KR102327378B1 - 제설제 살포 드론 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제설제 살포 드론에 관한 것으로서, 무인으로 비행하는 드론에 있어서, 상기 드론은, 도로를 촬영하는 카메라와 상기 카메라를 제어하여 촬영된 영상으로 상기 도로 노면을 제설제 살포영역과 제설제 비살포영역으로 구획하는 도로 노면상태 측정부 및 상기 도로 노면상태 측정부에서 상기 제설제 살포영역으로 측정되면, 상기 드론의 위치를 보정하여 상기 제설제 살포영역에 제설제를 살포시키는 제설제 살포부를 포함하여, 육안으로 식별이 어렵거나, 접근이 용이하지 않은 도로를 비행할 수 있게 되어 인건비 등 비용을 줄일 수 있고, 실시간으로 날씨 정보를 전송받아 노면에 발생할 수 있는 결빙을 예측하거나, 결빙된 노면에 제설제를 살포하여 교통사고를 예방 및 방지할 수 있다.

Description

제설제 살포 드론{Drone of Snow removal Blower}

본 발명은 제설제 살포 드론에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 날씨에 따라 도로 노면에 결빙을 예측하여 제설제를 살포하는 제설제 살포 드론에 관한 것이다.

드론(drone)은 사람이 기체에 타지 않고 원격으로 조종가능한 무인항공기(UAV, unmanned aerial vehicle)가 많은 군사용뿐만 아니라 민간 시장에서 상업적 용도로도 널리 활용되고 있다.

드론이 민간 시장에서 주목을 받으면서, 개인 오락, 취미용 등의 다목적으로 제작되는 드론들도 생산되어 다양한 분야에서 활용될 수 있다. 예를 들어, 드론은 사람의 접근이 어려운 특정 지역을 관리, 감시하기 위해 사용될 수 있다.

예컨대, 드론은 자유롭고 신속하게 이동하여 드론에 탑재된 카메라나 센서를 통해 특정 지역에 대한 원격 감시를 할 수 있다. 즉, 드론은 조난자 수색, 산불 감시, 교통 위반 단속, 우범 지역 및 국경 지역 감시 같은 공공 목적을 위해 활용될 수 있다.

한편, 도로의 결빙 방지를 위해 액상 제설제 살포 장치가 일부 구간의 도로상에만 고정식으로 적용되어 있는 것은 비용적인 면에서 도로 상에 액상 제설제 살포 장치를 설치하기가 어려운 문제가 있었다.

또한, 액상 제설제 살포 장치로 도로에 살포하는 방법은 도로에 설치되어 분사되는 방식으로서 제설제 살포 장치에서 살포하는 액상형 제설제가 도로를 주행하는 차에 직접 살포되는 경우와 도로 상황을 판단하지 않고 제설제가 살포되는 경우 등의 문제가 있었다.

또한, 고속도로에는 고속 도로 또는 심각한 교통 체증을 일으키는 구간, 험난한 도로 또는 인적이 드문 외진 곳의 도로를 사람이 일일이 돌아다니면서 노면에 결빙이 형성되었는지 확인하는 것은 매우 어려운 문제가 있었다. 또한, 도로 노면의 결빙을 예측하기란 더욱 어려운 문제가 있었다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 드론을 이용한 제설 장치로 도로 전 구간 또는 결빙 예상 구역을 폭 넓게 지정하여 결빙을 예방 및 디아이싱(De-Icing)하는데 있으며, 드론을 이용하여 심각한 교통 체증을 일으키는 구간, 험난한 도로 또는 인적이 드문 외진 곳의 도로를 사람이 일일이 돌아다닐 수 없는 도로의 노면에 결빙이 형성되었는지를 확인하여 해소하는데 있으며, 드론이 서버 또는 자체적으로부터 날씨 정보를 실시간으로 업데이트하여, 도로위의 결빙지역을 미리 예측하여 제설제를 살포하거나, 결빙된 영역에 제설제를 살포함으로써 도로 노면의 결빙을 제거하여 교통사고를 예방하려는데 있다.

그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 제설제 살포 드론는, 무인으로 비행하는 드론에 있어서, 상기 드론은, 도로를 촬영하는 카메라와 상기 카메라를 제어하여 촬영된 영상으로 상기 도로 노면을 제설제 살포영역과 제설제 비살포영역으로 구획하는 도로 노면상태 측정부 및 상기 도로 노면상태 측정부에서 상기 제설제 살포영역으로 측정되면, 상기 드론의 위치를 보정하여 상기 제설제 살포영역에 제설제를 살포시키는 제설제 살포부를 포함한다.

또한, 상기 드론은, 통신망을 통하여 상기 드론이 비행하는 도로 인근의 날씨정보를 실시간으로 제공받거나 상기 드론의 주변 날씨를 측정하는 날씨 정보부를 포함하고, 상기 날씨정보부에서 제공받은 날씨 데이터에 기초해 상기 노면의 결빙 예측시간을 측정하고, 예측된 시간 전에 제설제 살포영역으로 이동하는 자동항법설정부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 드론은, 상기 드론에 전력을 제공하는 배터리 잔량을 실시간으로 측정하는 배터리 상태 측정부를 포함하고, 실시간으로 업데이트되는 날씨 정보와 상기 배터리 상태 측정부에서 상기 배터리 잔여 전력에 기초하여 상기 드론이 기동 가능한 거리를 산출하는 기동 거리 산출부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 자동항법설정부는, 상기 기동 거리 산출부에서 측정된 산출값에 따라, 상기 드론에 미리 설정된 보관소 또는 상기 드론으로부터 근접한 거리에 있는 보관소로 상기 드론을 이동시킬 수 있다.

또한, 상기 자동항법설정부는, 상기 날씨정보부에서 수신받은 날씨 데이터값에 기초하여 제설제 살포영역에 제설제가 살포되도록 상기 드론의 위치값을 재설정할 수 있다.

또한, 상기 드론은, 상기 노면상태 측정부에서 측정된 노면 상태값과 상기 날씨정보부에서 실시간 업데이트된 날씨 정보값을 비교하여 결빙 예측 시간을 연산하는 노면 결빙 예측부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 드론은, 바디부와, 내부에 제설제가 저장되어 상기 바디부에 마련되는 제설제 저장탱크와, 상기 바디부를 비행시키도록 로터모터로 마련된 구동부를 포함하고, 상기 제설제 살포부는, 상기 바디부에 마련되어 상기 제설제 저장탱크로부터 제설제를 공급받아 상기 제설제를 살포하되, 상기 날씨 정보부에서 수신 받은 날씨 데이터에 기초하여, 상기 제설제 살포영역으로 제설제가 살포되도록 소정 각도 회동할 수 있다.

또한, 상기 제설제 살포부는, 상기 드론이 호버링 비행 중 상기 노즐부가 이동되도록 마련된 가이드레일을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제설제 살포부는, 상기 노즐부에서 분사되는 제설제로 향하는 상기 구동부에서 발생한 후류를 차단하도록 상기 노즐부에 마련된 스커트를 포함할 수 있다.

본 발명의 제설제 살포 드론에 따르면, 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상이 있다.

첫째로, 본 발명의 제설제 살포 드론에 따르면, 고속도로 또는 심각한 교통 체증을 일으키는 구간, 험난한 도로 또는 인적이 드물고, 접근이 용이하지 못한 외진 곳의 도로를 비행하여 결빙지역을 알아낼 수 있어 비용과 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.

둘째로, 본 발명의 제설제 살포 드론에 따르면, 실시간으로 날씨 정보를 전송받거나 비행 주변 날씨를 측정할 수 있어서 노면에 발생할 수 있는 결빙을 예측하거나, 결빙된 노면에 제설제를 살포하여 교통사고를 예방할 수 있는 효과가 있다.

셋째로, 본 발명의 제설제 살포 드론에 따르면, 특정 구간만을 비행하며, 결빙된 도로 노면 상공 또는 도로의 측면에서 제설제를 살포하기 때문에 기동성이 향상되고, 적시에 정량을 살포할 수 있으며, 드론이 긴급상황 발생으로 불시착시 통행하는 차량에 영향을 미치지 않는 효과가 있다.

