KR20210088983A - 실내공간 환경 변화 감지 방법과 이를 위한 실내 환경 변화 감지 장치 및 컴퓨터프로그램 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실내공간 환경 변화 감지 방법과 이를 위한 실내 환경 변화 감지 장치 및 컴퓨터프로그램으로서, 실내 공간으로 전파시킨 음파 신호에 대한 반향파를 기초로 생성한 액티브 사운드 신호와 실내 공간에서 발생되는 소음을 기초로 생성한 패시브 사운드 신호를 활용하여 실내 공간 상의 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴을 파악하고 소음 상황을 파악하여 이를 종합적으로 판단함으로써 실내 공간 상의 환경 변화를 감지하는 방안을 제시한다.
Description
본 발명은 실내공간 환경 변화 감지 방법과 이를 위한 실내 환경 변화 감지 장치 및 컴퓨터프로그램에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실내 공간으로 전파시킨 음파 신호에 대한 반향파를 기초로 생성한 액티브 사운드 신호와 실내 공간에서 발생되는 소음을 기초로 생성한 패시브 사운드 신호를 활용하여 실내 공간 상의 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴을 파악하고 소음 상황을 파악하여 이를 종합적으로 판단함으로써 실내 공간 상의 환경 변화를 감지하는 방안에 대한 것이다.
실내 공간 상의 환경 변화를 감지하기 위한 다양한 기술들이 제시되고 있는데, 일반적으로는 IR 센서(적외선 센서), 열선 센서, 영상 카메라 등의 다양한 센싱 방식을 적용하여 실내 공간 상의 다양한 환경 변화를 감지하고 이에 대한 환경 정보를 제공하고 있다.
이러한 일반적인 감지 방법은 각 환경 조건에 맞는 다양한 센서들을 복합적으로 구비하여야 하며, 각 센서마다 상황별 센싱 회피나 센싱 오류 등의 문제점들이 존재한다.
특히 이용자의 프라이버시 보호를 위해 카메라 설치 등이 적절하지 않은 개인적인 실내 공간에 대해서는 실내 공간의 환경 상태를 파악하기 어려운 문제가 있다.
최근에는 실내 공간 상의 침입자를 감지하는 기술로서 실내 공간의 음장 변화를 파악하여 외부 침입자를 감지하는 보안 기술이 제시된 바 있다. 그러나 이는 단순히 침입자의 행동에 따른 음장 변화를 감지하는 수준에 그치는 기술로서, 창문이나 출입문 등의 개폐 상태 파악, 선풍기나 냉난방기의 작동 상태 파악, 화재 발생 등 다양한 실내 공간의 환경 상태를 구별하는 것이 불가능하므로 이러한 종래 기술을 통해서는 실내 공간 상의 다양한 환경 변화를 파악할 수 없는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 실내 공간 상에서 발생되는 다양한 환경 변화를 파악하기 위해서 각 환경 조건에 맞는 다양한 센서들을 복합적으로 구비하여야 하는 문제를 해결하고자 하며, 특히 이용자의 프라이버시 보호를 위해 카메라 설치 등이 적절하지 않은 개인적인 실내 공간에 대해서는 실내 공간의 환경 상태를 파악하기 어려운 문제를 해결하고자 한다.
나아가서 종래 음장 변화를 파악하여 외부 침입자를 감지하는 보안 기술의 경우, 단순히 침입자의 행동에 따른 음장 변화를 감지하는 수준에 그치기에, 창문이나 출입문 등의 개폐 상태 파악, 선풍기나 냉난방기의 작동 상태 파악, 화재 발생 등 다양한 실내 공간의 환경 상태를 구별하는데 적용할 수 없는 문제를 해결하여 음장 변화에 따른 환경 변화를 파악할 수 있는 기술을 제시하고자 한다.
상기의 과제를 해결하고자 본 발명에 따른 실내공간 환경 변화 감지 방법의 일실시예는, 실내 환경 변화 감지 장치가, 실내 공간으로 전파시킨 주기적인 음파 신호에 대한 반향파를 기초로 액티브 사운드 신호(Active Sound)를 생성하는 사운드 신호 생성 단계; 상기 실내 환경 변화 감지 장치가, 주기적으로 생성된 액티브 사운드 신호를 기초로 상기 실내 공간 상의 공기 이동치(AM: Air Moving)를 산출하고, 이를 기초로 일정 시간 동안의 공기 흐름 총량(AF: Air Flow)과 공기 흐름 패턴을 추출하여 공기 흐름 변화를 판단하는 공기 흐름 변화 판단 단계; 및 상기 실내 환경 변화 감지 장치가, 상기 공기 흐름 변화를 기초로 상기 실내 공간의 환경 변화를 판단하는 환경 변화 판단 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 공기 흐름 변화 판단 단계는, 서로 다른 두 시점의 액티브 사운드 신호를 기초로 공기 이동치를 산출하는 공기 이동치 산출 단계; 일정 시간 동안의 복수의 공기 이동치를 기초로 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴을 추출하는 공기 흐름 판단 단계; 및 상기 공기 흐름 총량과 상기 공기 흐름 패턴에 대하여 기계 학습 결과를 기초로 공기 흐름 변화를 판단하는 공기 흐름 패턴 판단 단계를 포함할 수 있다.
나아가서 상기 사운드 신호 생성 단계는, 상기 액티브 사운드 신호와 함께 상기 실내 공간 상의 노이즈 신호에 따른 패시브 사운드 신호(Passive Sound)를 생성하며, 상기 공기 흐름 변화 판단 단계는, 상기 패시브 사운드 신호를 기초로 일정 시간 동안의 소음 수치(NV: Noise Value)와 소음 패턴을 추출하고, 상기 소음 수치와 소음 패턴에 대하여 기계 학습 결과를 기초로 소음 상황을 판단하는 소음 상황 판단 단계를 더 포함하며, 상기 환경 변화 판단 단계는, 상기 공기 흐름 변화에 대한 판단 결과와 상기 소음 상황에 대한 판단 결과를 기초로 상기 실내 공간의 환경 변화를 판단할 수 있다.
여기서 상기 사운드 신호 생성 단계는, 상기 실내 공간으로 음파 신호를 주기적으로 출력하는 음파 신호 출력 단계; 상기 음파 신호의 활성 주기 동안 반향파 신호를 수신하고, 상기 반향파 신호를 기초로 액티브 사운드 신호를 생성하는 액티브 사운드 신호 생성 단계; 및 상기 음파 신호의 비활성 주기 동안 노이즈 신호를 수신하고, 상기 노이즈 신호를 기초로 패시브 사운드 신호를 생성하는 패시브 사운드 신호 생성 단계를 포함할 수 있다.
또는 상기 사운드 신호 생성 단계는, 상기 실내 공간으로 음파 신호를 주기적으로 출력하는 음파 신호 출력 단계; 상기 실내 공간 상의 음파 신호를 수신하고, 출력된 음파 신호를 기초로 반향파 신호 대역과 노이즈 신호 대역을 분리하는 신호 대역 분리 단계; 상기 반향파 신호 대역을 추출하여 이를 기초로 액티브 사운드 신호를 생성하는 액티브 사운드 신호 생성 단계; 및 상기 노이즈 신호 대역을 추출하여 이를 기초로 패시브 사운드 신호를 생성하는 패시브 사운드 신호 생성 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 소음 상황 판단 단계는, 상기 패시브 사운드 신호를 기초로 산출된 소음 수치를 설정된 기준치와 대비하여, 그 결과에 따라 소음 상황 상태로 판단하거나 상기 실내 공간 상의 이상 공기 흐름 발생 상태로 판단할 수 있다.
나아가서 상기 공기 흐름 변화 판단 단계는, 일정 시간 동안의 액티브 사운드 신호를 기초로 상대적인 온도 변화량을 산정하는 온도 변화 산정 단계; 및 온도 변화 여부에 따라 상기 온도 변화량의 상승 또는 하강의 방향성을 판단하는 온도 변화 방향성 판단 단계를 더 포함하며, 상기 환경 변화 판단 단계는, 상기 공기 흐름 변화와 상기 온도 변화 방향성에 대한 판단 결과를 기초로 상기 실내 공간의 환경 변화를 판단할 수 있다.
한걸음 더 나아가서 상기 공기 흐름 변화 판단 단계는, 온도 변화 여부에 따라 상기 실내 공간 상의 절대적인 현재 온도를 측정하는 현재 온도 측정치를 추출하는 실내 온도 측정 단계; 및 상기 현재 온도 측정치에 따라 상기 실내 공간의 현재 온도 정도를 판단하는 실내 온도 판단 단계를 더 포함하며, 상기 환경 변화 판단 단계는, 상기 공기 흐름 변화와 상기 현재 온도 정도에 대한 판단 결과를 기초로 상기 실내 공간의 환경 변화를 판단할 수 있다.
바람직하게는 상기 실내 환경 변화 감지 장치가, 상기 실내 공간의 환경 변화 판단 결과에 따른 환경 정보를 제공하는 환경 정보 제공 단계를 더 포함할 수도 있다.
또한 본 발명에 따른 실내 환경 변화 감지 장치에 대한 일실시예는, 실내 공간으로 음파 신호를 출력하는 음파 발생부; 상기 실내 공간 상의 반향파 신호와 노이즈 신호를 수신하여, 상기 반향파 신호를 기초로 액티브 사운드 신호를 생성하고, 상기 노이즈 신호를 기초로 패시브 사운드 신호를 생성하는 음파 수신부; 상기 액티브 사운드 신호를 기초로 일정 시간 동안의 상기 실내 공간 상의 공기 흐름 총량(AF: Air Flow)과 공기 흐름 패턴을 추출하고, 상기 패시브 사운드 신호를 기초로 소음 패턴과 소음 수치를 추출하는 사운드 분석부; 및 상기 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴을 기초로 공기 흐름 변화를 판단하고, 상기 소음 패턴과 소음 수치를 기초로 소음 상황을 판단하여, 상기 실내 공간의 환경 변화를 판단하는 환경 변화 판단부를 포함할 수 있다.
