KR101856479B1 - 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 시스템, 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 시스템, 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 전통시장 각 점포에 재실감지센서가 적용된 절전형 스마트 LED 조명부와 휘발성유기화합물 가스감지센서를 포함하는 센서부를 구비하며, 데이터 마이닝 알고리즘 및 상황인지 패턴 분석 알고리즘을 이용하여 전통시장 각 점포에 설치된 다수의 센서를 통해 수집된 전달받은 데이터를 분석함으로써, 사전에 화재를 예방할 수 있고, 비정상적 전기부하 발생시 전력을 차단함으로써, 화재로 인한 피해를 최소화할 수 있는 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 시스템, 및 그 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 시스템, 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 전통시장 각 점포에 재실감지센서가 적용된 절전형 스마트 LED 조명부와 휘발성유기화합물 가스감지센서를 포함하는 센서부를 구비하며, 데이터 마이닝 알고리즘 및 상황인지 패턴 분석 알고리즘을 이용하여 전통시장 각 점포에 설치된 다수의 센서를 통해 수집된 감지 데이터를 분석함으로써, 사전에 화재를 예방할 수 있고, 비정상적 전기부하 발생시 전력을 차단함으로써, 화재로 인한 피해를 최소화할 수 있는 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 시스템, 및 그 방법에 관한 것이다.
최근 인천 소래포구 시장, 대구 서문시장에 이어 여수 수신시장과 같이 전통시장에 연이은 대형 화재가 발생하였다. 전통시장의 경우, 화재발생 건수는 적으나, 다른 화재 발생 장소 대비 화재가 발생하면 발생 범위가 매우 급속도로 넓어져 재산 피해액이 높은 특징을 보인다.
따라서, 전통시장의 화재 예방을 위해 정부에서는 전통시장 화재신고 자동화 설비 설치를 의무화하는 등 안전체계를 강화하고 있다.
일반적으로 알려진 국내의 화재 발생 현황을 보면 매년 3만 건 이상의 화재가 발생하고 그 중 약 30% 이상이 전기에 의한 화재로 알려져 있을 만큼 전기 화재가 빈번한 실정이며, 특히 공장이나 대형 쇼핑몰과 같이 전력 사용량이 많은 곳에서 전기 화재가 발생할 경우에는 엄청난 재산 피해와 인명 피해가 초래하기 때문에 항상 화재 예방 시스템이 절실히 요구되어 왔다.
한편, 최근까지도 국내에서는 전기 화재의 주요 원인이 되는 합선이나 누전에 의한 화재 발생을 예방하기 위하여 누전차단기를 설치하는 것이 가장 적극적인 화재 예방 조치였으나, 전기 선로의 경우에는 주로 건축물의 벽체 내부에 은폐되는 경우가 많기 때문에 전기 선로의 합선이나 누전을 완벽하기 예방하기는 곤란한 문제점이 있었다.
또한, 근래에는 합선이 원인이 전기 선로 상에서 발생하는 아크에 의한 것임이 알려지면서 아크의 발생 원인이 되는 전기 배선 상의 절연 파괴, 연결결합, 노화현상 등 다양한 원인에 의해 발생하는 아크의 정확한 검출 및 차단에 대한 기술을 바탕으로 하는 화재 예방 안전 시스템에 대한 요구가 증가하고 있다.
따라서, 기존 차단기로는 전기화재 원인인 단락이나 접촉 불량 등으로 발생한 아크를 감지할 수 없는 문제점이 있었다.
이에, 대한민국 등록특허 10-1717775에는, 전기화재의 원인인 아크와 전기위험요소인 누설전류, 과전류 및 합선 등을 감지하는 지능형 분전반을 이용한 전기화재 분석 및 예측 시스템을 개시하고 있다.
그러나, 상기 등록특허에서는 분전반을 통한 모니터링을 통해 아크의 검출 에 의해서만 화재를 감지할 수 있는 한계점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 전통시장 각 점포에 재실감지센서가 적용된 절전형 스마트 LED 조명부와 휘발성유기화합물 가스감지센서를 포함하는 센서부를 구비하며, 데이터 마이닝 알고리즘 및 상황인지 패턴 분석 알고리즘을 이용하여 전통시장 각 점포에 설치된 다수의 센서를 통해 수집된 전달받은 데이터를 분석함으로써, 사전에 화재를 예방할 수 있고, 비정상적 전기부하 발생시 전력을 차단함으로써, 화재로 인한 피해를 최소화할 수 있는 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 시스템, 및 그 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 시스템에 있어서, 전통시장의 각 점포에 구비되는 화재감지 및 제어장치(110, 130, 140, 150); 및 상기 화재감지 및 제어장치로부터 감지 데이터를 전달받아 데이터 마이닝 알고리즘 및 상황인지 패턴 분석 알고리즘을 이용하여 실시간 화재 안전 상태를 분석하고, 화재예방 제어신호 또는 화재발생 제어신호를 상기 화재감지 및 제어장치로 전송하기 위한 화재감지 분석서버(120)를 포함하고, 상기 화재감지 및 제어장치(110, 130, 140, 150)는, 다수의 센서를 구비한 센서부(112); 상기 센서부로부터 전달받은 상기 감지 신호에 따라 점포별 식별번호 및 각 센서별 감지 신호를 포함하는 감지 데이터를 생성하고, 상기 화재감지 분석서버로부터 전달받은 상기 화재예방 제어신호 또는 화재발생 제어신호에 따라 전력 공급을 제어하기 위한 제어부(114); 및 상기 감지 데이터를 상기 화재감지 분석서버로 전송하고, 상기 화재감지 분석서버로부터 상기 화재예방 제어신호 또는 화재발생 제어신호를 수신하기 위한 통신부(116)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 방법에 있어서, 각 점포에 구비된 화재감지 및 제어장치로부터 감지 데이터를 전달받아 수집하고 저장하는 데이터 수집단계(S610); 상기 수집되는 감지 데이터로부터 여러 형태의 자질을 추출하여 데이터를 변환하는 데이터 변환단계(S620); 상기 변환한 데이터를 분석하여 다수의 점포를 군집화하는 군집화단계(S630); 각 군집 별 감지 데이터의 임계값을 산출하고, 감지 데이터의 임계값에 따라 화재발생패턴을 결정하는 화재발생패턴 결정단계(S640); 상기 산출한 군집 별 임계값에 따라 각 점포의 화재 안전 상태를 예측하여 화재 예방 제어 신호 또는 화재 발생 신호를 해당 화재감지 및 제어장치로 전송하는 화재감지 및 제어단계(S650); 및 상기 화재감지 및 제어장치가 상기 화재 발생 신호를 전달받음에 따라 전력을 차단하는 전력차단단계(S660)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 시스템, 및 그 방법에 의하면, 데이터 마이닝 알고리즘 및 상황인지 패턴 분석 알고리즘을 이용하여 전통시장 각 점포에 설치된 다수의 센서를 통해 수집된 전달받은 데이터를 분석함으로써, 사전에 화재를 예방할 수 있고, 비정상적 전기부하 발생시 전력을 차단함으로써, 화재로 인한 피해를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 시스템, 및 그 방법에 의하면, 전통시장 각 점포에 재실감지센서가 적용된 절전형 스마트 LED 조명부를 구비함으로써, 움직이는 인체의 존재 여부와는 무관하게 턴온프 될 때까지 정해진 시간 동안 항상 같은 밝기로 점등되어 발생하는 에너지의 낭비를 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 시스템, 및 그 방법에 의하면, 전통시장 각 점포에 재실감지센서가 적용된 절전형 스마트 LED 조명부를 구비하여, 상기 재실감지센서로부터 전달받은 데이터를 모니터링하기 때문에, 점포가 문을 닫은 후 움직임이 감지되면 이를 위험 요소로 고려할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 시스템, 및 그 방법에 의하면, 화재감지 및 제어장치가 휘발성유기화합물 가스감지센서를 포함하는 센서부를 구비함으로써, 임계치 이상의 휘발성유기화합물가스가 검출되면, 전선의 피복 등에 파손이 감지된 것이므로, 이를 사용자에게 알려주어 전기 설비를 점검할 수 있도록 유도할 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 시스템, 및 그 방법에 의하면, 각 점포에 구비된 화재감지 및 제어 장치가 감지한 데이터를 기반으로 특성이 유사한 군집으로 클러스터링 하고, 같은 군집에 포함된 점포는 화재발생패턴이 유사할 것으로 예측하고, 화재 발생 여부 판단시 이용되는 임계값을 지속적으로 업데이트 해줌으로써, 화재가 발생하기 전에 각 점포들의 화재 안전 상태의 이상 여부를 신속히 감지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 시스템의 일 실시예 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 화재감지 및 제어장치의 일실시예 상세 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 화재감지 분석서버의 일실시예 상세 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 화재감지 분석 방법에 대한 일실시예 설명도.
