KR102522094B1 - 드론 촬영을 기반으로 한 하천 범람의 토양유실 예상 시스템 - Google Patents
드론 촬영을 기반으로 한 하천 범람의 토양유실 예상 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, 항공라이다 센서가 장착된 카메라가 설치된 드론 유닛을 이용하여 하천과 주변 지형을 촬영하여 하천의 범람 확률에 따른 토양 유실 확률을 계산하고 시뮬레이션 이미지를 생성하여 이를 단말기 및 PC로 송신하는 기능부들이 구비된 예측 서버와, 이와 네트워크적으로 연동되어 드론 유닛의 착륙을 보조하는 안착 유닛 및 카메라를 보호하는 개폐 유닛이 구비된 드론 촬영을 기반으로 한 하천 범람의 토양유실 예상 시스템이 제공된다.
Description
본 발명은 드론 촬영을 기반으로 한 하천 범람의 토양유실 예상 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 항공라이다 센서가 장착된 카메라가 설치된 드론 유닛을 이용하여 하천과 주변 지형을 촬영하여 하천의 범람 확률에 따른 토양 유실 확률을 계산하고 시뮬레이션 이미지를 생성하여 이를 단말기 및 PC로 송신하는 기능부들이 구비된 예측 서버와, 이와 네트워크적으로 연동되어 드론 유닛의 착륙을 보조하는 안착 유닛 및 카메라를 보호하는 개폐 유닛이 구비된 드론 촬영을 기반으로 한 하천 범람의 토양유실 예상 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 드론은 항공을 비행하는 과정에서 예컨대 산림지나 농경지와 같은 지형을 촬영하며 기상을 예측하는 모니터링하는 용도로 활용되고 있으며, 이렇게 드론으로부터 취득된 촬영데이터(영상, 사진 등)들을 근거로 산람지나 농경지에 대한 향후의 기상을 예측할 수 있다.
더욱이, 이러한 촬영데이터(영상, 사진 등)들은 농경지에서 발생되는 가뭄의 정도나 홍수의 정도 혹은 병충해 감염 등과 같은 것들을 모니터링 하는 용도로 확장 운용될 수도 있다.
물론, 이러한 드론은 산림지나 농경지뿐만 아니라 댐유역지에 대한 수위나 댐의 하자 등과 같은 댐 관리 목적의 모니터을 위한 용도로도 운용될 수 있다.
이처럼, 드론은 산림지, 농경지, 댐유역지와 같은 장소의 항공 구간을 비행하며 모니터링하는 기상 정보의 용도로 운용되고 있으나, 하천과 같은 지형에서는 드론의 운용이 제대로 이루어지지 못하여 하천에 대한 기상 예측은 전무한 실정이다.
하천은 강이나 댐유역지 혹은 산림지나 농경지와 같이 상대적으로 광활하지 못하고 그 폭이 협소하며, 하천의 물길 주변을 따라 불규칙적으로 성장하는 나무들과 꾸불꾸불한 물길의 지형적 특성으로 인하여, 드론이 비행하는 과정에서 나무나 협소한 지형적 장애물과 충돌될 우려도 많다.
따라서, 이러한 이유들 때문에, 하천과 같은 협소한 지형에서는 드론의 운용이 쉽지 않고, 이로 인한 하천에서의 기상 예측도 제대로 이루어지지 못하고 있는 것이다.
이에 본 발명은 항공라이다 센서가 장착된 카메라를 설치한 드론 유닛을 이용하여 촬영을 방해하는 지형적 장애물들을 피해 높은 비행 고도에서 비행할 수 있도록 하여 하천과 주변 지형 이미지 및 영상 데이터를 획득하고 이를 분석하여 토양 유실 확률을 예측하고 가상 시뮬레이션을 실행하는 기능부들이 포함된 예측 서버와, 이와 네트워크적으로 연동되어 드론 유닛의 착륙을 보조하는 안착 유닛 및 카메라를 보호하는 개폐 유닛을 제시하고자 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 항공라이다 센서가 장착된 카메라가 설치된 드론 유닛을 이용하여 하천과 주변 지형을 촬영하여 토양 유실을 예측하는 예측 서버가 구비된 드론 촬영을 기반으로 한 하천 범람의 토양유실 예상 시스템을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 획득한 하천과 주변 지형 이미지 및 영상을 분석하여 하천의 범람 확률을 계산하고 이에 따라 토양 유실 확률을 계산하여 가상의 지형 이미지 시뮬레이션을 생성하여 단말기 및 PC로 전송하는 기능부들이 구비된 드론 촬영을 기반으로 한 하천 범람의 토양유실 예상 시스템을 제공한다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은 예측 서버와 네트워크적으로 연동되어 드론 유닛의 착륙을 보조하는 안착 유닛이 구비된 드론 촬영을 기반으로 한 하천 범람의 토양유실 예상 시스템을 제공한다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은 예측 서버와 네트워크적으로 연동되어 카메라를 드론 유닛에 보호하는 개폐 유닛이 구비된 드론 촬영을 기반으로 한 하천 범람의 토양유실 예상 시스템을 제공한다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 드론 촬영을 기반으로 한 하천 범람의 토양유실 예상 시스템은 항공라이다 센서가 장착된 카메라가 설치된 드론 유닛을 이용하여 하천과 주변 지형 이미지 및 영상을 촬영하여 토양 유실을 예측하는 예측 서버를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 예측 서버는 촬영된 하천과 주변 지형 이미지 및 영상을 저장하는 데이터 DB부, 상기 데이터 DB부에 저장된 하천 이미지 및 영상 데이터를 분석하여 물이 차오르는 속도를 계산하는 범람 계산부, 상기 범람 계산부에서 계산한 속도 데이터를 바탕으로 하천의 범람 확률을 계산하는 범람 확률부, 상기 데이터 DB부에 저장된 주변 지형 이미지 및 영상 데이터를 분석하여 상기 범람 확률부에 의한 범람 확률 수치에 따른 토양 유실 확률을 계산하는 유실 계산부, 상기 유실 계산부에서 계산한 유실 