KR101563078B1 - 미션 블록을 이용한 무인항공 시스템 및 이를 이용하는 방법 - Google Patents

미션 블록을 이용한 무인항공 시스템 및 이를 이용하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 무인항공 시스템은 비행궤도를 따라 야드 장을 비행하는 무인항공기; 상기 무인항공기와 독립적으로 운영되고, 상기 무인항공기 아래에 장착되어 야드 장 내에 적치된 파일(pile)에 대한 스캐닝 데이터를 획득하는 미션 블록; 및 상기 미션 블록으로부터 스캐닝 데이터를 수신하고, 상기 수신한 데이터를 기초로 파일의 부피를 산출하는 지상서버를 포함한다.

Description

미션 블록을 이용한 무인항공 시스템 및 이를 이용하는 방법{UNINHABITED AERIAL SYSTEM USING MISSION BLOCK AND METHOD FOR USING SAME}
본 발명은 무인항공 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 무인항공기에 장착되어 특정 미션을 수행하는 미션 블록을 이용한 무인항공 시스템에 관한 것이다.
철강 제품을 만들기 위한 원료는, 도 1에 도시된 바와 같이, 외국에서 생산하여 배를 통해 배송되며, 지상으로 하역한 후 야드 장으로 이동한다. 야드 장에 도착한 원료는 스택커(stacker)를 이용하여 야드 장에 적치되었다가 리클레이머(reclaimer)를 이용하여 제선 공정으로 불출된다.
야드에 적치된 원료의 재고량은 목측을 통해 파악되고 있는데, 이러한 방법은 10% 정도의 오차 범위를 가지고, 야드 면적이 넓어 한번에 재고량 파악이 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 목측 담당자의 기량에 따라 파악되는 재고량이 달라진다는 다른 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 무인항공기를 이용하여 야드 장에 적치된 파일의 재고량을 신속하고 정확하게 파악할 수 있는 미션 블록을 이용한 무인항공 시스템 및 이를 이용하는 방법을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 데이터를 획득하는 계측장치의 추가 또는 변경이 용이한 미션 블록을 이용한 무인항공 시스템 및 이를 이용하는 방법을 제공하는 것을 다른 기술적 과 제로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 무인항공 시스템은 비행궤도를 따라 야드 장을 비행하는 무인항공기; 상기 무인항공기와 독립적으로 운영되고, 상기 무인항공기 아래에 장착되어 야드 장 내에 적치된 파일(pile)에 대한 스캐닝 데이터를 획득하는 미션 블록; 및 상기 미션 블록으로부터 스캐닝 데이터를 수신하고, 상기 수신한 데이터를 기초로 파일의 부피를 산출하는 지상서버를 포함한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 따른 미션 블록은 야드 장을 비행하는 무인항공기에 장착된다. 상기 미션 블록은 상기 야드 장에 적치된 파일에 대한 스캐닝 데이터를 획득하는 제1 데이터 획득부; 상기 무인항공기의 전방을 실시간으로 촬영한 동영상 데이터를 획득하는 제2 데이터 획득부; 상기 제1 데이터 획득부 및 제2 데이터 획득부의 초기화를 수행하고, 각 데이터 획득부에 대한 동작을 제어하는 공통 제어 보드; 및 상기 스캐닝 데이터 및 동영상 데이터를 송신하고, 비행 제어 정보를 수신하여 상기 무인항공기에 송신하는 통신부를 포함한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 따른 무인항공 시스템을 이용하는 방법은 무인항공기에 장착된 미션 블록에 설치된 이미지 센서를 통해 야드 장에 적치된 파일에 대한 형상 데이터를 획득하는 단계; 상기 획득한 형상 데이터를 기초로 상기 무인항공기의 비행궤도를 생성하는 단계; 상기 무인항공기가 상기 생성된 비행궤도를 따라 비행하는 동안 상기 미션 블록에 설치된 레이저 장비를 통해 야드 장에 적치된 파일에 대한 스캐닝 데이터를 획득하는 단계; 및 상기 획득한 스캐닝 데이터를 기초로 상기 파일의 부피를 측정하여 재고량을 판단하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 무인항공기를 이용함으로써 파일 재고량을 신속하고 정확하게 측정할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 데이터 획득을 위한 계측장치를 별도의 미션 블록에 설치하고, 상기 미션 블록이 무인항공기에 탈부착될 수 있도록 설계함으로써, 미션 블록의 교체만으로 고장난 계측장치의 교체, 새로운 계측장치의 추가 또는 변경이 가능하고, 이로 인하여 계측장치를 수리 또는 교체하는 시간을 절약할 수 있다는 다른 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 미션이 변경되는 경우, 무인항공기를 교체할 필요가 없고 미션 블록만 교체하면 되기 때문에 미션 변경에 따른 비용을 절감할 수 있다는 또 다른 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 계측장치에 전원을 공급하는 배터리가 방전되더라도 단순히 미션 블록을 교체하면 되므로 배터리를 충전하는 시간을 절약할 수 있다는 또 다른 효과가 있다.
