KR20210051555A - Safety Fence System Using Multi 2D Lidar Sensor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 스마트 안전펜스 시스템에 관한 것으로, 특히 2D 라이다 센서를 안전펜스에 다중 설치하여 스마트 안전펜스 내의 사물 움직임을 추적할 수 있도록 하는 다중 2D 라이다 센서를 이용한 스마트 안전펜스 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a smart safety fence system, and in particular, to a smart safety fence system using multiple 2D lidar sensors that enable tracking the movement of objects in the smart safety fence by multiple installations of 2D lidar sensors on the safety fence.
안전산업은 사회 전분야에서 다양한 안전수요에 대해 경제주체의 생명과 재산을 보호하는 유무형의 재화 및 서비스를 제공하는 산업으로, 전통적으로 3대 안전부문인 소방, 방재, 사업장 안전으로 구분되고 있다. 이러한 3대 안전 부문에서 소방과 방재는 공공부문의 성격이 강해 국가 의존적인 반면, 사업장 안전부분은 정부의 규제를 바탕으로 다양한 안전 물품시장과 설비시장이 존재하고 있다. The safety industry is an industry that provides tangible and intangible goods and services that protect the life and property of economic entities for various safety demands in all areas of society, and has traditionally been divided into the three safety sectors: firefighting, disaster prevention, and workplace safety. In these three safety sectors, firefighting and disaster prevention are state-dependent due to the strong nature of the public sector, while the safety of workplaces has various markets for safety goods and facilities based on government regulations.
공사현장과 작업현장 등 다양한 산업현장에서 산업재해가 지속적으로 발생하고 있기 때문에 산업재해로 인해 발생하는 인사사고에 대해 국가적으로 큰 관심을 가지고 있으며, 국가 산업 전반에 대해 지속적인 예방과 방지를 강조하고 있다. As industrial accidents continue to occur in various industrial sites such as construction sites and work sites, the country has a great interest in personnel accidents arising from industrial accidents and emphasizes continuous prevention and prevention for the entire national industry. .
이에 따라 산업현장에는 산업재해를 방지하기 위해 안전펜스가 설치되어 있는데, 이러한 안전펜스로 철도 작업선로용 안전펜스, 공연장 안전펜스, 공사현장 안전펜스 등 다양한 기능을 갖는 안전펜스가 개발되어 사용되고 있다. Accordingly, safety fences are installed in industrial sites to prevent industrial accidents, and as such safety fences, safety fences having various functions such as safety fences for railway work lines, safety fences at performance halls, and safety fences at construction sites have been developed and used.
하지만, 종래에 사용되는 안전펜스는 단순 진입통제 용도의 펜스로서, 안전 문구와 표시만 되어 단순히 작업현장을 표시해주는 역할만 수행할 뿐 거동 수상자가 현장에 접근하거나 진입했을 때 통제할 수 없다는 문제점이 있었다. However, the conventional safety fence is a fence for the purpose of simple access control, and only plays a role of indicating the work site by being marked with a safety phrase, and there is a problem that the behavior cannot be controlled when the winner approaches or enters the site. there was.
본 발명은 상기 종래 안전펜스의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 ICT 융합기술 기반의 안전펜스로 출입자 관리 및 거동 수상자에 대한 능동적인 대응이 가능하여 현장에서 발생할 수 있는 안전사고를 예방할 수 있고 현장을 외부와 차단하여 보안을 강화할 수 있도록 하는 스마트 안전펜스 시스템을 제공하는데 있다. The present invention has been proposed in order to solve the problems of the conventional safety fence, and an object of the present invention is a safety fence based on ICT convergence technology that enables active response to accessor management and behavior winners, thereby enabling safety accidents that may occur in the field. It is to provide a smart safety fence system that can prevent the safety and enhance security by blocking the site from the outside.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스마트 안전펜스 시스템은 안전 구역에 설치되는 복수의 안전펜스 지지대의 상부에 설치되어 주변을 감지하는 전자 안전펜스 모듈과, 상기 복수의 전자 안전펜스 모듈로부터 감지 데이터를 전송받아 분석하여 안전 구역 내의 물체를 검출하는 관제센터를 포함하는 스마트 안전펜스 시스템으로서, 상기 전자 안전펜스 모듈에는 360도 2차원 평면을 스캔할 수 있는 2D 라이다 센서가 구비된 침입자 감시모듈과, 상기 침입자 감시모듈을 통해 감지되는 데이터를 무선 통신을 통해 관제센터에 전송하는 무선 통신모듈이 구비되고, 상기 관제센터에는 복수의 전자 안전펜스 모듈로부터 전송되는 2D 라이다 센서 감지 신호를 수신하는 무선 통신모듈과, 상기 무선 통신모듈을 통하여 수신되는 2D 라이다 센서 신호를 분석하여 안전 구역 내에 움직이는 물체를 감지하여 추적하는 현장 상황 정보 분석서버가 구비된다. The smart safety fence system according to the present invention for achieving the above object includes an electronic safety fence module installed on the top of a plurality of safety fence supports installed in a safety area to detect the surroundings, and sensing data from the plurality of electronic safety fence modules. A smart safety fence system including a control center that receives and analyzes the data and detects an object in a safety area, wherein the electronic safety fence module includes an intruder monitoring module equipped with a 2D lidar sensor capable of scanning a 360-degree two-dimensional plane. , A wireless communication module for transmitting data detected through the intruder monitoring module to a control center through wireless communication is provided, and the control center receives a wireless 2D lidar sensor detection signal transmitted from a plurality of electronic safety fence modules. A communication module and a field situation information analysis server for detecting and tracking an object moving in a safe area by analyzing a 2D lidar sensor signal received through the wireless communication module are provided.
