KR20230123731A - Occupants sensing device based on ir-uwb rader sensor and disaster response system using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실내의 적어도 하나 이상의 개소에 설치되고, 미리 정해진 감시영역으로 IR-UWB 임펄스 신호들을 주기적으로 송신하여 재실자의 호흡 및 심박을 포함하는 생체 신호를 탐지하는 IR-UWB 레이더 센서; 상기 IR-UWB 레이더 센서에 연결되어 미리 정해진 각도 범위 내에서 상기 IR-UWB 레이더 센서를 지면에 대해 좌우로 왕복회전시키는 모터부; 각각의 IR-UWB 임펄스 신호에 대응하는 반사 신호가 수신될 때마다 지정된 동일 시간 구간에 대해 주파수 도메인 신호로 변환하는 신호 처리부; 상기 주파수 도메인 신호를 분석하여 호흡 구간과 심박 구간을 구분하는 주파수 분석부; 상기 호흡 구간에 대하여 정해진 레벨 이상의 피크 신호를 추출하는 피크 추출부; 및 상기 피크 추출부에 의해 추출된 피크 신호를 카운트하여 재실자의 수를 도출하는 재실자 카운트부;를 포함하는 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치를 개시한다.The present invention includes an IR-UWB radar sensor installed in at least one place in a room and periodically transmitting IR-UWB impulse signals to a predetermined monitoring area to detect vital signals including respiration and heartbeat of an occupant; a motor unit connected to the IR-UWB radar sensor and reciprocally rotating the IR-UWB radar sensor left and right with respect to the ground within a predetermined angular range; a signal processing unit for converting a reflected signal corresponding to each IR-UWB impulse signal into a frequency domain signal for a designated same time interval whenever a reflection signal is received; a frequency analysis unit that analyzes the frequency domain signal and distinguishes between a breathing period and a heartbeat period; a peak extractor for extracting a peak signal of a predetermined level or higher for the breathing section; and an occupant counting unit for counting the peak signal extracted by the peak extractor and deriving the number of occupants.

Description

IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치 및 이를 이용한 재난 대응 시스템{OCCUPANTS SENSING DEVICE BASED ON IR-UWB RADER SENSOR AND DISASTER RESPONSE SYSTEM USING THE SAME}Occupant detection device based on IR-UWB radar sensor and disaster response system using the same

본 발명은 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치 및 이를 이용한 재난 대응 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건축물 붕괴, 화재 등과 같은 각종 재난 사고의 발생 시 요구조자의 유무, 인원수 등을 파악할 수 있는 기능을 가진 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치 및 이를 이용한 재난 대응 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an occupant detection device based on an IR-UWB radar sensor and a disaster response system using the same, and more particularly, to a function capable of identifying the presence or absence of a person in need and the number of people in the event of various disaster accidents such as building collapse or fire. It relates to an IR-UWB radar sensor-based occupant detection device and a disaster response system using the same.

지구 온난화 등 기후 변화와 더불어 사회환경이 급격히 다변화되면서 지진, 화재, 홍수, 폭발 등과 같은 각종 대규모 재난 사고의 발생 빈도가 증가하는 추세에 있으며, 이로 인한 인명 및 재산 피해의 규모도 점점 더 늘어나고 있는 실정이다.As the social environment rapidly diversifies along with climate change such as global warming, the frequency of occurrence of various large-scale disasters such as earthquakes, fires, floods, and explosions is increasing, and the scale of human and property damage is also increasing. am.

지진이나 화재, 부실공사 등으로 인해 건축물이 붕괴되었을 경우에는 붕괴 과정에서 인명피해가 발생하기도 하지만 붕괴된 콘크리트 더미에 요구조자가 매몰된 이후에 신속한 구조작업이 이루어지지 않아 사망에 이르는 인명피해의 발생률이 높으며 매몰자를 수색 및 수습하는 작업도 수 일 내지 수 십일씩 장시간 소요되는 것이 일반적이다.When a building collapses due to an earthquake, fire, or poor construction, human casualties may occur during the collapse process. It is common that the work of searching for and recovering the buried person is high and takes a long time, from several days to several tens of days.

건축물의 붕괴사고 발생 시에는 사고현장의 곳곳으로 119 구조대원들이 투입되어 건축물 잔해의 외부에 노출된 사망자들을 수습하거나 생존자들을 구조하고 이후에는 건축물 잔해들을 제거하면서 드론이나 구조견 등을 활용하여 요구조자들을 수색하는 작업을 진행한다. 그러나, 붕괴 또는 화재에 의한 사고가 발생한 현장에 매몰되거나 화재에 의해 질식된 요구조자들은 붕괴 또는 화재 발생으로 대부분 의식을 잃거나 자력으로 구조 신호를 보낼 수 있는 여건이 안되기 때문에 요구조자들의 인원수나 정확한 위치 파악이 불가하여 수색작업에 난항을 겪게 된다. 또한, 재난 사고현장의 특성상 2차 사고의 발생을 방지하기 위하여 구조작업이 대부분 수작업으로 이루어지므로 사고 발생 후 매몰자를 발견하기까지는 많은 시간이 걸리고 인명피해의 발생률이 높을 수 밖에 없다.In the event of a building collapse, 119 rescuers are dispatched to various parts of the accident site to recover the dead exposed to the outside of the building wreckage or rescue survivors, and then remove the building wreckage while searching for victims using drones or rescue dogs. proceed with the work However, since most of the victims who were buried at the site of an accident caused by collapse or fire or who were suffocated by fire lost consciousness due to collapse or fire or did not have the conditions to send a rescue signal on their own, it is difficult to determine the number of victims or their exact location. If this is not possible, the search operation will be difficult. In addition, since most of the rescue work is done manually to prevent secondary accidents due to the nature of disaster accident sites, it takes a lot of time to find buried people after an accident and the rate of human casualties is high.

기존의 전통적인 구조 방식은 요구조자의 위치가 정확히 파악되지 않은 상태에서 목격자의 증언이나 관계자의 설명 또는 사고 당시의 단편적인 정보들에 의존하여 요구조자의 위치를 추정하고 해당 구역에 대한 구조작업을 실시한다. 이에 따라, 요구조자의 추정 위치가 어긋났을 경우에는 구조작업에 투입된 시간과 노력이 헛되이 소모되고 치료가 시급한 생존자의 경우 건강상태가 악화되거나 인명 손실로 이어질 수 있다.Existing traditional rescue methods rely on eyewitness testimony, related persons' explanations, or fragmentary information at the time of an accident in a state where the victim's location is not accurately identified, and the location of the victim is estimated and rescue operations are conducted in the area. Accordingly, if the estimated location of the victim is out of alignment, the time and effort put into the rescue operation is wasted, and the health condition of the survivor in urgent need of treatment may deteriorate or lead to loss of life.

대안으로, 특허문헌 1은 건축물에 설치된 붕괴 감지부와 화재 감지부를 통하여 재난 사고 발생을 감지함과 아울러 건축물에 설치된 인체 감지부를 통해 사람의 유무를 감지하고, 붕괴 또는 화재가 발생하였다고 판단된 경우에 건축물 내부에 존재하는 사람들에게 붕괴 또는 화재발생을 경보하고 구조대원들이 휴대하는 구조 요청 단말기에 붕괴 또는 화재 발생 신호를 전송하여 매몰자나 질식자를 신속하게 구조할 수 있도록 하는 붕괴 및 화재에 따른 인명 조난 구조 시스템을 제안하고 있다. 이러한 인명 조난 구조 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 통상 건축물 내부의 천정이나 내벽에 설치가 된다.Alternatively, Patent Document 1 detects the occurrence of a disaster accident through a collapse detection unit and a fire detection unit installed in a building, and detects the presence or absence of a person through a human body detection unit installed in a building, and when it is determined that a collapse or fire has occurred It alerts people inside the building of a collapse or fire and transmits a collapse or fire signal to the rescue request terminal carried by rescuers so that buried or suffocated people can be rescued quickly. system is proposed. As shown in FIG. 1, such a life distress rescue system is usually installed on the ceiling or inner wall of a building.

