KR20220129791A - 드론을 이용한 환경 오염 관리 시스템 - Google Patents

드론을 이용한 환경 오염 관리 시스템 Download PDF

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KR20220129791A
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Abstract

본 발명은 배출 시설물 주변의 환경 오염을 감시할 수 있도록 하는 것으로서, 이를 위하여 드론에 장착되어 환경 오염 물질을 배출하는 배출 시설물과 인접한 환경 감시 영역에서 상기 배출 시설물과 충돌하지 않도록 상기 드론의 비행을 제어하는 비행 제어기와, 상기 드론에 장착되어 상기 영역에서의 비행 중 환경 오염 물질을 감지한 후 이에 대응되는 환경 오염 관련 정보를 생성하는 복수개의 센서로 구성된 감지기와, 상기 드론의 위치 정보를 획득하는 위치 정보 획득부와, 상기 획득한 위치 정보에 상기 환경 오염 관련 정보를 매칭시킨 매칭 데이터를 생성한 후 이를 메모리에 저장하는 데이터 저장부와, 상기 메모리에 저장된 매칭 데이터를 이용하여 상기 영역에 대한 환경 정보 맵을 생성하는 환경 정보 맵 생성부를 포함하는 드론을 이용한 환경 오염 관리 시스템을 제공할 수 있다.

Description

드론을 이용한 환경 오염 관리 시스템{System for monitoring an environmental pollution using drones}
본 발명은 드론을 이용한 환경 오염 관련 정보를 수집하고, 이를 통해 환경 정보 맵을 생성한 후 이를 토대로 환경 오염 물질을 배출하는 배출 시설물을 관리할 수 있는 드론을 이용한 환경 오염 관리 시스템에 관한 것이다.
드론(Drone)은 벌이 윙윙거리는 소리 또는 낮게 윙윙거리는 소리라는 사전적인 의미를 가진 단어로 기체에 사람이 타지 않고 지상에서 원격 조종을 한다는 점에서 무인항공기(UAV: Unmanned Aerial Vehicle)라고 표현하기도 한다. 즉, 드론은 항공기에 조종사가 탑승하지 않고 자동 또는 원격으로 비행이 가능하며, 1회용 또는 회수할 수 있는 무인 항공기이다.
드론은 2차 세계대전 직후 수명을 다한 낡은 유인 항공기를 공중 표적용 무인기로 재활용한 것에서 시작되었으며, 기술이 발전함에 따라 기체에 원격탐지장치, 위성제어장치 등의 최첨단 장비를 장착하여 활용하기도 한다.
그리고 드론은 적외선 카메라, GPS, 열 또는 움직임 감지 센서 등을 장착하여 지형, 지물, 사람 등의 동향을 실시간으로 파악할 수도 있다.
초기의 드론은 대부분 군사용으로 활용되어 왔으나, 지속적인 기술 발전에 따라 현재에는 기상 관측, 환경 및 산불 감시, 국경/해안/도로 감시, 재난 지원, 통신 중계 및 원격 탐사 등의 민간분야에서도 활용되고 있다.
한편, 최근 환경 문제에 대한 사람들의 관심이 갈수록 높아지고 있는데, 특히 일상 생활에 가장 밀접한 영향을 미치는 공기 질에 대한 관심이 많아지고 있다. 기존에는 사람들이 많이 모이는 실내 장소나 아파트와 같은 주거시설의 공기 질에 대한 관심을 많이 가졌으나, 최근에는 미세먼지 또는 황사와 같이 넓은 지역에 영향을 미치는 환경 문제가 자주 발생함에 따라 실내는 물론 실외의 공기 질에 대한 관심이 많아지고 있다.
