KR100929473B1 - 지피에스를 이용한 지그비 산불 모니터링 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 산림 감시 및 보존을 위해 소요되는 비용의 절감과 인명 피해의 최소화를 목적으로 기존의 산불감시 시스템을 개선하기 위해 무선 센서 네트워크 기반의 GPS를 이용한 Zigbee 산불감시 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 GPS를 이용한 Zigbee 산불 모니터링 시스템은 현장의 영상이미지와 센서노드로부터 수집된 다양한 정보와, GPS를 이용하여 해당 지역의 지리정보를 재난감시센터에 전송하고, 카메라의 시야가 미치지 못하는 음영지역에 대하여 센서노드가 측정하는 정보를 통하여 실시간 모니터링이 가능토록 한다. 또한 이동단말기에 이를 통보하여 산불의 이동경로 및 현 위치 등의 여러 정보들을 파악하여 현장에서의 안전하고 효율적인 화재진압을 수행하도록 한다.
따라서, 본 발명은 산불 발생 시 조기 발견 및 진압을 가능케 하고 인명 및 재산피해를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
GPS, Zigbee, 실시간 모니터링, 이동 단말기, 센서노드

Description

지피에스를 이용한 지그비 산불 모니터링 시스템 {Monitoring system for forest with Zigbee using GPS}
본 발명은 GPS를 이용한 Zigbee 산불 모니터링 시스템에 관한 것으로, 보다 자세하게는, 현장의 영상이미지와 센서노드로부터 수집된 다양한 정보, 그리고 GPS를 이용하여 해당 지역의 지리정보를 재난감시센터에 전송하여 산불 발생 지역의 실시간 모니터링을 가능토록 하고, 이동 단말기에 이를 통보하여 산불의 이동경로 및 현 위치 등의 여러 정보들을 파악하여 현장에서의 안전하고 효율적인 화재진압을 수행하도록 하는 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 산불 발생 시, 초기 발견과 그에 대한 적절한 조치를 취할 수 있도록 GPS를 이용하여 산불 발생지의 위치를 추적하고, 산불과 관련된 다양한 정보를 얻기 위해 센서노드들 사이에 ad-hoc망을 구성하여 산불의 확산을 방지하는 산불 모니터링 시스템으로써, 보다 자세하게는 산불을 감시하기 위해 산불 발생 빈도가 높은 지점에 감시카메라를 설치하고 GPS를 탑재한 싱크노드와 조도, 온도, 습도, 가스, 풍속 그리고 풍향을 측정할 수 있는 센서를 탑재한 센서노드들은 ad-hoc망을 구성하는 일정한 크기의 클러스터를 형성한다.
각각의 센서노드들은 싱크노드에게 산불에 관련된 정보들을 보내게 되고 싱크노드는 이러한 정보를 자신의 위치정보와 함께 감시카메라를 제어하는 서버에 송신하게 된다.
서버는 이러한 정보를 가지고 감시카메라의 시야를 위치정보와 매칭시켜 해당 지역의 영상 이미지를 관제센터에 전송한다.
산불 진압반은 이동 단말기를 휴대하고 이를 통하여 관제센터에서 전송받는 동일한 정보들을 수신하여 이를 적극 활용 할 수 있는 시스템에 관한 것이다.
종래에는, 산불감시시스템으로써 무인감시시스템, 무인항공기를 통한 감시시스템 그리고 인공위성을 통한 적외선 촬영 등이 있으며, 기존의 무인감시시스템에서는 수동으로 감시카메라를 작동시켜 모니터링하는 방식으로 24시간 감시가 불가능하고 무인항공기 및 인공위성을 사용하는 감시시스템에서는 비용이 많이 드는 실정이다.
또한 산불 발생지역의 진압반 투입 시, 기존에는 반이중 통신으로 해당지역의 상태를 송, 수신 하였고, 이러한 상황에서 해당지역에 고립되면 자신의 현 위치는 물론이고 산불의 진행과정 및 주변의 상황정보를 정확하게 파악하지 못했던 관계로 많은 인명피해로 이어졌던 실정이었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 산불감시 시스템의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 적외선 카메라 등의 고가 장비의 유지 및 보수에 소요되는 비용 절감과, 이동 단말기를 통한 정보 제공으로 산불 발생 시 위험지역에서 고립되는 상황을 제거함으로써 인명 피해의 최소화를 가져오고, 카메라 시야가 닿지 못하는 산불발생의 음영지역을 다양한 센서를 통하여 산불발생 여부의 파악과, Zigbee통신으로 정보를 입력받아 실시간 모니터링이 가능케 함으로써, 산림 감시 및 보존을 목적으로 기존의 산불감시 시스템을 개선하기 위한 무선 센서 네트워크 기반의 GPS를 이용한 Zigbee 산불 모니터링 시스템에 관한 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 첫째, 비용 절감의 측면에서 다음과 같이 해결하고자 한다.
감시카메라의 주요 고장원인은 낙뢰로 인한 고장이 주된 요인으로 꼽히는데, 고가 장비에 대한 유지 및 보수비용을 절감하기 위해 산악지형에 설치되는 감시카메라 주위에 피뢰침을 설치하여 고장을 막는다.
