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1. (KR1020160137773) MULTI-COPTER FOR WATER ANALYSIS HAVING SHIP PROPULSION DEVICE AND WATER ANALYSIS METHOD USING SAME
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선박 추진장치를 구비한 수질 검사용 멀티콥터 및 이를 이용한 수질 검사 방법{Multi-copter for water analysis having ship probulsion device and water analysis method using the same}
기 술 분 야
 본 발명은 선박 추진장치를 구비한 수질 검사용 멀티콥터 및 이를 이용한 수질 검사 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 공중과 수면에서 운행 가능하고, 수중 촬영 및 수질 샘플 채수를 통해 수질 검사를 할 수 있는 선박 추진장치를 구비한 수질 검사용 멀티콥터 및 이를 이용한 수질 검사 방법에 관한 것이다.
배경기술
 최근 들어, 항공 기술 및 통신 기술의 급격한 발전에 따라 탐사 및 정찰 등을 목적으로 하는 무인 비행 시스템의 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 이러한 무인 비행 시스템의 개발은 인간이 직접 탑승하여 수행하기에 위험하거나 어려운 작업도 가능하게 하는 이점을 가져왔다. 이와 같이 탐사와 정찰을 위한 무인 비행 시스템 중 하나가 멀티콥터이며, 멀티콥터는 회전날개를 구비한 무인기를 의미한다.
 
 또한, 최근 우리나라는 하천의 녹조문제가 자주 매스컴에 오르내리면서 국민들의 걱정과 우려가 점점 커지고 있는 실정이다. 이를 해결하기 위하여 녹조의 발생 원인 규명에 필요한 실제 현장규모의 실험시설과 원격 모니터링 장비 등 첨단 연구체제를 구축, 본격적인 연구를 진행 중이다.
 이에 따라 본 연구에서는 수상이착륙 무인항공기를 설계 개발하여 수질검사가 필요한 지점에 무인항공기를 보내어 수상에서는 수질샘플을 채취하고, 항공에서는 주변 지역의 오염환경을 주기적으로 모니터링할 수 있는 물환경 관리시스템을 개발할 필요가 있다.
발명의 상세한 설명
   해결하려는 과제
 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 공중과 수면에서 운행 가능하고, 수중 촬영 및 수질 샘플 채수를 통해 수질 검사를 할 수 있는 선박 추진장치를 구비한 수질 검사용 멀티콥터 및 이를 이용한 수질 검사 방법을 제공하는데 있다.
   과제의 해결 수단
 상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 선박 추진장치를 구비한 수질 검사용 멀티콥터는 멀티콥터용 프로펠러 및 선박용 프로펠러를 구비하여 공중 비행과 수면 운행이 가능하도록 양력 및 부력을 발생시키는 본체부; 상기 본체부에 구비되어 사용자 단말기로부터 채수 지점을 무선으로 전송받는 무선 통신부; 상기 본체부에 구비되어 상기 채수 지점을 인지하도록 공중 촬영을 수행하는 공중 촬영용 카메라부; 상기 본체부에 구비되어 상기 채수 지점의 수중 촬영을 수행하는 수중 촬영용 카메라부; 및 상기 본체부에 구비되어 수면 운행동안 상기 채수 지점의 수질 샘플을 채수하는 채수부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 본체부에 구비되어 자체기능으로 거리에 따른 장애물 및 위험요소를 판단하여 위험을 회피하는 지능형 제어부를 더 포함할 수 있다. 또한, 장시간 구동되도록 동시 운용되는 연료 전지와 배터리를 더 포함하고, 자체적으로 동력을 축적하는 태양열 전지를 더 포함할 수 있다.
 여기서, 상기 본체부는, 상기 선박용 프로펠러를 이용하여 수면에서 전진 및 후진을 수행할 수 있다.
 또한, 상기 채수부는, 상기 수질 샘플을 채수하는 적어도 하나 이상의 채수유닛; 상기 채수유닛이 상하로 이동할 수 있도록 상기 채수 유닛과 연결되는 전원/통신선; 및 상기 전원/통신선이 상하로 이동할 수 있도록 회전하여 상기 전원/통신선의 길이를 조절하는 전원/통신선 길이 조절 유닛을 포함할 수 있다.