나아가서 상기 음파 발생부의 음파 신호에 대한 주기적인 출력을 제어하고, 상기 음파 수신부의 반향파 신호 수신과 노이즈 신호 수신을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 음파 수신부는, 반향파 신호에 대하여 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 주파수별 복수의 음파 신호를 추출하고 이를 기초로 액티브 사운드 신호를 생성할 수 있다.
보다 바람직하게는 상기 사운드 분석부는, 복수의 음파 신호 간의 코사인 유사도(cosine similarity)를 각각 연산하여 액티브 사운드 데이터를 생성하고, 서로 다른 두 시점의 액티브 사운드 데이터를 기초로 공기 이동치(AM: Air Moving)을 산출하며, 일정 시간 동안의 복수의 공기 이동치를 기초로 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴을 추출하는 액티브 사운드 분석부; 및 상기 패시브 사운드 신호를 기초로 소음 패턴과 소음 수치를 추출하는 패시브 사운드 분석부를 포함할 수 있다.
나아가서 상기 환경 변화 판단부는, 상기 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴을 기초로 공기 흐름 변화를 판단하는 공기 흐름 판단부; 및 공기 흐름 변화를 기초로 실내 환경 변화를 판단하는 상황 판단부를 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 공기 흐름 판단부는, 일정 시간 동안의 복수의 공기 이동치에 대한 기계 학습을 통해 공기 흐름 패턴을 학습하며, 공기 흐름 패턴에 대한 기계 학습 결과를 기초로 공기 흐름 변화를 판단할 수 있다.
바람직하게는 상기 환경 변화 판단부는, 노이즈 신호에 대한 기계 학습을 수행하여 소음 패턴을 학습하고, 패시브 사운드 신호에 대하여 기계 학습 결과를 기초로 소음 상황을 판단하는 소음 판단부를 더 포함하며, 상기 상황 판단부는, 공기 흐름 변화에 대한 판단 결과와 소음 상황에 대한 판단 결과를 기초로 실내 공간의 환경 변화를 판단할 수 있다.
나아가서 상기 실내 공간 상의 절대적인 현재 온도를 측정하는 온도 감지부를 더 포함하며, 상기 액티브 사운드 분석부는, 일정 시간 동안의 액티브 사운드 신호를 기초로 상대적인 온도 변화량을 산정하며, 상기 공기 흐름 판단부는, 절대적인 현재 온도 측정치와 상대적인 온도 변화량을 기초로 온도 변화 방향성 또는 실내 공간의 현재 온도 정도를 판단하며, 상기 상황 판단부는, 공기 흐름 변화와 온도 변화 방향성 또는 현재 온도 정도를 기초로 실내 공간의 환경 변화를 판단할 수 있다.
또한 본 발명은 상기의 실내공간 환경 변화 감지 방법에 기재된 각 단계를 수행하기 위한, 저장매체에 저장된 컴퓨터프로그램을 포함할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 실내 공간 상의 공기 흐름의 양을 음파 신호를 통해 신속하고 정확하게 분석하여 공기 흐름 변화에 따른 실내 공간 상의 환경 변화를 파악할 수 있게 된다.
특히, 일정 수준 이상의 소음이 실내 공간 상의 공기 흐름에 영향이 미치는 경우를 고려하여, 패시브 사운드 신호를 통해 소음 상황을 판단함으로써, 실내 공간 상에 실제 환경 변화가 일어나지 않고 단순한 소음이 존재하는 상황을 정확하게 판단할 수 있게 된다.
이러한 본 발명을 통해 창문이나 출입문 등의 개폐 상태 파악, 선풍기나 냉난방기의 작동 상태 파악, 화재 발생 등 다양한 실내 공간의 환경 상태를 구별하는 것이 가능하며, 이를 통해 실내 공간의 환경 정보를 이용자에게 제공하는 서비스 구현이 가능하게 된다.
나아가서 이용자의 프라이버시 보호를 위해 카메라 설치 등이 어려운 개인적인 실내 공간에 대해서도 본 발명을 적용함으로써 실내 공간의 환경 상태를 파악하고 이에 대한 정보를 제공할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 실내 환경 변화 감지 장치가 설치되어 실내 공간의 환경 변화를 감지하는 일례를 도시하며,
도 2는 본 발명에 따른 실내 환경 변화 감지 장치의 실시예에 대한 구성도를 도시하며,
도 3 및 도 4는 본 발명에서 음파 수신부의 신호 추출 처리 과정에 대한 일례를 도시하며,
도 5는 본 발명에 따른 사운드 분석부에 대한 실시예의 구성도를 도시하며,
도 6은 본 발명에 따른 환경 변화 판단부에 대한 실시예의 구성도를 도시하며,
도 7은 본 발명에 따른 실내공간 환경 변화 감지 방법의 실시예에 대한 흐름도를 도시하며,
도 8은 본 발명에서 액티브 사운드 신호와 패시브 사운드 신호의 개념을 설명하기 위한 일례를 도시하며,
도 9는 본 발명에서 액티브 사운드 신호와 패시브 사운드 신호를 생성하는 하나의 실시예에 대한 흐름도를 도시하며,
도 10은 본 발명에서 액티브 사운드 신호와 패시브 사운드 신호를 생성하는 다른 하나의 실시예에 대한 흐름도를 도시하며,
도 11은 실내 공간의 환경 변화가 없는 상태에서의 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴에 대한 일례를 나타내며,
도 12는 실내 공간 상의 외부 공기 유입에 따른 환경 변화가 발생되는 상태에서의 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴에 대한 일례를 나타내며,
도 13은 실내 공간 상에서 선풍기를 동작시킨 상태에서 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴에 대한 일례를 나타내며,
도 14는 실내 공간에서 환경 변화 없이 핸드폰 벨소리가 울리는 경우의 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴에 대한 일례를 나타내며,
도 15는 본 발명에 따라 실내 공간 상의 이상 공기 흐름 발생을 판단하는 실시예에 대한 흐름도를 도시하며,
도 16은 에어컨 작동시 실내 공간 상의 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴을 나타내며,
도 17은 히터 작동시 실내 공간 상의 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 실내 환경 변화 감지 장치의 실시예에 대한 구성도를 도시하며,
도 3 및 도 4는 본 발명에서 음파 수신부의 신호 추출 처리 과정에 대한 일례를 도시하며,
도 5는 본 발명에 따른 사운드 분석부에 대한 실시예의 구성도를 도시하며,
도 6은 본 발명에 따른 환경 변화 판단부에 대한 실시예의 구성도를 도시하며,
도 7은 본 발명에 따른 실내공간 환경 변화 감지 방법의 실시예에 대한 흐름도를 도시하며,
도 8은 본 발명에서 액티브 사운드 신호와 패시브 사운드 신호의 개념을 설명하기 위한 일례를 도시하며,
도 9는 본 발명에서 액티브 사운드 신호와 패시브 사운드 신호를 생성하는 하나의 실시예에 대한 흐름도를 도시하며,
도 10은 본 발명에서 액티브 사운드 신호와 패시브 사운드 신호를 생성하는 다른 하나의 실시예에 대한 흐름도를 도시하며,
도 11은 실내 공간의 환경 변화가 없는 상태에서의 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴에 대한 일례를 나타내며,
도 12는 실내 공간 상의 외부 공기 유입에 따른 환경 변화가 발생되는 상태에서의 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴에 대한 일례를 나타내며,
도 13은 실내 공간 상에서 선풍기를 동작시킨 상태에서 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴에 대한 일례를 나타내며,
도 14는 실내 공간에서 환경 변화 없이 핸드폰 벨소리가 울리는 경우의 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴에 대한 일례를 나타내며,
도 15는 본 발명에 따라 실내 공간 상의 이상 공기 흐름 발생을 판단하는 실시예에 대한 흐름도를 도시하며,
도 16은 에어컨 작동시 실내 공간 상의 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴을 나타내며,
도 17은 히터 작동시 실내 공간 상의 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴을 나타낸다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.
먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 음파 신호를 통해 실내 공간 상의 공기 흐름 변화를 판단하여 실내 공간 상의 환경 변화를 감지하는 기술을 제시함으로써, 각종 센서들을 구비하지 않고도 실내 공간 상의 냉난방 상태, 창문이나 출입문의 개폐 상태, 화재 등의 재난 발생과 같은 다양한 환경 변화를 정확하게 판단하여 이에 대한 환경 정보를 제공할 수 있게 된다.
특히, 실내 공간 상에는 다양한 소음이 존재하고 있는데, 일정 수준 이상의 크기를 갖는 소음은 실내 공간 상의 공기 흐름에 영향을 미치게 되며, 이로 인해 실내 공간 상에 온도 변화나 바람의 영향이 없이 단순한 소음만이 존재하는 경우에도 음파 신호를 통한 공기 흐름 판단시 환경 변화가 존재하는 것으로 판단될 수 있다. 따라서 본 발명에서는 추가적으로 소음에 따른 노이즈 신호를 기초로 생성한 패시브 사운드 신호를 이용하여 실내 공간의 소음 상황을 판단하고, 액티브 사운드 신호를 기초로 공기 흐름 변화를 판단시 패시브 사운드 신호에 따른 소음 상황을 함께 종합적으로 고려함으로써, 해당 상황이 단순한 소음만의 문제인지 실제 환경 변화가 발생된 것인지를 판단할 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명은 실내 공간으로 전파시킨 음파 신호에 대한 반향파를 기초로 생성한 액티브 사운드 신호와 실내 공간에서 발생되는 노이즈를 기초로 생성한 패시브 사운드 신호를 활용하여 실내 공간 상의 공기 흐름 변화를 파악하고 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴을 통해 실내 공간 상의 환경 변화를 감지하는 방안을 제시한다.
