KR102375679B1 - Artificial intelligence based fire prediction method and device using pattern analysis - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 인공지능 기반의 화재 예측 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시설장치의 운전상황을 상시 감시하여 화재 발생을 예측하고 신속한 대응이 가능하도록 하는 패턴 분석을 이용한 인공지능 기반의 화재 예측 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an artificial intelligence-based fire prediction technology, and more particularly, an artificial intelligence-based fire prediction method using pattern analysis that predicts the occurrence of a fire by constantly monitoring the operation status of facility equipment and enables rapid response, and It's about the device.
최근 산업의 급속한 발전에 따른 각종 전력기기의 초고압화, 대용량화가 진행되어 왔으며, 고품질의 전력을 공급하기 위하여 전력계통의 안정성 및 신뢰성 향상을 위하여 많은 노력을 기울이고 있으며, 전력설비의 진단을 위하여 보다 진보된 과학화 장비를 필요로 하고 있다.Recently, ultra-high voltage and large-capacity of various power devices have been progressed due to the rapid development of the industry, and much effort is being made to improve the stability and reliability of the power system in order to supply high-quality power, and more advanced for diagnosis of power facilities Advanced scientific equipment is required.
시설장치의 고도화를 위해서는 큰 전력이 요구되기 때문에 전력량에 따라 발열 정도가 달라지며, 경우에 따라서는 정상동작 범위를 벗어나는 온도까지 상승되기도 한다.Because a large amount of power is required to upgrade the equipment, the degree of heat generation varies depending on the amount of power, and in some cases, the temperature rises outside the normal operating range.
한편, 시설장치 내부의 온도 상승은 다른 구성들의 손상을 야기할 수 있으며, 결과적으로 시설장치에서의 화재 발생의 위험도를 상승시키는 원인으로 작용할 수 있다.On the other hand, the temperature rise inside the facility may cause damage to other components, and as a result, may act as a cause to increase the risk of fire in the facility.
따라서, 시설장치 내부의 온도, 습도 등 환경요소의 모니터링을 통해 화재 발생을 사전에 진단하고 예방 조치를 위한 알림을 제공할 수 있는 기술이 요구되고 있다.Accordingly, there is a need for a technology capable of diagnosing fire occurrence in advance and providing a notification for preventive measures through monitoring of environmental factors such as temperature and humidity inside the facility.
본 발명의 일 실시예는 시설장치의 운전상황을 상시 감시하여 화재 발생을 예측하고 신속한 대응이 가능하도록 하는 패턴 분석을 이용한 인공지능 기반의 화재 예측 방법 및 장치를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide an artificial intelligence-based fire prediction method and apparatus using pattern analysis that predicts the occurrence of a fire by constantly monitoring the operation status of facility equipment and enables rapid response.
본 발명의 일 실시예는 다양한 센서들로부터 수집한 데이터를 기초로 시설장치의 운행 패턴을 도출하고 운행 패턴들 간의 상관관계를 분석하여 화재 발생 확률을 예측할 수 있는 패턴 분석을 이용한 인공지능 기반의 화재 예측 방법 및 장치를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is an artificial intelligence-based fire using pattern analysis that can predict the probability of a fire by deriving a driving pattern of a facility device based on data collected from various sensors and analyzing the correlation between the driving patterns. An object of the present invention is to provide a prediction method and apparatus.
본 발명의 일 실시예는 시설장치의 이상에 관한 화재전조 증상 요소를 도출하고, 화재전조 증상 요소에 관한 시간 변화를 패턴화하여 학습함으로써 화재 발생에 관한 예측 가능성을 향상시킬 수 있는 패턴 분석을 이용한 인공지능 기반의 화재 예측 방법 및 장치를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention uses pattern analysis that can improve predictability of fire occurrence by deriving fire precursor symptom elements related to abnormalities in facility equipment, and patterning and learning the time change related to fire precursor symptom elements. To provide an artificial intelligence-based fire prediction method and device.
실시예들 중에서, 패턴 분석을 이용한 인공지능 기반의 화재 예측 방법은 시설장치에 설치되고 복수의 센서들을 포함하는 감시 단말로부터 해당 시설장치의 운행상태에 관한 진단데이터를 수집하는 단계, 상기 진단데이터를 기초로 특정 시간간격 동안의 운행상태로 정의되는 각 센서별 운행 패턴을 도출하는 단계, 상기 각 센서별 운행 패턴 간의 상관관계에 관한 학습을 통해 상기 시설장치에 관한 화재 발생 위험도를 예측하는 화재진단 모델을 생성하는 단계 및 상기 시설장치에서 수집되는 실시간 진단데이터를 상기 화재진단 모델에 적용하여 해당 시설장치에서의 화재 발생을 진단하는 단계를 포함한다.Among the embodiments, the artificial intelligence-based fire prediction method using pattern analysis includes collecting diagnostic data on the operating state of the facility device from a monitoring terminal installed in the facility device and including a plurality of sensors; A fire diagnosis model for predicting the risk of fire in relation to the facility equipment by deriving a driving pattern for each sensor defined as the operating state for a specific time interval based on the basis, and learning about the correlation between the driving patterns for each sensor and diagnosing the occurrence of a fire in the corresponding facility by applying real-time diagnostic data collected from the facility to the fire diagnosis model.
상기 감시 단말은 상기 복수의 센서들을 통해 상기 시설장치의 운행 과정에서 온도, 습도, 스파크(spark), 연기 및 가스에 관한 신호를 측정하고, 상기 진단데이터를 수집하는 단계는 상기 진단데이터 중 전기적인 신호를 특정 주기로 샘플링(sampling)하여 디지털 신호로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.The monitoring terminal measures signals related to temperature, humidity, spark, smoke and gas in the course of operation of the facility device through the plurality of sensors, and collecting the diagnostic data includes electrical It may include the step of converting the signal into a digital signal by sampling (sampling) at a specific period.
상기 운행 패턴을 도출하는 단계는 각 센서 별로 상기 진단데이터에 관한 2차원 패턴그래프를 도출하는 단계, 상기 2차원 패턴그래프를 시간(time)축을 기준으로 정렬한 후 밸류(value)축을 기준으로 각 센서별 운행범위를 이탈하는 화재전조 구간을 결정하는 단계 및 상기 시간축을 기준으로 상기 화재전조 구간의 전후 구간을 각각 결정하고 해당 이전 구간부터 해당 이후 구간까지의 패턴그래프에 관한 변화를 상기 각 센서별 운행 패턴으로서 결정하는 단계를 포함할 수 있다.The step of deriving the driving pattern is a step of deriving a two-dimensional pattern graph related to the diagnostic data for each sensor, aligning the two-dimensional pattern graph based on a time axis, and then each sensor based on a value axis Determining a pre-fire section that deviates from each operation range and determining the sections before and after the pre-fire section on the basis of the time axis, and operating each sensor for the change in the pattern graph from the previous section to the section after the corresponding section determining as a pattern.
상기 화재진단 모델을 생성하는 단계는 상기 특정 시간간격에 대해 상기 각 센서별 운행 패턴에 대한 대표 특징값을 결정하고 연속하는 특정 시간간격 사이에 대표 특징값에 대한 변화율을 산출한 결과로서 각 센서별 변화율을 성분값으로 하는 특징벡터를 학습데이터로 생성하여 상기 학습을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.The generating of the fire diagnosis model is a result of determining the representative characteristic value for the driving pattern for each sensor for the specific time interval and calculating the rate of change for the representative characteristic value between consecutive specific time intervals. It may include the step of performing the learning by generating a feature vector having a change rate as a component value as learning data.
상기 화재진단 모델을 생성하는 단계는 상기 특정 시간간격에 대해 상기 각 센서별 운행 패턴에 관한 2차원 이미지들을 획득하는 단계, 상기 2차원 이미지들 각각에 대한 n차원(상기 n은 자연수) 특징 벡터를 생성하는 단계, 각 센서별 특징 벡터들을 하나로 통합하여 상기 특정 시간간격을 대표하는 대표 특징 벡터를 생성하는 단계 및 상기 대표 특징 벡터에 관한 학습을 수행하여 상기 화재진단 모델을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.The generating of the fire diagnosis model includes obtaining two-dimensional images related to the driving pattern for each sensor for the specific time interval, and an n-dimensional (where n is a natural number) feature vector for each of the two-dimensional images. generating, integrating the feature vectors for each sensor into one to generate a representative feature vector representing the specific time interval; and generating the fire diagnosis model by learning about the representative feature vector. there is.
