KR101725119B1 - 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 방법 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 정해진 공간 내에서 입력 전압에 따라 음파를 출력하는 음향 발생 장치; 상기 정해진 공간 내에서 음파를 수신하고, 수신한 음파로부터 음압을 얻는 음향 수신 장치; 및 준비 모드에서 상기 음향 발생 장치의 입력 전압 대비 상기 음향 수신 장치에 의해 얻어진 음압의 비율을 나타내는 음향 전달함수를 이용하여 기준 음압 정보를 계산하고, 감시 모드에서 상기 음향 전달함수를 이용하여 현재 음압 정보를 계산한 후, 상기 기준 음압 정보와 상기 현재 음압 정보를 비교하여 화재 발생 여부를 판단하는 화재 감시 장치를 포함한다.
Description
본 발명은 화재 감시 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화재에 의한 주변 공기의 온도 변화에 따른 공기밀도와 음파의 속도 변화가 음파의 전달에 영향을 주어 유발되는 화재 감시 공간 내부의 음장의 변화를 감지함으로써, 불꽃이나 연기가 눈에 보이지 않는 상태에서도 조기에 화재를 감지할 수 있는 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 방법 및 시스템에 관한 것이다.
화재 감시 시스템은 오랫동안 연구되어 왔으며, 온도감지 방식, 연기감지 방식 및 불꽃감지 방식 등이 있다.
종래 기술로서, 한국공개특허 제10-2007-0119593호(연기, 불꽃 및 열을 감지하는 복합형 화재 감지기)는 열, 연기 및 불꽃 감지기가 일체화된 하나의 화재 감지기를 이용하여 자연발화에 대비하기 위한 연기감지 기능과 방화에 대비하기 위한 불꽃감지 기능을 동시에 제공하는 복합형 화재 감지기를 개시하고 있다. 상기 복합형 화재 감지기는 다양한 화재 상황에 대해 오보율이 낮고 초기부터 화재를 감지할 수 있는 장점을 가진다.
그러나 상기 복합형 화재 감지기는 감지 센서가 설치된 위치의 온도나 연기밀도가 높지 않은 화재 초기에는 화재를 잘 감지하지 못하고, 불꽃이 물건에 의해 가려지거나 구석진 사각지대에서 화재가 발생하는 경우 불꽃을 감지할 수 없기 때문에 조기에 화재를 감지할 수 없는 문제점이 있었다.
다른 종래 기술로서, 한국공개특허 제10-2009-0082800호(화재 감시 시스템)는 다양한 센서와 신호 처리부로 구성되어 불꽃뿐만 아니라 연기와 열을 감지하여 화재 발생을 정확하게 감지하고 감지된 정보를 전송함으로써 오작동 및 미작동이 줄여진 화재 감시 시스템을 개시하고 있다.
그러나 상기 화재 감시 시스템은 화재가 어느 정도 진행된 상태에서 연기나 열을 감지할 수 있고, 물건에 의해 가려지거나 구석진 곳 또는 감춰진 사각지대에서 발생하는 초기 화재를 감지하기 어려운 문제점이 있었다.
또 다른 종래 기술로서, 미국공개특허 제2006/0192670호(Multi-sensor device and methods for fire detection)는 광 센서를 기본으로 연기 센서 또는 열 센서와 결합된 다중 센서를 이용하여 화재 경보의 오작동을 최소화한 다중 센서를 이용한 화재 감지 장치를 개시하고 있다.
