KR102390569B1 - 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템은 비행과 항해를 통해 지상과 수상의 지형공간 정보를 수집하는 드론; 복수의 상기 드론이 수집한 지형공간 정보를 저장 관리하면서 특정 지형의 지형공간 정보를 필요기관에 제공하는 지형공간 정보 관리서버; 상기 드론이 촬영한 영상정보를 실시간으로 수신하면서 필요한 경우 상기 드론을 제어하는 관리자 단말기; 상기 드론이 비행하는 지역을 주행하는 차량에 장착되어 주행경로를 촬영하는 블랙박스 단말기; 상기 블랙박스 단말기가 촬영한 영상을 전달받아 해당 영상으로부터 지상의 지형공간 정보를 추출하여 이용할 수 있게 상기 드론에 전송하는 네비게이션 단말기; 및 상기 네비게이션 단말기에 차량의 주경경로를 제공하면서 상기 블랙박스 단말기가 촬영한 영상을 수신하여 상기 드론 또는 지형공간 정보 관리서버에 제공하는 통신사 단말기;를 포함하여 하나의 드론으로 지상의 지형공간 정보와 수상의 지형공간 정보 한번에 모두 측량할 수 있어 신속하게 지형공간 정보를 측량할 수 있는 효과가 있다.

Description

드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템{GEOSPATIAL INFORMATION SURVEY SYSTEM USING DRONE}
본 발명은 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 드론을 이용하여 지상을 비행하면서 지형 지물을 촬영하고, 지상을 비행하면서 강이나 저수지가 있는 경우 해당 강이나 저수지에 착륙하여 수상을 자율항해 하면서 강이나 저수지에 대한 지형공간 정보를 측량하여 저수량을 산출할 수 있는 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템에 관한 것이다.
종래 지형공간 정보 측량 시스템은 선행기술문헌에 개시된 바와 같이 하나의 드론으로 지상의 지형공간 정보를 측량하거나, 또는 수상의 지형공간 정보만을 측량할 수 있고, 지상의 지형공간 정보와 수상의 지형공간 정보 모두를 측량할 수 없다는 문제점이 있다.
상술한 바와 같은 문제점으로 인해 종래 지형공간 정보 측량 시스템은 수상의 지형공간 정보 측량과 지상의 지형공간 정보 측량을 각각 별도로 수행해야하기 때문에 상당한 측량업무비용이 발생하게 되는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1915294호(2018.10.30) 대한민국 등록특허공보 제10-2297661호(2021.08.30)
상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 LiDAR(Light Detection And Ranging) 시스템이 탑재된 드론이 상공 비행 모드에서 레이저 펄스를 지표면에 발사하고, 반사되는 레이저 펄스의 도달시간을 측정함으로써 발사 지점의 3차원 위치 좌표를 계산하고, 더불어, 상시 드론이 비행하는 상공과 대응되는 지역의 지상을 운행하는 차량과 공조하여 좀더 지형공간 정보 측량할 수 있는 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
즉, 상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 드론이 통신사 서버와 통신 가능하게 구축되고, 차량의 네비게이션 단말기에 이동 경로를 제공하는 통신사 서버와 차량 내에 설치된 블랙박스가 근거리 통신을 통해 블랙박스가 촬영한 영상을 제공받아 드론이 상공에서 촬영한 영상과 병합하여 지형공간 정보를 측량하는 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템은 비행과 항해를 통해 지상과 수상의 지형공간 정보를 수집하는 드론; 복수의 상기 드론이 수집한 지형공간 정보를 저장 관리하면서 특정 지형의 지형공간 정보를 필요기관에 제공하는 지형공간 정보 관리서버; 상기 드론이 촬영한 영상정보를 실시간으로 수신하면서 필요한 경우 상기 드론을 제어하는 관리자 단말기; 상기 드론이 비행하는 지역을 주행하는 차량에 장착되어 주행경로를 촬영하는 블랙박스 단말기; 상기 블랙박스 단말기가 촬영한 영상을 전달받아 해당 영상으로부터 지상의 지형공간 정보를 추출하여 이용할 수 있게 상기 드론에 전송하는 네비게이션 단말기; 및 상기 네비게이션 단말기에 차량의 주경경로를 제공하면서 상기 블랙박스 단말기가 촬영한 영상을 수신하여 상기 드론 또는 지형공간 정보 관리서버에 제공하는 통신사 단말기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템의 드론은 본체; 일단이 상기 본체에 결합된 제1 내지 제4 블레이드 모듈 암; 상기 제1 내지 제4 블레이드 모듈 암 각각의 말단에 형성되어 상기 드론의 비행과 항해를 가능하게 하는 제1 내지 제4 블레이드 모듈; 상기 드론이 지면과 수면에 이착륙 할 수 있도록 하는 착륙부재; 상부가 상기 본체에 결합되고 하부가 상기 착륙부재에 결합되어 상기 본체와 착륙부재를 연결해 주는 착륙부재 암; 및 상기 드론의 비행과 항해에 필요한 전원을 제공하는 태양광 패널;을 포함하되, 상기 착륙부재는 상부로 볼록하고 하부로 오목한 구조로 형성되어, 볼록한 상부면이 상기 착륙부재 암의 타단과 결합되고, 오목한 하부면으로 부양부재가 흡착되어 있는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게, 상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템의 본체는 상기 지형공간 정보 관리서버, 관리자 단말기, 또는 통신사 서버와 네트워크 통신을 하는 통신부; 상기 부양부재에 공기를 주입하거나 흡입하는 공기 배기&흡기부; 상기 본체의 외부면에 형성되어 비행 중, 지면으로 방출시켜 상공에서의 지형공간 정보를 수집하는 라이다 센서; 상기 드론이 수상에 착륙하여 항해하면서 수심을 감지하는 소나센서; 상기 드론을 비행모드에서 항해모드로 전환하고 상기 공기 배기&흡기부를 구동시켜 상기 부양부재에 공기가 주입될 수 있도록 하는 주제어부; 및 초기설정 또는 상기 주제어부의 제어에 따라 상기 드론의 자율비행 또는 자율항해를 위한 알고리즘이 저장된 자율 비행&항해 알고리즘 DB;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
