KR102069094B1 - 라이다 센서를 이용한 연기 상황 속 공간탐지 방법 - Google Patents

라이다 센서를 이용한 연기 상황 속 공간탐지 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공간탐지 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 화재와 같은 재난 현장에서 구조대원, 소방관 등이 연기로 인해 시야 확보가 어려워 구조활동에 악영향을 미칠 수 있는 상황을 대비하여 라이다 센서를 통해 연기 속에서도 물체의 존재를 확인하여 위험 회피, 요구조자 확인 등이 용이하도록 휴먼 증강 현실(Human Augmented Reality)을 구현하여 재난 상황에 능동적으로 대처하도록 할 수 있는 라이다 센서를 이용한 연기 상황 속 공간탐지 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 연기가 발생된 구역에서 적어도 하나 이상의 라이다 센서를 통해 공간 내 물체를 탐지하는 공간물체 탐지단계(S100)와; 상기 공간물체 탐지단계(S100)를 거쳐 공간 내 탐지된 물체를 열화상 카메라를 통해 생물 및 무생물로 구분하여 분류하는 공간물체 분류단계(S200)와; 상기 공간물체 분류단계(S200)를 통해 분류된 물체에 대한 좌표를 산출하는 물체좌표 산출단계(S300)와; 상기 물체좌표 산출단계(S300)에서 산출된 좌표에 대응하는 물체의 위치를 방위 기준으로 생물 및 무생물로 구분하여 디스플레이어상에 시각적으로 휴먼 증강 현실(Human Augmented Reality)을 구현하는 물체위치 구현단계(S400);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

라이다 센서를 이용한 연기 상황 속 공간탐지 방법{METHOD FOR DETECTING SPACE IN SMOKES USING LIDAR SENSOR}
본 발명은 공간탐지 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 화재와 같은 재난 현장에서 구조대원, 소방관 등이 연기로 인해 시야 확보가 어려워 구조활동에 악영향을 미칠 수 있는 상황을 대비하여 라이다 센서(Ladar Sensor)를 통해 연기 속에서도 물체의 존재를 확인하여 위험 회피, 요구조자 확인 등이 용이하도록 휴먼 증강 현실(Human Augmented Reality)을 구현하여 재난 상황에 능동적으로 대처하도록 할 수 있는 라이다 센서를 이용한 연기 상황 속 공간탐지 방법에 관한 것이다.
일반적으로 화재가 발생한 경우, 화재 진압시 사용하는 소방용 물에 의한 감전을 방지하기 위해 건물 내의 전기를 인위적으로 차단하거나, 화재 상황에 따라 정전이 되는 경우가 다반사로 발생한다.
이런 경우 화재 진압시에 단순히 불만 끈다는 측면에서는 어두운 상황이 큰 문제가 되지 않지만, 건물 내에 남겨진 노약자, 어린이, 거동이 불편한 사람 그리고 질식 등으로 인해 자의적으로 움직일 수 없는 사람을 구하기에는 역으로 열악한 환경이 된다.
특히 화재 시 발생하는 유독한 연기 때문에 소방관의 시야 확보가 더 힘들어져 소방관의 소방 및 인명구조 행위의 어려움 외에도 소방관의 생명유지에도 위험을 가중시키는 절대 요인이 되고 있으며, 소방관은 어두운 환경에 더하여 유독 가스 때문에 시야가 더욱 어둡고, 연기로 인해 방향 감각이 둔해져 돌출물에 대한 충돌의 위험이나 출입구 위치를 찾기 힘들 뿐만 아니라 위험에 처한 사람을 찾는 작업 또한 거의 불가능하게 된다.