확률 데이터를 바탕으로 예상 가능한 토양 유실된 가상의 지형 이미지를 생성한 시뮬레이션부, 상기 시뮬레이션부에서 생성한 가상 이미지를 단말기 및 PC로 전송하는 이미지 전송부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 예측 서버는 상기 항공라이다 센서가 장착된 카메라를 이용하여 하천과 주변 지형 이미지 및 영상을 촬영하는 단계, 촬영된 하천과 주변 지형 이미지 및 영상을 저장하는 단계, 저장된 하천 이미지 및 영상 데이터를 분석하여 물이 차오르는 속도를 계산하는 단계, 계산한 속도 데이터를 바탕으로 하천의 범람 확률을 실시간으로 계산하는 단계, 저장된 주변 지형 이미지 및 영상 데이터를 분석하여 범람 확률 수치에 따른 토양 유실 확률을 계산하는 단계, 계산한 유실 확률 데이터를 바탕으로 예상 가능한 토양 유실된 가상의 지형 이미지를 생성하는 단계, 생성한 가상 이미지를 단말기 및 PC로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 드론 유닛은 상기 예측 서버와 네트워크적으로 연결되어 비행 가능한 드론 몸체, 상기 드론 몸체의 사방으로 연장 형성되어 비행이 가능한 동력을 생성하는 날개부, 상기 날개부 내부에 설치되어 상기 드론 유닛의 하강 안착을 보조하는 안착 유닛, 상기 드론 몸체의 하단부에 설치되어 장착된 상기 카메라를 승하강하여 보호하고 촬영 가능하게 하는 개폐 유닛을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 날개부는 실린더 형상의 날개 몸체, 상기 날개 몸체의 말단부에 비행 가능한 회전력을 생성하는 프로펠러, 상기 날개 몸체의 일 측에 상기 안착 유닛을 권출하기 위한 권출홈, 상기 날개 몸체의 타 측에 상기 안착 유닛을 고정하기 위한 축홈, 상기 축홈의 내부에 설치되어 고정을 위한 자력을 생성하는 고정자석을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 안착 유닛은 상기 날개 몸체 내부에 제어에 의해 회전하도록 설치되는 회전축, 상기 회전축에 삽입되어 상기 회전축의 회전에 의해 회전하는 안착 롤러, 상기 안착 롤러에 권취되고 상기 권출홈을 통해 권출하여 상기 축홈에 고정되도록 말단부에 고정축이 형성된 안착 막을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 회전축은 상기 안착 롤러를 고정하기 위한 고정 돌기가 형성되고, 상기 안착 롤러는 내부에 형성된 돌기홈에 승강 가능하게 설치되어 상기 안착 막의 권출 및 권취를 보조하기 위해 구비된 흡착부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 흡착부는 상기 안착 롤러에 승강 가능하게 나사산을 따라 삽입되는 복수 개의 흡착 돌기, 복수 개의 상기 흡착 돌기 각각에 연장 형성되어 흡착으로 인한 공기 이동을 가이드하는 가이드부, 상기 가이드부와 일체로 연통되어 흡착으로 인한 공기를 이동시키는 가이드 파이프, 상기 안착 롤러의 측부에 통공되어 상기 가이드 파이프에서 이동한 공기를 배출하는 배출구를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 안착 유닛은 상기 예측 서버와 네트워크적으로 연결되어, 데이터 수집 후 비행 종료 시 상기 예측 서버를 통한 단말기의 제어에 의해 상기 회전축이 회전하여 상기 안착 롤러가 권취된 상기 안착 막을 권출하고, 일 날개부에서 권출된 상기 안착 막의 상기 고정축이 타 날개부의 상기 축홈에 끼워져 상기 고정자석의 자력에 의해 고정되고, 상기 안착 막의 권취 및 권출 시 복수 개의 상기 흡착 돌기, 상기 가이드부, 및 상기 가이드 파이프를 따라 공기가 흡입되어 상기 흡착 돌기가 상기 안착 막을 흡착하고, 상기 가이드 파이프를 통해 상기 배출구로 흡입된 공기가 배출되는 특징을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 개폐 유닛은 상기 드론 몸체의 하단부에 형성되어 상기 카메라를 수용 가능한 수용 홈, 상기 수용 홈의 하단부의 길이 방향으로 슬라이딩 개폐가 가능하게 설치되는 슬라이딩 커버, 상기 수용 홈에 일정 간격으로 승강 가능하게 삽입된 복수 개의 승강 실린더, 상기 수용 홈 내부에 설치되어 복수 개의 상기 승강 실린더와 체결되어 회전 가능한 회전부, 복수 개의 상기 승강 실린더의 말단부에 설치되어 상기 카메라를 고정하는 브라켓부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 수용홈은 양 측에 상기 슬라이딩 커버가 슬라이딩 가능하도록 커버 홈이 형성되고, 상기 브라켓부는 복수 개의 상기 승강 실린더의 말단부에 설치되고, 양 측부에 브라켓 날개가 형성된 카메라 브라켓, 상기 카메라 브라켓의 하부에 설치되면서, 상기 카메라의 상부에 설치되어 상기 카메라로 전달되는 충격을 완화하는 플레이트부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 플레이트부는 상기 카메라 브라켓의 하부에 설치되는 플레이트 형상의 브라켓 플레이트, 상기 브라켓 플레이트가 안착 결합되도록 안착 홈이 형성된 플레이트 결합체, 상기 안착 홈에 복수 개가 일정 간격 이격되어 설치되어 상기 브라켓 플레이트와 상기 플레이트 결합체에 전달되는 충격을 완화하도록 탄성력을 생성하는 완충 스프링을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 개폐 유닛은 상기 예측 서버와 네트워크적으로 연결되어 데이터 수집을 위해 상기 예측 서버 작동 시 상기 카메라의 촬영을 위해 단말기를 통해 제어 가능하고, 제어에 의해 상기 슬라이딩 커버가 