KR102473039B1 - 무인항공모함형 수자원 조사 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무인항공모함형 수자원 조사 시스템에 관한 것으로 불법어로행위의 단속, 수질상태파악, 수중상태조사와 같은 수자원 조사를 수행하기 위해 정밀항법시스템을 포함한 드론, 방수카메라, 방차통이 설치된 모함과 더불어, 발전시스템을 포함한 다양한 카메라와 음향측심기 등이 설치된 보트를 포함하는 구성으로 구축된 무인항공모함이 마련됨에 따라, 면적이 넓은 댐유역이나 강유역 혹은 대형저수지와 같은 곳에서의 불업어로행위 단속, 수질, 수중조사 등의 수자원 조사를 효율적으로 수행하는 무인항공모함형 수자원 조사 시스템을 제공하고자 한다.

Description

무인항공모함형 수자원 조사 시스템{water resources investigation system of unmanned aircraft carrier shape}
본 발명은 무인항공모함형 수자원 조사 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 불법어로행위의 단속, 수질상태파악, 수중상태조사와 같은 수자원 조사가 효율적이면서도 편리하게 수행될 수 있게 정밀항법시스템 및 드론 등이 탑재된 모함과 함께, 드론이 접근하기 불가한 지점에 접근하여 수자원 조사를 수행하는 각종 카메라 및 음향측심기 등이 탑재된 보트로 구성된 무인항공모함형 수자원 조사 시스템에 대한 것이다.
현재의 수자원 조사업무는 주로 직접 사람이 보트를 이용하여 육안조사를 하거나 접근로를 이용하여 일정 구간에 대한 지형적 특성을 조사하는 방식으로 수행되어 오고 있으며, 접근이 어려운 곳은 세밀하고 정확한 조사가 주기적으로 이루어지지 않는 실정이다.
최근에는 무인항공기(드론)를 이용하여 댐유역 주변을 비행하고, 고해상도 영상을 취득하여 댐유역에 대한 모니터링 업무에 활용을 하고 있지만, 드론 전문조종사가 없이는 운용이 어려운 상황이며, 우천, 강풍 등의 기상여건에서는 비행 자체가 불가능한 것이 현실이다.
특히, 댐유역의 면적이 넓은 강유역이나 대형저수지에 대한 드론 촬영을 위해서는 해당지점까지 조종사가 이동하여 비행을 하고, 다음 조사지점으로 이동해야 하는 불편함이 있다.
또한, 기타 불법 어로행위의 단속, 수질, 수중조사 등을 위해서는 별도의 장비와 인력이 필요한 상황이다. 그리고, 기존의 전통적인 방법으로서 수심을 측량하기 위해 바닥까지 닻줄을 내려 그 깊이를 재기 때문에 측정 방식도 매우 번거롭고 불편하였다.
특허문헌 001 : 출원특허 제10-2011-0140802호(등록번호 제10-1462127호)
전술된 문제점들을 해소하기 위한 본 발명은, 면적이 넓은 댐유역이나 강유역 혹은 대형 저수지와 같은 곳에서의 불업어로행위 단속, 수질, 수중조사 등의 수자원 조사를 편리하게 수행할 수 있는 무인항공모함형 수자원 조사 시스템을 제공하고자 함에 그 목적을 두고 있다.
전술된 목적들을 달성하기 위한 본 발명은, 불법어로행위의 단속, 수질상태파악, 수중상태조사와 같은 수자원 조사를 수행하기 위해 정밀항법시스템이 설치된 모함과 발전시스템이 설치된 보트를 포함하는 구성으로 이루어진 무인항공모함이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 무인항공모함형 수자원 조사 시스템에 그 일례의 특징이 있다.
상기 모함은 물가에서 저고도로 수자원 조사가 필요한 지점에 이르기까지 비행하는 상기 모함에 탑재된 드론, 상기 드론의 하부에 탑재되어 수자원 조사가 필요한 지점에서 수중 상태를 촬영하는 방수카메라, 및 상기 모함에 설치되어 상기 방수카메라와 케이블로 연결된 방차통을 더 포함하는 구성으로 이루어지는 무인항공모함형 수자원 조사 시스템에 그 일례의 특징이 있다.
