KR102522477B1 - System and method for generating optimized flight path using drug spraying drone - Google Patents

System and method for generating optimized flight path using drug spraying drone Download PDF

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KR102522477B1 KR1020220044974A KR20220044974A KR102522477B1 KR 102522477 B1 KR102522477 B1 KR 102522477B1 KR 1020220044974 A KR1020220044974 A KR 1020220044974A KR 20220044974 A KR20220044974 A KR 20220044974A KR 102522477 B1 KR102522477 B1 KR 102522477B1
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윤종수
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재단법인한국조선해양기자재연구원
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Abstract

One embodiment of the present invention, provided is a system for generating an optimized path using a medicine spraying drone. The system for generating an optimized path using a medicine spraying drone comprises: a drone which sprays medicine in a work area; a database which stores information on a medicine reach range calculated in advance based on flight information about the drone, environmental information about the work area, and variable information about the type of the medicine or a type of a spray nozzle; a measurement sensor which is installed on the drone to measure at least one among the wind direction, wind speed, and temperature; a LiDAR which is installed on the drone to identify surrounding obstacles or check the work area; and a processor which derives an optimal path of the drone for spraying the medicine to the work area by considering the information about the medicine reach range stored in the database. According to the present invention, real-time environmental changes are collected using wind direction and wind speed sensors mounted on the drone.

Description

약제살포 드론을 이용한 최적 경로 생성 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING OPTIMIZED FLIGHT PATH USING DRUG SPRAYING DRONE}Optimal path generation system and method using drug spraying drone {SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING OPTIMIZED FLIGHT PATH USING DRUG SPRAYING DRONE}

본 발명은 드론의 비행 최적 경로 생성 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 농작물의 병해충 방제를 위한 약제살포 드론을 이용한 최적 경로 생성 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system and method for generating an optimal route for drone flight, and more particularly, to a system and method for generating an optimal route using a drug spraying drone for pest control of crops.

일반적으로 농작물의 병해충 방제로 품질 향상 및 수확량 증대를 위한 농업용 약제살포작업은 약품을 물에 희석시켜 분무기에 담아 작업자가 직접 살포하는 방식으로 수행되고 있다.In general, agricultural chemical spraying work for improving quality and increasing yield by pest control of crops is performed by diluting the chemical in water and putting it in a sprayer and spraying it directly by the operator.

이러한 종래의 약제 살포방식은 다수의 인력이 약품에 중독되어 건강을 해칠 수 있는 문제가 있고, 농촌 인력이 감속하고 있는 현재 인력을 구하기 어려운 문제가 있으며, 약제를 살포하는 과정에서 농작물을 밟고 지나다녀야 하기 때문에 농작물에 피해가 발생되는 문제가 있다.This conventional drug spraying method has a problem that a large number of manpower is addicted to the medicine and can harm their health, there is a problem that it is difficult to find manpower as the rural manpower is slowing down, and the crops must be stepped on in the process of spraying the medicine. Because of this, there is a problem that damage occurs to crops.

또한, 경작지에 들어가 무거운 약품호스를 끌고 가면서 작업하기가 까다롭고 힘들기 때문에 보다 편리하게 살포 작업을 수행할 수 있도록 하는 방안으로 무인비행기(드론)를 이용하여 원격 조종하면서 약제를 살포하도록 하는 방법이 실시되고 있다.In addition, since it is difficult and difficult to work while entering the farmland and dragging a heavy chemical hose, as a way to more conveniently perform the spraying operation, there is a method of spraying the drug while remotely controlling it using an unmanned aerial vehicle (drone) is being carried out

현재, 이러한 농업, 임업, 소방 등의 분야에서 사용되고 있는 약제 분사 드론은 정해진 경로와 고도를 유지하며 실시한 환경 변화에 대해 수동적인 방식으로 임무를 수행하고 있다.Currently, drug dispensing drones used in the fields of agriculture, forestry, firefighting, etc., perform missions in a passive manner in response to environmental changes while maintaining a predetermined route and altitude.

