KR102642117B1 - Uav의 3차원 비행경로 설정방법 - Google Patents

Uav의 3차원 비행경로 설정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 UAV의 3차원 비행경로를 설정하는 UAV의 3차원 비행경로 설정방법에 관한 것으로서, UAV의 경로에 대한 좌표정보에 의거해서 수치표고모델을 생성하는 단계와, UAV의 경로에 대한 고도정보에 의거해서 3D 모델을 생성하는 단계와, 생성된 좌표정보와 고도정보를 통해 일정 높이로 이격된 경로를 설정하는 단계와, 시설물의 BIM(Building Information Modeling) 설계를 통해 생성된 3D 모델자료를 제공하여 UAV의 비행경로를 설정하는 단계와, 설정된 비행경로를 사전에 시뮬레이션하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 건설현장과 산림지역의 정밀한 3차원 비행경로 설정하는 방법을 통해 BIM 설계를 통해 생성된 3D 모델과 UAV측량이나 인력측량을 통해 생성되는 수치표고모델의 지속적인 업데이트를 기반으로 안정적이고 신뢰도 있는 UAV의 운영이 가능하게 할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

UAV의 3차원 비행경로 설정방법{METHOD FOR SETTING 3-DIMENSION FLIGHT PATH OF UNMANNED AERIAL VEHICLE}
본 발명은 UAV의 3차원 비행경로 설정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 피사체의 형상과 위치가 변동되는 건설현장 및 산림지역에서 UAV의 3차원 비행경로를 설정하는 UAV의 3차원 비행경로 설정방법에 관한 것이다.
UAV(Unmanned Aerial Vehicle) 기술은 넓은 지역에 대한 정보를 취득하는 대표적인 스마트건설기술 중 하나로, 기존의 항공 산업기술과 데이터 취득 및 자율주행을 위한 센서 기술이 결합된 형태의 기술이다.
건설 현장 및 산림지 지형측량을 위해 적용되고 있는 UAV의 측량기술은 기존의 유인 항공측량, 인력측량 방식과 비교하여 신속성, 정밀도 측면에서 적용에 유리하며, 이를 통해 취득한 항공 데이터를 통해 실외 공간의 고정밀 현황 데이터의 신속한 갱신을 가능하게 하는 최적의 기술이다.
UAV의 측량 기술은 기존 측량 방식 대비 효과가 큰 기술로 데이터 활용 목적에 따라 기존 방식의 기술을 대체하거나 효율, 정밀도를 보완할 수 있는 기술이다. UAV를 활용하는 측량 기술은 대표적으로 항공에서 취득한 중첩사진을 활용하는 사진측량 기술과 레이저 스캔 형태인 LiDAR(Light Detection and Ranging) 측량 기술로 구분되며 대상지의 피복 현황에 따라 선택 적용되고 있다.
상공에서의 위치정확도 확보는 안정적인 UAV 기체 운용을 위해 필수적인 사항으로, 이를 위해 정밀 GNSS(Global Navigation Satellite System)와 IMU(Inertial Measurement Unit) 등의 위치 보정 센서가 적용된 기체가 도입되고 있고 있지만 변화하는 건설현장 내 상황과 산림지역 고도 정보의 변화를 반영하는 데 한계가 있다.
또한, 기존에는 위성영상을 기반으로 비행경로 설정이 진행되고 있으므로, 평면 상에서 식별 불가능한 정보가 있을 경우에는 비행 안정성에 문제가 발생되고 있다.
위성영상과 SRTM(Shuttle Radar Topography Mission) 등에서 제공되는 수치표고모델의 경우 데이터 갱신 주기가 길고, 평면오차가 발생되며, 고도 정보의 경우 국가 별 지오이드고 반영 여부가 불투명한 단점이 있어 신뢰도 높은 비행경로를 설정하는 데 한계가 있다.
특히, 건설현장의 경우 시공 중에 진행되는 크레인과 같은 중장비와 가설 시설물로 인해 충돌의 위험이 높고, 전파장애 요소가 많기 때문에 안정적인 비행에 한계가 있다.
또한, 이에 따라, 3차원 전자지도에 각종 수치 정보 및 3차원 공간상의 유도 비행 경로를 시현함으로써 이러한 문제를 보완하고, 3차원 전자지도 활용도를 높이고자 하였다.