넷째로, 본 발명의 제설제 살포 드론에 따르면, 실시간으로 항로 상황을 반영하여 드론의 운항 경로를 결정함으로써 특정항로 상에서의 드론의 운항을 제한하여 상호 충돌을 예방하고, 연료(전력) 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

다섯째로, 본 발명의 제설제 살포 드론에 따르면, 드론이 작동되는 도로 인근에 드론 보관소가 배치되어, 드론 보관소에서 배터리 충전 및 제설제를 자동으로 충전할 수 있어, 시간을 줄일 수 있게 되는 효과가 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제설제 살포 드론을 나타내는 사시도,
도 2는 도 1의 드론이 도로의 측면에서 제설제를 살포하는 도,
도 3은 도 2의 다른 실시예에 따른 드론의 작동을 나타내는 도,
도 4는 도 3의 드론 보관소를 투영하여 나타내는 도,
도 5는 도 1의 결빙 상태를 나타내는 도,
도 6은 도 1의 'A'를 나타내는 측면도,
도 7은 도 6의 다른 실시예를 나타내는 도,
도 8은 도 1의 드론의 작동을 나타내는 블록도,
도 9 및 도 10은 도 3에 따른 드론의 제설제 살포 실시예를 나타내는 도이다.

이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한은 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.

본 명세서 및 청구범위의 전반에 걸쳐, 다른 언급이 없는 한 포함(comprise, comprises, comprising)이라는 용어는 언급된 물건, 단계 또는 일군의 물건, 및 단계를 포함하는 것을 의미하고, 임의의 어떤 다른 물건, 단계 또는 일군의 물건 또는 일군의 단계를 배제하는 의미로 사용된 것은 아니다.

한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 및 이에 따른 효과를 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제설제 살포 드론을 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 드론이 도로의 측면에서 제설제를 살포하는 도이며, 도 3은 도 2의 다른 실시예에 따른 드론의 작동을 나타내는 도이고, 도 4는 도 3의 드론 보관소를 투영하여 나타내는 도이며, 도 5는 도 1의 결빙 상태를 나타내는 도이고, 도 6은 도 1의 'A'를 나타내는 측면도이고, 도 7은 도 6의 다른 실시예를 나타내는 도이며, 도 8은 도 1의 드론의 작동을 나타내는 블록도이고, 도 9 및 도 10은 도 3에 따른 드론의 제설제 살포 실시예를 나타내는 도이다.

본 발명에 따른 제설제 살포 드론에 대하여 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명하면, 무인으로 비행하는 드론에 있어서, 드론(10)은, 도로(R)를 촬영하는 카메라(30)와, 카메라(30)를 제어하여 촬영된 영상으로 도로(R) 노면을 제설제 살포 영역(Sa)과 제설제 비살포 영역(Na)으로 구획하는 도로 노면상태 측정부(210) 및 도로 노면상태 측정부(210)에서 제설제 살포영역(Sa)으로 측정되면, 드론(1)의 위치를 보정하여 제설제 살포영역(Sa)에 제설제를 살포시키는 제설제 살포부(Sa)를 포함한다.

드론(10)은 도로(R)의 측면으로 비행을 하면서 제설제를 살포하고, 드론(10)이 비상시에 도로상(R)에 추락하는 것을 방지할 수 있다. 예컨대, 드론(10)은 무선으로 외부로부터 제어신호를 수신받아 자율 비행하는 무인 비행체로, 도로(R)의 측면을 비행하며, 도로(R)상의 결빙지역 즉, 제설제 살포영역(Sa)을 감지하며, 비활동 중에는 후술하는 드론 보관소(100)에서 대기하고 있을 수 있다. 이때 드론(10)은 후술하는 자가진단모드를 실행할 수 있다. 한편, 드론(10)은 차량의 아래 측면으로 제설제가 분사될 수 있도록 도로(R)의 노면과 인접한 위치로 비행할 수도 있고, 제설제에 의한 차체의 손상을 방지하기 위하여 차량보다 높이 비행한다. 드론(10)은 차량이 이동한 이후에 제설제를 살포한다.

드론(10)은 미리 지정된 드론 보관소(100)에서 대기 중에 서버(300)로부터 송신된 제어신호가 수신되면 제어신호에 의해 설정된 도로(R)의 비행경로를 따라 도로 측면을 비행하면서 도로(R)의 제설제 살포 영역(Sa)을 향하여 제설제를 살포한 후 드론 보관소(100)로 복귀한다.

한편, 본 발명에 따른 제설제 살포 드론의 다른 실시예에 의하면, 드론(10)은 도로(R)의 중앙선(Cc)을 따라 비행하며 도로(R) 노면의 결빙지역 즉, 제설제 살포영역(Sa)을 구획한다. 드론(10)은 무선으로 전송된 제어신호를 외부로부터 수신받아 자율 비행하는 무인 비행체로, 비활동 중에는 후술하는 드론 보관소(100)에서 대기한다. 이때 드론(10)은 후술하는 자가진단모드를 실행할 수 있다. 한편, 드론(10)은 차량의 아래 측면으로 제설제가 분사될 수 있도록 도로(R)의 노면과 인접한 위치로 비행할 수도 있고, 제설제에 의한 차체의 손상을 방지하기 위하여 차량보다 높이 비행할 수 있다.

드론(10)은 미리 지정된 드론 보관소(100)에서 대기 중에 서버(300)로부터 송신된 제어신호가 수신되면 제어신호에 의해 설정된 도로(R)의 비행경로를 따라 도로 주위(중앙선, Cc)을 비행하면서 도로(R)의 노면을 향하여 제설제를 살포한 후 드론 보관소(100)로 복귀한다.

예컨대, 드론(1)은 바디부(10)와, 내부에 제설제가 저장되어 바디부(10)에 마련되는 제설제 저장탱크(20)와, 바디부(10)를 비행시키도록 로터모터로 마련된 구동부, 도로를 촬영하는 카메라(30)를 포함한다. 바디부(10)는 드론(10)의 외형을 제공하는 것으로 제설제 저장탱크(20), 카메라(30), 제설제 살포부(40), 제어모듈(MCU, 200), 무선통신부(205), 메모리, 배터리, 구동부, 날씨측정센서가 마련된다.

제설제 저장탱크(20)는 바디부에 설치되어 드론 보관소(100)에서 공급받은 제설제를 저장하는 것으로, 도로의 목표한 지점에서 후술하는 제설제 살포부(40)를 통해 제설제를 도로의 노면으로 분사한다. 제설제 저장탱크(20)에는 액상 및 분말형태 중 적어도 어느 하나의 형태의 제설제가 저장될 수 있다. 바람직하게는, 제설제는 액상 형태의 제설제를 사용하여 제설제 저장탱크(20)에 저장을 용이하게 할 수 있고, 압축분사에 의해 분말형태의 제설제보다 거리를 연장시킬 수 있다. 또한, 제설제는 차량의 및 제설제 저장탱크(20)의 부식을 방지할 수 있도록 천연 재료로 제조된 제설제로 마련된다. 제설제 저장탱크(20)는 제설제에 의한 부식을 방지할 수 있는 재질로 마련될 수 있다.

구동부는 후술하는 제어모듈(200)의 제어에 따라 드론(10)이 무인 비행할 수 있도록 드론 본체에 설치된 것으로, 복수개의 프로펠러와 각 프로펠러에 구동력을 제공하는 복수개의 구동(로터)모터 등으로 구성될 수 있다.

카메라(30)는 비전카메라, 열상카메라, 적외선카메라 등으로 드론(10)에 마련될 수 있으며, 바람직하기로는 비전카메라로 마련될 수 있다. 또, 카메라(30)는 적어도 하나 이상으로 마련될 수 있으며, 이 때에는 드론(10)이 진행하는 방향의 전방을 찰영하는 카메라와, 후방을 촬영하는 카메라 등이 마련될 수도 있다.

