KR102543828B1 - 불법운항률 감소를 위한 ai기반 실시간 추적분석시스템을 구비한 무인비행체의 자이로센서와 이 자이로센서에 전력을 공급하는 전력공급시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 드론에 자이로센서를 구비하여 이 자이로센서에 별도의 배터리를 제공하되 이 배터리는 활용분야별(드론의 비행거리에 해당)로 배터리의 용량을 사용자가 원하는 만큼 추가하는 기술과, 비상시(메인배터리 소진시) 보조배터리를 이용할 수 있도록 하는 기술을 제공하고 보조배터리는 지속적으로 태양광전지셀로부터 충전되도록하여 보조배터리를 별도로 충전하지 않도록 하는 기술을 포함한다.

Description

불법운항률 감소를 위한 AI기반 실시간 추적분석시스템을 구비한 무인비행체의 자이로센서와 이 자이로센서에 전력을 공급하는 전력공급시스템 {Intelligent DIY drones System}

본 발명은 불법운항률 감소를 위한 AI기반 실시간 추적분석시스템을 구비한 무인비행체(필요에 따라 드론이라 칭함)의 자이로센서와 이 자이로센서에 전력을 공급하는 전력공급시스템에 관한 것으로서 상세하게는 갈수록 위험성이 증대되고 있는 무인비행체의 사건사고를 미연에 방지하고자 기체 정보, 비행정보, 환경정보를 AI 기반으로 실시간 비행 정보에 대한 비행 패턴과 불법행위에 대한 추적 분석하여 안전한 비행 가이드라인을 제공함과 동시에 이를 위반할 경우 경보를 제공하느 드론을 제공하되,

본 발명은 드론에 자이로센서를 구비하여 이 자이로센서에 별도의 배터리를 제공하되 이 배터리는 활용분야별(드론의 비행거리에 해당)로 배터리의 용량을 사용자가 원하는 만큼 추가하는 기술과, 비상시(메인배터리 소진시) 보조배터리를 이용할 수 있도록 하는 기술을 제공하고 보조배터리는 지속적으로 태양광전지셀로부터 충전되도록하여 보조배터리를 별도로 충전하지 않도록 하는 기술을 포함한다.

드론은 감시정찰, 방송, 택배, 농업 등 다양한 응용 분야에서 활용되고 있고 향후 이용과 응용 범위가 급격히 확대될 전망이다.

이렇게 드론을 활용하여 편리하고 안전한 생활환경을 구축할 수 있지만, 반대로 사용자 실수나 고의로 또는 드론의 장애로 인하여 안전이나 사생활 침해 등 역기능도 발생할 수 있다.

이를 방지하기 위하여 법으로 드론 금지 구역을 설정하고 있으며, 드론 사용자는 이 지역을 회피하여 비행하여야 한다.

그러나 법을 위반하여 비행이 이루어지고 있어 안타까운 실정이다.

일반적으로, 무인비행체(UAV; 이하 '드론'이라 함)는 조종사 없이 지상에서의 원격조종에 의해 사전에 입력된 프로그램에 따르거나 비행체 스스로가 주위환경을 인식하고 판단하여 스스로 비행하는 비행체다. 드론은 조종사에게 위험하거나, 인간의 능력으로는 한계가 있거나 오염되어 접근이 어렵거나, 오랜 시간 지속적으로 지루하게 해야 하는 임무를 편리하고 빠르고 안전하게 수행할 수 있다는 이점 때문에 매우 빠르게 발전하고 있다.

안티 드론(anti-drone)'이란 드론 비행의 감시부터 시작해서 운용을 방해하고, 해킹이나 추락 등의 방법으로 드론의 작동을 정지시키는 것을 의미하며, 예컨대 위험성이 있는 것으로 판단된 다른 드론, 즉, 테러나 범죄, 사생활 영역 침입이나 감시, 조작 미숙에 의한 사고의 문제 등을 야기하는 드론을 포획하기 위한 그물을 장착한 특수 목적용 드론으로 구성되거나, 레이더로 드론을 감지하거나 카메라로 정체를 확인한 후 교란장치를 통해 드론을 무력화시킬 수 있는 시스템으로 구성될 수도 있다.

특히, 드론은 이동이 자유롭고 조종 및 개조가 쉬워서 테러에 쉽게 이용될 수 있고, 드론의 가격이 낮아지면서, 일반인들도 쉽게 드론을 구매하게 됨에 따라 드론의 추락 또는 드론의 악용으로 인한 시민들의 피해가 커지고있 다. 일례로, 원자력발전소, 야구장, 공원, 지하철 역 등 사람들이 많이 모이거나 위험물질이 존재하는 지역 등은 드론의 추락이나 테러로 인한 피해가 클 것으로 예상된다.

최근 드론의 사용이 급증하고 그 적용 범위도 넓어짐에 따라, 고도의 기밀을 취급하는 군대, 일반 국민의 안전을 책임져야 하는 치안 부서, 불법 카메라 촬영을 막을 의무가 있는 숙박업소, 사생활의 노출을 꺼리는 개인 등다양한 영역에서 안티 드론의 수요가 발생하고 있으며, 이에 따라 안티 드론 산업의 규모도 급성장할 것으로 예상되어 효과적인 안티 드론 기술이 필요하며, 목적이 승인된 드론인지, 다른 목적으로 승인되지 않은 불법적인 드론인지 식별하는 기술 또한 필요한 실정이다.

선행기술문헌 : 등록특허공보 제1881396호(2018.7.24. 공고)

그리고 비행거리가 근거리에 불과한데 대용량의 배터리를 장착함으로

불필요하게 드론의 중량을 높여 사용하고 있다.이로인해 다른 장비의 중량을 줄여야하는 문제점이 있다. 그리고 비상용 보조배터리장치가 현실성이 없다.

