KR102379398B1 - 방제용 드론과 이를 이용한 자율 분사 포지셔닝 시스템 및 방법 - Google Patents
방제용 드론과 이를 이용한 자율 분사 포지셔닝 시스템 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 분사 용액을 방제 지역에 살포하기 위한 적어도 하나 이상의 분사 노즐을 구비한 방제용 드론에 관한 것으로서, 정보 수집 동작을 위해 상기 방제용 드론을 수집 비행 모드로 동작시킴과 더불어 상기 방제용 드론에 장착된 적어도 하나 이상의 주변 기기와의 연동을 통해 상기 방제 지역 내 정보를 수집하는 제 1 프로그램과, 상기 제 1 프로그램에 의해 수집된 정보를 기반으로 지형 데이터 및 농작물 생장 상태 데이터를 생성하며, 상기 생성한 지형 데이터 및/또는 농작물 생상 상태 데이터를 기반으로 상기 방제 지역을 복수개의 영역을 분할한 후 방제 경로 및 영역별 드론 비행 제어 정보 및 분사 제어 정보를 생성하는 제 2 프로그램과, 상기 방제용 드론의 위치 정보, 상기 제 2 프로그램에 의해 생성된 방제 경로 및 영역별 드론 비행 제어 정보에 의거하여 상기 방제용 드론의 비행을 제어하며, 상기 방제용 드론의 위치 정보와 영역별 분사 제어 정보에 의거하여 상기 방제용 드론의 위치 정보에 해당되는 영역에 분사 용액이 살포되도록 상기 분사 노즐을 제어하는 통합 비행 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방제용 드론을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 방제용 드론과 이를 이용한 자율 분사 포지셔닝 시스템 및 방법에 관한 것이다.
드론은 최초 군사용으로 개발되었으나, 운반 및 보관의 편리성, 조작 용이로 방송에서 촬영용으로 가장 많이 사용되고 있다. 또한, 최근에는 재난 재해 모니터링, 물류 운반, 산불진화 또는 농약 살포용 드론에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
농약 살포용 드론의 경우, 최대 10Kg의 농약을 탑재하여 살포 가능한 기기가 최근 개발되었으며, 시간당 최대 10에이커(약 4만 평방제곱미터) 면적에 농약을 살포할 수 있다고 알려진다. 이는 60명이 할 일을 드론 혼자 할 수 있는 것으로 인력 대비 40~60배의 효율을 달성한다. 이러한 높은 효율로 드론을 이용한 농약 살포 요구가 차츰 증가하고 있다.
그러나, 현재에는 농민의 주문에 의해 농작물에 대한 농약 살포를 실시한 후 그 결과(작황 및 수확 결과)에 대해서는 피드백을 받지 못하고 있다. 따라서 작황 상황이 좋지 못할 경우 재살포를 실시하고 있으며 재살포에 따른 과다 살포로 인해 토양 중에 농약이 장시간 잔류하여 토양 생태계에 이상을 초래하는 문제가 있다.
본 발명은 방제용 드론에 장착된 복수의 주변기기와의 통신을 통해 수집된 정보를 기반으로 비행 제어 및 분사 제어가 가능한 방제용 드론과 이를 이용한 자율 분사 포지셔닝 시스템 및 방법을 제공한다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 실시예에 따른 방제용 드론은 분사 용액을 방제 지역에 살포하기 위한 적어도 하나 이상의 분사 노즐을 구비한 방제용 드론에 있어서, 정보 수집 동작을 위해 상기 방제용 드론을 수집 비행 모드로 동작시킴과 더불어 상기 방제용 드론에 장착된 적어도 하나 이상의 주변 기기와의 연동을 통해 상기 방제 지역 내 정보를 수집하는 제 1 프로그램과, 상기 제 1 프로그램에 의해 수집된 정보를 기반으로 지형 데이터 및 농작물 생장 상태 데이터를 생성하며, 상기 생성한 지형 데이터 및/또는 농작물 생상 상태 데이터를 기반으로 상기 방제 지역을 복수개의 영역을 분할한 후 방제 경로 및 영역별 드론 비행 제어 정보 및 분사 제어 정보를 생성하는 제 2 프로그램과, 상기 방제용 드론의 위치 정보, 상기 제 2 프로그램에 의해 생성된 방제 경로 및 영역별 드론 비행 제어 정보에 의거하여 상기 방제용 드론의 비행을 제어하며, 상기 방제용 드론의 위치 정보와 영역별 분사 제어 정보에 의거하여 상기 방제용 드론의 위치 정보에 해당되는 영역에 분사 용액이 살포되도록 상기 분사 노즐을 제어하는 통합 비행 제어기를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 주변 기기는 상기 방제 지역을 촬영하기 위한 카메라 및 거리 측정용 IoT 센서 모듈 중 적어도 하나 이상 및 상기 방제 지역 내 농작물의 수분량을 측정하기 위한 열화상 IoT 센서 모듈과 상기 방제 지역 내 농작물의 작황 상태를 측정하기 위한 멀티스펙트럼 IoT 센서 모듈 중 적어도 하나 이상이며, 상기 제 2 프로그램은 상기 카메라에 의해 촬영된 방제 지역에 대한 영상 또는 상기 거리 측정용 IoT 센서 모듈에서 측정된 거리 데이터(방제용 드론과의 농작물간의 거리 데이터)를 기반으로 지형 데이터를 생성하며, 상기 열화상 IoT 센서 모듈 및 멀티스펙트럼 IoT 센서 모듈 중 적어도 하나 이상에서 수집한 정보를 기반으로 영역별 농작물 생장 상태 데이터를 