KR101859909B1

KR101859909B1 - 드론을 이용한 적조 예찰 및 추적 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101859909B1
Application number: KR1020160070380A
Authority: KR
Inventors: 신인승; 박형석; 이황용
Original assignee: 에스아이에스 주식회사
Priority date: 2016-06-07
Filing date: 2016-06-07
Publication date: 2018-05-21
Anticipated expiration: 2036-06-07
Also published as: KR20170138238A

Abstract

본 발명은 이동용 차량에 의해 지휘되고 탐지장비가 장착된 드론을 활용하여 적조 주의보단계 이전에 적조발생 증후를 모니터링하고 또한 적조 경보단계에서 적조의 이동을 추적하여 적시에 방제가 이루어지도록 하는 드론을 이용한 적조 예찰 및 추적 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 오토 그리드 비행 기능이 구비된 드론을 이용하여 예찰대상수역을 비행하는 비행유닛; 상기 예찰대상수역의 사진이나 영상을 촬영하는 촬영부, 상기 예찰대상수역에 투하되어 초음파를 발진하고 이로 인해 발생된 후방산란파를 측정하는 음파탐지부, 및 예찰대상수역에 투하되어 물을 채수하는 채수기를 포함하는 탐지장비로 이루어지고 상기 탐지장비가 상기 드론에 구비되는 탐지유닛; 양방향 무선 송수신 기능을 갖는 통신유닛; 및 상기 드론의 복귀가 이루어지는 차량 및 상기 차량에 구비된 PC에 내장되는 통합제어부로 이루어지며, 상기 통합제어부는 상기 통신유닛을 통해 상기 드론의 비행과 탐지장비의 예찰을 제어하고 상기 탐지장비가 수집한 예찰 결과를 수신ㆍ가공하여 예찰정보를 생성하며 모니터링 강화를 위한 제반 제어를 수행하는 베이스 스테이션유닛;으로 이루어지고, 상기 촬영부는 예찰대상수역의 수온을 측정하는 열영상 카메라 및 예찰대상수역의 수면 색도나 명도 측정과 적조띠 영상을 촬영하는 고해상 카메라로 이루어지며, 상기 열영상 카메라와 고해상 카메라가 드론에 선택적으로 구비되고, 상기 음파탐지부는 장착수단의 권취기에 감겨지는 케이블, 상기 케이블에 의해 예찰대상수역에 투하되어 초음파를 발진하고 이를 통해 후방산란파를 수신하며 이를 상기 케이블을 통해 음파처리보드로 전달하는 초음파 탐촉자, 및 후방산란파를 가공처리한 후 디지털신호로 변환하여 통신유닛을 통해 베이스 스테이션유닛의 통합제어부에 전달하는 음파처리보드로 이루어지고, 상기 채수기는 덮개가 상기 베이스 스테이션유닛의 통합제어부의 제어신호에 의해 개폐되는 복수 개의 용기로 이루어지며, 상기 케이블에 전기적으로 연결된 상태로 초음파 탐촉자에 고정되고, 상기 장착수단에는 위치확인용 신호발진 수단이 구비된 부표가 탈부착 가능하게 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

드론을 이용한 적조 예찰 및 추적 시스템 및 방법{System and Method for Precasting and Tracking Red Tied Using Drone}

본 발명은 드론을 이용한 적조 예찰 및 추적 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이동용 차량에 의해 지휘되고 탐지장비가 장착된 드론을 활용하여 적조 주의보단계 이전에 적조발생 증후를 모니터링하고 또한 적조 경보단계에서 적조의 이동을 추적하여 적시에 방제가 이루어지도록 하는 드론을 이용한 적조 예찰 및 추적 시스템 및 방법에 관한 것이다.

적조란 식물성 플랑크톤이 대량으로 번식하여 바다나 강의 색깔이 바뀌는 현상으로서, 이로 인해 물 속에 녹아 있는 산소농도가 낮아져 어패류가 대량 폐사하여 양식업 등에 손해를 입히고 나아가 해양생태계와 관광업에 직간접적으로 피해를 가하고 있다.

적조는 개체수가 150 ~ 170cell/㎖에 이르면 일주일내 2200cell/㎖이상으로 급속히 증식하는 경우가 많으며, 우리나라에서는 300 cell/㎖ 이상시 적조 주의보를, 1000 cell/㎖ 이상시 적조 경보를 발령하여 적조에 대처하고 있다.

적조가 본격화되면 피해액이 수백억원에 달하지만 미리 탐지하여 적시에 방제가 이루어지면 그 피해액을 60 ~ 70% 줄일 수 있는데, 현재까지 사용되는 적조 탐지방법은 육안으로 적조를 식별하거나 선박을 이용해 물을 채수한 후 적조의 개체수를 측정하는 방법 또는, 수면에 레이저를 조사, 빛의 산란신호를 분광하여 적조를 판별하는 방법이 이용되고 있다.

