KR20220089979A - 음장 능동변화 분석 기반의 보안 및 재난 감지장치 - Google Patents

음장 능동변화 분석 기반의 보안 및 재난 감지장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 보안 및 재난 감지장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 음장 능동변화 분석을 기반으로 하는 감지장치로서, 기존 센서가 가지고 있는 동작기준에 따른 오동작 문제점을 탈피하고자 공간상의 음장 변화 상태를 실시간으로 측정하여 초기 값의 정상파 신호와 해당 공간상에 침입자 및 화재 발생 등에 대한 경보 이벤트 발생 시 변화된 값에 대하여 수차례 이상 분석한 변화의 패턴을 신뢰성 있게 확인하여 단독으로 보안 및 재난 시스템을 구성하거나 기존 보안 시스템과 연동되도록 지원하는 음장 능동변화 분석 기반의 보안 및 재난 감지장치에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 공간 속에 음원을 발생시키기 위한 음원 발생부; 상기 음원이 발생된 공간 속에 음향을 수신하기 위한 음향 수신부; 상기 발생된 음원 및 수신된 음향을 기반으로 구성된 음장의 능동변화를 분석하여, 해당 분석된 값을 전기적인 신호로 변환하기 위한 센서 통합부; 상기 분석된 능동변화를 기반으로 경보를 발생하기 위한 경보 발생부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

음장 능동변화 분석 기반의 보안 및 재난 감지장치{SECURITY AND DISASTER DETECTION DEVICE BASED ON ACTIVE CHANGE ANALYSIS OF SOUND FIELD}
본 발명은 보안 및 재난 감지장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 음장 능동변화 분석을 기반으로 하는 감지장치로서, 기존 센서가 가지고 있는 동작기준에 따른 오동작 문제점을 탈피하고자 공간상의 음장 변화 상태를 실시간으로 측정하여 초기 값의 정상파 신호와 해당 공간상에 침입자 및 화재 발생 등에 대한 경보 이벤트 발생 시 변화된 값에 대하여 수차례 이상 분석한 변화의 패턴을 신뢰성 있게 확인하여 단독으로 보안 및 재난 시스템을 구성하거나 기존 보안 시스템과 연동되도록 지원하는 음장 능동변화 분석 기반의 보안 및 재난 감지장치에 관한 것이다.
오늘날 저출산, 고령화 등의 사회 변화에 대한 생활 환경이 빠르게 변화되고 있으며, 이러한 패러다임의 변화로 IT 산업 중 특히 보안 관련 산업의 기술이 크게 향상되면서 각종 보안 시스템 관련 제품들이 많이 나오고 있는데, 주지하다시피 범죄예방환경 설계는 물리적 환경설계로 범행 기회를 차단하는 것이며, 이는 범인과 범행 대상, 범죄 기회 등 범죄 3요소를 사전에 차단함으로써 피해 확률을 최소화하는 것을 목표로 하고, 도시계획이나 건축 설계 시 시선의 사각지대를 없애기 위해 건물 모서리를 둥글게 하거나 폐쇄회로 TV(CCTV: closed circuit television)를 설치하는 것 등이 이에 속한다.
특히, 외부에서 확인이 안 되는 엘리베이터 내부, 사람 왕래가 적은 계단, 어둡고 으슥한 지하주차장 및 기둥 뒤쪽 또는 화장실 뒷부분과 한적한 장소 등과 같은 음영지역에서는 어린이나 노약자 및 여성들이 범죄로부터 무방비로 노출되어 있기 때문에 음역지역에는 전술한 바와 같이 CCTV가 설치되게 마련인데, CCTV는 단순히 화상을 전송하는 기능 외에 침입자에 의한 이상행동 감지 및 화재의 오동작을 최대한 차단할 수 있도록 한 기능이 없다는 커다란 문제점이 발생되었다.
더욱 구체적으로, 오늘날 보안 및 재난 감지에 보편적으로 사용되는 CCTV와 같은 보안 카메라 및 센서는 어두운 공간에서의 인식 불가 및 인식을 했어도 오염이나 빛 혹은 그림자에 의한 오보가 빈번히 발생하여 낮은 정확성의 경보 상황 전달과 야간에 조명이 반드시 필요하여 높은 소모 전력을 필요로 하고, 이에 따라 짧은 사용기간 제품 품질 저하되는 문제점이 있다.
더 나아가, IR(infrared ray) 센서는 IR의 상황 차단 시 동작 불능 상태이고, 인체(온도특성 및 체온감지 등)이 아닌 로봇 등에서의 침입 인식 불가라는 문제점이 있으며, 초음파 센서는 직진성에 대한 동작 인식이 불가하고, 초음파 센서 앞에 차단막이나 장애물이 있을 때 후면 등의 상황을 인지 못하는 치명적인 문제점이 있다.
또한, 기존의 보안용 센서들이 상기와 같은 문제점을 해결하여도 센서의 특성이나 환경적 요인으로 발생되는 오작동에 대한 대처 방안이 현재 없으며, 더 나아가, 일반적으로 센서 불량으로 인해 오작동이 발생되는 경우보다 기존 센서들이 가지고 있는 동작기준 때문에 불량이 존재하지도 않음에도 지속적으로 오작동이 발생되고 있다.