생성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 통합 비행 제어기는 상기 방제용 드론이 방제 지역 내 임의의 영역에서 살포 동작 시 상기 임의의 영역에서 획득한 방제용 드론의 좌표 데이터와 상기 방제용 드론의 GPS 홀딩 상태에서의 기울기 방향을 산출하여 상기 임의의 영역에 대한 풍향 및 풍속을 인식하며, 상기 인식한 풍향 및 풍속에 의거하여 상기 임의의 영역에 설정된 분사 제어 정보를 보정한 후 보정한 분사 제어 정보에 따라 상기 분사 용액이 살포되도록 상기 분사 노즐을 제어할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 실시예에 따른 방제용 드론을 이용한 자율 분사 포지셔닝 시스템은 수집 비행 모드로 상기 방제 지역의 비행을 통해 상기 방제용 드론에 장착된 적어도 하나 이상의 주변 기기로부터 정보를 수집하며, 상기 수집한 정보와 비행 시 위치 데이터(고도를 포함함)를 통신망으로 송출하는 제 1 프로그램이 적어도 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능한 형태로 저장된 메모리와, 상기 방제용 드론과 통신망을 통해 연결되어 상기 정보 및 방제용 드론의 위치 데이터를 수신하며, 상기 수신한 정보 및 위치 데이터를 기반으로 지형 데이터 및 영역별 농작물 생장 상태 데이터를 생성하며, 상기 생성한 지형 데이터를 기반으로 방제 경로를 생성하고 상기 영역별 농작물 생장 상태 데이터를 기반으로 상기 방제 지역 내 영역별 드론 비행 제어 정보 및 분사 제어 정보를 생성한 후 이를 상기 방제용 드론에 전송하는 방제 관리 서버와, 상기 방제용 드론에 장착되어 상기 방제용 드론의 위치 정보, 상기 방제 관리 서버로부터 전송받은 방제 경로 및 영역별 드론 비행 제어 정보에 의거하여 상기 방제용 드론의 비행을 제어하며, 상기 방제용 드론의 위치 정보와 영역별 분사 제어 정보에 의거하여 상기 방제용 드론의 위치 정보에 해당되는 영역에 분사 용액이 살포되도록 상기 분사 노즐을 제어하는 통합 비행 제어기를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 방제 관리 서버는 기 설정된 기간 동안 수집된 상기 방제 지역에 대한 분사 용액의 살포량의 변동에 따른 농작물 수확 상태를 기반으로 생성된 상기 방제 지역의 최적화된 분사량을 관리하며, 상기 최적화된 분사량에 의거하여 상기 영역별 분사 제어 정보(분사량, 분사 속도 및 분사 방법)를 생성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 방제 관리 서버는 기 저장된 농작물별, 분사 용액별 또는 작물별 최적화된 분사 방법을 기반으로 상기 방제 지역의 농작물 및 분사 용액에 따른 분사 방법을 결정하여 상기 영역별 분사 제어 정보를 생성할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 실시예에 따른 방제용 드론을 이용한 자율 분사 포지셔닝 방법은 수집 비행 모드로 상기 방제 지역에 대한 상기 방제용 드론의 비행을 통해 상기 방제용 드론에 장착된 적어도 하나 이상의 주변 기기로부터 정보를 수집하는 단계와, 상기 수집한 정보와 비행 시 위치 데이터(고도를 포함함)를 기반으로 지형 데이터 및 영역별 농작물 생장 상태 데이터를 생성한 후 상기 생성한 지형 데이터를 기반으로 방제 경로를 생성하고 상기 영역별 농작물 생장 상태 데이터를 기반으로 상기 방제 지역 내 영역별 드론 비행 제어 정보 및 분사 제어 정보를 생성하는 단계와, 상기 방제용 드론의 위치 정보, 방제 경로 및 영역별 드론 비행 제어 정보에 의거하여 상기 방제용 드론의 비행을 제어함과 더불어 상기 방제용 드론의 위치 정보와 영역별 분사 제어 정보에 의거하여 상기 방제용 드론의 위치 정보에 해당되는 영역에 분사 용액이 살포되도록 상기 분사 노즐을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 분사 제어 정보를 생성하는 단계는 상기 방제 지역에 대한 분사 용액의 살포량의 변동에 따른 농작물 수확 상태를 기 설정된 시간 동안 수집하는 단계와, 상기 수집한 데이터를 기반으로 상기 방제 지역의 최적화된 분사량을 산출하는 단계와, 상기 최적화된 분사량에 의거하여 상기 영역별 분사 제어 정보(분사량, 분사 속도 및 분사 방법)를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 분사 제어 정보를 생성하는 단계는 기 저장된 농작물별, 분사 용액별 또는 작물별 최적화된 분사 방법을 기반으로 상기 방제 지역의 농작물 및 분사 용액에 따른 분사 방법을 결정하여 상기 영역별 분사 제어 정보를 생성할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예에 따르면, 방제용 드론을 이용하여 농작물의 생장 상태 인식을 통해 방제를 수행함으로써, 농작물에 생장에 따라 골고루 방제를 할 수 있는 효과가 자율 분사 포지셔닝 시스템으로 현재 어려웠던 분사시스템을 보다 정밀하고 쉽게 분사할 수 있도록 함
