KR101828244B1 - 구조물 감시 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR101828244B1
KR101828244B1 KR1020170033895A KR20170033895A KR101828244B1 KR 101828244 B1 KR101828244 B1 KR 101828244B1 KR 1020170033895 A KR1020170033895 A KR 1020170033895A KR 20170033895 A KR20170033895 A KR 20170033895A KR 101828244 B1 KR101828244 B1 KR 101828244B1
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박정동
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동국대학교 산학협력단
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Abstract

구조물 감시 시스템 및 방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 감시 시스템은, 구조물로부터 설정된 거리 이내에서 소정 간격 이격되어 배치되며, 상기 구조물의 내부 또는 외부의 대상체의 밝기 온도(brightness temperature)에 대응되는 출력 전압을 각각 발생시키는 복수 개의 라디오미터; 및 상기 복수 개의 라디오미터로부터 상기 출력 전압에 관한 신호를 각각 수신하고, 시간 흐름에 따른 각 초고주파 라디오미터 별 출력 전압에 관한 신호의 패턴으로부터 상기 대상체가 사람인지 또는 화염인지의 여부를 판단하는 서버를 포함한다.

Description

구조물 감시 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR MONITORING STRUCTURE}
본 발명의 실시예들은 초고주파 라디오미터를 이용한 구조물 감시 기술과 관련된다.
일반적으로, 문화재와 같이 사회적, 문화적 가치가 높거나 높은 보안이 요구되는 구조물의 경우 화재, 침입자에 의한 구조물의 파손 또는 보안 물품의 도난 등의 우려로 인해 구조물 주변에 적외선 또는 가시광선 카메라와 같은 감시 장치를 배치하여 구조물을 감시하게 된다.
그러나, 이러한 감시 장치는 구조물 내부에 배치되는 경우 침입자에 의해 무력화될 가능성이 있다. 또한, 외벽으로 둘러싸인 목재 구조물에서 화재가 발생하는 경우 종래 적외선 방식의 화재 감지 장치로는 목재 구조물 내부에서 발생하는 화재를 용이하게 감지할 수 없고, 실외에 장착된 적외선 방식의 화재 감지 장치는 안개, 비 등의 악천후와 같은 기후에 큰 영향을 받는다.
또한, 화재 감지 센서로서 적외선보다 파장이 훨씬 긴 준밀리미터파 (10GHz~30GHz) 대역이나 밀리미터파 (30GHz~300GHz) 대역의 초고주파 라디오미터 (radiometer)를 사용하여 악천후에도 사용 가능한 감시장치를 구현할 수 있으나, 라디오미터의 안테나가 높은 이득을 갖기 위해서는 좁은 빔 폭(beam width)을 가져야 하며 이 경우 안테나에 의한 감지 영역의 범위가 제한적일 수 밖에 없다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 빔 스캔 방식을 통해 구조물을 감시하는 방법이 논의되고 있으나, 이 경우 구조물의 재질, 복잡한 형태, 실내 물품 등으로 인해 빔 스캔에 따른 안테나의 응시각이 변화함에 따라 안테나가 응시하는 대상의 반사율이 변하게 되고, 이로 인해 초고주파 라디오미터가 출력하는 전압의 크기가 변화하는 등의 문제가 발생할 수 있다. 이는 곧 오탐 신호(false alarm)의 발생으로 이어지게 된다.
한국등록특허공보 제10-0771013호(2007.10.29)
본 발명의 실시예들은 고이득 안테나를 구비하는 복수 개의 라디오미터를 이용하여 구조물을 효율적으로 감시하는 수단을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 구조물로부터 설정된 거리 이내에서 소정 간격 이격되어 배치되며, 상기 구조물의 내부 또는 외부의 대상체의 밝기 온도(brightness temperature)에 대응되는 출력 전압을 각각 발생시키는 복수 개의 초고주파 라디오미터; 및 상기 복수 개의 초고주파 라디오미터로부터 상기 출력 전압에 관한 신호를 각각 수신하고, 시간 흐름에 따른 각 초고주파 라디오미터 별 출력 전압에 관한 신호의 패턴으로부터 상기 대상체가 사람인지 또는 화염인지의 여부를 판단하는 서버를 포함하는, 구조물 감시 시스템이 제공된다.
상기 초고주파 라디오미터는, 상기 대상체의 밝기 온도를 감지하는 안테나를 구비하며, 상기 안테나는, 상기 안테나가 설정된 값 이상의 이득을 갖도록 임계치 이하의 빔 폭(beam width)을 가질 수 있다.
상기 안테나 각각은, 상기 구조물의 내부 또는 외부에 위치하는 서로 다른 영역을 향하도록 상기 초고주파 라디오미터에 고정될 수 있다.
상기 서버는, 설정된 크기 이상의 출력 전압이 인접하게 배치된 둘 이상의 초고주파 라디오미터에서 순차적으로 검출되는 경우 상기 대상체가 사람인 것으로 판단할 수 있다.
