KR20200097070A - 복수의 드론을 이용한 감시 방법 및 시스템 - Google Patents

복수의 드론을 이용한 감시 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수의 드론을 이용한 감시 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 카메라를 이용하여 감시를 수행하는 복수의 보조 드론; 자신의 위치를 원점으로 하는 모선 좌표계를 설정하고, 설정된 모선 좌표계를 기준으로 근거리 통신을 통해 상기 복수의 보조 드론의 비행을 제어하여 비행 편대를 구성하며, 상기 복수의 보조 드론과 함께 비행 편대를 유지하면서 카메라를 이용하여 감시를 수행하는 주 드론; 및 정해진 지역을 감시하도록 상기 주 드론의 비행을 제어하는 지상 관제 서버를 포함한다.

Description

복수의 드론을 이용한 감시 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR MONITORING USING A PLURALITY OF DRONES}
본 발명은 감시 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 드론을 이용한 감시 방법 및 시스템에 관한 것이다.
무인 로봇인 드론은 최초에 군사용으로 개발되었으나, 운반 및 보관이 편리하며 조작이 용이한 이점을 가지고 있어 근래에는 텔레비전 방송 등을 위한 촬영 용도로 널리 활용되고 있다. 최근에는 드론을 이용하여 무인 배달 서비스 시스템을 구축함으로써, 사람의 간섭을 최소화하여 물건 배송이 가능하며, 송수신자와 드론간의 상호인증을 통해 안전한 무인배달 서비스를 제공하는 기술도 등장하였다.
드론은 공중으로 이동하므로 이동성이 뛰어나기 때문에, 심각한 교통 체증, 험난한 도로 사정에도 공중을 통해 신속하게 이동할 수 있다. 이 같은 드론의 특성을 이용하여 드론은 사람의 접근이 어려운 특정 지역을 관리, 감시하기 위한 용도로도 사용되고 있다. 즉, 드론은 탑재된 카메라나 센서를 통해 특정 지역에 대한 원격 감시를 진행할 수 있다. 예를 들면, 드론은 조난자 수색, 산불 감시, 교통 위반 단속, 우범 지역 및 국경 지역 감시 등과 같은 공공 목적으로 활용될 수 있다.
그러나, 종래의 드론을 이용한 감시 시스템에서는, 드론이 보통 지그재그 형태로 비행하기 때문에, 전체 스캐닝 시간이 길고, 또한 스캐닝 간격이 길어서 보안에 취약하다는 문제점이 있었다.
국내등록특허 제10-1851539호 국내특허공개공보 제10-2017-0070713호
본 명세서는 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 군집 비행을 통해 감시 및 측량 영역을 늘릴 수 있는 복수의 드론을 이용한 감시 방법 및 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 지상 관제 서버에서 여러 대의 드론을 동시에 통제할 수 있는 복수의 드론을 이용한 감시 방법 및 시스템를 제공한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 명세서의 실시예에 따르면, 본 명세서에 따른 복수의 드론을 이용한 감시 시스템은, 카메라를 이용하여 감시를 수행하는 복수의 보조 드론; 자신의 위치를 원점으로 하는 모선 좌표계를 설정하고, 설정된 모선 좌표계를 기준으로 근거리 통신을 통해 상기 복수의 보조 드론의 비행을 제어하여 비행 편대를 구성하며, 상기 복수의 보조 드론과 함께 비행 편대를 유지하면서 카메라를 이용하여 감시를 수행하는 주 드론; 및 정해진 지역을 감시하도록 상기 주 드론의 비행을 제어하는 지상 관제 서버를 포함한다.
