KR102639289B1 - 도심항공모빌리티를 위한 고해상도 대용량 수치지형도 처리장치 및 처리방법 - Google Patents

도심항공모빌리티를 위한 고해상도 대용량 수치지형도 처리장치 및 처리방법 Download PDF

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Abstract

도심항공모빌리티를 위한 고해상도 대용량 수치지형도 처리장치는 도심항공모빌리티의 항법정보를 실시간으로 계산하는 항법 모듈, 전역 범위에 대한 수치지형도를 저장하고 있는 보조기억장치, 및 상기 전역 범위의 수치지형도 중에서 상기 항법정보를 기준으로 필요한 범위만큼의 국소 지역에 대한 수치지형도 패치를 생성하는 수치지형도 처리 모듈을 포함하고, 상기 수치지형도 처리 모듈은 상기 수치지형도 패치가 업로드되는 제1 수치지형도 패치부와 제2 수치지형도 패치부를 포함하고, 상기 제1 수치지형도 패치부가 사용될 때 상기 제2 수치지형도 패치부가 업로드되고, 상기 제2 수치지형도 패치부가 사용될 때 상기 제1 수치지형도 패치부가 업로드된다.

Description

도심항공모빌리티를 위한 고해상도 대용량 수치지형도 처리장치 및 처리방법{HIGH-RESOLUTION DIGITAL TERRAIN MAP PROCESSING DEVICE AND METHOD FOR URBAN AIR MOBILITY}
본 발명은 도심항공모빌리티를 위한 고해상도 대용량 수치지형도 처리장치 및 처리방법에 관한 것이다.
산업화로 인해 상업적, 공업적 기능이나 인구가 도시로 몰려드는 도시화 현상이 전 세계적으로 나타나고 있다. 도시의 공간과 도로는 한정되어 있으나 인구와 자동차는 계속적으로 늘어나면서 교통체증 문제가 발생하기도 한다. 수직이착륙이 가능한 개인용 비행체인 도심항공모빌리티(Urban Air Mobility, 이하 UAM)는 도시의 교통체증문제를 해결할 수 있는 훌륭한 교통수단으로 기대되고 있다.
한편, 대도시는 고층 빌딩, 아파트 등 높은 건물이 많아 UAM이 비행할 때 충돌의 위험이 존재한다. 무인택배 배송 등에 사용되는 소형 드론과는 달리 UAM은 사람이 탑승하기 때문에 절대적 안전이 요구된다. 위성항법시스템을 이용하면 UAM의 정확한 위치를 알 수 있으나 건물과의 충돌여부는 알 수 없다. 또한, 빌딩이 하늘을 가리는 환경에서는 위성신호가 수신되지 않아 현재 위치를 놓칠 수도 있다. 영상센서를 이용해서 건물과의 충돌을 방지하거나 항법보조정보를 얻을 수 있으나, 안개가 짙은 날이나 밤에는 영상인식이 어렵다. 라이다(Lidar)나 레이다(Radar)를 충돌방지 시스템에 활용할 수도 있으나, 이러한 센서들은 비교적 근거리의 대상에 대해서만 활용 가능하여 고속 비행을 하는 UAM에는 사용하기 어려울 수 있다.
UAM에 수치지형도를 사용하면 이러한 문제점들을 해결할 수 있다. 높은 건물들로 인해 위성항법이 불가능한 상황에서는 수치지형도를 이용한 지형참조항법을 사용해서 현재 위치를 추정할 수 있다. 또한, 도시의 빌딩들의 고도를 표현할 수 있는 고해상도 대용량 수치지형도를 이용해서 충돌방지 시스템을 구성할 수 있다.
기존의 항공기용 전방 충돌방지 시스템은 산지를 비행하는 환경을 가정하였기 때문에 약 30m 내지 90m 해상도의 수치지형도를 사용하여 구성할 수 있었다. 그러나, UAM의 경우 고층 빌딩, 아파트 등의 높은 건물들이 많은 도시 지역을 비행하기 때문에 더욱 세밀한 약 1m 내지 3m 해상도의 수치지형도가 필요하다. 수치지형도의 해상도가 높아질수록 데이터의 크기가 기하급수적으로 증가하고, 이는 UAM 컴퓨터에게 더 큰 메모리 공간과 더 많은 데이터 처리시간을 요구한다. 고해상도 수치지형도를 처리하는데 UAM 컴퓨터의 자원을 많이 사용하게 되면, UAM 컴퓨터의 실시간성을 해칠 수 있게 된다. 따라서 대용량의 수치지형도를 UAM 컴퓨터가 실시간으로 처리하기 위해서는 기존과는 다른 방법이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 고해상도 대용량 수치지형도가 UAM 컴퓨터에서 실시간으로 사용될 수 있도록 하는 UAM을 위한 고해상도 대용량 수치지형도 처리장치 및 처리방법을 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 도심항공모빌리티를 위한 고해상도 대용량 수치지형도 처리장치는 도심항공모빌리티의 항법정보를 실시간으로 계산하는 항법 모듈, 전역 범위에 대한 수치지형도를 저장하고 있는 보조기억장치, 및 상기 전역 범위의 수치지형도 중에서 상기 항법정보를 기준으로 필요한 범위만큼의 국소 지역에 대한 수치지형도 패치를 생성하는 수치지형도 처리 모듈을 포함하고, 상기 수치지형도 처리 모듈은 상기 수치지형도 패치가 업로드되는 제1 수치지형도 패치부와 제2 수치지형도 패치부를 포함하고, 상기 제1 수치지형도 패치부가 사용될 때 상기 제2 수치지형도 패치부가 업로드되고, 상기 제2 수치지형도 패치부가 사용될 때 상기 제1 수치지형도 패치부가 업로드된다.