도 1은 원료 야드 업무 공정도를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인항공 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 무인항공기에 장착된 미션 블록의 예를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 2의 미션 블록 및 무인항공기를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5a는 미션 블록의 예를 보여주는 내부 도면이다.
도 5b는 미션 블록의 예를 보여주는 하부 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인항공시스템을 이용한 재고량 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부되는 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인항공 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인항공 시스템(200)은 야드 장에 적치된 파일(pile)의 재고량을 측정하는 미션을 수행하는 시스템으로서, 무인항공기(210), 미션 블록(220) 및 지상서버(230)를 포함한다.
먼저, 무인항공기(210)는 미션 블록(220)을 장착하고, 비행궤도를 따라 야드 장을 비행한다. 보다 구체적으로, 무인항공기(210)는 미션 블록(220)을 통해 지상서버(230)로부터 비행궤도를 수신하고, 수신한 비행궤도를 따라 야드 장을 비행한다.
이때, 무인항공기(210)는 미션 블록(220)을 비행궤도를 따라 이동시키는 수단에 불과할 뿐, 파일 재고량 측정을 위한 데이터 획득은 미션 블록(220)에서 독립적으로 수행된다.
다음, 미션 블록(220)은 무인항공기(210)에 장착되어 야드 장에 적치된 파일(pile)에 대한 데이터를 획득한다.
보다 구체적으로, 미션 블록(220)은 제1 촬영장치, 예컨대, 레이저 센서(laser sensor)를 이용하여 야드 장에 적치된 파일(pile)을 촬영하고, 촬영한 결과 획득한 제1 데이터를 지상서버(230)에 전송할 수 있다.
또한, 미션 블록(220)은 비행궤도를 따라 비행하는 무인항공기(210)가 야드 장에 설치된 기간 설비와 충돌하지 않도록 무인항공기(210)의 전방에 대한 데이터를 더 획득할 수 있다.
보다 구체적으로, 미션 블록(220)은 제2 촬영장치, 예컨대, 비디오 센서(video sensor)를 이용하여 야드 장을 비행하는 무인항공기(210)의 전방을 촬영하고, 촬영한 동영상을 지상서버(230)에 전송할 수 있다.
한편, 무인항공 시스템(200)은 초기 동작시 무인항공기(210)의 비행궤도를 생성하기 위한 데이터를 획득하기 위하여 무인항공기(210)를 야드 장을 직선 주행하도록 할 수 있다. 미션 블록(220)은 무인항공기(210)가 직선 주행을 하는 동안 야드 장에 적치된 파일의 형상에 대한 데이터를 획득할 수 있다.
보다 구체적으로, 미션 블록(220)은 제3 촬영장치, 예컨대, 이미지 센서(image sensor)를 이용하여 야드 장에 적치된 파일(pile)을 촬영하고, 촬영한 이미지를 지상서버(230)에 전송할 수 있다.
이러한 미션 블록(220)은 무인항공기(210)에 탈부착이 가능하도록 설계되어 무인항공기(210)와 독립적으로 운영된다. 즉, 미션 블록(220)은 무인항공기(210)를 야드 장을 비행하는 구동체로서 활용할 뿐이며, 미션을 수행하기 위해서는 무인항공기(210)와 별도로 동작한다.
도 3은 무인항공기에 장착된 미션 블록의 예를 보여주는 도면이다.
미션 블록(220)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 무인항공기(210) 아래에 장착되어 야드 장을 비행하는 무인항공기(210) 아래에 위치하는 파일을 촬영할 수 있다.
미션 블록(220)은 무인항공기(210)가 비행할 때 발생하는 진동을 제거하기 위하여 무인항공기(210)와 스프링(spring)으로 연결될 수 있다. 그리고, 미션 블록(220)은 촬영 방향을 확보하기 위한 구동장치(320)가 내부의 틸트 서보(tilt servo)와 연결될 수 있다.
스프링(310) 및 구동장치(320)를 통해, 미션 블록(220)은 무인항공기(210)에 탈부착이 가능하고, 미션에 따라 다른 미션 블록으로 교체도 가능하다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공 시스템(200)은 무인항공기(210)가 미션을 수행하도록 하지 않고, 미션 블록(220)이라는 별도의 장치를 무인항공기(210)에 장착하여 특정 미션을 수행하도록 한다.
