KR20210023500A - 긴급화재진압을 위한 소화탄 발사기를 적용한 소방용 드론 - Google Patents

Abstract

실시예는 긴급화재진압을 위한 소화탄 발사기를 적용한 소방용 드론에 관한 것이다.
구체적으로, 이러한 드론은 화재가 발생될 시, 상기 드론의 일단에 구비되어 압축 가스의 밸브로부터 개폐를 수행함으로써 압축 가스에 의해 장전된 소화탄을 선택적으로 타켓 위치에 발사하는 소화탄 발사기를 구비한다.
그리고, 상기 압축 가스의 밸브에 대한 개폐가 수행될 시, 드론 기체의 배터리로부터 전원을 선택적으로 상기 압축 가스의 밸브에 공급함으로써 상기 소화탄 발사기의 압축 가스에 의해 장전된 소화탄 발사가 되도록 하는 전원부를 구비한다.
그래서, 제어유닛이 GCS의 소화탄 발사 제어 신호에 따라 상기 전원부의 전원을 선택적으로 공급하도록 함으로써 사용자가 원하는 바에 따라 상기 소화탄 발사기의 압축 가스에 의해 장전된 소화탄 발사가 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 이를 통해 기존의 유인 대응체계가 가진 소방현장에서의 상황정보 획득 한계를 극복하기 위한 첨단장비인 드론이 영상정보 획득뿐만 아니라 화재 현장에서의 소화 능력까지 갖춘다.

Description

긴급화재진압을 위한 소화탄 발사기를 적용한 소방용 드론{Fire fighter drone employing launching device grenade-shaped extinguisher for emergency fire suppression}

본 명세서에 개시된 내용은 특정 임무를 수행하기 위해 무인 비행을 할 시, 드론을 통해 화재를 진압할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.

본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.

최근 일선 소방공무원을 대상으로 설문조사를 실시한 결과 드론 활용이 필요하다는 의견이 높은 비율로 조사되었다. 특히 구조와 화재진압 임무에서 높은 필요성을 제기한 반면, 드론을 운용하는 소방공무원은 전문인력부족, 현장상황제약, 운용매뉴얼 부재 등의 당면한 문제에 부딪혀 드론 활용을 꺼리는 원인으로 지적한다.

이러한 현장의 요구사항을 반영하기 위해서는 무엇보다 안전한 드론과 이를 누구나 편리하고 신속하게 운용할 수 있는 제반사항들이 개발될 필요가 있다.

현재까지는 농작물 작황조사 및 기상관측, 밀입국 감시, 방송 통신 중계기용 등 제한적인 분야에서 주로 활용되고 있으나, 최근 아마존 등 여러 유통업체들이 물품 배송에도 무인기를 적극 활용하겠다는 계획을 발표하는 등 상업적인 측면에서 무인기의 활용 가능성과 범위는 매우 빠르고, 광범위하게 확대되어 갈 것으로 전망이다.

특히, 원형태의 소화탄을 발사하는 무인비행체의 개발과 이를 운용함에 있어서 편리하게 누구나 쉽게 조종할 수 있는 운용시스템 개발은 반드시 필요하다.

이러한 배경이 되는 선행기술문헌을 살펴볼 경우, 특허문헌으로부터 참조할만한 아래의 선행기술문헌이 나오는 정도이다.

(특허문헌 1) KR 101741578 Y1

(특허문헌 2) KR 101804968 Y1

참고로, 전술한 특허문헌 1의 기술은 화재 진압 드론에 관한 것으로서, 열촬영 데이터 및 열감지 데이터를 토대로 화재 발원지를 추적하여 소화탄의 발사각도 및 발사거리를 조절함으로써 소화탄을 투척하는 기술 정도이다.

그리고, 특허문헌 2의 기술은 접근이 어려운 고층건물에서 화재가 발생한 경우 원격 조정이 가능한 무인기를 이용하여 신속히 화재를 진압할 수 있도록 하는 소화탄 발사기를 이용한 드론에 관한 기술 정도이다.

