KR102627540B1 - 내륙하천 선박운항 라이다 식별 시스템 및 그 운용 방법 - Google Patents

내륙하천 선박운항 라이다 식별 시스템 및 그 운용 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내륙하천 선박운항 라이다 식별 시스템을 제공한다. 이 시스템은 수신기, 메모리, 프로세서, 그리고 모니터를 포함한다. 이 중에서 프로세서는 수신기 및 메모리와 연결되고 모니터는 프로세서와 연결된다. 요컨대 본 내륙하천 선박운항 라이다 식별 시스템은 미리 설정된 지도 자료를 이용해서 사전 절차에서 무시하고 계산하지 않아도 되는 점 데이터를 먼저 확인하기 때문에 기존의 대위 단계를 생략할 수 있어 계산 속도를 높일 수 있다.

Description

내륙하천 선박운항 라이다 식별 시스템 및 그 운용 방법{Inland river vessel operation lidar identification system and its operation method}
본 발명의 최소한 한 가지 실시예는 선박운항 라이다 식별 시스템 및 그 운용 방법, 특히 내륙하천 선박운항 라이다 식별 시스템 및 그 운용 방법에 관한 것이다.
운항 노선 계획은 무인 수상 선박 제어에 있어서 기본적인 문제이다. 무인 수상 선박이 운항 시점에서 목표 지점에 도달하기까지 따라야 하는 운항 경로는 중앙 컴퓨터가 전적으로 지정한다. 일반적으로 이러한 운항 노선은 항로 환경 중 어떠한 장애물과도 충돌하지 않거나 충돌 가능성을 최대한 줄이는 것을 선택한다. 수면 방해 요소가 많기 때문에(예를 들어 바람 방향, 수역의 흐름 방향, 광선 반사 등) 운항 노선 계획에서 맞닥뜨리는 도전은 극히 빠른 속도로, 심지어 즉각적으로 운항 환경 특징의 변화에 따라 적시에 운항 노선 계획을 수행하는 능력과 관련된다.
예를 들면, 운항 환경 중 한 개 또는 여러 개의 수상 장애물의 위치 또는 모양 특징은 시간이 지남에 따라 변동할 수 있다(예를 들어, 대형 부양물은 물이 흐르는 방향에 따라 위치를 이동할 수 있다). 또한 무인 수상 선박의 위치도 시간이 지남에 따라 변동할 수 있다. 이런 이유로 인해, 운항 노선 계획에서 당면하는 도전은 측정된 자료의 처리 속도가 반드시 즉각적이고 연속적이어야만 측정 본체(무인 수상 선박) 및 측정되는 물품(수상 장애물)이 운항 시 동시에 상대적 위치의 변동이 있어나는 문제를 극복하여 적시에 운항 노선에 대해 교정/조절을 할 수 있다는 점이다.
위에서 설명한 문제 중 최소한 한 가지를 해결하기 위해 본 발명은 선박운항 라이다 식별 시스템 및 그 운용 방법, 특히 동시 및 연속적으로 측정자료에 대해 계산을 할 수 있는 장점을 지닌 내륙하천 선박운항 라이다 시스템 식별 및 그 운용 방법을 제시한다. 구체적으로 말하면, 미리 설정한 지도 자료를 이용하여 사전 절차에서 무시하고 계산하지 않아도 되는 점 데이터를 우선 확인하기 때문에 기존의 대위 단계(즉 점 데이터가 목표 측정 대상인지 여부를 결정하는 단계)를 생략할 수 있으며, 위에서 설명한 시스템의 계산 속도도 높일 수 있다.
본 발명의 최소한 한 가지 실시예는 내륙하천 선박운항 라이다 식별 시스템에 관한 것이다. 이 시스템은 수신기, 메모리, 프로세서, 그리고 모니터를 포함한다. 이 중에서 프로세서는 수신기 및 메모리와 연결되며, 모니터는 프로세서와 연결된다.
본 발명의 최소한 한 가지 실시예는 내륙하천 선박운항 라이다 식별 방법에 관한 것이다. 이 방법에는 다음 단계가 포함된다. 위에서 설명한 내륙하천 선박운항 라이다 식별 시스템을 제공한다. 운송 도구에 장착된 최소한 한 개의 탐지기가 획득한 복수의 점구름(point cloud)을 수신한다. 프로세서를 통해서 상기 복수의 점구름을 최소한 한 개의 첫째 점구름 세트로 합병한다. 최소한 한 개의 첫째 점구름 세트와 지도 자료에 기반하여 계산해야 하는 최소한 한 개의 둘째 점구름 세트를 정의한다. 클러스터에 기반하여 상기 둘째 점구름 세트의 점들을 최소한 한 개의 블록으로 계산 및 합병한다. 상기 최소한 한 개의 블록을 통해 계산을 실시하여 상기 지도 자료에 최소한 한 개의 표기를 주입한다. 모니터를 통해서 상기 지도 및 최소한 한 개의 표기를 디스플레이 한다. 이렇게 해서 상기 지도 자료에는 최소한 한 개의 수상 장애물이 디스플레이 되고, 그 중 임의의 표기 하나는 상기 수상 장애물을 표시한다.
