초록 ▼

□ 연구개요
공공건물, 쇼핑몰, 업무용 빌딩 등에서의 실내 재난 상황 (화재, 유해 물질 누출, 붕괴 등)에서 사물인터넷 (IoT: Internet of Thing)을 이용한 재난 상황전파 예측, 사용자 위치 파악, 최적 대피경로 결정을 위한 기계학습 기반 디지털 트윈 (digital twin)가상 시뮬레이션 모델을 연구하고, 실물환경 (physical environment)과 디지털 트윈 논리환경이 결합된 테스트 베드를 구축하여 성능평가를 수행한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
< 연구 목표 >
- 실내

□ 연구개요
공공건물, 쇼핑몰, 업무용 빌딩 등에서의 실내 재난 상황 (화재, 유해 물질 누출, 붕괴 등)에서 사물인터넷 (IoT: Internet of Thing)을 이용한 재난 상황전파 예측, 사용자 위치 파악, 최적 대피경로 결정을 위한 기계학습 기반 디지털 트윈 (digital twin)가상 시뮬레이션 모델을 연구하고, 실물환경 (physical environment)과 디지털 트윈 논리환경이 결합된 테스트 베드를 구축하여 성능평가를 수행한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
< 연구 목표 >
- 실내 재난상황 물리공간에 대응하는 디지털 트윈 시뮬레이션 모델 개발
- 센서의 활성도를 고려한 딥러닝 기반 실내환경 재난 확산 예측 기술개발
- 사물인터넷 장치 전파수신을 이용한 사용자 위치 추정 기계학습 기술 개발
- 디지털 트윈에서의 강화학습을 이용한 사용자별 재난 상황 최적 탈출 경로 도출
- 머신러닝과 디지털 트윈기술을 이용한 재난환경 대응 IoT 테스트 베드 구축

< 연구결과 >
- 1차년도: 실내 재난환경 디지털트윈 모델링 및 IoT 활성도 기반 재난확산 예측 머신러닝 기술 개발
. 가상 건물 모형에 따른 시뮬레이션 모델 구현,무선 신호 수신 모델 구현
. IoT 네트워크 구성 토폴로지 시뮬레이션 모델 구현
. 실내에서의 화재상황 전파 시뮬레이션 모델 구현
. 실시간 재난 상황 예측을 위한 시계열 데이터를 이용한 RNN 기계학습 연구
- 2차년도: 사물인터넷 장치 무선 전파수신을 이용한 사용자 위치 추정 기계학습 기술 개발
. 디지털 트윈 가상공간에서 실내 전파모델을 이용하여 사용자 위치별 ED 비콘메시지 수신전파 세기 데이터 추출을 위한 모델 연구
. 다수 IoT ED들로부터 수신한 RSS 핑커프린트 입력을 이용하여 ANN 및 SVR(Support Vector Regression)을 이용한 위치추정 기술 연구
. 이전 RSS 이력 및 사용자 스마트폰의 기타 측정기능 (이동성 관련 파라미터)을 이용하여 DNN 및 RNN 기법을 활용한 위치추정 고도화 연구
- 3차년도: 동적 실내 재난상황에 적응적인 최적 사용자별 대피경로 도출 기계학습 연구 및 가상공간 물리공간 통합 테스트베드 구축을 통한 성능평가 연구
. 다양한 재난상황에서, 사용자 위치, 층별 구조, 재난 예측지역 등을 고려한 Q-learning 탈출 경로 결정 알고리즘 연구
. 개별 최적 탈출로 계산으로 인해 초래되는 탈출로 집중문제를 해결하기 위해, local/global 보상함수를 이용한 경로 분산 알고리즘 연구
. 라즈베리파이 보드를 이용한 IoT 에지 구현 및 에드혹 네트워크 통한 클라우드 서버로 센싱 데이터 전달, 클라우드 서버에 재난 상황 예측 기계학습 구현

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구는 실내재난환경에서 제한적인 대응이 갖는 한계점을 극복하기 위하여 실내재난 확산 예측 모델을 디지털트윈 공간에서 실험하고, 실내 사용자별 정밀 위치 추정을 통해 사용자 개별 최적 재난 대응 조치를 취할 수 있도록 한다. 본 연구에서는 IoT 임베디드 시스템 구현, 머신러닝, 디지털 트윈, 최적화 기술 등 구체화 되고 실현가능성이 높은 기술개발이 이뤄질 것이며, 여러 학문적 기술 분야에 융합적인 연구가 필요하므로 다양한 관련 학문 분야에 파급효과가 클 것으로 기대된다. 재난상황을 포함한 공공안전 IoT 응용은 어떠한 환경에서도 신뢰성 있고 안정적인 네트워크 운용과 주변상황을 고려한 즉각적인 판단이 필요하다. 이를 위해 본 연구를 통해 개발될 머신러닝 기술을 이용한 디지털 트윈 최적화 구조 및 알고리즘은 관련 분야 응용 서비스 개발에 있어 기본 핵심기술을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 가. 연구추친 방법 및 수행과정 ... 5
• 나. 1차년도 수행 내용 ... 6
• 다. 2차년도 수행 내용 ... 8
• 라. 3차년도 수행 내용 ... 10
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 11
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 11
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 13
• 7. 참고문헌 ... 13
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 17
• 끝페이지 ... 21