KR102398978B1 - 무인기와 비행선을 이용한 산불 감시 및 산불 진압 시스템 - Google Patents

무인기와 비행선을 이용한 산불 감시 및 산불 진압 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 무인기와 비행선을 이용한 산불 감시 및 진압 시스템은 화재 발생 지역으로 이동하여 장착된 소화탄을 투척하여 산불을 초기에 진압하는 무인기와, 장착된 카메라를 통하여 산불 감시 지역을 촬영하여 지상 관제 시스템으로 전송하고, 복수의 무인기를 격납하여 화재 발생 시 무인기가 임무에 투입될 수 있도록 하며, 테더링 인터페이스를 통해 송전탑에 고정되며, 송전탑으로부터 전력을 공급받는 비행선을 포함한다.

Description

무인기와 비행선을 이용한 산불 감시 및 산불 진압 시스템 { FOREST FIRE MONITORING AND EXTINGUISHING SYSTEM USING UAVs AND AN AIRSHIP }
본 발명은 산불 감시 및 진압 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비행선과 비행선에 격납되는 무인기를 이용하여 산불을 감시하고 산불을 조기 진압하는 시스템에 관한 것이다.
지구온난화 등의 기후변화로 인한 자연재해가 증가하고 있다. 여러 가지 자연재해 중에서 산불은 인적이 없는 산악에서 발생하여 산불 발생의 초기 발견이 어려워 초기 진압을 못하여 대규모 산불로 확산되어 많은 인적, 경제적 손실을 가져온다.
산불을 감시하는 사람을 고용하여 산불취약지에서 산불을 감시하거나, 산불 감시 카메라를 설치하여 사람이 접근하기 어렵고 넓은 지역을 육안으로 감시하기가 불가능한 산악지역에 대하여 원격에서 산불 발생을 감시하고 있다.
산불 감시 카메라는 넓은 영역에 대한 산불 발생 여부를 감시할 수 있도록 산 정상 주변이나 능선 주변 부위 등 높은 지형에 설치되는데, 일반적으로 높이가 높은 수직 타워를 산악 지형에 설치하고, 수직 타워의 상부에 산불 감시 카메라를 설치하는 방식으로 산불 감시 카메라 설치 작업이 이루어진다.
이러한 설치 방식에 따라 대형 구조물인 수직 타워를 험준한 산악 지형에 설치해야 하는 등 그 설치 비용이 매우 증가하게 되며, 산불 감시 카메라를 통해서는 단순한 연기 발생 여부 등을 감지할 수밖에 없기 때문에, 산불 발생 여부를 정확하게 판단할 수 없어 해당 지점에 작업자가 출동하여 직접 산불 발생 여부를 확인해야 하는 등 불편함이 많아 산불 예방에 크게 효과적이지 못하다는 문제가 있었다.
대한민국 등록특허 제10??1912740호에는 산악 지대의 다수의 수직 타워를 설치하고 수직 타워에서 소방용 드론을 이착륙시키는 방법으로 산불을 감시하고, 산불은 진압하는 발명이 개시되어 있다. 그러나, 드론이 항시 비행하여 산불을 감시하여야 하는 문제와 드론을 항시 충전하기 위하여 배터리를 사용하나 배터리 용량의 한계가 있어 산악 지대에 배터리의 교체 내지 충전이 필요한 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10??1912740호
본 발명은 비행선을 모선으로 하여 높은 고도에서 넓은 범위의 지역의 산불 발생을 감지할 수 있는 산불 감시 및 진압 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 비행선에 탑재된 무인기를 활용하여 산불 발생 초기에 빠르게 산불을 진압할 수 있는 시스템을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 비행선을 송전탑 등의 전력설비로부터 전력을 공급받을 수 있어 비행선의 운용 시간을 크게 늘릴 수 있는 시스템을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 무인기와 비행선을 이용한 산불 감시 및 진압 시스템은 무인기와, 비행선을 포함한다.
무인기는 조종사의 조종 또는 자율 비행으로 화재 발생 지역으로 이동하여 장착된 소화탄을 투척하여 산불을 초기에 진압한다.