상기 종래의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서,

본 발명은 드론에 자이로센서를 구비하여 이 자이로센서에 별도의 배터리를 제공하되 이 배터리는 활용분야별로 배터리의 용량을 사용자가 원하는 만큼 추가하는 기술과, 비상시 보조배터리를 이용할 수 있도록 하는 기술을 제공하고 보조배터리는 지속적으로 태양광전지셀로부터 충전되도록하여 보조배터리를 별도로 충전하지 않도록 하는 기술을 포함한다.

더 나가, 드론과의 통신을 통해 불순한 목적의 드론을 구분하고, 이를 감시, 제어하는 미등록 드론 식별 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 구성을 첨부도면 1,2에 의해 살펴보면 다음과 같다.

드론(200a)의 기체에 상기 드론(200a)을 지면으로부터 이륙시키도록 설치되는 복수의 구동모터(200)와 상기 구동모터(200)의 제어부에 전력을 공급하는 배터리(300);

상기 구동모터(200)의 회전속도를 제어하거나 자이로센서, 가속도센서, 지자기센서, 고도센서의 신호를 읽어들여 신호처리하는 제어부(210);

상기 드론(200a)에 가속도를 감지하기 위한 가속도센서(211)와; 상기 드론(200a)의 기울기를 감지하기 위한 자이로센서(212)와;

상기 드론(200a)의 진행방향을 인식하는 지자기센서(213)와;

상기 드론(200a)의 고도를 유지하는 고도유지센서(214);

상기 기체 위치정보 및 고도를 측정할 수 있도록 위성과 데이터를 주고받는 위성안테나(215);

상기 드론(200a)의 정보를 통신하는 통신수단(230)과;

상기 가속도센서(211)와 자이로센서(212)로부터 제공되는 가속도와 기울기를 획득하여 PID 제어를 통해 균형을 제어하기 위한 균형제어부(210a)와;

상기 균형제어부(210a)의 제어에 따라 구동하기 위한 구동모터(200)와;

상기 구동모터(200)로부터 동력을 제공받아 회전하는 프로펠러(201)와;

상기 균형제어부(210a)는, 상기 가속도센서(211)와, 자이로센서(212)에 전력을 공급하는 배터리(300)와, 자이로센서(212)로부터 제공되는 가속도와 기울기를 획득하여 PID 제어를 수행하기 위한 균형제어모듈(210b)로 구성을 포함한 것에 있어서,

상기 자이로센서(가속도센서, 지자기센서, 고도센서, 모멘텀 자이로 포함)에 전력을 공급하는 상기 배터리(300)는 배터리수용부(200b)에 수용되되 상기 배터리수용부(200b)내부에 ±단자(h)를 복수로 배치하고 상기 ±단자(h)는 자이로센서(212)와 매인전력선(f)으로 연결되며 상기 배터리(300)는 복수의 배터리(300a)로 구비하여

활용분야별(드론의 비행거리에 해당)로 상기 배터리(300) 용량을 사용자가 원하는 만큼 추가하여 상기 배터리수용부(200b)에 수용하면 상기 배터리(300)의 ±단자(g)가 상기 배터리수용부(200b)의 ±단자(h)에 밀착 접속되고

상기 드론(200a) 몸체에 별도의 보조배터리(400)를 구비하되

상기 보조배터리(400)는 2차전지와 충전을 위한 회로를 내장하고 있으며, 일측에 태양광전지셀(500)로부터 상기 보조배터리(400)를 지속적으로 충전하기 위한 충전 단자 male(400a), 상기 배터리수용부(200b)의 단자(h)와 매인전력선(f)으로 연결하되 상기 보조배터리(400)의 단자(400b)와

상기 자이로센서(212)의 구동회로(k)와는 온/오프하는 스위치(510)로 연결하고

상기 매인전력선(f)은 상기 자이로센서(212)의 구동회로(k)와 연결한 상태에서 드론(200) 사용자가 상기 배터리수용부(200b)에 복수의 배터리(300a) 중 미리 설정한 비행거리를 감안하여 배터리(300)의 수량을 상기 배터리수용부(200b)에 수용하여 배터리수용부(200b)의 ±단자(h)를 상기 배터리(300)의 ±단자(g)에 서로 밀착 접속시켜 전력을 자이로센서(212)에 인가한 후 사용자의 조작에 따라 드론(200a)을 비행하는데 그 비행과정에 감지부(600)와 제어부(610)를 통해 배터리(300)의 전력이 미리 설정한 설정량이 소진되면

우회스위치(520)를 우회시켜 보조배터리(400)의 단자(400b)와 구동회로(k)와 서로 연결시켜 상기 보조배터리(400)의 전력을 상기 자이로센서(212)로 흐르게 하고 동시에 스위치(510)를 구동하여 메인전력선(f)에서 구동회로(k)로 흐르는 전력을 차단하는 구성이다.

본 발명의 배터리는 활용분야별로 배터리의 용량을 사용자가 원하는 만큼 추가하는 기술과, 비상시(메인배터리 소진시) 보조배터리를 이용할 수 있도록 하는 기술을 제공하고 보조배터리는 지속적으로 태양광전지셀로부터 충전되도록하여 보조배터리를 별도로 충전하지 않도록 하는 기술을 제공함으로서,

이와 같이 중량감이 있는 배터리를 비행에 필요한 만큼 드론에 장착하여 비행하므로 드론 전체 중량을 감소할 수 있어 중량이 있는 기기(예, 카메라)를 더 장착할 수 있다.