상기 서버는, 상기 대상체가 사람인 것으로 판단되는 경우 상기 설정된 크기 이상의 출력 전압이 검출되는 각 초고주파 라디오미터에 대응되는 영역의 위치를 상기 설정된 크기 이상의 출력 전압의 검출 순서에 따라 순차적으로 연결하여 상기 사람의 동선을 파악할 수 있다.
상기 서버는, 설정된 크기 이상의 출력 전압이 둘 이상의 초고주파 라디오미터에서 설정된 시간 동안 지속적으로 검출되는 경우 상기 대상체가 화염인 것으로 판단할 수 있다.
상기 서버는, 상기 대상체가 사람 또는 화염인 것으로 판단되는 경우 관리자 단말로 알림 메시지를 전송할 수 있다.
상기 초고주파 라디오미터는, 상기 구조물의 외부에 배치될 수 있다.
상기 구조물은, 외벽으로 상기 대상체를 둘러싸는 비금속 구조물일 수 있다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 구조물로부터 설정된 거리 이내에서 소정 간격 이격되어 배치되는 복수 개의 초고주파 라디오미터에서, 상기 구조물의 내부 또는 외부의 대상체의 밝기 온도(brightness temperature)에 대응되는 출력 전압을 각각 발생시키는 단계; 서버에서, 상기 복수 개의 초고주파 라디오미터로부터 상기 출력 전압에 관한 신호를 각각 수신하는 단계; 및 상기 서버에서, 시간 흐름에 따른 각 초고주파 라디오미터 별 출력 전압에 관한 신호의 패턴으로부터 상기 대상체가 사람인지 또는 화염인지의 여부를 판단하는 단계를 포함하는, 구조물 감시 방법이 제공된다.
상기 초고주파 라디오미터는, 상기 대상체의 밝기 온도를 감지하는 안테나를 구비하며, 상기 안테나는, 상기 안테나가 설정된 값 이상의 이득을 갖도록 임계치 이하의 빔 폭(beam width)을 가질 수 있다.
상기 안테나 각각은, 상기 구조물의 내부 또는 외부에 위치하는 서로 다른 영역을 향하도록 상기 초고주파 라디오미터에 고정될 수 있다.
상기 대상체가 사람인지 또는 화염인지의 여부를 판단하는 단계는, 설정된 크기 이상의 출력 전압이 인접하게 배치된 둘 이상의 초고주파 라디오미터에서 순차적으로 검출되는 경우 상기 대상체가 사람인 것으로 판단할 수 있다.
상기 구조물 감시 방법은, 상기 서버에서, 상기 대상체가 사람인 것으로 판단되는 경우 상기 설정된 크기 이상의 출력 전압이 검출되는 각 초고주파 라디오미터에 대응되는 영역의 위치를 상기 설정된 크기 이상의 출력 전압의 검출 순서에 따라 순차적으로 연결하여 상기 사람의 동선을 파악하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 대상체가 사람인지 또는 화염인지의 여부를 판단하는 단계는, 설정된 크기 이상의 출력 전압이 둘 이상의 초고주파 라디오미터에서 설정된 시간 동안 지속적으로 검출되는 경우 상기 대상체가 화염인 것으로 판단할 수 있다.
상기 구조물 감시 방법은, 상기 서버에서, 상기 대상체가 사람 또는 화염인 것으로 판단되는 경우 관리자 단말로 알림 메시지를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 초고주파 라디오미터는, 상기 구조물의 외부에 배치될 수 있다.
상기 구조물은, 외벽으로 상기 대상체를 둘러싸는 비금속 구조물일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 시간 흐름에 따른 각 초고주파 라디오미터 별 출력 전압의 패턴으로부터 구조물 내 침입자를 신속하게 감지하고, 침입자의 동선을 실시간으로 파악하여 구조물 침입에 신속하게 대응할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 시간 흐름에 따른 각 초고주파 라디오미터 별 출력 전압의 패턴으로부터 구조물의 내부 또는 외부의 화염과 사람을 용이하게 구별할 수 있으며, 이에 따라 화재 감지의 오탐율을 획기적으로 개선할 수 있다. 또한, 외벽으로 대상체를 둘러싸는 목재 구조물에서 화재가 발생하는 경우 종래 적외선 방식의 화재 감지 장치로는 목재 구조물 내부에서 발생하는 화재를 용이하게 감지할 수 없으나, 본 발명의 실시예들에 따른 구조물 감시 시스템의 경우 초고주파 라디오미터를 사용하여 목재 구조물에서 발생되는 화재를 용이하게 감지할 수 있으며 화재 감지시 악천후와 같은 기후의 영향도 받지 않게 된다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 종래의 적외선 또는 가시광선 카메라와는 달리 구조물 외부에 존재하는 초고주파 라디오미터를 통해 구조물의 침입을 감지하게 되며 침입자가 감시 장치, 즉 초고주파 라디오미터와 물리적으로 격리되어 있으므로 침입자가 감시 장치를 무력화시킬 수 없는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 감시 시스템의 상세 구성을 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 다른 구조물 감시 시스템의 상세 구성을 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초고주파 라디오미터의 안테나를 설명하기 위한 도면
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 각 초고주파 라디오미터 별 출력 전압에 관한 신호의 패턴을 나타낸 예시
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 서버에서 도 4에 도시된 신호의 패턴에 따라 사람(침입자)의 동선을 파악하는 과정을 설명하기 위한 예시
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 각 초고주파 라디오미터 별 출력 전압에 관한 신호의 패턴을 나타낸 예시
도 7은 예시적인 실시예들에서 사용되기에 적합한 컴퓨팅 장치를 포함하는 컴퓨팅 환경을 예시하여 설명하기 위한 블록도
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 감시 방법을 설명하기 위한 흐름도
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 구조물 감시 시스템(100)의 상세 구성을 나타낸 도면이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 구조물 감시 시스템(100)은 복수 개의 초고주파 라디오미터(102) 및 서버(106)를 포함한다.
