KR20200019510A - 산림형 드론 방제 시스템 - Google Patents

산림형 드론 방제 시스템 Download PDF

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KR20200019510A
KR20200019510A KR1020180095126A KR20180095126A KR20200019510A KR 20200019510 A KR20200019510 A KR 20200019510A KR 1020180095126 A KR1020180095126 A KR 1020180095126A KR 20180095126 A KR20180095126 A KR 20180095126A KR 20200019510 A KR20200019510 A KR 20200019510A
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박재호
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하나산림기술 주식회사
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Abstract

본 발명은 산림 지역에 자율 비행 경로를 설정하여 설정된 비행 경로를 따라 자율 비행하면서 방제 작업을 수행할 수 있도록 하는 산림형 드론 방제 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 산림형 드론 방제 시스템은 드론을 이용하여 산림 방제를 수행하는 산림형 드론 방제 시스템으로서, 컴퓨터(400)의 경로지정 프로그램을 통하여 설정된 자율 비행 경로를 따라 방제 구역을 비행하면서, 방제 구역에 약제탱크(105)에 저장된 약제를 살포하여 산림 방제 작업을 수행하는 산림 방제용 드론(100)과; 상부에 형성된 드론 착륙장(210)에 상기 산림 방제용 드론(100)을 착륙시켜, 산림 방제용 드론(100)의 약제탱크(105)에 약제를 공급하여 보충하는 드론 스테이션(200);을 포함하되, 상기 컴퓨터(400)의 경로지정 프로그램은 구글어스 지도의 지표면 상에 방제 경로를 설정하고, 방제 경로에 식재된 나무의 높이와 비행안전거리를 고려하여 지표면으로부터 이격된 고도를 갖는 자율 방제 경로를 설정하며, 자율 방제 경로 중 약제 살포 구간과 비살포 구간 및 약제 살포 속도를 설정한 후, 상기 산림 방제용 드론(100)의 메모리(190)에 전송하여 산림 방제용 드론(100)의 비행 및 방제 작업을 제어할 수 있도록 함으로써 방제 효율을 높일 수 있도록 제공된다.

Description

산림형 드론 방제 시스템 {Drone Control System for Forest}
본 발명은 드론 방제 시스템에 관한 것으로, 특히 산림 지역에 자율 비행 경로를 설정하여 설정된 비행 경로를 따라 자율 비행하면서 방제 작업을 수행할 수 있도록 하는 산림형 드론 방제 시스템에 관한 것이다.
드론(Drone)은 조종사가 탑승하지 않고 무선전파 유도에 의해 비행과 조종이 가능한 비행기나 헬리콥터 모양의 무인비행체(UAV: Unmanned Aerial Vehicle)를 말한다. 이러한 드론은 과거 군사용으로 개발됐지만, 가격이 하락하고 소형화되면서 민수용으로 확대되고 있는 추세로서, 단순한 비행 연습에서부터 고공영상 사진촬영, 배달, 기상정보 수집 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.
또한, 농업 분야에서도 노동력 부족을 드론으로 대체하는 방식으로 활용하고 있는데, 일본은 수천대의 농업용 드론을 이용하여 논에 대한 살충제와 비료 살포하였으며, 호주에서는 100여대의 농업용 드론을 수입해 제초용으로 이용하고 있다. 국내에서도 농협이 농약살포, 작물 씨뿌리기, 살림보호 등을 위해 많은 수백대의 드론을 보유하고 있는 것으로 알려져 있다.
이러한 농업 방제용 드론은 이륙 후, 제어장치를 통한 사용자의 조정 또는 미리 설정된 경로를 따라 이동하면서 미리 설정된 분량의 약제를 살포하는 방제 작업을 실시한 후, 방제 작업이 끝나면 원래 위치로 다시 귀환하게 된다. 하지만, 이러한 종래 방제용 드론은 미리 설정된 경로를 따라 비행하면서 미리 정해진 분량의 약제를 살포하기 때문에, 예측에 따라 설정된 방제 경로와 실제 방제 경로가 다를 경우 신속한 대처가 어렵고, 예측에 따라 설정된 방제 구역과 실제 방제 구역의 상황, 예를 들면 농작물의 종류 및 성장 상태 등이 다른 경우 적절한 대처가 어려운 문제점이 있었다.
