KR102143069B1 - Uwb 레이더를 적용한 지능형 재난 경보 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

UWB 레이더를 적용한 지능형 재난 경보 시스템이 제공된다. UWB 레이더를 적용한 지능형 재난 경보 시스템은 기설정된 시간 단위로 우량을 측정하여 우량 정보를 생성하고, 상기 우량 정보가 기준 값 이상이면 강우 이벤트 신호를 생성하는 우량국; 상기 강우 이벤트 신호에 대응하여 경보 발령 신호를 생성하는 통제국; 상기 경보 발령 신호에 대응하여 경보를 발령하며, 경보 발령 결과를 상기 통제국에 전송하는 경보국; 및 상기 경보 발령 결과에 대응하여 경보 발령 내역을 상기 통제국으로부터 제공받고, 경보 발령 상황을 모니터링하는 감시국을 포함하되, 상기 경보국은 상기 경보를 발령하는 경보부 및 상기 경보국의 주변 환경을 센싱하는 제1 UWB 레이더부를 포함하고, 상기 경보국은 제1 UWB 레이더부를 통해 생성된 이동체의 위치 정보를 상기 통제국에 제공하며, 상기 감시국은 상기 통제국을 통해 상기 이동체의 위치 정보를 수신하고, 상기 이동체의 위치 정보에 대응한 대피 안내 방송을 상기 경보국을 통해 제공한다.

Description

UWB 레이더를 적용한 지능형 재난 경보 시스템 및 방법{Intelligent disaster alarm system using UWB radar}
본 발명은 UWB 레이더를 적용한 지능형 재난 경보 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 UWB 레이더를 기반으로 경보국 주변의 사람을 인지하여 직접 방송을 통해 사람들을 통제하여 효과적으로 인명피해를 방지할 수 있는 지능형 재난 경보 시스템에 관한 것이다.
[국가지원 연구개발에 대한 설명]
본 연구는 중소기업기술정보진흥원의 주관 하에 중소벤처기업부의 중소기업기술혁신개발(2CH UWB 레이터를 적용한 지능형 재난 예·경보시스템 플랫폼 개발, 과제 고유번호: 1425118703, 과제 세부번호: S2465380)의 지원에 의하여 이루어진 것이다.
최근 기후변화의 영향으로 인하여 게릴라성 집중호우가 자주 발생하고 있으며, 이러한 게릴라성 집중호우는 사전에 예측이 어렵다. 게릴라성 집중호우가 산악 지역에 발생하는 경우, 산악 지역은 일반 하천과 달리 경사가 급하고 유로가 짧기 때문에 유속이 빠를 뿐만 아니라 상류의 강우 변화가 빠르게 하류에 영향을 미친다.
따라서 산악 지역에서 발생하는 게릴라성 집중호우는 짧은 시간에 계곡물의 양을 급격히 증가시키며, 급증한 유량은 단시간 내에 하류에 영향을 미쳐 미리 대비하지 않으면 많은 인명과 재산상의 피해를 발생시키게 된다. 이러한 피해를 방지하기 위해 산간 계곡 및 하천 상류의 강우량 변화, 수위 변화를 지속적으로 측정하여 피해가 예측되는 경우 이를 경보국을 통해 경보하는 재난 예측 경보 시스템이 종래 운용되고 있다.
다만, 종래 경보국을 통해 경보는 경보국이 설치된 위치에서 사람의 존재 유무와 관계없이 단순 재난 경보를 발령하는 것에 불과하였다. 게릴라성 집중호우에 따른 산사태, 하천 급류에 의한 인명 피해는 재난자의 무리한 횡단이나 통제 불이행 등에 의해 주로 발생한다. 따라서, 재난자의 위치를 확인 및 트래킹하여 재난자의 현재 상황에 적합한 경보 또는 대피 방송을 통해 조난자를 효과적으로 통제하여, 보다 인명 피해를 방지할 수 있는 재난 예측 경보 시스템이 요구되고 있는 실정이다.
