KR102086541B1 - 상황 탐지 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상황 탐지 시스템으로서, 비상유도등을 포함하되, 상기 비상유도등은, 진동 센서 및 기압 센서; 상기 진동 센서 및 기압 센서로부터 측정된 정보를 제공받아 상황을 판단하는 제어 모듈; 상기 진동 센서 및 기압 센서로부터 측정된 정보, 및 상기 제어 모듈에서 판단된 상황에 대한 정보를 다른 비상유도등과 송수신하기 위한 통신 모듈; 및 상기 제어 모듈에서 판단된 상황에 따라 안내 정보를 출력하기 위한 출력 모듈을 포함한다.

Description

상황 탐지 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING CIRCUMSTANCES}
본 발명은 상황 탐지 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 건물 내에 구비되어 있는 비상유도등, 건물 내에 위치하고 있는 사용자 또는 소방대원이 구비하고 있는 단말기, 및 현장지휘부가 구비하는 단말기들 간의 상호 정보 공유 및 통신을 통하여 건물 내에서 발생하는 전반적인 상황을 예측하고 탐지하는 상황 탐지 시스템 및 방법에 관한 것이다.
화재와 같은 재난현장에서 소방대원들의 사고는 빈번히 발생하고 있으며, 재난현장에서의 사고는 큰 피해를 불러일으킨다. 그러나, 아직까지 사고 발생시 이에 대한 적절한 대처가 미흡한 실정이다. 즉, 미리 예측될 수 있는 사고에 대한 정보, 또는 위험 지역으로는 진입하지 말라는 비상상황에 정보를 현장에 투입된 모든 소방대원들에게 전달하거나 소방대원들 간에 서로 공유할 수 있는 방법이 없고, 사고를 당한 소방대원의 신원과 위치를 실시간으로 파악할 수 없어 조치가 늦어지는 경우가 많다.
또한, 소방활동 안전관리 규정에서, 현장 지휘관은 현장에 투입된 대원의 수, 활동 위치, 활동 시간을 체계적으로 관리 및 파악하여야 하며, 현장지휘 활동 시 이를 고려하여야 함을 규정하고 있고, 현장 지휘관은 예측하지 못한 사고로 인하여 위험에 처한 대원과의 긴급 통신이 가능하도록 안전관리 통신 체계를 구축하고 유지하여야 함을 규정하고 있어, 건물 내로 투입되는 소방대원과 외부의 현장 지휘관과의 통신은 가능하여야 하나, 화재가 발생하면 건물 내 또는 주변의 통신 및 전력 인프라를 활용하는 것이 사실상 불가능한 문제가 있다. 따라서, 소방 대원의 안정적인 활동이 가능하도록 하기 위해서는 외부와의 통신 및 이를 활용한 측위 기술의 개발이 요구된다.
한국공개특허 제10-2015-0134472호
본 발명의 목적은 화재 발생시 소방관 및 시민의 안전 관리를 위해 건물 내 설치된 비상유도등을 활용하여 건물 외부와의 통신 및 위치 추적이 가능하도록 하고, 건물 내 상황 파악을 통하여 안전한 대피를 유도하고자 하는 상황 탐지 시스템 및 방법을 제공하는데 있다
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면은, 상황 탐지 시스템으로서, 비상유도등을 포함하되, 상기 비상유도등은, 진동 센서 및 기압센서; 상기 진동 센서 및 기압 센서로부터 측정된 정보를 제공받아 상황을 판단하는 제어 모듈; 상기 진동 센서 및 기압 센서로부터 측정된 정보, 및 상기 제어 모듈에서 판단된 상황에 대한 정보를 다른 비상유도등과 송수신하기 위한 통신 모듈; 및 상기 제어 모듈에서 판단된 상황에 따라 안내 정보를 출력하기 위한 출력 모듈을 포함한다.
바람직하게, 상기 제어 모듈은, 상기 진동 센서로부터 측정된 진동 신호를 제공받아 특정 대역의 진동에 대한 진폭을 모니터링할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어 모듈은, 상기 진폭이 기설정된 값을 초과하는 경우에는 비상상황이 발생한 것으로 판단하고, 상기 통신 모듈을 통하여 상기 비상상황에 대한 정보 및 위치 정보가 다른 비상유도등과 공유되도록 할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어 모듈은, 공유된 비상상황에 대한 정보 및 위치 정보를 기초로, 건물의 출입구부분에 위치하는 비상유도등까지의 대피 경로를 결정하되, 상기 건물의 출입구부분에 위치하는 비상유도등에 대한 정보 및 비상유도등 간의 경로는 기저장되어 있을 수 있다.
바람직하게, 상기 제어 모듈은, 상기 비상상황에 대한 정보 및 위치 정보를 기초로 비상유도등 간의 각 경로에 가중치를 설정하고, 설정된 가중치를 이용하여 자신의 위치로부터 상기 건물의 출입구부분에 위치하는 비상유도등의 위치까지의 최단 대피 경로를 산출하되, 상기 비상상황에 대한 정보에 따라 비상상황을 감지한 비상유도등과 연결되는 경로의 가중치는 무한대로 설정되고, 상기 비상유도등 간의 각 경로의 거리에 따라 가중치가 설정되고, 상기 비상상황을 감지한 비상유도등과의 거리에 따라 추가가중치가 설정될 수 있다.
바람직하게, 상기 제어 모듈은, 상기 결정된 대피 경로에 따라, 상기 출력 모듈을 통하여 대피 경로를 안내하기 위한 방향 정보가 출력되도록 할 수 있다.
바람직하게, 상기 비상유도등과 주기적으로 통신을 수행하는 제1 단말기; 및 상기 비상유도등 또는 상기 제1 단말기와 주기적으로 통신을 수행하는 제2 단말기를 더 포함하되, 상기 비상유도등은 상기 제1 단말기와의 주기적인 통신에 따른 신호세기를 기초로 제1 단말기의 건물출입여부를 판단하고, 상기 건물출입여부에 대한 정보를 상기 제2 단말기에 전송할 수 있다.
바람직하게, 상기 비상유도등은, 식별자, 위치 정보, 및 기압 정보를 상기 제1 단말기로 주기적으로 전송하고, 상기 비상유도등에서 비상상황이 발생한 것으로 판단되는 때에는 상기 비상상황에 대한 정보를 제1 단말기로 전송하고, 상기 제1 단말기는, 식별자, 상태 정보, 위치 정보, 및 라우팅 요청 정보를 상기 비상유도등으로 주기적으로 전송할 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 단말기는, 상기 비상유도등으로부터 수신한 식별자, 위치정보, 및 기압정보를 기초로 위치를 추정하되, 상기 비상유도등과의 거리가 특정 거리 이내에 있는 것으로 판단되면, 상기 비상유도등의 위치를 상기 제1 단말기의 위치로 결정하고, 상기 비상유도등과의 거리가 특정 거리 이내에 있지 않은 것으로 판단되면, 상기 비상유도등으로부터 수신한 통신신호의 신호세기, 통신신호를 수신한 3개 이상의 비상유도등들간의 거리 정보, 또는 보행추측항법에 의하여 추정된 이동거리에 따라 상기 제1 단말기의 위치를 결정할 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 단말기는, 상기 제2 단말기와 통신이 불가능한 경우에 라우팅 요청 정보를 다른 제1 단말기 또는 비상유도등으로 전송하여, 상기 다른 제1 단말기 또는 상기 비상유도등을 통해 상기 제2 단말기로 정보가 전달되도록 할 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 단말기가 라우팅 요청 정보를 상기 비상유도등으로 전송한 경우, 상기 비상유도등은, 기설정된 비상유도등간 가중치를 기반으로 건물 출입구에 위치한 비상유도등까지 메시지의 라우팅을 수행하고, 건물 출입구에 위치한 비상유도등은 전달받은 메시지를 상기 제2 단말기로 전송할 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 단말기는, 상기 비상유도등의 기압 센서로부터 측정된 값을 상기 통신 모듈을 통하여 제공받아 고도를 추정할 수 있다.
