KR101831054B1 - 자가발전 웨어러블 무선 전송기를 이용한 방재 관제 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사물 인터넷 기반의 방재 관제 시스템 및 이를 이용한 방재 관제 방법을 제공한다. 상기 방재 관제 시스템은, 작업장에 대한 방제 관제 서비스를 제공하는 방재 관제 서버와, 방재 관제 서비스의 관리 대상이 되는 작업장에 하나 이상 설치되고, 네트워크를 통해 상기 방재 관제 서버와 통신하며, 사고 발생시에 상기 방재 관제 서버의 제어에 따라 강제 구동 신호를 생성하는 게이트웨이, 및 상기 작업장의 작업자에게 부착되고, 상기 작업장의 주변 환경 또는 상기 작업자로부터 발생되는 하나 이상의 에너지원을 이용하여 전력을 생산 및 저장하며, 상기 게이트웨이로부터 강제 구동 신호가 전송되면 상기 착용자의 생체 정보를 생성하여 상기 게이트웨이로 송신하는 웨어러블 무선 전송기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자가발전 웨어러블 무선 전송기를 이용한 방재 관제 시스템 {Disaster Control System using Self-powered Wearable Wireless Responder}

본 발명은 사물 인터넷 기반의 방재 관제 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 산업현장 또는 제조현장과 같은 작업장에서 근무하는 작업자가 착용하는 자가발전 웨어러블 무선 전송기를 이용하여 작업장에서 안전 사고 발생시에 사고 발생 현장의 잔류 인력 현황 및 상태 정보를 즉각적으로 파악하여 신속한 사고 대처 및 인력 구호를 원활하게 하는 방재 관제 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 제조현장(반도체, 제철, 화학, 기계 등)에서 발생 가능한 사고 상황 중 화재, 가스누출 등의 사고는 항상 상존하는 사고이므로 사고 발생시, 인명피해를 최소화할 수 있는 방안 모색이 필요하다.

이러한 사고의 경우에 사고현장의 잔류인원 파악이 최우선적으로 고려되어야 하며, 특히 사고 발생시점으로부터 일정 시간이 경과되면 인명피해가 급격히 늘어나게 되므로, 사고 발생시점으로부터 인명피해가 발생되기까지의 피해 구조시간인 이른바 골든타임 동안 사고 현장의 잔류인원 및 피해인원의 존재여부, 위치, 피해상태 등을 적절히 파악하고 즉각적인 구조 활동을 할 수 있도록 하는 사고 대처 수단의 존재 유무는 대형 인명사고에 의한 피해를 최소화하기 위하여 필수적이다.

한편, 현장에서의 사고 수습 방법, 특히 사고 발생지역에 얼마나 많은 잔류인원이 있는지를 파악하는 방법과 관련하여, IoT(Internet of Things) 기술을 이용하는 많은 연구개발이 진행되고 있으며, 특히 비콘 혹은 RFID 기술을 적용한 방재 관제 시스템에 대한 연구가 활발하게 진행하고 있는 실정이다.

그러나 종래의 비콘 혹은 RFID 기술은 감지거리가 불과 수 cm에 이를 정도로 짧거나 아니면 구동에 필요한 전원을 공급하기 위하여 배터리 또는 외부 전원과 상시 연결되어 있어야 한다는 점 등의 제한이 있어서, 실제로 현장에 적용 가능한 시스템을 구현하는 데에 많은 어려움이 있으며 그 효과 또는 기대에 미치지 못하는 등의 많은 문제점을 가지고 있다.

따라서, 종래의 비콘 혹은 RFID 기술을 적용한 방재 관제 시스템이 갖고 있는 전원 공급에 의한 작동수명의 한계 및 센서의 인식거리의 한계를 극복하면서, 실제 산업현장 또는 제조현장에 적용 가능하며, 현장에서 근무하는 작업자의 위치 정보 및 생체 정보를 실시간으로 관리하고, 사고 발생시 신속한 사고 상황 파악 및 즉각적인 인명 구호를 가능하게 하는 방재 관제 시스템의 필요성이 요구되고 있다.

한국등록특허공보 제1079343호 "스마트 모니터링 제어 시스템"

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 사물 인터넷 네트워크(IoT; Internet of Things) 기술이 접목된 센서 네트워크를 통해 산업현장 또는 제조현장과 같은 작업장에서 근무하는 작업자의 구역별 인원수를 정확하게 관리하여, 작업장에서 안전 사고가 발생한 경우에 작업장의 구역별 잔류 인력수를 정확히 파악함과 동시에 사고 지역의 현재 상황을 용이하게 파악하여 신속한 사고 수습 및 인력 구조를 가능하게 하는 방재 관제 시스템을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 다양한 방식의 에너지 하베스팅(Energy Harvesting) 기술을 적용하여, 작업자가 착용하는 무선 전송기에 별도의 전력 공급 없이도 비상시에 동작되기에 충분한 전력을 자가발전 할 수 있도록 함으로써, 배터리 방전 등에 의한 미동작 등의 잠재적인 위험 요소를 제거하고 방재 관제 시스템의 운용을 보다 효율적이고 용이하게 할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 방재 관제 시스템은, 작업장에 대한 방제 관제 서비스를 제공하는 방재 관제 서버; 방재 관제 서비스의 관리 대상이 되는 작업장에 하나 이상 설치되고, 네트워크를 통해 상기 방재 관제 서버와 통신하며, 사고 발생시에 상기 방재 관제 서버의 제어에 따라 강제 구동 신호를 생성하는 게이트웨이; 및 상기 작업장의 작업자에게 부착되고, 상기 작업장의 주변 환경 또는 상기 작업자로부터 발생되는 하나 이상의 에너지원을 이용하여 전력을 생산 및 저장하며, 상기 게이트웨이로부터 강제 구동 신호가 전송되면 상기 착용자의 생체 정보를 생성하여 상기 게이트웨이로 송신하는 웨어러블 무선 전송기;를 포함한다.

