KR-102961054-B1 - Integrated System for Drone Control and Anomaly Detection Using a Multi-Agent System

Abstract

본 발명은 다중 에이전트 시스템을 활용한 드론 제어 및 이상 감지 통합 시스템에 관한 것이며, 임무 대상 지역을 비행하는 것으로서, 해당 임무 대상 지역에서, 소정의 작업을 수행하기 위한 작업유닛이 마련된 드론과, 상기 드론에 설치되어 해당 드론의 상태에 대한 제1 상태정보를 수집하여 전송하는 제1 정보수집부를 포함한 다수의 비행유닛과, 상기 임무 대상 지역 내측 또는 외측에 상호 이격되게 설치되는 것으로서, 상기 드론이 착륙하여 대기할 수 있도록 착륙부가 마련된 스테이션과, 상기 스테이션의 상태에 대한 제2 상태정보를 수집하여 전송하는 제2 정보수집부를 포함한 다수의 착륙 대기부와, 관리자로부터 상기 임무 대상 지역에서 수행하고자 하는 임무 정보를 수신하는 관제모듈과, 상기 제1 및 제2 정보수집부로부터 제1 및 제2 상태정보를 수신받고, 상기 제1 및 제2 상태정보를 토대로 상기 드론들 중 상기 임무 정보에 대응되는 임무 수행이 가능한 드론을 선택하고, 선택된 해당 드론이 해당 임무를 수행하도록 제어하는 다중 에이전트 모듈을 구비한다. 본 발명은 2024년 전라남도와 (재)전남테크노파크의 지역수요맞춤형 연구개발사업의 지원을 받아 수행된 연구이다.

Inventors

• 정영석
• 정부일

Assignees

• 주식회사 디에어

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20250512

Claims (7)

