KR101792945B1 - 레이저 고도계 기반의 무인 비행체를 이용한 원격 방사선량률 탐사 방법 및 시스템 - Google Patents

레이저 고도계 기반의 무인 비행체를 이용한 원격 방사선량률 탐사 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

레이저 고도계 기반의 무인 비행체를 이용한 원격 방사선량률 탐사 방법 및 시스템이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 원격 방사선 탐사 방법은, 방사선 탐사 영역을 비행하면서 등고선 맵을 생성하고, 등고선 맵을 기초로 고도를 바꾸어 비행하면서 방사선 탐사 영역의 방사선량률을 측정한다. 이에 의해, 방사선 탐사 영역의 등고선 맵을 기초로 지표/지물 까지의 거리가 일정하도록 고도를 바꾸어 비행하면서 방사선량률을 측정하므로, 실측 기반의 정확한 방사선량률 데이터 획득이 가능해진다.

Description

레이저 고도계 기반의 무인 비행체를 이용한 원격 방사선량률 탐사 방법 및 시스템{Remote Radiation Surveillance Method and System using an Unmanned Aerial Vehicles with Laser Range Sensor}
본 발명은 방사선량률 탐사 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무인 비행체를 이용하여 원격에서 방사선량률을 탐사하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
유인 차량/비행체에 방사능 계측 장치를 탑재하여 방사선량률을 탐지하는 경우, 인체에 방사능 피폭과 같은 심각한 문제가 발생될 수 있다.
이를 해소하기 위해, 헬리콥터와 같은 유인 비행체를 사용하여 방사선량률을 탐지하는 것이 가능하다. 하지만, 이 경우에는 높은 고도로 인한 지표면과의 거리상의 문제로 정확한 탐지가 불가능하다.
인체에 무해한 방사선 탐사를 위해 드론과 같은 무인 비행체를 활용한 방사선량률 탐사가 시도되고 있다. 이는 무인 비행체에 GPS 모듈과 기압 센서를 탑재하여, 고도를 일정하게 유지하면서 비행하도록 유도하고, 방사선을 탐사하는 기법이다.
하지만, 방사선 탐사 영역, 대표적으로 원자력 발전소의 지형/지물들이 각양 각색이므로, 측정 거리가 각기 달라, 정확한 방사선량률을 얻기 위해서는 측정 값을 보정하여야 한다. 그렇지만, 보정 값도 어디까지나 추정 값일 뿐 실측 값은 아니므로, 정확성을 담보할 수 없다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 방사선 탐사 영역의 등고선 맵을 기초로 지표/지물 까지의 거리가 일정하도록 고도를 바꾸어 비행하면서, 방사선량률을 정확하게 측정하는 원격 방사선량률 탐사 방법 및 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 원격 방사선 탐사 방법은, 방사선 탐사 영역을 비행하면서, 등고선 맵을 생성하는 단계; 및 상기 등고선 맵을 기초로, 고도를 바꾸어 비행하면서 상기 방사선 탐사 영역의 방사선량률을 측정하는 제1 측정 단계;를 포함한다.
그리고, 상기 제1 측정 단계는, 상기 등고선 맵을 기초로, 지표 또는 지물까지의 거리가 일정하도록 고도를 바꾸어 비행할 수 있다.
또한, 상기 생성 단계는, 상기 방사선 탐사 영역을 일정 고도로 비행하면서, 상기 지표 또는 지물까지의 거리를 측정하여 상기 등고선 맵을 생성할 수 있다.
그리고, 상기 생성 단계는, 지상 스테이션으로부터 상기 방사선 탐사 영역으로 정찰하는 중에 수행하고, 상기 제1 측정 단계는, 상기 방사선 탐사 영역으로부터 상기 지상 스테이션으로 귀환하는 중에 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 원격 방사선 탐사 방법은, 상기 방사선 탐사 영역을 일정 고도로 비행하면서, 상기 방사선 탐사 영역의 방사선량률을 측정하는 제2 측정 단계; 및 상기 제2 측정 단계에서 측정된 방사선량률을 상기 등고선 맵을 기초로 보정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 원격 방사선 탐사 방법은, 상기 제1 측정 단계에서 측정된 제1 방사선량률과 상기 보정 단계에서 보정된 제2 방사선량률을 기초로, 상기 방사선 탐사 영역의 방사선량률을 산출하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 결정단계는, 상기 제1 방사선량률에 제1 가중치를 적용하고, 상기 제2 방사선량률에 제2 가중치를 적용하여, 상기 방사선 탐사 영역의 방사선량률을 산출하고, 상기 제1 가중치 및 상기 제2 가중치는, 환경 상태에 따라 결정될 수 있다.
