[논문]센서를 활용한 열차 화장실 내 응급상황 감지에 관한 연구

송달호; 장덕진; 강송희

doi:10.7782/jksr.2011.14.4.341

센서를 활용한 열차 화장실 내 응급상황 감지에 관한 연구
Development of Lavatory Emergency Detection System using Sensors in Train 원문보기

한국철도학회 논문집 = Journal of the Korean Society for Railway, v.14 no.4 = no.65, 2011년, pp.341 - 347

송달호 (우송대학교 철도대학원) , 장덕진 (우송대학교 컴퓨터정보학과) , 강송희 (우송대학교 철도기술연구소)

초록
AI-Helper

한국의 고속철도에 승객의 안전과 편의를 제공하기 위하여 열차 내에 IT기술 및 센서 기술을 적용한 시스템의 개발을 연구하였다. 열차 내 화장실은 밀폐된 공간으로 외부의 도움이 필요한 상황이 발생하더라도 승객 스스로가 요청하기 전까지 외부에서는 승객의 상황을 확인하기 어렵다. 본 논문에서는 화장실 내에 개인의 프라이버시를 침해하지 않으면서도 응급상황 발생 시 센서를 통하여 외부에서 이를 감지하고 조치를 취할 수 있는 시스템의 개발내용을 정리하였다. 시스템의 요구사항을 분석하고 이를 통해 시스템을 설계하고 구현하였으며, 테스트 계획을 세우고 모의테스트를 진행함으로써 시스템의 작동상태를 확인하였다. 개발된 시스템은 향후 열차 화장실뿐만 아니라 다양한 곳에 설치하여 활용이 가능할 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, studied was the application of IT and sensor technology to trains in order to provide safety and convenience for passengers. One of applications is Lavatory Emergency Detection System in a train. Since a lavatory in a train is securely separated space, it is hard to notice an emergency inside of it unless a user sends a request for help. A system that can detect an emergency by using sensors was presented. System requirements were analyzed to design and implement a system. Prototype of the system was made. Then, tests in a laboratory were carried out based on a set of test plan to verify the system functions. Performance was turned out to be very successful. The system developed may have a chance to be installed according to the requirements of specifications of the train to be ordered.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

Fig. 11과 같이 테스트 환경에서 설정된 3가지 테스트 계획에 따라 센서가 움직임을 감지한 상황에 따라 서버와 화장실용 단말기, 승무원용 단말기로 상황을 통보하는지에 대해 확인하였다.
IT 강국으로써 승객의 안전과 편의를 향상시키고 철도기술의 국제적 경쟁력을 높이기 위한 화장실내 응급상황감지 시스템의 개발내용을 소개하였다. 화장실 사용자가 의식불명의 상태로 외부에 도움을 요청할 수 없을 경우를 응급상황으로 정의하여 화장실 내의 센서를 통하여 일정 시간 동안 움직임이 감지 되지 않거나, 장시간 동안 화장실을 사용할 경우 화장실에 설치된 단말기로 화장실 사용자의 이상유무를 확인하고 사용자가 응답이 없을 경우에는 승무원 단말기로 상황을 통보하여 화장실 사용자의 상황을 확인하여 조치를 취할 수 있도록 하는 시스템을 개발하였다.
이 연구에서는 국내외 IT 및 스마트센서가 적용된 사례 조사[3-7] 및 분석을 통해 화장실 내 응급상황 감지 시스템(LEDS : Lavatory Emergency Detection System)을 포함한 7가지의 IT 및 스마트센서 적용기술들이 선정되어 현재 개발 중에 있다. 본 논문에 앞서 개발과정에 따라 LEDS의 설계까지의 내용을 발표한 논문[8]과 LEDS의 구현과 기능테스트를 수행한 내용을 발표한 논문[9]이 있으며 본 논문은 이들을 통합하고 이후에 진행된 센서모듈과 소프트웨어들의 구현 및 테스트에 대한 내용 들을 포함하여 개발의 전 과정을 정리한 것이다. 본 논문은 한국철도기술의 대외경쟁력 제고 면에서 중요한 의미를 갖는다.