본 발명의 최소한 한 가지 실시예의 특징은 위에서 설명한 점구름 사전 절차이다. 어떤 상황에서는 계산이 필요한 최소한 한 개의 둘째 점구름 세트를 정의하기 위해 위에서 설명한 방법에는 더 나아가서 다음 단계가 포함된다. 최소한 한 개의 육상 정보에 기반하여 높이를 생성하고 만약 상기 최소한 한 개의 첫째 점구름 세트 중 임의의 점이 이 높이보다 높은 경우(높거나 같음), 그 점을 무시한다. 상기 최소한 한 개의 첫째 점구름 세트를 지도 자료에 투사한다. 최소한 한 개의 수역 정보에 기반하여 경계를 생성하고 만약 상기 최소한 한 개의 첫째 점구름 세트 중 임의의 점이 이 경계를 넘는 경우(또는 지나기만 하면) 그 점을 무시한다. 그리고 위에서 설명한 단계에서 무시되지 않은 점을 최소한 한 개의 둘째 점구름 세트로 정의한다.
본 발명에 관한 상기 간략한 설명은 본 발명의 여러 기술적 특징에 대해 기초적인 소개를 제공할 목적에 있다. 발명의 간략한 설명은 본 발명에 대해 상세히 기술한 것이 아니므로 본 발명의 핵심적 또는 중요한 구성 부품을 특별히 열거할 목적이나 본 발명의 범위를 규정하기 위함이 아니며, 단지 간결한 방식으로 본 발명의 여러 가지 개념을 제시하기 위함일 뿐이다.
본 발명에 따라 상술된 문제 중 최소한 한 가지를 해결할 수 있는 선박운항 라이다 식별 시스템 및 그 운용 방법, 특히 동시 및 연속적으로 측정자료에 대해 계산을 할 수 있는 장점을 지닌 내륙하천 선박운항 라이다 시스템 식별 및 그 운용 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 내륙하천 선박운항 라이다 식별시스템의 부분적 실시예를 보여 주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 내륙하천 선박운항 라이다 식별 시스템의 부분적 실시예의 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 내륙하천 선박운항 라이다 식별 시스템의 부분적 실시예의 배치를 보여 주는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 내륙하천 선박운항 라이다 식별 시스템의 부분적 실시예의 지도 자료 출력을 보여 주는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 내륙하천 선박운항 라이다 식별 시스템의 부분적 실시예의 지도 자료 출력을 보여 주는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 내륙하천 선박운항 라이다 식별 시스템의 부분적 실시예의 지도 자료 출력을 보여 주는 도면이다.
본 발명의 기술적 특징과 내용을 충분히 이해할 수 있도록 돕기 위해 아래의 설명을 도면과 함께 제시한다.
본 발명의 최소한 한 가지 실시예는 선박운항 라이다 식별 시스템 및 그 운용 방법, 특히 내륙하천에 사용되는 선박운항 라이다 식별 시스템 및 그 운용 방법에 관한 것이다.
도 1을 참고한다. 도 1은 본 발명에 따른 내륙하천 선박운항 라이다 식별 시스템의 부분적 실시예를 보여 주는 도면이다. 이러한 내륙하천 선박운항 라이다 식별 시스템(1)은 수신기(10), 메모리(20), 프로세서(30), 및 모니터(40)를 포함한다. 프로세서(30)는 수신기(10) 및 메모리(20)와 연결되며, 모니터(40)는 프로세서(30)와 연결된다.
