KR102048796B1 - Devices for sensing remote water quality based on drones - Google Patents
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Abstract
드론형 수질감지장치가 개시된다. 본 발명에 따른 드론형 수질감지장치는, 드론몸체와, 추력의 발생을 위해 상기 드론몸체 주변에 구비되는 복수 개의 회전익을 포함하는 드론; 및 수계의 수질 추정을 위한 수체복사량의 도출을 위해 상기 드론몸체에 구비되어 하향확산조도, 대기복사량 및 수계복사량을 각각 측정하는 광학유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 장주기 및 단주기로 변화하는 수질 상태에 대한 정보를 연속적이고 즉각적으로 획득 및 추적할 수 있고, 수계에 대한 수질탐지가 장소, 시기 등의 제약 없이 저비용으로 수행될 수 있어 수질 상태에 대한 신속한 대처가 가능해지며, 정확성과 신뢰성 있는 수질탐지가 가능한 한편, 장비에 대한 생물오손(biofouling)의 염려 없이 비파괴적이고 친환경적인 수질탐지를 기대할 수 있는 효과가 있다.Drone type water quality detection device is disclosed. Drone-type water quality detection device according to the present invention, a drone including a drone body, a plurality of rotor blades provided around the drone body for the generation of thrust; And an optical unit provided in the drone body for deriving a body radiation amount for estimating the water quality of the water system, respectively, for measuring downward diffusion illuminance, atmospheric radiation amount, and aquatic radiation amount. According to the present invention, it is possible to continuously and immediately obtain and track the information on the water quality changes in the long cycle and short cycle, and the water quality detection for the water system can be carried out at low cost without constraints of the place, time, etc. It is possible to cope quickly, to detect water accurately and reliably, and to anticipate non-destructive and eco-friendly water detection without fear of biofouling of equipment.
Description
본 발명은 드론형 수질감지장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 임의의 관측영역을 자유롭게 비행하며 수질 상태에 대한 특성을 나타내는 지표가 되는 수체복사량 및 원격탐사반사도를 도출하도록 이루어져 관측영역의 수계에 대한 수질을 추정하는 데에 활용할 수 있는 드론형 수질감지장치에 관한 것이다.The present invention relates to a drone-type water quality detection device, and more particularly, to freely fly an arbitrary observation area and derive a body radiation amount and a remote sensing reflectance that are indicative characteristics of water quality. The present invention relates to a drone-type water quality detection device that can be used to estimate water quality.
최근, 공업화와 도시화가 진행되면서 해수, 하천 및 저수지 등과 같은 수계(水系, water system)와 관련한 수질 문제가 사회적 이슈가 되고 있으며, 특히 정체수역으로써 부영양화에 의한 조류의 이상 증식으로 수질이 급격히 악화될 수 있는 저수지나 호수의 경우, 중요한 식수원의 역할을 담당하고 있으므로 주기적인 모니터링과 관리가 매우 중요하게 여겨지고 있다. 또한, 연안의 해수의 경우, 양식업과 밀접한 관련이 있어서 마찬가지로 주기적인 모니터링과 관리가 매우 중요하다.In recent years, as industrialization and urbanization progress, water quality problems related to water systems such as seawater, streams and reservoirs have become social issues. Especially, the quality of water is rapidly deteriorated due to abnormal growth of algae by eutrophication as a stagnant water. For possible reservoirs or lakes, they play an important role as a source of drinking water, so periodic monitoring and management are considered very important. In addition, coastal seawater is closely related to aquaculture, so periodical monitoring and management is equally important.
이렇게 수계에 대한 주기적인 모니터링과 관리는, 수질관련 센서를 수계에 직접 투입하여 측정할 수 있지만, 넓은 영역 전체를 파악할 수 없다는 점에서 주로 위성이나 항공기를 이용하여 촬영된 영상을 분석하거나 또는 수계로부터 방사되는 복사광 또는 스팩트럼의 색구분을 측정하는 원격탐지 방식으로 수행되고 있다.The periodic monitoring and management of the water system can be performed by directly measuring water quality-related sensors in the water system, but in that it is impossible to grasp the entire large area, mainly analyzing images taken by satellite or aircraft, or from the water system. It is carried out by a remote detection method for measuring the color classification of the emitted radiation or spectrum.
그러나 위성 및 항공기를 이용하여 수계의 상태 특성을 원격으로 탐지하는 방식은, 원하는 시기와 임의의 장소에 대한 정보를 즉각적으로 취득하는데에 많은 제약이 따르고, 높은 고도에서의 탐지여서 구름 등에 의한 간섭으로 인해 고품질의 측정자료를 획득하기 어려운 관계상, 정확한 문제인식과 대응조치를 실시간적으로 마련하고 이를 실행하는 것이 근본적으로 어려웠다.However, the method of remotely detecting the state characteristics of the water system using satellites and aircrafts has many limitations in obtaining the information about the desired time and any place immediately, and the detection at high altitude, which is caused by interference from clouds, etc. Due to the difficulty in obtaining high-quality measurement data, it was fundamentally difficult to establish and implement accurate problem recognition and countermeasures in real time.
이러한 단점으로 인해 즉각적인 관측이 필요한 적조, 녹조, 엽록소 농도, 용존유기물 농도, 부유물 농도, 해사채취 등의 이상해황에 대한 대처가 미흡할 수밖에 없어 피해의 확산이 초래됨은 물론, 시공간적인 변화가 큰 연안에서 부유물질의 재부유 및 침전, 하천기원 저염수의 확산과 같은 현상을 지속적이고 연속적으로 관찰할 수 없는 문제가 있다.Due to these shortcomings, it is inadequate to cope with abnormal sea conditions such as red tide, green algae, chlorophyll concentration, dissolved organic concentration, suspended solids concentration, and sea collection, which requires immediate observation, resulting in the spread of damage and coastal changes with great time and space. There is a problem that can not be observed continuously and continuously such as resuspension and sedimentation of suspended solids, the diffusion of low salt water from stream sources.
일례로, 전라남도 목포 연안에서의 연안 탁류 및 조류(algae) 농도의 시공간적 변화, 동해 용승의 강도 변화, 적조 및 녹조 등 부유 조류의 밀도 및 분포 상황 등은 짧은 변도 주기로 변하는 해양 현상으로 즉각적인 조사 계획 수립과 조사 수행이 필요한 상황이다.For example, the spatio-temporal changes in coastal turbidity and algae concentrations in Mokpo, Jeollanam-do, the changes in the intensity of upwellings in the East Sea, and the density and distribution of floating algae such as red and green algae are oceanic phenomena that change over a short period of time. It is necessary to establish and conduct an investigation.
이러한 문제점들을 해소하기 위해, 필요한 주요 장소에 고정식 수질감지장치를 개별적으로 설치(이어도과학기지, 소청초기지 등)하여 운용하거나 선박에 수질감지장치를 탑재하여 운용하고 있다.In order to solve these problems, fixed water quality detection devices are separately installed (Eodo Science Base, Socheongcho Base, etc.) in major places where necessary, or water quality detection devices are installed on ships.
그렇지만, 고정식의 경우, 연속적으로 관측 자료가 확보된다는 장점은 있지만 이동성이 없기 때문에 다양한 해역의 자료를 얻을 수 없고, 선박조사의 경우 고비용으로 인하여 원하는 시기에 원하는 해역에서 원하는 빈도로 수질과 관련된 영상 또는 원격탐사반사도를 수집하기 어렵다는 단점이 있다. 또한, 이러한 방식 모두 점자료(point data) 형태로 얻어지기 때문에, 관측점 부근에서 해당 물리량의 전체적인 공간분포를 알기 어려운 단점이 있다.However, in the case of fixed type, there is an advantage that the observation data are continuously obtained, but since there is no mobility, the data of various sea areas cannot be obtained. The disadvantage is that it is difficult to collect the remote sensing reflectivity. In addition, since both of these methods are obtained in the form of point data, it is difficult to know the overall spatial distribution of the physical quantity in the vicinity of the observation point.