도 5a 및 5b는 본 발명에 이용되는 스마트 LED 조명부에 대한 설명도.
도 6은 본 발명에 따른 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 방법에 대한 일 실시예 흐름도.
도 2는 본 발명에 따른 화재감지 및 제어장치의 일실시예 상세 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 화재감지 분석서버의 일실시예 상세 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 화재감지 분석 방법에 대한 일실시예 설명도.
도 5a 및 5b는 본 발명에 이용되는 스마트 LED 조명부에 대한 설명도.
도 6은 본 발명에 따른 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 방법에 대한 일 실시예 흐름도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 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.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 시스템의 일 실시예 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 화재감지 및 제어장치의 일실시예 상세 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 화재감지 분석서버의 일실시예 상세 구성도이다.
도 1 내지 도3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 시스템은, 통신 네트워크를 통하여 외부의 서버(화재감지 분석서버(120))와 연결된 제 1 화재감지 및 제어장치(110), 제 2 화재감지 및 제어장치(130), 제3 화재감지 및 제어장치(140) 및 제 N 화재감지 및 제어장치(150), 및 화재감지 분석서버(120)를 포함한다. 상기 본 발명에 따른 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 시스템은 상기 화재감지 분석서버(120)에서 분석한 상기 전통시장의 화재 안전 상태를 알려주는 사용자 단말(170)을 더 포함할 수 있다.
여기서, 통신 네트워크는 유선 및 무선 등과 같은 그 통신 양태를 가리지 않고 구성될 수 있으며, 근거리 통신망(LAN; Local Area Network), 도시권 통신망(MAN; Metropolitan Area Network), 광역 통신망(WAN; Wide Area Network) 등 다양한 통신망으로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 본 발명에서 말하는 통신 네트워크는 공지의 인터넷(Internet)일 수 있다.
상기 각 점포는 화재감지 및 제어장치(110, 130, 140, 150)를 구비할 수 있으며, 상기 화재감지 및 제어장치(110, 130, 140, 150)는, 센서부(112), 제어부(114), 및 통신부(116)를 포함한다. 또한, 상기 각 화재감지 및 제어장치(110, 130, 140, 150)가 구비된 점포는, 스마트 LED 조명부(101) 및 전기배전판(102)을 더 포함할 수 있다.
이때 상기 각 화재감지 및 제어장치(110, 130, 140, 150)는 화재 안전 상태 에 따라 이에 적합한 조명장치의 제어 신호(점멸 또는 색 변경)를 상기 화재감지 분석서버(120)로부터 수신 받아 상기 스마트 LED 조명부(101)를 통해 제공할 수도 있다.
상기 센서부(112)는 휘발성유기화합물 가스감지센서(1121), 재실감지센서(1122), 및 전기부하 감지센서(1123)를 포함한다.
상기 휘발성유기화합물 가스감지센서(1121)는 상기 각 점포 내의 휘발성유기화합물 가스를 감지하고, 재실감지센서(1122)는 인체의 움직임을 감지하여 상기 각 점포 내의 인체의 유무 및 전통시장의 통로 사이의 사람들의 통행을 감지하고, 상기 전기부하 감지센서(1123)는 상기 각 점포 내의 전기 부하를 감지한다.
휘발성유기화합물은 대기중에 휘발돼 악취나 오존을 발생시키는 탄화수소화합물을 일컫는 말로, 피부접촉이나 호흡기 흡입을 통해 신경계에 장애를 일으키는 발암물질이다. 벤젠이나 포름알데히드, 톨루엔, 자일렌, 에틸렌, 스틸렌, 아세트알데히드 등을 통칭한다.
이들 휘발성유기화합물은 대개의 경우 저농도에서도 악취를 유발하며, 화합물 자체로서도 환경 및 인체에 직접적으로 유해하거나 대기중에서 광화학반응에 참여하여 광화학산화물등 2차 오염물질을 생성하기도 한다.
전선 수배전반에서 열이 발생하게 되면 절연 피복재에서 특유의 휘발성유기화합물 가스가 발생하게 되는데, 화재가 발생하기 이전에 이러한 휘발성유기화합물 가스를 감지하여 미리 사용자에게 알려줄 수 있다.
전기화재 징후시 온도가 증가하여 열이 발생하게 되면 전선피복 및 PE 재질에서 벤젠, 톨루엔 등의 휘발성유기화합물 가스가 발생되므로, 이를 통해 화재 발화요인을 미리 감지하여 예방할 수 있다.
일예로 반도체식 휘발성유기화합물 가스감지센서는 반도체 칩 형태의 히팅 기판 설계기술 및 알고리즘으로 최적화되어 안정성 및 신뢰성 확보가 가능한 특징이 있다.
상기 재실감지센서(1122)는 일정 공간에서 인체의 움직임을 파악하는데 사용되는 센서로, 감지 결과에 따라 스마트 LED 조명부(101)의 턴 온 시간, 조명장치의 밝기 등을 제어할 수 있다.
상기 재실감지센서(1122)의 감지 데이터를 이용하여 스마트 LED 조명부(101)의 동작을 제어할 수 있으므로, 상기 스마트 LED 조명부(101)의 동작에 꼭 필요한 구성요소가 된다. 또한, 화재위험 경고시 또는 화재 발생시 상기 스마트 LED 조명부의 색 변화를 통해 사용자에게 알려줄 수도 있다.
인체의 움직임을 감지하는 경우에만 상기 스마트 LED 조명부(101)를 일정 시간 동안만 턴온(turn on) 하거나, 상기 스마트 LED 조명부(101)의 밝기 등을 제어함으로써, 에너지 절약이 가능하며, 사용 전기량을 줄여 화재발생의 위험을 줄일 수 있다.