따라서, 화재와 같은 재난 현장에서 어두움과 연기로 인해 활동의 제약을 받게 되는 소방관, 구조요원 등의 구조 인력이 현장에서 구인 구조 작업을 하는데 있어서 물체의 위치를 파악하여 사전에 충돌 위험을 회피하거나 비상 탈출구를 갖는데 지장이 없도록 하거나 요구조자를 찾는데 조력자 역할을 할 수 있는 기술개발이 필요한 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-0912281호 대한민국 등록실용신안공보 제20-0448956호
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 재난 현장에서 연기로 인해 구조대원, 소방관 등이 활동하기 위한 시야 확보가 어려운 상황에 대비하여 라이다 센서를 통해 휴먼 증강 현실을 구현함으로써 연기 속에서도 물체와의 충돌 회피, 비상 탈출로 확보, 요구조자 확인 등이 용이하도록 할 수 있는 라이다 센서를 이용한 연기 상황 속 공간탐지 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 연기가 발생된 구역에서 적어도 하나 이상의 라이다 센서를 통해 공간 내 물체를 탐지하는 공간물체 탐지단계와;
상기 공간물체 탐지단계를 거쳐 공간 내 탐지된 물체를 열화상 카메라를 통해 생물 및 무생물로 구분하여 분류하는 공간물체 분류단계와; 상기 공간물체 분류단계를 통해 분류된 물체에 대한 좌표를 산출하는 물체좌표 산출단계와; 상기 물체좌표 산출단계에서 산출된 좌표에 대응하는 물체의 위치를 방위 기준으로 생물 및 무생물로 구분하여 디스플레이어상에 시각적으로 휴먼 증강 현실(Human Augmented Reality)을 구현하는 물체위치 구현단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 공간물체 탐지단계에서는 라이다 센서 및 물체간 거리를 측정하는 물체거리 측정단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
추가로, 상기 물체위치 구현단계 다음으로 라이다 센서 및 물체간 거리가 일정 범위 내에 있을 경우에 알람신호를 생성하기 위한 알람신호 생성단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 물체위치 구현단계는 휴먼 증강 현실을 구현할 물체가 생물인 경우 생물의 형상을 디스플레이어상에서 강조하는 구조대상 알림단계; 및 상기 생물과의 거리, 생물 도착지까지의 경로상의 장애물 표시 및 생물 도착지까지의 소요 예상시간 중 적어도 어느 하나 이상을 디스플레이어상에 표시해 주는 구조경로 알림단계;단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 물체위치 구현단계는 연기가 발생된 구역의 공간 및 물체의 실제 크기를 축소하여 디스플레이어상에 미니맵 형태의 형상으로 표시하는 미니맵 표시단계; 및 상기 물체가 생물인 경우 생물의 좌표를 미니맵상에 강조하여 표시하는 미니맵 알림단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 연기가 발생한 구역의 진입부터 생물 도착지까지의 경로를 저장하였다가 반대 경로를 안내하는 탈출경로 안내단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 라이다 센서는 Class 1, Class 2 및 Class 3 등급 중 적어도 어느 하나 이상의 레이저를 출력 가능하고, 상기 공간물체 분류단계에서는 탐지된 물체가 생물로 분류되면 라이다 센서 및 생물간의 거리에 대응하여 라이다 센서의 출력을 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공간물체 분류단계에서 분류된 생물이 적어도 2개인 경우를 무선으로 외부에 통보하는 구조 도움 요청단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 본 발명에 따른 라이다 센서를 이용한 연기 상황 속 공간탐지 방법은 재난 현장에서 발생되는 유독 가스, 연기로 인해 전방을 주시할 수 없는 긴급한 상황에서도 라이다 센서의 측정 정보에 기초하여 구현 가능한 휴먼 증강 현실을 통해 소방관, 구조대원과 같은 구조 인력이 최대한 안전하게 구명활동을 수행하도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 라이다 센서를 이용한 연기 상황 속 공간탐지 방법을 도시한 순서도.
도 2는 물체위치 구현단계에서 구조대상 알림단계 및 구조경로 알림단계를 도시한 구성도.
도 3은 물체위치 구현단계에서 미니맵 표시단계 및 미니맵 알림단계를 도시한 구성도.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 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.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 라이다 센서를 이용한 연기 상황 속 공간탐지 방법을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 라이다 센서를 이용한 연기 상황 속 공간탐지 방법을 도시한 순서도이다.
본 발명은 기본적으로 공간물체 탐지단계(S100)와, 공간물체 분류단계(S200)와, 물체좌표 산출단계(S300)와, 물체위치 구현단계(S400)를 포함하여 구성된다.