도 1의 수신기(10)는 최소한 한 개의 탐지기(12)가 획득한 점구름을 수신하고 선택적으로 한 개 또는 여러 개의 점구름을 메모리(20)에 저장하거나 프로세서(30)로 직접 송신하도록 설정된다. 본 실시예에서, 탐지기(12)는 운송 도구(100)에 설치되어 후자의 이동 선로를 따라서 적시에 점구름을 획득한다. 점구름은 여러 개의 카메라, 비디오 카메라 또는 깊이 탐지기 중 어느 한 가지를 사용하여 획득될 수 있다(광 탐지 및 측정 거리 레이저 스캔). 예를 들어, Velodyne의 VLP-16, VLP-32 LiDAR 탐지기, Quanergy의 S3 또는 M8 LiDAR 탐지기를 사용할 수 있다. 또한, 한 가지 또는 여러 가지 통신 프로그램을 사용하여 점구름을 송신/수신할 수 있다. 예를 들어, 사용자 데이터그램 프로토콜(UDP) 또는 기타 프로토콜을 사용한다. 상기 점구름은 특정 응용에 따라 제작된 포맷으로 표시될 수 있다. 예를 들어 xyz 또는 las 포맷. 하지만, 본 발명은 모든 응용 프로그램에 적용되도록 표시해야 하는 포맷을 제한하지 않는다.
도 1의 메모리(20)는 점구름 및 지도 자료(200)를 저장하도록 설정된다. 본 실시예에서, 메모리(20)는 어떠한 형태(고정/임의 이동)의 대용량 메모리일 수 있다. 예를 들어, 휘발성(volatile) 또는 비휘발성(non-volatile) 메모리, 자석 메모리, 반도체 메모리, 자석 테이프 메모리, 광학 메모리, 이동식 메모리, 비이동식 메모리 또는 이러한 메모리의 조합일 수 있으며, 프로세서(30)가 조작해야 할 수 있는 어떤 유형의 정보를 저장하거나, 한 개 또는 여러 개의 컴퓨터 프로그램을 수행하도록 제공된다. 상기 지도 자료(200)는 전자운항차트(ENC)일 수 있으며 이에 국한되지 않는다. 지도 자료(200)는 또한 최소한 한 개의 육상 정보(예를 들어 건축물, 교량) 및 최소한 한 개의 수역 정보(예를 들어 하천, 항로)를 포함하는 위성 영상(Satellite imagery), 디지털 라인 그래프(Digital line graphics, DLG), 디지털 래스터 그래픽(Digital raster graphics, DRG), 디지털 정사영상(Digital orthophoto quadrangle, DOQ)이거나 컴퓨터가 읽을 수 있는 형식으로 저장되는 지도일 수 있다.
도 1에 표시된 바와 같이, 프로세서(30)는 다음 공정을 수행하도록 설정된다. 점구름 중 대표적인 도면의 각 점에 기반하여 액세스를 수행하고, 상기 점구름을 대표하는 최소한 한 개의 첫째 점구름 세트를 구축하고, 첫째 점구름 세트 중 무시할 수 있는 점을 결정하여 최소한 한 개의 둘째 점구름 세트를 확정하고, 둘째 점구름 세트에 기반하여 최소한 한 개의 블록을 생성해서 모니터(40)에 최소한 한 개의 수상 장애물 표기가 있는 지도 자료(200)를 디스플레이 한다. 주의할 것은, 프로세서(30)는 처리 기간 중 조작과 연관되는 자료, 예를 들어, 한 개 또는 여러 개의 점구름, 지도 자료(200) 또는 계산 지령 등을 저장/검색하기 위해 메모리(20)와 통신할 수 있도록 설계되는 점이다. 본 설명서에서는 프로세서(30)와 모니터(40)의 모델 또는 종류를 특별히 정의하지 않았지만, 프로세서(30)는 마이크로 프로세서이거나, 기존의 어떠한 프로세서, 제어기 또는 계산을 실현하는 부품의 조합/배치일 수 있으며, 모니터(40)는 컴퓨터 모니터/스크린, 텔레비전 장치 모니터/스크린 또는 가상현실 장치/스크린이거나, 투사 기능이 있는 모니터일 수 있다.
기타 가능한 실시예에서, 둘째 점구름 세트의 판정 정확도를 향상시키기 위해 상황에 따라 수신기(10)에 필터(도면에 표시되지 않았음)를 추가하여 판독 오류가 발생할 수 있는 측정 자료를 사전에 제거할 수 있다.