상기 전기부하 감지센서(1123)는. 정격용략의 전압이 불규칙 및 정격용량 이상으로 부하가 걸려(over current) 정상적인 전압공급이 이루어지지 않았을 경우에 감지하는 센서이다.
누전차단기 및 배선용 차단스위치의 전처리부에 설치되어 있으며, 전기부하상의 이벤트가 발생되었을 경우 화재가 발생되지 않도록 즉시 전기배전판(102)의 스위치를 차단(off)한다.
상기 제어부(114)는 상기 센서부(112)로부터 전달받은 감지 신호 및 화재감지 분석서버(120)로부터 전달받은 화재 예방 제어 신호 또는 화재 발생 신호에 따라, 전기배전판(102)의 스위치를 차단(off)할 수 있고, 상기 스마트 LED 조명부(101)의 점등 및 디밍을 제어할 수 있다.
상세하게는, 상기 제어부(114)는 상기 센서부(112)로부터 전달받은 감지 신호, 해당 점포의 식별 번호, 센서 종류를 포함하는 감지 데이터를 상기 통신부(116)를 통해 상기 화재감지 분석서버(120)로 전달하도록 하고, 상기 화재감지 분석서버(120)로부터 전달받은 상기 화재 예방 제어 신호 또는 화재 발생 신호에 기반하여 상기 스마트 LED 조명부(101)의 점등 및 디밍을 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부(114)는 상기 센서부(112)로부터 전달받은 상기 감지 신호에 따라 자체적으로 상기 스마트 LED 조명부(101)의 점등 및 디밍을 제어할 수도 있다.
이때, 상기 제어부(114)는 화재감지 분석서버(120)로부터 전달받은 상기 화재 예방 제어 신호 또는 화재 발생 신호, 및 자체적 제어 신호를 모두 만족하도록 논리합(OR)연산을 통해 상기 스마트 LED 조명부(101)를 제어할 수 있다.
상기 통신부(116)는 상기 제어부(114)의 제어에 따라, 센서부(112)의 감지 신호, 해당 점포의 식별번호(아이디), 해당하는 센서 종류를 포함하는 감지 데이터를 상기 화재감지 분석서버(120)로 전송하고, 상기 화재감지 분석서버(120)로부터 상기 화재 예방 제어 신호 또는 화재 발생 신호를 수신하여 상기 제어부(114)로 전달한다.
한편, 상기 각 화재감지 및 제어장치(110, 130, 140, 150)는 상기 각 구성요소에 전원을 공급해주기 위한 전기배전판(102)을 포함한다. 상기 각 화재감지 및 제어장치(110, 130, 140, 150)는 태양 전지 모듈(미도시)을 통해 전원을 공급받아 구동될 수도 있다. 상기 각 화재감지 및 제어장치(110, 130, 140, 150)가 태양 전지 모듈을 통해 전원을 공급받아 구동되면, 상기 전기배전판(102)의 전원 공급이 차단되거나 정전시에도 구동될 수 있으므로, 비상 상황시에도 화재 감지가 가능한 장점이 있다.
도면에는 도시지 않았지만, 상기 스마트 LED 조명부(101)의 점등 및 디밍 제어를 위한 제어값, 및 해당 점포의 식별번호 등은 별도의 저장부를 통해 저장될 수 있다.
센서부(112), 제어부(114), 및 통신부(116)는 그 중 적어도 일부가 상기 각 화재감지 및 제어장치(110, 130, 140, 150)와 통신하는 프로그램 모듈들일 수 있다. 이러한 프로그램 모듈들은 운영 시스템, 응용 프로그램 모듈 및 기타 프로그램 모듈의 형태로 상기 각 화재감지 및 제어장치(110, 130, 140, 150)에 포함될 수 있으며, 물리적으로는 여러 가지 공지의 기억 장치 상에 저장될 수 있다. 또한, 이러한 프로그램 모듈들은 상기 각 화재감지 및 제어장치(110, 130, 140, 150)와 통신 가능한 원격 기억 장치에 저장될 수도 있다. 한편, 이러한 프로그램 모듈들은 본 발명에 따라 후술할 특정 업무를 수행하거나 특정 추상 데이터 유형을 실행하는 루틴, 서브루틴, 프로그램, 오브젝트, 컴포넌트, 데이터 구조 등을 포괄하지만, 이에 제한되지는 않는다.
상기 통신부(116)는 화재감지 분석서버(120)와 유/무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 통신부(116)는 유/무선 인터넷모듈(미도시), 근거리통신모듈(미도시) 및 위치정보모듈(미도시) 등을 포함할 수 있다.
유/무선 인터넷모듈은 유/무선 인터넷 접속을 위한 모듈을 말하는 것으로, 가로등에 내장되거나 외장될 수 있다. 상기 무선 인터넷의 기술로는 WLAN(Wireless LAN)(Wi-Fi), Wibro(Wireless broadband), Wimax(World Interoperability for Microwave Access), WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access), HSPA(High Speed Packet Access), LTE(Long Term Evolution) 등이 이용될 수 있다.
근거리통신모듈은 근거리 통신을 위한 모듈을 말한다. 상기 근거리 통신(short range communication)의 기술로는 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, Infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, LoRa 등이 이용될 수 있다.
위치 정보 모듈은 해당 점포의 위치를 획득하기 위한 모듈로서, 그의 대표적인 예로는 GPS(Global Position System) 모듈이 있다. 현재 기술에 의하면, 상기 GPS 모듈은 3개 이상의 위성으로부터 떨어진 거리 정보와 정확한 시간 정보를 산출한 다음 상기 산출된 정보에 삼각법을 적용함으로써, 위도, 경도, 및 고도에 따른 3차원의 현 위치 정보를 정확히 산출할 수 있다. 현재, 3개의 위성을 이용하여 위치 및 시간 정보를 산출하고, 또 다른 1개의 위성을 이용하여 상기 산출된 위치 및 시간 정보의 오차를 수정하는 방법이 널리 사용되고 있다. 또한, GPS 모듈은 현 위치를 실시간으로 계속 산출함으로써 속도 정보를 산출할 수 있다.
상기 화재감지 분석서버(120)는 상기 화재감지 및 제어장치(110, 130, 140, 150)로부터 감지 데이터를 전달받아 데이터 마이닝 알고리즘 및 상황인지 패턴 분석 알고리즘을 이용하여 분석하고, 화재 예방 제어 신호 또는 화재 발생 신호를 상기 화재감지 및 제어장치(110, 130, 140, 150)로 전송한다.
즉, 본 발명에 따른 화재감지 분석서버(120)는 빅데이터의 데이터 마이닝 알고리즘 및 상황인지 패턴 분석 알고리즘을 이용하여 화재가 발생할 상황을 미리 예측하고 알려줄 수 있다.
빅데이터란 쉽게 말해 디지털화된 방대한 양의 정보를 뜻한다. 빅 데이터에서 불필요한 데이터들을 걸러내고 유용한 정보만을 추출 및 분석하여 사람들의 생각과 의견, 트랜드를 읽어내고 더 나아가 그들의 행동을 미리 예측할 수 있다. 빅 데이터는 이러한 유용성으로 인해 현재 우리나라에서뿐만 아니라 전세계적으로 각광받고 있는 차세대 IT(information technology) 기술 중 하나이다.