더욱더 바람직하게, 상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템의 지형공간 정보 관리서버는 상기 통신부와 통신하면서, 상기 드론이 촬영한 지상에 대한 상공에서의 지형공간 정보를 수신하고 통신모듈; 기지국 좌표를 기준으로 소정의 간격으로 분할하여 상기 드론이 상공에서 비행할 수 있는 가로방향 경로와 세로방향 경로를 생성하는 비행경로 생성부; 상기 드론이 항해모드로 전환되어 수면에 착륙하여 항해 할 수 있는 횡방향 경로와 종방향 경로를 생성하는 항해경로 생성부; 상기 항해경로 생성부가 생성한 횡방향 경로와 종방향 경로가 교차하는 교차점의 좌표를 계산하는 제어모듈; 및 상기 드론이 자율적으로 비행과 항해를 수행할 수 있도록 하는 알고리즘을 생성하는 자율 비행&항해 알고리즘 생성부;를 포함한다.
본 발명에 따른 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템은 하나의 드론으로 지상의 지형공간 정보와 수상의 지형공간 정보 한번에 모두 측량할 수 있어 신속하게 지형공간 정보를 측량할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템은 드론이 상공에서 촬영하는 지역을 동 시간대에 운행하는 차량이 촬영한 블랙박스 영상을 통신사 서버로부터 수집하여, 드론이 촬영한 상공의 영상과, 차량의 블랙박스가 촬영한 지상의 영상을 병합함으로써 보다 정밀하고 정확하게 지형공간 정보를 측량할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템의 드론 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템의 드론과 지형공간 정보 관리서버의 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템에서 기지국에 의한 측량 구역 확정예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템의 드론이 상공에서 라이다 센서를 통해 지표면을 촬영하는 과정을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템에서 항해 모드시의 드론 형태를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템에서 드론의 항해 과정을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템에서 좌표정보와 수심을 이용해 단위 세그먼트 당 저수량 산출을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템에서 소나센서가 복수의 이동경로 수심을 한번에 계측하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가 장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템은 드론(100), 지형공간 정보 관리서버(200), 관리자 단말기(300), 블랙박스 단말기(400), 네비게이션 단말기(500), 및 통신사 서버(600)를 포함한다.
상기 드론(100)은 도 2에 도시된 바와 같이 본체(110), 블레이드 모듈 암(120), 블레이드 모듈(130), 착륙부재 암(140), 착륙부재(150), 및 태양광 패널(160)을 포함한다.
상기 본체(110)는 도 3a에 도시된 바와 같이 통신부(111), 공기 배기&흡기부(112), 라이다 센서(113), 소나센서(114), 주제어부(115), 자율 비행&항해 알고리즘 DB(116)을 포함한다.
상기 통신부(111)는 지형공간 정보 관리서버(200), 관리자 단말기(300), 또는 통신사 서버(600)와 네트워크 통신을 한다.
상기 통신부(111)는 상기 지형공간 정보 관리서버(200)와 네트워크 통신을 통해 상기 드론(100)이 상공에서 촬영한 지상의 영상을 상기 지형공간 정보 관리서버(200)에 송신하고 반대로, 상기 지형공간 정보 관리서버(200)로부터 상기 드론(100)이 측량해야 할 지형공간 GPS 파라미터 또는 위도·경도 파라미터 형태의 좌표 정보를 수신할 수 있다.
또한, 상기 통신부(111)는 상기 관리자 단말기(300)와 네트워크 통신을 통해 상기 드론(100)이 상공에서 촬영한 지상의 영상을 실시간으로 송신할 수 있고, 반대로 수동모드시, 상기 관리자 단말기(300)로부터 드론을 제어하기 위한 제어신호를 수신할 수 있다.
또한, 상기 통신부(111)는 상기 통신사 서버(600)와 네트워크 통신을 통해 상기 통신사 서버(600)가 수신한 차량의 블랙박스에 의해 촬영한 영상을 전달받을 수 있다.
상기 공기 배기&흡기부(112)는 필요에 따라 공기를 배출하거나, 반대로 주입하는 구성으로, 후술한 바와 같이 착륙부재(150)에 형성된 부양부재(151)와 연결되어 해당 부양부재(151)에 공기를 주입시키거나, 반대로 흡입시킨다.
상기 라이다 센서(113)는 본체(110)의 외부에 형성되어 펄스를 지상으로 방출하고 빛이 들어오기까지 걸리는 시간 및 강도를 측정해 거리, 위치, 방향, 속도, 물질 분포 및 농도 특성을 감지한다.