비행선은 임무장비와, 무인기 격납고와, 무인기 이착륙부와, 테더링 인터페이스를 포함하여 설정된 고도에서 호버링하며 산불 발생을 감시한다. 임무장비는 광학 카메라와 열영상 카메라 중 하나 이상의 카메라가 3축 짐벌에 장착되어 촬영한 영상을 지상 관제 시스템(GCS)로 전송하며 추가적으로 열화상 카메라가 3축 짐벌에 장착될 수 있다. 무인기 격납고는 복수의 무인기를 격납하며, 추가적으로 무인기들을 충전하는 무인기 충전부를 포함할 수 있다. 무인기 이착륙부는 무인기 이착륙 시에 무인기 격납고로부터 슬라이딩되며 이격된다. 테더링 인터페이스는 비행 고도와 비행 위치를 유지하기 이하여 송전탑에 체결하는 테더링 와이어 및 송전탑으로부터 전력을 공급받기 위한 전력선을 포함하여 구성된다.
본 발명에 의하면 비행선을 모선으로 하여 높은 고도에서 넓은 범위의 지역의 산불 발생을 감지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 비행선에 탑재된 무인기를 활용하여 산불 발생 초기에 빠르게 산불을 진압할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 비행선을 송전탑 등의 전력설비로부터 전력을 공급받을 수 있어 비행선의 운용 시간을 크게 늘릴 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 양상에 따른 산불 감시 및 산불 진압 시스템을 운용하는 시스템을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 양상에 따른 산불 감시 및 산불 진압 시스템의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 양상에 따른 산불 감시 및 산불 진압 시스템을 활용한 산불 감시 운용 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 양상에 따른 산불 감시 및 산불 진압 시스템을 활용한 산불 진압 운용 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 양상에 따른 비행선의 개념도이다.
전술한, 그리고 추가적인 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명하는 실시 예들을 통해 구체화된다. 각 실시 예들의 구성 요소들은 다른 언급이나 상호간에 모순이 없는 한 실시 예 내에서 다양한 조합이 가능한 것으로 이해된다. 블록도의 각 블록은 어느 경우에 있어서 물리적인 부품을 표현할 수 있으나 또 다른 경우에 있어서 하나의 물리적인 부품의 기능의 일부 혹은 복수의 물리적인 부품에 걸친 기능의 논리적인 표현일 수 있다. 때로는 블록 혹은 그 일부의 실체는 프로그램 명령어들의 집합(set)일 수 있다. 이러한 블록들은 전부 혹은 일부가 하드웨어, 소프트웨어 혹은 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 양상에 따른 산불 감시 및 산불 진압 시스템을 운용하는 시스템의 구성을 도시하고 있고, 도 2는 본 발명의 일 양상에 따른 산불 감시 및 산불 진압 시스템의 블록도를 도시하고 있다.
도 1에 도시된 것과 같이 산불 감시 및 산불 진압 시스템(10)은 무인기(200)와 비행선(100)을 이용한다. 본 발명의 산불 감시 및 산불 진압 시스템(10)을 운용하는 시스템은 지상 관제 시스템(Ground Control System, GCS, 20)과, 운용 관리 시스템(30)을 포함한다.
지상 관제 시스템(20)은 비행선(100) 및 무인기(200)와 데이터를 송수신할 수 있고, 산불 감시 영상 및 화재 진압 영상을 포함하는 각종 영상을 화면에 출력할 수 있고, 비행선(100) 및/또는 무인기(200)가 전송하는 영상을 저장하고 분석할 수 있다. 지상 관제 시스템(20)은 지상 통신 장치(Ground Data Terminal)을 포함하여 비상 상황에서 비행선(100) 또는 무인기(200)를 제어할 수 있다. 또한, 지상 관제 시스템(20)은 비행선(100)으로 화재 관련 임무를 전달할 수 있으며, 국토지리정보원의 디지털 지도를 탑재하고 있다.
운용 관리 시스템(30)은 다수의 지상 관제 시스템(20)을 관리할 수 있으며, 다수의 지역에서 전송되는 산불 감시 영상 및 화재 진압 영상을 관리하거나 분석할 수 있다. 또한, 운용 관리 시스템(30)은 상황 발생에 따라 지상 관제 시스템(20)에 화재 관련 임무를 전달할 수 있다.
