[논문]실내 환경에서 소방대원간의 조난확인 및 위치추적 시스템 구현

이광희; 이성엽; 고봉진

doi:10.12673/jkoni.2014.18.1.90

실내 환경에서 소방대원간의 조난확인 및 위치추적 시스템 구현
Implementation of the Location Tracking and Distress Check System among Firefighters in Indoor Environments 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.18 no.1 = no.64, 2014년, pp.90 - 94

이광희 (창원대학교 전자공학과) , 이성엽 (창원대학교 전자공학과) , 고봉진 (창원대학교 전자공학과)

초록
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본 논문에서는 IEEE 802.15.4 기반 무선센서네트워크(WSN) 및 수신신호세기(RSSI)를 이용하여 건물 내에서의 소방대원의 조난을 감지하고 무선으로 조난신호를 보냄으로써 근처 동료 소방대원이 수신신호세기(RSSI)를 통해 조난신호의 송신방향을 읽고 위치를 추적하는 시스템을 제안하였다. 또한, 제안된 시스템을 이용한 실험에서 이론값과 실험값의 오차가 작기 때문에 RSSI를 통한 위치추적이 가능하다는 것을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper suggests the system that allows nearby firefighters to read about the transmission direction of a distress signal and track the location by RSSI of received distress signal which is transmitted wirelessly after sensing the distress signal of a firefighter using the Wireless Sensor Network(WSN) based on IEEE 802.15.4 and Received Signal Strength Indicator(RSSI) in the building. Also, It was confirmed that the location tracking using RSSI is possible because the difference between theoretical value and experimental value is little when experiment using the proposed system.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 실내로 진입하여 화재진압 및 구조작업을 하는 소방대원의 안전을 위한 조난확인 및 위치추적 시스템을 구현하였다. 기울기센서, LCD디스플레이 장치, IEEE 802.

제안 방법

본 논문에서는 실내로 진입하여 화재진압 및 구조작업을 하는 소방대원의 안전을 위한 조난확인 및 위치추적 시스템을 구현하였다. 기울기센서, LCD디스플레이 장치, IEEE 802.15.4 기반 RF 모듈의 수신신호세기(RSSI)를 바탕으로 소방대원들 간의 무선센서네트워크 시스템을 구성하였으며, 시스템의 알고리즘은 조난된 소방대원을 무선센서노드의 기울기센서가 인식하여 주위 동료 소방대원들에게 구조신호를 보내게 되면 동료 소방대원들의 센서노드에 부저가 울리며 LCD화면에 조난된 소방대원의 ID 및 RSSI값이 출력되도록 하였다.
본 논문에서는 실내에서 화재진압 및 인명구조를 펼치던 도중 의식을 잃고 쓰러진 소방대원을 근처 동료 소방관들이 인식하고 위치를 손쉽게 추적할 수 있는 시스템을 구현 하였으며, 이를 헬멧 등에 부착이 가능한 크기(5 cm×4 cm)로 제작 하였다.
즉, 송·수신부 간의 거리가 점점 멀어질수록 RSSI가 약해져 DUTY비가 줄어드는 방식이다. 제안하는 시스템에서는 PWM방식의 RSSI 출력값을 RC회로를 통과하여 DC전압 값이 출력되게 구성해 놓았으며, 이 DC값이 마이크로컨트롤러의 ADC에 들어와 최종적으로 RSSI 값을 디지털 값으로 변환하 였다. 소방대원의 조난확인의 경우, 기울기센서가 소방대원이 기울어진 상태에서 일정시간 움직임이 없음을 센싱하여 마이크 로컨트롤러가 인식하고 조난신호를 보내도록 구성을 하였다.
제안한 시스템은 소방관의 헬멧 등에 장착하여 소방작전중 소방관이 쓰러지게 되면 부착된 센서가 이를 인식하여 무선센서노드를 통해 자신의 위험을 알려주는 신호를 보내고, 이 신호를 받은 주위 동료 소방관들의 부저가 울리도록 하였으며 디스플레이를 통해 조난자의 ID 및 RSSI를 확인하도록 하였다. 위치추적의 경우, 길이 정해져 있는 실내 공간에서 RSSI값이 증가하거나 감소하는 것을 통해 조난자의 방향을 읽고 위치추적을 하는 방법이다.
제안한 시스템은 소방관의 헬멧 등에 장착하여 소본 논문에 사용된 Xbee에도 RSSI 값이 PWM방식으로 나오는 핀이 포함되어 있으며, 이 핀으로 마지막에 수신한 패킷의 RSSI 값을 출력한다. 따라서 PWM방식으로 나오는 RSSI 값을 읽을 수 있는 수치로 바꿔주는 회로가 필요하다.
그림 5(a)에 구현된 시스템을 통해 측정한 실측값 및 이론값을 그래프를 이용해 데시벨(dB)로 나타내었으며, 그 값에 따른 거리오차를 그림 5(b)에 나타내었다. 측정은 실내직선복도에서 1~45 m까지 10번씩 측정 하였고 이론값은 실선으로 표시 하였다. 이론값의 경우, 일반적으로 경로손실을 구할 때 자주 쓰이는 Log-distance 경로손실 모델에서 평균수신전력을 RSSI 로 바꾸어서 나타낸 식 (1)을 이용하였다[11].