그러나, 특허문헌 1은 건축물의 내부에 사람이 존재할 경우 인체 감지부를 통해 사람의 유무만을 감지할 수 있을 뿐 재실자의 인원수를 카운트하거나 호흡 등 생체 정보를 수집하는 것은 불가능하여 감지 데이터를 구조대원들에게 전송하더라도 효용성이 낮은 문제가 있다.However, in Patent Document 1, when a person exists inside a building, only the presence or absence of a person can be detected through a human body sensor, and it is impossible to count the number of occupants or collect biometric information such as breathing, so that detection data can be sent to rescuers. Even if it is transmitted, there is a problem of low efficiency.

건축물의 화재, 폭발, 붕괴 등 재난현장에서 구조활동에 사용되는 대표적인 장비로는 도 2에 도시된 바와 같은 매몰자 탐색 전파 탐지기가 있다.Representative equipment used for rescue activities at disaster sites such as fires, explosions, and collapses of buildings includes radar detectors for searching for buried persons as shown in FIG. 2 .

매몰자 탐색 전파 탐지기는 붕괴된 건물의 잔해나 콘크리트 더미 속에 마이크로파대의 전파를 방사하여 매몰된 생존자의 호흡 등에 의한 미세 움직임을 반사파로부터 검출하는 레이더(Radar) 방식의 탐지장비이다. 매몰자 탐색 전파 탐지기의 사용 시 송신기(TX)가 내장된 센서박스(1)를 매몰자가 있을 것으로 예상되는 방향으로 배치하여 임펄스 라디오 초광대역(Impulse Radio Ultra Wide Band, IR-UWB)의 RF 신호를 송출하면 송출된 신호는 매몰자의 호흡에 의한 몸의 움직임이나 심장 박동(심박)에 의한 배, 가슴 부위의 미세한 움직임에 의해 신호가 변조되어 반사된다. 이 변조된 신호는 수신기(RX)에 수신된 후 신호 분석 처리를 거쳐서 제어장치(2)의 모니터상에 출력되고 이로부터 매몰된 생존자의 존재 여부를 파악할 수 있다.Buried search radio detectors are radar-type detection equipment that emits microwave radio waves into the wreckage of collapsed buildings or piles of concrete and detects minute movements such as breathing of buried survivors from reflected waves. When using the buried person search radar, the sensor box (1) with the transmitter (TX) is placed in the direction where the buried person is expected to be located to detect impulse radio ultra-wide band (IR-UWB) RF signals. When transmitted, the transmitted signal is modulated and reflected by the movement of the body due to the breath of the buried person or the minute movement of the stomach and chest due to the heartbeat (heartbeat). After this modulated signal is received by the receiver (RX), it is output on the monitor of the control device (2) through signal analysis processing, and it is possible to determine the presence or absence of buried survivors therefrom.

매몰자 탐색 전파 탐지기와 같이 IR-UWB 레이더 센서를 이용하는 탐지기는 벽체, 붕괴물, 어둠, 연기, 화염, 분진 등과 같은 시야를 방해하는 요소들을 투과하여 요구조자를 탐지할 수 있으므로 재난 관련 산업분야에 유용하게 적용될 수 있을 것으로 예측된다. 다만, IR-UWB 레이더 센서를 이용하는 기존의 탐지기는 물체 탐지 시 각도의 측정은 불가능하고 거리만을 측정할 수 있기 때문에 IR-UWB 레이더 센서로부터 동일 거리에 위치한 복수의 물체들을 서로 식별할 수가 없어서 위치를 정확하게 탐지할 수 없고 재실자들에 대한 카운트(Count) 정확도가 낮은 문제가 있다.Detectors using IR-UWB radar sensors, such as radar detectors for searching for buried people, are useful in disaster-related industries because they can detect victims by penetrating elements that obstruct vision, such as walls, collapsed objects, darkness, smoke, flames, and dust. expected to be applicable. However, since existing detectors using IR-UWB radar sensors cannot measure angles and only measure distances when detecting objects, they cannot identify multiple objects located at the same distance from the IR-UWB radar sensors. There is a problem in that it cannot be detected accurately and the count accuracy for occupants is low.

특허문헌 1: 한국등록특허공보 제10-1309747호(2013.09.11.등록)Patent Document 1: Korean Registered Patent Publication No. 10-1309747 (registered on September 11, 2013)

본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 창안된 것으로서, IR-UWB 레이더 센서를 이용해 실내에 위치한 재실자를 탐지하고 IR-UWB 레이더 센서를 정해진 각도 범위 내에서 회전시켜서 거리와 각도 모두를 측정함으로써 재실자들에 대한 카운트 정확도를 향상시킬 수 있는 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치 및 이를 이용한 재난 대응 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been devised in consideration of the above points, and detects occupants located indoors using an IR-UWB radar sensor and rotates the IR-UWB radar sensor within a predetermined angle range to measure both the distance and the angle so that the occupants An object of the present invention is to provide an occupant detection device based on an IR-UWB radar sensor capable of improving count accuracy for and a disaster response system using the same.

본 발명의 다른 목적은 재실자로부터 검출된 음향 신호를 IR-UWB 레이더 센서의 수신 신호와 융합하여 보다 많은 생체 정보를 획득할 수 있는 구조를 가진 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치 및 이를 이용한 재난 대응 시스템을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is an IR-UWB radar sensor-based occupant detection device having a structure capable of obtaining more biometric information by fusing an acoustic signal detected from an occupant with a reception signal of an IR-UWB radar sensor, and disaster response using the same to provide the system.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 실내의 적어도 하나 이상의 개소에 설치되고, 미리 정해진 감시영역으로 IR-UWB 임펄스 신호들을 주기적으로 송신하여 재실자의 호흡 및 심박을 포함하는 생체 신호를 탐지하는 IR-UWB 레이더 센서; 상기 IR-UWB 레이더 센서에 연결되어 미리 정해진 각도 범위 내에서 상기 IR-UWB 레이더 센서를 지면에 대해 좌우로 왕복회전시키는 모터부; 각각의 IR-UWB 임펄스 신호에 대응하는 반사 신호가 수신될 때마다 지정된 동일 시간 구간에 대해 주파수 도메인 신호로 변환하는 신호 처리부; 상기 주파수 도메인 신호를 분석하여 호흡 구간과 심박 구간을 구분하는 주파수 분석부; 상기 호흡 구간에 대하여 정해진 레벨 이상의 피크 신호를 추출하는 피크 추출부; 및 상기 피크 추출부에 의해 추출된 피크 신호를 카운트하여 재실자의 수를 도출하는 재실자 카운트부;를 포함하는 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is installed in at least one place in the room and periodically transmits IR-UWB impulse signals to a predetermined monitoring area to detect biosignals including respiration and heartbeat of occupants. IR-UWB radar sensor; a motor unit connected to the IR-UWB radar sensor and reciprocally rotating the IR-UWB radar sensor left and right with respect to the ground within a predetermined angular range; a signal processing unit for converting a reflected signal corresponding to each IR-UWB impulse signal into a frequency domain signal for a designated same time interval whenever a reflection signal is received; a frequency analysis unit that analyzes the frequency domain signal and distinguishes between a breathing period and a heartbeat period; a peak extractor for extracting a peak signal of a predetermined level or higher for the breathing section; and an occupant counting unit counting the peak signal extracted by the peak extractor to derive the number of occupants.

상기 IR-UWB 레이더 센서의 후방에 배치되어 상기 IR-UWB 레이더 센서와 일체로 회전하는 파라볼릭 안테나;를 더 포함할 수 있다.A parabolic antenna disposed behind the IR-UWB radar sensor and integrally rotating with the IR-UWB radar sensor may be further included.

상기 재실자 카운트부에 의해 도출된 재실자 수를 포함하는 재실자 정보를 관제 컴퓨터로 전송하는 데이터 전송부;를 더 포함할 수 있다.The controller may further include a data transmitter for transmitting occupant information including the number of occupants derived by the occupant count unit to a control computer.

상기 재실자 카운트부는, 각각의 UMB 임펄스 신호에 대응하는 수신신호에서 서로 다른 시점의 피크 신호들을 카운트하여 결과값을 도출할 수 있다.The occupant counting unit may derive a result value by counting peak signals at different time points in the received signal corresponding to each UMB impulse signal.

