KR102575000B1 - 플랜트 크랙 진단을 위한 인공지능 드론 플랫폼 시스템 - Google Patents

플랜트 크랙 진단을 위한 인공지능 드론 플랫폼 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은플랜트 설비와 기 설정된 간격을 유지하면서 카메라를 이용한 플랜트 설비의 각 부분에 대한 사진 촬영을 통해 획득한 촬영 데이터 및 위치 정보를 무선으로 송출함과 더불어 드론 관련 정보를 송출하며, 무선으로 수신되는 비행 제어 데이터에 따라 제어되는 드론과, 상기 드론과 지상의 컴퓨팅 디바이스와 무선으로 연결시키는 게이트웨이를 구비하며, 상기 컴퓨팅 디바이스는 상기 무선으로 송출된 촬영 데이터 및 위치 정보를 수신하며, 상기 수신한 촬영 데이터 및 위치 정보를 기반으로 플랜트 설비의 위치별 크랙을 진단하여 크랙 진단 데이터를 생성하며, 상기 위치 정보와 드론 관련 정보를 기초하여 상기 드론의 비행 제어에 필요한 비행 제어 데이터를 상기 게이트웨이를 통해 상기 드론에 전송하는 플랜트 크랙 진단을 위한 인공 지능 드론 플랫폼 시스템을 제공할 수 있다.

Description

플랜트 크랙 진단을 위한 인공지능 드론 플랫폼 시스템{SYSTEM FOR AI DRONE PLATFORM USING A CRACK DIAGNOSIS OF PLANT}
본 발명은 플랜트 크랙 진단을 위한 인공지능 드론 플랫폼 시스템에 관한 것이다.
풍력발전기, 교량, 태양열 패널 등 다양한 플랜트 설비들은 무거운 하중을 지지하거나 다양한 자연환경에 장시간 노출이 되어있기 때문에 크랙 등의 피해가 발생하게 된다.
크랙이 진행됨에 따라 시설물의 부분 파괴 및 붕괴 등의 심각한 피해를 가져오게 된다.
이러한 피해를 방지하기 위하여 균열을 초기에 감지하는 것은 매우 중요하며, 현재의 균열 검사는 전문가의 육안 검사에 의해 이루어지기 때문에 많은 시간과 인력이 필요하며, 객관성도 부족한 실정이다.
이런 이유로, 현재 무인비행체를 이용한 플랜트 점검을 위한 노력들이 시도되고 있으나, 숙련된 조작자에 의해서만 가능하며 또한 수동 작업 시 작업자의 실수로 충돌 사고가 자주 발생하여 플랜트 설비에 손상을 입히는 큰 2차적인 피해를 보고 있다.
또한, 카메라를 이용하여 지상에서 육안으로 크랙을 찾아 분석하는 작업은 카메라의 해상도, 기체의 진동, 작업자의 미숙함 등으로 인하여 정확한 진단이 어려움 문제점이 있다.
대한공개특허 제10-2015-0047718호(2015.05.06. 공개)
본 발명은 플랜트 시설물 고장 및 파괴의 발생 확률을 낮추기 위한 예방적 유지보수를 위해 고비용의 인력 및 장비 사용을 대신하여 드론을 이용한 주기적인 검사 및 진단으로 비용 절감 및 플랜트 설비 가동률을 상승시킬 수 있는 플랜트 크랙 진단을 위한 인공지능 드론 플랫폼 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 플랜트 크랙 진단을 위한 인공지능 드론 플랫폼 시스템을 이용한 플랜트 진단 및 유지보수가 가능한 드론을 활용하여 숙련자가 아닌 저비용의 일반 작업자가 작업을 수행할 수 있고, 또한 작업이 표준화가 되어 안정적으로 플랜트 설비를 진단할 수 있는 플랜트 크랙 진단을 위한 인공지능 드론 플랫폼 시스템을 제공한다.
