KR101776138B1

KR101776138B1 - 임베디드 시스템을 기반으로 하는 산업,재해 현장의 안전관리 단말과, 이를 이용한 안전관리시스템

Info

Publication number: KR101776138B1
Application number: KR1020150185638A
Authority: KR
Inventors: 김수진; 서성혁
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2015-12-24
Publication date: 2017-09-11
Also published as: KR20170076833A

Abstract

본 발명은 무선통신 범위가 확장된 임베디드 시스템을 기반으로 해서 산업현장 또는 재해현장의 안전관리를 효과적으로 수행하게 한 임베디드 시스템을 기반으로 하는 산업,재해 현장의 안전관리 단말와, 이를 이용한 안전관리시스템에 관한 것으로, 유해가스 감지센서와, 상기 유해가스 감지센서를 통과한 들숨 기류의 일방향 통기가 이루어지는 원웨이 필터와, 상기 원웨이필터를 통과한 들숨 기류의 미세먼지를 흡착하는 흡착필터와, 탈착식 이형필터가 부착된 비색센서로 구성된 전면커버; 상기 전면커버의 양측에 각각 돌출 형성되어서 날숨 기류가 통기하는 측면커버;로 된 마스크, 및 상기 유해가스 감지센서의 감지신호를 받아 데이터를 생성하며 제어하는 제어모듈과, 상기 제어모듈의 제어를 받아 알람하는 알람모듈과, 상기 데이터를 수신해서 자체 고유IP를 링크해 발신하는 임베디드 통신모듈로 된 노드,을 포함하는 것이다.

Description

임베디드 시스템을 기반으로 하는 산업,재해 현장의 안전관리 단말과, 이를 이용한 안전관리시스템{TERMINAL AND SYSTEM FOR SAFETY MANAGEMENT BASED ON EMBEDDED SYSTEM}

본 발명은 무선통신 범위가 확장된 임베디드 시스템을 기반으로 해서 산업현장 또는 재해현장의 안전관리를 효과적으로 수행하고, 작업자의 착용감과 호흡환경을 최적화하는 임베디드 시스템을 기반으로 하는 산업,재해 현장의 안전관리 단말와, 이를 이용한 안전관리시스템에 관한 것이다.

인터넷 통신기술의 발전과 더불어 근거리 무선 통신기술도 함께 발전하면서, 이를 기반으로 하는 다양한 통신서비스가 새롭게 제안되고 있다.

제안되고 있는 대표적인 통신서비스 기술로는 임베디드 시스템을 기반으로 하는 사물인터넷(IoT)이 대표적인데, 산업현장에서는 물론 일반 생활과 가정에서도 널리 응용 및 활용 실시되고 있다.

한편, 산업기술의 발전에 따라 산업현장(예: 토목 또는 건설현장)이 대형화되고 복잡해지면서, 현장 작업자는 단순 노동의 수준에서 벗어나, 산업현장에 투입되는 전자장비와 건설장비를 다룰 줄 알아야 하고 중앙센터나 다른 작업자들과의 협력작업을 위해서 작업자들 간의 원활한 통신이 가능해야 한다. 또한 산업현장의 안전을 위해서도 중요장소마다 현장 상황을 파악하고 대처할 수 있도록, 각종 안전 관리 장비(예: CCTV, 가스 검출기, 화재 경보기, 응급처리설비)의 설치가 권장 및 강화되고 있다.

이외에도, 작업자는 자신의 안전을 위해서 각종 보호장구(헬멧, 벨트, 장갑 등)를 착용해야 하고, 건설현장에서 사용되는 연장, 원격지 작업자들(or 중앙센터)과의 통신을 위한 무전기 및 이동단말기, 그리고 다양한 계측장비들을 비롯한 각종 장비들을 소지해야 한다.

이상 설명한 바와 같이, 위험요소가 많은 산업현장에는 작업에 필요한 장비 외에도 각종 재난, 재해, 사고 등에 대응한 설치장비들이 비치되어야 하고, 아울러, 작업자도 자신을 보호하고 자신의 위치를 통지할 수 있는 휴대장비를 소지해야 한다. 그런데, 상기 설치장비와 휴대장비는 상호 간의 통신이 가능해야 하고, 이러한 통신 체계는 유선 또는 무선 통신을 기반으로 구축된다. 하지만 산업현장이 대형화되고 환경 또한 복잡해지면서 장비 간의 유선통신 체계에는 점유공간은 물론 설치에 필요한 시간과 비용을 증가시키는 문제가 있었다.

이러한 문제를 해소하기 위해서 산업현장의 설치장비와 휴대장비는 무선통신 체계를 기반으로 구축되었고, 이에 따라 산업현장에서 안전 관리 시설을 보다 효과적으로 구축할 수 있게 되었다.

한편, 안전 관리 시설을 구성하는 장비들 간의 종래 무선통신 기술에는 USN(Ubiquitous Sensor Network) 기반의 통신 방식 중 하나인 RFID(Radio Frequency Identification) 시스템이 있다. 그런데, RFID 시스템에 사용되는 RFID 태그는 지그비(Zigbee) 무선 기술에 기반을 두는데, 지그비는 인식거리가 5m 미만 길게는 50~100m의 근거리였다. 따라서 종래 안전 관리 시설은 원활한 무선 통신을 가능하게 하기 위해서, 산업현장에는 장비들 간에 무선 통신을 위한 중계기나 집중기가 곳곳에 설치되어야 했다.

결국, 무선통신 기반의 종래 안전 관리 시설은 산업현장 곳곳에 중계기와 집중기를 설치해야 하는 공간적/시간적/비용적 부담이 있었고, 중계기와 집중기가 미설치된 장소는 안전 관리의 사각지대로서, 유사시 중계기를 투입해야 하는 번거로움과 부담이 있었다.

