KR102297624B1 - 송전 구조물 감시용 무인항공기의 비행경로 설정 장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 송전 구조물 감시용 무인항공기의 비행경로 설정 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 따른 송전 구조물 감시용 무인항공기의 비행경로 설정 장치는, 하나 이상의 송전 구조물의 다수의 다리 중 어느 하나를 기준으로 측정된 위치좌표를 이용하여 송전 구조물의 기준좌표를 선정하기 위한 구조물 기준좌표 선정부; 상기 기준좌표와 송전 구조물 정보를 이용하여 상기 송전 구조물의 감시하려는 지점에 대한 감시좌표를 선정하기 위한 구조물 감시좌표 선정부; 및 상기 감시좌표에 안전 이격거리가 반영된 경로점을 생성하여 무인항공기의 비행경로를 설정하기 위한 경로점 생성부;를 포함한다.
Description
본 발명은 송전 구조물 감시용 무인항공기의 비행경로 설정 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 송전 구조물의 감시하려는 지점에 대해 안전 이격거리가 반영된 경로점에 따라 비행경로를 설정함으로써 무인항공기의 자율비행시 GPS 측정 오차로 인해 무인항공기의 송전 구조물의 충돌을 방지하기 위한, 송전 구조물 감시용 무인항공기의 비행경로 설정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
송전 구조물은 전력을 송전하기 위한 구조물로서, 가공(架空) 또는 지중(地中)으로 설치될 수 있다.
특히, 송전 구조물은 가공 상태로 설치되는 경우에, 전력을 수송 또는 연계하는 전선인 송전선로, 송전선로를 공중에 지지하는 철탑인 송전탑, 송전탑과 송전선로를 연결하는 애자 등으로 이루어질 수 있다.
이러한 송전 구조물은 자연환경(낙뢰, 폭우, 태풍 등)에 노출되어 손상될 가능성이 높기 때문에 정기적인 점검이 필요하다.
기존에는 작업자가 송전 구조물을 직접 육안으로 점검하였다. 그런데 송전 구조물은 활선상태일 때, 초고전압 전력이 송전되는 송전선로, 송전탑, 애자, 클램프 등에 수 만 볼트(V)의 고압 전기가 흐른다.
작업자는 활선상태의 송전 구조물이 매우 위험하므로, 활선상태의 송전선로를 정지시킨 후 작업을 수행해야 한다. 즉, 이 경우는 작업자가 송전 구조물을 감시하는 시기가 제한될 수 밖에 없다.
그리고, 이 경우는 작업자가 수십 미터의 공중에 설치된 송전선로에 올라가 육안으로 점검하기 때문에 작업자의 추락에 의한 안전사고가 발생할 가능성이 있다. 이처럼 기존에는 송전선로를 점검하기 위해 고려되어야 할 사항들이 많기 때문에 비용 지불이 상당하며, 그에 따라 점검 작업 효율성이 떨어질 수 밖에 없다.
한편, 최근에는 드론(drone) 등의 무인항공기(Unmmaned Aerial Vehicle, UAV)를 이용하여 송전선로를 점검하는 방식이 제안되고 있다. 이러한 방식은 작업자에 의한 점검 방식에서 고려되어야 할 사항들이 대부분 해소되기 때문에 작업자에 의한 점검 방식에 비해 효율적이라고 할 수 있다.
무인항공기를 이용한 점검 방식은 송전선로를 순시점검할 때 저속, 초저속, 공중 정지 비행(hovering, 호버링) 등의 비행모드로 동작 가능하기 때문에, 회전익 무인항공기(예, 헬기, 멀티콥터 드론)가 고정익 무인항공기(즉, 항공기의 동체에 고정된 날개)에 비해 가공 송전선로 점검에 적합하다. 여기서, 회전익 무인항공기는 송전선로를 감시하기 위한 장치로서, 고해상도/열화상/UV 카메라를 부가적으로 장착될 수 있다.
배전선로는 전주(장주)의 높이가 높지 않고 전주과 전주사이의 간격이 가깝다. 하지만, 대용량 전력수송에 이용되는 송전선로와 철탑의 높이는 배전선로의 전주에 비해 상대적으로 높고 국내의 표준 철탑기준을 보면 철탑과 철탑사이의 간격이 450m 이상 멀리 떨어져 위치하고 있다.
이와 같은 이유로, 조종자는 멀리 떨어진 송전선로 또는 철탑을 무인항공기를 이용하여 점검하려는 경우에, 멀리 떨어진 무인항공기를 육안으로 식별하여 정밀하게 조종하기 곤란할 수 있다.
