KR20240055125A - 철도 자산을 점검하는 무인항공기 시스템 - Google Patents
철도 자산을 점검하는 무인항공기 시스템 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20240055125A KR20240055125A KR1020247012260A KR20247012260A KR20240055125A KR 20240055125 A KR20240055125 A KR 20240055125A KR 1020247012260 A KR1020247012260 A KR 1020247012260A KR 20247012260 A KR20247012260 A KR 20247012260A KR 20240055125 A KR20240055125 A KR 20240055125A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- flight
- unmanned aerial
- aircraft
- aerial vehicle
- uas
- Prior art date
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 106
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 60
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 8
- 230000002950 deficient Effects 0.000 claims description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 23
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 23
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 22
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 19
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 18
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 description 15
- 238000012502 risk assessment Methods 0.000 description 15
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 14
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 11
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 11
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 10
- 239000010755 BS 2869 Class G Substances 0.000 description 9
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 9
- 238000012549 training Methods 0.000 description 9
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 8
- 230000006870 function Effects 0.000 description 8
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 8
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 description 8
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 8
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 7
- 230000036541 health Effects 0.000 description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 7
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 7
- 240000007320 Pinus strobus Species 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 6
- RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 9,10-anthraquinone Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C3=CC=CC=C3C(=O)C2=C1 RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 5
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 230000010006 flight Effects 0.000 description 5
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 5
- 230000000153 supplemental effect Effects 0.000 description 5
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 4
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 3
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 3
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 3
- ALRKEASEQOCKTJ-UHFFFAOYSA-N 2-[4,7-bis(2-amino-2-oxoethyl)-1,4,7-triazonan-1-yl]acetamide Chemical compound NC(=O)CN1CCN(CC(N)=O)CCN(CC(N)=O)CC1 ALRKEASEQOCKTJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010002953 Aphonia Diseases 0.000 description 2
- 238000000342 Monte Carlo simulation Methods 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 2
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 2
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 2
- 238000001931 thermography Methods 0.000 description 2
- 241000271566 Aves Species 0.000 description 1
- 206010012411 Derailment Diseases 0.000 description 1
- 241001669679 Eleotris Species 0.000 description 1
- 241000009298 Trigla lyra Species 0.000 description 1
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 206010000210 abortion Diseases 0.000 description 1
- 231100000176 abortion Toxicity 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 1
- 238000007418 data mining Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- -1 dirt Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000010410 dusting Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000004438 eyesight Effects 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 230000024703 flight behavior Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 1
- 230000004297 night vision Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000004962 physiological condition Effects 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000003449 preventive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000306 recurrent effect Effects 0.000 description 1
- 238000009877 rendering Methods 0.000 description 1
- 238000013349 risk mitigation Methods 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/0094—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots involving pointing a payload, e.g. camera, weapon, sensor, towards a fixed or moving target
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
- B61L23/00—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
- B61L23/04—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for monitoring the mechanical state of the route
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
- G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
- G08G5/003—Flight plan management
- G08G5/0034—Assembly of a flight plan
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/08—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw
- G05D1/0808—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
- B61L23/00—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
- B61L23/04—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for monitoring the mechanical state of the route
- B61L23/041—Obstacle detection
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
- B61L23/00—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
- B61L23/04—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for monitoring the mechanical state of the route
- B61L23/042—Track changes detection
- B61L23/044—Broken rails
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
- B61L23/00—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
- B61L23/04—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for monitoring the mechanical state of the route
- B61L23/042—Track changes detection
- B61L23/047—Track or rail movements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
- B61L23/00—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
- B61L23/04—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for monitoring the mechanical state of the route
- B61L23/042—Track changes detection
- B61L23/048—Road bed changes, e.g. road bed erosion
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C39/00—Aircraft not otherwise provided for
- B64C39/02—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use
- B64C39/024—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use of the remote controlled vehicle type, i.e. RPV
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
- B64U10/00—Type of UAV
- B64U10/10—Rotorcrafts
- B64U10/13—Flying platforms
- B64U10/14—Flying platforms with four distinct rotor axes, e.g. quadcopters
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
- G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T7/00—Image analysis
- G06T7/0002—Inspection of images, e.g. flaw detection
- G06T7/0004—Industrial image inspection
- G06T7/001—Industrial image inspection using an image reference approach
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
- G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
- G08G5/0004—Transmission of traffic-related information to or from an aircraft
- G08G5/0013—Transmission of traffic-related information to or from an aircraft with a ground station
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
- G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
- G08G5/003—Flight plan management
- G08G5/0039—Modification of a flight plan
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
- G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
- G08G5/0047—Navigation or guidance aids for a single aircraft
- G08G5/0069—Navigation or guidance aids for a single aircraft specially adapted for an unmanned aircraft
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
- B64U20/00—Constructional aspects of UAVs
- B64U20/80—Arrangement of on-board electronics, e.g. avionics systems or wiring
- B64U20/83—Electronic components structurally integrated with aircraft elements, e.g. circuit boards carrying loads
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
- B64U20/00—Constructional aspects of UAVs
- B64U20/80—Arrangement of on-board electronics, e.g. avionics systems or wiring
- B64U20/87—Mounting of imaging devices, e.g. mounting of gimbals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
- B64U2101/00—UAVs specially adapted for particular uses or applications
- B64U2101/30—UAVs specially adapted for particular uses or applications for imaging, photography or videography
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
- B64U2101/00—UAVs specially adapted for particular uses or applications
- B64U2101/30—UAVs specially adapted for particular uses or applications for imaging, photography or videography
- B64U2101/31—UAVs specially adapted for particular uses or applications for imaging, photography or videography for surveillance
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
- B64U70/00—Launching, take-off or landing arrangements
- B64U70/90—Launching from or landing on platforms
- B64U70/97—Means for guiding the UAV to a specific location on the platform, e.g. platform structures preventing landing off-centre
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
- G06T2207/10—Image acquisition modality
- G06T2207/10016—Video; Image sequence
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
- G06T2207/10—Image acquisition modality
- G06T2207/10032—Satellite or aerial image; Remote sensing
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
- G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
- G06T2207/30108—Industrial image inspection
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
- G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
- G06T2207/30181—Earth observation
- G06T2207/30184—Infrastructure
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Traffic Control Systems (AREA)
- Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)
Abstract
항공 시스템 제어 네트워크(2500), 무인항공기(UAV) 시스템(2400), 그리고 방법(2600)이 무인항공기(UAV)(2420)를 이용하여 철도 자산을 점검하는 것을 제공한다. 상기 항공 시스템 제어 네트워크는 복수의 통신탑(2510, 2515)과 이 복수의 통신탑에 연결된 지상 제어 시스템(2520)을 포함하고 있다. 상기 지상 제어 시스템은, 상기 복수의 통신탑을 통하여, 철도 시스템(100)과 비행 경로(1010)를 포함하는 비행 계획을 전송하고; 무인항공기(UAV)가 철도 시스템을 모니터링하는 동안, 상기 복수의 통신탑을 통하여, 데이터를 수신하고; 수신한 데이터에 기초하여 비행 경로를 따라 존재하는 장애요인(1500, 1501, 1502)을 감지하고; 상기 장애요인에 기초하여 비행 계획을 조정한다.
Description
본 발명은 철도 자산 관리에 관한 것으로서 특히 철도 자산을 점검하는 무인항공기 시스템에 관한 것이다.
철도 운행의 안전성과 효율성은 열차, 철도사업용지(right-of-way), 선로 그리고 다른 자산/설비의 일정한 분석 결과에 아주 많이 의존한다. 범죄 행위, 그리고 선로 침수와 레일 바닥 부식 또는 과열(높은 열에 의해 선로가 휘거나 비틀어질 수 있다)로 이어질 수 있는 극심한 기후 현상을 포함하여, 선로 상태에 영향을 미칠 수 있고 열차 이동에 충격을 줄 수 있는 매우 다양한 요인이 있다. 지진, 산사태, 그리고 철도 건널목에 버려진 차량과 다른 물체는 선로를 차단시킬 수 있다.
이러한 위험에 대한 최선의 방어책은 항상 감시하는 것이다. 결과적으로, 미연방 철도청(FRA) 법령과 회사 방침에 따라, 선로/철도사업용지 그리고 교량 유지보수 직원은 선로와 기초를 이루는 기반시설, 예를 들면, 교량, 터널, 지지 구조, 그리고 신호기를 관례대로 점검한다. 현재, 이 작업은 주로 자동차에 타고 있거나, 도보로 이동하거나, 특수 레일 장비에 타고 있거나, 또는 레일 장착식 하이 레일 차량(rail-mounted hi-rail vehicles)에 타고 있는 직원에 의해서 행해진다. 이것은 종종 많은 노동력을 요하고 종종 힘든 일이다. 철도 회사는 사람이 하는 점검을 가능한 한 안전하고 정확하게 하기 위해서 할 수 있는 모든 것을 할 수 있지만, 직원들이 선로와 레일 구조에 나갈 필요가 있을 때마다 더 이상 줄일 수 없는 관련 위험 요소가 있다. 직원들은 미끄러울 수 있거나, 매끈하지 않을 수 있는 선로 구조 위를 타고 넘거나 상기 선로 구조에 오를 필요가 있을 수 있거나, 및/또는 위험 요소에 노출될 수 있다. 교량과 같은, 일부 구조는 지면보다 높은 위치에 있다. 점검 구역을 통과하여 이동하는 열차는, 특히 교통량이 많은 지역에서, 위험을 증가시킬 수도 있다.
본 발명의 여러 실시례는 무인항공기를 이용하여 철도 자산을 점검하는 항공 시스템 제어 네트워크, 무인항공기(UAV) 시스템 및 방법을 제공한다.
하나의 예시적인 실시례로서, 무인항공기를 이용하여 철도 자산을 점검하는 항공 시스템 제어 네트워크가 제공된다. 상기 항공 시스템 제어 네트워크는 복수의 탑과 이 복수의 탑에 연결된 지상 제어 시스템을 포함하고 있다. 상기 지상 제어 시스템은, 복수의 통신탑을 통하여, 철도 시스템과 비행 경로를 포함하는 비행 계획을 전송하고; 무인항공기(UAV)가 철도 시스템을 모니터링하는 동안, 상기 복수의 통신탑을 통하여, 데이터를 수신하고; 수신한 데이터에 기초하여 비행 경로를 따라서 장애요인을 감지하고; 그리고 상기 장애요인에 기초하여 비행 계획을 조정한다.
다른 예시적인 실시례로서, 무인항공기를 이용하여 철도 자산을 점검하는 무인항공기(UAV) 시스템이 제공된다. 상기 무인항공기(UAV) 시스템은 무인항공기(UAV)와 항공 시스템 제어 네트워크를 포함하고 있다. 상기 항공 시스템 제어 네트워크는 복수의 탑과 이 복수의 탑에 연결된 지상 제어 시스템을 포함하고 있다. 상기 지상 제어 시스템은, 복수의 통신탑을 통하여, 철도 시스템과 비행 경로를 포함하는 비행 계획을 전송하고; 무인항공기(UAV)가 철도 시스템을 모니터링하는 동안, 상기 복수의 통신탑을 통하여, 데이터를 수신하고; 수신한 데이터에 기초하여 비행 경로를 따라서 장애요인을 감지하고; 그리고 상기 장애요인에 기초하여 비행 계획을 조정한다.
다른 예시적인 실시례로서, 무인항공기를 이용하여 철도 자산을 점검하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 복수의 통신탑을 통하여, 철도 시스템과 비행 경로를 포함하는 비행 계획을 전송하는 단계; 무인항공기(UAV)가 철도 시스템을 모니터링하는 동안, 상기 복수의 통신탑을 통하여, 데이터를 수신하는 단계; 수신한 데이터에 기초하여 비행 경로를 따라서 장애요인을 감지하는 단계; 그리고 상기 장애요인에 기초하여 비행 계획을 조정하는 단계를 포함하고 있다.
다른 기술적인 특징은 아래의 도면, 설명, 그리고 청구범위를 통하여 당업자는 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명과 본 발명의 장점의 보다 완전한 이해를 위해서, 이하에서는 첨부된 도면과 함께 기술된 아래의 설명을 참고한다. 첨부된 도면에서 유사한 참고 번호는 유사한 요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 철도 네트워크를 나타내고 있고;
도 2는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 무인 항공기 시스템(UAS) 운용 비행 통제 본부를 나타내고 있고;
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 무인 항공기 시스템(UAS)을 나타내고 있고;
도 4는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 지휘 본부(CC) 사용자 인터페이스(UI)를 나타내고 있고;
도 5는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 지상 관제 시스템(GCS) 설비를 나타내고 있고;
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 통신탑을 나타내고 있고;
도 7은 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 무선 주파수(rf) 통신 가능 범위 분석결과를 나타내고 있고;
도 8은 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 전체 시스템의 개략도를 나타내고 있고;
도 9는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 항공 교통 인식 시스템의 개요를 나타내고 있고;
도 10은 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 항공 교통 인식 시스템의 개요를 나타내고 있고;
도 11은 본 발명의 다양한 실시례에 따른 항공 교통의 예시적인 사용자 인터페이스 디스플레이를 나타내고 있고;
도 12는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 경감되지 않은 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태의 위험을 나타내고 있고;
도 13은 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 보행자 위험 구역을 나타내고 있고;
도 14는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 안전 회랑 공역(SCA:safe corridor airspace) 인터페이스를 나타내고 있고;
도 15a, 도 15b, 그리고 도 15c는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 불완전한 레일 상태를 나타내고 있고;
도 16은 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 운용 개념을 나타내고 있고;
도 17은 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 무인 항공기 시스템(UAS) 생태계를 나타내고 있고;
도 18은 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 무인 항공기 시스템(UAS)의 시스템 구성요소를 나타내고 있고;
도 19a, 도 19b, 그리고 도 19c 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 무인 항공기 시스템(UAS)을 나타내고 있고;
도 20은 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 광학 센서를 나타내고 있고;
도 21a 및 도 21b는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 무인 항공기 시스템(UAS)의 안전 경계를 나타내고 있고;
도 22a 및 도 22b는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 선로 완전한 상태 센서 영상을 나타내고 있고;
도 23a, 도 23b, 도 23c, 그리고 도 23d는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 무인 항공기 시스템(UAS)이 포착한 잠재적인 레일 머리부 결함을 나타내고 있고;
도 24는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 제어 네트워크의 블록도를 나타내고 있고;
도 25는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 철도사업용지/항공 시스템 제어 네트워크를 나타내고 있고; 그리고
도 26은 본 발명의 다양한 실시례에 따라 무인항공기를 이용하여 철도 자산을 점검하는 예시적인 프로세스를 나타내고 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 철도 네트워크를 나타내고 있고;
도 2는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 무인 항공기 시스템(UAS) 운용 비행 통제 본부를 나타내고 있고;
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 무인 항공기 시스템(UAS)을 나타내고 있고;
도 4는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 지휘 본부(CC) 사용자 인터페이스(UI)를 나타내고 있고;
도 5는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 지상 관제 시스템(GCS) 설비를 나타내고 있고;
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 통신탑을 나타내고 있고;
도 7은 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 무선 주파수(rf) 통신 가능 범위 분석결과를 나타내고 있고;
도 8은 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 전체 시스템의 개략도를 나타내고 있고;
도 9는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 항공 교통 인식 시스템의 개요를 나타내고 있고;
도 10은 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 항공 교통 인식 시스템의 개요를 나타내고 있고;
도 11은 본 발명의 다양한 실시례에 따른 항공 교통의 예시적인 사용자 인터페이스 디스플레이를 나타내고 있고;
도 12는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 경감되지 않은 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태의 위험을 나타내고 있고;
도 13은 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 보행자 위험 구역을 나타내고 있고;
도 14는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 안전 회랑 공역(SCA:safe corridor airspace) 인터페이스를 나타내고 있고;
도 15a, 도 15b, 그리고 도 15c는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 불완전한 레일 상태를 나타내고 있고;
도 16은 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 운용 개념을 나타내고 있고;
도 17은 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 무인 항공기 시스템(UAS) 생태계를 나타내고 있고;
도 18은 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 무인 항공기 시스템(UAS)의 시스템 구성요소를 나타내고 있고;
도 19a, 도 19b, 그리고 도 19c 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 무인 항공기 시스템(UAS)을 나타내고 있고;
도 20은 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 광학 센서를 나타내고 있고;
도 21a 및 도 21b는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 무인 항공기 시스템(UAS)의 안전 경계를 나타내고 있고;
도 22a 및 도 22b는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 선로 완전한 상태 센서 영상을 나타내고 있고;
도 23a, 도 23b, 도 23c, 그리고 도 23d는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 무인 항공기 시스템(UAS)이 포착한 잠재적인 레일 머리부 결함을 나타내고 있고;
도 24는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 제어 네트워크의 블록도를 나타내고 있고;
도 25는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 철도사업용지/항공 시스템 제어 네트워크를 나타내고 있고; 그리고
도 26은 본 발명의 다양한 실시례에 따라 무인항공기를 이용하여 철도 자산을 점검하는 예시적인 프로세스를 나타내고 있다.
아래에 설명되어 있는 도 1 내지 도 26과, 이 특허 문헌에서 본 발명의 원리를 설명하기 위해서 사용된 다양한 실시례는 단지 예시적인 것이므로 결코 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 당업자는 본 발명의 원리가 임의의 종류의 적절하게 배열된 장치 또는 시스템으로 구현될 수 있다는 것을 이해할 수 있다.
본 발명의 원리의
바람직한 실시례는 수직 이착륙이 가능한 무인항공기(항공기)를 기초로 하고 있다. 특히, 상기 항공기는 시스템 지휘 및 제어 기반시설과 접속하는 자동조종장치 시스템을 포함하고 있다. 상기 항공기는 또한 지리 정보 시스템으로부터 생성된 네비게이션 정보를 처리하고, 위치 정보를 제공하는 다양한 기내 장착 센서를 지원한다. 상기 항공기와 전체 철도사업용지 시스템은 또한 기내 장착 네비게이션 비컨(onboard navigation beacon)(ADSB) 및/또는 모드 C 트랜스폰더(mode C transponder) 또는 그 등가물에 정보를 전송할 수 있고 이들로부터 정보를 수신할 수 있는 장비를 특별히 포함하고 있다.
상기 항공기의 실시례는 센서 서브시스템, 통신 서브시스템, 그리고 제어 서브시스템과 같은 다양한 다른 항공기 시스템의 전부에 안정적인 전력을 제공하기에 충분한 기내 전력 생산 능력을 가지고 있다. 추가적으로, 상기 항공기는 바람직하게는 8시간이 넘는 항속 시간을 유지시키기에 충분한 액체 연료 수용능력을 가지고 있다. 상기 항공기는 또한 정보를 수집하는 복수의 센서와 이 정보를 실시간으로 비행 운영 센터에 전달하는데 필요한 통신 서브시스템 및 제어 서브시스템을 유지하는데 필요한 유효 탑재 능력을 가지고 있다. 상기 항공기는 또한 바람직하게는 수집한 정보의 로컬 저장(local storage)을 위한 기내 장착 정보 저장 매체를 포함하고 있다. 추가적으로, 상기 시스템은 비행 회랑(flight corridor)에서의 상기 항공기의 비상 조종 및 착륙을 가능하게 하는 기내 장착 서브시스템 및 외부 서브시스템을 포함하고 있다.
일반적으로, 상기 기내 장착 센서는 운영 고도(operating altitude)에서 무려 1초에 두 번 그리고 1/4피트 또는 그 이상의 해상도의 고해상도 정밀 위치 사진을 촬영한다. 바람직하게는, 상기 센서 시스템은 또한 빌트인 로컬 계산 능력(built-in local computational capability), 자체 네비게이션 시스템, 그리고 자동조종장치를 포함하는 다른 기내 장착 서브시스템과 통신하는 독자적인 통신 능력을 가지고 있다. 상기 센서는 포토 센서, 비디오 카메라, 열영상장치, 및/또는 다중스펙트럼 센서(multispectral sensor)를 포함할 수 있다. 특히, 상기 센서 시스템은 적어도 몇가지 제한된 실시간 보호 능력을 포함하는 조종사의 상황 인식을 위한 실시간 주야간 비디오 카메라를 포함하고 있다.
상기 시스템은 또한 선로, 교량 등과 같은 선형 자산의 점검을 바람직하게 지원하는 레일 감지와 철도사업용지 상태의 분석에 중점을 둔 소프트웨어를 포함하고 있다. 특히, 상기 시스템의 소프트웨어는, 기내와 원격지에, 적어도 두 개의 선형 경계를 가진 구역 내에서의 위태로운 상태를 알아채고 인식하도록 훈련된 머신 비전 소프트웨어(machine vision software)를 포함한다. 상기 시스템의 소프트웨어는 또한 선형 구역에서의 통상적인 기능 상태를 확인할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 기내 장착 소프트웨어는 상기 센서와 지상에 설치된 통신 시스템 사이에서 일렬로 배열된 항공기에서 실행된다. 상기 기내 장착 소프트웨어는 센서에 의해서 수집된 데이터를 처리하고, 그 다음에 상기 데이터는 지상에 설치된 컴퓨터 시스템에 로딩되고 이어서 상기 지상에 설치된 컴퓨터 시스템이 센서가 감지한 것에 대한 정량적 데이터와 정성적 데이터를 출력한다. 상기 시스템의 소프트웨어는 대용량 데이터를 처리하여, 복수의 다른 지리적 위치 데이터(geo-located data)를 만들어내고, 그 다음에 복수의 제3 데이터를 만들어낸다. 상기 시스템의 소프트웨어는 원하는 데이터와 관련되어 있는 여러 가지 보고서를 만들어내고, 사용자로 하여 선택된 원하는 상태의 위치를 쉽게 매핑할 수 있게 해주는 지리적 위치 파일(geo-location file)을 만들어낸다. 바람직하게는, 대용량 데이터는 향후의 데이터 마이닝과 사용을 위해 저장된 상태로 대용량 데이터는 처리되지 않은 채로 있고 수신기는 진정으로 원하는 이용가능한 데이터만 수신한다.
상기 시스템의 소프트웨어는 또한 이 시스템과 별도로 사용될 수 있거나 심지어 복수의 항공기에 사용될 수 있는 현장 정보 소프트웨어를 포함하고 있다. 현장 정보 소프트웨어는 기능을 매핑하고 상기 소프트웨어가 어떤 순서로 작업을 실행해야 하는지 결정하는 알고리즘을 구현하고, 이것은 바람직하게는 인적 오류를 없앤다. 특히, 현장 정보 소프트웨어는 센서 시스템에 의해서 생성된 데이터를 수용하고, 이 데이터를 랩톱 컴퓨터 또는 다른 처리 시스템으로 이송한 다음, 로컬 소프트웨어를 실행시킨다. 로컬 소프트웨어는 자동적으로 상기 데이터를 코드화하고 라벨을 붙여 분류하고 드라이브에 이송하고 상기 데이터를 파일로 보관하고 상기 데이터를 필요로 하는 사람이면 누구에게도(예를 들면, 조직 내의 다른 부서에도) 상기 데이터를 적절하게 전송한다. 현장 정보 소프트웨어는 현장 위치와 관련된 모든 수집된 데이터를 위해 사용될 수 있다. 현장 정보 소프트웨어는 바람직하게는 서버 또는 복수의 하드웨어 장치를 포함하는 네트워크화된 시스템에 기초하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 현장 정보 소프트웨어가 항공기에 의해 비행 종결 후에 실행된다(다시 말해서, 비행후 데이터 처리를 실행한다). 데이터는 추가적인 분석을 실행하고 데이터가 제대로 코드화되고 저장되는 것을 보장하는 네트워크화된 자원들 사이에 분배될 수 있다. 이것은 관리 연속성을 유지하는데 도움을 주고 데이터 오류를 최소화한다.
철도사업용지, 비행 회랑(corridor), 그리고 탑은 항공 철도 점검 시스템에서 중요한 요소이다. 실제 사용 범위가 본 원리를 실행하기 위한 엄격한 요건은 아니지만, 본 시스템은 AAR을 통하여 실행된 자동 열차 제어 시스템(ATCS)에 사용되는 900 MHz 채널을 이용한다 - 다른 보증되고 허가를 받은 범위를 이용할 수도 있다. 본 시스템의 하드웨어와 소프트웨어는 저대역폭 AAR 채널을 고도로 기능적인 방식으로 이용하는데 최적화되어 있다. 바람직한 AAR 채널을 이용하는 시스템에 대해서, 사용자는 보통 라이센스와, 항공기와 통신하는 적절한 채널을 포함하는 리던던트 이더넷 컨트롤(redundant Ethernet control)을 요구한다. 이것은 철도 통신 자산으로 실행될 수 있다.
상기 항공기는 바람직하게는 수직 이착륙 항공기이고 철도 자산 네트워크를 따라서 어디에서나 (착륙을 포함하여) 작동한다. 상기 항공기가 일단 공중에 떠 있으면, 조종사는 자동조종장치에 명령하여 비행을 시작한다. 비행이 시작되고 상기 항공기는 실제 철도사업용지에 대해 지리 정보 시스템에 의해서 프로그램된 경로를 따라서 날고 상기 철도사업용지를 따라간다. 다시 말해서, 조종사가 자동조종장치를 작동시키면, 상기 시스템의 소프트웨어가 항공기 조종을 인계받아서 항공기를 선로에 가능한 한 가깝게 날도록 조종한다. 상기 시스템의 소프트웨어는 또한 자동적으로 센서가 초당 두 장의 선로 사진을 촬영하기 시작하게 할 수 있다. 동시에, 상기 센서와 시스템의 소프트웨어는 필요한 해상도와 겹치는 영상(overlapping imagery)을 얻기 위해서 적절한 하나의 센서 또는 복수의 센서가 초점이 맞추어진 상태를 유지하고 선로 위에 배치되도록 항공기와 센서의 피칭운동, 요잉운동, 그리고 롤링운동을 제어한다. 비행 후에 분석 소프트웨어가 영상이 충분히 겹쳐지지 않았다고 결정하거나, 철도사업용지 점유로 인해 선로의 여러 부분이 빠뜨려졌으면, 상기 경로를 신속하게 다시 비행하고 센서는 더 많은 영상을 촬영한다.
자동조종장치가 켜져 있고 센서가 사진을 촬영하고 있는 동안, 항공기를 철도사업용지(row) 위에 위치된 상태로 유지시키고 운영 고도와 선형 비행 경로 준수를 유지하기 위해서, 항공기 제어 시스템은 우주에 설치된 GPS(space-based GPS)와, 가능하다면, 지상에 설치된 GPS의 오차 보정에 영향을 미치고, 이것은 비행 경로의 높이와 폭에 관한 규제 요건 준수와 센서 해상도를 보장한다.
다시, 바람직하게는 상기 항공기와 센서가 독자적인 네비게이션 시스템을 가지고 있다. 바람직하게는, 상기 항공기와 센서가 독자적인 네비게이션 시스템을 가지면, 각각의 구성요소에 맡겨진 중요한 사항을 위해서 계산력(computational power)이 보존된다. 예를 들면, 센서 시스템은 센서 안정화 소프트웨어와 하드웨어를 포함할 수 있고 센서는 또한 사유지 위에 있지 않을 때 영상 수집을 못하게 할 수도 있다.
