KR20200050081A - 드론을 이용한 산불 진화 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

산불 진화 시스템은, 물탱크; 제1 소방 드론 및 제1 보조 드론을 포함하며, 산불이 발생한 산불 영역을 비행하되, 상기 물탱크로부터 물을 공급받아 전달하거나 분사하는 복수의 드론들; 일단이 상기 제1 소방 드론에 연결되고, 제1 보조 드론으로부터 상기 제1 소방 드론에 물을 전달하는 제1 소방 호스; 및 상기 제1 보조 드론 및 상기 물탱크를 연결하며 상기 제1 보조 드론에 물을 전달하는 제2 소방호스를 포함한다.

Description

드론을 이용한 산불 진화 시스템 및 그 방법{FOREST FIRE EXTINGUISHMENT SYSTEM USING DRONE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 산불 진화 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 드론을 이용하여 산불을 진화하는 시스템에 관한 것이다.
산불은 바람을 타고 이동하며 산림을 파괴하기 때문에 초기에 신속한 진압이 이루어지지 않을 경우 그 피해가 매우 심각하다.
산불이 발생된 화재 지점은 산악 지형의 특성상 소방차량의 진입이 불가능하기 때문에 직접 소방관이 산불을 진압하기 위해 무거운 화재진압장비를 화재 지점까지 운반 후 화재를 진압해야 하는 불편함이 있었으며, 특히, 화재를 진압하던 소방관이 능 선 아래쪽에서 작업을 하는 경우 불길이 포위하듯 내려와 화재를 진압하던 소방관에게 심각한 인명 피해를 입히는 등의 문제가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 공중에서 소화약제 또는 물을 살포하는 소방헬기 등이 개발되었지만, 산세가 험하고 바람이 강한 지역에서는 공중에서 살포되는 소화약제가 화재지점에 제대로 도달될 수 없으며, 산불로 인해 발생된 상승기류에 의해 불길 및 연기가 소방헬기의 시야를 가려 안전사고의 위험에 노출되며, 이러한 소방 헬기를 이용한 산불 진압시에도 소방헬기의 운영 비용 등이 고가인 점 등을 고려할 때 화재 진압 비용이 매우 증가하게 되는 등의 문제가 있었다.
이러한 문제점을 해소하기 위해, 최근에는 드론을 이용한 산불 진화 시스템에 대한 연구 개발이 이루어지고 있다.
한국공개특허 제2017-0118334호 (2017.10.25.공개) "드론을 이용한 산불 감시 및 진압 시스템"
산불로부터 인명과 재산을 보호하기 위해서는 산불에 대한 신속한 진화가 요구되며, 또한, 산불 확산에 대한 신속한 차단이 요구된다. 한편, 산불 확산 차단은 화재 자체를 진화하는 것이 아니라 연소의 3요소 중 하나인 연료의 공급을 차단하는 것으로, 산불 진화에 비해 상대적으로 소량의 물을 이용하여 수행될 수 있다.
본 발명의 일 목적은 드론을 이용하여 보다 저비용으로 신속하고 효과적으로 산불을 진화하고 확산을 방지할 수 있는 산불 진화 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 산불 진화 시스템은, 물탱크; 제1 소방 드론 및 제1 보조 드론을 포함하며, 산불이 발생한 산불 영역을 비행하되, 상기 물탱크로부터 물을 공급받아 전달하거나 분사하는 복수의 드론들; 일단이 상기 제1 소방 드론에 연결되고, 제1 보조 드론으로부터 상기 제1 소방 드론에 물을 전달하는 제1 소방 호스; 및 상기 제1 보조 드론 및 상기 물탱크를 연결하며 상기 제1 보조 드론에 물을 전달하는 제2 소방호스를 포함한다.