그러나 상기 다중 센서를 이용한 화재 감지 장치 역시 물건에 의해 가려지거나 구석진 곳 또는 감춰진 사각지대에서 발생하는 화재를 감지하기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 사각지대에서 발생하는 초기 화재를 감지할 수 있고, 화재 감지의 신속성 및 신뢰도를 가지는 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 방법 및 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 기존의 침입 감지 시스템과 상호 보완적으로 구성되어 종합적인 보안 감시 시스템을 제공하는 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 방법 및 시스템을 제공한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 본 발명에 따른 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 시스템은, 정해진 공간 내에서 입력 전압에 따라 음파를 출력하는 음향 발생 장치; 상기 정해진 공간 내에서 음파를 수신하고, 수신한 음파로부터 음압을 얻는 음향 수신 장치; 및 준비 모드에서 상기 음향 발생 장치의 입력 전압 대비 상기 음향 수신 장치에 의해 얻어진 음압의 비율을 나타내는 음향 전달함수를 이용하여 기준 음압 정보를 계산하고, 감시 모드에서 상기 음향 전달함수를 이용하여 현재 음압 정보를 계산한 후, 상기 기준 음압 정보와 상기 현재 음압 정보를 비교하여 화재 발생 여부를 판단하는 화재 감시 장치를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 방법은, 음향 발생 장치가 정해진 공간 내에서 입력 전압에 따라 음파를 출력하는 음파 출력 단계; 음향 수신 장치가 상기 정해진 공간 내에서 음파를 수신하고, 수신한 음파로부터 음압을 얻는 음파 수신 단계; 화재 감시 장치가 준비 모드에서 상기 음향 발생 장치의 입력 전압 대비 상기 음향 수신 장치에 의해 얻어진 음압의 비율을 나타내는 음향 전달함수를 이용하여 기준 음압 정보를 계산하는 단계; 및 상기 화재 감시 장치가 감시 모드에서 상기 음향 전달함수를 이용하여 현재 음압 정보를 계산한 후, 상기 기준 음압 정보와 상기 현재 음압 정보를 비교하여 화재 발생 여부를 판단하는 단계를 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 방법 및 시스템을 제공함으로써, 화재 감시 시스템의 오작동/미작동 확률을 줄일 수 있고, 사각지대에서 발생하는 초기 화재를 감시할 수 있는 효과가 있다.
또한, 기존의 침입 감지 시스템과 상호 보완적으로 구성되는 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 시스템을 제공함으로써, 침입뿐만 아니라 화재 발생을 감시할 수 있는 종합적인 보안 감시 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 화재 감시 공간 내에서 화재 발생시 국소적인 공기밀도의 변화와 음파의 속도 변화에 따라 음장 변화가 일어나는 과정을 이론적으로 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 시스템의 구성을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 방법을 나타낸 흐름도,
도 4a는 화재 감시 공간 내에서 화재 발생 전후의 주파수별 음압 정보를 비교한 그래프,
도 4b는 화재 감시 공간 내에서 화재 발생시 시간에 따른 초기편차 대비 음압 정보 변화율을 나타낸 그래프,
도 5a는 화재 발생시 시간 및 주파별 초기편차 대비 음압 정보 변화율의 변화 패턴을 나타낸 그래프,
도 5b는 침입 발생시 시간 및 주파별 초기편차 대비 음압 정보 변화율의 변화 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 시스템의 구성을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 방법을 나타낸 흐름도,
도 4a는 화재 감시 공간 내에서 화재 발생 전후의 주파수별 음압 정보를 비교한 그래프,
도 4b는 화재 감시 공간 내에서 화재 발생시 시간에 따른 초기편차 대비 음압 정보 변화율을 나타낸 그래프,
도 5a는 화재 발생시 시간 및 주파별 초기편차 대비 음압 정보 변화율의 변화 패턴을 나타낸 그래프,