따라서 연안이나 호수와 같은 수계에서 일어나는 다양한 현상을 즉각적으로 포착 및 운용할 수 있고, 비교적 광범위한 범위를 이동 및 정지하며 커버할 수 있는 정밀한 수질감지장치에 대한 요구에 대응하는 연구 및 개발이 시급한 실정이다.Therefore, there is an urgent need for research and development that can immediately capture and operate various phenomena occurring in water bodies such as coasts and lakes, and respond to the demand for precise water quality detection devices capable of moving, stopping, and covering a relatively wide range. .
본 발명의 목적은, 장소나 시기 또는 선박 출항 조건 등에 크게 제약받지 않으면서도 필요시 자유롭게 비행 및 정지하며 수계와 관련한 수질 상태정보를 정밀하고 연속적이며 즉각적으로 획득할 수 있는 드론형 수질감지장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a drone-type water quality detection device capable of freely flying and stopping if necessary without obtaining significant limitations on the place, timing, or ship departing conditions, and obtaining precisely, continuously and immediately, water quality information related to water systems. It is.
상기 목적은, 드론몸체와, 추력의 발생을 위해 상기 드론몸체 주변에 구비되는 복수 개의 회전익을 포함하는 드론; 및 수계의 수질 추정을 위한 수체복사량의 도출을 위해 상기 드론몸체에 구비되어 하향확산조도, 대기복사량 및 수계복사량을 각각 측정하는 광학유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 드론형 수질감지장치에 의해 달성된다.The object includes a drone body and a drone including a plurality of rotor blades provided around the drone body for generation of thrust; And an optical unit provided in the drone body for deriving the body radiation amount for estimating the water quality of the water system and measuring downdiffusion illuminance, atmospheric radiation amount and aquatic radiation amount, respectively. .
상기 광학유닛은, 하향확산조도를 측정하는 제1 광센서와, 대기복사량을 측정하는 제2 광센서와, 상기 제1,2 광센서 각각의 지향각이 유지되도록 작동하는 제1 짐벌로 구성되어 상기 드론몸체 위쪽에 구비되는 상부모듈; 및 수계복사량을 측정하는 제3 광센서와, 상기 제3 광센서의 지향각이 유지되도록 작동하는 제2 짐벌로 구성되어 상기 드론몸체 아래쪽에 구비되는 하부모듈을 포함할 수 있다.The optical unit includes a first optical sensor for measuring the downward diffused illumination, a second optical sensor for measuring the amount of atmospheric radiation, and a first gimbal that operates to maintain the orientation angles of the first and second optical sensors, respectively. An upper module provided above the drone body; And a third optical sensor for measuring the amount of radiation of the water, and a second gimbal configured to operate so as to maintain the orientation angle of the third optical sensor may include a lower module provided below the drone body.
상기 드론몸체의 일측에는, 상기 제1,2,3 광센서로부터 각각 측정된 광학데이터를 전송받아 이를 기초로 수체복사량을 도출하고, 상기 제1,2 짐벌의 자세를 태양의 위치에 따라 작동제어하는 제어유닛이 구비될 수 있다.On one side of the drone body, the optical data measured from the first, second and third optical sensors are respectively received, and the amount of water radiation is derived based on this, and the postures of the first and second gimbals are controlled according to the position of the sun. A control unit may be provided.
상기 제1 광센서는, 상방을 지향한 상태로 천정과 천저를 연결하는 연직선과 나란하게 상기 제1 짐벌에 고정되고, 상기 제2 광센서는, 상기 연직선에 대하여 35° 내지 45°의 상향경사방향을 지향한 상태로 상기 제1 짐벌에 고정되며, 상기 제3 광센서는, 상기 제2 광센서의 아래쪽에서 같은 방위각으로 상기 연직선에 대하여 35° 내지 45°의 하향경사방향을 지향한 상태로 상기 제2 짐벌에 고정될 수 있다.The first optical sensor is fixed to the first gimbal in parallel with a vertical line connecting the ceiling and the ceiling in a state of pointing upward, and the second optical sensor is an upward inclination of 35 ° to 45 ° with respect to the vertical line. Is fixed to the first gimbal in a oriented direction, and the third optical sensor is in a state of directing a downward inclination direction of 35 ° to 45 ° with respect to the vertical line at the same azimuth angle from below the second optical sensor. It may be fixed to the second gimbal.
상기 제어유닛은, 태양의 실시간 위치를 측정하는 광추적모듈을 포함하되, 상기 광추적모듈에 의해 측정된 태양의 위치를 기준으로 방위각이 115° 내지 155°인 영역을 상기 제2,3 광센서가 지향하도록 상기 제1 짐벌 및 제2 짐벌을 작동제어할 수 있다.The control unit includes an optical tracking module for measuring a real-time position of the sun, wherein the second and third optical sensors cover an area having an azimuth angle of 115 ° to 155 ° based on the position of the sun measured by the light tracking module. The first gimbal and the second gimbal may be controlled to operate so as to be directed.
상기 제어유닛은, 상기 광학데이터인 하향확산조도(E하향), 대기복사량(L대기) 및 수계복사량(L수계)에 기초하여, 수체복사량(L수체)을 산출식 1(L수체 = L수계 - F × L대기)에 의해 도출하고, 원격탐사반사도(Rrs)를 산출식 2(Rrs = L수체 / E하향 )에 의해 도출할 수 있다.Said control unit, wherein the optical data of the downlink spreading roughness (E-cut), waits radiation (L air) and on the basis of water-based radiation (L water), Equation 1 the water body radiation (L water column) (L water column = L aqueous -F × L atmosphere ), and the remote sensing reflectance (Rrs) can be derived from Equation 2 (Rrs = L water / E down ) .
상기 광학유닛은, 상기 제3 광센서와 동일한 방향을 지향한 상태로 상기 제2 짐벌에 고정되는 RGB카메라를 더 포함하여, 촬영된 영상데이터를 상기 제어유닛으로 전송할 수 있다.The optical unit may further include an RGB camera fixed to the second gimbal in a state of directing the same direction as the third optical sensor, and may transmit the captured image data to the control unit.
상기 제어유닛은, 운용프로그램으로 구동되는 스틱 PC, 각종 데이터를 저장하는 탈착형 저장장치 및 저장된 각종 데이터를 외부로 송출하고 외부 제어신호를 수신하는 통신모듈을 포함할 수 있다.The control unit may include a stick PC driven by an operating program, a removable storage device for storing various data, and a communication module for transmitting various stored data to the outside and receiving an external control signal.
상기 목적은, 드론형 수질감지장치를 이용한 모니터링시스템에 있어서, 적어도 하나 이상으로 구성되어 소정 수계에 대한 각종 수질관련 데이터를 수집하는 상기 드론형 수질감지장치; 및 상기 드론형 수질감지장치와 무선네트워크로 연결되어 그 비행을 제어하고, 상기 수질관련 데이터를 전송받아 수질데이터베이스에 저장된 자료와의 매칭을 통해 소정 수계의 수질 상태를 판별하는 지상관제장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 수환경 모니터링시스템에 의해 달성될 수 있다.The object of the present invention is a monitoring system using a drone-type water quality detection device, comprising: at least one drone-type water quality detection device configured to collect various water quality-related data for a predetermined water system; And a ground control device connected to the drone-type water quality detection device through a wireless network to control the flight, and receiving the water-related data to determine a water quality state of a predetermined water system by matching data stored in a water quality database. It can be achieved by a water environment monitoring system using a drone.
