(52) CPC 특허분류 B64D 47/08 ( ) G01R 29/0878 ( ) G01R 29/0892 ( ) G03B 15/003 ( ) G05D 1/085 ( ) G08B 21/182 ( ) G08B

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1 (19) 대한민국특허청 (KR) (12) 등록특허공보 (B1) (51) 국제특허분류 (Int. Cl.) H04N 5/232 ( ) B64C 13/16 ( ) B64D 47/08 ( ) G01R 29/08 ( ) G03B 15/00 ( ) G05D 1/08 ( ) G08B 21/18 ( ) G08B 7/06 ( ) H04N 5/225 ( ) (52) CPC 특허분류 H04N 5/23212 ( ) B64C 13/16 ( ) (21) 출원번호 (22) 출원일자 2016 년 09 월 21 일 심사청구일자 (56) 선행기술조사문헌 KR A* JP A* JP A* 2016 년 09 월 21 일 * 는심사관에의하여인용된문헌 (45) 공고일자 2017년08월18일 (11) 등록번호 (24) 등록일자 2017년08월11일 (73) 특허권자 한국전력공사 전라남도나주시전력로 55( 빛가람동 ) (72) 발명자 이원교 대전광역시유성구문지로 105 한전전력연구원 이호권 대전광역시유성구문지로 105 한전전력연구원 (74) 대리인 한양특허법인 전체청구항수 : 총 6 항심사관 : 배경환 (54) 발명의명칭송전선로전자계및순시점검영상취득장치및방법 (57) 요약 본발명은무인항공기를이용한송전선로전자계및순시점검영상취득장치에있어서, 피사체와의거리측정을위해전자계노출량을취득하는전자계측정부, 상기전자계측정부로부터얻은정보를이용및자동조절하며촬영하는영상취득부, 상기영상취득부의영상취득카메라를통해영상정보를얻는제어부, 지상제어시스템을포함하며상기전자계측정부에서취득한전자계노출량을이용하여상기영상취득부의초점을조절하여정밀영상을취득하는것을특징으로하는영상취득장치및방법이다. 대표도 - 도 1-1 -

2 (52) CPC 특허분류 B64D 47/08 ( ) G01R 29/0878 ( ) G01R 29/0892 ( ) G03B 15/003 ( ) G05D 1/085 ( ) G08B 21/182 ( ) G08B 7/06 ( ) H04N 5/2257 ( ) H04N 5/23206 ( ) - 2 -

3 명세서청구범위청구항 1 무인항공기를이용한송전선로전자계및순시점검영상취득장치에있어서, 피사체와의거리측정을위해전자계노출량을취득하는전자계측정부 ; 상기전자계측정부로부터취득한상기전자계노출량과상기무인항공기의 3차원위치정보를통해영상취득부의초점을조절하는제어부 ; 상기제어부에의해조절된초점으로영상을취득하는상기영상취득부 ; 지상제어시스템 ; 을포함하며상기제어부는상기전자계측정부에서취득한상기전자계노출량과상기 3차원위치정보를통해기설정된목표경로와비행에따른실제경로간의오차에기준하여상기영상취득부의초점을조절하여정밀영상을취득하는것을특징으로하는영상취득장치. 청구항 2 제1항에있어서, 상기전자계측정부는전계측정센서부 ; 와자계측정센서부 ; 를포함하는것을특징으로하는영상취득장치. 청구항 3 제1항에있어서, 상기영상취득부는영상취득카메라 ; 를포함하는것을특징으로하는영상취득장치. 청구항 4 삭제청구항 5 삭제청구항 6 제1항에있어서, 상기지상제어시스템은무선송신부를통해데이터를전송받는무선수신부 ; 상기무선수신부의데이터를전류신호로변환하는신호변환부 ; 상기신호변환부로부터받은신호를저장하는저장부 ; 상기신호를사용자에게알려주는출력부 ; 를포함하며상기출력부는디스플레이및경보발생장치인것을특징으로하는영상취득장치. 청구항 7 무인항공기를이용한송전선로전자계및순시점검영상취득방법에있어서, 타깃경로설정단계 ; - 3 -