이에 따라, 상기 문제점들에 따른 영상, IR, 초음파 센서를 통한 보안 및 재난 감지가 가지고 있는 문제점을 벗어나고, 더 나아가, 센서의 특성이나 환경적 요인으로 발생되는 오작동에 대한 대처 방안이 현재 없고, 일반적으로 센서 불량으로 인해 오작동이 발생되는 경우보다 기존 센서들이 가지고 있는 동작기준 때문에 불량이 존재하지도 않음에도 지속적으로 오작동이 발생되는 환경 모두를 벗어나, 공간상의 음장 변화 상태를 실시간으로 측정하여 초기 값의 정상파 신호와 해당 공간상에 침입자 및 화재 발생 등에 대한 경보 이벤트 발생 시 변화된 값에 대하여 수차례 이상 분석한 변화의 패턴을 신뢰성 있게 확인하여 단독으로 보안 및 재난 시스템을 구성하거나 기존 보안 시스템과 연동되도록 지원하는 음장 능동변화 분석 기반의 보안 및 재난 감지장치의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2020-0082129호 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0131697호
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 종래 영상, IR, 초음파 센서를 통한 보안 및 재난 감지가 가지고 있는 문제점과, 센서의 특성이나 환경적 요인으로 발생되는 오작동에 대한 대처 방안이 현재 없고, 일반적으로 센서 불량으로 인해 오작동이 발생되는 경우보다 기존 센서들이 가지고 있는 동작기준 때문에 불량이 존재하지도 않음에도 지속적으로 오작동이 발생되는 환경 모두를 벗어나, 공간상의 음장 변화 상태를 실시간으로 측정하여 초기 값의 정상파 신호와 해당 공간상에 침입자 및 화재 발생 등에 대한 경보 이벤트 발생 시 변화된 값에 대하여 수차례 이상 분석한 변화의 패턴을 신뢰성 있게 확인하여 단독으로 보안 및 재난 시스템을 구성하거나 기존 보안 시스템과 연동되도록 지원할 수 있는 음장 능동변화 분석 기반의 보안 및 재난 감지장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 공간 속에 음원을 발생시키기 위한 음원 발생부; 상기 음원이 발생된 공간 속에 음향을 수신하기 위한 음향 수신부; 상기 발생된 음원 및 수신된 음향을 기반으로 구성된 음장의 능동변화를 분석하여, 해당 분석된 값을 전기적인 신호로 변환하기 위한 센서 통합부; 상기 분석된 능동변화를 기반으로 경보를 발생하기 위한 경보 발생부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 센서 통합부는 일정한 주파수 대역으로 구성된 음원을 생성하여 음원 발생부를 통해 공간 속에 해당 음원을 발생시키기 위한 음원 생성부를 포함하고, 상기 센서 통합부는 수신된 음향을 통한 음장에 따른 복수의 주파수 대역 중 특정 주파수 대역의 선형합으로 이루어진 멀티톤을 형성하여 음장의 능동변화를 판별하기 위한 DSP를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 DSP는 멀티톤의 특정 주파수 대역을 기반한 성분 값을 도출하여 이상 상황을 감지한 경우, 해당 값을 전기적인 신호로 변환하고, 상기 DSP는 도출되는 복수개 성분 값의 평균치, 최대치 및 최소치 중 적어도 어느 하나 이상을 기초로 이상 상황을 판단하고, 상기 DSP는 음장 능동변화의 일정한 시간 주기 동안 음압 전달함수 변화의 편차 값에 대한 초기 음압 전달함수 편차의 평균 값의 비율인 이상 판단 신호 값을 측정하여 이상 상황을 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 센서 통합부는 전기적인 신호로 변화된 값을 외부 장치로 송신하기 위한 통신부를 포함하고, 상기 센서 통합부는 음장의 능동변화 및 분석된 값 중 적어도 어느 하나 이상을 저장하기 위한 메모리부를 포함하고, 상기 센서 통합부에 전력을 공급하기 위한 전력 공급부를 더 포함하며, 상기 전력 공급부는 AC/DC 어댑터 및 배터리를 중 적어도 어느 하나 이상을 통해 감지장치에 전력을 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 음장 능동변화 분석 기반의 보안 및 재난 감지장치는 공간상에 침입자 및 화재 발생 등에 대한 경보 이벤트 발생 시 변화된 값에 대하여 수차례 이상 분석한 변화의 패턴을 신뢰성 있게 확인할 수 있다.
또한, 기존의 음향센서, 적외선 센서, 초음파센서, 영상센서를 통한 침입감지 기술에 비해서 조용한 침입물체/사람에 대한 감지가 가능하고, 적외선 차폐나 사각지대를 통한 침입에 대해서도 감지할 수 있다.
또한, 기존의 불꽃, 연기, 열을 통하여 감지하는 기술과는 달리, 보안공간에 형성된 음장 스펙트럼이 변화하는 것을 측정하는 원리를 기반으로 하므로 구석진 사각지대에서 발생하는 화재나, 초기 불꽃이나 열이 작게 발생되는 시점에서 초기 화재를 감지할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 음장 능동변화 분석 기반의 보안 및 재난 감지장치를 개략적으로 도시한 도면
도 2는 본 발명에 따른 음장 능동변화 분석 기반의 보안 및 재난 감지방법에 대한 실시례를 설명한 도면
도 3은 본 발명에 따른 음장 능동변화 분석 기반의 보안 및 재난 감지장치의 기본 동작을 설명한 도면
도 4는 본 발명에 따른 음장 능동변화 분석의 일례를 나타낸 도면
도 5는 본 발명에 따른 음장 능동변화 분석의 멀티톤 활용의 일례를 나타낸 도면
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이고, 본 명세서에서 본 발명에 관련된 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 이에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이하, 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 음장 능동변화 분석 기반의 보안 및 재난 감지장치를 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 음장 능동변화 분석 기반의 보안 및 재난 감지장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1일 참조로 하면, 본 발명에 따른 음장 능동변화 분석 기반의 보안 및 재난 감지장치는 기본적으로 음원 발생부(100), 음향 수신부(200), 센서 통합부(300) 및 경보 발생부(400)를 포함하여 구성된다.
