KR20210115101A - 드론을 이용한 스마트 팜 작물 감시 방법 및 감시 시스템 - Google Patents

드론을 이용한 스마트 팜 작물 감시 방법 및 감시 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 작물 구역내의 지정된 복수의 이동 포인트에 따른 비행을 시작하는 단계, 복수의 이동 포인트의 제1 포인트로부터 제2 포인트로 이동 중에 구비된 작물 모니터링 센서를 이용하여 이상 타겟을 검출하는 단계, 이상 타겟의 검출에 따라 제1 포인트로부터 제2 포인트 사이의 현재 비행 위치로부터 이상 타겟으로 비행하는 단계 및 이상 타겟을 포함하여 촬영된 이미지 및 위치 정보를 포함하는 작물 이상 정보를 무선통신을 통해 전송하는 단계를 포함하는, 드론을 이용한 스마트 팜 작물 감시 방법 및 감시 시스템에 관한 것이다.

Description

드론을 이용한 스마트 팜 작물 감시 방법 및 감시 시스템{SMART FARM CROP MONITORING METHOD AND SYSTEM USING DRONES}
본 발명은 드론을 이용한 스마트 팜 작물 감시 방법 및 감시 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 농장 구역 내를 비행하는 드론을 이용하여 작물의 생장 상태 및 병해충 상태를 모니터링하고 이에 따라 작물의 상태를 관리할 수 있는 드론을 이용한 스마트 팜 작물 감시 방법 및 감시 시스템에 관한 것이다.
2차 산업과 3차 산업에서는 많은 자동화가 이루어지고 있다. 제조업이나 서비스업 분야에서는 로봇, 자동화 기기, 인공 지능 기기 등을 이용하여 다양한 과정과 처리가 자동화되고 있다.
1차 산업인 농업, 임업 분야에서도 다양한 자동화 시도가 이루어지고 있으나 소정의 성과가 발생하지 않고 여전히 많은 인적 관여가 필요하다. 특히, 쌀, 보리, 밀, 사과, 배 등과 같은 농작물 이나 과일(이하, '작물'이라함.)은 지속적인 생장 관리와 보호가 필요하다.
예를 들어, 농작인(농부나 관리인)은 쌀, 보리, 밀 등의 씨를 뿌리고 발아 과정 및 성장 과정에서 쌀, 보리, 밀 등의 생육이 정상적 이도록 다양한 관리 활동을 취한다. 농작인은 잡초를 제거하거나 병충해를 줄이기 위해 지정된 시기마다 농약 등을 작물에 뿌린다. 이러한 다양한 활동을 위해, 농작인은 지속적으로 작물이 자라는 농장이나 과수원을 방문하여야 한다.
특히, 작물이 병충해를 입거나 발육에 문제가 있는 경우 작물의 작황은 매우 나빠져 그 수확량이 줄어들거나 품질이 나빠지는 문제가 발생한다. 이에 따라, 농작인은 병충해를 예방하기 위한 다양한 약물을 선제적으로 작물에 뿌려야 하거나 추가적인 발육 촉진 활동을 수행하여야 한다. 이러한 활동으로 필요 이상의 인적 관여와 작물의 품질을 또한 낮추는 문제를 야기한다.
이와 같이, 작물의 생장 문제와 병충해 발생의 파악을 자동화하여 작물의 상태를 미리 예측하고 관리 가능한 드론을 이용한 스마트 팜 작물 감시 방법 및 감시 시스템이 필요하다.
공개특허 10-2018-0079725, 2018년07월11일
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해서 안출한 것으로서, 드론을 활용하여 작물의 최적 생육을 관리할 수 있는 드론을 이용한 스마트 팜 작물 감시 방법 및 감시 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 드론에 장착되는 센서를 이용한 타겟 추적으로 작물의 위치별 생장 상태를 파악하고 병해충의 발생을 선제적으로 분석 가능한 드론을 이용한 스마트 팜 작물 감시 방법 및 감시 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 작물 구역 내에서 작물 감시 가능한 복수의 드론을 이용하여 작물 구역 내 생장 상태 이상이나 병해충 이상의 위치를 특정하고 특정된 위치에서 촬영된 이미지 분석으로 작물의 생장을 감시 가능한 드론을 이용한 스마트 팜 작물 감시 방법 및 감시 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 작물 구역 내에서 지정된 스케줄에 따라 작물 감시 가능하고 작물 감시 완료 후 안전하게 지정된 도킹 스테이션에 착륙하고 이후 무선 충전 가능한 드론을 이용한 스마트 팜 작물 감시 방법 및 감시 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 일 양상에 따른 작물 감시 방법은 드론이 작물 구역내의 지정된 복수의 이동 포인트에 따른 비행을 시작하는 단계, 드론이 복수의 이동 포인트의 제1 포인트로부터 제2 포인트로 이동 중에 구비된 작물 모니터링 센서를 이용하여 이상 타겟을 검출하는 단계, 드론이 이상 타겟의 검출에 따라 제1 포인트로부터 제2 포인트 사이의 현재 비행 위치로부터 이상 타겟으로 비행하는 단계 및 드론이 이상 타겟을 포함하여 촬영된 이미지 및 위치 정보를 포함하는 작물 이상 정보를 무선통신을 통해 전송하는 단계를 포함한다.
상기한 작물 감시 방법에 있어서, 이상 타겟을 검출하는 단계는 비행중 드론의 센싱 방향을 변경하고 근적외선 센서 또는 열화상 센서인 작물 모니터링 센서에 의해 변경된 센싱 방향에서 노출된 데이터 영역을 센싱하고 센싱된 데이터 영역에서 지정된 임계치 이상의 데이터를 포함하는 지로 이상 타겟을 검출한다.
상기한 작물 감시 방법에 있어서, 이상 타겟을 검출하는 단계는 센싱된 데이터 영역의 복수의 데이터 중 이웃하는 데이터와의 데이터 차가 지정된 임계치 이상인 데이터를 포함하는 서브 영역을 이상 타겟으로 결정하고, 이상 타겟으로 비행하는 단계는 센싱된 데이터 영역에서의 서브 영역의 상대적 위치에 의해 결정되는 방향으로 비행한다.
상기한 작물 감시 방법에 있어서, 작물 이상 정보의 전송 이후에, 드론이 현재 비행 위치에 의해 결정되는 비행 위치로 리턴하는 단계 및 작물 감시를 위한 복수의 이동 포인트를 통한 비행 이후에 드론이 무선 충전 가능한 드론 스테이션에 착륙하는 단계를 더 포함한다.
상기한 작물 감시 방법에 있어서, 드론 스테이션에 착륙하는 단계는 구비된 GPS 센서를 이용하여 드론 스테이션의 위치로 이동하고 구비된 비전 카메라에서 촬영된 이미지에서 무선충전패드의 마커를 식별하고 식별된 마커의 위치와 크기에 따라 드론의 3차원 위치를 변경한다.
또한, 본 발명에 일 양상에 따른 작물 감시 시스템은 복수의 드론을 포함하고, 각각의 드론은, 드론별 달리 지정되는 복수의 이동 포인트에 따른 비행을 시작하고 복수의 이동 포인트의 제1 포인트로부터 제2 포인트로 이동 중에 구비된 작물 모니터링 센서를 이용하여 이상 타겟을 검출하고 이상 타겟의 검출에 따라 제1 포인트로부터 제2 포인트 사이의 현재 비행 위치로부터 이상 타겟으로 비행하고 이상 타겟을 포함하여 촬영된 이미지 및 위치 정보를 포함하는 작물 이상 정보를 무선통신을 통해 전송한다.