1. 임무 대상 지역을 비행하는 것으로서, 해당 임무 대상 지역에서, 소정의 작업을 수행하기 위한 작업유닛이 마련된 드론과, 상기 드론에 설치되어 해당 드론의 상태에 대한 제1 상태정보를 수집하여 전송하는 제1 정보수집부를 포함한 다수의 비행유닛; 상기 임무 대상 지역 내측 또는 외측에 상호 이격되게 설치되는 것으로서, 상기 드론이 착륙하여 대기할 수 있도록 착륙부가 마련된 스테이션과, 상기 스테이션 및 드론의 상태에 대한 제2 상태정보를 수집하여 전송하는 제2 정보수집부를 포함한 다수의 착륙 대기부; 관리자로부터 상기 임무 대상 지역에서 수행하고자 하는 임무 정보를 수신하는 관제모듈; 및 상기 제1 및 제2 정보수집부로부터 제1 및 제2 상태정보를 수신받고, 상기 제1 및 제2 상태정보를 토대로 상기 드론들 중 상기 임무 정보에 대응되는 임무 수행이 가능한 드론을 선택하고, 선택된 해당 드론이 해당 임무를 수행하도록 제어하는 다중 에이전트 모듈;을 구비하고, 상기 드론은 작업유닛이 설치되는 비행몸체와, 상기 비행몸체에 설치되어 해당 비행몸체의 비행이 가능하도록 추진력을 제공하는 추진부를 구비하고, 상기 제2 정보수집부는 상기 착륙부에 착륙한 드론의 추진부 또는 해당 드론에 설치된 작업유닛의 작동 상태를 감지하고, 상기 다중 에이전트 모듈은 상기 제1 및 제2 상태정보를 분산 제약 최적화(Distributed Constraint Optimization Problem) 알고리즘에 적용하여 상기 드론들 중 상기 임무 정보에 대응되는 드론을 선택하고, 상기 제2 정보수집부는 상기 드론의 추진부에서 발생되는 바람에 의해 회전할 수 있도록 상기 착륙부에 설치되는 테스트용 프로펠러; 상기 테스트용 프로펠러의 회전을 감지하기 위해 해당 테스트용 프로펠러의 회전축에 설치되는 회전감지센서; 상기 회전감지센서를 통해 감지된 정보를 토대로 상기 드론의 작동 상태를 판별하는 것으로서, 기설정된 시간 간격 또는 관제서버의 명령에 따라 상기 착륙부에 착륙한 상기 드론에 테스트 신호를 전송하고, 송신된 테스트 신호에 따라 작동하는 상기 드론의 추진부에 의해 회전하는 상기 테스트용 프로펠러의 회전속도가 기설정된 회전 기준값 이상이면 해당 드론이 정상 상태로 작동하는 것으로 판별하는 판별모듈;을 더 구비하는, 다중 에이전트 시스템을 활용한 드론 제어 및 이상 감지 통합 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 다중 에이전트 모듈은 상기 드론들의 작업유닛에서 제공되는 작업 결과에 대한 데이터를 수신하고, 상기 작업 결과에 대한 데이터를 상기 관제모듈에 전송하고, 상기 관제모듈은 상기 작업 결과에 대한 데이터를, 상기 임무 대상 지역에 이상 상황 발생을 판별하기 위한 이상 분석 모듈에 전송하고, 상기 이상 분석 모듈에서 상기 이상 상황이 발생된 것으로 판별되면, 상기 관리자에게 경고 정보를 제공하는, 다중 에이전트 시스템을 활용한 드론 제어 및 이상 감지 통합 시스템.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 다중 에이전트 모듈은 상기 임무를 수행하기 위해 다수의 드론이 선택될 경우, 스웜 인텔리전스 기반의 경로 산출 알고리즘을 이용하여, 선택된 각 드론의 이동 경로를 산출하고, 산출된 이동 경로를 따라 상기 드론이 이동하도록 제어하는 다중 에이전트 시스템을 활용한 드론 제어 및 이상 감지 통합 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 제1 상태정보는 상기 드론의 위치에 대한 정보가 포함된, 다중 에이전트 시스템을 활용한 드론 제어 및 이상 감지 통합 시스템.
7. 제1항 또는 제6항에 있어서, 상기 제2 상태정보는 상기 스테이션의 위치 정보, 상기 착륙부에 대기 중인 드론에 대한 정보, 대기 중인 상기 드론의 충전 상태 정보 또는 상기 다중 에이전트 모듈과의 통신 상태 정보가 포함된, 다중 에이전트 시스템을 활용한 드론 제어 및 이상 감지 통합 시스템.

