KR101097730B1 - 레일캠 로봇을 이용한 감시 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레일캠 로봇을 이용한 감시 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 별도의 전원케이블이나 전원케이블 및 데이터케이블이 없더라도 전력선 통신 방식을 통해 이동이 가능한 레일캠 로봇을 감시 지역에 설치함으로써, 비교적 넓은 범위의 감시 지역을 실시간으로 감시할 수가 있다. 따라서 다수의 감시 카메라 설치가 필요 없으며, 이동 가능한 감시 카메라 구현 시에도 케이블과 케이블가드 및 케이블드럼 등의 구성이 필요치가 않아 저렴한 비용으로 감시 시스템을 구축할 수가 있다.

Description

레일캠 로봇을 이용한 감시 시스템{Monitoring system using rail cam robot}

본 발명은 감시 시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 감시해야할 지역이 넓거나 지하 공동구와 같이 어둡고 복잡한 지역에 레일을 따라 이동하는 레일캠 로봇을 설치하여 이상 상황을 감시할 수 있는 레일캠 로봇을 이용한 감시 시스템에 관한 것이다.

지하 공동구란, 배전선로를 비롯하여 방송/통신 케이블, 상수도관, 난방용 온수관, 가스관 등의 관로가 공동으로 설치되는 대형 지하 구조물을 말한다.

이러한 지하 공동구는 복잡한 관로들을 지상에 노출시키지 않고 지하에 통합하여 설치하기 때문에, 지상에서의 미관을 보호하고 보행자에게 쾌적한 통행 공간을 제공할 수 있으며, 더불어 관로들을 자연재해로부터 보호할 수 있고, 시설 관리가 용이하다는 장점이 있다.

또한 지하 공동구는 통신, 금융, 주거 등 국가의 안보에 중요한 영향을 미치고 있는 시설이기 때문에 도시계획 단계에서부터 계획/설치되고 있다.

그러나 지하 공동구는 많은 장점을 가지고 있는 반면 많은 위험 요소도 가지고 있다.

즉 중요한 관로들이 한 곳에 모여 있기 때문에 화재, 침수 등의 피해가 발생하면 도시 기능이 마비될 정도로 피해가 크다. 특히 지하 공동구의 모든 구역이 항상 관리자의 감독 하에 있는 것이 아니기 때문에 화재나 가스 누출, 침수 등의 피해가 발생하더라도 초기 피해 지점을 찾는 것이 어려워 피해를 키울 수 있다는 문제점도 있다.

따라서 화재나 누수 등의 피해를 초기에 확인하거나, 침입자 또는 방문자를 감시할 수 있다면, 신속한 초기 대응으로 인해 피해 확산을 막을 수가 있다.

이를 위해 지하 공동구 내에 감시 카메라를 설치하고 관제 시스템에서 관리자가 화면을 통해 감독함으로써 위험 상황에 대처할 수 있도록 할 수 있다.

그러나 지하 공동구는 시설물의 길이가 매우 길고, 또한 직선으로만 이루어진 것이 아니다. 따라서 지하 공동구 내의 모든 지역을 감시하기 위해서는 일정 간격으로 다수의 감시 카메라를 설치해야 한다. 따라서 감시 카메라를 다수 설치함에 따른 비용의 부담이 있게 된다.

또한, 막대한 비용을 투자하여 감시 지역 곳곳에 감시 카메라를 설치한다 하더라도, 넓은 지역에 감시 카메라를 설치하는 데에는 한계가 뒤 따른다. 관제 시스템으로부터 원거리의 감시 카메라까지 전원을 공급하기 위한 케이블과 영상 데이터를 전송하기 위한 케이블이 추가로 설치되어야 하기 때문이다.

여기서, 전원 공급은 감시 카메라가 설치된 인근의 배전선로를 통해 공급 받도록 함으로써 원거리까지 전원 케이블을 설치해야 하는 문제를 해결할 수 있겠지만, 영상 데이터를 전송하기 위한 데이터 케이블은 그렇지 아니하다. 즉 관제 시스템으로부터 감시 시스템까지 동축 케이블 등의 데이터 케이블이 연결되어야만 한다. 하지만 동축 케이블의 데이터 전송 거리는 500m 내지 1km 정도에 불과하기 때문에 수십km 길이의 지하 공동구에서 이를 적용하는 것은 불가능하다.

또한 수많은 감시 카메라에서 획득한 영상을 관제 시스템에서 실시간으로 확인하기 위해서는 이에 대응하는 개수만큼의 화면이 출력되어야 하는데, 수 많은 화면을 관리자가 효율적으로 확인하는 데에는 무리가 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 지하 공동구와 같은 광범위하고 복잡한 감시 지역에 레일부와, 레일부를 따라 이동하는 레일캠 로봇을 설치함으로써 레일캠 로봇이 이동하면서 감시 지역의 영상을 획득하여 관제 시스템에서 확인할 수 있도록 하되, 레일부에 설치된 전력선을 통해 레일캠 로봇에 전원을 공급하고, 레일캠 로봇에서 획득한 영상 데이터를 관제 시스템으로 전송할 수 있도록 함으로써, 광범위한 감시 지역에 다수의 감시 카메라를 설치하지 않더라도 감시가 이루어질 수 있고, 이동하는 카메라에 전원케이블이나 데이터케이블 등이 따라다니면서 발생할 수 있는 장비 추가의 문제와 케이블 열화에 따른 빈번한 장비 교체의 문제를 해결할 수 있는 레일캠 로봇을 이용한 감시 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레일캠 로봇을 이용한 감시 시스템은, 감시 지역에 설치되는 레일부; 상기 레일부를 따라 이동하면서 획득한 영상 데이터를 포함하는 감시 정보를 관제 시스템 측으로 전송하는 레일캠 로봇;을 포함하되, 상기 레일부는, 상기 레일캠 로봇이 타고 이동할 수 있는 이동레일; 및 상기 레일캠 로봇 측으로 전원을 공급하고 상기 레일캠 로봇과 관제 시스템 사이에 송수신되는 정보를 전송하는 전력선;을 포함하고, 상기 레일캠 로봇은, 상기 레일부의 이동레일을 따라 레일캠 로봇을 이동시키는 구동수단; 상기 감시 지역의 영상 데이터를 획득하는 촬영부; 상기 촬영부에서 획득한 영상 데이터를 상기 레일부의 전력선에 실어 보내는 PLC 모뎀; 상기 구동수단, 촬영부 및 PLC 모뎀의 작동을 제어하는 제어부; 및 상기 레일부의 전력선으로부터 AC전원을 공급받아 상기 구동수단, 촬영부, PLC 모뎀 및 제어부에 필요한 DC전원을 출력하는 전원공급부;를 포함한다.