국내 빅 데이터 시장은 2015년 3,000억 원대를 형성하며, 2020년 1조원 규모로 성장할 것으로 예상된다. 빅 데이터와 관련된 국내 시장 규모도 매년 28% 이상 성장하고 있다. 빅 데이터의 활용이, 리서치, 컨설팅 영역에서 집중되고 있지만, 아직 상업 목적, 광고 목적의 시장에서도 활용가능성이 높다.
빅 데이터란 기존 데이터의 수집, 저장, 관리, 분석 역량을 넘어서는 데이터 세트를 의미한다. 빅 데이터는 정형화 정도에 따라 정형 데이터, 반정형 데이터, 및 비정형 데이터로 분류될 수 있다.
정형 데이터(structured data)는 고정된 필드에 저장되는 데이터를 말한다. 즉, 일정한 형식을 갖추고 저장되는 데이터를 말한다. 반정형 데이터(semi-structured data)는 고정된 필드에 저장되어 있지는 않지만, 메타데이터나 스키마를 포함하는 데이터를 말한다. 반정형 데이터로는 XML(Extensible Mark-up Language) 및 HTML(Hypertext Mark-up Language)을 예로 들 수 있다. 비정형 데이터(unstructured data)는 고정된 필드에 저장되어 있지 않은 데이터를 말한다. 비정형 데이터로는 텍스트 문서, 이미지 데이터, 동영상 데이터, 및 음성 데이터를 예로 들 수 있다.
빅데이터 분석 기술로는 텍스트 마이닝(text mining), 데이터 마이닝(data mining), 평판 분석(opinion mining), 소셜 네트워크 분석, 군집 분석(cluster analysis), 신경망 분석(neural network analysis), 및 마코브 모델(markov model)을 예로 들 수 있으나, 예시된 분석 기술들로 한정되는 것은 아니다.
텍스트 마이닝은 반정형 텍스트 데이터 또는 비정형 텍스트 데이터에서 자연 언어 처리 기술에 기반하여 유용한 정보를 추출, 가공하는 기술이다. 자연 언어 처리(Natural Language Processing; NLP) 기술은 자연 언어 이해와 자연 언어 생성이 가능하도록 하는 기술이다. 자연 언어란 사람이 의사소통을 하기 위해 사용하는 용어로, 인공 언어(컴퓨터 언어)와 반대되는 개념이다. 자연 언어 이해란 자연 언어를 기계적으로 분석해서 컴퓨터가 이해할 수 있는 형태로 만드는 것을 말한다. 자연 언어 생성은 컴퓨터가 자연 언어를 출력할 수 있도록 하는 것을 말한다. 자연 언어 처리 기술은 형태소 분석, 구문 분석, 의미 분석, 및 화용 분석으로 이루어진다.
데이터 마이닝은, 데이터 베이스 내에서 어떠한 방법(순차 패턴, 유사성 등)에 의해 관심 있는 지식을 찾아내는 과정이다. 즉, 데이터 마이닝은 대용량의 데이터 속에서 유용한 정보를 발견하는 과정이며, 기대했던 정보뿐만 아니라 기대하지 못했던 정보를 찾을 수 있는 기술을 의미한다. 데이터 마이닝을 통해 정보의 연관성을 파악함으로써 가치있는 정보를 만들어 의사 결정에 적용함으로써 이익을 극대화시킬 수 있다. 기업이 보유하고 있는 일일 거래 데이터, 고객 데이터, 상품 데이터 혹은 각종 마케팅 활동의 고객 반응 데이터 등과 이외의 기타 외부 데이터를 포함하는 모든 사용 가능한 근원 데이터를 기반으로 감춰진 지식, 기대하지 못했던 경향 또는 새로운 규칙 등을 발견하고, 이를 실제 비즈니스 의사 결정 등을 위한 정보로 활용하고자 한다.
평판 분석은 블로그(blog), 소셜 네트워크 서비스(Social Network Service; SNS), 위키(Wiki), 손수제작물(UCC), 마이크로 블로그(Micro-Blog) 등과 같은 소셜 미디어(social media)에서 정형 텍스트 및 비정형 텍스트를 수집 및 분석하여, 제품이나 서비스에 대한 평판(예를 들어, 긍정, 부정, 중립)을 판별하는 기술이다.
소셜 네트워크 분석은 소셜 네트워크 연결구조 및 연결강도 등에 기초하여, 사용자의 영향력, 관심사, 및 성향을 분석하고, 추출하는 기술이다.
군집 분석은 비슷한 특성을 가진 개체를 합쳐가면서 최종적으로 유사한 특성을 가진 군을 발굴하는 기술이다.
본 발명에서는 데이터 마이닝을 위한 군집화 기술 등을 사용한다.
상기 화재감지 분석서버(120)는 송수신부(121), 수집 및 저장부(122), 데이 터 변환부(123), 군집화부(124), 화재발생패턴 결정부(125), 및 판단 및 제어부(126)를 포함한다.
상기 송수신부(121)는 상기 화재감지 및 제어장치(110, 130, 140, 150)로부터 감지 데이터를 수신하고, 해당 화재감지 및 제어장치로 상기 화재예방 제어신호 또는 화재발생 제어신호를 전송한다.
상기 수집 및 저장부(122)는 상기 화재감지 및 제어장치(110, 130, 140, 150)로부터 수신한 상기 화재 감지 데이터를 수집 및 저장한다.
상기 수집되어 저장되는 감지 데이터는, 감지 데이터의 출처(점포), 센서의 종류, 수집된 시간, 센서의 로(raw) 데이터, 및 상태 정보 등을 포함할 수 있다.
상기 데이터 변환부(123)는 상기 수집되는 감지 데이터로부터 여러 형태의 자질(특성, 특징, feature)을 추출하여 데이터를 변환한다.
자질 추출은, 입력 데이터가 처리하기에 매우 크고 심각하게 불필요한 중복이 있다고 의심이 되면, 입력 데이터를 특징들의 축소된 표현 집합(또는 특징 벡터)으로 변환하는 것을 말한다. 즉, 입력 데이터를 특징들의 집합으로 변환하는 과정을 자질 추출 또는 특징 추출이라고 한다. 특징 추출은 특징 공간으로 변환된 데이터에 k-NN 알고리즘을 적용하기 전에 미가공 데이터에 수행된다.
상기 데이터 변환부(123)는, 기설정 크기의 윈도우 및 오버랩 여부를 사용하여, 감지 데이터로부터, 최소값, 최대값, 평균, 분산, 또는 표준편차를 포함하는 자질들을 추출한다. 추출한 m개의 자질들은 각 점포에 대한 m-차원 특징 벡터로 정의된다.
상기 군집화부(124)는 상기 변환한 데이터(특징 벡터)를 분석하여 다수의 점포를 군집화한다.
일예로, 본 발명에서는 군집화를 위해, K-평균 알고리즘을 사용한다. 다른 실시예로, 유클리드 거리 및 코사인 유사도 등의 기법을 사용하여 군집화 할 수도 있다.
K-평균 알고리즘(K-means algorithm)은 주어진 데이터를 k개의 클러스터로 묶는 알고리즘으로, 각 클러스터와 거리 차이의 분산을 최소화하는 방식으로 동작한다.