상기 방차통에는 케이블이 풀리는 거리를 감지하여 상기 드론에게 케이블의 임계거리값 만큼만 비행하도록 제어하는 무선통신장치를 포함한 거리센서가 더 포함되어 설치되어 있는 무인항공모함형 수자원 조사 시스템에 그 일례의 특징이 있다.
상기 보트는 드론의 비행이 어렵거나 불가한 수자원 조사가 필요한 지점에 이르기까지 도달 가능하되, 상기 보트의 어느 한 곳에 설치되어 상기 지점의 수중 상태를 촬영하는 수중조사카메라, 상기 보트의 어느 한 곳에 설치되어 상기 지점의 수중 상태를 다양한 방향에서 촬영하는 다방향 카메라, 및 상기 보트의 어느 한 곳에 설치되어 상기 지점의 수중 상태를 근거리 혹은 원거리로 조절하며 촬영하는 줌카메라를 더 포함하는 구성으로 이루어지는 무인항공모함형 수자원 조사 시스템에 그 일례의 특징이 있다.
상기 보트의 어느 한 곳에 설치되어 수심의 바닥에 이르기까지 음파를 발사하여 되돌아오는 반사파의 시간을 측정하는 방식으로 수심의 깊이를 측정하는 음향측심기, 상기 보트의 어느 한 곳에 설치되어 레이저 펄스를 발사하여 돌아오는 반사빛을 받아 수중 주변의 물체에 대한 거리를 측정하는 라이다, 및 상기 보트의 어느 한 곳에 설치되어 상기 수중조사카메라, 상기 다방향 카메라, 상기 줌카메라, 상기 음향측심기, 상기 라이다로부터 취득된 정보를 상기 무인항공모함의 상기 정밀항법시스템에 전송하는 통신장비를 더 포함하는 무인항공모함형 수자원 조사 시스템에 그 일례의 특징이 있다.
상기 보트의 어느 한 곳에 설치되어 상기 수중조사카메라, 상기 다방향 카메라, 상기 줌카메라, 상기 음향측심기, 상기 라이다, 상기 스피커, 상기 통신장비에 전력을 제공하는 발전시스템이 더 구비되어 있는 무인항공모함형 수자원 조사 시스템에 그 일례의 특징이 있다.
이상, 상술된 바에 따른 본 발명에 의하면, 면적이 넓은 댐유역이나 강유역 혹은 대형저수지와 같은 곳에서의 불업어로행위의 단속, 수질, 수중조사 등의 수자원 조사를 수행함에 있어서 접근이 불가한 곳에서도 세밀하고도 정확한 수자원 조사를 가능하게 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인항공모함의 수자원 조사 시스템에 대한 구성을 간단한 블록화된 개념으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 무인항공모함의 모함의 구성을 블록화된 개념으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 무인항공모함의 보트의 구성을 블록화된 개념으로 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변형 실시 예들을 통한 기술적 사상에 이르는 권리 범위까지 포함하는 방식으로 해석되어야 할 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
또한, 본 발명의 후술 과정에서 ‘사용자’, ‘관계자’, ‘조종자’라는 용어는 동일한 의미로 해석되어도 무방하며, 더욱이, 본 발명에 유첨된 도면들은 어디까지나 본 발명에 대한 설명의 이해를 돕기 위한 방안으로 첨부된 관계로, 본 발명의 기술적 사상이 유첨된 도면들에 의해 한정되어 해석되지 말아야할 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무인항공모함형 수자원 조사 시스템은 첨부된 도면을 참고로 다음의 하기에서 상세히 설명될 것이다.
본 발명에 있어서 무인항공모함(100)은 예컨대 도 1에 도시된 바와 같이 모함(200) 및 보트(300)로 구성될 수 있되, 이러한 상기의 무인항공모함(100)은 면적이 넓은 댐유역이나 강유역 혹은 대형저수지와 같은 곳에서의 불업어로행위 단속, 수질, 수중조사 등의 수자원 조사를 수행하는 용도로 활용될 수 있다.
