KR102539005B1 - 도심 항공 모빌리티를 위한 통제 장치, 비행 장치 및 비행 방법 - Google Patents

도심 항공 모빌리티를 위한 통제 장치, 비행 장치 및 비행 방법 Download PDF

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KR102539005B1 KR1020220107433A KR20220107433A KR102539005B1 KR 102539005 B1 KR102539005 B1 KR 102539005B1 KR 1020220107433 A KR1020220107433 A KR 1020220107433A KR 20220107433 A KR20220107433 A KR 20220107433A KR 102539005 B1 KR102539005 B1 KR 102539005B1
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Abstract

본 발명은, 비행 중인 비행체들로부터 경로 정보를 수신하기 위한 수신부, 수신된 경로 정보로부터 비행체들 간의 충돌 여부를 예측하고 회피 경로를 생성하기 위한 통제부, 충돌이 예측된 비행체들 중 적어도 일부에 회피 경로를 송신하기 위한 송신부를 포함하는, 도심 항공 모빌리티를 위한 통제 장치 및 이를 포함하는 비행 장치와, 이에 적용되는 비행 방법으로서, 비행체들 간의 충돌 여부를 예측하여 사전에 방지할 수 있는 통제 장치, 비행 장치 및 비행 방법이 제시된다.

Description

도심 항공 모빌리티를 위한 통제 장치, 비행 장치 및 비행 방법{CONTROLLER, AERIAL VEHICLE AND FLYING METHOD FOR URBAN AIR MOBILITY}
본 발명은 도심 항공 모빌리티를 위한 통제 장치, 비행 장치 및 비행 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비행체들 간의 충돌 여부를 예측하여 사전에 방지할 수 있는 통제 장치, 비행 장치 및 비행 방법에 관한 것이다.
도심 항공 모빌리티(Urban Air Mobility)는 지상과 항공을 연결하는 3차원 도심 항공 교통체계로서, 기존에 도심에 제공된 지상 교통체계를 보완 혹은 대체할 수 있는 차세대 교통체계이다. 도심 항공 모빌리티는 수직 이착륙이 가능한 개인항공기를 도심 상공에서 예컨대 에어 택시의 개념으로 운용하여 사람 및 화물을 신속하게 운송할 수 있다.
도심 항공 모빌리티가 도심의 차세대 교통체계로 자리잡기 위해서는 개인항공기의 안전한 비행이 보장되어야 한다. 하지만 도심 항공 모빌리티에 사용되는 개인항공기(PAV)는 예컨대 KTX가 운용되는 속도와 유사한 속도인 약 300km/h 정도의 상당히 빠른 속도로 운용되고, 비행 경로가 복잡한 도심 지형을 따라 형성되며, 비행 시에 도심 상공의 복잡한 대기 환경에 영향을 받기 때문에, 승무원 혹은 통제사가 개인항공기를 조종할 때, 조종 중인 개인항공기와 충돌할 것으로 의심되는 다른 개인항공기를 식별 및 판단하여 회피하는 것은 어렵다. 즉, 개인비행기들 간에 충돌이 발생할 우려가 있다. 이에, 안전문제가 발생할 수 있다.
따라서, 도심 상공을 비행하는 복수의 개인항공기들을 모니터링하여 이들 간의 충돌을 방지하여 주는 것이 필요하다. 즉, 항공 관제 및 운용 통제소에서 도심 상공을 비행하는 개인항공기들을 모니터링하여 이들 간의 충돌 여부를 방지해줄 필요가 있다.
그런데 개인항공기들을 모니터링하여 충돌 여부를 방지해줄 수 있는 체계가 아직 마련되지 않아, 도심 항공 모빌리티가 보급되는 경우 안전문제가 발생할 우려가 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 하기의 특허문헌에 게재되어 있다.
KR 10-2017-0088501 A KR 10-2022-0081210 A
본 발명은 비행체들 간의 충돌 여부를 예측하여 사전에 방지할 수 있는 통제 장치, 비행 장치 및 비행 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 통제 장치는, 도심 항공 모빌리티를 위한 통제 장치로서, 비행 중인 비행체들로부터 경로 정보를 수신하기 위한 수신부; 수신된 경로 정보로부터 상기 비행체들 간의 충돌 여부를 예측하고 회피 경로를 생성하기 위한 통제부; 충돌이 예측된 비행체들 중 적어도 일부에 회피 경로를 송신하기 위한 송신부;를 포함한다.
상기 수신부는 상기 비행체들마다 고도, 위치, 속도, 방향을 경로 정보로 수신할 수 있다.
상기 통제부는, 수신된 경로 정보를 이용하여 상기 비행체들마다 미리 설정된 미래 시점에서의 예상 위치를 산출하고, 상기 비행체들 간의 거리를 산출하기 위한 산출기; 산출된 거리와 미리 설정된 안전 거리를 대비하여, 대비 결과로부터 충돌 위험이 있는 비행체들을 판단하는 판단기; 상기 수신된 경로 정보 중 충돌 위험이 있는 비행체들로부터 수신된 경로 정보를 이용하여 회피 경로를 생성하는 경로 생성기; 상기 판단기로부터 판단 결과를 입력받고, 상기 경로 생성기로부터 회피 경로를 입력받아서, 상기 송신부로 출력하는 출력기;를 포함할 수 있다.
상기 통제부는, 충돌 위험이 있는 비행체들 중에 비행 우선 순위가 높은 비행체를 하나 이상 선택하는 선택기;를 더 포함하고, 상기 경로 생성기는 상기 수신된 경로 정보 중 선택된 비행체를 제외한 나머지 비행체로부터 수신된 경로 정보를 이용하여 회피 경로를 생성할 수 있다.
상기 송신부는 충돌이 예측된 비행체들 중 비행 우선 순위가 높은 비행체를 제외한 나머지 비행체에 회피 경로를 송신할 수 있다.
수신된 경로 정보와 충돌이 예측된 비행체들의 식별 정보 및 생성된 회피 경로를 전시하기 위한 전시부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 비행 장치는, 도심 항공 모빌리티를 위한 비행 장치로서, 통제 장치; 상기 통제 장치로부터 회피 경로를 수신할 수 있고, 지정된 비행 구역 내에서 비행하기 위한 복수의 비행부;를 포함한다.
상기 비행부는 경로 정보를 송신하기 위한 송신기, 회피 경로를 수신하기 위한 수신기 및 수신기에서 수신된 회피 경로를 따라 비행하기 위한 비행체를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 비행 방법은, 도심 항공 모빌리티를 위한 비행 장치의 비행 방법으로서, 비행 중인 비행체들로부터 경로 정보를 수신하는 과정; 수신된 경로 정보로부터 상기 비행체들 간의 충돌 여부를 예측하고 회피 경로를 생성하는 과정; 충돌이 예측된 비행체들 중 적어도 일부에 회피 경로를 송신하는 과정; 송신된 회피 경로를 이용하여 충돌이 예측된 비행체들을 회피시키는 과정;을 포함한다.