여기서, 상기 전자 안전펜스 모듈에 구비된 2D 라이다 센서를 통해 공간을 스캔하는 과정에서 물체가 감지되어 물체의 뒷면에서 사각지대가 발생하는 경우, 다른 전자 안전펜스 모듈에 구비된 2D 라이다 센서를 통해 상기 사각지대를 스캔할 수 있도록, 상기 2D 라이다 센서가 구비된 전자 안전펜스 모듈이 안전 구역 내에 각각 배치된다. Here, when an object is detected in the process of scanning a space through a 2D lidar sensor provided in the electronic safety fence module and a blind spot occurs at the back of the object, a 2D lidar sensor provided in another electronic safety fence module is used. Electronic safety fence modules equipped with the 2D lidar sensor are respectively disposed in the safety zone so that the blind spot can be scanned through.
상기 안전 구역을 스캔하는 하나의 2D 라이다 센서와 다른 하나의 2D 라이다 센서는 기준이 되는 2D 라이다 센서에 대한 다른 2D 라이다 센서의 위치 및 회전량을 추정하여 두 2D 라이다 센서 간의 위치 관계를 맞추되, 상기 두 2D 라이다 센서 간의 위치 관계는 ICP(Iterative Closest Point) 알고리즘을 통해 계산된다. One 2D lidar sensor scanning the safe area and the other 2D lidar sensor estimate the position and rotation amount of the other 2D lidar sensor with respect to the reference 2D lidar sensor, and the position between the two 2D lidar sensors. Match the relationship, but the positional relationship between the two 2D lidar sensors is calculated through an ICP (Iterative Closest Point) algorithm.
여기서, 상기 두 2D 라이다 센서 간의 위치 관계는, 서로 연관이 있는 입력 데이터와 모델 데이터 쌍 (pi, qi)과 모델 데이터의 법선 벡터(ni)를 알고 있으면, 입력 데이터가 모델 데이터에 정렬되기 위하여 수학식 
또한, 상기 회전행렬은 수학식 
감시하고자 하는 안전 구역 내에 고정된 구조물을 배치하여 복수의 2D 라이다 센서의 스캔 데이터에 상기 구조물이 포함되도록 하여, 상기 복수의 2D 라이다 센서를 통해 스캔된 데이터에 포함된 구조물을 기준으로 ICP 알고리즘을 통하여 서로 상대적인 위치 및 자세정보를 계산할 수 있도록 한다.ICP algorithm based on the structure included in the data scanned by the plurality of 2D lidar sensors by arranging a fixed structure in the safety area to be monitored so that the structure is included in the scan data of a plurality of 2D lidar sensors Through this, it is possible to calculate the position and posture information relative to each other.
한편, 상기 관제센터는 복수의 2D 라이다 센서를 통하여 스캔된 데이터를 분석하여 고정된 물체는 검출하지 않고 움직이는 물체를 추적하여 안전 구역 내에서 이동하는 침입자를 검출할 수 있도록 한다. Meanwhile, the control center analyzes the scanned data through a plurality of 2D lidar sensors, does not detect a fixed object, but tracks a moving object to detect an intruder moving within a safe area.
여기서, 움직이는 물체의 추적은 안전 구역 내에 움직이는 물체가 없는 상태에서 2D 라이다 센서를 통해 주변 환경에 대한 스캔을 실시하여 스캔된 데이터를 저장하고, 움직이는 물체를 감지하기 위해 감시를 시작하여, 움직이는 물체가 감지되면 움직이는 물체가 포함된 측정 데이터를 획득한 후, 새로운 물체가 나타난 측정 데이터에서 움직이는 물체가 없는 초기 데이터를 빼주어, 최종적으로 주변 지형은 사라지고 움직이는 물체에 관한 영역만 추출되도록 하여 움직이는 물체를 추적하게 된다. Here, tracking of a moving object is performed by scanning the surrounding environment through a 2D lidar sensor in the state that there is no moving object in the safe area, saving the scanned data, and starting monitoring to detect the moving object, and moving the object. When is detected, the measurement data including the moving object is acquired, and the initial data without the moving object is subtracted from the measurement data where the new object appears, and finally the surrounding terrain disappears and only the area of the moving object is extracted to track the moving object. It is done.
