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최적 무선통신 기술을 활용한 붕괴지형 매몰자의 2차원 매몰위치 결정 모델
A 2-D Location Determination Model of Buried Persons in Collapsed Shape using Optimal Wireless Communication Technology 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.16 no.12, 2015년, pp.8879 - 8888  

문현석 (한국건설기술연구원 ICT융합연구소) ,  이우식 (한국건설기술연구원 창의전략연구소) ,  이건우 (한국과학기술원 전산학과) ,  한동수 (한국과학기술원 전산학과)

초록
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도심지에 지진과 같은 재난 발생시 건물이나 기타 지하부를 갖는 지하철, 터널 공간 등의 붕괴사고로 인해 수많은 인명 및 재산피해가 발생된다. 특히 붕괴 잔해에 매몰된 인명의 생존 상태를 파악하거나 매몰자의 매몰위치를 정확하게 파악하는 것이 곤란하여 구호에 상당한 시간과 인력이 투입되는 실정이며, 추가 붕괴에 따라 2차 피해가 발생될 수 있다. 본 연구에서는 이를 해결하기 위해 무선통신 기술을 활용하여 2차원 평면에서 매몰자의 휴대기기 위치를 측위하여 구호 정보를 제공할 수 있도록 하는 확률적 방법론을 제안하는 것이 목적이다. 즉, Wi-Fi 무선신호 기반의 매몰자 탐지 방식을 선정하여, 거리별 신호 강도 특성을 확인하였으며, 2차원 평면에서의 확률적 기반 위치 탐지 모델을 제안하였다. 이는 향후 국가 재난발생시 신속한 매몰자 구호를 위한 단서를 제공함으로써, 국민의 안전과 인명을 보호 할 수 있는 핵심기술로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

When the disaster like earthquake in urban area occur, due to the collapse accidents for subway, tunnel space with buildings or underground area, enormous property and human damage are happened. Specially, since it is difficult to identify survived status of humans within collapsed debris and accura...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • ETRI는 쇼핑센터 실내 측위를 통해 고객이 원하는 물건을 쉽게 찾고, 해당 상품 정보를 제공하도록 하는 기술을 개발[12][13]한 바 있다. 본 기술은 쇼핑카트에 설치된 LED 센서를 통해 LED 전등으로 측위를 하는 방식으로 각 위치에 따라 LED 조명의 가시 주파수를 조정하고, 이를 LED 센서로 인지하여 위치별로 부여된 위치 아이디를 블루투스를 통해 스마트폰 쇼핑 센서 지도 애플리케이션으로 전송하는 기술이다. 2013년 5월 국토교통부는 주요 다중이용시설의 실내공간정보를 구축하여 실내 이동경로, 긴급대피로 안내 및 긴급 상황 위치 알림 등의 서비스에 목적으로 위치정보 서비스를 구축한 바 있다.
  • 이는 일반 지형과 유사한 형태로 신호 감쇄 특성을 나타낼 수 있음을 가정하여 수행하였다. 본 실험을 통해 실제 이론적으로 무선신호가 Log감쇄곡선을 갖는지 확인한다.
  • 또한 2차원 환경에서의 매몰자 휴대기기 위치를 탐지하기 위한 확률적 위치측위 방법론을 도입하였다. 본 연구는 매몰지 환경이 아닌 이상적인 개활지 환경을 기반으로 테스트하는 것을 연구범위로 한다.
  • 본 연구에서는 Wi-Fi 신호의 탐지 커버리지를 확인하기 위하여 스마트폰의 센서 값을 주기적으로 수집하는 어플리케이션인 Sensor Collector를 안드로이드 플랫폼을 기반으로 개발하였다. 수집대상은 Wi-Fi와 Bluetooth 신호이며, 일반 수집모드로서 수집되도록 설정하였으며, 시작을 활성화하면 센서 수집이 실행된다.
  • 실제 데이터들의 노드 간 신호와 거리 관계를 수집된 데이터를 통해 분석한다. 실제 위치 값을 알고 있는 상태에서 전수검사를 통해 논리적 위치 측정이 가능한지 검토한다. 이러한 데이터들은 상관분석을 통해 각 상황별로 상관계수를 구하고, 가장 높은 상관도를 보인 노드들의 배치와 실제 값의 노드 배치를 비교하여 그 정확도를 비교하도록 하였다.
  • Wi-Fi를 활용한 대표적인 재난분야 위치 측위 사례로서 스위스 로잔공과대학에서는 2014년 지진이나 산사태 혹은 기타 재난이 발생하였을 경우 실종자를 신속하게 탐색할 수 있는 무선신호 기반 위치 탐지 드론(Drone)을 개발한 바 있다[6]. 이는 실종자가 보유한 스마트폰의 와이파이 신호를 짧은 시간간격으로 감지하여 실종위치를 10m 오차로 추정할 수 있는 기술을 개발하였다. 현재 재난상황에서 실종자의 위치를 가장 신속하게 추정 가능한 기술로 평가된다.
  • 기존 연구에서는 무선 AP(Access Point) 데이터베이스를 활용한 건물의 실내공간의 위치 측위[8]에 관한 연구가 주를 이루고 있어 인프라가 붕괴된 매몰지에서의 적용에는 한계가 있다. 이러한 이슈를 해결하기 위해 무선통신 기술을 활용하여 재난상황을 가정하여 2차원 평면에서 매몰자의 휴대기기 위치를 정확히 측위하여 구호 정보를 제공할 수 있도록 하는 확률적 방법론을 제안하는 것이 본 연구의 목적이다. 이를 위해 매몰자 탐지를 위한 최적 무선 방법론을 선정하고 이를 활용하여 무선신호의 거리별 감쇄 특성을 분석하여 탐지 커버리지의 확인과 재난환경에서의 적절성을 검증하였다.
  • 만약 Wi-Fi기반 위치인식 기법을 사용할 경우 LDPL 모델을 고려하지 않는다면 결과의 정확도 손실을 가져올 수 있다. 이를 고려하여 적합도 테스트를 수행하므로 이론과 신호의 실제 특성의 유사도 여부를 판단한다.
  • 이를 통해 이론적인 Log곡선의 감쇄 특성을 갖는 것으로 확인되었으며, Wi-Fi의 경우 이상적인 환경에서 60-70m의 신호 가용 범위를 갖는 것으로 확인하였다. 이를 토대로 실제 2차원 평면상에서의 휴대기기 위치를 측위하기 위한 확률적 방식을 고안하였다. 분석 결과 1.
  • 기존의 방식은 다양한 장치를 활용하였으나, 2차 사고의 위험과 탐지 성능의 한계로 인해 활용도가 높지 않은 실정이다. 이를 해결하기 위해 본 연구에서는 무선통신 기술을 활용한 매몰자 2차원 위치 측위 기술을 개발하였다. 우선 국내외 기술 분석을 통해 연구의 타당성을 확인하였으며, 다양한 무선통신 기법 중 어떠한 기술이 재난상황에 적절한 무선통신 기술인지를 정성적으로 평가하였다.

