KR101316662B1 - 대기 환경 모니터링을 위한 착용 플랫폼 및 이를 이용한 대기 오염 관리 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 착용하는 사람의 주변으로부터 측정한 공기질을 바탕으로 착용 당사자 또는 서비스 이용자의 건강과 안전을 지킬 수 있는 대기 환경 모니터링을 위한 착용 플랫폼에 관한 것으로, 대기 중 각종 가스의 농도를 센싱하는 센서 유닛; 센서 유닛에서 센싱된 주변 가스 농도가 위험 상황으로 판단되면 인간의 오감을 자극하여 대피할 수 있도록 경보하는 경보출력유닛; 및 현재 위치를 측정하는 GPS부를 통해 측정된 위치 데이터 및 상기 센서 유닛에서 센싱된 데이터를 무선 통신망을 통해 외부로 전송하고, 외부로부터 무선으로 데이터를 수신하여 상기 센서 유닛 및 경보 출력 유닛을 제어하는 컴퓨팅 모듈부를 구비한다.
착용 플랫폼, 대기 오염, 대기 관리, 대기 오염 관리 시스템
Description
본 발명은 대기 환경 모니터링 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 의류, 모자, 신발 등 착용할 수 있는 플랫폼을 이용하여 대기 환경을 모니터링하는 대기 오염 관리 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호:2008-F-048-02, 과제명:u-컴퓨팅 공간 협업을 위한 Wearable Personal Companion 기술개발].
일반적으로, 대기 오염은 대기 중에 인위적으로 배출된 오염 물질이 한가지 또는 그 이상이 존재하여 오염물질의 양, 농도 및 지속 시간이 해당지역의 불특정 다수에게 불쾌감을 주거나, 해당 지역에 공중 보건상 위해를 끼치고 인간이나 동물, 식물의 활동에 해를 주는 상태를 의미한다.
상기 대기 오염을 일으키는 물질은 크게 가스상 물질, 입자상 물질, 중금속 물질 그리고 악취 물질로 구분된다.
상기 가스상 물질은 일산화탄소, 암모니아, 황화수소, 이산화탄소 등이 있고, 상기 오존 입자상 물질은 분진, 매연, 재, 안개, 검댕, 연무질, 훈연, 액적, 박무, 연하, 공중 알레르기 등이 있으며, 상기 중금속 물질은 수은, 카드뮴, 납, 크롬, 구리, 니켈, 바나듐, 방사능 등이 있으며, 상기 악취 물질은 암모니아, 메틸메르캅탄, 황화수소, 황화메틸, 이황화메틸, 트리메틸아민, 아스트알데히드, 스티렌 등이 있다.
따라서, 국민 건강에 치명적인 영향을 가져다줄 수 있는 대기 공해 문제를 해결하기 위해서 도시 전역의 실시간 환경 정보 감시망 구축하여 지속적인 감시와 개선을 꾸준히 시행해오고 있지만, 현재 환경부에서 운영하는 대기 측정망 시스템은 일부 지역을 중심으로 이루어지고 있어 이용자 범위가 적은 한계가 있다. 이에 보다 전역적이면서 조밀한 범위까지 측정 가능한 솔루션이 요구되고 있으나 측정소 설치 및 운영 등 여러 가지 제약으로 쉽지 않은 형편이다. 이를 극복할 수 있는 새로운 형태의 측정시스템 개발을 통하여 다수의 국민에게 도움되도록 서비스를 확장할 필요가 있다.
또한, 산업 안전 관리 공단의 통계 자료를 보면 우리나라에서는 아직도 수많은 근로자가 산업 현장에서 질식 및 유해가스 중독으로 인하여 사망하고 있다. 맨홀, 오폐수 처리장, 저장 탱크 등과 같은 밀폐 공간 작업에서의 산소결핍으로 인한 질식이나, 유해 가스에 의한 중독사망이 대표적이다. 더운 여름철의 밀폐 공간은 미생물 번식이 활발해지면서 산소 결핍이나 부패로 인한 황하수소 등의 유해가스가 증가할 수 있는데, 작업 시 지켜야 할 안전수칙이 있음에도 필요한 안전조치 를 하지 않고 작업하기 때문에 유사한 사고가 반복되고 있다. 작업자의 안전의식을 개선하는 것도 중요하지만, 기존 단말 형태의 장비보다 착용하기 용이한 형태의 장비 개발을 통하여 사고를 예방하고 줄이도록 해야 할 것이다.
그리고, 중국, 몽골 등의 내륙에 있는 사막의 작은 모래나 황토가 우리나라로 날아 들어와 황사 공해를 발생한다. 최근 황사 발생 횟수가 늘고, 중국의 산업화 과정에서 생긴 많은 유해 물질이 황사와 함께 이동하면서 건강피해 우려를 낳고 있다. 한 연구결과에 따르면 황사가 아이들의 평소 호흡 기능을 10%이상 떨어뜨린 비율이 조사 대상의 20%인 것으로 나왔으며, 기침 증상과 코막힘 증상은 19%가 늘었으며, 목이 따갑고 아픈 증상은 28%나 늘었다.