도 2에 도시된 것과 같이 본 발명의 일 양상에 따른 산불 감시 및 산불 진압 시스템(10)은 무인기(200)와, 비행선(100)을 포함한다.
무인기(Unmanned aerial vehicle, UAV, 200)는 화재 발생 지역으로 이동하여 장착된 소화탄을 투척한다. 무인기(200)는 비행체의 형태에 따라 크게 일반적인 비행기 형태의 고정 날개를 갖는 고정익 무인기와, 헬리콥터 형인 회전익 무인기로 구분할 수 있으며, 비행선(100)으로부터 이착륙이 용이하도록 회전익 무인기가 사용되는 것이 바람직하다. 회전익 무인기는 드론(Drone)이라고도 하며 멀티콥터로 날개의 개수에 따라 듀얼콥터, 트리콥터, 쿼터콥터, 헥사콥터, 옥토콥터 등으로 분류되며 본 발명의 무인기(200)는 날개의 개수에 제한이 없다. 무인기(200)는 소화탄을 장착할 수 있는 소화탄 운반 케이스가 하부에 장착되며 소화탄 운반 케이스는 하단부가 개폐되며 소화탄이 투척된다. 소화탄은 장착된 소화탄이 한번에 투척될 수도 있지만 발명의 양상에 따라서는 소화탄 운반 케이스는 소화탄이 한번에 하나씩 투척되도록 하는 소화탄 투척부가 포함할 수도 있다.
비행선(100)은 임무장비(110)와, 무인기 격납고(130)와, 무인기 이착륙부(150)와, 테더링 인터페이스(170)를 포함한다.
비행선(100)은 비행기나 헬리콥터와 달리 수소나 헬륨처럼 공기보다 가벼운 기체의 부력을 이용하거나 공기를 데워서 부력을 일으켜 비행하는 항공기이다. 비행선(100)은 부양력을 가진 기체를 담는 큰 부피의 기낭을 가진다. 비행선(100)의 기낭은 공기 저항이 작은 유선형의 형태를 가지며 구성에 따라 연식과 경식으로 구분되며 두 방식을 같이 쓰는 반경식이 있다. 연식은 일반적인 기구처럼 기낭에 가스를 불어넣는 비행선(100)이다. 경식은 기낭 밖에 경금속으로된 뼈대와 외판을 만들어서 기낭의 형태를 유지하며 기낭 안에 별도의 기체주머니를 설치하는 비행선(100)이다. 반경식은 연식과 경식 방식을 같이 사용하는 절충형이다. 본 발명의 비행선(100)은 연식/경식/반경식의 제한이 없다. 일반적으로 비행선(100)의 기낭의 후미에 비행 방향을 조절하기 위한 조작부재가 결합될 수 있다.
임무장비(110)는 비행선(100)의 임무수행 즉, 산불 감시를 위하여 필요한 장치들을 포함하는 장비이다. 임무장비(110)는 광학 카메라(115)와 열영상 카메라(117) 중 하나 이상의 카메라를 포함한다. 광학 카메라(115)는 전자 광학 카메라(EO)이며 주간에 감시 대상 지역을 촬영하는 용도로 사용된다. 광학 카메라(115)는 500만 화소 이상의 Full HD 카메라가 사용되는 것이 바람직하며 50 배율 이상의 광학 줌 기능을 구비하는 것이 바람직하다. 광학 카메라(115)는 최소한 주간에 5 km 이상 떨어진 위치의 사람을 인지할 수 있을 정도의 해상도를 갖고 있는 것이 바람직하다. 열영상 카메라(IR, 117)는 카메라에서 적외선 파장을 발산하여 촬영한다. 즉, 열영상 카메라(117)는 나이트 비전(Night Vision) 카메라로 야간에 감시 대상 지역을 촬영하는 용도로 사용된다. 발명의 양상에 따라서는 하나의 물리적인 장치에 광학 카메라 렌즈와 열영상 카메라 렌즈가 장착될 수 있다. 광학 카메라(115) 및/또는 열영상 카메라(117)는 흔들림 없는 영상을 획득할 수 있도록 3축 짐벌(111)에 장착되어 감시 영상을 촬영한다. 이때, 3축 짐벌(111)에 장착된 광학 카메라(115) 및/또는 열영상 카메라(117)는 360도의 영상을 획득할 수 있다. 임무장비(110)는 촬영한 영상을 지상 관제 시스템(GCS, 20)로 전송한다.