상기한 작물 감시 시스템에 있어서, 드론은 비행중 드론의 센싱 방향을 변경하고 근적외선 센서 또는 열화상 센서인 작물 모니터링 센서에 의해 변경된 센싱 방향에서 노출된 데이터 영역을 센싱하고 센싱된 데이터 영역에서 지정된 임계치 이상의 데이터를 포함하는 지로 이상 타겟을 검출한다.
상기한 작물 감시 시스템에 있어서, 드론은 센싱된 데이터 영역의 복수의 데이터 중 이웃하는 데이터와의 데이터 차가 지정된 임계치 이상인 데이터를 포함하는 서브 영역을 이상 타겟으로 결정하고, 센싱된 데이터 영역에서의 서브 영역의 상대적 위치에 의해 결정되는 방향으로 비행한다.
상기한 작물 감시 시스템에 있어서, 마커가 표시된 무선충전패드를 포함하는 드론 스테이션을 더 포함하고, 드론은 복수의 이동 포인트로의 비행을 통한 작물 구역의 작물 감시 이후에 구비된 GPS 센서를 이용하여 드론 스테이션의 위치로 이동하고 무선충전패드에 착륙하기 위해 구비된 비전 카메라에서 촬영된 이미지에서 무선충전패드의 마커를 식별하고 식별된 마커의 위치와 크기에 따라 드론의 3차원 위치를 변경한다.
상기한 작물 감시 시스템에 있어서, 드론 스테이션을 통해 드론과 무선통신 가능한 지역관제센터를 더 포함하고, 지역관제센터는 드론으로부터 작물 이상 정보를 수신하고 복수의 작물 이미지로 학습된 AI(Artificial Intelligence)를 통해 작물 이상 정보의 이상을 분류한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 드론을 이용한 스마트 팜 작물 감시 방법 및 감시 시스템은 드론을 활용하여 작물의 최적 생육을 관리할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기와 같은 본 발명에 따른 드론을 이용한 스마트 팜 작물 감시 방법 및 감시 시스템은 드론에 장착되는 센서를 이용한 타겟 추적으로 작물의 위치별 생장 상태를 파악하고 병해충의 발생을 선제적으로 분석 가능한 효과가 있다.
또한, 상기와 같은 본 발명에 따른 드론을 이용한 스마트 팜 작물 감시 방법 및 감시 시스템은 작물 구역 내에서 작물 감시 가능한 복수의 드론을 이용하여 작물 구역 내 생장 상태 이상이나 병해충 이상의 위치를 특정하고 특정된 위치에서 촬영된 이미지 분석으로 작물의 생장을 감시 가능한 효과가 있다.
또한, 상기와 같은 본 발명에 따른 드론을 이용한 스마트 팜 작물 감시 방법 및 감시 시스템은 작물 구역 내에서 지정된 스케줄에 따라 작물 감시 가능하고 작물 감시 완료 후 안전하게 지정된 도킹 스테이션에 착륙하고 이후 무선 충전 가능한 효과가 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 예시적인 스마트 팜 작물 감시 시스템을 도시한 도면이다.
도 2은 지역관제센터의 예시적인 블록도를 도시한 도면이다.
도 3은 드론 스테이션의 예시적인 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 드론의 예시적인 블록도를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따라 구성되는 드론의 예시적인 외형을 도시한 도면이다.
도 6은 드론을 이용하여 작물 감시를 위한 예시적인 제어 흐름을 도시한 도면이다.
도 7은 두 대의 드론을 이용하여 일정한 작물 구역내에서 작물 감시를 행하는 예를 설명하는 도면이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술 되어 있는 상세한 설명을 통하여 더욱 명확해 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 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 예시적인 스마트 팜 작물 감시 시스템을 도시한 도면이다.
도 1에 따르면, 드론(300)을 이용하여 스마트 팜(농장)에 재배중인 작물의 생장을 감시하기 위한 시스템은 지역관제센터(200), 하나 이상의 드론(300) 및 드론 스테이션(400)을 포함하고 드론(300) 및 드론 스테이션(400)은 작물이 재배중인 작물 구역(500)(농장) 내에 설치되어 작물 구역(500) 내의 작물의 상태를 주기적으로 및/또는 비주기적으로 감시한다. 작물 감시 시스템은 그 외 중앙관제센터(100)를 더 포함할 수 있다.
도 1을 통해 작물 감시 시스템을 살펴보면, 중앙관제센터(100)는 하나 이상의 지역관제센터(200)를 관리 및 모니터링한다. 중앙관제센터(100)는 서버, 컴퓨터 등을 구비하고 지역관제센터(200)와 인터넷을 통해 연결된다. 지역관제센터(200)는 각종 정보나 제어 정보를 중앙관제센터(100)로 전송하고 중앙관제센터(100)는 지역관제센터(200)로부터 작물 생장의 이상 정보를 수신할 수 있다.
중앙관제센터(100)는 예를 들어, 시기별 생장 유의 정보, 현재 유행중인 병해충 정보 등에 관련된 각종 정보를 지역관제센터(200)로 전송할 수 있고 그 외 지역관제센터(200)에서 이용 가능한 프로그램, 드론(300)이나 드론 스테이션(400)에서 이용 가능한 프로그램 등을 지역관제센터(200)로 전송할 수 있다. 중앙관제센터(100)는 특정 광역 지역에 설치되어 있는 여러 지역관제센터(200)를 관리 및 모니터링 가능하다.
지역관제센터(200)는 작물이 재배되고 있는 작물 구역(500) 내의 드론(300)을 제어하여 작물의 상태를 감시한다. 지역관제센터(200)는 작물 구역(500) 내의 여러 드론(300)의 비행 스케줄, 비행 경로 등을 설정할 수 있고 드론(300)과 무선통신을 통해 비행 중에 생성되는 작물 이상 정보를 수신하여 이를 저장하고 작물 이상 정보를 분석할 수 있다.
지역관제센터(200)는 무선 AP, 라우터, NVR 및 백엔드 서버 등을 구비하여 드론(300)을 통해 수신되는 작물 이상 정보에 대한 분석으로 관리 대상 작물의 생장이나 병충 발생 여부를 분석할 수 있다. 지역관제센터(200)는 작물 구역(500)내(예를 들어, 유리 등으로 외부와 분리되어 작물 재배 공간을 가지는 농장)의 다수의 드론(300)에 대한 비행 스케줄, 비행 경로를 설정하고 무선통신을 통해 각각의 드론(300)으로 감시 요청을 전송할 수 있다.
작물 구역(500)내 하나의 드론(300)에 대해 설정되는 비행 경로와 다른 드론(300)에 대해 설정되는 비행 경로는 서로 다를 수 있고 비행 경로는 복수의 이동 포인트(501)로 특정될 수 있다. 즉, 각각의 드론(300)은 감시 요청이나 설정된 주기에 따라 해당 드론(300)에 대해 설정된 복수의 이동 포인트(501)(예를 들어, 위도 및 경도의 GPS좌표)로 비행하고 비행 중에 작물 이상을 감지하여 이를 지역관제센터(200)로 알릴 수 있다.
지역관제센터(200)는 드론 스테이션(400)을 통해 드론(300)과 무선통신 가능하거나 직접 드론(300)과 무선통신 가능하다.
지역관제센터(200)에 대해서는 도 2와 도 6에서 좀 더 상세히 살펴보도록 한다.
드론(300)은 작물 구역(500) 내에 설치되어 설정된 비행 경로에 따라 비행하면서 작물 구역(500) 내의 작물의 상태를 모니터링할 수 있는 기기이다. 작물 구역(500) 내에 설치되어 운영되는 드론(300)들 각각은 설정된 주기에 따라 자동으로 또는 지역관제센터(200)로부터의 감시 요청에 따라 드론 스테이션(400)으로부터 이륙하여 재배중인 작물을 감시하고 감시에 따른 정보를 지역관제센터(200)로 전송 가능하다.