또한, 산업현장에서는 작업자의 안전한 호흡을 위해서 다양한 장비가 설치됨은 물론, 작업자 본인도 필터 기능의 마스크를 착용한다. 그런데, 이러한 마스크는 착용에 있어 호흡 입,출구인 입과 코를 직접 막으므로, 호흡에 간섭과 불편을 초래할 수 있고, 오히려 작업자가 높은 비중의 이산화탄소를 흡기하는 문제 또한 있었다.

선행기술문헌 1. 특허등록번호 제10-0902779호(2009.06.12 공고)

이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위해 발명된 것으로서, 산업현장 또는 재난,재해현장 등의 안전 관리를 위한 시설을 일일이 구축하지 않고도 사건과 사고에 대한 감시와 관리가 가능하고, 유사시에는 신속한 대처를 통해서 작업자는 물론 구조자 등의 안전과 생명을 보호할 수 있게 함은 물론, 마스크를 착용하는 작업자가 호흡 경로에 간섭 없이도 안전하고 효율적인 호흡을 지속할 수 있게 하는 임베디드 시스템을 기반으로 하는 산업,재해 현장의 안전관리 단말와, 이를 이용한 안전관리시스템의 제공을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

유해가스 감지센서와, 상기 유해가스 감지센서를 통과한 들숨 기류의 일방향 통기가 이루어지는 원웨이 필터와, 상기 원웨이필터를 통과한 들숨 기류의 미세먼지를 흡착하는 흡착필터와, 탈착식 이형필터가 부착된 비색센서로 구성된 전면커버; 상기 전면커버의 양측에 각각 돌출 형성되어서 날숨 기류가 통기하는 측면커버;로 된 마스크, 및

상기 유해가스 감지센서의 감지신호를 받아 데이터를 생성하며 제어하는 제어모듈과, 상기 제어모듈의 제어를 받아 알람하는 알람모듈과, 상기 데이터를 수신해서 자체 고유IP를 링크해 발신하는 임베디드 통신모듈로 된 노드,

을 포함하는 임베디드 시스템을 기반으로 하는 산업,재해 현장의 안전관리 단말이다.

상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

유해가스 감지센서와, 상기 유해가스 감지센서를 통과한 들숨 기류의 일방향 통기가 이루어지는 원웨이 필터와, 상기 원웨이필터를 통과한 들숨 기류의 미세먼지를 흡착하는 흡착필터와, 탈착식 이형필터가 부착된 비색센서로 구성된 전면커버; 상기 전면커버의 양측에 각각 돌출 형성되어서 날숨 기류가 통기하는 측면커버;로 된 마스크: 상기 유해가스 감지센서의 감지신호를 받아 데이터를 생성하며 제어하는 제어모듈과, 상기 제어모듈의 제어를 받아 알람하는 알람모듈과, 상기 데이터를 수신해서 자체 고유IP를 링크해 발신하는 임베디드 통신모듈로 된 노드:를 포함하는 산업,재해 현장의 안전관리 단말.

상기 안전관리 단말의 발신 데이터를 수신해서 설정된 주소로 발신하는 게이트웨이, 및

상기 게이트웨이로부터 수신한 데이터를 처리하는 안전관리 서버

를 포함하는 안전관리시스템이다.

상기의 본 발명은, 산업현장 또는 재난,재해현장 등의 안전 관리를 위한 시설을 일일이 구축하지 않고도 사건과 사고에 대한 감시와 관리가 가능하고, 유사시에는 신속한 대처를 통해서 작업자는 물론 구조자 등의 안전과 생명을 보호할 수 있는 효과가 있다.

또한, 마스크 본체의 전면에 배치된 감지센서가 원웨이 필터에 의해서 들숨기류의 공기만을 감지하므로, 감지센서는 작업자의 호흡 환경을 정확하게 파악할 수 있고, 이를 통해서 작업자와 모니터링 관리자는 안전하게 작업할 수 있는 효과가 있다.

또한, 안전관리 단말의 전력용량을 실시간으로 파악해서, 감지센서 등의 구동 전력 부족시 비색센서를 사용하도록 작업자에게 알람하고, 이를 통해서 작업자는 이형필름을 벗겨서 비색센서가 감지센서를 신속히 대체할 수 있게 하는 효과가 있다.

또한, 마스크와 노드 간의 통신 상태를 확인해서, 단절시 작업자가 신속하게 대처할 수 있게 하는 효과가 있다.

또한, 선단이 서로 포개진 한 쌍의 패널이 들숨기류에 의해 서로 벌어지면서 작업자가 들숨기류를 원활하게 흡기할 수 있고, 날숨기류는 닫힌 선단으로부터 분산되어서 좌우로 각각 배기되므로, 날숨기류가 배기과정에서 들숨기류 및 마스크와 충돌해서 작업자의 안면에 영향을 주는 부담을 줄이는 효과가 있다.

또한, 마스크의 양측으로 배기되는 매시는 외면 커버에 의해서 들숨기류가 매시로 유입하지 않으므로, 작업자는 필터링하지 않는 공기가 흡기되는 문제를 방지한다.

도 1은 본 발명에 따른 안전관리 단말의 통신 기반인 매시넷 구조를 개략적으로 도시한 블록도이고,
도 2는 본 발명에 따른 안전관리 단말의 마스크의 일실시 모습을 개략적으로 도시한 정면도이고,
도 3은 본 발명에 따른 안전관리 단말의 마스크의 내부 구조를 개략적으로 도시한 평단면과 구성을 도시한 도면이고,
도 4는 상기 마스크에 장착되는 원웨이 필터의 구조를 개략적으로 도시한 도면이고,
도 5는 본 발명에 따른 안전관리 단말의 마스크의 다른 실시 모습을 개략적으로 도시한 분해 사시도이고,
도 6은 도 5에 도시한 마스크의 동작모습을 개략적으로 도시한 평단면도이고,
도 7은 본 발명에 따른 안전관리 단말과 안전관리시스템의 다른 실시 모습을 도시한 블록도이고,
도 8은 본 발명에 따른 안전관리 단말의 일실시 모습을 개략적으로 보인 블록도이고,
도 9는 본 발명에 따른 안전관리 단말의 소프트웨어 구조를 개략적으로 보인 블록도이고,
도 10은 본 발명에 따른 안전관리 서버의 일실시 모습을 도시한 블록도이고,
도 11은 본 발명에 따른 안전관리 서버에서 안전관리 단말을 착용한 작업자의 위치를 추적하는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용이 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 안전관리 단말의 통신 기반인 매시-넷 구조를 개략적으로 도시한 블록도인 바, 이를 참고해 설명한다.