전술한 본 발명의 실시예에 따르면, 방제용 드론을 이용하여 농작물의 생장 상태 인식과 방제 지역을 복수개의 영역으로 분할하여 영역별 분사 제어 정보 및 드론 비행 제어 정보를 이용하여 방제를 수행함으로써, 방제의 효율성을 높일 수 잇다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방제용 드론을 이용한 농작물 생장 인식 및 자율 분사 포지셔닝 시스템의 전체 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방제용 드론의 세부 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자율 분사 포지셔닝 시스템에서 드론 비행 제어 정보 및 분사 제어 정보를 생성하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 방제용 드론을 비행시키는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방제용 드론의 세부 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자율 분사 포지셔닝 시스템에서 드론 비행 제어 정보 및 분사 제어 정보를 생성하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 방제용 드론을 비행시키는 과정을 도시한 흐름도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 방제용 드론을 이용한 농작물 생장 인식 및 자율 분사 포지셔닝 시스템 및 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방제용 드론을 이용한 농작물 생장 인식 및 자율 분사 포지셔닝 시스템의 전체 구성을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 방제용 드론을 이용한 농작물 생장인식 및 자율 분사 포지셔닝 시스템은 방제용 드론(100), 방제 관리 서버(200), 드론 운영자측 기기(300) 등을 포함할 수 있다.
먼저, 방제용 드론(100)은 방제 관리 서버(200)와의 무선 통신을 위한 통신회로(102), 분사 용액을 방제 지역에 살포하기 위한 복수의 분사 노즐(104) 및 다양한 정보 수집을 위한 복수의 주변 기기(106) 등을 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 주변기기(106)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 방제 지역을 촬영하기 위한 카메라 및 거리 측정용 IoT 센서 모듈 중 적어도 하나 이상 및 방제 지역 내 농작물의 수분량을 측정하기 위한 열화상 IoT 센서 모듈과 상기 방제 지역 내 농작물의 작황 상태를 측정하기 위한 멀티스펙트럼 IoT 센서 모듈 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.
방제용 드론(100)은 장착된 복수의 주변 기기(106)들과 통신을 통해 소정의 정보, 예컨대 농작물 생장 인식 관련 데이터 및 지형 데이터 생성에 필요한 정보를 수집하며, 수집된 정보를 기반으로 생성된 지형 데이터 및 영역별 농작물 작황 상태 데이터를 생성하며, 생성한 지형 데이터를 기반으로 방제 경로 정보를 생성하고 영역별 농작물 작황 상태 데이터를 기반으로 방제 지역 내 영역별 드론 비행 제어 정보 및 분사 제어 정보를 생성할 수 있다.
또한, 방제용 드론(100)은 자신의 위치 정보, 방제 경로 정보 및 영역별 분사 비행 제어 정보에 의거하여 방제 지역 내 비행을 제어하며, 자신의 위치 정보와 영역별 분사 제어 정보에 의거하여 자신의 위치 정보에 해당되는 영역에 분사 용액이 살포되도록 분사 노즐(104)을 제어하는 통합 비행 제어기(120)를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 통합 비행 제어기(120)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 주변 기기(106)와의 근거리 통신을 통해 농작물 생장 상태 데이터를 수집하는 제 1 프로세서(122) 및 비행 자세 제어 등과 같은 방제용 드론(100) 운용을 위한 제어 기능을 수행하는 제 2 프로세서(124)로 구성될 수 있다. 이때, 제 1 프로세서(122)는 주변 기기(106)와 연동되고, 제 2 프로세서(124)는 방제용 드론(100) 내부에 설치되어 드론(100)의 기울어짐 및 움직임을 감지하여 균형을 유지시키기 위한 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서, 방제용 드론(100)의 위치 정보를 제공하기 위한 GPS(Global Positioning System) 및 방제용 드론(100)의 비행 제어를 위한 복수의 모터들과 연동될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방제용 드론(100)은 제 2 프로세서(124)에 의해 실행되는 정보 수집 프로그램(130)과 자율 분사 포지셔닝 프로그램(140)이 실행 가능한 형태로 저장된 메모리(150)를 더 구비할 수 있다.