보다 구체적으로, 본 발명은 연기가 발생된 구역에서 적어도 하나 이상의 라이다 센서를 통해 공간 내 물체를 탐지하는 공간물체 탐지단계(S100)와, 공간물체 탐지단계(S100)를 거쳐 공간 내 탐지된 물체를 열화상 카메라를 통해 생물 및 무생물로 구분하여 분류하는 공간물체 분류단계(S200)와, 공간물체 분류단계(S200)를 통해 분류된 물체에 대한 좌표를 산출하는 물체좌표 산출단계(S300)와, 물체좌표 산출단계(S300)에서 산출된 좌표에 대응하는 물체의 위치를 방위 기준으로 생물 및 무생물로 구분하여 디스플레이어상에 시각적으로 구현하는 물체위치 구현단계(S400)를 포함하여 이루어진다.
이와 같은 본 발명의 구성에 따르면, 상기 공간물체 탐지단계(S100)에서 연기와 같은 기체에 대해 투과성이 우수한 라이다 센서(Ladar Sensor)가 물체로부터 반사된 빛을 분석하여 3차원 형태로 해당 물체를 식별 가능하도록 할 수 있음에 따라 연기가 가득한 공간에서도 물체의 탐지가 가능하도록 하는 한편, 공간물체 분류단계(S200)를 통해서는 열화상 카메라를 통해서는 생물 및 무생물 구분이 가능하여 사람이나 동물이 정전 및 연기로 인해 어두운 재난 현장에 있더라도 구조 인력이 판별하기 쉽도록 할 수 있다.
또한, 상기 물체좌표 산출단계(S300) 및 물체위치 구현단계(S400)에 의해서는 어느 곳에 비상 탈출구가 있는지, 어느 곳에 사람이 있는지 등의 위치 정보를 구조 인력이 시각적으로 한눈에 용이하게 확인할 수 있기 때문에 빠르게 구조 상황을 전개시킬 수 있게 된다.
여기서, 상기 공간물체 탐지단계(S100)에서는 라이다 센서 및 물체간 거리를 측정하는 물체거리 측정단계(S110)를 더 포함할 수 있는데, 이는 전방 식별이 불가능할 정도로 시야가 어두운 상황에서 라이다 센서에 의해 측정된 물체간 거리를 구조 인력에게 알림으로써 물체와의 충돌에 의한 신체적 손상을 방지하거나 특정 물체까지 이동해야 할 거리를 안내받을 수 있도록 하기 위함이다.
추가로, 상기 물체위치 구현단계(S400) 다음으로 라이다 센서 및 물체간 거리가 일정 범위 내에 있을 경우에 알람신호를 생성하기 위한 알람신호 생성단계(S500)를 더 포함할 수 있다.
이러한 상기 알람신호 생성단계(S500)는 비록 디스플레이어상에 물체와의 거리를 표시하여 구조 인력이 이를 확인할 수 있도록 하더라도, 요구조자를 이송중인 상황이나 기타 다른 긴급 상황에 구조 인력이 집중하고 있을 시에는 위험 물체와 충돌할 우려가 있는 거리에 접근하더라도 디스플레이어상의 거리 정보를 체크하기 어려울 수 있음에 따라, 해당 상황에 대비하여 알람신호를 시각적 또는 청각적으로 구조 인력에게 통보함으로써 충돌 사고를 미연에 방지하도록 할 수 있다.
도 2는 물체위치 구현단계에서 구조대상 알림단계 및 구조경로 알림단계를 도시한 구성도이다.
상기 물체위치 구현단계(S400)는 휴먼 증강 현실을 구현할 물체가 생물인 경우 생물의 형상을 디스플레이어상에서 강조하는 구조대상 알림단계(S410) 및 상기 생물과의 거리, 생물 도착지까지의 경로상의 장애물 표시 및 생물 도착지까지의 소요 예상시간 중 적어도 어느 하나 이상을 디스플레이어상에 표시해 주는 구조경로 알림단계(S420)를 더 포함할 수 있다.