본 발명에 따른 스마트 안전펜스 시스템은 3D 라이다 센서에 비해 상대적으로 가격이 저렴한 2D 라이다 센서를 안전펜스에 설치하여 평면에 관한 사물을 감지 할 수 있도록 함으로써 안전펜스 구축 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다. The smart safety fence system according to the present invention has the effect of reducing the cost of building a safety fence by installing a 2D lidar sensor, which is relatively inexpensive compared to the 3D lidar sensor, to the safety fence to detect objects on a plane. There is.
또한, 본 발명은 여러 대의 라이다를 같은 공간에서 서로 다른 위치에 배치함으로서 근거리에서 찾게 되는 사물로 인해 생기는 사각지대를 최소화할 수 있으며, 이에 따라 사각지대가 최소화된 감시 공간에 대한 지형도로부터 사물을 추적함으로써 감시 성능을 높일 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention can minimize blind spots caused by objects found in a short distance by arranging several lidars at different locations in the same space, and accordingly, objects are retrieved from the topographical map of the surveillance space where blind spots are minimized. There is an effect of increasing the monitoring performance by tracking.
도 1은 본 발명에 따른 스마트 안전펜스 시스템의 설치 개념도,
도 2는 본 발명에 다른 스마트 안전펜스 시스템의 블록 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 하나의 극좌표계를 데카르트 좌표계로 변환한 2차원 좌표 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 안전 구역 내의 공간에 사물이 나타남에 따라 발생하는 사각지대의 일례,
도 5는 본 발명에 따른 안전 구역 내의 사물에 따른 사각지대를 최소화하기 위한 라이다 배치 구조 일례,
도 6은 본 발명에 따른 문화재 주변을 감시하기 위한 라이다 센서의 배치 구조 일례,
도 7은 본 발명에 따른 ICP 알고리즘을 통해 계산된 결과물의 일례,
도 8은 본 발명에 따른 라이다 센서를 통한 이동 물체 추적 과정을 나타낸 흐름도,
도 9는 본 발명에 따른 움직이는 물체가 없는 상태에서 스캔된 초기 데이터의 일례,
도 10은 본 발명에 따른 안전 구역 내에 새로운 물체가 나타난 경우의 스캔 데이터 일례,
도 11은 본 발명에 따른 안전 구역 내에 새롭게 추출된 움직이는 물체를 나타낸 것이다. 1 is a conceptual diagram of an installation of a smart safety fence system according to the present invention,
Figure 2 is a block diagram of another smart safety fence system according to the present invention,
3 is a two-dimensional coordinate graph converted from one polar coordinate system to a Cartesian coordinate system according to the present invention,
Figure 4 is an example of a blind spot that occurs as an object appears in the space in the safe zone according to the present invention,
5 is an example of a lidar arrangement structure for minimizing blind spots according to objects in a safe zone according to the present invention,
6 is an example of an arrangement structure of a lidar sensor for monitoring the vicinity of a cultural property according to the present invention,
7 is an example of a result calculated through the ICP algorithm according to the present invention,
8 is a flowchart showing a process of tracking a moving object through a lidar sensor according to the present invention;
9 is an example of initial data scanned in the absence of a moving object according to the present invention;
10 is an example of scan data when a new object appears in the safety zone according to the present invention;
11 shows a moving object newly extracted in the safety zone according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 스마트 안전펜스 시스템의 설치 개념도이고, 도 2는 스마트 안전펜스 시스템의 블록 구성도를 나타낸 것이다. 1 is a conceptual diagram illustrating an installation of a smart safety fence system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram illustrating a smart safety fence system.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 안전펜스 시스템은 안전 구역을 포함하도록 여러 개의 안전펜스 지지대(10)가 소정 간격으로 이격되어 설치되고, 이 안전펜스 지지대(10)는 띠나 줄, 가림막이나 가림판 등의 펜스(11)를 통하여 연결되어 전체 안전펜스를 형성하게 된다.1 and 2, in the smart safety fence system according to the present invention, a plurality of safety fence supports 10 are installed spaced apart at predetermined intervals to include a safety zone, and the