상기 비행 중인 비행체들로부터 경로 정보를 수신하는 과정은, 상기 비행체들마다 고도, 위치, 속도, 방향을 경로 정보로 수신하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 비행체들 간의 충돌 여부를 예측하고 회피 경로를 생성하는 과정은, 수신된 경로 정보 중의 고도 및 위치로부터 경로 정보를 수신한 시점에서의 비행체들의 출발점을 각각 설정하는 과정; 경로 정보를 수신한 시점으로부터 미리 설정된 기준 시간 이후의 미래 시점까지, 수신된 경로 정보 중의 속도를 적분하여, 비행체들의 예상 이동 거리를 각각 도출하는 과정; 상기 비행체들마다 설정된 출발점에 상기 비행체들마다 도출된 예상 이동 거리를 더하여 상기 미래 시점에서의 비행체들마다의 예상 위치를 산출하는 과정; 상기 비행체들마다 산출된 예상 위치를 기반으로 상기 미래 시점에서의 상기 비행체들 간의 거리를 산출하는 과정; 산출된 거리와 미리 설정된 안전 거리를 대비하여, 산출된 거리가 상기 안전 거리보다 크기가 작은 비행체들을 충돌 위험이 있는 비행체들로 판단하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 비행체들 간의 충돌 여부를 예측하고 회피 경로를 생성하는 과정은, 충돌 위험이 있는 비행체들 중 적어도 일부를 선택하는 과정; 선택된 비행체들로부터 수신된 방향을 변환하여 회피 방향을 생성하는 과정; 선택된 비행체들로부터 수신된 속도에 선택된 비행체들마다 생성된 회피 방향을 반영하여 선택된 비행체들마다 회피 속도를 생성하는 과정; 선택된 비행체들마다 생성된 회피 속도를 적분하여 예상 회피 거리를 도출하는 과정; 선택된 비행체들마다 설정된 출발점에 선택된 비행체들마다 도출된 예상 회피 거리를 더하여 회피 경로를 생성하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 비행체들 간의 충돌 여부를 예측하고 회피 경로를 생성하는 과정은, 충돌 위험이 있는 비행체들 중 적어도 일부를 선택하는 과정; 선택된 비행체들로부터 수신된 속도를 변환하여 회피 속도를 생성하는 과정;선택된 비행체들마다 생성된 회피 속도를 적분하여 예상 회피 거리를 도출하는 과정; 선택된 비행체들마다 설정된 출발점에 선택된 비행체들마다 도출된 예상 회피 거리를 더하여 회피 경로를 생성하는 과정;을 포함할 수 있다.
충돌 위험이 있는 비행체들 중 적어도 일부를 선택하는 과정은, 충돌 위험이 있는 비행체들마다 비행 우선 순위를 판단하는 과정; 비행 우선 순위가 높은 하나 이상의 비행체를 제외한 나머지 비행체를 선택하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 충돌 위험이 있는 비행체들마다 비행 우선 순위를 판단하는 과정은, 충돌 위험이 있는 비행체들에 탑재된 장비의 종류 정보 및 탑승자의 직업 정보를 수신하고, 수신된 정보를 기준으로 우선 순위를 판단하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 회피 경로를 송신하는 과정은, 상기 충돌이 예측된 비행체들에 경고 신호를 송신하는 과정; 상기 충돌이 예측된 비행체들 중 회피시킬 비행체들을 선택하여 선택된 비행체들에 회피 경로를 송신하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 충돌이 예측된 비행체들을 회피시키는 과정은, 상기 충돌이 예측된 비행체들 중 일부 비행체를 회피시킬 비행체들로 선택하는 경우, 상기 충돌이 예측된 비행체들 중 회피 경로를 수신한 비행체들을 회피 경로를 따라 비행시키고, 상기 충돌이 예측된 비행체들 중 회피 경로를 수신하지 않은 비행체들의 비행 경로를 유지시키는 과정; 상기 충돌이 예측된 비행체들 모두를 회피시킬 비행체들로 선택하는 경우, 회피 경로를 수신한 모든 비행체들을 회피 경로를 따라 비행시키는 과정;을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 통제 장치가 비행체 예컨대 개인항공기(PAV)들로부터 경로 정보를 수신할 수 있고, 수신된 경로 정보를 이용하여 비행체들 간의 충돌 여부를 예측할 수 있다. 또한, 충돌할 것으로 예측된 비행체들을 위해 회피 경로를 생성할 수 있고, 생성된 회피 경로를 해당 비행체들로 송신하여, 회피 경로로 비행체들을 안내할 수 있다. 따라서, 복수의 비행체들이 복잡한 도심 지형을 따라 도심 상공의 복잡한 대기 환경 하에서 고속으로 비행하더라도, 통제 장치에 의해 서로 간에 충돌이 사전에 방지될 수 있다. 이에, 복수의 비행체들이 도심 상공을 안전하게 비행할 수 있다. 이로부터 도심 항공 모빌리티가 차세대 교통체계로 원활하게 자리잡을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 도심 항공 모빌리티를 위한 통제 장치 및 비행 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 비행체의 비행을 예시적으로 보여주는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 도심 항공 모빌리티를 위한 통제 장치 및 비행 장치의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 도심 항공 모빌리티를 위한 비행 방법의 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명은 비행 장치 및 비행 방법으로서, 이하에서는 비행 장치 및 비행 방법이 도심 항공 모빌리티에 적용되는 경우를 예시하여 실시 예를 상세히 설명한다.
물론, 본 발명의 실시 예에 따른 비행 장치 및 비행 방법은 다양한 교통체계에 적용될 수 있다. 예컨대 여객기, 화물기, 드론 등의 운용을 위한 항공물류체계에도 본 발명의 실시 예에 따른 비행 장치 및 비행 방법을 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 도심 항공 모빌리티를 위한 통제 장치 및 비행 장치의 개략도이다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 비행체의 비행을 예시적으로 보여주는 개념도이다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 도심 항공 모빌리티를 위한 통제 장치 및 비행 장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 도심 항공 모빌리티는 기존에 도심에 제공된 지상 교통체계를 보완 혹은 대체하기 위해, 지상과 항공을 연결하는 3차원 도심 항공 교통체계로서, 비행 장치 및 관제 장치를 포함할 수 있다. 이때, 비행 장치는 비행부(100)와 통제 장치(200)를 포함할 수 있다. 또한, 관제 장치는 비행부(100)에 제공하기 위한 최초 비행 경로를 생성하기 위한 것으로서, 관제 프로그램이 설치된 관제 컴퓨터를 포함하여 다양한 방식으로 구현될 수 있다.
도심 항공 모빌리티는 건물 및 도로 등이 구축된 도심에서 운용될 수 있다. 또한, 도심의 상공에는 도심 항공 모빌리티를 위한 비행부(100) 예컨대 개인항공기(PAV)가 비행할 수 있도록 하는 비행 구역이 설정될 수 있고, 비행부(100)는 비행 구역 내에서 주어진 비행 경로를 따라 비행할 수 있다. 이때, 주어진 비행 경로는 3차원 공간 상의 경로일 수 있다. 개인항공기(PAV)는 유인 에어 택시 혹은 무인 에어 택시를 포함할 수 있다. 물론, 개인항공기(PAV)는 다양한 형태로 운용될 수 있다.
건물의 옥상, 도심의 지상 등에는 비행부(100)의 수직 이착륙을 위한 수직이착륙장이 구축될 수 있다. 여기서, 수직이착륙장은 도로, 철도, 지하철 등을 포함하는 지상 교통체계와 연계될 수 있다.
또한, 도심의 지상에는 비행부(100)의 관제를 위한 관제소가 설치 및 운용될 수 있다. 이때, 관제소는 이동식 플랫폼을 포함하거나, 고정식 플랫폼을 포함할 수 있다. 관제소가 이동식 플랫폼일 경우, 관제소는 항공기의 형태이거나 차량, 배 등의 형태일 수 있다. 또한, 관제소가 고정식 플랫폼일 경우, 관제소는 건물의 형태이거나 탑, 타워 등의 형태일 수 있다. 관제소에는 본 발명의 실시 예에 따른 관제 장치(미도시)와 통제 장치(200)가 설치되어 운용될 수 있다.
이하에서 통제 장치(200)를 설명하기 전에, 도 2 및 도 3을 참조하여, 비행부(100)에 대하여 먼저 설명한다.