상기 화재진단 모델을 생성하는 단계는 입력데이터를 기초로 화재 발생 가능성에 관한 예측 확률을 출력하는 화재 발생 위험도 함수를 상기 화재진단 모델로서 생성하는 단계를 포함하고, 상기 화재 발생을 진단하는 단계는 상기 화재 발생 위험도 함수에 상기 실시간 진단데이터를 적용하고 해당 적용의 결과로서 획득된 상기 화재진단 모델의 출력값에 따라 해당 시설장치에서의 화재 발생을 진단하는 단계를 포함할 수 있다.The generating of the fire diagnosis model includes generating, as the fire diagnosis model, a fire risk function that outputs a predicted probability regarding the possibility of fire based on input data, and diagnosing the fire occurrence includes the steps of: The method may include applying the real-time diagnosis data to a fire risk function and diagnosing the occurrence of a fire in a corresponding facility device according to an output value of the fire diagnosis model obtained as a result of the application.
상기 화재 발생을 진단하는 단계는 상기 특정 시간간격에 대한 상기 화재진단 모델의 출력값이 기 설정된 임계값을 초과하고 기 설정된 횟수 이상으로 연속하여 반복되는 경우 화재 발생에 관한 알람을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.The step of diagnosing the occurrence of a fire may include providing an alarm regarding the occurrence of a fire when the output value of the fire diagnosis model for the specific time interval exceeds a preset threshold and is continuously repeated more than a preset number of times. can
실시예들 중에서, 패턴 분석을 이용한 인공지능 기반의 화재 예측 장치는 시설장치에 설치된 복수의 센서들로부터 운행상태에 관한 진단데이터를 수집하는 진단데이터 수집부, 상기 진단데이터를 기초로 각 센서별 특정 시간간격 동안의 운행상태로 정의되는 운행 패턴을 도출하는 운행 패턴 도출부, 상기 운행 패턴 간의 상관관계에 관한 학습을 통해 상기 시설장치에 관한 화재 발생을 예측하는 화재진단 모델을 생성하는 화재진단 모델 생성부 및 상기 시설장치에서 수집되는 실시간 진단데이터를 상기 화재진단 모델에 적용하여 해당 시설장치에서의 화재 발생을 진단하는 화재 발생 진단부를 포함한다.Among the embodiments, the artificial intelligence-based fire prediction device using pattern analysis includes a diagnostic data collection unit that collects diagnostic data on operating conditions from a plurality of sensors installed in a facility device, and a specific information for each sensor based on the diagnostic data. A driving pattern derivation unit for deriving a driving pattern defined as a driving state for a time interval, and a fire diagnosis model generating a fire diagnosis model that predicts the occurrence of a fire in the facility equipment through learning about the correlation between the driving patterns and a fire occurrence diagnosis unit for diagnosing the occurrence of a fire in the corresponding facility by applying the real-time diagnosis data collected from the unit and the facility device to the fire diagnosis model.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The disclosed technology may have the following effects. However, this does not mean that a specific embodiment should include all of the following effects or only the following effects, so the scope of the disclosed technology should not be understood as being limited thereby.
본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 분석을 이용한 인공지능 기반의 화재 예측 방법 및 장치는 다양한 센서들로부터 수집한 데이터를 기초로 시설장치의 운행 패턴을 도출하고 운행 패턴들 간의 상관관계를 분석하여 화재 발생 확률을 예측할 수 있다.Artificial intelligence-based fire prediction method and apparatus using pattern analysis according to an embodiment of the present invention derives operation patterns of facility equipment based on data collected from various sensors and analyzes correlations between operation patterns The probability of occurrence can be predicted.
본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 분석을 이용한 인공지능 기반의 화재 예측 방법 및 장치는 시설장치의 이상에 관한 화재전조 증상 요소를 도출하고, 화재전조 증상 요소에 관한 시간 변화를 패턴화하여 학습함으로써 화재 발생에 관한 예측 가능성을 향상시킬 수 있다.An artificial intelligence-based fire prediction method and apparatus using pattern analysis according to an embodiment of the present invention derives a fire precursor symptom element related to an abnormality in a facility device, and pattern changes over time for the fire precursor symptom element by learning the pattern. It can improve the predictability of fire occurrence.
도 1은 본 발명에 따른 화재 예측 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1의 화재 예측 장치의 물리적 구성을 설명하는 블록도이다.
도 3은 도 1의 화재 예측 장치의 기능적 구성을 설명하는 블록도이다.
도 4는 도 1의 화재 예측 장치에서 수행되는 패턴 분석을 이용한 인공지능 기반의 화재 예측 과정을 설명하는 순서도이다.
도 5는 도 1의 화재 예측 장치에서 수행되는 패턴 분석을 이용한 인공지능 기반의 화재 예측 과정의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 6은 도 1의 화재 예측 장치에서 사용하는 유형별 감시 지도를 설명하는 도면이다.
도 7은 도 1의 화재 예측 장치에서 수행되는 관심영역 결정 과정을 설명하는 도면이다.1 is a view for explaining a fire prediction system according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a physical configuration of the fire prediction device of FIG. 1 .
3 is a block diagram illustrating a functional configuration of the fire prediction device of FIG. 1 .
4 is a flowchart illustrating an AI-based fire prediction process using pattern analysis performed by the fire prediction device of FIG. 1 .
FIG. 5 is a view for explaining an embodiment of an AI-based fire prediction process using pattern analysis performed by the fire prediction device of FIG. 1 .
FIG. 6 is a view for explaining a monitoring map for each type used in the fire prediction device of FIG. 1 .
FIG. 7 is a view for explaining a process of determining a region of interest performed by the fire prediction apparatus of FIG. 1 .
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.Since the description of the present invention is merely an embodiment for structural or functional description, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiment described in the text. That is, since the embodiment may have various changes and may have various forms, it should be understood that the scope of the present invention includes equivalents capable of realizing the technical idea. In addition, since the object or effect presented in the present invention does not mean that a specific embodiment should include all of them or only such effects, it should not be understood that the scope of the present invention is limited thereby.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.On the other hand, the meaning of the terms described in the present application should be understood as follows.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Terms such as “first” and “second” are for distinguishing one component from another, and the scope of rights should not be limited by these terms. For example, a first component may be termed a second component, and similarly, a second component may also be termed a first component.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is referred to as being “connected to” another component, it may be directly connected to the other component, but it should be understood that other components may exist in between. On the other hand, when it is mentioned that a certain element is "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle. Meanwhile, other expressions describing the relationship between elements, that is, "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to", etc., should be interpreted similarly.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The singular expression is to be understood as including the plural expression unless the context clearly dictates otherwise, and terms such as "comprises" or "have" refer to the embodied feature, number, step, action, component, part or these It is intended to indicate that a combination exists, and it should be understood that it does not preclude the possibility of the existence or addition of one or more other features or numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
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.In each step, identification numbers (eg, a, b, c, etc.) are used for convenience of description, and identification numbers do not describe the order of each step, and each step clearly indicates a specific order in context. Unless otherwise specified, it may occur in a different order from the specified order. That is, each step may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.
본 발명은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있고, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.The present invention can be embodied as computer-readable codes on a computer-readable recording medium, and the computer-readable recording medium includes all types of recording devices in which data readable by a computer system is stored. . Examples of the computer-readable recording medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, and the like. In addition, the computer-readable recording medium is distributed in a computer system connected to a network, so that the computer-readable code can be stored and executed in a distributed manner.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless otherwise defined. Terms defined in the dictionary should be interpreted as being consistent with the meaning of the context of the related art, and cannot be interpreted as having an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application.
