CN112673410A - 用户生活空间的地震易损性分析系统及使用该系统的用户生活空间的地震易损性分析方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用户生活空间的地震易损性分析系统。该系统包括：图像接收单元，被配置为接收通过经由相机拍摄布置有各种事物的生活空间而获得的图像信息；图像信号处理单元，被配置为将所述图像信息中拍摄的事物识别为对象，提取所述对象在三维空间中的位置和尺寸，并且将所提取的位置和尺寸转换为空间信息；以及地震模拟单元，被配置为根据模拟的地震条件模拟发生地震时空间中的对象的运动现象。

Description

用户生活空间的地震易损性分析系统及使用该系统的用户生 活空间的地震易损性分析方法

技术领域

本发明涉及用户生活空间的地震易损性分析系统和使用该系统的用户生活空间的地震易损性分析方法。

背景技术

2016年9月12日，庆尚北道庆州市(Gyeongju,Gyeongbuk province)发生了自韩国地震以来最大的5.8(里氏震)级地震。此外，2017年11月15日，庆尚北道浦项市(Pohang,Gyeongbuk province)发生了5.8(里氏震)级的地震。

在浦项市地震中，汉东大学处建筑物的外墙因地震而倒塌，浦项市大成公寓(Daesung apartment)倾斜，地震造成的损失约为67.2亿韩元。

最重要的是，这次事故中有62人受伤，其中包括浦项市北区兴海邑(Heunghae-eup，Buk-Gu,Pohang)一名70岁的老奶奶。

为了防止这些地震造成的人员伤亡，政府对如何在地震的情况下采取行动提供了指导。然而，只是概括地列出了地震的情况下的这种指导，因此它们是不现实的。

为了减少由地震引起的人员伤亡和财产损失，每个人需要在实际地震发生时在其生活空间中发生什么的真实体验。换句话说，必须识别其生活空间的地震易损性。

然而，专家不可能单独访问每个生活空间来评估地震活动的易损性。因此，需要一种更容易地分析每个生活空间的地震易损性的方法。

发明内容

技术问题

本发明提供一种即使专家不直接访问也能分析用户生活空间的地震易损性的系统。

此外，本发明提供了一种用户用来基于使用用户生活空间的地震易损性分析系统获得的结果来在用户生活空间中体验地震的系统。

技术方案

发明构思的实施方式提供了一种用户生活空间的地震易损性分析系统，该系统包括：图像接收单元，被配置为接收通过经由相机拍摄其中布置有各种事物的生活空间而获得的图像信息；图像信号处理单元，被配置为将所述图像信息中拍摄的所述事物识别为对象，提取所述对象在三维空间中的位置和尺寸，并且将所提取的位置和尺寸转换为空间信息；以及地震模拟单元，被配置为根据模拟的地震条件模拟发生地震时空间中的对象的运动现象。

在实施方式中，图像信号处理单元可以通过人工神经网络识别对象的类型。

在实施方式中，图像信号处理单元可以将关于所识别的对象的密度、重量、抗压强度、拉伸强度、摩擦系数、杨氏模量、泊松比和回弹系数中的至少一个的物理性质的信息和空间信息一起使用。

在实施方式中，图像信号处理单元可以将关于所识别的对象的接触目标的束缚方法的信息与空间信息一起使用。

在实施方式中，该系统还可以包括生活空间信息提供单元，该生活空间信息提供单元被配置成提供生活空间的地址、楼层数、抗震设计和地质信息中的至少一个生活空间信息，其中地震条件可以由地震的强度和生活空间信息来确定。

在实施方式中，该系统还可以包括发送单元，该发送单元被配置为通过向用户提供执行地震模拟的过程来向用于间接地体验生活空间中的地震的显示装置或虚拟现实(VR)装置提供模拟过程和结果。

在发明构思的实施方式中，一种在包括图像接收单元、图像信号处理单元和地震模拟单元的用户生活空间的地震易损性分析系统中的用户生活空间的地震易损性分析方法，该方法包括：由图像接收单元接收用户的拍摄的生活空间的图像信息；由图像信号处理单元将图像信息中拍摄的事物识别为对象，提取对象在三维空间中的位置和尺寸，并将提取的对象转换为空间信息；以及由地震模拟单元根据模拟的地震条件来模拟地震发生时空间中的对象的运动现象。