일 실시예에 의하면, 상기 드론들 각각은, 회전익들을 구비한 비행 본체; 상기 비행 본체의 중앙 하부에 결합되고, 수평방향으로 상호 반대하여 배치된 제1 결합구 및 제2 결합구, 및 수직방향으로 배치된 제3 결합구를 포함하는 삼방(3way) 밸브; 및 상기 제3 결합구에 결합된 소화용 주 노즐을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제2 결합구는 상기 물탱크 측 호스에 연결되며, 상기 제1 결합구는 다른 드론 측 호스에 연결되고, 상기 주 노즐은 상기 비행 본체를 기준으로 하측으로 물을 분사하고, 물의 반작용을 이용하여 상기 드론들 각각의 상승력을 보완할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 산불 진화 시스템은, 물 저장부를 구비하는 소방차; 및 상기 소방차와 상기 물탱크를 연결하는 연결 호스를 더 포함하고, 상기 물탱크는, 공기가 주입된 경우 내부에 물을 저장하는 저장공간이 형성되는 공기 주입형 물탱크이고, 산불 영역과 상기 소방차 사이에 이동 배치될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 산불 진화 시스템은, 상기 제1 소방 드론 및 상기 제1 보조 드론 각각의 이동을 제어하는 제어 장치를 더 포함하고, 상기 제어 장치는, 상기 제1 소방 드론을 최초 상기 물탱크로부터 제1 사선 방향으로 제1 기준 거리 만큼 이동시키되, 상기 제1 사선 방향은 상기 물탱크를 기준으로 상기 산불 영역을 향하는 제1 방향과 반대인 제2 방향과 수직 방향 사이의 방향이며, 상기 제어 장치는, 상기 제1 소방 드론이 상기 제1 사선 방향으로 상기 제1 기준 거리만큼 이동한 경우, 상기 제1 보조 드론을 상기 제1 사선 방향으로 이동시키고, 상기 제1 소방 드론을 상기 제1 사선 방향에서 상기 제1 방향으로 방향 전환하여 이동시키며, 상기 제1 기준 거리는 상기 제1 소방 호스의 길이와 같을 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 산불 진화 시스템은, 상기 제1 소방 드론 및 상기 제1 보조 드론에 독립적으로 상기 산불 영역을 이동하면서 화재 영상을 획득하는 정찰 드론; 및 상기 제1 소방 드론을 기준으로 제3 방향으로 제2 기준 거리만큼 이격되어 배치되는 제2 소방 드론 및 제3 소방 드론을 더 포함하고, 상기 제3 방향은 지평면 상에서 상기 제1 방향에 수직하며, 상기 제어 장치는 상기 화재 영상에 기초하여 산불의 확산 경로를 예측하고, 상기 제1 내지 제3 소방 드론들을 상기 확산 경로를 따라 이동시키며, 상기 제2 기준 거리는 상기 산불의 예측된 강도에 반비례할 수 있다.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 산불 진화 방법은, 산불 영역에 인접하여 물탱크를 배치하는 단계; 상기 산불 영역이 확산 가능한 산불 확산 예상 영역에 기초하여 드론들 간의 연결 관계를 결정하고, 상기 결정된 연결 관계에 기초하여 상기 드론들을 소방 호스를 이용하여 상기 물탱크에 순차적으로 연결하는 단계; 상기 드론들을 상기 산불 영역 또는 상기 산불 확산 예상 영역으로 이동시키는 단계; 상기 물탱크로부터 상기 소방 호스를 통해 상기 드론들에 물을 공급하는 단계; 및 상기 드론들의 주노즐로 공급되는 유량을 제어하면서 물을 분사시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따른 산불 진화 시스템 및 그 방법은, 소방 호스를 이용하여 물탱크에 드론들을 연결하고, 드론들을 산불 영역 또는 산불 확산 예상 영역으로 이동시키며, 물탱크로부터 공급되는 물을 드론들을 통해 분사시킴으로써, 보다 신속하고 저비용으로 산불을 진화하거나 산불의 확산을 방지할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 산불 진화 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 산불 진화 시스템에 포함된 드론의 일 예를 나타내는 도면들이다.
도 3은 도 2a의 드론의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 1의 산불 진화 시스템에 포함된 드론을 제어하는 방법의 일 예를 설명하는 도면들이다.
도 5 및 도 6은 도 1의 산불 진화 시스템에 포함된 드론을 제어하는 방법의 다른 예를 설명하는 도면들이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 산불 진화 방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 산불 진화 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 산불 진화 시스템(100)은 소방차(100), 물탱크(120) 드론들(131, 132, 135) 및 소방호스들(141, 142)을 포함할 수 있다.
소방차(100)는 물을 저장하는 물 저장부(111) 및 드론들의 비행을 제어하는 제어기(112)(또는, 제어 장치)를 포함할 수 있다. 소방차(100)는 일반적인 소방차에, 유무선 통신이 가능한 제어기(112)를 포함할 수 있다.
물 저장부(110)는 소방차(100) 내 빈 공간으로 형성되어, 물을 저장하며, 후술하는 연결 호스(145)를 통해 물탱크(120)와 연결(또는, 연통)될 수 있다.
물은 산불 영역(A_F) 인근의 저수지, 물 저장소 등으로부터 용이하게 공급될 수 있다는 점에서, 물 저장부(110)(및 물탱크(120))는 물을 저장하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 공기압이나 가스의 압력 등을 이용해서 분무할 수 있는 소화액, 소화제 등의 유체가 이용될 수도 있다.
물 저장부(110)에 채워진 물은 별도의 펌프 장치(예를 들어, 물 분사를 위해 소방차(100)에 구비된 펌프 장치)에 의해 물탱크(120)에 공급될 수 있다.
제어기(112)는 유/무선 통신 모듈을 통해 드론들(131, 132, 135)과 통신하며, 드론들(131, 312, 135)의 비행을 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어기(112)는 드론들(131, 132, 135)의 위치 정보, 고도 정보, 자세 정보 등을 수신하고, 이에 기초하여 드론들(131, 132, 135)의 회전익의 동작을 제어하는 제어 신호를 생성 및 드론들(131, 132, 135)에 제공할 수 있다.
