KR20180063595A

KR20180063595A - 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20180063595A
Application number: KR1020160163524A
Authority: KR
Inventors: 홍민; 채종국; 강민구
Original assignee: 순천향대학교 산학협력단; 한신대학교 산학협력단; 다우엔텍 주식회사
Priority date: 2016-12-02
Filing date: 2016-12-02
Publication date: 2018-06-12
Also published as: KR101999126B1

Abstract

본 발명은 드론 자동 비행 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전신주, 가로등 등의 도로 공공기물에 고유의 비콘 식별정보(Beacon Identifier: Beacon ID, 이하 "비콘 아이디"라 함)를 포함하는 비콘신호를 송신하는 드론 스테이션을 구비하고, 목적지 설정 시 상기 드론 스테이션을 기반으로 한 경로 탐색 및 탐색된 경로 상의 상기 드론 스테이션이 송신하는 비콘신호에 의해 목적지까지의 경로를 추적하여 자동 비행하는 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 시스템 및 방법{Drone automatic flight system using beacon signal and method thereof}

본 발명은 드론 자동 비행 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전신주, 가로등 등의 도로 공공기물에 고유의 비콘 식별정보(Beacon Identifier: Beacon ID)를 포함하는 비콘신호를 송신하는 드론 스테이션(이하 드론 스테이션에서 송신되는 비콘신호에 포함된 비콘 식별정보를 "스테이션 아이디"라 함)을 구비하고, 목적지 설정 시 상기 드론 스테이션을 기반으로 한 경로 탐색 및 탐색된 경로 상의 상기 드론 스테이션이 송신하는 비콘신호에 의해 목적지까지의 경로를 추적하여 자동 비행하는 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 드론은 배터리의 전력을 이용하여 다수 개의 프로펠러를 회전시켜 하늘을 비행하는 비행 유닛의 일종으로 사용자의 리모컨 조작에 따라 다양한 패턴으로 비행이 가능하도록 조정되는 사용자 조종 드론과 목적지 설정 시 위치추적에 의해 목적지까지 자동 비행을 수행하는 무인 자동 조종 드론이 있다.

전자의 경우 사용자가 조종하므로 배터리 부족 시 착륙시켜 배터리를 교체할 수 있으나 배터리 교체 및 드론 제어 무선신호 송신 거리 제한 등의 문제로 원거리를 비행할 수 없다.

따라서 사용자 조종 드론은 원거리를 비행하여야 하는 서비스에는 적용할 수 없다.

최근, 드론을 이용하여 택배 서비스를 제공하기 위한 무인 드론 택배 시스템이 개발되고 있으나, 무인 드론 택배 시스템의 경우 드론이 장거리 비행을 수행하여야 하므로 사용자 조종 드론을 적용하기 어렵다.

이러한 사용자 조종 드론의 문제점으로 인해 무인 드론 택배 시스템 등과 같이 장거리를 사용자의 조종 없이 비행할 수 있는 무인 자동 비행 시스템의 개발이 요구되어지고 있다.

따라서 무인 자동 조종 드론은 장거리를 무인으로 비행하기 위해 태양열을 이용한 전력 공급 기술, 위성위치확인시스템(Global Positioning System: GPS)을 이용한 위치 추적 기술, 이동통신망 기지국을 이용한 위치 추적 기술, 이들을 복합 적용하는 위치 추적 기술 등이 적용되고 있다.

그러나 이 또한 태양열 충전의 충전 전력량의 한계를 가지며, 이러한 배터리 전력 한계에 따라 비교적 많은 전력을 사용하는 GPS 및 기지국 중 적어도 하나 이상을 이용하는 위치추적 기술의 한계성을 극복하기 어려운 문제점을 갖는다.

따라서 새로운 무인 자동 비행 중인 드론을 중간 중간 충전할 수 있는 방안이 요구되고 있으며, 드론이 비교적 저전력만을 소비하여 위치 추적에 의한 자동 비행을 수행할 수 있는 자동 비행 시스템의 개발이 요구되어지고 있다.

등록특허 제10-1599423호(2016.02.25.)

따라서 본 발명의 목적은 전신주, 가로등 등의 도로 공공기물에 고유의 비콘 식별정보인 스테이션 식별정보를 포함하는 비콘신호를 송신하는 드론 스테이션을 구비하고, 상기 중계 스테이션을 기반으로 한 목적지가 설정된 드론이 상기 중계 스테이션이 송신하는 비콘신호에 의해 목적지까지의 경로를 추적하여 자동 비행하는 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 시스템 및 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 시스템은: 도로 공공기물의 상단부에 설치되어 자신의 고유 아이디인 스테이션 아이디 및 위치정보를 포함하는 스테이션 정보를 구비하는 비콘신호를 송신하는 다수의 드론 스테이션; 및 출발지에서 목적지까지 경로 상에 있는 드론 스테이션들의 스테이션 정보를 포함하는 비행 경로정보를 가지고 있으며, 상기 출발지에서 목적지까지의 비행 시 상기 드론 스테이션에서 송신되는 비콘신호를 수신하고, 수신된 비콘신호에 포함된 스테이션 정보와 비행 경로정보의 스테이션 정보를 비교하여 상기 목적지까지 비행하는 드론을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 드론 스테이션은, 상기 스테이션 아이디 및 위치정보를 포함하는 상기 스테이션 정보를 저장하는 스테이션 저장부; 상기 스테이션 정보를 입력받아 상기 스테이션 정보를 포함하는 비콘신호를 주기적으로 방송하는 비콘 송신부; 및 상기 스테이션 정보를 상기 스테이션 저장부로부터 로드하여 비콘 송신부로 전송하는 스테이션 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 드론은 무선충전전력을 수신받아 내부에 구비된 배터리를 충전하는 무선충전 수신부를 포함하고, 상기 드론 스테이션은, 드론이 착륙하는 상부에 무선충전전력을 송신하는 코일 안테나를 포함하여 제어를 받아 무선충전전력을 생성하여 상기 코일 안테나를 통해 송출하는 무선전력 송신부를 더 포함하되, 상기 스테이션 제어부는, 상기 무선전력 송신부를 통해 상기 드론의 착륙 여부를 확인하고 드론의 착륙 확인 시 상기 무선전력 송신부를 구동하여 무선충전전력을 송출하는 것을 특징으로 한다.

상기 드론은, 자신의 고유의 드론 식별정보인 드론 아이디를 포함하는 비콘신호를 송신하는 비콘 송신부를 포함하되, 상기 드론 스테이션은, 상기 드론의 비콘 송신부가 수신한 드론 비콘신호를 수신하고 상기 드론 비콘신호의 수신신호전계강도를 측정하는 비콘 수신부를 포함하고, 인접한 타 드론 스테이션이 상기 드론의 비콘 송신부에서 송신된 드론 비콘신호에 대해 측정한 수신신호전계강도를 수신받는 근거리 무선통신부를 더 포함하고, 상기 근거리 무선통신부를 통해 측정된 드론 비콘신호의 수신신호전계강도, 및 상기 수신신호전계강도에 의해 계산된 상기 드론과의 상대적인 거리 및 위치정보를 주변의 적어도 하나 이상의 타 드론 스테이션들로 송신하여 공유하고, 상기 드론의 상대적인 거리 및 위치정보와 타 드론 스테이션으로부터 수신된 드론의 상대적인 거리 및 위치정보에 근거하여 상기 드론의 위치를 계산한 후, 상기 드론으로 송신하는 것을 특징으로 한다.

