KR20190001324A - 드론 비행을 위한 공중 교통체계와 그 공중 교통체계 하의 드론 자율 비행 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 공중 교통체계 하의 드론 자율 비행 시스템은, 드론이 전용으로 비행하는 드론 공역 상에서 드론을 자율 비행하기 위한 드론 자율 비행 시스템에 있어서, 상기 드론의 비행 관련 구성들을 동작시켜 상기 드론의 비행을 제어하는 비행 구동부; 상기 드론 공역 상에서 상기 드론의 자율 비행경로를 설정하는 비행경로 설정부; 상기 비행경로 설정부에 의해 설정된 비행경로 상에서 소정 간격으로 미리 설정되거나 상기 비행경로가 합류되는 지점에 해당하는 노드와 관련된 노드 정보를 추출하는 노드 정보 추출부; 주변의 다른 드론과 상기 노드 정보를 무선 통신으로 송수신하는 노드 정보 송수신부; 및 상기 노드 정보 송수신부에 의해 수신된 다른 드론의 노드 정보를 기초로 하여 상기 비행 구동부를 제어하여 상기 드론의 노드 통과 속도를 조절하는 제어부를 포함한다.

Description

드론 비행을 위한 공중 교통체계와 그 공중 교통체계 하의 드론 자율 비행 시스템 및 방법{MIDAIR TRANSPORT SYSTEM FOR DRONE FLIGHT, DRONE AUTONOMIC FLY SYSTEM UNDER THE SYSTEM AND METHOD THEREON}

본 발명은 드론 비행을 위한 공중 교통체계와 그 공중 교통체계 하의 드론 자율 비행 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 드론 비행을 위한 전용의 공중 교통체계를 제공하고 드론 전용의 공역 상에서 드론 간 통신에 의해 충돌 회피를 보장할 수 있는 자율 비행 시스템 및 방법을 제공한다.

일반적으로, 항공기가 정상적으로 비행하기 위해서는 정해진 공역에서 정해진 방식으로 비행하여야 한다. 최근 들어 드론 시장이 점차 확대되고 있고 2025년 경에는 승객이 탑승하는 유인 자율 비행체(MAAV: Manned Autonomous Aerial Vehicle)가 등장할 것으로 예측되는 바, MAAV가 활성화 되는 시점에서는 드론 역시 공중에서 전용의 공역이 필요하게 될 것이다.

통상적으로 헬기나 여객기와 같은 항공기는 지상에서 3,000피트 이상의 상공을 비행하지만, 지상으로 내려오거나 이륙을 위해서 지상으로 상륙하기 때문에 저고도 공역을 점유할 수 있다. 또한, 공항 주변의 반경 4~15km 구역 내에서는 항공기의 선회를 보장하기 위해 지상 45m 이상은 어떤 물체도 침범할 수 없다.

한편, 지상에서 개인의 취미 활동이나 농업, 조사 등을 위해 가시권 내에서 원격 조종으로 비행하는 소형 드론(RHAV: Remotely Handled Aerial Vehicle)의 경우 저고도에서 비행한다. 따라서 MAAV를 위한 전용의 공역 설정을 위해서는 아래로는 항공기의 이착륙 및 소형 드론의 가시권 비행 고도와 유격을 두어야 하며 위로는 항공기의 공역과 유격을 둘 필요가 있다.

만약 드론 전용의 공역이 설정된다면, 이후에는 드론이 마치 항공기와 같이 정해진 경로(예컨대, 항로와 같은)를 따라 비행해야 한다. 하지만, 원거리로 비행하는 항공기와는 달리 드론은 국지적으로 비행하는 경우가 빈번하므로, 드론의 경로는 지상의 교통체계와 같이 우회전, 좌회전, 유턴 등의 경로를 가질 수 있다. 그런데 공중에서는 신호등과 같은 신호체계를 구축하는 것이 어려우므로, 드론의 비행경로가 교차되는 지점 등에서 드론 간 충돌이 발생할 수 있다.

저고도에서 원격 조정에 의해 비행하는 드론이나 관제 센터의 제어 하에 비행하는 소형 드론의 경우, 공역 상에서 비행하는 드론 간의 충돌 문제에 대하여 자유롭다고 할 수 있다. 예를 들어, 대한민국 공개특허 제10-2016-0069624호는 드론의 원격 조종 및 관리 서버에 의한 드론 비행 제어 방법을 제안하고 있다. 동 선행문헌은 비행 허가 영역 내에서 비행 제어 명령에 따라 비행하거나 비행 제어 명령을 거부하는 비행 제어 방법이 개시되어 있다.

하지만, MAAV와 같이 높은 공역 상에서 비행하는 드론의 경우에는 드론이 가시 영역을 벗어나거나 관제 센터와 거리가 멀어 드론의 비행 제어 명령이 전달되지 않는 문제가 발생될 수 있다. 또한, 비행경로가 교차되는 지점에서 드론의 관제 주체가 다르거나 제어 명령의 오인식 등에 의해 드론 간 충돌이 발생될 위험성이 높다는 문제가 있다.

대한민국 공개특허 제10-2016-0069624호

본 발명은 MAAV와 같은 유인 자율 비행을 수행하는 드론을 위한 전용의 공중 교통체계를 제안하고, 공중 교통체계 상에서 드론이 자율 비행을 수행할 때 드론 간 통신에 의해 충돌 회피를 보장할 수 있도록 하는 드론 비행을 위한 공중 교통체계와 그 공중 교통체계 하의 드론 자율 비행 시스템 및 방법을 제공함에 목적이 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 드론 비행을 위한 공중 교통체계는, 지상으로부터 150피트 내지 1,000피트의 드론 공역 상에서 드론이 제1 속도로 비행하는 루트 영역과, 상기 드론 공역 내에서 상기 루트 영역의 상부에 형성되며 상기 제1 속도에 비해 고속으로 드론이 비행하는 하이웨이 영역을 포함하며, 상기 루트 영역 또는 상기 하이웨이 영역은, 상기 드론이 서로 반대 방향을 향해 일방통행 하도록 설정되는 두 개의 경로가 대향하여 배치되는 직선 경로; 및 상기 대향하는 직선 경로를 연결하며 상기 드론이 통행 방향을 대향하는 방향으로 변경하도록 설정되는 유턴 경로를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 드론 비행을 위한 공중 교통체계는, 상기 직선 경로 중 어느 하나의 제1 일방통행 경로에 대하여 교차하는 제1 교차 경로; 상기 제1 교차 경로에서 상기 제1 일방통행 경로를 향해 그리고 상기 제1 일방통행 경로에서 상기 제1 교차 경로를 향해 우회전 가능하도록 설정되는 우회전 경로; 및 상기 제1 교차 경로에서 상기 직선 경로 중 다른 하나의 제2 일방통행 경로를 향해 좌회전 가능한 좌회전 경로를 더 포함하며, 상기 좌회전 경로는 상기 제1 일방통행 경로의 일측으로 우회하는 우회 경로로 설정된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 드론 비행을 위한 공중 교통체계는, 상기 직선 경로의 두 개의 일방통행 경로에 대하여 교차하는 제2 교차 경로; 상기 제2 교차 경로에서 상기 직선 경로를 향해 그리고 상기 직선 경로에서 상기 제2 교차 경로를 향해 우회전 가능한 우회전 경로; 및 상기 제2 교차 경로에서 상기 직선 경로를 교차하는 구간에서 상기 직선 경로의 일측으로 우회하는 직진 우회 경로를 더 포함한다.

