KR20170018747A - 스마트 헬멧 및 이를 이용한 작업자 안전 관리 시스템 - Google Patents

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구인수
이영두
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울산대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 스마트 헬멧 및 이를 이용한 작업자 안전 관리 시스템을 제공하는 것이다. 이를 통해 작업 현장의 작업자와 관리자 또는 작업자들 간의 현장 정보를 공유함으로써, 관리센터에서 현장 작업 상황을 실시간으로 모니터링 가능하므로 다수의 작업자들 및 광범위한 작업 공간에서도 작업 현장을 효과적으로 관리, 통제할 수 있다. 그리고 본 발명은 관리자에게 작업자의 생체정보를 제공하고, 작업 현장의 위험 요소에 대한 정보를 작업자에게 제공함으로써, 안전 사고를 방지할 수 있다.

Description

스마트 헬멧 및 이를 이용한 작업자 안전 관리 시스템{Smart Helmet, Worker Safety Management System Using the Same}
본 발명은 스마트 헬멧 및 이를 이용한 작업자 안전 관리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스마트 헬멧을 통해 작업자의 생체신호를 검출하여 안전 상태를 확인하고, 실시간 위치를 표시하며, 위험 지역의 작업자에게 작업 현장의 상황을 수시로 알려주는 스마트 헬멧을 이용한 작업자 안전 관리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 건설 현장, 조선소, 제조업과 같은 산업 현장이나 재해 현장 등에서 작업자의 안전을 위해 헬멧, 벨트, 장갑 등과 같은 보호 장구의 착용은 필수적이다. 특히, 헬멧은 고공의 낙하물이나 예상치 못한 위험으로부터 작업자의 머리와 안면을 보호하기 위한 것으로, 헬멧의 착용은 작업 현장에서 필수적인 안전수칙에 해당된다.
오늘날 산업기술의 발전에 따라 산업현장이 대형화되고 복잡해지면서, 현장 작업자는 단순 노동의 수준에서 벗어나 장비를 다룰 수 있어야 하고, 중앙센터나 다른 작업자들과의 협력작업을 위해 커뮤니케이션을 할 수 있어야 한다. 특히 위험한 작업 환경에서는 약간의 시간 지연이나 사소한 정보 전달 오류로 인해 산업 재해 및 대형사고가 발생하기도 하기 때문에 현장에서 모든 작업자를 지휘, 통제할 수 있는 수단이 별도로 마련되어 있어야 한다. 그러나 작업자의 인원이 많고 작업 공간이 광범위한 경우 관리자의 관리, 통제는 한계에 부딪히게 된다.
따라서 종래에는 일부 작업 현장에서 무전기 등을 이용하여 작업자가 관리자에게 현장 상황에 대해 음성으로 보고하고, 음성 정보를 기초로 관리자가 현장 작업을 지휘하기도 하였다. 하지만 현장 상황 파악이 현장 작업자의 설명에 의존할 수 밖에 없는 것은 물론, 현장 작업자 스스로에게 닥칠 수 있는 위험 요소를 실시간으로 인지하지 못한다는 단점을 가지고 있다.
그러므로 작업자는 산업 현장에서 사용되는 각종 연장, 원격지 작업자들(또는 관리센터)과의 통신을 위한 무전기 및 이동단말기, 각종 계측장비들을 비롯한 첨단장비들을 소지해야 한다. 더불어, 위험에 따라서 산업현장에서 작업자들의 안전과 작업의 전문성 및 효율성을 높이기 위해서는 통신 및 전자장비의 사용은 매우 중요하다.
또한, 실내 그리고 지하철과 같은 지하 공간 등에서는 GPS 신호를 수신하기가 어렵기 때문에 위치 측정의 정밀도가 상당히 떨어지고, 기존의 WSN (Wireless Sensor Network)와 Wifi를 이용한 위치 측정은 자신의 위치를 알고 있는 비콘노드(Beacon Node)나 다수의 AP(Access Point)가 요구되는 등의 부가적인 인프라가 소요되어 시스템 구현 비용이 상대적으로 높고 전파의 특성상 그 정밀도 또한 보장하기 어렵다. 그러나 가시광통신(VLC, Visible Light Communications)의 경우, 통신의 매체가 되는 가시광을 눈으로 볼 수 있으므로 전송 범위를 쉽게 확인할 수 있고, 설계자의 의도에 따라 그 전송 범위를 조절 할 수 있으므로, 통신이 수행되는 위치를 이론상 mm단위까지 측정이 가능하다.