도 5b는 침입 발생시 시간 및 주파별 초기편차 대비 음압 정보 변화율의 변화 패턴을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 일실시예에서는 음향 발생 장치가 일정 시간 간격으로 일정한 음압을 갖는 가청 주파수 및 초음파의 음파를 화재 감시 공간 내로 전파하고, 음향 수신 장치가 화재 감시 공간 내에서 음파를 수신하며, 화재 감시 장치가 음향 수신 장치에 의해 얻어진 음압의 비율로 결정되는 음향 전달함수값을 계산한 후, 주파수별 기준 음압 정보의 편차의 최대값 즉, 초기편차 대비 주파수별 기준 음압 정보의 평균과 주파수별 현재 음압 정보의 평균의 차이값의 절대값 즉, 음압 정보 변화율(Signal/Noise)의 평균값을 화재 판단 기준값과 비교하여 화재 발생 여부를 판단하는 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 방법 및 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예에서는 음향 발생 장치가 주파수가 다른 사인파의 음원을 발생하고, 화재 감시 장치가 화재 감시 공간 내에서 음압의 크기 또는 위상 등과 같은 음압 정보가 주파수의 크기에 따라 변화하는 패턴을 감지하며 초기편차 대비 음압 정보 변화율의 시간적인 변화와 주파수에 따른 변화를 종합적으로 분석하여 화재 감시 공간 내부에서 발생한 이벤트가 침입에 의한 것인지 또는 화재에 의한 것인지를 구분하여 화재 감지의 정확도를 향상시킬 수 있는 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 방법 및 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 시스템은 음파를 발생하는 음향 발생 장치와 음파를 감지하는 음향 수신 장치 및 화재를 감시하는 화재 감시 장치로 구성되어, 화재 감시 장치가 음향 수신 장치를 통해 측정된 음향 신호를 처리하여 초기편차 대비 음압 정보 변화율을 구하고, 이를 화재 판단발생 기준값과 비교하여 화재 발생 여부를 판단하며, 화재 발생 판단시 촬영된 영상을 관리자 또는 특정 휴대폰 사용자에게 송신하는 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 방법 및 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 시스템은 카메라, 온도 감지 센서, 연기 감지 센서 및 불꽃 감지 센서 등과 연계하여 복합적으로 화재 발생을 판단함으로써, 화재 감시의 신뢰도를 높이고 조기에 화재를 감시할 수 있다.
도 1은 화재 감시 공간 내에서 화재 발생시 국소적인 공기밀도의 변화와 음파의 속도 변화에 따라 음장 변화가 일어나는 과정을 이론적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 화재 발생시 화재 주변의 공기밀도와 음파의 속도가 변화하여 음향 발생 장치(110)에서 나오는 음파가 공기의 밀도가 다른 경계에서 반사, 굴절 또는 회절되는 현상이 나타난다. 따라서, 온도가 다른 공기 내에서 음파의 파장이 달라지는 현상이 나타나고, 이로 인해 화재 감시 공간 내부에 설치된 음향 수신 장치에서 감지하는 공기의 음압이 달라진다. 이러한 음장 변화 현상은 음파의 반향이 잘 일어나는 음향 공간 내에서 더 잘 발생할 수 있고, 이 음장 변화를 감지하면 불꽃이나 연기가 관측되지 않은 사각지대의 화재도 초기에 감지할 수 있다.
이론적인 해석 조건은 다음과 같다. 도 1의 (a)와 (b)는 각각 반향이 없는 3m x 3m의 2차원 무향 공간 내부에서 화재 발생 전의 상온(18℃)과 화재로 인하여 지름 50cm의 원 내부의 공기온도가 200℃로 상승한 상황에서 1kHz의 음파가 10m/s2의 가속도로 음향 발생 장치(110)에서 발생하여 화재 감시 공간 내부로 전파되는 상황을 2차원 유한요소 해석방법으로 해석하여 화재 감시 공간 내부의 음압 레벨(Sound Pressure Level)을 2차원으로 매핑(Mapping)하여 얻은 그래프를 나타낸다. 이러한 현상은 대부분의 음파에서 나타나며 화재 감시 공간 내부에 설치된 음향 수신 장치(미도시)를 이용하여 이러한 음장 변화를 감지할 수 있다. 반향이 많은 실제 공간에서는 음파가 분산되지 않고 화재 감시 공간 내부에서 반사되어 중첩되기 때문에 화재에 의한 온도 상승 효과는 훨씬 더 큰 음장의 변화를 유발할 수 있고 더욱 용이하게 화재 발생을 감지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 화재 감시 시스템은 음향 발생 장치(210), 음향 수신 장치(220) 및 화재 감시 장치(230) 등을 포함한다.
