KR101835102B1 - 재난지역의 구조환경 모니터링 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구조환경 모니터링 장치 및 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 재난지역의 가스 및 방사선을 감지하여 산출한 위험도 및 유해지표를 근거로 구조대원에게 구조환경의 현재 상황 및 구조 가능 시간을 알려줄 수 있는 재난지역의 구조환경 모니터링 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 이를 위하여, 본 발명에 따른 재난지역의 구조환경 모니터링 장치는 특정 가스를 감지하여 아날로그 전압 신호를 출력하는 가스센서와, 방사선량을 감지하여 아날로그 펄스형 전압 신호를 출력하는 방사선 센서와, 상기 가스센서에서 출력된 아날로그 전압 신호를 디지털 값으로 변환한 후 디지털 값을 가스 농도 값으로 환산하고 환산한 가스 농도 값에 근거하여 위험 등급 값을 산출하고, 상기 방사선 센서에서 출력된 아날로그 펄스형 전압 신호를 디지털 값으로 변환한 후 디지털 값으로부터 초당 펄스 개수를 계산하여 초당 펄스 개수 값을 방사선량으로 환산하고 환산한 방사선량에 근거하여 유해지표 값을 산출하는 제어부와, 상기 위험 등급 값 및 유해지표 값에 근거한 경고 메시지를 출력하는 경고 출력부를 포함한다.

Description

재난지역의 구조환경 모니터링 장치 및 방법{Apparatus and method for monotoring rescue environment in disaster area}
본 발명은 구조환경 모니터링 장치 및 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 재난지역의 가스 및 방사선을 감지하여 산출한 위험등급 및 유해지표를 근거로 구조대원에게 구조환경의 현재 상태 및 구조 가능 시간을 알려줄 수 있는 재난지역의 구조환경 모니터링 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
각종 화학물질의 특성을 이용하여 현장에서 화학물질을 분석할 수 있는 다양한 분석장비들이 개발되고 있다.
가스나 방사선과 같은 인체에 유해한 물질이 다량 유출되는 사고가 발생하면 사고 현장으로 구급대원을 급파하여 유해물질의 유출을 막고 인명구조를 실시하게 된다. 이러한 과정에서 구급대원이 보호장비를 갖추고 각각의 화학물질을 탐지하는 장비를 모두 휴대하면서 빠르게 현장에 출동하는 것은 매우 제한적이다.
최근 다양한 유해물질이 복합적으로 유출되는 사고가 자주 발생하면서 현장 대응이 더욱 어려워지고 있으며, 특히 구급대원이 구조활동을 할 때 재난현장의 환경을 신속히 인지하고 구조활동이나 대피를 어떻게 해야 하는지에 대한 가이드라인이 현저히 부족한 상태이다.
한국등록특허 제1532174호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 재난현장에서 구급대원들이 독성 위해 인자를 빠르게 인지하여 대피할 수 있도록 하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 구급대원들에게 재난현장의 구조환경 정보를 실시간 알리고 위험도나 주의사항 등의 구조 가이드라인을 명확히 제시할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
이를 위하여, 본 발명에 따른 재난지역의 구조환경 모니터링 장치는 특정 가스를 감지하여 아날로그 전압 신호를 출력하는 가스센서와, 방사선량을 감지하여 아날로그 펄스형 전압 신호를 출력하는 방사선 센서와, 상기 가스센서에서 출력된 아날로그 전압 신호를 디지털 값으로 변환한 후 디지털 값을 가스 농도 값으로 환산하고 환산한 가스 농도 값에 근거하여 위험 등급 값을 산출하고, 상기 방사선 센서에서 출력된 아날로그 펄스형 전압 신호를 디지털 값으로 변환한 후 디지털 값으로부터 초당 펄스 개수를 계산하여 초당 펄스 개수 값을 방사선량으로 환산하고 환산한 방사선량에 근거하여 유해지표 값을 산출하는 제어부와, 상기 위험 등급 값 및 유해지표 값에 근거한 경고 메시지를 출력하는 경고 출력부를 포함한다.