무인기 격납고(130)는 기낭의 하부에 장착되며 복수의 무인기(200)를 격납한다. 무인기 격납고(130)에 격납되는 무인기(200)의 수는 제한이 없지만 화재 진압을 위하여 10대의 무인기(200)를 격납하는 것이 바람직하다. 무인기 격납고(130)는 무인기(200)를 격납고로 수용하거나 내보내 때 하부면이 개방될 수 있다.
무인기 이착륙부(150)는 무인기 격납고(130)로부터 1차로 하부로 슬라이딩되고 2차로 비행선(100)의 중심에서부터 외곽으로 슬라이딩되며 이격된다. 무인기 이착륙부(150)는 무인기(200)가 이착륙할 수 있는 평면부재가 장착되어 있으며, 무인기(200)는 평면부재 상에서 이륙 또는 착륙을 하게 된다.
테더링 인터페이스(170)는 비행 고도와 비행 위치를 유지하기 이하여 송전탑에 체결하는 테더링 와이어(171)와, 송전탑으로부터 전력을 공급받기 위한 전력선(173)을 포함하여 구성된다. 비행선(100)은 테더링 와이어(171)에 의해 호버링되는 위치가 고정되어 설정된 고도에서 호버링하며 산불을 감시한다. 발명의 양상에 따라서는 송전탑에 고정되는 테더링 인터페이스(170)의 끝단은 기계적 장치에 의해 송전탑으로부터 분리될 수 있다. 비행선(100)은 전력선(173)을 통하여 송전탑으로부터 상시 전원을 공급받을 수 있으나, 비행선(100)의 이동 등에 대비하여 전력을 충전하는 무인기 충전부(131)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 추가적인 양상에 따르면, 비행선(100)에 장착되는 임무장비(110)는 열화상 카메라(119)를 더 포함할 수 있다.
열화상 카메라(Infrared Thermal Camera, 119)는 카메라에서 적외선을 방사하지 않고 피사체가 방사하는 적외선을 이용하여 촬영한다. 즉, 열화상 카메라(119)는 피사체의 온도에 따라 다른 파장의 빛이 방출되는 원리를 이용하여 촬영한다. 열화상 카메라(119) 또한 3축 짐벌(111)에 장착되며, 광학 카메라(115) 및/또는 열영상 카메라(117)가 장착되는 3축 짐벌(111) 또는 별도의 3축 짐벌에 장착될 수 있으며, 광학 카메라(115) 및/또는 열영상 카메라(117)와 함께 하나의 카메라 하우징에 포함될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 무인기(200)는 GPS 장치(미도시)와, 라이다 센서(203)를 포함할 수 있다.
GPS 장치(미도시)는 GPS 위성으로부터 GPS 신호를 수신하여 무인기(200)의 위치를 파악하며, 라이다 센서(203)는 레이저 신호를 이용하여 장애물을 인식할 수 있다. 라이다 센서(203)는 레이저 신호를 이용하여 주변의 사물을 인식하며 라이다 센서(203)에서 송출된 펄스 레이저 신호가 주변의 사물과 충돌할 후 되돌아오는 신호로 분석하여 사물의 위치나 운동 방향 등을 확인할 수 있다. 무인기(200)는 GPS 장치(미도시)와 라이다 센서(203)를 이용하여 목표로 하는 비행지점까지 자율비행을 수행할 수 있다. 무인기(200)는 무인기(200)의 비행을 제어하는 제어 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있고, 제어 모듈(미도시)은 무인기(200)의 자율비행을 위하여 학습된 딥러닝 모델을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 무인기(200)는 GPS 장치(미도시)와, 라이다 센서(203)를 포함할 수 있고, 비행선(100)의 무인기 이착륙부(150)는 라이다 센서용 타겟(151)을 포함할 수 있다.
