KR20210077635A - 드론 비행 경로 설정 방법 및 장치 - Google Patents

드론 비행 경로 설정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

드론의 비행 오차를 분석하여, 이 분석 결과를 토대로 드론의 공역을 선택적으로 확대하거나 축소하여, 하늘길을 보다 효율적으로 관리하는 드론 비행 경로 설정 방법 및 장치가 개시된다. 일 실시예에 따른 비행 경로 설정 장치에서 드론의 공역이 반영된 비행 경로를 설정하는 방법은, 상기 드론에서 수집한 비행 데이터를 상기 드론으로부터 수신하는 단계; 상기 수신한 비행 데이터와 상기 드론의 미리 계획된 비행 경로를 비교하여, 상기 드론이 상기 미리 계획된 비행 경로에서 이탈한 정도를 나타내는 경로 오차 점수를 계산하는 단계; 상기 경로 오차 점수를 토대로 상기 드론의 기 설정된 공역을 조정하는 단계; 및 상기 조정한 드론의 공역과 목적지를 토대로, 상기 드론의 새로운 비행 경로를 생성하는 단계를 포함한다.

Description

드론 비행 경로 설정 방법 및 장치{Method and apparatus for setting flight path of drone}
본 발명은 드론 비행 경로를 설정하는 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비행 데이터를 통해서 분석한 드론의 비행 오차를 토대로 드론의 공역을 할당하여 드론 비행 경로를 설정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
현재 다양한 기능의 드론 개발이 진행되고 있다. 예를 들어, 영상 촬영용 드론, 농업용 드론, 배달용 드론, 대기질 측정 드론 등 다양한 드론이 개발되고, 이 중에서 일부는 실제로 현장에서 이용되기도 한다.
나아가, 현재 이동통신망을 이용하여, 드론을 원격으로 조정하고 관제하는 기술이 등장하였다. 부연하면, 기존에는 블루투스 통신 등과 같은 근거리 무선통신을 통하여, 드론을 조정하였으나, 보다 먼 거리에 위치하는 드론을 원격으로 조정하고 관제하기 위하여, 이동통신망을 이용하여 드론을 제어하는 기술이 등장하였다. 아래의 특허문헌은 LTE망을 이용한 드론 제어 시스템 및 방법에 대해서 개시한다.
한편, 드론이 택배 배달 등에서 적용됨에 따라, 드론의 충돌을 예방하기 위한 기술이 등장하였다. 드론의 충돌을 예방하기 위하여, 드론의 비행 스케줄을 중앙의 서버에 관리하고, 중앙의 서버에서는 드론들이 동일한 시간대에 동일한 경로를 비행하지 않도록 비행 스케줄을 조절한다.
그런데 중앙 서버는 드론의 비행 경로와 비행 시간만을 토대로, 드론의 충돌이 발생하는지 여부를 고려하는 것으로서, 드론의 비행 특성을 전혀 고려하고 있지 않다. 또한, 기존의 드론 제어 기술은, 드론의 비행시에 확보되는 공역(Air Space)을 전혀 고려하고 있지 않다.
이에 따라, 드론 비행 특성과 공역을 고려하여, 보다 효율적으로 드론의 비행 경로를 제어하는 기술이 요구되고 있다.
한국공개특허 제10-2018-0061514호
본 발명은, 드론의 비행 오차를 분석하고, 이 분석 결과를 토대로 드론의 공역을 선택적으로 확대하거나 축소하여, 하늘길을 보다 효율적으로 관리하는 드론 비행 경로 설정 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
일 실시예에 따른 비행 경로 설정 장치에서 드론의 공역이 반영된 비행 경로를 설정하는 방법은, 상기 드론에서 수집한 비행 데이터를 상기 드론으로부터 수신하는 단계; 상기 수신한 비행 데이터와 상기 드론의 미리 계획된 비행 경로를 비교하여, 상기 드론이 상기 미리 계획된 비행 경로에서 이탈한 정도를 나타내는 경로 오차 점수를 계산하는 단계; 상기 경로 오차 점수를 토대로 상기 드론의 기 설정된 공역을 조정하는 단계; 및 상기 조정한 드론의 공역과 목적지를 토대로, 상기 드론의 새로운 비행 경로를 생성하는 단계를 포함한다.
상기 공역을 조정하는 단계는, 상기 경로 오차 점수가 제1점수 이하이면 상기 드론의 기 설정된 공역을 축소하고, 상기 경로 오차 점수가 제1점수를 초과하고 제2점수 이하이면 상기 드론의 기 설정된 공역을 유지하고, 상기 경로 오차 점수가 제2점수를 초과하면 상기 드론의 기 설정된 공역을 확대할 수 있다.
상기 경로 오차 점수를 계산하는 단계는, 상기 수신한 비행 데이터와 상기 미리 계획된 비행 경로를 비교하여, 상기 드론이 상기 미리 계획된 비행 경로에서 이탈한 총 횟수, 이탈한 총 시간, 또는 이탈한 총 거리 중에서 하나 이상을 이용하여 상기 경로 오차 점수를 계산할 수 있다.
상기 경로 오차 점수를 계산하는 단계는, 상기 수신한 비행 데이터와 상기 미리 계획된 비행 경로를 비교하여, 상기 드론이 상기 미리 계획된 비행 경로에서 이탈한 면적 및 이탈한 시간을 이용하여 상기 경로 오차 점수를 계산할 수 있다.
상기 이탈한 면적은, 2차원 기준의 면적으로서, 위도/경도의 평면에서의 이탈 면적과, 경도/고도의 평면에서의 이탈 면적, 그리고 위도/고도의 평면에서의 이탈 면적의 합일 수 있다.
상기 미리 계획된 비행 경로는, 상기 기 설정된 공역을 포함하고, 상기 경로 오차 점수를 계산하는 단계는, 상기 드론의 상기 기 설정된 공역과 상기 수신한 비행 데이터를 비교하여 상기 경로 오차 점수를 계산할 수 있다.
상기 계산하는 단계 및 상기 조정하는 단계는, 상기 드론의 매 비행마다 반복되거나, 또는 일정한 시간 주기마다 상기 드론의 복수의 비행의 비행 데이터를 이용하여 반복될 수 있다.
상기 방법은, 상기 비행 경로에서 발생하는 풍속을 확인하는 단계; 및 상기 확인한 풍속의 세기에 반비례하는 기상 가중치를 상기 경로 오차 점수에 적용하여, 상기 경로 오차 점수를 보정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은, GPS 오차율을 기초로 상기 경로 오차 점수를 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 드론의 새로운 비행 경로를 생성하는 단계는, 상기 드론의 출발지, 목적지 및 비행 시간을 수신하고, 상기 비행 시간에 비행 예정인 타 드론의 비행 경로를 확인하는 단계; 및 상기 조정한 드론의 공역이 상기 타 드론의 공역을 통과하지 않도록, 상기 출발지에서 상기 목적지까지의 비행 경로를 생성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 방법은, 상기 드론에 할당되는 공역의 크기에 따라 상기 드론의 서비스 이용 요금을 차등 과금하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 드론의 공역이 반영된 비행 경로를 설정하는 비행 경로 설정 장치는, 상기 드론에서 수집한 비행 데이터를 상기 드론으로부터 수신하는 데이터 수집부; 상기 수신한 비행 데이터와 상기 드론의 미리 계획된 비행 경로를 비교하여, 상기 드론이 상기 미리 계획된 비행 경로에서 이탈한 정도를 나타내는 경로 오차 점수를 계산하는 오차 분석부; 상기 경로 오차 점수를 토대로 상기 드론의 기 설정된 공역을 조정하는 공역 설정부; 및 상기 조정한 드론의 공역과 드론의 목적지를 토대로 상기 드론의 새로운 비행 경로를 생성하는 비행 경로 생성부를 포함한다.
상기 공역 설정부는, 상기 경로 오차 점수가 제1점수 이하이면 상기 드론의 공역을 축소하고, 상기 경로 오차 점수가 제1점수를 초과하고 제2점수 이하이면 상기 드론의 공역을 유지하고, 상기 경로 오차 점수가 제2점수를 초과하면 상기 드론의 공역을 확대할 수 있다.
상기 오차 분석부는, 상기 수신한 비행 데이터와 상기 미리 계획된 비행 경로를 비교하여, 상기 드론이 상기 미리 계획된 비행 경로에서 이탈한 총 횟수, 이탈한 총 시간, 이탈한 총 거리 중에서 하나 이상을 이용하여 상기 경로 오차 점수를 계산할 수 있다.
