KR102571088B1 - 스마트 조명 제어 시스템 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스마트 조명 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 사용자 위치 데이터에 기반하여 기 설정된 공간에 대해 조명의 스펙트럼 데이터, 세기 데이터, 노출 시간 데이터를 포함한 조명환경 데이터를 제공하고, 사용자의 체온, 심박수, 수면 상태를 포함한 생체리듬 데이터를 제공하는 사용자 단말; 및 상기 사용자 단말로부터 조명환경 데이터와 생체리듬 데이터를 제공받아 저장하고, 기 설정된 시간 동안 저장된 조명환경 데이터와 상기 생체리듬 데이터를 비교 분석하여 인공광과 자연광의 노출량에 따른 조명노출 권장데이터 또는 사용자의 생체리듬에 맞는 조명 환경을 제공하기 위한 조명제어정보를 포함한 조명개선정보를 상기 사용자 단말로 제공하는 조명 모니터링 서버를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 사용자의 조명 노출 이력에 기반하여 사용자의 생체 리듬에 적합한 조명환경을 제공할 수 있는 스마트 조명 제어 기술에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 일 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
빛은 인간의 지각을 도울 뿐만 아니라 인간의 생체 리듬에 영향을 준다. 그 그러나 실내에서 활동하는 시간이 많은 현대인들에게는 균일한 조명으로 인하여 생체주리듬에 혼란을 주게 된다. 조명은 공간을 밝혀 쾌적한 시환경을 제공하는 기능을 넘어 재실자의 생리, 심리 및 생체 리듬에 영향을 주는 중요한 요소이다.
재실자가 획일화된 조명에 오랜 시간 노출되어 생체 리듬이 불균형해지면 재실자는 수명 장애, 우울증 등 만성 질환이 유발될 수 있다. 특히, 밀폐된 실내공간에 오랜 시간 상주하는 재실자, 근무시간이 불규칙한 교대근무자, 과중한 업무량에 의해 야간근무를 수행하는 야간근무자 등은 변동적인 근무시간과 획일화된 조명 빛환경으로 인해 건강에 위협을 받는 수준이고, 근무 도중 집중력 저하로 사고 발생의 위험도 높아질 수 있다.
자연광은 아침과 저녁에는 2500K~3500K의 낮은 색온도를 가지는 붉은 계통의 저조도 조명환경을 연출하며, 낮에는 4000K ~ 7000K에 이르는 백색의 고조도 조명환경을 연출한다. 이러한 자연광의 변화에 맞추어 인간은 6000K 근처의 높은 색온도에서는 편안함을 느끼며 조도가 차츰 어두워짐에 따라 멜라토닌이 분비되어 졸음을 느끼게 된다.
따라서, 재실자에게 생리적, 심리적, 생체리듬에 적합한 조명 환경을 제공하기 위해서는 사용자의 체온, 심박수, 수면 상태 등의 생체리듬을 알아야 하고, 사용자가 지속적으로 노출되는 자연광과 인공광을 포함한 조명환경에 대한 특성을 파악해야 한다.
그러나, 현재, 사용자의 생체 리듬 데이터는 스마트폰이나 스마트 워치 등의 웨어러블 기기로 쉽게 모니터링 가능하지만, 사용자별로 자연광과 인공광에 노출되는 조명환경 특성을 모니터링할 수 있는 방법이 없어, 사용자가 직접 기분이나 수면을 위해 조명을 점멸하거나 조도나 색온도를 조절해야 했다.
따라서, 향후 조명 제어 기술은 24시간 동안 변화하는 자연광에 순응된 인간의 생체리듬에 맞추어 각각의 생체 리듬이나 생활 패턴에 최적화된 밝기와 색온도를 제공할 수 있어야 한다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 생체리듬 및 환경변화를 자동으로 감지하여 사용자에게 최적화된 조명을 제공하는 하는 것에 목적이 있다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 조명 제어 시스템은, 사용자 위치 데이터에 기반하여 기 설정된 공간에 대해 조명의 스펙트럼 데이터, 세기 데이터, 노출 시간 데이터를 포함한 조명환경 데이터를 제공하고, 사용자의 체온, 심박수, 수면 상태를 포함한 생체리듬 데이터를 제공하는 사용자 단말; 및 상기 사용자 단말로부터 조명환경 데이터와 생체리듬 데이터를 제공받아 저장하고, 기 설정된 시간 동안 저장된 조명환경 데이터와 상기 생체리듬 데이터를 비교 분석하여 인공광과 자연광의 노출량에 따른 조명노출 권장데이터 또는 사용자의 생체리듬에 맞는 조명 환경을 제공하기 위한 조명제어정보를 포함한 조명개선정보를 상기 사용자 단말로 제공하는 조명 모니터링 서버를 포함하는 것이다.