이러한 구조대상 알림단계(S410)에서는 휴먼 증강 현실을 구현할 물체가 사람과 같은 생물인 경우 디스플레이어 상에 해당 물체의 윤곽선을 반짝이도록 표현하여 구조 대상을 강조하며, 해당 물체를 가리키는 화살표 등의 형상을 생성하고, ‘구조대상발견’, ‘구조바람’, ‘구조할 것’, ‘긴급구조’ 등의 단어가 포함된 말풍선을 생성하여 강조함으로써 구조인력에게 구조대상이 있음을 보다 쉽게 인지할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 구조경로 알림단계(S420)에서는 라이다 센서에 의해 측정된 현재 위치와 구조대상과의 거리 및 구조대상 도착지까지의 경로에 산재되어 있는 장애물 및 구조대상 도착지까지 소요되는 예상시간을 실시간으로 디스플레이어상에 표시해줌으로써 구조인력이 구조대상을 구조하는 데 필요한 정보를 제공하여 가시거리가 확보되지 않은 상황에서 구조인력의 안전을 보장하고 구조대상을 신속하게 구조할 수 있는 효과가 있다.
도 3은 물체위치 구현단계에서 미니맵 표시단계 및 미니맵 알림단계를 도시한 구성도이다.
상기 물체위치 구현단계(S400)는 연기가 발생된 구역의 공간 및 물체의 실제 크기를 축소하여 디스플레이어상에 미니맵 형태의 형상으로 표시하는 미니맵 표시단계(S430); 및 상기 물체가 생물인 경우 생물의 좌표를 미니맵상에 강조하여 표시하는 미니맵 알림단계(S440)를 더 포함할 수 있다.
이러한 미니맵 표시단계(S430)에서는 건물 내 화재시 해당 건물의 도면데이터를 저장하였다가 미니맵 표시가 필요한 경우 디스플레이어의 전체 화면 중에서 미니맵을 표시할 미니맵 표시 화면 영역을 설정하고 설정영역에 저장된 도면데이터 불러와 표시하고, 라이다 센서에 의해 탐지된 물체를 미니맵 상에 축소 구현하여 구조인력의 현재 위치와 구조대상 및 장애물을 한눈에 확인할 수 있는 효과가 있다.
또한, 연기가 발생한 구역의 진입부터 생물 도착지까지의 경로를 저장하였다가 반대 경로를 안내하는 탈출경로 안내단계(S600)를 더 포함할 수 있다.
상기 탈출경로 안내단계(S600)에서는 구조인력이 구조대상에게 도착하여 건물 밖으로 신속하게 나가야 하는 상황이거나, 구조대상 유무와 관계없이 구조인력이 긴급히 건물 밖으로 빠져 나가야 하는 경우, 저장된 이동경로의 반대 경로를 디스플레이어 상에 표시하여 신속한 탈출을 가능하게 하는 효과가 있다.
상기 라이다 센서는 Class 1, Class 2 및 Class 3 등급 중 적어도 어느 하나 이상의 레이저의 출력이 가능하고, 상기 공간물체 분류단계(S200)에서는 탐지된 물체가 생물로 분류되면 라이다 센서 및 생물간의 거리에 대응하여 라이다 센서의 출력을 조절할 수 있다. 상기 Class 1 등급 레이저는 레이저 방사선에 대한 인체 접근을 방지하는 방식으로 설계된 레이저로, 인체에 레이저가 조사되어도 위험하지 않으며, Class 2 등급 레이저는 일반적으로 위험하지 않지만 해당 레이저에 사람의 눈이 장기간 직접 노출되는 경우 위험할 수 있다. Class 3 등급 레이저는 사람의 눈 또는 눈을 포함한 손, 발 등에 직접 조사되면 위험할 수 있는데, 세부적으로 Class 3 등급 레이저는 Class 3R 등급 레이저 및 Class 3B 등급 레이저로 분류되며, Class 3R 등급 레이저는 사람의 눈에 직접 조사되면 위험할 수 있으며, Class 3B 등급 레이저는 사람의 눈을 포함한 인체에 직접 조사되면 위험할 수 있다. 상기 Class 4 등급 레이저는 인체에 직접 또는 간접적으로 조사되면 위험할 수 있다.
이와 같이 구조대상이 라이다 센서에서 조사되는 레이저에 노출되어 인체에 손상을 입는 것을 방지하기 위해, 상기 공간물체 분류단계(S200)에서는 탐지된 물체가 사람인 경우 사람과 라이다 센서간 거리에 따라 조사 중인 레이저의 등급을 인체에 무해한 수준의 레이저 등급으로 변경하는 것을 특징으로 하며 라이더 센서가 사람에게 근접할수록 레이저 등급을 Class 4 => Class 3 => Class 2 => Class 1 순서로 레이저 출력을 조정할 수 있다.
