KR102352881B1 - Methods for setting up dangerous air space for unmanned aerial vehicles - Google Patents

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    • B64C2201/141

Abstract

An objective of the present invention is to provide a hazard weather airspace setting method for an unmanned aerial vehicle, wherein by determining the weather data value step-by-step and using a decision-making tree to determine whether or not to set a hazard weather airspace, a hazard caused by the weather factors of the unmanned aerial vehicle is minimized by quickly determining the hazard weather airspace that variously changes according to a weather condition in a flight airspace of the unmanned aerial vehicle. The hazard weather airspace setting method comprises: an origin and destination setting step; a generating step; a weather data receiving step; a topographic data receiving step; a writing step; and a hazard weather airspace setting step.

Description

무인비행장치를 위한 위험기상공역 설정방법{METHODS FOR SETTING UP DANGEROUS AIR SPACE FOR UNMANNED AERIAL VEHICLES}Hazardous weather airspace setting method for unmanned aerial vehicles {METHODS FOR SETTING UP DANGEROUS AIR SPACE FOR UNMANNED AERIAL VEHICLES}

본 발명은 무인비행장치를 위한 위험기상공역 설정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기상 데이터 값을 단계별로 판단하여 위험기상공역 설정 여부를 판단하는 의사결정트리를 활용함으로써, 위험기상공역을 설정하기 위한 무인비행장치를 위한 위험기상공역 설정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for setting a dangerous weather area for an unmanned aerial vehicle, and more particularly, by judging the weather data value step by step and using a decision tree to determine whether to set the dangerous weather airspace, to set the dangerous weather area It relates to a method of setting up a dangerous weather area for an unmanned aerial vehicle for an unmanned aerial vehicle.

무인비행장치는 탑승자가 탑승하지 않고 자율 조종이나 원격 조종으로 비행하는 비행체이다. 처음에는 군사용으로 주로 이용되었으나, 현재는 스포츠 중계부터 재해 현장 촬영, 탐사 보도, 배달 서비스 등의 다양한 산업분야에서 활용되고 있으며, 상업용 무인비행장치 시장이 매우 빠른 속도로 커지고 있다.An unmanned aerial vehicle (UAV) is a vehicle that flies autonomously or remotely without a passenger on board. At first, it was mainly used for military purposes, but now it is being used in various industries such as sports broadcasting, disaster site shooting, investigative reporting, and delivery service, and the commercial unmanned aerial vehicle market is growing very rapidly.

무인비행장치의 보급과 사용이 증가하면서 무인비행장치가 추락하는 사고가 증가하고 있다. 무인비행장치의 추락 원인은 사람과실, 장비결함, 환경요인이 있으며, 무인비행장치의 안정성을 높이기 위한 고품질 비행장치 개발, 비행교육 및 무인항법기술 개발 등에 관한 연구가 진행되고 있다.As the spread and use of unmanned aerial vehicles increases, accidents in which unmanned aerial vehicles fall are increasing. The causes of the crash of unmanned aerial vehicles are human error, equipment defects, and environmental factors, and research is being conducted on the development of high-quality flight equipment to increase the stability of the unmanned aerial vehicle, flight education and development of unmanned navigation technology.

종래기술(특허문헌 1)은 드론의 경로 설정 시스템 및 그의 경로 설정 방법에 관한 것으로, 드론이 수집한 기상정보를 바탕으로 경로를 설정하고, 드론의 비행에 문제가 있는 구역을 회피하여 경로를 설정하는 방법에 대해 개시하고 있다.The prior art (Patent Document 1) relates to a system for setting a path for a drone and a method for setting a path thereof, and sets a path based on weather information collected by the drone, and sets the path by avoiding areas with problems in the flight of the drone How to do it is disclosed.

하지만, 종래기술은 바람의 세기와 방향만을 기상 정보로 활용하기 때문에, 다양한 기상현상에 대하여 신속한 대처를 할 수 없는 문제점이 있다.However, since the prior art utilizes only the wind strength and direction as weather information, there is a problem in that it cannot quickly respond to various weather phenomena.