본 발명의 일실시예에 따른 드론 자율 비행 시스템은, 드론이 전용으로 비행하는 드론 공역 상에서 드론을 자율 비행하기 위한 드론 자율 비행 시스템에 있어서, 상기 드론의 비행 관련 구성들을 동작시켜 상기 드론의 비행을 제어하는 비행 구동부; 상기 드론 공역 상에서 상기 드론의 자율 비행경로를 설정하는 비행경로 설정부; 상기 비행경로 설정부에 의해 설정된 비행경로 상에서 소정 간격으로 미리 설정되거나 상기 비행경로가 합류되는 지점에 해당하는 노드와 관련된 노드 정보를 추출하는 노드 정보 추출부; 주변의 다른 드론과 상기 노드 정보를 무선 통신으로 송수신하는 노드 정보 송수신부; 및 상기 노드 정보 송수신부에 의해 수신된 다른 드론의 노드 정보를 기초로 하여 상기 비행 구동부를 제어하여 상기 드론의 노드 통과 속도를 조절하는 제어부를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 드론 자율 비행 시스템은, 상기 노드 정보 송수신부에 의해 드론 간에 송수신되는 상기 노드 정보는, 적어도 상기 드론이 직전 통과한 노드의 위치 정보, 통과 시간, 및 통과 속도를 포함하는 직전 통과 노드 정보; 및 적어도 상기 드론이 직후에 통과할 노드의 위치 정보, 통과 예정 시간, 및 통과 예정 속도를 포함하는 통과 예정 노드 정보를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 드론 자율 비행 시스템은, 상기 노드 정보 송수신부는 광역 이동 통신망을 통해 주변의 다른 드론과 상기 노드 정보를 송수신한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 드론 자율 비행 시스템은, 선행 드론의 직전 통과 노드 정보와 자신의 통과 예정 노드 정보를 비교하여 선행 드론과의 이격거리를 연산하고, 선행 드론과의 이격거리가 미리 정해진 설정치 이하일 경우 통과 예정 노드에 대한 통과 속도를 하향 조절하는 노드 통과속도 산출부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 노드 통과속도 산출부에 의해 산출된 통과속도로 직후의 노드까지 상기 비행 구동부를 제어한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 드론 자율 비행 시스템은, 상기 노드 통과속도 산출부는 인접하는 다른 드론의 통과 예정 노드 정보와 자신의 통과 예정 노드 정보를 비교하여 통과 예정 노드가 중첩되는지를 판단하고, 통과 예정 노드가 중첩될 경우 당해 노드를 통과하는 드론의 우선순위를 결정하며, 우선 통과로 결정되는 경우 통과 예정 노드에 대한 통과 속도를 유지하고 우선 통과로 결정되지 않는 경우 통과 예정 노드에 대한 통과 속도를 하향 조절하며, 상기 제어부는 상기 노드 통과속도 산출부에 의해 산출된 통과속도로 통과 예정 노드까지 상기 비행 구동부를 제어한다.

본 발명의 일실시예에 따른 드론 자율 비행 방법은, 드론이 전용으로 비행하는 드론 공역 상에서 드론을 자율 비행하기 위한 드론 자율 비행 방법에 있어서, (a) 상기 드론 공역 상에서의 비행경로를 설정하는 단계; (b) 상기 비행경로 상에서 소정 간격으로 미리 설정되거나 상기 비행경로가 합류되는 지점에 해당하는 노드와 관련된 노드 정보를 추출하는 단계; (c) 상기 드론 공역 상에서 상기 비행경로를 따라 자율 비행을 개시하는 단계; (d) 상기 노드에 미리 정해진 거리 이내로 접근하는 경우 주변의 다른 드론과 상기 노드 정보를 송수신하는 단계; (e) 상기 단계(d)에서 수신된 다른 드론의 노드 정보를 기초로 하여 드론의 노드 통과 속도를 유지하거나 조절하는 단계; 및 (f) 자율 비행이 종료되는지 여부를 판단하고, 자율 비행이 종료되지 않았다면 상기 단계(d)로 복귀하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 드론 자율 비행 방법은, 상기 단계(c)에서 송수신되는 상기 노드 정보는, 적어도 상기 드론이 직전 통과한 노드의 위치 정보, 통과 시간, 및 통과 속도를 포함하는 직전 통과 노드 정보; 및 적어도 상기 드론이 직후에 통과할 노드의 위치 정보, 통과 시간, 및 통과 예정 속도를 포함하는 통과 예정 노드 정보를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 드론 자율 비행 방법은, 상기 단계(c)는 광역 이동 통신망을 통해 상기 노드 정보를 송수신한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 드론 자율 비행 방법은, 상기 단계(e)는, (e-1) 선행 드론의 직전 통과 노드 정보와 자신의 통과 예정 노드 정보를 비교하여 선행 드론과의 이격거리를 연산하는 단계; (e-2) 선행 드론과의 이격거리가 미리 정해진 설정치 이하인지를 판단하는 단계; (e-3) 상기 단계(e-2)의 판단 결과 선행 드론과의 이격거리가 미리 정해진 설정치를 초과하는 경우 비행 속도를 유지하는 단계; 및 (e-4) 상기 단계(e-2)의 판단 결과 선행 드론과의 이격거리가 미리 정해진 설정치 이하인 경우 통과 예정 노드에 대한 통과 속도를 하향 조절하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 드론 자율 비행 방법은, 상기 단계(e)는, (e-5) 인접하는 다른 드론의 통과 예정 노드 정보와 자신의 통과 예정 노드 정보를 비교하여 통과 예정 노드가 중첩되는지를 판단하는 단계; (e-6) 상기 단계(e-5)의 판단 결과 통과 예정 노드가 중첩되는 것으로 판단되면, 당해 노드를 통과하는 드론의 우선순위를 결정하는 단계; (e-7) 자신이 우선 통과로 결정되는지 여부를 판단하는 단계; (e-8) 상기 단계(e-7)에서 자신이 우선 통과로 결정된다면 비행 속도를 유지하는 단계; 및 (e-9) 상기 단계(e-7)에서 자신이 우선 통과로 결정되지 않는다면 통과 예정 노드에 대한 통과 속도를 하향 조절하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 드론 비행을 위한 공중 교통체계와 그 공중 교통체계 하의 드론 자율 비행 시스템 및 방법에 따르면, 드론 비행을 위한 전용의 공중 교통체계를 제공할 수 있고, 드론 전용의 공역 상에서 자율 비행을 수행할 때 자율 비행의 경로를 유지하되 드론 간 통신에 의해 노드를 통과하는 속도를 제어함으로써, 드론 간 충돌을 회피할 수 있고, 승객 탑승형 유인 자율 비행체(MAAV: Manned Autonomous Aerial Vehicle)의 도입을 촉진할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 드론 비행을 위한 공중 교통체계를 예시한 도면,
도 2는 본 발명에서 MAAV-Route 상에서의 직선 및 유턴 경로를 예시한 도면,
도 3은 본 발명에서 MAAV-Route 상에서의 3거리 교차 경로를 예시한 도면,
도 4는 본 발명에서 MAAV-Route 상에서의 4거리 교차 경로를 예시한 도면,
도 5는 본 발명에서 드론 간 통신 및 관제 센터 간 통신을 예시한 개념도,
도 6은 본 발명에 따른 드론 자율 비행 시스템을 예시한 블록도, 및
도 7은 본 발명에 따른 드론 자율 비행 방법을 예시한 흐름도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체적인 실시예가 설명된다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대하여 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

명세서 전체에 걸쳐 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 그리고 본 발명에 첨부된 도면은 설명의 편의를 위한 것으로서, 그 형상과 상대적인 척도는 과장되거나 생략될 수 있다.

