KR20190115575A

KR20190115575A - 해상 인명구조용 보트드론

Info

Publication number: KR20190115575A
Application number: KR1020180038447A
Authority: KR
Inventors: 김영철; 김근모
Original assignee: 동명대학교산학협력단
Priority date: 2018-04-03
Filing date: 2018-04-03
Publication date: 2019-10-14
Also published as: KR102050519B1

Abstract

해상 인명구조용 보트드론은, 선체; 주변 영상을 획득하고, 상기 선체 주변에 위치하는 객체들의 위치를 측정하여 센싱 신호를 출력하는 센싱 장치; 상기 주변 영상에 대한 분석을 통해 상기 객체들 중에서 익수자를 감지하고, 상기 익수자에 대응하는 제1 객체 영상의 위치 변화에 기초하여 상기 익수자의 위치를 추정하며, 상기 익수자의 위치에 기초하여 이동 경로를 설정하되, 상기 센싱 신호에 기초하여 상기 익수자의 위치를 갱신하는 제어 장치를 포함한다. 여기서, 상기 센싱 장치는, 상기 선체로부터 상기 익수자까지의 이격 거리가 제1 기준 거리보다 작은 경우, 상기 센싱 신호를 출력한다.

Description

해상 인명구조용 보트드론{MARINE RESCUE BOAT DRONE}

본 발명은 보트드론에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 사용자의 원격 제어 또는 자동으로 해상을 운행하면서 익수자(또는, 조난자)를 식별 및 구조하는 해상 인명구조용 보트드론에 관한 것이다.

2015년 이후 드론을 활용한 사업이 여러 분야에 활용되고 있으며, 해상 구조용 드론이 개발되었으나, 기상 변화(강풍, 우천 등)에 따라 대응이 불가한 경우가 있으며, 드론 조정을 위한 조정 전문가가 요구되며, 드론 자체의 제작 비용이 과다하게 소요되고, 비행시간이 짧은 문제점 등을 가지고 있다.

한국공개특허 제2013-0022348호(2013.03.06.공개)는 인명구조용 무선조종보트에 관한 것으로, 인명구조용 무선조종보트는 부력에 의해 수면에 뜨는 튜브체와, 튜브체에 결합되어 구난자가 안착하거나 매달릴 수 있도록 이루어진 보트 본체 및 튜브체의 후방에 배치되는 것으로 상부 및 하부가 서로 대칭으로 이루어져 상하 양방향으로 추진력을 발생시키는 양방향 추진부를 포함하며, 보트가 수면에 어느 방향으로 투척되어도 구동이 가능하기 때문에 구난 작업의 효율성을 향상시키고 무선 조종 또는 무인 제어가 가능한 효과를 개시하고 있다.

그러나, 이러한 선행기술과 같이 무선조종보트의 구조에 대해 연구만이 진행되고 있으며, 해상 환경에서 무선조종보트(즉, 보트드론)의 자율적인 주행 및 익수자의 식별/구조 기술에 대한 연구 개발이 필요한 실정이다.

한국공개특허 제2005-0059504호(2005.06.21.공개) “원격조종 무인방제보트 장치” 한국공개특허 제2013-0022348호(2013.03.06.공개) “인명구조용 무선조종보트”

본 발명의 일 목적은 사용자의 간단한 조종으로 익수자를 구조하거나, 자율적으로 익수자를 감지하여 구조할 수 있는 보트 형태의 해상 인명구조용 보트드론을 제공하는 것이다.

상기 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 해상 인명구조용 보트드론은, 선체; 주변 영상을 획득하고, 상기 선체 주변에 위치하는 객체들의 위치를 측정하여 센싱 신호를 출력하는 센싱 장치; 상기 주변 영상에 대한 분석을 통해 상기 객체들 중에서 익수자를 감지하고, 기 익수자에 대응하는 제1 객체 영상의 위치 변화에 기초하여 상기 익수자의 위치를 추정하며, 상기 익수자의 위치에 기초하여 이동 경로를 설정하되, 상기 센싱 신호에 기초하여 상기 익수자의 위치를 갱신하는 제어 장치를 포함 할 수 있다. 여기서, 상기 센싱 장치는, 상기 선체로부터 상기 익수자까지의 이격 거리가 제1 기준 거리보다 작은 경우, 상기 센싱 신호를 출력할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 센싱 장치는, 상기 주변 영상을 획득하는 카메라 장치; 펄스 레이저를 이용하여 제1 센싱 신호를 출력하는 라이다 센서; 및 초음파를 이용하여 제2 센싱 신호를 출력하는 근접 센서를 포함하고, 상기 제1 센싱 신호 및 상기 제2 센싱 신호는 상기 센싱 신호에 포함 될 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 제어 장치는, 상기 이격 거리가 상기 제1 기준 거리보다 작은 경우, 상기 라이다 센서를 동작시키고, 상기 제1 센싱 신호에 기초하여 상기 익수자의 위치를 갱신하며, 상기 이격 거리가 제2 기준 거리보다 작은 경우, 상기 근접센서를 동작시키며, 상기 제2 센싱 신호에 기초하여 상기 익수자의 위치를 갱신하며, 상기 제2 기준 거리는 상기 제1 기준 거리보다 작을 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 제어 장치는, 상기 주변 영상을 축소시키고,임계값(threshold value)에 기초하여 주변 영상의 계조 범위를 축소시키며, 외곽선을 추출 기술을 이용하여 수평선을 검출하고, 상기 수평선에 기초하여 상기 주변 영상 중 적어도 일부에 대한 관심 영역을 설정하며, 상기 주변 영상의 상기 관심 영역에 특징점 추출 기술을 적용하여 상기 제1 객체 영상을 검출하되, 상기 임계값은 이전 시점에서 획득한 주변 영상의 관심 영역에 대한 히스토그램 분석을 통해 설정 될 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 센싱 장치는, 해수가 이동하는 해수 방향 및 해수의 유속을 측정하는 해수탐지 센서를 더 포함 할 수 있다. 이 경우, 상기 제어 장치는, 상기 해수 방향 및 상기 유속에 기초하여 경유지를 설정하고, 상기 경유지에 기초하여 상기 이동 경로를 갱신하되, 상기 경유지는 상기 익수자로부터 제1 방향으로 이격되되, 상기 제1 방향은 해수 방향과 제1 각도를 형성 할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 해상 인명구조용 보트드론은, 보트 형태를 가짐으로써, 기상 악화에서도 신속하게 인명구조 작업을 수행할 수 있다.