특히, 산림 방제의 경우에는 방제 대상이 되는 산림의 수목 종류와 크기, 범위, 병충해에 따른 약제 종류 등 다양한 변수가 존재하는데, 종래 방제용 드론으로는 이러한 다양한 변수에 대한 대처가 어려운 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허공보 제10-2017-0090043호 (2017.08.07. 공개)
본 발명은 상기 종래 방제용 드론의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 드론을 이용한 산림 방제 시 방제 대상이 되는 산림의 수목을 인식하여 산림의 특성에 따른 최적의 약제를 살포하여 방제 효율을 높일 수 있도록 하는 산림형 드론 방제 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 산림형 드론 방제 시스템은 드론을 이용하여 산림 방제를 수행하는 산림형 드론 방제 시스템으로서, 컴퓨터의 경로지정 프로그램을 통하여 설정된 자율 비행 경로를 따라 방제 구역을 비행하면서, 방제 구역에 약제탱크에 저장된 약제를 살포하여 산림 방제 작업을 수행하는 산림 방제용 드론과; 상부에 형성된 드론 착륙장에 상기 산림 방제용 드론을 착륙시켜, 산림 방제용 드론의 약제탱크에 약제를 공급하여 보충하는 드론 스테이션;을 포함하되, 상기 컴퓨터의 경로지정 프로그램은 구글어스 지도의 지표면 상에 방제 경로를 설정하고, 방제 경로에 식재된 나무의 높이와 비행안전거리를 고려하여 지표면으로부터 이격된 고도를 갖는 자율 방제 경로를 설정하며, 자율 방제 경로 중 약제 살포 구간과 비살포 구간 및 약제 살포 속도를 설정한 후, 상기 산림 방제용 드론의 메모리에 전송하여 산림 방제용 드론의 비행 및 방제 작업을 제어할 수 있도록 한다.
상기 자율 방제 경로에는 약제 살포 구간에서의 비행 고도와 비행 속도에 따른 약제 소모량이 계산되어, 약제가 소진되어 산림 방제용 드론이 약제 보충을 위해 드론 스테이션으로 복귀하는 비행 복귀 정보와, 드론 스테이션을 통한 약제 보충 후 방제를 재개하기 위한 비행 재개 구간 정보가 설정된다.
한편, 상기 산림 방제용 드론에는 산림 방제용 드론의 동작 환경을 설정하는 설정부와, 산림 방제용 드론에 전원을 공급하는 전원부와, 지상에 위치한 제어장치와 통신을 수행하는 통신부와, 산림 방제용 드론의 비행 경로 및 주변을 탐색하기 위한 센서부와, 산림 방제용 드론의 회전 날개에 동력을 공급하여 비행을 제어하는 동력부와, 산림 방제용 드론의 드론 스테이션 착륙을 유도하는 착륙 유도부와, 약제탱크에 보관된 약제를 살포하는 약제 살포부와, 드론 스테이션에 착륙되는 경우 드론 스테이션의 약제탱크에 보관된 약제를 드론의 약제탱크로 취수하는 약제탱크 취수부와, 자율 비행 경로 정보를 포함하는 방제 알고리즘이 탑재된 메모리와, 상기 메모리에 탑재된 방제 알고리즘을 실행하여, 산림 방제용 드론의 비행 및 방제 동작을 제어하는 중앙제어부가 구비된다
여기서, 상기 설정부는 산림 방제용 드론의 방제 모드가 미리 설정된 자율 비행 경로를 따라 방제가 자동으로 수행되는 자율비행모드인지, 지상의 제어장치를 통해 사용자가 수동으로 방제를 제어하는 수동비행모드인지를 설정하고, 상기 방제 모드가 자율비행모드로 설정된 경우 방제 횟수를 설정하게 된다.
상기 센서부에는 산림 방제용 드론의 위치를 파악하는 GPS와, 비행 고도를 측정하는 고도계와, 비행 속도를 측정하는 속도계와, 주변 장애물을 파악하여 회피할 수 있도록 하는 초음파 센서와, 전방 및 하방의 영상을 촬영하는 카메라가 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 중앙제어부는 자율 비행 경로에 따른 비행 중 방제 구역을 카메라로 촬영하여 방제 구역의 수목 정보를 수집한 후, 수집된 수목의 종류를 분류하고, 수종에 따른 병해충 정보를 파악한 후, 파악되는 수목의 병해충 정보에 따라 약제 살포의 개시 및 중지를 제어하게 된다.
상기 착륙 유도부는 산림 방제용 드론이 착륙을 위해 드론 스테이션으로 이동하는 경우, 상기 센서부의 카메라를 통하여 촬영되는 드론 스테이션의 영상을 분석하여 드론 스테이션의 드론 착륙장 위치를 확인한 후, 드론의 하부에 형성된 랜딩기어가 드론 착륙장에 안착될 수 있도록 드론의 착륙 동작을 제어하게 된다.
또한, 상기 약제탱크 취수부는 산림 방제용 드론이 드론 스테이션에 착륙되면, 약제탱크에 연결된 호스를 드론 스테이션의 약제탱크에 연결한 후, 펌프를 구동시켜 약제탱크를 채우고, 약제탱크에 약제가 다 채워지면, 펌프의 구동을 정지시켜 취수 동작을 정지시키게 된다.