따라서, 무인항공기는 사전에 설정된 비행경로를 따라 비행하는 자율비행 모드(auto pilot mode)로 동작될 필요가 있다.
무인항공기가 자율비행을 수행하기 위해서는 세부적인 경로점(way point) 생성과 명령 지정이 필요하므로 많은 수의 경로점이 필요하다. 하지만, 이러한 과정에서는 송전선로가 설치되어 있는 지형, 지물을 3차원으로 표현하고, 철탑의 형상정보를 3차원으로 리모델링하여 3차원으로 입체화된 지형 및 지물과 철탑의 위치정보를 기준으로 3차원 공간상에 원하는 위치를 선정하고 기준위치를 선정해야 한다. 즉, 이러한 방식은 3차원 모델링을 통한 경로점 설정과정에 있어서 초기 프로그래밍에 많은 시간과 비용이 소요되어 실용화를 위한 연구가 많이 필요한 실정이다.
또한, 무인항공기는 송전선로의 늘어짐(처짐) 현상과 철탑 구조의 돌출부 구조로 인해 GPS 측정에 오차가 발생될 수 있다. 그리고, 무인항공기는 전자계의 간섭과 여러 가지 기상재해에 의해서도 GPS 측정 오차가 발생되어 충돌할 위험성이 존재한다.
따라서, 무인항공기가 자율비행을 수행하여 가공 송전선로를 점검하기 위해서는 현장의 GPS 측정 오차를 고려하여 무인항공기의 비행경로를 설정할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 송전 구조물의 감시하려는 지점에 대해 안전 이격거리가 반영된 경로점에 따라 비행경로를 설정함으로써 무인항공기의 자율비행시 GPS 측정 오차로 인해 무인항공기의 송전 구조물의 충돌을 방지하기 위한, 송전 구조물 감시용 무인항공기의 비행경로 설정 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 송전 구조물 감시용 무인항공기의 비행경로 설정 장치는, 하나 이상의 송전 구조물의 다수의 다리 중 어느 하나를 기준으로 측정된 위치좌표를 이용하여 송전 구조물의 기준좌표를 선정하기 위한 구조물 기준좌표 선정부; 상기 기준좌표와 송전 구조물 정보를 이용하여 상기 송전 구조물의 감시하려는 지점에 대한 감시좌표를 선정하기 위한 구조물 감시좌표 선정부; 및 상기 감시좌표에 안전 이격거리가 반영된 경로점을 생성하여 무인항공기의 비행경로를 설정하기 위한 경로점 생성부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 비행경로의 경로점 정보를 상기 무인항공기로 전송하기 위한 비행경로 전송부;를 더 포함할 수 있다.
상기 송전 구조물의 기준좌표는, 상기 송전 구조물의 다수의 다리들의 중심점 위치좌표일 수 있다.
상기 감시좌표는, 상기 송전 구조물의 크로스암에서 송전선로를 지지하는 종단의 위치좌표일 수 있다.
상기 송전 구조물 정보는, 지상에서 상기 송전 구조물의 크로스암까지의 높이, 각 높이에서 상기 송전 구조물의 중심점에서 크로스암의 종단까지의 길이가 포함될 수 있다.
상기 경로점 생성부는, 상기 무인항공기가 비행경로의 경로점에 도달함에 따라 해당 경로점에서 송전 구조물의 촬영을 위해 상기 무인항공기의 자세제어용 상태정보를 설정할 수 있다.
상기 무인항공기의 자세제어용 상태정보는, 해당 경로점 주변의 스캐닝 동작을 위한 제어정보로서, 스캐닝 경로정보, 스캐닝 시간정보, 스캐닝 각도, 카메라 헤드 방향설정을 위한 비행각도가 포함될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 송전 구조물 감시용 무인항공기의 비행경로 설정 방법은, 하나 이상의 송전 구조물의 다수의 다리 중 어느 하나를 기준으로 측정된 위치좌표를 이용하여 송전 구조물의 기준좌표를 선정하는 단계; 상기 기준좌표와 송전 구조물 정보를 이용하여 상기 송전 구조물의 감시하려는 지점에 대한 감시좌표를 선정하하는 단계; 및 상기 감시좌표에 안전 이격거리가 반영된 경로점을 생성하여 무인항공기의 비행경로를 설정하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 설정 단계 이후에, 상기 비행경로의 경로점 정보를 상기 무인항공기로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 설정 단계는, 상기 무인항공기가 비행경로의 경로점에 도달함에 따라 해당 경로점에서 송전 구조물의 촬영을 위해 상기 무인항공기의 자세제어용 상태정보가 설정될 수 있다.