카메라(30)에서 촬영된 영상은 무선통신부(205)를 통하여 서버(300)로 전송되고, 서버(300)에서 중앙 통제실로 다시 촬영된 영상을 전송한다. 이때, 중앙 통제실에서는 촬영된 영상을 제설제 살포영역과 비살포영역으로 나누어 확인할 수 있으며, 의심쩍을 경우 드론(10)을 호버링 시킨 뒤 재촬영하면서 결빙지역에 대한 정확성을 높일 수 있다.

한편, 중앙 통제실에서는 드론 카메라(또는 서버)로부터 실시간으로 수신되는 영상이 표시되게 되는데, 중앙 통제실에서 드론을 조종하는 조종사는 드론의 비행 상황을 실시간으로 확인하여 드론(10)을 조절할 수 있게 된다. 중앙 통제실에서는 드론(10)에 구비된 드론 이착륙 장치, 드론 호버링 장치, 드론게이트 장치로부터 드론(10)의 비행 정보, 즉 드론(10)의 통과 시간 및 상태 정보 등을 실시간으로 수신하여 표시하게 된다.

제설제 살포부(40)는 바디부(10)에 마련되어 제설제 저장탱크(20)로부터 제설제를 공급받아 제설제를 살포한다. 제설제 살포부(40)는 후술하는 날씨 정보부(220)에서 수신 받은 날씨 데이터에 기초하여, 제설제 살포영역(Sa)으로 제설제가 살포되도록 소정 각도 회동하거나, 측면으로 분사하여, 드론(10)이 호버링 즉, 제자리 비행하면서 살포영역을 넓히힐 수 있는 효과가 있다. 또한, 제설제 살포부(40)에서 살포되는 제설제의 분사량을 조절하여 살포할 수 있다.

제어모듈(200)은 드론 본체에 설치되어 무선통신부(205)를 통해 수신된 제어신호가 수신되면 메모리부에 저장된 비행 프로그램을 통해 드론(10)을 자율 비행을 제어하는 것으로, MCU(Micro Controller Unit)등으로 구현될 수 있다. 또한, 제어모듈(200)은 GPS모듈을 통해 수집된 위치정보와 상기 근거리 무선통신부(205)로부터 수신된 위치확인정보를 기반으로 드론(10)의 실시간 위치를 교차 분석하며, 설정된 도로의 비행경로를 따라 도로 주위를 자율 비행하도록 비행방향을 조정한다.

무선통신부(205)는 드론 본체에 설치되어 서버(300)로부터 송신된 제어신호를 수신하고, 제어신호를 제어모듈(200)로 제공하는 것으로, 무선 통신 네트워크를 통해 서버(300)에 연결된다. 무선통신부(205)는 드론 비행 및 조종 단말로부터 원격 제어신호를 수신하고, 카메라(30) 및/또는 비전센서에 의해 촬영된 도로 노면을 영상으로 전송한다.

무선통신부(205)는 드론(10)에 구비된 드론 이착륙 장치, 드론 호버링 장치, 드론 게이트 장치와 무선으로 통신을 수행하는 장치이다. 무선통신부(205)는 지그비, 블루투스, 무선 인터넷 등의 무선 통신 방식을 사용하여 서버 또는 중앙통제실과 무선으로 통신을 수행하게 된다. 무선통신부(205)에는 송신기 계기판이 설치되어 있어, 통신 설정 과정 및 설정된 통신 상태를 표시하게 된다. 또한, 음향 출력부(알람부)는 드론 지상관제 장치의 동작 중에 안내 메시지나 경고음 등의 음향 신호를 출력하게 된다.

무선통신부(205)는 드론 본체에 설치되어 비행경로를 따라 도로에 설치된 위치확인센서로부터 송신된 위치확인정보를 수집하는 것으로, 위치확인정보를 제어모듈(200)로 제공한다.

메모리부는 드론(10)이 작업도로로 선택된 도로의 비행경로를 따라 도로의 주위를 비행하면서 도로의 노면을 향하여 제설제를 분사할 수 있도록 드론(10)의 자율 비행을 조정하는 비행 프로그램이 저장된 것으로, 드론 본체에 설치된다. 이러한 비행 프로그램은 서버(300)로부터 전송된 제어신호에 의해 제어되지 않는 상황에서도 드론(10)이 각각의 특이 상황에 대처할 수 있도록 하는 명령이 포함된다.

예컨대, 드론(10)이 미리 지정된 구간에서 제설제를 분사하는 작업을 하는 도중에 제설제가 떨어지면, 상기 비행 프로그램은 드론(10)이 드론 보관소로 이동하도록 구동부를 조정하고, 드론 보관소에서 제설제 보충이 완료되면 제설제 분사작업이 정지됐던 위치로 드론(10)이 이동하도록 구동부를 조정하며, 다시 나머지 구간에서 제설제를 분사하는 작업을 진행하도록 드론(10)의 구동부를 제어한다.

메모리부는 제설제 살포영역과 제설제 비살포영역을 누적기록한다. 메모리부로 인해 해당 도로의 제설제 살포영역과 제설제 비살포영역의 변화를 확인할 수 있어 재난, 재해을 미리 예측할 수 있는데 도움을 줄 수 있게 된다. 또한, 서버에서 딥러닝을 위한 자료로 사용될 수 있도록 제공될 수 있다.

GPS모듈은 GPS 위성으로부터 실시간 드론(10)의 위치 정보를 수신하여 제어모듈(200)로 제공하는 것으로, 드론 본체에 설치된다. 이때, GPS 위성은 GPS모듈에 드론(10)의 위도, 경도 좌표 등의 위치정보를 제공한다. 예를 들어, GPS모듈은 미리 정해진 일정 시간(예를 들어 1초)마다 GPS 위성으로부터 수신되는 위치정보를 이용하여 드론의 위치와 진행 방향을 산출할 수 있다.

위치확인센서는 도로(R)의 주위를 비행하는 드론(10)이 현재 위치를 확인할 수 있도록 근거리 무선통신을 통해 인접한 드론(10)에 위치확인정보를 전송하는 것으로, 드론(10)이 위치확인정보를 원활히 수신받을 수 있도록 드론(10)의 비행경로에 인접한 도로(R)의 표면에 설치된다.

위치확인센서는 도로의 선단에서부터 도로의 말단까지 일정간격으로 복수개가 설치된다. 필요에 따라, 위치확인센서는 자체적으로 전기를 생성하여 사용할 수 있도록 태양전지가 구비될 수 있다. 한편, 태양전지는 배터리에 마련되어 비행중 배터리를 충전시킬 수도 있다.

날씨측정센서는 드론(10)의 주변의 날씨를 측정할 수 있다. 예컨대, 날씨측정센서는 드론(10)이 비행하는 구간 및/또는 드론(10)이 위치하는 주변의 온도, 습도를 측정할 수 있다. 또한, 풍향과 풍속을 측정하여 제어모듈(200)에 전송할 수 있다. 이러한 날씨측정센서에서 측정된 정보는 드론(10)이 비행하는 동안 실시간으로 측정될 수 있어서 도로 노면의 결빙 영역을 예측할 수 있는 효과가 있다.

한편, 제어모듈(200)은 드론에 탑재된 카메라(비전센서)를 활용한 제설제 살포영역(결빙영역) 탐지 시스템에서 측량사진 처리부는, 영상 입력부, 영상 접합부, 영상 표정부 및 정사영상 생성부를 포함한다.

영상 입력부는 드론(10)에 탑재된 비전센서가 촬영한 제설제 살포영역 영상 데이터를 드론(10)으로부터 수집하여 입력한다. 영상 접합부는 드론(10)에 탑재된 비전센서가 촬영한 제설제 살포영역 영상인 중심투영(Perspective Projection) 사진의 왜곡현상을 최소화하기 위해 예를 들면, 초당 15장으로 촬영된 정지영상을 60∼80% 중첩도로 접합한다.