가시광통신의 가장 큰 장점으로는 RF와 달리 추가적인 인프라 구축이 필요 없이 조명용 인프라를 그대로 활용할 수 있다는 점이다. 그 밖에 주파수 할당의 문제가 없어 국제적으로 호환성이 좋고, 가시광 스펙트럼 사용에 대한 규정이 없어 자유도가 높고, 전자파가 아닌 빛을 이용하는 통신 방법이라서 병원이나 비행기와 같은 전자파에 민감한 지역에서 사용하기에 용이하다. 그리고 가시광은 기본적으로 벽을 통과하지 못하므로 보안성이 뛰어난 국지적 네트워크 구축에 용이하다.
그리고 LED 조명기구를 이용한 가시광통신은 유비쿼터스 통신서비스, 홈네트워크 응용서비스, 교통정보서비스, 위치정보서비스, ID-Tag를 활용한 물품정보서비스, 휴대용 Peripheral 통신, 긴급재난서비스 등의 다양한 응용 분야에 쓰이므로, 산업 현장의 작업자의 위치 정보 수집 및 긴급재난 알림에 유용할 것이다.
한국등록특허공보 10-1270132호 (2013.05.27) 한국공개특허공보 10-2013-0052420호 (2013.05.22)
따라서 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 작업자의 생체신호를 검출하여 안전 상태를 확인하고, 작업자의 실시간 위치를 표시하는 스마트 헬멧을 제공할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 관리자가 위험 지역의 작업자에게 작업 현장의 상황을 수시로 알려주는 스마트 헬멧 이용한 작업자 안전 관리 시스템을 제공할 수 있도록 하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 스마트 헬멧은 작업자의 생체 신호를 수집하고, 상기 작업자의 안전 상태를 판별하는 생체 신호 수집부, 상기 생체 신호 수집부에서 수집한 상기 작업자의 생체 정보를 상기 스마트 기기에 무선링크로 송수신하는 일반무선통신부와 상기 작업자의 위치 정보를 수집하여 상기 스마트 기기에 전송하는 LED 기반의 가시광통신부(VLC, Visible Light Communications)로 구성된 제1 무선통부 및 긴급 메시지를 상기 작업자에게 알려주는 제1 알림부를 포함한다.
상기 가시광통신부는 헬멧의 외주면에 위치한 복수 개의 포토 센서 및 상기 복수 개의 포토 센서를 연결하며, 전력 및 제어 신호를 전달하는 가시광통신선으로 구성될 수 있다.
상기 생체 신호 수집부는 생체 신호 센서를 통해 상기 작업자의 체온, 혈압 또는 맥박을 검출하여 건강 상태에 따른 비상 상황을 판단할 수 있다.
스마트 헬멧 기반의 작업자 안전 관리 시스템은 작업자의 생체 정보 및 실시간 위치를 수집하여 관리자에게 전송하는 스마트 헬멧, 상기 스마트 헬멧과 무선통신으로 연결되며, 작업 현장에 대한 정보를 송수신하는 스마트 기기, 상기 스마트 헬멧 및 상기 스마트 기기와 상기 관리자 간의 무선통신을 지원하여 정보를 송수신시켜주는 스마트 중계기 및 상기 스마트 중계기로부터 전송받은 정보를 수집하여 상기 관리자에게 전달하고, 작업 현장에 대한 실시간 정보를 상기 스마트 중계기에 전송하는 관리 서버를 포함한다.
상기 작업자 안전 관리 시스템은 상기 작업 현장에 하나 이상 설치되어 가시광통신을 통해 상기 스마트 헬멧에 상기 작업자의 위치를 전송하는 LED 조명등을 더 포함한다.
상기 스마트 중계기는, 상기 스마트 헬멧, 상기 스마트 기기 및 관리 서버에 작업 현장의 정보를 송수신하는 제2 무선통신부, 긴급 신호를 상기 작업 현장에 알려주는 제 2알림부 및 상기 작업 현장의 환경 정보를 수집하기 위해 온도, 습도, 조도, 가스발생을 감지하는 센서부를 포함한다.
상기 스마트 중계기는, 상기 작업 현장을 촬영하여 영상정보를 생성하는 카메라부를 더 포함한다.
상기 관리 서버는, 상기 스마트 중계기와 작업 현장의 정보를 송수신하는 제3 유무선통신부, 상기 스마트 중계기로부터 받은 긴급 메시지를 상기 관리자에게 알려주는 제3 알림부, 상기 스마트 중계기로부터 송신된 상기 작업 현장의 모든 정보를 저장하는 데이터터베이스 및 상기 스마트 헬멧, 상기 스마트 기기 및 상기 스마트 중계기의 상태 정보를 확인하고, 상기 스마트 중계기에 메시지를 전송하는 관리 인터페이스를 포함한다.
상기 관리 인터페이스를 통해 상기 관리자가 상기 데이터베이스에 접근하여 정보를 열람하고, 상기 작업 현장의 상태 예측 정보를 확인할 수 있다.