대한민국 등록특허공보 제 10-2062661호 (발명의 명칭: 드론의 경로 설정 시스템 및 그의 경로 설정 방법, 공고일: 2020.01.06.)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2062661 (Title of the invention: Drone route setting system and route setting method thereof, announcement date: 2020.01.06.)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기상 데이터 값을 단계별로 판단하여 위험기상공역 설정 여부를 판단하는 의사결정트리를 활용함으로써, 무인비행장치의 비행공역 내에서 기상상태에 따라 다양하게 변화하는 위험기상공역을 신속하게 결정하여 무인비행장치의 기상요인에 의한 위험을 최소화하는 무인비행장치를 위한 위험기상공역 설정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, and by judging meteorological data values step by step and utilizing a decision tree to determine whether to set a dangerous weather area, the weather conditions within the flight airspace of the unmanned aerial vehicle The purpose of this is to provide a method for setting up a dangerous weather area for an unmanned aerial vehicle that minimizes the risk caused by the weather factors of the unmanned aerial vehicle by quickly determining the dangerous weather airspace that varies according to the weather conditions.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 무인비행장치를 위한 위험기상공역 설정방법은, 무인비행장치를 위한 위험기상공역 설정방법에 있어서, 출발지와 목적지의 위치를 설정하는 출발지 및 목적지 설정단계와, 상기 출발지와 상기 목적지 사이의 비행공역에 격자점을 생성하는 격자점 생성단계와, 적어도 하나 이상의 기상요소를 포함하는 기상 데이터를 수신하는 기상 데이터 수신단계와, 상기 격자점에 존재하는 지형지물의 높이, 종류, 면적 중 적어도 하나 이상을 포함하는 지형 데이터를 수신하는 지형 데이터 수신단계와, 상기 격자점의 위치에 따라 상기 기상 데이터 값 및 상기 지형 데이터 값을 대응시키고, 상기 기상데이터 값 및 상기 지형데이터 값을 단계별로 번갈아가며 판단하여 상기 격자점의 위험기상공역 설정 여부를 판단하는 의사결정트리를 작성하는 의사결정트리 작성단계와, 상기 의사결정트리에 의해 판단된 상기 위험기상공역 설정 여부에 따라 상기 격자점에 상기 위험기상공역을 설정하는 위험기상공역 설정단계를 포함하되, 상기 의사결정트리 작성단계에서, 상기 기상데이터는 상기 무인비행장치가 해당 격자점까지 도달하는 시간 내에 있는 격자점까지는 실측 데이터를 사용하고, 시간을 초과하는 격자점은 예측 데이터를 대응시키는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems, the dangerous weather airspace setting method for an unmanned aerial vehicle according to the present invention is a starting point and destination setting step of setting the locations of the departure point and the destination in the dangerous weather airspace setting method for the unmanned aerial vehicle And, a grid point generating step of generating a grid point in the flight airspace between the departure point and the destination, a meteorological data receiving step of receiving weather data including at least one or more weather elements; a topographic data receiving step of receiving topographic data including at least one of height, type, and area; A decision tree creation step of creating a decision tree to determine whether to set the dangerous weather airspace of the grid points by alternately determining the data values step by step, and whether to set the dangerous weather airspace determined by the decision tree and a dangerous weather airspace setting step of setting the dangerous weather airspace at the grid point, wherein in the decision tree preparation step, the weather data is actually measured up to the grid point within the time for the unmanned aerial vehicle to reach the corresponding grid point Using data, grid points over time are characterized by corresponding prediction data.

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본 발명의 무인비행장치를 위한 위험기상공역 설정방법에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.According to the method for setting a dangerous weather area for an unmanned aerial vehicle of the present invention, there are one or more of the following effects.

첫째, 기상 데이터 값을 단계별로 판단하여 위험기상공역 설정 여부를 판단하는 의사결정트리를 활용함으로써, 복합적인 요인으로 다양하게 나타나는 기상현상에도 위험기상공역을 신속하게 결정할 수 있는 이점이 있다.First, by using a decision tree that determines whether or not to set up a dangerous weather zone by judging the weather data value step by step, there is an advantage in that it can quickly determine the dangerous weather zone even in the case of various weather phenomena caused by complex factors.

둘째, 무인비행장치의 비행공역 내에서 위험기상공역을 설정하여 이를 회피하여 비행하도록 함으로써, 무인비행장치의 기상요인에 의한 위험을 최소화 할 수 있는 이점이 있다.Second, there is an advantage in that it is possible to minimize the risk due to the weather factors of the unmanned aerial vehicle by setting the dangerous weather airspace within the flight area of the unmanned aerial vehicle and flying by avoiding it.

셋째, 의사결정트리 작성 시 기상 데이터 뿐만 아니라 지형 데이터도 함께 고려하여 위험기상공역 설정 여부를 판단함으로써, 지형에 따라 다르게 나타나는 기상현상도 효과적으로 식별할 수 있다.Third, when creating a decision tree, it is possible to effectively identify weather phenomena that appear differently depending on the terrain by considering not only meteorological data but also topographical data to determine whether or not to set up a dangerous meteorological airspace.

