KR101310653B1 - 열화상 카메라를 이용한 빔（ｂｉｍ）기반 상황 인지 시스템 - Google Patents

열화상 카메라를 이용한 빔（ｂｉｍ）기반 상황 인지 시스템 Download PDF

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thermal imaging
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이강
이태관
양형준
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 열화상 카메라를 통해 측정된 객체의 표면온도 데이터와 BIM(Building information modeling)에 저장된 객체의 3차원 공간 정보 데이터를 활용하여 건축물의 실시간 실내 상황을 정확하고 신속하게 추론 및 인지하고 외부의 거주자에게 현재의 위험 상황이나 에너지 낭비 상황을 신속하고 알려줌으로써 위험 상황에 따른 피해를 미연에 방지할 수 있고 에너지 낭비를 최소화할 수 있는 열화상 카메라를 이용한 BIM 기반 무인 상황 인지 및 알림 시스템을 제공한다. 이를 위한 본 발명은 건축물 실내에 있는 객체의 표면온도를 측정하기 위한 열화상 카메라; 상기 열화상 카메라를 통해 측정된 객체의 표면온도 정보와 상기 열화상 카메라의 위치 정보 및 각도 정보를 BIM 공간 정보의 해당 객체 표면에 매칭시키고, 상기 매칭된 결과를 통해 상기 객체의 표면온도를 파악하여 건축물의 실내 상황을 자동으로 추론 및 인지하는 상황 추론부;상기 상황 추론부로부터 추론 및 인지된 객체의 현재 상황을 사용자에게 알려주는 상황 알림부; 및 건축물 실내에서 객체의 위치 변경이 이루어진 경우, 상기 객체의 위치 변경을 파악하여 상기 객체의 위치 정보를 갱신하는 객체위치 정보 갱신부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

열화상 카메라를 이용한 빔（ＢＩＭ）기반 상황 인지 시스템{Context awareness system based BIM using thermal image camera}
본 발명은 건축물 내에 설치된 다양한 객체에 대한 실시간 상황을 인지할 수 있는 무인 상황 인지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 열화상 카메라를 통해 실시간으로 측정된 객체의 열화상 데이터와 BIM(Building information modeling) 공간 정보 데이터를 활용하여 실내의 객체 상황을 보다 정확하고 신속하게 파악하여 사용자에게 알릴 수 있는 열화상 카메라를 이용한 BIM 기반 무인 상황 인지 시스템에 관한 것이다.
최근 들어 건축물의 에너지관리 및 위험상황 인지 등의 부가적인 서비스에 대한 요구가 증가함에 따라 주택, 사무실, 공장 등 장소에 구별 없이 무인 상황 인지 및 알림 시스템의 설치가 의무화되고 있다. 이는 다양한 가전제품과 주방제품이 개발되어 사람들의 삶이 나날이 편리해지고 있는 반면, 다양한 가전제품이나 주방제품들을 켜고 끄는 것을 일일이 관리하지 못하여 발생하는 에너지 낭비 또한 심해지고 있기 때문이다. 또한, 재실자의 불찰로 인해 아무도 없는 건물 실내에서 가스레인지나 오븐 등이 계속 켜져 있는 경우 큰 화재로 번져 막대한 재산피해와 인명피해가 발생하기도 한다.
기존의 무인 상황 인지 및 알림 시스템은 단지 건물 실내의 여러 곳에 설치된 디지털 온도계, 습도계 값을 이용하였기 때문에, 열원의 정확한 원인을 파악할 수 없다. 또한 건물 내에 설치된 객체 정보를 온도 정보와 관련지어 상황을 인식할 수도 없다. 따라서 주로 측정값의 한계치를 두는 방식으로 위험 상황을 파악하기 때문에 제한적인 상황의 파악만이 가능한 단점이 있었고, 그 또한 까다로운 상황 조건에 도달되기까지 오랜 시간이 걸리기 때문에 신속한 상황 파악이 불가능하고 상황이 악화되기 전에 미리 경고하여 조치하도록 하는 것이 불가능하였다. 일부 스마트 형 가전제품들이 작동상황을 외부에 있는 거주자에게 알려주는 기능을 제공하고 있으나 이는 개별적인 것으로 모든 가전제품들에 독립적으로 그런 기능이 포함되어 있어야 할 뿐 아니라 서로 간의 가구, 공간 상황을 통합하여 고려할 수 없다는 한계점이 있다.