영상 표정부는 영상 촬영위치, 비전센서 경사각, 사진 축척 등을 구하여 촬영시의 비전센서와 대상물인 결빙의 좌표계와의 관계를 재현하는 것으로, 지상기준점(Ground Critical Point)을 활용하여 절대표정을 수행한다.

정사영상 생성부는 제설제 살포영역 영상을 구성하는 각 픽셀들의 정확한 위치좌표를 파악할 수 있도록 제설제 살포영역 영상을 정사영상(Orthogonal Image)화한다.

본 발명의 일 실시예에 따라 후술하는 드론에 탑재된 비전센서를 활용한 제설제 살포영역 탐지 시스템에서 제설제 살포영역 탐지 영상처리부는, 정사영상 전처리부, 제설제 살포영역 후보 추출부, 제설제 살포영역 최종후보 결정부, 제설제 살포영역 검출부, 제설제 살포영역 면적 산출부 및 제설제 살포영역 위치 산출부를 포함한다.

정사영상 전처리부는 입력된 정사영상을 전처리하여, 그레이 스케일로 변환하고 모폴로지(Morphology) 처리한다. 여기서, 모폴로지 처리는 제설제 살포영역 영상의 밝은 영역이나 어두운 영역을 축소하거나 확대하는 기법으로서, 컬러 영상을 그레이 스케일로 변환할 때 결과 영상에서 흰색 영역이나 검은색 영역이 원하는 것보다 넓거나 좁게 얻어질 수 있는데, 최적의 문턱값(Threshold value)을 이용하여 잘못된 분리 영역을 후처리 과정을 통하여 수정하는 것을 말한다.

제설제 살포영역 후보 추출부는 제설제 살포영역 영상의 모서리(Edge) 및 질감(Textile)을 분석하는 영상처리 알고리즘(Image Processing Algorithm), 예를 들면, Saliency Map, Wavelet Energy Field, Otsu's method 또는 Superpixel 알고리즘을 이용하여 제설제 살포영역 후보 영역을 탐지한다.

제설제 살포영역 최종후보 결정부는 상기 영상처리 알고리즘 적용을 통해 파악된 제설제 살포영역 후보군을 대상으로 딥러닝 알고리즘(Deep Learning Algorithm), 예를 들면, Inception, SqueezeNet, VGG, SegNet, DeepLab 또는 LKM 알고리즘을 적용하여 최종적으로 제설제 살포영역을 탐지 및 결정한다.

제설제 살포영역 검출부는 딥러닝 알고리즘에 의해 최종적으로 검출된 제설제 살포영역 영역을 정제 알고리즘(Refinement Algorithm)을 적용하여 제설제 살포영역 검출을 완성한다.

제설제 살포영역 면적 산출부는 제설제 살포영역 영역의 픽셀수 카운트를 통해 면적을 산출한다. 제설제 살포영역 위치 산출부는 제설제 살포영역의 중심 픽셀의 좌표값을 추출하여 제설제 살포영역 위치를 산출한다.

제설제 살포영역 영상의 모서리(Edge) 및 질감(Textile)을 분석하는 영상처리 알고리즘(Image Processing Algorithm)을 이용하여 제설제 살포영역 후보 영역을 탐지하며, 영상처리 알고리즘 적용을 통해 파악된 제설제 살포영역 후보군을 대상으로 딥러닝 알고리즘을 적용하여 최종적으로 제설제 살포영역을 탐지 및 결정할 수 있고, 딥러닝 알고리즘에 의해 최종적으로 검출된 제설제 살포영역을 정제 알고리즘(Refinement Algorithm)을 적용하여 제설제 살포영역 검출을 완성할 수 있다.

예컨대, 도 4와 같이, 도 4의 (a)는 정상적인 노면 상태를 나타내고, 도 4의 (b)는 노면이 20~59% 정도 결빙된 상태를 나타내며, 도 4의 (c)는 60%이상의 결빙된 상태를 나타내고 있습니다. 바람직하게는, 도 4의 (b)의 노면이 40% 가량 결빙된 상태이고, 도 4의 (c)는 85% 결빙된 상태의 노면을 나타내고 있으나, 이에 한정되는 형상을 갖지는 아니하고, 날씨에 따라 변형된 결빙상태를 나타낼 수 있다. 이에 따라, 제설제 살포영역 알고리즘을 통하여, 도 4의 (a), (b), (c) 상태를 탐지하여 드론(10)이 제설 작업을 시작할 수 있으며, 서버(300)로 도로 노면 상태를 전송하면, 중앙 통제실에서 영상으로 확인이 가능하여 제설제 살포여부를 결정할 수 있다. 또, 중앙 통제실을 통하여 결정된 사항을 제어모듈에서 딥러닝 등으로 학습하여 추후 동일한 상태의 결빙상태를 발견하게 되면, 학습된 알고리즘을 통하여 드론(10)이 제설제를 살포하도록 하여, 인력을 줄일 수 있어 인권비를 줄이고, 날씨에 따른 영향으로 사용자가 인지하기 어려운 상황에서도 결빙지역에 제설제를 살포할 수 있게 되어 안정성을 더욱 향상시킬 수 있다.

배터리는 드론(10)으로부터 무선 통신을 통해 배터리 정보를 전송받아 드론(10)의 배터리 상태를 표시함으로써, 조정자 또는 관리자가 드론(10)의 배터리 상태를 실시간으로 파악할 수 있도록 제공한다. 또한, 전원부에는 충방전 배터리가 내장되어 드론 지상관제 장치의 각 구성부에 전원을 공급하게 된다.

입력부는 서버(300)의 동작을 설정하기 위한 키보드 등의 입력장치로서, 이 입력부를 통해 드론 지상관제 장치(미도시)와 드론(10), 드론 이착륙 장치, 드론 호버링 장치, 드론 게이트 장치 등과의 무선 통신을 설정하며, 드론(10)이 변경되는 경우 새로운 드론과의 통신을 위해 무선통신 환경을 세팅하여 설정하게 된다. 입력부를 통해 설정되는 통신 설정 과정은 무선통신부(205)의 송신기 계기판을 통하여 표시된다.

제어모듈(200)은 바디부의 내측에 구비되어 드론 지상관제 장치의 각 구성부의 동작을 제어하고 관리하는 중앙처리장치이다. 이 제어모듈(200)은 입력부 및 무선 통신부를 통하여 드론(10), 드론 이착륙 장치, 드론 호버링 장치, 드론 게이트 장치 등과의 통신을 설정하고, 드론(10), 드론 이착륙 장치, 드론 호버링 장치, 드론 게이트 장치로부터 전송되는 데이터를 모니터링부를 통하여 표시하게 된다. 또한, 드론(10)의 배터리 전압 상태를 배터리 전압계를 통해 표시하고, 드론 조종사를 통하여 드론(10)을 조정하며, 인터페이스부를 통하여 연결된 컴퓨터(서버)의 드론 비행 시뮬레이션 프로그램을 실행시켜 드론 비행 시뮬레이션을 수행하게 된다.

한편, 제어모듈(200)은 드론 비행 및 조종 단말로부터 무선 송수신되어, 드론(10)의 출동과 복귀, 비행, 충전, 시설물 인식 및 영상촬영을 원격 지시를 받을 수 있다. 이때, 드론 비행 및 조종 단말은 드론(10)의 출동 및 복귀, 비행, 충전, 제설제 살포영역 인식, 제설제 살포영역 영상 촬영을 지시할 수 있는 알고리즘과 프로세서가 탑재되어 있다.

배터리는 드론 본체에 마련되되, 드론 보관소에서 충전된 전원을 무선통신부(205), 구동부, 메모리부, 제설제 저장탱크(20) 및 제어모듈(200)에 공급하도록 구비된다. 배터리는 후술하는 바디부에 구비된 배터리 충전부의 접촉단자에 접촉된다. 한편, 배터리는 드론(10)이 드론 보관소(100)에 안착하게 되면, 드론 보관소로부터 충전될 수 있다. 이때, 배터리는 드론 보관소(100)로부터의 배터리 충전은 단자에 의한 충전에 의할 수도 있고, 무선으로 인한 충전 중 적어도 어느 하나에 의한 충전일 수 있다.