본 발명은 송전 구조물의 감시하려는 지점에 대해 안전 이격거리가 반영된 경로점에 따라 비행경로를 설정함으로써 무인항공기의 자율비행시 GPS 측정 오차로 인해 무인항공기의 송전 구조물의 충돌을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 현장에서 GPS의 오차범위(자연현상, 전자계, 예상치 못한 위험상황)를 고려하여 실제 철탑 기준점의 측량값을 측정한 뒤, 안전이격거리를 생성한 후, 무인항공기의 자율비행을 위한 비행경로를 선정함으로써 GPS 오차가 발생하더라도 안전하게 송전 구조물(배전 구조물 포함)을 감시할 수 있다.
또한, 본 발명은 무인항공기를 원격에서 무선 제어할 경우 현장에서 간단하게 GPS 기준으로 손쉽게 경로점(경로, 고도, 속도 등을 생성하여 사전의 복잡한 준비 및 시행착오를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 GPS에서 얻은 송전 구조물 정보와 실제 사용되는 송전탑 DB를 참조하여 무인항공기의 경로점을 설정하므로 오차를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 송전 구조물의 경로점에 안전 이격거리를 설정하여 고가의 무인항공기의 추락을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 송전 구조물 감시용 무인항공기의 비행경로 설정 장치에 대한 도면,
도 2a 내지 도 2d는 송전탑의 기준좌표 선정을 나타낸 도면,
도 3a는 실제 송전탑 DB에 저장된 송전탑 정보를 나타낸 도면,
도 3b는 송전탑의 감시좌표 선정을 나타낸 도면,
도 4a는 감시좌표에 대해 안전 이격거리가 반영된 좌표를 나타낸 도면,
도 4b는 무인항공기의 스캐닝 동작을 나타낸 도면,
도 5a는 단일 송전탑에 대한 비행경로의 경로점 생성을 나타낸 도면,
도 5b는 복수의 송전탑에 대한 비행경로의 경로점 생성을 나타낸 도면,
도 6a는 일조암 구조의 송전 구조물에 적용하는 예를 나타낸 도면,
도 6b는 관형지지물의 송전 구조물에 적용하는 예를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 송전 구조물 감시용 무인항공기의 비행경로 설정 방법에 대한 도면이다.
도 2a 내지 도 2d는 송전탑의 기준좌표 선정을 나타낸 도면,
도 3a는 실제 송전탑 DB에 저장된 송전탑 정보를 나타낸 도면,
도 3b는 송전탑의 감시좌표 선정을 나타낸 도면,
도 4a는 감시좌표에 대해 안전 이격거리가 반영된 좌표를 나타낸 도면,
도 4b는 무인항공기의 스캐닝 동작을 나타낸 도면,
도 5a는 단일 송전탑에 대한 비행경로의 경로점 생성을 나타낸 도면,
도 5b는 복수의 송전탑에 대한 비행경로의 경로점 생성을 나타낸 도면,
도 6a는 일조암 구조의 송전 구조물에 적용하는 예를 나타낸 도면,
도 6b는 관형지지물의 송전 구조물에 적용하는 예를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 송전 구조물 감시용 무인항공기의 비행경로 설정 방법에 대한 도면이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 송전 구조물 감시용 무인항공기의 비행경로 설정 장치에 대한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 송전 구조물 감시용 무인항공기의 비행경로 설정 장치(이하 "비행경로 설정 장치"라 함, 100)는, 송전 구조물(예를 들어, 송전 또는 배전을 위한 송전라인, 송전탑, 애자, 클램프 등)에 대해 무인항공기의 자율비행을 위한 비행경로의 경로점(way point)을 생성한 후, 선정된 경로점들을 토대로 비행경로(flight path)를 설정한다.
그런데, 비행경로 설정 장치(100)는 무인항공기의 자율비행시 송전 구조물과의 충돌을 고려하여 비행경로의 경로점을 생성한다. 이와 같이 안전한 비행경로의 경로점을 생성하는 것은 무인항공기와 송전 구조물의 충돌로 발생하는 막대한 피해를 방지하기 위해 중요하다. 이처럼, 무인항공기는 송전 구조물과의 충돌 없이 자율비행을 통해 송전 구조물에 대한 고장 또는 불량을 확인, 감시 및 점검할 수 있다.