한국등록특허 10-1319830
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, UWB 레이더를 기반으로 경보국 주변의 사람을 인지하여 직접 방송을 통해 사람들을 통제하여 효과적으로 인명피해를 방지할 수 있는 지능형 재난 경보 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 UWB 레이더를 적용한 지능형 재난 경보 시스템은 기설정된 시간 단위로 우량을 측정하여 우량 정보를 생성하고, 상기 우량 정보가 기준 값 이상이면 강우 이벤트 신호를 생성하는 우량국; 상기 강우 이벤트 신호에 대응하여 경보 발령 신호를 생성하는 통제국; 상기 경보 발령 신호에 대응하여 경보를 발령하며, 경보 발령 결과를 상기 통제국에 전송하는 경보국; 및 상기 경보 발령 결과에 대응하여 경보 발령 내역을 상기 통제국으로부터 제공받고, 경보 발령 상황을 모니터링하는 감시국을 포함하되, 상기 경보국은 상기 경보를 발령하는 경보부 및 상기 경보국의 주변 환경을 센싱하는 제1 UWB 레이더부를 포함하고, 상기 경보국은 제1 UWB 레이더부를 통해 생성된 이동체의 위치 정보를 상기 통제국에 제공하며, 상기 감시국은 상기 통제국을 통해 상기 이동체의 위치 정보를 수신하고, 상기 이동체의 위치 정보에 대응한 대피 안내 방송을 상기 경보국을 통해 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 UWB 레이더를 적용한 지능형 재난 경보 방법은 우량국이, 기설정된 시간 단위로 우량을 측정하여 우량 정보를 생성하고, 상기 우량 정보가 기준 값 이상이면 강우 이벤트 신호를 생성하는 단계; 통제국이, 상기 강우 이벤트 신호에 대응하여 경보 발령 신호를 생성하는 단계; 경보국이, 상기 경보 발령 신호에 대응하여 경보를 발령하며, 경보 발령 결과 및 UWB 레이더부를 통해 측정한 이동체의 위치 정보를 상기 통제국에 전송하는 단계; 및 감시국이, 상기 경보 발령 결과 및 상기 이동체의 위치 정보를 상기 통제국을 통해 수신하고, 경보 발령 상황을 모니터링하며, 상기 이동체의 위치 정보에 대응한 대피 안내 방송을 상기 경보국을 통해 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 UWB 레이더를 적용한 지능형 재난 경보 시스템은 UWB 레이더를 통해 생성된 조난자의 위치 정보를 기초로 보다 적절한 대피, 안내 방송을 해당 조난자에게 전달할 수 있어, 조난자의 보다 신속하고 안전한 대피를 가능하게 한다.
또한, 조난자의 위치를 구조 센터로 제공하여 보다 신속한 구조 활동이 가능하게 한다. 즉, UWB 레이더를 기반으로 경보국 주변의 사람을 인지하여 직접 방송을 통해 사람들을 통제하여 보다 효과적으로 인명 피해를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 재난 경보 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 경보국의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 경보부의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 UWB 레이더부의 구성을 도시한 블록도이다.
도 5는 삼각 측정법에 의해 이동체의 위치를 계산하는 과정을 예시적으로 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수위국의 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수위부의 블록도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 UWB 레이더를 적용한 지능형 재난 경보 방법의 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 재난 경보 시스템에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 재난 경보 시스템(10)의 블록도이다. 재난 경보 시스템(10)은 우량국(110), 통제국(120), 경보국(130), 감시국(140) 및 수위국(150)을 포함한다.
우량국(110)은 계곡이나 하천의 상류에 설치되어 기설정된 시간 단위(예를 들어, 1분 단위)로 우량을 측정하여 우량 정보를 생성한다. 우량국(110)은 통제국(120)에 생성된 우량 정보를 일정 주기에 따라 전송할 수 있다. 또한, 우량국(110)은 생성된 우량 정보를 기준 값과 비교할 수 있으며, 우량 정보가 기준 값 이상인 경우, 강우 이벤트 신호를 생성할 수 있다. 생성된 강우 이벤트 신호는 통제국(120)에 제공된다. 우량국(110)은 통제국(120)과의 통신을 위한 통신 모듈을 포함할 수 있으며, 통신 모듈은 이중화되어 어느 한쪽이 문제가 발생하였을 때, 다른 한쪽이 통신을 수행하도록 구성될 수 있다. 예시적으로, 우량국(110)은 제1 통신 모듈 및 제2 통신 모듈을 포함하고, 상기 제1 통신 모듈은 VHF 통신 모듈(Very High Frequency), UHF 통신 모듈(Ultra High Frequency) 또는 위성 통신 모듈일 수 있으며, 상기 제2 통신 모듈은 M2M(Machine to Machine) 방식의 통신 모듈일 수 있고, CDMA 방식으로 데이터를 교환할 수 있다.
수위국(150)은 계곡이나 하천의 수위를 측정할 수 있는 장소에 위치할 수 있다. 예를 들어, 계곡, 하천 위를 지나가는 다리에 위치하여 계곡, 하천의 수위를 관측할 수 있다. 수위국(150)은 계곡이나 하천의 수위를 기설정된 시간 단위로 측정하여, 수위 정보를 생성한다. 수위국(150)은 통제국(120)에 생성된 수위 정보를 일정 주기에 따라 전송할 수 있다. 또한, 수위국(150)은 생성된 수위 정보를 기준 값과 비교할 수 있으며, 수위 정보가 기준 값 이상인 경우, 수위 이벤트 신호를 생성할 수 있다. 생성된 수위 이벤트 신호는 통제국(120)에 제공된다. 수위국(150)은 통제국(120)과의 통신을 위한 통신 모듈을 포함할 수 있다. 수위국(150)의 통신 모듈은 상기 우량국(110)과 동일하게 이중화되어 구성될 수 있다.
통제국(120)은 우량국(110) 및 수위국(150)을 운용 및 제어하고, 우량국(110) 및 수위국(150)으로부터 정보를 수집할 수 있다. 통제국(120)은 우량국(110)으로부터 우량 정보, 수위국(150)으로부터 수위 정보를 주기적으로 요청하여 수신할 수 있다.