여기서, 상기 레일캠 로봇의 구동수단은, 상기 레일부의 이동레일과 접촉하여 회전할 수 있는 구동기어; 및 상기 구동기어를 회전시키기 위한 동력을 발생시키는 구동모터;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 레일캠 로봇은, 상기 전원 공급부에서 출력되는 DC전원으로 충전되는 배터리;를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 전력선을 통해 공급되는 전원이 차단되는 것이 확인되면, 상기 배터리에 충전된 전원으로 상기 구동수단을 작동하여 상기 레일캠 로봇이 기 지정된 위치로 이동할 수 있도록 제어할 수 있다.

또, 상기 레일캠 로봇은, 상기 감시 지역의 화재 발생, 가스 누출, 또는 동작을 감지하는 이동형 센서;를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 촬영부에서 획득한 영상 데이터와 상기 이동형 센서에서 감지한 센싱 정보를 포함하는 감시 정보를 상기 레일부의 전력선에 실어 보내도록 상기 PLC 모뎀을 제어할 수 있다.

또한, 상기 감시 지역의 다수 지점에 설치되어 화재 발생, 가스 누출, 또는 동작을 감지하여 센싱 정보를 무선으로 출력하는 다수의 고정형 센서;를 더 포함하고, 상기 레일캠 로봇은, 상기 고정형 센서에서 출력되는 센싱 정보를 수신하는 센싱 정보 수신부;를 더 포함하며, 상기 레일캠 로봇이 이동한 위치 인근의 고정형 센서로부터 출력되는 센싱 정보를 상기 센싱 정보 수신부에서 수신하면, 상기 제어부는 상기 센싱 정보 수신부에서 수신한 센싱 정보와 상기 촬영부에서 획득한 영상 데이터를 포함하는 감시 정보를 상기 레일부의 전력선에 실어 보내도록 상기 PLC 모뎀을 제어할 수 있다.

그리고, 상기 레일부는, 상기 이동레일 및 전력선을 보호하는 절연케이스;를 더 포함하고, 상기 이동레일은 상기 레일캠 로봇의 구동기어에 형성된 톱니에 대응하는 돌기가 형성되어 상기 절연 케이스의 내측 상부를 따라 설치되어 있을 수 있다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

먼저, 지하 공동구와 같은 비교적 넓고 사각지역이 많은 감시 지역이라 하더라도, 다수의 감시 카메라를 설치할 필요가 없이, 레일부를 따라 이동하는 레일캠 로봇을 통해 실시간 영상을 확보하여 감시할 수가 있다. 따라서 다수의 감시 카메라와 전원케이블 및 데이터케이블을 설치해야 하는 비용의 부담이 줄어든다. 더불어 데이터케이블의 길이가 길어짐에 따라 데이터 전송 효율이 떨어지게 되는 문제점도 해결할 수가 있게 된다.

또한, 유선 케이블을 통한 이동형 카메라의 구현이 아니라, 전력선을 따라 이동하는 레일캠 로봇으로 구현하였기 때문에, 감시 지역내의 원거리까지 전원케이블, 제어케이블, 데이터케이블을 달고 다녀야할 필요가 없으며, 더불어 케이블들을 지지하기 위한 케이블가드와 케이블을 감아야 하는 케이블드럼 등의 추가 구성도 필요가 없게 된다. 또, 케이블이 감기고 풀리기를 반복하면서 쉽게 노화되어 교체가 빈번하게 이루어져야 하는 문제점도 해결할 수가 있게 된다. 이는 레일캠 로봇에 전원의 공급과 정보 송수신이 모두 전력선을 통해 이루어지도록 하는 전력선 통신 방식을 채택하였기 때문에 가능한 것이다.

또한, 기존의 유선 케이블, 케이블 드럼 등의 구성을 줄임으로써 다른 기능 구성들을 레일캠 로봇에 더 추가할 수가 있어서 완벽한 감시 체제를 구축할 수가 있다.

즉, LED 램프를 탑재하여 어두운 지하 공동구와 같은 곳의 밝은 영상을 확보할 수가 있으며, 스피커와 마이크를 통해 감시 지역의 작업자와 관제 시스템 간의 음성 통신도 가능하다.

또한 이동형 센서의 탑재를 통해 영상이 획득되는 위치의 화재 발생, 가스 누출, 누수 및 침입자 발생등의 위험 상황도 즉각적으로 감지할 수가 있다.