스마트 조명 제어 시스템은, 통신망을 통해 통신을 수행하는 통신모듈과, LED 조명을 제어하는 LED 드라이버를 포함하는 적어도 하나 이상의 LED 조명 장치를 포함하고, 상기 사용자 단말는 상기 LED 조명 장치와 통신망을 통해 연결되어 상기 조명제어정보를 송신하고, 상기 LED 조명 장치는 상기 조명제어정보를 수신하여 상기 조명제어정보에 기초하여 색온도, 조도, 색상, 점멸을 포함한 조명 환경을 조절하는 것이다.
이때, 상기 통신 모듈은 블루투스 저전력(Bluetooth Low Energy), 지그비(Zigbee) 또는 와이파이(wi-fi)를 포함한 근거리 무선 통신 인터페이스를 지원하는 사물 인터넷(Internet of Things, IoT)과 연결되어 데이터를 송수신하는 것이다.
한편, 상기 조명 모니터링 서버는, 기 설정된 시간 동안 상기 조명환경 데이터에서 유해 청색광에 노출된 노출량에 대한 유해 청색광 지수를 산출하고, 상기 유해 청색광 지수와 생체리듬 데이터를 비교하여 수면 시간이 기 설정된 시간 이하의 수면의 질 저하 상태인 구간에 대해 유해 청색광이 노출된 시간과 장소에 대한 유해광 노출 이력 정보를 제공하는 것이다.
상기 조명 모니터링 서버는, 기 설정된 시간 동안 상기 조명환경 데이터에서 자연광 노출량에 대한 자연광 노출 데이터와 인공광 노출량에 대한 인공광 노출 데이터를 산출하고, 상기 자연광 노출 데이터와 인공광 노출 데이터를 이용하여 기 설정된 시간 동안의 자연광 노출 권장 시간 정보에 미달되는 월별, 주간별 또는 요일별 시간 정보를 알려주는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 조명 제어 방법은, 사용자 단말과 연동하여 조명환경을 제어하기 위한 조명 모니터링 서버에 의해 수행되는 스마트 조명 제어 방법에 있어서, a) 사용자 단말로부터 사용자 위치 데이터에 기반하여 기 설정된 공간에 대해 조명의 스펙트럼 데이터, 세기 데이터, 노출 시간 데이터를 포함한 조명환경 데이터와, 사용자의 체온, 심박수, 수면 상태를 포함한 생체리듬 데이터를 수신하는 단계; 및 b) 기 설정된 시간 동안 저장된 조명환경 데이터와 상기 생체리듬 데이터를 비교 분석하여 인공광과 자연광의 노출량에 따른 조명노출 권장데이터 또는 사용자의 생체리듬에 맞는 조명 환경을 제공하기 위한 조명제어정보를 포함한 조명개선정보를 상기 사용자 단말로 제공하는 단계를 포함하는 것이다.
스마트 조명 제어 방법은, 상기 사용자 단말과 통신망을 통해 연결되어 LED 조명을 제어하는 적어도 하나 이상의 LED 조명 장치와 사용자 단말이 통신 연결된 경우에, 상기 사용자 단말은 상기 사용자 위치 데이터에 기반하여 기 설정된 영역의 국부 조명 공간에 배치된 LED 조명 장치에 상기 조명제어정보를 전송하고, 상기 LED 조명 장치는 상기 조명제어정보에 기초하여 색온도, 조도, 색상, 점멸을 포함한 조명 환경을 조절할 수 있다.
