WO2018221915A1 - 다수의 이동체들 사이의 충돌 예측 및 근접관계의 회피 방법 - Google Patents

다수의 이동체들 사이의 충돌 예측 및 근접관계의 회피 방법 Download PDF

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WO2018221915A1
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collision
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objects
spheres
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김덕수
차제현
유중현
이목원
송찬영
조영송
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한양대학교 산학협력단
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    • G06T2210/21—Collision detection, intersection

Definitions

  • the present invention relates to a collision prediction method and a method of avoiding proximity between a plurality of moving objects, and more particularly, to model a plurality of moving objects in a two-dimensional or three-dimensional geometric shape, and a Voronoi diagram for the geometric shapes. And predicting and avoiding collisions and proximity of the geometric shapes using dynamic data of the geometric shapes and phase information of the Voronoi diagram.
  • a method of predicting collision and proximity between a plurality of moving objects As a method of predicting collision and proximity between a plurality of moving objects, a method of sampling the positions of objects in pairs at regular time intervals and checking whether the sampled positions intersect are used.
  • this method has a risk of not detecting it even though there is a real proximity risk depending on the sampling method and frequency, and the amount of calculation must increase rapidly to reduce the risk.
  • the calculation amount of the conventional method is O (N 2 M 2 ). At this time, even if the frequency of sampling is slightly increased, the amount of calculation increases rapidly. Therefore, a large-scale supercomputer is required for the prediction of collision and proximity of moving objects.
  • Segment Tree [Bentley JL, Wood D. An optimal worst case algorithm for reporting intersections of rectangles. IEEE Transactions on Computers. 1980 Jul 1 (7): 571-7.] Is an efficient way to determine the collision of two moving objects (O (N log N) time to create a binary tree and to find the two nearest moving objects). Average time O (log N) hours). However, this method is specialized only for collisions between two moving bodies and depends on the coordinate system.
  • the method proposed in the present invention is a method independent of the coordinate system, and can efficiently analyze the proximity of two or three as well as any number of moving objects (preprocessing for collision and proximity prediction). O (N log N) time for) and the average O (log N) time for each subsequent event processing).
  • the method proposed in the present invention replays the situation of the collision and proximity through the event history for collision avoidance and other analysis even after the calculation for prediction of the collision and proximity is completed. This is possible but difficult to reproduce through the above method. Rapid reproducibility is an important feature in that you can repeat various analyzes for future situations.
  • the present invention provides a method for predicting and avoiding collisions and proximity of multiple moving bodies moving linearly with a small amount of calculation.
  • the present invention provides a method for predicting and avoiding collisions and proximity of a plurality of moving bodies by approximating the movement of a plurality of moving bodies moving in a nonlinear manner to several linear movements.
  • the present invention provides a method for accurately determining the collision and proximity of the moving objects without missing.
  • a method of predicting and avoiding collision and proximity between a plurality of moving objects comprising: generating objects by modeling a shape of each of the plurality of moving objects; Modeling the objects from the size information of the objects to generate a two-dimensional circle; Modeling the two-dimensional circles as moving disks by using at least one of a moving speed of the moving bodies, a monitoring time interval of the moving bodies, and size information of the two-dimensional circles; Calculating corners of the Voronoi diagram by computing a Voronoi diagram between the moving disks; And a flipping event in which at least one of the corners of the Voronoi diagram is converted back to the corner via a vertex during the monitoring time interval of the moving bodies, and between a pair of moving disks defining the corner of the Voronoi diagram. Calculate a collision event predicting a collision, and between the mobile disks generating the flipping event in the order of occurrence of the flipping event and the collision event in ascending order, and the mobile disk
  • the method may further include updating information of the Voronoi diagram in which the flipping event is generated, wherein updating the information of the Voronoi diagram in which the flipping event is generated is an edge of the Voronoi diagram in which the flipping event is generated. And redefine the Voronoi diagram for moving disks that define the edges of the other Voronoi diagram connected thereto, and flip over the edge of the Voronoi diagram where the flipping event is generated and the edges of the other Voronoi diagram connected thereto. Recalculate the occurrence time of the event, recalculate the occurrence time of the collision event between a pair of moving disks defining an edge of the Voronoi diagram in which the flipping event occurred, and recalculate the flipped event and the collision event.
  • Fleeing order Recalculating the actual collision between the moving disks generating an event and the moving disks generating a collision event, wherein updating of information of the Voronoi diagram in which the flipping event is generated is monitored by the moving objects. The process is repeated during the time interval and may be terminated when neither the flipping event nor the collision event occurs.
  • the method may further include updating information of the Voronoi diagram in which the collision event has occurred, wherein updating of the information of the Voronoi diagram in which the collision event has occurred may include: a pair of mobile disks generating the collision event; And a Voronoi diagram defined by the pair of moving disks and the pair of moving disks generating the collision event, recalculating the occurrence time of a collision event between each of the pair of moving disks and the other moving disks defining the corners of the Voronoi diagram. Recalculate the time of occurrence of a flipping event on the edge of the edge and the corners of the Voronoi diagram defined by the pair of movable disks and the other movable disks, and the corners of the Voronoi diagram defined by the other movable disks.
  • Recalculated collision events and flipping And recalculating the actual collision between the mobile disks generating the collision event in the order of rapid occurrence of the event and between the mobile disks generating the flipping event, wherein the collision event has occurred.
  • the updating of the information in the diagram is repeated during the monitoring time interval of the moving objects, and may be terminated when neither the flipping event nor the collision event occurs.
  • the generating of the two-dimensional circle may generate a circumscribed circle that circumscribes each of the objects.
  • the generating of the moving disks may determine the radius of the moving disks by the equation (1).
  • the calculating of the actual collision between the movable disks may further include determining whether the objects of the movable disks collide with each other.
  • the determining of whether the objects of the moving disks collide with each other may include modeling the objects with a plurality of inscribed circles inscribed in each of the objects, and determining the collision of the movable bodies in units of the inscribed circle.
  • the determining of whether the objects of the moving disks collide with each other may include: when the direction and position of the moving body are known, the object having a geometric shape including the objects that are turned at the direction and position of the moving object. Modeling and collision between the geometries.
  • the moving bodies move along each trajectory, and calculating the actual collision between the moving disks extracts the moving disks closest to the edge of the Voronoi diagram as collision prediction objects, and predicts the collision. By analyzing the moving speed of the objects it is possible to determine whether the collision prediction objects.
  • the radiuses of the first collision prediction object A and the second collision prediction object B among the collision prediction objects are r A and r B , respectively.
  • the first collision predicted object ( Whether A) collides with the second collision predicting object B may be calculated through Equation 2 below.
  • a method of predicting and avoiding collision and proximity between moving bodies includes: generating objects by modeling shapes of each of the moving bodies; Modeling the objects into three-dimensional spheres from the size information of the objects; Generating moving spheres by modeling the three-dimensional spheres using at least one of a moving speed of the moving bodies, a monitoring time interval of the moving bodies, and size information of the three-dimensional spheres; Calculating a plane, an edge, and a vertex of the Voronoi diagram by computing a Voronoi diagram between the moving spheres; And an edge flipping event in which an edge of the Voronoi diagram is switched to a face of the Voronoi diagram during the monitoring time interval of the moving objects, and a face flipping event in which a face of the Voronoi diagram is turned into an edge of the Voronoi diagram.
  • the method may further include updating information of the Voronoi diagram in which the edge flipping event is generated, wherein updating the information of the Voronoi diagram in which the edge flipping event occurs is generated after the edge flipping event occurs.
  • Recalculate the occurrence of the ripping event recalculate the occurrence of the face flipping event for the face of the Voronoi diagram after the edge flipping event is generated, and generate the recalculation of the edge flipping event occurrence.
  • the moving sphere defining the face of the bonoroy diagram Recalculate the occurrence of collision events between the recomputation, and between the recomputed edge flipping and face flipping events and the moving spheres that generate the recomputed edge flipping events in the order of occurrence of the collision events in ascending order. And recalculating the actual collision between the moving spheres generating the generated surface flipping event and the moving spheres generating the recalculated collision event, wherein the information of the Voronoi diagram in which the corner flipping event is generated.
  • the update of may be repeated during the monitoring time interval of the moving objects, and may be terminated when neither the edge flipping event, the face flipping event, or the collision event occurs.
  • the method may further include updating information of the Voronoi diagram in which the plane flipping event is generated, wherein updating the information of the Voronoi diagram in which the plane flipping event is generated comprises: Redefine the Voronoi diagram for the moving spheres that define the edges of the noi diagram and the edges of the Voronoi diagram connected to it, and the edge of the Voronoi diagram where the face flipping event occurred and the edge of the Voronoi diagram connected to it.
  • Recalculate the occurrence of an edge flipping event for recalculate the occurrence of a face flipping event for the faces of the Voronoi diagram associated with the edge of the Voronoi diagram from which the face flipping event occurred, and Bono generated after recalculation of event occurrence
  • Recalculate the occurrence of collision events between the moving spheres that define the faces of the Roy diagram recalculate edge flipping and face flipping events, and then recalculate edges in ascending order of collision events.
  • the update of the information of the Voronoi diagram in which the ripping event is generated may be repeated during the monitoring time interval of the moving objects and may be terminated when neither the edge flipping event, the face flipping event, or the collision event occurs.
  • the method may further include updating information of the Voronoi diagram in which the collision event has occurred, wherein the pair of moving spheres generate the collision event and define the pair of moving spheres and planes of the Voronoi diagram.
  • a face of a Voronoi diagram that recalculates the occurrence of a collision event for other moving spheres and abuts vertices of the Voronoi diagram included in the faces of the Voronoi diagram defined by the pair of moving spheres and the other moving spheres.
  • recalculate the edge flipping and face flipping event occurrences for the edges of the Voronoi diagram and recalculate the recalculated collision events, the edge flipping event, and the occurrence times of the face flipping events in ascending order.
  • the recalculated edge flipping Recalculating the actual collision between the moving spheres generating the trajectory and the moving spheres generating the recalculated plane event, wherein the updating of the information in the Voronoi diagram in which the collision event occurred has occurred. They are repeated during the monitoring time interval, and may end when neither the edge flipping event, the face flipping event, nor the collision event occurs.
  • the generating of the 3D sphere may generate a sphere that circumscribes each of the objects.
  • generating the moving spheres may determine the radius of the moving spheres by the equation (1).
  • the calculating of the actual collision between the moving spheres may further include determining whether the objects of the moving spheres collide with each other.
  • the determining of whether the objects of the moving spheres collide may be performed by modeling the objects with a plurality of inscribed spheres inscribed in each of the objects, and predicting collision of the moving bodies in units of the inscribed spheres.
  • the determining of whether the objects of the moving spheres collide with each other includes: knowing the turning position and angle of the moving bodies, the geometric shape including the turning objects at the turning position and angle. Model objects and predict collisions of geometries.
  • the moving objects move along each trajectory, and calculating the actual collision between the moving spheres, extracting the spheres closest to the plane of the Voronoi diagram as collision prediction objects, the collision prediction object By analyzing the moving speed of the collision can determine whether the collision of the predicted objects.
  • the trajectories of the moving spheres are approximated to n straight sections to generate a first approximate trajectory, and the size of the moving spheres is firstly corrected by reflecting an error between the trajectories of the moving spheres and the first approximate trajectory. Determining whether or not the primary spheres collide with each other by determining whether or not collisions between the primary spheres are first corrected in size; And when collisions occur between the moving spheres whose primary size is corrected in the first collision determination step of the moving spheres, by approximating the trajectories of the moving spheres to m linear sections larger than n, to obtain a second approximate trajectory.
  • the calculating of the collision between the movement spheres may include: a first collision among the collision prediction objects;
  • the radiuses of the predicted object A and the second collision predicted object B are r A and r B , respectively, and at a first reference time point of the first collided predicted object A and the second collided predicted object B, respectively.
  • the center point positions of are (A x , A y , A z ), (B x , B y , B z ), respectively, and the first collision prediction object A and the second collision prediction object B are the orbits.
  • the estimated position of A (t) and the estimated position of the second collision predicted object B are B (t)
  • the first collision predicted object A and the second collision predicted object B Whether there is a conflict Can be computed through (2).
  • the present invention may also include a computer-readable recording medium having stored thereon a program for executing the above-described collision prediction and avoidance method between the moving objects.
  • the collision and proximity are determined only for the moving objects generating the flipping event and the collision event by applying the Voronoi diagram, the calculation amount for the collision and proximity prediction of the plurality of moving objects can be minimized.
  • the edge of the Voronoi diagram when the two-dimensional moving objects collide necessarily have the edge of the Voronoi diagram, and when the three-dimensional moving objects collide necessarily have the face of the Voronoi diagram, the edge of the Voronoi diagram (two-dimensional moving body Identifying objects that define collisions and proximity prediction problems or planes of Voronoi diagrams (collisions and proximity prediction problems between three-dimensional moving objects) can accurately predict the actual collision.
  • the vertices of the Voronoi diagram are moved between the moving objects, and when four or more moving objects are close to each other in two dimensions, the substructure of the Voronoi diagram is shown.
  • the Voronoi diagram In two dimensions, the Voronoi diagram consists of the vertices, edges, and faces of the Voronoi diagram (areas that are open or closed in a polygonal region), and the substructure of the Voronoi diagram is described above.
  • a subset of Voronoi diagrams that include at least one of the vertices, edges, and faces of a noise diagram.
  • the Voronoi diagram In the case of a three-dimensional moving object, similarly to two-dimensional, when three three-dimensional moving objects are close to each other, they have an edge of the Voronoi diagram between the moving objects. With the vertices of, the substructure of the Voronoi diagram can be defined even when five or more moving bodies are in close proximity.
  • the Voronoi diagram consists of the vertices, edges, faces, and cells of the Voronoi diagram, which can be opened or closed with a polyhedron bounded by the faces of the Voronoi diagram.
  • the underlying structure of the noise diagram refers to a subset of boronogram diagrams including at least one of the vertices, edges, faces, and cells of the Voronoi diagram described above.
  • the method proposed in the present invention can perform the analysis of the proximity of two or three as well as any number of moving objects most efficiently.
  • FIG. 1 is a view showing a system for predicting and avoiding collision and proximity between moving bodies according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2 to 4 are diagrams illustrating a method in which the moving object modeling unit models the moving object.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of predicting and avoiding collision and proximity between different moving bodies in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a step of calculating corners of a Voronoi diagram by calculating a Voronoi diagram between moving disks.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a flipping event according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a collision event according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining information of a Voronoi diagram updated after elapse of a flipping event and a collision event time.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a step of determining whether collisions between objects occur.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating a method of predicting collision and proximity between moving bodies according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a step of calculating a plane, an edge, and a vertex of a Voronoi diagram by calculating a Voronoi diagram between moving spheres.
  • FIG. 13 illustrates an edge flipping event and a face flipping event according to the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a method of predicting a collision and proximity of a drone and providing an avoiding path according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a diagram for describing a method of predicting a collision and proximity of a drone and providing an avoiding path according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a diagram for describing a method of predicting collision and proximity of moving bodies for which a moving path is known according to one embodiment of the present invention.
  • 17 is a diagram for describing a method of determining whether or not a moving object collides with each other.
  • FIG. 18 is a flowchart illustrating a method of predicting collision of moving objects for which a moving path is known according to another embodiment of the present invention.
  • 19 is a view for explaining in detail the first collision determination step of the moving spheres described in FIG.
  • FIG. 20 is a view for explaining in detail the second collision determination step of the moving spheres described in FIG.
  • FIG. 21 is a diagram for describing a third collision determination step of the moving spheres illustrated in FIG. 18 in detail.
  • a method of predicting and avoiding collision and proximity between a plurality of moving objects comprising: generating objects by modeling a shape of each of the plurality of moving objects; Modeling the objects from the size information of the objects to generate a two-dimensional circle; Modeling the two-dimensional circles as moving disks by using at least one of a moving speed of the moving bodies, a monitoring time interval of the moving bodies, and size information of the two-dimensional circles; Calculating corners of the Voronoi diagram by computing a Voronoi diagram between the moving disks; And a flipping event in which at least one of the corners of the Voronoi diagram is converted back to the corner via a vertex during the monitoring time interval of the moving bodies, and between a pair of moving disks defining the corner of the Voronoi diagram. Calculate a collision event predicting a collision, and between the mobile disks generating the flipping event in the order of occurrence of the flipping event and the collision event in ascending order, and the mobile disk
  • first, second, and third are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Thus, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment.
  • first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment.
  • second component in another embodiment.
  • Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment.
  • the term 'and / or' is used herein to include at least one of the components listed before and after.
  • connection is used herein to mean both indirectly connecting a plurality of components, and directly connecting.
  • the present invention provides a method for estimating a danger due to a proximity or collision situation between moving objects (hereinafter referred to as 'moving body') and avoiding a collision.
  • Vehicles are all high speed or low speed vehicles, including aircraft, ships, submarines, satellites, drones, automobiles, etc., and their modes of operation include manned or unmanned.
  • moving bodies are not only constant in moving paths such as aircraft, autonomous cars, drones, submarines, ships, etc. Contains objects that can be.
  • the moving path of the moving body may include a linear path and a nonlinear path.
  • the nonlinear path can be approximated into a plurality of linear paths.
  • the number of linear paths to be approximated is determined according to the user's setting, and it is assumed that the moving bodies move along the approximated linear paths.
  • the moving body may move in a constant velocity linear motion in each section of the linear path and the linear paths described above.
  • GNSS global navigation satellite system
  • the dynamic data measured using the satellite navigation system is information including the instantaneous position and the moving speed of the moving object
  • the aircraft uses the Automatic Dependent Surveillance Broadcast (ADS-B)
  • the vessel is the Automatic Identification Can be collected using System.
  • Drones can be collected using wireless technology, such as Wi-Fi, or by using ADS-B.
  • Autonomous vehicles can be collected using V2X, which is a communication link of a vehicular ad hoc network (VANET) that enables communication between vehicles.
  • VANET vehicular ad hoc network
  • FIGS. 2 to 4 are views illustrating a method for modeling a moving body by the moving modeling unit. 2 to 4 represent the moving object in two dimensions for convenience of understanding, it can be easily understood on the same principle in three-dimensional space.
  • the system 100 for predicting and avoiding collision and proximity between moving bodies includes a moving object information receiving unit 110, a moving object modeling unit 120, and a collision predicting unit 130.
  • the moving object information receiving unit 110 receives information from each moving object.
  • the received information may include the type, shape, size, weight, moving path, instantaneous position, moving direction and speed of the moving object.
  • the moving path, the instantaneous position, the moving direction and the speed of the moving object are referred to as dynamic data of the moving object.
  • the moving object modeling unit 120 receives the information of the moving objects from the moving object information receiving unit 110 and models the moving objects in a predetermined shape.
  • the moving object modeling unit 120 may model in two or three dimensions according to the type of moving object.
  • the ship and the vehicle since the ship and the vehicle can be expressed in the two-dimensional plane, it can be modeled in a two-dimensional shape.
  • Aircrafts, drones, submarines, and satellites on the other hand, can be modeled in three-dimensional shapes because they can represent movement in three-dimensional space. Of course, ships and cars can be modeled in three-dimensional shapes, but data throughput can be reduced by modeling in two-dimensional shapes.
  • the moving object modeling unit 120 may generate two-dimensional or three-dimensional objects 11 by modeling the moving bodies 10 from the shape information of the moving bodies 10.
  • the created objects 11 have a simplified geometric shape than the actual shape of the moving bodies.
  • the vessel 10 may be modeled as an elliptical two-dimensional object 11.
  • the moving object modeling unit 120 may model the objects 11 as two-dimensional circles or three-dimensional spheres 12 from the generated size information of the objects 11.
  • objects 11 of ships and cars may be modeled as two-dimensional circles 12, and objects 11 of aircraft, drones, submarines, and satellites may be modeled as three-dimensional spheres 12. have.
  • the moving object modeling unit 120 may model the circumferential circle having the smallest diameter circumscribing the objects 11 as the three-dimensional sphere 12 or the circumferential sphere 12 having the smallest diameter circumscribing the objects 11.
  • the moving object modeling unit 120 may model the two-dimensional circle or the three-dimensional sphere 12 as the moving disk or the moving sphere 13 by reflecting uncertainties in the instantaneous positions and moving speeds of the moving bodies 10. Specifically, the moving object modeling unit 120 uses a moving disk using at least one of moving speeds of the moving objects 10, monitoring time intervals of the moving objects 10, and size information of the two-dimensional circles or the three-dimensional spheres 12. Alternatively, the moving sphere 13 may be modeled.
  • the moving object modeling unit 120 may model the two-dimensional circle 12 as a two-dimensional moving disk 13 by using Equation 1 below.
  • the moving object modeling unit 120 may model the three-dimensional sphere 12 as the moving sphere 13 by using Equation 2 below.
  • t p is the prediction know the number of the moving object as the object of the collision, and close-up relationship, the number of the moving object is determined when the predetermined t p. That is, the prediction time can be obtained by knowing the number of moving objects to be predicted. Alternatively, t p may be appropriately assigned by the user.
  • the moving object modeling unit 120 may model the two-dimensional objects 12 into a plurality of inscribed circles 21 to 25 inscribed therein.
  • the boundary line of the objects 12 is composed of a plurality of boundary region edges and boundary region vertices where they meet, and the edge of the Voronoi diagram is applied by applying the Voronoi diagram to the boundary region edges and the boundary region vertices. Create the vertices of the Voronoi diagram where they meet. Then, among the vertices of the Voronoi diagram, a vertex having the largest radius of contact with the boundary lines of the objects is selected, and a first inscribed circle 21 having the largest radius is created based on the vertex. Next, second inscribed circles 22 and 24 having a next larger radius and not overlapping with the first inscribed circle 21 are generated. In this order, the two-dimensional objects 12 may be modeled into a plurality of inscribed circles 21 to 25.
  • the moving object modeling unit 120 may model the three-dimensional objects 12 as a plurality of internal spheres 21 to 25 inscribed therein.
  • the moving object modeling unit 120 may model the internal spheres 21 to 25 through the boundary area data of the 3D objects 12. Specifically, by applying the Voronoi diagram to the boundary region data of the three-dimensional objects 12, the first inscribed sphere 21 having the largest radius of contact with the boundary regions of the objects, and the next inscribed sphere having the next largest radius. Second inscribed spheres 22 and 23 that do not overlap with (21) are generated. In this way, the three-dimensional objects 12 can be modeled as a plurality of inscribed spheres 21 to 25 inscribed therein.