둘째, 산불발생에 대한 모니터링 취약지역을 해결하기 위해, 감시카메라의 설치가 불가능하거나 시야가 미치지 못하는 산불 모니터링이 취약한 지역에는 조도, 온도, 습도, 가스, 풍속, 풍향 등을 측정할 수 있는 센서노드들과 GPS를 탑재한 싱크노드와의 ad-hoc망을 구성하여 다수의 클러스터를 형성한다.
이를 통해 각각의 센서노드들은 실시간으로 조도, 온도, 습도, 가스, 풍속, 풍향 등을 측정하고 이러한 정보를 싱크노드에 보내어 최종적으로 센서노드로부터 전송된 정보와 싱크노드가 갖는 위치정보를 감시카메라와 연결된 서버에 전송하게 된다.
산불이 발생하게 되면 실시간으로 산불에 관련된 정보를 서버에 전송하고 유선 및 무선을 통하여 관제센터로 전송하게 되어, 관제센터에서는 산불 발생지역의 인접한 감시카메라를 해당지역에 초점을 맞추고, 평상시와 산불발생시의 온도, 조도, 습도, 가스의 변화량과 풍향 및 풍향의 정보를 통하여 산불의 이동경로를 추적할 수 있는 모니터링이 가능하다.
셋째, 기존에는 음성통신에 관하여 반이중 통신으로 해당지역의 상태와 자신의 위치 등을 송, 수신 하였고, 이러한 상황에서 해당지역에 고립되면 자신의 현 위치는 물론이고 산불의 진행과정 및 주변의 상황정보를 정확하게 파악하지 못했던 관계로 많은 인명피해로 이어지는 실정이었다.
따라서 인명피해의 최소화를 위해, 개인은 이동단말기를 휴대하여 조도, 온도, 습도, 가스, 풍속, 풍향 등의 정보와 위치정보 그리고 영상 이미지를 서버로부터 수신 받아 산불 발생지역의 상황을 실시간으로 모니터링함으로써 인명피해를 최소화 할 수 있을 뿐만 아니라 산불 진화과정에 있어 유기적이고 효율적인 수단이 될 수 있으며, 예측 불가능한 산불의 진행방향을 이동 단말기에 입력하여 서버에 전송하고 서버는 진압반 간에 입력된 정보들을 수집하여 산불의 진행과정 및 예상경로를 예측 할 수 있도록 한다.
GPS를 이용한 Zigbee 산불 모니터링 시스템은 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 예시를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아 니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사사에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일시 예에 불과 할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등 물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명을 구성하는 블록 다이어그램이고, 더 자세하게는, 도 2는 클러스터(52)를 구성하는 그림이며, 도 3은 디스플레이창(300)을 구성하는 각각의 세부 항목을 나열한 그림이고, 도 4는 서버(400)의 구성요소를 나타낸 그림이다.
도 1을 참조하여 본 발명의 구성을 살펴보면, 본 발명의 클러스터(52)는 산불에 관련된 조도, 온도, 습도, 가스(308)와 풍향, 풍속(320)을 주기적으로 측정하고 상기 측정된 값과 위치좌표 값을 서버(10)및 이동 단말기(40)에 RF통신을 통하여 전송 한다.
상기 정보를 통하여 모니터링부(32)에서 각각의 정보를 디스플레이창(300)에 보여주고 GPS(140)에서 수신되는 싱크노드(120)의 좌표 값을 추출하여 해당 감시카메라(20)를 좌표 값에 따라 작동시킨다.
또한 디스플레이창(300)에서 산불발생이 감지되면 진압반이 휴대하는 이동단말기(40)에 실시간으로 SMS(34)를 통하여 문자메시지(326)를 전송한다.
서버(10)와 감시카메라(20)는 고장을 방지하기 위해 피뢰침(60)과 연결된다.
도 2는 클러스터(52)의 세부적인 구성을 나타낸 블록 다이어그램이다.
각각의 센서노드(500)는 산불에 관련된 정보 측정 및 RF통신에 소비되는 전력을 태양광 집열판(220)과 축전지(24)로 구성된 전원공급부(200)에서 공급 받는다.
클러스터(52)를 구성하는 센서노드(500)외에 다른 하나는 헤더(100) 부분으로써, 센서노드(500)로부터 전송받은 정보와 GPS(14)로부터 측정된 위치정보를 RF통신을 통하여 서버(10)에게 전송한다.
도 3은 모니터링부(32)의 디스플레이창(300)을 나타낸다.
세부적인 구성요소로는 감시카메라(20)의 영상이미지(302)를 서버(10)로부터 전송받아 화면에 보여주는 영상이미지(302), 자신이 원하는 영상이미지(302)를 얻기 위해 감시카메라(20)의 시야를 제어하는 제어부(328), 싱크노드(120)의 위치정보를 수신함으로써 알 수 있는 산불의 초기 발생지인 발원지(304), 자신의 현재 위치를 파악 할 수 있는 현위치(306), 센서노드(500)로부터 측정된 조도, 온도, 습도, 가스(308)와 풍향, 풍속(320), 센서노드(500)가 측정하고 있는 조도, 온도, 습도, 가스(308)값들의 급격한 변화량 및 풍향, 풍속(320) 그리고 GPS(140)가 보내온 해당지역의 싱크노드(120)의 위치정보를 통하여 현재 산불진행방향(324)과 산불진행예상경로 되어있다.