상기 b) 단계는, 기 설정된 시간 동안 상기 조명환경 데이터에서 유해 청색광에 노출된 노출량에 대한 유해 청색광 지수를 산출하는 단계; 및 상기 유해 청색광 지수와 생체리듬 데이터를 비교하여 수면 시간이 기 설정된 시간 이하의 수면의 질 저하 상태인 구간에 대해 유해 청색광이 노출된 시간과 장소에 대한 유해광 노출 이력 정보를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 b) 단계는, 기 설정된 시간 동안 상기 조명환경 데이터에서 자연광 노출량에 대한 자연광 노출 데이터와 인공광 노출량에 대한 인공광 노출 데이터를 산출하는 단계; 및 상기 자연광 노출 데이터와 인공광 노출 데이터를 이용하여 기 설정된 시간 동안의 자연광 노출 권장 시간 정보에 미달되는 월별, 주간별 또는 요일별 시간 정보를 알려주는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른, 스마트 조명 제어 방법은, 사용자 단말과 연동하여 조명환경을 제어하기 위한 조명 모니터링 서버에 의해 수행되는 스마트 조명 제어 방법에 있어서, a) 사용자 단말로부터 사용자 정보와, 사용자 위치 데이터에 기반하여 기 설정된 공간에 대해 조명의 스펙트럼 데이터, 세기 데이터, 노출 시간 데이터를 포함한 조명환경 데이터와, 사용자의 체온, 심박수, 수면 상태를 포함한 생체리듬 데이터를 수신하는 단계; b) 기 설정된 시간 동안 저장된 조명환경 데이터와 상기 생체리듬 데이터를 비교 분석하여 인공광과 자연광의 노출량에 따른 조명노출 권장데이터 또는 사용자의 생체리듬에 맞는 조명 환경을 제공하기 위한 조명제어정보를 포함한 조명개선정보를 상기 사용자 단말로 제공하는 단계; 및 c) 상기 사용자 정보를 분석하여 생활 패턴 유사도에 따라 사용자 그룹을 형성하고, 상기 사용자 그룹 내 사용자들의 조명환경 데이터와 생체리듬 데이터를 상호 비교하여 조명 노출 권장 데이트를 충족하고, 사용자의 생체리듬에 맞는 조명제어정보를 갖는 사용자의 조명환경 데이터에 기반하여 상기 사용자 그룹 내 사용자별로 조명환경 추천 정보를 제공하는 단계를 포함하는 것이다.
상기 사용자 정보는 성별, 거주지, 직업, 나이, 수면 상태, 근무 시간대, 기상 및 취침 시간대 를 포함하고, 상기 c) 단계는, 딥러닝 기반의 자연어 처리 알고리즘을 이용하여 상기 사용자 정보를 수집하여 학습 데이터로 학습하고, 상기 학습된 학습 데이터를 이용하여 텍스트 유사도를 측정하여 상기 생활 패턴 유사도를 산출할 수 있다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 본 발명은 사용자가 노출된 조명 환경을 지속적으로 모니터링하고, 사용자 위치에 기반하여 조명환경 노출에 대한 이력 정보를 통해 사용자의 생체리듬에 적합한 조명환경을 제공할 수 있고, 그로 인해 수면 장애, 우울증 등의 만성질환 개선에 도움을 줄 수 있고, 실내 공간에 장시간 상주하는 사용자에게 건강한 조명환경을 제공하면서 자연광 노출 권장 서비스를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 조명 제어 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명 장치의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명환경 데이터에서 조명 스펙트럼을 설명하는 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명환경 데이터에서 생리적 청색광 지수와 유해 청색광 지수를 분석하는 과정을 설명하는 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 모니터링 서버의 생체리듬 데이터와 조명환경 데이터를 비교 분석하여 유해광 노출 정보를 제공하는 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 모니터링 서버가 조명개선정보를 제공하는 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 조명 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 멜리토닌 억제 스펙트럼을 설명하는 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 조명 제어 방법에 의한 국부 조명 제어 상태를 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 조명 제어 방법의 유해광 노출 이력 정보를 제공하는 과정을 설명하는 순서도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 조명 제어 방법의 자연광 노출 권장 서비스를 제공하는 과정을 설명하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명 장치의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명환경 데이터에서 조명 스펙트럼을 설명하는 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명환경 데이터에서 생리적 청색광 지수와 유해 청색광 지수를 분석하는 과정을 설명하는 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 모니터링 서버의 생체리듬 데이터와 조명환경 데이터를 비교 분석하여 유해광 노출 정보를 제공하는 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 모니터링 서버가 조명개선정보를 제공하는 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 조명 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 멜리토닌 억제 스펙트럼을 설명하는 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 조명 제어 방법에 의한 국부 조명 제어 상태를 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 조명 제어 방법의 유해광 노출 이력 정보를 제공하는 과정을 설명하는 순서도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 조명 제어 방법의 자연광 노출 권장 서비스를 제공하는 과정을 설명하는 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. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 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 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 ‘단말’은 휴대성 및 이동성이 보장된 무선 통신 장치일 수 있으며, 예를 들어 스마트 폰, 태블릿 PC 또는 노트북 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치일 수 있다. 또한, ‘단말’은 네트워크를 통해 다른 단말 또는 서버 등에 접속할 수 있는 PC 등의 유선 통신 장치인 것도 가능하다. 또한, 네트워크는 단말들 및 서버들과 같은 각각의 노드 상호 간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 근거리 통신망(LAN: Local Area Network), 광역 통신망(WAN: Wide Area Network), 인터넷 (WWW: World Wide Web), 유무선 데이터 통신망, 전화망, 유무선 텔레비전 통신망 등을 포함한다.
