KR20220083511A - 압전매트를 이용한 인원계수 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

기존 압전 매트의 경우 센서의 입력 발생 시 해당 시간 정보를 수집하여 획득하고 다음 센서 입력 발생 시의 시간 차이를 통해 방향성을 감지해 낸다. 그러나 이러한 방법은 센서 중 하나라도 밟히지 않을 경우나 동시에 두 센서가 밟혔을 경우 방향성을 정확히 감지하지 못하는 문제가 발생한다.
따라서 본 발명에서는 하나의 센서 입력의 누락이나, 동시에 두 센서가 밟히는 상황이 발생하더라도 센서의 입력 시작부터 입력 종료까지 발생하는 모든 센서 값을 수집하여 획득하고 수집한 센서 값들과 해당 센서들의 y축 값을 저장하고 저장한 y축 값들의 평균을 계산하여 발걸음 인식 및 방향성을 검출하도록 하여 다수의 인원이 동시에 지나가더라도 정확도 높은 압전 매트를 구현할 수 있는 방법을 제시한다.

Description

압전 매트를 이용한 인원 계수 시스템 및 방법{Personnel counting system and method using piezoelectric mat}

본 발명은 압전 매트에서 특정 방향으로 지나가는 발걸음의 인식 및 방향성을 감지하는 알고리즘에 관한 것으로, 구체적으로 압전 매트 위에서 머무르는 것이 아닌 특정 방향으로 지나갔을 때 각 클럭 별 센서 값의 비교를 통해 발걸음을 인식하고, 각 발걸음에 대한 방향성을 감지하는 알고리즘에 관한 것이다.

기존의 인원 계수 시스템은 문 주변에 적외선, 레이저 센서를 설치해야 하는 제한점과 동시에 다수의 인원이 출입하게 되면 정확한 인원을 계수할 수 없다는 단점이 있다.

그러한 단점을 해결할 수 있는 방법이 압전 매트를 사용하는 것인데, 압전 매트를 활용하게 되면 밟고 지나가는 사람들의 발걸음과 방향성을 통해 정확한 인원을 계수할 수 있다.

기존 압전 매트에서는 인원 계수에서 방향성을 감지하는 방법은 두 센서를 배치해두고 각 센서의 데이터 값이 인식되는 시간 정보를 이용하여 방향성을 감지한다.

하지만 이러한 방법은 두 센서를 반드시 순서대로 밟아야 한다는 제약조건이 발생하게 되며, 이에 따라 센서의 배치 방법이 한정되고 순서대로 밟지 않았을 경우 방향성을 검출하지 못하게 된다. 또한, 여러 사람이 동시에 지나갔을 때 방향성 감지의 정확도가 떨어지는 문제가 발생한다.

공개특허 : 제10-2020-0017895호(2020. 02. 19. 공개)

본 발명은 압전 매트에서 여러 사람이 동시에 지나갔을 때 정확한 방향성의 감지를 통한 인원 계수의 정확도를 높이기 위해 고안된 것으로, 각 센서에서 입력되는 데이터 값을 이용한 평균 계산을 통해 방향성을 판단하여 인원을 계수하고 동시다발적으로 발생하는 센서 입력 값을 각각의 발걸음으로 인식하고 각 방향성을 검출해내어 여러 사람이 동시에 지나가더라도 인원계수를 정확히 하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 센서에서 데이터가 입력되기 시작하여 데이터 입력이 종료되었을 때 즉, 압전 매트를 밟고 있는 동안에 연속해서 입력된 센서 데이터의 y축 값의 평균을 계산하여 방향성을 판단한다. 이로 인해 대각선으로 지나가는 등 센서를 순서대로 밟지 않더라도 방향을 제시할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로 기존 시간 정보에 따른 방향성 검출 방법의 단점을 보완하기 위해 방향성을 판단하기 위한 근거를 입력된 센서 값의 y축으로 두었다. 본 발명에서 방향성 검출 방식은 센서 값이 입력되기 시작하여 입력이 종료될 때까지의 센서 값을 지정된 배열에서의 y축과 함께 획득하게 되고 센서 값의 입력이 종료됨과 동시에 인식된 각 클럭에서 y축 값 변화의 평균을 계산하여 방향성을 검출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 압전 매트에서 발걸음 인식 및 방향성 감지 알고리즘을 통해 공간의 제약성으로 인해 적외선 및 레이저 센서를 설치할 수 없는 장소에서의 정확한 인원 계수를 할 수 있게 되고, 다수의 발걸음 발생 시 각 발걸음에 대한 정확도 높은 방향성 검출을 통해 정확한 유동인구 파악과 그에 따른 알맞은 마케팅 전략 수립 등과 같은 효과를 불러올 수 있다.