상기 조작 내용을 실제로 실시예에 응용하는 원리를 이해하도록 돕고 설명하기 위해 도 2, 도 3, 도 4, 도 5, 및 도 6을 순서대로 참고하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 내륙하천 선박운항 라이다 식별 시스템의 부분적 실시예의 흐름도이다. 위에서 설명한 방법에는 다음 단계가 포함된다. 내륙하천 선박운항 라이다 식별 시스템을 제공한다((A) 단계). 본 실시예에서 사용하는 것은 도 1의 내륙하천 선박운항 라이다 식별 시스템(1)이다. 운송 도구(100)에 장착된 최소한 한 개의 탐지기(12)가 획득한 여러 개의 점구름을 수신한다((B) 단계). 프로세서(30)를 통해서 (B) 단계의 점구름을 첫째 점구름 세트로 합병한다((C) 단계). 상기 지도 자료(200)에 기반하여 계산이 필요한 둘째 점구름 세트를 정의한다((D) 단계). 이 때 소위 둘째 점구름 세트는 첫째 점구름 세트 중 일부분의 점을 무시한 후의 집합 형태이다. 클러스터에 기반하여 둘째 점구름 세트의 점들을 한 개 또는 여러 개의 블록으로 계산 및 합병한다((E) 단계). 상기 블록에 대해 계산을 실시하여 지도 자료(200)에 최소한 한 개의 표기(300)를 주입한다((F) 단계). 그리고 모니털(40)를 통해서 모든 표기(300)를 주입한 지도 자료(200)를 디스플레이 한다((G) 단계). 이 방법은 지도 자료(200)에 최소한 한 개의 장애물을 표기하는 데 사용되며, 표기(300) 하나는 수상 장애물 하나를 표시한다.
상기 단계 중에서, (D) 단계는 첫째 점구름 세트를 무시하는 프로그램에 연관되며, (D1)-(D4) 단계를 포함한다. (D1) 단계: 육상 정보에 기반하여 높이를 생성하고 만약 상기 첫째 점구름 세트 중 임의의 점이 이 높이보다 높은 경우(높거나 같음), 그 점을 무시한다. 구체적으로 말하면, 이때 상기 높이에 대해 높이 한계 값을 확정 짓고 간단한 알고리즘을 사용하여 높이 한계 값 이상의 임의의 점(이 점의 z축 값이 높이 한계 값과 같거나 높을 때)을 판정하고, 이 점은 곧 무시하고 계산에 넣지 않는 점이다. (D2) 단계: 첫째 점구름 세트를 상기 지도 자료(200)에 투사한다. (D3) 단계: 수역 정보에 기반하여 경계를 생성하고 만약 상기 최소한 한 개의 첫째 점구름 세트 중 임의의 점이 이 경계를 넘는 경우(또는 지나기만 하면) 그 점을 무시한다. (D4) 단계: (D1) 단계 및 (D3) 단계에서 무시되지 않은 점에 근거하여 둘째 점구름 세트를 정의한다. 일반적으로 (D1)-(D4) 단계 수행에는 형태학의 반복 알고리즘이 연관될 수도 있다. 이때 (D1) 및 (D3) 단계에는 본 영역의 통상의 지식을 가진 자가 이해할 수 있는 단계가 포함될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 높이 한계 값은 변동 수치로서 육상 정보(예를 들어 교량 높이 변화 등)에 근거하여 적시에 조절된다. 마찬가지로 상기 경계는 내륙하천 수역 정보(예를 들어 하천의 너비, 굴곡 정도 등)에 의해 결정된다. 기타 실시예에서는 상기 높이 한계 값과 경계는 기타 정보에 의해 결정될 수 있으며, 위의 예시에만 국한되지 않는다.
위에서 설명한 바로 이해할 수 있듯이, (D1) 단계의 "높이를 생성한다"는 육상 정보 중 물품 자료의 선정 프로그램과 연관된다. 예를 들어, 수역 정보에 기반하여 육상 정보에서 수역 정보와 겹쳐지는 물품 자료(예: 수면 위 교량)를 선정하고, 물품 정보와 수면의 가장 가까운 거리를 상기 높이로 설정하여 높이 한계 값을 확정한다.
(E) 단계의 클러스터 계산에는 Kd-tree (K-dimensional tree) 반복 알고리즘이 연관될 수 있으며, 더 나아가서 (E1)-(E3) 단계가 포함될 수 있다. (E1) 단계: 둘째 점구름 세트의 공간점을 추출한다. (E2) 단계: Kd-tree(K-dimensional tree) 방법에 기반하여 둘째 점구름 세트 중 임의의 점과 공간점 사이의 거리값을 계산한다. (E3) 단계: 둘째 점구름 세트 중 거리 한계 값보다 적거나 같은 거리값의 점들을 모두 한 블록으로 분류한다. 또한 (E1)-(E3) 단계를 반복해서 수행하는 (E4) 단계가 포함될 수 있다. 둘째 점구름 세트의 점 분류를 모두 완료한 후(즉 복수의 블록이 생성된 후) (F) 단계를 수행한다. 여기서 언급한 거리 한계 값은 예정된 수치이며, 실제 응용 필요에 따라 결정된다. 본 발명은 거리 한계를 제한하지 않는다.
