KR102199204B1 - 웨어러블 센서 디바이스를 이용한 추락 및 낙상 감지 시스템 및 방법 - Google Patents

웨어러블 센서 디바이스를 이용한 추락 및 낙상 감지 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 센서부; 표시부; 제어부; 저장부; 및 무선통신부;를 포함하고, 상기 센서부는 IMU(Inertial Measurement Unit) 기반의 센서모듈로서 가속도센서, 자이로센서, 및 고도센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 센서 디바이스를 이용한 추락 및 낙상 감지 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 웨어러블 센서 디바이스를 이용한 추락 및 낙상 감지 시스템은 피감지자가 착용한 웨어러블 디바이스의 센서에서 수집된 데이터를 기초로 피감지자의 움직임 크기와 방향의 변화 등을 측정하여 피감지자의 추락 및 낙상을 감지할 수 있으며, 비용이 저렴하고 착용 및 휴대가 편리할 뿐만 아니라 피감지자의 추락, 낙상, 위험상태 등의 데이터를 디스플레이하여 위험사고 발생시 이를 즉각적으로 감지하고 병원 및 보호자에게 감지신호를 전송하여 사고로 인한 피해를 보다 효과적이고 능동적으로 대처할 수 있는 추락 및 낙상 감지 시스템과 방법을 제공하기 위함이다.

Description

웨어러블 센서 디바이스를 이용한 추락 및 낙상 감지 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING FALL AND FALLDOWN USING WEARABLE SENSOR DEVICE}
본 발명은 웨어러블 센서 디바이스를 이용한 추락 및 낙상 감지 시스템 및 방법에 관한 것으로 IMU(Inertial Measurement Unit) 기반의 센서모듈을 이용하여 피감지자의 추락 또는 낙상 여부를 정확하게 감지할 수 있다.
최근 산업현장에서 추락에 의한 사망 사고가 빈번하게 발생하고 있으며, 노인들이 겪을 수 있는 낙상 사고 역시 빈번하게 발생하고 있다. 추락 사고는 사망으로 이어질 수 있으며, 낙상 사고는 본인 의사와 상관없이 넘어지는 사고로서, 낙상으로 인해 각종 합병증이 발생할 수 있으며, 심지어는 사망까지 이를 수 있는 위험한 사고이다. 이에 따라 추락 사고 또는 낙상 사고에 대해 신속한 대처를 수행하기 위해 다양한 제품이 고안되고 있다.
낙상사고에 있어서는 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0037416호(공개일 : 2017. 04. 04.) 등에 개시된 바와 같은 '낙상 감지 장치' 등이 제안된바 있다.
그러나 종래 낙상 감지 장치에 적용되는 낙상 감지 방법은 오류가 빈번하여 신뢰도가 떨어지는 문제가 있었다. 이러한 이유로 종래 낙상 감지 방법에 비해 신뢰도를 높일 수 있도록 하는 낙상 감지 방법의 개발이 시도되고 있으나, 현재까지는 만족할만한 결과를 얻지 못하고 있는 실정이다.
본 발명자는 웨어러블 센서 디바이스를 이용하여 피감지자의 추락 또는 낙상 여부를 정확하게 감지하고자 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 피감지자가 착용한 웨어러블 디바이스의 센서에서 수집된 데이터를 기초로 피감지자의 움직임 크기와 방향의 변화 등을 측정하여 피감지자의 추락 및 낙상을 감지할 수 있는 시스템과 방법을 제공하기 위함이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 비용이 저렴하고 착용 및 휴대가 편리할 뿐만 아니라 IMU(Inertial Measurement Unit) 기반의 센서모듈을 이용하여 피감지자의 추락, 낙상, 위험상태 등의 데이터를 디스플레이하여 위험사고 발생시 이를 즉각적으로 감지하고 병원 및 보호자에게 감지신호를 전송하여 사고로 인한 피해를 보다 효과적이고 능동적으로 대처할 수 있는 추락 및 낙상 감지 시스템과 방법을 제공하기 위함이다.
본 발명의 하나의 관점은 센서부; 표시부; 제어부; 저장부; 및 무선통신부;를 포함하고, 상기 센서부는 IMU(Inertial Measurement Unit) 기반의 센서모듈로서 가속도센서, 자이로센서, 및 고도센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 센서 디바이스를 이용한 추락 및 낙상 감지 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 다른 관점은 가속도센서를 통하여 피감지자의 가속도 변화값을 측정하는 단계; 자이로센서를 통하여 피감지자의 기울기 각속도 변화값을 측정하는 단계; 및 고도센서를 통하여 피감지자의 고도 변화값을 측정하는 단계;를 포함하는 웨어러블 센서 디바이스를 이용한 추락 및 낙상 감지 방법에 관한 것이다.