본 발명에 따른 이동형 또는 고정형 타입의 안전관리 단말(도 2, 도 7 참고)은 산업 또는 재해 현장(이하 '산업현장')에 투입되는 작업자 또는 구조자(이하 '작업자')가 휴대(이동형)하거나 특정 위치에 고정설치(고정형)되며, 매시-넷(Mesh-net) 통신을 위한 임베디드 통신모듈(130, 220)을 각각 구성하면서 매시-넷의 중계포인트인 '노드' 기능을 수행한다.

임베디드 통신모듈(130, 220; 도 2 참고)은 Embedded RF 통신방식에 따라 동작하며, 통신반경 이내에 다른 임베디드 통신모듈과 통신하면서 안전관리 단말 간의 근거리 무선 데이터 통신을 수행한다. 본 실시의 임베디드 통신모듈(130, 220)은 통신반경이 1km 이상으로 확장되는데, 이에 대한 설명은 아래에서 상세히 한다.

전술한 바와 같이, 안전관리 단말은 임베디드 통신모듈(130, 220)을 구성하면서 '노드'를 이룬다. 도 1에서 보인 바와 같이, '노드1 내지 노드7'로 구성된 매시-넷 환경에서 '노드2'는 통신반경 이내의 '노드7'과 통신하고, '노드7'은 통신반경 이내의 '노드1'과 통신하며, '노드1'은 통신반경 이내의 '노드6'과 통신한다. 이러한 경로로 통신한 '노드2'의 발신 데이터는 '노드6'에서 게이트웨이(G)를 경유해 통신망으로 전달된다. 물론, 상기 데이터는 설정된 주소인 안전관리 서버(300)에 전달되고, 안전관리 서버(300)는 설정된 프로세스에 따라 상기 데이터를 처리한다. 여기서, 노드의 통신반경은 1km 이상의 원격이므로, 산업현장에서 노드들 간의 통신을 위한 라우터 등의 중계기를 설치하지 않아도 산업현장의 안전을 위한 다양한 작업 수행이 가능하다. 또한, 유사시 사고 현장에 별도의 통신기반 장비를 사전 설치하지 않아도, 작업자가 안전관리 단말을 휴대하는 것으로 상호 간의 통신과 중앙 관리가 가능하다.

이를 위한 본 발명에 따른 안전관리 단말과 안전관리 시스템을 도면을 참고해 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 안전관리 단말의 마스크의 일실시 모습을 개략적으로 도시한 정면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 안전관리 단말의 마스크의 내부 구조를 개략적으로 도시한 평단면과 구성을 도시한 도면이고, 도 4는 상기 마스크에 장착되는 원웨이 필터의 구조를 개략적으로 도시한 도면인 바, 이를 참고해 설명한다.

본 실시의 안전관리 단말은 작업자(M)가 입과 코를 가리기 위해 착용할 수 있는 마스크(500)를 더 포함한다.

여기서 본 실시의 마스크(500)는 입과 코의 둘레에 압착해서 가장자리를 통한 통기가 원활하지 않도록 차단하는 전면커버(510)와, 착용자(M)의 양측부를 각각 가리도록 전면커버(510)의 양단으로부터 각각 인출해 형성되는 측면커버(520)와, 마스크(500)가 작업자의 안면에 고정된 상태를 유지하도록 측면커버(520)의 말단으로부터 인출해서 두상을 감싸거나 작업자(M)의 귀에 걸리는 착용 걸이(530)를 포함하고, 더 나아가 유해가스를 화학적으로 감지하는 비색센서(501)를 더 포함한다. 참고로, 비색센서(501)는 전력에 의해 동작하는 안전관리 단말이 방전되어 전력 공급을 받지 못하는 경우에도 주변의 유해가스 여부를 작업자(M)가 인지할 수 있도록 하기 위한 것으로서, 유사시에만 제한적으로 활용하도록 평상시에는 비색센서(501)의 전면에 이형필름을 덮어서 유해가스에 반응하지 않도록 커버하고, 유사시에만 이형필름을 떼어내어 활용한다.

전면커버(510)는 들숨에 의한 흡기를 최초로 감지해서 유해가스의 포함 여부를 감지하는 유해가스 감지센서(113)와, 들숨에 의한 흡기만이 통기하도록 필터링하는 원웨이 필터(511)와, 흡기에 포함된 각종 미세먼지를 흡착해서 필터링하는 흡착필터(512)를 포함한다. 여기서 흡착필터(512)는 전면커버(510)의 내면에만 구성될 수도 있으나, 도면에 도시한 바와 같이 날숨 기류를 고려해서 측면커버(520)의 내면에도 함께 구성될 수 있다.

원웨이 필터(511)는 일방향으로만 기류가 형성되도록 제한하는 필터로서, 매시(maesh; 511a) 타입의 공극 사이에 횡격막(844b)을 형성시켜서 도 4의 (a)도면에서와 같이 들숨에 의한 흡기만이 통기하게 하고, 도 4의 (b)도면에서와 같이 날숨에 의한 배기는 차단하게 한다. 막 형상의 원웨이 필터(511)는 이미 공지된 기술이므로, 여기서는 그 설명을 생략한다.