(E) 단계에는 또한 (E2) 단계 및 (E3) 단계 사이의 (E21) 단계가 포함된다. 이 단계는 우선적으로 상기 둘째 점구름 세트 중 거리값이 구역 한계 값보다 적거나 같은 점들을 같은 구역으로 지정한다. (E1) 단계와 (E21) 단계를 반복 수행하여, 상기 구역 한계 값에 근거하여 둘째 점구름 세트를 여러 개의 구역으로 분할한 후 개별적 구역에 따라 (E3) 단계를 수행하여 각 구역의 점들은 차례로 상기 블록으로 분류한다. 이때 구역 한계 값은 사용 가능한 모든 거리값의 최대치와 같게 된다. 실제 응용에서, 소위 사용 가능한 거리값은 식별된 아웃라이어(outlier) 거리값의 상대적 추산 값을 일컫는다. 이렇게 하여 내륙하천 선박운항 라이다 식별 시스템(1)은 비교적 정확하게 둘째 점구름 세트의 점 밀도가 높은 블록(즉 (E3) 단계 중 점 밀도가 비교적 높은 블록)을 선별하고 분류할 수 있게 된다.
(F) 단계에는 더 나아가서 (F1)-(F3) 단계가 포함되어 상기 블록들을 개별적으로 계산한다. (F1) 단계: 임의의 블록에 있는 모든 점의 좌표 평균치를 계산하여 이 블록의 중심에 있는 점의 좌표를 정의하고 각 블록의 중심점 좌표를 모두 정의할 때까지 반복해서 계산을 수행한다. (F2) 단계: 모든 중심점 좌표의 물품 정보를 확정 짓고 표시한다. (F3) 단계: 물품 정보를 통해서 대응하는 최소한 한 개의 표기(300)를 생성한다. 주의할 것은, 본 실시예에서는 NEMA-0180, NEMA-0182 또는 NEMA-0183 규범을 충족시키는 코딩 포맷을 채택하여 물품 정보를 표시할 수 있다는 점이다. 예를 들어, 정의 파라미터에 "$OBS,<1>,<2>,<3>,<4>,<2>,<3>,<4>,..,<2>,<3>,<4>,*<5>"가 포함된다고 가정하는 경우, 본 영역의 통상적인 지식을 가진 자는 아래 표 1의 내용에 근거하여 본 정의 파라미터에는 최소한 한 개의 정확한 표기(300)를 상기 지도 자료(200)에 즉각적으로 주입하기 위해 현재 측정하는 수상 장애물의 수량과 상응하는 최소한 한 개의 좌표 분량이 포함된다는 것을 알 수 있다. 본 발명에는 기타 적절한 코딩 포맷을 채택하여 정보 전송을 시행할 수도 있으며, 코딩 포맷을 국한하지 않는다. 또한, 블록 중심에 관한 계산은 간단한 알고리즘의 통상적인 응용일 뿐이며, 본 영역의 통상적인 지식을 가진 자가 숙지하는 것이므로 여기서 자세히 설명하지 않는다.

<1> 현재 합계 몇 개의 장애물이 있나?

<2> 장애물 번호 #a

<3> 장애물 #a가 선박에서 떨어진 거리의 X 분량

<4> 장애물 #a가 선박에서 떨어진 거리의 Y 분량

<5> Checksum (검사 위치)
(F3) 단계의 표기(300)에는 실제 응용 시 물품 거리(310)와 물품 정보(320)가 포함될 수 있으며 이러한 정보에 국한되지 않는다. 기타 실제 응용에서, 표기(300)에는 또한, 경고 작용을 하는 물품 표적(예: 물품 색깔)이 포함될 수 있다. 물품 거리(310)는 수상 장애물과 운송 도구(100) 사이의 거릿값이며, 물품 정보(320)는 수상 장애물의 공간 위치를 표시하는 데 사용되는 윤곽이 있는 모양 집합이다.