4 비행에따른무인항공기의 3차원위치정보와전자계노출량을취득하는위치정보및전자계노출량측정단계 ; 상기 3차원위치정보와상기전자계노출량을통해상기무인항공기의위치오차값을산출하는위치오차값산출단계 ; 상기위치오차값에기준하여영상취득부의영상취득카메라의초점을보정하는초점보정단계 ; 상기초점보정단계를완료한상기영상취득카메라로영상을취득하는영상취득단계 ; 를포함하며상기위치오차값은상기타깃경로설정단계에서설정한비행경로에서상기무인항공기의실제이동경로가벗어난정도이며상기위치오차값에기준하여상기영상취득카메라의초점을보정하여정밀영상을취득하는것을특징으로하는영상취득방법. 청구항 8 삭제청구항 9 삭제청구항 10 제7항에있어서, 상기 3차원위치정보는상기무인항공기내에탑재된자세방위기준장치로출력한롤, 피치및요값을변환한값이며, 상기롤값의변환값은상기 3차원위치정보의 X축을나타내며, 상기피치값의변환값은상기 3차원위치정보의 Y축을나타내며, 상기요값의변환값은상기 3차원위치정보의 Z축을나타내는것을특징으로하는영상취득방법. 청구항 11 삭제청구항 12 삭제청구항 13 삭제 발명의설명 [0001] 기술분야본발명은일반적으로무인항공기 (UAV, Unmanned Aerial Vehicle), 특히무인헬기 (Unmanned Helicopter) 에관한것으로, 특히송전선로감시를위한무인항공기용송전선로전자계및순시점검영상취득장치및방법에관한것이다. [0002] 배경기술대용량전력수송을위한가공송전선로는전력수송에필요한가압된전압과흐르는전류에의해전계와자계가발생한다. 노출되는전자계에대한장기노출관점에서의건강영향평가및전자계민원발생에대응하기위해서는송전선로주위의전자계분포에대한정보취득이중요하다. 현재는인력에의한측정으로대응하고있어, 가공송전선로주위의전자계에대한종합적인측정이어려운상황이다