아울러, 인접 국가 및 인접 도시로 인한 미세먼지 및 황사 문제가 매년 심각해지면서 신속하고 정확한 공기 질파악이 필요하다는 여론이 점점 높아지고 있다. 따라서, 국민들의 건강을 보호하고 쾌적한 삶을 영위하기 위하여 공기 질을 보다 정확하고 간편하게 측정하여 이를 신속히 개선할 수 있는 기술 개발이 필요하다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 미세먼지 및 공기를 오염시키는 원인을 일으키는 오염 물질을 발생시키는 요인, 예컨대 공장, 건설 현장 등에서 발생되는 오염도에 대한 정보 조사 및 이를 통한 감시 체계가 필수적인 필요하다.
대한민국 등록번호 제10-2170907호(2020.10.22.등록.)
본 발명은 드론을 이용하여 오염 물질을 발생시키는 오염 물질 배출 시설과 인접한 영역에 대한 환경 오염도를 측정하고, 측정한 환경 오염도를 기초하여 환경 정보 맵을 생성하는 드론을 이용한 환경 오염 관리 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 측정한 영역에 대한 환경 오염도에 따라 오염 물질 배출 시설 내 공조 시설을 제어할 수 있는 드론을 이용한 환경 오염 관리 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 자율 주행을 기반으로 동작하는 드론을 이용하여 환경 오염도를 측정하여 환경 오염 상태 맵을 생성하는 드론을 이용한 환경 오염 관리 시스템을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재들로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에 의해 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 해결하고자 하는 과제를 해결하기 위해서 본 발명의 실시예에 따른 드론을 이용한 환경 오염 관리 시스템은 드론에 장착되어 환경 오염 물질을 배출하는 배출 시설물과 인접한 환경 감시 영역에서 상기 배출 시설물과 충돌하지 않도록 상기 드론의 비행을 제어하는 비행 제어기와, 상기 드론에 장착되어 상기 영역에서의 비행 중 환경 오염 물질을 감지한 후 이에 대응되는 환경 오염 관련 정보를 생성하는 복수개의 센서로 구성된 감지기와, 상기 드론의 위치 정보를 획득하는 위치 정보 획득부와, 상기 획득한 위치 정보에 상기 환경 오염 관련 정보를 매칭시킨 매칭 데이터를 생성한 후 이를 메모리에 저장하는 데이터 저장부와, 상기 메모리에 저장된 매칭 데이터를 이용하여 상기 영역에 대한 환경 정보 맵을 생성하는 환경 정보 맵 생성부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 비행 제어기는 상기 배출 시설물에 대한 감지, 인지, 사고 및 행동 등을 수행할 수 있는 자율 주행 프로그램이 탑재된 메모리와 연동되며, 상기 위치 획득부를 통해 획득한 위치 정보와 상기 자율 주행 프로그램을 통해 상기 환경 감지 영역 내에서 상기 드론 비행되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 환경 정보 맵 생성부는 상기 드론과 유선 또는 무선으로 연결된 컴퓨팅 디바이스 내 프로그램 형태로 구현되어, 상기 드론으로부터 매칭 데이터를 수신한 후 이를 상기 컴퓨팅 디바이스와 연결된 환경 데이터베이스에 저장하고, 상기 환경 데이터베이스에 저장된 매칭 데이터를 이용하여 환경 정보 맵을 생성할 수 있다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 따르면, 드론을 이용하여 오염 물질을 발생시키는 오염 물질 배출 시설과 인접한 영역에 대한 환경 오염도를 측정하고, 측정한 환경 오염도를 기초하여 환경 정보 맵을 생성하는 드론을 이용한 환경 오염 관리 시스템을 제공함으로써, 환경 오염 물질을 배출하는 배출 시설물에 대한 관리가 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 환경 정보 맵 생성을 위한 드론의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 드론의 비행 제어기 내부의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 드론을 이용한 미세 먼지 관리 시스템의 전반적인 구성을 도시한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 드론을 