또한 감시 지역 곳곳에 설치된 고정형 센서와 연동하여 위험 상황이 발생한 곳으로 레일캠 로봇이 즉각 이동하여 현장 화면을 확보할 수도 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 레일캠 로봇을 이용한 감시 시스템을 설명하기 위한 도면.
도2는 도1에 도시된 레일부와 레일캠 로봇의 연결 구조를 설명하기 위한 도면.
도3은 도1에 도시된 레일캠 로봇의 구성을 설명하기 위한 도면.
도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레일캠 로봇을 이용한 감시 시스템을 설명하기 위한 도면.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하되, 발명의 요지와 무관한 일부 구성은 생략 또는 압축할 것이나, 생략된 구성이라고 하여 반드시 본 발명에서 필요가 없는 구성은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 결합되어 사용될 수 있다.

더불어 이하에서 설명하게 되는 각 구성부와 서버 및 시스템은 반드시 각각의 기능을 수행하는 독립적인 구성부나 서버로 이루어져야 하는 것은 아니며, 하나 이상의 프로그램 또는 하나 이상의 서버 또는 하나 이상의 시스템의 집합으로 구현되거나 일부가 공유될 수도 있음을 밝히는 바이다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 레일캠 로봇을 이용한 감시 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 설명의 편의를 위해 이하에서는 지하 공동구(10)에 레일부(40)와 레일캠 로봇(100)을 설치하고 관제 시스템(20)에서 감시 지역인 지하 공동구(10)를 감시할 수 있는 예를 도시하고 설명하겠지만, 본 발명의 실시예에 따른 레일캠 로봇을 이용한 감시 시스템은 반드시 지하 공동구(10)에서만 설치되어야 하는 것은 아니고, 감시 지역이 넓고 사각 지역이 많은 공장, 창고, 운동 시설물, 댐 등에 적용되어 사용될 수도 있음을 먼저 밝히는 바이다.

도1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 레일캠 로봇을 이용한 감시 시스템은 관제 시스템(20), 제2 PLC 모뎀(30), 레일부(40) 및 레일캠 로봇(100)을 포함한다.

관제 시스템(20)은 전기통신공사, 전력공사, 상수도공사, 지역난방공사 등 지하 공동구(10)를 관리 및 감시하는 기관에 설치된다. 여기서 하나의 관제 시스템(20)은 반드시 하나의 지하 공동구(10)와 연계되는 것은 아니며, 다수의 지하 공동구(10)로부터 감시 정보를 수신하여 통합 관리할 수 있다.

또한 관제 시스템(20)은 지하 공동구(10)에서 전송되는 감시 정보를 수신하고, 이를 기간 통신망을 이용하여 상위 기관(시청, 소방서 등)에서 운영하는 통합 운영 시스템으로 전송하는 로컬 서버를 지칭하거나, 이러한 로컬 서버와 통합 운영 시스템을 모두 포함하는 시스템으로 볼 수도 있다.

정리하면, 도1에 도시된 관제 시스템(20)은 관리자가 근무하면서 지하 공동구(10)를 원격에서 감시할 수 있는 곳에 설치된 것만을 말하는 것은 아니며, 지하 공동구(10)에서 전송하는 감시 정보를 수신하여 저장하거나 다른 통신망을 통해 필요한 곳으로 전송할 수 있는 등, 지하 공동구(10)에서 출력된 감시 정보를 수신한다는 넓은 관점에서 바라보아야만 한다.

따라서 관리 시스템과 제2 PLC 모뎀(30) 사이에는, PLC 모뎀에서 출력되는 감시 정보를 전송하기 위한 LAN선, 광 컨버터, 광 케이블 또는 라우터 등이 더 구비되어 있을 수도 있음을 명시하는 바이다.

제2 PLC 모뎀(30)은 지하 공동구(10)에 설치되는 레일부(40)의 전력선(42)과 연결되며, 전력선(42)으로부터 감시 정보를 추출하여 관제 시스템(20) 측으로 전송한다. 또한 제2 PLC 모뎀(30)은 관제 시스템(20)으로부터 수신되는 레일캠 로봇(100)을 제어하기 위한 제어 신호를 수신하여 전력선(42)에 실어 레일캠 로봇(100) 측으로 전송한다.

본원에서는 레일캠 로봇(100)이 전원과 연계되어 제어신호를 수신하고, 레일캠 로봇(100)에서 획득한 감시 정보를 관제 시스템(20) 측으로 전송하기 위해 전력선 통신(PLC, Power Line Communication) 방식을 사용한다.

전력선 통신이란 전원을 공급하기 위해 기존에 배선되어 있는 전력선(42)을 이용하여 의미를 가지는 데이터를 송수신할 수 있는 기술을 말한다. 즉, 전력선 통신 기술을 이용하면 전력선(42)을 통해 전원 공급과 함께 데이터를 송수신할 수 있기 때문에, 별도의 제어케이블이나 데이터케이블은 필요하지 않다.

이때 데이터를 변조하여 전력선(42)에 싣거나, 전력선(42)에 실린 데이터를 수신하여 복조해 내기 위한 PLC 모뎀이 필요하다.

이를 위해 지하 공동구(10)의 출력단에 제2 PLC 모뎀(30)이 구비되어 있는 것이며, 레일부(40)를 타고 이동하는 레일캠 로봇(100)에도 전력선 통신을 위한 제1 PLC 모뎀(145)이 구비되어 있다.

레일부(40)는 지하 공동구(10) 내의 천정을 따라 감시가 필요한 지역까지 연결되어 설치된다. 실시하기에 따라 레일부(40)는 지하 공동구(10) 내의 측면이나 바닥에 설치될 수도 있음이다.