바람직하게는, 상기 항공기는 기존의 미연방 항공청(FAA) 감시 네트워크(SBS)를 통하여 자신의 위치, 속력, 고도 그리고 진행 방향을 방송하고 이러한 신호를 수신하도록 장비를 갖춘 다른 항공기에 대해서도 방송한다. 추가적으로, 철도의 기반시설은 보충적인 ADSB/트랜스폰더 수신기, 레이더 그리고 철도사업용지를 따라서 배치된 다른 요소를 이용하여 미연방 항공청(FAA) 감시 네트워크(SBS) 시스템을 보충하는 것을 지원할 수 있다. 상기 항공기가 비행하고 있는 동안, 항공기의 작동 상태, 위치 및 전체적인 안정성(health)이 지휘 및 통제 링크를 통하여 조종사에게 전송된다. 비행의 모든 단계 동안, 상기 항공기는 지휘 및 통제의 일정 수준의 대리 기능성(redundancy)을 보장하는 복수의 지휘 및 통제 트랜스시버 장소에 접근할 수 있다.
상기 항공기가 지휘 및 통제 시스템에 접속되지 않으면, 오퍼레이터 및/또는 미연방 항공청(FAA) 규칙이 정한 일정 기간 후에, 상기 항공기는 자신의 "로스트 링크 프로파일(lost link profile)"을 개시할 수 있고 예정된 경로를 통하여 시작으로 돌아가기(return to launch)를 할 수 있거나 통신과 동력의 끊김(loss) 상태에서, 자동 하강(auto descend) 및 철도사업용지를 따라서 착륙을 할 수 있다. 조종사는 로스트 링크 상태(lost link condition)를 알아차릴 수 있고 최후 전송 형식(last transmission form)에 기초하여 상기 항공기는 철도사업용지(row) 위의 사용자와 항공기 비상 착륙의 운행 관리원에게 알린다. 센서의 2차 통신 및 네비게이션 시스템이 상기 항공기의 위치를 파악하는 것을 도와줄 수도 있다.
비행 도중에 다른 중대한 시스템 고장이 발생하면, 상기 항공기는 자동적으로 몇 가지 예정된 비행 종료 절차 중의 하나를 개시하거나 프로그램된 대로 자신의 출발 위치 또는 다른 안전한 위치로 복귀한다. 비행 도중에, 조종사는 철도사업용지(row)의 실시간 영상을 위해 제2 센서를 이용하는 선택권을 가진다. 이 2차 센서는 몇 가지 상태 분석을 위해서 사용될 수도 있지만, 주로 조종사 인식(awareness)을 위해서 사용된다. 비행 도중에 위태로운 상태가 확인되면, 상기 항공기의 센서는 조종사에게 즉각적인 통지를 보내기 위해서 1차 통신 채널에 연결되지 않은 2차 통신 채널을 이용할 수 있다.
특정 임무의 종료시에, 조종사는 착륙 절차에 관여하고, 상기 항공기는 착륙 장소에 도달하기 위해서 상기 시스템의 전부에 영향을 미치고, 수직 착륙을 위한 착륙 절차에 들어간다. 상기 착륙 절차는 상기 항공기에 대해 정밀 착륙 정보를 제공하는 공대지 레이저(air to ground laser)의 작동을 포함한다. 착륙전 비행의 최종 단계에서, 조종사는 안전한 착륙을 보장하기 위해서 항공기 지휘 및 통제 시스템을 이용한다. 상기 항공기는 안전한 착륙을 보장하기 위해 기내에 복수의 지원 시스템을 가지고 있다. 안전한 착륙을 방해할 수 있는 무언가가 착륙지나 착륙 구역에 있으면, 착륙 중단 절차가 개시되고 대체 착륙 장소가 이용된다. 안전한 착륙후에, 조종사는 센서 데이터 저장 드라이브를 분리하여 이 센서 데이터 저장 드라이브를 서버에 연결한다. 그 다음에 서버 시스템이 분석 및 데이터 전송의 자동화된 프로세스를 시작하고 결과물인 맞춤형 보고서와 실행가능한 데이터 세트를 전송한다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 철도 네트워크(100)를 나타내고 있다. 철도 네트워크가 도 1에 도시되어 있지만, 본 발명의 원리는 다른 종류의 네트워크에도 동일하게 적용될 수 있다. 도 1에 도시된 철도 네트워크(100)의 실시례는 단지 예시를 위한 것이다. 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 철도 네트워크의 다른 실시례가 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 화물 철도 네트워크는 주로 미국 서부의 시골 지역의 대략 32,500마일의 철도 선로이다. 이 중요한 교통 인프라와 인근의 지역 사회를 보호하기 위해서, 현재 다양한 선로 운행 차량(on-track vehicle)과 장비를 이용하여 정기 점검이 수행되고 있다. 철도 직원에 대한 직업 안정성을 향상시키면서도 이러한 점검을 강화하기 위해서, 무인 항공기 시스템(UAS)을 이용하여 철도 기반시설의 항공 감시가 수행될 수 있다. 이러한 운용이 시계 비행 기상 조건(visusl meteorological conditions)에서 낮과 밤 동안 비가시권(BVLOS:beyond visual line-of-sight)에서 이루어질 수 있다.
화물 철도 네트워크를 포함하는 선로와 그 주변 구역("소유지") 그리고 소유지에 있는 자산은 GPS(global positioning system) 그리고 LIDAR(light detection and ranging)와 같은 다른 기술을 이용하여 정밀하게 점검된다. 기업 수준의 지리 정보 시스템(GIS)은 이러한 데이터를 포함하고 있고 이러한 정보는 그 소유지 바로 위에서의 비행을 계획하고 수행하기 위해서 이용된다.
상기 무인 항공기(UA)는 수직 이착륙(VTOL)이 가능하고 60kts를 넘는 질주 속력과 대략 40kts의 순항 속력으로 10시간의 내구 비행(endurance flying) 능력을 가지고 있다. 항행(navigation)은 GPS를 통한 웨이포인트 기반 비행 계획(waypoint-based flight plan)이다. 비행 경로는 지상 고도(AGL) 400피트 이하에서 철도 선로 바로 위에 있다. 순항 고도는 통상적으로 지상 고도(AGL) 380피트이다. 자동조종장치는 무풍 상태에서 이 고도를 +/-10피트 내로 유지할 수 있고 바람 또는 환경적 요인이 상기 항공기를 위로 밀어올리거나 아래로 밀어내리면 바로잡을 수 있다. 상기 시스템의 항행 성능은 무인 항공기(UA)를 주 철도 선로의 중심선의 대략 +/-100피트인 측방 비행 회랑(lateral corridor) 내에 유지되게 할 수 있다. 이 측방 비행 회랑은 소유지의 경계에 해당한다. 대부분의 회피 기동(avoidance maneuver) 또는 호버링 궤도(loiter orbit)는, 안전을 유지할 필요가 있을 때, 주 철도 선로의 중심선의 +/-1,500피트 내에서 완료될 수 있다. 무인 항공기(UA)의 기내에 장착된 센서는 수집된 데이터와 영상이 선로 구역만의 데이터와 영상이 되도록 좁은 시야를 가지도록 설계되어 있다.
레일 네트워크는 구간(division)과 하위 구간(subdivision)으로 구성되어 있다. 각각의 하위 구간은 길이가 50마일 내지 300마일인 선로를 포함하고 있다. 하위 구간들은 서로 연결되어 있다. 레일 하위 구간의 각 종착역 근처에는 수 에이커(many acres)에 걸쳐 있는 조차장(yard) 설비가 있다. 이러한 조차장 설비에 무인 항공기 시스템(UAS) 운용을 지원하기 위한 직원과 시설이 제공될 수 있다. 오퍼레이터는 무인 항공기(UA)를 조차장으로부터 발진시키고, 하위 구간을 따라서 비행하게 하고, 그리고 무인 항공기(UA)를 점검할 수 있고, 유지할 수 있고, 연료를 재급유할 수 있고, 그리고 재발진시킬 수 있는 다음 조차장에 착륙시키는 것에 의해서 레일 네트워크의 대부분에 걸쳐서 무인 항공기 시스템(UAS)을 운용할 수 있다. 오퍼레이터는 100개까지의 하위 구간에 대해서 하루에 두 가지 임무 비행을 할 수 있다.
무인 항공기 시스템(UAS)을 모니터링하고 제어하기 위해서, 오퍼레이터는 PTC(positive train control:자동 속도 제어장치)를 개발하고 배치시키는 것에 대한 자신의 경험을 강화할 수 있다. 오퍼레이터는, VHF 항공 무선통신장치(VHF aviation radio)를 통한 음성 통신을 실행하고, 선로를 따라서 위치된 복수의 기차역으로부터 비행 요원에게 날씨 정보를 제공하기 위해서, 무인 항공기 시스템(UAS) 비행단의 지휘 및 통제(C2)를 위한, 개인 소유의 보증된 탑 설비(privately-owned secured tower facilities)와 지상 백홀 네트워크(terrestrial backhaul network)를 포함하여, 기존의 통신 기반시설을 이용한다.
상기 통신 네트워크는 튼튼하고 대리 기능성을 가지게 설계되어 있다. 상기 통신 네트워크는 본부에 있는 네트워크 운영 센터(NOC)까지 이어진다. 네트워크 운영 센터(NOC)로부터, 레일 네트워크의 임의의 하위 구간에 위치된 열차가 급파될 수 있다. 이 중심 장소(central location)로부터 전적으로, 경로를 따라서 배치된 스위치와 신호기가 제어되고 음성 무선통신장치(voice radio)를 통한 승무원 조정이 실시된다. 마찬가지로, 각각의 무인 항공기 시스템(UAS)은 지역 비행 통제 본부로부터 또는 중심 장소로부터 파견된 한 명의 주조종사(PIC)과 한 명의 부조종사에 의해서 지역 비행 통제 본부의 지상 관제소(GCS)로부터 통제될 수 있다. 상기 항공기가 비행하는 동안 복수의 장소로부터 통제될 수 있다. 예를 들면, 한 지역 비행 통제 본부가 비행을 개시시킨 다음 상기 항공기를 착륙시키지 않고 다른 비행 통제 본부로 통제권을 "핸드 오프(hand-off)"할 수 있다. 지휘 및 통제는 전용 무선 주파수대(dedicated spectrum)에서의 CNPC(command non-payload control) 또는 C2(지휘 및 통제) 무선통신장치의 차이를 이용하여 수행될 수 있다. 음성 통신은 철도사업용지(row)를 따라서 배치된 탑에 장착된 원격 제어식 항공 VHF 트랜스시버를 통하여 수행된다. 무인 항공기 시스템(UAS) 운용은 또한 로컬 트랙측 기상 관측소의 기존의 네트워크에도 영향을 미친다.
통신 기반시설은 또한 항공 교통 상황 인식 시스템(air traffic situation awareness system)을 지원하기 위해서 사용된다. 이 시스템은 협력적 및 비-협력적 항공 교통의 상태를 무인 항공기 시스템(UAS)의 조종사에게 보여줄 수 있다. 상기 무인 항공기(UA) 자체가 협력적 항공기이다. 상기 무인 항공기(UA)는 자동 종속 감시-방송 아웃(ADS-B out) 기능을 가진 모드 S 트랜스폰더(mode S transponder)를 구비할 수 있다.
무인 항공기 시스템(UAS) 운용 비행 통제 본부가 조차장 설비에 건설되어 있고, 이로 인해 점검 임무를 보다 효율적이고 비용 효과가 높게 수행할 수 있게 된다. 비행 요원은 필요에 따라 한 지역에 대한 안전성 점검 임무를 계획한다. 운용 비행 통제 본부의 전용 무인 항공기 시스템(UAS) 유지 및 데이터 처리 설비에 의해, 지상 요원이 자신의 임무를 위해 무인 항공기(UA)를 준비할 수 있고 발진(launch)과 회수(recovery)를 관리한다. 지상 관제소(GCS)로부터 무인 항공기(UA)를 날리면, 비행 요원은 무인 항공기(UA)의 항속거리(range)와 항속시간(endurance)을 이용하여 비행 계획당 하나 이상의 하위 구간에 걸쳐서 비행하게 할 수 있다. 일부 데이터는 비행 운용 동안 라이브로 스트리밍되는 반면에, 나머지 데이터는 비행 통제 본부에서 후처리된다. 모든 관련 데이터는 선로 점검원, 기술 인력, 그리고 유지보수 설계자와 같은 적절한 최종 사용자에게 적시에 전파하기 위해서 클라우드 데이터 저장소로 이송된다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 무인 항공기 시스템(UAS) 운용 비행 통제 본부(200)를 나타내고 있다. 도 2에 도시된 무인 항공기 시스템(UAS) 운용 비행 통제 본부(200)의 실시례는 단지 예시를 위한 것이다. 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 무인 항공기 시스템(UAS) 운용 비행 통제 본부의 다른 실시례가 사용될 수 있다.
도 2는 비행 통제 본부 개념을 나타내고 있다. 조차장(rail yard)에는, 5개의 하위 구간이 연결되어 있다. 4개의 다른 하위 구간의 상당한 부분이 175 마일 내에 있다. 이 구역에 걸쳐서 다수의 갑작스런 홍수 발생 장소, 열에 의한 좌굴이 발생하기 쉬운 선로 부분, 중요한 자산을 모니터링하기 위한 신호 피드백이 없는 구역, 그리고 몇 개의 중요한 교량이 있다. 이러한 연결된 하위 구간들은 항공기에 의한 안전성 점검과 이 기술이 제공하는 시기적절한 문제점 발견에 의한 이익을 받을 수 있다.
전형적인 레일 하위 구간(205)은 사람이 거주하는 지역의 변두리에 있는 조차장에서 시작하여, 많은 시골 지역으로 뻗은 다음, 사람이 거주하는 지역 근처의 다른 조차장에서 끝이 난다. 그 길을 따라서, 선로(210)가 간선 도로와 2차 도로에 근접해 있을 수 있고, 작은 도시나 마을을 통과하거나 그 근처를 지날 수 있고, 그리고 공항 근처를 지날 수 있다. 하지만, 무인 항공기(UA)가 개인이 소유하는 사유지 바로 위를 비행할 수 있기 때문에, 무인 항공기 시스템(UAS)은 건널목에서의 매우 짧은 시간(2초 정도)을 제외하면 비-관계자 바로 위를 비행하지 못하게 할 수 있다. 무인 항공기 시스템(UAS)은 비상시에 무인 항공기(UA)를 사유지 위나 사유지에 계속 있게 하는 몇 가지 안전 프로토콜(safety protocol)을 특별히 포함할 수 있다.
하위 구간의 여러 부분 또는 조차장이 지면에서 공역 경계(airspace boundary) 내에 있을 수 있기 때문에, 무인 항공기 시스템(UAS)은 클래스 G 공역, 클래스 E 공역, 클래스 D 공역, 클래스 C 공역, 그리고 클래스 B 공역에서 지상 고도(AGL) 400피트 이하로 비행할 때 규제를 받는다. 무인 항공기 시스템(UAS)은 관제탑이 있는 공항으로부터 이륙하거나 착륙할 것을 요하지 않도록 작동한다. 아래에 설명되어 있는(식별번호 [0088]-[0114]에 설명되어 있는) 절차는 통제된 공역, 공항의 부근, 그리고 알려진 항공 액티비티(aviation activity) 장소에서 운용하기 위해서 사용된다. 유인 항공 교통의 상황 인식을 유지하고 유인 항공 교통과의 조정을 하기 위해서, 기술과 함께, 많은 운용상 및 절차상의 안전을 위한 위험경감조치(safety mitigation)가 실행될 수 있다. 무인 항공기(UA)는 트랜스폰더를 구비하고 있고 비행 요원은 쌍방향 음성 통신수단을 가질 수 있다. 공항에 대한 무인 항공기(UA)의 상대 위치와 탐지된 항공 교통은 유시계 비행 규칙(VFR) 섹셔널 차트 오버레이(VFR sectional chart overlay)를 가진 무빙 맵 디스플레이(moving map display)를 이용하여 지상 관제소(GCS)에서 모니터링된다. 이와 같이, 비가시권 무인 항공기 시스템(BVLOS UAS) 운용은, 특히 클래스 B 공역, 클래스 C 공역, 그리고 클래스 D 공역에서, 유인 항공기 운용과 유사하다. 미연방 법령 14 CFR 91.113과 관련하여, 다른 협력적 항공 교통(cooperative air traffic)의 상태는 항공 교통 상황 인식 시스템을 이용하여 알려진다. 비-협력적 교통(non-cooperative traffic)에 대한 인식을 위해서, 1차 레이더와 같은 추가적인 센서가 무혼신 방식(non-interference basis)으로 사용된다. 추가 대리기능성(further redundancy)을 위해, 육안 관찰자가 비행하는 동안 선택된 장소에 배치될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 무인 항공기 시스템(UAS)(300, 301)을 나타내고 있다. 도 3a에 도시된 무인 항공기 시스템(UAS)(300) 및 도 3b에 도시된 무인 항공기 시스템(UAS)(301)의 실시례는 단지 예시를 위한 것이다. 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 무인 항공기 시스템(UAS)의 다른 실시례가 사용될 수 있다.
상기 무인 항공기 시스템(UAS)은 장기간 전진 비행을 위한 고정익 항공기와 수직 이착륙을 위한 쿼드-로터 시스템을 결합하는 하이브리드 쿼드-로터 기술을 사용한다. 하이브리드 쿼드-로터 기술은 전체 하위 구간을 점검하기 위해서 수백 마일을 비행하는 능력을 가지면서, 선로 근처나 조차장의 작은 구역으로부터 무인 항공기(UA)를 발진시키는 것과 회수하는 것을 가능하게 한다.
비가시권(BVLOS) 운용을 위해서, 무인 항공기 시스템(UAS)의 예는 HQ-40 하이브리드 쿼드-로터 항공기, HQ-60B 하이브리드 쿼드-로터 항공기 그리고 HQ-60C 하이브리드 쿼드-로터 항공기를 포함한다. HQ-40 하이브리드 쿼드-로터 항공기는 10피트의 날개 길이와 45 파운드의 최대 총중량을 가진 소형 무인 항공기 시스템(UAS)이다. HQ-60B 하이브리드 쿼드-로터 항공기와 HQ-60C 하이브리드 쿼드-로터 항공기는 15피트의 날개 길이와 115 파운드의 최대 총중량을 가진 보다 큰 무인 항공기 시스템(UAS)이다. HQ-60B 하이브리드 쿼드-로터 항공기는 HQ-40 하이브리드 쿼드-로터 항공기보다 더 먼 항속거리, 더 긴 항속시간 그리고 더 많은 탑재 능력을 가지고 있다. 이들 항공기는 동일한 비행 컴퓨터와 비행 제어 소프트웨어뿐만 아니라 많은 동일한 서브-시스템을 공유한다. 양 항공기는 동일한 지상 관제소(GCS)에서 조종될 수 있다. 아래에 양 항공기의 간략한 설명이 있다.
HQ-40 하이브리드 쿼드-로터 항공기는 하나의 동체, 하나의 날개, 두 개의 붐(boom), 두 개의 수직 안전판, 그리고 하나의 수평 안전판으로 이루어져 있다. 전진 비행 엔진(forward flight engine)은 동체 뒤에 설치되어 있다. 쿼드-로터 시스템 모터는 붐에 설치되어 있다. 상기 항공기는 랜딩 스트러트(landing strut)로서 수직 안전판의 바닥부와 붐의 전방 부분에 있는 두 개의 스트러트(strut)를 이용한다. 상기 항공기는 날개의 아웃보드(outboard) 부분에 있는 보조 날개(aileron)와 수평 안전판 위의 승강타(elevator)로 자세를 제어한다. 상기 항공기는 섬광등과 위치등을 구비하고 있다. 상기 항공기는 또한 가시성이 높은 페인트 구성(high visibility paint scheme)을 포함하고 있다. 도 3a는 HQ-40 하이브리드 쿼드-로터 항공기의 기체(airframe)를 나타낸다. 표 1 및 표 2는 HQ-40 하이브리드 쿼드-로터 항공기의 실제 크기와 성능 특징을 열거하고 있다.
[표 1]
HQ-40 항공기 크기
[표 2]
HQ-40의 성능 특징
HQ-60B 하이브리드 쿼드-로터 항공기는 하나의 동체, 하나의 날개, 두 개의 붐, 두 개의 수직 안전판, 그리고 하나의 수평 안전판으로 이루어져 있다. 전진 비행 엔진은 동체 뒤에 설치되어 있다. 쿼드-로터 시스템 모터는 붐에 설치되어 있다. 상기 항공기는 랜딩 스트러트로서 수직 안전판의 바닥부와 동체의 하부 중심 부분에 배치된 구조를 이용한다. 상기 항공기는 날개의 아웃보드 부분에 있는 보조 날개, 수평 안전판 위의 승강타, 그리고 각각의 수직 안전판 위의 방향타(rudder)로 자세를 제어한다. 각각의 조종면(flight control surface)은 대리 기능성(redundant)이 있으며 독립적으로 제어되고 작동된다. 상기 항공기는 섬광등과 위치등을 구비하고 있다. 상기 항공기는 또한 가시성이 높은 페인트 구성(high visibility paint scheme)을 포함하고 있다. 도 3b는 HQ-60B 하이브리드 쿼드-로터 항공기의 기체를 나타내고 있고 표 3 및 표 4는 HQ-60B 하이브리드 쿼드-로터 항공기의 실제 크기와 성능 특징을 열거하고 있다.
[표 3]
HQ-60B 항공기 크기
[표 4]
HQ-60B의 성능 특징
HQ-시리즈 무인 항공기 시스템(UAS)(HQ-40 및 HQ-60B)은 익스페리멘탈 카테고리(Experimental Category)에서 특별감항증명(Special Airworthiness Certificate)을 교부받았고 VLOS/EVLOS 운용에서 360시간 이상을 누적하였고 비가시권(BVLOS) 운용에서 880시간 이상을 누적하였으며, 18시간의 야간 비가시권(BVLOS) 운용 실적을 가지고 있다. 결과적으로 2017년 8월까지 총 1,258 비행 시간을 확보하였다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 지휘 본부(CC) 사용자 인터페이스(UI)(400)를 나타내고 있다. 도 4에 도시된 지휘 본부 사용자 인터페이스(CC UI)(400)의 실시례는 단지 예시를 위한 것이다. 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 지휘 본부 사용자 인터페이스(CC UI)의 다른 실시례가 사용될 수 있다.
지상 관제소(GCS) 설비는 복수의 개별 비행 요원을 지원하는 장비를 갖추고 있고, 각각의 비행 요원은 복수의 하위 구간에 대해 하나의 무인 항공기 시스템(UAS)을 운용할 수 있다. 도 5에 도시된, 각각의 지상 관제소(GCS)는 아래의 장비: 지상국 노트북 컴퓨터: 무인 항공기(UA)에 특화된 PC 컴퓨터 실행 지상 관제소(GCS) 소프트웨어; 원격 측정 링크(telemetry link) 및 항공기와 오퍼레이터 인터페이스 사이의 무선 링크와 브리지(bridge)의 관리를 위한 무선통신장비를 포함하는 지상국 장치; 지상국 통신 안테나; 그리고 지상국 GPS 안테나를 포함할 수 있다.
이러한 구성요소 외에, 지상 관제소(GCS)는 또한 통신 네트워크와의 연결을 위한 장치, 레일 및 항공 음성 무선통신장치(rail and aviation voice radio)의 사용을 위한 장비와 인터페이스, 비행 통제 본부와의 통신을 위한 장비와 인터페이스, 열차의 위치를 모니터링하는 소프트웨어, 그리고 항공 교통 상황 인식 시스템용 장비와 디스플레이를 포함할 수 있다. 지상 관제소는 또한 비행 기간 동안 통상적인 운용을 지원할 수 있는 전자 장치 수단과 예비 동력 시스템을 포함할 수 있다.
HQ-60B 하이브리드 쿼드-로터 항공기는 무인 항공기 시스템(UAS) 자동조종장치(항공기 기내에 장착된 것)와 지상 관제 시스템(GCS)을 이용한다. 이 장치는 DoD program에 대해 250,000시간을 훨씬 넘기는 엄청난 성공을 거두었다. 자동조종장치 소프트웨어는 정의하기 쉬운 미션 파라미터(easy-to-define mission parameters)와 제한 사항, 웨이포인트 삽입(waypoint insertion), 공통 기능용 상황에 맞는 메뉴(context menus for common functions), 항공기 간의 경로 복사(route copy between aircraft), 쉬운 경로 계획(easy route planning), 고성능 스무스-줌 2D 및 3D 지형 매핑(high-performance smooth-zoom 2D and 3D terrain mapping), 고도와 영상을 위한 웹 매핑 서버와 지형 데이터베이스의 통합(terrain database integration with web mapping servers for elevation and imagery), 직관적인 주 비행 디스플레이(intuitive primary flight displays), 그리고 상기 디스플레이에서 비행 속도, 고도 및 진행 방향 지휘를 변화시키는 능력을 포함하고 있다. 표시된 데이터는 사용자 요구 사항에 따라 구성될 수 있다. 스테이터스 바(status bar)는 높은 수준의 경보 인터페이스(high-level alert interface)를 제공한다.
조종사는 오퍼레이터 인터페이스의 주 비행 디스플레이(PFD)를 이용하여 상기 항공기의 자세를 결정할 수 있고 디폴트 디스플레이의 중심에 있는 지리 참조 영상(geo referenced imagery)을 이용하여 상기 항공기의 위치를 결정할 수 있다. 상기 항공기의 위치는 이 영상에 오버레이된다. 주 비행 디스플레이(PFD)와 상기 항공기 위치는 25Hz의 최대 빈도로 업데이트된다.
무인 항공기(UA)의 통상적인 운용에 해가 될 수 있는 모든 지휘는 확인 창으로 보호된다. 원하지 않는 결과를 초래할 수 있는 입력이 억제되고 작동하는데 복수의 단계를 요한다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 지상 관제 시스템(GCS) 설비(500)를 나타내고 있다. 도 5에 도시된 지상 관제소(GCS) 설비(500)의 실시례는 단지 예시를 위한 것이다. 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 지상 관제소(GCS) 설비(500)의 다른 실시례가 사용될 수 있다.
각각의 비행 통제 본부는 무인 항공기 시스템(UAS) 발진 및 회수 기지(LRS)를 포함할 수 있고, 이 무인 항공기 시스템(UAS) 발진 및 회수 기지(LRS)에서 지상 요원이 무인 항공기(UA)를 준비하고 유지하며 발진 및 회수 운용을 감독한다. HQ-60B 시스템은 비행전 준비와 비행후 활동을 위해서 아래의 장비: 쇼어 파워 스플라이(shore power supply); 30 V DC 전원; 리튬 폴리머(LiPo) 배터리 안전 저장소; 항공전자기기와 수직 이착륙(VTOL)용 배터리를 충전하기 위해서 사용되는 리튬 폴리머(LiPo) 충전소; 대량 연료 공급 및 이송 장비; 항공기 저울(aircraft scale); 유지 보수를 위해 필요한 공구와 마모 물품에 대한 예비 물품을 포함하는 공구와 예비 물품 키트; 안전성을 이유로 지상 요원으로 하여 발진을 중단시킬 수 있게 하는 발진 중단 시스템; 지상 관제소(GCS)의 비행 요원과의 통신을 위한 웹캠(webcam)/VoIP(인터넷 전화) 장비; 발진 및 회수를 위한 근거리 C2(지휘 및 통제) 무선통신장치를 필요로 한다.