또한, 해상 인명구조용 보트드론은 이격거리(즉, 보트드론으로부터 익수자까지의 이격된 거리)에 따라 카메라, 라이다 센서 및 근접센서를 순차적으로 이용함으로써 익수자의 위치를 보다 정확하게 파악하고, 나아가, 이격거리(및 유속)에 따라 경유지 추가 등을 통한 경로 재설정/갱신을 통해, 익수자에 대한 보다 안전하고 정확한 도킹 및 구조 작업이 가능하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 해상 인명구조 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 해상 인명구조 시스템에 포함된 보트드론의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2c는 도 1의 해상 인명구조 시스템에 포함된 무선조정장치의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2a의 보트드론에 포함된 제어장치의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 3의 제어장치에서 익수자를 감지하는 익수자 감지 방법의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 5a 내지 도 5c는 도 3의 제어장치에서 영상 분석을 통해 익수자를 감지하는 구성을 설명하는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 도 3의 제어장치에서 익수자의 위치를 추정하는 구성을 설명하는 도면이다.
도 7은 익수자를 기준으로 설정된 영역의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 3의 제어장치에서 보트드론의 이동 경로를 설정하는 이동 경로 설정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 9a 및 도 9b는 도 8의 이동 경로 설정 방법에 의해 설정된 이동 경로의 일 예를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 해상 인명구조 시스템을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 해상 인명구조 시스템(100)은 해상 인명구조용 보트드론(110)(이하, “보트드론” 이라 함) 및 무선조종장치(120)(또는, 무선조정기)를 포함할 수 있다. 또한, 해상 인명구조 시스템(100)은 외부의 관제 시스템(130), GPS 시스템(또는, GPS 위성) 등과 연동되거나, 이들로부터 데이터를 수신할 수 있다.

보트드론(110)은 갑판이 없는 소형의 배로, 일반적인 보트로 구현될 수 있다. 예를 들어, 보트드론(110)은 모터보트 일 수 있다. 보트드론(110)은 방수형 드론으로 구현되어 기상상황에 의한 영향이 적을 수 있으며, 양면 구조(예를 들어, 상부와 하부가 대칭되는 구조)를 가짐으로써 해상(또는, 수상)에서 뒤집히더라도 진행(또는, 주행, 운행) 할 수 있다. 보트드론(110)의 형상 등에 대해서는 도 2a 및 도 2b를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

보트드론(110)은 카메라(예를 들어, 보트드론(110)의 전방 또는 선수에 장착된 카메라)를 통해 주변 영상(즉, 보트드론(110) 주변 해상의 영상)을 획득하고, 주변 영상을 무선조정장치(120)에 제공할 수 있다. 이 경우, 사용자(즉, 무선조정장치(120)를 사용하는 사용자)는 익수자를 확인하고, 보트드론(110)에 대한 제어를 통해 익수자를 구조할 수 있다. 한편, 보트드론(110)은, 사용자에 의한 제어가 불가능한 경우에는, 자율적으로 익수자를 감지(또는, 판단)하고, 익수자에게 이동하여 구조하며(또는, 익수자에게 이동하여 익수자가 보트드론(110)에 탑승할 때까지 대기하며), 이후 처음 지역(또는, 보트드론(110)이 출발한 지점, 안전 지역)으로 리턴(또는, 이동) 할 수 있다.

실시예들에서, 보트드론(110)은 카메라를 통해 획득된 주변 영상에 대한 분석을 통해 익수자의 위치(또는, 목표 위치)를 산출/추정하거나 보트드론(110)으로부터 익수자까지의 이격거리를 측정하며(예를 들어, 특정 시간 동안 보트드론(110)이 이동한 거리 및 삼각측정법에 기초하여 이격거리를 산출하며), 이격거리가 제1 기준 범위(또는, 제1 영역, 예를 들어, 50m 내지 5m) 이내인 경우 라이다(LIDAR) 센서를 이용하여 익수자의 위치를 파악(또는, 측정)하고, 이격거리가 제2 기준 범위(또는, 제2 영역, 예를 들어, 5m 이하)인 경우 근접센서(또는, 물체감지센서, 예를 들어, 초음파 센서)를 이용하여 익수자의 위치를 파악할 수 있다. 즉, 보트드론(110)은 이격거리에 따라 카메라, 라이다 센서, 근접센서를 순차적으로 이용하여 익수자의 위치를 보다 정확하게 파악하며, 익수자와의 충돌을 방지하고, 익수자를 보다 안전하고 신속 정확하게 구조할 수 있도록 할 수 있다.

실시예들에서, 보트드론(110)은 이격거리가 제1 기준 범위를 벗어난 경우 익수자의 위치를 목적지(또는, 목표 지점)로 설정하여 보트드론(110)의 이동 경로를 설정하되, 이격거리가 제1 기준 범위 이내인 경우, 익수자를 기준으로 특정 방향(예를 들어, 해수의 방향(또는, 해수의 이동 방향)과 특정 각도를 형성하는 방향)으로 특정 거리만큼 이격된 지점을 경유지로 설정하며, 경유지에 기초하여 이동 경로를 재설정/갱신할 수 있다. 예를 들어, 보트드론(110)은 이격거리가 50m 이내인 경우 음향 도플러 유속계(ADCP)와 같은 유속 측정 장치를 이용하여 해수의 방향을 측정하며, 익수자로부터 특정 방향(예를 들어, 해수의 방향에 수직하는 방향)으로 5m만큼 이격된 지점을 경유지로 포함시킬 수 있다. 해수의 방향에 기초하여 경유지를 설정함으로써, 해수에 기인한 보트드론(110)의 경로 이탈 가능성(또는, 이동 경로 상에서 익수자의 이탈 가능성), 보트드론(110)의 익수자에 대한 충돌 가능성 등을 감소시키고, 보다 안전한 접근(또는, 도킹) 및 보다 신속 정확한 익수자 구조가 가능하게 할 수 있다.