바람직하게, 상기 제2 단말기는 상기 제1 단말기로부터 상기 제1 단말기에 대한 정보를 직접 수신하거나, 또는 상기 비상유도등을 통하여 상기 제1 단말기에 대한 정보를 전달받을 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 측면은, 비상유도등에서 수행되는 상황 탐지 방법에 있어서, (a) 진동 센서 및 기압 센서로부터 측정된 정보를 수신하는 단계; (b) 상기 진동 센서로부터 측정된 진동 신호를 기초로 비상상황의 발생 여부를 판단하는 단계; (c) 상기 비상상황이 발생한 것으로 판단되면, 상기 비상상황에 대한 정보, 상기 기압 센서로부터 측정된 정보, 및 위치 정보를 다른 비상유도등과 공유하여 대피경로를 결정하는 단계; 및 (d) 상기 결정된 대피경로를 기초로 안내 정보를 출력하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 (b) 단계는, 상기 진동 센서로부터 측정된 진동 신호를 제공받아 특정 대역의 진동에 대한 진폭을 모니터링하는 단계; 및 상기 진폭이 기설정된 값을 초과하는 경우에는 비상상황이 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 (c) 단계는, 공유된 비상상황에 대한 정보 및 위치 정보를 기초로, 건물의 출입구부분에 위치하는 비상유도등까지의 대피 경로를 결정하는 단계를 포함하되, 상기 건물의 출입구부분에 위치하는 비상유도등에 대한 정보 및 비상유도등 간의 경로는 기저장되어 있을 수 있다.
바람직하게, 상기 (c) 단계는, 상기 비상상황에 대한 정보 및 위치 정보를 기초로 비상유도등 간의 각 경로에 가중치를 설정하고, 설정된 가중치를 이용하여 자신의 위치로부터 상기 건물의 출입구부분에 위치하는 비상유도등의 위치까지의 최단 대피 경로를 산출하는 단계를 포함하되, 상기 비상상황에 대한 정보에 따라 비상상황을 감지한 비상유도등과 연결되는 경로의 가중치는 무한대로 설정되고, 상기 비상유도등 간의 각 경로의 거리에 따라 가중치가 설정되고, 상기 비상상황을 감지한 비상유도등과의 거리에 따라 추가가중치가 설정될 수 있다.
바람직하게, 상기 (d) 단계는, 상기 최단 대피 경로를 안내하기 위한 방향 정보를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 건물 내에 설치된 비상유도등을 통하여 비상상황의 예측이 가능하고 비상상황에서도 건물 외부와의 지속적인 통신이 가능하며, 비상유도등과 건물 내에 위치하고 있는 소방관 또는 시민의 단말기와의 통신을 통해 소방관 또는 시민의 위치 추적이 가능하고, 비상유도등 상호간의 정보 공유를 통해 건물의 출입구까지 안전한 대피 경로를 안내할 수 있는 효과가 있다. 따라서, 사고발생을 미리 방지하거나 또는 더 큰 사고로 이어지는 것을 방지할 수 있고 사고 발생시 빠른 조치가 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상황 탐지 시스템에 대한 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 비상유도등에 대한 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 제1 단말기에 대한 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 제2 단말기에 대한 블록도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 서버에 대한 블록도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 상황 탐지 방법에 대한 흐름도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 비상유도등, 제1 단말기, 및 제2 단말기 간의 정보 송수신을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 비상상황의 판단을 설명하기 위한 예시도이다.
도 9 및 10은 일 실시예에 따른 대피경로의 결정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 11 내지 13는 일 실시예에 따른 제1 단말기의 위치 결정을 설명하기 위한 예시도이다.
이하, 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
또한, 각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함한다(comprises)" 및/또는 “포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 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.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상황 탐지 시스템에 대한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 상황 탐지 시스템(100)은 비상유도등(110), 제1 단말기(120), 제2 단말기(130), 및 서버(140)를 포함한다. 바람직하게, 비상유도등(110)은 복수개 포함될 수 있고, 그 상호간 통신이 가능하며, 제1 단말기(120) 및 제2 단말기(120)와 통신이 가능하다. 또한 제1 단말기(120)는 복수개 포함될 수 있고, 그 상호간 통신이 가능하며, 비상유도등(110) 및 제2 단말기(130)와 통신이 가능하고, 제2 단말기(130)는 비상유도등(110), 제1 단말기(120), 및 서버(140)와 통신 가능하다.
비상유도등(110)은 건물 내부에 구비되는 장치로서 건물의 붕괴를 예측하고 비상유도등(110) 상호간에 정보를 공유하여 비상상황시 대피경로를 안내한다. 도 2를 참조하면, 비상유도등(110)은 진동 센서(210), 기압 센서(220), 통신 모듈(230), 출력 모듈(240), 및 제어 모듈(250)을 포함한다.
진동 센서(210) 및 기압 센서(220)는 각각 진동 및 기압에 대한 데이터를 측정한다. 바람직하게, 비상유도등(110)은 도면에 도시하지 않았으나 가스 센서를 더 포함할 수 있고, 가스 센서는 유독가스를 탐지할 수 있다.
통신 모듈(220)은 제1 단말기(120) 및 제2 단말기(130)와 통신을 형성하여 데이터 송수신이 수행될 수 있도록 한다. 통신모듈(220)은 다양한 RF 모듈을 포함할 수 있고, 바람직하게, 다른 비상유도등, 소방관이 구비하는 제1 단말기(120), 및 제2 단말기(130) 간에 통신을 형성하기 위한 장거리 무선통신모듈, 예를 들어, 로라 모듈, 및 일반 시민이 구비하는 제1 단말기(120)와 통신을 형성하기 위한 블루투스(Bluetooth) 또는 와이파이(Wi-Fi) 모듈을 포함할 수 있다.
출력 모듈(240)은 디스플레이를 통하여 대피경로의 안내시 이동 방향에 대한 정보를 출력한다.
제어 모듈(250)은 비상유도등(110)에서 수행되는 모든 동작 및 데이터의 흐름을 제어하고, 바람직하게, 데이터 송수신부(251), 비상상황 판단부(252), 및 대피경로 결정부(253)를 포함한다. 진동 센서(210), 기압 센서(220), 및 통신 모듈(230)을 통하여 획득된 다양한 데이터를 기초로 제어 모듈(250)에서 수행되는 동작은 이하에서 보다 상세하게 설명한다.