상술한 바와 같은 본 발명의 해결하고자 하는 과제를 해결하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 플랜트 크랙 진단을 위한 인공 지능 드론 플랫폼 시스템은 플랜트 설비와 기 설정된 간격을 유지하면서 카메라를 이용한 플랜트 설비의 각 부분에 대한 사진 촬영을 통해 획득한 촬영 데이터 및 위치 정보를 무선으로 송출함과 더불어 드론 관련 정보를 송출하며, 무선으로 수신되는 비행 제어 데이터에 따라 제어되는 드론과, 상기 드론과 지상의 컴퓨팅 디바이스와 무선으로 연결시키는 게이트웨이를 구비하며, 상기 컴퓨팅 디바이스는 상기 무선으로 송출된 촬영 데이터 및 위치 정보를 수신하며, 상기 수신한 촬영 데이터 및 위치 정보를 기반으로 플랜트 설비의 위치별 크랙을 진단하여 크랙 진단 데이터를 생성하며, 상기 위치 정보와 드론 관련 정보를 기초하여 상기 드론의 비행 제어에 필요한 비행 제어 데이터를 상기 게이트웨이를 통해 상기 드론에 전송할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 컴퓨팅 디바이스는 텔레메트리(Telemetry) 기능을 통해 상기 드론으로부터 드론 관련 정보를 수신하며, 상기 드론 관련 정보와 위치 정보를 기초하여 비행 제어 데이터를 생성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 컴퓨팅 디바이스는 상기 촬영 데이터 내 시간 정보와 위치 정보를 기초하여 타임 싱크 데이터를 생성하며, 상기 타임 싱크 데이터에 지리 메타 데이터를 태깅한 후 이를 기반으로 상기 플랜트 설비 내 크랙을 진단할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 드론의 위치 정보는 상기 드론과 상기 컴퓨팅 디바이스간에 상기 게이트웨이를 통한 비콘 통신을 통해 획득되되, 상기 컴퓨팅 디바이스에 의해 상기 비콘 통신을 통해 드론으로부터 수신한 비콘 신호의 세기를 기반으로 획득할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예들에 따르면, 플랜트 시설물 고장 및 파괴의 발생 확률을 낮추기 위한 예방적 유지보수를 위해 고비용의 인력 및 장비 사용을 대신하여 드론을 이용한 주기적인 검사 및 진단함으로써, 비용 절감 및 플랜트 설비 가동률을 상승시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플랜트 크랙 진단을 위한 인공지능 드론 플랫폼 시스템 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 드론과 컴퓨팅 디바이스의 세부 구성을 도시한 블록도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 플랜트 크랙 진단을 위한 인공지능 드론 플랫폼 시스템에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플랜트 크랙 진단을 위한 인공지능 드론 플랫폼 시스템 구성도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 드론과 컴퓨팅 디바이스의 세부 구성을 도시한 블록도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이. 플랜트 크랙 진단을 위한 인공 지능 드론 플랫폼 시스템은 드론(100), 게이트웨이(120) 및 컴퓨팅 디바이스(140) 등으로 구성될 수 있다.
드론(100)는 플랜트와 기 설정된 거리를 유지하면서 비행을 수행하고, 비행 중에 촬영된 영상을 실시간으로 게이트웨이(120)를 통해 컴퓨팅 디바이스(140)에 전송하기 위한 것으로서, 플랜트와 일정 간격을 유지하고 드론(100)을 비행시키기 위한 전반적인 제어를 수행하는 비행 제어기(102), 플랜트 거리 센서(104), 카메라(106) 및 통신부(108) 등을 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 플랜트 거리 센서(104)는 7.2GHz ~ 10.2GHz 의 UWB 대역의 RF 센서 모듈(104a)을 사용하여 플랜트 설비와 일정 거리를 유지하며 스캐닝을 수행한 후 이에 대응되는 스캐닝 데이터를 비행 제어기(102)에 전송할 수 있다.
RF 센서 모듈(104a)은 두 개의 송수신 안테나(104b)와 하나의 RF 송수신 모듈(104c)로 구성되며 플랜트 크랙 진단을 위한 드론(100)의 충돌 방지를 위해 스캐닝을 통해 거리를 측정한 후 이를 비행 제어기(102)에 제공할 수 있다.
이러한 RF 센서 모듈(104a)로부터 거리 데이터를 수신한 비행 제어기(102)는 특정 거리가 셋팅되어 있으며, 셋팅된 특정 거리를 기반으로 드론(100)이 특정 거리보다 더 가까운 거리로 플랜트 설비에 접근하는 것을 방지하도록 비행 제어를 수행할 수 있다.
또한, 비행 제어기(102)는 정확한 영상 촬영을 위해 수평 상태의 유지를 위해 PID 제어를 수행할 수 있다. 구체적으로, 비행 제어기(102)는 플랜트 설비의 특정 부분을 촬영하기 위해 드론(100)을 이동시킨 후 특정 부분의 정확한 촬영을 위해 드론(100)의 수평을 유지시키기 위한 PID 제어를 수행할 수 있다.