보트드론(110)이 익수자를 감지하는 구성 및 익수자에게 이동하는 구성(또는, 자율 주행 구성)에 대해서는 도 4 내지 도 9b를 참조하여 후술하기로 한다.

무선조정장치(120)는 무선통신망을 통해 보트드론(110)과 연결되고, 보트드론(110)으로부터 주변 영상을 수신하여 디스플레이하며, 사용자로부터 조작신호를 수신하여 제어신호(즉, 보트드론(110)의 이동을 제어하는 신호)를 송신할 수 있다. 무선조정장치(120)는 심플한 인터페이스를 통해 전문적인 조종 교육을 받은 전문가가 아닌 일반인도 보트드론(110)을 용이하게 조종 가능하게 할 수 있다. 무선조종장치(120)에 대해서는 도 2c를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

한편, 보트드론(110)에 장착된 카메라 등의 센서는 그 설치 고도가 비행 드론에 비해 상대적으로 낮으므로, 탐색 범위가 상대적으로 좁을 수 있다. 따라서, 보트드론(110)은 관제 시스템(130)(또는, 비행 드론, 관제 센터)로부터 익수자의 대략적인 위치 정보를 획득(또는, 수신)하고, 해당 지역에서 상대적으로 정밀한 탐색 및 인명 구조 작업을 수행할 수 있다.

도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 해상 인명구조 시스템(100)(또는, 보트드론(110))은 사용자의 간단한 조종으로 익수자를 구조하거나, 자율적으로 익수자를 감지 및 구조할 수 있다. 특히, 보트드론(110)은 비행 드론의 문제점을 제거한 보트 형태를 가짐으로써, 기상 악화에서도 신속하게 인명구조 작업을 수행할 수 있다. 또한, 보트드론(110)은 이격거리(즉, 보트드론(110)으로부터 익수자까지의 이격된 거리)에 따라 카메라, 라이다 센서 및 근접센서를 순차적으로 이용함으로써 익수자의 위치를 보다 정확하게 파악하고, 나아가, 이격거리(및 유속)에 따라 경유지 추가 등을 통한 경로 재설정/갱신을 통해, 익수자에 대한 보다 안전하고 정확한 도킹 및 구조 작업이 가능하게 할 수 있다.

도 2a 및 도 2b는 도 1의 해상 인명구조 시스템에 포함된 보트드론의 일 예를 나타내는 도면이다.

도 2a를 참조하면 제1 보트드론(200a)은 선체(210), 구동 장치(220)(또는, 구동 시스템), 제어장치(230) 및 센싱 장치(240)를 포함할 수 있다.

선체(210)는 유선형의 양면 구조를 가지며, 양측에 부유체들(BU1, BU2)을 포함할 수 있다. 제1 보트드론(200a)의 경우, 익수자는 부유체들(BU1, BU2) 중 적어도 하나를 붙잡은 상태에서 이동할 수 있다. 즉, 부유체들(BU1, BU2)이 구조 장치로 이용될 수 있다.

구동 장치(220)는 선체(210)(또는, 제1 보트드론(200a))의 이동에 필요한 추친력을 생성하고, 선체(210)의 이동방향을 제어할 수 있다. 구동 장치(220)는 일반적인 기관(221)(예를 들어, 내연기관, 모터), 프로펠러(222) 및 조타(223)(rudder)를 포함하여 구성될 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

일 실시예에서, 구동 장치(220)에 포함된 모터는 선체(210)(또는, 제어장치(230))를 기준으로 특정 각도(예를 들어, 상하 45도) 범위 내에서 틸팅(tilting) 가능한 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 조류와 파고에 의해 보트드론(110)이 전진 불가능한 문제점을 해소할 수 있다. 또한, 모터는 선미 양측에 각각 구비되어, 즉, 상하 듀얼모터로 구현되어, 하나의 모터에 장애 또는 고장이 발생하더라도 다른 하나의 모터를 통해 구동이 가능하도록 구성될 수 있다.

제어장치(230)는 무선조정장치(120)로부터 수신한 제어신호에 기초하여 구동 장치(220)의 동작(예를 들어, 제1 보트드론(200a)의 이동 방향 및 이동 속도)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어장치(230)는 일반적인 ECU(engine control unit) 및 조타기(steering gear) 등을 포함할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 제어장치(230)는 보트가 뒤집혀도 처음 조작 그대로 제어가 가능한 헤드리스 모드 프로그램을 탑재할 수 있다.

센싱 장치(240)는, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 카메라(또는, 촬상 장치), 라이다(LIDAR) 센서, 근접 센서 등을 포함하고, 이들을 통해 선체(210) 주변의 영상(즉, 주변 영상), 라이다 신호, 초음파 신호 등을 획득할 수 있다. 이 경우, 제어장치(230)는 획득된 주변 영상에 기초하여 선체(210)(또는, 제1 보트드론(200a))으로부터 특정 거리(예를 들어, 제1 보트드론(200a)의 가시 거리) 이내에 위치하는 익수자(또는, 익수자를 포함하는 객체)를 감지할 수 있다.

또한, 센싱 장치(240)는 자세 제어 센서(즉, 보트드론(110)의 자세 및 기울기를 측정하기 위한 자이로, 가속도 센서)를 더 포함할 수 있다.