상기 도심항공모빌리티를 위한 고해상도 대용량 수치지형도 처리장치는 상기 항법정보와 상기 수치지형도 패치를 이용하여 안전범위 내에 충돌위험이 있는 건물이 있는지 판단하는 충돌방지 모듈, 및 상기 항법정보와 상기 수치지형도 패치를 이용하여 비행경로를 계획하는 경로계획 모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 수치지형도 처리 모듈은, 상기 제1 수치지형도 패치부와 상기 제2 수치지형도 패치부 중 하나의 수치지형도 패치를 상기 충돌방지 모듈 및 상기 경로계획 모듈에 전달하는 읽기 스위치, 및 상기 보조기억장치로부터 읽어오는 수치지형도 패치를 상기 제1 수치지형도 패치부와 상기 제2 수치지형도 패치부 중 하나에 선택적으로 전달하는 쓰기 스위치를 더 포함할 수 있다.
상기 읽기 스위치가 상기 제1 수치지형도 패치부에 연결될 때 상기 쓰기 스위치는 상기 제2 수치지형도 패치부에 연결되고, 상기 읽기 스위치가 상기 제2 수치지형도 패치부에 연결될 때 상기 쓰기 스위치는 상기 제1 수치지형도 패치부에 연결될 수 있다.
상기 수치지형도 패치는 가장자리로부터 안쪽방향으로 일정 거리에 위치하는 업로드 경계를 포함하고, 상기 수치지형도 처리 모듈은 상기 도심항공모빌리티가 상기 제1 수치지형도 패치부의 제1 수치지형도 패치의 업로드 경계에 도달하면 상기 제2 수치지형도 패치부에 제2 수치지형도 패치를 업로드하고, 상기 도심항공모빌리티가 상기 제2 수치지형도 패치부의 제2 수치지형도 패치의 업로드 경계에 도달하면 상기 제1 수치지형도 패치부에 상기 제1 수치지형도 패치를 업로드할 수 있다.
상기 수치지형도 패치의 반경은 상기 도심항공모빌리티의 외부 모듈이 필요로 하는 최대 탐색 반경과 상기 수치지형도 패치가 업로드되는 동안 상기 도심항공모빌리티가 비행하는 거리를 포함할 수 있다.
상기 도심항공모빌리티의 컴퓨터의 중앙처리장치의 점유율을 최소화하기 위한 상기 수치지형도 패치의 반경은 상기 도심항공모빌리티의 외부 모듈이 필요로 하는 최대 탐색 반경의 2배일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 도심항공모빌리티를 위한 고해상도 대용량 수치지형도 처리장치는 도심항공모빌리티의 항법정보를 실시간으로 계산하는 항법 모듈, 전역 범위에 대한 수치지형도를 저장하고 있는 보조기억장치, 및 상기 전역 범위의 수치지형도 중에서 상기 항법정보를 기준으로 필요한 범위만큼의 국소 지역에 대한 제1 수치지형도 패치를 생성하고, 상기 도심항공모빌리티가 상기 제1 수치지형도 패치의 업로드 경계에 도달하면 상기 항법정보를 기준으로 제2 수치지형도 패치를 업로드하는 수치지형도 처리 모듈을 포함한다.
상기 제1 수치지형도 패치의 반경은 상기 도심항공모빌리티의 외부 모듈이 필요로 하는 최대 탐색 반경과 상기 제2 수치지형도 패치가 업로드되는 동안 상기 도심항공모빌리티가 비행하는 거리를 포함할 수 있다.
상기 제1 수치지형도 패치의 반경은 상기 도심항공모빌리티의 외부 모듈이 필요로 하는 최대 탐색 반경의 2배일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수치지형도 처리 모듈을 포함하는 수치지형도 처리장치에 의한 도심항공모빌리티를 위한 고해상도 대용량 수치지형도 처리방법은, 상기 도심항공모빌리티의 항법정보를 실시간으로 계산하는 단계, 상기 항법정보를 기준으로 제1 수치지형도 패치를 생성하는 단계, 상기 도심항공모빌리티가 상기 제1 수치지형도 패치의 업로드 경계에 도달하였는지 판단하는 단계, 및 상기 도심항공모빌리티가 상기 제1 수치지형도 패치의 업로드 경계에 도달하면 상기 항법정보를 기준으로 제2 수치지형도 패치를 생성하는 단계를 포함한다.