여기서, 상기 웨어러블 무선 전송기는, 상기 작업장의 주변 환경 또는 상기 작업자로부터 발생되는 에너지원을 이용하여 구동 전력을 생산하는 에너지 하베스터와, 상기 에너지 하베스터에 의해 생산된 구동 전력을 저장하는 배터리 모듈과, 상기 강제 구동 신호에 기초하여 상기 작업자에 대한 생체 정보를 생성하는 센서 모듈을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 웨어러블 무선 전송기는 생성된 상기 작업자의 생체 정보와 함께 상기 웨어러블 무선 전송기의 고유한 전송기 ID 정보를 상기 게이트웨이로 전송할 수 있다.

여기서, 상기 게이트웨이는 상기 작업장의 출입구에 배치되어, 상기 작업자에 의한 출입문의 동작 또는 상기 작업자의 진입이 감지되면 상기 웨어러블 무선 전송기로 전송기 ID 요청 신호를 송출하고, 상기 웨어러블 무선 전송기는 상기 전송기 ID 요청 신호가 수신되면 내부에 저장된 전송기 ID 정보를 포함하는 전송기 ID 응답 신호를 상기 게이트웨이로 송출할 수 있다.

여기서, 상기 에너지 하베스터는, 상기 작업장에 설치된 조명을 통한 광 발전, 상기 작업장에 존재하는 전파 신호를 이용한 무선 전력 전송, 상기 작업자의 체온을 이용한 열 예너지 또는 보행에 따른 압전 에너지 중 하나 이상을 이용하여 필요한 구동 전력을 생성할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 방재 관제 시스템을 이용한 방재 관제 방법은, 작업장의 사고발생시, 상기 방재 관제 서버의 제어에 따라, 게이트웨이가 강제 구동 신호를 웨어러블 무선 전송기로 송신하는 단계; 상기 웨어러블 무선 전송기가 상기 강제 구동 신호의 수신에 응답하여 작업자의 생체 정보를 생성하여 상기 게이트웨이로 송신하는 단계; 및 상기 생체 정보를 기초로 상기 방재 관제 서버가 상기 작업자의 현재 상태를 판단하고, 상기 작업자의 현재 위치 주변에 설치된 촬영 장치를 이용하여 상기 위치에 대한 영상 정보를 생성하도록 제어하는 단계;를 포함한다.

상기 목적을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술된 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 하나에 의하면, 사물인터넷 네트워크(IoT) 기술이 접목된 센서 네트워크를 통해 산업 또는 제조현장과 같은 작업장에서 근무하는 작업자에 대한 위치정보 및 생체정보를 실시간으로 전송받아 관리하도록 하고, 산업 안전 사고 발생시, 사고 지역의 잔류 인력에 대한 신속한 사고 상황 파악 및 구호를 위한 즉각적인 대처가 가능하다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방재 관제 시스템의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 전체 개요도이다.
도 2는 본 발명의 방재 관제 시스템에서, 일 실시예에 따른 웨어러블 무선 전송기의 세부 구성을 도시한 구성 블록도이다.
도 3은 본 발명의 방재 관제 시스템에서, 다른 실시예에 따른 웨어러블 무선 전송기의 세부 구성을 도시한 구성 블록도이다.
도 4는 본 발명의 방재 관제 시스템의 방재 관제 서버의 세부 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방재 관제 시스템을 이용한 작업장에서의 방재 관제 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.

또한, 본 명세서에서, 일 구성 요소가 다른 구성 요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성 요소가 상기 다른 구성 요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성 요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

이하의 설명에서 사용되는 구성 요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 방재 관제 시스템을 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방재 관제 시스템의 전체 개요도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 방재 관제 시스템은 사물 인터넷(IoT; Internet of Things) 기반의 센서 네트워크를 통해 작업장에서 근무하는 작업자들의 현재 위치 및 상태를 실시간으로 모니터링하고, 작업장에서 안전 사고가 발생한 경우에 사물간 통신에 의해 사고 발생 현장의 상황 파악 및 잔류 인력의 여부, 위치, 생체 상태 등의 정보를 자동으로 파악하여 신속하고 즉각적인 구조/구호 조치를 취할 수 있다. 이를 위하여 상기 방재 관제 시스템은 방재 관제 서버(100), 게이트웨이(200), 웨어러블 무선 전송기(300, 400) 및 촬영 장치(160)를 포함하여 구성된다.

방재 관제 서버(100)는 IoT 통신 네트워크에 기반하여 작업장 내에 설치된 게이트웨이(200)와 통신을 하며 데이터 및 각종 산업 장치나 웨어러블 무선 전송기(300, 400)에 대한 제어 신호를 주고받으며, 작업장 또는 작업자를 실시간으로 관리 및 모니터링하고, 작업장에서 사고 발생시에 상기 게이트웨이(200)를 경유하여 작업장에 설치 또는 존재하는 웨어러블 무선 전송기(300, 400)나 열화상 카메라(500), 각종 유무선 센서들을 제어 또는 관리하는 역할을 수행한다.