상기 감시영역에 대하여 음향 정보를 검출하는 마이크로폰 모듈;을 더 포함하고, 상기 생체신호 분석부는, 상기 IR-UWB 레이더 센서에 의해 탐지된 재실자의 위치 정보를 상기 마이크로폰 모듈에 의해 검출된 음향 정보와 매핑하여 재실자의 성별 또는 연령을 추정할 수 있다.A microphone module for detecting acoustic information in the monitoring area; wherein the bio-signal analysis unit maps the occupant's location information detected by the IR-UWB radar sensor with the acoustic information detected by the microphone module. Thus, the sex or age of the occupant can be estimated.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 실내의 적어도 하나 이상의 개소에 설치되어 재실자를 감지하는 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치와, 유/무선 네트워크를 통하여 상기 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치와 연결되어 상기 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치를 통합 관리하는 관제 컴퓨터를 구비하고, 상기 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치는, 실내의 적어도 하나 이상의 개소에 설치되고, 미리 정해진 감시영역으로 IR-UWB 임펄스 신호들을 주기적으로 송신하여 재실자의 호흡 및 심박을 포함하는 생체 신호를 탐지하는 IR-UWB 레이더 센서; 상기 IR-UWB 레이더 센서에 연결되어 미리 정해진 각도 범위 내에서 상기 IR-UWB 레이더 센서를 지면에 대해 수평하게 왕복 회전시키는 모터부; 각각의 IR-UWB 임펄스 신호에 대응하는 반사 신호가 수신될 때마다 지정된 동일 시간 구간에 대해 주파수 도메인 신호로 변환하는 신호 처리부; 상기 주파수 도메인 신호를 분석하여 호흡 구간과 심박 구간을 구분하는 주파수 분석부; 상기 호흡 구간에 대하여 정해진 레벨 이상의 피크 신호를 추출하는 피크 추출부; 상기 피크 추출부에 의해 추출된 피크 신호를 카운트하여 재실자의 수를 도출하는 재실자 카운트부; 및 상기 재실자 카운트부에 의해 도출된 재실자 수를 포함하는 재실자 정보를 상기 관제 컴퓨터로 전송하는 데이터 전송부;를 포함하는 IR-UWB 레이더 센서 기반 재난 대응 시스템을 제공한다.According to another aspect of the present invention, an occupant detection device based on an IR-UWB radar sensor installed in at least one location in a room and detecting an occupant is connected to the occupant detection device based on the IR-UWB radar sensor through a wired/wireless network. and a control computer for integrated management of the IR-UWB radar sensor-based occupant detection device, and the IR-UWB radar sensor-based occupant detection device is installed in at least one location in the room and is a predetermined monitoring area. an IR-UWB radar sensor that periodically transmits UWB impulse signals to detect vital signals including respiration and heartbeat of an occupant; a motor connected to the IR-UWB radar sensor and reciprocating and reciprocating the IR-UWB radar sensor horizontally with respect to the ground within a predetermined angular range; a signal processing unit for converting a reflected signal corresponding to each IR-UWB impulse signal into a frequency domain signal for a designated same time interval whenever a reflection signal is received; a frequency analysis unit that analyzes the frequency domain signal and distinguishes between a breathing period and a heartbeat period; a peak extractor for extracting a peak signal of a predetermined level or higher for the breathing section; an occupant counting unit counting the peak signal extracted by the peak extracting unit to derive the number of occupants; and a data transmitter for transmitting occupant information including the number of occupants derived by the occupant count unit to the control computer.

본 발명에 따른 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치 및 이를 이용한 재난 대응 시스템은 다음과 같은 효과를 가진다.An occupant detection device based on an IR-UWB radar sensor and a disaster response system using the same according to the present invention have the following effects.

첫째, 재난 발생 시 어둠, 연기, 화염, 분진, 붕괴물 등에 의해 시야가 가려지더라도 IR-UWB 레이더 센서를 통해 RF 전파로 생체 신호를 탐지하여 ㎝(센티미터) 단위의 정밀도로 요구조자를 인식할 수 있다. 이러한 탐지능력은 재난 발생 전에 파티션이나 벽체와 장애물이 있는 경우에도 동일하게 발휘될 수 있다.First, in the event of a disaster, even if visibility is obstructed by darkness, smoke, flame, dust, collapsible objects, etc., the IR-UWB radar sensor detects biosignals with RF waves and recognizes the victim with precision in cm (centimeter) units. there is. This detection ability can be equally demonstrated even when there are partitions, walls, and obstacles before a disaster occurs.

둘째, IR-UWB 레이더 센서를 회전시키면서 물체를 탐지함으로써 거리와 각도를 모두 측정할 수 있으므로 재실자에 대한 위치 정보를 획득할 수 있고 카운트 정보의 정확도도 향상시킬 수 있다.Second, since both distance and angle can be measured by detecting an object while rotating the IR-UWB radar sensor, it is possible to obtain location information about occupants and improve the accuracy of count information.

셋째, IR-UWB 레이더 센서의 후방에 파라볼릭 안테나를 배치하여 빔폭을 좁게 제어함으로써 수신 전파의 강도를 높일 수 있고, IR-UWB 레이더 센서의 회전 시 분해능을 높여서 재실자들에 대한 카운트 오차를 더욱 줄일 수 있다.Third, by placing a parabolic antenna at the rear of the IR-UWB radar sensor to narrow the beam width, the strength of the received radio wave can be increased, and the resolution when the IR-UWB radar sensor is rotated is increased to further reduce count errors for occupants. can

넷째, IR-UWB 레이더 센서에 의해 탐지된 재실자의 위치 정보를 마이크로폰 모듈에 의해 검출된 음향 정보와 융합하여 재실자의 성별 또는 연령을 추정함으로써 어린이나 노인, 환자, 여성 등 재난 취약자를 파악하고 그에 걸맞는 적절한 조치를 취할 수 있다.Fourth, by fusing the occupant's location information detected by the IR-UWB radar sensor with the acoustic information detected by the microphone module to estimate the occupant's gender or age, identify vulnerable people in disasters such as children, the elderly, patients, and women, and respond accordingly. appropriate action can be taken.

다섯째, 재실자 감지장치에 의해 검출된 요구조자의 정보는 관제 컴퓨터로 전송되어 관계기관과 연계하여 신속히 재난 대응체계를 가동시킬 수 있다.Fifth, the information of the person in need detected by the occupant detection device is transmitted to the control computer, and the disaster response system can be operated promptly in connection with the related organizations.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래기술에 따른 건축물 설치형 조난 구조 시스템의 설치예를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 2는 종래기술에 따른 매몰자 탐색 전파 탐지기를 예시한 사진이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치를 포함하는 재난 대응 시스템의 구성도이다.
도 4는 도 3에서 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치의 기능적 구성을 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치에 구비된 IR-UWB 레이더 센서와 모터부의 결합관계를 예시한 사시도이다.
도 6은 도 5의 사용예를 도시한 개념도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치에 구비된 파라볼라 안테나와 IR-UWB 레이더 센서 및 모터부의 결합관계를 예시한 측면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치의 동작 과정을 개략적으로 도시한 흐름도이다.The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the present invention serve to further understand the technical idea of the present invention, the present invention is the details described in such drawings should not be construed as limited to
1 is a conceptual diagram schematically illustrating an installation example of a building installation type distress rescue system according to the prior art.
2 is a photograph illustrating a buried person search radio detector according to the prior art.
3 is a configuration diagram of a disaster response system including an occupant detection device based on an IR-UWB radar sensor according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing the functional configuration of the IR-UWB radar sensor-based occupant detection device in FIG. 3 .
5 is a perspective view illustrating a coupling relationship between an IR-UWB radar sensor and a motor unit provided in an occupant detection device based on an IR-UWB radar sensor according to a preferred embodiment of the present invention.
6 is a conceptual diagram illustrating a use example of FIG. 5 .
7 is a side view illustrating a coupling relationship between a parabolic antenna, an IR-UWB radar sensor, and a motor unit provided in an occupant detection device based on an IR-UWB radar sensor according to another embodiment of the present invention.
8 is a flowchart schematically illustrating an operation process of the occupant detection device based on the IR-UWB radar sensor according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치를 포함하는 재난 대응 시스템의 구성도이다.3 is a configuration diagram of a disaster response system including an occupant detection device based on an IR-UWB radar sensor according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 재난 대응 시스템은 실내의 적어도 하나 이상의 개소에 설치되는 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치(10)와, 유/무선 네트워크(30)를 통하여 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치(10)와 연결되는 관제 컴퓨터(40)를 포함한다.Referring to FIG. 3, a disaster response system according to a preferred embodiment of the present invention is provided through an IR-UWB radar sensor-based occupant detection device 10 installed in at least one indoor location and a wired/wireless network 30. A control computer 40 connected to the IR-UWB radar sensor-based occupant detection device 10 is included.

IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치(10)는 IR-UWB 레이더 센서(12)를 이용하여 감시영역 내에 위치한 사람이나 물체를 탐지하고 신호를 분석하여 요구조자(재실자)의 수를 카운트하고 그 결과값을 도출한다. 즉, 실내에 설치되어 있는 IR-UWB 레이더 센서(12)에서 RF 신호를 송출하면 송출된 신호는 매몰자의 호흡에 의한 몸의 미세한 움직임이나 심박에 의한 배, 가슴 부위의 미세한 움직임에 의해 신호가 변조되어 반사된다. 반사된 변조 신호는 IR-UWB 레이더 센서(12)에 수신된 후 제어장치(14)에 의해 신호 분석 처리를 거치고 최종적으로 모니터(21) 상에는 결과값으로서 재실자의 수가 출력된다. 여기서, 실내는 사람이 출입할 수 있는 각종 구조물의 내부를 지칭한다. 구조물은 건물, 터널, 지하차도, 타워, 역사 등과 같은 건조물을 비롯하여 여객선, 항공기, 열차 등과 같은 운송수단이 해당될 수도 있다.The IR-UWB radar sensor-based occupant detection device 10 uses the IR-UWB radar sensor 12 to detect people or objects located within the surveillance area, analyzes the signal, counts the number of people who need it (occupiers), and calculates the result derive That is, when an RF signal is transmitted from the IR-UWB radar sensor 12 installed indoors, the transmitted signal is modulated by the minute movement of the body due to breathing of the buried person or the minute movement of the stomach and chest due to the heartbeat. it is reflected The reflected modulated signal is received by the IR-UWB radar sensor 12 and then subjected to signal analysis and processing by the controller 14, and finally the number of occupants is output on the monitor 21 as a result. Here, the interior refers to the inside of various structures that people can enter and exit. Structures may include structures such as buildings, tunnels, underpasses, towers, and stations, as well as transportation means such as passenger ships, airplanes, and trains.

도 4에 도시된 바와 같이 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치(10)는 실내에 설치되는 멀티모달 감지부(11)와, 멀티모달 감지부(11)와 유선 또는 무선으로 통신 가능한 제어장치(14)와, 제어장치(14)의 본체에 구비된 모니터(21) 및 통신인터페이스(22)를 포함한다.As shown in FIG. 4, the IR-UWB radar sensor-based occupant detecting device 10 includes a multimodal detecting unit 11 installed indoors and a control device capable of communicating with the multimodal detecting unit 11 by wire or wirelessly ( 14), and a monitor 21 and a communication interface 22 provided in the main body of the control device 14.

멀티모달 감지부(11)는 실내의 적어도 하나 이상의 개소에 설치되는 IR-UWB 레이더 센서(12)와, IR-UWB 레이더 센서(12)의 몸체 일측에 설치된 마이크로폰 모듈(13)을 구비한다.The multimodal sensing unit 11 includes an IR-UWB radar sensor 12 installed in at least one place in the room and a microphone module 13 installed on one side of a body of the IR-UWB radar sensor 12.

IR-UWB 레이더 센서(12)는 실내의 천장이나 벽체에 설치되어 정해진 감시영역으로 수 내지 수 십 나노미터 단위의 짧은 펄스폭을 가진 임펄스 무선 초광대역(IR-UWB) 전파를 주기적으로 송신하고 각각의 임펄스에 대응하는 반사 신호를 수신하여 수신 신호와 송신 신호의 시간 차이를 이용하여 물체의 존재와 거리를 판별함으로써 감시영역에 위치한 재실자를 탐지한다. IR-UWB 레이더 센서(12)는 건물의 각 층마다 설치되고, 필요할 경우에는 각 층 내에서도 감시구역이 예컨대, 반경 5~10여미터의 섹터로 세분되어 복수개가 설치될 수도 있다. IR-UWB 레이더 센서(12)는 다수의 IR-UWB 임펄스 신호들을 주기적으로 송신하는 송신모듈과, 전파를 방사 및 수신하는 송/수신 안테나와, 물체 또는 사람에 부딪혀서 반사 및 변조된 신호를 수신하는 수신모듈과, 수신된 신호를 제어장치(14)에 유선 또는 무선으로 전송하는 통신모듈로 구성된다. 비록 도 5 등에는 IR-UWB 레이더 센서(12)와 제어장치(14) 간에 무선통신을 지원하도록 측면에 안테나가 설치된 예가 도시되어 있으나 유선으로 연결될 경우에는 상기 안테나가 생략될 수 있음은 물론이다. 또한, IR-UWB 레이더 센서(12)의 몸체 외형은 도면에 도시된 예에 한정되지 않고 다양하게 변형이 가능하다.The IR-UWB radar sensor 12 is installed on the ceiling or wall of the room and periodically transmits impulse wireless ultra-wideband (IR-UWB) radio waves having a short pulse width of several to several tens of nanometers to a designated monitoring area, and each It detects the occupant located in the surveillance area by receiving the reflected signal corresponding to the impulse of and determining the existence and distance of the object using the time difference between the received signal and the transmitted signal. The IR-UWB radar sensors 12 are installed on each floor of a building, and if necessary, a surveillance area may be subdivided into sectors with a radius of about 5 to 10 meters, and multiple units may be installed within each floor, for example. The IR-UWB radar sensor 12 includes a transmission module for periodically transmitting a plurality of IR-UWB impulse signals, a transmission/reception antenna for radiating and receiving radio waves, and a transmission module for receiving reflected and modulated signals by bumping into an object or person. It consists of a receiving module and a communication module that transmits the received signal to the control device 14 by wire or wirelessly. Although FIG. 5 and the like show an example in which an antenna is installed on the side to support wireless communication between the IR-UWB radar sensor 12 and the control device 14, the antenna can be omitted when connected by wire. In addition, the body shape of the IR-UWB radar sensor 12 is not limited to the example shown in the drawing and can be modified in various ways.

도 5에 도시된 바와 같이 모터부(13)는 IR-UWB 레이더 센서(12)에 연결되어 IR-UWB 레이더 센서(12)를 정해진 각도 범위내에서 지면에 대해 수평하게 좌우로 왕복회전시켜서 실질적으로 IR-UWB 레이더 센서(12)의 송/수신 안테나를 미리 정해진 각도 범위 내에서 이동시킨다. 모터부(13)는 바람직하게, 서보모터로 구성되어 회전각이 제어될 수 있다. 모터부(13)는 IR-UWB 레이더 센서(12)를 회전시켜서 도 6에 도시된 바와 같이 동일 거리에 위치한 재실자들(P1과 P2, P4와 P5)의 위치를 각각 구분함으로써 카운트 정확도를 높여준다.As shown in FIG. 5, the motor unit 13 is connected to the IR-UWB radar sensor 12 to reciprocate the IR-UWB radar sensor 12 horizontally with respect to the ground within a predetermined angle range, thereby substantially The transmit/receive antenna of the IR-UWB radar sensor 12 is moved within a predetermined angular range. The motor unit 13 is preferably composed of a servo motor so that the rotation angle can be controlled. The motor unit 13 rotates the IR-UWB radar sensor 12 to distinguish the positions of occupants (P1 and P2, P4 and P5) located at the same distance as shown in FIG. 6, thereby increasing count accuracy. .

도 7에 도시된 바와 같이 모터부(10)의 후방에는 실질적으로 반사기의 기능을 갖는 파라볼릭 안테나(Parabolic Antenna)(24)가 배치되어 IR-UWB 레이더 센서(12)와 일체로 회전할 수 있다. 파라볼릭 안테나(24)는 IR-UWB 레이더 센서(12)에서 송,수신되는 전파의 빔폭을 좁혀서 지향성을 크게 하고, 그 초점 부분에 IR-UWB 레이더 센서(12)를 배치하여 수신 전파의 강도를 높일 수 있다. 이와 같이 파라볼릭 안테나(24)를 이용해 IR-UWB 레이더 센서(12)에서 송,수신되는 전파의 빔폭을 좁히면 IR-UWB 레이더 센서(12)의 회전 시 분해능을 높여서 재실자들에 대한 카운트 오차를 더욱 줄일 수 있다.As shown in FIG. 7, a parabolic antenna 24 substantially functioning as a reflector is disposed at the rear of the motor unit 10 to rotate integrally with the IR-UWB radar sensor 12. . The parabolic antenna 24 narrows the beam width of radio waves transmitted and received by the IR-UWB radar sensor 12 to increase directivity, and arranges the IR-UWB radar sensor 12 at the focal point to increase the strength of the received radio waves. can be raised In this way, if the beam width of radio waves transmitted and received by the IR-UWB radar sensor 12 is narrowed using the parabolic antenna 24, the resolution during rotation of the IR-UWB radar sensor 12 is increased to reduce count errors for occupants. can be further reduced.