라디오미터(102, radiometer)는 구조물(150)의 내부 또는 외부의 대상체(미도시)를 감지하는 장치이다. 여기서, 구조물(150)은 문화재, 보안 건물 등과 같이 감시 대상이 되는 객체(예를 들어, 건축물, 공작물 등)를 의미한다. 상기 구조물(150)은 예를 들어, 목재, 흙벽 등과 같은 금속이 아닌 물질로 구현되는 비금속 구조물일 수 있으며, 비금속 재질의 외벽으로 둘러싸일 수 있다. 또한, 대상체는 감지하고자 하는 객체로서, 예를 들어 화염, 사람(예를 들어, 침입자) 등이 될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 복수 개의 초고주파 라디오미터(102)는 구조물(150)로부터 설정된 거리(예를 들어, 5미터) 이내에서 소정 간격 이격(예를 들어, 1미터 간격으로 이격)되어 배치될 수 있다. 또한, 복수 개의 초고주파 라디오미터(102)는 구조물(150)의 외부에 배치될 수 있다. 이때, 복수 개의 초고주파 라디오미터(102)는 예를 들어, 구조물(150)의 근처에서 일렬로 배치되거나 구조물(150)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 다만, 도 1 및 도 2에 도시된 초고주파 라디오미터(102)의 배치 형태는 일 예시에 불과하며, 초고주파 라디오미터(102)의 배치 형태가 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 1 및 도 2에서는 설명의 편의상 초고주파 라디오미터(102)의 개수가 5개, 6개인 것으로 각각 도시하였으나, 이는 일 예시에 불과하며 구조물(150) 근처에 배치되는 초고주파 라디오미터(102)의 개수가 이에 한정되는 것은 아니다.
초고주파 라디오미터(102)는 하나 이상의 안테나(104)를 구비하며, 상기 안테나(104)를 통해 대상체의 밝기 온도(brightness temperature)를 감지할 수 있다. 상기 대상체의 밝기 온도(TB)는 아래 수학식 1과 같이 대상체의 절대 온도(Tp)와 방사율(ε)에 의해 결정될 수 있다.
[수학식 1]
TB = εTp
초고주파 라디오미터(102)는 안테나(104)에서 수집되는 초고주파 대역(예를 들어, 300 MHz ~ 300 GHz)의 전자기파로부터 대상체의 밝기 온도를 감지할 수 있으며, 상기 밝기 온도에 대응되는 출력 전압을 발생시킬 수 있다. 이때, 안테나(104)의 빔 폭(beam width)이 좁을수록 대상체의 배경 부분(즉, 대상체의 바깥 부분)에서 발생되는 전자기파와 비교하여 대상체에서 발생되는 전자기파의 신호 크기가 커지고 이에 따라 초고주파 라디오미터(102)에서 발생되는 출력 전압의 크기가 커지게 된다. 한편, 초고주파 대역에서 화염의 경우 흡수율(=방사율)이 낮기 때문에 절대 온도는 높으나 밝기 온도는 높지 않은 것으로 알려져 있고, 반면 사람의 경우 절대 온도는 높지 않으나 방사율이 1에 가까운 것으로 알려져 있다. 따라서, 초고주파대역의 라디오미터를 사용하여 화염과 사람을 구별하는 것은 중요한 해결 과제로 고려될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초고주파 라디오미터(102)의 안테나(104)를 설명하기 위한 도면이다. 도 3의 (a)는 임계치를 초과하는 빔 폭을 갖는 안테나를 나타내며, 도 3의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 임계치 이하의 빔 폭을 갖는 안테나(104)를 나타낸다. 여기서, 대상체는 화염인 것으로 가정한다.
먼저, 도 3의 (a)를 참조하면, 안테나의 빔 폭이 임계치를 초과하는 경우 작은 FF(Fill Factor)로 인해 대상체에 의해 발생되는 전자기파의 크기가 전체 수신되는 전자기파에서 작은 부분이기 때문에 라디오미터에서 낮은 크기의 출력 전압(또는 전압 차이)이 발생하게 된다. 이 경우, 안테나의 감도가 낮아 대상체를 효율적으로 감지하는 데 어려움이 있을 수 있다.