상기 드론은, 복수의 프로펠러를 구동하여 드론의 높이, 진행 방향, 진행 속도 및 진행 여부를 조절하는 비행부; 제한된 소스전력을 저장하고 있으며 상기 소스전력에 기반한 소스전원을 출력하는 배터리; 드론 아이디 및 상기 비행 경로정보를 저장하는 드론 저장부; 상기 드론 스테이션이 송신하는 비콘신호를 수신하여 비콘신호에 포함된 스테이션 정보를 검출하여 출력하는 비콘 수신부; 상기 출발지 및 목적지를 입력받아 출발지에서 목적지 사이의 드론 스테이션들 중 미리 설정된 경로선택 방식에 따라 비행경로를 설정하고 설정된 비행경로 상의 스테이션 정보를 포함하는 비행 경로정보를 생성하여 상기 드론 저장부에 저장하고, 상기 드론 스테이션이 송신하는 비콘신호에 의해 상기 비행 경로정보에 따라 순차적으로 해당 드론 스테이션을 찾아 해당 비행경로로 비행하도록 상기 비행부를 제어하는 드론 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 드론 스테이션은, 무선충전전력을 송출하는 무선전력 송신부를 포함하고, 상기 드론은, 상기 드론 스테이션이 송출하는 무선충전전력을 무선으로 수신받아 상기 배터리로 충전전류를 출력하는 무선전력 수신부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 드론은, 상기 배터리와 연결되어 상기 배터리의 잔여 용량을 측정하여 드론 제어부로 출력하는 배터리 용량 측정부를 더 포함하되, 상기 드론 제어부는, 상기 배터리 용량 측정부를 측정되는 배터리의 잔여 용량이 미리 설정된 기준 용량보다 작으면 상기 비행부를 제어하여 진행 방향으로 가장 가까운 드론 스테이션에 착륙 후 상기 무선전력 수신부를 통해 상기 배터리를 충전한 후 이륙하여 진해하던 비행 경로정보 상의 비행경로를 따라 비행하도록 상기 비행부를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 드론은, 드론 아이디를 포함하는 드론 비콘신호를 방송하는 드론 비콘 송신부를 포함하고, 상기 드론 스테이션과 근거리 무선통신을 수행하는 근거리 무선통신부를 더 포함하되, 상기 드론 제어부는 상기 근거리 무선통신부를 통해 적어도 셋 이상의 드론 스테이션으로부터 상기 드론 비콘 송신부를 통해 자신이 방송한 드론 비콘신호에 대한 수신신호전계강도를 수신받아 자신의 위치를 계산하고, 계산된 위치에 기반하여 비행 경로정보 상의 비행경로로 비행하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 드론의 비행부는, 드론의 진행방향의 변화(각도)를 측정하는 방향측정부; 및 드론의 비행 속도를 측정하는 비행 속도 측정부를 포함하되, 상기 드론 제어부는, 상기 비행경로 설정 시 상기 설정된 비행경로 상의 각 드론 스테이션에서 다음 드론 스테이션의 방향 회전 정보, 설치 높이 정보 및 거리정보를 더 포함하고, 해당 드론 스테이션에서 다음 드론 스테이션으로 이동 시 상기 방향 측정부 및 비행 속도 측정부에서 측정되는 방향 및 속도에 근거하여 상기 비행 경로정보의 방향 회전 정보로 회전한 후 상기 비행 속도 측정부에서 측정되는 속도에 근거하여 설치 높이 정보 및 거리정보에 대응하는 비행거리를 비행하도록 비행부를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 스테이션 제어부는, 상기 드론으로부터 인증키를 수신받고 블록체인 기반의 인증을 수행하여 인증 성공 시 상기 무선충전전력을 송출하도록 하여 인증된 드론에 대해서만 무선충전을 수행할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 방법은: 도로 공공기물의 상단부에 설치되는 드론 스테이션이 고유 아이디인 스테이션 아이디 및 위치정보를 포함하는 스테이션 정보를 구비하는 비콘신호를 송신하는 비콘신호 송신 단계; 및 드론이 출발지에서 목적지까지 경로 상에 있는 상기 드론 스테이션들 각각에 대한 스테이션 정보를 포함하는 비행 경로정보를 가지고 있으며, 상기 출발지에서 목적지까지의 비행 시 상기 드론 스테이션에서 송신되는 비콘신호를 수신하고, 수신된 비콘신호에 포함된 스테이션 정보와 비행 경로정보의 드론 스테이션의 스테이션 정보를 비교하여 상기 목적지까지 비행하는 비행 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 비행 단계는, 드론이 출발지 및 목적지를 입력받고 상기 출발지에서 목적지 사이에 있는 드론 스테이션들에 의해 생성될 수 있는 비행경로들 중 미리 설정된 경로탐색 방식에 따라 하나의 비행경로를 선택하고, 선택된 비행경로에 대응하는 드론 스테이션의 스테이션 아이디 및 위치 정보를 포함하는 비행 경로정보를 생성하여 저장하는 비행경로 설정 단계; 및 비행 시 상기 드론 스테이션에서 송신되는 비콘신호를 수신하고, 수신된 비콘신호에 포함된 스테이션 아이디 및 위치정보와 비행 경로정보의 드론 스테이션의 스테이션 아이디 및 위치정보를 비교하여 상기 목적지까지 비행하는 비행경로 비행 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 방법은: 상기 비콘신호 송신 단계 후 상기 드론 스테이션이 무선충전전력을 송신하는 무선충전 단계를 더 포함하고, 상기 비행 단계는, 상기 드론의 드론 제어부가 비행 중 배터리 용량 측정부를 통해 배터리의 잔여 용량을 측정하고, 측정된 배터리의 잔여 용량이 미리 설정된 기준 용량보다 작으면 비행경로 상의 가장 가까운 드론 스테이션에 착륙 후 상기 드론 스테이션이 송출하는 무선충전전력을 수신받아 상기 배터리를 충전하는 충전 단계를 더 포함하고, 상기 드론 제어부는 충전 완료 후 비행부를 제어하여 이륙 후 상기 비행경로를 따라 다시 비행하는 것을 특징으로 한다.

상기 비행경로 비행 단계는, 상기 드론 제어부가 드론 아이디를 포함하는 드론 비콘 신호를 방송하는 드론 비콘 신호 방송 단계; 수신된 비콘신호에 포함된 스테이션 아이디 및 위치정보와 비행 경로정보의 드론 스테이션의 스테이션 아이디 및 위치정보를 비교하여 상기 목적지까지 비행하는 비행경로 상에 있는지를 판단하는 비행경로 비행 판단 단계; 상기 비행경로 상에 있는 것으로 판단되면 상기 방송한 드론 비콘 신호를 수신한 드론 스테이션으로부터 드론 비콘신호의 수신신호전계강도를 수신받는 드론 비콘신호 수신신호전계강도 획득 단계; 상기 드론 비콘신호 수신신호전계강도 의해 자신의 위치를 계산하는 위치 추적 단계; 및 상기 계산된 위치에 의해 상기 비행 경로정보의 비행경로를 따라 비행부를 제어하여 비행하는 비콘신호 기반 비행 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 비행경로 설정 단계는, 상기 드론이 출발지 및 목적지를 입력받고 상기 출발지에서 목적지 사이에 있는 드론 스테이션들에 의해 생성될 수 있는 비행경로들 중 미리 설정된 경로탐색 방식에 따라 하나의 비행경로를 선택하는 비행경로 탐색 단계; 및 선택된 비행경로에 대응하는 드론 스테이션의 스테이션 아이디 및 위치 정보와, 각 드론 스테이션에서 다음 드론 스테이션으로의 회전 방향 및 거리 정보를 포함하는 비행 경로정보를 생성하여 저장하는 비행 경로정보 생성 단계를 포함하고, 상기 비행경로 비행 단계는, 임의의 드론 스테이션으로부터 비콘신호를 수신하는 비콘신호 수신단계; 상기 비콘신호의 수신신호전계강도에 의해 드론 스테이션에 도달했는지를 판단하는 드론 스테이션 위치 도착 판단 단계; 상기 드론 스테이션의 위치에서 상기 드론 스테이션에 대한 스테이션 아이디에 대응하는 다음 드론 스테이션으로 비행하기 위한 회전 방향 정보 및 거리 정보를 로드하는 비행정보 로딩 단계; 및 로딩된 상기 회전 방향 정보에 대응하는 회전 방향으로 회전한 후 상기 스테이션 아이디에 대응하는 거리만큼 다음 드론 스테이션으로 비행하도록 제어하는 비콘신호 기반 비행 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 무선충전 단계는, 상기 비콘신호 송신 단계 후, 상기 드론으로부터 인증키를 수신받고, 상기 인증키에 의한 인증을 수행하는 드론 인증 단계; 및 상기 인증 성공 시 상기 무선충전전력을 송신하는 무선충전전력 송신 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 전신주 및 가로등 등과 같은 도로 공공기물에 드론 스테이션을 구비하여 드론의 배터리가 기준치 이하로 떨어지는 경우 드론 스테이션을 통해 자동 무선충전을 수행할 수 있으므로 드론 배터리의 충전 효율성을 향상시키고 드론의 비행 거리를 늘릴 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 드론이 도로 상의 공공기물에서 설치된 드론 스테이션이 송신하는 저전력 통신방식인 비콘신호를 이용하여 자신의 위치를 추적하여 해당 경로를 따라 목적지까지 이동하므로 위치추적에 따른 배터리 전력의 소모를 최소화할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 드론이 필요 시 용이하게 배터리를 충전할 수 있는 수단을 제공하고 위치추적에 따른 전력 소모를 최소화함으로써 드론의 비행 거리를 최대화할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 도로 공공기물에 설치된 드론 스테이션을 통해 비행 중인 드론에 대한 인증을 수행하여 비인증 드론의 구분에 의한 비인증 드론의 비행을 제한할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따라 무선충전을 위해 드론이 가로등에 구성된 드론 자동 비행 시스템의 드론 스테이션에 착륙한 일예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 시스템의 드론이 드론 스테이션이 송신하는 비콘신호에 의해 위치 추적 및 특정 비행경로로 자동 비행하는 경우를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 시스템의 위치추적 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 시스템의 드론 스테이션의 상세 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 시스템의 드론의 상세 구성을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 방법 중 목적지 입력에 따른 경로 설정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8은 본 발명에 따른 드론의 경로 설정 방법 및 설정된 경로를 따른 자동 비행 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 방법을 나타낸 흐름도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 시스템의 구성 및 동작을 설명하고, 상기 시스템에서의 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 방법을 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 시스템의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따라 무선충전을 위해 드론이 가로등에 구성된 드론 자동 비행 시스템의 드론 스테이션에 착륙한 일예를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 시스템의 드론이 드론 스테이션이 송신하는 비콘신호에 의해 위치 추적 및 특정 비행경로로 자동 비행하는 일예를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 시스템의 위치추적 방법을 설명하기 위한 도면이다. 이하 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다.