상기 안전펜스 지지대(10)의 일측에는 주변의 탐색하여 물체를 감지하는 전자 안전펜스 모듈(100)이 각각 설치되고, 이 전자 안전펜스 모듈(100)에 의해 감지되는 신호는 무선 통신을 통해 관제센터(200)로 전송되게 된다. On one side of the
상기 전자 안전펜스 모듈(100)은 라이다 센서(111)와 영상센서(112)를 이용하여 스마트 안전펜스가 설치된 안전 구역에 접근하는 거동 수상자를 감지하는 역할을 수행하게 되는데, 다수의 전자 안전펜스 모듈(100)은 무선 네트워크로 연동되어 관제센터(200)로 감지 신호를 전송하고 관제센터(200)는 보안요원 및 현장요원에게 실시간으로 비상상황을 전파하여 거동 수상자의 접근을 차단하여 안전사고를 예방하게 된다. The electronic
본 발명의 실시 예에서 상기 전자 안전펜스 모듈(100)은 안전펜스 지지대(10)의 상부에 착탈 가능하게 결합되는 거치식 타입으로 이루어지는데, 이 거치식 전자 안전펜스 모듈(100)에는 라이다 센서(111)와 전자-광학/적외선(EO/IR) 카메라 센서 등으로 이루어진 영상센서(112)가 구비된 침입자 감시모듈(110)과, 상기 침입자 감시모듈(110)을 통하여 감지되는 데이터를 수집하는 데이터 수집모듈(120)과, 상기 데이터 수집모듈(120)을 통하여 수집되는 데이터를 무선 통신을 통해 관제센터(200)에 전송하는 무선 통신모듈(130)과, 전자 안전펜스 모듈(100)에 전원을 공급하는 전원 공급모듈(140)과, 통신 방식을 확장하여 다양한 통신이 이루어지도록 지원하는 통신 확장모듈(150)이 구비된다. In an embodiment of the present invention, the electronic
상기 관제센터(200)는 전자 안전펜스 모듈(100)로부터 전송되는 감시 데이터를 수신하는 무선 통신모듈(210)과, 상기 무선 통신모듈(210)을 통해 수신되는 감시 데이터를 분석하여 침입자의 유무를 판단하고 침입자가 발생하는 경우 이를 경고하고 주변에 전파하여 안전구역 내의 무단 침입자 접근을 차단시키는 현장 상황 정보 분석서버(220)가 구비된다. The
본 발명에서 전자 안전펜스 모듈(100)의 침입자 감시모듈(110)에 구비된 라이다 센서(111)는 360도 2차원 평면을 스캔할 수 있는 2D 라이다 센서로 이루어져 스마트 안전펜스에서 장애물 검출에 사용되는 주요 센서이다. 관제센터(200)는 복수의 전자 안전펜스 모듈(100)로부터 전송되는 2D 라이다 센서(111)의 감지 데이터를 수집하고, 이를 분석하여 장애물을 검출하게 된다. In the present invention, the
이하에서는 관제센터(200)에서 전자 안전펜스 모듈(100)의 침입자 감시모듈(110)에 구비된 2D 라이다 센서(111)를 통하여 감지된 데이터를 분석하여 장애물을 검출하는 방법에 대하여 설명하기로 한다. Hereinafter, a method of detecting an obstacle by analyzing data detected through the
먼저, 2D 라이다 센서(111)의 스캔 데이터는 센서 자신을 기준으로 360도 전방향으로 향하는 각도와 거리값으로 출력하게 되며, 이를 다음 수학식 1을 통해 2차원 좌표로 변환하게 된다. First, the scan data of the
여기에서, P(r,θ)는 거리값과 각도를 의미하며, 이는 2차원 좌표 x=rcosθ, y=rsinθ로 변환된다. Here, P(r,θ) means a distance value and an angle, which is converted into two-dimensional coordinates x=rcosθ, y=rsinθ.
도 3은 하나의 극좌표계(polar coordinate)를 데카르트 좌표계(cartesian coordinate)로 변환한 2차원 좌표를 그래프로 나타낸 것이다. 도 3에서처럼 한 개의 라이다 센서로 공간을 스캔하면 2D 지형을 나타낼 수 있는데, 이때 중간에 사물이 움직이거나 갑자기 나타났을 경우 그 사물은 검출 가능하지만 뒤편은 검출이 불가능해지며 넓은 공간이 사각지대로 남겨지게 된다.3 is a graph showing two-dimensional coordinates converted from one polar coordinate system to a Cartesian coordinate system. As shown in FIG. 3, when a space is scanned with one lidar sensor, a 2D terrain can be displayed. In this case, if an object moves or suddenly appears in the middle, the object can be detected, but the back side becomes undetectable, and a wide space becomes a blind spot Will be left behind.
도 4는 공간에 사물이 나타남에 따라 발생하는 사각지대의 일례를 나타낸 것이다. 도 4에서와 같이, 사각지대가 발생되면 사각지대에서 움직이는 사물을 찾아낼 수 없으며 추적도 불가능하기 때문에 이동하는 사물의 탐지 능력이 떨어지게 된다.4 shows an example of a blind spot that occurs as an object appears in space. As shown in FIG. 4, when a blind spot occurs, an object moving in the blind spot cannot be found and tracking is impossible, so the detection ability of the moving object is deteriorated.
도 5는 사물에 따른 사각지대를 최소화하기 위한 라이다 배치 구조를 나타낸 것으로, 본 발명에서는 사각지대 발생 문제를 해결하기 위해 다수의 라이다 센서를 배치함으로서 공간에 대한 스캔 능력을 향상시키도록 하고 있다.5 shows a lidar arrangement structure for minimizing blind spots according to objects. In the present invention, a plurality of lidar sensors are arranged to solve the problem of blind spots, thereby improving the scanning capability of the space. .