5 [0003] 무인항공기 ( 무인헬기, 드론등 ) 의경우, 위성및관성항법장치를통해 GPS 기반으로조종자가설정한경로, 고도, 속도로이동하거나무인항공기내에탑재된제어시스템에의하여위치나자세, 방향등을제어하는것이가능하다. 무인항공기에전자계및영상취득을위한장치를탑재하게되면송전선로감시를위한전자계및영상취득시스템구성이가능해진다. 이에따라무인항공기의공간이동성을활용하여송전선로주위의전자계분포에대한정보취득이가능하다. 일반적으로정밀영상취득장비는광학렌즈를이용하여구성되며이에따른피사계심도 (Depth Of Field) 라는특성이있는데영상이취득되는피사체에초점을맞추면그앞쪽과뒤쪽의일정한거리내에초점이맞는데이때그범위를이르는말로사진의초점이맞은것으로인식되는범위이다. 이러한피사계심도는영상취득장비의조리개 ( 렌즈를통해투과되어이미지센서에도달하는빛의양을조절하는장치 ) 개방정도를통해서조절이가능하나선명하게찍히는심도구간을넓게하기위해서는조리개개방을작게하는경우영상취득에필요한충분한빛의양이이미지센서에도달하는시간을확보하기위해그상태를유지하는시간이길어져그사이에이동이발생할경우 (Motion Blur) 흔들림이있는이미지가취득되기때문에움직이면서영상을취득하는장치에서는조리개조절을통한심도조절은사용하기어렵다. 또한피사계심도는초점거리를작게 ( 광각 ) 하면선명하게찍히는심도구간이넓어지고, 초점거리를크게 ( 망원 ) 하면선명하게찍히는심도구간이좁아지는특징을갖고있어, 정밀한영상취득을위한초점거리가큰 ( 망원 ) 장치가필요한송전선로감시시스템은선명한영상을얻기위해서는고정된 ( 망원 ) 초점거리내에서선명하게찍히는심도구간에대한초점조절위치를정확하게맞추어영상을취득하는것이필요하다. 일반적으로이러한문제로무인항공기에서일정한이미지를취득하기어려운점이있기때문에송전선로감시를위한선명한영상을취득하기위해적절한초점제어가필요하고이에따라별도의원격제어가필요하다. 발명의내용 [0004] 해결하려는과제상술한문제점을해결하고자, 무인항공기가활선상태의송전선로및송전철탑을순시하기전사전에원하는지점의순시하기위한비행경로선정한후계획된비행경로에따라자동비행하며, 전자계측정센서부를활용하여송전선로주위의전자계분포에대한정보취득을수행하고, 송전선로정밀영상취득용카메라를사용하여전자계측정부를통해얻은정보를통해보정된초점조절정보를이용하여자동으로조절하여촬영함으로써일정한고해상도송전선로영상정보취득이가능한송전선로감시를위한무인항공기용영상취득장치및방법을제시하고자한다. [0005] 과제의해결수단본발명은무인항공기를이용한송전선로전자계및순시점검영상취득장치에있어서, 피사체와의거리측정을위해전자계노출량을취득하는전자계측정부, 상기전자계측정부로부터얻은정보를이용및자동조절하며촬영하는영상취득부, 상기영상취득부의영상취득카메라를통해영상정보를얻는제어부, 지상제어시스템을포함하며상기전자계측정부에서취득한전자계노출량을이용하여상기영상취득부의초점을조절하여정밀영상을취득하는것을특징으로하는영상취득장치이다. [0006] [0007] 발명의효과본발명을통해상기와같은구성의본발명은언제나전문기술인력이탑승하지않은무인항공기를이용한관측이가능하므로전문기술인력의안전을도모하는산업적이용효과가있다. 또한전문기술인력과시설비및유지비용이많이드는유인항공기보다적은비용으로넓은지역의영상정보취득이가능하다. 상술한바와같이, 본발명에따른송전선로전자계및순시점검영상취득장치및제어방법은무인항공기의공간이동성을활용하여송전선로주위의전자계분포에대한정보취득이가능하기때문에가공송전선로주위의전자계분포에대한정보취득을통한전자계에대한종합적인측정이가능하며, 전자계취득정보를이용한정밀초점보정및조절이가능한특징을갖고있다. 전자계측정부를이용해대상의최적초점거리를정확하고빠르게보정하여찾을수있으며, 이를이용하여일정한초점거리가입력된영상취득카메라 (210) 를통해선명한선로및철탑영상정보를얻을수있으므로문제점을정확히판별할수있고순시에용이하다. 또한예비발전기또는배터리가구비된전원공급부 (500) 를사용하므로, 정전등의상황발생시에도안정적으로동작이가능하고경보부 (610) 가있어무인항공기의정상상태및고장상태등을육안식별이가능한장점이있다. 또, 송전선로주위의전자계분포에대한정보취득및순시점검에필요한고정밀영상을취득하는것이가능하고, 거리정보를사용하여장애물의위치를판별할수있으 - 5 -