음향 발생 장치(210)는 화재 감시 공간 내에서 입력 전압에 따라 음파를 출력한다. 여기서, 음향 발생 장치(210)는 20~20k Hz의 가청 주파수 및 20kHz 이상의 초음파의 단일 사인파 또는 다수의 주파수를 가지는 사인파의 선형합으로 이루어진 멀티톤 음원의 연속파 및 펄스파, 또는 핑크 노이즈(Pink Noise) 및 화이트 노이즈(White Noise) 음원 등을 사용할 수 있다. 음향 발생 장치(210)의 음량은 화재 발생을 감지할 수 있는 최적의 크기로 설정되는 것이 바람직하다.
음향 수신 장치(220)는 화재 감시 공간 내에서 음파를 수신하고, 수신한 음파로부터 음압을 얻는다. 여기서, 음향 수신 장치(220)는 수신한 음파를 주파수 영역으로 변환하는 주파수 변환필터를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 화재 감시 장치(230)는 화재 감시 공간의 상황을 감지하는 척도로서, 음향 전달함수(Sound Transfer Function)(H(S), H'(s))를 사용한다. 여기서, 음향 전달함수(H(S), H'(s))는 일반 전달함수를 구하는 방식을 따르며, 음향 발생 장치(210)의 입력 전압(Vin) 대비 음향 수신 장치(220)에 의해 얻어진 음압(Pout)의 비율인 Pout/Vin 값을 나타낸다.
이에 따라, 화재 감시 장치(230)는 준비 모드에서 음향 전달함수(H(s))를 이용하여 기준 음압 정보(기준 음압의 크기(Amp=20log(H(s))) 또는 기준 음압의 위상(Ph=ang(H(s))))를 계산한다. 이때, 화재 감시 장치(230)는 점진적인 공기의 온습도 변화 또는 대류 등의 환경 변화로 인해 음향 전달함수(H(s))가 변화하는 것을 배제시키기 위해, 음압 정보, 주파수별 음압 정보의 평균 및 편차를 계산하여 시간별 음장 변화 패턴을 측정하고, 측정된 시간별 음장 변화 패턴을 분석하여 초기화 시간 주기 및 화재 판단 기준값을 설정한다.
그리고 화재 감시 장치(230)는 감시 모드에서 음향 전달함수(H'(s))를 이용하여 현재 음압 정보(현재 음압의 크기(Amp=20log(H'(s))) 또는 현재 음압의 위상(Ph=ang(H'(s))))를 계산한 후, 기준 음압 정보와 현재 음압 정보를 비교하여 화재 발생 여부를 판단한다. 자세하게는, 화재 감시 장치(230)는 주파수별 기준 음압 정보의 편차의 최대값인 초기편차(Noise) 대비 주파수별 기준 음압 정보의 평균과 주파수별 현재 음압 정보의 평균의 차이값의 절대값(20log(H'(s))-20log(H(s)))인 신호값(Signal)(이하, '초기편차 대비 음압 정보 변화율')의 평균값이 화재 판단 기준값 이상인 경우, 화재가 발생한 것으로 판단한다. 이때, 화재 감시 장치(230)는 점진적인 대기의 온습도 변화 및 대류 등에 의해 음향 전달함수(H(s))가 변화하여 화재 경보가 울리는 것을 방지하기 위해, 감시 모드에서 초기화 시간 주기 간격으로 음압 정보, 주파수별 음압 정보의 평균 및 편차를 계산하여 초기화 시간 주기 및 화재 판단 기준값을 재설정하는 것이 바람직하다.