이때, 무인 항공 시스템(200)은 복수의 미션 블록들(220)을 포함할 수 있고, 각 미션 블록(220)은 하나 이상의 미션을 수행한다. 무인 항공 시스템(200)은 미션에 따라 미션 블록(220)을 교체할 수 있고, 또한, 미션 블록(220)의 전원이 임계값 미만이 되면 동일한 미션을 수행할 수 있는 미션 블록(220)으로 교체가 가능하다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공 시스템(200)은 복수의 미션들을 수행함에 있어서 무인항공기(210)에 복수의 장치들을 모두 장착함으로써 무인항공기(210)의 무게 및 부피가 증가하는 문제점을 해결할 수 있다. 즉, 무인 항공 시스템(200)은 소형의 미션 블록(220)을 미션에 따라 교체함으로써 무인항공기(210)의 무게 및 부피를 감소시킬 수 있다.
또한, 무인 항공 시스템(200)은 미션 블록(220)에 설치된 복수의 장치들에 전원을 공급하는 배터리가 방전되었을 때 배터리를 재충전하는 것이 아니라 단순히 미션 블록(220)을 교체하면 되기 때문에 배터리 충전 시간을 절약할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 지상서버(230)는 미션 블록(220)으로부터 데이터를 수신하고, 수신한 데이터에 따라 파일 재고량 측정, 무인항공기(210)의 비행궤도 생성, 장애물 회피를 위한 비행궤도 수정을 수행한다.
보다 구체적으로, 지상서버(230)는 미션 블록(220)으로부터 야드 장에 적치된 파일에 대한 스캐닝 데이터를 수신하고, 수신한 스캐닝 데이터를 기초로 파일의 재고량을 측정한다.
이때, 수신한 스캐닝 데이터는 포인트 클라우드의 좌표값을 포함하고, 지상서버(230)는 포인트 클라우드의 좌표값으로 3차원 매싱(meshing) 모델을 생성한다. 그리고, 지상서버(230)는 상기 3차원 매싱 모델을 분석하여 파일의 부피를 측정한다.
또한, 지상서버(230)는 미션 블록(220)으로부터 무인항공기(210)의 전방에 대한 동영상 데이터를 수신하고, 수신한 동영상 데이터를 기초로 야드 장 내에 있는 스택커(stacker), 리클레이머(reclaimer)와 같은 기간 설비 및 파일(pile)을 판단한다.
그리고, 지상서버(230)는 무인항공기(210)와 기간 설비 또는 파일이 충돌할 위험이 있으면 상기 비행궤도를 수정한다.
또한, 지상서버(230)는 미션 블록(220)으로부터 야드 장에 적치된 파일의 형상에 대한 형상 데이터를 수신한다. 그리고, 지상서버(230)는 수신한 형상 데이터를 기초로 무인항공기(210)의 비행궤도를 생성한다.
도 4는 도 2의 미션 블록 및 무인항공기를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 먼저, 미션 블록(220)은 복수의 데이터 획득부(410a, 410b,..., 410n), 공통 제어 보드(common control board, 420), 복수의 지원부(430a, 430b,..., 430n), 제1 통신부(440), 및 제2 통신부(450)를 포함한다.
복수의 데이터 획득부(410a, 410b,..., 410n)는 무인항공기(210)가 비행하는 동안 데이터를 획득한다. 복수의 데이터 획득부(410a, 410b,..., 410n)은 미션에 따라 새로운 계측장치가 추가되거나 기존의 계측장치가 변경될 수 있다.
복수의 데이터 획득부(410a, 410b,..., 410n) 중 하나(이하, '제1 데이터 획득부'라 한다)는 무인항공기(210)가 비행궤도를 따라 비행하는 동안 야드 장에 적치된 파일(pile)에 대한 데이터를 획득한다.
이때, 획득되는 데이터는 지상서버(230)로 전송되어 파일의 부피를 산출하는데 이용되는 것으로서, 파일의 3차원 모델을 추출할 수 있는 형태여야 한다.
이에 따라, 제1 데이터 획득부(410a)는 레이저를 이용하여 파일에 대한 좌표데이터를 획득한다. 일 실시예에 있어서, 제1 데이터 획득부(410a)는 레이저 장비, 예컨대, 레이저 레이더(Light Detection And Ranging, LIDAR)로 구성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
보다 구체적으로, 제1 데이터 획득부(410a)는 발광부에서 발사하는 레이저 펄스가 파일(pile)에 반사되어 돌아오는 동안의 비행시간을 측정하여 물체와의 거리를 계산하여 위치정보를 획득할 수 있다. 이때, 위치정보는 X, Y, Z 좌표값을 포함할 수 있다.
그리고, 제1 데이터 획득부(410a)는 레이저 레이더의 하드웨어 성능에 따라 적게는 수백에서 많게는 수십만 개에 달하는 위치정보 즉, 포인트 클라우드(Point Cloud)를 획득할 수 있다.
복수의 데이터 획득부(410a, 410b,..., 410n) 중 다른 하나(이하, '제2 데이터 획득부'라 한다)는 무인항공기(210)가 비행궤도를 따라 비행하는 동안 야드 장에 설치된 기간 설비를 회피할 수 있도록 무인항공기(210)의 전방에 대한 데이터를 획득한다.