도 1은 본 발명의 불법운항률 감소를 위한 AI기반 실시간 추적분석시스템을 구비한 무인비행체의 자이로센서와 이 자이로센서에 전력을 공급하는 전력공급시스템의 드론의 기체 및 용도 목적 분류의 설명도
도 2는 본 발명의 불법운항률 감소를 위한 AI기반 실시간 추적분석시스템을 구비한 무인비행체의 자이로센서와 이 자이로센서에 전력을 공급하는 전력공급시스템의 블럭도
도 3은 본 발명의 실시간 무인비행체 추적분석 모니터링 시스템 알고리즘 참고도,
도 4은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미등록 드론 식별 시스템의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 비행불가능구역 체크 알고리즘의 참고도
도 6은 본 발명의 고도 체크 알고리즘의 참고도
도 7은 본 발명의 야간비행 체크 알고리즘의 참고도
도 8은 본 발명의 기상상태 체크 알고리즘의 참고도
도 9는 본 발며의 인구밀집지역 체크 알고리즘의 참고도
도 10은 본 발명의 비행목적 체크 알고리즘의 참고도

후술하는 본 발명의 도면에 의해 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있 음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명의 구성을 첨부도면 1에 의해 살펴보면 다음과 같다.

드론(200a)의 기체에 상기 드론(200a)을 지면으로부터 이륙시키도록 설치되는 복수의 구동모터(200)와 프로펠러(201);

상기 구동모터(200)의 회전속도를 제어하거나 자이로센서, 가속도센서, 지자기센서, 고도센서의 신호를 읽어들여 신호처리하는 제어부(210),

상기 드론(200a)에 가속도를 감지하기 위한 가속도센서(211)와; 상기 드론(200a)의 기울기를 감지하기 위한 자이로센서(212)와;

상기 드론(200a)의 진행방향을 인식하는 지자기센서(213)와;

상기 드론(200a)의 고도를 유지하는 고도유지센서(214);

상기 기체 위치정보 및 고도를 측정할 수 있도록 위성과 데이터를 주고받은 위성안테나(215);

상기 드론(200a)의 정보를 통신하는 통신수단(230)과;

상기 가속도센서(211)와 자이로센서(212)로부터 제공되는 가속도와 기울기를 획득하여 PID 제어를 통해 균형을 제어하기 위한 균형제어부(210a)와;

상기 균형제어부(210a)의 제어에 따라 구동하기 위한 구동모터(200)와;

상기 구동모터(200)로부터 동력을 제공받아 회전하는 프로펠러(201)와;

상기 균형제어부(210a)는, 상기 가속도센서(211)와 자이로센서(212)로부터 제공되는 가속도와 기울기를 획득하여 PID 제어를 수행하기 위한 균형제어모듈(210b)로 구성된다.

상기 배테리(300)는 배터리수용부(200b)에 수용되되 상기 배테리수용부(200b)내부에 ±단자(h)를 복수로 배치하고 상기 ±단자(h)는 구동모터(200)와 매인전력선(f)으로 연결되며 상기 배터리(300)는 복수의 배터리(300a)로 구비하여

활용분야별(드론의 비행거리에 해당)로 상기 배터리(300) 용량을 사용자가 원하는 만큼 추가하여 상기 배테리수용부(200b)에 수용하면 상기 배터리(300)의 ±단자(g)가 상기 배테리수용부(200b)의 ±단자(h)에 밀착 접속되고

상기 드론(200a) 몸체에 별도의 보조배터리(400)를 구비하되

상기 보조배터리(400)는 2차전지와 충전을 위한 회로를 내장하고 있으며, 일측에 태양광전지셀(500)로부터 상기 보조배터리(400)를 지속적으로 충전하기 위한 충전 단자 male(400a),

상기 배테리수용부(200b)의 단자(h)와 매인전력선(f)으로 연결하되 상기 보조배터리(400)의 단자(400b)와

상기 구동모터(200)의 구동회로(k)와는 온/오프하는 스위치(510)로 연결하고

상기 매인전력선(f)은 상기 구동모터(200)의 구동회로(k)와 연결한 상태에서

드론(200) 사용자가 상기 배터리수용부(200b)에 복수의 배터리(300a)중 미리 설정한 비행거리를 감안하여 배터리(300)의 수량을 상기 배터리수용부(200b)에 수용하여 배터리수용부(200b)의 ±단자(h)를 상기 배터리(300)의 ±단자(g)에 서로 밀착 접속시켜 전력을 구동모터(300)에 인가한 후 사용자의 조작에 따라 드론(200a)을 비행하는데 그 비행과정에 감지부(600)와 제어부(610)를 통해 배터리(300)의 전력이 미리 설정한 설정량이 소진되면

우회스위치(520)를 우회시켜 보조배터리(400)의 단자(400b)와 구동회로(k)와 서로 연결시켜 상기 보조배터리(400)의 전력을 상기 구동모터(200)로 흐르게 하고 동시에 스위치(510)를 구동하여 매인전력선(f)에서 구동회로(k)로 흐르는 전력을 차단하는 구성이다.

상기 보조배터리(400)는 전력저장용량이 소량이고 가볍다, 그러므로 태양전지셀(500)또한 부피가 작아 중량감이 없어 드론(200a)에 중량감을 주지않아 비행하는데 지장을 주지 않는다.

상기 보조배터리(400)는 비상시 사용할 수 있는 전력에 불과하므로 소형이다.

예를들어, 비행 후 착륙과정에서 배터리(300)의 전력이 소진되는 경우에만 사용할 수 있는 비상용 전력만 충전되어진다.

그 이상 전력저장용량을 높이면 태양전지셀과 보조배터리의 부피도 커야함으로 중량이 높아져 드론이 무거워 비행에 지장을 준다.

그러므로 본 발명의 보조배터리 시스템은 중량에 대한 부담을 주지않는 범위내에서 이용되는 장치이다.

본원에서 상기 우회스위치와 스위치는 제어부를 통해 제어되는 릴레이스위치에 해당한다.

상기 통신수단(230)은 IOT 통신수단으로서 기지국에 위치, 속도, 고도 등 비행데이터의 패턴을 실시간으로 제공하는 구성이다.

-상기 지자기센서는 지구에서 발생하는 자기장의 흐름을 파악해 나침반처럼 방위를 탐지 할 수 있는 센서로서 드론이 진행방향을 인식할 수 있다.

