KR101622021B1

KR101622021B1 - 보안 펜스의 침입 감지 장치

Info

Publication number: KR101622021B1
Application number: KR1020140049531A
Authority: KR
Inventors: 이용철; 장우영
Original assignee: 주식회사 지이에스
Priority date: 2014-04-24
Filing date: 2014-04-24
Publication date: 2016-05-17
Also published as: KR20150123082A; WO2015163549A1; US20170039825A1; US9830786B2; JP2017514258A; JP6267829B2

Abstract

본 발명은 보안 펜스에 결속된 차폐 다심 케이블에 연결된 전하증폭기의 출력 신호의 주파수 성분의 분포 특성을 검출하여 보안 펜스의 전체적인 진동과 부분적인 충격에 의한 신호인지 여부를 판단하는 보안 펜스의 침입 감지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 본 발명은 차폐 다심 케이블 내부의 마찰 대전에 의해 발생하는 전하량을 증폭하고, 능동필터를 통해 전압의 형태로 출력하는 전하 증폭기; 상기 전하 증폭기에서 출력된 신호를 수신하여 상기 수신된 신호의 진폭을 일정 크기로 확대 또는 축소되도록 변환하고, 상기 변환된 신호를 샘플링하여 주파수 성분을 검출하는 신호 변환부; 상기 신호 변환부에서 검출된 주파수 성분을 분석하여 미리 설정된 대전 신호의 주파수 신호와 다른 특성을 갖는 주파수 신호를 검출하는 특성 주파수 추출부; 및 상기 특성 주파수 추출부에서 검출한 특성 주파수 신호를 미리 설정된 진동 판단용 주파수 신호 및 침입 판단용 주파수 신호와 비교하여 진동 또는 침입 여부를 결정하는 침입 판정부를 포함한다. 따라서 본 발명은 바람, 폭우 등의 자연 현상과, 대형 이동수단, 비행기 등에 의해 발생하는 펜스의 진동으로부터 오경보가 발생하는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.

Description

보안 펜스의 침입 감지 장치 {APPARATUS FOR DETECTING INVASION OF SECURITY FENCE}

본 발명은 보안 펜스의 침입 감지 장치에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 보안 펜스에 결속된 차폐 다심 케이블에 연결된 전하증폭기의 출력 신호의 주파수 성분의 분포 특성을 검출하여 보안 펜스의 전체적인 진동과 부분적인 충격에 의한 신호인지 여부를 판단하는 보안 펜스의 침입 감지 장치에 관한 것이다.

최근 들어 산업 각 분야의 전문화에 따른 보안 및 방범 유지를 위한 국가 주요기관 보안 시설물 또는 주요 산업 시설물 등의 보안 중요성이 강조되면서 최첨단 기술을 접목한 철저한 보안시스템의 구축이 공공기관, 기업 및 정부 내에 절대적인 과제로 부상하고 있는 실정이다.

또한, 효율적인 인력 및 경비 운용을 위하여 각국 정부 및 기업 등은 최소한의 보안경비 인력으로 이를 해결하고자 하고 첨단화 되어가는 보안시스템의 구축을 필요로 하고 있다.

이와 같은 보안 시스템에는 출입문 및 창문 등 건물 내부로 진입할 수 있는 위치에 설치되는 잠금장치 또는 방범 창살의 기계적 동작을 가능하게 하는 시스템, 침입자의 침입을 감시하는 카메라, 방범센서 등의 전자적인 감시장치 등이 있다.

특히, 최근에는 방범 시스템에 대한 관심이 증대되어 보안카메라, 보안센서등에 의해 외부침입자의 침입이 감지된 경우, 보안경비업체 등에 연락이 되어 보안경비업체의 직원이 출동하는 시스템이 갖추어졌다.

그뿐만 아니라, 임의의 지역의 보안을 강화하기 위해 울타리를 설치하고 울타리에 임의의 경보 시스템을 설치하여 보안을 강화하고 있는 실정이다.

도 1은 일반적인 차폐 다심 케이블을 이용한 침입 감지 장치의 케이블 연결 상태를 나타낸 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 침입 감지 장치(10)는 정전기력을 검출하기 위한 차폐 다심 케이블(1)이 연결 케이블(5)을 경유하여 아날로그 센서부(6, Analog Sensor Unit: ASU)에 연결되어 있다.

