KR101765053B1

KR101765053B1 - 보안 감시 시스템 및 보안 감시 방법

Info

Publication number: KR101765053B1
Application number: KR1020130122862A
Authority: KR
Inventors: 박강호; 이성규
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2013-04-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2017-08-10
Also published as: KR20140124317A

Abstract

본 발명은 음장 변화 감지 기반의 화재 및 침입상황을 구분하여 감시하는 보안 감시 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 정해진 공간 내에서 일정한 전압을 인가하여 다수의 주파수 성분의 사인파의 선형합으로 이루어진 멀티톤 음파를 출력하는 음향 발생 장치, 상기 정해진 공간 내에서 음파를 수신하고, 수신한 음파로부터 음장을 얻는 음향 수신 장치, 및 준비 모드에서 상기 음향 발생 장치의 주파수별 음장 패턴을 이용하여 기준 음장 정보를 계산 및 저장하고, 감시 모드에서 현재 주파수별 음장 정보를 계산한 후, 상기 기준 음장 정보와 상기 현재 음장 정보를 비교하여 보안 상황 발생 여부를 포괄적으로 감지하되, 시간변화에 따른 주파수별 음장 패턴의 특성을 분석하고, 개별적 또는 종합적으로 보안 공간 내부에서의 기온 분포 변화의 양상을 구별하고 이를 이용하여 화재와 침입상황을 구분한다.

Description

보안 감시 시스템 및 보안 감시 방법{Monitoring system and monitoring method}

본 발명은 보안 감시에 관한 것으로서, 특히 음장 변화에 근거하여 화재와 침입 상황을 구분적으로 감지할 수 있는 보안 감시 시스템 및 방법에 관한 것이다.

화재나 침입 상황을 감지하기 위해 사용되는 보안 센서는 오랫동안 연구되어 왔다.

화재를 감지하는 센서는 온도감지 방식, 연기감지 방식, 가스감지 방식 및 불꽃감지 방식 중의 하나를 이용할 수 있다. 한편, 침입을 감지하는 센서는 수동 적외선감지(PIR) 방식, 초음파 방식, 소리감지 방식, 진동 감지 방식, 및 마이크로웨이브 감지 방식 중의 하나를 이용할 수 있다.

최근에는 CCTV 나 IP 카메라, 자동차 블랙박스 등 카메라 영상 정보를 이용한 영상 감시 시스템이 보안 감시 분야에 많이 활용되고 있다.

종래 기술로서, 음압 변화를 검출하여 침입을 감지하는 침입감지기가 알려져 있다. 각 주파수 마다의 검출 음압과 기준 음압 간의 차이가 소정 치를 초과한 개수를 검출한 다음, 그 개수가 미리 설정된 기준 개수 이상인 경우에, 침입감지기는 칩입이라고 판정하는 출력을 생성한다. 이러한 침입 감지기는 소리없는 침입도 감지할 수 있는 장점을 가진다. 그러나, 이러한 침입 감지기는 침입 판단의 기준을 정할 때 공간이나 환경 조건에 가변적으로 맞추어 정해야 하는 단점이 있고 더욱이 침입과 화재를 구분할 수 없는 문제점이 있다.

다른 종래 기술로서, 연기, 불꽃, 및 열을 감지하는 복합형 화재 감지기가 있다. 복합형 화재 감지기는 연기, 불꽃, 및 열을 일체화된 하나의 화재 감지기를 이용하여 감지한다. 상기 복합형 화재 감지기는 자연발화에 대비하기 위한 연기감지 기능과 방화에 대비하기 위한 불꽃감지 기능을 동시에 가진다.

이러한 복합형 화재 감지기는 다양한 화재 상황에 대해 오보율이 낮고 불꽃이나 연기가 직접적으로 감지되는 위치에 설치될 시에 초기 화재를 감지할 수 있는 장점을 가진다. 그러나, 이러한 복합형 화재 감지기는 감지 센서가 설치된 위치의 온도나 연기밀도가 높지 않은 초기 화재상황에서는 발생된 화재를 잘 감지하지 못하고, 불꽃이 물건에 의해 가려지거나 구석진 사각지대에서 화재가 발생하는 경우 에는 불꽃을 감지하기 어렵기 때문에 조기에 화재를 감지하기 어려운 문제점이 있다.

또 다른 종래 기술로서, 음장 변화 감지 기반의 화재 감시 방법 및 시스템은 화재 감시 공간 내부의 음장 변화를 감지하여 조기에 화재를 감지할 수 있다. 여기서, 음장 변화는 화재에 의한 주변 공기의 온도 변화에 따른 공기밀도와 음파의 속도 변화가 음파의 전달에 영향을 줌에 따라 유발된다. 그러나, 이러한 음장 변화 기반 화재 감지 방법은 화재에 의한 음장 변화를 기반으로 화재가 발생한 것을 감지할 수 있지만 온도 분포 변화를 구체적이고 정량적으로 감지하기 어렵기 때문에 음장 변화의 주요 요인인 화재와 침입상황을 엄밀하게 구분할 수 없는 문제점이 있다.

또 다른 종래 기술로서, 음장 변화 패턴 분석을 통한 보안 방법이 있다. 이 보안 방법은 음장 변화를 감지하되 음압의 편차와 평균을 감지하여 기준편차 대비 음압변화값(SNR)을 기준으로 침입을 감지한다. 또한, 시간 변화 또는 음원의 파장 변화에 따른 음장 변화의 패턴을 감지하여 보안 감지 신뢰도를 증가시킨다.

그러나 이러한 보안 방법 또한 온도 분포 변화를 구체적이고 정량적으로 감지하기 어렵기 때문에 음장 변화의 주요 요인인 화재와 침입상황을 엄밀하게 구분하기 여전히 어려운 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 화재와 침입의 보안 상황들을 구별적으로 감지할 수 있는 보안 감시 방법 및 시스템을 제공함에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 화재와 침입 상황을 감지 및 구분하여 종합적인 보안 감시를 제공할 수 있는 음장 변화 감지 기반의 보안 감시 방법 및 시스템을 제공함에 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 개념적 실시 예에 따라, 보안 감시 시스템은,

설정된 보안 감시 공간 내로 복수의 주파수 성분을 갖는 사인파의 선형 합으로 이루어진 멀티톤 음파를 출력하는 음향 발생 장치;

상기 보안 감시 공간 내에서 수신되는 음파로부터 음압과 위상으로 대표되는 음장 정보를 각 주파수별로 얻는 음향 수신 장치; 및

준비 모드에서 상기 음향 수신 장치로부터 얻은 주파수별 음장 정보를 기준 음장 정보로서 저장하고, 이를 감시 모드에서 상기 음향 수신 장치로부터 출력되는 현재 주파수별 음장 정보와 비교하여 보안상황 발생 여부를 판단하는 음장 신호처리 장치를 포함하되, 상기 음장 신호처리 장치는 보안상황 발생 시 주파수별 기준 음장 정보의 패턴과 일정 기간 동안 수집되는 주파수별 음장 정보의 패턴을 서로 비교함에 의해 상기 보안 감시 공간에서의 화재 발생인지 혹은 침입 발생인지를 구분한다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 음장 신호처리 장치는 주파수별 음장 정보의 패턴 비교시에 상기 주파수별 음장 정보의 패턴이 형태는 변하지 않은 상태로 지속적으로 고주파 방향으로 이동하였는지 아니면 상기 패턴의 형태 자체가 변화하였는지를 분석함에 의해, 화재와 침입상황을 서로 구분할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 음장 신호처리 장치는 일정 기간의 주파수별 음장 정보의 패턴을 고주파 또는 저주파 방향으로 함수 이동하여 기준 음장 정보의 패턴과 비교하여 주파수 이동 정도를 분석한 후, 이를 이용하여 지속적인 온도 상승의 변화 속도를 감지함에 의해 화재 발생 여부를 판단하고, 온도 변화가 일어나지 않거나 불규칙하게 일어나는 양상을 감지함에 의해 침입 상황을 판단할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 음장 신호처리 장치는 보안상황 발생시 일정 기간의 주파수별 음장 정보의 패턴을 고주파 또는 저주파 방향으로 함수 이동하고 기준 음장 정보의 패턴과 비교하여 주파수 이동 정도를 나타내는 지수값을 도출한 후, 이를 이용하여 온도 변화의 방향과 속도를 분석함에 의해, 화재와 일교차나 냉난방에 의한 온도변화 그리고 침입 상황을 구분적으로 판단할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 음장 신호처리 장치는 보안상황 발생시 일정 기간의 기준 음장 정보의 편차 대비 음장 정보의 변화 값이 지속적으로 증가하는 지 아니면 불규칙하게 변화하는 지를 분석함에 의해 화재와 침입 상황을 서로 구분할 수 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 개념적 다른 실시 예에 따라, 보안 감시 방법은,