상기 오차 분석부는, 상기 수신한 비행 데이터와 상기 미리 계획된 비행 경로를 비교하여, 상기 드론이 상기 미리 계획된 비행 경로에서 이탈한 면적 및 이탈한 시간을 이용하여 상기 경로 오차 점수를 계산할 수 있다.
상기 이탈한 면적은, 2차원 기준의 면적으로서, 위도/경도의 평면에서의 이탈 면적과, 경도/고도의 평면에서의 이탈 면적, 그리고 위도/고도의 평면에서의 이탈 면적의 합일 수 있다.
상기 미리 계획된 비행 경로는, 상기 기 설정된 공역을 포함하고, 상기 오차 분석부는, 상기 드론의 상기 기 설정된 공역과 상기 수신한 비행 데이터를 비교하여 상기 경로 오차 점수를 계산할 수 있다.
상기 오차 분석부 및 상기 공역 설정부는, 상기 드론의 매 비행마다, 또는 일정한 시간 주기마다 경로 오차 점수를 계산하여 드론의 공역을 조정할 수 있다.
상기 오차 분석부는, 상기 비행 경로에서 발생하는 풍속을 확인하고, 상기 확인한 풍속의 세기에 반비례하는 기상 가중치를 상기 경로 오차 점수에 적용하여, 상기 경로 오차 점수를 보정할 수 있다.
상기 오차 분석부는, GPS 오차율을 기초로 상기 경로 오차 점수를 보정할 수 있다.
상기 비행 경로 생성부는, 상기 드론의 출발지, 목적지 및 비행 시간을 수신하고, 상기 비행 시간에 비행 예정인 타 드론의 비행 경로를 확인한 후, 상기 설정한 드론의 공역이 상기 타 드론의 공역을 회피하도록, 상기 출발지에서 상기 목적지까지의 비행 경로를 생성할 수 있다.
상기 비행 경로 설정 장치는, 상기 드론에 할당되는 공역의 크기에 따라 상기 드론의 서비스 이용 요금을 차등 과금하는 서비스 과금부를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 드론의 비행 데이터를 수집하고 분석하여, 비행 경로의 이탈 횟수, 드론의 이탈 시간, 이탈 거리, 이탈 면적 등의 드론의 비행 오차를 분석하고, 이 분석 결과를 토대로 드론의 공역을 선택적으로 확대하거나 축소하여 하늘길을 보다 효율적으로 관리하는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 기상 상태, GPS 오차를 반영하여 드론의 비행 오차가 보정되게 함으로써, 더욱 정확하게 드론의 비행 오차를 분석하는 이점에 있다.
또한, 본 발명은 드론의 비행 특성을 고려하여, 지정된 경로를 정확하게 비행하지 못하는 드론에게는 보다 넓은 공역을 설정하고, 비교적 정확한 경로를 통해서 비행을 수행하는 드론에게는 보다 좁은 공역을 설정함으로써, 드론의 비행 특성에 따라 능동적으로 공역을 할당하는 효과도 있다.
또한, 본 발명은, 성능이 좋은 드론에 상대적으로 작은 크기의 공역을 할당하고 성능이 나쁜 드론에 상대적으로 더 큰 공역을 할당하면서 서비스 이용 요금을 차등 과금함으로써, 공역 관리 사업자의 수익을 증가시키면서 한정된 공간 내에서 우수한 성능의 더 많은 드론이 비행할 수 있도록 한다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 비행 경로 설정 장치가 적용되는 시스템 환경을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 비행 경로 설정 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비행 경로 정보를 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론이 공역을 이탈한 면적을 계산하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론의 실제 비행 위치를 나타낸 도면이다.
도 6은 서로 다른 크기의 공역을 예시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 비행 경로 설정 장치에서 드론으로부터 수신한 비행 데이터를 분석하여 드론의 경로 오차 점수를 계산하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 비행 경로 설정 장치에서 드론으로부터 수신한 비행 데이터를 분석하여 드론의 경로 오차 점수를 계산하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 비행 경로 설정 장치에서 공역을 반영하여 비행 경로를 생성하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 비행 경로 설정 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 비행 경로 설정 장치가 적용되는 시스템 환경을 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 비행 경로 설정 장치(200)는 네트워크(300)를 통하여 드론(100)과 통신한다. 상기 네트워크(300)는 이동통신망, 유선 통신망, 근거리 무선통신망 등을 포함하는 것으로서, 본 발명에 있어서 주지의 관용기술에 해당하므로 자세한 설명은 생략한다.
드론(100)은 무인 비행체로서, 네트워크(300)와 통신할 수 있는 이동통신 모듈 및 GPS 수신기를 탑재하고 있다. 또한, 드론(100)은 이동 경로에 따라 목적지까지의 자율 비행을 수행할 수 있다. 상기 드론(100)은 출발지에서부터 목적지까지의 순차적인 위도/경도의 GPS 좌표 및 고도가 포함된 비행 경로를 비행 경로 설정 장치(200)로부터 수신하고, 이 비행 경로와 현재 위치를 비교함으로써 자율 비행을 수행할 수 있다. 바람직하게, 비행 경로에는 시간을 더 포함할 수 있고, 이 경우 비행 경로의 데이터는, (x, y, z, t)로 구성될 수 있다. 여기서 (x, y)는 위도/경도이고, z는 고도이며, t는 시간이다.
또한, 드론(100)은 드론 운용 장치(도면에 도시되지 않은)의 제어 명령을 수신할 수 있으며, 이 제어 명령에 따른 동작을 수행할 수 있다. 또한, 드론(100)은 비행이 시작되면, 비행이 종료되기 전까지 GPS 수신기를 이용하여 일정 주기 간격으로, 현재 위치(즉, 위도/경도의 GPS 좌표, 고도)를 계속적으로 측정한 후, 측정한 위치들이 시간상으로 기록되는 비행 데이터를 비행 경로 설정 장치(200)로 전송한다. 고도의 경우 GPS 수신기로 측정될 수 있고, 또는 전용의 고도 측정 센서에 의해 측정될 수도 있다. 한편, 드론(100)은 현재 위치와 비행 경로상의 위치를 확인하여, 비행 경로에서 이탈되는 것으로 확인되면, 다시 비행 경로에 진입하여 계획된 경로에 따라 비행한다.
비행 경로 설정 장치(200)는, 드론(100)으로부터 수신한 비행 데이터를 분석하여, 드론(100)의 비행 오차를 파악한 후에, 이 비행 오차에 따라 드론(100)의 공역을 설정한다. 상기 공역은 드론(100)이 비행할 때, 다른 드론(100)으로부터 침범받지 않고 이동할 수 있는 하늘 상의 공간 영역을 의미한다. 비행 경로 설정 장치(200)는 이러한 드론별 공역을 토대로, 드론의 공역이 서로 중첩되지 않도록 각 드론의 비행 경로를 설정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 비행 경로 설정 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 비행 경로 설정 장치(200)는 데이터 수집부(210), 오차 분석부(220), 공역 설정부(230), 비행 경로 생성부(240) 및 데이터베이스(250)를 포함하고, 이러한 구성요소는 하드웨어와 소프트웨어의 결합을 통해서 구현될 수 있다. 또한, 상기 비행 경로 설정 장치(200)는 하나 이상의 프로세서와 메모리를 포함할 수 있으며, 데이터 수집부(210), 오차 분석부(220), 공역 설정부(230) 및 비행 경로 생성부(240)는 상기 프로세서에 의해 실행되는 프로그램 형태로 상기 메모리에 저장될 수 있다. 상기 비행 경로 설정 장치(200)는 클라우드 컴퓨팅 시스템에 탑재될 수 있으며, 이 경우 데이터 수집부(210), 오차 분석부(220), 공역 설정부(230), 비행 경로 생성부(240)는 가상 머신 형태로 상기 클라우드 컴퓨팅 시스템에 구현될 수 있다.