바람직하게, 비행경로 설정 장치(100)는 송전 구조물 중 송전탑에 대한 무인항공기의 자율비행을 위한 비행경로 설정 과정을 진행한다.
이러한 비행경로 설정 장치(100)는 구조물 기준좌표 선정부(110), 구조물 감시좌표 선정부(120), 경로점 생성부(130), 비행경로 전송부(140)를 포함할 수 있다.
구조물 기준좌표 선정부(110)는 관리자에 의해 측정된 위치좌표를 이용하여 송전 구조물(즉, 송전탑)의 기준좌표를 선정한다. 이에 대한 설명은 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 설명하기로 한다. 도 2a 내지 도 2d는 송전탑의 기준좌표 선정을 나타낸 도면이다. 여기서는 송전 구조물이 4각 송전탑(4개의 다리로 지지하는 송전탑)이고, 송전 구조물의 기준좌표가 4각 송전탑의 중심점 위치좌표인 경우를 예를 들어 설명하기로 한다. 송전 구조물의 기준좌표는 송전탑의 중심점 위치좌표가 아닌 송전탑을 나타내는 다른 위치좌표일 수 있으나, 편의상 송전탑의 중심점 위치좌표로 선정되는 것이 바람직하다.
먼저, 관리자는 감시하려는 송전탑의 4각(A각, B각, C각, D각) 중 하나를 기준으로 삼고, 수직방향으로 임의의 거리가 떨어진 지점으로 이동하여 해당 지점의 위치좌표를 측정한다.
도 2a를 참조하면, 관리자는 4각 송전탑(201)의 4각 중 하나인 A각을 기준으로 삼고, A각을 기준으로 X축 방향의 수직거리가 5m 떨어진 지점으로 이동하여 해당 지점의 위치좌표 (a,b,c)를 측정한다. 여기서, 좌표값 a, b는 GPS 수신기를 통해 확인될 수 있고, 좌표값 c는 고도계를 통해 확인될 수 있다.
이를 토대로, 구조물 기준좌표 선정부(110)는 관리자에 의해 측정된 해당 지점의 위치좌표를 이용하여 송전탑(201)의 기준좌표를 선정할 수 있다.
도 2a와 같이, 구조물 기준좌표 선정부(110)는 관리자에 의해 측정된 이동지점 위치좌표 (a,b,c)를 이용하여 A각 위치좌표 (a-5,b,c)를 선정하고, 그에 따라 송전탑(201)의 중심점 위치좌표 (a-5-X,b+Y,c)를 선정한다. 송전탑(201)의 중심점 위치좌표는 송전탑의 4각의 중심점 위치좌표이다. 이때, 구조물 기준좌표 선정부(110)는 선정된 위치좌표에 대해 실제 지형정보가 반영된 보정작업을 수행할 수 있다.
도 2b 내지 도 2d를 참조하면, 구조물 기준좌표 선정부(110)는 송전탑(201)의 A각 대신에 B각, C각, D각 중 어느 하나를 기준으로 정하더라도 송전탑(201)의 중심점 위치좌표를 결정할 수 있다.
구체적으로, 도 2b는 B각을 기준으로 Y축 방향으로 수직거리 5m 떨어진 지점으로 이동하여 해당 지점의 위치좌표 (a,b,c)를 측정하는 경우에, B각 위치좌표와 송전탑(201)의 중심점 위치좌표를 선정하는 결과를 나타낸다. B각 위치좌표는 (a,b-5,c)이고, 송전탑(201)의 중심점 위치좌표는 (a-X,b-5-Y,c)이다.
도 2c는 C각을 기준으로 Y축 방향으로 수직거리 5m 떨어진 지점으로 이동하여 해당 지점의 위치좌표 (a,b,c)를 측정하는 경우에, C각 위치좌표와 송전탑(201)의 중심점 위치좌표를 선정하는 결과를 나타낸다. C각 위치좌표는 (a,b-5,c)이고, 송전탑(201)의 중심점 위치좌표는 (a+X,b-5-Y,c)이다.
도 2d는 D각을 기준으로 Y축 방향으로 수직거리 5m 떨어진 지점으로 이동하여 해당 지점의 위치좌표 (a,b,c)를 측정하는 경우에, D각 위치좌표와 송전탑(201)의 중심점 위치좌표를 선정하는 결과를 나타낸다. D각 위치좌표는 (a+5,b,c)이고, 송전탑(201)의 중심점 위치좌표는 (a+5+X,b+Y,c)이다.