그러나, 약제 분사가 요구되는 실제 운용 환경은 바람이라는 변수가 있어 현재 방식으로 약제 살포가 필요한 지역에 충분한 약제를 살포할 수 없으며 의도하지 않는 범위까지 약제가 도달하게 되는 문제도 발생하고 있다. 따라서, 이러한 현장의 변수를 고려하여 약제 도달 범위를 예측하고, 이에 따라 약제를 분사해야 하는 알고리즘이 요구되고 있는 실정이다.However, there is a variable in the actual operating environment in which drug spraying is required, such that it is not possible to spray enough drugs in the area where drug spraying is required in the current method, and there is also a problem that the drug reaches an unintended range. Therefore, there is a demand for an algorithm that predicts the drug reach range in consideration of such field variables and injects the drug accordingly.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 고성능 연산장치를 드론에 직접 탑재하지 않고도 환경변화를 반영한 실시간 최적 경로 연산 효과를 동일하게 얻을 수 있는 최적 경로 생성 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide an optimal route generation system and method that can obtain the same real-time optimal route calculation effect reflecting environmental changes without directly mounting a high-performance computing device on a drone.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned technical problem, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 약제살포 드론을 이용한 최적 경로 생성 시스템에 있어서, 작업 구역에 약제를 살포하는 드론과, 드론에 대한 비행정보와, 작업 구역에 대한 환경정보, 약제 종류 또는 분사 노즐 타입에 대한 변수정보를 기준으로 미리 계산된 약제 도달범위에 대한 정보를 저장하는 데이터베이스와, 상기 드론에 설치되어, 풍향, 풍속, 온도 중 적어도 하나를 계측하는 계측 센서와, 상기 드론에 설치되어, 주변의 장애물을 식별하거나 작업 구역을 확인하는 라이다와, 상기 데이터베이스에 저장된 약제 도달범위에 대한 정보를 고려하여 상기 작업 구역에 약제를 살포하기 위한 상기 드론의 최적 경로를 도출하는 프로세서를 포함하는 약제살포 드론을 이용한 최적 경로 생성 시스템을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, an embodiment of the present invention is an optimal path generation system using a drug spraying drone, a drone that sprays drugs in a work area, flight information about the drone, and environmental information about the work area A database for storing information on the drug reach range calculated in advance based on variable information on the drug type or injection nozzle type, and a measurement sensor installed in the drone to measure at least one of wind direction, wind speed, and temperature; Deriving the optimal path of the drone for dispensing drugs in the work area in consideration of LIDAR installed in the drone to identify nearby obstacles or check the work area, and information on the drug reach range stored in the database Provides an optimal path generation system using a drug spraying drone including a processor for

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 비행정보는 상기 드론의 속도, 및 고도 중 적어도 하나의 정보를 포함하고, 상기 환경정보는 상기 작업 구역에서의 풍향, 풍속, 기온, 및 사면 기울기 중 적어도 하나의 정보를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the flight information includes at least one of speed and altitude of the drone, and the environment information includes at least one of wind direction, wind speed, temperature, and slope slope in the work area. information may be included.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 라이다로부터 식별된 장애물에 대한 장애물 정보 및 상기 작업 구역의 구조와 관련된 작업 구역 정보를 전달받고, 상기 계측 센서로부터 계측된 풍향, 풍속, 및 기온과 관련된 계측 정보를 전달받을 수 있다.In an embodiment of the present invention, the processor receives obstacle information about an obstacle identified from the lidar and work area information related to the structure of the work area, and wind direction, wind speed, and temperature measured from the measurement sensor. Measurement information related to can be delivered.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 라이다로부터 전달받은 작업 구역 정보 및 상기 계측 센서로부터 전달받은 계측 정보와, 상기 데이터베이스에 저장된 환경정보를 비교하고, 상기 작업 구역 정보 및 계측 정보에 상응한 환경정보에 따른 약제 도달범위를 고려하여 상기 드론의 최적 경로를 도출할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the processor compares the work area information received from the lidar and the measurement information received from the measurement sensor with the environmental information stored in the database, and the work area information and the measurement information An optimal path of the drone may be derived in consideration of the reach of the drug according to the corresponding environmental information.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 드론은, 상기 프로세서로부터 도출된 최적 경로에 따라 비행하며 약제 살포를 실시하고, 상기 프로세서는 상기 계측 센서로부터 계측된 풍향 및 풍속에 대한 계측 정보를 주기적으로 전달받아, 기 설정된 주기에 따른 풍향 변화 및 풍속 변화가 임계치 이상인지 여부에 따라 상기 데이터베이스에 저장된 환경정보를 고려하여 상기 드론의 최적 경로를 다시 도출할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the drone flies along the optimal path derived from the processor and sprays the drug, and the processor periodically receives measurement information on wind direction and speed measured from the measurement sensor. In addition, the optimum path of the drone may be re-derived in consideration of environmental information stored in the database according to whether wind direction change and wind speed change according to a predetermined period are equal to or greater than a threshold value.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 드론에 대한 비행정보와, 작업 구역에 대한 환경정보, 약제 종류 또는 분사 노즐 타입에 대한 변수정보를 기준으로 각각의 조건에서의 약제 도달범위에 관한 비행 및 약제 분사 시뮬레이션을 수행함에 따라 데이터베이스를 구축하는 단계와, 상기 드론이 예비 비행을 함으로써, 작업 구역에 대한 정보를 획득하는 단계와, 프로세서가, 상기 작업 구역에 대한 정보를 고려하여 상기 드론의 1차 최적 경로를 도출하는 단계와, 상기 드론이 상기 1차 최적 경로에 따라 비행하며 약제를 살포하는 단계와, 계측 센서가 풍향 및 풍속에 대한 계측 정보를 수집하는 단계와, 상기 프로세서가, 상기 계측 센서로부터 수집된 상기 계측 정보와 상기 데이터베이스에 저장된 환경 정보를 비교하여 상기 드론의 2차 최적 경로를 도출하는 단계를 포함하는 약제살포 드론을 이용한 최적 경로 생성 방법을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, another embodiment of the present invention is a drug reach range in each condition based on flight information about drones, environmental information about work areas, and variable information about drug types or injection nozzle types. Building a database by performing flight and drug dispensing simulations, obtaining information on a work area by the drone performing a preliminary flight, and a processor considering the information on the work area. The step of deriving the first optimal path of the drone, the step of distributing the drug while the drone flies along the first optimal path, the step of collecting measurement information on the wind direction and speed by the measurement sensor, and the processor , Comparing the measurement information collected from the measurement sensor with the environment information stored in the database to derive a secondary optimal route for the drone.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 비행정보는 상기 드론의 속도, 및 고도 중 적어도 하나의 정보를 포함하고, 상기 환경정보는 상기 작업 구역에서의 풍향, 풍속, 기온, 및 사면 기울기 중 적어도 하나의 정보를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the flight information includes at least one of speed and altitude of the drone, and the environment information includes at least one of wind direction, wind speed, temperature, and slope slope in the work area. information may be included.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 작업 구역에 대한 정보를 획득하는 단계는, 상기 드론에 설치된 라이다가 상기 작업 구역 주변의 장애물을 식별하고, 상기 작업 구역의 사면 기울기에 대한 정보를 수집하는 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the obtaining of information on the work area may include identifying obstacles around the work area by a lidar installed in the drone and collecting information about the slope of the work area. can include