복수의 주파수 성분을 갖는 사인파의 선형합으로 이루어진 멀티톤 음파를 설정된 보안 감시 공간 내로 출력하는 음파 출력 단계;

상기 보안 감시 공간 내에서 수신되는 음파로부터 음장을 얻는 음파 수신 단계;

준비 모드에서 상기 얻은 음장을 통해 주파수별 기준 음장 정보를 저장하는 단계;

감시 모드에서 현재 주파수별 음장 정보를 계산한 후, 상기 주파수별 기준 음장 정보와 비교하여 보안 상황 발생 여부를 판단하는 단계; 및

보안 상황의 발생 시 상기 주파수별 기준 음장 정보와 일정 기간 수집된 주파수별 음장 정보를 비교하여 화재 또는 침입의 상황을 구분하는 단계를 포함한다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 개념적 또 다른 실시 예에 따라, 보안 감시 시스템은,

음파를 출력하는 음향 발생 장치;

보안 감시 공간에서 수신되는 음파로부터 음장 정보를 각기 설정된 주파수 별로 획득하는 음향 수신 장치;

상기 음향 수신 장치를 통해 출력되는 음장 정보를 이용하여 주파수별 기준 음장 정보를 저장하고, 이를 상기 음향 수신 장치로부터 출력되는 현재 주파수별 음장 정보와 비교하여 보안상황 발생 여부를 판단하는 음장 신호처리 장치; 및

상기 보안상황 발생 시에 상기 보안 감시 공간의 영상을 획득하는 영상 획득부를 포함하되,

상기 음장 신호처리 장치는 보안상황 발생 시 상기 주파수별 기준 음장 정보의 패턴과 일정 기간 동안 수집되는 주파수별 음장 정보의 패턴을 서로 비교 분석함에 의해 발생 이벤트가 화재인지 침입인지를 구분하는 화재와 침입을 구분한다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 개념적 또 다른 실시 예에 따라, 블랙박스 시스템은,

음파를 출력하고 수신하는 음향 발생 및 수신 장치;

수신되는 음파로부터 얻은 음장 정보를 이용하여 주파수별 기준 음장 정보를 준비하고, 보안 감시 공간 내에서 감시 모드에서 얻은 현재 주파수별 음장 정보와 상기 주파수별 기준 음장 정보를 비교하여 보안상황 발생 여부를 판단하는 음장 신호처리 장치; 및

상기 보안상황 발생 시에 상기 보안 감시 공간의 영상을 획득하는 블랙박스를 포함하되,

상기 음장 신호처리 장치는 보안상황 발생 시 상기 주파수별 기준 음장 정보의 패턴과 일정 기간 동안 수집되는 주파수별 음장 정보의 패턴을 서로 비교 분석함에 의해 발생 이벤트가 화재인지 침입인지를 구별적으로 판단한다.

본 발명에 따른 감시 시스템은 음장 변화 감지 기반의 화재 및 침입을 구분하는 감시 시스템을 제공함으로써, 화재 및 침입 발생시 상황에 맞게 조기에 적절하게 대처할 수 있는 효과가 있다.

또한, 기존의 화재 감지 센서 및 침입 감지 센서와 상호 보완적으로 구성되는 음장 변화 감지 기반의 보안 감시 시스템을 제공함으로써, 오작동 및 미작동의 오류를 줄여 신뢰도가 높은 종합적인 보안 감시 시스템을 제공할 수 있다.

도 1은 온도 변화에 따른 음파 파장의 변화를 나타내는 도면.
도 2는 온도 변화에 따른 음장 변화 원리를 설명하기 위해 제시된 도면.
도 3은 온도 변화에 따른 음압 레벨의 주파수 이동을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 개념적 실시 예에 따른 보안 감시 장치의 블록도.
도 5는 도 4에 따른 보안 공간 내부의 온도 변화에 따른 주파수별 음압 레벨의 변화를 보여주는 도면.
도 6은 도 5에 따른 시간별 주파수 이동도를 나타내는 도면.
도 7은 도 6에 따른 정규화 주파수 이동도를 비교적으로 보여주는 도면.
도 8은 도 4에 따른 보안 공간 내부의 물체 이동 거리에 따른 음압 레벨의 변화를 나타내는 도면.
도 9는 도 8에 따른 이동 거리별 주파수 이동도를 나타내는 도면.
도 10은 도 9에 따른 정규화 주파수 이동도를 비교적으로 보여주는 도면.
도 11은 도 7과 도 10에 따른 주파수 이동 지수들을 나타내는 도면.
도 12는 도 11에 따른 음압변화율(SNR)을 비교적으로 나타낸 도면.
도 13은 도 11에 따른 화재 및 침입 상황에서의 멀티톤의 주파수별 음압 레벨에 의한 서피스 맵들을 보여주는 도면.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 보안 감시 플로우챠트.
도 15는 보안 서비스 시스템에 적용된 본 발명의 응용 예를 보여주는 도면.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않도록 하기 위해 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

보안 감시 공간 내에서 화재 발생시 음파의 속도가 변화함에 따라 음장의 변화가 일어나는 과정은 도 1 및 도 2를 통해 이론적으로 설명될 수 있다.

도 1은 온도 변화에 따른 음파 파장의 변화를 나타내는 도면이다.

화재 발생시 보안 감시 공간(SA) 내부의 온도 상승에 의해 음파의 속도가 증가한다. 이에 따라 동일 주파수에서 음향 발생 장치 등에서 나오는 음파의 파장이 증가된다. 도 1에서 실선으로 이루어진 원은 저온에서 출력되는 음파의 파장을 나타내고, 도트 라인으로 이루어진 원은 고온에서 출력되는 음파의 파장을 나타낸다.

따라서, 보안 감시 공간(SA) 내부에 설치되는 음향 수신 장치는 음파의 음장을 온도 상태에 따라 다르게 감지한다. 이러한 음장 변화 현상은 음파의 반향이 잘 일어나는 음향 공간 내에서 더 잘 발생될 수 있다. 이와 같이 음장 변화를 감지하면 불꽃이나 연기가 관측되지 않은 사각지대의 화재도 감지할 수 있다.

일반적으로 음파의 속도 v 는 아래와 같이 수학식 1과 같이 표시할 수 있으며 공기의 섭씨 온도 T 에 비례한다. 따라서 음파의 주파수 f 가 같더라도 파장

는 아래 수학식 2와 3에 의해서 공기의 온도 T 에 비례하여 증가하는 성질을 가진다. 파장이 달라지면 같은 크기의 보안 공간 내부에서 공기의 음압 분포는 달라지며 이를 분석하기 위한 이론적인 해석 조건은 다음과 같다.