도1은 압전 매트의 구성
도2는 시스템 전체의 구성
도3은 압전 매트 모듈에서 데이터 입력 시 전송을 위해 해당 데이터를 저장하는 플로우 차트
도4는 ESP8266에서 서버로 압전 매트 모듈의 데이터를 종합하여 전송하기 위한 플로우 차트
도5는 서버에서 ESP8266에 데이터 전송을 요청하고 수신된 데이터를 DB에 저장하기 위한 플로우 차트
도6은 시간의 흐름에 따른 발걸음 분할 과정
도7은 도6에 따른 압전 매트에서 입력된 데이터를 분석하여 발걸음을 인식하고 방향성 검출을 위해 리스트에 저장하는 플로우 차트
도8은 발걸음의 방향성 판단을 위해 발자국의 y축 평균값 계산 과정
도9는 저장된 리스트의 데이터 값 분석을 통한 방향성 검출 플로우 차트
도10은 여러 개의 발자국 데이터 인식 시, 동일 인물을 판단하기 위한 조건
도11은 인원 계수 시, 동일 인물을 판단하여 중복 데이터를 제거하기 위한 플로우 차트

본 발명에서는 압전 매트에서 발걸음 인식 및 방향성 검출 방법에 관해 설명한다. 기존 압전 매트에서는 각 센서 값이 입력될 때의 시간 정보를 통해 첫 번째로 입력된 센서의 시간 정보와 두 번째로 입력된 시간 정보의 차이 연산을 통해서 그 값이 양수일 경우 A 방향, 음수일 경우 B 방향으로 판단한다. 이러한 방향성 검출 알고리즘은 두 센서를 시간 간격을 두고 정확히 밟아야 한다는 제약조건을 갖고 있어, 두 센서가 모두 밟히지 않았을 경우나 동시에 밟혔을 경우 방향성을 검출하지 못한다는 문제가 발생한다. 본 발명에서 제시하는 발걸음 인식 및 방향성 감지 알고리즘을 사용함으로 압전 매트에서 여러 센서가 동시에 밟히거나, 대각선 이동과 같은 연속적인 센서의 입력 값이 발생하지 않는 경우도 방향성을 정확히 감지해 낼 수 있도록 한다.

-도면의 설명

도1은 압전 매트의 구성을 나타낸 것이다.

도1에서 압전 매트는 발자국을 감지하고 압력에 따라 아날로그 데이터를 발생시키는 압전 센서, 단위 모듈 내 압전 센서들의 데이터를 수집하는 데이터 수집부, 데이터 수집부로부터 모든 센서 데이터를 종합하여 서버와 통신하는 데이터 통신부로 구성되어 있다.

도2는 시스템 전체의 구성을 나타낸 것이다.

도2에서 압전 매트는 도1에 따라 구성되어 있고, 서버는 압전 매트에서 종합된 센서 데이터에서 발걸음을 추출해내는 발걸음 분할부, 발걸음의 y축 값의 평균을 계산하여 방향을 검출하는 방향성 판단부, 추출한 발걸음과 방향성에 따라 매트 위를 지나간 보행 인원의 수를 계수하는 인원계수 분석부로 구성되어 있다.

도3은 압전 매트 모듈(Mini)에서 데이터 입력이 발생했을 때 ESP8266으로 전송하기 위하여 해당 데이터를 배열에 저장하는 흐름을 나타낸 것이다.

도3에서 압전 매트가 구동되면 각 모듈은 센서의 입력을 기다리는 대기 상태(S101)로 들어간다. 센서의 입력이 발생(S102)하면, 그 값이 지정한 임계 값 이상인지 판단(S103)하게 된다. 발생한 입력 값이 임계 값 미만일 경우 다시 대기 상태로 들어가게 되고, 그 값이 임계 값 이상일 경우 발생한 센서의 데이터 값을 해당 센서 위치 배열에 저장(S104)하게 된다.

도4는 ESP8266에서 서버로 압전 매트의 데이터를 전송하기 위하여 각 압전 매트 모듈(Mini)에 데이터 전송을 요청하고 수신된 데이터를 서버로 전송하는 흐름을 나타낸 것이다.

도4에서 ESP8266은 서버에서 전송하는 센서 데이터 요청 신호를 대기하는 상태(S201)로 유지된다. 서버에서 전송한 센서 데이터 요청 신호를 수신(S202)하게 되면, 0번째 압전 매트 모듈(Mini)에서부터 시작하여(S203) 데이터 전송을 요청(S204)하게 된다. 데이터 전송을 요청한 후, 각 압전 매트 모듈(Mini)의 데이터를 수신 대기(S205)하는 상태가 되며, 압전 매트 모듈(Mini)에서 전송된 데이터를 수신(S206)한다. 그 후, 다음 압전 매트 모듈(Mini)에 전송을 요청하고(S207) 이 과정을 본 시스템에서 구현한 5개의 압전 매트 모듈(Mini)에 모두 적용(S208)한다. 모든 압전 매트 모듈(Mini)의 데이터를 수신하고 난 후 이를 종합하여 압전 매트 전체의 데이터 값을 서버로 전송(S209)하게 된다.