이때, 획득되는 데이터는 무인항공기(210) 또는 지상서버(230)로 전송되어 장애물을 감지하고, 감지된 장애물을 회피하기 위한 비행궤도를 생성하는데 이용되는 것으로서, 실시간으로 획득되어야 한다.
이에 따라, 제2 데이터 획득부(410b)는 비디오 센서(video sensor)를 이용하여 실시간으로 무인항공기(210)의 전방에 대한 동영상 데이터를 획득한다. 한편, 제2 데이터 획득부(410b)는 기상 조건에 따라 EO/IR(Electric Optical/InfraRed)를 이용할 수도 있다.
제2 데이터 획득부(410b)는 주간 및 기상 조건이 좋을 때는 비디오 센서를 이용하여 무인항공기(210)의 전방에 대한 동영상 데이터를 획득하고, 야간 및 기상 조건이 나쁠 때는 EO/IR를 이용하여 무인항공기(210)의 전방에 대한 동영상 데이터를 획득할 수 있다.
일반적으로 야드 장은 바다와 인접한 장소에 위치하고 있기 때문에 해무, 안개 등으로 기상 변화가 심하게 나타난다. 이에 따라, 야간 및 기상 조건이 나쁠 때에는 비디오 센서를 통해 획득된 동영상 데이터에서 전방의 장애물을 감지하기 어려운 경우가 발생할 수 있다. 반면, EO/IR는 야간 및 전 기상 조건에서 촬영하여도 높은 해상도를 유지할 수 있기 때문에 기상 변화가 심한 야드 장 촬영에 이용될 수 있다.
복수의 데이터 획득부(410a, 410b,..., 410n) 중 또 다른 하나(이하, '제3 데이터 획득부'라 한다)는 무인항공기(210)가 직선 주행하는 동안 야드 장에 적치된 파일의 형상에 대한 데이터를 획득한다. 이때, 획득되는 데이터는 지상서버(230)로 전송되어 무인항공기(210)의 비행궤도를 생성하는데 이용되는 것으로서, 파일의 형상을 파악할 수 있으면 된다.
이에 따라, 제3 데이터 획득부(410c)는 이미지 센서(image sensor)를 이용하여 주기적으로 파일에 대한 형상 데이터를 획득한다.
한편, 이미지 데이터는 지상서버(230)에 전송되어 파일 원재료 정보를 분석하는데도 이용될 수 있다.
상기 파일의 원재료 정보는 파일의 색상을 분석하여 획득될 수 있다. 예컨대, 파일의 색상이 붉은색이면 파일의 원재료는 철강석이라 판단할 수 있고, 파일의 색상이 검정색이면 파일의 원재료는 석탄이라 판단할 수 있으며, 파일의 색상이 하얀색이면 파일의 원재료는 석회석이라 판단할 수 있다. 이를 위하여, 제1 데이터 획득부(410a)는 파일의 원재료 정보 분석을 위하여 컬러 영상을 포함하는 형상 데이터를 획득할 수 있다.
다음, 복수의 지원부(430a,..., 430n)는 복수의 데이터 획득부(410a, 410b,...,410n)를 지원한다.
복수의 지원부(430a,...,430n) 중 하나(이하, '제1 지원부 '라 한다)는 무인항공기(210)의 고도 및 전방 장애물까지의 거리를 측정할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제1 지원부(430a)는 거리계(range finder)로 구성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
복수의 지원부(430a,...,430n) 중 다른 하나(이하, '제2 지원부 '라 한다)는 야간 및 기상 악화시 복수의 데이터 획득부(410a, 410b,...,410n)의 데이터 획득을 지원하기 위하여 빛을 비춰줄 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제2 지원부(430b)는 탐조등(search light)으로 구성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
복수의 지원부(430a,...,430n) 중 또 다른 하나(이하, '제3 지원부 '라 한다)는 무인항공기(210)의 위치정보를 측정할 수 있다. 이때, 측정된 위치정보는 X, Y, Z 좌표값을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제3 지원부(430c)는 GPS(Global Positioning System)으로 구성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
복수의 지원부(430a,...,430n) 중 또 다른 하나(이하, '제4 지원부 '라 한다)는 중심 좌표를 측정할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제4 지원부(430d)는 레이저를 이용하여 중심 좌표를 측정할 수 있는 크로스 라인 레이저(cross line laser)로 구성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
복수의 지원부(430a,...,430n) 중 또 다른 하나(이하, '제5 지원부 '라 한다)는 미션 블록(220) 내에 설치된 장치들 중 어느 하나에 이상이 발생하는 경우 이상상태를 알려줄 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제5 지원부(430e)는 상태등으로 구성되어 이상이 발생하는 경우 점등할 수 있다.