보다 구체적으로 본 발명은 공간 속에 음원을 발생시키기 위한 음원 발생부(100), 상기 음원이 발생된 공간 속에 음향을 수신하기 위한 음향 수신부(200), 상기 발생된 음원 및 수신된 음향을 기반으로 구성된 음장의 능동변화를 분석하여, 해당 분석된 값을 전기적인 신호로 변환하기 위한 센서 통합부(300), 상기 분석된 능동변화를 기반으로 경보를 발생하기 위한 경보 발생부(400)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 경보 발생부(400)는 분석된 능동변화를 기반으로 별도의 화재수신기나 중계기와 연결되기 위한 경보 입력모듈(410)이 구비될 수도 있다.
또한, 상기 음향 수신부(200)가 놓여 지거나 설치되는 위치는 보안 및 재난감지를 필요로 하는 공간 속에서 음향에 대한 전달 장애가 없이 노출된 벽면이 될 수도 있으며, 상기 음향 수신부(200)는 가청 주파수 범위에서 적어도 10mV/Pa 수준의 평평한 응답 특성을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 센서 통합부(300)는 일정한 주파수 대역으로 구성된 음원을 생성하여 음원 발생부(100)를 통해 공간 속에 해당 음원을 발생시키기 위한 음원 생성부(311)를 포함하며, 일례로, 음원 생성부(311)는 일정한 주파수 대역 중에서 가청 주파수 범위에서 10cm 전방에서 94db 이상의 음압이 발생 가능한 음원을 생성하며, 음압이 입력 신호 크기 및 시간에 대해서 일정한 값을 갖는 음원을 생성하는 것으로 한다.
상기 센서 통합부(300)는 수신된 음향을 통한 음장에 따른 복수의 주파수 대역 중 특정 주파수 대역의 선형합으로 이루어진 멀티톤(Multi-tone)을 형성하여 음장의 능동변화를 판별하기 위한 DSP(Digital Signal Processor)(310)를 포함하며, 일례로, 음향 수신부(200)에 의해 수신된 음향을 통한 음장에 따른 복수의 주파수 대역 중 특정 주파수 대역의 선형합으로 이루어진 멀티톤과 상기 음원 생성부(311)를 통해 생성된 음원을 대조하여 형성된 멀티톤을 통해 공간 속에 발생된 음원의 주파수와 동일하지 않을 경우, 이상 상황을 감지한 것으로 판단할 수도 있다.
또한, 상기 DSP(310)는 음원 생성부(311)가 단일 주파수의 사인파로 구성되거나 해당 사인파의 선형합으로 이루어진 멀티톤으로 형성된 음원을 발생시키는 것을 지원할 수도 있으며, 해당 발생된 음원은 보안 및 재난 감지를 필요로 하는 공간 속에 일정 시간, 기간(예: 보안 및 재난 감지에 필요한 시간으로써 시간 단위, 기간 단위 등) 동안 발생될 수도 있다.
또한, 상기 DSP(310)는 25600Hz 이상의 샘플링 주파수를 갖도록 설정될 수도 있으며, 해당 샘플링 되는 주파수를 기초로 FFT(Fast Fourier Transform)를 행하여 입력신호 대비 출력신호의 전달함수가 측정이 될 수도 있다.
또한, 여기서 FFT는 함수의 근사값을 계산하는 알고리즘으로써, 이산 푸리에 변환(discrete fourier transform)을 계산할 때 연산되는 횟수를 줄일 수 있고, FFT는 아날로그 영역의 신호로써, 시간 차원에 대한 신호에 대하여 주파수 성분을 분석할 때 분석의 수단으로 사용될 수도 있으며, 그 역으로써 주파수 차원에 대한 신호에 대하여 시간 성분을 분석할 때도 사용될 수도 있다. 한편, FFT를 통해 신호를 처리하는 것은 이미 공지된 기술이므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
상기 DSP(310)는 멀티톤의 특정 주파수 대역을 기반한 성분 값을 도출하여 이상 상황을 감지한 경우, 해당 값을 전기적인 신호로 변환하며, 상기 성분 값이란 이상 상황 판단 과정에서 도출되는 음압 전달함수와 관련된 모든 값들을 나타내며 하나의 음압 전달함수 값에 제한되는 것은 아니다.
또한, DSP(310)는 수신된 멀티톤 혹은 수신되어 형성된 멀티톤을 기초로 상기 성분 값인 음압 전달함수에 대한 값을 일정시간 간격으로 수차례(동일한 주파수에서도 측정 시 마다 음압 전달함수가 차이가 나는 편차가 있기 때문에 동일 주파수에 대해서 일정한 횟수(예: 5회 ~ 10회)로 연속 측정) 측정하여 편차를 구하고 이 값을 음압 전달함수 편차의 평균 값으로 설정할 수도 있다.
또한, 침입자가 있을 때 혹은 재난이 발생될 때의 상기 성분 값인 음압 전달함수를 구한 후 침입자가 있을 때 혹은 재난이 발생된 전과 후의 일정한 시간 주기에 맞추어 음압 전달함수의 변화 값의 편차 값에 대한 음장 전달함수 편차의 평균 값과의 비율인 이상 판단 신호 값을 통해서 이상 상황 판단 기준을 설정할 수도 있다.