제안 방법

화장실 내 응급상황을 감지하는 시스템을 개발하기 위해 문제정의서를 작성하였으며, 문제정의서를 바탕으로 Use-Case를 식별하고 Use-Case Diagram을 작성하였다. Use-case별로 시나리오를 구성하였고, 시나리오 분석을 통하여 화장실 내 응급상황 감지 시스템의 전체흐름을 파악하였다.
만약 화장실 사용자의 응답이 없는 경우에는 의식불명상태의 응급상황으로 간주하여, 승무원의 휴대용 단말기로 상황을 통보한다. 또한, PIR센서와 모션감지센서가 감지하지 못한 사용자의 응급상황을 판단하기 위하여 타이머작동을 통해 장시간이상의 사용자가 감지될 경우에도 화장실에 설치된 단말기를 통하여 화장실 사용자의 응답유무를 확인한다.
다수가 이용하는 공공화장실에서 20분 이상 점유하는 경우는 잠을 자거나, 의식을 잃은 경우가 아니면 흔치 않은 일이다. 본 논문에 소개된 시스템에서는 화장실 내에 PIR센서와 모션감지센서의 설치를 통해 사용자의 움직임을 지속적으로 확인하며, 움직임이 감지되지 않는 상황이 10초 이상 지속되면 화장실 사용자의 이상유무를 확인하기 위하여 화장실 내에 터치스크린 모니터를 설치함으로써 유사시에 화장실 사용자와 의사소통을 할 수 있도록 하였다. 만약 화장실 사용자의 응답이 없는 경우에는 의식불명상태의 응급상황으로 간주하여, 승무원의 휴대용 단말기로 상황을 통보한다.
그리고 카메라와 같은 시각적 방법으로 화장실내의 상황을 판단할 수는 없다는 문제가 있고, 신체측정을 위해 팔찌 등의 장치의 착용을 사용자에게 요구하는 것도 적절치 않기에 움직임 감지를 통한 해결방안 만이 적절한 것으로 판단하였다. 본 논문의 구성은 2절에서 연구의 배경을 기술하고, 3절에서는 시스템의 요구 사항을 분석하였으며, 분석된 내용에 따라 4절에서는 시스템을 설계하고, 5절과 6절에서는 시스템의 구현과 구현된 시스템의 테스트 내용을 정리하였다.
사용자가 화장실에 들어간 후 사용자의 움직임이 감지된 시간을 체크하여 10초 이상 움직임이 없는 경우에는 사용자의 응급상황 여부를 판단하기 위하여 Fig. 13과 같이 화장실용 단말기를 통하여 사용자의 이상유무를 확인한다. 서버는 사용자가 30초 내에 응답이 없을 경우에는 의식이 없는 응급상황으로 판단하여 승무원용 단말기로 상황을 통보 하고, 사용자가 모니터의 버튼을 통해 응답이 있을 경우에는 정상사용으로 판단하고 사용자가 화장실 문을 열고 나갈때까지 움직임을 계속 감지한다
성능 테스트를 위하여 건물 내 화장실에 시스템을 설치하여 테스트 환경을 구축하였다. Fig.
인터페이스 설계는 화장실 단말기와 승무원 단말기의Interface로 이루어졌다.
화장실 사용자가 의식불명의 상태로 외부에 도움을 요청할 수 없을 경우를 응급상황으로 정의하여 화장실 내의 센서를 통하여 일정 시간 동안 움직임이 감지 되지 않거나, 장시간 동안 화장실을 사용할 경우 화장실에 설치된 단말기로 화장실 사용자의 이상유무를 확인하고 사용자가 응답이 없을 경우에는 승무원 단말기로 상황을 통보하여 화장실 사용자의 상황을 확인하여 조치를 취할 수 있도록 하는 시스템을 개발하였다. 현재 시스템은 하드웨어와 소프트웨어를 구현하여 시제차량에 탑재하여 테스트하기 전에 연구실에서 시스템의 성능을 테스트 하기 위하여 테스트 계획을 세워 모의테스트를 진행하였다. 테스트 케이스는 정상적인 사용, 10초 이상 움직임이 없는 사용, 장시간 사용으로 구분하여 시스템이 의도대로 작동 되는 것을 확인하였다.
화장실 내 사용자의 움직임을 감지하기 위하여 x-밴드 도플러 센서와 PIR센서로 구성되어 있으며, 응급상황 감지 시 Ethernet을 통하여 서버로 데이터를 전송하여 상황을 확인할 수 있도록 하였다. 구현된 센서노드는 Fig.
화장실 내 응급상황 감지 시스템의 설계는 크게 하드웨어, 소프트웨어, 네트워크 설계로 구분하였다.
화장실 내 응급상황을 감지하는 시스템을 개발하기 위해 문제정의서를 작성하였으며, 문제정의서를 바탕으로 Use-Case를 식별하고 Use-Case Diagram을 작성하였다. Use-case별로 시나리오를 구성하였고, 시나리오 분석을 통하여 화장실 내 응급상황 감지 시스템의 전체흐름을 파악하였다.
화장실 내에 설치된 단말기를 통하여 화장실 사용자의 응급상황이 감지되었을 경우 사용자의 상황을 확인하기 위한 단말기의 화면을 설계하였다. Fig.
IT 강국으로써 승객의 안전과 편의를 향상시키고 철도기술의 국제적 경쟁력을 높이기 위한 화장실내 응급상황감지 시스템의 개발내용을 소개하였다. 화장실 사용자가 의식불명의 상태로 외부에 도움을 요청할 수 없을 경우를 응급상황으로 정의하여 화장실 내의 센서를 통하여 일정 시간 동안 움직임이 감지 되지 않거나, 장시간 동안 화장실을 사용할 경우 화장실에 설치된 단말기로 화장실 사용자의 이상유무를 확인하고 사용자가 응답이 없을 경우에는 승무원 단말기로 상황을 통보하여 화장실 사용자의 상황을 확인하여 조치를 취할 수 있도록 하는 시스템을 개발하였다. 현재 시스템은 하드웨어와 소프트웨어를 구현하여 시제차량에 탑재하여 테스트하기 전에 연구실에서 시스템의 성능을 테스트 하기 위하여 테스트 계획을 세워 모의테스트를 진행하였다.
화장실 사용자의 움직임을 파악하기 위한 테스트 계획은 정상적인 상황에서의 움직임 감지, 10초 이상 움직임이 없는 경우, 사용시간이 20분을 초과하였을 경우의 세가지로 구분하였다.