파라볼릭 안테나(24)의 고정을 위해 파라볼릭 안테나(24)와 모터부(10) 사이에는 소정 형상의 마운트(26)가 개재될 수 있다. 마운트(26)의 한쪽 가장자리단에는 파라볼릭 안테나(24)의 하단이 고정되고 다른쪽 가장자리단에는 IR-UWB 레이더 센서(12)를 파라볼릭 안테나(24)의 반사면을 향해 비스듬히 배치하기 위한 거치대(26)가 구비되어 있다. 바람직하게, 파라볼릭 안테나(24)의 하단은 마운트(26)의 한쪽 가장자리단에 착탈 가능하게 조립된다. 이러한 구성에 따르면 서로 다른 외경을 갖는 다양한 규격의 파라볼릭 안테나들을 준비하고 감시 영역의 면적을 고려하여 필요한 빔폭에 따라서 그에 대응하는 외경을 가진 파라볼릭 안테나를 쉽게 교체하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 파라볼릭 안테나(24)는 하단이 마운트(26)에 볼트결합됨으로써 착탈 가능하게 조립될 수 있다. 대안으로, 파라볼릭 안테나(24)는 하단 및/또는 마운트(26)에는 영구자석이 배치되어 자기력에 의해 서로 착탈 가능하게 조립될 수도 있다.A mount 26 having a predetermined shape may be interposed between the parabolic antenna 24 and the motor unit 10 to fix the parabolic antenna 24 . The lower end of the parabolic antenna 24 is fixed to one edge of the mount 26, and the IR-UWB radar sensor 12 is placed at an angle toward the reflective surface of the parabolic antenna 24 at the other edge. (26) is provided. Preferably, the lower end of the parabolic antenna 24 is detachably assembled to one edge of the mount 26. According to this configuration, it is possible to prepare parabolic antennas of various specifications having different outer diameters and easily replace and use parabolic antennas having outer diameters corresponding to the required beam width in consideration of the area of the monitoring area. For example, the parabolic antenna 24 may be detachably assembled by bolting a lower end to the mount 26 . Alternatively, the parabolic antenna 24 may be detachably assembled from each other by magnetic force with permanent magnets disposed at the lower end and/or the mount 26.

도 7에는 장치의 크기를 가능한 한 줄이기 위해 IR-UWB 레이더 센서(12)가 가로로 눕혀진 상태에서 비스듬히 거치대(26)에 배치된 예가 도시되어 있다. 비록 도 7에는 생략되었으나 마운트(26) 및/또는 거치대(26)에는 IR-UWB 레이더 센서(12)가 움직이지 않도록 고정하는 체결요소가 부가될 수 있다.7 shows an example in which the IR-UWB radar sensor 12 is disposed on the cradle 26 at an angle in a horizontally laid state in order to reduce the size of the device as much as possible. Although omitted in FIG. 7 , a fastening element for fixing the IR-UWB radar sensor 12 so as not to move may be added to the mount 26 and/or the cradle 26 .

모터부(13)의 몸체 일부는 직,간접적으로 브라켓(12a')의 일단에 힌지부(27)를 통해 폴딩 가능하게 연결되어 있다. 따라서, 실내의 벽체나 천장에 고정된 브라켓(12a')에 대하여 모터부(13)의 각도를 조절함으로써 실내에서 파라볼릭 안테나(24)의 반사면이 향하는 방향을 조절할 수 있다. 모터부(13)의 작동 시 마운트(26), IR-UWB 레이더 센서(12) 및 파라볼라 안테나(24)가 일체로 회전하면서 감시영역에 대해 전파를 송,수신한다.A part of the body of the motor unit 13 is directly or indirectly connected to one end of the bracket 12a' through a hinge unit 27 so as to be foldable. Therefore, by adjusting the angle of the motor unit 13 with respect to the bracket 12a' fixed to the wall or ceiling of the room, it is possible to adjust the direction of the reflection surface of the parabolic antenna 24 indoors. When the motor unit 13 is operated, the mount 26, the IR-UWB radar sensor 12, and the parabolic antenna 24 integrally rotate to transmit and receive radio waves to and from the monitoring area.

비록 도 7에는 파라볼릭 안테나(24)가 초점이 반사면에서 벗어나 있는 오프셋형으로 구성된 예가 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 초점이 반사면의 정가운데 위치하는 동축 반사형 등 다른 형태로 변형될 수도 있음은 물론이다.Although FIG. 7 shows an example in which the parabolic antenna 24 is configured in an offset type in which the focus is out of the reflective surface, it is not limited thereto and may be modified in other forms such as a coaxial reflective type in which the focal point is located in the center of the reflective surface. Of course there is.

마이크로폰 모듈(13)은 IR-UWB 레이더 센서(12) 주변의 음향 신호를 감지하고 감지신호를 IR-UWB 레이더 센서(12)의 통신모듈을 통해 제어장치(14)에 전송한다. 마이크로폰 모듈(13)은 IR-UWB 레이더 센서(12)의 본체 내에 배치될 수 있다. 더욱 바람직하게, 마이크로폰 모듈(13)은 IR-UWB 레이더 센서(12)의 내부에 정해진 간격을 두고 서로 다른 방향을 향하게 배열되고 각각 단일 방향의 지향성 마이크들로 이루어진 마이크 어레이(Micro Array) 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 마이크 어레이는 도 6의 점선과 일치하는 다수의 마이크 요소들이 방사상으로 배열될 수 있다. 대안으로, 상기 마이크 어레이는 다수의 마이크 요소들이 정해진 간격을 두고 일렬로 배열된 라인형으로 배열될 수도 있다. 다른 대안으로, 상기 마이크 어레이는 다수의 마이크 요소들이 정해진 간격을 두고 행렬을 이루며 배열된 매트릭스형으로 배치될 수도 있다. 이러한 구성에 따르면 IR-UWB 레이더 센서(12)에 의해 마이크로폰 모듈(13)에 의해 다방향에 대해 검출된 음향 신호를 IR-UWB 레이더 센서(12)에 의해 검출된 위치 정보와 매핑하여 재실자의 성별 또는 연령을 추정함으로써 어린이나 노인, 환자, 여성 등 재난 취약자를 파악하고 그에 걸맞는 적절한 조치를 취할 수 있다. 필요할 경우 마이크로폰 모듈(13)에 의해 다방향에 대해 검출된 음향 신호를 분석한 결과는 IR-UWB 레이더 센서(12)를 통한 위치 정보 분석 시 보정 데이터로 사용될 수도 있다.The microphone module 13 detects a sound signal around the IR-UWB radar sensor 12 and transmits the detection signal to the controller 14 through the communication module of the IR-UWB radar sensor 12. The microphone module 13 may be disposed within the main body of the IR-UWB radar sensor 12 . More preferably, the microphone module 13 is arranged to face different directions at predetermined intervals inside the IR-UWB radar sensor 12 and is configured in the form of a micro array consisting of directional microphones in a single direction, respectively. It can be. For example, the microphone array may include a plurality of microphone elements aligned with dotted lines in FIG. 6 radially. Alternatively, the microphone array may be arranged in a line form in which a plurality of microphone elements are arranged in a line with a predetermined interval therebetween. Alternatively, the microphone array may be arranged in a matrix form in which a plurality of microphone elements are arranged in a matrix at regular intervals. According to this configuration, the acoustic signal detected in multiple directions by the microphone module 13 by the IR-UWB radar sensor 12 is mapped with the positional information detected by the IR-UWB radar sensor 12 to determine the gender of the occupant. Or, by estimating age, it is possible to identify disaster vulnerable people such as children, the elderly, patients, and women, and take appropriate measures accordingly. If necessary, the result of analyzing the acoustic signal detected in multiple directions by the microphone module 13 may be used as correction data when analyzing location information through the IR-UWB radar sensor 12.