본 발명에 따른 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 시스템은 드론 스테이션(100) 및 드론(200)을 포함하며, 실시예에 따라 드론 관리 서버부(300)를 더 포함할 수 있을 것이다.

드론 스테이션(100)은 자신의 고유의 스테이션 아이디를 포함하는 비콘신호를 송신하고 상부에 착륙한 드론(200)의 감지 시 또는 드론(200)으로부터 충전 요청 신호의 수신 시 코일 안테나(131)를 통해 무선충전전력을 송신한다.

드론 스테이션(100)은 드론(200)의 착륙이 용이하도록 도 2와 같이 가로등, 전신주 등의 도로 공공기물의 상단부에 구성되는 것이 바람직할 것이다. 그러나 드론 스테이션(100)이 설치될 수 있는 공공기물이 도로 공공기물로만 한정되는 것은 아니다.

드론 스테이션(100)은 비콘신호의 송신신호 세기에 따라 송신신호의 도달 거리에 의해 형성되는 셀(Cell)(301)을 형성한다.

상기 셀(301) 구조는 본 발명에 따라 설계될 수도 있으나, 전조등, 가로등과 같은 공공기물에 드론 스테이션(100)이 설치되므로 셀 구조 설계에 제한성을 갖는다. 셀 구조는 도 3 및 도 4와 같이 형성될 수 있을 것이다.

전신주, 가로등의 도로 공공기물은 도로를 따라 일렬로 배치되는 경우가 많으므로 도 3과 같이 셀들 간 중첩영역이 생기지 않을 수도 있으며, 중첩영역이 작게 형성될 수도 있을 것이다. 물론, 드론 스테이션(100)의 전력을 충분하므로 비콘신호의 송신전력을 높여 셀(301)의 반경을 넓혀 중첩영역이 생기도록 구성할 수도 있을 것이다.

그리고 일부 지역은 도 4와 같이 다수개의 셀(301)들 간 중첩영역이 크게 형성되어, 드론(200)은 셋 이상의 드론 스테이션(100)으로부터 비콘신호를 수신할 수도 있을 것이다.

따라서 본 발명에서는 셀 영역이 도 3과 같이 중첩되지 않는 영역에서의 비중첩영역 드론 위치 추적 기술과 도 4와 같이 셀 영역들의 중첩도가 큰 영역에서의 중첩영역 드론 위치 추적 기술을 복합적으로 적용하는 것이 바람직할 것이다.

비중첩영역 드론 위치 추적 기술은 드론(200)이 하나의 비콘신호만으로도 자신의 위치를 추적하여 비행할 수 있어야 하므로 각 드론 스테이션(100)은 자신의 고유의 식별정보인 스테이션 아이디 및 인접한 다른 드론 스테이션(100)으로 진행하기 위한 회전 방향정보(Θ) 및 거리정보(D)를 가지고 있으며, 이에 대한 정보를 비콘신호를 통해 방송하도록 하는 드론 스테이션 기반 비중첩영역 드론 위치 추적 방식과, 드론(200)이 출발지에서 목적지까지의 비행경로 상에 존재하는 드론 스테이션(100)의 스테이션 아이디와, 각 드론 스테이션(100)에서 다음 드론 스테이션(100)으로 진행하기 위한 회전방향 및 거리정보를 포함하는 위치정보를 포함하는 비행 경로정보를 저장하여 비행하도록 하는 드론 기반 비중첩영역 드론 위치 추적 방식이 있을 수 있을 것이다. 전자의 경우 드론(200)은 비행경로 상에 있는 드론 스테이션(100)에 대한 스테이션 아이디를 포함하는 비행 경로정보를 저장하면 되는 이점을 가질 수 있을 것이다. 그러나 전자의 경우 비콘신호의 특성 상 많은 정보를 전송하기 어려운 제한점을 가지므로 후자를 이용하는 것이 바람직할 것이다.

드론 기반 비중첩영역 드론 위치 추적 방식을 도 3을 참조하여 설명하면 드론(200)은 비행경로(302)에 대한 비행 경로정보를 저장하고 있을 것이다.

드론(200)은 비행경로(302) 상에서 드론 스테이션(100-2)로부터 비콘신호를 수신하고 수신신호전계강도 의해 드론 스테이션(100-2)에 도착한 것으로 판단되면 비행 경로정보로부터 비콘신호에 포함된 스테이션 아이디에 대응하는 회전방향(각도: Θ) 및 거리(D)를 포함하는 위치정보를 로드하여 회전방향(Θ)만큼 회전한 후 상기 거리만큼 비행한 후 상기 드론 스테이션(100-3)에서 방송된 비콘신호의 수신신호전계강도 의해 드론 스테이션(100-3)에 도달 여부를 판단할 것이다. 드론(200)은 상기 거리(D)만큼 비행하므로 그 사이에 일정 거리 동안 드론 스테이션(100-3)으로부터 비콘신호가 수신되지 않아도 비행할 수 있을 것이다.

또한, 드론(200)은 도 4와 같이 셋 이상의 드론 스테이션(100)으로부터 비콘신호의 수신 시 세 개 이상의 비콘신호의 수신신호전계강도를 이용하여 보다 정확한 자신의 위치를 추정하고, 추정된 위치에 의한 자신의 위치정보를 보정하도록 구성될 수 있을 것이다.

또한, 드론(200) 또한 비콘신호(이하 드론이 방송하는 비콘신호를 "드론 비콘신호"라 함)를 방송하도록 구성될 수 있으며, 드론(200)이 방송한 비콘신호를 수신한 복수의 드론 스테이션(100)들이 상호간 통신을 통해 자신들이 수신한 수신신호전계강도를 특정 하나의 드론 스테이션(100)으로 제공하고, 상기 드론 비콘신호에 대한 수신신호전계강도를 수신한 특정 드론 스테이션(100)이 상기 드론 비콘신호의 수신신호전계강도를 제공한 드론 스테이션(100)의 위치정보와 각 수신신호전계강도를 이용하여 드론(200)의 위치를 계산하고, 계산된 위치정보를 드론(200)으로 제공하도록 구성될 수도 있을 것이다. 도 4에 나타낸 바와 같이 드론(200)은 자신이 방송하는 드론 비콘신호에 의해 셀(302)을 형성할 수 있을 것이다. 상기 드론(200)의 위치정보는 드론 관리 서버(300)로 제공될 수도 있을 것이다.

또한, 드론(200)은 비중첩영역 드론 위치 추적 방식의 적용 시 거리정보(D)만큼 이동했음에도 다음 드론 스테이션(100)이 송신한 비콘신호가 수신되지 않으면 상기 다음 드론 스테이션(100) 위치까지 위성위치확인시스템(Global Positioning System: GPS)을 이용한 위치 추적에 의해 비행하도록 구성될 수도 있을 것이다.

드론(200)은 다수의 프로펠러를 구비하고, 배터리를 구비하여 배터리에 저장된 소스전력을 사용하여 프로펠러의 회전, 회전수, 회전방향 등에 의해 비행 고도 및 비행 방향을 결정하여 비행한다.

