KR100937525B1 - 음향 센서를 이용한 치안 유지 ｕｓｎ 시스템 및 이를이용한 치안 유지 방법 - Google Patents

음향 센서를 이용한 치안 유지 ｕｓｎ 시스템 및 이를이용한 치안 유지 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음향 센서를 이용한 치안 유지 USN 시스템 및 이를 이용한 치안 유지 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 치안 유지를 필요로 하는 장소에 다수 개의 음향 센서가 임의로 산란되어 위치하여 각각 센서 노드를 형성하며, 이러한 다수개의 센서 노드 간에 분산 방식을 통해 사건 또는 사고와 관련된 음향을 인식하고, 그 위치를 추정하여 유비쿼터스 센서 네트워크(Ubiquitous Sensor Network; USN)를 통해 치안 유지 관련 기관에 사건 또는 사고의 발생 위치 정보를 제공하는 음향 센서를 이용한 치안 유지 USN 시스템 및 이를 이용한 치안 유지 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 음향 센서를 이용한 치안 유지 USN 시스템은, 치안 유지를 위한 유비쿼터스 센서 네트워크 시스템에 있어서, 치안 유지를 목적으로 하는 장소의 임의의 위치에 산란되어 분산 위치하며, 이벤트의 음향 정보를 감지하여 분산 음원 위치결정 방식(Distributed Acoustic Source Localization; DASL)을 통해 결정되는 상기 이벤트의 발생 위치 정보를 제공하는 다수개의 음향 센서와; 상기 다수개의 음향 센서로부터 얻어진 상기 이벤트의 발생 위치 정보를 중계하는 베이스 스테이션; 및 상기 베이스 스테이션으로부터 상기 이벤트의 발생 위치 정보를 전송받아 상기 이벤트의 현장으로 출동하는 치안 유지 기관;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
음향 센서, 유비쿼터스 센서 네트워크, USN, 치안 유지, 분산 시스템

Description

음향 센서를 이용한 치안 유지 ＵＳＮ 시스템 및 이를 이용한 치안 유지 방법{The USN system for maintenance of the public order using acoustic sensors and the method thereof}
본 발명은 음향 센서를 이용한 치안 유지 USN 시스템 및 이를 이용한 치안 유지 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 치안 유지를 필요로 하는 장소에 다수개의 음향 센서가 임의로 산란되어 위치하여 각각 센서 노드를 형성하며, 이러한 다수개의 센서 노드 간에 분산 방식을 통해 사건 또는 사고와 관련된 음향을 인식하고, 그 위치를 추정하여 유비쿼터스 센서 네트워크(Ubiquitous Sensor Network; USN)를 통해 치안 유지 관련 기관에 사건 또는 사고의 발생 위치 정보를 제공하는 음향 센서를 이용한 치안 유지 USN 시스템 및 이를 이용한 치안 유지 방법에 관한 것이다.
최근 일상생활에 산재한 사물과 물리적 대상이 점차 정보의 대상으로 확대됨에 따라 인간과 컴퓨터, 사물이 유기적으로 연계되어 다양하고 편리한 새로운 서비스를 제공해 주는 유비쿼터스 컴퓨팅(Ubiquitous Computing)에 대한 관심이 고조되고 있다.
이러한 유비쿼터스 컴퓨팅의 핵심 기술로서 사물에 컴퓨팅, 센싱 및 통신 기능이 내장되어 인간 외부 환경의 감시와 제어 기능을 수행하는 센서 네트워크 기술이 각광받고 있다.
센서 네트워크에 사용되는 센서는 영상(빛), 온도, 가속도, 음향, 압력 등의 정보를 인식하는 각종 센서와, 각종 센서에서 수집한 정보를 무선으로 전송하는 네트워크 기술이 발전함에 따라 매우 활성화되고 있다.