상기의 모함(200)은 예컨대 도 2에서와 같이 정밀항법시스템(210), 드론(220), 방수카메라(221), 및 방차통(230)으로 구성될 수 있는데, 이러한 상기의 정밀항법시스템(210)을 통해 상기 모함(200)이 운행될 수 있다.
상기 드론(220)은 상기 모함(200)에 탑재되며 방수 가능한 구조로서 상기 방수카메라(221)를 하단에 탑재할 수 있으며, 상기 방자통(230)은 상기 모함(200)에 설치되어 상기 방수카메라(221)와 케이블로 연결될 수 있다.
상기의 드론(220)은 우천시에도 비행이 가능한 방수형 드론기체와 방수카메라(221) 및 모터 등으로 구성되며, 자율경로비행이 가능하여, 조종사가 통제실에서 원격으로 비행경로를 설정한 후, 드론(220)을 이륙시켜 모함(200)과 보트(300) 주변의 공중영상을 실시간으로 전송할 수 있게 하고, 임무 수행 후에는 모함(200)으로 착륙하여 충전되며 다음 임무를 위해 대기할 수 있다.
이러한 상기의 드론(220)은 상기 방수카메라(221)의 탑재에 따라 상기 모함(200)에 설치된 상기 방차통(230)을 통해 상기 방수카메라(221)와 케이블로 연결될 수도 있다.
상기 모함(200)에 장착된 예컨대 50m 케이블 방차통(230)과 케이블로 연결된상기의 방수카메라(221)는 원격으로 조종될 수 있으며 모함(200)의 하부 수중으로 하강되어 수중 영상을 실시간으로 촬영할 수 있고, 이러한 촬영된 정보는 정밀항법시스템(210)을 통해 통제실로 전송될 수 있다.
상기 방차통(230)에는 케이블이 풀리는 거리를 감지하여 상기 드론(200)에게 케이블의 임계거리값 만큼만 비행하도록 제어하는 무선통신장치를 포함한 거리센서가 더 포함되어 설치될 수 있는 관계로, 상기 드론(200)의 안정적 비행을 도모할 수 있다.
물론, 상기 방수카메라(221) 주변에는 수질측정센서뿐만 아니라 채수장치까지 장착될 수 있고, 이러한 상기의 수질측정센서는 수질측정 임무를 수행할 수 있으며, 상기의 채수장치는 채수 임무를 수행할 수 있다.
이러한 상기 드론(220)은 평상시 상기 모함(200)에 탑재되어 있다가 수자원 조사 수행시 물가 위의 저고도로 원하는 목적지까지 비행할 수 있고, 상기 드론(220)의 하부에 탑재된 상기 방수카메라(221)는 목적지 주변의 물속이나 물가 주변의 영상을 녹화하는 방식으로 불법어로행위의 단속, 수질상태파악, 수중상태조사와 같은 수자원 조사를 수행할 수 있는 것이다.
상기 보트(300)는 예컨대 도 3에서와 같이 다방향 카메라(310n), 수중조사카메라(310), 줌카메라(320), 음향측심기(330), 라이다(340), 스피커(350), 통신장비(360), 및 발전시스템(370)을 포함하는 구성을 갖추고 있다.
이러한 상기의 보트(300)는 수초가 많은 수면지역에서 원활한 항해가 가능하도록 구동장치를 보트윙에 설치하는 방식으로 설계 가능하고, 장시간 항해를 위하여 자체 태양광 발전시스템(370)을 보트 갑판위에 설치하거나 배터리 보조보트 상판위에 설치하여 상기의 모함(200)과 동시에 이동시키는 방식으로 운용될 수 있다.