따라서 작업자(M)가 들숨을 통해 공기를 흡기하면 외부 공기는 1차로 유해가스 감지센서(113)에 우선 접촉해서 유해가스 여부를 확인받고, 2차로 원웨이 필터(511)를 통과하며, 3차로 흡착필터(512)에서 미세먼지를 필터링한다. 또한, 작업자(M)의 호흡으로 발생한 날숨 배기는 1차로 흡착필터(512)를 통해 미세먼지를 필터링해서 반사로 인한 재 흡기시에도 미세먼지를 흡입하지 않게 한다. 또한, 날숨의 배기는 원웨이 필터(511)를 통과할 때 차단되면서, 전면커버(510)의 외면에 설치된 유해가스 감지센서(113)가 작업자(M)의 날숨 배기에 포함된 이산화탄소를 감지하지 않도록 한다.

측면커버(520)는 들숨 기류와 날숨 기류의 통기가 가능하도록 되나, 자체가 원웨이 필터 재질로 되어서 날숨 기류만이 통기하도록 구성할 수도 있다.

본 실시는 유해가스 감지센서(113)와 원웨이 필터(511)와 흡착필터(512)를 손쉽게 교체할 수 있도록, 벨크로 테입과 같은 탈착 부재(미 도시)를 활용해서 유해가스 감지센서(113)와 원웨이 필터(511)와 흡착필터(512)를 서로 연결한다. 그러나 유해가스 감지센서(113)와 원웨이 필터(511)와 흡착필터(512)의 탈착을 손쉽게 할 수 있다면 이하의 권리범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다.

본 실시의 안전관리 단말은 작업자가 신체에 착용하는 노드(100)를 더 포함한다. 노드(100)는 마스크(500)의 유해가스 감지센서(113)와 통신하면서 흡기 공기에 유해가스가 감지되면 이를 안전관리 서버(300)로 무선 전송한다.

이를 위해서 본 실시의 노드(100)는 유해가스 감지센서(113)의 감지신호를 수신해서 데이터를 생성하고 제어하는 제어모듈(140)과, 유사시 제어모듈(140)의 제어에 의해 소리 또는 광을 통해 외부에 알람하는 알람모듈(160)과, 제어모듈(140)의 데이터를 수신해서 자체 고유IP를 링크해 발신하고 외부에서 수신한 데이터의 고유IP에 상기 자체 고유IP를 링크해 발신하는 임베디드 통신모듈(130)을 포함한다.

또한, 본 실시의 노드(100)는 마스크(500)에 설치된 감지기(502)와 실시간 또는 주기적으로 통신하면서 노드(100)와 마스크(500) 간의 통신상태를 확인하는 상태확인모듈(150)을 더 포함한다. 이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 마스크(500)와 분리된 노드(100)는 마스크(500)에 설치된 유해감지 센서(113)와 안정한 통신상태를 유지하기 위해서 주기적인 통신상태 확인이 필요하다. 더욱이 유해가스 감지센서(113)는 별도의 배터리로부터 전력을 공급받아 동작하므로, 상기 배터리가 방전하면 유해가스 감지센서(113) 또한 그 동작을 멈추게 된다. 따라서 이러한 사고를 감지해서 대처할 수 있도록, 마스크(500)는 유해가스 감지센서(113)와 연결되어서 동작 여부를 실시간으로 확인하는 감지기(502)를 더 포함하고, 노드(100)는 감지기(502)와 통신하는 상태확인모듈(150)을 더 포함한다. 참고로, 감지기(502)는 유해가스 감지센서(113)가 유해가스를 감지하지 않아 미 동작시에도 유해가스 감지센서(113)에 신호를 보내서 정상 동작 중임을 확인하는 답신을 수신하고, 답신 수신에 대한 신호를 상태확인모듈(150)에 발신한다. 결국 제어모듈(140)은 상태확인모듈(150)의 상기 신호 수신을 확인해서 유해가스 감지센서(113)의 안정한 동작 여부를 실시간으로 파악하고, 유사시 알람모듈(160)을 제어해서 알람한다.

도 5는 본 발명에 따른 안전관리 단말의 마스크의 다른 실시 모습을 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시한 마스크의 동작모습을 개략적으로 도시한 평단면도인 바, 이를 참고해 설명한다.

본 실시의 마스크(500')는 전면커버(510)와 측면커버(520) 사이에 펜스(540)를 더 포함한다. 펜스(540)는 전면커버(510)와 측면커버(520) 사이에 기류 통로로서, 전면커버(510)를 통해 배기 되지 못한 날숨 기류가 펜스(540)를 통해서 측면커버(520)로 배기된다.

이를 위한 펜스(520)는 공간 구획을 위한 경계를 형성하도록 돌출된 핀 형상의 한 쌍의 프레임(541)과, 한 쌍의 프레임(541) 사이에 형성되는 매시(543)와, 착용한 작업자의 피부에 밀착하는 매시(543)의 가장자리를 마감해서 매시(543)가 피부 접촉시에 주는 거부감을 줄이고 착용감을 높이는 마감재(542)를 포함한다.

프레임(541)은 전면커버(510)와 측면커버(520)의 경계라인에서 한 쌍이 일정한 간격으로 배치되며, 착용한 작업자에게 부담을 최소화하기 위한 가요성 탄성 및 완충 재질의 합성수지 재질로 된 핀 형상을 이룬다.

매시(543)는 미세한 통공을 이루며, 한 쌍의 프레임(541)을 잇도록 설치된다. 따라서 한 쌍의 프레임(541) 사이에 매시(543)가 설치되면 전면커버(510)와 측면커버(520)를 경계하는 면을 이루게 된다.

마감재(542)는 작업자의 피부와 접하는 매시(543)의 가장자리를 마감해서, 매시(543)가 작업자의 피부에 밀착해도 거부감과 부담을 최소화하도록 한다. 이를 위해서 마감재(542)는 부드러운 감촉을 갖는 헝겊 재질인 것이 바람직하다.