그러나, 이러한 종래의 3차원 전자지도용 비행 유도 경로 기술은 전자지도 자체의 성능에 비하여 고정된 기본 계획 경로 정보에 의해서만 구동되거나, 시각적 인식도가 낮아 제한적이고, 즉, 지상에서 계획한 기본 계획 경로 정보에 대해 수동적이고 고정적인 경로 표시에만 그 기능이 국한되어 있어 활용도 및 신뢰도가 떨어진다는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허 제10-1123067호 (2012년03월16일) 대한민국 등록특허 제10-1806053호 (2018년01월10일) 대한민국 공개특허 제10-2018-0127568호 (2018년11월29일)
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로서, 건설현장과 산림지역의 정밀한 3차원 비행경로 설정하는 방법을 통해 BIM 설계를 통해 생성된 3D 모델과 UAV측량이나 인력측량을 통해 생성되는 수치표고모델의 지속적인 업데이트를 기반으로 안정적이고 신뢰도 있는 UAV의 운영이 가능하게 할 수 있는 UAV의 3차원 비행경로 설정방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 데이터 활용 목적에 따른 UAV의 측량이나 시설물 점검을 위한 비행 경로를 생성하는 방법은 현장의 조건에 따라 유연하게 대응하면서 신뢰도 높은 자동 경로비행을 수행할 수 있는 UAV의 3차원 비행경로 설정방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 UAV를 이용한 데이터 취득을 안정적으로 진행하기 위해 BIM 설계를 통해 생성되는 시설물 3D 모델과 정확한 지형 데이터가 반영된 수치표고모델을 기반으로 수평, 연직, 원호 등 3차원 경로비행를 설정할 수 있는 UAV의 3차원 비행경로 설정방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 건설현장과 산림지역에서 정밀한 3차원 비행경로 설정을 통해 안정적인 UAV의 운영을 가능하게 하는 것이고, UAV 활용 기간 동안 데이터 취득을 위한 3차원 자동 경로 비행의 기준이 되는 3D 모델과 수치표고모델의 지속적인 업데이트를 통해 충돌과 전파장애로 인한 안전사고를 방지할 수 있는 UAV의 3차원 비행경로 설정방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상용화 된 UAV 운용 소프트웨어에서 범용적으로 설정된 비행경로를 활용할 수 있도록 생성 방법을 제공하여 현장의 조건과 점검을 수행할 수 있는 UAV의 3차원 비행경로 설정방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 피사체의 형상과 위치가 변동되는 건설현장 및 산림지역을 대상으로 정밀한 3차원 UAV의 비행경로 설정하여 BIM을 통해 생성되는 3D 모델자료와 수치표고모델을 이용하여 건설현장과 산림지역에서 UAV의 비행 전에 사전 시뮬레이션과 정밀한 맵핑을 수행할 수 있는 UAV의 3차원 비행경로 설정방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 3D 모델과 비행 경로의 중첩을 통해 피사체와의 이격거리 확인 및 비행 전 시뮬레이션을 통해 충돌 발생여부를 사전에 확인하고 GPS 음영구간을 예측하여 신뢰성 높은 자동경로 비행을 업데이트 할 수 있는 UAV의 3차원 비행경로 설정방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, UAV의 3차원 비행경로를 설정하는 UAV의 3차원 비행경로 설정방법으로서, UAV의 경로에 대한 좌표정보에 의거해서 수치표고모델을 생성하는 단계; UAV의 경로에 대한 고도정보에 의거해서 3D 모델을 생성하는 단계; 상기 생성된 좌표정보와 고도정보를 통해 일정 높이로 이격된 경로를 설정하는 단계; 시설물의 BIM(Building Information Modeling) 설계를 통해 생성된 3D 모델자료를 제공하여 UAV의 비행경로를 설정하는 단계; 및 상기 설정된 비행경로를 사전에 시뮬레이션하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 수치표고모델을 생성하는 단계에서 수치표고모델을 생성한 후에 수치표고모델을 업데이트하는 단계; 및 상기 비행경로를 설정하는 단계에서 비행경로를 설정한 후에 위험구역의 설정을 통해 비행경로를 조정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 수치표고모델을 업데이트하는 단계는, 국가의 수치지도를 수집하는 단계; 사업지의 측량을 수행하는 단계; 지오레퍼런스를 수행하는 단계; 지오이드고를 보정하는 단계; 업데이트하는 단계; 및 수치표고모델의 래스터 파일을 제공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 비행경로를 조정하는 단계는, 평면 상 위험구역을 설정하는 단계; 비행경로를 삽입하는 단계; 위험경로 내에 비행경로를 