비행부(100)는 주어진 경로를 따라 도심의 상공을 비행하며, 지상과 항공을 연결하는 3차원 도심 항공 교통체계의 핵심적인 운송 수단일 수 있다. 예컨대 비행부(100)는 복수개일 수 있고, 단독으로 비행하거나 군집하여 비행할 수 있다. 여기서, 군집으로 비행하는 것은 복수의 비행부 중 하나의 비행부를 선두 비행부로 선택하여서, 선택된 선두 비행부가 지정된 정로를 따라 비행을 선도하면, 나머지 후위 비행부들이 선두 비행부를 추종하면서 정해진 간격을 두고서 순서대로 비행하는 것을 의미할 수 있다. 이하에서는 단독으로 비행하는 복수의 비행부(100)인 것을 기준으로 하여 실시 예를 설명한다. 물론, 이하에서 설명되는 내용은 비행부(100)가 적어도 하나 이상의 그룹으로 분류되어 각 그룹이 군집하여 비행하는 경우에도 유사 혹은 동일하게 적용될 수 있다.
한편, 복수의 비행부(100)는 제1 비행부(100-1), 제2 비행부(100-2), 제3 비행부(100-3) 및 제4 비행부(100-4)를 포함할 수 있다. 물론, 비행부(100)의 개수는 다양할 수 있다. 각 비행부(100-1, 100-2, 100-3, 100-4)는 각각이 부여받은 비행 경로를 따라 비행할 수 있다. 이때, 각 비행부(100-1, 100-2, 100-3, 100-4)의 고도(H: H1, H2, H3, H4)와 위치(P: P1, P2, P3, P4)와 속도(V: V1, V2, V3, V4)와 방향(D: D1, D2, D3, D4)은 적어도 일부가 상이할 수 있다. 한편, 비행 중에 도심 상공의 환경 상태 예컨대 기상에 따라 비행 경로가 일부 수정될 수 있고, 이에 의해 비행부(100)들 중 일부가 충돌될 수도 있다. 또한, 관제 장치에서 최초 비행 경로를 생성할 때, 외란 혹은 오류에 의해 경로가 잘못 설정되는 경우에도, 비행체들 중의 일부가 충돌될 수 있다.
이때, 본 발명의 실시 예에 따른 통제 장치(200)가 비행부(100)들을 모니터링하고, 비행을 통제하여 비행부(100)들 간의 충돌을 사전에 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따르면, 기상에 의해 비행체의 비행 경로가 수정되거나 최초에 설정된 비행 경로가 오류가 있는 경우를 포함하여 다양한 이유에 의해 비행부들 간의 충돌이 예측되더라도, 이를 모니터링하고, 그 결과에 따라 비행부들의 비행을 통제하여 비행부들 간에 충돌이 발생하는 것을 원천적으로 방지할 수 있다.
비행부(100)는 비행체(110)와 송신기(120)와 수신기(130)와 제어기(140)를 포함할 수 있다. 비행체(110)는 지정된 경로를 따라 비행 구역 내의 복수의 공역을 비행하며 승객, 화물 등을 운송하는 역할을 한다. 이를 위해, 비행체(110)는 기체 및 엔진을 포함할 수 있다. 기체는 동체, 로터, 렌딩기어 등을 포함할 수 있고, 엔진은 전기 모터, 베터리팩 등을 포함할 수 있다. 이때, 엔진은 하이브리드 방식으로 구현될 수도 있다. 예컨대 엔진은 디젤 엔진과 전기 모터와 배터리팩의 조합을 포함하거나, 가스 터빈과 전기 모터와 배터리팩의 조합을 포함할 수도 있다. 이 외에도 엔진의 구성 방식은 다양할 수 있다.
한편, 비행체(110)는 수직 이착륙이 가능한 비행체(110)로서 복수개 예컨대 4 개의 틸트 로터를 가지며, 하나 이상의 베터리팩에 의해 전원을 공급받을 수 있는 4 개의 전기 모터에 의해 4 개의 틸트 로터를 개별 회전시킬 수 있는 전기식 수직 이착륙 구조를 가질 수 있다. 물론, 비행체(110)의 구조는 다양할 수 있다. 즉, 비행체(110)는 수직 이착륙이 가능하며, 사람, 화물 등의 운송이 가능한 범주 내에서 그 구조가 다양할 수 있다.
송신기(120)는 제어기(140)로부터 획득되는 경로 정보를 통제 장치(200)로 송신하기 위한 것으로서 비행체(110)에 탑재될 수 있다. 또한, 송신기(120)는 통제 장치(200)의 수신부(210)와 다양한 방식으로 무선 통신할 수 있다.
수신기(130)는 통제 장치(200)에서 생성되는 각종 정보와 명령과 회피 경로 등을 수신받아서 제어기(140)에 입력시키기 위한 것으로, 비행체(110)에 탑재될 수 있다. 또한, 수신기(130)는 송신기(120)와 마찬가지로, 통제 장치(200)의 수신부(210)와 다양한 방식으로 무선 통신할 수 있다.
제어기(140)는 비행체(110)의 기체 및 엔진의 동작과, 송신기(120)의 작동과 수신기(130)의 작동을 제어하기 위한 것으로, 비행체(110)에 탑재되는 장비의 형태로 구비될 수 있다. 장비는 조종계통, 전기전자계통, 계측(센서)계통, 통신계통 및 제어계통 등을 포함할 수 있다. 제어기(140)에 의해 비행체(110)가 정해진 경로를 따라 비행할 수 있고, 회피 경로가 수신되는 경우 회피 경로를 따라 회피 비행할 수 있고, 회피가 완료되면 정해진 경로상의 소정 지점으로 복귀하도록 비행할 수 있다. 또한, 제어기(140)는 비행체(100)가 비행, 회피 비행, 복귀 비행을 하는 동안 송신기(120)와 수신기(130)의 작동을 제어할 수 있다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 통제 장치(200)를 상세하세 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 통제 장치(200)는, 도심 항공 모빌리티를 위한 것으로, 비행 중인 비행체(110)들로부터 경로 정보를 수신하기 위한 수신부(210), 수신된 경로 정보로부터 비행체(110)들 간의 충돌 여부를 예측하고 회피 경로를 생성하기 위한 통제부(220), 충돌이 예측된 비행체들 중 적어도 일부에 회피 경로를 송신하기 위한 송신부(230)를 포함한다. 통제 장치(200)는 전시부(240)를 더 포함할 수 있다. 이러한 통제 장치(200)는 통제소에 설치되는 통제 컴퓨터와 통제 컴퓨터에 탑재되는 통제 프로그램의 형태로 구현될 수 있다. 물론, 통제 장치(200)가 구현되는 방식은 다양할 수 있다.
수신부(210)는 비행체(110)들마다 고도, 위치, 속도, 방향을 경로 정보로 수신하기 위한 것으로, 통제소에 설치될 수 있다. 수신부(210)는 비행체(110)들에 각기 탑재된 송신기(120)와 다양한 방식으로 무선 통신할 수 있고, 무선 통신을 통하여 비행체(110)들마다의 고도, 위치, 속도, 방향을 수신할 수 있다.