제어기(112)는 일부 드론들(131, 132)을 통해 전달되거나 분사되는 물의 양(또는, 유량)을 제어할 수 있다. 물의 양을 조절하는 구성에 대해서는 도 2a 및 도 3을 참조하여 후술하기로 한다.
또한, 제어기(112)는 산불 영상에 기초하여 산불의 확산 경로를 예측하고, 드론들(131, 132, 135)을 확산 경로를 따라 이동시키되, 드론들(131, 132, 135) 사이의 간격을 산불의 예측된 강도에 반비례하도록 조절할 수 있다. 이에 대해서는 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.
물탱크(120)는 소방차(110)와 산불 영역(A_F) 사이에 배치될 수 있다. 물탱크(120)는 부식이 방지되는 소재로 제작될 수 있다. 물탱크(120)는 내부에 물을 저장하는 공간과, 내부와 연통되고 후술하는 소방 호스가 연결될 수 있는 복수의 연결홀들 포함할 수 있다. 또한, 물탱크(120)는 압력을 생성하여 내부의 물을 연결홀들을 통해 외부로 배출하기 위한 펌프를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 물탱크(120)는 공기가 주입된 경우 내부에 물을 저장하는 저장공간이 형성되는 공기 주입형 물탱크 일 수 있다. 물탱크(120)에 공기가 주입되지 않은 경우, 물탱크(120)는 소방관 또는 드론들(131, 132)에 의해 용이하게 이동될 수 있다. 특히, 산불 영역(A_F)과 인접하나 접근이 어려운 지형이나 위치에 물탱크(120)가 용이하게 이동 및 설치될 수 있다.
드론들(131, 132, 135) 각각은 산불이 발생한 산불 영역(A_F)의 상공을 비행하거나 이동하며, 화재 영상을 획득하고, 물탱크(120)로부터 물을 공급받아 분사할 수 있다.
여기서, 드론(drone)은 유/무선의 조정을 통해 비행하는 비행체 뿐만 아니라 자동으로 비행할 수 있는 다양한 비행체일 수 있다.
드론들(131, 132, 135)은 정찰 드론(135), 소방 드론(131) 및 보조 드론(132)을 포함할 수 있다.
정찰 드론(135)은 카메라 장치(미도시)를 구비하며, 산불 영역(A_F)의 화재 영상 및 인근 영역(또는, 산불 영역(A_F)의 인근 지역)에 대한 영상을 획득할 수 있다. 특히, 정찰 드론(135)은, 야간에 이용되며, 산불 진화 후 남아있는 잔불을 확인하기 위해, 적외선 카메라를 이용하여 적외선 영상을 획득할 수 있다. 정찰 드론(135)은 획득한 영상을 무선 통신망을 통해 제어기(112)에 송신할 수 있다.
정찰 드론(135)은 소방 드론(131) 및 보조 드론(132)과는 독립적으로 비행하며, 소방 드론(131) 및 보조 드론(132)보다 높은 고도를 유지할 수 있다.
소방 드론(131)은 물탱크(120)로부터 물을 공급받아 분사할 수 있다. 보조 드론(132)은 물탱크(120)로부터 물을 공급받아 소방 드론(131)에 전달하고, 또한, 분사할 수 있다. 소방 드론(131) 및 보조 드론(132)은 제1 소방 호스(141)를 통해 연결되고, 보조 드론(132)은 제2 소방 호스(142)를 물탱크(120)와 연결될 수 있다.
소방 드론(131)은 산불 영역(A_F)(또는, 산불 확산 예상 영역)에 가장 인접하여 위치하며, 해당 영역에 대한 진화 작업을 수행할 수 있다. 보조 드론(132)은 물탱크(120)와 인접하여 위치하며, 예를 들어, 물탱크(120)의 상공에 위치하며, 제1 소방 호스(141)(및 제2 소방 호스(142))를 지지함으로써, 소방 호스(141)(및 제2 소방 호스(142))가 나무와 같은 장애물에 걸리는 것을 방지할 수 있다.
소방 드론(131) 및 보조 드론(132)의 구체적인 구성에 대해서는 도 2a 내지 도 3을 참조하여 후술하기로 한다.
제1 및 제2 소방 호스들(141, 142)은 유연한 재질로서 롤러 등에 잘 감기며 드론에 의해 쉽게 운반될 수 있도록 잘 구부려지는 재질일 수 있다. 예를 들어, 제1 소방 호스(141) 및 제2 소방 호스(142)는 일반적인 소방 호스일 수 있다.
한편, 제1 및 제2 소방 호스들(141, 142)은 외측에 결합된 유선 케이블을 포함할 수 있다. 유선 케이블은 통신 케이블 및 전원 케이블을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전원 케이블은 소방 드론(131) 및 보조 드론(132)을 연결하여, 소방 드론(131) 및 보조 드론(132)의 전원(예를 들어, 배터리에 저장된 전력)을 공유시킬 수 있다. 소방 드론(131) 및 보조 드론(132)이 하나의 조를 이루어 비행함에 따라, 소방 드론(131) 및 보조 드론(132)의 전원을 공유하는 경우, 소방 드론(131) 및 보조 드론(132)의 비행 시간/효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 전원 케이블은 보조 드론(132) 및 소방차(110)(또는, 별도의 이동식 발전기)에 연결될 수 있다. 전원 케이블을 통해 보조 드론(132) 및 소방 드론(131)에 전력이 공급됨으로써, 소방 드론(131) 및 보조 드론(132)의 비행 시간의 제약이 해소될 수 있다.