반면, 도 3의 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나(104)의 빔 폭이 임계치 이하인 경우 큰 FF(Fill Factor)로 인해 초고주파 라디오미터(102)에서 높은 크기의 출력 전압(또는 전압 차이)이 발생하게 된다. 즉, 안테나(104)의 빔 폭과 안테나(104)의 이득은 반비례 관계를 가지며, 본 발명의 실시예들에서는 안테나(104)가 설정된 값 이상의 이득을 갖도록 임계치 이하의 빔 폭을 갖게 된다. 그러나, 고이득의 안테나(104)는 좁은 빔 폭을 가지므로, 감시하고자 하는 구조물(150) 또는 대상체(예를 들어, 화염)가 안테나(104)의 빔 폭 내에 모두 들어갈 수 없기 때문에 감지 영역의 범위가 제한될 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 빔 스캔 방식을 통해 구조물(150)을 감시하는 방안에 대해 고려해 볼 수 있으나, 이 경우 구조물(150)의 재질, 복잡한 형태 등으로 인해 빔 스캔에 따른 안테나(104)의 응시각에 따라 배경 구조물의 반사율이 변화하며, 안테나(104)가 수신하는 신호의 크기가 변화하는 등의 문제가 발생할 수 있다. 이는 곧 오탐 신호(false alarm)의 발생으로 이어지게 된다. 따라서, 본 발명의 실시예들에서는 안테나(104)가 설정된 값 이상의 이득(또는 감도)을 갖도록 임계치 이하의 빔 폭을 갖되, 안테나(104) 각각이 구조물(150)의 내부 또는 외부에 위치하는 서로 다른 영역을 향하도록 초고주파 라디오미터(102)에 고정되도록 하였다.
다시 도 1을 참조하면, 라디오미터 A 내지 E의 안테나(104) 각각은 구조물(150)의 내부 또는 외부에 위치하는 서로 다른 영역을 향하도록 고정될 수 있다. 예를 들어, 라디오미터 A의 안테나(104)는 구조물(150) 내 영역 a를 향하도록 고정되며, 라디오미터 B의 안테나(104)는 구조물(150) 내 영역 b를 향하도록 고정되며, 라디오미터 C의 안테나(104)는 구조물(150) 내 영역 c를 향하도록 고정되며, 라디오미터 D의 안테나(104)는 구조물(150) 내 영역 d를 향하도록 고정되며, 라디오미터 E의 안테나(104)는 구조물(150) 내 영역 e를 향하도록 고정될 수 있다.
또한, 도 2를 참조하면, 라디오미터 A 내지 F의 안테나(104) 각각은 구조물(150)의 내부 또는 외부에 위치하는 서로 다른 영역을 향하도록 고정될 수 있다.
이 경우, 안테나(104) 각각은 구조물(150)의 내부 또는 외부에 위치하는 서로 다른 영역 내 대상체의 존재를 감지하게 되며, 이에 따라 구조물(150)의 전 영역을 감시할 수 있게 된다. 초고주파 라디오미터(102) 및 안테나(104)의 개수 또는 배치 위치는 예를 들어, 구조물(150)의 전체 크기, 구조물(150) 내부 또는 외부의 감시 영역의 개수 및 크기 등에 따라 달라질 수 있다.
또한, 복수 개의 초고주파 라디오미터(102)는 구조물(150)의 내부 또는 외부의 대상체의 밝기 온도에 대응되는 출력 전압을 발생시키고, 상기 출력 전압에 관한 신호를 서버(106)로 각각 전송할 수 있다. 이를 위해, 각 초고주파 라디오미터(102)는 예를 들어, “직비(Zigbee)” 등과 같은 통신망을 구현하는 데 사용되는 ISM 대역(Industrial Scientific Medical band)의 송수신기(미도시)를 더 구비할 수 있다. 각 초고주파 라디오미터(102)는 상기 송수신기를 통해 상기 상기 출력 전압에 관한 신호를 서버(106)로 실시간 전송할 수 있다.
서버(106)는 각 초고주파 라디오미터(102)로부터 수신된 출력 전압에 관한 신호로부터 구조물(150) 내 침입 또는 화재 발생 여부를 판단하는 장치이다. 서버(106)는 복수 개의 초고주파 라디오미터(102)로부터 상기 출력 전압에 관한 신호를 각각 수신하고, 시간 흐름에 따른 각 초고주파 라디오미터 별 출력 전압에 관한 신호의 패턴으로부터 상기 대상체가 사람인지 또는 화염인지의 여부를 판단할 수 있다.
일 예시로서, 서버(106)는 설정된 크기 이상의 출력 전압이 인접하게 배치된 둘 이상의 초고주파 라디오미터(102)에서 순차적으로 검출되는 경우 상기 대상체가 사람(또는 침입자)인 것으로 판단할 수 있다. 이때, 상기 대상체가 사람인 것으로 판단되는 경우, 서버(106)는 상기 설정된 크기 이상의 출력 전압이 검출되는 각 초고주파 라디오미터(102)에 대응되는 구조물(150) 내부 또는 외부의 영역(즉, 각 초고주파 라디오미터(102) 또는 각 초고주파 라디오미터(102)의 안테나가 향하는 구조물(150) 내부 또는 외부의 영역)의 위치를 상기 설정된 크기 이상의 출력 전압의 검출 순서에 따라 순차적으로 연결하여 사람(또는 침입자)의 동선을 파악할 수 있다.