한편, 음향 전달함수(H(s), H'(s))는 화재뿐만 아니라 침입에 의해서도 변할 수 있기 때문에 음장 변화의 측정만으로는 침입이나 화재를 구분해내기 어렵다. 이를 위해, 화재 감시 장치(230)는 시간/주파수별 음장 변화 패턴을 감지하고, 감지된 시간/주파수별 음장 변화 패턴을 기저장된 시간/주파수별 음장 변화 패턴과 비교하여 음장 변화가 화재에 의한 것인지 또는 침입 등과 같은 기타 이벤트에 의한 것인지 분별할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 도 5에서 하기로 한다.
또한, 본 발명에 따른 화재 감시 시스템은 화재 감시 장치(230)에 의해 화재가 발생한 것으로 확인된 경우 영상 촬영을 수행하기 위한 카메라(미도시)를 더 포함할 수 있다.
또한, 화재 감시 장치(230)는 카메라(미도시)를 이용하여 촬영된 영상을 유무선 통신망을 통하여 휴대폰이나 경비실, 보안업체 및 경찰서 등의 서버로 전송할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 시스템은 화재 및 침입 상황 초기에 자율적으로 보안의 위험 상황을 감지하고, 2차적으로 카메라에 의해 촬영된 영상을 저장하거나 휴대폰이나 경비실, 보안업체 및 경찰서 등의 서버로 전송함으로써, 신속하면서도 효과적인 보안 시스템 서비스의 구현이 가능하다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 화재 감시 방법은 크게 준비 모드 및 감시 모드로 나누어지고, 준비 모드는 초기설정 단계(S310), 시간별 음장변화 패턴 측정 단계(S320), 시간별 음장변화 패턴 분석 단계(S330) 및 화재감시 조건 설정 단계(S340)를 포함하며, 감시 모드는 음장변화 측정 단계(S350), 화재 발생 판단 단계(S360), 시간/주파수별 음장변화 패턴 감지 단계(S370), 화재 발생 확인 단계(S380), 영상 획득 단계(S390) 및 경보 발령 및 정보 전달 단계(S400)를 포함한다.
초기설정 단계(S310)에서는, 정해진 공간 내에서 음향 발생 장치(210)가 온되어 입력 전압에 따라 음파를 출력하고, 음향 수신 장치(220)가 온되어 음파를 수신하며, 화재 감시 장치(230)가 음향 발생 장치(210)의 입력 전압 대비 음향 수신 장치(220)에 의해 얻어진 음압의 비율을 나타내는 음향 전달함수를 이용하여 기준 음압 정보, 주파수별 기준 음압 정보의 평균 및 편차를 계산 및 저장한다.
시간별 음장변화 패턴 측정 단계(S320)에서는, 화재 감시 장치(230)가 음향 전달함수를 이용하여 현재 음압 정보, 주파수별 현재 음압 정보의 평균 및 편차를 계산하고, 현재 음압 정보, 주파수별 현재 음압 정보의 평균 및 편차를 기준 음압 정보, 주파수별 기준 음압 정보의 평균 및 편차와 각각 비교하여 시간별 음장변화 패턴을 측정한다.
시간별 음장변화 패턴 분석 단계(S330)에서는, 화재 감시 장치(230)가 측정된 시간별 음장변화 패턴을 분석한 후, 시간별 음장변화 지수값을 저장한다.
화재감시 조건 설정 단계(S340)에서는, 화재 감시 장치(230)가 저장된 시간별 음장변화 지수값을 참조하여 초기화 시간 주기 및 화재 판단 기준값을 설정한다.
음장변화 측정 단계(S350)에서는, 화재 감시 장치(230)가 음향 전달함수를 이용하여 현재 음압 정보, 주파수별 현재 음압 정보의 평균 및 편차를 계산한다. 이때, 화재 감시 장치(230)는 초기화 시간 주기 간격으로 초기화 시간 주기 및 화재 판단 기준값을 재설정할 수 있다.