그리고, 상기 제1 측정 단계는, 고도 변화율이 기준 이상인 영역에서 고도를 바꾸어 비행하면서 상기 방사선량률을 측정할 수 있다.
또한, 상기 제1 측정 단계는, 주변 영역 보다 고도가 특정 비율 미만으로 낮은 영역에서 고도를 바꾸어 비행하면서 상기 방사선량률을 측정할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 원격 방사선 탐사 장치는, 방사선 탐사 영역을 비행하는 무인 비행체; 및 상기 무인 비행체에 탑재되어, 상기 방사선 탐사 영역의 등고선 맵을 생성하고, 상기 등고선 맵을 기초로 고도를 바꾸어 비행하면서 상기 방사선 탐사 영역의 방사선량률을 측정하는 방사능 계측 장치;를 포함한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 원격 방사선 탐사 방법은, 방사선 탐사 영역의 등고선 맵을 기초로, 고도를 바꾸어 상기 방사선 탐사 영역을 비행하는 단계; 및 비행 중에 상기 방사선 탐사 영역의 방사선량률을 측정하는 단계;를 포함한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 원격 방사선 탐사 장치는, 방사선 탐사 영역을 비행하는 무인 비행체; 및 상기 무인 비행체에 탑재되어, 상기 방사선 탐사 영역의 등고선 맵을 기초로 고도를 바꾸어 비행하면서 상기 방사선 탐사 영역의 방사선량률을 측정하는 방사능 계측 장치;를 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 방사선 탐사 영역의 등고선 맵을 기초로 지표/지물 까지의 거리가 일정하도록 고도를 바꾸어 비행하면서 방사선량률을 측정하므로, 실측 기반의 정확한 방사선량률 데이터 획득이 가능해진다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 일정 고도 기반 방사선량률 맵과 일정 거리 기반 방사선량률 맵을 종합하여, 환경이나 지형의 특성에 강건한 방사선량률 맵을 생성할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 방사선량률 탐사 시스템을 도시한 도면,
도 2는 무인 비행체에 탑재되는 방사능 계측 장치의 블럭도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사선량률 탐사 방법의 설명에 제공되는 흐름도,
도 4는 일정 고도 유지 비행 상황을 나타낸 도면,
도 5는 일정 거리 유지 비행 상황을 나타낸 도면,
도 6은 거리에 따른 방사선량률의 변화를 나타낸 도면, 그리고,
도 7은 지상 제어 스테이션의 블럭도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 방사선량률 탐사 시스템을 도시한 도면이다. 본 발명의 실시예에 따른 원격 방사선량률 탐사 시스템은, 레이저 고도계 기반의 무인 비행체를 이용하여 방사선량률을 측정하기 위한 시스템이다.
본 발명의 실시예에 따른 원격 방사선량률 탐사 시스템은, 방사능 유출 사고 발생에 따른 방사능 오염 지역을 탐사하는데 사용 가능함은 물론, 그 밖의 다른 용도로도 사용될 수 있다.
이와 같은 기능을 수행하는 본 발명의 실시예에 따른 원격 방사선량률 탐사 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 무인 비행체(100), 지상 제어 스테이션(Ground Control Station : GCS)(300) 및 충전 패드(350)를 포함하여 구축된다.
무인 비행체(100)는 충전 패드(350)에서 충전되며, 지상 제어 스테이션(300)의 지령에 따라 비행한다. 무인 비행체(100)에는 방사능 계측 장치(200)가 탑재된다.
방사능 계측 장치(200)에는 GPS 모듈이 구비되어 있어, 무인 비행체(100)는 방사능 계측 장치(200)로부터 위치 정보를 제공 받아 방사능 탐사 영역을 탐사 경로로 비행할 수 있다.