예를 들어, 통신 케이블은 소방 드론(131) 및 보조 드론(132)을 연결하며, 소방 드론(131)은 센싱된 정보(예를 들어, 소방 드론(131)의 위치 정보, 자세 정보 등)을 통신 케이블을 통해 보조 드론(132)에 전달할 수 있다. 이 경우, 보조 드론(132)은 보조 드론(132)의 정보와 소방 드론(131)의 정보를 함께 유무선 통신망을 통해 제어기(112)에 전달할 수 있다. 따라서, 소방 드론(131)의 무선 통신에 기인한 전력 소비를 감소시키거나, 소방 드론(131)의 무선 통신망의 장애시에도 안정적으로 소방 드론(131)을 제어할 수 있다. 또한, 통신 케이블은 보조 드론(132) 및 제어기(112)를 연결할 수도 있다.
도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 산불 진화 시스템(100)은 소방 호스들(141, 142)을 통해 물탱크(120)와 소방 드론(131)을 연결하여, 소방 호스들(141, 142)을 통해 공급되는 물을 소방 드론(131)에서 직접적으로 분사할 수 있다. 따라서, 드론들(131, 132)이 지속적인 진화 작업을 수행할 수 있고, 산불 진화 효율이 향상될 수 있다.
또한, 드론들(131, 132)은 유선 케이블을 통해 전력을 공유하거나 공급받고, 획득된 정보를 유선 통신망을 통해 전송할 수 있다. 따라서, 소방 드론(131)의 비행 시간의 제약을 완화하거나 해소할 수 있으며, 상대적으로 안정적인 유선 통신망을 통해 보다 안정적인 비행이 가능할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 산불 진화 시스템에 포함된 드론의 일 예를 나타내는 도면들이다. 도 2a 및 도 2b에는 소방 드론(131) 및 보조 드론(132)의 측면도가 도시되어 있다. 소방 드론(131)은 보조 드론(132)과 실질적으로 동일하거나 유사하므로, 이하에서는, 보조 드론(132)을 기준으로 설명하기로 한다.
먼저 도 2a를 참조하면, 보조 드론(132)은 비행 본체(BODY), 삼방 밸브(3way valve)(VV) 및 주 노즐(NOZZ)을 포함할 수 있다.
비행 본체(BODY)는 회전익(blade)를 포함하며, 일반적인 쿼드콥터 드론일 수 있다.
삼방 밸브(VV)는 비행 본체(BODY)의 중앙 하부에 결합될 수 있다. 삼방 밸브(VV)는 수평방향으로 상호 반대하여(또는, 상호 반대 방향으로) 배치된 제1 결합구(CH1) 및 제2 결합구(CH2)와, 수직 방향으로 배치된 제3 결합구(CH3)를 포함할 수 있다.
삼방 밸브(VV)는 유량 제어부(미도시, 도 3 참조)의 제어에 따라 제2 결합구(CH2) 로부터 제1 결합구(CH1)로의 유량(rate of discharge)(RD1)(또는, 개폐량)을 제어하고, 또한, 제2 결합구(CH2)로부터 제3 결합구(CH3)로의 유량(RD2)을 제어할 수 있다. 제1 유량(RD1) 및 제2 유량(RD2)의 총 합은 외부로부터 제2 결합구(CH2)로 공급되는 유량과 동일할 수 있다.
제1 결합구(CH1)는 제1 소방 호스(141)(즉, 소방 헬기(131))와 연결되고, 제2 결합구(CH2)는 제2 소방 호스(142)(즉, 물탱크(120))와 연결될 수 있다. 한편, 소방 드론(131)의 제1 결합구(CH1)는 별도의 커버로 밀봉되거나, 별도의 분사 노즐과 결합될 수도 있다.
주 노즐(NOZZ)은 제3 결합구(CH3)에 연결될 수 있다. 주 노즐(NOZZ)은 비행 본체(BODY)를 기준으로 하측으로 하측으로 물을 분사하고, 물의 분사에 따른 반작용을 이용하여 보조 드론(132)의 상승력을 보완할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 주 노즐(NOZZ)은 다수의 하부 노즐들(NOZZ_S)로 구성될 수 있다. 하부 노즐들(NOZZ_S)은 보조 드론(132)의 비행 본체(BODY)의 무게 중심(평면상 무게 중심)을 기준으로 방사형으로 배치될 수 있다. 특히, 하부 노즐들(NOZZ_S)은 보조 드론(132)의 회전익보다 외측으로 배치될 수 있다. 이 경우, 하부 노즐들(NOZZ_S)의 물 분사에 따른 반작용은 비행 본체(BODY)에 면으로서 작용하여, 비행 본체(BODY)의 뒤집힘 등을 방지하고, 보조 드론(132)이 보다 안정적으로 비행하도록 할 수 있다.