전기설비는 발전, 송전, 변전, 배전, 전기공급 또는 전기사용을 위하여 설치하는 기계, 기구, 댐, 수로, 저수지, 전선로, 보안통신선로 및 그 밖의 설비에 해당할 수 있다. 또한, 운전설비는 전기설비를 운용하고 관리하는 설비에 해당할 수 있다. 예를 들어, 전기설비는 수변전 설비, 자가발전 설비, 배선 설비, 조명 설비 등의 전력 설비와, 비상용 조명 설비, 비상 경보 설비, 유도등 설비 등의 방재 설비와, 전화 설비, 방송 설비, 인터폰 설비 등의 통신정보 설비와, 엘리베이터 설비, 에스컬레이터 설비, 기송관 설비 등의 수송 설비 등을 포함할 수 있다.Electrical equipment may correspond to machines, appliances, dams, waterways, reservoirs, electric wires, security communication lines and other facilities installed for power generation, transmission, substation, distribution, electricity supply or use of electricity. In addition, the operating facility may correspond to a facility that operates and manages electric facilities. For example, electric equipment includes electric power equipment such as water substation equipment, self-generation equipment, wiring equipment, and lighting equipment, emergency lighting equipment, emergency warning equipment, disaster prevention equipment such as guidance lamp equipment, telephone equipment, broadcasting equipment, and intercom equipment. It may include communication information facilities, such as elevator facilities, escalator facilities, transport facilities such as pipeline facilities.
한편, 시설장치는 전기 설비와 운전 설비를 포함하는 용어에 해당할 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 다양한 장소와 시설 등에 설치되어 동작할 수 있으며 화재로 인한 손해를 방지하기 위하여 화재를 조기 진단하기 위한 모니터링 기술이 적용될 수 있는 장치들로 이해될 수 있다.On the other hand, facility equipment may correspond to a term including electrical equipment and operating equipment, but is not necessarily limited thereto, and may be installed and operated in various places and facilities, and may be used for early diagnosis of fire in order to prevent damage due to fire. It can be understood as devices to which monitoring technology for
도 1은 본 발명에 따른 화재 예측 시스템을 설명하는 도면이다.1 is a view for explaining a fire prediction system according to the present invention.
도 1을 참조하면, 화재 예측 시스템(100)은 감시 단말(110), 화재 예측 장치(130), 데이터베이스(150) 및 관리자 단말(170)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the
감시 단말(110)은 시설장치에 설치되어 해당 설비의 동작 상태에 관한 정보를 측정할 수 있는 장치에 해당할 수 있다. 감시 단말(110)은 외부 시스템과 연동하여 동작되도록 구현될 수 있고, 이를 위하여 네트워크 통신 기능을 제공하는 통신 모듈을 포함할 수 있다. 감시 단말(110)은 화재 예측 장치(130)와 네트워크를 통해 연결될 수 있고, 복수의 감시 단말(110)들은 화재 예측 장치(130)와 동시에 연결될 수 있다.The
일 실시예에서, 감시 단말(110)은 정보 수집을 위하여 복수의 센서들을 포함하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 감시 단말(110)은 기본적으로 온도 센서, 습도 센서, 스파크(spark) 검출 센서, 연기 검출 센서 및 가스 검출 센서를 포함할 수 있고, 반드시 이에 한정되지 않고, 전류 센서, 전력량 센서 및 열화상 센서 등 화재 발생 감지를 위한 다양한 센서들을 더 포함할 수 있다. 즉, 감시 단말(110)은 복수의 센서들을 통해 시설장치의 동작 과정에서 온도, 습도, 스파크, 연기 및 가스에 관한 전기적 신호를 수집할 수 있다. 감시 단말(110)은 수집한 정보를 네트워크를 통해 화재 예측 장치(130)에게 실시간으로 또는 주기적으로 전송할 수 있다.In one embodiment, the
일 실시예에서, 감시 단말(110)은 복수의 센서들로 구성된 센서 모듈, 복수의 센서들을 통해 측정된 신호를 변환하는 데이터 변환 모듈, 외부 시스템과의 통신을 처리하는 통신 모듈, 측정된 신호를 저장하는 메모리 모듈 및 관련 동작을 제어하는 제어 모듈을 포함하여 구현될 수 있다. 감시 단말(110)은 메모리 모듈을 통해 수집된 다양한 정보를 저장할 수 있으며, 예를 들어, 센서의 종류, 센서 식별코드, 센싱 신호의 범위, 센서 출력 방식 등에 관한 정보를 저장할 수 있다.In one embodiment, the
일 실시예에서, 감시 단말(110)은 시설장치에 설치된 소화 장치와 전기적으로 연결되어 소화 방재를 위한 소화용 구성의 정보를 수집할 수 있다. 예를 들어, 소화용 구성은 소화용 물질을 내포하는 소화용 튜브 용기에 해당할 수 있고, 이 경우 감시 단말(110)은 소화용 튜브 용기의 내압에 관한 신호를 더 측정할 수 있다.In an embodiment, the
한편, 소화 장치는 시설장치 내부에 설치되어 인근의 화기 또는 열에 노출되면 내부의 소화용 물질을 자동으로 분출함으로써 화재 지연 및 진압 동작을 제공하는 장치에 해당할 수 있으며, 소화용 물질을 포함하는 소화용 튜브 용기, 소화용 튜브 용기의 상태를 모니터링하는 화재 모니터기 및 소화용 튜브 용기와 화재 모니터기 간의 물리적 결합을 제공하는 용기 고정부를 포함할 수 있다. On the other hand, the fire extinguishing device may correspond to a device that provides fire delay and suppression action by automatically ejecting the fire extinguishing material inside when it is installed inside the facility device and is exposed to nearby fire or heat. It may include a tube container for fire extinguishing, a fire monitor for monitoring the condition of the tube container for fire extinguishing, and a container fixing portion that provides a physical coupling between the tube container for fire extinguishing and the fire monitor.
화재 예측 장치(130)는 복수의 감시 단말(110)들로부터 수신되는 진단데이터를 이용하여 시설장치의 운행 패턴에 따른 화재 발생을 예측할 수 있는 컴퓨터 또는 프로그램에 해당하는 서버로 구현될 수 있다. 화재 예측 장치(130)는 감시 단말(110)과 블루투스, WiFi, 통신망 등을 통해 무선으로 연결될 수 있고, 네트워크를 통해 감시 단말(110)과 데이터를 주고 받을 수 있다.The
일 실시예에서, 화재 예측 장치(130)는 데이터베이스(150)와 연동하여 화재 발생 진단을 위한 정보를 관리할 수 있다. 한편, 화재 예측 장치(130)는 도 1과 달리, 데이터베이스(150)를 내부에 포함하여 구현될 수 있다. 또한, 화재 예측 장치(130)는 프로세서, 메모리, 사용자 입출력부 및 네트워크 입출력부를 포함하여 구현될 수 있으며, 이에 대해서는 도 2에서 보다 자세히 설명한다.In an embodiment, the
데이터베이스(150)는 패턴 분석을 이용한 인공지능 기반의 화재 예측 과정에서 필요한 다양한 정보들을 저장하는 저장장치에 해당할 수 있다. 데이터베이스(150)는 각 감시 단말(110)로부터 수신된 진단데이터를 저장할 수 있고, 화재 발생 예측을 위한 화재진단 모델에 관한 정보를 저장할 수 있으며, 반드시 이에 한정되지 않고, 화재 예측 장치(130)가 복수의 감시 단말(110)들과 연동하여 다양한 시설장치의 동작을 감시하고 화재진단 모델의 학습과 이를 통한 화재 발생 예측을 수행하는 과정에서 다양한 형태로 수집 또는 가공된 정보들을 저장할 수 있다.The
관리자 단말(170)은 각 시설장치에 관한 모니터링 정보를 확인하거나 화재진단 결과를 확인할 수 있는 컴퓨팅 장치에 해당할 수 있고, 스마트폰, 노트북 또는 컴퓨터로 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되지 않고, 태블릿 PC 등 다양한 디바이스로도 구현될 수 있다. 관리자 단말(170)은 화재 예측 장치(130)와 네트워크를 통해 연결될 수 있고, 복수의 관리자 단말(170)들은 화재 예측 장치(130)와 동시에 연결될 수 있다. The
도 2는 도 1의 화재 예측 장치의 물리적 구성을 설명하는 블록도이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating a physical configuration of the fire prediction device of FIG. 1 .