또한, 비상유도등(110)은 상시전원과 배터리를 포함할 수 있고, 배터리를 통하여 비상 전원이 공급되도록 할 수 있다. 바람직하게, 비상유도등(110)은 평상시에는 상시 전원을 활용하여 전원을 공급하고 이와 동시에 배터리 충전을 수행하며, 화재 또는 붕괴와 같은 비상상황의 발생시에는 상시전원의 활용이 불가능하므로 상시전원을 차단하고 배터리를 활용하여 동작이 수행되도록 한다.
제1 단말기(120)는 현장에 투입되는 각 소방대원 또는 일반 시민이 구비하는 단말기로서 위치정보와 상태정보를 획득하여 비상유도등(110) 또는 제2 단말기(130)에 전송한다. 도 3을 참조하면, 제1 단말기(120)는 통신모듈(210), 센서모듈(320), 사용자 인터페이스(330), 및 제어모듈(340)을 포함한다.
통신모듈(310)은 비상유도등(110) 또는 제2 단말기(130)와 통신을 형성하여 데이터 송수신이 수행될 수 있도록 한다. 바람직하게, 소방대원이 구비하는 제1 단말기의 경우에는 로라(LoRa) RF 모듈에 해당할 수 있고, 일반 시민이 구비하는 제1 단말기(예를 들어, 스마트폰)의 경우에는 블루투스 또는 와이파이 모듈에 해당할 수 있다.
센서모듈(320)은 제1 단말기(120)의 위치정보 및 상태정보를 획득하기 위하여 다양한 센서들로 구성된 것으로서, 바람직하게, GPS(Global Positioning System), IMU(Inertial Measurement Unit), 지자계센서(Magnetometer), 및 기압센서(Pressure Sensor)를 포함할 수 있고, IMU는 가속도계(Accelerometer)와 자이로스코프(Gyroscope)를 포함할 수 있다.
사용자 인터페이스(330)는 제1 단말기(120)에서 획득되는 정보 또는 비상유도등(110), 다른 제1 및 제2 단말기(130)로부터 수신한 정보를 출력하고, 사용자로부터 정보를 입력 받기 위한 구성으로서, 바람직하게, LCD(Liquid Crystal Display), LED(light emitting diode), 버저(Buzzer), 및 버튼(Button)을 포함할 수 있다. 여기에서, LCD는 다양한 정보들을 출력할 수 있고, 제1 단말기(120)가 특정 상태에 있거나 비상상황일 때, LED는 다양한 방식으로 빛을 발산하고, 버저는 신호음을 낼 수 있다. 또한, 버튼은 복수개로 구성되고, 사용자에 의하여 어떠한 버튼이 선택되는지에 따라 제1 단말기(120)의 동작 모드가 결정될 수 있다. 예를 들어, 버튼의 선택에 따라 제1 단말기(120)의 전원이 온/오프 될 수 있고, 대기 모드로 설정되어 다른 제1 단말기 및 제2 단말기(130)와의 통신은 불가능한 상태에서 경보기로만 동작될 수 있고, 현장 투입 모드로 설정되어 제2 단말기(130)와 통신을 수행하고 비상상황에 해당함을 알리기 위한 알람메시지 등이 다른 제1 단말기 또는 제2 단말기(130)에 전송되도록 할 수 있고, 또는 단말간 통신 모드로 설정되어 제2 단말기(130)와 통신은 불가능하나 다른 제1 단말기와의 통신이 수행되도록 할 수 있다. 이와 같은 다양한 모드의 설정은 사용자로부터 선택된 버튼에 의하여 결정될 수 있으나, 제1 단말기(120)의 상태에 따라서 자동으로 설정될 수도 있다. 또한, 사용자 인터페이스(330)는 제1 단말기(120)가 별도로 구비되는 충전 거치대와 연결되어 충전되고 있는지, 또는 충전 거치대와 연결이 분리되어 충전이 중단되었는지 여부를 인식할 수 있다.
제어모듈(340)은 제1 단말기(120)에서 수행되는 모든 동작 및 데이터의 흐름을 제어하고, 위치정보 획득부(341), 상태정보 획득부(342), 및 데이터 송신부(343)를 포함하다. 바람직하게, 위치정보 획득부(341)는 센서모듈(320)의 GPS 및 지자계센서로부터 센싱된 데이터를 기초로 제1 단말기(120)의 위치, 및 제1 단말기(120)가 실내 또는 실외에 있는지 여부를 결정할 수 있고, 기압센서로부터 센싱된 데이터를 기초로 제1 단말기(120)의 고도를 결정할 수 있다. 또한, 위치정보 획득부(341)는 IMU 및 지자계센서로부터 센싱된 데이터를 기초로 제1 단말기(120)가 실내 또는 실외에 있는지 여부를 결정할 수 있다. 바람직하게, 상태정보 획득부(342)는 센서모듈(320)의 IMU 및 지자계센서로부터 센싱된 데이터를 기초로 제1 단말기(120)의 상태, 즉, 부동상태인지 여부를 결정할 수 있다.
제2 단말기(130)는 화재현장의 현장 지휘부가 구비하는 단말기로서, 예를 들어, 태블릿 PC(Tablet PC)에 해당할 수 있다. 바람직하게, 제2 단말기(130)는 비상유도등(110)으로부터 수신한 상황정보를 기초로 건물 내부의 상황을 모니터링하고, 제1 단말기(120)로부터 수신한 제1 단말기(120)의 위치정보 및 상태정보를 기초로 제1 단말기(120)의 동작을 모니터링 하고, 모니터링되는 모든 정보를 서버(140)에 전송할 수 있다. 즉, 제2 단말기(130)는 서버(140)에 대한 게이트웨이(gateway) 기능을 하는 것이다. 또한, 도 4를 참조하면, 제2 단말기(130)는 통신모듈(410), 센서모듈(420), 사용자 인터페이스(430), 및 제어모듈(440)을 포함할 수 있다.
통신모듈(410)은 비상유도등(110), 제1 단말기(120) 및 서버(140)와 통신을 형성하여 비상유도등(110), 제1 단말기(120) 및 서버(140)와 데이터 송수신이 수행될 수 있도록 한다. 바람직하게, 통신모듈(410)은, 제1 단말기(120)와 확산인자의 유형에 따른 통신 프로토콜의 변화를 안정적으로 형성하기 위한 적어도 2개의 로라 RF 모듈들, 및 서버(140)와 통신을 형성하기 위한 3G 모듈 또는 LTE(Long Term Evolution) 모듈을 포함할 수 있다.
센서모듈(420)은 제1 단말기(120)의 위치를 표현하고, 제2 단말기(130)의 상태정보를 획득하기 위하여 다양한 센서들로 구성된 것으로서, 바람직하게, GPS 및 IMU를 포함할 수 있다. 여기에서, GPS는 제2 단말기(130)의 위치를 기준으로 제1 단말기들 간의 상대적인 위치를 표현하기 위하여 구비되는 것이고, IMU는 제2 단말기(130)의 방향을 찾기 위하여 구비되는 것이다. 즉, GPS에 의하여 제2 단말기(130)의 위치를 기준으로 제1 단말기들 간의 상대적인 위치가 표현되고 있을 때, 제2 단말기(130)의 IMU는 제1 단말기들이 향하는 방향에 따라 제2 단말기(130)의 화면이 회전될 수 있도록 하는 것이다.