다음으로, 구조물 감시좌표 선정부(120)는 송전 구조물(즉, 송전탑)에서 감시하려는 지점의 위치좌표인 감시좌표를 선정한다
이에 대한 설명은 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명하기로 한다. 도 3a는 송전 구조물 정보를 나타낸 도면이고, 도 3b는 송전탑의 감시좌표 선정을 나타낸 도면이다.
도 3a를 참조하면, 송전 구조물 정보는 실제 송전탑 DB에 저장된 송전탑 정보로서, 송전탑 구조, 송전탑 각부[주각재(mainpost)(201a), 크로스암(cross arm)(201b) 등]의 사양(길이, 높이 등) 등이 포함될 수 있다. 이처럼, 구조물 감시좌표 선정부(120)는 송전 구조물 정보를 이용하여 송전탑의 감시좌표를 정확히 보정할 수 있다.
구조물 감시좌표 선정부(120)는 송전 구조물 정보를 이용하여 송전탑의 기준좌표를 기준으로 송전탑에서 감시하려는 지점의 위치좌표인 감시좌표를 선정한다.
구조물 감시좌표 선정부(120)는 송전 구조물 정보를 통해 송전탑을 지지하는 지지대들의 결합지점이 다수 확인되지만, 크로스암(201b)에서 송전선로를 지지하는 종단의 위치좌표를 감시좌표로 선정한다.
도 3b를 참조하면, 송전탑에서 감시하려는 지점에 대한 감시좌표는 크로스암(201b)의 종단에 해당되는 P1부터 P7 지점을 선정하는 경우를 나타낸다. 그리고, 구조물 기준좌표 선정부(110)에 의해 선정된 송전탑의 기준좌표는 A각 기준일 때 송전탑의 중심점 위치좌표인 (a-5-X,b+Y,c)이다. 여기서, 지상에서 크로스암까지의 높이(H1, H2, H3, H), 각 높이(H1, H2, H3, H)에서 송전탑의 중심점에서 크로스암의 종단까지의 길이(ARM1, ARM2, ARM3, ARM4)는 송전 구조물 정보를 통해 확인된다.
이를 통해, 구조물 감시좌표 선정부(120)는 송전탑에서 감시하려는 지점에 대한 감시좌표 P1 내지 P7의 좌표값을 아래 표 1과 같이 확인할 수 있다.
| 구분 | 감시좌표 |
| P1 | (a-5-X+ARM1, b+Y, c+H1) |
| P2 | (a-5-X+ARM2, b+Y, c+H2) |
| P3 | (a-5-X+ARM3, b+Y, c+H3) |
| P4a | (a-5-X+ARM4, b+Y, c+H) |
| P4b | (a-5-X, b+Y, c+H) |
| P4c | (a-5-X-ARM4, b+Y, c+H) |
| P5 | (a-5-2X-ARM3, b+Y, c+H3) |
| P6 | (a-5-2X-ARM2, b+Y, c+H2) |
| P7 | (a-5-2X-ARM1, b+Y, c+H1) |
다음으로, 경로점 생성부(130)는 송전탑의 감시좌표에 대한 안전 이격거리를 설정하여 무인항공기가 실제로 비행하는 경로점(way point)을 생성한다. 무인항공기는 전자계 간섭, 돌풍 등에 의해 기 설정된 비행경로를 이탈하여 송전 구조물에 충돌할 가능성이 있기 때문에, 비행경로에 대한 안전 이격거리가 반영되어야 한다. 예를 들어, 안전 이격거리는 345㎸ 송전탑의 경우에 30m이고, 765㎸ 송전탑의 경우에 40m이다.
상기 표 1의 송전탑의 감시좌표(P1 내지 P7)에 대해 안전 이격거리가 반영된 경로점(P1' 내지 P7')의 위치좌표를 아래 표 2와 같이 나타낼 수 있다. 여기서는 765㎸ 송전탑의 경우를 가정하였다.
| 구분 | 경로점 위치좌표 |
| P1' | (a-5-X+ARM1+40, b+Y, c+H1) |
| P2' | (a-5-X+ARM2+40, b+Y, c+H2) |
| P3' | (a-5-X+ARM3+40, b+Y, c+H3) |
| P4a' | (a-5-X+ARM4, b+Y, c+H) |
| P4b' | (a-5-X, b+Y, c+H+40) |
| P4c' | (a-5-X-ARM4, b+Y, c+H) |
| P5' | (a-5-2X-ARM3-40, b+Y, c+H3) |
| P6' | (a-5-2X-ARM2-40, b+Y, c+H2) |
| P7' | (a-5-2X-ARM1-40, b+Y, c+H1) |
도 3b에 도시된 송전탑의 감시좌표(P1 내지 P7)에 안전 이격거리가 적용되어 도 4a와 같이 경로점이 생성된다. 도 4a는 감시좌표에 대해 안전 이격거리가 반영된 경로점을 나타낸 도면이고, 도 4b는 무인항공기의 스캐닝 동작을 나타낸 도면이다.