도 2를 참조하면, 화재 예측 장치(130)는 프로세서(210), 메모리(230), 사용자 입출력부(250) 및 네트워크 입출력부(270)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the
프로세서(210)는 화재 예측 장치(130)가 동작하는 과정에서의 각 단계들을 처리하는 프로시저를 실행할 수 있고, 그 과정 전반에서 읽혀지거나 작성되는 메모리(230)를 관리할 수 있으며, 메모리(230)에 있는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리 간의 동기화 시간을 스케줄할 수 있다. 프로세서(210)는 화재 예측 장치(130)의 동작 전반을 제어할 수 있고, 메모리(230), 사용자 입출력부(250) 및 네트워크 입출력부(270)와 전기적으로 연결되어 이들 간의 데이터 흐름을 제어할 수 있다. 프로세서(210)는 화재 예측 장치(130)의 CPU(Central Processing Unit)로 구현될 수 있다.The
메모리(230)는 SSD(Solid State Drive) 또는 HDD(Hard Disk Drive)와 같은 비휘발성 메모리로 구현되어 화재 예측 장치(130)에 필요한 데이터 전반을 저장하는데 사용되는 보조기억장치를 포함할 수 있고, RAM(Random Access Memory)과 같은 휘발성 메모리로 구현된 주기억장치를 포함할 수 있다.The
사용자 입출력부(250)는 사용자 입력을 수신하기 위한 환경 및 사용자에게 특정 정보를 출력하기 위한 환경을 포함할 수 있다. 예를 들어, 사용자 입출력부(250)는 터치 패드, 터치 스크린, 화상 키보드 또는 포인팅 장치와 같은 어댑터를 포함하는 입력장치 및 모니터 또는 터치스크린과 같은 어댑터를 포함하는 출력장치를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 사용자 입출력부(250)는 원격 접속을 통해 접속되는 컴퓨팅 장치에 해당할 수 있고, 그러한 경우, 화재 예측 장치(130)는 서버로서 수행될 수 있다.The user input/output unit 250 may include an environment for receiving a user input and an environment for outputting specific information to the user. For example, the user input/output unit 250 may include an input device including an adapter such as a touch pad, a touch screen, an on-screen keyboard, or a pointing device, and an output device including an adapter such as a monitor or a touch screen. In an embodiment, the user input/output unit 250 may correspond to a computing device connected through a remote connection, and in such a case, the
네트워크 입출력부(270)은 네트워크를 통해 외부 장치 또는 시스템과 연결하기 위한 환경을 포함하고, 예를 들어, LAN(Local Area Network), MAN(Metropolitan Area Network), WAN(Wide Area Network) 및 VAN(Value Added Network) 등의 통신을 위한 어댑터를 포함할 수 있다.The network input/
도 3은 도 1의 화재 예측 장치의 기능적 구성을 설명하는 블록도이다.3 is a block diagram illustrating a functional configuration of the fire prediction device of FIG. 1 .
도 3을 참조하면, 화재 예측 장치(130)는 진단데이터 수신부(310), 운행 패턴 도출부(330), 화재진단 모델 생성부(350), 화재 발생 진단부(370) 및 제어부(390)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the
진단데이터 수신부(310)는 시설장치에 설치되고 복수의 센서들을 포함하는 감시 단말(110)로부터 해당 시설장치의 운행상태에 관한 진단데이터를 수집할 수 있다. 즉, 감시 단말(110)은 다양한 센서들을 통해 시설장치의 동작의 정상 유무를 판단할 수 있는 다양한 정보들을 진단데이터로서 수집할 수 있고, 유선 또는 무선으로 연결된 화재 예측 장치(130)에게 해당 데이터를 제공할 수 있다. The diagnostic
이 때, 화재 예측 장치(130)의 진단데이터 수신부(310)는 해당 동작을 담당하여 처리할 수 있고, 진단데이터 수신부(310)는 데이터 수신과 함께 데이터 분류 동작이나 분석을 위한 전처리 동작을 추가적으로 수행할 수 있다. 예를 들어, 진단데이터 수신부(310)는 데이터에 대한 유효성 검사를 수행할 수 있고, 정규화나 데이터 변환 등을 수행할 수 있다.At this time, the diagnostic
일 실시예에서, 진단데이터 수신부(310)는 진단데이터 중 전기적인 신호를 특정 주기로 샘플링(sampling)하여 디지털 신호로 변환할 수 있다. 즉, 감시 단말(110)은 복수의 센서들을 통해 시설장치의 운행 과정에서 온도, 습도, 스파크(spark), 연기 및 가스에 관한 신호를 측정할 수 있고, 이 때 측정된 신호는 아날로그 신호로서 센서의 특성에 따라 정형화되지 않은 고유값으로 표현될 수 있다. In an embodiment, the
또한, 진단데이터 수신부(310)는 진단데이터에 대해 소정의 비율로 증폭시키는 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 진단데이터 수신부(310)는 센서에 의해 생성된 전기적인 신호로부터 고정 주기의 샘플링을 통해 디지털화된 신호로의 변환 동작을 처리할 수 있으며, 이 때 샘플링 주기(sampling rate)는 화재 예측 장치(130)에 의해 사전에 설정될 수 있다. Also, the diagnostic
또한, 진단데이터 수신부(310)는 필요한 경우 디지털 신호의 변환 이후 캘리브레이션(calibration)을 수행할 수 있다. 이를 위하여 진단데이터 수신부(310)는 데이터베이스(150)에 저장된 캘리브레이션 함수를 사용할 수 있다.Also, if necessary, the
운행 패턴 도출부(330)는 진단데이터를 기초로 특정 시간간격 동안의 운행상태로 정의되는 각 센서별 운행 패턴을 도출할 수 있다. 운행 패턴 도출부(330)는 시설장치의 동작 특성을 고려하여 진단주기를 결정할 수 있고, 진단주기에 따라 특정 시간간격을 결정할 수 있다. 예를 들어, 진단주기가 T인 경우 운행 패턴 도출부(330)는 특정 시간간격으로서 T/m(이 때, m은 자연수) 또는 m*T을 결정할 수 있다. 또한, 운행 패턴 도출부(330)는 센서 별로 진단데이터로부터 도출되는 운행상태에 관하여 시각화된 형태로 표현함으로써 운행 패턴을 결정할 수 있다.The driving
일 실시예에서, 운행 패턴 도출부(330)는 각 센서 별로 진단데이터에 관한 2차원 패턴그래프를 도출하고, 2차원 패턴그래프를 시간(time)축을 기준으로 정렬한 후 밸류(value)축을 기준으로 각 센서별 운행범위를 이탈하는 화재전조 구간을 결정하며, 시간축을 기준으로 화재전조 구간의 전후 구간을 각각 결정하고 해당 이전 구간부터 해당 이후 구간까지의 패턴그래프에 관한 변화를 각 센서별 운행 패턴으로서 결정할 수 있다.In one embodiment, the driving
보다 구체적으로, 운행 패턴 도출부(330)는 각 센서 별로 수집된 진단데이터를 시간축과 밸류(value)축으로 구성되는 2차원 좌표계 상에 시각화한 결과로서 패턴그래프를 도출할 수 있다. 즉, 패턴그래프는 시설장치의 동작 과정에서 센서에 의해 측정된 특성들을 2차원 좌표계에 시각화한 그래픽 인터페이스에 해당할 수 있다.More specifically, the driving