여기서, 상기 제어부는 상기 산출한 유해지표 값을 이용하여 방사선 누적량 및 구조허용 잔여 시간을 계산하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 재난지역의 구조환경 모니터링 방법은 재난지역의 구조환경 모니터링 장치를 이용하여 구조대원에게 구조환경의 현재 상황을 알리는 방법으로서, 가스센서의 출력 값으로부터 환산한 가스농도 값으로부터 위험등급 값을 산출하는 단계와, 방사선 센서의 출력 값으로부터 환산한 방사선량으로부터 유해지표 값을 산출하는 단계와, 상기 산출한 위험등급 값 및 유해지표 값에 근거한 경고 메시지를 출력하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 유해지표 값을 산출하는 단계는 상기 방사선 센서에서 출력된 아날로그 펄스형 전압 신호를 디지털 값으로 변환하는 과정과. 상기 변환한 디지털 값으로부터 초당 펄스 개수를 계산하는 과정과, 상기 계산한 초당 펄스 개수 값을 방사선량으로 환산하는 과정과, 상기 환산한 방사선량에 근거하여 유해지표 값을 산출하는 과정을 포함하며, 상기 경고 메시지를 출력하는 단계는 유해지표 값에 따른 방사선 누적량 및 구조허용 잔여 시간을 표시하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 재난지역의 구조환경 모니터링 장치는 재난현장에서 구급대원들이 독성 위해 인자를 빠르게 인지하여 대피할 수 있도록 하여 구급대원들의 안전을 확보할 수 있는 효과가 있다.
특히, 본 발명에 따르면 재난현장의 구조환경 정보뿐만 아니라 구조환경에 따른 위험도나 주의사항 등과 같은 구조 가이드라인까지 명확히 제시함으로써 안전을 확보하면서 구급대원들의 대피나 구조활동이 더욱 원활히 진행되도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 재난지역의 구조환경 모니터링 장치의 내부 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 재난지역의 구조환경 모니터링 장치에서 처리되는 과정을 나타낸 순서도.
도 3은 본 발명에 따른 재난지역의 구조환경 모니터링 장치에서 출력되는 경고 메시지를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 재난지역의 구조환경 모니터링 방법을 나타낸 순서도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 동일한 구성요소에 대해서는 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호로 표시하며, 공지된 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명은 생략하기로 함에 유의한다.
도 1은 본 발명에 따른 재난지역의 구조환경 모니터링 장치의 내부 구성을 간략하게 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 모니터링 장치는 가스 센서(10), 방사선 센서(12), 배터리(14), 메모리(15), 경고 출력부(16), 제어부(18) 등을 포함한다.
가스 센서(10)는 특정 가스를 감지하여 전압을 출력하는 센서이다.
가스 센서(10)는 내부의 전극 표면이 특정 가스에 노출되어 전극 표면에서 가스에 의한 산화가 발생하면 가스 산화에 의한 전류를 생성한다. 전극 표면에서 생성된 전류는 가스 센서(10)의 회로에 연결된 저항을 통해 전압으로 변환된다.
본 발명에 따른 가스 센서(10)는 특정 화학가스를 감지하는 복수의 센서모듈로 구성될 수 있다. 가스 센서(10)가 복수의 센서모듈로 구성된 경우, 가스 센서(10)에서 출력된 아날로그 전압 신호는 센서모듈의 식별 아이디와 함께 제어부(18)로 입력된다.
방사선 센서(12)는 주변에 존재하는 방사선을 감지하여 방사선량에 따라 전기적 펄스를 방출하는 센서이다. 방사선 센서(12)에서 출력된 아날로그 펄스형 전압 신호는 제어부(18)로 입력된다.
배터리(14)는 본 발명에 따른 모니터링 장치에 전력을 공급하는 전원이다. 배터리(14)는 일반적인 건전지를 사용하거나 또는 어댑터를 이용하여 충전할 수 있는 리튬이온 전지 등의 2차 전지로 구성될 수 있다.
메모리(15)는 가스나 방사선 등의 독성 위해 인자를 모니터링하기 위한 데이터 및 프로그램을 저장하는 부분이다. 본 발명에 따른 메모리(15)는 위험등급, 방사선 누적량, 구조허용 잔여시간 등과 같은 가스나 방사선에 대한 모니터링 정보를 저장한다.
경고 출력부(16)는 가스나 방사선 감지에 따른 경고 메시지를 출력하는 부분이다. 경고 출력부(16)는 경고 메시지를 시각적 또는 청각적으로 출력하며, 이를 위해 LCD 디스플레이, LED, 스피커 등으로 구성될 수 있다.
경고 출력부(16)는 LCD 디스플레이를 통해 위험등급 및 유해지표와 이에 근거한 각종 정보를 문자로 표시하고, LED 램프를 통해 직관적 시각 경보(적색 램프 점멸 등)를 표시하고, 스피커를 통해 경고 음성을 출력할 수 있다.