상기 방재 관제 서버(100)는 작업장에 하나 이상 설치된 게이트웨이(200)를 통해 웨어러블 무선 전송기(300, 400)로부터 수신되는 작업자의 생체 정보 및 위치 정보를 전송받고, 이를 기초로 작업장의 각 구역별로 작업자의 입/출입 현황 및 구역별 잔여 인력을 실시간으로 파악한다. 또한 상기 방재 관제 서버(100)는 작업장에서 화재나 가스 누출 등의 사고 발생시 모든 게이트웨이(200)를 통해 작업장 내의 모든 작업자들이 착용하고 있는 웨어러블 무선 전송기(300, 400)로 대피명령 신호를 전송하고 상기 웨어러블 무선 전송기(300, 400)를 강제로 동작시켜서 모든 작업자들의 현재 위치 및 상태를 파악한다. 이를 위하여 상기 방재 관제 서버(100)는 웨어러블 무선 전송기(300, 400)에 구비된 활동성 감지 센서를 통해 작업자의 생체 정보를 파악하거나, 셋 이상의 게이트웨이(200)에서 수신된 임의의 웨어러블 무선 전송기(300, 400)의 송출 신호의 세기를 기초로 수신전파 삼각측량법 또는 위치좌표 메모리법 등을 이용하여 작업자의 현재 위치 정보를 산출할 수 있다. 상기 활동성 감지 센서에는 작업자의 움직임을 파악할 수 있는 가속도 센서나 또는 작업자의 체온을 감지할 수 있는 온도 센서 등이 포함될 수 있다.

또한, 상기 방재 관제 서버(100)는 작업장의 각 구역별로 설치된 하나 이상의 열화상 카메라(500)를 제어하여 사고 현장의 영상 및 구역별 작업자들의 상태 정보를 제공할 수 있다. 특히, 화재 발생 또는 가스 누출 등의 사고 발생시에 누출 가스 또는 화재 연기로 인한 시각판독 불능의 상황에서 방재 관제 서버(100)는 사고 현장 또는 작업자가 위치하는 장소에 인접한 열화상 카메라(500)를 통하여 해당 위치의 인체를 판별할 수 있다.

게이트웨이(200)는 상기 방재 관제 서버(100)와 네트워크 통신하도록 상기 작업장에 설치되며, 작업장에서 근무하는 작업자가 소지한 웨어러블 무선 전송기(300, 400)들의 정보를 수집하여 네트워크를 통해 방재 관제 서버(100)에 제공한다. 특히, 상기 게이트웨이(200)는 작업장의 각 구역별 출입구에 배치될 수 있으며, 상기 출입구로 진입 또는 진출하는 작업자에게 부착된 웨어러블 무선 전송기(300, 400)로 전송기 ID 요청 신호를 송출하고 이에 응답하여 웨어러블 무선 전송기(300, 400)로부터 송출되는 전송기 ID 응답 신호를 수신하여, 이를 상기 방재 관제 서버(100)로 전송하여 해당 구역에 입출입하는 작업자의 신원 및 구역별 작업자 수를 관리하도록 할 수 있다. 이때, 상기 게이트웨이(200)는 해당 출입구의 동작을 감지하거나 또는 출입구 앞에 깔린 입출입 카운팅용 매트를 통해 작업자의 출입구 통과 여부를 판단하여 상기 전송기 ID 요청 신호를 송출하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 1에서, 작업장의 C 구역에 잔류인원이 2명이고 A 구역에 잔류인원이 10명인 상태에서 C 구역에 있던 작업자 1인이 출입문 a3 및 a1을 차례로 통과하여 A 구역으로 진입하게 되면, 출입문 a3 및 a1을 각각 관리하는 하나 이상의 게이트웨이(200)에서 상기 출입문 a3, a1의 동작을 순차적으로 감지하여 C 구역의 잔류 인원이 1명 감소되고 A 구역의 잔류 인원이 1명 증가된 것으로 방재 관제 서버(100)로 데이터를 전송하게 된다.

또한, 상기 게이트웨이(200)는 웨어러블 무선 전송기(300, 400) 이외에도 작업장에 구축된 다양한 유무선 센서들을 연결하기 위한 미들웨어 인터페이스를 제공할 수 있다. 이를 위하여 상기 게이트웨이(200)는 오픈 하드웨어 플랫품을 기반으로 개발되는 것이 바람직하며 개방형 인터페이스 표준 기술이 적용될 수 있다. 상기 게이트웨이(200)는 다양한 이기종 센서들을 동기화하여 현상과 물리적 센서 값을 매핑하고 이를 기초로 다양한 방식의 현상 해석, 위험 감지, 위험 예측을 위한 복합 센싱 정보를 생성하여 상기 방재 관제 서버(100)에 제공할 수 있다.

또한, 상기 게이트웨이(200)는 작업장에서 사고 발생시에 상기 방재 관제 서버(100)의 제어에 따라 작업장 내에 위치하는 모든 웨어러블 무선 전송기(300, 400)에 강제 구동 신호를 전송할 수 있다. 이때, 상기 강제 구동 신호는 방재 관제 서버(100)로부터 전송된 대피명령 신호를 기초로 상기 게이트웨이(200)에서 생성되어 수신대기 모드로 동작중인 웨어러블 무선 전송기(300, 400)에 전송되어 상기 웨어러블 무선 전송기(300, 400)를 비상 모드로 활성화시키는 무선 신호일 수 있다.

웨어러블 무선 전송기(300, 400)는 상기 작업장에서 근무하는 작업자가 소지하는 것으로서, 상기 작업장 주변 환경 또는 상기 작업자로부터 발생되는 에너지원을 이용하여 상기 웨어러블 무선 전송기(300, 400)의 구동 전력을 생산 및 저장하며, 웨어러블 무선 전송기(300)가 위치하는 지점에 대한 위치 정보 및 상기 웨어러블 무선 전송기(300, 400)를 착용한 작업자의 생체 정보를 센서 고유의 식별정보와 함께 상기 게이트웨이(200)로 송신한다. 이때, 상기 웨어러블 무선 전송기(300, 400)는 방진복, 작업복 또는 안전모 등에 부착되는 작업복 타입(400) 또는 방진화 또는 작업화 등의 작업자가 착용하는 신발에 부착되는 작업화 타입(300) 중 어느 하나의 구조로 구현될 수 있다.