(G) 단계의 지도 자료(200)는 실제 디스플레이 응용 시 (F3) 단계의 표기(300)를 함께 보여 주는 것 외에, 탐지기(12)의 측정 범위나 수상 장애물의 상대적 방위와 같은 선형으로 표시되는 기타 정보를 선택적으로 보여 줄 수 있다. 지도 자료(200)에 주입된 표기(300)를 효과적으로 식별하기 위해, 본 발명을 실제로 응용할 때 (G) 단계를 수행하기 전에 여러 개의 물품 거리(310)와 여러 개의 물품 정보(320)를 속성에 따라 색깔을 부여할 수 있다. 예를 들어, 물품 정보(310) 중 중거리 또는 근거리 정보에 빨간색을 부여하여 경고 효과를 높이고, 물품 정보(320) 중 대형 수상 장애물(위에서 설명한 모양 중 윤곽이 비교적 큰 것)에 노란색을 부여한다. 이때 소위 속성은 물품 거리(310)와 물품 정보(320)의 추가 정의일 수 있다. 예를 들어, 물품 거리(310)의 근거리, 원거리, 또는 물품 정보(320)의 소형, 중형, 대형 수상 장애물이나 기타 유형의 정의 형태일 수 있으며, 본 발명은 이에 제한을 두지 않는다. 또한, 상기 속성과 색깔의 대응 관계는 미리 설정된 표준 찾기 표이거나, 실제 조작의 필요에 따라 임의로 서로 다른 색깔을 부여하여 표시할 수 있다(즉, 한 가지 속성은 한 가지 색깔과 대응함).
가능한 실시예에서, 첫째 점구름 세트의 점 수량이 너무 클 때, 선택적으로 (B) 단계 및 (C) 단계 사이에 (B1)-(B2) 단계를 실시할 수 있다. (B1) 단계: 첫째 점구름 세트에서 미리 설정된 범위 내의 첫째 윤곽점을 읽으며, 미리 설정된 범위 밖의 여러 개의 둘째 윤곽점을 읽는다. (B2) 단계: 첫째 윤곽점의 임의의 점에서 둘째 윤곽점의 임의의 점까지의 거리를 계산하고, 이 거리의 최소값이 미리 설정된 한계 값보다 클 경우 그 점과 그 점이 소재하는 둘째 윤곽점을 무시한다. 여기서 "너무 크다"라는 수량은 프로세서(30)의 처리 속도에 따라 결정된다.
가능한 실시예에서, 첫째 점구름 세트의 점 수량이 충분할 때, 프로세서(30)는 (B) 단계와 (C) 단계 사이에서 첫째 점구름 세트와 지도 자료(200)의 매칭 연산을 시행할 수 있다. 예를 들어, 정규 분포 변환(Normal Distributions Transform, NDT) 또는 반복 가장 가까운 점(Iterative Closest Point, ICP) 알고리즘을 사용할 수 있다. 여기서 "충분하다"는 수량은 알고리즘에 따라 변한다.
가능한 실시예에서, (B) 단계는 점구름의 무효한 자료점(예를 들어, 수면의 반사점)을 제거하기 위해 분할 프로그램과 연관된다. 또한, 소위 분할 프로그램은 무작위 표본 합의(RANdom Sample Consensus, RANSAC) 반복 알고리즘과 연관될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 내륙하천 선박운항 라이다 식별 시스템의 부분적 실시예의 배치를 보여 주는 도면이다. 위에서 설명한 실시예처럼 도 3에 도시된 바와 같이 운송 도구(100)는 본 발명의 내륙하천 선박운항 라이다 식별 시스템(1)을 설치하도록 설정된다. 본 실시예에서, 운송 도구(100)는 스피드 보트, 어선, 관광 선박 등 소형 수상 선박일 수 있으며 본 발명은 선박 양식에 제한을 두지 않는다. 또한, 기타 무인 선박(예를 들어 전함, 유람선 등 대형 수상 선박)에 응용될 수 있다. 이때 탐지기(12)의 수량은 한 개 또는 여러 개일 수 있으며, 운송 도구(100)의 앞쪽 위치에 설치된다. 탐지기(12)의 수량은 운송 도구(100) 운항 시 수로의 너비에 의해 결정된다. 예를 들어, 수로 너비가 1.8m일 때, 탐지기(12)의 수량은 한 개이다.
도 2 및 3과 함께 도 4 내지 6을 참고한다. 도 4 내지 6은 본 발명에 따른 내륙하천 선박운항 라이다 식별 시스템의 부분적 실시예의 지도 자료 출력을 보여 주는 도면으로서, 모니터(40)에 표기(300)가 포함된 지도 자료(200)를 디스플레이 하는 데 사용되어 운송 도구(100)와 표기(300)가 대표하는 수상 장애물의 현재 공간 위치를 표시한다. 도 4는 본 발명을 근거리 측정에 적용할 때의 출력 형태를 보여 주고, 도 5는 본 발명을 중거리 측정에 적용할 때의 출력 형태를 보여 주며, 도 6은 본 발명을 원거리 측정에 적용할 때의 출력 형태를 보여 준다. 여기서 소위 근거리, 중거리, 원거리는 특별한 거리값 제한이 없고 다만 수상 장애물과 운송 도구의 상대적 거리상의 개념을 표시할 뿐이다. 본 실시예에서 사용하는 탐지기(12)는 Velodyne에서 제작한 VLP-16 LiDAR 탐지기로서 측정 자료를 사용자 데이터그램 프로토콜(User Datagram Protocol, UDP)에 근거하여 수신기(10)로 포장 송신해서 최소한 한 개의 특징 정보(예를 들어 측정 자료 중 임의의 선과 임의의 각도의 점구름 거리)를 분석한다. 프로세서(30)는 특징 정보에 근거하여 상기 첫째 점구름 세트를 구축하며, 첫째 점구름 세트는 데카르트 좌표계로 표시한다.