또한, 도 7과 같이 다른 실시예에 의한 제설제 살포부(1400)는 드론(10)이 호버링 비행 중 노즐부(1440)가 이동되도록 마련된 가이드레일(1422)을 포함할 수 있다. 가이드레일(1442)은 드론(10)의 진행방향의 길이방향으로 마련된다. 이에 따라, 노즐부(1440)가 가이드레일(1442)을 따라 드론(10)의 전, 후방으로 이동하며 제설제를 살포하여 살포영역을 넓힐 수 있다. 또, 노즐부(1440)가 이동할 때에는 살포영역의 결빙 강도, 두께 등에 따라 분사량을 조절할 수 있다. 노즐부(1440)는 적어도 하나 이상으로 마련되어 분사량 조절없이 복수의 노즐부(1440)를 이동시키며 제설제량을 조절할 수도 있다.

이러한, 제설제 살포부(40,1400)는, 노즐부(44,1440)에서 분사되는 제설제로 향하는 구동부에서 발생한 후류를 차단하도록 노즐부(44,1440)에 마련된 스커트(50)를 포함할 수 있다.

스커트(50)은 도 6과 같이 노즐부(40)에서 분사되는 제설제로 향하는 구동부에서 발생한 후류를 차단하도록 노즐부(40)에 마련될 수 있다. 스커트(50)은 노즐부(40)을 일부 덮을 수 있도록 마련될 수 있다. 또, 스커트(50)은 측면에서 부는 바람을 막아주어 제설제가 목표지점에 도달할 수 있도록 할 수 있다. 한편, 본 발명의 스커트(50)의 다른 실시예에 의하면, 스커트(50)은 다양한 각도로 회전 가능하게 마련된다. 즉 스커트(50)은 노즐부(40)에서 제설제가 분사되는 방향의 축을 중심으로 소정 각도 회동하여 제설제의 방향을 조절할 수 있다. 이에 의해, 드론(10)의 방향을 바꾸면서 제설제를 살포하지 않게 되어 연료(배터리)효율을 높일 수 있으며, 드론 조종사가 원하는 영역에 제설제를 살포할 수 있는 효과가 있다.

여기서 도 4를 참조하여 드론 보관소(100)를 설명하면, 드론 보관소(100)은 무인으로 비행하는 드론(10)을 수용한다. 드론 보관소(100)은, 수용부가 형성된 케이스(110)에 연결되어, 수용부를 개방 및 폐쇄시키는 개폐부(120)과, 케이스(110)에서 개폐부(120)를 자동으로 개폐시키도록 개폐수단(130)이 마련되고, 드론(10)에 전력을 제공하는 배터리를 유무선으로 충전시키는 배터리 충전부(160)을 포함한다.

케이스(110)는 드론(10)이 안착하는 지지부(140)와, 지지부와 지지부(140)보다 낮은 수위를 유지하는 제설제(Dt)가 내부에 마련되는 제설제 충진부와, 제설제(Dt)를 흡입하여 드론(10)에 제공하는 제설제 보충수단(150)를 포함한다. 또한, 케이스(110)은 케이스(110)의 외면에 상기 케이스에 수용된 제설제량 또는 외부 서버로부터 전송받아 도로의 상황을 나타내는 표시부(미도시)를 포함할 수 있다. 표시부는 주행하는 차량에 마주하게 마련되어 날씨, 도로교통상황등을 안내할 수 있다. 예컨대, 표시부는 서버로부터 날씨, 도로교통상황 등의 정보를 실시간으로 수신받아 문자로 출력하여 차량에 정보를 제공한다.

케이스(110)에는 제설제(Dt)를 드론(10)에 수 회 충전시킬 수 있도록 마련된다. 케이스(110)에 마련되는 제설제(Dt)는 액상용일 수 있으며, 드론(10)에 5~10회 제공할 수 있는 양으로 마련될 수 있다. 더욱 바람직하게로는 케이스(110)에는 드론(10)에 7~8회정도로 충전할 수 있는 제설제 양을 항시 구비해 둘 수 있다.

이에 따라, 드론(10)에 사용되어지는 제설제를 수시로 충전하지 않아도 됨에 따라 불편함을 해소할 수 있고, 드론(10)의 작동시간을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 케이스(110) 내부의 제설제 상태를 후술하는 서버(300)로 전송할 수 있다. 여기서, 제설제의 상태는 제설제의 잔여량과 이물질의 혼합여부, 외부 기온에 따른 상태 등일 수 있으며, 여기에 한정되지 않고, 사용자의 설정에 의해 더 다양하게 상태정보를 얻을 수 있다.

한편, 케이스(110)에는 후술하는 개폐부(120)의 밀폐력을 향상시키기 위한 제1 패킹부재(112)가 마련될 수 있다. 제1 패킹부재(112)에는 개폐부(120)가 밀착하는 면에 마련된 제1 패킹부재(112)에 개폐부(120)가 밀착하여 드론 보관소(100)의 밀폐성능을 향상시킬 수 있다.

케이스 통신부(112,114)는 드론(10)과 서버(300) 간 송수신하도록 케이스(110)의 내외부 중 어느 하나에 마련된다. 케이스 통신부(112,114)는 케이스(110)에 마련되되, 액상 형태의 제설제 또는 외부로부터 침입하는 수분 등에 유리하도록 IPX7등급 이상으로 마련될 수 있다.

케이스 통신부(112,114)는 드론(10)과 통신 기능을 수행하는 제1 통신부(112)와, 제1 통신부(112)에서 수신된 정보를 제공받아 서버(300)로 전송하는 제2 통신부(114)를 포함한다. 제1 통신부(112)는 드론(10)의 상태를 송수신하고, 이러한 정보를 제2 통신부(114)로 송신하여, 제2 통신부(114)가 서버(300)로 수신된 정보를 송신한다.

개폐부(120)는 케이스(110)에 드론(10)이 근접하거나 드론(10)이 이륙을 준비하는 신호를 받으면 개방되고, 드론(10)이 수용부에 안착하거나 케이스(110)의 외부로 이탈하면 폐쇄된다. 개폐부(120)는 케이스(110) 내부에 강우, 상설, 이물질 유입이 방지할 수 있다. 이때, 개폐부(120)에는 케이스(110)가 밀착하는 면에 마련된 제2 패킹부재(112)에 케이스(110)가 밀착하여 드론 보관소(100)의 밀폐성능을 향상시킬 수 있다.

지지부(140)는 드론(10)이 안착하는 케이스(110)의 내부에 마련되되, 케이스(110)의 저면으로부터 소정의 높이를 갖도록 마련된다. 예컨대, 지지부(140)는 케이스(110)의 내부에 저장된 소정량의 액상용 제설제(Dt)에 잠기지 않는 높이에 액상용 제설제(Dt)의 상측에서 차폐하도록 마련된다.

제설제 보충수단(150)은 드론 보관소의 지정된 장소에 드론(10)이 안착되면, 드론(10)에 구비된 제설제 유입구를 통해 자동으로 제설제를 주입하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 제설제 보충수단(150)은 내부가 관통되어 제설제(Dt)가 통과하는 튜브와, 케이스(110) 내부의 제설제(Dt)를 제설제 저장탱크(20)로 펌핑하는 모터펌프를 포함한다. 튜브는 소정의 지름을 갖도록 관통되어 지지부(140)와 직교되게 마련되어 튜브는 모터펌프와 연결된다. 모터펌프는 튜브에 설치되어 지지부(140)에 마련된다. 이에 따라, 모터펌프의 작동으로 튜브의 일측에서 제설제(Dt)를 인입하여 튜브의 타측으로 제설제(Dt)를 토출할 수 있다.