방사능 계측 장치(200)는 방사능 탐사 영역을 측정하여 방사선량률 맵을 생성하고, 이 과정에서 필요한 방사능 탐사 영역의 등고선 맵을 부수적으로 생성한다.
지상 제어 스테이션(300)은 무인 비행체(100)가 방사능 탐사 영역을 비행하도록 제어하고, 방사능 계측 장치(200)로부터 방사선량률 맵을 수신하여 방사능 탐사 영역에서 방사능 오염 구역을 파악한다.
도 2는 무인 비행체(100)에 탑재되는 방사능 계측 장치(200)의 블럭도이다. 방사능 계측 장치(200)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 신틸레이션 탐지기(210), 레이저 고도계(Laser Range Finder)(220), MCU(Micro Control Unit)(230), GPS 모듈(240) 및 무선 통신부(250)를 포함한다.
신틸레이션 탐지기(210)는 방사선량률 측정을 위한 수단이고, 레이저 고도계(220)는 지표/지물 까지의 거리를 측정하기 위한 수단이며, GPS 모듈(240)은 무인 비행체(100)에 위치 정보를 제공하기 위한 수단이다.
MCU(230)는 신틸레이션 탐지기(210)에 의해 측정된 방사선량률을 기초로 방사선 탐지 영역의 방사선량률 맵을 생성하고, 레이저 고도계(220)에 의해 측정된 거리를 기반으로 등고선 맵을 생성한다.
무선 통신부(250)는 MCU(230)에 의해 생성된 방사선량률 맵을 지상 제어 스테이션(300)으로 무선 전송한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원격 방사선량률 탐사 방법의 설명에 제공되는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 먼저, 충전 패드(350)에서 충전을 마친 무인 비행체(100)가 이륙하여(S410), 지상 제어 스테이션(300)으로부터 지령 받은 방사선 탐사 영역의 정찰 시작점으로 이동한다(S420).
방사선 탐사 영역에 도달한 무인 비행체(100)는 방사선 탐사 영역을 일정 고도(이를 테면, 100m)로 유지하면서 지그재그로 횡단 비행하여(S430), 방사능 계측 장치(200)로 방사선량률을 계측하고 지표/지물 까지의 거리를 측정한다(S440).
S430단계에서 무인 비행체(100)가 방사선 탐사 영역을 일정 고도로 지그재그로 횡단 비행하는 상황은 도 4와 도 1에 제시되어 있다.
방사능 계측 장치(200)는 S440단계에서 측정된 거리로부터 방사선 탐사 영역의 등고선 맵을 생성한다.
S440단계에서 방사선량률은, 측정된 방사선량률을 등고선 맵을 기초로 보정하여 얻어진다. 이를 테면, 지표/지물 까지의 거리가 100m 보다 짧은 경우, 측정된 방사선량률을 줄이는데, 줄이는 비율은 거리에 의해 결정된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 방사선량률은 거리의 제곱에 반비례하므로, 보정시에는 이 관계를 반영한다.
방사선 탐사 영역의 탐사 종료 지점에 도착하면(S450-Y), 무인 비행체(100)는 탐사 경로와 S440단계에서 생성된 등고선 맵을 매핑한다(S460).
그리고, 무인 비행체(100)는 S460단계에서 매핑된 탐사 경로의 역 경로에 따라 지상 제어 스테이션(300)으로 귀환하되, 등고선 맵을 기초로 지표/지물까지의 거리가 일정하도록 고도를 바꾸어 비행한다(S470).
S470단계에서 무인 비행체(100)가 방사선 탐사 영역을 지표/지물까지 일정 거리로 비행하는 상황은 도 5에 제시되어 있다.
S470단계에서의 비행 중에, 방사능 계측 장치(200)는 방사선량률을 측정한다(S480). S480단계에서 측정된 방사선량률은 보정이 필요없다.
지상 제어 스테이션(300)은 방사능 계측 장치(200)에 의해 S440단계와 S480단계에서 측정된 방사선량률들을 이용하여, 2개의 방사선량률 맵을 생성하고, 이를 기초로 방사선 유출 영역을 결정한다.