본 발명의 드론(200)은 출발지 및 목적지에 대해 미리 탐색된 비행경로를 형성하는 출발지에서 목적지까지의 드론 스테이션(100)의 스테이션 아이디를 포함하는 비행 경로정보 또는, 스테이션 아이디 및 위치정보를 포함하는 비행 경로정보를 저장하고 있어야 하며, 비행 중 드론 스테이션(100)이 방송하는 비콘신호를 수신하고 비콘신호에 포함된 스테이션 아이디 및 위치정보와 비행 경로정보 상의 스테이션 아이디 및 위치정보를 비교하여 동일한 스테이션 아이디 및 위치정보를 가지는 비행경로 상의 드론 스테이션(100)들을 경유하여 비행한다.

드론(200)의 비행경로에 대한 비행 경로정보를 저장하는 방법으로는 드론 설정 방식과 외부 설정 방식이 적용될 수 있을 것이다.

드론 설정방법은, 드론(200)이 전국에 대한 드론 스테이션(100)에 대한 위치정보 및 스테이션 아이디를 포함하는 지도정보를 가지고 있고, 사용자, 관리자 등으로부터 출발지 및 목적지 입력 시 상기 출발지 및 목적지 사이에 존재하는 다수의 드론 스테이션(100)들에 의한 다수의 비행경로들 중 미리 설정된 경로 탐색 방식에 따라 하나의 비행경로를 탐색하고, 탐색된 비행경로 상의 드론 스테이션(100)들 각각에 대한 스테이션 아이디 및 위치정보를 포함하는 비행 경로정보를 생성하여 저장한다. 상기 비행 경로정보에는 각 드론 스테이션(100)이 설치된 설치 높이 정보 및 각 드론 스테이션(100)에서 비행경로 상의 다음 드론 스테이션으로 가기 위한 회전방향 정보가 더 포함될 수도 있을 것이다.

외부 설정 방식은 외부 관리자 컴퓨터(도시하지 않음)에 전국의 드론 스테이션(100)에 기반한 지도정보를 저장하고, 상기 관리자 컴퓨터가 관리자로부터 출발지 및 목적지를 입력받아 상기 출발지 및 목적지에 대한 비행경로를 탐색하고, 탐색된 비행경로에 대한 비행 경로정보를 생성할 것이다. 상기 생성된 비행 경로정보는 컴퓨터에 의해 드론(100)으로 전송되어 저장될 수 있을 것이다.

드론 스테이션(100)들과 드론 관리 서버부(300)는 유무선 데이터 통신망(400)을 통해 연결되어 데이터 통신을 수행한다.

상기 유무선 데이터 통신망(400)은 WiFi 망을 포함하는 인터넷망, 와이브로망 등 중 적어도 하나 이상이 결합된 망일 수 있을 것이다. 즉 상기 드론 스테이션(100) 및 유무선 데이터 통신망(400)은 유선으로 연결될 수도 있고, 무선으로 연결될 수도 있을 것이다.

드론 관리 서버부(300)는 드론 스테이션(100)들의 추가, 삭제 등에 따른 드론 스테이션(100)과 관련된 정보를 관리하며, 등록된 드론(200)에게 인증키를 할당하고, 드론 스테이션(200)을 통해 인증키를 이용한 인증을 수행하며, 인증 결과를 드론 스테이션(100)으로 리턴하도록 구성될 수 있을 것이다.

또한, 드론 관리 서버부(300)는 드론(200)의 비행 위치를 관리하도록 구성될 수도 있을 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 시스템의 드론 스테이션의 상세 구성을 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 드론 스테이션(100)은 스테이션 제어부(110), 스테이션 저장부(120) 및 무선전력 송신부(130)를 포함하며, 실시예에 따라 근거리 무선통신부(150) 및 원거리 통신부(160)를 더 포함할 수 있을 것이다.

스테이션 제어부(110)는 본 발명에 따른 드론 스테이션(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 스테이션 제어부(110)의 상세 구성 및 동작은 다른 구성을 먼저 설명 후 설명한다.

스테이션 저장부(120)는 드론 기반 비중첩영역 드론 위치 추적 방식에 따른 스테이션 아이디, 또는 드론 스테이션 기반 비중첩영역 드론 위치 추적 방식에 따른 스테이션 아이디 및 자신의 위치정보를 포함하는 스테이션 정보를 저장한다. 상기 위치정보는 도 3을 참조하여 설명하면, 자신인 기준 드론 스테이션(100-2)을 기준으로 인접한 다른 제1드론 스테이션(100-1)에서 진입하여 다른 제2드론 스테이션(100-3)을 향하는 회전 방향(정보)(Θ) 및 기준 드론 스테이션(100-2)에서 제2드론 스테이션(100-3)까지의 거리(정보)(D)를 포함한다. 제1드론 스테이션(100-1) 및 제2드론 스테이션(100-3)은 상대적인 개념이며, 인접한 복수의 드론 스테이션(100)들 각각에 대한 위치정보를 저장하는 것이 바람직할 것이다.

무선전력송신부(130)는 드론 착륙장이 형성되는 드론 스테이션(100)의 상부에 형성되는 코일 안테나(131)를 포함하며, 드론(200)의 착륙 시 상기 스테이션 제어부(110)의 제어를 받아 무선충전전력을 상기 코일 안테나(131)를 통해 송출한다. 상기 무선전력송신부(130)는 적용되는 무선전력콘소시움(WPC), 무선충전연합(A4WC) 등에 의해 정의된 무선충전 프로토콜(규약)에 따라 드론(200)과 데이터 통신을 수행하도록 구성될 수도 있을 것이다.

비콘 송신부(140)는 스테이션 제어부(110)의 제어를 받아 스테이션 저장부(120)에 저장되어 있는 스테이션 아이디 또는, 스테이션 아이디 및 위치정보를 포함하는 스테이션 정보를 포함하는 비콘신호를 주기적으로 송신한다. 비콘 송신부(140)가 송신하는 비콘신호의 세기에 따라 셀(301)의 반경이 결정될 것이다.

근거리 무선통신부(150)는 인접한 다른 드론 스테이션(100) 및 드론(200) 중 적어도 하나 이상과 무선 연결되어 무선데이터 통신을 수행한다. 상기 근거리 무선통신부(130)는 블루투스, 와이파이(WiFi), 광대역무선통신(UWB), 지그비 등과 같은 근거리 무선통신 프로토콜이 적용될 수 있을 것이다.

상기 근거리 무선통신부(150)는 상기 비콘 송신부(140)가 포함되도록 구성될 수도 있으며, 비콘신호를 수신하는 비콘 수신부(미도시)를 포함하도록 구성될 수 있으며, 드론(200)의 저전력 소모를 위해 저전력블루투스기술(Bluetooth Low Energy: BLE)이 적용된 블루투스 4.0 프로토콜이 적용되는 것이 바람직할 것이다.

원거리 통신부(160)는 유무선 데이터 통신망(400)에 유선 및 무선으로 연결되어 원격지에 있는 드론 관리 서버(300)와 스테이션 제어부(110) 사이의 데이터 통신을 수행한다.

상기 스테이션 제어부(110)의 구성 및 동작을 좀 더 상세히 설명하면, 스테이션 제어부(110)는 드론 인증부(111), 무선충전 처리부(112) 및 위치 계산부(113)를 포함하여 드론 스테이션(100)의 전반적인 동작을 제어한다.

드론 인증부(111)는 드론(200)의 착륙 검출 시 무선전력 송신부(130) 또는 근거리 무선통신부(150)를 통해 착륙한 드론(200)으로부터 인증정보(예: 공인인증서, 인증키, OTP 번호 등등)를 수신받고 드론 관리 서버(300)와 통신을 수행하여 상기 인증정보에 의한 인증을 수행한다.

상기 인증방식은 블록체인 기반 인증방식이 적용될 수도 있고, 일회용패스워드(One Time Password: OTP) 방식 기반의 인증방식, 공인인증서 방식 등이 될 수 있을 것이다.

상기 인증 관리 서버(300)는 적용된 인증방식에 대응하는 동작을 수행하도록 구성될 것이다.

무선충전 처리부(112)는 인증을 수행하는 경우 상기 드론 인증부(111)로부터 인증 성공 정보가 입력되면 무선전력 송신부(130)를 통해 드론(200)으로 무선충전전력을 송출하되, 프로토콜에 따라 무선전력 송신부(130)를 통해 드론(200)의 충전상태를 확인하고 드론(200)의 배터리가 완충될 때까지 상기 무선충전전력을 지속적으로 송출한다.