무인기(200)는 앞서 설명한 바와 같이 GPS 장치(미도시)와 라이다 센서(203)를 이용하여 자율 비행이 가능하며, 화재 진압 임무 수행 후 지정된 위치 즉, 비행선(100)의 위치로 자동 귀환할 수 있다. 무인기(200)는 무인기 이착륙부(150)의 라이다 센서용 타겟(151)을 라이다 센서(203)로 감지하여 무인기 이착륙부(150)의 평면 부재(미도시) 상에 착륙할 수 있다. 즉, 무인기 이착륙부(150)는 복귀하는 무인기(200)의 라이다 센서(203)가 감지할 수 있는 라이다 센서용 타겟(151)으로 무인기(200)의 착륙을 유도할 수 있다. 무인기(200)는 감지된 라이다 센서용 타겟(151)으로부터 일정 거리 이격된 위치에 착륙하도록 학습될 수 있다.
본 발명의 추가적인 양상에 따르면, 무인기(200)는 광학 카메라(205)와 열영상 카메라(207) 중 하나 이상의 카메라를 3축 짐벌(201)에 장착하여 산불 진압 임무를 촬영할 수 있다. 무인기(200)는 촬영된 영상을 지상 관제 시스템(GCS, 20)로 전송할 수 있다.
광학 카메라(205)는 전자 광학 카메라(EO)이며 주간에 임무 수행 중 산불 진압 임무를 촬영하는 용도로 사용된다. 광학 카메라(205)는 500만 화소 이상의 Full HD 카메라가 사용되는 것이 바람직하며 50 배율 이상의 광학 줌 기능을 구비하는 것이 바람직하다. 광학 카메라(205)는 최소한 주간에 5 km 이상 떨어진 위치의 사람을 인지할 수 있을 정도의 해상도를 갖고 있는 것이 바람직하다. 열영상 카메라(IR, 207)는 카메라에서 적외선 파장을 발산하여 촬영한다. 즉, 열영상 카메라(207)는 나이트 비전(Night Vision) 카메라로 야간에 임무 수행 중 산불 진압 임무를 촬영하는 용도로 사용된다. 발명의 양상에 따라서는 하나의 물리적인 장치에 광학 카메라 렌즈와 열영상 카메라 렌즈가 장착될 수 있다. 광학 카메라(205) 및/또는 열영상 카메라(207)는 흔들림 없는 영상을 획득할 수 있도록 3축 짐벌(201)에 장착되어 산불 진압 임무 영상을 촬영한다. 이때, 3축 짐벌(201)에 장착된 광학 카메라(205) 및/또는 열영상 카메라(207)는 360도의 영상을 획득할 수 있다.
본 발명의 추가적 양상에 따르면, 비행선(100)의 무인기 격납고(130)는 격납된 무인기(200)를 충전하는 무인기 충전부(131)를 포함할 수 있다. 무인기 격납고(130)는 무인기 충전부(131)를 통해 격납된 무인기(200)를 항시 충전하여 임무 수행 중에 무인기(200)의 전력이 부족하지 않도록 할 수 있다. 발명의 양상에 따라서는 무인기 충전부(131)는 격납된 무인기(200)들을 동시에 충전하거나 순차적으로 충전할 수 있다.
본 발명의 추가적 양상에 따르면, 비행선(100)은 GPS 장치(180)와, 고도계(190)를 더 포함할 수 있다.
GPS 장치(180)는 GPS 위성으로부터 GPS 신호를 수신하여 비행선(100)의 위치를 파악할 수 있다. 고도계(190)는 비행선(100)의 현재 고도를 측정할 수 있다. 비행선(100)은 GPS 장치(180)와 고도계(190)를 이용하여 위치와 고도를 유지하며 테더링 인터페이스(170)가 연결된 송전탑 상공을 호버링하며 비행할 수 있다.
본 발명의 추가적 양상에 따르면, 비행선(100)은 GPS 장치(180)와, 고도계(190)를 더 포함하고, 임무장비(110)는 라이다 센서(113)를 더 포함할 수 있다.
라이다 센서(113)는 레이저 신호를 이용하여 장애물을 인식할 수 있다. 라이다 센서(113)는 레이저 신호를 이용하여 주변의 사물을 인식하며 라이다 센서(113)에서 송출된 펄스 레이저 신호가 주변의 사물과 충돌할 후 되돌아오는 신호로 분석하여 사물의 위치나 운동 방향 등을 확인할 수 있다.