한편, 도 1에서 센서 장치(240)는 선수(FWD)의 상부면에 배치되는 것으로 도시되었으나, 센서 장치(240)가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 앞서 설명한 바와 같이, 선체(210)가 양면 구조(즉, 상하부 대칭 구조)를 가짐에 따라 센서 장치(240)는 선체(210)의 선수 중앙에 배치되고 상하좌우로 특정 각도 내를 탐지(또는, 스캔)할 수 있다. 특히, 제1 보트드론(200a)(또는, 보트드론(110))의 고속 이동시 선수가 들리는 현상을 고려하여 충분한 탐색 범위를 확보하기 위해서는, 센서 장치(240)는 선체(210)의 선수 중앙에 배치되는 것이 바람직할 수 있다.

도 2b를 참조하면, 도 2b에 도시된 제2 보트드론(200b)는, 선체(210)를 제외하고, 제1 보트드론(200a) 과 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서, 중복되는 설명은 반복하지 않기로 한다.

제2 보트드론(200b)의 선체(210b)의 선수는 외부를 향해 오픈된 빈 공간을 포함하며, 양측에서 선수 방향을 향해 돌출된 부력체들을 포함할 수 있다. 빈 공간에는 그물(NET)가 배치되어 익수자 구조에 이용될 수 있다.

제2 보트드론(200b)의 센서 장치(240)는 선미측에 형성된 별도의 마운트 상에 배치될 수 있다. 센서 장치(240)의 고도는 상대적으로 높아지므로, 상대적으로 넓은 탐색범위를 확보할 수 있다. 한편, 마운트는 선미를 기준으로 회전 및 접이(folding)가 가능하도록 구성되어, 센싱 장치(240)의 고도/방향 제어 및 선체(210)의 양면 구조(예를 들어, 제2 보트드론(200b)이 뒤집히는 경우)에 대응할 수 있다.

한편, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명한 제1 및 제2 보트드론들(200a, 200b)은 보트드론(200)의 일 예에 지나지 않으며, 본 발명의 보트드론(200)은 일반적인 보트들의 다양한 형상(또는, 구조) 및 크기를 가질 수 있음은 자명하다 할 것이다.

도 2c는 도 1의 해상 인명구조 시스템에 포함된 무선조정장치의 일 예를 나타내는 도면이다.

보트드론(110)의 경우, 비행 드론과 달리 기체의 상승과 하강(또는, 호버링)을 위한 조작이 불필요하므로, 무선조정장치(120)는 기본적인 전진과 좌우 방향 변경과 같이, 전문가가 아닌 일반인이 조작할 수 있는 상대적으로 심플한 인터페이스를 가질 수 있다.

도 2c를 참조하면, 무선조정장치(120)는 안테나(ANT), 디스플레이부(DISP), 전진레버(LE V2), 좌우레버(LEV1), 전원버튼(B_P), 리턴투홈 버튼(B_R2H) 및 배터리표시부(BAT)를 포함할 수 있다.

무선조정장치(120)는, 일반적인 무선조정기와 유사하게, 사용자의 조작신호(또는, 조작 동작)에 대응하여 제어신호를 생성하여 안테나(ANT)를 통해 송신하고, 안테나(ANT)를 통해 보트드론(110)으로부터 주변 영상을 수신할 수 있다. 수신한 주변 영상은 디스플레이부(DISP)를 통해 표시될 수 있다.

사용자는 전진레버(LEV2)를 통해 보트드론(110)의 속도를 제어하고, 좌우레버(LEV1)를 통해 보트드론(110)의 방향을 제어할 수 있다.

한편, 사용자는 전원버튼(B_P)을 통해 무선조정장치(120)의 전원을 턴온 또는 턴오프할 수 있고, 리터투홈 버튼(B_R2H)을 통해 보트드론(110)이 처음 위치로 자동으로 복귀할 수 있도록 제어 할 수 있다. 한편, 배터리표시부(BAT)는 무선조정장치(120) 및/또는 보트드론(110)의 배터리 잔량을 표시할 수 있다.

이하에서는, 도 3 내지 도 7을 참조하여 익수자를 감지하는 구성을 설명하고, 이후 도 8 내지 도 9b를 참조하여 이동경로를 설정하는 구성에 대하여 순차적으로 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 도 2a의 보트드론에 포함된 제어장치의 일 예를 나타내는 블록도이다. 도 4는 도 3의 제어장치에서 익수자를 감지하는 익수자 감지 방법의 일 예를 나타내는 순서도이다. 도 5a 내지 도 5c는 도 3의 제어장치에서 영상 분석을 통해 익수자를 감지하는 구성을 설명하는 도면이다. 도 6a 및 도 6b는 도 3의 제어장치에서 익수자의 위치를 추정하는 구성을 설명하는 도면이다. 도 7은 익수자를 기준으로 설정된 영역의 일 예를 나타내는 도면이다.

먼저 도 3을 참조하면, 제어장치(230)는 통신부(310), 위치 결정부(320), 객체 감지부(330), 자율 주행부(340) 및 제어부(350)를 포함할 수 있다.

통신부(310)는 무선통신망을 통해 무선조정장치(120)(및 관제 시스템(130))간에 데이터를 송수신할 수 있다.

위치 결정부(320)는 보트드론(110)의 위치를 결정하고, 익수자의 위치를 결정/추정할 수 있다. 예를 들어, 위치 결정부(320)는 일반적인 GPS 수신기를 포함하고, GSP 위성으로부터 획득한 GPS 정보에 기초하여 보트드론(110)의 위치(예를 들어, GPS 위치 정보)를 결정할 수 있다. 또한, 위치 결정부(320)는 보트드론(110)의 위치(또는, 제1 위치 정보) 및 삼각측량법에 기초하여 익수자의 위치를 추정할 수 있다. 추정된 익수자의 위치는 후술하는 자율 주행부(340)에서 보트드론(110)의 이동경로(또는, 목적지)를 설정하는데 이용될 수 있다.