상기 지상관제장치는, 적어도 2개 이상으로 구비되어 상기 드론형 수질감지장치의 비행상태와 상기 수질관련 데이터를 시각적으로 현시하는 표시장치; 상기 수질관련 데이터와 상기 드론형 수질감지장치의 비행제어데이터를 송수신하는 무선통신장치; 및 다양한 수체복사량 및 원격탐사반사도에 따라 각각 특정되는 수질 상태에 대한 자료를 통합된 형태로 저장하여 관리하는 상기 수질데이터베이스를 포함할 수 있다.The ground control device may include at least two display devices configured to visually display flight status of the drone-type water quality detection device and data related to water quality; A wireless communication device configured to transmit and receive the water quality related data and flight control data of the drone type water quality detection device; And it may include the water quality database for storing and managing the data about the water quality specified in accordance with the various body radiation amount and the remote sensing reflectivity in an integrated form.
본 발명에 의하면, 즉시 기동과 정지비행이 가능한 소형 드론을 통해 특정 수계(하천 또는 해안)로의 신속한 이동과 이에 대한 정밀한 범위 탐색이 가능해짐에 따라 장주기 및 단주기로 변화하는 수질 상태에 대한 정보를 연속적이고 즉각적으로 획득 및 추적할 수 있고, 수계에 대한 수질탐지가 장소, 시기 등의 제약 없이 저비용으로 수행될 수 있어 수질 상태에 대한 신속한 대처가 가능해지는 효과가 있다.According to the present invention, a small drone capable of immediately starting and stopping flight enables rapid movement to a specific water system (river or coast) and precise range search for it, thereby continuously providing information on water quality changes in long and short cycles. It can be acquired and tracked immediately and immediately, and the water quality detection of the water system can be performed at low cost without restriction of the place, time, etc., thereby enabling the rapid response to the water quality condition.
또한, 수계의 수질 추정에 기초가 되는 수체복사량의 도출을 위해 드론에 탑재된 광학유닛이 드론의 운동과 별개로 태양의 위치에 따라 자세제어되며 하향확산조도, 대기복사량 및 수계복사량을 각각 원격 측정함에 따라 정확성과 신뢰성 있는 수질탐지가 가능한 한편, 장비에 대한 생물오손(biofouling)의 염려 없이 비파괴적이고 친환경적인 수질탐지를 기대할 수 있는 효과가 있다.In addition, the optical unit mounted on the drone is attitude-controlled according to the position of the sun separately from the drone's motion to derive the body radiation amount based on the estimation of the water quality of the water system. As a result, accurate and reliable water quality detection is possible, while non-destructive and eco-friendly water quality detection can be expected without fear of biofouling on equipment.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 드론형 수질감지장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 시제품을 촬영한 사진이다.
도 3은 도 1에 대한 세부구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 4는 도 1을 이용한 수질 탐지시 태양과의 동적인 관측기하 관계를 도시한 사용상태도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 드론을 이용한 수환경 모니터링시스템의 전체 구성도이다.
도 6은 도 5의 지상관제장치에 대한 시제품을 촬영한 사진이다.1 is a perspective view of a drone-type water quality detection device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a photograph of the prototype of FIG. 1.
3 is a block diagram schematically illustrating a detailed configuration of FIG. 1.
FIG. 4 is a state diagram illustrating a dynamic observation geometric relationship with the sun when detecting water quality using FIG. 1.
5 is an overall configuration diagram of a water environment monitoring system using a drone according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a photograph of a prototype of the ground control apparatus of FIG. 5.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in describing the present invention, descriptions of already known functions or configurations will be omitted to clarify the gist of the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 드론형 수질감지장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 시제품을 촬영한 사진이고, 도 3은 도 1에 대한 세부구성을 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 4는 도 1을 이용한 수질 탐지시 태양과의 동적인 관측기하 관계를 도시한 사용상태도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 드론을 이용한 수환경 모니터링시스템의 전체 구성도이고, 도 6은 도 5의 지상관제장치에 대한 시제품을 촬영한 사진이다.1 is a perspective view of a drone-type water quality detection apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a photograph of the prototype of Figure 1, Figure 3 is a schematic block diagram showing a detailed configuration of Figure 1, 4 is a state diagram showing a dynamic observation relationship with the sun when detecting the water quality using FIG. 1, FIG. 5 is an overall configuration diagram of a water environment monitoring system using a drone according to an embodiment of the present invention. Is a photograph taken of the prototype of the ground control device of FIG.
발명의 설명 및 청구범위 등에서 방향을 지칭하는 상(위쪽), 하(아래쪽), 좌우(옆쪽 또는 측방), 전(앞쪽), 후(뒤쪽) 등은 설명의 편의를 위해서 도면 또는 구성 간의 상대적인 위치를 기준으로 정한 것으로, 이하에서 설명되는 각 방향은 이와 다르게 특별히 한정하는 경우를 제외하고, 이에 기초한 것이다.Top (top), bottom (bottom), left and right (side or side), front (front), back (back), etc., which refer to directions in the description and claims, etc., are relative positions between drawings or configurations for convenience of description. The directions described below are based on this, except where specifically defined otherwise.
(드론형 수질감지장치)(Drone Type Water Quality Sensor)
본 발명에 따른 드론형 수질감지장치(100)는, 장주기 및 단주기로 변화하는 특정 수계의 수질 상태에 대한 정보를 연속적이고 즉각적으로 획득 및 추적할 수 있고, 수계에 대한 수질탐지가 장소, 시기 등의 제약 없이 저비용으로 수행되면서도 정확성과 신뢰성이 확보되며, 장비에 대한 생물오손(biofouling)의 염려 없이 비파괴적이고 친환경적으로 이루어지도록 하기 위해 안출된 발명이다.The drone-type water
위와 같은 기능 및 작용을 구체적으로 구현하기 위해 본 발명에 따른 드론형 수질감지장치(100)는, 기본적으로 드론(110), 광학유닛(120) 및 제어유닛(150)을 포함하여 구성될 수 있다.In order to concretely implement the above functions and operations, the drone-type water
상술한 구성들을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The above-described configuration will be described in more detail as follows.
먼저, 드론(110)은, 이미 다양한 분야에서 상용화되어 이용되고 있으며 그 활용도가 점차 증대되고 있는 경량의 무인비행장치(항공안전법 시행규칙 제5조 제2항 제5호에 따름)로서, 드론몸체(112) 및 복수 개의 회전익(114)을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 도면에서는 6개의 회전익(114)을 갖는 드론(110)을 일례로 예시하고 있지만, 회전익(114)의 개수는 특별하게 제한되지 않는다.First, the
다만, 본 발명에 따른 드론(110)은, 기본적으로 복수의 회전익(114)과, 후술하는 바와 같이 광학유닛(120), 제어유닛(150) 및 회전익(114) 등에 구동전원을 제공하는 배터리(112b) 등이 설치되는 중앙쪽의 드론몸체(112)를 모두 포함하는 중량을 상방으로 상승시켜 자유자재로 기동 및 정지시킬 수 있는 정도의 추력(推力)을 갖는 것이어야 한다.However, the
또한, 비행승인 및 기체검사의 면제를 통한 드론(110)의 자유로운 운용을 위해 2016년 7월 개정된 항공법 시행규칙 제68조에 따라 총 중량이 25kg 이하이고, 주간, 가시거리, 최대고도 150m 내에서 운용될 수 있는 드론(110)을 선택하되, 총 중량이 10kg 이하인 경우 4개의 회전익(114)을 갖는 제품을 사용하고, 20kg 이하인 경우 6개의 회전익(114)을 갖는 제품을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 회전익 개수는 운용 상황에 따라 시기적절하게 조정이 가능하다.In addition, in accordance with Article 68 of the Enforcement Regulations of the Aviation Act, amended in July 2016 for free operation of the
본 발명의 실시예에 따른 드론(110)은, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 각종 장치들이 탑재되는 공간을 제공하는 드론몸체(112), 복수의 회전익(114), 드론(110)의 전반적인 기동을 제어하는 FC송수신제어기(112a), 드론(110)에 탑재된 각종 장치에 필요 전원을 제공하는 배터리(112b) 및 실시간 위치정보 생성을 위한 GPS(112c)로 구성될 수 있다.