技术效果

根据本发明的实施方式的用户生活空间的地震易损性分析系统基于通过生活空间测量单元获得的每个用户的生活空间的信息在图像信号处理单元中生成对象，并分析通过经由对象化生活空间中的动力学模拟部分动态模拟地震情况来分析生活空间的地震易损性。

通过分析每个生活空间的地震易损性，生活空间的用户可以补偿地震发生时的易损地点，并减少地震造成的损害和财产损失。

此外，通过使用根据本发明示例性实施方式的用户生活空间的地震易损性分析系统的结果，可以为用户提供在用户生活空间中体验地震的机会。

附图说明

附图被包括以提供对发明构思的进一步理解，并且被并入并构成本说明书的一部分。附图示出了发明构思的示例性实施方式，并与说明书一起用于解释发明构思的原理。在附图中：

图1是根据本发明实施方式的用户生活空间的地震易损性分析系统的框图。

图2示出了用于分析地震易损性的生活空间。

图3示出了使用相机来获取图像信息的生活空间的拍摄。

图4示出了图像信号处理单元通过从图像信息中识别包括在生活空间中的对象来获取空间信息。

图5至图8示出了对空间信息执行地震模拟的每个过程。

具体实施方式

在本发明的以下描述中，当合并于此的已知功能和配置的详细描述可能模糊本发明的主题时，将省略该描述。

术语生活空间是指包括房间和客厅的居住空间，或进行任务或业务的办公室或商店等。因为人们大部分时间都在该生活空间中度过，所以理解其所生活的空间的地震易损性与减少由地震引起的损害直接相关。然而，普通民众很难评估其生活空间的地震易损性，并且由于成本、时间等原因，专家不可能直接评估所有生活空间的地震易损性。

发明人已经开发了用户生活空间的地震易损性分析系统，允许普通民众容易地分析他或她的生活空间的地震易损性。

图1是根据本发明实施方式的用户生活空间的地震易损性分析系统1000的框图，图2到图8示出了根据本发明实施方式的用户生活空间的地震易损性分析系统1000的操作。

基于图1，将参考图2到图8描述根据本发明实施方式的用于用户生活空间的易损性分析系统1000的配置和操作。

根据本发明实施方式的用户生活空间的地震易损性分析系统1000包括图像接收单元100、图像信号处理单元200和地震模拟单元300。此外，后面将描述的由图像信号处理单元200、地震模拟单元300和生活空间信息提供单元250执行的操作可以由计算机或信息处理装置上的处理器或控制器执行。

首先，存在包括如图2所示的各种事物的生活空间。为了分析生活空间的地震易损性，需要采集关于生活空间的图像信息。然而，为了分析更准确的地震易损性，每个事物被识别为对象，并且需要关于生活空间的三维信息。因此，在本发明的一个示例中使用的相机应该不仅能够收集二维信息，而且能够收集包括三维信息的图像信息。

例如，相机可以是从由单镜头相机、立体镜头相机和深度相机或其组合组成的组中选择的任何一个。然而，本发明不限于此，如果能够收集三维信息，也可以使用诸如激光雷达这样的装置。

然而，通过使用一般为普通民众所拥有的蜂窝电话的相机，本发明可以改善根据本发明的实施方式的用户生活空间的地震易损性分析系统1000的可访问性。

除了关于生活空间的二维信息之外，单镜头相机还可通过使用根据相机的运动的图像的差异来获取包括关于生活空间的三维信息的图像信息。除了单镜头相机的原理之外，立体镜头相机分析从两个镜头获得的图像差异，以获取除了关于生活空间的二维信息之外还包括关于生活空间的三维信息的图像信息。另外，深度相机检测在对象上反射的红外线的图案，以获取包括三维信息的图像信息，例如除了关于生活空间的二维信息之外还包括深度信息的RGBD信息。