도 1은 본 발명에 따른 실내 환경 변화 감지 장치가 설치되어 실내 공간의 환경 변화를 감지하는 일례를 도시한다.
본 발명에 따른 실내 환경 변화 감지 장치(100)는 실내 공간(10) 상에 설치되어 실내 공간(10)으로 음파 신호를 출력하고 이에 따른 반향파를 수신하여 사운드 신호를 기초로 실내 공간(10) 상의 환경 변화를 감지한다.
가령, 실내 환경 변화 감지 장치(100)는 선풍기(70) 등의 동작에 따른 바람의 영향으로 인한 공기 흐름을 파악하거나 냉난방기(50)의 동작에 따른 실내 온도 변화로 인한 공기 흐름을 파악하며, 공기 흐름 변화를 기초로 이러한 각종 장치들의 동작에 따른 실내 환경 변화를 감지할 수 있다.
아울러, 실내 환경 변화 감지 장치(100)는 창문(30)이나 출입문의 개방에 따라 외부 공기 유입으로 인해 발생되는 공기 흐름을 파악하여 창문 또는 출입문 등의 개폐에 따른 실내 환경 변화를 감지할 수도 있고, 또한 화재(90) 등으로 인한 실내 공간의 공기 흐름을 파악하여 재난 상태에 따른 실내 환경 변화를 감지할 수도 있다.
이러한 다양한 실내 환경 변화를 보다 정확하고 효과적으로 감지하기 위해 본 발명에서는 실내 환경 변화 감지 장치와 이를 이용한 실내 공간 환경 변화 감지 방법을 제시하는데, 이하에서는 본 발명에 대하여 실시예를 통해 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 실내 환경 변화 감지 장치의 실시예에 대한 구성도를 도시한다.
본 발명에 따른 실내 환경 변화 감지 장치(100)는 음파 발생부(110), 음파 수신부(120), 제어부(130), 사운드 분석부(150), 환경 변화 판단부(170), 온도 감지부(160), 환경 정보 제공부(180) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
음파 발생부(110)는 환경 변화 감지 대상인 실내 공간 상으로 음파 신호를 출력한다. 이때 출력되는 음파 신호는, 실내 공간 상의 사람들에게 불편을 주지 않기 위해 인간이 들을 수 없는 비가청 주파수 대역의 음파 신호가 적용되는 것이 바람직하다. 그러나 실내 공간의 상황에 따라서는 백색 소음 주파수 대역의 음파 신호가 적용될 수도 있고, 또는 음악이나 자연 소리 등의 다양한 음향의 음파 신호가 선택적으로 적용될 수도 있다.
또한 음파 발생부(110)에서 출력하는 음파는 특정 싱글톤 주파수 성분의 음파일 수도 있으나 바람직하게는 복수의 주파수 성분을 가지는 사인(sine)파의 선형합으로 구성된 멀티톤 주파수 성분의 음파일 수 있다. 이 경우, 음파 발생부(110)는 각각의 주파수 성분들의 크기 등을 설정하여 출력하는 음파가 특정한 패턴을 가지도록 형성할 수도 있다.
나아가서 음파 발생부(110)는 음파 신호를 주기적으로 출력하는데, 사전에 설정된 시간 범위 이내에서 주기적으로 음파 신호를 출력할 수도 있고 또는 실내 공간의 환경 변화에 대한 감지가 요청되면 그에 따라 일정 시간 동안 주기적인 음파 신호를 출력하도록 설정될 수도 있다.
음파 수신부(120)는, 음파 발생부(110)에서 실내 공간으로 전파시킨 음파 신호에 대한 반향파를 수신하며, 아울러 음파 신호에 대한 반향파 신호 외에 실내 공간 상에서 발생되고 있는 소음에 따른 노이즈 신호를 수신한다. 그리고 음파 수신부(120)는 수신된 반향파 신호를 기초로 액티브 사운드 신호를 생성하고 수신된 노이즈 신호를 기초로 패시브 사운드 신호를 생성한다.
음파 수신부(120)의 신호 추출 처리 과정에 대하여 도 3 및 도 4에 도시된 일례를 참조하여 살펴본다.
상기 도 3의 (a)는 음파 발생부(110)에서 실내 공간 상으로 전파시키는 음파 신호의 일례를 나타내며, 음파 발생부(110)에서 전파시킨 음파 신호는 실내 공간 상에 반사되어 반향파로서 다시 돌아오기에 상기 도 3의 (b)와 같은 반향파 파형의 신호를 음파 수신부(120)가 수신할 수 있다.
음파 수신부(120)는 수신한 반향파 신호에 대하여 상기 도 3의 (c)와 같이 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 반향파 신호에 포함된 각각의 주파수별 음파 신호를 추출한다. 여기서, 음파 신호는 상기 도 4에 도시된 바와 같이 복수의 주파수(frequency)와 해당 주파수에서의 크기(amplitude) 값으로 추출될 수 있다.
그리고 음파 수신부(120)는 음파 발생부(110)의 동작과 연동하도록 제어되며, 음파 발생부(110)는 주기적으로 음파 신호를 출력하고 이에 대응하여 음파 수신부(120)는 음파를 수신하는 시점마다 각각의 반향파 신호에 대응하는 주파수별 음파 신호를 복수개 생성할 수 있다.
다시 상기 도 2로 회귀하여 각 구성을 계속 살펴보면, 제어부(130)는 음파 발생부(110)의 음파 신호에 대한 주기적인 출력을 제어하고 음파 수신부(120)의 반향파 신호 수신과 노이즈 신호 수신을 제어할 수 있다. 제어부(130)의 동작 제어에 따라 액티브 사운드 신호와 패시브 사운드 신호를 하드웨어 동작을 통해 생성할 수도 있고 또는 소프트웨어 구동을 통해 생성할 수도 있는데, 이에 대해서는 이후에 그에 대한 실시예를 통해 자세히 살펴보기로 한다.
사운드 분석부(150)는, 액티브 사운드 신호를 기초로 일정 시간 동안의 실내 공간 상의 공기 흐름 총량(AF: Air Flow)과 공기 흐름 패턴을 추출한다. 또한 사운드 분석부(150)는 패시브 사운드 신호를 기초로 소음 패턴과 소음 수치(NV: Noise Value)를 추출한다.
액티브 사운드 신호와 패시브 사운드 신호는 개별적으로 분석될 수 있는데, 이에 대하여 도 5에 도시된 본 발명에서의 사운드 분석부에 대한 실시예의 구성을 통해 살펴본다.
사운드 분석부(150)는 액티브 사운드 분석부(151), 패시브 사운드 분석부(155) 등을 포함할 수 있다.
액티브 사운드 분석부(151)는, 음파 수신부(120)에서 FFT를 이용하여 추출한 복수의 음파 신호에 대하여 음파 신호 간의 코사인 유사도(cosine similarity)를 각각 연산하여 액티브 사운드 데이터를 생성한다. 이때 각각의 음파 신호들 사이의 코사인 유사도를 누적한 값을 액티브 사운드 데이터로 활용할 수 있다.
구체적으로는 액티브 사운드 분석부(151)는 FFT를 수행한 액티브 사운드 신호에 대하여 하기 [식 1]을 적용하여 시간에 따른 코사인 유사도 CO(t)를 산출한다.
여기서 CO(t)는 t 시점에서의 각각의 음파 신호들 사이의 코사인 유사도이며, fi(t) 및 fj(t)는 각각 t 시점에서의 FFT를 이용하여 추출한 i번째 및 j번째 음파신호이며, M 및 N은 각각의 음파신호를 벡터로 나타낼 때 x좌표 값을 나타낸다.
상기 [식 1]을 이용하여 t 시점의 n개 주파수 각각에서 2개의 fi(t) 및 fj(t)를 추출하여 각각의 쌍으로 하나의 코사인 유사도 CO(t)를 산출할 수 있다.
그리고 액티브 사운드 분석부(151)는 특정 시점 t에서의 공기 흐름에 따른 공기 이동치(AM: Air Moving)를 상기 CO(t) 산출치의 각기 다른 2개의 시점에 대한 연산과 보상함수를 적용하여 산출하는데, 이는 하기 [식 2]를 적용하여 산출할 수 있다.
여기서 AM(t)는 t 시점에서의 공기 이동치이고, t1과 t2는 서로 다른 임의의 2개 시점으로, t2 > t > t1을 만족하며, f(a)는 보상함수를 나타낸다.