이러한 레일부(40)는 레일캠 로봇(100)이 타고 이동할 수 있는 이동레일(41)과, 레일캠 로봇(100)에 전원을 공급하는 전력선(42)과, 이동레일(41) 및 전력선(42)을 보호하는 절연 케이스(43)로 이루어진다.

도2는 이러한 레일부(40)와 레일캠 로봇(100)의 연결 관계를 설명하기 개략적인 단면도이다. 도2에 도시된 바와 같이 레일부(40)의 절연 케이스(43)는 단면의 형상이 대략 직사각형이고 하부 중앙은 개방되어 있다.

이러한 절연 케이스(43)의 내측 상부를 따라 2열의 이동레일(41)이 평행하게 연장되어 설치되어 있다. 이동레일(41)은 레일캠 로봇(100)의 구동모터(105)의 작동에 의해 축(115)을 기준으로 회전하는 구동기어(120)와 밀착하고 있으며, 구동기어(120)의 톱니와 맞물린 상태에서 구동기어(120)가 회전할 시 레일캠 로봇(100)이 이동할 수 있도록, 구동기어(120)의 톱니에 대응하는 돌기가 형성되어 있다. 또한 이동레일(41)은 구동기어(120)와의 마찰에 의한 소음을 최소화하기 위해 고무 재질로 제작될 수 있다.

절연 케이스(43)는 전력선(42)이 노출되지 않도록 하여 지하 공동구(10) 내의 작업자가 전력선(42)을 건드려 감전되는 것을 방지하기 위해 마련된다.

전력선(42)은 절연 케이스(43)의 내측 하단, 즉 절연 케이스(43) 하부의 개방된 부분 양측으로 2열로 평행하게 배치된다. 이러한 전력선(42) 위에 전도체의 롤러(130)가 밀착되어 구를 수 있고, 롤러(130)와 연계된 전력 프레임(125)이 레일캠 로봇(100) 내의 전원 공급부(140) 및 제1 PLC 모뎀(145)과 연계된다. 여기서 전력 프레임(125) 둘레에는 절연 커버(135)가 씌어져 있다.

이러한 레일부(40)는 지하 공동구(10) 내에 설치하는 작업의 편의를 위해 일정한 길이, 예컨대 3미터의 길이로 제작되어, 각 레일부(40)의 이동레일(41)과 전력선(42)들이 상호 연결되도록 설치된다.

도3은 레일부(40)를 따라 이동할 수 있도록 설치된 레일캠 로봇(100)의 기능 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 레일캠 로봇(100)은 레일부(40)의 이동레일(41)을 따라 레일캠 로봇(100)을 이동시키기 위한 구동수단인 구동모터(105), 구동 프레임(110), 축(115) 및 구동기어(120)와, 레일부(40)의 전력선(42)과 전기적인 연결 상태를 유지하기 위한 전력 프레임(125), 롤러(130) 및 절연 커버(135)와, 레일캠 로봇(100) 본연의 기능 수행을 위한 전원 공급부(140), 제1 PLC 모뎀(145), 촬영부(150), 영상 처리부(155), 제어부(160), 배터리(165), LED 램프(170), 이동형 센서(175), 스피커(180), 마이크(185), 음성 처리부(190) 및 센싱 정보 수신부(195)를 포함한다.

구동모터(105)는 레일부(40)의 이동레일(41)과 밀착된 구동기어(120)와 구동 프레임(110)을 통해 연결되며, 구동모터(105)의 동력이 구동 프레임(110) 끝의 축(115)을 통해 전달되어, 축(115)의 회전으로 구동기어(120)가 회전하게 된다. 여기서 레일캠 로봇(100)이 이동할 시 어느 한쪽으로 기울어지는 것을 방지하기 위해, 구동기어(120)는 레일캠 로봇(100)의 전방과 후방에서 각각 이동레일(41)과 밀착되어 있으며, 각각의 축(115)과 구동 프레임(110)이 각각의 구동모터(105)를 통해 동력을 전달받을 수가 있다. 따라서 제어부(160)에 의해 구동모터(105)가 작동하면 구동기어(120)가 회전하면서 구동기어(120)의 톱니가 이동레일(41)의 돌기를 밀어 전진 또는 후진이 가능하다.

여기서, 레일부(40)의 이동레일(41)을 따라 레일캠 로봇(100)을 이동시키기 위한 구동수단이 반드시 도면에 도시된 것으로 구현되어야 하는 것은 아니다. 즉, 구동모터(105)의 동력을 전달하는 동력 전달 수단이 구동 프레임(110) 내에 구현되어, 동력전달 수단을 통해 전달된 동력이 축(115)을 회전시켜 구동기어(120)를 회전시킬 수도 있고, 또는 구동 프레임 끝단에 구동모터가 축과 직접 연결되어 설치되고 구동 프레임을 따라 연결된 전원 케이블에 의해 구동모터가 작동하여 축 및 구동기어를 회전시킬 수도 있으며, 또는 구동기어 내에 인휠모터가 장착되고, 구동 프레임과 축을 따라 연결된 전원 케이블에 의해 인휠모터가 작동하여 구동기어를 회전시키도록 구현할 수도 있는 것이다.

전력선(42) 상에 밀착된 롤러(130)는 자체 회전은 하지 않으며, 구동기어(120)의 회전에 의해 레일캠 로봇(100)이 이동할 시, 전력선(42) 상의 롤러(130)도 밀착을 유지한 상태로 이동하게 된다. 따라서 롤러(130) 및 롤러(130)와 연계된 전력 프레임(125)은 전력선(42)과 항상 전기적인 연결 관계를 유지하게 된다.