그러나, 육안 식별 방법은 적조가 가시화되어야 하며, 채수방법은 시간과 인력소모가 많은바, 특히 동시다발적으로 출몰하는 특성이 있는 적조에 상기 방법을 기초로 체계적인 방제계획을 세우기에는 한계가 있다.

또한, 레이저 조사의 방법은 적조의 가시화 이전에 적조 발생 증후를 탐지할수는 있으나, 신뢰성있는 산란신호를 얻기 위해서는 레이저조사 설비가 지상에 고정 설치되어야 하는바, 해류를 따라 신속히 이동하는 특성이 있는 적조에 대한 효과적인 탐지체계를 구비하기 위해서는 해안을 따라 여러 장소에 설치하여야 하는 부담이 있다.

한편, 초음파를 활용하여 적조를 탐지하는 기술이 소개되어 있는데, 상기 기술은 수중에 초음파를 조사, 조사 영역에 놓인 해양 미생물체의 음향산란 강도가 미생물체의 크기와 밀도에 따라 차이를 보이는 특성을 활용한 기술로서, 적조의 유무와 그 밀도 파악에 활용되고 있다.

즉, 우리나라 적조 원인의 주 식물성 플랑크톤 종은 동물성 플랑크톤에 비해 크기가 작고 주파수 대역 3 ~ 5㎒에서 다른 미생물체와 차별화된 음향산란파형을 보이며 밀도에 따라 그 강도가 증대되는 특성을 보인다. 또한, 수심 10m이내에서 군체를 이루며 부유하는바, 상기 주파수 대역을 조사하는 초음파 탐촉자를 수중에 투하, 상기 수심 범위내에서 초음파를 조사하여 적조 개체군 밀도를 추정할 수 있고 이를 통해 적조 발생의 증후를 미리 알아낼 수 있다.

다만, 조사 거리가 10cm 이내의 짧은 분석구간을 가지므로, 아직까지는 선박을 이용한 조사수준에 머무르고 있어 그 활용성을 극대화하지 못하고 있는 실정이다.

KR 10-1338039 B1 2013.12.02.

Ocean and Polar Research 2013년 초음파를 이용한 유해적조의 실시간 음향탐지 시스템 개발 및 평가

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 적조 탐지용 수단이 장착된 드론을 활용하여 적조 주의보단계 이전에 적조발생 증후를 알아내고, 적조띠 발생시 적조의 이동을 추적하며 적조띠 영상을 촬영, 실시간으로 전송하여 적시에 방제가 이루어지도록 할 수 있는 드론을 이용한 적조 예찰 및 추적 시스템 및 방법을 제공하는 데에 있다.

삭제

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 드론을 이용한 적조 예찰 및 추적 시스템은, 오토 그리드 비행 기능이 구비된 드론을 이용하여 예찰대상수역을 비행하는 비행유닛; 상기 예찰대상수역의 사진이나 영상을 촬영하는 촬영부, 상기 예찰대상수역에 투하되어 초음파를 발진하고 이로 인해 발생된 후방산란파를 측정하는 음파탐지부, 및 예찰대상수역에 투하되어 물을 채수하는 채수기를 포함하는 탐지장비로 이루어지고 상기 탐지장비가 상기 드론에 구비되는 탐지유닛; 양방향 무선 송수신 기능을 갖는 통신유닛; 및 상기 드론의 복귀가 이루어지는 차량 및 상기 차량에 구비된 PC에 내장되는 통합제어부로 이루어지며, 상기 통합제어부는 상기 통신유닛을 통해 상기 드론의 비행과 탐지장비의 예찰을 제어하고 상기 탐지장비가 수집한 예찰 결과를 수신ㆍ가공하여 예찰정보를 생성하며 모니터링 강화를 위한 제반 제어를 수행하는 베이스 스테이션유닛;으로 이루어지고, 상기 촬영부는 예찰대상수역의 수온을 측정하는 열영상 카메라 및 예찰대상수역의 수면 색도나 명도 측정과 적조띠 영상을 촬영하는 고해상 카메라로 이루어지며, 상기 열영상 카메라와 고해상 카메라가 드론에 선택적으로 구비되고, 상기 음파탐지부는 장착수단의 권취기에 감겨지는 케이블, 상기 케이블에 의해 예찰대상수역에 투하되어 초음파를 발진하고 이를 통해 후방산란파를 수신하며 이를 상기 케이블을 통해 음파처리보드로 전달하는 초음파 탐촉자, 및 후방산란파를 가공처리한 후 디지털신호로 변환하여 통신유닛을 통해 베이스 스테이션유닛의 통합제어부에 전달하는 음파처리보드로 이루어지고, 상기 채수기는 덮개가 상기 베이스 스테이션유닛의 통합제어부의 제어신호에 의해 개폐되는 복수 개의 용기로 이루어지며, 상기 케이블에 전기적으로 연결된 상태로 초음파 탐촉자에 고정되고, 상기 장착수단에는 위치확인용 신호발진 수단이 구비된 부표가 탈부착 가능하게 구비되는 것을 특징으로 한다.