또한, 상기 DSP(310)는 멀티톤의 특정 주파수 대역 및 특정 시간 주기 중 적어도 어느 하나 이상을 기반한 성분의 값을 도출하여 이상 상황을 감지한 경우, 해당 값을 전기적인 신호로 변환할 수도 있는데, 일례로, 1kHz의 중심 주파수를 기준으로 주파수 간극(△f)이 16Hz이면서 전후 8개씩 모두 17개의 주파수를 갖는 사인파들의 선형합으로 이루어진 멀티톤 음원을 발생하여 보안 및 재난 감지를 필요로 하는 공간 내에서 음압 전달함수를 FFT 변환하여 각 주파수 성분에서 얻은 이상 상황 발생 전의 상황과 발생 이후에 얻어진 음압 전달함수를 통해 이상 상황을 판단할 수도 있으며, 역으로 FFT 변환하여 각 시간 성분에서 얻은 이상 상황 발생 전의 상황과 발생 이후에 얻어진 음압 전달함수를 통해 이상 상황을 판단할 수도 있다.
상기 DSP(310)는 도출되는 복수개 성분 값의 평균치, 최대치 및 최소치 중 적어도 어느 하나 이상을 기초로 이상 상황을 판단하며, 특정한 주파수를 갖는 소리는 보안 공간 내부 구조의 변화에 따라 중첩에 의한 보강 및 상쇄 간섭이 일어나고 이는 주파수 마다 상이하므로 동일한 주파수에서도 측정 시 마다 음압 전달함수가 차이가 나는 편차가 있기 때문에 동일 주파수에 대해서 일정한 횟수(예: 5회 ~ 10회)로 연속 측정하여, 각 측정된 복수개의 성분 값의 평균치, 최대치 및 최소치 중 적어도 어느 하나 이상을 기초로 정확한 이상 상황을 판단할 수도 있다.
상기 DSP(310)는 음장 능동변화의 일정한 시간 주기 동안 음압 전달함수 변화의 편차 값에 대한 초기 음압 전달함수 편차의 평균 값의 비율인 이상 판단 신호 값을 측정하여 이상 상황을 판단하는데, 상기 DSP(310)는 일정 시간주기 동안 음원 발생부(100)에서 발생된 일정한 음압을 갖는 음원이 보안 및 재난 감지를 필요로 하는 공간 내로 전파되어 음향 수신부(200)에서 감지되는 음압 값의 비율로 결정되는 음장 전달함수를 측정될 수도 있다.
또한, 상기 측정된 음장 전달함수는 초기 음원 발생부(100)에서 생성된 음원을 기초로 하는 음장 전달함수 초기 값과 비교하고, 그 차이가 초기의 음장 전달함수의 편차와 비교하여 정해진 값 이상일 때 이상 상황 발생 여부를 판단하게 되는데, 시간적인 변화에 따른 보안 및 재난 감지를 필요로 하는 공간 내의 점진적인 대기의 온습도 변화 또는 환경변화로 발생하는 음장 전달함수의 느린 변화가 누적되어 이상 상황이 발생하지 않은 상황에서도 이상으로 판단하는 오작동 문제를 해결하기 위하여 정해진 시간 간격에 따라 초기 값을 초기화할 수도 있다.
더욱 구체적으로, 시간적인 변화에 따른 보안 및 재난 감지를 필요로 하는 공간 내의 점진적인 대기의 온습도 변화 또는 환경변화로 발생하는 음장 전달함수를 통하여 초기 값을 초기화하는 주기에 대한 정보를 얻고 최종적으로 이상 상황이 발생되지 않을 때의 계속적으로 측정되는 음장 전달함수에 대한 편차의 평균 값을 최적화하여 감지의 정확도와 신뢰도를 올릴 수도 있다.
또한, 상기 계속적으로 측정되는 음장 전달함수는 5 내지 10 차례로 반복적으로 측정되고 이에 대한 편차의 평균 값을 최적화할 수도 있으며, 상기 DSP(310)는 보안 및 재난설정을 일정한 시간 주기에 맞추어 음압 전달함수의 변화 값의 편차 값에 대한 초기 음장 전달함수 편차의 평균 값과의 비율인 이상 판단 신호 값을 측정하여 센서 통합부(300)에 포함된 메모리부(314)에 저장할 수도 있다.
상기 이상 판단 신호 값에 따른 이상 상황 판단의 일례로, 보안 및 재난 감지가 시작되면 보안 및 재난 감지를 필요로 하는 공간 내에서 공간의 음압 전달함수를 5 내지 10 차례 측정(동일한 주파수에서도 측정 시 마다 음압 전달함수가 차이가 나는 편차가 있기 때문에 동일 주파수에 대해서 일정한 횟수(예: 5회 ~ 10회)로 연속 측정)하여 초기 음압 전달함수 정보로 저장을 하고, 측정된 각각의 음압 크기 및 위상 정보를 저장하고, 이에 따른 전달함수의 평균 및 편차를 저장한다.
상기 저장이 끝나면 음압 전달함수의 변화를 측정하는데, 이를 위해, 미리 정한 일정 시간(예: 분 단위 시간 등)에 따라 음압 전달함수의 값을 주기적으로 측정하고 이를 이용하여 음압 변화를 측정하고 시간대별 음압 변화를 분석하고, 해당 분석 결과를 바탕으로 음압 전달함수의 변화의 편차 값에 대한 초기 음압 전달함수 편차의 평균 값의 비율인 이상 판단 신호 값에 대한 이상 상황 기준 값이 설정되게 된다.
상기와 같은 설정이 끝나면 음장 감시 모드로 돌입을 하는데, 우선적으로, 일반적인 감시에 들어가고 일반적 감시는 일정한 시간 간격으로 음압 전달함수를 측정하고 특정 주파수 별 음압 전달함수의 평균 및 편차를 도출한다.