 이 때, 상기 채수유닛은, 물을 저장하는 채수병; 물을 담기 위한 펌프; 상기 채수병에 물을 담기 위한 자동 뚜껑 개폐기; 채수병에 물이 유입되는 입수구; 상기 유입된 물이 배출되는 출수구; 수중 물의 PH 농도를 측정하는 PH센서; 수중 수압을 측정하는 수압센서; 및 수중 온도를 측정하는 수온센서를 포함할 수 있다.
 본 발명에 따른 선박 추진장치를 구비한 수질 검사용 멀티콥터 시스템은, 수질 검사용 멀티콥터; 및 상기 수질 검사용 멀티콥터와 무선으로 연결되어 상기 수질 검사용 멀티콥터에 채수지점을 전송하고, 상기 수질 검사용 멀티콥터가 촬영한 수중환경을 실시간으로 수신하고, 상기 수질 검사용 멀티콥터가 원하는 지점에 착륙되도록 상기 수질 검사용 멀티콥터를 제어하고, 상기 수질 검사용 멀티콥터가 구비한 카메라부를 제어하는 사용자 단말기를 포함할 수 있다.
 본 발명에 따른 수질 검사 방법은 전국 상, 하천 지도를 기반으로 수질을 채수할 채수 지점을 사용자 단말기에 입력하는 단계; 수질 검사용 멀티콥터가 상기 채수지점을 상기 사용자 단말기로부터 전송받는 단계; 상기 전송 받은 채수지점으로 상기 수질 검사용 멀티콥터가 자동으로 이동하여 수상 착륙하는 단계; 상기 채수 지점을 중심으로 수면 운행을 수행하면서, 수질 샘플을 채수하고, 상기 수질 검사용 멀티콥터에 구비된 카메라를 이용하여 수중 촬영을 수행하는 단계; 및 상기 수질 검사용 멀티콥터가 설정된 착륙 지점에 착륙하는 단계를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 단말기는 상기 수질 검사용 멀티콥터의 운행정보 및 상기 카메라가 수중 촬영한 영상 정보를 실시간 수신할 수 있다.
 이 때, 사용자 단말기는 상기 수질검사용 멀티콥터의 운행정보 및 상기 카메라가 수중 촬영한 영상 정보를 실시간 수신하고, 상기 수질 검사용 멀티콥터의 영상 정보, 수질 검사 시 각종 환경 정보 및 수질 검사 결과를 저장할 수 있고, 상기 수질 검사용 멀티콥터의 영상 정보, 수질 검사 시 각종 환경정보 및 수질 검사 결과는 녹조 예방 자료 및 녹조 발생 시기 예측 자료로 활용될 수 있다.
   발명의 효과
 본 발명에 따른 선박 추진장치를 구비한 수질 검사용 멀티콥터 및 이를 이용한 수질 검사 방법에 의하면, 수질 검사용 멀티콥터는 선박 추진장치인 선박용 프로펠러를 구비하여 수면에서의 운행에 적합하며, 수면 상에서 전진 및 후진을 자유롭게 수행할 수 있다. 동시에, 수질 검사용 멀티콥터는 멀티콥터용 프로펠러를 구비하여 공중 운행을 수행할 수 있다. 수질 검사용 멀티콥터는 또한, 수중 촬영 및 수질 샘플 채수를 통해 수질 검사를 수행할 수 있고, 원격제어로 멀티콥터의 위치를 조정할 수 있으며, 미리 설정된 위치로 이동되도록 설정될 수도 있다. 또한, 연료전지와 배터리를 동시 운용하여 장시간 안전하게 구동될 수 있으며, 자체적으로 동력을 축적하는 태양열 전지가 구비되어 멀티콥터의 연료소모를 최소화시킬 수 있다.