도5은 서버에서 압전 매트 전체의 데이터 값을 DB에 저장하기 위해 ESP8266에 데이터 전송을 요청하는 흐름을 나타낸 것이다.

도5에서 서버는 Timer의 값을 40ms로 설정(S301)한다. 그 후, 대기 상태에 들어가게 되며(S302), 설정한 데이터 요청 시간(Timer)의 알림을 수신(S303)하게 된다. 데이터 요청 시간 알림을 수신하면 ESP8266에게 압전 매트 전체의 데이터 값을 송신할 것을 요청(S304)하게 되고, 이를 수신하기 위한 대기 상태(S305)에 들어가게 된다. ESP8266에서 송신한 압전 매트의 데이터 값을 수신하게 되면(S306), 수신된 데이터를 DB로 전송하여 저장(S307)하게 된다.

도6은 시간의 흐름에 따른 발걸음 분석 과정을 나타낸 것이다.

도6에서 처음 압력 데이터(A1)가 인식?瑛? 때, 해당 센서 위치 정보를 저장한다. 해당 매트 내에서 잔여 압력 데이터(B1)를 탐색하여 존재할 경우, 따로 저장한다. 다음 클럭에서 저장되어 있는 이전 클럭의 압력 데이터(A1, B1)를 기준으로, 현 클럭에 인접한 데이터를 탐색(A2, B2)하여 있을 경우, 저장한다. 해당 매트 내에서 잔여 압력 데이터가 있는지 탐색하고 있을 경우 저장한다. 이러한 과정을 반복하여 진행하다가 이전 클럭의 압력 데이터는 존재(A3, B4)하나, 현재 클럭의 압력 데이터가 없을 경우 발걸음으로 판단하고 추출한다.

도7는 DB에 저장된 압전 매트의 데이터 값 분석을 통해 발걸음을 인식하는 흐름과 방향성 검출을 위해 인식한 발걸음을 리스트에 저장하는 흐름을 나타낸 것이다.

도7에서 DB에서 전달되는 데이터 값을 각 클럭 별로 분석하기 위해서 시작 데이터를 0으로 초기화(S401)한다. 그 후, DB에서 전달되는 압전 매트의 데이터 값을 대기하는 상태(S402)를 유지하고, DB에서 압전 매트의 데이터 값이 전달되면, 각 클럭에 대한 압전 매트 데이터를 수신(S403)하게 된다. 수신된 압전 매트 데이터에서 유효한 센서 데이터 값을 추출(S404)하게 되고, 추출한 데이터 값의 주변 8방위 값을 분석(S405)하게 된다. 이 때, 주변 8방위 값을 분석했을 때의 결과가 모두 False일 경우(S406), 다음 클럭(S407-1)을 압전 매트 데이터의 값이 모두 False(입력 데이터 없음)가 될 때까지 비교(S408-1)하게 된다. 주변 8방위 값에서 True값이 존재할 경우, 이전 클럭 데이터와 비교를 하게 된다(S407-2). 현재 클럭 데이터와 이전 클럭의 데이터가 이어지는 데이터(S408-2)라고 판단되지 않을 경우, 새로운 발걸음으로 인식하게 되고(S409) 해당 과정을 처음부터 반복한다. 모든 과정이 끝난 후에는 인식한 발걸음 데이터를 방향성 검출을 위해 리스트에 저장(S410)하고 종료하게 된다.

도8은 추출한 발걸음 데이터의 방향성을 검출하기 위해 발걸음 데이터를 분석하는 과정을 나타낸 것이다.

도8에서 발걸음 분할부에서 추출한 발걸음 데이터의 첫 클럭 y축 값의 평균값을 계산하여 저장한다. 이후 첫 클럭부터 마지막 클럭까지의 y축 값의 평균을 계산한다. 전체 클럭 y축 평균값에서 첫 클럭 y축 평균값의 차이를 구하여 0보다 클 경우 위 방향, 0보다 작을 경우 아래 방향으로 판단한다.

도9는 리스트에 저장된 데이터 값의 분석을 통해 방향성을 검출하는 흐름을 나타낸 것이다.