화재 발생 판단 단계(S360)에서는, 현재 음압 정보, 주파수별 현재 음압 정보의 평균 및 편차를 기준 음압 정보, 주파수별 기준 음압 정보의 평균 및 편차와 각각 비교하여 화재 발생 여부를 판단한다. 자세하게는, 화재 감시 장치(230)는 초기편차 대비 음압 정보 변화율(S/N)의 평균값이 화재 판단 기준값 이상인 경우, 화재가 발생한 것으로 판단한다.
시간/주파수별 음장변화 패턴 감지 단계(S370)에서는, 화재가 발생한 것으로 판단된 경우, 화재 감시 장치(230)가 시간/주파수별 음장 변화 패턴을 감지한다.
화재 발생 여부 확인 단계(S380)에서는, 화재 감시 장치(230)가 감지된 시간/주파수별 음장 변화 패턴을 기저장된 시간/주파수별 음장 변화 패턴과 비교하여 음장 변화가 화재에 의한 것인지 또는 침입 등과 같은 기타 이벤트에 의한 것인지 확인한다.
영상 획득 단계(S390)에서는, 화재가 발생한 것으로 확인된 경우, 화재 발생 여부를 다시 한 번 확인하기 위해, 카메라가 영상 촬영을 수행한다.
경보 발령 및 정보 전달 단계(S400)에서는, 화재 감시 장치(230)가 화재 경보를 발령하고, 카메라를 이용하여 촬영된 영상을 유무선 통신망을 통하여 휴대폰이나 경비실, 보안업체 및 경찰서 등의 서버로 전송한다.
도 4a는 화재 감시 공간 내에서 화재 발생 전후의 주파수별 음압 정보를 비교한 그래프이고, 도 4b는 화재 감시 공간 내에서 화재 발생시 시간에 따른 초기편차 대비 음압 정보 변화율을 나타낸 그래프이다.
도 4a는 음향 발생 장치가 화재 감시 공간 내에서 1kHz의 중심 주파수를 기준으로 주파수 간극(Span)이 16Hz이면서 전후 8개씩 모두 17개의 주파수를 갖는 사인파들의 선형합으로 이루어진 멀티톤(Multi-tone) 음원을 발생하고, 음향 수신 장치가 음파를 수신하며, 화재 감시 장치가 음향 발생 장치의 입력 전압 대비 음향 수신 장치에 의해 얻어진 음압의 비율을 나타내는 음향 전달함수값을 계산할 때, 음향 전달함수값을 푸리에 변환하여 얻어지는 화재 발생 전 초기 상태의 주파수별 음압 정보와 화재 발생 이후의 주파수별 음압 정보를 비교한 그래프이다.
화재 감시 공간 내부에서 특정 주파수를 갖는 음파는 중첩에 의해 보강 및 상쇄 간섭이 일어나므로, 도 4a에 도시된 바와 같이 음파의 보강 및 상쇄 간섭은 주파수마다 현저히 다르게 나타난다. 따라서, 음파 측정시마다 동일한 주파수에서도 음압 정보의 편차가 있게 마련이다. 본 발명에서는 동일 주파수에 대해서 일정한 횟수(예를 들면, 5회)로 음압 정보를 연속적으로 측정하여 도 4a에 표시하였다.
주파수별 기준 음압 정보의 편차의 최대값을 나타내는 초기편차를 주파수별 Noise로 표시하고, 주파수별 현재 음압 정보를 평균한 값을 계산하고 이 값을 주파수별 기준 음압 정보를 평균한 값과 비교하여 일정 시간 단위로 측정한 음압 정보의 차이값의 절대값을 나타내는 신호값을 Signal로 표시할 때, 도 4b는 각 주파수에서의 노이즈 대비 신호값의 비율(Signal/Noise)을 평균한 값을 시간축으로 표시한 그래프이다.
점진적인 대기의 기온 변화에 따라 신호값은 조금씩 변화하는데, 도 4b에 도시된 바와 같이, 화재가 발생한 경우에는 신호값에 급격한 변화가 발생한다. 본 발명에 따른 화재 감시 시스템은 이를 감지하여 화재를 감지한다. 또한, 본 발명에 따른 화재 감시 시스템은 실제 적용시 다양한 음원을 사용할 수 있는데, 발생되는 음파에 의한 소음을 최소화하기 위해 저주파 또는 고주파를 사용하거나 펄스 음원 및 초음파를 사용할 수 있다.