통제부(220)는, 수신된 경로 정보를 이용하여 비행체(110)들 간의 충돌 여부를 예측하고 회피 경로를 생성할 수 있다. 통제부(220)는 통제소에 설치될 수 있고, 수신부(210)와 연결될 수 있다. 또한, 통제부(220)는 수신된 경로 정보를 이용하여 비행체(110)들마다 미리 설정된 미래 시점에서의 예상 위치를 산출하고, 비행체(110)들 간의 거리를 산출하기 위한 산출기(221), 산출된 거리와 미리 설정된 안전 거리를 대비하여, 대비 결과로부터 충돌 위험이 있는 비행체들을 판단하는 판단기(222), 수신된 경로 정보 중 충돌 위험이 있는 비행체들로부터 수신된 경로 정보를 이용하여 회피 경로를 생성하는 경로 생성기(224), 판단기(222)로부터 판단 결과를 입력받고, 경로 생성기(224)로부터 회피 경로를 입력받아서, 송신부(230)로 출력하는 출력기(225)를 포함할 수 있다. 또한, 통제부(220)는 충돌 위험이 있는 비행체들 중에 비행 우선 순위가 높은 비행체를 하나 이상 선택하는 선택기(223)를 더 포함할 수 있다. 이때, 경로 생성기(224)는 수신된 경로 정보 중 선택된 비행체를 제외한 나머지 비행체로부터 수신된 경로 정보를 이용하여 회피 경로를 생성할 수 있다. 또한, 통제부(200)가 선택기(223)를 포함할 경우, 후술하는 송신부(230)는 충돌이 예측된 비행체들 중에서 비행 우선 순위가 높은 비행체들을 제외한 나머지 비행체들에 회피 경로를 송신할 수 있다. 한편, 통제부(200)의 산출기(221), 판단기(222), 선택기(223), 경로 생성기(224) 및 출력기(225)는 설명의 중복을 피하기 위하여, 이하에서 본 발명의 실시 예에 따른 비행 방법을 설명하면서 상세하게 설명하기로 한다.
송신부(230)는 통제부(220)에서 생성된 회피 경로를 포함하여 각종 정보 및 신호, 명령 등을 비행체(110)에 탑재된 수신기(130)로 송신하는 역할을 한다. 송신부(230)는 통제소에 설치될 수 있고, 통제부(220)와 연결되며 수신기(130)와 다양한 방식으로 무선 통신할 수 있다.
전시부(240)는 수신된 경로 정보와 충돌이 예측된 비행체들의 식별 정보 및 생성된 회피 경로를 전시하기 위한 것으로, 예컨대 전시 화면과 이에 연결된 입출력기를 포함할 수 있다. 전시부(240)는 통제소에 설치될 수 있고, 수신부(210), 통제부(220) 및 송신부(230)와 연결될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 비행 장치를 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 비행 장치는 전술한 통제 장치(200) 및 복수의 비행부(100)를 포함할 수 있다.
이때, 비행부(100)는 통제 장치(200)로부터 회피 경로를 수신할 수 있고, 지정된 비행 구역 내에서 비행할 수 있다. 또한, 비행부(100)는, 경로 정보를 송신하기 위한 송신기(120), 회피 경로를 수신하기 위한 수신기(130) 및 수신기(120)에서 수신된 회피 경로를 따라 비행하기 위한 비행체(110), 비행체(110)의 비행을 제어하기 위한 제어기(140)를 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 도심 항공 모빌리티를 위한 비행 방법의 순서도이다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 도심 항공 모빌리티(Urban Air Mobility)를 위한 비행 장치의 비행 방법을 설명한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 비행 방법은, 비행 중인 비행체(110)들로부터 경로 정보를 수신하는 과정(S100), 수신된 경로 정보로부터 비행체(110)들 간의 충돌 여부를 예측하고 회피 경로를 생성하는 과정(S200), 충돌이 예측된 비행체들 중 적어도 일부에 회피 경로를 송신하는 과정(S300), 송신된 회피 경로를 이용하여 충돌이 예측된 비행체들을 회피시키는 과정(S400)을 포함한다.
한편, 이하에서는 비행 중인 비행체(110)들의 개수가 4 대인 경우를 예시하여 본 발명의 실시 예를 설명한다. 그러나 비행 중인 비행체(110)들의 개수는 무수히 많을 수 있다. 또한, 무수히 많은 비행체(110)들이 비행하는 경우에도 이하에서 설명하는 내용이 동일 혹은 유사하게 적용될 수 있다.
비행 중인 비행체(110)들로부터 경로 정보를 수신하는 과정(S100)을 수행한다. 이때, 비행 중인 비행체(110)들로부터 경로 정보를 수신하는 과정(S100)은, 비행체(110: 110-1, 110-2, 110-3, 110-4)들마다 고도(H: H1, H2, H3, H4), 위치(P: P1, P2, P3, P4), 속도(V: V1, V2, V3, V4), 방향(D: D1, D2, D3, D4)을 경로 정보로 수신하는 과정을 포함할 수 있다.
즉, 통제 장치(200)의 통제부(220)가 송신부(230)를 통하여 비행체(110)들에 각기 탑재된 제어기(140)에 경로 정보를 요청하는 명령을 송신할 수 있다. 여기서, 경로 정보를 요청하는 명령은 실시간으로 송신될 수 있다. 또한, 경로 정보를 요청하는 명령은 도심 항공 모빌리티와 관련된 법령에 의해 정해진 규정에 따라 정해진 시점마다 혹은 주기적으로 송신될 수도 있다.
비행체(110)들에 탑재된 각각의 제어기(140)는 각각과 연결된 수신기(130)를 이용하여 통제 장치(200)의 통제부(220)로부터 경로 정보를 요청하는 명령을 수신할 수 있다. 그리고 각각의 제어기(140)는 각각과 연결된 송신기(120)를 이용하여, 수신된 명령에 따라 각각이 탑재된 비행체(110)의 고도, 위치, 속도, 방향을 각각이 탑재된 비행체(110)의 식별 코드와 함께 통제 장치(200)의 통제부(220)로 송신할 수 있다.
각 송신기(120)로부터 송신된 경로 정보와 식별 코드는 통제 장치(200)의 수신부(220)로 수신될 수 있고, 통제부(220)로 입력되어 비행체(110)들 간의 충돌 여부의 예측과, 회피 경로의 생성에 사용될 수 있다.
한편, 고도는 도심이 위치하는 지역의 평균 해수면 높이로부터의 고도일 수 있다. 물론, 도심의 지면의 평균 높이로부터의 고도일 수도 있다. 즉, 고도는 다양하게 정의될 수 있다. 또한, 위치는 통제 장치(200)로부터의 수평 거리 및 그 각도일 수 있다. 물론, 위치는 미리 정해진 도심 상의 교통 기준점 혹은 측량 기준점으로부터의 수평 거리 및 그 각도일 수도 있고, 미리 정해진 도심 상의 교통 기준점 혹은 측량 기준점으로부터의 좌우 거리 및 전후 거리일 수도 있다. 즉, 위치는 다양하게 정의될 수 있다. 한편, 고도 및 위치는 상수 값으로 수신되거나, 시간에 따른 함수의 형태로 수신될 수 있다.
이와 마찬가지로, 속도는 비행체(110)의 자기 위치를 기준으로 하는 상대 속도일 수 있다. 물론, 속도는 통제 장치(200)의 위치 혹은 미리 정해진 도심 상의 교통 기준점 혹은 측량 기준점의 위치를 기준으로 하는 상대 속도일 수 있다. 이러한 속도는 속력과 방향에 대한 정보를 가질 수 있고, 이에 사용되는 좌표계의 종류는 다양할 수 있다. 방향은 속도 중의 방향 성분만을 추출하여 생성할 수 있다. 물론, 방향은 통제 장치(200)의 위치 혹은 미리 정해진 도심 상의 교통 기준점 혹은 측량 기준점의 위치를 기준으로 비행체(110) 상에서 비행체가 향하는 방향 혹은 비행하는 방향으로 측정되며, 속도에서 사용된 방향 성분과 다른 방식으로 표현될 수도 있다. 다른 방식으로 표현된다는 것은 다른 좌표계를 기반으로 표현된다는 것을 의미할 수 있다. 이처럼 속도와 방향도 각기 다양하게 정의될 수 있다.