보상함수 f(a)는 특정시점의 공기 이동치 AM(t)에 대한 가중치를 부여하는 함수로서, 상황별로 데이터가 축적되어 만들어진 비정형화된 테이블로서 설정될 수 있다. 예를 들어 실내 공간의 환경 변화와 관련성이 적은 미세한 공기 흐름에 대하여 가중치를 부여하고 가중치를 통해 해당 구간에 속한 공기 이동치에 대한 결과 반영도를 낮출 수 있다. 하기 [표 1]과 같은 예시적인 보상함수 테이블이 설정된 경우, 공기 이동치에 대하여 구간별로 가중치를 부여할 수 있다.
| 공기 이동치 구간 | 가중치 |
| 0~a | 0.1 |
| a~b | 0.4 |
| b~c | 0.8 |
그리고 액티브 사운드 분석부(151)는, 일정 시간 동안 산출되는 공기 이동치 AM을 합산하여 공기 흐름 총량(AF: Air Flow)를 산출하고, 일정 시간 동안의 공기 이동치 AM의 변화를 기초로 공기 흐름 패턴을 추출할 수 있다. 이와 같이 액티브 사운드 분석부(151)는 실내 공간 상으로 전파된 음파 신호에 대한 반향파를 기초로 생성한 액티브 사운드 신호를 이용하여 실내 공간 상의 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴을 추출할 수 있다.
다음으로 패시브 사운드 분석부(155)는, 음파 수신부(120)가 생성한 패시브 사운드 신호를 기초로 실내 공간 상의 소음을 측정할 수 있으며, 해당 소음에 대한 소음 패턴과 소음 수치를 추출할 수 있다. 여기서 소음 수치는 해당 소음의 크기에 해당한다.
즉, 패시브 사운드 분석부(155)는, 패시브 사운드 신호에 대한 FFT 등의 신호 처리를 통해 패시브 사운드 데이터를 생성하고, 패시브 사운드 데이터를 기초로 실내공간 내의 소음의 크기인 소음 수치를 추출할 수 있다. 또한, 일정 시간 동안의 패시브 사운드 데이터를 기초로 실내 공간내의 소음과 비교하여 소음 패턴을 추출할 수 있다. 여기서 소음 수치는 일반적으로 사용되는 데시벨(dB) 단위의 수치로 환산될 수 있다.
다시 상기 도 2의 본 발명에 따른 실내 환경 변화 감지 장치로 돌아가서 이후 구성에 대하여 계속하여 살펴본다.
환경 변화 판단부(170)는, 사운드 분석부(150)에서 추출한 공기 흐름 총량 및 공기 흐름 패턴과 함께 소음 패턴 및 소음 수치를 고려하여 실내 공간의 환경 변화를 판단한다. 보다 구체적으로는 환경 변화 판단부(170)는, 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴을 기초로 공기 흐름 변화를 판단하고, 소음 패턴과 소음 수치를 기초로 소음 상황을 판단하며, 판단된 공기 흐름 변화와 소음 상황을 종합하여 실내 공간의 환경 변화를 판단한다.
환경 변화 판단부(170)의 세부 구성과 기능을 도 6에 도시된 본 발명에서의 환경 변화 판단부에 대한 실시예의 구성도를 통해 살펴본다.
환경 변화 판단부(170)는 공기 흐름 판단부(171), 소음 판단부(173), 상황 판단부(175) 등을 포함할 수 있다.
공기 흐름 판단부(171)는, 사운드 분석부(150)에서 추출한 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴을 기초로 실내 공간 상의 공기 흐름 변화를 판단한다.
실내 공간 상에서 음파의 전송 속도 등은 실내 공간의 온도나 바람의 영향에 따라 변화할 수 있다. 즉, 온도가 높을수록 전송속도가 높아져 음파의 주파수가 고주파 방향으로 천이할 수 있으며, 온도가 낮을수록 전송속도가 낮아져 음파의 주파수가 저주파 방향으로 천이할 수 있다. 또한 외부로부터의 바람 유입 등 바람의 영향으로 인해 실내 공간 상에서 공기 흐름은 변화되고 그에 따라 음파 신호의 반향파도 변화되게 된다. 본 발명에서는 이러한 음파 특성을 이용하여 실내 공간 상의 공기 흐름을 파악하게 된다.
바람직하게는 공기 흐름 판단부(171)는, 실내 공간 상의 다양한 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴에 대한 기계 학습 결과를 이용하여, 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴에 대하여 분석하고 그에 따라 실내 공간 상의 공기 흐름 변화를 판단할 수 있다. 이를 위해서는 사전에 기계 학습이 이루어져야 하는데, 공기 흐름 판단부(171)가 자체적으로 인공지능의 기계 학습 기능을 보유할 수도 있으나 바람직하게는 실내 환경 변화 감지 장치(100)와는 별개로 외부에 위치된 인공지능 시스템으로부터 기계 학습에 대한 서비스를 제공받을 수도 있다.
여기서 공기 흐름을 파악하기 위한 기계 학습으로는 다양한 학습 방식이 적용될 수 있는데, 바람직하게는 비지도 학습(Unsupervised learning)이 적용될 수 있으며, 실내 공간 상의 다양한 공기 흐름에 대한 데이터를 기초로 클러스터링 구조(clustering structure) 등의 방식을 통해 데이터의 고유 패턴을 파악함으로써 공기 흐름 패턴에 대한 학습이 이루어질 수 있다. 본 발명에서 기계 학습을 위한 구조와 알고리즘은 다양한 공지 기술이 적용될 수 있는 바 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
공기 흐름에 대한 학습을 수행함에 있어서, 실내 공간의 크기나 형태, 실내 공간 상의 각종 장치들의 설치 위치와 특성 등 다양한 조건에 따라 공기 흐름이 상이하게 변경되므로, 특정 실내 공간 상의 공기 흐름에 대한 기계 학습 결과를 범용적으로 적용하는 것이 적절하지 않을 수 있다. 따라서 실내 환경 변화 감지 장치(100)가 위치된 해당 실내 공간 상의 다양한 공기 흐름에 대한 데이터를 이용하여 기계 학습이 이루어질 필요가 있다. 이를 위해 공기 흐름 판단부(171)는 기계 학습 결과를 통해 실내 공간의 공기 흐름 변화를 파악하기도 하지만 기계 학습을 위한 공기 흐름 데이터를 제공하기도 한다.
이와 같이 본 발명에서 공기 흐름 판단부(171)는, 일정 시간 동안의 복수의 공기 이동치에 대한 기계 학습을 통해 공기 흐름 패턴을 학습하며, 공기 흐름 패턴에 대한 기계 학습 결과를 기초로 공기 흐름 변화를 판단할 수 있다.
다음으로 소음 판단부(173)는, 사운드 분석부(150)에서 추출한 소음 패턴과 소음 수치를 기초로 실내 공간 상의 소음 상황을 판단한다.
앞서 설명한 바와 같이 실내 공간의 공기 흐름은 실내 공간 상에서 발생되는 일정 수준 이상의 소음으로 인해 영향을 받게 된다. 이러한 영향을 고려하기 위해 소음 판단부(173)는 사운드 분석부(150)에서 추출한 소음 수치가 실내 공간의 공기 흐름에 영향을 미칠 수준인지를 판단하고 소음 수치로 인해 공기 흐름에 변화가 생길 수 있다고 판단한 경우 소음 패턴을 기초로 소음 상황을 판단한다.
여기서 소음 판단부(173)는 소음 상황에 대한 기계 학습 결과를 기초로 해당 소음 패턴에 대한 소음 상황을 판단할 수 있다. 이를 위해서는 사전에 기계 학습이 이루어져야 하는데, 공기 흐름 판단부(171)와 마찬가지로 소음 판단부(173)가 자체적으로 인공지능의 기계 학습 기능을 보유할 수도 있으나 바람직하게는 실내 환경 변화 감지 장치(100)와는 별개로 외부에 위치된 인공지능 시스템으로부터 기계 학습에 대한 서비스를 제공받을 수도 있다.
소음 상황을 파악하기 위한 기계 학습으로는 다양한 학습 방식이 적용될 수 있는데, 바람직하게는 지도 학습(Supervised learning)이 적용될 수 있으며, 다양한 소음 상황의 라벨링된 학습 데이터에 대한 기계 학습을 통해 소음 패턴에 대한 소음 상황이 학습될 수 있다. 지도 학습으로서는 CNN(Convolution Neural Network), RNN(Recurrent Neural Network), LSTM(Long Short-term Memory) 등의 다양한 방식이 적용될 수 있는데, 본 발명에서 기계 학습을 위한 구조와 알고리즘은 다양한 공지 기술이 적용될 수 있는 바 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
나아가서 소음 상황에 대한 학습을 수행함에 있어서, 앞서 살펴본 공기 흐름에 대한 학습과 마찬가지로 실내 공간의 크기나 형태, 실내 공간 상의 각종 장치들의 설치 위치와 특성 등 다양한 조건에 따라 소음 수치와 패턴이 상이하게 변경되므로, 특정 실내 공간 상의 소음 상황에 대한 기계 학습 결과를 범용적으로 적용하는 것이 적절하지 않을 수 있다. 따라서 실내 환경 변화 감지 장치(100)가 위치된 해당 실내 공간 상의 다양한 상황에 대한 데이터를 이용하여 기계 학습이 이루어질 필요가 있다. 이를 위해 소음 판단부(173)는 기계 학습 결과를 통해 실내 공간의 소음 상황을 파악하기도 하지만 기계 학습을 위한 소음 상황 데이터를 제공하기도 한다.
이와 같이 본 발명에서 소음 판단부(173)는, 소음 상황에 대한 기계 학습을 통해 소음 패턴을 학습하며, 소음 패턴에 대한 기계 학습 결과를 기초로 소음 상황에 따른 공기 흐름 변화를 판단할 수 있다.
상황 판단부(175)는 공기 흐름 판단부(171)에서 판단한 공기 흐름 변화와 소음 판단부(173)에서 판단한 소음 상황을 종합적으로 고려하여 실내 공간에서의 환경 변화를 판단한다.