통제국(120)은 우량국(110), 경보국(130), 감시국(140) 및 수위국(150)과 네트워크를 통하여 서로 통신 가능하도록 구성될 수 있다. 통제국(120)은 일정 영역의 통제 범위를 가질 수 있으며, 해당 통제 범위 내에 포함된 적어도 하나 이상의 우량국(110), 적어도 하나 이상의 경보국(130) 및 적어도 하나 이상의 수위국(150)을 통제할 수 있다. 통제국(120)은 통제 범위 내의 우량국(110), 경보국(130) 및 수위국(150)과의 통신을 위한 통신 모듈을 포함할 수 있으며, 통신 모듈은 우량국(110)과 동일하게 이중화되어 어느 한쪽이 문제가 발생하였을 때, 다른 한쪽이 통신을 수행할 수 있도록 구성될 수 있다.
여기서, 통제국(120)은 우량국(110)에서 제공된 강우 이벤트 신호를 수신한 경우, 경보 발령 신호를 생성하며, 경보 발령 신호를 경보국(130)으로 진송할 수 있다. 또한, 통제국(120)은 강우 이벤트 신호를 수신한 경우, 우량국(110)에서 우량 정보를 수집하는 주기는 더욱 짧아질 수 있다.
또한, 통제국(120)은 수위국(150)에서 제공된 수위 이벤트 신호를 수신한 경우, 경보 발령 신호를 생성하며, 경보 발령 신호를 경보국(130)으로 진송할 수 있다. 또한, 통제국(120)은 수위 이벤트 신호를 수신한 경우, 수위국(150)에서 수위 정보를 수집하는 주기는 더욱 짧아질 수 있다.
경보국(130)은 피해가 예상되는 지역, 예를 들어 계곡 야영장, 하천 하류 등에 설치될 수 있다. 경보국(130)은 경보 발령 신호를 수신하면, 수신한 경보 발령 신호에 따라 경보를 발령할 수 있다. 통제국(120)에서 생성하는 경보 발령 신호는 우량 정보 또는 수위 정보에 따라 경보 레벨이 달라질 수 있다. 예시적으로, 우량 또는 수위에 비례하여 경보 레벨이 높아질 수 있다. 경보국(130)은 경보 발령 신호에 대응하는 경보를 발령하여 경보국(130) 주변에 위하는 사람들에게 재난 발생에 대한 예보 또는 경보를 할 수 있다. 경보국(130)은 경보 발령 이후, 경보 발령 결과를 통제국(120)에 전송할 수 있다.
통제국(120)은 경보 발령 결과 및 우량국(110) 또는 수위국(150)에서 수집된 정보를 실시간으로 감시국(140)에 전송한다.
감시국(140)은 통제국(120)에서 수집되어 제공된 정보를 모니터링할 수 있다. 감시국(140) 또한 일정 감시 범위를 형성하며, 해당 감시 범위에는 적어도 하나 이상의 통제국(120)이 포함될 수 있다. 즉, 감시국(140)은 경보 발령 결과에 대응한 경보 발령 내역을 통제국(120)으로부터 수집할 수 있다. 또한, 감시국(140)은 통제국(120)으로부터 경보 발령 내역뿐만 아니라 경보국(130) 주변의 이동체의 위치 정보도 수신할 수 있다.
여기서, 이동체는 경보국(130) 주변에 위치한 사람일 수 있다. 경보국(130)은 UWB 레이더를 포함하고, UWB 레이더를 통해 경보국(130) 주변에 위치한 이동체(사람)의 위치 정보를 수집할 수 있다. 또한, 경보국(130)은 UWB 레이더를 통해 이동체(사람)의 위치를 계속하여 추적할 수 있으며, 이러한 이동체의 움직임 정보를 통제국(120)을 통해 감시국(140)에 제공될 수 있다. 감시국(140)은 재난 경보 시스템(10)의 각 구성들에 대한 유지 및 관리뿐만 아니라, 통제국(120)에서 제공된 정보들을 바탕으로 보다 적절한 대피, 안내 방송을 수행하며, 신속한 구조 활동이 가능하도록 조난자의 위치 정보를 구조 센터에 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 경보국(130)의 구성에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 경보국(130)의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 경보부(1300)의 구성을 도시한 블록도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 UWB 레이더부(1310)의 구성을 도시한 블록도이다. 도 5는 삼각 측정법에 의해 이동체의 위치를 계산하는 과정을 예시적으로 도시한 그래프이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 경보국(130)은 경보부(1300), UWB 레이더부(1310) 및 전원부(1320)를 포함한다.
경보부(1300)는 경보 발령 신호에 대응하여 경보를 발령한다. UWB 레이더부(1310)는 UWB 레이더(1312)를 통해 경보국(130)의 주변 환경을 센싱하며, 이동체의 위치 정보를 계산하고, 움직임을 추적하여, 이동체의 위치 정보를 생성할 수 있다. 전원부(1320)는 경보부(1300) 및 UWB 레이더부(1310)의 동작에 필요한 전원을 공급할 수 있다. 전원부(1320)는 태양전지, 충전기 및 충전지를 포함하도록 구성될 수 있다.
경보부(1300)는 통신부(1302), 제어부(1304), 메모리부(1306) 및 출력부(1308)를 포함한다.