상기 감지 방법은 측정된 가속도 변화값, 각속도 변화값, 및 고도 변화값과 기 수집된 빅데이터를 비교하여 피감지자의 추락 및 낙상 여부를 판단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 웨어러블 센서 디바이스를 이용한 추락 및 낙상 감지 시스템은 피감지자가 착용한 웨어러블 디바이스의 센서에서 수집된 데이터를 기초로 피감지자의 움직임 크기와 방향의 변화 등을 측정하여 피감지자의 추락 및 낙상을 감지할 수 있으며, 비용이 저렴하고 착용 및 휴대가 편리할 뿐만 아니라 피감지자의 추락, 낙상, 위험상태 등의 데이터를 디스플레이하여 위험사고 발생시 이를 즉각적으로 감지하고 병원 및 보호자에게 감지신호를 전송하여 사고로 인한 피해를 보다 효과적이고 능동적으로 대처할 수 있는 추락 및 낙상 감지 시스템과 방법을 제공하기 위함이다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 웨어러블 센서 디바이스를 이용한 추락 및 낙상 감지 시스템의 블록도이다
도 2는 본 발명의 일 구체예에 따라 피감지자의 추락 및 낙상여부를 판단하는 순서도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 구체예에 따른 웨어러블 센서 디바이스를 이용한 추락 및 낙상 감지방법을 설명하기 위해 나타낸 개념도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조 부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 웨어러블 센서 디바이스를 이용한 추락 및 낙상 감지 시스템의 블록도이다. 도 1을 참고하면, 본 발명의 일 구체예에 따른 웨어러블 센서 디바이스를 이용한 추락 및 낙상 감지 시스템(100)은 센서부(110), 표시부(120), 제어부(130), 저장부(140), 및 무선통신부(150)를 포함한다.
센서부(110)는 IMU(Inertial Measurement Unit) 기반의 센서모듈로서 피감지자가 착용한 상태에서 측정 가능하도록 웨어러블 디바이스에 구비된다. 구체적으로 본 발명의 센서부는 가속도센서(111), 자이로센서(112), 및 고도센서(113)를 포함하며, 선택적으로 온습도 센서, 체온/맥박센서 등을 포함할 수 있다.
가속도센서(111)는 3축 가속도센서로서 피감지자의 추락 여부를 감지할 수 있다. 사람이 자유 낙하하는 경우에는 중력가속도가 9.8m/s2이므로 피감지자로부터 측정된 가속도가 중력가속도와 일치하는 경우에는 추락하고 있는 것으로 판단할 수 있다.
자이로센서(112)는 3축 자이로센서로서 피감지자의 기울기 각속도를 측정하여, 피감지자의 상태 즉, 서있는 상태, 굽힌 상태, 앉은 상태, 누워 있는 상태를 판단할 수 있다. 따라서, 자이로센서로부터 측정된 기울기 각속도와, 가속도센서, 고도센서로부터 측정된 데이터를 조합하여 피감지자의 낙상 여부를 판단할 수 있다. 자이로센서는 피감지자가 착용한 웨어러블 디바이스의 위치에 따라 다양한 분석이 가능한 반면, 머리(핼멧)에 부착, 어깨에 부착, 가슴에 부착, 팔목에 부착, 발목에 부착, 신발에 부착 등의 부착 위치에 따라서 낙상 및 추락의 판별을 위한 기울기 각속도 변화값이 다르게 측정될 수 있다.
고도센서(113)는 피감지자의 추락여부를 판단하기 위한 것이다. 물리학적으로 자유 낙하 속도는 9.8m/s씩 증가하며, 대기압은 고도에 따라 낮아진다. 통상적으로 건물의 위층과 아래층 사이의 높이는 대략 3m 이며, 위층에서 사람이 추락하는 경우 1초 미만의 시간에도 고도변화에 따라 측정된 고도변화값이 달라질 수 있다. 따라서, 고도센서를 이용하여 고도변화값을 실시간 측정하는 경우, 측정 시간에 대한 고도의 변화값으로부터 어느 정도 높이에서 추락하였지를 추정할 수 있다. 이는 고도에 따라 대기압력이 어느 정도의 값을 가진다는 기준 값(높이에 따른 고도값) 정보를 알고 있기 때문에 측정된 고도값과 순간 변화된 고도값과 시간을 측정하면 추락한 위치와 추락한 높이의 산출이 가능하다. 다만, 고도센서 측정값은 측정조건 예를 들면, 측정일의 온도와 습도 등에 영향을 받을 수 있으므로, 측정값 신뢰도를 보다 향상시키기 위해서 온도 및 습도가 고도변화값에 미치는 물리적인 값을 반영하여 보다 더 정확한 추락 높이를 산출할 수 있다.
표시부(120)는 센서부로부터 측정된 데이터, 위험도, 피감지자의 자세 및 상태 등을 시각적으로 표시하기 위하여 구비된 것이다.