상기 도심항공모빌리티를 위한 고해상도 대용량 수치지형도 처리방법은 상기 제1 수치지형도 패치와 상기 항법정보를 이용하여 충돌방지 및 비행경로 계획을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 도심항공모빌리티가 상기 제1 수치지형도 패치의 가장자리에 도달하기 전에 상기 제2 수치지형도 패치가 생성될 수 있도록 상기 제1 수치지형도 패치의 업로드 경계가 상기 제1 수치지형도 패치의 가장자리로부터 안쪽방향으로 일정 거리에 위치할 수 있다.
상기 도심항공모빌리티를 위한 고해상도 대용량 수치지형도 처리방법은 상기 제2 수치지형도 패치와 상기 항법정보를 이용하여 충돌방지 및 비행경로 계획을 수행하는 단계, 상기 도심항공모빌리티가 상기 제2 수치지형도 패치의 업로드 경계에 도달하였는지 판단하는 단계, 및 상기 도심항공모빌리티가 상기 제2 수치지형도 패치의 업로드 경계에 도달하면 상기 항법정보를 기준으로 제1 수치지형도 패치를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 수치지형도 패치가 사용될 때 상기 제2 수치지형도 패치가 업로드되고, 상기 제2 수치지형도 패치가 사용될 때 상기 제1 수치지형도 패치가 업로드될 수 있다.
상기 제1 수치지형도 패치의 반경은 상기 도심항공모빌리티의 외부 모듈이 필요로 하는 최대 탐색 반경과 상기 제2 수치지형도 패치가 업로드되는 동안 상기 도심항공모빌리티가 비행하는 거리를 포함할 수 있다.
상기 도심항공모빌리티의 컴퓨터의 중앙처리장치의 점유율을 최소화하기 위한 상기 제1 수치지형도 패치의 반경은 상기 도심항공모빌리티의 외부 모듈이 필요로 하는 최대 탐색 반경의 2배일 수 있다.
고해상도 대용량 수치지형도가 UAM 컴퓨터에서 실시간으로 사용될 수 있다.
또한, 주기억장치의 출돌방지 모듈 내에 다수의 수치지형도 패치 저장공간을 할당하고 생성된 수치지형도 패치를 교번으로 저장함으로써 수치지형도 패치 사용과 생성이 충돌하지 않는다.
CPU 사용률을 최소로 하는 최적의 수치지형도 패치 크기결정 방법을 사용함으로써 과도한 주기억장치 및 CPU 자원낭비를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도심항공모빌리티를 위한 고해상도 대용량 수치지형도 처리장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도심항공모빌리티를 위한 고해상도 대용량 수치지형도 처리방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수치지형도 패치의 생성 및 갱신 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수치지형도 패치의 설계를 나타내는 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 CPU 사용률과 수치지형도 패치 반경과의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 도심항공모빌리티를 위한 고해상도 대용량 수치지형도 처리장치 및 처리방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도심항공모빌리티를 위한 고해상도 대용량 수치지형도 처리장치를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, UAM을 위한 고해상도 대용량 수치지형도 처리장치(10)는 UAM 컴퓨터일 수 있다. 고해상도 대용량 수치지형도 처리장치(10)는 주기억장치(100) 및 보조기억장치(200)를 포함할 수 있다.
주기억장치(100)는 중앙처리장치(CPU)와 직접 연결되어 있어 자료의 빠른 입출력이 가능하다. 주기억장치(100)로 RAM(Random Access Memory)이 주로 사용될 수 있다.
보조기억장치(200)는 주기억장치의 용량 부족을 보완하기 위해서 사용되며, 일반적으로 주기억장치(100)보다 용량이 크지만 속도가 느리다. 보조기억장치(200)로 플래시 메모리나 SSD(Solid State Drive) 등이 주로 사용될 수 있다. 보조기억장치(200)는 전역 범위에 대한 수치지형도(지형 DB)를 저장하고 있다.
주기억장치(100)는 항법 모듈(110), 충돌방지 모듈(120), 경로계획 모듈(130) 및 수치지형도 처리 모듈(140)을 포함할 수 있다. 도시하지 않았으나, 주기억장치(100)는 UAM의 운영을 위해 필요한 다수의 기타 모듈을 더 포함할 수 있다.
항법 모듈(110)은 외부장치인 관성 측정부(Inertial Measurement Unit, IMU)(300)와 위성항법 수신기(Global Navigation Satellite System(GNSS) Receiver)(400)를 이용해서 UAM의 위치, 속도 등을 포함하는 항법정보를 계산할 수 있다. 항법 모듈(110)은 UAM의 항법정보를 실시간으로 계산하여 충돌방지 모듈(120), 경로계획 모듈(130) 및 수치지형도 처리 모듈(140)에 제공할 수 있다.
충돌방지 모듈(120)은 수치지형도 처리 모듈(140)로부터 수치지형도 패치를 제공받고, 항법정보와 수치지형도 패치를 이용하여 안전범위 내에 충돌위험이 있는 건물이 있는지 판단할 수 있다.
경로계획 모듈(130)은 수치지형도 처리 모듈(140)로부터 수치지형도 패치를 제공받고, 항법정보와 수치지형도 패치를 이용해서 앞으로 비행할 비행경로를 계획할 수 있다.