  • the moving object modeling unit 120 may change the turning direction and the object 12 at the turning position and angle. It can be modeled as a geometry 14 that includes the numbers 12, 12a, 12b of all cases present. According to the embodiment, when the ship changes the direction, it is assumed that the direction can be changed only within a certain angle ⁇ ⁇ with respect to the existing traveling direction (V1) based on the center of gravity (C), the moving body modeling unit 120 ) May model the object as a geometric shape 14 including both the object 12 in the existing direction, the object 12a turned to + ⁇ , and the object 12b turned to ⁇ .
  • the moving object modeling unit 120 may model a plurality of inscribed circles or inscribed spheres (not shown) that inscribe the geometric shapes 14. Modeling of the plurality of inscribed circles or inscribed spheres inscribed in the geometric shapes 14 may proceed in the same manner as described in FIG. 3.
  • the collision predicting unit 130 calculates a Voronoi diagram between the moving disks or the moving spheres, and predicts the collision and the proximity between the moving disks or the moving spheres.
  • the collision predicting unit 130 predicts collision and proximity between moving disks or moving spheres in the monitoring time intervals t 0 , t 0 + ⁇ t of the moving objects.
  • the collision prediction unit 130 calculates the Voronoi diagram between the moving disks to calculate the corners of the Voronoi diagram.
  • the collision prediction unit 130 calculates a flipping event and a collision event.
  • a flipping event is an event in which at least one of the corners of a Voronoi diagram is converted back to an edge through a vertex
  • a collision event is an event in which a collision is predicted between a pair of moving disks defining an edge of the Voronoi diagram.
  • the collision predicting unit 130 generates a collision event when it is predicted that a pair of moving disks defining an edge of the Voronoi diagram collides using dynamic data of the moving disks.
  • the collision prediction unit 130 schedules the flipping event and the collision event in a time sequence in which the occurrence time is high.
  • the collision prediction unit 130 calculates whether or not an actual collision occurs between the mobile disks generating the event in the order of rapid occurrence of the event.
  • the collision prediction unit 130 calculates whether or not the collision is performed by using dynamic data of the mobile disks. As a result of the calculation, it may be determined that an actual collision does not occur or a collision does not occur.
  • the collision prediction unit 130 modifies the dynamic data of the collision prediction moving disks so as to avoid collisions between the moving disks.
  • the collision prediction unit 130 updates the information of the Voronoi diagram after the elapse of the corresponding event time.
  • the collision prediction unit 130 may update the following three pieces of information after the flipping event occurs.
  • the collision prediction unit 130 updates the topology information on the corners of the Voronoi diagram where the flipping event is generated and the corners of another Voronoi diagram connected thereto.
  • the collision prediction unit 130 redefines the Voronoi diagram for the corner of the Voronoi diagram where the flipping event is generated and the corners of the other Voronoi diagram connected thereto.
  • the collision prediction unit 130 recalculates an occurrence time of the flipping event with respect to the corner of the Voronoi diagram where the flipping event occurs and the edges of another Voronoi diagram connected thereto.
  • the collision prediction unit 130 recalculates an occurrence time of a collision event between a pair of moving disks defining an edge of the Voronoi diagram in which the flipping event is generated.
  • the collision prediction unit 130 may update the following two pieces of information after the collision event occurs.
  • the collision prediction unit 130 collides with each other a pair of moving disks generating the collision event and the other moving disks defining the pair of moving disks and the corners of the Voronoi diagram. Recalculate the event occurrence time.
  • A-2-2 collision prediction unit 130 is a corner of a Voronoi diagram defined by a pair of mobile disks generating the collision event, and a Voronoi defined by the pair of mobile disks and other mobile disks. Recalculate the flipping event occurrence time for the corners of the diagram and the corners of the Voronoi diagram defined by the other moving disks.
  • the collision prediction unit 130 schedules the recalculated flipping event and the recalculated collision event in the order of occurrence in the fastest time, and generates the events in the order of the occurrence occurring in the fastest time. Calculate the actual collision between the moving disks, and if it is determined that the actual collision occurs, modify the dynamic data of the mobile disks to avoid the collision.
  • the collision prediction unit 130 monitors the information of the flipping event and the Voronoi diagram in which the collision event is generated, the calculation of the actual collision between the mobile disks with updated information, and the collision avoidance process. 0 , t 0 + ⁇ t) is repeated sequentially, and the monitoring time interval (t 0 , t 0 + ⁇ t) of the moving object has elapsed, or flipped in the corresponding monitoring time interval (t 0 , t 0 + ⁇ t) If neither an event nor a conflict event is found, the conflict calculation is terminated.
  • the collision prediction unit 130 defines a Voronoi diagram between the moving spheres to calculate the plane, edge, and vertex of the Voronoi diagram.
  • the collision prediction unit 130 calculates an edge flipping event, a face flipping event, and a collision event.
  • the edge flipping event is an event in which the edges of the Voronoi diagram are converted into triangle-shaped faces through the vertices
  • the face flipping event is an event in which the faces of the triangle-shaped Voronoi diagram are converted to edges through the vertices.
  • Collision events are events in which collisions are predicted between a pair of moving spheres that define the faces of all types of Voronoi diagrams as well as triangles.
  • the collision prediction unit 130 uses dynamic data of moving spheres, and generates a collision event when it is predicted that the pair of moving spheres collide.
  • An edge flipping event, a face flipping event, and a collision event may be generated several times, and the collision prediction unit 130 schedules the event occurrence time in a time order.
  • the collision prediction unit 130 calculates whether or not the actual collision between the moving spheres generating the event in the order of the rapid occurrence of the event. As a result of the calculation, it may be determined that an actual collision does not occur or a collision does not occur. When it is determined that the actual collision occurs, the collision prediction unit 130 modifies the dynamic data of the collision prediction moving spheres so as to avoid the collision.
  • the collision prediction unit 130 updates the information of the Voronoi diagram after the elapse of the corresponding event time.
  • the collision prediction unit 130 may update the following four pieces of information.
  • the collision prediction unit 130 updates the phase information of the Voronoi diagram in which the edge flipping event is generated.
  • the collision prediction unit 130 redefines the Voronoi diagram for the moving spheres defining the faces of the Voronoi diagram after the edge flipping event is generated and the corners of the Voronoi diagram that abut the vertices constituting the corner flipping event. .
  • the collision prediction unit 130 performs an edge flipping event with respect to the corners of the Voronoi diagram that abuts vertices of the triangular Voronoi diagram after the edge flipping event occurs. Recalculate the occurrence of. However, if the edge of the Voronoi diagram is included in the face of the other triangle Voronoi diagram, it is excluded from the calculation.
  • the collision prediction unit 130 recalculates an occurrence time of the plane flipping event with respect to the plane of the triangle-shaped Voronoi diagram newly generated by the occurrence of the edge flipping event. If there is a face of another triangle-shaped Voronoi diagram that is in contact with a vertex of the face of the triangular Voronoi diagram, the occurrence time of the face flipping event is recalculated for this face.
  • B-1-4 Recalculate collision event occurrence between the moving spheres that define the faces of all newly created Voronoi diagrams in B-1-2) above. Recalculation of collision event occurrences covers not only faces of triangular Voronoi diagrams, but also faces of other forms of Voronoi diagrams.
  • the collision prediction unit 130 may update the following four pieces of information after the face flipping event is generated.
  • the collision prediction unit 130 updates the phase information of the Voronoi diagram in which the plane flipping event is generated.
  • the collision prediction unit 130 redefines a Voronoi diagram for the moving spheres that define the corners of the Voronoi diagram that abut the edges of the Voronoi diagram after the face flipping event occurs.
  • the collision prediction unit 130 recalculates the occurrence of the edge flipping event with respect to the edge of the Voronoi diagram where the face flipping event is generated and the edge of the Voronoi diagram connected thereto. However, if the edge of the Voronoi diagram is included in the face of the other triangle Voronoi diagram, it is excluded from the calculation.
  • the collision prediction unit 130 recalculates the occurrence of the plane flipping event for the planes of the Voronoi diagram connected to the edge of the Voronoi diagram in which the plane flipping event is generated.
  • the collision prediction unit 130 may determine the collision event between the moving spheres defining the plane of the Bonoroloy diagram generated after the recalculation of the edge flipping event occurrence according to B-2-2). Recalculate the occurrences.
  • the collision prediction unit 130 may update the following two pieces of information after a collision event occurs.
  • collision prediction unit 130 generates collision event generation for the pair of moving spheres generating the collision event and other moving spheres defining the pair of moving spheres and the surfaces of the Voronoi diagram. Recalculate
  • the collision prediction unit 130 is a plane of the Voronoi diagram that abuts vertices of the Voronoi diagram included in the planes of the Voronoi diagram defined by the pair of moving spheres and the other moving spheres. Or recalculate edge flipping events and face flipping events for the edges of the Voronoi diagram.
  • the collision prediction unit 130 schedules the recomputed edge flipping event, the surface flipping event, and the collision event in the order of occurrence time in the earliest order, and generates the events in the order of occurrence of the occurrence time in the earliest occurrence time. If it is determined that the actual collision occurs, and if it is determined that the actual collision occurs, modify the dynamic data of the collision prediction movement sphere to avoid the collision.
  • the collision prediction unit 130 repeats the update of the information of the Voronoi diagram described above, the calculation of the actual collision between the moving spheres with updated information, and the collision avoidance process sequentially during the monitoring time interval of the moving bodies, and the monitoring of the moving bodies.
  • the time interval elapses, or when the edge flipping event, the face flipping event, and the collision event are not found during the time interval, the actual collision prediction between the moving spheres is terminated.
  • a method of predicting and avoiding collision and proximity between moving objects using a system for predicting and avoiding collision and proximity between a plurality of moving objects will be described.
  • a method of predicting and avoiding collision and proximity between a plurality of moving objects is a first embodiment in which a plurality of moving objects are modeled in two dimensions and predicting a collision, and a second embodiment in which a plurality of moving objects is modeled in three dimensions and predicting a collision. The description will be made with an example.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of predicting and avoiding collision and proximity between a plurality of moving objects according to a first embodiment of the present invention.
  • the generating of the objects 11 by modeling the shapes of each of the plurality of moving objects 10 may generate the objects 11 through the shape information of the moving objects 10. do.
  • Generating the two-dimensional circle 12 by modeling the objects 11 from the size information of the objects (11) (S120) is a two-dimensional circle 12 of the smallest diameter to circumscribe each of the objects (11) Create them.
  • the step S130 of modeling the two-dimensional circles 12 as moving disks 13 includes a moving speed of the moving bodies 10, a monitoring time interval of the moving bodies 10, and the two-dimensional circles 12.
  • the two-dimensional circles 12 are modeled as moving disks 13 using at least one of the size information.
  • the two-dimensional circles 12 may be modeled as the moving disks 13 by using Equation 1 described above.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a step of calculating corners of a Voronoi diagram by calculating a Voronoi diagram between moving disks.
  • the calculating of the corners of the Voronoi diagram by calculating the Voronoi diagram between the moving disks may include calculating the Voronoi diagram between the plurality of moving disks 13a to 13g. Then, the edges (E1, E2, E3, ...) and vertices (V1, V2, 7) of the Voronoi diagram are calculated. The edges of the Voronoi diagram (E1, E2, E3, %) are created between a pair of adjacent moving disks (13a to 13g), and the vertices (V1, V2, %) of the Voronoi diagram are at least three Voronoi diagrams. Edges (E1, E2, E3, ...) meet and are generated.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a flipping event according to an embodiment of the present invention.
  • the edge E2 of the Voronoi diagram is generated by the two moving disks 13b and 13c at the first time point t 0 .
  • the edge E2 of the Voronoi diagram is converted from the second time point t 0 ⁇ t 1 ⁇ t 0 + ⁇ t to the vertex V f as the moving disk 13a moves.
  • the vertex V f of the Voronoi diagram switches from the third time point t 1 ⁇ t 2 ⁇ t 0 + ⁇ t to the edge E4 as the moving disk 13a moves. do.
  • a flipping event occurs in which the edge E2 of the Voronoi diagram is converted back to the edge E4 through the vertex V f as the moving disk 13a moves.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a collision event according to an embodiment of the present invention.
  • the edge E2 of the Voronoi diagram is generated by the pair of moving disks 13a and 13c at the first time point t 0 .
  • the collision of the two moving disks 13a and 13c at the second time point t 0 ⁇ t 1 ⁇ t 0 + ⁇ t according to the dynamic data of the pair of moving disks 13a and 13c This is predicted and a collision event is generated.
  • flipping event and a collision event may occur simultaneously or in time series according to the number of moving disks and dynamic data.
  • the step of calculating the actual collision between the mobile disks 13a and 13c calculates whether or not the mobile disks 13a and 13c collide with each other in order of generating the corresponding event in the order of rapid event occurrence time.
  • the calculation of the collision uses dynamic data of the moving disks 13a and 13c, and it can be determined that an actual collision does not occur or a collision does not occur. If it is determined that a collision occurs, the dynamic data of the collision prediction disks 13a and 13c are modified to avoid the collision.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining information of a Voronoi diagram updated after elapse of a flipping event and a collision event time.
  • the information of the Voronoi diagram updated after the elapse of the flipping event time is the same as the above-described A-1-1) to A-1-3).
  • phase information is updated with respect to the edge E4 of the Voronoi diagram in which the corresponding event is generated and the edges E1, E3, E5, and E6 of the other Voronoi diagram connected to the flipping event. .
  • the time of occurrence of the flipping event is recalculated for the edge E4 of the Voronoi diagram and the edges E1, E3, E5, and E6 of the other Voronoi diagram connected thereto.
  • the time of occurrence of the collision event between the pair of moving disks 13a and 13d is recalculated with respect to the edge E4 of the Voronoi diagram.
  • the information of the Voronoi diagram updated after the collision event time elapses is the same as the above-described A-2-1) and A-2-2). Specifically, as the collision event time elapses, the moving disks 13a and 13c defining the edge E2 of the Voronoi diagram and the edge E2 of the Voronoi diagram are different from the other disks 13b, 13d to 13f. Recalculate the collision event occurrence time between the moving disks (13a to 13f) for the edges (E1, E3 to E7) of the Voronoi diagram, defined together.
  • edges of the Voronoi diagram defined by the moving disks 13a, 13c defining the edges E2 of the Voronoi diagram and the edges E2 of the Voronoi diagram together with the other disks 13b, 13d-13f. (E1, E3 through E7) and the edges E8, E9, E10 and E11 of the other Voronoi diagrams connected to them are recalculated for the flipping event occurrence time.
  • the calculating of the actual collision between the mobile disks may include: updating the information of the Voronoi diagram in which the above-mentioned flipping event and the collision event have occurred, and calculating whether or not the actual collision between the mobile disks with updated information is performed; the monitoring time period for collision avoidance process (t 0, t 0 + ⁇ t) sequentially and repeatedly, the moving object monitoring time period of (t 0, t 0 + ⁇ t) has elapsed, or the monitoring time interval (t 0 for If no flipping event or collision event is found at t 0 + ⁇ t), the collision calculation is terminated.
  • the method of predicting and avoiding collisions and proximity between a plurality of moving objects is a moving disk 13a to 13d in which a collision is predicted when an actual collision is calculated between the moving disks 13a to 13d generating the above-described event. Determining whether the objects of each other collide with each other. By determining whether the objects collide with each other, the possibility of actual collision of the moving object is verified.
  • the determining of the collision between the objects calculates whether the objects actually collide from the moving direction and the moving speed of each of the moving disks during the monitoring time of the moving objects.
  • the method of determining whether or not the objects collide with each other may include modeling the objects 12a using a plurality of inscribed circles 21a to 25a inscribed in each of the objects 12a by the method described with reference to FIG. 3. The collision is calculated in units of inscribed circles 21a to 25a.
  • the collision path between the inscribed circles 21a to 25a and 21b to 25b of the two objects 12a and 12b is estimated by estimating the movement path of the object 12b and its inscribed circles 21b to 25b according to the moving information V2 of the moving object. To judge. When any one of the inscribed circles 21a to 25a constituting one object 12a collides with the inscribed circles 21b to 25b constituting the other object 12b, between the two objects 12a and 12b. You can predict that a collision will occur.
  • the determining of the collision between the objects may include the same as described with reference to FIG. 4, when the position and angle of the moving object are known on the linear moving path in which the nonlinear moving path is approximated. And modeling the object with a geometric shape including the number of cases in which the object can be redirected within an angle, and calculating the collision of the geometric shapes by applying the moving direction and the moving speed of the moving object to the geometric shapes.
  • the geometric shapes may be modeled by a plurality of inscribed circles inscribed in each of the geometric shapes, and the collisions of the geometric shapes may be calculated based on the inscribed circle.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating a method for predicting and avoiding collision and proximity between a plurality of moving objects according to a second embodiment of the present invention.
  • generating objects by modeling shapes of each of the plurality of moving objects (S210), and detecting the objects from the size information of the objects.
  • Generating a 3D sphere by modeling (S220), modeling the 3D spheres as moving spheres using at least one of moving speeds of the moving bodies, a monitoring time interval of the moving bodies, and size information of the 3D spheres.
  • S230 calculating a Voronoi diagram between the moving spheres, calculating faces, edges, and vertices of the Voronoi diagram (S240), and during the monitoring time interval of the moving bodies, actual collisions between the moving spheres.
  • Comprising a step (S250).
  • Generating objects by modeling shapes of each of the plurality of moving objects generates objects through shape information of the moving objects.
  • Generating the three-dimensional sphere by modeling the objects from the size information of the object (S220) generates a three-dimensional circumferential sphere of the minimum diameter circumscribe each of the objects.
  • the modeling of the three-dimensional spheres as moving spheres may include moving spheres of the three-dimensional spheres using at least one of a moving speed of the moving bodies, a monitoring time interval of the moving bodies, and size information of the three-dimensional spheres. Model with. According to an embodiment, the three-dimensional spheres are modeled as the moving spheres using Equation 2 described above.
  • Voronoi diagram between the moving spheres and calculating the faces, the edges, and the vertices of the Voronoi diagram (S240), as shown in FIG. 12, calculates the Voronoi diagram between the plurality of moving spheres S1 to S5.
  • the surfaces P1, P2, ..., the edges E1 to E7, and the vertices V1 and V2 of the Voronoi diagram are calculated.
  • the faces P1, P2,... Of the Voronoi diagram are created between two adjacent moving spheres S1-S5, and the edges E1-E7 of the Voronoi diagram have a face P1, at least two of the Voronoi diagrams.
  • P2,... Are met and generated, and vertices V1, V2 of the Voronoi diagram are generated by meeting at least three edges E1-E7 of the Voronoi diagram.
  • FIG. 13 illustrates an edge flipping event and a face flipping event according to the present invention.
  • the edge E1 of the Voronoi diagram is generated by the planes of the three Voronoi diagrams at the first time point t 0 .
  • the edge E1 of the Voronoi diagram moves from the second time point t 0 ⁇ t 1 ⁇ t 0 + ⁇ t to the vertex V f as the movement spheres S1 to S5 move. Is switched.
  • the vertex V f of the Voronoi diagram is a triangular plane (T 1 ⁇ t 2 ⁇ t 0 + ⁇ t) at the third time point t 1 ⁇ t 2 ⁇ t 0 + ⁇ t according to the movement of the moving spheres S1 to S5. Switch to P3).
  • the moving spheres S1 to S5 form a plane P3 of the Voronoi diagram in the form of a triangle (FIG.
  • the plane P3 of the Voronoi diagram is converted to the vertex V f (Fig. B), and the motion spheres S1 to S5 are moved according to the movement of the moving spheres S1 to S5.
  • an edge E1 of the Voronoi diagram and a face of the Voronoi diagram including the same may be generated (Fig. A).
  • the process in which the edge E1 of the Voronoi diagram is converted into the triangular plane P3 through the vertex V f is defined as an edge flipping event
  • the plane of the triangular Voronoi diagram ( The process of converting P3) to the edge E1 through the vertex V f may be defined as a face flipping event.
  • the number of flipping events may occur simultaneously or in time series according to the number of moving spheres S1 to S5 and the dynamic data.
  • Calculating the actual collision between the moving spheres calculates whether or not the actual collision of the moving spheres (S1 to S5) that generates the event in the order of the event time is fast.
  • the calculation of the collision uses dynamic data of the moving spheres S1 to S5, and it may be determined that an actual collision does not occur or a collision does not occur. If it is determined that a collision occurs, the dynamic data of the collision prediction moving spheres is modified to avoid collision of the moving spheres.
  • the step of calculating the actual collision between the moving spheres updates the information of the Voronoi diagram after the elapse of the corresponding event time.
  • the update of the information of the Voronoi diagram in which the edge flipping event is generated proceeds to the contents of B-1-1) to B-1-4) described above, and the update of the information of the Voronoi diagram in which the face flipping event is generated. Is proceeded to the contents of the above B-2-1) to B-2-4), and the update of the information of the Voronoi diagram in which the collision event occurred is described in the above B-3-1) and B-3-2. Proceeds to).
  • Calculating the actual collision between the moving spheres is to schedule the re-calculated corner flipping event, the surface flipping event, and the collision event described above in the order of occurrence time, Calculate whether there is an actual collision between the moving spheres generating the event, and if it is determined that the actual collision occurs, modify the dynamic data of the collision predicted moving spheres to avoid the collision.
  • the calculating of the actual collision between the moving spheres includes updating the information on the Voronoi diagram described above, calculating whether or not the actual collision between the updated spheres is updated, and avoiding collision during the monitoring time interval of the moving objects.
  • the monitoring time interval of the moving objects elapses, or when no edge flipping event, a face flipping event, and a collision event are not found during the corresponding time interval, the actual collision prediction between the moving spheres is terminated.
  • the method of predicting and avoiding collision and proximity between a plurality of moving objects when collision is predicted between the moving spheres generating an event, determining whether the objects of the moving spheres that are predicted to collide further collide. Include. By determining whether the objects collide with each other, the possibility of actual collision of the moving object is verified.
  • the determining of the collision between the objects calculates whether the objects actually collide from the moving direction and the moving speed of each of the moving spheres during the monitoring time of the moving objects.
