KR20230122827A - 3인칭 시야를 갖는 무인차 자율주행을 위한 드론 커플링 교통 체계 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3인칭 시야를 갖는 무인차 자율주행을 위한 드론 커플링 교통 체계 시스템에 관한 것으로, 항공을 비행하며, 차량방향의 카메라(101)가 장착되어 차량의 자율 주행을 제어하는 드론부(100), 상기 드론부(100)와 연계되어 상기 드론부(100)의 제어에 따라 자율주행을 수행하며, 드론방향의 카메라(201)가 장착되어 상기 드론부(100)에 대한 항공 비행을 제어하는 무인차(200), 및 상기 드론부(100)와 상기 무인차(200) 간의 원활한 제어 교신을 중계하며 상기 드론부(100)와 상기 무인차(200) 모두를 통합적으로 제어 관리하는 관제서버(300)를 포함하되, 상기 차량방향의 카메라(101)와 상기 드론방향의 카메라(201)의 구성에 따라, 상기 드론부(100)는 상기 무인차(200)의 자율 주행을 3인칭의 시야로 제어하여 상기 무인차(200)의 자율 주행에 대한 안전성을 도모하는 한편, 상기 무인차(200)는 상기 드론부(100)의 자율 비행을 3인칭의 시야로 제어하여 상기 드론부(100)의 자율 비행에 대한 안전성을 도모하게 되는 3인칭 시야를 갖는 무인차 자율주행을 위한 드론 커플링 교통 체계 시스템을 제공하고자 한다.

Description

3인칭 시야를 갖는 무인차 자율주행을 위한 드론 커플링 교통 체계 시스템{Intelligent Transportation Systems for Automatic Driving of Drone linkage having the third view}
본 발명은 3인칭 시야를 갖는 무인차 자율주행을 위한 드론 커플링 교통 체계 시스템에 대한 것으로, 보다 상세하게는 전파 방해가 많은 장애물 지역이나 사물인터넷(IoT) 환경 기반의 기술이 부족한 농촌이나 어촌 및 산촌 같은 지역에, 드론을 활용하여 무인차의 자율주행을 실현하고, 드론과 무인차 간의 교신을 제어하며 관리하는 관리서버의 구축을 통해, 충돌 사고시의 현장 상황에 대한 신속한 파악 및 대응과 대처와 함께, 무인차의 원활한 자율주행과 더불어 자율 주행에 필요한 시스템의 구축에 소모되는 비용도 절감할 수 있고, 무엇보다 특히 드론의 비행 및 차량의 주행에 대한 객관화된 상황의 파악에 따른 안전성을 확보할 수 있는 3인칭 시야를 갖는 무인차 자율주행을 위한 드론 커플링 교통 체계 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 자율 주행이 가능한 무인차들은 차체에 자율 주행에 필요한 각종 여러가지의 센서들이 탑재될 수 있고, 이렇게 탑재된 센서들로부터 감지되는 신호들은 관제소에 설치된 서버에서 원격 방식으로 처리되는 관계로, 무인차들의 자율 주행이 무리 없이 수행될 수 있다.
하지만, 이러한 무인차들의 무리 없는 자율 주행은 관제소의 서버와 원활한 교신이 가능한 장애물이 없는 지역에서나 가능하나, 전파 방해가 많은 장애물이 많은 지역에서는 관제소의 서버와 제대로 된 교신이 불가한 관계로, 무인차들의 자율 주행이 제대로 이루어질 수 없는 한계성을 가지고 있다.
이러한 지역적 한계성으로 인하여, 자율 주행이 가능한 무인차들은 있으나, 이를 제대로 활용하지 못하는 실정에 있으며, 대량의 무인차들을 이용한 자율 주행 교통 체계의 운용에 필요한 환경마저도 제대로 갖추어져 있지 않다.
특히, 사물인터넷(IoT) 환경의 인프라가 부족한 농촌이나 어촌에서는 더더욱 자율 주행 교통통합체계의 운용이 힘들고, 차량 충돌 사고나 인사 사고 또는 긴급 상황 발생시에도 열악한 지역에서는 그 피해 상황조차도 제대로 파악될 수 없을뿐만 아니라 적절한 대처도 불가하다.
따라서, 이러한 지역적 한계성을 극복하고, 대량의 무인차들을 이용한 자율 주행 지능형 교통 체계의 시스템 및 그 운용도 시급히 구축되어 마련되어야 할 필요성이 대두되고 있다.
무엇보다 더 큰 문제는 기존의 자율 주행 관련 기술에 있어서, 대부분의 기존의 기술들이나 국내에 출원된 대부분의 기존 특허들에는, 차량 차체의 자율 주행을 가능하게 하는 기술적 구성들이 개시되어 있으나, 차량의 자율 주행에 있어서 기존 기술들이나 국내의 기존 특허들에서는 차체의 1인칭 시야를 통한 자율 주행을 수행하는 기술적 내용들이 대다수이다.