한편, 방향은 시간에 따라 변할 수 있으나, 비행체(110)는 고속으로 비행하는 것이고, 충돌 여부의 예측 및 회피 경로의 생성에 사용되는 후술하는 미래 시점은 방향이 변하는 시간에 비하여 상당히 짧은 시간이므로, 경로 정보를 수신하는 시점에서의 방향을 사용하여도 충분하다. 속도도 이와 마찬가지일 수 있다. 비행체(110)는 속도가 변할 수 있으나, 속도 변화에 들어가는 시간보다 미래 시점이 상당히 짧은 시간이므로, 경로 정보를 수신하는 시점에서의 속도를 사용하여도 안전 상에 문제가 없다. 물론, 방향과 속도를 시간에 따라 변화하는 함수로 나타내어 충돌 여부의 예측 및 회피 경로의 생성에 사용할 수도 있다.
이후, 수신된 경로 정보로부터 비행체(110)들 간의 충돌 여부를 예측하고 회피 경로를 생성하는 과정(S200)을 수행한다. 여기서, 수신된 경로 정보로부터 비행체(110)들 간의 충돌 여부를 예측하고 회피 경로를 생성하는 과정(S200)은, 수신된 경로 정보 중의 고도(H) 및 위치(P)로부터 경로 정보를 수신한 시점에서의 비행체(110)들의 출발점을 각각 설정하는 과정, 경로 정보를 수신한 시점으로부터 미리 설정된 기준 시간 이후의 미래 시점까지, 수신된 경로 정보 중의 속도(V)를 적분하여, 비행체(110)들의 예상 이동 거리를 각각 도출하는 과정, 비행체(110)들마다 설정된 출발점에 비행체(110)들마다 도출된 예상 이동 거리를 더하여 미래 시점에서의 비행체(110)들마다의 예상 위치를 산출하는 과정, 비행체(110)들마다 산출된 예상 위치를 기반으로 미래 시점에서의 비행체(110)들 간의 거리를 산출하는 과정, 산출된 거리와 미리 설정된 안전 거리를 대비하여, 산출된 거리가 미리 설정된 안전 거리보다 크기가 작은 비행체들을 충돌 위험이 있는 비행체들로 판단하는 과정을 포함할 수 있다.
즉, 통제부(220)의 산출기(221)에서, 수신된 경로 정보 중의 고도(H) 및 위치(P)로부터 경로 정보를 수신한 시점에서의 비행체(110)들의 출발점을 각각 설정할 수 있다. 이때, 출발점은 통제 장치(200)의 위치 혹은 미리 정해진 도심 상의 교통 기준점 혹은 측량 기준점의 위치를 기준으로 설정될 수 있다. 이로부터 비행체(110)들의 출발점이 동일한 기준 하에서 설정될 수 있다. 또한, 산출기(221)에서는 경로 정보를 수신한 시점으로부터 미리 설정된 기준 시간 이후의 미래 시점까지, 수신된 경로 정보 중의 속도(V)를 적분할 수 있다. 미리 설정된 기준 시간은 비행체들 간에 충돌이 예측될 때 충돌을 방지할 수 있도록 해당 비행체들 중 적어도 하나의 비행체가 회피를 시작해야 하는 최소 거리를 비행체(110)들의 최대 속력으로 나누어 구해지는 시간일 수 있다. 여기서, 최대 속력은 비행체(110)들이 직선으로 비행할 때의 최대 속도의 크기 값일 수 있다. 물론, 기준 시간은 다양한 방식으로 정해질 수 있다. 속도(V)를 각 방향에 따른 성분으로 나누고, 나누어진 속도 성분을 각각 시간으로 적분하여, 각 방향으로의 이동 거리를 얻을 수 있고, 이로부터 적분된 값을 비행체(110)들의 예상 이동 거리로 각각 도출할 수 있다. 여기서, 예상 이동 거리는 3차원 형태로 도출된 이동 거리일 수 있다. 물론, 속도(V)를 적분하는 수학적인 기법은 다양하게 적용될 수 있다.
또한, 산출기(221)에서 비행체(110)들마다 설정된 출발점에 비행체(110)들마다 도출된 예상 이동 거리를 더하여 미래 시점에서의 비행체(110)들마다의 예상 위치를 산출할 수 있다. 또한, 산출기(221)에서 비행체(110)들마다 산출된 예상 위치를 기반으로 미래 시점에서의 비행체(110)들 간의 거리를 산출할 수 있다. 이때, 비행체(110)들 간의 거리는 고도 거리와 위치 거리를 포함할 수 있다. 고도 거리는 예컨대 미래 시점에서의 비행체(110)들 간의 고도 차이일 수 있고, 위치 거리는 미래 시점에서의 비행체(110)들 간의 위치 차이일 수 있다.
또한, 통제부(220)의 판단기(222)를 이용하여, 산출기(221)에서 산출된 거리와 예컨대 도심 항공 모빌리티와 관련된 법령에 의해 정해진 규정에 따라 미리 설정된 비행체(110)들 간의 안전 거리를 대비할 수 있다. 이때, 안전 거리도 산출된 거리와 마찬가지로 고도 안전 거리와 위치 안전 거리를 포함할 수 있다. 대비 결과 산출된 고도 거리가 미리 설정된 고도 안전 거리보다 크기가 작거나, 산출된 위치 거리가 미리 설정된 위치 안전 거리보다 크기가 작으면, 해당하는 비행체들을 충돌 위험이 있는 비행체들로 판단할 수 있다. 물론, 대비 경과 산출된 고도 거리가 미리 설정된 고도 안전 거리보다 크기가 크거나 같고, 이와 동시에, 산출된 위치 거리가 미리 설정된 위치 안전 거리보다 크기가 크거나 같으면, 해당하는 비행체들을 충돌 위험이 없는 비행체들로 판단할 수 있다.
이하에서는 발명의 이해를 돕기 위하여 충돌 위험이 있는 비행체들을 제2 비행부(100-2)의 비행체와 제3 비행부(100-3)의 비행체로 예시하고, 충돌 위험이 없는 비행체들을 제1 비행부(100-1) 비행체와 제4 비행부(100-4)의 비행체로 예시한다. 물론, 충돌 위험이 있는 비행체들은 전술한 것처럼 두 기가 한 쌍을 이루는 방식이 아니고, 세 기가 한 쌍을 이루어 충돌 위험이 있을 수도 있다. 이를테면 비행체(110)들은 일대일로 충돌 위험이 있을 수도 있고, 다대일로 충돌 위험이 있을 수도 있다. 또한, 충돌 위험이 있는 비행체들은 복수 쌍이 존재할 수도 있다.
한편, 이하에서는 제2 비행부(100-2)의 비행체를 제2 비행부(100-2)와 동일한 도면부호인 "100-2"으로 표시하여 설명하고, 제3 비행부(100-3)의 비행체를 제3 비행부(100-3)와 동일한 도면부호인 "100-3"으로 표시하여 설명한다.
수신된 경로 정보로부터 비행체(110)들 간의 충돌 여부를 예측하고 회피 경로를 생성하는 과정(S200)은, 산출된 거리가 미리 설정된 안전 거리보다 크기가 작은 비행체들을 충돌 위험이 있는 비행체들로 판단하는 과정 이후에, 충돌 위험이 있는 비행체들(100-2, 100-3) 중 적어도 일부를 선택하는 과정, 선택된 비행체들로부터 수신된 방향을 변환하여 회피 방향을 생성하는 과정, 선택된 비행체들로부터 수신된 속도에 선택된 비행체들마다 생성된 회피 방향을 반영하여 선택된 비행체들마다 회피 속도를 생성하는 과정, 선택된 비행체들마다 생성된 회피 속도를 적분하여 예상 회피 거리를 도출하는 과정, 선택된 비행체들마다 설정된 출발점에 선택된 비행체들마다 도출된 예상 회피 거리를 더하여 회피 경로를 생성하는 과정을 포함할 수 있다.