또한, 상기 웨어러블 무선 전송기(300, 400)는 상기 게이트웨이(200)로부터 강제 구동 신호가 전송되면 이에 응답하여 상기 생체 정보 및 위치 정보를 주기적으로 생성하고 이를 상기 게이트웨이(200)로 전송하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 웨어러블 무선 전송기(300, 400)는 소모 전력을 최소화하기 위하여 정상 상태에서는 수신대기 모드로 동작하며, 상기 게이트웨이(200)로부터 전송되는 강제 구동 신호를 기초로 활성 상태로 변경되도록 구성될 수 있다.

상기 웨어러블 무선 전송기(300, 400)는 내부에 포함된 박막 전지를 통해 구동 전력을 공급한다. 상기 박막 전지의 용량은 한정되어 있으며 사고 발생 시에 웨어러블 무선 전송기(300, 400)의 비상 모드 동작을 반드시 보장하기 위하여 평상시에 수신대기 모드에서의 필요 구동전력을 최소화한다.

구체적으로, 웨어러블 무선 전송기(300, 400)가 수신대기 모드로 동작시에는 게이트웨이(200)로부터의 전송기 ID 요청 신호 및 강제 구동 신호를 수신하고 게이트웨이(200)로 전송기 ID 응답 신호를 송출하는데 필요한 최소한의 구동전력만을 소모하며 센서 등의 다른 구성모듈의 동작은 중지된다. 이후 게이트웨이(200)로부터 강제 구동 신호가 수신되면, 웨어러블 무선 전송기(300, 400)은 비상 모드로 동작하며 내부의 센서를 구동시켜서 작업자의 생체 정보 및 현재의 위치 정보를 생성하고 이를 전송기 ID 정보와 함께 게이트웨이(200)로 주기적으로 반복 송출한다.

또한, 웨어러블 무선 전송기(300, 400)는 수신대기 모드에서 필요한 최소 구동 전력을 자가 발전(에너지 하베스팅)을 통해 생성, 충전할 수 있다. 이를 위하여 웨어러블 무선 전송기(300, 400)는 작업 환경의 주변 환경으로부터 다양한 방식으로 구동에 필요한 에너지를 생성할 수 있다. 이러한 에너지원에는 작업장 내부에 설치된 조명(Indoor Light)을 이용한 광 발전, 작업장 내부에 떠돌아다니는 각종 전파, 예를 들어, 핸드폰 전파, 무전기 전파, Wi-Fi 전파 등을 이용한 무선 전력 전송, 인체 체온과 작업장 내부의 온도차이를 이용한 열전 소자에 의한 열 발전, 작업장 입구나 복도, 작업장에 설치된 무선 급전 장치를 통한 무선 전력 전송 및 작업자가 걸을 때 발생되는 충격 에너지 등이 포함된다. 이에 대해서는 도면을 참조하여 상세히 후술하기로 한다. 작업화 타입의 웨어러블 무선 전송기(300)는 작업자의 보행시에 발생되는 충격 에너지를 이용하여 내부의 박막 전지를 충전할 수 있으며, 작업복 타입의 웨어러블 무선 전송기(400)는 열전 소자, 무선 전력 전송 또는 작업장 내부의 빛을 이용한 indoor-solar 에너지 수집 소자를 복합적으로 이용하여 내부의 박막 전지를 충전할 수 있다.

열화상 카메라(500)는 상기 작업장의 임의의 위치에 하나 이상 고정 설치되어, 평상시나 비상 상황에서 작업장의 영상을 실시간으로 생성하여 상기 게이트웨이(200)를 통해 방재 관제 서버(100)로 전송한다.

상기 열화상 카메라(500)는 현장에서 사고 발생시에 발생될 수 있는 유색 가스나 암실 상황에서도 인체의 체온을 감지하여 작업자의 신체를 판독할 수 있다. 다만 유색 가스의 온도가 인체의 체온보다 높은 경우에는 작업자를 판별할 수 없으며, 사고의 종류가 화재 사고인 경우에도 작업자를 정확하게 판별하기 곤란하다. 따라서, 상기 열화상 카메라(500)에서 생성되는 작업장에의 영상 정보는 게이트웨이(200)에서 수집된 다른 유무선 센서의 센싱 정보 또는 웨어러블 무선 전송기(300, 400)에서 생성된 작업자의 생체 정보 또는 위치 정보와 함께 사용되어 작업자의 식별력을 더욱 높일 수 있다.

이하에서, 상기 방재 관제 시스템에서 사용되는 웨어러블 무선 전송기(300, 400)의 세부 구성 및 각각의 기능들을 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방재 관제 시스템에서 작업화형 웨어러블 무선 전송기(300)의 세부 구성을 나타내고 있으며, 도 3은 작업복형 웨어러블 무선 전송기(400)의 세부 구성을 나타내고 있다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 상기 웨어러블 무선 전송기(300)는 작업화형 및 작업복형으로 구현될 수 있다. 작업화형 웨어러블 무선 전송기(300)는 방진화 또는 작업화의 표피 또는 밑창에 부착 또는 삽입될 수 있도록 플렉서블한 형태로 구현될 수 있다. 작업복형 웨어러블 무선 전송기(400)는 방진복 또는 작업복의 표피에 삽입될 수 있도록 얇은 박막 형태로 구현되는 것이 바람직하다.