개폐 가능하고, 제어에 의해 복수 개의 상기 실린더가 승강 가능하면서 상기 회전부가 회전 가능하고, 상기 카메라를 향해 충격 발생 시 상기 브라켓 플레이트 및 상기 플레이트 결합체를 따라 복수 개의 상기 완충 스프링의 탄성력에 의해 충격이 완화되고, 상기 카메라 브라켓에 의해 상기 카메라가 고정되는 특징을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 항공라이다 센서가 장착된 카메라가 설치된 드론 유닛을 이용하여 하천과 주변 지형을 촬영하여 하천의 범람 확률에 따른 토양 유실 확률을 계산하고 시뮬레이션 이미지를 생성하여 이를 단말기 및 PC로 송신하는 기능부들이 구비된 예측 서버와, 이와 네트워크적으로 연동되어 드론 유닛의 착륙을 보조하는 안착 유닛 및 카메라를 보호하는 개폐 유닛이 구비된 드론 촬영을 기반으로 한 하천 범람의 토양유실 예상 시스템이 제공된다. 본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 발명 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 항공 라이다를 이용한 평탄도 및 고도 측정 시스템의 전체적인 관계도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 항공 라이다를 이용한 평탄도 및 고도 측정 시스템의 예측 서버의 흐름도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 항공 라이다를 이용한 평탄도 및 고도 측정 시스템의 촬영 실시예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 항공 라이다를 이용한 평탄도 및 고도 측정 시스템의 드론 유닛의 전체적인 실시예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 항공 라이다를 이용한 평탄도 및 고도 측정 시스템의 안착 유닛의 상세 실시예들을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 항공 라이다를 이용한 평탄도 및 고도 측정 시스템의 안착 유닛의 안착 실시예를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 항공 라이다를 이용한 평탄도 및 고도 측정 시스템의 개폐 유닛의 실시예들을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 항공 라이다를 이용한 평탄도 및 고도 측정 시스템의 개폐 유닛의 조립도 및 또 다른 실시예들을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 항공 라이다를 이용한 평탄도 및 고도 측정 시스템의 예측 서버의 흐름도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 항공 라이다를 이용한 평탄도 및 고도 측정 시스템의 촬영 실시예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 항공 라이다를 이용한 평탄도 및 고도 측정 시스템의 드론 유닛의 전체적인 실시예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 항공 라이다를 이용한 평탄도 및 고도 측정 시스템의 안착 유닛의 상세 실시예들을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 항공 라이다를 이용한 평탄도 및 고도 측정 시스템의 안착 유닛의 안착 실시예를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 항공 라이다를 이용한 평탄도 및 고도 측정 시스템의 개폐 유닛의 실시예들을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 항공 라이다를 이용한 평탄도 및 고도 측정 시스템의 개폐 유닛의 조립도 및 또 다른 실시예들을 도시한 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시 예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서 첨부된 도면에 개시된 특정 실시 예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
한편, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 "모듈" 또는 "부"는 적어도 하나의 기능 또는 동작을 수행한다. 그리고 "모듈" 또는 "부"는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 기능 또는 동작을 수행할 수 있다. 또한, 특정 하드웨어에서 수행되어야 하거나 적어도 하나의 프로세서에서 수행되는 "모듈" 또는 "부"를 제외한 복수의 "모듈들" 또는 복수의 "부들"은 적어도 하나의 모듈로 통합될 수도 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
그 밖에도, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 드론 촬영을 기반으로 한 하천 범람의 토양유실 예상 시스템의 전체적인 관계도를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 드론 촬영을 기반으로 한 하천 범람의 토양유실 예상 시스템은 항공라이다 센서가 장착된 카메라(100)가 설치된 드론 유닛(200) 및 예측 서버(10)를 포함할 수 있다.
이때, 예측 서버(10)는 항공라이다 센서가 장착된 카메라가 설치된 드론 유닛(200)을 이용하여 지형을 촬영하여 평탄도 및 고도를 데이터베이스화하고 관리할 수 있다.