바람직하게는, 상기 주 드론은 비행 편대의 형태에 따라 상기 복수의 보조 드론의 X 좌표값을 결정하고, 각각의 보조 드론에 장착된 카메라의 성능에 따라 상기 복수의 보조 드론의 Y 좌표값을 설정하며, 각각의 보조 드론의 카메라의 화각에 의해 정해지는 스캐닝 영역 및 기설정된 스캐닝 영역 허용치를 이용하여 상기 복수의 보조 드론의 Z 좌표값을 설정하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 주 드론은 각각의 보조 드론의 카메라의 화각에 의해 정해지는 스캐닝 영역이 기설정된 스캐닝 영역 허용치 이상 겹치지 않도록 상기 복수의 보조 드론의 비행을 제어하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 주 드론은 상기 복수의 보조 드론 중에 적어도 하나의 보조 드론에 이상이 발생한 경우, 상기 적어도 하나의 보조 드론을 제외하고 비행 편대를 재구성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 복수의 보조 드론 중에 적어도 하나의 보조 드론은 장거리 통신 모듈을 포함하고, 상기 주 드론은 자신에게 이상이 발생한 경우, 상기 적어도 하나의 보조 드론 중에 어느 하나의 보조 드론에게 자신의 권한을 위임하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 주 드론은 자신과 기설정된 거리 이상 떨어진 보조 드론에 대해 메쉬 통신 기법을 이용하여 상기 보조 드론의 비행을 제어하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 주 드론은 상기 정해진 지역의 크기에 따라 상기 비행 편대를 변경하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 주 드론은 감시 목적에 따라 상기 비행 편대를 변경하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서의 다른 실시예에 따르면, 본 명세서에 따른 복수의 드론을 이용한 감시 방법은, 주 드론이, 자신의 위치를 원점으로 하는 모선 좌표계를 설정하는 단계; 상기 주 드론이, 설정된 모선 좌표계를 기준으로 근거리 통신을 통해 복수의 보조 드론의 비행을 제어하여 비행 편대를 구성하는 단계; 및 지상 관제 서버가, 상기 주 드론의 비행을 제어함으로써, 상기 주 드론으로 하여금 상기 복수의 보조 드론과 함께 비행 편대를 유지하면서 카메라를 이용하여 정해진 지역의 감시를 수행하도록 제어하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 비행 편대를 구성하는 단계에서, 상기 주 드론은 각각의 보조 드론의 카메라의 화각에 의해 정해지는 스캐닝 영역이 기설정된 스캐닝 영역 허용치 이상 겹치지 않도록 상기 복수의 보조 드론의 비행을 제어하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 주 드론이, 상기 복수의 보조 드론 중에 적어도 하나의 보조 드론에 이상이 발생한지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 주 드론이, 상기 복수의 드론 중에 적어도 하나의 보조 드론에 이상이 발생하였다고 판단한 경우, 상기 적어도 하나의 보조 드론을 제외하고 비행 편대를 재구성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 주 드론이, 자신에게 이상이 발생한지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 주 드론이, 자신에게 이상이 발생하였다고 판단한 경우, 상기 복수의 보조 드론 중에 장거리 통신 모듈을 포함하는 적어도 하나의 보조 드론 중 어느 하나의 보조 드론에게 자신의 권한을 위임하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 명세서에 의하면, 주 드론이 근거리 통신을 통해 복수의 보조 드론의 비행을 제어하여 비행 편대를 구성하고, 지상 관제 서버가 비행 편대를 하나의 가상 드론으로 인식하여 통제하는 복수의 드론을 이용한 감시 방법 및 시스템을 제공함으로써, 감시 및 측량 시간을 단축할 수 있고, 단순한 관제 장비로 여러 대의 드론을 동시에 통제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 복수의 드론을 이용한 감시 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 주 드론 내부의 개략적인 구성을 나타낸 블럭 구성도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 주 드론과 보조 드론 간의 위치 관계를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 주 드론과 보조 드론 간의 위치 평가 지표를 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 실시에에 따른 드론들의 위치 계산 방법을 설명하기 위한 도면,
도 6은 편대 내 자선 중의 어느 하나가 어떤 이유로 착륙 또는 추락했을 경우, 편대 구성을 재구성하는 것을 보여주는 도면,
도 7은 편대 내 모선이 어떤 이유로 착륙 또는 추락했을 경우, 편대 구성을 재구성하는 것을 보여주는 도면, 및
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 복수의 드론을 이용한 감시 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 명세서에서 감시 임무란, 드론이 정해진 지역 내에서 발생하는 상황에 대처하기 위하여 수행하도록 프로그래밍된 임의의 동작 또는 동작들의 조합을 지칭한다. 감시 임무를 수행하기 위한 프로그래밍 명령이 드론에 전송되거나 사전에 드론에 저장될 수 있으며, 드론이 해당 프로그래밍 명령에 따라 드론의 하나 이상의 부분을 구동함으로써 감시 임무를 수행한다. 또한, 감시 임무의 수행이란 사전에 프로그래밍된 명령에 따라 드론에 의해 자율적으로 이루어지는 것일 수도 있으며, 또는 하나 이상의 단계에서 사용자의 개입에 의하여 이루어지는 것일 수도 있다. 예를 들어, 본 명세서에 기재된 감시 임무의 수행이란, 드론의 특정 형태의 이동, 드론의 일 부분의 이동이나 회전, 및 드론에 의한 정보의 검출, 영상 및/또는 소리의 출력, 다른 객체 또는 서버와의 통신, 특정 번호로의 전화 또는 영상통화연결 등과 같은 개별 구동들의 하나 이상의 조합을 지칭한다.