구체적으로, 상기와 같은 일반적 감시에서는 음원 생성부(311)에서 생성된 음원에 대한 음량은 보안 및 재난이 감지될 수 있는 최소의 크기로 설정될 수도 있으며, 앞서 보안 및 재난 감지 시작 시 설정된 시간 초기화 주기에 따라 이상 상황 판단 여부를 결정하는 초기 값을 수시로 재설정하여 점진적인 대기의 온습도 변화 등 느리게 변화하는 음향 전달함수의 변화에 의해 보안 경보가 울리지 않게 할 수도 있다.
또한, 이상 상황이 발생하거나 혹은 보안 및 재난 감지를 필요로 하는 공간 외부로부터의 소음에 의해서 이상 상황 발생이 의심되는 상황에 대한 음압 전달함수가 짧은 시간 내에 급격하게 변화하면 이상 상황 발생으로 의심할 수도 있지만, 상기 상황과 관련된 오동작을 선제적으로 판단할 수도 있다.
상기와 같은 보안 및 재난 감지를 필요로 하는 공간 외부 소음에 의한 오동작을 피하기 위해서 음원 생성부(311)를 통해 고음량의 음원을 생성하고, 해당 음원을 보안 및 재난 감지를 필요로 하는 공간 내에 발생시켜 이상 상황을 판단할 수도 있으며, 이때에는 음원 생성부(311)에서 발생되는 음원에 대한 음압의 크기를 단계별로 증가시켜 최대 음압까지에 대한 이상 상황을 판단할 수도 있다.
또한, 보안 및 재난 감지를 필요로 하는 공간내의 음압 전달함수의 특성상 이와 같이 음압의 크기가 커진다 하더라도 음압 전달함수의 변화 값의 편차 값에 대한 초기 음장전달 함수 편차의 평균 값과의 비율인 이상 판단 신호 값은 이상 상황이 발생하지 않는 한 동일하므로 초기 값과의 비교를 통해서 단순 외부로부터의 잡음인지, 아니면 확실한 이상 상황 발생인지를 판단할 수도 있게 된다.
더욱 구체적으로, 고음량의 음원을 생성을 통한 보안 및 재난 감지를 필요로 하는 공간 외부 소음을 통해 이상 상황이라고 판단되면, 계속해서 음압 전달함수의 변화 값의 편차 값에 대한 초기 음장전달 함수 편차의 평균 값과의 비율인 이상 판단 신호 값을 측정하고, 음원 생성부(311)를 통해 다양한 주파수를 갖는 사인파 음원을 생성하여 음원의 주파수 변화에 따른 이상 상황 판단 신호 값 변화를 감지하고, 상기 메모리부(314)에 저장된 다양한 원인에 따른 이상 판단 신호 값들과 비교함으로써, 음장 변화의 원인이 이상 상황 발생에 대한 출입구 개폐 또는 물체의 이동과 같은 내부의 음장 구조의 변화에 기인하는 것인지, 아니면 냉난방기 가동과 같은 갑작스러운 실내 공기의 온습도 및 대류 변화에 기인하는 것인지를 구분할 수도 있다.
또한, 이상 상황으로 확실하게 판단되면 센서 통합부(300)에 포함된 통신부(313)를 통해 외부 장치로 상기 판단된 값들을 송신하거나 상기 경보 입력모듈(410)을 통해 경보 발생부(400)에 의해 경보를 발생시킬 수도 있으며, 상기 이상 판단 신호 값에 따른 이상 상황 판단의 일례는 필요에 따라서는 위의 설명에서 일부 과정은 생략되거나 다른 과정이 추가되어서 운영될 수도 있다.
또한, 이상 상황에서의 판단의 척도로서 사용되는 일례로, 음압 전달함수는 H(s), H'(s)에 대한 전달함수를 구하는 방식을 따를 수도 있는데, 음압 전달함수에 대해 "수학식 1: Abs(Amp - Amp')=20*log(H(s)) - 20*log(H'(s))" = "수학식 2: 20*log(Pout/Vin) - 20*log(P'out/V'in)" = "수학식 3: 20*log(Pout/P'out * Vin/V'in)"을 통해서 도출되며, 여기서 P, V 값은 제곱의 평균치의 1/2승인 RMS(Root Mean Square) 값이 사용될 수도 있다. 이 때 전달함수 H(s)는 음원 발생부(100)의 입력전압(Vin) 대비 음향 수신부(200)를 통해서 얻어진 음압(Pout)의 비율인 Pout/Vin의 값으로써 얻어질 수도 있다.
상기 수학식 1을 참고하면, 음압 전달함수는 입력전압(Vin)의 크기에 비례하여 음압이 함께 커지므로 이상 상황이 발생되지 않을 때는 계속하여 측정되는 수학식 1에 대한 값은 동일하나 이상 상황이 발생될 경우는 해당 값은 변하게 된다. 수학식 2 내지 3은 로그 값의 차가 되지만 실질적으로 이상 상황 발생 전후의 음압 비율의 로그 값이 되며 주파수에 따른 음압 비율의 로그 값은 플러스(+) 혹은 마이너스(-)로 변동되게 되며, 이 변동 값에 대해 절대값을 취하면 이상 상황에 의해 음압이 커지거나 감소하는 모든 경우에 대해 일정 크기의 로그 값을 기준으로 침입을 판단할 수도 있고,
상기 센서 통합부(300)는 전기적인 신호로 변화된 값을 외부 장치로 송신하기 위한 통신부(313)를 포함하며, 해당 통신부(313)는 음장의 능동변화 및 분석된 값 중 적어도 어느 하나 이상을 저장한 메모리부(314)에 대한 송신도 외부 장치로 가능하며, 해당 통신부(313)는 감지장치(1)와 외부 장치 상호간 온라인 네트워크를 통해 접속하기 위한 유무선 통신모듈을 구비하며, 해당 유무선 통신모듈은 NFC(Near Field Communication), 블루투스(Bluetooth), WiFi, RF 통신 모듈, LoRa(Long Range), ZigBee, 3G/LTE 모듈, 시리얼(USB) 통신, 이더넷 통신 등의 다양한 유무선 통신모듈을 포함하는 것으로 해석되어야 하며, 제조사 서버 및 클라우드 서버에서 제공하는 각종 기능을 실행하기 위한 소프트웨어, 애플리케이션 등을 구비할 수 있다.