자동으로 삭제하는 단계; 비행경로의 설정을 완료하는 단계; 및 3D 모델을 기준해서 비행경로를 시뮬레이션하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 비행경로를 설정하는 단계는, 수평 자동경로의 비행범위를 설정하는 단계; 및 시설물의 3D 모델을 기반으로 수직방향 및 원호방향의 비행경로를 설정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 수평 자동경로의 비행범위를 설정하는 단계는, 수치표고모델의 래스터 파일을 등록하는 단계; 지오레퍼런스를 수행하는 단계; 래스터 파일의 음영기준범위를 설정하는 단계; 평면상 간섭사항의 고려범위를 조정하는 단계; 수치표고모델의 표고를 기준해서 고도의 이격거리를 적용하는 단계; 비행경로의 중첩도를 설정하는 단계; 및 평면 비행경로를 제공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 수직방향 및 원호방향의 비행경로를 설정하는 단계는, 시설물의 3D 모델을 생성하는 단계; LOD(Level Of Detail)를 조정하는 단계; 지오레퍼런스를 수행하는 단계; 3D 타일(tile) 형식의 파일을 변환 및 등록하는 단계; 3D 모델을 기준해서 평면 경로를 설정하는 단계; 수직방향 및 원호방향의 경로 중첩도를 설정하는 단계; 및 수직 자동경로의 비행 설정을 완료하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 건설현장과 산림지역의 정밀한 3차원 비행경로 설정하는 방법을 통해 BIM 설계를 통해 생성된 3D 모델과 UAV측량이나 인력측량을 통해 생성되는 수치표고모델의 지속적인 업데이트를 기반으로 안정적이고 신뢰도 있는 UAV의 운영이 가능하게 할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 데이터 활용 목적에 따른 UAV의 측량이나 시설물 점검을 위한 비행 경로를 생성하는 방법은 현장의 조건에 따라 유연하게 대응하면서 신뢰도 높은 자동 경로비행을 수행할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, UAV를 이용한 데이터 취득을 안정적으로 진행하기 위해 BIM 설계를 통해 생성되는 시설물 3D 모델과 정확한 지형 데이터가 반영된 수치표고모델을 기반으로 수평, 연직, 원호 등 3차원 경로비행를 설정할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 건설현장과 산림지역에서 정밀한 3차원 비행경로 설정을 통해 안정적인 UAV의 운영을 가능하게 하는 것이고, UAV 활용 기간 동안 데이터 취득을 위한 3차원 자동 경로 비행의 기준이 되는 3D 모델과 수치표고모델의 지속적인 업데이트를 통해 충돌과 전파장애로 인한 안전사고를 방지할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 상용화 된 UAV 운용 소프트웨어에서 범용적으로 설정된 비행경로를 활용할 수 있도록 생성 방법을 제공하여 현장의 조건과 점검을 수행할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 피사체의 형상과 위치가 변동되는 건설현장 및 산림지역을 대상으로 정밀한 3차원 UAV의 비행경로 설정하여 BIM을 통해 생성되는 3D 모델자료와 수치표고모델을 이용하여 건설현장과 산림지역에서 UAV의 비행 전에 사전 시뮬레이션과 정밀한 맵핑을 수행할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 3D 모델과 비행 경로의 중첩을 통해 피사체와의 이격거리 확인 및 비행 전 시뮬레이션을 통해 충돌 발생여부를 사전에 확인하고 GPS 음영구간을 예측하여 신뢰성 높은 자동경로 비행을 업데이트 할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 UAV의 3차원 비행경로 설정방법을 적용하는 시스템을 나타내는 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 UAV의 3차원 비행경로 설정방법을 나타내는 순서도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 UAV의 3차원 비행경로 설정방법의 수치표고모델을 업데이트하는 단계를 나타내는 순서도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 UAV의 3차원 비행경로 설정방법의 수평 자동경로의 비행범위를 설정하는 단계를 나타내는 순서도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 UAV의 3차원 비행경로 설정방법의 수직방향 및 원호방향의 비행경로를 설정하는 단계를 나타내는 순서도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 UAV의 3차원 비행경로 설정방법의 비행경로를 조정하는 단계를 나타내는 순서도.