데이터베이스(250)는 메모리, 디스크 장치와 같은 저장수단으로서, 드론(100)의 비행 데이터를 저장한다. 또한, 데이터베이스(250)는 드론별로 설정된 공역을 저장할 수 있다. 또한, 데이터베이스(250)는 비행 금지 구역에 대한 좌표 정보를 저장할 수 있다. 상기 비행 금지 구역은, 고층 건물이 위치한 영역, 군사 지역, 보안 지역, 위험물질 저장지역 등을 포함할 수 있다. 또한, 데이터베이스(250)는 드론(100)별 비행 경로 정보를 저장한다. 상기 비행 경로 정보에는 출발지에서부터 목적지까지의 이동경로를 나타내는 계획된 위도/경도의 GPS 좌표들 및 고도들, 그리고 비행 시간들이 기록된다. 예를 들어, 비행 경로 정보는, 하늘 공간상의 포인트들의 집합으로서, 각 포인트는 (위도, 경도, 고도, 시간)으로 표현할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비행 경로 정보를 나타낸 도면으로서, 도 3을 참조하면, 드론(100)은 제1포인트를 출발지로 하여 제n포인트를 목적지로 하는 비행 경로 정보를 할당받는다. 각 포인트는 (위도, 경도, 고도, 시간)으로 표현된다. 예를 들어, 제1포인트는 (X0, Y0, Z0, T0)로 표현되고, 제2포인트는 (X1, Y1, Z1, T1)로 표현되며, 제3포인트는 (X2, Y2, Z2, T2)로 표현되고, 제n포인트는 (Xn-1, Yn-1, Zn-1, Tn-1)로 표현된다. 드론(100)은 각 포인트의 시간(T)에 해당 (위도, 경도, 고도)인 (X, Y, Z) 좌표를 비행한다.
데이터 수집부(210)는 드론(100)으로부터 비행 데이터를 수신하여, 데이터베이스(250)에 저장한다. 상기 비행 데이터는 드론(100)이 실제 이동한 비행 경로를 나타내는 시간, 위도/경도의 GPS 좌표들 및 고도들을 포함한다.
오차 분석부(220)는, 드론(100)으로 제공한 비행 경로와 드론(100)으로부터 수신한 비행 데이터를 비교하여, 계획한 비행 경로와 실제 비행된 경로 간의 차이를 분석하여, 드론(100)이 상기 비행 경로에서 이탈한 정도를 나타내는 경로 오차에 대한 점수를 계산한다.
일 실시예에서, 오차 분석부(220)는 드론(100)으로 제공한 비행 경로에 포함된 계획된 GPS 좌표 및 고도와, 상기 비행 데이터에 포함된 실제 이동된 GPS 좌표 및 고도를 비교하여, 드론(100)이 계획된 비행 경로 상에서 이탈한 총 횟수, 드론이 계획된 비행 경로상에서 이탈된 총 거리 및 드론(100)이 계획된 비행 경로상에서 이탈한 총 시간을 각각 확인한다. 계획된 비행 경로상에서 이탈한 시간은 계획된 비행 경로에서 이탈한 시점들 간의 간격으로 계산될 수 있다. 오차 분석부(220)는 드론(100)이 상기 비행 경로 상에서 이탈한 총 횟수, 상기 비행 경로상에서 이탈한 총 거리 및 드론(100)이 상기 비행 경로상에서 이탈한 총 시간을 종합하여, 비행 경로 오차에 대한 점수를 계산한다. 상기 이탈한 총 횟수, 상기 이탈한 총 거리, 상기 이탈한 총 시간 각각에는 사전에 정의된 가중치가 각각 적용될 수 있으며, 오차 분석부(220)는 가중치가 적용된 상기 이탈한 총 횟수, 상기 이탈한 총 거리 및 상기 이탈한 총 시간을 합산하여 상기 비행 경로 오차에 대한 점수(이하, '경로 오차 점수'로 지칭함)를 계산할 수 있다. 바람직하게는, 오차 분석부(220)는, 비행 경로 생성부(240)에서 생성한 드론(100)의 비행 경로 및 공역 설정부(230)에서 설정한 드론(100)의 공역을 기준으로, 해당 드론(100)이 해당 공역을 이탈한 총 횟수, 이탈한 총 거리, 이탈한 총 시간을 산출할 수 있다.
다른 실시예에서, 오차 분석부(220)는, 드론(100)으로 제공한 비행 경로에 포함된 계획된 GPS 좌표 및 고도와, 상기 비행 데이터에 포함된 드론(100)의 실제 이동된 GPS 좌표 및 고도를 비교하여, 드론(100)이 계획된 비행 경로 상에서 이탈한 시간 및 면적을 확인하고, 그 이탈한 시간 및 면적을 이용하여 비행 경로 오차에 대한 점수로 산출할 수 있다. 오차 분석부(220)는, 이탈 면적으로서 2차원 기준의 면적을 계산한다. 2차원 기준의 면적은, 위도, 경도 및 고도를 이용하여 계산되는, 위도/경도의 xy 평면에서의 이탈 면적(A)과, 위도/고도의 xz 평면에서의 이탈 면적(B), 그리고 경도/고도의 yz 평면에서의 이탈 면적(C)의 합으로 정의될 수 있다. 바람직하게는, 오차 분석부(220)는, 비행 경로 생성부(240)에서 생성한 드론(100)의 비행 경로 및 공역 설정부(230)에서 설정한 드론(100)의 공역을 기준으로, 해당 드론(100)이 해당 공역을 이탈한 면적 및 시간을 계산할 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론이 공역을 이탈한 면적을 계산하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 4a는 하늘 공간을 나타낸 도면으로, 위도는 x 축, 경도는 y 축, 고도는 z 축으로 표현한다. 도 4a에서 참조번호 410은 드론(100)은 계획된 비행 경로, 참조번호 420은 드론(100)의 실제 비행 경로를 나타낸다. 이때 계획된 비행 경로(410)는, 드론(100)의 공역으로서, 3차원 원통 또는 4차원 사각 기둥의 형태일 수도 있으나, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위해 선분으로 표현한다. 이탈 면적은, 위도/경도의 xy 평면에서의 이탈 면적(A)과, 위도/고도의 xz 평면에서의 이탈 면적(B), 그리고 경도/고도의 yz 평면에서의 이탈 면적(C)의 합으로 정의될 수 있다.
도 4b는 위도/경도의 xy 평면에서의 드론(100)의 계획된 비행 경로(410a)와 실제 비행 경로(420a)를 나타낸다. 즉, 도 4a에서 드론(100)의 계획된 비행 경로(410)와 실제 비행 경로(420)를 xy 평면으로 투영한 것이다. 드론(100)이 t1 시점에서 계획된 비행 경로(410a)를 이탈한 후 t2 시점에 다시 계획된 비행 경로(410a)로 진입할 경우, 그 이탈 시간 t2-t1 동안의 xy 평면에서의 계획된 비행 경로(410a)와 실제 비행 경로(420a) 사이의 면적이 이탈 면적(A)이 된다. 바람직하게는, 이탈 시간 동안의 1초 단위의 작은 사각형(430a)의 합으로 이탈 면적(A)을 계산할 수 있다. 그러나 이는 예시일 뿐 단위 시간을 조절될 수 있다.
도 4c는 위도/고도의 xz 평면에서의 드론(100)의 계획된 비행 경로(410b)와 실제 비행 경로(420b)를 나타낸다. 즉, 도 4a에서 드론(100)의 계획된 비행 경로(410)와 실제 비행 경로(420)를 xz 평면으로 투영한 것이다. 드론(100)이 t1 시점에서 계획된 비행 경로(410b)를 이탈한 후 t2 시점에 다시 계획된 비행 경로(410b)로 진입할 경우, 그 이탈 시간 t2-t1 동안의 xz 평면에서의 계획된 비행 경로(410b)와 실제 비행 경로(420b) 사이의 면적이 이탈 면적(B)이 된다. 바람직하게는, 이탈 시간 동안의 1초 단위의 작은 사각형(430b)의 합으로 이탈 면적(B)을 계산할 수 있다. 그러나 이는 예시일 뿐 단위 시간을 조절될 수 있다.
도 4d는 경도/고도의 yz 평면에서의 드론(100)의 계획된 비행 경로(410c)와 실제 비행 경로(420c)를 나타낸다. 즉, 도 4a에서 드론(100)의 계획된 비행 경로(410)와 실제 비행 경로(420)를 yz 평면으로 투영한 것이다. 드론(100)이 t1 시점에서 계획된 비행 경로(410c)를 이탈한 후 t2 시점에 다시 계획된 비행 경로(410c)로 진입할 경우, 그 이탈 시간 t2-t1 동안의 yz 평면에서의 계획된 비행 경로(410c)와 실제 비행 경로(420c) 사이의 면적이 이탈 면적(C)이 된다. 바람직하게는, 이탈 시간 동안의 1초 단위의 작은 사각형(430c)의 합으로 이탈 면적(C)을 계산할 수 있다. 그러나 이는 예시일 뿐 단위 시간을 조절될 수 있다.