제어장치(14)는 신호 처리부(15), 주파수 분석부(16), 피크 추출부(17), 재실자 카운트부(18), 생체신호 분석부(19) 및 데이터 전송부(20)를 포함한다.The control device 14 includes a signal processing unit 15, a frequency analysis unit 16, a peak extraction unit 17, an occupant counting unit 18, a biosignal analysis unit 19, and a data transmission unit 20. .

IR-UWB 레이더 센서(12)의 송신 안테나에서 임펄스 신호가 방사되면, 방사된 신호는 감시영역 내의 여러 위치에서 반사되고, 반사된 거리에 따라 서로 다른 시점에 IR-UWB 레이더 센서(12)에 수신된다.When an impulse signal is radiated from the transmitting antenna of the IR-UWB radar sensor 12, the radiated signal is reflected at various locations within the surveillance area, and is received by the IR-UWB radar sensor 12 at different times according to the reflected distance. do.

신호 처리부(15)는 송신 안테나에서 주기적으로 방사되는 다수의 임펄스 신호들의 시간 간격 사이에서 획득되는 수신 신호(패스트 타임 신호)를 판별하고, 다수의 임펄스에 대해 획득되는 다수의 패스트 타임 신호 각각에서 지정된 동일 시간 구간에 대한 신호(슬로우 타임 신호)를 획득한다. 또한, 신호 처리부(15)는 획득한 슬로우 타임 신호에 대해 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)을 수행하여 주파수 도메인(영역)의 생체 신호로 변환한다.The signal processing unit 15 determines a received signal (fast-time signal) obtained between time intervals of a plurality of impulse signals periodically radiated from a transmission antenna, and a plurality of fast-time signals obtained for a plurality of impulses. A signal (slow time signal) for the same time interval is acquired. In addition, the signal processing unit 15 performs a fast Fourier transform on the acquired slow time signal to convert it into a biosignal in the frequency domain (domain).

주파수 분석부(16)는 주파수 도메인 신호를 분석하여 호흡 구간, 심박 구간 및 노이즈 구간으로 구분한다.The frequency analyzer 16 analyzes the frequency domain signal and divides it into a breathing section, a heartbeat section, and a noise section.

피크 추출부(17)는 통상 심박 구간에 비해 상대적으로 큰 신호가 측정되는 호흡 구간에 대하여 정해진 레벨(신호세기) 이상의 피크 신호를 추출한다.The peak extractor 17 extracts a peak signal of a predetermined level (signal strength) or higher for a breathing interval in which a relatively large signal is measured compared to a normal heartbeat interval.

재실자 카운트부(18)는 피크 추출부(17)에 의해 추출된 피크 신호를 카운트하여 재실자의 수를 도출한다. 재실자 카운트부(18)는 각각의 UMB 임펄스 신호에 대응하는 수신신호에서 서로 다른 시점의 피크 신호들을 카운트하여 결과값, 즉 감시영역 내에 있는 재실자의 전체 인원수를 도출한다.The occupant counting unit 18 counts the peak signal extracted by the peak extracting unit 17 to derive the number of occupants. The occupant counting unit 18 counts peak signals at different time points in the reception signal corresponding to each UMB impulse signal, and derives a result value, that is, the total number of occupants in the monitoring area.

생체신호 분석부(19)는 IR-UWB 레이더 센서(12)에 의해 탐지된 재실자의 위치 정보를 마이크로폰 모듈(13)에 의해 검출된 음향 정보와 매핑하여 재실자의 성별 또는 연령을 추정할 수 있다. 즉, 재실자들이 대화를 경우에는 레이더 수신 신호의 파형에 특이 패턴이 발생하므로 이를 마이크로폰 모듈(13)에 의해 검출된 음향 정보(음향 주파수, 음향신호 세기 등)와 매핑함으로써 성별이나 연령을 추정할 수 있다.The bio-signal analyzer 19 may estimate the occupant's gender or age by mapping the occupant's location information detected by the IR-UWB radar sensor 12 with acoustic information detected by the microphone module 13. That is, when occupants talk, a specific pattern is generated in the waveform of the radar reception signal, so gender or age can be estimated by mapping it with acoustic information (sound frequency, sound signal intensity, etc.) detected by the microphone module 13. there is.

데이터 전송부(20)는 재실자 카운트부(18)에 의해 도출된 재실자 수를 포함하는 재실자 정보를 주기적으로(또는 재난사고 이벤트 신호 발생 시) 관제 컴퓨터로 전송한다.The data transmitter 20 periodically transmits occupant information including the number of occupants derived by the occupant count unit 18 (or when a disaster event signal occurs) to the control computer.

부가적으로, 제어장치(14)는 건물 붕괴나 화재 등과 같은 각종 재난의 발생 시 이를 멀티모달 감지부(11)로부터 감지하여 관제 컴퓨터(40)에 구조 요청신호를 전송하는 구조 요청부를 더 포함할 수 있다.In addition, the control device 14 may further include a rescue request unit for transmitting a rescue request signal to the control computer 40 by detecting various disasters such as building collapse or fire from the multimodal detector 11. can

관제 컴퓨터(40)는 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치(10)로부터 특정 건물 등의 실내에 있는 재실자 수와 각 재실자의 생체 정보 및 환경 정보를 실시간으로 수집하여 관리한다. 관제 컴퓨터(40)는 유/무선 인터넷 등으로 구성된 네트워크(30)를 경유하여 적어도 하나 이상의 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치(10)들과 통신하여 통합적으로 관리한다. 관제 컴퓨터(40)는 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치(10)로부터 수집된 생체 및 환경 데이터를 분석하고 현장에 위험요소가 존재할 경우에는 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치(10)에 미리 주의경보를 발령할 수 있다. 관제 컴퓨터(40)는 재난 사고가 발생하여 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치(10)로부터 구조요청이나 재난 경보가 수신됐을 때 소방서, 병원, 경찰서, 언론사 등 관계기관과 연계하여 원활한 재난 대응체계가 가동될 수 있도록 정보를 공유하고 지원하는 기능을 수행한다.The control computer 40 collects and manages the number of occupants in a room such as a specific building, biometric information and environment information of each occupant in real time from the occupant detection device 10 based on the IR-UWB radar sensor. The control computer 40 communicates with at least one or more IR-UWB radar sensor-based occupant detection devices 10 via the network 30 composed of wired/wireless Internet, etc., and manages them integrally. The control computer 40 analyzes the biological and environmental data collected from the IR-UWB radar sensor-based occupant detection device 10 and, if there is a risk factor in the field, the IR-UWB radar sensor-based occupant detection device 10 in advance. An alert may be issued. When a disaster accident occurs and a rescue request or disaster alert is received from the IR-UWB radar sensor-based occupant detection device 10, the control computer 40 connects with related organizations such as fire departments, hospitals, police stations, and media outlets to ensure a smooth disaster response system. It performs the function of sharing information and supporting so that the

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치는 실내에 있는 재실자의 수를 주기적으로 카운트하고 그 결과값을 관제 컴퓨터(40)에 전송한다. 따라서, 건축물 붕괴나 화재 등과 같은 각종 재난 사고의 발생 시 관제 컴퓨터(40)는 수집된 재실자 정보를 관계기관에 제공하여 신속한 구조활동이 이루어지도록 지원할 수 있다. 필요할 경우 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치는 재난 현장에 휴대용으로 사용되어 붕괴물 등에 매몰된 사람을 탐지하는 용도로 사용될 수도 있다.The occupant detection device based on the IR-UWB radar sensor according to a preferred embodiment of the present invention having the configuration as described above periodically counts the number of occupants in the room and transmits the result to the control computer 40. Therefore, in the event of various disasters such as building collapse or fire, the control computer 40 can provide the collected occupant information to related organizations to support prompt rescue activities. If necessary, the IR-UWB radar sensor-based occupant detection device can be used as a portable device at disaster sites to detect people buried in collapsed objects.

이하에서는 도 8을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치의 동작 과정을 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to FIG. 8 , an operation process of the IR-UWB radar sensor-based occupant detection device according to a preferred embodiment of the present invention will be described.