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 드론의 1차 최적 경로를 도출하는 단계는, 약제 종류와 분사 노즐 종류에 대한 정보를 입력 받고, 상기 라이다로부터 수집된 장애물 식별 정보 및 사면 기울기에 대한 정보를 입력 받아, 상기 드론의 1차 최적 경로를 도출할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in the step of deriving the first optimal path of the drone, information on the type of drug and the type of spray nozzle is input, obstacle identification information collected from the lidar and information on the slope slope Upon receiving the input, a first-order optimal path of the drone may be derived.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 드론의 2차 최적 경로를 도출하는 단계는, 상기 계측 센서로부터 계측된 풍향 및 풍속에 대한 계측 정보를 주기적으로 전달받아, 기 설정된 주기에 따른 풍향 변화 및 풍속 변화가 임계치 이상인지 여부에 따라 상기 데이터베이스에 저장된 환경정보를 고려하여 상기 드론의 2차 최적 경로를 도출할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the step of deriving the second optimal path of the drone includes periodically receiving measurement information on wind direction and wind speed measured from the measurement sensor, and changing wind direction and speed according to a predetermined period. Depending on whether is greater than or equal to a threshold value, a secondary optimal path of the drone may be derived by considering environmental information stored in the database.

본 발명의 실시예에 따르면, 드론의 속도, 고도, 풍향, 풍속, 기온 등의 변수를 고려해 기 계산된 데이터베이스를 확보하고, 드론에 장착된 풍향, 풍속 센서를 이용해 실시간 환경변화를 수집하며, 실시간 환경모니터링 결과와 근접한 계산값을 데이터베이스로부터 추출해 드론의 최적 경로 설계를 실시간으로 수행할 수 있다. 이는 고성능 연산장치를 드론에 직접 탑재하지 않고도 환경변화를 반영한 실시간 최적 경로 연산 효과를 동일하게 얻을 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a pre-calculated database is obtained in consideration of variables such as speed, altitude, wind direction, wind speed, and temperature of the drone, real-time environmental changes are collected using the wind direction and wind speed sensors mounted on the drone, and real-time By extracting calculated values close to the environmental monitoring results from the database, it is possible to design the optimal route for the drone in real time. This enables the same real-time optimal path calculation effect that reflects environmental changes without directly mounting a high-performance computing device on the drone.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above effects, and should be understood to include all effects that can be inferred from the description of the present invention or the configuration of the invention described in the claims.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 약제살포 드론을 이용한 최적 경로 생성 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도2는 환경 변화에 따른 최적 비행경로를 산출하여야 하는 필요성을 설명하기 위해 도시한 참고도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 약제살포 드론을 이용한 최적 경로 생성 방법을 시간의 흐름에 따라 도시한 흐름도이다.
1 is a block diagram schematically showing the configuration of an optimal path generating system using a drug spraying drone according to an embodiment of the present invention.
2 is a reference diagram illustrating the need to calculate an optimal flight path according to environmental changes.
3 is a flowchart illustrating an optimal path generation method using a drug spraying drone according to an embodiment of the present invention over time.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in many different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, combined)" with another part, this is not only "directly connected", but also "indirectly connected" with another member in between. "Including cases where In addition, when a part "includes" a certain component, it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 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.Terms used in this specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "include" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 약제살포 드론을 이용한 최적 경로 생성 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.1 is a block diagram schematically showing the configuration of an optimal path generating system using a drug spraying drone according to an embodiment of the present invention.

도1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 최적 경로 생성 시스템은 드론(100), 계측센서(200), 라이다(300), 프로세서(400), 그리고 데이터베이스(500)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to Figure 1, the optimal path generating system according to an embodiment of the present invention is composed of a drone 100, a measurement sensor 200, a lidar 300, a processor 400, and a database 500. can

도2는 환경 변화에 따른 최적 비행경로를 산출하여야 하는 필요성을 설명하기 위해 도시한 참고도이다.2 is a reference diagram illustrating the need to calculate an optimal flight path according to environmental changes.