도면의 간단한 설명
 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수질 검사용 멀티콥터를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수질 검사용 멀티콥터의 상면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수질 검사용 멀티콥터의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수질 검사용 멀티콥터의 전면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수질 검사용 멀티콥터 시스템을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수질 검사용 멀티콥터의 채수부를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 채수부를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 채수부의 채수유닛을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말기의 디스플레이부에서 디스플레이되는 전국 상, 하천의 지도를 나타내는 도면이다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
 이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명할 수 있다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 할 수 있다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
 도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수질 검사용 멀티콥터를 나타내는 도면이고, 도 2내지 4 각각은 본 발명의 일 실시예에 따른 수질 검사용 멀티콥터의 상면도, 측면도, 전면도이다.
 도 1내지 도 4를 참조하면, 수질 검사용 멀티콥터(1)는 본체부(100), 무선통신부(미도시), 공중 촬영용 카메라부(미도시), 수중 촬영용 카메라부(미도시), 채수부(미도시) 및 지능형 제어부(미도시)를 포함한다.
 수질 검사용 멀티콥터(1)는 사용자 단말기와 무선으로 연결되어 채수지점을 전송받고, 상기 전송 받은 채수지점으로 이동할 수 있다. 또한, 수질 검사용 멀티콥터(1)는 채수지점의 수질 샘플을 채수하고, 수중환경을 실시간으로 촬영하여 수질을 검사할 수 있고, 검사를 완료한 수질 검사용 멀티콥터(1)는 사용자가 원하는 지점에 착륙될 수 있다. 이 때, 착륙 지점은 원격에 의해 조정될 수 있으며, 미리 설정된 입력값에 의해 착륙될 수도 있다. 또한, 수질 검사용 멀티콥터(1)는 연료전지와 배터리를 동시 운용하여 장시간 안전하게 구동될 수 있으며, 자체적으로 동력을 축적하는 태양열 전지가 구비되어 멀티콥터의 연료소모를 최소화시킬 수 있다. 또한, 태양열 전지의 이용은 배선 공사 생략이 가능하게 하여 시공을 간편하게 만들 수 있다.
 여기서, 수질 검사용 멀티콥터(1)를 구성하는 구성요소들을 이용하여 보다 상세하게 설명한다.
 본체부(100)는 멀티콥터용 프로펠러(120) 및 선박용 프로펠러(130)를 구비하여 공중 비행과 수면 운행이 가능하도록 양력 및 부력을 발생시킨다. 보다 상세하게, 본체부(100)는 공중 비행이 가능하도록 양력이 발생할 수 있는 형상을 이룰 수 있고, 멀티콥터용 프로펠러(120)를 구비하여 수직 이착륙과 제자리 호퍼링이 가능하다. 또한, 본체부(100)는 수면 운행이 가능하게 부력을 발생시킬 수 있도록 본체부(100) 하측 형상이 보트의 하측 형상과 유사하게 형성될 수 있으며, 선박용 프로펠러(130)를 구비하여 수면에서 빠른 이동할 수 있으며, 전진/후진을 수행할 수 있다. 이 때, 선박용 프로펠러(130)는 선박추진장치로서, 선박용 프로펠러(130)의 1회전에 밀려나가는 스크류의 진행 거리는 회전하는 선박용 프로펠러(130)의 양력에 의한 것이고, 엔진의 회전수에 많아질수록 진행거리는 길어지며, 따라서, 본 발명의 수질 검사용 멀티콥터(1)는 엔진의 회전수에 따라 빠르게 이동할 수 있으므로, 종래의 수상 이착륙 비행체보다 빠르게 이동할 수 있다. 또한, 종래에는 본체 상부에 위치한 전방 프로펠러를 이용하여 운행하므로 후진하기 힘든 구조였으나, 본 발명은 선박용 프로펠러(130)를 구비하여 전진 및 후진을 쉽게 수행할 수 있다.
 다음, 통신부는 본체부(100)에 구비되어 사용자 단말기를 통해 채수 지점을 전송받을 수 있다. 또한 통신부는 원격으로 멀티콥터가 조정될 수 있도록 사용자 단말기의 신호를 수신할 수 있다.