다른 예시로서, 서버(106)는 설정된 크기 이상의 출력 전압이 둘 이상의 초고주파 라디오미터(102)에서 설정된 시간 동안 지속적으로 검출되는 경우 상기 대상체가 화염인 것으로 판단할 수 있다.
즉, 서버(106)는 구조물(150)의 내부 또는 외부에 위치하는 서로 다른 영역에서 수집된 신호의 패턴으로부터 구조물(150) 내 침입 또는 화재 발생 여부를 효율적으로 감지할 수 있다.
또한, 서버(106)는 상기 대상체가 사람 또는 화염인 것으로 판단되는 경우 관리자 단말(미도시)로 알림 메시지를 전송할 수 있다. 상기 알림 메시지는 구조물(150)의 식별 정보, 대상체가 사람 또는 화염인지의 여부를 나타내는 정보, 침입 또는 화재가 발생된 시각에 관한 정보, 사람의 동선에 관한 정보 등을 포함할 수 있다. 이에 따라, 관리자는 구조물(150)에 침입 또는 화재가 발생한 경우 이를 즉각적으로 파악할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 각 초고주파 라디오미터(102) 별 출력 전압에 관한 신호의 패턴을 나타낸 예시이다. 도 4의 (a)는 도 1의 라디오미터 A로부터 수신된 출력 전압에 관한 신호의 패턴의 예시이며, 도 4의 (b)는 도 1의 라디오미터 B로부터 수신된 출력 전압에 관한 신호의 패턴의 예시이며, 도 4의 (c)는 도 1의 라디오미터 C로부터 수신된 출력 전압에 관한 신호의 패턴의 예시이며, 도 4의 (d)는 도 1의 라디오미터 D로부터 수신된 출력 전압에 관한 신호의 패턴의 예시이다.
도 4를 참조하면, 설정된 크기(예를 들어, 5V) 이상의 출력 전압이 인접하게 배치된 둘 이상의 라디오미터, 즉 라디오미터 A, B, C, D에서 순차적으로 검출되는 것을 확인할 수 있다. 이 경우, 서버(106)는 사람(또는 침입자) 또는 동물이 구조물(150) 주변 또는 내부에서 움직임에 따라 상기 사람 또는 동물의 동선에 따라 신호의 발생이 규칙적으로 일어난 것으로 판단하고, 순차적으로 검출된 신호의 규칙성으로부터 상기 대상체가 사람(또는 침입자)인 것으로 판단할 수 있다. 이러한 동선에 따른 순차적인 신호 검출 패턴(또는 규칙적인 신호 발생 패턴)은 화염에 의해 발생되는 신호의 패턴과 구별되므로, 화재 감지의 오탐율을 획기적으로 개선하는 데 효율적이다. 또한, 초고주파 라디오미터(102)의 안테나(104)가 좁은 빔 폭을 가지므로, 안테나 이득(또는 감도) 또한 매우 우수하여 사람, 화재 감지의 정확도 또한 매우 높다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 서버(106)에서 도 4에 도시된 신호의 패턴에 따라 사람의 동선을 파악하는 과정을 설명하기 위한 예시이다. 상술한 바와 같이, 상기 대상체가 사람인 것으로 판단되는 경우, 서버(106)는 상기 설정된 크기 이상의 출력 전압이 검출되는 각 초고주파 라디오미터(102)에 대응되는 영역의 위치를 상기 설정된 크기 이상의 출력 전압의 검출 순서에 따라 순차적으로 연결하여 사람의 동선을 파악할 수 있다.
위 도 4의 예시에서, 서버(106)는 설정된 크기 이상의 출력 전압이 검출되는 각 초고주파 라디오미터(102)에 대응되는 영역의 위치를 상기 설정된 크기 이상의 출력 전압의 검출 순서에 따라 순차적으로 연결할 수 있으며, 이에 따라 사람의 동선이 “라디오미터 A에 대응되는 구조물(150) 내 영역(영역 a) → 라디오미터 B에 대응되는 구조물(150) 내 영역(영역 b) → 라디오미터 C에 대응되는 구조물(150) 내 영역(영역 c) → 라디오미터 D에 대응되는 구조물(150) 내 영역(영역 d)” 인 것으로 파악할 수 있다.