이용한 환경 정보 맵 생성 및 이를 이용한 미세 먼지 관리 시스템에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 환경 정보 맵 생성을 위한 드론의 구성을 도시한 블록도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 드론의 비행 제어기 내부의 구성을 도시한 블록도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 드론을 이용한 미세 먼지 관리 시스템의 전반적인 구성을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 드론(100)은 무선 통신망에 접속하기 위한 통신회로(102), 환경 오염을 감지하기 위한 적어도 하나 이상의 센서(104, 105)로 구성된 감지기(106), 드론(100)의 비행을 제어하기 위한 비행 제어기(108), 드론(100)의 위치 정보를 획득하기 위한 위치 정보 획득부(110), 환경 정보 맵을 생성하기 위한 데이터, 즉 매칭 데이터를 생성하여 메모리(112)에 저장하기 위한 데이터 생성부(114) 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 드론(100)은 환경 오염 물질, 예컨대 미세 먼지, 이산화탄소 등을 배출하는 배출 시설물과 인접한 영역을 비행하면서 기 설정된 시간 간격으로 드론(100)의 위치 정보를 획득하고, 획득한 위치 정보와 감지기(106)에 의해 감지된 환경 오염 관련 정보, 예컨대 환경 오염 물질의 농도 값 및 미세 먼지 양을 매칭시킨 매칭 데이터를 생성할 수 있다.
감지기(106)는 미세 먼지의 농도, 이산화탄소의 농도 등을 감지한 후 이에 대응되는 농도 값, 즉 환경 오염 물질의 농도 값을 데이터 저장부(114)에 제공할 수 있다. 구체적으로, 감지기(106)는 광 방식으로 미세 먼지를 측정한 후 이에 대응되는 농도 값을 측정하는 미세 먼지 측정 센서(104) 및 적외선을 이용하여 이산화탄소의 농도를 측정하는 C02 센서(105) 등을 포함할 수 있다.
미세 먼지 측정 센서(104)는 공기의 유입관에 광을 조사하는 광 조사부와, 미세 먼지에 의해 산란된 광의 양을 측정하는 수광 소자로 구성되어 수광 소자에 의해 검출된 광량을 기반으로 미세 먼지의 양을 측정할 수 있다.
C02 센서(105)는 이산화탄소가 적외선에 대해 특정한 흡수스펙트럽을 갖는 것을 이용하는 이산화탄소의 농도를 측정할 수 있다.
비행 제어기(108)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 감지기(106)와의 근거리 통신을 통해 환경 오염 관련 정보를 수집하는 제 1 프로세서(200), 드론(100)의 비행 자세 제어 등과 같은 드론(100) 운용을 위한 제어 기능을 수행하는 제 2 프로세서(210)로 구성될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 비행 제어기(108)는 두 개의 프로세서(200, 210)에 의해 운용될 수 있는데, 즉 환경 오염 관련 정보를 수집하는 제 1 프로세서(200) 및 드론(100)의 비행 및 운용에 관련된 제어를 수행하는 제 2 프로세서(210)로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 제 1 프로세서(200)는 감지기(106)에 대한 제어를 수행할 수 있는데, 즉 감지기(106) 내 각 센서(104, 105)의 감지 시점, 각 센서(104, 105)로부터 수신되는 신호를 기반으로 환경 오염 관련 정보를 생성할 수 있다.
제 2 프로세서(210)는 드론(100)의 기울어짐 및 움직임을 감지하여 균형을 유지시키기 위한 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서, 드론(100)의 위치 정보를 제공하기 위한 GPS(Global Positioning System) 및 드론(100)의 비행 제어를 위한 복수의 모터들과 연동될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 제 2 프로세서(210)는 배출 시설물을 기준으로 기 설정된 반경 내에서 드론(100)을 자율 주행시키기 위한 자율 주행 프로그램(212)을 실행시켜 드론(100)의 비행을 제어할 수 있다.
이때, 자율 주행 프로그램(212)은 제 2 프로세서(210)에 의해 실행 가능한 형태로 메모리(112)에 저장되어 있다.