대상 데이터

화장실용 단말기와 승무원용 단말기는 동일한 모델로 7인치 터치스크린의 UMPC로 모니터가 180도 회전하여 접을수 있는 제품을 사용하여 화장실 내 벽에 부착이 가능하도록 하였으며, 승무원용 단말기로 휴대가 용이한 제품을 사용하였다. 현재 열차 내 승무원이 사용하는 단말기는 승객의 열차 운임료 계산이 가능한 PDA를 사용하고 있으나 화상대화를 위한 카메라 등이 부착되어 있지 않은 관계로 본 연구에서는 Prototype으로 시중에서 판매되고 있는 제품을 활용하여 구현하였으나, 향후에 실제운행 중인 열차에 탑재될 경우에는 현재 승무원 단말기의 기능을 추가하여 활용할수 있는 새로운 장비의 개발이 요구된다.

성능/효과

현재 시스템은 하드웨어와 소프트웨어를 구현하여 시제차량에 탑재하여 테스트하기 전에 연구실에서 시스템의 성능을 테스트 하기 위하여 테스트 계획을 세워 모의테스트를 진행하였다. 테스트 케이스는 정상적인 사용, 10초 이상 움직임이 없는 사용, 장시간 사용으로 구분하여 시스템이 의도대로 작동 되는 것을 확인하였다. 향후 차세대고속열차의 시제차량이 제작되면 차량에 탑재하여 실제 운행중인 차량 내에서의 테스트를 진행 할 계획이며, 이를 통하여 실제 운용차량에서의 적용성을 검증 할 것이다.
테스트에서는 편의상 1분 이상 사용자를 장시간 사용자로 판단하도록 하여 테스트하였으며, Fig. 14와 같이 상황을 감지하는 것을 확인하였다.