또한, 본 발명에서 언급하는 온라인 네트워크라 함은 유선 공중망, 무선 이동 통신망, 또는 휴대 인터넷 등과 통합된 코어 망일 수도 있고, TCP/IP 프로토콜 및 그 상위 계층에 존재하는 여러 서비스, 즉 HTTP(Hyper Text Transfer Protocol), HTTPS(Hyper Text Transfer Protocol Secure), Telnet, FTP(File Transfer Protocol), DNS(Domain Name System), SMTP(Simple Mail Transfer Protocol) 등을 제공하는 전 세계적인 개방형 컴퓨터 네트워크 구조를 의미할 수 있으며, 이러한 예에 한정하지 않고 다양한 형태로 데이터를 송수신할 수 있는 데이터 통신망을 포괄적으로 의미하는 것이다.
또한, 상기 외부 장치는 CCTV, IR 센서, 웹캠(Web Cam), 초음파 센서, 보안 및 재난 감지와 관련된 각종 센서, 스마트폰(smartphone), 태블릿 PC(tablet personalcomputer), 이동 전화기(mobile phone), 영상 전화기, 데스크탑 PC(desktoppersonal computer), 랩탑 PC(laptop personal computer), 넷북 컴퓨터(netbook computer), PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), 웨어러블 장치(wearable device)(예: 스마트 안경, 머리 착용형 장치(head-mounted-device(HMD) 등) 또는 스마트 와치(smart watch)) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이러한 예에 한정하지 않고 다양한 형태로 전기적인 신호로 변화된 값을 송수신 할 수 있는 장치를 의미하는 것이다.
상기 센서 통합부(300)는 음장의 능동변화 및 분석된 값 중 적어도 어느 하나 이상을 저장하기 위한 메모리부(314)를 포함하고, 도시되지는 않았지만, 메모리 부는 내장 메모리 또는 외장 메모리를 포함할 수 있다. 내장 메모리는, 예를 들면, 휘발성 메모리(예를 들면, DRAM(dynamic RAM), SRAM(static RAM), SDRAM(synchronous dynamic RAM) 등) 또는 비휘발성 메모리(non-volatile Memory, 예를 들면, OTPROM(one time programmable ROM), PROM(programmable ROM), EPROM(erasable and programmable ROM), EEPROM(electrically erasable and programmable ROM), mask ROM, flash ROM, NAND flash memory, NOR flash memory 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 내장 메모리는 Solid State Drive (SSD)일 수도 있다. 그리고 외장 메모리는 flash drive, 예를 들면, CF(compact flash), SD(secure digital), Micro-SD(micro secure digital), Mini-SD(mini secure digital), xD(extreme digital) 또는 Memory Stick 등을 더 포함할 수 있다. 외장 메모리는 다양한 인터페이스를 통하여 센서 통합부(300)와 기능적으로 연결될 수도 있다.
본 발명인 감지장치의 센서 통합부(300)에 전력을 공급하기 위한 전력 공급부(312)를 더 포함하며, 전력 공급부(312)는 AC/DC 어댑터 및 배터리를 중 적어도 어느 하나 이상을 통해 감지장치(1)에 전력을 공급하며, 일례로, 전력 공급부(312)는 DSP(310)에 직접적으로 전력을 공급하고, 전력을 공급받은 DSP(310)는 전력량을 제어하면서 상기 구성요소들에게 전력을 공급할 수가 있다.
또한, 상기 DSP(310)가 상기 구성 요소들(예: 음원 발생부(100), 음향 수신부(200), 경보 발생부(400), 음원 생성부(311), 통신부(313), 메모리부(314), 경보 입력모듈(410), 경보 발생부(400))에게 전력을 공급함으로써, 감지장치(1) 전체에 대해 전력이 효율적으로 공급될 수 있도록 한다.
또한, 상기 AC/DC 어댑터는 입력 110~220VAC, 60Hz / 출력 24VDC 1.5A의 전력 공급부(312)를 구성할 수 있으며, 상기 배터리는 AAA 건전지 16개(24VDC)의 전력 공급부(312)를 구성할 수 있으며, 배터리는 망간/알카라인 타입의 AAA 건전지 8개 또는 16개로 전력 공급부(312)를 구성할 수 있으며, 연속하여 4시간 동안 감지장치를 동작 시킬 수 있다.
전술된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)에 의해 서로 연결되어 있으며, DSP(310)는 상기 구성요소들에게 신호(예: 제어 메시지)를 전달하여 상기 구성 요소들을 제어할 수 있다.