통신부(1302)는 전술한 바와 같이, 이중화되어 어느 한쪽의 통신에 문제가 발생하였을 때 다른 한쪽이 통신을 수행하도록 구성될 수 있다. 예시적으로, 통신부(1302)는 VHF 통신과 CDMA 통신으로 이중화될 수 있다. 또한, 통신부(1302)는 경보국(130)과 통제국(120) 사이의 통신뿐만 아니라, 경보국(130)과 다른 경보국(130) 사이의 통신을 수행할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 경보국(130)은 다른 경보국(130)으로의 신호를 전달해주는 중계기 역할을 수행할 수 있다. 즉, 재난 상황을 전체적으로 모니터링하는 감시국(140)에서 원거리에 위치한 특정 경보국(130)에 대피 명령, 안내 명령을 전달할 때, 감시국(140)에 인접한 경보국(130)들이 해당 신호를 중계하여 전달할 수 있다.
제어부(1304)는 경보부(1300)의 구성들의 동작을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(1304)는 경보 발령 신호를 수신하면, 수신한 경보 발령 신호에 따라 경보를 발령할 수 있다. 그리고, 제어부(1304)는 경보 발령 이후, 경보 발령 결과를 생성 통신부(1302)를 통해 경보 발령 결과를 통제국(120)에 제공한다. 또한, 제어부(1304)는 경보 발령 결과와 함께 UWB 레이더부(1310)에서 생성된 이동체의 위치 정보를 통신부(1302)를 통해 경보 발령 결과를 통제국(120)에 제공한다.
메모리부(1306)는 경보부(1300)의 구성들의 동작에 필요한 임시 데이터 또는 UWB 레이더부(1310)에서 제공된 이동체의 위치 정보가 저장될 수 있다.
출력부(1308)는 경보 발령에 필요한 출력 수단을 포함할 수 있다. 출력부(1308)는 표시 모듈 및/또는 음성 표시 모듈을 포함할 수 있다. 예시적으로, 출력부(1308)는 경보 발령 사실을 시각적으로 확인할 수 있는 경고등 및 경보 발령 사실을 주변 사람들에게 알리는 스피커를 포함할 수 있다.
UWB 레이더부(1310)는 UWB 레이더(1312) 및 신호 처리부(1314)를 포함한다. UWB 레이더(1312)는 두 개의 UWB 레이더 송수신기로 구성될 수 있다. 즉, UWB 레이더부(1310)는 두 개의 UWB 레이더 송수신기를 이용하여 이동체를 탐지하고, 이동 궤적을 추적한다. 즉, 좌, 우로 나란히 배치된 두 개의 UWB 송수신기를 통해 레이더 전면의 이동체의 2차원 상의 위치를 인식하고 추적할 수 있다. UWB는 중심 주파수의 20% 이상 또는 500MHz 이상의 점유 대역폭을 차지하는 무선 전송 기술로 정의되며, 3.1 GHz 에서 10.6 GHz의 넓은 대역에 걸쳐 통신을 실현할 수 있다. 경보국(130)의 설치 위치가 계곡 등과 같이 유선 전력망 및 유선 통신망이 설치되기 어려운 지역인 점을 감안할 때, 이동체의 위치 정보 및 이동 궤적을 추적하는 종래의 수단인 CCTV는 높은 전력 소비 및 대용량 파일 전송을 위한 유선 통신 모듈이 필요한 단점이 있었다. 이에 반해, UWB는 소비 전력이 낮으며, VHF, CDMA 통신 방식으로도 충분히 전송 가능한 센싱 데이터를 제공하는 바, 경보국(130)에 적용되기에 보다 적합한 센싱 장치에 해당한다.
UWB 레이더는 주파수 영역에서의 광대역 특성을 갖는 매우 짧은 지속 시간의 임펄스 신호를 송신하여 사물 및 사람으로부터 반사되어 돌아오는 신호를, 동체의 존재 유무 감지와 함께 이동체와의 거리를 산출할 수 있다.
UWB 레이더(1312)에 포함된 두 개의 UWB 레이더 송수신기는 UWB 레이더 신호를 경보국(130)의 주변 환경에 각각 송신하며, 반사되는 신호를 각각 수신할 수 있다. 수신된 신호들은 신호 처리부(1314)에 제공된다.
먼저, 신호 처리부(1314)는 수신된 신호에서 이동체의 검출 유무를 판단한다. 신호 처리부(1314)는 수신 신호의 파형(Waveform)의 엔빌로프(envelope) 값으로부터 이동체의 유무를 먼저, 판단할 수 있다. 다음으로, 신호 처리부(1314)는 이동체가 존재하는 것으로 판단된 신호를 필터링할 수 있다. 신호 처리부(1314)는 수신 신호의 DC 성분을 제거할 수 있으며, 미리 저장된 배경 신호와의 비교를 위한 신호 처리를 수행할 수 있다. 신호 처리부(1314)는 필터링된 수신 신호에서 미리 저장된 배경 신호를 차분할 수 있다. 신호 처리부(1314)는 차분된 수신 신호에 대해 일정 오경보 확률 검파(Constant False Alarm Rate; CFAR)를 수행할 수 있다. 즉, 차분된 수신 신호에 대해 가변적인 검출 임계값을 적용하여 특정 비트 주파수들을 선택하는 것으로 다중 경로 신호(Multipath signal)이나 회절에 의해 제3의 물체로 오인되는 고스트 신호(Ghost signal)를 제거할 수 있다. 신호 처리부(1314)는 검출 임계값을 선택하는 방식에 따라 CA-CFAR(Cell-Averaging CFAR), OS-CFAR(Order Statistics-CFAR), GO-CFAR(Greatest Of-CFAR), SO-CFAR(Smallest Of-CFAR) 등을 이용할 수 있다.