한편, 2003년 새로 지은 한 초등학교 교실에서는 포름알데히드가 안전 기준치의 무려 6배가 넘게 검출되었다. 벽이나 바닥뿐만 아니라 새 책상이나 새 의자, 학습 도구 등에서도 휘발성 유기 화학 물질과 미세 먼지가 쏟아지면서, 아이들의 암, 아토피, 천식의 위험이 높아지고 있다. 하지만, 아이들과 부모가 떨어져 있는 시간이 많아 아이들이 오염 공기에 노출될 때마다 부모가 즉시 적절한 대처를 해주기 어렵다. 뿐만 아니라, 초등학교 고학년이라 할지라도 황사 및 공기 오염을 인지하여 대처하는데 어려움이 있다. 때문에, 착용형태의 장치개발을 통하여 아이들이 오염공기에 노출되었을 때 이를 부모에게 알릴 수 있고, 아이들에게도 적절한 대처요령을 안내할 수 있는 장치 개발이 요구되고 있다.
최근에는 국가적으로 환경 및 복지에 대한 관심이 높아지면서 국민의 건강과 안전을 지키기 위하여 IT기술을 이용한 환경 및 안전분야의 서비스도 증가하는 추세에 있다.
도 1은 종래의 USN을 이용한 대기오염 관리 시스템의 구성도이다.
종래의 USN을 이용한 대기오염 관리 시스템은, 도 1에 도시한 바와 같이, 크게 실시간 모니터링 대상(지역)(100)과, 상기 대상 지역 대기 오염 물질 배출 농도를 실시간 모니터링하는 USN(110)과, 측정 데이터와 상태 정보를 관제 센터(130)로 전송하는 유무선 통신망(120)과, 상기 관제 센터(130)로부터의 전송된 정보를 전달하거나, 해당 지역의 조치 사항 처리 데이터를 저장하는 메시지 센터(140)와, 상기 메시지 센터(140)와 서로간의 데이터를 송수신하는 사용자 단말기(150)와, 상기 사용자 단말기(150)를 이용하여 메시지를 전달받거나, 처리 내역을 전달하는 해당 지역 주민(160) 및 현장 작업자(170)로 구성된다.
상기 대기오염 관리 시스템을 구체적으로 설명하면, 대기 오염 물질 개별 배출 시설(102), 배출시설 밀집 단지(104), 인접 주거 환경 지역(106)으로 구분되는 실시간 모니터링 대상(지역)(100)의 해당지역 대기 오염 물질 배출 농도를 USN(110)에서 실시간으로 모니터링하는 것으로서, 상기 USN(110)은 센서 노드(112), 싱크 노드(114), 게이트웨이(116) 등으로 구성된다.
USN(110)은 센서 노드(112)들의 측정 데이터와 상태 정보를 원격의 관제 센터(130)로 전송하기 위해서 인터넷, 이동통신망, 광대역 통합망(BcN:Broadband convergence Network)과 같은 외부의 유무선 통신망(120)을 이용한다.
관제센터(130)는 오염상황 정보, 해당 위치정보, 조치사항 정보 등을 메시지 센터(140)에 전달하여 상기 메시지 센터(140)에서 해당지역 주민(160) 및 현장 작업자(170)의 휴대전화, PDA 등의 사용자 단말기(150)에 각 정보들을 전송한다.
관제센터(130)의 응용 프로그램(132)은 각 현장으로부터 전송되는 측정 데이터 및 센서 노드(112)들의 상태 정보를 취합하여 해당 지역을 모델링한 2/3차원의 지형공간 상에서 대기오염물질 배출상황을 실시간 모니터링하며, 오염물질의 공간적 분포와 확산양상을 예측하고, 현장의 USN(110)을 원격 관리한다. 즉, 현장의 센서 네트워크(110)와 원격의 관제센터(130)간에 양방향 통신을 수행함으로써, 센서노드별 측정 시간을 변경하거나, 특정 센서노드에 대한 측정 명령을 원격으로 제어한다.
이때, 수치지도, 지형자료, 건물, 위성 및 항공사진 등의 공간정보는 공간데이터베이스 시스템(134)으로부터 제공되며, 상기 제공된 공간정보는 2차원/3차원 지형공간 모델링을 위해 통합 처리되며, 또한 각 현장 USN(110)으로부터의 측정 데이터 및 센서노드(112) 상태정보는 관제센터(130)의 응용 프로그램(132)에 반영됨과 동시에 별도의 데이터베이스 시스템(136)에 이력정보로 저장되어 관리된다.
기준치 이상의 오염상황이나 현장조치가 필요한 상황, 즉 센서 네트워크의 이상 등이 발생하면, 관제센터(130)의 응용 프로그램(132)을 통해 자동 감지된다.
관제센터(130)의 응용 프로그램(132)에서 감지된 결과는 현장의 위치정보와 오염상황 정보, 현장 조치사항, 전송 대상자 및 메시지 전송 수단 등으로 구성되어 별도의 메시지센터(140)로 전달된다.
메시지센터(140)는 전송 대상자에 해당되는 해당지역 내 주민(160) 및 현장 작업자(170)에게 현장의 위치정보, 대기오염상황 정보, 현장 조치사항 등의 정보를 휴대폰, PDA 등의 이동단말(150)을 통해 전송한다.