상기 DSP(310)는 감지장치(1)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 예컨데, DSP(310)는 상기 버스를 통해 전술한 다른 구성 요소들(예: 음원 발생부(100), 음향 수신부(200), 경보 발생부(400), 음원 생성부(311), 통신부(313), 메모리부(314), 경보 입력모듈(410), 경보 발생부(400), 전력 공급부(312))로부터 명령을 수신하여, 수신된 명령을 해독하고, 해독된 명령에 따른 연산이나 데이터 처리를 실행할 수 있으며, 상기 DSP(310)는 프로그래밍 모듈을 포함할 수도 있는데, 해당 프로그래밍 모듈은 DSP(310)가 감지장치(1)의 전반적인 동작을 효율적으로 제어되도록 소프트웨어적으로 업데이트를 하여 제어를 지원할 수도 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 장치 혹은 부(예: 모듈들 또는 그 기능들) 또는 설명(예: 동작들)의 적어도 일부는, 예컨대, 프로그래밍 모듈의 형태로 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체(computer-readable storage media)에 저장된 명령어로 구현될 수 있다. 상기 명령어는, 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 경우, 상기 하나 이상의 프로세서가 상기 명령어에 해당하는 기능을 수행할 수 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체는, 예를 들면, 상기 메모리부(314)가 될 수 있다. 상기 프로그래밍 모듈의 적어도 일부는, 예를 들면, 상기 프로세서에 의해 구현(implement)(예: 실행)될 수 있다. 상기 프로그래밍 모듈의 적어도 일부는 하나 이상의 기능을 수행하기 위한, 예를 들면, 모듈, 프로그램, 루틴, 명령어 세트 (sets of instructions) 또는 프로세스 등을 포함할 수 있다.
상기 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에는 하드디스크, 플로피디스크 및 자기 테이프와 같은 마그네틱 매체(Magnetic Media)와, CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory), DVD(Digital Versatile Disc)와 같은 광기록 매체(Optical Media)와, 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media)와, 그리고 ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령(예: 프로그래밍 모듈)을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함될 수 있다. 또한, 프로그램 명령에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 다양한 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지다.
다양한 실시 예에 따른 모듈 또는 프로그래밍 모듈은 전술한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하거나, 일부가 생략되거나, 또는 추가적인 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에 따른 모듈, 프로그래밍 모듈 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적, 병렬적, 반복적인 방법으로 실행될 수 있다. 또한, 일부 동작은 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 다른 동작이 추가될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 음장 능동변화 분석 기반의 보안 및 재난 감지방법에 대한 실시례를 설명한 도면이다.
한편으로, 본 발명에 따른 음장 능동변화 분석 기반의 보안 및 재난 감지방법에 대한 실시례는 기본적으로 공간 내 음압 측정단계(P100), 측정된 음압에 대한 성분 저장단계(P200), 초기 음압에 대한 성분 설정단계(P300), 음압에 대한 성분 비교단계(P400), 이상 상황 판단단계(P500)를 포함하여 구성된다.
보다 구체적으로 도 2를 참조하면, 본 발명은 보안 및 재난 감지가 시작되면 보안 및 재난 감지를 필요로 하는 공간 내에서 공간의 음압 전달함수를 5 내지 10 차례 측정하는 단계, 측정된 초기 음압 전달함수 정보로 저장을 하고, 측정된 각각의 음압 크기 및 위상 정보를 저장하고, 이에 따른 전달함수의 평균 및 편차를 저장하는 단계를 포함한다.
또한, 해당 저장이 끝나면 음압 전달함수의 변화를 측정하는데, 이를 위해, 미리 정한 일정 시간(예: 분 단위 시간 등)에 따라 음압 전달함수의 값을 주기적으로 측정하는 단계 및 이를 이용하여 음압 변화를 측정하고 시간대별 음압 변화를 분석하고, 해당 분석 결과를 바탕으로 음압 전달함수의 변화의 편차 값에 대한 초기 음압 전달함수 편차의 평균 값의 비율인 이상 판단 신호 값에 대한 이상 상황 기준 값이 설정하는 단계 및 계속하여 도출되는 이상 판단 신호 값 도출단계를 포함하여 최종적으로 이상 상황을 판단되게 된다.
또한, 이상 상황이 발생하거나 혹은 보안 및 재난 감지를 필요로 하는 공간 외부로부터의 소음에 의해서 이상 상황 발생이 의심되는 상황에 대한 음압 전달함수가 짧은 시간 내에 급격하게 변화하면 이상 상황 발생으로 의심할 수도 있지만, 상기 상황과 관련된 오동작을 선제적으로 판단할 수도 있다.
상기와 같은 보안 및 재난 감지를 필요로 하는 공간 외부 소음에 의한 오동작을 피하기 위해서 음원 생성부(311)를 통해 고음량의 음원을 생성하고, 해당 음원을 보안 및 재난 감지를 필요로 하는 공간 내에 발생시켜 이상 상황을 판단할 수도 있으며, 이때에는 음원 생성부(311)에서 발생되는 음원에 대한 음압의 크기를 단계별로 증가시켜 최대 음압까지에 대한 이상 상황을 판단할 수도 있다.
또한, 보안 및 재난 감지를 필요로 하는 공간내의 음압 전달함수의 특성상 이와 같이 음압의 크기가 커진다 하더라도 음압 전달함수의 변화 값의 편차 값에 대한 초기 음장전달 함수 편차의 평균 값과의 비율인 이상 판단 신호 값은 이상 상황이 발생하지 않는 한 동일하므로 초기 값과의 비교를 통해서 단순 외부로부터의 잡음인지, 아니면 확실한 이상 상황 발생인지를 판단할 수도 있게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 음장 능동변화 분석 기반의 보안 및 재난 감지장치의 기본 동작을 설명한 도면이다.