오차 분석부(220)는, 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 설명한 방법으로, 이탈 시간 T(=t2-t1)와, 이탈 면적(A+B+C)을 계산한 후, 다음 식1과 같이 비행 경로 오차 점수 S를 다음과 같이 계산할 수 있다.
(식1)
S=α×T + β×(A + B + C)
여기서, α와 β는 가중치로서 0 보다 큰 값이다. 상대적으로 중요한 팩터에는 1 보다 큰 값을 가중치로서 적용하고 상대적으로 중요도가 낮은 팩터에는 1 보다 작은 값을 가중치로 적용한다. 예를 들어, α는 0.8, β는 1.2로 적용될 수 있다. 또는 시간과 이탈면적을 동등한 팩터로 본다면, α와 β는 모두 1이 될 수 있다.
다른 실시예에서, 오차 분석부(220)는, 계획된 비행 경로 상에서 드론(100)이 이탈한 총 횟수, 드론(100)이 계획된 비행 경로상에서 이탈된 총 거리, 드론(100)이 계획된 비행 경로상에서 이탈한 총 시간, 그리고 이탈한 총 면적을 모두 고려하여 비행 경로 오차 점수를 계산할 수 있다. 오차 분석부(220)는, 다음 식2와 같이, 이탈 총 횟수, 이탈 총 거리, 이탈 총 시간, 이탈 총 면적 각각에 가중치를 적용하여 비행 경로 오차 점수 S를 계산할 수 있다.
(식2)
S=α×횟수 + β×면적 + γ×시간 + δ×거리
여기서, α, β, γ, δ는 가중치로서 0 보다 큰 값이다. 상대적으로 중요한 팩터에는 1 보다 큰 값을 가중치로서 적용하고 상대적으로 중요도가 낮은 팩터에는 1 보다 작은 값을 가중치로 적용한다. 예를 들어, 제1드론의 이탈 총 면적이 제2드론의 이탈 총 면적과 동일하더라도, 제1드론의 이탈 총 시간이 제2드론의 이탈 총 시간 보다 짧을 경우, 제1드론의 비행 성능이 제2드론 보다 좋지 않다고 볼 수 있다. 즉, 제2드론이 제1드론에 비해 상대적으로 계획된 공역을 잘 따라간다고 볼 수 있다. 따라서, 이 경우, β의 값은 γ의 값보다 작게 설정되어 시간이 오차 점수에 더 큰 영향을 주도록 할 수 있다. 이와 같은 방식으로 가중치는 상황에 따라 적절히 조절될 수 있다.
오차 분석부(220)는, 경로 오차 점수를 계산하는데 있어서, 이탈 총 횟수, 이탈 총 거리, 이탈 총 시간, 이탈 총 면적 각각을 정규화하여, 경로 오차 점수를 계산할 수 있다. 이탈 총 횟수를 예로 들어 정규화 방법을 설명하면 다음과 같다. 오차 분석부(220)는, 전체 드론(100)들의 계획된 비행 경로 대비 이탈 횟수를 누적하여 저장하고, 이들을 Z-Score 정규화(Normalization)하여 하위 5%의 이탈 횟수(즉, Z 점수)를 이탈 횟수 최소값으로 설정하고 상위 5%의 이탈 횟수(즉, Z 점수)를 이탈 횟수 최대값으로 설정한다. 여기서 상, 하위 %는 예시적인 것으로서 드론(100)의 운용 상황에 따라 관제자가 상, 하위 %를 설정할 수 있고 관제 상황에 따라 변경될 수 있다. Z-Score 정규화는 평균이 0이고 표준 편차가 1인 정규 분포로 표준화하는 것이다. 이와 같이 이탈 횟수 최소값(Amin)과 이탈 횟수 최대값(Amax)을 설정한 후, 특정 드론(100)의 특정 비행 경로에서 이탈 총 횟수가 계산되면, 해당 이탈 총 횟수를 Z-Score 정규화하여 Z 점수(Ain)를 산출한다. 그리고 오차 분석부(220)는, 다음 식3과 같이 이탈 총 횟수의 최대-최소 정규화 값(An)을 계산할 수 있다. 아래 최대-최소 정규화 값(An)은 0에서 100 사이의 값을 갖는다.
(식3)
An = (Ain - Amin) × 100 / (Amax - Amin)
여기서, Ain의 값이 Amax 보다 크면 Amax로 계산하고, Ain의 값이 Amin 보다 작으면 Amin으로 계산한다.
위에서 설명한 방식으로, 이탈 총 횟수, 이탈 총 거리, 이탈 총 시간, 이탈 총 면적 각각의 팩터의 최대-최소 정규화 값을 계산하면, 각각의 팩터는 0에서 100 사이의 값을 갖게 되고, 따라서 각각의 팩터의 최대-최소 정규화 값에 가중치를 적용하여 합산하면 최종 경로 오차 점수가 계산된다.
오차 분석부(220)는 드론(100)이 비행한 일시에 상기 비행 경로에서 나타난 풍속을 확인하고, 이 풍속의 세기에 따라 상기 경로 오차 점수에 풍속에 따른 기상 가중치를 더 적용하여, 경로 오차 점수를 보정할 수도 있다. 상기 기상 가중치는 경로 오차 점수와 곱셈 연산하여, 경로 오차 점수를 보정한다. 상기 풍속이 강할수록 경로 오차 점수가 낮아지도록, 기상 가중치가 상기 경로 오차 점수에 적용될 수 있다. 부연하면, 풍속이 강할 경우 드론의 성능에 의해서가 아니라 외부 환경(즉, 바람)에 따라 드론(100)이 상기 비행 경로 상에서 이탈한 횟수가 많아질 것이고, 이에 따라 풍속이 강한 기상 환경에서 운행한 드론(100)의 비행 데이터를 분석할 경우, 해당 드론(100)의 경로 이탈 횟수가 상대적으로 많게 분석되어, 결과적으로 경로 오차 점수가 상대적으로 높게 나타날 것이다. 즉, 동일한 드론(100)이라고 하더라도, 상기 드론(100)이 풍속이 강한 기상 환경에서 운행된 경우 드론(100)의 경로 오차 점수가 높게 나타나고, 반대로 상기 드론(100)이 풍속이 약한 기상 환경에서 운행된 경우 드론(100)의 경로 오차 점수가 낮게 나타날 것이다. 이렇게 외부 환경인 풍속에 의해 경로 오차 점수가 변동되는 것을 최소화하고 드론(100)의 비행 성능에 따라서 오차 점수가 객관적으로 산출될 수 있도록, 오차 분석부(220)는 드론(100)이 비행한 일시의 풍속을 확인하고, 풍속의 세기에 따라 반비례하는 기상 가중치를 상기 경로 오차 점수에 적용하여, 경로 오차 점수를 보정할 수도 있다. 즉, 오차 분석부(220)는 풍속이 강한 경우 풍속에 따라 경로 오차 점수가 높아지는 것이 상쇄될 수 있도록 풍속의 세기에 반비례하는 기상 가중치를 경로 오차 점수에 적용한다. 예를 들어, 바람이 거의 없으면(즉, 특정 임계값 미만 이면), 경로 오차 점수가 그대로 적용되도록 기상 가중치가 '1'로 설정될 수 있으며, 풍속이 일정 수준 이상 이상이면 풍속의 세기에 따라 드론(100)이 계획된 경로에서 자주 벗어나는 것을 감안하여 풍속 세기에 비례하여 오차 점수가 낮아질 수 있도록, '1' 미만의 기상 가중치가 상기 경로 오차 점수에 적용될 수 있다.
또한, 오차 분석부(220)는 상기 경로 오차 점수에 GPS 오차율을 적용하여 경로 오차 점수를 보정할 수도 있다. 예를 들어, GPS 오차율이 2%인 경우, 경로 오차 점수의 2%를 경로 오차 점수에 추가로 합산하여 보정할 수 있다. 바람직하게는, 오차 분석부(220)는, 상기 GPS 오차율과 상기 풍속을 동시에 반영하여 경로 오차 점수를 보정할 수 있다.