즉, 이러한 1인칭 시야로 차량이 주행될 경우, 차량 주행에 대한 상황이 전반적으로 1인칭 시야를 통해 이루어지는 관계로, 시야의 넓이가 극히 제한될 수 밖에 없는 문제를 가지고 있다.
이처럼, 차량 주행에서 시야의 넓이가 매우 제한적인 관계로, 차량 주행에 대한 전반적인 상황이 쉽게 파악될 수 없고, 이는 결국 차량 주행의 안전성이 담보될 수 없는 것이다.
물론, 이는 차량에 국한되는 것이 아니라, 드론의 비행 과정에서도 드론 자체가 1인칭의 시야로 비행하는 관계로, 드론 비행에 대한 전반적인 상황 파악이 쉽지 않다.
특허문헌 001 : 등록특허 제10-2007140호(등록일자 2019, 07, 29)
전술된 문제점들을 해소하기 위한 본 발명은, 전파 방해가 있는 장애물의 지역이나 시골이나 어촌과 같은 사물인터넷(IoT)이 부족한 지역에 드론을 연계한 무인차와 관리서버를 구성하는 지능형 교통 체계를 갖춘 시스템의 제공에 따라, 자율 주행의 안전성이 확보될 수 있고, 차량 충돌 사고나 인사 사고 또는 긴급 상황의 발생에도 신속한 조치가 가능하며, 그 피해의 상황도 신속하게 파악될 수 있고, 이러한 시스템의 도입에 따른 비용마저 절감될 수 있게 한 3인칭 시야를 갖는 무인차 자율주행을 위한 드론 커플링 교통 체계 시스템을 제공하고자 함에 그 목적을 두고 있다.
전술된 목적들을 달성하기 위한 본 발명은, 항공을 비행하며, 차량방향의 카메라(101)가 장착되어 차량의 자율 주행을 제어하는 드론부(100), 상기 드론부(100)와 연계되어 상기 드론부(100)의 제어에 따라 자율주행을 수행하며, 드론방향의 카메라(201)가 장착되어 상기 드론부(100)에 대한 항공 비행을 제어하는 무인차(200), 및 상기 드론부(100)와 상기 무인차(200) 간의 원활한 제어 교신을 중계하며 상기 드론부(100)와 상기 무인차(200) 모두를 통합적으로 제어 관리하는 관제서버(300)를 포함하되, 상기 차량방향의 카메라(101)와 상기 드론방향의 카메라(201)의 구성에 따라, 상기 드론부(100)는 상기 무인차(200)의 자율 주행을 3인칭의 시야로 제어하여 상기 무인차(200)의 자율 주행에 대한 안전성을 도모하는 한편, 상기 무인차(200)는 상기 드론부(100)의 자율 비행을 3인칭의 시야로 제어하여 상기 드론부(100)의 자율 비행에 대한 안전성을 도모하게 되는 3인칭 시야를 갖는 무인차 자율주행을 위한 드론 커플링 교통 체계 시스템에 그 일례의 특징이 있다.
상기 관제서버(300)는 서버형 컴퓨터(310)가 더 설치되고, 상기 서버형 컴퓨터(310)는 상기 드론부(100)의 무인 비행에 대한 제어를 수행하는 제1 제어부(320) 및 상기 무인차(200)의 자율 주행에 대한 제어를 수행하는 제2 제어부(330)를 더 포함하는 3인칭 시야를 갖는 무인차 자율주행을 위한 드론 커플링 교통 체계 시스템에 그 일례의 특징이 있다.
상기 드론부(100)에는, 상기 무인차(200)의 자율 주행에 필요한 지령 신호들을 전송하는 방식으로 제어하는 소형컴퓨터(110)가 더 내장되어 있는 3인칭 시야를 갖는 무인차 자율주행을 위한 드론 커플링 교통 체계 시스템에 그 일례의 특징이 있다.
상기 소형컴퓨터(110)에는, 상기 제1 제어부(310)로 제어하기 어려운 장애물 지역에서 상기 드론(100)의 비행에 필요한 제어 수행을 위한 정밀비행제어기가 더 조합되어 구성되는 3인칭 시야를 갖는 무인차 자율주행을 위한 드론 커플링 교통 체계 시스템에 그 일례의 특징이 있다.
상기 드론부(100)에는, 카메라의 수평 촬영에 필요한 짐벌의 설치도 포함되는 구조이고, 상기 짐벌에는 안정적인 공간 맵핑 및 영상 촬영의 흔들림을 최소화하면서도 충돌 가능성을 미연에 방지하기 위한 추돌방지시스템의 설치도 포함되는 구조인 3인칭 시야를 갖는 무인차 자율주행을 위한 드론 커플링 교통 체계 시스템에 그 일례의 특징이 있다.