드론(300)에 대해서는 도 4 이하에서 좀 더 상세히 살펴보도록 한다.
드론 스테이션(400)은 드론(300)을 보호하기 위한 격납고이다. 드론 스테이션(400)은 무선충전패드(407)를 포함하여 무선충전패드(407)에 안착한 드론(300)의 배터리(313)를 무선충전할 수 있도록 구성된다. 드론 스테이션(400)은 드론(300)의 착륙시에 이용 가능한 마커(407-1)(표시)를 무선충전패드(407) 표면에 포함할 수 있다.
드론 스테이션(400)에 대해서는 도 3에서 좀 더 상세히 살펴보도록 한다.
작물 구역(500)은 작물이 재배되는 영역을 나타낸다. 작물 구역(500)은 소위 논, 묘목장, 농장, 과수원 등일 수 있다. 바람직하게는 작물 구역(500)은 유리, 비닐, 플라스틱 등을 이용하여 외부와 분리되고 농장 내에 작물 재배인(농작인)의 이동, 수확을 위한 이동 통로(503)와 작물이 재배되는 작물재배 영역(505)을 포함하여 구성될 수 있다. 작물 구역(500)은 다수의 이동 통로(503)와 다수의 작물재배 영역(505)을 포함하여 이동 통로(503)상에 작물 재배인이 이동하거나 드론(300)이 비행할 수 있다.
도 2은 지역관제센터(200)의 예시적인 블록도를 도시한 도면이다.
도 2에 따르면, 지역관제센터(200)는 입력부(201), 출력부(203), 통신부(205), 디스플레이부(207), 저장부(209) 및 제어부(211)를 포함한다. 도 2의 블록도는 바람직하게는 기능 블록도를 나타내고 지역관제센터(200)는 다양한 하드웨어 구성을 통해 본 기능 블록을 구성할 수 있다. 예를 들어, 지역관제센터(200)는 무선 AP, 라우터, NVR, 백엔드 서버 및 퍼스널 컴퓨터를 포함하여 각 기능 블록에 정의된 기능을 수행할 수 있다.
도 2를 통해 지역관제센터(200)를 살펴보면, 입력부(201)는 지역관제센터(200) 내의 관리자, 농작인 등의 사용자 입력을 수신한다. 입력부(201)는 버튼, 터치패널, 마우스, 키보드, 마이크 등을 구비하여 관리자 등으로부터의 각종 구동 제어, 설정 등의 입력을 수신할 수 있다.
출력부(203)는 각종 신호를 출력한다. 출력부(203)는 부저, LED, 스피커 등을 구비하여 관리자 등에게 알리기 위한 각종 신호를 출력할 수 있다. 설계 예에 따라 입력부(201)와 출력부(203) 등의 구성은 지역관제센터(200)에서 생략될 수 있다.
통신부(205)는 데이터 통신을 수행한다. 통신부(205)는 라우터, 무선 AP, 유선 랜 인터페이스 등을 구비하여 인터넷을 통해 중앙관제센터(100)와 각종 데이터를 송수신하거나 무선랜(와이파이) 및/또는 LTE 등의 이동통신망에 따른 무선통신을 통해 드론 스테이션(400) 및/또는 드론(300)과 각종 데이터를 송수신한다.
디스플레이부(207)는 LCD, LED, TFT-LCD 디스플레이 모듈 등을 구비하여 제어부(211)로부터 수신되는 비디오 프레임 신호를 출력한다. 디스플레이부(207)는 작물 이상 정보의 시각 이미지를 제어부(211)로부터 수신하여 출력할 수 있다.
저장부(209)는 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 하드디스크 등의 대용량 저장매체를 포함하여 각종 데이터와 프로그램 등을 저장한다. 예를 들어, 저장부(209)는 지역관제센터(200)와 나아가 작물 구역(500) 내의 복수의 드론(300)을 제어하기 위한 제어 프로그램, 드론(300)으로부터 수신된 작물 이상 정보로부터 작물 이상 상태를 분석하기 위한 분석 프로그램, 드론(300)으로부터 수신되고 이상 상태로 추정된 이미지(작물 이상 정보의 이미지)를 저장하기 위한 이상 이미지 DB를 저장한다. 작물 이상 정보는 작물의 상태가 발육(생장) 저하, 병해충 인식, 발충해 발생 등과 같이 작물의 비정상적인(abnormal) 상태를 식별할 수 있는 이미지를 포함할 수 있다.
이상 이미지 DB는 복수의 이상 이미지 아이템으로 구성되고 각각의 이상 이미지 아이템은 촬영 시각, 촬영된 시각(vision) 이미지 및 위치 정보를 포함하고 나아가 센싱 데이터 이미지를 더 포함할 수 있다. 시각 이미지는 시각적으로(비전으로) 분석 가능한 2차원 어레이 데이터일 수 있고 센싱 데이터 이미지는 작물 모니터링 센서에 의해 센싱된 2차원의 센싱 데이터 어레이일 수 있다. 위치 정보는 이미지를 촬영한 드론(300)의 위치를 나타낼 수 있다.
저장부(209)는 그 외 작물의 상태별로(이상 상태별로) 미리 분류되는 시각 이미지 및 센싱 데이터 이미지를 더 저장할 수 있다.
제어부(211)는 지역관제센터(200)를 제어한다. 제어부(211)는 프로그램을 수행할 수 있는 하나 이상의 실행 유닛(Execution Unit)을 구비하여 실행 유닛을 통해 저장부(209)의 프로그램을 수행하여 지역관제센터(200)를 제어할 수 있다. 제어부(211)는 CPU, MPU, GPU, 중앙처리장치, 마이컴 등을 하나 이상 포함하거나 이를 나타낼 수 있다.
예를 들어, 제어 프로그램을 수행하는 제어부(211)는 작물 구역(500) 내의 복수의 드론(300)으로 비행 스케줄, 비행 경로 등을 무선통신을 통해 설정하고 복수의 드론(300)의 비행을 제어(예를 들어, 감시 요청의 전송 등)할 수 있다. 제어부(211)는 클라우드 기반의 제어 플랫폼을 이용하여 작물 구역(500)내의 복수의 드론(300)을 통일적으로 제어 가능하다. 또한, 제어 프로그램을 수행하는 제어부(211)는 임의의 드론(300)으로부터 작물 이상 정보를 수신하고 이상 이미지 아이템을 생성하여 촬영 시각과 함께 작물 이상 정보의 시각 이미지, 센싱 데이터 이미지 및 위치 정보를 저장할 수 있다.
제어부(211)는 작물 이상 정보의 수신을 출력부(203)를 통해 출력하거나 디스플레이부(207)를 통해 시각 이미지 및 센싱 데이터 이미지를 출력할 수 있다. 제어 프로그램은 프런트 엔드 클라이언트로 동작하는 퍼스널 컴퓨터에서 수행될 수 있다.
분석 프로그램을 수행하는 제어부(211)는 이상 이미지 DB에 저장된 이상 이미지 아이템에 대한 분석을 수행한다. 단순히, 제어부(211)는 수신된 이상 이미지 아이템의 영상 및 센싱 이미지를 디스플레이부(207)로 출력하고 사용자 입력에 따라 이상 상태를 분류할 수 있다.