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 열화상 카메라를 통해 스캔한 건축물 실내의 객체에 대한 표면온도 데이터와 BIM에 저장된 객체의 공간 정보 데이터를 활용하여 건축물의 실시간 실내 상황을 정확하고 신속하게 추론 및 인지하고 외부에 있는 거주자에게 위험 상황이나 에너지 낭비 상황을 신속하게 알려줌으로써, 위험 상황에 따른 피해를 미연에 방지할 수 있고 에너지 낭비를 최소화할 수 있는 열화상 카메라를 이용한 BIM 기반 무인 상황 인지 시스템을 제공하는 데에 있다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 열화상 카메라를 이용한 BIM 기반 상황 인지 시스템은, 건축물 실내에 있는 객체의 표면온도를 측정하기 위한 열화상 카메라; 상기 열화상 카메라를 통해 측정된 객체의 표면온도 정보와 상기 열화상 카메라의 위치 정보 및 각도 정보를 BIM 공간 정보의 해당 객체 표면에 매칭시키고, 상기 매칭된 결과를 통해 상기 객체의 표면온도를 파악하여 건축물의 실내 상황을 자동으로 추론 및 인지하는 상황 추론부; 상기 상황 추론부로부터 추론 및 인지된 객체의 현재 상황을 사용자에게 알려주는 상황 알림부; 및 건축물 실내에서 객체의 위치 변경이 이루어진 경우, 상기 객체의 위치 변경을 파악하여 상기 객체의 위치 정보를 갱신하는 객체위치 정보 갱신부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 열화상 카메라는 객체로부터 방출되는 적외선 열에너지를 측정하여 화상으로 표시해주는 열화상 카메라를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 열화상 카메라는 객체가 위치한 임의의 한 방향을 측정하도록 고정될 수 있다.
또는, 상기 열화상 카메라는 실내의 임의의 한 곳에 고정되어 상하좌우로 회전되는 팬틸트 유닛(Pan-tilt unit)에 설치될 수 있다.
또는, 상기 열화상 카메라는 실내에서 동선을 가지며 움직이는 자율주행장치에 설치되되, 상하좌우로 회전가능하게 설치될 수 있다.
한편, 상기 상황 추론부는 상기 팬틸트 유닛의 틸팅(tilting) 각도 정보와, 패닝(panning) 각도 정보, 및 상기 열화상 카메라를 통해 측정된 객체의 표면온도 정보를 BIM 공간 정보의 해당 객체 표면에 매칭하도록 처리될 수 있다.
그리고, 상기 자율주행장치의 이동 과정에서는 실내의 곳곳에 부착된 마커(marker), 센서, 자율주행장치 내에 저장된 3차원 모델 또는 기타 위치나 객체를인식할수 있는 방법을 활용하여 상기 열화상 카메라의 측정값, 실내위치 및 촬영각도 등을 파악하여 상기 열화상 카메라를 통해 측정된 객체의 열화상 정보와 함께 상황 추론부에 전달하도록 할 수 있다.
반면, 가스레인지, 냉장고, 에어컨, 수도꼭지 등과 같이 이동이 거의 없는 객체의 경우에는 자율주행장치가 상기와 같은 마커(marker) 없이도 BIM 공간 정보상의 해당 객체 위치 및 유형정보(등)와 열화상 카메라 측정값, 실내위치 정보 및 촬영각도 정보를 수집하여 상황 추론부에 보낼 수 있다. 이와 같이, 자율주행장치의 위치만 알게 되면 마커 없이 BIM 공간 정보 모델 데이터만으로도 객체의 실시간 상황을 파악할 수 있다.
또는, 상기 열화상 카메라에 무선랜을 설치하고 와이파이(Wi-Fi) 망을 이용하여 상기 열화상 카메라의 측정값, 실내위치 및 촬영각도 등을 파악하여 상기 열화상 카메라를 통해 측정된 객체의 열화상 정보와 함께 상황 추론부에 전달하도록 할 수 있다.
한편, 상기 상황 추론부에서는 실내의 화재 상황을 추론 및 인지함에 있어, 상기 상황 추론부에서 매칭된 결과를 통해 실내에 재실자의 유무, 취침 여부, 객체의 표면온도를 파악하여 상기 객체의 표면온도를 사전에 설정한 '화재인지온도'와 비교하고, 객체의 표면온도가 '화재인지온도' 이상인지 판단하여 최종적으로 화재가 발생했음을 인식하는 알고리즘을 통해 화재 상황을 추론 및 인지할 수 있다.
즉, 시스템이 외출 모드(mode)로 설정이 되어 있을 때, 주변보다 표면온도가 높은 객체가 있으면 불을 끄지 않고 외출하거나, 화재가 난 것으로 추론 및 인지할 수 있다. 단, 라디에이터나 기타 전자제품 중 평상시에도 주변 온도보다 높을 수 있는 객체들은 미리 시스템에 기준 온도를 높게 설정하여 잘못된 추론을 하지 않도록 할 수 있다.