보다 구체적으로 도 3을 참조하면, 음원 생성부(311)를 통해 생성된 음원이 음원 발생부(100)에 의해 보안 및 재난 감지를 필요로 하는 공간 내에서 발생되어 어떠한 이상 상황도 일어나지 않는다면 일정한 음장 상태에 대한 무변화 대기 값(S100)을 가지고, 보안 및 재난 감지를 필요로 하는 공간 내에 침입자가 발생할 시 음장 변화 값(S200)에 대한 신호를 음향 수신부(200)를 통해 감지하고 센서 통합부(300)에 의해 최종적으로 침입자가 발생했다는 판단이 이루어진다.
또한, 보안 및 재난 감지를 필요로 하는 공간 내에 재난이 발생할 시 음장 변화 (S300)값에 대한 신호를 음향 수신부(200)를 통해 감지하고 센서 통합부(300)에 의해 최종적으로 재난이 발생했다는 판단이 이루어지며, 더 나아가, 침입자 발생 또는 재난 발생에 대한 음장 변화 값에 대한 신호는 구별되어 침입자 발생했는지 아님 재난이 발생했는지에 대한 판단도 같이 이루어질 수도 있다.
도 4는 본 발명에 따른 음장 능동변화 분석의 일례를 나타낸 도면이다.
보다 구체적으로 도 4를 참조하면, 초기 음장의 경우는 어떠한 변화도 없이 계속해서 음향 수신부(200)로부터 수신되고 센서 통합부(300)에서 측정되는 음장에 대한 성분 값이 일정(a)하며, 이상 상황이 발생되면 음장에 대한 성분 값이 변화(b)되고 음향 수신부(200)로부터 수신되어 센서 통합부(300)에서 측정되는 음장에 대한 성분 분석을 통해 최종적으로 이상 상황 판단이 이루어질 수도 있다.
도 5는 본 발명에 따른 음장 능동변화 분석의 멀티톤 활용의 일례를 나타낸 도면이다.
보다 구체적으로 도 5를 참조하면, 1kHz의 중심 주파수를 기준으로 주파수 간극(△f)이 16Hz이면서 전후 8개씩 모두 17개의 주파수를 갖는 사인파들의 선형합으로 이루어진 멀티톤 음원을 발생하여 보안 및 재난 감지를 필요로 하는 공간 내에서 음압 전달함수를 FFT 변환하여 각 주파수 성분에서 얻은 이상 상황 발생 전의 상황과 발생 이후에 얻어진 음압 전달함수를 통해 이상 상황을 판단할 수도 있으며, 역으로 FFT 변환하여 각 시간 성분에서 얻은 이상 상황 발생 전의 상황과 발생 이후에 얻어진 음압 전달함수를 통해 이상 상황을 판단할 수도 있다.
그리고, 본 명세서와 도면에 개시된 실시 예들은 본 개시의 내용을 쉽게 설명하고, 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 개시의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 개시의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 개시의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 개시의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 음원 발생부 200 : 음향 수신부
300 : 센서 통합부 310 : DSP
311 : 음원 생성부 312 : 전력 공급부
313 : 통신부 314 : 메모리부
400 : 경보 발생부 410 : 경보 입력모듈

Claims (10)

  1. 공간 속에 음원을 발생시키기 위한 음원 발생부;
    상기 음원이 발생된 공간 속에 음향을 수신하기 위한 음향 수신부;
    상기 발생된 음원 및 수신된 음향을 기반으로 구성된 음장의 능동변화를 분석하여, 해당 분석된 값을 전기적인 신호로 변환하기 위한 센서 통합부;
    상기 분석된 능동변화를 기반으로 경보를 발생하기 위한 경보 발생부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 음장 능동변화 분석 기반의 보안 및 재난 감지장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서 통합부는 일정한 주파수 대역으로 구성된 음원을 생성하여 음원 발생부를 통해 공간 속에 해당 음원을 발생시키기 위한 음원 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 음장 능동변화 분석 기반의 보안 및 재난 감지장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서 통합부는 수신된 음향을 통한 음장에 따른 복수의 주파수 대역 중 특정 주파수 대역의 선형합으로 이루어진 멀티톤을 형성하여 음장의 능동변화를 판별하기 위한 DSP를 포함하는 것을 특징으로 하는 음장 능동변화 분석 기반의 보안 및 재난 감지장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 DSP는 멀티톤의 특정 주파수 대역을 기반한 성분 값을 도출하여 이상 상황을 감지한 경우, 해당 값을 전기적인 신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 음장 능동변화 분석 기반의 보안 및 재난 감지장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 DSP는 도출되는 복수개 성분 값의 평균치, 최대치 및 최소치 중 적어도 어느 하나 이상을 기초로 이상 상황을 판단하는 것을 특징으로 하는 음장 능동변화 분석 기반의 보안 및 재난 감지장치.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 DSP는 음장 능동변화의 일정한 시간 주기 동안 음압 전달함수 변화의 편차 값에 대한 초기 음압 전달함수 편차의 평균 값의 비율인 이상 판단 신호 값을 측정하여 이상 상황을 판단하는 것을 특징으로 하는 음장 능동변화 분석 기반의 보안 및 재난 감지장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서 통합부는 전기적인 신호로 변화된 값을 외부 장치로 송신하기 위한 통신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 음장 능동변화 분석 기반의 보안 및 재난 감지장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서 통합부는 음장의 능동변화 및 분석된 값 중 적어도 어느 하나 이상을 저장하기 위한 메모리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 음장 능동변화 분석 기반의 보안 및 재난 감지장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서 통합부에 전력을 공급하기 위한 전력 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음장 능동변화 분석 기반의 보안 및 재난 감지장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 전력 공급부는 AC/DC 어댑터 및 배터리를 중 적어도 어느 하나 이상을 통해 감지장치에 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 음장 능동변화 분석 기반의 보안 및 재난 감지장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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