또한, 계산속도를 더욱 높이기 위해, 본 발명은 점구름 중 계산이 필요한 점을 먼저 확정한 다음 (즉 무시하고 계산하지 않아도 되는 점들을 판정함) 후속 계산을 수행하는 사전 절차를 제시한다. 이로 인해 후속 과정에서 프로세서(30)는 판정 후의 일부분의 점들에 대해서만 계산하면 되기 때문에 계산 양 및 연관된 파라미터 양이 대폭적으로 줄어들게 된다. 본 실시예는 물 위에서 운행하는 무인 선박에 응용되기 때문에 수면 방해 요소가 많은 점을 감안하여 측정 자료에 대해 즉시에 연속적인 판단을 해야만 항로 조절을 적시에 시행할 수 있다. 본 발명은 인근관계 계산(예: Kd-tree(K-dimensional tree) 연산) 후의 결과에만 근거해서 둘째 점구름을 클러스터링하고 각 클러스터(블록)의 중심점 좌표를 곧장 추출하여 지도 자료(200) 상의 표기(300)를 적시에 취득한다. 도 4 내지 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 표기(300)에는 수상 장애물의 거리(m)를 나타내는 물품 거리(310)와 수상 장애물의 크기를 나타내는 물품 정보(320)가 포함된다. 그리고 표기되어 탐지기(12)의 측정 범위와 수상 장애물의 상대적 방위를 나타내는 귀띔 라인(330a, 330b)이 포함되며, 프로세서(30)는 탐지기(12)의 측정 가능한 공간 경계를 복수의 귀띔 라인(330a)으로 전환하고, 탐지기(12)와 임의의 중심점 좌표의 공간 최단 경로도 최소한 한 개의 귀띔 라인(330b)으로 전환한다.
위에서 설명한 내용은 본 발명의 보다 이상적인 실시예일뿐이며 설명 내용으로 본 발명 실시예의 범위를 제한하지 말아야 한다. 실시예과 같은 효과를 지니는 변환과 치환은 본 창작의 범위에 속해야 하며, 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 것을 준거로 해야 할 것이다.
1…내륙하천 선박 운항 라이다 식별 시스템
10…수신기
12…탐지기
20…메모리
30…프로세서
40…모니터
100…운송 도구
200…지도 자료
300…표기
310…물품 거리
320…물품 정보
330a, 330b…귀띔 라인
(A)~(G)…단계

Claims (9)

  1. 내륙하천 선박운항 라이다 식별 시스템에 있어서, 상기 시스템은:
    최소한 한 개의 탐지기를 통해서 획득한 복수의 점구름을 수신하도록 설정되는 수신기,
    상기 복수의 점구름과 최소한 한 개의 육상 정보 및 최소한 한 개의 수역 정보가 포함되는 지도 자료를 저장하도록 설정되는 메모리,
    상기 수신기 및 메모리와 연결되며, 복수의 점구름을 최소한 한 개의 첫째 점구름 세트로 합병하고, 지도 자료에 기반하여 계산이 필요한 최소한 한 개의 둘째 점구름 세트를 판정하고 상기 최소한 한 개의 첫째 점구름 세트 중 최소한 한 개의 육상 정보를 포함하는 부위를 무시하며, 상기 최소한 한 개의 둘째 점구름 세트를 통해서 최소한 한 개의 블록을 생성하도록 설정되는 프로세서, 및
    상기 프로세서와 연결되고 지도 자료를 디스플레이하도록 설정되는 모니터를 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 최소한 한 개의 육상 정보에 기반하여 높이를 생성하며, 상기 첫째 점구름 세트 중 임의의 점이 이 높이보다 높거나 같을 경우 그 점을 무시하는 (D1) 단계, 상기 최소한 한 개의 첫째 점구름 세트를 상기 지도 자료에 투사하는 (D2) 단계, 상기 최소한 한 개의 수역 정보에 기반하여 경계를 생성하며, 상기 최소한 한 개의 첫째 점구름 세트 중 임의의 점이 이 경계를 넘으면 그 점을 무시하는 (D3) 단계, 및 (D1) 단계 및 (D2) 단계에서 무시되지 않은 점들에 근거하여 상기 최소한 한 개의 둘째 점구름 세트를 정의하는 (D4) 단계의 작업을 수행하도록 구성되는 내륙하천 선박운항 라이다 식별 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 수신기에 필터가 포함되는 내륙하천 선박운항 라이다 식별 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 최소한 한 개의 탐지기는 라이다(LiDAR) 탐지기인 내륙하천 선박운항 라이다 식별 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 지도 자료는 전자운항차트인 내륙하천 선박운항 라이다 식별 시스템.