여기서, 레일캠 로봇(100)의 전력 프레임(125)이 전력선(42) 상에서 이동하면서도 전기적 연결 상태를 유지하기 위한 방식으로 반드시 롤러(130)를 이용해야만 하는 것은 아니다. 즉, 전력 프레임(125) 끝단에 전력선(42)과 마찰을 일으키며 이동하면서 전기적 연결 상태를 유지시킬 수 있도록 하는 전도성 마찰 부재를 달아놓아 전력선(42)에 밀착한 상태로 이동하도록 구현할 수도 있다.

전원 공급부(140)는 전력 프레임(125)을 통해 전력선(42)으로부터 AC 전원을 공급 받아 DC 전원으로 변환하여 레일캠 로봇(100)의 각 구성부에서 필요한 전원을 공급한다. 이러한 전원 공급부(140)는 스위칭 방식 전원 공급 장치(SMPS, Switching Mode Power Supply)로 구현될 수 있다.

제1 PLC 모뎀(145)은 전력 프레임(125)을 통해 전력선(42)과 연계되어, 관제 시스템(20) 측에서 전송해오는 제어 신호를 복조하여 제어부(160)로 출력하며, 촬영부(150)에서 획득한 영상 데이터를 포함하는 감시 정보를 변조하여 전력선(42)에 실어 보낸다.

제1 PLC 모뎀(145)에서 영상 데이터를 변환하는 방식으로는 멀티 캐리어(Multi-Carrier) 방식을 사용한다.

멀티 캐리어(Multi-Carrier) 방식에서는 채널의 대역폭이 OFDM(Orthogonal Frequency Division Modulation) 방식으로 여러 개의 캐리어(carrier)로 구성되어 있다. OFDM 방식은 각각 다른 전송 주파수를 가진 N개의 독립적으로 변조된 채널로 구성이 되어 있다. 만약, 각각의 전송주파수를 적절하게 선택을 하면 여러 개의 캐리어(carriers)는 서로에게 영향을 주지 않게 된다. 이러한 방식으로 변조를 하여 전력선(42)에 영상데이터를 전송하며 역순으로 데이터를 검출해 내는 것이다.

그리고, 채널 액세스(Channel Access) 방법으로는 CSMA/CDCA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection Collision Avoidance) 방식을 사용한다. CSMA/CDCA 방식은 용어 그대로 해석하면 다중접속방식 및 충돌회피 기능이라고 설명할 수 있다.

전력선 통신은 이런 채널 액세스 방식을 주로 사용하는데, 그 이유는 다른 유선통신과 다르게 같은 선로에서 동시 다발적으로 송수신 데이터를 실어 보내기 때문이다.

일반 유선통신은 서로 다른 선로를 이용하여 송수신을 별도로 하지만, 전력선 통신은 그렇게 할 수가 없기 때문에 필연적으로 충돌을 회피할 수 있는 방식을 이용한다.

즉, CDMA의 고유 알고리즘 자체가 보내고자 하는 데이터가 있으면 보낼 선로의 데이터 사용 유무를 항상 모니터링을 하고 있다가 선로에 데이터가 없으면 보내고자 하는 데이터를 그때 실어 보내게 된다.

결론적으로, 이런 방식을 이용하는 궁극적인 이유는 새롭게 선로(전용선)를 포설하지 않아도 된다는 전력선 통신의 가장 큰 장점을 이끌어내기 위한 것이다.

제2 PLC 모뎀(30)에서 전력선(42)을 통해 데이터를 송수신하는 과정 역시 제1 PLC 모뎀(145)의 방식과 같다.

한편 제1 PLC 모뎀(145) 및 제2 PLC 모뎀(30)은 안정된 전력선 통신을 위해 교류 정현파 파형에서 노이즈가 가장 적은 영(Zero) 전위점을 검출하는 기능과, 전력선(42)과의 집적 접촉에 의한 과도전류로부터 구성들을 보호하고, 데이터를 싣고 내리는 커플링 기능을 수행하는 구성을 더 포함할 수도 있다.

촬영부(150)는 레일캠 로봇(100)의 전방에 설치되어, 레일캠 로봇(100)이 이동하여 위치한 곳의 영상 데이터를 획득한다.

촬영부(150)에서 획득한 영상 데이터는 영상 처리부(155)에서 압축되고, 제1 PLC 모뎀(145)을 통해 전력선(42)에 실리게 된다. 여기서 영상 처리부(155)는 촬영부(150)에서 획득한 아날로그 영상 데이터를 디지털 영상 데이터로 변환한 이후 압축하는 기능을 수행할 수도 있다.

제어부(160)는 관제 시스템(20) 측에서 전송되어 제1 PLC 모뎀(145)에서 추출된 제어신호에 따라, 또는 기 저장되어 있는 프로그래밍에 따라 레일캠 로봇(100)의 기능 동작을 제어하기 위해 마련된다.

즉, 제어 신호에 따라 또는 프로그래밍에 따라 구동모터(105)를 작동시켜 레일캠 로봇(100)이 특정 위치로, 또는 일정 구간을 왕복 이동하도록 제어한다.

또한, 촬영부(150)에서 영상을 획득하면 영상 처리부(155)를 통해 획득한 영상 데이터를 압축하도록 하고, 이러한 영상 데이터와 다른 정보 획득부에서 획득한 정보들을 포함하는 감시 정보를 제1 PLC 모뎀(145)을 통해 전력선(42)에 실리도록 제어한다.