도 1을 통해 온도가 상승되면 음파의 속도가 증가하므로 동일 주파수의 음파라도 고온으로 갈수록 파장이 길어지는 것을 알 수 있다.

도 2는 온도 변화에 따른 음장 변화 원리를 설명하기 위해 제시된 도면이다.

단단한 음향벽(Acoustic Hard Wall)을 갖는 보안 감시 공간 내에서 화재로 인해 전반적인 영역에서의 기온 상승(일예로, 18°C->30°C)이 있을 때 음파의 속도 변화에 따른 음장 변화의 과정이 설명될 것이다.

도 2의 (a)와 (b)에서 보안 감시 공간 내에 존재하는 음향벽의 사이즈는 3m x 3m 이다. 도 2의 (a)는 화재 발생 전의 상온(18℃)에서의 음압 레벨을 나타내고, 도 2의 (b)는 화재로 인하여 내부 공기온도가 전반적으로 30℃로 상승한 상태에서의 음압 레벨을 가리킨다. 이 경우에 음향 발생 장치(210)는 1kHz의 음파를 10m/s²의 가속도로 발생하는 것으로 예를 들었다. 음향 발생 장치(210)에서 발생되는 음파가 보안 감시 공간 내부로 전파될 때, 이를 2차원 유한요소 해석방법으로 해석하여 보안 감시 공간 내부의 음압 레벨(Sound Pressure Level)을 2차원으로 매핑(Mapping)하면 도 2의 (a)와 (b)의 결과가 얻어진다.

온도가 상승함에 따라 도 2의 (b)와 같이 음장 변화가 일어나는 현상은 모든 가청 주파수 대역 또는 초음파 대역에서 나타난다. 온도 변화에 따른 음장 변화는 보안 감시 공간 내부에 설치될 수 있는 음향 수신 장치(220)를 이용함에 의해 감지될 수 있다. 단단한 음향벽에서는 음파가 분산 소멸되지 않고 보안 감시 공간 내부에서 반사되어 중첩된다. 따라서, 그러한 경우에 화재에 의한 온도 상승 효과는 훨씬 더 큰 음장의 변화를 유발할 수 있어 화재 발생이 더욱 용이하게 감지될 수 있다.

도 3은 온도 변화에 따른 음압 레벨의 주파수 이동을 나타내는 도면이다.

도 3의 (b)를 3의 (a)와 대비 시, 주파수별 음압 레벨(Sound Pressure Level)이 온도 상승(일예로, 18°C->30°C)에 의해 고주파 방향으로 일정량 이동(Shift)하는 것이 확인될 수 있다.

도 3에서 가로 축은 주파수를 헤르츠 단위로 나타내고 세로 축은 음압 레벨(SPL)을 데시벨 단위로 나타낸다.

도 3의 그래프는 보안 감시 공간 내부에 설치될 수 있는 음향수신장치(220)를 이용하여 측정된 주파수별 음압 레벨의 스펙트럼 곡선으로서, 내부의 온도 상승에 의해 고주파 방향으로 음압 레벨이 이동하는 것을 보여준다.

도 1과 수학식 2에 따르면, 내부 공기의 온도가 상승하면 음파의 속도가 증가하게 되고 이에 따라 동일 주파수에서 파장은 비례적으로 증가하게 된다.

보안 공간 내부의 크기는 고정이므로, 온도가 증가할 경우에 같은 위치에 있는 음향 수신소자가 같은 음압을 갖기 위해서는 음파의 파장이 일정해져야 한다. 결국 음압 레벨 패턴은 형태는 변화하지 않은 채 고주파 방향으로 이동하게 된다.

이때 이동하는 주파수의 변화값 δf는 수학식 4와 같이 간단히 표시할 수 있으며 음파의 속도변화 δv는 수학식 1에서 온도변화 δT 에 비례하므로 주파수의 변화값 δf는 수학식 5와 같이 음파의 주파수에 비례하고 온도변화에도 비례하는 결과를 얻게 된다.

상온(18℃)에서 19℃로 기온이 상승하였을 때 주파수의 이동되는 변화값은 1kHz의 음향 주파수에서 1.75Hz 정도이며 2kHz에서는 3.5Hz 그리고 4kHz에서는 7Hz 정도에 해당된다.

도 3을 통해 나타나는 바와 같이 상온(18℃)에서 30℃로 기온이 상승하였을 경우에는 1kHz의 음향 주파수에서 21Hz 정도 고주파 방향으로 이동하는 것을 볼 수 있다. 물론 실제 화재에 의한 공기의 온도변화는 전체 온도 상승으로 단순화하기는 어렵고 화재 주변의 국소적인 온도변화와 전체적인 온도변화가 복잡하게 일어난다. 그러나 일반적으로 기온 상승에 의해 음압 레벨 패턴이 고주파로 이동하는 정도는 온도의 변화와 비례하므로 이동하는 정도를 알아내면 내부 공기 온도 변화를 일반적으로 모니터링할 수 있게 된다. 예를 들면 멀티톤 주파수의 중심주파수가 4kHz이고 주파수 간극이 4Hz일 때 온도변화량 δT 는 아래 수학식 6으로 표시되므로 상온 (T = 18 ℃) 일 때 0.57 ℃ 에 해당된다.

도 4는 본 발명의 개념적 실시 예에 따른 보안 감시 장치의 블록도이다.

도 4를 참조하면, 보안 감시 장치는 음향 발생 장치(410), 음향 수신 장치(420) 및 음장 신호처리 장치(430)를 포함한다.

음향 발생 장치(410)는 보안 감시 공간(SA) 내에서 입력 전압에 따라 음파를 출력한다. 여기서, 음향 발생 장치(410)에서 출력되는 음파는 20~20kHz의 가청 주파수 및 20kHz 이상의 초음파 영역에서 다수개의 주파수 성분을 가지는 사인파의 선형 합으로 이루어진 멀티톤 음파일 수 있다. 여기서 멀티톤 음파는 연속파 또는 펄스파의 형태일 수 있다.

음향 발생 장치(410)의 음압은 장치의 정격 전력에서 구동하되, 보안 상황 발생에 따른 음장 변화를 감지할 수 있는 최적의 크기로 설정되는 것이 바람직하다.

음향 수신 장치(420)는 보안 감시 공간 내에서 상기 음파를 수신하여, 수신한 음파로부터 음압을 얻는다. 여기서, 음향 수신 장치(420)는 수신한 음파를 주파수 영역으로 변환하는 주파수 변환필터를 포함할 수 있다.

음장 신호처리 장치(430)는 보안 감시 공간의 음장 변화를 이용하여 침입이나 화재상황을 판단하는 장치로서 PC나 DSP 등의 프로세서를 통해 구현될 수 있다. 음장값은 음압과 위상으로 대표될 수 있으며 음압과 위상을 개별 혹은 조합적으로 사용이 가능하다. 그러나 본 실시 예에서는 음압을 하나의 예시로 제시하며 음압의 크기인 음압 레벨이 신호 처리의 대상으로 사용된다. 여기서, 음압 레벨은 일반적으로 로그 함수로써 나타낼 수 있으며, 음향 수신 장치(420)가 보안 감시 공간(SA)내의 음압을 측정하여 얻은 값이 상기 음압 레벨이 된다. 여기서, 보안 감시 공간(SA)내의 음압은 상기 음향 발생 장치(410)로부터 출력된 음압이 상기 보안 감시 공간(SA) 내에 퍼짐에 의해 나타나는 음압이다.