K-평균 알고리즘은 클러스터링 방법 중 분할법에 속한다. 분할법은 주어진 데이터를 여러 파티션(그룹)으로 나누는 방법이다. 예를 들어 n개의 데이터 오브젝트를 입력받았다고 가정하자. 이 때 분할법은 입력 데이터를 n보다 작거나 같은 k개의 그룹으로 나누는데, 이 때 각 군집은 클러스터를 형성하게 된다. 다시 말해, 데이터를 한 개 이상의 데이터 오브젝트로 구성된 k개의 그룹으로 나누는 것이다. 이 때 그룹을 나누는 과정은 거리 기반의 그룹간 비유사도 (dissimilarity) 와 같은 비용 함수 (cost function) 을 최소화하는 방식으로 이루어지며, 이 과정에서 같은 그룹 내 데이터 오브젝트 끼리의 유사도는 증가하고, 다른 그룹에 있는 데이터 오브젝트와의 유사도는 감소하게 된다. K-평균 알고리즘은 각 그룹의 중심 (centroid)과 그룹 내의 데이터 오브젝트와의 거리의 제곱합을 비용 함수로 정하고, 이 함수값을 최소화하는 방향으로 각 데이터 오브젝트의 소속 그룹을 업데이트 해 줌으로써 클러스터링을 수행하게 된다.
즉, n개의 m-차원 데이터 오브젝트 x들의 집합이 주어졌을 때, K-평균 알고리즘은 n개의 데이터 오브젝트들을 각 집합 내 오브젝트 간 응집도를 최대로 하는 k(<=n) 개의 집합 S = {S1, S2, …, Sk} 으로 분할한다. 다시 말해, μi는 i번째 클러스터의 중심이고, Si는 i번째 클러스터에 속하는 점의 집합이라 할 때, 각 집합별 중심점~집합 내 오브젝트간 거리의 제곱합을 최소로 하는 집합 S를 찾는 것이 이 알고리즘의 목표가 된다.
즉, 하기 <수학식 1>을 만족하는 K-평균 알고리즘을 이용하여 다수의 점포를 군집화한다.
<수학식 1>
n은 점포의 개수, k는 군집(클러스터)의 개수, x는 각 점포의 m-차원 특징 벡터이고, μi는 i번째 클러스터의 중심, Si는 i번째 클러스터에 속하는 점의 집합이다.
상기 군집화부(124)는, 새로 추가되는 화재감지 및 제어장치(110, 130, 140, 150)의 감지 데이터를 전달받아 k-NN (k-최근접 이웃) 알고리즘을 사용하여 해당 점포가 어떤 군집에 해당되는지 결정할 수 있다.
상기 k-NN (k-최근접 이웃) 알고리즘에서, 일예로, 유클리드 거리를 사용할 수 있다.
각 클러스터에 포함된 중심점(중심)과 새로 추가된 점포의 특징 벡터 간의 유클리드 거리를 계산할 수 있다.
각 점포는 m-차원의 특징 벡터를 가지고 있으므로, m-차원의 두 벡터 p=(p1, p2, ..., pm) 와 q=(q1, q2, ..., qm) 사이의 유클리드 거리(Lu)는 하기 <수학식 2>를 이용하여 계산한다.
<수학식 2>
여기서, m은 특징 벡터의 차원 수, p는 각 클러스터의 중심이고, q는 새로 추가된 점포의 m-차원 특징 벡터이다. p와 q는 서로 바뀌어도 무방하다.
따라서, i개의 클러스터에 대하여 i개의 유클리드 거리를 연산한 이후, 가장 거리가 가까운 클러스터(군집)를 새로 추가된 점포의 군집으로 정할 수 있다.
한편, 각 클러스터에 포함된 특징 벡터들과 새로 추가된 점포의 특징 벡터 간의 유클리드 거리를 연산한 이후, 그 평균값을 계산하여, 평균값이 가장 작은 클러스터(군집)를 새로 추가된 점포의 군집으로 정할 수도 있다.
각 클러스터의 유클리드 거리의 평균값(mLu)은 하기 <수학식 3>으로 나타낼 수 있다.
<수학식 3>
여기서, m은 특징 벡터의 차원 수, a는 임의의 클러스터에 포함된 점의 개수, r은 임의의 클러스터에 포함된 m-차원 특징 벡터들, q는 새로 추가된 점포의 m-차원 특징 벡터이다. 따라서, k 개의 클러스터 각각에 대하여 상기 <수학식 3>의 연산으로 유클리드 거리의 평균값을 계산한 이후, 평균값이 가장 작은 클러스터(군집)를 새로 추가된 점포의 클러스터로 정할 수도 있다.
상기 화재발생패턴 결정부(125)는 각 군집 별 감지 데이터의 임계값을 산출하고, 감지 데이터의 임계값에 따라 화재발생패턴을 결정한다.
상기 판단 및 제어부(126)는 상기 산출한 군집 별 임계값에 따라 각 점포의 화재 안전 상태(화재 가능성)를 예측하여 화재 예방 제어 신호 또는 화재 발생 신호를 해당 화재감지 및 제어장치(110, 130, 140, 150)로 전송한다.
상기 화재 안전 상태는, 제1 추정값 보다 작은 안전상태 구간, 또는 상기 제1 추정값보다 크고 제2 추정값보다 작은 주의상태 구간, 또는 상기 제2 추정값을 초과하는 위험상태 구간 중 하나의 구간으로 분류된다.(상기 제1 추정값 < 상기 제2 추정값)
상기 수집되어 저장되는 감지 데이터는, 감지 데이터의 출처(점포), 센서의 종류, 수집된 시간, 센서의 로(raw) 데이터, 및 상태 정보를 포함한다.
상기 화재 예방 제어 신호 또는 화재 발생 신호는 제어되어야할 화재감지 및 제어장치(110, 130, 140, 150)의 식별정보와, 스마트 LED 조명부(101)의 온오프신호, 디밍 제어 신호, 밝기 제어 신호 및 색 제어신호를 포함할 수 있다.
한편, 상기 화재감지 분석서버(120)는 각 구성 요소에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(미도시)를 포함한다.
도 4는 본 발명에 따른 화재감지 분석 방법에 대한 일실시예 설명도이다.
도 4는 본 발명에 따른 화재감지 분석서버(120)가 화재감지 및 제어장치(110)로부터 전달받은 감지 데이터를 센서별로 시간에 따라 그래프로 나타낸 것이다.
예를 들어, 휘발성유기화합물 가스감지센서(1121)의 감지 신호에 대한 임계값이 임계값A이고, 재실감지센서(1122)의 감지 신호에 대한 임계값이 임계값B이고, 전기부하 감지센서(1123)의 감지 신호에 대한 임계값이 임계값C라고 산출되었다고 가정한다.
화재감지 분석서버(120)는 시간에 따라 "1차 감지" 이전까지는 화재 발생 위험이 없는 상태로 판단할 수 있다. 전기부하 감지센서(1123)의 감지 신호가 임계값C를 초과(401)함으로 "1차 감지" 되었다. 이후, 시간이 지나, 휘발성유기화합물 가스감지센서(1121)의 감지 신호가 임계값A를 초과(402)함으로 "2차 감지" 된 것으로 도시되어 있다. "2차 감지" 시의 전기부하 감지센서(1123)의 출력값(403)이 화재 발생 위험 요소에 고려될 수 있다.
예를 들어, "1차 감지" 까지는 안전 상태로 판단하고, "2차 감지" 상태 이전까지는 주의 상태로 판단될 수 있고, "2차 감지" 된 이후는 위험 상태로 판단될 수 있다.