  5. 내륙하천 선박운항 라이다 식별 방법에 있어서, 상기 방법은:
    (A) 청구항 1의 내륙하천 선박운항 라이다 식별 시스템을 제공하는 단계,
    (B) 운송 도구에 장착된 최소한 한 개의 탐지기가 획득한 복수의 점구름을 수신하는 단계,
    (C) 상기 프로세서를 통해서 복수의 점구름을 최소한 한 개의 첫째 점구름 세트로 합병하는 단계,
    (D) 상기 최소한 한 개의 첫째 점구름 세트와 지도 자료에 기반하여 계산이 필요한 최소한 한 개의 둘째 점구름 세트를 정의하는 단계,
    (E) 클러스터에 기반하여 상기 최소한 한 개의 둘째 점구름 세트의 점들을 최소한 한 개의 블록으로 계산 및 합병하는 단계,
    (F) 상기 최소한 한 개의 블록에 대해 계산을 실시하여 상기 지도 자료에 최소한 한 개의 표기를 주입하는 단계, 및
    (G) 모니터를 통해서 상기 지도 자료와 지도 자료 중 최소한 한 개의 표기를 디스플레이 하는 단계를 포함하고,
    상기 (D) 단계에 상기 최소한 한 개의 육상 정보에 기반하여 높이를 생성하며, 상기 첫째 점구름 세트 중 임의의 점이 이 높이보다 높거나 같을 경우 그 점을 무시하는 (D1) 단계, 상기 최소한 한 개의 첫째 점구름 세트를 상기 지도 자료에 투사하는 (D2) 단계, 상기 최소한 한 개의 수역 정보에 기반하여 경계를 생성하며, 상기 최소한 한 개의 첫째 점구름 세트 중 임의의 점이 이 경계를 넘으면 그 점을 무시하는 (D3) 단계, 및 (D1) 단계 및 (D2) 단계에서 무시되지 않은 점들에 근거하여 상기 최소한 한 개의 둘째 점구름 세트를 정의하는 (D4) 단계가 포함되는 내륙하천 선박운항 라이다 식별 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 (E) 단계에 상기 최소한 한 개의 둘째 점구름 세트의 공간점을 추출하는 (E1) 단계, 상기 최소한 한 개의 둘째 점구름 세트 중 임의의 점과 상기 공간점 사이의 거리값을 계산하는 (E2) 단계, 거리값이 거리 한계 값보다 적거나 같은 점들을 모두 한 블록으로 분류하는 (E3) 단계, 및 상기 최소한 한 개의 둘째 점구름 세트의 점 분류를 모두 완료하고 복수의 블록을 생성할 때까지(E1)-(E3) 단계를 반복해서 수행하는 (E4)단계가 포함되는 내륙하천 선박운항 라이다 식별 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 (F) 단계에 임의의 블록에 있는 모든 점의 좌표 평균치를 계산하여 이 블록의 중심점 좌표를 정의하고 각 블록의 중심점 좌표를 모두 정의할 때까지 반복해서 계산을 수행하는 (F1) 단계, 복수의 중심점 좌표의 물품 정보를 확정 짓고 표시하는 (F2) 단계, 및 상기 물품 정보를 통해서 대응하는 최소한 한 개의 표기를 생성하는 (F3) 단계가 포함되는 내륙하천 선박운항 라이다 식별 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 (E) 단계에 (E2) 단계 및 (E3) 단계 사이에 우선적으로 상기 둘째 점구름 세트 중 거리값이 구역 한계 값보다 적거나 같은 점들을 같은 구역으로 지정하는 (E21) 단계가 있으며, 구역 한계 값에 근거하여 상기 최소한 한 개의 둘째 점구름 세트를 복수의 블록으로 분할할 때까지 (E1) 단계와 (E21) 단계를 반복 수행하는 내륙하천 선박운항 라이다 식별 방법.
  9. 삭제
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