계속해서, 펜스(540)는 측면커버(520) 방향의 외면에 도어막(544)을 형성한다. 도어막(544)은 도 6에 도시한 바와 같이, 일측이 프레임(541) 또는 매시(543) 또는 마감재(542) 중 한 곳에 설치된 가요성 재질로 되어서, 작업자의 들숨 시에 도 6의 (a)도면에서 보인 바와 같이 펜스(540)를 막아 공기를 차단하고, 날숨 시에 도 6의 (b)도면에서 보인 바와 같이 펜스(540)를 여닫이 형태로 열어서 날숨 배기가 이루어지도록 한다. 결국, 펜스(540)는 도어막(544)의 개폐 동작에 의해서 날숨 배기에 의한 통기만이 이루어진다.

계속해서, 본 실시의 마스크(500')는 도어필터(550, 550')를 더 포함한다. 도어 필터(550, 550')는 전면커버(510)의 내면을 덮는 막 형상을 이루되, 한 쌍이 여닫이 방식으로 대칭하게 설치된다. 이를 위해서 한 쌍의 도어필터(550, 550')는 일측이 전면커버(510)의 내면과 펜스(540) 사이에 각각 설치되어서, 도 6의 (a)도면에서 보인 바와 같이 들숨 기류에 의해 열리면서 작업자가 흡기할 수 있게 하고, 도 6의 (b)도면에서 보인 바와 같기 날숨 기류에 의해 다시 닫혀서 상기 날숨 기류가 펜스(540)를 통해 원활하게 배기되게 한다. 참고로, 도어필터(550, 550')는 면 형태를 유지하도록 기본형을 유지하기 위한 링 형상의 경계대(551)와, 경계대(551)를 따라 입혀지는 원웨이 필터(511) 재질의 필터망(552)으로 구성되어서, 여닫이 방식의 동작에도 면 형태를 그대로 유지하고, 들숨 기류가 한 쌍의 도어필터(550, 550')의 개구 통로는 물론 도어필터(550, 550') 면으로도 통기되게 하며, 반대로 날숨 기류는 전면커버(510)로의 배기를 차단한다.

본 실시의 도어필터(550, 550')는 한 쌍이 서로 탈착하는 타측에 자성체(553)가 설치되어서, 자성체(553)의 자력보다 강한 들숨 기류가 발생하면 한 쌍의 도어필터(550, 550')는 서로 분리되어 벌어지고, 다시 날숨 기류가 발생하면 자성체(553)의 자력으로 한 쌍의 도어필터(550, 550')가 접착해서 전면커버(510)의 내면을 완전히 덮는다.

도 7은 본 발명에 따른 안전관리 단말과 안전관리시스템의 다른 실시 모습을 도시한 블록도이고, 도 8은 본 발명에 따른 안전관리 단말의 다른 실시 구성을 개략적으로 보인 블록도이고, 도 9는 본 발명에 따른 안전관리 단말의 소프트웨어 구조를 개략적으로 보인 블록도인 바, 이를 참고해 설명한다.

본 실시의 노드(100', 200)는 작업자가 직접 휴대하는 노드(100')와, 산업현장에 고정설치되는 고정형 노드(200)로 크게 구분될 수 있다.

본 실시의 노드(100')는, 외부 충격을 감지하는 충격감지센서(111)와, 현재 위치를 확인하는 위치확인센서(112)와, 주변 공기에서 유해가스를 감지하는 유해가스 감지센서(113)와, 노드(100')의 수평상태를 감지하는 가속도 센서(114)와, 유사시 센서(111, 113, 114)의 신호 또는 작업자의 조작 등에 따라 알람신호를 생성하는 위급상황 알림모듈(120)과, 제어모듈(140)의 제어에 따라 생성된 데이터를 무선 발신하는 임베디드 통신모듈(130)과, 이동형 노드(100')에 구성된 장치들(111, 112, 113, 114, 120, 130)의 동작을 제어하는 제어모듈(140)을 포함한다.

노드(100')는 MCU(micro controller unit)에 해당하는 제어모듈(140)을 기본 OS로 해서, i2c 통신방식으로 충격감지센서(111)와 위치확인센서(112)와 유해가스 감지센서(113)와 가속도 센서(114)로부터 각각 신호를 수신하고, 범용 입/출력 장치(GPIOs)를 매개로 센서(111, 112, 113, 114)와의 통신은 물론 위급상황 알림모듈(120)과의 통신을 수행할 수 있다. 또한, 본 실시의 노드(100')는 무선통신을 위한 matching circuit(정합 회로)와, 통신채널 설정을 위한 channel selectors 기반의 임베디드 통신모듈(130)을 구성한다.

한편, 노드(100')의 프로세싱 구조는 RF baseband Hardware & Software driver를 기본 바탕으로 해서, 모듈 간의 신호 연결을 제어하는 프로세싱인 Link Layer와, 노드(100', 200)와 게이트웨이(G) 간의 네트워크 통신 프로세싱인 Network Layer와, 상기 Layer를 기반으로 모듈 간의 동작 프로세싱을 컨트롤하는 Application Layer로 구성된다.

이상 설명한 시스템 구조를 갖는 본 실시의 노드(100')를 모듈별로 기능과 동작 내용을 설명한다.

충격감지센서(111)는 외부로부터 가해진 충격을 감지해서 제어모듈(140)에 전달하며, 더 나아가 상기 충격의 충격량을 확인해서 수치로 환산해 출력할 수도 있다. 산업현장에서 근무 중인 작업자는 작업 과정에서 외부로부터 다양한 충격을 받을 수 있다. 이때, 상기 충격은 작업자에게 상해를 입힐 수 있으므로, 설정된 기준 이상의 충격이 작업자에게 가해지면 노드(100')는 해당 정보를 중앙센터로 발신해야 한다. 충격감지센서(111)는 노드(100')에 가해진 충격을 감지해서 해당 신호를 제어모듈(140)로 전달한다. 충격을 감지하는 센싱 기술은 이미 공지의 기술이므로, 여기서는 충격감지센서(111)의 구조와 동작프로세스의 설명은 생략한다.