6 므로, 무인항공기가여려장애물과의충돌을예방할수있다. [0008] 도면의간단한설명 도 1 은본발명에따른동작순서도이다. 도 2는본발명에따른전체구성도이다. 도 3은본발명에따른송전선로및철탑장치의타깃경로 ( 타깃 tracking) 선정방법이다. 도 3의 (a) 는타깃지점을이용하여타깃경로를설정한예이다도 3의 (b) 는평면상에도시한사전비행경로설정의예이다. 도 3의 (c) 는 3D 공간상에도시한사전비행경로설정의예이다. 도 4는본발명에따른타깃지점의영상을취득하는이동경로의예이다. 도 5는송전선로의이격거리별자계노출량의예이다. 도 6은자계예측프로그램을이용한송전선로의이격거리별자계노출량의예이다. [0009] [0011] [0012] [0013] [0014] 발명을실시하기위한구체적인내용본발명을충분히이해하기위해서본발명의바람직한실시예를첨부도면을참조하여설명한다. 본발명의실시예는여러가지형태로변형될수있으며, 본발명의범위가아래에서상세히설명하는실시예로한정되는것으로해석되어서는안된다. 본실시예는당업계에서평균적인지식을가진자에게본발명을보다완전하게설명하기위해서제공되는것이다. 따라서도면에서의요소의형상등은보다명확한설명을강조하기위해서과장되어표현될수있다. 각도면에서동일한구성은동일한참조부호로도시한경우가있음을유의하여야한다. 본발명의요지를불필요하게흐릴수있다고판단되는공지기능및구성에대한상세한기술은생략된다. 본발명은무인항공기를이용한송전선로전자계및순시점검영상취득장치에있어서, 피사체와의거리측정을위해전자계노출량을취득하는전자계측정부 (100), 상기전자계측정부로부터얻은정보를이용및자동조절하며촬영하는영상취득부 (200), 상기영상취득부의영상취득카메라 (210) 를통해영상정보를얻는제어부 (300), 지상제어시스템 (700) 을포함하며상기전자계측정부에서취득한전자계노출량을이용하여상기영상취득부의초점을조절하여정밀영상을취득하는것을특징으로하는영상취득장치및방법에관한것이다. 본발명에따른송전선로의고정밀영상을획득하기위한송전선로순시업무운영절차에있어무인항공기시스템의현장순시임무비행전순시계획을수립하고, 수립된순시계획이포함된데이터를무인항공기와지상통제시스템에전송하고, 순시송전선로의전선과철탑의위치정보를활용하여전자계와고정밀영상취득을위한지역의지도와좌표, 송전철탑의위치정보, 위험지역설정, 비행방향과비행속도등을고려한비행경로를선정하여자동비행을수행하도록설계한다. 상기무인항공기용영상취득부 (200) 는 AHRS(Attitude Heading Reference System) 시스템의비행오차를고려한초점조절정보도출부와영상취득부로구성되며영상취득카메라 (210) 를포함한다. 상기초첨정보도출부는롤, 피치, 요각각의측정값과각각의목표값사이의오차에근거하여상기영상취득카메라 (210) 를구동할수있다. 이때계산된오차에근거하여상기영상취득카메라 (210) 의초점값을추출할수있다. 예를들어상기제어부 (300) 는오차에대응하는전자계노출량정보를룩업테이블 (lookup table) 형태로저장하고있을수있으며, 상기영상취득카메라 (210) 의초점조절시이러한룩업테이블로부터거리정보를읽어와서초점을제어할수있다. 다만, 계산된오차에따른초점의보정정도는상기영상취득카메라가사용하는렌즈의종류및크기, 획득되는영상의사이즈에따라달라질수있으며, 이외에도사용자나설계자의의도에따라다양하게설정될수있다. 상기전자계측정부 (100) 는전계측정센서부 (110) 와자계측정센서부 (120) 로구성하여영상취득시피사체와의거리를측정하기위한전자계노출량취득을시행한다. 상기영상취득부 (200) 의초점조절보정을위해상기전계및자계측정센서 (110, 120) 를통하여초점조절에필요한피사체와의거리를구할수있다. 상기전자계측정부 (100) 를통해피사체와의거리정보를얻어피사체의위치를기반으로기존초점정보도출부의초점조절값과비교하여최적의초점조절위치값으로보정한다