상기 작업화형 웨어러블 무선 전송기(300)는 플렉서블한 소재의 에너지 하베스터(310)와 박막 전지(320), 전력 관리 모듈(330) 및 저전력 MCU(340)를 포함한다. 또한, 활동성 감지 센서(350) 및 RF 통신모듈(360)를 더 포함한다.

상기 에너지 하베스터(310)는 작업자의 이동에 따라 작업화 또는 방진화에 가해지는 압력을 압전체를 통해 압전 에너지로 변환시켜 전력을 발생시킬 수도 있다. 변환된 압전 에너지는 변압기에서 AC 변환된 후 전력 관리 모듈(330)의 정류 회로를 통해 DC 전원으로 변환되어 박막 전지(320)에 저장된다. 상기 에너지 하베스터(310)는 수신대기 상태에서 게이트웨이(200)와의 송출신호 송수신에 필요한 최소 전력량 및 자연 방전되는 전력량을 보충하여, 박막 전지(320)가 방전되어 웨어러블 무선 전송기(300)가 비상 모드에서 동작하지 못하는 경우를 방지할 수 있다.

도 4와 같이 작업복 타입의 웨어러블 무선 전송기(400)의 경우에는, 상기 에너지 하베스터(410)를 작업복 표면 또는 내부에 부착시킬 수 있도록 얇은 박막 형태로 구현하는 것이 바람직하다. 또한 상기 에너지 하베스터(410)는 작업자의 활동으로 발생되는 에너지를 수집하여 소량의 전원을 취하는 에너지 수집 모듈, 작업장 내부에 설치된 형광등 등의 조명(Indoor Light)에서 발생되는 빛을 이용하여 소량의 전원을 발생시키는 광에너지 하베스터, 작업장 내부에 떠돌아다니는 각종 전파, 예를 들어, 핸드폰 전파, 무전기 전파, Wi-Fi 전파 등을 통해 소량의 전력을 무선으로 전송받거나 또는 작업장의 복도나 출입구, 바닥 등의 특정 위치에 설치된 무선전력 송신장치를 통해 무선으로 전력을 전송받을 수 있는 무선전력 전송모듈, 작업자의 동작에 의한 주기적인 진동으로부터 소량의 전력을 발생시키는 에너지 수집 모듈을 하나 이상 결합시킨 복합 에너지 하베스팅 모듈일 수 있다. 이때, 신체 활동에 의해 발생되는 에너지에는 호흡에 의한 열 에너지(대략 한 호흡당 0.40W 정도의 에너지 발생), 혈압에 의한 에너지(대략 0.37W 정도), 팔 동작에 의한 운동 에너지(대략 0.33 W 정도), 손가락의 움직임에 의한 운동 에너지(대략 0.76 ~ 2,1 mW 정도) 등이 있다. 이러한 에너지원으로부터 생성되는 전력은 소량에 불과하지만 지속적으로 생성되어 저장되고, 또한 웨어러블 무선 전송기(400)의 상시 구동에 필요한 전력이 아닌 비상 상황에서 동작하기 위한 필요 전력으로서는 충분하다.

작업화 타입의 무선 전송기(300)에 포함된 박막 전지(320)는 방진화의 형태 변화에 따라 용이하게 형상이 변형될 수 있도록 플렉서블한 형태로 구현되는 것이 바람직하다. 또한, 작업복 타입의 무선 전송기(400)에 포함된 박막 전지(420)는 얇은 작업복 등에 부착될 수 있도록 얇은 박막 형태로 구현되는 것이 바람직하다.

전력 관리 모듈(330, 430)은 비상 모드에서 박막 전지(320, 420)에 저장된 전력을 방출하여 RF 통신모듈(360, 460)이나 활동성 감지 센서(350, 450), 저전력 MCU(340, 440)에 공급한다. 이를 위해 전력 관리 모듈(330, 430)은 에너지 방출을 제어하는 게이팅 소자와, 출력 전압을 일정하게 조절하는 정전압 제어 회로를 포함할 수 있다.

저전력 MCU(340, 440)는 비상 모드에서 RF 통신 모듈(360, 460)의 모든 기능을 활성화시키고 활동성 감지 센서(350, 450)를 활성화시킬 수 있다. 비상 모드인 경우, 저전력 MCU(340, 440)는 박막 전지(320, 420)에 저장된 전력이 모두 소모되거나 비상 모드가 종료될 때까지 활동성 감지 센서(350, 450)를 이용하여 작업자의 신체 정보 및 위치 정보를 수집하고 이를 RF 통신 모듈(360, 460)을 통해 게이트웨이(200)로 주기적으로 송출한다. 이때, 상기 위치 정보 및 생체 정보와 함께 상기 웨어러블 무선 전송기(300, 400)의 고유한 전송기 ID 정보가 게이트웨이(200)로 함께 전송될 수도 있다. 이때, 상기 RF 통신 모듈(360, 460)은 사용 전력을 최소화하기 위하여 평상시에는 수신대기 모드 상태로 구동되며, 상기 강제 구동 신호가 수신되면 비상 모드로 활성화되어 상기 정보들을 전송할 수 있다. 이와 함께 상기 웨어러블 무선 전송기(300, 400) 자체에서 일정한 경고 신호를 발생시켜서 작업자에게 주의를 주도록 할 수 있다. 상기 경고 신호는 비프 신호 또는 진동 신호일 수 있으며, 작업복 타입의 경우 작업복 외부에 노출되는 LED 소자(470) 등을 통해 주기적으로 빛을 발산시킬 수 있다.