개시된 내용은, 기존의 유인 대응체계가 가진 소방현장에서의 상황정보 획득 한계를 극복하기 위한 첨단장비인 드론이 영상정보 획득뿐만 아니라 화재 현장에서의 소화 능력까지 갖출 수 있도록 하는 긴급화재진압을 위한 소화탄 발사기를 적용한 소방용 드론을 제공하고자 한다.

실시예에 따른 긴급화재진압을 위한 소화탄 발사기를 적용한 소방용 드론은,

화재가 발생될 시, 상기 드론의 일단에 구비되어 압축 가스의 밸브로부터 개폐를 수행함으로써 압축 가스에 의해 장전된 소화탄을 선택적으로 타켓 위치에 발사하는 소화탄 발사기를 구비한다.

그리고, 상기 압축 가스의 밸브에 대한 개폐가 수행될 시, 드론 기체의 배터리로부터 전원을 선택적으로 상기 압축 가스의 밸브에 공급함으로써 상기 소화탄 발사기의 압축 가스에 의해 장전된 소화탄 발사가 되도록 하는 전원부를 구비한다.

그래서, 제어유닛이 GCS(Ground Control System)의 소화탄 발사 제어 신호에 따라 상기 전원부의 전원을 선택적으로 공급하도록 함으로써 사용자가 원하는 바에 따라 상기 소화탄 발사기의 압축 가스에 의해 장전된 소화탄 발사가 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.

실시예들에 의하면, 기존의 유인 대응체계가 가진 소방현장에서의 상황정보 획득 한계를 극복하기 위한 첨단장비인 드론이 영상정보 획득뿐만 아니라 화재 현장에서의 소화 능력까지 갖춘다.

따라서, 이를 통해 화재 현장 상공에서 실시간 대응작전의 유연성과 신속성을 확보하여 국민의 생명과 안전을 확보하고 현장 대원의 사고를 예방한다.

도 1a와 도 1b는 일실시예에 따른 긴급화재진압을 위한 소화탄 발사기를 적용한 소방용 드론을 설명하기 위한 도면
도 2는 도 1a와 도 1b의 소방용 드론의 동작을 순서대로 도시한 플로우 차트

본 개시내용의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 개시내용은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 개시내용의 개시가 완전하도록 하고, 본 개시내용이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 개시내용은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 도면부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 개시내용의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술 되는 용어들은 본 개시내용의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1a와 도 1b는 일실시예에 따른 긴급화재진압을 위한 소화탄 발사기를 적용한 소방용 드론을 설명하기 위한 도면이다.

구체적으로, 도 1a는 일실시예에 따른 소방용 드론 컨셉을 보여주는 도면이다. 그리고, 도 1b는 이러한 소방용 드론의 구성을 도시한 블록도이다.

도 1a와 도 1b에 도시된 바와 같이, 그 드론은 압축 가스에 의한 소화탄 발사기(100)와, 전원부(101), GCS의 제어에 따라 선택적으로 전원부의 전원을 소화탄 발사기(100)로 공급시킴으로써 소화탄 발사를 제어하는 제어유닛(102)을 포함한다.

상기 소화탄 발사기(100)는 화재가 발생될 시, 드론의 일단에 구비되어 압축 가스 예를 들어, 압축 공기 또는 압축 CO2 가스의 밸브로부터 개폐를 수행함으로써 압축 가스에 의해 장전된 소화탄을 선택적으로 타켓 위치에 발사하는 것이다. 부연하여, 상기 소화탄 발사기(100)는 이러한 경우, 압축 가스의 밸브를 개방함으로써 압축력에 의해 소화탄 발사를 구동한다. 이러한 일실시예에 따른 소화탄 발사기는 기존의 모터 회전을 이용한 것과는 달리 공기 압축 또는 CO2 가스충전발사식의 메카니즘을 적용한 것이다. 그리고, 상기 소화탄은 이러한 경우, 5미터 이상 수평으로 발사하여 목표지점에 발사할 수 있도록 한다. 부가적으로, 예를 들어 상기 소화탄은 이때 건조한 소화분말, 인, 인산, 암모늄, 모노 등의 약 94%의 활성물질을 함유한다. 그리고, 상기 소화탄은 일반적인 충격에는 동작하지 않으며, 불타거나 화염에 닿았을 때 동작한다.