문자메시지(326)의 경우에는 상기 기술한 내용과 더불어 이동단말기(40)에 적용되는 것으로, 모니터링부(32)에서 이동단말기(40)에 실시간으로 산불발생에 대한 다양한 정보를 문자메시지(326)에 담아 전송한다.
도 4는 서버(10)를 구성하는 장치들과 감시카메라(20) 그리고 유선 및 RF통신망(424)으로 구성된다.
수신부(402)는 클러스터(52)로부터 수집된 정보를 수신하고, 수신부에서 받은 정보를 이동단말기(40) 또는 모니터링부(32)로 전송하는 송신부(404)가 있으며, 수신부(402)로부터 위치정보를 추출하는 좌표추출장치(426)와 좌표 값을 통하여 싱크노드(120)의 위치를 추적하는 위치추적장치(406)있다.
또한 좌표 값을 통하여 위치추적을 완료하면 카메라제어장치(408)는 해당지역으로 감시카메라의 시야를 옮길 수 있도록 하며, 이를 수신하는 제어수신장치(420)를 통하여 감시카메라(20)를 제어한다.
도 1은 GPS를 이용한 Zigbee 산불 모니터링 시스템의 블록 다이어그램이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 서버 20 : 감시카메라
32 : 모니터링부 34 : SMS
40 : 이동단말기 52 : 클러스터
60 : 피뢰침
도 2는 센서노드와 GPS를 탑재한 싱크노드간에 ad-hoc망을 구성하여 Zigbee 통신을 하는 클러스터이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 헤더 120 : 싱크노드
140 : GPS 200 : 전원공급부
220 : 태양광집열판 240 : 축전지
500 : 센서노드
도 3은 디스플레이창으로 영상이미지, 감시 카메라를 디스플레이창에서 제어할 수 있는 제어부, 발원지, 현위치, 조도, 온도, 습도, 풍향, 풍속, 현재산불진행방향, 산불진행예상경로를 화면에 나타낸다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
300 : 디스플레이창 302 : 영상이미지
304 : 발원지 306 : 현위치
308 : 조도, 온도, 습도, 가스 322 : 풍향, 풍속
324 : 현재산불진행방향 326 : 산불진행예상경로
326 : 문자메시지 328 : 제어부
도 4는 서버의 블록 다이어그램이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
400 : 서버 402 : 수신부
424 : 송신부 406 : 위치추적장치
408 : 카메라제어장치 420 : 제어수신장치
424 : 유선 및 RF통신 426 : 좌표추출장치
20 : 감시카메라

Claims (5)

  1. GPS를 이용한 지그비 산불 모니터링 시스템에 있어서,
    산불에 관련된 정보인 조도, 온도, 습도, 가스, 풍향, 및 풍속을 측정하기 위한 하나 이상의 센서노드와, GPS에서 수신된 자신의 좌표 값을 서버로 전송하기 위한 싱크노드, 및 산불에 관련된 정보 측정 및 RF 통신에 소비되는 전력을 공급하기 위해 태양광 집열판과 축전지로 구성된 전원공급부를 포함하는 클러스터;
    상기 클러스터에서 수집한 정보 및 좌표 값을 전송받아 감시카메라를 제어하고, 상기 수집한 정보를 모니터링부 및 이동단말기에 제공하는 서버; 및
    서버와 감시카메라의 고장을 방지하기 위한 피뢰침; 을 포함하며, 상기 모니터링부는 상기 서버로부터 수신한 정보를 영상이미지, 발원지, 현위치, 조도, 온도, 습도, 가스, 풍향, 풍속, 현재산불진행방향 그리고 산불진행예상경로 구분하여 표시하는 디스플레이창과, 산불발생진행방향과 산불진행예상경로에 대한 정보를 실시간으로 문자메시지를 통하여 상기 이동단말기로 전송하는 SMS를 구비하 것을 특징으로 하는 GPS를 이용한 지그비 산불 모니터링 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 서버는 클러스터로부터 수집된 정보 중 좌표 값을 통하여 감시카메라의 시야를 해당 위치로 제어함과 동시에 상기 수집된 정보를 상기 영상이미지, 발원지, 현위치, 조도, 온도, 습도, 가스, 풍향, 풍속, 현재산불진행방향 그리고 산불진행예상경로로 구분하여 모니터링부에 전송하여 디스플레이창에 표시되도록 하는 것을 특징으로 하는 GPS를 이용한 지그비 산불 모니터링 시스템.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서, 상기 이동단말기는
    진압반이 휴대하여 상기 서버로부터 정보를 전송받고 모니터링부로부터 SMS를 전송받는 GPS를 이용한 지그비 산불 모니터링 시스템.
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