웨어러블 무선 전송기(300, 400)에 포함되는 활동성 감지 센서(350, 450)는 전송기의 종류에 따라 적절한 종류의 센서를 선택하여 구현될 수 있다. 도 3과 같이 작업화 타입인 경우, 가속도 센서와 같은 활동성 감지 센서(350)를 장착하여 작업자의 움직임 여부를 감지하는 것이 바람직하며, 도 4와 같이 작업복 타입인 경우, 활동성 감지 센서를 사용할 수도 있지만 인체에 보다 가깝게 접촉되는 작업복 타입의 특성상 작업자의 체온을 감지할 수 있는 온도 센서를 활동성 감지 센서와 결합한 복합 센서(450)를 적용하는 것이 바람직하다.

상기 웨어러블 무선 전송기(300, 400)는 에너지 하베스팅 전력량에 따라 상기 센서(350, 450) 이외에도 다양한 기능의 센서가 결합될 수 있다. 예를 들어, 가스 센서를 결합하여 비상 모드에서 웨어러블 무선 전송기(300, 400)가 주변 공기로부터 누출된 가스 여부를 검출하여 게이트웨이(200)를 통해 방재 관제 서버(100)로 전송할 수도 있다.

상기 감지 센서(350, 450)는 웨어러블 무선 전송기(300, 400)를 착용한 작업자의 생체 정보를 생성하고 이를 RF 통신 모듈(360, 460)을 통해 송출한다. 상기 게이트웨이(200)로 전송한다. 상기 센서 모듈(146)은 상기 게이트웨이(200)로부터 수신된 강제 구동 신호를 기초로 상기 작업자에 대한 생체 정보를 주기적으로 취득하여 상기 통신 모듈을 통해 게이트웨이(200)로 전송한다. 이때, 상기 생체 정보와 함께 전송기의 고유한 전송기 ID 정보가 상기 게이트웨이(200)로 함께 전송될 수 있다.

이와 같은 구성을 통해, 상기 웨어러블 무선 전송기(300, 400)는 사고 발생에 따른 비상 모드에서 작업자의 생체 정보를 전송기 ID 정보와 함께 주기적으로 방재 관제 서버(100)에 전송할 수 있으며, 방재 관제 서버(100)는 하나 이상의 웨어러블 무선 전송기(300, 400)로부터 수신된 각종 정보를 취합하여 상기 작업장의 구역별 잔류 인원수 및 각 작업자의 신원, 상태를 즉각적으로 파악할 수 있으며, 복수의 게이트웨이(200)를 통해 상기 웨어러블 무선 전송기(300, 400)로부터 수신된 신호의 전파 세기를 이용하여 작업자의 현재 위치를 파악할 수 있어서, 신속하고 효율적인 구호 작업 및 사고 대처가 가능하게 된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 방재 관제 서버(100)의 세부 구성 및 각각의 기능을 설명하기 위한 블록도이다.

도 4를 참조하면, 상기 방재 관제 서버(100)는 잔류인원 관리부(110), 이벤트로그 분석부(120), 데이터통신 미들웨어(130) 및 통합 관제부(140)를 포함한다. 그 외에 방재 관제 시스템의 다양한 기능을 제공하기 위한 공지의 구성요소들을 더 포함할 수 있으며, 본 발명의 기술적 특징과 무관한 구성요소들에 대해서는 본 명세서 상에서는 설명을 생략하기로 한다.

잔류인원 관리부(110)는 게이트웨이(200)로부터 전송된 웨어러블 무선 전송기(300, 400)의 전송기 ID 응답 신호로부터 전송기 ID 정보 및 착용자의 신체 정보를 취득하고, 이를 기초로 작업장의 각 구역별 인원수 및 출입 이력을 실시간으로 관리한다. 통상 상기 게이트웨이(200)는 작업장의 각 구역으로 진입하는 출입구 근처에 설치되며, 출입구의 동작 여부 및 해당 출입구를 통해 작업자가 어느 구역에서 어느 구역으로 진입했는지 여부를 중앙에서 모니터링할 수 있다. 이를 위하여 출입구의 바닥에는 NFC 등의 근거리 통신 모듈이 내장된 입출입 카운팅용 매트가 배치될 수 있으며, 상기 입출입 카운팅용 매트에 가해지는 압력 또는 작업자가 착용한 작업화에 내장된 웨어러블 무선 전송기(300)로부터 전송기 ID 정보의 수신에 응답하여 인접한 게이트웨이(200)로 해당 정보를 전송할 수 있다.

이벤트로그 분석부(120)는 하나 이상의 게이트웨이(200)로부터 수신된 이벤트 로그로부터 각종 센싱 정보를 취득하고 이를 분석하여 작업장의 특정 위치에서의 이상 상황 발생 여부의 판단에 필요한 기초 정보를 생성한다.

이벤트로그 분석부(120)에서 취득하는 이벤트 로그에는 작업자가 착용하는 웨어러블 무선 전송기(300, 400)로부터 수집되는 정보 뿐만 아니라 작업장의 각 위치에 설치된 열화상 카메라의 송출 정보, 작업장 내의 전력설비나 발전설비 등에 설치된 전류 센서 혹은 각종 환경감지 센서, 가스 센서, 연기 센서, 불꽃 센서, 온도 센서, 게이트 센서 등으로부터 취합된 각종 센싱 정보 등이 포함될 수 있다. 상기 각종 센싱 정보는 후술할 데이터통신 미들웨어(130)를 통해 가공, 추출되어 전송된다.

데이터통신 미들웨어(130)는 네트워크를 통해 연결된 각종 센서들로부터 수신되는 원시 데이터들을 특정 목적에 맞게 가공하고 변경, 추출하여 필요한 데이터들을 획득하기 위한 데이터 자동분류를 수행한다. 이를 위하여 상기 데이터통신 미들웨어(130)는 다양한 이기종 센서와 연결되는 센서 아답터 및 사전 등록된 업무처리절차(SOP)에 의해 상기 다양한 센서로부터 수집되는 각종 데이터들을 모니터링 플랫폼에 정확히 분산 전송하는 DDS 프레임을 포함할 수 있다.