또한, 상기 상황 추론부에서는 실내에 재실자의 유무, 취침 여부, 에어컨, 가스레인지, TV 등의 전원이 ON/OFF되는 객체의 현재 상황을 추론 및 인지함에 있어, 상기 상황 추론부에서 매칭된 결과를 통해 객체의 표면온도를 파악하여 측정된 객체의 표면온도가 전원이 ON/OFF되는 객체에 해당되는지 판단하고, 전원이 ON/OFF되는 객체에 해당될 경우 다시 객체의 표면온도가 해당 객체의 활동 표면온도 범위 내에 존재하는지 판단하여 최종적으로 해당 객체가 켜져 있음을 인식하는 알고리즘을 통해 전원이 ON/OFF되는 객체의 현재 상황을 추론 및 인지할 수 있다.
또한, 상기 상황 추론부에서는 실내에 재실자의 유무, 취침 여부, 창문, 창 등의 개폐되는 객체의 현재 개폐 상태를 추론 및 인지함에 있어, 먼저, 실내 온도가 실외 온도보다 높은지 판단하고, 다음으로, 실내 온도가 실외 온도보다 높을 경우 다시 객체 주변의 온도가 일정속도 이상으로 높아지는지 판단하고, 실내 온도가 실외 온도보다 낮을 경우 다시 객체 주변의 온도가 일정속도 이상으로 떨어지는지 판단하여 최종적으로 해당 객체가 열려 있음을 인식하는 알고리즘을 통해 개폐되는 객체의 현재 상황을 추론 및 인지할 수 있다.
아울러, 상기 실내 및 실외 온도나 상기 개폐되는 객체 주변의 온도를 측정함에 있어, 온도계 또는 기상정보를 추가적으로 활용하여 추론 및 인지할 수 있다.
한편, 상기 상황 알림부에서는 상기 상황 추론부를 통해 현재 상황이 긴급 상황으로 인지된 경우, 상황 인지 시스템과 연계된 사용자의 모바일 장치로 자동 알림을 수행할 수 있다.
이때, 상기 상황 알림부에서는 상기 상황 추론부로부터 추론 및 인지된 객체의 현재 작동 상태나 개폐 상태를 사용자의 모바일 장치의 화면상에 표시할 수 있다.
그리고, 상기 객체위치 정보 갱신부에서는, 사람에 의해 위치 변경이 가능한 객체에 마커(marker)를 붙이되, 상기 열화상 카메라가 객체의 표면온도 측정과 동시에 상기 마커를 인식하고 해당 객체의 위치 변경 상황을 파악하여 BIM 공간 정보에 저장된 해당 객체의 위치 정보 데이터를 갱신할 수 있다.
또한, 상기 자율주행장치는 가스레인지, 냉장고, 에어컨, 수도꼭지 등과 같은 이동이 거의 없는 객체에 대하여 BIM 공간 정보상의 해당 객체 위치 및 유형 정보와, 열화상 카메라 측정값, 실내위치 정보 및 촬영각도 정보를 수집하여 상황 추론부에 보내도록 구성할 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 열화상 카메라를 통해 스캔한 건축물 실내의 객체에 대한 표면온도 데이터와 BIM에 축적된 객체의 공간 정보 데이터를 매칭시켜 건축물의 실시간 실내 상황을 자동으로 추론 및 인지하고 위험 상황이나 에너지 낭비 상황을 외부의 거주자에게 신속하고 정확하게 알려줌으로써 재실자의 부주의에 의한 에너지 낭비를 줄이고 화재 같은 큰 사고를 미연에 방지하여 인명 피해 및 재산 피해를 최소화할 수 있다.
아울러, 사람에 의해 위치 변경이 수반될 수 있는 객체에 별도의 마커(marker)를 부착하고, 열화상 카메라가 객체의 표면온도 측정과 동시에 객체에 부착된 마커를 인식하여 해당 객체의 위치 변경 상황을 실시간으로 파악하고, BIM 공간 정보에 저장된 해당 객체의 위치 정보 데이터를 실시간으로 갱신하도록 함으로써, 객체의 위치변경이 수반된 경우에도 현재의 상황을 실시간으로 항상 정확하게 파악하여 사용자에게 알려줄 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 BIM 기반 상황 인지 시스템의 전체 구성 및 상황 인지 과정을 예시한 흐름도.
도 2는 본 발명의 열화상 카메라와 BIM에 저장된 3차원 공간 정보를 이용한 상황을 추론 과정을 보여주는 예시도.
도 3은 본 발명의 열화상 카메라가 설치되는 하나의 실시 예로서, 한 곳에 고정되어 상하좌우로 회전되는 팬틸트 유닛의 구조를 보여주는 예시도.
도 4는 본 발명의 열화상 카메라가 설치되는 또 하나의 실시 예로서, 실내에서 동선을 가지며 움직이는 자율주행장치의 구조를 보여주는 예시도.
도 5는 본 발명의 상황 추론부에서 실내의 화재 상황을 추론 및 인지하는 알고리즘.
도 6은 본 발명의 상황 추론부에서 실내 객체의 전원의 온/오프(ON/OFF) 상황을 추론 및 인지하는 알고리즘.