위치확인센서(112)는 이동 중인 작업자의 현재 위치를 감지한다. 작업자의 위치 감지는 GPS와 RTLS 등의 위치추적 방식을 기반으로 이루어진다. 위치확인센서(112)는 노드(100')의 위치를 실시간으로 추적하면서 확인된 신호를 제어모듈(140)로 전달한다.

유해가스 감지센서(113)는 작업자가 위치한 구간의 공기를 센싱해서 유해가스의 존재 여부를 확인한다. 여기서 유해가스는 인체에 피해를 줄 수 있는 이산화황, 일산화탄소, 이산화탄소, 질소산화물 등일 수 있고, 이외에도 다양하다. 유해가스 감지센서(113)는 설정된 유해가스가 확인되면 해당 신호를 제어모듈(140)로 전달한다.

가속도 센서(114)는 노드(100')의 수평상태를 감지해서 노드(100')의 수평상태를 확인한다. 전술한 바와 같이, 노드(100')는 작업자가 휴대하므로 일정한 범위의 수평상태를 유지한다. 그런데, 작업자가 사고 등에 의해 정상적인 자세를 상실하면, 휴대한 노드(100')의 수평상태도 수평을 상실하고 위험범위에 이른다. 이때, 가속도 센서(114)는 이를 감지하고 제어모듈(140)로 해당 신호를 전달한다.

위급상황 알림모듈(120)은 충격감지센서(111)와 유해가스 감지센서(113)와 가속도 센서(114)가 확인한 정보를 기준범위와 비교해서 상기 기준범위를 벗어난 것으로 확인되면 알람신호를 생성한다. 제어모듈(140)은 상기 알람신호를 확인하고 임베디드 통신모듈(130)의 동작을 제어한다. 한편, 본 실시의 위급상황 알림모듈(120)은 작업자의 조작을 감지하고 알람신호를 생성할 수 있다. 이를 위해서 본 실시의 노드(100')는 작업자가 조작할 수 있는 버튼(미도시)을 구성할 수 있고, 상기 버튼은 조작신호를 발신해서 위급상황 알림모듈(120)에 전달한다. 위급상황 알림모듈(120)은 상기 조작신호를 확인하고, 임베디드 통신모듈(130)의 동작을 제어한다. 본 실시 예에서는 위급상황 알림모듈(120)이 센서(111, 113, 114)의 신호를 확인해서 알람신호 생성을 결정하는 것으로 했으나, 위급상황 알림모듈(120)을 대신해서 제어모듈(140)에서 알람신호 생성이 이루어지고, 위급상황 알림모듈(120)은 작업자의 버튼 조작신호를 확인해서 알람신호만을 생성할 수도 있다.

임베디드 통신모듈(130)은 제어모듈(140)의 제어신호에 따라, 센서(111, 112, 113, 114)가 감지한 정보를 무선 발신한다. 본 실시의 임베디드 통신모듈(130)은 100kbps 내외의 소출력으로 1km 이상의 통신반경을 갖는다. 한편, 임베디드 통신모듈(130)은 다른 단말과의 식별을 위해 발신 데이터에 포함되는 고유IP를 갖추며, 매시-넷 통신환경의 노드 기능을 위해서 무선 발,수신 기능을 갖는다. 또한, 임베디드 통신모듈(130)은 무선 발,수신 기능을 기반으로, 노드(100')에서 자체적으로 생성한 데이터의 발신은 물론 수신 데이터의 발신도 수행한다. 참고로, 임베디드 통신모듈(130)은 발신 데이터에 자체 고유IP를 포함하고, 수신 데이터를 발신할 경우에는 수신 데이터에 포함된 고유IP에 자체 고유IP를 적립해서, 해당 데이터에 대한 통신 경로를 기록한다.

제어모듈(140)은 노드(100')에 구성된 장치들(111, 112, 113, 114, 120, 130)의 동작을 제어하고, 위급상황 알림모듈(120)의 알람신호를 확인해서 임베디드 통신모듈(130)을 통한 데이터 발신을 제어한다. 본 실시에서 제어모듈(140)은 센서(111, 112, 113, 114)가 감지한 수치정보를 임베디드 통신모듈(130)을 통해 발신할 수도 있고, 설정된 기준범위의 초과 또는 미만 여부에 대한 정보만을 데이터로 생성해서 임베디드 통신모듈(130)을 통해 발신할 수도 있다.

본 실시의 노드(100')는 충격감지센서(111)와 위치확인센서(112)와 유해가스 감지센서(113)와 가속도 센서(114)를 구성하지만, 본 발명에 따른 노드(100')는 센서(111, 112, 113, 114) 중 선택된 하나 이상만을 구성할 수도 있다.

본 실시의 고정형 노드(200)는 유해가스 감지센서(210)와 임베디드 통신모듈(220)을 구성한다.

고정형 노드(200)의 유해가스 감지센서(210)는 이동형 노드(100')의 유해가스 감지센서(113)와 구성 및 기능이 동일하므로, 여기서는 그 설명을 생략한다.

고정형 노드(200)의 임베디드 통신모듈(220)은 유해가스 감지센서(210)로부터 수신한 데이터를 발신하며, 다른 고정형 단말 또는 이동형 단말로부터 수신한 수신 데이터를 발신한다.

게이트웨이(G)는 이동형 노드(100') 또는 고정형 노드(200)로부터 수신한 데이터를 확인하고, 통신망을 매개로 안전관리 서버(300)에 전송한다.

도 10은 본 발명에 따른 안전관리 서버의 일실시 모습을 도시한 블록도이고, 도 11은 본 발명에 따른 안전관리 서버에서 안전관리 단말을 착용한 작업자의 위치를 추적하는 모습을 개략적으로 도시한 도면인 바, 이를 참고해 설명한다.