이에 따라, 음장 신호처리 장치(430)는 준비 모드에서 소리의 음압(P)를 이용하여 기준 음압 정보(기준 음압의 크기(Amp=20logP)) 또는 기준 음압의 위상(Ph=ang(P))를 계산한다. 이 경우에, 음장 신호처리 장치(430)는 점진적인 공기의 온습도 변화 등의 환경 변화로 인해 음압(P)이 변화하는 것을 방지하기 위해, 주파수별 음압 정보의 평균 및 편차를 계산하여 시간별 음장 변화 패턴을 측정한다. 상기 음장 신호처리 장치(430)는 측정된 시간별 음장 변화 패턴을 분석하여 초기화 시간 주기 및 보안 상황 판단 기준 값을 설정한다.

그리고, 상기 음장 신호처리 장치(430)는 감시 모드에서 음향 전달함수(P')를 이용하여 현재 음압 정보(현재 음압의 크기(Amp=20log(P')) 또는 현재 음압의 위상(Ph=ang(P'))을 계산한 후, 기준 음압 정보와 현재 음압 정보를 비교하여 화재 및 침입의 보안 상황 발생 여부를 판단한다.

보다 구체적으로, 음장 신호처리 장치(430)는 기준 편차(Noise)와 신호값(Signal)(이하, '기준 편차 대비 음압 변화율 : SNR')의 평균값을 비교하여 비교 결과가 판단 기준값 이상으로 되는 경우, 보안 상황이 발생한 것으로 판단한다. 여기서, 상기 기준 편차는 주파수별 기준 음압 정보의 편차의 최대값이 될 수 있고, 상기 신호 값은 주파수별 기준 음압 정보의 평균과 주파수별 현재 음압 정보의 평균 간의 차이 값을 절대 값(20log(P')-20log(P))으로 취한 값일 수 있다.

이 경우에, 음장 신호처리 장치(430)는 점진적인 대기의 온습도 변화 등에 의해 음압 (P)이 변화하여 경보가 울리는 것을 방지하기 위해, 초기화 시간 주기 및 판단 기준값을 재설정할 수 있다. 그러한 재설정은 감시 모드에서 초기화 시간 주기 간격으로 주파수별 음압 정보의 평균 및 편차를 계산함에 의해 수행될 수 있다.

한편, 음장은 화재뿐만 아니라 침입에 의해서도 변할 수 있기 때문에 음장 변화의 측정만으로는 화재나 침입상황을 정확히 구분해 내기 어렵다. 이를 위해, 음장 신호처리 장치(430)는 주파수별 음장 변화 패턴을 감지한다. 상기 음장 신호처리 장치(430)는 감지된 주파수별 음장 변화 패턴을 기저장된 기준 주파수별 음장 변화 패턴과 비교하여 음장 변화가 화재에 의한 것인 지 또는 침입에 의한 것인 지를 분별해 낼 수 있다.

이와 같이, 보안 감시 공간 내부의 화재(Fire)와 침입(Intrusion) 의 구별이 음장 변화(Sound Field Variation)를 기반으로 수행된다. 음장 변화의 감지는 사인파(Sine Wave)의 선형합(Linear Sum)으로 이루어진 멀티톤(Multi-tone) 음원을 이용하여 수행된다. 여기서, 시간에 따른 음장의 변화 양상 및 음장 패턴(Sound Pressure Pattern)의 주파수 이동(Shift) 특성을 측정하면, 화재 상황인지 침입 상황인지가 판별된다.

도 5는 도 4에 따른 보안 공간 내부의 온도 변화에 따른 주파수별 음압 레벨의 변화를 보여주는 도면이다.

도 5에서 가로 축은 주파수를 헤르츠 단위로 나타내고 세로 축은 음압 레벨(SPL)을 데시벨 단위로 나타낸다.

화재 상황을 모사하기 위해 보안 감시 공간(SA) 내부에는 전열기가 동작된다. 전열기의 동작에 의해 가열 시간 변화에 따라 주파수별 음압 레벨들은 도 5의 그래프들과 같이 각기 구별적으로 측정됨을 알 수 있다. 즉, 도 5에서 나타나는 바와 같이, 내부 기온이 증가됨에 따라 음압 레벨은, 패턴의 형태는 크게 바뀌지 않고 지속적으로 고주파 방향으로 이동되는 것을 알 수 있다. 여기서, 음파의 중심 주파수는 4kHz이며 4Hz의 등 간격을 갖는 17개의 멀티톤 음원이 도 5의 결과를 얻기 위해 사용되었다.

도 6은 도 5에 따른 시간별 주파수 이동도를 나타내는 도면이다.

도 6에서 가로 축은 주파수 이동을 가리키고, 세로 축은 차이 지수를 나타낸다. 여기서, 가로 축의 주파수 이동 i의 최소 단위는 4Hz 이다. 주파수 이동 i는 -4≤i≤4 의 값이다.

온도 변화가 있을 때 음압 패턴은 멀티 톤의 주파수 간극의 정수배(i) 만큼 고주파 또는 저주파 방향으로 이동되어, 멀티 톤의 각 주파수별 음압 레벨 값의 차이의 절대값이 합산된다. 합산된 절대값을 주파수 이동의 함수로 나타내면 주파수 이동이 어느 정도 일어났는 지가 비교될 수 있다.

여기서, 이동 전의 멀티 톤 최대 주파수 및 이동 후의 멀티 톤 최소 주파수의 음압 레벨 데이터는 구할 수 없으므로 편의상 맨 뒤의 값이 맨 앞의 값으로 이동되는 순환 이동(circularly shift) 방법이 사용될 수 있다. 주파수 이동(i)이 3(3×4=12Hz) 이상인 경우에는 차이 지수의 계산 결과에 왜곡이 커지게 된다. 음압 레벨 패턴이 비슷하지만 주파수가 이동되었다면 도 6과 같이 각 주파수별 음압 레벨값의 차이의 절대값이 어떤 주파수 이동에 대해서 최저가 되는 양상이 나타나게 된다.

일반적으로 이값을 주파수 이동에 따른 두 음장 패턴의 차이 지수(Discrepancy Index)라고 정의할 수 있고, 이 값을 역 변환(Inverse Transform)하거나 최대 차이 지수값에서 이값을 뺀 값을 유사 지수(Similarity Index)로 정의할 수 있다.

유사 지수를 정의하는 방법은 다양할 수 있지만 이 값은 공통적으로 두 음압 레벨 패턴이 얼마나 유사한지를 나타내고 있는 지수이다.

초기에는 음압 레벨 패턴이 동일하기 때문에 차이 지수값이 가장 최소값인 값을 갖게 되나, 주파수가 고주파 또는 저주파 방향으로 이동됨에 따라 차이 지수값이 커져 좌우 대칭의 모양을 도 6 (a)와 같이 갖는다.

보안 감시 공간의 내부 온도가 상승하면 음압 레벨 패턴이 고주파 방향으로 이동되기 때문에 도 6 (b)와 같이 멀티톤 주파수 성분의 간극의 한 단계(i=1)인 4Hz 이동한 경우에 최저값이 형성되는 것을 볼 수 있다.

그리고 시간이 경과하여 내부 온도가 더욱 증가하면 도 6 (c)와 같이 두 단계(i=2)인 8Hz 이동한 경우에 최저값이 형성되는 것을 확인할 수 있다.

또한, 시간이 경과하여 내부 온도가 최고로 상승되면 도 6 (d)와 같이 세 단계(i=3)인 12Hz 이동한 경우에 최저값이 형성되는 것을 확인할 수 있다.

도 7은 도 6에 따른 정규화 주파수 이동도를 비교적으로 보여주는 도면이다.