상기 보트(300)는 상기 드론(220)의 접근이 불가하거나 어려운 지점에 도착할 수 있으며, 상기 보트(300)의 도착에 따라 상기 다방향 카메라(310n)는 물가 주변의 모든 상황을 모니터링하며 녹화할 수 있고, 상기의 수중조사카메라(310)는 수중의 특정 방향을 모니터링할 수 있으며, 상기의 줌카메라(320)는 물가 주변이나 수중의 상태를 더욱 상세히 근접 촬영할 수 있다.
상기 보트(300)의 상부에 장착되는 상기 다방향 카메라(310)는 상기 모함(200) 주변의 360°RGB, IR 정보를 탐색하고, 이동하는 물체나 열원이 있는 이상 객체를 자동 인지할 수 있으며, 상기 줌카메라(320)는 상기 다방향 카메라(310n)의 객체 자동 인지에 반응하여 객체를 정밀하게 탐색할 수 있다.
물론, 이러한 상기 다방향 카메라(310)의 자동 인지에 따라 반응하는 상기의 줌카메라(320)는 자동인식센서들로부터 감지된 신호에 근거하여 작동될 수 있다. 이렇게 수집된 정보들은 상기 정밀항법시스템(210)을 통해 통제실에서 공유될 수 있다.
특히, 상기의 음향측심기(330)는 ‘Echo Sounder’라는 용어로도 불리며 음파탐지기의 한 유형으로서 수중에서의 음파 발사에 따라 되돌아오는 반사파로부터 걸리는 시간을 분석하여 수중 바닥까지의 깊이를 측정할 수 있다. 수중의 경우 전자기파는 그 진행 거리가 짧은 관계로, 음파를 이용하는 것이 수중 상태의 탐지에 더 유용하고 바람직하다.
수중에서의 음파는 예컨대 약 1,500m/s 속력으로 진행하는 압력파일 수 있으며, 바닥까지의 깊이에 이르기까지 펄스 형태로 발사되고 되돌아오는 반사파에 대한 시간의 측정에 따라 바닥 깊이가 파악될 수 있다.
특히, 상기의 음향측심기(330)는 진동수 약 200 kHz 음파와 약 24 kHz 음파를 동시에 사용할 수 있으며 평균적으로 음속을 기준값으로 사용하나, 정확한 음속값을 얻기 위해 수중의 수온, 압력, 밀도를 측정한 보정된 상태의 음속값을 사용할 수 있다. 바닥의 깊이를 나타내는 간단한 식은 D = 1/2vt 일 수 있으며, 여기서 v는 수중에서의 음속, t는 음파가 반사되어 돌아올때까지 걸린 시간, D는 음파의 발신기로부터 바닥까지의 깊이를 나타낸다.
상기의 D는 음파 발신기의 위치에 따라 달라지므로, 수면으로부터 바닥까지의 깊이는 수면에서부터 음파 발신기까지의 깊이 값으로 보정하여 구할 수 있다. 기존의 수심 측량에 있어 바닥까지 닻줄을 내려 그 깊이에 대한 길이를 재는 방식에 비해, 상기의 음향측심기(330)는 간편하면서도 쉽게 그 수심의 깊이를 측정할 수 있는 것이다.
또한, 진동수가 크게 차이 나도록 하면, 두 신호의 간섭을 피할 수 있고, 이렇게 다른 진동수의 음파를 동시에 사용할 경우, 바닥에 식물이 자라고 있는지, 혹은 바닥이 단단한 바위 위에 진흙이 얇게 덮여 있는지 그 파악이 용이하며, 이는 음파의 진동수에 따라 물체에서 반사되는 정도가 다를 수 있다.
이러한 상기의 음향측심기(330)는 예컨대 낚시에도 많이 사용되는데, 수심을 재어 바닥의 높이 변화를 알 수 있으므로 이로부터 물고기들이 많이 서식하는 지점을 유추할 수도 있다. 해저 지형을 탐색하는 경우에서는 다중빔 음향측심기를 이용하여 100여 개의 강력한 음파를 발사하며 넓은 범위의 지형 데이터를 한꺼번 읽어내어 이를 컴퓨터 프로그램을 통해 3차원 입체지형 영상을 만들 수 있다.