객체 감지부(330)는 센싱 장치(240)로부터 획득한 신호들(예를 들어, 가시 영상, 적외선 영상, 레이저 영상, 초음파 영상 등)을 분석하여 보트드론(110)으로부터 특정 거리 이내에 존재하는 객체(예를 들어, 익수자, 장애물(부이, 암초 등))을 감지할 수 있다.

한편, 카메라(241)는 일반적인 카메라 장치로 구현되어 주변 영상을 획득할 수 있으며, 일반적인 칼라 카메라, 적외선 카메라로 구현되거나, 이들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2a에 도시된 바와 같이, 카메라(241)는 선수(또는, 선수 중앙)에 배치되어 선수 방향으로 일정 범위(예를 들어, 상하좌우 180도 범위)의 주변 영상을 획득할 수 있다. 다른 예를 들어, 카메라(241)는 복수로 구비되어 보트드론(110)을 기준으로 사방(즉, 전후좌우 방향들)에 대한 주변 영상을 획득할 수 있다. 또 다른 예를 들어, 도 2b에 도시된 바와 같이, 카메라(241)는 선미측 상(또는, 마운트 상)에 배치되어 특정 범위의 주변 영상을 획득할 수 있다.

라이다 센서(242)는 일반적인 라이다 장치로 구현되고, 펄스 레이저광을 대기 중에 발사해 객체(예를 들어, 익수자)까지의 거리를 측정할 수 있다. 주변 영상에 대한 분석(및 보트드론(110)의 GPS 위치 정보)을 통해 획득한 익수자의 위치 정보는 10m 내지 20m의 오차를 가질 수 있으며, 라이다 센서(242)는 이러한 오차를 보완하여 보다 정확한 익수자의 위치 정보를 산출하는데 이용될 수 있다. 또한, 기상 악화 등으로 인하여 GPS 위치 정보의 획득이 불가능한 경우에, 라이다 센서(242)가 이용될 수 있다. 라이다 센서(242)의 탐지거리는 100m 이하일 수 있다.

근접 센서(243)는 초음파 등을 이용하여 거리를 측정하는 일반적인 근접 센서(또는, 초근접 센서)로 구현되고, 5m 이하의 탐지거리를 가지며, 보트드론(110)을 기준으로 익수자의 상대적인 위치를 보다 정확하게 파악하는데 이용될 수 있다.

해수탐지 센서(244)는, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 음향 도플러 유속계(ADCP)로 구현되어, 해수의 이동 방향 및 이동 속도를 측정할 수 있다. 해수탐지 센서(244)의 측정 결과(즉, 해수의 이동 방향 및 이동 속도)는 도 8을 참조하여 설명할 이동경로 설정 구성에 이용될 수 있다.

객체 감지 구성과 관련하여 도 4를 참조하면, 제어장치(230)(또는, 객체 감지부(330))는 도 4의 객체 감지 방법을 이용하여, 센싱 장치(240)의 동작을 제어할 수 있다.

카메라(241)는 상시 동작하면서 주변 영상을 획득할 수 있다. 이에 따라, 제어장치(230)는 상시 주변 영상에 대한 영상 분석을 수행하고(S410), 익수자가 감지되는지 여부를 판단할 수 있다(S420). 영상 분석 구성에 대해서는 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.

익수자가 감지되는 경우, 제어장치(230)는 익수자의 위치를 추정하고, 익수자를 기준으로 제1 및 제2 영역들을 설정할 수 있다(S430). 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 영역(A1)은 익수자(OBJ1)의 위치를 기준으로 제1 거리(L1) 이내의 영역이며, 제1 거리(L1)는 라이다 센서(242)의 탐지 능력을 고려하여 설정되되, 예를 들어, 제1 거리(L1)는 100m, 50m 등 일 수 있다. 유사하게, 제2 영역(A2)은 익수자(OBJ1)의 위치를 기준으로 제2 거리(L2) 이내의 영역이며, 제2 거리(L2)는 근접 센서(243)의 측정 가능 거리를 고려하여 설정되되, 예를 들어, 제2 거리(L2)는 5m 일 수 있다.

이후, 보트드론(110)이 익수자의 구조를 위해 익수자를 향해 이동하는 경우, 제어장치(230)는 보트드론(110)이 제1 영역(A1)에 진입하거나, 제1 영역(A1) 내에 위치하는지 여부를 주기적으로 판단할 수 있다(S440).

보트드론(110)이 제1 영역(A1) 내에 위치하는 경우, 제어장치(230)는 라이다 센서를 동작시키고, 라이다 센서의 센싱 신호에 기초하여 익수자의 위치(또는, 방향 및 거리)를 갱신할 수 있다(S450).

이후, 제어장치(230)는 보트드론(110)이 제2 영역(A2)에 진입하거나, 제2 영역(A2) 내에 위치하는지 여부를 주기적으로 판단할 수 있다(S460).

보트드론(110)이 제2 영역(A2) 내에 위치하는 경우, 제어장치(230)는 근접 센서를 동작시키고, 근접 센서의 센싱 신호에 기초하여 익수자의 위치(또는, 방향 및 거리)를 갱신할 수 있다(S470).

따라서, 제어장치(230)(또는, 도 4의 익수자 감지 방법)은 익수자의 위치를 보다 정확하게 파악 및 갱신하면서, 보다 정확하게 익수자를 구조할 수 있도록 할 수 있다.

실시예들에서, 제어장치(230)(또는, 객체 감지부(330))는 주변 영상으로부터 수평선을 검출하고, 수평선을 기준으로 관심 영역을 설정하며, 관심 영역에 대한 히스토드램 분석 또는 패턴 매칭을 통해 익수자를 검출할 수 있다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 도 5a에 도시된 제1 영상(IMAGE1)은 카메라를 통해 획득한 주변 영상이고, 도 5b에 도시된 제2 영상(IMAGE2)은 영상 분석 결과를 반영한 영상일 수 있다.

