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과제기본정보

화재상황 인지형 비상문 자동개폐장치 시스템 개발1년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 21CTAP-C163762-01
국가과학표준분류 1순위 통신 | None | None 적용분야 제조업(전자부품,컴퓨터,영상,음향 및 통신장비)
2순위 통신 | None | None 실용화대상여부 실용화
3순위 농림·수산 | None | None 과제유형 개발
과제명 화재상황 인지형 비상문 자동개폐장치 시스템 개발
주관연구기관 한국전자기술연구원
총괄연구 책임자 성명 양철승
소속 한국전자기술연구원 직위 선임
전화번호 032-789-7162 FAX 032-621-2866
총 연구기간 2021-04-01 ~ 2022-12-31
당해연도 연구기간 2021-04-01 ~ 2021-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
1차년도 160,000,000 1,500,000 13,500,000 15,000,000 175,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ○ 기술 개요
- 연기, 온습도 등 환경에 강인한 임펄스레이더 및 IP카메라, IR센서 통합 실시간 화재상황 인지형 비상문 자동개폐장치 개발 및 신속한 현장 상황 감지와 전파가 가능한 응급구호 서비스 개발
- 게이트웨이를 이용한 전체 시스템 연동 및 원격제어 시스템을 통한 이력관리 및 무단 침입방지 기술, 모니터링 S/W, 스마트폰 알림 App 개발
- (핵심기술)
-> 임펄스레이더 기반 화재발생시 연기속 인명탐지 및 실시간 위치인식을 통한 응급구호 서비스, 일상생활 속 범죄 취약지역 모니터링 서비스
-> 이중생체인증 기반 비상문 출입이력 관리, 개폐장치 작동 보안성능 향상을 통한 거주자 옥상안전관리 시스템
-> IR센서 기반 실시간 화재감시 및 무선통신 기반 신속 상황전파 시스템 개발

- (응용분야)
-> 일상서비스: IP카메라, 임펄스레이더를 활용한 범죄 취약지역 계단 및 사각지대 감시 이중 생체인증 기반의 출입이력 관리를 통한 옥상 출입 거주자의 안전 모니터링 IR센서 기반 신속한 화재 상황감지 및 WiFi, Zigbee 등 무선통신 상황전파 시스템
-> 화재발생시: 연기, 온습도 등 환경에 강인한 임펄스레이더 기반 생존자 유무 판단 및 119구조대 상황 전파

< 연구 개발의 필요성 >
○ 기존 비상문개폐장치의 문제점 해결기술에 대한 수요처들의 니즈 증가
- 기존 비상문개폐장치의 문제점
1) 비상문 개폐장치와 소화전과의 먼 거리 등 설치환경에 따라 시공비 증가
→ 유선통신으로 배선작업 때문에 1개의 기기 당 최대 300,000원까지하는 다소 비싼 시공비로 요양원이나 관공서에서 설치부담 요인이 증가

2) 비상문 제어장치의 위치 알림 기능의 부재
→ 현재 화재 발생시 비상알람만 발생하는 장치만 존재
→ 실제 화재 발생시 화재연기로 인한 어려운 시야확보 및 위치감각을 상실로 인해 비상문 손잡이 위치 탐지의 어려움이 존재

3) 이엠락(EM Lock) 잠금장치의 구조적인 문제
→ 브라켓으로 설계되어 제어나 외부충격으로 브라켓이 파손되는 사례가 빈번히 발생
→ 비상전원으로 장시간 사용을 하기위해서 고용량 배터리를 사용하여 단가 상승

4) 잠금구조에 따른 문제점
→ 도어락 형태가 아닌 문 상단에 설치되는 개별형태로 이중잠금의 문제점이 있어 비상문 자동개폐장치 기능이 차단
→ 비상문 자동개폐장치의 패스워드가 노출되거나 NFC카드의 분실 등의 이유로 주거시설 및 상가시설에서는 보안상의 이유로 비상문의 이중 잠금 현상이 발생

○ 주거지역 방재 관련 안전기기 수요 증가에 따른 기술 개발 필요성
- 주거지역 화재에 대한 인적 물적피해증가로 인해 사회적 이슈 증가
- 아파트 및 대형 건물화재로 인한 대형참사 발생으로 화재 관련 안전기기 필요성 증대
- 신규 분양 아파트 증가로 인해 경쟁력 강화를 위해 건설사 중심으로 안전한 주거를 테마로 한 브랜드 관심 증가