지상 요원과 비행 요원은 요원 역할과 책임에 관한 교육과 요원 자원 관리에 관한 교육을 받을 수 있다. 지상 요원의 특수한 임무는 식별번호 [0088]-[0114]에 강조되어 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 통신탑(600)을 나타내고 있다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 통신탑(600)의 실시례는 단지 예시를 위한 것이다. 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 통신탑(600)의 다른 실시례가 사용될 수 있다. 도 7은 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 무선 주파수(rf) 통신 가능 범위 분석결과(700)를 나타내고 있다. 도 7에 도시된 무선 주파수(rf) 통신 가능 범위 분석결과(700)의 실시례는 단지 예시를 위한 것이다. 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 무선 주파수(rf) 통신 가능 범위 분석결과(700)의 다른 실시례가 사용될 수 있다.
무인 항공기(UA)의 지휘 및 통제는 무선 네트워크를 이용하여 달성될 수 있다. 이것은 핸드 오프(hand-off) 절차를 수행하는 일련의 지상 관제소(GCS) 사례를 포함하지 않는다. 오히려, 지속적인 통신을 유지하기 위해서 일정한 간격을 두고 무인 항공기(UA)의 비행 경로를 따라서 배치된 지상 무선통신장치의 네트워트에 연결된 하나의 지상 관제소(GCS)가 있다.
무인 항공기(UA)와 지상 관제소(GCS) 사이의 C2(지휘 및 통제) 링크를 유지하기 위해서, 무인 항공기(UA)는 이 네트워크의 하나 이상의 안테나의 가시권(LOS) 내에 있어야 한다. 네트워크상의 안테나 배치는 통신 가능 범위가 겹치도록 되어 있고, 이것은 하위 구간을 따라서 비행하는 동안 무인 항공기(UA)가 항상 두 개의 무선통신장치의 가시권(LOS) 내에 있을 수 있다는 것을 의미한다. 무선 네트워크는 대략 50밀리초의 대기 시간(latency)을 위해 설계된 네트워크를 통하여 지상 관제소(GCS)에 연결되어 있다.
도 6a 및 도 6b는 통신탑을 나타내고 있다. 이 탑은 높이가 대략 300피트이고 선로로부터 대략 1.6NM의 고지에 배치되어 있다. 이러한 종류의 탑은 선로를 따라서 대략 15 내지 30NM의 간격을 두고 위치되어 있다. 도 7은 하위 구간을 따라서 배치된 탑을 이용하여 C2(지휘 및 통제) 무선 네트워크에 대한 무선 주파수(RF) 통신 가능 범위 분석결과를 나타내고 있다. 7개의 탑을 이용하면 하위 구간의 길이에 대해서 선로 높이에서 겹치는 통신 가능 범위를 제공한다. 기존의 탑이 다른 하위 구간을 따라 무선 네트워크를 설치하기 위해서 사용될 수 있다. 상기 네트워크로 일상적인 비가시권(BVLOS) 무인 항공기 시스템(UAS) 운용을 수행하기 전에 무선 주파수(RF) 분석 및 수행할 수 있는 적절한 성능 테스트가 수행된다.
무인 항공기(UA)에 사용된 자동조종장치는 ISM(산업용, 과학용 및 의료용) 주파수 대역(2.4GHz와 900MHz)의 내장형 C2(지휘 및 통제)/원격 측정 링크를 포함하고 있다. CNPC/C2(지휘 및 통제) 무선통신장치의 통합은 제2 C2(지휘 및 통제) 링크를 상기 항공기에 추가한다. 통상적인 수직 이착륙(VTOL) 발진 및 회수를 수행하기 위한 요건은 순항 비행할 때보다 더 높은 대역폭의 원격 측정 링크를 필요로 한다. 발진, 회수, 그리고 로컬 오퍼레이션(local operation) 동안, C2(지휘 및 통제) 링크는 2.4GHz 무선통신장치일 수 있다. 상기 항공기가 발진 및 회수 구역으로부터 멀어지게 비행할 때, 비행 요원에 의해서 통신 링크가 CNPC/C2(지휘 및 통제) 무선 네트워크로 전환된다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 전체 시스템 개략도(800)를 나타내고 있다. 도 8에 도시된 전체 시스템 개략도(800)의 실시례는 단지 예시를 위한 것이다. 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 전체 시스템 개략도(800)의 다른 실시례가 사용될 수 있다.
도 8은 통신 흐름도이다. 지휘, 제어, 그리고 원격 측정 데이터가 발진 및 회수 동안 2.4GHz의 ISM(산업용, 과학용 및 의료용) 주파수 대역으로 국지적으로(locally) 전송된다. 일단 상기 항공기가 순항 형태(cruise configuration)로 안정되면, 무인 항공기 시스템(UAS)은 가장 가까운 CNPC/C2(지휘 및 통제) 탑을 통하여 CNPC/C2(지휘 및 통제) 네트워크로 들어갈 수 있다. 조종사는 지상국 컴퓨터에서 실행되는 주문형 소프트웨어 애플리케이션을 이용하여 이 변화를 만든다. 이 소프트웨어는 또한 조종사에게 CNPC/C2(지휘 및 통제) 시스템의 안정성(health)과 상태에 대한 피드백을 제공한다. 어떤 이유로든 CNPC 네트워크의 링크 안정성이 충분하지 않다면, 무인 항공기(UA)는 로컬 2.4GHz ISM(산업용, 과학용 및 의료용) 링크를 통하여 비행 통제 본부에 회수될 수 있다. 어떤 이유로든 로컬 C2(지휘 및 통제) 안정성에 문제가 있다면, 문제가 해결될 때까지 비행이 연기될 수 있다. CNPC 네트워크의 모든 무선통신장치의 안정성은 조종사에 의해서 모니터링될 수 있다. 순항 비행하는 동안, 무선통신장치의 링크 안정성이 지속적인 비행을 하는데 불충분하면, 조종사는 비행 계획을 변경하거나 선로 근처에 비상 수직 착륙을 실행할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 항공 교통 인식 시스템(900)의 개요를 나타내고 있다. 도 10은 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 자동 종속 감시-방송(ADS-B:Automatic Dependent Surveillance-Broadcast) 현장 위치(1000)의 개요를 나타내고 있다. 도 11은 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 항공 교통의 사용자 인터페이스 디스플레이(1100)를 나타내고 있다. 도 9에 도시된 항공 교통 인식 시스템(900)의 실시례, 도 10에 도시된 자동 종속 감시-방송(ADS-B) 현장 위치(1000)의 실시례, 그리고 도 11에 도시된 사용자 인터페이스 디스플레이(1100)의 실시례는 단지 예시를 위한 것이다. 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 항공 교통 인식 시스템(900)의 다른 실시례, 자동 종속 감시-방송(ADS-B) 현장 위치(1000)의 다른 실시례, 그리고 사용자 인터페이스 디스플레이(1100)의 다른 실시례가 사용될 수 있다.
미연방 법령 14 CFR 91.113에 따라 다른 항공 교통을 "관찰하고 회피하는" 능력이 매우 중요하다. 상기 항공 교통 상황 인식 시스템은 협력적 항공 교통과 비-협력적 항공 교통을 모니터링할 수 있다. 이 시스템의 구성요소는 로컬 센서와 디스패치 시스템(dispatch system) 그리고 레인지 시스템(range system) 소프트웨어 도구를 포함할 수 있다.
도 9에 도시되어 있는 것과 같이, 디스패치 시스템은 미연방 항공청(FAA) 항공 교통 관리 시스템(감시 방송 시스템)에 연결되어 있고 로컬 센서의 네트워크에 연결될 수도 있다. 지상 고도(AGL) 500피트 이하의 자동 종속 감시-방송(ADS-B)의 유효 시청 범위를 확대하기 위해서 자동 종속 감시-방송(ADS-B) 엑스텐드 수신기(Xtend receiver)의 로컬 네트워크가 각각의 하위 구간을 따라서 설치될 수 있다. 이것의 한 예가 도 10에 제공되어 있다. 무선 주파수(RF) 분석 결과 지상(지상 고도(AGL) 50피트)에 자동 종속 감시-방송(ADS-B)의 유효 시청 범위를 제공하기 위해서 하위 구간을 따라서 배치된 탑에 6개의 추가적인 수신기를 설치하는 것으로 이어졌다. 로컬 센서 데이터는 SBS 데이터 피드에 통합되지 않을 수 있다는 것을 유의해야 한다.
레인지 시스템 소프트웨어는 무인 항공기 시스템(UAS) 조종사에게 상황 인식을 제공하도록 설계된 항공 교통 디스플레이이다. 이것은 조종사가, 무인 항공기(UA)와 시각적인 접촉을 할 개연성이 낮은 근처의 유인 항공 교통을 피하는 것을 도와준다. 상기 디스패치 시스템을 이용하여, 미연방 항공청(FAA) 레이더로부터의 데이터와 ADS-B, ADS-R, TIS-B, 그리고 FIS-B로부터의 데이터가 로컬 센서로부터 감진된 데이터와 결합되어 레인지 시스템 상에 무인 항공기 주조종사(UA PIC)에게 각각의 항공 교통 목표의 항적(track)을 제공한다. 다양한 기호와 경보 기능(alerting features)이 도 11에 도시된 것과 같이 무인 항공기(UA) 및 임의의 항공 교통 목표의 표시를 제공한다.
비-협력적 교통의 감지를 위한 로컬 센서의 한 예가 이 항공 교통 인식 시스템의 일부분으로 테스트된 레이더이다. 이 레이더는 직원, 육상 차량, 선박, 조류 대상(avian target), 그리고 저공 비행 항공기를 탐지한다. 일반 항공(GA) 항공기 크기의 대상을 탐지하여 이 일반 항공(GA) 항공기 크기의 대상에 대한 항적(track)을 발생시키도록 구성된 레이더에 의하면, 일반 항공(GA) 항공기는 20피트(~6미터)의 중간 범위 오차(median range error)로 5.4NM(10km)의 범위에서 추적되었다. 추적 기간은 대략 70초 내지 110초였다. 고도 데이터를 이용할 수 없으므로, 이 센서로부터의 레이더 추적은 단지 2차원으로 표시된다는 것을 유의해야 한다. 아무런 추가적인 조정이 없으면, 조종사는 대상들이 동일 고도(co-altitude)에 있다고 가정하여야 하며 상기 대상들을 피하기 위해서 적절하게 행동을 취해야 한다.
테스트 구성(configuration)과 환경에 대해서, 상기 항공 교통 인식 시스템은 무인 항공기 주조종사(UA PIC)가 적어도 3NM의 범위에 있는 일반 항공(GA) 항공 교통(협력적 항공 교통과 비-협력적 항공 교통)을 알아볼 수 있게 하였다. 평균적으로, "침입기(intruder)"인 일반 항공(GA) 항공기와 무인 항공기(UA) 사이의 초기 인식 시점과 가장 가까운 접근 시점 사이는 적어도 60초였다. 항공 교통의 사람의 육안 포착(human visual acquisition)을 연구하는 한 연구에는, 항공 교통을 적극적으로 살펴보는 두 명의 조종사에 의한 파이프 아쳐(Piper archer)(통상적인 크기의 일반 항공(GA) 항공기)의 육안 포착 가능성이 제공되어 있다. 상기 육안 포착 가능성은 3NM의 범위에서 단 10%인 것으로 나타났다(0.5NM 이하의 범위에서는 상기 가능성이 100%인 것으로 나타났다). 다른 테스트의 결과는 상기 레인지 시스템을 이용하는 무인 항공기 주조종사(UA PIC)에 의한 침입기의 식별이 지상의 육안 관찰자에 의한 포착보다 대략 17초 먼저 이루어졌다는 것을 보여주었다. 테스트 결과는 상기 항공 교통 상황 인식 시스템의 사용이 지상 육안 관찰자나 비행 중인 육안 관찰자와 동등하거나 더 우수한 항공 교통 탐지 능력을 제공하는 것을 나타내고 있다.
비-협력적 교통에 대한 로컬 센서의 배치는 다음 사항: (1) 협력적 항공 교통의 탐지를 위한 하위 구간의 길이를 따라서 지상에 대한 자동 종속 감시-방송(ADS-B) 통신 가능 범위; (2) 높은 집중도의 비-협력적 항공 교통을 가지는 것으로 알려진 장소;를 기초로 할 수 있다. 이 지식은 능가하려는 노력(outreach efforts)의 결과일 수 있다. 활동의 특성에 따라서, 이것은 센서(레이더)의 연중 계속 배치보다는 계절에 따른 배치로 이어질 수 있다. 상기 비-협력적 교통에 대한 로컬 센서의 배치는 (3) 선로 위의 비행 회랑에 특수한 위험요소 평가를 기초로 할 수 있다. 상기 배치가 처음에는 실제 항공 교통 데이터에 기초하거나 상기 데이터에 의해 유효성이 확인된 모델링에 기초할 수 있다. 센서, 또는 다른 위험경감요소(육안 관찰자)는, 공중 충돌 위험이 공중 충돌의 허용가능한 경감되지 않은 위험요소(상대적인 경감되지 않은 위험요소)를 가지는 것으로 간주된 장소의 공중 충돌 위험을 넘어서는 장소에 배치될 수 있다.
추가적인 항공 교통 회피 기술이 운용상의 이용(operational use)을 위해 허용되기 때문에 추가적인 항공 교통 회피 기술이 활용될 수 있다. 이러한 기술의 예는 대체 레이더(alternative radar)와 기내 탑재 충돌 방지 장치(on-board collision avoidance)를 포함한다.
항공 주파수(aviation frequency)를 이용하는 쌍방향 음성 통신은 중요한 안전을 위한 위험경감요소(safety mitigation)이다. 상기 쌍방향 음성 통신은 서로의 항공기를 보지 못할 수 있는 조종사들에게, 자신들의 의사를 알릴 수 있게 해주고 안전한 방식으로 자신들의 조치를 조정할 수 있게 해준다. IP 무선 게이트웨이/브리징 시스템(IP radio gateway/bridging system)을 이용하는 각각의 하위 구간에 대해 로컬(local)인 CTAF, 탑, 그리고 접근 주파수(approach frequencies)를 관리하기 위해서 전기 통신 기반시설이 사용될 수 있다. 상기 시스템은 탑 장착 VHF 트랜스시버(tower mounted VHF transceiver)로부터 푸시 투 토크(push-to-talk) 능력을 제공한다. 이것은 UNICOM/CTAF에 대해 공항에 사용된 것과 같은 항공 지상국(aviation ground station) 무선통신장치의 네트워크를 가지는 것과 비슷하다. 일부 실시례에서는, 음성 무선통신장치가 무인 항공기(UA) 기내에서 설치되어 있지 않기 때문에 상기 지상국이 공대공 통신(air-to-air communication)을 가능하게 한다.
항공 VHF 트랜스시버의 이러한 사용법은 미연방 항공청(FAA)/미연방 통신 위원회(FCC)의 승인을 받아야 한다. 이러한 사용법은 상기 무선통신장치의 이례적인 배치이지만, 상기 사용법은 무인 항공기 시스템(UAS)이 유인 항공과 일치하는 방식으로 NAS에서 비가시권(BVLOS)으로 운용할 수 있게 해주고 무인 항공기(UA)의 NAS로의 안전한 통합의 중요한 요소인 것으로 판명되었다.
유시계 비행 규칙(VFR)하에서의 비행을 위해 AIM(aeronautical information manual:비행 정보 교본)의 지침과 절차를 따라야 한다. 아래의 내용은 통상적인 비행을 위한 절차의 개요이다.
비행 계획은 유인 항공과 동일한 방식으로 수행될 수 있다. 주조종사는 비행에 적용할 수 있는 모든 정보를 잘 알고 있다. 비행 요원은 레일 기반시설에 대한 무인 항공기 시스템(UAS) 비행 계획을 위해 설계된 소프트웨어와 함께 기존의 항공 도구(aviation tool)와 정보 소스를 이용할 수 있다. 이 소프트웨어는 지리 정보 시스템(GIS) 데이터베이스로부터, 현장 조사로부터, 공공연하게 이용할 수 있는 데이터로부터, 그리고 비행 계획의 개발을 도와주는 승인된 네비게이션 데이터베이스로부터 수집된 정보를 이용한다. 비행 계획은 다음 사항: 임무 목적(하위 구간, 안전성 점검의 유형, 센서), 현지 지형, 발진 및 회수 현장의 현지 날씨뿐만 아니라 비행 경로를 따르는 지역의 현지 날씨, 비행 경로를 따르는 지역의 인구, 수직 장애물, 발진 및 회수의 상승 및 하강 경로, 현지 공역(local airspace) 및 항공 교통 고려사항, 그리고 트랙(track) 근처에서의 사람들의 모임이나 특별 행사를 고려할 수 있다. 계획된 비행 시간은 비행을 위한 연료 요건을 결정한다. 필요하면 다른 NAS 사용자(DoD, Ag, GA)에 대한 통지가 전달될 수 있고, 필요한 경우 NOTAM(Notice to Airmen: 항공고시보)이 제출될 수 있도록 이륙 시간과 총 비행 시간이 결정될 수 있다.
상기 비행 계획 프로세스의 결과는 다음과 같다: 발진 및 회수 위치를 정하는 복수의 GPS 좌표; 착륙 위치로의 착륙 패턴을 정하는 복수의 GPS 좌표; 통상적인 운용을 위한 비행 경로를 정하는 복수의 GPS 웨이포인트; C2(지휘 및 통제) 링크의 끊김(loss)하에서의 운용을 위한 비행 경로를 정하는 복수의 GPS 웨이포인트; 사유지로부터 벗어나는 것을 방지하도록 되어 있는 공역 경계(geo-fence:지리상의 위치나 특정 지역에 대한 가상의 경계)를 정하는 복수의 GPS 좌표; 지오펜스(geo-fence) 내에 그리고 이 지오 펜스를 바로 지난 곳의 적절한 비상 착륙 구역(또는 피해야 할 구역)의 묘사; 지상 관제소(GCS)에서 무빙 맵 디스플레이(moving map displays)에 사용하기 위한 비행 지도(aviation charts), 지형, 그리고 인구 통계 자료의 맵 오버레이(map overlay); 비행 경로를 따라서 존재하는 임의의 공역 또는 근처의 임의의 공항을 통과하여 전이(transition)하기 위한 정보와 절차; 통지(notification)와 항공고시보(NOTAM)를 발행하기 위한 일정; 그리고 지상 요원에 대한 페이로드(payload)/센서 설치 및 연료 장전 계획.
비행 계획 프로세스의 어느 부분 동안 무인 항공기 시스템(UAS)의 주조종사(PIC)가 비행이 안전하게 수행될 수 없다고 생각하면, 변화가 포함될 때까지 또는 적절한 경감이 실행될 때까지 비행 운용이 연기될 수 있다. 예를 들면, 트랙에 아주 근접한 곳에서 많은 사람이 모일 수 있는 특별 행사, 트랙에 아주 근접한 곳에서 계절적이고 상당히 국지적인 농작물 살포 작업, 또는 정지 비행이 요구될 수 있는 위치에 수직 장애물의 설치를 포함한다.
비행 요원과 지상 요원은 비행전 조치에 대한 책임이 있다. 지상 관제소(GCS)에서, 비행 요원은 비행전 체크 리스트에 따라 모든 소프트웨어와 디스플레이를 구성할 수 있다. 무인 항공기(UA) 구성 파일(configuration files)이 확인될 수 있고, 비행 계획 웨이포인트가 자동조종장치 인터페이스에 로딩될 수 있고, 맵과 맵 오버레이가 자동조종장치 인터페이스와 항공 교통 상황 인식 시스템에 로딩될 수 있다. 흔히 사용되는 무선 주파수는 미리 맞추어질 수 있다. 임의의 센서 인터페이스가 구성될 수도 있다. 발진 및 회수 기지(LRS)의 지상 요원과 통신이 실행될 수 있다. 발진 및 회수 기지(LRS)에서, 지상 요원은 무인 항공기(UA)의 비행전 점검을 수행할 수 있고, 비행 계획에 따라 센서를 구성할 수 있고 무인 항공기(UA)에 연료를 공급할 수 있다. 상기 지상 요원은 소프트웨어와 디스플레이를 구성한 후의 비행 요원과 조정하여 무인 항공기(UA)의 시스템에 전원을 켜는 것을 진행한다.
비행 요원과 지상 요원은 각각 최종적인 지상 관제소(GCS)와 무인 항공기(UA) 비행전 점검, 예를 들면, 비행 계획과 경계의 자동조종장치로의 이양, 무게 중심 계산과 확인, C2(지휘 및 통제) 그리고 페이로드 링크 점검, 배터리 전압 점검, 연료량 확인, 조종면 보정 점검(flight control surface calibration check), 관성측정장치(IMU) 점검, 수직 이착륙(VTOL) 시스템 점검, 그리고 푸셔 엔진(pusher engine) 시동 및 가속(run-up) 점검을 완료한다. 이러한 작업이 완료되면, 비행 요원과 지상 요원은 비행 통제 본부에서 발진 구역의 시계 장애물 제거(visual clearing)를 포함하여 이륙전 점검을 완료하도록 조정할 수 있다. 지상 요원이 발진 중단 통제를 담당한다. 지상 관제소(GCS)에서, 비행 요원은 ATC와의 모든 필수적인 이륙전 무선 통신을 수행할 수 있거나 CTAF를 통하여 발표를 할 수 있다. 최종적인 기동가능(go) 또는 기동불가능(no-go) 결정은 주조종사에 의해 내려질 수 있다.
수직 발진과 전진 비행으로의 전이가 자동조종장치 모드를 통하여 실행된다. 자동조종장치 모드는 주조종사에 의한 제어장치의 수동 조작없이 이루어지는 일련의 조종을 포함한다. '기동가능(go)' 결정이 내려지면, 지상 관제소(GCS)로부터 발진 명령이 내려질 수 있다. 발진 및 전이(transition) 도중에, 지상 요원이 안전상의 이유로 발진을 중단할 수 있다.
수직 상승 프로파일(verticla climb profile)이 무인 항공기(UA)를 지상 고도(AGL) 대략 60피트의 고도로 상승시킬 수 있다. 거기에서부터, 무인 항공기(UA)는 전진 추진 모터의 동력으로 전진 비행으로 전이한다. 일단 무인 항공기(UA)가 전진 비행으로 전이하였으면, 지상 관제소(GCS)에 있는 주조종사는 CNPC 링크 안정성(health)을 확인할 수 있고 무인 항공기(UA)를 CNPC 네트워크로 진입시킬 수 있다. 그 다음에 주조종사는 비행 계획을 작동시킬 수 있고 무인 항공기(UA)는 미리 계획된 경로를 비행하게 된다.
순항 비행 단계 동안, 상기 항공기는 특정 관심 구역에 대해 항로를 따라서 비행 계획을 따르고 필요한 데이터를 수집할 수 있다. 비행하는 동안, 비행 요원은 ATC 및 다른 NAS 사용자와 통신할 수 있고 다른 항공 교통의 위치를 보여주는 디스플레이를 모니터링할 수 있다. 날씨, 무인 항공기(UA) 비행 상태, 그리고 엔진 RPM, 연료량, 배터리 수명, GPS 신호, 그리고 C2(지휘 및 통제) 링크와 같은 안정성 체계(health system) 또한 계속적으로 모니터링될 수 있다. 무빙 맵(moving map)상의 무인 항공기(UA)의 원격 계측된 위치는 상기 항공기가 비행 계획을 제대로 수행하고 있다는 것을 보장하기 위해서 사용될 수 있다. 주조종사는 비행 계획, 또는 무인 항공기(UA)의 항로, 속력, 그리고 고도를 변경시키기 위해서 언제든지 조종을 할 수 있다.
규제를 받는 공역에서 무인 항공기(UA)의 안전한 운용을 위한 중대한 사항은 유인 항공기 운용에 대한 영향을 최소로 하면서 비가시권(BVLOS) 점검 임무를 안전하게 진행될 수 있게 하도록 설계된 절차이다. 클래스 B 공역, 클래스 C 공역, 그리고 클래스 D 공역에서의 운용에 대해서, 무인 항공기(UA)는 협력적이지만, 낮은 순항 고도를 고려해 볼 때 무인 항공기(UA)가 미연방 항공청(FAA) 레이더에 의해서 탐지되지 않을 수 있다. 이 문제에 의해 영향을 받은 경로에 대해서, 보고 지점(reporting point)과 정지 비행 지점(loiter point)은 공역 경계와 선로의 교차 지점에서, 그리고 임의의 활주로에 대한 착륙 진입로(approach)와 선로의 교차 지점의 양 측에서의 1.5해리(nautical mile)와 3해리 사이의 위치에서 정해질 수 있다. 이러한 지점들은 통제 설비와의 합의서(LOA)에 명시될 수 있고 명명될 수 있다(지점 Q(위도/경도) 등). 다시 말해서, 이러한 지점들은 거리로 표시될 수 있고 주요 지형지물과 관련지어질 수 있다('선로(rail track)와 활주로(36)의 교차 지점으로부터 1.5 NM'). 무인 항공기(UA) 주조종사는 비행 방향의 각각의 보고 지점에서 항공 음성 무선통신장치로 ATC를 호출할 수 있다. 클래스 D 공역에서는, 유지하라는 지시가 없으면 ATC 전송 접수 통지(acknowledgement of transmission)가 다음 보고 지점으로 진행하라는 승인이 된다. 클래스 B 공역과 클래스 C 공역에서는, 전송 접수 통지와 진행 승인을 받아야 한다. 보고 지점과 정지 비행 지점에 유지하라는 요청을 받으면, 무인 항공기 시스템(UAS)은 지상의 사람과 구조를 피하도록 계획된 궤도에서 비행할 수 있다. 교통이 원활해 지면 무인 항공기(UA)는 항로를 따라서 계속 비행할 수 있고 ATC는 다음 지점으로 진행하라는 지시를 제공한다.
공항 근처의 클래스 E 공역과 클래스 G 공역에서의 운용은 비슷하다. 무인 항공기(UA) 주조종사는 CTAF를 모니터링할 수 있고 위치 보고를 할 수 있다. 음성 무선 위치 보고와 항공 교통 상황 인식 디스플레이상의 항공 교통의 움직임에 기초하여, 주조종사는 보고 위치와 정지 비행 위치를 이용하여 유인 항공 교통과 조정을 할 수 있다. 필요하면, 주조종사는 활주로 중심선으로부터 멀리 떨어져서 정지 비행할 수 있고 유인 항공기가 계기 접근 또는 착륙 패턴을 완료하기를 기다릴 수 있다.