먼저, IR-UWB 레이더 센서(12)는 모터부(13)에 의해 회전하면서 미리 정해진 감시 영역으로 임펄스 신호를 주기적으로 송신하고 감시 영역에서 반사되어 수신되는 신호를 수신한다(단계 S10). IR-UWB 레이더 센서(12)는 모터부(13)에 의해 예컨대, -80도인 제1지점부터 지면에 대해 반시계방향으로 회전하면서 미리 정해진 감시 영역으로 예컨대, 2ns(나노초)의 펄스폭을 가진 임펄스 신호를 송신한 후 상기 임펄스 신호에 대응한 반사 신호를 수신하는 동작을 반복하다가 +80도 지점에서 정지하여 1/2주기의 스캔을 종료한다. 각각의 임펄스 신호에 대응하는 반사 신호는 제어장치(14)로 전달되어 신호 처리를 거쳐서 카운트 처리가 된다. 이후, IR-UWB 레이더 센서(12)는 모터부(13)에 의해 방향을 전환하여 시계방향으로 회전하면서 상기 감시 영역으로 2ns(나노초)의 펄스폭을 가진 임펄스 신호를 송신한 후 상기 임펄스 신호에 대응한 반사 신호를 수신하는 동작을 반복하다가 0도 지점에서 정지하여 나머지 1/2주기의 스캔을 종료한다. 마찬가지로 이 경우에도 각각의 임펄스 신호에 대응하는 반사 신호는 제어장치(14)로 전달되어 신호 처리를 거쳐서 카운트 처리가 된다.First, the IR-UWB radar sensor 12 periodically transmits an impulse signal to a predetermined monitoring area while rotating by the motor unit 13 and receives a signal reflected and received in the monitoring area (step S10). The IR-UWB radar sensor 12 has a pulse width of, for example, 2ns (nanoseconds) to a predetermined monitoring area while rotating counterclockwise with respect to the ground from the first point, e.g. -80 degrees, by the motor unit 13. After transmitting the impulse signal, an operation of receiving a reflected signal corresponding to the impulse signal is repeated, and then the scan is stopped at +80 degrees to end the 1/2 cycle scan. The reflected signal corresponding to each impulse signal is transmitted to the control device 14 and subjected to signal processing to be counted. Thereafter, the IR-UWB radar sensor 12 changes direction by the motor unit 13 and rotates clockwise to transmit an impulse signal having a pulse width of 2 ns (nanoseconds) to the monitoring area, and then transmits an impulse signal to the impulse signal. After repeating the operation of receiving the corresponding reflected signal, it stops at the 0 degree point and ends the scan of the remaining 1/2 cycle. Similarly, in this case, the reflected signal corresponding to each impulse signal is transferred to the control device 14 and subjected to signal processing to be counted.

제어장치(14)의 재실자 카운트부(18)는 각각의 1/2주기가 종료될 때마다 재실자 카운트부(18)는 스캔 과정에서 카운트된 값들을 모두 합산하여 감시 영역내에 존재하는 재실자의 인원수에 대한 결과값을 모니터(21) 상에 출력한다. 대안으로, 재실자 카운트부(18)는 1주기의 스캔이 종료됐을 때마다 반시계방향의 1/2주기 카운트값과 상기 시계방향의 1/2주기 카운트값을 서로 비교하여 동일한 것으로 판단된 경우에만 결과값을 모니터(21) 상에 출력할 수도 있다. 1주기의 스캔이 종료된 후에는 소정의 시간 간격을 두고 다음번 주기가 진행되고 이러한 과정은 미리 설정된 조건에 따라 지속적으로 반복된다.The occupant counting unit 18 of the control device 14 sums up all the values counted in the scanning process whenever each 1/2 period ends, and calculates the number of occupants existing in the monitoring area. The resulting value is output on the monitor 21. Alternatively, the occupant counting unit 18 compares the counterclockwise 1/2 cycle count value and the clockwise 1/2 cycle count value each time the scan of one cycle is completed, and only when it is determined that they are the same. The resulting value may be output on the monitor 21. After the scan of one cycle is completed, the next cycle proceeds at a predetermined time interval, and this process is continuously repeated according to preset conditions.

상기 카운트 처리 과정을 더욱 상세히 살펴보면, 제어장치(14)의 신호 처리부(15)는 각각의 반사 수신 신호를 지정된 시간 구간에 따른 주파수 도메인 신호로 변환하고(단계 S11), 주파수 분석부(16)는 주파수 도메인 신호를 분석하여 생체 신호를 호흡 구간과 심박 구간 등으로 구분한다(단계 S12).Looking at the count processing process in more detail, the signal processing unit 15 of the control device 14 converts each reflected received signal into a frequency domain signal according to a designated time interval (step S11), and the frequency analysis unit 16 By analyzing the frequency domain signal, the biosignal is divided into a breathing section and a heartbeat section (step S12).

이어서, 피크 추출부(17)는 주파수 도메인 신호 중 호흡 구간에 대하여 정해진 레벨 이상의 피크 신호를 추출하고(단계 S13), 재실자 카운트(18)는 피크 추출부(17)에 의해 추출된 피크 신호를 카운트하여 결과값으로 재실자의 수를 도출한다(단계 S14). 이때, 재실자 카운트부(18)는 기본적으로 주파수 도메인 신호에서 서로 다른 시점의 피크 신호들을 카운트하여 현재 IR-UWB 레이더 센서(12)가 향하는 방향에 위치한 재실자 수를 검출한다.Subsequently, the peak extractor 17 extracts a peak signal of a predetermined level or higher for the breathing section among the frequency domain signals (step S13), and the occupant count 18 counts the peak signal extracted by the peak extractor 17 Then, the number of occupants is derived from the resulting value (step S14). At this time, the occupant counting unit 18 basically counts peak signals at different time points in the frequency domain signal to detect the number of occupants located in the direction in which the IR-UWB radar sensor 12 is currently facing.

데이터 전송부(20)는 재실자 카운트부(18)에 의해 도출된 재실자 수를 포함하는 재실자 정보를 주기적으로 관제 컴퓨터(40)로 전송한다(단계 S15).The data transmitter 20 periodically transmits occupant information including the number of occupants derived by the occupant count unit 18 to the control computer 40 (step S15).

상술한 바와 같이 본 발명은 재난 발생 전후에 어둠, 연기, 화염, 분진, 붕괴물 등에 의해 시야가 가려지더라도 IR-UWB 레이더 센서(12)를 통해 전파로 생체 신호를 탐지하여 센티미터 단위의 정밀도로 요구조자를 인식할 수 있고, 모터부(13)를 이용해 IR-UWB 레이더 센서(12)를 회전시키면서 재실자를 탐지함으로써 거리와 각도를 모두 측정할 수 있으므로 재실자에 대한 위치 및 카운트 정보의 정확도를 더욱 향상시킬 수 있는 현저한 효과가 있다.As described above, the present invention detects biosignals with radio waves through the IR-UWB radar sensor 12 even if the view is obstructed by darkness, smoke, flame, dust, collapse, etc. It can recognize the person in need and can measure both the distance and angle by detecting the occupant while rotating the IR-UWB radar sensor 12 using the motor part 13, so the accuracy of location and count information for the occupant is further improved There are remarkable effects that can be done.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.Although the present invention has been described above with limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto, and within the equivalent scope of the technical idea of the present invention by those skilled in the art to which the present invention belongs Of course, various modifications and variations are possible.

10: IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치 11: 멀티모달 감지부
12: IR-UWB 레이더 센서 12a,12a': 브라켓
13: 모터부 14: 제어장치
15: 신호 처리부 16: 주파수 분석부
17: 피크 추출부 18: 재실자 카운트부
19: 생체신호 분석부 20: 데이터 전송부
21: 모니터 22: 통신인터페이스
23: 마이크로폰 모듈 24: 파라볼릭 안테나
25: 마운트 26: 거치대
27: 힌지부 30: 네트워크
40: 관제 컴퓨터10: IR-UWB radar sensor based occupant detection device 11: multimodal detection unit
12: IR-UWB radar sensor 12a, 12a': bracket
13: motor unit 14: control device
15: signal processing unit 16: frequency analysis unit
17: peak extraction unit 18: occupant count unit
19: biosignal analysis unit 20: data transmission unit
21: monitor 22: communication interface
23: microphone module 24: parabolic antenna
25: mount 26: cradle
27: hinge part 30: network
40: control computer

Claims (9)