도9에서 리스트에 데이터 값이 입력될 때 까지 대기 상태(S501)을 유지한다. 리스트에 저장된 발자국 데이터 값을 수신(S502)하게 되면, 발자국 데이터의 첫 번째 클럭에 존재하는 데이터의 y축 평균 값을 산출(S503)한다. 그 후, 첫 번째 클럭 데이터를 포함한 발자국 데이터 전체 클럭 데이터의 y축 평균 값을 산출하고(S504), 첫 번째 클럭에 존재하는 데이터의 y축 평균 값과 전체 클럭 데이터의 y축 평균 값의 차이를 계산하여 이 값이 0 미만일 경우(S505), 아래 방향을 반환하고(S506-1), 이 값이 0 이상일 경우, 위 방향을 반환한다(S506-2).

도10에서 첫 발자국 데이터가 매트 상, 하 기준 4개의 센서 안에 들어왔을 경우, 매트를 지나가기에 최소 2번 이상의 발자국이 발생한다. 이때, 다음 발자국의 데이터가 첫 발자국 데이터의 x축 위치에서부터 좌, 우로 3개의 센서 내에 위치할 경우 동일 인물임을 판단한다.

도11에서 인원계수 분석부는 매트로부터 데이터 송신을 대기한다(S601). 매트로부터 송신된 데이터에서 압력 데이터 배열을 센서 위치, 발걸음 방향, 발자국 인식 시간 데이터를 포함하여 수신한다(S602). 수신한 압력 데이터 배열의 각 방향 정보의 수만큼 위, 아래 방향 인원을 카운트를 진행한다(S603). 이후 동일 인물 판단을 위해 두 발자국 가능 여부를 검증하는데, 양 방향에서 센서 위치가 4개 이하로 첫 발자국이 밟혔을 경우에 두 발자국을 밟을 수 있음을 검증한다(S604). 두 발자국 가능 여부를 검증하여 가능할 경우 동일 인물 여부를 검증하는데 압력 데이터 배열에서 이전 발자국과 다음 발자국의 방향이 같고, 보폭 사이의 시간이 임계값(1.5초)보다 작으며, 보폭의 가로 너비가 지정된 범위 이내(센서 3개)일 경우, 동일 인물로 판단한다(S605). 이후 동일 인물로 판단되어 중복된 데이터의 카운트를 제거한다(S606). 마지막으로 동일 인물의 중복 데이터를 제거한 각 방향으로 카운트된 인원 수를 반환하고 출, 입 인원을 비교하여 총 인원을 계수한다(S607).

100 - 압전 매트 101 - 압전 센서
102 - 데이터 수집부 103 - 데이터 통신부
200 - 서버 201 - 발걸음 분할부
202 - 방향성 판단부 203 - 인원계수 분석부

Claims (2)

1. 특정 통로 또는 공간의 바닥에 설치되어 사람의 발걸음을 압력으로 받아 감지하는 압전 센서, 압전 센서들로부터 측정된 압력 데이터를 수집하는 데이터 수집부, 데이터 수집부의 데이터를 종합하여 서버와의 통신을 통해 서버로 전송하는 데이터 통신부를 포함하는 압전 매트.
   압전 매트와 무선통신방식으로 연결되어 압전 매트로부터 데이터를 전송받아 전송받은 데이터에서 발걸음을 추출하고, 추출한 발걸음의 방향성을 검출하고, 분석된 발걸음 정보를 통해 동일 인물 여부를 판단하여 최종적으로 인원을 계수하는 서버를 포함한다.
   압전 매트는 압전 센서에 의해 측정된 데이터가 임계값보다 높은 경우, 유효한 데이터로 판단하고, 유효 데이터의 첫 번째 발자국 데이터를 발뒤꿈치로 판단하며 사용자가 압전 매트를 밟고 있는 동안 지속해서 입력되는 압력 데이터를 지정된 배열에 저장하는 것을 포함하는 압전 매트를 이용한 인원 계수 시스템 및 방법.
2. 제 1항에 있어서,
   서버는 압전 매트에서 전송된 압력 데이터 배열에서 압력 데이터가 발생한 센서의 위치 정보, 발생 당시의 시간 정보를 포함하여 저장하고, 특정 클럭 내에서 다른 압력 데이터가 있는지 탐색하여 그 데이터와 기존 데이터를 비교하여 다른 발걸음으로 인식하여 추출하는 발걸음 분할부, 추출된 발걸음 정보를 토대로 각 발자국 별로 유효한 압력 데이터가 발생한 센서 y축 위치 정보를 기반으로 하여 발걸음의 이동 방향을 검출하는 방향성 판단부, 압전 매트 전체에 대하여 하나의 발자국만 인식된 경우 단일 인물로 판단하여 인원수로 카운팅하고, 여러 개의 발걸음이 발생한 경우, 동일 인물인지 판단하여 동일 인물의 중복 데이터를 제거하여 인원 수로 카운팅하는 인원 계수 분석부를 포함하는 압전 매트를 이용한 인원 계수 시스템 및 방법.

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