가설 설정

  • 기존의 무선통신 기반 위치측위 기술은 Wi-Fi 등을 활용하여 건물의 실내공간을 가정하여 개발되었다. 그러나 붕괴 지형과 같은 재난상황에서는 건물의 매몰 형태를 특정할 수 없으며, 기존 실내위치 측위와 같이 무선 AP DB 정보를 활용할 수 없는 환경이 발생된다.
  • 상기 개발된 Sensor Collector를 활용하여 실제 이상적인 현장에서 Wi-Fi 신호의 탐지 커버리지 확인 및 거리별 신호 감쇄특성에 대한 타당성을 분석하기 위해 실증 테스트를 수행하였다. 실제 붕괴현장을 대상으로 테스트를 수행하여야 하나 붕괴현장의 내부 공동에 매몰된 매몰자의 휴대기기 신호가 상부까지 잘 전달 될 수 있음을 가정하여 진행되었다. 이는 일반 지형과 유사한 형태로 신호 감쇄 특성을 나타낼 수 있음을 가정하여 수행하였다.
  • 실제 붕괴현장을 대상으로 테스트를 수행하여야 하나 붕괴현장의 내부 공동에 매몰된 매몰자의 휴대기기 신호가 상부까지 잘 전달 될 수 있음을 가정하여 진행되었다. 이는 일반 지형과 유사한 형태로 신호 감쇄 특성을 나타낼 수 있음을 가정하여 수행하였다. 본 실험을 통해 실제 이론적으로 무선신호가 Log감쇄곡선을 갖는지 확인한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
삼각측량 방식이란 무엇인가? Wi-Fi를 활용한 위치 측위방식은 크게 삼각측량(Triangulation) 방식과 AP에 대한 신호 세기 정보를 활용하는 Fingerprint 방식이 있다. 삼각측량 방식은 지정된 AP 위치로 부터의 신호세기를 통해 거리를 계산하는 방식이다. 수신되는 신호가 주변 환경에 따라 차이가 발생되므로 오차도 크게 발생된다.
Wi-Fi를 활용한 위치 측위방식에는 무엇이 있는가? 신호 감도가 높을 경우 상대적으로 정확한 위치를 탐지할 수 있으며, 거리와 장애물에 따라 신호세기가 감쇄되어 위치탐지 확률이 감소된다. Wi-Fi를 활용한 위치 측위방식은 크게 삼각측량(Triangulation) 방식과 AP에 대한 신호 세기 정보를 활용하는 Fingerprint 방식이 있다. 삼각측량 방식은 지정된 AP 위치로 부터의 신호세기를 통해 거리를 계산하는 방식이다.
내시경 카메라와 같은 영상탐지 장비를 이용한 매몰자 탐지 방식의 한계점은 무엇인가? 영상탐지 장비로는 주로 LED가 탑재된 내시경 카메라를 활용하여 내부 상태를 영상으로 탐색하는 장비가 있다. 이는 소형 건물 붕괴시 소수 인원 구호에는 활용될 수 있으나 대형 붕괴 현장에서는 구조인력의 접근 제약과 장비의 연결선 길이 문제로 인해 신속한 위치 탐지는 곤란하다. 음향 탐지 기기로는 지진 등으로 붕괴된 구조물, 산사태, 광산 붕괴 등으로 인해 매몰자가 보내오는 진동 및 음향을 탐지하여 상태를 측정하는 기기이다.
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참고문헌 (14)