또는, 제어부(211)는 저장부(209)의 이상 상태별로 미리 분류되는 시각 이미지 및 센싱 데이터 이미지와 수신된 이상 이미지 아이템의 시각 이미지 및 센싱 데이터 이미지를 비교하여 이상 상태를 분류하고 분류된 결과를 이상 이미지 아이템에 더 저장할 수 있다. 제어부(211)는 여러 작물 이미지와 각 작물 이미지에 대한 이상 상태 분류로 미리 학습된 인공지능(Artificial Intelligence : AI) 알고리즘을 통해 이상 이미지 아이템의 시각 이미지로부터 이상 상태를 분류하고 그 분류된 결과를 이상 이미지 아이템에 저장할 수 있다. 분석시, 제어부(211)는 시각 이미지만을 이용하여 이상 상태 분류를 수행하거나 센싱 데이터 이미지를 더 이용하여 이상 상태를 분류할 수 있다.
제어부(211)는 생장 불량, 병충해 발견 등의 이상 상태를 이상 이미지 아이템에 대해 분류 및 저장하고 각각의 이상 이미지 아이템의 이상 상태들을 이상 이미지 아이템들의 위치별로 클러스터링하여 병해충의 발생시작, 병해충 증가, 저생장 초기, 저생장 확산 등의 가능성을 인공지능 기술 등을 이용하여 미리 예측하고 예측 결과를 제어부(211)가 디스플레이부(207)나 출력부(203)를 통해 출력할 수 있다. 제어부(211)는 생장, 병해충 등의 예측 결과와 함께 클러스터링된 위치 영역을 같이 출력할 수 있다. 이에 따라, 관리자 등은 작물 구역(500)내의 여러 위치 영역에서의 주요한 이상 상태를 파악할 수 있다.
지역관제센터(200)에 대해서는 도 6에서 좀 더 살펴보도록 한다.
도 3은 드론 스테이션(400)의 예시적인 구조를 도시한 도면이다.
도 3의 드론 스테이션(400)은 드론(300)을 내부에 수용하고 드론(300)을 충전하며 필요시 드론(300)으로부터의 각종 데이터를 지역관제센터(200)와 송수신할 수 있도록 구성된다.
도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 드론 스테이션(400)은 무선통신 모듈(401), 드론스테이션 제어 모듈(403), 무선충전 모듈(405) 및 무선충전패드(407)를 포함하고 내부에 드론(300)을 수용하고 외부와 분리하기 위한 벽체(409)와 드론(300)의 착륙을 가이드하는 하나 이상의 슬로프(411)를 더 포함할 수 있다.
드론 스테이션(400)은 상부가 개방되고 개방된 상부는 직사각형의 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 드론 스테이션(400)의 개방된 상부는 1.3 미터 * 1.3 미터 크기의 개구를 가지고 4개의 측면에 벽체(409)를 가져 드론(300)을 내부에 수용 가능하다. 벽체(409)는 유리, 아크릴, 금속재 등의 재질로 구성될 수 있고 바람직하게는 유리로 구성된다.
무선통신 모듈(401)은 무선통신을 통해 데이터를 송수신한다. 무선통신 모듈(401)은 무선 AP 및/또는 이동통신망을 통해 무선패킷을 송수신하기 위한 이동통신 모듈일 수 있다. 이동통신 모듈은 예를 들어 LTE 모듈일 수 있다. 무선통신 모듈(401)을 통해 드론 스테이션(400)은 지역관제센터(200)와 각종 데이터를 송수신할 수 있다. 무선통신 모듈(401)은 무선 AP나 LTE 모듈을 통해 중계기로 동작할 수 있어 드론(300)으로부터의 데이터를 지역관제센터(200)로 전송하고 지역관제센터(200)로부터의 데이터를 무선 연결된 드론(300)으로 송신할 수 있다. 무선통신 모듈(401)은 2.4GHz/5.8GHz 대역의 무선통신(예를 들어, 와이파이 통신)이나 LTE, 5G 등의 이동통신을 수행할 수 있도록 구성된다.
드론스테이션 제어 모듈(403)은 드론 스테이션(400)을 제어한다. 드론스테이션 제어모듈은 알려진 컴퓨팅 보드(예를 들어, 아두이노, 라즈베리 파이 등)를 포함하여 무선충전패드(407)에서의 무선 충전 등을 제어할 수 있다.
무선충전 모듈(405)은 무선충전패드(407)로 무선전력을 공급하거나 차단할 수 있다. 무선충전 모듈(405)은 무선전력을 생성을 위한 트랜스미터를 구비하고 드론스테이션 제어 모듈(403)로부터 수신되는 제어 신호에 따라 트랜스미터를 구동하여 내외부 전원(예를 들어, 드론 스테이션(400)에 내장된 배터리 전원이나 외부로부터 유입되는 교류 전원)을 변환하여 무선충전패드(407)의 송신코일로 출력한다. 무선충전 모듈(405)은 수신되는 제어 신호에 따라 무선전력용 전력 신호를 생성하거나 차단 가능하다.
무선충전패드(407)는 송신 코일(transmission Coil)을 내부에 구비하고 무선충전패드(407) 위에 위치하는 드론(300)(의 수신코일)에 무선전력을 공급한다. 무선충전패드(407)는 자기공명 또는 자기유도 방식의 무선충전기술을 적용하여 무선충전패드(407) 상의 드론(300)에 무선전력을 공급할 수 있도록 구성된다.
무선충전패드(407)는 표면에 표시된 마커(407-1)를 포함하여 구성된다. 마커(407-1)(marker)는 드론(300)이 시각 이미지에서 식별 가능한 표시자로서 예를 들어, 패턴 이미지, 크로스바 이미지, 'H' 표시 등 드론(300)과 약속된 형상을 가지는 표시이다.
슬로프(411)는 착륙을 시도하는 드론(300)에 대해 벽체(409) 위의 개구로부터 무선충전패드(407)로의 착륙을 가이드(안내)할 수 있도록 구성된다. 드론 스테이션(400)은 2개 또는 4개의 슬로프(411)를 가지고 각각의 슬로프(411)는 개구의 한 측면으로부터 무선충전패드(407)의 표면 외곽으로의 일정한 경사(예를 들어, 70도 등)를 가진다. 슬로프(411)는 플라스틱, 고무, 금속재, 또는 직물 재질로 구성될 수 있다. 바람직하게는 슬로프(411)는 천 등의 직물 재질로 구성된다. 드론(300)에 의한 착륙이 오차로 벗어나는 경우에도 슬로프(411)에 의해 드론(300)을 안전하게 무선충전패드(407)에 안착시킬 수 있다.
도 4는 드론(300)의 예시적인 블록도를 도시한 도면이다.
도 4에 따르면, 드론(300)은 무선통신부(301), 저장부(303), 카메라부(305), 센싱부(307), 드론 구동부(309), 배터리 충전부(311), 배터리(313) 및 제어부(315)를 포함한다. 도 4의 블록도는 바람직하게는 기능 블록도를 나타내고 드론(300)은 각 기능을 수행하기 위한 대응하는 하드웨어 블록(구성요소)을 가지도록 구성된다.
도 4를 통해, 드론(300)을 살펴보면, 무선통신부(301)는 무선 데이터 통신을 수행한다. 무선통신부(301)는 2.4GHz/5.8GHz 대역의 무선통신(예를 들어, 와이파이 통신)이나 LTE, 5G 등의 무선이동통신을 수행하기 위한 통신 칩셋과 회로를 구비하여 각종 데이터를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 무선통신부(301)는 지역관제센터(200)로부터 제어 데이터를 수신하고 제어 데이터에 따른 비행에 따라 감지된 작물 이상 정보를 무선통신을 통해 지역관제센터(200)로 전송할 수 있다. 무선통신부(301)는 직접 지역관제센터(200)와 무선통신을 수행하거나 임의의(또는 지정된) 드론 스테이션(400)을 경유하여 지역관제센터(200)와 무선통신을 수행할 수 있다.