또한, 본 명세서에서는 설명의 편의상, 드론의 감시 수단으로서 카메라를 예로 들고 있지만 이에 한정되는 것은 아니며, 드론은 적외선 카메라, RGB 카메라, 마이크를 포함하는 음성 인식 센서, 음파 등을 이용한 레이더(radar), 거리 감지 및 충돌 방지 센서, 고도 감지 및 조절 센서 등을 포함하고, 영상 및 주변 정보를 획득하여 사람이나 동물 등을 감시하고, 사람이나 동물로부터 기준치 이상의 크기나 주파수를 가진 소리를 인식하여 위기 상황을 검출할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니됨을 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 복수의 드론을 이용한 감시 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 복수의 드론을 이용한 감시 시스템은 복수의 보조 드론(110), 주 드론(120), 및 지상 관제 서버(130)를 포함할 수 있다.
복수의 보조 드론(110)은 주 드론(120)의 제어에 의해 주 드론(120)과 함께 비행 편대를 구성하여 정해진 지역을 비행하면서 정해진 지역의 상세 영상을 촬영하여 근거리 통신을 통해 주 드론(120)으로 전송하는 드론이다. 이를 위해, 복수의 보조 드론(110)은 카메라 및 근거리 통신 모듈을 포함할 수 있다.
주 드론(120)은 자신의 위치를 원점으로 하는 모선 좌표계를 설정하고, 설정된 모선 좌표계를 기준으로 근거리 통신을 통해 복수의 보조 드론(110)의 비행을 제어하여 비행 편대를 구성하는 비행 관제 서버의 역할을 수행하며, 복수의 보조 드론(110)과 함께 비행 편대를 유지하며 비행하면서 카메라를 이용하여 감시를 수행한다. 즉, 주 드론(120)은 복수의 보조 드론(110)에 의해 촬영된 영상을 취합하여 장거리 통신을 통해 지상 관제 서버(130)로 전송함으로써, 정해진 지역에 대한 감시를 수행할 수 있다.
또한, 주 드론(120)은 영상 및/또는 음성의 출력 장치를 포함하여, 위기 상황을 검출하였을 경우 해당 정보를 영상 및/또는 음성으로 출력하여 지역 내의 사람에게 알릴 수 있다. 예를 들어, 주 드론(120)은 사용자 주변의 인체나 사물의 급격한 움직임 방향 등을 계산하고 이로 인한 위기 상황을 미리 예측하여, 예측된 정보를 영상 및/또는 음성으로 출력하여 지역 내에 위치한 사람의 사전 대비가 가능하게 할 수 있다.
또한, 주 드론(120)은 위기 상황에 대한 정보에 기초하여 하나 이상의 사용자 장치를 제어할 수도 있다. 예를 들어, 주 드론(120)은 위기 상황이 검출될 경우 사전에 지정된 하나 이상의 사용자의 스마트폰에 경보 메시지를 전송하거나, 사용자의 자동차를 제어하여 이동시킬 수 있다. 또한, 주 드론(120)은 위기 상황이 아닌 경우에도 사용자로부터의 명령에 따라 사용자 장치를 제어할 수 있다. 예컨대, 주 드론(120)은 사용자가 지정한 시간 및/또는 장소에 사용자의 차량을 대기시키거나, 사용자가 차량으로부터 하차한 후 차량을 미리 설정된 장소에 주차하는 등의 동작을 수행할 수도 있다.