○ 법령 제정으로 인한 기술 개발 필요성
- 정부의 화재 관련 안전기기 설치 의무화 법령으로 관련 산업 성장 예상
- 화재 피해 경감을 위해 비상문 자동개폐장치 설치 의무화에 관한 법률제정으로 시장 수요 증가
- 2016년 2월 29일자 제정되어 시행되고 있는 주택건설기준 관련 규정으로 모든 신규 주거 건물에 비상문 자동개폐장치 의무화

- 병원 시설 관련 의료법 제정(2016.05- 의료법 시행규칙 34조)
1) 의료법 시행규칙 34조 별표4는 해당 병원(요양병원)에서 필수로 갖추어야 할 사항
2) 환자안전에 관한 사항으로 요양병원의 경우 치매 등 거동이 불편한신 환자가 접근할 경우 안전사고로 이어질 수 있는 곳(계단. 옥상 등)으로 통하는 출입문에 대하여 잠금장치를 갖추도록 하는 것
3) 화재 등 비상상황에서 이런 잠금장치가 오히려 환자의 신속한 대피나 탈출이 방해가 되어 인명사고로 이어질 수 있다고 판단
4) 이러한 경우를 대비하여 잠금장치가 화재나 비상의 상황에서 자동으로 열리도록 해야함
5) 병원 내 모든 출입구에 비상문 자동개폐장치 설치 의무화
최종목표 가. 연구개발과제 최종 목표 및 성과물
○ 화재상황 인지형 자동개폐장치 및 시스템 개발
- Deep Camera, 음향 센서 기반 위험상황 감지 모듈 개발
- IR 센서 기반 비접촉식 화재감지 모듈 개발
- 임펄스 레이더기반 인체감지 모듈 개발
- 비상상황 감지용 통합 게이트웨이 개발
- 생체인식기반 이중보안장치 개발
- 모바일 어플리케이션 및 상황별 자동제어 비상문 자동개폐장치 개발
- 원격 모니터링 및 알람 시스템 개발

나. 최종 연구개발성과물의 기술성숙도 및 설정근거
1. 위험상황 감지 모듈 (TRL 3 -> TRL 7)
○ (연구착수시) 연구실 규모의 성능평가 완료
○ (연구종료시) 자동개폐장치 시작품에 설치되어 위험상황 감지 기능개발 후 공인시험 성적서 취득 및 수요기업 평가예정
2. 화재감지 모듈 (TRL 3 -> TRL 7)
○ (연구착수시) 연구실 규모의 성능평가 완료
○ (연구종료시) 자동개폐장치 시작품에 설치되어 화재상황 테스트 후 공인시험 성적서 취득예정
3. 인체감지 모듈 (TRL 4 -> TRL 7)
○ (연구착수시) 연구실 규모의 성능평가 완료, 타제품 적용이력 보유, 특허 및 논문(SCI) 확보
○ (연구종료시) 자동개폐장치 시작품에 설치되어 인체감지 기능개발 후 공인시험 취득 및 수요기업 평가예정
4. 생체인증기반 이중보안장치 (TRL 4 -> TRL 7)
○ (연구착수시) 연구실 규모의 성능평가 완료, 특허 및 논문(SCI) 확보
○ (연구종료시) 도어 손잡이 부분에 생체인식 모듈을 설치하여 이중보안장치 기능개발 후 공인시험 성적 취득 및 수요기업 평가예정
5. 자동개폐장치 (TRL 3 -> TRL 7)
○ (연구착수시) 연구실 규모의 성능평가 완료, 이전 과제를 통해 시작품 설계이력, 특허 보유
○ (연구종료시) 수요기업의 평가의견을 반영한 설계 진행후, 내구성 관련 공인시험 취득예정
● 본사업의 사업비를 고려하였을 때, 금형제작은 비용적 측면에서 무리가 있을것으로 사료되어 3D프린터를 이용한 시작품 제작 예정
6. 원력 모니터링 및 알람 어플리케이션 (TRL 4 -> TRL 7)
○ (연구착수시) 연구실 규모의 성능평가 완료, 이전 과제를 통한 개발이력 보유
○ (연구종료시) 수요기업의 평가의견을 반영한 설계 진행후, 성능 관련 공인시험 취득예정
연구내용 및 범위 ○ 화재상황 인지형 자동개폐장치 및 시스템 개발
- Depth Camera, 음향 센서 기반 위험상황 감지 모듈 개발
- IR 센서 기반 비접촉식 화재감지 모듈 개발
- 임펄스 레이더기반 인체감지 모듈 개발
- 비상상황 감지용 통합 게이트웨이 개발
- 생체인식기반 이중보안장치 개발
- 모바일 어플리케이션 및 상황별 자동제어 비상문 자동개폐장치 개발
- 원격 모니터링 및 알람 시스템 개발