넷째, 기상 데이터의 실측 데이터와 예측데이터를 결합함으로써 추후에 일어날 기상상태까지 미리 예측하여 위험기상공역 설정의 정확도를 향상시키고 무인비행장치의 안정성을 극대화할 수 있는 이점도 있다.Fourth, by combining the measured data of the weather data and the predicted data, it is possible to predict future weather conditions in advance to improve the accuracy of setting dangerous weather airspace and to maximize the stability of the unmanned aerial vehicle.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인비행장치를 위한 위험기상공역 설정방법의 순서도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 격자점을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 의사결정트리를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4a 및 도4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인비행장치를 위한 위험기상공역 설정방법을 설명하기 위한 도면이다.
1 is a flowchart of a method for setting dangerous weather airspace for an unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention.
2A and 2B are diagrams schematically illustrating grid points according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram schematically illustrating a decision tree according to an embodiment of the present invention.
4A and 4B are diagrams for explaining a method for setting a dangerous weather airspace for an unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. The terminology used herein is used to describe specific embodiments, not to limit the present invention. As used herein, the singular form may include the plural form unless the context clearly dictates otherwise. In addition, when a part "includes" a certain component throughout the present specification, it means that other components may be further included unless otherwise stated.

이하, 본 발명의 실시예들에 의한 무인비행장치를 위한 위험기상공역 설정방법을 설명하기 위하여 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings in order to explain a method for setting a dangerous weather area for an unmanned aerial vehicle according to embodiments of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인비행장치를 위한 위험기상공역 설정방법의 순서도이다.1 is a flowchart of a method for setting a dangerous weather area for an unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 무인비행장치를 위한 위험기상공역 설정방법은 출발지 및 목적지 설정단계(S10), 격자점 생성단계(S20), 기상 데이터 수신단계(S30), 지형 데이터 수신단계(S40), 의사결정트리 작성단계(S50), 위험기상공역 설정단계(S60)를 포함한다.Referring to Figure 1, the dangerous weather airspace setting method for an unmanned aerial vehicle according to the present invention includes a departure point and destination setting step (S10), a grid point generation step (S20), a weather data reception step (S30), a terrain data reception step (S40), a decision tree writing step (S50), including a dangerous weather airspace setting step (S60).

먼저, 출발지 및 목적지 설정단계(S10)에서는 무인비행장치(1)의 출발지와 목적지의 위치정보를 설정한다. 이 때, 출발지와 목적지의 위치정보는 위도, 경도, 고도를 x, y, z 값으로 하는 좌표가 될 수 있다. 출발지는 무인비행장치(1)가 현재 위치하고 있는 곳이 될 수 있으며, 목적지는 무인비행장치(1)가 특정 임무를 수행하기 위한 건물, 사람 등이 있는 지역이 될 수 있다.First, in the departure point and destination setting step (S10), location information of the departure point and the destination of the unmanned aerial vehicle 1 is set. In this case, the location information of the departure point and the destination may be coordinates in which latitude, longitude, and altitude are x, y, and z values. The starting point may be a place where the unmanned aerial vehicle 1 is currently located, and the destination may be an area where there are buildings, people, etc. for the unmanned aerial vehicle 1 to perform a specific mission.

도 2a를 참조하면, 격자점 생성단계(S20)에서는 출발지와 목적지 사이의 비행공역에 격자점(3)을 생성한다. 격자점(3)은 출발지와 목적지를 포함한 출발지와 목적지 사이의 공역에, 일정한 크기로 일정한 수평 간격을 유지하면서 형성되어, 지상에서부터 위쪽으로 입체적인 원기둥 형태로 형성될 수 있다. 격자점(3)의 크기는 1미터, 2미터, 10미터 등 사용자에 의해 설정 및 변경될 수 있으며, 격자점(3)들간의 수평 간격 또한 설정 및 변경될 수 있다. 이 때, 본 실시예에 따른 무인비행장치를 위한 위험기상공역 설정방법에 따르면, 지상에서부터 입체적인 원기둥 형태로 형성되는 높이는 통상 최대 2km까지 형성되는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 2A , in the grid point generation step S20 , grid points 3 are generated in the flight airspace between the departure point and the destination. The grid points 3 may be formed in the airspace between the departure and destination, including the departure and destination, while maintaining a constant horizontal distance with a predetermined size, and may be formed in a three-dimensional cylindrical shape upward from the ground. The size of the grid points 3 may be set and changed by a user, such as 1 meter, 2 meters, or 10 meters, and the horizontal spacing between grid points 3 may also be set and changed. At this time, according to the method for setting the dangerous weather airspace for the unmanned aerial vehicle according to the present embodiment, the height formed in the form of a three-dimensional cylinder from the ground is preferably formed up to a maximum of 2 km.

또한, 도 2a에는 출발지와 목적지 사이의 비행공역이 사각형 모양으로 도시되어 있지만, 도면에 도시된 바와 상관없이 출발지와 목적지 사이의 비행공역을 정하는 방법은 다양하게 형성될 수 있다.In addition, although the flight airspace between the departure point and the destination is shown in a rectangular shape in FIG. 2A , a method for determining the airspace between the departure point and the destination may be formed in various ways regardless of what is shown in the drawing.