사용자 인터페이스(430)는 제1 단말기(120)로부터 수신한 정보 및 제1 단말기(120)를 모니터링하는 정보를 출력하고, 사용자로부터 정보를 입력받기 위한 구성으로서, 바람직하게, LCD 터치 스크린으로 구현될 수 있다.
제어모듈(440)은 제2 단말기(130)에서 수행되는 모든 동작 및 데이터의 흐름을 제어하고, 데이터 수신부(441), 모니터링부(442), 비상상황 판단부(443), 및 데이터 송신부(444)를 포함한다. 바람직하게, 모니터링부(442)는 비상유도등(110) 또는 제1 단말기(120)로부터 수신한 정보들을 기초로 건물 내의 상황(예를 들어, 비상상황의 발생 여부) 및 제1 단말기(120)의 동작(예를 들어, 현장 투입 시간, 위치이동, 소방대원의 상태)을 모니터링할 수 있다. 바람직하게, 비상상황 판단부(443)는 제1 단말기(120)의 위치정보 및 상태정보를 기초로 제1 단말기(120)가 비상상황(예를 들어, 부동상태)에 처해있는지 여부를 판단하고, 비상상황에 해당하는 경우에는 알람메시지를 생성하여 다른 제1 단말기 또는 모든 제1 단말기에 전송할 수 있다.
서버(140)는 종합상황실에 구비되는 장치로서, 제1 단말기(120)별 타임슬롯을 할당하고, 제2 단말기(130)로부터 수신한 제1 단말기(120)에 대한 모니터링 정보를 수신하여 관리한다. 바람직하게, 도 5를 참조하면, 서버(140)는 통신모듈(510), 사용자 인터페이스(520), 및 제어모듈(530)을 포함할 수 있다.
통신모듈(510)은 제2 단말기(130)와 통신을 형성하여 데이터 송수신이 수행되도록 할 수 있다. 바람직하게, 통신모듈(510)은, 유선 네트워크 망(예를 들어, Ethernet 등), RF 모듈에 해당하는 LTE 모듈, 또는 3G 모듈을 포함할 수 있다.
사용자 인터페이스(520)는 제2 단말기(130)로부터 수신한 정보, 및 해당 정보를 기초로 관리되는 제1 단말기(120) 및 현장 상황에 대한 정보 등을 출력하고, 사용자로부터 다양한 정보를 입력받기 위한 구성이다.
제어모듈(530)은 서버(140)에서 수행되는 모든 동작 및 데이터의 흐름을 제어하고, 데이터 수신부(531), 타임슬롯 관리부(532), 데이터 관리부(533), 비상상황 판단부(534), 및 명령 전송부(535)를 포함한다. 바람직하게, 타임슬롯 관리부(532)는 제1 단말기(120)가 제2 단말기(130)와 주기적인 통신을 수행하는데 이용되는 타임슬롯에 대한 정보를 관리할 수 있고, 타임슬롯은 다수의 제1 단말기들과 제2 단말기 간의 통신 충돌을 방지하기 위하여 제1 단말기 각각에 대하여 서로 다르게 할당될 수 있다. 바람직하게, 데이터 관리부(533)는 제2 단말기(130)로부터 수신된 모니터링 정보를 수집하여 제1 단말기(110) 각각의 이력을 관리하고 제1 단말기(110)의 상태 및 위치정보를 모니터링할 수 있다. 비상상황 판단부(534)는 제2 단말기(130)로부터 수신된 모니터링 정보를 종합적으로 분석하여 비상상황 발생을 예측하고, 명령 전송부(535)는 비상상황 판단부(534)에서 예측된 정보를 기초로 명령 메시지, 예를 들어, 특정 지역에 접근하지 말라는 명령 메시지를 생성하여 제2 단말기(120)에 전송할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 상황 탐지 방법에 대한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 비상유도등(110)에서 수행되는 방법으로서, 진동 센서(210)와 기압 센서(220)가 진동 및 기압에 대한 데이터를 측정하면, 제어 모듈(250)의 데이터 송수신부(251)는 진동 센서(210) 및 기압 센서(220)로부터 측정된 정보를 수신한다(단계 S610).
비상상황 판단부(252)는 진동 센서(210)로부터 측정된 진동 신호를 기초로 비상상황의 발생 여부를 판단한다(단계 S620). 바람직하게, 비상상황 판단부(252)는 진동 센서로부터 측정된 진동 신호를 제공받아 특정 대역의 진동에 대한 진폭을 모니터링하고, 진폭이 기설정된 값을 초과하는 경우에는 비상상황이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
보다 구체적으로, 비상상황 판단부(252)는 진동 센서(210)의 출력에 대한 주파수 성분을 분석하여 지진과 같이 건물에 영향을 줄 수 있는 0.5Hz 대역의 진동에 대한 진폭을 모니터링한다. 각 비상유도등에 구비된 각 진동 센서(210)로부터 출력된 진동 신호가 수신되면, 비상상황 판단부(252)는 진동 신호를 FFT(fast Fourier transform) 수행하여 주파수 대역으로 변환하여 특정 주파수를 분석하고, 저역필터(Low-Pass Filter)를 활용하여 노이즈(예를 들어, 0.6Hz 대역 이상의 주변 환경 영향)를 제거한다. 그 다음, 비상상황 판단부(252)는 노이즈가 제거된 신호를 역 FFT(inverse FFT) 수행하여 주파수 영역이 아닌 시간 영역에서의 진동센서 값으로 환산한다. 즉, 비상상황 판단부(252)는, 예를 들어, 0.5Hz 대역의 진동을 정확하게 파악하기 위하여 저역필터를 적용하여 0.5Hz 보다 큰 대역의 신호(예를 들어, 6-15Hz 대역에서 발생하는 사람의 걸음 및 주변 환경에 의한 진동)를 제거한 후 진동을 파악하는 것이다.
그 다음, 비상상황 판단부(252)는 저역필터를 통하여 노이즈가 제거된 진동 신호에서 신호의 면적에 따라 붕괴 위험이 있는지 또는 붕괴가 발생하였는지, 즉, 비상상황인지 여부를 판단한다. 바람직하게, 비상상황 판단부(252)는 진동 센서(210)의 출력의 표준편차가 기설정된 특정 값 이하일 때 진동 센서(210)에 대한 켈리브레이션(calibration)을 수행하여, 신호의 면적을 계산할 때 진동 센서(210)의 바이어스(bias) 및 건물의 기본 진동과 같은 영향을 제거할 수 있다. 즉, 진동 센서(210)의 출력이 기설정된 특정 표준편차값 보다 작을 때, 비상상황 판단부(252)는 진동 센서(210) 출력의 평균을 측정하고 이를 진동 센서의 출력에서 지속적으로 빼줌으로써 진동 센서(210)의 바이어스 및 건물 고유 진동에 의한 영향을 제외시키는 것이다. 이와 같이 진동 센서(210)의 바이어스 및 건물 고유 진동에 의한 영향이 제외된, 진동 신호의 면적은 아래의 [식 1]에 따라 계산될 수 있다.