도 7에서 가로 축은 주파수 이동을 가리키고, 세로 축은 유사 지수를 나타낸다. 여기서, 가로 축의 주파수 이동 i는 -4≤i≤4 의 값이며 i의 최소 단위는 4Hz 이다. 상기 유사 지수(Similarity-index)는 차이 지수(D-index)의 역수를 취함에 의해 얻어진다. 유사 지수를 주파수의 이동 정도를 나타내는 지수를 계산하기 위한 계수로 사용하려면 일정한 값을 갖도록 하는 것이 좋다. 따라서, 멀티톤의 주파수들에 대한 유사 지수들은 모두 합해질 수 있다. 결국, 주파수 이동에 대한 지수가 실제 스펙트럼에서의 주파수 이동과 일치되도록 정하고 각 멀티톤 주파수에 해당하는 유사지수를 모두 합하여 지수가 아래의 수학식 7과 같이 일정한 값이 되도록 할 수 있다.

도 8은 도 4에 따른 보안 공간 내부의 물체 이동 거리에 따른 음압 레벨의 변화를 나타내는 도면이다.

도 8에서 가로 축은 주파수를 헤르츠 단위로 나타내고 세로 축은 음압 레벨(SPL)을 데시벨 단위로 나타낸다.

침입 상황을 모사하기 위해 보안 감시 공간 내부에서 마네킹이 천천히 이동된다. 즉, 화재 상황과 침입 상황을 구분하기 위해 보안 감시 공간 내부에는 마네킹 이동장치가 설치된다. 마네킹이 각각 2.75, 5.5, 8.25cm 이동하였을 때의 음압 레벨 패턴이 도 8의 그래프들에서 각기 보여진다. 2.75cm 이동시에는 음압 레벨 패턴이 다소 유사하나 5.5 및 8.25cm 이동하게 되면 패턴의 모양이 매우 바뀌는 것이 확인된다. 일반적으로 침입의 경우에는 화재와는 달리 침입자의 위치에 따라 음파의 반사 및 회절 양상이 복잡하게 변하기 때문에 침입자가 조금만 움직여도 음압 레벨 패턴이 유사하지 않고 크게 변할 뿐만 아니라 그 변화도 매우 불규칙하게 된다.

도 9는 도 8에 따른 이동 거리별 주파수 이동도를 나타내는 도면이다. 또한, 도 10은 도 9에 따른 정규화 주파수 이동도를 비교적으로 보여주는 도면이다.

결국, 마네킹의 이동거리에 따른 차이 지수(Discrepancy Index)를 주파수 이동(-4≤i≤4)에 대한 함수로 나타내면 차이지수의 패턴이 어떻게 되는 지가 도 9를 통해 확인된다. 또한, 차이 지수(D-index)의 역수를 취하여 얻은 유사 지수(S-index)를 주파수 이동(-4≤i≤4)에 대한 함수로 나타내면 도 10에서와 같은 결과 그래프들이 얻어진다.

도 9와 도 10에서는 침입 상황에서 계산된 차이 지수와 계산된 유사 지수가 화재 상황의 경우와 대조적으로 나타나 있다. 침입상황에서는 화재 상황과 크게 다름을 알 수 있다. 즉, 주파수 이동이 지속적으로 증가하는 양상이 아니라 주파수 이동이 거의 일어나지 않거나 불규칙하게 일어나는 양상이 보여지게 된다.

도 11은 도 7과 도 10에 따른 주파수 이동 지수들을 나타내는 도면이다.

도 11의 경우에 도 7과 도 10에서 각각 얻어진 유사 지수 (S-index)값은 주파수 이동 정도를 나타내는 지수값을 도출하기 위한 계수(Coefficient Factor)로 이용된다. 가열시간 및 이동 거리에 따른 주파수 이동 지수들이 도 11에서 보여진다.

도 11의 (a)는 화재 상황에서 전열기의 가열시간에 따른 주파수 이동 정도를 나타내고 있고, 도 11의 (b)는 침입 상황에서 마네킹의 이동에 따른 주파수 이동 정도를 나타낸다.

화재 상황을 보여주는 도 11의 (a)는 5분 50초 동안 7초 간격으로 50번의 음장 측정을 통해서 얻은 결과이다. 또한, 침입 상황을 보여주는 도 11의 (b)는 4분 30초 동안 마네킹을 3초 간격으로 5.5mm 만큼 움직여 가며 90번의 음장 측정을 통해서 얻은 결과이다. 여기서, 마네킹은 최종적으로 49.5cm까지 움직이게 된다.

주파수 이동 지수를 정의하는 방법은 여러 가지가 존재할 수 있는데, 일 실시 예로서 주파수 이동 값에 유사 지수를 곱하고 그 결과를 합산하는 방식이 사용될 수 있다. 즉, 아래 수학식 8과 같이 주파수 이동 지수(Shift_index)가 정의될 수 있다.

도 11의 (a)에서 보여지는 바와 같이 화재 상황에서는 점진적으로 지수가 상승하는 양상이 나타날 수 있다. 이렇게 점진적인 온도 상승의 양상을 보이는 경우에 그 속도를 고려하면 보안공간에서 단순히 냉난방에 의한 대기의 온도 증감인지 아니면 화재가 발생하여 급작스러우며 지속적인 온도 상승이 일어난 상황인지가 구별될 수 있다.

도 11의 (b)에서 보여지는 바로서, 침입 상황에서 주파수 이동은 거의 일어나지 않거나 불규칙하게 일어나는 것이 관찰된다. 이러한 주파수 이동의 패턴을 분석하면 화재 상황인지 침입 보안 상황인지가 구별될 수 있다.

도 12는 도 11에 따른 음압변화율(SNR)을 비교적으로 나타낸 도면이다.

도 12의 (a)는 전열기를 이용하여 보안공간을 가열하였을 때 기준 편차 대비 음압 변화율(SNR)을 나타낸다.

도 12의 (b)는 마네킹의 이동 시 기준 편차대비 음압변화율(SNR)을 보여준다.

도 12의 (a)와 (b)를 대비 시에, 화재상황과 침입상황에서 초기 기준편차 대비 음압 변화율(SNR)의 패턴이 서로 다르게 나타남을 알 수 있다. 즉, 화재 상황에서는 지속적으로 SNR이 증가되나, 침입 상황에서는 불규칙하게 SNR이 요동친다.

이러한 양상을 더욱 분명하게 정량적으로 분석하기 위해서 주파수 이동의 정도를 나타내는 지수 (Shift_index)나 SNR의 시간에 따른 변화 속도를 도출해낼 필요성이 있다. 도출된 결과를 그래프화하거나 일정 기간 동안 변화 속도의 평균값을 정량적으로 비교할 경우에 화재와 침입상황이 비교적 용이하게 구분될 수 있다. 주파수 이동의 정도를 나타내는 지수를 도출하는 방법은 상술한 방법 이외에도 주파수별 음장 패턴의 상관관계(Correlation)를 나타내는 다양한 수식이 사용될 수 있으며, 본 특허에 있어서는 그 방법을 특별하게 한정하지 않는다.

시간 변화에 따른 음압 레벨 패턴의 변화를 더욱 일목요연하게 나타내기 위해 음압 레벨 패턴의 서피스 맵(surface map)이 도 13을 통해 나타나 있다.

도 13은 도 11에 따른 화재 및 침입 상황에서의 멀티톤의 주파수별 음압 레벨에 의한 서피스 맵들을 보여주는 도면이다.

도 13에서, 가로 축은 멀티톤의 각 주파수 성분을 나타내며 세로 축은 시간 변화에 따른 측정 횟수를 나타낸다. 각 좌표에서의 픽셀의 색깔은 음압 레벨(SPL)의 크기를 나타낸다. 도 13의 (a)와 같이 화재의 경우에는 전열기의 가열시간이 증가함에 따라 공기의 온도가 올라가므로 음압 레벨 패턴은 일정하나 고주파 방향으로 지속적으로 이동하는 형태를 가진다. 한편, 도 13의 (b)와 같이 침입의 경우에는 마네킹의 이동에 따라 음압 레벨 패턴이 방향성이 없이 불규칙하고 복잡하게 변화하는 것이 나타난다. 이러한 변화를 분석함으로써 실제 보안 공간에서도 화재 또는 침입이 용이하게 구분될 수 있다.