다음으로, 신호 처리부(1314)는 검출 입계값 이상의 값이 검출된 거리 값을 두 개의 UWB 레이더 송수신기(UWB_left, UWB_right) 각각으로부터 선별할 수 있으며, 거리 값들에 대해 삼각 측정법을 이용하여, X-Y 좌표상의 위치를 계산할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, UWB_left와 이동체간의 거리를 d1, UWB_right와 탐지된 이동체간의 거리를 d2, UWB_left와 UWB_right간의 거리를 d3로 정의할 때, 삼각 측정법을 이용하여, X-Y 좌표상에서 이동체의 위치(Xp, Yp)는 하기 수학식 1과 같이 계산된다.
[수학식 1]
Figure 112019004835037-pat00001
,
Figure 112019004835037-pat00002
신호 처리부(1314)는 계산된 이동체의 위치에 대해 신호가 계속 유지되는지 모니터링하고 일정 범위 내에서 변동 값을 추적할 수 있다. 추적 시, 이동체의 최대 이동속도 범위 내에서 움직인다고 가정한다. 신호 처리부(1314)는 칼만 필터링(Kalman Filtering)을 통해 X-Y 좌표상에서 이동체의 위치를 추적할 수 있다. 칼만 필터는 과거의 추정치와 새로이 입력된 현재의 측정치를 기준으로 현재 상태에 대한 여파 추정치와 미래 상태에 대한 예측 추정치를 결정하는 위치 추적 방법에 해당한다.
신호 처리부(1314)는 상술한 알고리즘을 통해, UWB 레이더(1312)에서 수신된 신호를 처리하여 이동체의 위치 정보를 생성할 수 있다. 생성된 이동체의 위치 정보는 통제국(120)을 통해 감시국(140)으로 제공될 수 있다.
감시국(140)은 이동체의 위치 정보를 기초로 보다 적절한 대피, 안내 방송을 해당 경보국(130)에 제공할 수 있다. 상기 대피, 안내 방송은 상기 이동체(사람)의 주변 상황을 고려한 이동체(사람)에 특정된 대피, 안내 방송일 수 있다. 따라서, 경보국(130)의 주변에 위치하는 이동체(사람)은 감시국(140)으로부터 제공된 대피, 안내 방송을 통해 보다 신속하게 안전한 장소로 대피할 수 있다.
또한, 감시국(140)은 이동체(사람)이 고립된 상황인 경우, 신속한 구조 활동이 가능하도록 이동체(사람)의 위치 정보를 구조 센터로 제공할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수위국(150)의 블록도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수위부(1500)의 블록도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수위국(150)은 수위부(1500), UWB 레이더부(1510) 및 전원부(1520)를 포함한다.
수위부(1500)는 계곡이나 하천의 수위를 기설정된 시간 단위로 측정하여, 수위 정보를 생성하고, 생성된 수위 정보를 일정 주기에 따라 통제국(120)에 전송할 수 있다.
전원부(1520)는 수위부(1500) 및 UWB 레이더부(1510)의 동작에 필요한 전원을 공급한다.
도 7을 참조하면, 수위부(1500)는 통신부(1502), 제어부(1504), 메모리부(1506) 및 출력부(1508)을 포함한다.
통신부(1502)는 전술한 바와 같이, 이중화되어 어느 한쪽의 통신에 문제가 발생하였을 때 다른 한쪽이 통신을 수행하도록 구성될 수 있다. 예시적으로, 통신부(1502)는 VHF 통신과 CDMA 통신으로 이중화될 수 있다. 통신부(1502)는 수위국(150)과 통제국(120) 사이의 통신뿐만 아니라, 수위국(150)과 다른 수위국(150) 사이의 통신을 수행할 수 있다.
제어부(1504)는 수위부(1500)의 구성들의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(1504)는 생성된 수위 정보를 기준 값과 비교할 수 있으며, 수위 정보가 기준 값 이상인 경우, 수위 이벤트 신호를 생성할 수 있으며, 수위 이벤트 신호를 통신부(1502)를 통해 통제국(120)에 제공할 수 있다.
UWB 레이더부(1510)는 UWB 레이더를 통해 수위국(150)의 주변 환경을 센싱하며, 이동체의 위치 정보를 계산하고, 움직임을 추적하여, 이동체의 위치 정보를 생성할 수 있다. UWB 레이더부(1510)의 구성 및 동작은 상술한 UWB 레이더부(1310)와 실질적으로 동일할 수 있는 바, 이에 대한 중복된 설명은 생략하도록 한다.
메모리부(1506)는 구성들의 동작에 필요한 임시 데이터를 일시적으로 저장하고, 생성된 이동체의 위치 정보 및 수위 정보를 저장할 수 있다.
생성된 이동체의 위치 정보 또한 통제국(120)의 요청 또는 일정 주기에 대응하여 통제국(120)에 제공될 수 있으며, 통제국(120)은 이동체의 위치 정보를 감시국(140)에 제공할 수 있다. 감시국(140)은 수위국(150) 주변의 이동체에 대한 안내, 대피 방송이 필요하다고 판단되는 경우, 안내, 대피 방송을 통제국(120)을 통해 해당 수위국(150)에 제공할 수 있다.