[식 1]
Figure 112019118691741-pat00001
여기에서, k는 비상유도등의 식별자, t는 시간,
Figure 112019118691741-pat00002
는 비상유도등 k의 진동 신호의 면적,
Figure 112019118691741-pat00003
는 진동 신호,
Figure 112019118691741-pat00004
는 캘리브레이션에 의해 측정된 값에 해당하고, 진동 신호의 면적이 산출되는 시간 t의 구간은 일정한 시간 구간으로 기설정될 수 있다. 예를 들어, [식 1]에서는 t=5~t=7 인 경우의 예시이고, 일정한 타임 윈도우(Time Window) 사이즈가 3초로 설정된 경우, 현재 시간이 8초이면 t=5~t=8 구간에서의 진동 신호의 면적이 산출되고, 현재 시간이 9초이면 t=6~t=9 구간에서의 진동 신호의 면적이 산출되고, 현재 시간이 10초이면 t=7~t=10 구간에서의 진동 신호의 면적이 산출될 수 있다. 이와 같이 현재 시간에 따라 진동 신호의 면적이 지속적으로 산출되면서 비상상황위험 또는 발생을 판단하기 위한 기준값이 적용되는 것이다.
예를 들어, 도 8을 참조하면, 각 비상유도등(①~⑤)에 대한 진동 신호의 면적을 t=5~t=A, 및 t=A~t=B의 범위에서 계산한 것이다. 비상상황위험에 해당하는 기준면적값이 Thre1이고, 비상상황발생에 해당하는 기준면적값이 Thre2인 경우, 비상유도등⑤의 t=5~t=A에서의 면적은 Thre1 이상 Thre2 미만이므로 비상상황위험으로 판단되고, 비상유도등④, 및 비상유도등⑤의 t=A~t=B에서의 면적은 모두 Thre2 이상이므로 비상상황발생으로 판단될 수 있다. 파란색으로 표시된 영역은 캘리브레이션에 의해 측정된 값으로서, 면적 산출시 제외된다.
또한, 비상상황 판단부(252)는 기압 센서(220)로부터 측정된 기압 및 온도에 대한 정보를 제공받아 온도와 기압의 변화 패턴을 기초로 화재와 같은 비상상황의 발생 여부를 판단할 수 있고, 가스 센서로부터 탐지된 유독가스에 대한 정보를 제공받아 화재와 같은 비상상황의 발생여부를 판단할 수도 있다.
대피경로 결정부(253)는 비상상황 판단부(252)로부터 비상상황이 발생한 것으로 판단되면, 비상상황에 대한 정보, 및 자신의 위치정보를 다른 비상유도등과 공유하여 대피경로를 결정한다(단계 S630). 여기에서, 비상유도등(110) 각각은 자신의 위치정보 및 다른 비상유도등 간의 경로에 대한 정보를 미리 저장하고 있다. 예를 들어, 도 9를 참조하면, 비상유도등1에 기저장된 정보로서, 각 비상유도등의 식별자, 비상유도등의 위치(Floor), 비상유도등 간의 경로를 설정하기 위한 가중치(Weight)가 저장되어 있고, 건물의 출입구부분에 위치하는 비상유도등에 대한 정보도 함께 저장될 수 있다. 즉, 건물에 비상유도등의 설치시 각 비상유도등에는 건물 내에 설치된 유도등의 총 수가 입력되어, 경로 설정을 위한 비상유도등간의 통신시 모든 비상유도등 간의 거리가 산출될 수 있도록 한다.
바람직하게, 대피경로 결정부(253)는 다른 비상유도등과 공유된 비상상황에 대한 정보 및 위치 정보를 기초로, 건물의 출입구부분에 위치하는 비상유도등까지의 대피 경로를 결정할 수 있다. 또한, 대피경로 결정부(253)는 다른 비상유도등과 공유된 기압값을 기초로 상호간의 층 구분을 수행하여 대피 경로의 정확성을 높일 수 있다.
보다 구체적으로, 대피경로 결정부(253)는 비상상황에 대한 정보 및 위치 정보를 기초로 비상유도등 간의 각 경로에 가중치를 설정하고, 설정된 가중치를 이용하여 자신의 위치로부터 건물의 출입구부분에 위치하는 비상유도등의 위치까지의 최단 대피 경로를 산출할 수 있다. 여기에서, 대피 경로의 최종 목적지는 항상 건물의 출입구부분에 위치하는 비상유도등이다. 바람직하게, 대피경로 결정부(253)는 비상유도등 간의 거리 정보를 기초로 하나의 비상유도등에서 다음의 비상유도등으로 연결되는 경로에 가중치를 산출할 수 있고, 예를 들어, 비상유도등 간의 거리가 짧을수록 작은 가중치가 설정되고 비상유도등 간의 거리가 멀수록 큰 가중치가 설정될 수 있고, 비상상황에 대한 정보에 따라 비상상황을 감지한 비상유도등과 연결되는 경로의 가중치는 무한대로 설정될 수 있고, 비상상황을 감지한 비상유도등과의 거리에 따라 비상상황을 감지한 비상유도등과 근접한 지역에 있는 비상유도등 간의 연결되는 경로의 가중치에는 거리 정보에 기반한 가중치에 추가가중치(+a)가 설정될 수 있고, 여기에서, 추가가중치의 값은 기설정된 값에 해당한다.
바람직하게, 각 경로마다 가중치가 설정되면, 대피경로 결정부(253)는 특정 위치(예를 들어, 제1 단말기의 위치에 해당하는 소방대원 또는 시민의 위치)에 있는 비상유도등으로부터 다음 비상유도등 간의 경로에 설정된 가중치를 기초로 가장 낮은 가중치를 갖는 경로를 선택하고, 그 다음 비상유도등까지의 경로도 이와 마찬가지로 가장 낮은 가중치를 갖는 경로를 선택하는 방식으로 대피경로를 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 10을 참조하면, 1번 비상유도등에서 화재가 발생하는 경우, 1번 비상유도등으로 연결되는 2번 비상유도등과 1번 비상유도등 간의 경로에는 무한대의 가중치가 설정되고, 나머지 비상유도등들 서로 간의 경로에는 거리에 따른 가중치가 설정되고, 1번 비상유도등과 근접한 지역에 있는 4번 비상유도등으로 연결되는 3번 비상유도등과 4번 비상유도등 간의 경로에는 거리에 따른 가중치에 더하여 추가가중치 a가 설정될 수 있다. 그 다음, 소방대원의 위치가 2번 비상유도등인 경우, 2번 비상유도등으로부터 이동가능한 비상유도등은 1번 및 3번 비상유도등이고, 대피경로 결정부(253)는 2번 비상유도등과 1번 비상유도등간의 경로에 설정된 가중치와 2번 비상유도등과 3번 비상유도등간의 경로에 설정된 가중치를 비교하여 낮은 가중치를 갖는 3번 비상유도등으로의 경로를 선택하고, 이와 마찬가지 방식으로 3번 비상유도등으로부터 이동가능한 경로(3번 비상유도등->4번 비상유도등, 3번 비상유도등->5번 비상유도등)에 설정된 가중치를 비교하여 낮은 가중치를 갖는 5번 비상유도등으로의 경로를 선택하고, 5번 비상유도등으로부터 이동가능한 경로(5번 비상유도등->6번 비상유도등, 5번 비상유도등->7번 비상유도등)에 설정된 가중치를 비교하여 낮은 가중치를 갖는 7번 비상유도등으로의 경로를 선택할 수 있다. 따라서, 대피경로 결정부(253)는 도 10에 도시된 예시에서 2번->3번->5번->7번 비상유도등으로 연결되는 경로를 대피경로로 결정할 수 있다.
