KR20190048191A - 빌딩 통합제어 및 3d 구현 통합관리 시스템 구축 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스마트 빌딩 구조물을 통합적으로 제어하여 관리하고 건전도에 따른 스마트 빌딩 구조물의 유지 관리를 CPU 모듈에 저장된 데이터 및 경보신호를 통신용 서버를 이용하여 인터넷으로 업로딩하는 단계 및 상기 업로딩된 데이터 및 경보신호를 인터넷에 접속된 사용자 PC 또는 이동통신단말기를 통하여 송신하는 단계를 포함하는 빌딩 관리시스템 및 3D 구현 비상 통합 제어 시스템을 제공한다.
본 발명에 따르면, 빌딩 내 복잡성을 갖고 발전하는 유무선 네트워크를 효율적으로 운영 관리하기 위해 영상, 센서, 위치 정보 등을 파일시스템 형태로 통합하며, 이벤트가 발생한 위치에 대응하는 빌딩 내 고객과 관리자 그리고 운영자 등의 사용자 단말기로 전송하여 관리의 효율성을 최대로 하는 최적 SI 시스템에 관한 것이다.

Description

빌딩 통합제어 및 3D 구현 통합관리 시스템 구축{3D Implementation integrated management system and building integrated control}

본 발명은 스마트빌딩 통합 관제 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건물내 상태정보, 위치정보, 영상정보등을 계층적 분류에 따라 다수의 빌딩별 관리 정보등을 통합적으로 제어하고 사용자 접근을 제어할 수 있는 3D 구현 빌딩 통합관리 시스템 구축 장치 및 방법에 관한것이다.

최근 들어, 초고층 빌딩은 IT와 융합되어 스마트 빌딩으로 건설되고 있으며 이는 전력, 조명, 무선 센서 등이 자동화와 보안을 목적으로 설계되고 있다. 무선 네트워크의 발달로 인하여 스마트 빌딩 내에서는 무선 네트워크 인프라를 이용한 다양한 서비스를 사용하려는 고객의 수가 점차 증가하고 있다.

따라서, 구조물의 동적 특성을 중장기적인 관점에서 지속적인 건전도 모니터링(Health Monitoring)과 진단, 유지, 관리(maintenance)의 노력은 매우 중요하며, 이를 위해 기준된 시점에서 구조적 상태의 온전한 규명(SI,Structural Identification)이 선행되어야 한다. 최근 들어, 구조물 스스로가 구조적 상태를 인지/판단하고, 적절한 대응능력을 갖추도록 한 스마트 구조물(Smart Structure)의 기술이 요구되었다

상기한 바와 같이 빌딩 내 유무선 네트워크는 다양성과 복잡성을 가지고 설계 로 구축되고 있으며, 그 규모가 방대해짐에 따라 네트워크 트래픽의 과부하로 인하여 효율적인 관리와 제어의 필요성이 대두되고 있다.

따라서, 각 빌딩 내에 설치된 설비들에 대한 유지, 보수 및 소비하는 에너지(또는 전력) 량을 관리하기 위한 관리 시스템이 필요하며, 특히, 복수의 제어 현장을 원격에서 통합적으로 관리하는 원격 통합 관리 시스템이 필요해졌다.

한편, 빌딩 에너지 통합 관제 센터에서는 최적화된 에너지 절감대책을 빌딩 에너지 관리자 및 사용자에게 주어야 한다. 그리고, 빌딩 에너지 관리자 및 사용자는 안전하고 신뢰성 있는 정보를 근거로 제어를 행해야 한다. 이를 위해서는, 사용자/빌딩 용도별/서비스에 따라 차등적인 접근을 통해 접근할 수 있도록 하는 접근정책 정의가 필요하다

또한, 빌딩 통합 관제가 이루어지는 빌딩 통합 관제 센터에서는 강력한 보안 정책에 기반하여 사용자의 다양한 관련 기기에 대한 데이터 접근이 허용되거나 제한되어야 한다.