비행선(100)은 GPS 장치(180)와, 고도계(190)와, 라이다 센서(113)를 이용하여 비행선(100)을 자율 비행하여 임무 완료 후 지정된 위치로 비행선(100)이 복귀 비행하여 착륙할 수 있도록 한다.
비행선(100)은 지상 관제 시스템(20)로부터 화재 진압 임무를 수신할 수 있다. 비행선(100)은 지상 관제 시스템(20) 또는 무인기(200)와 무선 통신을 할 수 있는 통신부를 포함할 수 있으며, 이 통신부를 통해 지상 관제 센터로부터 화재 진압 임무를 수신한다. 즉, 비행선(100)이 산불 감시 지역을 촬영하여 전송한 영상을 지상 관제 시스템(20)에서 분석하여 산불 발생을 감지하면 지상 관제 시스템(20)은 화재 발생 지역의 좌표 정보를 포함하는 산불 진압 임무를 무인기(200)에 전달한다. 비행선(100)은 통신부를 통해 무인기(200)에 수신한 산불 진압 임무 임무를 전달하고, 이를 수신한 무인기(200)가 이륙할 수 있도록 무인기 이착륙부(150)를 슬라이딩하여 비행선(100)으로부터 이격시킨다. 무인기(200)는 무인기 이착륙부(150)로부터 이륙하여 화재 발생 지역으로 이동하여 화재 진압 임무를 수행한다.
본 발명의 추가적 양상에 따르면, 무인기(200)는 GPS 장치(미도시)와, 라이다 센서(203)를 포함할 수 있고, 비행선(100)으로부터 화재 진압 임무를 수신한 무인기(200)는 GPS 장치(미도시)와 라이다 센서(203)를 이용하여 화재 발생지역으로 자율 비행으로 이동하고 화재 발생 지역의 상공에서 호버링 비행하며 정해진 시간 간격으로 소화탄을 투척할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 양상에 따른 산불 감시 및 산불 진압 시스템을 활용한 산불 감시 운용 개념도이다. 비행선(100)은 산불 진압용 소화탄을 장착한 무인기(200)를 탑재한 상태로 테더링 와이어(171)가 고정된 송전탑 상공을 호버링하며 임무장비(110)에 포함된 EO/IR 카메라와, 열화상 카메라(119)를 이용하여 감시 영상을 촬영하여 지상 관제 시스템(20)을 전송한다. 도 3에 도시된 바와 같이 비행선(100)은 송전탑에 테더링 와이어(171)로 고정되어 있으며, 임무장비(110)의 카메라 들을 통해 산불 감시 지역의 영상을 촬영하고 있다.
도 4는 본 발명의 일 양상에 따른 산불 감시 및 산불 진압 시스템을 활용한 산불 진압 운용 개념도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 산불이 발생하며 비행선(100)에 탑재된 무인기(200)가 임무를 전달받아 산불 화재 지역으로 자율 비행을 통해 이동한 후 화재 발생 지역의 상공에서 호버링하며 소화탄을 투척하여 산불을 진압한다. 이때, 소화탄은 한번에 탑재된 전부를 투하할 수도 있고, 정해진 시간 간격으로 하나씩 투하할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 양상에 따른 비행선의 개념도이다. 도 5에 도시된 바와 같이 비행선(100)은 임무장비(110)와, 무인기 격납고(130)와, 무인기 이착륙부(150)와, 테더링 인터페이스(170)와, 라이더 센싱용 타겟을 포함할 수 있다.
비행선(100)은 비행기나 헬리콥터와 달리 수소나 헬륨처럼 공기보다 가벼운 기체의 부력을 이용하거나 공기를 데워서 부력을 일으켜 비행하는 항공기이다. 비행선(100)은 부양력을 가진 기체를 담는 큰 부피의 기낭을 가진다. 비행선(100)의 기낭은 공기 저항이 작은 유선형의 형태를 가지며 구성에 따라 연식과 경식으로 구분되며 두 방식을 같이 쓰는 반경식이 있다. 또한, 비행선(100)은 기낭의 후미에 비행 방향을 조절하기 위한 조작부재를 포함할 수 있다.