현장 작업자(170)는 각 현장의 조치사항 처리 내역을 이동단말(150)에 입력하여 메시지센터(140)에 전송하여, 메시지센터(140)를 통해 관제센터(130)로 통보되며, 상기 통보된 처리 내역 정보는 응용 프로그램(132)의 대기오염 실시간 모니터링 상황에 반영되어 관리된다.
그러나, 이와 같은 종래의 유비쿼터스 센서 네트워크를 이용한 대기 오염 관리 방법 및 시스템에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
첫째, 종래의 유비쿼터스 센서 네트워크를 이용한 대기 오염 관리 방법 및 시스템에서는, 대기 오염을 센싱하는 센서 노드들이 대기 오염이 발생되는 지역에 고정되어 있기 때문에 이동성이 부족하고, 유지 보수가 어렵다.
둘째, 맨홀, 오폐수 처리장, 저장 탱크 등과 같은 밀폐 공간의 산소 결핍, 유해 가스 발생등을 센싱하기 위해서는 미리 상기 센서 노드를 작업장에 설치하여야만 오염 상태를 사전에 알 수 있으므로, 원하는 작업장의 상태를 파악하기가 곤란하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 착용하는 사람의 주변으로부터 측정한 공기질을 바탕으로 착용 당사자 또는 서비스 이용자의 건강과 안전을 지킬 수 있는 이동성이 우수한 대기 오염 관리 시스템 및 대기 환경 모니터링을 위한 착용 플랫폼을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 대기 환경 모니터링을 위한 착용 플랫폼은, 대기 중 각종 가스(CO, NO2, O2, O3, SO2, H2S)의 농도를 센싱하는 센서 유닛; 상기 센서 유닛에서 센싱된 주변 가스 농도가 위험 상황으로 판단되면 인간의 오감을 자극하여 대피할 수 있도록 경보하는 경보출력유닛; 및 현재 위치를 측정하는 GPS부를 통해 측정된 위치 데이터 및 상기 센서 유닛에서 센싱된 데이터를 무선 통신망을 통해 외부로 전송하고, 외부로부터 무선으로 데이터를 수신하여 상기 센서 유닛 및 경보 출력 유닛을 제어하는 컴퓨팅 모듈부를 구비한다.
특히, 상기 센서 유닛은, 상기 센서 유닛을 고유의 동작온도로 유지시키는 히팅 회로와 대기 중 각 종 가스의 농도를 측정하는 측정 회로를 구비하는 가스 센서부; 및 상기 가스 센서부로부터 센싱된 신호를 디지털로 변환하는 AD 컨버터부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 경보출력유닛은, 주변 가스 농도가 위험 상황이면 상기 컴퓨팅 모듈부로부터의 제어 신호에 따라 인간의 오감을 자극하기 위한 경보음 또는 경보 표시를 출력하는 경보 출력부; 및 상기 컴퓨팅 모듈부로부터 전달되는 디지털 신호를 아날로그로 변환하는 DA 컨버터부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 경보출력유닛은, 상기 컴퓨팅 모듈부의 제어 신호에 따라 상기 경보 출력부의 전원을 제어하는 경보 출력 전원 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 컴퓨팅 모듈부는, 상기 센서 유닛에서 센싱된 데이터를 분석 및 연산하여 오염 정도를 연산하고 상기 컴퓨팅 모듈부에 내장된 주변장치들을 제어하는 CPU부; 상기 CPU부의 처리를 위해 필요한 데이터를 저장하는 메모리부; 상기 컴퓨팅 모듈부의 동작에 필요한 지시를 사용자로부터 입력받는 사용자 입력부; 및 상기 센서 유닛에서 센싱된 데이터를 무선 통신을 통해 외부로 전송하고, 외부로부터 상기 센서 유닛 및 경보 출력 유닛을 제어하기 위한 데이터를 수신하는 무선통신부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 컴퓨팅 모듈부는, 상기 컴퓨팅 모듈부 뿐만 아니라, 상기 센서유닛 및 상기 경보출력 유닛에 필요한 전원을 공급하기 위한 배터리가 내장된 전원부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 대기 오염 관리 시스템은, 대기 환경 모니터링 서비스를 위하여 대기 중의 각종 가스 농도를 센싱하고, 착용자의 현재 위치를 측정하며, 센싱된 대기 중의 각종 가스 농도 및 사용자의 현재 위치 데이터를 무선 네트워크를 통해 외부로 전송하는 착용 플랫폼; 상기 착용 플랫폼으로부터 데이터를 입력받아 대기 환경 모니터링을 위한 관련 콘텐츠를 생산하고, 상기 착용 플랫폼을 제어하기 위한 데이터를 무선으로 전송하는 대기 환경 모니터링 서버; 및 상기 대기 환경 모니터링 서버에 접속하여 상기 대기 환경 모니터링 서버가 제공하는 서비스 목록을 확인하고, 서비스 선택에 따라 상기 대기 환경 모니터링 서버에서 제공하는 해당 서비스에 접속하는 서비스 이용 단말기를 구비한다.