제 2 프로세서(124)에 의해 실행되는 정보 수집 프로그램(130)은 제 1 프로세서(122)와 연결된 주변기기(106)와의 연동을 통해 방제 지역 내 정보 수집 비행 모드에 따른 비행을 통해 정보를 수집할 수 있다. 구체적으로, 정보 수집 프로그램(130)은 방제 지역 내 농작물 생장 상태 파악 및 방제 지역의 지형 분석에 필요한 정보, 예컨대 열화 이미지, 멀티스펙트럼 이미지, 영상, 다양한 센싱 데이터(예컨대, 지상과 방제용 드론 사이의 거리 데이터 등을 수집할 수 있다.
또한, 정보 수집 프로그램(130)은 수집한 정보를 통신 회로(102)를 통해 연결된 방제 관리 서버(200)에 전송할 수 있다. 이 경우, 방제 관리 서버(200)는 정보 수집 프로그램(130)으로부터 수신한 정보를 분석하여 지형 데이터 및 농작물 생장 상태 데이터를 생성하며, 생성한 지형 데이터를 기반으로 방제 경로 정보를 생성하고 영역별 농작물 생장 상태 데이터를 기반으로 방제 지역 내 영역별 드론 비행 제어 정보 및 분사 제어 정보를 생성한 후 이를 방제용 드론(100)에 전송할 수 있다. 구체적으로, 방제 관리 서버(200)는 지형 데이터 및 농작물 생장 상태 데이터를 기반으로 방제 지역을 복수개의 영역으로 분할하고, 영역별 농작물 생장 상태 데이터 및 지형 데이터를 기반으로 영역별 분사량, 분사방법, 비행 속도, 고도 등의 영역별 분사 제어 정보를 도출한 후 도출한 영역별 분사 제어 정보 및 드론 비행 제어 정보를 방제용 드론(100) 또는 드론 운영자측 기기(300)에 전송할 수 있다.
이에 따라, 방제용 드론(100)의 제 2 프로세서(124)는 자율 분사 포지셔닝 프로그램(140)의 실행을 통해 드론 비행 제어 정보에 의거하여 방제용 드론(100)의 비행시킴과 더불어 영역별 분사 제어 정보를 기반으로 분사 노즐(104)을 제어하여 방제용 드론(100) 내 보유한 분사 용액을 분사하여 살포할 수 있다. 구체적으로, 방제용 드론(100)의 제 2 프로세서(124)에 의해 실행된 자율 분사 포지셔닝 프로그램(140)은 GPS로부터 획득한 위치 정보에 해당되는 영역의 분사 제어 정보를 기반으로 분사 노즐(104)을 제어하여 분사 용액을 살포할 수 있다.
드론 운영자측 기기(300)는 영역별 분사 제어 정보 및 드론 비행 제어 정보를 드론 제어용 어플리케이션(310)을 통해 확인할 수 있다. 이때, 드론 제어용 어플리케이션(310)은 영역별 분사 제어 정보 및 드론 비행 제어 정보를 드론 운영자측 단말(300) 상에 구비된 디스플레이(미도시됨) 상에 표시할 뿐만 아니라 영역별 분사 제어 정보 및 드론 비행 제어 정보를 수정, 즉 무선으로 드론 운영자측 기기(300)와 연결된 방제용 드론(100)의 비행, 영역별 분사량 등을 수정할 수 있는 인터페이스를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 드론 운영자측 기기(300)는 무선으로 방제용 드론(100) 및 방제 관리 서버(300)와 연결 가능한 것으로서, 그 예로서 스마트폰, 노트북, 개인용 컴퓨터, PAD, 스마트 패드 등을 들 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.
본 발명의 실시예에 따른 방제 관리 서버(200)는 농작물별, 예컨대 밭, 수목, 작물별로 최적화된 분사 제어 정보를 기반으로 해당 방제 지역의 영역별 분사 제어 정보를 생성할 수도 있다. 구체적으로, 방제 관리 서버(200)는 소정 기간 동안 분사 용액의 분사량, 주변 환경 정보(지역, 날씨 등을 포함함) 등에 따른 농작물 수확 상태를 수집하여 수집용 데이터베이스(210)에 저장한 후 수집용 데이터베이스(210)에 저장된 데이터를 기반으로 한 빅데이터 분석을 통해 농작물별 최적화된 분사 제어 정보를 생성하여 최적화 데이터베이스(212)에 저장하여 관리하며, 방제용 드론(100)로부터 수신된 방제 지역의 위치 정보 및 방제 지역 내 농작물의 종류를 기반으로 해당 지역에 최적화된 분사 제어 정보를 수집용 데이터베이스(210)에서 검색한 후 검색한 최적화된 분사 제어 정보 및 방제 지역의 농작물 생장 상태 데이터를 기반으로 영역별 분사 제어 정보를 생성할 수 있다.