안전관리 서버(300)는 산업현장을 관리하는 중앙센터에서 운영하며, 게이트웨이(G)가 발신한 데이터를 수신해서 관리한다. 이를 위한 본 실시의 안전관리 서버(300)는 유해가스에 대한 정보를 관리하는 환경물질 정보모듈(311)과, 각종 위험정보에 대한 자료를 통계정보 형태로 관리하는 통계정보모듈(312)과, 산업현장에 비치되거나 작업자가 휴대한 장비에 관한 정보를 관리하는 현장장비 정보모듈(313)과, 노드(100, 100', 200)의 위치확인센서(112)가 감지한 정보 내용을 확인해서 해당 이동형 노드(100, 100')의 위치를 추적하는 작업자위치 추적모듈(320)과, 이동형 노드(100, 100')의 충격감지센서(111)가 감지한 정보와 작업자가 조작한 위급상황 알림모듈(120)의 정보와 가속도 센서(114)의 정보 내용을 확인하는 위험정보 확인모듈(330)과, 게이트웨이(G)의 발신 데이터를 수신하는 온라인 통신모듈(350)과, 온라인 통신모듈(350)이 수신한 이동형 노드(100, 100') 또는 고정형 노드(200)의 발신 데이터를 확인해서 환경물질 정보모듈(311) 또는 통계정보모듈(312) 또는 현장장비 정보모듈(313)의 정보를 검색하거나 작업자위치 추적모듈(320) 또는 위험정보 확인모듈(330)의 동작을 제어하는 정보처리모듈(340)을 포함한다.

정보처리모듈(340)의 동작을 좀 더 구체적으로 설명한다.

정보처리모듈(340)은 위치확인센서(112)가 감지한 정보를 수신해서 작업자위치 추적모듈(320)에 전달한다. 작업자위치 추적모듈(320)은 상기 정보를 연산해서 정보처리모듈(340)에 작업자의 위치정보를 전달하고, 정보처리모듈(340)은 상기 위치정보에 비치된 장비를 현장장비 정보모듈(313)에서 검색한다. 이때, 현장장비에는 위험군으로 분류된 장비가 있을 수 있고, 정보처리모듈(340)은 이를 확인해서 중앙센터의 모니터에 위험내용을 출력한다.

이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 도 11에서 보인 바와 같이, '웨이퍼 생산라인'의 산업현장에는 다수의 작업자가 작업을 수행하고, 작업자는 자신의 인식코드를 갖는 이동형 노드(100, 100')를 휴대하고 이동한다. 따라서 이동형 노드(100, 100')의 위치확인센서(112)는 작업자의 인식코드를 발신하고, 안전관리 서버(300)의 작업자위치 추적모듈(320)은 상기 인식코드와 함께 이동형 노드(100, 100')의 위치를 추적한다. 이후, 정보처리모듈(340)은 작업자위치 추적모듈(320)이 추적한 정보에 따라 도 11에서 보인 바와 같이 중앙센터의 모니터에 출력한다. 본 실시는 정보처리모듈(340)이 작업자의 해당 인식코드에 대응하는 작업자 정보를 검색해서 해당 내용을 구름창 형태로 출력한다.

한편, 정보처리모듈(340)은 작업자가 현재 위치한 지점의 위치정보를 기초로 현장장비 정보모듈(313)을 검색해서, 해당 작업자 인근에 비치된 현장장비를 확인한다. 본 실시의 현장장비 정보모듈(313)에 등록된 현장장비는 위험등급별로 분류되고, 작업자가 해당 현장장비의 위험범위 이내에 진입하면 도 6에서 보인 바와 같이 경고창을 출력해서 관리자가 작업자의 위험상태를 신속하게 인식할 수 있게 한다.

본 실시에서는 '박xx 팀장, 코팅팀'과 '박xx 대리, 코팅팀'은 산업현장에서 6구역에 있는 것으로 확인되고, 위험등급1에 해당하는 현장장비의 위험범위 이내에 위치한다. 한편, '이xx 주임, 잉곳생산1팀'은 산업현장에서 7구역에 있는 것으로 확인되고, 위험등급1과 위험등급3에 해당하는 현장장비의 위험범위 이내에 위치한다. 참고로, '이xx 주임'의 경우엔 위험등급이 높은 현장장비의 위험범위 이내에 위치하므로, 중앙센터에서는 '이xx 주임'에게 경고신호를 전송한다. 결국, 작업자는 자신의 위험상황을 신속히 인지해서 주의할 수 있고, 중앙센터 또한 작업자의 위치와 위험상황을 파악해서 만약을 대비한 신속한 조치를 준비할 수 있다.

본 실시 도면에서는 구름창이 작업자의 이모티콘에 계속 출력된 모습으로 했으나, 작업자가 위험구역 이내에 진입하거나 관리자가 해당 이모티콘을 선택하면 구름창이 출력되어서 관리자가 신속히 파악할 수 있게 할 수도 있다. 또한, 본 실시 도면에서는 보이지 않았으나, 현장장비의 실제 촬영이미지 또는 해당 구역의 촬영이미지를 이모티콘의 인근에 팝업해서, 관리자가 작업자의 현재 위치와 인근 현장을 손쉽게 파악할 수 있게 할 수도 있다.

정보처리모듈(340)은 유해가스 감지센서(113, 210)가 감지한 정보를 수신하고, 환경물질 정보모듈(311)에서 해당하는 유해가스 정보를 검색하며, 중앙센터의 모니터에 위험내용을 출력한다.

정보처리모듈(340)은 충격감지센서(111) 또는 가속도 센서(114) 또는 위급상황 알림모듈(120)의 정보를 수신하고, 위험정보 확인모듈(330)에 전달한다. 위험정보 확인모듈(330)은 상기 정보를 연산해서 작업자에게 가해진 충격, 작업자의 자세, 작업자의 위험상황을 확인하고, 정보처리모듈(340)은 확인된 위험상황 등을 중앙센터의 모니터에 위험내용으로 출력한다.