상기 무인차(200)에 설치된 추돌방지시스템은, 첨단 비행운전 보조시스템의 적용이 이루어진 카메라형 기기 타입으로 구성되되, 상기 카메라형 기기는 자율 주행 기능을 위한 프로세서와 모듈로 조합 구성된 ADAS(Advanced Driver Assistanc Systems)으로 구성되는 3인칭 시야를 갖는 무인차 자율주행을 위한 드론 커플링 교통 체계 시스템에 그 일례의 특징이 있다.
상기 추돌방지시스템은, 적외선 에너지의 데이터를 사용해 디지털 또는 아날로그의 영상 출력도 가능하며, 열화상을 통한 생물성 장애물을 감지하는 적외선 카메라(IR Camera), 일정한 간격으로 높은 주파수의 사운드 펄스를 통해 짧게 소리를 발사하는 방식으로 근거리의 장애물을 감지하며 거리를 측정하는 초음파 센서(Ultrasonic Sensor), 및 스트레인 게이지가 결합된 압력 센서 소자를 기반으로 기압을 측정하여 높이를 감지하는 기압 센서(Pressurer Sensor)를 포함하는 조합된 구성으로 이루어진 3인칭 시야를 갖는 무인차 자율주행을 위한 드론 커플링 교통 체계 시스템에 그 일례의 특징이 있다.
상기 추돌방지시스템은, 지도 생성의 처리가 가능한 맵빌딩 센서 시스템이 더 포함되는 구성인 3인칭 시야를 갖는 무인차 자율주행을 위한 드론 커플링 교통 체계 시스템에 그 일례의 특징이 있다.
드론부(100)에 설치된 차량방향의 카메라(101)와 무인차(200)에 설치된 드론방향의 카메라(201) 구성에 따라, 드론부(100)는 무인차(200)의 자율 주행을 3인칭의 시야로 제어하고, 상기 무인차(200)는 상기 드론부(100)의 자율 비행을 3인칭의 시야로 제어하는 한편, 드론부(100)에 설치된 소형컴퓨터(110)와 무인차(200)에 설치된 연산형 엣지컴퓨터(210)의 구성에 따라, 드론부(100)는 무인차(200)의 자율 주행을 1인칭의 시야로 제어하고, 상기 무인차(200)는 상기 드론부(100)의 자율 비행을 1인칭의 시야로 제어함에 따라, 3인칭의 시야와 1인칭의 시야가 혼용되는 3인칭 시야를 갖는 무인차 자율주행을 위한 드론 커플링 교통 체계 시스템에 그 일례의 특징이 있다.
이상에서 살펴본 바에 따른 본 발명에 의하면, 타 드론에 비해 장애물과의 충돌 회피성에 대한 정밀성을 갖는 관계로, 드론의 비행 과정 및 무인차의 자율 주행 과정에서 발생되는 장애물과의 추돌 회피율을 제고할 수 있으며, 사고시의 신속한 상황 파악 및 조치에 따른 교통의 안전성이 향상되며, 교통 체계에 필요한 시스템의 도입 비용의 획기적인 절감 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 드론과 차량이 각각 상대편의 비행과 주행에 대한 3인칭의 시점을 확보할 수 있는 관계로, 드론 비행과 차량 주행의 안전성이 획기적으로 향상될 수 있고, 드론 비행과 차량 주행의 전반에 대한 상황 파악의 용이함과 더불어 예상치 못한 돌발 사고에 대한 긴급 조치의 신속성도 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 3인칭 시야를 갖는 무인차 자율주행을 위한 드론 커플링 교통 체계 시스템을 구성하는 구성품들을 일목요연하게 간략하게 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 3인칭 시야를 갖는 무인차 자율주행을 위한 드론 커플링 교통 체계 시스템에 대한 구성들을 제1 실시예의 간략한 개념으로 나타낸 모식도이다.
도 3은 드론부(100)에 구성되는 구성품들을 간략한 개념으로 나타낸 모식도이다.
도 4는 드론부(100)와 무인차(200) 및 관제서버(300) 간의 멀티적 교신을 간략한 개념으로 나타낸 모식도이다.
도 5는 드론부(100)와 무인차(200) 간의 교신을 통한 위험 환경에 대한 회피를 간략한 개념으로 나타낸 모식도이다.
도 6은 드론의 비행 상황이 차량으로부터의 3인칭 시야로 확보될 수 있는 드론 비행 시뮬레이션에 대한 일례의 도면이다.
도 7은 차량의 주행 상황이 드론으로부터의 3인칭 시야로 확보될 수 있는 차량 주행 시뮬레이션에 대한 일례의 도면이다.