또한, 상기 차폐 다심 케이블(1)의 끝단에는 종단 디바이스(2)에 의하여 마감되고, 차폐 다심 케이블(1) 사이는 브랜치 슬리브(3)에 의하여 연결되며, 차폐 다심 케이블(1)과 연결 케이블(5)은 케이블 어댑터(4)에 의하여 연결되고, 연결 케이블(5)은 아날로그 센서부(6)에 연결된다.

도 2는 종래 기술에 따른 차폐 다심 케이블을 이용한 침입 감지 장치의 사용 상태를 나타낸 예시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 외곽에 설치한 여러 펜스(20)에 상기한 차폐 다심 케이블(1)이 설치되어 있고, 이러한 차폐 다심 케이블(1)들이 연결 케이블을 통하여 아날로그 센서부(6)에 연결되며, 아날로그 센서부(6)는 차페 연선 케이블(1)로부터 정전기력이 검출되면, 경보 신호를 원격지의 상황실 등에 설치된 관리 시스템으로 출력한다.

한국 특허등록번호 제10-1046635호(발명의 명칭: 보안펜스 침입감지시스템 및 침입감지방법)에서는 데이터 케이블에 연결된 복수의 감지모듈이 일정간격으로 보안펜스에 부착되어 보안펜스를 통해 침입이 발생하면, 보안펜스에 부착된 감지모듈이 진동을 감지하고, 감지된 정보가 네트워크 제어모듈에서 침입여부, 침입위치, 침입형태를 판단하여 감시상황실로 전송하는 보안펜스 침입 감지시스템이 제안되었다.

그러나, 이러한 종래 기술에 따른 침입 감지 시스템은 보안 감지기가 설치된 위치와 물리적인 펜스의 상태에 따라 바람, 우천, 기후변화 등 외부의 자연 환경에 의해 오동작이 발생하여 보안 시스템의 신뢰성이 저하되는 문제점과 효율적인 운용을 방해하는 문제점이 있다.

한국 특허등록번호 제10-1046635호

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 보안 펜스에 결속된 차폐 다심 케이블에 연결된 전하증폭기의 출력 신호의 주파수 성분의 분포 특성을 검출하여 보안 펜스의 전체적인 진동과 부분적인 충격에 의한 신호인지 여부를 판단하는 보안 펜스의 침입 감지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 보안 펜스의 침입 감지 장치로서, 차폐 다심 케이블 내부의 마찰 대전에 의해 발생하는 전하량을 증폭하고, 능동필터를 통해 전압의 형태로 출력하는 전하 증폭기; 상기 전하 증폭기에서 출력되는 신호를 수신하여 디지털 신호로 변환하여 출력하는 ADC와, 상기 ADC에서 변환된 디지털 신호의 진폭을 미리 설정된 환경정보에 따라 주파수 성분이 변형되지 않도록 확대 또는 축소 변환하여 출력하는 스케일러와, 상기 스케일러에서 확대 또는 축소 변환된 신호에서 주파수 성분을 검출하는 푸리에 변환부와, 주파수 성분의 분석 정확도를 보장하기 위해 일정 주기마다 샘플링하도록 상기 ADC로 미리 설정된 일정 시간에 컨버전 신호를 출력하고, 상기 스케일러에서 출력되는 신호의 진폭을 분석하여 자연 환경에 따른 정전기력의 크기 정보를 반영한 임계값의 범위를 초과하는지 여부에 따라 상기 푸리에 변환부의 동작을 제어하는 변환 관리부를 구비한 신호 변환부; 상기 신호 변환부에서 검출된 주파수 성분을 분석하여 미리 설정된 대전 신호의 주파수 신호와 다른 특성을 갖는 주파수 신호를 검출하는 특성 주파수 추출부; 및 상기 특성 주파수 추출부에서 검출한 특성 주파수 신호를 상기 전하 증폭기의 출력 크기에 따라 정렬하여 미리 설정된 진동 판단용 주파수 신호 및 침입 판단용 주파수 신호와 비교하며, 상기 비교 결과에 따라 상기 전하 증폭기에서 출력된 신호가 자연환경에 의해 발생된 진동 신호인지 또는 침입에 의해 발생된 신호인지 여부를 결정하는 침입 판정부를 포함한다.