출력부(1508)는 상기 제공된 안내, 대피 방송을 출력할 수 있다. 출력부(1508)는 표시 모듈 및/또는 음성 표시 모듈을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 수위국(150)은 수위 정보 및 수위 이벤트 신호를 생성할 뿐만 아니라, 수위국(150) 주변 이동체의 위치 정보를 생성하여, 통제국(120)에 제공하며, 이동체에 대한 대피, 안내 방송도 수행할 수 있다. 따라서, 수위국(150)이 배치되는 다리 주변에 위치한 이동체(사람)의 신속하고 안전한 대피를 가능하게 한다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 UWB 레이더를 적용한 지능형 재난 경보 방법을 설명하도록 한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 UWB 레이더를 적용한 지능형 재난 경보 방법의 순서도이다. UWB 레이더를 적용한 지능형 재난 경보 방법은 UWB 레이더를 적용한 지능형 재난 경보 시스템에서 수행되며, 상술한 도 1 내지 도 7이 참조될 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 UWB 레이더를 적용한 지능형 재난 경보 방법은 기설정된 시간 단위로 우량을 측정하여 우량 정보를 생성하고, 상기 우량 정보가 기준 값 이상이면 강우 이벤트 신호를 생성하는 단계(S100), 상기 강우 이벤트 신호에 대응하여 경보 발령 신호를 생성하는 단계(S110), 상기 경보 발령 신호에 대응하여 경보를 발령하며, 경보 발령 결과 및 UWB 레이더부를 통해 측정한 이동체의 위치 정보를 상기 통제국에 전송하는 단계(S120) 및 상기 경보 발령 결과 및 상기 이동체의 위치 정보를 상기 통제국을 통해 수신하고, 경보 발령 상황을 모니터링하며, 상기 이동체의 위치 정보에 대응한 대피 안내 방송을 상기 경보국을 통해 제공하는 단계(S130)를 포함한다.
먼저, 우량국(110)은, 기설정된 시간 단위로 우량을 측정하여 우량 정보를 생성하고, 상기 우량 정보가 기준 값 이상이면 강우 이벤트 신호를 생성한다(S100).
우량국(110)은 계곡이나 하천의 상류에 설치되어 기설정된 시간 단위(예를 들어, 1분 단위)로 우량을 측정하여 우량 정보를 생성한다. 우량국(110)은 통제국(120)에 생성된 우량 정보를 일정 주기에 따라 전송할 수 있다. 또한, 우량국(110)은 생성된 우량 정보를 기준 값과 비교할 수 있으며, 우량 정보가 기준 값 이상인 경우, 강우 이벤트 신호를 생성할 수 있다. 생성된 강우 이벤트 신호는 통제국(120)에 제공된다.
여기서, 상기 단계(S100)는 수위국(150)이, 기설정된 시간 단위로 수위를 측정하여 수위 정보를 생성하고, 상기 수위 정보가 기준 값 이상이면 수위 이벤트 신호를 생성하는 단계를 더 포함한다. 수위국(150)은 수위국(150)은 계곡이나 하천의 수위를 기설정된 시간 단위로 측정하여, 수위 정보를 생성한다. 수위국(150)은 통제국(120)에 생성된 수위 정보를 일정 주기에 따라 전송할 수 있다. 또한, 수위국(150)은 생성된 수위 정보를 기준 값과 비교할 수 있으며, 수위 정보가 기준 값 이상인 경우, 수위 이벤트 신호를 생성할 수 있다.
다음으로, 통제국(120)은, 상기 강우 이벤트 신호에 대응하여 경보 발령 신호를 생성한다(S110).
통제국(120)은 우량국(110)으로부터 우량 정보, 수위국(150)으로부터 수위 정보를 주기적으로 요청하여 수신할 수 있다. 또한, 통제국(120)은 우량국(110)에서 제공된 강우 이벤트 신호를 수신한 경우, 경보 발령 신호를 생성하며, 경보 발령 신호를 경보국(130)으로 진송할 수 있다. 또한, 통제국(120)은 수위국(150)에서 제공된 수위 이벤트 신호를 수신한 경우, 경보 발령 신호를 생성하며, 경보 발령 신호를 경보국(130)으로 진송할 수 있다.
다음으로, 경보국(130)은, 경보 발령 신호에 대응하여 경보를 발령하며, 경보 발령 결과 및 UWB 레이더부를 통해 측정한 이동체의 위치 정보를 상기 통제국에 전송한다(S120).
경보국(130)은 경보 발령 신호를 수신하면, 수신한 경보 발령 신호에 따라 경보를 발령할 수 있다. 경보국(130)은 UWB 레이더를 포함하고, UWB 레이더를 통해 경보국(130) 주변에 위치한 사람의 위치 정보를 수집할 수 있다. 또한, 경보국(130)은 UWB 레이더를 통해 이동체(사람)의 위치를 계속하여 추적할 수 있으며, 이러한 이동체의 움직임 정보를 통제국(120)에 제공할 수 있다. 즉, 경보국(130)은 두 개의 UWB 레이더 송수신기로 구성된 UWB 레이더부 및 상기 UWB 레이더부에서 측정된 신호를 처리하여 상기 이동체의 위치 정보를 생성하는 신호 처리부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 신호 처리부는 상기 두 개의 UWB 레이더 송수신기에서 수신된 각 수신 신호에 대해 검출 임계값 이상의 값을 가지는 거리 값을 각각 선별하고, 상기 거리 값을 통해 상기 이동체의 X-Y 좌표상의 위치를 계산하며, 상기 계산된 이동체의 위치에 대해 신호가 계속 유지되는지 모니터링하고 일정 범위 내에서 변동 값을 추적하여 상기 이동체의 위치 정보를 생성할 수 있다.