또한, 경로점 생성부(130)는 무인항공기가 비행경로의 경로점에 도달하면, 해당 경로점에서 송전 구조물의 촬영을 위해 무인항공기의 세부적인 자세제어용 상태정보를 설정할 수 있다. 여기서, 무인항공기의 자세제어용 상태정보는 해당 경로점 주변의 스캐닝 동작을 위한 제어정보로서, 스캐닝 경로정보, 스캐닝 시간정보, 스캐닝 각도, 카메라 헤드 방향설정을 위한 비행각도 등이 포함될 수 있다.
도 4b를 참조하면, 무인항공기는 송전탑의 크로스암(201b)에 지정된 감시좌표(Pn)에 안전 이격거리가 반영된 경로점(Pn')에 도달하면, 해당 경로점(Pn')에서 송전 구조물의 촬영을 위한 스캐닝 동작을 수행한다. 이때, 무인항공기는 송전 구조물의 촬영 각도에 변화를 주기 위해 송전 구조물 주변을 스캐닝하기 위한 이동을 서서히 진행한다.
무인항공기는 경로점 Pn'에 도달하면 호버링을 수행하면서 스캐닝 동작을 위해 우선 대기하고, 이후 자세가 안정되면 기 설정된 스캐닝 경로정보에 따라 서서히 이동하면서 송전 구조물의 촬영을 실시한다. 즉, 무인항공기는 Pn'→Pn'-1→Pn'2→Pn'의 스캐닝 경로를 따라 서서히 이동한다.
여기서, 스캐닝 경로는 송전탑의 감시좌표(Pn)를 기준으로 상부측과 하부측 모두 설정할 수 있으나, 송전선로과의 충돌을 방지하기 위해 상부측에서 소정의 스캐닝 각도가 설정되는 것이 바람직하다. 도 4b에서 스캐닝 각도는 zx 평면 및 xy 평면 각각에 대한 각도(σ, τ)로 설정될 수 있으며, 예를 들어, zx 평면 및 xy 평면 각각에 대한 스캐닝 각도는 0°≤σ≤+45°, -60°≤τ≤+60°일 수 있다.
아울러, 스캐닝 경로는 송전탑의 감시좌표(Pn)로부터 안전 이격거리가 유지되며, 송전탑의 크로스암(201b)과 충돌을 방지하기 위해 x축의 값이 양수로 제한될 수 있다.
이처럼 스캐닝 경로는 우측 상부에 해당되는 전체 구면의 1/4영역에 설정되는 것이 바람직할 수 있다.
비행각도는 스캐닝 경로에 따라 송전 구조물에 대한 카메라 헤드 방향설정을 위한 값으로서, 해당 스캐닝 경로마다 설정될 수 있다.
이후, 경로점 생성부(130)는 실제로 무인항공기가 비행할 수 있는 비행경로의 경로점을 생성하여 비행경로를 설정할 수 있다.
이에 대해서는 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명하기로 한다. 도 5a는 단일 송전탑에 대한 비행경로의 경로점 생성을 나타낸 도면이고, 도 5b는 복수의 송전탑에 대한 비행경로의 경로점 생성을 나타낸 도면이다.
도 5a를 참조하면, 경로점 생성부(130)는 송전탑의 감시좌표(222) 각각에 대해 안전 이격거리(223)를 반영하여 실제 무인항공기가 비행할 수 있는 경로점(221)을 생성한다. 이때, 경로점 생성부(130)는 각각의 경로점(221)을 서로 연결하여 하나의 비행경로(224)를 생성한다.
또한, 경로점 생성부(130)는 복수의 송전탑에 대한 비행경로의 경로점을 생성할 수 있다.
도 5b를 참조하면, 경로점 생성부(130)는 제1 송전탑(226)에 대한 비행경로의 경로점(P1' 내지 P7')과 제2 송전탑(227)에 대한 비행경로의 경로점(P8' 내지 P7')을 연속적인 비행경로의 경로점으로 생성한다.