항공라이다(LiDAR, Light Detection and Ranging) 측량은 지형도 제작과 표고자료 취득을 위해 항공기에 라이다(LiDAR)를 탑재하여 지상의 점(빌딩, 나무 등)과 항공탑재 센서간의 거리를 빛, 레이저 광선을 발사, 그 반사와 흡수를 이용하여 좌표를 측정하는 방식이다.
라이다(LiDAR, Light Detection And Ranging) 시스템을 항공기에 장착하여 레이저 펄스를 지표면에 주사하고, 반사된 레이저 펄스의 도달시간을 관측함으로써 반사지점의 공간 위치 좌표를 계산하여 지표면에 대한 지형정보를 추출하는 측량기법이다.
이를 통해 기타 방법과는 달리 완전 자동처리가 가능하며, 처리속도가 빠르고, 능동적 센서이므로 어느 정도 날씨에 구애를 받지 않는다.
지상기준점측량이 어려운 해안, 습지 측량과 그림자에 의해 방해받는 산림, 도심지역의 수치표고자료 제작에 유리하다.
LiDAR 장비의 기지점과 레이저 펄스로부터 측정된 거리로부터 대상체의 위치를 계산할 수 있도록 일반적으로 항공 LiDAR 측량장비는 GPS와 IMU(관성항법장치)를 포함하고 있다.
항공레이저측량은 항공기를 이용하여 지상의 높이정보를 획득하는 장비로 일반적인 장비의 성능은 레이저 펄스(laser pulse) 주사율이 70kHz 정도이며, 지상고도 200~3,000m에서 운용한다. 스캔각도는 0°~±25°(±1°씩 증감)이다. 수평정확도는 1/2,000×고도(1σ)를 나타내며, 수직정확도는 비행고도에 따라 15~35cm(＜15cm @1,200m, 1σ; ＜25cm @2,000m, 1σ)를 나타낸다.
또한, 예측 서버(10)는 데이터 DB부(11), 범람 계산부(12), 범람 확률부(13), 유실 계산부(14), 시뮬레이션부(15), 및 이미지 전송부(16)를 포함할 수 있다.
데이터 DB부(11)는 카메라(100)를 이용하여 촬영된 하천과 주변 지형 이미지 및 영상을 저장할 수 있다.
범람 계산부(12)는 데이터 DB부(11)에 저장된 하천 이미지 및 영상 데이터를 분석하여 물이 차오르는 속도를 계산할 수 있다.
범람 확률부(13)는 범람 계산부(12)에서 계산한 속도 데이터를 바탕으로 하천의 범람 확률을 계산할 수 있다.
이때, 범람 확률의 퍼센티지(percentage, %)가 높을수록 하천이 범람할 가능성이 높다는 의미이다.
유실 계산부(14)는 데이터 DB부(11)에 저장된 주변 지형 이미지 및 영상 데이터를 분석하여 범람 확률부(13)에 의한 범람 확률 수치에 따른 토양 유실 확률을 계산할 수 있다.
이때, 하천의 범람은 하천 유수량이 하천의 너비와 깊이에 따른 용량을 수용할 능력을 벗어나는 것을 의미하므로, 반드시 토양 유실을 유발하게 되는 인과관계가 있다.
이에 범람 확률 수치를 계산함으로써 주변 지형의 토양 유실 확률 수치도 변화함으로써 토양 유실에 대한 예측을 수행할 수 있다.
시뮬레이션부(15)는 유실 계산부(14)에서 계산한 유실 확률 데이터를 바탕으로 예상 가능한 토양 유실된 가상의 지형 이미지를 생성할 수 있다.
이, 가상의 지형 이미지는 하천의 범람에 따른 주변 지형의 토양 유실의 모습을 가상으로 반영함으로써 전문가를 포함한 관리자가 하천의 범람과 토양 유실 간의 상관관계를 용이하게 파악할 수 있다.
이미지 전송부(16)는 시뮬레이션부(15)에서 생성한 가상 이미지를 단말기 및 PC로 전송할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 드론 촬영을 기반으로 한 하천 범람의 토양유실 예상 시스템의 예측 서버(10)의 흐름도를 도시한 것이다.
S110 단계 : 항공라이다 센서가 설치된 카메라를 이용하여 하천과 주변 지형 이미지 및 영상을 촬영한다.
S120 단계 : 촬영된 하천과 주변 지형 이미지 및 영상을 저장한다.
S130 단계 : 저장된 하천 이미지 및 영상 데이터를 분석하여 물이 차오르는 속도를 계산한다.
S140 단계 : 계산한 속도 데이터를 바탕으로 하천의 범람 확률을 실시간으로 계산한다.
S150 단계 : 저장된 주변 지형 이미지 및 영상 데이터를 분석하여 범람 확률 수치에 따른 토양 유실 확률을 계산한다.
S160 단계 : 계산한 유실 확률 데이터를 바탕으로 예상 가능한 토양 유실된 가상의 지형 이미지를 생성한다.
S170 단계 : 생성한 가상 이미지를 단말기 및 PC로 전송한다.
상기 기능부들에 따른 실시예의 효과를 상세히 기술하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 드론 촬영을 기반으로 한 하천 범람의 토양유실 예상 시스템의 촬영 실시예를 도시한 것이다.