감시국(140)은, 상기 경보 발령 결과 및 상기 이동체의 위치 정보를 상기 통제국을 통해 수신하고, 경보 발령 상황을 모니터링하며, 상기 이동체의 위치 정보에 대응한 대피 안내 방송을 상기 경보국을 통해 제공한다(S130).
감시국(140)은 통제국(120)에서 수집되어 제공된 정보를 모니터링할 수 있다. 감시국(140) 또한 일정 감시 범위를 형성하며, 해당 감시 범위에는 적어도 하나 이상의 통제국(120)이 포함될 수 있다. 즉, 감시국(140)은 경보 발령 결과에 대응한 경보 발령 내역을 통제국(120)으로부터 수집할 수 있다. 또한, 감시국(140)은 통제국(120)으로부터 경보 발령 내역뿐만 아니라 경보국(130) 주변의 이동체의 위치 정보도 수신할 수 있다.
감시국(140)은 이동체의 위치 정보를 기초로 보다 적절한 대피, 안내 방송을 해당 경보국(130)에 제공할 수 있다. 상기 대피, 안내 방송은 상기 이동체(사람)의 주변 상황을 고려한 이동체(사람)에 특정된 대피, 안내 방송일 수 있다. 따라서, 경보국(130)의 주변에 위치하는 이동체(사람)은 감시국(140)으로부터 제공된 대피, 안내 방송을 통해 보다 신속하게 안전한 장소로 대피할 수 있다.
또한, 감시국(140)은 이동체(사람)이 고립된 상황인 경우, 신속한 구조 활동이 가능하도록 이동체(사람)의 위치 정보를 구조 센터로 제공할 수도 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만 본 발명은 이러한 실시예들 또는 도면에 의해 한정되는 것으로 해석되어서는 안 되며, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: UWB 레이더를 적용한 지능형 재난 경보 시스템
110: 우량국
120: 통제국
130: 경보국
140: 감시국
150: 수위국

Claims (12)

  1. 기설정된 시간 단위로 우량을 측정하여 우량 정보를 생성하고, 상기 우량 정보가 기준 값 이상이면 강우 이벤트 신호를 생성하는 우량국;
    계곡이나 하천의 수위를 측정할 수 있는 장소에 위치하여, 기설정된 시간 단위로 수위를 측정하여 수위 정보를 생성하고, 상기 수위 정보가 기준 값 이상이면 수위 이벤트 신호를 생성하는 수위국;
    상기 강우 이벤트 신호 또는 상기 수위 이벤트 신호에 대응하여 경보 발령 신호를 생성하는 통제국;
    피해가 예상되는 지역에 설치되어 상기 경보 발령 신호에 대응하여 경보를 발령하며, 경보 발령 결과를 상기 통제국에 전송하는 경보국; 및
    상기 경보 발령 결과에 대응하여 경보 발령 내역을 상기 통제국으로부터 제공받고, 경보 발령 상황을 모니터링하는 감시국을 포함하되,
    상기 경보국은 상기 경보를 발령하는 경보부 및 상기 경보국의 주변 환경을 센싱하는 제1 UWB 레이더부를 포함하고, 상기 제1 UWB 레이더부를 통해 생성된 이동체의 위치 정보를 상기 통제국을 통해 상기 감시국에 제공하며,
    상기 수위국은 상기 수위 정보를 생성하는 수위부 및 상기 수위국의 주변 환경을 센싱하는 제2 UWB 레이더부를 포함하고, 상기 제2 UWB 레이더부를 통해 생성된 이동체의 위치 정보를 상기 통제국을 통해 상기 감시국에 제공하며,
    상기 감시국은 상기 경보국에서 제공한 이동체의 위치 정보에 대응한 대피 안내 방송을 상기 경보국을 통해 제공하고,
    상기 감시국은 상기 수위국에서 제공한 이동체의 위치 정보에 대응한 대피 안내 방송을 상기 수위국을 통해 제공하며,
    상기 제1 UWB 레이더부는 두 개의 UWB 레이더 송수신기로 구성된 UWB 레이더 및 상기 UWB 레이더에서 측정된 신호를 처리하여 상기 이동체의 위치 정보를 생성하는 신호 처리부를 포함하고,
    상기 신호 처리부는 상기 두 개의 UWB 레이더 송수신기에서 수신된 각 수신 신호에 대해 수신 신호의 파형(Waveform)의 엔빌로프(envelope) 값을 기준으로 이동체의 유무를 판단하고, 이동체가 존재하는 것으로 판단된 수신 신호에서 DC 성분을 필터링하고, 필터링된 수신 신호에서 미리 저장된 배경 신호를 차분하며, 차분된 수신 신호에 대해 일정 오경보 확률 검파(CFAR)를 수행하여, 검출 임계값 이상의 값을 가지는 거리 값을 각각 선별하고, 상기 거리 값을 통해 상기 이동체의 X-Y 좌표상의 위치를 계산하며, 상기 계산된 이동체의 위치에 대해 신호가 계속 유지되는지 모니터링하고 일정 범위 내에서 변동 값을 칼만 필터링을 통해 추적하여 상기 이동체의 위치 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 UWB 레이더를 적용한 지능형 재난 경보 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 감시국은 상기 이동체의 신속한 구조를 위해 상기 이동체의 위치 정보를 구조 센터에 제공하는 것을 특징으로 하는 UWB 레이더를 적용한 지능형 재난 경보 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 경보국은 상기 경보부, 상기 제1 UWB 레이더부의 동작 전원을 제공하는 전원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 UWB 레이더를 적용한 지능형 재난 경보 시스템.