  • the objects are modeled using a plurality of inscribed spheres inscribed in each of the objects, and the collision is calculated based on inscribed spheres.
  • the method of modeling objects with indirect spheres may proceed to the process described with reference to FIG. 3.
  • the determination of whether the collision is in the unit of the inscribed sphere is the same as described in FIG. 8, by applying the moving direction and the moving speed of the moving object to each of the inscribed spheres to predict the inscribed paths of the inscribed spheres, and inscribed spheres of other objects in the expected path.
  • it can be predicted that a collision occurs between both objects.
  • the non-linear movement path knows the redirection position and angle of the moving object on the approximated linear movement path, the same as described with reference to FIG. 4.
  • the object can be modeled with a geometric shape that includes the number of cases the object can turn at the turning position and angle, and the collision direction can be calculated by applying the moving direction and the moving speed of the moving object to the geometric shapes. have.
  • the geometric shapes may be modeled using a plurality of inscribed spheres inscribed in each of the geometric shapes, and the collision of geometric shapes may be calculated in units of inscribed spheres.
  • the equation of the movement path also includes the movement path and the magnitude of the speed according to the time within the movement path. Therefore, the method of modifying the equation of the moving path may be a method of changing only one of the moving path and the moving speed or both the moving path and the moving speed. At this time, the movement path and the movement speed may include a nonlinearity. Given that many moving bodies are moving and at any time any moving object can modify the equation of the moving path, the optimal way of evading path finding the safest escape path is to make various candidate solutions and evaluate each of them quickly.
  • one copy of S1 which is a copy of the moving object S, which is the main cause of avoidance triggering, is placed in the same position as the moving object in the dynamic Voronoi diagram already calculated.
  • S1 is in a state where there is a difference in angle, a difference in speed, or a slight difference in both the angle and the speed compared to the moving body S.
  • S1 uses the dynamic Voronoi diagram at each moment to analyze the close relationship with other adjacent objects. This allows one evasive starting alternative to be evaluated at an average O (K) time. Where K is the number of events that exist across the time window of the dynamic Voronoi diagram. It is possible to generate another avoidance trigger S2 that is different from S1.
  • a solution can be obtained by using S1 and S2 independently in a given dynamic Voronoi diagram.
  • the algorithm for finding the optimal solution of the avoidance path can be parallelized based on the dynamic Voronoi diagram, and each of the avoidance paths can be evaluated in O (K), so the optimal solution can be found very quickly. Evaluate all candidate evasions and make the best answer for them.
  • the AI function may be additionally used as a method for finding a good solution among various candidate solutions.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a method of predicting a collision and proximity of a drone and providing an avoiding path according to an embodiment of the present invention.
  • (A) to (E) show that a drone predicts a collision and sets an avoidance path through a method of predicting collision and proximity of a moving object according to the present invention, thereby forming a two-dimensional star in a three-dimensional space without collision. The process of moving from two shapes to two circles is shown sequentially.
  • 100 drones are used, and each of the moving spheres models a moving drone.
  • the starting point and the end point of the specific drone are determined at this time.
  • Drones move linearly between two points.
  • calculating a dynamic Voronoi diagram between moving spheres during a time interval (t1, t2) allows collision prediction, and if this happens, stop one of the two spheres (or move it slowly) You can move it quickly to avoid collisions.
  • the spatial information in the Voronoi diagram can be used more actively to reflect more complicated situations such as changing the drone avoidance path from the linear path described above to the non-linear path.
  • FIG. 15 is a diagram for describing a method of predicting a collision of a drone and providing an avoiding path, according to another exemplary embodiment.
  • FIG. 15 sequentially illustrate a process in which drones move three-dimensional space without collision by predicting collision and setting an avoidance path through a collision prediction method of a moving object according to the present invention.
  • 500 drones were used, and each of the moving spheres models a moving drone.
  • the moving spheres change from a rabbit-shaped cluster to a hand-shaped cluster.
  • the drones are moved to the position E of the moving spheres at a time point t2 after a predetermined time at the position A of the moving spheres at a specific time point t1, the starting point and the end point of the specific drone are determined at this time.
  • Drones move linearly between two points.
  • calculating a dynamic Voronoi diagram between moving spheres during a time interval (t1, t2) allows collision prediction, and if this happens, stop one of the two spheres (or move it slowly) You can move it quickly to avoid collisions.
  • the spatial information in the Voronoi diagram can be used more actively to reflect more complicated situations such as changing the drone avoidance path from the linear path described above to the non-linear path.
  • a moving object known to the moving path is described as an example of a satellite for processing around the earth, the moving object known to the moving path is not limited to this can be applied to the collision prediction of various objects moving along a certain orbit.
  • a three-dimensional moving sphere is described as an example, but the technical idea of the present invention can be equally applied to a two-dimensional moving disk.
  • the moving sphere is represented on two dimensions for convenience of understanding, it will be easily understood in three dimensions.
  • FIG. 16 is a diagram for describing a method of predicting a collision of moving bodies in which a moving path is known, according to one embodiment of the present invention.
  • the satellites may be modeled as moving spheres by the moving object modeling unit 120 described with reference to FIG. 1.
  • the first to third moving spheres 210, 310, 410 process around the earth 1000 along the respective trajectories 220, 320, 420.
  • (A) shows the positions of the first to third moving spheres 210, 310, and 410 at the first reference time point
  • (B) shows the position of the second reference time point when a predetermined time has elapsed from the first reference time point.
  • (C) denotes the first to third moving spheres at the third reference time point when a preset time elapses from the second reference time point.
  • the positions of 210, 310, and 410 are shown.
  • the surfaces P1, P2, and P3 of the Voronoi diagram are calculated by calculating Voronoi diagrams for the first to third moving spheres 210, 310, and 410 at the first reference time point. do.
  • the second and third moving spheres 310 and 410 nearest to the surface P3 of the Voronoi diagram are extracted as collision prediction objects.
  • the collision speed is determined by analyzing the moving speeds of the second and third moving spheres 310 and 410 extracted as the collision prediction objects.
  • the second and third moving spheres 310 and 410 in which collision is expected may be set under the following conditions.
  • the radius of the second moving sphere 310 is r A
  • the radius of the third moving sphere 410 is r B.
  • the position of the center point A at the first reference time point of the second moving sphere 310 is (A x , A y , A z )
  • the position of the center point B of the third moving sphere 410 at the first reference time point is (B x , B y , B z ).
  • the estimated position of the center point A of the second moving sphere 310 is A (t) after t time elapses from the first reference time point, and is the center point B of the third moving sphere 410.
  • whether or not the second moving sphere 310 and the third moving sphere 410 collide may be calculated through Equation 1 below.
  • d (t) is a distance between the second moving sphere 310 and the third moving sphere 410 after the time elapses from the first reference time point. If d (t) that converge to the sum of the radius (r B) of the radius (r A), and a third mobile opening (410) of the second moving sphere 310, the second moving sphere 310 and the third mobile It can be determined that the sphere 410 collides.
  • the collision point of the second moving sphere 310 and the third moving sphere 410 may be calculated through Equation 2 below.
  • the surfaces P1, P2, and P of the Voronoi diagram may be calculated by calculating Voronoi diagrams of the first to third moving spheres 210, 310, and 410 at the second reference time point. P3) is calculated.
  • the second and third moving spheres 310 and 410 nearest to the planes P1, P2 and P3 of the Voronoi diagram are extracted as collision prediction objects. do.
  • the positions of the first to third moving spheres 210, 310, and 410 may be checked at the third reference time point. It can be seen that the second and third moving spheres 310 and 410 collide at the third reference time point.
  • FIG. 18 is a flowchart illustrating a method of predicting collision of moving objects for which a moving path is known according to another embodiment of the present invention.
  • a method of predicting collision of satellites will be described as an example.
  • a method of predicting collision of moving objects for which a moving path is known includes a first collision determination step S300 of moving spheres and a second determination step S4000 of moving spheres.
  • the first collision determination step (S300) of the moving spheres the first orbital approximation and the step of correcting the size of the moving spheres (S310), the surface calculation step (S320) of the Voronoi diagram, the collision prediction object extraction step (S330), and the collision It includes a determination step (S340).
  • the trajectories of the moving spheres are approximated to n straight sections to generate first approximate orbits.
  • the size of the moving spheres is first corrected by reflecting an error between the trajectories of the moving spheres and the first approximate orbits.
  • the plane calculation step (S320) of the Voronoi diagram In order to determine whether or not there is a collision between the first-corrected moving spheres, the plane calculation step (S320) of the Voronoi diagram, the collision prediction object extraction step (S330), and whether there is a collision The determination step S340 is performed.
  • the plane calculation step S320, the collision prediction object extraction step S330, and the collision determination step S340 of the Voronoi diagram may be performed in the same manner as described with reference to FIG. 11.
  • the second collision determination step (S400) of the moving spheres is the secondary orbital approximation and the size correction step of the moving spheres (S410), the surface calculation step (S420) of the Voronoi diagram, the collision prediction object extraction step (S430), and the collision It includes a determination step (S440).
  • the size of the moving spheres is secondarily corrected by reflecting an error between the moving spheres and the second approximate orbits.
  • the size of the second-corrected moving spheres is smaller than the size of the first-corrected moving spheres.
  • the plane calculation step (S420), the collision prediction object extraction step (S430), and whether there is a collision in the Voronoi diagram for the second-corrected moving spheres is performed.
  • the secondary collision determination step (S400) of the moving spheres is repeatedly performed at predetermined periods. Can be performed.
  • step S400 When it is determined in step S400 of whether the collision of the moving spheres has occurred, the collision between the two spheres whose size is second-corrected is approximated, and the trajectories of the moving spheres are approximated to more than m straight sections.
  • a third object collision determination that determines whether the spheres collide may be performed.
  • the third collision determination of the moving spheres does not approximate the trajectory approximation and the size correction of the moving spheres, and determines whether the moving spheres collide with each other in the known actual orbit of the moving spheres. can do.
  • the third collision determination step of the moving spheres includes a plane calculation step, a collision prediction object extraction step, and a collision determination step of the Voronoi diagram for the moving spheres described above.
  • FIG. 19 is a view for explaining in detail the first collision determination step of the moving spheres described in FIG. 18,
  • FIG. 20 is a view for explaining in detail the second collision determination step of the moving spheres described in Figure 18, Figure 21
  • FIG. 18 is a diagram for describing a third collision determination step of the moving spheres described with reference to FIG. 18 in detail.
  • first to third moving spheres 210, 310, and 410 are approximated to five straight sections of the first to third trajectories 220, 320, and 420 at a first reference time point A.
  • FIG. First approximate orbits 230, 330, and 430.
  • the size of the moving spheres 210, 310, and 410 is first corrected.
  • the surfaces P1, P2, and P3 of the Voronoi diagram are calculated by calculating the Voronoi diagrams of the first to third moving spheres 240, 340, and 440 whose sizes are first-corrected.
  • the second and third moving spheres 340 and 440 of which the size is first-corrected Is extracted as collision prediction objects.
  • the collision speed is determined by analyzing the moving speeds of the second and third moving spheres 340 and 440 whose sizes extracted as the collision prediction objects are first corrected. According to the embodiment, it is determined that the second and third moving spheres 340 and 440 whose sizes are first corrected do not collide.
  • the collision determination between the first to third moving spheres 240, 340, and 440 whose sizes are first corrected may be repeatedly performed at predetermined periods.
  • the first and second moving spheres 240 and 340 whose sizes are firstly corrected are extracted as collision prediction objects, and the first and second moving spheres whose first sizes are firstly corrected,
  • the collision speed is determined by analyzing the moving speeds of the 240 and 340. According to an embodiment, it is determined that the first and second moving spheres 240 and 340 whose sizes are first corrected collide with each other.
  • the first to third trajectories 220, 320, and 420 may be moved to 10.
  • the second approximate trajectories 250, 350, and 450 of the first to third moving spheres 210, 310, and 410 are generated by approximating to four straight sections.
  • the size is first-order corrected by reflecting an error between the first to third trajectories 220, 320, 420 and the second approximate trajectories 250, 350, 450 of the first to third moving spheres 210, 310, and 410.
  • the surfaces P1, P2, and P3 of the Voronoi diagram are calculated by calculating the Voronoi diagrams of the first to third moving spheres 260, 360, and 460 whose sizes are second-corrected.
  • the first and second moving spheres 260 and 360 whose second-corrected sizes are the nearest to the plane P1 of the Voronoi diagram. ) Is extracted as collision prediction objects.
  • the collision speed is determined by analyzing the moving speeds of the first and second moving spheres 260 and 360 whose sizes extracted with the collision prediction objects are second-corrected. According to an embodiment, it is determined that the first and second moving spheres 260 and 360 whose sizes are second-corrected do not collide.
  • the collision determination between the first to third moving spheres 240, 340, and 440 whose sizes are second-corrected may be repeatedly performed at predetermined periods.
  • the second and third moving spheres 360 and 460 whose sizes are secondarily corrected at the third reference time point B are extracted to the collision prediction objects, and the second and third moving spheres whose sizes are secondarily corrected.
  • By analyzing the moving speed of the 360, 460 it is determined whether the collision. According to the embodiment, it is determined that the second and third moving spheres 360 and 460 whose sizes are second-corrected collide with each other.
  • a third collision determination step of the moving spheres is performed.
  • second and third moving spheres 310 and 410 are extracted as the collision prediction objects, and moving speeds of the second and third moving spheres 310 and 410 are analyzed. To determine if there is a collision. According to an embodiment, it is determined that the second and third moving spheres 310 and 410 collide with each other.
  • the second collision determination result of the moving spheres 310 and 410 determines whether the object collides according to the actual trajectory of the moving spheres 310 and 410. It can be seen that the results coincide with the results of the third collision determination of the spheres 310 and 410.
  • the collision prediction method of the moving objects 210, 310, and 410 having known movement paths reduces the overall calculation amount required for collision prediction and improves the collision prediction speed, thereby improving the accuracy of collision prediction. Can be improved.
  • the present invention provides a method for efficiently analyzing collisions and proximity between moving objects such as aircraft, ships, submarines, satellites, drones, and automobiles.

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Abstract

다수의 이동체들간의 충돌 및 근접관계 예측 방법이 개시된다. 다수의 이동체들 사이의 충돌 및 근접관계 예측 및 회피 방법은 복수의 이동체들 각각의 형상을 모델링하여 오브젝트들을 생성하는 단계; 상기 오브젝트들의 크기 정보로부터 상기 오브젝트들을 모델링하여 2차원 원을 생성하는 단계; 상기 이동체들의 이동속도와 상기 이동체들의 모니터링 시간 구간, 그리고 상기 2차원 원들의 크기 정보 중 적어도 어느 하나의 이용으로 상기 2차원 원들을 이동 디스크들로 모델링하는 단계; 상기 이동 디스크들 간에 보로노이 다이어그램을 연산하여 보로노이 다이어그램의 모서리들을 산출하는 단계; 및 상기 이동체들의 모니터링 시간 구간 동안, 상기 보로노이 다이어그램의 모서리들 중 적어도 어느 하나가 꼭지점을 거쳐 다시 모서리로 전환되는 플리핑 이벤트와, 상기 보로노이 다이어그램의 모서리를 정의하는 한 쌍의 이동 디스크들 간에 충돌을 예측하는 충돌 이벤트를 계산하고, 상기 플리핑 이벤트와 상기 충돌 이벤트의 발생시간이 빠른 순으로 상기 플리핑 이벤트를 발생시키는 이동 디스크들 간에, 그리고 상기 충돌 이벤트를 발생시키는 이동 디스크들 간에 실제 충돌여부를 계산하는 단계를 포함한다.

Description

다수의 이동체들 사이의 충돌 예측 및 근접관계의 회피 방법
본 발명은 다수의 이동체들 사이의 충돌 예측 및 근접관계의 회피 방법에 관련된 것으로, 보다 상세하게는 다수의 이동체들을 2차원 또는 3차원의 기하학적 형상으로 모델링하고, 상기 기하학적 형상들에 대해 보로노이 다이어그램을 연산하고, 상기 기하학적 형상들의 동적 데이터와 상기 보로노이 다이어그램의 위상 정보들을 이용하여 상기 기하학적 형상들의 충돌 및 근접관계를 예측하고, 회피하는 방법에 관한 것이다.
육상에서 교통사고로 많은 사상자가 발생하는 것과 유사하게 해상에서도 선박들 사이에 충돌사고가 빈번하게 발생하며 많은 사상자가 생긴다. 또한, 비행기들 사이에도 상공에서 충돌사고가 종종 발생하며 그 결과 매우 많은 사망자가 발생한다. 대표적인 예로 2002년 7월1일의 독일 위버링겐 상공 공중충돌사고로 두 기체 탑승자 71명 전원 사망하였다. 또한 지상에서 활주로를 이동하는 비행기들 사이에 충돌사고도 간혹 발생한다. 최근 들어 드론 등 무인 항공기의 사용이 빈번해 지면서 드론과 여객기 혹은 드론과 헬리콥터 사이의 충돌사고도 빈번하게 발생하고 있다 (예: 2017년 10월 16일 캐나다 퀘백, 드론/여객기 충돌사고). 이와 같이 비행체들이나 선박들 사이의 근접상황(conflict 또는 conjunction) 또는 충돌(collision)을 정확히 예측하지 못하면 대규모 인명피해로 연결 될 수 있다.
다수의 이동체들간의 충돌 및 근접관계를 예측하는 방법은 일정한 시간간격으로 한 쌍씩 물체들의 위치를 샘플링하고, 샘플링된 위치들끼리 교차여부를 확인하는 방법이 사용되었다. 그러나 이러한 방법은 샘플링된 방법 및 빈도수에 따라 실제 근접위험이 존재함에도 불구하고 이를 감지하지 못할 위험이 항상 존재하고, 이러한 위험성을 감소시키기 위해서는 계산량이 급격히 증가할 수 밖에 없다. 예를 들어 N개의 이동체들에 대해 샘플링 횟수를 M이라 할 경우, 기존 방법의 계산양은 O(N2M2)이 요구된다. 이 때, 샘플링의 빈도수를 조금만 늘여도 계산량이 급격히 증가하므로, 이동체들의 충돌 및 근접관계의 예측에 대규모 슈퍼컴퓨터가 요구된다.
이와 같은 초보적인 방법을 개선하여 정렬된 이진트리에 기반한 Segment Tree [Bentley JL, Wood D. An optimal worst case algorithm for reporting intersections of rectangles. IEEE Transactions on Computers. 1980 Jul 1(7):571-7.]를 이용하여 두 개의 이동체의 충돌을 효율적으로 판단하는 방법도 있다(이진트리를 만들기 위한 O(N log N) 시간과 가장 인접한 두 개의 이동체를 찾기 위한 평균적인 시간 O(log N)시간). 하지만 이 방법은 두 이동체 사이의 충돌에 대해서만 특화되어 있으며 좌표시스템에 의존적이다.
반면에 본 발명에서 제안하는 방법은 좌표시스템에 독립적인 방법으로 두 개나 세 개뿐 아니라 임의의 숫자의 이동체들의 근접관계의 분석을 가장 효율적으로 수행할 수 있다 (충돌 및 근접관계 예측을 위한 전처리(preprocessing)에 대한 O(N log N) 시간과 이후 각 이벤트 처리를 위한 평균 O(log N) 시간).
또한, 본 발명에서 제안하는 방법을 이용하면 충돌 및 근접관계의 예측을 위한 계산이 완료된 후에도 충돌회피 및 기타 분석을 위해서 이벤트이력(event history)을 통해서 충돌 및 근접관계의 상황에 대한 재현(replay)이 가능하지만 위 방법을 통해서는 재현하기 어렵다. 신속한 재현성은 미래의 상황에 대해 다양한 분석을 반복하여 수행할 수 있다는 측면에서 매우 중요한 기능이다.
또한, 각 이동체들의 크기를 고려하지 않은 경우 즉, 움직이는 점집합에 대한 보로노이다어그램을 계산하는 방법에 대한 연구가 있었다 [Roos T. Voronoi diagrams over dynamic scenes. Discrete Applied Mathematics. 1993 Jun 10;43(3):243-59.]. 하지만 이 방법은 이동체의 크기가 정확하게 반영될 수 없기 때문에 충돌 및 근접관계를 정확하게 예측하기 어려운 한계가 있다.
본 발명은 적은 양의 계산으로 선형으로 이동하는 다수의 이동체들의 충돌 및 근접관계를 예측하고 회피할 수 있는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 비선형으로 이동하는 다수의 이동체들의 움직임을 여러 개의 선형 이동으로 근사화하여 다수의 이동체들의 충돌 및 근접관계를 예측하고 회피할 수 있는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 이동체들의 충돌 및 근접관계 여부를 놓치지 않고 정확하게 판단할 수 있는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 다수의 이동체들 사이의 충돌 및 근접관계의 예측 및 회피 방법은 복수의 이동체들 각각의 형상을 모델링하여 오브젝트들을 생성하는 단계; 상기 오브젝트들의 크기 정보로부터 상기 오브젝트들을 모델링하여 2차원 원을 생성하는 단계; 상기 이동체들의 이동속도와 상기 이동체들의 모니터링 시간 구간, 그리고 상기 2차원 원들의 크기 정보 중 적어도 어느 하나의 이용으로 상기 2차원 원들을 이동 디스크들로 모델링하는 단계; 상기 이동 디스크들 간에 보로노이 다이어그램을 연산하여 보로노이 다이어그램의 모서리들을 산출하는 단계; 및 상기 이동체들의 모니터링 시간 구간 동안, 상기 보로노이 다이어그램의 모서리들 중 적어도 어느 하나가 꼭지점을 거쳐 다시 모서리로 전환되는 플리핑 이벤트와, 상기 보로노이 다이어그램의 모서리를 정의하는 한 쌍의 이동 디스크들 간에 충돌을 예측하는 충돌 이벤트를 계산하고, 상기 플리핑 이벤트와 상기 충돌 이벤트의 발생시간이 빠른 순으로 상기 플리핑 이벤트를 발생시키는 이동 디스크들 간에, 그리고 상기 충돌 이벤트를 발생시키는 이동 디스크들 간에 실제 충돌여부를 계산하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 정보를 업데이트하는 단계를 더 포함하되, 상기 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 정보의 업데이트는 상기 플리핑 이벤트가 발생되는 보로노이 다이어그램의 모서리 및 이와 연결된 다른 보로노이 다이어그램의 모서리들을 정의하는 이동 디스크들에 대해 보로노이 다이어그램을 재정의하고, 상기 플리핑 이벤트가 발생되는 보로노이 다이어그램의 모서리 및 이와 연결된 다른 보로노이 다이어그램의 모서리들에 대해 플리핑 이벤트의 발생 시간을 재계산하고, 상기 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 모서리를 정의하는 한 쌍의 이동 디스크들 간에 충돌 이벤트의 발생 시간을 재계산하고, 재계산된 플리핑 이벤트와 충돌 이벤트의 발생시간이 빠른 순으로 플리핑 이벤트를 발생시키는 이동 디스크들 간에, 그리고 충돌 이벤트를 발생시키는 이동 디스크들 간에 실제 충돌여부를 재계산하는 단계를 더 포함하되, 상기 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 정보 업데이트는 상기 이동체들의 모니터링 시간 구간 동안 반복되며, 플리핑 이벤트와 충돌 이벤트가 모두 발생되지 않을 경우 종료될 수 있다.