대상 데이터

4 GHz, 868/915 MHz를 사용하고, 저전력, 저비용의 장점을 가진 Zigbee의 향상된 버전인 Xbee를 사용하였다. 메인 마이크로컨트롤러는 ATmega128A를 사용하였으며, 마이크로컨트롤러와 Xbee모듈은 다음 그림 3과 같이 작동한다[8][9].

이론/모형

본 논문에서는 IEEE 802.15.4에서 표준화가 진행되고 있으며, 듀얼 PHY형태로 주파수 대역은 2.4 GHz, 868/915 MHz를 사용하고, 저전력, 저비용의 장점을 가진 Zigbee의 향상된 버전인 Xbee를 사용하였다. 메인 마이크로컨트롤러는 ATmega128A를 사용하였으며, 마이크로컨트롤러와 Xbee모듈은 다음 그림 3과 같이 작동한다[8][9].

성능/효과

실내에서 구현된 시스템을 이용한 거리에 따른 오차 실험 에서는 거리 30 m까지 실험값과 Log-distance 경로손실 모델의 이론값과 오차가 크지 않았으며, 이를 통해 RSSI값으로 실내 에서 위치추적이 가능함을 확인하였다. 따라서 구현된 시스템이 조난된 소방대원의 구조에 도움이 될 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	LBS의 특징은?	LBS(Location Based Service)는 유선·무선 통신망을 통해 얻은 위치정보를 바탕으로 여러 가지 서비스를 제공하는 것이다. 실내 위치 추적을 위해 주로 사용되는 초음파, 적외선,RFID 등의 경우 실내 어딘가에 센서 및 Tag 등이 부착되어 있어야 이동노드의 위치를 파악할 수 있다. 하지만, 건물 내 화재가 발생하게 되면 부착되어지는 노드들이 작동하지 않을 수있다.
	LBS(Location Based Service)는 무엇인가?	LBS(Location Based Service)는 유선·무선 통신망을 통해 얻은 위치정보를 바탕으로 여러 가지 서비스를 제공하는 것이다. 실내 위치 추적을 위해 주로 사용되는 초음파, 적외선,RFID 등의 경우 실내 어딘가에 센서 및 Tag 등이 부착되어 있어야 이동노드의 위치를 파악할 수 있다.
	LBS가 건물 화재 시 사용하기에 적합하지 않는 이유는?	실내 위치 추적을 위해 주로 사용되는 초음파, 적외선,RFID 등의 경우 실내 어딘가에 센서 및 Tag 등이 부착되어 있어야 이동노드의 위치를 파악할 수 있다. 하지만, 건물 내 화재가 발생하게 되면 부착되어지는 노드들이 작동하지 않을 수있다. 따라서 화재진압작전을 수행중인 소방대원들이 사용할수 있는 시스템이 필요하다.

참고문헌 (11)

National Emergency Management Agency, 2013 Firefighting administration data and statistics
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Abilio Azenha, Luis Peneda, Adriano Carvalho, "Error Analysis in Indoors Localization Using ZigBee Wireless Networks," in IECON 2010 -36th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society, Porto, Portugal, pp.2193- 2197, 7-10 Nov. 2010.

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