계획하지 않은 정지 비행이나 선회 조종은 철도 운영자 부동산 위의 +/-100피트 공중 회랑으로부터 측방향으로(laterally) 대략 1,500피트 정도의 이동을 초래할 수 있다는 것을 유의해야 한다. 상기와 같은 조종을 안전하게 수행하기 위해서는 상기 구역과 현지 지형의 수직 장애물에 대한 지식을 필요로 한다. 이 정보는 상황 인식을 도와주는 지상 관제소(GCS) 무빙 맵상에서 조종사에게 나타내질 수 있다. 무인 항공기(UA)의 순항 고도는 대략 350피트이기 때문에, 비행 경로는 지도에 표시되어 있지 않은 대부분의 수직 장애물(높이가 200피트 미만인 수직 장애물)보다 높다. 측면 방향으로의 조종이 장애물과 충돌할 위험을 초래할 수 있다면 조종사는 상기 항공기를 선로 옆이나 선로에 하강시키거나 착륙시켜야 한다.
임무의 종료 시점에 도달할 때, 발진 및 회수 기지(LRS)에 있는 지상 요원에게 회수 현장을 준비하라고 주의를 환기시킬 수 있다. 무인 항공기(UA)가 비행 통제 본부에 가까워질 때, 주조종사는 C2(지휘 및 통제) 링크를 CNPC C2(지휘 및 통제) 네트워크로부터 로컬 C2(지휘 및 통제) 네트워크로 전환할 수 있다. 지상 요원은 장애물을 치우고 착륙 구역을 확보할 수 있다. 상기 지상 요원과 조정하여, 주조종사는 미리 정해진 착륙 패턴과 착륙 진입을 개시할 수 있다. 착륙 지점의 지정된 거리 내에서 대략 60피트의 고도에 도달하는 즉시, 상기 항공기는 수직 비행으로 전이할 수 있고 착륙 지점으로 수직 하강을 시작할 수 있다. 착륙 지점에 도달하여 착륙한 후, 상기 항공기는 자신의 모터의 회전 속도를 감소시켜서, 회수 단계를 완료할 수 있다.
착륙 후에, 지상 요원은 체크 리스트를 이용하여 절차에 따라 무인 항공기(UA)의 비행후 점검을 수행할 수 있다. 상기 지상 요원은 무인 항공기(UA) 비행 시간, 수직 이착륙(VTOL) 모터와 푸셔 모터 작동 시간, 항공기 전원 ON 상태 시간 등의 일지를 작성할 수 있다. 정비 일지(Maintenance logs)는 미연방 법령 14 CFR 91.417에 따라 작성될 수 있다. 무인 항공기 시스템(UAS)은 안전하게 보관될 수 있다. 데이터는 기내 장착 저장장치로부터 옮겨질 수 있다. 지상 관제소(GCS)에서는, 비행 요원이 주조종사(PIC)/부조종사(SIC) 비행 시간을 일지에 기록할 수 있다.
엔진 시동: 자동조종장치는 푸셔 모터와 수직 이착륙(VTOL) 모터의 양자에 대해 엔진 킬/보강 스위치(engine kill/armed switch)를 포함하고 있다. 푸셔 모터와 수직 이착륙(VTOL) 모터의 양자는 비행 전에 지상 관제소(GCS)에서 정지(kill) 상태로 세팅되어 있다. 동체의 측면에 배치된 스위치는 '오프(off)' 상태로 세팅되어 있고 수직 이착륙(VTOL) 모터에 대한 아밍 플러그(arming plug)가 지상 요원에 의해 제거되어 있다. 비행전 점검의 말기에 푸셔 엔진 시동이 시작된다. 맨 먼저, 푸셔 엔진이 작동가능 상태로 된다. 그 다음에, 상기 스위치가 '온(on)' 상태로 세팅된다. 그 다음에 푸셔 엔진이 전기식 시동 장치를 사용하여 지상 요원에 의해서 시동된다. 일단 푸셔 엔진이 비행전 점검을 통과하면, 수직 이착륙(VTOL) 엔진용 플러그가 삽입된다. 그 다음에 수직 이착륙(VTOL) 엔진이 지상 관제소(GCS)에서 작동가능 상태로 된다. 그 시점에, 지상 요원이 상기 항공기의 부근 구역을 이용할 수 있도록 비울 수 있다.
발진 중단: 비행의 발진 단계는 어떤 이유로든 중단될 수 있다. 이 발진 중단은 주조종사에 의해 지상 관제소(GCS)로부터, 발진 및 회수 기지(LRS)의 발진 중단 제어장치로부터 수행될 수 있다. 상기 발진 중단 제어장치는 통신 네트워크를 통하여 지상 관제소(GCS)에 연결될 수 있는 특수한 장치이다.
로스트 링크 계획과 지오-펜스 업데이트(Lost Link Plan and Geo-fence Updates): 로스트 링크 비행 계획과 공역 경계(지오-펜스)는 최신 정보가 고려되도록 하기 위해서 긴 비행 기간 동안 필요에 따라 업데이트될 수 있다.
날씨: 무인 항공기(UA)는 그 제한 사항에 따라 눈에 보이는 습기 상태에서나 강풍 상태에서는 운용할 수 없다. 현지 기상 관측소, 날씨 레이더를 포함하여, 항공 날씨 예보와 보고는 비행 요원에 의해서 계속적으로 모니터링될 수 있다. 불안전한 날씨 상태의 경우에는, 임무가 중단될 수 있고 무인 항공기(UA)는 선로에 또는 선로 근처에 착륙될 수 있다. 가장 가까운 지상 요원이 무인 항공기(UA)를 회수하기 위해서 급파될 수 있다.
주조종사(PIC): 주조종사는 상기 항공기의 안전한 운용을 책임진다. 주조종사는 정상적인 상황, 비정상적인 상황 그리고 비상 상황 동안 일어나는 상기 항공기의 운용에 관한 모든 체크 리스트 항목을 확인할 수 있다. 지상 관제소(GCS)의 비행전 단계와 "엔진 시동"으로부터 "정지"까지의 모든 비행 단계가 조종사의 책임일 수 있다. 그것은 기동가능(go) 결정, 기동불가능(no-go) 결정, 그리고 비행의 안전성에 관한 모든 결정에 관해서 주조종사의 최종 권한일 수 있다. 이것은 항공 교통 상황 인식 시스템에 표시된 정보에 기초하여 항공 교통을 피하기 위해서 무인 항공기(UA)를 조종하는 것에 관한 결정과 조치를 포함한다.
부조종사(SIC): 부조종사는 교통 경보와 날씨 정보를 제공하는데 있어서 주조종사를 도와주는 것을 책임질 수 있다. 부조종사는 또한 위치 보고를 할 수 있고 임의의 공대공 통신, ATC 통신 또는 비상 통신을 처리할 수도 있다. 부조종사는 적절한 때에 ATC와 통신할 수 있다. 필요한 경우, 부조종사는 항공기 위치결정(positioning) 및 사용을 조정하기 위해서 여러 단체와 통신할 수도 있다.
주조종사와 부조종사 양자 모두는 미연방 항공청(FAA)의 자가용 조종사 자격증 및 3급 의료 자격증(medical certificate)을 보유할 수 있다.
지상 요원 A(GCA): 지상 요원 A(GCA)는 실제 항공기의 비행전 작업과 실제 항공기 부품에 관한 항공 일지 항목들을 확실하게 작성하는 것을 책임질 수 있다. 지상 요원 A(GCA)는 임의의 해당되는 위도 유지 매뉴얼(Latitude maintenance manual)에 따라 필요한 모든 항공기 정비가 비행 전에 완료되는 것을 확인할 것을 요구받을 수 있다. 지상 요원 A(GCA)는 상기 항공기가 비행할 수 있는지 그렇지 않은지를 결정하는 최종 권한을 가질 수 있다. 발진하는 동안, 비정상적이거나 위험한 어떤 사항을 알아내면 상기 항공기의 이륙을 중단시키는 것이 지상 요원 A(GCA)의 책임일 수 있다. 착륙하는 동안, 지상 요원 A(GCA)는 필요할 경우 "중단"을 요구할 것을 책임질 수 있다. 회수시에, 지상 요원 A(GCA)는 철저한 비행후 다각적 검토(thorough post flighat walk-around)를 수행할 수 있고 상기 항공기에 발생된 모든 손상, 이상, 또는 다른 문제점을 기록할 수 있다.
지상 요원 B(GCB): 지상 요원 B(GCB)는 현장 접근과 안전을 책임질 수 있고 필요에 따라 지상 요원 A(GCA)를 도와줄 수 있다. 지상 요원 B(GCB)는 발진 및 회수 구역에서 직원, 물건, 그리고 출발과 접근을 위한 장비를 확실하게 치울 수 있다. 지상 요원 A(GCA)가 제대로 역할을 못하거나 부상을 당한 경우, 지상 요원 B(GCB)는 지상 요원 A(GCA)가 엔진을 시동시키는 동안 엔진 점화 스위치를 작동하지 못하게 할 것을 책임질 수 있다. 발진 및 회수 후에, 운용에 관한 모든 장비를 확실하게 수집하고 현장에서 치우는 것이 지상 요원 B(GCB)의 책임일 수 있다.
지상 요원은 야간에 무인 항공기(UA)를 발진하고 회수할 수 있다. 따라서, 지상 요원은 어둠에 의해서 초래된 착시 현상을 인식하고 극복하도록 훈련받을 수 있고, 야간 시력을 저하시킬 수 있는 생리학적 상태를 이해하도록 훈련받을 수 있다.
지상 요원은 미연방 항공청(FAA)의 에이 앤 피 정비사 자격증(A&P Mechanic certificates)을 보유할 수 있다.
자격이 있는 강사의 지도하에서 무인 항공기 시스템(UAS) 특별 훈련 프로그램이 실시될 수 있다. 비가시권(BVLOS) 운용을 위해 필요한 모든 시스템 - 무인 항공기(UA) 자동조종장치 인터페이스, C2(지휘 및 통제) 네트워크 제어 및 안정성 모니터링 인터페이스, 항공 교통 상황 인식 소프트웨어, 그리고 항공 무선통신장치 소프트웨어 인터페이스의 운용에 대해 비행 요원에게 지상 교육이 제공될 수 있다. 지상 교육을 통하여, 비행 요원 및 지상 요원은 무인 항공기(UA) 비행전 작업, 무인 항공기(UA) 예방적 정비, 그리고 발진 및 회수 운용에 관하여 교육을 받을 수 있다. 비행 교육을 통하여, 비행 요원은 통상적인 절차와 비상 절차에 있어서 숙달될 수 있다.
문서화된 훈련 프로그램을 완료하지 않은 상태에서 직원들은 비행 임무를 수행하지 못할 수 있다. 반복되는 훈련은 지상 훈련과 비행 훈련의 결합을 포함할 수 있다.
로스트 보이스 커뮤니케이션(Lost Voice Communication): 요원들 간의 음성 통신은 안전을 위해 중요하다. 주조종사와 부조종사는 지상 관제소(GCS)를 사용할 수 있고 서로 직접 통신할 수 있다. 주조종사와 부조종사는 VoIP(voice over internet protocol:인터넷 전화) 장비와 IP 카메라 장비를 통하여 원격지의 발진/회수 현장에 있는 지상 요원과 음성 통신을 할 수 있다. 음성 통신이 개설될 수 없거나 유지될 수 없는 경우, 통신이 개설될 때까지 상기 운용이 연기될 수 있다.
음성 통신은 비가시권(BVLOS) 운용을 위한 중요한 운용상의 안전을 위한 위험경감요소이다. ATC와의 쌍방향 음성 통신이 없으면, 무인 항공기(UA)가 클래스 B 공역, 클래스 C 공역, 또는 클래스 D 공역으로 진입할 수 없거나, 클래스 B 공역, 클래스 C 공역, 또는 클래스 D 공역 내에서 발진할 수 없다. 클래스 B 관제 공역, 클래스 C 관제 공역, 또는 클래스 D 관제 공역에서 ATC와의 음성 통신이 끊기면 현재 위치의 무인 항공기(UA)의 즉각적인 수직 이착륙(VTOL) 회수를 초래할 수 있다. 로컬 CTAF를 통한 쌍방향 음성 통신이 없으면, 무인 항공기(UA)는 클래스 E 공역으로 진입할 수 없거나, 클래스 E 공역 내에서 발진할 수 없다. CTAF를 통한 쌍방향 음성 통신이 없으면 무인 항공기(UA)는 임의의 공항에 대한 착륙 진입로의 2마일 내에서 비행할 수 없다.
로스트 링크(Lost Link): C2(지휘 및 통제) 링크의 끊김(loss)이 발생하면, 지상 관제소(GCS)에 경고가 나타나고 반복된 음성 경고가 동반된다. 이것은 주조종사에 의해서 정해진 타임아웃에 기초하여 촉발되고 통상적으로 30초이다. 자동조종장치는, 상기 항공기가 비행할 수 있는 최대 시간량을 한정하는 비행 타이머를 포함하여, 주어진 비행 임무에 대하여 주조종사가 정하는 복수의 파라미터로 로스트 링크 사건을 처리한다. 상기 비행 타이머는 통상적으로 실린 연료량 또는 임무 요건에 기초한다. '로스트 링크 비행 계획(Lost Link Flight Plann)'이라고 칭하는 미리 정해진 복수의 웨이포인트를 통하여 상기 항공기가 비행할 수 있는 안전한 로스트 링크 위치(위도, 경도, 고도)도 정해져 있다. 일단 로스트 링크 위치에 있으면, 상기 항공기는 정해진 궤도 반경으로 궤도 비행을 할 수 있다. 이 위치는 비행 구역의 경계 내에 있을 수 있으며 사람 또는 구조물로부터 멀리 떨어질 수 있다. 대부분의 상황에 대해서, 상기 위치는 철도 선로 위 또는 철도 선로 바로 옆일 수 있다. 상기 항공기와의 통신을 복구하기 위해서 여러가지 시도가 행해질 수 있다. 이것이 실패하면, 몇 가지 비행 종료 기술이 이용될 수 있다.
발진하는 동안 로스트 링크가 발생하면, 상기 항공기는 자신의 이륙 계획을 계속할 수 있고, 그 다음에 로스트 링크 절차를 따를 수 있다. 상승, 순항, 그리고 하강하는 동안, 상기 항공기는 로스트 링크 절차를 따를 수 있다. 착륙하는 동안, 상기 항공기는 예정된 착륙 계획을 계속하여 따를 수 있다. 비행 시간(운용 전에 주조종사에 의해서 맞추어진 타이머 길이)이 끝나면 상기 항공기는 자신을 예정된 자동 착륙 웨이포인트(preprogrammed auto-land waypoint)로 향하게 할 수 있다. 상기 항공기는 자동 착륙 웨이포인트에서 수직 이착륙(VTOL)식 착륙을 실행할 수 있다.
로스트 GPS(Lost GPS): GPS가 고장날 경우에는, 상기 항공기는 관성 네비게이션 시스템(INS)으로 복귀된다. 자세와 진로 방향은 유지된다. 진로 방향은 자력계(magnetometer)를 이용하여 결정된다. 상기 항공기의 위치 추정값이 전파되고, 따라서 상기 항공기 위치는 진로 방향 측정값(heading measurement)과 방위 추정값(wind estimate)의 오차에 따라 편류(drift)할 수 있다. GPS의 끊김(loss)이 일시적이면, GPS 신호를 되찾는 즉시 자동조종장치가 GPS 유도(guidance)로 되돌아갈 수 있다. GPS의 끊김이 지속되면, 비행 종료가 실행될 수 있다.
이탈 비행(flyaway): 공역 경계, 또는 지오-펜스가 설정될 수 있다. 자동조종장치가 상기 항공기 기내에서 여전히 기능하고 있지만, 상기 항공기가 자신의 계획된 항로에서 이탈하여 비행하고 항로로 복귀하라는 명령에 응하고 있지 않은 모든 상황(아마도 비행 계획에서의 사람의 오류, 통신 끊김 비행 계획(lost communication flight planning)에서의 사람의 오류 등의 결과)에 대해서, 공역 경계 위반으로 인한 비행 종료는 공역 경계의 20미터 내에서 수직 이착륙(VTOL)식 착륙으로 이어질 수 있다.
항공기 시스템 고장: 무인 항공기(UA)에 대한 중대한 시스템 고장은 상기 항공기의 관제(controlled) 또는 비관제(uncontrolled) 추락을 초래하기 쉽다. 수직 이착륙(VTOL) 모터 고장은 통상적으로 비관제 착륙을 초래할 수 있다. HQ 시스템은 푸셔 엔진 고장의 경우에 자동적으로 공중 정지 비행과 착륙으로 전이하는 능력을 가지고 있기 때문에 전진 비행 모터의 고장은 강제 관제 착륙을 초래할 수 있다. 단 하나의 비행 제어장치의 고장은 강제 관제 착륙을 초래할 수 있다. 복수의 비행 제어장치의 고장은 아마도 비관제 착륙을 초래할 수 있다.
지상 관제소(GCS) 고장: 지상 관제소(GCS) 고장의 경우에는, 상기 항공기가 자신의 계획된 비행 계획을 계속할 수 있다. 하지만, 관제소 기능이 상실되면 종국적으로 지휘 및 통제 링크의 끊김을 초래할 수 있다. 상기 항공기는 통신이 복구될 수 있을 때까지 자신의 로스트 링크 절차를 실행할 수 있다.
비행 종료: 비행 종료 모드는 아래의 기준: GPS 고장(타임 아웃); GPS 및 C2(지휘 및 통제) 링크 타임 아웃; 공역 위반(지오펜스 경계에 기초한 공역 위반); 최소/최대 고도 위반(지상 고도(AGL) 400피트보다 높게 이탈하는 것을 막는 제한); 중의 임의의 것에 기초하여 진입할 수 있다.
상기의 기준 항목(criteria list) 이외에, 의도적인 비행 종료는 주조종사에 의해서 언제든지 실행될 수 있다. 비행 종료 모드로 들어가는 즉시, 상기 항공기는 자동적으로 비상 수직 이착륙(VTOL) 회수를 수행할 수 있다.
해당 COA에 의해서 한정된 비행 구역 또는 모든 비행 금지 구역(restricted airspace) 또는 경고 구역의 측면 경계와 수직 경계를 넘어서는 모든 사건(incident), 사고(accident) 또는 모든 비행 운용은 무인 항공기 시스템(UAS) 통합 사무소에 보고되어야 한다. 사건과 사고는 미연방 국가 교통 안전국(National Transportation Safety Board)(NTSB) 웹 사이트에 포함된 지시에 따라 미연방 법령 49 CFR section 830.5에 따라서 미연방 국가 교통 안전국(NTSB)에 보고되어야 한다.
분기별 사후 보고서(quarterly after-action report)는 수행된 운용 및 향후의 계획된 활동뿐만 아니라, 비제한적인 예로서, 맞닥뜨린 이례적인 일과 공역 및 다른 사용자(만약에 있다면)에 대한 영향을 포함하여, 비행 활동으로부터 배운 모든 교훈을 기록할 수 있다. 이 정보는 향후의 규칙 제정을 지지하기 위해 미연방 항공청(FAA)에 제공될 수 있다.
요약하면, 아래의 조건: (1) 주간 및 야간 시계 비행 기상 조건(VMC)에서만 운용; (2) 사유지로부터만 실행되고 공항으로부터는 실행되지 않는, 발진 및 회수; (3)'지오펜스'에 의해 제한된, 그리고 원격의 시골 지역, 교외 지역, 그리고 도시 지역에서, 그리고 공항 위에서가 아니라, 클래스 B 공역, 클래스 C 공역, 클래스 D 공역, 클래스 E 공역 그리고 클래스 G 공역에서, 그리고 사유지 바로 위에서만(본선로(main track) 중심선으로부터 측면방향 경계의 +/-100피트 내), 그리고 지상 고도(AGL) 400피트 이하, 통상적으로 지상 고도(AGL) 350피트에서 순항하는, 비행 경로; (4) 15시간의 항속 시간, 750 NM의 항속 거리를 가지고, 그리고 익스페리멘탈 카테고리(SAC-EC) 감항 증명서(airworthiness certificate)로 +475시간 연속의 운용 이력을 가지고, 그리고 +250,000시간 연속으로, DoD 계통(pedigree)의 자동조종장치를 이용하고, 그리고 모드 S 트랜스폰더 및 자동 종속 감시-방송 아웃(ADS-B out)(가능하다면, TSO 장치가 사용될 수 있다)을 구비하고 있고, 그리고 섬광등과 위치등, 가시성이 높은 페인트 구성(high visibility paint scheme)을 구비하고 있고, 그리고 비행 종료 모드가 비상 수직 착륙이고, 그리고 수직 이착륙(VTOL)할 수 있는 하이브리드 고정익 구성인, 무인 항공기 시스템(UAS); (5) 91.113: 미연방 항공청(FAA) 감시 네트워크(SBS) 피드(feed) 및 로컬 센서, 다른 교통 디스플레이 시스템과 유사한 무빙 맵 디스플레이와 결합된 항공 교통 상황 인식 시스템; (6) 조종사들 사이의 조정과 조종사와 ATC의 조정을 가능하게 하는, 쌍방향 음성 통신:의 조건이 비가시권(BVLOS) 항공 점검 운용에 적용된다.
이러한 운용으로부터 아래의 위험: 무인 항공기 시스템(UAS)이 유인 항공기와 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태(NMAC:Near Mid-Air Collision)에 있는 경우; 그리고 무인 항공기 시스템(UAS)이 지상의 사람과 충돌하는 경우가 초래될 수 있다.
상기 항공기의 관제의 끊김이 사유지를 넘어선 착륙으로 이어질 때 지상의 비-관계자에 대한 위험이 존재하다. 이러한 위험은 여러가지 절차(procedure), 가시성 증대(visibility enhancement)(지상의 사람들이 자신들에게 접근하는 물체를 볼 수 있도록), 그리고 지오펜스와 다양한 상황하에서 사유지(철도 선로)에 비상 수직 착륙을 실행하도록 설계되어 있는 비행 종료 모드를 포함하는, 무인 항공기 시스템(UAS)의 몇 가지 안전 장치(safety feature)에 의해서 경감된다.
국가 공역 체계(National Airspace System)에서 유인 항공기와의 충돌의 위험은 본질적으로 존재한다. 이 평가에 대해서, 보수적인 접근법이 취해질 수 있다. 공중 충돌(MAC)의 위험보다는 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태(NMAC)의 이러한 위험이 다루어질 수 있다. 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태(NMAC)의 이러한 위험은, 무인 항공기(UA)가 계획된 비행 경로와 순항 고도로부터 이탈하거나, 유인 항공기와 예상치 못한 방식으로(항공 교통 상황 인식 시스템에 의해 탐지되지 않는 경우, 쌍방향 음성 통신을 통한 조정을 위한 요청에 응답하지 않는 경우, 불규칙적이거나 예측할 수 없는 방식의 조종으로 인해 기동성이 떨어지는 무인 항공기(UA)가 피할 수 없게 되는 경우) 맞닥뜨리면 증가한다. 이러한 상황은 항공 교통량이 적은 지상 고도(AGL) 400피트 이하에서 비행하는 것에 의해 경감된다. 다른 경감요소는 항공 교통 상황 인식 시스템, 항공고시보(NOTAM)의 제출(그리고 DoD 및 다른 NAS 사용자와의 조정 및 이들에 대한 통지), 그리고 가시성 증대(유인 항공기의 조종사가 비행하는 무인 항공기(UA)를 볼 수 있도록)를 포함한다.
아래에서는 이러한 비가시권(BVLOS) 운용에 사용되는 안전을 위한 위험경감조치와 위험을 방지하는 상기 위험경감조치의 실패의 영향을 평가하는데 사용된 모델을 설명한다.
이 위험 평가에 대해서, 중요한 가정은 각각의 개별 안전을 위한 위험경감조치는 통상적인 운용하에서의 위험을 방지하는데 100% 효과적이라는 것이다. 이러한 위험경감조치의 어느 것도 실패하지 않으면, 위험이 발생하지 않는다. 이것은 위험경감조치들과 이들의 가능한 상호작용의 상대적인 유효성의 보다 복잡한 모델링을 피하기 위해서 사용된 단순화된 가정이다.
지속적 운용(CONOPS)의 유효성과 요원(crew): 경험이 풍부한 항공 전문가에 의해 비가시권(BVLOS) 지속적 운용(CONOPS)과 요원 훈련이 개발되었고 이것의 유효성은 R&D 비행 테스트 프로그램하에서 계속하여 평가되고 있다. 이 위험 평가에 대해서, 이러한 운용 배후의 계획의 유효성과 이러한 계획을 실행할 수 있는 고도로 훈련받은 사람이 모든 공역 클래스에서 당시의 위험 5%를 방지하는데 실패할 수 있는 것으로 가정한다.
쌍방향 음성 통신: 음성 통신은 비가시권(BVLOS) 운용을 위한 중요한 운용상의 안전을 위한 위험경감조치이다. 이 음성 통신은 항공기의 조종사들이 서로 시각적 접촉을 하지 않더라도 자신들의 활동을 조정할 수 있게 해준다. 하지만, 사람의 오류는 피할 수 없다. 표 5에 나타나 있는 것과 같이, 이 위험경감조치가 모든 공역 클래스에서 25%의 비율로 실패할 수 있는 것으로 가정한다. 또한 이 위험경감조치가 지상의 사람과 충돌하는 무인 항공기 시스템(UAS)의 위험에 영향을 미치지 않는 것으로 가정한다. 공중 충돌로 인해 파편이 떨어지는 것은 고려되지 않는다.
항공 교통 상황 인식 시스템: 미연방 법령 14 CFR 91.113에 따라 다른 항공 교통을 "보고 피하는" 능력은 매우 중요하다. 상기 항공 교통 상황 인식 시스템이 공인된 지상 탐지 및 회피(GBDSAA:ground-based detact and avoid) 시스템은 아니다. 상기 항공 교통 상황 인식 시스템은 협력적 항공 교통 및 비-협력적 항공 교통의 위치와 항로를 모니터링하고 표시할 수 있다. 이것은 무인 항공기(UA)의 조종사가 인근의 유인 항공 교통을 피할 수 있게 해준다. 이 능력은 비-관제 공역에서 중요하다. 표 5에서의 비율은, 보다 비-협력적이고, 낮은 고도의 항공 교통일 가능성이 있는 환경에서 이 시스템이 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태(NMAC)를 방지하는데 실패할 가능성이 더 많다는 가정하에서 추산된 것이다. 고장 비율의 범위는 클래스 B 공역, 클래스 C 공역, 그리고 클래스 D 공역에서의 5%에서 클래스 E 공역과 클래스 G 공역에서의 20%까지 이른다. 이 경감조치는 지상의 사람과 충돌할 위험에 아무런 영향을 미치지 않는 것으로 가정한다.
자동 종속 감시-방송을 가진 무인 항공기 시스템 모드 에스 트랜스폰더(UAS Mode S transponder with ADS-B): 이 장비는 무인 항공기(UA)를 협력적 항공기로 만들어주고 (쌍방향 무선 통신과 함께) 무인 항공기 시스템(UAS)을 현행 규정에 따라 클래스 B 공역과 클래스 C 공역으로 들어갈 수 있게 해준다. 표 5에서의 비율은, 보다 비-협력적이고, 낮은 고도의 항공 교통일 가능성이 있는 환경에서 이 시스템이 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태(NMAC)를 방지하는데 실패할 가능성이 더 많다는 가정하에서 추산된 것이다. 고장 비율의 범위는 클래스 B 공역과 클래스 C 공역에서의 1%에서 클래스 E 공역과 클래스 G 공역에서의 20%까지 이른다. 이 경감조치는 지상의 사람과 충돌할 위험에 아무런 영향을 미치지 않는 것으로 가정한다.