또한, 상기 충돌 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 정보를 업데이트하는 단계를 더 포함하되, 상기 충돌 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 정보의 업데이트는, 상기 충돌 이벤트를 발생시키는 한 쌍의 이동 디스크들, 그리고 상기 한 쌍의 이동 디스크들과 보로노이 다이어그램의 모서리들을 정의하는 다른 이동 디스크들 서로 간에 충돌 이벤트의 발생 시간을 재계산하고, 상기 충돌 이벤트를 발생시키는 한 쌍의 이동 디스크들이 정의하는 보로노이 다이어그램의 모서리, 그리고 상기 한 쌍의 이동 디스크들과 다른 이동 디스크들이 정의하는 보로노이 다이어그램의 모서리들, 그리고 상기 다른 이동 디스크들이 정의하는 보로노이 다이어그램의 모서리들에 대해 플리핑 이벤트 발생 시간을 재계산하고, 재계산된 충돌 이벤트와 플리핑 이벤트의 발생시간이 빠른 순으로 충돌 이벤트를 발생시키는 이동 디스크들 간에, 그리고 플리핑 이벤트를 발생시키는 이동 디스크들 간에 실제 충돌여부를 재계산하는 단계를 더 포함하되, 상기 충돌 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 정보를 업데이트는 상기 이동체들의 모니터링 시간 구간 동안 반복되며, 플리핑 이벤트와 충돌 이벤트가 모두 발생되지 않을 경우 종료될 수 있다.
또한, 상기 2차원 원을 생성하는 단계는 상기 오브젝트들 각각을 외접하는 외접원을 생성할 수 있다.
또한, 상기 이동 디스크들을 생성하는 단계는 수학식 1에 의해 상기 이동 디스크들의 반경을 결정할 수 있다.
[수학식 1]
R = r +Vmax·tp + δ
(여기서, R은 이동 디스크들의 반경, r은 2차원 원의 반경, Vmax는 이동체의 최대 속도, tp는 이동체들의 충돌 및 근접관계의 예측을 위한 계산시간, δ는 안전계수)
또한, 상기 이동 디스크들 간에 실제 충돌여부를 계산하는 단계는 상기 이동 디스크들의 상기 오브젝트들이 충돌하는지 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 이동 디스크들의 상기 오브젝트들이 충돌하는지 여부를 판단하는 단계는, 상기 오브젝트들 각각에 내접하는 복수 개의 내접원들로 상기 오브젝트들을 모델링하고, 상기 내접원 단위로 상기 이동체들의 충돌을 판단할 수 있다.
또한, 상기 이동 디스크들의 상기 오브젝트들이 충돌하는지 여부를 판단하는 단계는, 상기 이동체들의 방향전환 위치 및 각도를 알고 있는 경우, 상기 방향전환 위치 및 각도에서 방향전환된 오브젝트들을 포함하는 기하학적 형상으로 상기 오브젝트들을 모델링하고, 상기 기하학정 형상들간의 충돌을 판단할 수 있다.
또한, 상기 이동체들은 각각의 궤도를 따라 이동하며, 상기 이동 디스크들 간에 실제 충돌여부를 계산하는 단계는 상기 보로노이 다이어그램의 모서리에 가장 인접한 상기 이동 디스크들을 충돌 예상 물체들로 추출하고, 상기 충돌 예상 물체들의 이동속도를 분석하여 상기 충돌 예상 물체들의 충돌 여부를 판단할 수 있다.
또한, 상기 이동 디스크들 간에 실제 충돌여부를 계산하는 단계는, 상기 충돌 예상 물체들 중 제1 충돌 예상 물체(A)와 제2 충돌 예상 물체(B)의 반경이 각각 rA, rB이고, 상기 제1 충돌 예상 물체(A)와 상기 제2 충돌 예상 물체(B)의 제1 기준 시점에서의 중심점 위치가 각각 (Ax, Ay), (Bx, By)이고, 상기 제1 충돌 예상 물체(A)와 상기 제2 충돌 예상 물체(B)가 상기 궤도를 따라 이동하는 속도가 각각 VA=(vx, vy), UB=(ux, uy) 일 때, t 시간 경과 후 상기 제1 충돌 예상 물체(A)의 예상 위치를 A(t), 상기 제2 충돌 예상 물체(B)의 예상 위치를 B(t)라 할 경우, 상기 제1 충돌 예상 물체(A)와 상기 제2 충돌 예상 물체(B)의 충돌 여부는 하기 수학식 2를 통해 연산될 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2018006052-appb-I000001
(rx는 Ax-Bx, ry는 Ay-By, wx는 vx-ux, wy는 vy-uy)
본 발명의 다른 실시 예에 따른 이동체들 사이의 충돌 및 근접관계의 예측 및 회피 방법은 복수의 이동체들 각각의 형상을 모델링하여 오브젝트들을 생성하는 단계; 상기 오브젝트들의 크기 정보로부터 상기 오브젝트들을 3차원 구들로 모델링하는 단계; 상기 이동체들의 이동속도와 상기 이동체들의 모니터링 시간 구간, 그리고 상기 3차원 구들의 크기 정보 중 적어도 어느 하나의 이용으로 상기 3차원 구들을 모델링하여 이동 구들을 생성하는 단계; 상기 이동 구들 간의 보로노이 다이어그램을 연산하여 보로노이 다이어그램의 면과 모서리, 그리고 꼭지점을 산출하는 단계; 및 상기 이동체들의 모니터링 시간 구간 동안, 상기 보로노이 다이어그램의 모서리가 보로노이 다이어그램의 면으로 전환되는 모서리 플리핑 이벤트와, 상기 보로노이 다이어그램의 면이 보로노이 다이어그램의 모서리로 전환되는 면 플리핑 이벤트와, 상기 보로노이 다이어그램의 면을 정의하는 한 쌍의 이동 구들 간에 충돌을 예측하는 충돌 이벤트를 계산하고, 상기 모서리 플리핑 이벤트, 상기 면 플리핑 이벤트, 그리고 상기 충돌 이벤트의 발생시간이 빠른 순으로 상기 모서리 플리핑 이벤트를 발생시키는 이동 구들간에, 상기 면 플리핑 이벤트를 발생시키는 이동 구들 간에, 그리고 상기 상기 충돌 이벤트를 발생시키는 이동 구들 간에 실제 충돌여부를 계산하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 모서리 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 정보를 업데이트 하는 단계를 더 포함하되, 상기 모서리 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 정보의 업데이트는, 상기 모서리 플리핑 이벤트가 발생된 이후의 보로노이 다이어그램의 면과, 이를 구성하는 꼭지점들과 맞닿은 보로노이 다이어그램의 모서리들을 정의하는 상기 이동 구들에 대해 보로노이 다이어그램을 재정의하고, 상기 꼭지점들과 맞닿은 보로노이 다이어그램의 모서리들에 대해 모서리 플리핑 이벤트의 발생을 재계산하고, 상기 모서리 플리핑 이벤트가 발생된 이후의 보로노이 다이어그램의 면에 대해 면 플리핑 이벤트의 발생을 재계산하고, 상기 모서리 플리핑 이벤트 발생의 재계산 이후에 생성된 보노로이 다이어그램의 면을 정의하는 상기 이동 구들간에 충돌 이벤트의 발생을 재계산하고, 재계산된 모서리 플리핑 이벤트와 면 플리핑 이벤트와, 충돌 이벤트의 발생시간이 빠른 순으로, 재계산된 모서리 플리핑 이벤트를 발생시키는 이동 구들 간에, 재계산된 면 플리핑 이벤트를 발생시키는 이동 구들 간에, 그리고 재계산된 충돌 이벤트를 발생시키는 이동 구들 간에 실제 충돌여부를 재계산하는 단계를 더 포함하되, 상기 모서리 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 정보의 업데이트는, 상기 이동체들의 모니터링 시간 구간 동안 반복되며, 상기 모서리 플리핑 이벤트와 상기 면 플리핑 이벤트와 상기 충돌 이벤트가 모두 발생되지 않을 경우 종료될 수 있다.
또한, 상기 면 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 정보를 업데이트 하는 단계를 더 포함하되, 상기 면 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 정보의 업데이트는, 상기 면 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 모서리 및 이와 연결되는 보로노이 다이어그램의 모서리를 정의하는 상기 이동 구들에 대해 보로노이 다이어그램을 재정의하고, 상기 면 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 모서리 및 이와 연결되는 보로노이 다이어그램의 모서리에 대해 모서리 플리핑 이벤트의 발생을 재계산하고, 상기 면 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 모서리와 연결된 보로노이 다이어그램의 면들에 대해 면 플리핑 이벤트의 발생을 재계산하고, 상기 모서리 플리핑 이벤트 발생의 재계산 이후에 생성된 보노로이 다이어그램의 면을 정의하는 상기 이동 구들간에 충돌 이벤트의 발생을 재계산하고, 재계산된 모서리 플리핑 이벤트와 면 플리핑 이벤트와, 충돌 이벤트의 발생시간이 빠른 순으로, 재계산된 모서리 플리핑 이벤트를 발생시키는 이동 구들 간에, 재계산된 면 플리핑 이벤트를 발생시키는 이동 구들 간에, 그리고 재계산된 충돌 이벤트를 발생시키는 이동 구들 간에 실제 충돌여부를 재계산하는 단계를 더 포함하되, 상기 모서리 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 정보의 업데이트 는, 상기 이동체들의 모니터링 시간 구간 동안 반복되며, 상기 모서리 플리핑 이벤트와 상기 면 플리핑 이벤트와 상기 충돌 이벤트가 모두 발생되지 않을 경우 종료될 수 있다.
또한, 상기 충돌 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 정보를 업데이트 하는 단계를 더 포함하되, 상기 충돌 이벤트를 발생시키는 한 쌍의 이동 구들, 그리고 상기 한 쌍의 이동 구들과 보로노이 다이어그램의 면들을 정의하는 다른 이동 구들에 대해 충돌 이벤트 발생을 재계산하고, 상기 한 쌍의 이동 구들과 상기 다른 이동 구들에 의해 정의되는 상기 보로노이 다이어그램의 면들에 포함되는 보로노이 다이어그램의 꼭지점들과 맞닿는 보로노이 다이어그램의 면 또는 보로노이 다이어그램의 모서리에 대해 모서리 플리핑 이벤트와 면 플리핑 이벤트 발생을 재계산하고, 재계산된 충돌 이벤트와 모서리 플리핑 이벤트와, 면 플리핑 이벤트의 발생시간이 빠른 순으로, 재계산된 충돌 이벤트를 발생시키는 이동 구들 간에, 재계산된 모서리 플리핑 이벤트를 발생시키는 이동 구들 간에, 그리고 재계산된 면 이벤트를 발생시키는 이동 구들 간에 실제 충돌여부를 재계산하는 단계를 더 포함하되, 상기 충돌 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 정보의 업데이트는, 상기 이동체들의 모니터링 시간 구간 동안 반복되며, 상기 모서리 플리핑 이벤트와 상기 면 플리핑 이벤트와 상기 충돌 이벤트가 모두 발생되지 않을 경우 종료될 수 있다.
또한, 상기 3차원 구를 생성하는 단계는 상기 오브젝트들 각각을 외접하는 구를 생성할 수 있다.
또한, 상기 이동 구들을 생성하는 단계는 수학식 1에 의해 상기 이동 구들의 반경을 결정할 수 있다.
[수학식 1]
R = r +Vmax·tp + δ
(여기서, R은 이동 구들의 반경, r은 3차원 구의 반경, Vmax는 이동체의 최대 속도, tp는 이동체들의 충돌 및 근접관계의 예측을 위한 계산시간, δ는 안전계수)
또한, 상기 이동 구들간에 실제 충돌여부를 계산하는 단계는, 상기 이동 구들의 상기 오브젝트들이 충돌하는지 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 이동 구들의 상기 오브젝트들이 충돌하는지 여부를 판단하는 단계는, 상기 오브젝트들 각각에 내접하는 복수 개의 내접 구들로 상기 오브젝트들을 모델링하고, 상기 내접 구 단위로 상기 이동체들의 충돌을 예측할 수 있다.
또한, 상기 이동 구들의 상기 오브젝트들이 충돌하는지 여부를 판단하는 단계는, 상기 이동체들의 방향전환 위치 및 각도를 알고 있는 경우, 상기 방향전환 위치 및 각도에서 방향전환된 상기 오브젝트들을 포함하는 기하학적 형상으로 상기 오브젝트들을 모델링하고, 상기 기하학정 형상들의 충돌을 예측할 수 있다.
또한, 상기 이동체들은 각각의 궤도를 따라 이동하며, 상기 이동 구들 간에 실제 충돌 여부를 계산하는 단계는, 상기 보로노이 다이어그램의 면에 가장 인접한 상기 구들을 충돌 예상 물체들로 추출하고, 상기 충돌 예상 물체들의 이동 속도를 분석하여 상기 충돌 예상 물체들의 충돌 여부를 판단할 수 있다.
또한, 상기 이동 구들의 궤도를 n개의 직선 구간으로 근사화하여 제1 근사 궤도를 생성하고, 상기 이동 구들의 궤도와 상기 제1 근사 궤도 간의 오차를 반영하여 상기 이동 구들의 크기를 1차 보정하고, 크기가 1차 보정된 이동 구들 간의 충돌 여부를 판단하는 이동 구들의 1차 충돌 여부 판단 단계; 및 상기 이동 구들의 1차 충돌 여부 판단 단계에서 상기 크기가 1차 보정된 이동 구들 간에 충돌이 발생될 경우, 상기 이동 구들의 궤도를 상기 n개보다 큰 m개의 직선 구간으로 근사화하여 제 2 근사 궤도를 생성하고, 상기 이동 구들의 궤도와 상기 제2 근사 궤도 간의 오차를 반영하여 상기 이동 구들의 크기를 2차 보정하고, 크기가 2차 보정된 이동 구들 간의 충돌 여부를 판단하는 이동 구들의 2차 충돌 여부 판단 단계를 포함하되, 상기 이동 구들의 1차 충돌 여부 판단 단계 및 상기 이동 구들의 2차 충돌 여부 판단 단계 각각은, 크기가 보정된 이동 구들 간의 다이어그램을 연산하여 보로노이 다이어그램의 면들을 산출하는 보로노이 다이어그램의 면 산출 단계; 상기 크기가 보정된 이동 구들 중 상기 보로노이 다이어그램의 면과 가장 인접한 이동 구들을 충돌 예상 물체들로 추출하는 충돌 예상 물체 추출 단계; 및 상기 충돌 예상 물체들의 이동 속도를 분석하여 충돌 여부를 판단하는 충돌 여부 판단 단계를 포함할 수 있다.또한, 상기 이동 구들 간에 실제 충돌 여부를 계산하는 단계는, 상기 충돌 예상 물체들 중 제1 충돌 예상 물체(A)와 제2 충돌 예상 물체(B)의 반경이 각각 rA, rB이고, 상기 제1 충돌 예상 물체(A)와 상기 제2 충돌 예상 물체(B)의 제1 기준 시점에서의 중심점 위치가 각각 (Ax, Ay, Az), (Bx, By, Bz)이고, 상기 제1 충돌 예상 물체(A)와 상기 제2 충돌 예상 물체(B)가 상기 궤도를 따라 이동하는 속도가 각각 VA=(vx, vy, vz), UB=(ux, uy, uz) 일 때, t 시간 경과 후 상기 제1 충돌 예상 물체(A)의 예상 위치를 A(t), 상기 제2 충돌 예상 물체(B)의 예상 위치를 B(t)라 할 경우, 상기 제1 충돌 예상 물체(A)와 상기 제2 충돌 예상 물체(B)의 충돌 여부는 하기 수학식 2를 통해 연산될 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2018006052-appb-I000002
(rx는 Ax-Bx, ry는 Ay-By, rz는 Az-Bz, wx는 vx-ux, wy는 vy-uy, wz는 vz-uz)
또한, 본 발명은 상술한 이동체들 사이의 충돌 예측 및 회피 방법을 실행하기 위한 프로그램을 저장한 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 보로노이 다이어그램의 적용으로 플리핑 이벤트 및 충돌 이벤트를 발생시키는 이동체들만을 대상으로 충돌 및 근접 여부를 판단하므로, 다수의 이동체들의 충돌 및 근접 예측을 위한 계산량이 최소화될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 2차원 이동체들이 충돌하는 경우 반드시 보로노이 다이어그램의 모서리를 가지게 되고, 3차원 이동체들이 충돌하는 경우 반드시 보로노이 다이어그램의 면을 가지게 되므로, 보로노이 다이어그램의 모서리 (2차원 이동체 사이의 충돌 및 근접예측문제) 혹은 보로노이 다이어그램의 면 (3차원 이동체 사이의 충돌 및 근접예측문제)을 정의하는 물체들을 확인하면 실제충돌을 절대로 놓치지 않고 정확히 예측할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 세 개의 2차원 이동체가 근접할 경우 이동체들 사이에 보로노이 다이어그램의 꼭지점을 갖게 되고, 2차원에서 네 개 이상의 이동체가 근접할 경우에는 보로노이 다이어그램의 하부구조(substructure)가 정의될 수 있다. 2차원에서 보로노이 다이어그램은 보로노이 다이어그램의 꼭지점, 모서리, 그리고 면(다각형 모양의 영역으로 개방(open)되거나 폐쇄(close)된 영역)으로 구성되는데, 상기 보로노이 다이어그램의 하부구조는 상술한 보로노이 다이어그램의 꼭지점, 모서리, 그리고 면 중 적어도 어느 하나를 포함하는 보로노이다이어그램의 부분집합을 의미한다.
3차원 이동체의 경우에도 2차원과 유사하게 세 개의 3차원 이동체가 근접할 경우 이동체들 사이에 보로노이 다이어그램의 모서리를 갖게 되고, 3차원에서 네 개의 이동체가 근접할 경우 이동체들 사이에 보로노이 다이어그램의 꼭지점을 갖게 되며, 다섯 개 이상의 이동체가 근접할 경우에도 보로노이 다이어그램의 하부구조 (substructure)가 정의될 수 있다. 3차원에서 보로노이 다이어그램은 보로노이 다이어그램의 꼭지점, 모서리, 면, 그리고 셀(보로노이 다이그램의 면들로 bound된 다면체로 개방(open)되거나 폐쇄(close)될 수 있음)로 구성되는데, 상기 보로노이 다이어그램의 하부구조는 상술한 보로노이 다이어그램의 꼭지점, 모서리, 면, 그리고 셀 중 적어도 어느 하나를 포함하는 보로노이다이어그램의 부분집합을 의미한다.
이와 같이 이동체들 사이의 보로노이 다이어그램이 계산되어 있다면 두 이동체 사이의 충돌뿐만 아니라 세 개, 네 개 혹은 그 이상의 이동체들 사이의 근접관계도 정확하고 효율적으로 예측이 가능하다. 그러므로 본 발명에서 제안하는 방법은 두 개나 세 개뿐만 아니라 임의의 숫자의 이동체들의 근접관계의 분석을 가장 효율적으로 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동체들 사이의 충돌 및 근접관계의 예측 및 회피 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2 내지 도 4는 이동체 모델링부가 이동체를 모델링하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 다른 이동체들 사이의 충돌 및 근접관계의 예측 및 회피 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6은 이동 디스크들 간에 보로노이 다이어그램을 연산하여 보로노이 다이어그램의 모서리들을 산출하는 단계를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플리핑 이벤트를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 충돌 이벤트를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 플리핑 이벤트와 충돌 이벤트 시간의 경과 후, 업데이트되는 보로노이 다이어그램의 정보를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 오브젝트들 간의 충돌 여부를 판단하는 단계를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 이동체들간의 충돌 및 근접관계의 예측 방법을 나타내는 순서도이다.
