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스마트 디바이스를 활용한 가청, 비가청 신호 기반 피난방향 탐지 기법 연구
Study on the direction detection based on audible and non-audible signals using smart devices 원문보기

한국재난정보학회논문집 = Journal of the Society of Disaster Information, v.13 no.1 = no.35, 2017년, pp.51 - 58  

Hyun, Byeongchun (Department of Electronic Engineering, Kwangwoon University) ,  Yun, Younguk (Department of Electronic Engineering, Kwangwoon University) ,  Park, Yohan (Department of Electronic Engineering, Kwangwoon University) ,  Kim, Youngok (Department of Electronic Engineering, Kwangwoon University)

초록
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본 논문에서는 재난 발생 시 지향성 스피커와 스마트 디바이스를 활용한 피난 방향 탐지기법을 제안하고자 한다. 본 논문에서 제안하는 기법은 연기, 소음 등의 원인으로 출구 방향조차 알 수 없는 최악의 재난 환경에서 지향성 스피커로부터 송출되는 가청 비 가청 주파수 대역의 안내 방송을 스마트 디바이스로 수신함으로써, 피난 경로를 안내받을 수 있는 기법이다. 제안하는 기법의 성능평가는 대형 실내공간에서 제조사가 다른 3종류의 스마트 디바이스를 이용하여 스피커로부터 송출되는 소리 신호의 방향을 탐지하여 스피커가 설치된 출구 방향을 탐지하는 것으로 평가하였다. 또한, 거리별 신호 세기와 주파수 특성을 통한 신호검출 실험을 수행하였다. 실험결과를 통해 스마트 디바이스가 스피커로부터 최대 20m까지 떨어져 있더라도 신호의 송출 방향 탐지가 가능함을 확인하였고, 스마트 디바이스로 8kHz와 20kHz 신호 검출을 통해 본 논문에서 제안하는 기술에 대한 가능성을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper proposes a direction estimation scheme with directional speaker and smart device for evacuation guidance. When there is worst disaster environment filled with smoke and noisy sound, evacuee can not get any information about evacuation routes. The proposed scheme can be used for detecting ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그러나 가청 주파수보다 높은 대역인 비 가청 주파수 대역의 경우, 가청 주파수 대역보다 상대적으로 신호의 간섭 없이 신호를 송·수신할 수 있다. 따라서 본 논문에서 제안하는 기술은 청력과 시력만으로 피난 경로를 탐색할 수 없는 재난 상황에서, 스마트 디바이스를 활용한 가청, 비가청 신호 기반 피난방향 탐지 기법 연구이다.
  • 자이로 센서는 측정되는 각속도를 이용하여 시간이 지날수록 각도 오차가 생겨 기울기 값이 변하는 고유 문제점이 있다. 따라서 본 논문에서는 스피커에서 송출되는 주파수별 신호 검출에 대해 중점적으로 실험하였다.
  • 따라서 실험을 통해 각 주파수별 신호와 2개 이상의 신호 조합에 대한 Peak 특성을 확인하였고, 이 특성을 이용하여 비 가청 통신도 가능함을 확인하였다. 본 논문에서는 기술 제안 목적으로 거리에 따른 신호 검출 및 음원의 방향 탐지 가능성에 초점을 두어 거리별 신호 감쇠와 신호 인식에 대해 집중적으로 연구하였다.
  • 비록 실내공간의 카메라를 활용한 많은 연구가 진행되고 있지만, 재난 상황 시 분진, 가스등에 의한 시야 확보의 어려움으로 실제 재난 상황에서는 많은 제약이 따른다. 본 논문에서는 지향성 스피커를 활용하여 시야 확보가 어려운 상황에서도 제약 없이 사용될 수 있는 피난 방향 탐지기법을 제안하며, 모의실험을 통해 제안하는 기법의 활용 가능성을 확인한다.
  • 본 논문은 재난 상황 시 지향성 스피커와 스마트 디바이스를 활용한 피난 방향 탐지 기법을 제안하였다. 본 논문에서 제안하는 기법은 스마트 디바이스의 마이크를 통해 지향성 스피커로부터 송출되는 가청·비 가청 주파수 대역의 안내 방송을 수신하고, 각각의 주파수 특성과 신호 세기에 따라 신호의 송출 방향을 탐지한다.
  • 본 연구는 재난 상황 발생 시 실내 공간에서 승객 및 대피하는 사람에게 최적 피난 경로 안내를 제공하는 것을 목표로 지향성 스피커와 스마트 디바이스를 활용한 피난 방향 탐지 기법을 제안하고자 한다. 비록 실내공간의 카메라를 활용한 많은 연구가 진행되고 있지만, 재난 상황 시 분진, 가스등에 의한 시야 확보의 어려움으로 실제 재난 상황에서는 많은 제약이 따른다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
가청 주파수 대역의 경우 재난 환경에서 발생하는 소음에 의해 어떤 현상이 발생할 수 있는가? 2.를 통해 알 수 있듯이, 가청 주파수 대역의 경우, 재난 환경에서 발생하는 소음에 의해 신호의 간섭이 발생 될 수 있다. 그러나 가청 주파수보다 높은 대역인 비 가청 주파수 대역의 경우, 가청 주파수 대역보다 상대적으로 신호의 간섭 없이 신호를 송·수신할 수 있다.
CCTV를 활용한 카메라 기반의 피난유도연구의 한계점은? 기존에 연구된 피난유도기법 중, 대표적으로 CCTV를 활용한 카메라 기반의 피난유도연구가 있지만, 실제 재난 상황에서 발생하는 유해가스, 분진, 연기 등으로 피난유도에 있어서 한계점들을 보인다. Fig.
잠재적인 재난 위험이 커지고 있는 이유는? 급격한 산업의 발달, 사회의 발전, 인구의 증가와 더불어 건축물에 문화시설, 상업시설, 주거시설 등 대규모의 초고층 건축물들이 다양하고 복잡하게 형성되고 있다. 이에 따라 잠재적인 재난 위험이 커지고 있으며 지하 건축물이나 고층 건축물에 화재가 발생할 경우 인명 및 물적 피해도 증가할 것이다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (16)

