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논문 상세정보

환경잡음신호의 주파수특성 분석에 의한 전자보안펜스의 신뢰성 향상

Reliability Improvement of the Electronic Security Fence Using Friction Electricity Sensor by Analyzing Frequency Characteristic of Environmental Noise Signal

초록

외곽 침입 탐지를 위한 전자보안 펜스 시스템은 광망, 장력, 자력 등 다양한 시스템이 개발되어 국가 보안시설에 설치되고 있으나, 실외에 설치가 되는 시스템으로 환경 잡음에 따른 오경보의 발생에 따라 현장적용에 불편함이 크다. 본 논문에서 연구하는 마찰대전 방식의 전자보안펜스 시스템은 침입에 따른 감지 성능뿐 아니라, 경제성, 시공편리성, 유지보수 측면에서 많은 장점을 가지고 있으나, 환경 잡음에 따른 신뢰성 개선이 필요하다. 본 연구의 목적은 환경 잡음에 따른 오경보 감소에 대한 연구를 하는 것이다. 기존의 마찰대전 방식 전자보안펜스 시스템은 펜스 침입 신호의 크기를 분석하여 침입 경보를 결정했으나 강풍과 같은 환경잡음에 의해서도, 동일한 신호의 크기가 발생되어 오경보의 해석에 어려움이 있었다. 오경보 감소방안 연구를 위해 서울시립대학교 교내의 온실 실험실 Fence 위에 시스템을 설치하였고, 환경잡음 신호와의 관계를 분석하기 위해 온도, 풍속, 습도 등에 대한 데이터를 별도로 수집하였다. 수집된 신호는 고속푸리에 변환 FFT(Fast Fourier Transform)를 이용해 주파수 특성을 분석하여, 침입신호와 환경잡음신호를 구분하는 알고리즘으로 개선하였다. 제안된 신호침입 알고리즘의 적용 전 후 데이터를 수집, 분석한 결과, 알고리즘 적용 후, 약 98%의 개선이 있음을 확인하였다. 실제 주요보안 시설에 설치할 경우 주변 잡음신호에 대해 신뢰성을 향상할 수 있는 알고리즘인 것을 확인하였다.

Abstract

A passive type of fence security system was developed, which was based on electric charge detection technique. The implemented fence security system was installed at outskirts of greenhouse laboratory in the University of Seoul. The purpose of this research is to minimize false alarms by analyzing environmental noise. The existing system determines the intrusion alarm by analyzing the power of amplified signal, but the alarm was seriously affected by natural strong wind and heavy rainfall. The SAU(Signal Analysis Unit) sends input signals to remote server which displays intrusion alarm and stores all the information in database. The environmental noise such as temperature, humidity and wind speed was separately gathered to analyze a correlation with input signal. The input signal was analyzed for frequency characteristic using FFT(Fast Fourier Transform) and the algorithm that differentiate between intrusion alarm and environmental noise signal is improved. The proposed algorithm is applied for the site for one month as the same as the existing algorithm and the false alarm data was gathered and analyzed. The false alarm number was decreased by 98% after new algorithm was applied to the fence. The proposed algorithm improved the reliability at the field regarding environmental noise signal.

질의응답 

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
외부 침입센서
외곽 울타리 침입 감지시스템의 외부 침입센서는 어떻게 분류되는가?
첫 번째는 울타리 라인을 따라서 부착하는 형태의 센서와 지중에 설치하는 센서이며, 두 번째는 개활지를 감시하는 Volumetric Sensor와 비디오 센서이다.

중요시설 경계를 위한 외곽 울타리 침입 감지시스템의 외부 침입센서는 크게 두 가지로 분류된다. 첫 번째는 울타리 라인을 따라서 부착하는 형태의 센서와 지중에 설치하는 센서이며, 두 번째는 개활지를 감시하는 Volumetric Sensor와 비디오 센서이다.[1] 본 논문에서는 중요 경계 구역에 대한 외부 침입 감지와 관련해, 인가받지 않은 사람이 경계 보안 펜스를 침입하는 것을 펜스에 부착된 센서로 감지하고, 주변에 설치된 감시 카메라로 확인할 수 있는 통합관제 운영 시스템을 제안 한다.