즉, 통제부(220)의 선택기(223)가, 충돌 위험이 있는 비행체들(100-2, 100-3) 중 적어도 일부를 선택한다. 그 이유는, 두 기의 비행체가 충돌이 예측되는 경우, 둘 중 한 기의 비행체만 회피시켜서 이들 간의 충돌을 방지할 수 있지만, 두 기의 비행체를 모두 회피시켜서 이들 간의 충돌을 방지할 수도 있기 때문이다. 마찬가지로, 세 기의 비행체가 충돌이 예측되는 경우에도 셋 중 두 기의 비행체를 회피시켜 이들 간의 충돌을 방지할 수도 있고, 세 기의 비행체를 모두 회피시켜 이들 간의 충돌을 방지할 수 있다.
한편, 선택기(223)가 충돌 위험이 있는 비행체들(100-2, 100-3) 중 적어도 일부를 선택하는 기준은 다양할 수 있다. 구체적으로, 충돌 위험이 있는 비행체들 중 적어도 일부를 선택하는 과정은, 충돌 위험이 있는 비행체들(100-2, 100-3)마다 비행 우선 순위를 판단하는 과정과, 비행 우선 순위가 높은 하나 이상의 비행체를 제외한 나머지 비행체를 선택하는 과정을 포함할 수 있다.
이때, 선택기(223)는 충돌 위험이 있는 비행체들(100-2, 100-3)마다 비행 우선 순위를 판단할 때, 충돌 위험이 있는 비행체들에 탑재된 장비의 종류 정보 및 탑승자의 직업 정보를 수신하고, 수신된 정보를 기준으로 우선 순위를 판단할 수 있다. 예컨대 의료 장비가 탑재된 응급 이송용 비행체이거나, 경찰 정보통신 운영규칙에 따른 지휘 무전망과 연결된 통신 장비, 구조에 관한 법령에 따른 구조본부와 연결된 통신 장비 등이 탑재된 행정 서비스용 비행체일 경우, 일반 탑승객 승차 확인용 단말 설비가 탑재된 승객 운송용 비행체보다 높은 우선 순위를 부여받을 수 있다. 이에, 비행 우선 순위가 높은 비행체보다 비행 우선 순위가 낮은 비행체를 선택하여, 회피 경로를 생성함으로써, 비행 우선 순위가 낮은 비행체를 회피시킬 수 있다.
선택기(223)가 충돌 위험이 있는 비행체들(100-2, 100-3) 중 적어도 일부를 선택한 이후에, 통제부(220)의 경로 생성기(224)에서, 선택된 비행체들로부터 수신된 방향을 변환하여 회피 방향을 생성할 수 있다. 여기서, 방향을 변환한다는 것은 방향을 다르게 바꾼다는 것을 의미한다. 즉, 제3 비행체(100-3)가 선택된 경우, 제3 비행체(100-3)의 비행 방향(D3)에 미리 설정된 회피 각도(θr, θy, θp)를 더하거나 빼서 회피 방향을 생성할 수 있다. 이에, 수신된 방향과 회피 방향이 서로 다른 방향이 될 수 있다. 물론, 회피 방향을 생성하는 방식은 다양할 수 있고, 비행 방향(D3)의 표현 방식에 따라 회피 방향의 표현 방식도 다양할 수 있다.
경로 생성기(224)는 회피 방향을 생성한 이후에, 선택된 비행체들로부터 수신된 속도에 선택된 비행체들마다 생성된 회피 방향을 반영하여 선택된 비행체들마다 회피 속도를 생성할 수 있다. 예컨대 선택된 비행체들로부터 수신된 속도는 방향 성분을 포함하고 있고, 속도에 포함된 방향 성분에 회피 방향을 반영하여 회피 속도를 생성할 수 있다. 여기서, 속도에 포함된 방향 성분에 회피 방향을 반영하는 방식은 다양할 수 있다.
또한, 경로 생성기(224)는 선택된 비행체들마다 생성된 회피 속도를 적분하여 예상 회피 거리를 도출할 수 있다. 예컨대 선택된 비행체들마다, 생성된 회피 속도를 각 방향 성분으로 나누고, 나누어진 방향 성분에 따른 회피 속도를 경로 정보를 수신한 시점으로부터 미리 설정된 기준 시간 이후의 미래 시점까지의 시간 구간으로 적분하여, 각 방향별로 적분된 값을 예상 회피 거리로 도출할 수 있다. 이후, 경로 생성기(224)는 선택된 비행체들마다 설정된 출발점에 선택된 비행체들마다 도출된 예상 회피 거리를 더하여 회피 경로를 생성할 수 있다. 이때, 생성되는 예상 회피 거리 및 회피 경로는 3차원 공간 상의 거리 및 3차원 공간 상의 경로일 수 있다.
이와 다른 방식으로, 수신된 경로 정보로부터 비행체(110)들 간의 충돌 여부를 예측하고 회피 경로를 생성하는 과정(S200)은, 산출된 거리가 미리 설정된 안전 거리보다 크기가 작은 비행체들을 충돌 위험이 있는 비행체들로 판단하는 과정 이후에, 충돌 위험이 있는 비행체들(100-2, 100-3) 중 적어도 일부를 선택하는 과정, 선택된 비행체들로부터 수신된 속도를 변환하여 회피 속도를 생성하는 과정, 선택된 비행체들마다 생성된 회피 속도를 적분하여 예상 회피 거리를 도출하는 과정, 선택된 비행체들마다 설정된 출발점에 선택된 비행체들마다 도출된 예상 회피 거리를 더하여 회피 경로를 생성하는 과정을 포함할 수 있다. 여기서, 속도를 변환한다는 것은 속도의 크기를 변환한다는 것을 의미한다. 구체적으로, 속도를 변환한다는 것은 속도를 감속시킨다는 것을 의미한다. 속도를 증가시키는 방식으로 속도를 변환할 수도 있다.
예컨대 전술한 방식과 동일한 방식으로 우선순위를 이용하여 충돌 위험이 있는 비행체들(100-2, 100-3) 중 적어도 일부를 선택할 수 있고, 선택된 비행체들로부터 수신된 속도의 크기를 미리 정해진 기준 비율에 따라 감소시켜서 회피 속도를 생성할 수 있다. 이때, 비행체(110)는 호버링이 가능하므로 미리 정해진 기준 비율을 다양하게 정할 수 있다. 예컨대 속도의 크기를 30%로 줄이거나 50%로 줄일 수도 있고, 100% 줄일 수도 있다. 여기서, 100%로 줄인다는 것은 비행체가 고도와 위치를 유지하도록 비행체의 속도의 크기를 줄이는 것을 의미한다.
이를테면 비행체(110)가 고도(H)와 위치(P)를 유지하도록 비행체(110)의 속도의 크기를 100% 줄이는 것은, 속도가 비행체(110)를 수평한 자세로 비행을 할 때를 기준으로 상하방향과 수평방향의 성분을 가질 때, 상하방향 성분의 속도의 크기를 유지하고 수평방향 이를테면 전후방향과 좌우방향 성분의 속도의 크기를 0으로 줄이는 것을 의미할 수 있다.
회피 속도를 생성한 이후에, 선택된 비행체들마다 생성된 회피 속도를 적분하여 예상 회피 거리를 도출할 수 있고, 선택된 비행체들마다 설정된 출발점에 선택된 비행체들마다 도출된 예상 회피 거리를 더하여 회피 경로를 생성할 수 있다.