여기서, 상황 판단부(175)는 공기 흐름 판단부(171) 및 소음 판단부(173)와 유기적으로 연동하여 다양한 판단 조건에 따라 실내 공간의 환경 변화를 판단하는데, 가령 온도 변화에 따른 공기 흐름 변화인지 바람 영향에 따른 공기 흐름 변화인지 판단하며, 아울러 소음 상황을 고려하여 보다 정확한 환경 변화를 판단할 수 있다. 특히 실내 공간 상에서 실제 환경 변화가 발생된 것인지 아니면 단순한 소음 발생으로 인한 공기 흐름 변화인지를 판단할 수 있다. 이에 대해서는 이하에서 실시예를 통해 세부적으로 설명하기로 한다.
이와 같이 본 발명에서는 공기 흐름 판단부(171), 소음 판단부(173), 상황 판단부(175)의 유기적 연동을 통한 환경 변화 판단부(170)의 동작을 통해 공기 흐름 변화와 소음 상황을 고려하여 실내 공간의 환경 변화를 파악할 수 있게 된다.
나아가서 본 발명에서는 온도 변화량을 파악하여 이를 기초로 실내 공간의 환경 변화를 보다 세부적으로 파악할 수도 있다. 즉, 실내 공간 상에서 음파의 전송속도 등은 실내 공간 온도에 따라 변화되므로 출력한 음파와 수신한 음파를 대비하여 실내 공간 상의 온도 변화를 파악할 수 있으며, 이를 이용하여 실내 공간 상의 환경 상태를 판단할 수 있다.
상기 도 2의 본 발명에 따른 실내 환경 변화 감지 장치(100)에서 온도 감지부(160)는 실내 공간 상의 절대적인 현재 온도를 측정하여 현재 온도 측정치를 환경 변화 판단부(170)로 제공한다.
그리고 사운드 분석부(150)의 액티브 사운드 분석부(151)는 일정 시간 동안의 액티브 사운드 신호를 기초로 실내 공간 상의 상대적인 온도 변화량을 산정할 수 있다. 온도변화 여부는 액티브 사운드 신호에 대하여 FFT를 수행하면 온도가 증가할 때에는 주파수가 증가하는 쪽으로 이동하고, 온도가 낮아질 때에는 주파수가 감소하는 쪽으로 이동하기 때문에 이를 통해 온도 변화량을 산정할 수 있다.
환경 변화 판단부(170)의 공기 흐름 판단부(171)는 온도 감지부(160)의 절대적인 현재 온도 측정치와 액티브 사운드 분석부(151)의 상대적인 온도 변화량을 기초로 온도 변화 방향성 또는 실내 공간의 현재 온도 정도를 판단할 수 있으며, 환경 변화 판단부(170)의 상황 판단부(175)는 공기 흐름 변화와 함께 온도 변화 방향성 또는 현재 온도 정도를 고려하여 실내 공간의 환경 변화를 판단할 수 있다.
이와 같이 실내 공간 상의 온도 변화나 온도 정도를 통해 화재 발생이나 냉방기 또는 난방기의 가동 상태 등 보다 세부적인 환경 상태를 파악할 수 있게 된다.
또한 본 발명은 상기에서 살펴본 실내 환경 변화 감지 장치를 이용하여 실내 공간 환경 변화 감지 방법을 제시하는데, 이에 대하여 실시예를 통해 살펴보기로 한다.
도 7은 본 발명에 따른 실내공간 환경 변화 감지 방법의 실시예에 대한 흐름도를 도시한다.
먼저, 실내 환경 변화 감지 장치(100)는 실내 공간으로 음파 신호를 주기적으로 출력시키고, 전파시킨 주기적인 음파 신호에 대한 반향파를 기초로 액티브 사운드 신호를 생성(S110)하며, 실내 공간 상에 존재하는 소음에 따른 노이즈 신호를 기초로 패시브 사운드 신호를 생성(S210)한다.
본 발명에서 액티브 사운드 신호와 패시브 사운드 신호의 개념에 대하여 도 8을 참조하여 설명하자면, 상기 도 8의 (a)는 음파 발생부(110)에서 출력하는 주기적인 음파 신호로서 이와 같은 음파 신호를 실내 공간 상으로 전파하면 실내 공간 상에 존재하는 소음과 함께 하기 도 8의 (b)와 같은 신호가 수신될 수 있다. 여기서 A 구간은 음파 신호에 따른 반향파 신호 구간을 나타내고, B 구간은 소음에 따른 노이즈 신호 구간을 나타낸다.
본 발명에서는 음파 신호에 대한 반향파 신호인 A 구간의 신호를 기초로 액티브 사운드 신호를 생성하며, 소음에 대한 노이즈 신호인 B 구간의 신호를 기초로 패시브 사운드 신호를 생성한다.
액티브 사운드 신호와 패시브 사운드 신호를 생성하는 과정과 관련하여 도 9는 하나의 실시예에 대한 흐름도를 도시하는데, 하드웨어적인 제어를 통해 액티브 사운드 신호와 패시브 사운드 신호를 생성하는 실시예에 대한 과정을 나타낸다.
제어부(130)는, 음파 발생부(110)가 음파 신호를 주기적으로 출력(S511)하도록 동작을 제어하면서, 음파 신호의 활성 주기 동안 음파 수신부(120)의 마이크를 ON(S513)시켜서 음파 신호에 대한 반향파를 수신(S515)하고 음파 신호의 활성 주기가 끝나는 동시에 음파 수신부(120)의 마이크를 OFF(S517)시킨다. 그러면 음파 수신부(120)는 음파 신호에 대한 반향파 신호만을 수신하게 되며, 이를 기초로 액티브 사운드 신호를 생성(S519)할 수 있다.
그리고 제어부(130)는 음파 신호의 비활성 주기 동안 음파 발생부(110)의 음파 신호 출력을 정지(S521)시키고 음파 수신부(120)의 마이크를 ON(S523)시켜서 실내 공간 상에 존재하는 소음에 대한 노이즈 신호를 수신(S525)하며, 음파 신호의 비활성 주기가 끝나는 동시에 음파 수신부(120)의 마이크를 OFF(S527)시킨다. 그러면 음파 수신부(120)는 실내 공간 상에 존재하는 소음에 대한 노이즈 신호만을 수신하게 되며, 수신된 노이즈 신호를 기초로 패시브 사운드 신호를 생성(S529)할 수 있다.
도 10은 본 발명에서 액티브 사운드 신호와 패시브 사운드 신호를 생성하는 과정에 대한 다른 하나의 실시예로서, 소프트웨어적인 구동을 통해 액티브 사운드 신호와 패시브 사운드 신호를 생성하는 과정에 대한 흐름도를 나타낸다.
제어부(130)는, 음파 발생부(110)가 주기적인 음파 신호를 출력(S531)하도록 동작을 제어하면서, 음파 수신부(120)의 마이크를 ON(S533)시켜서 일정 시간 동안 실내 공간 상의 음파 신호를 수신(S535)한 후 음파 수신부(120)의 마이크를 OFF(S537)시킨다.
그러면 수신된 음파 신호 상에는 음파 발생부(110)가 출력한 음파 신호에 대한 반향파 신호와 실내 공간 상의 소음에 대한 노이즈 신호가 혼합되어 있는데, 음파 발생부(110)가 출력한 음파 신호에 대해서는 그 정보를 미리 알고 있으므로 수신된 음파 신호에서 출력한 음파 신호에 대한 반향파 신호 대역과 소음에 대한 노이즈 신호 대역을 분리(S539)할 수 있다.
따라서 음파 수신부(120)는 음파 발생부(110)가 출력한 음파 신호에 대한 반향파 신호 대역만을 추출(S541)하여 액티브 사운드 신호를 생성(S543)하고 노이즈 신호 대역만을 추출(S545)하여 패시브 사운드 신호를 생성(S547)할 수 있다.
이와 같은 과정을 통해 실내 환경 변화 감지 장치(100)는 액티브 사운드 신호와 패시브 사운드 신호를 생성할 수 있다.
다시 상기 도 7로 회귀하여 이후 과정을 살펴본다.
액티브 사운드 신호가 생성(S110)되면, 실내 환경 변화 감지 장치(100)는 주기적으로 생성된 액티브 사운드 신호를 기초로 실내 공간 상의 공기 이동치(AM: Air Moving)을 산출하고, 이를 기초로 일정 시간 동안의 공기 흐름 총량(AF: Air Flow)과 공기 흐름 패턴을 추출(S130)하여 공기 흐름 변화를 판단하며, 공기 흐름 변화를 기초로 실내 공간의 환경 변화를 판단한다.
보다 상세하게 설명하자면, 실내 환경 변화 감지 장치(100)의 사운드 분석부(150)는 FFT를 수행한 액티브 사운드 신호에 대하여 상기 [식 1]을 적용하여 시간에 따른 코사인 유사도 CO(t)를 산출하고 각기 다른 2개 시점에서의 CO(t) 산출치에 대하여 상기 [식 2]를 통해 공기 이동치를 산출한다.
그리고 실내 환경 변화 감지 장치(100)의 사운드 분석부(150)는 일정 시간 동안의 복수의 공기 이동치를 기초로 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴을 추출한다. 여기서 추출된 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴은 공기 흐름 패턴에 대한 기계 학습을 위해 제공(S160)될 수도 있다.