도 5에 배치된 다중 라이다 센서의 위치를 인식하기 위해서는 라이다 센서 1번을 기준으로 2번의 위치 및 회전량을 추정해야 두 장비의 위치 관계를 맞출 수 있게 된다. In order to recognize the position of the multiple lidar sensors arranged in FIG. 5, the position and rotation amount of the
두 라이다 센서의 위치관계를 계산하기 위해서는 ICP(Iterative Closest Point) 알고리즘을 적용해야 하며, 두 개의 라이다 센서에서 나오는 결과 데이터를 사용하게 된다.In order to calculate the positional relationship of two lidar sensors, ICP (Iterative Closest Point) algorithm must be applied, and result data from two lidar sensors are used.
즉, 서로 연관이 있는 입력 데이터와 모델 데이터 쌍 (pi, qi)과 모델 데이터의 법선 벡터 (ni)를 알고 있으면, 입력 데이터가 모델 데이터에 정렬되기 위하여 다음 수학식 2를 통하여 에러를 최소화하는 회전행렬과 이동벡터를 계산할 수 있게 된다.That is, if you know the input data and the model data pair (p i , q i ) and the normal vector (n i ) of the model data that are related to each other, the error is calculated through
여기서, R은 회전행렬이고 t=(x,y)T는 이동벡터이다. 결국 pi 데이터 쌍을 가진 라이다 센서 1로부터 qi 데이터쌍을 가진 라이다 센서 2의 위치 및 회전량을 계산할 수 있게 된다.Here, R is the rotation matrix and t=(x,y) T is the motion vector. Eventually, the position and rotation amount of the
회전행렬은 다음의 수학식 3과 같이 표시되어 
상기 수학식들을 정리하면 다음의 수학식 4와 같이 정리된다. If the above equations are summarized, they are summarized as in Equation 4 below.
상기 수학식 4를 다시 한번 정리하면 수학식 5와 같다.If Equation 4 is summarized once again, it is the same as Equation 5.
여기에서, x,y,θ에 대한 에러의 최소값을 구하기 위하여 e를 편미분하면 다음의 수학식 6과 같이 된다. Here, if e is partially differentiated to obtain the minimum value of the error for x, y, and θ, the following equation (6) is obtained.
상기 수학식 6을 행렬 형태로 변환해주면 다음의 수학식 7과 같다.When Equation 6 is converted into a matrix form, it is as shown in Equation 7 below.
상기 선형 행렬 식은 Ax=b 형태로 표현 가능하며, 다음 수학식 8과 같이 풀 수 있게 된다.The linear matrix equation can be expressed in the form of Ax=b, and can be solved as shown in Equation 8 below.
상기 방식처럼 2D 라이다 센서(111) 사이의 위치 관계를 계산하는 방법은 사방이 벽으로 막힌 실내 공간에서 벽과 벽을 감지한 데이터를 이용하여 추정할 수 있다. 하지만, 스마트 안전펜스는 공사 현장이나 나홀로 문화재와 같은 넓은 공간의 실외환경에서 설치를 해야 한다. 따라서 기존의 방식대로 주위 환경에 대한 라이다 센서 데이터를 수집해도 기준이 되는 겹쳐지는 영역이 발생하지 않기 때문에, 본 발명에서는 임의의 구조물을 배치하도록 한다.As in the above method, a method of calculating the positional relationship between the
도 6은 문화재 주변을 감시하기 위한 라이다 센서의 배치 구조를 나타낸 것으로, 도 6에서처럼 감시하고자 하는 문화재 주위로 원통이나 사각형태의 구조물을 배치하게 된다. 라이다 센서의 스캔 데이터는 이러한 구조물을 스캔하게 되며, 이렇게 수집된 데이터를 ICP 알고리즘을 통하여 서로 상대적인 위치 및 자세정보를 계산하게 된다. 도 7은 ICP 알고리즘을 통해 계산된 결과물의 일례를 나타낸 것이다. 6 shows an arrangement structure of a lidar sensor for monitoring around a cultural property. As shown in FIG. 6, a cylindrical or rectangular structure is arranged around a cultural property to be monitored. The scan data of the lidar sensor scans these structures, and the collected data is calculated relative to each other through the ICP algorithm and position and posture information. 7 shows an example of a result calculated through the ICP algorithm.
상기와 같은 과정을 통해 문화재 주변 환경에 대한 다수의 라이다 센서를 통하여 2차원 데이터를 통합한 지도를 작성할 수 있게 된다.Through the above process, it is possible to create a map integrating 2D data through a plurality of lidar sensors for the environment around the cultural property.
한편, 도 6과 도 7에서처럼 2D 라이다 센서(111)를 이용하여 문화재 주변의 지도를 작성할 때, 주변에는 고정된 사물이 존재할 것이며 움직이는 사물도 존재 할 것이다. 이때 고정된 사물은 검출하지 않으며 움직이는 사물을 추적함으로서 문화재 주변으로 이동하는 사람을 찾아 낼 수 있게 된다.On the other hand, when creating a map around a cultural property using the
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 센서를 통한 이동 물체 추적 과정을 나타낸 것이다. 8 illustrates a process of tracking a moving object through a lidar sensor according to an embodiment of the present invention.