삭제

또한, 본 발명의 드론을 이용한 적조 예찰 및 추적 방법은, 예찰대상수역의 드론 비행 일정계획을 수립하는 계획수립과정 및 적조발생 전에 고해상 카메라가 장착된 드론이 오토 그리드 비행하며 예찰대상수역의 수면사진을 촬영하는 기준자료 수집과정으로 이루어지는 준비단계; 열영상 카메라가 장착된 드론이 상기 일정계획에 따라 오토 그리드 비행하며 예찰대상수역의 수온을 측정하는 수온측정과정과 고해상 카메라가 장착된 드론이 상기 일정계획에 따라 오토 그리드 비행하며 수면사진을 촬영하고 이를 통합제어부에 전송하는 수면촬영과정이 선택적으로 수행되는 적조증후 모니터링단계; 상기 수온측정과정에서 기준 이상의 수온인 적조증후지점이 발견되거나 상기 기준자료 수집과정과 수면촬영과정에서 촬영된 수면사진을 비교하여 색편차가 기준 이상인 적조증후지점이 발견되는 경우 상기 적조증후지점에 초음파 탐촉자를 투하하여 후방산란파의 강도를 측정하는 초음파 측정과정, 및 상기 후방산란파의 강도가 기준 이상의 강도로 측정되는 경우 초음파 탐촉자에 고정되어 있되 덮개가 베이스 스테이션유닛의 통합제어부의 제어신호에 의해 개폐되는 복수 개의 용기로 이루어지는 채수기를 이용해 해당 지점의 물을 수거하여 베이스 스테이션유닛의 차량에 복귀하는 채수과정으로 이루어지는 측정단계; 및 상기 수거된 물을 관찰하여 물에 포함된 미생물체가 적조 유발종인지 여부와 단위체적당 개체수를 측정하는 판별과정이 포함되는 모니터링 강화단계;로 이루어지고, 상기 기준자료 수집과정에서 명도 측정시 조도를 함께 측정하여 이를 기준조도로 보정하는 작업이 수반되며, 상기 수면촬영과정에서도 명도에 대한 조도 측정작업이 수반되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 드론을 이용한 적조 예찰 및 추적 방법은, 상기 판별과정에서 미생물체가 적조 유발종이고 단위체적당 개체수가 150 ~ 170cell/㎖인 경우 예찰대상수역 전역에 걸쳐 사진촬영을 실시하여 색편차값이 기준값 이상인 적조증후지점의 분포도를 작성하고 이를 적조 총괄 지휘부에 전송하는 보고과정이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명의 드론을 이용한 적조 예찰 및 추적 방법은, 상기 적조증후지점들 중에 그 색편차가 최대인 지점을 선정, 해당 지점에 초음파 탐촉자를 투하하여 후방산란파의 강도가 단위체적당 개체수 300 cell/㎖에 대응하는 강도값이 측정되면 이를 적조 총괄 지휘부에 보고하고, 드론의 비행 빈도수를 높여 예찰대상수역에 대한 사진 촬영작업을 강화하며, 이 과정에서 적조띠가 찍힌 사진이 발견되면 해당 적조띠를 추적, 동영상 촬영하여 이를 실시간으로 전송하는 추적과정이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 드론을 이용한 적조 예찰 및 추적 시스템 및 방법에 의하면, 오토 그리드 비행 기능에 의해 예찰대상수역을 비행하는 드론, 예찰대상수역의 사진이나 영상을 촬영하는 촬영부, 예찰대상수역에 투하되어 초음파를 발진하고 이로 인해 발생된 후방산란파를 측정하는 음파탐지부, 예찰대상수역에 투하되어 물을 채수하는 채수기 및 탐지장비가 수집한 예찰 결과를 수신ㆍ가공하여 예찰정보를 생성하는 베이스 스테이션유닛을 통해 적조 주의보단계 이전에 적조발생 증후를 알아낼 수 있으므로 체계적인 적조 방제계획을 수립할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 드론을 이용한 적조 예찰 및 추적 시스템을 설명하기 위한 개요도.
도 2는 본 발명에 따른 적조 예찰용 드론의 예찰 비행을 예시한 개요도.
도 3은 본 발명에 따른 드론을 이용한 적조 예찰 및 추적 방법을 도시한 블록도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 드론을 이용한 적조 예찰 및 추적 시스템을 설명하기 위한 개요도이고, 도 2는 본 발명에 따른 적조 예찰용 드론의 예찰 비행을 예시한 개요도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 적조 예찰용 드론은 적조 모니터링 활동에 최적화된 사양을 갖는 드론으로서, 장착되는 탐지장비의 무게에 따라 차이는 있으나 원활한 예찰활동을 위해 배터리 교체없이 1시간여 동안 비행할 수 있고, 주로 해상을 비행하는 특성상 강한 해풍이나 돌발적인 돌풍(비행가능 돌풍 풍속한계 90km/h)에도 정상적인 비행이 가능하다.