상기 데이터베이스는 전송받은 정보를 빅데이터 기반의 알고리즘에 적용하여 상기 작업 현장의 상태를 예측할 수 있다.
상기 관리 서버와 상기 스마트 중계기 간의 무선링크가 수립된 경우, 상기 스마트 기기는 상기 스마트 중계기를 통해 상기 관리 서버와 정보를 송수신하며, 상기 관리 서버와 상기 스마트 중계기 간의 무선링크가 수립되지 않은 경우, 상기 스마트 기기와 상기 관리 서버는 직접 정보를 송수신할 수 있다.
상기 스마트 기기와 상기 스마트 헬멧 간의 무선링크가 수립된 경우, 상기 스마트 헬멧에서 수집한 정보는 상기 스마트 기기를 통해 상기 스마트 중계기로 전송하며, 상기 스마트 기기와 상기 스마트 헬멧 간의 무선링크가 수립되지 않은 경우, 상기 스마트 헬멧에서 수집한 상기 정보는 상기 스마트 중계기로 직접 전송할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 작업자 안전 관리 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 작업 현장의 작업자와 관리자 또는 작업자들 간의 현장 정보를 공유함으로써, 관리센터에서 현장 작업 상황을 실시간으로 모니터링 가능하므로 작업 현장을 효과적으로 관리, 통제가 가능하다.
또한 본 발명은 다수의 작업자들 및 광범위한 작업 공간에서도 효율적으로 작업 현장을 관리, 통제할 수 있다.
그리고 본 발명은 관리자에게 작업자의 생체정보를 제공하고, 작업 현장의 위험 요소에 대한 정보를 작업자에게 제공함으로써, 안전 사고를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 바람직한 실시 예에 따른 작업자 안전 관리 시스템을 간략하게 나타낸 개념도,
도 2는 본 발명에 바람직한 실시 예에 따른 스마트 헬멧 및 스마트 기기의 정보 송수신에 대한 블럭 구성도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스마트 헬멧 외주면의 구성을 도시한 사시도,
도 4는 본 발명에 바람직한 실시 예에 따른 스마트 헬멧 내주면의 구성을 도시한 사시도,
도 5는 본 발명에 바람직한 실시 예에 따른 스마트 중계기 및 관리 서버의 정보 송수신에 대한 블럭 구성도,
도 6은 본 발명에 바람직한 실시 예에 따른 작업자 안전 관리 시스템의 작동 과정을 나타낸 흐름도,
도 7은 본 발명에 바람직한 실시 예에 따른 가시광통신 수신부 및 송신부를 간략하게 나타낸 구성도.
본 발명은 작업자의 생체신호를 검출하여 안전 상태를 확인하고, 작업자의 실시간 위치를 표시하는 스마트 헬멧과 관리자가 위험 지역의 작업자에게 작업 현장의 상황을 수시로 알려주는 스마트 헬멧을 포함하는 작업자 안전 관리 시스템을 기본적인 기술적 요지로 한다.
이하 본 발명에 의한 스마트 헬멧 기반의 작업자 안전 관리 시스템의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 작업자 안전 관리 시스템을 간략하게 나타낸 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 스마트 헬멧 기반의 작업자 안전 관리 시스템은 크게 작업자의 생체 정보 및 실시간 위치를 수집하는 스마트 헬멧(100), 작업 현장에 대한 정보를 수집하여 전송하는 스마트 기기(200), 스마트 헬멧(100) 및 스마트 기기(200)와 관리 서버(400) 간의 무선통신을 중계하는 스마트 중계기(300), 작업 현장에 대한 실시간 정보를 처리 및 제어하는 관리 서버(400)로 구성된다.
또한, 본 발명의 작업자 관리 시스템은 상기 작업 현장에 하나 이상 설치되어 가시광통신을 통해 스마트 헬멧(10)에 상기 작업자의 위치를 전송하는 LED 조명등(500)을 더 포함할 수 있다.
스마트 헬멧(100)에서 수집한 상기 작업자에 대한 생체 정보 및 위치 정보는 블루투스와 같은 근거리 무선통신으로 스마트 기기(200)로 전송한다. 스마트 기기(200)는 작업 현장의 환경에 대한 정보를 수집하여 스마트 헬멧(100)으로부터 받은 상기 작업자의 정보와 함께 와이파이(Wi-fi) 또는 이동통신망(CDMA, LTE 등)과 같은 무선통신을 지원받아 스마트 중계기(300)로 전송한다.