실시예를 구체적으로 설명함에 있어서, 중복되는 설명이나 당해 분야에서 자명한 기술에 대한 설명은 생략되었다. 또한, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 기재된 구성요소 외에 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "~부", "~기", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.

본 발명은 승객 탑승형 유인 자율 비행체(MAAV: Manned Autonomous Aerial Vehicle)를 위한 전용의 공역 상 교통체계를 제안하면서, 아울러 동 교통체계 하의 드론 간 통신에 의한 자율 비행 시스템 및 방법을 제안한다. 본 발명에서 언급되는 드론 전용의 공역이라 함은 항공기의 공역에서와 마찬가지로 공중에서 드론의 교통을 위한 전용의 공중 교통로를 의미한다.

이하의 설명에서는 드론 전용의 공역 체계를 먼저 설명하고 난 후에, 드론 전용의 공역 상에서의 드론의 자율 비행 시스템 및 방법을 설명한다. 본 발명에 따른 드론 자율 비행 시스템 및 방법은 드론 간의 통신에 의해 수행된다. 한편, 지상에서 드론 전용의 공역까지 관제 센터에 의한 드론 비행 제어 구간에 대하여는 자세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 드론 비행을 위한 공중 교통체계를 예시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에서 드론 전용의 공역은 지상 250피트 상공에서부터 850피트까지 600피트의 구간에 걸쳐 형성될 수 있다.

통상적으로 헬기나 여객기와 같은 항공기는 지상으로의 상륙을 위해 저고도 영역을 점유하며, 공항 주변의 반경 4~15km 구역 내에서는 항공기의 선회를 보장하기 위해 150피트의 높이까지 어떤 물체도 침범할 수 없는 영역을 가진다. 그리고 MAAV의 전용 공역을 위해서는, 개인의 취미 활동이나 농업, 조사 등을 위해 가시권 내에서 원격 조종으로 비행하는 소형 드론(RHAV: Remotely Handled Aerial Vehicle)의 저고도 영역과 구분될 필요가 있다. 이를 위하여 지상 150피트 높이에 위와 같은 영역과의 구분을 위한 유격 높이 100피트를 더한 250피트 상공으로부터 드론의 공역을 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 드론의 안전한 비행을 담보하면서 항공기의 공역과 공간을 분리하기 위하여 지상 1,000피트 이내의 구간 중에서, 상부로 150피트의 유격을 둔 지상 850피트 이내에 드론의 전용 공역을 설정하는 것이 바람직하다.

즉, 본 발명에 의한 드론 전용의 공역은 지표면(100) 상에서 수직으로 250피트 상공으로부터 850피트까지의 구간을 갖도록 설정될 수 있다.

도 1을 참조하면, 지표면(100) 상에는 드론의 이착륙을 위한 이착륙 패드(MAAV Pad, 200)가 형성되며, 지표면에서 소정 높이(예를 들어, 지상 250피트 이상의 높이)에는 드론 전용의 비행경로인 루트 영역(MAAV-Route, 400)이 형성된다. 본 발명에서 루트 영역(400)은 드론의 주 비행경로이다.

이착륙 패드(200)에서 루트 영역(400)까지를 연결하는 경로를 패드 루트 영역(MAAV-Pad route, 300)이라 칭하기로 한다. 패드 루트 영역(300)은 드론의 이착륙 경로를 의미하며, 지상에 설치된 관제 센터(700)에 의해 비행이 제어되는 영역이다.

그리고 루트 영역(400)의 상부에는 루트 영역(400)에 비해 고속 비행이 가능한 하이웨이 영역(MAAV-Highway, 500)이 형성된다. 본 발명에서 하이웨이 영역(500)은 드론의 고속 간선 비행경로를 의미한다.

루트 영역(400)과 하이웨이 영역(500)은 모두 상술한 드론 전용의 공역(지상 250피트에서 850피트 사이의 영역)을 형성하는 구간으로, 이 두 영역은 지상에서 상당한 높이에 형성된다. 본 발명에 따르면, 루트 영역(400)과 하이웨이 영역(500)에서 드론의 자율 비행이 이루어진다.

도 1에서 루트 영역(400)과 하이웨이 영역(500)을 연결하는 경로는 피더 루트(450)로서, 드론의 경로 전환에 이용되는 영역을 의미하는바, 구체적으로, 드론이 주 비행경로에서 고속 간선 비행경로로, 또는, 고속 간선 비행경로에서 주 비행경로로 전환하기 위한 영역을 일컫는다.

또한, 루트 영역(400)과 하이웨이 영역(500)에는 각각 우회 경로(410, 510)가 형성되는데, 이 우회 경로(410, 510)는 마치 지상의 차도 중 고가도로와 같이 드론이 주 비행경로 또는 고속 간선 비행경로를 따라 이동하다가 교차 경로를 회피하기 위해 상승했다가 다시 하강하여 원래의 경로로 만나기 위한 경로를 의미한다. 물론, 우회 경로(410, 510)는 반드시 상부로 형성되는 것이 아니라, 하부 또는 사선방향으로 형성될 수도 있다. 즉, 우회 경로(410, 510)는 교차 경로를 회피하기 위한 경로일 뿐 우회 방향은 자유롭게 변경될 수 있다.

도 2 내지 4는 본 발명에서 루트 영역(400) 상에서 드론의 교통체계를 3가지 패턴으로 예시한 도면으로, 도 2 내지 4를 참조하여 본 발명에서 드론 전용의 공역 상에서의 교통체계를 설명하면 다음과 같다. 한편, 이하에서 설명되는 3가지 패턴의 교통체계는 하이웨이 영역(500)에도 동일하게 적용될 수 있음은 물론이다.

본 발명에 따른 드론의 공중 교통체계는 드론이 일방통행 방식으로 진행하도록 설정된다. 승객 탑승형 드론이 적은 환경에서는 루트 영역(400) 상에서 도 2와 같은 단순 일방통행 방식으로 드론의 교통체계를 설정할 수 있지만, 공중을 교통하는 드론의 기체 수의 증가는 필연적이므로, 본 발명에서는 3거리 패턴 및 4거리 패턴을 함께 제공한다.

먼저, 도 2를 참조하여 기본 교통체계를 설명한다.

도 2를 참조하면, 드론이 서로 반대 방향을 향해 일방통행 하도록 2개의 경로가 대향하여 배치되는 직선 경로(460)와, 서로 대향하는 직선 경로를 연결하여 드론이 통행 방향을 대향하는 방향으로 변경하도록 설정되는 유턴 경로(470)가 형성된다.

도 2를 기준으로 하여 제1 일방통행 경로(461)는 우측으로 화살표가 도시된 바와 같이 우측으로 일방통행 하도록 설정되며, 제2 일방통행 경로(462)는 좌측으로 화살표가 도시된 바와 같이 좌측으로 일방통행 하도록 설정된다.