본 발명에 있어 첨부된 도면은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되어 도시됨을 밝히고, 후술되는 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적 사항에 불과하며, 다른 여러 형태로 변형 실시될 수 있다는 점까지 감안한 명세서 전반에 걸친 기술적 사상을 토대로 해석되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하면서, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 따른 3인칭 시야를 갖는 무인차 자율주행을 위한 드론 커플링 교통 체계 시스템을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
이러한 3인칭 시야를 갖는 무인차 자율주행을 위한 드론 커플링 교통 체계 시스템은 일례로서 도시된 도 1 내지 도 5를 참고로 설명될 수 있으며, 드론을 활용해 무인차와 같은 교통수단들을 통합적으로 운용하며 자율주행을 가능하게 하는 교통 체계를 구성하는 시스템으로서, 항공을 비행하는 드론 구조의 드론부(100), 상기 드론부(100)와 연계되어 자율주행이 가능한 차량 구조의 무인차(200), 상기 드론부(100)를 통한 상기 무인차(200)의 제어 수행이 가능한 관제소의 관제서버(300)를 포함하는 구성으로 이루어질 수 있다.
이하, 하기에서는 설명의 편의를 위해, “드론과 드론부”, “차량과 무인차”, “관제소와 관제서버”에 대한 용어가 일치되지 않고 서로 혼용될 수 있음을 참고할 수 있다.
상기 드론부(100)는 상기 무인차(200)의 인접한 항공 지점에서 상기 무인차(200)와 교신하며 상기 무인차(200)의 자율 주행 제어에 필요한 시그널 즉 지령 신호를 전송 교신하는 방식으로 전파 방해가 많은 장애물의 지역에서 운용될 수 있다.
이러한 장애물의 지역에서는 관제서버(300)와의 교신이 불가한 지역인 관계로, 상기 드론부(100)가 상기 무인차(200)의 자율 주행에 필요한 제어 기능을 담당할 수 있다.
이러한 상기 드론부(100)에는 상기 무인차(200)의 자율 주행에 대한 제어 과정에서 상기 무인차(200)의 주행을 3인칭 시각 그러니까 3인칭의 시야로 상기 무인차(200)를 객관화된 시각으로 제어할 수 있는 차량방향의 카메라(101)가 더 설치될 수 있다.
상기 무인차(200)는 전파 방해가 많은 장애물의 지역에서 자율 주행 과정의 인접한 항공에서 비행하는 상기 드론부(100)로부터 시그널을 전송받는 방식으로 제어받을 수 있으며, 이러한 무인차(200)는 특정한 차종에 한정되는 것이 아니라 다양한 종류의 탈 것들을 모두 포함하는 방식으로 해석되어야 할 것이다.
따라서, 무인차(200)는 인원 수송 목적 용도의 소형과 중대형의 버스 및 택시나, 화물 수송 목적 용도의 픽업 트럭, 소형과 중대형의 트럭과 덤프 및 트랙터 등이나, 특수 작업 수행 목적 용도의 크레인, 트레일러, 소방차, 제설차 등이나, 농기계 관제용의 탈 것 등을 모두 포함할 수 있다.
이러한 상기 무인차(200)에는 상기 드론부(100)의 항공 자율 비행에 대한 제어 과정에서 상기 드론부(100)의 비행을 3인칭 시각 그러니까 상기 드론부(100)를 객관화된 3인칭의 시야로 제어할 수 있는 드론방향의 카메라(201)가 더 설치될 수 있다.
물론, 이러한 상기 무인차(200)에는 연상형 엣지컴퓨터(210)가 더 설치될 수 있고, 상기 연산형 엣지컴퓨터(210)는 정밀차량제어기(220) 및 정밀드론제어기(230)로 조합 구성될 수 있으며, 상기 정밀차량제어기(220)는 무인차(200) 자체의 주행 과정에서 상세한 제어를 수행할 수 있고, 상기 정밀드론제어기(230)는 드론의 항공 비행 과정에서 3인칭 시야를 통한 드론의 상세한 항공 비행에 대한 제어를 수행할 수 있다.
상기의 차량방향의 카메라(101)와 상기의 드론방향의 카메라(201)는 상호간에 주행과 비행하는 영상을 무선으로 주고 받을 수 있는 무선통신수단을 자체에 내장할 수 있으며, 이러한 무선통신수단은 인터넷망을 통한 무선의 데이터 송수신이 가능한 장치 기기를 총 망라할 수 있다. 상기 연산형 엣지컴퓨터(210)는 특히 드론과 차량의 인지에 대한 연산 처리를 담당하는 기능적 작용도 수행할 수 있다.
상술된 바와 같이, 특히나 상기 드론부(100)에 설치된 차량방향의 카메라(101)와 상기 무인차(200)에 설치된 드론방향의 카메라(201)가 구성되어 있는 관계로, 상기 드론부(100)는 예컨대 도면 7에 도시된 바와 같이 차량방향의 카메라(101)를 통해 차량의 자율 주행을 3인칭 시야로 모니터링하며 객관화된 차량 주행 제어를 수행할 수 있다.
즉, 상기 드론부(100)는 자체에 차량방향의 카메라(101)가 설치되어 있기 때문에, 도면 7에서와 같이 차량의 자율 주행 광경이 상기 드론부(100)에서 3인칭 시점으로 확보될 수 있다.