 다음, 공중 촬영용 카메라부는 본체부(100)에 구비되어 채수 지점을 인지하도록 공중 촬영을 수행할 수 있다. 공중 촬영용 카메라부는 사용자 단말기를 통해 원격으로 제어될 수 있다. 보다 상세하게, 공중 촬영용 카메라부는 사용자가 사용자단말기를 통해 ON/OFF가 설정되도록 제어될 수 있고, 카메라의 방향이 조절되도록 제어될 수 있다. 또한, 공중 촬영용 카메라부가 촬영한 수중 영상은 무선으로 연결된 사용자 단말기의 디스플레이부에서 디스플레이될 수 있다.
 다음, 수중 촬영용 카메라부는 본체부(100)에 구비되어 채수 지점의 수중 촬영을 수행할 수 있다. 수중 촬영용 카메라부는 사용자 단말기를 통해 원격으로 제어될 수 있다. 보다 상세하게, 수중 촬영용 카메라부는 사용자가 사용자 단말기를 통해 ON/OFF가 설정되도록 제어될 수 있고, 카메라의 방향이 조절되도록 제어될 수 있다. 또한, 공중 촬영용 카메라부가 촬영한 공중 영상은 무선으로 연결된 사용자 단말기의 디스플레이부에서 디스플레이될 수 있다.
 다음, 채수부는 본체부(100)에 구비되어 수면 운행동안 상기 채수 지점의 수질 샘플을 채수할 수 있다. 채수부는 도 6내지 도 8을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
 다음, 지능형 제어부는 본체부(100)에 구비되어 자체기능으로 거리에 따른 장애물 및 위험요소를 판단하여 위험을 회피할 수 있다.
 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수질 검사용 멀티콥터 시스템을 나타내는 도면이다.
 도 5를 참조하면, 수질 검사용 멀티콥터가 채수지점을 사용자 단말기로부터 무선으로 전송받은 후, 수질 검사용 멀티콥터가 사용자 단말기로부터 전송 받은 채수지점으로 이동하여 수상 착륙함을 나타낸다. 특히, 이미지(10)는 디스플레이가 구비된 CPU 및 스마트폰 등과 같은 사용자 단말기를 통해 수질 검사용 멀티콥터(10)가 제공한 수질검사 데이터 및 영상을 실시간으로 모니터링 할 수 있음을 나타내고 있다. 즉, 사용자 단말기는 멀티콥터의 영상 정보, 수질 검사 시 각종 환경정보 및 수질 검사 결과를 저장하고, 상기 영상 정보, 수질 검사 시 각종 환경정보 및 수질 검사 결과는 녹조의 예방 및 발생 시기 등에 대해 예측하고 예방하는 자료로 활용될 수 있다.
 도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수질 검사용 멀티콥터의 채수부를 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 채수부의 채수유닛을 나타내는 도면이다.
 도 6내지 도 8을 참조하면, 수질 검사용 멀티콥터(1)는 하부에 구비된 채수부(150)를 통해 수질 검사를 위한 수질 샘플을 채수할 수 있다. 여기서, 채수부(150)는 채수유닛(153), 전원/통신선(152) 및 전원/통신선 길이 조절 유닛(151)을 포함할 수 있다. 이 때, 채수부(150)는 여러곳의 수질 샘플을 채취하기 위해 다수의 채수유닛(153)을 포함할 수 있고, 즉, 다수의 채수병(30)에 물을 담을 수 있다.
 채수유닛(153)은 수질 샘플을 채수할 수 있으며, 다수의 채수병에 물을 담을 수 있는 구조일 수 있다. 보다 상세하게, 채수유닛(153)은 물을 저장하는 채수병(30), 물을 담기 위한 펌프(20), 채수병(30)에 물을 담기 위한 자동 뚜껑 개폐기(70), 수중 PH 농도를 측정하는 PH센서(40), 수중 수압을 측정하는 수압센서(60) 및 수중 온도를 측정하는 수온센서(50)를 포함하여, 수질 샘플을 채수하고, 수질에 대한 기본 정보들을 얻을 수 있다. 이와 같이 얻어진 정보들은 무선통신을 통해 실시간으로 사용자에게 모니터링 될 수 있다. 이때, 펌프(20)는 수질 샘플을 채수하기 위한 흡입식 펌프일 수 있고, PH센서(40), 수압센서(60) 및 수온센서(50)에서 감지된 값은, 멀티콥터 내의 제어부를 통해 저장부에 저장될 수 있으며, 무선통신을 통해 사용자 단말기로 송신되어 사용자 단말기의 저장부에 저장될 수도 있다.