상기 전원부(101)는 상기 압축 가스의 밸브에 대한 개폐가 수행될 시, 드론 기체의 배터리로부터 전원을 선택적으로 상기 압축 가스의 밸브에 공급함으로써 상기 소화탄 발사기의 압축 가스에 의해 장전된 소화탄 발사가 되도록 한다. 구체적으로는, 상기 전원부(101)는 이러한 경우, 드론 기체의 배터리의 전원을 압축 가스의 밸브에 공급함으로써 압축 가스의 밸브를 개방하여 압축 가스에 의해 장전된 소화탄 발사가 되도록 한다.

상기 제어유닛(102)은 GCS의 소화탄 발사 제어 신호에 따라 상기 전원부(101)의 전원을 선택적으로 공급하도록 함으로써 사용자가 원하는 바에 따라 상기 소화탄 발사기의 압축 가스에 의해 장전된 소화탄 발사가 이루어지도록 한다. 구체적으로, 상기 제어유닛(102)은 이러한 경우 GCS의 소화탄 발사 제어 신호가 송신될 시, 전원부(101)의 전원을 소화탄 발사기(100)로 공급시킴으로써 소화탄 발사를 한다.

추가적으로, 이러한 도 1a와 도 1b의 소방용 드론은 GCS로 발사 완료 신호 및 잔여 소화탄 수량 정보를 송신하여 소화탄 발사가 정상적으로 이루어진 것과 잔여 소화탄 수량을 GCS에서 알 수 있도록 한다.

이를 위해, 예를 들어 상기 소화탄 발사기(100)는 다수개로 이루어진다. 그리고, 상기 다수개의 소화탄 발사기 별로 대응되는 압축 가스의 밸브를 구비한다.

그래서, 상기 제어유닛(102)은 이러한 경우, 상기 소화탄 발사기(100)의 압축 가스에 의해 장전된 소화탄 발사가 될 시마다, GCS로 소화탄의 발사 완료 신호를 송출한다. 그리고, 상기 제어유닛(102)은 상기 다수개의 소화탄 발사기 별 압축 가스의 밸브에 대한 개폐 여부에 따라 잔여 소화탄 수량 정보를 계수함으로써 소화탄 발사기별로 상기 GCS에 잔여 소화탄 수량 정보를 알림한다.

따라서, 이를 통해 일실시예에 따른 소방용 드론은 GCS로 발사 완료 신호 및 잔여 소화탄 수량 정보를 송신하여 소화탄 발사가 정상적으로 이루어진 것과 잔여 소화탄 수량을 GCS에서 파악한다.

이에 더하여, 도 1a와 도 1b의 이러한 소방용 드론은 발사 가능한 소화탄이 있을 때, 소화탄 발사 동작이 이루어지도록 함으로써 안정적으로 소화탄 발사가 되도록 한다.

이를 위해, 상기 제어유닛(102)은 상기 소화탄 발사 제어 신호가 송신될 시, 상기 잔여 소화탄 수량 정보의 알림에 따라 상기 GCS로부터 소화탄 발사 제어 신호를 발사 가능한 소화탄이 있는 경우만 제공 받음으로써, 발사 가능한 소화탄이 있을 때 발사동작이 되도록 한다.

도 2는 이러한 도 1a와 도 1b의 소방용 드론의 동작을 순서대로 도시한 플로우 차트이다(도 1a와 도 1b 참조).

도 2에 도시된 바와 같이, 일실시예에 따른 소방용 드론은 먼저 GCS의 원격 조정 명령에 따라 제어유닛(102)으로부터 무인 비행을 함으로써 임무를 수행하는 드론을 전제로 한다.

이러한 상태에서, 일실시예에 따른 소방용 드론은 화재가 발생될 시, 상기 드론의 일단에 구비되어 압축 가스의 밸브로부터 개폐를 수행함으로써 압축 가스에 의해 장전된 소화탄을 선택적으로 타켓 위치에 발사하는 소화탄 발사기(100)를 가진다.