다시 말해, 차량은 실제 주행시 1인칭 시점으로 주행하고 있으나, 상기 드론부(100)는 차량을 통해 객관화된 3인칭 시점이 되는 관계로, 차량 주행에 대한 전반적인 상황이 용이하게 파악될 수 있으며, 이로 인한 차량 주행의 안전성이 현저하게 향상될 수 있다.
또한, 상기 무인차(200)는 예컨대 도면 6에 도시된 바와 같이 드론방향의 카메라(201)를 통해 드론의 자율 비행을 3인칭 시야로 모니터링하며 객관화된 드론 비행 제어를 수행할 수 있다.
즉, 상기 무인차(200)는 자체에 드론방향의 카메라(201)가 설치되어 있기 때문에, 도면 6에서와 같이 드론의 자율 비행 광경이 상기 무인차(200)에서 3인칭 시점으로 확보될 수 있다.
다시 말해, 드론은 실제 주행시 1인칭 시점으로 비행하고 있으나, 상기 무인차(200)는 드론을 통해 객관화된 3인칭 시점이 되는 관계로, 드론 비행에 대한 전반적인 상황이 용이하게 파악될 수 있으며, 이로 인한 드론 비행의 안전성이 현저하게 향상될 수 있다.
물론, 도면 6과 도면 7은 3인칭 시점과 1인칭 시점의 드론 비행 및 차량 주행에 대한 시뮬레이션의 일례를 보이기 위한 도면이다.
한편, 관제소에 설치된 관제서버(300)는 상기 드론부(100)와 상기 무인차(200) 간의 원활한 제어 교신을 중계하며 상기 드론부(100)와 상기 무인차(200) 모두를 통합적으로 제어 관리하는 용도로 운용될 수 있다.
이러한 상기 관제서버(300)는 예컨대 서버형 컴퓨터(310)의 구조로 이루어질 수 있되, 이러한 상기 서버형컴퓨터(310)는 상기 드론부(100)의 항공 무인 비행에 대한 제어를 수행하는 제1 제어부(320) 및 상기 무인차(200)의 자율 주행에 대한 제어를 수행하는 제2 제어부(330)를 포함하는 구성으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 제어부(320)는 상기 드론부(100)의 무인 비행에 필요한 제어를 수행하는 제1 제어프로그램을 통해 상기 드론부(100)에 설치된 소프트웨어와 연동되며 상기 드론부(100)의 무인 비행을 제어할 수 있으며, 상기 제2 제어부(330)는 상기 무인차(200)의 자율 주행에 필요한 제어를 수행하는 제2 제어프로그램을 통해 상기 무인차(200)에 설치된 소프트웨어와 연동되며 상기 무인차(200)의 자율 주행을 제어할 수 있다.
그리고, 상기 드론부(100)와 상기 무인차(200) 및 상기 관제서버(300)는 다양한 통신의 선택적 연결을 통해 상호간 교신할 수 있되, 예컨대 블루투스, Wi-fi, LTE, 5G와 같은 통신망을 활용할 수 있으며, 사물인터넷(Internet of Things(IoT)) 환경하에서 상호간의 데이터 정보를 주고받을 수 있다.
상기 관제서버(300)는 지능형 교통 체계를 갖춘 시스템으로 운용될 수 있으며, 예컨대 내비게이션 실시간 교통정보, 고속도로의 하이패스, 정류장의 버스 도착 안내 기능들을 갖춘 시스템 프로그램들이 탑재될 수 있다.
상기 드론부(100)의 본체에는 자율 주행하는 무인차(200)에 대한 세부적인 지령 신호들을 전송하는 방식으로 제어할 수 있는 소형컴퓨터(110)가 더 설치될 수 있는데, 이러한 상기 소형컴퓨터(110)는 드론의 상황 인지, 차량 주변의 정보 전달, 관제서버와의 제어 전달 및 사고 예상시의 제어권 기능의 작용을 수행할 수 있다.
이러한 소형컴퓨터(110)에는 상기 제1 제어부(310)로 제어하기 어려운 장애물이 많은 지역에서 드론부(100)의 상세 비행에 요구되는 제어 수행을 위한 정밀비행제어기(120) 및 무인차(200)의 상세 주행에 요구되는 제어 수행을 위한 정밀주행제어기(130)가 조합된 구성으로 이루어질 수 있다.
이러한 상기의 정밀비행제어기는 예컨대 GPS 및 관성측정장치가 조합된 타입일 수 있되, 상기 GPS는 실내 혹은 터널과 같은 전파가 닿기 어려운 장애물이 많은 지역에서 적용되는 방식으로 이용될 수 있고, 상기 관성측정장치는 가속도계(Accelerometer), 자이로스코프(Gyroscope) 및 자력계(magnetometer)를 조합한 구성의 방식으로 이용될 수 있다.
상기 관성측정장치는 드론부(100)의 상세 비행 제어에 대한 핵심 기능으로 진동 또는 운동(가속)의 변화에 따른 가속을 측정하는 방식이고, 드론부(100)를 똑바르게 세우고 수평을 유지하면서도, 수평면을 따라 움직임과 고도의 증가 및 감소를 감지하는 장치이다.
