KR101560156B1 - 산불 조기 감지 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산불 감지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산불의 조기 감지를 통해 산불의 확산을 방지할 수 있는 산불 감지 시스템 및 방법에 관한 것이다.

본 발명의 산불 감지 시스템은 일정 간격으로 열 감지센서가 설치된 유선형 감지라인이 연결된 센서 통신기; 및 상기 센서 통신기로부터 열 감지 온도를 전달받아 관제 센터에 연결하는 중계 통신기로 이루어진 산분 감지 시스템으로 이루어진다.

본 발명의 산불 감지 시스템은 산불의 발생시 조기에 산불 발생을 감지할 수 있어, 산불 확산을 예방할 수 있어, 산불에 따른 피해를 최소화할 수 있다.

열감지

Description

산불 조기 감지 시스템 및 그 방법{SENSOR SYSTEM FOR DETECTING OF FIRE IN MOUNTAIN AT EARLY STATE}

본 발명은 산불 감지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산불의 조기 감지를 통해 산불의 확산을 방지할 수 있는 산불 감지 시스템 및 방법에 관한 것이다.

산악의 임야에서 발생되는 화제는 그 원인 제공자가 조속한 조치를 하지 않는 한 신속한 대처가 어렵다. 따라서 대부분이 대형 화제로 발전되며 일반화제에 비해 비교도 되지않는 막대한 손실을 초래하게 된다. 일예로 2005년 4월 강원도 양양의 산불에서는 주민 10만명 긴급대피, 2백46개동의 건물이 전소, 헬기 총38대 동원, 소방요원 10,680여명 동원, 재산손실 200억원에 이르는 화재로 기록되고 있다. 이러한 산불의 피해를 최소화하는 가장 효율적인 방법은 예방이지만, 여의치않아 화제로 이어지면 신속한 대처에 의해 그 피해를 최소화 할 수 있어야 한다. 이에 따라, 산불의 발생을 사전에 감지할 수 있는 새로운 방안에 대한 요구가 계속되고 있다.

현재 지구 온난화와 기후 건조로 인해 산불의 발생 건수가 늘고 있으며, 계 절에 관계없이 산불이 발생하는 경향이 심해지고 있다. 그런데, 신고접수후 요원이 출동하여 화제 현장의 정확한 위치를 파악하는데 40 분이상의 시간이 걸려, 화제의 초동 대응이 어려워지는 문제가 발생하게 된다.

이에 따라 산불을 조기에 감지할 수 있는 시스템에 대한 요구가 계속되고 있다.

대한민국 공개 1999-7522호에서는 산 정상부에 특수 영상장비(열감지 카메라)와 방향 감지기 등을 설치하고 그 촬상되는 영상과 카메라의 각도를 종합 상황실로 보고하며, 종합 상황실에서는 촬상 영상을 분석하여 산불로 판정되면 산불 위치를 영상으로 보여줌과 동시에 자동으로 경보음을 발생하여 감시자가 산불 위치 및 산불 여부를 정확히 인지토록 해주어 산불로 인한 피해를 최소화하도록 한 무인 산불 감시 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 이러한 본 발명은, 팬/틸트의 1차 회전시 첫 번째 카메라의 분할각에 따른 촬상 영상 데이터를 저장하고, 팬/틸트의 2차 회전시 첫 번째 카메라의 분할각에 따른 촬상 영상 데이터와 저장한 영상 데이터를 비교하는 제1단계; 영상 데이터 비교 결과 영상의 급격한 변화가 없으면 다음 카메라를 선택한 후 상기 제1단계로 리턴하고, 영상 데이터 비교 결과 영상의 급격한 변화가 존재하면 일정 시간 지연후 급격한 영상 변화가 발생한 지점의 이동 여부를 확인하는 제2단계; 급격한 영상 변화가 발생한 지점의 위치가 변화하지 않으면 산불로 판단하고, 산불 발생을 경고해 주는 알람을 발생한 후 산불 발생 지점을 화면 중심으로 이동시키는 제3단계; 제3단계후 PC상의 지도에 카메라가 보는 방향으로 지시선을 표시하여 산불 화면의 위치가 지시되도록 제어하는 제4단계를 순차 실행시킴으로써, 무인으로 산불 감시하는 방법을 개시하고 있다.