또한, 진동수 200 kHz 음파는 수심 약 100 m 까지 사용할 수 있는데 그 보다 깊은 경우에는 낮은 진동수의 음파가 필요하다. 왜냐하면 진동수가 클수록 음파가 진행하면서 빨리 사라져 멀리까지 진행하지 못하기 때문이다.
상기 음향측심기(330)를 이용하여 수중 지형을 탐색하되, 펄스 형태의 음파를 다중빔으로 쏘아 돌아오는 시간을 측정하여 수중 지형을 탐지해 낼 수 있다. 이러한 음향측심기(330)는 송수신기 기록장치, 송파기(送波機), 수파기(바닥 수저),수중 송파기[underwater sound projector, 수중 송파기(水中送波器), 수중에 음파를 방사하기 위한 변환기]를 포함하는 구성으로 이루어질 수 있다.
상기 보트(300)의 하부에 장착될 수 있는 상기의 음향측심기(330)는 일정한 거리 간격으로 음파를 발사하여 위치정보와 수심을 측정 및 기록할 수 있고, 일정기간 축적된 격자수심 DB를 자동분석하여 예컨대 저수지의 준설정보로 변환할 수 있고, 이러한 상기의 DB는 통제실에서 관계자에게 공유될 수 있다.
상기의 라이다(340)는 레이저 펄스를 발사하고 그 빛이 주위의 대상 물체에서 반사되어 돌아오는 것을 받아 물체까지의 거리를 측정함으로써 수중 주변의 상황을 정밀하게 그려낼 수 있다.
또한, 라이다(340)는 대상 물체까지의 거리뿐 아니라 움직이는 속도와 방향, 온도, 주변의 대기 물질 분석 및 농도 측정 등에도 사용될 수 있다. 자외선, 가시광선, 근적외선 등을 사용하여 금속성이 아닌 바위나 구름, 빗방울, 에어로졸 등을 감지할 수 있어서 기상 관측에 이용될 수도 있고, 수중 지형을 정밀하게 그려낼 수도 있다.
이러한 라이다(340)는 예컨대 레이저, 스캐너, 수신기, 및 위치확인시스템으로 이루어질 수 있으며, 레이저는 용도에 따라 다른 파장을 갖되, 대체로 600 ~ 1000nm 파장의 빛을 사용할 수 있다. 그러나, 사람의 눈에 입히는 피해를 줄이기 위해 보다 긴 파장대의 빛을 사용할 수도 있다.
스캐너는 주위를 재빠르게 훑어서 정보를 얻도록 여러 가지 형태의 거울들이 응용될 수 있다. 수신기는 돌아오는 빛을 감지하는 부분으로 수신기가 가지는 빛에 대한 민감도는 라이다의 성능을 좌우하는 주요한 요인이다. 근본적으로 수신기는 광자를 감지하여 이를 증폭하는 역할을 한다. 위치확인시스템은 3차원 영상을 구현하기 위해서 수신기가 놓여 있는 위치 좌표와 방향을 확인하는 기능을 한다.
특히, 상기의 수신기는 빛에 대한 민감도가 라이다의 성능을 좌우할 수 있는데 예컨대 클럭 스퍼로 알려진 디지털 회로 및 AD 컨버터용 레퍼런스 컬럭 신호의 일부 고조파가 수신시의 민감도를 저해하여 라이다의 성능을 저하시킬 수 있다.
따라서, 이와 같은 저해 요인을 해소할 수 있게 클럭 발생기가 더 구비될 수 있으며, 이러한 상기의 클럭 발생기는 클럭을 지연하는 방식으로 클럭 신호에서 생성된 간섭 스퍼(spur)를 억제하여 수신기의 민감도를 복구함에 따라 라이다의 성능을 향상시킬 수 있는 것이다.