상황인지 패턴은, 상기 다수의 센서부의 감지 신호 및 지속 시간 등을 포함하여 유형별로 분류될 수 있다. 지속적으로 새로운 패턴이 업데이트될 수 있다.
도 5a 및 5b는 본 발명에 이용되는 스마트 LED 조명부에 대한 설명도이다.
도 5a 및 도 5b를 참고하면, 본 발명에 이용되는 스마트 LED 조명부(501)는 재실감지센서(502)의 감지 신호, 조도, 등에 따라 턴 온 시간, 조명부의 밝기 및 디밍 조절, 조명부의 색 제어가 가능하다.
이때 각 화재감지 및 제어장치(110, 130, 140, 150)는 화재 안전 상태에 따라 이에 적합한 조명장치의 제어 신호(점멸 또는 색 변경)를 상기 화재감지 분석서버(120)로부터 수신 받아 상기 스마트 LED 조명부(101)를 통해 제공할 수 있다.
또한, 화재위험 경고시 또는 화재 발생시 상기 스마트 LED 조명부의 점멸, 디밍, 및 색 변화 등을 통해 사용자에게 알려줄 수도 있다.
한편, 인체의 움직임을 감지하는 경우에만 상기 스마트 LED 조명부(101)를 일정 시간 동안만 턴온(turn on) 하거나, 상기 스마트 LED 조명부(101)의 밝기 등을 제어함으로써, 에너지 절약이 가능하며, 사용 전기량을 줄여 화재발생의 위험을 줄일 수 있다.
도 5a 및 5b에는 제어부(114)의 제어에 따라 상기 스마트 LED 조명부(101)의 색이 다르게 제어되는 경우를 도시하였다.
또한, 전통시장의 통로에 설치된 스마트 LED 조명부(101)의 경우는, 조도에 따라 조명부의 밝기가 조절될 수도 있다.
도 6은 본 발명에 따른 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 방법에 대한 일 실시예 흐름도이다.
먼저, 화재감지 분석서버(120)의 수집 및 저장부(122)가 송수신부(121)를 통해 각 점포에 구비된 화재감지 및 제어장치(110)로부터 감지 데이터를 전달받아 수집 및 저장한다(S610).
상기 수집되어 저장되는 감지 데이터는, 감지 데이터의 출처(점포), 센서의 종류, 수집된 시간, 센서의 로(raw) 데이터, 및 상태 정보를 포함한다.
상기 화재감지 및 제어장치(110)가 감지 신호 및 점포 식별번호 등을 포함하는 감지 데이터를 화재감지 분석서버(120)로 전송한다(S620).
상기 화재감지 분석서버(120)의 데이터 변환부(123)가 수집되는 상기 감지 데이터로부터 여러 형태의 자질을 추출하여 데이터를 변환한다(S620).
상기 자질 추출방법에 있어서, 기설정 크기의 윈도우 및 오버랩 여부를 사용하여, 감지 데이터로부터, 최소값, 최대값, 평균, 분산, 또는 표준편차를 포함하는 자질들을 추출한다. 추출한 m개의 자질들은 각 점포에 대한 m-차원 특징 벡터로 정의된다.
상기 화재감지 분석서버(120)의 군집화부(124)가 변환한 데이터를 분석하여 다수의 점포를 군집화한다(S630).
상기 군집화부(124)는, 즉, 하기 <수학식 4>를 만족하는 K-평균 알고리즘을 이용하여 다수의 점포를 군집화한다.
<수학식 4>
여기서, n개의 m-차원 데이터 오브젝트 x들의 집합이 주어졌을 때, K-평균 알고리즘은 n개의 데이터 오브젝트들을 각 집합 내 오브젝트 간 응집도를 최대로 하는 k(<=n) 개의 집합 S = {S1, S2, …, Sk} 으로 분할하는 것으로, n은 점포의 개수, k는 군집(클러스터)의 개수, x는 각 점포의 m-차원 특징 벡터이고, μi는 i번째 클러스터의 중심, Si는 i번째 클러스터에 속하는 점의 집합이다.
상기 군집화부(124)는, 새로 추가되는 화재감지 및 제어장치(110, 130, 140, 150)의 감지 데이터를 전달받아 k-NN (k-최근접 이웃) 알고리즘을 사용하여 해당 점포가 어떤 군집에 해당되는지 결정할 수 있다.
상기 k-NN (k-최근접 이웃) 알고리즘에서, 일예로, 유클리드 거리를 사용할 수 있다.
각 클러스터에 포함된 중심점(중심)과 새로 추가된 점포의 특징 벡터 간의 유클리드 거리를 계산할 수 있다.
각 점포는 m-차원의 특징 벡터를 가지고 있으므로, m-차원의 두 벡터 p=(p1, p2, ..., pm) 와 q=(q1, q2, ..., qm) 사이의 유클리드 거리(Lu)는 하기 <수학식 5>를 이용하여 계산한다.
<수학식 5>
여기서, m은 특징 벡터의 차원 수, p는 각 클러스터의 중심이고, q는 새로 추가된 점포의 m-차원 특징 벡터이다. p와 q는 서로 바뀌어도 무방하다.
따라서, i개의 클러스터 각각에 대하여 i개의 유클리드 거리를 연산한 이후, 가장 거리가 가까운 클러스터(군집)를 새로 추가된 점포의 군집으로 정할 수 있다.
한편, 각 클러스터에 포함된 특징 벡터들과 새로 추가된 점포의 특징 벡터 간의 유클리드 거리를 연산한 이후, 그 평균값을 계산하여, 평균값이 가장 작은 클러스터(군집)를 새로 추가된 점포의 군집으로 정할 수도 있다.
각 클러스터의 유클리드 거리의 평균값(mLu)은 하기 <수학식 6>으로 나타낼 수 있다.
<수학식 6>
여기서, m은 특징 벡터의 차원 수, a는 임의의 클러스터에 포함된 점의 개수, rt은 임의의 클러스터에 포함된 m-차원 특징 벡터들, q는 새로 추가된 점포의 m-차원 특징 벡터이다. 따라서, k 개의 클러스터 각각에 대하여 상기 <수학식 3>의 연산으로 유클리드 거리의 평균값을 계산한 이후, 평균값이 가장 작은 클러스터(군집)를 새로 추가된 점포의 클러스터로 정할 수도 있다.
각 군집별 감지 데이터의 임계값을 산출하고, 감지 데이터의 임계값에 따라 화재발생패턴을 결정한다(S640).
각 점포의 화재 안전 상태(화재 가능성)를 예측하여 화재 예방 제어 신호 또는 화재 발생 신호를 해당 점포의 화재감지 및 제어장치(110, 130, 140, 150)로 전송한다(S650).
상기 화재감지 및 제어장치(110, 130, 140, 150)가 화재 발생 신호를 전달받음에 따라, 전력을 차단한다(S660). 상기 화재 발생 신호는 해당 점포를 포함하는 기설정 구역 내에 포함된 점포들의 모든 화재감지 및 제어장치로 전송될 수 있다.
추가적으로, 화재 예방 제어 신호 또는 화재 발생 신호에 대응하는 화재 안전 상태를 사용자 단말을 통해 알려준다(S670).