출력 모듈(240)은 대피경로 결정부(253)로부터 결정된 대피경로를 기초로 안내 정보를 출력한다(단계 S640). 바람직하게, 출력 모듈(240)은 디스플레이를 통하여 최단 대피 경로를 안내하기 위한 방향 정보를 출력할 수 있다. 예를 들어, 방향 정보는 화살표로 표시될 수 있고, 표시된 화살표에 따라 도 10에 도시된 초록색 대피 경로로 소방대원 또는 시민이 이동하도록 할 수 있다.
이하에서는, 상기에서 설명된 비상유도등(110)을 통하여 상황 탐지 방법이 수행됨과 동시에 비상유도등(110), 제1 단말기(120), 제2 단말기(130), 및 서버(140) 간에 수행되는 동작에 대하여 설명한다.
제1 단말기(120)는 비상유도등(110)과 주기적으로 통신을 수행한다. 바람직하게, 비상유도등(110)은 식별자, 위치정보, 및 기압정보를 제1 단말기(120)로 주기적으로 전송하고, 비상상황이 발생하는 경우에는 비상상황에 대한 정보를 제1 단말기(120)에 전송할 수 있다. 또한, 제1 단말기(120)는 식별자, 상태정보, 위치정보, 및 라우팅 요청정보를 비상유도등(110)으로 주기적으로 전송할 수 있다.
먼저, 비상유도등(110)은 제1 단말기(120)와의 주기적인 통신에 따른 신호세기를 기초로 제1 단말기(120)의 건물출입여부를 판단하고, 건물출입여부에 대한 정보를 제2 단말기(130)에 전송할 수 있다. 바람직하게, 비상유도등(110)은 제1 단말기(120)와의 주기적인 통신 중 RSS(Received Signal Strength)의 값이 -60dBm 이하인 경우, 해당 제1 단말기(120)는 비상유도등(110)과의 거리가 2~3m 이내에 해당하므로 해당 제1 단말기(120)가 건물에 투입된 것으로 판단할 수 있다.
바람직하게, 제1 단말기(120)는 통신모듈(310)을 통하여 비상유도등(110)으로부터 수신한 식별자, 위치정보, 및 기압정보를 기초로 위치를 추정할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 단말기(120)와 비상유도등(110)의 거리가 특정 거리 이내에 있으면, 비상유도등(110)의 위치가 제1 단말기(120)의 위치로 결정될 수 있다. 제1 단말기(120)의 위치정보 획득부(341)는 셀아이디(Cell-ID) 방식에 기초하여, 비상유도등(110)과의 통신에 따른 신호세기를 기초로 비상유도등(110)과의 거리가 1m 이내에 있는 것으로 판단하면, 비상유도등(110)의 위치를 제1 단말기(120)의 위치로 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 11의 (a)는 와이파이 및 블루투스 통신에서의 신호세기의 변화를 나타낸 것이고, 도 11의 (b)는 로라 통신에서의 신호세기의 변화를 나타낸 것으로서, 신호세기가 노란색 영역에 포함되는 경우에는 비상유도등과의 거리가 1m 이내인 것으로 판단될 수 있다.
다른 실시예에서, 제1 단말기(120)와 비상유도등(110)의 거리가 특정 거리 이내에 있지 않으면, 비상유도등(110)으로부터 수신한 통신신호의 신호세기, 통신신호를 수신한 3개 이상의 비상유도등들간의 거리정보, 또는 보행추측항법(PDR)에 의하여 추정된 이동거리에 따라 제1 단말기(120)의 위치가 결정될 수 있다. 바람직하게, 제1 단말기(120)의 위치정보 획득부(341)는 신호세기를 기초로 비상유도등(110)과의 거리가 1m 이내에 있지 않은 것으로 판단하면, 신호세기 및 센서 모듈(320)로부터 획득된 정보를 재귀적 필터(Reculsive Filter)를 이용해 결합하여 위치정보를 결정할 수 있다.
보다 구체적으로, 위치정보 획득부(341)는 센서 모듈(320)로부터 획득된 정보를 기초로 PDR(Pedestrian Dead Reckoning)을 이용하여 제1 단말기(120)의 실시간 이동거리를 추정하고, 이동거리에 대하여 측정된 신호세기를 기초로 거리에 따른 통신신호의 신호세기 감쇄 모델([식 2] 참조)을 이용하여 경로 감쇄 지수(
Figure 112019118691741-pat00005
)를 추정(Calibration)한다. 경로 감쇄 지수는 환경에 따라 매우 다른 값을 가지므로, 본 발명은 거리 정보의 산출에 있어서 정확도를 향상시키기 위해 PDR을 이용하여 경로 감쇄 지수를 실시간으로 추정하는 것이다.
[식 2]
Figure 112019118691741-pat00006
여기에서,
Figure 112019118691741-pat00007
은 실시간으로 측정되는 신호세기(dBm),
Figure 112019118691741-pat00008
는 1m 거리에서의 신호세기,
Figure 112019118691741-pat00009
는 1m,
Figure 112019118691741-pat00010
는 정규 무작위 변수(normal random variable),
Figure 112019118691741-pat00011
는 경로 감쇄 지수(path loss exponent), d는 PDR을 통하여 측정된 이동거리에 해당하고,
Figure 112019118691741-pat00012
는 0일 수 있다.
위치정보 획득부(341)는 [식 2]로부터 획득된 경로 감쇄 지수를 기초로, 비상유도등으로부터 실시간으로 측정되는 신호세기를 이용하여 제1 단말기(120)와 3개 이상의 각 비상유도등들 간의 거리(d)를 [식 3]과 같이 추정하고, 3개 이상의 비상유도등들 간의 거리들을 기초로 삼각측량에 따라 제1 단말기(120)의 위치를 획득할 수 있다. 예를 들어, 도 12를 참조하면, 위치정보 획득부(341)는 비컨노드A로부터 측정된 실시간 신호세기(PL)를 [식 3]에 대입하여 비컨노드A로부터 이동노드M 간의 거리Da를 계산하고, 비컨노드B로부터 측정되는 실시간 신호세기를 [식 3]에 대입하여 비컨노드B로부터 이동노드M간의 거리Db를 계산하고, 비컨노드C로부터 측정되는 실시간 신호세기를 [식 3]에 대입하여 비컨노드C로부터 이동노드M간의 거리 Dc를 계산할 수 있다. 여기에서, 비컨노드A, B, C는 3개의 비상유도등을 나타내고, 이동노드는 제1 단말기(120)를 나타낸다. 그 다음, 위치정보 획득부(341)는 Da, Db, 및 Dc를 이용하여 삼각측량을 수행할 수 있다.