通过相机获得的图像信息被发送到图像接收单元100。由图像接收单元100接收的图像信号在图像信号处理单元200中被处理以用于地震易损性分析。

即，图像信号处理单元200分析接收的图像信息并将图像信息中的拍摄的事物识别为对象。此外，提取三维空间中每个对象的位置和体积并将其转换为空间信息。

此时，对象意味着构成空间的所有目标。例如，它包括诸如地板、墙壁和天花板这样的形成空间外观的目标和诸如桌子、椅子、柱子、杯子、灯和书这样的填充空间的目标。

为了将图像信息中拍摄的事物识别为对象，本发明的示例性实施方式的图像信号处理单元200可以使用人工神经网络，例如卷积神经网络(CNN)。

图像信号处理单元200将每个事物识别为图像信息中的对象。具体地，人工神经网络将数据库中的每个对象存储在图像信息中，分析图像信息，并将具有相应特征的事物识别为对象。例如，参照图4，图像信号处理单元200从本发明示例的图像信息中将桌子、椅子、杯子、书、花盆、门和灯识别为对象。此时，每个对象与关于三维空间中的坐标和尺寸的信息一起被识别。图像信号处理单元200中的识别对象的方法可以使用已知技术，并且不限于特定方法。

另一方面，图像信号处理单元200可以将关于所识别的对象的特征的信息或关于所识别的对象的接触的束缚方法的信息与空间信息一起使用。当在图像信号处理单元200中识别对象时，图像信号处理单元200访问外部数据库或内部数据库并提取对象的特征或束缚方法。

关于对象性质的信息是指关于所识别的对象的密度、重量、抗压强度、拉伸强度、摩擦系数、杨氏模量、泊松比和恢复系数中的至少一种物理性质的信息。

此外，关于所识别的对象的接触目标的束缚方法的信息是指所识别的对象是否被通过线绳放置、附着或悬挂在接触目标上。通过使用时钟作为示例，如果时钟接触桌子，则束缚关系被识别为“放”，而如果时钟接触墙壁，则束缚关系被识别为“通过钉子固定”。参照图4，图像信号处理单元200根据如图3所示的图像信号识别对象的接触目标的束缚方法(例如，桌子和椅子放置在地板上，杯子和书放置在桌子上，花盆放置在椅子上，并且灯通过电线悬挂在天花板上)，并将其与空间信息一起使用。

另一方面，在一个图像信息中未显示的信息可以通过从其他点获得的图像信息或通过一般几何形状预测通过基于数据库的推理来补充。例如，图3的桌子的左上角的椅子不是全部被拍照，而是可以基于椅子通常放置在桌子附近并且某个形状对应于椅子的信息而被识别为椅子。

总之，图像信号处理单元200将事物识别为对象并识别关于对象类型的信息。此外，图像信号处理单元200可以识别对象的尺寸和三维空间中的坐标，并且可以识别关于对象的形状的信息。另外，可以获得关于每个对象的物理性质的信息。并且，图像信号处理单元200将该信息的一部分或全部作为空间信息发送到地震模拟单元300。

地震模拟单元300接收空间信息并针对空间信息执行模拟地震条件的地震模拟。

地震模拟单元300采用动态模拟。Unreal(非真实)引擎、Unity(统一)引擎和GameMaker(游戏生成器)可用作动态模拟。这样，Unreal引擎、Unity引擎和GameMaker将由每个站点的服务提供商购买和使用。

具体地，动态模拟根据地震条件计算施加到对象的作用力和旋转力。并且动态仿真考虑到每个对象的碰撞来计算对象的速度和位移。运动学模拟因此跟踪每个对象的运动。例如，动态仿真可以使用表1的以下公式。

[表1]

此外，由于每个单独空间中的地震条件不仅可能通过地震的强度而且可能通过距震源的距离、楼层数而改变，因此本发明的一个示例还包括生活空间信息提供单元250，用于提供生活空间的地址、楼层数、地震设计、施工方法(砌体，钢筋混凝土等)和地质信息中的至少一个生活空间信息。生活空间信息提供单元250可以从土地部、建筑和城市研究信息中心、地质资源研究所等的数据库接收必要的生活空间信息，并将其提供给地震模拟单元300。

即，地震模拟单元300的地震条件可以由地震的强度和生活空间信息来确定。

地震模拟单元300根据模拟的地震条件来模拟发生地震时空间中的对象的运动现象。即，地震模拟单元300检测每个对象的碰撞，并将通过作用力和旋转力计算的结果值按时间积分，从而通过顺序地计算速度和位移来跟踪对象的运动。