통합 관제부(140)는 상기 이벤트로그 분석부(120)에서 생성된 기초 정보를 기반으로 작업장 내의 특정 위치에서의 이상 상황 발생 여부를 판단하고, 사고 등의 이상 상황이 발생되었다고 판단되면 연결된 모든 게이트웨이(200)로 대피명령 신호를 전송하고 사고가 발생되었다고 예상되는 위치에 인접한 각종 센서 및 열화상 카메라(500)에 필요한 추가 데이터를 수집하여 전송하도록 게이트웨이(200)를 제어할 수 있다.

이와 같은 구성을 통해 본 발명의 방재 관제 시스템은 작업장에서의 사고 발생 여부를 즉각적으로 판단하고 이를 기초로 신속한 사고 상황 파악 및 구조 대응을 할 수 있으며, 사고 발생시에 작업장에 남아있는 작업자들을 구역별로 정확하게 파악하고 이들의 신체 상태를 파악할 수 있어서, 사고 이후 인명피해가 발생하기까지의 피해 구조시간인 ‘골든타임’ 내에 구조 대상이 되는 작업자의 인원수, 상태, 위치를 정확하게 파악하여 인명 사고를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

이하에서, 앞서 설명한 방재 관제 시스템 및 그 구성 요소들을 이용한 작업장에서의 사고 발생시의 사고 관리 방법을 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 방재 관제 시스템의 방재 관제 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 우선, 사고 발생 전의 정상 상황에서는 상기 웨어러블 무선 전송기(300, 400)는 수신대기 상태로 일부 모듈이 비활성화된 상태로 동작한다. 수신대기 상태에서는 상기 웨어러블 무선 전송기(300, 400)의 센서 모듈은 비활성화되며 다만 에너지 하베스터(310, 410)에 의한 자가 발전 및 이로부터 생성된 전력을 박막 전지(320, 420)에 저장하는 과정은 비활성화되지 않고 계속 수행된다(S101).

상기 게이트웨이(200)는 출입문의 작동 여부 또는 출입구 앞에 깔린 입출입 카운팅용 매트를 통해 작업자의 출입구 통과 여부를 판단하여(S103), 인접한 웨어러블 무선 전송기(300, 400)으로 전송기 ID 요청 신호를 송출하고(S105), 그에 따른 전송기 ID 응답 신호를 수신한다(S107). 게이트웨이(200)에서 취합된 출입문 작동 이력 및 전송기 ID 정보는 네트워크를 경유하여 방재 관제 서버(100)로 전송된다(S109). 방재 관제 서버(100)는 전송된 상기 정보들을 취합하여 작업장의 각 구역별 출입 인원 및 잔류 작업자 정보를 관리한다(S111).

작업장의 어느 위치에서 사고 발생시(S113), 방재 관제 서버(100)는 활성화된 모든 게이트웨이(200)로 대피명령 신호를 발송한다(S115). 상기 대피명령 신호를 수신한 게이트웨이(200)는 주변으로 강제 구동 신호를 송출한다(S117). 상기 송출된 강제 구동 신호는 주변의 웨어러블 무선 전송기(300, 400)에서 수신될 수 있으며, 강제 구동 신호를 수신한 무선 전송기(300, 400)는 동작 모드를 수신대기 모드에서 비상 모드로 변경하고, 비활성화 상태인 센서 모듈 등을 동작 상태로 활성화시킨다. 활성화된 센서 모듈은 착용자의 생체 정보를 주기적으로 취득하고(S119), 무선 전송기(300, 400)는 취득한 생체 정보 및 전송기 ID 정보를 함께 게이트웨이(200)로 주기적으로 전송한다(S121).

게이트웨이(200)에서 취합된 상기 생체 정보 및 전송기 ID 정보는 방재 관제 서버(100)로 전송되어(S123), 방재 관제 서버(100)에서 작업장의 각 구역별 잔류 인원수 및 현재 상태를 파악하고, 동일 전송기 ID에 대해 수신 신호의 세기를 기초로 전파측량 삼각 기법 등의 방법을 이용하여 잔류 인원의 현재 위치를 파악한다(S125). 추가로, 상기 방재 관제 서버(100)는 사고 현장 또는 잔류 인력이 위치하는 현장의 상태를 파악하기 위하여 근접한 열화상 카메라(500) 또는 유무선 센서를 동작시켜 해당 위치의 영상 정보 및 센싱 정보를 실시간으로 수신하도록 제어할 수 있다(S127).

관리자는 작업 영역의 각 구역별로 현재 잔류중인 작업자 수 및 식별 정보와 상기 영상 정보 등을 종합하여 적절한 사고 대응 및 잔류 인력의 구호 작업을 수행할 수 있다. 이 과정은 사고 상황이 종료될 때까지 계속되며, 사고 상황이 종료되면 상기 방재 관제 서버(100)의 제어에 따라 상기 웨어러블 무선 전송기(300, 400)는 동작 모드에서 다시 수신대기 모드로 전환된다.

이와 같이 구성된 본 발명은 사물인터넷 네트워크(IoT;Internet of Things) 기술이 접목된 센서 네트워크를 통해 산업현장 또는 제조현장과 같은 작업장에서 근무하는 작업자에 대한 위치 및 신체 상태를 실시간으로 관리하도록 하고, 산업 안전 사고 발생시, 사고 지역의 잔류 인력에 대한 신속한 사고 상황 파악 및 구호를 위한 즉각적인 대처가 용이할 뿐만 아니라, 에너지 하베스팅(Energy harvesting)기술을 적용에 따라, 센서의 상시 전원 공급에 의한 작동수명의 한계 및 센서의 인식거리의 한계를 극복하도록 하는 효과가 있는 발명이다.