또한, 방제 관리 서버(200)는 분사 용액 종류별로 분사 방법이 정의된 데이터를 더 포함시켜 영역별 분사 제어 정보를 생성할 수도 있다. 구체적으로, 방제 관리 서버(200)는 수집용 데이터베이스(210)에 저장된 정보, 상기 정의된 데이터, 농작물 상태 데이터 등을 고려하여 영역별 분사 제어 정보를 생성할 수도 있다.
이러한 자율 분사 동작을 위해 자율 분사 포지셔닝 프로그램(140)은 방제 진행 속도 조절 기능, 풍향 및 풍속 인식 제어 기능, 충돌 방지 기능, 선택 위치 이동 기능 및 주변 장치 제어 기능 등을 포함할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 자율 분사 포지셔닝 프로그램(140)은 방제 경로를 따라 방제 시 GPS로부터 획득한 좌표 데이터와 드론(100)의 GPS 홀딩 상태에서의 기울기 방향(IMU 센서로부터 획득한 정보를 기반으로 계산됨)을 계산한 후 계산한 기울기 방향을 기반으로 현재 풍향 및 풍속을 인식할 수 있으며, 현재 풍향 및 풍속과 방제량 데이터를 기반으로 드론(100)의 방제 진행 속도를 조절할 수 있다.
이러한 동작을 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 자율 분사 포지셔닝 프로그램(140)은 GPS를 통해 실시간으로 고도와 위치 데이터를 획득하고, 획득한 고도와 위치 데이터를 기반으로 방제 경로 상의 해당 좌표로 이동할 수 있다.
또한, 자율 분사 포지셔닝 프로그램(140)은 GPS 데이터를 바탕으로 위치 데이터 수집하고, 수집한 위치 데이터를 기반으로 구역 이탈 및 충돌 방지 알고리즘을 적용하여 방제용 드론(100)의 비행을 제어할 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 구역 이탈 및 충돌 방지 알고리즘은 비례제어, 비례적분제어 및 비례미분 제어기 알고리즘 중 적어도 하나 이상을 이용할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 방제 관리 서버(200)가 방제용 드론(100)에서 수집된 정보를 기반으로 지형 데이터 및 농작물 생장 상태 데이터를 생성하며, 생성한 데이터를 기반으로 방제 지역을 복수개의 영역으로 분할하여 방제 경로 정보를 생성한 후 생성한 방제 경로와 영역별 농작물 생장 상태 데이터를 기반으로 방제 지역 내 영역별 드론 비행 제어 정보 및 분사 제어 정보를 생성하여 방제용 드론(100)에 전송하는 것으로 예를 들어 설명하였지만, 자율 분사 포지셔닝 프로그램(140)을 통해 정보 수집 프로그램(130)에 의해 수집된 정보를 기반으로 농작물 생장 상태 데이터 및 지형 데이터를 생성하고, 생성한 데이터를 기반으로 방제 지역을 복수개의 영역으로 분할하여 방제 경로 정보를 생성한 후 생성한 방제 경로와 영역별 농작물 생장 상태 데이터를 기반으로 방제 지역 내 영역별 드론 비행 제어 정보 및 분사 제어 정보를 생성할 수도 있다. 즉, 자율 분사 포지셔닝 프로그램(140)은 방제 지역을 복수의 영역으로 분할한 후 분할된 각 영역에 대한 분사 용액의 분사량 예컨대 농약 분사량을 계산하며, 계산한 영역별 농약 분사량에 의거하여 최적의 방제 경로를 설정하여 방제 경로에 따라 드론(100)의 비행을 제어할 수 있다.
자율 분사 포지셔닝 프로그램(140) 및 방제 관리 서버(200)는 지형 데이터 중 고도의 변화가 심한 부분을 기준(제 1 기준)으로 방제 지역을 복수개의 영역으로 분할하거나 방제 지역 내 농작물의 군집 정도(제 2 기준)에 따라 방제 지역을 복수개의 영역으로 분할하거나 방제 지역 내 농작물 생장 상태 데이터(제 3 기준)를 기반으로 방제 지역을 복수개의 영역을 분할할 수 있다.
또한, 자율 분사 포지셔닝 프로그램(140) 및 방제 관리 서버(200)는 제 1, 2 및 제 3 기준 중 적어도 둘 이상을 조합하여 방제 지역을 복수개의 영역으로 분할할 수 있다.