한편, 운행 패턴 도출부(330)는 수집된 데이터를 단순 배치하는 것이 아니라 센서 별로 정상상태에서 측정되는 신호 범위를 운행범위로 정의할 수 있고, 수집된 진단데이터가 운행범위를 벗어나는 순간을 검출하여 해당 구간을 포함하여 정의되는 화재전조 구간을 결정할 수 있다. 운행 패턴 도출부(330)는 시간축을 기준으로 화재전조 구간과 동일 시간간격을 가지는 전후 구간을 각각 결정할 수 있고, 해당 이전 구간부터 해당 이후 구간까지의 패턴그래프에 관한 변화를 각 센서별 운행 패턴으로 결정할 수 있다.On the other hand, the driving
화재진단 모델 생성부(350)는 각 센서별 운행 패턴 간의 상관관계에 관한 학습을 통해 상기 시설장치에 관한 화재 발생 위험도를 예측할 수 있다. 화재진단 모델 생성부(350)는 단일 센서에 대한 운행 패턴만으로 화재 발생을 진단할 수 있고, 복수의 센서들에 대한 운행 패턴들 사이의 상관관계를 분석하여 화재 발생을 진단할 수도 있다. 만약 운행 패턴 간의 상관관계를 기초로 화재 발생을 진단하는 경우 화재진단 모델 생성부(350)는 각 운행 패턴에 대한 특징값을 추출한 후 해당 특징값들로 운행 패턴 간의 상관관계를 정의한 후 이를 활용하여 학습 동작을 수행할 수 있다.The fire diagnosis
일 실시예에서, 화재진단 모델 생성부(350)는 특정 시간간격에 대해 각 센서별 운행 패턴에 대한 대표 특징값을 결정하고 연속하는 특정 시간간격 사이에 대표 특징값에 대한 변화율을 산출한 결과로서 각 센서별 변화율을 성분값으로 하는 특징벡터를 학습데이터로 생성하여 학습을 수행할 수 있다. In an embodiment, the fire diagnosis
보다 구체적으로, 화재진단 모델 생성부(350)는 기 설정된 특정 시간간격을 단위 구간으로 설정할 수 있고, 단위 구간 별로 각 센서에 대한 운행 패턴을 도출할 수 있다. 또한, 화재진단 모델 생성부(350)는 각 단위 구간에 대해 운행 패턴을 대표할 수 있는 대표값을 설정할 수 있고, 예를 들어, 단위 구간 동안의 운행 상태에 관한 특징값들의 평균을 통해 해당 단위 구간에 대한 대표 특징값을 결정할 수 있다.More specifically, the fire diagnosis
또한, 화재진단 모델 생성부(350)는 단위 구간마다 도출된 대표 특징값들 간의 변화율을 산출할 수 있고, 각 센서별 변화율을 성분으로 하는 n차원의 특징벡터를 학습데이터로 생성할 수 있다. 이 때, n은 시설장치에 설치된 센서들의 개수에 대응될 수 있다.In addition, the fire diagnosis
일 실시예에서, 화재진단 모델 생성부(350)는 특정 시간간격에 대해 각 센서별 운행 패턴에 관한 2차원 이미지들을 획득하고, 2차원 이미지들 각각에 대한 n차원(상기 n은 자연수) 특징 벡터를 생성하며, 각 센서별 특징 벡터들을 하나로 통합하여 특정 시간간격을 대표하는 대표 특징 벡터를 생성하고, 대표 특징 벡터에 관한 학습을 수행하여 화재진단 모델을 생성할 수 있다.In one embodiment, the fire diagnosis
보다 구체적으로, 화재진단 모델 생성부(350)는 각 센서에 대해 운행 패턴을 시각화한 결과로서 2차원 패턴그래프를 생성할 수 있고, 해당 2차원 패턴그래프의 시간축을 특정 간격으로 분할하여 각 특정 간격에 대한 패턴그래프의 2차원 이미지를 획득할 수 있다. 또한, 화재진단 모델 생성부(350)는 2차원 이미지에 대한 이미지 분석을 통해 n차원의 특징 벡터를 생성할 수 있다. 예를 들어, 화재진단 모델 생성부(350)는 CNN(Convolution Neural Network) 알고리즘을 이용하여 특정 이미지에 대한 n차원의 특징 벡터를 생성할 수 있다. More specifically, the fire diagnosis
즉, 화재진단 모델 생성부(350)는 각 센서별로 획득한 n차원의 특징 벡터들을 하나로 통합하여 해당 시점에서 시설장치의 운행 상태에 관한 통합 정보로서 대표 특징 벡터를 생성할 수 있고, 매 주기별 시점마다 대표 특징 벡터에 대한 학습을 통해 화재 발생 진단을 위한 화재진단 모델을 구축할 수 있다. 결과적으로, 이를 통해 구축된 화재진단 모델은 각 센서별 운행 패턴 간의 상관관계를 독립변수로 하여 화재 발생 위험도를 종속변수로서 출력할 수 있다.That is, the fire diagnosis
일 실시예에서, 화재진단 모델 생성부(350)는 입력데이터를 기초로 화재 발생 가능성에 관한 예측 확률을 출력하는 화재 발생 위험도 함수를 화재진단 모델로서 생성할 수 있다. 즉, 화재진단 모델 생성부(350)는 시설장치의 운행 과정에서 운행 상태에 따른 화재 발생 가능성의 데이터를 이용하여 다양한 입력조건(온도, 습도, 스파크, 연기 및 가스 등)에 따라 화재 예측 확률을 출력하는 화재 발생 위험도 함수로서 구축할 수 있다. 따라서, 화재 예측 장치(130)는 화재진단 모델을 이용하여 시설장치로부터 수집된 운행 상태에 따른 화재 발생을 효과적으로 진단할 수 있다.In an embodiment, the fire diagnosis
화재 발생 진단부(370)는 시설장치에서 수집되는 실시간 진단데이터를 상기 화재진단 모델에 적용하여 해당 시설장치에서의 화재 발생을 진단할 수 있다. 화재 발생 진단부(370)는 충분한 사전 학습을 통해 구축된 화재진단 모델을 이용하여 각 시설장치의 화재 발생을 진단하고 모니터링할 수 있다. 한편, 화재 발생 진단부(370)는 학습과 진단을 병렬적으로 처리할 수 있다. 즉, 사전학습을 통해 구축된 화재진단 모델은 화재 발생에 관한 실시간 진단을 수행함과 동시에 진단 결과에 따른 피드백을 획득하여 실시간 진단데이터에 관한 학습을 수행할 수 있으며, 결과적으로 화재진단 모델은 실시간 진단데이터를 기초로 화재 발생 진단부(370)에 의해 주기적 또는 실시간으로 갱신될 수 있다. The fire
일 실시예에서, 화재 발생 진단부(370)는 화재 발생 위험도 함수에 실시간 진단데이터를 적용하고 해당 적용의 결과로서 획득된 화재진단 모델의 출력값에 따라 해당 시설장치에서의 화재 발생을 진단할 수 있다. 화재진단 모델은 기 수집된 진단데이터를 기초로 학습을 통해 구축될 수 있으며, 그 결과 화재 발생 진단부(370)는 화재진단 모델을 통해 시설장치에 대한 과거 운행정보를 바탕으로 해당 시설장치에서의 화재 발생을 효과적으로 진단할 수 있다. In one embodiment, the fire
예를 들어, 화재 발생 진단부(370)는 화재진단 모델의 출력값이 기초로 기 설정된 화재 발생 등급의 결정하고 해당 등급에 따른 동작을 수행할 수 있다. 화재 발생 등급은 화재 발생 가능성을 등급별로 정의한 것에 해당할 수 있고, 주의, 경고 및 발화 등급을 포함하여 세부적으로 분류될 수 있다. 화재 발생 진단부(370)는 화재진단 모델이 출력하는 발생 확률에 따라 현재 등급을 결정하고 등급별 조치에 따른 동작을 처리할 수 있다.For example, the fire
일 실시예에서, 화재 발생 진단부(370)는 특정 시간간격에 대한 화재진단 모델의 출력값이 기 설정된 임계값을 초과하고 기 설정된 횟수 이상으로 연속하여 반복되는 경우 화재 발생에 관한 알람을 제공할 수 있다. 즉, 화재 발생 진단부(370)는 화재진단 모델의 출력값이 일시적으로 정상 범위를 벗어날 가능성을 고려하여 설정된 임계값을 초과한 횟수를 기반으로 화재 발생을 예측함과 동시에 이에 대한 알람을 생성하여 관리자 단말(170)을 포함한 외부 시스템에 전달할 수 있다.In one embodiment, when the output value of the fire diagnosis model for a specific time interval exceeds a preset threshold value and is continuously repeated more than a preset number of times, the fire
제어부(390)는 화재 예측 장치(130)의 전체적인 동작을 제어하고, 진단데이터 수신부(310), 운행 패턴 도출부(330), 화재진단 모델 생성부(350) 및 화재 발생 진단부(370) 간의 제어 흐름 또는 데이터 흐름을 관리할 수 있다.The
도 4는 도 1의 화재 예측 장치에서 수행되는 인공지능 기반의 화재 예측 과정의 일 실시예를 설명하는 순서도이다.4 is a flowchart illustrating an embodiment of an artificial intelligence-based fire prediction process performed in the fire prediction apparatus of FIG. 1 .