즉, 상기 드론(100)은 지상 비행모드에서 탑재된 상기 라이다 센서(113)를 구동시켜 레이저 펄스를 지표면에 발사하고, 반사되는 레이저 펄스의 도달시간을 측정함으로써 발사 지점의 3차원 위치 좌표를 계산해 지표면에 대한 공간정보를 추출한다.
상기 소나센서(114: SONAR<SOund NAvigation Ranging> SENSOR)는 음파 펄스를 물을 통해 수중으로 전송하고, 펄스가 해저면에 닿은 후 수표면으로 반사되면, 음파가 해저로 전송되어 수표면에 접촉한 다음 다시 반사되는데 걸리는 시간을 측정한 후, 해당 시간에 음파 속도를 연산하여 해저의 깊이를 계산한다.
상지 주제어부(115)는 상기 라이다 센서(113)가 감지한 물질의 분포를 통해 강 또는 저수지를 발견한 경우, 상기 드론(100)을 비행모드에서 항해모드로 전환하고 상기 공기 배기&흡기부(112)를 구동시켜, 상기 착륙부재(150)의 부양부재(151)에 공기가 주입될 수 있도록 한다.
상기 주제어부(115)는 상술한 통신부(111), 공기 배기&흡기부(112), 라이다 센서(113), 소나센서(114), 자율 비행&항해 알고리즘 DB(116)를 유기적으로 제어하지만, 주로 상기 자율 비행&항해 알고리즘 DB(116)에 저장된 자율비행 알고리즘에 기반하여 상기 블레이드 모듈(130)과 착륙부재(150)를 제어하여 지상을 비행하면서 지형지물을 촬영하고, 지상을 비행하면서 강이나 저수지를 발견한 경우 해당 강이나 저수지에 착륙하여 수상을 자율 항해하면서 강이나 저수지에 대한 지형공간 정보를 측량하도록 한다.
또한, 상기 주제어부(115)는 상기 드론(100)이 비행하면서, 녹조현상 등 오염상태가 확인된 경우 강, 하천, 댐, 또는 저수지에 착륙할 수 있도록 제어한다.
상기 자율 비행&항해 알고리즘 DB(116)는 최초의 초기설정 또는 상기 주제어부(115)의 제어에 따라 상기 드론(100)이 장애물들을 회피하면서 이동거리를 최소화하여 전원을 절약하는 모드, 또는 소정 간격만큼 중복되게 비행 또는 항해하면서 누락된 영역없이 정확한 지형공간 정보 측량 모드 등 다양한 형태의 자율 비행과 자율 항해를 위한 알고리즘이 저장되어 있다.
상기 블레이드 모듈 암(120)은 일단이 상기 본체(110)에 결합되고 타단이 상기 블레이드 모듈(130)에 결합되어, 해당 블레이드 모듈(130)을 지지하면서 상기 본체(110)에 전달되는 제어신호가 전달될 수 있는 제어선, 상기 블레이드 모듈(130)의 날개를 회전시키는 모터에 전원을 공급하기 위한 전원선 등이 내부에 배선되어 있다.
상기 블레이드 모듈 암(120)은 사방으로 방사되는 형태로 제1 블레이드 모듈 암(121), 제2 블레이드 모듈 암(122), 제3 블레이드 모듈 암(123), 및 제4 블레이드 모듈 암(124)으로 구성된다.
상기 블레이드 모듈(130)은 상기 제1 내지 제4 블레이드 모듈 암(121, 122, 123, 124)의 말단 부분에 각각 형성되는 제1 블레이드 모듈(131), 제2 블레이드 모듈(132), 제3 블레이드 모듈(133), 및 제4 블레이드 모듈(134)로 구성된다.
상기 블레이드 모듈(130)은 상기 신호선을 통해 전달되는 제어신호에 따라 제어되면서, 상기 전원선을 통해 전달되는 전원에 따라 상이한 알피엠(RPM)으로 회전한다.
특히, 상기 블레이드 모듈(130)은 상·하면이 관통된 원통형의 하우징(135)과 해당 하우징 내부에 날개(136), 그리고 상기 날개(136)를 회전시키기 위한 모터(137)로 구성되어, 방향전환이 가능하다.
상기 착륙부재 암(140)은 상기 착륙부재(150)와 상기 본체(110)를 연결하는 구성으로 상부가 상기 본체(110)에 결합되고, 하부가 상기 착륙부재(150)에 결합된다.
상기 착륙부재 암(140)은 내부에 일단이 상기 본체(110)의 공기 배기&흡기부(112)와 연결되고, 타단이 상기 부양부재(151)에 연결되는 공기 배기&흡기관이 형성되어 있다.
상기 착륙부재(150)는 상부로 볼록하고 하부로 오목한 구조로 형성되어, 볼록한 상부면이 상기 착륙부재 암(140)의 타단과 결합되고, 오목한 하부면으로 상기 부양부재(151)가 흡착되어 있다.
상기 태양광 패널(160)은 상기 본체(100)의 표면에 형성되어 상기 드론(100)이 비행하고 항해하는데 필요한 전원을 보조적으로 생성하여, 상기 본체(100)에 포함될 수 있는 전원부(도시되지 않음)에 생성된 전원을 저장할 수 있다.
상기 지형공간 정보 관리서버(200)는 복수의 상기 드론(100)과 연결되어 해당 드론(100)이 지상을 비행하면서 촬영한 지상의 지형공간 정보와 수상을 항해하면서 강이나 저수지에 대한 수상의 지형공간 정보를 수신하여 저장하면서, 해당 지역의 지형공간 정보를 필요로 하는 기관에 제공할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 지형공간 정보 관리서버(200)는 통신모듈(210), 비행경로 생성부(220), 항해경로 생성부(230), 제어모듈(240) 및 자율 비행&항해 알고리즘 생성부(250)를 포함한다.
