KR20190097804A - 공사현장 위험 감지를 위한 드론 - Google Patents

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김민기
박창훈
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Abstract

본 발명은 공사현장 위험 감지를 위한 드론에 관한 것으로, 카메라 모듈에서 수집한 영상 정보를 외부 서버에 전송하고, 서버에서 영상 정보 내 객체의 무게중심을 측정하고 위험 경보 신호를 전송하면 주변에 경보음을 울리거나 경고등을 점멸하며 주변에 위험을 알리는 공사현장 위험 감지를 위한 드론에 관한 것이다.

Description

공사현장 위험 감지를 위한 드론{Drone for Detecting Danger in Construction Site}
본 발명은 공사현장 위험 감지를 위한 드론에 관한 것으로, 카메라 모듈에서 수집한 영상 정보를 외부 서버에 전송하고, 서버에서 영상 정보 내 객체의 무게중심을 측정하고 위험 경보 신호를 전송하면 주변에 경보음을 울리거나 경고등을 점멸하며 주변에 위험을 알리는 공사현장 위험 감지를 위한 드론에 관한 것이다.
본 발명은 공사현장 위험 감지를 위한 드론에 관한 것이다. 공사현장에서 낙석, 토사 유출 등에 의한 사고가 종종 일어나고 있다. 이를 대비하기 위해 선행기술인 대한민국 등록특허 제10-0983031호에는 신축계 또는 경사계를 이용한 낙석 및 토사 붕괴 재해 감시 시스템이 제공된다. 하지만 선행기술의 경우 설치가 어렵다는 단점이 있다.
대한민국 공개특허번호 : 제10-2017-0119594호 대한민국 등록특허번호 : 제10-0983031호
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 카메라 모듈에서 수집한 영상 정보를 외부 서버에 전송하고, 서버에서 영상 정보 내 객체의 무게중심을 측정하고 위험 경보 신호를 전송하면 주변에 경보음을 울리거나 경고등을 점멸하며 주변에 위험을 알리는 공사현장 위험 감지를 위한 드론을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
카메라 모듈을 포함한 드론에 있어서, 상기 카메라 모듈에서 수집한 영상 정보를 외부 서버에 전송하고, 외부 서버에서 전송한 제어신호를 수신하는 송수신부,상기 송수신부에서 수신한 신호에 따라 주변에 경보음을 울리는 경고음 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 드론 외부에 경고등 모듈을 더 포함하여, 상기 서버에서 전송한 신호에 따라 경고등을 점멸하는 것을 특징으로 한다.
드론의 카메라 모듈에서 영상 정보를 수집하는 단계; 영상 정보를 서버로 전송하는 단계; 서버에서 영상 정보를 분석하여, 물체의 무게중심을 측정하는 단계; 무게중심이 불안정한 경우 드론으로 경보 신호를 전송하는 단계; 드론에서 경고 신호를 수신하여 주변에 경고음을 울리거나 경고등을 점멸하여 알리는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 카메라 모듈에서 수집한 영상 정보를 외부 서버에 전송하고, 서버에서 영상 정보 내 객체의 무게중심을 측정하고 위험 경보 신호를 전송하면 주변에 경보음을 울리거나 경고등을 점멸하며 주변에 위험을 알리는 공사현장 위험 감지를 위한 드론을 제공하는 효과가 있다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 기술적 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 청구범위의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 공사현장 위험 감지를 위한 드론의 기능을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 드론을 이용한 공사현장 위험 감지 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명하는 데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.
또한, 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다. 아울러, 본 발명의 실시 예를 설명하면서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 각 구성 단계에 대한 상세한 설명에 앞서, 본 명세서 및 청구 범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 나은 방법으로 설명하기 위하여 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