예측 서버는 후술할 드론 유닛, 카메라, 안착 유닛 및 개폐 유닛의 유기적인 연동을 위해 리모컨과 같은 물리적 컨트롤러와 네트워크적으로 연결되어 컨트롤러의 작동에 의해 예측 서버와 연동된 드론 유닛, 카메라, 안착 유닛 및 개폐 유닛의 제어가 가능하다.
도 3을 참조하면, 드론 유닛(200)은 데이터 DB부(11)와 네트워크적으로 연동되어 항공라이다 센서가 장착된 카메라가 촬영을 하기 위해 데이터 DB부(11)에서 드론 유닛(200)의 작동 신호를 제어할 수 있다.
특히, 데이터 DB부(11)는 드론 유닛(200)의 작동 신호를 제어하기 위해 리모컨과 같은 물리적 컨트롤러와도 네트워크적으로 연결되어 용이하게 드론 유닛(200)을 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 데이터 DB부(11)에서 촬영 신호를 드론 유닛(200)으로 송신하여 드론 유닛(200)이 비행함으로써 카메라를 통해 지형을 촬영할 수 있다.
일 실시예에서, 카메라를 통해 촬영된 하천과 주변 지형 이미지 및 영상을 분석하여 범람 확률과 이에 따른 토양 유실 확률을 계산함으로써 이를 가상 이미지로 변환하여 전문가를 포함한 관리자가 하천 범람에 따른 토양 유실을 용이하게 예측하게 하는 효과가 있다.
도 4는 본 발명에 따른 드론 촬영을 기반으로 한 하천 범람의 토양유실 예상 시스템의 드론 유닛(200)의 전체적인 실시예를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 드론 유닛(200)은 드론 몸체(210), 날개부(220)를 포함할 수 있다.
드론 몸체(210)는 예측 서버(10)와 네트워크적으로 연결되어 비행 가능하도록 드론 형태로 구비될 수 있다.
이때, 드론 형태는 형태에 제한은 없으나, 상공을 비행하기에 적합하도록 기류 및 유체에 따른 충격을 완화하기 위해 유선형(streamline)으로 구비되는 것이 바람직하다.
날개부(220)는 드론 몸체(210)의 사방으로 연장 형성되어 비행이 가능한 동력을 생성하도록 구비될 수 있다.
또한, 각 날개부(220)의 말단부에는 비행이 가능한 동력을 생성하기 위해 프로펠러(222)가 더 구비될 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 드론 촬영을 기반으로 한 하천 범람의 토양유실 예상 시스템의 안착 유닛(300)의 상세 실시예들을 도시한 것이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 드론 유닛(200)은 날개부(220) 내부에 설치되어 드론 유닛(200)의 하강 안착을 보조하는 안착 유닛(300)을 더 포함할 수 있다.
날개부(220)는 날개 몸체(221), 프로펠러(222), 권출홈(223), 축홈(224) 및 고정자석(225)을 포함할 수 있다.
날개 몸체(221)는 실린더 형상으로 구비되며, 내부가 비어 있을 수 있다.
권출홈(223)은 날개 몸체(221)의 일 측에 안착 유닛(300)을 권출하도록 형성될 수 있다.
축홈(224)은 날개 몸체(221)의 타 측에 안착 유닛(300)을 고정하도록 형성될 수 있다.
고정자석(225)은 축홈(224)의 내부에 설치되어 안착 유닛(300)을 고정을 위한 자력을 생성하도록 구비될 수 있다.
또한, 안착 유닛(300)은 회전축(310), 안착 롤러(320), 및 안착 막(330)을 포함할 수 있다.
회전축(310)은 날개 몸체(221) 내부에 길이 방향을 따라 제어에 의해 회전하도록 설치될 수 있다.
또한, 회전축(310)은 안착 롤러(320)를 고정하기 위한 고정 돌기(311)가 형성될 수 있다.
안착 롤러(320)는 회전축(310)에 삽입되어 회전축(310)의 회전에 의해 회전하도록 롤러 형상으로 구비될 수 있다.
또한, 안착 롤러(320)는 내부에 형성된 돌기홈(320a)에 승강 가능하게 설치되어 안착 막(330)의 권출 및 권취를 보조하기 위해 구비된 흡착부(321)를 포함할 수 있다.
흡착부(321)는 흡착 돌기(3211), 가이드부(3212), 가이드 파이프(3213), 및 배출구(3214)를 포함할 수 있다.
흡착 돌기(3211)는 복수 개가 안착 롤러(320)에 승강 가능하게 나사산을 따라 삽입되도록 돌기 형상으로 구비될 수 있다.
가이드부(3212)는 복수 개의 흡착 돌기(3211) 각각에 하방으로 연장 형성되어 흡착으로 인한 공기 이동을 가이드하도록 사선형으로 구비될 수 있다.
이때, 가이드부(3212)는 흡착부(321)에 흡착력을 형성하기 위해 점점 좁아지는 사선형으로 구비되어 공기압을 형성하여 흡착되도록 할 수 있다.
가이드 파이프(3213)는 가이드부(3212)와 일체로 연통되어 흡착으로 인한 공기를 이동시키도록 구비될 수 있다.
배출구(3214)는 안착 롤러(320)의 측부에 통공되어 가이드 파이프(3213)에서 이동한 공기를 배출하도록 형성될 수 있다.