위와 같은 유비쿼터스 센서 네트워크(Ubiquitous Sensor Network; 이하 'USN'이라 한다) 기술 중에서 특정 이벤트, 즉 사건 또는 사고와 관련된 음향을 인식하여 음향 발생 위치를 제공하는 종래 기술에 따른 치안 유지 시스템을 살펴보면, 초기 치안 유지 시스템은 유선 마이크 배열과 같이 음향 발생 위치의 판단에 따른 낮은 정확성을 고려하여 음향이 전파되는 과정에서 발생하는 여러 가지 오차 유발 요소를 제거하여 데이터를 처리하는 중앙 집중 방식(Centralized system)이 적용되었다. 그러나, 중앙 집중 방식을 적용하여 사건/사고의 위치를 인식하는 치안 유지 시스템은 음향 센서의 수가 증가하면 정확한 동작을 보장하지 못하는 문제점이 있다. 또한, 위와 같은 중앙 집중 방식에 적용되는 음향센서에는 음향 센서의 위치 정보를 제공하기 위해 위성항법장치(Global Positioning System; GPS) 수신기 등이 내장되어 있어야 하며, 지리적으로 대상 공간이 한정되어 그 확장성에 문제점이 있다.
이후, 중앙 집중 방식의 확장성 문제 등을 해결하기 위해 다수개의 음향 센서가 하나의 제어 장치에 의해 제어되는 공유 방식(Clustering system)이 적용되었 으나, 이 방식을 적용하기 위해서는 장비가 고가이며, 두 개의 클러스터(cluster) 사이에 음원이 존재할 경우 성능이 감소되는 문제점이 있다. 또한, 클러스터간 통신과 정보교환에 있어서 추가적인 오버헤드(overhead)가 존재하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 대상 공간이 한정되지 않은 치안 유지가 필요한 장소에 다수개의 음향 센서가 임의로 분산되어 위치하여 각각이 센서 노드를 형성하며, 이렇게 형성된 센서 노드들 간에 분산 방식을 통해 사건 또는 사고와 관련된 음향을 인식하고, 인식된 음향 정보로부터 사건/사고 발생 위치를 추정하여 다양한 네트워크를 통해 치안 유지 관련 기관에 위치 정보를 전송하는 음향 센서를 이용한 치안 유지 USN 시스템 및 이를 이용한 치안 유지 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 음향 센서를 이용한 치안 유지 USN 시스템은, 치안 유지를 위한 유비쿼터스 센서 네트워크 시스템에 있어서, 치안 유지를 목적으로 하는 장소의 임의의 위치에 산란되어 분산 위치하며, 이벤트의 음향 정보를 감지하여 분산 음원 위치결정 방식(Distributed Acoustic Source Localization; DASL)을 통해 결정되는 상기 이벤트의 발생 위치 정보를 제공하는 다수개의 음향 센서와; 상기 다수개의 음향 센서로부터 얻어진 상기 이벤트의 발생 위치 정보를 중계하는 베이스 스테이션; 및 상기 베이스 스테이션으로부터 상기 이벤트의 발생 위치 정보를 전송받아 상기 이벤트의 현장으로 출동하는 치안 유지 기관;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 음향 센서를 이용한 치안 유지 방법은, 유비쿼터스 센 서 네트워크 기반의 음향 센서를 이용한 치안 유지 방법에 있어서, 치안 유지를 목적으로 하는 장소에 다수개의 음향 센서가 임의로 분산되어 위치하는 세팅 단계와; 상기 다수개의 음향 센서가 분산 배치된 영역 내에서 이벤트가 발생하는 단계와; 상기 이벤트의 발생 음향 신호가 상기 다수개의 음향 센서에 의해 탐지되면, 리더노드가 선정되고, 이벤트의 발생 위치가 삼각측량방식에 의해 추정 결정되는 단계와; 상기 이벤트 발생 위치 및 주변 센서 노드의 정보가 저전력 소비경로를 따라 상기 리더 노드로부터 싱크 노드로 전달되는 단계와; 상기 싱크 노드로 전달된 이벤트 정보가 베이스 스테이션으로 전송되는 단계와; 상기 베이스 스테이션으로 전송된 상기 이벤트 정보가 치안 유지 기관으로 재전송되는 단계; 및 상기 치안 유지 기관에서 상기 이벤트 발생 위치로 출동하여 치안 유지 활동을 실시하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 음향 센서를 이용한 치안 유지 USN 시스템 및 이를 이용한 치안 유지 방법은, 다수개의 음향 센서가 치안 유지를 위한 장소의 