이로 인해 드론이 자신의 진행방향을 인식할 수 있어 안정적인 비행이 가능하다.

통신수단(230)은, 상기 제어부(210)의 연산처리결과를 WAP을 이용하여 관리자나 사용자의 이동 통신단말기 및 PC에 전송하는 무선 모듈(250)과,

상기 무선모듈(250)과 기존 이동통신 통신망을 통하여 원격지의 관리자나 사용자의 이동통신 단말기(감시자 pc)로 드론(200a)의 고유번호와 정해진 문자 및 기억장치에 저장된 측정데이터를 원격지의 감시자(비행목적으로 비행하는지 외부에서 감시하는 곳)나 사용자에게 전송하는 것으로 어느 드론(10)의 정보를 원격지에서 알 수 있게 해준다.

이러한, 원격감시 시스템의 능동적인 작동을 간략하게 설명하면, 원격감시를 원하는 관리자나 사용자가 이동통신 단말기에 설치되어 있는 응용프로그램을 구동하여 제어부(210)에 접속하고, 제어부(210)로 상태확인 요청을 전송하면, 제어부(20)는 관리자나 사용자로부터의 상태확인 요청에 의하여 추출된 현재 또는 과거의 결과를 관리자나 사용자의 이동통신 단말기로 전송해준다.

본 실시예에서는 제어부(210) 및 관리자나 사용자의 이동통신 단말기에 설치되어, 양 장비 사이의 무선 데이터통신을 가능하게 하는 WAP(무선 응용 프로토콜)을 이용함으로써, 별도의 장비없이, 원격감시를 수행할 수 있다.

WAP는 하나의 통신에뮬레이터의 역할을 하는 것으로, 미리 정해진 프로토콜에 따라, 상대방으로부터 수신·복조된 신호를 의미 있는 정보로 변환하는 역할을 하여, 이동통신 단말기로 원격지에 있는 드론(200a)의 상태를 감시할 수 있게 해준다.

본 발명의 무인 비행체 불법운항률 감소를 위한 빅데이터 구축은

-데이터 수집은 무인비행체의 기체 정보, 실시간 비행정보로 구성단계;

-기체정보의 경우 무인비행체의 제조사별 다른 재원, 비행 성능, 작동 환경 정보를 수집하여 비행용도 적합 여부를 판별할 목적으로 웹 크롤링을 통해 데이터 수집단계;

-비행정보의 경우 실시간 위치, 속도, 고도 등 비행 데이터의 패턴을 분석하여 비행 목적을 도출하기 위해 RFI 모듈을 통해 데이터 수집단계;로 이루어진다.

다음은 본 발명의 목적을 상세하게 이해할 수 있도록 첨부한 도면에 의해 구성을 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

1) 데이터 수집은 무인비행체의 기체 정보, 실시간 비행정보로 구성;

2) 기체정보의 경우 무인비행체의 제조사별 다른 재원, 비행 성능, 작동 환경 정보를 수집하여 비행용도 적합 여부를 판별할 목적으로 웹 크롤링을 통해 데이터 수집;

3) 비행정보의 경우 실시간 위치, 속도, 고도 등 비행 데이터의 패턴을 분석하여 비행 목적을 도출하기 위해 RFI 모듈을 통해 데이터 수집;

· 수집 빅데이터 유출 방지를 위한 암호화 환경 구성

1) 외부 공격으로부터 개발/운영 환경을 보호하기 위해 네트워트 보안 구성(웹방화벽 및 로드밸런싱등)

2) 운영 시 외부공격으로부터 보호하기 위한 네트워크 서비스와 접근 계통 통제

3) 네트워크 장비, 서버의 물리적 공간에 대한 출입 통제

4) 애플리케이션 보안 정책과 연계하여 관리적, 기술적 통제 수행

5) 솔루션을 통해 개발 관련 응용 프로그램 보안 실시

6) 기타 쿠키 정보 암호화, SSL, 암호화 장비, DB 접근 제어 정책, 백엔드 프로세싱 무결성 체크, 체크섬, 헥사코딩(16진수 64자리수의 코드 발생) 등의 어플리케이션 보안을 통해 데이터 송수신 암호화

7) 시스템의 보안 신뢰성 확보를 위한 시큐어 코딩 적용

가. OWASP 또는 SANS 취약점을 기반으로 시스템 분석

나. 사용자의 문제를 구체적으로 이해하고 소프트웨어가 담당해야 하는 정보 영역 정의

다. 요구사항 정의서, 화면 설계서, ERD, 테이블목록, 테이블 정의서, 프로그램 목록, 개발표준 정의서, 단위테스트 시나리오, 통합테스트 시나리오등의 시큐어 코딩 분석 및 설계 기술문서 작성

· AI 기반의 실시간 비행정보 패턴 추적을 통한 비행 목적 판별 알고리즘

1) 웹 크롤링을 통해 수집된 제조사, 재원, 비행 성능등의 기체 정보를 비행 용도별 분류

2) 용도별로 분류된 기체정보와 실시간 수집되는 비행정보를 비교하여 현재 비행중인 기체정보와 기체정보의 고도, 위치, 속도, 시간등의 데이터를 분석하여 실제 비행 용도/목적 분류