안착 막(330)은 안착 롤러(320)에 권취되고 권출홈(223)을 통해 권출하여 축홈(224)에 고정되도록 말단부에 고정축(330a)이 형성되도록 구비될 수 있다.
상기 구성들에 따른 조립관계와 실시예의 효과를 상세히 기술하면 다음과 같다.
안착 유닛(300)에 있어서, 날개부(220)의 내부에 회전축(310)이 삽입된 안착 롤러(320)가 길이 방향을 따라 삽입된다.
안착 롤러(320)의 둘레부를 따라 안착 막(330)이 권취된다.
날개부(220)의 일 측에는 권출홈(223)이, 날개부(220)의 타 측에는 축홈(224)이 형성된다.
안착 롤러(320)의 내부에는 흡착 돌기(3211)가 삽입되도록 나사산이 형성된 가이드부(3212)가 형성된다.
가이드부(3212)의 하방으로는 가이드 파이프(3213)가 연장 형성되어 안착 롤러(320)의 측부에 통공된 배출구(3214)까지 연통된다.
일 실시예에서, 안착 유닛(300)은 데이터 DB부(11)와 네트워크적으로 연결되어 하천과 주변 지형 이미지 및 영상 데이터를 최종적으로 저장하면 드론 유닛(200)의 랜딩(landing)을 위해 동작한다.
일 실시예에서, 안착 유닛(300)은 드론 유닛(200)의 랜딩을 위해 회전축(310)이 회전하면서 안착 롤러(320)가 안착 막(330)을 권출하여 축홈(224)의 고정자석(225)에 고정축(330a)이 체결되어 안착 막(330)을 펼칠 수 있다.
일 실시예에서, 안착 유닛(300)은 데이터 DB부(11)와 네트워크적으로 연결된 드론 유닛(200)의 초기 비행 시 데이터 DB부(11)가 촬영 신호를 드론 유닛(200)에 송신하면 동작할 수 있다.
이때, 회전축(310)이 역회전하면서, 흡착부(321)의 흡착 돌기(3211)가 돌출되어 안착 막(330)에 흡착되면서 공기를 흡입하여 가이드 파이프(3213)를 통해 배출구(3214)로 배출한다.
그 다음, 회전축(310)의 역회전에 의해 안착 롤러(320)가 날개부(220)의 권출 홈을 따라 안착 막(330)을 권취할 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 드론 촬영을 기반으로 한 하천 범람의 토양유실 예상 시스템의 개폐 유닛(400)의 조립도와 실시예들을 도시한 것이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 드론 유닛(200)은 드론 몸체(210)의 하단부에 설치되어 장착된 카메라를 승하강하여 보호하고 촬영 가능하게 하는 개폐 유닛(400)을 더 포함할 수 있다.
개폐 유닛(400)은 수용 홈(410), 슬라이딩 커버(420), 승강 실린더(430), 회전부(440), 및 브라켓부(450)를 포함할 수 있다.
수용 홈(410)은 드론 몸체(210)의 하단부에 형성되어 카메라를 수용 가능하게 공간을 형성할 수 있다.
또한, 수용 홈(410)은 양 측에 슬라이딩 커버(420)가 슬라이딩 가능하도록 커버 홈(410a)이 형성될 수 있다.
슬라이딩 커버(420)는 수용 홈(410)의 하단부의 길이 방향으로 슬라이딩 개폐가 가능하게 설치될 수 있다.
승강 실린더(430)는 수용 홈(410)에 일정 간격으로 승강 가능하게 복수 개가 삽입되도록 구비될 수 있다.
이때, 승강 실린더(430)는 승강 가능하게 단차진 형상의 실린더일 수도 있고, 내부에 스프링 또는 나사산의 구조로 구비되어 승강 가능하게끔 동작할 수 있다.
회전부(440)는 도 8에 도시된 바와 같이, 수용 홈(410) 내부에 설치되어 복수 개의 승강 실린더(430)와 체결되어 회전 가능하게 구비될 수 있다.
브라켓부(450)는 복수 개의 승강 실린더(430)의 말단부에 설치되어 카메라를 고정하도록 브라켓 형상으로 구비될 수 있다.
또한, 브라켓부(450)는 복수 개의 승강 실린더(430)의 말단부에 설치되고, 양 측부에 브라켓 날개(451a)가 형성된 카메라 브라켓(451)을 포함할 수 있다.
또한, 브라켓부(450)는 카메라 브라켓(451)의 하부에 설치되면서, 카메라의 상부와 체결되어 카메라로 전달되는 충격을 완화하는 플레이트부(452)를 포함할 수 있다.
플레이트부(452)는 브라켓 플레이트(4521), 플레이트 결합체(4522), 및 완충 스프링(4523)을 포함할 수 있다.
브라켓 플레이트(4521)는 카메라 브라켓(451)의 하부에 설치되는 플레이트 형상으로 구비될 수 있다.
플레이트 결합체(4522)는 브라켓 플레이트(4521)가 안착 결합되도록 상부가 개방된 안착 홈(4522a)이 형성된 플레이트 형상으로 구비될 수 있따.
완충 스프링(4523)은 안착 홈(4522a)에 복수 개가 일정 간격 이격되어 설치되어 브라켓 플레이트(4521)와 플레이트 결합체(4522)에 전달되는 충격을 완화하도록 탄성력을 생성하게끔 구비될 수 있다.