PID 제어는 드론(100) 내 설치된 가속도 자이로 센서 등을 이용하여 롤(Roll), 피치(Pitch) 및 요(Yaw) 값을 산출하며, 산출한 값을 이용하여 모터의 속도를 제어하여 수평 상태를 유지시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에서, PID 제어는 이중루프 PID 알고리즘을 사용할 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.
본 발명의 실시예에 비행 제어는 드론(100) 내 각종 센서(예컨대, 가속도, 자이로 센서 등)와 복수의 모터 제어를 통해 이루어질 수 있을 뿐만 아니라 PID 제어를 통해 이루어질 수 있다.
한편, 드론(100)은 통신부(108)를 통해 카메라(106)에 의해 촬영된 영상을 게이트웨이(120)를 통해 전송할 수 있다. 구체적으로, 드론(100)은 통신부(108)를 통해 무선 통신망, 예컨대 와이파이, 로라(LoRa) 등과 같은 근거리 무선 통신망에 접속하여 촬영된 영상을 실시간으로 전송할 수 있다.
게이트웨이(120)는 크랙 진단을 위해 비행 중인 드론(100)과 컴퓨팅 디바이스(140)간의 무선 통신을 중계하여 드론(100)과 컴퓨팅 디바이스(140)간 데이터를 송신할 수 있다. 여기에서, 드론(100)으로부터 송출되는 데이터는 영상 데이터이며, 컴퓨팅 디바이스(140)로부터 송출되는 데이터는 비행 제어 데이터일 수 있다.
컴퓨팅 디바이스(140)는 지상에 있는 드론(100)의 제어를 수행하기 위하 그라운드 스테이션으로서, 드론(100)의 크랙 진단을 위한 미션을 제공하기 위한 미션 제공부(142), 비콘 송수신기(144), 영상 처리부(146) 등을 포함할 수 있다.
미션 제공부(142)는 텔레메트리(Telemetry) 기능을 통해 조정사의 의도, 예컨대 비행 제어 데이터를 드론(100)으로 전송하고, 드론(100)으로부터 드론 정보, 예컨대 멀티콥터 드론의 배터리 잔량, 신호 강도 등을 수신하며, 수신한 드론 정보를 기반으로 조정사의 의도(예컨대, 조정용 인터페이스를 통해 조정사의 조작에 따른 의도, 드론 정보를 기초한 의도 등)에 대등되는 비행 제어 데이터를 드론(100)에 전송할 수 있다.
비콘 송수신기(144)는 비콘 신호, 예컨대 초음파, 블루투스 Le, 와이파이 기반의 비콘 신호를 게이트웨이(120)를 통해 송신하고, 드론(100)으로부터 송출되는 비콘 신호를 수신할 수 있다. 이를 위하여, 드론(100)은 비콘 송신기(109)를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 비콘 송수신기(144)는 수신한 비콘 신호를 기반으로 드론(100)의 위치 정보를 획득할 수 있다. 구체적으로, 비콘 송수신기(144)는 비콘 신호의 세기를 기반으로 컴퓨팅 디바이스(140)와 드론(100)간의 거리를 측정하여 위치 정보를 획득할 수 있다.
영상 처리부(146)는 비콘 신호를 기반으로 획득한 위치 정보, 드론(100)로부터 수신한 영상 촬영(시간 데이터를 포함함) 데이터를 기반으로 타임 싱크(Time Sync) 데이터를 생성하고, 타임 싱크 데이터에 대한 지오태깅(geotagging)를 수행한 후 이를 크랙 진단 알고리즘에 적용하여 크랙 진단 데이터를 생성할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 지오태깅은 타임 싱크 데이터, 즉 이미지와 시간 정보를 포함한 타임 싱크 데이터에 지리 식별 메타 데이터를 추가하는 것을 의미할 수 있다.
크랙 진단 알고리즘은 입력으로 들어오는 지리 메타 데이터가 태깅된 타임 싱크 데이터의 이미지 데이터에 대한 전처리, 에지(Edge) 성분 추출 및 이진화, 라인(Line) 성분 추출 및 제거, 에지 성분의 영역화, 영역화 개수에 따른 크랙을 판단하는 과정을 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서, 비콘 신호를 기반으로 위치 정보를 획득하는 것으로 예를 들어 설명하였지만, GPS 위치 정보를 활용할 수도 있다. 이를 위하여, 드론(100)은 특정 위치에서 GPS 위치 정보와 함께 지상의 컴퓨팅 디바이스(140)로 전송할 수 있다.