그리고 부가적으로 야간 시야확보용 LED램프, 안전한 착륙을 위한 접이식 랜딩기어, 소정의 동작음 생성을 위한 스피커버저 등을 더 포함할 수 있다.In addition, it may further include an LED lamp for securing night vision, a foldable landing gear for safe landing, and a speaker buzzer for generating a predetermined sound.
여기서 FC송수신제어기(112a)는, 세부적으로 FC데이터송수신기 및 Pixhawk FC 등을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 FC데이터송수신기는, 외부 비행제어신호를 수신하고 비행상태정보(각 회전익(114)의 작동상태, GPS(112c)에 의한 위치정보 등)를 외부로 송신하는 구성요소이다.Here, the FC transmission and
이때, 외부 비행제어신호는, 후술할 지상관제장치(200)(또는 원격조종기)에서 생성되어 드론(110)에 전달되는 제어데이터로서, 지상관제장치(200)에 설치된 FC데이터송수신기와 드론(110)에 탑재된 FC데이터송수신기 간의 무선통신을 통해 전달된다.At this time, the external flight control signal is generated by the ground control device 200 (or remote controller) to be described later and transmitted to the
Pixhawk FC는, 드론(110)의 비행과 관련된 전반적인 제어를 담당하기 위해 하드웨어와 소프트웨어가 통합되어 이루어진 비행제어모듈시스템으로서, 외부로부터 수신된 비행제어신호에 따라 회전익(114)을 제어하는 한편, 그 작동상태를 모니터링하게 된다. Pixhawk FC is a flight control module system in which hardware and software are integrated to handle overall control of the flight of the
또한, Pixhawk FC는 GPS(112c)로부터 드론(110)의 실시간 위치정보를 수신하여 FC데이터송수신기를 통해 외부로 위치정보를 송출하게 되며, LED램프, 랜딩기어 및 스피커버저 등을 작동시키는 기능을 수행하게 된다.In addition, Pixhawk FC receives the real-time location information of the
이때, 외부 즉, 지상관제장치(200)로 실시간 또는 간헐적으로 송출되는 드론(110)의 위치정보는, 정확한 관측지점의 확인 드론(110)의 추락이나 고장시 신속한 회수를 위해 이용될 수 있다.At this time, the location information of the
이상에서 살펴본 본 발명에 따른 드론(110)은, 관측지점의 수계 영역에 대한 사용자의 직접 조종방식으로 운용될 수도 있으나, 원격지의 관측지점을 보다 정확하게 탐지할 수 있도록, GPS(112c) 위치정보에 기반한 웨이포인트를 다수 설정하여 자동 비행되도록 운용하는 것이 바람직하다.The
이외의 구체적인 드론(110)의 세부 구성들이나 작동방식 등은 이미 공지된 기술이므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Other detailed configurations and operation methods of the
이러한 드론(110)을 활용한 즉시 기동과 정지비행을 활용함으로 인해 원하는 시기와 빈도로 원하는 수계(하천 또는 해안)로의 신속한 이동과 이에 대한 정밀한 범위 탐색이 가능해짐에 따라 장주기 및 단주기로 변화하는 수질 상태에 대한 정보가 연속적이고 즉각적으로 획득 및 추적될 수 있으며, 장소, 시기 등의 제약 없이 저비용으로 수집될 수 있어 수질 상태에 대한 신속한 대처가 보다 용이해질 수 있는 것이다.By using the
광학유닛(120)은, 궁극적으로 수계의 수질 추정에 이용할 수 있는 수체복사량을 도출하기 위해 소정의 지향방향으로부터 광학데이터가 일관성 있게 측정 내지 수집되도록 하기 위해 드론몸체(112)에 구비되는 구성요소이다.The
본 발명에 따른 광학유닛(120)은, 기본적으로 드론(110)의 운동과 별개로 태양(S)의 위치에 따라 소정 방향 및 위치로 자세 제어되며 하향확산조도, 대기복사량 및 수계복사량을 각각 측정하도록 이루어지게 된다.The
여기서 수체복사량이란, 태양(S)으로부터 방사되어 대기를 거쳐 수계 내부로 입사된 빛이 수체 내에 포함된 구성성분들(일례로 엽록소, 부유물, 용존유기물, 유출유 등)에 의해 흡광 및 산란 등이 된 후 다시 대기로 되돌아올 때의 반사광에 대한 복사량(에너지, 밀도, 강도, 스펙트럼 등)을 지칭하는 것으로, 이를 분석하게 되면 구성성분들의 종류나 양을 간접적이지만 정확하게 추정할 수 있게 된다.Here, the amount of water radiation is absorbed and scattered by constituents (eg, chlorophyll, suspended matter, dissolved organic matter, effluent oil, etc.) contained in the water light emitted from the sun (S) and incident into the water system through the atmosphere. It refers to the amount of radiation (energy, density, intensity, spectrum, etc.) of the reflected light when it is returned to the atmosphere after being returned to the atmosphere. When analyzed, the type or amount of components can be indirectly and accurately estimated.
그리고 하향확산조도(E하향)란, 광학유닛(120)을 통해 대기복사량 및 수계복사량을 측정할 당시의 기상상황(흐린 날, 맑은 날 등)에 따라 대기 및 태양으로부터 아랫방향으로 주사되는 복사조도를 지칭하는 것으로, 이를 이용하여 상술한 수체복사량을 정규화(후술할 산출식 2 참조) 함으로써, 원격탐사반사도(Rrs)를 산출할 수 있게 된다. 이때, 산출된 원격탐사반사도(Rrs)가 수체 내의 구성성분들의 종류나 양을 판단하는 실질적이고 직접적인 기준이 된다.And downward diffusion roughness (E downward ) is the irradiance which is scanned downward from the atmosphere and the sun according to the weather conditions (cloudy day, sunny day, etc.) at the time of measuring the atmospheric radiation amount and the water-based radiation amount through the
대기복사량(L대기)은, 태양(S)으로부터 방사된 빛이 대기 중에 포함된 구성성분들에 의해 흡광 및 산란 등이 된 때의 복사량을 지칭하는 것으로, 이를 분석하게 되면 대기 중 구성성분들의 특징을 추정할 수 있음은 물론, 수계 내부를 투과하지 못하고 수계 표면에 대하여 반사되는 복사량(L표면)을 산출하는데 이용된다.Atmospheric radiation amount (L atmosphere ) refers to the amount of radiation when light emitted from the sun (S) is absorbed and scattered by the constituents contained in the atmosphere. Of course, it can be used to calculate the amount of radiation (L surface ) that does not penetrate the inside of the water system and is reflected to the water surface.