상기의 발전시스템(370)은 전기를 발전시켜 상기의 다방향 카메라(310n), 수중조사카메라(310), 줌카메라(320), 음향측심기(330), 라이다(340), 스피커(350), 통신장비(360)에 전력을 공급할 수 있으며, 상기의 통신장비(360)는 유무선의 데이터 전송이 가능한 장비를 모두 포함할 수 있다.
통제실로 전송된 수집된 정보 파악에 따라, 조종자는 보트(300)에 장착된 상기의 스피커(350)를 이용하여 침입자에게 방송할 수도 있다.
따라서, 상기의 통신장비(360)는 상기 다방향 카메라(310n), 수중조사카메라(310), 줌카메라(320), 음향측심기(330), 라이다(340), 및 스피커(350)로부터 수집된 정보를 상기 모함(200)에 설치된 정밀항법시스템(210)에 전송할 수 있고, 상기 모함(200)에 설치된 드론(220)의 방수카메라(221)로부터 수집된 정보 역시도 상기 정밀항법시스템(210)에서 공유될 수 있는 관계로, 사용자들은 상기 정밀항법시스템(210)을 통해 수자원 조사에 필요한 정보들을 취합하거나 활용할 수 있는 것이다.
무인항공모함(100)
모함(200) 정밀항법시스템(210) 드론(220)
방수카메라(221) 방차통(230)
보트(300) 수중조사카메라(310) 다방향 카메라(310n)
줌카메라(320) 음향측심기(330) 라이다(330)
스피커(340) 통신장비(350)
발전시스템(360)

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 불법어로행위의 단속, 수질상태파악, 수중상태조사와 같은 수자원 조사를 수행하기 위해 정밀항법시스템이 설치된 모함과 발전시스템이 설치된 보트를 포함하는 구성으로 이루어진 무인항공모함이 마련되고, 상기 모함은 물가에서 저고도로 수자원 조사가 필요한 지점에 이르기까지 비행하는 상기 모함에 탑재된 드론; 상기 드론의 하부에 탑재되어 수자원 조사가 필요한 지점에서 물가 주변이나 수중 상태를 촬영하는 방수카메라; 및 상기 모함에 설치되어 상기 방수카메라와 케이블로 연결된 방차통; 을 더 포함하는 구성으로 이루어지며, 상기 방차통에는 케이블이 풀리는 거리를 감지하여 상기 드론에게 케이블의 임계거리값 만큼만 비행하도록 제어하는 무선통신장치를 포함한 거리센서가 더 포함되어 설치되며, 상기 보트는 드론의 비행이 어렵거나 불가한 수자원 조사가 필요한 지점에 이르기까지 도달 가능하되, 상기 보트의 어느 한 곳에 설치되어 상기 지점의 수중 상태를 촬영하는 수중조사카메라; 상기 보트의 어느 한 곳에 설치되어 상기 지점의 물가 주변이나 수중 상태를 다양한 방향에서 촬영하는 다방향 카메라; 및 상기 보트의 어느 한 곳에 설치되어 상기 다방향 카메라의 자동 인식에 따라 반응하며 해당 객체를 근거리 혹은 원거리로 조절하며 정밀하게 촬영하는 줌카메라; 를 더 포함하는 구성으로 이루어지고, 상기 보트의 어느 한 곳에 설치되어 수심의 바닥에 이르기까지 음파를 발사하여 되돌아오는 반사파의 시간을 측정하는 방식으로 수심의 깊이를 측정하는 음향측심기; 상기 보트의 어느 한 곳에 설치되어 레이저 펄스를 발사하여 돌아오는 반사빛을 받아 수중 주변의 물체에 대한 거리를 측정하는 라이다; 및 상기 보트의 어느 한 곳에 설치되어 상기 수중조사카메라, 상기 다방향 카메라, 상기 줌카메라, 상기 음향측심기, 상기 라이다로부터 취득된 정보를 상기 무인항공모함의 상기 정밀항법시스템에 전송하는 통신장비; 를 더 포함하며,
    상기 라이다에 구성된 수신기에는 클럭 발생기가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 무인항공모함형 수자원 조사 시스템.
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