상기 통신모듈(210)은 언급한 바와 같이 상기 드론(100)의 통신부(111)와 통신하면서, 상기 드론(100)이 상공에서 촬영한 지상의 영상을 수신하고, 상기 드론(100)이 측량해야 할 지형공간 GPS 파라미터 또는 위도·경도 파라미터 형태의 좌표 정보를 송신할 수도 있다.
상기 비행경로 생성부(220)는 기지국 좌표를 기준으로 소정의 간격으로 분할하여 드론이 상공에서 비행할 수 있는 가로방향 경로와 세로방향 경로를 생성한다.
상기 항해경로 생성부(230)는 상기 드론(100)이 비행하면서 수집하여 저장한 강 또는 저수지 영역에 대해 드론(100)이 항해모드에서 수면에 착륙하여 항해할 수 있는 횡방향 경로와 종방향 경로를 생성한다.
상기 제어모듈(240)은 상기 항해경로 생성부(230)가 생성한 횡방향 경로와 종방향 경로가 교차하는 교차점의 좌표를 계산한다.
상술한 바와 같이 횡방향 경로와 종방향 경로가 교차하는 형성되는 정사각형을 단위 세그먼트라고 정의한다
상기 단위 세그먼트는 상기 횡방향 경로와 종방향 경로가 동일한 간격으로 생성되어 교차하는 정사각형일 수도 있고, 상이한 간격으로 생성되어 교차하는 직사각형일 수도 있지만, 본 발명에서는 정사각형인 것이 바람직하다.
상기 자율 비행&항해 알고리즘 생성부(250)는 상기 드론(100)이 비행과 항해를 자율적으로 수행하는데 있어 장애물 등을 회피하는 알고리즘, 또는 날씨에 따른 알고리즘을 생성할 수 있다.
상기 네비게이션 단말기 DB(260)는 최초 네비게이션 어플리케이션을 설치할 때, 블랙박스 단말기(400)와 연동하여 해당 블랙박스 단말기(400)가 촬영한 영상을 운전자가 지형공간 측량 정보로 제공 동의를 한 네비게이션 단말기(500)의 번호정보가 저장된다.
상기 지상&수상 지형공간DB(270)는 상기 통신모듈(210)을 통해 수신된 상기 드론(100)이 상공과 수상에서 촬영한 지상과 수상의 지형공간을 저장한다.
상기 관리자 단말기(300)는 셀(CELL)폰, 태블릿PC, 또는 노트북에 상당하는 구성으로 상기 드론(100)이 촬영한 영상정보와 강이나 저수지의 저수량 계산을 위한 파라미터 정보를 원격지에서 실시간으로 전송받으면서 자율주생 모드에서 수동모드로 전환하여 관리자가 직접 상기 드론(100)을 제어할 수 있는 구성이다.
상기 블랙박스 단말기(400)는 차량의 전방과 후방에 장착되어 차량이 이동하는 동안 이동경로의 주변을 촬영하고, 통신모듈이 탑재되어 촬영한 영상을 근거리 통신을 통해 상기 네비게이션 단말기(500)에 전송하거나, 또는 원거리 통신을 통해 상기 통신사 서버(600)에 직접 전송한다.
상기 네비게이션 단말기(500)는 셀폰과 같은 통신이 가능한 단말기로, 운전자가 이용하는 각 통신사에서 제공하는 네비게이션 어플리케이션이 설치되어 운전자가 이동하는 경로를 제공해 준다.
한편, 상기 네비게이션 단말기(500)는 언급한 바와 같이 차량 내에 설치된 블랙박스 단말기(400)가 촬영한 영상을 근거리 통신을 통해 수신한 후, 상기 통신사 서버(600)로 전달한다.
이때, 상기 네비게이션 단말기(500)는 현재 상공에서 상기 드론(100)이 비행중인 경우, 상기 블랙박스 단말기(400)가 촬영한 영상을 직접 상기 드론(100)에 전송할 수 있고, 현재 상공에서 상기 드론(100)이 비행중이 아닌 경우 상기 통신사 서버(400)에 전달하여 저장 후, 상기 드론(100)에 전송할 수 있다.
한편, 상기 네비게이션 단말기(500)는 최초 네비게이션 어플리케이션을 설치할 때, 블랙박스 단말기(400)와 연동하여 해당 블랙박스 단말기(400)가 촬영한 영상을 운전자가 지형공간 측량 정보로 제공 동의를 한 경우 상기 드론(100), 지형공간 정보 관리서버(200), 또는 통신사 서버(600)로 제공한다.
좀더 부가적으로 설명하면, 상기 블랙박스 단말기(400)가 촬영한 영상을 지형공간 측량 정보로 제공 동의를 한, 상기 네비게이션 단말기(500)의 전화번호 정보를 상기 통신사 서버(600)에서 분류하고, 해당 전화번호 정보를 상기 드론(100) 또는 지형공간 정보 관리서버(200)로 제공한다.