또한, 주 드론(120)은 영상 및 주변 정보로부터 위기 상황을 검출하였을 경우, 하나 이상의 관계기관 서버와 통신함으로써 위기 상황에 따른 조치를 취할 수도 있다. 예를 들어, 주 드론(120)은 장거리 통신을 통하여 관계기관 서버에 신고나 도움 요청 신호 등을 전송할 수 있다. 관계기관 서버는 복수의 기관에서 운영하는 복수의 서버를 통칭하는 것일 수도 있다. 예를 들어, 관계기관 서버는 경찰이나 병원 등에서 운영하는 서버일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 관계기관 서버와의 통신은 위기 상황을 감지한 후 주 드론(120)에서 자동적으로 이루어질 수도 있으며, 또는 사용자에게 위기 상황을 통지한 후 사용자 또는 사용자 장치로부터 특정 입력이 수신되는 것에 대한 응답으로 이루어질 수도 있다.
추가로, 주 드론(120)은 하나 이상의 빅 데이터(Big Data) 서버로부터 정보를 수집하고, 수집한 정보를 사용자에게 제시하거나 또는 사용자 장치에 전송할 수도 있다. 예를 들어, 주 드론(120)은 빅 데이터 서버로부터 현재 사용자가 위치한 지역에 대한 지리학적 정보, 예컨대, 주소, 지도, 인근 공공기관 정보 등을 획득하고 이를 사용자에게 제시함으로써 사용자의 생활 편의를 도모할 수 있다. 한편, 주 드론(120)의 자세한 구성에 대해서는 도 2에서 설명하기로 한다.
지상 관제 서버(130)는 장거리 통신을 통하여 주 드론(120)과 데이터를 송수신하면서, WGS84 좌표계에 기준하여 주 드론(120)을 제어하기 위한 명령을 전송하거나, 주 드론(120)에 의해 복수의 보조 드론(110)으로부터 수집된 영상 정보를 수신할 수 있다. 또한, 지상 관제 서버(130)는 주 드론(120)이 위기 상황을 검출하였을 경우 해당 정보를 주 드론(120)으로부터 수신할 수도 있다. 이를 위해, 지상 관제 서버(130)는 사용자가 보유한 컴퓨팅 장치, 예컨대, 스마트폰(smartphone), 태블릿(tablet) 컴퓨터, 노트북 컴퓨터(notebook), 데스크탑 컴퓨터(desktop computer)의 형태로 구현될 수도 있다. 또는, 지상 관제 서버(130)는 감시 서비스를 제공하는 사업자가 운영하는 서버의 형태로 구현될 수 있다.
지상 관제 서버(130)와 주 드론(120)은 위성 통신으로 통신을 수행할 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, LAN, MAN(Metropolitan Area Network), GSM(Global System for Mobile Network), EDGE(Enhanced Data GSM Environment), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), W-CDMA(Wideband Code Division Multiple Access), CDMA(Code Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), VoIP(Voice over Internet Protocol), LTE Advanced, IEEE802.16m, WirelessMAN-Advanced, HSPA+, 3GPP Long Term Evolution (LTE), Mobile WiMAX (IEEE 802.16e), UMB (formerly EV-DO Rev. C), Flash-OFDM, iBurst and MBWA (IEEE 802.20) systems, HIPERMAN, Beam-Division Multiple Access (BDMA), Wi-MAX(World Interoperability for Microwave Access) 및 초음파 활용 통신으로 이루어진 군으로부터 선택되는 임의의 통신 방법으로 통신을 수행하도록 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 주 드론 내부의 개략적인 구성을 나타낸 블럭 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 주 드론(120)은 장거리 통신 모듈(210), 근거리 통신 모듈(220), 카메라 모듈(230), 및 제어부(240)를 포함할 수 있다. 여기서, 주 드론(120)은 배터리로 구동되고, 날개, 엔진 등과 같은 일반적인 비행체의 구성을 가짐으로써, 이륙, 착륙 및 비행 가능하다.
장거리 통신 모듈(210)은 장거리 통신을 통해 지상 관제 서버(130)와 통신을 수행한다. 구체적으로는, 장거리 통신 모듈(210)은 지상 관제 서버(130)로부터 주 드론(120)의 비행 제어를 위한 명령을 수신할 수 있으며, 지상 관제 서버(130)로 자신의 위치 정보 및 복수의 보조 드론(110)의 위치 정보를 전송할 수 있다. 또한, 장거리 통신 모듈(210)은 복수의 보조 드론(110)으로부터 수신한 영상 정보를 지상 관제 서버(130)로 전송할 수 있다.