상기 화재 안전 상태는, 제1 추정값 보다 작은 안전상태 구간, 또는 상기 제1 추정값보다 크고 제2 추정값보다 작은 주의상태 구간, 또는 상기 제2 추정값을 초과하는 위험상태 구간 중 하나의 구간으로 분류된다.(상기 제1 추정값 < 상기 제2 추정값)
기설정된 기간동안 수집된 감지 데이터에 기반하여 군집, 임계값, 및 화재발생패턴을 업데이트한다(S680).
상기 화재 예방 제어 신호 또는 화재 발생 신호는, 절전형 스마트 LED 조명부(101)의 온오프신호, 디밍 제어 신호, 밝기 제어 신호 및 색 제어 신호를 포함할 수 있다.
상기 화재감지 및 제어장치(110)가 상기 화재 예방 제어 신호 또는 화재 발생 신호에 따라 절전형 스마트 LED 조명부(101)를 제어할 수 있다.
여기서, 상기 화재감지 분석서버(120)로부터 전달받은 상기 화재 예방 제어 신호 또는 화재 발생 신호에 따라 상기 절전형 스마트 LED 조명부(101)를 제어하는 상기 제1 조명부 제어 단계와 상기 재실감지센서(1122)로부터 출력되는 감지 신호에 따라 자체적으로 상기 절전형 스마트 LED 조명부(101)를 제어하는 상기 제 2 조명부 제어 단계는 논리합(OR) 연산되어 상기 절전형 스마트 LED 조명부(101)를 제어할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 따른 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 방법에 대하여 설명하였지만, 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 방법을 구현하기 위한 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체 및 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 방법을 구현하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 프로그램 역시 구현 가능함은 물론이다.
즉, 상술한 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 방법은 이를 구현하기 위한 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현됨으로써, 컴퓨터를 통해 판독될 수 있는 기록매체에 포함되어 제공될 수도 있음을 당업자들이 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 다시 말해, 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리, USB 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
101: 스마트 LED 조명부 102: 전기배전판
110: 제 1 화재감지 및 제어장치 120: 화재감지 분석서버
130: 제2 화재감지 및 제어장치 140: 제3 화재감지 및 제어장치
150: 제N 화재감지 및 제어장치 170: 사용자 단말
112: 센서부 114: 제어부
116: 통신부 1121: 휘발성유기화합물 가스감지센서
1122: 재실감지센서 1123: 전기부하 감지센서
121: 송수신부 122: 수집 및 저장부
123: 데이터 변환부 124: 군집화부
125: 화재발생패턴 결정부 126: 판단 및 제어부
110: 제 1 화재감지 및 제어장치 120: 화재감지 분석서버
130: 제2 화재감지 및 제어장치 140: 제3 화재감지 및 제어장치
150: 제N 화재감지 및 제어장치 170: 사용자 단말
112: 센서부 114: 제어부
116: 통신부 1121: 휘발성유기화합물 가스감지센서
1122: 재실감지센서 1123: 전기부하 감지센서
121: 송수신부 122: 수집 및 저장부
123: 데이터 변환부 124: 군집화부
125: 화재발생패턴 결정부 126: 판단 및 제어부
Claims (10)
- 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 시스템에 있어서,
전통시장의 각 점포에 구비되는 화재감지 및 제어장치(110, 130, 140, 150); 및
상기 화재감지 및 제어장치로부터 감지 데이터를 전달받아 데이터 마이닝 알고리즘 및 상황인지 패턴 분석 알고리즘을 이용하여 실시간 화재 안전 상태를 분석하고, 화재예방 제어신호 또는 화재발생 제어신호를 상기 화재감지 및 제어장치로 전송하기 위한 화재감지 분석서버(120);
를 포함하고,
상기 화재감지 및 제어장치(110, 130, 140, 150)는,
다수의 센서를 구비한 센서부(112);
상기 센서부로부터 전달받은 감지 신호에 따라 점포별 식별번호 및 각 센서별 감지 신호를 포함하는 감지 데이터를 생성하고,
상기 화재감지 분석서버로부터 전달받은 상기 화재예방 제어신호 또는 화재발생 제어신호에 따라 전력 공급을 제어하기 위한 제어부(114); 및
상기 감지 데이터를 상기 화재감지 분석서버로 전송하고, 상기 화재감지 분석서버로부터 상기 화재예방 제어신호 또는 화재발생 제어신호를 수신하기 위한 통신부(116)
를 포함하고,
상기 화재감지 분석서버(120)는,
상기 화재감지 및 제어장치로부터 감지 데이터를 수신하고, 해당 화재감지 및 제어장치로 상기 화재예방 제어신호 또는 화재발생 제어신호를 전송하기 위한 송수신부(121);
상기 화재감지 및 제어장치로부터 수신한 상기 화재 감지 데이터를 수집 및 저장하는 수집 및 저장부(122);
상기 수집되는 감지 데이터로부터 여러 형태의 자질을 추출하여 데이터를 변환하는 데이터 변환부(123);
변환한 데이터를 분석하여 다수의 점포를 군집화하는 군집화부(124);
각 군집 별 감지 데이터의 임계값을 산출하고, 감지 데이터의 임계값에 따라 화재발생패턴을 결정하는 화재발생패턴 결정부(125)
상기 산출한 군집 별 임계값에 따라 각 점포의 화재 안전 상태를 예측하여 화재 예방 제어 신호 또는 화재 발생 신호를 해당 화재감지 및 제어장치로 전송하는 판단 및 제어부(126)
를 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 수집되어 저장되는 감지 데이터는,
감지 데이터의 출처(점포), 센서의 종류, 수집된 시간, 센서의 로(raw) 데이터, 및 상태 정보를 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 데이터 변환부는,
기설정 크기의 윈도우 및 오버랩 여부를 사용하여, 최소값, 최대값, 평균, 분산, 또는 표준편차를 포함하는 자질을 추출하는 것을 특징으로 하고,
상기 데이터 변환부는,
추출한 m개의 자질들은 각 점포에 대한 m-차원 특징 벡터로 정의하는 것을 특징으로 하고,
상기 군집화부는,
하기 <수학식 7>을 만족하는 K-평균 알고리즘을 이용하는 것을 특징으로 하는 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 시스템.
<수학식 7>
(여기서, n개의 m-차원 데이터 오브젝트 x들의 집합이 주어졌을 때, K-평균 알고리즘은 n개의 데이터 오브젝트들을 각 집합 내 오브젝트 간 응집도를 최대로 하는 k(<=n) 개의 집합 S = {S1, S2, …, Sk} 으로 분할하는 것으로, n은 점포의 개수, k는 군집(클러스터)의 개수, x는 각 점포의 m-차원 특징 벡터이고, μi는 i번째 클러스터의 중심, Si는 i번째 클러스터에 속하는 점의 집합)
- 제 1항에 있어서,
상기 센서부(112)는,
상기 각 점포 내의 휘발성유기화합물 가스를 감지하는 휘발성유기화합물 가스감지센서(1121);
인체의 움직임을 감지하여 상기 각 점포 내의 인체의 유무를 감지하는 재실감지센서(1122); 및
상기 각 점포 내의 전기 부하를 감지하는 전기부하 감지센서(1123)
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 시스템.