스마트 중계기는(300) 유선 또는 무선통신을 통해 스마트 기기(200)로부터 전송받은 상기 정보들을 관리 서버(400)로 전송하며, 관리 서버(400)로부터 전송받은 작업 현장에 대한 정보 즉, 긴급 메시지 등을 스마트 기기(200)로 전송한다. 스마트 기기(200)는 상기 긴급 또는 위험 메시지를 스마트 헬멧(100)에 전송함으로써, 작업자에게 긴급 또는 위험 경보를 알린다.
도 2는 본 발명에 바람직한 실시 예에 따른 스마트 헬멧 및 스마트 기기의 정보 송수신에 대한 블럭 구성도이다.
스마트 헬멧(100)은 다양한 작업 환경에서 사용이 가능하며, 원자력 발전소, 제철소, 조선소는 물론 지하철 공사장 등 위험 지역의 건설 현장 등에서 사용이 가능하다.
구체적으로, 스마트 헬멧(100)은 스마트 기기(200)와 무선통신을 수행하는 제1 무선통신부(110), 작업자의 생체 신호를 수집하고, 상기 작업자의 안전 상태를 판별하는 생체 신호 수집부(120) 및 긴급 메시지를 상기 작업자에게 알려주는 제1 알림부(130)로 구성되며, 중앙 제어부(140)가 추가로 구성될 수 있다.
여기서, 제1 무선통신부(110)는 스마트 헬멧(100)과 스마트 기기(200)간의 근거리 무선통신을 수행하기 위한 무선링크로 구성된다. 예를 들어, 블루투스(bluetooth 3.0), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신, UWB(Ultra Wideband), 지그비(Zigbee), 가시광통신과 같은 통신 프로토콜을 이용하여 무선통신을 제공한다.
생체 신호 수집부(120)는 생체 신호 센서를 통해 상기 작업자의 호흡곤란, 체온, 혈압 또는 맥박과 같은 생체 신호를 검출하여 건강 상태에 따른 비상 상황을 판단할 수 있다.
제1 알림부(130)는 상기 작업자가 작업 현장에 위험 또는 돌발 상황이 발생되었음을 인지할 수 있도록 경고하는 기능을 한다. 그러므로 제1 알림부(130)는 스마트 헬멧(100)상에서 상기 작업자의 귀 가까이에 위치하여 경고음을 울리는 스피커로 구성될 수 있고, LED 조명 경고등(미도시) 형태를 추가하여 장착될 수도 있다.
또한, 제1 무선통신부(110)는, 생체 신호 수집부(120)에서 수집한 작업자의 생체 정보를 스마트 중계기(300) 및 스마트 기기(200)에 무선링크로 송수신하는 일반무선통신부(111) 및 상기 작업자의 위치 정보를 수집하여 스마트 중계기(300) 및 스마트 기기(200)에 전송하는 LED 기반의 가시광통신부(112)로 구성된다.
가시광통신부(112)는 스마트 헬멧(100)의 외주면에 위치한 복수 개의 포토 다이오드(수광부, 114) 및 복수 개의 포토 다이오드(114)를 연결하며, 전력 및 제어 신호를 전달하는 가시광통신선(115)으로 구성된다. 포토 다이오드(114)는 스마트 헬멧(100)이 어떠한 방향을 향하더라도 수광이 가능하도록 스마트 헬멧(100)의 중심에서부터 끝단까지 하나 이상의 가시광통신선(115) 라인(line)을 따라 일렬로 배치(예를 들어, 십자(십(十) 형태의 배치)하는 것이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니다.
생체 신호 수집부(120)를 통해 수집한 작업자의 생체 신호 정보와 가시광통신부(112)를 통해 수집한 상기 작업자의 위치 정보를 중앙 제어부(140)에 전송한다. 그러면 중앙 제어부(140)는 수집한 정보를 기반으로 작업자의 실시간 작업 상태를 기록 및 판정하여 일반무선통신부(111)를 통해 스마트 기기(200)에 전송한다.
한편, 관리 서버(400) 및 스마트 중계기(300)로부터 전송받은 긴급 메시지 또는 작업 현장에 대한 정보를 제1 무선통신부(110)를 통해 획득하고, 중앙 제어부(140)에서 기록 및 판정하여 제1 알림부(130)를 통해 상기 작업자에게 상기 긴급 메시지 또는 작업 현장에 대한 정보를 알려준다.
중앙 제어부(140)는 생체 신호 수집부(120)로부터 수집한 상기 작업자의 생체 정보 및 가시광통신부(112)로부터 수집한 작업자의 위치 정보를 기록 및 판정한다.
구체적으로, 중앙 제어부(140)는 MCU로 한정하지 않으며, ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors) 기능 수행을 위한 전기적인 유닛(unit) 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
스마트 기기(200)는 바람직하게는 벨트와 같은 웨어러블(wearable) 형태 또는 무전기 형태의 단말기일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
또한, 스마트 기기(200)는 제1 무선통신부(110)를 통해 스마트 헬멧(100)과 무선링크를 수립하며, 제2 무선통신부(310)를 통해 스마트 중계기(300)와 무선링크를 수립할 수 있다.
