KR20190059120A - 사물인터넷 기반의 증강현실을 이용한 시설물 점검 시스템 - Google Patents

사물인터넷 기반의 증강현실을 이용한 시설물 점검 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 사물인터넷기반의 증강현실 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 사용자의 GPS 좌표를 기준으로 시설물에 대한 정보와 센서 정보를 스마트기기의 카메라 영상위에 투영하여 표시할 수 있는 기능을 제공하는 사물인터넷 기반의 증강현실을 이용한 시설물 점검 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 시설물 점검 시스템은 시설물의 위치 및 부착된 센서의 온도, 습도, 미세먼지에 대한 데이터 값을 측정하는 취득부; 센서, IoT 게이트웨이, IoT 서버, 증강현실 서버, 스마트 기기 간 데이터 전송을 하는 통신부; 센서, 사물의 데이터 분석을 담당하는 IoT 서버와 센서, 사물 정보의 연계 및 증강현실 콘텐츠 구현에 필요한 데이터를 처리하는 증강현실 서버가 위치한 처리부; 상기 처리부의 정보를 스마트기기에 출력하는 표시부를 포함하는 증강현실 시스템을 제공한다.

Description

사물인터넷 기반의 증강현실을 이용한 시설물 점검 시스템{Facility Inspection System using Augmented Reality based on IoT}
본 발명은 사물인터넷기반의 증강현실 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 사용자의 GPS 좌표를 기준으로 시설물에 대한 정보와 센서 정보를 스마트기기의 카메라 영상위에 투영하여 표시할 수 있는 기능을 제공하는 사물인터넷 기반의 증강현실을 이용한 시설물 점검 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 증강현실(Augmented Reality, AR)은 가상현실(Virtual Reality, VR)의 한 분야로 실제 환경에 가상 사물이나 정보를 합성하여 원래의 환경에 존재하는 사물처럼 보이도록 하는 컴퓨터 그래픽 기법이다. 예컨대, 휴대기기를 통해 시설물에서 얻은 센서 데이터를 증강현실 서버에 관련 업무처리에 대한 일체의 내용을 파악할 수 있으며, 시설물에 대한 정보를 제공한다.
또한, 사물 인터넷(Internet of Things, IoT)은 각종 사물에 대한 센서와 통신기능을 내장하여 인터넷에 연결하는 기술을 말한다. 인터넷으로 연결된 사물들이 데이터를 송수신하여 사용자가 지정한 업무나 필요한 데이터를 제공할 수 있다. 상기의 기능을 수행하기 위해서 이기종간의 프로토콜을 이용한 통신이 가능해야 한다.
또한, 상기 기술한 시스템에서 이기종간의 데이터 통신을 위해서 LWM2M의 CoAP을 사용한다. LWM2M은 OMA에서 소형장치들을 포함하는 다양한 기기를 지원하기 위해 개발된 사물인터넷 기기 관리 표준 프로토콜이다. 소형 장치를 위한 응용데이터 전달 프로토콜인 CoAP(Constrained Application Protocol)을 기반으로 하여 메시지가 작고 빠르며, 작은 코드크기 및 실행 공간을 요구하기 때문에 다양한 사물인터넷 기기를 지원할 수 있다. CoAP은 CoRE(Constrained RESTful Environments) 워킹 그룹에서 저전력, 저신뢰의 성능을 갖는 네트워크 사물인터넷 장비들이 웹과의 통합을 위해 제정된 표준이다.
종래 국내 등록특허공보 등록번호 10-1409964의 배경기술에는 "모바일 증강 현실(Augmented Reality) 시스템은 적어도 하나 이상의 모바일 단말기를 이용하여 실제 현실 화면에 가상 이미지를 처리하여 증강된 현실을 보여주는 서비스를 제공하는 시스템으로서, 실제의 물체로부터 촬영된 이미지에 가상의 현실을 추가하고자 하는 경우에 사용되는 기술이며, 최근 많은 발전을 거듭하고 있다."는 것이 개시되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 사물인터넷 기반의 시설물 관리를 용이하게 할 수 있는 증강현실 시스템을 제공하는데 있다.
또한, 사용자 GPS 정보와 시설물 정보를 합성하여 현재 사용자 주변의 시설물 및 상태 정보 표시 기능을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 시설물의 위치 및 부착된 센서의 온도, 습도, 미세먼지에 대한 데이터 값을 측정하는 취득부; 센서, IoT 게이트웨이, IoT 서버, 증강현실 서버, 스마트 기기 간 데이터 전송을 하는 통신부; 센서 정보의 연계 및 증강현실 콘텐츠를 구현하는 증강현실 서버 처리부; 상기 처리부에서 구현된 시설물의 정보를 스마트기기에 출력하는 표시부를 포함하는 증강현실 시스템을 제공한다.
상기 통신부는 좌표, 속성, 센서 등 시설물의 고유정보를 IoT 서버와 증강현실 서버, 스마트기기 간에 연동할 수 있는 연동모듈을 제공한다.
상기 처리부는 수신된 시설물의 고유정보를 수집 및 저장하는 IoT 서버와 증강현실 콘텐츠 구현에 필요한 정보를 갖는 증강현실 서버를 가리킨다.
상기 처리부는 2D 좌표계를 스마트기기의 증강현실 화면에 투영하여 표시하는 기능을 제공하도록 3D 좌표계로 변환하는 작업을 선행한다. 이후, 3D 좌표계를 증강현실의 공간좌표계와 매칭하여 화면에 투영한다. 또한, 지상이 아닌 지하에 매설된 시설물인 경우 3D 공간좌표를 수신하여 화면에 깊이로 표시하는 기능을 제공한다.