실내의 적어도 하나 이상의 개소에 설치되고, 미리 정해진 감시영역으로 IR-UWB 임펄스 신호들을 주기적으로 송신하여 재실자의 호흡 및 심박을 포함하는 생체 신호를 탐지하는 IR-UWB 레이더 센서;
상기 IR-UWB 레이더 센서에 연결되어 미리 정해진 각도 범위 내에서 상기 IR-UWB 레이더 센서를 지면에 대해 좌우로 왕복회전시키는 모터부;
각각의 IR-UWB 임펄스 신호에 대응하는 반사 신호가 수신될 때마다 지정된 동일 시간 구간에 대해 주파수 도메인 신호로 변환하는 신호 처리부;
상기 주파수 도메인 신호를 분석하여 호흡 구간과 심박 구간을 구분하는 주파수 분석부;
상기 호흡 구간에 대하여 정해진 레벨 이상의 피크 신호를 추출하는 피크 추출부; 및
상기 피크 추출부에 의해 추출된 피크 신호를 카운트하여 재실자의 수를 도출하는 재실자 카운트부;를 포함하는 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치.an IR-UWB radar sensor installed in at least one location in the room and periodically transmitting IR-UWB impulse signals to a predetermined monitoring area to detect vital signals including respiration and heartbeat of an occupant;
a motor unit connected to the IR-UWB radar sensor and reciprocally rotating the IR-UWB radar sensor left and right with respect to the ground within a predetermined angular range;
a signal processing unit for converting a reflected signal corresponding to each IR-UWB impulse signal into a frequency domain signal for a designated same time interval whenever a reflected signal is received;
a frequency analysis unit that analyzes the frequency domain signal and distinguishes between a breathing period and a heartbeat period;
a peak extractor for extracting a peak signal of a predetermined level or higher for the breathing section; and
and an occupant counting unit counting the peak signal extracted by the peak extracting unit to derive the number of occupants. 제1항에 있어서,
상기 IR-UWB 레이더 센서의 후방에 배치되어 상기 IR-UWB 레이더 센서와 일체로 회전하는 파라볼릭 안테나;를 더 포함하는 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치.According to claim 1,
The IR-UWB radar sensor-based occupant detection device further comprising a parabolic antenna disposed behind the IR-UWB radar sensor and integrally rotating with the IR-UWB radar sensor. 제2항에 있어서,
상기 재실자 카운트부에 의해 도출된 재실자 수를 포함하는 재실자 정보를 관제 컴퓨터로 전송하는 데이터 전송부;를 더 포함하는 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치.According to claim 2,
The IR-UWB radar sensor based occupant detection device further comprising: a data transmitter for transmitting occupant information including the number of occupants derived by the occupant count unit to a control computer. 제1항에 있어서, 상기 재실자 카운트부는,
각각의 UMB 임펄스 신호에 대응하는 수신신호에서 서로 다른 시점의 피크 신호들을 카운트하여 결과값을 도출하는 것을 특징으로 하는 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치.The method of claim 1, wherein the occupant counting unit,
An occupant detection device based on an IR-UWB radar sensor, characterized in that the result value is derived by counting peak signals at different time points in the received signal corresponding to each UMB impulse signal. 제4항에 있어서,
상기 감시영역에 대하여 음향 정보를 검출하는 마이크로폰 모듈;을 더 포함하고,
상기 생체신호 분석부는,
상기 IR-UWB 레이더 센서에 의해 탐지된 재실자의 위치 정보를 상기 마이크로폰 모듈에 의해 검출된 음향 정보와 매핑하여 재실자의 성별 또는 연령을 추정하는 것을 특징으로 하는 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치.According to claim 4,
Further comprising a microphone module for detecting sound information for the monitoring area;
The bio-signal analysis unit,
The occupant detection device based on the IR-UWB radar sensor, characterized in that the sex or age of the occupant is estimated by mapping the occupant's location information detected by the IR-UWB radar sensor with the acoustic information detected by the microphone module. 실내의 적어도 하나 이상의 개소에 설치되어 재실자를 감지하는 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치와,
유/무선 네트워크를 통하여 상기 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치와 연결되어 상기 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치를 통합 관리하는 관제 컴퓨터를 구비하고,
상기 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 감지장치는,
실내의 적어도 하나 이상의 개소에 설치되고, 미리 정해진 감시영역으로 IR-UWB 임펄스 신호들을 주기적으로 송신하여 재실자의 호흡 및 심박을 포함하는 생체 신호를 탐지하는 IR-UWB 레이더 센서;
상기 IR-UWB 레이더 센서에 연결되어 미리 정해진 각도 범위 내에서 상기 IR-UWB 레이더 센서를 지면에 대해 수평하게 왕복 회전시키는 모터부;
각각의 IR-UWB 임펄스 신호에 대응하는 반사 신호가 수신될 때마다 지정된 동일 시간 구간에 대해 주파수 도메인 신호로 변환하는 신호 처리부;
상기 주파수 도메인 신호를 분석하여 호흡 구간과 심박 구간을 구분하는 주파수 분석부;
상기 호흡 구간에 대하여 정해진 레벨 이상의 피크 신호를 추출하는 피크 추출부;
상기 피크 추출부에 의해 추출된 피크 신호를 카운트하여 재실자의 수를 도출하는 재실자 카운트부; 및
상기 재실자 카운트부에 의해 도출된 재실자 수를 포함하는 재실자 정보를 상기 관제 컴퓨터로 전송하는 데이터 전송부;를 포함하는 IR-UWB 레이더 센서 기반 재난 대응 시스템.An occupant detection device based on an IR-UWB radar sensor installed in at least one location in the room to detect an occupant;
A control computer connected to the IR-UWB radar sensor-based occupant detection device through a wired/wireless network and integratedly managing the IR-UWB radar sensor-based occupant detection device;
The IR-UWB radar sensor-based occupant detection device,
an IR-UWB radar sensor installed in at least one location in the room and periodically transmitting IR-UWB impulse signals to a predetermined monitoring area to detect vital signals including respiration and heartbeat of an occupant;
a motor connected to the IR-UWB radar sensor and reciprocating and reciprocating the IR-UWB radar sensor horizontally with respect to the ground within a predetermined angular range;
a signal processing unit for converting a reflected signal corresponding to each IR-UWB impulse signal into a frequency domain signal for a designated same time interval whenever a reflected signal is received;
a frequency analysis unit that analyzes the frequency domain signal and distinguishes between a breathing period and a heartbeat period;
a peak extractor for extracting a peak signal of a predetermined level or higher for the breathing section;
an occupant counting unit counting the peak signal extracted by the peak extracting unit to derive the number of occupants; and
and a data transmitter for transmitting occupant information including the number of occupants derived by the occupant count unit to the control computer. 제6항에 있어서,
상기 IR-UWB 레이더 센서의 후방에 배치되어 상기 IR-UWB 레이더 센서와 일체로 회전하는 파라볼릭 안테나;를 더 포함하는 IR-UWB 레이더 센서 기반 재실자 재난 대응 시스템.According to claim 6,
The IR-UWB radar sensor-based occupant disaster response system further comprising a parabolic antenna disposed behind the IR-UWB radar sensor and integrally rotating with the IR-UWB radar sensor. 제7항에 있어서, 상기 재실자 카운트부는,
각각의 UMB 임펄스 신호에 대응하는 수신신호에서 서로 다른 시점의 피크 신호들을 카운트하여 결과값을 도출하는 것을 특징으로 하는 IR-UWB 레이더 센서 기반 재난 대응 시스템.The method of claim 7, wherein the occupant counting unit,
An IR-UWB radar sensor based disaster response system, characterized in that the result value is derived by counting peak signals at different time points in the received signal corresponding to each UMB impulse signal. 제8항에 있어서,
상기 감시영역에 대하여 음향 정보를 검출하는 마이크로폰 모듈;을 더 포함하고,
상기 생체신호 분석부는,
상기 IR-UWB 레이더 센서에 의해 탐지된 재실자의 위치 정보를 상기 마이크로폰 모듈에 의해 검출된 음향 정보와 매핑하여 재실자의 성별 또는 연령을 추정하는 것을 특징으로 하는 IR-UWB 레이더 센서 기반 재난 대응 시스템.According to claim 8,
Further comprising a microphone module for detecting sound information for the monitoring area;
The bio-signal analysis unit,
The IR-UWB radar sensor based disaster response system, characterized in that for estimating the sex or age of the occupant by mapping the occupant's location information detected by the IR-UWB radar sensor with the acoustic information detected by the microphone module.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101309747B1 (en) 2012-06-04 2013-10-15 주식회사 이노센싱 System for rescuing distress of human life by collapse and fire

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