현재 농업, 임업, 소방 등의 분야에서 사용되고 있는 약제 분사 드론은 정해진 경로와 고도를 유지하며 실시한 환경 변화에 대해 수동적인 방식으로 임무를 수행하고 있다. 그러나, 약제 분사가 요구되는 실제 운용 환경은 바람이라는 변수가 있어 도2의 왼쪽 그림에 도시된 바와 같이, 바람이 없는 환경에서는 약제를 분사한 경로를 따라 필요한 지역에 적절히 약제가 분사될 수 있으나, 도2의 오른쪽 그림에 도시된 바와 같이 바람이 부는 환경에서는, 현재 방식으로는 약제 살포가 필요한 지역에 충분한 약제를 살포할 수 없고, 의도하지 않은 범위까지 약제가 도달하게 되어 효율이 매우 떨어진다.Currently, drug dispensing drones used in fields such as agriculture, forestry, and firefighting perform missions in a passive manner in response to environmental changes while maintaining a set route and altitude. However, the actual operating environment in which drug injection is required has a variable called wind, so as shown in the left figure of FIG. As shown in the right figure of FIG. 2, in a windy environment, in the current method, it is not possible to spray enough chemicals in the area where the chemicals need to be sprayed, and the chemicals reach an unintended range, so the efficiency is very low.

드론(100)은 작업 구역 위를 비행하며, 탑재된 약제통에 담겨있는 약제를 작업 구역에 있는 농작물 위로 살포할 수 있다.The drone 100 flies over the work area and can spray the medicine contained in the loaded drug container over the crops in the work area.

계측센서(200)는 드론(100)에 설치되는 센서로서, 드론(100)이 비행하는 동안 주변의 풍향, 풍속, 온도 중 적어도 하나를 계측할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 실시예에 따른 계측센서(200)는 풍향센서, 풍속센서, 온도센서의 기능을 통합하는 센서로 구현될 수 있다.The measurement sensor 200 is a sensor installed in the drone 100 and can measure at least one of wind direction, wind speed, and temperature around the drone 100 while it flies. For example, the measurement sensor 200 according to an embodiment of the present invention may be implemented as a sensor integrating functions of a wind direction sensor, a wind speed sensor, and a temperature sensor.

라이다(Lidar)(300)는 드론(100)에 설치되는 센서로서, 드론(100)의 주변에 있는 장애물을 식별하거나 작업 구역에 있는 장애물 및 사면 기울기 등 구조적인 특징들을 식별할 수 있다. 라이다(300)는 레이저 펄스를 발사하여, 발사된 레이저 펄스가 주변에 있는 물체로부터 반사되어 돌아옴에 따라 반사된 레이저 펄스의 도달 시간을 이용하여, 라이다와 물체까지의 거리를 측정하고 이에 따라 주변의 구조를 이미지화할 수 있다.Lidar 300 is a sensor installed in the drone 100 and can identify obstacles around the drone 100 or structural features such as obstacles and slope slopes in a work area. The lidar 300 emits a laser pulse, and as the emitted laser pulse is reflected from a nearby object and returns, using the arrival time of the reflected laser pulse, the distance between the lidar and the object is measured, and the distance between the lidar and the object is measured accordingly. You can image the surrounding structure.

데이터베이스(500)는 드론(100)에 대한 비행정보와, 작업 구역에 대한 환경정보, 약제 종류 또는 분사 노즐 타입에 대한 변수정보를 기준으로 미리 계산된 약제 도달범위에 대한 정보를 저장할 수 있다.The database 500 may store information about the drug reach range calculated in advance based on flight information about the drone 100, environmental information about the work area, and variable information about the drug type or injection nozzle type.

여기서, 상기 비행정보란 드론의 속도 및 고도 중 적어도 하나의 정보를 포함하는 정보일 수 있고, 환경정보는 작업 구역에서의 풍향, 풍속, 기온 및 사면 기울기 중 적어도 하나의 정보를 포함하는 것일 수 있다.Here, the flight information may be information including at least one of speed and altitude of the drone, and environment information may include at least one of wind direction, wind speed, temperature, and slope slope in the work area. .

본 발명의 실시예에 따르면, 데이터베이스(500)에 저장되는 비행정보, 환경정보, 및 변수정보에 따른 약제 도달범위에 대한 정보들은, 각 비행정보의 조건별, 그리고 각 환경정보에 따른 조건별, 그리고 각 변수정보에 따른 조건별로 약제 도달범위에 관한 시뮬레이션을 수행함으로써 획득되는 정보로, 이와 같은 방법을 통해 본 발명의 데이터베이스(500)를 구축할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the flight information stored in the database 500, the environmental information, and the information on the drug reach range according to the variable information are for each condition of each flight information and for each condition according to each environmental information, In addition, the database 500 of the present invention can be constructed through the above method with information obtained by performing a simulation on the drug reach range for each condition according to each variable information.

프로세서(400)는 데이터베이스(500)에 저장된 약제 도달범위에 대한 정보를 고려하여 작업 구역에 약제를 살포하기 위한 드론(100)의 최적 경로를 도출할 수 있다.The processor 400 may derive an optimal route of the drone 100 for distributing the drug in the work area in consideration of the information on the reach of the drug stored in the database 500 .