도 12는 이동 구들 간에 보로노이 다이어그램을 연산하여 보로노이 다이어그램의 면, 모서리, 그리고 꼭지점을 산출하는 단계를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 모서리 플리핑 이벤트와 면 플리핑 이벤트를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따라 드론의 충돌 및 근접관계를 예측하고, 회피경로를 제공하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 드론의 충돌 및 근접관계를 예측하고, 회피경로를 제공하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따라 이동 경로가 알려져 있는 이동체들의 충돌 및 근접관계를 예측하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 이동체들의 충돌 여부를 판단하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 이동 경로가 알려져 있는 이동체들의 충돌을 예측하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 19는 도 18에서 설명한 이동 구들의 1차 충돌 여부 판단 단계를 자세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 20는 도 18에서 설명한 이동 구들의 2차 충돌 여부 판단 단계를 자세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 21은 도 18에서 설명한 이동 구들의 3차 충돌 여부 판단 단계를 자세하게 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 다수의 이동체들 사이의 충돌 및 근접관계의 예측 및 회피 방법은 복수의 이동체들 각각의 형상을 모델링하여 오브젝트들을 생성하는 단계; 상기 오브젝트들의 크기 정보로부터 상기 오브젝트들을 모델링하여 2차원 원을 생성하는 단계; 상기 이동체들의 이동속도와 상기 이동체들의 모니터링 시간 구간, 그리고 상기 2차원 원들의 크기 정보 중 적어도 어느 하나의 이용으로 상기 2차원 원들을 이동 디스크들로 모델링하는 단계; 상기 이동 디스크들 간에 보로노이 다이어그램을 연산하여 보로노이 다이어그램의 모서리들을 산출하는 단계; 및 상기 이동체들의 모니터링 시간 구간 동안, 상기 보로노이 다이어그램의 모서리들 중 적어도 어느 하나가 꼭지점을 거쳐 다시 모서리로 전환되는 플리핑 이벤트와, 상기 보로노이 다이어그램의 모서리를 정의하는 한 쌍의 이동 디스크들 간에 충돌을 예측하는 충돌 이벤트를 계산하고, 상기 플리핑 이벤트와 상기 충돌 이벤트의 발생시간이 빠른 순으로 상기 플리핑 이벤트를 발생시키는 이동 디스크들 간에, 그리고 상기 충돌 이벤트를 발생시키는 이동 디스크들 간에 실제 충돌여부를 계산하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
본 발명은 움직이는 물체(이하, '이동체'라고 함)들 사이의 근접 또는 충돌상황에 의한 위험을 예측하고, 충돌을 회피하기 위한 방법을 제공한다. 이동체는 항공기, 선박, 잠수함, 인공위성, 드론, 자동차 등을 포함하는 모든 고속 또는 저속의 이동체이며 이들의 운행방식은 유인 또는 무인인 경우를 포함한다. 또한, 이동체는 지구 주위를 공전하는 인공위성과 같이 이동 경로가 알려져 있는 물체뿐만 아니라, 항공기, 자율주행 자동차, 드론, 잠수함, 선박 등과 같이 이동 경로가 일정하지 않으나 순간 위치와 이동방향 및 속력을 측정할 수 있는 물체를 포함한다. 이동체의 이동 경로는 선형 경로와 비선형 경로를 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면, 비선형 경로는 복수 개의 선형 경로로 근사화될 수 있다. 근사화되는 선형 경로의 개수는 사용자의 설정에 따라 결정되며, 이동체들이 근사화된 선형 경로들을 따라 이동하는 것으로 가정한다. 이동체는 상술한 선형 경로와 근사화된 선형 경로들의 각 구간에서 등속 직선 운동할 수 있다.
본 발명에서는 상술한 이동체간의 충돌을 예측하고 충돌을 회피하기 위해서는 이동체의 동적 데이터(dynamics data)가 필요한데, 동적 데이터는 위성항법시스템(Global Navigation Satellite System, GNSS)을 통해 측정될 수 있으며, 적절한 방법에 의해 수집할 수 있다.
실시 예에 의하면, 위성항법시스템을 이용하여 측정된 동적 데이터는 이동체의 순간 위치와 이동 속도를 포함하는 정보로, 항공기는 ADS-B(Automatic Dependent Surveillance Broadcast)를 이용하고, 선박은 AIS(Automatic Identification System)을 이용하여 수집할 수 있다. 드론은 와이파이 등의 무선통신기술을 사용하거나, ADS-B를 사용하여 수집할 수 있다. 자율주행 자동차는 차량들 상호간 통신을 가능하게 해 주는 VANET(Vehicular ad hoc network )의 통신링크인 V2X등을 이용하여 수집할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동체들 사이의 충돌 및 근접관계의 예측 및 회피 시스템을 나타내는 도면이고, 도 2 내지 도 4는 이동체 모델링부가 이동체를 모델링하는 방법을 나타내는 도면이다. 도 2 내지 도 4는 이해의 편의를 위해 이동체를 2차원으로 표현하였으나, 3차원 공간상에서 동일한 원리로 용이하게 이해될 수 있을 것이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 이동체들 사이의 충돌 및 근접관계의 예측 및 회피 시스템(100)은 이동체 정보 수신부(110), 이동체 모델링부(120), 그리고 충돌 예측부(130)를 포함한다.
이동체 정보 수신부(110)는 각각의 이동체들로부터 정보를 수신한다. 수신되는 정보에는 이동체의 종류, 형상, 크기, 무게, 이동 경로, 순간 위치, 이동방향 및 속력 등이 포함될 수 있다. 아래에서는 이동체의 이동 경로, 순간 위치, 이동방향 및 속력을 이동체의 동적 데이터라고 칭한다.
이동체 모델링부(120)는 이동체 정보 수신부(110)로부터 이동체들의 정보를 전달받아 이동체들을 기 설정된 형상으로 모델링한다. 이동체 모델링부(120)는 이동체의 종류에 따라 2차원 또는 3차원으로 모델링할 수 있다. 실시 예에 의하면, 선박과 자동차는 2차원 평면에서 움직임 표현이 가능하므로, 2차원 형상으로 모델링 할 수 있다. 반면, 항공기, 드론, 잠수함, 그리고 인공위성은 3차원 공간에서 움직임 표현이 가능하므로, 3차원 형상으로 모델링 할 수 있다. 물론 선박과 자동차도 3차원 형상으로 모델링 가능하나, 2차원 형상으로 모델링함으로써 데이터 처리량을 감소시킬 수 있다.
도 2를 참조하면, 이동체 모델링부(120)는 이동체(10)들의 형상 정보로부터 이동체(10)들을 모델링하여 2차원 또는 3차원 오브젝트(11)들을 생성할 수 있다. 생성된 오브젝트(11)들은 이동체들의 실제 형상보다 단순화된 기하학적 형상을 갖는다. 실시 예에 의하면, 선박(10)은 타원의 2차원 오브젝트(11)로 모델링 될 수 있다.
이동체 모델링부(120)는 생성된 오브젝트(11)들의 크기 정보로부터 오브젝트(11)들을 2차원 원 또는 3차원 구(12)로 모델링 할 수 있다. 실시 예에 의하면, 선박과 자동차의 오브젝트(11)들을 2차원 원(12)으로 모델링할 수 있고, 항공기, 드론, 잠수함, 그리고 인공위성의 오브젝트(11)들을 3차원 구(12)로 모델링할 수 있다. 이동체 모델링부(120)는 오브젝트(11)들을 외접하는 최소 직경의 외접원을 2차원 원(12) 또는 오브젝트(11)들을 외접하는 최소 직경의 외접 구(12)들을 3차원 구로 모델링할 수 있다.
이동체 모델링부(120)는 이동체(10)들의 순간위치 및 이동 속도의 불확실성을 반영하여 상기 2차원 원 또는 상기 3차원 구(12)를 이동 디스크 또는 이동 구(13)로 모델링할 수 있다. 구체적으로, 이동체 모델링부(120)은 이동체(10)들의 이동속도, 이동체(10)들의 모니터링 시간 구간, 그리고 2차원 원 또는 3차원 구(12)들의 크기 정보 중 적어도 어느 하나를 이용하여 이동 디스크 또는 이동 구(13)로 모델링할 수 있다.
실시 예에 의하면, 이동체 모델링부(120)는 2차원 원(12)을 아래 수학식 1을 이용하여 2차원의 이동 디스크(13)로 모델링할 수 있다.
[수학식 1]
R = r +Vmax·tp + δ
(여기서, R은 이동 디스크(13)들의 반경, r은 2차원 원(12)의 반경, Vmax는 이동체(10)의 최대 속도, tp는 이동체(10)들의 충돌 및 근접관계의 예측을 위한 계산시간, δ는 안전계수)
다른 실시 예에 의하면, 이동체 모델링부(120)는 3차원 구(12)를 아래 수학식 2를 이용하여 이동 구(13)로 모델링할 수 있다.
[수학식 2]
R = r +Vmax·tp + δ
(여기서, R은 이동 구(13)들의 반경, r은 3차원 구(13)의 반경, Vmax는 이동체(10)의 최대 속도, tp는 이동체(10)들의 충돌 및 근접관계의 예측을 위한 계산시간, δ는 안전계수)
상술한 내용에서, tp는 충돌 및 근접관계의 예측의 대상이 되는 이동체의 개수를 알아야 하며, 이동체들의 개수가 정해지면 tp가 정해진다. 즉 예측 대상인 이동체의 개수를 알면 예측시간을 구할 수 있다. 이와 달리, 상기 tp는 사용자가 적절한 값을 지정할 수 있다.
도 3을 참조하면, 이동체 모델링부(120)는 2차원의 오브젝트(12)들을 그 내부에 내접하는 복수 개의 내접원(21 내지 25)들로 모델링 할 수 있다. 구체적으로, 오브젝트(12)들의 경계선은 복수의 경계영역 모서리들과 이들이 만나는 경계영역 꼭지점들로 이루어지는데, 이러한 경계영역 모서리들과 경계영역 꼭지점들에 대해 보로노이 다이어그램을 적용하여 보로노이 다이어그램의 모서리와 이들이 만나는 보로노이 다이어그램의 꼭지점을 생성한다. 그리고 보로노이 다이어그램의 꼭지점들 중 오브젝트들의 경계선과 접하는 원의 반지름이 가장 큰 꼭지점을 선정하고, 이를 중심으로 반경이 가장 큰 제1내접원(21)을 생성한다. 그리고 제1내접원(21) 다음으로 큰 반경을 가지며 제1내접원(21)과 중첩되지 않은 제2내접원(22, 24)을 생성한다. 이러한 순서로, 2차원 오브젝트(12)들은 복수 개의 내접원(21 내지 25)들로 모델링 될 수 있다.
이동체 모델링부(120)는 3차원 오브젝트(12)들을 그 내부에 내접하는 복수 개의 내접 구(21 내지 25)들로 모델링 할 수 있다. 이동체 모델링부(120)는 3차원 오브젝트(12)들의 경계영역 데이터를 통해 내부에 내접 구(21 내지 25)들을 모델링 할 수 있다. 구체적으로 3차원 오브젝트(12)들의 경계영역 데이터에 보로노이 다이어그램을 적용하여, 오브젝트들의 경계영역과 접하는 반경이 가장 큰 제1내접 구(21)와, 그 다음으로 큰 반경을 가지며 제1내접 구(21)와 중첩되지 않은 제2내접 구(22, 23)를 생성한다. 이러한 방법으로, 3차원 오브젝트(12)들은 그 내부에 내접하는 복수 개의 내접 구(21 내지 25)들로 모델링 될 수 있다.
도 4를 참조하면, 이동체 모델링부(120)는 비선형 이동경로가 근사화된 선형 이동 경로상에서 이동체의 방향전환 위치 및 각도를 알고 있는 경우, 방향전환 위치 및 각도에서 오브젝트(12)가 방향전환할 수 있는 모든 경우의 수(12, 12a, 12b)를 포함하는 기하학적 형상(14)으로 모델링할 수 있다. 실시 예에 의하면, 선박이 방향을 변경할 경우, 무게 중심(C)을 기준으로 기존 진행방향(V1)에 대해 일정각도 ±θ내에서만 방향전환이 가능하다고 알려져 있다고 가정할 경우, 이동체 모델링부(120)는 기존 진행방향의 오브젝트(12)와 +θ로 방향전환한 오브젝트(12a), 그리고 -θ로 방향전환한 오브젝트(12b)를 모두 포함하는 기하학적 형상(14)으로 오브젝트를 모델링할 수 있다.
또한, 이동체 모델링부(120)는 상기 기하학적 형상(14)들을 내접하는 복수 개의 내접원들 또는 내접 구(미도시)들로 모델링 할 수 있다. 상기 기하학적 형상(14)들을 내접하는 복수 개의 내접원들 또는 내접 구들의 모델링은 도 3에서 설명한 바와 동일하게 진행될 수 있다.
충돌 예측부(130)는 이동 디스크들 또는 이동 구들간에 보로노이 다이어그램을 연산하여, 이동 디스크들 간에 또는 이동 구들간의 충돌 및 근접관계의 여부를 예측한다. 충돌 예측부(130)는 이동체들의 모니터링 시간 구간(t0, t0 +△t)에서, 이동 디스크들 간에 또는 이동 구들간의 충돌 및 근접관계의 여부를 예측한다.
제1실시 예에 따르면, 충돌 예측부(130)는 이동 디스크들 간에 보로노이 다이어그램을 계산하여 보로노이 다이어그램의 모서리들을 산출한다. 그리고 충돌 예측부(130)는 플리핑 이벤트(Flipping event)와 충돌 이벤트(Collision event)를 계산한다. 플리핑 이벤트는 보로노이 다이어그램의 모서리들 중 적어도 어느 하나가 꼭지점을 거쳐 다시 모서리로 전환되는 이벤트이고, 충돌 이벤트는 보로노이 다이어그램의 모서리를 정의하는 한 쌍의 이동 디스크들 간에 충돌이 예측되는 이벤트이다. 충돌 예측부(130)는 이동 디스크들의 동적 데이터를 이용하여 보로노이 다이어그램의 모서리를 정의하는 한 쌍의 이동 디스크들이 충돌한다고 예측되는 경우 충돌 이벤트를 생성한다.
플리핑 이벤트와 충돌 이벤트의 발생은 여러 건일 수 있으며, 충돌 예측부(130)는 플리핑 이벤트와 충돌 이벤트를 발생 시간이 빠른 시간 순서로 스케줄링한다.
충돌 예측부(130)는 이벤트 발생 시간이 빠른 순서로, 이벤트를 발생시키는 이동 디스크들 간에 실제 충돌 여부를 계산한다. 충돌 예측부(130)는 이동 디스크들의 동적 데이터를 이용하여 충돌 여부를 계산한다. 계산 결과, 실제 충돌이 일어나거나 충돌이 발생되지 않는 것으로 판단될 수 있다. 충돌 예측부(130)는 실제 충돌이 발생되는 것으로 판단될 경우, 충돌 예상 이동 디스크들의 동적 데이터를 수정하여 이동 디스크들간의 충돌을 회피하도록 한다.
충돌 예측부(130)는 해당 이벤트 시간의 경과 후, 보로노이 다이어그램의 정보를 업데이트 한다.
구체적으로 충돌 예측부(130)는 플리핑 이벤트가 발생된 후 아래 3가지 정보를 업데이트 할 수 있다.
A-1-1) 충돌 예측부(130)는 상기 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 모서리 및 이와 연결된 다른 보로노이 다이어그램의 모서리들을 대상으로 위상(topology) 정보를 업데이트한다. 충돌 예측부(130)는 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 모서리 및 이와 연결된 다른 보로노이 다이어그램의 모서리들에 대해 보로노이 다이어그램을 재정의한다.
A-1-2) 충돌 예측부(130)는 상기 플리핑 이벤트가 발생되는 보로노이 다이어그램의 모서리 및 이와 연결된 다른 보로노이 다이어그램의 모서리들에 대해 플리핑 이벤트의 발생 시간을 재계산한다.
A-1-3) 충돌 예측부(130)는 상기 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 모서리를 정의하는 한 쌍의 이동 디스크들 간에 충돌 이벤트의 발생 시간을 재계산한다.
또한, 충돌 예측부(130)는 충돌 이벤트가 발생된 후 아래 두 가지 정보를 업데이트 할 수 있다.
A-2-1) 충돌 예측부(130)는 상기 충돌 이벤트를 발생시키는 한 쌍의 이동 디스크들, 그리고 상기 한 쌍의 이동 디스크들과 보로노이 다이어그램의 모서리들을 정의하는 다른 이동 디스크들 서로 간에 충돌 이벤트 발생 시간을 재계산한다.
A-2-2) 충돌 예측부(130)는 상기 충돌 이벤트를 발생시키는 한 쌍의 이동 디스크들이 정의하는 보로노이 다이어그램의 모서리, 그리고 상기 한 쌍의 이동 디스크들과 다른 이동 디스크들이 정의하는 보로노이 다이어그램의 모서리들, 그리고 상기 다른 이동 디스크들이 정의하는 보로노이 다이어그램의 모서리들에 대해 플리핑 이벤트 발생 시간을 재계산한다.
충돌 예측부(130)는 상술한 보로노이 다이어그램의 정보의 업데이트 후, 재계산된 플리핑 이벤트와 재계산된 충돌 이벤트를 발생 시간이 빠른 순서로 스케줄링하고, 발생 시간이 빠른 순서로 이벤트를 발생시키는 이동 디스크들 간에 실제 충돌 여부를 계산하고, 실제 충돌이 발생한다고 판단 시 충돌회피를 위해서 이동 디스크들의 동적 데이터를 수정한다.
충돌 예측부(130)는 상술한 플리핑 이벤트와 충돌 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 정보 업데이트, 그리고 정보가 업데이트된 이동 디스크들 간의 실제 충돌 여부의 계산 및 충돌 회피 과정을 해당 모니터링 시간 구간(t0, t0 +△t) 동안 순차적으로 반복하며, 이동체들의 모니터링 시간 구간(t0, t0 +△t)이 경과하거나, 해당 모니터링 시간 구간(t0, t0 +△t)에서 플리핑 이벤트와 충돌 이벤트가 둘 다 발견되지 않을 경우, 충돌여부 계산을 종료한다.
제2실시 예에 따르면, 충돌 예측부(130)는 이동 구들간에 보로노이 다이어그램을 정의하여 보로노이 다이어그램의 면, 모서리, 그리고 꼭지점을 산출한다. 그리고 충돌 예측부(130)는 모서리 플리핑 이벤트(Edge flipping event)와 면 플리핑 이벤트(Face flipping event), 그리고 충돌 이벤트(Collision event)를 계산한다. 모서리 플리핑 이벤트는 보로노이 다이어그램의 모서리가 꼭지점을 거쳐 삼각형 형태의 면으로 전환되는 이벤트이고, 면 플리핑 이벤트는 삼각형 형태의 보로노이 다이어그램의 면이 꼭지점을 거쳐 모서리로 전환되는 이벤트이다. 충돌 이벤트는 삼각형 형태뿐만 아니라 모든 형태의 보로노이 다이어그램의 면을 정의하는 한 쌍의 이동 구들 간에 충돌이 예측되는 이벤트이다. 충돌 예측부(130)는 이동 구들의 동적 데이터를 이용하며, 상기 한 쌍의 이동 구들이 충돌한다고 예측되는 경우 충돌 이벤트를 생성한다.
모서리 플리핑 이벤트, 면 플리핑 이벤트, 그리고 충돌 이벤트의 발생은 여러 건일 수 있으며, 충돌 예측부(130)는 이벤트 발생 시간이 빠른 시간 순서로 스케줄링한다.
충돌 예측부(130)는 이벤트 발생 시간이 빠른 순서로, 이벤트를 발생시키는 이동 구들 간에 실제 충돌 여부를 계산한다. 계산 결과, 실제 충돌이 일어나거나 충돌이 발생되지 않는 것으로 판단될 수 있다. 충돌 예측부(130)는 실제 충돌이 발생되는 것으로 판단될 경우, 충돌 예상 이동 구들의 동적 데이터를 수정하여 충돌을 회피하도록 한다.
충돌 예측부(130)는 해당 이벤트 시간의 경과 후, 보로노이 다이어그램의 정보를 업데이트 한다.
구체적으로 충돌 예측부(130)는 모서리 플리핑 이벤트가 발생된 후, 아래 4가지 정보를 업데이트 할 수 있다.
B-1-1) 충돌 예측부(130)는 상기 모서리 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 위상 정보를 업데이트한다. 충돌 예측부(130)는 상기 모서리 플리핑 이벤트가 발생된 이후의 보로노이 다이어그램의 면과, 이를 구성하는 꼭지점들과 맞닿은 보로노이 다이어그램의 모서리들을 정의하는 상기 이동 구들에 대해 보로노이 다이어그램을 재정의한다.
B-1-2) 충돌 예측부(130)는 상기 모서리 플리핑 이벤트가 발생된 이후의 삼각형 형태의 보로노이 다이어그램의 면을 구성하는 꼭지점들과 맞닿은 보로노이 다이어그램의 모서리들에 대해 모서리 플리핑 이벤트의 발생을 재계산한다. 단, 해당 보로노이 다이어그램의 모서리가 다른 삼각형 형태의 보로노이 다이어그램의 면에 포함되는 경우, 계산 대상에서 제외된다.
B-1-3) 충돌 예측부(130)는 상기 모서리 플리핑 이벤트의 발생으로 새로 생성된 삼각형 형태의 보로노이 다이어그램의 면에 대해 면 플리핑 이벤트의 발생 시간을 재계산한다. 그리고 상기 삼각형 형태의 보로노이 다이어그램의 면의 꼭지점과 맞닿은 다른 삼각형 형태의 보로노이 다이어그램의 면이 있다면, 이 면에 대해서도 면 플리핑 이벤트의 발생 시간을 재계산한다.
B-1-4) 위 B-1-2)에서 새로 생성되는 모든 보로노이 다이어그램의 면을 정의하는 이동 구들 간에 충돌 이벤트 발생을 재계산한다. 충돌 이벤트 발생의 재계산은 삼각형 형태의 보로노이 다이어그램의 면뿐만 아니라 다른 형태의 보로노이 다이어그램의 면들을 대상으로 한다.
그리고 충돌 예측부(130)는 면 플리핑 이벤트가 발생된 후, 아래 4가지 정보를 업데이트 할 수 있다.
B-2-1) 충돌 예측부(130)는 상기 면 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 위상 정보를 업데이트한다. 충돌 예측부(130)는 상기 면 플리핑 이벤트가 발생된 이후의 보로노이 다이어그램의 모서리와 맞닿는 보로노이 다이어그램의 모서리들을 정의하는 상기 이동 구들에 대해 보로노이 다이어그램을 재정의한다.
B-2-2) 충돌 예측부(130)는 상기 면 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 모서리 및 이와 연결되는 보로노이 다이어그램의 모서리에 대해 모서리 플리핑 이벤트의 발생을 재계산한다. 단, 해당 보로노이 다이어그램의 모서리가 다른 삼각형 형태의 보로노이 다이어그램의 면에 포함되는 경우, 계산 대상에서 제외된다.
B-2-3) 충돌 예측부(130)는 상기 면 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 모서리와 연결된 보로노이 다이어그램의 면들에 대해 면 플리핑 이벤트의 발생을 재계산한다.
B-2-4) 충돌 예측부(130)는 위 B-2-2)에 따른 상기 모서리 플리핑 이벤트 발생의 재계산 이후에 생성된 보노로이 다이어그램의 면을 정의하는 상기 이동 구들간에 충돌 이벤트의 발생을 재계산한다.
또한, 충돌 예측부(130)는 충돌 이벤트가 발생된 후, 아래 2가지 정보를 업데이트 할 수 있다.
B-3-1) 충돌 예측부(130)는 상기 충돌 이벤트를 발생시키는 한 쌍의 이동 구들, 그리고 상기 한 쌍의 이동 구들과 보로노이 다이어그램의 면들을 정의하는 다른 이동 구들에 대해 충돌 이벤트 발생을 재계산한다.