参照图5至图8，将详细描述根据模拟进程的操作。

首先，如图5所示，每个对象被置于稳定状态。

当根据地震条件开始模拟时，如图6所示，灯因悬挂而晃动，放置在椅子上的花盆也振动，并且杯子落下。此时，由于杯子是圆柱形的，因此其下落之后更容易因受力和作用点而改变。

接着，如图7所示，放在椅子上的花盆也掉落。此时，可以看出具有破裂特征的花盆已经破裂。

最后，参照图8，示出了杯子和门在最后阶段发生破裂。而且，可以看到随着钉子的移除，从天花板悬挂的灯也垂下。

当执行地震模拟时，根据对象状态的变化，可以知道预期地震在哪里会造成生活空间中的巨大损害。因此，通过使用相机拍摄用户的生活空间，用户可以知道他/她的生活空间的哪个部分易受地震的影响。因此，用户可以容易地补偿他/她的生活空间的高地震易损性，从而防止在地震情况下的预期损害。

特别地，用户可以改变地震条件的地震强度，并且可以确定他或她的生活空间安全的地震程度。

另一方面，用户生活空间的地震易损性可以由在执行模拟之后由于掉落的家具而导致到出口的移动线有多长来确定。例如，如果逃生口被堵塞，则其被转换为0点，如果逃生口在1m内，则其被转换为10点，从而可以评估用户生活空间中每个位置的地震易损性。

此外，用户生活空间的地震易损性可以由在地震模拟期间可以藏身的隐藏地点的存在来确定。例如，在桌子具有人可以向下进入的空间的情况下，可以给出一定分数的点。

此外，根据本发明示例性实施方式的用户生活空间的地震易损性分析系统还可以包括发送单元400，用于通过向用户提供执行地震模拟的过程来向能够在用户自己的生活空间中间接经历地震的显示装置或虚拟现实装置提供地震模拟过程和结果。

显示装置或虚拟现实装置起到以用户可识别的形式可视化或实现在地震模拟单元300中执行的地震模拟的过程和结果的作用。

显示装置是指移动电话、电视、监视器等，并且通过地震模拟单元300的渲染引擎形成动态模拟的图像，并且在显示装置上再现该图像，使得用户可以在视觉上确认发生地震时他或她的生活空间中的每个对象的行为。

虚拟现实装置可以由头戴式显示器(HMD)、VR操作装置(操纵杆或手套)和其他安全装置组成。虚拟现实装置利用跟踪传感器跟踪HMD和VR操作装置的位置以生成用户的人体模型，并将人体模型包括在地震模拟单元300中，以间接地体验执行地震模拟的过程或演练在地震的情况下在用户生活空间中要采取的动作。

此外，关于根据本发明示例性实施方式的地震易损性分析系统1000，图像接收单元100、图像信号处理单元200、生活空间信息提供单元250、地震模拟单元300和发送单元400可以通过在计算机上执行程序来实现。信息和数据可以通过标准化过程输入到计算机，并且可以由处理器操作。

根据本发明的一个实施方式的使用用户生活空间的地震易损性分析系统的用户生活空间的地震易损性分析方法包括：通过图像接收单元接收已经拍摄了他/她的生活空间的用户的图像信息；在图像信号处理单元中将图像信息中拍摄的对象识别为对象，提取对象在三维空间中的位置和尺寸，并将提取的对象转换为空间信息；在地震模拟单元中根据模拟的地震条件，模拟地震发生时在空间中的对象的运动现象。

此时，用户可以通过改变他/她生活空间的地震条件来测试地震易损性。

此外，使用地震易损性分析方法的用户证明了对地震的兴趣。因此，它可以进一步包括当实际地震发生时通知用户地震易损性分析方法。

此外，本发明的地震易损性分析方法可以在私人信息被保护的范围内向相邻用户提供地震模拟过程和结果，并且还可以通过地震模拟过程和相似区域中的多个用户的结果来分析该区域的地震易损性。

根据本发明实施方式的用于分析用户生活空间的地震易损性的方法可以通过各种计算机装置以可读程序的形式实现，并记录在计算机可读记录介质中。这里，记录介质可包括单独或组合的程序命令、数据文件、数据结构等。可以理解，存储在记录介质中的程序指令是针对本公开专门设计和配置的，或者是计算机软件领域的技术人员所熟知和使用的。