무선 데이터 통신망의 일례에는 3G, 4G, 5G, 3GPP(3rd Generation Partnership Project), LTE(Long Term Evolution), WIMAX(World Interoperability for Microwave Access), 와이파이(Wi-Fi), 블루투스 통신, 적외선 통신, 초음파 통신, 가시광 통신(VLC: Visible Light Communication), 라이파이(LiFi) 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다.
이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아니다. 따라서 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 동일 범위의 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 조명 제어 시스템의 구성을 설명하는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 스마트 조명 제어 시스템은 사용자 단말, 적어도 하나 이상의 LED 조명 장치(300), 조명 모니터링 서버(200)를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
사용자 단말(100)은 사용자 위치 데이터에 기반하여 기 설정된 공간에 대해 조명의 스펙트럼 데이터, 세기 데이터, 노출 시간 데이터를 포함한 조명환경 데이터를 제공하고, 사용자의 체온, 심박수, 수면 상태를 포함한 생체리듬 데이터를 제공한다. 이러한 사용자 단말(100)은 스마트폰, 스마트 워치 등의 무선 통신이 가능한 단말을 사용할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 사용자 단말(100)은 터치화면, 통신 모듈(110), 메모리(미도시), 프로세서(미도시), 마이크, 스피커, 외부 커넥터 연결잭, 음량 등의 기능 조절 버튼, 전면 카메라(121) 및 후면 카메라(122)를 포함한 카메라 모듈(120), 근접 센서 및 조도 센서(131), GPS 센서(132)를 포함하지만 이에 한정되지는 않고, 체온, 심박수, 수면패턴, 활동 등의 사용자의 신체리듬을 측정할 수 있는 센서 또는 애플리케이션을 포함할 수 있다. 한편, 통신 모듈(110)은 근거리 무선 통신, 이동 통신 또는 인터넷 통신이 가능하도록 통신 인터페이스를 제공한다.
조명 모니터링 서버(200)는 사용자 단말(100)로부터 조명환경 데이터와 생체리듬 데이터를 제공받아 저장하고, 기 설정된 시간 동안 저장된 조명환경 데이터와 생체리듬 데이터를 비교 분석하여 인공광과 자연광의 노출량에 따른 조명노출 권장데이터 또는 사용자의 생체리듬에 맞는 조명 환경을 제공하기 위한 조명제어정보를 포함한 조명개선정보를 사용자 단말(100)로 제공한다. 조명 모니터링 서버(200)는 사용자 단말(100)에 스마트 조명 제어를 위한 어플리케이션을 제공할 수 있고, 사용자 단말(100)과 해당 어플리케이션을 통해 실시간 정보를 주고받을 수 있다.
이러한 조명 모니터링 서버(200)는 일반적인 의미의 서버용 컴퓨터 본체일 수 있고, 그 외에 서버 역할을 수행할 수 있는 다양한 형태의 장치로 구현될 수 있다. 구체적으로, 조명 모니터링 서버(200)는 통신 모듈(미도시), 메모리(미도시), 프로세서(미도시) 및 데이터베이스(미도시)를 포함하는 컴퓨팅 장치에 구현될 수 있는데, 스마트폰이나 TV, PDA, 태블릿 PC, PC, 노트북 PC 및 기타 사용자 단말 장치 등으로 구현될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명 장치의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 3을 참조하면, LED 조명 장치(300)는 LED, 통신 모듈(310), 제어보드(320), LED 드라이버(330)를 포함한다.
통신 모듈(310)은 블루투스 저전력(Bluetooth Low Energy), 지그비(Zigbee) 또는 와이파이(wi-fi)를 포함한 근거리 무선 통신 인터페이스를 지원하는 사물 인터넷(Internet of Things, IoT)과 연결되어 데이터를 송수신한다.
제어보드(320)는 아두이노(Arduino) 기반의 마이크로컨트롤러로서 입출력 포트(321)와 전원공급모듈(323)을 포함하고, 조명제어정보에 따른 연산을 통해 PWM 제어신호를 생성하여 LED 드라이버(330)에 전송하고, LED 드라이버(330)는 PWM 신호에 따라 LED의 밝기, 색온도, 색상, 조도, 점멸 등의 제어를 수행한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명환경 데이터에서 조명 스펙트럼을 설명하는 예시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명환경 데이터에서 생리적 청색광 지수와 유해 청색광 지수를 분석하는 과정을 설명하는 예시도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 모니터링 서버의 생체리듬 데이터와 조명환경 데이터를 비교 분석하여 유해광 노출 정보를 제공하는 예시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 모니터링 서버가 조명개선정보를 제공하는 예시도이다.