임무장비(110)는 비행선(100)의 임무수행 즉, 산불 감시를 위하여 필요한 장치들을 포함하는 장비이다. 임무장비(110)는 광학 카메라(115)와 열영상 카메라(117) 중 하나 이상의 카메라를 포함한다. 광학 카메라(115)는 전자 광학 카메라(EO)이며 주간에 감시 대상 지역을 촬영하는 용도로 사용된다. 광학 카메라(115)는 500만 화소 이상의 Full HD 카메라가 사용되는 것이 바람직하며 50 배율 이상의 광학 줌 기능을 구비하는 것이 바람직하다. 광학 카메라(115)는 최소한 주간에 5 km 이상 떨어진 위치의 사람을 인지할 수 있을 정도의 해상도를 갖고 있는 것이 바람직하다. 열영상 카메라(IR, 117)는 카메라에서 적외선 파장을 발산하여 촬영한다. 즉, 열영상 카메라(117)는 나이트 비전(Night Vision) 카메라로 야간에 감시 대상 지역을 촬영하는 용도로 사용된다. 발명의 양상에 따라서는 하나의 물리적인 장치에 광학 카메라 렌즈와 열영상 카메라 렌즈가 장착될 수 있다. 광학 카메라(115) 및/또는 열영상 카메라(117)는 흔들림 없는 영상을 획득할 수 있도록 3축 짐벌(111)에 장착되어 감시 영상을 촬영한다. 이때, 3축 짐벌(111)에 장착된 광학 카메라(115) 및/또는 열영상 카메라(117)는 360도의 영상을 획득할 수 있다. 임무장비(110)는 촬영한 영상을 지상 관제 시스템(GCS, 20)로 전송한다.
무인기 격납고(130)는 기낭의 하부에 장착되며 복수의 무인기(200)를 격납한다. 무인기 격납고(130)에 격납되는 무인기(200)의 수는 제한이 없지만 화재 진압을 위하여 10대의 무인기(200)를 격납하는 것이 바람직하다. 무인기 격납고(130)는 무인기(200)를 격납고로 수용하거나 내보내 때 하부면이 개방될 수 있다.
무인기 이착륙부(150)는 무인기 격납고(130)로부터 1차로 하부로 슬라이딩되고 2차로 비행선(100)의 중심에서부터 외곽으로 슬라이딩되며 이격된다. 무인기 이착륙부(150)는 무인기(200)가 이착륙할 수 있는 평면부재가 장착되어 있으며, 무인기(200)는 평면부재 상에서 이륙 또는 착륙을 하게 된다. 비행선(100)의 무인기 이착륙부(150)는 라이다 센서용 타겟(151)을 포함할 수 있다. 무인기(200)는 무인기 이착륙부(150)의 라이다 센서용 타겟(151)을 라이다 센서(203)로 감지하여 무인기 이착륙부(150)의 평면 부재(미도시) 상에 착륙할 수 있다.
테더링 인터페이스(170)는 비행 고도와 비행 위치를 유지하기 이하여 송전탑에 체결하는 테더링 와이어(171)와, 송전탑으로부터 전력을 공급받기 위한 전력선(173)을 포함하여 구성된다. 비행선(100)은 테더링 와이어(171)에 의해 호버링되는 위치가 고정되어 설정된 고도에서 호버링하며 산불을 감시한다. 발명의 양상에 따라서는 송전탑에 고정되는 테더링 인터페이스(170)의 끝단은 기계적 장치에 의해 송전탑으로부터 분리될 수 있다. 비행선(100)은 전력선(173)을 통하여 송전탑으로부터 상시 전원을 공급받을 수 있으나, 비행선(100)의 이동 등에 대비하여 전력을 충전하는 무인기 충전부(131)를 더 포함할 수 있다.
이상에서 본 발명을 첨부된 도면을 참조하는 실시 예들을 통해 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 이들로부터 당업자라면 자명하게 도출할 수 있는 다양한 변형 예들을 포괄하도록 해석되어야 한다. 특허청구범위는 이러한 변형 예들을 포괄하도록 의도되었다.