제1 일방통행 경로(461) 상의 임의의 지점에서 U자형으로 분기되는 비행경로가 제2 일방통행 경로(462)와 만나 제1 유턴 경로(471)를 형성하며, 제2 일방통행 경로(462) 상의 임의의 지점에서 U자형으로 분기되는 비행경로가 제1 일방통행 경로(461)와 만나 제2 유턴 경로(472)를 형성한다.

도 2와 같은 비행경로를 살피면, 드론이 직선 경로(460)를 따라 이동하다가 유턴 경로(470)를 따라 반대 방향으로 방향을 전환할 수 있다. 즉, 드론은 직진과 유턴을 선택하는 것으로 원하는 목표 지점까지 이동할 수 있는데, 각 경로가 일방통행으로 형성되므로 복수의 드론이 신호체계 없이 비행하여도 물이 흐르는 것과 같은 교통 흐름을 기대할 수 있다.

이때, 비행경로 상에서 소정 간격으로 설정되거나 비행경로가 합류되는 지점에 노드(485, 495)가 형성될 수 있다. 본 발명에서 '노드(node)'라 함은 드론이 자율 비행을 수행할 경우 드론 간에 충돌이 발생할 수 있는 지점을 의미한다. 예컨대, 서로 다른 비행경로가 합류하는 지점에서는 드론 간에 충돌이 발생될 위험성이 존재한다. 또한, 동일한 일방통행 경로를 비행하는 드론들은 동일한 속도로 비행하는 것을 원칙으로 하지만, 비행경로가 합류하는 지점에서 충돌 방지를 위해 드론의 속도를 조절하는 경우 또는 서로 다른 드론 기체 간의 성능 차이 등에 기인하여, 동일한 일방통행 경로를 선행하는 드론과 후행하는 드론 간에 속도 차이가 발생할 수 있고, 이에 따라 동일한 일방통행 경로에서도 드론 간에 충돌이 발생할 수 있다.

도 2를 참조하면, 제1 일방통행 경로(461) 상의 소정 지점에 제1 노드(485)가 형성된다. 도시하여 예시하지 않았지만, 제1 일방통행 경로(461)에서 제1 유턴 경로(471)로 분기되는 분기 지점에서도 제1 노드(485)가 형성될 수 있다. 그리고 제1 유턴 경로(471)와 제2 일방통행 경로(462)가 합류하는 지점과, 제2 유턴 경로(471)와 제1 일방통행 경로(461)가 합류하는 지점에 제2 노드(495)가 형성된다.

도 2에서와 같은 경로를 따라 드론이 자율 비행을 수행할 경우, 제1 노드(485)에서는 선행하는 드론과 후행하는 드론 간의 충돌 방지를 위해 적당한 이격을 유지할 필요가 있다. 또한, 비행경로가 합류되는 제2 노드(495)에서는 서로 다른 비행경로에서 유입되는 드론 간에 충돌 방지를 위해 제2 노드(495)를 통과에 대하여 우선순위를 부여할 필요가 있다.

본 발명에 따르면, 도 2 및 후술하는 도 3 및 도 4와 같은 교통체계에서 드론 간 통신을 통해 각 노드(485, 495)에서의 충돌을 회피하는 자율 비행 시스템 및 방법을 제안한다. 자율 비행 시스템 및 방법의 구체적인 예시는 도 6 및 도 7을 참조하여 후술하기로 한다.

도 3을 참조하여 3 거리의 교차 경로를 가질 경우의 교통체계에 대하여 설명한다.

도 3을 참조하면, 제1 일방통행 경로(461)와 제2 일방통행 경로(462)가 나란하게 배치되어 직선 경로(460)를 형성하며, 제1 일방통행 경로(461)와 제2 일방통행 경로(462) 양자 간에 유턴 경로(470)가 형성(도 3에서는 제2 유턴 경로(472)만 묘사되었지만 제1 유턴 경로(471) 역시 도 2와 동일하게 형성될 수 있음)되는 것은 도 2의 예시와 동일하다.

여기서, 도 3에서와 같이 제1 일방통행 경로(461)에 대하여 교차하는 제1 교차 경로(480)가 더 형성되어 3 거리 교통망을 구성할 수 있다. 도시하여 예시하지 않았지만 제1 교차 경로(480)는 제2 일방통행 경로(462)에 대하여 교차하도록 형성될 수도 있음은 물론이다.

도시된 예에서 제1 교차 경로(480)는 직선 경로(460)에서와 마찬가지로 제1 일방통행 경로(461)와 가까워지는 방향으로 직진하는 제3 일방통행 경로(481)와, 제1 일방통행 경로(461)와 멀어지는 방향으로 직진하는 제4 일방통행 경로(482)로 구성된다.

그리고 제1 교차 경로(480)의 제3 일방통행 경로(481)에서 제1 일방통행 경로(461)을 향해, 그리고 제1 일방통행 경로(461)에서 제1 교차 경로(480)의 제4 일방통행 경로(482)를 향해 우회전 가능하도록 설정되는 우회전 경로(484)가 형성된다.

마지막으로, 제1 교차 경로(480)의 제3 일방통행 경로(481)에서 직선 경로(460)의 제2 일방통행 경로(462)를 향해 좌회전 가능한 좌회전 경로(486)가 형성되는데, 이 좌회전 경로(486)는 제1 일방통행 경로의 상부로 우회하는 우회 경로로 설정된다. 우회 경로에 관하여는 도 1에서 도면부호 410 및 510을 참조하여 언급한 바와 같이, 드론이 정상적인 루트 영역(400)에서 일측으로 우회하였다가 다시 복귀하는 경로를 의미한다.

도 3과 같은 교통체계 상에서 드론은 화살표 방향으로 일방 통행하여 이동하면서 3거리의 모든 방향으로의 방향 전환이 가능하며, 단지 좌회전의 경우에만 우회 경로를 이용한다. 도 3의 교통체계에 따르면, 드론이 제2 노드(495)에서 합류되거나 분기될 뿐, 진행방향이 교차되지는 않는다. 따라서 드론 간의 통신을 통해 제1 노드(485) 통과 시에 이격을 유지하고, 제2 노드(495)에서 어떤 드론이 우선순위를 갖고 통과할 것인지를 결정한다면, 드론 간 충돌을 회피할 수 있다. 구체적인 드론 자율 비행 시스템 및 방법의 예시는 도 6 및 도 7을 참조하여 후술하기로 한다.

도 4를 참조하여 4 거리의 교차 경로를 가질 경우의 교통체계에 대하여 설명한다.

도 4를 참조하면, 제1 일방통행 경로(461)와 제2 일방통행 경로(462)가 나란하게 배치되어 직선 경로(460)를 형성하며, 제1 일방통행 경로(461)와 제2 일방통행 경로(462) 양자 간에 제1 유턴 경로(471) 및 제2 유턴 경로(472)가 형성되는 것은 도 2의 예시와 동일하다.

여기서, 직선 경로(460)의 2개의 일방통행 경로(461, 462)에 대하여 교차하는 제2 교차 경로(490)가 형성된다. 제2 교차 경로(490)는 도 4를 기준으로 북측 방향으로 일방통행으로 진행하는 제5 일방통행 경로(491)와, 남측 방향으로 일방통행으로 진행하는 제6 일방통행 경로(492)를 포함한다.