물론, 이들 방식을 결합하여, 수신된 경로 정보로부터 비행체(110)들 간의 충돌 여부를 예측하고 회피 경로를 생성하는 과정(S200)은, 산출된 거리가 미리 설정된 안전 거리보다 크기가 작은 비행체들을 충돌 위험이 있는 비행체들로 판단하는 과정 이후에, 충돌 위험이 있는 비행체들(100-2, 100-3) 중 적어도 일부를 선택하는 과정, 선택된 비행체들로부터 수신된 속도의 크기 및 수신된 방향을 변환하여 회피 속력 및 회피 방향을 생성하는 과정, 선택된 비행체들마다 생성된 회피 속력을 회피 방향으로 적분하여 예상 회피 거리를 도출하는 과정, 선택된 비행체들마다 설정된 출발점에 선택된 비행체들마다 도출된 예상 회피 거리를 더하여 회피 경로를 생성하는 과정을 포함할 수 있다. 즉, 충돌 위험이 있는 비행체들을 판단한 이후에 다양한 방식을 사용하여 회피 경로를 생성할 수 있다.
이때, 전술한 방향을 조절하는 방식에서 설명한 예상 회피 거리를 도출하고, 회피 경로를 생성하는 내용과, 전술한 속도의 크기를 조절하는 방식에서 설명한 예상 회피 거리를 도출하고, 회피 경로를 생성하는 내용이 유사하게 적용될 수 있다. 따라서, 설명의 중복을 피하기 위하여, 방향과 속도의 크기를 모두 조절하는 방식으로, 예상 회피 거리를 도출하고, 회피 경로를 생성하는 구체적인 내용에 대한 설명을 생략한다.
충돌이 예측된 비행체들 중 적어도 일부에 회피 경로를 송신하는 과정(S300)을 수행한다. 이때, 충돌이 예측된 비행체들 중 적어도 일부에 회피 경로를 송신하는 과정(S300)은, 충돌이 예측된 비행체들(100-2, 100-3)에 경고 신호를 송신하는 과정, 충돌이 예측된 비행체들(100-2, 100-3) 중 회피시킬 비행체들을 선택하여 선택된 비행체들에 회피 경로를 송신하는 과정을 포함할 수 있다.
즉, 통제부(220)의 출력기(225)에서 경고 신호가 생성되고, 판단기(222)에서 충돌이 예측되는 것으로 판단된 비행체들의 식별 코드를 출력기(225)가 입력받을 수 있고, 출력기(225)로부터 송신부(230)를 통해 해당하는 비행체들의 수신기(130)에, 출력기(225)에서 생성된 경고 신호를 송신할 수 있다. 이때, 선택된 비행체들이 아니라 충돌이 예측된 비행체들에 경고 신호를 모두 송신하여 줌으로써, 충돌이 예측된 비행체들 중 선택되지 않은 비행체가 선택된 비행체를 모니터링하여 선택된 비행체가 원활하게 회피 경로로 비행하지 않을 경우, 선택되지 않은 비행체의 제어기(140)에서 자체 판단하여, 경고음을 송신하고 정해진 메뉴얼에 따라 회피 비행을 시도할 수 있다. 정해진 메뉴얼은 도심 항공 모빌리티와 관련된 법령에 의해 정해진 메뉴얼일 수 있고, 그 내용은 비상 시에 비행체가 충돌이 예측되는 각도별로 회피하도록 정해진 방향과 이 때의 회피 속도일 수 있다. 물론, 정해진 메뉴얼에 포함되는 내용은 다양할 수 있다.
출력기(225)는 경고 신호를 송신한 이후에, 혹은 동시에, 선택기(223)로부터 충돌이 예측된 비행체들(100-2, 100-3) 중 회피시킬 비행체들로 선택된 비행체들의 식별 코드를 입력받을 수 있고, 식별 코드에 따라 선택된 비행체들이 수신할 수 있도록 회피 경로를 송신할 수 있다. 출력기(225)에서 송신되는 회피 경로는 통제 장치(200)의 송신부(230)를 거쳐 회피시킬 비행체들에 탑재된 제어기(140)로 입력될 수 있다.
송신된 회피 경로를 이용하여 충돌이 예측된 비행체들을 회피시키는 과정(S400)을 수행한다. 즉, 충돌이 예측된 비행체들 중 일부 비행체를 회피시킬 비행체들로 선택하는 경우, 충돌이 예측된 비행체들 중 회피 경로를 수신한 비행체들을 회피 경로를 따라 비행시키고, 충돌이 예측된 비행체들 중 회피 경로를 수신하지 않은 비행체들의 비행 경로를 유지시킬 수 있다. 또한, 충돌이 예측된 비행체들 모두를 회피시킬 비행체들로 선택하는 경우, 회피 경로를 수신한 모든 비행체들을 회피 경로를 따라 비행시킬 수 있다. 이 과정에 의해서, 충돌이 예측된 비행체들 중 선택된 비행체들이 주어진 비행 경로를 따라 비행할 경우 미리 설정된 미래 시점에서 도달할 예상 위치를 벗어나도록 비행할 수 있고, 이에, 해당 비행체들이 정해진 안전 거리보다 크기 이격될 수 있어서, 이로부터 충돌이 예방될 수 있다.
한편, 비행체의 방향을 조절하는 방식 및 비행체의 속도 및 방향을 모두 조절하는 방식으로, 선택된 비행체를 포함한 충돌 위험이 있는 비행체들 간의 회피가 완료된 이후에, 선택된 비행체가 해당 비행체에 탑재된 제어기(140)의 제어에 의해 다시 최초에 정해진 비행 경로 상의 소정의 위치 및 고도로 복귀하기 위한 비행을 할 수 있다. 이때, 비행체가 복귀되는 위치 및 고도는, 비행체가 회피 비행하지 않았을 경우에, 미래 시점에서 비행체가 위치해야 하는 비행 경로상의 지정된 위치 및 고도일 수 있다.
또한, 비행체의 속도의 크기를 조절하는 방식으로, 선택된 비행체를 포함한 충돌 위험이 있는 비행체들 간의 회피가 완료된 이후에, 선택된 비행체의 속도의 크기가 해당 비행체에 탑재된 제어기(140)의 제어에 의해 다시 원래의 속도의 크기로 제어될 수 있다.
또한, 전술한 모든 과정들이 진행되는 동안, 통제 장치(200)의 수신부(220)로 수신되는 정보들과, 통제부(220)에서 생성 및 판단되는 정보들과, 송신부(230)를 통하여 송신되는 정보들을, 통제 장치(200)의 전시부(240)를 이용하여 화면으로 전시하는 과정을 수행할 수 있다. 이에, 통제 장치(200)가 설치되는 통제소의 통제관이 비행체(110)들이 통제되는 상황을 수시로 혹은 실시간으로 확인할 수 있다. 또한, 전시부(240)에서 전시되는 정보들은 비행체(110)에 탑재된 제어기(140)이 요청에 의해 비행체(110)로 송신될 수 있고, 제어기(140)에 구비된 전시 수단을 통해 비행체(110)에 탑재된 승무원 혹은 승객에게 제공될 수도 있다.