3) 용도 및 목적에 따라 분류된 비행정보에서 수집되는 위치 데이터를 시간별 이동 경로 패턴 분류

4) 용도 및 목적에 따라 분류된 이동경로 패턴을 DATA Labeling하여 분류모델을 이용한 지도학습

가. 수집되는 비행정보를 시각화하여 정상치와 오류데이터 기준 범위 설립

나. 기준 범위에 따른 이동경로 패턴 데이터의 결측치 및 이상치 제거

다. 이동경로 패턴 데이터의 가중치 차이를 최소화하기 위한 데이터 범주 일치화 작업

라. 용도 및 목적에 따라 분류된 이동경로 패턴 분석 데이터 기반 다중 분류 모델 구축

마. 전체 이동 경로 패턴 데이터를 임의로 데이터 그룹화 하여 1개 이동 경로 검증 데이터, 나머지는 이동경로 학습데이터로 분류

바. 오차율 및 정확도의 평균 데이터 산출 후 이동 경로에 따른 실시간 비행정보에대한 용도 및 목적에 대한 모델 평가

· 무인비행체 실시간 추적 분석을 위한 모니터링 시스템

1) 모니터링 시스템은 메인화면, 등록현황, 비행현황으로 구성

2) 메인화면은 지역별 등록현황 및 비행현황의 간략한 정보를 표시

3) 등록현황은 비행승인, 촬영승인으로 구성

가. 비행승인 : 종류 및 용도, 비행 일시 및 구역 , 목적 및 방식, 경로 및 고도 등 표시

나. 촬영승인 : 사진용도, 촬영구분 및 장비, 비행기종, 비행일시 및 장소, 촬영 및 순항 고도/항속 등 표시

4) 비행현황은 실시간 비행정보, 기상정보, 지역정보를 제공함

가. 비행정보 : LTE M1 통신을 통해 수집되는 데이터를 위치, 고도, 속도 등을 표시

나. 기상정보 : OPEN API를 이용한 비행 위치에 대한 풍향, 풍속등의 기상정보 표시

다음은 도 4에 의해 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따른 미등록 드론 식별 시스템(100)의 개념도이다.

본 발명은 미등록 드론 식별 시스템(100)에 관한 것이다. 보다 상세하게는 테러용 드론, 개인의 프라이버시를 침해하는 등의 등록되지 않은 드론이 관제센터에 위치한 마스터(20)에서 식별되면, 이를 국가기관을 포함하는 중요 시설에 연락을 취하여 불법 드론을 알릴 수 있음에 따라 불법 드론의 감시가 가능하여 사고를 미연에 방지할 수 있고, 서버(40)에 저장된 ID를 포함하는 정보와 마스터(20)로 수신받은 ID를 통해 해당 드론이 분실했을 경우나 추적해야하는 경우에도 역추적을 할 수 있어 분실 회수율을 높이는 미등록 드론 식별 시스템(100)에 관한 것이다.

1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미등록 드론 식별 시스템(100)은 등록 서브(10), 마스터 (20), 드론 인식부(30), 및 서버(40)를 포함하여 구성된다.

특히, 본 발명에서는 드론의 등록제를 실시하여, 드론을 비행시키기 위해서는 해당 드론을 관제센터에 드론 비행 목적, 인적사항 등을 포함하는 정보를 등록하고 ID를 부여받는 드론 등록제를 실시한 것으로 가정하고 본 발명을 설명하기로 한다.

이하, 등록 서브(10)부터 설명하기로 한다.

등록 서브(10)는 내부에 드론 라이센스 칩이 내장되어 ID, 드론 비행 목적, 및 사용자 인적사항을 포함하는 정보가 등록되어 목적에 부합하는 비행을 수행할 수 있으며, 하나 이상 구비될 수 있다.

보다 상세하게는, 등록 서브(10)는 관제 센터에 드론 등록제를 통해 등록을 하여 라이센스 칩이 내장된 드론으로 볼 수 있다.

반대로, 도면상으로 표현하진 않았으나, 미등록 비행체(1)는 ID, 드론 비행 목적, 및 사용자 인적사항을 포함하는 정보가 미등록된 비행체로, 감시대상이 될 수 있음은 물론이다.

또한, 본 발명에서 기재된 비행체는 아직 등록 서브(10)인지, 아니면 미등록 비행체(1)인지 확인되지 않은 드론 으로 볼 수 있으며, 본원발명의 드론 인식부(30)를 통해 드론이 아닌 다른 새, 떨어지는 물체, 잎, 등을 포함하는 다른 사물은 인식하지 않도록 할 수 있다.

마스터(20)는 관제센터에 설치되고, 통신 가능 구역 내에 위치한 등록 서브(10)로부터 암호화된 ID를 포함하는 데이터를 수신한다.

또한, 마스터(20)는 관제 센터 외부에 설치 될 수 있고, 외부의 습기로부터 보호하기 위해 방수 처리할 수있다.

또한, 도면상으로는 표현하지 않았으나, 외부에 설치된 마스터(20)에 눈이 쌓여 통신 불량 문제가 발생할 수 있는 상황을 예방하고자 마스터(20)에 열 발생 모듈을 부착하여 필요에 따라 열 발생 모듈로 열을 발생시켜 눈을 녹힘으로써 통신 수행이 원할하게 유지되게끔 할 수 있다.

드론 인식부(30)는 드론을 이미지로 인식할 수 있도록 하는 프로그램을 포함하고, 마스터(20)에 부착된 촬영 장치와 연결되어 드론을 인식하고, 이의 위치 정보 및 이미지 정보를 마스터(20)로 송신한다.

일례로, 드론 인식부(30)는 OpenCV 와 인공지능인 yolo를 이용하여 드론 인식을 가능하도록 학습시키는 프로그 래밍으로 드론을 인식할 수 있도록 할 수 있다.

OpenCV와 yolo 는 이미 공지된 기술이므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.

서버(40)는 드론 라이센스 칩의 등록 정보를 입력받아 관리하고, 마스터(20)를 제어하여 비행체의 ID와 목적을 포함하는 정보를 수신하기 위해 마스터(20)로부터 통신 내역을 암호화된 데이터로 수신받고, 통신내역을 저장하여 관리한다.

또한, 서버(40)는 서버(40)에 ID를 포함하는 데이터를 전송하지 않는 드론이 발견된 것을 확인하면, 주변 공공 기관으로 위험을 알릴 수 있음은 물론이다.

앞서서, 본원발명의 구성을 상세히 설명했고, 이하, 본원발명의 구성으로 운용하는 과정에 대해 상세히 서술하고 자 한다.

