[논문]Adaptive GMM을 활용한 BEMS용 조명제어 연구

고광석; 이주영; 강용식; 심동하; 김재문; 김은수; 이종성; 차재상

Adaptive GMM을 활용한 BEMS용 조명제어 연구
A Study on the control of lights for BEMS using Adaptive GMM 원문보기

통신위성우주산업연구회논문지 = The Journal of Korea Society of Communication and Sapce Technology, v.7 no.3, 2012년, pp.116 - 120

고광석 (서울과학기술대학교 전자IT미디어공학과 및 NID융합기술대학원) , 이주영 (서울과학기술대학교 전자IT미디어공학과 및 NID융합기술대학원) , 강용식 (서울과학기술대학교 전자IT미디어공학과 및 NID융합기술대학원) , 심동하 (서울과학기술대학교 MSDE프로그램) , 김재문 (한국교통대학교 철도전기전자공학과) , 김은수 (삼상이엔지) , 이종성 (부천대학 전자과) , 차재상 (서울과학기술대학교 전자IT미디어공학과 및 NID융합기술대학원)

초록
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전 세계적으로 빌딩 에너지 세이빙에 대한 관심이 증가하고 있으며, BEMS(Building Energy Management System)을 효율적으로 운용하기 위한 IT 기술에 대한 연구를 지속적으로 진행하고 있다. 최근 LED 조명기술의 발전으로 LED를 제어하여 에너지 절감효과를 극대화 할 수 있으며 BEMS에 이러한 LED 조명 제어기술들이 개발되고 있다. 본 논문에서는 건물에 설치되어 있는 IP 카메라와 Adaptive GMM(Gaussian Mixture Model)을 이용하여 BEMS용 LED 조명제어에 대한 시스템을 제안하였다. 설계한 구조를 기반으로 빌딩의 영상을 실시간으로 모니터링하고, 동적 객체를 영상추적하며, 다수의 객체를 클러스터링하고 인체 이동을 감지하여 LED 조명을 제어하는 기능을 제안하고, 관련 Software 개발을 통해 구현가능성을 입증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

There has been increased interest for building energy-saving for worldwide. There is continuing research on IT technology for efficient management of BEMS. Recently, It be able to control of LED and to maximize energy savings to the development of LED lighting technology. We propose the security image processing system to improve efficiency and we implement the real-time status monitoring system to surveil the object in the building energy management system. In this paper, we proposed the system of LED control using IP camera and Adaptive Gaussian Mixture Model for BEMS. We implement LED light control software on the based of the security camera image processing so the reliable controling based on the security camera is possible efficiently.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문 에서는 Adaptive GMM을 활용한 BEMS용 조명제어 시스템에 대한 구현내용을 다루고 있으며, 해당 시스템의 특징과 구성을 구조도를 통하여 명확하게 제시하였다. 또한 설계한 시스템 구조에 부합한 실질적인 개발 내용을 다루었으며, 설계한 구조를 기반으로 빌딩의 영상을 실시간으로 모니터링하고, 동적 객체를 영상추적하며, 다수의 객체를 클러스터링하고 인체 이동을 감지하여 LED조명을 제어하는 기능을 제안하고, 관련 Software 개발을 통해 구현가능성을 입증하였다.
본 논문에서는 LED 조명기술과 보안을 위해 설치되어 있는 IP 카메라를 사용하여 조명 제어를 통해 에너지를 효과적으로 세이빙 할 수 있는 시스템을 제안하고자 한다. 본 시스템은 보안 목적으로 설치된 IP 카메라와 Adaptive GMM(Gaussian Mixture Model)을 이용하여 카메라 영상을 처리하는 영상처리부, 조명을 제어하는 조명제어부로 구성되어 있다.

가설 설정

본 논문에서 제안하는 시스템은 BEMS 환경에서 설치되어 있는 보안 카메라를 사용하여 영상의 정보를 분석하고, 동적 객체에 대한 감지를 위하여 Adaptive GMM을 사용하여 정교하게 모델링 하였다. 배경을 확률밀도함수로 가정하고, 영상의 Pixel 수만큼 여러 개의 Gaussian 확률 모델을 생성하여 영상에서 백그라운드 영상을 지속적으로 업데이트하여 기존 백그라운드 영상을 비교 분석하여 반복적인 움직임이나 그림자 등을 제외한 동적 객체를 감지할 수 있다[4]. 본 논문에서 사용하는 Adaptive GMM의 배경모델링 구조는 그림1과 같다.