임의의 위치에 산란되는 분산 시스템으로 이루어져 확장성의 문제를 해결할 수 있는 효과가 있으며, 분산 배치된 모든 음향 센서, 즉 모든 센서 노드가 사건/사고와 관련된 음향 정보를 인식하여 사건/사고의 발생 위치를 위치화하는 알고리즘에 참여하는 이벤트 지향 시스템으로 이루어져 시스템 상의 오버헤드의 문제를 해결할 수 있는 효과도 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 음향 센서를 이용한 치안 유지 USN 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 음향 센서를 이용한 치안 유지 USN 시스템(100)은 치안 유지가 필요한 장소의 임의의 위치에 분산 배치되어 음향을 감지하는 음향 센서로 구성되는 다수 개의 센서 노드(112)와, 다수개의 센서 노드(112)에서 수집된 정보를 유무선 통신기술을 통하여 치안 유지 기관에 전송하는 중계 장치인 베이스 스테이션(Base Station; 120) 및 베이스 스테이션(120)에서 송신된 정보를 입력받는 치안 유지 기관(130)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
다수 개의 음향 센서는 각각이 센서 노드(sensor node; 112)를 형성하며, 센서 네트워크로 전달된 설정 조건에 따라 수집된 정보를 모으는 싱크 노드(sink node; 114)로 전달하게 되며, 이때 이러한 일련의 작업은 리더노드(116)가 주도하게 되고, 리더노드(116)는 이벤트 발생 시 가장 먼저 이벤트의 발생을 감지한 센서노드(112)가 리더노드(116)로 선발된다. 리더노드(116)에 의해 처리되는 정보는 이벤트 발생위치를 비롯한 이벤트 발생 시 감지된 초기데이터 또는 주변 센서 노드(112) 간의 커뮤니케이션에 의해 가공된 정보로서, 저전력을 소모하는 경로를 찾아 싱크 노드(114)로 전달되고, 싱크 노드(114)로 전달된 정보는 사용자의 통계적 자료나 본 발명에서와 같이 치안 유지 기관(130)인 경찰, 보안 업체 등의 치안 유 지 서비스에 대한 기초 자료로 활용된다.
여기에서 센서 노드(112)란 환경 물리계에서 감지된 정보를 통합적으로 처리한 결과 또는 초기 데이터를 유무선 통신기술로 전달하는 시스템으로 데이터처리, 통신경로설정, 미들웨어처리 등을 수행하는 프로세서와 통신모듈을 포함하며, 싱크 노드(114)란 IP 주소를 갖지 않는 센서 태그 또는 센서 노드(112)가 외부 네트워크와 통신하기 위해 접속하는 중계 노드이며 베이스 노드라고 불리기도 한다.
본 발명에서 센서 노드(112)들의 역할은 단순히 감지한 데이터를 전처리하여 베이스 스테이션(120)으로 전달하는 것에 국한되지 않고, 주변의 다른 센서 노드(112)들과의 협력을 통해 그룹화된 고급 정보를 생성한다.
싱크 노드(114)에서 수집된 정보는 게이트웨이 또는 데이터 집중국 역할을 하는 베이스 스테이션(120)에 전송되는데, 베이스 스테이션(120)에서는 유선을 통해 형성된 네트워크나 기존의 인터넷과 같은 무선 네트워크 등을 통해 수집된 정보를 치안 유지 기관(130)에 전송한다.
치안 유지 기관(130)은 크게 경찰서나 보안 업체의 수신 네트워크를 의미하며, 수집된 정보는 치안 유지 기관(130)을 통해 중계되어 전송되거나, 베이스 스테이션(120)에서 전송된 정보를 직접 이동중인 순찰 차량에서 전송받을 수도 있다.
도 2는 도 1에 도시된 치안 유지 USN 시스템에 적용된 DASL 인식 방법을 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 치안 유지 USN 시스템에서 이벤트의 위치를 추정하는 방법을 나타낸 도면이다.
우선, 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 치안 유지 USN 시스템(100)은 치안 유지 장소 내에서 다수개의 음향 센서(110)의 위치를 확정하고, 그 확정된 음향 센서(110)의 공간에서 발생하는 이벤트, 즉 사건/사고의 위치를 제공하기 위해 분산 방식의 음원 위치 확정(Distributed Acoustic Source Localization; 이하 'DASL'이라 한다) 방식이 사용된다.