제1 영상(IMAGE1)이 컬러영상(또는, RGB 영상)인 경우, 제어장치(230)는 제1 영상(IMAGE1)을 흑백영상으로 변환할 수 있다. 제어장치(230)는 영상 분석 속도를 향상시키기 위해, 가우시안 필터링 등을 이용하여 제1 영상(IMAGE1)을 축소시킬 수 있다. 이후, 제어장치(230)는 스무스(smooth) 필터 등을 이용하여 해수면의 빛 반사에 의한 노이즈를 제거하고, 노이즈 제거된 영상의 계조 범위를 축소시킬 수 있다. 예를 들어, 제어장치(230)는 임계값(Threshold value)를 적용하여 이진화된 영상을 획득할 수 있으며, 임계값은 주변 영상(또는, 이전 시점에서 획득한 주변 영상의 관심 영역)에 대한 히스토그램 분석을 통해 설정될 수 있다.

이후, 제어장치(230)는 외곽선 추출 기술을 이용하여 수평선(HOZ) 및 객체들(OBJ1, OBJ2)를 추출 할 수 있다. 또한, 제어장치(230)는 수평선(HOZ)을 기준으로 관심 영역(AOI)를 설정하고, 관심 영역(AOI) 내 검출된 객체들(OBJ1, OBJ2)에 특정 패턴(예를 들어, 사람의 특정 부위의 형상에 대응하는 패턴)을 매칭하거나 특징점 추출 기법을 이용함으로써, 익수자를 검출할 수 있다.

한편, 수평선(HOZ)은 익수자의 위치를 추정함에 있어 기준 지점이 될 수 있다. 예를 들어, 파도에 의해 보트드론(110)에 요(yaw), 롤링(rolling) 등이 발생할 수 있으며, 이 경우, 제어장치(230)는 수평선(HOZ)을 기준으로 주변 영상을 회전, 이동시켜, 주변 영상들간에 상호 비교가 가능하도록 정렬/재배치 시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 제어장치(230)는 주변 영상의 축소 및 계조 범위의 축소를 통해 영상 분석 속도를 향상시키며, 수평선을 기준으로 관심 영역(AOI)을 설정하고 관심 영역(AOI) 내 객체들(OBJ1, OBJ2)에 대해서만 패턴 매칭 또는 특징점 추출 기술을 적용함으로써, 제어장치(230)의 부하를 감소시키고 익수자 감지 속도를 향상시킬 수 있다.

일 실시예에서, 제어장치(230)는 주변 영상에 대한 히스토그램 분석을 통해 임계값을 설정하거나 익수자를 검출할 수 있다. 예를 들어, 제어장치(230)는 이전 시점에서 획득한 주변 영상(예를 들어, 이전 프레임 영상)의 주변 영역에 대해 히스토그램 분석을 수행할 수 있다.

도 5c에 도시된 바와 같이, 해수면에 의해 제1 계조값(GR1)이 높게 나타날 수 있으며, 노이즈는 전체 계조 범위에 걸치거나 특정 범위에서 매우 미미하게 나타날 수 있다. 이 경우, 제어장치(230)는 제1 기준 개수(N1) 이하이거나, 제2 기준 개수(N2)를 초과하는 계조값들을 추출하고, 주변 영상으로부터 해당 계조값들을 제거함으로써, 제2 계조값(GR2)에 대응하는 객체를 검출할 수 있다.

다른 예를 들어, 주변 영상이 적외선 영상인 경우, 해수 온도에 대응하는 특정 온도에 화소들이 집중하여 분포되고(예를 들어, 제1 계조값(GR1)에 대응하는 온도에 화소들이 집중되고), 제어장치(230)는 해당 온도(예를 들어, 제1 계조값(GR1))을 기준으로 임계값을 설정할 수 있다.

일 실시예에서, 제어장치(230)는 보트드론(110)의 위치 정보 및 삼각측량기술을 이용하여 익수자의 위치(또는, 방향 및 거리)를 추정할 수 있다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 도 6a에는 보트드론(110)과 익수자(OGJ1)의 상대적인 위치가 평면도 상에 도시되어 있으며, 도 6b에는 제1 시점(예를 들어, 보트드론(110)이 제1 지점(P1_D))에서 획득한 주변 영상에서의 익수자의 제1 상대 위치(CP1)와 제2 시점(예를 들어, 보트드론(110)이 제2 지점(P2_D))에서 획득한 익수자의 제2 상대 위치(CP2)가 도시되어 있다.

이 경우, 제어장치(230)는 각 시점에서의 보트드론(110)의 위치 정보, 이동 방향(DM) 및 위치 변화(ΔD)(또는, 변화각(ANG2))에 기초하여 익수자의 위치를 추정할 수 있다.

도 5a 내지 도 6b를 참조하여 설명한 바와 같이, 제어장치(230)(또는, 객체 감지부(330))는 영상 분석을 통해 익수자를 검출하고, 익수자의 위치(또는, 보트드론(110)으로부터 익수자까지의 이격거리)를 산출/추정할 수 있다.

다시 도 3을 참조하면, 자율 주행부(340)는 추정된 익수자의 위치에 기초하여 보트드론(110)의 이동 경로를 설정하고, 이동 경로에 따라 구동 장치(220)의 동작을 제어할 수 있다. 자율 주행부(340)는 경로 설정부(341)와 구동 제어부(342)를 포함할 수 있다.

예를 들어, 자율 주행부(340)는 익수자가 검출되는 직후 익수자의 위치(즉, 주변 영상에 대한 분석을 통해 추정된 익수자의 위치)를 목표 지점으로 하여 경로를 설정하고, 보트드론(110)의 이동에 따라 갱신된 익수자의 위치(즉, 라이다 센서(222)의 센싱값을 통해 갱신된 위치, 근접 센서(223)의 센상값을 통해 갱신된 위치)에 기초하여 경로를 재설정 또는 갱신할 수 있다.