이를 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 실시에서 정보처리모듈(340)은 충격감지센서(111)로부터 충격 정보를 수신하면, 가속도 센서(114)의 정보를 파악해서 이동형 노드(100, 100')의 수평상태를 확인한다. 충격감지센서(111)로부터 확인한 충격 정보가 기준값을 초과하면, 가속도 센서(114)의 정보를 파악해서 이동형 노드(100, 100')의 수평상태가 기준값을 초과했는지를 확인한다. 상기 기준값들의 초과를 확인하면, 정보처리모듈(340)은 작업자에게 위험상황이 발생한 것으로 추정하고 해당 구간의 CCTV 촬영이미지를 모니터에 출력한다. 아울러, 인근 작업자에게 구조내용을 통지해서, 인근 작업자가 피해 작업자에게 신속히 접근해 구조할 수 있게 한다. 또한, 이동형 노드(100, 100')의 유해가스 감지센서(113)는 피해 작업자의 주변 공기를 감지해서 유해가스의 발생 여부를 파악하고, 안전관리 서버(200)에 유해가스 발생 여부에 대한 정보를 발신한다. 물론, 정보처리모듈(340)은 유해가스 감지센서(113)의 정보를 확인해서 해당 구역의 유해가스 발생 여부 등을 파악하고, 유해가스가 확인되면 인근 작업자에게 대피내용을 통지한다. 아울러, 별도의 구조팀에 통지해서 피해 작업자의 구조는 물론 유해가스 발생에 대한 대처가 신속히 이루어지도록 한다.

한편, 정보처리모듈(340)은 피해발생에 대한 정보를 통계정보 모듈(312)에 기록해서, 산업현장에서의 사고발생과 피해량, 인재사고 등에 대한 정보 등을 통계정보로 관리한다.

전술한 프로세스로 동작하는 안전관리 서버(300)는 원거리 인터넷 통신이 가능하고, 따라서 원격에 있는 다른 관리자도 자신의 단말(400, 400')을 안전관리 서버(300)에 접속시켜서 산업현장 내 작업자의 안전을 관리할 수 있다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조해 설명했지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

유해가스 감지센서와, 상기 유해가스 감지센서를 통과한 들숨 기류의 일방향 통기가 이루어지는 원웨이 필터와, 상기 원웨이필터를 통과한 들숨 기류의 미세먼지를 흡착하는 흡착필터와, 탈착식 이형필터가 부착된 비색센서로 구성되되, 상기 유해가스 감지센서와 원웨이 필터와 흡착필터가 서로 탈착 가능하게 연결되는 전면커버; 상기 전면커버의 양측에 각각 돌출 형성되어서 날숨 기류가 통기하는 측면커버;로 된 마스크, 및
상기 유해가스 감지센서의 감지신호를 받아 데이터를 생성하며 제어하는 제어모듈과, 상기 제어모듈의 제어를 받아 알람하는 알람모듈과, 상기 데이터를 수신해서 자체 고유IP를 링크해 발신하는 임베디드 통신모듈로 된 노드,
를 포함하는 것을 특징으로 하는 산업,재해 현장의 안전관리 단말.
제 1 항에 있어서, 상기 마스크는
상기 측면 커버는 날숨 기류만이 통기하도록 원웨이 필터가 보강된 것을 특징으로 하는 산업,재해 현장의 안전관리 단말.
제 1 항에 있어서,
상기 마스크는 유해가스 감지센서와의 통신 상태를 발신하는 감지기를 더 포함하고, 상기 노드는 감지기와 통신하면서 유해가스 감지센서의 이상 여부를 확인하는 상태확인모듈을 더 포함하는 것
을 특징으로 하는 산업,재해 현장의 안전관리 단말.
제 1 항에 있어서, 상기 마스크는
상기 전면커버와 측면커버 사이에 돌출한 한 쌍의 프레임과, 상기 한 쌍의 프레임 사이에 설치되는 매시와, 상기 매시의 가장자리를 마감하는 마감재와, 상기 측면커버 방향으로의 날숨 기류가 매시를 통기하도록 매시에 여닫히게 설치되는 도어막으로 구성된 펜스;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산업,재해 현장의 안전관리 단말.
제 4 항에 있어서, 상기 마스크는
상기 전면커버를 통기한 들숨 기류에 의해 열리고 날숨 기류에 의해 전면커버의 내면을 닫도록 일측이 전면커버와 측면커버 사이에 설치되는 도어필터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산업,재해 현장의 안전관리 단말.
제 5 항에 있어서,
상기 도어필터는 한 쌍이 서로 대칭하게 설치되어서 타측이 기류에 따라 탈착하도록 되되, 상기 타측에는 자력에 의해 접착하거나 분리되는 자성체가 보강 형성된 것을 특징으로 하는 산업,재해 현장의 안전관리 단말.
제 5 항에 있어서,
상기 도어필터는 원웨이 필터 재질인 것을 특징으로 하는 산업,재해 현장의 안전관리 단말.
제 1 항에 있어서, 상기 노드는
충격을 감지하는 충격감지센서와, 현재 위치를 확인하는 위치확인센서와, 자체 수평상태를 확인하는 가속도 센서 중 선택된 하나 이상의 센서를 포함하고;
상기 제어모듈은 충격감지센서와 위치확인센서와 가속도 센서로부터 신호를 수신해서 데이터를 생성하는 것;
을 특징으로 하는 산업,재해 현장의 안전관리 단말.
제 1 항에 있어서,
상기 임베디드 통신모듈은 외부에서 수신한 데이터의 고유IP에 상기 자체 고유IP를 링크해 발신하는 것을 특징으로 하는 산업,재해 현장의 안전관리 단말.
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