공역 설정부(230)는, 드론(100)의 공역을 할당한다. 앞서 설명한 대로, 공역은, 드론(100)이 비행할 때, 다른 드론(100)으로부터 침범받지 않고 이동할 수 있는 하늘 상의 공간 영역을 의미한다. 공역 설정부(230)는, 드론(100)이 최초 비행할 때는, 소정 시간 동안 수집된 드론(100)의 비행 데이터를 이용하여 계획된 비행 경로를 기준으로 드론(100)이 비행 경로를 벗어난 최대 오차 반경을 기준 공역으로 할당한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론의 실제 비행 위치를 나타낸 도면으로, 드론(100)이 비행하는 방향에서 드론(100)을 보았을 때 드론(100)의 계획된 비행 위치 및 실제 비행 위치를 나타낸다. 도 5에서 중심 부분에 위치한 점(510)은 드론(100)의 계획된 비행 위치이고, 나머지 점들은 드론(100)이 실제 비행한 위치이다. 드론의 계획된 비행 위치(510)를 기준으로 가장 거리가 먼 실제 비행 위치까지의 거리(r)를 해당 드론(100)의 최초의 기준 공역의 반지름으로 결정할 수 있다.
공역 설정부(230)는, 드론(100)의 최초 기준 공역을 할당한 후, 오차 분석부(220)에서 산출한 오차 점수를 토대로, 드론(100)의 공역을 일정한 주기마다 재조정할 수 있다. 바람직하게, 공역 설정부(230)는, 드론(100)이 비행할 때마다 매번 이전 비행의 비행 데이터를 이용하여 이전 공역을 재조정할 수 있고, 또는 일정한 시간 간격(예, 한달)으로 비행 데이터를 수집하여 이전 공역을 재조정할 수 있다.
공역 설정부(230)는 아래의 표 1을 참조하여, 드론의 경로 오차 점수에 대응되는 비행 공역의 확대 또는 축소 정도를 확인하고, 이 변화에 따라 드론(100)의 기존 공역을 유지, 확대 또는 축소함으로써, 상기 드론(100)의 공역을 설정할 수 있다.
아래의 표 1은 경로 오차 점수와 드론의 공역 변화 상태를 매핑한 테이블을 예시한다. 공역 설정부(230)는 아래와 같은 표 1을 참조하여, 드론(100)의 공역을 설정할 수 있다.
Figure pat00001
표 1을 예를 들어 설명하면, 공역 설정부(230)는 오차 분석부(220)에서 계산한 경로 오차 점수가 10 이하이면, 드론의 비행 등급이 '1'인 것으로 파악하여, 현재 설정한 드론(100)의 공역이 90%의 크기로 축소되도록, 드론(100)의 공역을 축소시킬 수 있다. 또한, 공역 설정부(230)는 오차 분석부(220)에서 계산한 경로 오차 점수가 10을 초과하고 20 이하이면, 드론의 비행 등급 '2'인 것으로 파악하여 설정된 드론(100)의 공역을 그대로 유지할 수 있으며, 경로 오차 점수가 20을 초과하고 30 이하이면(즉, 드론의 비행 등급이 '3'이면), 설정된 드론(100)의 공역이 110%가 되도록, 드론(100)의 공역을 확대할 수 있다. 공역 설정부(230)는 상기 경로 오차 점수가 30을 초과하고 40 이하이면(즉, 드론의 비행 등급이 '4'이면), 설정된 드론(100)의 공역이 120%가 되도록 드론(100)의 공역을 확대할 수 있으며, 상기 경로 오차 점수가 30을 초과하고 40 이하이면(즉, 드론의 비행 등급이 '5'이면), 설정된 드론(100)의 공역이 130%가 되도록 드론(100)의 공역을 확대할 수 있다.
공역은 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이 원통형일 수 있고, 또는 사각형의 덕트 형태일 수도 있으나, 반드시 여기에 제한되는 것은 아니다.
도 6은 서로 다른 크기의 공역을 예시하는 도면이다. 도 6을 참조하면, 드론(100)의 공역은 비행 경로를 기준으로 디폴트로 W1의 폭으로 할당될 수 있다. 또는 앞서 설명한 바와 같이, 일정한 시간 동안 수집된 드론(100)의 비행 데이터를 이용하여 비행 경로를 기준으로 한 최대 오차 반경을 공역의 폭으로 할당할 수 있다. 드론(100)이 계획된 비행 경로에서 자주 이탈하는 경우, 드론(100)의 공역은 W1보다 더 큰 폭을 가지는 W2의 공역이 할당될 수 있다. 반대로, 드론(100)이 계획된 비행 경로에서 거의 이탈하지 않은 경우, 드론(100)의 공역은 W1보다 더 작은 폭을 가지는 W3로 할당될 수 있다. 상기 드론(100)의 공역은 무한정 축소되거나 확대되지 않고, 더 이상 축소되지 않은 공역의 하한값과 더 이상 확대되지 않은 공역의 상한값이 사전에 설정될 수 있다.
비행 경로 생성부(240)는 드론(100)의 출발지 정보와 목적지 정보 및 비행 시간을 수신하고, 이 수신한 정보를 토대로 출발지에서 목적지까지의 비행 경로를 생성한다. 이때, 비행 경로 생성부(240)는 데이터베이스(250)에 저장된 비행 금지 구역을 확인하고, 상기 출발지에서 상기 목적지까지의 비행 경로를 가지되 상기 비행 금지 구역을 통과하지 않는 순차적인 좌표들을 가지는 비행 경로를 생성할 수 있다. 또한, 비행 경로 생성부(240)는 동일한 비행 시간을 가지는 타 드론의 비행 스케줄과 이 타 드론(100)의 비행 경로와 공역을 데이터베이스(250)에서 확인하고, 비행 예정인 드론(100)의 공역이 타 드론의 공역을 침범하지 않도록, 상기 비행 경로를 생성할 수 있다. 즉, 비행 경로 생성부(240)는 동일 비행 스케줄에, 비행 예정인 드론(100)의 공역과 타 드론의 공역이 서로 중첩되지 않도록, 드론(100)의 비행 경로를 생성한다. 바람직하게는, 비행 예정인 드론(100)의 공역과 타 드론의 공역 간의 거리가 일정 거리 이상이 되도록, 드론(100)의 비행 경로를 생성한다.
예를 들어, 비행 예정인 드론(100)의 T0 시점에서의 공역을 비행 좌표 (X0, Y0, Z0)를 중심으로 WO 거리의 반경을 갖는 원이라고 하고, 타 드론의 동일 시간 T0 시점에서의 공역을 비행 좌표 (X'0, Y'0, Z'0)를 중심으로 W'0 거리의 반경을 갖는 원이라고 할 때, 두 원이 겹치지 않도록 하거나, 또는 두 원 사이의 거리가 소정의 임계 거리(q) 이상이 되도록, 비행 예정인 드론(100)의 비행 경로를 생성한다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른, 비행 경로 설정 장치에서 드론으로부터 수신한 비행 데이터를 분석하여 드론의 경로 오차 점수를 계산하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 드론(100)은 출발지에서 목적지까지의 순차적인 좌표들이 기록되는 비행 경로를 비행 경로 설정 장치(200)로부터 수신한 후, 상기 비행 경로에 따른 비행을 수행한다. 즉, 비행 경로 설정 장치(200)의 비행 경로 생성부(240)는 후술하는 도 9와 같은 프로세스를 통해서, 타 드론의 공역과 중첩되지 않은 드론(100)의 안전한 비행 경로가 확보되는 비행 경로를 생성하여 상기 드론(100)에 제공하고, 상기 드론(100)은 상기 비행 경로에 포함된 좌표 및 고도와 현재 GPS 수신기를 통해서 측정한 좌표 및 고도를 비교하여, 자율 비행을 수행한다. 비행을 시작한 드론(100)은 비행중에 GPS 수신기를 이용하여 위도/경도의 GPS 좌표들 및 고도들을 수집하고, 수집 시간과, 수집된 위도/경도의 GPS 좌표들 및 고도들을 포함하는 비행 데이터를 생성하여 비행 경로 설정 장치(200)로 전송한다.
그러면, 비행 경로 설정 장치(200)의 데이터 수집부(210)는 상기 비행 데이터를 드론(100)으로부터 수신하여 데이터베이스(250)에 저장한다(S701). 이어서, 오차 분석부(220)는 비행 경로 생성부(240)에서 상기 드론(100)으로 제공한 비행 경로와 드론(100)으로부터 수신한 비행 데이터를 비교하여, 계획한 비행 경로와 실제 비행된 경로 간의 오차를 분석한다. 구체적으로 오차 분석부(220)는 드론(100)으로 제공한 비행 경로에 포함된 GPS 좌표들 및 고도들과, 상기 비행 데이터에 포함된 실제 이동된 GPS 좌표들 및 고도들을 비교하여, 드론(100)이 계획된 비행 경로 상에서 이탈한 총 횟수, 드론이 계획된 비행 경로상에서 이탈된 총 거리, 드론(100)이 계획된 비행 경로상에서 이탈한 총 시간을 각각 확인한다(S703, S705, S707). 일 실시예에서, 오차 분석부(220)는, 드론(100)의 기 설정된 공역을 기준으로 이탈 횟수, 이탈 거리, 및 이탈 시간을 계산할 수 있다.