또한, 무선 원격조정 가능거리가 최대 5km로써 가시거리 이상 비행을 수행해야 하는바, GPS를 기반으로 한 비행이 이루어지며 특히, 담당 수역의 고해상도 사진을 얻기 위해 오토 그리드(Auto-Grid) 비행 기능이 구비된다.

상기 오토 그리드 비행은 상기 GPS를 통해 입수된 위치정보를 토대로 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 드론을 지정된 영역에서 일정한 고도를 유지하며 지그재그 경로 등 특정 형태의 경로를 자동으로 비행하도록 하는 비행제어 기능으로서, 상기 경로상에 일정간격으로 배치되는 지점(a)에 정지하면 탐지장비인 카메라가 고해상도 사진을 촬영, 이를 후술할 통합제어부(43)에서 하나의 고해상도 사진으로 합성한다.

상기 합성된 고해상도 사진은 낮은 고도(약 50m)에서 촬영되는바, 동일 성능의 카메라를 이용하여 일반 비행기를 통해 항공 촬영된 사진보다 그 해상도가 높아, 적조분포나 이동상황을 보다 면밀히 분석할 수 있다.

또한, 오토 그리드 비행 경로는 저장이 가능하여 적조발생전 정규적인 예찰활동시 이용된다. 또한, 적조발생 조짐이 보이는 특정지점(b)(이하 ‘적조증후지점’이라 한다)이 발견되는 경우에는 정규비행 중에도 수시로 경로를 변경하여 해당 지점으로 비행할 수 있다. 여기서, 도 2의 부호(A)는 배터리 교체없이 임무수행과 복귀가 안정적으로 이루어질 수 있는 단위비행영역을 의미한다.

드론(11)의 배면에는 예찰활동에 필요한 카메라나 초음파 탐촉자(21)를 설치하기 위한 장착수단이 구비되는데, 선명한 화질의 영상이나 사진을 얻기위해 비행중 발생하는 요동이 카메라에 전달되지 않도록 하여야 하며, 초음파 탐촉자(21)의 경우 수중에 투하되어 탐지가 이루어지는바, 상기 장착수단으로는 카메라 장착용 짐벌(gimbal)과 초음파 탐촉자(21) 승/하강용 권취기가 이용된다.

한편, 상기 드론(11)은 돌풍과 같은 외부 요인에 의해 비행이 불가능한 경우나 기체 이상 징후가 발견되는 경우에는 안정적인 회수를 위해 자동으로 최근접 해안에 착륙하거나 베이스 스테이션유닛(40)에 자동복귀하는 기능이 구비된다.

본 발명의 드론을 이용한 적조 예찰시스템은 상기 드론(11)을 이용하여 예찰대상수역을 비행하는 비행유닛(10), 상기 드론(11)에 장착되어 상기 수역을 예찰하는 탐지장비로 이루어지는 탐지유닛(20), 상기 드론(11)의 비행과 상기 탐지장비의 예찰을 위한 무선 송수신을 담당하는 통신유닛(30) 및 상기 통신유닛(30)을 통해 드론(11)의 비행과 탐지장비의 예찰을 제어하는 한편 탐지장비로부터 획득된 예찰결과를 수신ㆍ가공하여 예찰정보를 생성하는 베이스 스테이션유닛(40)으로 이루어진다.

상기 비행유닛(10)은 드론(11) 및 상기 드론(11)의 임무수행에 필요한 제반 부속물로 이루어지며, 상기 부속물로는 상기 드론(11)에 구비되는 배터리 및 전술한 장착수단 등이 포함된다. 상기 배터리는 단위비행영역(A)의 비행을 마치고 복귀한 드론(11)의 신속한 다음 비행을 위해 사용되는 교체용 배터리이며, 장착수단의 기동은 베이스 스테이션유닛(40)의 명령에 의해 이루어진다.

상기 탐지유닛(20)의 탐지장비는 촬영부, 음파탐지부 및 채수기를 포함하여 이루어진다. 상기 촬영부는 예찰대상수역의 사진이나 영상을 촬영하는 구성으로서, 열영상 카메라 또는 고해상 카메라(HD Zoom Camera)가 임무에 따라 선택적으로 장착되며, 각 카메라는 예찰대상수역의 수온과 수면색도나 명도 측정 및 적조띠 추적 기능을 수행하게 되는데 자세한 설명은 후술하고자 한다.