이후, 상기 네비게이션 단말기(500)에서 상기 블랙박스 단말기(400)가 촬영한 영상을 상기 드론(100) 또는 지형공간 정보 관리서버(200)로 제공하면, 상기 드론(100) 또는 지형공간 정보 관리서버(200)는 전화번호 '010-1234-5678'인 네비게이션 단말기(500)에서 촬영한 영상이 전송되었음을 확인하고, 영상을 지형공간 측량 정보로 제공 동의를 한 기저장된 네비게이션 단말기(500)인 경우 이를 수신하여 라이다 센서(113)가 촬영한 상공영상과 좌표를 매칭시켜 병합하여 지형공간 정보 측량한다.
상기 전화번호 대신 상기 블랙박스 단말기(400)가 촬영한 영상을 지형공간 측량 정보로 제공 동의를 한 네비게이션 단말기(500)마다 별도의 번호를 부여할 수도 있고, 차량번호와 매칭시켜, 상기 드론(100) 또는 지형공간 정보 관리서버(200)가 영상을 지형공간 측량 정보로 제공 동의를 한 네비게이션 단말기(500)를 식별할 수 있도록 할 수도 있다.
상기 통신사 서버(600)는 상기 네비게이션 단말기(500)에 네비게이션 어플리케이션을 제공하고, 상기 네비게이션 단말기(500)로부터 상기 블랙박스 단말기(400)가 촬영한 지상의 지형정보를 수집하여 관리하면서 상기 드론(100) 또는 상기 지형공간 정보 관리서버(200)로 제공한다.
상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템에 의한 지형공간 정보 측량과정에 대해 설명한다.
상기 지형공간 정보 관리서버(200)의 통신모듈(210)은 상기 드론(100)이 지형공간 정보를 측량하기 위한 임무를 수행할 수 있도록 통신사 서버(600)로부터 기지국이 설치된 GPS 좌표정보를 수신한다.
이후, 상기 지형공간 정보 관리서버(200)의 제어모듈(240)은 도 4에 도시된 바와 같이 통신사의 기지국이 설치된 지점의 GPS 좌표정보를 기준으로 지형공간 정보를 측량하기 위한 구역을 구획하여 확정한다.
한편, 상기 지형공간 정보 관리서버(200)는 반드시 통신사의 기지국 GPS 좌표정보를 이용하는 것에 한정되지 않고, 위도와 경도의 좌표 정보를 이용하여 지형공간 정보를 측량하기 위한 구역을 구획할 수도 있다.
또한, 상기 지형공간 정보 관리서버(200)는 최단거리에 있는 통신사 기지국들 간에 GPS 좌표정보를 기준으로 지형공간 정보를 측량하기 위한 구역을 구획하여 확정할 수 있다.
상기 드론(100)은 상기 지형공간 정보 관리서버(200)로부터 지형공간 정보를 측량하기 위해 구획된 구역정보 상기 통신부(111)를 통해 수신하면, 상기 주제어부(115)가 도 4에 도시된 바와 같이 소정의 간격으로 분할함에 따라 비행경로를 생성하게 된다.
즉, 상기 주제어부(115)는 도 4에 도시된 바와 같이 소정의 간격으로 가로방향과 세로방향으로 분할함으로써, 가로방향 경로와 세로방향 경로를 생성하고, 생성된 경로를 따라 드론(100)이 자율주행 하도록 제어한다.
이때, 상기 주제어부(115)는 상기 드론(100)이 가로방향 경로 또는 세로방향 경로를 비행할 때, 소정의 간격(d) 중, d/2만큼 중첩되게 비행함으로써, 바람 등과 같은 기타의 외력에 의해 상기 드론(100)의 순간적인 경로 이탈로 누락된 영역없이 상기 라이다 센서(113)의 지표면에 대한 공간정보 추출이 이루어질 수 있도록 한다.
상기 주제어부(115)에서 생성되는 가로방향 경로와 세로방향 경로는 필요에 따라 주제어부(115)의 부하를 줄여 주기위해 상기 지형공간 정보 관리서버(200)에서 생성되어 상기 드론(100)에 전달될 수도 있다.
상기 드론(100)은 상기 가로방향 경로와 세로방향 경로를 비행하는 동안 상기 라이다 센서(113)를 작동시켜, 펄스를 지상으로 방출하고 빛이 들어오기까지 걸리는 시간 및 강도를 측정해 거리, 위치, 방향, 속도, 물질 분포 및 농도 특성을 감지하도록 함으로써 3차원 위치 좌표를 계산해 상공에서의 지상에 대한 공간정보를 추출한다.
동시에, 상기 드론(100)은 지형공간 정보를 측량하기 위한 구역을 구획하기 위해 상기 지형공간 정보 관리서버(200)가 사용한 통신사의 기지국에서 데이터 신호를 제공받는 네비게이션 단말기(500)로부터 상기 블랙박스 단말기(400)가 촬영한 지상에서의 영상을 수신한다.
물론, 상기 드론(100)은 상기 블랙박스 단말기(400)가 촬영한 지상의 지표면에서의 영상을 통신사 서버(600)로부터 수신할 수도 있다.
상기 드론(100)은 상술한 바와 같이 비행하면서 상공에서 획득한 공간정보와 상기 지상의 지표면에서 차량이 획득한 공간정보를 병합하여 특정지역의 지형공간 정보를 완벽하게 측량할 수 있다.
상술한 바와 같이 상기 드론(100)에서 상기 블랙박스 단말기(400)가 촬영한 지상에서의 영상을 수신하고, 상공에서 획득한 공간정보와 상기 지상의 지표면에서 차량이 획득한 공간정보를 병합하여 지형공간 정보를 측량하는데 한정되지 않고, 좀더 어렵고 복잡한 지형공간 측량을 위해 필요한 경우 상기 지형공간 정보 관리서버(200)에서도 수행될 수 있다.