그리고 스마트 기기(200)에 온도, 조도, 공기, 습도 센서와 같은 다양한 센서를 구비함으로써 작업자 주변의 작업 환경에 대한 정보를 획득할 수 있다. 추가적으로 마이크, 스피커 및 통신장치를 스마트 기기(200)에 구비함으로써 다른 작업자와 의사소통할 수 있다. 또한, 상기 작업자에게 관리 서버(400)로부터 받은 긴급 메시지를 경고음, 경고등 또는 진동으로 알려주는 알림부를 구비할 수 있다.
도 3 및 4는 본 발명에 바람직한 실시 예에 따른 스마트 헬멧의 외주면 및 내주면의 구성을 도시한 사시도이다.
스마트 헬멧(100)의 외주면을 도시한 도 3을 살펴보면, 작업자가 스마트 헬멧(100)을 착용하고 작업 현장으로 이동할 때, 제1 무선통신부(110)의 가시광통신부(112)를 통해 작업 현장에 설치된 LED 조명등(500)을 이용하여 실시간 스마트 헬멧(100)의 위치 정보 즉, 상기 작업자의 위치 정보를 제공한다. 따라서 수월한 무선통신을 위해 스마트 헬멧(100) 상에 안테나(113)를 구비할 수 있다.
그리고 스마트 헬멧(100)의 제1 무선통신부(112)는 스마트 중계기(300)의 위치를 기반으로 무선신호를 이용하여 무선 측위(radio location)를 수행할 수 있으며, 가시광통신부(112)를 통해 획득한 상기 작업자의 위치 정보에 기반하여 보다 보정된 스마트 헬멧(100)의 무선 측위를 수행할 수 있다.
스마트 헬멧(100)의 내주면을 도시한 도 4를 살펴보면, 스마트 헬멧(100)의 내주면 둘레 즉, 작업자의 이마와 접하는 부분은 전도성 섬유(미도시)로 구성될 수 있다. 따라서 상기 전도성 섬유 상에 구비된 생체 신호 센서 즉, 생체 신호 수집부(120)에서 상기 작업자의 뇌파와 같은 생체 신호를 측정 및 수집한다. 그리고 중앙 제어부(140) 즉, MCU(Micro Controller Unit)에 상기 생체 신호를 저장 및 판정하여 제1 무선통신부(110)를 통해 스마트 기기(200)로 전송한다.
또한, 스마트 헬멧(100)의 턱끈도 상기 내주면의 둘레와 마찬가지로 전도성 섬유로 구성될 수 있으며, 생체 신호 수집부(120)는 상기 턱끈의 전도성 섬유 상에 구비되어 상기 작업자의 생체 신호를 수집할 수 있다.
도 5는 본 발명에 바람직한 실시 예에 따른 스마트 중계기 및 관리 서버의 정보 송수신에 대한 블럭 구성도이다.
스마트 중계기(300)는 작업 환경 정보를 수집하여 관리 서버(400)로 송신함으로써 관리자가 작업 환경의 상태를 파악할 수 있도록 한다. 따라서 스마트 헬멧(100), 스마트 기기(200) 및 관리 서버(400)에 작업 현장의 정보를 송수신하는 제2 무선통신부(310), 긴급 신호를 스마트 중계기(300)의 인근 작업 현장에 알려주는 제2 알림부(320) 및 상기 작업 현장의 환경 정보를 수집하기 위해 온도, 습도, 조도, 가스발생을 감지하는 센서부(330)로 구성된다.
관리 서버(400)는 관리자가 상기 스마트 중계기와 작업 현장의 정보를 송수신하는 제3 유무선통신부(410), 상기 스마트 중계기로부터 받은 긴급 메시지를 상기 관리자에게 알려주는 제3 알림부(420), 상기 스마트 중계기로부터 송신된 상기 작업 현장의 모든 정보를 저장하는 데이터터베이스(430) 및 상기 스마트 헬멧, 상기 스마트 기기 및 상기 스마트 중계기의 상태 정보를 확인하고, 상기 스마트 중계기에 메시지를 전송하는 관리 인터페이스(440)으로 구성된다.
제2 무선통신부(310) 및 제3 유무선통신부(410)는 와이파이(Wi-fi), 와이브로(Wibro wireless broadband), 와이맥스(Wimax, World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)와 같은 통신 프로토콜에 따라 스마트 기기(200), 스마트 중계기(300) 및 관리 서버(400) 간의 무선 통신을 제공한다. 추가적으로, 제3 유무선통신부(410)는 유선 통신 케이블이 제공될 수 있다.