수계복사량(L수계)은, 상술한 수체복사량과 수계 표면에 대하여 반사된 표면복사량을 합한 복사량, 즉 수계 측에서 방사되는 총 복사량을 지칭하는 것으로, 이를 기초로 하여 후술하는 바와 같이 수체복사량(L수체)을 도출하게 된다.Aqueous radiation amount (L water system ) refers to the radiation amount that adds the above-mentioned water radiation amount and the surface radiation amount reflected on the surface of the water system, that is, the total radiation amount emitted from the water system side. Water body ).
위에서 언급한 복사량에 기초하여 구성성분들을 추정 내지 특정하는 분광분석법과 같은 광학기법은 이미 널리 알려진 공지의 기술이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Since optical techniques such as spectroscopic methods for estimating or specifying components based on the above-mentioned radiation amount are well known techniques, detailed description thereof will be omitted.
본 발명의 실시예에 따른 광학유닛(120)은, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 상부모듈(130) 및 하부모듈(140) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상부모듈(130)은, 드론몸체(112) 위쪽에 구비되어 태양(S)의 위치에 따라 일정한 관측기하(관측 위치 및 관측 방향)가 유지된 상태로 하향확산조도(E하향)와 대기복사량(L대기)이 측정되도록 하는 구성요소로서, 제1 광센서(136), 제2 광센서(132) 및 제1 짐벌(134) 등을 포함하여 구성될 수 있다.At this time, the
여기서 제1 광센서(136)는, 상술한 하향확산조도를 측정하기 위해 후술할 제1 짐벌(134)에 소정각도로 설치되는 구성요소이고, 제2 광센서(132)는 대기복사량을 측정하기 위해 제1 짐벌(134)에 소정각도로 설치되는 구성요소로서, 각각은 상용화된 점원형 센서로 구현될 수 있고, 2D형태의 카메라로도 구현될 수 있다.Here, the first
이때, 제1 광센서(136)는, 구체적으로 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명이 위치한 관측지점(드론몸체(112)의 연직 하부)을 기준으로 한 천구좌표계 상에서 상방을 지향한 상태로 천정과 천저를 연결하는 연직선(VL)과 나란하게 제1 짐벌(134)에 고정되어 기상상황에 따른 하향확산조도를 측정하게 된다.At this time, the first
그리고 제2 광센서(132)는, 구체적으로 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명이 위치한 관측지점(드론몸체(112)의 연직 하부)을 기준으로 한 천구좌표계 상에서 연직선(VL)에 대하여 대략 35° 내지 45°(바람직하게는 40°)의 상향경사방향을 지향한 상태로 제1 짐벌(134)에 고정되어 대기로부터 방사되는 대기복사량(L대기)을 측정하게 된다.In addition, as shown in FIG. 4, the second
그리고 제1 짐벌(134)은, 상술한 제1,2 광센서(136,132) 각각의 지향각이 유지될 수 있도록 하기 위해 작동하는 구성요소로서, 탑재된 가속도센서(134a)와 연동하는 상용화된 전자식 3축 짐벌로 구현될 수 있다.The
이러한 가속도센서(134a) 연동형 제1 짐벌(134)로 인해 드론(110)이 어느 일방향으로 기울어지며 기동하더라도 제1 광센서(136)는 상술한 연직선(VL)과 나란한 상태를 유지하며 상방을 지향할 수 있게 됨은 물론, 제2 광센서(132)는 연직선(VL)에 대하여 대략 35° 내지 45°의 상향경사방향을 유지하며 지향할 수 있게 되는 것이다.Due to the
이렇게 제1,2 광센서가 제1 짐벌(134)에 의해 수평면(또는 천구의 지평면, (또는 천구의 지평면, 도 4의 드론몸체(112) 하부에 점선으로 표현된 원)에 대하여 일정한 방향을 지향한 상태로 각각 하향확산조도(E하향)와 대기복사량(L대기)을 동일한 조건하에서 연속해서 측정함으로 인해 관측치의 신뢰성과 정확성이 확보될 수 있게 된다.(도 4 참조)Thus, the first and second optical sensors are directed by the
하부모듈(140)은, 드론몸체(112)의 아래쪽에 구비되어 태양(S)의 위치에 따라 일정한 관측기하(관측 위치 및 관측방향)가 유지된 상태로 수계복사량을 측정하는 구성요소로서, 제3 광센서(142), 제2 짐벌(144) 및 RGB카메라(146) 등을 포함하여 구성될 수 있다.The
여기서 제3 광센서(142)는, 상술한 바와 같이 수계 표면으로부터 구분 없이 함께 방사되는 수체복사량 및 표면복사량을 합한 수계복사량(L수계)을 측정하기 위해 후술할 제2 짐벌(144)에 소정각도로 설치되는 구성요소로서, 상용화된 2D형태의 카메라 또는 점원형 센서로 구현될 수 있음은 마찬가지이다.Here, the third
이때, 제3 광센서(142)는, 구체적으로 도 4에 도시된 바와 같이 제2 광센서(132)의 아래쪽에서 같은 방위각으로 상술한 천구좌표계의 연직선(VL)에 대하여 대략 35° 내지 45°(바람직하게는 40°)의 하향경사방향을 지향한 상태로 제2 짐벌(144)에 고정되어 관측지점의 수계로부터 방사되는 수계복사량(L수계)을 측정하게 된다.In this case, the third
여기서 제3 광센서(142)는 드론몸체(112)를 기준으로 제2 광센서(132)와 대칭형태로 위치하게 됨에 따라 제3 광센서(142), 제2 광센서(132) 및 제1 광센서(136) 모두는 연직선(VL)을 포함하는 하나의 수직평면 상에 위치하거나 또는 이와 나란(평행)하게 위치하게 된다.As the third
그리고 제2 짐벌(144)은, 상술한 제3 광센서(142)의 지향각이 유지될 수 있도록 하기 위해 작동하는 구성요소로서, 제1 짐벌(134)과 마찬가지로 탑재된 가속도센서(144a)와 연동하는 상용화된 전자식 3축 짐벌로 구현될 수 있다.In addition, the
이러한 가속도센서(144a) 연동형 제2 짐벌(144)로 인해 드론(110)이 어느 일방향으로 기울어지며 기동하더라도 제3 광센서(142)는 연직선(VL)에 대하여 대략 35° 내지 45°의 하향경사방향을 유지하며 지향할 수 있게 되는 것이다.Due to the
이렇게 제3 광센서(142)가 제2 짐벌(144)에 의해 수평면(또는 천구의 지평면, 도 4의 드론몸체 하부에 점선으로 표현된 원)에 대하여 일정한 방향을 지향한 상태로 수계복사량(L수계)을 동일한 조건하에서 연속해서 측정함으로 인해 관측치의 신뢰성과 정확성이 확보될 수 있게 된다.Thus the third
그리고 RGB카메라(146)는, 시야 밖에서의 드론(110)의 비행을 가능하게 하기 위해 드론(110) 주변을 촬영하거나, 관측지점에의 실제 수계 상태를 영상으로 촬영하기 위해 마련된 구성요소로서, 제3 광센서(142)와 동일한 방향을 지향한 상태로 제2 짐벌(144)에 고정되는 상용화된 촬영장치로 구현될 수 있다.In addition, the