후속연구

테스트 케이스는 정상적인 사용, 10초 이상 움직임이 없는 사용, 장시간 사용으로 구분하여 시스템이 의도대로 작동 되는 것을 확인하였다. 향후 차세대고속열차의 시제차량이 제작되면 차량에 탑재하여 실제 운행중인 차량 내에서의 테스트를 진행 할 계획이며, 이를 통하여 실제 운용차량에서의 적용성을 검증 할 것이다.
화장실용 단말기와 승무원용 단말기는 동일한 모델로 7인치 터치스크린의 UMPC로 모니터가 180도 회전하여 접을수 있는 제품을 사용하여 화장실 내 벽에 부착이 가능하도록 하였으며, 승무원용 단말기로 휴대가 용이한 제품을 사용하였다. 현재 열차 내 승무원이 사용하는 단말기는 승객의 열차 운임료 계산이 가능한 PDA를 사용하고 있으나 화상대화를 위한 카메라 등이 부착되어 있지 않은 관계로 본 연구에서는 Prototype으로 시중에서 판매되고 있는 제품을 활용하여 구현하였으나, 향후에 실제운행 중인 열차에 탑재될 경우에는 현재 승무원 단말기의 기능을 추가하여 활용할수 있는 새로운 장비의 개발이 요구된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Use-Case란?	Use-Case란 사용자 등 시스템과 직접적으로 관계를 갖는 개체가 관계하는 개발대상 시스템의 기능을 말하며 화장실내 응급상황 감지 시스템은 상황확인, 사용시간측정, 응급상 황통보, 움직임 감지 4개의 Use-case로 표현할 수 있으며Use-case Diagram은 Fig. 1과 같다.
	현재 음식점이나 교통수단 화장실 내에 있는 호출 버튼의 한계점은?	열차 화장실의 경우 신속한 대처를 요하는 졸도, 심장마비 등의 응급상황 발생 시 외부에서는 이를 감지할 수 없으므로 심각한 문제가 생길 수 있다. 현재 음식점의 화장실이나 열차를 비롯한 타 교통 수단 화장실 내에는 호출버튼이 설치되어 있는 경우를 종종 볼 수 있으며, 이 호출 버튼의 경우는 사용자가 의식이 있는 상황에서 외부에 도움을 요청하고자 할 경우에만 사용이 가능하다. 그러나, 본 논문에서 구현한 시스템은 승객의 프라이버시를 침해하지 않으면서 의식을 잃어 움직임이 없는 승객의 응급상황을 신속히 감지해 승무원 등 관계자에게 통보하여 조속한 조치를 취할 수 있도록 하였다.
	LEDS 시스템 전체의 흐름은 어떠한가?	1. 문을 잠그면 움직임 감지센서와 타이머가 작동 2. 타이머 작동 후 20분이 경과하도록 사용자가 나오지 않으면 LEDS는 사용자의 상태를 확인 3. 움직임이 10초 이상 감지되지 않으면 서버는 사용자의 이상여부를 확인 4. 화장실내의 모니터 상에 확인메시지를 현시 5. 사용자가 30초 동안 아무런 응답이 없으면 서버는 승무원에게 상황을 통보 6. 타이머 및 센서들은 화장실 문이 잠겨있는 동안 작동 상태를 유지

참고문헌 (10)

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D.J. Chang et al. (2009) Implementation of the Lavatory Emergency Detection System in Train, Proceedings of 2009 Autumn Conference of the Korean Society for Railway, The Korean Association For Railway, pp. 1376-1383/
http://blog.daum.net/han0114/17049559 (2009.10.24)

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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