도시한 바와 같이, 제2 교차 경로(490)에서 직선 경로(460)를 향해, 그리고 직선 경로(460)에서 제2 교차 경로(490)를 향해 우회전 가능한 우회전 경로(494)가 형성된다.

마지막으로, 제2 교차 경로(490)에서 직선 경로(460)를 교차하는 구간에서 직선 경로(460)의 일측으로 우회하는 직진 우회 경로(496, 498)가 형성된다. 구체적으로는 제5 일방통행 경로(491)에서 진행 방향을 따라 제1 일방통행 경로(461) 및 제2 일방통행 경로(462)를 지나는 구간에서 상부로 우회하였다가 다시 원래의 제5 일방통행 경로(491)로 합류하는 제1 직진 우회 경로(496)가 형성된다. 또한, 제6 일방통행 경로(492)에서 진행 방향을 따라 제2 일방통행 경로(462) 및 제1 일방통행 경로(461)를 지나는 구간에서 상부로 우회하였다가 다시 원래의 제6 일방통행 경로(492)로 합류하는 제2 직진 우회 경로(498)가 형성된다.

도 4에 예시된 교통체계는 도 3의 예시와 달리 좌회전 구간이 존재하지 않는다. 하지만, 드론은 우회전 경로(494)와 유턴 경로(471, 472) 중 어느 하나를 연달아 진행하거나, 반대로 유턴 경로(471, 472) 중 어느 하나와 우회전 경로(494)를 연달아 진행하는 것으로 좌회전 방향으로 진행할 수 있다. 이와 같은 방법으로 모든 좌회전 방향으로의 통행이 가능하다.

즉, 도 4와 같이 단지 2개의 직진 우회 경로(496, 498)를 설정하는 것만으로 4 거리를 이용하는 모든 드론들이 신호체계 없이 일방통행으로 원하는 방향으로 경로를 변경할 수 있다. 도 4의 교통체계 역시 드론 간 통신을 통해 각 노드(485, 495)에서 선행 드론과의 이격거리를 어떻게 유지할 것인지, 그리고, 어느 드론이 우선하여 통과할 것인지를 결정하고, 후행하는 드론 및 우선순위가 뒤진 드론의 속도를 경감하여 비행하는 것으로 드론 간 충돌을 회피할 수 있다. 구체적인 드론 자율 비행 시스템 및 방법의 예시는 도 6 및 도 7을 참조하여 후술하기로 한다.

도 5는 본 발명에서 드론 간 통신 및 관제 센터 간 통신을 예시한 개념도이다. 도 1과 같은 공중 교통체계 하의 이착륙 패드(200)에서 패드 루트 영역(300)을 지나는 이착륙 구간에서 드론(600)은 관제 센터(700)와 통신하며(D2C 통신), 관제 센터(700)의 관제에 따라 이착륙 비행을 할 수 있다. 또는, 패드 루트 영역(300) 중 드론 전용의 공역 상으로 진입하는 영역 전까지(지상으로부터 250피트 미만의 영역까지) 관제 센터(700)의 관제에 따라 이착륙 비행을 할 수 있다.

그리고 드론이 전용의 공역으로 진입한 후 공역 아래로 하강할 때까지, 또는, 드론이 루트 영역(400)으로 진입한 후 루트 영역(400) 아래로 하강할 때까지 드론이 자율 비행을 실시한다.

본 발명에 따른 드론 자율 비행 시스템 및 방법은 위와 같은 드론의 자율 비행 구간에서의 비행 제어 시스템 및 방법을 제시한다.

도 6은 본 발명에 따른 드론 자율 비행 시스템을 예시한 블록도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 드론(600)은 제어부(610), 무선 통신부(622), GPS 모듈(624), 감지부(626), 인터페이스(628), 메모리(630), 비행 구동부(652), 비행경로 설정부(654), 노드 정보 추출부(656), 노드 정보 송수신부(658), 및 노드 통과속도 산출부(660)를 포함한다.

제어부(610)는 드론(600)의 비행과 관련된 제어, 통신과 관련된 제어, 및 전장품을 비롯한 주변기기들의 동작과 관련된 제어 등 드론(600)의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어, 전용의 통신망 및/또는 광역 이동 통신망을 통한 관제 센터(700)와의 통신, 그리고 드론(600) 간 통신을 제어한다. 또한, 자체적으로 감지한 데이터와 통신을 통해 수신한 데이터를 비교하여 후술하는 노드 정보에 기반한 비행 속도 제어를 수행한다. 또한, 제어부(610)는 드론(600)에 설치된 운영체제, 기본적으로 탑재되는 어플리케이션, 다운로드하여 저장하거나 업데이트한 어플리케이션, 및 이하에서 설명되는 본 발명과 관련된 소프트웨어 모듈의 동작과 처리를 제어할 수 있다.

무선 통신부(622)는 기지국, 중계기, 서버 등과 연결되어 광역 이동 통신망을 통해 무선 신호를 송수신한다. 무선 신호는 데이터 패킷 형태로 후술하는 노드 정보를 포함할 수 있으며, 탑승객의 화상 통화를 위한 음성 호 신호, 화상 통화 호 신호, 문자 메시지, 멀티미디어 메시지 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광대역 이동 통신 모듈(132)은 CDMA(Code Division Multiple Access) 모듈, LTE(Long Term Evolution) 모듈, 또는 그러한 모듈의 조합으로 구성될 수 있다.

또한, 무선 통신부(622)는 근거리 무선 통신 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, Wi-Fi(Wireless-Fidelity), 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency IDentification), IrDA(Infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), Zigbee 모듈 등이 포함될 수 있으며, 이러한 근거리 무선 통신 모듈은 이착륙 패드(200)와의 근접 통신 등에 이용될 수 있다.

GPS 모듈(624)은 위성으로부터 드론(600)의 현재 위치 정보를 얻기 위한 모듈로서, 3개의 위성을 이용하여 위치 및 시간 정보를 산출하는 모듈이다. 각 드론(600)은 GPS 모듈(624)에서 수신한 신호를 통해 현재 위치 정보를 연산할 수 있다. 이때, 정확한 드론의 위치를 추적하기 위해 DGNSS(Differential Global Navigation Satellite System)이 이용될 수 있다. 예를 들어, 기준국에서의 위치 오차 정보를 DGNSS 웹 서버로부터 전송받고, 위치 오차 정보를 이용하여 GPS 위치 정보를 보정하는 것으로 보다 정확한 위치 추적이 가능하다. 이때, DGNSS 웹 서버는 광역 이동 통신망을 통해 위치 오차 정보를 전송함으로써, 드론(600)이 이동 통신 환경이 마련된 장소라면 어디에서도 위치 오차 정보를 수신할 수 있도록 함이 바람직하다.

감지부(626)는 드론(600)의 이착륙 상태, 비행 상태, 방위, 가속/감속 등을 검출하는 하나 또는 그 이상의 센서를 포함할 수 있다. 예컨대, 감지부(626)는 방위 산출을 위한 지자기 센서와 속도 산출을 위한 가속도 센서를 포함할 수 있다.