특히, 상기 착용 플랫폼, 상기 대기 환경 모니터링 서버, 및 서비스 이용 단말기 간을 연계하고 지원하는 서비스 플랫폼을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 대기 환경 모니터링을 위한 관련 콘텐츠는, 지역별 대기오염 및 쾌적 정도를 제공하는 콘텐츠, 작업자별 위험 수준 및 위치 정보를 제공하는 콘텐츠, 자녀가 위치한 주변 대기 오염도를 제공하는 콘텐츠, 및 대기 환경 모니터링 정보와 위치 정보가 결합하여 가공된 콘텐츠 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 착용 플랫폼은, 옷, 가방, 신발, 모자, 스카프, 수건, 넥타이, 머리장식 액세서리, 안전 조끼 중 어느 하나의 형태로 구현되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 대기 환경 모니터링을 위한 착용 플랫폼 및 이를 이용한 대기 오염 관리 시스템에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 구성에 따르면, 대기 환경 모니터링 착용 플랫폼을 이용한 대기 공기질 모니터링 서비스, 밀폐공간 작업자를 위한 위험상황 알림 서비스, 자녀를 위한 오염지역 알림 서비스 등 새로운 환경 및 안전 분야의 서비스가 가능하다. 따라서, 착용하는 사람의 주변으로부터 측정한 공기질을 바탕으로 착용 당사자 또는 서비스 이용자의 건강과 안전을 지킬 수 있는 이점이 있다. 또한, 대기환경 모니터링 착용 플랫폼을 직물 플랫폼으로 확장하면서 착용성과 편의성을 높일 수가 있다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 대기 오염 관리 시스템의 구성도이다.
먼저, 본 발명에 따른 대기 오염 관리 시스템의 구성은, 도 2에 도시한 바와 같이, 착용 플랫폼(10), 서비스 플랫폼(20), 대기 환경 모니터링 서버(30), 및 서비스 이용 단말기(40) 등으로 구성된다.
상기 착용 플랫폼(10)는, 대기 환경 모니터링 서비스를 위하여 대기 중의 가스농도 측정에 필요한 다수의 가스센서와, 착용자의 위치를 측정하기 위한 위치센서와, 측정 데이터를 무선 네트워크를 통하여 외부의 서비스 플랫폼(20)에 전달하기 위한 통신모듈을 내장한다.
최근, 상기 착용 플랫폼(10)으로는, 시간과 장소의 구애를 받지 않고 생체 신호(심박수 등) 측정이 가능한 유비쿼터스 건강 관리 스마트의류; 패브릭 터치 센서를 활용하여 의류에 내장된 IT(컴퓨터 등)기기 조정이 가능한 스마트의류; 의류, 가방 등 일상 생활 속 섬유 제품에 태양 전지를 부착하여 휴대용 전자 제품 (Notebook Computer, Mobile Device, MP3 player, PMP 등)의 충전이 가능한 스마트 의류; 빛, 소리 등 주변 환경에 반응하여 표시장치(LED display)가 발광하는 환경 감응형 스마트 의류 등이 개발되었다. 이와 같이 종전의 스마트 의류들은 주로 건강, 국방, 엔터테인먼트 분야의 서비스에 활용되는 반면, 환경 및 안전 분야의 서비스에 활용된 사례가 드물다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 스마트 의류를 환경 및 안전 분야의 서비스에 활용하고자 한다. 구체적인 구성은 이후에 설명하기로 한다.
상기 서비스 플랫폼(20)은, 대기 환경 모니터링을 위한 착용 플랫폼(10)과 상기 대기 환경 모니터링 서버(30) 및 서비스 이용 단말기(40) 간을 효과적으로 연계하고 지원한다. 즉, 서비스 연계, 서비스 융복합처리, 시스템 관리, 서비스 제공의 기능을 제공한다. 다만, 상기 서비스 플랫폼(20)은 꼭 필수 구성은 아니며, 사정에 따라 상기 착용 플랫폼(10), 상기 대기 환경 모니터링 서버(30), 및 상기 서비스 이용 단말기(40)가 직접 서로 통신할 수 있다.
상기 대기 환경 모니터링 서버(30)는, 콘텐츠 제공 서버이다. 상기 착용 플랫폼(10)으로부터 센서 데이터를 받아 대기 환경 모니터링을 위한 각종 콘텐츠를 생산하는 서버이다.
상기 서비스 이용 단말기(40)는 통신 가능한 단말기이다. 즉, 모바일 단말, PC, 노트북 등 사용자가 일상적으로 사용하는 시스템이다. 상기 서비스 플랫폼(20)에 연동되며, 상기 서비스 이용 단말기(40)는 서비스 목록을 확인할 수 있고, 서비스 선택에 따라 대기 환경 모니터링 서버(30)에서 제공하는 해당 서비스에 접속할 수 있다.
상기 착용 플랫폼(10)과 상기 서비스 플랫폼(20) 간의 무선 네트워크는, CDMA, 와이브로, 와이파이, WLAN, 블루투스, 지그비, 적외선 등 다양한 무선 네트워크 기술이 적용될 수 있다.
따라서, 서비스 플랫폼 시스템 운용자는 서비스 플랫폼(20)을 운용하고, 콘텐츠 제공자는 서비스 응용 서버(30)를 운용하며, 서비스 이용자는 공기질 정보가 필요한 국민, 환경단체, 기업, 국가이거나, 작업자의 안전을 관리 감독하는 책임자, 부모 등이 될 수 있다.