저장부(303)는 비휘발성 메모리, 휘발성 메모리 등을 포함하여 각종 데이터와 프로그램을 저장한다. 예를 들어, 저장부(303)는 작물 구역(500) 내의 비행을 제어하기 위한 비행제어 프로그램, 비행중 이상 타겟을 검출하기 위한 이상 타겟 추적 프로그램 등과 비행 경로, 비행 주기 등의 설정 데이터를 저장한다.
카메라부(305)는 구비된 렌즈를 통해 노출되는 시각(영상) 이미지를 촬영한다. 카메라부(305)는 비전 카메라를 구비하여 렌즈에 노출되는 시각(비전) 이미지를 캡쳐링하고 캡쳐링된 비전(시각) 이미지를 제어부(315)로 전송하거나 저장부(303)에 저장 가능하다.
센싱부(307)는 드론(300) 외부의 각종 외부 환경을 센싱한다. 센싱부(307)는 GPS 센서, 충돌 회피 센서 및 작물 모니터링 센서를 포함하여 드론(300) 외부를 센싱한다. GPS 센서는 GPS 신호를 수신하고 충돌 회피 센서는 비행 중 전방의 물체를 인식할 수 있다. 충돌 회피 센서는 초음파 센서(울트라 소닉 센서), 레이저, 라이다 센서 등일 수 있다. 작물 모니터링 센서는 작물 구역(500) 내의 작물의 상태를 모니터링 가능한 센서이다. 작물 모니터링 센서는 작물에서의 상태 변화가 감지 가능한 근적외선(Near Infrared) 센서(카메라)이거나 열화상 센서(카메라)일 수 있다. 작물 모니터링 센서는 노출된 영역에서의 근적외선값이나 열화상값에 대응하는 데이터값을 센싱하고 노출된 영역의 센싱된 데이터들을 제어부(315)로 출력할 수 있다. 센싱된 데이터는 2차원의 센싱 데이터(이미지)를 구성할 수 있다.
드론 구동부(309)는 드론(300)의 상,하,좌,우,전, 후의 이동을 위한 하나 이상의 엔진이나 모터를 구비하고 제어부(315)로부터 수신되는 제어 신호에 따라 지정된 엔진이나 모터를 동작 제어하여 드론(300)을 동작시킨다. 드론 구동부(309)를 통해 드론(300)은 비행할 수 있고 특정 위치로 이동 가능하다.
배터리(313)는 드론(300)의 블록들이 이용 가능한 전원을 저장한다. 배터리(313)는 리튬이온, 리튬폴리머 등의 알려진 전지를 포함하여 무선충전패드(407)로부터 공급되는 전원을 저장하고 저장된 전원을 전원이 필요한 블록들(예를 들어, 제어부(315), 무선통신부(301), 드론 구동부(309), 센싱부(307), 카메라부(305), 저장부(303) 등)에 공급한다.
배터리 충전부(311)는 배터리(313)에 전원을 충전한다. 배터리 충전부(311)는 수신코일과 수신코일로부터 유도되는 신호로부터 충전 전원을 생성하는 전원생성 회로나 부품을 포함한다. 배터리 충전부(311)는 배터리(313)에 연결되어 배터리(313)로 충전 전원을 공급하거나 충전 전원의 공급을 차단할 수 있다. 배터리 충전부(311)는 배터리(313)의 출력 전원을 측정하고 측정된 전원 데이터를 제어부(315)로 출력 가능하다. 측정되는 전원 데이터는 전류, 전압, 또는 전력 데이터일 수 있고 이로부터 배터리(313) 잔량이 제어부(315)에 의해 측정될 수 있다.
드론(300)은 배터리 충전부(311)에 포함되는 수신코일을 하나 또는 복수 개 구비할 수 있고 수신코일은 드론(300)의 4 개의 다리 중 하나 또는 복수 개에 부착되거나 내장될 수 있다. 이와 같이 수신코일은 무선충전패드(407)에 접하는 드론(300) 다리(의 하측)에 설치되어 무선충전방식에 따른 무선전력을 무선충전패드(407)로부터 수신할 수 있다.
제어부(315)는 드론(300)을 제어한다. 제어부(315)는 프로그램을 수행할 수 있는 하나 이상의 실행 유닛을 구비하여 실행 유닛을 통해 저장부(303)의 비행제어 프로그램을 수행하여 지정된 비행 경로에 따라 비행하고 이상 타겟 추적 프로그램을 제어하여 비행 중 작물 구역(500)내 이상 상태를 가지는 타겟을 추적할 수 있다.
비행제어 프로그램을 수행하는 제어부(315)는 드론 구동부(309)와 약속된 통신 프로토콜에 따라 드론(300)의 비행을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(315)는 MAVlink(ROSlink) 프로토콜에 따라 드론 구동부(309)를 제어하여 지정된 비행 경로에 따라 비행할 수 있다.
드론(300)에서 수행되는 비행 및 타겟 검출을 위한 제어 흐름은 도 6 및 도 7을 통해 좀 더 상세히 살펴보도록 한다.
도 5는 본 발명에 따라 구성되는 드론(300)의 예시적인 외형을 도시한 도면이다.
도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 드론(300)은 각종 센서와 카메라를 구비한다. 예를 들어, 드론(300)은 각종 처리를 수행하기 위한 컴퓨팅 보드, GPS 센서, 충돌 회피 센서, 작물 모니터링 센서 및 비전 카메라를 구비한다. GPS 센서는 드론(300) 바디로부터 상측을 향해 도출되고 하나 또는 복수의 충돌 회피 센서는 드론(300) 바디 사방(전,후,좌,우)에 설치되어 비행하는 사방을 향해 장애물을 센싱한다. 드론(300) 바디 전방에 설치되는 작물 모니터링 센서는 작물 구역(500)내의 작물의 이상을 센싱할 수 있는 센서이고 드론(300) 바디 전방에 설치되는 비전 카메라는 전방의 영상을 촬영 가능하다. 그 외, 드론(300)은 착륙에 이용되고 컴퓨팅 보드의 보호를 위해 이용되는 다리에 수신 코일을 내장하거나 외부에 구비할 수 있다.
도 6은 드론(300)을 이용하여 작물 감시를 위한 예시적인 제어 흐름을 도시한 도면이다.
도 6의 제어 흐름은 드론(300)에서 수행되는 이동과 액션에 대한 제어 흐름을 나타내고 작물 구역(500)내의 다른 드론(300)도 동일한 주요 이동과 액션에 대한 제어 흐름을 가진다. 도 6의 제어 흐름은 드론(300)의 제어부(315)에 의한 제어로 이루어지고 예를 들어, 지역관제센터(200)와 연동하여 수행되는 비행제어 프로그램과 이상 타겟 추적 프로그램의 수행으로 이루어진다.
이하에서는 단일 드론(300)에서 이루어지는 제어 흐름을 주로 설명하나 필요한 경우 도 7과 연동하여 여러 드론(300)에서 이루어지는 동일한 제어 흐름도 함께 설명하도록 한다.
먼저, 작물 구역(500)내의 복수의 드론(300) 각각은 비행과 감시에 관련된 각종 정보를 설정(S101)한다. 예를 들어, 드론(300)은 비행 경로, 비행주기(시각) 등을 설정하고 지역관제센터(200)와 무선통신 채널을 설정한다. 비행 경로는 복수의 이동 포인트(501)를 포함할 수 있다. 이동 포인트(501)는 GPS 좌표(위도와 경도 좌표)를 나타낼 수 있다.