도 7은 본 발명의 상황 추론부에서 개폐되는 객체의 현재 개폐 상태를 추론 및 인지하는 알고리즘.
도 8은 본 발명의 객체위치 정보 갱신부에 의한 BIM 공간 정보의 모델 데이터 갱신 과정을 보여주는 예시도.
본 발명은 BIM 기술을 기반으로 하는 무인 상황 인지 및 알림 시스템을 제공한다. BIM(Building Information Modeling) 기술은 알려진 바와 같이 3D 가상세계에서 미리 건물정보를 데이터화하여 축적하고 이를 활용하여 건축물의 생애주기 동안 발생하는 설비 교환주기, 에너지 소비량, 단열성능 등 정보를 통합 관리하는 설계기술이다. 본 발명은 이러한 BIM에 데이터화된 객체의 공간 정보 데이터와 열화상 카메라를 통해 측정한 객체의 열화상 데이터를 활용하여 건축물의 실내 상황을 자동으로 추론 및 인지하여 사용자에게 위험 상황이나 에너지 낭비 상황을 신속하고 정확하게 알려줄 수 있는 BIM 기반 무인 상황 인지 시스템을 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 BIM 기반 무인 상황 인지 시스템의 전체적인 구성 및 상황의 추론 및 인지 과정을 예시한 흐름도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 BIM 기반 상황 인지 시스템은, 건축물 실내에 있는 객체(object)의 표면온도를 측정하기 위한 열화상 측정부(110)와, 상기 열화상 측정부(110)를 통해 측정된 객체의 표면온도 정보와 상기 열화상 측정부(110)의 위치 정보 및 각도 정보를 BIM 공간 정보의 해당 객체 표면에 매칭(matching)시키고, 상기 매칭된 결과를 통해 객체의 표면온도를 파악하여 건축물의 실내 상황을 자동으로 추론 및 인지하는 상황 추론부(130)와, 상기 상황 추론부(130)로부터 추론 및 인지된 객체의 현재 상황을 사용자에게 알려주는 상황 알림부(140)와, 건축물 실내에서 객체의 위치 변경이 이루어진 경우 상기 객체의 위치 변경을 파악하여 상기 객체의 위치 정보를 갱신하는 객체위치 정보 갱신부(150)를 포함하여 구성된다.
상기 열화상 측정부(110)는 실내의 객체로부터 방출되는 적외선 열에너지를 측정하여 화상으로 표시해주는 열화상 카메라를 포함한다. 이러한 열화상 카메라는 실내의 한 곳에 고정 설치되거나 또는 움직이도록 설치되어 실내에 있는 객체의 표면온도를 골고루 측정하게 된다.
상기 열화상 카메라(112)를 통해 측정될 수 있는 객체로는, 불은 다루는 화기제품(가스레인지, 오븐, 팬히터 등)이나 전원이 온/오프(ON/OFF)되는 전기제품(에어컨, 모니터, TV 등), 또는 개폐될 수 있는 개폐수단(창문, 창 등) 등이 포함될 수 있다.
또한, 상기 열화상 카메라(112)는 건물 실내의 임의의 한 방향을 측정할 수 있도록 움직이지 않게 고정 설치되거나, 실내의 한 곳에 고정되어 상하좌우 방향으로 일정각도 회전가능한 형태로 설치될 수도 있다. 또는, 열화상 카메라(112)가 실내를 일정 동선을 따라 움직이며 상하좌우로 회전되면서 객체의 표면온도를 측정하도록 설치될 수도 있다.
상기 상황 추론부(130)는 열화상 카메라(112)를 통해 측정된 객체의 표면온도 정보와 상기 열화상 카메라의 위치 정보 및 각도 정보를 BIM 공간 정보의 해당 객체 표면에 매칭(matching)시키고, 상기 매칭 결과를 토대로 해당 객체의 적외선 표면온도를 파악하여 BIM의 공간 정보와 객체 정보를 고려하는 소정의 알고리즘을 통해 건축물의 여러 실내 상황을 자동으로 추론 및 인지하게 된다.
그리고, 상황 알림부(140)에서는 상기 상황 추론부(130)로부터 추론 및 인지된 객체의 현재 상황, 예를 들어, 화재가 발생했거나, 가스레인지가 일정시간 이상 켜져 있는 것과 같은 긴급 상황이 인지된 경우, 시스템과 연계된 사용자의 모바일 장치로 자동으로 알려주게 된다.
이와는 별도로, 객체위치 정보 갱신부(150)에서는 건축물 실내에서 객체의 위치가 변경되어 기존의 BIM 데이터와 매칭이 이루어지지 않을 경우, 실제 변한 위치대로 BIM 데이터의 객체 정보를 갱신해주도록 한다. 이때. 사람에 의해 위치 변경이 가능한 객체는 표면에 마커(marker)를 부착함으로써, 열화상 카메라가 객체의 표면온도를 측정함과 동시에 상기 마커를 인식하여 해당 객체의 위치 변경 상황을 파악하고 BIM의 객체 위치 정보 데이터를 갱신하게 된다.