  1. H. S., Moon, C. Y., Kim, and W. S., Lee, "Wireless Communication-based Buried Person Detection Considering Characteristics of Collapsed Surface in Disaster Area", Proc. of 2015 Civil Expo & Conference, pp. 00-00, Nov. 2015 

  2. S. H., Kim, and D. S., Han, "A study on constructing WiFi radio map by walking survey", Proc. of Korea Intelligent Transport System, pp. 155-158, 2013 

  3. D. S., Han, and S. H. Jeong, "Global Indoor Locating and Integrated Indoor/outdoor Navigation System", The Korean Institute of Communications and Information Sciences (Information and Communication), 32(2), pp. 89-97, 2015 

  4. Google Indoor Map, [cited 2015 Oct. 10], Available From: https://www.google.com/maps/about/partners/indoormaps/(Accessed Oct. 10, 2015) 

  5. H. M., Kong, T. K., Sung, and Y. M., Kwon, "Comparison of TDOA Location Algorithms for Indoor UWB Positioning", Journal of the Institute of Electronic Engineers of Korea (Telecommunications), 42(1), pp. 9-15, 2005 

  6. S. Rosati, K. Kruzelecki, L. Traynard, and B. Rimoldi, "Speed-aware routing for uav ad-hoc networks," IEEE GLOBECOM 2013, 4th International IEEE Workshop on Wireless Networking &Control for Unmanned Autonomous Vehicles: Architectures, Protocols and Applications, 2013 

  7. X. L., Yang, Y., Li, S. S., Shin, Y., Xia, G. B., Kim, and H. Y., Bae, "The Research of indoor Location Detection Method in Sparse Wi-Fi Environment", Journal of Korean Institute of Next Generation Computing, 7(1), pp. 27-36, 2011 

  8. I. H., Jeong, C. M., Kim, Y. S., Choi, S. B., Kim, and Y., Lee, "A study of Establishment on Radiomap that Utilizes the Mobile device Indoor Positioning DB based on Wi-Fi", Journal of The Korean Society for Geospatial Information System", 22(3), pp.57-69, 2014 

  9. Attractive Indoor Navigation Techniques, What kinds of the techniques, http://platum.kr/archives/21956, 2015 

  10. Virtualbuilders, 3D Indoor GIS Development and Utilization Techniques, http://www.seoulappfestival.org/seoul2013/keynote/4.Government%203D.pdf, 2013 

  11. Bloter, News of Location Positioning as a Service by SKT, Beacon Service Start-up, http://www.bloter.net/archives/190876, 2015 

  12. D. K., Kim, "Wi-Fi based Indoor Positioning Techniques", ETRI, 2015 

  13. I. Y., Kong, and H. J., Kim, "Experiments and its analysis on the identification of Indoor Location by Visible Light Communication using LED lights", The journal of the Korea Institute of Maritime Information & Communication Sciences. 15(5), pp. 1045-1052 

  14. Bytelight.http://www.bytelight.com/, 2015 

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