이렇게 제3 광센서(142)와 동일방향을 지향하여 설치된 RGB카메라(146)를 이용하여 수계를 실제 촬영한 영상데이터는, 상술한 제1,2,3 광센서(136,132,142)(광학유닛(120))로부터 각각 측정된 광학데이터(하향확산조도, 대기복사량, 수계복사량)로부터 도출된 수계의 수질 상태와 상호 비교를 통해 관측지점의 수질 상태를 보조적으로 검증 내지 확인하는데 에 활용되게 된다.In this way, the image data obtained by actually photographing the water system using the
이러한 RGB카메라(146)는, 드론(110)의 효율적인 장시간 운용을 위해 항시 작동하는 것이 아니라 광학유닛(120)을 통해 관측지점의 수계에 대한 수질 상태의 이상이 발견된 경우에만 보조적인 검증을 위해 작동되도록 운용될 수 있다.The
제어유닛(150)은, 드론몸체(112)의 일측에 구비되어 제1,2,3 광센서(136,132,142)로부터 각각 측정된 광학데이터를 전송받아 이를 기초로 수체복사량을 도출하는 한편, 제1,2 짐벌(134,144)의 자세를 작동제어하는 구성요소로서, 상술한 상부모듈(130) 및 하부모듈(140)과 전기적으로 연결되어 제어신호나 데이터 등을 상호 송수신하는 MCU(micro controller unit), 마이컴(microcomputer), 아두이노(Arduino) 등과 같은 모듈화된 유닛으로 구현될 수 있다.The
다만, 본 발명의 실시예에 따른 제어유닛(150)은, 소형 드론(110)에 용이하게 탑재되면서도 상술한 기능을 원활하게 수행할 수 있도록 하기 위해 경량의 장치로 구현하게 되는데, 구체적으로 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 스틱 PC(154), 저장장치(156), 통신모듈(158) 및 광추적모듈(152) 등을 포함하여 구성될 수 있다.However, the
스틱 PC(154)는 소정의 운용프로그램이 탑재되어 구동되고 다양한 외부 장치 등과 연결 가능한 초소형 컴퓨터로서, 여기에는 광학유닛(120)으로부터 측정된 광학데이터를 실시간 시각적으로 그래프화하고 이를 가공처리할 수 있는 전용프로그램이 설치될 수 있다.The
저장장치(156)는, 상술한 스틱 PC(154)에 전기적으로 탈착되며 스틱 PC(154)에서 처리하는 각종 데이터 즉, 광학데이터나 촬영된 영상데이터 등을 저장하는 구성요소로서, 초소형의 Micro SD형 저장매체 또는 USB형 저장매체일 수 있다,The
통신모듈(158)은, 상술한 탈착형 저장장치(156)에 저장된 각종 데이터를 무선네트워크를 통해 외부로 송출하는 구성요소로서, RGB카메라(146)에서 촬영된 영상데이터를 외부 지상관제장치(200)로 송출하는 아날로그송수신기와 그래프화되어 저장된 광학데이터를 외부 지상관제장치(200)로 선명하고 명확하게 송출하는 HDMI송수신기를 포함하여 구성될 수 있다.The
이러한 통신모듈(158)은, 광학유닛(120) 등의 작동을 변경 조정하는 외부 제어신호를 외부 지상관제장치(200)로부터 수신할 수도 있다.The
광추적모듈(152)은, 태양(S)의 실시간 위치를 측정 내지 감지하기 위해 드론몸체(112) 상단부에 구비되는 구성요소로서, 도 1에 도시된 바와 같이 드롬몸체의 둘레를 따라 이격배치된 상용화된 다수 개의 광전소자로 구현되어 제어유닛(150)과 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서 광전소자란 태양(S)에서 방사되는 광의 세기에 비례하여 증감된 형태의 전기적 신호를 발생시키는 소자를 말한다.The
이때, 제어유닛(150)은 다수 개의 광전소자 중 태양(S)과 가장 인접하게 되어 가장 강한 전기적 감지신호를 송출하는 광전소자의 위치에 기초하여 태양(S)의 위치를 감지하게 되는 관계상, 보다 정확하고 정밀한 태양(S)의 위치 추적 내지 감지를 위해 더욱 많은 수의 광전소자를 드론몸체(112)의 상단부에 촘촘히 배치하게 배치할 수 있다.At this time, the
한편, 제어유닛(150)은, 광학데이터를 이용한 수계에 대한 수질 추정이 더욱 정확하고 통일성 있게 이루어줄 수 있도록 하기 위해, 태양(S)의 위치에 대한 광학유닛(120)의 관측방향을 소정의 각도로 제한하는 최적화된 제어작동을 수행할 수 있다.On the other hand, the
보다 구체적으로, 제어유닛(150)은, 도 4에 도시된 바와 같이 상술한 광추적모듈(152)에 의해 측정된 태양(S)의 위치를 기준으로 방위각이 115° 내지 155°(바람직하게는 135°)인 영역을 제2,3 광센서(132,142)가 각각 지향하도록 제1 짐벌(134) 및 제2 짐벌(144)을 작동제어할 수 있다.More specifically, the
여기서 방위각이란 관측지점(드론몸체(112)의 연직 하부)을 중심으로 할 때, 수평면(또는 천구의 지평면)과 태양(S)을 수직으로 관통한 수직선이 만나는 점에서 수평면을 따라 시계방향으로 잰 각을 말한다.Here, the azimuth is the angle measured clockwise along the horizontal plane at the point where the horizontal plane (or the horizontal plane of the celestial plane) meets the vertical line vertically penetrating the sun S when the observation point (vertical lower part of the drone body 112) is centered. Say
이때, 제어유닛(150)이, 제1,2 짐벌(134,144)에 의해 연직선(VL)에 대하여 대략 40°의 상,하향경사방향을 각각 유지하고 있는 제2,3 광센서(132,142)를 드론(110)의 이동이나 위치와 무관하게 측정된 태양(S)의 위치를 기준으로 115° 내지 155°(또는 135°)의 방위각을 지향하도록 다시 작동제어하는 이유는, 제2,3 광센서(132,142)의 지향방향이 태양(S)의 반대위치에 놓이도록 하여 수계 표면으로부터 직접 반사되는 복사량(L표면)을 최소화하는 한편, 풍속이나 방위각에 따라 변화하는 프레넬 반사계수(F,fresnel reflectance factor)의 값을 0.02 내지 0.03으로 고정하여 더욱 신뢰할 수 있고 정확한 수계복사량(L수계)이 산출되도록 하기 위함이다.At this time, the
위와 같이 태양(S)의 위치에 대한 제2,3 광센서(132,142)의 방위각을 일정하게 제어하게 되는 제어유닛(150)은, 종국적으로 다음과 같은 산출식 1 및 2의 연속적인 연산을 통해 정확성과 신뢰성 있는 수체복사량(L수체)과 원격탐사반사도(Rrs)를 각각 산출하게 된다.As described above, the
즉, 광학데이터인 하향확산조도(E하향), 대기복사량(L대기) 및 수계복사량(L수계)이 각각 제1 광센서(136), 제2 광센서(132) 및 제3 광센서(142)에 의해 측정된 경우, 제어유닛(150)은 이를 기초로 하여 L수체 = L수계 - F × L대기 로 정의되는 산출식 1에 의해 수체복사량(L수체)을 산출하게 되고, Rrs = L수체 / E하향 로 정의되는 산출식 2에 의해 원격탐사반사도(Rrs)를 산출하게 되는 것이다. (이때, F는 제어유닛(150)을 통한 제2,3 광센서(132,142)의 상,하향경사각 및 방위각 제어로 인해 풍속이나 방위각에 의한 영향을 최소화한 상태로, 0.02 내지 0.03 값으로 고정됨)That is, the downlink diffused illumination (E downward ), the atmospheric radiation amount (L atmosphere ), and the aquatic radiation amount (L water system ), which are optical data, are respectively the first
