KR20230133422A - 스마트 헬멧을 이용한 작업자 안전 관리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스마트 헬멧을 이용한 작업자 안전 관리 시스템에 관한 것으로, 작업자가 머리에 착용 가능하며, 착용을 마친 작업자가 작업을 수행하는 과정에서 해당 작업과 관련하여 발생하는 각종 정보를 생성하는 스마트 헬멧; 및 상기 스마트 헬멧과 무선 통신 네트워크를 구축하여 상기 스마트 헬멧을 통해 생성되는 정보를 수신하여 내부에 저장 관리하는 관리서버;을 포함하며, 상기 스마트 헬멧은, 작업자의 머리에 착용 가능한 헬멧 형태로 마련되어 착용을 마친 작업자의 머리를 외부 충격으로부터 보호하는 헬멧 본체; 상기 헬멧 본체 일측에 설치되어 상기 헬멧 본체의 전방측을 촬영하여 작업 영상정보를 생성하는 영상수집 모듈; 상기 헬멧 본체 일측에 설치되어 작업자 주변 온도 및 습도의 수준과 유해물질 발생여부를 감지하여 환경 감지정보를 생성하는 환경 센싱모듈; 상기 헬멧 본체 일측에 설치되어 상기 관리서버와 무선 통신망을 구축하여 상기 영상수집 모듈을 통해 생성되는 작업 영상정보 및 상기 환경 센싱모듈을 통해 생성되는 환경 감지정보를 상기 관리서버에 전송하는 통신 모듈; 및 상기 헬멧 본체 일측에 설치되어 상기 영상수집 모듈, 환경 센싱모듈 및 통신 모듈의 작동 상태를 제어하는 제어 모듈;을 포함한다.

Description

스마트 헬멧을 이용한 작업자 안전 관리 시스템 {WORKER SAFETY MANAGEMENT SYSTEM USING SMART HELMET}

본 발명은 스마트 헬멧을 이용한 작업자 안전 관리 시스템에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 교육부와 한국연구재단이 지원하는 지자체-대학협력기반지역혁신사업으로 수행된 디지털 전환을 위한 조선/해운 ICT 융합 스마트 안전모 기획/실증 과제에 대한 연구결과로서, 구체적으로 본 연구와 관련된 세부사항은 아래와 같다.

- 연구사업명 : 성장동력실증기획지원(R&D)

- 연구과제명: 자체진단 기능이 내장된 환경 IoT 모듈 및 AI기반 산업재해 발생 예측모니터링 솔루션 개발

- 부처명: 교육부

- 과제관리기관명: 한국연구재단

- 과제수행기관명: 경남대학교

- 과제기간 : 2021.06.01.~ 2022.03.15.

기존의 헬멧에 다양한 분야의 기술들을 융복합시켜 다기능성을 확보한 스마트 헬멧이 최근에는 여러 형태로 개발되고 있으며, 실제 많은 작업 현장 환경에 맞춰 개발된 스마트 헬멧이 사용되고 있다.

예를 들어, 빈번히 위급한 상황에 처해질 수 있는 소방관, 군인 등을 비롯해, 다양한 사고 원인들로부터 노출된 상태로 작업을 진행하게 되는 공사 현장의 작업자에 이르기까지 해당 스마트 헬멧을 착용함으로서, 착용자의 안전을 보호받고 더욱 효율적인 작업 진행이 이루어질 수 있도록 할 수 있다.

더 나아가, 이와 같이 마련된 스마트 헬멧을 이용해 특정 작업지역에서 해당 헬멧을 착용하고 작업을 수행하는 작업자들을 효과적으로 관리, 감독하여 상황을 실시간으로 모니터링하고, 각종 상황들에 발빠른 대처가 가능하도록 하기 위한 시스템을 구축하는 방식으로 기술이 활용되고 있는 실정이다.

이와 관련하여, 특정 사용 환경에 맞추어 실질적으로 필요성이 지속 요구되던 다양한 기능들을 적합하게 부가한 스마트 헬멧을 기반으로 이를 착용한 작업자의 안전을 관리하기 위한 시스템 구축을 위해 마련된 종래기술로는. 대한민국 등록특허공보 제10-2128679호의 "작업자 안전관리 및 현장 커뮤니케이션을 위한 무선타입 스마트 안전모 제어 시스템"(이하, '종래기술'이라고 함)이 있다.