사용자 단말(100)의 카메라 모듈(120)를 통해 획득된 조명 스펙트럼은 조명의 종류에 따라 도 4에 도시된 바와 같이 연색성에서 차이가 있다. 자연 일광에서의 스펙트럼(a), 백열등의 스펙트럼(b), 분점(分點) 낮의 스펙트럼(c), 형광등의 스펙트럼(d)을 살펴보면, 태양광은 가시광선 전역에 걸쳐서 스펙트럼을 제공하고, 형광등이나 LED 조명은 특정 색상만으로 구성된 불연속 스펙트럼을 제공함을 알 수 있다.
청색광은 가시광 영역 중 400~450mm에 해당하는 청색 빛으로 에너지가 가장 높으며 각막이나 수정체에 흡수되지 않아 망막에 직접적으로 영향을 주며, 청색광에 장시간 노출되면 시력이 저하될 뿐 아니라 수면을 유도하는 호르몬 분비를 방해하여 수면 장애까지 올 수 있다. 낮동안 청색광에 노출되고 일몰 이후 시간에는 청색광 노출을 피해야 멜라토닌 호르몬이 원활하게 분비되어 숙면에 도움이 되며, 낮에 청색광 노출 시간이 적거나 밤에 청색광에 노출될 경우 멜라토닌 호르몬 분비가 억제되어 수면장애를 유발할 수 있다.
멜라토닌은 순환계를 따라 온몸에 퍼져 생체 기관들에 지금 시간이 밤임을 알리는 수면 유도 역할을 한다. 멜라토닌은 저녁 6~7시부터 서서히 분비가 시작되어 새벽 2~4시에 최대치를 이루다가 아침이 다가오면 점차 분비량이 줄면서 깨어날 준비를 하도록 한다. 쉽게 말해, 사람의 눈이 청색 계열의 빛에 노출되면 인체는 그것이 밝은 낮의 신호라고 인식하여 각성하게 되고, 반대로 그러한 자극이 주어지지 않으면 인체는 그 상태가 밤인 것으로 혼동하게 된다.
특히, 청색 계열의 빛 중에서 유해 청색광은 자외선 옆에 위치하여 가시광선 중에서 고에너지를 갖고 있어, 시력 저하, 황반변성을 포함한 망막 관련 질환 등의 사람의 눈에 심각한 손상을 줄 수 있고, 두통, 수명 장애등을 유발할 수 있다. 생리적 청색광은 인지 능력 및 생체리듬 조절 기능을 수행할 수 있다고 알려져 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, EP(Eye Pleasing) LED와 일반 LED 및 태양광의 스펙트럼은 청색광 중 '유해한 블루라이트'와 '생리적 블루라이트' 영역을 각각 검정색 라인과 붉은 색 라인으로 표시하고, 태양광 라인은 회색 라인으로 표시하였고, 각 광원은 거의 동일한 상관색온도 5000K 를 가지며, 동일한 광속을 갖는 조건으로 비교한 것이다. 여기서, EP LED는 자연광이나 일반 LED에 비해 유해한 블루아이트 영역을 감소시켜 눈을 편안하게 하고, 생리적 블루라이트 영역을 강화시켜 인지 능력 및 집중력 향상에 도움을 주는 인간 중심 LED라고 알려져 있다.
EP LED 스펙트럼이 일반 LED 및 태양광과 대비하여 '유해한 블루라이트(청색광)' 구간과 더 적게 겹치며 동시에 '생리적 블루라이트' 구간과 더 많이 겹치는 것을 볼 수 있다.
따라서, 조명 모니터링 서버(200)는 조명환경 데이터에서 조명 스펙트럼 데이터를 추출하고, 조명 스펙트럼 데이터에서 465~495nm의 생리적 청색광 지수와 415~455nm의 유해 청색광 지수를 산출한다. 즉, 조명 모니터링 서버(200)는 조명 스펙트럼 데이터의 465~500nm 파장 비율과 조명 세기로 생리적 청색광 지수를 계산하고, 조명 스펙트럼 데이터의 유해 청색광(415~455nm) 파장 비율과 조명 세기로 유해 청색광 지수를 계산한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 조명 모니터링 서버(200)는 생체리듬 데이터 중에서 수면의 질을 나타내는 수면 상태 정보를 추출하여 일정 기간 동안 누적된 유해 청색광 지수와 수면 상태 정보를 비교하여, 수면 시간이 기 설정된 시간 이하의 수면의 질이 저하되는 D1 구간에서 일자별 유해 청색광 노출 데이터를 사용자에게 제공할 수 있다.