이렇게 산출된 수체복사량(L수체) 및 원격탐사반사도(Rrs)는, 제어유닛(150)을 통해 광학데이터와 함께 외부 지상관제장치(200)로 무선 송출되어 관측지점의 수질 상태에 대한 종합적인 판별이 이루어지게 된다.The calculated body radiation amount (L water body ) and the remote sensing reflectivity (Rrs) are transmitted to the external
이상에서 살펴본 바와 같은 드론(110), 광학유닛(120) 및 제어유닛(150) 간의 연계된 작동을 통해 정확성과 신뢰성 있는 수체복사량(L수체)과 원격탐사반사도(Rrs)가 각각 산출됨으로 인해 관측지점의 수계에 대한 수질 상태 역시 정확성과 신뢰성을 바탕으로 추정될 수 있으며, 장비 자체에 대한 생물오손(biofouling)의 염려 없이 비파괴적이고 친환경적으로 장소나 시간에 구애 없이 자유로운 수질탐지가 수행될 수 있게 된다.Observation because the accurate and reliable amount of the irradiated body (L water body ) and the remote sensing reflectance (Rrs) are calculated through the linked operation between the
(드론을 이용한 수환경 모니터링시스템(300))(Water Environment Monitoring System Using Drone 300)
본 발명의 실시예에 따른 드론을 이용한 모니터링시스템(300)은, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 드론형 수질감지장치(100) 및 지상관제장치(200) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서의 드론형 수질감지장치(100)는 앞서 상세하게 설명한 바와 같이 작동하는 구성들로 결합된 적어도 하나 이상의 집합체로 구성되어 소정 수계에 대한 각종 수질관련 데이터를 수집하게 된다.The drone-type water
그리고 지상관제장치(200)는, 드론형 수질감지장치(100)와 무선네트워크로 연결되어 그 비행을 제어하고, 수질관련 데이터를 전송받아 수질데이터베이스(230)에 저장된 자료와의 매칭을 통해 소정 수계의 수질 상태를 판별하는 구성요소이다.In addition, the
위와 같은 기능 내지 작용을 구현하기 위해 지상관제장치(200)는, 표시장치, 무선통신장치 및 수질데이터베이스(230)를 포함하여 구성될 수 있으며, 도 6에 도시된 바와 같이 이동의 편의성을 위해 적어도 하나 이상의 하드케이스형 가방에 상술한 각 구성을 탑재한 형태로 제작하는 것이 바람직하다.In order to implement the above functions or actions, the
표시장치는 적어도 2개 이상으로 구비되어 드론형 수질감지장치(100)의 비행상태와 수질관련 데이터를 시각적으로 현시하는 구성요소로서, 구체적으로 제1 표시장치(210a)는 드론(110)의 스틱 PC(154)에 의해 실시간 그래프화된 광학데이터(하향확산조도(E하향), 대기복사량(L대기) 및 수계복사량(L수계), 수체복사량(L수체), 원격탐사반사도(Rrs)) 등을 현시하도록 이루어지게 된다.At least two display devices are provided to visually display flight status and water quality data of the drone-type water
그리고 제2 표시장치(210b)는, 현재 드론(110)의 비행상황 이상유무에 대한 즉각적인 파악을 위해 드론(110)의 FC송수신제어기(112a)에 의해 수행되는 제어상황과 관련한 비행제어데이터를 현시하도록 이루어지게 된다.In addition, the
그리고 제3 표시장치(210c)는, 관측지점의 수계에 대한 수질 상태의 이상이 발견된 경우 작동하거나 또는 시야 밖에서의 드론(110)의 비행을 보조하기 위해 RGB카메라(146)를 통해 촬영된 영상데이터를 현시하도록 이루어지게 된다.In addition, the
무선통신장치는, 수질관련 데이터와 드론형 수질감지장치(100)의 비행제어데이터를 송수신하는 구성요소로서, 구체적으로 제1 무선통신장치(220a)는 상술한 제어유닛(150)의 통신모듈(158)(아날로그송수신기)과 안정적으로 무선연결이 이루어지도록 적어도 하나 이상의 아날로그송수신기로 구성되어 RGB카메라(146)에서 촬영된 영상데이터를 손실 없이 수신하게 된다.The wireless communication device is a component that transmits and receives data related to water quality and flight control data of the drone-type water
제2 무선통신장치(220b)는, 상술한 제어유닛(150)의 통신모듈(158)(HDMI송수신기)과 무선 연결되도록 이루어진 HDMI송수신기로 구성되어 드론(110)의 스틱 PC(154)에 의해 실시간 그래프화된 광학데이터 등을 선명하고 명확하게 수신하게 된다.The second
제3 무선통신장치(220c)는, 상술한 드론(110)의 FC송수신제어기(112a)와 무선 연결되도록 이루어진 FC데이터송수신기로 구성되어 제어상황과 관련한 비행제어데이터를 딜레이 없이 신속하게 수신하게 된다.The third
수질데이터베이스(230)는, 다양한 수체복사량 및 원격탐사반사도(Rrs) 등에 따라 각각 특정되는 수질 상태에 대한 자료를 통합된 형태로 저장하여 관리하는 구성요소로서, 드론(110)의 제어유닛(150)으로부터 무선 송출된 수체복사량(L수체), 원격탐사반사도(Rrs) 및 광학데이터(하향확산조도, 대기복사량, 수계복사량)에 기초한 소정의 매칭 알고리즘을 통해 관측지점의 수질 상태에 대한 종합적인 판별을 수행하고, 이러한 판별 정보를 저장하도록 이루어질 수 있다.The
이외에 지상관제장치(200)는, 이를 운용하기 위한 전력 및 변환을 제공하는 전원공급장치, 상술한 구성 간의 전기적 연결을 위한 USB허브, 드론(110)을 위한 여분의 배터리(112b) 팩 등을 포함할 수 있다.In addition, the
위와 같은 표시장치를 통해 현시되는 각각의 영상은, 제1,2,3 표시장치(210a,210b,210c)와 각각 연동하는 별도의 노트북을 통해 선택적으로 현시되어 모니터링될 수 있고, 현시되고 있는 해당 영상들에 기초한 판단을 통해 드론(110), 광학유닛(120) 및 제어유닛(150)에 대한 원격 제어가 노트북을 통해 각각 종합적으로 이루어지도록 구현할 수 있다.Each image displayed through the display device as described above may be selectively displayed and monitored through a separate notebook that interlocks with the first, second, and
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.While specific embodiments of the invention have been described and illustrated above, it is to be understood that the invention is not limited to the described embodiments, and that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the invention. It is obvious to those who have. Therefore, such modifications or variations are not to be understood individually from the technical spirit or point of view of the present invention, the modified embodiments will belong to the claims of the present invention.