따라서 레일캠 로봇(100)이 이동하면서 획득한 영상 데이터를 포함하는 감시 정보는 전력선(42)을 통해 지하 공동구(10)의 출력단 측인 제2 PLC 모뎀(30)으로 전송되고, 제2 PLC 모뎀(30)은 전력선(42)으로부터 감시 정보를 추출하여 관제 시스템(20) 측으로 전송함으로써, 관제 시스템(20)에서는 모니터(21)를 통해 지하 공동구(10) 내의 상황을 감시할 수가 있는 것이다.

이러한 본원 발명의 실시예와는 다르게, 감시 카메라를 이동시킬 수 있는 다른 방식이 고려될 수도 있다. 예컨대, 지하 공동구에 레일을 설치하고 카메라가 이동하면서 영상을 획득하되, 카메라를 따라 케이블이 연결되어 따라다닐 수 있도록 하는 것이다.

하지만 이러한 방식에서는 이동하는 카메라에 전원을 공급하고 관제 시스템 측으로 영상 데이터를 전송하기 위해 전원케이블과 데이터케이블 및 카메라를 제어하기 위한 제어케이블 등 다수의 케이블들이 카메라에 연결되어 따라 다녀야만 한다. 따라서 이러한 케이블들이 늘어뜨려지는 것을 방지하기 위한 케이블가드가 레일과 함께 추가로 설치되어야 하고, 케이블을 감기위한 케이블드럼도 카메라에 장착되어야만 하는 불리함도 있다. 더군다나 케이블들이 감기고 풀어지면서 쉽게 열화되기 때문에, 케이블의 교체도 수시로 이루어져야 하는 문제점도 있다.

그러나 본원 발명의 실시예에 따르면, 레일캠 로봇(100)에 전원을 공급하기 위한 전원케이블이나, 레일캠 로봇(100)을 제어하는 제어신호를 전송하기 위한 제어케이블이나, 레일캠 로봇(100)에서 획득한 영상 데이터를 실어나르는 데이터케이블 등이 구비되지 않더라도, 전력선(42)을 통해 전원 공급과 정보의 송수신이 이루어질 수가 있다.

따라서 수 킬로미터 이상의 지하 공동구(10)라 하더라도 무거운 케이블을 감고 다닐 필요가 없으며, 케이블가드나 케이블드럼의 구성 역시 필요가 없게 된다.

한편 도1 내지 도3에 도시된 레일캠 로봇(100)을 이용한 감시 시스템에서는 지하 공동구(10) 내를 보다 효율적으로 감시하기 위한 구성들을 더 포함하고 있다.

즉 도3을 다시 참조하면, 레일캠 로봇(100)은 LED 램프(170)를 더 포함하고 있다. 즉 촬영부(150)를 통해 영상 데이터를 획득하는 상황에서 LED 램프(170)가 점등되도록 함으로써 어두운 지하 공동구(10) 내를 비춰주어 밝은 영상을 확보할 수가 있는 것이다.

또한, 레일캠 로봇(100)은 전원 공급부(140)에서 출력된 DC 전원에 의해 충전 상태를 유지하는 배터리(165)를 더 포함하고 있다. 따라서 정전이 발생하여 전력선(42)을 통해 전원 공급이 차단되면, 배터리(165)에 충전된 전원으로 레일캠 로봇(100)의 다른 구성들에 전원이 공급되도록 함으로써 감시 동작이 멈추는 것을 예방할 수가 있는 것이다.

물론 정전 상황은 오랜 시간동안 지속될 수도 있는 것이기 때문에, 레일캠 로봇(100)의 제어부(160)는 전력선(42)을 통한 전원 공급이 차단되는 것이 확인되면 배터리(165)에 충전된 전원으로 구동모터(105)를 작동시켜 레일캠 로봇(100)이 미리 지정된 위치로 이동하여 대기 상태를 유지하도록 할 수 있다.

또한, 레일캠 로봇(100)은 이동형 센서(175)를 더 포함할 수 있다. 이동형 센서(175)는 화재 발생을 감지하거나, 가스 누출을 감지하거나, 누수를 감지하거나, 움직임 동작을 감지하는 하나 이상의 센서를 포함한다.

즉 레일캠 로봇(100)이 이동하면서 특정 지점의 화재 발생, 가스 누출, 누수 및 침입자 발생 등의 특정 상황을 감지할 수 있는 것이며, 이렇게 감지한 센싱 정보는 영상 처리부(155)에서 압축된 영상 데이터와 함께 전력선(42)을 통해 실어서 관제 시스템(20) 측으로 보내어지는 것이다. 따라서 관제 시스템(20)은 감시 지역의 영상뿐만 아니라 센싱 정보를 통해 화재 발생, 가스 누출, 누수 및 침입자 발생 등의 상황도 즉각 확인할 수가 있어서 초동 대처가 가능한 것이다.

또한 레일캠 로봇(100)의 제어부(160)는 이동형 센서(175)를 통해 특정 위치에서 위험 상황이 발생한 것을 확인하면 이동을 멈추고 해당 지역의 영상을 지속적으로 촬영하도록 할 수도 있다.

한편 레일캠 로봇(100)은 스피커(180), 마이크(185) 및 음성 처리부(190)를 더 포함함으로써, 레일캠 로봇(100)이 위치한 곳의 음성을 관제 시스템(20)에서 들을 수 있도록 하거나, 위험이 발생한 곳에 경고음을 출력하도록 할 수 있다.

예컨대, 이동형 센서(175)를 통해 침입자가 발생한 것을 확인하였을 경우, 제어부(160)는 음성 처리부(190)를 제어하여 기 저장되어 있는 경고음을 스피커(180)를 통해 출력되도록 할 수 있는 것이다.