공항 정지 비행 지점: 공항에 근접한 장소에 대한 안전을 강화하기 위해서 여러 가지 절차가 확립되어 있다. 이 절차는 유인 항공 교통이 착륙 패턴 또는 계기 진입(instrument approach) 상태에 있을 때 무인 항공기(UA)가 연장된 활주로 중심선과 활주로로의 진입로로부터 벗어난 장소에서 유지/정지 비행할 것을 요구한다. 이러한 장소는 계획되어 있으며 수직 장애물이 없는 것으로 알려져 있다.
표 5에서의 비율은, 보다 비-협력적이고, 낮은 고도의 항공 교통일 가능성이 있는 환경에서 이 시스템이 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태(NMAC)를 방지하는데 실패할 가능성이 더 많다는 가정하에서 추산된 것이다. 고장 비율의 범위는 클래스 B 공역, 클래스 C 공역, 그리고 클래스 D 공역에서의 10%에서 클래스 E 공역과 클래스 G 공역에서의 20%까지 이른다. 이 경감조치는 지상의 사람과 충돌할 위험에 아무런 영향을 미치지 않는 것으로 가정한다. 공중 충돌로 인해 파편이 떨어지는 것은 고려되지 않는다.
공역 클래스 특수 절차: 다양한 클래스의 공역에서의 운용을 위해 여러 가지 절차가 개발되어 있다. 이것은 관제 공역으로/으로부터 진입/진출 전의 유지/정지 비행 지점과, 지상의 주민, 수직 장애물, 그리고 공항 건물을 피하기 위해 특수한 장소에 맞추어진 비상 절차와 로스트 링크 비행 계획의 사용을 포함한다.
표 5에서 고장 비율의 범위는 클래스 B 공역과 클래스 C 공역에서의 5%에서 클래스 D 공역, 클래스 E 공역 그리고 클래스 G 공역에서의 10%까지 이른다. 이 경감조치는 지상의 사람과 충돌할 위험에 아무런 영향을 미치지 않는 것으로 가정한다. 공중 충돌로 인해 파편이 떨어지는 것은 고려되지 않는다.
비행전 체크 리스트: 비행전 점검을 제대로 실행하는 것에 의해 상기 시스템이 통상적으로 설계된 대로 운용되는 것을 보장한다. 완전히 기능하는 시스템은 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태(NMAC)를 방지하고 지상의 사람에 대한 부상을 방지하는데 효과적일 가능성이 높다. 표 5에 나타나 있는 것과 같이, 이 위험경감조치는, 모든 공역 클래스에서 25%의 비율로, 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태(NMAC)를 방지하고 지상의 사람과의 충돌을 방지하는데 실패할 수 있는 것으로 추정된다. 다시, 보수적으로 평가하여, 이것은 조종사 공동체가 성적이 부진한 학생(C student)으로 구성되어 있는 것으로 가정하는 것과 유사하다.
섬광등 및 가시성이 높은 페인트: 무인 항공기 시스템(UAS)은 유인 항공기보다 작다. 가시성이 높은 페인트, 섬광등, 그리고 위치등이 무인 항공기 시스템(UAS)을 특히 야간에 다른 비행사와 지상의 사람이 볼 수 있는 가능성을 높인다. 이 위험 평가에 대해서, 무인 항공기(UA)의 가시성을 증대시키지 못한다면, 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태(NMAC)가 10%의 비율로 방지되지 않을 수 있고 지상의 사람과의 충돌이 90%의 비율로 방지되지 않을 수 있는 것으로 가정한다. 이것은 유인 항공기의 조종사보다 지상의 사람이 상기 섬광등 및 위치등과 상기 페인트를 보고 조치를 취할 가능성이 더 높다는 것을 의미한다.
항공 고시보(NOTAM): 항공 고시보는 다른 NAS 사용자에게 무인 항공기(UA) 비행 활동을 알린다. 이것은 항공 고시보(NOTAM)가 적시에 발행되고 다른 NAS 사용자가 이를 판독하고 정확하게 이해한다면 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태(NMAC)를 방지할 가능성이 크다. 이 위험 평가에 대해서, 항공 고시보(NOTAM)의 발행, 판독, 이해, 그리고 항공 고시보(NOTAM)의 정보를 준수하거나 제대로 이용하는 것에 대한 불이행은 사람의 오류의 대상이고 따라서 그 당시의 위험 25%를 방지하는데 실패할 수 있는 것으로 가정한다.
아래의 표 5는 위에 제시한 안전을 위한 위험경감조치와 함께 상기 위험경감조치의 실패가 위험한 결과를 방지하지 못할 가능성의 추정치를 열거하고 있다.
[표 5]
안전을 위한 위험경감조치의 실패가 위험으로 이어질 가능성
무인 항공기(UA)를 계획된 항로로부터 이탈하게 하는 제어의 끊김으로 이어지는 시스템 고장은 위에 열거한 위험을 초래할 가능성이 높다. 이러한 고장과 사건이, 무인 항공기 시스템(UAS)의 서브-시스템이 어떻게 고장나고, 상기 서브-시스템이 고장나면 무슨 일이 발생하는지, 무인 항공기 시스템(UAS)의 서브-시스템의 지식을 이용하여 전개되어 있다. 고장 상태는, 결과적으로 발생하는 사유지 위의 계획된 항로로부터의 이탈과 함께 아래에 열거되어 있다.
이 위험 평가에 대해서, 시스템 고장에 관한 두 개의 중요한 가정이 있다: 단 하나의 시스템 고장은 발생 가능성이 0.01(1%)이고; 복수의 고장은 발생 가능성이 0.0001(0.01%)이고; 고장률은 매 시간에 대한 값이다.
이탈 비행(flyaway): 자동조종장치가 상기 항공기 기내에서 여전히 기능하고 있지만, 상기 항공기가 자신의 계획된 항로에서 이탈하여 비행하고 항로로 복귀하라는 명령에 응하고 있지 않은 모든 상황(아마도 비행 계획에서의 사람의 오류, 통신 끊김 비행 계획(lost communication flight planning)에서의 사람의 오류 등의 결과)에 대해서, 공역 경계 위반으로 인한 비행 종료는 공역 경계의 20미터 내에서 수직 이착륙(VTOL)식 착륙으로 이어질 수 있다. 최대 항로 이탈(deviation)은 166피트이다.
지상 관제 시스템(GCS) 고장: 지상 관제 시스템(GCS) 고장의 경우에는, 상기 항공기가 자신의 계획된 비행 계획을 계속할 수 있다. 하지만, 관제소 기능이 상실되면 종국적으로 지휘 및 통제 링크의 끊김을 초래할 수 있다. 상기 항공기는 종국적으로 철도 운영자의 사유지에 관제 착륙을 초래할 수 있는 자신의 로스트 링크 절차를 실행할 수 있다. 예를 들면, 착륙 구역은 지름이 66피트이고, 사유지의 +/- 100피트 공중 회랑(corridor) 내에 있다.
로스트 GPS(Lost GPS): GPS가 고장날 경우에는, 상기 항공기는 관성 네비게이션 시스템(INS)으로 복귀된다. 자세와 진로 방향은 유지된다. 진로 방향은 자력계를 이용하여 결정된다. 상기 항공기의 위치 추정값이 전파되고, 따라서 상기 항공기 위치는 진로 방향 측정값과 방위 추정값의 오차에 따라 편류할 수 있다. GPS의 끊김 일시적이면, GPS 신호를 되찾는 즉시 자동조종장치가 GPS 유도로 되돌아갈 수 있다. GPS의 끊김이 지속되면, 비행 종료가 실행될 수 있고 항로 이탈은 166피트이다.
로스트 링크(Lost Link): 지휘 및 통제(C2) 링크의 끊김(loss)이 발생하면, 지상 관제소(GCS)에 경고가 나타나고 반복된 음성 경고가 동반된다. 이것은 조종사에 의해서 정해진 타임아웃에 기초하여 촉발되고 통상적으로 30초이다. 자동조종장치는, 상기 항공기가 비행할 수 있는 최대 시간량을 한정하는 비행 타이머를 포함하여, 주어진 비행 임무에 대하여 조종사가 정하는 복수의 파라미터로 로스트 링크 사건을 처리한다. 상기 비행 타이머는 통상적으로 실린 연료량 또는 임무 요건에 기초한다. '로스트 링크 비행 계획(Lost Link Flight Plann)'이라고 칭하는 미리 정해진 복수의 웨이포인트를 통하여 상기 항공기가 비행할 수 있는 안전한 로스트 링크 위치(위도, 경도, 고도)도 정해져 있다. 일단 로스트 링크 위치에 있으면, 상기 항공기는 비행 타이머가 끝날 때까지 정해진 궤도 반경으로 궤도 비행을 할 수 있다. 발진하는 동안 로스트 링크가 발생하면, 상기 항공기는 자신의 이륙 계획을 계속할 수 있고, 그 다음에 로스트 링크 절차를 따를 수 있다. 상승, 순항, 그리고 하강하는 동안, 상기 항공기는 로스트 링크 절차를 따를 수 있다. 착륙하는 동안, 상기 항공기는 예정된 착륙 계획을 계속하여 따를 수 있다. 비행 시간(운용 전에 주조종사에 의해서 맞추어진 타이머 길이)이 끝나면 상기 항공기는 자신을 예정된 자동 착륙 웨이포인트(preprogrammed auto-land waypoint)로 향하게 할 수 있다. 그 다음에 상기 항공기는 수직 이착륙(VTOL)식 착륙을 실행할 수 있다. 착륙 구역은 지름이 66피트이고, 사유지의 +/- 100피트 공중 회랑 내에 있다.
로스트 보이스 커뮤니케이션(Lost Voice Communication): 음성 통신은 비가시권(BVLOS) 운용을 위한 중요한 운용상의 안전을 위한 위험경감요소이다. ATC와의 쌍방향 음성 통신이 없으면, 무인 항공기(UA)가 클래스 C 공역 또는 클래스 D 공역으로 진입할 수 없거나, 클래스 C 공역 또는 클래스 D 공역 내에서 발진할 수 없다. 클래스 C 관제 공역 또는 클래스 D 관제 공역에서 ATC와의 음성 통신이 끊기면 현재 위치의 무인 항공기(UA)의 즉각적인 수직 이착륙(VTOL) 회수를 초래할 수 있다. 로컬 CTAF를 통한 쌍방향 음성 통신이 없으면, 무인 항공기(UA)는 클래스 E 공역으로 진입할 수 없거나, 클래스 E 공역 내에서 발진할 수 없다. CTAF를 통한 쌍방향 음성 통신이 없으면 무인 항공기(UA)는 임의의 공항에 대한 착륙 진입로의 2마일 내에서 비행할 수 없다. 착륙 구역은 지름이 66피트이고, 사유지의 +/- 100피트 공중 회랑 내에 있다.
전력 시스템 분배 실패: 여분의 전력 분배 시스템을 가지고 있는 대형 수송기와는 다르게, 단 하나의 전력 분배 시스템이 있다. 배터리 백업은 몇몇 전력 손실 시나리오를 배제시킨다. 전력 분배의 손실로 이어질 수 있는 연결기와 케이블 연결 문제는 비행전 점검과 정기적인 정비를 통하여 비행하기 전에 확인되어야 한다. 전체 전력 손실은 자동조종장치를 고장나게 만들 수 있고 푸셔 엔진의 점화를 멈추게 할 수 있다. 전진 비행 엔진으로부터의 동력이 없고 제어 입력을 수신할 능력이 없으면, 정적으로 안정적인, 상기 항공기가 고장나기 전 마지막 조종면 위치에 의해 지시된 궤도를 따라서 활공할 수 있다. 최악의 경우에는, 상기 항공기가, 대략 8:1의 활공비(glide ratio)로, 대략 3200 선형피트(linear feet)를 똑바로 계속하여 비행한 다음 지면과 충돌할 수 있다.
기내 컴퓨터 고장: 단 하나의 기내 컴퓨터/자동조종장치가 있다. 이 컴퓨터가 고장나면, 배전판의 소위 데드맨 방식의 회로(deadman circuit)에 의해 전진 비행 엔진이 자동적으로 멈출 수 있다. 이것은 전진 비행 엔진 점화장치에 연결되어 있는 자동조종장치의 안전 장치이다. 상기 데드맨 방식의 회로가 자동조종장치로부터의 하드웨어 신호를 상실하는 경우에, 상기 전진 비행 엔진이 멈춘다. 전진 비행 엔진으로부터의 동력이 없고 제어 입력을 수신할 능력이 없으면, 정적으로 안정적인, 상기 항공기가 고장나기 전 마지막 조종면 위치에 의해 지시된 궤도를 따라서 활공할 수 있다. 최악의 경우에는, 상기 항공기가, 대략 8:1의 활공비로, 대략 3200 선형피트를 똑바로 계속하여 비행한 다음 지면과 충돌할 수 있다.
이 고장 시나리오에 대한 가정은 기내 컴퓨터가 자동조종장치 기능을 전혀 이용할 수 없는 "하드(hard)" 고장을 당하는 것이다. 상기 엔진을 멈추게 하면 진정한 비행 이탈 상태를 방지한다는 것을 유의해야 한다.
더 나쁜 경우의 시나리오는 기내 컴퓨터 내의 기능부들 중의 결합된 몇 개의 기능부가 무인 비행기(UA)를 조종사의 명령에 따르지 않고 관제 방식으로 비행할 수 있게 하도록 고장난 것이다. 이 경우에, 무인 비행기(UA)는 연료가 소진될 때까지 비행할 수 있다. 무인 비행기(UA)는 적어도 450NM(27,337,750피트)의 항속 거리를 가진다. 상기 자동조종장치의 개발자들은 상기 장치의 운용 이력(operational history)에서 이러한 고장의 발생을 알지 못했다.
관성측정장치(IMU) 센서 고장: 상기 항공기는 단 하나의 관성측정장치(IMU)를 가지고 있으며 여분의 센서(자이로스코프, 가속도계)는 없다. 잘못된 데이터를 제공하는 고장은 비관제 비행을 초래할 수 있다. 비상 수직 이착륙(VTOL)식 착륙이 가능하지 않을 수 있다. 비행하는 동안 시스템 상태가 모니터링된다. 센서 고장이 불규칙적인 비행 거동(erratic flight behavior)을 초래하면, 조종사는 사유지나 사유지 근처에 불시착으로 이어지는 비행 종료를 개시할 수 있지만, 결과는 센서 고장에 따라 달라질 수 있다. 이 고장에 대하여, 항로 이탈(deviation)이 600피트일 것으로 추정된다
비행 데이터 시스템(air data system) 고장: 비행 데이터 시스템의 손상은 부정확한 고도와 비행 속도 표시값(reading)을 초래할 수 있다. 상기 항공기는 상승 또는 하강(고장에 따라서)할 수 있지만, 자신의 비행 경로를 여전히 유지할 수 있다. 상기 항공기는 정도에서 벗어나게 빠른 비행 속도 표시값으로 인해 공기역학적 실속(aerodynamic stall)을 겪을 수 있다. 이 경우에, 상기 항공기는 실속할 수 있고 현재의 위치 근처에 추락할 수 있다. 대체 형태는 비행 속도가 정도에서 벗어나게 느리고 상기 항공기가 비행 속도로 돌진하여 지면과 충돌하는 것이다. 상기 양 경우에 있어서, 래트럴 네비게이션(lateral navigation)이 유지된다. 오랜 기간 동안 비행 데이터의 손실은 비관제 항공기를 초래할 수 있다.
이 시스템의 유효성을 보장하기 위해 비행 속도 센서 기능을 확인하는 비행전 점검이 있다. 비행 데이터 시스템 상태는 비행하는 동안 모니터링된다. 비행하는 동안 비행 데이터 시스템 이상이 신속하게 확인되면, 상기 항공기는 철도 운영자 사유지에 착륙할 수 있다. 착륙 구역은 지름이 66피트이고, 사유지의 +/- 100피트 공중 회랑 내에 있다.
항공 교통 상황 인식 시스템 고장: 데이터 융합 기능에 오류를 일으키는 로컬 센서 고장, SBS 데이터 피드의 손실 및/또는 로컬 센서 네트워크의 손실은 공중 충돌을 초래할 수 있는 항공 교통의 부정확한 표시로 이어질 수 있다. 비행 요원은 상기 시스템의 안정성(health)을 모니터링할 수 있다. 이것은 상기 시스템의 계기 장치, 협력적 대상과 비-협력적 대상의 항로의 진행, 그리고 시스템 서버와의 시간 동기화를 모니터링하는 것을 포함한다. 비행하는 동안 이상(anomaly)이 신속하게 확인되면, 상기 항공기는 사유지에 착륙할 수 있다. 착륙 구역은 지름이 66피트이고, 사유지의 +/- 100피트 공중 회랑 내에 있다.
추진 고장: 자동조종장치가 여전히 기능하는 상태에서 추진 시스템이 고장나면 조종사가 착륙을 통제하는 것이 가능하다. 20도 경사각으로 선회함으로써, 무인 항공기(UA)가 665피트의 선회 반경으로 하강할 수 있다
아래의 표 6은 한 가지 고장이 발생하는 경우(상기 표의 대각선)와 두 가지 고장이 발생하는 경우에 발생할 가능성이 큰 비행 경로 공중 회랑으로부터 항로 이탈의 크기를 요약해서 나타내고 있다. 이 정보는 무인 항공기 시스템(UAS)가 지상의 사람과 충돌하는/부딪치는 위험을 결정하기 위해서 섹션 6에 사용될 수 있는 아래의 표 7에 있는 확률을 끌어내기 위해서 사용될 수 있다.
[표 6]
고장과 이 고장으로 인해 발생되는 최악의 경우의 항로 이탈의 크기(피트 단위로 표시)
위에 나타낸 정보를 이용하여, 3개의 다른 크기의 항로 이탈의 발생률이 추산된다. 첫번째는 166피트의 항로 이탈이고 두번째는 3200피트의 항로 이탈이고 그리고 세번째는 무인 항공기 시스템(UAS)이 떠돌아다니거나(rogue) 또는 관제되지 않는 것으로(이탈 비행 시나리오) 간주되는 더 긴 항로 이탈이다. 항로로부터 100피트 이탈하는 것보다 작은 모든 항로 이탈은 무인 항공기 시스템(UAS) 운용의 통상적인 부분으로 간주된다.
표 7은 이러한 분석에 기초하여 각각 다른 항로 이탈의 발생에 대한 백분율을 나타내고 있다. 가장 가능성이 큰 항로 이탈의 발생은, 전체로서, 3200피트 이하이지만 166피트보다는 크다는 것을 유의해야 한다. 하지만, 단일 고장하에서는, 무인 항공기 시스템(UAS)이 항로 이탈을 겪지 않을 가능성이 가장 크다.
[표 7]
신뢰도 분석에 기초한 항로 이탈 사건 백분율
상기한 바와 같이, 단일 고장은 비행 시간당 0.01건 발생 가능성을 가지고 복수 고장은 비행 시간당 0.0001건 발생 가능성을 가지는 것(다시 말해서, 각각 1%와 0.01%)으로 가정한다. 따라서, 이러한 가정을 표 7의 추정값과 결합하면, 각각 다른 항로 이탈의 크기에 대한 미리 정한 경로로부터 이탈할 확률을 추정할 수 있다. 이것이 표 8에 열거되어 있다.
[표 8]
각각 다른 항로 이탈의 크기에 대한 미리 정한 경로로부터 이탈할 확률
이 분석에 기초하여, 그리고 이 무인 항공기 시스템(UAS)의 설계 형태 때문에, 보다 긴 떠돌아다니는 항로 이탈보다는 보다 짧은 항로 이탈이 발생할 가능성이 훨씬 더 크다. 떠돌아다니는 항로 이탈 고장의 확률이 다른 두 경우의 확률보다 중요도가 더 낮기 때문에, 현재로는 이것을 무시한다. 따라서 항로 이탈 사건의 확률은, 이다.
아래에서는 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태(near mid-air collision)의 분석에 사용된 가정뿐만 아니라 관련된 위험을 산출하는 방법의 설명을 기술한다.
이 분석에서 중요한 가정은 아래와 같다: (1) 항공 교통량은 공역의 클래스와 상관 관계가 있다 - 클래스 B가 가장 많은 교통량을 가지고, 그 다음에 클래스 C, 클래스 D, 클래스 E이다. 클래스 G가 가장 적은 교통량을 가진다. (2) 항공 교통량은 지상 고도(AGL) 400피트보다 아래에서 더 적어진다. (3) 지상 고도(AGL) 400피트보다 아래의 항공 교통은 주어진 클래스의 공역 내에서 일정하게 분포되어 있다. (4) 항로 이탈 사건은 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태(NMAC)의 위험을 결정하는데 기여하지 않는다.
AIM(7-6-3)에 정의되어 있는 것과 같이 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태(NMAC)는 "다른 항공기에 500피트보다 짧은 거리로 근접해 있는 결과로 충돌 가능성이 발생하거나, 조종사 또는 비행 요원으로부터 두 대 이상의 항공기들 사이에 존재하는 충돌 위험을 나타내는 보고가 수신되는 항공기의 운용과 관련된 사건이다".
이 위험 평가에 대해서, 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태(NMAC)의 공간 범위(volume)는 항공기 주위의 구로 모델링된다. 두 대의 항공기를 둘러싸는 구가 만나면 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태(NMAC)가 발생한다. 무인 항공기(UA)에 대한 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태(NMAC)의 공간 범위는 반경이 500피트인 구이다. 무인 항공기(UA)는 약 15피트의 날개 길이를 가지고 있으므로, 이 구는 무인 항공기(UA) 자체를 둘러싸고 500피트의 완충지대(buffer)를 포함한다. 유인 항공기에 대한 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태(NMAC)의 공간 범위는 반경이 700피트인 구이다. 상업용 여객기의 날개 길이가 대략 200피트이므로, 이 구는 유인 항공기의 가장 큰 부분을 둘러싸고 500피트의 완충지대도 포함한다.
이 위험 평가에 대해서, 항공 교통이 주어진 클래스의 공역 내에서 일정하게 분포되어 있는 것으로 가정한다. 이것은 기본적인 기하학적(공간의) 모델을 이용하여 충돌 가능성의 계산을 가능하게 한다. 이러한 가정하에서, 공역은 격자 셀(grid cell)의 무리로 모델링된다. 각각의 셀 내에서, 항공 교통은 일정한 교통량을 가지고 있는 것으로 근사화(approximation)된다.
미연방 법령 14 CFR 91.119로 인해서, 공항을 직접 둘러싸는 공역을 제외하면, 지정 비행 경로 고도(traffic pattern altitude)(지상 고도(AGL) 대략 800피트) 아래의 고도에서는 항공 교통량이 더 적고 지상 고도(AGL) 400피트 이하에서는 더욱 더 적다고 가정한다.
실제로는, 항공기의 밀도가 더 높은 구역이 있다. 항공기는 특정 루트(빅터 항로(victor airway), IR 루트와 VR 루트, 그리고 공항들 사이의 직항로)를 따를 가능성이 더 높다. 통상적으로 공항, 특히 보다 인구가 많은 지역 근처의 공항과 클래스 C 공역 명칭과 클래스 B 공역 명칭을 정당화하는 공항 근처에서 항공기의 밀도가 더 높다. 하지만, 주변 환경에서 이 편차는 쉽게 이용할 수 없는 장소별 데이터(location specific data)와 더 복잡한 모델링의 이용에 의해서만 설명될 수 있다.
표 9는 시간당 세제곱 마일당 항공기(aircraft per cubic mile per hour)의 단위로 각각 다른 클래스의 공역에서 추산된 항공 교통의 빈도를 제공한다. 이 값은 각각 다른 클래스의 공역에서 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태에 대한 위험 노출을 계산하기 위해서 사용될 수 있다.
[표 9]
공역 클래스에 따른 지상 고도(AGL) 800피트보다 아래의 항공 교통 빈도
도 12는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 경감되지 않은 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태의 위험(1200)을 나타내고 있다. 도 12에 도시된 경감되지 않은 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태의 위험(1200)의 실시례는 단지 예시를 위한 것이다. 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 경감되지 않은 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태의 위험의 다른 실시례가 사용될 수 있다.
1 세제곱 해리 내의 항공 교통의 빈도(시간당)가 1해리(nm)×1해리(nm)×800피트(ft)인 셀(cell)에 적용된다. 이러한 구역 축소(area reduction)는 항공 교통량 수치를 실제보다 작게 만든다. 어느 하나의 항공기가 다른 항공기의 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태(NMAC)의 공간 범위를 침해하면 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태가 발생한다. 이 확률을 추산하기 위해서, 몬테 카를로 시뮬레이션(Monte Carlo simulation)이 실행되었고, 이 몬테 카를로 시뮬레이션에서 도 12에 도시된 것과 같은 공역 셀 내에서 10억 쌍의 무작위 포인트(one billion pairs of random points)가 선택되었다. 이 10억 쌍의 무작위 포인트들 사이의 거리가 700피트보다 작은 비율이 계산되었다. 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태(NMAC)에 대해서 확립된 기준은 39%의 비율로 만족되었다. 이 수치, 는 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태(NMAC)에 대한 기하적 위험(geometric risk)이라고 칭할 수 있다. 이것은 모든 클래스의 공역에 대해서 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태의 경감되지 않은 위험을 나타낸다.
이것은 매우 보수적인 추정치라는 것을 유의해야 한다. 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태(NMAC)의 사건은 1,200피트보다 작은 모든 경우에 발생할 수 있다고 가정한다(500피트보다 작은 경우는 이중(dual) 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태(NMAC)의 사건이다). 하지만, 실제로는, 항공기 위치가 궤도(trajectory)를 따라가므로, 1,200피트보다 작은 모든 값이 유인 항공기에 대한 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태(NMAC)의 사건을 이미 촉발시켰을 것이다. 이것이 몬테 카를로 시뮬레이션의 결과이다.
또한, 이 위험 평가의 중요한 가정은 이러한 운용을 위해 이용된 안전을 위한 위험경감조치가 전적으로 효과적이다는 것이다. 상기 안전을 위한 위험경감조치 중 아무것도 실패하지 않으면, 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태(NMAC)가 발생하지 않는다. 최악의 경우의 시나리오는 표 5의 가정하에서 가능한 모든 위험경감 시스템 실패가 발생하는 것이다. 아래의 표 10은 상기 내용으로부터 제시된 가정(exposure assumption)과 값을 이용하여 각각 다른 공역 클래스에 대한 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태(NMAC)의 확률을 나타내고 있다.
[표 10]
각각의 공역 클래스에 대한 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태(NMAC)의 확률
도 13은 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 보행자 위험 구역(1300)을 나타내고 있다. 도 13에 도시된 보행자 위험 구역(1300)의 실시례는 단지 예시를 위한 것이다. 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 보행자 위험 구역의 다른 실시례가 사용될 수 있다.
아래에서는 지상의 사람과 충돌하는 경우의 분석에 사용된 가정뿐만 아니라 관련된 위험을 산출하는 방법의 설명을 기술한다.