또한, 도 2b를 참조하면, 입체적인 원기둥 모양으로 형성된 격자점(3)은 일정한 간격으로 수직으로 나뉘어 형성될 수 있으며, 격자점(3)들의 수직 간격은 1미터, 10미터 등 사용자에 의해 설정 및 변경될 수 있다.In addition, referring to FIG. 2B , the lattice points 3 formed in a three-dimensional cylindrical shape may be formed by being vertically divided at regular intervals, and the vertical spacing of the lattice points 3 may be set by the user, such as 1 meter, 10 meters, and the like. can be changed.

다시 도 1을 참조하면, 기상 데이터 수신단계(S30)에서는 기상청 등 기상 서비스 제공 기관으로부터 기상 데이터를 실시간 혹은 일정 간격으로 수신할 수 있다. 기상 데이터는 실측 데이터와 예측 데이터로 구성된다. 실측 데이터는 지상관측 시스템 AWS, ASOS 등으로부터 매 1분 단위로 관측된 자료를 기준으로 작성될 수 있으며, 예측 데이터는 기상청 등 기상서비스 제공 기관으로부터 3시간 간격 48시간 정량 예보된 디지털 예보자료로부터 작성될 수 있다. 실측 데이터에 예측 데이터를 결합함으로써 위험기상공역(5) 설정의 정확도를 높일 수 있다.Referring back to FIG. 1 , in the meteorological data receiving step S30 , meteorological data may be received from a meteorological service provider such as the Korea Meteorological Administration in real time or at regular intervals. Meteorological data is composed of measured data and predicted data. Actual data can be prepared based on data observed every minute from ground observation systems AWS, ASOS, etc., and forecast data are prepared from digital forecast data that are quantitatively forecasted for 48 hours at 3-hour intervals from meteorological service providers such as the Korea Meteorological Administration can be By combining the predicted data with the measured data, the accuracy of setting the dangerous weather zone 5 can be improved.

또한, 기상 데이터는 적어도 하나 이상의 기상요소를 포함한다. 기상요소는 기압, 기온, 습도, 풍향, 풍속, 구름의 양, 구름의 모양, 강수량, 뇌우, 안개 등 여러가지가 될 수 있다.In addition, the meteorological data includes at least one or more meteorological elements. Meteorological factors can be various, such as air pressure, temperature, humidity, wind direction, wind speed, cloud amount, cloud shape, precipitation, thunderstorm, fog, and the like.

지형 데이터 수신단계(S40)에서는 격자점(3)에 존재하는 지형지물의 높이, 종류, 면적 중 적어도 하나 이상을 포함하는 지형 데이터를 수신한다. 여기서, 지형지물의 종류는 빌딩, 산, 바다 등이 될 수 있다.In the topographic data receiving step S40 , topographic data including at least one of a height, a type, and an area of a topographical feature existing at the grid point 3 is received. Here, the type of the feature may be a building, a mountain, the sea, or the like.

의사결정트리 작성단계(S50)에서는 격자점(3)의 위치에 따라 수신된 기상 데이터 값을 대응시키고, 기상 데이터 값을 단계별로 판단하여 격자점(3)의 위험기상공역(5) 설정 여부를 판단하는 의사결정트리를 작성한다. 또한, 지형 데이터를 더 고려하여 위험기상공역(5) 설정 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 위험기상공역(5)은 무인비행장치(1)가 기상요인에 의하여 비행이 불가능한 지역을 의미한다.In the decision tree creation step (S50), the received weather data value is matched according to the location of the grid point (3), and the weather data value is determined step by step to determine whether the dangerous weather airspace (5) of the grid point (3) is set. Write a decision tree to make a decision. In addition, it is possible to determine whether to set the dangerous weather airspace 5 by further considering the topographic data. Here, the dangerous weather area 5 means an area in which the unmanned aerial vehicle 1 cannot fly due to weather factors.

바람에 의한 위험기상은 바람의 방향과 세기, 장애물의 존재 및 크기 등 여러가지 원인에 의해 변화할 수 있다. 산으로 바람이 부는 경우, 바람이 나가는 쪽인 풍하측은 바람이 들어오는 쪽인 풍상측에 비해 난류 강도가 센 경향이 있다. 따라서, 지형정보를 고려하면 난류와 같은 위험기상상태를 효과적으로 예측할 수 있다. 이에 따라 기상 데이터와 지형 데이터를 함께 의사결정트리를 통해서 단계별로 판단함으로써, 무인비행장치(1)의 비행공역 내에서 위험기상공역(5)을 효과적으로 설정할 수 있다.Dangerous weather caused by wind can change due to various causes, such as the direction and strength of the wind, and the presence and size of obstacles. When the wind blows into the mountains, the windward side, the downwind side, tends to have a greater intensity of turbulence than the upwind side, the windward side. Therefore, it is possible to effectively predict dangerous weather conditions such as turbulence by considering topographical information. Accordingly, by judging the weather data and the terrain data together through the decision tree step by step, it is possible to effectively set the dangerous weather area 5 within the flight area of the unmanned aerial vehicle 1 .