인터페이스(628)는 드론(600)에 연결되는 외부기기와 통로 역할을 하는 수단으로, 외부기기로부터 데이터를 송수신하거나 전원을 공급받아 드론(600) 내부의 각 구성에 전달할 수 있다. 예를 들어, 충전기 연결 포트, 유/무선 데이터 포트, 메모리 카드 포트, 오디오 I/O 포트, 비디오 I/O 포트 등이 인터페이스(628)에 포함될 수 있다. 예컨대, 인터페이스(628)는 탑승객의 스마트폰과 연동하여 통신하는 무선 데이터 포트를 포함할 수 있다. 그리고 무선 데이터 포트를 통해 탑승객으로부터 목적지와 관련된 데이터를 수신할 수 있다.

메모리(630)는 드론(600) 자체적으로 생성된 데이터(예컨대, 감지부(626)에 의한 센싱 데이터 및 그를 활용한 속도 등의 파라미터), 다운로드 받은 비행경로 및 노드 정보의 데이터, 또는 외부로부터 전송받은 데이터를 저장하는 수단이다. 메모리(630)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM), PROM(Programmable ROM), ReRAM(Resistive RAM), PCRAM(Phase Change RAM), MRAM(Magneto-resistance RAM), STTMRAM(Spin Trnasfer Torque Magnetic RAM), 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나 이상의 저장매체를 포함할 수 있다.

도시하지 않았지만, 탑승객으로부터 목적지 등의 정보를 입력받기 위한 사용자 입력부가 더 포함될 수 있다. 사용자 입력부는 키 패드(key pad), 돔 스위치(dome switch), 모바일 마우스, 조그 휠, 조그 스위치, 터치 키(touch key), 및 터치 패널(touch panel) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 탑승객은 키 입력수단이나 터치 패널을 통해 원하는 목적지를 입력할 수 있다.

비행 구동부(652)는 드론(600)의 비행 관련 구성들을 동작시켜 드론의 비행을 제어하는 수단이다. 예를 들어, 드론(600)에 설치된 프로펠러, 짐벌(gimbal) 등의 스테빌라이저(stabilizer) 등을 구동하기 위한 드라이버를 포함할 수 있다. 비행 관련 구성들의 드라이버는 제어부(610)의 제어 명령에 의해 온/오프 및 회전수 등을 제어하도록 구성된다.

비행경로 설정부(654)는 드론 공역 상에서 드론(600)의 자율 비행경로를 설정하는 수단이다. 예를 들어, 탑승객이 목적지를 입력하면 비행경로 설정부(654)는 목적지까지의 최단 경로, 또는, 최단 시간의 경로를 연산하고, 최적의 경로를 비행경로로 설정한다.

노드 정보 추출부(656)는 설정된 비행경로 상에서 소정 간격으로 미리 설정되거나 비행경로가 교차되는 지점에 해당하는 노드와 관련된 노드 정보를 추출한다. 노드(485, 495)는 도 2 내지 4를 참조하여 설명한 바와 같이 드론 간에 충돌이 발생할 수 있는 지점을 의미한다. 제1 노드(485)는 일방통행 경로 상에서 소정의 중간 지점이나 비행경로가 분기되는 지점을 의미하며, 제2 노드(495)는 비행경로가 합류되는 지점을 의미한다.

여기서, '노드 정보'라 함은 적어도 드론(600)이 직전 통과한 노드의 위치 정보, 통과 시간, 및 통과 속도를 포함하는 직전 통과 노드 정보와, 적어도 드론(600)이 직후에 통과할 노드의 위치 정보, 통과 예정 시간, 및 통과 예정 속도를 포함하는 통과 예정 노드 정보를 포함한다.

노드 정보 송수신부(658)는 주변의 다른 드론(600)과 통신하여 다른 드론(600)으로부터 직전 통과 노드 정보와 통과 예정 노드 정보를 수신하고, 자신의 직전 통과 노드 정보와 통과 예정 노드 정보를 송신하는 수단이다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 각각의 드론(600)은 직전 통과 노드 정보와 통과 예정 노드 정보를 소정의 통신 반경으로 브로드캐스팅(broadcasting) 방식으로 전파하고, 통신 반경 내에서 방송 수신 방식으로 다른 드론(600)의 노드 정보를 수신할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 무선 반경 내 드론(600)의 존재를 먼저 검출한 후, 검출된 드론(600)에 대하여 광역 이동 통신 방식으로 노드 정보를 송수신할 수도 있다.

노드 통과속도 산출부(660)는 드론(600)의 노드 통과속도를 산출하기 위한 구성으로, 각 노드에 대하여 다른 드론(600)과 충돌 위험이 있을 경우 자신의 드론(600)이 당해 노드에 도달할 때까지의 비행 속도를 경감시키기 위한 수단이다.

예컨대, 노드 통과속도 산출부(660)는 선행 드론의 직전 통과 노드 정보와 자신의 통과 예정 노드 정보를 비교한다. 그리고 선행 드론의 직전 통과 노드와 자신의 통과 예정 노드가 일치할 경우, 선행 드론과의 이격거리를 연산한다. 연산된 이격거리가 미리 정해진 설정치를 초과할 정도로 충분한 거리이면, 현재 비행속도를 유지할 수 있다. 만약 연산된 이격거리가 미리 정해진 설정치 이하이면 통과 예정 노드에 대한 통과 속도를 하향하여 산출한다. 이때, 제어부(610)는 노드 통과속도 산출부(660)에서 산출된 통과속도로 직후의 노드까지 비행 구동부(652)를 제어함으로써 당해 드론이 선행 드론 기체와 충분히 이격될 수 있도록 한다.

다른 예로서, 노드 통과속도 산출부(660)는 인접하는 다른 드론의 통과 예정 노드 정보와 자신의 통과 예정 노드 정보를 비교한다. 그리고 통과 예정 노드가 중첩되는지를 판단한다. 만약 통과 예정 노드가 중첩된다면, 어떤 드론이 통과 예정 노드를 우선하여 통과할지 우선순위를 결정한다. 만약, 자신이 우선 통과하는 것으로 결정되면 현재 비행속도를 유지한다. 하지만, 자신이 우선 통과하는 것으로 결정되지 않는다면, 전술한 바와 같이 통과 예정 노드에 대한 통과 속도를 하향하여 산출한다. 그리고 제어부(610)에 의해 비행 구동부(652)를 제어함으로써, 통과 예정 노드까지의 비행 속도를 경감시키고, 통과 예정 노드에서의 다른 드론과 충돌을 회피할 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 드론 자율 비행 방법을 예시한 흐름도이다. 도 7을 참조하여 본 발명에 따라 드론 간 통신(D2D 통신)에 의해 드론 간 충돌을 회피하는 자율 비행 방법에 관하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

드론(600)이 도 1의 이착륙 패드(200)에서 이륙하여 드론 공역에 진입하기까지, 그리고 드론(600)이 드론 공역에서 하강하여 이착륙 패드(200) 상에 착륙하기까지는 관제 센터(700)의 관제 하에 비행하는 구간이다. 동 구간에서 드론(600)은 관제 비행을 수행할 수 있다. 물론, 드론(600)이 자율 비행을 수행할 수도 있지만, 본 발명에 따른 드론 자율 비행 방법은 드론(600)이 공역 상을 비행하는 동안 수행된다.

먼저, 드론 공역 상에서의 비행경로를 설정한다(ST710). 상술한 비행경로 설정부(654)는 탑승객이 입력한 목적지까지의 최단 경로, 또는, 최단 시간의 경로를 연산하여 비행경로를 설정한다.