수치지형도 처리 모듈(140)은 항법정보를 기준으로 필요한 범위만큼의 국소 지역에 대한 수치지형도 패치를 생성하고, 생성된 수치지형도 패치가 사용될 수 있도록 구성될 수 있다. 수치지형도 처리 모듈(140)은 항법정보를 기반으로 수치지형도 패치를 설계할 수 있다. 더욱 상세하게, 수치지형도 처리 모듈(140)은 제1 수치지형도 패치부(141), 제2 수치지형도 패치부(142), 수치표고모델(Digital Elevation Model, 이하 DEM) 읽기 스위치(143) 및 DEM 쓰기 스위치(144)를 포함할 수 있다.
제1 수치지형도 패치부(141)와 제2 수치지형도 패치부(142)는 전역 범위의 수치지형도 중에서 항법정보를 기준으로 필요한 범위만큼의 국소 지역의 수치지형도 패치를 포함할 수 있다.
DEM 읽기 스위치(143)는 충돌방지 모듈(120) 및 경로계획 모듈(130)에 연결되어 있다. DEM 읽기 스위치(143)는 선택적으로 제1 수치지형도 패치부(141)와 제2 수치지형도 패치부(142) 중 하나의 수치지형도 패치를 충돌방지 모듈(120) 및 경로계획 모듈(130)에 전달할 수 있다. 제1 수치지형도 패치부(141)와 제2 수치지형도 패치부(142) 중에서 어느 영역의 수치지형도 패치를 사용할 것인지는 DEM 읽기 스위치(143)에 의해 결정된다.
한편, DEM 읽기 스위치(143)는 UAM의 운영을 위해 필요한 다수의 기타 모듈에 연결되어 있을 수 있고, DEM 읽기 스위치(143)는 선택적으로 제1 수치지형도 패치부(141)와 제2 수치지형도 패치부(142) 중 하나의 수치지형도 패치를 기타 모듈에 전달할 수 있다.
DEM 쓰기 스위치(144)는 보조기억장치(200)에 연결되어 있고, 보조기억장치(200)로부터 읽어오는 국소 지역의 수치지형도 패치를 제1 수치지형도 패치부(141)와 제2 수치지형도 패치부(142) 중 하나에 선택적으로 전달할 수 있다. 보조기억장치(200)로부터 읽어오는 국소 지역의 수치지형도 패치를 제1 수치지형도 패치부(141)와 제2 수치지형도 패치부(142) 중 어느 영역에 업로드(upload)할지는 DEM 쓰기 스위치(144)에 의해 결정된다.
DEM 읽기 스위치(143)와 DEM 쓰기 스위치(144)는 제1 수치지형도 패치부(141)와 제2 수치지형도 패치부(142) 중에서 서로 다른 곳에 연결된다. 즉, DEM 읽기 스위치(143)가 제1 수치지형도 패치부(141)에 연결될 때 DEM 쓰기 스위치(144)는 제2 수치지형도 패치부(142)에 연결되고, DEM 읽기 스위치(143)가 제2 수치지형도 패치부(142)에 연결될 때 DEM 쓰기 스위치(144)는 제1 수치지형도 패치부(141)에 연결될 수 있다. 다시 말해, 제1 수치지형도 패치부(141)가 사용될 때 제2 수치지형도 패치부(142)가 업로드되고, 제2 수치지형도 패치부(142)가 사용될 때 제1 수치지형도 패치부(141)가 업로드되는 다중 버퍼링 방식으로 제1 수치지형도 패치부(141)와 제2 수치지형도 패치부(142)가 운용할 수 있다. 이러한 다중 버퍼링 방식으로 제1 수치지형도 패치부(141)와 제2 수치지형도 패치부(142)가 운용됨에 따라 수치지형도 패치의 사용과 생성이 충돌하지 않도록 할 수 있다.
수치지형도 처리 모듈(140)은 항법정보를 기준으로 DEM 읽기 스위치(143)와 DEM 쓰기 스위치(144)를 제어하여 국소 지역에 대한 수치지형도 패치를 생성 및 갱신할 수 있다. 이러한 수치지형도 처리방법에 도 2 내지 5를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도심항공모빌리티를 위한 고해상도 대용량 수치지형도 처리방법을 나타내는 흐름도이다. 도 3 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수치지형도 패치의 생성 및 갱신 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2 내지 5를 참조하면, 항법 모듈(110)은 관성 측정부(300)와 위성항법 수신기(400)를 이용하여 UAM의 위치, 속도 등을 포함하는 항법정보를 실시간으로 계산할 수 있다(S110).
수치지형도 처리 모듈(140)은 항법정보에 따라 UAM의 항법정보를 기준으로 계산된 반경의 제1 수치지형도 패치를 생성할 수 있다(S120). 제1 수치지형도 패치를 생성하기 위해, DEM 쓰기 스위치(144)는 제1 수치지형도 패치부(141)에 연결되고, DEM 읽기 스위치(143)는 제2 수치지형도 패치부(142)에 연결되며, UAM의 현재 위치에 대응하는 수치지형도 패치가 보조기억장치(200)로부터 제1 수치지형도 패치부(141)에 업로드될 수 있다.