VL: 연직선 S: 태양
100: 드론형 수질감지장치 110: 드론
112: 드론몸체 112a: FC송수신제어기
112b: 배터리 112c:GPS
114: 회전익 120: 광학유닛
130: 상부모듈 132: 제2 광센서
134: 제1 짐벌 134a, 144a: 가속도센서
136: 제1 광센서 140: 하부모듈
142: 제3 광센서 144: 제2 짐벌
146: RGB카메라 150: 제어유닛
152: 광추적모듈 154: 스틱 PC
156: 저장장치 158: 통신모듈
200: 지상관제장치
210a,210b,210c: 제1,2,3 표시장치
220a,220b,220c: 제1,2,3 무선통신장치
230: 수질데이터베이스
300: 드론을 이용한 수환경 모니터링시스템VL: Vertical S: Sun
100: drone-type water detection device 110: drone
112:
112b:
114: rotor blade 120: optical unit
130: upper module 132: second optical sensor
134:
136: first optical sensor 140: lower module
142: third optical sensor 144: second gimbal
146: RGB camera 150: control unit
152: light tracking module 154: stick PC
156: storage device 158: communication module
200: ground control device
210a, 210b, and 210c: first, second and third display devices
220a, 220b, 220c: first, second and third wireless communication devices
230: water quality database
300: water environment monitoring system using drones
Claims (10)
상기 광학유닛은,
하향확산조도를 측정하는 제1 광센서와, 대기복사량을 측정하는 제2 광센서와, 상기 제1,2 광센서 각각의 지향각이 유지되도록 작동하는 제1 짐벌로 구성되어 상기 드론몸체 위쪽에 구비되는 상부모듈; 및
수계복사량을 측정하는 제3 광센서와, 상기 제3 광센서의 지향각이 유지되도록 작동하는 제2 짐벌로 구성되어 상기 드론몸체 아래쪽에 구비되는 하부모듈을 포함하고,
상기 드론몸체의 일측에는,
상기 제1,2,3 광센서로부터 각각 측정된 광학데이터를 전송받아 이를 기초로 수체복사량을 도출하고, 상기 제1,2 짐벌의 자세를 태양의 위치에 따라 작동제어하는 제어유닛이 구비되고,
상기 제1 광센서는, 상방을 지향한 상태로 천정과 천저를 연결하는 연직선과 나란하게 상기 제1 짐벌에 고정되고,
상기 제2 광센서는, 상기 연직선에 대하여 35° 내지 45°의 상향경사방향을 지향한 상태로 상기 제1 짐벌에 고정되며,
상기 제3 광센서는, 상기 제2 광센서의 아래쪽에서 같은 방위각으로 상기 연직선에 대하여 35° 내지 45°의 하향경사방향을 지향한 상태로 상기 제2 짐벌에 고정되고,
상기 제어유닛은,
상기 드론몸체 상단부의 둘레를 따라 이격배치된 다수 개의 광전소자로 이루어지는 광추적모듈과 전기적으로 연결되어, 상기 광추적모듈에서 송출되는 전기적 감지신호에 따라 측정되는 태양의 위치를 기준으로 방위각이 115° 내지 155°인 영역을 상기 제2,3 광센서가 지향하도록 상기 제1 짐벌 및 제2 짐벌을 작동제어하는 것을 특징으로 하는 드론형 수질감지장치.A drone including a drone body and a plurality of rotor blades provided around the drone body for generation of thrust; And an optical unit provided in the drone body for deriving a body radiation amount for estimating the water quality of the water system, respectively, for measuring a downward diffusion illuminance, an atmospheric radiation amount, and an aquatic radiation amount,
The optical unit,
A first optical sensor for measuring downward diffusion illuminance, a second optical sensor for measuring atmospheric radiation amount, and a first gimbal that operates to maintain a direction angle of each of the first and second optical sensors, and is located above the drone body. An upper module provided; And
It comprises a third optical sensor for measuring the amount of radiation of the water, and a second module gimbal configured to operate so as to maintain the orientation angle of the third optical sensor, the lower module is provided below the drone body,
On one side of the drone body,
A control unit for receiving the optical data measured from the first, second, and third optical sensors to derive the amount of body radiation based on the received optical data, and to control the attitude of the first and second gimbals according to the position of the sun;
The first optical sensor is fixed to the first gimbal in parallel with a vertical line connecting the ceiling and the ceiling in a state of pointing upwards,
The second optical sensor is fixed to the first gimbal in a state of directing an upward inclination direction of 35 ° to 45 ° with respect to the vertical line,
The third optical sensor is fixed to the second gimbal in a state of directing a downward inclination direction of 35 ° to 45 ° with respect to the vertical line at the same azimuth angle from below the second optical sensor,
The control unit,
The azimuth angle is 115 ° based on the position of the sun measured according to the electrical sensing signal transmitted from the optical tracking module electrically connected to the optical tracking module consisting of a plurality of photoelectric elements spaced apart along the circumference of the upper end of the drone body And controlling the first gimbal and the second gimbal to direct the second and third optical sensors to an area of about 155 °.
상기 제어유닛은,
상기 광학데이터인 하향확산조도(E하향), 대기복사량(L대기) 및 수계복사량(L수계)에 기초하여,
수체복사량(L수체)을 산출식 1(L수체 = L수계 - F × L대기)에 의해 도출하고, 원격탐사반사도(Rrs)를 산출식 2(Rrs = L수체 / E하향)에 의해 도출하는 것을 특징으로 하는 드론형 수질감지장치.The method of claim 1,
The control unit,
Based on the downlink diffusion roughness (E downward ), the atmospheric radiation amount (L atmosphere ), and the aquatic radiation amount (L water system ) which are the optical data,
Derived water quantity (L water body ) is derived by formula 1 (L water body = L water system -F × L atmosphere ), and remote sensing reflectivity (Rrs) is derived by formula 2 (Rrs = L water body / E downward) . Drone-type water quality detection device characterized in that.
상기 광학유닛은,
상기 제3 광센서와 동일한 방향을 지향한 상태로 상기 제2 짐벌에 고정되는 RGB카메라를 더 포함하여, 촬영된 영상데이터를 상기 제어유닛으로 전송하는 것을 특징으로 하는 드론형 수질감지장치.The method of claim 1,
The optical unit,
And a RGB camera fixed to the second gimbal in the same direction as the third optical sensor, to transmit the photographed image data to the control unit.
상기 제어유닛은,
운용프로그램으로 구동되는 스틱 PC, 각종 데이터를 저장하는 탈착형 저장장치 및 저장된 각종 데이터를 외부로 송출하고 외부 제어신호를 수신하는 통신모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 드론형 수질감지장치.The method of claim 1,
The control unit,
Stick drone driven by the operating program, a removable storage device for storing a variety of data and a drone-type water quality detection device comprising a communication module for transmitting a variety of stored data to the outside and receiving an external control signal.
적어도 하나 이상으로 구성되어 소정 수계에 대한 각종 수질관련 데이터를 수집하는 상기 드론형 수질감지장치; 및
상기 드론형 수질감지장치와 무선네트워크로 연결되어 그 비행을 제어하고, 상기 수질관련 데이터를 전송받아 수질데이터베이스에 저장된 자료와의 매칭을 통해 소정 수계의 수질 상태를 판별하는 지상관제장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 수환경 모니터링시스템.In the monitoring system using a drone-type water quality detection device according to claim 1,
The drone-type water quality detection device is composed of at least one of the various water quality data for a predetermined water system; And
And a ground control device connected to the drone-type water quality detection device through a wireless network to control the flight, and receiving the water-related data to determine a water quality state of a predetermined water system by matching data stored in a water quality database. Water environment monitoring system using a drone.
상기 지상관제장치는,
적어도 2개 이상으로 구비되어 상기 드론형 수질감지장치의 비행상태와 상기 수질관련 데이터를 시각적으로 현시하는 표시장치;
상기 수질관련 데이터와 상기 드론형 수질감지장치의 비행제어데이터를 송수신하는 무선통신장치; 및
다양한 수체복사량 및 원격탐사반사도에 따라 각각 특정되는 수질 상태에 대한 자료를 통합된 형태로 저장하여 관리하는 상기 수질데이터베이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 수환경 모니터링시스템.
The method of claim 9,
The ground control device,
A display device provided with at least two visually presenting the flight status of the drone-type water quality detection device and the water quality data;
A wireless communication device for transmitting and receiving the water quality data and flight control data of the drone type water quality detection device; And
A water environment monitoring system using a drone, characterized in that it comprises the water quality database for storing and managing the data about the water quality specified in accordance with the various body radiation amount and the remote sensing reflectivity in an integrated form.
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
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GRNT | Written decision to grant |