삭제

또한, 본 발명에 따른 상기 스케일러는 상기 ADC에서 출력되는 신호 중에서 일정 시간 지속적으로 발생되는 신호가 입력되면, 상기 입력 신호들의 평균 진폭값을 산출하고, 상기 입력 신호의 진폭값에서 상기 산출된 평균 진폭값의 차이만큼 감소시켜 출력하는 것을 특징으로 한다.

삭제

또한, 본 발명에 따른 침입 판정부의 진동 판단용 주파수 신호 및 침입 판단용 주파수 신호는 미리 설정된 보안 펜스의 종류에 따라 모델링된 주파수 신호인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 바람, 폭우 등의 자연 현상에 의한 펜스 진동을 판단하여 오경보의 출력을 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 펜스의 근거리에서 이동하는 전차, 트럭, 중장비 등의 대형 이동수단에 의해 발생되는 진동이나 또는 저공 비행하는 비행체에 의해 발생하는 펜스의 진동으로부터 오경보가 발생하는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 실시간 기상정보를 바탕으로 입력하는 신호를 미리 조정하여 오경보를 사전에 차단함으로써, 실시간 경보 성능과 침입 경보의 신뢰성을 향상 시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1 은 일반적인 차폐 다심 케이블을 이용한 침입 감지 장치의 케이블 연결 상태를 나타낸 블록도.
도 2 는 종래 기술에 따른 차폐 다심 케이블을 이용한 침입 감지 장치를 보안 펜스에 사용한 상태를 나타낸 예시도.
도 3 은 본 발명에 따른 보안 펜스의 침입 감지 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 4 는 도 3에 따른 보안 펜스의 침입 감지 장치의 신호 변환부 구성을 나타낸 블록도.
도 5 는 도 3에 따른 보안 펜스의 침입 감지 장치의 침입 발생시 출력신호를 나타낸 그래프.
도 6 은 도 3에 따른 보안 펜스의 침입 감지 장치의 진동 발생시 출력신호를 나타낸 그래프.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 보안 펜스의 침입 감지 장치의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 보안 펜스의 침입 감지 장치의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 4는 도 3에 따른 보안 펜스의 침입 감지 장치의 신호 변환부 구성을 나타낸 블록도이다.

도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 보안 펜스의 침입 감지 장치(100)는 차폐 다심 케이블에 연결된 전하증폭기의 출력 신호의 주파수 성분의 분포 특성을 검출하여 보안 펜스의 전체적인 진동과 부분적인 충격에 의한 신호인지 여부를 판단할 수 있도록 전하 증폭기(110)와, 신호 변환부(120)와, 특성 주파수 추출부(130)와, 침입 판정부(140)를 포함하여 구성된다.

상기 전하 증폭기(110)는 외부의 힘이나 충격이 가해지면 정전 기전력이 변하는 차폐 다심 케이블 내부의 마찰 대전에 의해 발생하는 신호를 검출하는 아날로그 센서(Analog Sensor Unit)와 연결되고, 상기 아날로그 센서가 검출한 신호의 전하량을 증폭하며, 능동필터를 통해 전압의 형태로 출력한다.

상기 신호 변환부(120)는 전하 증폭기(110)에서 출력되는 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호의 진폭을 일정 크기로 확대 또는 축소되도록 변환하며, 상기 변환된 신호를 샘플링하여 주파수 성분을 검출하는 구성으로서, ADC(Analog to Digital Converter, 121)와, 스케일러(122)와, 푸리에 변환부(123)와, 변환 관리부(124)를 포함하여 구성된다.

상기 ADC(121)는 전하 증폭기(110)에서 출력되는 신호를 수신하여 디지털 신호로 변환하여 출력한다.

상기 스케일러(122)는 ADC(121)에서 변환된 디지털 신호의 진폭을 미리 설정된 환경정보에 따라 주파수 성분이 변형되지 않도록 확대 또는 축소 변환하여 출력하는 구성으로서, 상기 ADC(121)에서 출력되는 신호 중에서 일정 시간 지속적으로 발생되는 신호가 입력되면, 상기 입력 신호들의 평균 진폭값을 산출하고, 상기 입력 신호의 진폭값에서 상기 산출된 평균 진폭값의 차이만큼 감소시켜 출력되도록 한다.