냉난방기에 의한 온도변화나 대기의 급격한 일교차 또는 일조량에 의한 온도차이로 기인되는 음장 변화는 화재나 침입에 비하여 일반적으로 매우 느리므로 보안 상황과는 구별이 된다. 하지만, 급격히 음장이 변화하거나 대기의 급격한 일교차 또는 일조량에 의한 온도차이에 의해 급격히 음장이 변화하는 특별한 경우가 있을 수 있다. 그러한 경우에 정해진 시간주기 내에 설정된 보안상황 발생 판단 기준값 (reference SNR)을 초과하게 되면 화재나 침입상황이 아니라도 보안 상황이 발생한 것으로 오인될 수 있다.

냉방기 가동과 같이 온도가 떨어지는 경우에는 주파수별 음장 변화 패턴 분석을 통해 저주파 방향으로 음압패턴이 이동하는 양상을 확인하면 침입이나 화재상황과는 쉽게 구별될 수 있다. 급격한 대기의 온도 상승에 의한 상황은 화재와는 구별하기 어려운 점이 있으나 침입과의 구별은 용이하다.

실제적인 보안 시스템의 적용에 있어서는 침입 및 화재 상황뿐 아니라 냉방 상황도 별도로 구분하여 보안 정보를 전달하도록 설정할 수 있다. 한편, 화재의 경우에는 일교차 또는 일조량에 의한 온도 상승에 의한 오작동이 있을 수 있음을 고려할 필요가 있다.

화재는 온도 상승에 의한 음장 변화가 지속적으로 일어나고 고주파 방향으로 음압패턴이 지속적으로 이동한다. 그러나 일교차 또는 일조량에 의한 온도 상승은 일반적으로 화재와 비교하여 느리고 온도상승과 정체 및 하강을 반복한다. 따라서, 일정 시간 동안 음장 패턴변화를 모니터링하면 화재인지 혹은 기온 변화에 의한 온도 상승인 지가 구별될 수 있다.

다시 도 4로 돌아가서, 본 발명의 실시 예에 따른 보안 감시 시스템(400)은 음장 신호처리 장치(430)가 화재 또는 침입 상황을 구별적으로 판단한 경우에, 화재 또는 침입에 대한 영상 정보를 획득하여 저장하거나 목적지로 전송하기 위한 카메라 모듈(440)을 더 포함할 수 있다.

또한, 음장 신호처리 장치(430)는 상기 카메라 모듈(440)로부터 전송되는 화재 또는 침입에 관련된 촬영 영상을 수신하여 통신 인터페이스(450)를 통해 전송할 수 있다. 상기 통신 인터페이스(450)는 유무선 통신망과 연결될 수 있으므로 휴대폰, 스마트폰, 또는 태블릿 PC 등과 같은 각종 스마트기기에는 촬영 영상이 나타날 수 있다. 또한, 상기 통신 인터페이스(450)는 상기 음장 신호처리 장치(430)의 제어 하에, 소방서 서버나 경찰서 서버와 연결되어 촬영 영상과 상기 보안 감시 시스템(400)의 고유 ID를 전송할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 음장 변화 감지 기반의 보안 감시 시스템은 화재 상황이나 침입 상황의 초기에 보안의 위험 상황을 구별적으로 감지하고 화재나 침입 상황에 따른 경보를 발령할 수 있다. 또한, CCTV 등과 같은 카메라 모듈과 연동되는 경우에 보안 감시 시스템은 화재나 침입 상황에 관련된 촬영 영상을 저장하거나 설정된 목적 처로 전송할 수 있다. 여기서, 목적 처는 특정 인의 자동차 무선원격장치, 휴대폰 등의 스마트기기, 경비실 서버, 보안업체 서버, 소방서 서버, 또는 경찰서 서버 등이 될 수 있다. 음장 변화 감지 기반의 보안 감시 시스템에 따르면, 신속하면서도 효과적인 보안 감시 서비스가 구현되는 장점이 있다.

도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 보안 감시 플로우챠트 이다.

도 14는 도 4의 음장 신호처리 장치(430)의 동작 실행에 의해 구현될 수 있으며, 음장 변화 감지를 기반으로 화재 및 침입 상황을 구분적으로 감지한다.

도 14를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 보안 감시 방법은 크게 준비 모드 및 감시 모드로 나누어진다.

준비 모드는 초기설정 단계(S710), 시간별 음장 변화 패턴 측정 단계(S720), 시간별 음장 변화 패턴 분석 단계(S730), 및 보안감시 조건 설정 단계(S740)를 포함할 수 있다.

감시 모드는 음장 변화 측정 단계(S750), 보안상황 발생 판단 단계(S760), 음장 변화 패턴 분석을 통한 화재/침입 구분 단계(S770), 영상 획득 단계(S780), 및 경보 발령 및 정보 전달 단계(S790)를 포함할 수 있다.

초기설정 단계(S710)에서는, 음향 발생 장치(410)가 작동되어 일정한 입력 전압에 따라 보안 감시 공간 내로 음파를 출력한다. 또한, 음향 수신 장치(420)가 작동되어 보안 감시 공간 내의 음파를 수신한다. 상기 음장 신호처리 장치(430)는 음향 수신 장치(420)로 부터 제공되는 주파수별 기준 음장(음압, 위상) 정보의 평균 및 편차를 계산한다. 상기 계산된 정보는 내부의 DRAM이나 플래시 메모리에 저장된다.

시간별 음장 변화 패턴 측정 단계(S720)에서, 음장 신호처리 장치(430)는 시간별 음장 변화 패턴을 측정하기 위해, 주파수별 시간변화에 따른 음압 정보의 평균 및 편차를 계산하고, 그 계산된 결과를 기준 주파수별 음압 정보의 평균 및 편차와 각각 비교한다.

시간별 음장 변화 패턴 분석 단계(S730)에서, 음장 신호처리 장치(430)는 측정된 시간별 음장 변화 패턴을 분석한 후, 시간별 음장 변화 지수값인 기준 편차 대비 음압 변화율(SNR)을 저장한다.

보안감시 조건 설정 단계(S740)에서, 음장 신호처리 장치(430)는 저장된 시간별 음장 변화 지수값(SNR)을 참조하여 초기화 시간 주기 및 보안상황 발생 판단 기준값을 설정한다.

보안 감시 모드 하의 음장 변화 측정 단계(S750)에서, 음장 신호처리 장치(430)는 주파수별 현재 음압 정보의 평균 및 편차를 계산한다. 이 경우에, 음장 신호처리 장치(430)는 초기화 시간 주기 간격으로 초기화 시간 주기 및 보안상황 발생 판단 기준값을 재설정할 수 있다.

화재나 침입 등의 보안상황 발생 판단 단계(S760)에서, 음장 신호처리 장치(430)는 주파수별 현재 음압 정보의 평균 및 편차를 주파수별 기준 음압 정보의 평균 및 편차와 각각 비교하여 보안상황 발생 여부를 판단한다. 구체적으로, 음장 신호처리 장치(430)는 기준 편차 대비 음압 변화율(SNR)의 평균값이 보안상황 발생 판단 기준값 이상인 경우, 화재나 침입의 보안상황이 발생한 것으로 판단한다.

음장 변화 패턴 감지를 통한 화재/침입 구분 단계(S770)에서, 보안상황이 발생한 것으로 판단된 경우, 음장 신호처리 장치(430)가 기준 시점과 보안 상황발생 시 일정기간의 음장 변화 패턴을 분석한다. 여기서, 음압 레벨 패턴의 주파수 이동의 정도와 기준 편차 대비 음압 정보 변화율(SNR)의 시간에 따른 변화의 양상이 분석되어, 보안 상황 발생의 원인이 화재인지 아니면 침입에 의한 보안 상황인지가 구분된다.