 다음, 전원/통신선 (152)은 상기 채수 유닛(153)과 전원/통신선 길이 조절 유닛(151)을 연결하는 연결부로써, 채수유닛(153)이 상하로 이동할 수 있도록 길이가 조절된다.
 또한, 전원/통신선 길이 조절 유닛(151)은 전원/통신선(152)이 상하로 이동할 수 있도록 회전하며, 상기 회전을 통해 전원/통신선(152)의 길이를 조절할 수 있다. 즉, 채수유닛(153)이 수중에서 상하로 이동할 수 있도록 전원/통신선 조절 유닛(151)이 회전하고, 전원/통신선 조절유닛이 회전함에 따라, 전원/통신선(152)의 길이는 조절된다. 예를 들어, 전원/통신선 조절 유닛(151)이 시계방향으로 회전하면 전원/통신선(152)은 길어질 수 있고, 반시계방향으로 회전하면 전원/통신선(152)는 짧아질 수 있다.
 다음, 본 발명에 따른 선박 추진장치를 구비한 수질 검사용 멀티콥터 시스템을 이용한 수질 검사 방법을 설명한다.
 우선, 전국 상, 하천 지도를 기반으로 수질을 채수할 채수 지점을 단말기에 입력한다. 이 때, 상기 단말기는 컴퓨터 또는 핸드폰 등일 수 있다.
 다음, 수질 검사용 멀티콥터가 채수지점을 사용자 단말기로부터 무선으로 전송 받아 위치정보를 저장한다.
 다음, 수질 검사용 멀티콥터는 사용자 단말기로부터 전송 받은 채수지점으로 이동하여 수상 착륙한다. 보다 상세하게, 수질 검사용 멀티콥터는 전송받은 채수지점으로 이동하기 위해 멀티콥터용 프로펠러를 이용하여 이륙하고, 채수지점에 수상 착륙 후에는 선박용 프로펠러를 이용하여 수면에서 자유로이 이동할 수 있다.
 다음, 채수 지점을 중심으로 수면 운행을 수행하면서, 수질 샘플을 채수하고, 상기 멀티콥터에 구비된 카메라를 이용하여 수중 촬영을 수행한다. 이와 같이 채수된 수질 샘플 정보와 수중 촬영된 영상은 실시간으로 무선통신을 통해 사용자에게 모니터링 될 수 있으며, 사용자는 채수된 수질 샘플 정보와 수중 촬영된 영상을 기반으로 수질을 분석할 수 있다.
 즉, 전국 상, 하천 지도를 기반으로 수질을 채수할 위치를 컴퓨터 또는 핸드폰 등 다양한 단말기에서 각 포인터를 입력하면 멀티콥터가 자동 운행으로 수질 샘플을 채수할 수 있으며, 각 단말기에서는 멀티콥터의 운행정보 및 영상 정보가 실시간 수신될 수 있다.
 마지막으로,  상기  멀티콥터가  설정된  착륙  지점에  착륙한다.  상기  착륙지점은  미리  멀티콥터에  설정할  수  있으며,  원격으로  조절하여  원하는  착륙  지점에  착륙되도록  할  수도  있다.      
 이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
부호의 설명
 1: 수질 검사용 멀티콥터
20: 펌프
30: 채수병
40: PH 센서
50: 수온센서
60: 수압센서
70: 뚜껑 개폐기
100: 본체부
120: 멀티콥터용 프로펠러
130: 선박용 프로펠러
140: 태양열 전지
150: 채수부
151: 전원/통신선 길이 조절 유닛
152: 전원/통신선
153: 채수유닛