그리고, 대기 환경 모니터링 서비스를 위한 콘텐츠는, 지역별 대기오염/쾌적정도를 제공하는 콘텐츠, 작업자별 위험 수준 및 위치 정보를 제공하는 콘텐츠, 자녀가 위치한 주변 대기 오염도를 제공하는 콘텐츠 및 대기 환경 모니터링 정보와 위치 정보 등이 결합하여 가공된 콘텐츠 등이 제공될 수 있다.
이와 같이 구성된, 본 발명에 따른 대기 환경 관리 시스템의 착용 플랫폼을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 대기 환경 모니터링을 위한 착용 플랫폼 중 의류의 구성도이고, 도 4는 본 발명의 제 2실시예에 따른 대기 환경 모니터링을 위한 착용 플랫폼 중 의류의 구성도이다.
상기 착용 플랫폼(10)은, 궁극적으로 겉으로 드러나지 않으면서도 PDA 수준의 컴퓨팅 기능을 가지며, 신체 각 부분에서 사용자의 생체 정보를 얻거나 사용자 주변 환경 정보를 습득하는 기능을 가진 장치를 말한다. 상기 착용 플랫폼(10)은 겉보기에는 일반적인 의류와 다름없는 모습이다. 단지 외형적인 차이는 상기 착용 플랫폼(10)이 기능적으로 비주얼 피드백을 제공하기 위해 드러내는 부분만이 보일 뿐이다. 컴퓨팅 기능과 사용자 정보 습득을 위한 하드웨어 모듈 및 모듈 간의 연결은 드러나지 않도록 직물 내에 내장된 형태를 가진다.
상기 착용 플랫폼(10)은 직물이 사용될 수 있는 옷, 가방, 신발, 모자, 스카프, 수건, 넥타이, 머리장식 액세서리, 안전조끼 등의 다양한 형태로 가공될 수 있다.
상기 착용 플랫폼(10)을 환경 및 안전 분야의 서비스에 적용될 경우 몇 가지 실시예로 설명한다.
첫째, 공익 근무 요원, 교통 경찰관, 환경 미화원, 우체부 등과 같은 공무원의 경우 업무의 특성상 일정 시간을 실외에서 근무하는 경우 많다. 만약, 이들이 가지고 다니는 시스템이 주기적으로 주변의 대기 공기질과 위치를 측정하여 관제서버로 전송하고, 이러한 형태로 수집된 데이터를 통해 조밀한 지역단위로 대기 공기질을 모니터링 할 수 있다면 기존의 고정 측정 시스템 기반 대기 공기질 모니터링 서비스를 획기적으로 보완할 수 있다. 또한, 이들이 가지고 다닐 시스템을 근무복 본연의 기능을 훼손하지 않으면서 대기 환경 모니터링 기능이 추가된 의류형으로 개발한다면 사용자 편의성도 극대화될 것으로 본다.
둘째, 밀폐 공간 작업 현장에서는 단말형 산소 농도 측정기 또는 유해 가스농도 측정기 등을 의식적으로 사용하는 것이 번거롭다. 맨홀과 같은 좁은 공간에서 의 작업의 경우 지닐 수 있는 장비가 제한되어 사용할 수 없는 경우도 있으나, 대부분은 안전 장비를 갖추지 않은 경우가 많다. 만약, 이들의 작업복에 유해 가스를 측정하는 "공기질 모니터링 기능"과 의복 자체에 작업시의 소음과 진동에 상관없이 위험 상황을 즉시 알 수 있는 "위험 알림 피드백 기능" 등을 내장한다면 작업자가 안전 장비를 항상 착용할 수 있게 되므로, 질식 및 중독 사고를 예방하는데 큰 도움이 될 것으로 본다.
셋째, 아이들은 안전 의식이 부족하므로 아이들의 환경을 부모가 알 수 있는 서비스가 필요하다. 아이들이 즐겨 가지고 다니는 물건에 주변의 휘발성 유기 물질 및 미세 먼지 농도를 측정하는 "공기질 모니터링 기능"과 엄마 목소리를 통한 "위험 알림 피드백 기능"이 내장되어 있다면, 부모가 가까운 곳에서 아이들을 돌보지 않더라도 아이들이 오염 공기에 지속적으로 노출되는 것을 예방할 수 있게 될 것이다.
상기와 같은 착용 플랫폼(10)은 사용자에 따라 다르게 구분할 수 있다.
상기 착용 플랫폼(10)을 사용하는 사람은 실외에서 근무하는 공무원 (공익 근무 요원, 교통 경찰관, 환경 미화원, 우체부 등), 밀폐 공간에서 작업(탱크 내부 페인팅 및 세척 작업, 멘홀 내부 전기 작업 등)하는 근로자, 어린 자녀들 등과 같이 서비스 목적에 따라 다르다.
도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 착용 플랫폼(10)이 의류로 구성될 경우, 상기 의류의 어깨 및 가슴 부분에 각종 가스(CO, NO2, O2, O3, SO2, H2S) 및 온도, 습도, 미세먼지 등을 센싱하는 센서 유닛이 설치된다.