- 제 2항에 있어서,
상기 재실감지센서의 움직임 감지 신호에 따라 조명부가 제어되는 스마트 LED 조명부; 및
각 점포에 구비되어 상기 스마트 LED 조명부 및 상기 화재감지 및 제어장치의 각 구성요소로 전력을 공급하며, 상기 전기부하 감지센서에서 전기부하 이벤트가 감지되면 스위치가 차단되는 전기배전판; 및
상기 화재감지 분석서버에서 분석한 상기 전통시장의 화재 안전 상태를 알려주는 사용자 단말(170)
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 시스템.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 군집화부는,
새로 추가되는 화재감지 및 제어장치의 감지 데이터를 전달받아 k-NN (k-최근접 이웃) 알고리즘을 사용하여 해당 점포가 어떤 군집에 해당되는지 결정하는 것을 특징으로 하고,
상기 군집화부는,
k개의 클러스터의 중심과 새로 추가된 점포의 특징 벡터에 대하여, k 개의 유클리드 거리를 연산한 이후, 가장 거리가 가까운 클러스터(군집)를 상기 새로 추가된 점포의 군집으로 정하는 것을 특징으로 하고,
각 점포는 m-차원의 특징 벡터를 가지고 있으므로, m-차원의 두 벡터 p=(p1, p2, ..., pm) 와 q=(q1, q2, ..., qm) 사이의 유클리드 거리(Lu)는 하기 <수학식 8>를 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하고,
<수학식 8>
(여기서, m은 특징 벡터의 차원 수, p는 각 클러스터의 중심이고, q는 새로 추가된 점포의 m-차원 특징 벡터)
상기 군집화부는,
k개의 각 클러스터에 포함된 특징 벡터들과 새로 추가된 점포의 특징 벡터 간의 유클리드 거리를 연산한 이후, 그 평균값을 계산하여, 평균값이 가장 작은 클러스터(군집)를 새로 추가된 점포의 군집으로 정하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하고,
각 클러스터의 유클리드 거리의 평균값(mLu)은 하기 <수학식 9>를 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 시스템.
<수학식 9>
(여기서, m은 특징 벡터의 차원 수, a는 임의의 클러스터에 포함된 점의 개수, r은 임의의 클러스터에 포함된 m-차원 특징 벡터들, q는 새로 추가된 점포의 m-차원 특징 벡터)
- 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 방법에 있어서,
각 점포에 구비된 화재감지 및 제어장치로부터 감지 데이터를 전달받아 수집하고 저장하는 데이터 수집단계(S610);
상기 수집되는 감지 데이터로부터 여러 형태의 자질을 추출하여 데이터를 변환하는 데이터 변환단계(S620);
상기 변환한 데이터를 분석하여 다수의 점포를 군집화하는 군집화단계(S630);
각 군집 별 감지 데이터의 임계값을 산출하고, 감지 데이터의 임계값에 따라 화재발생패턴을 결정하는 화재발생패턴 결정단계(S640);
상기 산출한 군집 별 임계값에 따라 각 점포의 화재 안전 상태를 예측하여 화재 예방 제어 신호 또는 화재 발생 신호를 해당 화재감지 및 제어장치로 전송하는 화재감지 및 제어단계(S650); 및
상기 화재감지 및 제어장치가 상기 화재 발생 신호를 전달받음에 따라 전력을 차단하는 전력차단단계(S660)
를 포함하고,
상기 데이터 변환단계는,
추출한 m개의 자질들은 각 점포에 대한 m-차원 특징 벡터로 정의하는 것을 특징으로 하고,
상기 군집화단계는,
하기 <수학식 10>을 만족하는 K-평균 알고리즘을 이용하는 것을 특징으로 하는 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 방법.
<수학식 10>
(여기서, n개의 m-차원 데이터 오브젝트 x들의 집합이 주어졌을 때, K-평균 알고리즘은 n개의 데이터 오브젝트들을 각 집합 내 오브젝트 간 응집도를 최대로 하는 k(<=n) 개의 집합 S = {S1, S2, …, Sk} 으로 분할하는 것으로, n은 점포의 개수, k는 군집(클러스터)의 개수, x는 각 점포의 m-차원 특징 벡터이고, μi는 i번째 클러스터의 중심, Si는 i번째 클러스터에 속하는 점의 집합)
- 삭제
- 제 6 에 있어서,
새로 추가되는 화재감지 및 제어장치의 감지 데이터를 전달받아 어느 군집에 해당하는지를 결정하는 군집 결정단계
를 더 포함하고,
상기 군집 결정단계는,
k개의 클러스터의 중심과 새로운 점포의 특징 벡터에 대하여, k 개의 유클리드 거리를 연산한 이후, 가장 거리가 가까운 클러스터(군집)를 상기 새로 추가된 점포의 군집으로 정하는 것을 특징으로 하고,
각 점포는 m-차원의 특징 벡터를 가지고 있으므로, m-차원의 두 벡터 p=(p1, p2, ..., pm) 와 q=(q1, q2, ..., qm) 사이의 유클리드 거리(Lu)는 하기 <수학식 11>을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하고,
<수학식 11>
(여기서, m은 특징 벡터의 차원 수, p는 각 클러스터의 중심이고, q는 새로 추가된 점포의 m-차원 특징 벡터)
상기 군집 결정단계는,
k개의 각 클러스터에 포함된 특징 벡터들과 새로 추가된 점포의 특징 벡터 간의 유클리드 거리를 연산한 이후, 그 평균값을 계산하여, 평균값이 가장 작은 클러스터(군집)를 새로 추가된 점포의 군집으로 정하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하고,
각 클러스터의 유클리드 거리의 평균값(mLu)은 하기 <수학식 12>를 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 방법.
<수학식 12>
(여기서, m은 특징 벡터의 차원 수, a는 임의의 클러스터에 포함된 점의 개수, r은 임의의 클러스터에 포함된 m-차원 특징 벡터들, q는 새로 추가된 점포의 m-차원 특징 벡터)
- 제 6 항에 있어서,
화재 예방 제어 신호 또는 화재 발생 신호에 대응하는 상기 화재 안전 상태를 사용자 단말을 통해 알려주는 상태알림단계(S670); 및
기설정된 기간 동안 수집된 감지 데이터를 기반으로 군집, 임계값 및 화재발생패턴을 업데이트하는 업데이트단계(S680)
를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 수집되어 저장되는 감지 데이터는,
감지 데이터의 출처(점포), 센서의 종류, 수집된 시간, 센서의 로(raw) 데이터, 및 상태 정보를 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 데이터 변환단계는,
기설정 크기의 윈도우 및 오버랩 여부를 사용하여, 최소값, 최대값, 평균, 분산, 또는 표준편차를 포함하는 자질을 추출하는 것을 특징으로 하는 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 방법.
- 제 6항에 있어서,
상기 화재 안전 상태는,
제1 추정값 보다 작은 안전상태 구간, 또는 상기 제1 추정값보다 크고 제2 추정값보다 작은 주의상태 구간, 또는 상기 제2 추정값을 초과하는 위험상태 구간 중 하나의 구간으로 분류되는 것을 특징으로 하는 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 방법.
(여기서, 상기 제1 추정값 < 상기 제2 추정값)
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| KR1020170118809A KR101856479B1 (ko) | 2017-09-15 | 2017-09-15 | 전통시장 화재 예방을 위한 화재 감지 및 제어 시스템, 및 그 방법 |
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2017
- 2017-09-15 KR KR1020170118809A patent/KR101856479B1/ko active IP Right Grant
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