Description

다중 에이전트 시스템을 활용한 드론 제어 및 이상 감지 통합 시스템{Integrated System for Drone Control and Anomaly Detection Using a Multi-Agent System} 본 발명은 다중 에이전트 시스템을 활용한 드론 제어 및 이상 감지 통합 시스템에 관한 것으로서, 다중 에이전트 시스템(Multi-Agent System)을 기반으로 복수의 드론 및 스테이션의 상태를 실시간으로 수집하고, 임무 배정, 경로 산출 등을 수행하며, 드론으로부터 수신되는 센서 데이터를 바탕으로 이상 상황 감지를 수행할 수 있는 드론 제어 및 이상 감지 통합 시스템에 관한 것이다. 최근 드론은 시설 점검, 재난 대응, 교통 감시, 환경 관측 등 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 여러 대의 드론이 동시에 운용되는 복합 임무 환경에서 드론의 효율적 제어 및 실시간 상황 대응에 대한 기술적 수요가 증가하고 있다. 이를 위해 종래에는 관제 장치 또는 중앙 서버가 다수의 드론에 대한 임무를 일괄 지정하거나, 각 드론의 비행 경로를 사전에 설정한 뒤 정해진 조건에 따라 임무를 수행하도록 제어하는 방식이 주로 사용되어 왔다. 이러한 방식은 구현이 단순하고 초기 운용에 유리하다는 장점이 있으나, 시스템이 복잡해질수록 구조적인 한계를 나타낸다.관제 장치 또는 중앙 제어부에 제어 및 판단 기능이 집중되기 때문에 전체 시스템에 대한 부하가 증가하며, 드론, 스테이션, 관제 장치 간의 상태 정보가 실시간으로 통합되지 않음으로 인해 임무 중복, 귀환 실패, 충돌 가능성 등의 문제가 발생할 수 있다. 또한, 드론이 수집한 센서 데이터를 기반으로 실시간으로 이상을 탐지하거나 조치하기 어려워, 단순한 데이터 수집에 그치는 경우도 많다. 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 에이전트 시스템을 활용한 드론 제어 및 이상 감지 통합 시스템에 대한 개념도이고, 도 2는 도 1의 다중 에이전트 시스템을 활용한 드론 제어 및 이상 감지 통합 시스템에 대한 블럭도이다. 이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 다중 에이전트 시스템을 활용한 드론 제어 및 이상 감지 통합 시스템에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 도 1 및 도 2에는 본 발명에 따른 다중 에이전트 시스템을 활용한 드론 제어 및 이상 감지 통합 시스템(100)이 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 상기 다중 에이전트 시스템을 활용한 드론 제어 및 이상 감지 통합 시스템(100)은 임무 대상 지역을 비행하는 것으로서, 해당 임무 대상 지역에서, 소정의 작업을 수행하는 다수의 비행유닛(200)과, 상기 임무 대상 지역 내측 또는 외측에 상호 이격되게 설치되는 것으로서, 상기 드론(210)이 착륙하여 대기할 수 있는 다수의 착륙 대기부(300)와, 관리자로부터 상기 임무 대상 지역에서 수행하고자 하는 임무 정보를 수신하는 관제모듈(400)과, 상기 드론(210)들 중 상기 임무 정보에 대응되는 임무 수행이 가능한 드론(210)을 선택하고, 선택된 해당 드론(210)이 해당 임무를 수행하도록 제어하는 다중 에이전트 모듈(500)을 구비한다. 여기서, 임무 대상 지역은 산림지역, 농업지역, 산업단지, 공장 부지, 물류창고, 대형 저장 시설, 건설현장, 항만, 공항 부지, 군사시설 및 보안 지역, 건축물, 도로 및 철도 주변 지역 등이 적용될 수 있다. 상기 비행유닛(200)은 임무 대상 지역을 비행하는 것으로서, 해당 임무 대상 지역에서, 소정의 작업을 수행하기 위한 작업유닛이 마련된 드론(210)과, 상기 드론(210)에 설치되어 해당 드론(210)의 상태에 대한 제1 상태정보를 수집하여 전송하는 제1 정보수집부(220)를 포함한다. 상기 드론(210)은 비행몸체와, 비행몸체에 설치되어 상기 비행몸체의 비행이 가능하도록 추진력을 제공하는 추진부와, 비행몸체에 설치되어 해당 비행몸체의 위치 정보를 생성하는 지피에스 모듈을 구비한다. 