초록 ▼

본 연구보고서는 2014년 12월 23일부터 2016년 12월 22일까지 2년간 민군협력연구사업인“조종사 웨어러블 컴퓨터 및 생체신호 모니터링 시스템 개발”의 시험개발단계 연구를 ㈜모비프렌, KAIST, ㈜해온테크놀로지, 그리고 위탁연구기관인 공군사관학교가 컨소시엄으로 수행한 결과이다. 본 과제의 목표는 조종사의 비행임무를 지원하고 생리적 변화를 모니터링하여 비행 중 위급신호 탐지 및 경고를 생성할 수 있는 조종사용 웨어러블 컴퓨터, 조종사 상황인지 및 생체신호 모니터링 플랫폼, 그리고 조종사 임무 지원 응용프로그램을 연구 개발하는

본 연구보고서는 2014년 12월 23일부터 2016년 12월 22일까지 2년간 민군협력연구사업인“조종사 웨어러블 컴퓨터 및 생체신호 모니터링 시스템 개발”의 시험개발단계 연구를 ㈜모비프렌, KAIST, ㈜해온테크놀로지, 그리고 위탁연구기관인 공군사관학교가 컨소시엄으로 수행한 결과이다. 본 과제의 목표는 조종사의 비행임무를 지원하고 생리적 변화를 모니터링하여 비행 중 위급신호 탐지 및 경고를 생성할 수 있는 조종사용 웨어러블 컴퓨터, 조종사 상황인지 및 생체신호 모니터링 플랫폼, 그리고 조종사 임무 지원 응용프로그램을 연구 개발하는 것이었다. 조종사의 비행환경과 웨어러블 컴퓨터 선호 및 활용성을 선행 연구하여 현재 공군에서 운용 중인 전투기 비행환경에서도 웨어러블 컴퓨터와 같은 비행임무지원시스템의 필요성을 확인하였으나, 비행 중 조종사의 조작을 필요로 하는 시스템은 희망하지 않는 것으로 분석되었다. 웨어러블 컴퓨터 하드웨어는 안드로이드 운영체제 기반의 다중 처리능력을 가진 컴퓨터 시제품으로 제작하였으며, 각 종 생체신호를 인터페이스 할 뿐 아니라 웨어러블 인터랙션 장치의 연동으로 조종사와 컴퓨터 간 정보를 주고받는 역할을 구현하여 비행 환경에서 활용 가능성을 확인하였다. 조종사 상황인지 플랫폼과 생체신호 모니터링 플랫폼은 다중의 생체신호 및 역학신호가 끊임없이 중앙처리장치에서 자원경쟁을 치룰 때 동시 작동하는 응용프로그램의 점유율을 20% 이상 낮춘 고효율의 프로세싱 능력을 가지도록 구현되었다. 비행 전 조종사의 임무적합 판정을 위한 알고리즘이 생체신호인 심박변이도와 감각운동인지검사 기반으로 개발되어 프로그래밍 되었으며 판정결과는 조종사 대상으로 70%수준의 신뢰도를 얻었다. 비행 중 위급상황인 G-LOC은 종아리 근육에서 EMG 신호를 모니터링 하여 예후를 탐지할 수 있는 알고리즘을 개발하여 G-LOC 탐지 및 경고 프로그램을 구현하였다. 결론적으로 본 과제는 시험개발단계 연구결과로 조종사용 웨어러블 컴퓨터 하드웨어 및 다중 센서 정보를 동시에 처리할 수 있는 고효율 플랫폼의 개발과 생체신호 모니터링을 통한 조종사 임무적합 판정 프로그램 및 비행 중 위급신호인 G-LOC의 탐지와 경고 프로그램 구현을 보고한다.

(출처 : 요약문)

Abstract ▼

This project report is the result of an test development stage research consortium between MobiFren Inc., KAIST, Haeon Technology Inc., and committed research institute, the Air Force Academy, of a 2-year research project for dual technology on the “development of pilot wearable computer and bio sig

This project report is the result of an test development stage research consortium between MobiFren Inc., KAIST, Haeon Technology Inc., and committed research institute, the Air Force Academy, of a 2-year research project for dual technology on the “development of pilot wearable computer and bio signal monitoring systems,” commenced on December 23th, 2014 and completed on December 22th, 2016. The purpose of this study is to develop wearable computer, situation awareness and bio-signal monitoring platform, and application program, in order to support aviation mission and generate detection and warning signals during flight emergencies through bio-signal monitoring. Former studies on the flight environment of the pilot along with preferences and utilization of wearable computers have shown that current air force acknowledges the need for aviation mission support system, e. g. wearable computers, during fighter flight missions, however refuses to have systems which requires additional operation during the flight. H/W for the wearable computer has been developed from an existing Android-based, multi-tasking computer, and it proved its applicability during flights by not only monitoring bio-signals but also creating an interface between the pilot and the computer through wearable interaction device. Situation awareness and bio-signal monitoring platforms realized an optimal platform containing high-efficiency processing units to control multiple bio-signals and mechanical sensors. This study also developed a detection and warning program for G-LOC, an emergent situation during the flight, by detecting prognosis from monitoring EMG signals in calf muscles. Conclusively, this study reports the development of wearable computer h/w, multi-tasking and high-efficiency platform, mission suitability evaluation program by monitoring bio-signals, and detection and warning program for G-LOC as an test development stage result.

(출처 : Abstract)

목차 Contents

• 표지 ... 1제 출 문 ... 2요 약 문 ... 3Abstract ... 4C O N T E N T S ... 5목차 ... 7제 1 장 서 론 ... 9 1. 연구개발 목적 ... 9 2. 필요성 ... 11제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 13 1. 국내 기술 동향 및 수준 ... 13 2. 국외 기술 동향 및 수준 ... 17제3장 연구개발 수행내용 및 결과 ... 25 1. 조종사 Study ... 25 2. 웨어러블 컴퓨터 HW 개발 ... 33 3. 상황인지 모니터링 플랫폼 ... 43 4. 조종사 인터랙션 모듈 ... 53 5.임무적합도 판정 알고리즘 ... 65 6. G-LOC 예후 감지 및 경고 알고리즘 ... 73 7. 조종사 임무지원 응용프로그램 개발 ... 103 8. 민수화 졸음감지 시스템 개발 ... 132 9. 연구결과 종합 ... 151제 4장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 ... 152 1. 연구개발목표 달성도 ... 152 2. 연구개발 대외기여도 ... 171제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 172 1. 웨어러블 컴퓨터 HW ... 172 2. 조종사 상황인지 모니터링 플랫폼 ... 172 3. 조종사 인터랙션 ... 172 4. 임무적합도 판정 알고리즘/ 응용 프로그램 ... 173 5. G-LOC 예후 감지 및 경고 알고리즘/ 응용 프로그램 ... 174제 6 장 참고문헌 ... 175부 록 ... 180 부록 1. 조종사 Study 설문지 ... 180 부록 2. 응용연구단계 개발물품 ... 184 부록 3. 공군 조종사 인터뷰 내용정리 ... 185 부록 4. 연구 참여 동의서 양식 ... 189 부록 5. 조종사 생체신호 DB 구축 ... 191 부록 6. 연구성과 종합(특허/논문) ... 193 부록7. 국방규격서 ... 196끝페이지 ... 233