도 2는 본 발명의 열화상 카메라를 사용하여 측정된 객체의 표면온도 데이터와 BIM에 데이터화된 3차원 공간 정보를 매칭하여 현재 상황을 추론하는 과정을 예시한 것이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 BIM 기반 상황 인지 시스템은, 예컨대, 주방에 설치된 오븐, 가스레인지, 창문 등의 표면온도 변화를 열화상 카메라(112)를 통해 실시간 스캔하여 측정할 수 있다. 그리고, 상기 열화상 카메라(112)의 측정을 통해 얻어진 각 객체별 열화상 데이터의 각 픽셀 값과 상기 열화상 카메라(112)가 위치한 위치 정보 값, 화상 각도 값 등을 BIM 공간 데이터 및 객체 데이터와 실시간 매칭하고, 이 매칭된 결과를 통해 해당 객체의 종류와 상대적 공간 위치를 열화상 표면 온도 데이터와 통합 고려하여 객체의 표면온도를 파악하고, 오븐 및 가스레인지가 켜져있는 상황이나 창문이 열려 있는 상황 등과 같은 건물의 실내 상황을 자동으로 추론 및 인지하게 된다.
한편, 도 3은 본 발명에 따른 열화상 카메라(112)의 하나의 설치 예로서 건물 실내의 한 장소에 설치되는 팬틸트 유닛의 구조를 보여주고 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 열화상 카메라(112)는 실내의 임의의 한 곳에 고정되는 팬틸트 유닛(Pan-tilt unit)상에 설치될 수 있다. 이때, 상기 팬틸트 유닛은 상하방향으로 일정각도 틸팅(tilting) 가능한 한편 좌우방향으로 패닝(panning) 가능한 구조로 이루어져 있다. 이에 따라, 상기 팬틸트 유닛(210)에 설치된 열화상 카메라(112)는 실내의 한 곳에 고정된 상태에서 상하좌우 방향으로 일정각도 회전되면서 객체의 표면온도를 측정하게 된다. 이와 함께, 상기 팬틸트 유닛(210)에는 열화상 카메라(112)의 틸팅(tilting) 각도 및 패닝(panning) 각도를 검출할 수 있는 별도의 센서가 구비되어 있다. 이와 같이, 본 발명의 열화상 카메라(112)는 상하좌우 방향으로 일정각도 회전되며 촬영할 수 있는 패트롤(patrol) 기능이 갖추어져 있기 때문에 열화상 카메라(112)를 통해 실내를 효과적으로 모니터링(monitoring)하며 실내의 표면온도를 측정할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 열화상 카메라(112)의 또 다른 설치 예로서, 실내에서 동선을 가지며 움직이는 자율주행장치에 설치되는 예를 보여주고 있다. 본 발명의 열화상 카메라(112)가 설치되는 자율주행장치(220)로는, 또 4에서 보는 것과 같은, 일반적으로 상품화되어 있는 가정용 로봇청소기의 구조가 채택될 수 있다. 이와 같은 자율주행장치(220)는 실내의 바닥을 일정한 동선으로 자율 이동하도록 되어 있는 바, 이러한 자율주행장치(220)에 열화상 카메라(112)를 상하방향 회전가능한 구조로 설치함으로써, 자율주행장치(220)가 실내의 곳곳을 따라 움직이면서 동시에 열화상 카메라(112)를 상하좌우로 회전시켜 객체가 위치한 실내 공간을 효과적으로 측정할 수 있다. 이때, 상기 자율주행장치(220)의 이동 과정에서는 실내의 곳곳에 부착된 마커(marker)를 열화상 카메라(112)로 인지하여 상기 열화상 카메라(112)의 측정값, 실내위치 및 촬영각도 등을 파악하여 상기 열화상 카메라(112)를 통해 측정된 객체의 열화상 정보와 함께 상황 추론부(130)에 전달하도록 구성할 수 있다. 또는, 상기 열화상 카메라(112)에 무선랜을 설치하고 와이파이(Wi-Fi) 망을 이용하여 상기 열화상 카메라(112)의 측정값, 실내위치 및 촬영각도 등을 파악하여 상기 열화상 카메라(112)를 통해 측정된 객체의 열화상 정보와 함께 상황 추론부(130)에 전달하도록 구성할 수도 있다.