다음, 제1 통신부(440)는 지상서버(230)와 무선으로 통신한다. 일 실시예에 있어서, 제1 통신부(440)는 무선 LTE 모듈로 구성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 제1 통신부(440)는 복수의 데이터 획득부(410a, 410b,...,410n) 및 복수의 지원부(430a,...,430n) 중 적어도 하나에 의하여 획득된 데이터를 지상서버(230)에 송신한다.
한편, 제1 통신부(440)는 데이터의 종류에 따라 전송 방법을 다르게 할 수 있다. 제1 통신부(440)는 제1 데이터 획득부(410a)에서 획득한 포인트 클라우드의 좌표값을 포함하는 데이터, 제2 데이터 획득부(410b)에서 획득한 동영상 데이터, 제3 데이터 획득부(410c)에서 획득한 형상 데이터와 같은 크기가 큰 데이터에 대해서 네트워크를 통하여 지상서버(230)에 스트리밍 되도록 구성할 수 있다.
반면, 제1 통신부(440)는 GPS를 통해 획득한 위치정보, 거리계를 통해 획득한 거리정보 등과 같은 크기가 작은 데이터에 대해서 주기적으로 데이터를 수집 및 통합하고, 통합한 데이터를 지상 서버(230)에 전송할 수 있다.
그리고, 제1 통신부(440)는 지상서버(230)로부터 무인항공기(210)에 대한 비행 제어 정보를 수신한다. 상기 비행 제어 정보는 무인항공기(210)가 비행하기 위하여 필요한 정보로서, 비행궤도, 비행고도, 및 비행속도 중 적어도 하나를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 제1 통신부(440)는 지상서버(230)로부터 제어 정보를 더 수신할 수 있다. 이때, 상기 제어 정보는 복수의 데이터 획득부(410a, 410b,...,410n)에 대한 동작여부를 포함할 수 있다.
다음, 제2 통신부(450)는 무인항공기(210)와 유선으로 통신한다. 일 실시예에 있어서, 제2 통신부(450)는 포트(port) 모듈로 구성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 제2 통신부(450)는 복수의 데이터 획득부(410a, 410b,...,410n) 및 복수의 지원부(430a,...,430n) 중 적어도 하나에 의하여 획득된 데이터를 무인항공기(210)에 송신한다. 또한, 제2 통신부(450)는 제1 통신부(440)를 통해 수신한 비행궤도를 무인항공기(210)에 송신한다.
이때, 제2 통신부(450)는 하나의 통신선을 통해 무인항공기(210)에 연결될 수 있다. 야드 장은 철광석, 석회석, 석탄과 같은 광석들이 적치되는 장소로 많은 먼지와 분진이 발생하게 된다. 이에 따라, 제2 통신부(450)는 먼지의 유입을 최소화하기 위하여 단 하나의 통신선으로 무인항공기(210)와 연결할 수 있다.
한편, 제2 통신부(450)가 하나의 선으로 무인항공기(210)와 연결되기 위해서는 복수의 데이터 획득부(410a, 410b,...,410n) 및 복수의 지원부(430a,...,430n)에 의하여 획득된 복수의 데이터를 하나의 선을 통해 외부로 전송해야 한다.
이를 위하여, 미션 블록(220)은 복수의 데이터 획득부(410a, 410b,...,410n) 및 복수의 지원부(430a,...,430n)에 의하여 획득된 복수의 데이터를 통합하는 데이터 통합부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
다음, 공통 제어 보드(420)는 복수의 데이터 획득부(410a, 410b,...,410n), 복수의 지원부(430a,...,430n), 제1 통신부(440), 및 제2 통신부(450)의 동작을 제어한다.
공통 제어 보드(420)는 복수의 데이터 획득부(410a, 410b,...,410n) 및 복수의 지원부(430a,...,430n)를 초기화하고, 획득된 데이터를 동기화하여 제1 통신부(450a)를 통해 지상 서버(230)로 전송한다.
또한, 공통 제어 보드(420)는 지상 서버(230)로부터 제1 통신부(440)를 통해 제어 정보를 수신하고, 수신한 제어 정보에 따라 복수의 데이터 획득부(410a, 410b,...,410n) 및 복수의 지원부(430a,...,430n)의 동작을 제어한다.
또한, 공통 제어 보드(420)는 지상 서버(230)로부터 제1 통신부(440)를 통해 비행 제어 정보를 수신하고, 이를 제2 통신부(450)를 통해 무인항공기(210)에 전달한다. 상기 비행 제어 정보는 비행궤도, 비행속도, 비행고도 등과 같이 비행에 필요한 정보를 포함한다.
무인항공기(210)는 상술한 미션 블록(220)과 독립적으로 운영되며, 제3 통신부(460), 비행 제어부(465), 비행 구동부(470), 구동 데이터 획득부(475), 배터리 제어부(480) 및 GPS(485)를 포함한다.