도 7은 지상 제어 스테이션(300)의 블럭도이다. 지상 제어 스테이션(300)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 무선 통신부(310), 프로세서(320) 및 저장부(330)를 포함한다.
무선 통신부(310)는, 무인 비행체(100)에 지령을 전달하고, 방사능 계측 장치(200)로부터 방사선량률 맵들을 수신한다. 수신되는 방사선량률 맵들 중 하나는 일정 고도에서 측정된 데이터에 기반한 맵이고, 다른 하나는 일정 거리로 측정된 데이터에 기반한 맵이다.
프로세서(320)는 수신된 방사선량률 맵들을 저장부(330)에 저장한다. 그리고, 프로세서(320)는 저장부(330)에 저장된 방사선량률 맵들로부터 방사선 탐사 영역에 대한 최종 방사선량률 맵을 생성한다.
최종 방사선량률 맵 생성은 다음의 수학식에 따라 생성한다.
RDRmap(x,y) = w1*RDRmap_A(x,y) + w2*RDRmap_D(x,y)
여기서, RDRmap(x,y)는 최종 방사선량률 맵이고, RDRmap_A(x,y)은 일정 고도 기반 방사선량률 맵이며, RDRmap_D(x,y)는 일정 거리 기반 방사선량률 맵이다. w1과 w2는 가중치이며, w1+w2=1 이다.
w1과 w2은 풍속, 온도, 태양광 세기 등의 환경 상태에 따라 결정된다. 이를 테면, 풍속이 큰 경우(기준 이상인 경우), w1=0.2 w2=0.8로 결정하고, 풍속이 작은 경우(기준 미만인 경우), w1=0.3 w2=0.7로 결정할 수 있다.
프로세서(320)는 최종 방사선량률 맵을 참조하여 방사선 탐사 영역에서 방사선 오염 지역이 어느 구역인지 파악한다.
지금까지, 레이저 고도계 기반의 무인 비행체를 이용한 지표면 방사선량률 탐사 방법 및 시스템에 대해 바람직한 실시예들을 들어 상세히 설명하였다.
위 실시예에서는, 방사선 탐지 영역에 대해 일정 고도 기반 방사선량률 맵과 일정 거리 기반 방사선량률 맵을 생성하는 것을 상정하였는데, 일정 거리 기반 방사선량률 맵만을 생성하여 방사선 오염 구역을 파악하는 것도 가능하다.
이 경우, 도 5의 S440단계에서 방사선량률 측정은 수행되지 않으며, 거리 측정에 의한 등고선 맵 생성만이 수행된다.
한편, 위 실시예에서는, 모든 방사선 탐지 영역에 대해 일정 고도 기반 방사선량률 맵과 일정 거리 기반 방사선량률 맵을 생성하는 것을 상정하였는데, 일부 영역에 대해서만 일정 거리 기반 방사선량률 맵을 생성하는 것도 가능하다.
이를 테면, 급경사 영역, 이를 테면, 고도 변화율이 심한 영역에 대해서만 일정 거리 기반 방사선량률 맵을 생성하거나, 골짜기 영역, 이를 테면, 주변 영역 보다 고도가 특정 비율 미만으로 낮은 영역에 대해서만 일정 거리 기반 방사선량률 맵을 생성하는 것이 가능하다.
또한, 모든 방사능 탐지 영역에 대해 일정 거리 기반 방사선량률 맵을 생성하되, 급경사 영역이나 골짜기 영역에 대해서는 일정 거리 기반 방사선량률 맵의 가중치를 높게 결정하는 것도 가능하다.
한편, 위 실시예에서 등고선 맵은 무인 비행체(100)가 비행하는 과정에서, 방사능 계측 장치(200)가 생성하는 것을 상정하였으나, 예시적인 것에 불과하다. 이미 생성되어 있는 등고선 맵을 방사능 계측 장치(200)에 전달하여 주는 것도 가능하다.