오차 분석부(220)는 드론(100)이 계획된 비행 경로 상에서 이탈한 총 횟수, 드론이 계획된 비행 경로상에서 이탈한 총 거리 및 드론(100)이 계획된 비행 경로상에서 이탈한 총 시간을 종합하여, 경로 오차 점수를 계산한다(S709). 상기 이탈한 총 횟수, 상기 이탈한 총 거리, 상기 이탈한 총 시간 각각에는 사전에 정의된 가중치가 각각 적용될 수 있으며, 오차 분석부(220)는 가중치가 적용된 상기 이탈한 총 횟수, 상기 이탈한 총 거리 및 상기 이탈한 총 시간을 합산하여 상기 경로 오차 점수를 계산할 수 있다. 한편, 오차 분석부(220)는 상기 이탈한 총 횟수, 상기 이탈한 총 거리 및 상기 이탈한 총 시간 모두를 이용하지 않고, 이 중에서 일부만을 이용하여 경로 오차 점수를 계산할 수도 있다. 바람직하게는, 오차 분석부(220)는, 상기 이탈한 총 횟수, 상기 이탈한 총 거리, 상기 이탈한 총 시간 각각에 대한 최대-최소 정규화 값을 계산하고, 최대-최소 정규화 값에 가중치를 적용하여 경로 오차 점수를 계산할 수 있다.
다음으로, 오차 분석부(220)는 기상청 서버와 연동하여, 드론(100)이 비행한 일시에 드론(100)의 비행 경로 상에서 나타나는 풍속을 확인하고, 이 풍속의 세기에 따라 상기 경로 오차 점수가 낮아지거나 원상태를 유지하도록, 상기 경로 오차 점수를 선택적으로 보정한다(S711). 앞서 설명한 바와 같이, 오차 분석부(220)는 상기 경로 오차 점수에 외부 환경 변수(즉, 풍속)가 반영되는 것을 상쇄할 수 있도록, 상기 풍속의 세기에 따라 반비례하는 기상 가중치를 상기 경로 오차 점수에 적용하여, 상기 경로 오차 점수를 선택적으로 보정한다. 상기 풍속이 강할수록 경로 오차 점수가 낮아지게 하는 기상 가중치가 상기 경로 오차 점수에 적용된다.
이어서, 공역 설정부(230)는 상기 계산한 오차 점수를 토대로 드론(100)의 공역을 기존과 동일하게 유지하거나, 공역을 확대하거나 축소하여, 드론(100)의 공역을 설정한다(S713). 구체적으로, 공역 설정부(230)는 상기 계산한 오차 점수가 제1점수 이하이면, 드론(100)의 공역을 사전에 설정된 비율만큼 축소하고, 상기 계산한 오차 점수가 제1점수를 초과하고 제2점수 이하이면 드론(100)의 공역을 종전대로 유지한다. 한편, 공역 설정부(230)는 상기 계산한 오차 점수가 제2점수를 초과이면, 드론(100)의 공역을 사전에 설정된 비율만큼 확대한다.
한편, 상기 설정한 드론(100)의 공역은, 상기 드론(100)과 동일한 모델을 가지는 타 드론의 공역을 설정할 때에 참조될 수 있다.
또한, 오차 분석부(220)가 드론(100)의 경로 오차 점수를 이전에 이미 여러 차례 계산한 경우, 공역 설정부(230)는 상기 경로 오차 점수의 평균을 확인하고, 경로 오차 점수의 평균에 근거하여 드론(100)의 공역이 그대로 유지하거나, 확대 또는 축소할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 비행 경로 설정 장치에서 드론으로부터 수신한 비행 데이터를 분석하여 드론의 경로 오차 점수를 계산하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 드론(100)은 출발지에서 목적지까지의 순차적인 좌표들이 기록되는 비행 경로를 비행 경로 설정 장치(200)로부터 수신한 후, 상기 비행 경로에 따른 비행을 수행한다. 즉, 비행 경로 설정 장치(200)의 비행 경로 생성부(240)는 후술하는 도 9와 같은 프로세스를 통해서, 타 드론의 공역과 중첩되지 않은 드론(100)의 안전한 비행 경로가 확보되는 비행 경로를 생성하여 상기 드론(100)에 제공하고, 상기 드론(100)은 상기 비행 경로에 포함된 좌표 및 고도와 현재 GPS 수신기를 통해서 측정한 좌표 및 고도를 비교하여, 자율 비행을 수행한다. 비행을 시작한 드론(100)은 비행중에 GPS 수신기를 이용하여 위도/경도의 GPS 좌표들 및 고도들을 수집하고, 수집 시간과, 수집된 위도/경도의 GPS 좌표들 및 고도들을 포함하는 비행 데이터를 생성하여 비행 경로 설정 장치(200)로 전송한다.
그러면, 비행 경로 설정 장치(200)의 데이터 수집부(210)는 상기 비행 데이터를 드론(100)으로부터 수신하여 데이터베이스(250)에 저장한다(S801). 이어서, 오차 분석부(220)는 비행 경로 생성부(240)에서 상기 드론(100)으로 제공한 비행 경로와 드론(100)으로부터 수신한 비행 데이터를 비교하여, 계획한 비행 경로와 실제 비행된 경로 간의 오차를 분석한다. 구체적으로 오차 분석부(220)는 드론(100)으로 제공한 비행 경로에 포함된 GPS 좌표들 및 고도들과, 상기 비행 데이터에 포함된 실제 이동된 GPS 좌표들 및 고도들을 비교하여, 드론(100)이 계획된 비행 경로 상에서 이탈한 시간과 이탈 면적을 확인한다(S803, S805). 일 실시예에서, 오차 분석부(220)는, 드론(100)의 기 설정된 공역을 기준으로 이탈 시간, 이탈 면적을 계산할 수 있다. 오차 분석부(220)는, 이탈 면적으로서 2차원 기준의 면적을 계산한다. 2차원 기준의 면적은, 위도/경도의 xy 평면에서의 이탈 면적(A)과, 위/고도의 xz 평면에서의 이탈 면적(B), 그리고 경도/고도의 yz 평면에서의 이탈 면적(C)의 합으로 정의될 수 있다. 바람직하게는, 오차 분석부(220)는, 비행 경로 생성부(240)에서 생성한 드론(100)의 비행 경로 및 공역 설정부(230)에서 설정한 드론(100)의 공역을 기준으로, 해당 드론(100)이 해당 공역을 이탈한 면적 및 시간을 계산할 수 있다.
오차 분석부(220)는 드론(100)이 계획된 비행 경로 상에서 이탈한 시간 및 이탈 면적을 종합하여 경로 오차 점수를 계산한다(S807). 이탈 시간 및 이탈 면적 각각에는 사전에 정의된 가중치가 각각 적용될 수 있으며, 오차 분석부(220)는 가중치가 적용된 이탈 시간 및 이탈 면적을 합산하여 상기 경로 오차 점수를 계산할 수 있다. 바람직하게는, 오차 분석부(220)는, 상기 이탈한 시간과 상기 이탈 면적 각각에 대한 최대-최소 정규화 값을 계산하고, 최대-최소 정규화 값에 가중치를 적용하여 경로 오차 점수를 계산할 수 있다.
다음으로, 오차 분석부(220)는 기상청 서버와 연동하여, 드론(100)이 비행한 일시에 드론(100)의 비행 경로 상에서 나타나는 풍속을 확인하고, 이 풍속의 세기에 따라 상기 경로 오차 점수가 낮아지거나 원상태를 유지하도록, 상기 경로 오차 점수를 선택적으로 보정한다(S809). 앞서 설명한 바와 같이, 오차 분석부(220)는 상기 경로 오차 점수에 외부 환경 변수(즉, 풍속)가 반영되는 것을 상쇄할 수 있도록, 상기 풍속의 세기에 따라 반비례하는 기상 가중치를 상기 경로 오차 점수에 적용하여, 상기 경로 오차 점수를 선택적으로 보정한다. 상기 풍속이 강할수록 경로 오차 점수가 낮아지게 하는 기상 가중치가 상기 경로 오차 점수에 적용된다.