공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴이 추출되면, 실내 환경 변화 감지 장치(100)의 환경 변화 판단부(170)는, 추출된 공기 흐름 총량을 설정된 임계치와 대비(S150)하여 임계치를 초과하는 경우, 실내 공간 상의 공기 흐름 변화를 기초로 실내 환경 변화를 판단하기 위한 과정을 수행하며, 만약 공기 흐름 총량이 설정된 임계치보다 작은 경우에는 실내 공간 상의 환경 변화가 없는 것으로 판단(S170)한다.
본 발명에서 액티브 사운드 신호를 기초로 공기 흐름 총량과 패턴을 판단하고 이를 기초로 실내 공간의 환경 변화를 파악하는 원리에 다양한 실시예를 통해 좀 더 구체적으로 설명하기로 한다.
도 11은 실내 공간의 환경 변화가 없는 상태에서의 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴에 대한 일례를 나타낸다. 여기서, 그래프 상단의 수치는 전체 공기흐름을 나타내는 공기흐름 총량이고, x축은 각각의 공기 이동치 구간(flowlow, flowmiddle, flowhigh, flowex), y축은 각각의 공기 이동치 구간이 공기 흐름 총량에서 차지하는 비율을 나타낸다.
상기 도 11에서 그래프 박스 상단의 수치는 공기 흐름 총량을 나타내는데, 상기 도 11에서와 같이 공기 흐름 총량의 수치가 0인 경우는 그에 따라 공기 흐름 패턴도 무의미한 수준에 불과하므로 이와 같은 경우에 실내 공간 상에 환경 변화가 없는 것으로 판단하게 된다. 실시예에 따라서는, 공기 흐름 총량의 수치가 일정 수준 이하인 경우에도 동일하게 실내 공간 상에 환경 변화가 없는 것으로 판단할 수 있다.
도 12는 실내 공간 상의 외부 공기 유입에 따른 환경 변화가 발생되는 상태에서의 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴에 대한 일례를 나타낸다.
상기 도 12의 (a)는 창문이 개방되었으나 바람이 거의 불지 않는 경우이며, 상기 도 12의 (b)와 (c)는 창문이 개방되거나 또는 창문과 출입문을 동시에 개방하여 외부 공기 유입에 따라 공기 흐름 변화가 발생된 상태에서 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴에 대한 일례를 나타내는데, 각 그래프 박스 상단의 수치가 공기 흐름 총량을 나타낸다.
상기 도 12의 (a)의 경우, 창문을 개방하였으나 바람이 거의 불지 않음에 따라 공기 흐름 패턴에는 큰 변화가 없으나 외부 공기 유입에 따른 공기 흐름 총량은 일정한 수치 이상으로 나타나는 것을 볼 수 있다. 그리고 상기 도 12의 (b)와 (c)에서 보는 바와 같이, 외부와의 온도 차이나 외부 바람이 강한 관계로 실내 공기 유입이 크게 일어나는 경우에는 그에 따라 공기 흐름 총량도 큰 수치로 나타나고 아울러 공기 흐름 패턴도 특징을 갖는 형태로 나타나게 된다.
이와 같이 본 발명에서는 공기 흐름 총량과 공기 흐름 변화에 대한 패턴을 분석하여 창문 개방 등의 외부 공기 유입에 따른 환경 변화를 판단할 수 있다.
실내 공간 상의 장치 동작에 따른 공기 흐름 변화와 관련하여 도 13은 실내 공간 상에서 선풍기를 동작시킨 상태에서 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴에 대한 일례를 나타낸다.
상기 도 13에서 행 방향으로 배열된 그래프는 선풍기의 바람 세기를 강, 중, 약 모드로 동작시킨 조건에 따른 그래프이며, 열 방향으로 배열된 그래프는 선풍기와 실내 환경 변화 감지 장치 간의 거리를 1m와 2m로 점차 멀리 이격시킨 조건에 따른 그래프로서, 바람 세기 강도와 이격 거리의 조합 조건에 따라 상기 도 13과 같은 결과를 얻었다. 각각의 그래프 박스 상단의 수치는 공기 흐름 총량을 나타낸다.
상기 도 13에서 보는 바와 같이 선풍기의 거리가 가까울수록 그리고 선풍기의 세기가 강할수록 그에 따라 공기 흐름 총량은 더욱 큰 값으로 나타나게 되며, 아울러 각 조건 조합별로 서로 다른 공기 흐름 패턴의 특징이 나타나는 것을 볼 수 있다.
이러한 공기 흐름 특징을 이용하여 본 발명에서는 실내 공간의 환경 변화를 판단하는데, 공기 흐름 총량이 설정된 임계치를 초과하는 경우에는 실내 공간의 환경 변화가 발생하는 것으로 판단하고 보다 구체적으로 공기 흐름 패턴을 통해 어떠한 환경 변화가 존재하는지를 판단하게 되며, 이를 판단하기 위해서 해당 실내 공간에서의 다양한 환경 변화에 따른 공기 흐름 패턴에 대한 기계 학습을 수행하고 기계 학습 결과를 이용하여 해당 공기 흐름 패턴이 어떠한 환경 변화인지를 파악할 수 있게 된다.
나아가서 본 발명에서는 실내 공간의 환경 변화를 판단함에 있어서 실내 공간 상의 소음 상황이 고려될 수 있는데, 다시 상기 도 7로 돌아가서, 패시브 사운드 신호가 생성(S210)되면, 실내 환경 변화 감지 장치(100)는 일정 시간 동안의 패시브 사운드 신호를 기초로 소음 상황을 판단하여, 앞서 설명한 공기 흐름 변화에 대한 판단 결과와 함께 소음 상황에 대한 판단 결과를 종합적으로 고려하여 실내 공간의 환경 변화를 판단한다.
보다 상세하게 설명하자면, 실내 환경 변화 감지 장치(100)의 사운드 분석부(150)는 FFT 등을 이용하여 신호 처리한 패시브 사운드 신호에서 데시벨(dB) 단위의 소음 수치를 산출(S230)하고 소음 패턴을 추출한다. 여기서 추출된 소음 수치와 소음 패턴은 소음 상황에 대한 기계 학습을 위해 제공(S240)될 수도 있다.
소음 수치와 소음 패턴이 추출되면, 실내 환경 변화 감지 장치(100)의 환경 변화 판단부(170)는, 소음 수치를 설정된 기준치와 대비(S250)하여 기준치를 초과하는 경우, 소음 상황 상태로 판단하여 소음 수치와 소음 패턴에 대하여 기계 학습 결과를 기초로 소음 상황을 판단(S270)한다. 즉, 공기 흐름 변화에 대한 판단 결과에 추가적으로 기계 학습 결과에 따라 소음 패턴을 판단함으로써, 실내 공간 상의 공기 흐름 변화가 실내 환경 변화에 의한 것인지 아니면 단순한 소음 발생에 따른 공기 흐름의 변화가 발생된 것으로 파악할 수 있다.
예를들어, 도11과 같이 공기 흐름이 없는 상태에서 핸드폰 벨소리가 울리는 경우, 도 14에 도시한 바와 같이 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴이 발생할 수 있다.
즉, 상기 도 14(a)에 나타난 바와 같이, 최초로 핸드폰 벨소리가 발생하는 경우에는, flowlow에 대응하는 공기 이동치 구간에서 공기 흐름의 변화가 감지될 수 있으며, 이후 벨소리가 지속되는 경우에는 도14(b)와 같은 공기 흐름의 변화를 감지할 수 있다. 이에 따라 공기 흐름 총량이 일정 수준 이상으로 나타나고 공기 흐름 패턴도 발생되는 것을 알 수 있다.
이러한 경우 액티브 사운드 신호를 기초로 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴에 대한 기계 학습 결과를 이용하여 실내 공간 상황을 파악할 수도 있으나, 지속적으로 소음이 유입되는 경우에는 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴만으로 상황을 파악하는 것이 용이하지 않을 수 있다. 따라서 본 발명에서는 액티브 사운드 신호를 이용하여 공기 흐름 변화를 파악하면서 동시에 패시브 사운드 신호를 이용하여 소음 상황을 파악함으로써 보다 정확하게 실내 공간 상의 상황을 파악할 수 있게 된다.
만약, 상기 도 7에서 소음 수치가 설정된 기준치보다 작은 경우이거나 또는 기계 학습 결과를 이용하여 단순한 소음 패턴이라고 판단되지 않을 경우에는, 실내 환경 변화 감지 장치(100)의 환경 변화 판단부(170)는, 실내 공간 상에 이상 공기 흐름이 발생된 것을 판단(S300)하고, 후속 과정을 수행하여 실내 공간의 환경 변화를 판단(S400)하게 된다.
실내 공간 상의 이상 공기 흐름 발생을 판단(S300)하는 과정과 관련하여, 도 15에 도시된 실내 공간의 냉난방 관련 이상 공기 흐름 판단의 실시예에 대한 흐름도를 참조하여 살펴보기로 한다.
실내 환경 변화 감지 장치(100)의 사운드 분석부(150)는 일정 시간 동안의 액티브 사운드 신호를 기초로 실내 공간 상의 상대적인 온도 변화량을 산정(S310)할 수 있다. 즉, 액티브 사운드 신호에 대하여 FFT를 수행하면 온도가 증가할 때에는 주파수가 증가하는 쪽으로 이동하고, 온도가 낮아질 때에는 주파수가 감소하는 쪽으로 이동하기 때문에 이를 통해 온도 변화량을 산정할 수 있다.
그리고 실내 환경 변화 감지 장치(100)의 환경 변화 판단부(170)는 상대적인 온도 변화량을 기초로 온도 변화 여부(S320)와 온도 변화 방향을 판단(S330)한다.