도 4를 참조하면, 화재 예측 장치(130)는 진단데이터 수신부(310)를 통해 시설장치에 설치되고 복수의 센서들을 포함하는 감시 단말(110)로부터 해당 시설장치의 운행상태에 관한 진단데이터를 수집할 수 있다(단계 S410). 화재 예측 장치(130)는 운행 패턴 도출부(330)를 통해 진단데이터를 기초로 특정 시간간격 동안의 운행상태로 정의되는 각 센서별 운행 패턴을 도출할 수 있다(단계 S430).Referring to FIG. 4 , the
또한, 화재 예측 장치(130)는 화재진단 모델 생성부(350)를 통해 각 센서별 운행 패턴 간의 상관관계에 관한 학습을 통해 시설장치에 관한 화재 발생 위험도를 예측하는 화재진단 모델을 생성할 수 있다(단계 S450). 화재 예측 장치(130)는 화재 발생 진단부(370)를 통해 시설장치에서 수집되는 실시간 진단데이터를 화재진단 모델에 적용하여 해당 시설장치에서의 화재 발생을 진단할 수 있다(단계 S470).In addition, the
도 5는 도 1의 화재 예측 장치에서 수행되는 패턴 분석을 이용한 인공지능 기반의 화재 예측 과정의 일 실시예를 설명하는 도면이다.FIG. 5 is a view for explaining an embodiment of an AI-based fire prediction process using pattern analysis performed in the fire prediction device of FIG. 1 .
도 5를 참조하면, 화재 예측 장치(130)는 감시 단말(110)로부터 수집된 진단데이터를 기초로 각 센서별 운행 패턴을 도출할 수 있다. 이 때, 각 센서별 운행 패턴은 특정 시간간격 동안의 운행상태로 정의될 수 있다. 특히, 화재 예측 장치(130)는 각 센서 별로 진단데이터에 관한 2차원 패턴그래프를 도출할 수 있으며, 패턴그래프의 시간축을 기준으로 각 센서 별로 설정된 운행범위를 이탈하는 구간을 포함하는 화재전조 구간(510)을 결정할 수 있다.Referring to FIG. 5 , the
도 5에서, 화재전조 구간은 화재전조 증상 요소를 포함하는 구간에 해당할 수 있고, 화재전조 증상 요소는 특정 센서로부터 수집된 진단데이터가 해당 특정 센서에 대해 설정된 운행범위를 벗어난 경우에 해당할 수 있다. 즉, 화재전조 증상 요소는 화재가 발생하기 전 시설장치의 운행 과정에서 발생하는 이상 상황에 해당할 수 있고, 특별한 이유없이 센싱값이 정상 범위를 벗어나는 경우가 대표적인 예에 해당할 수 있다.In FIG. 5 , the pre-fire section may correspond to a section including the pre-fire symptom element, and the pre-fire symptom element may correspond to a case in which diagnostic data collected from a specific sensor is outside the operating range set for the specific sensor. there is. That is, the fire precursor symptom element may correspond to an abnormal situation occurring during the operation of a facility device before a fire occurs, and a case in which the sensing value is outside the normal range for no particular reason may correspond to a representative example.
한편, 화재 예측 장치(130)는 입력데이터를 기초로 화재 발생 가능성에 관한 예측 확률을 출력하는 화재 발생 위험도 함수를 화재진단 모델로서 생성할 수 있고, 화재 발생 위험도 함수에 시설장치로부터의 실시간 진단데이터를 적용하여 그 출력값에 따라 해당 시설장치에서의 화재 발생을 진단할 수 있다. 이 때, 화재 예측 장치(130)는 단순히 하나의 센서에 의한 진단이 아니라 다양한 센서로부터 수집된 정보들 간의 상관관계를 분석한 결과로서 화재 발생 확률(530)을 예측하여 제공하여 화재 발생에 관한 진단의 정확성을 높일 수 있다.On the other hand, the
일 실시예에서, 화재 예측 장치(130)는 복수의 감시 단말(110)들로부터 수집한 진단데이터를 유형별로 분류하여 데이터베이스(150)를 구축하고 복수의 시설장치들에 관한 유형별 감시 지도를 생성하는 진단데이터 시각화부를 더 포함하여 구현될 수 있다. 여기에서, 감시 지도는 진단데이터를 기초로 생성되는 자료로서 유형별로 시간의 흐름에 따른 각 시설장치들의 동작 현황을 동일 평면 상에 정렬시켜 도출될 수 있다. 즉, 화재 예측 장치(130)는 감시 지도를 통해 복수의 시설장치들의 모니터링을 효과적으로 수행할 수 있다.In one embodiment, the
또한, 진단데이터 시각화부는 유형별 감시 지도 상의 분포를 기초로 관심영역을 결정하고 해당 관심영역에 포함된 시설장치들의 동작에 관한 이상신호를 검출할 수 있다. 또한, 진단데이터 시각화부는 이상신호와 연관된 시설장치에 대한 알림을 제공할 수 있고, 이에 따라 화재 예측 장치(130)는 해당 시설장치에 관한 정밀진단을 수행할 수 있다.In addition, the diagnostic data visualization unit may determine a region of interest based on the distribution on the monitoring map for each type and detect abnormal signals regarding the operation of facilities included in the region of interest. In addition, the diagnostic data visualization unit may provide a notification for a facility device associated with an abnormal signal, and accordingly, the
일 실시예에서, 진단데이터 시각화부는 유형별로 분류된 감시데이터를 이용하여 복수의 시설장치들과 측정 시간들을 각 차원으로 하는 2차원 매트릭스로서 유형별 감시 지도를 생성할 수 있다. 예를 들어, 시설장치의 내부 온도에 관한 감시 지도는 복수의 시설장치들 각각이 하나의 차원에 대응되고, 각 시설장치들로부터 수신하는 온도 신호가 나머지 차원에 대응되는 2차원 매트릭스로서 표현될 수 있다. 진단데이터 시각화부는 유형별 감시 지도를 하나의 평면 상에서 표 또는 그래프 형태로 시각화할 수 있다.In an embodiment, the diagnostic data visualization unit may generate a monitoring map for each type as a two-dimensional matrix with a plurality of facility devices and measurement times as each dimension using the monitoring data classified by type. For example, a monitoring map regarding the internal temperature of a facility may be expressed as a two-dimensional matrix in which each of a plurality of facility devices corresponds to one dimension, and a temperature signal received from each facility corresponds to the other dimension. there is. The diagnostic data visualization unit may visualize a type-specific monitoring map in the form of a table or graph on one plane.
일 실시예에서, 진단데이터 시각화부는 유형별 감시 지도를 시간 차원을 기준으로 나란히 배치함으로써 2차원 매트릭스를 3차원으로 확장하고 각 2차원 매트릭스에서 결정된 후보 관심영역 간의 중첩 수가 기 설정된 임계값을 초과하는 경우 해당 후보 관심영역들의 집합으로서 관심영역을 결정할 수 있다. 보다 구체적으로, 진단데이터 시각화부는 유형별 감시 지도를 시간 차원이 일치되도록 정렬시켜 배치할 수 있고, 이에 따라 2차원 매트릭스가 3차원으로 확장될 수 있다(도 6 참조).In an embodiment, the diagnostic data visualization unit expands the two-dimensional matrix in three dimensions by arranging monitoring maps for each type side by side based on the time dimension, and when the number of overlaps between candidate regions of interest determined in each two-dimensional matrix exceeds a preset threshold An ROI may be determined as a set of corresponding candidate ROIs. More specifically, the diagnostic data visualization unit may arrange and arrange the monitoring maps for each type so that the time dimension coincides, and accordingly, the two-dimensional matrix may be expanded into three dimensions (refer to FIG. 6 ).
또한, 진단데이터 시각화부는 유형별 감시 지도 상에서 진단데이터의 이상 유무를 검출한 결과로서 후보 관심영역을 결정할 수 있고, 3차원으로 확장된 감시 지도 상에서 후보 관심영역의 중첩이 특정 수 이상 반복된 영역을 관심영역으로 최종 결정할 수 있다. 즉, 진단데이터 시각화부에 의해 결정된 관심영역은 동작 신호에서 이상이 검출될 확률이 높은 시설장치를 결정하는데 활용될 수 있다.In addition, the diagnostic data visualization unit can determine the candidate ROI as a result of detecting the presence or absence of abnormalities in the diagnostic data on the monitoring map for each type, and pay attention to the region in which the overlap of the candidate ROI is repeated a certain number or more on the three-dimensionally extended monitoring map. area can be finally determined. That is, the region of interest determined by the diagnostic data visualization unit may be utilized to determine a facility with a high probability of detecting an abnormality in an operation signal.