빌딩은 그 용도에 따라 빌딩의 복잡성과 모든 여러 형상 및 크기가 유행한다. 예컨대, 많은 다양한 관점에서, 스마트 빌딩은 빈 창고 빌딩 보다 상당히 복잡하다. 빌딩의 복잡성은 빌딩 디자인을 수학적으로 기술, 모델링, 시뮬레이팅, 최적화 및 검증하고자 하는 경우 명확해 진다. 특히, 수학적 표현, 모델링, 시뮬레이션, 최적화, 및 검증은 3차원 공간 및 시간 연산의 복합적 조합이다. 빌딩 에너지 통합 관제 장치와의 네트워크 연결에 따른 네트워크 구간별로 차별화된 인증 정책이 규정된다. 이 경우, 인증 정책은 외부 단말과 빌딩 에너지 통합 관제 장치의 보안 게이트웨이, 보안정책 서버, 통합제어장치의 서비스 이용, 통합제어 관리자와 통합제어시스템 관제 장치의 보안정책 서버 간에는 아이피 인증, 강제적 접근 제어 인증, 및 사용자 아이디 및 패스워드 인증을 혼합한 인증을 수행하도록 규정된다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 통합 관제 센터에서 빌딩 용도별 보안정책 정의를 통해 통합적인 에너지 관리를 위한 효율적인 접근제어가 이루어지도록 3D 구현한 빌딩 에너지 통합 관제 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 모델링, 최적화, 시뮬레이션 및 검증은 지금까지는

복잡한 빌딩 시스템에 적용된 적이 없는 축적으로 단일 플랫폼으로 실행될 수 있다. 추가로, 복잡한 빌딩 시스템에 대한 전체론적 접근은 빌딩 시스템에 관한 모든 정보를 관리하기 위해 집중화된 데이터베이스를 이용하는것을 수반한다. 집중화된 데이터베이스 개념은 각각의 상이한 디서플린(예컨대, 건축가, 구조 엔지니어, 전기엔지니어 등)이 자신의 고유한 디서플린-특성 정보의 데이터베이스를 유지하는 종래의 접근과 반대이다.

유무선 네트워크와 연결된 통신모듈을 통해 지정된 어플리케이션으로 전송하는 제어모듈로 이루어진 통합제어 서버, 및 상기 통합제어 서버와 알고리즘을 통한 스마트 구조물의 실시간 상시진동을 이용한 거동특성을 파악하며 FE(유한요소, Finite Element) 모델개선 알고리즘을 통한 스마트 구조물 기본 구성에 활용하여, 실시간으로 스마트 구조물의 건전도(health)를 평가하여 효과적으로 유지 관리할 수 있는 스마트 구조물의 유지 관리를 위한 EST 기반 최적 SI 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명에 의한 통합관리시스템을 사용하면, 건물에 미리 설치된 자동화재 경보설비를 활용할 수 있기 때문에 별도의 화재 경보설비를 설치할 필요가 없어 구축비용이 절감된다. 스마트 구조물의 유지 관리를 위한 최적 SI 시스템은 계측 시스템에 임베디딩되어, 최적 센서위치 결정 알고리즘을 통한 스마트 구조물에 구비되어 있는 센서들의 위치를 합리적이고 효율적으로 결정하고 상시진동 응답 분석 알고리즘을 통한 스마트 구조물의 실시간 상시진동을 이용한 거동특성을 파악하며 FE(유한요소, Finite Element)모델 개선 알고리즘을 통한 스마트 구조물기본 구성에 활용하여, 실시간으로 스마트 구조물의 건전도(health)를 평가하여 효과적으로 유지 관리할 수 있으며 일시적 내지는 지속적 환경 변화에 따른 온도 및 습도의 자동제어가 가능한 빌딩 감시 및 비상 제어 시스템을 제공하는 발명의 효과를 가진다.

본 발명의 스마트 구조물의 유지 관리를 위한 최적 SI 시스템은 최적 센서위치 결정 알고리즘을 통해서 관심모드를 기준으로 전체 변형운동에너지의 기여도를 자유도별로 상호 비교하고, 상대적으로 작은 기여도를 포함하는 자유도를 순차적으로 제거하여 다수의 계측점(자유도) 중 목적된 기준응답을 최적으로 측정할 수 있는 이종의 다수 개의 센서의 개수 및 위치를 결정하고,도별로 상호 비교하고, 상대적으로 작은 기여도를 포함하는 자유도를 순차적으로 제거하여 다수의 계측점(자유도) 중 목적된 기준응답을 최적으로 측정할 수 있는 이종의 다수 개의 센서의 개수 및 위치를 결정하고, 통합제어 서버는 건물에 설치된 자동화재 경보설비와 유무선 네트워크를 통해 연결된 것으로, 통신모듈 및 제어모듈을 포함하여 구성되며, 필요에 따라 메모리 등의 저장수단(미도시)을 더 포함하여 구성될 수 있다.

이와 같이, 통합제어 서버는 화재의 발생위치와 사용자 단말기의 위치를 고려하여 건물의 거주자나 출입자에 탈출로를 신속히 안내해 주어 건물의 거주자나 출입자가 화재에 대한 초기 대응방향을 신속히 결정할수 있도록 도와줌으로써 화재에 의한 인명피해를 최소화시킨다.