프로세서(400)는 라이다(300)로부터 식별된 장애물에 대한 장애물 정보 및 작업 구역의 구조와 관련된 작업 구역 정보를 전달받고, 계측센서(200)로부터 계측된 풍향, 풍속 및 기온과 관련된 계측 정보를 전달받아, 전달받은 작업 구역 정보, 장애물 정보, 그리고 계측 정보와 데이터베이스(500)에 저장된 환경정보, 비행정보를 비교하여, 매칭되는 환경정보 및 비행정보에 따른 약제 도달범위를 확인하고, 이에 따라 드론(100)의 최적 경로를 도출할 수 있다.The processor 400 receives obstacle information about the obstacle identified by the lidar 300 and work area information related to the structure of the work area, and measures information related to wind direction, wind speed, and temperature measured from the measurement sensor 200. Receive and compare the received work area information, obstacle information, and measurement information with the environmental information and flight information stored in the database 500 to check the drug reach according to the matching environmental information and flight information, and accordingly, the drone The optimal path of (100) can be derived.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 약제살포 드론을 이용한 최적 경로 생성 방법을 시간의 흐름에 따라 도시한 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating an optimal path generation method using a drug spraying drone according to an embodiment of the present invention over time.

먼저, S310 단계에서 드론에 대한 비행정보와, 작업 구역에 대한 환경정보, 약제 종류 또는 분사 노즐 타입에 대한 변수정보를 기준으로 각각의 조건에서의 약제 도달범위에 관한 비행 및 분사 시뮬레이션을 수행함에 따라 데이터베이스를 구축한다.First, in step S310, based on flight information about the drone, environmental information about the work area, and variable information about the type of drug or injection nozzle type, flight and injection simulations are performed for the reach of the drug in each condition. build a database

즉, 데이터베이스는 S310 단계에서 드론의 속도, 고도 등에 대한 비행정보와, 풍향, 풍속, 기온, 작업 구역의 사면 기울기 등에 대한 환경정보, 그리고 약제종류와 분사노즐 등에 대한 변수정보를 고려하여, 각각의 조건에서 비행 및 약제살포 시뮬레이션을 통해 약제가 작업구역에 도달범위를 미리 계산함에 따라 구축될 수 있다.That is, in step S310, the database considers flight information such as speed and altitude of the drone, environmental information such as wind direction, wind speed, temperature, slope slope of the work area, and variable information such as drug type and spray nozzle, It can be built according to the pre-calculation of the reach of the drug to the work area through simulation of flight and drug spraying under conditions.

S320 단계에서 드론(100)이 예비 비행을 실시하여 약제를 살포하고자 하는 작업 구역을 확인함에 따라 매핑한다. 또한, S320 단계에서 드론(100)이 예비비행을 하는 동안, 드론(100)에 탑재된 계측센서(200)가 계측한 기온, 풍향, 풍속을 계측하고, 라이다(300)가 작업 구역 주변의 장애물을 식별하며, 작업 구역의 사면 기울기에 대한 작업 구역 정보를 획득한다.In step S320, the drone 100 conducts a preliminary flight to map the work area to be sprayed with the drug. In addition, during the preliminary flight of the drone 100 in step S320, the temperature, wind direction, and wind speed measured by the measurement sensor 200 mounted on the drone 100 are measured, and the lidar 300 measures the area around the work area. Obstacles are identified and work area information about the slope of the work area is acquired.

S330 단계에서 프로세서(400)는 선택된 약제 종류 및 분사 노즐 타입에 대한 정보(변수정보)를 입력 받고, 상기 S320 단계에서 계측센서(200)로부터 획득된 계측정보와 라이다(300)로부터 획득된 작업 구역 정보를 입력받는다. 이에 따라 프로세서(400)는 입력된 변수정보, 계측정보 및 작업 구역 정보와 데이터베이스(500)에 저장된 정보들을 비교하여, 상기 입력된 정보에 따른 조건에 해당하는 약제 도달범위를 확인한다. 그리고, 프로세서(400)는 확인된 약제 도달범위를 고려하여 드론(100)의 1차 최적 경로를 도출할 수 있다.In step S330, the processor 400 receives information (variable information) on the selected drug type and injection nozzle type, and in step S320, the measurement information obtained from the measurement sensor 200 and the task obtained from the lidar 300 Receive area information. Accordingly, the processor 400 compares the input variable information, measurement information, and work area information with the information stored in the database 500, and checks the drug reach range corresponding to the condition according to the input information. In addition, the processor 400 may derive the first optimal path of the drone 100 in consideration of the confirmed drug reach.

S340 단계에서 드론(100)은 프로세서(400)로부터 도출된 1차 최적 경로에 따라 작업 구역 위를 비행하며 약제를 살포한다.In step S340, the drone 100 flies over the work area according to the first optimal path derived from the processor 400 and sprays the medicine.

S350 단계에서 계측센서(200)는 드론(100)이 상기 1차 최적 경로에 따라 약제 살포 비행하는 동안, 실시간으로 풍향 및 풍속에 대한 계측정보를 수집하고, 수집된 계측정보를 프로세서(400)로 전달한다.In step S350, the measurement sensor 200 collects measurement information on the wind direction and speed in real time while the drone 100 is spraying and flying along the first optimal route, and transmits the collected measurement information to the processor 400. convey

S360 단계에서 프로세서(400)는 계측센서(200)로부터 실시간으로 전달되는 계측정보를 통해, 기 설정된 주기에 따른 풍향의 변화 및 풍속의 변화가 미리 정해진 임계치 이상인지 여부를 판단한다.In step S360, the processor 400 determines whether a change in wind direction and a change in wind speed according to a predetermined cycle is equal to or greater than a predetermined threshold through measurement information transmitted in real time from the measurement sensor 200.