한편, 상기 드론 스테이션은 이동 가능한 차량에 설치되어, 상기 산림 방제용 드론 및 드론 스테이션이 이동식으로 운영될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 산림형 드론 방제 시스템에 따르면, 드론의 산림 방제 구역을 지정하고 나무의 높이와 비행 안전거리 등을 고려하여 자율 비행 경로를 확정하며, 확정된 자율 비행 경로에 따라 비행하면서 방제 구역 내 산림 수종을 인식하여 인식된 수종의 병해충에 따라 최적화된 약제를 살포할 수 있어 방제 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 드론 방제 시스템의 전체적인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 산림 방제용 드론의 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 드론 스테이션의 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 산림 방제용 드론의 블록 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 산림 방제용 드론을 통해 방제가 이루어지는 과정을 나타낸 흐름도,
도 6은 본 발명에 따라 지정된 방제 경로의 일례,
도 7은 본 발명에 따라 설정된 자율 비행 경로의 일례,
도 8은 본 발명에 따라 설정되는 비행 재개 구간의 일례,
도 9는 본 발명에 따른 수목 종류에 따라 약제가 살포되는 과정을 나타낸 개념도,
도 10은 본 발명에 따라 산림 방제용 드론이 드론 스테이션에 착륙하는 화면 일례,
도 11은 본 발명에 따라 드론 스테이션에 착륙된 드론이 약제를 공급받는 화면 일례,
도 12는 본 발명에 따라 차량에 설치된 드론 및 드론 스테이션의 일례를 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 드론 방제 시스템의 전체적인 구성도를 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 드론 방제 시스템은 산림 방제 구역을 비행하면서 약제를 살포하는 산림 방제용 드론(100)과, 상기 산림 방제용 드론(100)을 착륙시켜 약제를 공급하는 드론 스테이션(200)과, 사용자가 수동으로 산림 방제용 드론(100)을 조작할 수 있도록 하는 제어장치(300)와, 산림 방제용 드론(100)의 비행 경로를 설정하는 컴퓨터(400)를 포함하여 이루어진다.
상기 컴퓨터(400)는 노트북, 태블릿 PC, PC(Personal Computer) 등 사용자가 이용하는 컴퓨터로서, 이 컴퓨터(400)에는 경로지정 프로그램이 설치되어 있다. 상기 경로지정 프로그램은 미국의 검색 엔진 업체인 구글사가 제공하는 웹 기반의 지도 서비스인 구글어스(Google Earth)를 이용하여 방제를 위한 드론(100)의 비행 경로를 설정하게 되는데, 사용자는 이 경로지정 프로그램을 통해 드론(100)의 방제 구역을 포함하는 자율 비행 경로를 설정하게 된다. 상기 컴퓨터(400)의 경로지정 프로그램을 통해 설정되는 비행 경로 정보는 산림 방제용 드론(100) 또는 제어장치(300)에 제공되어 드론(100)의 비행 및 방제 작업을 제어하게 된다.
상기 제어장치(300)는 사용자가 원격으로 드론(100)을 조정하기 위한 조정장치로, 이 제어장치(300)는 일반적인 드론 제어장치와 마찬가지로 드론 조정부 및 통신부가 구비되어 드론(100)과 통신을 수행하면서 드론(100)의 비행 및 방제 작업을 사용자가 직접 조작할 수 있도록 제공된다. 또한, 사용자는 이 제어장치(300)를 통하여 드론(100)의 동작 환경을 설정할 수 있다.
상기 산림 방제용 드론(100)은 설정된 자율 비행 경로 또는 제어장치(300)를 통한 사용자의 제어에 따라 방제 구역을 비행하면서 약제를 살포하여 방제 작업을 수행하는 무인 비행 장치이다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 산림 방제용 드론의 사시도를 나타낸 것으로, 본 발명에 따른 산림 방제용 드론(100)은 비행을 위해 몸체(101)를 중심으로 사방으로 암을 형성하는 프레임(102)이 형성되고, 이 프레임의 일단 상부에 복수의 회전 날개(103)가 설치되며, 몸체(101)의 하부에는 이착륙을 위한 랜딩기어(104)가 설치되고, 몸체(101)와 랜딩기어(104) 사이에 약제탱크(105)가 설치된다. 또한, 몸체 프레임(102)의 하부에는 약제탱크(105)에 보관된 약제를 살포하는 약제 살포부(170)가 설치되고, 몸체(101) 일측에 센서부(140)가 설치되어 비행 중에 드론(100)의 위치, 고도, 속도, 영상 등의 정보를 획득하게 된다.