이를 위해, 장거리 통신 모듈(210)의 무선 인터넷 기술은, 무선랜(Wireless LAN : WLAN), 와이 파이(Wi-Fi), 와이브로(Wireless Broadband : Wibro), 와이맥스(World Interoperability for Microwave Access : Wimax), 고속 하향 패킷 접속(High Speed Downlink Packet Access : HSDPA), IEEE 802.16, 롱 텀 에볼루션(Long Term Evolution : LTE), 광대역 무선 이동 통신 서비스(Wireless Mobile Broadband Service : WMBS) 등을 포함할 수 있다.
근거리 통신 모듈(220)은 근거리 통신을 통해 복수의 보조 드론(110)과 통신을 수행한다. 구체적으로는, 근거리 통신 모듈(220)은 복수의 보조 드론(110)의 비행 제어를 위한 명령을 전송할 수 있으며, 복수의 보조 드론(110)으로부터 복수의 보조 드론(110)의 위치 정보 및 복수의 보조 드론(110)에 의해 촬영된 영상 정보를 수신할 수 있다.
이를 위해, 근거리 통신 모듈(220)의 근거리 통신 기술은, 루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association : IrDA), 초광대역 무선(Ultra Wideband : UWB), 지그비(ZigBee) 등을 포함할 수 있다.
카메라 모듈(230)은 정해진 화각에 의해 일정 영역의 영상을 촬영한다. 또한, 카메라 모듈(230)은 일정 영역의 정지 영상뿐만 아니라 동영상을 촬영할 수 있다. 또한, 카메라 모듈(230)은 주 드론(120)의 본체에 부착되어 틸팅(tilting)될 수도 있다.
제어부(240)는 장거리 통신 모듈(210), 근거리 통신 모듈(220), 및 카메라 모듈(230) 등을 제어한다.
제어부(240)는 자신의 위치를 원점으로 하는 모선 좌표계를 설정하고, 설정된 모선 좌표계를 기준으로 근거리 통신 모듈(220)을 통해 복수의 보조 드론(110)의 비행을 제어하여 비행 편대를 구성하며, 복수의 보조 드론(110)과 함께 비행 편대를 유지하며 비행하면서 카메라 모듈(230)을 이용하여 감시를 수행한다. 또한, 제어부(240)는 근거리 통신 모듈(220)을 통해 복수의 보조 드론(110)에 의해 촬영된 영상을 취합하여 장거리 통신 모듈(210)을 통해 지상 관제 서버(130)로 전송함으로써, 정해진 지역에 대한 감시를 수행한다.
또한, 제어부(240)는 비행 편대의 형태에 따라 복수의 보조 드론(110)의 X 좌표값을 결정하고, 각각의 보조 드론(110)에 장착된 카메라의 성능에 따라 복수의 보조 드론(110)의 Y 좌표값을 설정하며, 각각의 보조 드론(110)의 카메라의 화각에 의해 정해지는 스캐닝 영역 및 기설정된 스캐닝 영역 허용치를 이용하여 복수의 보조 드론(110)의 Z 좌표값을 설정할 수 있다.
또한, 제어부(240)는 각각의 보조 드론(110)의 카메라의 화각에 의해 정해지는 스캐닝 영역이 기설정된 스캐닝 영역 허용치 이상 겹치지 않도록 복수의 보조 드론(110)의 비행을 제어할 수 있다.
또한, 제어부(240)는 복수의 보조 드론(110) 중에 적어도 하나의 보조 드론에 이상이 발생한 경우, 적어도 하나의 보조 드론을 제외하고 비행 편대를 재구성할 수 있다. 제어부(240)는 보조 드론(110)과의 통신이 두절되거나 보조 드론(110)의 동작이 정상적인 범위를 벗어났을 때, 보조 드론(110)에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
또한, 제어부(240)는 자신에게 이상이 발생한 경우, 복수의 보조 드론(110) 중에 적어도 하나의 보조 드론에게 자신의 권한을 위임할 수 있다. 이를 위해, 복수의 보조 드론(110) 중에 적어도 하나의 보조 드론은 장거리 통신 모듈을 포함할 수 있다.