상기 음파탐지부는 초음파를 이용하여 식물성 플랑크톤의 단위체적당 개체수를 측정하는 구성으로서, 장착수단의 권취기에 감겨지는 케이블, 상기 케이블에 연결되는 초음파 탐촉자(21) 및 음파처리보드로 이루어진다.

초음파 탐촉자(21)는 상기 케이블에 의해 수중에 투하되어 투하지점의 수심 2 ~ 10m를 승하강하며 초음파를 발진, 이를 통해 발생된 후방산란파를 수신하여 상기 케이블을 통해 음파처리보드에 전달한다. 한편, 전술한 바와 같이 식물성 플랑크톤에 대해 식별성을 갖는 후방음향산 파형을 얻기 위해 상기 초음파 탐촉자(21)는 발진 초음파의 주파수 대역이 3 ~ 5㎒인 탐촉자가 사용된다.

음파처리보드는 후방산란파를 가공처리한 후 디지털신호로 변환하여 통신유닛(30)을 통해 베이스 스테이션유닛(40)에 전달하는 기능을 수행하며, 이를 위해 케이블에 연결되는 초음파 수신 모듈, 상기 초음파 수신 모듈에 연결되어 초음파 신호증폭과 노이즈제거 기능을 수행하는 증폭기와 필터, 상기 증폭기와 필터를 거친 초음파 신호(후방산란파)의 포락선 검출을 위한 포락선 검파기, 및 상기 검파기와 연결되는 A/D변환기로 이루어지며, 상기 A/D변환기는 통신유닛(30)의 CDMA모듈과 연결되어 디지털 신호로 변환된 후방산란파의 강도값이 베이스 스테이션유닛(40)의 통합제어부(43)에 실시간으로 전달되게 된다.

여기서, 상기 포락선의 크기가 후방산란파의 강도와 상관관계를 갖는바, 이를 통해 식물성 플랑크톤의 개체수 밀도를 산출할 수 있다.

상기 채수기는 덮개가 베이스 스테이션유닛(40)의 통합제어부(43)의 제어신호에 의해 개폐되는 복수 개의 용기로 이루어지며, 상기 케이블에 전기적으로 연결된 상태로 초음파 탐촉자(21)에 고정되어 초음파 탐촉자(21)와 함께 수중에 투하된다.

통신유닛(30)은 비행유닛(10)과 베이스 스테이션유닛(40) 상호간 그리고 탐지유닛(20)과 베이스 스테이션유닛(40) 상호간의 무선 통신을 위한 양방향 신호전송 유닛으로서, 드론(11)과 베이스 스테이션유닛(40)의 차량(41)에 각각 구비되는 GPS안테나, 무선통신 안테나 및 상기 무선통신 안테나와 연결되는 CDMA모듈로 이루어진다.

드론(11)에 구비되는 GPS안테나의 경우 무선통신 안테나를 통해 베이스 스테이션유닛(40)에서 전달받은 위치정보의 해당지점을 비행하기 위함이며 이를 통해 오토 그리드 비행이나 적조증후지점(b)의 비행이 가능해진다.

또한, 차량(41)은 드론(11)을 따라 이동하여 수시로 위치가 변동하는바 드론(11)의 자동복귀를 위해, 상기 베이스 스테이션유닛(40)에 구비되는 GPS안테나를 통해 차량(41)의 위치정보를 파악, 이를 무선통신 안테나를 통해 드론(11)에 전달하여 자동복귀에 이용되도록 한다.

상기 CDMA모듈은 디지털 신호처리된 드론(11)과 탐지장비의 상태정보, 촬영부의 영상정보, 음파탐지부의 음파정보 및 베이스 스테이션유닛(40)의 제어신호를 무선 송수신하는 기능을 수행한다.

베이스 스테이션유닛(40)은 배터리 용량 한계로 인한 비행시간 제한으로 각 단위비행영역(A)의 비행을 마친 후 복귀해야 하는 드론(11)의 특성을 고려하여, 드론(11)을 따라 해안을 이동하며 비행유닛(10)과 탐지유닛(20)을 제어하고 디지털 신호 처리된 촬영부의 영상정보와 음파탐지부의 음파정보를 수신ㆍ가공하여 예찰정보를 생성하는 유닛으로서, 차량(41) 및 상기 차량(41)에 구비된 PC에 내장되는 통합제어부(43)로 이루어진다.

상기 차량(41)은 단위비행영역(A)을 마친 드론(11)이 복귀하는 곳으로서 전술한 바와 같이 GPS안테나, 무선통신 안테나 및 CDMA모듈이 구비된다.