온도가 상승하는 방향인 경우, 온도 변화량과 허용치를 대비(S340)하는데, 만약 온도 변화량이 허용치를 초과하는 경우에 실내 공간 상에 화재 발생으로 환경 변화를 파악(S410)할 수 있다. 즉, 일정 시간 동안의 현저하게 큰 공기 흐름 변화가 발생되면서 동시에 허용치를 넘어서는 급격한 온도 변화가 발생된다면 이는 실내 공간 상에 화재 발생으로 인한 공기 흐름 변화와 온도 변화로 판단될 수 있다.
그리고 만약 온도 변화량이 허용치 이내인 경우에는 난방기 가동(S420)에 따라 온도 변화가 발생된 것으로 판단할 수 있다. 즉, 일정 시간 동안 점차적으로 공기 흐름 변화가 커지는 패턴을 보이면서 동시에 온도 변화량도 점차적으로 상승하는 경우라면 이는 실내 공간 상에 난방기를 가동시킴으로써 실내 온도가 상승하고 있는 것으로 판단될 수 있다.
반대로 온도가 하강하는 방향인 경우, 냉방기 가동(S430)에 따라 온도 변화가 발생된 것으로 판단할 수 있다. 즉, 일정 시간 동안 점차적으로 공기 흐름 변화가 줄어드는 패턴을 보이면서 동시에 온도 변화량도 점차적으로 하강하는 경우라면 이는 실내 공간 상에 냉방기를 가동시킴으로써 실내 온도가 하강하고 있는 것으로 판단될 수 있다.
다음으로 실내 환경 변화 감지 장치(100)의 사운드 분석부(150)에서 산출한 온도 변화량이 의미있는 수치로 나타나지 않는 경우에 이를 이용할 수가 없으므로, 실내 환경 변화 감지 장치(100)의 온도 감지부(160)가 실내 공간 상의 절대적인 현재 온도를 측정(S350)하고, 실내 환경 변화 감지 장치(100)의 환경 변화 판단부(170)는 공기 흐름 변화와 함께 현재 온도 측정치를 기초로 실내 공간의 환경 변화를 판단하게 된다.
실내 환경 변화 감지 장치(100)의 환경 변화 판단부(170)는 온도 감지부(160)에서 측정한 현재 온도 측정치를 외부 온도에 따라 설정되는 기준 온도 범위와 대비(S360)하며, 만약 기준 온도 범위를 벗어나는 경우에는 측정한 현재 온도 측정치에 대하여 외부 온도 대비 온도 정도를 판단(S370)한다.
온도 정도가 고온인 경우에는 현재 실내 공간 상의 난방기가 지속적으로 가동되어 일정한 온도를 유지하고 있는 것으로 판단할 수 있다(S440). 반대로 온도 정도가 저온인 경우에는 현재 실내 공간 상의 냉방기가 지속적으로 가동되어 일정한 온도를 유지하고 있는 것으로 판단할 수 있다(S450).
나아가서 실내 공간의 온도 변화량이 의미를 갖는 수치에 이르지 않으면서 실내 공간의 현재 온도 측정치도 외부 온도와 대비하여 기준 온도 범위를 벗어나지 않는 경우라면, 실내 환경 변화 감지 장치(100)의 환경 변화 판단부(170)는 이를 난방이나 냉방으로 인한 공기 흐름 변화가 아닌 것으로 판단하고 그에 따라 기계 학습 결과를 이용하여 해당 공기 흐름 패턴을 분석함으로써 실내 공간에 대한 환경 변화를 판단할 수 있다(S460).
냉방이나 난방에 따른 실내 공간에 대한 환경 변화와 관련하여 도 16은 에어컨 작동시 발생할 수 있는 실내 공간 상의 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴을 나타내는 예시이며, 도 17은 상이한 히터용량을 가지는 히터 작동시 실내 공간 상의 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴을 나타내는 예시이다.
상기 도 16과 상기 도 17의 양 경우에 대하여 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴으로 실내 공간의 환경 변화를 판단할 수도 있으나, 상기 도 16과 상기 도 17의 첫 번째 그래프를 비교하면, 에어컨 작동시와 히터 작동시에 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴이 매우 유사하게 나타남을 확인할 수 있다. 즉, 단순히 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴만을 비교하여서는, 정확한 판단이 어려울 수 있다.
따라서 이와 같은 경우에 보다 판단의 정확도를 높이기 위해서 본 발명에서는 앞서 설명한 바와 같이 추가적으로 상대적인 온도 변화량과 절대적인 현재 온도 측정치를 함께 고려함으로써 냉방 또는 난방의 환경 상태를 정확하게 파악할 수 있게 된다.
나아가서 실내 환경 변화 감지 장치(100)는 파악된 실내 공간 상의 환경 변화나 상태를 이용자에게 실내 공간에 대한 환경 정보로서 제공(S470)할 수 있다. 실내 공간에 대한 환경 정보는 설정된 주기에 따라 이용자에게 제공될 수도 있고 또는 이용자가 특정한 환경 변화 여부에 대한 정보를 요청하는 경우에 해당 정보를 이용자에게 제공할 수도 있으며, 실내 공간 상에 화재 등의 재난 발생시 이에 대한 환경 정보를 즉각적으로 이용자에게 제공할 수도 있다.
상기에서 살펴본 본 발명은 컴퓨터프로그램의 구동을 통해 구현될 수도 있는데, 가령 상기에서 살펴본 본 발명에 따른 실내공간 환경 변화 감지 방법의 각 과정을 수행하기 위한 컴퓨터프로그램이 저장 매체에 저장되어, 컴퓨팅 구성을 갖는 장치 상에서 저장 매체에 저장된 컴퓨터프로그램이 구동됨으로써 본 발명이 구현될 수 있다.
이상에서 살펴본 본 발명에 의하면 실내 공간 상의 공기 흐름의 양을 음파 신호를 통해 신속하고 정확하게 분석하여 공기 흐름 변화에 따른 실내 공간 상의 환경 변화를 파악할 수 있게 된다.
특히, 일정 수준 이상의 소음이 실내 공간 상의 공기 흐름에 영향이 미치는 경우를 고려하여, 패시브 사운드 신호를 통해 소음 상황을 판단함으로써, 실내 공간 상에 실제 환경 변화가 일어나지 않고 단순한 소음이 존재하는 상황을 정확하게 판단할 수 있게 된다.
이러한 본 발명을 통해 창문이나 출입문 등의 개폐 상태 파악, 선풍기나 냉난방기의 작동 상태 파악, 화재 발생 등 다양한 실내 공간의 환경 상태를 구별하는 것이 가능하며, 이를 통해 실내 공간의 환경 정보를 이용자에게 제공하는 서비스 구현이 가능하게 된다.
나아가서 이용자의 프라이버시 보호를 위해 카메라 설치 등이 어려운 개인적인 실내 공간에 대해서도 본 발명을 적용함으로써 실내 공간의 환경 상태를 파악하고 이에 대한 정보를 제공할 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 실내 환경 변화 감지 장치,
110 : 음파 발생부,
120 : 음파 수신부,
130 : 제어부,
150 : 사운드 분석부,
151 : 액티브 사운드 분석부,
155 : 패시브 사운드 분석부,
160 : 온도 감지부,
170 : 환경 변화 판단부,
171 : 공기 흐름 판단부,
173 : 소음 판단부,
175 : 상황 판단부,
180 : 환경 정보 제공부.
110 : 음파 발생부,
120 : 음파 수신부,
130 : 제어부,
150 : 사운드 분석부,
151 : 액티브 사운드 분석부,
155 : 패시브 사운드 분석부,
160 : 온도 감지부,
170 : 환경 변화 판단부,
171 : 공기 흐름 판단부,
173 : 소음 판단부,
175 : 상황 판단부,
180 : 환경 정보 제공부.
Claims (17)
- 실내 환경 변화 감지 장치가, 실내 공간으로 전파시킨 주기적인 음파 신호에 대한 반향파를 기초로 액티브 사운드 신호(Active Sound)를 생성하는 사운드 신호 생성 단계;
상기 실내 환경 변화 감지 장치가, 주기적으로 생성된 액티브 사운드 신호를 기초로 상기 실내 공간 상의 공기 이동치(AM: Air Moving)를 산출하고, 이를 기초로 일정 시간 동안의 공기 흐름 총량(AF: Air Flow)과 공기 흐름 패턴을 추출하여 공기 흐름 변화를 판단하는 공기 흐름 변화 판단 단계; 및
상기 실내 환경 변화 감지 장치가, 상기 공기 흐름 변화를 기초로 상기 실내 공간의 환경 변화를 판단하는 환경 변화 판단 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내공간 환경 변화 감지 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 공기 흐름 변화 판단 단계는,
서로 다른 두 시점의 액티브 사운드 신호를 기초로 공기 이동치를 산출하는 공기 이동치 산출 단계;
일정 시간 동안의 복수의 공기 이동치를 기초로 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴을 추출하는 공기 흐름 판단 단계; 및
상기 공기 흐름 총량과 상기 공기 흐름 패턴에 대하여 기계 학습 결과를 기초로 공기 흐름 변화를 판단하는 공기 흐름 패턴 판단 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내공간 환경 변화 감지 방법.