즉, DASL 방식은 앞서 언급한 중앙 집중 방식이나 공유 방식과 달리 다수개의 센서 노드(112)가 임의의 위치에 산란되어 있는 시스템을 구성하고, 산란된 다수개의 센서 노드(112) 모두가 발생한 이벤트에 관한 위치를 결정하는 위치화 알고리즘에 참여하는 시스템에 적용된다.
즉, 치안 유지가 필요한 장소에 음향 센서(110)가 임의로 분산되어 위치한 후, 감지하고자 하는 특정 이벤트에 대한 신호가 발생하면, 그 주변에 위치한 센서 노드(112)는 이벤트의 발생 음향 신호를 중심으로 그룹을 형성한다. 이때, 그룹에 형성되지 않은 나머지 센서 노드(112)들은 다른 이벤트에 대해 대기 상태를 유지한다.
그룹 내에 위치하는 다수개의 센서 노드(112)들 가운데에서 이벤트의 발생 음원과 가장 가까운 센서 노드(112)를 리더 노드(leader node; 116)로 결정하는데, 리더 노드(116)는 이벤트의 음원을 가장 빨리 감지한 센서 노드 및 음원의 세기가 가장 큰 센서 노드가 선정된다.
이와 같이 그룹 내에서 리더 노드(116)가 결정되면, 그룹 내에 위치하는 다수개의 센서 노드(112)에서 감지된 이벤트에 대한 감지 시간 및 각 센서 노드(112)의 위치 정보는 리더 노드(116)로 전송된다.
한편, 리더 노드(116)가 결정되면서 첨부된 도 3과 같이 이벤트의 위치도 삼각측량 방법을 통해 추정된다.
즉, 2개의 센서 노드(112)들 간에 음원의 감지 시간 및 음원의 세기를 통해 비교 대상이 되는 2개의 센서 노드(112)의 중간 경계선을 기준으로 이벤트 발생 위치로 추정되는 우위에 있는 위치 영역이 결정되고, 우위의 위치 영역에 있는 센서 노드(112)는 동일 영역 내에 위치하는 다른 센서(112)와 동일한 방법을 통해 이벤트 발생 추정 위치를 결정하여 점차적으로 사건/사고에 관한 발생 위치 영역을 줄여간다. 이러한 방법에는 최소 3개의 센서 노드(112)가 사용되며, 이는 이벤트의 발생위치를 삼각측량방식에 의해 추정 및 결정할 수 있도록 한다.
이벤트의 발생 위치가 추정되어 결정되면, 그 정보는 저전력 소비 경로를 따라 리더 노드(116)에서 싱크 노드(114)로 전달되고, 싱크 노드(114)에서는 다시 중계 장치인 베이스 스테이션(120)으로 그 위치 정보를 전송한다. 그리고, 베이스 스테이션(120)에서는 수집 정보를 치안 유지 기관(130)에 전송하여 사건/사고 발생 지역으로 치안 유지 활동이 이루어지도록 한다.
이하에서는 본 발명에 따른 음향 센서를 이용한 치안 유지 방법에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명에 일실시예에 따른 치안 유지 방법으로서의 시나리오를 나타낸 도면이다.
먼저, 치안 유지를 위한 장소에 다수개의 음향 센서를 임의로 분산하여 세팅 한 후에, 음향 센서가 설치된 치안 유지 장소에서 이벤트, 즉 사건/사고가 발생하면(S10), 센서 노드를 이루고 있는 음향 센서에서 이벤트에 의해 발생하는 음향 신호를 감지한다(S20). 이때, 음향 신호는 개인이 휴대하고 있는 보안 발신장치에서 발생되는 신호음일 수도 있으며, 교통사고, 비명소리, 폭발 소리 등 일정 데시벨(dB) 이상으로 미리 설정된 사건/사고 관련음일 수도 있다.