상기 드론 스테이션(200)은 드론(100)을 착륙시켜 드론(100)에 방제용 약제를 제공하는 장치로서, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 드론 스테이션의 사시도를 나타낸 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 드론 스테이션(200)의 상부에는 드론(100)이 착륙되는 드론 착륙장(210)이 형성되는데, 본 발명의 실시 예에서 상기 드론 착륙장(210)에는 드론(100)의 착륙을 유도하기 위한 착륙 유도 표시(H)가 형성되어 있다. 또한, 드론 스테이션(200)의 내부에는 드론(100)에 약제를 공급하기 위한 약제탱크(220)가 구비된다. 한편, 드론 스테이션의 일측에는 드론의 전원부에 전원을 공급하여 배터리를 충전하는 전원 충전부(도시 안됨)가 구비될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 산림 방제용 드론의 블록 구성도를 나타낸 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 산림 방제용 드론(100)은 드론의 동작 환경을 설정하는 설정부(120)와, 드론(100)에 전원을 공급하는 전원부(125)와, 지상의 제어장치(300)와 통신을 수행하는 통신부(130)와, 비행 경로를 탐색하기 위한 센서부(140)와, 드론(100)의 회전 날개(103)에 동력을 공급하는 동력부(150)와, 드론(100)의 드론 스테이션(200) 착륙을 유도하는 착륙 유도부(160)와, 약제탱크(105)에 보관된 약제를 살포하는 약제 살포부(170)와, 드론(100)이 드론 스테이션(200)에 착륙되는 경우 드론 스테이션(200)의 약제탱크(220)에 보관된 약제를 드론 약제탱크(105)로 취수하는 약제탱크 취수부(180)와, 방제 알고리즘이 탑재된 메모리(190)와, 상기 각 구성부의 동작을 제어하여 드론(100)의 비행 및 방제 동작을 제어하는 중앙제어부(MCU, Micro Controller Unit)(110)를 포함하여 이루어진다.
상기 설정부(120)는 드론(100)의 비행 및 방제 동작 환경을 설정하게 되는데, 이 설정부(120)는 방제 알고리즘을 실행하는 중앙제어부(110)의 제어에 의해 드론(100)의 동작 환경을 설정하게 된다. 본 발명의 실시 예에서 상기 설정부(120)는 드론(100)의 방제 모드, 즉 자율비행모드 또는 수동비행모드를 설정할 수 있는데, 자율비행모드 설정시 드론(100)의 비행 경로와 비행 패턴, 방제 횟수 등을 설정할 수 있다. 이러한 설정부(120)를 통한 드론(100)의 동작 환경 설정은 통신부(130)를 통하여 통신이 설정되는 지상의 제어장치(300)로부터 동작 환경 정보를 전송받아 설정될 수 있다.
상기 통신부(130)는 지상의 제어장치(300)와 무선 통신을 수행하는 장치로서, 이 통신부(130)는 지상의 제어장치(300)로부터 방제 동작 환경 설정 정보를 전송받아 중앙제어부(110)로 전송하고, 방제 모드가 수동비행모드로 설정된 경우 지상의 제어장치(300)로부터 드론 비행 및 방제 동작 제어 신호를 전송받아 중앙제어부(110)로 전송하게 된다.
상기 센서부(140)는 드론 몸체(101)의 일측에 설치되어 전방 및 하방을 탐색하게 되는데, 이 센서부(140)에는 드론(100)의 현재 위치를 파악하는 GPS(141)와, 드론(100)의 비행 고도를 측정하는 고도계(142)와, 드론(100)의 비행 속도를 측정하는 속도계(143)와, 주변 장애물을 파악하는 초음파 센서(144)와, 전방 및 하방의 영상을 촬영하여 분석하는 카메라(145)가 구비된다. 상기 센서부(140)를 통하여 드론(100)은 방제 작업 수행을 위한 비행 경로를 추적하게 되고, 추적 경로 상에 장애물이 발견되는 경우 이를 회피하여 경로를 재설정할 수 있으며, 설정된 구간에서 방제 작업을 수행한 후, 방제 작업이 끝나면 드론 스테이션(200)으로 복귀할 수 있도록 위치, 고도, 속도, 장애물, 영상 정보를 중앙제어부(110)에 제공하게 된다.
상기 동력부(150)는 드론(100)의 회전 날개(103)에 동력을 공급하여 드론(100)의 비행 동작을 제어하게 되는데, 이 동력부(150)는 중앙제어부(110)의 제어에 따라 전원부(125)의 전원을 회전 날개(103)에 제공하여 드론(100)이 방제를 수행하는 비행이 가능하도록 제어하게 된다.
상기 착륙 유도부(160)는 방제 작업을 종료한 드론(100)이 드론 스테이션(200)으로 이동하는 경우 드론(100)의 랜딩기어(104)가 드론 스테이션(200)에 안정적으로 착륙되도록 제어하게 되는데, 이 착륙 유도부(160)는 센서부(140)의 카메라(145)를 통하여 촬영되는 드론 스테이션(200)의 영상을 분석하여 드론 착륙장(210)의 위치를 확인한 후, 드론(100)의 랜딩기어(104)가 드론 착륙장(210)에 안착될 수 있도록 드론(100)의 착륙 동작을 제어하며, 드론(100)이 드론 스테이션(200)에 착륙하게 되면 드론(100)의 시동을 정지시키게 된다.