위치 계산부(113)는 드론(200)이 드론 비콘신호를 송신하고, 근거리 무선통신부(150)를 통해 인접한 다른 드론 스테이션(100)들과 데이터 통신을 수행하며, 근거리 무선통신부(150)가 비콘 수신부(미도시)를 포함하여 드론(200) 및 다른 드론 스테이션(100)들로부터 비콘신호를 수신하는 경우에 구성되는 것이 바람직할 것이다.

위치 계산부(113)는 미리 알고 있는 인접한 드론 스테이션(100)들의 상호 거리정보를 포함하는 위치정보, 각 드론 스테이션(100)들 각각이 드론(200)로부터 수신된 드론 비콘신호에 대한 수신신호전계강도 및 드론(200)으로부터 직접 수신한 드론 비콘신호의 수신신호전계강도 값 중 적어도 하나 이상을 적용하여 상기 드론(200)의 위치를 계산하고, 계산된 드론(200)의 계산 위치정보를 드론(200)으로 전송한다. 상기 계산된 계산 위치정보는 드론 관리 서버(300)로 전송하도록 구성될 수도 있을 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 시스템의 드론의 상세 구성을 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 드론(200)은 배터리(201), 전원부(203), 드론 제어부(210), 드론 저장부(220), 비콘 수신부(230), 비행부(250)를 포함하고, 실시예에 따라 무선전력 수신부(202), 근거리 무선통신부(240), 배터리 용량 측정부(260), 영상 처리부(270), 입력부(280) 및 GPS 모듈(290)을 더 포함할 수 있을 것이다.

배터리(201)는 제한된 전력을 저장하고 있으며, 저장된 전력 내에서 소스전원을 공급한다.

전원부(203)는 배터리(201)로부터 소스전원을 공급받아 드론(200)에 필요한 구동전원(5V, 3.3V 등)을 생성하여 필요한 구성들로 출력한다.

드론 제어부(210)는 본 발명에 따른 드론(200)의 전반적인 동작을 제어한다. 드론 제어부(210)의 상세 구성은 다른 구성을 먼저 설명한 후에 상세히 설명한다.

드론 저장부(220)는 드론 기반 비중첩영역 드론 위치 추적 방식이 적용되는 경우 전국의 드론 스테이션(100)에 대한 스테이션 아이디 및 위치정보를 포함하는 스테이션정보를 가지는 지도데이터 및 설정된 비행 경로정보를 저장하고 있으며, 드론 스테이션 기반 비충접영역 드론 위치 추적 방식의 경우 비행 경로정보를 저장하고 있을 것이다.

비콘 수신부(230)는 드론 스테이션(100)이 방송하는 비콘신호를 수신하고, 비콘신호로부터 스테이션 아이디 또는, 스테이션 아이디 및 위치정보 포함하는 스테이션 정보를 검출하여 드론 제어부(210)로 전송한다.

상기 비콘 수신부(230)는 수신되는 비콘신호의 수신신호전계강도(RSSI)를 측정하여 드론 제어부(210)로 전송한다.

비행부(250)는 다수의 프로펠러(미도시) 및 프로펠러를 회전시키기 위한 모터(미도시) 등을 포함하고 상기 프로펠러의 회전속도, 회전방향 등을 제어하여 드론(200)의 비행 방향, 비행 높이, 비행 속도를 제어한다.

상기 비행부(250)는 드론의 진행방향의 변화(각도)를 측정하는 방향측정부(미도시) 및 드론의 비행 속도를 측정하는 비행 속도 측정부(미도시)를 포함하는 것이 바람직할 것이다. 상기 방향측정부는 자이로센서를 포함할 수 있으며, 상기 비행 속도 측정부는 가속도센서를 포함할 수 있을 것이다.

무선전력 수신부(202)는 드론(200)이 드론 스테이션(100)에 착륙 시 드론 스테이션(100)이 송신하는 무선충전전력을 수신하고, 수신된 무선충전전력에 의해 배터리(201)를 충전한다.

무선전력 수신부(202)는 상기 무선충전 개시 시 프로토콜에 따라 드론 제어부(210)와 드론 스테이션(100)간의 통신을 수행하도록 구성될 수도 있을 것이다.

근거리 무선통신부(240)는 상기 비콘 수신부(230)를 포함하도록 구성될 수도 있고, 실시예에 따라 주기적으로 드론 아이디를 포함하는 드론 비콘신호를 방송하는 비콘 송신부(미도시)를 포함하도록 구성될 수도 있으며, 드론 제어부(210)와 근접한 드론 스테이션(100) 사이의 근거리 무선통신을 수행한다.

배터리 용량 측정부(260)는 배터리(201)와 연결되어 배터리(201)의 잔여 용량을 측정하고, 측정된 배터리 잔여 용량 정보를 드론 제어부(210)로 전송한다.

영상 처리부(270)는 드론 제어부(210)의 제어를 받아 드론(200)에 구비되는 카메라(미도시)의 렌즈 화각에 들어오는 광경을 촬영한 영상을 미리 설정된 영상 포맷으로 처리하여 드론 저장부(220)에 저장한다.

상기 영상 처리부(270)에 포함되는 카메라는 팬/틸트/줌 기능을 구비하는 카메라일 수 있을 것이다.

입력부(280)는 드론(200)의 각종 기능 및 설정을 수행하기 위한 복수의 키, 버튼, 스위치 등을 포함하는 입력장치가 될 수도 있고, 관리자 컴퓨터 등과 같은 외부기기와 연결되어 외부기기와 드론 제어부(220)가 유선 데이터 통신을 수행하는 인터페이스 장치가 될 수도 있을 것이다. 상기 입력부(280)를 통해 드론의 비행경로가 설정될 수 있을 것이다.

GPS 모듈(290)은 다수의 위성위치확인시스템(Global Positioning System: GPS) 위성들로부터 적어도 셋, 바람직하게는 넷 이상의 GPS 위성들로부터 각각의 고유의 위치정보 및 절대시각 정보를 수신하여 자신의 현재 위치를 계산하여 드론 제어부(210)로 출력한다.

상기 GPS 모듈(290)은 본 발명의 일실시예에 따라 선택적으로 구성될 수 있으며, 필요시에만 드론 제어부(210)의 제어를 받아 일시적으로 구동되도록 구성되는 것이 바람직할 것이다.

상기 GPS 모듈(290)은 드론 스테이션(100)이 없는 출발지 및 목적지에 대해 출발지에서 드론(200)이 이륙하여 첫 번째 드론 스테이션(100)까지 비행 시 동작하도록 구성될 수 있고, 마지막 드론 스테이션(100)에서 목적지까지의 비행 시 구동될 수 있으며, 일정 시간 비행경로 상의 드론 스테이션(100)으로부터 비콘신호가 수신되지 않을 때 구동될 수 있을 것이다.

드론 제어부(210)의 상세 구성 및 동작을 설명하면, 드론 제어부(210)는 목적지 설정부(211), 위치 추적부(212), 비행 조종부(213), 충전 판단부(214) 및 인증 처리부(215)를 포함하여 본 발명에 따른 드론(200)의 전반적인 동작을 제어한다.

구체적으로, 목적지 설정부(211)는 중첩영역 드론 위치 추적 방식 및 드론 스테이션 기반 비중첩영역 드론 위치 추적 방식 중 하나가 적용되는 경우 입력부(280)를 통해 출발지에서 목적지까지의 비행경로에 대한 비행 경로정보를 획득하여 드론 저장부(220)에 저장하여 목적지를 설정한다.

반면, 드론 기반 비중첩영역 드론 위치 추적 방식이 적용되는 경우 목적지 설정부(211)는 입력부(280)를 통해 출발지 및 목적지에 대한 정보를 입력받고, 저장된 전국의 드론 스테이션(100)들에 대한 스테이션 아이디 및 위치정보를 포함하는 스테이션 정보를 가지는 지도 데이터(실제 지도 이미지를 포함할 수도 있고, 지도 이미지가 포함되지 않을 수도 있음)로부터 상기 출발지에서 목적지까지의 다수의 비행경로들 중 미리 설정된 경로 탐색 방식에 따라 하나의 비행경로를 선택하고, 선택된 비행경로에 대한 드론 스테이션(100)들의 스테이션 아이디 및 위치정보를 포함하는 비행 경로정보를 생성하여 드론 저장부(220)에 저장한다. 상기 비행경로 탐색 방식은 최단거리, 낮은 건물 지역 우선(비콘신호 굴절 최소화 우선), 셀 간 중첩영역이 많은 경로 우선(위치추적 정확도 우선) 등이 있을 수 있을 것이다.