2007-28813 공개특허에서는 산불 감지 방법 및 시스템에 관한 것이다. 바람직한 실시예에 의한 산불 감지 및 통보 방법은 유선 또는 무선 네트워크를 통해 영상 획득부로부터 수신된 이미지 데이터와 센서부로부터 수신된 센싱 정보를 각각 저장한 후, 현재 시각에 상응하여 RGB 분석 알고리즘 또는 HSV 분석 알고리즘을 이용하여 산불 발생 여부를 판단하고, 산불이 발생한 것으로 판단되면 저장된 센싱 정보를 이용하여 비상 정보를 생성하여 미리 지정된 수신단으로 전송하는 방법을 제공하고 있다.

2005-68709호에 공개된 출원은 산간지역에 설치되는 것으로 강우감지·강우량·풍속·기압·소음·온도·습도·풍향 등의 변화를 감지하고 이를 수집하여 출력하는 관측기와; 상기 관측기와 연결되어 데이터를 전송받으며 CDMA2000 기반의 무선이동 통신모뎀을 이용하여 원격지에 위치한 중앙통제 서버와 데이터 송수신을 이루는 데이터 수집기와; 상기 무선이동 통신모뎀을 이용하여 중앙통제 서버와 음성송수신을 가능하게 하는 단말기와; 상기 데이터 수집기의 제어신호를 받아 동작되는 경광등과; 상기 관측기와 데이터 수집기와 단말기 및 경광등에 전원을 공급하는 것으로 이들 기기와 일체로 구비되는 솔라전원 공급기를 포함하여 구성되는 재해 감지 시스템을 개시하고 있다.

그러나, 이러한 장치들은 넓은 지역에 설치하기 위해서는 지속적인 전원이 필요하기 때문에 설치비가 많이 들고, 장치가 복잡하여, 보다 간단하고 저비용으로 실시할 수 있는 새로운 시스템에 대한 요구가 계속되고 있다.

본 발명은 산불을 조기에 발견하여 피해를 최소화할 수 있는 새로운 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 산불 조기 감지 시스템은 일정 간격으로 열 감지센서가 설치되는 유선형 감지라인이 방상형으로 연결되고 나무에 설치되는 센서 통신기; 및 산마루에 설치되며, 상기 센서 통신기로부터 무선으로 열 감지 온도를 전달받아 관제 센터에 연결하는 중계 통신기를 포함하는 산불 감지 시스템으로 이루어진다.

본 발명에 있어서, 상기 센서 통신기는 임야에 분포되어 화제를 감시하여, 베터리 전력을 사용하는 것이 바람직하며, 4 km정도의 범위에 있는 중계 통신기에 감지 정보를 전달하게 된다.

본 발명에 있어서, 상기 중계 통신기는 산마루에 설치되어 AP역할을 하게되며, 약 8 km이내의 중계기들을 거쳐 산불 관제 센터에 정보를 전달할 수 있다. 상기 중계 통신기는 설치의 어려움과 배터리 교체의 어려움을 방지할 수 있도록 태양 전지를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 산불 감시 시스템에서 사용되는 전파는 주파수 424MHz가 바람직하며, 상기 주파수는 송신출력 10dBm의 소 출력 무선기기로 형식승인만 받으면 무선국 허가 없이 사용할 수 있어 상업화에 용이하다.