상기 약제 살포부(170)는 드론(100)이 비행하여 약제 살포 구역으로 이동된 경우 약제탱크(105)에 저장된 약재를 펌핑하여 약제 살포 구역으로 살포하는 장치로서, 이 약제 살포부(170)는 방제 알고리즘을 실행하는 중앙제어부(110)의 제어에 따라 약제를 살포하게 된다. 본 발명의 실시 예에서 중앙제어부(110)는 센서부(140)의 카메라(145)를 통하여 촬영되는 약제 살포 구역의 영상을 분석하여 수목 정보를 수집하고, 수집된 수목의 종류를 분류하여 수종에 따른 병해충 정보를 파악한 후, 파악되는 수목의 병해충 정보에 따라 약제 살포부(170)를 통하여 약제 살포의 개시 및 중지를 제어하게 된다.
상기 약제탱크 취수부(180)는 드론(100)의 약제탱크(105)에 약제를 채우는 장치로서, 이 약제탱크 취수부(180)는 드론(100)이 드론 스테이션(200)에 착륙된 상태에서 약제탱크(105)에 연결된 호스를 드론 스테이션(200)의 약제탱크(220)에 연결한 후 펌프를 구동시켜 약제를 드론(100)의 약제탱크(105)로 이동시켜 약제탱크(105)를 채우게 된다. 드론(100)의 약제탱크(105)에 약제가 다 채워지면, 자동으로 펌프의 구동의 정지되어 취수 동작이 정지된다.
상기 메모리(190)에는 드론(100)의 방제 알고리즘이 탑재되어 중앙제어부(110)에 의해 실행됨으로써, 드론(100)이 방제 구역으로 이동하여 약제를 살포할 수 있도록 운용되는데, 이 방제 알고리즘에는 컴퓨터(400)의 경로지정 프로그램을 통하여 설정된 자율 비행 경로 정보가 등록된다. 중앙제어부(110)는 방제 알고리즘을 실행하여, 설정부(120)릍 통하여 드론(100)의 방제 모드를 설정하고, 비행 경로에 따라 드론(100)의 비행을 제어하여 드론(100)을 방제 구역으로 이동시키고, 드론(100)이 방제 구역에 도달하면 약제 살포부(170)를 통하여 약제를 살포하는 방제 동작을 제어하게 된다. 또한, 방제 구역에서의 약제 살포 도중 약제탱크(105)에 저장된 약제가 모두 소모되면, 드론(100)을 드론 스테이션(200)으로 이동시켜 약제를 보충한 후 비행 재개 구간에 따라 남은 방제 구역의 방제 작업을 다시 재개하게 되며, 방제 구역에서의 모든 방제 과정이 종료되면 드론(100)을 드론 스테이션(200)으로 복귀시켜 약제를 충전시켜 보관하게 된다. 이러한 중앙제어부(110)의 동작은 수동비행모드인 경우 지상에 위치한 제어장치(300)의 제어 명령에 따라 진행된다.
이하에서는 상기의 구성으로 이루어진 드론 방제 시스템을 통하여 방제가 이루어지는 과정에 대하여 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 드론을 통해 방제가 이루어지는 과정을 나타낸 흐름도이다.
단계 S100 : 드론 방제 시스템을 통해 방제를 수행하기 위해, 사용자는 먼저 컴퓨터(400)의 경로지정 프로그램을 통해 방제 구역을 포함하는 방제 경로를 설정하게 된다. 방제 경로 설정은 사용자가 컴퓨터(400)의 경로지정 프로그램을 실행한 후 구글어스 지도를 이용하여 비행 구간을 지정하는 과정을 통하여 진행된다. 도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 지정된 방제 경로의 일례를 나타낸 것으로, 구글어스 지도의 지표면을 기준으로 임의의 경로(하부 빨간색)를 지정하여 방제 경로를 설정하게 된다.
단계 S110 : 방제 구역이 설정되면, 해당 방제 경로를 포함하는 드론(100)의 자율 비행 경로를 설정하게 된다. 자율 비행 경로는 드론(100)의 방제 모드가 자율 비행 모드로 설정되는 경우 드론(100)이 자동으로 비행되는 경로를 의미하는데, 이 자율 비행 경로는 경로지정 프로그램을 통해 방제 경로로부터 나무의 높이와 비행안전거리를 고려하여 설정한다. 도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 설정된 자율 비행 경로의 일례로서, 도 7에서는 구글어스 지도에서 설정된 방제 경로로부터 지상 34m 고도를 갖도록 자율 비행 경로가 설정되었다. 또한, 자율 비행 경로에 비행 및 방제 정보를 설정하게 되는데, 이러한 비행 및 방제 정보로는 비행 고도, 비행 속도, 비행 이동 시간, 약제 살포 속도(유량) 등이 있다.