도 3은 도 1의 산불 진화 시스템에 포함된 소방 드론의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 소방 드론(131)은 통신부(310), 센싱부(320), 구동부(330), 유량 제어부(340) 및 전원공급부(350)를 포함할 수 있다.
통신부(310)는 외부와 유무선 통신을 수행할 수 있다. 통신부(310)는 유선 송수신부(311) 및 무선 송수신부(312)를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 유선 송수신부(311)는 통신 케이블을 통해 보조 드론(132)(또는, 보조 드론(132)의 유선 송수신부)와 연결되고, 후술하는 센싱부(320)에서 획득한 정보를 보조 드론(132)에 전송하고, 보조 드론(132)을 통해 제어 신호들을 수신할 수 있다.
무선 송수신부(312)는 무선 통신망을 통해 제어기(112)에 연결될 수 있다. 무선 송수신부(312)는 유선 송수신부(311)가 동작하지 않는 경우(예를 들어, 통신 케이블이 연결되지 않은 경우) 동작하며, 센싱 정보를 제어기(112)에 전송하고, 제어 신호를 ?어기(112)로부터 수신할 수 있다.
센싱부(320)는 GPS 센서, 자이로스코프, 가속도 센서 등을 포함하며, 소방 드론(131)의 위치, 고도, 자세 등에 관한 정보를 획득/생성할 수 있다.
구동부(330)는 소방 드론(131)이 움직이기 위한 동력원으로서, 회전익과 연결된 모터를 포함하며, 제어기(112)로부터 제공된 비행 제어신호에 기초하여 회전익을 구동시킬 수 있다. 구동부(330)의 동작에 따라 복수의 회전익 각각의 회전 방향 및 회전 속도를 조절될 수 있다.
유량 제어부(340)는 삼방 밸브에 연결되고, 제어기(112)로부터 제공된 유량 제어신호에 기초하여 제1 개구(CH1)를 통한 유량과, 제3 개구(CH3)를 통한 유량을 제어할 수 있다.
전원공급부(350)는 통신부(310), 센싱부(320), 구동부(330) 및 유량제어부(340)에 전원 또는 전력을 공급할 수 있다. 전원공급부(350)는 배터리 장치로 구현될 수 있다.
한편, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 전원공급부(350)는 보조 드론(132)(또는, 보조 드론(132)의 전원공급부)와 연동 또는 연결될 수 있으며, 소방 드론(131) 및 보조 드론(132)의 전력이 공유될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 도 1의 산불 진화 시스템에 포함된 드론을 제어하는 방법의 일 예를 설명하는 도면들이다.
도 1 및 도 4a를 먼저 참고하면, 소방 드론(131)을 최초에(즉, 최초 비행시에) 물탱크(120)로부터 제1 사선 방향(DD1)으로 제1 기준 거리 만큼 이동시킬 수 있다. 여기서, 제1 사선 방향(DD1)은 물탱크(120)를 기준으로 산불 영역(A_F)을 향하는 제1 방향(D1)과 반대인 제2 방향(D2)과 수직 방향(DV) 사이의 방향일 수 있다. 제1 기준 거리는 제1 소방 호스(141)의 길이와 같을 수 있다.
이후, 도 4b를 참조하면, 소방 드론(131)이 제1 사선 방향(DD1)으로 제1 기준 거리만큼 이동한 경우 또는 이동한 직후, 보조 드론(132)을 제1 사선 방향(DD1)으로 이동시키고, 소방 드론(131)을 제1 사선 방향(DD1)에서 제1 방향(D1)으로 방향 전환하여 이동시킬 수 있다.
소방 드론(131) 및 보존 드론(132)을 연결하는 제1 소방호스(141)는 소방 드론(131) 및 보조 드론(132)의 고도차, 간격, 제1 소방호스(141)의 무게, 장력 등에 따라 적어도 부분적으로 쳐져 있을 수 있다. 특히, 포물선 형태로 쳐진 제1 소방호스(141)는 나무 등에 걸려, 이에 연결된 소방 드론(131) 및 보조 드론(132)의 동작을 제한할 수 있다.
따라서, 소방 드론(131) 및 보조 드론(132)을, 최초 비행시, 산불 영역(A_F)를 향하는 제1 방향(D1)이 아닌, 제1 방향(D1)에 반대인 제2 방향(D2)의 성분을 가지는 제1 사선 방향(DD1)으로 이동시킴으로써, 제1 소방 호스(141)(및 제2 소방 호스(142))에 기인한 장애 발생을 방지할 수 있다.