제안 방법

본 논문에서 제안하는 시스템은 BEMS 환경에서 설치되어 있는 보안 카메라를 사용하여 영상의 정보를 분석하고, 동적 객체에 대한 감지를 위하여 Adaptive GMM을 사용하여 정교하게 모델링 하였다. 배경을 확률밀도함수로 가정하고, 영상의 Pixel 수만큼 여러 개의 Gaussian 확률 모델을 생성하여 영상에서 백그라운드 영상을 지속적으로 업데이트하여 기존 백그라운드 영상을 비교 분석하여 반복적인 움직임이나 그림자 등을 제외한 동적 객체를 감지할 수 있다[4].
본 논문에서 제안한 실내 조명제어 시스템을 위해 IP camera에서 네트워크 망을 통해 Web Server로 실시간 영상 스트리밍과 영상처리 결과를 보내주고, Web Server에서는 영상처리 결과 데이터를 바탕으로 LED Control Protocol과 매칭 후 LED Control Data 프로세싱 결과를 LED Control Server로 전송한다. LED Control Server에서는 하드웨어 컨트롤 RS232신호를 LED Control 드라이버로 전송하고, 최종적으로 LED Control 드라이버가 LED의 On/Off를 제어한다.
Start bit신호가 송신된 후에는 설정할 모듈 ID를 세팅하는 부분이 나온다. 본 논문에서는 시리얼 통신으로 데이터를 송수신 하여 ID 값을 세팅하게 된다. 만약 04번 감시모듈을 지정할 경우에는 0x04로 세팅하게 된다.
실험은 천장에 IP Camera와 LED조명을 설치한 후 진행하였다. 자체실험 할 때 이동하는 객체가 정해진 라인으로 들어왔을 시, LED조명이 ON되도록 구현하였다.
그림 6을 보면, 촬영된 이미지에서 움직이고 있는 인체에 대해 초록색 사각패턴이 그려진 모습을 확인할 수 있으며, 지속적으로 이동 경로가 표시되고 있다. 앞서 기술한 내용은 실험환경에서 인체의 이동이 정상적으로 진행되었다고 가정된 상황의 실험이며, 동일한 실험환경 하에서 정해진 인체의 이동 경로를 벗어나는 예외적인 이벤트로 처리되며 예외에 대한 별도의 사각패턴의 오버레이를 제공한다.
실험은 천장에 IP Camera와 LED조명을 설치한 후 진행하였다. 자체실험 할 때 이동하는 객체가 정해진 라인으로 들어왔을 시, LED조명이 ON되도록 구현하였다. IP Camera로부터 인체가 라인을 이탈했다는 12V 이상의 Low Voltage 입력이 들어올 경우, LED 조명원에 24V VDD 출력을 보내게 된다.

대상 데이터

본 논문에서는 LED 조명기술과 보안을 위해 설치되어 있는 IP 카메라를 사용하여 조명 제어를 통해 에너지를 효과적으로 세이빙 할 수 있는 시스템을 제안하고자 한다. 본 시스템은 보안 목적으로 설치된 IP 카메라와 Adaptive GMM(Gaussian Mixture Model)을 이용하여 카메라 영상을 처리하는 영상처리부, 조명을 제어하는 조명제어부로 구성되어 있다.

성능/효과

본 논문 에서는 Adaptive GMM을 활용한 BEMS용 조명제어 시스템에 대한 구현내용을 다루고 있으며, 해당 시스템의 특징과 구성을 구조도를 통하여 명확하게 제시하였다. 또한 설계한 시스템 구조에 부합한 실질적인 개발 내용을 다루었으며, 설계한 구조를 기반으로 빌딩의 영상을 실시간으로 모니터링하고, 동적 객체를 영상추적하며, 다수의 객체를 클러스터링하고 인체 이동을 감지하여 LED조명을 제어하는 기능을 제안하고, 관련 Software 개발을 통해 구현가능성을 입증하였다.

후속연구

본 논문에서 개발한 내용을 빌딩의 실내 인체 감시이외에도 다양한 관련 보안솔루션으로써 적용할 시, 각종 사고로부터의 예방효과를 극대화 시킬 수 있으며, 비정상적인 상황 발생 시 빠른 대응책을 마련하여 피해를 최소화 할 수 있을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	BEMS는 어떠한 기술인가?	BEMS는 건물에서 소모되는 공조설비, 조명설비, 소방방재설비 등을 최적으로 제어함으로써 에너지 소비를 분석하고, 효과적으로 제어함으로써 에너지 절감 효과를 극대화 시킬 수 있는 기술이다. 최근 LED 조명기술의 발전으로 LED 제어를 통한 다양한 기술들이 개발되고 있으며 많은 건물들에 LED 조명과 지능형 센서가 도입되고 있다[2][3].
	본 논문에서 제안한 실내조명제어 시스템에서 데이터 전송을 위한 RS232 프로토콜의 과정은 무엇인가?	0x02는 신호를 시작하는 Start bit이다. Start bit신호가 송신된 후에는 설정할 모듈 ID를 세팅하는 부분이 나온다. 본 논문에서는 시리얼 통신으로 데이터를 송수신 하여 ID 값을 세팅하게 된다. 만약 04번 감시모듈을 지정할 경우에는 0x04로 세팅하게 된다. 서버에서는 기본적으로 Data Signal을 16진수 비트로 전송하게 되고, 메인서버에서는 전송받은 데이터에 해당하는 LED 제어신호를 보낸다.
	본 논문에서 제안하는 시스템에서의 GMM은 어떻게 구성되는가?	GMM은 각 픽셀마다 K개의 가우시안 분포도에 대한 가중치, 평균, 분산 등으로 구성되는데 시간 t에서의 픽셀 Xt에 대한 확률은 다음 식 1과 같다[5].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
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