B-3-2) 충돌 예측부(130)는 상기 한 쌍의 이동 구들과 상기 다른 이동 구들에 의해 정의되는 상기 보로노이 다이어그램의 면들에 포함되는 보로노이 다이어그램의 꼭지점들과 맞닿는 보로노이 다이어그램의 면 또는 보로노이 다이어그램의 모서리에 대해 모서리 플리핑 이벤트와 면 플리핑 이벤트 발생을 재계산한다.
충돌 예측부(130)는 위에서 설명한, 재계산된 모서리 플리핑 이벤트와, 면 플리핑 이벤트, 그리고 충돌 이벤트를 발생 시간이 빠른 순서로 스케줄링하고, 발생 시간이 빠른 순서로 이벤트를 발생시키는 이동 구들 간에 실제 충돌 여부를 계산하고, 실제 충돌이 발생되는 것으로 판단될 경우, 충돌 예상 이동 구들의 동적 데이터를 수정하여 충돌을 회피하도록 한다.
충돌 예측부(130)는 상술한 보로노이 다이어그램의 정보의 업데이트, 그리고 정보가 업데이트된 이동 구들 간의 실제 충돌 여부의 계산, 및 충돌 회피 과정을 이동체들의 모니터링 시간 구간 동안 순차적으로 반복하며, 이동체들의 모니터링 시간 구간이 경과하거나, 해당 시간 구간 동안 모서리 플리핑 이벤트와 면 플리핑 이벤트, 그리고 충돌 이벤트가 모두 발견되지 않을 경우, 이동 구들 간에 실제 충돌예측을 종료한다.
이하, 상술한 다수의 이동체들 사이의 충돌 및 근접관계의 예측 및 회피 시스템을 이용하여 이동체들 사이의 충돌 및 근접관계를 예측하고 회피하는 방법에 대해 설명한다. 다수의 이동체들 사이의 충돌 및 근접관계의 예측 및 회피 방법은 다수의 이동체들이 2차원으로 모델링되어 충돌을 예측하는 제1실시예와 다수의 이동체들이 3차원으로 모델링되어 충돌을 예측하는 제2실시예로 구분하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 다수의 이동체들 사이의 충돌 및 근접관계의 예측 및 회피 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5를 참조하면, 다수의 이동체들 사이의 충돌 및 근접관계의 예측 및 회피 방법은, 복수의 이동체들 각각의 형상을 모델링하여 오브젝트들을 생성하는 단계(S110), 상기 오브젝트들의 크기 정보로부터 상기 오브젝트들을 모델링하여 2차원 원을 생성하는 단계(S120); 상기 이동체들의 이동속도와 상기 이동체들의 모니터링 시간 구간, 그리고 상기 2차원 원들의 크기 정보 중 적어도 어느 하나의 이용으로 상기 2차원 원들을 이동 디스크들로 모델링하는 단계(S130), 상기 이동 디스크들 간에 보로노이 다이어그램을 연산하여 보로노이 다이어그램의 모서리들을 산출하는 단계(S140), 그리고 상기 이동체들의 모니터링 시간 구간 동안, 상기 이동 디스크들간에 실제 충돌여부를 계산하는 단계(S150)를 포함한다.
도 2 및 도 5을 참조하면, 복수의 이동체(10)들 각각의 형상을 모델링하여 오브젝트(11)들을 생성하는 단계(S110)는, 이동체(10)들의 형상 정보를 통해 오브젝트(11)들을 생성한다.
상기 오브젝트(11)들의 크기 정보로부터 상기 오브젝트(11)들을 모델링하여 2차원 원(12)을 생성하는 단계(S120)는 상기 오브젝트(11)들 각각을 외접하는 최소 직경의 2차원 원(12)들을 생성한다.
상기 2차원 원(12)들을 이동 디스크(13)들로 모델링하는 단계(S130)는, 상기 이동체(10)들의 이동속도와 상기 이동체(10)들의 모니터링 시간 구간, 그리고 상기 2차원 원(12)들의 크기 정보 중 적어도 어느 하나의 이용하여 2차원 원(12)들을 이동 디스크(13)들로 모델링한다. 실시 예에 의하면, 상술한 수학식 1을 이용하여 상기 2차원 원(12)들을 상기 이동 디스크들(13)로 모델링할 수 있다.
도 6은 이동 디스크들 간에 보로노이 다이어그램을 연산하여 보로노이 다이어그램의 모서리들을 산출하는 단계를 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 이동 디스크들 간에 보로노이 다이어그램을 연산하여 보로노이 다이어그램의 모서리들을 산출하는 단계(S140)는, 복수 개의 이동 디스크(13a 내지 13g)들 간에 보로노이 다이어그램을 연산하고, 보로노이 다이어그램의 모서리(E1, E2, E3, …)들과 꼭지점(V1, V2, …)들을 산출한다. 보로노이 다이어그램의 모서리(E1, E2, E3, …)들은 인접한 한 쌍의 이동 디스크(13a 내지 13g)들 간에 생성되고, 보로노이 다이어그램의 꼭지점(V1, V2, …)은 적어도 세 개의 보로노이 다이어그램의 모서리(E1, E2, E3, …)들이 만나 생성된다.
상기 이동 디스크(13a 내지 13g)들 간의 실제 충돌을 계산하는 단계(S150)는, 상기 이동체들의 모니터링 시간 구간 동안, 플리핑 이벤트와 충돌 이벤트 발생을 계산하고, 이벤트 발생 시간이 빠른 순서대로 스케줄링한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플리핑 이벤트를 설명하기 위한 도면이다.
먼저 도 7의 (A)를 참조하면, 제1시점(t0)에서 두 개의 이동 디스크(13b, 13c)에 의해 보로노이 다이어그램의 모서리(E2)가 생성된다. (B)를 참조하면, 보로노이 다이어그램의 모서리(E2)는 이동 디스크(13a)의 이동에 따라 제2시점(t0<t1<t0+△t)에서 꼭지점(Vf)으로 전환된다. (C)를 참조하면, 보로노이 다이어그램의 꼭지점(Vf)은 이동 디스크(13a)의 이동에 따라 제3시점(t1<t2< t0+△t)에서 다시 모서리(E4)로 전환된다. 이처럼, 이동 디스크(13a)의 이동에 따라 보로노이 다이어그램의 모서리(E2)가 꼭지점(Vf)을 거쳐 다시 모서리(E4)로 전환되는 플리핑 이벤트가 발생된다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 충돌 이벤트를 설명하기 위한 도면이다.
도 8의 (A)를 참조하면, 제1시점(t0)에서 한 쌍의 이동 디스크(13a, 13c)에 의해 보로노이 다이어그램의 모서리(E2)가 생성된다. (B)를 참조하면, 한 쌍의 이동 디스크(13a, 13c)의 동적 데이터에 따라 제2시점(t0<t1<t0+△t)에서 두 개의 이동 디스크(13a, 13c)의 충돌이 예측되어 충돌 이벤트가 발생된다.
도면에는 한 개의 플리핑 이벤트와 충돌 이벤트가 발생한 것으로 도시하였지만, 이동 디스크들의 개수와 동적 데이터에 따라 플리핑 이벤트와 충돌 이벤트는 동시에 또는 시계열로 여러 개 발생할 수 있다.
상기 이동 디스크(13a, 13c)들 간의 실제 충돌을 계산하는 단계는 이벤트 발생 시간이 빠른 순서대로 해당 이벤트를 발생시키는 이동 디스크(13a, 13c)들의 충돌 여부를 계산한다. 충돌 여부의 계산은 이동 디스크(13a, 13c)들의 동적 데이터를 이용하며, 실제 충돌이 일어나거나 충돌이 발생되지 않는 것으로 판단될 수 있다. 충돌이 발생되는 것으로 판단될 경우, 충돌 예상 디스크들(13a, 13c)의 동적 데이터를 수정하여 충돌을 회피하도록 한다.
도 9는 플리핑 이벤트와 충돌 이벤트 시간의 경과 후, 업데이트되는 보로노이 다이어그램의 정보를 설명하기 위한 도면이다.
도 9의 (A)를 참조하면, 플리핑 이벤트 시간의 경과 후 업데이트되는 보로노이 다이어그램의 정보는 상술한 A-1-1) 내지 A-1-3)와 동일하다.
구체적으로, 플리핑 이벤트 시간의 경과에 따라 해당 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 모서리(E4) 및 이와 연결된 다른 보로노이 다이어그램의 모서리(E1, E3, E5, E6)들에 대해 위상정보를 업데이트한다.
그리고 보로노이 다이어그램의 모서리(E4) 및 이와 연결된 다른 보로노이 다이어그램의 모서리(E1, E3, E5, E6)에 대해 플리핑 이벤트 발생 시간을 재계산한다.
또한, 보로노이 다이어그램의 모서리(E4)에 대해 한 쌍의 이동 디스크(13a, 13d)들 간의 충돌 이벤트 발생 시간을 재계산한다.
도 9의 (B)를 참조하면, 충돌 이벤트 시간의 경과 후 업데이트되는 보로노이 다이어그램의 정보는 상술한 A-2-1) 및 A-2-2)와 동일하다. 구체적으로, 충돌 이벤트 시간의 경과에 따라서, 보로노이 다이어그램의 모서리(E2) 및 해당 보로노이 다이어그램의 모서리(E2)를 정의하는 이동 디스크(13a, 13c)들이 다른 디스크(13b, 13d 내지 13f)들과 함께 정의하는 보로노이 다이어그램의 모서리들(E1, E3 내지 E7)에 대해 이동 디스크(13a 내지 13f)들 간의 충돌 이벤트 발생 시간을 재계산한다.
그리고 보로노이 다이어그램의 모서리(E2) 및 해당 보로노이 다이어그램의 모서리(E2)를 정의하는 이동 디스크(13a, 13c)들이 다른 디스크(13b, 13d 내지 13f)들과 함께 정의하는 보로노이 다이어그램의 모서리들(E1, E3 내지 E7), 그리고 이들과 연결된 또 다른 보로노이 다이어그램의 모서리(E8, E9, E10, E11)들에 대해 플리핑 이벤트 발생 시간을 재계산한다.
상기 이동 디스크들 간의 실제 충돌을 계산하는 단계(S150)는, 상술한 보로노이 다이어그램의 정보의 업데이트 후, 재계산된 플리핑 이벤트와 재계산된 충돌 이벤트를 발생 시간이 빠른 순서로 스케줄링하고, 발생 시간이 빠른 순서로 이벤트를 발생시키는 이동 디스크들 간에 실제 충돌 여부를 계산하고, 실제 충돌이 발생한다고 판단 시 충돌회피를 위해서 이동 디스크들의 동적 데이터를 수정한다.
그리고 상기 이동 디스크들 간의 실제 충돌을 계산하는 단계(S150)는, 상술한 플리핑 이벤트와 충돌 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 정보 업데이트, 그리고 정보가 업데이트된 이동 디스크들 간의 실제 충돌 여부의 계산 및 충돌 회피 과정을 해당 모니터링 시간 구간(t0, t0 +△t) 동안 순차적으로 반복되며, 이동체들의 모니터링 시간 구간(t0, t0 +△t)이 경과하거나, 해당 모니터링 시간 구간(t0, t0 +△t)에서 플리핑 이벤트와 충돌 이벤트가 둘 다 발견되지 않을 경우, 충돌여부 계산을 종료한다.
한편, 다수의 이동체들 사이의 충돌 및 근접관계의 예측 및 회피 방법은 상술한 이벤트를 발생시키는 이동 디스크(13a 내지 13d)들 간에 실제 충돌이 계산되는 경우, 충돌이 예측되는 이동 디스크(13a 내지 13d)들의 오브젝트들이 충돌하는지 여부를 판단하는 단계를 더 포함한다. 오브젝트들 간의 충돌 여부 판단으로, 이동체가 실제 충돌할 가능성을 검증한다.
일 실시 예에 따른 오브젝트들 간의 충돌 여부를 판단하는 단계는, 이동체들의 모니터링 시간 동안, 이동 디스크들 각각의 이동 방향 및 이동 속도로부터 오브젝트들이 실제 충돌하는지 여부를 계산한다.
도 10은 오브젝트들 간의 충돌 여부를 판단하는 단계를 나타내는 도면이다. 도 10을 참조하면, 오브젝트들 간의 충돌 여부를 판단하는 단계는, 도 3에서 설명한 방법으로 오브젝트(12a)들 각각에 내접하는 복수 개의 내접원(21a 내지 25a)들로 오브젝트(12a)들을 모델링하고, 내접원(21a 내지 25a) 단위로 충돌 여부를 계산한다. 내접원(21a 내지 25a) 단위로 충돌 여부의 판단은, 이동체의 이동 방향 및 이동 속도(V1)를 내접원(21a 내지 25a)들 각각에 적용하여 내접원(21a 내지 25a)들의 이동 경로를 예상하고, 다른 이동체의 이동 정보(V2)에 따른 오브젝트(12b) 및 그의 내접원(21b 내지 25b)들의 이동 경로를 예상하여 두 오브젝트(12a, 12b)의 내접원(21a 내지 25a, 21b 내지 25b)들간의 충돌 여부를 판단한다. 하나의 오브젝트(12a)를 구성하는 내접원(21a 내지 25a)들 중 어느 하나가 다른 하나의 오브젝트(12b)를 구성하는 내접원(21b 내지 25b)과 충돌할 경우, 양 오브젝트간(12a, 12b)에 충돌이 발생하는 것으로 예측할 수 있다.
또 다른 실시 예에 따른 오브젝트들 간의 충돌 여부를 판단하는 단계는, 비선형 이동경로가 근사화된 선형 이동 경로상에서 이동체의 방향전환 위치 및 각도를 알고 있는 경우, 도 4에서 설명한 내용과 동일하게 방향전환 위치 및 각도 내에서 오브젝트가 방향전환할 수 있는 모든 경우의 수를 포함하는 기하학적 형상으로 오브젝트를 모델링하고, 이동체의 이동 방향 및 이동 속도를 기하학적 형상들에 적용하여 기하학적 형상들의 충돌 여부를 계산할 수 있다.
또한, 상기 기하학적 형상들 각각에 내접하는 복수 개의 내접원들로 기하학적 형상들을 모델링하고, 내접원 단위로 기하학적 형상들의 충돌 여부를 계산할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 다수의 이동체들간의 충돌 및 근접관계의 예측 및 회피 방법을 나타내는 순서도이다.
도 11을 참조하면, 다수의 이동체들간의 충돌 및 근접관계의 예측 및 회피 방법은, 복수의 이동체들 각각의 형상을 모델링하여 오브젝트들을 생성하는 단계(S210), 상기 오브젝트들의 크기 정보로부터 상기 오브젝트들을 모델링하여 3차원 구를 생성하는 단계(S220), 상기 이동체들의 이동속도와 상기 이동체들의 모니터링 시간 구간, 그리고 상기 3차원 구들의 크기 정보 중 적어도 어느 하나의 이용으로 상기 3차원 구들을 이동 구들로 모델링하는 단계(S230), 상기 이동 구들 간에 보로노이 다이어그램을 연산하여 보로노이 다이어그램의 면들과 모서리들, 그리고 꼭지점들을 산출하는 단계(S240), 그리고 상기 이동체들의 모니터링 시간 구간 동안, 상기 이동 구들 간의 실제 충돌을 계산하는 단계(S250)를 포함한다.
복수의 이동체들 각각의 형상을 모델링하여 오브젝트들을 생성하는 단계(S210)는, 이동체들의 형상 정보를 통해 오브젝트들을 생성한다.
상기 오브젝트들의 크기 정보로부터 상기 오브젝트들을 모델링하여 3차원 구를 생성하는 단계(S220)는 상기 오브젝트들 각각을 외접하는 최소 직경의 3차원 외접구들을 생성한다.
상기 3차원 구들을 이동 구들로 모델링하는 단계(S230)는, 상기 이동체들의 이동속도와 상기 이동체들의 모니터링 시간 구간, 그리고 상기 3차원 구들의 크기 정보 중 적어도 어느 하나의 이용하여 3차원 구들을 이동 구들로 모델링한다. 실시 예에 의하면, 상술한 수학식 2을 이용하여 상기 3차원 구들을 상기 이동 구들로 모델링한다.
상기 이동 구들 간에 보로노이 다이어그램을 연산하여 보로노이 다이어그램의 면들과 모서리들, 그리고 꼭지점들을 산출하는 단계(S240)는 도 12와 같이, 복수 개의 이동 구(S1 내지 S5)들 간에 보로노이 다이어그램을 연산하고, 보로노이 다이어그램의 면(P1, P2, …)들과 모서리(E1 내지 E7)들, 그리고 꼭지점(V1, V2)들을 산출한다. 보로노이 다이어그램의 면(P1, P2, …)들은 인접한 두 개의 이동 구(S1 내지 S5)들 간에 생성되고, 보로노이 다이어그램의 모서리(E1 내지 E7)들은 적어도 두 개의 보로노이 다이어그램의 면(P1, P2, …)들이 만나 생성되고, 보로노이 다이어그램의 꼭지점(V1, V2)은 적어도 세 개의 보로노이 다이어그램의 모서리(E1 내지 E7)들이 만나 생성된다.
상기 이동 구들 간의 실제 충돌을 계산하는 단계(S250)는, 상기 이동체들의 모니터링 시간 구간 동안, 모서리 플리핑 이벤트, 면 플리핑 이벤트, 그리고 충돌 이벤트의 발생을 계산하고 이벤트 발생 시간이 빠른 순서대로 스케줄링한다.
도 13은 본 발명에 따른 모서리 플리핑 이벤트와 면 플리핑 이벤트를 설명하기 위한 도면이다.
먼저 도 13의 (A)를 참조하면, 제1시점(t0)에서 세 개의 보로노이 다이어그램의 면들에 의해 보로노이 다이어그램의 모서리(E1)가 생성된다. (B)를 참조하면, 보로노이 다이어그램의 모서리(E1)는 이동 구(S1 내지 S5)들의 이동에 따라 제2시점(t0<t1<t0 +△t)에서 꼭지점(Vf)으로 전환된다. (C)를 참조하면, 보로노이 다이어그램의 꼭지점(Vf)은 이동 구(S1 내지 S5)들의 이동에 따라 제3시점(t1<t2<t0 +△t)에서 삼각형 형태의 면(P3)으로 전환된다.
이와 반대로, 제1시점(t0)에서 이동 구(S1 내지 S5)들은 삼각형 형태의 보로노이 다이어그램의 면(P3)을 형성하고(도면 C), 이동 구(S1 내지 S5)들의 이동에 따라 제2시점(t0<t1<t0 +△t)에서 보로노이 다이어그램의 면(P3)이 꼭지점(Vf)으로 전환되고(도면 B), 이동 구(S1 내지 S5)들의 이동에 따라 제3시점(t1<t2<t0 +△t)에서 보로노이 다이어그램의 모서리(E1)과 이를 포함하는 보로노이 다이어그램의 면을 생성할 수 있다(도면 A)
상술한 바와 같이, 보로노이 다이어그램의 모서리(E1)가 꼭지점(Vf)을 거쳐 삼각형 형태의 면(P3)으로 전환되는 과정은 모서리 플리핑 이벤트로 정의하고, 삼각형 형태의 보로노이 다이어그램의 면(P3)이 꼭지점(Vf)을 거쳐 모서리(E1)으로 전환되는 과정은 면 플리핑 이벤트로 정의할 수 있다.
도면에는 한 개의 플리핑 이벤트가 발생한 것으로 도시하였지만, 이동 구들(S1 내지 S5)의 개수와 동적 데이터에 따라 플리핑 이벤트는 동시에 또는 시계열로 여러 개 발생할 수 있다.
상기 이동 구들간의 실제 충돌을 계산하는 단계(S250)는 이벤트 시간이 빠른 순서대로 해당 이벤트를 발생시키는 이동 구들(S1 내지 S5)들의 실제 충돌 여부를 계산한다. 충돌 여부의 계산은 이동 구(S1 내지 S5)들의 동적 데이터를 이용하며, 실제 충돌이 발생하거나 충돌이 발생되지 않는 것으로 판단될 수 있다. 충돌이 발생되는 것으로 판단될 경우, 충돌 예상 이동 구들의 동적 데이터를 수정하여 이동 구들의 충돌을 회피하도록 한다.
상기 이동 구들 간의 실제 충돌을 계산하는 단계는 해당 이벤트 시간의 경과 후, 보로노이 다이어그램의 정보를 업데이트 한다.
모서리 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 정보의 업데이트는 상술한 B-1-1) 내지 B-1-4)의 내용으로 진행되고, 면 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 정보의 업데이트는 상술한 B-2-1) 내지 B-2-4)의 내용으로 진행되고, 그리고 충돌 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 정보의 업데이트는 상술한 B-3-1) 및 B-3-2)의 내용으로 진행된다.
상기 이동 구들간의 실제 충돌을 계산하는 단계(S250)는 위에서 설명한, 재계산된 모서리 플리핑 이벤트와, 면 플리핑 이벤트, 그리고 충돌 이벤트를 발생 시간이 빠른 순서로 스케줄링하고, 발생 시간이 빠른 순서로 이벤트를 발생시키는 이동 구들 간에 실제 충돌 여부를 계산하고, 실제 충돌이 발생되는 것으로 판단될 경우, 충돌 예상 이동 구들의 동적 데이터를 수정하여 충돌을 회피하도록 한다.
그리고 상기 이동 구들간의 실제 충돌을 계산하는 단계(S250)는 상술한 보로노이 다이어그램의 정보의 업데이트, 그리고 정보가 업데이트된 이동 구들 간의 실제 충돌 여부의 계산, 및 충돌 회피 과정을 이동체들의 모니터링 시간 구간 동안 순차적으로 반복하며, 이동체들의 모니터링 시간 구간이 경과하거나, 해당 시간 구간 동안 모서리 플리핑 이벤트와 면 플리핑 이벤트, 그리고 충돌 이벤트가 모두 발견되지 않을 경우, 이동 구들 간에 실제 충돌예측을 종료한다.
한편, 다수의 이동체들 사이의 충돌 및 근접관계의 예측 및 회피 방법은, 이벤트를 발생시키는 이동 구들 간에 충돌이 예측되는 경우, 충돌이 예측되는 이동 구들의 오브젝트들이 충돌하는지 여부를 판단하는 단계를 더 포함한다. 오브젝트들 간의 충돌 여부 판단으로, 이동체가 실제 충돌할 가능성을 검증한다.