비행경로의 설정이 완료되면, 비행경로 상에서 경유하는 노드들의 노드 정보를 추출한다(ST715). 이때 추출되는 노드 정보는 노드의 위치와 관련된 정보이다.

다음으로, 비행 구동부(652)의 제어에 의해 설정된 비행경로를 따라 자율 비행이 개시된다(ST720).

다음으로, 제어부(610)는 드론(600)이 노드(485, 495)에 접근하는지 여부를 판단한다(ST725). 만약, 노드에 소정 반경 이내로 접근한다면 직전 통과 노드 정보 및 통과 예정 노드 정보를 다른 드론(600)으로 송신하고, 다른 드론들로부터 같은 정보를 수신한다(ST730).

직전 통과 노드 정보 및 통과 예정 노드 정보를 송수신한 이후에는, 단계 ST735로 진행하여, 선행하는 드론 기체와의 이격거리가 설정치 이하인지를 판단한다(ST735). 예를 들어, 선행 드론의 직전 통과 노드와 자신의 통과 예정 노드가 일치하는지를 판단하고, 일치할 경우 선행 드론의 직전 통과 노드 정보와 자신의 통과 예정 노드 정보를 비교하여 선행 드론과의 이격거리를 연산한다.

만약 이격거리가 설정치를 초과한다면, 선행 드론과 충분히 이격된 상태이므로 현재 비행 속도를 유지한다(ST740).

만약 이격거리가 설정치 이하이면, 선행 드론과 가까워진 상태를 의미하므로 노드 통과속도 산출부(660)에서 통과 예정 노드에 대한 통과속도를 하향하여 산출한다. 예를 들어, 통과 예정 노드에 도달할 때 선행 드론과 이격거리가 충분히 벌어질 수 있도록 통과 예정 노드에 도달할 때까지의 속도를 산출한다. 그리고 비행 제어부(652)에서 통과 예정 노드까지 산출된 속도로 비행하도록 제어한다(ST745).

단계 ST735 내지 ST745까지는 제1 노드(485)에 대하여 수행되는 것을 기본적인 규칙으로 하지만, 제2 노드(495)에 대하여 수행될 수도 있다.

단계 ST735 내지 ST745까지를 수행한 이후에, 또는, 병렬로 단계 ST750으로 진입하여 주변의 다른 드론과 통과 예정 노드가 중첩되는지를 판단한다(ST750). 통과 예정 노드가 중첩되는지의 여부를 판단하는 것은 서로 다른 비행경로에서 동일한 제2 노드(495)를 향하는 드론(600) 간에 수행될 수 있다. 예컨대, 주변의 다른 드론과 자신이 동일한 통과 예정 노드를 가지며, 오차 범위 이내에서 통과 예정 시간이 동일하다면 통과 예정 노드가 중첩되는 것으로 판단할 수 있다.

단계 ST750에서 통과 예정 노드가 중첩되지 않는 것으로 판단되면, 단계 ST740으로 진행하여 현재 비행 속도를 유지한다.

만약, 단계 ST750에서 통과 예정 노드가 중첩되는 것으로 판단되면, 당해 통과 예정 노드에서 드론 간의 충돌이 발생될 위험성이 있다는 것을 의미하므로, 양 드론 간에(또는 3개 이상의 드론 간에) 노드 통과 우선순위를 결정한다(ST755). 노드 통과 우선순위는 당해 통과 예정 노드에 도착하는 통과 예정 시간이 가장 빠른 드론에 대하여 부여될 수 있다. 만약, 통과 예정 시간이 동일하다면 잔여 비행경로가 짧거나 긴 드론에 대하여 통과 우선순위가 부여될 수도 있다. 또 다른 예로서, 드론 간 통신을 통해 랜덤하게 통과 우선순위가 높은 드론이 결정될 수도 있다.

다음으로, 자신이 우선 통과되는 드론인지 여부를 판단한다(ST760). 만약, 우선 통과로 결정된 상태라면, 단계 ST740으로 진행하여 현재 비행 속도를 유지한다.

만약, 우선순위가 뒤쳐진 것으로 판단되면, 단계 ST745로 진행하여 상술한 바와 같이 노드 통과속도를 경감하여 산출하고, 산출된 속도로 통과 예정 노드까지 비행 속도를 낮추어 비행한다.

마지막으로, 통과 예정 노드에 대한 비행 제어가 종료되면, 자율 비행이 종료되는지 여부를 판단하고(ST765), 자율 비행이 유지될 경우 단계 ST725로 진행하여 전술한 노드에서의 충돌 회피 알고리즘을 반복한다.

위에서 개시된 발명은 기본적인 사상을 훼손하지 않는 범위 내에서 다양한 변형예가 가능하다. 즉, 위의 실시예들은 모두 예시적으로 해석되어야 하며, 한정적으로 해석되지 않는다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상술한 실시예가 아니라 첨부된 청구항에 따라 정해져야 하며, 첨부된 청구항에 한정된 구성요소를 균등물로 치환한 경우 이는 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

100 : 지표면 200 : 이착륙 패드
300 : 패드 루트 영역 400 : 루트 영역
410 : 우회 경로 450 : 피더 루트
460 : 직선 경로 461 : 제1 일방통행 경로
462 : 제2 일방통행 경로 470 : 유턴 경로
471 : 제1 유턴 경로 472 : 제2 유턴 경로
480 : 제1 교차 경로 481 : 제3 일방통행 경로
482 : 제4 일방통행 경로 484 : 우회전 경로
485 : 제1 노드 486 : 좌회전 경로
490 : 제2 교차 경로 491 : 제5 일방통행 경로
492 : 제6 일방통행 경로 494 : 우회전 경로
495 : 제2 노드 496 : 제1 직진 우회 경로
498 : 제2 직진 우회 경로 500 : 하이웨이 영역
510 : 우회 경로 600 : 드론
610 : 제어부 622 : 무선 통신부
624 : GPS 모듈 626 : 감지부
628 : 인터페이스 630 : 메모리
652 : 비행 구동부 654 : 비행경로 설정부
656 : 노드 정보 추출부 658 : 노드 정보 송수신부
660 : 노드 통과속도 산출부 700 : 관제 센터

Claims (13)

1. 지상으로부터 150피트 내지 1,000피트의 드론 공역 상에서 드론이 제1 속도로 비행하는 루트 영역과, 상기 드론 공역 내에서 상기 루트 영역의 상부에 형성되며 상기 제1 속도에 비해 고속으로 드론이 비행하는 하이웨이 영역을 포함하며,
   상기 루트 영역 또는 상기 하이웨이 영역은,
   상기 드론이 서로 반대 방향을 향해 일방통행 하도록 설정되는 두 개의 경로가 대향하여 배치되는 직선 경로; 및
   상기 대향하는 직선 경로를 연결하며 상기 드론이 통행 방향을 대향하는 방향으로 변경하도록 설정되는 유턴 경로
   를 포함하는 드론 비행을 위한 공중 교통체계.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 직선 경로 중 어느 하나의 제1 일방통행 경로에 대하여 교차하는 제1 교차 경로;
   상기 제1 교차 경로에서 상기 제1 일방통행 경로를 향해 그리고 상기 제1 일방통행 경로에서 상기 제1 교차 경로를 향해 우회전 가능하도록 설정되는 우회전 경로; 및
   상기 제1 교차 경로에서 상기 직선 경로 중 다른 하나의 제2 일방통행 경로를 향해 좌회전 가능한 좌회전 경로를 더 포함하며,
   상기 좌회전 경로는 상기 제1 일방통행 경로의 일측으로 우회하는 우회 경로로 설정되는
   드론 비행을 위한 공중 교통체계.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 직선 경로의 두 개의 일방통행 경로에 대하여 교차하는 제2 교차 경로;
   상기 제2 교차 경로에서 상기 직선 경로를 향해 그리고 상기 직선 경로에서 상기 제2 교차 경로를 향해 우회전 가능한 우회전 경로; 및
   상기 제2 교차 경로에서 상기 직선 경로를 교차하는 구간에서 상기 직선 경로의 일측으로 우회하는 직진 우회 경로
   를 더 포함하는 드론 비행을 위한 공중 교통체계.
   