이 분석에 있어서 중요한 가정은 아래와 같다: (1) 지상의 모든 사람은 보호되지 않은 노출 상태(unsheltered)에 있다. (2) 지상의 인구는 공역의 클래스와 관련되어 있다 - 클래스 B는 대도시 지역에 있고, 클래스 C는 도시 지역에 있고, 클래스 D는 교외 지역에 있으며, 클래스 E 및 클래스 G는 시골 지역에 있다. (3) 지상의 인구는 주어진 클래스의 공역 내에서 일정하게 분포되어 있다. (4) 철도 선로위에 있는 모든 개인은 본 운용(operation)의 적극적인 참여자이다. 무단출입자는 특별한 경우로 취급되지 않는다 - 무단출입자는 불법적인 활동을 하고 있으며 관련 위험을 수용하고 있다. (5) 건널목에 있는 사람은 보호되지 않은 노출 상태에 있으며 인구 밀도의 일정한 분포에 기여한다고 가정한다. 이것은 보수적인 가정이다. (6) 항로 이탈 사건은 지상의 사람에 대한 위험을 결정하는데 기여한다.
이 위험 평가에 대해서, 인구는 주어진 클래스의 공역 내에서 일정하게 분포되어 있는 것으로 가정한다. 이것은 기본적인 기하학적(공간의) 모델을 이용하여 충돌 가능성의 계산을 가능하게 한다. 무인 항공기 시스템(UAS) 운용의 비행 경로를 고려해 볼 때, 지상의 위험 구역은 도 13에 도시되어 있는 것과 같이 상기 비행 경로의 양 측에 모델링된다. 각각의 구간의 길이는 1마일이고 폭은 무인 항공기 시스템(UAS)의 활공 능력에 의해서 결정된다. 일부 실시례에서는, 무인 항공기(UA)가 지상 고도(AGL) 400피트의 출발 고도로부터 3,200피트 활공할 수 있다. 마일당 보행자에 대한 기하적 위험(geometric risk)은 당해 구간의 면적에 대한 통상적인 사람의 면적의 비율이다. 계산을 위해서, 한 사람의 면적(위에서 보았을 때)은 2.25제곱 피트라고 가정한다. 산출된 기하적 위험 값은 구간(segment)당 6.66 x 10-8 이다.
비행 경로를 고려해 볼 때, 비행 경로를 따라서 분포된 인구 밀도는 이 경로에 바로 인접해 있는 구역에서 추산될 수 있다. 이 위험 평가에 대해서, 각각 다른 클래스의 공역과 관련된 인구 밀도는 대표 구역에 대한 표본 인구 조사 데이터에 기초하여 추산되어 있다. 표 11은 이러한 인구 추정치를 나타내고 있다.
[표 11]
각각의 공역 클래스에 의한 구간당 추정 인구
모든 위험경감 시스템이 실패하는 최악의 경우의 시나리오를 고려하여, 구간당 인구를 가정한 상태에서 가정한 인구의 수치에 대한 각각 다른 공역 클래스에 대하여 사람과 부딪칠 산출 확률이 표 12에 제공되어 있다. 이 값들은 구간의 인구 밀도가 기하적 위험에 적용되어 사람과 부딪칠 경감되지 않은 위험의 크기를 반영하는 값이다. 보다 정확한 분석은 특정 비행 경로를 따라서 수집된 인구 조사 블록(census block) 데이터(또는 랜드 스캔(land scan)과 같은 다른 소스로부터의 데이터)의 일부를 이용할 것이다.
[표 12]
각각의 공역 클래스에 대한 지상의 사람에 대한 기하적 위험
이 위험 평가의 중요한 가정은 이러한 운용을 위해 이용된 안전을 위한 위험경감조치가 전적으로 효과적이다는 것이다. 상기 안전을 위한 위험경감조치 중 아무것도 실패하지 않으면, 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태(NMAC)가 발생하지 않는다. 최악의 경우의 시나리오는 표 5의 가정하에서 가능한 모든 위험경감 시스템 실패가 발생하는 것이다. 아래의 표 13은 상기 내용으로부터의 가정과 값을 이용하여 각각 다른 공역 클래스에 대한 지상의 사람과 부딪칠 확률을 나타내고 있다.
[표 13]
각각의 공역 클래스에 대한 지상의 사람에 대한 경감되지 않은 위험
지상의 사람과 부딪칠 확률도 사건 발생하는 것에 의존한다고 가정한다. The 무인 항공기 시스템(UAS)이 자신의 항로를 이탈하지 않으면 무인 항공기 시스템(UAS)이 비-참여인(non-participating human)과 부딪치지 않을 수 있다. 따라서, 논의한 위험경감 시스템을 넘어서, 무인 항공기 시스템(UAS)의 신뢰성을 평가하는 방법이 개발되어야 한다. 일반적으로, 이것은 어려운 작업인데, 그 이유는 무인 항공기 시스템(UAS) 구성요소 신뢰성의 정확한 평가를 하기 위한 데이터가 매우 제한되어 있거나, 데이터가 존재하지 않기 때문이다. 따라서, 추정을 하여야 한다.
따라서, 이제는 를 계산할 수 있고, 상기 식에서 PDI는 식별번호 [0167]-[0171]에 정의되어 있고 항로 이탈 사건의 확률을 포함하는 표 14를 제공할 수 있다.
[표 14]
항로 이탈 사건을 고려했을 때의 각각의 공역 클래스에 대한 사람과 부딪칠 확률
일부 추정에 따르면 NAS에서 일반 항공(General Aviation) 유시계 비행 규칙(VFR) 비행에 대한 공중 충돌할 위험이 있을 정도로 접근한 상태(NMAC)의 고유의 위험은 대략 시간당 1.33 x 10-7이라는 것을 시사한다. 보수적인 가정을 이용한 이 위험 평가는 제안된 비가시권(BVLOS) 운용이 기존 수준과 비슷한 정도의 위험이고 NAS에서 위험을 실질적으로 증가시키지 않을 수 있다는 것을 나타낸다.
떨어지는 물체에 의해 부딪치는 것에 의한 사망의 위험의 추정치는 대략 시간당 1.44 x 10-9(연간 3 x 10-6)2이다. 보수적인 가정을 이용한 이 위험 평가는 제안된 비가시권(BVLOS) 운용이 지상의 사람에 대한 위험을 실질적으로 증가시키지 않을 수 있다는 것을 나타낸다. 표 15는 운영상의 위험 분석의 요약을 제공한다.
[표 15]
운영상의 위험 분석의 요약
도 14는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 안전 회랑 공역(SCA) 인터페이스(1400)를 나타내고 있다. 도 14에 도시된 안전 회랑 공역(SCA) 인터페이스(1400)의 실시례는 단지 예시를 위한 것이다. 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 안전 회랑 공역(SCA) 인터페이스(1400)의 다른 실시례가 사용될 수 있다.
도 15a, 도 15b, 그리고 도 15c는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 불완전한 레일 상태(1500, 1501, 1502)를 나타내고 있다. 도 15에 도시된 불완전한 레일 상태(1500, 1501, 1502)의 실시례는 단지 예시를 위한 것이다. 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 불완전한 레일 상태(1500, 1501, 1502)의 다른 실시례가 사용될 수 있다.
불완전한 상태 1500은 파손된 레일 또는 레일 틈새라고 불린다. 불완전한 상태 1500은 레일을 떼어 놓는 구역을 급속 냉각시킴으로써 초래된다.
불완전한 상태 1501은 지저분한 자갈상태(fouled ballast)라고 불린다. 불완전한 상태 1501은 침목에 쌓인 진흙에 의해서 초래된다. 상기 지저분한 자갈상태는 레일의 바닥부와 침목의 부식을 초래한다. 자갈이 열차의 힘을 레일로부터 받기 때문에, 쌓인 진흙은 자갈로 하여 레일의 여유(forgiveness)를 부족하게 만든다. 레일의 여유의 부족은 침목과 같은 레일의 구성요소에 응력을 초래하여, 잠재적으로 레일을 느슨하게 하거나 떨어지게 할 수 있다. 상기 지저분한 자갈상태는 자갈이 아닌 새로운 부분이 넓게 퍼지는 것이 영상에 나타나거나 침목이 덮히는 것이 영상에 나타날 때 결정될 수 있다.
불완전한 상태 1502는 휜 레일, 물결 모양의 레일, 또는 오정렬 레일이라고 불린다. 불완전한 상태 1502는 급속 가열로 인한 레일의 가혹한 움직임에 의해서 초래된다. 열로 인해 일정량 레일이 팽창하여 레일을 밀어낸다. 레일의 팽창 레일과 레일 사이의 치수의 편차를 초래한다.
불완전한 상태 1500, 불완전한 상태 1501, 그리고 불완전한 상태 1502는 상기 영상을 이전의 레일의 하나의 영상과 비교함으로써 탐지될 수 있고 또한 상기 영상을 이전에 촬영된 레일의 하나의 영상 또는 일련의 영상과 비교함으로써 탐지될 수 있다.
불완전한 상태 1502의 전부는 거리를 나타내는 구성요소들 사이의 화소의 양, 화소 색, 화소 밀도 등에 있어서의 변화에 대해 분석된다. 한 번의 비행에서 얻은 연속적인 영상들 사이에 상기 변화 중의 하나가 발생하면 변화가 확인되고 또한 다른 무인항공기(UAV) 비행으로부터 얻은 동일한 레일의 영상에서 상기 변화 중의 하나가 발생하면 변화가 확인된다.
상기 불완전한 상태는 특정의 측정값에 기초하여 탐지될 수도 있다. 예를 들면, 레일 폭에 대한 하나의 기준값은 1435mm(4피트 8.5인치)이다. 이 실시례에서는, 촬영된 영상이 레일이 1435mm에서 벗어난 것을 나타내면, 휜 레일의 불완전한 상태 1502가 탐지된다.
잘못된 탐지 또는 비-실질적인(non-substantial) 탐지를 방지하기 위해서, 임계값이 각각의 불완전한 상태(1500, 1501, 1502)에 대해서 할당될 수 있다. 예를 들면, 연속적인 레일들 사이의 틈새에 대한 하나의 기준값은 14.30mm이다. 공차를 포함할 목적으로, 틈새 임계값(gap threshold)은 14.50mm가 될 수 있다. 14.50mm보다 작은 틈새가 탐지되면, 상기 시스템은 틈새를 식별하지 못할 것이다.
또한, 상기 시스템은 각각의 레일의 길이를 확인할 수 있고 다른 틈새를 유효하게 하기 위해서 상기 길이를 이용할 수 있다. 예를 들어, 하나의 기준값인 레일 길이는 39피트이다. 이 길이의 레일에 대해서, 상기 시스템은 각각의 레일에 해당할 수 있는 범위에서 틈새 임계값을 이용할 수 있다. 39피트 레일의 실시례에서는, 상기 시스템이 레일과 레일 사이의 틈새를 해명하기 위해서 틈새 임계값을 이용할 수 있지만, 상기 범위들 사이에서 훨씬 더 작은 틈새 임계값을 이용할 수 있다. 예를 들면, 상기 시스템은 1피트보다 긴 레일의 한 단부로부터의 거리에 대해서 틈새 임계값으로 5mm를 이용할 수 있고 1피트보다 작거나 같은 레일의 한 단부로부터의 거리에 대해서 15mm의 틈새 임계값을 이용할 수 있다.
상기 시스템은 또한 결함의 중대성에 기초하여 결함에 대한 결정을 한다. 일부 결함은 중대한 것으로 또는 주의를 촉구하는 것으로 여겨질 수 있다. 중대한 결함은 열차를 잠재적으로 탈선시킬 수 있거나 열차에 손상을 가할 수 있거나 또는 열차의 이동을 크게 방해할 수 있는 결함이다. 주의를 촉구하는 결함은 보수를 필요로 하지만, 열차의 탈선, 열차의 손상 또는 열차의 아주 큰 방해에 대한 위험을 초래하지 않는 결함이다.
도 16은 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 운용 개념(1600)을 나타내고 있다. 도 16에 도시된 운용 개념(1600)의 실시례는 단지 예시를 위한 것이다. 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 운용 개념(1600)의 다른 실시례가 사용될 수 있다.
다른 운용 개념(1600)은, 비제한적인 예로서, 보충적인 터널 및 교량 점검(1605), 연속적인 철도 자산의 상공 통과(1610), 보충적인 선로 점검(1615), 그리고 보충적인 선로 보전 비행(1620)을 포함한다.
도 17은 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 무인 항공기 시스템(UAS) 생태계(1700)를 나타내고 있다. 도 17에 도시된 무인 항공기 시스템(UAS) 생태계(1700)의 실시례는 단지 예시를 위한 것이다. 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 무인 항공기 시스템(UAS) 생태계(1700)의 다른 실시례가 사용될 수 있다.
상기 무인 항공기 시스템(UAS) 생태계는 인공위성(1705), GPS 모듈(1710), 프로펠러(1715), 비행 제어장치(1720), 모터 제어장치(1730), 모터(140), 프레임(1745), LED 위치결정 조명장치(1750), RC 수신기(155), 원격 제어장치(1760), 카메라 장착부(1765), 카메라(1770), 영상 생방송(1775), 가상 현실 고글(1780), 리튬 폴리머 배터리(1785) 등을 포함하고 있다.
인공위성(1705)은 무인 항공기 시스템(UAS)과 비행 통제 본부 사이의 통신을 가능하게 한다.
GPS 모듈(1710)은 GPS 인공위성으로부터 위치 정보를 수신할 수 있는 장치이다. 상기 GPS 모듈은 무인 항공기 시스템(UAS)의 추적을 위해서 그리고 무인 항공기 시스템(UAS)이 예정된 비행 계획을 따르게 하기 위해서 사용된다.
프로펠러(1715)가 무인 항공기 시스템(UAS)에 회전가능하게 결합되어 있으며 무인 항공기 시스템(UAS)에 양력을 제공한다. 상기 프로펠러는 이륙 및 착륙 용도로 사용된다. 무인 항공기 시스템(UAS)이 복수의 프로펠러를 포함할 수 있다.
비행 제어장치(1720)는 무인항공기(UAV)의 이륙 및 착륙을 위한 비행 계획에 대한 프로그래밍을 포함하고 있다. 비행 제어장치(1720)는 무인 항공기 시스템(UAS)에 설치되어 있다. 비행 제어장치(1720)는 비행 계획에 따라 프로펠러를 제어한다.
모터 제어장치(1730)가 무인 항공기 시스템(UAS)에 포함되어 있다. 모터 제어장치(1730)는 무인 항공기 시스템(UAS)용 모터(140)를 제어한다.
모터(140)는 무인 항공기 시스템(UAS)에 전진 추력(forward thrust)을 제공한다. 무인 항공기 시스템(UAS)은 하나보다 많은 모터(140)를 포함할 수 있다.
무인 항공기 시스템(UAS)의 프레임(1745)은 무인 항공기 시스템(UAS)의 구성요소들에 대한 지지와 보호를 제공한다. 상기 프레임(1745)은 무인 항공기 시스템(UAS)의 추력 구성요소나 양력 구성요소 또는 무인 항공기 시스템(UAS)의 고장시에 무인 항공기 시스템(UAS)이 계속하여 활공할 수 있도록 하는 구조로 되어 있다.
LED 위치표시 조명장치(1750)가 무인 항공기 시스템(UAS)에 설치되어 있다. LED 위치표시 조명장치(1750)는 다른 항공기에 대해 무인 항공기 시스템(UAS)의 존재를 나타내어 무인 항공기 시스템(UAS)의 위치를 확인하게 해준다. LED 위치표시 조명장치(1750)는 또한 터널, 안개, 야간 등과 같은 시계가 좋지 않은 환경(low visibility environments)에 도움이 된다.
RC 수신기(1755)는 무인 항공기 시스템(UAS)에 내장된 무선 수신기이다. 상기 RC 수신기는 탑 또는 다른 인공위성과 통신하여 신호를 수신할 수 있다. 지휘 본부는 RC 수신기(1755)를 통하여 무인 항공기 시스템(UAS)에 신호를 전송한다.
원격 제어장치(1760)가 무인 항공기 시스템(UAS)의 프레임(1745)에 설치되어 있으며 RC 수신기(1755)를 통하여 통신한다. 원격 제어장치(1760)는 비행 전에 비행 계획을 로딩할 수 있거나, RC 수신기(1755)를 통하여 업데이트된 비행 계획을 수신할 수 있다.
카메라(1770)를 장착하기 위해서 카메라 장착부(1765)가 사용된다. 카메라 장착부(1765)는 카메라(1770)에 대한 지지를 제공한다. 카메라 장착부(1765)는 프레임(1745)의 베이스에 부착될 수 있다.
카메라(1770)는 철도 시스템의 영상 및 비디오 데이터를 포착하기 위해서 사용된다. 한 대보다 많은 카메라와 다른 종류의 카메라가 무인 항공기 시스템(UAS)에 장착될 수 있다.
카메라(1770)는 모니터링하기 위한 철도 네트워크를 확인하기 위해서 사용된다. 철도의 영상은 비행 계획을 조절하기 위해서 사용될 수도 있다. 다시 말해서, 상기 영상이 비행 계획으로부터 무인항공기(UAV)의 위치를 확인하지 못하면, 비행 계획이 조정될 수 있다. 무인항공기(UAV)가 비행 계획 또는 센서로부터 결정된 위치와 영상으로부터 결정된 위치의 차이를 나타내는 불일치 표시(discrepancy indication)를 지휘 본부에 발신할 수도 있다.
카메라(1770)는 또한 철도 시스템의 결함을 확인하기 위해서 사용된다. 카메라(1770)는 선로 위에 멈춰서 있거나 주차된 자동차, 쓰레기 또는 다른 부스러기 등과 같은 레일의 장애물을 탐지할 수 있다. 결함을 탐지하기 위해서, 카메라(1770)는 파손된 레일/레일 틈새(1500), 지저분한 자갈상태(1501), 휜 레일(1502) 등으로 분석되는 레일의 영상을 포착하기 위해서 사용될 수 있다.
카메라(1770)와 RC 수신기(1755)를 이용하여 영상 생방송(1775)이 실행된다. 카메라(1770)에 의해서 포착된 영상/프레임이, 예를 들면, 지휘 본부로 방송될 수 있다. 영상 생방송은 결함 상황을 더 분석하기 위해서 실시간 영상 또는 비디오를 사용자에게 제공할 수 있다.
가상 현실 고글(1780)이 지상에 있거나 지휘 본부에 있는 오퍼레이터에 의해서 사용될 수 있다. 상기 가상 현실 고글은 카메라(1770)로부터의 영상 생방송(1775)을 나타낼 수 있다.
리튬 폴리머 배터리(1785)가 무인 항공기 시스템(UAS)의 프레임(1745)에 내장되어 있다. 리튬 폴리머 배터리(1785)는 무인 항공기 시스템(UAS)의 다른 구성요소를 작동시키기 위해서 사용될 수 있다.
도 18은 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 무인 항공기 시스템(UAS)의 시스템 구성요소(1800)를 나타내고 있다. 도 18에 도시된 무인 항공기 시스템(UAS)의 시스템 구성요소(1800)의 실시례는 단지 예시를 위한 것이다. 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 무인 항공기 시스템(UAS)의 시스템 구성요소(1800)의 다른 실시례가 사용될 수 있다.
무인 항공기 시스템(UAS)의 시스템 구성요소(1800)는, 비제한적인 예로서, 소프트웨어(1805), 무인 항공기 시스템(UAS)(1810), 트랙커 컨트롤 모듈(1815), 자동조종장치(1820), 레이저 고도계 지상 센서(1825), 랙 마운트 지상 관제소(1830) 등을 포함하고 있다.
소프트웨어(1805)가 무인 항공기 시스템(UAS)과 지휘 본부에 설치될 수 있다. 상기 소프트웨어(1805)는 본 출원에 기술된 여러 기능들 중의 임의의 기능을 수행할 수 있다.
무인 항공기 시스템(UAS)(1810)은 무인 항공기 시스템이다. 무인 항공기 시스템(UAS)은 선로의 안정성(health)을 모니터링하기 위해서 철도 시스템 위로 비행한다. 무인 항공기 시스템(UAS)은 또한 레일의 장애물을 모니터링한다.
트랙커 컨트롤 모듈(1815)은 작동하는 동안 무인 항공기 시스템(UAS)을 추적한다. 트랙커 컨트롤 모듈(1815)은 비행 계획을 포함할 수 있고 무인 항공기 시스템(UAS)가 비행 계획을 포기하는 때를 탐지할 수 있다. 트랙커 컨트롤 모듈(1815)은 비행 계획을 업데이트할 수 있거나, 무인 항공기 시스템(UAS) 자체로 문제를 결정할 수 있거나, 지휘 본부에 있는 사용자에게 경보를 표시할 수 있다.
자동조종장치(1820)가 무인 항공기 시스템(UAS)(1810)을 제어한다. 상기 자동조종장치(1820)는 무인 항공기 시스템(UAS) 내에 또는 지상에 설치될 수 있고 RC 수신기를 통하여 지시를 전송할 수 있다.
레이저 고도계 지상 센서(1825)는 무인 항공기 시스템(UAS)(1810)의 고도를 결정한다. 레이저 고도계(1825)는 지휘 본부와 통신할 수 있다.
랙 마운트 지상 관제소(1830)는 무인 항공기 시스템(UAS)(1810)용 지휘 본부를 제공한다. 상기 지상 관제소(1830)는 무인 항공기 시스템(UAS)의 비행 계획을 관제할 수 있고 비행 계획을 수행하는 동안 무인 항공기 시스템(UAS)을 모니터링할 수 있다.
도 19a, 도 19b, 그리고 도 19c는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 무인 항공기 시스템(UAS)(1900, 1905, 1910)를 나타내고 있다. 도 19에 도시된 무인 항공기 시스템(UAS)(1900, 1905, 1910)의 실시례는 단지 예시를 위한 것이다. 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 무인 항공기 시스템(UAS)의 다른 실시례가 사용될 수 있다.
도 20은 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 광센서(2000)를 나타내고 있다. 도 20에 도시된 광센서(2000)의 실시례는 단지 예시를 위한 것이다. 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 광센서(2000)의 다른 실시례가 사용될 수 있다.
도 21a 및 도 21b는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 무인 항공기 시스템(UAS) 안전 경계(2100, 2101)를 나타내고 있다. 도 21a 및 도 21b에 도시된 무인 항공기 시스템(UAS) 안전 경계(2100, 2101)의 실시례는 단지 예시를 위한 것이다. 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 무인 항공기 시스템(UAS) 안전 경계의 다른 실시례가 사용될 수 있다.
도 22a 및 도 22b는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 선로 완전 상태 센서 영상(2200, 2201)을 나타내고 있다. 도 22a 및 도 22b에 도시된 선로 완전 상태 센서 영상(2200, 2201)의 실시례는 단지 예시를 위한 것이다. 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 선로 완전 상태 센서 영상의 다른 실시례가 사용될 수 있다.
영상 2200 및 영상 2201에서는, 무인 항공기 시스템(UAS)이 레일(2205)을 모니터링하고 있다. 무인 항공기 시스템(UAS)은 가능한 고장에 대하여 각각의 연결부(2210)를 점검한다.
도 23a, 도 23b, 도 23c, 그리고 도 23d는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 잠재적인 레일 머리부 결함(2300)을 나타내고 있다. 도 23에 도시된 잠재적인 레일 머리부 결함(2300)의 실시례는 단지 예시를 위한 것이다. 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 잠재적인 레일 머리부 결함의 다른 실시례가 사용될 수 있다.
영상 2300, 영상 2305, 영상 2310, 그리고 영상 2315는 무인 항공기 시스템(UAS)이 레일의 고장을 탐지하는 것을 나타내고 있다. 제1 영상(2300)에서, 무인 항공기 시스템(UAS)이 가능한 고장을 탐지한다. 무인 항공기 시스템(UAS)이 줌 렌즈로 레일을 확대하여 영상 2305를 포착한다. 무인 항공기 시스템(UAS)이 고장 상태 또는 비-고장 상태가 식별되고 확인될 때까지 영상 2315와 영상 2320에 대한 줌작동을 반복한다. 비-고장 상태는 레일이 수리를 요하지 않는 것으로 결정된 경우이다.
도 24는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 제어 네트워크(2400)의 블록도를 나타내고 있다. 도 24에 도시된 제어 네트워크(2400)의 실시례는 단지 예시를 위한 것이다. 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 상기 제어 네트워크의 다른 실시례가 사용될 수 있다.
상기 제어 네트워크(2400)는, 비제한적인 예로서, 고정된 오퍼레이터 소재지(2405), 현장 오퍼레이터 소재지(2410), 자동조종장치(2415), 무인 항공기 시스템(UAS)(2420), 유선 네트워크(2425), 탑(2430), 항공 밴드 무선통신장치(2435) 등을 포함하고 있다. 상기 제어 네트워크(2400)는 고장 또는 장애물에 대해서 철도 시스템을 모니터링하기 위해서 사용된다. 상기 항공 밴드 무선통신장치(2435)는 유인 항공기 또는 무인 항공기일 수 있는 다른 항공기(2440)와 통신한다.
고정된 오퍼레이터 소재지(2405)는 영구적으로 배치되어 있는 지휘 본부이다. 고정된 오퍼레이터 소재지(2405)는 무인항공기(UAV)와의 통신을 위해 탑(2430)에 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다.
현장 오퍼레이터 소재지(2410)는 임시적으로 배치되어 있는 지휘 본부이다. 다시 말해서, 현장 오퍼레이터 소재지(2410)는 지휘 본부로부터 떨어져 있을 수 있고 현장에서 무인 항공기 시스템(UAS)을 모니터링할 수 있다. 현장 오퍼레이터 소재지(2405)는 무인 항공기 시스템(UAS)(2420)과의 통신을 위해 탑(2430)에 무선으로 연결되어 있다. 현장 오퍼레이터 소재지(2410)는 또한 탑을 이용하지 않고 무인 항공기 시스템(UAS)과 직접 통신할 수 있거나 무인 항공기 시스템(UAS)을 직접 제어할 수 있다. 현장 오퍼레이터 소재지(2410)는 또한 고정된 오퍼레이터 소재지(2405)와 통신할 수 있다.
현장 오퍼레이터 소재지(2410)에 배치되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 자동조종장치(2415)는 고정된 오퍼레이터 소재지(2405)에 배치될 수도 있다. 자동조종장치(2415)는 무인 항공기 시스템(UAS)(2420)을 제어하기 위해서 사용된다.
무인 항공기 시스템(UAS)(2420)은 결함 또는 장애물을 모니터링하기 위해서 철도 시스템 위로 비행한다. 무인 항공기 시스템(UAS)(2420)이 자동조종장치(2415)를 포함할 수도 있다. 무인 항공기 시스템(UAS)(2420)이 자동조종장치(2415)(현장 오퍼레이터 소재지(2410)에 배치된 경우) 또는 현장 오퍼레이터 소재지(2410)의 시스템 또는 탑(2430)과 직접 통신할 수 있다.