우선, 비행체가 등록 서브(10)로 확인되는 과정을 설명하면, 드론 인식부(30)를 통해 관제센터에 위치한 마스터 (20)에서 드론의 비행 정보(위치 정보 및 이미지 정보)을 확인하고, 마스터(20)에서 드론의 위치정보와 이미지 정보를 수신받아 서버(40)로 송신함에 따라 서버(40)에서 드론 인식부(30)로 인식한 비행체의 식별을 요하는 요청신호를 마스터(20)로 송신하고, 마스터(20)에서 해당 비행체로 ID를 요구하는 요청신호를 송신하며, 이를 수신한 등록 서브(10)는 암호화된 ID를 송신하고, 암호화된 ID를 수신한 마스터(20)에서 서버(40)로 송신하며, 서버(40)에서 등록 서브(10)인지 확인 및 등록 서브(10)의 정보를 확인하고 내역을 기록하도록 한다.

또한, 서버(40)에서 암호화된 ID를 수신하여 등록된 ID 인지 판별할 때, ID가 등록된 ID일 경우, 정보가 기 저장된 정보와 다를 경우 새로운 데이터로 갱신하여 저장하도록 한다.

또한, 비행체가 미등록 비행체(1)로 확인되는 과정을 설명하면, 드론 인식부(30)를 통해 관제센터에 위치한 마스터(20)에서 드론의 비행(위치 정보와 이미지 정보)을 확인하고, 마스터(20)에서 드론의 위치정보와 이미지 정보를 수신받아 서버(40)로 송신함에 따라 서버(40)에서 드론 인식부(30)로 인식한 비행체의 식별을 요하는 요청 신호를 마스터(20)로 송신하고, 마스터(20)에서 해당 비행체로 ID를 요구하는 요청신호를 송신하나, 요청 신호에 대한 응답이 없으면, 마스터(20)에 부착된 촬영장치로 해당 비행체를 녹화 또는 사진을 찍어, 서버(40)로 전송하고, 서버(40)에서는 이미지 정보와 위치 정보를 기록하며, 이를 특정 공공기관을 포함하는 조치를 취할 수있는 기관으로 미등록 비행체(1)의 정보를 송신하는 것을 특징으로 한다.

또한, 마스터(20)를 통한 서버(40)의 ID 요청에 해당 비행체로부터 ID 수신을 받았으나, 서버(40)에서 등록된 ID로 검색되지 않을 경우, 서버(40)에서는 요청 신호에 대한 응답이 없는 상황과 동일하게 판단하여, 마스터 (20)에 부착된 촬영장치로 해당 비행체를 녹화 또는 사진을 찍어, 서버(40)로 전송하고, 서버(40)에서는 이미지 정보와 위치 정보를 기록하며, 이를 특정 공공기관을 포함하는 조치를 취할 수 있는 기관으로 미등록 비행체 (1)의 정보를 송신하는 것을 특징으로 한다.

또한, 드론을 분실하였을 경우, 서버(40)에 저장된 ID를 포함하는 정보와 마스터(20)로 수신받은 ID를 통해 분실된 위치를 추적할 수 있어, 분실 회수율을 높이는 장점이 있다.

본 발명의 무인비행체 추적분석 모니터링 시스템은 3개의 소프트웨어 프로그램(관리자 모니터링 웹 서버, RFI모듈 통신 서버, 사용자 APP[[[APP는 다음을 가리키는 말이다. 응용 소프트웨어(application): 운영 체제에서 실행되는 모든 소프트웨어 미국 정당 .APP (파일 이름)]]] )과 1개의 하드웨어(RFI모듈)로 구성되어 있다

본 시스템은 기존에 있는 무인비행체에 RFI모듈을 부착하여 PIN(개인 식별 번호) , 위도, 경도, 고도 데이터를 통신 서버에 실시간으로 전송하고 전송받은 데이터를 바탕으로 비행제한구역, 고도, 야간비행, 기상상태, 인구밀집지역, 비행목적을 위반했는지에 대한 여부를 판단하여 발생한 사실에 대한 기록을 남기고 피드백을 제공하여 항공법에서 제시하는 조종자 준수사항을 위반하지 않도록 하는 것이 목적임.

1.RFIradio frequency interference 모듈 통신 서버

RFI 모듈과 통신을 하기 위한 서버는 TCP/IP Socket으로 지정 포트를 통해 소켓을 연결하여 데이터를 송/수신하며, 실시간 모니터링과 피드백을 제공하기 위하여 데이터 송/수신 주기는 1초로 지정하였음.

RFI 모듈로부터 전달받는 데이터는 모듈식별을 위한 PIN과 위치를 파악하기 위한 위도, 경도, 고도임.

이때 전달받은 PIN을 통해 비행 전에 등록한 비행 정보를 가져와서 비행기록을 저장할 데이터로 활용함.

-항공법에서 제시하는 조종자 준수사항에서는 허가받지 않은 비행금지구역, 관제권, 비행제한구역에서의 비행을 금지함.

비행불가능구역 침범에 대해서 안전, 주의, 경고, 위반으로 구분하고 비행불가능구역의 경계로부터 일정 수준의 거리 이내로 접근하였을 때 주의, 아주 많이 인접하였을 때를 경고, 경계를 넘어 섰을 때를 위반으로 지정함.

(도 5참조 비행불가능구역 체크 알고리즘)

-무인비행체 조종자는 사용자용 APP을 통해 주의, 경고, 위반에 대한 알림과 피드백을 제공받을 수 있음.

RFI 모듈로부터 실시간으로 전달받은 위도와 경도 값을 비행불가능구역 좌표와 대조하여 해당 구역 내에 존재하는지에 대한 여부를 체크 하고 만약 침범하였을 경우 무인비행체에 부착된 RFI 모듈의 PIN과 시간, 위반종류, 날씨, 풍속, 위도, 경도, 고도를 저장하고 비행기록부를 생성하여 기록 열람 및 다운로드 할 수 있도록 구현함.