4. 드론이 전용으로 비행하는 드론 공역 상에서 드론을 자율 비행하기 위한 드론 자율 비행 시스템에 있어서,
   상기 드론의 비행 관련 구성들을 동작시켜 상기 드론의 비행을 제어하는 비행 구동부;
   상기 드론 공역 상에서 상기 드론의 자율 비행경로를 설정하는 비행경로 설정부;
   상기 비행경로 설정부에 의해 설정된 비행경로 상에서 소정 간격으로 미리 설정되거나 상기 비행경로가 합류되는 지점에 해당하는 노드와 관련된 노드 정보를 추출하는 노드 정보 추출부;
   주변의 다른 드론과 상기 노드 정보를 무선 통신으로 송수신하는 노드 정보 송수신부; 및
   상기 노드 정보 송수신부에 의해 수신된 다른 드론의 노드 정보를 기초로 하여 상기 비행 구동부를 제어하여 상기 드론의 노드 통과 속도를 조절하는 제어부
   를 포함하는 드론 자율 비행 시스템.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 노드 정보 송수신부에 의해 드론 간에 송수신되는 상기 노드 정보는,
   적어도 상기 드론이 직전 통과한 노드의 위치 정보, 통과 시간, 및 통과 속도를 포함하는 직전 통과 노드 정보; 및
   적어도 상기 드론이 직후에 통과할 노드의 위치 정보, 통과 예정 시간, 및 통과 예정 속도를 포함하는 통과 예정 노드 정보
   를 포함하는 드론 자율 비행 시스템.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 노드 정보 송수신부는 광역 이동 통신망을 통해 주변의 다른 드론과 상기 노드 정보를 송수신하는 드론 자율 비행 시스템.
   
7. 제5항에 있어서,
   선행 드론의 직전 통과 노드 정보와 자신의 통과 예정 노드 정보를 비교하여 선행 드론과의 이격거리를 연산하고, 선행 드론과의 이격거리가 미리 정해진 설정치 이하일 경우 통과 예정 노드에 대한 통과 속도를 하향 조절하는 노드 통과속도 산출부를 더 포함하며,
   상기 제어부는 상기 노드 통과속도 산출부에 의해 산출된 통과속도로 직후의 노드까지 상기 비행 구동부를 제어하는 드론 자율 비행 시스템.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 노드 통과속도 산출부는 인접하는 다른 드론의 통과 예정 노드 정보와 자신의 통과 예정 노드 정보를 비교하여 통과 예정 노드가 중첩되는지를 판단하고, 통과 예정 노드가 중첩될 경우 당해 노드를 통과하는 드론의 우선순위를 결정하며, 우선 통과로 결정되는 경우 통과 예정 노드에 대한 통과 속도를 유지하고 우선 통과로 결정되지 않는 경우 통과 예정 노드에 대한 통과 속도를 하향 조절하며,
   상기 제어부는 상기 노드 통과속도 산출부에 의해 산출된 통과속도로 통과 예정 노드까지 상기 비행 구동부를 제어하는 드론 자율 비행 시스템.
   
9. 드론이 전용으로 비행하는 드론 공역 상에서 드론을 자율 비행하기 위한 드론 자율 비행 방법에 있어서,
   (a) 상기 드론 공역 상에서의 비행경로를 설정하는 단계;
   (b) 상기 비행경로 상에서 소정 간격으로 미리 설정되거나 상기 비행경로가 합류되는 지점에 해당하는 노드와 관련된 노드 정보를 추출하는 단계;
   (c) 상기 드론 공역 상에서 상기 비행경로를 따라 자율 비행을 개시하는 단계;
   (d) 상기 노드에 미리 정해진 거리 이내로 접근하는 경우 주변의 다른 드론과 상기 노드 정보를 송수신하는 단계;
   (e) 상기 단계(d)에서 수신된 다른 드론의 노드 정보를 기초로 하여 드론의 노드 통과 속도를 유지하거나 조절하는 단계; 및
   (f) 자율 비행이 종료되는지 여부를 판단하고, 자율 비행이 종료되지 않았다면 상기 단계(d)로 복귀하는 단계
   를 포함하는 드론 자율 비행 방법.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 단계(c)에서 송수신되는 상기 노드 정보는,
    적어도 상기 드론이 직전 통과한 노드의 위치 정보, 통과 시간, 및 통과 속도를 포함하는 직전 통과 노드 정보; 및
    적어도 상기 드론이 직후에 통과할 노드의 위치 정보, 통과 시간, 및 통과 예정 속도를 포함하는 통과 예정 노드 정보
    를 포함하는 드론 자율 비행 방법.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 단계(c)는 광역 이동 통신망을 통해 상기 노드 정보를 송수신하는 드론 자율 비행 방법.
    
12. 제10항에 있어서,
    상기 단계(e)는,
    (e-1) 선행 드론의 직전 통과 노드 정보와 자신의 통과 예정 노드 정보를 비교하여 선행 드론과의 이격거리를 연산하는 단계;
    (e-2) 선행 드론과의 이격거리가 미리 정해진 설정치 이하인지를 판단하는 단계;
    (e-3) 상기 단계(e-2)의 판단 결과 선행 드론과의 이격거리가 미리 정해진 설정치를 초과하는 경우 비행 속도를 유지하는 단계; 및
    (e-4) 상기 단계(e-2)의 판단 결과 선행 드론과의 이격거리가 미리 정해진 설정치 이하인 경우 통과 예정 노드에 대한 통과 속도를 하향 조절하는 단계
    를 포함하는 드론 자율 비행 방법.
    
13. 제12항에 있어서,
    상기 단계(e)는,
    (e-5) 인접하는 다른 드론의 통과 예정 노드 정보와 자신의 통과 예정 노드 정보를 비교하여 통과 예정 노드가 중첩되는지를 판단하는 단계;
    (e-6) 상기 단계(e-5)의 판단 결과 통과 예정 노드가 중첩되는 것으로 판단되면, 당해 노드를 통과하는 드론의 우선순위를 결정하는 단계;
    (e-7) 자신이 우선 통과로 결정되는지 여부를 판단하는 단계;
    (e-8) 상기 단계(e-7)에서 자신이 우선 통과로 결정된다면 비행 속도를 유지하는 단계; 및
    (e-9) 상기 단계(e-7)에서 자신이 우선 통과로 결정되지 않는다면 통과 예정 노드에 대한 통과 속도를 하향 조절하는 단계
    를 더 포함하는 드론 자율 비행 방법.

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