제3 통신부(460)는 제2 통신부(450)로부터 비행 제어 정보를 수신하고, 수신한 비행 제어 정보를 비행 제어부(465)에 전달한다.
비행 제어부(465)는 항법 및 비행 제어를 위한 모듈로서, 비행 제어 정보에 따라 비행 구동부(470)를 제어한다.
비행 구동부(470)는 무인항공기(210)를 구동하는 복수의 구동장치를 관리한다. 상기 복수의 구동장치는 무인항공기(210)의 비행속도를 제어하는 스피드 컨트롤러, 무인항공기(210) 구동을 위한 모터, 회전 에너지를 양력 에너지로 변경하여 무인항공기(210) 상승 및 이동을 수행하는 프로펠러, 프로펠러 속도 제어를 위한 가감속 기어를 포함한다.
구동 데이터 획득부(475)는 비행 구동부(470)를 모니터링하여 구동 데이터를 획득한다. 상기 구동 데이터는 비행속도 데이터, 모터 회전 속도 데이터, 모터 온도 데이터, 스피드 컨트롤러 온도 데이터, 및 기압 데이터 중 적어도 하나를 포함한다.
배터리 제어부(480)는 무인항공기(210)에 탑재되어 있는 배터리를 모니터링하여 배터리 상태 데이터 및 잔여 용량 데이터를 생성하고, 생성된 데이터를 이용하여 배터리에 과전류가 발생하는 것을 방지한다.
GPS(485)는 무인항공기(210)의 좌표 정보를 생성한다.
도 5a는 미션 블록의 예를 보여주는 내부 도면이고, 도 5b는 미션 블록의 예를 보여주는 하부 도면이다.
도 5a 및 도 5b를 살펴보면, 미션 블록(220) 내부에는 레이저 레이더(410a), 거리계(430a), 카메라(410b), 카메라 프로세싱 유닛(510), 탐조등(430b), 크로스 라인 레이저(430d), 틸트 서보(520), 및 상태조명등(430e)이 배치될 수 있다.
먼저, 레이저 레이더(410a)는 레이저를 이용하여 야드 장에 적치된 파일을 스캐닝하여 포인트 클라우드의 좌표값을 획득할 수 있다. 이러한 레이저 레이더(410a)는 복수의 센서들 중에서 가장 무거운 센서로서 미션 블록(220)의 무게 균형을 위해 무인항공기(210)가 비행하는 방향을 기준으로 뒤쪽에 배치될 수 있다.
다음, 거리계(430a)는 무인항공기(210)의 고도 및 전방 장애물까지의 거리를 측정할 수 있다. 이러한 거리계(430a)는 미션 블록(220)의 중심위치에서 측정해야 하므로, 크로스 라인 레이저(430d)와 동일한 라인에 배치될 수 있다.
다음, 카메라(410b)는 동영상 데이터를 획득할 수 있다. 이러한 카메라(410b)는 무인항공기(210)가 비행하는 방향을 기준으로 맨 앞쪽에 배치될 수 있다. 그러한 이유는 동영상 데이터를 우선적으로 획득하고, 고해상도 영상을 확보하기 위해서이다. 또한, 카메라(410b)는 레이저 레이더(410a) 다음으로 무거운 장비로서 무게 균형을 위하여 앞쪽에 배치되어야 한다.
또한, 카메라(410b)는 빛에 영향을 많이 받기 때문에 탐조등(430b)과 동일한 라인에 배치되면 안 된다.
다음, 탐조등(430b)은 야간 및 기상 악화 시 광량을 확보하기 위하여 배치될 수 있다. 이러한 탐조등(430b)은 카메라(410b)와 동일한 라인에 배치되면 안 된다.
다음, 크로스 라인 레이저(430d)는 레이저를 이용하여 중심 좌표를 측정할 수 있다. 이러한 크로스 라인 레이저(430d)는 미션 블록(220)의 중심에 배치될 수 있다.
다음, 틸트 서보(520)는 미션 블록(220) 앞쪽 끝 및 뒤쪽 끝에 2개가 배치되어, 도 3에 도시된 구동부(320)와 연결되어 미션 블록(220)을 회전시킬 수 있다.
다음, 상태조명(430e)은 미션 블록(220)의 상태를 나타낸다. 미션 블록(220)에 전원을 공급하는 배터리의 잔량이 임계값 미만이 되거나 복수의 장비들 중 어느 하나에 이상이 발생하면, 상태조명(430e)은 빨간색 조명을 켜서 외부에서 이상상황 발생을 인지할 수 있도록 한다.
상술한 장비들이 배치된 미션 블록(220)은 먼지와 분진의 유입을 최소화하기 위하여, 도 5b에 도시된 바와 같이, 하우징을 하여 장비들을 보호할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인항공 시스템을 이용한 재고량 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인항공 시스템(200)은 미션 블록(220)을 통해 야드 장 내에 적치된 파일에 대한 형상 데이터를 획득한다(S601).