상기 표시부는 증강현실 데이터의 시각화와 시설물 조회, 점검이력 등록 및 전송의 기능을 담당한다. IoT 서버와 증강현실 서버로부터 수신된 정보를 화면에 표시하는 기능을 제공하며, 서비스가 구축된 스마트기기의 GPS 좌표를 지속적으로 수집하여 현재 좌표를 기준으로 사용자가 설정한 반경 내에 있는 시설물 데이터베이스로부터 조회한다. 조회된 시설물 정보는 시각화하여 구분할 수 있는 심볼을 가지고 화면에 표출한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 사용자 GPS 좌표를 기준으로 사물인터넷 기반의 시설물에 대한 정보, 센서 측정 정보를 스마트기기에서 증강현실이 적용된 화면으로 확인할 수 있으며 이를 통해 관리, 감독 기능을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사물인터넷 기반의 증강현실을 이용한 시설물 점검 시스템의 흐름도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사물인터넷 기반의 증강현실을 이용한 시설물 점검 시스템의 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공간데이터 좌표변환 모듈구성의 개념도,
도 4 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 사물인터넷 기반의 증강현실을 이용한 시설물 점검 시스템의 동작을 설명하기 위한 실행예를 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 시설물의 위치 및 부착된 센서의 온도, 습도, 미세먼지에 대한 데이터 값을 측정하는 취득부(2000); 센서, IoT 게이트웨이, IoT 서버, 증강현실 서버, 스마트 기기 간 데이터 전송을 하는 통신부(3000); 센서, 사물의 데이터 분석을 담당하는 IoT 서버(4100)와 센서, 사물 정보의 연계 및 증강현실 콘텐츠 구현에 필요한 데이터를 처리하는 증강현실 서버(4200)가 위치한 처리부(4000); 상기 처리부의 정보를 스마트기기 어플리케이션(5100)에 출력하는 표시부(5000)를 포함하는 증강현실 시스템을 제공한다.
상기 취득부(2000)는 시설물의 GPS(2110), 온도(2120), 습도(2130), 미세먼지(2140)에 대한 정보를 취득하여 IoT 게이트웨이(3100)로 전송하는 기능을 제공한다.
상기 통신부(3000)의 통신 프로토콜은 국제인터넷 표준화기구(IETF)의 IoT 기술 규격인 RFC7252(CoAP)로 이루어지며 CoAP(1100) 메시지를 송수신할 수 있는 연계기능을 제공한다. 또한, 메시지 관리 기능과 네트워크 트래픽을 감소시키기 위한 오버헤드 제거 기능을 제공한다.
상기 게이트웨이(3100)는 저전력, 장거리 통신이 가능한 LoRa(Long Range, 3130), NB-IoT(NarrowBand-IoT, 3140) 또는 Wi-SUN(Wireless Smart Utility Network, 3150) 통신 모듈을 이용해 데이터 무선 전송을 할 수 있다.
상기 IoT 서버(4100)는 전송된 시설물의 GPS(2110), 온도(2120), 습도(2130), 미세먼지(2140)에 대한 정보를 수집 및 저장하는 기능을 제공한다.
상기 증강현실 서버(4200)는 스마트기기 내의 3축 방위센서를 이용하여 지속적인 방위 값을 수신한다. 또한, 현재 방위 값을 확인할 수 있도록 현재 방위를 스마트기기 화면에 표출하는 방위센서 수신 기능을 갖는다.
상기 증강현실 서버(4200)는 스마트기기가 향하는 방향, 스마트기기의 기울기, 시설물과 스마트기기간 거리, 변환된 GPS 공간데이터 등 스마트기기에 내장된 센서를 바탕으로 화면 내에 비춰지는 시설물의 정보를 실시간으로 갱신한다.
상기 증강현실 서버(4200)는 2D 좌표계를 스마트기기의 증강현실 화면에 투영하여 표시하는 기능을 제공하도록 3D 좌표계로 변환하는 작업을 선행한다. 이후, 3D 좌표계를 증강현실의 공간좌표계와 매칭하여 화면에 투영한다. 또한, 지상이 아닌 지하에 매설된 시설물인 경우 3D 공간좌표를 수신하여 화면에 깊이로 표시하는 기능을 제공한다.
상기 표시부(5000)는 수신한 사용자의 위치 정보를 화면에 표시하는 기능과 현재 화면이 지도인 경우, 현재 위치를 지도상에 표시하는 기능을 제공한다.
상기 표시부(5000)는 증강현실 데이터의 시각화와 시설물 조회, 점검이력 등록 및 전송의 기능을 담당한다. IoT 서버와 증강현실 서버로부터 수신된 정보를 화면에 표시하는 기능을 제공하며, 서비스가 구축된 스마트기기의 GPS 좌표를 지속적으로 수집하여 현재 좌표를 기준으로 사용자가 설정한 반경 내에 있는 시설물 데이터베이스로부터 조회한다. 조회된 시설물 정보는 시각화하여 구분할 수 있는 심볼을 가지고 화면에 표출한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 사용자 GPS 좌표를 기준으로 사물인터넷 기반의 시설물에 대한 정보, 취득된 측정 정보를 스마트기기에서 증강현실이 적용된 화면으로 확인할 수 있으며 이를 통해 관리, 감독 기능을 제공한다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다.　상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.　상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.　컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.　프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.　상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.　예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
1000: LWM2M 1100: CoAP
2000: 취득부 2100: 센서
2110: GPS 2120: 온도
2130: 습도 2140: 미세먼지
3000: 통신부 3100: 게이트웨이
3110: 블루투스 3120: Wi-Fi
3130: LoRa 3140: NB-IoT
3150: Wi-SUN 4000: 처리부
4100: IoT 서버 4200: 증강현실 서버
5000: 표시부 5100: 스마트기기 어플리케이션