또한 이동형 센서(175)를 통해 화재 발생이나 가스 누출 등의 상황을 감지하였을 경우에도 스피커(180)를 통해 경고음을 출력하도록 함으로써 지하 공동구(10) 내에서 작업을 하던 인부가 대피할 수 있도록 할 수 있다.

또, 지하 공동구(10) 내의 작업자와 관제 시스템(20) 간의 영상 및 음성 통신이 가능하도록 할 수도 있다. 즉, 인부들의 작업 현장에 레일캠 로봇(100)이 이동하여 지속적으로 영상을 획득하여 관제 시스템(20)으로 전송하되, 인부들이 말하는 음성을 마이크(185)를 통해 획득하면, 음성 처리부(190)에서 가공하여 제1 PLC 모뎀(145)에서 영상 데이터와 함께 전력선(42)을 통해 관제 시스템(20)으로 전송되도록 하고, 관제 시스템(20)의 관리자 음성이 전송되면 음성 처리부(190)를 통해 스피커(180)에서 출력되도록 함으로써, 관제 시스템(20)과 지하 공동구(10) 내의 작업 현장이 실시간으로 통신 연결이 되도록 하는 것이다.

여기서 레일캠 로봇(100)은 와이파이(Wi-Fi) 모듈(미도시)을 탑재하여, 와이파이를 통해 관제 시스템(20)과 레일캠 로봇(100) 간의 음성 정보 송수신이 이루어지도록 할 수도 있다. 이러한 레일캠 로봇(100)에 설치된 와이파이 모듈(미도시)을 통한 와이파이 통신 기능을 수행하기 위해 도4에서와 같이 와이파이 무선 신호를 증폭하여 전송할 수 있는 중계기(60)가 지하 공동구(10) 내의 다수 지점에 설치되어 있을 수 있다.

한편, 레일캠 로봇(100)은 센싱 정보 수신부(195)를 더 포함함으로써, 도4에 도시된 바와 같이 지하 공동구(10) 내에 설치된 고정형 센서(51,52)에서 감지한 센싱 정보를 수신하여 이를 관제 시스템(20) 측으로 전송할 수도 있다.

즉 도4에 도시된 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면을 참조하면, 지하 공동구(10) 내의 다수 지점에 화재 발생, 가스 누출, 누수, 또는 움직임 동작을 감지하는 고정형 센서(51,52)가 설치되어 있다.

따라서 레일캠 로봇(100)에 별도의 이동형 센서(175)가 설치되어 있지 않더라도, 레일캠 로봇(100)이 이동하면서 특정 고정형 센서(51,52) 인근에 위치하면, 고정형 센서(51,52)에서 감지한 센싱 정보를 레일캠 로봇(100)의 센싱 정보 수신부(195)를 통해 수신하여, 제1 PLC 모뎀(145)을 통해 전력선(42)으로 실어 관제 시스템(20) 측으로 전송함으로써, 지하 공동구(10) 내의 위험 상황을 관제 시스템(20)에서 확인할 수 있도록 하는 것이다. 여기서 고정형 센서(51,52)는 설치된 위치를 확인할 수 있는 고유ID 정보를 더 포함하여 레일캠 로봇(100) 측으로 전송할 수가 있다.

이때 고정형 센서(51,52)는 센서 네트워크 기술이 적용되어 고정형 센서(51,52)들끼리의 무선 통신 기능으로 센싱 정보가 관제 시스템(20)으로 전송되도록 할 수도 있다. 즉, 관제 시스템(20)으로부터 비교적 먼 곳에 설치된 고정형 센서(52)에서 감지한 센싱 정보는 무선으로 이웃하는 고정형 센서(51)로 전송되고, 이웃하는 고정형 센서(51)는 먼 곳에 설치된 고정형 센서(52)에서 수신된 센싱 정보와, 자체적으로 감지한 센싱 정보를 포함하여 다시 관제 시스템(20) 측으로 전송하는 것이다. 물론 이 경우 각 고정형 센서(51,52)는 센싱 정보와 함께 고유ID 정보를 더 포함하여 중계가 이루어지도록 함으로써, 상황을 감지한 위치가 어디인지 관제 시스템(20) 측에서 확인할 수 있도록 한다.

한편 고정형 센서(51,52)에서 획득한 센싱 정보는 고정형 센서(51,52)들의 센서 네트워크 기능 외에도 지하 공동구(10) 곳곳에 설치된 중계기(60)를 통해서도 관제 시스템(20) 측으로 전송되도록 할 수 있다.

즉 지하 공동구(10)에 설치된 중계기(60)는 고정형 센서(51,52)에서 획득한 센싱 정보를 중계하는 기능을 수행할 수도 있고, 레일캠 로봇(100)에 탑재된 와이파이 모듈(미도시)과의 통신 신호를 중계하는 기능을 수행할 수도 있는 것이다.

한편, 고정형 센서(51,52)의 설치로 인해 레일캠 로봇(100)을 위험 상황이 발생한 곳으로 즉시 이동시켜 현장 상황을 살펴보도록 구현할 수가 있다.