무인항공 시스템(200)은 무인항공기(210)가 야드 장을 직선 주행하도록 한다. 그리고, 미션 블록(220)은 무인항공기(210) 아래에 장착되어 무인항공기(210)가 직선 주행하는 동안 형상 데이터를 획득한다.
여기서, 형상 데이터는 야드 장에 적치된 파일을 촬영한 영상으로 이후 무인항공기(210)의 비행궤도를 생성하는데 이용된다. 미션 블록(220)은 이미지 센서를 통해 형상 데이터를 획득할 수 있다.
또한, 미션 블록(220)은 무인항공기(210)가 직선 주행하는 동안 무인항공기(210)의 비행고도, 위치정보, 장애물과 무인항공기 간의 거리 중 적어도 하나를 더 획득할 수 있다. 이때, 비행고도 및 위치정보는 GPS를 통해 획득될 수 있고, 장애물과 무인항공기 간의 거리는 거리계를 통해 획득될 수 있다.
한편, 미션 블록(220)은 획득한 형상 데이터를 지상서버(230)로 송신한다.
다음, 무인항공 시스템(200)은 형상 데이터를 분석하여 비행궤도를 생성한다(S602).
보다 구체적으로, 지상서버(230)는 형상 데이터를 분석하여 파일의 형상, 길이, 높이를 추출한다. 그리고, 지상서버(230)는 파일의 형상 및 길이에 따라 비행궤도를 생성하고, 파일의 높이에 따라 비행고도를 결정한다.
그리고, 지상서버(230)는 비행궤도 및 비행고도를 미션 블록(220)을 통해 무인항공기(210)에 송신한다.
다음, 무인항공 시스템(200)은 미션 블록(220)을 통해 야드 장 내에 적치된 파일에 대한 스캐닝 데이터를 획득한다(S603).
무인항공 시스템(200)은 무인항공기(210)가 비행궤도를 따라 야드 장을 비행하도록 한다. 그리고, 미션 블록(220)은 무인항공기(210) 아래에 장착되어 무인항공기(210)가 비행하는 동안 파일의 스캐닝 데이터를 획득한다.
스캐닝 데이터는 레이저를 이용하여 야드 장에 적치된 파일을 스캐닝한 데이터로 이후 파일 재고량을 측정하는데 이용된다.
미션 블록(220)은 레이저 레이더를 이용하여 스캐닝 데이터를 획득할 수 있다. 레이저 레이더는 발광부에서 발사하는 레이저 펄스가 파일(pile)에 반사되어 돌아오는 동안의 비행시간을 측정하여 물체와의 거리를 계산하여 위치정보를 획득할 수 있다. 이때, 위치정보는 X, Y, Z 좌표값을 포함할 수 있다.
그리고, 레이저 레이더는 적게는 수백에서 많게는 수십만 개에 달하는 위치정보 즉, 포인트 클라우드(Point Cloud)를 출력할 수 있다.
미션 블록(220)은 획득한 스캐닝 데이터를 지상서버(230)에 송신한다.
다음, 무인항공 시스템(200)은 스캐닝 데이터를 기초로 파일 재고량을 판단한다(S604). 보다 구체적으로, 지상서버(230)는 미션 블록(220)으로부터 수신하고, 수신한 스캐닝 데이터를 기초로 파일 재고량을 판단한다.
지상서버(230)는 포인트 클라우드의 좌표값으로 3차원 매싱(meshing) 모델을 생성한다. 그리고, 지상서버(230)는 상기 3차원 매싱 모델을 분석하여 파일의 부피를 산출한다.
지상서버(230)는 산출한 파일의 부피를 기초로 파일의 재고량을 판단한다. 이때, 지상서버(230)는 파일의 부피, 야드 장 내의 습도 및 원재료 정보를 기초로 파일의 재고량을 판단할 수 있다.