위치 추적부(212)는 실시예에 따라 비콘 수신부(230)를 통해 수신되는 비콘신호에 포함된 스테이션 아이디만을 이용하는 스테이션 아이디 기반 위치추적, 수신되는 비콘신호의 수신신호전계강도를 이용하는 스테이션 아이디 및 수신신호전계강도 기반 위치추적, 스테이션 아이디 및 위치정보 기반 위치 추적, 스테이션 아이디, 위치정보 및 수신신호전계강도 기반 위치 추적, 비중첩영역과 중첩영역을 구분하여 위치를 추적하는 방식 등이 적용될 수 있을 것이다. 상기 위치 추적 방식들은 도 1 내지 도 4에서 설명하였으므로 여기서는 그 설명을 생략한다.

비행 조정부(213)는 상기 위치 추적부(212)에서 추적되는 위치정보와 비행 경로정보를 참조하여 목적지까지 비행하도록 비행부(250)를 제어한다.

비행 조정부(213)는 본 발명에 따라 배터리(201)를 무선충전 하고자 하는 경우 위치 추적부(212)에서 추적되는 현재 위치와 비행 경로정보를 참조하여 가장 가까운 드론 스테이션(100)을 탐색하고, 탐색된 드론 스테이션(100)의 근접 시 영상 처리부(270)를 구동하고, 영상 처리부(270)를 통해 획득되는 영상으로부터 착륙지에 착륙하도록 비행부(250)를 제어하는 착륙 조정부(213-1)를 더 포함하는 것이 바람직할 것이다. 즉 상기 착륙 조정부(213-1)는 드론(200)이 무선충전의 효율성을 높이기 위해 드론 스테이션(100)의 코일 안테나(203) 부분에 정확하게 착륙하도록 영상을 이용한 자신의 정확한 위치를 판단하고 그에 따른 비행부(250)를 제어한다. 상기 착륙 조종부(213-1)는 충전 판단부(214)로부터 무선충전 요청 신호의 수신 시 구동될 수 있을 것이다.

충전 판단부(214)는 비행 중 배터리 용량 측정부(260)를 통해 주기적으로 배터리(201)의 배터리 잔여 용량을 측정하고, 측정된 잔여 용량이 미리 설정된 기준 잔여 용량 이하로 떨어지는지를 검사한다.

측정된 잔여 용량이 기준 잔여 용량 이하로 떨어지면 충전 판단부(214)는 비행 조종부(213)로 무선충전 요청 신호를 전송하고, 그에 따라 착륙 조종부(213-1)로부터 착륙 완료 신호의 수신 시 실시예에 따라 무선전력 수신부(202) 및 근거리 무선통신부(240) 중 하나를 통해 드론 스테이션(100)으로 무선충전을 요청하고, 무선전력 수신부(202)를 구동하여 드론 스테이션(100)으로부터 수신되는 무선충전전력에 의해 배터리(201)를 무선 충전한다.

인증처리부(215)는 상기 충전 판단부(214)의 무선충전 요청 신호의 전송에 따라 드론 스테이션(100)으로부터 인증정보 요청이 발생되면 드론 저장부(220)에 저장된 인증정보를 무선전력 수신부(202) 및 근거리 무선통신부(240) 중 하나를 통해 드론 스테이션(100)으로 전송한다. 상기 무선충전 전력은 전송된 인증정보에 의해 인증에 성공된 경우 수신될 것이다. 특히 인증처리부(215)는 블록체인 인증부(216) 등을 포함할 수 있으며, 블록체인 인증부(216)을 통해 블록체인 기반의 인증을 수행한다.

블록체인 인증부(216)는 블록체인 기법을 적용하여 드론 위치추적과 "인식"을 통한 인증을 위해 각 드론별 과거 "충전기록(DB)"을 통한 인증 시스템으로 자동비행의 불법 또는 인증 드론인지를 확인한다.

상기 충전기록 DB는 하기 표 1과 같이 나타낼 수 있을 것이다.

드론	충전기록-1	충전기록-2	충전기록-3	충전기록-4
충전좌표 (충전소)	충전좌표-1	충전좌표-2	충전좌표-3	충전좌표-4

도 7은 본 발명에 따른 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 방법을 나타낸 흐름도이고, 도 8은 본 발명에 따른 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 방법 중 목적지 입력에 따른 경로 설정 방법을 나타낸 흐름도이며, 도 9는 본 발명에 따른 드론의 경로 설정 방법 및 설정된 경로를 따른 자동 비행 방법을 설명하기 위한 도면이다. 이하 도 7 내지 도 9를 참조하여 비콘신호의 스테이션 아이디 및 비중첩영역 드론 위치 추적 방식인 적용된 경우의 드론 자동 비행 방법을 설명한다.

우선, 드론 제어부(210)는 목적지 설정부(211)를 통해 출발지와 목적지를 설정한다(S111). 상기 출발지는 현재 위치일 것이다. 출발지 정보는 GPS모듈(290)을 포함하는 경우 GPS 모듈(290)을 통해 획득될 수도 있을 것이다.

먼저, 도 8을 참조하여 드론 기반의 비중접영역 드론 위치 추적 방식에 의한 목적지 설정 방법을 설명한다.

드론 제어부(210)는 입력부(280)를 통해 목적지 설정 명령이 입력되는지를 검사한다(S211).

목적지 설정 명령이 입력되면 드론 제어부(210)는 출발지 및 목적지를 입력할 것을 요청한다(S213). 출발지 및 목적지 입력 요청은 드론(200)이 디스플레이부(미도시)를 포함하는 경우 디스플레이부에 텍스트 및 그래픽 중 적어도 하나 이상을 표시하여 이루어질 수도 있고, 연결된 외부기기로 출발지 및 목적지 입력 요청 정보를 전송하고, 상기 외부기기가 상기 출발지 및 목적지 입력 요청 정보를 텍스트 및 그래픽 중 적어도 하나 이상으로 표시하여 이루어질 수도 있을 것이다.

상기 출발지 및 목적지 입력 요청 후 드론 제어부(210)는 입력부(280) 또는 GPS 모듈(290)을 통해 출발지가 입력되고 입력부(280)를 통해 목적지가 입력되는지를 검사한다(S215).

출발지(901) 및 목적지(902)가 입력되면 드론 제어부(210) 전국의 지도에서 상기 출발지(901) 및 목적지(902)를 포함하는 지도 영역에서 상기 출발지(901)에서 목적지(902)로 갈 수 있는 다수의 비행경로를 탐색하고(S217), 탐색된 비행경로 중 미리 설정된 경로탐색(선택) 방식에 따라 하나의 비행경로를 선택한다(S219).

비행경로가 선택되면 드론 제어부(210)는 선택된 비행경로 상에 있는 드론 스테이션(100)의 스테이션 아이디 및 위치정보를 로드하고(S221), 로드된 비행경로 상의 드론 스테이션(100)들에 대한 스테이션 아이디 및 위치정보를 포함하는 비행 경로정보를 생성하여 드론 저장부(220)에 저장한다(S223).

도 9를 예로 들면, 드론 제어부(210)는 출발지 및 목적지가 입력되면 제1비행경로(903) 및 제2비행경로(904)를 탐색하고(S217), 탐색된 제1비행경로(903) 및 제2비행경로(904) 중 미리 설정된 비행경로 선택 방식(GPS 구간이 짧고 드론 스테이션 간 거리가 짧은 경로 우선)에 의해 제1비행경로(903)를 선택할 것이다(S219).

제1비행경로가 선택되면 드론 제어부(210)는 제1비행경로의 드론 스테이션(100)들인 PS(Path Drone Station의 약어)1, PS2, PS3, PS4, PS5, PS6에 대한 스테이션 아이디 및 위치정보를 드론 저장부(220)에 저장된 지도데이터로부터 로드하고(S221), 로드된 제1비행경로(903)의 드론 스테이션(100)들 각각에 대한 스테이션 아이디 및 스테이션 위치정보들을 포함하는 스테이션 정보들을 포함하는 비행 경로정보를 생성하여 드론 저장부(220)에 저장한다. 상기 스테이션 정보는 출발지에서 목적지로 향하는 방향에 대해 순차적으로 저장되며, 인덱스 정보를 포함할 수도 있을 것이다. 이전 드론 스테이션을 100-1, 현재 드론 스테이션을 100-2, 다음 드론 스테이션을 100-3이라 하면, 상기 스테이션 위치정보는 비행경로 상에서 이전 드론 스테이션(100-1)에서 진입하는 방향에 대해 다음 드론 스테이션(100-3)으로 향하기 위한 회전 방향 정보(Θ) 및 해당 드론 스테이션(100-2)에서 다음 드론 스테이션(100-3)까지의 거리정보(d)를 포함할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 목적지가 설정되면(S111) 드론 제어부(210)는 입력부(280)를 통해 비행 개시 명령이 입력되는지를 검사한다(S113).