단계 S120 : 한편, 드론(100)의 방제 도중 약제가 떨어지는 경우 약제를 재충전하여 다시 방제 작업을 재개해야 하는 경우가 발생할 수 있다. 이를 위해 본 발명에서는 드론(100)의 자율 비행 중 비행 고도와 비행 속도에 따른 약제 소모량을 계산하여, 드론(100)의 약제가 떨어지는 시점에 약제를 보충하기 위해 드론 스테이션(200)으로 복귀하는 비행 복귀 정보와, 약제 재충전 후 방제를 재개하기 위한 비행 재개 구간의 GPS(141) 값 및 고도 값을 설정하게 된다. 도 8은 본 발명에 따라 설정되는 비행 재개 구간의 일례를 나타낸 것이다.
단계 S130 : 상기 과정을 통하여 드론(100)의 자율 비행 정보가 설정되면, 사용자는 컴퓨터(400)의 경로지정 프로그램을 통해 설정된 자율 비행 경로 정보를 드론(100)의 메모리(190) 또는 제어장치(300)의 메모리에 등록하고, 드론(100)의 방제 모드 및 방제 횟수 등을 지정하여 드론(100)의 방제 작업을 개시하게 된다. 본 발명의 실시 예에서 드론(100)의 방제 모드는 드론(100)이 자율 비행 경로 정보에 따라 자체적으로 비행하면서 방제를 수행하는 자율비행모드와, 사용자의 제어장치(300) 제어를 통한 수동비행모드로 구분된다.
단계 S140, S150 : 만약, 방제 모드가 자율비행모드로 설정된 경우(S140), 드론(100)은 설정된 자율 비행 경로 정보에 따라 비행하면서 방제 경로에서 약제를 살포하는 방제 작업을 수행하게 된다(S150). 드론(100)의 중앙제어부(110)는 동력부(150)를 구동시켜 자율 비행 경로에 따라 비행하면서 센서부(140)에 구비된 GPS(141)를 통하여 현재 비행 위치를 파악하고, 고도계(142)를 통해 고도를 파악하며, 속도계(143)를 통해 속도를 파악하고, 초음파 센서(144)를 통해 주변 장애물을 파악하여 회피하면서 자율 비행 경로에 설정된 정보에 따라 비행이 이루어질 수 있도록 드론(100)의 비행을 제어하게 된다. 또한, 드론(100)의 GPS 값 및 고도값이 설정값과 다를 경우 이를 보정하면서 비행을 계속하게 된다. 한편, 드론(100)은 자율 비행 경로에 따라 비행하여 방제 경로에 도달하게 되면 약제 살포부(170)를 통해 약제탱크(105)에 보관된 약제를 살포하게 되는데, 약제 살포는 수목의 종류에 약제의 종류 및 분사량이 달라질 수 있다.
도 9는 수목 종류에 따라 약제가 살포되는 과정을 나타낸 개념도로서, 본 발명의 실시 예에서 드론(100)의 중앙제어부(110)는 센서부(140)에 구비된 카메라(145)를 통하여 비행 중인 산림 방제 구역을 촬영하여 수목 정보를 수집하고, 수집된 수목 정보 중 촬영된 영상의 나무잎 모양 등을 분석하여 수목 종류를 분류하며, 수종에 따라 학습된 병해충 정보를 파악한 후, 파악되는 병해충 정보에 따라 최적화된 약제 살포를 제어하게 된다. 즉, 본 발명에서는 수종에 따른 병해충 정보에 따라 약제 살포의 개시 및 중지를 제어하며, 이 과정에서 드론(100)의 비행 속도와 약제 분사량을 조절함으로써 불필요한 약제의 낭비를 절감하는 최적의 약제 살포 제어가 이루어지게 된다.
단계 S160 : 방제 작업이 종료되거나 방제 작업 도중 약제가 떨어져 약제를 보충해야 하는 경우가 발생하면 드론(100)은 드론 스테이션(200)으로 복귀하게 되는데, 드론 스테이션(200)의 위치는 드론(100)이 최초 이륙한 지면 Zero 포인트로, 드론(100)은 센서부(140)의 GPS 값을 통하여 드론 스테이션(200)의 위치로 이동하게 된다.