스마트 중계기(300)의 제2 알림부(320)는 관리 서버(400)로부터 받은 긴급 메시지를 제어부(미도시)에서 판정하여 경고등 또는 경고음을 발생시켜 상기 작업자가 위험을 인지할 수 있도록 하며, 바람직하게는 LED 경고 조명을 사용할 수 있다.
또한, 센서부(330)는 다양한 작업 환경에 따른 현장 관리를 효율적으로 하기 위한 것으로, 작업자의 주변 온도, 조도, 습도, 가스를 실시간으로 감지하는 센서를 구비하여 작업 환경에 대한 다양한 정보를 수집한다. 수집한 상기 작업 환경에 대한 다양한 정보들은 상기 제어부에서 저장 및 판별되며, 관리 서버(400)에 전송된다.
그리고 스마트 중계기(300)에는 상기 작업 현장을 실시간으로 촬영하여 스냅샷, 동영상과 같은 영상정보를 생성하는 카메라부(미도시)를 추가적으로 구비할 수 있다.
상기 카메라부는 CMOS(Complementary Metal-oxide Semiconductor)와 같은 복수 개의 카메라 센서를 포함할 수 있으며, 상기 영상정보는 상기 제어부에서 연산 처리하여 제3 무선통신부(410)를 통해 관리 서버(400)로 전송된다. 관리 서버(400)는 상기 영상정보를 전송받아 압축하여 데이터베이스(400)에 저장한다.
관리 서버(400)의 제3 알림부(420)는 상기 작업자의 스마트 헬멧(100) 또는 스마트 기기(200)로부터 받은 정보가 작업자 상태가 위급함을 알리는 메시지일 경우, 관리자에게 구비된 스피커 또는 디스플레이(미도시)를 통해 알려준다.
데이터베이스(430)는 전송받은 작업 환경 및 작업자들에 대한 모든 정보를 저장하며, 저장된 정보를 빅데이터 기반의 알고리즘에 적용하여 상기 작업 현장의 상태를 예측한다. 따라서 데이터베이스(430)는 전송된 정보들을 분석하여 작업자가 미처 인지하지 못한 주변 위험요소를 검출하여 예측하고, 그 결과에 따른 긴급 또는 위험 메시지를 스마트 중계기(300)를 통해 스마트 헬멧(100) 또는 스마트 기기(200)로 전송한다.
관리 인터페이스(440)를 통해 관리자가 데이터베이스(430)에 접근하여 작업 환경 및 작업자의 정보를 열람할 수 있고, 상기 작업 현장의 상태에 대한 예측 정보를 확인할 수 있다. 그리고 관리 인터페이스(440)는 작업 현장에 있는 작업자들이 착용한 스마트 헬멧(100), 스마트 기기(200) 및 스마트 중계기(300)에 대하여 전원의 동작 여부와 같은 상기 장치들의 상태 정보를 관리자가 확인할 수 있도록 한다.
또한, 관리 서버(400)를 통해 관리자는 스마트 헬멧(100)을 착용한 작업 현장의 모든 작업자들과 의사소통함으로써, 작업 환경을 공유하고 관리 감독할 수 있으며, 긴급 상황에 대해 신속하고 원활히 대처할 수 있다.
도 6은 본 발명에 바람직한 실시 예에 따른 작업자 안전 관리 시스템의 작동 과정을 나타낸 흐름도이다.
스마트 헬멧(100)의 전원이 온(on)이 되면, 전압을 인가받으므로 모든 구성 장치들이 활성화되면서, 스마트 기기(200)의 동작 상태를 확인한다.
스마트 기기(200)의 전원이 온이면 스마트 헬멧(100)과의 무선링크가 수립되므로 스마트 헬멧(100)에서 수집한 정보는 스마트 기기(200)를 통해 스마트 중계기(300)로 전송한다. 반면, 스마트 기기(200)의 전원이 오프(off)이면 스마트 기기(200)와 스마트 헬멧(100) 간의 무선링크가 수립되지 않으므로, 스마트 헬멧(100)에서 수집한 정보는 스마트 중계기(300)의 제2 무선통신부(310)로 직접 연결되어 전송할 수 있다.
한편, 관리 서버(400)의 전원을 온시키면, 관리자는 관리 인터페이스(440)을 통해 데이터베이스(430)에 접속하면서, 스마트 중계기(300)의 동작 상태를 확인한다.
스마트 중계기(300)의 전원이 온이면 관리 서버(400) 및 스마트 기기(200)와의 무선링크가 수립되므로 스마트 기기(200)는 스마트 중계기(300)를 통해 관리 서버(400)와 정보를 송수신한다. 반면, 스마트 중계기(300)의 전원이 오프이면 관리 서버(400)와 스마트 중계기(300) 간의 무선링크가 수립되지 않으므로, 스마트 기기(200)와 관리 서버(400)는 정보를 직접 송수신할 수 있다.