제어부(18)는 본 발명에 따른 모니터링 장치를 전반적으로 제어하는 부분이다. 제어부(18)의 처리 동작에 대해서는 도 2를 참조하여 상세히 후술하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 재난지역의 구조환경 모니터링 장치에서 처리되는 과정을 나타낸 것이다. 도 2의 처리과정은 모니터링 장치에서 수행되는 것으로, 제어부(18)가 처리주체가 되어 각 과정을 수행한다.
본 발명에 따른 제어부(18)는 구조환경 모니터링을 위해 마이크로프로세서(Microprocessor) 등의 하드웨어 구성뿐만 아니라 소프트웨어 구성을 모두 포함한다.
제어부(18)는 가스 센서(10)에서 나오는 아날로그 전압 신호를 입력받으면(S10), 아날로그 전압신호를 디지털 값으로 변환한다. 제어부(18)는 아날로그 신호를 샘플링하고 양자화하여 디지털 값으로 변환한다. 이와 같이 아날로그 전압신호가 디지털 값으로 변환되면, 제어부(18)는 디지털 값을 가스농도 값(PPM)으로 환산한다(S12).
가스 센서(10)의 출력 전압 값은 측정 가스의 농도와 선형 관계가 있으므로, 변환된 디지털 값을 선형 관계 식에 대입하여 가스농도 값을 계산한다.
다음, 제어부(18)는 환산한 가스농도 값에 근거하여 위험 등급 값을 산출한다(S14). 본 발명의 실시예에서는 가스농도 값을 위험 등급을 나타내는 AEGL(Acute Exposure Guideline Level) 데이터와 비교하여 AEGL 값으로 변환한다.
AEGL 값은 현장에 있는 가스의 인체 위험도를 나타내는 수치이다. AEGL은 다음과 같이 분류할 수 있다.
AEGL-1은 제한시간 안에 현장에서 대피하지 않으면 불안 증상이 발생할 수 있음을 나타낸다.
AEGL-2는 제한시간 안에 현장에서 대피하지 않으면 중증의 후유증이 남을 수 있음을 나타낸다.
AEGL-3은 제한시간 안에 현장에서 대피하지 않으면 사망에 이를 수 있음을 나타낸다.
제어부(18)는 가스의 종류 및 가스농도 값에 따라 AEGL 값을 매칭해 놓은 테이블을 이용하여, 가스농도 값이 계산되면 위험 등급 값인 AEGL 값을 산출할 수 있다.
예를 들어, 황화수소의 농도 값이 0.5 PPM일 때, AEGL 값은 AEGL-2-8로 변환되며, 이것은 8시간 안으로 대피하지 않으면 중증의 후유증이 남을 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 제어부(18)는 방사선 센서(12)로부터 아날로그 펄스형 전압신호가 입력되면(S20), 아날로그 펄스형 전압신호를 디지털 값으로 변환한다. 아날로그 펄스형 전압신호가 디지털 값으로 변환되면, 제어부(18)는 디지털 값을 이용하여 초당 펄스 개수를 계산한다(S22). 제어부(18)는 시간 축 상의 디지털 값에서 기준 값 이상을 넘는 디지털 값이 검출되면 그 시점에 펄스가 발생한 것으로 판단하여 초당 펄스 개수를 계산한다.
다음, 제어부(18)는 계산한 초당 펄스 개수를 방사선량으로 환산한다(S24). 구체적으로, 제어부(18)는 초당 펄스 개수를 측정하여 1분의 펄스 평균값인 CPM(Counts Per Minute)를 계산한다. CPM 값은 50eV-1.5MeV 방사선량과 선형 관계가 있으므로, CPM 값을 선형 관계식에 대입하여 방사선량을 계산한다.
방사선량이 계산되면, 제어부(18)는 방사선량에 근거하여 유해지표 값을 산출한다(S26). 본 발명의 실시예에서는 인체에 유해한 정도를 나타내는 유해지표 값으로 uSv/h을 사용한다.
uSv/h 값은 1시간 동안 방사선이 인체에 누적되면서 나타나는 증상과 관련되는 방사선 수치를 나타낸다.
예를 들어, 200mSv 까지는 인체에 증상이 없지만, 200mSv 이상 누적되면 적혈구 손상이 시작되며 계속해서 누적량이 커질수록 증상이 심해진다. 방사선 누적량이 80Sv 이상이면 즉사할 수 있다.