배터리 충전부(160)는 드론(10)에 구비된 충전단자와 직접 접촉되어 드론(10)에 구비된 배터리를 충전하는 유선 충전기를 사용하거나, 지정된 장소에 안착된 드론(10)의 배터리를 무선으로 충전하는 무선 충전기를 사용할 수 있다. 배터리 충전부(160)는 지지부(140)에 드론(10)이 랜딩(안착)하는 위치에 마련되어, 드론(10)이 랜딩하는 경우 드론(10)의 배터리가 배터리 충전부(160)에 접촉한다.

배터리 충전부(160)는 무선 충전기로 마련된 경우 드론(10)이 배터리 충전부(160)에 근접하게 되면 예컨대, 케이스(110)의 내부에 진입하게 되면 충전하게 되는 것으로 접촉단자의 접촉없이 드론(10)을 충전시킬 수 있다. 또한, 배터리 충전부(160)는 배토리를 고속으로 충전시킬 수 있는 고속 배터리 충전기로 구비되어 단시간에 많은 량의 전력 에너지를 배터리에 공급할 수 있다. 여기서 유무선충전방식은 이미 공지된 기술로서 자세한 설명은 생략하기로 한다.

자가진단부(170,280)는 드론(10)이 지지대(140)에 안착하면 센서들에 접촉하게 되면, 드론(10)에 마련된 센서들을 가동하여 정상여부를 측정한다. 이렇게 측정된 측정값을 무선통신부(118)를 통하여 서버(300)로 전송한다. 자가진단부(170,280)은 드론(10)이 후술하는 지지부(140)에 랜딩하면, 자가 진단을 위한 점검을 시작한다. 예컨대, 드론에 마련된 센서들이 자가 구동 및 강제 구동시켜 측정되는 값이 미리 설정해둔 값과 비교하여 이상이 없는지 등의 여부를 확인한다. 이때, 자가진단부(170,280)는 미리 설정된 값과 측정된 값이 다를 경우 문제가 있는 것으로 판단하여 리포트(Report)를 발행하여 서버(300)로 전송한다.

이와 같은 드론 보관소(100)는 비나 눈 등의 이물질이 외부로부터 유입되지 않도록 박스형 구조를 갖도록 형성되며, 드론(10)의 입출입이 자유롭게 출입구가 개방되도록 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 드론 보관소는 도로의 길이에 따라 한 개가 도로에 설치되거나, 복수개가 도로의 서로 다른 위치에 설치될 수 있다.

도 8은 도 1의 드론의 작동을 나타내는 블록도이다.

본 발명의 드론(10)은 도 2에 도시된 바와 같이, 제어모듈(200)에 의해 상기의 구성으로 도로 노면상태 측정부(210), 제설제 살포부(220), 날씨 정보부(230), 자동항법설정부(240), 배터리 상태 측정부(250), 기동 거리 산출부(260), 노면 결빙 예측부(270), 자가진단부(280), 분사량 조절부(290) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

도로 노면 상태 측정부(210)는 도로의 비행경로를 따라 작업도로 노면(R)의 전 구간을 비행하는 드론 본체에 설치되어 도로의 노면(R)에 형성된 결빙을 감지하는 구성이다. 이러한 도로 노면 상태 측정부(210)는 도로의 노면을 촬영하는 카메라, 및 카메라를 통해 촬영된 노면의 영상을 분석하여 블랙아이스, 서리 등의 결빙이 형성된 노면을 추출하는 결빙감지 프로그램으로 구성될 수 있다.

도로 노면 상태 측정부(210)는 카메라(30)를 통하여 측정된 정보를 가지고 상술한 바와 같이 제설제 살포영역과 제설제 비살포영역으로 구분하는 프로그램을 적용시킬 수 있다. 또는, 서버를 통하여 중앙통제실에 전송하여 전문가가 결빙여부를 판단하여 드론(10)으로 하여금 제설제를 살포할 수 있도록 할 수 있다.

날씨 정보부(220)는 통신망을 통하여 드론(10)이 비행하는 도로 인근의 날씨정보를 실시간으로 제공받거나 상기 드론의 주변 날씨를 측정할 수 있다. 날씨 정보부(220)는 날씨측정센서를 통하여 얻거나, 기상청에서 드론(10)이 속해 있는 지역의 날씨정보를 실시간으로 수신한다. 날씨 정보부(220)는 수신된 정보와 날씨측정센서에서 측정된 정보를 비교분석하여 무선통신부(205)를 통하여 중앙통제실로 송신할 수 있다.

배터리 상태 측정부(250)는 드론(10)에 전력을 제공하는 배터리의 잔량을 실시간으로 측정할 수 있다. 기동 거리 산출부(260)는 드론(1)은 실시간으로 업데이트되는 날씨 정보와 배터리 상태 측정부(250)에서 배터리 잔여 전력에 기초하여 드론(1)이 기동 가능한 거리를 산출할 수 있다.

자동항법설정부(240)는 날씨 정보부(220)에서 제공받은 날씨 데이터에 기초해 노면의 결빙 예측시간을 측정하고, 예측된 시간 전에 제설제 살포영역(Sa)으로 이동할 수 있다. 자동항법설정부(240)는 GPS모듈과 위치확인센서 등에서 얻은 정보를 기초하여 데이터를 생성하고, 사용자가 항로를 설정하면, 설정된 항로를 따라 드론(10)을 비행시킬 수 있다.

자동항법설정부(240)는 기동 거리 산출부(260)에서 측정된 산출값에 따라, 드론(10)에 미리 설정된 보관소 및/또는 드론으로부터 근접한 거리에 있는 보관소(100)로 드론을 이동시킬 수 있다.

자동항법설정부(240)는 날씨 정보부(220)에서 수신받은 날씨 데이터값에 기초하여 제설제 살포영역(Sa)에 제설제가 살포되도록 드론(10)의 위치값을 재설정할 수 있다.

자동항법설정부(240)는 주기적으로 GPS모듈과 위치확인센서를 활용하여, 드론(10)의 위치 정보, 드론(10)의 식별 정보, 드론(10)의 운항 항로 및 드론(10)의 목적지 정보를 브로드 캐스트할 수 있다. 이하, 드론(10)의 위치 정보, 드론(10)의 식별 정보, 드론(10)의 운항 항로 및 드론(10)의 목적지 정보는 드론 운항 정보라는 용어로 표현될 수 있다.

네트워크 장치(미도시)는 브로드 캐스트되는 드론 운항 정보를 수신하여 서버(300)로 전달할 수 있다. 서버(드론 관제 장치, 300)에 네트워크 장치로부터 수신되는 드론(10)의 운항 정보를 기반으로 드론(10)의 현재 위치를 판단할 수 있다.

또한, 서버(300)는 드론 운항 정보를 수신하고, 드론(10)의 운항 경로를 조정할지 여부를 판단할 수 있다. 서버(300)는 업데이트 운항 정보를 기반으로 드론(10)의 운항 경로를 조정할지 여부를 판단할 수 있다.

노면 결빙 예측부(270)는 제설제 살포부(40)에서 살포된 제설제 살포영역(Sa)을 촬영하여 일정시간 경과 후 재결빙이 예상된다면, 드론이 다시 제설제를 살포하도록 제어모듈(200)에 전송하면, 제어모듈(200)은 예상되는 시간에 드론(10)을 결빙 예상 영역으로 다시 출동시킨다. 예컨대, 노면 결빙 예측부(270)는 제설제 살포영역(Sa)에 살포된 제설제로 인하여 결빙이 해소되었는지를 확인하는 것으로서, 결빙지역이 해소되지 아니하면 재차 드론(10)을 비행시켜 제설제 살포영역(Sa)에 다시 제설제를 살포시킨다. 또한, 노면 결빙 예측부(270)는 도로 노면상태 측정부(210)에서 측정된 노면 상태값과 날씨 정보부(230)에서 실시간 업데이트된 날씨 정보값을 비교하여 결빙 예측 시간을 연산하여 제어모듈(200)로 전송하여 제어모듈(200)을 통하여 제설제를 살포하거나, 서버로 전송할 수 있다.