단계 S100, S120 : 먼저, 스마트 안전펜스가 설치된 안전 구역 내에 움직이는 물체가 없는 상태에서 주변 환경에 대한 스캔을 실시하여(S100), 스캔된 데이터를 저장하게 된다(S120). 이때 데이터 저장은 약 100 프레임 정도 데이터를 누적하여 저장하게 되는데, 도 9는 움직이는 물체가 없는 상태에서 스캔된 초기 데이터의 일례를 나타낸 것이다. 초기화 상태에서 저장된 데이터는 주변 환경에 관한 초기 데이터이므로 주변에 움직이는 물체가 나타난 경우에는 주변 지형과 함께 새로운 사물이 나타난게 된다. Steps S100 and S120: First, a scan of the surrounding environment is performed in a state in which there is no moving object in the safe area where the smart safety fence is installed (S100), and the scanned data is stored (S120). In this case, the data is stored by accumulating about 100 frames of data, and FIG. 9 shows an example of initial data scanned in the absence of a moving object. Since the data stored in the initializing state is initial data on the surrounding environment, when a moving object appears, a new object appears along with the surrounding terrain.
단계 S130, S140 : 초기화 스캔 이후, 2D 라이다 센서(111)는 움직이는 물체를 감지하기 위해 감시를 시작하며(S130), 만약 움직이는 물체가 감지되면 움직이는 물체가 포함된 측정 데이터를 획득하게 된다(S140). 도 10은 안전 구역 내에 새로운 물체가 나타난 경우의 스캔 데이터 일례로서, 도 10에서 붉은 원안의 물체는 새로 나타난 물체가 된다. Steps S130 and S140: After the initial scan, the
단계 S150, S160 : 새로 나타난 물체만 특정 짓기 위해서 새로운 물체가 나타난 데이터에서 초기화 데이터를 빼주게 된다(S150). 이에 따라 최종적으로 주변 지형은 사라지게 되며, 움직이는 물체에 관한 영역만 추출되게 된다(S160). 도 11은 새롭게 추출된 움직이는 물체를 나타낸 것으로, 상기 과정을 통하여 움직이는 물체에 대한 추적이 가능해진다. Steps S150 and S160: In order to specify only the newly appeared object, the initialization data is subtracted from the data in which the new object appears (S150). Accordingly, the surrounding topography finally disappears, and only an area related to the moving object is extracted (S160). 11 shows a newly extracted moving object, and tracking a moving object becomes possible through the above process.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 여러 개의 2D 라이다 센서(111)를 안전펜스 지지대(10)에 각각 배치함으로서 근거리에 위치한 사물로 인해 생기는 사각지대를 최소화할 수 있으며, 사각지대가 최소화된 안전 구역에 대한 지형도로부터 움직이는 사물을 추적할 수 있게 된다. As described above, in the present invention, by disposing a plurality of
이러한 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구 범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and variations within the scope of the technical idea of the present invention and the scope of the claims to be described below by those of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. It goes without saying that this can be done.
10 : 안전펜스 지지대 11 : 펜스
100 : 전자 안전펜스 모듈 110 : 침입자 감시모듈
111 : 2D 라이다 센서 112 : 영상센서
120 : 데이터 수집모듈 130 : 무선 통신모듈
140 : 전원 공급모듈 200 : 관제센터
210 : 무선 통신모듈 220 : 현장 상환 정보 분석서버10: safety fence support 11: fence
100: electronic safety fence module 110: intruder monitoring module
111: 2D lidar sensor 112: image sensor
120: data collection module 130: wireless communication module
140: power supply module 200: control center
210: wireless communication module 220: field reimbursement information analysis server
Claims (8)
상기 전자 안전펜스 모듈(100)에는 360도 2차원 평면을 스캔할 수 있는 2D 라이다 센서(111)가 구비된 침입자 감시모듈(110)과, 상기 침입자 감시모듈(110)을 통해 감지되는 데이터를 무선 통신을 통해 관제센터(200)에 전송하는 무선 통신모듈(130)이 구비되고,
상기 관제센터(200)에는 복수의 전자 안전펜스 모듈(100)로부터 전송되는 2D 라이다 센서 감지 신호를 수신하는 무선 통신모듈(210)과, 상기 무선 통신모듈(210)을 통하여 수신되는 2D 라이다 센서 신호를 분석하여 안전 구역 내에 움직이는 물체를 감지하여 추적하는 현장 상황 정보 분석서버(220)가 구비된 것을 특징으로 하는 스마트 안전펜스 시스템.