7 [0015] [0016] [0017] [0018] [0019] [0020] [0021] [0022] [0023] [0024] [0025] [0026] 상기영상취득부 (200) 는고해상도카메라등초점정보가필요한감시장비로구성된다. 송전선로정밀영상취득용카메라를사용하여상기전자계측정부 (100) 을통해얻은정보를통해보정된초점조절정보를이용하여자동으로조절하여촬영함으로써일정한고해상도송전선로영상정보취득이가능하다. 도면을참조하여본발명의바람직한실시예에대해본발명이속하는기술분야에서통상의지식을가진자가용이하게실시할수있도록상세히설명한다. 도 1에서는본발명의동작순서도가도시되고, 도 2에서는전체구성도가도시된다. 도 3은송전선로및철탑장치의타깃경로선정방법을나타내며, 도 4는타깃지점이동경로의예시를나타낸다. 도 5는송전선로의이격거리별자계노출량예가, 도 6은자계예측프로그램을이용한이격거리별자계노출량예가도시된다. 도 1을참조하여동작순서를설명하면다음과같다. 가공송전선로의고정밀영상을취득하기위해, 무인항공기를이용한점검항목도출및점검가능항목별세부점검기준과송전선로정밀영상효율성향상및사전순시업무수행을위한지역의지도와좌표, 송전철탑의위치정보, 위험지역설정, 비행방향과비행속도를입력한후자동비행수행및비행경로, 위험요소및안전거리, 정밀순시구간등의절차를 2D/3D 기반의타깃지점을검토를통해전자계및영상취득을위한순시비행경로를설정 (S10) 한다. 그후, 상기무인항공기내에탑재된자세방위기준장치 (AHRS) 의출력값인롤, 피치, 요값을상기무인항공기위치 3차원위치 (X, Y, Z축 ) 정보로변환측정 (S20) 하여, 상기무인항공기의사전이동경로목표기준위치 (X, Y, Z축 ) 값대비실제이동에따른경로오차값 (S30) 을계산한다. 그후, 상기전자계측정부 (100) 의전계및자계의노출량을측정 (S40) 하여전자계측정부에의해획득된전계및자계노출량을검출하여송전선로나철탑등의피사체거리정보를계산하고두값을비교를통해초점정보를보정 (S50) 하여보정된초점조절정보를이용하여상기영상취득카메라 (210) 로영상정보를취득 (S70) 하는영상취득단계를수행한다. 무인항공기의자세방위기준장치 (AHRS) 의출력정보를사용하여사전에계획된자계측정위치와영상취득대상을명확하게하고전자계측정결과를통해초점조절정을수행한결과로최적의초점조절위치를탐색하고그정보로영상취득카메라 (210) 를제어하여정확한송전선로감시를위한송전선로전자계및순시점검용고해상도영상를얻을수있다. 도 2를참조하면, 상기영상취득부 (200) 는상기영상취득카메라 (210) 로구성되며, 이를이용하여영상정보를얻는다. 상기제어부 (300) 는상기전자계측정부 (100) 에서입력되는결과정보를통해초점조절보정을수행하고상기영상취득카메라 (210) 에명령을내려영상정보를얻을수있게한다. 또한상기제어부 (300) 는상기전자계측정부 (100) 에입력되는결과를활용하여전자계측정값이없을경우 ( 송전선로정보데이터가없을경우 ), 별도의카메라제어 ( 초점거리조절 ) 및항공기위치제어를수동조작하여보완이가능하도록무인항공기자체내장된조명 (LED 등 ) 및음향장비 ( 예비경보음 ) 를통해경보음및위험알림조명이변화시키도록제어할수있으며무선송신부 (400) 를통해상기무인항공기지상제어시스템 (700) 에서경보 ( 알림 ) 신호를전송한다. 상기무선송신부 (400) 는상기제어부 (300) 에서생성된신호를받아서안테나를통해송신한다. 상기전원공급부 (500) 는상기제어부 (300) 에전원을공급하게되는데, 이때, 상기제어부 (300) 와연결된장치들 ( 전자계측정부 (100), 영상취득부 (200), 무선송신부 (400), 비행체 (600) 및경보부 (610) 에도전원을공급함은물론이다. 본발명의장치에필요한전원을공급하는상기전원공급부 (500) 는 220V AC(60Hz) 와같은통상의전원을공급받아본발명의장치가요구하는전원으로변환하여공급하고예비발전기, 배터리, 또는무정전전원공급장치 (UPS) 가구비되어정전또는자연재해와같은비상시에도본발명의장치에전원을공급할수있는특징이있다. 상기경보부 (610) 는경고등, 경보음을포함하여구성되는것이바람직하며, 상기경고부 (610) 는상기제어부 (300) 와연결되어상기제어부 (300) 에의해발광여부또는발광색상이제어된다. 경보등은본발명의무인항공기의정상상태및고장상태등을육안식별이가능하게한다. 상기무선수신부 (710) 는무선송신부 (400) 로부터제공되는데이터신호를무선으로수신하여신호변환부 (720) 로제공한다. 상기신호변환부 (720) 는무선수신부 (710) 로부터제공되는데이터신호를전류신호로변환하여저장부 (730) 로제공한다. 상기저장부 (730) 는저장된데이터를출력부 (740) 를통해출력한다. 상기출력부 (740) 는 - 7 -