하지만, 종래기술을 비롯한 기존의 스마트 헬멧을 이용한 작업자 관제 시스템의 경우, 단순히 스마트 헬멧을 착용한 작업자에게만 일정 기능을 제공할 뿐 작업자 본인과 관리자간의 양방향적인 정보 교환을 통한 작업 안정성의 유지 및 고도화를 위한 기능이 제공되지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로써, 본 발명의 목적은 스마트 헬멧이 종래와 달리 작업자의 작업 효율 및 안정성 확보 측면에서의 기능적 고도화를 이룸과 동시에 이와 연계되어 관리서버와 유기적 상호 작용 방식을 새롭고 효율적으로 제시하여 작업자 안전 관리가 효과적으로 이루어질 수 있는 시스템을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 스마트 헬멧을 이용한 작업자 안전 관리 시스템은, 작업자가 머리에 착용 가능하며, 착용을 마친 작업자가 작업을 수행하는 과정에서 해당 작업과 관련하여 발생하는 각종 정보를 생성하는 스마트 헬멧; 및 상기 스마트 헬멧과 무선 통신 네트워크를 구축하여 상기 스마트 헬멧을 통해 생성되는 정보를 수신하여 내부에 저장 관리하는 관리서버;을 포함하며, 상기 스마트 헬멧은, 작업자의 머리에 착용 가능한 헬멧 형태로 마련되어 착용을 마친 작업자의 머리를 외부 충격으로부터 보호하는 헬멧 본체; 상기 헬멧 본체 일측에 설치되어 상기 헬멧 본체의 전방측을 촬영하여 작업 영상정보를 생성하는 영상수집 모듈; 상기 헬멧 본체 일측에 설치되어 작업자 주변 온도 및 습도의 수준과 유해물질 발생여부를 감지하여 환경 감지정보를 생성하는 환경 센싱모듈; 상기 헬멧 본체 일측에 설치되어 상기 관리서버와 무선 통신망을 구축하여 상기 영상수집 모듈을 통해 생성되는 작업 영상정보 및 상기 환경 센싱모듈을 통해 생성되는 환경 감지정보를 상기 관리서버에 전송하는 통신 모듈; 및 상기 헬멧 본체 일측에 설치되어 상기 영상수집 모듈, 환경 센싱모듈 및 통신 모듈의 작동 상태를 제어하는 제어 모듈;을 포함한다.

여기서, 상기 관리서버는, 상기 통신 모듈과 무선 통신망을 구축하여 상기 통신 모듈로부터 전송되는 작업 영상정보 및 환경 감지정보를 수신하는 서버 통신부; 상기 서버 통신부를 통해 수신되는 정보를 기록 저장하여 데이터베이스화하는 서버 저장부; 및 상기 서버 통신부를 통해 수신되는 작업 영상정보를 기반으로 영상 내 작업자에 관한 객체검출을 수행 후 검출된 작업자 객체의 행동변화에 관한 영상분석을 수행하여 작업자의 행동 정보를 생성하는 영상 분석부;를 포함하며, 상기 서버 통신부는 상기 영상 분석부를 통해 생성된 작업자의 행동정보를 무선 통신망을 구축하여 연결된 관리단말에 전송한다,

아울러, 상기 관리서버는, 상기 영상 분석부를 통해 생성된 작업자의 행동정보를 기반으로 기 설정된 위험상황 발생 시의 작업자의 행동패턴과 기 설정된 수준 이상으로 대응되는지 여부를 판단하여 위험상황 발생 예측을 위한 분석을 수행하여, 분석 결과 위험상황 발생이 예측될 경우 위험상황 발생 알림정보를 생성하는 위험상황 알림부;를 더 포함하며, 상기 서버 통신부는 상기 위험상황 알림부를 통해 생성된 위험상황 발생 알림정보를 상기 관리단말에 전송한다.

본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 작업자가 작업현장 내에서 실시간 영상정보를 수집하여 관리서버에 제공하고, 이를 이용해 관리서버는 영상정보 내 다른 작업자들의 객체 파악과 행동 분석을 수행하여 작업자들의 안전 관리를 효과적으로 이루어지게 한다.