한편, 자율 분사 포지셔닝 프로그램(140) 및 방제 관리 서버(200)는 제 1, 2, 3 기준을 근거하여 각 영역의 분사량, 분사 방법(분사 속도 및 방향 등을 포함함)을 결정하여 각 영역별 분사 제어 정보를 생성할 수 있다.
상술한 바와 같은 자율 분사 포지셔닝 시스템이 드론 비행 제어 정보 및 분사 제어 정보를 생성하는 과정에 대해 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자율 분사 포지셔닝 시스템에서 드론 비행 제어 정보 및 분사 제어 정보를 생성하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 자율 분사 포지셔닝 시스템은 방제용 드론(100)을 정보 수집 비행 모드로 동작시켜 주변기기(106)와 연동되어 동작하는 정보 수집 프로그램(130)을 통해 정보, 즉 멀티스펙트럼 영상, 열화상 영상, 농작물을 촬영한 영상, 거리 데이터(방제용 드론과 방제 지역의 지면까지의 거리 데이터) 등을 수집한다(S400). 여기에서, 정보 수집 비행 모드는 기 설정된 자동 비행 정보, 즉 방제 지역에 대한 지형 데이터를 기초하여 생성된 자동 지행 정보로 방제용 드론(100)을 비행시키는 모드를 의미할 수 있다.
그런 다음, 자율 분사 포지셔닝 프로그램(140) 또는 방제 관리 서버(200)는 거리 데이터를 이용하여 고도의 변화가 기 설정된 값 이상인 부분을 검색하고(S402), 검색한 부분을 기반으로 방제 지역을 복수개의 영역으로 분할한다(S404).
이후, 자율 분사 포지셔닝 프로그램(140) 및 방제 관리 서버(200)는 영역별 비행 고도 및 비행 시간을 계산하여 영역별 드론 비행 제어 정보를 생성한다(S406). 이때, 비행 고도는 영역 내에서 수집된 거리 데이터를 기반으로 계산될 수 있다.
그리고 나서, 자율 분사 포지셔닝 프로그램(140) 및 방제 관리 서버(200)는 영역별 농작물 생장 상태 데이터를 기반으로 분사량을 계산하고(S408), 영역별 비행 고도 및 비행 시간을 통해 분사 속도, 분사량 및 분사 방향 등과 같은 분사 방법을 계산(S410)하여 분사 제어 정보를 생성(S412)함과 더불어 최적 방제 경로를 생성한다(S414). 이때, 분사 속도 및 분사 방향은 농작물의 종류 및/또는 분사 용액의 종류를 반영하여 계산될 수도 있다.
상술한 바와 같은 단계들을 통해 생성된 영역별 드론 비행 제어 정보 및 분사 제어 정보와 방제 경로에 따라 방제용 드론(100)이 비행 및 자율 분사 과정에 대해 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 방제용 드론(100)을 비행시키는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 4에 도시된 방제용 드론(100)의 자율 분사 포지셔닝 프로그램(140)은 방제 경로에 따라 방제용 드론(100)을 비행시킨다(S500).
이러한 비행 중 자율 분사 포지셔닝 프로그램(140)은 임의의 영역에서 획득한 방제용 드론(100)의 좌표 데이터와 방제용 드론(100)의 GPS 홀딩 상태에서의 기울기 방향을 산출하여 임의의 영역에 대한 풍향 및 풍속을 인식한다(S502).
그런 다음, 자율 분사 포지셔닝 프로그램(140)은 인식한 풍향 및 풍속에 의거하여 임의의 영역에 설정된 분사 방법 또는 분사 속도 등과 같은 분사 제어 정보의 보정이 필요한지를 판단한다(S504). 즉, 자율 분사 포지셔닝 프로그램(140)은 인식한 풍향 및 풍속과 기 설정된 기준 풍향 및 풍속간의 비교를 통해 방제용 드론(100)의 흔들림에 영향을 주는지를 계산하여 분사 제어 정보의 보정이 필요한지를 판단한다.
S504의 판단 결과, 분사 제어 정보의 보정이 필요한 경우 자율 분사 포지셔닝 프로그램(140)은 풍향 및 풍속에 의거하여 분사 제어 정보를 보정한다(S506).
이후, 자율 분사 포지셔닝 프로그램(140)은 보정한 분사 제어 정보에 의거하여 분사 노즐(104)을 제어하여 분사 방향 또는 분사 속도를 조절하여 분사 용액을 임의의 영역에 분사한다(S508).
한편, S504의 판단 결과, 분사 제어 정보의 보정이 필요하지 않을 경우 자율 분사 포지셔닝 프로그램(140)은 분사 제어 정보에 의거하여 분사 노즐(104)을 제어하여 분사 용액을 임의의 영역에 분사한다(S510).