또한, 팔 부분 또는 가슴 부분에는 스피커 또는 LED 등으로 구성되어 상기 센서 유닛에서 센싱된 주변 가스 농도가 위험 상황으로 판단되면 인간의 오감을 직접 자극하여 대피할 수 있도록 경보하는 경보 출력 유닛이 설치된다.
그리고, 다른 팔에는 착용자의 현재 절대적인 위치를 인식하는 GPS 센서를 구비하여 상기 센서 유닛에서 센싱된 데이터 및 GPS 센싱 데이터를 무선 통신망을 통해 상기 서비스 플랫폼(20) 또는 대기 환경 모니터링 서버(30)로 전송하고, 상기 서비스 플랫폼(20)또는 대기 환경 모니터링 서버(30)에서 분석된 주변 가스 농도가 위험상황이면 상기 서비스 플랫폼(20)또는 대기 환경 모니터링 서버(30)로부터 해당신호를 무선 통신으로 수신하여 상기 경보 출력 유닛을 구동하는 컴퓨팅 모듈(GMG; Green Meter Gateway)이 설치된다.
도 3과 도 4는 큰 차이가 없으나, 착용자의 조건에 따라 경보 출력 유닛 및 센서 유닛이 다양하게 가변 될 수 있음을 설명하고 있다.
도 5는 본 발명에 따른 대기 환경 모니터링을 위한 착용 플랫폼의 구성 블럭도이다.
착용 플랫폼(10)의 보다 구체적인 구성은 도 5와 같다. 착용 플랫폼(10)은 크게, 센서 유닛(60), 경보출력유닛(70) 및 컴퓨팅 모듈(GMG)(80)로 구성된다.
상기 센서 유닛(60)은 가스 센서부(61), AD 컨버터부(62), 전도성 섬유 접합부(63) 및 히팅 및 측정회로 구동 제어부(64)를 구비하여 구성된다.
가스 센서부(61)는 각종 가스(CO, NO2, O2, O3, SO2, H2S) 및 온도, 습도, 미세 먼지 등을 센싱한다. 상기 가스 센서부(61)는 저항을 포함하는 히팅 회로와 가스 농도 측정을 위한 측정 회로를 포함하여 구성되는데, 상기 히팅 회로는 센서 고유의 동작 온도로 유지하기 위해 필요하다. 가스 농도에 따라 가스 센서 저항은 해당 가스에 대해 선택성을 가지면서 변하게 된다. 측정 회로에서는 가스 농도에 따라 변화하는 저항을 전압으로 바꾸게 되며 이 값은 아날로그 값이 된다.
상기 AD 컨버터부(62)는 상기 가스 센서부(61)로부터 얻어진 가스 농도에 해당하는 아날로그 출력을 디지털로 변환한다.
상기 히팅 및 측정 회로 구동/제어부(64)는 상기 히팅 회로 및 측정 회로에 필요한 전원을 공급하고, 상기 히팅 회로에 전원이 인가되고 상기 측정 회로로부터 유효한 측정치가 얻기까지는 주변상황에 따라 최적의 시간 지연이 필요하다. 이러한 시간 지연을 제어한다.
상기 전도성 섬유 접합부(63)는 전자회로 기판 형태의 센서 유닛(60)과 의류에 포함된 전도성사 간의 연결을 위한 것으로, 커넥터와 의류 부자재 등이 여기에 포함된다.
한편, 경보출력유닛(70)은 경보출력부(71), DA 컨버터부(72), 전도성 섬유 접합부(73) 및 경보출력 전원 제어부(74)를 구비하여 구성된다.
상기 경보출력부(71)는 컴퓨팅 모듈(GMG)에서 주변 가스 농도에 대해 위험상황을 해석하게 되는데 이때 위험상황으로 판단되면 인간의 오감을 직접 자극할 수 있도록 하기 위한 스피커, LED 등의 경보음 및 경보표시 장치를 구비한다. 이러한 장치들은 사용자가 가장 빨리 인지할 수 있는 의복 위치에 배치된다.
상기 DA 컨버터부(72)는 아날로그 입력을 필요로 하는 상기 경보출력부(71)를 구동하기 위해, 상기 컴퓨팅 모듈(GMG)(80)로부터 전달되는 디지털 신호를 아날로그로 변환한다.
상기 경보 출력 전원 제어부(74)는 의류를 이용한 서비스 특성상 저전력 제어가 필요하므로 상기 경보 출력부(71)의 전원을 상기 컴퓨팅 모듈(GMG)(80)로부터 전달되는 제어 신호에 따라 제어한다.
상기 전도성 섬유 접합부(73)는 전자회로 기판 형태의 경보 출력 유닛(70)과 의류에 포함된 전도성사 간의 연결을 위한 것으로, 커넥터와 의류 부품 등이 여기에 포함된다.