根据本发明实施方式的用户生活空间的地震易损性分析系统基于通过生活空间测量单元获得的每个用户的生活空间的信息在图像信号处理单元中生成对象，并且通过经由对象化生活空间中的动力学模拟部分动态地模拟地震情形来分析生活空间的地震易损性。

通过对每个生活空间的地震易损性的分析，生活空间的用户可以补偿地震发生时的易损地点，并减少地震造成的损害和财产损失。

此外，通过使用根据本发明示例性实施方式的用户生活空间的地震易损性分析系统的结果，可以向用户提供在用户生活空间中体验地震的机会。

另一方面，即使在此没有明确提及效果，由本发明的技术特征预期的以下说明书中描述的效果及其临时效果如本发明的说明书中描述的那样处理。

计算机可读存储介质的示例可以包括诸如硬盘、软盘和磁带之类的磁性介质，诸如光盘只读存储器(CD-ROM)和数字通用盘(DVD)之类的光学介质，诸如软式光盘之类的磁光介质，以及被专门配置为存储和执行程序指令的硬件装置，如只读存储器(ROM)，随机存取存储器(RAM)和闪存。此外，除了由编译器创建的机器代码之外，程序指令还可以包括可由计算机使用解释器执行的高级语言代码。硬件装置可以被配置为作为至少一个软件模块来操作，以执行各种实施方式的操作，反之亦然。

本发明的保护范围不限于以上明确描述的实施方式的描述和表达。再次补充，本发明的保护范围不受本发明所属技术领域中的明显改变或替换的限制。

虽然已经描述了本发明的示例性实施方式，但是应当理解，本发明不应当限于这些示例性实施方式，而是可以由本领域普通技术人员在如下文要求保护的本发明的精神和范围内进行各种改变和修改。

Claims (7)

1.一种用户生活空间的地震易损性分析系统，该地震易损性分析系统包括：

图像接收单元，该图像接收单元被配置为接收通过经由相机拍摄布置有各种事物的生活空间而获得的图像信息；

图像信号处理单元，该图像信号处理单元被配置为将所述图像信息中拍摄的所述事物识别为对象，提取所述对象在三维空间中的位置和尺寸，并且将所提取的位置和尺寸转换为空间信息；以及

地震模拟单元，该地震模拟单元被配置为根据模拟的地震条件来模拟发生地震时空间中的所述对象的运动现象。

2.根据权利要求1所述的地震易损性分析系统，其中，所述图像信号处理单元通过人工神经网络识别所述对象的类型。

3.根据权利要求1所述的地震易损性分析系统，其中，所述图像信号处理单元将关于所识别的对象的密度、重量、抗压强度、拉伸强度、摩擦系数、杨氏模量、泊松比和回弹系数中的至少一个的物理性质的信息和所述空间信息一起使用。

4.根据权利要求1所述的地震易损性分析系统，其中，所述图像信号处理单元将关于用于所识别的对象的接触目标的束缚方法的信息与所述空间信息一起使用。

5.根据权利要求1所述的地震易损性分析系统，该地震易损性分析系统还包括生活空间信息提供单元，所述生活空间信息提供单元被配置为提供所述生活空间的地址、楼层数、抗震设计和地质信息中的至少一个生活空间信息，

其中，所述地震条件由地震的强度和所述生活空间信息确定。

6.根据权利要求1所述的地震易损性分析系统，该地震易损性分析系统还包括发送单元，所述发送单元被配置成通过向用户提供执行所述地震模拟的过程来向用于间接体验生活空间中的地震的显示装置或虚拟现实VR装置提供模拟过程和结果。

7.一种在包括图像接收单元、图像信号处理单元和地震模拟单元的用户生活空间的地震易损性分析系统中的用户生活空间的地震易损性分析方法，所述地震易损性分析方法包括：

由图像接收单元接收用户的拍摄的生活空间的图像信息；

由图像信号处理单元将所述图像信息中拍摄的事物识别为对象，提取所述对象在三维空间中的位置和尺寸，并将提取的对象转换为空间信息；以及

由地震模拟单元根据模拟的地震条件，模拟地震发生时空间中的所述对象的运动现象。

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