즉, 제1 송전탑(226)에 대한 비행경로 경로점은 H(Home)→P7'→P6'→P5'→P4c'→P4b'→P4a'→'P3'→P2'→P1'이고, 제2 송전탑(227)에 대한 비행경로 경로점은 P14'→P13'→P12'→P11c'→P11b'→P11a'→P10'→P9'→P8'이며, 경로점 P1'과 P14'는 서로 이어진 연속적인 비행경로를 형성한다.
부가적으로, 경로점 생성부(130)는 제1 송전탑(226)과 제2 송전탑(227) 사이의 중간 경로점을 설정할 수도 있다. 아울러, 경로점 생성부(130)는 경로점 P8' 이후에 경로점 H(Home)의 비행경로를 형성할 수 있다.
비행경로 전송부(160)는 송전탑의 감시를 위한 비행경로의 경로점 정보를 무인항공기로 전송한다. 즉, 비행경로 전송부(160)는 무인항공기와 유무선 방식으로 연동할 수 있다.
이에 따라, 무인항공기는 비행경로의 경로점 정보에 따라 자율비행을 위한 비행경로를 설정하고, 자동으로 비행하면서 별도로 장착된 영상촬영장치를 이용하여 송전 구조물에 대한 점검을 실시한다.
무인항공기는 비행경로 상의 임의의 경로점에 도착하면, 기 설정된 소정의 스캐닝 시간 동안 경로점 주변의 송전 구조물에 대한 영상촬영을 위한 스캐닝 동작을 수행한다. 필요한 경우에, 관리자는 무인항공기에 홀딩 신호를 전송하여 해당 경로점 주변에서 무인항공기의 호버링 기능을 유지시킬 수 있다.
여기서는 대용량 전력수용을 위한 송전 구조물로서 송전라인, 송전탑, 애자, 클램프 등에 대해서 설명하지만, 수용가에 전력을 배분하는 배전 구조물로서 배전라인, 전주, 애자, 클램프 등에 대해서도 적용할 수 있음을 당업자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
전술한 송전 구조물은 4각 송전탑으로서 이조암 구조를 나타낸다. 이외에도 송전 구조물은 도 6a와 같이 4각 송전탑으로서 일조암 구조이거나, 도 6b와 같이 관형지지물(steep pole)일 수 있다. 도 6a는 일조암 구조의 송전 구조물에 적용하는 예를 나타낸 도면이고, 도 6b는 관형지지물의 송전 구조물에 적용하는 예를 나타낸 도면이다.
이처럼 송전 구조물은 도면에 도시되어 있지는 않지만 다양한 종류의 송전탑으로서, 4각 송전탑 이외에도 방향 철탑, 문형 철탑, 우두형 철탑, 회전형 철탑, MC 철탑 등일 수도 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 송전 구조물 감시용 무인항공기의 비행경로 설정 방법에 대한 도면이다.
비행경로 설정 장치(100)는 관리자에 의해 측정된 위치좌표를 이용하여 송전 구조물(즉, 송전탑)의 기준좌표를 선정한다(S301). 여기서, 송전 구조물의 기준좌표는 송전탑의 중심점 위치좌표일 수 있다.
이후, 비행경로 설정 장치(100)는 송전탑의 기준좌표와 송전탑 정보를 이용하여 송전탑의 감시좌표를 선정한다(S302). 즉, 비행경로 설정 장치(100)는 실제 송전탑 DB에 저장된 송전탑 정보를 이용하여 송전탑의 기준좌표를 기준으로 송전탑에서 감시하려는 지점의 위치좌표인 감시좌표를 선정한다. 이때, 송전탑 정보는 송전탑의 중심점에서 크로스암까지의 길이와 지상에서 크로스암까지의 높이가 포함된다.
비행경로 설정 장치(100)는 송전탑의 감시좌표에 안전 이격거리를 반영하여 경로점을 생성하고, 그에 따라 무인항공기의 비행경로를 설정한다(S303).
이때, 비행경로 설정 장치(100)는 무인항공기가 비행경로의 경로점에 도달하면, 해당 경로점에서 송전 구조물의 촬영을 위해 무인항공기의 세부적인 자세제어용 상태정보를 설정할 수 있다.