상기 통합제어부(43)는 비행유닛(10)과 탐지유닛(20)의 예찰활동을 총괄하는 응용프로그램으로서, 차량(41)의 CDMA모듈과 연결되며, PC의 모니터에는 상기 차량(41)측 CDMA모듈로부터 수신된 비행유닛(10)과 탐지유닛(20)의 상태정보와 함께 환경정보, 예찰정보 및 드론(11)과 탐지장비의 제어에 필요한 입력정보가 표시된다.

상기 상태정보로는 드론(11)의 위치정보와 배터리 잔량이 포함되며, 환경정보로는 드론(11) 비행지점의 날씨나 풍향ㆍ풍속이 포함된다.

또한, 상기 예찰정보로는 수면사진이나 영상, 후술할 색편차값이 표시된 예찰대상수역의 이미지, 후방산란파의 강도값 및 이에 대응하는 식풀성 플랑크톤의 개체수 밀도가 포함된다.

도 3은 본 발명에 따른 드론을 이용한 적조 예찰 및 추적 방법을 도시한 블록도이다. 이하 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 드론을 이용한 적조 예찰 및 추적 방법을 설명하면, 본 발명의 예찰 방법은 준비단계(S10), 적조증후 모니터링단계(S20), 측정단계(S30) 및 모니터링 강화단계(S40)로 이루어지며, 적조 주의보 이전에 적조발생 조짐을 포착할 수 있고 적조띠 발생후에는 이를 추적, 적조 동태 촬영영상을 실시간으로 제공할 수 있다.

상기 준비단계(S10)는 할당된 예찰대상수역의 정규적인 예찰활동을 위한 계획수립과정(S11)과 모니터링단계(S20)에서 적조발생의 조짐포착에 필요한 기초 사진자료 촬영작업이 수행되는 기준자료 수집과정(S12)으로 이루어진다.

상기 계획수립과정(S11)은 예찰대상수역의 단위비행영역(A)을 설정하는 한편 일일일정과 주간일정을 세우는 과정으로서, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 예찰대상수역중에 하천(d) 유입 주변과 같이 영양염류 유입이 많아 적조 발생이 용이한 영역은 주요 관찰지역(D)으로 설정, 일반 영역보다 모니터링단계(S20)의 예찰활동을 강화하는 방식으로 일정계획을 수립할 수 있다.

기준자료 수집과정(S12)은 적조발생 전에 예찰대상수역의 수온 비교분석을 위해 수면 색도나 명암 분석을 위해 고해상도 카메라를 이용하여 수면사진을 촬영하는 과정으로서, 촬영된 사진은 후술할 수면촬영과정(S22)에서 촬영된 수면사진과의 비교자료로 이용된다. 즉, 해수면의 색도나 명도는 해수의 탁도와 해저지형에 따라 달라지고 또한 적조발생시 미세 변화를 보이는바 이러한 미세변화 정도를 측정하여 적조발생 조짐을 탐지할 수 있다.

여기서, 색도는 밝기와 무관한 색의 성질인 반면 명도는 밝기에 의해 변화되는바 촬영 당일의 날씨에 따라 달라지므로, 촬영과 함께 조도를 측정하여 이를 기준조도(일례로 맑은 날의 조도)로 보정하는 작업이 수반되며, 같은 이유로 후술할 적조증후 모니터링단계(S20)의 수면촬영과정(S22)에서 명도에 대한 조도 측정작업이 수반된다.

적조증후 모니터링단계(S20)는 정규 예찰활동으로서 상기 준비단계(S10)에서 정해진 일정에 따라 단위비행영역(A) 별로 오토 그리드 비행하며, 수온측정과정(S21)과 수면촬영과정(S22)이 선택적으로 수행된다.

통상 적조는 수온이 15℃ 이상에서 발생하는바, 상기 수온측정과정(S21)은 드론(11)에 열영상 카메라를 장착한 상태에서 오토 그리드 비행을 하며 예찰대상수역의 수온을 측정하여 적조 발생 조건하에 있는지 조사하는 한편, 특정지점의 수온이 비정상적으로 높을 경우 해당지점에 후술할 측정단계(S30)가 수행된다.

수면촬영과정(S22)은 드론(11)에 고해상 카메라를 장착하여 수면사진을 촬영하고 이를 통합제어부(43)에 전송하면, 통합제어부(43)에서는 수면사진을 소정의 픽셀로 분할한 후, 각 픽셀의 색도나 명도를 측정한 다음, 이를 기준자료 수집과정(S12)에서 촬영된 기준 수면사진과 비교하는 과정이 수행된다. 이러한 픽셀 분할작업은 기준자료 수집과정(S12)에서 촬영된 수면사진에도 동일하게 이루어진다.

여기서, 명도 측정의 경우에는 전술한 바와 같은 이유로 사진촬영 과정에서 함께 측정된 조도와 기준조도의 차이에 따라 수면사진을 보정한 후, 픽셀 분할작업이 이루어진다.