이러한 관성측정장치는 예컨대 3축(롤, 피치, 요)의 센서 방식의 회전 속도를 측정하는 방식으로 비행 제어할 수도 있으며, 이보다 더 확장된 6축의 센서 방식도 활용될 수 있다. 물론, 6축의 센서 방식은 가속도계와 자이로스코프만으로 구성되는 관계로, 감지한 오차(수평면을 따른 움직임과 고도의 증가 및 감소)의 보정에 한계가 있다.
하지만, 속도계(Accelerometer), 자이로스코프(Gyroscope) 및 자력계(magnetometer)가 함께 조합된 9축의 센서 방식은 감지한 오차(수평면을 따른 움직임과 고도의 증가 및 감소)를 최대한으로 보정할 수 있는 장점을 갖는다.
특히, 자이로스코프는 로터와 짐벌을 활용한 토크를 계산하는 메커니즘 방식을 이용한 각 운동량의 방향 측정 또는 유지에 사용되는 센서로서, 예컨대 중력가속도의 측정 방식을 활용해 드론부(100)의 비행 균형 유지에 따른 비행의 안전성을 제공할 수 있다. 자력계는 자기 쌍극자 모멘트로 특정 위치에서 자기장의 강도를 측정하는 방식으로 활용될 수 있다.
또한, 소형컴퓨터(110)는 드론부(100)의 비행에 필요한 동력성 배터리와 모터의 상태에 따른 프로펠러의 회전을 제어하기 위한 감지센서가 더 조합될 수 있으며, 이러한 감지센서는 회전자에 대한 위치 감지에 따른 모터의 프로펠러 회전을 제어할 수 있으며, 예컨대 회전자와 고정자 및 코일을 구성하는 홀 센서의 구조로 구성될 수 있다.
특히, 배터리의 전력 소진을 감지하기 위한 예컨대 전류센서가 소형컴퓨터(110)에 더 조합될 수 있으며, 이러한 전류센서는 배터리의 전력 소진이나 모터의 고장을 수시로 감지하여 프로펠러의 작동 정지에 따른 드론부(100)의 추락을 예방할 수 있다.
이러한 상기 드론부(100)의 본체에는 카메라의 수평 촬영에 필요한 짐벌의 설치도 포함되는 구조일 수 있으며, 짐벌에는 안정적인 공간 맵핑 및 영상 촬영의 흔들림을 최소화하하면서도 충돌 가능성을 미연에 방지하기 위한 추돌방지시스템의 설치도 포함될 수 있다.
이러한 추돌방지시스템에는 예컨대 적외선 카메라(IR Camera), 초음파 센서(Ultrasonic Sensor) 및 기압 센서(Pressurer Sensor)를 조합하는 구성으로 이루어질 수 있으며, 특히 지도 생성의 처리가 가능한 맵빌딩 센서 시스템(Map Building Sensor System)을 더 포함하는 구성으로 이루어질 수 있다.
적외선 카메라(IR Camera)는 적외선 에너지의 데이터를 사용해 디지털 또는 아날로그의 영상 출력도 가능하며, 열화상을 통한 생물성 장애물을 감지하는 용도로 활용 가능하고, 초음파 센서(Ultrasonic Sensor)는 일정한 간격으로 높은 주파수의 사운드 펄스를 통해 짧게 소리를 발사하는 방식으로 근거리의 장애물을 감지하며 거리를 측정하는 용도로 활용 가능하며, 기압 센서(Pressurer Sensor)는 예컨대 네 개의 스트레인 게이지가 결합된 압력 센서 소자를 기반으로 기압을 측정하여 높이를 감지하는 용도로 활용 가능하다.
그리고, 상기 드론부(100)에는 고속 라디오(High-Speed Radio; 802.11), 저속 라디오(1km Low-Speed Radio; 802.15.4), 프런트 페이싱 카메라(Front Facing Camera), 다운 페이싱 카메라(Down Facing Camera) 등이 더 설치되어 구성될 수도 있다.
한편, 추돌방지시스템은 특히 무인차(200)에도 장착될 수 있으며, 무인차(200)에 적용된 추돌방지시스템은 예컨대 첨단 비행운전 보조시스템의 적용이 이루어진 카메라형 기기 타입으로 구성될 수 있으며, 이러한 카메라형 기기는 자율 주행 기능을 위한 프로세서 및 모듈의 조합된 구성인 ADAS(Advanced Driver Assistanc Systems)으로 구성될 수 있되, 이는 예컨대 On Semi CMOS 이미지 센서가 적용된 이미지 센서 보드와 Intel MobilEye EyeQ3 프로세서가 적용된 프로세스 보드로 구성될 수 있다.