장애물판단부는, 카메라(30)를 통해 촬영된 수면에 존재하는 장애물을 판단한다. 장애물판단부에서 도로의 노면에 장애물이 있다고 판단할 경우에는 상기 드론(10)의 위치를 보정하게 된다. 예컨대, 장애물판단부에서 노면에 장애물이 있다고 판단할 경우에 추후 노면에 존재하는 장애물로 인해 드론(10)이 하강하여 결빙을 감지하거나 레이저 빔을 조사되지 않는 것을 방지하기 위해 상기 수위측정위치 내에서 드론(10)의 위치를 보정하게 된다.

또한, 디스플레이부는 무선통신부(205)를 통해 서버(300)로부터 수신받은 제설제 살포영역을 디스플레이하기 위한 것으로, 제설제 살포영역을 3D로 디스플레이할 수 있다. 디스플레이부를 통해 제설제 살포영역을 3D로 디스플레이할 수 있음으로써 저수지의 지형 등을 육안으로 용이하게 확인할 수 있게 된다.

예컨대, 도 3과 같이, 드론(10)은 제1 드론과 제2 드론, 제3 드론으로 구분될 수 있다. 제1 드론은 제1 구역(S1), 제2 드론(10)은 제2 구역(S2), 제3 드론(10)은 제3 구역(S3)을 전담하여 비행한다.

제1,2,3 드론(10)은 외부로부터 무선으로 각각 전송된 제1,2,3 제어신호가 수신되면 제1,2,3 제어신호에 의해 설정된 도로의 비행경로를 따라 작업도로 제1,2,3 구역(S1,S2,S3)노면의 전 구간을 비행하면서 자체 구비된 결빙 감지장치를 통해 결빙이 감지된 노면을 대상으로 제설제를 분사한 후 상기 드론 보관소로 복귀한다.

또한, 본 발명에 따른 서버(300)는 드론(10)이 작업도로 노면의 전 구간을 비행하면서 드론(10)에 구비된 도로 노면 상태 측정부(210)를 통해 결빙이 감지된 노면을 대상으로 제설제를 분사하도록 하는 제어신호를 생성할 수 있다.

이때, 서버(300)는 외부로부터 수집된 기상정보를 분석하여 관리대상으로 지정된 도로의 노면에 블랙아이스, 서리 등의 결빙이 감지되는 경우, 도로의 노면에 생성된 결빙을 제거하기 위해 결빙이 감지된 노면에만 제설제를 분사하도록 하는 제어신호를 생성한다. 필요에 따라, 서버(300)는 작업도로의 전 구간 중 커브 구간 등 결빙에 의한 교통사고의 위험성이 높은 위험구간이 존재하는 경우, 상기 위험구간의 결빙을 먼저 감지하도록 하는 제어신호를 생성할 수 있다.

한편, 서버(300)는 인터넷 등의 통신 네트워크를 통해 도로기상정보시스템(Road Weather Information System: RWIS) 등 외부의 기상정보시스템에 연결되어 상기 기상정보시스템으로부터 관리대상으로 지정된 도로의 기상정보를 수집할 수 있다.

그리고 서버(300)는 관리대상으로 지정된 도로에 각각 설치되어 기상정보를 감지하는 센서부에 연결되어 센서부를 통해 도로의 기상정보를 수집할 수 있다. 이 경우, 서버(300)는 상기 센서부에 유무선 통신 네트워크로 연결된다.

서버(300)는 기상정보시스템이나 센서부 또는 이들 모두를 통해 수집된 기상정보를 분석하여 관리대상으로 지정된 도로의 눈, 블랙아이스, 서리 등의 위험요소 발생을 감지하고, 상기 위험요소 발생이 감지되면 해당 도로에 대한 제어신호를 생성하여 통신 네트워크를 통해 드론(10)으로 제어신호를 전송한다.

예컨대, 서버(300)는 관리대상으로 지정된 도로에 대한 기상정보를 분석하여 결빙의 위험성이 있는 도로를 작업도로로 지정하며, 상기 작업도로에 대한 제어신호를 생성하여 드론(10)으로 전송하도록 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 서버(300)는 관리대상으로 지정된 도로에 대한 기상정보를 수집하며, 상기 도로에 대한 기상정보를 분석하여 결빙의 위험성이 있는 도로를 작업도로로 지정하고, 작업도로에 대한 제어신호를 생성하여 작업도로에 인접한 드론 보관소에서 대기 중인 드론(10)에 전송한다. 이때, 서버(300)는 제어신호를 드론(10)에 전송한 후, 나중에 다른 제어신호를 다른 드론에 전송하도록 구성되는 것으로서 드론은 각각 조작될 수 있다.

한편, 서버(300)는 기상정보를 분석하여 안정범위로 지정된 풍속을 초과하는 풍속이 감지되면, 드론(10)이 안정적으로 도로 주변을 이동할 수 있도록 안내레일을 사용하는 이동경로로 드론(10)을 이동시키는 제어신호를 생성한 후 드론(10)으로 전송한다.

아울러, 서버(300)는 드론(10)에 구비된 제설제 저장탱크(20)의 용량과, 도로의 길이 등을 분석하여 드론(10)의 1회 비행거리를 설정할 수 있다. 예컨대, 1회 비행을 통해 제설제를 분사할 수 있는 구간이 250m인 드론(10)이 1㎞ 길이의 도로를 담당하는 경우, 서버(300)는 도로를 4구간으로 나누어서 드론(10)이 제설제 분사, 제설제 충전을 반복할 수 있도록 제어한다.

예를 들어, 기본 항로 정보를 기반으로 결정된 기본 설정 항로는 제1 하위 항로, 제2 하위 항로, 제3 하위항로를 연결하는 항로일 수 있다. 업데이트 항로 정보는 제2 하위 항로 상에 위치한 제한 항로에 대한 정보를 포함할 수 있다. 또한, 업데이트 항로 정보는 제한 항로 상의 운항 제한 시간에 대한 정보도 포함할 수 있다.

자가진단부(280)는 드론(10)이 드론 보관소(100)에 안착하게 되면, 드론(10)의 배터리 상태, 센서 등을 강제 구동시켜 문제여부 등을 진단할 수 있다. 자가진단부(280)에서 문제 발생하면, 서버(300)로 리포트(Report)한다.

분사량 조절부(290)는 제설제 살포영역(Sa)의 결빙 상태에 따라 제설제 살포부(40)에서 분사하는 제설제의 양을 조절할 수 있다. 또, 분사량 조절부(290)는 제설제 살포부(40)가 이동하는데 따라 제설제가 살포되는 분사압을 조절하여 일정하게 분사될 수 있다.

본 발명의 제설제 살포 드론에 따른 작동을 설명하면, 드론(10)은 도로(R)의 측면을 따라 이동하면서 도로(R)의 결빙상태를 측정한다. 여기서 도로(R)의 측면이란 드론(10)이 비행 중 추락하여도 도로(R) 노면 상에 추락하지 않는 거리로서, 드론(10)의 비행 속도, 풍향, 풍속, 고도 등에 의해 도로 측면 비행의 거리를 조절할 수 있다. 예컨대, 드론(10)은 도로(R)의 측면을 따라 비행하면서 도로(R) 상의 결빙을 감지하여 결빙지역 판단 프로그램에 의해 제설제 살포영역(Sa)으로 판단하게 되면, 드론(10)은 측면에서 호버링을 하면서 제설제 살포영역(Sa)으로 제설제(Di)를 살포한다.

또 다른 예시에 의하면, 드론(10)은 도로(R)의 측면을 따라 비행하면서 도로(R) 상의 결빙을 감지하여 결빙지역 판단 프로그램에 의해 제설제 살포영역(Sa)으로 판단하게 되면, 도로(R)에 진입하여 제설제 살포영역(Sa)에 제설제(Di)를 살포할 수 있다. 이 때에는, 드론(10)에서 살포하는 제설제(Di)가 불규칙한 풍향과 풍속에 의해 흩날리거나, 살포영역으로 조준하기 어려움이 있을 경우 도로(R)에 진입할 수 있다. 이때에는, 배터리 상태 등을 측정한 뒤 제설제를 살포하는 동안 및 드론(10)이 복귀하는데까지 배터리의 문제가 없을 경우에 해당할 수 있다.