이러한 경우, 상기 압축 가스는 압축 공기 또는 압축 CO2 가스이다. 추가적으로, 이러한 일실시예에 따른 소화탄 발사기(100)는 기존의 모터 회전을 이용한 것과는 달리 공기 압축 또는 CO2 가스충전발사식의 메카니즘을 적용한 것이다.

그리고 나서, 상기 제어유닛(102)은 GCS로부터 소화탄 발사 제어 신호가 송신될 ,시(S201), 드론 기체의 전원부(101)에 대한 전원을 압축 가스의 밸브로 공급시킴으로써(S202), 상기 소화탄 발사기(100)의 압축 가스에 의해 장전된 소화탄 발사가 이루어지도록 한다.

그래서, 상기 소화탄 발사기(100)는 이러한 경우, 압축 가스의 밸브를 개방함으로써 압축력에 의해 소화탄 발사를 구동하여 소화탄을 발사한다(S203).

반면, 상기 제어유닛(102)은 GCS로부터 소화탄 발사 제어 신호가 송신되지 않을 시에는(S201), 드론 기체의 전원부(101)에 대한 전원을 압축 가스의 밸브로 공급시키지 않음으로써, 상기 소화탄 발사기의 압축 가스에 의해 장전된 소화탄 발사가 이루어지지 않도록 한다.

이상과 같이, 일실시예는 화재가 발생될 시, 상기 드론의 일단에 구비되어 압축 가스의 밸브로부터 개폐를 수행함으로써 압축 가스에 의해 장전된 소화탄을 선택적으로 타켓 위치에 발사하는 소화탄 발사기를 구비한다.

그리고, 상기 압축 가스의 밸브에 대한 개폐가 수행될 시, 드론 기체의 배터리로부터 전원을 선택적으로 상기 압축 가스의 밸브에 공급함으로써 상기 소화탄 발사기의 압축 가스에 의해 장전된 소화탄 발사가 되도록 하는 전원부를 구비한다.

그래서, 제어유닛이 GCS의 소화탄 발사 제어 신호에 따라 상기 전원부의 전원을 선택적으로 공급하도록 함으로써 사용자가 원하는 바에 따라 상기 소화탄 발사기의 압축 가스에 의해 장전된 소화탄 발사가 이루어지도록 한다.

따라서, 이에 따라 기존의 유인 대응체계가 가진 소방현장에서의 상황정보 획득 한계를 극복하기 위한 첨단장비인 드론이 영상정보 획득뿐만 아니라 화재 현장에서의 소화 능력까지 갖춘다.

따라서, 이를 통해 화재 현장 상공에서 실시간 대응작전의 유연성과 신속성을 확보하여 국민의 생명과 안전을 확보하고 현장 대원의 사고를 예방한다.

한편으로, 부가적으로 또 다른 실시예는 이러한 화재 진압이 될 시, 소화탄 자체의 특성으로부터 고장 진단을 할 수 있도록 한다.

이를 위해, 아래의 구성을 가진다.

먼저, 상기 제어유닛은 a) 상기 고장 진단이 될 시, 소화탄의 고유온도가 미리 설정된 온도를 초과하는 경우 정상 처리하고 이하인 경우 소화탄 발사에 실질적으로 영향을 미치는 이상인자를 검출한다.

b) 이러한 경우, 상기 이상인자는 고장이 자주 발생할 것으로 예상되는 소화탄 자체와, 이러한 소화탄이 아닌 경우 소화탄 발사를 하는 드론 자체로 정한다.

c) 그리고, 이때 상기 이상인자는 아래의 [식 1]로 소화탄 자체가 이상인자인지의 여부를 추정하여, 상기 [식 1]의 추정 값(Xt)이 미리 설정된 값 이상인 경우 소화탄을 이상인자로 판별하며, 미만인 경우 드론을 이상인자로 순차적으로 판별한다.