② 고도 체크

항공법에서 제시하는 조종자 준수사항에서는 각 관할 기관의 허가를 받지 않으면 150m 이상의 고도에서 비행을 금지하고 있음.

RFI 모듈로부터 실시간으로 전달받은 고도를 체크 하여 130~140m 일 때 주의, 140~150m 일 때 경고, 150m 이상일 때 위반으로 지정함. (도6 참조 고도 체크 알고리즘)

-고도를 150m 이상으로 비행한 경우 해당 무인비행체의 PIN과 시간, 위반종류, 날씨, 풍속, 위도, 경도, 고도를 저장하고 비행기록부를 생성하여 기록 열람 및 다운로드 할 수 있도록 구현함.

무인비행체 조종자는 사용자용 APP을 통해 주의, 경고, 위반에 대한 알림과 피드백을 제공받을 수 있음.

③ 야간비행 체크

항공법에서 제시하는 조종자 준수사항에서는 일출 전, 일몰 후에 비행을 금지하고 있음.

RFI 모듈로부터 실시간으로 전달받은 위도와 경도 값을 sunrise-sunset API로 전달하여 비행중인 장소에 해당하는 일자의 일출, 일몰 시간을 확보하고 데이터가 들어오는 시간과 비교하여 일몰 후 일출 전 시간에 속하는지 비교함.

(도 7참조 야간비행 체크 알고리즘)

-비교 결과 일몰 후 일출 전에 해당하면 야간비행으로 간주하여 해당 무인비행체의 PIN과 시간, 위반종류, 날씨, 풍속, 위도, 경도, 고도를 저장하고 비행기록부를 생성하여 기록 열람 및 다운로드 할 수 있도록 구현함.

무인비행체 조종자는 사용자용 APP을 통해 야간비행에 대한 알림과 피드백을 제공받을 수 있음.

④ 기상상태 체크

항공법에서 제시하는 조종자 준수사항에서는 조종자의 가시거리 범위 외에서의 비행을 금지하고 있음.

RFI 모듈로부터 실시간으로 전달받은 위도와 경도 값을 openweathermap API로 전달하여 비행중인 장소에 해당하는 가시거리, 풍속, 날씨 데이터를 확보함.

(도 8참조 기상상태 체크 알고리즘)

-무인비행체의 비행 시작지점과 현재 무인비행체 위치 간의 거리를 측정하여 이 수치가 가시거리보다 클 경우에 기상상태(가시거리) 위반으로 간주하여 해당 무인비행체의 PIN과 시간, 위반종류, 날씨, 풍속, 위도, 경도, 고도를 저장하고 비행기록부를 생성하여 기록 열람 및 다운로드 할 수 있도록 구현함.

풍속의 경우 10m/s를 기준으로 이를 초과한 풍속상태이면 기상상태(풍속) 위반으로 간주하여 해당 무인비행체의 PIN과 시간, 위반종류, 날씨, 풍속, 위도, 경도, 고도를 저장하고 비행기록부를 생성하여 기록 열람 및 다운로드 할 수 있도록 구현함.

날씨의 경우 악천후(비,폭우,천둥번개) 상황에서 비행시 기상상태(날씨) 위반으로 간주하여 해당 무인비행체의 PIN과 시간, 위반종류, 날씨, 풍속, 위도, 경도, 고도를 저장하고 비행기록부를 생성하여 기록 열람 및 다운로드 할 수 있도록 구현함.

무인비행체 조종자는 사용자용 APP을 통해 기상상태위반에 대한 알림과 피드백을 제공받을 수 있음.

⑤ 인구밀집지역 체크

항공법에서 제시하는 조종자 준수사항에서는 사람이 많이 모인 곳(경기장, 각종 페스티벌)의 상공에서 위험한 방법의 비행을 금지하고 있음.

인구밀집지역에 대한 데이터는 한국관광공사에서 제공하는 Tour API에서 확보하여 데이터베이스에 저장 후 호출하여 사용.

(도 9참조 인구밀집지역 체크 알고리즘)

-RFI 모듈로부터 실시간으로 전달받은 위도와 경도 값이 인구밀집지역 범위 내에 있는지 비교하여 경계를 넘어선 경우 이를 인구밀집지역 위반으로 간주하여 해당 무인비행체의 PIN과 시간, 위반종류, 날씨, 풍속, 위도, 경도, 고도를 저장하고 비행기록부를 생성하여 기록 열람 및 다운로드 할 수 있도록 구현함.

무인비행체 조종자는 사용자용 APP을 통해 인구밀집지역에 대한 알림과 피드백을 제공받을 수 있음.

⑥ 비행목적 체크

국토교통부에서 지정한 비행 가능 공역을 제외한 대부분 지역에서 무인비행체를 비행시키기 위해서 비행신고를 해야 하며 비행목적과 장소 시간을 기재해야 함.

이때 신고한 비행목적대로 비행하는지 여부를 파악하기 위해서 비행패턴 분석모델을 적용함.

비행패턴 분석모델은 대한드론교육원에서 지정한 가장 많이 사용하는 4가지 패턴(수색, 방제, 촬영, 수송) 데이터를 각각 1만건씩 수집하여 총 4만건의 이동경로 패턴 데이터를 학습시켜서 제작함.

(도 10참조 비행목적 체크 알고리즘)

-비행패턴 분석을 하기 위해서 드론의 이동 경로를 저장하고 비행이 종료된 시점에 해당 이동 경로의 이미지 파일 패턴을 분석하여 비행목적대로 실제 비행을 했는지에 대한 여부를 판단함.