한편, 도 5는 상황 추론부(130)에서 매칭된 결과를 토대로 상황 추론부(130)에서 실내의 현재 상황을 추론 및 인지하는 과정을 예시한 것으로, 특히, 실내의 화재 상황을 추론 및 인지하는 알고리즘을 보여주고 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 상황 추론부(130)에서는 실내의 화재 상황을 추론 및 인지함에 있어, 열화상 카메라(112)를 통해 측정된 열화상 데이터와 BIM의 공간 정보 및 객체 정보 데이터를 매칭한 결과를 통해 해당 객체의 표면온도를 파악하여, 상기 객체의 표면온도와 사전에 설정한 '화재인지온도'(S301)를 비교한 다음, 객체의 표면온도가 '화재인지온도' 이상인지 판단하여(S302), 객체의 표면온도가 '화재인지온도' 이상이면 최종적으로 화재가 발생했음을 인식(S303)하는 알고리즘을 통해 화재 상황을 추론 및 인지할 수 있다. 예컨대, 상황 인지 시스템이 외출 모드(mode)로 설정이 되어 있을 경우, 주변보다 표면온도가 높은 객체가 있으면 불을 끄지 않고 외출하거나 화재가 난 것으로 추론 및 인지할 수 있다. 단, 라디에이터나 기타 전자제품 중 평상시에도 주변 온도보다 높을 수 있는 객체들은 미리 시스템에 기준 온도를 높게 설정하여 잘못된 추론을 하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 도 6은 실내의 객체가 전원 온/오프(ON/OFF) 가능한 객체일 경우, 상황 추론부(130)를 통해 실내의 현재 상황을 추론 및 인지하는 과정을 보여주는 알고리즘으로서, 도 6에서 보는 것과 같이, 상황 추론부(130)에서 에어컨, 가스레인지, TV 등과 같은 전원이 온/오프(ON/OFF)되는 객체의 현재 상황을 추론 및 인지함에 있어, 상황 추론부(130)에서 매칭된 결과를 통해 객체의 표면온도를 파악한 후, 먼저, 측정된 객체의 표면온도가 전원이 ON/OFF되는 객체에 해당되는지 판단하고(S311), 전원이 ON/OFF되는 객체에 해당될 경우 다시 객체의 표면온도가 해당 객체의 활동 표면온도 범위 내에 존재하는지 판단하여(S312), 최종적으로 해당 객체가 켜져 있음을 인식(S313)하는 알고리즘을 통해 전원이 ON/OFF되는 객체의 현재 상황을 추론 및 인지할 수 있다.
또한, 도 7은 창문, 창 등과 같은 개폐가능한 객체의 현재 개폐 상태를 상황 추론부(130)를 통해 추론 및 인지하는 과정을 예시한 알고리즘으로서, 도 7에 도시한 바와 같이, 창문, 창 등의 개폐되는 객체의 현재 개폐 상태를 추론 및 인지함에 있어, 상황 추론부(130)에서는 먼저, 실내 온도가 실외 온도보다 높은지 판단하고(S321), 다음으로, 실내 온도가 실외 온도보다 높을 경우 다시 객체 주변의 온도가 일정속도 이상으로 높아지는지 판단하고(S322), 실내 온도가 실외 온도보다 낮을 경우 다시 객체 주변의 온도가 일정속도 이상으로 떨어지는지 판단하여(S323), 최종적으로 해당 객체가 열려 있음을 인식(S324)하는 알고리즘을 통해 개폐되는 객체의 현재 상황을 추론 및 인지할 수 있다. 이때, 상기 실내 및 실외 온도나 상기 개폐되는 객체 주변의 온도를 측정함에 있어, 온도계 또는 기상정보를 추가적으로 활용하여 추론 및 인지할 수 있다.
한편, 상황 알림부(140)에서는 상기 상황 추론부(130)를 통해 추론 및 인지된 결과, 현재 상황이 긴급 상황으로 인지된 경우, 상황 인지 시스템과 연계된 사용자의 모바일 장치로 긴급 상황을 자동으로 알려주는 자동 알림 기능을 수행한다. 이때, 상기 상황 알림부(140)에서는 상황 추론부(130)로부터 추론 및 인지된 객체의 현재 작동 상태나 개폐 상태를 사용자의 모바일 장치의 화면상에 표시함으로써, 사용자가 현 상황을 쉽게 파악하도록 할 수 있다.
그리고, 도 8은 본 발명의 객체위치 정보 갱신부(150)에 의한 BIM 공간 정보의 모델 데이터 갱신 과정을 보여주는 예시도이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 먼저, 실내의 객체 중 사람에 의해 위치 변경이 가능한 객체(예컨대, TV 모니터)에 열화상 카메라(112)로 인식할 수 있는 일정 형태의 마커(marker)를 붙인다. 그리고, 객체위치 정보 갱신부(150)에서는 열화상 카메라(112)를 통해 객체의 표면온도를 측정함과 동시에 객체에 부착된 마커를 인식하고 해당 객체의 위치 변경 상황을 파악하여 BIM 공간 정보에 저장된 해당 객체의 위치 정보 데이터를 갱신함으로써 새로운 모델 데이터로 변경 적용하게 된다. 이와 같이, 본 발명의 객체위치 정보 갱신부(150)에서는 사람이 임의로 몇몇 객체를 움직여서 기존의 BIM 데이터와 실제 위치가 달라질 때, 실제 변한 위치대로 BIM 데이터의 객체 정보를 자동으로 갱신하도록 함으로써, 객체의 위치변경이 수반된 경우에도 현재의 상황을 실시간으로 항상 정확하게 인지 및 파악하여 사용자에게 긴급상황을 알려줄 수 있다.