드론(100)은 통신 및 데이터를 처리를 위해 ARM 아키텍쳐 기반의 프로세서(110)를 구비할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 컴퓨팅 디바이스(140)는 영상 처리부(146)의 분석을 통해 획득한 위치별 크랙 데이터를 데이터베이스(150)에 저장하고, 모니터링할 수 있는 모니터링부(148)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 모니터링부(148)는 위치별 크랙 데이터를 식별 및 구조화를 통해 처리할 수 있는데, 즉 크랙 데이터의 분석 결과, 크랙 위치, 크기 등을 구조화하여 데이터베이스(150)에 저장할 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 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.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 드론
120 : 게이트웨이
140 : 컴퓨팅 디바이스

Claims (4)

  1. 플랜트 설비와 기 설정된 간격을 유지하면서 카메라를 이용한 플랜트 설비의 각 부분에 대한 사진 촬영을 통해 획득한 촬영 데이터 및 위치 정보를 무선으로 송출함과 더불어 드론 관련 정보를 송출하며, 무선으로 수신되는 비행 제어 데이터에 따라 제어되되, 7.2GHz ~ 10.2GHz의 UWB 대역의 RF 센서 모듈을 사용하여 플랜트 설비와 일정 거리를 유지하며 스캐닝을 수행한 후 이에 대응되는 스캐닝 데이터를 제공받으며, 상기 제공받은 스캐닝 데이터를 기반으로 상기 플랜트 설비와 충돌되지 않도록 비행을 제어하는 비행 제어기를 구비하는 드론과,
    상기 드론과 지상의 컴퓨팅 디바이스와 무선으로 연결시키는 게이트웨이를 구비하며,
    상기 RF 센서 모듈은 두개의 송수신 안테나와 하나의 RF 송수신 모듈로 구성되어 상기 드론의 충돌 방지를 위한 스캐닝을 통해 거리를 측정한 후 이를 상기 비행 제어기에 제공하며,
    상기 비행 제어기는 특정 거리가 셋팅되어 있으며, 상기 RF 센서 모듈로부터 수신한 거리 데이터와 상기 특정 거리를 기반으로 특정 거리보다 더 가까운 거리로 상기 드론이 플랜트 설비에 접근하는 것을 방지하도록 비행 제어를 수행하며,
    상기 컴퓨팅 디바이스는,
    상기 무선으로 송출된 촬영 데이터 및 위치 정보를 수신하며, 상기 수신한 촬영 데이터 및 위치 정보를 기반으로 플랜트 설비의 위치별 크랙을 진단하여 크랙 진단 데이터를 생성하며, 상기 위치 정보와 드론 관련 정보를 기초하여 상기 드론의 비행 제어에 필요한 비행 제어 데이터를 상기 게이트웨이를 통해 상기 드론에 전송하되, 상기 위치 정보 및 촬영 데이터를 기반으로 타임 싱크 데이터를 생성하고, 상기 생성한 타임 싱크 데이터에 지리 식별 메타 데이터를 추가하는 지오태킹을 수행한 후 이를 기 설정된 크랙 진단 알고리즘에 적용하여 크랙 진단 데이터를 생성하며,
    상기 컴퓨팅 디바이스는,
    텔레메트리(Telemetry) 기능을 통해 상기 드론으로부터 드론 관련 정보를 수신하며, 상기 드론 관련 정보와 위치 정보를 기초하여 비행 제어 데이터를 생성하며,
    상기 드론의 위치 정보는,
    상기 드론과 상기 컴퓨팅 디바이스간에 상기 게이트웨이를 통한 비콘 통신을 통해 획득되되, 상기 컴퓨팅 디바이스에 의해 상기 비콘 통신을 통해 드론으로부터 수신한 비콘 신호의 세기를 기반으로 획득하며,
    상기 비콘 통신을 위해, 상기 컴퓨팅 디바이스는 비콘 신호를 게이트웨이를 통해 송신하고, 상기 드론으로부터 송출되는 비콘 신호를 수신하는 비콘 송수신기를 구비하며,
    상기 드론은 비콘 신호를 송신하기 위한 비콘 송신기를 구비하는 것을 특징으로 하는 플랜트 크랙 진단을 위한 인공 지능 드론 플랫폼 시스템.
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