[식 3]
Figure 112019118691741-pat00013
여기에서,
Figure 112019118691741-pat00014
은 실시간으로 측정되는 신호세기(dBm),
Figure 112019118691741-pat00015
는 1m 거리에서의 신호세기,
Figure 112019118691741-pat00016
는 1m,
Figure 112019118691741-pat00017
는 정규 무작위 변수(normal random variable),
Figure 112019118691741-pat00018
는 경로 감쇄 지수(path loss exponent), d는 제1 단말기(120)와 비상유도등 간의 거리에 해당한다.
그 다음, 위치정보 획득부(341)는 삼각측량에 따라 획득된 위치와 PDR에 의한 위치를 아래의 [식 4]에 따라 재귀적으로 수행하여 결합한다.
[식 4]
Figure 112019118691741-pat00019
여기에서, A는 PDR에 의한 이전 위치와 현재 위치와의 상관관계를 나타내는 변수(Matrix),
Figure 112019118691741-pat00020
는 PDR에 의한 위치,
Figure 112019118691741-pat00021
는 PDR에 의한 위치에 대한 가중치,
Figure 112019118691741-pat00022
은 삼각측량에 의한 위치에 대한 가중치,
Figure 112019118691741-pat00023
는 삼각측량에 의한 위치,
Figure 112019118691741-pat00024
는 칼만 게인(Kalman Gain),
Figure 112019118691741-pat00025
는 공분산, I는 아이덴티티 매트릭스(Identity Matrix)에 해당한다.
[식 4]와 관련하여 보다 상세하게 설명하면, 먼저, PDR에 의한 위치는 아래의 [식 5]를 이용하여 실시간으로 추정된다.
[식 5]
Figure 112019118691741-pat00026
여기에서,
Figure 112019118691741-pat00027
와
Figure 112019118691741-pat00028
는 현재 위치의 x축 및 y축 좌표값,
Figure 112019118691741-pat00029
및
Figure 112019118691741-pat00030
는 이전 위치의 x축 및 y축 좌표값,
Figure 112019118691741-pat00031
은 보행자의 보폭(즉, 제1 단말기(120)를 소지한 사람의 보폭),
Figure 112019118691741-pat00032
는 진행방향 성분이다. [식 5]를 행렬적으로 다시 정리하면 [식 6]과 같고, 여기에서,
Figure 112019118691741-pat00033
이 [식 4]의 A값이고,
Figure 112019118691741-pat00034
이 [식 4]의 B값이다.
[식 6]
Figure 112019118691741-pat00035
또한, [식 4]의 수식 이전에 아래의 [식 7]의 관계식이 성립한다.
[식 7]
Figure 112019118691741-pat00036
여기에서,
Figure 112019118691741-pat00037
는 삼각측량에 의하여 측정된 위치 좌표값,
Figure 112019118691741-pat00038
는 PDR에 의하여 측정된 위치 좌표값이다. [식 7]은 아래의 [식 8]과 같이 표현될 수 있고, [식 8]을 참조하면, [식 4]에서 H가 나타내는 값은
Figure 112019118691741-pat00039
이다.
[식 8]
Figure 112019118691741-pat00040
바람직하게, [식 4]에서
Figure 112019118691741-pat00041
는 PDR 및 삼각측량에 의하여 획득된 위치를 어떠한 비중으로 결합할지 조절하는 변수이고, [식 4]의 3번째 줄에 기재된 수식을 통하여 자동적으로 계산될 수 있다.
Figure 112019118691741-pat00042
는 PDR 및 삼각측량에 의하여 계산되는 두 위치의 차이를 지속적으로 추정하는 변수로서, 상수(Constant)로 미리 설정될 수 있다. I는 행렬의 대각 성분이 1이고 나머지 성분은 0인 행렬이다.
바람직하게, [식 4]에서 Q 및 R의 값은 제1 단말기(120)가 위치하고 있는 환경 및 온도에 따라 조절될 수 있다. Q 값은 온도에 따른 센서의 민감성 변화에 따라 조절될 수 있고, 예를 들어, 상온에 해당하는 26.5℃에서 가장 안정적이다. 이를 제외한 온도에서는 센서의 노이즈로 인한 영향이 커지므로, Q 값은 센서 모듈(320)의 온도센서에서 측정되는 온도에 따라 변화될 수 있다. 예를 들어, 26.5℃를 기준으로 Q값이 증가하면 PDR의 가중치는 감소하고, Q값이 감소하면 PDR의 가중치는 증가한다.
바람직하게, R값은 환경에 따른 신호대잡음비(SNR)에 따라 조절될 수 있고, 아래의 [식 9]에 따라 조절될 수 있다. 예를 들어, 지하에서 지상으로 오는 신호의 SNR은 노이즈의 영향으로 음의 값을 가질 수 있고, 송신부와 수신부 사이에 장애물이 없을 경우에는 양의 값으로 큰 값을 가질 수 있으며, R값이 증가하면 삼각측량의 가중치는 감소하고, R 값이 감소하면 삼각측량의 가중치는 증가한다.
[식 9]
Figure 112019118691741-pat00043
여기에서,
Figure 112019118691741-pat00044
는 SNR이 음수값을 가지더라도 R이 양수값을 가질 수 있을 만큼 큰 값으로 기설정된 값이다.
또한, 제1 단말기(120)는 비상유도등(110)의 기압 센서(220)로부터 측정된 값을 기초로 고도를 추정할 수 있다. 예를 들어, 도 13을 참조하면, 제1 단말기(120)는 비상유도등(110)의 기압 센서(220)로부터 제공받은 기압 정보에 대해 바이어스(bias)를 보정하고, 보정후의 값을 기설정된 층별 레퍼런스 기압값과 비교하여 가장 유사한 레퍼런스 기압값이 가리키는 층을 기초로 제1 단말기(120)의 고도를 추정할 수 있다.
제2 단말기(130)는 비상유도등(110) 또는 제1 단말기(120)와 주기적으로 통신을 수행하여, 비상유도등(110) 또는 제1 단말기(120)와 정보를 송수신한다. 바람직하게, 제2 단말기(130)는 제1 단말기(120)로부터 제1 단말기(120)에 대한 정보를 직접 수신하거나, 또는 비상유도등(110)을 통하여 제1 단말기(120)에 대한 정보를 전달받을 수 있다. 즉, 제1 단말기(120)는 라우팅 요청 정보를 다른 제1 단말기 또는 비상유도등(110)으로 전송하여, 다른 제1 단말기 또는 비상유도등(110)을 통해 제2 단말기(130)로 정보가 전달되도록 하는 것이다. 이하에서는, 도 7을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 7을 참조하면, 제1 단말기(120)는 제2 단말기(130)와 일정시간 이상 통신이 되고 있지 않은지 여부에 대하여 판단된다(단계 S710). 바람직하게, 제1 단말기(120)의 통신모듈(310)은 제2 단말기(130)와의 최근 통신 횟수를 기초로 통신이 유지되고 있는지 여부를 판단할 수 있고, 예를 들어, 통신모듈(310)이 제2 단말기(130)로부터 송신되는 통신신호, 즉, 비콘 기능을 하는 통신 메시지를 3회 이상 미수신하면, 제2 단말기(130)와 통신 연결이 끊긴 것으로 판단될 수 있다.