프로세서(400)가 판단한 상기 기 설정된 주기에 따른 풍향의 변화 및 풍속의 변화가 상기 임계치 이상이라면, 기후 변화가 심한 것으로 판단하고 S370 단계에서 프로세서(400)는 상기 S350 단계에서 계측센서(200)로부터 계측된 계측정보를 토대로 다시 데이터베이스(500)를 참고하여 2차 최적 경로를 도출할 수 있다.If the change in wind direction and wind speed according to the predetermined cycle determined by the processor 400 is equal to or greater than the threshold value, it is determined that the climate change is severe, and in step S370, the processor 400 detects from the measurement sensor 200 in step S350. Based on the measured measurement information, a second optimal path may be derived by referring to the database 500 again.

보다 상세하게 설명하면, 프로세서(400)는 상기 실시간으로 전달되는 풍향의 변화 및 풍속의 변화에 대한 데이터 중 기 설정된 주기에 따른 풍향의 변화 및 풍속의 변화에 대한 데이터를 주기별로 끊어서 관리할 수 있다. 즉, 프로세서(400)는 주기별 복수개의 풍향 및 풍속의 변화에 대한 데이터들을 미리 정해진 임계치와 비교하여야 하는데, 프로세서(400)가 참고하여야 하는 데이터가 복수개이므로, 프로세서(400)는 상기 복수개의 데이터들의 평균치를 계산한 후, 계산된 평균치와 상기 임계치를 비교하여 2차 최적 경로의 도출여부를 결정하도록 구현될 수 있다.In more detail, the processor 400 may separate and manage wind direction change and wind speed change data according to a predetermined period from among the wind direction change and wind speed change data transmitted in real time on a periodic basis. . That is, the processor 400 needs to compare data on a plurality of changes in wind direction and wind speed for each period with a predetermined threshold value. Since there are a plurality of data to be referred to by the processor 400, the processor 400 must compare the plurality of data. After calculating the average value of , it may be implemented to determine whether to derive a second optimal path by comparing the calculated average value with the threshold value.

그리고, S380 단계에서 드론(100)은 프로세서(400)로부터 도출된 2차 최적 경로에 따라 약제 살포 비행을 실시할 수 있다.Then, in step S380, the drone 100 may carry out a drug dispensing flight according to the secondary optimal path derived from the processor 400.

그리고 본 발명의 다른 실시예에 따라, S360 단계에서 프로세서(400)의 판단 결과 상기 기 설정된 주기에 따른 풍향의 변화 및 풍속의 변화가 상기 임계치보다 낮다면, 기후 변화가 심하지 않은 것으로 판단하고, 별도의 2차 최적 경로를 도출하지 않고 동작을 종료할 수 있다.And according to another embodiment of the present invention, if the change in the wind direction and the change in wind speed according to the predetermined period is lower than the threshold as a result of the determination of the processor 400 in step S360, it is determined that the climate change is not severe, and separate The operation can be terminated without deriving the second-order optimal path of .

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 드론(100)이 상기 2차 최적 경로를 따라 약제 살포 비행을 실시하는 동안, 계측센서(200)가 다시 풍향 및 풍속을 계측함에 따라 풍향 변화 및 풍속 변화에 대한 정보를 프로세서(400)로 전달할 수 있다. 이에 따라, 프로세서(400)가 상기 전달된 풍향 변화 및 풍속 변화가 상기 임계치보다 높게 설정된 제2 임계치 이상인지 여부를 재판단하고, 상기 전달된 풍향 변화 및 풍속 변화가 상기 제2 임계치 이상이면 n차 최적 경로를 도출하여, 드론(100)은 도출된 n차 최적 경로에 따라 약제 살포 비행을 실시하도록 구현될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, while the drone 100 is flying the drug spraying along the second optimal path, the measurement sensor 200 measures the wind direction and speed again, so that the wind direction change and the wind speed change Information about the data may be transmitted to the processor 400 . Accordingly, the processor 400 determines whether the transferred wind direction change and wind speed change are greater than or equal to a second threshold set higher than the threshold value, and if the transferred wind direction change and wind speed change are greater than or equal to the second threshold value, the nth order By deriving an optimal path, the drone 100 may be implemented to fly a drug spray according to the derived n-th optimal path.

이때, 상기 n차 최적 경로를 도출하기 위한 풍향 변화 및 풍속 변화와 제2 임계치를 비교하는 방법 또한 상기 2차 최적 경로를 도출하는 과정에서의 임계치 비교 방법과 동일하게 적용될 수 있다.In this case, a method of comparing wind direction change and wind speed change with a second threshold value for deriving the nth-order optimal path may also be applied in the same manner as the threshold value comparison method in the process of deriving the second-order optimal path.

본 발명에서는 농업, 산림 병충해 방지용 약제 살포를 위한 드론의 최적 비행 경로를 도출하기 위한 방법으로 예시하여 설명하였으나, 이에 제한되지 않고 파종, 비닐하우스 차광제, 인공수분 등에도 적용 가능하며, 해양 오염 대응시에 유화제 살포, 소방용 약제 살포 등 농업 외 분야에서도 활용 가능하다.In the present invention, it has been exemplified and described as a method for deriving the optimal flight path of drones for spraying pesticides for preventing pests and diseases in agriculture and forests, but is not limited thereto and can be applied to seeding, vinyl greenhouse shaders, artificial pollination, etc., and responds to marine pollution. It can also be used in fields other than agriculture, such as spraying emulsifiers in cities and spraying firefighting chemicals.