이와 같이, 가스농도 값으로부터 위험등급 값이 산출되고 방사선량으로부터 유해지표 값이 산출되면, 제어부(18)는 위험등급 값 및 유해지표 값을 이용하여 경고 메시지를 출력한다(S30).
도 3은 본 발명에 따른 재난지역의 구조환경 모니터링 장치에서 출력되는 경고 메시지를 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 도면부호 1은 가스 종류 및 가스농도 값을 나타내고, 도면부호 2는 방사선 유해지표 값을 나타내고, 도면부호 3은 위험등급 값을 나타내고, 도면부호 4는 방사선 누적량을 나타내고, 도면부호 5는 구조허용 잔여시간을 나타낸다.
도면부호 1 및 2를 통해, 구조대원은 현재 일산화탄소(CO)의 농도가 12 PPM이고 방사선 유해지표 값이 1000uSv/hr이라는 것을 알 수 있다. 본 발명에 따른 모니터링 장치는 단순히 가스농도나 방사선량을 표시하는 것이 아니라 재난현장의 구조대원에게 구조환경에 대한 실질적인 정보를 제공한다.
즉, 도면부호 3의 표시를 통해 구조대원은 4시간 이내로 구조현장에 있는 사람들을 대피시켜야 사망사고를 예방할 수 있다는 것을 인지할 수 있다.
또한, 도면부호 4의 표시를 통해 구조대원은 현재 자신의 방사선 누적량이 10mSv라는 것을 확인하고, 도면부호 5의 표시를 통해 현재의 방사선 유해지표 값 하에 구조 가능한 시간이 90시간 남았다는 것을 알 수 있다.
도 3과 같은 경고 메시지가 출력된 것은 한계 누적량을 100mSv로 설정해 놓았기 때문이다. 즉, 현재 방사선 유해지표 값이 1000uSv/h(즉, 1mSv/h)이고, 유해지표 값이 유지되고 있는 상태에서 10시간의 구조활동이 진행된 경우, 방사선 누적량이 10mSv가 되고, 한계 누적량까지 90mSv가 남았으므로 구조허용 가능시간은 90mSv/(1mSv/h) = 90 시간이 된다.
도 4는 본 발명에 따른 재난지역의 구조환경 모니터링 방법을 나타낸 것이다.
우선, 도 2에서 도시한 처리과정을 통해, 재난현장에 투입된 구조대원에게 최초로 1차 경고가 출력된다(S100).
1차 경고 이후에, 도 2의 가스 감지 단계(S10 내지 S14) 및 방사선 감지 단계(S20 내지 S26)가 반복 수행되는데, 이러한 과정에서 위험등급 값이 변경되었는지 확인한다(S102).
만약 위험등급 값이 변경되지 않았으면 다음 유해지표 값이 허용치 이상으로 변경되었는지 확인한다(S104).
즉, 1차 경고에서 산출한 유해지표 값을 기준으로 하여 허용치 이상으로 유해지표 값이 변경되었는지 확인하고, 허용치 이상으로 변경되지 않았으면 시간 경과에 따른 방사선 누적량 및 구조허용 잔여시간을 계산한 후(S106), 다시 1차 경고 출력 단계로 돌아간다.
유해지표 값의 변경 여부 확인 단계에서 허용치 이상의 변경인지를 판단하는 것은 유해지표 값의 유의미하지 않은 변경에 대해서까지 방사선 누적량 및 구조허용 잔여시간을 조정하여 표시할 필요는 없기 때문이다.
1차 경고 출력에서는 위험등급 값과 유해지표 값이 유지된 상태에서 시간의 경과에 따른 방사선 누적량 및 구조허용 잔여시간이 갱신되어 표시된다.
만약, 위험등급 값은 일정하고 유해지표 값이 허용치 이상으로 변경된 경우에는 2차 경고가 출력된다(S130).
2차 경고 출력에서는 유해지표 값이 변경되어 표시되고, 변경된 유해지표 값에 따라 방사선 누적량 및 구조허용 잔여시간도 갱신되어 표시된다. 그리고 위험등급 값 및 유해지표 값의 변경 여부 확인, 방사선 누적량 및 구조허용 잔여시간 계산 등의 과정(S110)을 반복한다. 여기서, 유해지표 값의 변경 여부 확인 단계는 2차 경고 출력에서 산출한 유해지표 값을 기준으로 하여 유해지표 값이 허용치 이상으로 변경되었는지 판단한다.