무인차(200)에 적용된 추돌방지시스템은 더욱이 장거리 감지 가능을 개선한 망원렌즈와 단거리 감지를 개선하기 위한 어안 렌즈로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 맵빌딩센서시스템(Map Building Sensor System)은 예컨대 단일 카메라, 스트레오 카메라, RGB-D 카메라, 이벤트 카메라, 2D LiDAR, 3D LiDAR 을 총망라하는 센서들을 조합하는 방식으로 구성될 수 있으며, 결국 이러한 센서들의 조합들로 구성되는 상기의 맵빌딩센서시스템은 SLAM(Simulaneous Lacalization and Mapping) 또는 SFM(Structure from Motion) 기술을 적용한 기법으로 지도의 생성과 빌딩을 처리할 수 있다.
물론, 맵빌딩센서시스템(Map Building Sensor System)에서 처리되는 지도는 예컨대 SLAM(Simulaneous Lacalization and Mapping)을 통해 레이더, 라이다(LiDAR), GPS, 카메라 등의 복합 센서들의 계산을 통해 공간을 형성할 수 있다.
특히, 라이다(LiDAR; Light Dectection And Ranging)는 레이저 펄스의 반사 시간 측정에 따른 위치 좌표를 맵핑(Mapping) 하는 방식으로 빛을 이용한 주변 물체 및 장애물 등을 감지하는 용도로 활용 가능한데, 레이저 송신부, 레이저 검출부, 신호수집처리부 및 데이터 송수신부를 포함하는 구성으로 이루어질 수 있다.
이러한 라이다(LiDAR; Light Dectection And Ranging)는 빠른 데이터의 수집 및 처리에 따른 높은 정확성과 함께 다른 센서들과 돌리 사물까지의 거리, 방향, 물질 분포 및 농도의 특성마저 감지할 수 있고, 레이저 신호의 변조 방법에 따라 ToF 및 PS 원리로 작동될 수 있다.
물론, ToF(Time of Flight)는 예컨대 방사된 레이저 펄스 시그널(Laser Pulse Signal(905nm, 1550nm)의 반사 시간을 측정할 수 있고, PS(Phase Shift)는 지속적인 변조의 방사 후 반사된 위상의 변화를 측정할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 3인칭 시야를 갖는 무인차 자율주행을 위한 드론 커플링 교통 체계 시스템은, 사물인터넷(IoT) 환경 기반의 기술이 부족한 농촌이나 어촌 및 산촌 같은 지역 혹은 전파 방해가 많은 장애물 지역에, 드론을 활용한 무인차의 자율주행 실현성을 구현하고, 드론과 무인차 간의 교신을 제어하며 관리하는 관리서버의 구축을 통한 원활한 교통 흐름성도 제고할뿐마 아니라, 충돌 사고시의 현장 상황에 대한 신속한 파악 및 대응과 대처와 함께, 무인차의 원활한 자율주행과 더불어 자율 주행에 필요한 시스템의 구축에 소모되는 비용마저 절감시키는 효과를 기대할 수 있다.
더욱이, 자율 주행에 요구되는 시스템의 구축에 투입되는 비용이 절감될 수 있는 관계로, 자율 주행 관련 산업 발전의 활성화에 기여할 수 있고, 특장차의 용도 분야나 배송차의 용도 분야 뿐만 아니라, 모니터링, 매핑, 보안과 같은 산업에도 지대한 역할을 기대할 수 있으며, 드론을 연계한 지능형 교통 체계의 플랫폼에 대한 규모의 확장성에도 기여할 수 있다.
게다가, 지능형 자율 주행의 서비스가 제공됨에 따라, 운전자의 과실로 인한 사망율 및 사고 발생의 위험율이 줄어들 수 있으며, 신속한 대처로 인한 2차 사고도 예방할 수 있다.
아울러, 교통 혼잡으로 인한 도로상에서 낭비되는 시간이 절약될 수 있고, 대중교통, 화물운송, 공공서비스 등의 산업 분야에서도 자율 주행을 통한 효율적인 서비스가 향상되는 효과도 있다.
이러한 본 발명에 따른 3인칭 시야를 갖는 무인차 자율주행을 위한 드론 커플링 교통 체계 시스템은 도시된 도면들과 일례로서 설명되나 이에 한정되지 않고 지역의 상태나 환경에 따라 다양한 구성들의 추가 및 변경이 가능할 것이다.