이후, 비행경로 설정 장치(100)는 비행경로의 경로점 정보를 무인항공기로 전송한다(S305). 이에 따라, 무인항공기는 비행경로의 경로점 정보에 따라 자율비행을 위한 비행경로를 설정하고, 자동으로 비행하면서 별도로 장착된 영상촬영장치를 이용하여 송전 구조물에 대한 점검을 실시한다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
110 : 구조물 기준좌표 선정부 120 : 구조물 감시좌표 선정부
130 : 안전 이격거리 설정부 140 : 경로점 생성부
150 : 비행경로 전송부
130 : 안전 이격거리 설정부 140 : 경로점 생성부
150 : 비행경로 전송부
Claims (13)
- 하나 이상의 송전 구조물의 다수의 다리 중 어느 하나를 기준으로 측정된 위치좌표를 이용하여 송전 구조물의 기준좌표를 선정하기 위한 구조물 기준좌표 선정부;
상기 기준좌표와 송전 구조물 정보를 이용하여 상기 송전 구조물의 감시하려는 지점에 대한 감시좌표를 선정하기 위한 구조물 감시좌표 선정부; 및
상기 감시좌표에 안전 이격거리가 반영된 경로점을 생성하여 무인항공기의 비행경로를 설정하기 위한 경로점 생성부;를 포함하며,
상기 감시좌표는,
상기 송전 구조물의 크로스암에서 송전선로를 지지하는 종단의 위치좌표인 송전 구조물 감시용 무인항공기의 비행경로 설정 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 비행경로의 경로점 정보를 상기 무인항공기로 전송하기 위한 비행경로 전송부;
를 더 포함하는 송전 구조물 감시용 무인항공기의 비행경로 설정 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 송전 구조물의 기준좌표는,
상기 송전 구조물의 다수의 다리들의 중심점 위치좌표인 송전 구조물 감시용 무인항공기의 비행경로 설정 장치.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 송전 구조물 정보는,
지상에서 상기 송전 구조물의 크로스암까지의 높이, 각 높이에서 상기 송전 구조물의 중심점에서 크로스암의 종단까지의 길이가 포함되는 송전 구조물 감시용 무인항공기의 비행경로 설정 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 경로점 생성부는,
상기 무인항공기가 비행경로의 경로점에 도달함에 따라 해당 경로점에서 송전 구조물의 촬영을 위해 상기 무인항공기의 자세제어용 상태정보를 설정하는 송전 구조물 감시용 무인항공기의 비행경로 설정 장치.
- 제 6 항에 있어서,
상기 무인항공기의 자세제어용 상태정보는,
해당 경로점 주변의 스캐닝 동작을 위한 제어정보로서, 스캐닝 경로정보, 스캐닝 시간정보, 스캐닝 각도, 카메라 헤드 방향설정을 위한 비행각도가 포함되는 송전 구조물 감시용 무인항공기의 비행경로 설정 장치.
- 하나 이상의 송전 구조물의 다수의 다리 중 어느 하나를 기준으로 측정된 위치좌표를 이용하여 송전 구조물의 기준좌표를 선정하는 단계;
상기 기준좌표와 송전 구조물 정보를 이용하여 상기 송전 구조물의 감시하려는 지점에 대한 감시좌표를 선정하하는 단계; 및
상기 감시좌표에 안전 이격거리가 반영된 경로점을 생성하여 무인항공기의 비행경로를 설정하는 단계;를 포함하며,
상기 감시좌표는,
상기 송전 구조물의 크로스암에서 송전선로를 지지하는 종단의 위치좌표인 송전 구조물 감시용 무인항공기의 비행경로 설정 방법.
- 제 8 항에 있어서,
상기 설정 단계 이후에, 상기 비행경로의 경로점 정보를 상기 무인항공기로 전송하는 단계
를 더 포함하는 송전 구조물 감시용 무인항공기의 비행경로 설정 방법.
- 제 8 항에 있어서,
상기 설정 단계는,
상기 무인항공기가 비행경로의 경로점에 도달함에 따라 해당 경로점에서 송전 구조물의 촬영을 위해 상기 무인항공기의 자세제어용 상태정보가 설정되는 송전 구조물 감시용 무인항공기의 비행경로 설정 방법.
- 제 8 항에 있어서,
상기 송전 구조물의 기준좌표는,
상기 송전 구조물의 다수의 다리들의 중심점 위치좌표인 송전 구조물 감시용 무인항공기의 비행경로 설정 방법.
- 삭제
- 제 8 항에 있어서,
상기 송전 구조물 정보는,
지상에서 상기 송전 구조물의 크로스암까지의 높이, 각 높이에서 상기 송전 구조물의 중심점에서 크로스암의 종단까지의 길이가 포함되는 송전 구조물 감시용 무인항공기의 비행경로 설정 방법.
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