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 방제용 드론
102 : 통신 회로
104 : 분사 노즐
106 : 주변 기기
120 : 통합 비행 제어기
200 : 방제 관리 서버
300 : 드론 운영자측 기기
102 : 통신 회로
104 : 분사 노즐
106 : 주변 기기
120 : 통합 비행 제어기
200 : 방제 관리 서버
300 : 드론 운영자측 기기
Claims (9)
- 분사 용액을 방제 지역에 살포하기 위한 적어도 하나 이상의 분사 노즐을 구비한 방제용 드론에 있어서,
상기 방제용 드론에 장착된 적어도 하나 이상의 주변 기기와의 연결되는 제 1 프로세서와,
상기 제 1 프로세서와 연결되는 제 2 프로세서에 의해 실행되며, 상기 제 1 프로세서에 의해 연결된 주변 기기와의 연동을 통해 상기 방제 지역 내 정보를 수집하는 제 1 프로그램과,
상기 제 2 프로세서에 의해 실행되며, 상기 제 1 프로그램에 의해 수집된 정보를 기반으로 지형 데이터 및 농작물 생장 상태 데이터를 생성하며, 상기 생성한 지형 데이터 및/또는 농작물 생상 상태 데이터를 기반으로 상기 방제 지역을 복수개의 영역을 분할한 후 방제 경로 및 영역별 드론 비행 제어 정보 및 분사 제어 정보를 생성하며, 상기 방제용 드론의 위치 정보, 상기 생성된 방제 경로 및 영역별 드론 비행 제어 정보에 의거하여 상기 방제용 드론의 비행을 제어하며, 상기 방제용 드론의 위치 정보와 영역별 분사 제어 정보에 의거하여 상기 방제용 드론의 위치 정보에 해당되는 영역에 분사 용액이 살포되도록 상기 분사 노즐을 제어하는 제 2 프로그램을 포함하며,
상기 주변 기기는,
상기 방제 지역을 촬영하기 위한 카메라 및 거리 측정용 IoT 센서 모듈 중 적어도 하나 이상 및 상기 방제 지역 내 농작물의 수분량을 측정하기 위한 열화상 IoT 센서 모듈과 상기 방제 지역 내 농작물의 작황 상태를 측정하기 위한 멀티스펙트럼 IoT 센서 모듈 중 적어도 하나 이상이며,
상기 제 2 프로그램은,
상기 카메라에 의해 촬영된 방제 지역에 대한 영상 또는 상기 거리 측정용 IoT 센서 모듈에서 측정된 거리 데이터(방제용 드론과의 농작물간의 거리 데이터)를 기반으로 지형 데이터를 생성하며, 상기 열화상 IoT 센서 모듈 및 멀티스펙트럼 IoT 센서 모듈 중 적어도 하나 이상에서 수집한 정보를 기반으로 영역별 농작물 생장 상태 데이터를 생성하는 방제용 드론.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제 2 프로그램은,
상기 방제용 드론이 방제 지역 내 임의의 영역에서 살포 동작 시 상기 임의의 영역에서 획득한 방제용 드론의 좌표 데이터와 상기 방제용 드론의 GPS 홀딩 상태에서의 기울기 방향을 산출하여 상기 임의의 영역에 대한 풍향 및 풍속을 인식하며, 상기 인식한 풍향 및 풍속에 의거하여 상기 임의의 영역에 설정된 분사 제어 정보를 보정한 후 보정한 분사 제어 정보에 따라 상기 분사 용액이 살포되도록 상기 분사 노즐을 제어하는 방제용 드론.
- 기 장착된 분사 용액을 방제 지역에 살포하기 위한 적어도 하나 이상의 분사 노즐을 구비한 방제용 드론을 이용한 자율 분사 포지셔닝 시스템에 있어서,
상기 방제용 드론은,
수집 비행 모드로 상기 방제 지역의 비행을 통해 상기 방제용 드론에 장착된 적어도 하나 이상의 주변 기기로부터 정보를 수집하며, 상기 수집한 정보와 비행 시 위치 데이터(고도를 포함함)를 통신망으로 송출하는 제 1 프로그램이 적어도 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능한 형태로 저장된 메모리를 구비하며,
상기 방제용 드론과 통신망을 통해 연결되어 상기 정보 및 방제용 드론의 위치 데이터를 수신하며, 상기 수신한 정보 및 위치 데이터를 기반으로 지형 데이터 및 영역별 농작물 생장 상태 데이터를 생성하며, 상기 생성한 지형 데이터를 기반으로 방제 경로를 생성하고 상기 영역별 농작물 생장 상태 데이터를 기반으로 상기 방제 지역 내 영역별 드론 비행 제어 정보 및 분사 제어 정보를 생성한 후 이를 상기 방제용 드론에 전송하는 방제 관리 서버와,
상기 방제용 드론에 장착되어 상기 방제용 드론의 위치 정보, 상기 방제 관리 서버로부터 전송받은 방제 경로 및 영역별 드론 비행 제어 정보에 의거하여 상기 방제용 드론의 비행을 제어하며, 상기 방제용 드론의 위치 정보와 영역별 분사 제어 정보에 의거하여 상기 방제용 드론의 위치 정보에 해당되는 영역에 분사 용액이 살포되도록 상기 분사 노즐을 제어하는 통합 비행 제어기와,
무선으로 상기 방제용 드론과 방제 관리 서버와 연결되고, 상기 방제 관리 서버로부터 제공받은 상기 영역별 분사 제어 정보 및 영역별 드론 비행 제어 정보를 디스플레이 상에 표시함과 더불어 무선으로 연결된 상기 방제용 드론의 비행 및 영역별 분사량을 수정할 수 인터페이스를 제공하는 드론 제어용 어플리케이션을 구비하는 드론 운영자측 기기를 포함하며,
상기 방제 관리 서버는,
기 설정된 기간 동안 수집된 상기 방제 지역에 대한 분사 용액의 살포량의 변동에 따른 농작물 수확 상태를 기반으로 생성된 상기 방제 지역의 최적화된 분사량을 관리하며, 상기 최적화된 분사량에 의거하여 상기 영역별 분사 제어 정보(분사량, 분사 속도 및 분사 방법)를 생성하는 방제용 드론을 이용한 자율 분사 포지셔닝 시스템.