따라서 사고 발생으로 스마트 중계기(300)가 작동되지 않아 통신이 끊어질 경우에도, 전술한 바와 같이 관리 서버(400)에 의해 작업 현장 상황이 통제 및 관리가 가능하다.
도 7은 본 발명에 바람직한 실시 예에 따른 가시광통신 수신기 및 송신기를 간략하게 나타낸 구성도이다.
LED 조명등(500)은 작업 현장에 하나 이상 설치되어 가시광통신을 통해 스마트 헬멧(100)에 상기 작업자의 위치를 전송한다.
즉, 스마트 헬멧(100) 상에 구비된 복수 개의 포토 다이오드(114) 및 가시광통신선(115)은 상기 작업 현장에 설치된 LED 조명등(500)이 방사하는 가시광 중 일정 세기 이상의 가시광을 수신받는다. 그러므로 스마트 헬멧(100)을 착용한 상기 작업자가 건물 내의 어느 한 지점에 위치하고 있거나 상기 작업자가 계속 이동하더라도, 포토 다이오드(114)를 통해 계속 상기 LED 조명등(500)으로부터 식별정보가 포함된 가시광을 수신받게 된다. 따라서 스마트 헬멧(100)이 실내뿐만 아니라 실외로 이동하는 경우에도 계속해서 스마트 헬멧(100)의 위치를 제공할 수 있다.
도 7을 참조하면, 가시광통신 기기는 LED 조명등(500)의 온/오프(on/off)를 제어함으로써 LED 조명등(500)를 통해 가시광통신 신호를 전송하는 가시광통신 송신기 및 포토 다이오드 즉, 수광부(114)를 통해 상기 가시광통신 송신기로부터 상기 가시광통신 신호를 수신하고, 작업자의 위치 정보를 추출하여 수집하는 가시광통신 수신기 즉, 스마트 헬멧(100)으로 구성된다.
LED 조명등(500)은 도 7에 도시된 가시광통신 송신기의 구성을 포함하고 있으며, 제어부는 상기 가시광통신 송신기의 전체 동작을 제어하고, 전원부는 상기 가시광통신 송신기에 전원을 담당한다. LED 드라이버(LED driver)는 LED 조명등(500)으로 공급되는 전원을 제어함으로써 LED 조명등(500)의 실제적인 온/오프 동작을 제어하는 역할을 수행한다. 상기 제어부는 자신에게 할당된 위치 정보를 LED 조명등(500)을 통해 스마트 헬멧(100)으로 송신하기 위하여 미리 약속된 라인코딩심볼(line coding symbol)에 맞추어 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 만들어 상기 LED 드라이버에 입력 값으로서 전송한다. 상기 LED 드라이버는 입력받은 PWM 신호의 온/오프 스케줄링(scheduling)에 따라 LED 조명등(500)에 전원을 공급함으로써 가시광통신 신호를 생산한다.
한편, 도 7에 도시된 가시광통신 수신기의 구성은 스마트 헬멧(100)에 포함되며, 포토 다이오드(114)를 통해 감지된 LED 조명등(500)의 가시광통신 신호는 ADC에 의해 샘플링(sampling)되어 상기 가시광통신 수신부 즉, 스마트 헬멧(100)의 중앙 제어부(140)로 가시광통신선(115)를 통해 전달된다. 중앙 제어부(140)에서는 입수한 샘플들을 이용하여 상기 가시광통신 송신기로부터 전송된 상기 라인코딩심볼을 디코딩함으로써 상기 작업자의 위치 정보를 추출한다.