An electronic safety fence module 100 installed on the upper part of the plurality of safety fence supports 10 installed in the safety zone to detect the surroundings, and the plurality of electronic safety fence modules 100 receive and analyze the sensing data to be safe. As a smart safety fence system including a control center 200 for detecting an object in the area,
The electronic safety fence module 100 includes an intruder monitoring module 110 equipped with a 2D lidar sensor 111 capable of scanning a 360-degree two-dimensional plane, and data detected through the intruder monitoring module 110. A wireless communication module 130 for transmitting to the control center 200 through wireless communication is provided,
The control center 200 includes a wireless communication module 210 that receives a 2D lidar sensor detection signal transmitted from a plurality of electronic safety fence modules 100, and a 2D lidar received through the wireless communication module 210. Smart safety fence system, characterized in that it is provided with a field situation information analysis server 220 that analyzes the sensor signal to detect and track the moving object in the safety zone.
상기 전자 안전펜스 모듈(100)에 구비된 2D 라이다 센서(111)를 통해 공간을 스캔하는 과정에서 물체가 감지되어 물체의 뒷면에서 사각지대가 발생하는 경우,
다른 전자 안전펜스 모듈(100)에 구비된 2D 라이다 센서(111)를 통해 상기 사각지대를 스캔할 수 있도록, 상기 2D 라이다 센서(111)가 구비된 전자 안전펜스 모듈(100)이 안전 구역 내에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 스마트 안전펜스 시스템.
The method of claim 1,
When an object is detected in the process of scanning a space through the 2D lidar sensor 111 provided in the electronic safety fence module 100 and a blind spot occurs at the back side of the object,
The electronic safety fence module 100 equipped with the 2D lidar sensor 111 is a safe area so that the blind spot can be scanned through the 2D lidar sensor 111 provided in the other electronic safety fence module 100. Smart safety fence system, characterized in that disposed within each.
상기 안전 구역을 스캔하는 하나의 2D 라이다 센서(111)와 다른 하나의 2D 라이다 센서(111)는 기준이 되는 2D 라이다 센서(111)에 대한 다른 2D 라이다 센서(111)의 위치 및 회전량을 추정하여 두 2D 라이다 센서(111) 간의 위치 관계를 맞추되,
상기 두 2D 라이다 센서(111) 간의 위치 관계는 ICP(Iterative Closest Point) 알고리즘을 통해 계산되는 것을 특징으로 하는 스마트 안전펜스 시스템.
The method of claim 2,
One 2D lidar sensor 111 and the other 2D lidar sensor 111 scanning the safe zone are the positions of the other 2D lidar sensors 111 with respect to the 2D lidar sensor 111 as a reference, and Match the positional relationship between the two 2D lidar sensors 111 by estimating the amount of rotation,
A smart safety fence system, characterized in that the positional relationship between the two 2D lidar sensors 111 is calculated through an ICP (Iterative Closest Point) algorithm.
상기 두 2D 라이다 센서(111) 간의 위치 관계는,
서로 연관이 있는 입력 데이터와 모델 데이터 쌍 (pi, qi)과 모델 데이터의 법선 벡터(ni)를 알고 있으면, 입력 데이터가 모델 데이터에 정렬되기 위하여 수학식
(여기서, R은 회전행렬이고 t=(x,y)T는 이동벡터이다)을 통해 에러를 최소화하는 회전행렬과 이동벡터를 계산하여,
pi 데이터 쌍을 가진 기준 2D 라이다 센서(111)로부터 qi 데이터쌍을 가진 다른 2D 라이다 센서(111)의 위치 및 회전량을 계산하는 것을 특징으로 하는 스마트 안전펜스 시스템.
The method of claim 3,
The positional relationship between the two 2D lidar sensors 111 is,
If you know the input data and model data pairs (p i , q i ) and the normal vector (n i ) of the model data that are related to each other, the equation is to align the input data to the model data.
(Here, R is the rotation matrix and t = (x,y) T is the movement vector) by calculating the rotation matrix and the movement vector that minimize the error,
Smart safety fence system, characterized in that calculating the position and rotation amount of another 2D lidar sensor 111 having a q i data pair from the reference 2D lidar sensor 111 having a p i data pair.
상기 회전행렬은 수학식
과 같이 표시되어
에러를 최소화하는 회전행렬과 이동벡터는 수학식
로 정리되며,
여기에서, x,y,θ에 대한 에러의 최소값을 구하기 위하여 e를 편미분 하면 수학식
로 표현되고,
상기 수학식을 행렬 형태로 변환해주면 수학식
로 변환되어,
상기 선형 행렬 식은 Ax=b 형태로 표현 가능하며, 수학식
로 풀 수 있게 되는 것을 특징으로 하는 스마트 안전펜스 시스템.
The method of claim 4,
The rotation matrix is Equation
Is displayed as
The rotation matrix and the motion vector that minimize the error are calculated by the equation
Is organized as,
Here, if e is partially differentiated in order to find the minimum value of the error for x, y, θ, the equation
Is expressed as,
Converting the above equation into a matrix form
Is converted to,
The linear matrix equation can be expressed in the form of Ax=b, and the equation
Smart safety fence system, characterized in that it can be unlocked with.