여기서, 수신된 기상 데이터 값을 격자점(3)에 대응시킬 때, 실측 데이터 값과 예측 데이터 값을, 출발지에서 해당 격자점(3)까지 걸리는 시간에 따라 적절히 대응시킬 수 있다. 예를 들면, 1시간 뒤를 예측하는 예측 데이터 값이 존재할 경우, 1시간 내에 도달할 수 있는 격자점(3)들에는 실측 데이터 값을 대응시키고, 1시간을 초과하는 격자점(3)들은 예측 데이터를 대응시킬 수 있다. 이를 통해, 무인비행장치(1)의 비행시간이 장시간 지속되더라도, 추후에 일어날 기상 상태까지 미리 예측하여 위험기상공역(5)을 설정함으로써, 예측 정확도를 향상시키고 무인비행장치(1)의 안정성을 극대화 할 수 있다.Here, when the received weather data value corresponds to the grid point 3 , the measured data value and the predicted data value may be appropriately matched according to the time taken from the departure point to the corresponding grid point 3 . For example, if there is a prediction data value that predicts one hour later, the actual data value corresponds to the grid points 3 that can be reached within one hour, and the grid points 3 that exceed one hour correspond to the prediction data can be matched. Through this, even if the flight time of the unmanned aerial vehicle 1 lasts for a long time, by setting the dangerous weather area 5 by predicting the weather conditions that will occur later in advance, the prediction accuracy is improved and the stability of the unmanned aerial vehicle 1 is improved. can be maximized.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 의사결정트리를 개략적으로 나타낸 도면이다.3 is a diagram schematically illustrating a decision tree according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 의사결정트리는 노드, 분기, 리프로 구성된다. 각 노드는 특징 혹은 속성을 나타내고, 각 분기는 결정 혹은 규칙을 나타내며, 각 리프는 결과를 나타낸다. 각 노드는 기상요소들 또는 지형지물의 높이, 종류, 면적이 될 수 있다. 또한, 각 분기는 인자들에 의해 결정될 수 있으며, 분기를 결정하는 인자는 분기가 형성되는 노드에 따라서 정해질 수 있다. 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 분기가 형성되는 노드가 바람의 세기일 경우, 풍속 5m/s 이하, 5m/s 초과와 같이 바람의 세기에 대한 특정 값으로 인자가 설정될 수 있다. 또한, 노드와 분기에 의해서 도출되는 리프 값은 위험기상공역(5) 설정 여부를 판단하기 위한 위험기상 케이스가 될 수 있으며, 이에 따라 최종적으로 의사결정이 이루어져 위험기상공역(5) 설정 여부를 판단할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the decision tree is composed of nodes, branches, and leaves. Each node represents a feature or attribute, each branch represents a decision or rule, and each leaf represents a result. Each node can be a height, type, or area of a meteorological element or feature. In addition, each branch may be determined by factors, and a factor determining a branch may be determined according to a node in which the branch is formed. For example, as shown in FIG. 3 , when the node where the branch is formed is the strength of the wind, the factor may be set to a specific value for the strength of the wind, such as a wind speed of 5 m/s or less and 5 m/s or more. . In addition, the leaf value derived by the node and branch can be a dangerous weather case for determining whether to set the dangerous weather area (5), and accordingly, a decision is finally made to determine whether to set the dangerous weather area (5) can do.

도 3에서는 바람의 방향, 바람의 세기, 시간당 강수량이 노드가 될 수 있고, 동풍과 서풍, 5m/s, 5mm/s가 분기를 결정하는 인자가 될 수 있으며, 모든 비행공역 사용가능, 풍하측 저고도 비행금지, 풍하측 비행금지, 모든 비행공역 사용금지가 리프가 될 수 있다.In FIG. 3, the wind direction, wind strength, and hourly precipitation can be nodes, and east and west winds, 5 m/s, and 5 mm/s can be factors that determine branching, and all airspaces can be used, downwind side A ban on low-altitude flying, a ban on flying under the wind, and a ban on the use of all airspace can be a leaf.