하나의 드론(300)(도 7의 (a))은 특정 드론 스테이션(400)(도 7의 (A))에 착륙한 상태에서 이동 포인트(501)들 {E,F,G,H}로 특정되는 비행 경로로 설정되고 다른 하나의 드론(300)(도 7의 (b))은 다른 특정 드론 스테이션(400)(도 7의 (B))에 착륙한 상태에서 이동 포인트(501)들 {A,B,C,D}로 특정되는 비행 경로로 설정될 수 있다. 비행주기는 예를 들어 특정 비행시작 시각으로 설정되거나 1일 1회, 2회 등으로 설정될 수 있다. 드론(300)은 비행주기에 따라 자동 작물 감시를 수행하거나 지역관제센터(200)로부터의 제어에 따라 작물 감시를 시작할 수 있다.
각종 셋팅 정보의 설정 이후에, 드론(300)은 비행 이벤트의 발생을 인식(S103)한다. 예를 들어, 드론(300)은 설정된 비행주기의 도래, 비행시각의 도래 또는 무선통신부(301)를 통해 지역관제센터(200)로부터 감시 요청을 수신함에 따른 비행 이벤트 발생을 인식할 수 있다.
비행 이벤트를 인식한 각각의 드론(300)(드론(300)별 비행 이벤트는 동일하거나 서로 다른 시각에 발생할 수 있음)은 각 드론(300)별 설정된 다수의 이동 포인트(501)에 따른 비행 경로로의 비행을 시작(S105)한다.
드론(300)은 복수의 이동 포인트(501) 중에서 시작 이동 포인트(501) 및 종료 이동 포인트(501)를 설정하고 시작 이동 포인트(501)에서 종료 이동 포인트(501)로의 비행을 시작할 수 있다. 예를 들어, 하나의 드론(300)(도 7의 (a))는 E(시작 이동 포인트(501))에서 F(종료 이동 포인트(501))로의 비행을 시작하고 다른 하나의 드론(300)(도 7의 (b))는 A(시작 이동 포인트(501))에서 B(종료 이동 포인트(501))로의 비행을 시작한다.
시작 이동 포인트(501)로부터 종료 이동 포인트(501)로 비행을 위해 드론(300)의 제어부(315)는 비행제어 프로그램을 통해 드론 구동부(309)를 제어하고 비행 경로 상의 이동 포인트(501)들 중 시작 이동 포인트(501)로부터 종료 이동 포인트(501)로의 이동(비행) 중에 구비된 작물 모니터링 센서를 이용하여 이상 타겟을 검출(S107)한다.
예를 들어, 드론(300)은 시작 이동 포인트(501)로부터 종료 이동 포인트(501)로 설정된 비행속도(초당 10Cm, 20Cm, 1 미터 등)에 따라 비행한다. 시작 이동 포인트(501)로부터 종료 이동 포인트(501) 사이의 이동 통로(503)를 비행중에 드론(300)은 센싱부(307)의 충돌 회피 센서를 통해 전방(나아가 좌우의) 장애물을 회피하면서 비행할 수 있다.
지정된 속도로 비행 중 드론(300)은 작물 모니터링 센서의 센싱 방향을 시작 이동 포인트(501)로부터 종료 이동 포인트(501)로의 축(이동 통로(503))으로부터 좌우 일정 각도(예를 들어, 좌측, 우측 30도나 45도 등)로 변경하고 변경된 센싱 방향에서(을 향한) 작물 모니터링 센서에 노출된 작물재배 영역(505)을 센싱한다. 드론(300)은 센싱된 데이터 영역(예를 들어, 센싱 이미지(2차원 어레이))에서 지정된 임계치 이상의 데이터가 포함되는 지로(것으로) 이상 타겟을 검출할 수 있다. 드론(300)은 느린 속도로 시작 이동 포인트(501)로부터 종료 이동 포인트(501)로의 이동 통로(503)를 통한 비행중에 드론(300) 방향을 일정한 각도로 좌측 우측으로 변경하고 변경된 방향에서 작물재배 영역(505)에 대한 센싱 이미지(예를 들어, 2차원 데이터 어레이)를 캡쳐링할 수 있다.
나아가(동시에), 드론(300)은 카메라부(305)의 비전 카메라를 통해 변경된 센싱 방향을 향한 시각 이미지를 캡쳐링하고 캡쳐링된 시각 이미지에서 감시 대상인 작물(예를 들어, 과실 나무, 농작물 등)을 식별할 수 있다. 드론(300)의 제어부(315)는 캡쳐링된 시각 이미지에 대한 분석(이미지간 비교, 학습된 프로그램에 의한 판단 등)으로 감시 대상 작물인지를 판단할 수 있다.
드론(300)은 센싱된 데이터 영역의 2차원 데이터 중 이웃하는 데이터와 지정된 임계치 이상의 차이를 가지는 데이터의 위치를 이상 타겟으로 결정할 수 있다. 예를 들어, 드론(300)은 복수의 이웃 위치(좌, 우, 상, 하 등)의 온도값이 지정된 온도차(예를 들어 3도 등) 이상을 가지는 위치를 이상 타겟으로 결정할 수 있다.
예를 들어, 드론(300)은 센싱된 데이터 영역을 2차원의 일련의 서브 영역(예를 들어, 2*2, 4*4, 8*8 데이터 영역 등)으로 분류하고 각 서브 영역에 대한 센싱 데이터의 평균값을 산출하고 복수의 서브 영역 중 이웃하는 서브 영역보다 지정된 임계치 이상(예를 들어, 3도 등)을 가지는 서브 영역을 이상 타겟으로 결정할 수 있다.
작물 생장이 저하되고 있는 작물 지점 부위나 병충이 있는 지점 부위나 병충해의 피해가 발생한 지점 부위는 열화상 이미지나 근적외선 이미지에서 주변 부위와 다른 센싱값을 가진다. 예를 들어, 병충이 위치하는 지점의 온도는 다른 작물 부위에서 센싱되는 온도와는 다르고 일반적으로 더 높다. 또한, 작물 잎이 마른 지점에서 센싱된 온도는 정상적으로 생장중인 지점에서의 센싱된 온도와는 서로 다르다.
이상 타겟의 결정 과정은 센싱된 데이터 영역에서 감시 대상 작물이 식별되는 경우에만 수행되거나 식별 여부와 상관없이 수행될 수도 있다.
이상 타겟의 검출에 따라, 드론(300)은 시작 이동 포인트(501)로부터 종료 이동 포인트(501) 사이의 이동 통로(503) 상의 현재 드론 위치에서 이상 타겟으로 비행(S109)한다.
구체적으로, 드론(300)은 센싱부(307)의 GPS 센서를 통해 결정되는 현재 드론 위치를 저장부(303)에 저장하고 센싱된 데이터 영역에서 이상 타겟의 위치에 의해 결정되는 방향으로 비행을 시작한다.
예를 들어, 드론(300)은 센싱된 데이터 영역에서의 이상 타겟으로 특정된 서브 영역의 상대적 위치에 따라 비행 방향을 변경한다. 이상 타겟이 센싱된 데이터 영역의 중심으로부터 좌측(우측)에 있는 경우 센싱된 데이터 영역의 중심에 이상 타겟(의 서브 영역)이 위치하도록 드론(300)을 좌측(우측)으로 회전할 수 있다. 이 과정에서 드론(300)은 작물 모니터링 센서를 통한 이상 타겟을 계속하여 검출할 수 있다.
비행 방향이 변경됨에 따라, 드론(300)은 이상 타겟을 향해 일정한 속도(초당 10Cm, 20Cm, 1 미터 등)로 비행한다. 이상 타겟으로의 비행 과정에서 드론(300)은 작물 모니터링 센서를 통해 이상 타겟을 계속 검출하고 이상 타겟의 크기가 센싱된 데이터 영역 내에서 지정된 크기(예를 들어, 25%의 크기) 이내의 범위내에서 비행할 수 있고 지정된 크기를 초과하는 경우 비행을 멈출 수 있다.