본 발명의 실시에 있어서, 상기 주파수를 발생시키는 무선기기는 1-10Km의 장거리 통신이 가능한 것이 바람직하며, 마이크로스트립 안테나의 소형화 및 미세조정기법, 그리고 제어 펌웨어를 통해 제조할 수 있다. 본 발명의 실시에 있어서, 상기 무선기기는 수신기의 감도가 좋아 전파노이즈가 적은 산악 지역에 사용할 경우, 임야의 산불방지를 위하여 온도감시 경보장치에 적용된다.

본 발명에 있어서, 상기 온도의 감지기기는 온도를 검출하여 송신하는 센서통신기(STU : Sensor Transceiver Unit)와 이를 받아 해당 관제센터에 연결해주는 중계통신기(RTU : Relay Transceiver Unit)로 구성된다.

상기 센서통신기와 중계통신기 간의 유효한 통신 거리는 약 4Km정도가 가능하므로, 산마루에 배치된 중계통신기 1대를 놓고 최대 99개의 센서통신기를 운용할 수 있다. 또한 중계통신기는 통신감도 8Km정도이므로 중계통신기 서로의 가시가 확보된 산마루에 설치하고, 각각이 AP(Acess point)가 되어 관제센터까지 정확한 화제의 규모와 위치를 신속히 알릴 수 있게 되어, 산불 진압에 매우 유용한 시스템이 된다.

본 발명에서 사용되는 안테나는 소형 마이크로스트립 안테나를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 안테나는 급전 임피던스 및 공진 주파수를 조정하여 원거리에 정확하게 데이터를 전송할 수 있는 안테나를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 마이크로 스티렙 안테나는 전계가 가장 강한 양끝을 절고하여 기판 접지면에 가까이하여 Purturbation 효과로 공진 주파수가 하향하여 소형화된 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 안테나는 소형 가변 캐패시터를 더 포함하여, 주파수 및 급전 임피던스를 조정할 수 있도록 구성되는 것이 좋다.

본 발명에 의해서 새로운 타입의 산불 조기 감지 시스템이 개발되었다. 본 발명에 따른 산불 조기 감지시스템은 유무선의 적절한 조화로 인해 산불의 위치를 카메라가 없이도 정확하게 파악할 수 있어, 배터리 교체 주기가 길며, 중계 시스템의 경우 반영구적으로 사용할 수 있다.

본 발명에 의해서 제공되는 산불 조기 감지시스템으로 인해 저비용으로 산불의 조기 감지를 실현할 있게 되었으며, 산불의 조기 진화가 가능하게 되었다.

본 발명에 있어서, 도 1은 센서 통신기의 기능별 블럭을 나타내는 블럭다이아그램이며, 도 2는 중계 통신기의 기능별 블럭을 나타내는 블럭다이아그램이며, 도 3은 배터리 및 온도의 검출 구조를 나타내는 회로도이며, 도 4는 본 발명에 따른 센서 통신기의 실시예이며, 도 5는 본 발명에 따른 가변 조정 마이크로스트립 안테나의 사진이며, 도 6은 본 발명에 따른 가변 조정 마이크로스트립 안테나의 확대 사진이며, 도 7은 본 발명에 따른 조기 감지 시스템의 중계 모식도이다.

도 1 내지 도 7에서 도시된 바와 같이, 배터리 및 온도 검출회로에서 온도세서에서 검출된 접점(NC) 비교하여 화제상황이 발생되면 424MHz RF 모듈을 통하여 중계통신기(RTU)에 무선 전송 한다.

사용되는 마이크로콘트롤러는 Atmel사의 AtMega16을 사용한다. AtMega16은 RISC 구조에 기초한 저 전력 CMOS형의 8비트 마이크로컨트롤러이다. 명령어는 한 클럭 사이클 내에 수행되고 1 MIPS/MHz에 처리속도를 낼 수 있기 때문에 전력소모를 최적화 할 수 있다.

센서통신기는 배터리로 동작하기 때문에 소모되는 전력을 최소화할 필요가 있다. 마이크로콘트롤러는 자신과 주변회로를 슬립모드로 유지하면서, 10초에 한 번씩 깨어나서 0.01초 동안만 동작하여, 한 번의 배터리교체로 약 10년간 사용할 수 있다.