단계 S710에서 제2 단말기(130)와 일정시간 이상 통신이 되지 않는 것으로 판단되면, 즉, 제1 단말기(120)가 제2 단말기(130)와 통신이 불가능하면, 제1 단말기(120)는 통신이 연결되어 있는 다른 제1 단말기 또는 비상유도등(110)에 위치정보 및 상태정보를 전송한다(단계 S720). 바람직하게, 제1 단말기(120)는 위치정보 및 상태정보를 라우팅(Routing) 요청 플래그(Flag)와 함께 비상유도등(110) 또는 다른 제1 단말기에 전송할 수 있다. 여기에서, 라우팅 요청 플래그는 “Set(1)”으로 설정되거나 또는 “Off(0)”로 설정될 수 있는 것으로서, 제1 단말기(120)가 직접 제2 단말기(130)로 데이터 전송이 불가하여 비상유도등(110) 또는 다른 제1 단말기를 통한 데이터의 라우팅이 필요한 경우에는 라우팅 요청 플래그가 Set(1)으로 설정되어 데이터가 전송되고, 라우팅이 필요하지 않는 경우에는 라우팅 요청 플래그가 Off(0)로 설정되어 데이터가 전송된다.
라우팅 요청 플래그와 함께 제1 단말기(120)의 위치정보 및 상태정보를 수신한 다른 제1 단말기 또는 비상유도등(110)는 제1 단말기(120)의 위치정보 및 상태정보를 제2 단말기(130)에 전달한다(단계 S730).
일 실시예에서, 제1 단말기(120)의 라우팅 요청 정보와 함께 위치정보 및 상태정보가 비상유도등(110)으로 전송된 경우, 비상유도등(110)은 기설정된 비상유도등간 가중치(도 9 참조)를 기반으로 건물 출입구에 위치한 비상유도등까지 메시지의 라우팅을 수행하고, 건물 출입구에 위치한 비상유도등은 전달받은 메시지를 제2 단말기(130)로 전송할 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 단말기(120)의 라우팅 요청 정보와 함께 위치 정보 및 상태정보가 다른 제1 단말기로 전송된 경우, 다른 제1 단말기는 또다른 제1 단말기로의 라우팅을 통하여 제2 단말기(120)와 통신이 가능한 제1 단말기까지 정보가 전달되도록 하거나, 또는 비상유도등과 통신이 가능한 제1 단말기까지 정보가 전달되도록 할 수 있으며, 라우팅의 횟수에는 제한이 없다. 여기에서, 비상유도등으로 전달된 정보는 상기에서 설명한 바와 같이 비상유도등 간의 라우팅을 통하여 제2 단말기(130)로 전송될 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 상황 탐지 시스템 및 방법에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
100: 상황 탐지 시스템
110: 비상유도등
120: 제1 단말기
130: 제2 단말기
140: 서버

Claims (9)

  1. 비상유도등;
    상기 비상유도등과 주기적으로 통신을 수행하는 제1 단말기; 및
    상기 비상유도등 또는 상기 제1 단말기와 주기적으로 통신을 수행하는 제2 단말기;를 포함하되,
    상기 비상유도등은,
    진동 센서 및 기압센서;
    상기 진동 센서 및 기압 센서로부터 측정된 정보를 제공받아 상황을 판단하는 제어 모듈;
    상기 진동 센서 및 기압 센서로부터 측정된 정보, 및 상기 제어 모듈에서 판단된 상황에 대한 정보를 다른 비상유도등과 송수신하기 위한 통신 모듈; 및
    상기 제어 모듈에서 판단된 상황에 따라 안내 정보를 출력하기 위한 출력 모듈을 포함하고,
    상기 비상유도등은, 상기 제1 단말기와의 주기적인 통신에 따른 신호세기를 기초로 제1 단말기의 건물출입여부를 판단하고, 상기 건물출입여부에 대한 정보를 상기 제2 단말기에 전송하고,
    상기 제1 단말기는, 상기 제2 단말기와 통신이 불가능한 경우에 라우팅 요청 정보를 다른 제1 단말기 또는 비상유도등으로 전송하여, 상기 다른 제1 단말기 또는 상기 비상유도등을 통해 상기 제2 단말기로 정보가 전달되도록 하는 것을 특징으로 하는 상황 탐지 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 모듈은,
    상기 진동 센서로부터 측정된 진동 신호를 제공받아 특정 대역의 진동에 대한 진폭을 모니터링하는 것을 특징으로 하는 상황 탐지 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어 모듈은,
    상기 진폭이 기설정된 값을 초과하는 경우에는 비상상황이 발생한 것으로 판단하고, 상기 통신 모듈을 통하여 상기 비상상황에 대한 정보 및 위치 정보가 다른 비상유도등과 공유되도록 하는 것을 특징으로 하는 상황 탐지 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어 모듈은,
    공유된 비상상황에 대한 정보 및 위치 정보를 기초로, 건물의 출입구부분에 위치하는 비상유도등까지의 대피 경로를 결정하되, 상기 건물의 출입구부분에 위치하는 비상유도등에 대한 정보 및 비상유도등 간의 경로는 기저장되어 있는 것을 특징으로 하는 상황 탐지 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제어 모듈은,
    상기 비상상황에 대한 정보 및 위치 정보를 기초로 비상유도등 간의 각 경로에 가중치를 설정하고, 설정된 가중치를 이용하여 자신의 위치로부터 상기 건물의 출입구부분에 위치하는 비상유도등의 위치까지의 최단 대피 경로를 산출하되, 상기 비상상황에 대한 정보에 따라 비상상황을 감지한 비상유도등과 연결되는 경로의 가중치는 무한대로 설정되고, 상기 비상유도등 간의 각 경로의 거리에 따라 가중치가 설정되고, 상기 비상상황을 감지한 비상유도등과의 거리에 따라 추가가중치가 설정되는 것을 특징으로 하는 상황 탐지 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어 모듈은,
    상기 결정된 대피 경로에 따라, 상기 출력 모듈을 통하여 대피 경로를 안내하기 위한 방향 정보가 출력되도록 하는 것을 특징으로 하는 상황 탐지 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단말기가 라우팅 요청 정보를 상기 비상유도등으로 전송한 경우, 상기 비상유도등은, 기설정된 비상유도등간 가중치를 기반으로 건물 출입구에 위치한 비상유도등까지 메시지의 라우팅을 수행하고, 건물 출입구에 위치한 비상유도등은 전달받은 메시지를 상기 제2 단말기로 전송하는 것을 특징으로 하는 상황 탐지 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 단말기는,
    상기 비상유도등의 기압 센서로부터 측정된 값을 상기 통신 모듈을 통하여 제공받아 고도를 추정하는 것을 특징으로 하는 상황 탐지 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2 단말기는
    상기 제1 단말기로부터 상기 제1 단말기에 대한 정보를 직접 수신하거나, 또는 상기 비상유도등을 통하여 상기 제1 단말기에 대한 정보를 전달받는 것을 특징으로 하는 상황 탐지 시스템.
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