비행 개시 명령이 입력되면 드론 제어부(210)는 비행부(250)를 제어하여 이륙하여 드론 스테이션(100)이 방송하는 비콘신호에 기반한 위치 추적을 개시하고, 추적되는 위치와 비행경로를 비교하면서 비행을 개시한다(S115).

이때, 관리자는 순수 비콘신호에만 기반하여 비행을 하기 위해서는 출발지(901) 및 목적지(902)를 드론 스테이션(100)이 설치된 위치로 설정하여야 할 것이다. 이럴 경우, 출발지(901) 및 목적지(902)가 드론 스테이션(100)이 설치된 도로 공공기물의 위치가 되어야 하므로 불편하므로 출발지에서 첫 번째 드론 스테이션(100)(PS1)까지의 거리(d0) 그리고 마지막 드론 스테이션(100)(PS6)에서 목적지까지의 거리(d5)에 대해서는 GPS 모듈(290)을 구동하여 GPS 기반의 위치추적을 수행하도록 구성될 수도 있을 것이다.

비행이 개시되면 드론 제어부(210)는 배터리 용량 측정부(260)를 통해 배터리(201)의 잔여용량을 모니터링하기 시작한다(S117).

배터리 잔여용량이 모니터링되기 시작되면 목적지(902)에 도착할 때까지(S121) 드론 제어부(210)는 모니터링되는 배터리 잔여용량과 미리 설정된 기준 잔여용량을 비교하여 배터리 잔여용량이 기준 잔여용량보다 작아 충전이 필요한지를 판단한다(S119).

충전이 필요한 것으로 판단되면 드론 제어부(210)는 현재 추적되고 있는 위치에서 가장 가까운 드론 스테이션(100)을 검색하고(S123), 수신신호전계강도에 의해 검색된 드론 스테이션(100) 상부까지 비행한 후 영상 처리부(270)를 구동하여 드론 스테이션(100)의 착륙지를 촬영하고 촬영되는 영상에 근거하여 드론 스테이션(100) 착륙지의 코일 안테나(231)에 정확하게 착지한다(S125).

착지하면 드론 제어부(210)는 무선전력 수신부(202) 또는 근거리 무선통신부(240)를 통해 드론 스테이션(100)으로 충전을 요청한다(S127). 드론 스테이션(100)의 착륙지에 압력센서 등을 구비하여 드론 스테이션(100)이 드론(200)의 착륙을 무선 충전 요청으로 인식하도록 구성할 수도 있을 것이다.

상기 충전 요청 후 드론 제어부(210)는 배터리 용량 측정부(260)를 통해 충전이 완료되는지를 모니터링하고(S129), 충전이 완료되면 비행부(250)를 제어하여 이륙한(S131) 후, 상기 비행경로의 목적지(902)에 도착할 때까지(S121) 비행경로를 따라 비행하면서 상술한 S115 이후의 과정을 반복 수행하여 목적지에 도착한 것으로 판단되면(S121) 목적지에 착륙한다(S133).

한편, 본 발명은 전술한 전형적인 바람직한 실시예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.

100: 드론 스테이션 110: 스테이션 제어부
111: 드론 인증부 112: 무선충전 처리부
113: 위치 계산부 120: 스테이션 저장부
130: 무선전력 송신부 140: 비콘 송신부
150: 근거리 무선통신부 160: 원거리 통신부
200: 드론 201: 배터리
202: 무선전력 수신부 203: 전원부
210: 드론 제어부 211: 목적지 설정부
212: 위치 추적부 213: 비행 조종부
213-1: 착륙 조종부 214: 충전 판단부
215: 인증 처리부 220: 드론 저장부
230: 비콘 수신부 231: 코일 안테나
240: 근거리 무선통신부
250: 비행부 260: 배터리 용량 측정부
270: 영상 처리부 280: 입력부
290: GPS 모듈