  6. 삭제
  7. 우량국이, 기설정된 시간 단위로 우량을 측정하여 우량 정보를 생성하고, 상기 우량 정보가 기준 값 이상이면 강우 이벤트 신호를 생성하는 단계;
    통제국이, 상기 강우 이벤트 신호에 대응하여 경보 발령 신호를 생성하는 단계;
    피해가 예상되는 지역에 설치된 경보국이, 상기 경보 발령 신호에 대응하여 경보를 발령하며, 경보 발령 결과를 상기 통제국에 전송하는 단계로서, 상기 경보국은 상기 경보국의 주변 환경을 센싱하는 제1 UWB 레이더부를 포함하고, 상기 제1 UWB 레이더부를 통해 측정한 이동체의 위치 정보를 상기 통제국에 더 전송하는, 단계; 및
    감시국이, 상기 경보 발령 결과 및 상기 이동체의 위치 정보를 상기 통제국을 통해 수신하고, 경보 발령 상황을 모니터링하며, 상기 이동체의 위치 정보에 대응한 대피 안내 방송을 상기 경보국을 통해 제공하는 단계를 포함하되,
    상기 기설정된 시간 단위로 우량을 측정하여 우량 정보를 생성하고, 상기 우량 정보가 기준 값 이상이면 강우 이벤트 신호를 생성하는 단계는 계곡이나 하천의 수위를 측정할 수 있는 장소에 위치한 수위국이, 기설정된 시간 단위로 수위를 측정하여 수위 정보를 생성하고, 상기 수위 정보가 기준 값 이상이면 수위 이벤트 신호를 생성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 강우 이벤트 신호에 대응하여 경보 발령 신호를 생성하는 단계는 상기 통제국이, 상기 수위 이벤트 신호에 대응하여 상기 경보 발령 신호를 생성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 수위국은 상기 수위 정보를 생성하는 수위부 및 상기 수위국의 주변 환경을 센싱하는 제2 UWB 레이더부를 포함하고, 상기 제2 UWB 레이더부를 통해 생성된 이동체의 위치 정보를 상기 통제국을 통해 상기 감시국에 제공하며,
    상기 감시국은 상기 수위국에서 제공한 이동체의 위치 정보에 대응한 대피 안내 방송을 상기 수위국을 통해 제공하고,
    상기 제1 UWB 레이더부는 두 개의 UWB 레이더 송수신기로 구성된 UWB 레이더 및 상기 UWB 레이더에서 측정된 신호를 처리하여 상기 이동체의 위치 정보를 생성하는 신호 처리부를 포함하고,
    상기 신호 처리부는 상기 두 개의 UWB 레이더 송수신기에서 수신된 각 수신 신호에 대해 수신 신호의 파형(Waveform)의 엔빌로프(envelope) 값을 기준으로 이동체의 유무를 판단하고, 이동체가 존재하는 것으로 판단된 수신 신호에서 DC 성분을 필터링하고, 필터링된 수신 신호에서 미리 저장된 배경 신호를 차분하며, 차분된 수신 신호에 대해 일정 오경보 확률 검파(CFAR)를 수행하여, 검출 임계값 이상의 값을 가지는 거리 값을 각각 선별하고, 상기 거리 값을 통해 상기 이동체의 X-Y 좌표상의 위치를 계산하며, 상기 계산된 이동체의 위치에 대해 신호가 계속 유지되는지 모니터링하고 일정 범위 내에서 변동 값을 칼만 필터링을 통해 추적하여 상기 이동체의 위치 정보를 생성하는 UWB 레이더를 적용한 지능형 재난 경보 방법.
  8. 삭제
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  10. 제7 항에 있어서,
    상기 감시국이, 상기 경보 발령 결과 및 상기 이동체의 위치 정보를 상기 통제국을 통해 수신하고, 경보 발령 상황을 모니터링하며, 상기 이동체의 위치 정보에 대응한 대피 안내 방송을 상기 경보국을 통해 제공하는 단계는,
    상기 이동체의 신속한 구조를 위해 상기 이동체의 위치 정보를 구조 센터에 제공하는 단계를 더 포함하는 UWB 레이더를 적용한 지능형 재난 경보 방법.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 경보국은 상기 경보를 발령하는 경보부, 및 상기 경보부, 상기 제1 UWB 레이더부의 동작 전원을 제공하는 전원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 UWB 레이더를 적용한 지능형 재난 경보 방법.
  12. 삭제
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