비행 목적에 따라 비행 중 RFI 모듈에서 측정되는 GPS값을 활용하여 일정주기에 따른 비행체의 이동경로를 Matplotlib기반 2차원 평면 그래프로 작성하고, 해당 그래프를 이미지화하여 픽셀값에 대한 2차원 수치데이터로 가공함.

n*n의 형태로 가공된 수치데이터를 차원축소를 통해 numpy형식 1차원 배열데이터로 변경하여 해당 비행패턴(목적)에 맞게 라벨링을 진행함.

최종적으로 학습데이터셋(1차원 배열데이터)과 정답데이터셋(라벨링 데이터)로 정의하여 8:2의 비율로 학습데이터와 검증데이터셋으로 분할함.

학습모델은 결정트리모델 Randomforest를 활용하였으며, class_weight값은 "balanced", n_estimators값은 50로 제한하였음.

의사결정트리 모델을 기반으로 비행패턴(목적)별 가공된 수치데이터에 대한 AI학습을 진행하여 기학습된 패턴 데이터셋과 미확인 패턴의 유사도 판별을 통해 가장 근접한 비행목적을 판별함.

신고한 비행목적과 분석결과가 일치하지 않으면 위반으로 간주 하고 해당 무인비행체의 PIN과 시간, 위반종류, 날씨, 풍속, 위도, 경도, 고도를 저장하고 비행기록부를 생성하여 기록 열람 및 다운로드 할 수 있도록 구현함.

무인비행체 조종자는 사용자용 APP을 통해 비행목적에 대한 알림과 피드백을 제공받을 수 있음.

200 : 구동모터
200a: 드론
201 : 프로펠러
211 : 가속도센서
212 : 자이로센서
213 : 지자기센서
214 : 고도유지센서
215 : 위성안테나

Claims (1)

1. 드론(200a)의 기체에 상기 드론(200a)을 지면으로부터 이륙시키도록 설치되는 복수의 구동모터(200)와 상기 구동모터(200)의 제어부에 전력을 공급하는 배터리(300);
   
   상기 구동모터(200)의 회전속도를 제어하거나 자이로센서, 가속도센서, 지자기센서, 고도센서의 신호를 읽어들여 신호처리하는 제어부(210);
   
   상기 드론(200a)에 가속도를 감지하기 위한 가속도센서(211)와; 상기 드론(200a)의 기울기를 감지하기 위한 자이로센서(212)와;
   상기 드론(200a)의 진행방향을 인식하는 지자기센서(213)와;
   
   상기 드론(200a)의 고도를 유지하는 고도유지센서(214);
   상기 기체 위치정보 및 고도를 측정할 수 있도록 위성과 데이터를 주고받는 위성안테나(215);
   상기 드론(200a)의 정보를 통신하는 통신수단(230)과;
   
   상기 가속도센서(211)와 자이로센서(212)로부터 제공되는 가속도와 기울기를 획득하여 PID 제어를 통해 균형을 제어하기 위한 균형제어부(210a)와
   
   상기 균형제어부(210a)의 제어에 따라 구동하기 위한 구동모터(200)와;
   상기 구동모터(200)로부터 동력을 제공받아 회전하는 프로펠러(201)와;
   
   상기 균형제어부(210a)는, 상기 가속도센서(211)와 자이로센서(212)로부터 제공되는 가속도와 기울기를 획득하여 PID 제어를 수행하기 위한 균형제어모듈(210b)로 구성함을 포함한 것에 있어서,
   
   상기 자이로센서에 전력을 공급하는 상기 배터리(300)는 배터리수용부(200b)에 수용되되 상기 배터리수용부(200b)내부에 ±단자(h)를 복수로 배치하고 상기 ±단자(h)는 자이로센서(212)와 매인전력선(f)으로 연결되며 상기 배터리(300)는 복수의 배터리(300a)로 구비하여
   활용분야별로 상기 배터리(300) 용량을 사용자가 원하는 만큼 추가하여 상기 배터리수용부(200b)에 수용하면 상기 배터리(300)의 ±단자(g)가 상기 배터리수용부(200b)의 ±단자(h)에 밀착 접속되고
   
   상기 드론(200a) 몸체에 별도의 보조배터리(400)를 구비하되
   상기 보조배터리(400)는 2차전지와 충전을 위한 회로를 내장하고 있으며, 일측에 태양광전지셀(500)로부터 상기 보조배터리(400)를 지속적으로 충전하기 위한 충전 단자 male(400a), 상기 배터리수용부(200b)의 단자(h)와 매인전력선(f)으로 연결하되 상기 보조배터리(400)의 단자(400b)와,
   
   상기 자이로센서(212)의 구동회로(k)와는 온/오프하는 스위치(510)로 연결하고
   상기 매인전력선(f)은 상기 자이로센서(212)의 구동회로(k)와 연결한 상태에서 드론(200) 사용자가 상기 배터리수용부(200b)에 복수의 배터리(300a) 중 미리 설정한 비행거리를 감안하여 배터리(300)의 수량을 상기 배터리수용부(200b)에 수용하여 배터리수용부(200b)의 ±단자(h)를 상기 배터리(300)의 ±단자(g)에 서로 밀착 접속시켜 전력을 자이로센서(212)에 인가한 후 사용자의 조작에 따라 드론(200a)을 비행하는데 그 비행과정에 감지부(600)와 제어부(610)를 통해 배터리(300)의 전력이 미리 설정한 설정량이 소진되면
   
   우회스위치(520)를 우회시켜 보조배터리(400)의 단자(400b)와 구동회로(k)와 서로 연결시켜 상기 보조배터리(400)의 전력을 상기 자이로센서(212)로 흐르게 하고 동시에 스위치(510)를 구동하여 메인전력선(f)에서 구동회로(k)로 흐르는 전력을 차단하는 구성을 포함한 것을 특징으로 하는 불법운항률 감소를 위한 AI기반 실시간 추적분석시스템을 구비한 무인비행체의 자이로센서와 이 자이로센서에 전력을 공급하는 전력공급시스템
   

Images