즉 보안 펜스에 설치된 차폐 다심 케이블은 자연적인 바람, 강우 등의 자연적인 환경 조건에 의해 진동이 발생하게 되고, 상기한 환경 조건에 의해 보안 펜스가 진동할 경우, 상기 진동에 의한 전하 증폭기(110)의 출력 신호는 상기 보안 펜스가 설치된 위치에 따라 바람의 방향과 속도에 의해 영향을 받게 되므로, 상기 전하 증폭기(110)의 출력 신호로부터 주파수 성분에 대한 왜곡 없이 자연 현상에 의한 잡음신호를 제거하기 위해 ADC(121)에서 변환된 신호의 진폭값을 비례적으로 확대하거나 또는 축소되도록 변환하여 출력한다.

상기 푸리에 변환부(123)는 스케일러(122)에서 확대 또는 축소 변환된 신호를 샘플링하여 주파수 성분으로 변환하여 출력하는 구성으로서, 0.25Hz의 분해능을 갖는 스펙트럼과 진폭을 수치화한다.

즉 상기 푸리에 변환부(123)는 입력된 신호를 예를 들면, 1초단 2ⁿ 번의 표본화를 시행하면, 표본화 시작시간에서 표본화 마침시간까지 표본 데이터가 산출된다.

상기 산출된 표본화 데이터를 실시간으로 고속 푸리에 변환을 수행하여 각 주파수의 값을 산출하고, 각 단위 시간별 시작시간과, 마침시간 사이에서 가장 큰 최대 크기를 갖는 주파수 값[f(max)]과 그 전압값이 저장되도록 한다.

상기 변환 관리부(124)는 ADC(121)로 일정 주기마다 주파수 분석의 정확도 보장을 위한 컨버젼 신호를 출력하고, 상기 스케일러(122)에서 출력되는 신호의 진폭을 분석하여 미리 설정된 임계값의 범위를 초과하면 상기 푸리에 변환부(123)가 동작하도록 제어한다.

즉 상기 변환 관리부(124)는 주파수 성분의 분석 정확도를 보장하기 위해 일정 주기마다 샘플링(표본화)하기 위해 미리 설정된 일정 시간에 상기 ADC(121)의 SOC(Start of conversion)를 위한 컨버전 신호를 출력한다.

또한, 상기 변환 관리부(124)는 사용자가 설정하는 자연 환경(예를 들면, 바람, 온도, 강우 정보) 정보에 따른 정전기력의 크기(신호의 진폭) 정보를 반영하여 상기 임계값의 범위가 설정되도록 한다.

즉 바람의 영향으로 보안 펜스가 진동할 경우 불필요한 신호가 검출되는 것을 방지하기 위해 진폭의 최대 임계값과 최소 임계값의 범위가 가변되도록 한다.

또한, 보안 펜스의 종류와 설치 지역의 바람, 온도, 강우 등의 특성에 따라 보안 펜스가 유동하여 오동작 신호가 검출되는 것을 방지할 수 있도록 상기 조건 정보들이 입력되면 자동으로 조절될 수 있도록 구성할 수도 있다.

상기 특성 주파수 추출부(130)는 신호 변환부(120)에서 검출된 주파수 성분을 분석하여 미리 설정된 대전 신호의 주파수 신호와 다른 특성을 갖는 주파수 신호를 검출하는 구성으로서, 보안 펜스가 자연 현상으로 인해 광범위하게 진동할 경우와, 협소한 범위의 충격에 의해 차폐 다심 케이블 내에 대전되는 전하 신호는 다른 주파수 특성을 갖고 있어서 진동과 충격을 구분할 수 있는 특성 주파수 신호를 추출한다.

상기 특성 주파수는 최대 크기를 갖는 주파수 값[f(max)], 두번째 크기를 갖는 주파수 값[f(max-1)], 세번째 크기를 갖는 주파수 값[f(max-2)], 네번째 크기를 갖는 주파수 값[f(max-3)]으로 구성된다.

도 5(a)와, 도 5(b)는 충격(침입)시 전하 증폭기의 출력신호를 나타낸 것으로, 충격에 의한 전하 증폭기의 출력 신호는 최대값을 갖는 주파수 f(max) 근처에 f(max-1), f(max-2), f(max-3) 주파수가 밀집된 분포를 보인다.

또한, 도 6(a)와, 도 6(b)는 진동시 전하 증폭기의 출력 신호를 나타낸 것으로, 바람 등에 의한 진동 발생시 전하 증폭기의 출력 신호는 f(max), f(max-1), f(max-2), f(max-3)의 주파수 값들이 산발적인 분포를 보인다.