분산되어 설치되어 있는 다수개의 음향 센서에 의해 이벤트에 의해 발생된 음향 신호가 탐지되면, 이벤트에 의한 음향 신호를 가장 먼저 감지하거나 음원의 세기가 가장 큰 음향 센서가 리더 노드로 선정되고, 삼각측량방식에 의해 이벤트 발생 위치가 추정 결정된다.(S30)
이후, 이벤트 발생 위치 및 주변 센서 노드의 정보가 저전력 소비 경로를 따라 싱크 노드로 전달되고, 싱크 노드를 통해 베이스 스테이션 및 치안 유지 기관으로 이벤트 발생 위치 및 주변 센서 노드의 정보가 전송된다(S40). 여기에서 치안 유지 기관에서는 차량을 이용하여 수시로 순찰을 하고 있기 때문에 치안 유지 기관으로 이벤트 발생 정보가 전달되면 신속하게 이벤트 발생 위치 정보로 접근할 수 있다.
또한, 치안 유지 기관으로 이벤트 발생 위치 정보가 전송되면서, 그 주변에 설치된 영상 감지 장치도 연동하여 치안 유지 기관에 영상 정보를 제공하게 할 수도 있다.(S50)
위와 같은 과정을 통해 경찰 또는 보안 업체 인력 등이 이벤트 발생 추정 장소로 출동하여 문제를 신속하게 해결할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 음향 센서를 이용한 치안 유지 USN 시스템의 구성을 나타낸 도면.
도 2는 도 1에 도시된 치안 유지 USN 시스템에 적용된 DASL 인식 방법을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 치안 유지 USN 시스템에서 이벤트의 위치를 추정하는 방법을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 일실시예에 따른 치안 유지 방법으로서의 시나리오를 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
100 : 치안 유지 USN 시스템 110 : 음향 센서
112 : 센서 노드 114 : 싱크 노드
116 : 리더 노드 120 : 베이스 스테이션
130 : 치안 유지 기관

Claims (5)

  1. 치안 유지를 위한 유비쿼터스 센서 네트워크 시스템에 있어서,
    치안 유지를 목적으로 하는 장소의 임의의 위치에 산란되어 분산 위치하며, 이벤트의 음향 정보를 감지하여 분산 음원 위치결정 방식(Distributed Acoustic Source Localization; DASL)을 통해 결정되는 상기 이벤트의 발생 위치 정보를 제공하는 다수개의 음향 센서와;
    상기 다수개의 음향 센서로부터 얻어진 상기 이벤트의 발생 위치 정보를 중계하는 베이스 스테이션; 및
    상기 베이스 스테이션으로부터 상기 이벤트의 발생 위치 정보를 전송받는 수신 네트워크;
    를 포함하여 구성되며, 상기 다수개의 음향 센서는 각각 특정 위치에서 센서 노드로 활동하되, 상기 이벤트 발생시 음원을 가장 빨리 감지한 센서 노드 및 음원의 세기가 가장 큰 센서 노드가 리더 노드로 결정되며, 상기 리더 노드와 상기 베이스 스테이션 사이에 IP 주소가 없는 센서 노드의 정보를 전달하기 위한 싱크 노드가 위치하는 것을 특징으로 하는 음향 센서를 이용한 치안 유지 USN 시스템.
  2. 삭제
  3. 유비쿼터스 센서 네트워크 기반의 음향 센서를 이용한 치안 유지 방법에 있어서,
    치안 유지를 목적으로 하는 장소에 각각 특정 위치에서 센서 노드로 활동하는 다수개의 음향 센서가 임의로 분산되어 위치하는 세팅 단계와;
    상기 다수개의 음향 센서가 분산 배치된 영역 내에서 이벤트가 발생하는 단계와;
    상기 이벤트의 발생 음향 신호가 상기 다수개의 음향 센서에 의해 탐지되면, 음원을 가장 빨리 감지한 센서 노드 및 음원의 세기가 가장 큰 센서 노드가 리더 노드로 선정되고, 이벤트의 발생 위치가 삼각측량방식에 의해 추정 결정되는 단계와;
    상기 이벤트 발생 위치 및 주변 센서 노드의 정보가 저전력 소비경로를 따라 상기 리더 노드로부터 싱크 노드로 전달되는 단계와;
    상기 싱크 노드로 전달된 이벤트 정보가 베이스 스테이션으로 전송되는 단계; 및
    상기 베이스 스테이션으로 전송된 상기 이벤트 정보가 수신 네트워크로 전송되는 단계;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 음향 센서를 이용한 치안 유지 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
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