한편, 본 실시예에 따른 장치와 방법의 기능을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기술적 사상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터간에 연결된 네트워크를 통해 전송될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100 : 무인 비행체
200 : 방사능 계측 장치
300 : 지상 제어 스테이션
350 : 충전 패드

Claims (12)

  1. 방사선 탐사 영역을 비행하면서, 등고선 맵을 생성하는 단계; 및
    상기 등고선 맵을 기초로, 고도를 바꾸어 비행하면서 상기 방사선 탐사 영역의 방사선량률을 측정하는 제1 측정 단계;를 포함하고,
    상기 제1 측정 단계는,
    상기 등고선 맵을 기초로, 지표 또는 지물까지의 거리가 일정하도록 고도를 바꾸어 비행하는 것을 특징으로 하는 원격 방사선 탐사 방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 생성 단계는,
    상기 방사선 탐사 영역을 일정 고도로 비행하면서, 상기 지표 또는 지물까지의 거리를 측정하여 상기 등고선 맵을 생성하는 것을 특징으로 하는 원격 방사선 탐사 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 생성 단계는,
    지상 스테이션으로부터 상기 방사선 탐사 영역으로 정찰하는 중에 수행하고,
    상기 제1 측정 단계는,
    상기 방사선 탐사 영역으로부터 상기 지상 스테이션으로 귀환하는 중에 수행하는 것을 특징으로 하는 원격 방사선 탐사 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 방사선 탐사 영역을 일정 고도로 비행하면서, 상기 방사선 탐사 영역의 방사선량률을 측정하는 제2 측정 단계; 및
    상기 제2 측정 단계에서 측정된 방사선량률을 상기 등고선 맵을 기초로 보정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 방사선 탐사 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 측정 단계에서 측정된 제1 방사선량률과 상기 보정 단계에서 보정된 제2 방사선량률을 기초로, 상기 방사선 탐사 영역의 방사선량률을 산출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 방사선 탐사 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 산출 단계는,
    상기 제1 방사선량률에 제1 가중치를 적용하고, 상기 제2 방사선량률에 제2 가중치를 적용하여, 상기 방사선 탐사 영역의 방사선량률을 산출하고,
    상기 제1 가중치 및 상기 제2 가중치는,
    환경 상태에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 원격 방사선 탐사 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 측정 단계는,
    고도 변화율이 기준 이상인 영역에서 고도를 바꾸어 비행하면서 상기 방사선량률을 측정하는 것을 특징으로 하는 원격 방사선 탐사 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 측정 단계는,
    주변 영역 보다 고도가 특정 비율 미만으로 낮은 영역에서 고도를 바꾸어 비행하면서 상기 방사선량률을 측정하는 것을 특징으로 하는 원격 방사선 탐사 방법.
  10. 방사선 탐사 영역을 비행하는 무인 비행체; 및
    상기 무인 비행체에 탑재되어, 상기 방사선 탐사 영역의 등고선 맵을 생성하고, 상기 등고선 맵을 기초로 고도를 바꾸어 비행하면서 상기 방사선 탐사 영역의 방사선량률을 측정하는 방사능 계측 장치;를 포함하고,
    상기 무인 비행체는,
    상기 등고선 맵을 기초로 지표 또는 지물까지의 거리가 일정하도록 고도를 바꾸어 비행하는 것을 특징으로 하는 원격 방사선 탐사 장치.
  11. 방사선 탐사 영역의 등고선 맵을 기초로, 고도를 바꾸어 상기 방사선 탐사 영역을 비행하는 단계; 및
    비행 중에 상기 방사선 탐사 영역의 방사선량률을 측정하는 단계;를 포함하고,
    비행 단계는,
    상기 등고선 맵을 기초로 지표 또는 지물까지의 거리가 일정하도록 고도를 바꾸어 비행하는 것을 특징으로 하는 원격 방사선 탐사 방법.
  12. 방사선 탐사 영역을 비행하는 무인 비행체; 및
    상기 무인 비행체에 탑재되어, 상기 방사선 탐사 영역의 등고선 맵을 기초로 고도를 바꾸어 비행하면서 상기 방사선 탐사 영역의 방사선량률을 측정하는 방사능 계측 장치;를 포함하고,
    상기 무인 비행체는,
    상기 등고선 맵을 기초로 지표 또는 지물까지의 거리가 일정하도록 고도를 바꾸어 비행하는 것을 특징으로 하는 원격 방사선 탐사 장치.
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