상기 컴퓨팅 모듈(GMG: Green Meter Gateway)(80)은, 상기 센서유닛(60)으로부터 전달된 각종 측정 신호를 분석 및 연산하여 오염 정도를 연산하고 컴퓨팅 모듈(GMG)에 내장된 주변장치들을 제어하는 CPU부(81)와, 상기 CPU부(81)의 처리를 위해 필요한 데이터를 저장하는 메모리부(82)와, 상기 착용 플랫폼(10)의 의류에 분산되어 있는 I2C 제어장치들을 장치들을 제어하기 위한 I2C 제어부(83)와, 상기 컴퓨팅 모듈(GMG)(80)의 동작에 필요한 지시를 입력하기 위한 사용자 입력부(85)와, 상기 서비스 플랫폼(20) 또는 대기 환경 모니터링 서버(30)로 센싱된 데이터를 전송하고, 상기 서비스 플랫폼(20) 또는 대기 환경 모니터링 서버(30)에서 분석된 주변 가스 농도가 위험 상황이면 상기 서비스 플랫폼(20) 또는 대기 환경 모니터링 서버(30)로부터 해당신호를 무선 통신으로 수신하는 무선통신부(88)와, 사용자(착용자)의 현재 절대적인 위치를 인식하는 GPS부(87)와, 상기 컴퓨팅 모듈(GMG)(80) 뿐만 아니라, 상기 센서유닛(60) 및 상기 경보출력 유닛(7)에 필요한 전원을 공급하기 위한 배터리가 내장된 전원부(86)와, 전자회로 기판 형태의 컴퓨팅 모듈(GMG)(80)와 의류에 포함된 전도성사 간의 연결을 연결하는 전도성 섬유 접합부(84)를 구비하여 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 대기 환경 모니터링을 위한 착용 플랫폼 및 이를 이용한 대기 오염 관리 시스템의 동작을 예들 들어 설명하면 다음과 같다.
환경 미화원이 상기에서 설명한 착용 플랫폼(10)을 착용(의류인 경우 입고 있음)하고 새벽부터 거리를 청소할 경우, 상기 착용 플랫폼(10)이 대기 중의 오염 농도를 측정할 수 있으며 이는 실시간으로 환경 관제 서버에 전해진다. 환경 관제서버는 도시 전역의 환경 미화원(및 실외근무 공무원)들의 위치 및 공기질 농도를 수집하며 지역별, 시간별로 도시 전역의 대기 공기질 정보를 웹사이트에 배포한다.
주민은 본인이 살고 있는 지역의 대기 공기질이 궁금하여 PC에서 현재 위치 공기질 보러가기"를 클릭하면, PC화면에는 상기 환경 관제 서버에서 배포한 대기 공기질 모니터링 서비스 웹사이트가 로딩된다. 상기 웹사이트에는 해당 지역의 각종 가스(CO, NO2, O2, O3, SO2 H2S) 및 미세 먼지 등의 대기 오염도를 알 수 있고, 기간별 검색을 통해 과거와 현재의 변화 차이도 알아볼 수 있다.
또한, 밀폐공간에서 일하는 작업자 상기 착용 플랫폼(10)을 착용하고 작업할 경우, 상기 착용 플랫폼(10)이 작업 중에도 일정 간격(3분)으로 공기 중의 산소 및 유해가스 농도를 측정하여, 작업자가 산소 결핍으로 인한 질식 사고와 유해가스에 의한 중독사고를 당하는 것을 예방한다. 즉, 산소가 계속 감소하거나 유해물질 농도가 위험수준으로 높아지면 착용 플랫폼(10)의 경보 출력 유닛(70)이 작동하여 작업자가 밀폐된 공간을 빠져나가도록 유도한다.
상기 착용 플랫폼(10)은 외부의 사업장의 위험 관리 서버와도 연동된다. 위험관리 서버는 각 작업자의 위치 및 가스농도를 바탕으로 위험수준을 예측한 정보를 현장 관리책임자의 모바일 단말기로 전송한다. 작업자에게 위험 상황이 발행하면 단말기는 작업자에게 응답을 요청하는 메시지를 보낸다. 만약, 작업자로부터 빠른 응답이 없는 경우 사고로 인식하고 119에 신고한다.
또한, 상기 착용 플랫폼(10)을 착용한 초등학생이, 오후에 황사가 발생할 수 있음을 들었지만 잊어버리고, 방과 후 친구들과 놀이터에서 놀고 있을 경우이다. 만약 주변에 황사가 심해지면서 대기오염이 증가할 경우, 상기 초등학생이 착용한 착용 플랫폼(10)의 경보 출력 유닛(70)이 동작한다. 예를 들면 초등학생의 가방에 매달린 인형이 녹색(깨끗한 공기)에서 빨강(오염된 공기)으로 바뀌며 집으로 어서 오라는 엄마 목소리가 재생된다. 또한, 상기 초등학생의 부모의 휴대폰에도 상기 초등학생의 위치와 주변의 대기 오염 수치가 전송된다. 아이가 집으로 이동하는 것을 확인하고 안심할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 대기 공기질 모니터링 서비스, 밀폐공간 작업자를 위한 위험상황 알림 서비스, 자녀를 위한 오염지역 알림 서비스 등 새로운 환경 및 안전 분야의 서비스가 가능하다.
따라서, 착용하는 사람의 주변으로부터 측정한 공기질을 바탕으로 착용 당사자 또는 서비스 이용자의 건강과 안전을 지킬 수 있는 이점이 있다. 또한, 대기환경 모니터링 착용 플랫폼을 직물 플랫폼으로 확장하면서 착용성과 편의성을 높일 수가 있다.