특히, 본 발명의 실시예에서, 자율 주행 프로그램(212)은 배출 시설물을 기준으로 기 설정된 반경을 벗어나지 않으면서 배출 시설물과 충돌하지 않도록 드론(100)을 소정 영역(이하, '환경 감지 영역'이라고 함)에서 자율 주행시키기 위한 것으로서, 감지, 인지, 사고 및 행동 등의 기능을 구비할 수 있다.
이러한 기능은 적어도 하나 이상의 명령어로 구성되며, 드론(100) 내 구비된 센서, 예컨대 IMU 센서 등으로부터 출력되는 센서 값을 이용하여 실행될 수 있다.
먼저, 자율 주행 프로그램(212)의 감지 기능은 환경 감지 영역에서 드론(100)의 자율 주행에 필요한 환경 데이터를 측정할 수 있는 IMU 센서로부터 출력되는 환경 데이터를 통해 수행될 수 있다.
인지 기능은 감지 기능에 의해 수집된 환경 데이터와 드론(100)의 위치 정보를 기반으로 환경 감지 영역 내 객체 인식, 객체 추천, 상태 및 상황을 지각하는 것을 의미할 수 있다.
사고 기능은 인지 기능을 통해 파악한 상태 및 상황에 적절히 대응하기 위한 실시간 의사 결정, 행동 계획, 이동 경로 설정, 상황 추론 및 예측, 빅 데이터 기반의 판단하는 것을 의미할 수 있다.
행동 기능은 사고 기능에 의해 결정된 판단에 따라 비행 제어기(108) 내 드론(100) 비행에 필요한 기능을 수행할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 비행 제어기(108)는 드론(100)의 위치 정보, 판단 기능을 통해 획득한 경로 정보 및 자율 주행 프로그램(212)의 실행을 통해 획득한 비행 제어 정보 등을 통해 드론(100)을 환경 감지 영역 내에서 자율 비행하도록 드론(100) 내 부품, 예컨대 변속기 등을 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 드론(100)의 비행 중 데이터 생성부(114)는 위치 정보 획득부(110)로부터 제공받은 드론(100)의 비행 중 위치 정보와 환경 오염 관련 정보(예컨대, 미세 먼지 양, 이산화탄소의 농도 값 등)를 매칭시킨 매칭 데이터를 생성한 후 이를 메모리(112)에 저장시킬 수 있다.
환경 정보 맵 생성부(116)는 매칭 데이터를 기반으로 배출 시설물의 주변(즉, 환경 감지 영역)에 대한 환경 정보 맵을 생성할 수 있다. 구체적으로, 환경 정보 맵 생성부(116)는 환경 정보 맵으로, 환경 감지 영역 내 위치별 미세 먼지 관련 맵 및 이산화탄소 농도 관련 맵을 생성할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 드론(100)에 환경 정보 맵 생성부(116)가 구현되는 것으로 예를 들어 설명하였지만, 도 3에 도시된 바와 같이, 외부의 환경 관리용 컴퓨팅 디바이스(300)를 통해 환경 정보 맵을 생성할 수도 있다.
이 경우, 드론(100)은 통신회로(102)를 통해 기 설정된 시간 간격으로 매칭 데이터를 환경 관리용 컴퓨팅 디바이스(300)에 전송하거나 드론(100)이 착륙함에 따라 매칭 데이터를 환경 관리용 컴퓨팅 디바이스(300)에 전송할 수 있다.
환경 관리용 컴퓨팅 디바이스(300)는 드론(300)과 무선 통신망 또는 유선 통신망을 통해 연결되어 매칭 데이터를 기반으로 환경 정보 맵을 생성할 수 있는 기능이 구현된 서버일 수 있다.
또한, 환경 관리용 컴퓨팅 디바이스(300)는 매칭 데이터, 미세 먼지 관련 맵, 이산화탄소 관련 맵 등과 같은 환경 정보 맵 등을 환경 데이터베이스(310)에 저장하여 관리할 수 있다.