일 예시로서, 이와 같은 구조물 감시 시스템(100)은 기후에 무관한 문화재 감시 시스템으로서 활용될 수 있다. 예를 들어, 사람이 문화재에 무단으로 침입할 경우, 사람의 동선에 따라 구조물(150) 내 서로 다른 영역을 응시하는 초고주파 라디오미터(102)에서 사람의 위치에 따른 출력 전압에 관한 신호가 순차적으로 발생하게 되며, 서버(106)는 순차적인 신호 검출 패턴(또는 규칙적인 신호 발생 패턴)으로부터 구조물(150) 외부에서 사람의 동선을 투시하여 실시간으로 파악할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예들에 따르면, 시간 흐름에 따른 각 초고주파 라디오미터(102) 별 출력 전압의 패턴으로부터 구조물(150) 내 침입자를 신속하게 감지하고, 침입자의 동선을 실시간으로 파악하여 구조물(150) 침입에 신속하게 대응할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 종래의 적외선 또는 가시광선 카메라와는 달리 구조물(150) 외부에 존재하는 초고주파 라디오미터(102)를 통해 구조물의 침입을 감지하게 되며 침입자가 감시 장치, 즉 초고주파 라디오미터(102)와 물리적으로 격리되어 있으므로 침입자가 감시 장치를 무력화시킬 수 없는 장점이 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 각 초고주파 라디오미터(102) 별 출력 전압에 관한 신호의 패턴을 나타낸 예시이다. 도 6의 (a)는 도 1의 라디오미터 A로부터 수신된 출력 전압에 관한 신호의 패턴의 예시이며, 도 6의 (b)는 도 1의 라디오미터 B로부터 수신된 출력 전압에 관한 신호의 패턴의 예시이며, 도 6의 (c)는 도 1의 라디오미터 C로부터 수신된 출력 전압에 관한 신호의 패턴의 예시이며, 도 6의 (d)는 도 1의 라디오미터 D로부터 수신된 출력 전압에 관한 신호의 패턴의 예시이다.
도 6을 참조하면, 설정된 크기(예를 들어, 2.10V) 이상의 출력 전압이 둘 이상의 라디오미터, 즉 라디오미터 A, B, C, D에서 지속적으로 검출되는 것을 확인할 수 있다. 이 경우, 서버(106)는 구조물(150)에서 화재가 발생한 것으로 판단하고, 상기 대상체가 화염인 것으로 판단할 수 있다. 화염의 경우, 일반적으로 시간 흐름에 따라 불규칙적으로 확산되어 일정 시간 동안 지속되는 경향이 있다. 만약, 구조물(150)에서 화재가 발생하는 경우 이와 같은 지속적인 신호 검출 패턴(또는 불규칙적인 신호 발생 패턴)이 발생하게 되면, 서버(106)는 이로부터 구조물(150)에서 화재가 발생한 것으로 즉각적으로 판단할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예들에 따르면, 시간 흐름에 따른 각 초고주파 라디오미터(102) 별 출력 전압의 패턴으로부터 구조물(150)의 내부 또는 외부의 화염과 사람을 용이하게 구별할 수 있으며, 이에 따라 화재 감지의 오탐율을 획기적으로 개선할 수 있다. 또한, 외벽으로 대상체를 둘러싸는 목재 구조물(150)에서 화재가 발생하는 경우 종래 적외선 방식의 화재 감지 장치로는 목재 구조물(150) 내부에서 발생하는 화재를 용이하게 감지할 수 없으나, 본 발명의 실시예들에 따른 구조물 감시 시스템(100)의 경우 초고주파 라디오미터(102)를 이용하여 목재 구조물(150)에서 발생되는 화재를 용이하게 감지할 수 있으며 화재 감지시 악천후와 같은 기후의 영향도 받지 않게 된다.
도 7은 예시적인 실시예들에서 사용되기에 적합한 컴퓨팅 장치를 포함하는 컴퓨팅 환경(10)을 예시하여 설명하기 위한 블록도이다. 도시된 실시예에서, 각 컴포넌트들은 이하에 기술된 것 이외에 상이한 기능 및 능력을 가질 수 있고, 이하에 기술되지 것 이외에도 추가적인 컴포넌트를 포함할 수 있다.
도시된 컴퓨팅 환경(10)은 컴퓨팅 장치(12)를 포함한다. 일 실시예에서, 컴퓨팅 장치(12)는 구조물 감시 시스템(100), 또는 구조물 감시 시스템(100)에 포함되는 하나 이상의 컴포턴트일 수 있다.
컴퓨팅 장치(12)는 적어도 하나의 프로세서(14), 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16) 및 통신 버스(18)를 포함한다. 프로세서(14)는 컴퓨팅 장치(12)로 하여금 앞서 언급된 예시적인 실시예에 따라 동작하도록 할 수 있다. 예컨대, 프로세서(14)는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)에 저장된 하나 이상의 프로그램들을 실행할 수 있다. 상기 하나 이상의 프로그램들은 하나 이상의 컴퓨터 실행 가능 명령어를 포함할 수 있으며, 상기 컴퓨터 실행 가능 명령어는 프로세서(14)에 의해 실행되는 경우 컴퓨팅 장치(12)로 하여금 예시적인 실시예에 따른 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다.
컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)는 컴퓨터 실행 가능 명령어 내지 프로그램 코드, 프로그램 데이터 및/또는 다른 적합한 형태의 정보를 저장하도록 구성된다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)에 저장된 프로그램(20)은 프로세서(14)에 의해 실행 가능한 명령어의 집합을 포함한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)는 메모리(랜덤 액세스 메모리와 같은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 또는 이들의 적절한 조합), 하나 이상의 자기 디스크 저장 디바이스들, 광학 디스크 저장 디바이스들, 플래시 메모리 디바이스들, 그 밖에 컴퓨팅 장치(12)에 의해 액세스되고 원하는 정보를 저장할 수 있는 다른 형태의 저장 매체, 또는 이들의 적합한 조합일 수 있다.
통신 버스(18)는 프로세서(14), 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)를 포함하여 컴퓨팅 장치(12)의 다른 다양한 컴포넌트들을 상호 연결한다.
컴퓨팅 장치(12)는 또한 하나 이상의 입출력 장치(24)를 위한 인터페이스를 제공하는 하나 이상의 입출력 인터페이스(22) 및 하나 이상의 네트워크 통신 인터페이스(26)를 포함할 수 있다. 입출력 인터페이스(22) 및 네트워크 통신 인터페이스(26)는 통신 버스(18)에 연결된다. 입출력 장치(24)는 입출력 인터페이스(22)를 통해 컴퓨팅 장치(12)의 다른 컴포넌트들에 연결될 수 있다. 예시적인 입출력 장치(24)는 포인팅 장치(마우스 또는 트랙패드 등), 키보드, 터치 입력 장치(터치패드 또는 터치스크린 등), 음성 또는 소리 입력 장치, 다양한 종류의 센서 장치 및/또는 촬영 장치와 같은 입력 장치, 및/또는 디스플레이 장치, 프린터, 스피커 및/또는 네트워크 카드와 같은 출력 장치를 포함할 수 있다. 예시적인 입출력 장치(24)는 컴퓨팅 장치(12)를 구성하는 일 컴포넌트로서 컴퓨팅 장치(12)의 내부에 포함될 수도 있고, 컴퓨팅 장치(12)와는 구별되는 별개의 장치로 컴퓨팅 장치(102)와 연결될 수도 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 감시 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 8에 도시된 방법은 예를 들어, 전술한 구조물 감시 시스템(100)에 의해 수행될 수 있다. 도시된 흐름도에서는 상기 방법을 복수 개의 단계로 나누어 기재하였으나, 적어도 일부의 단계들은 순서를 바꾸어 수행되거나, 다른 단계와 결합되어 함께 수행되거나, 생략되거나, 세부 단계들로 나뉘어 수행되거나, 또는 도시되지 않은 하나 이상의 단계가 부가되어 수행될 수 있다.
S102 단계에서, 복수 개의 초고주파 라디오미터(102)는 구조물(150)의 내부 또는 외부의 대상체의 밝기 온도에 대응되는 출력 전압을 각각 발생시킨다. 상술한 바와 같이, 초고주파 라디오미터(102)는 대상체의 밝기 온도를 감지하는 안테나(104)를 구비할 수 있다. 이때, 안테나(104)는 설정된 값 이상의 이득을 갖도록 임계치 이하의 빔 폭을 가지며, 안테나(104) 각각은 구조물(150)의 내부 또는 외부에 위치하는 서로 다른 영역을 향하도록 초고주파 라디오미터(102)에 고정될 수 있다.
S104 단계에서, 서버(106)는 복수 개의 초고주파 라디오미터(102)로부터 상기 출력 전압에 관한 신호를 각각 수신한다.
S106 단계에서, 서버(106)는 시간 흐름에 따른 각 초고주파 라디오미터 별 출력 전압의 패턴으로부터 상기 대상체가 사람인지 또는 화염인지의 여부를 판단한다.
일 예시로서, 서버(106)는 설정된 크기 이상의 출력 전압이 인접하게 배치된 둘 이상의 초고주파 라디오미터(102)에서 순차적으로 검출되는 경우 상기 대상체가 사람(또는 침입자)인 것으로 판단할 수 있다. 이때, 상기 대상체가 사람인 것으로 판단되는 경우, 서버(106)는 상기 설정된 크기 이상의 출력 전압이 검출되는 각 초고주파 라디오미터(102)에 대응되는 영역의 위치를 상기 설정된 크기 이상의 출력 전압의 검출 순서에 따라 순차적으로 연결하여 사람의 동선을 파악할 수 있다.