상기 공간물체 분류단계(S200)에서 분류된 생물이 적어도 2개인 경우를 무선으로 외부에 통보하는 구조 도움 요청단계(S210)를 포함할 수 있다.
상기 구조 도움 요청단계(S210)에서는 무선 통신을 이용해 외부에 구조대상이 많음을 알려 추가적인 구조인력을 투입하여 동시에 많은 구조대상을 구조할 수 있는 효과가 있다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 재난 현장에서 연기로 인해 전방 주시가 어려운 긴급 상황에서 사물을 휴먼 증강 현실로 표현하여 구조 인력에게 제공함으로써 안전한 구명작업이 이루어질 수 있다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본원발명을 설명함에 있어 특정형상 및 방향을 위주로 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (8)

  1. 연기가 발생된 구역에서 적어도 하나 이상의 라이다 센서를 통해 공간 내 물체를 탐지하는 공간물체 탐지단계(S100)와;
    상기 공간물체 탐지단계(S100)를 거쳐 공간 내 탐지된 물체를 열화상 카메라를 통해 생물 및 무생물로 구분하여 분류하는 공간물체 분류단계(S200)와;
    상기 공간물체 분류단계(S200)를 통해 분류된 물체에 대한 좌표를 산출하는 물체좌표 산출단계(S300)와;
    상기 물체좌표 산출단계(S300)에서 산출된 좌표에 대응하는 물체의 위치를 방위 기준으로 생물 및 무생물로 구분하여 디스플레이어상에 시각적으로 휴먼 증강 현실(Human Augmented Reality)을 구현하는 물체위치 구현단계(S400);를 포함하고
    상기 공간물체 탐지단계(S100)에서는 라이다 센서 및 물체간 거리를 측정하는 물체거리 측정단계(S110)를 더 포함하고
    상기 물체위치 구현단계(S400)는 휴먼 증강 현실을 구현할 물체가 생물인 경우 생물의 형상을 디스플레이어상에서 강조하는 구조대상 알림단계(S410); 및
    상기 생물과의 거리, 생물 도착지까지의 경로상의 장애물 표시 및 생물 도착지까지의 소요 예상시간 중 적어도 어느 하나 이상을 디스플레이어상에 표시해 주는 구조경로 알림단계(S420);를 더 포함하고
    상기 물체위치 구현단계(S400) 다음으로 라이다 센서 및 물체간 거리가 일정 범위 내에 있을 경우에 알람신호를 생성하기 위한 알람신호 생성단계(S500)를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 센서를 이용한 연기 상황 속 공간탐지 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 물체위치 구현단계(S400)는 연기가 발생된 구역의 공간 및 물체의 실제 크기를 축소하여 디스플레이어상에 미니맵 형태의 형상으로 표시하는 미니맵 표시단계(S430); 및 상기 물체가 생물인 경우 생물의 좌표를 미니맵상에 강조하여 표시하는 미니맵 알림단계(S440);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 센서를 이용한 연기 상황 속 공간탐지 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    연기가 발생한 구역의 진입부터 생물 도착지까지의 경로를 저장하였다가 반대 경로를 안내하는 탈출경로 안내단계(S600);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 센서를 이용한 연기 상황 속 공간탐지 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 라이다 센서는 Class 1, Class 2 및 Class 3 등급 중 적어도 어느 하나 이상의 레이저를 출력 가능하고,
    상기 공간물체 분류단계(S200)에서는 탐지된 물체가 생물로 분류되면 라이다 센서 및 생물간의 거리에 대응하여 라이다 센서의 출력을 조절하는 것을 특징으로 하는 라이다 센서를 이용한 연기 상황 속 공간탐지 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 공간물체 분류단계(S200)에서 분류된 생물이 적어도 2개인 경우를 무선으로 외부에 통보하는 구조 도움 요청단계(S210);를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 센서를 이용한 연기 상황 속 공간탐지 방법.
KR1020190008177A 2018-10-24 2019-01-22 라이다 센서를 이용한 연기 상황 속 공간탐지 방법 KR102069094B1 (ko)

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