이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

100: 방재 관제 서버 200: 게이트웨이
300, 400: 웨어러블 무선 전송기 310, 410: 에너지 하베스터
320, 420: 박막 전지 330, 430: 전력 관리 모듈
340, 440: 저전력 MCU 350, 450: 센서 모듈
360, 460: RF 통신 모듈
500: 열화상 카메라

Claims (6)

1. 방재 관제 시스템에 있어서,
   복수의 구역으로 구분되는 작업장에 대한 방재 관제 서비스를 제공하는 방재 관제 서버;
   방재 관제 서비스의 관리 대상이 되는 작업장의 각 구역별 출입구에 각각 설치되고, 상기 출입구에 설치된 카운팅용 매트를 통해 각 구역별 입출입 정보를 취합하여 네트워크를 통해 상기 방재 관제 서버로 전송하며, 사고 발생시에 상기 방재 관제 서버의 제어에 따라 강제 구동 신호를 생성하는 게이트웨이; 및
   상기 게이트웨이로부터의 강제 구동 신호의 수신 여부에 따라 수신 대기 모드 또는 비상 모드 중 어느 하나의 모드로 동작하며, 상기 작업장의 작업자에게 부착되고, 상기 작업장의 주변 환경 또는 상기 작업자로부터 발생되는 하나 이상의 에너지원을 이용하여 전력을 생산 및 저장하며, 수신대기 모드에서 상기 게이트웨이로부터 전송기 ID 요청 신호를 수신하고, 상기 수신대기 모드에서 상기 게이트웨이로부터 강제 구동 신호가 전송되면 RF통신 모듈의 모든 기능이 활성화되고, 센서 모듈이 활성화되는 비상 모드로 변경되어, 상기 작업자의 생체 정보 및 위치 정보를 생성하여 상기 게이트웨이로 송신하는 웨어러블 무선 전송기;
   를 포함하고,
   상기 웨어러블 무선 전송기는 작업화형 웨어러블 무선 전송기 또는 작업복형 웨어러블 무선 전송기 중 어느 하나로서,
   상기 작업화형 웨어러블 무선 전송기는, 작업화의 바닥에 부착되며 수신 대기 모드에서 상기 작업자의 보행시에 가해지는 압력을 압전체를 통해 압력 에너지로 변환시켜 전력을 생성하고 배터리 모듈에 저장하는 압전 에너지 하베스터; 및 수신 대기 상태에서 상기 게이트웨이와의 송출신호 송수신을 수행하는 RF 통신 모듈;을 포함하고,
   상기 작업복형 웨어러블 무선 전송기는, 상기 RF 통신 모듈; 및 작업복 표면에 부착되는 박막 형태로서, 수신 대기 모드에서, 상기 작업장에 설치된 조명을 통한 광 발전을 수행하는 광에너지 하베스터, 상기 작업장에 존재하는 전파 신호를 이용한 무선 전력 생성을 수행하는 무선전력전송모듈, 상기 작업자의 체온과 상기 작업장 내부의 온도차이를 이용한 열전 소자에 따른 열 발전 하베스터, 및 보행에 따른 진동 에너지를 이용하여 발전하는 진동 에너지 하베스터 중 하나 이상을 결합시킨 복합 에너지 하베스터;를 포함하며,
   상기 웨어러블 무선 전송기는, 수신 대기 모드에서 상기 압전 에너지 하베스터, 상기 복합 에너지 하베스터 및 상기 RF 통신 모듈에 공급되는 전력을 제어하여 활성화시키고, 상기 작업자의 생체 정보 및 위치 정보를 수집하는 센서 모듈로 공급되는 전력을 차단하도록 제어하여 비활성화시키는 저전력 MCU를 더 포함하며,
   상기 웨어러블 무선 전송기는, 상기 게이트웨이로부터 강제 구동 신호가 수신되면 동작 모드를 수신 대기 모드에서 비상 모드로 변경하여, 상기 저전력 MCU를 통해 비활성화 상태의 센서 모듈을 활성화시키고, 상기 배터리 모듈에 저장된 전력이 모두 소모되거나 상기 비상 모드가 종료될 때까지 상기 센서 모듈을 이용하여 생성된 상기 작업자의 생체 정보 및 위치 정보를 상기 게이트웨이로 주기적으로 송출하며,
   상기 방재 관제 서버는, 상기 게이트웨이로부터 수신된 구역별 입출입 정보를 기초로 상기 작업장의 각 구역별 인원수 및 출입 이력을 실시간으로 관리하는 잔류인원 관리부; 및 상기 작업장 내에서 이상 상황 발생시 상기 게이트웨이를 통해 연결된 모든 웨어러블 무선 전송기로 강제 구동 신호를 발신하는 통합 관제부;를 포함하는,
   방재 관제 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 게이트웨이는 상기 작업장의 출입구에 배치되어, 상기 작업자에 의한 출입문의 동작 또는 상기 작업자의 진입이 감지되면 상기 웨어러블 무선 전송기로 전송기 ID 요청 신호를 송출하고,
   상기 웨어러블 무선 전송기는 상기 전송기 ID 요청 신호가 수신되면 내부에 저장된 전송기 ID 정보를 포함하는 전송기 ID 응답 신호를 상기 게이트웨이로 송출하는,
   방재 관제 시스템.
5. 삭제
6. 삭제

Images