단계 S170 : 드론(100)이 드론 스테이션(200)의 위치로 근접하면, 드론(100)의 착륙 유도부(160)는 센서부(140)의 카메라(145)를 통하여 드론 스테이션(200) 영상을 촬영한 후 이를 분석하여 드론 스테이션(200)의 상부에 형성된 H자 형상의 드론 착륙장(210) 위치를 파악하게 된다. 도 10은 드론이 드론 스테이션에 착륙하는 화면 일례를 나타낸 것으로, 드론 착륙장(210)의 정확한 위치가 파악되면 드론(100)의 착륙 유도부(160)는 드론(100)의 전후 방향을 착륙 방향과 일치시켜 드론(100)의 착륙을 유도하게 된다. 드론(100)이 드론 스테이션(200)에 착륙하여 드론(100)의 고도계(142) 값이 Zero 값에 도달하면 드론(100)의 시동이 자동으로 꺼지고, 약제탱크 취수부(180)를 통해 드론 스테이션(200)의 약제탱크(220)에 보관된 약제를 공급받아 약제탱크(105)를 채우게 된다.
도 11은 드론 스테이션에 착륙된 드론이 약제를 공급받는 화면 일례를 나타낸 것으로, 드론(100)의 시동이 꺼지면 드론(100)의 약제탱크(105)에 연결된 호스를 드론 스테이션(200)의 약제탱크(220)에 연결한 후 펌프를 구동시켜 드론 약제탱크(105)를 보충하게 된다. 드론(100)의 약제탱크(105)에 약제가 다 채워지면, 자동으로 펌프의 구동이 정지되어 취수 동작이 정지된다. 또한, 드론 스테이션(200)에 구비된 전원 충전부를 통해 드론 전원부(125)의 배터리 전원을 충전하거나, 드론(100)의 배터리를 교체하여 드론(100)의 전원을 충전하게 된다.
단계 S180 : 상기 과정을 통하여 드론(100)의 약제탱크(105)에 약제가 보충된 후, 드론(100)은 방제 구역이 더 남아 있는 경우 GPS 값을 이용해 이전 단계에서 방제 작업을 수행하는 장소로 이동하여 방제 작업을 이어서 수행하게 된다. 설정된 모든 방제 작업이 종료되면 드론(100)은 드론 스테이션(200)에 착륙된 상태로 보관되어 방제 작업이 종료된다.
한편, 드론 스테이션(200)은 이동이 가능한 차량에 장착되어, 드론(100) 및 드론 스테이션(200)이 이동식으로 운영될 수 있는데, 도 12는 차량에 설치된 드론 및 드론 스테이션의 일례를 나타낸 것이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동 이착륙이 가능한 드론(100) 및 드론 스테이션(200)을 차량 시스템에 적용되어, 드론(100)을 방제가 필요한 지역으로 이동시켜 방제가 신속히 이루어질 수 있도록 함으로써 방제 시간 및 방제 효율을 높일 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에서는 산림 방제용 드론(100)의 자율 비행 경로를 설정하여 드론이 자율적으로 비행하면서 방제 구역에 약제를 살포하여 방제를 수행할 수 있으며, 비행 도중 장애물이 있는 경우 이를 회피하여 비행할 수 있고, 산림 방제 구역의 수목 수종에 따라 약제 살포의 개시 및 중지를 제어할 수 있으며, 방제 도중 약제가 떨어지는 경우 드론 스테이션(200)으로 복귀하여 약제를 보충한 후 방제를 다시 재개할 수 있도록 제공된다.
이러한 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구 범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
100 : 산림 방제용 드론 101 : 몸체
102 : 프레임 103 : 회전 날개
104 : 랜딩기어 105 : 약제탱크
110 : 중앙제어부 120 : 설정부
125 : 전원부 130 : 통신부
140 : 센서부 141 : GPS
142 : 고도계 143 : 속도계
144 : 초음파 센서 145 : 카메라
150 : 동력부 160 : 착륙 유도부
170 : 약제 살포부 180 : 약제탱크 취수부
190 : 메모리 200 : 드론 스테이션
210 : 드론 착륙장 220 : 약제탱크
300 : 제어장치 400 : 컴퓨터

Claims (9)

  1. 드론을 이용하여 산림 방제를 수행하는 산림형 드론 방제 시스템으로서,
    컴퓨터(400)의 경로지정 프로그램을 통하여 설정된 자율 비행 경로를 따라 방제 구역을 비행하면서, 방제 구역에 약제탱크(105)에 저장된 약제를 살포하여 산림 방제 작업을 수행하는 산림 방제용 드론(100)과;
    상부에 형성된 드론 착륙장(210)에 상기 산림 방제용 드론(100)을 착륙시켜, 산림 방제용 드론(100)의 약제탱크(105)에 약제를 공급하여 보충하는 드론 스테이션(200);을 포함하되,
    상기 컴퓨터(400)의 경로지정 프로그램은 구글어스 지도의 지표면 상에 방제 경로를 설정하고, 방제 경로에 식재된 나무의 높이와 비행안전거리를 고려하여 지표면으로부터 이격된 고도를 갖는 자율 방제 경로를 설정하며, 자율 방제 경로 중 약제 살포 구간과 비살포 구간 및 약제 살포 속도를 설정한 후, 상기 산림 방제용 드론(100)의 메모리(190)에 전송하여 산림 방제용 드론(100)의 비행 및 방제 작업을 제어할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 산림형 드론 방제 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 자율 방제 경로에는