상기 비행몸체는 메인바디와, 상기 메인바디의 중심부를 기준으로 방사상으로 연장되며, 단부에 상기 추진부가 설치되는 다수의 지지대를 구비한다. 상기 메인바디는 내부에 후술되는 추진부의 회전모터들에 전원을 공급하기 위한 배터리가 수용될 수 있는 수용공간이 마련된다. 상기 메인바디는 소정의 강도를 갖고, 성형성이 우수한 플라스틱과 같은 합성수지재로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 추진부는 상기 지지대들의 단부에 각각 설치되는 다수의 회전모터와, 상기 회전모터들에 의해 회전가능하게 설치된 다수의 프로펠러를 구비한다. 한편, 상기 드론(210)은 임무 대상 지역을 비행하기 위해 종래에 일반적으로 사용되는 무인비행체가 적용되므로 상세한 설명은 생략한다. 또한, 드론(210)은 해당 비행몸체에 설치된 작업유닛에 대한 정보가 저장된 메모리(미도시)를 더 구비할 수도 있다. 해당 작업유닛에 대한 정보는 드론(210)에 설치된 작업유닛의 종류, 개수, 수행 가능 작업에 대한 정보가 포함된다. 상기 작업유닛은 드론(210)의 비행몸체에 설치되어 소정의 작업을 수행하는 것으로서, 도면에 도시되진 않았지만, 실화상 카메라, 열화상 카메라, 분광 카메라, 화학 물질 센서, 온습도 센서, 라이다(LiDAR) 등이 적용된다. 상기 실화상 카메라는 드론(210) 주위의 임대 대상 지역에 대한 실영상을 촬영한다. 열화상 케마라는 드론(210) 주위의 임대 대상 지역 내의 객체의 열 분포 영상을 촬영하며, 촬영된 열 분포 영상을 기반으로 화재, 체온, 숨겨진 대상물 등을 감지할 수 있다. 분광 카메라는 드론(210) 주위의 객체의 분광 정보를 촬영하여 물질의 조성, 상태 변화 등을 정밀하게 분석할 수 있다. 화학 물질 센서는 드론(210) 주위의 공기 중 또는 표면에 존재하는 특정 물질, 일예로, 유해가스, 화학 물질 등을 감지한다. 온습도 센서는 드론(210)이 비행하는 임대 대상 지역의 온도 및 습도를 측정한다. 라이다(LiDAR)는 레이저를 기반으로 거리 및 형상을 정밀 측정하여 임무 대상 지역 내의 지형이나 장애물을 인식하는 것으로서, 임무 대상 지역의 구조물 및 지형의 거리 정보를 고해상도로 수집할 수 있다. 한편, 작업유닛은 이에 한정하는 것이 아니라 임무 대상 지역에서 소정의 작업을 수행하기 위한 작업 수단이면 무엇이든 적용가능하다 해당 작업유닛은, 드론(210)의 스펙에 따라 실화상 카메라, 열화상 카메라, 분광 카메라, 화학 물질 센서, 온습도 센서, 라이다(LiDAR) 중 적어도 어느 하나가 선택되어 설치될 수 있다. 또한, 작업유닛은 작업 결과에 대한 데이터, 일예로, 실화상 카메라의 촬영 영상, 열화상 카메라의 열화상 데이터, 화학 물질 센서 및 온습도 센서의 측정 데이터, 라이다의 측정 데이터를, 무선 통신망을 통해 다중 에이전트 모듈(500)에 실시간으로 전송할 수 있다. 제1 정보수집부(220)는 상기 드론(210)에 설치되며, 상기 드론(210)의 지피에스 모듈에서 해당 드론(210)의 위치 정보를 제공받고, 제공받은 위치 정보를 제1 상태정보로서, 무선 통신망을 통해 다중 에이전트 모듈(500)로 전송한다. 착륙 대기부(300)는 상기 임무 대상 지역 내측 또는 외측에 상호 이격되게 설치되는 것으로서, 상기 드론(210)이 착륙하여 대기할 수 있도록 착륙부(311)가 마련된 스테이션(310)과, 상기 스테이션(310)의 상태에 대한 제2 상태정보를 수집하여 전송하는 제2 정보수집부(320)를 구비한다. 상기 스테이션(310)은 임무 대상 지역 외측에 설치되거나 해당 임무 대상 지역이 비교적 넓을 경우 해당 임무 대상 지역 내측에 설치될 수 있다. 상기 스테이션(310)은 상부에 드론(210)이 착륙하여 대기할 수 있는 착륙부(311)가 마련되어 있다. 상기 착륙부(311)는 해당 드론(210)이 안정적으로 대기할 수 있도록 상면이 평편하게 형성되는 것이 바람직하다. 한편, 도면에 도시되진 않았지만, 착륙부(311)에는, 드론(210)의 착륙을 감지하기 위한 착륙감지센서가 설치될 수도 있다. 또한, 착륙부(311)는 도면에 도시되진 않았지만, 대기 중