드론(10)은 비행 중 구동부의 고장 또는 배터리 부족 등으로 예상치 못한 상황에서 추락하게 될 경우 도로(R)를 주행하는 자동차의 파손을 야기할 수 있으나, 본원 발명과 같이 도로(R)의 측면으로 비행하면서 도로 상태를 측정하는 경우에는 드론(10)의 예상치 못한 추락에도 자동차가 주행하는 도로 위로 추락하는 것을 방지할 수 있는 안전영역을 확보하여 사고를 예방할 수 있는 효과가 있다.

도 9 및 도 10은 도 3에 따른 드론의 제설제 살포 실시예를 나타내는 도이다.

도 9의 (a)를 참고하면, 드론(10)은 드론 보관소(100)로부터 이륙하여 도로 중앙선(CL)을 따라 비행하고, 이때, 카메라(30)를 통하여 도로를 촬영한다. 이때, 도 7의 (b)와 같이 도로에 결빙지역이 감지되면, 드론(10)은 무선통신부(205)를 통하여 서버(300)로 전송하면서, 제설제 살포영역(결빙지역, Sa)으로 이동하여 제설제(Di)를 살포한다. 또는 드론은 서버(300)로 전송하고, 결빙여부를 판단한 뒤 조종사가 제설제를 살포여부를 결정하면, 제설제 살포영역(Sa)으로 드론(10)이 이동한 뒤 제설제(Di)를 살포한다.

한편, 드론(10)이 비행중에는 제설제 살포영역(결빙지역)이 없었으나, 드론(10)에서 측정된 날씨가 결빙지역으로 예상될 경우에는 드론(10)이 제설제(Di)를 미리 살포하여 둘 수 있다.

또한, 본 발명의 제설제 살포 드론에 따른 다른 실시예의 작동을 설명하면, 도 10의 (a)를 참고하면, 드론(10)은 드론 보관소(100)로부터 이륙하여 도로 중앙선(CL)을 따라 비행하고, 이때, 카메라(30)를 통하여 도로를 촬영한다.

도 10의 (b)와 같이 도로에 제설제 살포영역(결빙지역, Sa)이 감지되면, 드론(10)은 무선통신부(205)를 통하여 서버(300)로 전송하면서, 제설제 살포영역(Sa)으로 이동하여 제설제를 살포한다. 또는 드론은 서버(300)로 전송하고, 결빙여부를 판단한 뒤 조종사가 제설제를 살포여부를 결정하면, 결빙지역(Sa)으로 드론(10)이 이동한 뒤 제설제(Di)를 살포한다.

이때, 측풍이 발생하면, 드론(10)은 측풍의 풍속을 측정하여 드론(10)에서 살포하는 제설제(Di)가 제설제 살포영역(결빙지역) 및/또는 제설제 살포 예상 영역으로 살포될 수 있도록 드론(10)의 위치를 보정한다.

한편, 드론(10)이 비행중에는 결빙지역이 없었으나, 드론(10)에서 측정된 날씨가 제설제 살포영역으로 예상될 경우에는 드론(10)이 제설제를 미리 살포하여 둘 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 제설제 살포 드론 및 드론 보관소에 따르면, 고속도로 또는 심각한 교통 체증을 일으키는 구간, 험난한 도로 또는 인적이 드물고, 접근이 용이하지 못한 외진 곳의 도로를 비행하여 결빙지역을 알아낼 수 있어 비용과 시간을 줄일 수 있는 효과가 있고, 실시간으로 날씨 정보를 전송받거나 비행 주변 날씨를 측정할 수 있어서 노면에 발생할 수 있는 결빙을 예측하거나, 결빙된 노면에 제설제를 살포하여 교통사고를 예방할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 제설제 살포 드론 및 드론 보관소에 따르면, 특정 구간만을 비행하며, 결빙된 도로 노면 상공에서 제설제를 살포하기 때문에 기동성이 향상되고, 적시에 정량을 살포할 수 있는 효과가 있고, 실시간으로 항로 상황을 반영하여 드론의 운항 경로를 결정함으로써 특정항로 상에서의 드론의 운항을 제한하여 상호 충돌을 예방하고, 연료(전력) 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있고, 드론이 작동되는 도로 인근에 드론 보관소가 배치되어, 드론 보관소에서 배터리 충전 및 제설제를 자동으로 충전할 수 있어, 시간을 줄일 수 있게 되는 효과가 있다.

전술한 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 드론
20: 제설제 저장탱크
30: 카메라
40: 제설제 살포부

Claims (9)

1. 무인으로 비행하는 드론에 있어서,
   상기 드론은,
   도로를 촬영하는 카메라와
   상기 카메라를 제어하여 촬영된 영상으로 상기 도로 노면을 제설제 살포영역과 제설제 비살포영역으로 구획하는 도로 노면상태 측정부 및
   상기 도로 노면상태 측정부에서 상기 제설제 살포영역으로 측정되면, 상기 드론의 위치를 보정하여 상기 제설제 살포영역에 제설제를 살포시키는 제설제 살포부를 포함하고,
   상기 드론은,
   통신망을 통하여 상기 드론이 비행하는 도로 인근의 날씨정보를 실시간으로 제공받거나 상기 드론의 주변 날씨를 측정하는 날씨 정보부를 포함하고,
   상기 날씨정보부에서 제공받은 날씨 데이터에 기초해 상기 노면의 결빙 예측시간을 측정하고, 예측된 시간 전에 제설제 살포영역으로 이동하는 자동항법설정부를 포함하는 제설제 살포 드론.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 드론은,
   상기 드론에 전력을 제공하는 배터리 잔량을 실시간으로 측정하는 배터리 상태 측정부를 포함하고,
   실시간으로 업데이트되는 날씨 정보와 상기 배터리 상태 측정부에서 상기 배터리 잔여 전력에 기초하여 상기 드론이 기동 가능한 거리를 산출하는 기동 거리 산출부를 포함하는 제설제 살포 드론.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 자동항법설정부는,
   상기 기동 거리 산출부에서 측정된 산출값에 따라, 상기 드론에 미리 설정된 보관소 또는 상기 드론으로부터 근접한 거리에 있는 보관소로 상기 드론을 이동시키는 제설제 살포 드론.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 자동항법설정부는,
   상기 날씨정보부에서 수신받은 날씨 데이터값에 기초하여 제설제 살포영역에 제설제가 살포되도록 상기 드론의 위치값을 재설정하는 제설제 살포 드론.
   
6. 제3항에 있어서,
   상기 드론은,
   상기 노면상태 측정부에서 측정된 노면 상태값과 상기 날씨정보부에서 실시간 업데이트된 날씨 정보값을 비교하여 결빙 예측 시간을 연산하는 노면 결빙 예측부를 포함하는 제설제 살포 드론.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 드론은,
   바디부와,
   내부에 제설제가 저장되어 상기 바디부에 마련되는 제설제 저장탱크와,
   상기 바디부를 비행시키도록 로터모터로 마련된 구동부를 포함하고,
   상기 제설제 살포부는,
   상기 바디부에 마련되어 상기 제설제 저장탱크로부터 제설제를 공급받아 상기 제설제를 살포하되, 상기 날씨 정보부에서 수신 받은 날씨 데이터에 기초하여, 상기 제설제 살포영역으로 제설제가 살포되도록 소정 각도 회동하는 제설제 살포 드론.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 제설제 살포부는,
   노즐부 및 상기 노즐부가 이동되도록 마련된 가이드레일을 포함하는 제설제 살포 드론.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 제설제 살포부는,
   상기 노즐부에서 분사되는 제설제로 향하는 상기 구동부에서 발생한 후류를 차단하도록 상기 노즐부에 마련된 스커트를 포함하는 제설제 살포 드론.

Images