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 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "... 부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
드론(Drone)이란 무선 전파로 조종할 수 있는 무인항공기를 뜻하는 것으로, 사전 입력된 프로그램에 따라 조종사가 탑승하지 않고 무선전파 유도에 의해 비행이나 조정이 가능한 헬리콥터 모양의 무인기를 총칭한다. 과거 군사용으로 개발된 드론은, 최근 물류운송, 농업용, 재해관측 등 다양한 분야로의 활용가능성이 높아지며 산업 및 민간용 시장으로 빠르게 확산되고 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 공사현장 위험 감지를 위한 드론의 기능을 나타낸 도면이다.
본 발명의 일실시 예에 따른 공사현장 위험 감지를 위한 드론은 공사 현장을 촬영하며 영상정보를 수집하고, 수집한 영상정보를 서버에 전송한다. 서버에서는 영상정보를 받아 분석한 뒤 위험한 것으로 판단되면 위험 경보 신호를 드론으로 전송하고, 위험 경보 신호를 수신한 드론은 공사현장에 위험을 알린다.
본 발명의 일실시 예에서 드론을 이용한 공사현장 위험 감지 시스템은 드론, 드론과 신호를 주고 받으며 드론을 제어하는 제어단말로 구성된다.
제어단말은 드론 조종을 위한 무선조종장치, 리모콘, 휴대폰은 물론 무선으로 드론과 신호를 주고 받을 수 있는 모든 무선 단말기, 또는 무선 단말 장치와 연계되는 서버를 포함한다.
공사현장 위험 감지를 위한 드론은 드론의 비행에 필요한 모든 정보를 제공하기 위한 운항기본센서부(11)와, 입력된 비행 및 촬영조건을 저장하기 위한 저장부(15)와, 공사현장을 촬영하기 위한 카메라 모듈(12)와, 상기 카메라 모듈(12)의 촬영 도중 드론(10)이 진행하는 방향에 장애물이 존재하면 이를 감지하여 최적의 방향으로 피하면서도 카메라는 지속적으로 피사체를 향하도록 하고 최단의 시간 내에 저장부(15)에 저장된 비행 및 촬영조건을 맞추기 위한 제어부(14)와, 상기 비행 및 촬영조건의 기준이 되는 정보를 제공받기 위한 송수신부(13)를 구비하여 정지상태 유지 및 상하전후좌우 비행이 가능하다.
더불어 드론(10)의 운항에 필요한 기본적인 센서부, 즉 위치센서(16) 및 거리센서, GPS 위치 수신기, G-센서, 고도 센서, 자력센서, 고도센서, 속도센서, 각도센서, 가속도계, 레이트 센서, GNSS 모듈 들은 당연히 구비된다.
드론에서 촬영한 영상 분석을 통하여 위험을 판단하는 서버는 드론에서 전송한 영상 정보를 유무선통신을 통해 수신하는 통신부와, 통신부를 통해 수신된 영상에서 물체의 위치, 형태, 무게중심, 기울기 등을 기준으로 위험 판단의 기준이 되는 이상움직임을 설정하는 설정부와, 설정부가 설정한 이상움직임을 기준으로 낙석, 붕괴 가능성을 판단하는 제어판단부를 포함한다.
제어단말과 서버, 제어단말과 드론, 드론과 서버는 무선 통신으로 연결되는 것이 바람직하다. 무선통신을 위해 제어단말, 드론, 서버는 네트워크(Network)에 연결되는데, 그것은 LAN(Local Area Network), WAN(Wide Area Network)등의 폐쇄형 네트워크가 될 수 있고, 인터넷(Internet)과 같은 개방형 네트워크가 될 수도 있다. 인터넷은 TCP/IP 프로토콜 및 그 상위계층에 존재하는 여러 서비스, 즉 HTTP(HyperText Transfer Protocol), Telnet, FTP(File Transfer Protocol), DNS(Domain Name System), SMTP(Simple Mail Transfer Protocol), SNMP(Simple Network Management Protocol), NFS(Network File Service), NIS(Network Information Service)를 제공하는 전 세계적인 개방형 컴퓨터 네트워크 구조를 의미한다.
네트워크에 연결됨에 따라, 드론을 조종하는 드론 조종사뿐만 아니라, 현장 작업자들도 공사 현장의 모습을 볼 수 있다.
본 발명의 일실시 예에서 공사현장 위험 감지를 위한 드론은 영상 정보 수집을 위한 카메라 모듈 외에, 경고음 모듈, 경고등 모듈 등을 더 포함한다.
더불어 송수신부는 카메라 모듈에서 수집한 영상 정보를 외부 서버에 전송하고, 제어단말 또는 제어단말과 연계된 외부 서버에서 전송한 제어신호를 수신하고, 경고음 모듈은 송수신부에서 수신한 신호에 따라 주변에 경보음을 울리고, 경고등 모듈은 서버에서 전송한 신호에 따라 경고등을 점멸한다.