반면, 가스레인지, 냉장고, 에어컨, 수도꼭지 등과 같이 이동이 거의 없는 객체의 경우에는 자율주행장치가 상기와 같은 마커(marker) 없이도 BIM 공간 정보상의 해당 객체 위치 및 유형정보(등)와 열화상 카메라 측정값, 실내위치 정보 및 촬영각도 정보를 수집하여 상황 추론부에 보낼 수 있다. 이와 같이, 자율주행장치의 위치만 알게 되면 마커 없이 BIM 공간 정보 모델 데이터만으로도 객체의 실시간 상황을 파악할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 건물 실내의 각종 객체(예컨대, 가정용 전자전기제품, 주방가구, 창문 등)의 표면 온도 변화를 열화상 카메라(112)를 통해 실시간 스캔하여 얻어진 열화상 데이터의 각 픽셀 값과 실내위치 추적 및 객체 추적 기술에 의해 얻어지는 열화상 카메라(112)의 위치 정보 값, 화상 각도 값 등을 토대로 BIM 공간 데이터 및 객체 데이터와 실시간 매칭하고, 이를 통해 객체의 종류와 상대적 공간위치를 열화상 표면 온도 데이터와 통합 고려하여 더욱 정확하고 신속하게 상황을 파악함으로써, 재실자의 부주의에 의한 에너지 낭비를 줄이고 화재 같은 큰 사고를 미연에 방지하여 인명 피해 및 재산 피해를 최소화할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.
110 : 열화상 측정부 130 : 상황 추론부
140 : 상황 알림부 150 : 객체위치 정보 갱신부
210 : 팬틸트 유닛 220 : 자율주행장치

Claims (16)

  1. 건축물 실내에 있는 객체의 표면온도를 측정하기 위한 열화상 카메라;
    상기 열화상 카메라를 통해 측정된 객체의 표면온도 정보와 상기 열화상 카메라의 위치 정보 및 각도 정보를 BIM 공간 정보의 해당 객체 표면에 매칭시키고, 상기 매칭된 결과를 통해 상기 객체의 표면온도를 파악하여 건축물의 실내 상황을 자동으로 추론 및 인지하는 상황 추론부;
    상기 상황 추론부로부터 추론 및 인지된 객체의 현재 상황을 사용자에게 알려주는 상황 알림부; 및
    건축물 실내에서 객체의 위치 변경이 이루어진 경우, 상기 객체의 위치 변경을 파악하여 상기 객체의 위치 정보를 갱신하는 객체위치 정보 갱신부를 포함하며, 상기 상황 추론부에서는 실내의 화재 상황을 추론 및 인지함에 있어, 상기 상황 추론부에서 매칭된 결과를 통해 객체의 표면온도를 파악하여 상기 객체의 표면온도를 사전에 설정한 '화재인지온도'와 비교하고, 객체의 표면온도가 '화재인지온도' 이상인지 판단하여 최종적으로 화재가 발생했음을 인식하는 알고리즘을 통해 화재 상황을 추론 및 인지하고,
    상기 상황 추론부에서는 전원이 ON/OFF되는 객체의 현재 상황을 추론 및 인지함에 있어, 상기 상황 추론부에서 매칭된 결과를 통해 객체의 표면온도를 파악하여 측정된 객체의 표면온도가 전원이 ON/OFF되는 객체에 해당되는지 판단하고, 전원이 ON/OFF되는 객체에 해당될 경우 다시 객체의 표면온도가 해당 객체의 활동 표면온도 범위 내에 존재하는지 판단하여 최종적으로 해당 객체가 켜져 있음을 인식하는 알고리즘을 통해 전원이 ON/OFF되는 객체의 현재 상황을 추론 및 인지하며,
    상기 상황 추론부에서는 창문의 현재 개폐 상태를 추론 및 인지함에 있어,먼저, 실내 온도와 실외 온도를 비교하여, 실내 온도가 실외 온도보다 높을 경우 다시 객체 주변의 온도가 일정속도 이상으로 높아지는지 판단하고, 실내 온도가 실외 온도보다 낮을 경우 다시 객체 주변의 온도가 일정속도 이상으로 떨어지는지 판단하여 최종적으로 해당 객체가 열려 있음을 인식하는 알고리즘을 통해 개폐되는 객체의 현재 상황을 추론 및 인지하는 것을 특징으로 하는 열화상 카메라를 이용한 BIM 상황 인지 시스템
  2. 제1항에 있어서, 상기 열화상 카메라가 한 곳에 고정 설치되어 특정 객체만을 모니터링할 수 있는 열화상 카메라를 이용한 BIM 기반 상황 인지 시스템