둘째, 작업자의 작업현장 내 온도 및 습도의 변화를 비롯해, 주변 유해물질의 발생여부와 같은 환경정보들을 지속적으로 수집하여 관리서버에 제공함으로서, 관리자는 급격한 환경 변화나 유해물질의 발생으로 인한 위험환경의 노출에 대해 즉각적으로 대처하여 작업자의 안전을 쉽게 확보할 수 있다.

도1은 본 발명에 따른 작업자 안전 관리 시스템의 구성 형태를 도시한 구성도이다.
도2는 본 발명에 따른 작업자 안전 관리 시스템 내 스마트 헬멧의 구조를 도시한 정면도이다.
도3은 본 발명에 따른 작업자 안전 관리 시스템의 구성요소를 도시한 블록도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지된 기술적 부분에 대해서는 설명의 간경함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.

<스마트 헬멧을 이용한 작업자 안전 관리 시스템에 관한 설명>

도1 및 도3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 스마트 헬멧(100)을 이용한 작업자 안전 관리 시스템(10)은 스마트 헬멧(100), 관리서버(200) 및 관리단말(300)이 상호 통신 네트워크를 구축하며 연결되어 각종 정보, 신호, 명령 등을 송수신을 통해 주고 받으며 상호 작용하여 작업자의 특정 작업지역 내에서의 작업 과정을 효과적으로 관제하기 위한 시스템에 해당한다.

스마트 헬멧(100)은 작업자가 머리에 착용 가능하며, 착용을 마친 작업자가 작업을 수행하는 과정에서 해당 작업과 관련하여 발생하는 각종 정보를 생성하는 스마트 기기이다.

관리서버(200)는 스마트 헬멧(100)과 무선 통신 네트워크를 구축하여 스마트 헬멧(200)을 통해 생성되는 정보를 수신하여 내부에 저장 관리하는 서버 구성으로, 관제 센터에서 관리하게 된다.

관리단말(300)은 관리서버(200)에 접속하여 내부에 기 저장된 각종 정보들을 출력 제공받는 컴퓨터, 노트북, 휴대폰, 태블릿 등의 기기를 의미하며, 관제 센터 내부에 설치된다.

결과적으로, 본 발명의 스마트 헬멧(100)을 이용한 작업자 관제 시스템(10) 내에서는 스마트 헬멧(100)을 착용한 작업자들이 특정 작업지역 내에 배치되어 작업을 수행하는 과정에서 실시간 상황을 관리서버(200)를 중계하여 관제센터 내 관리단말(300)이 제공 받아 확인할 수 있을 뿐만 아니라, 더 나아가 관리서버(200)이 스마트 헬멧(100)으로부터 수신한 각종 정보들을 활용하여 분석, 판단, 가공하여 생성되는 2차 정보들을 기반으로 관리단말(300)이 이를 확인 후 이에 대응되는 명령 신호를 관리서버(200)를 중계하여 스마트 헬멧(100)을 착용한 작업자들에게 전달하거나 관리서버(200) 자체적으로 스마트 헬멧(100)을 착용한 작업자들에게 즉각 정보를 알리거나 상황에 대응하여 작업 효율성의 증대와 함께 작업자의 안정성 고도화를 기대할 수 있게 되었다.

이를 위해, 스마트 헬멧(100)은 헬멧 본체(110)를 기본적인 하우징으로 하여 헬멧 본체(110)와 연결되는 영상수집 모듈(120), 환경 센싱모듈(130), 통신 모듈(140) 및 제어 모듈(150)을 포함한다.

헬멧 본체(110)는 작업자의 머리에 착용 가능한 헬멧 형태로 마련되어, 착용된 작업자의 머리를 외부 충격으로부터 보호하는 기저가 되는 하우징의 구성이다.

여기서, 헬멧 본체(110)는 재질적 특성을 통해 경량화뿐만 아니라 충분한 안정성 확보까지도 가능하며, 이로 인해 스마트 헬멧(100)을 착용한 작업자는 안전하게 외부충격으로부터 보호를 받을 수 있을 뿐만 아니라 다양한 기능을 구현함에 무게적으로 가벼워 사용감 및 착용감이 큰 만족을 줄 수 있다.