필요에 따라, 통합제어 서버는 화재감시를 위해 추가적으로 건물에 설치된 통합센서부를 능동적으로활용할 수 있게 하는 기능을 제공한다. 이때, 통합센서부로는 불꽃감지센서, 초전형 적외선 센서, 온도센서, 습도센서, 자이로센서, 연기센서, 산소센서, 이산화탄소센서 중 어느 하나 이상이 사용될 수 있다

CPU 모듈은 제1 통합센서부, 제1 스페어 통합센서부, 제2 통합센서부및 제2 스페어 통합센서부로부터 제공되는 온도, 습도 및 조도의 측정값에 의해 평균값 및 편차를 계산하여 데이터화하고, 저장하며, 상기 비상제어기로부터의 정보를 수신하여 외부로 방출하는 기능을 한다. 또한, 통신용 서버는 인터넷 네트워크에 접속하기 위해 CPU 모듈에 내장되거나 외부에 연결되어 설치되는 장치로, 인터넷을 통하여 사용자 PC또는 이동통신단말기에 접속되어 네트워크를 구성하게 된다.

온도 및/또는 습도 편차가 일정한 값을 초과하는 경우에는 냉난방장치 및/또는 습도조절장치를 가동하여 온도 및/또는 습도 편차를 일정한 값 이하로 낮추는 과정을 거친다. 예를 들어, 설정된 온도 편차가 3℃로 설정되었을 때 측정된 온도 편차가 3℃를 초과하는 경우에는 냉난방장치의 온도를 평균값으로 설정하여 온도 편차를 3℃ 이하로 낮출 수 있다.

사용자 인터페이스 장치는 디자인 플로우를 제어하고 특정 빌딩 시스템 디자인의 성능 결과를 보기 위해 위에 세션이 개방될 수 있는 전형적인 데스크탑 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 또는 태블릿 컴퓨터와 같은 클라이언트머신일 수 있다. 사용자 인터페이스 장치는 사용자가 디자인 의도를 제공하고 디자인 및 분석 단계들을 적용할수 있게 해 준다. 결과들은 사용자 인터페이스 장치로 들어오면서 이용가능하게 된다.

일 실시예에서, 사용자인터페이스 장치는 액세스 네트워크를 통해 BRP의 브라우저-기반 사용자 인터페이스에 접근하는데 사용된다.

빌딩 통합 관제 장치는 각 빌딩의 에너지 사용량 추이,자동제어 운전 상태 및 환경요소들을 모니터링한다. 빌딩 에너지 통합 관제 장치는 모니터링된 정보를 기반으로 다수의 빌딩의 에너지소비 데이터를 수집/분석 처리한다. 빌딩 에너지 통합 관제 장치는 분석 처리된 결과를 근거로 각 빌딩의 에너지 낭비요소를 찾아내어 최적화된 에너지 절감대책을 빌딩 에너지 관리자 및 사용자에게 제공한다.

이를 위해, 빌딩 에너지 통합 관제 장치는 인증, 접근 제어, 침입 탐지 등의 기능을 포함한다

상기 전송 모듈은, 상기 총합 데이터 값이 기준 값보다 크면, 상기 위치 ID에 근접해있는 고객의 사용자 단말기와 빌딩 관리자의 사용자 단말기로 상기 알람 메시지를 전송하고, 상기 총합 데이터 값이 기준 값보다 작거나 같으면, 상기 빌딩 관리자의 사용자 단말기로 메시지를 전송할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 빌딩 통합 운영 관리 서버를 이용한 관리 방법은, 빌딩 내에 존재하는 사용자 단말기들 또는 센싱 장치로부터 데이터를 수신하는 단계, 상기 수신된 데이터들의 위치 ID를 기반으로 데이터를 분석하고 그룹핑하는 단계, 상기 위치 ID 별로 그룹핑된 데이터에 대하여 우선 순위를 결정하여 저장하는 단계, 그리고 상기 위치 ID 별로 그룹핑된 데이터를 누적하여 총합 데이터 값을 획득하고, 획득된 총합 데이터 값을 기준 값과 비교하여 알람 메시지를 생성하는 단계를 포함한다.

일 실시예에 따른 원격 통합 관리 시스템은 복수의 제어 영역, 제어 현장

또는 관리 지점및 상기 복수의 제어 영역과 네트워크망을 통해 연결되는 원격 관리 서버를 포함할수 있다.