영상 획득 단계(S780)에서는, 화재 또는 침입이 발생한 것으로 확인된 경우, 이를 정확히 검증하기 위해, 음장 신호처리 장치(430)의 제어에 의해 카메라 모듈이 작동되어 영상 촬영 및 영상 정보 저장이 수행된다.

경보 발령 및 정보 전달 단계(S790)에서는, 음장 신호처리 장치(430)가 화재 또는 침입 경보음을 발령하거나 자동차 무선원격장치 등에 경보를 전달할 수 있다. 또한, 카메라 모듈을 통해 촬영된 영상은 유무선 통신망을 통하여 휴대폰이나 스마트기기, 경비실, 보안업체 및 경찰서 등의 서버로 전송될 수 있다. 네트워크 기능이 없는 일반 자동차의 경우에는 경보기능을 작동하거나 해제하기 위하여 리모콘 등 무선원격장치가 사용될 수 있다.

도 14의 각 단계들은 필요에 따라서 생략되거나 다른 과정이 추가 되어서 운영될 수 있음은 물론이다.

도 15는 보안 서비스 시스템에 적용된 본 발명의 응용 예를 보여주는 도면이다.

도 15를 참조하면, 보안 감시 공간(SA) 내부에서 화재 및 침입 상황이 일어나는 것을 음장 변화를 기반으로 구분하여 감지하는 기능은 자동차 블랙박스, 유무선 네트워크에 연결된 보안 카메라, 인터넷 전화, 스마트 TV, 인터폰을 포함한 스마트 가전, 또는 스마트 자동차 등에 탑재될 수 있다. 침입이나 화재의 보안 상황 발생시 인터넷이나 유무선 통신을 통해 사용자의 핸드폰이나 스마트기기로 문자나 영상메시지가 도 15에서 제공될 수 있다.

즉, 도 15는 음장 변화를 기반으로 화재와 침입을 구분하여 감지하는 보안감시 시스템을 활용하는 보안 서비스 시스템의 개념을 나타낸다. 보안 서비스 시스템은 보안 감시 시스템(400)를 기본적으로 포함하며, 보안 카메라(440) 및 보안정보 수신처(460)가 더 연결될 수 있다.

상기 보안정보 수신처(460)는 자동차 무선 원격장치, 스마트 폰, 스마트 기기, 또는 서버가 될 수 있다.

상기 보안 감시 시스템(400)은 보안 감시 공간(SA) 내부에 설치될 수 있다.

상기 보안 감시 시스템(400)은 외부의 침입자가 보안 감시 공간의 경계지역 ,출입구, 창문, 천장, 바닥, 또는 벽을 통해 침입하는 경우에 사각지대 없이 침입 상황을 감지한다. 한편, 자동차의 내부에 적용될 경우에는 차문을 통해 침입자가 침투하거나 유리창을 파손하여 침입할 때에 상기 보안 감시 시스템(400)은 사각지대 없이 차량의 침입 상황을 감지할 수 있다.

전열기 과열 및 착화, 전기 누전 및 합선, 주방화기 과열, 가전제품과열, 가스누출, 화재의 전이, 방화 등 다양한 이유에서 발생하는 화재의 경우에도 상기 보안 감시 시스템(400)은 보안 감시 공간(SA) 내부의 온도 분포 변화를 감지함에 의해 조기에 화재 상황을 감지할 수 있다.

도 15의 보안 서비스 시스템은 CCTV나 자동차 블랙박스 등의 보안 카메라에 내장되어 일체형으로 구성될 수 있다. 또한, 보안 감시 시스템(400)은 외장형으로 제작되어 보안 카메라와 유무선을 통해 연결될 수 있다.

다양한 사용 예로서 보안 감시 시스템(400)은 인터넷 전화에 연결되어 일체형 및 외장형으로도 사용이 가능할 수 있다. 다양한 종류의 스마트 기기 예를 들면 스마트폰, 스마트 TV, 스마트 자동차, 또는 인터폰을 포함한 스마트 가전에 상기 보안 감시 시스템(400)이 내장되거나 외장될 수 있다.

이와 같이, 음장 변화를 기반으로 하는 화재와 침입상황을 구분하여 감지하는 보안 감시 시스템은 기존의 인터넷 전화 또는 스마트기기의 하드웨어 변경을 요구하지 않는다. 즉, 관련 알고리즘 만 내부 프로세서에 내장하면, 연동 사용이 가능하게 된다.

본 발명의 일 실시 예에 따라 감지되는 보안 정보는 네트워크에 연결된 각종 스마트 기기로 문자나 영상 등의 멀티미디어 정보로서 전송될 수 있다. 더욱이, 스마트폰이나 스마트 기기 등의 사용자가 앱(App) 형식으로 관련 보안 시스템을 접속할 경우에 보안관련 다양한 서비스를 제공하는 것도 가능하다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변화와 변형이 가능한 것은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