또한, 시뮬레이션을 통해 확보되는 데이터베이스(DB)에 따라 드론 이외에도 무인 헬리콥터, 멀티콥터, 고정익 무인기 등 다양한 무인 비행체가 적용될 수 있음은 자명하다.In addition, it is obvious that various unmanned aerial vehicles such as unmanned helicopters, multi-copters, and fixed-wing unmanned aerial vehicles can be applied in addition to drones according to the database (DB) secured through simulation.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustrative purposes, and those skilled in the art can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

100: 드론
200: 계측센서
300: 라이다(Lidar)
400: 프로세서
500: 데이터베이스(DB)
100: drone
200: measurement sensor
300: Lidar
400: processor
500: database (DB)

Claims (10)

약제살포 드론을 이용한 최적 경로 생성 시스템에 있어서,
작업 구역에 약제를 살포하는 드론과,
드론에 대한 비행정보와, 작업 구역에 대한 환경정보, 약제 종류 또는 분사 노즐 타입에 대한 변수정보를 기준으로 미리 계산된 약제 도달범위에 대한 정보를 저장하는 데이터베이스와,
상기 드론에 설치되어, 풍향, 풍속, 온도 중 적어도 하나를 계측하는 계측 센서와,
상기 드론에 설치되어, 주변의 장애물을 식별하거나 작업 구역을 확인하는 라이다와,
상기 데이터베이스에 저장된 약제 도달범위에 대한 정보를 고려하여 상기 작업 구역에 약제를 살포하기 위한 상기 드론의 최적 경로를 도출하는 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 라이다로부터 식별된 장애물에 대한 장애물 정보 및 상기 작업 구역의 구조와 관련된 작업 구역 정보를 전달받고, 상기 계측 센서로부터 계측된 풍향, 풍속, 및 기온과 관련된 계측 정보를 전달받고,
상기 프로세서는,
상기 라이다로부터 전달받은 작업 구역 정보 및 상기 계측 센서로부터 전달받은 계측 정보와, 상기 데이터베이스에 저장된 환경정보를 비교하고, 상기 작업 구역 정보 및 계측 정보에 상응한 환경정보에 따른 약제 도달범위를 고려하여 상기 드론의 1차 최적 경로를 도출하고,
상기 드론은,
상기 프로세서로부터 도출된 상기 1차 최적 경로에 따라 비행하며 약제 살포를 실시하고,
상기 계측 센서는,
상기 드론이 상기 1차 최적 경로를 따라 비행하는 동안, 실시간으로 풍향 및 풍속에 대한 계측정보를 수집하고,
상기 프로세서는,
상기 계측 센서로부터 계측된 풍향 및 풍속에 대한 계측 정보를 주기적으로 전달받아, 기 설정된 주기에 따른 풍향 변화 및 풍속 변화가 임계치 이상인지 여부에 따라 상기 데이터베이스에 저장된 환경정보를 고려하여 상기 드론의 2차 최적 경로를 다시 도출하되, 상기 2차 최적 경로 도출에 앞서, 상기 기 설정된 주기별로 계측된 복수개의 풍향 및 풍속의 변화에 대한 데이터들의 평균치를 계산하고, 계산된 평균치와 상기 미리 정해진 임계치와 비교하여 상기 2차 최적 경로의 도출여부를 결정하고,
상기 드론은,
상기 프로세서가 상기 2차 최적 경로를 도출하는 경우, 도출된 상기 2차 최적 경로에 따라 비행하며 약제 살포를 다시 실시하는 것을 특징으로 하는, 약제살포 드론을 이용한 최적 경로 생성 시스템.
In the optimal path generation system using a drug spraying drone,
A drone that sprays chemicals in the work area;
A database for storing information on the drug reach range calculated in advance based on flight information about the drone, environmental information about the work area, and variable information about the type of drug or spray nozzle type;
A measurement sensor installed in the drone to measure at least one of wind direction, wind speed, and temperature;
A lidar installed on the drone to identify nearby obstacles or to check a work area;
A processor for deriving an optimal path of the drone for spraying the drug in the work area in consideration of the information on the reach of the drug stored in the database;
the processor,
Receive obstacle information about the obstacle identified from the lidar and work area information related to the structure of the work area, and receive measurement information related to wind direction, wind speed, and temperature measured from the measurement sensor,
the processor,
Compare the work area information transmitted from the lidar and the measurement information received from the measurement sensor with the environmental information stored in the database, and consider the drug reach according to the work area information and environmental information corresponding to the measurement information Deriving the first optimal path of the drone,
The drone,
Flying according to the first optimal path derived from the processor and spraying the drug,
The measuring sensor,
While the drone flies along the first optimal path, it collects measurement information on wind direction and speed in real time,
the processor,
The measurement information on the wind direction and wind speed measured by the measurement sensor is periodically received, and the drone's secondary data is measured in consideration of the environmental information stored in the database according to whether the wind direction change and wind speed change according to the predetermined period are above the threshold value. An optimal route is derived again, but prior to the derivation of the second optimal route, an average value of data on changes in a plurality of wind directions and wind speeds measured for each predetermined period is calculated, and the calculated average value is compared with the predetermined threshold value Determining whether to derive the second optimal path,
The drone,
