KR102505765B1 - 건설현장 근로자 안전을 위한 IoT 기반 웨어러블 안전가시화 시스템 - Google Patents
건설현장 근로자 안전을 위한 IoT 기반 웨어러블 안전가시화 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 건설현장 근로자 안전을 위한 IoT 기반 웨어러블 안전가시화 시스템에 관한 것으로서, 건설현장 내 구조물 상에 설치되어 건설현장의 위험요인을 실시간으로 계측하고, 실시간으로 계측된 데이터를 게이트웨이모듈부로 전송하는 IoT 센서부; 웹(web) 및 앱(app) 기반의 통합안전관리용 플랫폼으로서, 건설현장의 안전상태를 공유하여 건설현장 내 구조물의 붕괴를 비롯한 위험상황을 전파함과 더불어 현장근로자의 안전상태를 모니터링하기 위한 안전관리서버부; 건설현장 내 및 주변 인접구조물 상에 대응하여 설치되고, 상기 IoT 센서부에서의 계측된 데이터의 결과값 및 현장근로자의 안전상태 모니터링에 따라 건설현장의 잠재적 위험을 표시하되 현장근로자 및 주민이 건설현장 내 구조물의 붕괴 위험상황을 쉽게 인지하도록 표시 및 위험 단계별로 구분하여 표시하기 위한 안전가시화모듈부; 현장근로자가 신체에 착용하는 개별디바이스로서 비콘ID를 가지며, 게이트웨이모듈부 또는 안전관리서버부로부터 위험 경보신호를 수신시 자동으로 경보를 출력하여 위험상황을 알리도록 경보기가 구비되는 웨어러블모듈부; 웨어러블모듈부에서 전송되는 비콘ID를 스캔하여 수집하고, 수집된 비콘ID를 게이트웨이모듈부로 전송하는 비콘스캐너부; IoT 센서부에서 실시간 계측된 데이터와 비콘스캐너부에서 수집된 비콘ID를 안전관리서버부로 전송함과 더불어 안전관리서버부로부터 수신되는 위험 경보신호 및 관리제어신호를 웨어러블모듈부로 전송하는 게이트웨이모듈부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 건설현장 근로자 안전을 위한 사물인터넷(IoT; Internet of Things) 기반 웨어러블 안전가시화(OSV; On Site Visualization) 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 IoT 기반 웨어러블모듈과 통신모듈 및 안전가시화(OSV) 모듈을 활용함으로써 실시간 계측 데이터로부터 이상 징후 발생시 즉각적으로 상황을 전파하고, 유사시 발생할 수 있는 인명사고에 대비하여 안전정보의 확인을 가능하게 하며, 이와 더불어 효율적으로 건설현장에 대한 상시 안전관리를 수행할 수 있도록 함은 물론 건설현장에서의 사고 위험 요인을 사전에 예측하고 분석하여 적시 대응함으로써 선제적으로 건설안전사고를 해결할 수 있도록 한 건설현장 근로자 안전을 위한 IoT 기반 웨어러블 안전가시화 시스템에 관한 것이다.
최근 인구의 증가와 산업화 과정 및 대규모 상업시설의 개발 등이 급속도로 진행되면서 도심지에서 개착을 통한 굴착은 근접시공이 주를 이루고 있으며, 이로 인한 주변 지반의 변위를 발생시켜 변화를 유발하고 있다.
특히, 지반 및 터널굴착에 따른 붕괴사고로 인한 근로자 및 공사장의 피해뿐만 아니라 주변 지반에 변위가 발생하여 인접구조물이나 시설물들이 손상을 입는 사례가 빈번히 발생하고 있다.
이에 따라, 구조물 붕괴와 2차 피해로 발생되는 인적 및 물적 피해를 예방하기 위해 국가사회기반 시설에 대한 안전성 강화가 요구되고 있는 실정에 있다.
또한, 지구온난화 같은 전 세계적인 기후변화로 인하여 집중호우, 폭설, 태풍 등 예상하기 어려운 기상이변으로 인해 도심지 지반굴착 공사시 더욱 주의가 요구되고 있다.
현재 지반굴착 공사시 현장 안전관리 방안 및 인접 시설물에 대한 피해 저감 방안으로서 계측을 통한 피해 여부 감시, 토류벽체의 수평변위 방지 등의 대책 위주로 수행되고 있어, 근본적인 사고를 방지하기 위한 예방 차원의 지반굴착공사 안전관리가 필요한 실정에 있다.
한편, 현행 건설현장의 문제점을 분석해 보면, 건설현장 내 근로자 관련하여 크게 아래와 같은 2가지 요건에 해당하는 문제점을 지적할 수 있다.
첫째, 고령화로 인한 노동력 및 숙련공의 부족 현상이 심화되고 있다.
통계청에 따르면, 한국의 고령인구 구성비는 1970년에 비해 2019년 5배로 증가한 수준이며 생산연령인구(15~64세) 구성비는 2012년 정점인 73.4%에 이른 후 지속적으로 감소하여 2019년 72.7%, 2040년에 56.3%, 2067년에는 45.4%까지 낮아질 것으로 전망하고 있다.
또한, 건설현장에서 열악한 근로여건과 빈번한 안전사고로 인해 청년층의 취업 기피현상이 발생하고 있고, 불법체류 외국인력 고용으로 인력 수급을 메우는 악순환으로 인해 국내 숙련공 부족 현상이 지속될 전망이며, 산업 기반이 붕괴될 우려가 큰 상황에 있다.
둘째, 건설산업에 있어 구조적인 문제가 있다.
인프라 건설산업의 특성상(계획-설계-시공-유지관리) 공사 수주 여부와 현장의 여건 등에 따라 생산중단 가능성이 상존하므로 비정규직 근로자를 선호하는 현상이 발생하고 있고 높은 노동강도와 열악한 작업 조건으로 인해 산재 발생의 위험성이 높다.
최근 10년간 국내 전체 산업 사망만인율(근로자 1만명 당 사고사망자 수)은 45% 감소한 반면에 건설업 종사자의 사망자 비중은 51.3%로 증가하는 추세에 있어 건설현장에서 발생할 수 있는 위험요소에 대한 효율적인 안전관리 기술이 필요한 실정에 있다.
이와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해, 본원출원인은 국내등록특허 제10-2042616호(IoT 기반 도심지 건설현장 상시 안전관리 시스템)를 건설현장 안전기술로 제안한 바 있으며, 본원발명은 이러한 기 제안된 본원출원인의 기술에 더하여 더욱 발전된 방향 및 기술들을 접목하고 건설현장 근로자의 보다 효율적인 안전관리를 수행할 수 있도록 하는 새로운 구성을 갖는 시스템을 이하에서 제안하고자 한다.
본 발명은 상기의 종래 문제점들을 개선 및 이를 감안하여 안출된 것으로서, IoT 기반 웨어러블모듈과 통신모듈 및 안전가시화(OSV)모듈을 활용함으로써 실시간 계측 데이터로부터 이상 징후 발생시 즉각적으로 상황을 전파하고, 유사시 발생할 수 있는 인명사고에 대비하여 안전정보의 확인을 가능하게 하며, 이와 더불어 효율적으로 건설현장에 대한 상시 안전관리를 수행함은 물론 건설현장에서의 사고 위험 요인을 사전에 예측하고 분석하여 적시 대응함으로써 선제적으로 건설안전사고를 해결할 수 있도록 한 건설현장 근로자 안전을 위한 IoT 기반 웨어러블 안전가시화(OSV) 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 첨단 IT와 웨어러블 디바이스를 이용한 신개념 안전관리기법을 건설현장에 적용함으로써 건설현장 근로자 및 인근 주민에게 안전을 제공하고 국민의 생명과 재산을 보호할 수 있도록 한 건설현장 근로자 안전을 위한 IoT 기반 웨어러블 안전가시화(OSV) 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 건설현장 맞춤형 통신 네트워크를 위해 이기종 통신모듈로 분리 설계하고 안전가시화(OSV) 기술과 근로자 착용 웨어러블 디바이스 및 안전관리서버를 상호 유기적으로 접목함으로써 근로자 안전을 비롯한 건설현장 맞춤형 안전관리를 가능하게 하는 건설현장 근로자 안전을 위한 IoT 기반 웨어러블 안전가시화(OSV) 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 건설현장 근로자 안전을 위한 IoT 기반 웨어러블 안전가시화(OSV) 시스템은, 건설현장 내 구조물 상에 설치되어 건설현장의 위험요인을 실시간으로 계측하고, 실시간으로 계측된 데이터를 게이트웨이모듈부로 전송하는 IoT 센서부; 웹(web) 및 앱(app) 기반의 통합안전관리용 플랫폼으로서, 건설현장의 안전상태를 공유하여 건설현장 내 구조물의 붕괴를 비롯한 위험상황을 전파함과 더불어 현장근로자의 안전상태를 모니터링하기 위한 안전관리서버부; 건설현장 내 및 주변 인접구조물 상에 대응하여 설치되고, 상기 IoT 센서부에서의 계측된 데이터의 결과값 및 현장근로자의 안전상태 모니터링에 따라 건설현장의 잠재적 위험을 표시하되 현장근로자 및 주민이 건설현장 내 구조물의 붕괴 위험상황을 쉽게 인지하도록 표시 및 위험 단계별로 구분하여 표시하기 위한 안전가시화모듈부; 현장근로자가 신체에 착용하는 개별디바이스로서 비콘ID를 가지며, 게이트웨이모듈부 또는 안전관리서버부로부터 위험 경보신호를 수신시 자동으로 경보를 출력하여 위험상황을 알리도록 경보기가 구비되는 웨어러블모듈부; 웨어러블모듈부에서 전송되는 비콘ID를 스캔하여 수집하고, 수집된 비콘ID를 게이트웨이모듈부로 전송하는 비콘스캐너부; IoT 센서부에서 실시간 계측된 데이터와 비콘스캐너부에서 수집된 비콘ID를 안전관리서버부로 전송함과 더불어 안전관리서버부로부터 수신되는 위험 경보신호 및 관리제어신호를 웨어러블모듈부로 전송하는 게이트웨이모듈부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 게이트웨이모듈부는, IoT 센서부로부터 수집된 계측데이터가 갖는 변화량과 최대값의 기준치를 사용하여 위험상태의 유무를 1차적으로 판단하는 위험상태판단엔진모듈;을 포함하되, 상기 위험상태판단엔진모듈에서 위험상태 판단시 웨어러블모듈부로 위험 경보신호를 즉시 보내 경보 출력을 자동 발생시킴으로써 현장근로자에게 위험경보를 바로 안내하고, 이러한 판단수행결과를 안전관리서버부로 전송하도록 구성하며, 상기 기준치에 있어 변화량은 현재값과 직전값의 차이를 비교하는 데이터이고, 상기 최대값은 현재값이 최대값을 벗어나는지를 비교하는 데이터인 것일 수 있다.
상기 게이트웨이모듈부는, 서로 다른 이기종 네트워크가 가능하도록 무선 라우터를 갖되, 상기 IoT 센서부와 웨어러블모듈부 및 비콘스캐너부와는 각각 와이파이(WiFi)에 의한 무선주파수(RF) 방식으로 통신하고 상기 안전관리서버부와는 LTE 또는 5G에 의한 통신주파수 방식으로 통신하며; 상기 웨어러블모듈부와 비콘스캐너부 상호간에는 블루투스 통신을 통해 비콘ID를 송신 및 수집하도록 구성할 수 있다.
상기 IoT 센서부는, 경사센서, 변형률센서, 수압센서, 수위센서, 토압센서, 하중센서, 침하센서, 진동소음측정센서 중에서 적어도 하나 이상이 사용될 수 있다.
상기 게이트웨이모듈부는, 건설현장 내 공사구역과 공사구역 내 설치된 IoT 센서부 측 각 센서에 대해 공사구역별과 센서별로 각각 넘버링하여 기록하고 이를 통해 실시간으로 전송되는 IoT 센서부 측 계측데이터를 구분하여 판단하며, 위험지역에 존재하는 해당 현장근로자가 착용한 웨어러블모듈부로 위험 경보신호를 전송하도록 제어관리모듈;을 포함하는 구성일 수 있다.
상기 웨어러블모듈부는, 비콘스캐너부로부터 발사되는 비콘 신호를 수신하되, 수신되는 비콘 수신신호강도(Received signal strength indication; RSSI)와 비콘 신호의 발사각도를 계산하여 현장근로자의 현재 위치데이터를 산출 및 위치인식을 위한 비콘통신모듈;을 포함하고, 상기 비콘통신모듈에서는 비콘 수신신호강도(RSSI)에 대해 학습된 머신러닝을 접목하여 비콘 신호의 수신에 따른 거리값의 편차를 보정함으로써 현재 현장근로자의 위치데이터 산출 및 위치인식에 따른 정확도를 높이도록 처리하며, 상기 비콘통신모듈을 통해 산출되는 현장근로자의 위치데이터를 게이트웨이모듈부로 전송하기 위한 위치데이터통신모듈;을 더 포함하는 구성일 수 있다.
상기 비콘스캐너부는 건설현장 내에 노드 배치되어 다수 설치 및 비콘 신호를 각각 발사하고, 상기 웨어러블모듈부에서는 비콘스캐너부로부터 발사되는 비콘 신호를 수신하되, 주변 3개의 비콘 신호를 수신하여 어느 하나를 타겟 노드로 거리를 측정하는 삼변측량방식을 통해 현장근로자의 현재 위치데이터를 산출 및 위치를 인식하는 비콘통신모듈;을 포함하며, 상기 비콘통신모듈을 통해 산출되는 현장근로자의 위치데이터를 게이트웨이모듈부로 전송하기 위한 위치데이터통신모듈;을 더 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명에 따르면, IoT 기반 웨어러블 모듈과 통신모듈 및 안전 가시화(OSV) 모듈을 활용함으로써 실시간 계측 데이터로부터 이상 징후 발생시 즉각적으로 상황을 전파하고, 유사시 발생할 수 있는 인명사고에 대비하여 안전정보의 확인을 가능하게 하며, 기존보다 더욱 효율적으로 건설현장에 대한 상시 안전관리를 수행할 수 있고 건설현장에서의 사고 위험 요인을 사전에 예측하고 분석하여 적시 대응이 가능함으로써 선제적으로 건설안전사고를 해결할 수 있는 유용한 효과를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 첨단 IT와 웨어러블 디바이스를 이용한 신개념 안전관리기법을 건설현장에 적용함으로써 건설현장 근로자 및 인근 주민에게 안전을 제공하고 국민의 생명과 재산을 보호할 수 있는 유용한 효과를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 건설현장 맞춤형 통신 네트워크를 위해 이기종 통신모듈로 분리 설계하고 안전가시화(OSV) 기술과 근로자 착용 웨어러블디바이스 및 안전관리서버를 상호 유기적으로 접목함으로써 근로자 안전을 비롯한 건설현장 맞춤형 안전관리를 수행할 수 있는 유용한 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 건설현장 근로자 안전을 위한 IoT 기반 웨어러블 안전가시화 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 건설현장 근로자 안전을 위한 IoT 기반 웨어러블 안전가시화 시스템에 있어 프로토콜 흐름관계를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 건설현장 근로자 안전을 위한 IoT 기반 웨어러블 안전가시화 시스템에 있어 정보처리 통신망을 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 건설현장 근로자 안전을 위한 IoT 기반 웨어러블 안전가시화 시스템에 있어 게이트웨이모듈부를 나타낸 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 건설현장 근로자 안전을 위한 IoT 기반 웨어러블 안전가시화 시스템에 있어 웨어러블모듈부를 나타낸 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 건설현장 근로자 안전을 위한 IoT 기반 웨어러블 안전가시화 시스템에 있어 안전가시화모듈부를 나타낸 일 예시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 건설현장 근로자 안전을 위한 IoT 기반 웨어러블 안전가시화 시스템에 있어 웨어러블모듈부를 나타낸 일 예시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 건설현장 근로자 안전을 위한 IoT 기반 웨어러블 안전가시화 시스템에 있어 비콘 신호를 이용한 삼변측량방식을 설명하기 위해 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 건설현장 근로자 안전을 위한 IoT 기반 웨어러블 안전가시화 시스템에 있어 프로토콜 흐름관계를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 건설현장 근로자 안전을 위한 IoT 기반 웨어러블 안전가시화 시스템에 있어 정보처리 통신망을 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 건설현장 근로자 안전을 위한 IoT 기반 웨어러블 안전가시화 시스템에 있어 게이트웨이모듈부를 나타낸 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 건설현장 근로자 안전을 위한 IoT 기반 웨어러블 안전가시화 시스템에 있어 웨어러블모듈부를 나타낸 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 건설현장 근로자 안전을 위한 IoT 기반 웨어러블 안전가시화 시스템에 있어 안전가시화모듈부를 나타낸 일 예시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 건설현장 근로자 안전을 위한 IoT 기반 웨어러블 안전가시화 시스템에 있어 웨어러블모듈부를 나타낸 일 예시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 건설현장 근로자 안전을 위한 IoT 기반 웨어러블 안전가시화 시스템에 있어 비콘 신호를 이용한 삼변측량방식을 설명하기 위해 나타낸 예시도이다.
본 발명에 대해 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같으며, 이와 같은 상세한 설명 및 도면을 통해서 본 발명의 목적과 구성 및 그에 따른 특징들을 보다 잘 이해할 수 있게 될 것이다.
도 1 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 건설현장 근로자 안전을 위한 IoT 기반 웨어러블 안전가시화 시스템을 설명하기 위해 나타낸 예시 도면들이다.
본 발명의 실시예에 따른 건설현장 근로자 안전을 위한 아이오티(IoT) 기반 웨어러블 안전가시화 시스템은 도 1 내지 도 8에 도시한 바와 같이, IoT 센서부(10), 안전관리서버부(20), 안전가시화모듈부(30), 웨어러블모듈부(40), 비콘스캐너부(50), 및 게이트웨이모듈부(60)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
상기 아이오티(IoT) 센서부(10)는 건설현장 내 구조물 상에 설치되어 건설현장의 위험요인을 실시간으로 계측하고, 실시간으로 계측된 건설현장의 위험요인 데이터를 게이트웨이모듈부(60)로 전송하는 구성요소이다.
상기 아이오티(IoT) 센서부(10)는 경사센서, 변형률센서, 수압센서, 수위센서, 토압센서, 하중센서, 침하센서, 진동소음측정센서 중에서 적어도 하나 이상이 사용될 수 있으며, 각각의 고유식별부호가 기록된다.
상기 아이오티(IoT) 센서부(10)는 건설현장 내에 노드 배치될 수 있다.
상기 경사센서는 건설현장의 인접지반 수평변위량과 위치, 방향 및 크기의 실측과 이를 이용할 수 있고, 토류 구조물 각 지점의 응력상태를 판단하는데 사용할 수 있다.
상기 변형률센서는 토류 구조물의 각 부재와 인근 구조물의 각 지점 및 타설 콘크리트 등의 응력변화를 측정하여 이상 변형을 파악할 수 있다.
상기 수압센서는 굴착에 따른 과잉 간극수압의 변화를 측정하여 안정성을 판단하는데 사용할 수 있다.
상기 수위센서는 지하수위 변화를 실측하여 각종 계측자료에 이용할 수 있으며, 지하수위의 변화 원인분석 및 관련된 대책을 수립하는데 사용할 수 있다.
상기 토압센서는 주변지반의 하중으로 인한 토압의 변화를 측정하여 토류 구조체가 안정한지 여부 등을 판단하는데 사용할 수 있다.
상기 하중센서는 스트롯(Strut), 앵커(Anchor) 등의 축하중 변화상태를 측정하여 이들 부재의 안정상태 파악 및 원인을 규명하는데 사용할 수 있다.
상기 침하센서는 지중침하계를 사용시 인접 지층의 각 층별 침하량의 변동상태를 파악하고 보강대상과 범위의 결정 또는 최종 침하량을 예측하는데 사용할 수 있으며, 지표침하계를 사용시 지표면의 침하량 절대치의 변화를 측정, 침하량의 속도판단 등으로 허용치와의 비교 및 안정상태를 예측하는데 사용할 수 있다.
상기 진동소음측정센서는 굴착, 발파 및 장비작업에 따른 진동과 소음을 측정하여 구조물 위험을 예방하고 민원을 예방하는데 사용할 수 있다.
상기 안전관리서버부(20)는 웹(web) 및 앱(app) 기반의 통합안전관리용 플랫폼으로서, 아이오티(IoT) 센서부(10) 및 게이트웨이모듈부(60)를 통해 건설현장의 안전상태를 공유하여 건설현장 내 구조물의 붕괴를 비롯한 위험상황을 안전가시화모듈부(30)로 전송하여 전파함과 더불어 현장근로자의 안전상태를 안전관리서버부 자체에서 모니터링하기 위한 구성요소이다.
상기 안전관리서버부(20)는 상기 아이오티(IoT) 센서부(10)를 통해 실시간으로 계측되는 건설현장의 위험요인 데이터를 비롯한 각종 데이터를 관리하기 위한 데이터베이스를 포함한다.
상기 안전관리서버부(20)는 상기 아이오티(IoT) 센서부(10)의 계측데이터 및 구조물 안정성 평가에 대한 결과값을 에이피아이(API; application program interface)형태로 안전관리자를 비롯하여 공공기관 및 유관기관에 제공하고, 붕괴 시나리오에 따른 대응방안을 웹브라우저 또는 모바일앱을 통해 공공데이터로 개방하도록 안전사고 예방 정보공유플랫폼을 구축한다.
상기 안전관리서버부(20)에서는 다양한 상황(구조물 균열증가, 구조물 변동 등)을 고려하여 건설현장 내부의 위험도와 주변 구조물의 위험도를 하나의 통합된 플랫폼 안에서 모니터링함과 동시에 현장근로자의 안전상태를 모니터링할 수 있으며, 위험정보를 자동전파하여 재난사고 예방 및 인명피해를 최소화할 수 있는 안전관리서비스를 제공한다.
상기 안전가시화모듈부(30)는 건설현장 내 및 주변 인접구조물 상에 대응하여 설치되고, 상기 아이오티(IoT) 센서부에서의 계측된 데이터의 결과값 및 이러한 결과값에 기반한 현장근로자의 안전상태에 따라 건설현장의 잠재적 위험을 표시하되 현장근로자 및 주민이 건설현장 내 구조물의 붕괴 위험상황을 가시적으로 인지하도록 표시 및 위험 단계별로 구분하여 표시하기 위한 구성요소이다.
상기 안전가시화모듈부(30)는 상기 아이오티(IoT) 센서부(10)의 계측데이터 결과값에 따라 잠재적 위험을 표시하되 구조물 붕괴의 위험상황을 색으로 구분하여 가시적으로 인지할 수 있도록 표시한다.
상기 안전가시화모듈부(30)에서는 구조물 붕괴에 따른 위험도를 임계치 설정에 따라 단계별로 구분하여 표시한다. 즉, 위험도 및 안전상태를 파란색(안전), 주황색(주의), 빨간색(위험)으로 구분하여 표시할 수 있다.
상기 안전가시화모듈부(30)는 상황전파 스피커나 LED전광판, LED경고등, 모바일 알람, 웹기반 공시 등을 연계하여 보다 다양한 서비스 인프라를 구축할 수 있다.
상기 웨어러블모듈부(40)는 현장근로자가 신체에 착용하는 개별디바이스로서 비콘 아이디(ID)를 가지며, 게이트웨이모듈부(60) 또는 안전관리서버부(20)로부터 위험 경보신호를 수신시 자동으로 경보를 출력하여 위험상황을 알리도록 경보기가 구비되는 구성요소이다.
이때, 상기 경보기는 부저 또는 스피커일 수 있으며, 위험 경보가 가능한 다양한 형태가 구비될 수 있다.
상기 웨어러블모듈부(40)는 비콘스캐너부(50)로부터 발사되는 비콘 신호를 수신하되, 수신되는 비콘 수신신호강도(Received signal strength indication; RSSI)와 비콘 신호의 발사각도를 계산하여 현장근로자의 현재 위치데이터를 산출 및 위치인식을 위한 비콘통신모듈(42)을 포함한다.
이때, 상기 비콘통신모듈에서는 비콘 수신신호강도(RSSI)에 대해 학습된 머신러닝을 접목하여 비콘 신호의 수신에 따른 거리값의 편차를 보정함으로써 현재 현장근로자의 위치데이터 산출 및 위치인식에 따른 정확도를 높이도록 처리한다.
상기 웨어러블모듈부(40)는 비콘통신모듈(42)을 통해 산출되는 현장근로자의 위치데이터를 게이트웨이모듈부(60)로 전송하기 위한 위치데이터통신모듈(44)을 포함한다.
이때, 상기 위치데이터통신모듈(44)은 지피에스(GPS) 모듈 또는 티씨피/아이피(TCP/IP) 모듈일 수 있으며, 수정 또는 변경이 가능하다.
또한, 상기 웨어러블모듈부(40)는 비콘통신모듈(42)에 대해 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 다른 형태 및 방식으로 구성할 수 있다.
즉, 비콘스캐너부(50)로부터 발사되는 비콘 신호를 수신하되, 주변 3개의 비콘 신호를 수신하여 어느 하나를 타겟 노드로 거리를 측정하는 삼변측량방식을 통해 현장근로자의 현재 위치데이터를 산출 및 위치를 인식하도록 구성한다.
또한, 상기 웨어러블모듈부(40)는 비콘통신모듈(42)에 대해 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 다른 형태 및 방식으로 구성할 수 있다.
즉, 비콘스캐너부(50)로부터 발사되는 비콘 신호를 수신하되, 주변 3개의 비콘 신호를 수신하여 어느 하나를 타겟 노드로 거리를 측정하는 삼변측량방식을 통해 현장근로자의 현재 위치데이터를 산출 및 위치를 인식하도록 구성한다.
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상기 비콘스캐너부(50)는 웨어러블모듈부(40)에서 전송되는 비콘 아이디(ID)를 스캔하여 수집하고, 수집된 비콘 아이디(ID)를 게이트웨이모듈부(60)로 전송하는 구성요소이다.
상기 비콘스캐너부(50)는 건설현장 내에 노드 배치되어 다수 설치 및 비콘 신호를 각각 발사한다.
상기 게이트웨이모듈부(60)는 아이오티(IoT) 센서부(10)에서 실시간 계측된 건설현장의 위험요인 데이터와 비콘스캐너부(50)에서 수집된 비콘 아이디(ID)를 안전관리서버부(20)로 전송함과 더불어 안전관리서버부(20)로부터 수신되는 위험 경보신호 및 관리제어신호를 웨어러블모듈부(40)로 전송하는 구성요소이다.
상기 게이트웨이모듈부(60)는 아이오티(IoT) 센서부(10)로부터 수집된 계측데이터가 갖는 변화량과 최대값의 기준치를 사용하여 위험상태의 유무를 1차적으로 판단하는 위험상태판단엔진모듈(64)을 포함한다.
이때, 상기 위험상태판단엔진모듈(64)에서 위험상태 판단시 웨어러블모듈부(40)로 위험 경보신호를 즉시 보내 경보 출력을 자동 발생시킴으로써 현장근로자에게 위험경보를 바로 안내하고, 이러한 판단수행결과를 안전관리서버부(20)로 전송하도록 구성한다.
여기에서, 상기 기준치에 있어 변화량은 현재값과 직전값의 차이를 비교하는 데이터이고, 상기 최대값은 현재값이 최대값을 벗어나는지를 비교하는 데이터로서, 상기 위험상태판단엔진모듈에서는 현재값이 직전값에 비해 차이가 있으면서 최대값을 벗어났을 때 위험상태임을 판단한다.
상기 게이트웨이모듈부(60)는 건설현장 내 공사구역과 공사구역 내 설치된 아이오티(IoT) 센서부(10) 측 각 센서에 대해 공사구역별과 센서별로 각각 넘버링하여 기록하고 이를 통해 실시간으로 전송되는 아이오티(IoT) 센서부(10) 측 계측데이터를 구분하여 판단하며, 위험지역에 존재하는 해당 현장근로자가 착용한 웨어러블모듈부(40)로 위험 경보신호를 전송하도록 제어관리모듈(66)을 포함한다.
한편, 상술한 구성요소간 데이터통신 등 통신방식을 설명하면 다음과 같으며, IoT 기기 네트워크 연결시 거리, 속도, 전력소모, 주파수, 보안, 데이터 가능서비스, 및 주파수 간섭 등을 고려한 것이다.
상기 게이트웨이모듈부(60)는 서로 다른 이기종 네트워크가 가능하도록 무선 라우터(62)를 갖도록 구비한다. 이를 통해 IoT 센서부(10)와 웨어러블모듈부(40) 및 비콘스캐너부(50)와는 각각 와이파이(WiFi)에 의한 무선주파수(RF) 방식으로 통신하도록 구성하고, 상기 안전관리서버부(20)와는 엘티이(LTE) 또는 5기가(5G)에 의한 통신주파수 방식으로 통신하도록 구성한다.
상기 웨어러블모듈부(40)와 비콘스캐너부(50) 상호간에는 블루투스 통신을 통해 비콘 신호를 이용하여 비콘 아이디(ID)를 송신 및 수집하도록 구성한다.
상기 안전관리서버부(20)는 안전가시화모듈부(30)와 엘티이(LTE) 또는 5기가(5G)에 의한 통신주파수 방식으로 통신하도록 구성한다.
이와 같은 상술한 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 건설현장 근로자 안전을 위한 IoT 기반 웨어러블 안전가시화(OSV) 시스템을 통해서는 IoT 기반 웨어러블 모듈과 통신모듈 및 안전 가시화(OSV) 모듈을 활용함으로써 실시간 계측 데이터로부터 이상 징후 발생시 즉각적으로 상황을 전파하고, 유사시 발생할 수 있는 인명사고에 대비하여 안전정보의 확인을 가능하게 하며, 기존보다 더욱 효율적으로 건설현장에 대한 상시 안전관리를 수행할 수 있고 건설현장에서의 사고 위험 요인을 사전에 예측하고 분석하여 적시 대응이 가능함으로써 선제적으로 건설안전사고를 해결할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것이고, 명세서에 게시된 실시예는 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정과 변형 또는 단계의 치환 등이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되고, 그와 균등한 범위 내에 있는 기술적 사항도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 아이오티(IoT) 센서부 20: 안전관리서버부
30: 안전가시화모듈부 40: 웨어러블모듈부
42: 비콘통신모듈 44: 위치데이터통신모듈
50: 비콘스캐너부 60: 게이트웨이모듈부
62: 무선라우터 64: 위험상태판단엔진모듈
66: 제어관리모듈
30: 안전가시화모듈부 40: 웨어러블모듈부
42: 비콘통신모듈 44: 위치데이터통신모듈
50: 비콘스캐너부 60: 게이트웨이모듈부
62: 무선라우터 64: 위험상태판단엔진모듈
66: 제어관리모듈
Claims (7)
- 건설현장 내 구조물 상에 설치되어 건설현장의 위험요인을 실시간으로 계측하고, 실시간으로 계측된 건설현장의 위험요인 데이터를 게이트웨이모듈부로 전송하는 아이오티(IoT) 센서부;
웹(web) 및 앱(app) 기반의 통합안전관리용 플랫폼으로서, 아이오티(IoT) 센서부 및 게이트웨이모듈부를 통해 건설현장의 안전상태를 공유하여 건설현장 내 구조물의 붕괴를 비롯한 위험상황을 안전가시화모듈부로 전송하여 전파함과 더불어 자체에서 현장근로자의 안전상태를 모니터링하기 위한 안전관리서버부;
건설현장 내 및 주변 인접구조물 상에 대응하여 설치되고, 상기 아이오티(IoT) 센서부에서의 계측된 건설현장의 위험요인 데이터의 결과값에 따라 건설현장의 잠재적 위험에 대해 현장근로자 및 주민이 건설현장 내 구조물의 붕괴 위험상황을 가시적으로 인지하도록 표시하되, 구조물 붕괴에 따른 위험도를 임계치 설정에 따라 단계별로 구분하여 색으로 구분 표시하기 위한 안전가시화모듈부;
현장근로자가 신체에 착용하는 개별디바이스로서 비콘 아이디(ID)를 가지며, 게이트웨이모듈부 또는 안전관리서버부로부터 위험 경보신호를 수신시 자동으로 경보를 출력하여 위험상황을 알리도록 경보기가 구비되는 웨어러블모듈부;
현장근로자가 신체에 착용하는 개별디바이스인 웨어러블모듈부에서 전송되는 비콘 아이디(ID)를 스캔하여 수집하고, 수집된 비콘 아이디(ID)를 게이트웨이모듈부로 전송하는 비콘스캐너부;
아이오티(IoT) 센서부에서 실시간 계측된 건설현장의 위험요인 데이터와 비콘스캐너부에서 수집된 비콘 아이디(ID)를 안전관리서버부로 전송함과 더불어 안전관리서버부로부터 수신되는 위험 경보신호 및 관리제어신호를 웨어러블모듈부로 전송하는 게이트웨이모듈부; 를 포함하며,
상기 아이오티(IoT) 센서부는 건설현장의 인접지반 수평변위량과 위치, 방향 및 크기의 실측과 이를 이용하고 토류 구조물 각 지점의 응력상태를 판단하는데 사용하기 위한 경사센서, 토류 구조물의 각 부재와 인근 구조물의 각 지점 및 타설 콘크리트의 응력변화를 측정하여 이상 변형을 파악하기 위한 변형률센서, 굴착에 따른 과잉 간극수압의 변화를 측정하여 안정성을 판단하는데 사용하기 위한 수압센서, 지하수위 변화를 실측하여 각종 계측자료에 이용하고 지하수위의 변화 원인분석 및 관련된 대책을 수립하는데 사용하기 위한 수위센서, 주변지반의 하중으로 인한 토압의 변화를 측정하여 토류 구조체가 안정한지 여부를 판단하는데 사용하기 위한 토압센서, 스트롯(Strut)과 앵커(Anchor)의 축하중 변화상태를 측정하여 이들 부재의 안정상태 파악 및 원인을 규명하는데 사용하기 위한 하중센서, 지중침하계를 사용시 인접 지층의 각 층별 침하량의 변동상태를 파악하고 보강대상과 범위의 결정 또는 최종 침하량을 예측하는데 사용하며 지표침하계를 사용시 지표면의 침하량 절대치의 변화를 측정 및 침하량의 속도판단으로 허용치와의 비교 및 안정상태를 예측하는데 사용하기 위한 침하센서, 굴착과 발파 및 장비작업에 따른 진동과 소음을 측정하여 구조물 위험을 예방하고 민원을 예방하는데 사용하기 위한 진동소음측정센서 중에서 적어도 하나 이상이 사용되고, 각각의 고유식별부호가 기록되며,
상기 안전관리서버부는 아이오티(IoT) 센서부의 계측데이터 및 구조물 안정성 평가에 대한 결과값을 에이피아이(API; application program interface) 형태로 안전관리자를 비롯하여 공공기관 및 유관기관에 제공하고, 붕괴 시나리오에 따른 대응방안을 웹브라우저 또는 모바일앱을 통해 공공데이터로 개방하도록 안전사고 예방 정보공유플랫폼을 구축하며,
상기 안전가시화모듈부는 위험도 및 안전상태를 안전시 파란색으로, 주의시 주황색으로, 위험시 빨간색으로 구분하여 표시하고,
상기 비콘스캐너부는 건설현장 내에 노드 배치되어 다수 설치 및 비콘 신호를 각각 발사하도록 구성하며,
상기 게이트웨이모듈부는 아이오티(IoT) 센서부로부터 수집된 건설현장의 위험요인 계측데이터가 갖는 변화량과 최대값의 기준치를 사용하여 위험상태의 유무를 1차적으로 판단하는 위험상태판단엔진모듈;을 포함하되, 상기 위험상태판단엔진모듈에서 위험상태 판단시 웨어러블모듈부로 위험 경보신호를 즉시 보내 경보기를 통한 경보 출력을 자동 발생시킴으로써 현장근로자에게 위험경보를 바로 안내하고, 이러한 판단수행결과를 안전관리서버부로 전송하도록 구성하며, 상기 기준치에 있어 변화량은 현재값과 직전값의 차이를 비교하는 데이터이고, 상기 최대값은 현재값이 최대값을 벗어나는지를 비교하는 데이터이며, 현재값이 직전값에 비해 차이가 있으면서 최대값을 벗어났을 때 위험상태임을 판단하며,
상기 게이트웨이모듈부는 건설현장 내 공사구역과 공사구역 내 설치된 아이오티(IoT) 센서부 측 각 센서에 대해 공사구역별과 센서별로 각각 넘버링하여 기록하고 이를 통해 실시간으로 전송되는 아이오티(IoT) 센서부 측 계측데이터를 구분하여 판단하며, 위험지역에 존재하는 해당 현장근로자가 착용한 웨어러블모듈부로 위험 경보신호를 전송하도록 하기 위한 제어관리모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 건설현장 근로자 안전을 위한 IoT 기반 웨어러블 안전가시화 시스템.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 게이트웨이모듈부는,
서로 다른 이기종 네트워크가 가능하도록 무선 라우터를 갖되,
상기 아이오티(IoT) 센서부와 웨어러블모듈부 및 비콘스캐너부와는 각각 와이파이(WiFi)에 의한 무선주파수(RF) 방식으로 통신하고
상기 안전관리서버부와는 엘티이(LTE) 또는 5기가(5G)에 의한 통신주파수 방식으로 통신하며;
상기 웨어러블모듈부와 비콘스캐너부 상호간에는 블루투스 통신을 통해 비콘 아이디(ID)를 송신 및 수집하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 건설현장 근로자 안전을 위한 IoT 기반 웨어러블 안전가시화 시스템.
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 웨어러블모듈부는,
비콘스캐너부로부터 발사되는 비콘 신호를 수신하되, 수신되는 비콘 수신신호강도(Received signal strength indication; RSSI)와 비콘 신호의 발사각도를 계산하여 현장근로자의 현재 위치데이터를 산출 및 위치인식을 위한 비콘통신모듈; 을 포함하고,
상기 비콘통신모듈에서는 비콘 수신신호강도(RSSI)에 대해 학습된 머신러닝을 접목하여 비콘 신호의 수신에 따른 거리값의 편차를 보정함으로써 현재 현장근로자의 위치데이터 산출 및 위치인식에 따른 정확도를 높이도록 처리하며,
상기 비콘통신모듈을 통해 산출되는 현장근로자의 위치데이터를 게이트웨이모듈부로 전송하기 위한 위치데이터통신모듈; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설현장 근로자 안전을 위한 IoT 기반 웨어러블 안전가시화 시스템.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102590570B1 (ko) | 2023-04-12 | 2023-10-17 | 박찬배 | 자동화 기계설비의 통합안전 시스템 |
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2021
- 2021-11-16 KR KR1020210157411A patent/KR102505765B1/ko active IP Right Grant
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