이와 같이, 가시광통신의 수신기 및 송신기를 통해 작업자의 위치 정보를 정밀하게 무선 측위를 수행하는 것이 가능하므로 산업 현장에서 긴급 상황에 빠르게 대처가 가능하여 상기 작업자들의 안전을 최대한 보장할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 도시된 실시 예를 참고하여 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 요지 및 범위에 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적인 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100 : 스마트 헬멧 110 : 제1 무선통신부
111 : 일반무선통신부 112 : 가시광통신부
113 : 안테나 114 : 수광부
115 : 가시광통신선 120 : 생체 신호 수집부
130 : 제1 알림부 140 : 중앙 제어부
200 : 스마트 기기 300 : 스마트 중계기
310 : 제2 무선통신부 320 : 제2 알림부
330 : 센서부 400 : 관리 서버
410 : 제3 유무선통신부 420 : 제3 알람부
430 : 데이터베이스 440 : 관리 인터페이스
500 : LED 조명등

Claims (12)

  1. 작업자의 생체 신호를 수집하고, 상기 작업자의 안전 상태를 판별하는 생체 신호 수집부;
    상기 생체 신호 수집부에서 수집한 상기 작업자의 생체 정보를 상기 스마트 기기에 무선링크로 송수신하는 일반무선통신부와 상기 작업자의 위치 정보를 수집하여 상기 스마트 기기에 전송하는 LED 기반의 가시광통신부로 구성된 제1 무선통부; 및
    긴급 메시지를 상기 작업자에게 알려주는 제1 알림부를 포함하는 스마트 헬멧.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 생체 신호 수집부는 생체 신호 센서를 통해 상기 작업자의 체온, 혈압 또는 맥박을 검출하여 건강 상태에 따른 비상 상황을 판단하는 것을 특징으로 하는 스마트 헬멧.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가시광통신부는 헬멧의 외주면에 위치한 복수 개의 포토 다이오드 및 상기 복수 개의 포토 다이오드를 연결하며, 전력 및 제어 신호를 전달하는 가시광통신선으로 구성되는 스마트 헬멧.
  4. 작업자의 생체 정보 및 실시간 위치를 수집하여 관리자에게 전송하는 스마트 헬멧;
    상기 스마트 헬멧과 무선통신으로 연결되며, 작업 현장에 대한 정보를 송수신하는 스마트 기기;
    상기 스마트 헬멧 및 상기 스마트 기기와 상기 관리자 간의 무선통신을 지원하여 정보를 송수신시켜주는 스마트 중계기; 및
    상기 스마트 중계기로부터 전송받은 정보를 수집하여 상기 관리자에게 전달하고, 작업 현장에 대한 실시간 정보를 상기 스마트 중계기에 전송하는 관리 서버를 포함하는 작업자 안전 관리 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 작업 현장에 하나 이상 설치되어 가시광통신을 통해 상기 스마트 헬멧에 상기 작업자의 위치를 전송하는 LED 조명등을 더 포함하는 작업자 안전 관리 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 스마트 중계기는,
    상기 스마트 헬멧, 상기 스마트 기기 및 관리 서버에 작업 현장의 정보를 송수신하는 제2 무선통신부;
    긴급 신호를 상기 작업 현장에 알려주는 제2 알림부; 및
    상기 작업 현장의 환경 정보를 수집하기 위해 온도, 습도, 조도, 가스발생을 감지하는 센서부;를 포함하는 작업자 안전 관리 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 스마트 중계기는,
    상기 작업 현장을 촬영하여 영상정보를 생성하는 카메라부를 더 포함하는 작업자 안전 관리 시스템.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 관리 서버는,
    상기 스마트 중계기와 작업 현장의 정보를 송수신하는 제3 유무선통신부;
    상기 스마트 중계기로부터 받은 긴급 메시지를 상기 관리자에게 알려주는 제3 알림부;
    상기 스마트 중계기로부터 송신된 상기 작업 현장의 모든 정보를 저장하는 데이터터베이스; 및
    상기 스마트 헬멧, 상기 스마트 기기 및 상기 스마트 중계기의 상태 정보를 확인하고, 상기 스마트 중계기에 메시지를 전송하는 관리 인터페이스;를 포함하는 작업자 안전 관리 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 관리 인터페이스를 통해 상기 관리자가 상기 데이터베이스에 접근하여 정보를 열람하고, 상기 작업 현장의 상태 예측 정보를 확인하는 것을 특징으로 하는 작업자 안전 관리 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 데이터베이스는 전송받은 정보를 빅데이터 기반의 알고리즘에 적용하여 상기 작업 현장의 상태를 예측하는 것을 특징으로 하는 작업자 안전 관리 시스템.
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 관리 서버와 상기 스마트 중계기 간의 무선링크가 수립된 경우,
    상기 스마트 기기는 상기 스마트 중계기를 통해 상기 관리 서버와 정보를 송수신하며,
    상기 관리 서버와 상기 스마트 중계기 간의 무선링크가 수립되지 않은 경우,
    상기 스마트 기기와 상기 관리 서버는 직접 정보를 송수신하는 것을 특징으로 하는 작업자 안전 관리 시스템.
  12. 제 4 항에 있어서,
    상기 스마트 기기와 상기 스마트 헬멧 간의 무선링크가 수립된 경우,
    상기 스마트 헬멧에서 수집한 정보는 상기 스마트 기기를 통해 상기 스마트 중계기로 전송하며,
    상기 스마트 기기와 상기 스마트 헬멧 간의 무선링크가 수립되지 않은 경우,
    상기 스마트 헬멧에서 수집한 상기 정보는 상기 스마트 중계기로 직접 전송하는 것을 특징으로 하는 작업자 안전 관리 시스템.
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