제어부(130)는 피감지자의 IMU 데이터를 기초로 3축 변위량을 산출할 수 있고 산출된 3축 변위량을 기초로 피감지자의 거동 특성 정보를 생성할 수 있으며, 피감지자의 거동의 시간 단위 변화 또는 일변화를 분석할 수 있고, 분석 결과를 토대로 피감지자 거동의 시간 단위 변화 또는 일변화의 특성을 산출할 수 있다.
제어부(130)는 운영 체제와 함께 프로그램 코드를 실행하고 데이터를 생성 및 사용하는 동작을 한다. 운영 체제는 일반적으로 공지되어 있으며 이에 대해 보다 상세히 기술하지 않는다. 예로서, 운영 체제는 Window 계열 OS, Unix, LINUX, Palm OS, DOS, 안드로이드 및 매킨토시 등일 수 있다. 운영 체제, 다른 컴퓨터 코드 및 데이터는 제어부와 연결되어 동작하는 저장부 내에 존재할 수 있다. 상기 프로그램 코드는 소스 코드 생성 모듈 및 실행 코드 생성 모듈일 수 있다.
제어부(130)는 빅테이터를 통하여 수집된 데이터와 피감지자로부터 측정된 IMU 데이터를 비교분석하여 피감지자의 추락 또는 낙상 여부를 보다 정확하게 판단할 수 있다. 빅데이터는 낙상 또는 추락시 측정되는 신체의 3축 변위량과 3축 회전량, 시간에 따른 고도변화값 등을 포함할 수 있다. 제어부는 피감지자가 추락 또는 낙상 상태인 것으로 판단되는 경우에는 무선통신부를 통하여 119구급대, 관리자 등에게 알림서비스를 제공할 수 있으며, 위급한 상황에 처한 피검자자에 대하여 신속한 대응이 가능하다.
저장부(130)는 측정된 데이터와 산출된 데이터 중 적어도 하나를 저장할 수 있다. 저장부는 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 하드 디스크 드라이브 등으로 구현될 수 있다. 프로그램 코드 및 데이터는 분리형 저장 매체에 존재할 수 있다. 여기서 분리형 저장 매체는 CD-ROM, PC-CARD, 메모리 카드, 플로피 디스크, 자기 테이프, 및 네트워크 컴포넌트를 포함할 수 있다.
무선통신부(150)는 센서부(110)로부터 측정된 IMU 데이터와 제어부에서 판단한 피감지자의 상태 등의 데이터를 무선 전송할 수 있다. 무선통신부(150)는 데이터용량, 전송속도, 전송 거리, 통신방식(예를 들어, 직비 통신방식 또는 무선 랜(IEEE 802.11b)) 및 전원 상태를 기초로 수집된 데이터를 전송할 수 있다.
본 발명의 웨어러블 센서 디바이스를 이용한 추락 및 낙상 감지방법은 상술한 감지 시스템을 이용하고, 가속도센서를 통하여 피감지자의 가속도 변화값을 측정하는 단계(S1); 자이로센서를 통하여 피감지자의 기울기 각속도 변화값을 측정하는 단계(S2); 및 고도센서를 통하여 피감지자의 고도 변화값을 측정하는 단계(S3); 및 상기 측정된 가속도 변화값, 각속도 변화값, 및 고도 변화값과 수집된 빅데이터와 비교하여 피감지자의 추락 및 낙상 여부를 판단하는 단계(S4);를 포함한다.
도 2는 본 발명의 일 구체예에 따라 피감지자의 추락 및 낙상여부를 판단하는 순서도를 나타낸 것이다.
가속도센서 변화값, 자이로센서 변화값, 및 고도센서의 변화값이 일정한 시간 동안 기설정된 위험범위에 포함될 때, 피감지자가 추락 또는 낙상된 것으로 판단할 수 있고, 측정된 데이터 변화값이 기설정된 임계시간 동안 변화가 없는 것도 위험 상황이 일어난 것으로 추정할 수 있다.
우선, 본 발명의 일 구체예에 따른 피감지자의 추락 및 낙상 감지방법은 제1단계로 웨어러블 센서에서 가속도센서의 변화값을 측정한다. 만약 가속도센서에서 가속도 변화값이 기 설정된 임계시간 동안 0으로 측정되는 경우에는 피감지자가 걷거나 뛰고 있지 않는 상태, 즉 움직이지 않는 상태이므로 위험상태로 추정할 수 있다. 위험상태로 추정되는 경우에는, 자이로센서의 기울기 각속도 변화값과 고도센서의 고도 변화값을 순차적으로 모니터링하여 피감지자의 추락 및 낙상 여부를 판단하여야 한다.