한편, 음압 정보는 화재뿐만 아니라 침입 등과 같은 기타 이벤트에 의해서도 변화하기 때문에 음장 변화의 측정만으로는 화재나 기타 이벤트를 확실히 구별해내기 어렵다. 본 발명에 따른 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 시스템은 다양한 주파수를 갖는 사인파의 음원을 이용하여 일정한 공간 내부의 음장 변화가 화재에 의한 것인지 또는 기타 이벤트에 의한 것인지 구분해낼 수 있다.
도 5a는 화재 발생시 시간 및 주파별 초기편차 대비 음압 정보 변화율의 변화 패턴을 나타낸 그래프이고, 도 5b는 침입 발생시 시간 및 주파별 초기편차 대비 음압 정보 변화율의 변화 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 5a를 참조하면, 화재 발생시에는 화재가 점점 커져가는 과정으로 인하여 시간 및 주파수의 변화에 따라 음장이 점진적으로 변화하는 것을 알 수 있다.
도 5b를 참조하면, 침입 발생시에는 시간 및 주파수의 변화에 따라 불규칙적으로 음장이 변화하는 것을 알 수 있다.
이와 같은 원리를 이용하여, 본 발명에 따른 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 시스템은 시간/주파수별 음장 변화 패턴을 감지하고, 감지된 시간/주파수별 음장 변화 패턴을 기저장된 시간/주파수별 음장 변화 패턴과 비교하여 음장의 변화가 화재에 의한 것인지, 또는 침입에 의한 것인지 구분해낼 수 있다.
본 발명의 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.
210: 음향 발생 장치 220: 음향 수신 장치
230: 화재 감시 장치
230: 화재 감시 장치
Claims (16)
- 감시 공간 내에서 입력 전압에 따라 음파를 출력하는 음향 발생 장치;
상기 감시 공간 내에서 음파를 수신하고, 상기 수신된 음파로부터 음압을 얻는 음향 수신 장치; 및
준비 모드에서 상기 음향 발생 장치로의 상기 입력 전압 대비 상기 음향 수신 장치에 의해 얻어진 상기 음압의 비율을 나타내는 음향 전달함수를 이용하여 기준 음압 정보를 계산하고, 감시 모드에서 상기 음향 전달함수를 이용하여 현재 음압 정보를 계산한 후 상기 기준 음압 정보와 상기 현재 음압 정보를 비교하여 화재 발생 여부를 판단하는 화재 감시 장치;
를 포함하되,
상기 화재 감시 장치는 음압 정보, 주파수별 음압 정보의 평균 및 편차를 계산하여 시간별 음장 변화 패턴을 측정하고, 상기 측정된 시간별 음장 변화 패턴을 분석하여 초기화 시간 주기 및 화재 판단 기준값을 설정하는 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 시간별 음장 변화 패턴의 측정, 및 상기 초기화 시간 주기 및 상기 화재 판단 기준값의 설정에 따라, 환경 변화로 인한 상기 음향 전달함수의 변화가 배제되는 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 시스템.