- 제 2 항에 있어서,
상기 사운드 신호 생성 단계는,
상기 액티브 사운드 신호와 함께 상기 실내 공간 상의 노이즈 신호에 따른 패시브 사운드 신호(Passive Sound)를 생성하며,
상기 공기 흐름 변화 판단 단계는,
상기 패시브 사운드 신호를 기초로 일정 시간 동안의 소음 수치(NV: Noise Value)와 소음 패턴을 추출하고, 상기 소음 수치와 소음 패턴에 대하여 기계 학습 결과를 기초로 소음 상황을 판단하는 소음 상황 판단 단계를 더 포함하며,
상기 환경 변화 판단 단계는,
상기 공기 흐름 변화에 대한 판단 결과와 상기 소음 상황에 대한 판단 결과를 기초로 상기 실내 공간의 환경 변화를 판단하는 것을 특징으로 하는 실내공간 환경 변화 감지 방법.
- 제 3 항에 있어서,
상기 사운드 신호 생성 단계는,
상기 실내 공간으로 음파 신호를 주기적으로 출력하는 음파 신호 출력 단계;
상기 음파 신호의 활성 주기 동안 반향파 신호를 수신하고, 상기 반향파 신호를 기초로 액티브 사운드 신호를 생성하는 액티브 사운드 신호 생성 단계; 및
상기 음파 신호의 비활성 주기 동안 노이즈 신호를 수신하고, 상기 노이즈 신호를 기초로 패시브 사운드 신호를 생성하는 패시브 사운드 신호 생성 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내공간 환경 변화 감지 방법.
- 제 3 항에 있어서,
상기 사운드 신호 생성 단계는,
상기 실내 공간으로 음파 신호를 주기적으로 출력하는 음파 신호 출력 단계;
상기 실내 공간 상의 음파 신호를 수신하고, 출력된 음파 신호를 기초로 반향파 신호 대역과 노이즈 신호 대역을 분리하는 신호 대역 분리 단계;
상기 반향파 신호 대역을 추출하여 이를 기초로 액티브 사운드 신호를 생성하는 액티브 사운드 신호 생성 단계; 및
상기 노이즈 신호 대역을 추출하여 이를 기초로 패시브 사운드 신호를 생성하는 패시브 사운드 신호 생성 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내공간 환경 변화 감지 방법.
- 제 3 항에 있어서,
상기 소음 상황 판단 단계는,
상기 패시브 사운드 신호를 기초로 산출된 소음 수치를 설정된 기준치와 대비하여, 그 결과에 따라 소음 상황 상태로 판단하거나 상기 실내 공간 상의 이상 공기 흐름 발생 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 실내공간 환경 변화 감지 방법.
- 제 6 항에 있어서,
상기 공기 흐름 변화 판단 단계는,
일정 시간 동안의 액티브 사운드 신호를 기초로 상대적인 온도 변화량을 산정하는 온도 변화 산정 단계; 및
온도 변화 여부에 따라 상기 온도 변화량의 상승 또는 하강의 방향성을 판단하는 온도 변화 방향성 판단 단계를 더 포함하며,
상기 환경 변화 판단 단계는,
상기 공기 흐름 변화와 상기 온도 변화 방향성에 대한 판단 결과를 기초로 상기 실내 공간의 환경 변화를 판단하는 것을 특징으로 하는 실내공간 환경 변화 감지 방법.
- 제 7 항에 있어서,
상기 공기 흐름 변화 판단 단계는,
온도 변화 여부에 따라 상기 실내 공간 상의 절대적인 현재 온도를 측정하는 현재 온도 측정치를 추출하는 실내 온도 측정 단계; 및
상기 현재 온도 측정치에 따라 상기 실내 공간의 현재 온도 정도를 판단하는 실내 온도 판단 단계를 더 포함하며,
상기 환경 변화 판단 단계는,
상기 공기 흐름 변화와 상기 현재 온도 정도에 대한 판단 결과를 기초로 상기 실내 공간의 환경 변화를 판단하는 것을 특징으로 하는 실내공간 환경 변화 감지 방법.
- 실내 공간으로 음파 신호를 출력하는 음파 발생부;
상기 실내 공간 상의 반향파 신호와 노이즈 신호를 수신하여, 상기 반향파 신호를 기초로 액티브 사운드 신호를 생성하고, 상기 노이즈 신호를 기초로 패시브 사운드 신호를 생성하는 음파 수신부;
상기 액티브 사운드 신호를 기초로 일정 시간 동안의 상기 실내 공간 상의 공기 흐름 총량(AF: Air Flow)과 공기 흐름 패턴을 추출하고, 상기 패시브 사운드 신호를 기초로 소음 패턴과 소음 수치를 추출하는 사운드 분석부; 및
상기 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴을 기초로 공기 흐름 변화를 판단하고, 상기 소음 패턴과 소음 수치를 기초로 소음 상황을 판단하여, 상기 실내 공간의 환경 변화를 판단하는 환경 변화 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내 환경 변화 감지 장치.
- 제 9 항에 있어서,
상기 음파 발생부의 음파 신호에 대한 주기적인 출력을 제어하고, 상기 음파 수신부의 반향파 신호 수신과 노이즈 신호 수신을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실내 환경 변화 감지 장치.
- 제 9 항에 있어서,
상기 음파 수신부는,
반향파 신호에 대하여 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 주파수별 복수의 음파 신호를 추출하고 이를 기초로 액티브 사운드 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 실내 환경 변화 감지 장치.
- 제 11 항에 있어서,
상기 사운드 분석부는,
복수의 음파 신호 간의 코사인 유사도(cosine similarity)를 각각 연산하여 액티브 사운드 데이터를 생성하고, 서로 다른 두 시점의 액티브 사운드 데이터를 기초로 공기 이동치(AM: Air Moving)를 산출하며, 일정 시간 동안의 복수의 공기 이동치를 기초로 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴을 추출하는 액티브 사운드 분석부; 및
상기 패시브 사운드 신호를 기초로 소음 패턴과 소음 수치를 추출하는 패시브 사운드 분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내 환경 변화 감지 장치.
- 제 12 항에 있어서,
상기 환경 변화 판단부는,
상기 공기 흐름 총량과 공기 흐름 패턴을 기초로 공기 흐름 변화를 판단하는 공기 흐름 판단부; 및
공기 흐름 변화를 기초로 실내 환경 변화를 판단하는 상황 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내 환경 변화 감지 장치.
- 제 13 항에 있어서,
상기 공기 흐름 판단부는,
일정 시간 동안의 복수의 공기 이동치에 대한 기계 학습을 통해 공기 흐름 패턴을 학습하며, 공기 흐름 패턴에 대한 기계 학습 결과를 기초로 공기 흐름 변화를 판단하는 것을 특징으로 하는 실내 환경 변화 감지 장치.
- 제 13 항에 있어서,
상기 환경 변화 판단부는,
노이즈 신호에 대한 기계 학습을 수행하여 소음 패턴을 학습하고, 패시브 사운드 신호에 대하여 기계 학습 결과를 기초로 소음 상황을 판단하는 소음 판단부를 더 포함하며,
상기 상황 판단부는,
공기 흐름 변화에 대한 판단 결과와 소음 상황에 대한 판단 결과를 기초로 실내 공간의 환경 변화를 판단하는 것을 특징으로 하는 실내 환경 변화 감지 장치.
- 제 14 항에 있어서,
상기 실내 공간 상의 절대적인 현재 온도를 측정하는 온도 감지부를 더 포함하며,
상기 액티브 사운드 분석부는,
일정 시간 동안의 액티브 사운드 신호를 기초로 상대적인 온도 변화량을 산정하며,
상기 공기 흐름 판단부는,
절대적인 현재 온도 측정치와 상대적인 온도 변화량을 기초로 온도 변화 방향성 또는 실내 공간의 현재 온도 정도를 판단하며,
상기 상황 판단부는,
공기 흐름 변화와 온도 변화 방향성 또는 현재 온도 정도를 기초로 실내 공간의 환경 변화를 판단하는 것을 특징으로 하는 실내 환경 변화 감지 장치.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 각 단계를 수행하기 위한, 저장매체에 저장된 컴퓨터프로그램.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200002137A KR102603641B1 (ko) | 2020-01-07 | 2020-01-07 | 실내공간 환경 변화 감지 방법과 이를 위한 실내 환경 변화 감지 장치 및 컴퓨터프로그램 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200002137A KR102603641B1 (ko) | 2020-01-07 | 2020-01-07 | 실내공간 환경 변화 감지 방법과 이를 위한 실내 환경 변화 감지 장치 및 컴퓨터프로그램 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210088983A true KR20210088983A (ko) | 2021-07-15 |
| KR102603641B1 KR102603641B1 (ko) | 2023-11-21 |
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ID=76889450
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200002137A KR102603641B1 (ko) | 2020-01-07 | 2020-01-07 | 실내공간 환경 변화 감지 방법과 이를 위한 실내 환경 변화 감지 장치 및 컴퓨터프로그램 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102603641B1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012002514A (ja) * | 2010-06-14 | 2012-01-05 | Panasonic Corp | 人体検知装置 |
| KR20130052262A (ko) | 2011-11-11 | 2013-05-22 | 주식회사 비즈모델라인 | 공기흐름 감지를 통한 침입 탐지 방법 및 이를 위한 장치 |
| KR20140124317A (ko) * | 2013-04-15 | 2014-10-24 | 한국전자통신연구원 | 보안 감시 시스템 및 보안 감시 방법 |
| KR20160086131A (ko) * | 2015-01-09 | 2016-07-19 | 한화테크윈 주식회사 | 무선 음향 센서들을 채용한 감시 시스템 |
-
2020
- 2020-01-07 KR KR1020200002137A patent/KR102603641B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
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| KR20160086131A (ko) * | 2015-01-09 | 2016-07-19 | 한화테크윈 주식회사 | 무선 음향 센서들을 채용한 감시 시스템 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102603641B1 (ko) | 2023-11-21 |
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