조명 모니터링 서버(200)는 GPS 센서(132)에 의해 GPS 데이터에 의한 지도정보와, 사용자가 직접 입력한 실내 또는 실외에 대한 재실 정보, 현재 시간 정보, 조명 스펙트럼 데이터를 종합하여 사용자가 실외 또는 실내에 있는지에 대한 사용자 위치 정보를 산출한다. 이때, 사용자가 직접 실내 또는 실외에 대한 재실 정보를 입력하지 않더라도 조명 스펙트럼이 자연광 스펙트럼과 인공광 스펙트럼의 형태가 다르므로 조명 스펙트럼과 GPS 데이터를 이용하여 사용자가 실외 또는 실내에 있는지 사용자 위치 정보를 산출할 수 있다.
또한, 조명 모니터링 서버(200)는 사용자 위치 정보에 따라 실내 재실인 경우에 조명환경 데이터에서 시간별 인공광 노출량을 계산하여 인공광 노출 데이터를 산출하고, 사용자가 실외에 있는 경우에 조명환경 데이터에서 자연광 노출량을 계산하여 자연광 노출 데이터를 산출한다.
따라서, 조명 모니터링 서버(200)는 유해 청색광 노출 데이터에 일정 기간 동안의 유해 청색광에 노출된 시간과 장소에 대한 유해광 노출 이력 정보를 포함하여 제공할 수 있고, 수면의 질을 높이기 위해 자연광 노출 권장 시간을 포함하는 조명개선정보를 제공할 수 있다.
예를 들어, 수면에 방해가 되는 조명환경이 일주일간 5일 이상이고, 노출 장소 및 노출 시간이 "서울시 영등포구 000로(노출 장소), 09:00~18:00(노출 시간)"일 경우에, 사용자는 해당 주소가 사무실 주소이고, 노출 시간대가 근무시간대라고 판단할 수 있으며, 사용자의 근무 공간 내 조명환경이 사용자의 수면 방해를 야기하고 있다고 판단할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 조명 모니터링 서버(200)는 월별, 주간별, 요일별로 자연광 노출 권장 시간을 기준으로 자연광 노출 권장 시간이 미달인 날짜 정보를 출력하고, 자연광 노출 권장 시간을 충족할 수 있도록 산책 시간 등을 설정하여 제시해줄 수 있다. 마찬가지로, 조명 모니터링 서버(200)는 자연광 노출 데이터를 분석하여 과도하게 자연광에 노출되어 일광 화상 피부 노화 등의 피부 질환 뿐만 아니라 피부암 발생의 원인이 되므로 자연광 노출 위험 시간 정보를 제시해 줄 수도 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 조명 제어 방법을 설명하는 순서도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 멜리토닌 억제 스펙트럼을 설명하는 예시도이며, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 조명 제어 방법에 의한 국부 조명 제어 상태를 설명하는 도면이다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 조명 모니터링 서버(200)는 사용자 단말(100)로부터 조명환경 데이터와 생체리듬 데이터를 수신하고(S11), 조명환경 데이터를 분석하여 유해광 노출 데이터(유해 청색광 지수)와 생리적 청색광 지수를 산출한다(S12). 이때, 조명 모니터링 서버(200)와 사용자 단말(100)은 스마트 조명 제어를 위한 어플리케이션을 통해 데이터를 송수신할 수 있다. 어플리케이션은 사용자의 허용 범위 내에서 사용자 단말(100)의 특정 기능(화면 제어, 통신 제어 등 )을 제어할 수 있어, 사용자 단말(100) 상에서 조명환경에 대한 측정, 외부 장치와의 통신 연결, 화면 출력 등의 기능을 수행할 수 있다.
사용자 단말(100)에 내장된 각종 센서를 이용하여 조명 스펙트럼, 세기, 위치 및 시간을 측정하여 조명환경 데이터가 제공되는데, 이때 소형 스펙트로미터를 사용자 단말(100)에 장착하여 저렴한 비용으로 언제, 어디서나 손쉽게 조명의 상세 정보를 계측할 수도 있다.
조명 모니터링 서버(200)는 유해광 노출 데이터와 생체리듬 데이터 중 수면의 질을 나타내는 수면 상태 데이터와 비교하여, 수면 연속 시간이나 수면 총 시간이 기 설정된 시간 이하가 되는 수면의 질이 나쁜 구간에서 조명개선정보를 제공한다(S13).