도 5 및 도 6은 도 1의 산불 진화 시스템에 포함된 드론을 제어하는 방법의 다른 예를 설명하는 도면들이다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 산불 진화 시스템(100)은 복수의 소방 드론들(131-1 내지 131-10) 및 복수의 보조 드론들(132-1 내지 132-10)을 포함할 수 있다. 복수의 소방 드론들(131-1 내지 131-10) 중 하나와, 복수의 보조 드론들(132-1 내지 132-10) 중 하나는 한 조를 이루어 동작할 수 있다.
물탱크(120)는 산불 영역(A_F)을 기준으로 확산 방향(D_DIFF)의 반대 방향에 위치할 수 있다. 확산 방향(D_DIFF)은 바람의 방향과 일치하거나, 지형의 고도가 높아지는 방향일 수 있다.
물탱크(120)와 산불 영역(A_F)까지의 거리가 상대적으로 먼 경우, 소방 드론들(131-1 내지 131-10) 및 보조 드론들(132-1 내지 132-10) 사이에는 추가 보조 드론들(133-1 내지 133-10)이 더 구비될 수도 있다. 이 경우, 소방 드론, 보조 드론 및 추가 드론, 총 3개가 한 조를 이룰 수 있다.
소방 드론들(131-1 내지 131-10)은 상호 제1 거리(D1)(또는, 제1 이격거리)만큼 이격되어 배치될 수 있다. 여기서, 제1 거리(D1)는 수십M 일 수 있다.
일 실시예에서, 제1 거리(D1)는 산불의 규모 및 산불 영역(A_F)의 크기, 산불 확산 속도에 따라 결정되며, 산불의 규모(또는, 산불의 강도)에 반비례하며, 산불 영역(A_F)의 크기 및 산불 확산 속도에 비례할 수 있다.
앞서 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명한 바와 같이, 보조 드론들(132-1 내지 132-10)은 물탱크(120)를 기준으로 산불 영역(A_F)을 향하는 제1 방향(D1)에 반대하는 제2 방향(D2)에 위치할 수 있다. 따라서, 물탱크(120)와 소방 드론들(131-1 내지 131-10) 사이의 장애물 영역(A_OB) 내 장애물(예를 들어, 나무)에, 소방 호스 등이 걸리는 것이 방지될 수 있다.
일 실시예에서, 소방 드론들(131-1 내지 131-10)은 산불 확산 예상 영역(A_DIFF)로 이동하여, 물을 분사할 수 있다.
산불 확산 예상 영역(A_DIFF)은 별도의 서버(미도시)에서 정찰 드론(135)을 통해 획득한 정보(예를 들어, 산불 영상), 지형 정보(예를 들어, 고도), 기상 정보(예를 들어, 바람 방향, 속도) 등에 기초하여 예측될 수 있다.
산불의 확산은 소량의 물로도 차단 가능하며, 초기에 신속한 진압이 이루어지지 않을 경우 산불 피해 규모가 기하급수적으로 증가할 수 있다. 따라서, 소방 드론들(131-1 내지 131-10)은 우선적으로 산불 확산 예상 영역(A_DIFF)으로 이동하여 물을 분사함으로써, 산불 확산을 우선적으로 차단하고, 이후, 산불 영역(A_F)으로 이동하여 산불에 대한 직접적인 진화 작업을 수행할 수 있다.
한편, 도 5에서 소방 드론들(131-1 내지 131-10)은 산불 영역(A_F)의 길이 방향을 따라 직렬로(또는, 일 자로) 배열되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6을 참조하면, 복수의 소방 드론들(131)이 하나의 조를 이루어 상호 직렬로 연결될 수 있다. 예를 들어, 10개의 소방 드론들(131)이 물탱크(120)로부터 직렬로 연결될 수 있다.
산불 확산 예상 영역(A_DIFF)이 전 ?향으로 산불 영역(A_F)을 기준으로 2개 방향 이상으로 예측되는 경우, 소방 드론들(131)은 산출 확산 예상 영역(A_DIFF)에 대한 집중적인 진화 작업(또는, 산불 확산 방지를 위한 물분사)을 위해 도 6과 같은 연결 구조 또는 배치 구조를 가질 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하여 설명한 바와 같이, 산불 발생 이후, 정찰 드론(135) 등을 획득된 정보(예를 들어, 산불 영상)에 기초하여 산불의 규모, 산불 확산 예상 영역 등이 예측될 수 있다. 이에 따라, 소방 드론들(131)과 물탱크(120) 간의 연결 관계 및 소방 드론들(131) 간의 연결 관계가 결정될 수 있다. 특히, 소방 드론(131)은 도 2a를 참조하여 설명한 바와 같이, 소방 호스의 단부와 결합되는 방식으로, 소방 드론들(131)간의 연결 관계는 산불 상황에 보다 적응적으로 용이하게 변경될 수 있다. 또한, 소방 드론들(131)의 산불 확산 예상 영역(A_DIFF)로 우선적으로 이동하여 상대적으로 소량의 물을 이용하여 산불의 확산을 방지하고, 이후, 산불에 대한 직접적인 진화 작업을 수행할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 산불 진화 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1 및 도 7을 참조하면, 도 7의 방법은 물탱크(120)를 물의 수급이 용이하고 산불 영역(A_F)에 인접한 위치에 배치시킬 수 있다(S710).