도 6은 도 1의 화재 예측 장치에서 사용하는 유형별 감시 지도를 설명하는 도면이다.FIG. 6 is a view for explaining a monitoring map for each type used in the fire prediction device of FIG. 1 .
도 6을 참조하면, 화재 예측 장치(130)는 진단데이터 시각화부를 통해 유형별로 분류된 진단데이터를 이용하여 복수의 시설장치들과 측정 시간들을 각 차원으로 하는 2차원 매트릭스로서 유형별 감시 지도를 생성할 수 있다. 도 6의 경우, 시설장치들로부터 측정된 온도 신호를 기초로 생성된 온도 감시 지도에 해당할 수 있다. 즉, 온도 감시 지도의 각 행은 각 시설장치들(설비 1, 설비 2, ..., 설비 n)에 대응될 수 있고, 각 열은 각 측정 시간들(t1, t2, t3, ..., tn)에 대응될 수 있다. 따라서, 화재 예측 장치(130)는 온도 감시 지도를 통해 각 시설장치들에서 정상 범위를 초과한 이상 신호를 효과적으로 검출할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the
도 7은 도 1의 화재 예측 장치에서 수행되는 관심영역 결정 과정을 설명하는 도면이다.FIG. 7 is a view for explaining a process of determining a region of interest performed by the fire prediction apparatus of FIG. 1 .
도 7을 참조하면, 화재 예측 장치(130)는 진단데이터 시각화부를 통해 유형별 감시 지도를 시간 차원(t)을 기준으로 나란히 배치함으로써 2차원 매트릭스(710)를 3차원으로 확장하고 각 2차원 매트릭스에서 결정된 후보 관심영역(730) 간의 중첩 수가 기 설정된 임계값을 초과하는 경우 해당 후보 관심영역들의 집합으로서 관심영역(770)을 결정할 수 있다. 즉, 관심영역(770)은 후보 관심영역(730)들의 최다 중첩영역(750)을 포함하는 영역에 해당할 수 있다.Referring to FIG. 7 , the
도 7에서, 화재 예측 장치(130)는 온도, 습도, 스파크 등에 관한 감시 지도들을 각각 2차원 매트릭스(710)로서 구축할 수 있고, 시간 차원(t)을 기준으로 나란히 배치하여 3차원으로 확장시킬 수 있다. 각 2차원 매트릭스(710)는 동일한 시설장치(f)에 대해 동일한 시간(t)에 획득된 진단데이터들이 서로 대응되도록 배치될 수 있고, 화재 예측 장치(130)는 배치 결과 각 감시 지도 상에서 결정된 후보 관심영역(730)들의 중첩 수가 특정 개수(예를 들어, 3)이상인 최다 중첩영역(750)이 존재하는지 결정할 수 있다.In FIG. 7, the
만약 중첩 수가 3이상인 최다 중첩영역(750)이 존재하는 경우 화재 예측 장치(130)는 해당 중첩을 형성하는 후보 관심영역(730)들의 집합을 관심영역(770)으로 최종 결정할 수 있다. 이후, 화재 예측 장치(130)는 관심영역(770)과 연관된 시설장치들을 대상으로 이상신호를 검출하여 정밀진단을 수행할 수 있다.If there is a maximum
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention within the scope without departing from the spirit and scope of the present invention as described in the claims below. You will understand that it can be done.
100: 화재 예측 시스템
110: 감시 단말 130: 화재 예측 장치
150: 데이터베이스 170: 관리자 단말
210: 프로세서 230: 메모리
250: 사용자 입출력부 270: 네트워크 입출력부
310: 진단데이터 수신부 330: 운행 패턴 도출부
350: 화재진단 모델 생성부 370: 화재 발생 진단부
390: 제어부
510: 화재전조 구간 530: 화재 발생 확률
710: 2차원 매트릭스 730: 후보 관심영역
750: 최다 중첩영역 770: 관심영역100: fire prediction system
110: monitoring terminal 130: fire prediction device
150: database 170: administrator terminal
210: processor 230: memory
250: user input/output unit 270: network input/output unit
310: diagnostic data receiving unit 330: driving pattern deriving unit
350: fire diagnosis model generation unit 370: fire diagnosis unit
390: control unit
510: fire precursor section 530: fire probability
710: two-dimensional matrix 730: candidate region of interest
750: most overlapping region 770: region of interest
Claims (8)
상기 진단데이터를 기초로 특정 시간간격 동안의 운행상태로 정의되는 각 센서별 운행 패턴을 도출하는 단계;
상기 각 센서별 운행 패턴 간의 상관관계에 관한 학습을 통해 상기 시설장치에 관한 화재 발생 위험도를 예측하는 화재진단 모델을 생성하는 단계; 및
상기 시설장치에서 수집되는 실시간 진단데이터를 상기 화재진단 모델에 적용하여 해당 시설장치에서의 화재 발생을 진단하는 단계를 포함하되,
상기 감시 단말은 상기 복수의 센서들을 통해 상기 시설장치의 운행 과정에서 온도, 습도, 스파크(spark), 연기 및 가스에 관한 신호를 측정하고,
상기 진단데이터를 수집하는 단계는
상기 진단데이터 중 전기적인 신호를 특정 주기로 샘플링(sampling)하여 디지털 신호로 변환하는 단계를 포함하고,
상기 운행 패턴을 도출하는 단계는
각 센서 별로 상기 진단데이터에 관한 2차원 패턴그래프를 도출하는 단계;
상기 2차원 패턴그래프를 시간(time)축을 기준으로 정렬한 후 밸류(value)축을 기준으로 각 센서별 운행범위를 이탈하는 화재전조 구간을 결정하는 단계; 및
상기 시간축을 기준으로 상기 화재전조 구간의 전후 구간을 각각 결정하고 해당 이전 구간부터 해당 이후 구간까지의 패턴그래프에 관한 변화를 상기 각 센서별 운행 패턴으로서 결정하는 단계를 포함하고,
상기 화재진단 모델을 생성하는 단계는
상기 특정 시간간격에 대해 상기 각 센서별 운행 패턴에 대한 대표 특징값을 결정하고 연속하는 특정 시간간격 사이에 대표 특징값에 대한 변화율을 산출한 결과로서 각 센서별 변화율을 성분값으로 하는 특징벡터를 학습데이터로 생성하여 상기 학습을 수행하는 단계를 포함하고,
상기 화재진단 모델을 생성하는 단계는
상기 특정 시간간격에 대해 상기 각 센서별 운행 패턴에 관한 2차원 이미지들을 획득하는 단계;
상기 2차원 이미지들 각각에 대한 n차원(상기 n은 자연수) 특징 벡터를 생성하는 단계;
각 센서별 특징 벡터들을 하나로 통합하여 상기 특정 시간간격을 대표하는 대표 특징 벡터를 생성하는 단계; 및
상기 대표 특징 벡터에 관한 학습을 수행하여 상기 화재진단 모델을 생성하는 단계를 포함하고,
상기 화재진단 모델을 생성하는 단계는
입력데이터를 기초로 화재 발생 가능성에 관한 예측 확률을 출력하는 화재 발생 위험도 함수를 상기 화재진단 모델로서 생성하는 단계를 포함하고,
상기 화재 발생을 진단하는 단계는
상기 화재 발생 위험도 함수에 상기 실시간 진단데이터를 적용하고 해당 적용의 결과로서 획득된 상기 화재진단 모델의 출력값에 따라 해당 시설장치에서의 화재 발생을 진단하는 단계를 포함하고,
상기 화재 발생을 진단하는 단계는
상기 특정 시간간격에 대한 상기 화재진단 모델의 출력값이 기 설정된 임계값을 초과하고 기 설정된 횟수 이상으로 연속하여 반복되는 경우 화재 발생에 관한 알람을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 분석을 이용한 인공지능 기반의 화재 예측 방법.
Collecting diagnostic data on the operating state of the facility from a monitoring terminal installed in the facility and including a plurality of sensors;
deriving a driving pattern for each sensor defined as a driving state for a specific time interval based on the diagnostic data;
generating a fire diagnosis model for predicting the risk of fire occurrence with respect to the facility equipment through learning about the correlation between the driving patterns for each sensor; and
and diagnosing the occurrence of a fire in the facility by applying the real-time diagnosis data collected from the facility to the fire diagnosis model,
The monitoring terminal measures signals related to temperature, humidity, spark, smoke and gas in the operation process of the facility device through the plurality of sensors,
The step of collecting the diagnostic data is
Sampling an electrical signal of the diagnostic data at a specific period and converting it into a digital signal,
The step of deriving the driving pattern is
deriving a two-dimensional pattern graph related to the diagnostic data for each sensor;
arranging the two-dimensional pattern graph based on a time axis and then determining a fire warning section that deviates from the operation range for each sensor based on a value axis; and
Determining each of the sections before and after the fire warning section based on the time axis and determining the change in the pattern graph from the previous section to the subsequent section as the driving pattern for each sensor,
The step of generating the fire diagnosis model is
As a result of determining the representative characteristic value for the driving pattern for each sensor for the specific time interval and calculating the rate of change for the representative characteristic value between successive specific time intervals, a feature vector using the rate of change for each sensor as a component value Including the step of performing the learning by generating as learning data,
The step of generating the fire diagnosis model is
acquiring two-dimensional images related to the driving pattern for each sensor for the specific time interval;
generating an n-dimensional (where n is a natural number) feature vector for each of the two-dimensional images;
generating a representative feature vector representing the specific time interval by integrating the feature vectors for each sensor into one; and
generating the fire diagnosis model by performing learning on the representative feature vector,
The step of generating the fire diagnosis model is
Generating a fire risk function that outputs a predicted probability regarding the possibility of a fire based on input data as the fire diagnosis model,
Diagnosing the fire
applying the real-time diagnosis data to the fire occurrence risk function and diagnosing the occurrence of a fire in the facility device according to the output value of the fire diagnosis model obtained as a result of the application,
Diagnosing the fire
and providing an alarm regarding the occurrence of a fire when the output value of the fire diagnosis model for the specific time interval exceeds a preset threshold value and is continuously repeated for more than a preset number of times. A fire prediction method based on artificial intelligence.
상기 진단데이터를 기초로 각 센서별 특정 시간간격 동안의 운행상태로 정의되는 운행 패턴을 도출하는 운행 패턴 도출부;
상기 운행 패턴 간의 상관관계에 관한 학습을 통해 상기 시설장치에 관한 화재 발생을 예측하는 화재진단 모델을 생성하는 화재진단 모델 생성부; 및
상기 시설장치에서 수집되는 실시간 진단데이터를 상기 화재진단 모델에 적용하여 해당 시설장치에서의 화재 발생을 진단하는 화재 발생 진단부를 포함하되,
상기 진단데이터 수집부는
상기 복수의 센서들을 통해 상기 시설장치의 운행 과정에서 온도, 습도, 스파크(spark), 연기 및 가스에 관한 신호를 측정하고,
상기 진단데이터 수집부는
상기 진단데이터 중 전기적인 신호를 특정 주기로 샘플링(sampling)하여 디지털 신호로 변환하고,
상기 운행 패턴 도출부는
각 센서 별로 상기 진단데이터에 관한 2차원 패턴그래프를 도출하는 단계;
상기 2차원 패턴그래프를 시간(time)축을 기준으로 정렬한 후 밸류(value)축을 기준으로 각 센서별 운행범위를 이탈하는 화재전조 구간을 결정하는 단계; 및
상기 시간축을 기준으로 상기 화재전조 구간의 전후 구간을 각각 결정하고 해당 이전 구간부터 해당 이후 구간까지의 패턴그래프에 관한 변화를 상기 각 센서별 운행 패턴으로서 결정하는 단계를 수행하고,
상기 화재진단 모델 생성부는
상기 특정 시간간격에 대해 상기 각 센서별 운행 패턴에 대한 대표 특징값을 결정하고 연속하는 특정 시간간격 사이에 대표 특징값에 대한 변화율을 산출한 결과로서 각 센서별 변화율을 성분값으로 하는 특징벡터를 학습데이터로 생성하여 상기 학습을 수행하고,
상기 화재진단 모델 생성부는
상기 특정 시간간격에 대해 상기 각 센서별 운행 패턴에 관한 2차원 이미지들을 획득하는 단계;
상기 2차원 이미지들 각각에 대한 n차원(상기 n은 자연수) 특징 벡터를 생성하는 단계;
각 센서별 특징 벡터들을 하나로 통합하여 상기 특정 시간간격을 대표하는 대표 특징 벡터를 생성하는 단계; 및
상기 대표 특징 벡터에 관한 학습을 수행하여 상기 화재진단 모델을 생성하는 단계를 수행하고,
상기 화재진단 모델 생성부는
입력데이터를 기초로 화재 발생 가능성에 관한 예측 확률을 출력하는 화재 발생 위험도 함수를 상기 화재진단 모델로서 생성하고,
상기 화재 발생 진단부는
상기 화재 발생 위험도 함수에 상기 실시간 진단데이터를 적용하고 해당 적용의 결과로서 획득된 상기 화재진단 모델의 출력값에 따라 해당 시설장치에서의 화재 발생을 진단하고,
상기 화재 발생 진단부는
상기 특정 시간간격에 대한 상기 화재진단 모델의 출력값이 기 설정된 임계값을 초과하고 기 설정된 횟수 이상으로 연속하여 반복되는 경우 화재 발생에 관한 알람을 제공하는 것을 특징으로 하는 패턴 분석을 이용한 인공지능 기반의 화재 예측 장치.
a diagnostic data collection unit that collects diagnostic data on operating conditions from a plurality of sensors installed in the facility;
a driving pattern derivation unit for deriving a driving pattern defined as a driving state for a specific time interval for each sensor based on the diagnostic data;
a fire diagnosis model generation unit for generating a fire diagnosis model for predicting the occurrence of a fire with respect to the facility equipment through learning about the correlation between the driving patterns; and
A fire occurrence diagnosis unit for diagnosing the occurrence of a fire in the relevant facility by applying the real-time diagnosis data collected from the facility device to the fire diagnosis model,
The diagnostic data collection unit
Measures signals related to temperature, humidity, spark, smoke and gas in the operation process of the facility device through the plurality of sensors,
The diagnostic data collection unit
An electrical signal among the diagnostic data is sampled at a specific period and converted into a digital signal,
The driving pattern deriving unit
deriving a two-dimensional pattern graph related to the diagnostic data for each sensor;
arranging the two-dimensional pattern graph based on a time axis and then determining a fire warning section that deviates from the operation range for each sensor based on a value axis; and
Determining each of the sections before and after the fire warning section based on the time axis, and determining the change in the pattern graph from the previous section to the subsequent section as a driving pattern for each sensor,
The fire diagnosis model generation unit
As a result of determining the representative characteristic value for the driving pattern for each sensor for the specific time interval and calculating the rate of change for the representative characteristic value between successive specific time intervals, a feature vector using the rate of change for each sensor as a component value Perform the learning by generating it as learning data,
The fire diagnosis model generation unit
acquiring two-dimensional images related to the driving pattern for each sensor for the specific time interval;
generating an n-dimensional (where n is a natural number) feature vector for each of the two-dimensional images;
generating a representative feature vector representing the specific time interval by integrating the feature vectors for each sensor into one; and
performing the learning on the representative feature vector to generate the fire diagnosis model;
The fire diagnosis model generation unit
Generate a fire risk function that outputs a predicted probability about the possibility of a fire based on the input data as the fire diagnosis model,
The fire diagnosis unit
Applying the real-time diagnosis data to the fire occurrence risk function and diagnosing the occurrence of a fire in the facility device according to the output value of the fire diagnosis model obtained as a result of the application,
The fire diagnosis unit
Artificial intelligence-based using pattern analysis, characterized in that when the output value of the fire diagnosis model for the specific time interval exceeds a preset threshold value and is continuously repeated for more than a preset number of times, an alarm about the occurrence of a fire is provided. fire prediction device.
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---|---|---|---|
KR1020210015500A KR102375679B1 (en) | 2021-02-03 | 2021-02-03 | Artificial intelligence based fire prediction method and device using pattern analysis |
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