측정단계(S30)는 초음파 측정과정(S31)과 채수과정(S32)으로 이루어진다.

상기 초음파 측정과정(S31)은 수면촬영과정(S22)의 비교과정에서 적조증후지점(b)의 색도나 명도의 차이값(이하 '색편차값'이라 한다)이 소정의 기준값 이상인 경우에는 해당 적조증후지점(b)에 초음파 탐촉자(21)를 투하하여 후방산란파의 강도를 측정하는 과정이 수행된다.

상기 채수과정(S32)은 초음파 측정과정(S31)에서 측정된 후방산란파의 강도가 적조 개체수 150 ~ 170cell/㎖에 대응하는 강도값인 경우에 채수기를 이용하여 해당 지점의 물을 수거하여 베이스 스테이션유닛(40)의 차량(41)에 복귀하는 과정으로 이루어진다.

모니터링 강화단계(S40)는 판별과정(S41), 분포조사와 보고과정(S42) 및 추적과정(S43)으로 이루어진다.

상기 판별과정(S41)은 채수과정(S32)에서 수거된 물을 현미경 관찰을 통해 미생물체가 적조 유발종인지 여부와 단위체적당 개체수를 측정하는 작업이 수행된다.

동시다발적으로 출몰하는 적조의 특성을 고려하여, 상기 분포조사 및 보고과정(S42)은 판별과정(S41)에서 채수된 물속의 미생물체가 적조 유발종이고 단위체적당 개체수가 150 ~ 170cell/㎖인 경우 예찰대상수역 전역에 걸쳐 사진촬영을 실시하여 색편차값이 기준값 이상인 적조증후지점(b)의 분포도를 작성, 이를 적조 총괄 지휘부에 전송한다.

상기 추적과정(S43)은 적조증후지점(b)들 중에 그 색편차가 최대인 지점을 선정, 해당 지점에 측정단계(S30)의 초음파 측정과정(S31)과 같은 작업을 수행하여 적조 주의보 발령 기준인 300 cell/㎖ 이상인지 즉, 후방산란파의 강도가 적조 개체수가 300 cell/㎖에 대응하는 강도값 이상인지 여부를 판단하는 작업이 수행된다.

또한, 300 cell/㎖에 대응되는 후방산란파가 측정되면 이를 적조 총괄 지휘부에 보고하는 한편, 드론(11)의 비행 빈도수를 높여 예찰대상수역에 대한 사진 촬영작업을 강화하며, 이 과정에서 적조띠가 찍힌 사진이 발견되면 해당 적조띠를 추적, 동영상 촬영하여 이를 실시간으로 통합제어부(43)에 전송한다.

한편, 적조띠 출현 전까지는 적조 징후의 동태파악이 육안으로는 어려운바, 적조 징후의 동태파악을 용이하게 할 수 있도록 상기 분포조사와 보고과정(S42)에서의 분포도 작성을 위한 비행과정에서 적조증후지점(b)들 중 복수 지점에는 부표가 투하될 수 있다.

상기 부표는 원거리에서도 식별력을 갖는 표식이 구비되거나 또는 통합제어부(43)나 적조 총괄 지휘부가 직접 신호를 수신할 수 있는 위치확인용 신호발진 수단이 구비되며, 드론(11)의 장착수단에 탈부착 가능하게 고정되게 된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.