위험등급 값이 변경된 경우에는 유해지표 값이 허용치 이상으로 변경되었는지를 확인하는 단계(S120)를 거친다.
만약, 유해지표 값이 허용치 이상으로 변경되지 않았으면 3차 경고가 출력된다(S140).
3차 경고 출력에서는 위험등급 값이 변경되어 표시되고, 유지된 유해지표 값에서 시간의 경과에 따른 방사선 누적량 및 구조허용 잔여시간이 갱신되어 표시된다. 그리고 위험등급 값 및 유해지표 값의 변경 여부 확인, 방사선 누적량 및 구조허용 잔여시간 계산 등의 과정(S110)을 반복한다.
한편, 유해지표 값이 허용치 이상으로 변경되었으면 4차 경고가 출력된다(S150).
4차 경고 출력에서는 위험 등급 값과 유해지표 값이 변경되어 표시되고, 변경된 유해지표 값에 따라 방사선 누적량 및 구조허용 잔여시간도 갱신되어 표시된다. 그리고 위험등급 값 및 유해지표 값의 변경 여부 확인, 방사선 누적량 및 구조허용 잔여시간 계산 등의 과정(S110)을 반복한다. 여기서 유해지표 값의 변경 여부 확인 단계는 4차 경고 출력에서 산출한 유해지표 값을 기준으로 하여 유해지표 값이 허용치 이상으로 변경되었는지 판단한다.
이처럼 시간의 경과 및 구조환경 변화에 따라 구조대원에게 순차적으로 출력된 경고 메시지는 모니터링 장치에 저장될 수 있으며, 이후 재난현장의 구조활동 동안의 모니터링 정보를 조회할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다.
따라서 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.
10: 가스 센서 12: 방사선 센서
14: 배터리 15: 메모리
16: 경고 출력부 18: 제어부

Claims (6)

  1. 특정 가스를 감지하여 아날로그 전압 신호를 출력하는 가스센서와,
    방사선량을 감지하여 아날로그 펄스형 전압 신호를 출력하는 방사선 센서와,
    상기 가스센서에서 출력된 아날로그 전압 신호를 디지털 값으로 변환한 후 디지털 값을 가스 농도 값으로 환산하고 환산한 가스 농도 값에 근거하여 위험 등급 값을 산출하고, 상기 방사선 센서에서 출력된 아날로그 펄스형 전압 신호를 디지털 값으로 변환한 후 디지털 값으로부터 초당 펄스 개수를 계산하여 초당 펄스 개수 값을 방사선량으로 환산하고 환산한 방사선량에 근거하여 유해지표 값을 산출하는 제어부와,
    상기 위험 등급 값 및 유해지표 값에 근거한 경고 메시지를 출력하는 경고 출력부를 포함하여,
    상기 제어부는 상기 산출한 유해지표 값을 이용하여 방사선 누적량 및 구조허용 잔여 시간을 계산하는 것을 특징으로 하는 재난지역의 구조환경 모니터링 장치.
  2. 삭제
  3. 재난지역의 구조환경 모니터링 장치를 이용하여 구조대원에게 구조환경의 현재 상황을 알리는 방법에 있어서,
    가스센서의 출력 값으로부터 환산한 가스농도 값으로부터 위험등급 값을 산출하는 단계와,
    방사선 센서의 출력 값으로부터 환산한 방사선량으로부터 유해지표 값을 산출하는 단계와,
    상기 산출한 위험등급 값 및 유해지표 값에 근거하여 경고 메시지를 출력하되 유해지표 값에 따른 방사선 누적량 및 구조허용 잔여 시간을 표시하는 경고 메시지를 출력하는 단계를 포함하여,
    상기 유해지표 값을 산출하는 단계는 상기 방사선 센서에서 출력된 아날로그 펄스형 전압 신호를 디지털 값으로 변환하는 과정과.
    상기 변환한 디지털 값으로부터 초당 펄스 개수를 계산하는 과정과,
    상기 계산한 초당 펄스 개수 값을 방사선량으로 환산하는 과정과,
    상기 환산한 방사선량에 근거하여 유해지표 값을 산출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제3항에 있어서,
    상기 유해지표 값이 허용치 이상으로 변경되지 않으면 현재의 유해지표 값을 유지하고, 허용치 이상으로 변경되었으면 허용치 이상으로 변경된 값을 유해지표 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
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