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붕괴지역의 매몰자 위치측위를 위한 모듈 개발 및 검증
Development and Verification of A Module for Positioning Buried Persons in Collapsed Area 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.17 no.12, 2016년, pp.427 - 436  

문현석 (한국건설기술연구원 ICT융합연구소) ,  이우식 (한국건설기술연구원 ICT융합연구소)

초록
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도심지에 지진, 산사태 등과 같은 재난 발생 시 건물 및 지하 구조물 붕괴로 인해 잔해 내부에 다수의 매몰자가 발생된다. 이때 인명탐지를 위해 주로 음향, 영상 및 전파 등을 활용한 탐지 장비 등이 활용되나 고가이며, 붕괴지 상부로의 직접 투입으로 인한 2차 붕괴위험 및 장비 운용 성능 저하로 인해 신속하고 높은 신뢰성을 갖는 인명탐지 기술이 활용되지 않고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 매몰자의 휴대 기기에서 송출하는 Wi-Fi 신호 및 기압정보를 제공받아 매몰자의 3차원 위치를 탐색하는 UAV(Unmanned Aerial Vehicle)에 탑재 가능한 무선신호 기반 인명탐지 모듈을 개발하였다. 또한 드론의 비행동안 매몰자 휴대기기 정보를 실시간으로 수집하여 해당 정보를 지상부에 전송하여 신뢰성 있는 매몰자의 3차원 위치정보를 제공하도록 하는 모듈 개발 프레임워크를 제시하였다. 이를 통해 인명탐지 모듈의 개발과 현장 테스트를 통해 적용 타당성을 검증하였다. 이러한 연구결과는 향후 대형 건물 붕괴와 같은 재난 시 매몰자에 대한 매몰 위치의 신속한 탐지 및 구호와 실종자 수색을 위한 핵심기술로 활용될 수 있을 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Due to disasters such as earthquakes and landslides in urban areas, persons have been buried inside collapsed buildings and structures. Rescuers have mainly utilized detection equipment by applying sound, video and electric waves, but these are expensive and due to the directional approaches onto th...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 다수의 매몰자가 넓은 지역에 분포하였을 경우 탐지거리를 벗어난 매몰자는 구조가 어렵고, 매몰자의 위치가 탐지 거리 내에 있는 경우 발견한다 할지라도 매몰자 발견 및 구호까지의 시간이 얼마나 걸릴지 알 수 가 없다. 따라서, 본 연구에서는 매몰자들이 스마트폰 등을 소지했다는 가정에서 기기들의 센서 신호정보에 따라 위치를 탐지하는 비접촉식의 UAV 탑재형 무선신호 기반 인명탐지 모듈을 개발하고 구현체계를 검증한다.
  • 여기에는 무선신호 스캐닝 기술을 적용하였다. 본 기술은 매몰자 탐지모듈에 탑재한 지향성 안테나를 통해 일정 범위내의 휴대기기로부터 송출되는 무선신호 세기 즉 RSSI(Received Signal Strength Indication)를 측정한다. 이때 해당 기기의 Mac Address 값을 취득하게 되어 어떠한 기기로부터 신호가 송출되는지 확인 가능하다.
  • 본 연구에서는 매몰자의 휴대기기 신호를 탐지하여 매몰위치를 3차원 측위하고 해당 정보의 전송을 통해 위치를 시각화 할 수 있는 매몰자 탐지모듈 개발을 위한 프레임워크 모델을 구축하였다. 이에 따라 매몰자 휴대기기의 Mac Address, GPS 위치, 센서 및 신호강도 정보수집을 통해 매몰자 위치를 추정할 수 있는 무선신호 기반 인명탐지 모듈을 개발하였다.
  • 본 연구에서는 상기에 제시된 매몰자 위치를 확인하기 위한 기술 및 기능 요구사항을 기반으로 매몰자 탐지 모듈 H/W를 개발하였다. 기본적인 Wi-Fi AP역할을 통한 신호감지 및 감도 측정, 매몰자 휴대기기의 신호 데이터 수신 및 지상부로의 데이터 송신, 신호강도별 위치 저장을 위한 기본 프레임을 토대로 요구되는 부품 BOM(Bill Of Materials)을 구성하였다.
  • 본 연구의 목적은 UAV에 탐재 가능한 무선신호 기반 인명탐지 모듈 제작을 통해 인명탐지의 기술적 성능을 검증할 수 있는 통합 프레임워크를 구축하는 것이다. 이를 위해 UAV와 연동 가능한 무선신호기반 인명탐지 모듈을 개발 체계를 구축하고 이를 활용하여 매몰자 휴대기기의 무선신호, 센서 및 GPS 정보 취득을 통해 매몰자의 3차원 공간 위치를 시각화 할 수 있는 시스템 구축 및 현장 검증을 수행한다.