이어서, 공역 설정부(230)는 상기 계산한 오차 점수를 토대로 드론(100)의 공역을 기존과 동일하게 유지하거나, 공역을 확대하거나 축소하여, 드론(100)의 공역을 설정한다(S811). 구체적으로, 공역 설정부(230)는 상기 계산한 오차 점수가 제1점수 이하이면, 드론(100)의 공역을 사전에 설정된 비율만큼 축소하고, 상기 계산한 오차 점수가 제1점수를 초과하고 제2점수 이하이면 드론(100)의 공역을 종전대로 유지한다. 한편, 공역 설정부(230)는 상기 계산한 오차 점수가 제2점수를 초과이면, 드론(100)의 공역을 사전에 설정된 비율만큼 확대한다.
도 7 및 도 8에서 각각 서로 다른 실시예를 설명하지만, 또 다른 실시예에서, 오차 분석부(220)는, 계획된 비행 경로 상에서 드론(100)이 이탈한 총 횟수, 드론(100)이 계획된 비행 경로상에서 이탈된 총 거리, 드론(100)이 계획된 비행 경로상에서 이탈한 총 시간, 그리고 이탈한 총 면적을 모두 고려하여 비행 경로 오차를 계산할 수 있다. 오차 분석부(220)는, 이탈 총 횟수, 이탈 총 거리, 이탈 총 시간, 이탈 총 면적 각각에 가중치를 적용하여 비행 경로 오차를 계산할 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조한 실시예에서, 오차 분석부(220)는 드론(100)이 비행한 일시에 상기 비행 경로에서 나타난 풍속을 확인하고, 이 풍속의 세기에 따라 상기 경로 오차 점수에 풍속에 따른 기상 가중치를 적용하여, 경로 오차 점수를 보정한다. 다른 실시예로서, 오차 분석부(220)는 상기 경로 오차 점수에 GPS 오차율을 적용하여 경로 오차 점수를 보정할 수도 있다. 예를 들어, GPS 오차율이 2%인 경우, 경로 오차 점수의 2%를 경로 오차 점수에 추가로 합산하여 보정할 수 있다. GPS 오차율과 풍속을 동시에 고려할 수도 있다.
또한, 도 7 및 도 8을 참조한 실시예에서, 경로 오차 점수를 기초로 드론(100)의 공역을 재조정하는데 있어서, 드론의 최초 기준 공역은 소정 시간 동안 수집된 드론(100)의 비행 데이터를 이용하여, 계획된 비행 경로를 기준으로 드론(100)이 비행 경로를 벗어난 최대 오차 반경을 최초 기준 공역으로 설정할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 비행 경로 설정 장치에서 공역을 반영하여 비행 경로를 생성하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 비행 경로 생성부(240)는 드론 운용자로부터 드론(100)의 출발지 정보와 목적지 정보 및 비행 시간을 수신한다(S901). 다음으로, 비행 경로 생성부(240)는 데이터베이스(250)에 저장된 비행 금지 구역을 확인하고, 더불어 상기 드론(100)의 비행 시간과 동일한 시간에 비행하는 타 드론의 비행 경로를 확인한다(S903).
다음으로, 비행 경로 생성부(240)는 현재 설정된 드론(100)의 공역과 타 드론의 공역을 각각 확인한다(S905). 그리고 비행 경로 생성부(240)는 상기 비행 금지 구역을 통과하지 않으며, 동일한 시간대에 비행하는 타 드론의 공역과 상기 드론의 공역이 중첩되지 않으며, 상기 출발지에서 목적지까지의 순차적인 위도/경도의 GPS 좌표들 및 고도들이 기록되는 비행 경로를 생성한다(S907). 즉. 비행 경로 생성부(240)는 상기 드론(100)의 공역이 위험 지역과 이미 비행 계획이 잡힌 타 드론(100)의 공역을 통과하지 않도록(회피하도록), 상기 비행 경로를 생성한다.
이어서, 비행 경로 생성부(240)는 상기 생성한 비행 경로를 상기 드론(100)의 식별정보와 함께 데이터베이스(250)에 저장하고, 더불어 상기 비행 경로를 드론(100)으로 제공하여, 상기 비행 경로에 따라 드론(100)이 비행되게 유도한다(S909).
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 비행 경로 설정 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 도 10을 참조하여 설명하는 실시예의 비행 경로 설정 장치(200)에서 도 2를 참조하여 설명한 동일한 참조번호의 구성요소는 본 실시예에서 동일한 기능 및 동작을 수행한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 비행 경로 설정 장치(200)는, 서비스 과금부(1010)를 더 포함한다.
서비스 과금부(1010)는, 드론(100)의 공역 이용에 대한 서비스 이용 요금을 드론(100)의 소유자에게 과금하여 데이터베이스(250)에 요금 정보를 저장할 수 있다. 서비스 과금부(1010)는, 드론(100)에 할당되는 공역의 크기에 따라 드론(100)의 소유자에게 서비스 이용 요금을 차등하여 과금할 수 있다.
서비스 과금부(1010)는, 드론(100)에 소정의 기준 공역이 할당되면 기본 요금을 과금하고, 그 기준 공역에 대비하여 드론(100)에 할당되는 공역의 크기가 변경되면 기본 요금에 부가금을 추가하여 서비스 이용 요금을 증가시키거나 또는 기본 요금에 할인을 적용하여 서비스 이용 요금을 감소시킬 수 있다. 여기서 기준 공역은 모든 드론(100)에 대해 동일할 수 있고 또는 드론(100)의 크기나 종류에 따라 달라질 수 있다. 기준 공역이 드론(100)의 크기나 종류 등에 따라 달라진다면, 각 기준 공역마다 기존 요금도 서로 상이할 수 있다.
공역의 크기에 따라 서비스 이용 요금을 탄력적으로 운용하는 예는 다음의 [표2]와 같다. 아래 [표2]에 따르면, 기준 공역이 할당되면, 즉 공역이 유지되면, 기본 요금을 부과하고, 기준 공역 대비하여 드론(100)에 할당되는 공역의 크기가 90%로 축소되면, 기본 요금에 20% 할인을 적용한다. 반면, 기준 공역 대비하여 드론(100)에 할당되는 공역의 크기가 110%로 확대되면, 기본 요금에 5% 추가 과금을 하는 등, 할당되는 공역의 크기가 커질수록 부가금을 증가시킨다.
Figure pat00002
서비스 과금부(1010)는, 서비스 이용 요금을 과금하는데 있어, 공역의 크기뿐만 아니라, 드론(100)의 비행 거리에 따라 서비스 이용 요금을 차등 적용할 수 있다. 서비스 과금부(1010)는, 비행 거리가 증가할수록 서비스 이용 요금을 증가시키고, 비행 거리가 감소할수록 서비스 이용 요금을 감소시킬 수 있다. 따라서, 할당되는 공역의 크기가 동일할 때, 비행 거리가 증가할수록 서비스 이용 요금은 더 증가하고, 비행 거리가 감소할수록 서비스 이용 요금은 감소할 수 있다.
도 10을 참조한 실시예에 따르면, 한정된 공간 내에서 더 많은 드론(100)의 운용을 가능하게 하면서 공역을 관리하는 사업자의 수익을 증가시킬 수 있다. 특히, 비행 오차가 많아 상대적으로 더 큰 공역이 할당되는 드론(100)은 그만큼 성능이 좋지 않고 다른 드론들이 비행할 수 있는 공간을 줄이기 때문에 더 비싼 서비스 이용 요금을 부과하는 것이 타당하고, 반대로 비행 오차가 적어 상대적으로 더 작은 공역이 할당되는 드론(100)은 그만큼 성능이 좋은 것으로 다른 드론들이 비행할 수 있는 공간을 확보해주기 때문에 저렴한 서비스 이용 요금을 부과하는 것이 타당하다. 성능이 나쁜 드론에 비해 성능이 좋은 드론에 대해 상대적으로 저렴한 서비스 이용 요금을 부과함으로써 성능이 좋은 드론(100)을 개발하도록 유도하여 좁은 공간 내에 더 많은 드론(100)이 비행할 수 있는 효과가 있다.
본 명세서는 많은 특징을 포함하는 반면, 그러한 특징은 본 발명의 범위 또는 특허청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서에서 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절히 결합되어 구현될 수 있다.