예컨대 레일캠 로봇(100)이 지하 공동구(10)의 출구와 가까운 곳에 위치해 있는 상태이고, 비교적 멀리 떨어진 곳의 고정형 센서(52)에서 침입자가 발생한 것을 감지하였다면, 센서 네트워크 기능 또는 중계기(60)를 통해 관제 시스템(20) 측으로 침입자가 발생하였다는 센싱 정보를 전송하게 되는데, 관제 시스템(20)에서 특정 위치에 침입자가 발생하였다는 사실을 인지하게 되면, 레일캠 로봇(100) 측으로 해당 위치로 이동하도록 하는 명령을 포함하는 제어신호를 송출하고, 레일캠 로봇(100)의 제어부(160)에서 이러한 제어신호를 수신하면 구동모터(105)를 작동시켜 해당 위치로 즉각 이동하여 현장의 상황을 영상으로 확보하고 스피커(180)를 통해 경고를 할 수 있는 것이다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면, 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 본 발명의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

10 : 지하 공동구
20 : 관제 시스템
21 : 모니터
30 : 제2 PLC 모뎀
40 : 레일부
41 : 이동레일
42 : 전력선
43 : 절연 케이스
51, 52 : 고정형 센서
60 : 중계기
100 : 레일캠 로봇
105 : 구동모터
110 : 구동 프레임
115 : 축
120 : 구동기어
125 : 전력 프레임
130 : 롤러
135 : 절연 커버
140 : 전원 공급부
145 : 제1 PLC 모뎀
150 : 촬영부
155 : 영상 처리부
160 : 제어부
165 : 배터리
170 : LED 램프
175 : 이동형 센서
180 : 스피커
185 : 마이크
190 : 음성 처리부
195 : 센싱 정보 수신부

Claims (6)

1. 정해진 구역 내를 감시하는 감시 시스템에 있어서,
   감시 지역에 설치되는 레일부;
   상기 레일부를 따라 이동하면서 획득한 영상 데이터를 포함하는 감시 정보를 관제 시스템 측으로 전송하는 레일캠 로봇;을 포함하되,
   상기 레일부는,
   상기 레일캠 로봇이 타고 이동할 수 있는 이동레일; 및
   상기 레일캠 로봇 측으로 전원을 공급하고 상기 레일캠 로봇과 관제 시스템 사이에 송수신되는 정보를 전송하는 전력선;을 포함하고,
   상기 레일캠 로봇은,
   상기 레일부의 이동레일을 따라 레일캠 로봇을 이동시키는 구동수단;
   상기 감시 지역의 영상 데이터를 획득하는 촬영부;
   상기 촬영부에서 획득한 영상 데이터를 상기 레일부의 전력선에 실어 보내는 PLC 모뎀;
   상기 구동수단, 촬영부 및 PLC 모뎀의 작동을 제어하는 제어부;
   상기 레일부의 전력선으로부터 AC전원을 공급받아 상기 구동수단, 촬영부, PLC 모뎀 및 제어부에 필요한 DC전원을 출력하는 전원공급부; 및
   상기 레일부의 전력선과 밀착된 상태를 유지하며 이동하는 롤러 또는 전도성 마찰 부재를 통해 상기 PLC 모뎀 및 상기 전원공급부가 상기 전력선과 전기적 연결 상태를 이동간에도 유지할 수 있도록 하는 전력 프레임;을 포함하는 것을 특징으로 하는 레일캠 로봇을 이용한 감시 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 레일캠 로봇의 구동수단은,
   상기 레일부의 이동레일과 접촉하여 회전할 수 있는 구동기어; 및
   상기 구동기어를 회전시키기 위한 동력을 발생시키는 구동모터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레일캠 로봇을 이용한 감시 시스템.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 레일캠 로봇은,
   상기 전원 공급부에서 출력되는 DC전원으로 충전되는 배터리;를 더 포함하고,
   상기 제어부는 상기 전력선을 통해 공급되는 전원이 차단되는 것이 확인되면, 상기 배터리에 충전된 전원으로 상기 구동수단을 작동하여 상기 레일캠 로봇이 기 지정된 위치로 이동할 수 있도록 제어하는 것을 특징으로 하는 레일캠 로봇을 이용한 감시 시스템.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 레일캠 로봇은,
   상기 감시 지역의 화재 발생, 가스 누출, 또는 동작을 감지하는 이동형 센서;를 더 포함하고,
   상기 제어부는 상기 촬영부에서 획득한 영상 데이터와 상기 이동형 센서에서 감지한 센싱 정보를 포함하는 감시 정보를 상기 레일부의 전력선에 실어 보내도록 상기 PLC 모뎀을 제어하는 것을 특징으로 하는 레일캠 로봇을 이용한 감시 시스템.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 감시 지역의 다수 지점에 설치되어 화재 발생, 가스 누출, 또는 동작을 감지하여 센싱 정보를 무선으로 출력하는 다수의 고정형 센서;를 더 포함하고,
   상기 레일캠 로봇은,
   상기 고정형 센서에서 출력되는 센싱 정보를 수신하는 센싱 정보 수신부;를 더 포함하며,
   상기 레일캠 로봇이 이동한 위치 인근의 고정형 센서로부터 출력되는 센싱 정보를 상기 센싱 정보 수신부에서 수신하면, 상기 제어부는 상기 센싱 정보 수신부에서 수신한 센싱 정보와 상기 촬영부에서 획득한 영상 데이터를 포함하는 감시 정보를 상기 레일부의 전력선에 실어 보내도록 상기 PLC 모뎀을 제어하는 것을 특징으로 하는 레일캠 로봇을 이용한 감시 시스템.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 레일부는,
   상기 이동레일 및 전력선을 보호하는 절연케이스;를 더 포함하고,
   상기 이동레일은 상기 레일캠 로봇의 구동기어에 형성된 톱니에 대응하는 돌기가 형성되어 상기 절연 케이스의 내측 상부를 따라 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 레일캠 로봇을 이용한 감시 시스템.

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