또한, 가속도 변화값이 일정한 시간 동안 정상 범위 이하로 측정되면, 피감지자가 천천히 움직이거나 움직임이 둔화되었다고 판단할 수 있다. 이러한 경우에도, 자이로센서의 기울기 각속도 변화값과 고도센서의 고도 변화값을 순차적으로 모니터링하여 피감지자의 추락 및 낙상 여부를 판단하여야 한다.
제2단계로 가속도 변화값이 일정한 시간 동안 변화가 크거나 자유낙하시 측정되는 값이라고 판단되는 경우에는 자이로 센서의 기울기 각속도 변화값으로부터 낙상 범위의 각속도값인지 여부를 판단한다. 낙상 사고 발생시, 고도 변화값과 가속도 변화값은 거의 0에 가깝고, 자이로 센서에서 측정된 각속도값은 특정값을 나타낼 것이며, 낙상 후 쓰러져 움직이지 않은 경우에는 각속도의 변화값 역시 0에 가깝게 된다.
제3단계로 고도센서로부터 측정된 고도 변화값이 추락시 발생하는 자유 낙하 거동에 따른 범위 내에 속하는 지 여부를 판단한다. 추락된 것으로 판단되는 경우에는 순간 고도에 대한 압력값으로부터 추락 높이를 산출할 수 있다
도 3은 본 발명의 다른 구체예에 따른 웨어러블 센서 디바이스를 이용한 추락 및 낙상 감지방법을 설명하기 위해 나타낸 개념도이다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 다른 구체예에 따른 웨어러블 센서 디바이스를 이용한 추락 및 낙상 감지방법은 구조물의 서로 다른 지점에 복수 개의 IMU 센서와 GPS 센서가 설치되며, 다수의 현장 작업자(피감지자)는 본 발명의 웨어러블 센서 디바이스를 착용한 상태에서 작업을 실시한다.
구조물에 설치된 IMU는 IMU 데이터를 출력하는 기준센서로 사용되며, GPS는 구조물의 위치 데이터를 출력한다. 상기 출력된 IMU 데이터와 GPS데이터 및 피감지자가 착용한 웨어러블 센서 디바이스에서 측정된 IMU 데이터를 비교분석하여 피감지자의 IMU 변화값, 즉 피감지자의 3축 변위량과 3축 회전량을 산출할 수 있다. 상기 산출된 3축 변위량 및 상기 산출된 3축 회전량을 기초로 피감지자의 추락 또는 낙상 여부, 피감지자의 위치 등을 판단하고 그 정보를 제공할 수 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. 구조물의 서로 다른 지점에 복수 개의 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서 및 복수 개의 GPS 센서가 각각 설치되고, 1인 이상의 피감지자가 웨어러블 센서 디바이스를 착용한 상태에서 작업을 실시하고, 상기 구조물에 설치된 상기 IMU 센서는 IMU 데이터를 출력하는 기준센서로 사용되고, 상기 GPS 센서는 상기 구조물의 GPS 데이터를 출력하고,
    상기 웨어러블 센서 디바이스는,
    센서부; 표시부; 제어부; 저장부; 및 무선통신부;를 포함하고,
    상기 센서부는 IMU 기반의 센서모듈로서
    가속도센서, 자이로센서, 고도센서, 온습도 센서 및 체온맥박 센서를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 출력된 IMU 데이터와 GPS 데이터 및 피감지자가 착용한 웨어러블 센서 디바이스에서 측정된 IMU 데이터를 비교분석하여 피감지자의 IMU 변화값인 3축 변위량과 3축 회전량을 산출하고, 상기 산출된 3축 변위량 및 3축 회전량을 기초로 피감지자의 추락 또는 낙상 여부를 판단하고, 피감지자가 추락 또는 낙상 상태인 것으로 판단되는 경우에는 상기 무선통신부를 통하여 관리자에게 알림서비스를 제공하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 센서 디바이스를 이용한 추락 및 낙상 감지 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항의 감지 시스템을 이용하고
    가속도센서를 통하여 피감지자의 가속도 변화값을 측정하는 단계;
    자이로센서를 통하여 피감지자의 기울기 각속도 변화값을 측정하는 단계; 및
    고도센서를 통하여 피감지자의 고도 변화값을 측정하는 단계;
    를 포함하는 웨어러블 센서 디바이스를 이용한 추락 및 낙상 감지방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 측정된 가속도 변화값, 각속도 변화값, 및 고도 변화값과 기 수집된 빅데이터를 비교하여 피감지자의 추락 및 낙상 여부를 판단하는 단계;를 더 포함하는 웨어러블 센서 디바이스를 이용한 추락 및 낙상 감지방법.
KR1020190064473A 2019-05-31 2019-05-31 웨어러블 센서 디바이스를 이용한 추락 및 낙상 감지 시스템 및 방법 KR102199204B1 (ko)

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