여기서, 위험기상 케이스는 모든 비행 사용가능, 풍하측 저고도 비행금지, 풍하측 비행금지, 모든 비행공역 사용금지 등과 같이, 각각의 기상현상들 및 지형 요인에 의해 복합적으로 발생하는 기상상태에 대해서 위험기상공역(5) 설정 여부를 판단하기 위하여 나눠지는 케이스를 의미한다. 예를 들면, 비행공역에 빌딩이나 산이 존재하는 경우, 바람의 세기가 같더라도 풍상측은 무인비행장치(1)가 정상적으로 비행이 가능하지만, 풍하측은 난류가 발생하여 비행을 불가능하게 할 수 있기 때문에, 풍하측 공역은 사용을 금지하도록 위험기상 케이스를 정할 수 있다.Here, the dangerous weather case is dangerous weather for weather conditions that are complexly caused by each meteorological phenomenon and topographical factors, such as all flights available, no low-altitude flight under the wind, no flight under the wind, no use of all airspace, etc. It means a case divided to determine whether to set the airspace (5). For example, if there is a building or mountain in the flight airspace, even if the wind strength is the same, the unmanned aerial vehicle 1 can fly normally on the upwind side, but turbulence occurs on the downwind side, making flight impossible. A hazardous weather case may be established to prohibit use of the downwind airspace.

또한, 위험기상 케이스는 다양한 방법으로 결정될 수 있다. 공역 설계자, 관제사 등의 사용자에 의해 임의로 결정될 수 있으며, 또한 수치해석 기법을 활용하여 빌딩풍을 분석한 결과를 토대로 공역 사용성을 설정할 수 있다.In addition, the dangerous weather case may be determined in various ways. It can be arbitrarily determined by users such as airspace designers and controllers, and airspace usability can be set based on the results of analyzing the building style using numerical analysis techniques.

도 3에 도시된 바와 같이, 의사결정트리는 입력값을 기반으로 여러 요인을 복합적으로 고려하여 위험기상 케이스를 나눔으로써 위험기상공역(5)을 설정할 수 있다. 도 3에는 바람의 방향, 세기, 시간당 강수량만 고려하고 있지만, 도 4는 설명을 위해 매우 개략적으로 도시되어 있을 뿐이며, 실제로는 매우 다양한 요인에 의해서 위험기상 케이스가 결정될 수 있다. As shown in FIG. 3 , the decision tree can set the dangerous weather airspace 5 by dividing the dangerous weather cases by considering several factors in a complex way based on the input value. Although only the wind direction, strength, and hourly precipitation are considered in FIG. 3 , FIG. 4 is only schematically illustrated for explanation, and in reality, a dangerous weather case may be determined by a wide variety of factors.

또한, 각 노드에 설정되는 기상요소들과 지형 데이터에는 가중치가 정해져 위험기상공역(5) 설정 여부를 판단하기 위한 최적의 의사결정트리를 만들 수 있다.In addition, weights are determined for the weather elements and terrain data set in each node, so that an optimal decision tree for determining whether to set the dangerous weather airspace 5 can be made.

의사결정트리의 항목별 가중치는 머신러닝 알고리즘을 활용하여 얻을 수 있다. 활용 가능한 머신러닝 알고리즘은 Python, R, Gradient Boosting Classifier, Support Vector Machines, Random Forest, KNN 등이 있으며, 서로 중복하여 사용할 수 있다. 이러한 머신러닝 알고리즘들을 활용하여 최적의 의사결정트리를 작성할 수 있다.The weight of each item in the decision tree can be obtained by using a machine learning algorithm. Available machine learning algorithms include Python, R, Gradient Boosting Classifier, Support Vector Machines, Random Forest, and KNN, and they can be used overlapping each other. Using these machine learning algorithms, an optimal decision tree can be created.

또한, 의사결정트리에 입력되는 물리량은 기본적으로 온도, 습도, 풍속, 풍향, 기압 등과 같은 관측값이 사용될 수 있으며, 가온도, 온위, 와도 등과 같은 기본 물리량들의 합성값을 사용할 수도 있다. 의사결정트리의 분기를 결정하는 인자와 가중치는 다변량 분석법에 의해 다양하게 결정될 수 있으며, 트리를 결정하는 분기 조건이 어떤 값을 사용할 것인가는 데이터를 기반으로 한 계산을 통해서 결정될 수 있다.In addition, as the physical quantity input to the decision tree, observation values such as temperature, humidity, wind speed, wind direction, and atmospheric pressure can be used. A composite value of basic physical quantities such as heating temperature, temperature, vortex, etc. may be used. Factors and weights that determine branching of a decision tree can be variously determined by multivariate analysis, and which value to use as a branching condition to determine a tree can be determined through data-based calculations.