[식 1]

Xt = γ1Xt-1 + γ2Xt-2 + ... + γpXt-p + ζt - δt-1ζt-1 - ... - δqζt-q

(여기서, Xt는 현재 소화탄 영향도, Xt-p는 현재 소화탄의 표면 청결도와, 표면 온도를 포함한 소화탄 자체의 부품인자별 소화탄 영향도, γ는 소화탄 자체의 부품인자별 영향도 간 상관도, ζ는 소화탄 자체의 부품인자별 영향도 이동 평균 값과 상기 Xt-p 간 오차, δ는 상기 ζ의 소화탄 영향도)

d) 그리고, 이때 이러한 이동평균 구간은 부품 즉, 소화탄마다 다를 수 있는데 예를 들어, 빨리 마모되는 소화탄인 경우는 이동평균 구간을 짧게 설정하고, 늦게 마모되는 소화탄인 경우는 이동평균 구간을 길게 설정한다.

보다 구체적으로, 상기 [식 1]의 이동평균 구간은 사용 중인 소화탄의 현재 마모도가 미리 설정된 값보다 적은 경우 미리 설정된 기준 이동평균 구간 값에서 아래의 [식 2]에 따라 산출한 이동평균 구간 값만큼 차감하여 짧게 설정한다.

반면, 상기 [식 1]의 이동평균 구간은 사용 중인 소화탄의 현재 마모도가 미리 설정된 값보다 큰 경우 상기 기준 이동평균 구간 값에서 아래의 [식 2]에 따라 산출한 이동평균 구간 값만큼 가산하여 길게 설정한다.

[식 2]

이동평균 구간 = [{(현재 마모도 - 미리 설정된 마모도)/미리 설정된 단위 마모도 차이 값} × 미리 설정된 단위 이동평균 구간]

그래서, 이러한 또 다른 실시예는 전술한 화재 진압이 될 시, 소화탄 자체의 특성으로부터 고장 진단을 한다.

100 : 소화탄 발사기 101 : 전원부
102 : 제어유닛

Claims (3)

1. GCS의 원격 조정 명령에 따라 제어유닛으로부터 무인 비행을 함으로써 임무를 수행하는 드론에 있어서,
   화재가 발생될 시, 상기 드론의 일단에 구비되어 압축 가스의 밸브로부터 개폐를 수행함으로써 압축 가스에 의해 장전된 소화탄을 선택적으로 타켓 위치에 발사하는 소화탄 발사기;
   상기 압축 가스의 밸브에 대한 개폐가 수행될 시, 드론 기체의 배터리로부터 전원을 선택적으로 상기 압축 가스의 밸브에 공급함으로써 상기 장전된 소화탄을 선택적으로 발사하도록 하는 전원부; 를 포함하고 있으며,
   상기 제어유닛은 GCS의 소화탄 발사 제어 신호에 따라 상기 전원부의 전원을 상기 압축 가스의 밸브에 선택적으로 공급하도록 함으로써 사용자가 원하는 바에 따라 상기 소화탄 발사가 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 긴급화재진압을 위한 소화탄 발사기를 적용한 소방용 드론.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 소화탄 발사기는 다수개로 이루어지고,
   상기 다수개의 소화탄 발사기 별로 대응되는 압축 가스의 밸브를 구비하고,
   
   상기 제어유닛은,
   상기 소화탄 발사가 될 시마다, GCS로 소화탄의 발사 완료 신호를 송출하고, 상기 다수개의 소화탄 발사기 별 압축 가스의 밸브에 대한 개폐 여부에 따라 잔여 소화탄 수량 정보를 계수함으로써 소화탄 발사기별로 상기 GCS에 잔여 소화탄 수량 정보를 알림하는 것을 특징으로 하는 긴급화재진압을 위한 소화탄 발사기를 적용한 소방용 드론.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어유닛은
   상기 소화탄 발사 제어 신호가 송신될 시, 상기 잔여 소화탄 수량 정보의 알림에 따라 상기 GCS로부터 소화탄 발사 제어 신호를 발사 가능한 소화탄이 있는 경우에만 제공 받음으로써, 발사 가능한 소화탄이 있을 때 발사동작이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 긴급화재진압을 위한 소화탄 발사기를 적용한 소방용 드론.

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