상기 구성들에 따른 조립관계와 실시예의 효과를 상세히 기술하면 다음과 같다.
개폐 유닛(400)에 있어서, 드론 몸체(210)의 하부에 수용 홈(410)이 형성되어 그 내부에 회전부(440)가 회전 가능하게 조립된다.
수용 홈(410)의 양 측에 슬라이딩 커버(420)가 슬라이딩 가능하게 내장된 커버 홈(410a)이 형성된다.
회전부(440)의 하단면에 복수 개의 승강 실린더(430)가 일정 간격으로 수직으로 조립된다.
복수 개의 승강 실린더(430)의 하부에 브라켓부(450)가 설치되고, 브라켓부(450)의 하부에 카메라가 조립된다.
이때, 브라켓부(450)는 카메라 브라켓(451), 브라켓 플레이트(4521), 복수 개의 완충 스프링(4523)이 설치된 플레이트 결합체(4522)가 순서대로 조립된다.
이때, 카메라 브라켓(451)의 양 측에 형성된 브라켓 날개(451a)에 의해 카메라 브라켓(451)은 브라켓 플레이트(4521)에 조립된다.
일 실시예에서, 개폐 유닛(400)은 데이터 DB부(11)와 네트워크적으로 연결되어 제어에 의해 항공라이다 센서가 장착된 카메라(100)를 돌출시키기 위해 작동한다.
일 실시예에서, 개폐 유닛(400)은 데이터 DB부(11)에서 촬영 신호를 개폐 유닛(400)으로 송신하면 슬라이딩 커버(420)가 커버 홈(410a)을 따라 슬라이딩 되어 개방된다.
그 다음, 복수 개의 승강 실린더(430)가 나란히 카메라(100)를 하방으로 돌출시키고, 회전부(440)의 회전에 의해 카메라(100)가 회전하여 촬영지점을 조절할 수 있다.
일 실시예에서, 개폐 유닛(400)은 데이터 DB부(11)와 연동되어 작동함으로써 카메라를 향해 충격이 발생하면 데이터 DB부(11)에서 브라켓 플레이트(4521) 및 플레이트 결합체(4522)를 따라 복수 개의 완충 스프링(4523)의 탄성력을 생성하도록 하여 전달되는 충격이 완화될 수 있다.
일 실시예에서, 개폐 유닛(400)은 카메라 브라켓(451)에 의해 카메라를 견고하게 고정시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 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 이해되어져서는 안 될 것이다.
예측 서버(10)
데이터 DB부(11)
범람 계산부(12)
범람 확률부(13)
유실 계산부(14)
시뮬레이션부(15)
이미지 전송부(16)
카메라(100)
드론 유닛(200)
드론 몸체(210)
날개부(220)
날개 몸체(221)
프로펠러(222)
권출홈(223)
축홈(224)
고정자석(225)
안착 유닛(300)
회전축(310)
고정 돌기(311)
안착 롤러(320)
돌기홈(320a)
흡착부(321)
흡착 돌기(3211)
나사산(321a)
가이드부(3212)
가이드 파이프(3213)
배출구(3214)
안착 막(330)
고정축(330a)
개폐 유닛(400)
수용 홈(410)
커버 홈(410a)
슬라이딩 커버(420)
승강 실린더(430)
회전부(440)
브라켓부(450)
카메라 브라켓(451)
브라켓 날개(451a)
플레이트부(452)
브라켓 플레이트(4521)
플레이트 결합체(4522)
안착 홈(4522a)
완충 스프링(4523)
데이터 DB부(11)
범람 계산부(12)
범람 확률부(13)
유실 계산부(14)
시뮬레이션부(15)
이미지 전송부(16)
카메라(100)
드론 유닛(200)
드론 몸체(210)
날개부(220)
날개 몸체(221)
프로펠러(222)
권출홈(223)
축홈(224)
고정자석(225)
안착 유닛(300)
회전축(310)
고정 돌기(311)
안착 롤러(320)
돌기홈(320a)
흡착부(321)
흡착 돌기(3211)
나사산(321a)
가이드부(3212)
가이드 파이프(3213)
배출구(3214)
안착 막(330)
고정축(330a)
개폐 유닛(400)
수용 홈(410)
커버 홈(410a)
슬라이딩 커버(420)
승강 실린더(430)
회전부(440)
브라켓부(450)
카메라 브라켓(451)
브라켓 날개(451a)
플레이트부(452)
브라켓 플레이트(4521)
플레이트 결합체(4522)
안착 홈(4522a)
완충 스프링(4523)
Claims (3)
- 항공라이다 센서가 장착된 카메라가 설치된 드론 유닛을 이용하여 하천과 주변 지형 이미지 및 영상을 촬영하여 토양 유실을 예측하는 예측 서버;
를 포함하는, 드론 촬영을 기반으로 한 하천 범람의 토양유실 예상 시스템에 있어서,
상기 예측 서버는,
촬영된 하천과 주변 지형 이미지 및 영상을 저장하는 데이터 DB부;
상기 데이터 DB부에 저장된 하천 이미지 및 영상 데이터를 분석하여 물이 차오르는 속도를 계산하는 범람 계산부;
상기 범람 계산부에서 계산한 속도 데이터를 바탕으로 하천의 범람 확률을 계산하는 범람 확률부;
상기 데이터 DB부에 저장된 주변 지형 이미지 및 영상 데이터를 분석하여 상기 범람 확률부에 의한 범람 확률 수치에 따른 토양 유실 확률을 계산하는 유실 계산부;