앞서 설명한 바와 같이, 물탱크(120)는 공기 주입형 물탱크로 구현되어, 이의 이동 및 배치가 드론들(131, 132)을 통해 용이하게 이루어질 수 있다.
한편, 물탱크(120)를 배치하기 이전에, 물탱크(120), 드론들(131, 132), 소방 호스들(141, 142)은 소방차(110) 또는 차량을 통해, 화재 영역(A_F)에 가능한 한 인접한 곳으로 이동될 수 있다.
이후, 도 7의 방법은 정찰 드론(135)을 통해 산불 영역(A_F)을 모니터링하고, 산불의 규모, 산불 영역(A_F)의 크기, 산불 확산 예상 영역들을 산출/예측할 수 있다.
이후, 도 7의 방법은 소방 호스들(141, 142)를 통해 드론들(131, 132)을 물탱크에 연결할 수 있다(S720).
일 실시예에서, 산불 영역이 확산 가능한 산불 확산 예상 영역에 기초하여 드론들(131, 132) 간의 연결 관계를 결정하고, 결정된 연결 관계에 기초하여 드론들을 소방호스들(141, 142)을 이용하여 물탱크(120)에 순차적으로 연결할 수 있다.
소방 드론들(131)간의 연결관계는 앞서 산출된 산불의 규모, 산불 영역(A_F)의 크기, 산불 확산 예상 영역 등에 기초하여 결정될 수 있다.
예를 들어, 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한 바와 같이, 산불 확산 예상 영역들에 기초하여 소방 드론들(131)간의 연결관계 및 이동 경로가 결정될 수 있다. 예를 들어, 산불의 규모가 크지 않은 경우, 소방 드론들(131, 132)은 도 5에 도시된 바와 같이 물탱크(120)에 상호 병렬로 연결될 수 있다. 이와 달리, 산불의 규모가 상대적으로 크고, 산불의 확산 속도가 빠른 경우, 소방 드론들(131)은 도 6에 도시된 바와 같이 상호 직렬로 연결될 수 있다.
또한, 산불의 규모 등에 따라 소방 드론들(131) 간의 배치 간격(예를 들어, 제1 거리(D1))이 결정될 수 있으며, 예를 들어, 도 5 및 도 6에 도시된 제1 거리(D1)는 산불의 규모 또는 세기에 반비례하고, 산불 영역(A_F)의 크기 및 산출 확산 속도에 비례할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
특히, 도 2a를 참조하여 설명한 바와 같이, 드론들(131, 132)은 삼방 밸브(VV)를 포함하고, 소방 호스들(141, 142)은 삼방 밸브(VV)의 개구(CH1, CH2)에 결합되는 형태로 연결되므로, 소방 호스들(141, 142)의 총 길이가 용이하게 조절될 수 있다.
이후, 도 7의 방법은 드론들(131, 132)을 산불 영역(A_F) 또는 산불 확산 예상 영역(A_DIFF)으로 이동시키거나 비행 시킬 수 있다(S730).
산불에 대한 신속한 진화가 우선적으로 필요한 경우, 드론들(131, 132)은 산불 영역(A_F)으로 이동할 수 있다. 이와 달리, 산불 확산에 대한 방지가 우선적으로 필요한 경우, 드론들(131, 132)은 산불 확산 예상 영역(A_DIFF)을 따라 이동할 수 있다.
앞서 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명한 바와 같이, 소방 드론(131)을 최초 물탱크(120)로부터 제1 사선 방향(DD1)으로 제1 기준 거리 만큼 이동시키고, 이후, 소방 드론(131)이 제1 사선 방향(DD1)으로 제1 기준 거리만큼 이동한 경우 또는 이동한 직후, 보조 드론(132)을 제1 사선 방향(DD1)으로 이동시키고, 소방 드론(131)을 제1 사선 방향(DD1)에서 제1 방향(D1)으로 방향 전환하는 방식으로, 드론들(131, 132)을 이동시킬 수 있다.
이후, 도 7의 방법은 물탱크(120)로부터 소방 호스를 통해 드론들(131, 132)에 물을 공급하고(S740), 드론들(131, 132)의 주노즐(NOZZ)로 공급되는 유량을 제어하면서 물을 분사시킬 수 있다(S750).
도 7을 참조하여 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 산불 진화 방법은, 소방 호스(141, 142)를 이용하여 물탱크(120)에 드론들(131, 132)을 연결하고, 드론들(131, 132)을 산불 영역(A_F) 또는 산불 확산 예상 영역(A_DIFF)으로 이동시키며, 물탱크(120)로부터 공급되는 물을 드론들(131, 132)을 통해 분사시킴으로써, 보다 신속하고 저비용으로 산불을 진화하거나 산불의 확산을 방지할 수 있다.
특히, 드론들(131, 132)은 산불의 확산 방향(즉, 진행 방향) 측에 미리 물을 분함으로써, 산불의 확산(또는, 진행)을 제한시킬 수 있다.