도 7은 기존 방식인 비행고도 고정 형태의 수평방향 경로를 나타내는 구성도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 수치표면모델과 3D 모델, 위험구역 설정을 통해 자동 조정된 비행 경로를 나타내는 구성도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 UAV의 3차원 비행경로 설정방법의 수치표고모델의 업데이트된 상태를 나타내는 사진.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 UAV의 3차원 비행경로 설정방법의 최종적으로 비행 경로가 생성된 상태를 나타내는 사진.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 UAV의 3차원 비행경로 설정방법을 적용하는 시스템을 나타내는 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 UAV의 3차원 비행경로 설정방법을 나타내는 순서도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 UAV의 3차원 비행경로 설정방법의 수치표고모델을 업데이트하는 단계를 나타내는 순서도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 UAV의 3차원 비행경로 설정방법의 수평 자동경로의 비행범위를 설정하는 단계를 나타내는 순서도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 UAV의 3차원 비행경로 설정방법의 수직방향 및 원호방향의 비행경로를 설정하는 단계를 나타내는 순서도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 UAV의 3차원 비행경로 설정방법의 비행경로를 조정하는 단계를 나타내는 순서도이고, 도 7은 기존 방식인 비행고도 고정 형태의 수평방향 경로를 나타내는 구성도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 수치표면모델과 3D 모델, 위험구역 설정을 통해 자동 조정된 비행 경로를 나타내는 구성도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 UAV의 3차원 비행경로 설정방법의 수치표고모델의 업데이트된 상태를 나타내는 사진이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 UAV의 3차원 비행경로 설정방법의 최종적으로 비행 경로가 생성된 상태를 나타내는 사진이다.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 UAV(Unmanned Aerial Vehicle)의 3차원 비행경로 설정방법은, 수치표고모델의 생성단계(S11), 고도정보의 업데이트 단계(S12), 수치표고모델의 업데이트 단계(S13), 3D 모델의 생성단계(S14), UAV의 운용 경로의 설정단계(S15), 위험구역 설정 및 이격거리 적용단계(S16), UAV의 운용 경로의 조정단계(S17), 비행경로의 사전 시뮬레이션 단계(S18) 및 최종 비행경로의 제공단계(S19)를 포함하여 이루어져, 수치표고모델과 시설물의 3D 모델이 업데이트된 서버(30)와 PC(40)에 통신되는 조정기(20)로 조정되는 UAV(10)의 3차원 비행경로를 설정하는 UAV의 3차원 비행경로 설정방법이다.
수치표고모델의 생성단계(S11)는, UAV의 경로에 대한 좌표정보에 의거해서 수치표고모델을 생성하는 단계로서, UAV의 경로의 수치지도에서 좌표정보를 획득하여 수치표고모델을 생성하게 된다.
고도정보의 업데이트 단계(S12)는, 지오레퍼런싱 된 수치표고모델 고도정보로부터 피사체로부터 일정 고도만큼 이격된 비행경로를 제공하도록 UAV의 경로에 대한 고도정보를 업데이트하는 단계로서, UAV의 경로에서 고도정보를 획득하여 수치표고모델에 고도정보를 업데이드하게 된다.
수치표고모델의 업데이트 단계(S13)는, 도 3 및 도 9에 나타낸 바와 같이 수치표고모델을 생성하는 단계에서 수치표고모델을 생성한 후에 수치표고모델을 업데이트하는 단계로서, 국가의 수치지도를 수집하는 단계(S21), 사업지의 측량을 수행하는 단계(S22), 지오레퍼런스를 수행하는 단계(S23), 지오이드고를 보정하는 단계(S24), 업데이트하는 단계(S25) 및 수치표고모델의 래스터 파일을 제공하는 단계(S26)로 이루어져 있다.
국가의 수치지도를 수집하는 단계(S21)는, UAV의 경로에 대한 국가의 수치지도를 수집하는 단계로서, 컴퓨터 기술을 이용하여 디지털 정보로 수치화하여 제작한 수치지도에 의거해서 UAV의 경로에 대한 좌표정보와 고도정보를 입수하게 된다.
사업지의 측량을 수행하는 단계(S22)는, UAV의 경로에 대한 사업지를 측량하는 단계로서, UAV의 경로에 대한 사업지를 항공사진이나 측량사진 등에 의해 측량하거나 실제적으로 육상교통을 이용하여 측량계를 이용하여 실계측하게 된다.
지오레퍼런스를 수행하는 단계(S23)는, 수치지도와 실계측을 서로 중첩시켜 비교하는 지오레퍼런싱(Georeferencing)을 수행하는 단계로서, 위치 정보를 가지고 있지 않은 대상에게 좌표계의 좌표를 부여해 GIS(Geographic Information System) 체계 안에서 사용이 가능하도록 위치 정보를 가지고 있지 않은 이미지 파일에 좌표계의 위치 정보를 중첩시키게 된다.
지오이드고를 보정하는 단계(S24)는, 좌표정보에 의거해서 수치표고모델을 생성한 후에 좌표정보의 지오이드고를 측정하여 보정하는 단계로서, 좌표정보에서 지구의 중력 방향에 수직인 평면 중 평균 해수면과 일치하는 면의 높이인 지오이드고를 보정하게 된다.
업데이트하는 단계(S25)는, 좌표정보에서 지오레퍼런스를 수행하고 지오이드고를 보정한 후에 수치표고모델을 업데이트하는 단계로서, 수치표고모델에 지오레퍼런싱과 지오이드고를 보정한 결과를 반영하여 업데이트하게 된다.