8 사용자에게관측정보를알려주는디스플레이장치또는경보발생장치일수있다. 상기출력부 (740) 는컴퓨터 등외부장치와입출력인터페이스를포함할수있다. 상기저장부 (730) 에저장된결과는추후에사용자에의해 가공되어관측시스템등에사용될수있다. [0027] [0028] [0029] [0030] [0031] [0032] [0034] 도 3은무인항공기가활선상태의송전선로및송전철탑을순시하기전사전에원하는지점의순시하기위한비행경로선정방법을나타낸다. 도 3의 (a) 에서처럼송전선로순시를위해서는타깃지점을선정하여비행경로를선정이필요하다. 이타깃지점은송전선로, 철탑, 항공장애등, 애자장치의위치정보로선정하여전자계및순시용고해상도영상을취득할수있다. 도 3의 (b) 는평면상에도시한사전비행경로선정의예를나타내며, 이때의점은송전선로의철탑과철탑사이의무인항공기가이동하여영상을취득할타깃지점을나타낸다 ( 비행경로 ). 도 3의 (c) 는송전선로및송전철탑의실제위치를기반으로가상의 3D 모델링공간에서추출되어생성된여러타깃지점의예를나타내며, 3D 모델링을통해정보를나타내면보다입체적인순시비행경로설정및데이터의관리가가능하다. 또한직관적인비행경로를확인할수있다. 실제송전선로각지점에대한 3D 정보에서선정된지점의데이터와실제저장된데이터를비교하여효율적으로분석이가능하므로, 더욱더정밀한영상을취득하는기반이된다. 도 4는타깃지점의영상을취득하는이동경로의예시를나타낸다. 무인항공기가타깃지점의영상을취득하고또다른타깃지점의영상을취득하는이동경로를나타낸다. 도 5는송전선로자계노출량을나타낸다. 송전선로에서거리별자계노출량을알수있다. 무인항공기의전자계센서부에서측정된전자계노출량으로피사체까지의이격거리를알수있다. 도 2를참조하면본발명의송전선로감시를위한무인항공기제어방법은필요로하는기능에따라다양한영상취득장치 (CCD, CMOS, IR( 열화상 ), UV( 코로나 ) 카메라등 ) 를보강하여사용할수있다. 이상에서설명된본발명의실시예는예시적인것에불과하며, 본발명이속한기술분야의통상의지식을가진자라면이로부터다양한변형및균등한타실시예가가능하다는점을잘알수있을것이다. 그러므로본발명은상기의상세한설명에서언급되는형태로만한정되는것은아님을잘이해할수있을것이다. 따라서본발명의진정한기술적보호범위는첨부된특허청구범위의기술적사상에의해정해져야할것이다. 또한, 본발명은첨부된청구범위에의해정의되는본발명의정신과그범위내에있는모든변형물과균등물및대체물을포함하는것으로이해되어야한다. [0035] 부호의설명 100 : 전자계측정부 110 : 전계측정센서부 120 : 자계측정센서부 200 : 영상취득부 210 : 영상취득카메라 300 : 제어부 400 : 무선송신부 500 : 전원공급부 600 : 비행체 610 : 경보부 700 : 지상제어시스템 710 : 무선수신부 720 : 신호변환부 730 : 저장부 - 8 -

9 740 : 출력부 도면 도면 1-9 -

10 도면 2 도면

11 도면 4 도면 5 도면

한것으로스마트단말기에의하여드론조종앱을설치하는제 1 단계 ; 스마트단말기에의하여드론의불루투스통 신부에부여된고유식별번호를입력저장하고드론의불루투스를인식하며드론의블루투스통신부로부터회신되 는신호의수신레벨을분석하여최대통신거리를확인하여저장하는제 2 단계 ; 스마트단말기에의하여최대통

한것으로스마트단말기에의하여드론조종앱을설치하는제 1 단계 ; 스마트단말기에의하여드론의불루투스통 신부에부여된고유식별번호를입력저장하고드론의불루투스를인식하며드론의블루투스통신부로부터회신되 는신호의수신레벨을분석하여최대통신거리를확인하여저장하는제 2 단계 ; 스마트단말기에의하여최대통 (19) 대한민국특허청 (KR) (12) 등록특허공보 (B1) (51) 국제특허분류 (Int. Cl.) B64C 13/20 (2006.01) B64C 39/02 (2006.01) G05D 1/00 (2006.01) H04M 1/725 (2006.01) (52) CPC 특허분류 B64C 13/20 (2013.01) B64C 39/024 (2013.01) (21)