마찰 대전 방식의 전자보안 펜스 방식
광망 방식, Microphonic 케이블 방식과 비교할 때 마찰 대전 방식의 전자보안 펜스 방식의 장점은 무엇인가?
제품가격, 설치비 및 유지보수 비용에서 강점

[1] 본 논문에서는 중요 경계 구역에 대한 외부 침입 감지와 관련해, 인가받지 않은 사람이 경계 보안 펜스를 침입하는 것을 펜스에 부착된 센서로 감지하고, 주변에 설치된 감시 카메라로 확인할 수 있는 통합관제 운영 시스템을 제안 한다. 펜스 부착 방식의 센서 케이블 중에서 마찰 대전 방식의 전자보안 펜스 방식은 광망 방식, Microphonic 케이블 방식과 비교할 때, 제품가격, 설치비 및 유지보수 비용에서 강점을 가지고 있는 방식이다. 정전용량식으로 센서 케이블의 마찰 기전력의 변화에 따른 미세한 전하량을 감지하는 안전하고 신뢰성 있는 새로운 기술로서 서로 다른 2가지 유형의 물질을 서로 마찰시키면 대전이 발생하며, 이와 같은 현상을 마찰대전 현상 (Triboelectric effect)라고 한다.

마찰대전 현상
마찰대전 현상이란 무엇인가?
정전용량식으로 센서 케이블의 마찰 기전력의 변화에 따른 미세한 전하량을 감지하는 안전하고 신뢰성 있는 새로운 기술로서 서로 다른 2가지 유형의 물질을 서로 마찰시키면 대전이 발생하며, 이와 같은 현상을 마찰대전 현상 (Triboelectric effect)라고 한다.

펜스 부착 방식의 센서 케이블 중에서 마찰 대전 방식의 전자보안 펜스 방식은 광망 방식, Microphonic 케이블 방식과 비교할 때, 제품가격, 설치비 및 유지보수 비용에서 강점을 가지고 있는 방식이다. 정전용량식으로 센서 케이블의 마찰 기전력의 변화에 따른 미세한 전하량을 감지하는 안전하고 신뢰성 있는 새로운 기술로서 서로 다른 2가지 유형의 물질을 서로 마찰시키면 대전이 발생하며, 이와 같은 현상을 마찰대전 현상 (Triboelectric effect)라고 한다.[2~4] 센서 케이블의 마찰 대전에 의해서 발생된 전하를 감지, 증폭, 처리, 분석하는 신호분석장치 SAU (Signal Analysis Unit)를 그림 1과 같이 개발하였다.

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참고문헌 (11)

  1. NISE East Electronic Security Systems Engineering Division "Perimeter Security Sensor Technology Handbook" North Charleston, South Carolina, pp 9,15 1997. 
  2. Odgerel Ayurzana "Fence Security System based on Electrostatic Charge Detection Technique", Institute of Control, Robotics and Systems, Vol.1 No.2, pp851-858 2011. 
  3. M. Maki "Conductive Sensor Cables for Perimeter Intrusion Detection" 41st Annual IEEE International Carnahan Conference for Security Technology, pp.163-168, October 2007. 
  4. Kim Sung Won, Song Oak Young "Study for security system of Railroad bed structure using optical fiber" Korean railway conference, pp.1-6, October 2004. 
  5. Mary Lynn Garcia "The Design and Evaluation of Physical Protection Systems" 2nd Edition, Butterworth-Heinemann pp.69-71, 2007. 
  6. Ki-nam Kang, Kyunmin Kang and Doosam Song "Study on the 1/f fluctuation Characteristics of the Natural Breeze with Field Measurement", Ergonomics Society of Korea pp.1-7, 2012. 
  7. Min-Su Kim, Chung-Min Lee, Yeong-Seuk Kim, "Design of 0.5V Low-Voltage 2-Stage Operational Amplifier", The Institute of Electronics and Information Engineers pp. 8-10, June 2014. 
  8. Un-Ho Ji, Soon-Yong Chun, "Propose of the Autonomic Nerve Reaction Index for Human Body using FFT", The Institute of Electronics and Information Engineers ICS 2013 pp.28-30 Apr 2013. 
  9. Moon-Sun Shin, Keun-Ho Ryu, "Classification of False Alarms based on the Decision Tree for Improving the Performance of Intrusion Detection Systems", Journal of KISS pp. 473-482, 2012. 
  10. Emil Simiu, Robert H. Scanlan, "Winds Effects on Structures: Fundamentals and Applications to Design", Wiley-Interscience, pp143, 1978. 
  11. "Impulse Waveforms of Personnel/Furniture ESD" E.O.S Symposium Denver, 1979. 

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