도 3에 예시한 바와 같이, UAM을 중심으로 제1 수치지형도 패치가 생성될 수 있다. 제1 수치지형도 패치는 UAM이 이동하여 제1 수치지형도 패치의 가장자리에 도달하기 전에 새로운 제2 수치지형도 패치가 생성될 수 있도록 업로드 경계(BL)를 포함할 수 있다. 업로드 경계(BL)는 제1 수치지형도 패치의 가장자리로부터 안쪽방향으로 일정 거리에 위치할 수 있다.
제1 수치지형도 패치부(141)의 업로드가 완료되면, DEM 쓰기 스위치(143)는 제2 수치지형도 패치부(142)에 연결되고, DEM 읽기 스위치(143)는 제1 수치지형도 패치부(141)에 연결되며, 제1 수치지형도 패치부(141)의 제1 수치지형도 패치가 충돌방지 모듈(120) 및 경로계획 모듈(130)에 제공될 수 있다. 충돌방지 모듈(120)과 경로계획 모듈(130)은 제1 수치지형도 패치와 항법정보를 이용하여 충돌방지 및 비행경로 계획을 수행할 수 있다(S130).
항법 모듈(110)은 실시간으로 UAM의 위치, 속도 등을 포함하는 항법정보를 계산하여 충돌방지 모듈(120), 경로계획 모듈(130) 및 수치지형도 처리 모듈(140)에 제공한다. 수치지형도 처리 모듈(140)은 실시간으로 입력되는 항법정보를 확인하여 현재 사용되고 있는 제1 수치지형도 패치에서의 UAM의 위치를 파악할 수 있다.
수치지형도 처리 모듈(140)은 제1 수치지형도 패치에서의 UAM의 위치를 확인하여 UAM이 제1 수치지형도 패치의 업로드 경계(BL)에 도달하였는지 판단할 수 있다(S140). 도 4에 예시한 바와 같이, UAM이 이동하여 제1 수치지형도 패치의 업로드 경계(BL)에 도달할 수 있다.
수치지형도 처리 모듈(140)은 UAM이 제1 수치지형도 패치의 업로드 경계(BL)에 도달하면 현재의 항법정보를 기준으로 제2 수치지형도 패치를 생성할 수 있다(S150). 이때, DEM 쓰기 스위치(143)는 제2 수치지형도 패치부(142)에 연결되고, DEM 읽기 스위치(143)는 제1 수치지형도 패치부(141)에 연결되어 있으며, UAM의 현재 위치에 대응하는 수치지형도 패치가 보조기억장치(200)로부터 제2 수치지형도 패치부(142)에 업로드될 수 있다.
도 5에 예시한 바와 같이, UAM을 중심으로 제2 수치지형도 패치가 생성될 수 있다. 제1 수치지형도 패치와 마찬가지로, 제2 수치지형도 패치도 UAM이 이동하여 제2 수치지형도 패치의 가장자리에 도달하기 전에 새로운 제1 수치지형도 패치가 생성될 수 있도록 업로드 경계(BL)를 포함할 수 있다. 업로드 경계(BL)는 제2 수치지형도 패치의 가장자리로부터 안쪽방향으로 일정 거리에 위치할 수 있다.
제2 수치지형도 패치부(142)의 업로드가 완료되면, DEM 쓰기 스위치(143)는 제1 수치지형도 패치부(141)에 연결되고, DEM 읽기 스위치(144)는 제2 수치지형도 패치부(142)에 연결되며, 제2 수치지형도 패치부(142)의 제2 수치지형도 패치가 충돌방지 모듈(120) 및 경로계획 모듈(130)에 제공될 수 있다. 즉, 충돌방지 모듈(120) 및 경로계획 모듈(130)에 제공되는 수치지형도 패치가 제1 수치지형도 패치에서 제2 수치지형도 패치로 갱신될 수 있다. 충돌방지 모듈(120)과 경로계획 모듈(130)은 제2 수치지형도 패치와 항법정보를 이용하여 충돌방지 및 비행경로 계획을 수행할 수 있다(S160).
이후, 수치지형도 처리 모듈(140)은 제2 수치지형도 패치에서의 UAM의 위치를 확인하여 UAM이 제2 수치지형도 패치의 업로드 경계(BL)에 도달하였는지 판단하고(S170), UAM이 제2 수치지형도 패치의 업로드 경계(BL)에 도달하면 제1 수치지형도 패치를 생성하는 과정(S120)부터 다시 수행할 수 있다. 즉, UAM이 제2 수치지형도 패치의 업로드 경계(BL)에 도달하면 제1 수치지형도 패치부(141)에 제1 수치지형도 패치가 업로드될 수 있다. 이러한 과정으로 UAM이 이동함에 따라 제1 수치지형도 패치와 제2 수치지형도 패치가 UAM의 현재 위치에 대응하여 번갈아서 반복적으로 생성되어 사용될 수 있다. 즉, 제1 수치지형도 패치가 사용될 때 제2 수치지형도 패치가 업로드되고, 제2 수치지형도 패치가 사용될 때 제1 수치지형도 패치가 업로드될 수 있다.
