론이 비행할 비행예정 경로를 설정 시, 상기 설정된 해당 비행경로에 따른 높이 데이터를 클라우드 서버의 실시간 맵 데이터로부터 추출하여 비행높이에 지면의 높이변화가 반영되어 드론이 지면으로부터 일정한 이격간격으로 비행할 수 있도록 비행계획을 수립하는 것을 특징으로 하는 지능형 드론 비행계획 수립방법.
   
6. 청구항 2에 있어서,
   상기 비행 시뮬레이션 진행 여부를 선택하는 단계는,
   비행 시뮬레이션 진행시, 지면 높이 변화가 반영되어 수립된 비행계획에 따라 드론이 실제 비행 시 지면 고도 변화에 따라 이상 없이 지면과 일정한 이격거리를 유지하면서 비행할 수 있는지 여부를 확인하며;
   문제가 없는 것이 확인될 경우, 드론에 업로드된 비행계획에 따른 드론 임무 수행 및 비행정보 수집 단계로 진행되는 것을 특징으로 하는 지능형 드론 비행계획 수립방법.
   
7. 삭제
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 드론 임무수행 및 비행정보 수집 단계는,
   상기 드론이 임무수행 중 드론위치 및 비행경로, 드론의 거리측정 센서를 통한 지면과의 거리정보 등의 데이터를 수집하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 드론 비행계획 수립방법.
   
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 비행결과 비교분석 및 비행정보 저장 단계는,
   드론이 실제 비행 중에 바람의 영향을 포함한 외부 대기환경 변화로 인하여 실제 드론이 계획된 비행계획상의 비행경로 또는 시뮬레이션 비행경로에 따라서 정상적으로 비행이 되었는지 그리고 만일 차이가 생겼다면 어떤 부분에서 차이가 있었는지 분석하고 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 드론 비행계획 수립방법.
   
10. 드론 관제 시스템에 있어서,
    비행이 가능한 드론;
    상기 드론과 무선통신으로 정보를 송수신 할 수 있는 클라우드 서버; 및
    상기 드론 및 클라우드 서버와 무선통신으로 연결되어 드론의 비행계획을 수립하는 지상제어 시스템을 포함하며;
    상기 클라우드 서버는,
    상기 드론이 비행할 비행지역의 실시간 기상정보를 수집하는 기상정보 수집부;
    상기 드론이 비행할 비행지역의 지형의 등고선과 건물 높이 데이터를 포함하는 맵 데이터를 업데이트 하여 저장하는 맵 데이터 저장부;
    상기 드론이 비행할 비행지역과 비행경로를 설정 시 실시간 맵 데이터를 반영하여 사용자가 임무수행을 위해 설정한 높이 데이터가 반영된 비행계획을 저장하는 비행계획 DB 저장부;
    상기 드론의 시뮬레이션 비행, 드론 비행계획 및 드론의 실제 비행결과를 분석한 DB를 저장하는 비행분석 DB 저장부; 및
    상기 기상정보 수집부와 맵 데이터 저장부와 비행계획 DB 저장부 및 비행분석 DB 저장부와 연결되어 통합적으로 DB를 관리하는 통합 DB 처리부를 포함하며;
    상기 드론은 비행계획에 따른 임무수행 중 대기환경변화의 영향을 파악하기 위하여 드론의 실제 비행좌표를 수집하고 드론비행계획 또는 비행 시뮬레이션 내용과 비교하기 위한 데이터를 수집하여 차기 유사환경 드론 비행 시 드론 비행계획을 보정할 수 있는 데이터를 확보하는 것을 특징으로 하는 드론 관제 시스템.
    
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 지상제어 시스템은,
    드론 비행경로 설정 시 드론의 비행 시작 지점과 비행 종료 지점에 따라 클라우드 서버의 맵 데이터 저장부에 저장된 등고선 및 건물 높이 데이터를 실시간 반영하고, 사용자가 드론의 임무수행을 위해 설정한 높이 데이터를 반영하여 비행계획을 도출하는 데이터 반영 알고리즘;
    상기 드론의 시뮬레이션 비행과 드론 비행계획 및 드론의 실제 비행결과를 비교 분석하여 변경된 맵 데이터나 비행계획을 확인하고 DB 반영 여부를 처리하는 비행결과 분석 처리부; 및
    상기 클라우드 서버에 저장된 비행계획 DB를 통한 비행 시뮬레이션을 진행하여 비행계획에 따른 드론의 실제 비행 시 지면 고도 변화에 따라 이상 없이 일정 고도로 비행할 수 있는지 여부를 확인하는 비행 시뮬레이터를 포함하며;
    상기 비행결과 분석 처리부는,
    임무 수행 완료시 비행계획에 따라 드론이 실제 비행을 수행하였는지를 비교 분석 할 수 있는 알고리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 드론 관제 시스템.
    
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 드론의 비행계획을 수립하는 지상제어 시스템은,
    상기 드론의 비행계획은 실제 지도상에 3D로 비행경로가 표현되는 웹기반 플랫폼인 것을 특징으로 하는 드론 관제 시스템.
    

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