수치표고모델의 래스터(Raster) 파일을 제공하는 단계(S26)는, 업데이트된 수치표고모델의 래스터(Raster) 파일을 생성해서 제공하는 단계로서, 수치지도의 등고선에서 래스터 파일을 추출하며, 수치지형도의 고도데이터를 통해 TIN(triangulated irregular network)의 수치표고모델의 래스터(Raster) 파일을 생성해서 제공하게 된다.
3D 모델의 생성단계(S14)는, BIM 설계 혹은 UAV 맵핑을 통해 생성된 3D 메시(MESH)를 통해 피사체와의 이격거리를 설정하여 비행 경로를 제공하고 3D 메시(MESH)를 통해 수평방향 이격거리를 적용하고 수직, 원호방향 자동경로 제공하도록 UAV의 경로에 대한 고도정보에 의거해서 3D 모델을 생성하는 단계로서, UAV의 경로에 대한 시설물의 고도정보에 의거해서 3D 모델을 생성하게 된다.
UAV의 운용 경로의 설정단계(S15)는, 현황이 반영된 수치표고모델, BIM 설계를 통해 생성된 3D 모델 혹은 드론 맵핑(MAPPING) 자료로부터 일정 고도만큼 이격된 경로를 제공하는 단계로서, 수치표고모델과 시설물의 BIM(Building Information Modeling) 설계를 통해 생성된 3D 모델자료를 제공하여 UAV의 비행경로를 설정하도록, 수평 자동경로의 비행범위를 설정하는 단계와, 시설물의 3D 모델을 기반으로 수직방향 및 원호방향의 비행경로를 설정하는 단계로 이루어져 있다.
수평 자동경로의 비행범위를 설정하는 단계는, 도 4에 나타낸 바와 같이 생성된 좌표정보와 고도정보를 통해 일정 높이로 이격된 경로를 설정하는 단계로서, 수치표고모델의 래스터 파일을 등록하는 단계(S31), 지오레퍼런스를 수행하는 단계(S32), 래스터 파일의 음영기준범위를 설정하는 단계(S33), 평면상 간섭사항의 고려범위를 조정하는 단계(S34), 수치표고모델의 표고를 기준해서 고도의 이격거리를 적용하는 단계(S35), 비행경로의 중첩도를 설정하는 단계(S36) 및 평면 비행경로를 제공하는 단계(S37)로 이루어져 있다.
수치표고모델의 래스터 파일을 등록하는 단계(S31)는, 생성된 좌표정보와 고도정보를 통해 수치지도의 등고선에서 래스터 파일을 추출하는 단계로서, 수치지형도의 고도데이터를 통해 TIN(triangulated irregular network)의 수치표고모델의 래스터(Raster) 파일을 등록하게 된다.
지오레퍼런스를 수행하는 단계(S32)는, 생성된 좌표정보와 고도정보를 서로 중첩시켜 비교하는 지오레퍼런싱(Georeferencing)을 수행하는 단계로서, 위치 정보를 가지고 있지 않은 대상에게 좌표계의 좌표를 부여해 GIS(Geographic Information System) 체계 안에서 사용이 가능하도록 위치 정보를 가지고 있지 않은 이미지 파일에 좌표계의 위치 정보를 중첩시키게 된다.
래스터 파일의 음영기준범위를 설정하는 단계(S33)는, 수치표고모델의 래스터 파일에서 음영기준범위를 설정하는 단계로서, 수치표고모델의 래스터 파일에 하천이나 계곡 등의 고저를 나타내도록 음영범위를 설정하게 된다.
평면상 간섭사항의 고려범위를 조정하는 단계(S34)는, 수치표고모델에서 평면상 간섭사항의 고려범위를 조정하는 단계로서, UAV의 경로에 대한 평면상 간섭사항의 고려범위를 조정하게 된다.
수치표고모델의 표고를 기준해서 고도의 이격거리를 적용하는 단계(S35)는, 수치표고모델의 고도정보에 의거해서 UAV의 경로에 대한 고도의 이격거리를 적용하게 된다.
비행경로의 중첩도를 설정하는 단계(S36)는, 수직방향과 수평방향과 원호방향의 비행경로의 중첩도를 설정하는 단계로서, UAV의 수직방향과 수평방향과 원호방향의 비행경로를 서로 비교하여 이들 사이의 중접정도를 미리 설정하게 된다.
평면 비행경로를 제공하는 단계(S37)는, 수치표고모델에 의거해서 UAV의 평면 비행경로를 제공하는 단계로서, 수치표고모델에 의거해서 UAV의 평면 비행경로를 확인하여 제공하게 된다.