이때, 조명 모니터링 서버(200)는 사용자 위치 정보에 따라 실내 재실인 경우에 조명환경 데이터에서 시간별 인공광 노출량을 계산하여 인공광 노출 데이터를 산출하고, 사용자가 실외에 있는 경우에 조명환경 데이터에서 자연광 노출량을 계산하여 자연광 노출 데이터를 산출한다(S14).
도 9에 도시된 바와 같이, 조명 모니터링 서버(200)는 조명개선정보를 통해 수면의 질이 나쁜 상태에서는 인공광 노출 데이터 중 멜라토닌 호르몬 억제에 영향을 미지츤 400~500nm의 파장의 빛 노출량을 분석하여 주로 불면증에 영향을 주는 장소와 시간대를 알려줌으로써 지속적으로 노출되는 인공조명환경의 위험성을 경고할 수 있다.
또한, 사용자 단말(100)과 통신망을 통해 적어도 하나 이상의 LED 조명 장치와 근거리 무선 통신으로 연결된 경우에, 도 10에 도시된 바와 같이, 사용자 단말(100)은 사용자 위치 데이터에 기반하여 기 설정된 영역의 국부 조명 공간에 배치된 LED 조명 장치(300)에 조명제어정보를 전송하고, LED 조명 장치(300)는 조명제어정보에 기초하여 색온도, 조도, 색상, 점멸을 포함한 조명 환경을 조절할 수 있다(S15).
여기서, 국부 조명 공간이 사적인 공간인 경우에, 사용자 단말(100)은 LED 조명 장치(300)와 연동하여 조명 모니터링 서버(200)를 통해 일정 기간 누적된 조명환경 데이터를 기초로 하여 자동으로 실내 조명의 점멸, 조도, 색온도 등이 조절될 수 있는 사용자 맞춤형 조명 환경을 구현할 수 있다.
또한, 조명 모니터링 서버(200)는 직업, 성별, 나이, 거주지를 포함하는 사용자 정보와 사용자별로 조명환경 데이터를 데이터베이스에 저장하고, 사용자 정보를 토대로 생활 패턴이 유사한 사용자 그룹을 형성하고, 사용자 그룹 내 사용자들 간에 조명환경 데이터를 비교하여, 조명환경 데이터가 사용자의 생체 리듬에 양호 상태의 영향을 주는 사용자의 조명환경 데이터에 기반하여 조명환경 추천 정보를 제공할 수 있다.
조명 모니터링 서버(200)는 딥러닝 기반의 자연어 처리 알고리즘을 이용하여 사용자 정보들간의 유사도를 구할 수 있고, 이 유사도 값을 생활패턴 유사도로 설정하여, 기 설정된 값 이상의 생활패턴 유사도를 갖는 사용자 정보들을 수집하여 사용자 그룹을 형성할 수 있다.
딥러닝 기반의 자연어 처리 알고리즘은 성별, 거주지, 직업, 나이, 수면 상태, 근무 시간대, 기상/취침 시간대 등을 포함하는 사용자 정보를 수집하여 학습 데이터로 하여 학습하고, 학습된 학습 데이터를 이용하여 텍스트 유사도(자카드 유사도, 코사인 유사도, 유클리언 유사도, 맨하탄 유사도 등)를 측정하여 생활 패턴 유사도를 산출할 수 있다.
이때, 딥러닝 기반의 자연어 처리 알고리즘은 CBoW(Continuous Bag of Words), RN(Relation Network), CNN(Convolutional Neural Network), Self Attention, RNN(Recurrent Neural Network), LSTM 등을 사용할 수 있다.
또한, 조명 모니터링 서버(200)는 자연광 노출량이 자연광 노출 권장 시간에 충족하면서, 인공광 노출량이 수면의 질이 양호 상태로 유지하도록 하는 사용자의 조명환경 데이터를 조명환경 추천 정보로 설정할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 조명 제어 방법의 유해광 노출 이력 정보를 제공하는 과정을 설명하는 순서도이다.
도 11을 참조하면, 조명 모니터링 서버(200)는 사용자의 생체리듬 데이터에서 수면의 질이 나쁜 상태일 경우에, 해당 일자의 유해 청색광 지수를 분석한다(S21, S22).
조명 모니터링 서버(200)는 유해 청색광 지수가 기 설정값 이상인 조명 환경에 대한 노출 위치 정보와 시간 정보를 유해광 노출 이력 정보로 사용자 단말(100)에 제공한다(S23).