  3. 제1항에 있어서, 상기 열화상 카메라가 한곳에 고정, 설치되었으나, 팬틸트유닛(Pan-tilt unit)이 있어 열화상 카메라가 상하좌우로 회전되는 것이 가능하여 특정 객체 및 주변상황인지가 가능한 열화상 카메라를 이용한 BIM 기반 상황 인지 시스템
  4. 제1항에 있어서, 상기 열화상 카메라가 실내를 자동으로 돌아다닐 수 있는 자율주행장치에 설치되어 실내 전체를 모니터링할 수 있는 것을 특징으로 하는 열화상 카메라를 이용한 BIM 기반 상황 인지 시스템
  5. 제3항에 있어서, 상기 상황 추론부는 상기 팬틸트 유닛의 틸팅(tilting) 각도 정보와, 패닝(panning) 각도 정보, 및 상기 열화상 카메라를 통해 측정된 객체의 표면온도 정보를 BIM 공간 정보의 해당 객체 표면에 매칭하는 것을 특징으로 하는 열화상 카메라를 이용한 BIM 기반 상황 인지 시스템
  6. 제4항에 있어서, 상기 자율주행장치의 이동 과정에서 실내의 곳곳에 부착된 마커(marker)를 통해 BIM 기반 상황 인지 시스템이 위치를 인지하여 상기 열화상 카메라의 측정값, 실내위치 및 촬영각도를 파악하여 상기 열화상 카메라를 통해 측정된 객체의 열화상 정보와 함께 상황 추론부에 전달하는 것을 특징으로 하는 열화상 카메라를 이용한 BIM 기반 상황 인지 시스템
  7. 제4항에 있어서, 상기 전원이 ON/OFF 되는 객체 및 개폐되는 객체는 상기 자율주행장치가 BIM 모델상의 객체 위치 및 유형정보와 열화상 카메라의 측정값, 실내위치 정보 및 촬영각도 정보를 수집하여 상황 추론부에 전달하는 것을 특징으로 하는 열화상 카메라를 이용한 BIM 기반 상황 인지 시스템
  8. 제5항에 있어서, 상기 열화상 카메라에 무선랜을 설치하고 와이파이(Wi-Fi) 망을 이용하여 상기 열화상 카메라의 측정값, 실내위치 및 촬영각도를 파악하여 상기 열화상 카메라를 통해 측정된 객체의 열화상 정보와 함께 상황 추론부에 전달하는 것을 특징으로 하는 열화상 카메라를 이용한 BIM 상황 인지 시스템
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서, 상기 실내 및 실외 온도나 상기 개폐되는 객체 주변의 온도를 측정함에 있어, 온도계 또는 기상정보를 추가적으로 활용하여 추론 및 인지하는 것을 특징으로 하는 열화상 카메라를 이용한 BIM 상황 인지 시스템
  13. 제1항에 있어서, 상기 상황 알림부에서는 상기 상황 추론부를 통해 현재 상황이 긴급 상황으로 인지된 경우, 상황 인지 시스템과 연계된 사용자의 모바일 장치로 자동 알림을 수행하는 것을 특징으로 하는 열화상 카메라를 이용한 BIM 상황 인지 시스템
  14. 제1항에 있어서, 상기 상황 알림부에서는 상기 상황 추론부로부터 추론 및 인지된 객체의 현재 작동 상태나 개폐 상태를 사용자의 모바일 장치의 화면상에 표시하는 것을 특징으로 하는 열화상 카메라를 이용한 BIM 상황 인지 시스템
  15. 제1항에 있어서, 상기 객체위치 정보 갱신부에서는,
    사람에 의해 위치 변경이 가능한 객체에 마커(marker)를 붙이되, 상기 열화상 카메라가 객체의 표면온도 측정과 동시에 상기 마커를 인식하고 해당 객체의 위치 변경 상황을 파악하여 BIM 공간 정보에 저장된 해당 객체의 위치 정보 데이터를 갱신하는 것을 특징으로 하는 열화상 카메라를 이용한 BIM 상황 인지 시스템
  16. 제4항에 있어서, 상기 자율주행장치는 상기 전원이 ON/OFF 되는 객체 및 개폐되는 객체에 대하여 BIM 공간 정보상의 해당 객체 위치 및 유형정보와, 열화상 카메라 측정값, 실내위치 정보 및 촬영각도 정보를 수집하여 상황 추론부에 보내는 것을 특징으로 하는 열화상 카메라를 이용한 BIM 상황 인지 시스템
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