상기 드론(100)은 상기 네비게이션 단말기(500)가 촬영한 지상에서의 영상을 통해 건물 간의 거리, 도로의 너비 등을 좀 더 정밀하게 측량할 수 있으며, 상공에서 획득하기 어려운 구조물들에 대한 정보도 지형공간 정보에 담아낼 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 드론(100)은 상공에서 라이다 센서(113)를 통해 지표면을 촬영하면서 강이나 저수지를 발견되면, 강이나 저수지 영역을 빠르게 통과하고, 나머지 다른 지상영역의 촬영을 이어가고, 강이나 저수지와 같은 수면에 대해서는 착륙하여 항해하면서 수심과 저수량 등 좀더 정확한 공간정보를 산출해 낸다.
물론, 상기 드론(100)은 상공에서 라이다 센서(113)를 통해 지표면을 촬영하면서 강이나 저수지가 발견되면, 발견된 강이나 저수지에 착륙하여 항해하면서 수심과 저수량을 그때 그때 측량할 수 있지만, 드론(100)의 계산에 따른 부하를 최소화하고, 공간정보를 체계적으로 데이터 베이스화 할 수 있도록 상술한 바와 같이 지상과 수상을 분류하여 공간정보를 산출한다.
상기 드론(100)의 지면에 대한 상공세의 촬영이 완료되면, 상기 주제어부(115)의 제어에 따라 상기 공기 배기&흡기부(112)는 도 6에 도시된 바와 같이 착륙부재(150)에 형성된 부양부재(151)에 공기를 주입시켜, 상기 부양부재(151)를 팽창시킴으로써 상기 드론(100)이 물에 부유할 수 있도록 한다.
참고로, 반대로, 상기 드론(100)이 다시 비행해야 할 경우 상기 주제어부(115)의 제어에 따라 상기 공기 배기&흡기부(112)가 상기 부양부재(151)에 에어를 흡입하면, 상기 부양부재(151)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 착륙부재(150)의 오목한 하부면으로 원래대로 흡착된다.
상기 착륙부재(150)는 상기 부양부재(151) 보다 지면에 먼저 접촉될 수 있도록 하방으로 길게 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 착륙부재(150)가 상기 부양부재(151) 보다 지면에 먼저 접촉함에 따라 지상에 상기 드론(100)이 착륙할 때, 부양부재(151)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
상기 드론(100)은 상기 공기 배기&흡기부(112)에 의해 상기 부양부재(151)에 공기가 주입되어 물에 착륙하면, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 제1 내지 제4 블레이드 모듈 암(121, 122, 123, 124)의 지지를 받아 말단 부분에 각각 형성되는 제1 블레이드 모듈(131), 제2 블레이드 모듈(132), 제3 블레이드 모듈(133), 및 제4 블레이드 모듈(134)을 수평방향에서 90°만큼 회전하여 수직방향으로 방향을 전환한다.
상기 제2 블레이드 모듈(132)과 상기 제4 블레이드 모듈(134)은 날개(136)의 회전방향을 제어하여 드론(100)이 전진 또는 후진할 수 있는 추진력과 역추진력을 발생시킨다.
한편, 상기 제1 블레이드 모듈(131)과 상기 제3 블레이드 모듈(133)은 상기 제2 블레이드 모듈(132)과 상기 제4 블레이드 모듈(134)의 추진력에 의해 물위에서 이동하는 드론의 방향을 전환한다.
도 6을 참조하여 좀더 구체적으로 설명하면, 드론(100)이 물에 착륙하여 상기 제1 내지 제4 블레이드 모듈(131, 132, 133, 134)이 수직방향으로 방향을 전환한 상태에서, 상기 주제어부(115)는 제2 블레이드 모듈(132)과 상기 제4 블레이드 모듈(134)을 구동시켜 드론(100)을 전진시킨다.
상기 드론(100)은 전진하고 있는 과정에서 상기 주제어부(115)가 우측방향으로 추진력이 발생되도록 상기 제1 블레이드 모듈(131) 또는 제3 블레이드 모듈(133)을 제어하면 좌측으로 방향을 전환하여 이동한다.
반대로, 상기 드론(100)은 전진하고 있는 과정에서 상기 주제어부(117)가 좌측방향으로 추진력이 발생되도록 상기 제1 블레이드 모듈(131) 또는 제3 블레이드 모듈(133)을 제어하면 우측으로 방향을 전환하여 이동한다.
상술한 바와 같은 메커니즘으로 강이나 저수지와 같은 수상에서 항해하는 드론(100)에 의한 강 또는 저수지의 수심과 저수량을 측량하여 지형공간 정보를 측량하는 과정에 대해 설명한다.
항해모드에서 상기 드론(100)은 D-GPS(Differential GPS) 모듈을 탑재하고, 해당 D-GPS를 이용하여 미리 지정된 위도/경도 좌표로 정확하게 이동하면서 누락된 구역 없이 강이나 저수지의 저수량을 정확하게 계측할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 항해경로 생성부(230)는 도 7b에 도시된 바와 같이 적색으로 표시된 횡향향 경로와, 청색으로 표시된 종방향 경로를 생성한다.
상기 항해경로 생성부(230)는 상기 위도와 경도 값 대신, 횡방향 또는 종방향 경로의 출발점 또는 종착점을 기준좌표로 하여 횡방향 경로 또는 종방향 경로를 생성할 수도 있다.