도면에서 동작들이 특정한 순서로 설명되었으나, 그러한 동작들이 도시된 바와 같은 특정한 순서로 수행되는 것으로, 또는 일련의 연속된 순서, 또는 원하는 결과를 얻기 위해 모든 설명된 동작이 수행되는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정 환경에서 멀티태스킹 및 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 아울러, 상술한 실시예에서 다양한 시스템 구성요소의 구분은 모든 실시예에서 그러한 구분을 요구하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 상술한 프로그램 구성요소 및 시스템은 일반적으로 단일 소프트웨어 제품 또는 멀티플 소프트웨어 제품에 패키지로 구현될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(시디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
100 : 드론 200 : 비행 경로 설정 장치
210 : 데이터 수집부 220 : 오차 분석부
230 : 공역 설정부 240 : 비행 경로 생성부
250 : 데이터베이스 300 : 네트워크
410 : 공역 420, 510 : 비행 경로
430 : 이탈 면적
1010 : 서비스 과금부

Claims (22)

  1. 비행 경로 설정 장치에서 드론의 공역이 반영된 비행 경로를 설정하는 비행 경로 설정 방법으로서,
    상기 드론에서 수집한 비행 데이터를 상기 드론으로부터 수신하는 단계;
    상기 수신한 비행 데이터와 상기 드론의 미리 계획된 비행 경로를 비교하여, 상기 드론이 상기 미리 계획된 비행 경로에서 이탈한 정도를 나타내는 경로 오차 점수를 계산하는 단계;
    상기 경로 오차 점수를 토대로 상기 드론의 기 설정된 공역을 조정하는 단계; 및
    상기 조정한 드론의 공역과 목적지를 토대로, 상기 드론의 새로운 비행 경로를 생성하는 단계를 포함하는 비행 경로 설정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공역을 조정하는 단계는,
    상기 경로 오차 점수가 제1점수 이하이면 상기 드론의 기 설정된 공역을 축소하고, 상기 경로 오차 점수가 제1점수를 초과하고 제2점수 이하이면 상기 드론의 기 설정된 공역을 유지하고, 상기 경로 오차 점수가 제2점수를 초과하면 상기 드론의 기 설정된 공역을 확대하는 것을 특징으로 하는 비행 경로 설정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 경로 오차 점수를 계산하는 단계는,
    상기 수신한 비행 데이터와 상기 미리 계획된 비행 경로를 비교하여, 상기 드론이 상기 미리 계획된 비행 경로에서 이탈한 총 횟수, 이탈한 총 시간, 또는 이탈한 총 거리 중에서 하나 이상을 이용하여 상기 경로 오차 점수를 계산하는 것을 특징으로 하는 비행 경로 설정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 경로 오차 점수를 계산하는 단계는,
    상기 수신한 비행 데이터와 상기 미리 계획된 비행 경로를 비교하여, 상기 드론이 상기 미리 계획된 비행 경로에서 이탈한 면적 및 이탈한 시간을 이용하여 상기 경로 오차 점수를 계산하는 것을 특징으로 하는 비행 경로 설정 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이탈한 면적은,
    2차원 기준의 면적으로서, 위도/경도의 평면에서의 이탈 면적과, 경도/고도의 평면에서의 이탈 면적, 그리고 위도/고도의 평면에서의 이탈 면적의 합인 것을 특징으로 하는 비행 경로 설정 방법.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미리 계획된 비행 경로는, 상기 기 설정된 공역을 포함하고,
    상기 경로 오차 점수를 계산하는 단계는,
    상기 드론의 상기 기 설정된 공역과 상기 수신한 비행 데이터를 비교하여 상기 경로 오차 점수를 계산하는 것을 특징으로 하는 비행 경로 설정 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 계산하는 단계 및 상기 조정하는 단계는,
    상기 드론의 매 비행마다 반복되거나, 또는 일정한 시간 주기마다 상기 드론의 복수의 비행의 비행 데이터를 이용하여 반복되는 것을 특징으로 하는 비행 경로 설정 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 비행 경로에서 발생하는 풍속을 확인하는 단계; 및
    상기 확인한 풍속의 세기에 반비례하는 기상 가중치를 상기 경로 오차 점수에 적용하여, 상기 경로 오차 점수를 보정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비행 경로 설정 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    GPS 오차율을 기초로 상기 경로 오차 점수를 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비행 경로 설정 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 드론의 새로운 비행 경로를 생성하는 단계는,
    상기 드론의 출발지, 목적지 및 비행 시간을 수신하고, 상기 비행 시간에 비행 예정인 타 드론의 비행 경로를 확인하는 단계; 및
    상기 조정한 드론의 공역이 상기 타 드론의 공역을 통과하지 않도록, 상기 출발지에서 상기 목적지까지의 비행 경로를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비행 경로 설정 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 드론에 할당되는 공역의 크기에 따라 상기 드론의 서비스 이용 요금을 차등 과금하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비행 경로 설정 방법.
  12. 드론의 공역이 반영된 비행 경로를 설정하는 비행 경로 설정 장치에 있어서,
    상기 드론에서 수집한 비행 데이터를 상기 드론으로부터 수신하는 데이터 수집부;
    상기 수신한 비행 데이터와 상기 드론의 미리 계획된 비행 경로를 비교하여, 상기 드론이 상기 미리 계획된 비행 경로에서 이탈한 정도를 나타내는 경로 오차 점수를 계산하는 오차 분석부;
    상기 경로 오차 점수를 토대로 상기 드론의 기 설정된 공역을 조정하는 공역 설정부; 및
    상기 조정한 드론의 공역과 드론의 목적지를 토대로 상기 드론의 새로운 비행 경로를 생성하는 비행 경로 생성부를 포함하는 비행 경로 설정 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 공역 설정부는,
    상기 경로 오차 점수가 제1점수 이하이면 상기 드론의 공역을 축소하고, 상기 경로 오차 점수가 제1점수를 초과하고 제2점수 이하이면 상기 드론의 공역을 유지하고, 상기 경로 오차 점수가 제2점수를 초과하면 상기 드론의 공역을 확대하는 것을 특징으로 하는 비행 경로 설정 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 오차 분석부는,
    상기 수신한 비행 데이터와 상기 미리 계획된 비행 경로를 비교하여, 상기 드론이 상기 미리 계획된 비행 경로에서 이탈한 총 횟수, 이탈한 총 시간, 이탈한 총 거리 중에서 하나 이상을 이용하여 상기 경로 오차 점수를 계산하는 것을 특징으로 하는 비행 경로 설정 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 오차 분석부는,
    상기 수신한 비행 데이터와 상기 미리 계획된 비행 경로를 비교하여, 상기 드론이 상기 미리 계획된 비행 경로에서 이탈한 면적 및 이탈한 시간을 이용하여 상기 경로 오차 점수를 계산하는 것을 특징으로 하는 비행 경로 설정 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 이탈한 면적은,
    2차원 기준의 면적으로서, 위도/경도의 평면에서의 이탈 면적과, 경도/고도의 평면에서의 이탈 면적, 그리고 위도/고도의 평면에서의 이탈 면적의 합인 것을 특징으로 하는 비행 경로 설정 장치.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미리 계획된 비행 경로는, 상기 기 설정된 공역을 포함하고,
    상기 오차 분석부는,
    상기 드론의 상기 기 설정된 공역과 상기 수신한 비행 데이터를 비교하여 상기 경로 오차 점수를 계산하는 것을 특징으로 하는 비행 경로 설정 장치.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 오차 분석부 및 상기 공역 설정부는,
    상기 드론의 매 비행마다, 또는 일정한 시간 주기마다 경로 오차 점수를 계산하여 드론의 공역을 조정하는 것을 특징으로 하는 비행 경로 설정 장치.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 오차 분석부는,
    상기 비행 경로에서 발생하는 풍속을 확인하고, 상기 확인한 풍속의 세기에 반비례하는 기상 가중치를 상기 경로 오차 점수에 적용하여, 상기 경로 오차 점수를 보정하는 것을 특징으로 하는 비행 경로 설정 장치.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 오차 분석부는,
    GPS 오차율을 기초로 상기 경로 오차 점수를 보정하는 것을 특징으로 하는 비행 경로 설정 장치.
  21. 제12항에 있어서,
    상기 비행 경로 생성부는,
    상기 드론의 출발지, 목적지 및 비행 시간을 수신하고, 상기 비행 시간에 비행 예정인 타 드론의 비행 경로를 확인한 후, 상기 설정한 드론의 공역이 상기 타 드론의 공역을 회피하도록, 상기 출발지에서 상기 목적지까지의 비행 경로를 생성하는 것을 특징으로 하는 비행 경로 설정 장치.
  22. 제12항에 있어서,
    상기 드론에 할당되는 공역의 크기에 따라 상기 드론의 서비스 이용 요금을 차등 과금하는 서비스 과금부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비행 경로 설정 장치.
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