또한, 제어부(240)는 자신과 기설정된 거리 이상 떨어진 보조 드론에 대해 메쉬 통신 기법을 이용하여 해당 보조 드론의 비행을 제어할 수 있다. 즉, 제어부(240)는 자신과 기설정된 거리 이상 떨어진 보조 드론에 대해서는 직접적으로 비행을 제어하는 것이 아니라 자신과 해당 보조 드론 사이에 위치하는 보조 드론을 매개체로 하여 해당 보조 드론의 비행을 제어할 수 있다.
추가로, 제어부(240)는 정해진 지역의 크기 또는 감시 목적에 따라 비행 편대를 변경할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 주 드론과 보조 드론 간의 위치 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, WGS84 좌표계 상에서 주 드론(120), 즉, 모선의 좌표는 (Xp, Yp, Zp)이다.
주 드론(120)은 복수의 보조 드론(110), 즉, 자선의 군집 제어에 있어서 WGS84 좌표계가 아닌 모선 좌표계를 이용한다. 따라서, 모선 좌표계에서 주 드론(120)의 좌표는 (0, 0, 0)이 된다. 즉, 군집 내 좌표계에서, 모선은 자선을 제어할 때, 모선의 위치를 원점으로 하는 모선 좌표계를 이용한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 주 드론과 보조 드론 간의 위치 평가 지표를 설명하기 위한 도면이다.
우선, 최적의 위치에 대한 평가 지표는 드론 간 겹쳐지는 스캐닝 영역(OV)이다.
도 4를 참조하면, 모선(120)과 자선(110)의 위치 배치는 OV12, OV23, OV3P, OVP4, OV45, 및 OV56이 모두 0이 되게 하는 것이 가장 효율적이다. 하지만, 현실적으로는, 드론의 위치 제어시 오차가 수반되기 때문에 어느 정도의 오버랩(overlap)은 유지되어야 한다.
도 5는 본 발명의 실시에에 따른 드론들의 위치 계산 방법을 설명하기 위한 도면이다.
우선, 모선 좌표계에서 자선(110)의 위치를 정하기 전에 자선들의 X 좌표값(X'c), 모선 및 자선들의 고도(Z'c), 및 기체 간의 겹쳐지는 스캐닝 영역의 허용치(OVtolerance)가 정의되어야 한다. 여기서, 자선들의 X 좌표값(X'c)은 군집 형태(예를 들면, 자 형태 및 학익진 형태 등)에 의해 정해지고, 모선 및 자선들의 고도(Z'c)는 드론에 장착된 센서나 카메라의 사양에 따라 정해지며, 기체 간의 겹쳐지는 스캐닝 영역의 허용치(OVtolerance)는 기체 제어의 정확도 및 스캐닝 목적 등에 의해 정해진다.
도 5를 참조하면, (X'c, Y'c, Z'c)는 모선 좌표계 상에서 자선(110)의 위치를 나타낸다. (Xm, Ym, Zm)은 WGS84 좌표계 상에서 모선(120)의 위치를 나타낸다. Ac는 자선(110)에 설치된 센서/카메라의 화각을 나타낸다. Am은 모선(120)에 설치된 센서/카메라의 화각을 나타낸다. OV는 자선(110)과 모선(120) 간 센싱 영역의 오버랩 지수를 나타낸다.
그리고, 자선(110)의 스캐닝 영역(Dc)은 수학식 (Dc = tan(Ac) x Z'c)에 의해 계산된다. 모선(120)의 스캐닝 영역(Dm)은 수학식 (Dm = tan(Am) x Zm)에 의해 계산된다. 오버랩 지수(OV)는 수학식 (OV = Dc + Dm) - Y'c)에 의해 계산된다.
결과적으로, 자선(110)의 최적의 위치 좌표는 (X'c, Y'c, Z'c)가 된다. 여기서, X'c는 편대 비행의 형태에 따라 결정되며, 최적의 위치에는 영향을 미치지 않는다. Z'c는 자선(110)의 고도로서, 부착된 센서/카메라의 성능에 따라 적합한 고도값이 선정된다. Y'c는 수학식 (Y'c = (Dc + Dm) - OVtolerance)에 의해 결정된다.
이와 같이, 모선과 자선 또는 자선들 간의 위치는 동일한 방식으로 계산된다.