이때, 상기 항해경로 생성부(230)는 상기 횡방향 경로와 종방향 경로를 소정의 너비로 분할하여 생성하되, 저수지에 저수된 저수량의 정확도를 향상시키기 위해 분할너비를 작게 하여 단위 세그먼트의 개수를 많게 생성되도록 상기 횡방향 경로와 종방향 경로를 생성하는 것이 바람직하다.
한편, 상기에서 언급한 바와 같이 상기 제어모듈(240)은 상기 항해경로 생성부(230)가 생성한 횡방향 경로와 종방향 경로가 교차하는 교차점의 좌표를 도 8a에 도시된 바와 같이 계산한다.
이후, 상기 제어모듈(240)에 의해 계산된 교차점에서 상기 드론(100)의 소나센서(114)가 수심을 계측하면, 상기 드론(100)의 주제어부(115) 또는 상기 지형공간 정보 관리서버(200)의 제어모듈(240)은 계측된 수심을 이용하여 수상의 지형공간 정보를 수집하면서 저수량을 계산한다.
보다 구체적으로, 도 8b에 도시된 바와 같이 좌표(xi,yj),(xi+1,yj),(xi,yj+1), 및 (xi+1,yj+1)에서 상기 주제어부(115)가 계측한 수심 값을 각각 h1, h2, h3, 및 h4,라고 할 때, 상기 주제어부(115)는 상기 수심 값 h1, h2, h3, 및 h4을 평균하여, 단위 세그먼트에서의 평균 높이 hm을 계산한다.
그리고, 상기 주제어부(115)은 상기 단위 세그먼트를 구성하는 좌표정보 (xi,yj),(xi+1,yj),(xi,yj+1), 및 (xi+1,yj+1)을 이용하여 단위 세그먼트의 넓이(S)를 계산한다.
이후, 상기 주제어부(115)는 상기 단위 세그먼트의 넓이(S)와 해당 단위 세그먼트의 평균 높이(hm)를 곱해 단위 세그먼트에 해당하는 저수량을 계산한다.
최종적으로, 상기 주제어부(1150)는 상술한 바와 같이 복수의 단위 세그먼트당 저수량을 계산한 후, 이들을 합산함으로써 강 또는 저수지에 저수된 물의 양을 계산해 낼 수 있다.
추가적으로, 상기 주제어부(430)는 도 7a에 도시된 바와 같이 항해 중인 상기 드론(100)이 접근하기 용이하지 못한 저수지의 가장자리 부분에 대해서는 저수지의 경계선 좌표에 가상으로 단위 세그먼트 하나를 더 추가 반영하여 저수지의 저수량을 계산하되, 수심을 가상으로 추가하기 전 가장자리 부분 단위 세그먼트의 평균수심을 사용하여 저수량을 좀더 정확하게 보정한다.
한편, 상기 소나센서(114)는 도 9에 도시된 바와 같이 상기 드론(100)이 상술한 항해경로 생성부(230)가 분할된 횡방향 경로 또는 종방향 경로를 항해하면서 직각으로 음파 펄스를 전송하고, 동시에 양측 경로를 벗어나지 않는 범위에서 양측으로 θ 각도로 음파 펄스를 전송하여, 상기 드론(100)이 항해하는 경로의 해저 깊이(hj) 외에 양측 경로에 대한 해저 깊이(hi, hk)를 동시에 계산할 수 있다.
즉, 상기 소나센서(114)는 상기 항해하는 경로의 양측 경로에 대한 해저 깊이(hi, hk)를 음파 펄스를 전송한 각도(θ)와 거리(di, dk)를 이용하여 계산할 수 있다.
상술한 바와 같이 같이 상기 드론(100)은 상기 소나센서(114)가 3방향으로 음파 펄스를 전송함에 따라 분할된 경로 3칸씩에 대한 해저 깊이(hi, hj, hk)를 동시에 계측함에 따라 항해 경로를 단축시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
100 : 드론
110 : 본체 111 : 통신부
112 : 공기 배기&흡기부 113 : 라이다 센서
114 : 소나 센서 115 : 주제어부
116 : 자율 비행&항해 알고리즘 DB 120 : 블레이드 모듈 암
130 : 블레이드 모듈 140 : 착륙부재 암
150 : 착륙부재 151 : 부양부재
160 : 태양광 패널
200 : 지형공간 정보 관리서버
210 : 통신모듈 220 : 비행경로 생성부
230 : 항해경로 생성부 240 : 제어모듈
250 : 자율 비행&항해 알고리즘 생성부
300 : 관리자 단말기
400 : 블랙박스 단말기
500 : 네비게이션 단말기
600 : 통신사 서버

Claims (10)

  1. 비행과 항해를 통해 지상과 수상의 지형공간 정보를 수집하는 드론;
    복수의 상기 드론이 수집한 지형공간 정보를 저장 관리하면서 특정 지형의 지형공간 정보를 필요기관에 제공하는 지형공간 정보 관리서버;
    상기 드론이 촬영한 영상정보를 실시간으로 수신하면서 필요한 경우 상기 드론을 제어하는 관리자 단말기;
    상기 드론이 비행하는 지역을 주행하는 차량에 장착되어 주행경로를 촬영하는 블랙박스 단말기;
    상기 블랙박스 단말기가 촬영한 영상을 전달받아 해당 영상으로부터 지상의 지형공간 정보를 추출하여 이용할 수 있게 상기 드론에 전송하는 네비게이션 단말기; 및
    상기 네비게이션 단말기에 차량의 주경로를 제공하면서 상기 블랙박스 단말기가 촬영한 영상을 수신하여 상기 드론 또는 지형공간 정보 관리서버에 제공하는 통신사 단말기;를 포함하고,
    상기 드론은
    본체;를 포함하며,
    상기 본체는
    상기 지형공간 정보 관리서버, 관리자 단말기, 또는 통신사 서버와 네트워크 통신을 하는 통신부;를 포함하되,
    상기 지형공간 정보 관리서버는