영상수집 모듈(120)은 도2에 도시된 바와 같이 헬멧 본체(110)의 전방 측을 촬영하여 작업 영상정보를 생성하여 현재 작업자의 전방 측 상황이 어떠한지 관리서버(200)를 중계하여 통합 관제센터 내 관리단말(200)에서 실시간으로 확인하거나 관리서버(200) 자체적으로 작업 영상정보를 분석, 가공하여 작업 상황을 파악하고 각각의 상황에 맞는 대응을 수행할 수 있도록 마련된 구성이다.

환경 센싱모듈(130)은 헬멧 본체(110) 일측에 설치되어 작업자 주변 온도 및 습도의 수준과 유해물질 발생여부를 감지하여 환경 감지정보를 생성하는 센서들의 집합체에 해당한다.

더욱 구체적으로, 환경 센싱모듈(130)은 온도 센서, 습도 센서 및 유해물질 감지 센서 등을 포함하는 복합센서모듈로서, 유해물질 감지 센서의 경우 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compounds, VOC), 연기, 다환방향족탄화수소(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons: PAHs) 등과 같이 공기 중에 포함되어 작업자가 호흡기를 통해 흡입 시 신체적인 안전에 위해를 가할 수 있는 물질들을 감지한다.

통신 모듈(140)은 관리서버(200)와 무선 통신망을 각각 구축할 수 있도록 마련되어 구성으로서, 원거리 무선 통신망을 구축하는 Wifi, 5G, 혹은 LTE 통신모듈 혹은 근거리 무선 통신망을 구축하는 블루투스, NPC 등의 통신모듈 등 중에서 적어도 하나 이상의 조합으로 마련될 수 있다.

더욱 구체적으로, 영상수집 모듈(120)을 통해 생성되는 작업 영상정보 및 환경 센싱모듈(130)을 통해 생성되는 환경 감지정보는 통신 모듈(140)을 통해 생성 즉시 관리서버(200)에 전송된다.

제어 모듈(150)은 영상수집 모듈(120), 환경 센싱모듈(130) 및 통신 모듈(140)의 작동 상태를 제어하는 구성으로 전원의 공급형태 제어, 정보의 이동 제어, 신호 처리 제어, 통신 형태 제어 등을 수행하는 MCU로 실시될 수 있다.

그리고 이와 같은 스마트 헬멧(100)과 연계되어 관리서버(200)는 도3에 도시된 바와 같이 서버 통신부(210), 서버 저장부(220), 영상 분석부(230) 및 위험상황 알림부(240)를 포함한다.

우선, 서버 통신부(210)는 통신 모듈(140)과 무선 통신망을 구축하고, 관리단말(300)과의 유선 또는 무선 통신망을 구축하여 중계형 정보, 신호, 명령의 송수신을 수행하는 통신 구성에 해당한다.

다음으로, 서버 저장부(220)는 서버 통신부(210)를 통해 수신되는 각종 정보를 분류하여 기록 저장하는 데이터베이스에 해당하는 저장 공간으로, 더 나아가 아래 설명될 영상 분석부(230) 및 위험상황 알림부(240)의 작업 결과 생성되는 정보 및 작업 수행 내역에 관한 정보 역시 기록하여 저장하게 된다.

다음으로, 영상 분석부(230)는 서버 통신부(210)를 통해 수신되는 작업 영상정보를 기반으로 영상 내 작업자에 관한 객체검출을 수행 후 검출된 작업자 객체의 행동변화에 관한 영상분석을 수행하여 작업자의 행동 정보를 생성한다.

구체적으로, 영상 분석부(230)는 Object Detection 기술이 적용된 Darknet 기반의 YOLOv3를 이용하여 구현되며, 이를 통해 검출된 작업자의 객체 데이터는 기 설정 등록되어 정의되어진 특정 행동 중 어떤 행동에 해당되는지에 관해 Teachable Machine (ml5.js)를 통해 구분한다.

이에 이어, 분류된 결과를 내포하는 작업자의 행동정보는 node.js 웹 서버를 기반으로 서버 통신부(210)를 통해 무선 통신망을 구축하여 연결된 관리단말(300)에 전송된다.