본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이고, 본 발명의 제한을 위한 것이 아니다. 본 발명의 상기 실시 예에 개시된 구성과 방식은 서로 결합하거나 교차하여 다양한 형태로 조합 및 변형될 것이고, 이에 의한 변형 예들도 본 발명의 범주로 볼 수 있음을 주지해야 한다. 즉, 본 발명은 청구범위 및 이와 균등한 기술적 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야에서의 업자는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100: 비행부
110: 비행체
200: 통제 장치
220: 통제부
240: 전시부

Claims (17)

  1. 도심 항공 모빌리티를 위한 통제 장치로서,
    비행 중인 비행체들로부터 경로 정보를 수신하기 위한 수신부;
    수신된 경로 정보로부터 상기 비행체들 간의 충돌 여부를 예측하고 회피 경로를 생성하기 위한 통제부; 및
    충돌이 예측된 비행체들 중 적어도 일부에 회피 경로를 송신하기 위한 송신부;를 포함하고,
    상기 통제부는,
    수신된 경로 정보를 이용하여 상기 비행체들마다 미리 설정된 미래 시점에서의 예상 위치를 산출하고, 상기 비행체들 간의 거리를 산출하기 위한 산출기; 및
    산출된 거리와 미리 설정된 안전 거리를 대비하여, 대비 결과로부터 충돌 위험이 있는 비행체들을 판단하는 판단기;를 포함하고,
    상기 미리 설정된 미래 시점은, 비행체들 간에 충돌이 예측될 때 충돌을 방지할 수 있도록 해당 비행체들 중 적어도 하나의 비행체가 회피를 시작해야 하는 최소 거리를 비행체들의 최대 속력으로 나누어 구해지는 시간 이후의 시점인 통제 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 수신부는 상기 비행체들마다 고도, 위치, 속도, 방향을 경로 정보로 수신하는 통제 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 통제부는,
    상기 수신된 경로 정보 중 충돌 위험이 있는 비행체들로부터 수신된 경로 정보를 이용하여 회피 경로를 생성하는 경로 생성기;
    상기 판단기로부터 판단 결과를 입력받고, 상기 경로 생성기로부터 회피 경로를 입력받아서, 상기 송신부로 출력하는 출력기;를 포함하는 통제 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 통제부는,
    충돌 위험이 있는 비행체들 중에 비행 우선 순위가 높은 비행체를 하나 이상 선택하는 선택기;를 더 포함하고,
    상기 경로 생성기는 상기 수신된 경로 정보 중 선택된 비행체를 제외한 나머지 비행체로부터 수신된 경로 정보를 이용하여 회피 경로를 생성하는 통제 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 송신부는 충돌이 예측된 비행체들 중 비행 우선 순위가 높은 비행체를 제외한 나머지 비행체에 회피 경로를 송신하는 통제 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    수신된 경로 정보와 충돌이 예측된 비행체들의 식별 정보 및 생성된 회피 경로를 전시하기 위한 전시부;를 포함하는 통제 장치.
  7. 도심 항공 모빌리티를 위한 비행 장치로서,
    청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나의 항에 기재된 통제 장치;
    상기 통제 장치로부터 회피 경로를 수신할 수 있고, 지정된 비행 구역 내에서 비행하기 위한 복수의 비행부;를 포함하고,
    상기 비행부는,
    비행체;
    상기 비행체의 비행을 제어할 수 있고, 회피 경로에 따라 상기 비행체를 회피 비행시킬 수 있고, 회피 비행이 완료되면 정해진 경로로 상기 비행체를 복귀 비행시킬 수 있도록, 상기 비행체에 탑재되는 제어기;를 포함하는 비행 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 비행부는 경로 정보를 송신하기 위한 송신기, 회피 경로를 수신하기 위한 수신기를 더 포함하는 비행 장치.
  9. 도심 항공 모빌리티를 위한 비행 장치의 비행 방법으로서,
    비행 중인 비행체들로부터 경로 정보를 수신하는 과정;
    수신된 경로 정보로부터 상기 비행체들 간의 충돌 여부를 예측하고 회피 경로를 생성하는 과정;
    충돌이 예측된 비행체들 중 적어도 일부에 회피 경로를 송신하는 과정;
    송신된 회피 경로를 이용하여 충돌이 예측된 비행체들을 회피시키는 과정; 및
    회피가 완료된 비행체들을 정해진 경로상의 지점으로 복귀시키는 과정;을 포함하는 비행 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 비행 중인 비행체들로부터 경로 정보를 수신하는 과정은,
    상기 비행체들마다 고도, 위치, 속도, 방향을 경로 정보로 수신하는 과정;을 포함하는 비행 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 비행체들 간의 충돌 여부를 예측하고 회피 경로를 생성하는 과정은,
    수신된 경로 정보 중의 고도 및 위치로부터 경로 정보를 수신한 시점에서의 비행체들의 출발점을 각각 설정하는 과정;
    경로 정보를 수신한 시점으로부터 미리 설정된 기준 시간 이후의 미래 시점까지, 수신된 경로 정보 중의 속도를 적분하여, 비행체들의 예상 이동 거리를 각각 도출하는 과정;
    상기 비행체들마다 설정된 출발점에 상기 비행체들마다 도출된 예상 이동 거리를 더하여 상기 미래 시점에서의 비행체들마다의 예상 위치를 산출하는 과정;
    상기 비행체들마다 산출된 예상 위치를 기반으로 상기 미래 시점에서의 상기 비행체들 간의 거리를 산출하는 과정;
    산출된 거리와 미리 설정된 안전 거리를 대비하여, 산출된 거리가 상기 안전 거리보다 크기가 작은 비행체들을 충돌 위험이 있는 비행체들로 판단하는 과정;을 포함하는 비행 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 비행체들 간의 충돌 여부를 예측하고 회피 경로를 생성하는 과정은,
    충돌 위험이 있는 비행체들 중 적어도 일부를 선택하는 과정;
    선택된 비행체들로부터 수신된 방향을 변환하여 회피 방향을 생성하는 과정;
    선택된 비행체들로부터 수신된 속도에 선택된 비행체들마다 생성된 회피 방향을 반영하여 선택된 비행체들마다 회피 속도를 생성하는 과정;
    선택된 비행체들마다 생성된 회피 속도를 적분하여 예상 회피 거리를 도출하는 과정;
    선택된 비행체들마다 설정된 출발점에 선택된 비행체들마다 도출된 예상 회피 거리를 더하여 회피 경로를 생성하는 과정;을 포함하는 비행 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 비행체들 간의 충돌 여부를 예측하고 회피 경로를 생성하는 과정은,
    충돌 위험이 있는 비행체들 중 적어도 일부를 선택하는 과정;
    선택된 비행체들로부터 수신된 속도를 변환하여 회피 속도를 생성하는 과정;
    선택된 비행체들마다 생성된 회피 속도를 적분하여 예상 회피 거리를 도출하는 과정;
    선택된 비행체들마다 설정된 출발점에 선택된 비행체들마다 도출된 예상 회피 거리를 더하여 회피 경로를 생성하는 과정;을 포함하는 비행 방법.
  14. 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
    충돌 위험이 있는 비행체들 중 적어도 일부를 선택하는 과정은,
    충돌 위험이 있는 비행체들마다 비행 우선 순위를 판단하는 과정;
    비행 우선 순위가 높은 하나 이상의 비행체를 제외한 나머지 비행체를 선택하는 과정;을 포함하는 비행 방법.
  15. 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
    상기 충돌 위험이 있는 비행체들마다 비행 우선 순위를 판단하는 과정은,
    충돌 위험이 있는 비행체들에 탑재된 장비의 종류 정보 및 탑승자의 직업 정보를 수신하고, 수신된 정보를 기준으로 우선 순위를 판단하는 과정;을 포함하는 비행 방법.
  16. 청구항 9에 있어서,
    상기 회피 경로를 송신하는 과정은,
    상기 충돌이 예측된 비행체들에 경고 신호를 송신하는 과정;
    상기 충돌이 예측된 비행체들 중 회피시킬 비행체들을 선택하여 선택된 비행체들에 회피 경로를 송신하는 과정;을 포함하는 비행 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 충돌이 예측된 비행체들을 회피시키는 과정은,
    상기 충돌이 예측된 비행체들 중 일부 비행체를 회피시킬 비행체들로 선택하는 경우, 상기 충돌이 예측된 비행체들 중 회피 경로를 수신한 비행체들을 회피 경로를 따라 비행시키고, 상기 충돌이 예측된 비행체들 중 회피 경로를 수신하지 않은 비행체들의 비행 경로를 유지시키는 과정;
    상기 충돌이 예측된 비행체들 모두를 회피시킬 비행체들로 선택하는 경우, 회피 경로를 수신한 모든 비행체들을 회피 경로를 따라 비행시키는 과정;을 포함하는 비행 방법.
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