10 : 산불 감시 및 산불 진압 시스템
100 : 비행선
110 : 임무장비
111 : 3축 짐벌 113 : 라이다 센서
115 : 광학 카메라 117 : 열영상 카메라
119 : 열화상 카메라
130 : 무인기 격납고
131 : 무인기 충전부
150 : 무인기 이착륙부
151 : 라이다 센서용 타겟
170 : 테더링 인터페이스
171 : 테더링 와이어 173 : 전력선
180 : GPS 장치
190 : 고도계
200 : 무인기
201 : 3축 짐벌 203 : 라이다 센서
205 : 광학 카메라 207 : 열영상 카메라
20 : 지상 관제 시스템
30 : 운용 관리 시스템

Claims (10)

  1. 화재 발생 지역으로 이동하여 장착된 소화탄을 투척하는 무인기; 및
    광학 카메라와 열영상 카메라 중 하나 이상의 카메라가 3축 짐벌에 장착되어 촬영한 영상을 지상 관제 시스템(GCS)으로 전송하는 임무장비와, 복수의 무인기를 격납하는 무인기 격납고와, 무인기 격납고로부터 슬라이딩되며 이격되는 무인기 이착륙부와, 비행 고도와 비행 위치를 유지하기 위하여 송전탑에 체결하는 테더링 와이어 및 송전탑으로부터 전력을 공급받기 위한 전력선을 포함하여 구성되는 테더링 인터페이스를 포함하여 설정된 고도에서 호버링하며 산불을 감시하는 비행선;
    을 포함하되,
    상기 비행선은 부양력을 가진 기체를 담는 기낭을 가지는 항공기이고,
    상기 비행선은 송전탑으로부터 상시 전원을 공급받으며 송전탑 상공을 호버링하며 비행하는 무인기와 비행선을 이용한 산불 감시 및 진압 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 임무장비는 3축 짐벌에 장착되는 열화상 카메라를 더 포함하는 무인기와 비행선을 이용한 산불 감시 및 진압 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    무인기는 GPS 신호를 수신하는 GPS 장치와 레이저 신호를 이용하여 장애물을 인식하는 라이다 센서를 포함하는 무인기와 비행선을 이용한 산불 감시 및 진압 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 무인기 이착륙부는 복귀하는 무인기의 라이다 센서가 감지할 수 있는 라이다 센서용 타겟을 포함하여 무인기의 착륙을 유도하는 무인기와 비행선을 이용한 산불 감시 및 진압 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    무인기는 광학 카메라와 열영상 카메라 중 하나 이상의 카메라를 3축 짐벌에 장착하여 산불 진압 임무를 촬영하고, 촬영된 영상을 지상 관제 시스템(GCS)로 전송하는 무인기와 비행선을 이용한 산불 감시 및 진압 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 무인기 격납고는 격납된 무인기를 충전하는 무인기 충전부를 포함하는 무인기와 비행선을 이용한 산불 감시 및 진압 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 비행선은 :
    GPS 신호를 수신하는 GPS 장치; 및
    비행선의 현재 고도를 측정하는 고도계;
    를 더 포함하여 위치와 고도를 유지하며 호버링하는 무인기와 비행선을 이용한 산불 감시 및 진압 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 임무장비는 레이저 신호를 이용하여 장애물을 인식하는 라이다 센서를 더 포함하고,
    비행선은 임무 완료 후 지정된 위치로 복귀 비행하여 착륙하는 무인기와 비행선을 이용한 산불 감시 및 진압 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    비행선은 지상 관제 시스템으로부터 화재 진압 임무를 수신하여 무인기에 전달하고, 임무를 수신한 무인기가 이륙하도록 상기 무인기 이착륙부를 슬라이딩하여 비행선으로부터 이격하는 무인기와 비행선을 이용한 산불 감시 및 진압 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    무인기는 GPS 신호를 수신하는 GPS 장치와 레이저 신호를 이용하여 장애물을 인식하는 라이다 센서를 포함하되, 비행선으로부터 화재 진압 임무를 수신하고, 수신한 화재 발생지역으로 자율 비행으로 이동하고 화재 발생 지역의 상공에서 호버링 비행하며 정해진 시간 간격으로 소화탄을 투척하는 무인기와 비행선을 이용한 산불 감시 및 진압 시스템.
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