10: 비행유닛
11: 드론
20: 탐지유닛
21: 초음파 탐촉자
30: 통신유닛
40: 베이스 스테이션유닛
41: 차량
43: 통합제어부

Claims

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오토 그리드 비행 기능이 구비된 드론(11)을 이용하여 예찰대상수역을 비행하는 비행유닛(10);
상기 예찰대상수역의 사진이나 영상을 촬영하는 촬영부, 상기 예찰대상수역에 투하되어 초음파를 발진하고 이로 인해 발생된 후방산란파를 측정하는 음파탐지부, 및 예찰대상수역에 투하되어 물을 채수하는 채수기를 포함하는 탐지장비로 이루어지고 상기 탐지장비가 상기 드론(11)에 구비되는 탐지유닛(20);
양방향 무선 송수신 기능을 갖는 통신유닛(30); 및
상기 드론(11)의 복귀가 이루어지는 차량(41) 및 상기 차량(41)에 구비된 PC에 내장되는 통합제어부(43)로 이루어지며, 상기 통합제어부(43)는 상기 통신유닛(30)을 통해 상기 드론(11)의 비행과 탐지장비의 예찰을 제어하고 상기 탐지장비가 수집한 예찰 결과를 수신ㆍ가공하여 예찰정보를 생성하며 모니터링 강화를 위한 제반 제어를 수행하는 베이스 스테이션유닛(40);
으로 이루어지고,
상기 촬영부는 예찰대상수역의 수온을 측정하는 열영상 카메라 및 예찰대상수역의 수면 색도나 명도 측정과 적조띠 영상을 촬영하는 고해상 카메라로 이루어지며, 상기 열영상 카메라와 고해상 카메라가 드론(11)에 선택적으로 구비되고,
상기 음파탐지부는 장착수단의 권취기에 감겨지는 케이블, 상기 케이블에 의해 예찰대상수역에 투하되어 초음파를 발진하고 이를 통해 후방산란파를 수신하며 이를 상기 케이블을 통해 음파처리보드로 전달하는 초음파 탐촉자(21), 및 후방산란파를 가공처리한 후 디지털신호로 변환하여 통신유닛(30)을 통해 베이스 스테이션유닛(40)의 통합제어부(43)에 전달하는 음파처리보드로 이루어지고,
상기 채수기는 덮개가 상기 베이스 스테이션유닛(40)의 통합제어부(43)의 제어신호에 의해 개폐되는 복수 개의 용기로 이루어지며, 상기 케이블에 전기적으로 연결된 상태로 초음파 탐촉자(21)에 고정되고,
상기 장착수단에는 위치확인용 신호발진 수단이 구비된 부표가 탈부착 가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 적조 예찰 및 추적 시스템.
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예찰대상수역의 드론(11) 비행 일정계획을 수립하는 계획수립과정(S11) 및 적조발생 전에 고해상 카메라가 장착된 드론(11)이 오토 그리드 비행하며 예찰대상수역의 수면사진을 촬영하는 기준자료 수집과정(S12)으로 이루어지는 준비단계(S10);
열영상 카메라가 장착된 드론(11)이 상기 일정계획에 따라 오토 그리드 비행하며 예찰대상수역의 수온을 측정하는 수온측정과정(S21)과 고해상 카메라가 장착된 드론(11)이 상기 일정계획에 따라 오토 그리드 비행하며 수면사진을 촬영하고 이를 통합제어부(43)에 전송하는 수면촬영과정(S22)이 선택적으로 수행되는 적조증후 모니터링단계(S20);
상기 수온측정과정(S21)에서 기준 이상의 수온인 적조증후지점(b)이 발견되거나 상기 기준자료 수집과정(S12)과 수면촬영과정(S22)에서 촬영된 수면사진을 비교하여 색편차가 기준 이상인 적조증후지점(b)이 발견되는 경우 상기 적조증후지점(b)에 초음파 탐촉자(21)를 투하하여 후방산란파의 강도를 측정하는 초음파 측정과정(S31), 및 상기 후방산란파의 강도가 기준 이상의 강도로 측정되는 경우 초음파 탐촉자(21)에 고정되어 있되 덮개가 베이스 스테이션유닛(40)의 통합제어부(43)의 제어신호에 의해 개폐되는 복수 개의 용기로 이루어지는 채수기를 이용해 해당 지점의 물을 수거하여 베이스 스테이션유닛(40)의 차량(41)에 복귀하는 채수과정(S32)으로 이루어지는 측정단계(S30); 및
상기 수거된 물을 관찰하여 물에 포함된 미생물체가 적조 유발종인지 여부와 단위체적당 개체수를 측정하는 판별과정(S41)이 포함되는 모니터링 강화단계(S40);
로 이루어지고,
상기 기준자료 수집과정(S12)에서 명도 측정시 조도를 함께 측정하여 이를 기준조도로 보정하는 작업이 수반되며, 상기 수면촬영과정(S22)에서도 명도에 대한 조도 측정작업이 수반되는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 적조 예찰 및 추적 방법.
제 6항에 있어서,
상기 판별과정(S41)에서 미생물체가 적조 유발종이고 단위체적당 개체수가 150 ~ 170cell/㎖인 경우 예찰대상수역 전역에 걸쳐 사진촬영을 실시하여 색편차값이 기준값 이상인 적조증후지점(b)의 분포도를 작성하고 이를 적조 총괄 지휘부에 전송하는 보고과정(S42)이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 적조 예찰 및 추적 방법.
제 7항에 있어서,
상기 적조증후지점(b)들 중에 그 색편차가 최대인 지점을 선정, 해당 지점에 초음파 탐촉자(21)를 투하하여 후방산란파의 강도가 단위체적당 개체수 300 cell/㎖에 대응하는 강도값이 측정되면 이를 적조 총괄 지휘부에 보고하고, 드론(11)의 비행 빈도수를 높여 예찰대상수역에 대한 사진 촬영작업을 강화하며, 이 과정에서 적조띠가 찍힌 사진이 발견되면 해당 적조띠를 추적, 동영상 촬영하여 이를 실시간으로 전송하는 추적과정(S43)이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 적조 예찰 및 추적 방법.