예를 들어, 구동 제어부(342)는 보트드론(110)이 제1 영역(A1)을 벗어나 위치하는 경우, 보트드론(110)이 최대 속도로 이동하도록 제어하고, 보트드론(110)이 제1 영역(A1) 내에 위치하는 경우 보트드론(110)이 최대 속도 이하의 제1 속도를 가지고 이동경로를 따라 이동하도록 제어하며, 보트드론(110)이 제2 영역(A1) 내에 위치하는 경우 보트드론(110)이 상대적으로 저속의 제2 속도를 가지고 이동경로를 따라 이동하도록 제어할 수 있다.

한편, 제어부(350)는 통신부(310), 위치 결정부(320), 객체 감지부(330) 및 자율 주행부(340) 간의 데이터 전송을 제어하고, 이들 각각의 동작을 제어할 수 있다.

실시예들에서, 제어장치(230)는 익수자의 구조를 위해 구조장치를 동작시키거나, 익수자의 구조(또는, 승선) 여부를 판단하는 구조부(360)를 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 도 2b에 도시된 바와 같이, 보트드론(110)이 제2 보트드론(200b)으로 구현되고 그물(NET)을 포함하는 경우, 구조부(360)는 그물을 하강 및 상승시키는 그물 구동 장치(미도시)를 동작시키며, 그물(NET)에 가해지는 장력에 기초하여 익수자의 구조 여부를 판단할 수 있다. 다른 예를 들어, 보트드론(110)의 선체(210) 표면의 적어도 일부에는 압력 센서/패널 등이 배치되는 경우, 구조부(360)는 압력 센서/패널 등을 통해 센싱된 압력값의 변화에 기초하여 익수자의 구조 여부를 판단할 수 있다.

도 3 내지 도 7을 참조하여 설명한 바와 같이, 제어장치(230)는 이격거리(즉, 보트드론(110)으로부터 익수자까지의 이격된 거리)에 따라 카메라, 라이다 센서 및 근접센서를 순차적으로 이용함으로써 익수자의 위치를 보다 정확하게 파악할 수 있다.

도 8은 도 3의 제어장치에서 보트드론의 이동 경로를 설정하는 이동 경로 설정 방법을 나타내는 순서도이다. 도 9a 및 도 9b는 도 8의 이동 경로 설정 방법에 의해 설정된 이동 경로의 일 예를 나타내는 도면이다.

도 3 및 도 8을 참조하면, 도 8의 이동 경로 설정 방법은 제어장치(230)에 의해 수행될 수 있다.

앞서 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 주변 영상에 대한 분석을 통해 익수자가 검출되는 경우, 제어장치(230)는 익수자의 위치(즉, 최초 추정된 위치)를 목적지로 하여 이동 경로를 설정할 수 있다(S810).

예를 들어, 도 9b에 도시된 바와 같이, 제어장치(230)는 익수자(OBJ1)의 위치를 목적지로 설정하고, 제1 경로(PATH1)과 같이 보트드론(110)으로부터 익수자(OBJ1)까지의 최단 경로(예를 들어, 직선 거리, 또는, 장애물이 존재하는 경우, 장애물을 회피하는 최단 경로)를 이동 경로로 설정할 수 있다.

이후, 제어장치(230)는 보트드론(110)의 위치 정보(예를 들어, GPS 정보)에 기초하여 보트드론(110)이 제1 영역(A1) 내에 진입하거나 제1 영역(A1) 내에 위치하는지 여부를 판단할 수 있다(S820).

보트드론(110)이 제1 영역(A1) 내에 위치하는 경우, 제어장치(230)는 도 3을 참조하여 설명한 해수 측정 장치(224)를 이용하여 해수의 방향 및 속도를 측정하고(S830), 해수의 속도가 기준 속도를 초과하는지 여부를 판단할 수 있다(S840).

해수의 속도가 기준 속도를 초과하여 상대적으로 빠른 경우, 보트드론(110)의 속도 제어에 상대적으로 큰 오차가 발생할 수 있고, 또한, 보트드론(110) 또는 익수자가 이동 경로 상에서 이탈 할 수 있으며, 나아가, 해수 또는 해수에 의한 파도에 의한 익수자가 움직임(또는, 요동)으로 인하여, 보트드론(110)과 익수자 간의 충돌이 발생할 수 있다.

따라서, 해수의 속도가 기준 속도를 초과하는 경우, 제어장치(230)는 해수의 방향에 기초하여 경유지를 설정하여 이동 경로를 재설정 또는 갱신할 수 있다(S840).

한편, 도 4를 참조하여 설명한, 라이다 센서(222)의 센싱값에 기초하여 갱신된 익수자의 위치 정보를 고려하여, 경유지 추가가 수행될 수 있다.

경유지는 익수자를 기준으로 해수의 방향과 특정 각도를 형성하는 특정 방향으로 특정 거리(예를 들어, 5m)만큼 이격된 지점으로, 보트드론(110)의 이동 또는 이동 제어에 해수의 영향이 가장 적은 지점일 수 있다.

예를 들어, 해수가 해수 방향(DW)으로 이동하는 경우, 제1 경유지(ST1)는 익수자(OBJ1)로부터 제2 방향(예를 들어, 해수 방향(DW)에 수직하는 방향)으로 특정 거리만큼 이격된 지점일 수 있다. 다른 예를 들어, 제2 경유지(ST2)는 익수자(OBJ1)로부터 제3 방향(예를 들어, 해수 방향(DW)에 평행한 방향)으로 특정 거리만큼 이격된 지점일 수 있다. 또 다른 예를 들어, 제3 경유지(ST3)는 익수자(OBJ1)로부터 제4 방향(예를 들어, 해수 방향(DW)과 45도 각도를 형성하는 방향)으로 특정 거리만틈 이격된 지점일 수 있다.