일 실시 예에 따른 오브젝트들 간의 충돌 여부를 판단하는 단계는, 이동체들의 모니터링 시간 동안, 이동 구들 각각의 이동 방향 및 이동 속도로부터 오브젝트들이 실제 충돌하는지 여부를 계산한다.
다른 실시 예에 따른 오브젝트들 간의 충돌 여부를 판단하는 단계는, 오브젝트들 각각에 내접하는 복수 개의 내접 구들로 오브젝트들을 모델링하고, 내접 구 단위로 충돌 여부를 계산한다. 내접 구들로 오브젝트들을 모델링하는 방법은 도 3에서 설명한 과정으로 진행될 수 있다. 내접 구 단위로 충돌 여부의 판단은 도 8에서 설명한 내용과 동일하게, 이동체의 이동 방향 및 이동 속도를 내접 구들 각각에 적용하여 내접 구들의 이동 경로를 예상하고, 예상된 경로에서 다른 오브젝트의 내접 구들과 충돌 여부를 판단한다. 하나의 오브젝트를 구성하는 내접 구들 중 어느 하나가 다른 하나의 오브젝트를 구성하는 내접 구와 충돌할 경우, 양 오브젝트간에 충돌이 발생하는 것으로 예측할 수 있다.
또 다른 실시 예에 따른 오브젝트들 간의 충돌 여부를 판단하는 단계(S260)는, 비선형 이동경로가 근사화된 선형 이동 경로상에서 이동체의 방향전환 위치 및 각도를 알고 있는 경우, 도 4에서 설명한 내용과 동일하게 방향전환 위치 및 각도에서 오브젝트가 방향전환할 수 있는 모든 경우의 수를 포함하는 기하학적 형상으로 오브젝트를 모델링하고, 이동체의 이동 방향 및 이동 속도를 기하학적 형상들에 적용하여 기하학적 형상들의 충돌 여부를 계산할 수 있다.
또한, 상기 기하학적 형상들 각각에 내접하는 복수 개의 내접 구들로 기하학적 형상들을 모델링하고, 내접 구 단위로 기하학적 형상들의 충돌 여부를 계산할 수 있다.
상술한 복수의 이동체 중에서 특정 2대가 △t시간 후에 근접/충돌한다고 예측이 되었을 때 이를 회피하기 위해서는 그 중 한 대 또는 모두의 이동경로의 식을 수정해서 충돌을 회피해야 한다. 여기서 이동경로의 식은 이동경로와 이동경로 내에서 시간에 따른 속도의 크기까지도 포함한다. 따라서 이동경로의 식을 수정하는 방법은 이동경로와 이동속도 중 하나만 또는 이동경로와 이동속도 모두를 변경하는 방법이 있을 수 있다. 이 때 이동경로와 이동속도는 비선형을 포함할 수 있다. 많은 이동체가 움직이고 있고 또 임의의 시간에 임의의 이동체가 이동경로의 식을 수정할 수 있는 상황에서 가장 안전한 회피경로를 찾는 회피경로 최적 설계 방법은 다양한 후보 해를 만든 후 각각을 신속하게 평가해서 그 중 가장 유리한 해를 선택하는 것이다. 본 발명의 대상이 되는 이동체들은 회피기동을 위해서 사용하는 에너지(연료, 배터리 등)를 최소화하는 것이 중요한 문제이다. 예를 들어, 인공위성의 경우 회피기동을 위해 사용하는 에너지는 매우 큰 비용을 발생시키며 많은 경우 인공위성의 수명과 직결되어 있기 때문에 매우 신중한 선택이 필수적이다. 따라서 회피기동의 최적설계라는 개념이 필요하다. 이 때 최적의 상태를 정의하기 위한 time window에 대한 정의가 필수적이다. 원하는 time window를 커버하는 동적 보로노이 다이어그램이 계산되어 있다고 하고 우리가 관심 있는 인공위성 S가 조금 후에 충돌한다는 판단이 되었고 이제 곧 회피기동을 위한 의사결정을 해야 한다고 하자. 본 발명에서는 이미 계산된 동적 보로노이 다이어그램에 회피기동의 주체가 되는 이동체(S)의 복사본인 S1를 하나 만들어서 이동체와 같은 위치에 둔다. 이 때 S1은 이동체(S)와 비교해서 각도의 차이가 있거나 속도의 차이가 있거나 또는 각도와 속도가 모두 조금씩 차이가 있는 상태가 된다. 이 때 time window를 따라 시간이 지나면서 S1이 각 순간의 동적 보로노이 다이어그램을 이용하여 인접한 다른 물체들과의 인접관계를 분석하면 된다. 이렇게 하면 하나의 회피기동 대안을 평균 O(K) 시간에 평가할 수 있게 된다. 이 때 K는 동적 보로노이 다이어그램의 time window전체에 걸쳐 존재하는 이벤트의 개수이다. S1과 상이한 또 다른 회피기동 S2를 생성할 수 있다. 이 때 주어진 동적 보로노이 다이어그램에 S1과 S2를 독립적으로 사용하여 해를 구할 수 있다. 즉, 동적 보로노이 다이어그램에 기반하여 회피경로의 최적해를 구하는 알고리즘을 병렬처리 할 수 있고 각 회피경로의 평가는 O(K)에 할 수 있어서 매우 신속하게 최적해를 구할 수 있다. 모든 후보 회피기동을 평가하여 그 중 최선의 답을 해로 삼는다. 또한, 다양한 후보 해 들 중에서 좋은 해를 찾는 방법으로는 인공지능 기능이 추가적으로 사용될 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따라 드론의 충돌 및 근접관계를 예측하고, 회피경로를 제공하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 14를 참조하면, (A) 내지 (E)는 드론들이 본 발명에 따른 이동체의 충돌 및 근접관계의 예측방법을 통해 충돌을 예측하고 회피경로를 설정함으로써 충돌 없이 3차원 공간을 2차원 별모양의 형상에서 두 개의 원 모양으로 이동하는 과정을 순차적으로 나타내고 있다. 본 실시 예에서는 100대의 드론이 사용되었으며, 각각의 이동 구는 움직이는 드론을 모델링한 것이다. 특정시점 t1에서의 이동 구들의 위치(A)에서 일정시간이 지난 후 시점 t2에서의 이동 구들의 위치(E)로 드론들을 이동시키고자 할 경우, 이 때 특정 드론의 시작점과 끝나는 점은 정해져 있고 드론은 두 점 사이에서 선형으로 움직인다. 따라서 시간구간 (t1, t2)동안에 움직이는 이동 구들 사이의 동적 보로노이 다이어그램을 계산하면 충돌 예측이 가능하며 이런 상황이 발생하면 두 개의 이동 구들 중에서 하나를 정지시키고 (또는 천천히 이동시키고) 또 다른 하나를 빨리 이동시켜서 충돌을 회피하도록 제어할 수 있다. 필요에 따라 보로노이 다이어그램의 공간정보를 보다 적극적으로 활용하면 드론의 회피경로를 앞서 설명한 선형의 경로에서 비선형의 경로로 변경하는 보다 복잡한 상황까지 반영할 수 도 있다.
도 15는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 드론의 충돌을 예측하고, 회피경로를 제공하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 15를 참조하면, (A) 내지 (E)는 드론들이 본 발명에 따른 이동체의 충돌예측방법을 통해 충돌을 예측하고 회피경로를 설정함으로써 충돌 없이 3차원 공간을 이동하는 과정을 순차적으로 나타내고 있다. 본 실시 예에서는 500대의 드론이 사용되었으며, 각각의 이동 구는 움직이는 드론을 모델링한 것이다. 이동 구들은 토끼 모양의 군집에서 손 모양의 군집으로 변화되는 모습을 보여준다. 특정시점 t1에서의 이동 구들의 위치(A)에서 일정시간이 지난 후 시점 t2에서의 이동 구들의 위치(E)로 드론들을 이동시키고자 할 경우, 이 때 특정 드론의 시작점과 끝나는 점은 정해져 있고 드론은 두 점 사이에서 선형으로 움직인다. 따라서 시간구간 (t1, t2)동안에 움직이는 이동 구들 사이의 동적 보로노이 다이어그램을 계산하면 충돌 예측이 가능하며 이런 상황이 발생하면 두 개의 이동 구들 중에서 하나를 정지시키고 (또는 천천히 이동시키고) 또 다른 하나를 빨리 이동시켜서 충돌을 회피하도록 제어할 수 있다. 필요에 따라 보로노이 다이어그램의 공간정보를 보다 적극적으로 활용하면 드론의 회피경로를 앞서 설명한 선형의 경로에서 비선형의 경로로 변경하는 보다 복잡한 상황까지 반영할 수 도 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따라 이동 경로가 알려져 있는 이동체들의 충돌을 예측하는 방법에 대해 설명한다. 본 발명에서는 이동 경로가 알려져 있는 이동체를 지구 둘레를 공정하는 인공위성을 예를 들어 설명하나, 이동 경로가 알려져 있는 이동체는 이에 국한되지 않으며 일정 궤도를 따라 움직이는 다양한 물체들의 충돌 예측에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명에서는 3차원 이동 구를 예를 들어 설명하나, 본 발명의 기술적 사상은 2차원 이동 디스크에서 동일하게 적용될 수 있다. 또한, 이해의 편의를 위해 이동 구를 2차원 상에 표현하였으나, 3차원으로 용이하게 이해될 수 있을 것이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따라 이동 경로가 알려져 있는 이동체들의 충돌을 예측하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 16은 이동체들의 충돌 여부를 판단하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 16을 참조하면, 인공위성들은 도 1에서 설명한 이동체 모델링부(120)에 의해 이동 구들로 모델링될 수 있다. 제1 내지 제3 이동 구(210, 310, 410)는 각각의 궤도(220, 320, 420)을 따라 지구(1000) 둘레를 공정한다.
(A)는 제1 기준 시점에서의 제1 내지 제3 이동 구(210, 310, 410)들의 위치를 나타내고, (B)는 상기 제1 기준 시점으로부터 기 설정된 시간이 경과된 제2 기준 시점에서의 제1 내지 제3 이동 구(210, 310, 410)들의 위치를 나타내고, (C)는 상기 제2 기준 시점으로부터 기 설정된 시간이 경과된 제3 기준 시점에서의 제1 내지 제3 이동 구(210, 310, 410)들의 위치를 나타낸다.
(A)를 참조하면, 상기 제1 기준 시점에서 제1 내지 제3 이동 구(210, 310, 410)들에 대한 보로노이 다이어그램을 연산하여 보로노이 다이어그램의 면(P1, P2, P3)이 산출된다.
제1 내지 제3 이동 구(210, 310, 410)들 중 보로노이 다이어그램의 면(P3)과 가장 인접한 제2 및 제3 이동 구(310, 410)가 충돌 예상 물체들로 추출된다.
상기 충돌 예상 물체들로 추출된 제2 및 제3 이동 구(310, 410)들의 이동 속도를 분석하여, 충돌 여부를 판단한다.
도 17을 참조하면, 충돌이 예상되는 제2 및 제3 이동 구(310, 410)를 아래의 조건으로 설정할 수 있다. 제2 이동 구(310)의 반경은 rA이고, 제3 이동 구(410)의 반경은 rB이다, 제2 이동 구(310)의 제1 기준 시점에서의 중심점(A) 위치는 (Ax, Ay, Az)이고, 제3 이동 구(410)의 상기 제1 기준 시점에서의 중심점(B) 위치는 (Bx, By, Bz)이다. 제2 이동 구(310)가 궤도를 따라 이동하는 속도는 VA=(vx, vy, vz)이고, 제3 이동 구(410)가 궤도를 따라 이동하는 속도는 UB=(ux, uy, uz)이다.
상술된 조건들에서, 상기 제1 기준 시점에서부터 t 시간 경과 후, 제2 이동 구(310)의 중심점(A)의 예상 위치는 A(t)이고, 제3 이동 구(410)의 중심점(B)의 예상 위치는 B(t)로 정의되며, 제2 이동 구(310)와 제3 이동 구(410)의 충돌 여부는 하기 수학식 1을 통해 연산될 수 있다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2018006052-appb-I000003
(rx는 Ax-Bx, ry는 Ay-By, rz는 Az-Bz, wx는 vx-ux, wy는 vy-uy, wz는 vz-uz)
d(t)는 상기 제1 기준 시점에서부터 t 시간 경과 후, 제2 이동 구(310)와 제3 이동 구(410) 사이의 거리이다. d(t)가 제2 이동 구(310)의 반경(rA)과 제3 이동 구(410)의 반경(rB)의 합에 수렴할 경우, 제2 이동 구(310)와 제3 이동 구(410)가 충돌하는 것으로 판단할 수 있다.
제2 이동 구(310)와 제3 이동 구(410)의 충돌 시점은 하기 수학식 2를 통해 연산될 수 있다.
[수학식 4]
Figure PCTKR2018006052-appb-I000004
실시 예에 따르면, 제2 및 제3 이동 구(310, 410)들은 충돌하지 않는 것으로 판단된다.
다시 도 16의 (B)를 참조하면, 상기 제2 기준 시점에서 제1 내지 제3 이동 구(210, 310, 410)들에 대한 보로노이 다이어그램을 연산하여 보로노이 다이어그램의 면(P1, P2, P3)이 산출된다.
제1 내지 제3 이동 구(210, 310, 410)들 중 보로노이 다이어그램의 면(P1, P2, P3)과 가장 인접한 제2 및 제3 이동 구(310, 410)가 충돌 예상 물체들로 추출된다.
상기 충돌 예상 물체들로 추출된 제2 및 제3 이동 구(310, 410)들의 이동 속도를 분석하여, 도 17에서 설명한 방법으로 충돌 여부를 판단한다. 실시 예에 따르면, 제2 및 제3 이동 구(310, 410)들은 충돌하지 않는 것으로 판단된다.
(C)를 참조하면, 상기 제3 기준 시점에서 제1 내지 제3 이동 구(210, 310, 410)들의 위치를 확인할 수 있다. 상기 제3 기준 시점에서 제2 및 제3 이동 구(310, 410)들이 충돌하는 것을 알 수 있다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따라 이동 경로가 알려져 있는 이동체들의 충돌을 예측하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 본 실시 예에서는 도 15와 같이, 인공위성들의 충돌을 예측하는 방법을 예를 들어 설명한다.
도 18을 참조하면, 이동 경로가 알려져 있는 이동체들의 충돌을 예측하는 방법은 이동 구들의 1차 충돌 여부 판단 단계(S300)와 이동 구들의 2차 판단 단계(S4000를 포함한다.
이동 구들의 1차 충돌 여부 판단 단계(S300)는 1차 궤도 근사화 및 이동 구들의 크기 보정 단계(S310), 보로노이 다이어그램의 면 산출 단계(S320), 충돌 예상 물체 추출 단계(S330), 그리고 충돌 여부 판단 단계(S340)를 포함한다.
1차 궤도 근사화 및 이동 구들의 크기 보정 단계(S310)는 이동 구들의 궤도를 n 개의 직선 구간으로 근사화하여 제1 근사 궤도들을 생성한다. 그리고 상기 이동 구들의 궤도와 상기 제1 근사 궤도들 간의 오차를 반영하여, 상기 이동 구들의 크기를 1차 보정한다.
상기 크기가 1차 보정된 이동 구들 간의 충돌 여부를 판단하기 위해, 상기 크기가 1차 보정된 이동 구들에 대해 보로노이 다이어그램의 면 산출 단계(S320), 충돌 예상 물체 추출 단계(S330) 그리고 충돌 여부 판단 단계(S340)를 수행한다. 보로노이 다이어그램의 면 산출 단계(S320), 충돌 예상 물체 추출 단계(S330) 그리고 충돌 여부 판단 단계(S340)는 도 11에서 설명된 것과 동일하게 수행될 수 있다.
이동 구들의 1차 충돌 여부 판단 단계(S300)에서 상기 크기가 1차 보정된 이동 구들 간의 충돌이 발생하지 않은 것으로 판단되는 경우, 기 설정된 시간의 경과마다 이동 구들의 충돌 여부 판단 단계(S300)가 반복될 수 있다.
이동 구들의 1차 충돌 여부 판단 단계(S300)에서 상기 크기가 1차 보정된 이동 구들 간의 충돌이 발생한 것으로 판단되는 경우, 이동 구들의 2차 충돌 여부 판단 단계(S400)가 수행된다. 이동 구들의 2차 충돌 여부 판단 단계(S400)는 2차 궤도 근사화 및 이동 구들의 크기 보정 단계(S410), 보로노이 다이어그램의 면 산출 단계(S420), 충돌 예상 물체 추출 단계(S430), 그리고 충돌 여부 판단 단계(S440)를 포함한다.
2차 궤도 근사화 및 이동 구들의 크기 보정 단계(S410)는 상기 이동 구들의 궤도를 상기 n 개보다 큰 m 개의 직선 구간으로 근사화하여 제2 근사 궤도들을 생성한다. 그리고 상기 이동 구들의 궤도와 상기 제2 근사 궤도들 간의 오차를 반영하여 상기 이동 구들의 크기를 2차 보정한다. 상기 크기가 2차 보정된 이동 구들의 크기는 1차 보정된 이동 구들의 크기보다 작다.
상기 크기가 2차 보정된 이동 구들 간의 충돌 여부를 판단하기 위해, 상기 크기가 2차 보정된 이동 구들에 대해 보로노이 다이어그램의 면 산출 단계(S420), 충돌 예상 물체 추출 단계(S430) 그리고 충돌 여부 판단 단계(S440)를 수행한다.
2차 물체 충돌 여부 판단 단계(S400)에서 상기 크기가 2차 보정된 이동 구들 간의 충돌이 발생하지 않은 것으로 판단되는 경우, 기 설정된 주기마다 이동 구들의 2차 충돌 여부 판단 단계(S400)가 반복적으로 수행될 수 있다.
이동 구들의 2차 충돌 여부 판단 단계(S400)에서 상기 크기가 2차 보정된 이동 구들 간의 충돌이 발생한 것으로 판단되는 경우, 상기 이동 구들의 궤도를 상기 m 개보다 더 많은 직선 구간들로 근사화하여 이동 구들의 충돌 여부를 판단하는 3차 물체 충돌 여부 판단을 수행할 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 이동 구들의 3차 충돌 여부 판단은 궤도 근사화 및 이동 구들의 크기 보정을 하지 않고, 이동 구들의 실제 크기와 이동 구들의 알려져 있는 실제 궤도에서 이동 구들의 충돌 여부를 판단할 수 있다.
이동구들의 3차 충돌 여부 판단 단계는 앞서 설명한 이동 구들에 대해 보로노이 다이어그램의 면 산출 단계, 충돌 예상 물체 추출 단계, 그리고 충돌 여부 판단 단계를 포함한다.
도 19는 도 18에서 설명한 이동 구들의 1차 충돌 여부 판단 단계를 자세하게 설명하기 위한 도면이고, 도 20은 도 18에서 설명한 이동 구들의 2차 충돌 여부 판단 단계를 자세하게 설명하기 위한 도면이고, 도 21은 도 18에서 설명한 이동 구들의 3차 충돌 여부 판단 단계를 자세하게 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 19를 참조하면, 제1 기준 시점(A)에서 제1 내지 제3 궤도(220, 320, 420)를 5 개의 직선 구간으로 근사화 하여 제1 내지 제3 이동 구(210, 310, 410)의 제1 근사 궤도(230, 330, 430)를 생성한다. 제1 내지 제3 궤도(220, 320, 420)와 제1 내지 제3 이동 구(210, 310, 410)들의 제1 근사 궤도(230, 330, 430) 간의 오차를 반영하여 제1 내지 제3 이동 구(210, 310, 410)들의 크기를 1차 보정한다.
크기가 1차 보정된 제1 내지 제3 이동 구(240, 340, 440)들에 대한 보로노이 다이어그램을 연산하여 보로노이 다이어그램의 면(P1, P2, P3)이 산출된다.
크기가 1차 보정된 제1 내지 제3 이동 구(240, 340, 440)들 중 보로노이 다이어그램의 면(P3)과 가장 인접한 크기가 1차 보정된 제2 및 제3 이동 구(340, 440)가 충돌 예상 물체들로 추출된다.
상기 충돌 예상 물체들로 추출된 크기가 1차 보정된 제2 및 제3 이동 구(340, 440)의 이동 속도를 분석하여, 충돌 여부를 판단한다. 실시 예에 따르면, 크기가 1차 보정된 제2 및 제3 이동 구(340, 440)은 충돌하지 않는 것으로 판단된다.
이후, 크기가 1차 보정된 제1 내지 제3 이동 구(240, 340, 440)들 간의 충돌 여부 판단은 기 설정된 주기마다 반복적으로 수행될 수 있다.
제2 기준 시점(B)에서, 크기가 1차 보정된 제1 및 제2 이동 구(240, 340)가 충돌 예상 물체들로 추출되고, 크기가 1차 보정된 제1 및 제2 이동 구(240, 340)의 이동 속도를 분석하여, 충돌 여부를 판단한다. 실시 예에 따르면, 크기가 1차 보정된 제1 및 제2 이동 구(240, 340)는 충돌하는 것으로 판단된다.
도 20의 (A)를 참조하면, 크기가 1차 보정된 제1 및 제2 이동 구(240, 340)가 충돌하는 것으로 판단되면, 제1 내지 제3 궤도(220, 320, 420)를 10 개의 직선 구간으로 근사화 하여 제1 내지 제3 이동 구(210, 310, 410)들의 제2 근사 궤도(250, 350, 450)를 생성한다. 제1 내지 제3 궤도 (220, 320, 420)와 제1 내지 제3 이동 구(210, 310, 410)들의 제2 근사 궤도(250, 350, 450) 간의 오차를 반영하여 크기가 1차 보정된 제1 내지 제3 이동 구(240, 340, 440)들의 크기를 2차 보정한다.
크기가 2차 보정된 제1 내지 제3 이동 구(260, 360, 460)들에 대한 보로노이 다이어그램을 연산하여 보로노이 다이어그램의 면(P1, P2, P3)이 산출된다.
크기가 2차 보정된 제1 내지 제3 이동 구(260, 360, 460)들 중 보로노이 다이어그램의 면(P1)과 가장 인접한 크기가 2차 보정된 제1 및 제2 이동 구(260, 360)가 충돌 예상 물체들로 추출된다.