다른 예시로서, 서버(106)는 설정된 크기 이상의 출력 전압이 둘 이상의 초고주파 라디오미터(102)에서 설정된 시간 동안 지속적으로 검출되는 경우 상기 대상체가 화염인 것으로 판단할 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 전술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10 : 컴퓨팅 환경
12 : 컴퓨팅 장치
14 : 프로세서
16 : 컴퓨터 판독 가능 저장 매체
18 : 통신 버스
20 : 프로그램
22 : 입출력 인터페이스
24 : 입출력 장치
26 : 네트워크 통신 인터페이스
100 : 구조물 감시 시스템
102 : 초고주파 라디오미터
104 : 안테나
106 : 서버
150 : 구조물

Claims (18)

  1. 구조물로부터 설정된 거리 이내에서 소정 간격 이격되어 배치되며, 상기 구조물의 내부 또는 외부의 대상체의 밝기 온도(brightness temperature)에 대응되는 출력 전압을 각각 발생시키는 복수 개의 초고주파 라디오미터; 및
    상기 복수 개의 초고주파 라디오미터로부터 상기 출력 전압에 관한 신호를 각각 수신하고, 시간 흐름에 따른 각 초고주파 라디오미터 별 출력 전압에 관한 신호의 패턴으로부터 상기 대상체가 사람인지 또는 화염인지의 여부를 판단하는 서버를 포함하는, 구조물 감시 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 초고주파 라디오미터는, 상기 대상체의 밝기 온도를 감지하는 안테나를 구비하며,
    상기 안테나는, 상기 안테나가 설정된 값 이상의 이득을 갖도록 임계치 이하의 빔 폭(beam width)을 갖는, 구조물 감시 시스템.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 서버는, 설정된 크기 이상의 출력 전압이 인접하게 배치된 둘 이상의 초고주파 라디오미터에서 순차적으로 검출되는 경우 상기 대상체가 사람인 것으로 판단하는, 구조물 감시 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 서버는, 상기 대상체가 사람인 것으로 판단되는 경우 상기 설정된 크기 이상의 출력 전압이 검출되는 각 초고주파 라디오미터에 대응되는 영역의 위치를 상기 설정된 크기 이상의 출력 전압의 검출 순서에 따라 순차적으로 연결하여 상기 사람의 동선을 파악하는, 구조물 감시 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 서버는, 설정된 크기 이상의 출력 전압이 둘 이상의 초고주파 라디오미터에서 설정된 시간 동안 지속적으로 검출되는 경우 상기 대상체가 화염인 것으로 판단하는, 구조물 감시 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 서버는, 상기 대상체가 사람 또는 화염인 것으로 판단되는 경우 관리자 단말로 알림 메시지를 전송하는, 구조물 감시 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 초고주파 라디오미터는, 상기 구조물의 외부에 배치되는, 구조물 감시 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 구조물은, 외벽으로 상기 대상체를 둘러싸는 비금속 구조물인, 구조물 감시 시스템.
  10. 구조물로부터 설정된 거리 이내에서 소정 간격 이격되어 배치되는 복수 개의 초고주파 라디오미터에서, 상기 구조물의 내부 또는 외부의 대상체의 밝기 온도(brightness temperature)에 대응되는 출력 전압을 각각 발생시키는 단계;
    서버에서, 상기 복수 개의 초고주파 라디오미터로부터 상기 출력 전압에 관한 신호를 각각 수신하는 단계; 및
    상기 서버에서, 시간 흐름에 따른 각 초고주파 라디오미터 별 출력 전압에 관한 신호의 패턴으로부터 상기 대상체가 사람인지 또는 화염인지의 여부를 판단하는 단계를 포함하는, 구조물 감시 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 초고주파 라디오미터는, 상기 대상체의 밝기 온도를 감지하는 안테나를 구비하며,
    상기 안테나는, 상기 안테나가 설정된 값 이상의 이득을 갖도록 임계치 이하의 빔 폭(beam width)을 갖는, 구조물 감시 방법.
  12. 삭제
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 대상체가 사람인지 또는 화염인지의 여부를 판단하는 단계는, 설정된 크기 이상의 출력 전압이 인접하게 배치된 둘 이상의 초고주파 라디오미터에서 순차적으로 검출되는 경우 상기 대상체가 사람인 것으로 판단하는, 구조물 감시 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 서버에서, 상기 대상체가 사람인 것으로 판단되는 경우 상기 설정된 크기 이상의 출력 전압이 검출되는 각 초고주파 라디오미터에 대응되는 영역의 위치를 상기 설정된 크기 이상의 출력 전압의 검출 순서에 따라 순차적으로 연결하여 상기 사람의 동선을 파악하는 단계를 더 포함하는, 구조물 감시 방법.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 대상체가 사람인지 또는 화염인지의 여부를 판단하는 단계는, 설정된 크기 이상의 출력 전압이 둘 이상의 초고주파 라디오미터에서 설정된 시간 동안 지속적으로 검출되는 경우 상기 대상체가 화염인 것으로 판단하는, 구조물 감시 방법.
  16. 청구항 10에 있어서,
    상기 서버에서, 상기 대상체가 사람 또는 화염인 것으로 판단되는 경우 관리자 단말로 알림 메시지를 전송하는 단계를 더 포함하는, 구조물 감시 방법.
  17. 청구항 10에 있어서,
    상기 초고주파 라디오미터는, 상기 구조물의 외부에 배치되는, 구조물 감시 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 구조물은, 외벽으로 상기 대상체를 둘러싸는 비금속 구조물인, 구조물 감시 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010216821A (ja) 2009-03-13 2010-09-30 Jimbo Electric Co Ltd 赤外線式人体検知装置

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