- 제1항에 있어서,
주파수별 기준 음압 정보의 편차의 최대값 대비 상기 주파수별 기준 음압 정보의 평균과 주파수별 현재 음압 정보의 평균의 차이값의 절대값의 평균값이 상기 화재 판단 기준값 이상인 경우, 상기 화재 감시 장치는 화재가 발생한 것으로 판단하는 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 화재 감시 장치는 상기 초기화 시간 주기 간격으로 상기 음압 정보, 상기 주파수별 음압 정보의 평균 및 편차를 계산하여 상기 초기화 시간 주기 및 상기 화재 판단 기준값을 재설정하는 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 음향 발생 장치는 20~20kHz의 가청 주파수 및 20kHz 이상의 초음파의 단일 사인파 또는 다수의 주파수를 가지는 사인파들의 선형합으로 이루어진 멀티톤 음원의 연속파 및 펄스파, 또는 핑크 노이즈(Pink Noise) 및 화이트 노이즈(White Noise) 음원 중 적어도 하나를 사용하는 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 화재 감시 장치는 시간/주파수별 음장 변화 패턴을 감지하고, 상기 감지된 시간/주파수별 음장 변화 패턴을 기저장된 시간/주파수별 음장 변화 패턴과 비교하여 화재 발생 여부를 확인하는 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 시스템.
- 제6항에 있어서,
상기 화재 감시 장치에 의해 화재가 발생한 것으로 확인된 경우 영상 촬영을 수행하는 카메라;
를 더 포함하는 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 기준 음압 정보와 상기 현재 음압 정보는 해당 음압의 크기 또는 위상인 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 음향 수신 장치는,
상기 수신된 음파를 주파수 영역으로 변환하는 주파수 변환필터;
를 포함하는 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 시스템.
- 음향 발생 장치가 감시 공간 내에서 입력 전압에 따라 음파를 출력하는 단계;
음향 수신 장치가 상기 감시 공간 내에서 음파를 수신하고, 상기 수신된 음파로부터 음압을 얻는 단계;
화재 감시 장치가 준비 모드에서 상기 음향 발생 장치로의 상기 입력 전압 대비 상기 음향 수신 장치에 의해 얻어진 상기 음압의 비율을 나타내는 음향 전달함수를 이용하여 기준 음압 정보를 계산하는 단계;
상기 화재 감시 장치가 감시 모드에서 상기 음향 전달함수를 이용하여 현재 음압 정보를 계산한 후 상기 기준 음압 정보와 상기 현재 음압 정보를 비교하여 화재 발생 여부를 판단하는 단계;
화재가 발생한 것으로 판단된 경우, 상기 화재 감시 장치가 시간/주파수별 음장 변화 패턴을 감지하는 단계; 및
상기 화재 감시 장치가 상기 감지된 시간/주파수별 음장 변화 패턴을 기저장된 시간/주파수별 음장 변화 패턴과 비교하여 화재 발생 여부를 확인하는 단계;
를 포함하는 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 기준 음압 정보를 계산하는 단계에서,
상기 화재 감시 장치가 음압 정보, 주파수별 음압 정보의 평균 및 편차를 계산하여 시간별 음장 변화 패턴을 측정하고, 상기 측정된 시간별 음장 변화 패턴을 분석하여 초기화 시간 주기 및 화재 판단 기준값을 설정하는 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 화재 발생 여부를 판단하는 단계에서,
주파수별 기준 음압 정보의 편차의 최대값 대비 상기 주파수별 기준 음압 정보의 평균과 주파수별 현재 음압 정보의 평균의 차이값의 절대값의 평균값이 상기 화재 판단 기준값 이상인 경우, 상기 화재 감시 장치가 화재가 발생한 것으로 판단하는 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 화재 발생 여부를 판단하는 단계에서,
상기 화재 감시 장치가 상기 초기화 시간 주기 간격으로 상기 음압 정보, 상기 주파수별 음압 정보의 평균 및 편차를 계산하여 상기 초기화 시간 주기 및 상기 화재 판단 기준값을 재설정하는 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 화재 감시 장치에 의해 상기 감지된 시간/주파수별 음장 변화 패턴을 상기 기저장된 시간/주파수별 음장 변화 패턴과 비교함으로써 음장 변화가 화재에 의한 것인지 또는 침입에 의한 것인지 분별되는 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 화재 발생 여부를 확인하는 단계 이후에,
상기 화재 감시 장치에 의해 화재가 발생한 것으로 확인된 경우 카메라가 영상 촬영을 수행하는 단계;
를 더 포함하는 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 방법.
- 삭제
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