Claims

도로 공공기물의 상단부에 설치되어 자신의 고유 아이디인 스테이션 아이디 및 위치정보를 포함하는 스테이션 정보를 구비하는 비콘신호를 송신하는 다수의 드론 스테이션; 및
출발지에서 목적지까지 경로 상에 있는 드론 스테이션들의 스테이션 정보를 포함하는 비행 경로정보를 가지고 있으며, 상기 출발지에서 목적지까지의 비행 시 상기 드론 스테이션에서 송신되는 비콘신호를 수신하고, 수신된 비콘신호에 포함된 스테이션 정보와 비행 경로정보의 스테이션 정보를 비교하여 상기 목적지까지 비행하는 드론을 포함하는 것을 특징으로 하는 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 시스템.
제1항에 있어서,
상기 드론 스테이션은,
상기 스테이션 아이디 및 위치정보를 포함하는 상기 스테이션 정보를 저장하는 스테이션 저장부;
상기 스테이션 정보를 입력받아 상기 스테이션 정보를 포함하는 비콘신호를 주기적으로 방송하는 비콘 송신부; 및
상기 스테이션 정보를 상기 스테이션 저장부로부터 로드하여 비콘 송신부로 전송하는 스테이션 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 시스템.
제2항에 있어서,
상기 드론은 무선충전전력을 수신받아 내부에 구비된 배터리를 충전하는 무선충전 수신부를 포함하고,
상기 드론 스테이션은,
드론이 착륙하는 상부에 무선충전전력을 송신하는 코일 안테나를 포함하여 제어를 받아 무선충전전력을 생성하여 상기 코일 안테나를 통해 송출하는 무선전력 송신부를 더 포함하되,
상기 스테이션 제어부는,
상기 무선전력 송신부를 통해 상기 드론의 착륙 여부를 확인하고 드론의 착륙 확인 시 상기 무선전력 송신부를 구동하여 무선충전전력을 송출하는 것을 특징으로 하는 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 시스템.
제2항에 있어서,
상기 드론은,
자신의 고유의 드론 식별정보인 드론 아이디를 포함하는 비콘신호를 송신하는 비콘 송신부를 포함하되,
상기 드론 스테이션은,
상기 드론의 비콘 송신부가 수신한 드론 비콘신호를 수신하고 상기 드론 비콘신호의 수신신호전계강도를 측정하는 비콘 수신부를 포함하고, 인접한 타 드론 스테이션이 상기 드론의 비콘 송신부에서 송신된 드론 비콘신호에 대해 측정한 수신신호전계강도를 수신받는 근거리 무선통신부를 더 포함하고,
상기 근거리 무선통신부를 통해 측정된 드론 비콘신호의 수신신호전계강도, 및 상기 수신신호전계강도에 의해 계산된 상기 드론과의 상대적인 거리 및 위치정보를 주변의 적어도 하나 이상의 타 드론 스테이션들로 송신하여 공유하고, 상기 드론의 상대적인 거리 및 위치정보와 타 드론 스테이션으로부터 수신된 드론의 상대적인 거리 및 위치정보에 근거하여 상기 드론의 위치를 계산한 후, 상기 드론으로 송신하는 것을 특징으로 하는 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 시스템.
제1항에 있어서,
상기 드론은,
복수의 프로펠러를 구동하여 드론의 높이, 진행 방향, 진행 속도 및 진행 여부를 조절하는 비행부;
제한된 소스전력을 저장하고 있으며 상기 소스전력에 기반한 소스전원을 출력하는 배터리;
드론 아이디 및 상기 비행 경로정보를 저장하는 드론 저장부;
상기 드론 스테이션이 송신하는 비콘신호를 수신하여 비콘신호에 포함된 스테이션 정보를 검출하여 출력하는 비콘 수신부;
상기 출발지 및 목적지를 입력받아 출발지에서 목적지 사이의 드론 스테이션들 중 미리 설정된 경로선택 방식에 따라 비행경로를 설정하고 설정된 비행경로 상의 스테이션 정보를 포함하는 비행 경로정보를 생성하여 상기 드론 저장부에 저장하고, 상기 드론 스테이션이 송신하는 비콘신호에 의해 상기 비행 경로정보에 따라 순차적으로 해당 드론 스테이션을 찾아 해당 비행경로로 비행하도록 상기 비행부를 제어하는 드론 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 시스템.
제5항에 있어서,
상기 드론 스테이션은,
무선충전전력을 송출하는 무선전력 송신부를 포함하고,
상기 드론은,
상기 드론 스테이션이 송출하는 무선충전전력을 무선으로 수신받아 상기 배터리로 충전전류를 출력하는 무선전력 수신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 시스템.
제6항에 있어서,
상기 드론은,
상기 배터리와 연결되어 상기 배터리의 잔여 용량을 측정하여 드론 제어부로 출력하는 배터리 용량 측정부를 더 포함하되,
상기 드론 제어부는,
상기 배터리 용량 측정부를 측정되는 배터리의 잔여 용량이 미리 설정된 기준 용량보다 작으면 상기 비행부를 제어하여 진행 방향으로 가장 가까운 드론 스테이션에 착륙 후 상기 무선전력 수신부를 통해 상기 배터리를 충전한 후 이륙하여 진해하던 비행 경로정보 상의 비행경로를 따라 비행하도록 상기 비행부를 제어하는 것을 특징으로 하는 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 시스템.
제5항에 있어서,
상기 드론은,
드론 아이디를 포함하는 드론 비콘신호를 방송하는 드론 비콘 송신부를 포함하고, 상기 드론 스테이션과 근거리 무선통신을 수행하는 근거리 무선통신부를 더 포함하되,
상기 드론 제어부는 상기 근거리 무선통신부를 통해 적어도 셋 이상의 드론 스테이션으로부터 상기 드론 비콘 송신부를 통해 자신이 방송한 드론 비콘신호에 대한 수신신호전계강도를 수신받아 자신의 위치를 계산하고, 계산된 위치에 기반하여 비행 경로정보 상의 비행경로로 비행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 시스템.
제5항에 있어서,
상기 드론의 비행부는,
드론의 진행방향의 변화(각도)를 측정하는 방향측정부; 및
드론의 비행 속도를 측정하는 비행 속도 측정부를 포함하되,
상기 드론 제어부는,
상기 비행경로 설정 시 상기 설정된 비행경로 상의 각 드론 스테이션에서 다음 드론 스테이션의 방향 회전 정보, 설치 높이 정보 및 거리정보를 더 포함하고,
해당 드론 스테이션에서 다음 드론 스테이션으로 이동 시 상기 방향 측정부 및 비행 속도 측정부에서 측정되는 방향 및 속도에 근거하여 상기 비행 경로정보의 방향 회전 정보로 회전한 후 상기 비행 속도 측정부에서 측정되는 속도에 근거하여 설치 높이 정보 및 거리정보에 대응하는 비행거리를 비행하도록 비행부를 제어하는 것을 특징으로 하는 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 시스템.
제4항에 있어서,
상기 스테이션 제어부는,
상기 드론으로부터 인증키를 수신받고 블록체인 기반의 인증을 수행하여 인증 성공 시 상기 무선충전전력을 송출하도록 하여 인증된 드론에 대해서만 무선충전을 수행할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 시스템.
도로 공공기물의 상단부에 설치되는 드론 스테이션이 고유 아이디인 스테이션 아이디 및 위치정보를 포함하는 스테이션 정보를 구비하는 비콘신호를 송신하는 비콘신호 송신 단계; 및
드론이 출발지에서 목적지까지 경로 상에 있는 상기 드론 스테이션들 각각에 대한 스테이션 정보를 포함하는 비행 경로정보를 가지고 있으며, 상기 출발지에서 목적지까지의 비행 시 상기 드론 스테이션에서 송신되는 비콘신호를 수신하고, 수신된 비콘신호에 포함된 스테이션 정보와 비행 경로정보의 드론 스테이션의 스테이션 정보를 비교하여 상기 목적지까지 비행하는 비행 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 방법.
제11항에 있어서,
상기 비행 단계는,
드론이 출발지 및 목적지를 입력받고 상기 출발지에서 목적지 사이에 있는 드론 스테이션들에 의해 생성될 수 있는 비행경로들 중 미리 설정된 경로탐색 방식에 따라 하나의 비행경로를 선택하고, 선택된 비행경로에 대응하는 드론 스테이션의 스테이션 아이디 및 위치 정보를 포함하는 비행 경로정보를 생성하여 저장하는 비행경로 설정 단계; 및
비행 시 상기 드론 스테이션에서 송신되는 비콘신호를 수신하고, 수신된 비콘신호에 포함된 스테이션 아이디 및 위치정보와 비행 경로정보의 드론 스테이션의 스테이션 아이디 및 위치정보를 비교하여 상기 목적지까지 비행하는 비행경로 비행 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 방법
제12항에 있어서,
상기 비콘신호 송신 단계 후 상기 드론 스테이션이 무선충전전력을 송신하는 무선충전 단계를 더 포함하고,
상기 비행 단계는,
상기 드론의 드론 제어부가 비행 중 배터리 용량 측정부를 통해 배터리의 잔여 용량을 측정하고, 측정된 배터리의 잔여 용량이 미리 설정된 기준 용량보다 작으면 비행경로 상의 가장 가까운 드론 스테이션에 착륙 후 상기 드론 스테이션이 송출하는 무선충전전력을 수신받아 상기 배터리를 충전하는 충전 단계를 더 포함하고,
상기 드론 제어부는 충전 완료 후 비행부를 제어하여 이륙 후 상기 비행경로를 따라 다시 비행하는 것을 특징으로 하는 비콘신호를 이용한 자동 비행 방법.
제12항에 있어서,
상기 비행경로 비행 단계는,
상기 드론 제어부가 드론 아이디를 포함하는 드론 비콘 신호를 방송하는 드론 비콘 신호 방송 단계;
수신된 비콘신호에 포함된 스테이션 아이디 및 위치정보와 비행 경로정보의 드론 스테이션의 스테이션 아이디 및 위치정보를 비교하여 상기 목적지까지 비행하는 비행경로 상에 있는지를 판단하는 비행경로 비행 판단 단계;
상기 비행경로 상에 있는 것으로 판단되면 상기 방송한 드론 비콘 신호를 수신한 드론 스테이션으로부터 드론 비콘신호의 수신신호전계강도를 수신받는 드론 비콘신호 수신신호전계강도 획득 단계;
상기 드론 비콘신호 수신신호전계강도 의해 자신의 위치를 계산하는 위치 추적 단계; 및
상기 계산된 위치에 의해 상기 비행 경로정보의 비행경로를 따라 비행부를 제어하여 비행하는 비콘신호 기반 비행 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 방법.
제12항에 있어서,
상기 비행경로 설정 단계는,
상기 드론이 출발지 및 목적지를 입력받고 상기 출발지에서 목적지 사이에 있는 드론 스테이션들에 의해 생성될 수 있는 비행경로들 중 미리 설정된 경로탐색 방식에 따라 하나의 비행경로를 선택하는 비행경로 탐색 단계; 및
선택된 비행경로에 대응하는 드론 스테이션의 스테이션 아이디 및 위치 정보와, 각 드론 스테이션에서 다음 드론 스테이션으로의 회전 방향 및 거리 정보를 포함하는 비행 경로정보를 생성하여 저장하는 비행 경로정보 생성 단계를 포함하고,
상기 비행경로 비행 단계는,
임의의 드론 스테이션으로부터 비콘신호를 수신하는 비콘신호 수신단계;
상기 비콘신호의 수신신호전계강도에 의해 드론 스테이션에 도달했는지를 판단하는 드론 스테이션 위치 도착 판단 단계;
상기 드론 스테이션의 위치에서 상기 드론 스테이션에 대한 스테이션 아이디에 대응하는 다음 드론 스테이션으로 비행하기 위한 회전 방향 정보 및 거리 정보를 로드하는 비행정보 로딩 단계; 및
로딩된 상기 회전 방향 정보에 대응하는 회전 방향으로 회전한 후 상기 스테이션 아이디에 대응하는 거리만큼 다음 드론 스테이션으로 비행하도록 제어하는 비콘신호 기반 비행 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 방법.
제13항에 있어서,
상기 무선충전 단계는,
상기 비콘신호 송신 단계 후, 상기 드론으로부터 인증키를 수신받고, 상기 인증키에 의한 인증을 수행하는 드론 인증 단계; 및
상기 인증 성공 시 상기 무선충전전력을 송신하는 무선충전전력 송신 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비콘신호를 이용한 드론 자동 비행 방법.