한편, 수치지형도 처리 모듈(140)은 수치지형도 패치의 크기를 결정할 수 있다. 이하, 도 6 및 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 수치지형도 패치를 설계하는 방법에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수치지형도 패치의 설계를 나타내는 예시도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 CPU 사용률과 수치지형도 패치 반경과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6 및 7을 참조하면, UAM의 실시간성을 보장하려면 요구규격과 하드웨어 성능에 따라서 수치지형도 패치의 크기와 수치지형도 갱신 임계구간을 결정해야 한다. 수치지형도 패치의 크기가 크다면 필요로 하는 주기억장치 저장공간이 커지고, 갱신주기 또한 길어지지만, 수치지형도 패치의 생성에 소요되는 시간이 길어져서 CPU 사용률을 높일 수 있다. 반면, 수치지형도 패치의 크기가 작다면 필요로 하는 주기억장치 저장공간이 작아지고, 수치지형도 패치의 생성에 소요되는 시간은 짧아지지만, 갱신주기 또한 짧아져서 CPU 사용률이 높아질 수 있다. 따라서, CPU 사용률을 최소로 하고 주기억장치 저장공간을 효율적으로 사용할 수 있도록 수치지형도 패치가 설계되어야 한다.
수치지형도의 설계 요소는 도 6에 예시한 바와 같다. 여기서, 는 수치지형도 패치의 반경, 는 UAM의 외부 모듈이 필요로 하는 최대 탐색 반경, 는 수치지형도 패치가 업로드되는 동안 UAM이 비행하는 거리, 는 UAM의 속도, 은 수치지형도 패치를 업로드되는데 소요되는 시간, 은 UAM이 수치지형도 패치의 업로드 없이 비행할 수 있는 반경, 는 외부 모듈의 최대 탐색 반경과 수치지형도 패치의 업로드 동안 비행거리의 합으로 최소 갱신구역이다. 업로드 경계(BL)는 제1 업로드 경계(BL1)와 제2 업로드 경계(BL2)를 포함할 수 있다. 제1 업로드 경계(BL1)는 UAM이 수치지형도 패치의 업로드를 시작하는 시점을 나타내고, 제2 업로드 경계(BL2)는 UAM이 수치지형도 패치의 업로드를 완료하는 시점을 나타낼 수 있다.
수치지형도 패치를 생성할 때 다음의 두 가지 조건을 만족해야 한다.
첫 번째 조건으로, 제1 수치지형도 패치(또는 제2 수치지형도 패치)를 사용하고 있는 상태에서 UAM이 제1 업로드 경계(BL1)에 도달하여 수치지형도 업로드가 시작되면(업로드 명령) 외부 모듈이 제1 수치지형도 패치(또는 제2 수치지형도 패치)의 가장자리에 접근하기 전에 제2 수치지형도 패치(또는 제1 수치지형도 패치)의 생성이 완료되어야 한다. 즉, 제2 업로드 경계(BL2)에서 제2 수치지형도 패치(또는 제1 수치지형도 패치)의 생성이 완료되어야 한다.
두 번째 조건으로, 새롭게 생성된 제2 수치지형도 패치(또는 제1 수치지형도 패치)의 중심은 수치지형도 업로드 명령을 받은 위치이기 때문에 제2 수치지형도 패치(또는 제1 수치지형도 패치)의 반경은 최소 갱신구역()을 제외하고 최소 을 필요로 한다.
첫 번째 조건에 의해 수학식 1이 성립된다.
두 번째 조건에 의해 수학식 2가 성립된다.
수치지형도 패치를 업로드하는데 걸리는 시간은 수학식 3으로 계산될 수 있다.
여기서, 은 1km × 1km의 수치지형도를 생성하는데 소요되는 시간이다.
수치지형도 패치의 최소 업로드 주기()는 수학식 4와 같이 계산될 수 있다.
수학식 3과 4를 이용해서 UAM 컴퓨터의 중앙처리장치의 점유율(CPU%)은 수학식 5과 같이 계산될 수 있다.
수학식 5의 분자와 분모에 각각 를 곱하면, 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
수학식 6에서 대신에 수학식 3을 대입하면, 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
수학식 7에서 을 계산하면, 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
수학식 8에서 의 지수 순으로 정리하면, 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
수학식 9에서 를 미지수 로 치환하고 CPU%를 로 치환하면, 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
수학식 10은 분수함수의 형태로 나타나며, 이에 대한 그래프는 도 7과 같다.
수학식 10을 이용하여 최소값을 구하기 위해 수학식 10을 미분하면 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.
수학식 11을 미분한 값이 0이 되는 를 찾으면 의 최소값을 찾을 수 있으므로, 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.
여기서, 는 항상 양수이므로 수학식 12의 분모는 항상 양수이다. 따라서, 분모를 소거하고 에 대해서 정리하여 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다.
여기서, 는 항상 양수이므로, 가 된다. 다시 말해, 수치지형도 패치의 반경은 UAM의 외부 모듈이 필요로 하는 최대 탐색 반경의 2배가 될 수 있다. 다만, 두 번째 조건에 따라 의 조건이 만족되어야 한다.