무인 항공기 시스템(UAS)(2420)은 복수의 탑, 예를 들면, 최소 두 개의 탑과 통신을 유지하도록 계획될 수 있다. 이것은 두 개의 연결된 탑 중의 하나의 탑과의 연결이 끊어지기 전에 제3 탑으로 이전을 해야 한다는 것을 의미할 수 있다. 무인 항공기 시스템(UAS)(2420)(또는 자동조종장치(2415), 고정된 오퍼레이터 소재지(2410) 또는 현장 오퍼레이터 소재지(2405)에 있는 시스템)은 신호 강도, 신호의 품질 등에 기초하여 탑의 갯수 또는 어떤 탑에 연결할 것인지를 결정할 수 있다.
유선 네트워크(2425)가 고정된 오퍼레이터 소재지를 복수의 탑(2430)과 연결시킨다. 상기 탑(2430)은 유선 네트워크(2425)를 통하여 다른 탑에 각각 따로 연결되어 있다. 탑(2430)이 유선 네트워크(2425)와 연결되어 있기 때문에, 무인 항공기 시스템(UAS)이 현장 오퍼레이터 소재지(2410)의 무선 신호의 범위를 벗어나서 비행하고 있는 후에도 현장 오퍼레이터 소재지(2410)는 무인 항공기 시스템(UAS)(2420)과의 통신을 유지할 수 있다.
상기 탑(2430)은 무인 항공기 시스템(UAS), 다른 탑(2430), 그리고 현장 오퍼레이터 소재지(2410)의 시스템과 무선 신호를 송수신한다. 상기 탑(2430)은 또한 고정된 오퍼레이터 소재지(2405) 그리고 다른 탑(2430)과의 통신을 위해 유선 네트워크(2425)에도 연결되어 있다.
도 25는 본 발명의 다양한 실시례에 따른 예시적인 철도사업용지/항공 시스템 제어 네트워크(2500)를 나타내고 있다. 도 25에 도시된 철도사업용지/항공 시스템 제어 네트워크(2500)의 실시례는 단지 예시를 위한 것이다. 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 철도사업용지/항공 시스템 제어 네트워크의 다른 실시례가 사용될 수 있다.
철도사업용지/항공 시스템 제어 네트워크(2500)는, 비제한적인 예로서, 무인 항공기 시스템(UAS)(2505), 1차 탑(2510), 2차 탑(2515), 지상 제어 시스템(2520), 자동조종장치(2530), RTK(2545), 탑 무선 트랜스시버(2550), 무인항공기(UAV) 무선 트랜스시버(2555), 그리고 자동조종장치(2560) 등을 포함하고 있다.
긴 항속 거리를 가진 무인 항공기 시스템(UAS) 배치는 상업 비행에 관한 법률이 일반적으로 적용되는 않는 군사적 공역(military airspace)에서나 외국의 전투 현장 내에서의 군사 작전에 초점이 맞추어져 있다. 항공기 위치 정확도, 지형 회피(terrain avoidance), 통신/지휘 및 통제 대기(latency) 및 항공기 탑재 장비(payload) 고려사항이 근본적으로 다르고 많은 경우에 있어서 상업적인, 저고도, 국내용으로 적용되지 않는다.
긴 항속거리의 비행 운용을 실행하는 방법/수단을 개발하는데 있어서, 몇 가지 중요한 특징을 가진 시스템 해결책이 만들어졌다:
첫째로, 제어 네트워크(2500)는 미연방 항공청(FAA)의 항공 교통 데이터를 수집하고(가능한 경우) 상기 데이터를 철도사업용지를 따라서 배치된 다양한 탑 설치현장에 장착된 사설 지리 정보 데이터 수신기와 보충적인 항공 음성/데이터 수신기로부터 수집한 추가적인 항공 교통 데이터 및 장애물 데이터와 통합하는 능력을 제공한다.
둘째로, 지상 고도(AGL) 500피트 아래의 - 다양한 데이터 수집 센서와 상기 항공기에 대한 항행 확실성(navigational assurance), 도 25에서 결집된 제어 네트워크(2500)는 미션 플래너(mission planner)와 조종사에게 지형 회피, 항행 정확도, 센서/탑재 장치 초점 및 위치 정확도 그리고 지상 고도 확인을 도와주는 항행 확실성을 제공한다. RTK(2545), 무인 항공기 시스템(UAS)(2505), PCC(2530), 탑 무선 트랜스시버(2550), 무인항공기(UAV) 무선 트랜스시버(2555), 지상 제어 시스템(2520), 1차 탑(2510) 그리고 2차 탑(2515)의 부분들의 총합은 멀리 떨어져 있는 조종사에게 이러한 인식을 제공하여 상기 항공기의 성능, 주위 환경, 비행의 정확성, 센서 성능 그리고 미연방 항공청(FAA) 항공 법규와 우리의 비행 요건의 고수에 대한 균형잡힌 관점(perspective)을 가지게 한다. 끝으로, 비상 상황 또는 기능 불량이 발생하면, 상기 시스템의 총합은 조종사로 하여 상기 항공기를 철도사업용지에 안전하게 착륙할 수 있게 할 것이다.
셋째로, 탑 무선 수신기(2550)와 무인항공기(UAV) 무선 수신기(2555)뿐만 아니라 자동조종장치(2560) 및 지상 제어 시스템(2520)으로부터 데이터를 송신/수신하기 위해서 사용된 상기 네트워크에 더하여, 공항 근처의 다른 비행기와 통신하여 시골 공항/탑이 없는 공항 근처에서 저고도 상호 영향(low altitude interactions)을 피하는 능력을 조종사에게 제공하는 항공 밴드 무선통신장치(aviation band radio)(2435)가 1차 탑(2510)과 2차 탑(2515)에 근접 거리 내의 모든 공항 근처에 장착되어 있고 - 이 배치에 매우 중요한 안전 장치이고 매우 독특한 장치이다.
도 26은 본 발명의 다양한 실시례에 따른 무인항공기를 이용하여 철도 자산을 점검하는 예시적인 프로세스를 나타내고 있다. 예를 들면, 프로세스 2600은 무인 항공기 시스템(UAS)을 이용하여 실행될 수 있다.
작용 2605에서는, 상기 시스템이 레일 관찰(rail vision)을 수행한다. 상기 레일 관찰은 철도 시스템의 장애물 또는 결함을 탐지하기 위해서 현지에서 또는 원격으로 영상을 처리하는 것을 포함한다. 레일 관찰은 또한 그 결과를 현지에서 저장하고 지휘 본부에서 파일 보관(archiving)을 하기 위해서 그 결과를 이송한다. 상기 시스템은, 복수의 통신탑을 통하여, 철도 시스템과 비행 경로를 포함하는 비행 계획을 전송한다. 철도 시스템은 지리적인 위치를 가로질러서 복수의 레일을 포함할 수 있다. 비행 경로는 무인항공기(UAV)가 철도 시스템을 모니터링하기 위해서 이동할 경로이다. 상기 비행 경로는 선로를 따라서 비행하는 것, 교량 주위를 비행하는 것, 터널을 통과하여 비행하는 것 등을 포함할 수 있다. 상기 비행 경로는 설정 위치 또는 다른 위치에서 시작되고 종료될 수 있다.
작용 2610에서는, 상기 시스템이 선로 구성요소와 다른 부분의 탐지를 위해 철도 시스템을 모니터링한다. 상기 시스템은 무인항공기(UAV)가 철도 시스템을 모니터링하고 있는 동안, 복수의 통신탑을 통하여, 데이터를 수신할 수 있다. 무인항공기(UAV)는 복수의 탑에, 즉 최소 두 개의 탑에 연결될 수 있다. 상기 통신탑은 신호 강도, 신호 품질 등에 기초하여 연결될 수 있다. 상기 복수의 통신탑은 다른 항공기와 데이터를 주고받도록 구성된 항공 밴드 무선통신장치를 포함하고 있다.
상기 시스템은 수신한 데이터에 기초하여 비행 경로를 따라서 존재하는 장애요인을 탐지할 수 있다. 상기 수신한 데이터는 미연방 항공청(FAA)의 현지 공항, 다른 항공기 등과 같은, 다른 소스로부터 입수한 데이터를 포함할 수 있다. 상기 수신한 데이터는 무인항공기(UAV)와의 충돌 또는 간섭 또는 일반적으로 비행 계획의 변화를 감소시키기 위해서 오퍼레이터 데이터와 결합될 수 있다. 상기 수신한 데이터는 현재의 항공 교통 데이터, 장애물 데이터, 지리 정보 데이터, 항공 음성 데이터, 날씨 데이터 등을 포함할 수 있다.
작용 2615에서는, 상기 시스템이 그룹 비행 경로(group flight path)를 실행한다. 그룹 비행 경로는 진행 방향 또는 속도를 변화시키는 것과 영상 오버랩(image overlap)에서 공백(gap)을 피하기 위해서 조정하는 것을 포함한다.
작용 2620에서는, 상기 시스템이 영상 스티칭(image stitching)을 실행한다. 철도 시스템의 완전한 이해를 위해서 연속된 영상들이 함께 스티칭된다. 영상 스티칭은 또한 분석에 적합한 정렬상태를 제공한다.
작용 2625에서는, 상기 시스템이 영상에 대해 사후-처리를 실행한다. 지리적-위치, 시간 등을 포함하는 영상의 결과가 카메라와 GPS 수신기로부터 수집된다. 상기 시스템은 수신한 데이터에 기초하여 비행 경로를 따라서 결함을 탐지할 수 있다. 결함에 대해 롤링 윈도우 로직(rolling window logic)이 사용된다. 롤링 윈도우 로직은 레일들 사이의 화소 컬러, 화소 밀도, 화소 길이 등에 있어서의 변화에 대해 연이은 또는 연속적인 영상을 비교한다. 상기 시스템은 레일에 대한 화소 컬러 및 화소 밀도가 레일 침목, 자갈, 주변 환경(예를 들면, 바위, 먼지, 진흙)으로부터의 구성요소 등의 화소 컬러 및 화소 밀도와 다르다는 것을 인식한다. 상기 시스템은 또한 공통 구성요소로부터의 거리를 인식한다. 하나의 예로서, 상기 시스템은 레일들 사이의 거리와 레일 침목들 사이의 거리 등을 인식한다. 작용 2630에서는, 상기 시스템이 보고서 생성을 실행한다. 상기 보고서 생성은 HTML 네비게이션과 KML 디스플레이를 포함한다. 상기 보고서는 PDF, CSV 등을 포함하여 임의의 알려진 포맷으로 발행될 수 있다.
작용 2635에서는, 상기 시스템이 데이터 이송을 실행한다. 데이터는 고정된 오퍼레이터 소재지 또는 현장 오퍼레이터 소재지 중의 하나에서 분리되거나 다운로드되는 무인 항공기 시스템(UAS)의 로컬 저장장치에 저장된다.
비록 도 26이 무인항공기를 이용하여 철도 자산을 점검하는 프로세스(2600)의 한 예를 나타내고 있지만, 도 26에 다양한 변화가 만들어질 수 있다. 예를 들면, 본 명세서에서는 일련의 단계들로 묘사되어 있지만, 상기 프로세스의 단계들이 겹쳐서 실행될 수 있거나, 동시에 실행될 수 있거나, 다른 순서로 실행될 수 있거나, 복수회 실행될 수 있다.
본 발명의 일부 실시례는 수직 이착륙할 수 있는 무인 항공기 시스템(UAS)을 기초로 하고 있다. 특히, 상기 무인 항공기 시스템(UAS)은 상기 시스템 지휘 및 통제 기반시설과 접속하는 자동조종장치 시스템을 포함하고 있다. 상기 무인 항공기 시스템(UAS)은 또한 지리 정보 시스템으로부터 생성된 네비게이션 정보를 처리하고, 위치 정보를 제공하는 다양한 기내 장착 센서를 지지한다. 특히, 이러한 센서는 기내 장착 네비게이션 비컨(ADSB) 및 모드 C 트랜스폰더 또는 그 등가물과 정보를 송수신할 수 있다.
상기 무인 항공기 시스템(UAS)의 여러 실시례는 센서, 통신, 그리고 제어 서브시스템과 같은, 다양한 다른 항공기 시스템 전부에 대해 확실하게 전력을 제공하기에 충분한 기내 발전 능력을 가지고 있다. 추가적으로, 상기 무인 항공기 시스템(UAS)은 바람직하게는 8시간을 초과하는 비행 시간을 지원하기에 충분한 액체 연료 수용능력을 가지고 있다. 상기 무인 항공기 시스템(UAS)은 또한 정보를 수집하는 복수의 센서와 상기 정보를 실시간으로 비행 운영 센터로 전달하는데 필요한 통신 및 제어 서브시스템을 지지하는데 필요한 유효 탑재 능력을 가지고 있다. 상기 무인 항공기 시스템(UAS)은 바람직하게는 수집한 정보의 현지 저장을 위한 기내 장착 정보 저장 매체도 포함하고 있다. 추가적으로, 상기 시스템은 비행 회랑에서 무인 항공기 시스템(UAS)의 비상 조종 및 착륙을 가능하게 하는 기내 장착 서브시스템 및 외부 서브시스템을 포함하고 있다.
일반적으로, 상기 기내 장착 센서는 운영 고도에서 무려 1초에 두 번 그리고 1/4피트 또는 그 이상의 해상도의 고해상도 정밀 위치 사진을 촬영한다. 바람직하게는, 상기 센서 시스템은 또한 빌트인 로컬 계산 능력(built-in local computational capability), 자체 네비게이션 시스템, 그리고 자동조종장치를 포함하는 다른 기내 장착 서브시스템과 통신하는 독자적인 통신 능력을 가지고 있다. 상기 센서는 포토 센서, 비디오 카메라, 열영상장치, 및/또는 다중스펙트럼 센서(multispectral sensor)를 포함할 수 있다. 특히, 상기 센서 시스템은 적어도 몇가지 제한된 실시간 보호 능력을 포함하는 조종사의 상황 인식을 위한 실시간 주야간 비디오 카메라를 포함하고 있다.
상기 시스템은 또한 선로, 교량 등과 같은 선형 자산의 점검을 바람직하게 지원하는 레일 감지와 철도사업용지 상태의 분석에 중점을 둔 소프트웨어를 포함하고 있다. 특히, 상기 시스템의 소프트웨어는, 기내와 원격지에, 적어도 두 개의 선형 경계를 가진 구역 내에서의 위태로운 상태를 알아채고 인식하도록 훈련된 머신 비전 소프트웨어(machine vision software)를 포함한다. 상기 시스템의 소프트웨어는 또한 선형 구역에서의 통상적인 기능 상태를 확인할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 기내 장착 소프트웨어는 상기 센서와 지상에 설치된 통신 시스템 사이에서 일렬로 배열된 무인 항공기 시스템(UAS)에서 실행된다. 상기 기내 장착 소프트웨어는 센서에 의해서 수집된 데이터를 처리하고, 그 다음에 상기 데이터는 지상에 설치된 컴퓨터 시스템에 로딩되고 이어서 상기 지상에 설치된 컴퓨터 시스템이 센서가 감지한 것에 대한 정량적 데이터와 정성적 데이터를 출력한다. 상기 시스템의 소프트웨어는 대용량 데이터를 처리하여, 복수의 다른 지리적 위치 데이터를 만들어내고, 그 다음에 복수의 제3 데이터를 만들어낸다. 상기 시스템의 소프트웨어는 최종적으로 원하는 데이터와 관련되어 있는 여러 가지 보고서를 만들어내고, 사용자로 하여 선택된 원하는 상태의 위치를 쉽게 매핑할 수 있게 해주는 지리적 위치 파일을 만들어낸다. 바람직하게는, 대용량 데이터는 처리되지 않은 채로 있고 수신기는 진정으로 원하는 이용가능한 데이터만 수신한다.
상기 시스템의 소프트웨어는 또한 이 시스템과 별도로 사용될 수 있거나 심지어 복수의 무인 항공기 시스템(UAS)에 사용될 수 있는 현장 정보 소프트웨어를 포함하고 있다. 현장 정보 소프트웨어는 기능을 매핑하고 상기 소프트웨어가 어떤 순서로 작업을 실행해야 하는지 결정하는 알고리즘을 구현하고, 이것은 바람직하게는 인적 오류를 없앤다. 특히, 현장 정보 소프트웨어는 센서 시스템에 의해서 생성된 데이터를 수용하고, 이 데이터를 랩톱 컴퓨터 또는 다른 처리 시스템으로 이송한 다음, 로컬 소프트웨어를 실행시킨다. 로컬 소프트웨어는 자동적으로 상기 데이터를 코드화하고 라벨을 붙여 분류하고 드라이브에 이송하고 상기 데이터를 파일로 보관하고 상기 데이터를 필요로 하는 사람이면 누구에게도(예를 들면, 조직 내의 다른 부서에도) 상기 데이터를 적절하게 전송한다. 현장 정보 소프트웨어는 현장 위치와 관련된 모든 수집된 데이터를 위해 사용될 수 있다. 현장 정보 소프트웨어는 바람직하게는 서버 또는 복수의 하드웨어 장치를 포함하는 네트워크화된 시스템에 기초하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 현장 정보 소프트웨어가 무인 항공기 시스템(UAS)에 의해 비행 종결 후에 실행된다(다시 말해서, 비행후 데이터 처리를 실행한다). 데이터는 추가적인 분석을 실행하고 데이터가 제대로 코드화되고 저장되는 것을 보장하는 네트워크화된 자원들 사이에 분배될 수 있다. 이것은 관리 연속성을 유지하는데 도움을 주고 데이터 오류를 최소화한다.
철도사업용지, 비행 회랑(corridor), 그리고 탑은 항공 철도 점검 시스템에서 중요한 요소이다. 본 원리를 실행하기 위한 엄격한 요건은 아니지만, 본 시스템은 AAR을 통하여 실행된 자동 열차 제어 시스템(ATCS)에 사용되는 900MHz 채널을 이용한다. 본 시스템의 하드웨어와 소프트웨어는 저대역폭 AAR 채널을 고도로 기능적인 방식으로 이용하는데 최적화되어 있다. 바람직한 AAR 채널을 이용하는 시스템에 대해서, 사용자는 보통 라이센스와, 무인 항공기 시스템(UAS)과 통신하는 적절한 채널을 포함하는 리던던트 이더넷 컨트롤(redundant Ethernet control)을 요구한다. 이것은 철도 통신 자산으로 실행될 수 있다.
상기 무인 항공기 시스템(UAS)은 바람직하게는 수직 이착륙 항공기이고 철도 자산 네트워크를 따라서 어디에서나 (착륙을 포함하여) 작동한다. 상기 무인 항공기 시스템(UAS)이 일단 공중에 떠 있으면, 조종사는 자동조종장치에 명령하여 비행을 시작한다. 비행이 시작되고 상기 무인 항공기 시스템(UAS)은 실제 철도사업용지에 대해 지리 정보 시스템에 의해서 프로그램된 경로를 따라서 날고 상기 철도사업용지를 따라간다. 다시 말해서, 조종사가 자동조종장치를 작동시키면, 상기 시스템의 소프트웨어가 무인 항공기 시스템(UAS) 조종을 인계받아서 무인 항공기 시스템(UAS)을 선로에 가능한 한 가깝게 날도록 조종한다. 상기 시스템의 소프트웨어는 또한 자동적으로 센서가 초당 두 장의 선로 사진을 촬영하기 시작하게 할 수 있다. 동시에, 상기 센서와 시스템의 소프트웨어는 필요한 해상도와 겹치는 영상(overlapping imagery)을 얻기 위해서 적절한 하나의 센서 또는 복수의 센서가 초점이 맞추어진 상태를 유지하고 선로 위에 배치되도록 무인 항공기 시스템(UAS)의 피칭운동, 요잉운동, 그리고 롤링운동을 제어한다. 비행 후에 분석 소프트웨어가 영상이 충분히 겹쳐지지 않았다고 결정하거나, 철도사업용지 점유로 인해 선로의 여러 부분이 빠뜨려졌으면, 상기 경로를 신속하게 다시 비행하고 센서는 더 많은 영상을 촬영한다.
자동조종장치가 켜져 있고 센서가 사진을 촬영하고 있는 동안, 무인 항공기 시스템(UAS)을 철도사업용지(row) 위에 위치된 상태로 유지시키고 운영 고도와 선형 비행 경로 준수를 유지하기 위해서, 무인 항공기 시스템(UAS)의 제어 시스템은 우주에 설치된 GPS(space-based GPS)와, 가능하다면, 지상에 설치된 GPS의 오차 보정에 영향을 미치고, 이것은 비행 경로의 높이와 폭에 관한 규제 요건 준수와 센서 해상도를 보장한다.
다시, 바람직하게는 상기 무인 항공기 시스템(UAS)과 센서가 독자적인 네비게이션 시스템을 가지고 있다. 바람직하게는, 상기 무인 항공기 시스템(UAS)과 센서가 독자적인 네비게이션 시스템을 가지면, 각각의 구성요소에 맡겨진 중요한 사항을 위해서 계산력이 보존된다. 예를 들면, 센서 시스템은 센서 안정화 소프트웨어와 하드웨어를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 무인 항공기 시스템(UAS)은 기존의 미연방 항공청(FAA) 감시 네트워크(SBS)를 통하여 자신의 위치, 속력, 고도 그리고 진행 방향을 방송하고 이러한 신호를 수신하도록 장비를 갖춘 다른 항공기에 대해서도 방송한다. 추가적으로, 철도의 기반시설은 보충적인 ADSB/트랜스폰더 수신기, 레이더 그리고 철도사업용지를 따라서 배치된 다른 요소를 이용하여 미연방 항공청(FAA) 감시 네트워크(SBS) 시스템을 보충하는 것을 지원할 수 있다. 상기 무인 항공기 시스템(UAS)이 비행하고 있는 동안, 무인 항공기 시스템(UAS)의 작동 상태, 위치 및 전체적인 안정성(health)이 지휘 및 통제 링크를 통하여 조종사에게 전송된다. 비행의 모든 단계 동안, 상기 무인 항공기 시스템(UAS)은 지휘 및 통제의 일정 수준의 대리 기능성(redundancy)을 보장하는 복수의 지휘 및 통제 트랜스시버 장소에 접근할 수 있다.
상기 무인 항공기 시스템(UAS)이 지휘 및 통제 시스템에 접속되지 않으면, 오퍼레이터 및/또는 미연방 항공청(FAA) 규칙이 정한 일정 기간 후에, 상기 무인 항공기 시스템(UAS)은 자신의 "로스트 링크 프로파일(lost link profile)"을 개시할 수 있고 자동 하강 및 철도사업용지를 따라서 착륙을 할 수 있다. 조종사는 로스트 링크 상태(lost link condition)를 알아차릴 수 있고 최후 전송 형식(last transmission form)에 기초하여 상기 무인 항공기 시스템(UAS)은 철도사업용지(row) 위의 사용자와 항공기 비상 착륙의 운행 관리원에게 알린다. 센서의 2차 통신 및 네비게이션 시스템이 상기 무인 항공기 시스템(UAS)의 위치를 파악하는 것을 도와줄 수도 있다.
비행 도중에 다른 중대한 시스템 고장이 발생하면, 상기 무인 항공기 시스템(UAS)은 자동적으로 몇 가지 예정된 비행 종료 절차 중의 하나를 개시하거나 프로그램된 대로 자신의 출발 위치 또는 다른 안전한 위치로 복귀한다. 비행 도중에, 조종사는 철도사업용지(row)의 실시간 영상을 위해 제2 센서를 이용하는 선택권을 가진다. 이 2차 센서는 몇 가지 상태 분석을 위해서 사용될 수도 있지만, 주로 조종사 인식(awareness)을 위해서 사용된다. 비행 도중에 위태로운 상태가 확인되면, 상기 무인 항공기 시스템(UAS)의 센서는 조종사에게 즉각적인 통지를 보내기 위해서 1차 통신 채널에 연결되지 않은 2차 통신 채널을 이용할 수 있다.
특정 임무의 종료시에, 조종사는 착륙 절차에 관여하고, 상기 무인 항공기 시스템(UAS)은 착륙 장소에 도달하기 위해서 상기 시스템의 전부에 영향을 미치고, 수직 착륙을 위한 착륙 절차에 들어간다. 상기 착륙 절차는 상기 무인 항공기 시스템(UAS)에 대해 정밀 착륙 정보를 제공하는 공대지 레이저의 작동을 포함한다. 착륙전 비행의 최종 단계에서, 조종사는 안전한 착륙을 보장하기 위해서 무인 항공기 시스템(UAS) 지휘 및 통제 시스템을 이용한다. 상기 무인 항공기 시스템(UAS)은 안전한 착륙을 보장하기 위해 기내에 복수의 지원 시스템을 가지고 있다. 안전한 착륙을 방해할 수 있는 무언가가 착륙지나 착륙 구역에 있으면, 착륙 중단 절차가 개시되고 대체 착륙 장소가 이용된다. 안전한 착륙후에, 조종사는 센서 데이터 저장 드라이브를 분리하여 이 센서 데이터 저장 드라이브를 서버에 연결한다. 그 다음에 상기 무인 항공기 시스템(UAS)이 분석 및 데이터 전송의 자동화된 프로세스를 시작하고 결과물인 맞춤형 보고서와 실행가능한 데이터 세트를 전송한다.
비록 본 발명을 특정 실시례에 관하여 설명하였지만, 이 설명은 제한적인 의미로 해석되지 않아야 한다. 개시된 실시례의 다양한 변형 실시례뿐만아니라, 개시된 실시례의 대체 실시례는 본 발명의 설명을 참고하면 당업자에게는 자명한 사항이 될 수 있다. 개시된 개념과 특정 실시례는 본 발명의 동일한 목적을 수행하기 위해서 다른 구조를 변형하거나 설계하기 위한 기초로 쉽게 이용될 수 있다는 것을 당업자는 알아야 한다. 상기와 같은 등가의 구성은 첨부된 청구범위에 개시된 본 발명의 기술사상과 범위로부터 벗어나지 않는다는 것도 당업자는 알아야 한다.
따라서 청구범위는 본 발명의 진정한 범위 내에 포함되는 임의의 상기와 같은 변형 또는 실시례를 포함할 수 있다고 생각된다.
본 특허 문헌에서의 설명은 임의의 특정 요소, 단계, 또는 기능이 청구범위에 포함되어야 하는 본질적이거나 매우 중요한 요소라는 것을 의미하는 것으로 해석되어서는 안된다. 또한, 특정 청구항에 "...하는 수단" 또는 "...하는 단계"와 같이 기능을 확인하는 분사구가 이어지는 정확한 표현이 명시적으로 사용되어 있지 않으면 첨부된 청구범위 또는 청구항 요소들 중의 임의의 것에 대하여 청구범위 중의 어느 것도 35 U.S.C.§112(f)를 적용하기 위한 것은 아니다. 청구범위 내에서, 청구범위 자체의 특징에 의해서 더욱 수정되고 향상된 것으로서, 예를 들면(비제한적인 예로서), "메카니즘", "모듈", "디바이스", "유닛", "구성요소", "요소", "부재", "장치", "기계", "시스템", "프로세서", "처리 장치", 또는 "컨트롤러"와 같은 용어의 사용은 관련 기술분야의 당업자에게 알려진 구조를 가리키는 것으로 이해되고 의도한 것이며, 35 U.S.C.§112(f)를 적용하기 위한 것은 아니다.