실시예들에서, 제어장치(230)는 보트드론(110)의 구조에 기초하여 경유지를 설정할 수 있다. 예를 들어, 보트드론(110)이 도 2a에 도시된 제1 보트드론(200a)와 같이 측면에 부력체들을 구비하는 경우, 제어장치(230)는 제1 경유지(ST1)을 경유지로 설정할 수 있다. 이 경우, 보트드론(110)과 익수자 간의 충돌 가능성이 감소될 수 있고, 보트드론(110)의 이동에 대한 해수의 영향이 상대적으로 감소될 수 있다.

다른 예를 들어, 보트드론(110)이 도 2b에 도시된 제2 보트드론(200b)과 같이 선수에 그물을 구비하는 경우, 즉, 보트드론(110)의 이동 방향으로의 충돌 위험이 낮은 경우, 제어장치(230)는 제2 경유지(ST2)를 경유지로 설정할 수 있다. 이 경우, 보트드론(110) 또는 익수자의 경로 이탈 가능성이 감소될 수 있다.

일 실시예에서, 제어장치(230)는 보트드론(110)의 회전 반경(또는, 최대 허용 회전 반경)에 기초하여 경유지를 포함하는 이동 경로를 설정 또는 갱신할 수 있다. 예를 들어, 제어장치(230)는 제1 경유지(ST1)를 단순히 통과하는 제2 경로(PATH2)가 아닌, 보트드론(110)이 제1 경유지(ST1)를 통과시 보트드론(110)의 이동 방향이 해수 방향(DW)과 특정 각도(예를 들어, 직각)를 이루는 제3 경로(PATH3)를 새로운 경로로서 설정 및 갱신할 수 있다. 따라서, 보트드론(110)은 익수자와의 충돌 가능성, 이동 경로 상에서 익수자의 이탈 가능성 등을 보다 낮추어 익수자를 보다 안전하고 신속하게 구조할 수 있다.

도 8 내지 도 9b를 참조하여 설명한 바와 같이, 제어장치(230)는 해수의 방향/속도 및 보트드론(110)의 구조를 고려하여 경유지를 설정하되, 보트드론(110)의 회전 반경 등을 고려하여 최적의 이동 경로를 설정/갱신함으로써, 보트드론(110)은 익수자를 보다 안전하고 신속하게 구조할 수 있다.

본 발명은 무인보트, 해상 인명구조 시스템 등에 적용될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.

100: 해상 인명구조 시스템
110: 해상 인명구조용 보트드론
120: 무선조정장치
130: 관제 시스템
200a, 200b: 제1 및 제2 보트드론들
210a, 210b: 선체
220: 구동 장치
230: 제어 장치
240: 센싱 장치
241: 카메라
242: 라이다 센서
243: 근접 센서
244: 해수탐지 센서
310: 통신부
320: 위치 결정부
330: 객체 감지부
340: 자율 주행부
341: 경로 설정부
342: 구동 제어부
350: 제어부
360: 구조부

Claims

해상 인명구조용 보트드론에 있어서,
선체;
주변 영상을 획득하고, 상기 선체 주변에 위치하는 객체들의 위치를 측정하여 센싱 신호를 출력하는 센싱 장치;
상기 주변 영상에 대한 분석을 통해 상기 객체들 중에서 익수자를 감지하고, 상기 익수자에 대응하는 제1 객체 영상의 위치 변화에 기초하여 상기 익수자의 위치를 추정하며, 상기 익수자의 위치에 기초하여 이동 경로를 설정하되, 상기 센싱 신호에 기초하여 상기 익수자의 위치를 갱신하는 제어 장치를 포함하고,
상기 센싱 장치는, 상기 선체로부터 상기 익수자까지의 이격 거리가 제1 기준 거리보다 작은 경우, 상기 센싱 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 해상 인명구조용 보트드론.
제 1 항에 있어서, 상기 센싱 장치는,
상기 주변 영상을 획득하는 카메라 장치;
펄스 레이저를 이용하여 제1 센싱 신호를 출력하는 라이다 센서; 및
초음파를 이용하여 제2 센싱 신호를 출력하는 근접 센서를 포함하고,
상기 제1 센싱 신호 및 상기 제2 센싱 신호는 상기 센싱 신호에 포함되는 것을 특징으로 하는 해상 인명구조용 보트드론.
제 2 항에 있어서, 상기 제어 장치는,
상기 이격 거리가 상기 제1 기준 거리보다 작은 경우, 상기 라이다 센서를 동작시키고, 상기 제1 센싱 신호에 기초하여 상기 익수자의 위치를 갱신하며,
상기 이격 거리가 제2 기준 거리보다 작은 경우, 상기 근접센서를 동작시키며, 상기 제2 센싱 신호에 기초하여 상기 익수자의 위치를 갱신하며,
상기 제2 기준 거리는 상기 제1 기준 거리보다 작은 것을 특징으로 하는 해상 인명구조용 보트드론.
제 3 항에 있어서, 상기 제어 장치는,
상기 주변 영상을 축소시키고,임계값(threshold value)에 기초하여 주변 영상의 계조 범위를 축소시키며, 외곽선을 추출 기술을 이용하여 수평선을 검출하고, 상기 수평선에 기초하여 상기 주변 영상 중 적어도 일부에 대한 관심 영역을 설정하며, 상기 주변 영상의 상기 관심 영역에 특징점 추출 기술을 적용하여 상기 제1 객체 영상을 검출하되,
상기 임계값은 이전 시점에서 획득한 주변 영상의 관심 영역에 대한 히스토그램 분석을 통해 설정되는 것을 특징으로 하는 해상 인명구조용 보트드론.
제 4 항에 있어서, 상기 센싱 장치는, 해수가 이동하는 해수 방향 및 해수의 유속을 측정하는 해수탐지 센서를 더 포함하고,
상기 제어 장치는, 상기 해수 방향 및 상기 유속에 기초하여 경유지를 설정하고, 상기 경유지에 기초하여 상기 이동 경로를 갱신하되,
상기 경유지는 상기 익수자로부터 제1 방향으로 이격되되, 상기 제1 방향은 해수 방향과 제1 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 해상 인명구조용 보트드론.