경고등 모듈은 위험 상황시 경고등 점멸 외에, 특정 부분에 빛을 비추거나 하여, 구덩이에 사람이 빠지거나 하는 경우 구조 작업에도 적용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 드론을 이용한 공사현장 위험 감지 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2를 참조하면 본 발명의 일실시 예에 따른 드론을 이용한 공사현장 위험 감지 방법은 시작 후 드론 카메라 모듈에서 영상 정보를 수집한다(S1). 드론은 수집한 영상 정보를 서버로 전송하고(S2) 서버는 인공지능을 이용해 수신한 영상 정보 내 객체의 무게중심을 측정한다(S3). 무게중심이 불안정한지 판단하고(S4), 불안정하다고 판단된 경우 드론으로 위험 경보 신호를 전송한다(S5). 불안정하지 않다고 판단된 경우 S3단계로 돌아가 영상 내 객체의 무게중심을 측정한다. 서버로부터 위험 경보 신호를 수신한 드론은 경고음, 경고등을 이용해 주변에 위험을 알리며(S6) 종료한다.
본 발명의 일실시 예에서 카메라 모듈은 영상을 획득하는 촬영부와, 촬영부를 상, 하, 좌, 우로 회전시키는 구동부와, 상기 촬영부의 렌즈를 줌인 줌아웃하거나 상기 구동부의 이동량을 제어하는 카메라제어부를 포함하여 구성된다. 촬영부는 카메라, 조명, 마이크를 포함하여 구성되는데, 실시예에따라 조명은 경고등으로 대체할 수 있다.
영상 정보내 객체의 무게중심 검출은 Sliding Windowing 방법에 의해 검출된 물체의 아웃라인(Outline)의 각 지점 좌표를 기준으로 중심점을 찾는 영상에서의 일반적인 무게중심 추출법을 이용한다. 서버에서 인공지능을 이용해 무게 중심을 측정하는 것은 활영 영상 정보를 수신하며 시작된다. 영상 정보 내의 화소에 대한 화소값을 확인하여 움직임이 없는 배경에 대한 배경 화소를 제거하여 움직이는 객체에 대한 전경 화소를 분리하여 전경 영상을 생성한다. 또한 전경 영상 내의 전경 객체에 대한 화소수 및 전경 화소에 대한 좌표값을 측정하여 전경 객체정보를 생성한다. 이후 전경 객체정보에 대한 노이즈를 제거하고, 노이즈가 제거된 전경 객체정보를 이용하여 두 개의 그룹으로 군집화를 수행하고, 두 개의 그룹 중 단일객체로 이루어진 그룹을 판단하여 단일객체에 대한 단일객체 정보를 검출한다. 또한, 단일객체 정보를 이용하여 소정의 면적 산출함수를 추정하고, 단일객체 정보에 포함된 단일객체의 y 좌표값을 적용하여 각각의 단일객체의 면적, 너비 및 높이를 산출하여 단일객체의 크기에 대한 결과정보를 생성한다. 단일객체 결과정보에 근거하여 소정의 단일 전경객체를 선정하고, 선정된 단일 전경객체에 대한 기울기 즉 자세를 추정하여 단일 전경객체에 대한 최소 경계사각형의 크기 및 기울기를 교정하는 동작을 수행한다.
본 실시예에 따른 기울기 추정은 면적, 너비 및 높이가 산출된 단일객체 중 관리자의 조작에 따른 입력 또는 소정의 크기 기준을 통해 단일 전경객체를 선정하고, 공분산 행렬을 이용하여 단일 전경객체에 대한 고유벡터를 추출한다. 또한, 촬영영상 내의 임의의 한 점과 단일 전경객체의 무게중심을 연결한 기준벡터와 추출된 고유벡터 간의 사이 각도를 최소화하는 임의의 한 점을 소실점 위치로 산출한다. 여기서,
기울기 추정부은 소실점의 위치를 산출하기 위해 촬영영상 내의 전체 또는 일부의 화소를 반복하여 임의의 한 점으로 설정할 수도 있다. 또한, 산출된 소실점을 이용하여 각각의 단일 전경객체의 기울어진 정도 즉, 단일 전경객체의 자세를 확인하여 해당 객체의 최소 경계사각형의 기울기를 조정하고, 실제 객체의 크기와 유사하도록 최소 경계사각형의 크기를 교정하여 모니터링 장치에 표시되도록 한다. 여기서 모니터링 장치는 드론의 제어단말이 될 수 도 있고, 드론 제어단말, 서버와 연계된 모니터링 장치가 될 수도 있다.
이상 본 발명의 실시 예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용, 변형 및 개작을 행하는 것이 가능할 것이다. 이에, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (2)

  1. 카메라 모듈을 포함한 드론에 있어서,
    상기 카메라 모듈에서 수집한 영상 정보를 외부 서버에 전송하고, 외부 서버에서 전송한 제어신호를 수신하는 송수신부,
    상기 송수신부에서 수신한 신호에 따라 주변에 경보음을 울리는 경고음 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공사현장 위험 감지를 위한 드론.

  2. 드론의 카메라 모듈에서 영상 정보를 수집하는 단계;
    영상 정보를 서버로 전송하는 단계;
    서버에서 영상 정보를 분석하여, 물체의 무게중심을 측정하는 단계;
    무게중심이 불안정한 경우 드론으로 경보 신호를 전송하는 단계;
    드론에서 경고 신호를 수신하여 주변에 경고음을 울리거나 경고등을 점멸하여 알리는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 공사현장 위험 감지 방법.

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