    상기 통신부와 통신하면서, 상기 드론이 촬영한 지상에 대한 상공에서의 지형공간 정보를 수신하고 통신모듈;
    기지국 좌표를 기준으로 소정의 간격으로 분할하여 상기 드론이 상공에서 비행할 수 있는 가로방향 경로와 세로방향 경로를 생성하는 비행경로 생성부;
    상기 드론이 항해모드로 전환되어 수면에 착륙하여 항해할 수 있는 횡방향 경로와 종방향 경로를 생성하는 항해경로 생성부;
    상기 항해경로 생성부가 생성한 횡방향 경로와 종방향 경로가 교차하는 교차점의 좌표를 계산하는 제어모듈; 및
    상기 드론이 자율적으로 비행과 항해를 수행할 수 있도록 하는 알고리즘을 생성하는 자율 비행&항해 알고리즘 생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 드론은
    일단이 상기 본체에 결합된 제1 내지 제4 블레이드 모듈 암;
    상기 제1 내지 제4 블레이드 모듈 암 각각의 말단에 형성되어 상기 드론의 비행과 항해를 가능하게 하는 제1 내지 제4 블레이드 모듈;
    상기 드론이 지면과 수면에 이착륙 할 수 있도록 하는 착륙부재;
    상부가 상기 본체에 결합되고 하부가 상기 착륙부재에 결합되어 상기 본체와 착륙부재를 연결해 주는 착륙부재 암; 및
    상기 드론의 비행과 항해에 필요한 전원을 제공하는 태양광 패널;을 더 포함하되,
    상기 착륙부재는 상부로 볼록하고 하부로 오목한 구조로 형성되어, 볼록한 상부면이 상기 착륙부재 암의 타단과 결합되고, 오목한 하부면으로 부양부재가 흡착되어 있는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 본체는
    상기 부양부재에 공기를 주입하거나 흡입하는 공기 배기&흡기부;
    상기 본체의 외부면에 형성되어 비행 중, 지면으로 방출시켜 상공에서의 지형공간 정보를 수집하는 라이다 센서;
    상기 드론이 수상에 착륙하여 항해하면서 수심을 감지하는 소나센서;
    상기 드론을 비행모드에서 항해모드로 전환하고 상기 공기 배기&흡기부를 구동시켜 상기 부양부재에 공기가 주입될 수 있도록 하는 주제어부; 및
    초기설정 또는 상기 주제어부의 제어에 따라 상기 드론의 자율비행 또는 자율항해를 위한 알고리즘이 저장된 자율 비행&항해 알고리즘 DB;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템.
  4. 삭제
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 드론 또는 상기 지형공간 정보 관리서버는
    통신사의 기지국이 설치된 지점의 GPS 좌표정보를 기준으로 지형공간 정보를 측량하기 위한 구역을 구획하고, 해당 구역에 대해 가로방향 경로와 세로방향 경로를 생성하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 드론 또는 상기 지형공간 정보 관리서버는
    네이게이션 앱을 설치하면서 정보제공에 동의한 네비게이션 단말기로부터 블랙박스 단말기가 촬영한 영상을 수신한 후, 해당 영상에서의 지표면에 대한 지상의 지형공간 정보와 상기 라이다 센서가 수집한 상공에서의 지형공간 정보를 병합하여 지형공간 정보를 측량하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 드론 또는 상기 지형공간 정보 관리서버는
    상기 기지국에서 데이터 신호를 제공받는 네비게이션 단말기들 로부터 상기 블랙박스 단말기가 촬영한 영상을 수신하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템.
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 소나센서는
    상기 드론이 상기 횡방향 경로 또는 종방향 경로를 항해하면서 직각으로 음파 펄스를 전송하고, 동시에 양측경로를 벗어나지 않는 범위에서 양측으로 θ각도로 음파 펄스를 전송하여, 항해하는 경로의 해저 깊이 값(hj) 외에 양측 경로에 대한 해저 깊이 값(hi, hk)을 동시에 계측하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템.
  9. 제 8항에 있어서
    상기 드론은
    항해모드에서 상기 항해경로 생성부가 생성한 횡방향 경로와 종방향 경로가 교차하는 교차점에서의 수심을 평균하여 평균 수심을 계산하고, 해당 평균 수심에 상기 횡방향 경로와 종방향 경로가 교차하여 생성되는 단위 세그먼트의 면적을 곱해 단위 세그먼트당 저수량을 계산하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 드론은
    접근이 어려운 수면의 가장자리 부분에 대해서는 해당 수면의 경계선 좌표에 가상으로 단위 세그먼트를 추가 반영하여 저수량을 계산하되, 가상의 단위 세그먼트 추가 전 가장자리 부분 단위 세그먼트의 평균 수심을 사용하여 저수량을 보정하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 지형공간 정보 측량 시스템.
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