드론(300)은 이상 타겟으로의 비행 과정에서 시각 이미지를 촬영하고 GPS 센서에 의해 결정되는 위치 정보와 함께 저장부(303)에 저장한다. 예를 들어, 드론(300)은 이상 타겟으로의 비행 과정에서 카메라부(305)에 의해 촬영되는 시각 이미지, 촬영시의 위치 정보, 나아가 촬영 시각 및 작물 모니터링 센서에 의해 센싱된 데이터 영역 이미지를 저장부(303)에 저장할 수 있다. 드론(300)은 1회(이상 타겟으로의 비행 종료 위치에서) 또는 복수 회(예를 들어, 지정된 주기에 따라) 시각 이미지, 위치 정보, 나아가 촬영 시각 및 작물 모니터링 센서에 의해 센싱된 데이터 영역 이미지를 저장부(303)에 저장할 수 있다.
센싱된 데이터 영역에서의 이상 타겟의 크기 등에 따라 이상 타겟으로의 비행이 종료됨에 따라, 드론(300)은 이상 타겟을 포함하여 촬영된 시각 이미지 및 위치 정보를 포함하는 작물 이상 정보를 구성하여 무선통신을 통해 지역관제센터(200)로 전송(S111)한다.
지역관제센터(200)는 근거리 무선통신망이나 이동통신망을 통해 작물 이상 정보를 수신하고 이상 이미지 DB에 신규의 이상 이미지 아이템을 생성하고 작물 이상 정보의 시각 이미지, 위치 정보, 촬영 시각 및 나아가 센싱된 데이터 이미지를 저장한다. 시각 이미지, 위치 정보, 촬영 시각 및 나아가 센싱된 데이터 이미지는 한 개 또는 복수 개가 이상 이미지 아이템에 저장될 수 있다.
지역관제센터(200)는 이상 이미지 DB의 하나 이상의 이상 이미지 아이템에 대한 분석으로 작물 구역(500) 내의 특징 위치에서의 이상 상태를 분류하고 분류된 결과를 이상 이미지 아이템에 더 저장할 수 있다. 지역관제센터(200)는 미리 학습된 인공지능(Artificial Intelligence : AI) 알고리즘을 통해 이상 상태를 분류하고 그 분류된 결과를 이상 이미지 아이템에 저장할 수 있다.
작물 이상 정보의 전송 이후에, 드론(300)은 이동 통로(503) 상의 기존 비행 위치로 리턴(S113)한다. 예를 들어, 드론(300)은 GPS 센서를 이용하여 저장부(303)에 저장되어 있는 현재 드론 위치로 리턴하고 이동 통로(503) 상에서 종료 이동 포인트(501)로 비행을 재개한다.
드론(300)은 GPS 센서를 이용하여 현재 위치 정보를 주기적으로 체크하고 현재 위치 정보가 종료 이동 포인트(501)인지를 판단(S115)할 수 있다. 예를 들어, 드론(300)은 현재 위치 정보가 종료 이동 포인트(501)와 일정한 거리 이내(예를 들어, 50Cm 등)인 경우에 드론(300)이 현재 종료 이동 포인트(501)에 위치하는 것으로 결정할 수 있다.
이동 통로(503)상의 드론(300)이 아직 종료 이동 포인트(501)에 위치하지 못한 경우, 드론(300)은 종료 이동 포인트(501)로 계속 비행하면서 이상 타겟의 검출(S107), 비행(S109), 정보 전송(S111) 및 리턴(S113) 과정을 반복 진행한다.
종료 이동 포인트(501)에 도착한 경우, 드론(300)은 현재 종료 이동 포인트(501)가 최종 이동 포인트(501)인지를 판단(S117)한다.
예를 들어,'E'-'F' 이동 통로(503) 비행 완료에 따라 'F'에 위치하는 드론(300)(도 7의 (a))은 종료 이동 포인트(501) 'F'가 최종 종료 포인트인 'H'와 동일한 지를 판단하고 'A'-'B' 이동 통로(503) 비행 완료에 따라 'B'에 위치하는 드론(300)(도 7의 (b))은 종료 이동 포인트(501) 'B'가 최종 이동 포인트(501) 'D'와 동일한 지를 판단할 수 있다.
종료 이동 포인트(501)와 최종 이동 포인트(501)가 다른 위치인 경우에, 드론(300)은 시작 이동 포인트(501) 및 종료 이동 포인트(501)를 재설정(S119)한다.
예를 들어, 'E'-'F' 이동 통로(503) 비행을 완료한 드론(300)(도 7의 (a))은 'E'-'F' 이동 통로(503) 다음의 'F'-'G' 이동 통로(503)의 'F'를 시작 이동 포인트(501)로 설정하고 'G'를 종료 이동 포인트(501)로 설정한다. 또한, 'A'-'B' 이동 통로(503) 비행을 완료한 드론(300)(도 7의 (b))은 'A'-'B' 이동 통로(503) 다음의 'B'-'C' 이동 통로(503)의 'B'를 시작 이동 포인트(501)로 설정하고 'C'를 종료 이동 포인트(501)로 설정한다.
시작 이동 포인트(501) 및 종료 이동 포인트(501)가 재설정됨에 따라 드론(300)은 재설정된 이동 통로(503)를 비행하면서 이상 타겟을 검출하고 작물 이상 정보를 전송하는 과정(S107 내지 S115)을 수행한다.
작물 감시를 위한 비행 경로에 따라 설정된 여러 이동 포인트(501)를 통한 비행을 완료하여 최종 이동 포인트(501)에 위치하는 드론(300)은 무선 충전 가능한 드론 스테이션(400)에 착륙(S121)한다. 비행 완료의 경우 외에, 드론(300)은 내장된 배터리(313)가 지정된 임계치 이하의 전력을 가지는 경우 드론 스테이션(400)으로 이동하여 착륙하여 무선충전하고 무선충전 완료 후 비행이 중단된 위치로 이동하여 작물 감시 과정을 재수행(S107 내지 S119)할 수 있다.
드론 스테이션(400)으로의 착륙을 위해, 드론(300)은 착륙을 위해 지정된 드론 스테이션(400)의 위치로 이동한다. 예를 들어, 하나의 드론(300)(도 7의 (a))은 미리 설정된 하나의 드론 스테이션(400)(도 7의 (A))의 위치로 구비된 GPS 센서를 이용하여 이동하고 다른 하나의 드론(300)(도 7의 (b))은 미리 설정된 다른 하나의 드론 스테이션(400)(도 7의 (B))의 위치로 구비된 GPS 센서를 이용하여 이동한다.
드론(300)이 지정된 드론 스테이션(400)의 위치로 이동함에 따라, 드론(300)은 카메라부(305)의 비전 카메라를 아래(하측 방향으)로 향하고 비전 카메라를 통해 이미지를 촬영한다. 드론(300)은 촬영된 이미지(시각 이미지)에서 무선충전패드(407)에 포함되는 마커(407-1)를 식별하고 식별된 마커(407-1)의 이미지에서 위치와 그 크기에 따라 드론(300)의 위치(3차원 위치)를 변경하여 착륙을 시도한다.
예를 들어, 드론(300)은 아래로 향한 비전 카메라에서 촬영된 시각 이미지에서 약속된 형상의 마커(407-1)를 식별하고 식별된 마커(407-1)가 시각 이미지에서 중앙(중앙 영역)에 위치하도록 드론 구동부(309)를 제어하여 전후좌우 방향으로 드론(300)을 이동시킨다. 드론(300)의 호버링과 이동을 반영하여 시각 이미지에서 마커(407-1)는 일부 오차를 가지고 중앙 영역에 위치하는 것으로 드론(300)은 판단할 수 있다. 드론(300)은 마커(407-1)를 중앙 영역에 위치시키기 위해 드론 구동부(309)를 제어하고 지속적으로 비전 카메라를 통해 이미지를 촬영하고 비교한다.