감시하고자 하는 안전 구역 내에 고정된 구조물을 배치하여 복수의 2D 라이다 센서(111)의 스캔 데이터에 상기 구조물이 포함되도록 하여,
상기 복수의 2D 라이다 센서(111)를 통해 스캔된 데이터에 포함된 구조물을 기준으로 ICP 알고리즘을 통하여 서로 상대적인 위치 및 자세정보를 계산할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 스마트 안전펜스 시스템.
The method of claim 3,
By arranging a fixed structure in the safety area to be monitored so that the structure is included in the scan data of the plurality of 2D lidar sensors 111,
Smart safety fence system, characterized in that it is possible to calculate relative position and posture information to each other through the ICP algorithm based on the structure included in the data scanned through the plurality of 2D lidar sensors 111.
상기 관제센터(200)는 복수의 2D 라이다 센서(111)를 통하여 스캔된 데이터를 분석하여 고정된 물체는 검출하지 않고 움직이는 물체를 추적하여 안전 구역 내에서 이동하는 침입자를 검출할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 스마트 안전펜스 시스템.
The method of claim 6,
The control center 200 analyzes the scanned data through a plurality of 2D lidar sensors 111 to detect a moving object without detecting a fixed object to detect an intruder moving within a safe area. Smart safety fence system characterized by.
움직이는 물체의 추적은
(a) 안전 구역 내에 움직이는 물체가 없는 상태에서 2D 라이다 센서(111)를 통해 주변 환경에 대한 스캔을 실시하여 스캔된 데이터를 저장하고,
(b) 움직이는 물체를 감지하기 위해 감시를 시작하여, 움직이는 물체가 감지되면 움직이는 물체가 포함된 측정 데이터를 획득한 후,
(c) 새로운 물체가 나타난 측정 데이터에서 움직이는 물체가 없는 초기 데이터를 빼주어, 최종적으로 주변 지형은 사라지고 움직이는 물체에 관한 영역만 추출되도록 하여 움직이는 물체를 추적하는 것을 특징으로 하는 스마트 안전펜스 시스템.The method of claim 7,
The tracking of moving objects
(a) Scanning the surrounding environment through the 2D lidar sensor 111 in the state that there is no moving object in the safe area to store the scanned data,
(b) Start monitoring to detect a moving object, and when a moving object is detected, after acquiring measurement data including the moving object,
(c) A smart safety fence system, characterized in that a moving object is tracked by subtracting the initial data without a moving object from the measurement data where a new object appears, and finally, the surrounding terrain disappears and only the area of the moving object is extracted.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113640756A (en) * | 2021-08-11 | 2021-11-12 | 北京航迹科技有限公司 | Data calibration method, system, device, computer program and storage medium |
| KR20230023931A (en) * | 2021-08-11 | 2023-02-20 | 최종운 | Cultural heritage safety management system equipped with IoT devices installed in smart fences |
| KR20240003075A (en) | 2022-06-30 | 2024-01-08 | 주식회사 한텍컨버전스 | Invasion sensing system using distance measurement |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120036207A (en) * | 2010-10-07 | 2012-04-17 | 삼성전자주식회사 | Moving robot and map-building method thereof |
| KR101800130B1 (en) * | 2016-07-15 | 2017-11-21 | 신후주식회사 | Method and system for detecting a target in area of fences |
| KR101868602B1 (en) | 2017-01-19 | 2018-06-18 | 전주대학교 산학협력단 | Apparatus for Assisting Safety Fence |
| JP2018181114A (en) * | 2017-04-18 | 2018-11-15 | コニカミノルタ株式会社 | Intrusion monitoring method, intrusion monitoring program, and intrusion monitoring system |
| KR101939218B1 (en) | 2017-12-15 | 2019-01-16 | 전자부품연구원 | Safety fence monitoring system |
-
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120036207A (en) * | 2010-10-07 | 2012-04-17 | 삼성전자주식회사 | Moving robot and map-building method thereof |
| KR101800130B1 (en) * | 2016-07-15 | 2017-11-21 | 신후주식회사 | Method and system for detecting a target in area of fences |
| KR101868602B1 (en) | 2017-01-19 | 2018-06-18 | 전주대학교 산학협력단 | Apparatus for Assisting Safety Fence |
| JP2018181114A (en) * | 2017-04-18 | 2018-11-15 | コニカミノルタ株式会社 | Intrusion monitoring method, intrusion monitoring program, and intrusion monitoring system |
| KR101939218B1 (en) | 2017-12-15 | 2019-01-16 | 전자부품연구원 | Safety fence monitoring system |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113640756A (en) * | 2021-08-11 | 2021-11-12 | 北京航迹科技有限公司 | Data calibration method, system, device, computer program and storage medium |
| KR20230023931A (en) * | 2021-08-11 | 2023-02-20 | 최종운 | Cultural heritage safety management system equipped with IoT devices installed in smart fences |
| KR20240003075A (en) | 2022-06-30 | 2024-01-08 | 주식회사 한텍컨버전스 | Invasion sensing system using distance measurement |
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