도 6은 편대 내 자선 중의 어느 하나가 어떤 이유로 착륙 또는 추락했을 경우, 편대 구성을 재구성하는 것을 보여주는 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 편대 내 자선(110) 중의 어느 하나가 어떤 이유로 착륙 또는 추락했을 경우, 모선(120)은 예를 들면, 지그재그 편대를 일자 편대로 재편할 수 있다.
도 7은 편대 내 모선이 어떤 이유로 착륙 또는 추락했을 경우, 편대 구성을 재구성하는 것을 보여주는 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 편대 내 모선(120)이 어떤 이유로 착륙 또는 추락했을 경우, 모선(120)은 복수의 자선(110) 중에 장거리 통신 모듈을 포함하는 하나의 자선을 모선으로 세울 수 있다.
이에 따라, 모선의 권한을 위임받은 자선은 자신의 위치를 원점으로 하는 모선 좌표계를 설정하고, 설정된 모선 좌표계를 기준으로 근거리 통신을 통해 복수의 자선(110)의 비행을 제어하여 비행 편대를 구성하는 비행 관제 서버의 역할을 수행하며, 복수의 자선(110)과 함께 비행 편대를 유지하며 비행하면서 카메라를 이용하여 감시를 수행한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 복수의 드론을 이용한 감시 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 주 드론(120)은, 자신의 위치를 원점으로 하는 모선 좌표계를 설정한다(S810).
주 드론(120)은, 설정된 모선 좌표계를 기준으로 근거리 통신을 통해 복수의 보조 드론(110)의 비행을 제어하여 비행 편대를 구성한다(S820). 이때, 주 드론(120)은 각각의 보조 드론(110)의 카메라의 화각에 의해 정해지는 스캐닝 영역이 기설정된 스캐닝 영역 허용치 이상 겹치지 않도록 복수의 보조 드론(110)의 비행을 제어할 수 있다.
이어서, 지상 관제 서버(130)는, 주 드론(120)의 비행을 제어함으로써, 주 드론(120)으로 하여금 복수의 보조 드론(110)과 함께 비행 편대를 유지하면서 카메라를 이용하여 정해진 지역의 감시를 수행하도록 제어한다(S830).
한편, 주 드론(120)은, 복수의 보조 드론(110) 중에 적어도 하나의 보조 드론 또는 자신에게 이상이 발생한지 여부를 판단한다(S840). 이때, 주 드론(120)은 보조 드론(110)과의 통신이 두절되거나 보조 드론(110)의 동작이 정상적인 범위를 벗어났을 때, 보조 드론(110)에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있고, 자신의 동작이 정상적인 범위를 벗어났을 때, 자신에게 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
주 드론(120)은, 복수의 드론(110) 중에 적어도 하나의 보조 드론에 이상이 발생하였다고 판단한 경우, 적어도 하나의 보조 드론을 제외하고 비행 편대를 재구성한다(S842).
주 드론(120)은, 자신에게 이상이 발생하였다고 판단한 경우, 복수의 보조 드론(110) 중에 장거리 통신 모듈을 포함하는 적어도 하나의 보조 드론 중 어느 하나의 보조 드론에게 자신의 권한을 위임한다(S850).
전술한 방법은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(Firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.
하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로컨트롤러 및 마이크로프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.
이상에서 본 명세서에 개시된 실시예들을 첨부된 도면들을 참조로 설명하였다. 이와 같이 각 도면에 도시된 실시예들은 한정적으로 해석되면 아니되며, 본 명세서의 내용을 숙지한 당업자에 의해 서로 조합될 수 있고, 조합될 경우 일부 구성 요소들은 생략될 수도 있는 것으로 해석될 수 있다.