상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 출원의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 비행궤도를 따라 야드 장을 비행하는 무인항공기;
    수행할 미션의 종류에 따라 상기 무인항공기 아래에 선택적으로 탈부착되어 상기 무인항공기와 독립적으로 운영되고, 야드 장 내에 적치된 파일(pile)에 대한 스캐닝 데이터를 획득하는 미션 블록; 및
    상기 미션 블록으로부터 스캐닝 데이터를 수신하고, 상기 수신한 스캐닝 데이터를 기초로 파일의 부피를 산출하며, 상기 무인항공기의 비행 제어 정보를 상기 미션 블록으로 전송하는 지상서버를 포함하고,
    상기 미션 블록은
    상기 스캐닝 데이터를 상기 지상서버로 전송하고, 상기 지상서버로부터 상기 비행 제어 정보를 수신하는 제1 통신부; 및
    상기 무인항공기와 유선으로 연결되고, 상기 제1 통신부로부터 상기 비행 제어 정보를 수신하여 상기 무인항공기로 전달하는 제2 통신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인항공 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 미션 블록은 상기 무인항공기의 진동을 흡수하는 하나 이상의 스프링을 통해 상기 무인항공기와 연결되는 것을 특징으로 하는 무인항공 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 미션 블록은,
    레이저를 이용하여 상기 야드 장에 적치된 파일을 스캐닝하여 포인트 클라우드(point cloud)의 좌표값을 포함하는 스캐닝 데이터를 획득하는 제1 데이터 획득부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인항공 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 미션 블록은, 비디오 센서를 이용하여 실시간으로 상기 무인항공기의 전방에 대한 동영상 데이터를 획득하는 제2 데이터 획득부를 더 포함하고,
    상기 지상서버는, 상기 미션 블록으로부터 상기 동영상 데이터를 수신하고, 상기 수신한 동영상 데이터에서 장애물을 감지하며, 장애물이 감지되면 상기 무인항공기의 비행궤도를 수정하는 것을 특징으로 무인항공 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 미션 블록은, 이미지 센서를 이용하여 주기적으로 상기 야드 장에 적치된 파일에 대한 형상 데이터를 획득하는 제3 데이터 획득부를 더 포함하고,
    상기 지상서버는, 상기 미션 블록으로부터 상기 형상 데이터를 수신하고, 상기 수신한 형상 데이터로부터 상기 파일의 형상을 추출하며, 상기 추출한 파일의 형상에 따라 상기 무인항공기의 비행궤도를 생성하는 것을 특징으로 하는 무인항공 시스템.
  6. 야드 장을 비행하는 무인항공기에 장착되는 미션 블록에 있어서,
    상기 야드 장에 적치된 파일에 대한 스캐닝 데이터를 획득하는 제1 데이터 획득부;
    상기 무인항공기의 전방을 실시간으로 촬영한 동영상 데이터를 획득하는 제2 데이터 획득부;
    상기 제1 데이터 획득부 및 제2 데이터 획득부의 초기화를 수행하고, 각 데이터 획득부에 대한 동작을 제어하는 공통 제어 보드;
    상기 스캐닝 데이터 및 동영상 데이터를 지상서버로 송신하고, 상기 지상서버로부터 비행 제어 정보를 수신하는 제1 통신부; 및
    상기 무인항공기와 유선으로 연결되고, 상기 제1 통신부로부터 상기 비행 제어 정보를 수신하여 상기 무인항공기에 송신하는 제2 통신부를 포함하고,
    상기 미션 블록은 수행할 미션의 종류에 따라 상기 무인항공기에 선택적으로 탈부착되는 것을 특징으로 하는 미션 블록.
  7. 제6항에 있어서, 상기 미션 블록은,
    상기 야드 장에 적치된 파일에 대한 형상 데이터를 주기적으로 획득하는 제3 데이터 획득부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미션 블록.
  8. 수행할 미션의 종류에 따라 무인항공기에 선택적으로 장착되는 미션 블록이, 야드 장에 적치된 파일에 대한 형상 데이터를 획득하는 단계;
    상기 미션 블록이, 상기 형상 데이터를 지상 서버로 전송하는 단계;
    상기 지상 서버가, 상기 획득한 형상 데이터를 기초로 상기 무인항공기의 비행궤도를 생성하는 단계;
    상기 지상 서버가, 상기 비행궤도를 상기 미션 블록으로 전송하는 단계;
    상기 미션 블록이, 상기 비행궤도를 상기 무인항공기에 전달하는 단계;
    상기 미션 블록이, 상기 무인항공기가 상기 생성된 비행궤도를 따라 비행하는 동안 야드 장에 적치된 파일에 대한 스캐닝 데이터를 획득하는 단계;
    상기 미션 블록이, 상기 스캐닝 데이터를 상기 지상 서버로 전송하는 단계; 및
    상기 지상 서버가, 상기 획득한 스캐닝 데이터를 기초로 상기 파일의 부피를 측정하여 재고량을 판단하는 단계를 포함하는 무인항공 시스템을 이용하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 비행궤도를 생성하는 단계는,
    상기 형상 데이터로부터 상기 파일의 형상 추출하고, 상기 추출한 파일의 형상에 따라 상기 무인항공기의 비행궤도를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인항공 시스템을 이용하는 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 스캐닝 데이터는 레이저를 이용하여 상기 야드 장에 적치된 파일을 스캐닝한 결과 획득된 포인트 클라우드(point cloud)의 좌표값을 포함하고,
    상기 판단하는 단계는,
    상기 포인트 클라우드 좌표값으로 3차원 매싱 모델을 생성하고, 상기 생성된 3차원 매싱 모델을 분석하여 파일의 부피를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인항공 시스템을 이용하는 방법.
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