본 수식을 이용함으로써 최적의 수치지형도 패치의 크기가 결정될 수 있다. 이 수식을 이용함으로써 비행속도 또는 충돌방지 알고리즘의 탐색영역이 가변하더라도 최적의 수치지형도 패치의 크기가 실시간으로 계산되어 적용될 수 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 수치지형도 처리장치 100: 주기억장치
110: 항법 모듈 120: 충돌방지 모듈
130: 경로계획 모듈 140: 수치지형도 처리 모듈
141: 제1 수치지형도 패치부 142: 제2 수치지형도 패치부
143: DEM 읽기 스위치 144: DEM 쓰기 스위치
200: 보조기억장치 300: 관성 측정부
400: GNSS 수신기

Claims (17)

  1. 도심항공모빌리티의 항법정보를 실시간으로 계산하는 항법 모듈;
    전역 범위에 대한 수치지형도를 저장하고 있는 보조기억장치;
    상기 전역 범위의 수치지형도 중에서 국소 지역에 대한 수치지형도 패치를 생성하는 수치지형도 처리 모듈;
    상기 항법정보와 상기 수치지형도 패치를 이용하여 안전범위 내에 충돌위험이 있는 건물이 있는지 판단하는 충돌방지 모듈; 및
    상기 항법정보와 상기 수치지형도 패치를 이용하여 비행경로를 계획하는 경로계획 모듈을 포함하고,
    상기 수치지형도 처리 모듈은,
    상기 수치지형도 패치가 업로드되는 제1 수치지형도 패치부와 제2 수치지형도 패치부;
    상기 제1 수치지형도 패치부와 상기 제2 수치지형도 패치부 중 하나의 수치지형도 패치를 상기 충돌방지 모듈 및 상기 경로계획 모듈에 전달하는 읽기 스위치; 및
    상기 보조기억장치로부터 읽어오는 수치지형도 패치를 상기 제1 수치지형도 패치부와 상기 제2 수치지형도 패치부 중 하나에 선택적으로 전달하는 쓰기 스위치를 포함하고,
    상기 제1 수치지형도 패치부가 사용될 때 상기 제2 수치지형도 패치부가 업로드되고, 상기 제2 수치지형도 패치부가 사용될 때 상기 제1 수치지형도 패치부가 업로드되는 도심항공모빌리티를 위한 고해상도 대용량 수치지형도 처리장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 읽기 스위치가 상기 제1 수치지형도 패치부에 연결될 때 상기 쓰기 스위치는 상기 제2 수치지형도 패치부에 연결되고, 상기 읽기 스위치가 상기 제2 수치지형도 패치부에 연결될 때 상기 쓰기 스위치는 상기 제1 수치지형도 패치부에 연결되는 도심항공모빌리티를 위한 고해상도 대용량 수치지형도 처리장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 수치지형도 패치는 가장자리로부터 안쪽방향으로 일정 거리에 위치하는 업로드 경계를 포함하고,
    상기 수치지형도 처리 모듈은 상기 도심항공모빌리티가 상기 제1 수치지형도 패치부의 제1 수치지형도 패치의 업로드 경계에 도달하면 상기 제2 수치지형도 패치부에 제2 수치지형도 패치를 업로드하고, 상기 도심항공모빌리티가 상기 제2 수치지형도 패치부의 제2 수치지형도 패치의 업로드 경계에 도달하면 상기 제1 수치지형도 패치부에 상기 제1 수치지형도 패치를 업로드하는 도심항공모빌리티를 위한 고해상도 대용량 수치지형도 처리장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 수치지형도 패치의 반경은 상기 도심항공모빌리티의 외부 모듈의 최대 탐색 반경과 상기 수치지형도 패치가 업로드되는 동안 상기 도심항공모빌리티가 비행하는 거리를 포함하는 도심항공모빌리티를 위한 고해상도 대용량 수치지형도 처리장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 도심항공모빌리티의 컴퓨터의 중앙처리장치의 점유율을 최소화하기 위한 상기 수치지형도 패치의 반경은 상기 도심항공모빌리티의 외부 모듈의 최대 탐색 반경의 2배인 도심항공모빌리티를 위한 고해상도 대용량 수치지형도 처리장치.