Claims (7)

  1. 시설물의 위치 및 부착된 센서의 온도, 습도, 미세먼지에 대한 데이터 값을 측정하는 취득부;
    센서, IoT 게이트웨이, IoT 서버, 증강현실 서버, 스마트 기기 간 데이터 전송을 하는 통신부;
    센서, 사물의 데이터 분석을 담당하는 IoT 서버와 센서, 사물 정보의 연계 및 증강현실 콘텐츠 구현에 필요한 데이터를 처리하는 증강현실 서버가 위치한 처리부;
    상기 처리부의 정보를 스마트기기에 출력하는 표시부를 포함하는 시설물 점검 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시설물 점검 시스템은 사물인터넷과 증강현실이 결합된 것을 특징으로 하는 시설물 점검 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 시설물 점검 시스템은 시설물의 GPS, 온도, 습도, 미세먼지에 대한 정보를 취득하는 것을 특징으로 하는 시설물 점검 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 시설물 점검 시스템은 국제인터넷 표준화기구(IETF)의 IoT 기술 규격인 RFC7252(CoAP)로 이루어지며 CoAP 메시지를 송수신하는 것을 특징으로 하는 시설물 점검 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 시설물 점검 시스템은 스마트기기가 향하는 방향, 스마트기기의 기울기, 시설물과 스마트기기간 거리, 변환된 GPS 공간데이터 등 스마트기기에 내장된 센서를 바탕으로 화면 내에 비춰지는 시설물의 정보를 실시간으로 갱신하는 것을 특징으로 하는 시설물 점검 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 시설물 점검 시스템은 지상이 아닌 지하에 매설된 시설물인 경우 3D 공간좌표를 수신하여 화면에 깊이로 표시하는 기능을 제공하는 것을 특징으로 하는 시설물 점검 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 시설물 점검 시스템은 조회된 시설물 정보를 시각화하여 구분할 수 있는 심볼을 가지고 화면에 표출하는 것을 특징으로 하는 시설물 점검 시스템.
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