도면에서 보는 바와 같이 TI사의 RF칩인 CC1020을 이용한 프로차일드사의 CS424XKO AA 무선 데이타모듈을 사용하여 무선통신이 이루어진다. CC1020은 낮은 주파수의 IF 수신기를 특징으로 하고 있다. RF_IN로 들어온 RF신호가 초단증폭기와 가변증폭기로 되어있어 하드웨어의 노이즈특성을 고려하여 프로그램으로 그 이득을 조절할 수 있는 LNA1, LNA2에서 증폭되고 직각변조로 I와 Q신호로 IF(Intermediate Freq.) 변환을 한다. IF단에서 이 I/Q 신호는 복합 필터링 되고 증폭된 다음 ADC에 의하여 디지탈화 된다. AGC, 미세채널필터링, 복조 그리고 비트동기화가 모두 디지털로 처리된다.

도면에서 보는 바와 같이, 또한 지금까지 소형화가 어려워 사용하지 않았던 마이크로스트립 안테나를 소형화하고 거기에 급전임피던스 및 공진주파수를 자유롭게 조정할 수 있는 미세조정 안테나를 적용하여 원거리에 정확하게 데이터를 전송할 수 있는 무선시스템이 이용된다.

도면에서 보는 바와 같은 마이크로스트립 안테나의 전계가 가장 강한 양끝을 절곡하여 기판 접지면에 가까이하면 perturbation효과로 공진주파수가 하향하여 소 형화 되며,여기에 소형 variable capacitor를 추가하여 주파수 및 급전임피던스를 조정할 수 있다.

안테나의 최대이득은 2.14 dBi 이상이며, 반사손실은 (425MHz에서) -20 dBi이하이며, 대역폭은 2MHz이며, 연속가변공진주파수 범위는 50 Mhz이며, 주파수 안정도는 ±3 ppm이며, 안테나길이는 100 mm이며, 송신 출력은 10 dBi, 수신감도는 -120 dBi이다.

도 1은 센서 통신기의 기능별 블럭을 나타내는 블럭다이아그램이다.

도 2는 중계 통신기의 기능별 블럭을 나타내는 블럭다이아그램이다.

도 3은 배터리 및 온도의 검출 구조를 나타내는 회로도이다.

도 4는 본 발명에 따른 센서 통신기의 실시예이다.

도 5는 본 발명에 따른 가변 조정 마이크로스트립 안테나의 사진이다.

도 6은 본 발명에 따른 가변 조정 마이크로스트립 안테나의 확대 사진이다.

도 7은 본 발명에 따른 조기 감지 시스템의 중계 모식도이다.

도 8은 CC1020블럭 구조이다.

도 9는 주변회로의 구성이다.

Claims (4)

1. 일정 간격으로 열 감지센서가 설치되는 유선형 감지라인이 방상형으로 연결되고 나무에 설치되는 센서 통신기; 및 산마루에 설치되며, 상기 센서 통신기로부터 무선으로 열 감지 온도를 전달받아 관제 센터에 연결하는 중계 통신기를 포함하고, 안테나는 급전 임피던스 및 공진 주파수가 조정되고, 전계가 가장 강한 양끝을 절곡하여 기판 접지면에 가까이하여 Purturbation 효과로 공진 주파수가 하향하여 소형화된 것을 특징으로 하는 산불 감지 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 센서 통신기는 임야에 분포되어 화제를 감시하여, 베터리 전력을 사용하며, 4 km범위에 있는 중계 통신기에 감지 정보를 전달하는 산불 감지 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 중계 통신기는 산마루에 설치되어 AP역할을 하게되며, 8 km이내의 중계기들을 거쳐 산불 관제 센터에 정보를 전달하는 것을 특징으로 하는 산불 감지 시스템.
4. 삭제

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