본 특허 문헌의 전체에 걸쳐서 사용된 단어와 구의 정의를 제시하는 것이 유리할 수 있다. "...를 포함한다"라는 표현과 "...를 포함하는" 이라는 표현뿐만 아니라 이들의 파생 표현은 제한없이 포함하는 것을 의미한다. "또는" 이라는 표현은 포괄적이며, "및/또는"을 의미한다. "...과 관련된" 이라는 표현뿐만 아니라 이 표현의 파생 표현은, ...을 포함하거나, ...내에 포함되어 있거나, ...와 상호 연결되어 있거나, ...를 수용하거나, ...내에 수용되어 있거나, ...에 연결되어 있거나 ...와 연결되어 있거나, ...에 결합되어 있거나 ...와 결합되어 있거나, ...와 연통가능하거나, ...와 협력하거나, ...을 끼워넣거나, ...와 나란히 배치되거나, ...에 인접해 있거나, ...와 긴밀하게 관련되어 있거나, ...을 가지고 있거나, ...의 특징을 가지고 있거나, ...와 관계가 있거나, 또는 이와 유사한 관계를 의미할 수 있다. "... 중 적어도 하나"라는 표현은, 여러 항목의 리스트와 함께 사용될 경우, 열거된 항목들 중에서 사용될 수 있는 하나 이상의 항목의 다른 결합형태와, 상기 리스트에서 필요할 수 있는 단 하나의 항목을 의미한다. 예를 들어, "A, B, 그리고 C"중 적어도 하나는 다음의 조합: A, B, C, A와 B, A와 C, B와 C, 그리고 A와 B와 C중의 임의의 것을 포함한다.
본 발명은 특정 실시례 및 대체로 관련된 방법을 기술하고 있지만, 이러한 실시례 및 방법의 변형형태 및 치환형태는 당업자에게는 자명한 사항일 수 있다. 따라서, 예시적인 여러 실시례의 상기 설명은 본 발명을 한정하거나 제한하지 않는다. 아래의 청구범위에 의해서 한정되어 있는 것과 같이, 본 발명의 기술사상과 범위로부터 벗어나지 않고 다른 변화, 대체 및 변형도 가능하다.
Claims (13)
- 철도 자산을 점검하는 무인항공기의 항공 시스템 제어 네트워크로서,
지상 제어 시스템을 포함하고,
상기 지상 제어 시스템은
철도 시스템과 비행 경로를 포함하는 비행 계획을 상기 무인항공기로 전송하고,
상기 비행 경로를 따라서 장애요인을 감지하고, 상기 장애요인에 기초하여 상기 비행 계획을 조정하도록 구성되고,
수신한 데이터는 상기 무인항공기에 장착된 적어도 하나의 카메라에 의해 포착된 복수의 영상을 포함하고,
상기 지상 제어 시스템은 상기 철도 시스템의 불완전한 상태에 대한 복수의 영상을 모니터링하도록 더 구성되고,
상기 불완전한 상태는 상기 비행 경로를 따라서 촬영된 제1 영상과 제2 영상의 차이에 의해 식별되는 것을 특징으로 하는 항공 시스템 제어 네트워크. - 제1항에 있어서, 상기 불완전한 상태는 동일한 위치에서 포착된 상기 무인항공기의 이전 비행에서의 저장된 영상과 상기 제1 영상의 차이에 의해 더 식별되는 것을 특징으로 하는 항공 시스템 제어 네트워크.
- 제1항에 있어서,
다른 항공기와 데이터를 주고받도록 구성된 항공 밴드 무선통신장치를 가지는 복수의 통신탑을 더 포함하고,
상기 비행 계획은 상기 데이터에 기초하여 조정되는 것을 특징으로 하는 항공 시스템 제어 네트워크. - 제1항에 있어서,
상기 무인항공기는 상기 철도 시스템의 영상을 포착하도록 구성된 적어도 하나의 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공 시스템 제어 네트워크. - 제4항에 있어서,
상기 지상 제어 시스템은
상기 비행 계획으로부터의 항로 이탈에 대한 상기 복수의 영상을 모니터링하고; 그리고
상기 복수의 영상의 상기 철도 시스템을 유지하기 위해서 상기 비행 계획을 조정하도록
더 구성되는 것을 특징으로 하는 항공 시스템 제어 네트워크. - 철도 시스템을 모니터링하는 무인항공기 시스템으로서, 상기 무인항공기 시스템은
무인항공기; 그리고
항공 시스템 제어 네트워크;
를 포함하고,
상기 항공 시스템 제어 네트워크는 지상 제어 시스템을 포함하고,
상기 지상 제어 시스템은
철도 시스템과 비행 경로를 포함하는 비행 계획을 상기 무인항공기로 전송하고,
수신한 데이터에 기초하여 상기 비행 경로를 따라서 장애요인을 감지하고,
상기 장애요인에 기초하여 상기 비행 계획을 조정하도록 구성되고,
수신한 데이터는 상기 무인항공기에 장착된 적어도 하나의 카메라에 의해 포착된 복수의 영상을 포함하고,
상기 지상 제어 시스템은 상기 철도 시스템의 불완전한 상태에 대한 복수의 영상을 모니터링하도록 더 구성되고,
상기 불완전한 상태는 상기 비행 경로를 따라서 촬영된 제1 영상과 제2 영상의 차이에 의해 식별되는 것을 특징으로 하는 무인항공기 시스템. - 제6항에 있어서, 상기 불완전한 상태는 동일한 위치에서 포착된 상기 무인항공기의 이전 비행에서의 저장된 영상과 상기 제1 영상의 차이에 의해 더 식별되는 것을 특징으로 하는 무인항공기 시스템.
- 제6항에 있어서,
다른 항공기와 데이터를 주고받도록 구성된 항공 밴드 무선통신장치를 가지는 복수의 통신탑을 더 포함하고,
상기 비행 계획은 상기 데이터에 기초하여 조정되는 것을 특징으로 하는 무인항공기 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 지상 제어 시스템은
상기 비행 계획으로부터의 항로 이탈에 대한 상기 복수의 영상을 모니터링하고; 그리고
상기 복수의 영상의 상기 철도 시스템을 유지하기 위해서 상기 비행 계획을 조정하도록
더 구성되는 것을 특징으로 하는 무인항공기 시스템. - 무인항공기의 항공 시스템 제어 네트워크의 철도 자산을 점검하는 방법으로서, 상기 방법은
철도 시스템과 비행 경로를 포함하는 비행 계획을 상기 무인항공기로 전송하는 단계;
상기 무인항공기에 장착된 적어도 하나의 카메라에 의해 포착된 복수의 영상을 가지는 수신한 데이터에 기초하여 상기 비행 경로를 따라서 장애요인을 감지하는 단계;
상기 장애요인에 기초하여 상기 비행 계획을 조정하는 단계; 그리고
상기 철도 시스템의 불완전한 상태에 대한 복수의 영상을 모니터링하는 단계로서, 상기 불완전한 상태는 상기 비행 경로를 따라서 촬영된 제1 영상과 제2 영상의 차이에 의해 식별되는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제10항에 있어서, 상기 불완전한 상태는 동일한 위치에서 포착된 상기 무인항공기의 이전 비행에서의 저장된 영상과 상기 제1 영상의 차이에 의해 더 식별되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제10항에 있어서,
항공 밴드 무선통신장치를 통하여 다른 항공기와 데이터를 주고받는 단계를 더 포함하고,
상기 비행 계획은 상기 데이터에 기초하여 더 조정되는 것을 특징으로 하는 방법. - 제10항에 있어서,
상기 비행 계획으로부터의 항로 이탈에 대한 상기 복수의 영상을 모니터링하는 단계; 및
상기 복수의 영상의 상기 철도 시스템을 유지하기 위해서 상기 비행 계획을 조정하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
Applications Claiming Priority (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201762545946P | 2017-08-15 | 2017-08-15 | |
| US62/545,946 | 2017-08-15 | ||
| US201762548636P | 2017-08-22 | 2017-08-22 | |
| US62/548,636 | 2017-08-22 | ||
| US16/103,643 US20190054937A1 (en) | 2017-08-15 | 2018-08-14 | Unmanned aerial vehicle system for inspecting railroad assets |
| US16/103,643 | 2018-08-14 | ||
| KR1020207005739A KR102658343B1 (ko) | 2017-08-15 | 2018-08-15 | 철도 자산을 점검하는 무인항공기 시스템 |
| PCT/US2018/000235 WO2019035960A1 (en) | 2017-08-15 | 2018-08-15 | PILOT-FREE AIR VEHICLE SYSTEM FOR INSPECTING RAIL ASSETS |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020207005739A Division KR102658343B1 (ko) | 2017-08-15 | 2018-08-15 | 철도 자산을 점검하는 무인항공기 시스템 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240055125A true KR20240055125A (ko) | 2024-04-26 |
Family
ID=65360188
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020207005739A KR102658343B1 (ko) | 2017-08-15 | 2018-08-15 | 철도 자산을 점검하는 무인항공기 시스템 |
| KR1020247012260A KR20240055125A (ko) | 2017-08-15 | 2018-08-15 | 철도 자산을 점검하는 무인항공기 시스템 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020207005739A KR102658343B1 (ko) | 2017-08-15 | 2018-08-15 | 철도 자산을 점검하는 무인항공기 시스템 |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20190054937A1 (ko) |
| EP (2) | EP4378791A2 (ko) |
| JP (2) | JP7323509B2 (ko) |
| KR (2) | KR102658343B1 (ko) |
| CN (2) | CN110998694B (ko) |
| AU (1) | AU2018317851B2 (ko) |
| BR (1) | BR112020002331A2 (ko) |
| CA (1) | CA3071373A1 (ko) |
| MX (1) | MX2020001767A (ko) |
| WO (1) | WO2019035960A1 (ko) |
Families Citing this family (48)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10362293B2 (en) | 2015-02-20 | 2019-07-23 | Tetra Tech, Inc. | 3D track assessment system and method |
| US10829135B2 (en) * | 2018-04-25 | 2020-11-10 | International Business Machines Corporation | Railway monitoring system and method |
| AU2019275113B2 (en) * | 2018-05-24 | 2021-12-16 | International Electronic Machines Corp. | Sensitive area management |
| US10807623B2 (en) | 2018-06-01 | 2020-10-20 | Tetra Tech, Inc. | Apparatus and method for gathering data from sensors oriented at an oblique angle relative to a railway track |
| US11377130B2 (en) | 2018-06-01 | 2022-07-05 | Tetra Tech, Inc. | Autonomous track assessment system |
| TWI696907B (zh) * | 2018-11-26 | 2020-06-21 | 財團法人工業技術研究院 | 通訊失效偵測方法和裝置 |
| CN109978913A (zh) * | 2019-03-01 | 2019-07-05 | 北京航空航天大学 | 一种无人机云台自动跟踪铁路区域的方法及系统 |
| US11198431B2 (en) * | 2019-04-30 | 2021-12-14 | Retrospect Technology, LLC | Operational risk assessment for autonomous vehicle control |
| CA3130198C (en) * | 2019-05-16 | 2022-05-17 | Darel Mesher | System and method for generating and interpreting point clouds of a rail corridor along a survey path |
| CN110294124A (zh) * | 2019-05-28 | 2019-10-01 | 国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司 | 一种基于无线专网的无人机巡视系统 |
| IL267356B2 (en) * | 2019-06-12 | 2024-05-01 | Israel Aerospace Ind Ltd | Autonomous three-dimensional navigation of aircraft under constraints |
| JP2020199981A (ja) * | 2019-06-12 | 2020-12-17 | 九州旅客鉄道株式会社 | 飛行体の制御方法 |
| US11703859B2 (en) * | 2019-07-05 | 2023-07-18 | Liebherr Mining Equipment Newport News Co. | Method for autonomously controlling a vehicle |
| CN110703809A (zh) * | 2019-09-18 | 2020-01-17 | 同济大学 | 一种基于无线传感网络的无人机地铁隧道定点巡检方法 |
| US11427232B2 (en) * | 2019-10-16 | 2022-08-30 | Bnsf Railway Company | Systems and methods for auditing assets |
| US11449080B2 (en) | 2019-10-29 | 2022-09-20 | Honeywell International Inc. | UAV flight management planner |
| US11173933B2 (en) | 2019-11-15 | 2021-11-16 | Nxp B.V. | System and method for monitoring a moving vehicle |
| CN110766179B (zh) * | 2019-11-21 | 2023-02-03 | 中冶华天工程技术有限公司 | 一种采用风险优先策略的多站点巡检路径设计方法 |
| CN111103898A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-05-05 | 深圳市道通智能航空技术有限公司 | 无人机保护方法及装置、无人机 |
| WO2021142787A1 (zh) * | 2020-01-17 | 2021-07-22 | 上海亦我信息技术有限公司 | 行进路线及空间模型生成方法、装置、系统 |
| KR102263892B1 (ko) * | 2020-02-17 | 2021-06-15 | 한국철도기술연구원 | 멀티콥터의 전차선 근접시 지자기교란에 의한 항법정보 보정 시스템 및 그 제어방법 |
| US20210309358A1 (en) * | 2020-04-06 | 2021-10-07 | Workhorse Group Inc. | Flying vehicle systems and methods |
| EP4054915B1 (en) * | 2020-07-07 | 2024-02-14 | Amsted Rail Company, Inc. | Systems and methods for railway asset management |
| US10946878B1 (en) | 2020-07-14 | 2021-03-16 | Bnsf Railway Company | Wireless slide fence system and method |
| CN112100821B (zh) * | 2020-08-26 | 2022-03-22 | 西北工业大学 | 光伏电池的稳健性优化设计方法 |
| US11438969B2 (en) | 2020-09-11 | 2022-09-06 | Rockwell Collins, Inc. | System and method for adaptive extension of command and control (C2) backhaul network for unmanned aircraft systems (UAS) |
| US11304078B2 (en) | 2020-09-11 | 2022-04-12 | Rockwell Collins, Inc. | System and method for generating control and non-payload communication (CNPC) congestion metrics at a ground control station |
| US11303368B2 (en) | 2020-09-11 | 2022-04-12 | Rockwell Collins, Inc. | System and method for same-channel out-of-band spectrum sensing for command and control (C2) communications to unmanned aircraft systems (UAS) |
| US11304061B2 (en) | 2020-09-11 | 2022-04-12 | Rockwell Collins, Inc. | System and method for spectrum situational awareness via server-based fusion in a command and control (C2) link system for unmanned aircraft systems (UAS) |
| CN112347090A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-02-09 | 民航数据通信有限责任公司 | Rvsm运行偏差事件分析获取方法及系统 |
| CN112859109B (zh) * | 2021-02-02 | 2022-05-24 | 北京大成国测科技有限公司 | 无人机全景图像处理方法、装置及电子设备 |
| US11823578B2 (en) * | 2021-02-16 | 2023-11-21 | Easy Aerial Inc. | Unmanned aerial vehicle (UAV) systems and methods for maintaining railway situational awareness |
| CN112596072A (zh) * | 2021-03-02 | 2021-04-02 | 北京大成国测科技有限公司 | 无人机视觉智能检测系统 |
| US20220281599A1 (en) * | 2021-03-08 | 2022-09-08 | Shanghai Autoflight Co., Ltd. | Unmanned aerial vehicle and control method thereof |
| CN113256186B (zh) * | 2021-07-15 | 2021-10-19 | 西南交通大学 | 一种高铁调度员综合能力测评方法及系统 |
| US20230026834A1 (en) * | 2021-07-20 | 2023-01-26 | Honeywell International Inc. | Systems and methods for correlating a notice to airmen (notam) with a chart on an avionic display in a cockpit of an aircraft |
| CN113900444B (zh) * | 2021-10-09 | 2024-02-23 | 广东汇天航空航天科技有限公司 | 一种飞行器的控制方法和装置 |
| US11804138B2 (en) * | 2021-11-17 | 2023-10-31 | Beta Air, Llc | Systems and methods for automated fleet management for aerial vehicles |
| US11454990B1 (en) * | 2021-12-27 | 2022-09-27 | Beta Air, Llc | Systems and methods for scaling lag based on flight phase of an electric aircraft |
| KR102557637B1 (ko) * | 2021-12-30 | 2023-07-21 | 주식회사 디메타 (D-meta,corp.) | 인공 지능 기반의 철도 자산 관리 서버, 시스템 및 방법 |
| CN114663504B (zh) * | 2022-02-18 | 2022-11-22 | 深圳大学 | 一种多相机连续视觉大型桥梁线形实时测量方法及系统 |
| US11623669B1 (en) | 2022-06-10 | 2023-04-11 | Bnsf Railway Company | On-board thermal track misalignment detection system and method therefor |
| KR102629467B1 (ko) | 2022-06-16 | 2024-01-30 | 한국철도기술연구원 | 철도 터널의 3d 모델 제작 방법 |
| WO2024031197A1 (en) * | 2022-08-11 | 2024-02-15 | Les Systemes Flyscan Inc. | System and method for georeferencing of markers using aerial vehicle and use of the georeferenced position of the markers for detecting potential movement of the ground and/or overgrowth of vegetation |
| US11954753B2 (en) * | 2022-08-29 | 2024-04-09 | Bnsf Railway Company | Railroad operations image detection and identification system and method therefor |
| US11688169B1 (en) | 2022-08-29 | 2023-06-27 | Bnsf Railway Company | Drone based automated yard check |
| US11978230B1 (en) * | 2023-08-08 | 2024-05-07 | Birdstop, Inc. | Aerial object position determination system |
| CN116820014B (zh) * | 2023-08-24 | 2023-11-14 | 山西交通科学研究院集团有限公司 | 一种交通机电设备智能化监控预警方法及系统 |
Family Cites Families (32)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3448088B2 (ja) * | 1993-12-24 | 2003-09-16 | 東日本旅客鉄道株式会社 | 支障物検知システム |
| US20150235094A1 (en) * | 2014-02-17 | 2015-08-20 | General Electric Company | Vehicle imaging system and method |
| US9873442B2 (en) * | 2002-06-04 | 2018-01-23 | General Electric Company | Aerial camera system and method for identifying route-related hazards |
| US20060244830A1 (en) * | 2002-06-04 | 2006-11-02 | Davenport David M | System and method of navigation with captured images |
| US20170313332A1 (en) * | 2002-06-04 | 2017-11-02 | General Electric Company | Autonomous vehicle system and method |
| FR2913392B1 (fr) * | 2007-03-07 | 2009-05-22 | Jacques Clausin | Dispositif de surveillance en temps reel de ballast. |
| US8643719B2 (en) * | 2008-02-29 | 2014-02-04 | The Boeing Company | Traffic and security monitoring system and method |
| JP2010063260A (ja) * | 2008-09-03 | 2010-03-18 | Hitachi Ltd | 列車走行制御装置及び方法 |
| US8543265B2 (en) * | 2008-10-20 | 2013-09-24 | Honeywell International Inc. | Systems and methods for unmanned aerial vehicle navigation |
| US20100215212A1 (en) * | 2009-02-26 | 2010-08-26 | Honeywell International Inc. | System and Method for the Inspection of Structures |
| US9014415B2 (en) * | 2010-04-22 | 2015-04-21 | The University Of North Carolina At Charlotte | Spatially integrated aerial photography for bridge, structure, and environmental monitoring |
| US9075415B2 (en) * | 2013-03-11 | 2015-07-07 | Airphrame, Inc. | Unmanned aerial vehicle and methods for controlling same |
| US9105184B2 (en) * | 2013-03-11 | 2015-08-11 | Arinc Incorporated | Systems and methods for real-time data communications and messaging with operators of small unmanned aircraft systems (sUAS) |
| JP6209141B2 (ja) * | 2014-09-04 | 2017-10-04 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | 障害物検出装置及び方法 |
| US20160117929A1 (en) * | 2014-09-30 | 2016-04-28 | Elwha Llc | System and method for operation of unmanned aircraft within a managed airspace or flyway |
| US9129355B1 (en) * | 2014-10-09 | 2015-09-08 | State Farm Mutual Automobile Insurance Company | Method and system for assessing damage to infrastructure |
| CN104527721B (zh) * | 2014-12-18 | 2018-03-06 | 成都铁安科技有限责任公司 | 一种列车故障检测方法及系统 |
| AU2016201290A1 (en) * | 2015-02-27 | 2016-09-15 | Smart Infrastructure Asset Management Australia Research And Development Pty Ltd | Local Positioning System for an Unmanned Aerial Vehicle |
| WO2016161637A1 (en) * | 2015-04-10 | 2016-10-13 | SZ DJI Technology Co., Ltd. | Method, apparatus and system of providing communication coverage to an unmanned aerial vehicle |
| US10187806B2 (en) * | 2015-04-14 | 2019-01-22 | ETAK Systems, LLC | Systems and methods for obtaining accurate 3D modeling data using multiple cameras |
| US9678507B1 (en) * | 2015-06-25 | 2017-06-13 | Latitude Engineering, LLC | Autonomous infrastructure element survey systems and methods using UAV fleet deployment |
| US10540901B2 (en) * | 2015-11-23 | 2020-01-21 | Kespry Inc. | Autonomous mission action alteration |
| US10657827B2 (en) * | 2015-12-09 | 2020-05-19 | Dronesense Llc | Drone flight operations |
| CA3008620A1 (en) * | 2015-12-16 | 2017-06-22 | Walmart Apollo, Llc | Systems and methods of capturing and distributing imaging content captured through unmanned aircraft systems |
| US10083616B2 (en) * | 2015-12-31 | 2018-09-25 | Unmanned Innovation, Inc. | Unmanned aerial vehicle rooftop inspection system |
| US9536149B1 (en) * | 2016-02-04 | 2017-01-03 | Proxy Technologies, Inc. | Electronic assessments, and methods of use and manufacture thereof |
| CN105551108B (zh) * | 2016-02-16 | 2018-05-11 | 株洲时代电子技术有限公司 | 一种铁路线路巡检方法 |
| US10170011B2 (en) * | 2016-07-26 | 2019-01-01 | International Business Machines Corporation | Guide drones for airplanes on the ground |
| US11270130B2 (en) * | 2016-08-05 | 2022-03-08 | Transportation Ip Holdings, Llc | Route inspection system |
| CN106954042B (zh) * | 2017-03-13 | 2023-04-28 | 兰州交通大学 | 一种无人机铁路线路巡检装置、系统及方法 |
| JP6871792B2 (ja) * | 2017-04-03 | 2021-05-12 | Ｊｒ東日本コンサルタンツ株式会社 | 無人飛行体の飛行システム |
| US11106911B1 (en) * | 2018-06-13 | 2021-08-31 | Pointivo, Inc. | Image acquisition planning systems and methods used to generate information for structures of interest |
-
2018
- 2018-08-14 US US16/103,643 patent/US20190054937A1/en active Pending
- 2018-08-15 CA CA3071373A patent/CA3071373A1/en active Pending
- 2018-08-15 WO PCT/US2018/000235 patent/WO2019035960A1/en unknown
- 2018-08-15 CN CN201880053102.6A patent/CN110998694B/zh active Active
- 2018-08-15 JP JP2020509068A patent/JP7323509B2/ja active Active
- 2018-08-15 BR BR112020002331-0A patent/BR112020002331A2/pt unknown
- 2018-08-15 EP EP24171141.5A patent/EP4378791A2/en active Pending
- 2018-08-15 KR KR1020207005739A patent/KR102658343B1/ko active IP Right Grant
- 2018-08-15 CN CN202210653728.9A patent/CN114911249A/zh active Pending
- 2018-08-15 MX MX2020001767A patent/MX2020001767A/es unknown
- 2018-08-15 AU AU2018317851A patent/AU2018317851B2/en active Active
- 2018-08-15 EP EP18846546.2A patent/EP3669342B1/en active Active
- 2018-08-15 KR KR1020247012260A patent/KR20240055125A/ko not_active Application Discontinuation
-
2023
- 2023-07-27 JP JP2023122101A patent/JP2023153890A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3669342A4 (en) | 2021-01-13 |
| MX2020001767A (es) | 2020-07-29 |
| KR20200035991A (ko) | 2020-04-06 |
| EP4378791A2 (en) | 2024-06-05 |
| BR112020002331A2 (pt) | 2020-09-01 |
| AU2018317851B2 (en) | 2022-09-15 |
| CA3071373A1 (en) | 2019-02-21 |
| AU2018317851A1 (en) | 2020-03-12 |
| CN110998694B (zh) | 2022-06-14 |
| KR102658343B1 (ko) | 2024-04-19 |
| JP7323509B2 (ja) | 2023-08-08 |
| US20190054937A1 (en) | 2019-02-21 |
| EP3669342B1 (en) | 2024-05-22 |
| CN114911249A (zh) | 2022-08-16 |
| WO2019035960A1 (en) | 2019-02-21 |
| JP2023153890A (ja) | 2023-10-18 |
| JP2020531349A (ja) | 2020-11-05 |
| EP3669342A1 (en) | 2020-06-24 |
| CN110998694A (zh) | 2020-04-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102658343B1 (ko) | 철도 자산을 점검하는 무인항공기 시스템 | |
| CN107131877B (zh) | 无人飞行器航线构建方法及系统 | |
| US11551564B2 (en) | Aircraft with landing system | |
| US10332405B2 (en) | Unmanned aircraft systems traffic management | |
| DeGarmo et al. | Prospective unmanned aerial vehicle operations in the future national airspace system | |
| US20220189316A1 (en) | Unmanned aircraft control using ground control station | |
| KR20170111921A (ko) | 무인 비행체 제어 방법 및 시스템 | |
| KR20170101776A (ko) | 무인 비행체 항로 구축 방법 및 시스템 | |
| KR20170126637A (ko) | 무인 비행체 항로 구축 방법 및 시스템 | |
| US9946258B2 (en) | High performance system with explicit incorporation of ATC regulations to generate contingency plans for UAVs with lost communication | |
| Moore et al. | Testing enabling technologies for safe UAS urban operations | |
| Spriesterbach et al. | Unmanned aircraft system airspace integration in the national airspace using a ground-based sense and avoid system | |
| US20220309934A1 (en) | Systems and methods for detect and avoid system for beyond visual line of sight operations of urban air mobility in airspace | |
| US9540119B1 (en) | Remotely piloted aircraft telemetry recording using the command and control data link system and related method | |
| Andreeva-Mori et al. | Management of operations under visual flight rules in UTM for disaster response missions | |
| Viken et al. | Overview of the small aircraft transportation system project four enabling operating capabilities | |
| Filippone et al. | Perspective and ATM Impact of Detect And Avoid Integration in Tactical and MALE RPAS | |
| CA3059698A1 (en) | Method and system for unmanned aerial vehicle flight highway | |
| Cotton | Adaptive Airborne Separation to Enable UAM Autonomy in Mixed Airspace | |
| Stevenson | Assessment of the equivalent level of safety requirements for small unmanned aerial vehicles | |
| WO2023181349A1 (ja) | 位置算出装置、位置算出方法およびプログラム記憶媒体 | |
| Lau Banh et al. | Evaluation of Feasibility of UAV Technologies for Remote Surveying BART Rail Systems | |
| EP4064245A1 (en) | Systems and methods for detect and avoid system for beyond visual line of sight operations of urban air mobility in airspace |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A107 | Divisional application of patent | ||
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal |