KR20140092283A

KR20140092283A - 음파를 이용한 자동 비상 구조신호 발생기

Info

Publication number: KR20140092283A
Application number: KR1020140083461A
Authority: KR
Inventors: 황의순
Original assignee: 황의순
Priority date: 2014-07-04
Filing date: 2014-07-04
Publication date: 2014-07-23

Abstract

본 발명은 휴대 단말기의 음파를 이용한 단방향 중거리 통신 방법으로, 이동 전화 서비스가 단절될 시 자동으로 동작되는 비상구조 신호 발생기에 관한것으로, 휴대 단말기을 이용하여 재난 피해자의 상태 데이터를 생성하고, 생성된 데이터를 스피커를 통하여 음파 형태로 주기적으로 전송하는 것이다.
본 발명에 의하면 휴대 단말기를 소지한 재난 피해자의 효과적인 구조활동이 가능하다.

Description

음파를 이용한 자동 비상 구조신호 발생기 {Automatic Emergency Rescue Request Generator Using Sound Wave}

본 발명은 휴대 단말기의 스피커를 이용한 단 방향 음파 통신 방법으로, 보다 상세하게는 이동 전화기가 서비스 단절 시 서비스 단절 신호를 인지하여 비상구조신호를 자동 발생하는 것으로써 재난 피해자의 현재 위치 정보와 생명이 유지되고 있는지 여부 등을 음파 신호에 변조된 데이터로 전송하는 인명 구조 시스템에 관한 것이다.

세월호 사고 같은 국가 재난이 발생하여 크나큰 인명 피해와 국가적 손실이 발생했다. 재난이 발생하고 계속된 구조 활동이 지속되지만 인명의 생사 여부도 정확히 판단이 되지 않는 상황에서 힘든 구조 활동만 지속되고 있다. 재난의 피해자들이 최첨단 휴대 단말기를 가지고 있음에도 불구하고 효과적으로 구조 요청을 못하는 문제점이 발생했다.

휴대 단말기는 음성 통화뿐만 아니라 데이터 통신이 가능한 통신 단말기 이지만, 산속 깊은 곳이나 근해를 벗어난 바다에서와 같이 이동통신 기지국의 서비스 밖에서는 통신 단말기로써의 기능이 제한적이어서 그 밖의 비상 통신 수단이 필요하다.

휴대 단말기의 스피커는 각 제조자 마다 차이는 있으나 EM-Tech사의 EMS2520TCD1P 제품의 예를 들어 주요 특성을 보면, 주파수 범위는 F0~20KHz, Sound Pressure Level은 ~90dB @0.1W/0.1m, 최대 출력은 1.1W이고 스피커의 음파 게인을 나타내는 Speaker mode Frequency Response Curve를 보면 대략 1K~10KHz 대역에서 90dB 이상의 소리크기가 가능한 것으로 나와 있다.

Pennsylvania State University의 John S. Lamancusa 교수의 NOISE CONTROL 저서의 Outdoor Sound Progagation 모델을 참고하면, 음파의 전송은 음원의 종류와 상태, 기상 상태, 대기의 음파 흡수, 대지의 종류(대지의 음파 흡수와 반사), 장애물에 따라서 달라지고, 음파의 전송이 손실과 반사파의 영향이 없다고 한다면 소리의 크기는 음원의 출력에 비례하고 거리에의 제곱에 반비례 한다. 대기의 음파 흡수는 실온에서 대략 10KHz 음파가 1KHz 음파보다 약 10배의 손실을 나타내고 (NOISE CONTROL, Figure1. Predicted atmospheric absorption in dB/100m for a pressure of 1 atm, temperature of 20C and relative humidity of 70%), 대기의 음파 흡수를 제외한 나머지 전송 장애 요인에 대해서 Excess Attenuation이라는 모델로 일반화 하여 초원에서 50m~ 2Km까지 각각의 거리에서 음파 주파수에 대한 손실 크기를 나타내는 실험을 한 결과 대략 400Hz에서 15dB의 손실이 10KHz에서는 0dB 이하의 손실의 결과(NOISE CONTROL, Figure7. Effect of range on ground absorption for grass) 를 나타내고 있다. 또한, Excess Attenuation 모델을 눈이 온 지역, 초원, 사막, 자갈밭, 아스팔트에서 적용하여 나온 실험 결과값은 눈이 온 지역에서 100Hz에서 20dB 이상의 손실을 나타내지만 10KHz 에서는 대지 면의 상태에 관계없이 -5dB 이하의 손실 결과(NOISE CONTROL, Figure 8. Effect of surface composition on ground absorption for range of 1 Km)를 나타내고 있다.

양방향 음파 통신은 바이오메트릭스(Biometrics, Inc.)의 미국 특허 제 5848027호에 개시되어 PC와 휴대용 단말 사이에 데이터를 양방향으로 전송하는 것으로써 BFSK(Binary Frequency Shift Keying)와 ASK(Amplitude Shift Keying) 변조 방식을 사용한다. 국내 출원으로는 출원번호 1020020013978의 "음파를 통한 데이터 송수신을 위한 디지털 데이터의 인코딩/디코딩 방법과 그 장치", 출원번호 1020050084693의 "음파를 이용한 데이터 통신 방법 및 이를 수행하는 단말기" 등이 있다.

본 발명은 이동통신 서비스의 통신 단절 시 재난 피해자가 비상 구조 요청을 할 수 없는 상황에서도 자동으로 구조 요청을 하여 재난 피해자의 조속한 구조를 돕는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 불특정 다수가 휴대 단말기에 특별한 기기나 장치 없이 비상구조 신호 요청을 효과적으로 가능하게 하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 휴대 단말기의 부가 기능을 이용하여 재난 피해자의 상태와 위치를 데이터로 만들어 전송하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 비상구조 요청이 최대한 장시간 지속되도록 하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 음파를 이용하여 중거리 이상까지 효과적으로 비상구조 신호를 송신하는데 있다.

본 발명의 비상 구조 요청 방법은 휴대 단말기에 어플리케이션 형태로 탑재되어 이동 통신 서비스의 통신 단절 시 상태를 인지하여 즉각적으로 사용자에게 비상구조를 요청할지를 묻게 되고, 대답이 없거나 요구 시 비상구조신호를 발생하게 된다. 또한, 이동 통신 서비스 중에도 비상구조신호 발생기를 수동으로 동작시켜서 비상구조신호를 발생할 수 있다.

이동통신 서비스가 불가능할 경우 불특정 다수가 휴대 단말기를 가지고 비상구조 요청을 효과적으로 하기 위해서는 각종 휴대 단말기의 공통된 기능 중 하나인 스피커를 이용하여 비상구조 요청을 음파를 통하여 전송한다.

비상구조신호 발생기는 OS를 통하여 각 센서와 GPS 데이터를 받아와서 재난 피해자 정보를 생성하고 최신 정보상태가 되도록 관리한다. 재난 피해자 정보의 생존 여부 데이터는 비상구조신호 발생 후 사용자가 휴대 단말기의 터치를 포함한 모든 키의 입력을 하면 생존 한 것으로 가정하여 재난 피해자 정보에 생존으로 데이터 처리된다.

비상구조신호는 신호 발생을 장시간 유지 하기 위해서 배터리 유효 용량에 따라 주기적으로 발송하며, 휴대 단말기의 배터리 레벨 정보를 가져와서 배터리 레벨에 따라 단계를 구분하여 비상구조신호의 전송 주기 시간을 늘려서 장시간 전송 가능하도록 한다.

종래의 음파를 이용한 양방향 데이터 통신은 근거리 통신에 한정되는데, 이는 휴대 단말기의 스피커와 마이크의 성능이 이동통신 서비스 사의 음성 품질을 보장하기 위한 조치로써 제한되는 것이 하나의 원인이다. 불특정 다수의 비상구조신호 발생기로써 사용되기 위해서는 휴대 단말기의 스피커 성능을 그대로 유지하여야 하므로 고성능 마이크를 포함한 검측기 시스템에 의해서 검침 되도록 하여 거리를 증가 시킨다. 음파의 전송 거리는 음원의 종류, 기상 상태, 대기의 음파 흡수, 대지의 종류( 대지의 음파 흡수와 반사 ), 장애물에 따라서 달라지므로 캐리어 주파수를 스피커의 Sound Pressure Level이 보장되는 1KHz ~ 10KHz 대역에서 n개를 선택하여 발송하도록 한다.

본 발명은 이동통신 서비스가 단절된 환경인 바다, 산속 등 재난 피해자를 찾기 어려운 상황에서 휴대 단말기의 오디오 블록을 이용하여 불특정 다수의 비상구조 요청 활동을 효과적으로 가능하게 할 수 있으며, 재난 피해자가 정확히 인지하기 힘든 본인의 위치데이터를 자동으로 전송함에 따라 구조 활동이 즉시적으로 이루어지고소중한 인명을 구조하는데 도움을 줄 수 있다.

도1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비상구조신호 발생기의 블록도이다.
도2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비상구조신호 발생기를 이용한 재난 피해자를 찾는 구성을 나타내는 구성도 이다.
도3은 비상구조신호 발생기의 구동 순서도
도4는 재난 피해자 정보 데이터 구조
도5는 비상구조신호 발생 주기 결정 순서도
도6는 비상구조신호 전송 블록도
도7은 비상구조신호 데이터에서 생존확인을 하는 순서도

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 비상구조신호 발생기의 동작 방법에 관하여 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비상구조신호 발생기의 블록도 이며, 일반적인 휴대 단말기의 블록도의 일부이다. 도1을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 비상구조신호 발생기(100)에대해서 상세히 설명한다. 비상구조신호 발생기(100)는 터치/버튼 입력(101), 전원공급부(102), 오디오 코덱(103), 오디오 스피커(104), 제어부(105), GPS 모듈(106), 이동통신모듈(107), 메모리(108), 고도센서(109), 지자계센서(110), OS(111), 비상구조 발생기 제어부(112), 비상구조 발생기 UI(113)로 구성된다. 터치/버튼 입력(101)은 휴대 단말기의 터치 입력기와 버튼 입력기 부분을 나타내며, 비상구조신호 발생시 터치/버튼 입력(101)의 입력 신호를 제어부(105)에서 인터럽트 신호로 비상구조발생기제어부(112)가 OS(111)를 통하여 받아와서 도4의 재난 피해자 정보 데이터(400)의 생존여부(404)에 데이터로 표시된다. 전원공급부(102)는 휴대 단말기의 전원공급 관리 부분을 나타내며, 휴대 단말기 배터리의 유효 용량 값을 비상구조발생기제어부(112)가 OS(111)를 통하여 받아와서 도5의 비상구조신호 발생 주기(500)를 결정하여 장시간 지속적인 비상구조신호 발생 시킨다. 오디오 코덱(103)은 도6의 Digital Amp(603), DAC(604), DSP(605)의 신호처리를 하는 부분이다. 오디오 스피커(104)는 스피커를 포함한 오디오 출력장치로써 오디오 코덱(103)에서 아날로그 신호로 변경되어 증폭된 비상구조신호를 음파를 통하여 외부에 전파하는 부분이다. 제어부(105)는 휴대 단말기에서 수행되는 모든 신호를 제어하기 위한 것으로, 각 블록에서 발생되는 기능 신호를 비상구조발생기제어부(112)가 OS(111)를 통해서 받아와서 처리하게 된다. GPS 모듈(106)은 GPS 위성으로부터 보내진 신호를 처리하여 사용자의 현재 위치와 고도정보, 시간을 비상구조발생기제어부(112)가 OS(111)를 통하여 받아와서 도4의 재난 피해자 정보 데이터(400)의 현재시간(403), 위치정보(406) 에 데이터로 표시된다. 이동통신 모듈(107)은 이동 통신망을 통해 데이터를 송수신 하기 위한 모듈로써, 이동통신 서비스 연결유무, 휴대 단말기 번호를 비상구조발생기제어부(112)가 OS(111)를 통하여 받아와서 도4의 재난 피해자 정보 데이터(400)의 이동 통신 서비스 연결(402), 휴대 단말기번호(405)에 데이터로 표시된다. 메모리(108)에는 휴대 단말기에서 구동되는 모든 기능과 데이터가 저장되어 있으며, 도4의 재난 피해자 정보 데이터(400)가 저장되어 있다. 고도계센서(109)는 측정한 고도정보를 비상구조 발생기제어부(112)가 OS(111)를 통하여 받아와서 도4의 재난 피해자 정보 데이터(400)의 위치정보(406)에 데이터로 표시되는데, 바닷물 속과 같이 GPS 위성의 데이터를 사용하지 못하는 환경에 대비하여 데이터로 저장된다. 지자계센서(110)은 3축 중력센서로써 급작스런 낙하 정보를 비상구조 발생기제어부(112)가 OS(111)를 통하여 받아와서 도4의 재난 피해자 정보 데이터(400)의 낙하정보(407)에 데이터로 표시되는데, 산속에서 추락한 경우에 대비하여 데이터로 저장된다. OS(111)는 제어부(105)에서 처리하는 신호의 정보처리를 안정적으로 운영하는 것으로써, 비상구조 발생기 제어부(112), 비상구조 발생기 UI(113)의 동작을 가능하게 한다. 비상구조 발생기 제어부(112)는 비상구조신호 발생기의 핵심으로써 도3의 비상구조 구동과 도4의 재난 피해자 정보 데이터 관리, 도5의 비상구조신호 발생 주기, 도6의 비상구조신호 전송의 기능을 제어한다.

도2을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 비상구조신호 발생기(100)의 사용에대해서 상세히 설명한다. 도3과 같이 비상구조신호가 발생하면 비상구조신호 발생기(202)는 GPS 위성(201)로 부터 위치정보를 가져와서 도4와 같이 재난 피해자 정보 데이터(400)을 저장하게된다. 저장된 데이터는 도6의 Modulation(609, 610), Up Converter Mixer(608, 611), 합산기(607), PCM(606), DSP(605), DAC(604), Digital Amp(603), Audio Amp(602), 스피커(601)를 통하여 음파를 통하여 전파된다. 전파된 데이터는 고성능 마이크 검측기(203)의 마이크로 전송을 받게 되며, 해독 작업을 거쳐 재난 피해자 정보로써 구조 활동자에게 전달된다.

도3을 참조하여 본 발명의 일실시 예에 따른 비상구조신호 자동 구동의 방법에 대해서 상세히 설명한다. 이동통신모듈(107)로부터 이동통신서비스 단절을 OS(111)를 통하여 비상구조 발생기 제어부(112)가 정보를 전달 받으면(S302), OS(111)에게 에어플레인 모드 인지를 확인(S303) 하고 그렇지 않다면, 최초의 자동실행인지 확인(S304)하고, 비상구조 발생기 UI(113)을 통하여 사용자에게 "비상구조를 요청할까요?"라는 메시지를 보내고(UI304) 무 응답 시 T0이상 시간을 대기하고 응답이 없거나, 응답을 하면 비상구조 데이터 취득(S307)를 진행하여 도4의 비상구조데이터를 작성하고, 전원공급부(102)로 부터 배터리 유효 용량의 값을 OS(111)를 통하여 받아와서 도5의 구조신호 발생주기 결정(S308)을 하고 비상구조 신호 발생 안내음을 송출(UI308) 하고 비상구조신호 발생(S309)을 도6의 Modulation(609,610), Up Converter Mixer(608, 611), 합산기(607), PCM(606), DSP(605), DAC(604), Digital Amp(603), Audio Amp(602), 스피커(601)를 통하여 음파를 통하여 전파된다. 이동통신모듈(107)로부터 이동통신서비스가 서비스 중에 사용자에 의한 수동 비상구조신호 발생기 실행(UI305)을 하면 비상구조 데이터를 취득(S310)하고 긴급 구조센터로 비상구조 문자 전송(S311)을 실행한다.

도4를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 재난 피해자 정보 데이터의 구조(400)에대해서 상세히 설명한다. 데이터 시작(401), 데이터 마지막(409)의 비트 열을 포함하여 다중경로 페이딩과 데이터간의 간섭을 최소화하는 구분자로써 저장된다. 이동통신 모듈(107)에서 정보를 가져와서 이동통신서비스연결(402), 휴대 단말기번호(405)에 저장된다. GPS 모듈(106)으로부터 마지막 정보를 가져와서 현재시간(403), 위치정보(406)를 저장한다. 터치/버튼 입력(101)로부터 동작 입력 정보를 가져오도록 비상구조발생기 UI(113)가 구조자에게 메시지를 보내고 입력 정보를 생존여부(404)에 저장한다. 지자계센서(110)으로부터 급작스런 낙하 정보를 가져와서 낙하정보(407)에 저장한다. 신호세기(408)은 1의 비트열로써 비상구조신호발생기(202)와 고성능마이크검측기(203)의 거리 계산 및 신호 무결성을 측정하기 위해서 저장된다.

도5를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따라 비상구조신호 발생주기 결정 방법에 대해서 상세히 설명한다. 전원 공급부(102)로부터 배터리의 유효 용량 정보를 획득(S501)하여 배터리 용량이 50%이상 이면 T시간으로 주기전송을 하며 도7과 같이 생존확인(S511)를 하고, 다시 배터리 용량 정보를 획득하여 배터리 용량 >50% 이상(S502), 배터리 용량 >30% 이상(S503), 배터리 용량 >10% 이상(S504), 배터리 용량 >5% 이상(S505)를 거쳐서 T시간 주기전송(S506), 2T시간 주기전송(S507), 4T시간 주기전송(S508), 8T시간 주기전송(S509),10T시간 주기전송(S510)을 결정하여 비상구조 발생기 제어부(112)에 통보한다.

도6을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따라 비상구조신호 전송(600)에대해서 상세히 설명한다. 도4의 재난 피해자 정보 데이터는 다중경로 페이딩과 데이터간의 간섭을 최소화하기 위해서 Modulation(609) 되어 w1의 주파수로 UP Converter Mixer(608)로 캐리어 주파수와 합산되며, 재난 피해자 정보 데이터는 Modulation(610) 되어 wn의 주파수로 UP Converter Mixer(611)로 캐리어 주파수와 합산되어, 비상구조 발생기의 합산기(607)로 하나의 데이터로 만들어져서 PCM(606) 데이터로 변환되고, DSP(605) 처리를 거쳐서 DAC(604) 단에서 아날로그 데이터로 변환된 후 Digital Amp(603)을 통하여 1차 증폭되고 Audio Amp(602)를 통하여 2차 증폭되어 스피커(601)를 통하여 음파로 전파된다.

도7를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따라 재난 피해자의 생존확인 순서도에 대해서 상세히 설명한다. 도5의 구조신호 발생 주기 결정 후 T1의 시간을 대기(S701) 한 후에 최초의 알림인지 확인(S702)하고 최초의 알림이면 n=n+1의 값을 대입하고 비상구조 발생기 제어부(112)는 비상구조 발생기 UI(113)을 통해서 "진동 시 아무 키나 화면을 누르세요!" 라는 메시지를 화면에 표시하고 소리와 진동을 동작 시킨다(UI704). 터치/버튼 입력(101)에 입력 신호가 있는지 확인(S705)하고 있으면 재난 피해자의 생존 확인 데이터를 입력(S706)하고 도5의 구조 신호 발생 주기 결정 후에 최초의 알림이 아니면 진동(S707)을 하고, 터치/버튼 입력(101)에 입력 신호가 있는지 확인(S705)하고 없으면 생존 미확인 데이터 입력(S708)을 도4의 비상구조데이터에 저장한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석 되어야 할 것이다.

100: 비상구조발생기 블록도
101: 휴대 단말기의 터치/버튼 입력부
102: 휴대 단말기의 전원 공급부
103: 휴대 단말기의 오디오 코덱
104: 휴대 단말기의 오디오 스피커를 포함하는 음향장치
105: 휴대 단말기의 제어부
106: 휴대 단말기의 GPS 모듈
107: 휴대 단말기의 이동통신 모듈
108: 휴대 단말기의 메모리
109: 휴대 단말기의 고도계 센서
110: 휴대 단말기의 지자계 센서
111: 휴대 단말기의 OS
112: 비상구조 발생기 제어부
113: 비상구조 발생기 UI
200: 음파를 이용한 비상구조신호 발생과 검측
201: GPS 위성
202: 비상구조신호 발생기
203: 고성능 마이크 검측기
400: 재난 피해자 정보 데이터 구조
401: 재난 피해자 정보 데이터 구조의 데이터 시작 비트열
402: 재난 피해자 정보 데이터 구조의 이동통신 서비스 연결 유무
403: 재난 피해자 정보 데이터 구조의 현재 시간
404: 재난 피해자 정보 데이터 구조의 생존 여부
405: 재난 피해자 정보 데이터 구조의 휴대 단말기 번호
406: 재난 피해자 정보 데이터 구조의 위치 정보
407: 재난 피해자 정보 데이터 구조의 낙하 정보
408: 재난 피해자 정보 데이터 구조의 신호 세기
409: 재난 피해자 정보 데이터 구조의 데이터 마지막 비트열
600: 비상구조신호 단방향 전송
601: 비상구조 발생기의 스피커를 포함하는 음향장치
602: 비상구조 발생기의 Audio Amp
603: 비상구조 발생기의 Digital Amp
604: 비상구조 발생기의 DAC
605: 비상구조 발생기의 DSP
606: 비상구조 발생기의 PCM
607: 비상구조 발생기의 합산기
608: 비상구조 발생기의 UP Converter Mixer
609: 비상구조 발생기의 Modulation
610: 비상구조 발생기의 Modulation
611: 비상구조 발생기의 UP Converter Mixer

Claims

음파를 이용하여 데이터를 송신하는 방법에 있어서,
이동통신 서비스의 단절 정보를 이용하여 비상구조 요청을 시작하는 단계와,
휴대 단말기의 터치/버튼, GPS, 이동통신 모듈, 고도계, 지자계 센서를 이용하여 재난 피해자의 현 상태 정보를 데이터로 생성하는 단계와,
휴대 단말기의 배터리 정보를 이용하여 구조 신호 발생 주기를 결정하는 단계와,
비상구조 신호 발생 전에 구조신호 발생 안내음 송출하는 단계와,
재난 피해자 상태 정보를 스피커로 송출하는 단계를
포함하는 음파를 이용한 데이터 송신 방법
제1항에 있어서 재난 피해자가 휴대 단말기의 버튼, 터치스크린, 마이크, 지자계센서를 포함한 입력장치를 이용하여 본인의 생존여부를 확인하여 재난 피해자 정보 데이터를 생성하는 방법
제1항에 있어서 배터리 유효 용량에 따라 비상구조신호 발생 주기를 다르게 하는 방법
제1항에 있어서 구조신호 발생 안내음 송출 시 음성을 포함한 사운드를 송출하는 방법
제1항에 있어서 재난 피해자 상태 정보를 스피커로 송신 할 시 1KHz ~ 10KHz의 n개의 캐리어 주파수에 Modulation된 재난 피해자 정보 데이터를 포함하여 송신하는 방법