환경 관리용 컴퓨팅 디바이스(300)는 매칭 데이터, 미세 먼지 관련 맵, 이산화탄소 관련 맵 등을 통해 배출 시설물의 환경 오염 물질의 정화시키는 정화 시스템(320)을 자동으로 동작시키거나 정화 시스템의 관리자의 단말기(330)에 환경 오염 물질에 대한 정화가 필요하다는 메시지를 전송할 수 있다. 즉, 환경 관리용 컴퓨팅 디바이스(300)는 매칭 데이터의 분석을 통해 환경 오염 물질에 대해 정화가 필요하다는 메시지를 생성한 후 이를 무선 통신망을 통해 관리자의 단말기(330)에 전송할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 환경 관리용 컴퓨팅 디바이스(300)는 정화 시스템(320)에 대한 규격 및 정화 능력 등에 대한 파라미터를 관리하며, 매칭 데이터, 환경 정보 맵 등에 대한 분석을 통해 파라미터를 결정한 후 이를 기반으로 유선 또는 무선으로 연결된 정화 시스템(320)의 자동으로 제어할 수 있다.
한편, 첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다.
이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 기록매체(또는 메모리) 등에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 기록매체(또는 메모리)에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다.
그리고, 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 적어도 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
100 : 드론
102 : 통신회로
104 : 미세 먼지 측정 센서
105 : CO2 센서
106 : 감지기
108 : 비행 제어기
110 : 위치 정보 획득부
112 : 메모리
114 : 데이터 저장부
116 : 환경 정보 맵 생성부
200 : 제 1 프로세서
210 : 제 2 프로세서
212 : 자율 주행 프로그램
300 : 환경 관리용 컴퓨팅 디바이스
310 : 환경 데이터베이스
320 : 정화 시스템
330 : 단말기

Claims (3)

  1. 드론에 장착되어 환경 오염 물질을 배출하는 배출 시설물과 인접한 환경 감시 영역에서 상기 배출 시설물과 충돌하지 않도록 상기 드론의 비행을 제어하는 비행 제어기와,
    상기 드론에 장착되어 상기 영역에서의 비행 중 환경 오염 물질을 감지한 후 이에 대응되는 환경 오염 관련 정보를 생성하는 복수개의 센서로 구성된 감지기와,
    상기 드론의 위치 정보를 획득하는 위치 정보 획득부와, 상기 획득한 위치 정보에 상기 환경 오염 관련 정보를 매칭시킨 매칭 데이터를 생성한 후 이를 메모리에 저장하는 데이터 저장부와,
    상기 메모리에 저장된 매칭 데이터를 이용하여 상기 영역에 대한 환경 정보 맵을 생성하는 환경 정보 맵 생성부를 포함하는 드론을 이용한 환경 오염 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비행 제어기는,
    상기 배출 시설물에 대한 감지, 인지, 사고 및 행동 등을 수행할 수 있는 자율 주행 프로그램이 탑재된 메모리와 연동되며, 상기 위치 획득부를 통해 획득한 위치 정보와 상기 자율 주행 프로그램을 통해 상기 환경 감지 영역 내에서 상기 드론 비행되도록 제어하는 드론을 이용한 환경 오염 관리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 환경 정보 맵 생성부는,
    상기 드론과 유선 또는 무선으로 연결된 컴퓨팅 디바이스 내 프로그램 형태로 구현되어, 상기 드론으로부터 매칭 데이터를 수신한 후 이를 상기 컴퓨팅 디바이스와 연결된 환경 데이터베이스에 저장하고, 상기 환경 데이터베이스에 저장된 매칭 데이터를 이용하여 환경 정보 맵을 생성하는 드론을 이용한 환경 오염 관리 시스템.
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KR102170907B1 (ko) 2019-05-09 2020-10-28 주식회사 이쓰리 무인항공기를 이용한 미세먼지 측정장치

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