드론부(100) 소형컴퓨터(110)
무인차(200) 연상형 엣지컴퓨터(210)
관제서버(300) 서버형 컴퓨터(310)
제1 제어부(320) 제2 제어부(330)

Claims (9)

  1. 항공을 비행하며, 차량방향의 카메라(101)가 장착되어 차량의 자율 주행을 제어하는 드론부(100);
    상기 드론부(100)와 연계되어 상기 드론부(100)의 제어에 따라 자율주행을 수행하며, 드론방향의 카메라(201)가 장착되어 상기 드론부(100)에 대한 항공 비행을 제어하는 무인차(200); 및
    상기 드론부(100)와 상기 무인차(200) 간의 원활한 제어 교신을 중계하며 상기 드론부(100)와 상기 무인차(200) 모두를 통합적으로 제어 관리하는 관제서버(300); 를 포함하되,
    상기 차량방향의 카메라(101)와 상기 드론방향의 카메라(201)의 구성에 따라, 상기 드론부(100)는 상기 무인차(200)의 자율 주행을 3인칭의 시야로 제어하여 상기 무인차(200)의 자율 주행에 대한 안전성을 도모하는 한편, 상기 무인차(200)는 상기 드론부(100)의 자율 비행을 3인칭의 시야로 제어하여 상기 드론부(100)의 자율 비행에 대한 안전성을 도모하게 되는 것을 특징으로 하는 3인칭 시야를 갖는 무인차 자율주행을 위한 드론 커플링 교통 체계 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 관제서버(300)는,
    서버형 컴퓨터(310)가 더 설치되고, 상기 서버형 컴퓨터(310)는 상기 드론부(100)의 무인 비행에 대한 제어를 수행하는 제1 제어부(320) 및 상기 무인차(200)의 자율 주행에 대한 제어를 수행하는 제2 제어부(330)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3인칭 시야를 갖는 무인차 자율주행을 위한 드론 커플링 교통 체계 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 드론부(100)에는,
    상기 무인차(200)의 자율 주행에 필요한 지령 신호들을 전송하는 방식으로 제어하는 소형컴퓨터(110)가 더 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 3인칭 시야를 갖는 무인차 자율주행을 위한 드론 커플링 교통 체계 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 소형컴퓨터(110)에는,
    상기 제1 제어부(310)로 제어하기 어려운 장애물 지역에서 상기 드론(100)의 비행에 필요한 제어 수행을 위한 정밀비행제어기가 더 조합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 3인칭 시야를 갖는 무인차 자율주행을 위한 드론 커플링 교통 체계 시스템.
  5. 제2항에 있어서, 상기 드론부(100)에는,
    카메라의 수평 촬영에 필요한 짐벌의 설치도 포함되는 구조이고;
    상기 짐벌에는 안정적인 공간 맵핑 및 영상 촬영의 흔들림을 최소화하하면서도 충돌 가능성을 미연에 방지하기 위한 추돌방지시스템의 설치도 포함되는 구조인 것을 특징으로 하는 3인칭 시야를 갖는 무인차 자율주행을 위한 드론 커플링 교통 체계 시스템.
  6. 제2항에 있어서, 상기 무인차(200)에 설치된 추돌방지시스템은,
    첨단 비행운전 보조시스템의 적용이 이루어진 카메라형 기기 타입으로 구성되되, 상기 카메라형 기기는 자율 주행 기능을 위한 프로세서와 모듈로 조합 구성된 ADAS(Advanced Driver Assistanc Systems)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 3인칭 시야를 갖는 무인차 자율주행을 위한 드론 커플링 교통 체계 시스템.
  7. 제5항에 있어서, 상기 추돌방지시스템은,
    적외선 에너지의 데이터를 사용해 디지털 또는 아날로그의 영상 출력도 가능하며, 열화상을 통한 생물성 장애물을 감지하는 적외선 카메라(IR Camera);
    일정한 간격으로 높은 주파수의 사운드 펄스를 통해 짧게 소리를 발사하는 방식으로 근거리의 장애물을 감지하며 거리를 측정하는 초음파 센서(Ultrasonic Sensor); 및
    스트레인 게이지가 결합된 압력 센서 소자를 기반으로 기압을 측정하여 높이를 감지하는 기압 센서(Pressurer Sensor);
    를 포함하는 조합된 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 3인칭 시야를 갖는 무인차 자율주행을 위한 드론 커플링 교통 체계 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 추돌방지시스템은,
    지도 생성의 처리가 가능한 맵빌딩 센서 시스템이 더 포함되는 구성인 것을 특징으로 하는 3인칭 시야를 갖는 무인차 자율주행을 위한 드론 커플링 교통 체계 시스템.
  9. 드론부(100)에 설치된 차량방향의 카메라(101)와 무인차(200)에 설치된 드론방향의 카메라(201) 구성에 따라, 드론부(100)는 무인차(200)의 자율 주행을 3인칭의 시야로 제어하고, 상기 무인차(200)는 상기 드론부(100)의 자율 비행을 3인칭의 시야로 제어하는 한편, 드론부(100)에 설치된 소형컴퓨터(110)와 무인차(200)에 설치된 연산형 엣지컴퓨터(210)의 구성에 따라, 드론부(100)는 무인차(200)의 자율 주행을 1인칭의 시야로 제어하고, 상기 무인차(200)는 상기 드론부(100)의 자율 비행을 1인칭의 시야로 제어함에 따라, 3인칭의 시야와 1인칭의 시야가 혼용되는 것을 특징으로 하는 3인칭 시야를 갖는 무인차 자율주행을 위한 드론 커플링 교통 체계 시스템.
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