일 실시예에 따른 통합 관리 제어 시스템은 복수의 제어 영역, 제어 현장

또는 관리 지점 및 상기 복수의 제어 영역과 네트워크망을 통해 연결되는 원격 관리 서버를 포함할수 있다.

상기 통합제어 관리 시스템은 상기 관리 서버와 네트워크를 통해 연결되고, 상기 원격 관리 서버로부터 상기 장치 관리 데이터를 전송받아 표시하는 단말을 더 포함할 수 있다.

이에 본 발명은 대형 재난과 재해를 예방하기 위한 핵심기술로 생체적인 기능을 모방하여 다양한 안전관련 데이터를 수집 분석하고, 자율적으로 무선 통신 네트워크를 구성하여 관련 정보를 실시간 공유 및 모니터링하는 “분산형 다중 생체 센싱 기술을 이용한 자기 조직화 재난 예방 시스템”을 개발하고자 한다. 재난 예방시스템은 건설 분야의 구조공학과 IT 분야의 무선통신공학이 결합된 ICT 융합 시스템으로, 센서 노드, 자기 조직화 센서 네트워크, 그리고 분산형 재난 관리 서버로 구성되어 서로 유기적으로 상황에 대응함으로서 재난과 재해로부터 안전하도록 하는 생체적인 시스템이다.

이 때, 상기 최적 센서위치 결정 알고리즘으로는, 최적운동에너지법(EOT, Kinetic Energy Optimization Techniques)을 적용하는 것이 바람직하며, 최적운동에너지법은 구조물의 변형 운동 에너지를 활용하여 최적 계측 위치를 결정한다.

Claims (5)

1. 빌딩 통합제어 및 통합관리 시스템, 최적 SI 시스템에 있어서,
   설정 온도 정보를 상기 적어도 하나의 관리 지점에 전송하도록 상기 통신부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 관리 서버.
   상기 다수 개의 센서들로부터 센싱된 신호를 ‘자기 조직화 기법’을 통해 인접한 센서들끼리 통신하거나,국부적 통신장애가 발생할 경우 이를 회피하여 통신하거나, 일부 작동불능 상태의 센서를 우회하여 통신하며, 최적의 통신 채널을 설정하여 상기 계측부로 실시간 전송하는 센싱부;를 포함하여 구성되는 최적 3D 구현 SI 시스템
2. 제1항에 있어서,
   상기 통합제어 서버의 제어모듈은 상기 자동화재 경보설비로부터 전송받은 화재감지 데이터와 상기 복수개의 화재 감시 카메라로부터 전송받은 영상 데이터를 바탕으로 모든 구획의 영상 데이터와 화재가 발생된 구획의 확대된 영상 데이터가 상기 모니터의 기본 화면을 통해 출력되도록 상기 화재 데이터를 구성하는 것을 특징으로 하는 3D 구현 통합제어시스템.
3. 제1항에 있어서
   상기 제어부는,
   상기 복수의 설정 테이블 중 상기 동작 모드에 대응되는 설정 테이블을 근거로 상기 설정 온도 정보를 생성하는 것인 원격 관리 서버. 대규모 프로세싱 시스템을 포함하는 클라우드 서비스의 복수의 여러 프로세서에 걸쳐 상기 시뮬레이션 및 최적화 작동의 계산 임무를 분산시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,빌딩 시스템을 실현하기 위한 컴퓨터 기반 방법.
4. 제1항에 있어서,
   제1 스페어 통합센서부가 자동으로 상기 제1 통합센서부의 기능을 수행하고, 제2 통합센서부의 고장 발생시 온도, 습도 및 조도의 통합 센싱이 가능한 제2 스페어 통합센서부가 자동으로 상기 제2 통합센서부의 기능을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 빌딩 통합제어 및 3D 구현 통합관리 시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 수신 모듈은,
   상기 수신된 데이터의 패킷 개수를 누적하여 임계 값과 비교하고, 상기 임계 값보다 큰 데이터에 대하여 패킷형태 또는 명령어 분석을 진행하여 상기 분석 모듈로 전달하고,상기 임계 값보다 작거나 같은 데이터가 영상 데이터인 경우, 패킷 형태 또는 명령어 분석을 진행하여 상기 분석 모듈로 전달하고, 상기 임계 값보다 작거나 같은 데이터가 영상 데이터가 아닌 경우, 일정 크기 이상의 데이터가 수집될 때까지 대기한 후, 패킷 형태 또는 명령어 분석을 진행하여 상기 분석 모듈로 전달하는 빌딩 통합운영 관리 서버.