또한, 기상 데이터와 지형 데이터 값을 기반으로 의사결정을 하는데 있어서, 각 노드에 기상 데이터 값 혹은 지형 데이터 값만을 설정하거나, 기상 데이터와 지형 데이터를 모두 설정하여 의사 결정을 처리할 수 있다. 기상 데이터와 지형 데이터를 모두 설정할 경우, 노드에 설정되는 순서는 정해져 있지 않으며 이상에서 설명한 것과 마찬가지로 알고리즘을 활용하여 정해질 수 있어, 기상 데이터와 지형 데이터를 번갈아가면서 단계별로 판단할 수 있다.In addition, in making a decision based on the weather data and the terrain data value, only the weather data value or the terrain data value may be set in each node, or both the weather data and the terrain data may be set to process the decision. When both the weather data and the terrain data are set, the order in which the nodes are set is not determined and can be determined by using an algorithm as described above, so that the weather data and the terrain data can be determined step by step alternately.

도 4a 및 도4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인비행장치(1)를 위한 위험기상공역 설정방법을 설명하기 위한 도면이다.4A and 4B are diagrams for explaining a method for setting a dangerous weather airspace for the unmanned aerial vehicle 1 according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 위험기상공역 설정단계(S60)에서는 획득한 기상 데이터를 의사결정트리에 입력하여 격자점(3)에 위험기상공역(5)을 설정한다.Referring to FIG. 4 , in the dangerous weather airspace setting step S60 , the obtained meteorological data is input to the decision tree to set the dangerous weather airspace 5 at the grid point 3 .

도 4a에 도시된 바와 같이, 서풍의 경우 지형물을 기준으로 바람이 들어오는 쪽인 A, B는 풍상측이고, 바람이 나가는 쪽인 C, D, E, F는 풍하측에 해당한다. 이 때, 풍속에 따라 위험기상공역(5)을 설정할 수 있다. 예를 들면, 입력 값이 풍속 3m/s 이하일 때는 모든 격자점(3)이 비행 가능한 공역이며, 풍속 3m/s 초과 5m/s 이하일 때는 C2, C3, C4가 위험기상공역(5)으로 설정되고, 풍속 5m/s 초과 10m/s 이하일 때는 C2, C3, C4, D2, D3, D4가 위험기상공역(5)으로 설정되며, 풍속 10m/s를 초과할 때는 모든 격자점(3)을 위험기상공역(5)으로 설정할 수 있다.As shown in FIG. 4A , in the case of a westerly wind, A and B, which are the windward sides, correspond to the windward side, and C, D, E, and F, which are the windward sides, correspond to the downwind side with respect to the terrain. At this time, it is possible to set the dangerous weather airspace (5) according to the wind speed. For example, when the input value is 3 m/s or less, all grid points (3) are airspace in which the air can fly, and when the wind speed exceeds 3 m/s and less than 5 m/s, C2, C3, and C4 are set as dangerous weather airspace (5). , When the wind speed exceeds 5m/s and below 10m/s, C2, C3, C4, D2, D3, and D4 are set as dangerous weather airspace (5), and when the wind speed exceeds 10m/s, all grid points (3) are set as dangerous weather Can be set to airspace (5).

또한, 도 4b에 도시된 바와 같이, 동풍의 경우 지형물을 기준으로 바람이 들어오는 쪽인 C, D, E, F는 풍상측이고, 바람이 나가는 쪽인 A, B는 풍하측에 해당한다. 따라서, 이 경우에는 풍속 3m/s 이하일 때는 모든 격자점(3)이 비행 가능한 공역이며, 풍속 3m/s 초과 5m/s 이하일 때는 B2, B3, B4가 위험기상공역(5)으로 설정되고, 풍속 5m/s 초과 10m/s 이하일 때는 B2, B3, B4, A2, A3, A4가 위험기상공역(5)으로 설정되며, 풍속 10m/s를 초과할 때는 모든 격자점(3)을 위험기상공역(5)으로 설정할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 4B , in the case of the east wind, C, D, E, and F, which are the windward sides, correspond to the windward side, and the windward sides, A and B, correspond to the windward side. Therefore, in this case, when the wind speed is 3 m/s or less, all grid points (3) are flightable airspace, and when the wind speed exceeds 3 m/s and 5 m/s or less, B2, B3, and B4 are set as dangerous weather airspace (5), and the wind speed When it exceeds 5 m/s and below 10 m/s, B2, B3, B4, A2, A3, A4 is set as the dangerous weather airspace (5), and when the wind speed exceeds 10 m/s, all grid points (3) 5) can be set.

이처럼, 바람의 방향과 세기에 따라 격자점(3)의 위험도가 달라지며, 의사결정트리를 통해 결정되는 위험기상 케이스를 바탕으로 각 격자점(3)들에 대해서 최종적으로 위험기상공역(5)을 설정할 수 있다.As such, the degree of risk of the grid point (3) varies according to the direction and strength of the wind, and based on the dangerous weather case determined through the decision tree, finally the hazardous weather area (5) for each grid point (3) can be set.