본 발명의 일부 단계들은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, CD-RW, 자기 테이프, 플로피디스크, HDD, 광 디스크, 광자기 저장장치 등이 있을 수 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 저장되고 실행될 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 종래의 USN을 이용한 대기오염 관리 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 대기 오염 관리 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 대기 환경 모니터링을 위한 착용 플랫폼 중 의류의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 대기 환경 모니터링을 위한 착용 플랫폼 중 의류의 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 대기 환경 모니터링을 위한 착용 플랫폼의 구성 블럭도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 착용 플랫폼 20: 서비스 플랫폼
30: 대기 환경 모니터링 서버 40: 서비스 이용 단말기
60: 센서 유닛 61: 가스 센서부
62: AD컨버터부 63, 73, 84: 전도성 섬유 접합부
64: 히팅 및 측정회로 구동/제어부 70: 경보 출력 유닛
71: 경보 출력부 72: DA 컨버터부
74: 경보출력 전원 제어부 80: 컴퓨팅 모듈부
81: CPU부 82: 메모리부
83: I2C 장치 제어부 85: 사용자 입력부
86: 전원부 87: GPS부
88: 무선통신부
Claims (8)
- 대기 중 각종 가스의 농도를 센싱하는 센서 유닛;상기 센서 유닛에서 센싱된 주변 가스 농도가 위험 상황으로 판단되면 인간의 오감을 자극하여 대피할 수 있도록 경보하는 경보출력유닛; 및현재 위치를 측정하는 GPS부를 통해 측정된 위치 데이터 및 상기 센서 유닛에서 센싱된 데이터를 무선 통신망을 통해 외부로 전송하고, 외부로부터 무선으로 데이터를 수신하여 상기 센서 유닛 및 경보출력유닛을 제어하는 컴퓨팅 모듈부를 구비하고,상기 센서 유닛은,상기 센서 유닛을 고유의 동작온도로 유지시키는 히팅 회로;대기 중 각종 가스의 농도를 측정하는 측정 회로를 구비하는 가스 센서부; 및상기 가스 센서부로부터 센싱된 신호를 디지털로 변환하는 AD 컨버터부를 구비하고,착용 플랫폼은 옷의 형태로 구현되고,상기 센서 유닛은 상기 GPS부 및 상기 컴퓨팅 모듈부보다 상기 착용 플랫폼의 목 부분에 더 가깝게 배치되고, 상기 경보출력유닛은 상기 센서 유닛보다 상기 착용 플랫폼의 팔 부분 및 가슴 부분 중 어느 하나에 더 가깝게 배치되는 것을 특징으로 하는 대기 환경 모니터링을 위한 착용 플랫폼.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,상기 경보출력유닛은,주변 가스 농도가 위험 상황이면 상기 컴퓨팅 모듈부로부터의 제어 신호에 따라 인간의 오감을 자극하기 위한 경보음 또는 경보 표시를 출력하는 경보 출력부; 및상기 컴퓨팅 모듈부로부터 전달되는 디지털 신호를 아날로그로 변환하는 DA 컨버터부를 구비하는 것을 특징으로 하는 대기 환경 모니터링을 위한 착용 플랫폼.
- 청구항 3에 있어서,상기 경보출력유닛은,상기 컴퓨팅 모듈부의 제어 신호에 따라 상기 경보 출력부의 전원을 제어하는 경보 출력 전원 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 대기 환경 모니터링을 위한 착용 플랫폼.
- 청구항 1에 있어서,상기 컴퓨팅 모듈부는,상기 센서 유닛에서 센싱된 데이터를 분석 및 연산하여 오염 정도를 연산하고 상기 컴퓨팅 모듈부에 내장된 주변장치들을 제어하는 CPU부;상기 CPU부의 처리를 위해 필요한 데이터를 저장하는 메모리부;상기 컴퓨팅 모듈부의 동작에 필요한 지시를 사용자로부터 입력받는 사용자 입력부; 및상기 센서 유닛에서 센싱된 데이터를 무선 통신을 통해 외부로 전송하고, 외부로부터 상기 센서 유닛 및 경보 출력 유닛을 제어하기 위한 데이터를 수신하는 무선통신부를 구비하는 것을 특징으로 하는 대기 환경 모니터링을 위한 착용 플랫폼.
- 청구항 5에 있어서,상기 컴퓨팅 모듈부는,상기 컴퓨팅 모듈부 뿐만 아니라, 상기 센서유닛 및 상기 경보출력 유닛에 필요한 전원을 공급하기 위한 배터리가 내장된 전원부를 구비하는 것을 특징으로 하는 대기 환경 모니터링을 위한 착용 플랫폼.
- 청구항 1에 있어서,상기 센서 유닛은,CO, NO2, O2, O3, SO2, 및 H2S 가스 중 하나 이상의 가스 농도를 센싱하는 것을 특징으로 하는 대기 환경 모니터링을 위한 착용 플랫폼.
- 청구항 1, 청구항 3 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,상기 착용 플랫폼은,옷, 가방, 신발, 모자, 스카프, 수건, 넥타이, 머리장식 액세서리, 안전 조끼 중 어느 하나의 형태로 구현되는 것을 특징으로 하는 대기 환경 모니터링을 위한 착용 플랫폼.
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