가설 설정

  • 지진에 의해 지반붕괴에 따라 건축물 또는 지하시설물이 붕괴될 경우 매몰 공동구에 다수의 매몰자가 매몰된다. 이때 매몰자가 휴대하고 있는 휴대기기가 파손됨이 없이 신체 인근 또는 몸에 소지하고 있는 것으로 가정한다. 그리고 재난이 발생하면 무선신호를 강제적으로 활성화하기 위해 특정 코드를 담은 재난발생 문자를 해당 재난지역 거주자에게 전송한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전파탐지 장비는 무엇인가? 한계 탐지거리는 30m내외 이며, 외부 소음에 영향을 받는다. 마지막으로 전파탐지 장비는 붕괴지 내부에 전파를 투사하여 손가락 움직임과 같은 불규칙적 활동 및 호흡에 따른 흉부의 움직임을 감지하여 매몰자의 위치 및 생존여부를 파악하는 장비이다. UWB (Ultra WideBand)기술을 이용하며, 움직임에 대한 최대 탐지거리는 30m, 호흡 감지거리는 10m 이내이다.
매몰자 인명탐지 과정에 UAV를 도입하려는 이유는 무엇인가? 지진, 산사태 등의 재난으로 인한 시설물 붕괴 시, 현장의 재난 발생 정보 취득과 매몰자 위치 확인에 상당한 시간이 소요되어 다수의 물적, 인적 피해를 야기하고 있다. 매몰자의 구호를 위해 음향, 전파 및 영상 등의 기술을 이용한 매몰자 탐지 장비를 활용하고 있다. 그러나 이러한 장비들은 고가여서 그 수가 많지 않고 적시에 재난 현장으로의 장비 투입이 어렵다. 특히 이러한 장비들은 2인 이상이 팀을 이뤄 붕괴지형 상부지역으로 직접 투입을 수행하므로 2차 붕괴위험이 수반된다. 또한 장비의 운영이 어려우며, 탐지 성능이 높지 않아 정확한 인명을 탐지하는 것은 인력 및 시간 손실을 초래하여 구호 골든타임인 72시간을 지키지 못하는 것이 현실이다[1].
매몰자 영상탐지 장비는 무엇인가? 매몰자 영상탐지 장비는 주로 내시경 카메라를 이용하여 좁은 곳에서 영상으로 매몰자 확인 및 탐색하는 장비이다. LED 조명을 활용하고, 어두운 곳에서 2m 밖의 물체 식별이 가능하며, 유·무선을 통해 휴대용 화면장치에 상황을 표시하는 방식이다.
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참고문헌 (7)

  1. H. S. Moon, C. Y. Kim, 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. Rosati, K. Kruzelecki, L. Traynard, 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. DOI: https://doi.org/10.1109/glocomw.2013.6825185 

  3. H. C. Kwon, K. C. Jeong, "A Study of Artificial Intelligent Drone to search for Missing at Forest trail", Proceedings of Korea Institute of Information and Telecommunication Facillties Engineering, pp. 219-222, 2016. 

  4. S. Y., Lim, "Drone Utilization in Disaster Safety Site", Science Technology Strategy, 203, pp. 16-19, 2015. 

  5. Y. S. Hong, K. K. Seo, S. C. Kim, Y. S. Choi, H. S. An, K. D. Lee, "Disaster Safety Decision system using Drones", Proceedings of The Institute of Electronics and Information Engineers(Summer Conference), pp. 1424-1425, 2015. 

  6. D. H. Lee, B. J. Kang, E. Y. Jang, "The Study of Drone Configuration for Detection Objects of Rescuer in Disaster Areas", Proceedings of Korean Institute Of Information Technology, pp. 281-282, 2016.6 

  7. Understanding LVDS for Digital Test Systems, National Instrument Co. Ltd, http://www.ni.com/white-paper/4441/en/, 2016 

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