    약제 살포 구간에서의 비행 고도와 비행 속도에 따른 약제 소모량이 계산되어, 약제가 소진되어 산림 방제용 드론(100)이 약제 보충을 위해 드론 스테이션(200)으로 복귀하는 비행 복귀 정보와, 드론 스테이션(200)을 통한 약제 보충 후 방제를 재개하기 위한 비행 재개 구간 정보가 설정되는 것을 특징으로 하는 산림형 드론 방제 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 산림 방제용 드론(100)에는
    산림 방제용 드론(100)의 동작 환경을 설정하는 설정부(120)와,
    산림 방제용 드론(100)에 전원을 공급하는 전원부(125)와,
    지상에 위치한 제어장치(300)와 통신을 수행하는 통신부(130)와,
    산림 방제용 드론(100)의 비행 경로 및 주변을 탐색하기 위한 센서부(140)와,
    산림 방제용 드론(100)의 회전 날개(103)에 동력을 공급하여 비행을 제어하는 동력부(150)와,
    산림 방제용 드론(100)의 드론 스테이션(200) 착륙을 유도하는 착륙 유도부(160)와,
    약제탱크(105)에 보관된 약제를 살포하는 약제 살포부(170)와,
    드론 스테이션(200)에 착륙되는 경우 드론 스테이션(200)의 약제탱크(220)에 보관된 약제를 드론(100)의 약제탱크(105)로 취수하는 약제탱크 취수부(180)와,
    자율 비행 경로 정보를 포함하는 방제 알고리즘이 탑재된 메모리(190)와,
    상기 메모리(190)에 탑재된 방제 알고리즘을 실행하여, 산림 방제용 드론(100)의 비행 및 방제 동작을 제어하는 중앙제어부(110)가 구비된 것을 특징으로 하는 산림형 드론 방제 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 설정부(120)는
    산림 방제용 드론(100)의 방제 모드가 미리 설정된 자율 비행 경로를 따라 방제가 자동으로 수행되는 자율비행모드인지, 지상의 제어장치(300)를 통해 사용자가 수동으로 방제를 제어하는 수동비행모드인지를 설정하고,
    상기 방제 모드가 자율비행모드로 설정된 경우 방제 횟수를 설정하는 것을 특징으로 하는 산림형 드론 방제 시스템.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 센서부(140)에는
    산림 방제용 드론(100)의 위치를 파악하는 GPS(141)와, 비행 고도를 측정하는 고도계(142)와, 비행 속도를 측정하는 속도계(143)와, 주변 장애물을 파악하여 회피할 수 있도록 하는 초음파 센서(144)와, 전방 및 하방의 영상을 촬영하는 카메라(145)가 구비된 것을 특징으로 하는 산림형 드론 방제 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 중앙제어부(110)는
    자율 비행 경로에 따른 비행 중 방제 구역을 카메라(145)로 촬영하여 방제 구역의 수목 정보를 수집한 후, 수집된 수목의 종류를 분류하고, 수종에 따른 병해충 정보를 파악한 후, 파악되는 수목의 병해충 정보에 따라 약제 살포의 개시 및 중지를 제어하는 것을 특징으로 하는 산림형 드론 방제 시스템.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 착륙 유도부(160)는
    산림 방제용 드론(100)이 착륙을 위해 드론 스테이션(200)으로 이동하는 경우, 상기 센서부(140)의 카메라(145)를 통하여 촬영되는 드론 스테이션(200)의 영상을 분석하여 드론 스테이션(200)의 드론 착륙장(210) 위치를 확인한 후, 드론(100)의 하부에 형성된 랜딩기어(104)가 드론 착륙장(210)에 안착될 수 있도록 드론(100)의 착륙 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 산림형 드론 방제 시스템.
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 약제탱크 취수부(180)는
    산림 방제용 드론(100)이 드론 스테이션(200)에 착륙되면, 약제탱크(105)에 연결된 호스를 드론 스테이션(200)의 약제탱크(220)에 연결한 후, 펌프를 구동시켜 약제탱크(105)를 채우고, 약제탱크(105)에 약제가 다 채워지면, 펌프의 구동을 정지시켜 취수 동작을 정지시키는 것을 특징으로 하는 산림형 드론 방제 시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 드론 스테이션(200)은 이동 가능한 차량에 설치되어, 상기 산림 방제용 드론(100) 및 드론 스테이션(200)이 이동식으로 운영될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 산림형 드론 방제 시스템.
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