상기 유실 계산부에서 계산한 유실 확률 데이터를 바탕으로 예상 가능한 토양 유실된 가상의 지형 이미지를 생성한 시뮬레이션부;
상기 시뮬레이션부에서 생성한 가상 이미지를 단말기 및 PC로 전송하는 이미지 전송부;
를 포함하고,
상기 예측 서버는,
상기 항공라이다 센서가 장착된 카메라를 이용하여 하천과 주변 지형 이미지 및 영상을 촬영하는 단계;
촬영된 하천과 주변 지형 이미지 및 영상을 저장하는 단계;
저장된 하천 이미지 및 영상 데이터를 분석하여 물이 차오르는 속도를 계산하는 단계;
계산한 속도 데이터를 바탕으로 하천의 범람 확률을 실시간으로 계산하는 단계;
저장된 주변 지형 이미지 및 영상 데이터를 분석하여 범람 확률 수치에 따른 토양 유실 확률을 계산하는 단계;
계산한 유실 확률 데이터를 바탕으로 예상 가능한 토양 유실된 가상의 지형 이미지를 생성하는 단계;
생성한 가상 이미지를 단말기 및 PC로 전송하는 단계;
를 더 포함하고,
상기 드론 유닛은,
상기 예측 서버와 네트워크적으로 연결되어 비행 가능한 드론 몸체;
상기 드론 몸체의 사방으로 연장 형성되어 비행이 가능한 동력을 생성하는 날개부;
상기 날개부 내부에 설치되어 상기 드론 유닛의 하강 안착을 보조하는 안착 유닛;
을 포함하고,
상기 날개부는,
실린더 형상의 날개 몸체;
상기 날개 몸체의 말단부에 비행 가능한 회전력을 생성하는 프로펠러;
상기 날개 몸체의 일 측에 상기 안착 유닛을 권출하기 위한 권출홈;
상기 날개 몸체의 타 측에 상기 안착 유닛을 고정하기 위한 축홈;
상기 축홈의 내부에 설치되어 고정을 위한 자력을 생성하는 고정자석;
을 포함하고,
상기 안착 유닛은,
상기 날개 몸체 내부에 제어에 의해 회전하도록 설치되는 회전축;
상기 회전축에 삽입되어 상기 회전축의 회전에 의해 회전하는 안착 롤러;
상기 안착 롤러에 권취되고 상기 권출홈을 통해 권출하여 상기 축홈에 고정되도록 말단부에 고정축이 형성된 안착 막;
을 포함하고,
상기 회전축은,
상기 안착 롤러를 고정하기 위한 고정 돌기가 형성되고,
상기 안착 롤러는,
내부에 형성된 돌기홈에 승강 가능하게 설치되어 상기 안착 막의 권출 및 권취를 보조하기 위해 구비된 흡착부;
를 포함하고,
상기 흡착부는,
상기 안착 롤러에 승강 가능하게 나사산을 따라 삽입되는 복수 개의 흡착 돌기;
복수 개의 상기 흡착 돌기 각각에 연장 형성되어 흡착으로 인한 공기 이동을 가이드하는 가이드부;
상기 가이드부와 일체로 연통되어 흡착으로 인한 공기를 이동시키는 가이드 파이프;
상기 안착 롤러의 측부에 통공되어 상기 가이드 파이프에서 이동한 공기를 배출하는 배출구;
를 포함하고,
상기 안착 유닛은,
상기 예측 서버와 네트워크적으로 연결되어,
데이터 수집 후 비행 종료 시 상기 예측 서버를 통한 단말기의 제어에 의해 상기 회전축이 회전하여 상기 안착 롤러가 권취된 상기 안착 막을 권출하고,
일 날개부에서 권출된 상기 안착 막의 상기 고정축이 타 날개부의 상기 축홈에 끼워져 상기 고정자석의 자력에 의해 고정되고,
상기 안착 막의 권취 및 권출 시 복수 개의 상기 흡착 돌기, 상기 가이드부, 및 상기 가이드 파이프를 따라 공기가 흡입되어 상기 흡착 돌기가 상기 안착 막을 흡착하고,
상기 가이드 파이프를 통해 상기 배출구로 흡입된 공기가 배출되는 특징을 더 포함하는, 드론 촬영을 기반으로 한 하천 범람의 토양유실 예상 시스템. - 삭제
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Priority Applications (1)
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| KR1020220143566A KR102522094B1 (ko) | 2022-11-01 | 2022-11-01 | 드론 촬영을 기반으로 한 하천 범람의 토양유실 예상 시스템 |
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| KR1020220143566A KR102522094B1 (ko) | 2022-11-01 | 2022-11-01 | 드론 촬영을 기반으로 한 하천 범람의 토양유실 예상 시스템 |
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| KR102522094B1 true KR102522094B1 (ko) | 2023-04-14 |
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| KR1020220143566A KR102522094B1 (ko) | 2022-11-01 | 2022-11-01 | 드론 촬영을 기반으로 한 하천 범람의 토양유실 예상 시스템 |
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2022
- 2022-11-01 KR KR1020220143566A patent/KR102522094B1/ko active IP Right Grant
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