식별된 마커(407-1)가 시각 이미지의 중앙 영역에 위치함에 따라, 드론(300)은 마커(407-1)의 크기에 따라 드론 구동부(309)를 제어하여 무선충전패드(407)가 있는 아래(하측) 방향으로 드론(300)을 이동시킨다. 드론(300)은 하측 방향으로 이동함에 따라 카메라부(305)를 제어하여 계속 시각 이미지를 촬영하고 촬영된 이미지에서 마커(407-1)를 중앙 영역에 위치시키기 위한 전후좌우 제어를 더 수행할 수 있다.
중앙에 위치하는 마커(407-1)가 지정된 크기 이상을 가지거나 무선충전패드(407)에 접촉(예를 들어, 센싱부(307)에 구비되고 드론(300)의 다리 하측에 위치하는 압력 센서를 통한 압력 인식)한 경우에, 드론(300)은 드론 구동부(309)를 통해 엔진 구동을 종료하고 무선충전을 시작한다.
드론(300)은 드론 스테이션(400)과 연동하여 무선충전패드(407)를 통한 무선충전을 시작하고 배터리 충전부(311)를 통해 지정된 전력량 이상으로 완충된 경우 드론 스테이션(400)으로 완충상태를 나타내는 데이터를 무선통신 등을 통해 전송할 수 있다. 그에 따라, 드론 스테이션(400)은 무선충전 모듈(405)을 제어하여 무선전력 송출을 중단할 수 있다.
무선전력의 충전후 드론(300)은 다음 비행 이벤트에 따라 작물의 상태를 감시(S103 내지 S119)할 수 있다.
이와 같은 제어 흐름과 대응하는 시스템에 의해 재배 작물에 대한 재배인 또는 관리인(농작인)의 빈번한 관리와 감시 없이도 드론(300)에 의해 작물의 생장과 병충해 발생을 조기에 감시하고 예측할 수 있도록 한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
100 : 중앙관제센터
200 : 지역관제센터
201 : 입력부 203 : 출력부
205 : 통신부 207 : 디스플레이부
209 : 저장부 211 : 제어부
300 : 드론
301 : 무선통신부 303 : 저장부
305 : 카메라부 307 : 센싱부
309 : 드론 구동부 311 : 배터리 충전부
313 : 배터리 315 : 제어부
400 : 드론 스테이션
401 : 무선통신 모듈 403 : 드론스테이션 제어 모듈
405 : 무선충전 모듈
407 : 무선충전패드 407-1 : 마커
409 : 벽체 411 : 슬로프
500 : 작물 구역
501 : 이동 포인트
503 : 이동 통로
505 : 작물재배 영역

Claims (10)

  1. 드론이 작물 구역내의 지정된 복수의 이동 포인트에 따른 비행을 시작하는 단계;
    상기 드론이 상기 복수의 이동 포인트의 제1 포인트로부터 제2 포인트로 이동 중에 구비된 작물 모니터링 센서를 이용하여 이상 타겟을 검출하는 단계;
    상기 드론이 상기 이상 타겟의 검출에 따라 상기 제1 포인트로부터 상기 제2 포인트 사이의 현재 비행 위치로부터 상기 이상 타겟으로 비행하는 단계; 및
    상기 드론이 상기 이상 타겟을 포함하여 촬영된 이미지 및 위치 정보를 포함하는 작물 이상 정보를 무선통신을 통해 전송하는 단계;를 포함하는,
    작물 감시 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이상 타겟을 검출하는 단계는 비행중 상기 드론의 센싱 방향을 변경하고 근적외선 센서 또는 열화상 센서인 작물 모니터링 센서에 의해 변경된 센싱 방향에서 노출된 데이터 영역을 센싱하고 센싱된 데이터 영역에서 지정된 임계치 이상의 데이터를 포함하는 지로 이상 타겟을 검출하는,
    작물 감시 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이상 타겟을 검출하는 단계는 센싱된 데이터 영역의 복수의 데이터 중 이웃하는 데이터와의 데이터 차가 지정된 임계치 이상인 데이터를 포함하는 서브 영역을 이상 타겟으로 결정하고,
    상기 이상 타겟으로 비행하는 단계는 상기 센싱된 데이터 영역에서의 상기 서브 영역의 상대적 위치에 의해 결정되는 방향으로 비행하는,
    작물 감시 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 작물 이상 정보의 전송 이후에, 상기 드론이 상기 현재 비행 위치에 의해 결정되는 비행 위치로 리턴하는 단계; 및
    작물 감시를 위한 상기 복수의 이동 포인트를 통한 비행 이후에 상기 드론이 무선 충전 가능한 드론 스테이션에 착륙하는 단계;를 더 포함하는,
    작물 감시 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 드론 스테이션에 착륙하는 단계는 구비된 GPS 센서를 이용하여 드론 스테이션의 위치로 이동하고 구비된 비전 카메라에서 촬영된 이미지에서 무선충전패드의 마커를 식별하고 식별된 마커의 위치와 크기에 따라 상기 드론의 3차원 위치를 변경하는,
    작물 감시 방법.
  6. 복수의 드론;을 포함하는 작물 감시 시스템으로서,
    각각의 드론은, 드론별 달리 지정되는 복수의 이동 포인트에 따른 비행을 시작하고 상기 복수의 이동 포인트의 제1 포인트로부터 제2 포인트로 이동 중에 구비된 작물 모니터링 센서를 이용하여 이상 타겟을 검출하고 상기 이상 타겟의 검출에 따라 상기 제1 포인트로부터 상기 제2 포인트 사이의 현재 비행 위치로부터 상기 이상 타겟으로 비행하고 상기 이상 타겟을 포함하여 촬영된 이미지 및 위치 정보를 포함하는 작물 이상 정보를 무선통신을 통해 전송하는,
    작물 감시 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 드론은 비행중 드론의 센싱 방향을 변경하고 근적외선 센서 또는 열화상 센서인 작물 모니터링 센서에 의해 변경된 센싱 방향에서 노출된 데이터 영역을 센싱하고 센싱된 데이터 영역에서 지정된 임계치 이상의 데이터를 포함하는 지로 이상 타겟을 검출하는,
    작물 감시 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 드론은 센싱된 데이터 영역의 복수의 데이터 중 이웃하는 데이터와의 데이터 차가 지정된 임계치 이상인 데이터를 포함하는 서브 영역을 이상 타겟으로 결정하고, 상기 센싱된 데이터 영역에서의 상기 서브 영역의 상대적 위치에 의해 결정되는 방향으로 비행하는,
    작물 감시 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    마커가 표시된 무선충전패드를 포함하는 드론 스테이션;을 더 포함하고,
    상기 드론은 상기 복수의 이동 포인트로의 비행을 통한 작물 구역의 작물 감시 이후에 구비된 GPS 센서를 이용하여 상기 드론 스테이션의 위치로 이동하고 상기 무선충전패드에 착륙하기 위해 구비된 비전 카메라에서 촬영된 이미지에서 무선충전패드의 마커를 식별하고 식별된 마커의 위치와 크기에 따라 상기 드론의 3차원 위치를 변경하는,
    작물 감시 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 드론 스테이션을 통해 드론과 무선통신 가능한 지역관제센터를 더 포함하고,
    상기 지역관제센터는 상기 드론으로부터 작물 이상 정보를 수신하고 복수의 작물 이미지로 학습된 AI(Artificial Intelligence)를 통해 상기 작물 이상 정보의 이상을 분류하는,
    작물 감시 시스템.
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