  8. 도심항공모빌리티의 항법정보를 실시간으로 계산하는 항법 모듈;
    전역 범위에 대한 수치지형도를 저장하고 있는 보조기억장치; 및
    상기 전역 범위의 수치지형도 중에서 국소 지역에 대한 제1 수치지형도 패치를 생성하고, 상기 도심항공모빌리티가 상기 제1 수치지형도 패치의 업로드 경계에 도달하면 상기 항법정보를 기준으로 제2 수치지형도 패치를 업로드하는 수치지형도 처리 모듈;
    상기 항법정보와 상기 수치지형도 패치를 이용하여 안전범위 내에 충돌위험이 있는 건물이 있는지 판단하는 충돌방지 모듈; 및
    상기 항법정보와 상기 수치지형도 처리 모듈의 수치지형도 패치를 이용하여 비행경로를 계획하는 경로계획 모듈을 포함하고,
    상기 수치지형도 처리 모듈은,
    상기 수치지형도 패치가 업로드되는 제1 수치지형도 패치부와 제2 수치지형도 패치부;
    상기 제1 수치지형도 패치부와 상기 제2 수치지형도 패치부 중 하나의 수치지형도 패치를 상기 충돌방지 모듈 및 상기 경로계획 모듈에 전달하는 읽기 스위치; 및
    상기 보조기억장치로부터 읽어오는 수치지형도 패치를 상기 제1 수치지형도 패치부와 상기 제2 수치지형도 패치부 중 하나에 선택적으로 전달하는 쓰기 스위치를 포함하는 도심항공모빌리티를 위한 고해상도 대용량 수치지형도 처리장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 수치지형도 패치의 반경은 상기 도심항공모빌리티의 외부 모듈의 최대 탐색 반경과 상기 제2 수치지형도 패치가 업로드되는 동안 상기 도심항공모빌리티가 비행하는 거리를 포함하는 도심항공모빌리티를 위한 고해상도 대용량 수치지형도 처리장치.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 도심항공모빌리티의 컴퓨터의 중앙처리장치의 점유율을 최소화하기 위한 상기 제1 수치지형도 패치의 반경은 상기 도심항공모빌리티의 외부 모듈의 최대 탐색 반경의 2배인 도심항공모빌리티를 위한 고해상도 대용량 수치지형도 처리장치.
  11. 수치지형도 처리 모듈을 포함하는 수치지형도 처리장치에 의한 도심항공모빌리티를 위한 고해상도 대용량 수치지형도 처리방법에 있어서,
    상기 도심항공모빌리티의 항법정보를 실시간으로 계산하는 단계;
    상기 항법정보를 기준으로 제1 수치지형도 패치를 생성하는 단계;
    상기 제1 수치지형도 패치와 상기 항법정보를 이용하여 충돌방지 및 비행경로 계획을 수행하는 단계;
    상기 도심항공모빌리티가 상기 제1 수치지형도 패치의 업로드 경계에 도달하였는지 판단하는 단계; 및
    상기 도심항공모빌리티가 상기 제1 수치지형도 패치의 업로드 경계에 도달하면 상기 항법정보를 기준으로 제2 수치지형도 패치를 생성하는 단계를 포함하고,
    읽기 스위치가 수치지형도 패치가 업로드되는 제1 수치지형도 패치부와 제2 수치지형도 패치부 중 하나의 수치지형도 패치를 상기 충돌방지를 수행하는 충돌방지 모듈 및 상기 비행경로 계획을 수행하는 경로계획 모듈에 전달하고,
    쓰기 스위치가 전역 범위에 대한 수치지형도를 저장하고 있는 보조기억장치로부터 읽어오는 수치지형도 패치를 상기 제1 수치지형도 패치부와 상기 제2 수치지형도 패치부 중 하나에 선택적으로 전달하는 도심항공모빌리티를 위한 고해상도 대용량 수치지형도 처리방법.
  12. 삭제
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 도심항공모빌리티가 상기 제1 수치지형도 패치의 가장자리에 도달하기 전에 상기 제2 수치지형도 패치가 생성될 수 있도록 상기 제1 수치지형도 패치의 업로드 경계가 상기 제1 수치지형도 패치의 가장자리로부터 안쪽방향으로 일정 거리에 위치하는 도심항공모빌리티를 위한 고해상도 대용량 수치지형도 처리방법.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 수치지형도 패치와 상기 항법정보를 이용하여 충돌방지 및 비행경로 계획을 수행하는 단계;
    상기 도심항공모빌리티가 상기 제2 수치지형도 패치의 업로드 경계에 도달하였는지 판단하는 단계; 및
    상기 도심항공모빌리티가 상기 제2 수치지형도 패치의 업로드 경계에 도달하면 상기 항법정보를 기준으로 제1 수치지형도 패치를 생성하는 단계를 더 포함하는 도심항공모빌리티를 위한 고해상도 대용량 수치지형도 처리방법.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 수치지형도 패치가 사용될 때 상기 제2 수치지형도 패치가 업로드되고, 상기 제2 수치지형도 패치가 사용될 때 상기 제1 수치지형도 패치가 업로드되는 도심항공모빌리티를 위한 고해상도 대용량 수치지형도 처리방법.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 수치지형도 패치의 반경은 상기 도심항공모빌리티의 외부 모듈의 최대 탐색 반경과 상기 제2 수치지형도 패치가 업로드되는 동안 상기 도심항공모빌리티가 비행하는 거리를 포함하는 도심항공모빌리티를 위한 고해상도 대용량 수치지형도 처리방법.
  17. 제11 항에 있어서,
    상기 도심항공모빌리티의 컴퓨터의 중앙처리장치의 점유율을 최소화하기 위한 상기 제1 수치지형도 패치의 반경은 상기 도심항공모빌리티의 외부 모듈의 최대 탐색 반경의 2배인 도심항공모빌리티를 위한 고해상도 대용량 수치지형도 처리방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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