상기 침입 판정부(140)는 특성 주파수 추출부(130)에서 검출한 특성 주파수 신호를 미리 설정된 진동 판단용 주파수 신호 및 침입 판단용 주파수 신호와 비교하여 진동 또는 침입 여부를 결정한다.

즉 상기 진동 판단용 주파수 신호와, 침입 판단용 주파수 신호는 보안 펜스의 종류에 따라 모델링해서 주파수 분포 특성을 분석하여 저장한 값이고, 상기 침입 판정부(140)는 전하 증폭기의 출력 신호 크기에 따라 주파수 값을 정렬하여 상기 모델링한 값과 비교하며, 상기 비교 결과에 따라 상기 전하 증폭기에서 출력된 신호가 침입에 의해 발생된 신호인지 바람 등에 의해 발생된 진동 여부를 결정한다.

또한, 상기 진동 판단용 주파수 신호와, 침입 판단용 주파수 신호는 미리 설정된 보안 펜스의 종류에 따라 모델링된 주파수 신호이다.

따라서 보안 펜스의 진동 발생시 상기 보안 펜스의 설치 상태에 따라 다르게 나타나는 특성 주파수 분포 특성을 추출하여 실시간으로 비교함으로써, 침입에 의한 충격과 자연 환경에 의한 진동을 판정하여 펜스 침임 감지 시스템의 오동작 및 오경보를 방지할 수 있게 된다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있으며, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 해석은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

100 : 침입 감지 장치
110 : 전하 증폭기
120 : 신호 변환부
121 : ADC
122 : 스케일러
123 : 푸리에 변환부
124 : 변환 관리부
130 : 특성 주파수 추출부
140 : 침입 판정부

Claims

차폐 다심 케이블 내부의 마찰 대전에 의해 발생하는 전하량을 증폭하고, 능동필터를 통해 전압의 형태로 출력하는 전하 증폭기(110);
상기 전하 증폭기(110)에서 출력되는 신호를 수신하여 디지털 신호로 변환하여 출력하는 ADC(121)와, 상기 ADC(121)에서 변환된 디지털 신호의 진폭을 미리 설정된 환경정보에 따라 주파수 성분이 변형되지 않도록 확대 또는 축소 변환하여 출력하는 스케일러(122)와, 상기 스케일러(122)에서 확대 또는 축소 변환된 신호에서 주파수 성분을 검출하는 푸리에 변환부(123)와, 주파수 성분의 분석 정확도를 보장하기 위해 일정 주기마다 샘플링하도록 상기 ADC(121)로 미리 설정된 일정 시간에 컨버전 신호를 출력하고, 상기 스케일러(122)에서 출력되는 신호의 진폭을 분석하여 자연환경에 따른 정전기력의 크기 정보를 반영한 임계값의 범위를 초과하는지 여부에 따라 상기 푸리에 변환부(123)의 동작을 제어하는 변환 관리부(124)를 구비한 신호 변환부(120);
상기 신호 변환부(120)에서 검출된 주파수 성분을 분석하여 미리 설정된 대전 신호의 주파수 신호와 다른 특성을 갖는 주파수 신호를 검출하는 특성 주파수 추출부(130); 및
상기 특성 주파수 추출부(130)에서 검출한 특성 주파수 신호를 상기 전하 증폭기(110)의 출력 크기에 따라 정렬하여 미리 설정된 진동 판단용 주파수 신호 및 침입 판단용 주파수 신호와 비교하며, 상기 비교 결과에 따라 상기 전하 증폭기(110)에서 출력된 신호가 자연환경에 의해 발생된 진동 신호인지 또는 침입에 의해 발생된 신호인지 여부를 결정하는 침입 판정부(140)를 포함하는 보안 펜스의 침입 감지 장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 스케일러(122)는 상기 ADC(121)에서 출력되는 신호 중에서 일정 시간 지속적으로 발생되는 신호가 입력되면, 상기 입력 신호들의 평균 진폭값을 산출하고, 상기 입력 신호의 진폭값에서 상기 산출된 평균 진폭값의 차이만큼 감소시켜 출력하는 것을 특징으로 하는 보안 펜스의 침입 감지 장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 침입 판정부(140)의 진동 판단용 주파수 신호 및 침입 판단용 주파수 신호는 미리 설정된 보안 펜스의 종류에 따라 모델링된 주파수 신호인 것을 특징으로 하는 보안 펜스의 침입 감지 장치.