또한, 이상에서는 바람의 방향과 세기에 따라서만 위험기상공역(5)을 설정하였으나, 기상현상은 복합적인 요인의 결합으로 나타나기 때문에 기상요소들 각각이 특정 값을 만족하는지 단계별로 판단하는 의사결정트리를 작성함으로써, 입력한 기상 데이터의 모든 요소들을 고려하여 위험기상공역(5)을 설정할 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이, 지형 데이터를 기반으로 비행공역 내의 지형지물을 함께 고려하여 위험기상공역(5)을 설정할 수 있다.In addition, in the above, the dangerous meteorological airspace 5 was set only according to the direction and strength of the wind, but since the meteorological phenomenon appears as a combination of complex factors, it is a decision tree that determines whether each of the weather elements satisfies a specific value step by step By writing , the dangerous weather airspace 5 can be set in consideration of all elements of the entered meteorological data, and as shown in FIG. (5) can be set.

예를 들면, 도 4의 경우, 풍속이 3m/s 이하일 때 모든 격자점(3)이 비행 가능한 공역이라고 예를 들었지만, 풍속이 3m/s 이하이지만 강수량이 60mm/h로 매우 높은 경우 그 지점의 격자점(3)을 의사결정트리의 단계별 판단에 따라 위험기상공역(5)으로 설정할 수 있다.For example, in the case of FIG. 4, when the wind speed is 3 m/s or less, all grid points 3 are in flightable airspace, but when the wind speed is 3 m/s or less but the precipitation is very high as 60 mm/h The grid point (3) can be set as the dangerous weather airspace (5) according to the step-by-step determination of the decision tree.

상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.As described above, although preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described with reference to the drawings, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the present invention is not limited to the scope of the present invention as claimed in the claims. Various modifications may be made by those of ordinary skill in the art to which the invention pertains, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or prospect of the present invention.

1: 무인비행장치
3: 격자점
5: 위험기상공역
1: Unmanned aerial vehicle
3: grid points
5: Dangerous weather airspace

Claims (4)

무인비행장치를 위한 위험기상공역 설정방법에 있어서,
출발지와 목적지의 위치를 설정하는 출발지 및 목적지 설정단계;
상기 출발지와 상기 목적지 사이의 비행공역에 격자점을 생성하는 격자점 생성단계;
적어도 하나 이상의 기상요소를 포함하는 기상 데이터를 수신하는 기상 데이터 수신단계;
상기 격자점에 존재하는 지형지물의 높이, 종류, 면적 중 적어도 하나 이상을 포함하는 지형 데이터를 수신하는 지형 데이터 수신단계;
상기 격자점의 위치에 따라 상기 기상 데이터 값 및 상기 지형 데이터 값을 대응시키고, 상기 기상데이터 값 및 상기 지형데이터 값을 단계별로 번갈아가며 판단하여 상기 격자점의 위험기상공역 설정 여부를 판단하는 의사결정트리를 작성하는 의사결정트리 작성단계;
상기 의사결정트리에 의해 판단된 상기 위험기상공역 설정 여부에 따라 상기 격자점에 상기 위험기상공역을 설정하는 위험기상공역 설정단계;를 포함하되,
상기 의사결정트리 작성단계에서,
상기 기상데이터는 상기 무인비행장치가 해당 격자점까지 도달하는 시간 내에 있는 격자점까지는 실측 데이터를 사용하고, 시간을 초과하는 격자점은 예측 데이터를 대응시키는 것을 특징으로 하는 무인비행장치를 위한 위험기상공역 설정방법.
In the method for setting a dangerous weather area for an unmanned aerial vehicle,
A source and destination setting step of setting the location of the source and destination;
a grid point generation step of generating grid points in the flight airspace between the departure point and the destination;
a meteorological data receiving step of receiving meteorological data including at least one meteorological element;
a topographic data receiving step of receiving topographic data including at least one of a height, a type, and an area of a feature existing at the grid point;
Decision-making in which the weather data value and the terrain data value are matched according to the location of the grid point, and the weather data value and the terrain data value are determined alternately step by step to determine whether to set the dangerous weather airspace of the grid point Decision tree creation step of creating a tree;
Dangerous weather airspace setting step of setting the dangerous weather airspace at the grid points according to whether the dangerous weather airspace is set determined by the decision tree;
In the decision tree writing step,
The weather data is dangerous weather for the unmanned aerial vehicle, characterized in that the actual data is used up to the grid point within the time for the unmanned aerial vehicle to reach the corresponding grid point, and the grid point exceeding the time corresponds to the predicted data How to set up airspace.
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