또한, 조명 모니터링 서버(200)는 수면의 질을 높이기 위해 조명 개선 정보를 사용자 단말(100)에 제공하는데, 색온도(3000K), 조도(200lx 이하)가 되도록 조명제어정보를 사용자 단말(100)에 제공한다(S24).
사용자 단말(100)과 LED 조명 장치(300)간에 통신으로 연결된 경우에(S25), LED 조명 장치(300)는 조명 고간을 조명제어정보에 기초하여 낮은 색온도와 저조도의 조명환경이 되도록 제어한다(S25).
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 조명 제어 방법의 자연광 노출 권장 서비스를 제공하는 과정을 설명하는 순서도이다.
도 12를 참조하면, 조명 모니터링 서버(200)는 주기적으로 일정 기간 동의 자연광 노출 데이터를 분석하여 자연광 노출 권장 시간에 만족하였는지를 확인한다(S31).
만일, 일정 기간의 자연광 노출 데이터가 자연광 노출 권장 시간에 만족하지 않는 경우에, 조명 모니터링 서버(200)는 자연광 노출 권장 시간이 미달인 월별, 주간별, 요일별 자연광 노출 데이터를 분석하여, 사용자 단말(100)에 각 월별, 주간별 또는 요일별로 자연광 노출 시간과 노출 필요 시간 정보를 제공한다(S32, S33).
조명 모니터링 서버(200)는 일별, 주간별, 월별 실제 자연광 노출 시간 정보와 노출 필요 시간 정보를 합하여 전체적으로 사용자가 산책 시간 등을 이용하여 자연광 노출량을 충족시키기위한 자연광 노출 권장 시간 정보를 제공한다(S24).
한편, 도 8, 도 11 및 도 12의 단계들은 본 발명의 구현예에 따라서 추가적인 단계들로 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계간의 순서가 변경될 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 이러한 기록 매체는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하며, 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함하며, 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 사용자 단말
110 : 통신 모듈
120 : 카메라 모듈
131 : 근접 및 조도 센서
132 : GPS 센서
200 : 조명 모니터링 서버
300 : LED 조명 장치
310 : 통신 모듈
320 : 제어보드
330 : LED 드라이버
110 : 통신 모듈
120 : 카메라 모듈
131 : 근접 및 조도 센서
132 : GPS 센서
200 : 조명 모니터링 서버
300 : LED 조명 장치
310 : 통신 모듈
320 : 제어보드
330 : LED 드라이버
Claims (11)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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- 삭제
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- 사용자 단말과 연동하여 조명환경을 제어하기 위한 조명 모니터링 서버에 의해 수행되는 스마트 조명 제어 방법에 있어서,
a) 사용자 단말로부터 사용자 정보와, 사용자 위치 데이터에 기반하여 기 설정된 공간에 대해 조명의 스펙트럼 데이터, 세기 데이터, 노출 시간 데이터를 포함한 조명환경 데이터와, 사용자의 체온, 심박수, 수면 상태를 포함한 생체리듬 데이터를 수신하는 단계;
b) 기 설정된 시간 동안 저장된 조명환경 데이터와 상기 생체리듬 데이터를 비교 분석하여 인공광과 자연광의 노출량에 따른 조명노출 권장데이터 또는 사용자의 생체리듬에 맞는 조명 환경을 제공하기 위한 조명제어정보를 포함한 조명개선정보를 상기 사용자 단말로 제공하는 단계; 및
c) 상기 사용자 정보를 분석하여 생활 패턴 유사도에 따라 사용자 그룹을 형성하고, 상기 사용자 그룹 내 사용자들의 조명환경 데이터와 생체리듬 데이터를 상호 비교하여 조명 노출 권장 데이트를 충족하고, 사용자의 생체리듬에 맞는 조명제어정보를 갖는 사용자의 조명환경 데이터에 기반하여 상기 사용자 그룹 내 사용자별로 조명환경 추천 정보를 제공하는 단계를 포함하는 것인, 스마트 조명 제어 방법. - 제10항에 있어서,
상기 사용자 정보는 성별, 거주지, 직업, 나이, 수면 상태, 근무 시간대, 기상 및 취침 시간대 를 포함하고,
상기 c) 단계는, 딥러닝 기반의 자연어 처리 알고리즘을 이용하여 상기 사용자 정보를 수집하여 학습 데이터로 학습하고, 상기 학습된 학습 데이터를 이용하여 텍스트 유사도를 측정하여 상기 생활 패턴 유사도를 산출하는 것인, 스마트 조명 제어 방법.
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