상기 충돌 예상 물체들로 추출된 크기가 2차 보정된 제1 및 제2 이동 구(260, 360)의 이동 속도를 분석하여, 충돌 여부를 판단한다. 실시 예에 따르면, 크기가 2차 보정된 제1 및 제2 이동 구(260, 360)들은 충돌하지 않는 것으로 판단된다.
이후, 크기가 2차 보정된 제1 내지 제3 이동 구(240, 340, 440)들 간의 충돌 여부 판단은 기 설정된 주기마다 반복적으로 수행될 수 있다.
제3 기준 시점(B)에서 크기가 2차 보정된 제2 및 제3 이동 구(360, 460)들이 상기 충돌 예상 물체들로 추출되고, 크기가 2차 보정된 제2 및 제3 이동 구(360, 460)들의 이동 속도를 분석하여, 충돌 여부를 판단한다. 실시 예에 따르면, 크기가 2차 보정된 제2 및 제3 이동 구(360, 460)들이 서로 충돌하는 것으로 판단된다.
크기가 2차 보정된 제2 및 제3 이동 구(360, 460)들이 서로 충돌하는 것으로 판단되면, 이동 구들의 3차 충돌 여부 판단 단계가 수행된다.
도 21을 참조하면, 제3 기준 시점에서 제2 및 제3 이동 구(310, 410)들이 상기 충돌 예상 물체들로 추출되고, 제2 및 제3 이동 구(310, 410)들의 이동 속도를 분석하여 충돌 여부를 판단한다. 실시 예에 따르면, 제2 및 제3 이동 구(310, 410)들이 충돌하는 것으로 판단된다.
도 20의 (B)와 도 21의 결과를 비교하면, 이동 구(310, 410)들의 2차 충돌 여부 판단 결과가 이동 구(310, 410)의 실제 궤도에 따라 물체의 충돌 여부를 판단하는 이동 구(310, 410)들의 3차 충돌 여부 판단 결과와 일치하는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 이동 경로가 알려져 있는 이동체(210, 310, 410)들의 충돌을 예측하는 방법은 충돌 예측에 요구되는 전체 계산량이 감소되고 충돌 예측 속도가 향상되어 충돌 예측의 정확도가 향상될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
본 발명은 항공기, 선박, 잠수함, 인공위성, 드론, 그리고 자동차 등과 같은 이동체들 간의 충돌 및 근접관계를 효율적으로 분석할 수 있는 방법을 제공한다.

Claims (23)

  1. 복수의 이동체들 각각의 형상을 모델링하여 오브젝트들을 생성하는 단계;
    상기 오브젝트들의 크기 정보로부터 상기 오브젝트들을 모델링하여 2차원 원을 생성하는 단계;
    상기 이동체들의 이동속도와 상기 이동체들의 모니터링 시간 구간, 그리고 상기 2차원 원들의 크기 정보 중 적어도 어느 하나의 이용으로 상기 2차원 원들을 이동 디스크들로 모델링하는 단계;
    상기 이동 디스크들 간에 보로노이 다이어그램을 연산하여 보로노이 다이어그램의 모서리들을 산출하는 단계; 및
    상기 이동체들의 모니터링 시간 구간 동안, 상기 보로노이 다이어그램의 모서리들 중 적어도 어느 하나가 꼭지점을 거쳐 다시 모서리로 전환되는 플리핑 이벤트와, 상기 보로노이 다이어그램의 모서리를 정의하는 한 쌍의 이동 디스크들 간에 충돌을 예측하는 충돌 이벤트를 계산하고, 상기 플리핑 이벤트와 상기 충돌 이벤트의 발생시간이 빠른 순으로 상기 플리핑 이벤트를 발생시키는 이동 디스크들 간에, 그리고 상기 충돌 이벤트를 발생시키는 이동 디스크들 간에 실제 충돌여부를 계산하는 단계를 포함하는 이동체들 사이의 충돌 예측 및 회피 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 정보를 업데이트하는 단계를 더 포함하되,
    상기 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 정보의 업데이트는
    상기 플리핑 이벤트가 발생되는 보로노이 다이어그램의 모서리 및 이와 연결된 다른 보로노이 다이어그램의 모서리들을 정의하는 이동 디스크들에 대해 보로노이 다이어그램을 재정의하고,
    상기 플리핑 이벤트가 발생되는 보로노이 다이어그램의 모서리 및 이와 연결된 다른 보로노이 다이어그램의 모서리들에 대해 플리핑 이벤트의 발생 시간을 재계산하고,
    상기 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 모서리를 정의하는 한 쌍의 이동 디스크들 간에 충돌 이벤트의 발생 시간을 재계산하고,
    재계산된 플리핑 이벤트와 충돌 이벤트의 발생시간이 빠른 순으로 플리핑 이벤트를 발생시키는 이동 디스크들 간에, 그리고 충돌 이벤트를 발생시키는 이동 디스크들 간에 실제 충돌여부를 재계산하는 단계를 더 포함하되,
    상기 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 정보 업데이트는 상기 이동체들의 모니터링 시간 구간 동안 반복되며, 플리핑 이벤트와 충돌 이벤트가 모두 발생되지 않을 경우 종료되는 이동체들간의 충돌 예측 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 충돌 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 정보를 업데이트하는 단계를 더 포함하되,
    상기 충돌 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 정보의 업데이트는,
    상기 충돌 이벤트를 발생시키는 한 쌍의 이동 디스크들, 그리고 상기 한 쌍의 이동 디스크들과 보로노이 다이어그램의 모서리들을 정의하는 다른 이동 디스크들 서로 간에 충돌 이벤트 발생 시간을 재계산하고,
    상기 충돌 이벤트를 발생시키는 한 쌍의 이동 디스크들이 정의하는 보로노이 다이어그램의 모서리, 그리고 상기 한 쌍의 이동 디스크들과 다른 이동 디스크들이 정의하는 보로노이 다이어그램의 모서리들, 그리고 상기 다른 이동 디스크들이 정의하는 보로노이 다이어그램의 모서리들에 대해 플리핑 이벤트 발생 시간을 재계산하고,
    재계산된 충돌 이벤트와 플리핑 이벤트의 발생시간이 빠른 순으로 충돌 이벤트를 발생시키는 이동 디스크들 간에, 그리고 플리핑 이벤트를 발생시키는 이동 디스크들 간에 실제 충돌여부를 재계산하는 단계를 더 포함하되,
    상기 충돌 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 정보를 업데이트는 상기 이동체들의 모니터링 시간 구간 동안 반복되며, 플리핑 이벤트와 충돌 이벤트가 모두 발생되지 않을 경우 종료되는 이동체들간의 충돌 예측 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 2차원 원을 생성하는 단계는 상기 오브젝트들 각각을 외접하는 외접원을 생성하는 이동체들간의 충돌 예측 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동 디스크들을 생성하는 단계는 수학식 1에 의해 상기 이동 디스크들의 반경을 결정하는 이동체들간의 충돌 예측 방법.
    [수학식 1]
    R = r +Vmax· tp + δ
    (여기서, R은 이동 디스크들의 반경, r은 2차원 원의 반경, Vmax는 이동체의 최대 속도, tp 는 이동체들의 충돌 및 근접관계의 예측을 위한 계산시간, δ는 안전계수)
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동 디스크들 간에 실제 충돌여부를 계산하는 단계는 상기 이동 디스크들의 상기 오브젝트들이 충돌하는지 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는 이동체들간의 충돌 예측 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 이동 디스크들의 상기 오브젝트들이 충돌하는지 여부를 판단하는 단계는,
    상기 오브젝트들 각각에 내접하는 복수 개의 내접원들로 상기 오브젝트들을 모델링하고, 상기 내접원 단위로 상기 이동체들의 충돌을 판단하는 이동체들간의 충돌 예측 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 이동 디스크들의 상기 오브젝트들이 충돌하는지 여부를 판단하는 단계는,
    상기 이동체들의 비선형 이동경로를 복수 개의 선형 이동 경로로 근사화하고, 근사화된 상기 선형 이동 경로상에서 상기 이동체들의 방향전환 위치 및 각도를 알고 있는 경우, 상기 방향전환 위치 및 각도에서 방향전환된 오브젝트들을 포함하는 기하학적 형상으로 상기 오브젝트들을 모델링하고,
    상기 기하학적 형상들간의 충돌을 판단하는 이동체들간의 충돌 예측 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동체들은 각각의 궤도를 따라 이동하며,
    상기 이동 디스크들 간에 실제 충돌여부를 계산하는 단계는 상기 보로노이 다이어그램의 모서리에 가장 인접한 상기 이동 디스크들을 충돌 예상 물체들로 추출하고, 상기 충돌 예상 물체들의 이동속도를 분석하여 상기 충돌 예상 물체들의 충돌 여부를 판단하는 이동체들간의 충돌 예측 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 이동 디스크들 간에 실제 충돌여부를 계산하는 단계는,
    상기 충돌 예상 물체들 중 제1 충돌 예상 물체(A)와 제2 충돌 예상 물체(B)의 반경이 각각 rA, rB이고, 상기 제1 충돌 예상 물체(A)와 상기 제2 충돌 예상 물체(B)의 제1 기준 시점에서의 중심점 위치가 각각 (Ax, Ay), (Bx, By)이고, 상기 제1 충돌 예상 물체(A)와 상기 제2 충돌 예상 물체(B)가 상기 궤도를 따라 이동하는 속도가 각각 VA=(vx, vy), UB=(ux, uy) 일 때,
    t 시간 경과 후 상기 제1 충돌 예상 물체(A)의 예상 위치를 A(t), 상기 제2 충돌 예상 물체(B)의 예상 위치를 B(t)라 할 경우, 상기 제1 충돌 예상 물체(A)와 상기 제2 충돌 예상 물체(B)의 충돌 여부는 하기 수학식 2를 통해 연산되는 물체 간 충돌 예측 방법.
    [수학식 2]
    Figure PCTKR2018006052-appb-I000005
    (rx는 Ax-Bx, ry는 Ay-By, wx는 vx-ux, wy는 vy-uy)
  11. 복수의 이동체들 각각의 형상을 모델링하여 오브젝트들을 생성하는 단계;
    상기 오브젝트들의 크기 정보로부터 상기 오브젝트들을 3차원 구들로 모델링하는 단계;
    상기 이동체들의 이동속도와 상기 이동체들의 모니터링 시간 구간, 그리고 상기 3차원 구들의 크기 정보 중 적어도 어느 하나의 이용으로 상기 3차원 구들을 모델링하여 이동 구들을 생성하는 단계;
    상기 이동 구들 간의 보로노이 다이어그램을 연산하여 보로노이 다이어그램의 면과 모서리, 그리고 꼭지점을 산출하는 단계; 및
    상기 이동체들의 모니터링 시간 구간 동안, 상기 보로노이 다이어그램의 모서리가 보로노이 다이어그램의 면으로 전환되는 모서리 플리핑 이벤트와, 상기 보로노이 다이어그램의 면이 보로노이 다이어그램의 모서리로 전환되는 면 플리핑 이벤트와, 상기 보로노이 다이어그램의 면을 정의하는 한 쌍의 이동 구들 간에 충돌을 예측하는 충돌 이벤트를 계산하고, 상기 모서리 플리핑 이벤트, 상기 면 플리핑 이벤트, 그리고 상기 충돌 이벤트의 발생시간이 빠른 순으로 상기 모서리 플리핑 이벤트를 발생시키는 이동 구들간에, 상기 면 플리핑 이벤트를 발생시키는 이동 구들 간에, 그리고 상기 상기 충돌 이벤트를 발생시키는 이동 구들 간에 실제 충돌여부를 계산하는 단계를 포함하는 이동체들 사이의 충돌 예측 및 회피 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 모서리 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 정보를 업데이트 하는 단계를 더 포함하되,
    상기 모서리 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 정보의 업데이트는,
    상기 모서리 플리핑 이벤트가 발생된 이후의 보로노이 다이어그램의 면과, 이를 구성하는 꼭지점들과 맞닿은 보로노이 다이어그램의 모서리들을 정의하는 상기 이동 구들에 대해 보로노이 다이어그램을 재정의하고,
    상기 꼭지점들과 맞닿은 보로노이 다이어그램의 모서리들에 대해 모서리 플리핑 이벤트의 발생을 재계산하고,
    상기 모서리 플리핑 이벤트가 발생된 이후의 보로노이 다이어그램의 면에 대해 면 플리핑 이벤트의 발생을 재계산하고,
    상기 모서리 플리핑 이벤트 발생의 재계산 이후에 생성된 보노로이 다이어그램의 면을 정의하는 상기 이동 구들간에 충돌 이벤트의 발생을 재계산하고,
    재계산된 모서리 플리핑 이벤트와 면 플리핑 이벤트와, 충돌 이벤트의 발생시간이 빠른 순으로, 재계산된 모서리 플리핑 이벤트를 발생시키는 이동 구들 간에, 재계산된 면 플리핑 이벤트를 발생시키는 이동 구들 간에, 그리고 재계산된 충돌 이벤트를 발생시키는 이동 구들 간에 실제 충돌여부를 재계산하는 단계를 더 포함하되,
    상기 모서리 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 정보의 업데이트 는, 상기 이동체들의 모니터링 시간 구간 동안 반복되며, 상기 모서리 플리핑 이벤트와 상기 면 플리핑 이벤트와 상기 충돌 이벤트가 모두 발생되지 않을 경우 종료되는 이동체들 사이의 충돌 예측 및 회피 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 면 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 정보를 업데이트 하는 단계를 더 포함하되,
    상기 면 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 정보의 업데이트는,
    상기 면 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 모서리 및 이와 맞닿는 보로노이 다이어그램의 모서리들을 정의하는 상기 이동 구들에 대해 보로노이 다이어그램을 재정의하고,
    상기 면 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 모서리 및 이와 연결되는 보로노이 다이어그램의 모서리에 대해 모서리 플리핑 이벤트의 발생을 재계산하고,
    상기 면 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 모서리와 연결된 보로노이 다이어그램의 면들에 대해 면 플리핑 이벤트의 발생을 재계산하고,
    상기 모서리 플리핑 이벤트 발생의 재계산 이후에 생성된 보노로이 다이어그램의 면을 정의하는 상기 이동 구들간에 충돌 이벤트의 발생을 재계산하고,
    재계산된 모서리 플리핑 이벤트와 면 플리핑 이벤트와, 충돌 이벤트의 발생시간이 빠른 순으로, 재계산된 모서리 플리핑 이벤트를 발생시키는 이동 구들 간에, 재계산된 면 플리핑 이벤트를 발생시키는 이동 구들 간에, 그리고 재계산된 충돌 이벤트를 발생시키는 이동 구들 간에 실제 충돌여부를 재계산하는 단계를 더 포함하되,
    상기 모서리 플리핑 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 정보의 업데이트 는, 상기 이동체들의 모니터링 시간 구간 동안 반복되며, 상기 모서리 플리핑 이벤트와 상기 면 플리핑 이벤트와 상기 충돌 이벤트가 모두 발생되지 않을 경우 종료되는 이동체들 사이의 충돌 예측 및 회피 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 충돌 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 정보를 업데이트 하는 단계를 더 포함하되,
    상기 충돌 이벤트를 발생시키는 한 쌍의 이동 구들, 그리고 상기 한 쌍의 이동 구들과 보로노이 다이어그램의 면들을 정의하는 다른 이동 구들에 대해 충돌 이벤트 발생을 재계산하고,
    상기 한 쌍의 이동 구들과 상기 다른 이동 구들에 의해 정의되는 상기 보로노이 다이어그램의 면들에 포함되는 보로노이 다이어그램의 꼭지점들과 맞닿는 보로노이 다이어그램의 면 또는 보로노이 다이어그램의 모서리에 대해 모서리 플리핑 이벤트와 면 플리핑 이벤트 발생을 재계산하고,
    재계산된 충돌 이벤트와 모서리 플리핑 이벤트와, 면 플리핑 이벤트의 발생시간이 빠른 순으로, 재계산된 충돌 이벤트를 발생시키는 이동 구들 간에, 재계산된 모서리 플리핑 이벤트를 발생시키는 이동 구들 간에, 그리고 재계산된 면 이벤트를 발생시키는 이동 구들 간에 실제 충돌여부를 재계산하는 단계를 더 포함하되,
    상기 충돌 이벤트가 발생된 보로노이 다이어그램의 정보의 업데이트는, 상기 이동체들의 모니터링 시간 구간 동안 반복되며, 상기 모서리 플리핑 이벤트와 상기 면 플리핑 이벤트와 상기 충돌 이벤트가 모두 발생되지 않을 경우 종료되는 이동체들 사이의 충돌 예측 및 회피 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 3차원 구를 생성하는 단계는 상기 오브젝트들 각각을 외접하는 구를 생성하는 이동체들 사이의 충돌 예측 및 회피 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 이동 구들을 생성하는 단계는 수학식 1에 의해 상기 이동 구들의 반경을 결정하는 이동체들 사이의 충돌 예측 및 회피 방법.
    [수학식 1]
    R = r +Vmax· tp +δ
    (여기서, R은 이동 구들의 반경, r은 3차원 구의 반경, Vmax는 이동체의 최대 속도, tp 는 이동체들의 충돌 및 근접관계의 예측을 위한 계산시간, δ는 안전계수)
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 이동 구들간에 실제 충돌여부를 계산하는 단계는, 상기 이동 구들의 상기 오브젝트들이 충돌하는지 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는 이동체들 사이의 충돌 예측 및 회피 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 이동 구들의 상기 오브젝트들이 충돌하는지 여부를 판단하는 단계는,
    상기 오브젝트들 각각에 내접하는 복수 개의 내접 구들로 상기 오브젝트들을 모델링하고, 상기 내접 구 단위로 상기 이동체들의 충돌을 예측하는 이동체들 사이의 충돌 예측 및 회피 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 이동 구들의 상기 오브젝트들이 충돌하는지 여부를 판단하는 단계는,
    상기 이동체들의 비선형 이동경로를 복수 개의 선형 이동 경로로 근사화하고, 근사화된 상기 선형 이동 경로상에서 상기 이동체들의 방향전환 위치 및 각도 를 알고 있는 경우, 상기 방향전환 위치 및 각도에서 방향전환된 상기 오브젝트들을 포함하는 기하학적 형상으로 상기 오브젝트들을 모델링하고,
    상기 기하학정 형상들의 충돌을 예측하는 이동체들 사이의 충돌 예측 및 회피 방법.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 이동체들은 각각의 궤도를 따라 이동하며,
    상기 이동 구들 간에 실제 충돌 여부를 계산하는 단계는, 상기 보로노이 다이어그램의 면에 가장 인접한 상기 구들을 충돌 예상 물체들로 추출하고, 상기 충돌 예상 물체들의 이동 속도를 분석하여 상기 충돌 예상 물체들의 충돌 여부를 판단하는 이동체들 사이의 충돌 예측 및 회피 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 이동 구들의 궤도를 n개의 직선 구간으로 근사화하여 제1 근사 궤도를 생성하고, 상기 이동 구들의 궤도와 상기 제1 근사 궤도 간의 오차를 반영하여 상기 이동 구들의 크기를 1차 보정하고, 크기가 1차 보정된 이동 구들 간의 충돌 여부를 판단하는 이동 구들의 1차 충돌 여부 판단 단계; 및
    상기 이동 구들의 1차 충돌 여부 판단 단계에서 상기 크기가 1차 보정된 이동 구들 간에 충돌이 발생될 경우, 상기 이동 구들의 궤도를 상기 n개보다 큰 m개의 직선 구간으로 근사화하여 제 2 근사 궤도를 생성하고, 상기 이동 구들의 궤도와 상기 제2 근사 궤도 간의 오차를 반영하여 상기 이동 구들의 크기를 2차 보정하고, 크기가 2차 보정된 이동 구들 간의 충돌 여부를 판단하는 이동 구들의 2차 충돌 여부 판단 단계를 포함하되,
    상기 이동 구들의 1차 충돌 여부 판단 단계 및 상기 이동 구들의 2차 충돌 여부 판단 단계 각각은,
    크기가 보정된 이동 구들 간의 다이어그램을 연산하여 보로노이 다이어그램의 면들을 산출하는 보로노이 다이어그램의 면 산출 단계;
    상기 크기가 보정된 이동 구들 중 상기 보로노이 다이어그램의 면과 가장 인접한 이동 구들을 충돌 예상 물체들로 추출하는 충돌 예상 물체 추출 단계; 및
    상기 충돌 예상 물체들의 이동 속도를 분석하여 충돌 여부를 판단하는 충돌 여부 판단 단계를 포함하는 이동체들 사이의 충돌 예측 및 회피 방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 이동 구들 간에 실제 충돌 여부를 계산하는 단계는,
    상기 충돌 예상 물체들 중 제1 충돌 예상 물체(A)와 제2 충돌 예상 물체(B)의 반경이 각각 rA, rB이고, 상기 제1 충돌 예상 물체(A)와 상기 제2 충돌 예상 물체(B)의 제1 기준 시점에서의 중심점 위치가 각각 (Ax, Ay, Az), (Bx, By, Bz)이고, 상기 제1 충돌 예상 물체(A)와 상기 제2 충돌 예상 물체(B)가 상기 궤도를 따라 이동하는 속도가 각각 VA=(vx, vy, vz), UB=(ux, uy, uz) 일 때,
    t 시간 경과 후 상기 제1 충돌 예상 물체(A)의 예상 위치를 A(t), 상기 제2 충돌 예상 물체(B)의 예상 위치를 B(t)라 할 경우, 상기 제1 충돌 예상 물체(A)와 상기 제2 충돌 예상 물체(B)의 충돌 여부는 하기 수학식 2를 통해 연산되는 이동체들 사이의 충돌 예측 및 회피 방법.
    [수학식 2]
    Figure PCTKR2018006052-appb-I000006
    (rx는 Ax-Bx, ry는 Ay-By, rz는 Az-Bz, wx는 vx-ux, wy는 vy-uy, wz는 vz-uz)
  23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 하나의 이동체들 사이의 충돌 예측 및 회피 방법을 실행하기 위한 프로그램을 저장한 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체.
PCT/KR2018/006052 2017-05-30 2018-05-29 다수의 이동체들 사이의 충돌 예측 및 근접관계의 회피 방법 WO2018221915A1 (ko)

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