When the processor derives the second optimal route, characterized in that the drug is sprayed again while flying according to the derived second optimal route.
제1항에 있어서,
상기 비행정보는 상기 드론의 속도, 및 고도 중 적어도 하나의 정보를 포함하고,
상기 환경정보는 상기 작업 구역에서의 풍향, 풍속, 기온, 및 사면 기울기 중 적어도 하나의 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 약제살포 드론을 이용한 최적 경로 생성 시스템.
According to claim 1,
The flight information includes at least one of speed and altitude of the drone,
The environmental information includes at least one information of wind direction, wind speed, temperature, and slope slope in the work area.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 드론에 대한 비행정보와, 작업 구역에 대한 환경정보, 약제 종류 또는 분사 노즐 타입에 대한 변수정보를 기준으로 각각의 조건에서의 약제 도달범위에 관한 비행 및 약제 분사 시뮬레이션을 수행함에 따라 데이터베이스를 구축하는 단계와,
상기 드론이 예비 비행을 함으로써, 작업 구역에 대한 정보를 획득하는 단계와,
프로세서가, 상기 작업 구역에 대한 정보를 고려하여 상기 드론의 1차 최적 경로를 도출하는 단계와,
상기 드론이 상기 1차 최적 경로에 따라 비행하며 약제를 살포하는 단계와,
계측 센서가 풍향 및 풍속에 대한 계측 정보를 수집하는 단계와,
상기 프로세서가, 상기 계측 센서로부터 수집된 상기 계측 정보와 상기 데이터베이스에 저장된 환경 정보를 비교하여 상기 드론의 2차 최적 경로를 도출하는 단계를 포함하고,
상기 작업 구역에 대한 정보를 획득하는 단계는,
상기 드론에 설치된 라이다가 상기 작업 구역 주변의 장애물을 식별하고, 상기 작업 구역의 사면 기울기에 대한 정보를 수집하는 단계를 포함하고,
상기 드론의 1차 최적 경로를 도출하는 단계는,
약제 종류와 분사 노즐 종류에 대한 정보를 입력 받고, 상기 라이다로부터 수집된 장애물 식별 정보 및 사면 기울기에 대한 정보를 입력 받아, 상기 드론의 1차 최적 경로를 도출하고,
상기 드론의 2차 최적 경로를 도출하는 단계는,
상기 계측 센서로부터 계측된 풍향 및 풍속에 대한 계측 정보를 주기적으로 전달받아, 기 설정된 주기에 따른 풍향 변화 및 풍속 변화가 임계치 이상인지 여부에 따라 상기 데이터베이스에 저장된 환경정보를 고려하여 상기 드론의 2차 최적 경로를 도출하되, 상기 2차 최적 경로 도출에 앞서, 상기 기 설정된 주기별로 계측된 복수개의 풍향 및 풍속의 변화에 대한 데이터들의 평균치를 계산하고, 계산된 평균치와 상기 미리 정해진 임계치와 비교하여 상기 2차 최적 경로의 도출여부를 결정하는 것을 특징으로 하는, 약제살포 드론을 이용한 최적 경로 생성 방법.
Based on the flight information of the drone, environmental information about the work area, and variable information about the type of drug or spray nozzle type, the database is built as flight and drug injection simulations are performed for the drug reach range in each condition. steps,
Acquiring information on a work area by performing a preliminary flight of the drone;
Deriving, by a processor, a first optimal path of the drone in consideration of the information on the work area;
The drone flying along the first optimal path and dispensing a drug;
Collecting measurement information about wind direction and speed by a measurement sensor;
Deriving, by the processor, a second optimal path of the drone by comparing the measurement information collected from the measurement sensor with environmental information stored in the database;
Obtaining information about the work area,
A lidar installed in the drone identifies obstacles around the work area and collects information about the slope of the work area,
The step of deriving the first optimal path of the drone,
Receive information about the type of drug and the type of injection nozzle, receive obstacle identification information and slope slope information collected from the LIDAR, and derive the first optimal path for the drone,
The step of deriving the second optimal path of the drone,
The measurement information on the wind direction and wind speed measured by the measurement sensor is periodically received, and the drone's secondary data is measured in consideration of the environmental information stored in the database according to whether the wind direction change and wind speed change according to the predetermined period are above the threshold value. An optimal route is derived, but prior to deriving the second optimal route, an average value of data on changes in a plurality of wind directions and wind speeds measured for each predetermined period is calculated, and the calculated average value is compared with the predetermined threshold value to determine the optimal path. An optimal route generation method using a drug spraying drone, characterized in that it determines whether or not to derive a secondary optimal route.
제6항에 있어서,
상기 비행정보는 상기 드론의 속도, 및 고도 중 적어도 하나의 정보를 포함하고,
상기 환경정보는 상기 작업 구역에서의 풍향, 풍속, 기온, 및 사면 기울기 중 적어도 하나의 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 약제살포 드론을 이용한 최적 경로 생성 방법.
According to claim 6,
The flight information includes at least one of speed and altitude of the drone,
The environmental information includes at least one information of wind direction, wind speed, temperature, and slope slope in the work area.
삭제delete 삭제delete 삭제delete
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