410: 음향 발생 장치 420: 음향 수신 장치
430: 음장 신호처리 장치

Claims

설정된 보안 감시 공간 내로 복수의 주파수 성분을 갖는 사인파의 선형 합으로 이루어진 멀티톤 음파를 출력하는 음향 발생 장치;
상기 보안 감시 공간 내에서 수신되는 음파로부터 음압과 위상으로 대표되는 음장 정보를 각 주파수별로 얻는 음향 수신 장치; 및
준비 모드에서 상기 음향 수신 장치로부터 얻은 주파수별 음장 정보를 기준 음장 정보로서 저장하고, 상기 기준 음장 정보를 감시 모드에서 상기 음향 수신 장치로부터 출력되는 현재 주파수별 음장 정보와 비교하여 보안상황 발생 여부를 판단하는 음장 신호처리 장치를 포함하되, 상기 음장 신호처리 장치는 보안상황 발생 시 주파수별 기준 음장 정보의 패턴과 일정 기간 동안 수집된 주파수별 음장 정보의 패턴을 서로 비교함에 의해 상기 보안 감시 공간에서의 화재 발생인지 혹은 침입 발생인지를 구분하며,
상기 화재 또는 침입 상황의 구분은 상기 일정 기간 동안 수집된 상기 주파수별 음장 정보의 패턴을 고주파 또는 저주파 방향으로 함수 이동하여 상기 주파수별 기준 음장 정보의 패턴과 비교하고 주파수 이동 정도를 분석한 후, 분석된 상기 주파수 이동 정도를 이용하여 지속적인 온도 상승의 변화 속도를 감지함에 의해 수행되는 보안 감시 시스템.
제1항에 있어서, 상기 음장 신호처리 장치는 상기 주파수별 기준 음장 정보의 패턴과 상기 일정 기간 동안 수집된 상기 주파수별 음장 정보의 패턴을 서로 비교시에 상기 주파수별 음장 정보의 패턴이 형태는 변하지 않은 상태로 지속적으로 고주파 방향으로 이동하였는지 아니면 상기 주파수별 음장 정보의 패턴의 형태 자체가 변화하였는지를 분석함에 의해, 화재와 침입상황을 서로 구분하는 보안 감시 시스템.
제1항에 있어서, 상기 음장 신호처리 장치는 상기 일정 기간 동안 수집된 상기 주파수별 음장 정보의 패턴을 고주파 또는 저주파 방향으로 함수 이동하여 상기 주파수별 기준 음장 정보의 패턴과 비교하여 주파수 이동 정도를 분석한 후, 분석된 상기 주파수 이동 정도를 이용하여 지속적인 고주파 방향의 주파수 이동의 변화 속도를 감지함에 의해 화재 발생 여부를 판단하고, 주파수 이동이 일어나지 않거나 불규칙하게 이동하는 양상을 감지함에 의해 침입 상황을 판단하는 보안 감시 시스템.
제1항에 있어서, 상기 음장 신호처리 장치는 보안상황 발생시 상기 일정 기간 동안 수집된 상기 주파수별 음장 정보의 패턴을 고주파 또는 저주파 방향으로 함수 이동하고 상기 주파수별 기준 음장 정보의 패턴과 비교하여 주파수 이동 정도를 나타내는 지수값을 도출한 후, 도출된 상기 지수값을 이용하여 온도 변화의 방향과 속도를 분석함에 의해, 화재와 일교차나 냉난방에 의한 온도변화 그리고 침입 상황을 구분적으로 판단하는 보안 감시 시스템.
제1항에 있어서, 상기 음장 신호처리 장치는 보안상황 발생시 일정 기간 동안의 상기 주파수별 기준 음장 정보의 편차 대비 상기 주파수별 음장 정보의 변화 값이 지속적으로 증가하는 지 아니면 불규칙하게 변화하는 지를 분석함에 의해 화재와 침입 상황을 서로 구분하는 보안 감시 시스템.
제1항에 있어서, 상기 멀티톤 음파는 20~20k Hz의 가청 주파수 및 20kHz 이상의 초음파 영역에서 연속파 또는 펄스파 형태로서 생성되는 보안 감시 시스템.
제1항에 있어서, 상기 보안 감시 시스템은,
수동형 적외선 센서(PIR), 초음파 센서, 소리감지 센서, 진동 감지 센서, 및 마이크로웨이브 센서 중의 하나로 이루어진 침입감지 센서, 온도센서, 연기센서, 가스센서, 및 불꽃감지형 화재 감지 센서 중의 선택된 하나 이상의 센서들과 연동되어 화재와 침입 상황을 구분적으로 감지하는 보안 감시 시스템.
제1항에 있어서, 화재나 침입 상황이 발생한 경우에 영상 정보를 저장하고 상황을 검증하기 위해 영상 촬영을 수행하는 카메라 모듈을 더 포함하는 보안 감시 시스템.
제1항에 있어서, 상기 보안 감시 시스템은,
자동차 블랙박스, 네트워크 기능을 갖는 보안 카메라, 인터넷 전화, 스마트 TV, 스마트 자동차, 또는 인터폰을 포함한 스마트 가전에 연동되도록 일체형 또는 외장형으로 제작되는 보안 감시 시스템.
제9항에 있어서, 상기 보안 감시 시스템이 연동될 시에 연동기기의 하드웨어의 추가 없이 소프트웨어 설치만으로 구현되는 보안 감시 시스템.
제9항에 있어서, 상기 보안 감시 시스템은 사용자의 스마트폰이나 스마트 기기에 관련된 앱 (App)형식의 프로그램이 실행 될시 원격 제어되거나 획득된 보안 정보를 제공하는 보안 감시 시스템.
제9항에 있어서, 상기 보안 감시 시스템은 보안상황 발생시 사용자의 스마트폰이나 스마트 기기로 보안 정보를 제공하거나 관공서로 보안 정보를 제공하는 보안 감시 시스템.
복수의 주파수 성분을 갖는 사인파의 선형합으로 이루어진 멀티톤 음파를 설정된 보안 감시 공간 내로 출력하는 음파 출력 단계;
상기 보안 감시 공간 내에서 수신되는 음파로부터 음장을 얻는 음파 수신 단계;
준비 모드에서 상기 얻은 음장을 통해 주파수별 기준 음장 정보를 저장하는 단계;
감시 모드에서 현재 주파수별 음장 정보를 계산한 후, 상기 주파수별 기준 음장 정보와 비교하여 보안 상황 발생 여부를 판단하는 단계; 및
보안 상황의 발생 시 상기 주파수별 기준 음장 정보와 일정 기간 동안 수집된 주파수별 음장 정보를 비교하여 화재 또는 침입의 상황을 구분하는 단계를 포함하며,
상기 화재 또는 침입 상황의 구분은 상기 일정 기간 동안 수집된 상기 주파수별 음장 정보의 패턴을 고주파 또는 저주파 방향으로 함수 이동하여 상기 주파수별 기준 음장 정보의 패턴과 비교하고 주파수 이동 정도를 분석한 후, 분석된 상기 주파수 이동 정도를 이용하여 지속적인 온도 상승의 변화 속도를 감지함에 의해 수행되는 보안 감시 방법.
제13항에 있어서, 상기 화재 또는 침입 상황의 구분은 상기 주파수별 기준 음장 정보의 패턴과 상기 일정 기간 동안 수집된 상기 주파수별 음장 정보의 패턴을 서로 비교시에 상기 주파수별 음장 정보의 패턴이 형태는 변하지 않은 상태로 지속적으로 고주파 방향으로 이동하였는지 아니면 상기 주파수별 음장 정보의 패턴의 형태 자체가 변화하였는지를 분석함에 의해 수행되는 보안 감시 방법.
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제13항에 있어서, 상기 화재 또는 침입 상황의 구분은 상기 일정 기간 동안 수집된 상기 주파수별 음장 정보의 패턴을 고주파 또는 저주파 방향으로 함수 이동하고 상기 주파수별 기준 음장 정보의 패턴과 비교하여 주파수 이동 정도를 나타내는 지수값을 도출한 후, 도출된 상기 지수값을 이용하여 온도 변화의 방향과 속도를 분석함에 의해 수행되는 보안 감시 방법.
제13항에 있어서, 상기 보안 상황 발생시 일정 기간 동안의 상기 주파수별 기준 음장 정보의 편차 대비 상기 주파수별 음장 정보의 변화 값이 지속적으로 증가하는 지 아니면 불규칙하게 변화하는 지를 분석함에 의해 화재와 침입 상황이 서로 구분되는 보안 감시 방법.
제13항에 있어서, 상기 멀티톤 음파는 20~20k Hz의 가청 주파수 또는 20kHz 이상의 초음파 영역에서 연속파 또는 펄스파 형태로서 생성되는 보안 감시 방법.
제13항에 있어서, 상기 화재와 침입 상황의 구분은 수동형 적외선 센서(PIR), 초음파 센서, 소리감지 센서, 진동 감지 센서, 및 마이크로웨이브 센서 중의 하나로 이루어진 침입감지 센서, 온도센서, 연기센서, 가스센서, 및 불꽃감지형 화재 감지 센서 중의 선택된 하나 이상의 센서들과 연동되어 수행되는 보안 감시 방법.
제13항에 있어서, 화재나 침입 상황이 발생한 경우에 영상 정보를 저장하고 상황을 검증하기 위해 영상 촬영을 수행하는 단계를 더 포함하는 보안 감시 방법.
제13항에 있어서, 상기 보안 감시 방법은 자동차 블랙박스, 네트워크 기능을 갖는 보안 카메라, 인터넷 전화, 스마트 TV, 스마트 자동차, 또는 인터폰을 포함한 스마트 가전에 연동되는 보안 감시 방법.
제21항에 있어서, 상기 스마트 가전에 연동 시 연동기기의 하드웨어 추가 없이 소프트웨어 설치만으로 구현되는 보안 감시 방법.
제21항에 있어서, 사용자의 스마트폰이나 스마트 기기에 관련된 앱 (App)형식의 프로그램이 실행 될 시 상기 보안 감시 방법은 원격 제어로 실행되거나 획득된 보안 정보를 전송하는 보안 감시 방법.
제21항에 있어서, 상기 보안상황 발생시 사용자의 스마트폰이나 스마트 기기로 보안 정보를 제공하거나 관공서로 보안 정보를 제공하는 단계를 더 포함하는 보안 감시 방법.
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