수직방향 및 원호방향의 비행경로를 설정하는 단계는, 도 5에 나타낸 바와 같이 시설물의 3D 모델을 생성하는 단계(S41), LOD(Level Of Detail)를 조정하는 단계(S42), 지오레퍼런스를 수행하는 단계(S43), 3D 타일(tile) 형식의 파일을 변환 및 등록하는 단계(S44), 3D 모델을 기준해서 평면 경로를 설정하는 단계(S45), 수직방향 및 원호방향의 경로 중첩도를 설정하는 단계(S46) 및 수직 자동경로의 비행 설정을 완료하는 단계(S47)로 이루어져 있다.
시설물의 3D 모델을 생성하는 단계(S41)는, UAV의 경로에 대한 시설물의 고도정보에 의거해서 3D 모델을 생성하는 단계로서, UAV의 수직방향 및 원호방향의 비행경로에 대한 3D 모델을 생성하게 된다.
LOD(Level Of Detail)를 조정하는 단계(S42)는, UAV의 경로에 대한 시설물의 3D 모델의 LOD를 조정하는 단계로서, UAV의 경로에 대한 시설물의 3D 모델에서 고도정보를 업데이트하여 LOD를 조정하게 된다.
지오레퍼런스를 수행하는 단계(S43)는, 3D 모델에서 고도정보와 LOD을 서로 중첩시켜 비교하는 지오레퍼런싱(Georeferencing)을 수행하는 단계로서, 위치 정보를 가지고 있지 않은 대상에게 좌표계의 좌표를 부여해 GIS(Geographic Information System) 체계 안에서 사용이 가능하도록 위치 정보를 가지고 있지 않은 이미지 파일에 좌표계의 위치 정보를 중첩시키게 된다.
3D 타일(tile) 형식의 파일을 변환 및 등록하는 단계(S44)는, UAV의 경로에 대한 시설물의 3D 모델의 3D 타일의 파일을 변환 및 등록하는 단계로서, 3D 타일의 파일을 시설물의 3D 모델에 의거해서 변환 및 등록하게 된다.
3D 모델을 기준해서 평면 경로를 설정하는 단계(S45)는, 시설물의 3D 모델에 의거해서 UAV의 평면 비행경로를 설정하는 단계로서, UAV의 경로에 대한 시설물의 3D 모델에서 평면 비행경로를 설정하게 된다.
수직방향 및 원호방향의 경로 중첩도를 설정하는 단계(S46)는, UAV의 경로에 대한 시설물의 3D 모델에서 수직방향 및 원호방향의 경로 중첩도를 설정하는 단계로서, UAV의 경로에 대한 수직방향 및 원호방향의 경로 중첩도를 설정하게 된다.
수직 자동경로의 비행 설정을 완료하는 단계(S47)는, UAV의 경로에 대한 시설물의 3D 모델에서 수직 자동경로의 비행 설정을 완료하는 단계로서, UAV의 경로에 대한 수직 자동경로의 비행 설정을 완료하게 된다.
위험구역 설정 및 이격거리 적용단계(S16)는, 면 상 위험구역 설정을 통해 비행 경로를 조정하여 제공하도록 UAV의 경로에서 위험구역 설정 및 이격거리를 설정하여 적용하는 단계로서, UAV의 수직방향과 수평방향과 원호방향의 1차 완료된 비행경로에 위험구역 설정 및 이격거리를 설정하여 적용하게 된다.
UAV의 운용 경로의 조정단계(S17)는, 도 6에 나타낸 바와 같이 BIM 설계를 통해 생성된 시설물 3D 모델을 통해 비행 경로를 조정하도록 위험구역의 설정을 통해 비행경로를 조정하는 단계로서, 평면 상 위험구역을 설정하는 단계(S51), 비행경로를 삽입하는 단계(S52), 위험경로 내에 비행경로를 자동으로 삭제하는 단계(S53), 비행경로의 설정을 완료하는 단계(S54) 및 3D 모델을 기준해서 비행경로를 시뮬레이션하는 단계(S55)로 이루어져 있다.
평면 상 위험구역을 설정하는 단계(S51)는, UAV의 경로에서 평면 상 위험구역을 설정하는 단계로서, UAV의 수직방향과 수평방향과 원호방향의 경로에 위험구역을 설정하게 된다.
비행경로를 삽입하는 단계(S52)는, 평면 상 위험구역이 설정된 UAV의 경로에 비행경로를 삽입하는 단계로서, 평면 상 위험구역과 비행경로의 중첩부위를 파악하게 된다.