여기서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 명세서에 개시된 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 명세서에 개시된 실시예에 불과할 뿐이고, 본 명세서에 개시된 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
110: 복수의 보조 드론 120: 주 드론
130: 지상 관제 서버 210: 장거리 통신 모듈
220: 근거리 통신 모듈 230: 카메라 모듈
240: 제어부

Claims (12)

  1. 카메라를 이용하여 감시를 수행하는 복수의 보조 드론;
    자신의 위치를 원점으로 하는 모선 좌표계를 설정하고, 설정된 모선 좌표계를 기준으로 근거리 통신을 통해 상기 복수의 보조 드론의 비행을 제어하여 비행 편대를 구성하며, 상기 복수의 보조 드론과 함께 비행 편대를 유지하면서 카메라를 이용하여 감시를 수행하는 주 드론; 및
    정해진 지역을 감시하도록 상기 주 드론의 비행을 제어하는 지상 관제 서버;
    를 포함하는 복수의 드론을 이용한 감시 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주 드론은 비행 편대의 형태에 따라 상기 복수의 보조 드론의 X 좌표값을 결정하고, 각각의 보조 드론에 장착된 카메라의 성능에 따라 상기 복수의 보조 드론의 Y 좌표값을 설정하며, 각각의 보조 드론의 카메라의 화각에 의해 정해지는 스캐닝 영역 및 기설정된 스캐닝 영역 허용치를 이용하여 상기 복수의 보조 드론의 Z 좌표값을 설정하는 것을 특징으로 하는 복수의 드론을 이용한 감시 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 주 드론은 각각의 보조 드론의 카메라의 화각에 의해 정해지는 스캐닝 영역이 기설정된 스캐닝 영역 허용치 이상 겹치지 않도록 상기 복수의 보조 드론의 비행을 제어하는 것을 특징으로 하는 복수의 드론을 이용한 감시 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 주 드론은 상기 복수의 보조 드론 중에 적어도 하나의 보조 드론에 이상이 발생한 경우, 상기 적어도 하나의 보조 드론을 제외하고 비행 편대를 재구성하는 것을 특징으로 하는 복수의 드론을 이용한 감시 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 보조 드론 중에 적어도 하나의 보조 드론은 장거리 통신 모듈을 포함하고,
    상기 주 드론은 자신에게 이상이 발생한 경우, 상기 적어도 하나의 보조 드론 중에 어느 하나의 보조 드론에게 자신의 권한을 위임하는 것을 특징으로 하는 복수의 드론을 이용한 감시 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 주 드론은 자신과 기설정된 거리 이상 떨어진 보조 드론에 대해 메쉬 통신 기법을 이용하여 상기 보조 드론의 비행을 제어하는 것을 특징으로 하는 복수의 드론을 이용한 감시 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 주 드론은 상기 정해진 지역의 크기에 따라 상기 비행 편대를 변경하는 것을 특징으로 하는 복수의 드론을 이용한 감시 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 주 드론은 감시 목적에 따라 상기 비행 편대를 변경하는 것을 특징으로 하는 복수의 드론을 이용한 감시 시스템.
  9. 주 드론이, 자신의 위치를 원점으로 하는 모선 좌표계를 설정하는 단계;
    상기 주 드론이, 설정된 모선 좌표계를 기준으로 근거리 통신을 통해 복수의 보조 드론의 비행을 제어하여 비행 편대를 구성하는 단계; 및
    지상 관제 서버가, 상기 주 드론의 비행을 제어함으로써, 상기 주 드론으로 하여금 상기 복수의 보조 드론과 함께 비행 편대를 유지하면서 카메라를 이용하여 정해진 지역의 감시를 수행하도록 제어하는 단계;
    를 포함하는 복수의 드론을 이용한 감시 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 비행 편대를 구성하는 단계에서,
    상기 주 드론은 각각의 보조 드론의 카메라의 화각에 의해 정해지는 스캐닝 영역이 기설정된 스캐닝 영역 허용치 이상 겹치지 않도록 상기 복수의 보조 드론의 비행을 제어하는 것을 특징으로 하는 복수의 드론을 이용한 감시 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 주 드론이, 상기 복수의 보조 드론 중에 적어도 하나의 보조 드론에 이상이 발생한지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 주 드론이, 상기 복수의 드론 중에 적어도 하나의 보조 드론에 이상이 발생하였다고 판단한 경우, 상기 적어도 하나의 보조 드론을 제외하고 비행 편대를 재구성하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 드론을 이용한 감시 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 주 드론이, 자신에게 이상이 발생한지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 주 드론이, 자신에게 이상이 발생하였다고 판단한 경우, 상기 복수의 보조 드론 중에 장거리 통신 모듈을 포함하는 적어도 하나의 보조 드론 중 어느 하나의 보조 드론에게 자신의 권한을 위임하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 드론을 이용한 감시 방법.
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