한편, 산불에 대한 진화가 대체적으로 종료된 이후에, 드론들(131, 132)은 산불 영역(A_F)을 재차 이동하면서 잔불 진화 작업을 재차 수행할 수도 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 따른 산불 진화 시스템 및 방법에 대하여 도면을 참조하여 설명하였지만, 상기 설명은 예시적인 것으로서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 수정 및 변경될 수 있을 것이다.
100: 산불 진화 시스템
110: 소방차
111: 물 저장부
112: 제어기
120: 물탱크
131: 소방 드론
132: 보조 드론
135: 정찰 드론
141, 142: 제1 및 제2 소방 호스들
145: 연결 호스
350: 전원공급부

Claims (6)

  1. 물탱크;
    제1 소방 드론 및 제1 보조 드론을 포함하며, 산불이 발생한 산불 영역을 비행하되, 상기 물탱크로부터 물을 공급받아 전달하거나 분사하는 복수의 드론들;
    일단이 상기 제1 소방 드론에 연결되고, 제1 보조 드론으로부터 상기 제1 소방 드론에 물을 전달하는 제1 소방 호스; 및
    상기 제1 보조 드론 및 상기 물탱크를 연결하며 상기 제1 보조 드론에 물을 전달하는 제2 소방호스를 포함하는 산불 진화 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 드론들 각각은,
    회전익들을 구비한 비행 본체;
    상기 비행 본체의 중앙 하부에 결합되고, 수평방향으로 상호 반대하여 배치된 제1 결합구 및 제2 결합구, 및 수직방향으로 배치된 제3 결합구를 포함하는 삼방(3way) 밸브; 및
    상기 제3 결합구에 결합된 소화용 주 노즐을 포함하고,
    상기 제2 결합구는 상기 물탱크 측 호스에 연결되며,
    상기 제1 결합구는 다른 드론 측 호스에 연결되고,
    상기 주 노즐은 상기 비행 본체를 기준으로 하측으로 물을 분사하고, 물의 반작용을 이용하여 상기 드론들 각각의 상승력을 보완하는 산불 진화 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    물 저장부를 구비하는 소방차; 및
    상기 소방차와 상기 물탱크를 연결하는 연결 호스를 더 포함하고,
    상기 물탱크는, 공기가 주입된 경우 내부에 물을 저장하는 저장공간이 형성되는 공기 주입형 물탱크이고, 산불 영역과 상기 소방차 사이에 이동 배치되는 산불 진화 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 소방 드론 및 상기 제1 보조 드론 각각의 이동을 제어하는 제어 장치를 더 포함하고,
    상기 제어 장치는, 상기 제1 소방 드론을 최초 상기 물탱크로부터 제1 사선 방향으로 제1 기준 거리 만큼 이동시키되, 상기 제1 사선 방향은 상기 물탱크를 기준으로 상기 산불 영역을 향하는 제1 방향과 반대인 제2 방향과 수직 방향 사이의 방향이며,
    상기 제어 장치는, 상기 제1 소방 드론이 상기 제1 사선 방향으로 상기 제1 기준 거리만큼 이동한 경우, 상기 제1 보조 드론을 상기 제1 사선 방향으로 이동시키고, 상기 제1 소방 드론을 상기 제1 사선 방향에서 상기 제1 방향으로 방향 전환하여 이동시키며,
    상기 제1 기준 거리는 상기 제1 소방 호스의 길이와 같은 산불 진화 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 소방 드론 및 상기 제1 보조 드론에 독립적으로 상기 산불 영역을 이동하면서 화재 영상을 획득하는 정찰 드론; 및
    상기 제1 소방 드론을 기준으로 제3 방향으로 제2 기준 거리만큼 이격되어 배치되는 제2 소방 드론 및 제3 소방 드론을 더 포함하고,
    상기 제3 방향은 지평면 상에서 상기 제1 방향에 수직하며,
    상기 제어 장치는 상기 화재 영상에 기초하여 산불의 확산 경로를 예측하고, 상기 제1 내지 제3 소방 드론들을 상기 확산 경로를 따라 이동시키며,
    상기 제2 기준 거리는 상기 산불의 예측된 강도에 반비례하는 산불 진화 시스템.
  6. 산불 영역에 인접하여 물탱크를 배치하는 단계;
    상기 산불 영역이 확산 가능한 산불 확산 예상 영역에 기초하여 드론들 간의 연결 관계를 결정하고, 상기 결정된 연결 관계에 기초하여 상기 드론들을 소방 호스를 이용하여 상기 물탱크에 순차적으로 연결하는 단계;
    상기 드론들을 상기 산불 영역 또는 상기 산불 확산 예상 영역으로 이동시키는 단계;
    상기 물탱크로부터 상기 소방 호스를 통해 상기 드론들에 물을 공급하는 단계; 및
    상기 드론들의 주노즐로 공급되는 유량을 제어하면서 물을 분사시키는 단계를 포함하는 산불 진화 방법.
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