- 삭제
- 제4항에 있어서,
상기 방제 관리 서버는,
기 저장된 농작물별, 분사 용액별 또는 작물별 최적화된 분사 방법을 기반으로 상기 방제 지역의 농작물 및 분사 용액에 따른 분사 방법을 결정하여 상기 영역별 분사 제어 정보를 생성하는 방제용 드론을 이용한 자율 분사 포지셔닝 시스템.
- 기 장착된 분사 용액을 방제 지역에 살포하기 위한 적어도 하나 이상의 분사 노즐을 구비한 방제용 드론을 이용한 자율 분사 포지셔닝 방법에 있어서,
수집 비행 모드로 상기 방제 지역에 대한 상기 방제용 드론의 비행을 통해 상기 방제용 드론에 장착된 적어도 하나 이상의 주변 기기로부터 정보를 수집하는 단계와,
상기 방제용 드론과 통신망을 통해 연결된 방제 관리 서버에서 상기 수집한 정보와 비행 시 위치 데이터(고도를 포함함)를 기반으로 지형 데이터 및 영역별 농작물 생장 상태 데이터를 생성한 후 상기 생성한 지형 데이터를 기반으로 방제 경로를 생성하고 상기 영역별 농작물 생장 상태 데이터를 기반으로 상기 방제 지역 내 영역별 드론 비행 제어 정보 및 분사 제어 정보를 생성하는 단계와,
상기 방제용 드론에서 상기 방제용 드론의 위치 정보, 방제 경로 및 상기 방제 관리 서버에서 생성된 영역별 드론 비행 제어 정보에 의거하여 상기 방제용 드론의 비행을 제어함과 더불어 상기 방제용 드론의 위치 정보와 상기 방제 관리 서버에서 생성된 영역별 분사 제어 정보에 의거하여 상기 방제용 드론의 위치 정보에 해당되는 영역에 분사 용액이 살포되도록 상기 분사 노즐을 제어하는 단계와,
무선으로 상기 방제용 드론과 방제 관리 서버와 연결된 드론 운영자측 기기에서 상기 방제 관리 서버로부터 제공받은 상기 영역별 분사 제어 정보 및 영역별 드론 비행 제어 정보를 디스플레이 상에 표시함과 더불어 무선으로 연결된 상기 방제용 드론의 비행 및 영역별 분사량을 수정할 수 인터페이스를 제공하는 단계를 포함하며,
상기 분사 제어 정보를 생성하는 단계는,
상기 방제 지역에 대한 분사 용액의 살포량의 변동에 따른 농작물 수확 상태를 기 설정된 시간 동안 수집하여 수집용 데이터베이스에 저장하는 단계와,
상기 수집용 데이터베이스에 저장된 수집한 데이터를 기반으로 빅 데이터 분석을 통해 상기 방제 지역의 최적화된 분사량을 산출하는 단계와,
상기 최적화된 분사량에 의거하여 상기 영역별 분사 제어 정보(분사량, 분사 속도 및 분사 방법)를 생성하는 단계를 포함하는 방제용 드론을 이용한 자율 분사 포지셔닝 방법.
- 삭제
- 제7항에 있어서,
상기 분사 제어 정보를 생성하는 단계는,
기 저장된 농작물별, 분사 용액별 또는 작물별 최적화된 분사 방법을 기반으로 상기 방제 지역의 농작물 및 분사 용액에 따른 분사 방법을 결정하여 상기 영역별 분사 제어 정보를 생성하는 방제용 드론을 이용한 자율 분사 포지셔닝 방법.
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| Publication number | Publication date |
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| KR20210101549A (ko) | 2021-08-19 |
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