위험경로 내에 비행경로를 자동으로 삭제하는 단계(S53)는, 평면 상 위험구역과 비행경로의 중첩부위를 파악해서 비행경로를 삭제하는 단계로서, 위험구역과 비행경로의 중첩부위에서 비행경로를 삭제하게 된다.
비행경로의 설정을 완료하는 단계(S54)는, 위험구역과 비행경로의 중첩부위에서 비행경로를 삭제하여 비행경로의 설정을 완료하는 단계로서, 중첩부위에서 비행경로를 삭제하여 UAV의 비행경로의 설정을 완료하게 된다.
3D 모델을 기준해서 비행경로를 시뮬레이션하는 단계(S55)는, UAV로부터 측정된 비행 고도정보를 수신하도록 완료된 UAV의 비행경로를 3D 모델을 기준해서 시뮬레이션하는 단계로서, 3D 모델을 기준해서 비행경로를 시뮬레이션하게 된다.
비행경로의 사전 시뮬레이션 단계(S18)는, 위험구역 설정을 통해 UAV의 운영 시 충돌 혹은 전파장애가 발생될 수 있는 소지를 제거하고, 사전 시뮬레이션을 통해 비행 경로를 업데이트 하도록 설정된 UAV의 비행경로를 사전에 시뮬레이션하는 단계로서, 수치표고모델과 3D 모델을 기준해서 비행경로를 시뮬레이션하게 된다.
최종 비행경로의 제공단계(S19)는, 도 8 및 도 10에 나타낸 바와 같이 사전에 시뮬레이션한 UAV의 비행경로를 최종 비행경로로 제공하는 단계로서, 수치표고모델과 3D 모델을 기준해서 사전에 시뮬레이션한 UAV의 비행경로를 최종 비행경로로 제공하게 된다.
따라서, 본 발명의 UAV의 3차원 비행경로 설정방법은 피사체의 형상과 위치가 변동되는 건설현장 및 산림지역을 대상으로 정밀한 3차원 UAV 비행경로 설정 방법으로서, BIM을 통해 생성되는 3D 모델자료와 수치표고모델을 이용하여 건설현장과 산림지역에서 UAV의 비행 전에 사전 시뮬레이션과 정밀한 맵핑(Mapping)을 수행하는 UAV의 3차원 비행경로 설정방법이다.
이러한 본 발명의 UAV의 3차원 비행경로 설정방법은, 무인이동체의 경로를 설정하기 위한 수치표고모델 및 3D 모델을 가공하는 단계와, 기 저장된 좌표정보와 고도정보를 통해 일정 높이만큼 이격된 경로를 설정하는 단계와, BIM 설계를 통해 생성된 3D 모델자료를 제공하여 정밀한 비행경로를 설정하는 단계와, 비행 전 시뮬레이션하는 단계를 포함하여 이루어져, 이에 따라 건설 과정 중 변화하는 대상체와의 충돌 및 전파장애에 유연하게 대응하면서 정확한 결과를 전달할 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 건설현장과 산림지역의 정밀한 3차원 비행경로 설정하는 방법을 통해 BIM 설계를 통해 생성된 3D 모델과 UAV의 측량이나 인력측량을 통해 생성되는 수치표고모델의 지속적인 업데이트를 기반으로 안정적이고 신뢰도 있는 UAV의 운영이 가능하게 할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 데이터 활용 목적에 따른 UAV의 측량이나 시설물 점검을 위한 비행 경로를 생성하는 방법은 현장의 조건에 따라 유연하게 대응하면서 신뢰도 높은 자동 경로비행을 수행할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, UAV를 이용한 데이터 취득을 안정적으로 진행하기 위해 BIM 설계를 통해 생성되는 시설물 3D 모델과 정확한 지형 데이터가 반영된 수치표고모델을 기반으로 수평, 연직, 원호 등 3차원 경로비행를 설정할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 건설현장과 산림지역에서 정밀한 3차원 비행경로 설정을 통해 안정적인 UAV의 운영을 가능하게 하는 것이고, UAV 활용 기간 동안 데이터 취득을 위한 3차원 자동 경로 비행의 기준이 되는 3D 모델과 수치표고모델의 지속적인 업데이트를 통해 충돌과 전파장애로 인한 안전사고를 방지할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 상용화 된 UAV 운용 소프트웨어에서 범용적으로 설정된 비행경로를 활용할 수 있도록 생성 방법을 제공하여 현장의 조건과 점검을 수행할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 피사체의 형상과 위치가 변동되는 건설현장 및 산림지역을 대상으로 정밀한 3차원 UAV의 비행경로 설정하여 BIM을 통해 생성되는 3D 모델자료와 수치표고모델을 이용하여 건설현장과 산림지역에서 UAV의 비행 전에 사전 시뮬레이션과 정밀한 맵핑을 수행할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 3D 모델과 비행 경로의 중첩을 통해 피사체와의 이격거리 확인 및 비행 전 시뮬레이션을 통해 충돌 발생여부를 사전에 확인하고 GPS 음영구간을 예측하여 신뢰성 높은 자동경로 비행을 업데이트 할 수 있는 효과를 제공한다.