마지막으로, 위험상황 알림부(240)는 영상 분석부(230)를 통해 생성된 작업자의 행동정보를 기반으로 기 설정된 위험상황 발생 시의 작업자의 행동패턴과 기 설정된 수준 이상으로 대응되는지 여부를 판단하여 위험상황 발생 예측을 위한 분석을 수행하여, 분석 결과 위험상황 발생이 예측될 경우 위험상황 발생 알림정보를 생성한다.

이와 같이 생성된 알림정보는 서버 통신부(210)를 통해 무선 통신망을 구축하여 연결된 관리단말(300)에 전송된다.

본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의해서 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 보호범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 스마트 헬멧을 이용한 작업자 안전 관리 시스템
100 : 스마트 헬멧
110 : 헬멧 본체 120 : 영상수집 모듈
130 : 환경 센싱모듈 140 : 통신 모듈
150 : 제어모듈
200 : 관리서버
210 : 서버 통신부 220 : 서버 저장부
230 : 영상 분석부 240 : 위험상황 알림부
300 : 관리단말

Claims (3)

1. 작업자가 머리에 착용 가능하며, 착용을 마친 작업자가 작업을 수행하는 과정에서 해당 작업과 관련하여 발생하는 각종 정보를 생성하는 스마트 헬멧; 및
   상기 스마트 헬멧과 무선 통신 네트워크를 구축하여 상기 스마트 헬멧을 통해 생성되는 정보를 수신하여 내부에 저장 관리하는 관리서버;을 포함하며,
   상기 스마트 헬멧은,
   작업자의 머리에 착용 가능한 헬멧 형태로 마련되어 착용을 마친 작업자의 머리를 외부 충격으로부터 보호하는 헬멧 본체;
   상기 헬멧 본체 일측에 설치되어 상기 헬멧 본체의 전방측을 촬영하여 작업 영상정보를 생성하는 영상수집 모듈;
   상기 헬멧 본체 일측에 설치되어 작업자 주변 온도 및 습도의 수준과 유해물질 발생여부를 감지하여 환경 감지정보를 생성하는 환경 센싱모듈;
   상기 헬멧 본체 일측에 설치되어 상기 관리서버와 무선 통신망을 구축하여 상기 영상수집 모듈을 통해 생성되는 작업 영상정보 및 상기 환경 센싱모듈을 통해 생성되는 환경 감지정보를 상기 관리서버에 전송하는 통신 모듈; 및
   상기 헬멧 본체 일측에 설치되어 상기 영상수집 모듈, 환경 센싱모듈 및 통신 모듈의 작동 상태를 제어하는 제어 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는
   스마트 헬멧을 이용한 작업자 안전 관리 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 관리서버는,
   상기 통신 모듈과 무선 통신망을 구축하여 상기 통신 모듈로부터 전송되는 작업 영상정보 및 환경 감지정보를 수신하는 서버 통신부;
   상기 서버 통신부를 통해 수신되는 정보를 기록 저장하여 데이터베이스화하는 서버 저장부; 및
   상기 서버 통신부를 통해 수신되는 작업 영상정보를 기반으로 영상 내 작업자에 관한 객체검출을 수행 후 검출된 작업자 객체의 행동변화에 관한 영상분석을 수행하여 작업자의 행동 정보를 생성하는 영상 분석부;를 포함하며,
   상기 서버 통신부는 상기 영상 분석부를 통해 생성된 작업자의 행동정보를 무선 통신망을 구축하여 연결된 관리단말에 전송하는 것을 특징으로 하는
   스마트 헬멧을 이용한 작업자 안전 관리 시스템.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 관리서버는,
   상기 영상 분석부를 통해 생성된 작업자의 행동정보를 기반으로 기 설정된 위험상황 발생 시의 작업자의 행동패턴과 기 설정된 수준 이상으로 대응되는지 여부를 판단하여 위험상황 발생 예측을 위한 분석을 수행하여, 분석 결과 위험상황 발생이 예측될 경우 위험상황 발생 알림정보를 생성하는 위험상황 알림부;를 더 포함하며,
   상기 서버 통신부는 상기 위험상황 알림부를 통해 생성된 위험상황 발생 알림정보를 상기 관리단말에 전송하는 것을 특징으로 하는
   스마트 헬멧을 이용한 작업자 안전 관리 시스템.