  1. Yun, Younguk, et al. "Study on Trend Analysis of Indoor Evacuation Path Guidance System for Disaster Situation." Journal of The Korean Society of Disaster Information 12.2 (2016): 130-135. 

  2. Ahn, Chang Wook, and Rudrapatna S. Ramakrishna. "A genetic algorithm for shortest path routing problem and the sizing of populations." IEEE transactions on evolutionary computation 6.6 (2002): 566-579. 

  3. Yuan, Yuan, and Dingwei Wang. "Multi-objective path selection model and algorithm for emergency evacuation." 2007 Ieee International conference on Automation and logistics. IEEE, 2007. 

  4. Ma, Wenjing, Yingzhuo Xu, and Hui Xie. "The optimal path algorithm for emergency rescue for drilling accidents." 2009 IEEE International Conference on Network Infrastructure and Digital Content. IEEE, 2009. 

  5. Li, Qiuping, et al. "Multiobjective evacuation route assignment model based on genetic algorithm." 2010 18th International Conference on Geoinformatics. IEEE, 2010. 

  6. Liu, Jingya, Roberto Rojas-Cessa, and Ziqian Dong. "Real-time evacuating routing during earthquake using a sensor network in an indoor environment." Sarnoff Symposium, 2015 36th IEEE. IEEE, 2015. 

  7. Chen, Lien-Wu, Jen-Hsiang Cheng, and Yu-Chee Tseng. "Optimal Path Planning With Spatial-Temporal Mobility Modeling for Individual-Based Emergency Guiding." IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems 45.12 (2015): 1491-1501. 

  8. Yin, Ke, and Juncheng Jiang. "Application of fire monitoring and personnel evacuation in subway station based on wireless sensor network." Audio, Language and Image Processing (ICALIP), 2014 International Conference on. IEEE, 2014. 

  9. Chen, Lien-Wu, Jen-Hsiang Cheng, and Yu-Chee Tseng. "Distributed emergency guiding with evacuation time optimization based on wireless sensor networks." IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems 27.2 (2016): 419-427. 

  10. Seet, Boon-Chong, et al. "A-STAR: A mobile ad hoc routing strategy for metropolis vehicular communications." International Conference on Research in Networking. Springer Berlin Heidelberg, 2004. 

  11. Yao, Junfeng, et al. "Path planning for virtual human motion using improved A* star algorithm." Information Technology: New Generations (ITNG), 2010 Seventh International Conference on. IEEE, 2010. 

  12. AlShawi, Imad S., et al. "Lifetime enhancement in wireless sensor networks using fuzzy approach and A-star algorithm." IEEE Sensors journal 12.10 (2012): 3010-3018. 

  13. Weisstein, Eric W. "Fast fourier transform." (2015). 

  14. Cochran, William T., et al. "What is the fast Fourier transform?." Proceedings of the IEEE 55.10 (1967): 1664-1674. 

  15. Peterson, Roger L., Rodger E. Ziemer, and David E. Borth. Introduction to spread-spectrum communications. Vol. 995. New Jersey: Prentice Hall, 1995. 

  16. De Buda, Rudi. "Coherent demodulation of frequency-shift keying with low deviation ratio." IEEE transactions on communications 20.3 (1972): 429-435. 

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