이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러 가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
10: UAV
20: 조종기
30: 서버
40: PC

Claims (7)

  1. UAV의 3차원 비행경로를 설정하는 UAV의 3차원 비행경로 설정방법으로서,
    UAV의 경로에 대한 좌표정보에 의거해서 수치표고모델을 생성하는 단계;
    UAV의 경로에 대한 고도정보에 의거해서 3D 모델을 생성하는 단계;
    상기 생성된 좌표정보와 고도정보를 통해 일정 높이로 이격된 경로를 설정하는 단계;
    시설물의 BIM(Building Information Modeling) 설계를 통해 생성된 3D 모델자료를 제공하여 UAV의 비행경로를 설정하는 단계; 및
    상기 설정된 비행경로를 사전에 시뮬레이션하는 단계;를 포함하고,
    상기 비행경로를 설정하는 단계는,
    수평 자동경로의 비행범위를 설정하는 단계; 및
    시설물의 3D 모델을 기반으로 수직방향 및 원호방향의 비행경로를 설정하는 단계;를 포함하고,
    상기 수평 자동경로의 비행범위를 설정하는 단계는,
    수치표고모델의 래스터 파일을 등록하는 단계;
    지오레퍼런스를 수행하는 단계;
    래스터 파일의 음영기준범위를 설정하는 단계;
    평면상 간섭사항의 고려범위를 조정하는 단계;
    수치표고모델의 표고를 기준해서 고도의 이격거리를 적용하는 단계;
    비행경로의 중첩도를 설정하는 단계; 및
    평면 비행경로를 제공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 UAV의 3차원 비행경로 설정방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수치표고모델을 생성하는 단계에서 수치표고모델을 생성한 후에 수치표고모델을 업데이트하는 단계; 및
    상기 비행경로를 설정하는 단계에서 비행경로를 설정한 후에 위험구역의 설정을 통해 비행경로를 조정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 UAV의 3차원 비행경로 설정방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 수치표고모델을 업데이트하는 단계는,
    국가의 수치지도를 수집하는 단계;
    사업지의 측량을 수행하는 단계;
    지오레퍼런스를 수행하는 단계;
    지오이드고를 보정하는 단계;
    업데이트하는 단계; 및
    수치표고모델의 래스터 파일을 제공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 UAV의 3차원 비행경로 설정방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 비행경로를 조정하는 단계는,
    평면 상 위험구역을 설정하는 단계;
    비행경로를 삽입하는 단계;
    위험경로 내에 비행경로를 자동으로 삭제하는 단계;
    비행경로의 설정을 완료하는 단계; 및
    3D 모델을 기준해서 비행경로를 시뮬레이션하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 UAV의 3차원 비행경로 설정방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. UAV의 3차원 비행경로를 설정하는 UAV의 3차원 비행경로 설정방법으로서,
    UAV의 경로에 대한 좌표정보에 의거해서 수치표고모델을 생성하는 단계;
    UAV의 경로에 대한 고도정보에 의거해서 3D 모델을 생성하는 단계;
    상기 생성된 좌표정보와 고도정보를 통해 일정 높이로 이격된 경로를 설정하는 단계;
    시설물의 BIM(Building Information Modeling) 설계를 통해 생성된 3D 모델자료를 제공하여 UAV의 비행경로를 설정하는 단계; 및
    상기 설정된 비행경로를 사전에 시뮬레이션하는 단계;를 포함하고,
    상기 비행경로를 설정하는 단계는,
    수평 자동경로의 비행범위를 설정하는 단계; 및
    시설물의 3D 모델을 기반으로 수직방향 및 원호방향의 비행경로를 설정하는 단계;를 포함하고,
    상기 수직방향 및 원호방향의 비행경로를 설정하는 단계는,
    시설물의 3D 모델을 생성하는 단계;
    LOD(Level Of Detail)를 조정하는 단계;
    지오레퍼런스를 수행하는 단계;
    3D 타일(tile) 형식의 파일을 변환 및 등록하는 단계;
    3D 모델을 기준해서 평면 경로를 설정하는 단계;
    수직방향 및 원호방향의 경로 중첩도를 설정하는 단계; 및
    수직 자동경로의 비행 설정을 완료하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 UAV의 3차원 비행경로 설정방법.
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