(1) 핵심 연구개발성과명1 :Depth Camera, 음향 센서 기반 위험상황 감지 모듈 개발

1년차
- 센서 및 신호처리 모듈 개발
- 음향의 파워, 피치, LPC 정보기반 위험상황감지용 소음감지 프로그램 개발
- 움직임 벡터 정보에 기반한 위험 감지 알고리즘 개발
- 얼굴 정보 및 전신 정보에 대한 검출 알고리즘 개발
- 시뮬레이션을 통한 임계값 조정 및 센서와의 연동으로 오인식률 감소

2년차
- 비상자동개폐문 설치 환경기반 2.4GHz 통신 환경 특성 분석
- 환경특성에 따른 통신 인터페이스 선정
- Zigbee 회로·프레임워크 설계 및 연동


(2) 핵심 연구개발성과명2 :IR 센서 기반 비접촉식 화재감지 모듈 개발

1년차
- Pre-amp Noise 저감을 위한 실장 및 설계 기술개발
- 회로 설계 단계부터 국내 및 국외 인증을 고려한 회로 설계
- IR PD 구동 및 신호처리 모듈 개발
- CW, MOD 구동부 설계 및 제작

2년차
- 화재, 연기 등 다양한 환경 변화에 맞는 최적 알고리즘 개발
- 자동이득 제어 회로 및 노이즈 제거 기술개발

(3) 핵심 연구개발성과명 : 임펄스 레이더기반 인체감지 모듈 개발
1년차
- 임펄스 레이더 보드 설계 및 제작
- 임펄스 레이더 안테나 설계 및 제작
- 객체탐지 위치 측정 알고리즘 개발
- 정확한 대상 판단을 위한 알고리즘 개발
- 임펄스 레이더 컨트롤 주변 회로 설계 및 제작
- 임펄스 레이더 측정 데이터 송수신 프로토콜 설계

2년차
- 화재, 연기 등 다양한 환경 변화에 맞는 최적 알고리즘 개발
- 비상문 자동개폐장치 개폐작동 시나리오 검증 및 알고리즘 수정
- 비상문 자동개폐장치 비상경보모듈 알림발생 시나리오 검증 및 알고리즘 수정


(4) 핵심 연구개발성과명 :비상상황 감지용 통합 게이트웨이 개발
1년차
- 저가격, 고효율의 MCU 분석 및 선정
- 아키텍처 분석 및 주변 회로 설계 및 제작
- 하드웨어 구현을 위한 회로설계 및 기구부 반영 아트웍
- 게이트웨이 통신 인터페이스 설계 및 구현
- 경량화 및 최적화 커널 modify 개발
- 자동개폐기 관리 및 상황 관리 및 대응 프로세서 개발

2년차
- 저전력 동작 안정성 확보를 위한 전원회로 설계
- 방열을 고려한 주변 회로 최적화 설계
- MPU간 데이터 전송회로 최적화 설계
- 자동개폐기 송수신 인터페이스 최적 설계
- 데이터 QoS 제공 기능 설계
- 제품에 맞게 최적화 및 경량화 커널 modify 개발
- 커널부팅 및 데이터 업로드 지원을 위한 슬롯 압축 기법 개발


(5) 핵심 연구개발성과명 : 생체인식기반 이중보안장치 개발
1년차
- 생체신호 센서 HW/FW 제작
- AI기반(LSTM) 단일 생체인식 알고리즘 개발
- AI기반(ENSEMBLE) 다중 생체인식 알고리즘 개발
2년차
- 생체인증 모듈 - 개폐장치간 인터페이스 연동
- 실 사용환경기반 생체인증 검증 및 알고리즘 수정


(6) 핵심 연구개발성과명 : 모바일 어플리케이션 및 상황별 자동제어 비상문 자동개폐장치 개발

1년차
- Bluetooth 5.0 기반 화재정보 전송용 무선통신 모듈 개발
- 전기 보호회로 및 역방향 인가방지 인터페이스 설계
- IEEE 802.15.4 기반 2.4GHz Bluetooth 제어부 및 인터페이스 설계
- 사용자의 편의성을 고려한 App. 기반 제어 프로그램 개발
- 사용자 친화적인 관리 제어 인터페이스 설계
- 터치영역 사용성 중심 설계(실행오류 방지를 위한 아이콘의 적정 영역 확보 및 배열)
- 모터 구동 및 제어 모듈 개발,문 정지 각도 조절용 조정판 설계 및 제작

2년차
- 비상문 자동개폐장치 개폐작동 여부 시나리오 테스트 및 알고리즘 수정
- 비상문 자동개폐장치 비상경보모듈 알림발생 시나리오 테스트 및 알고리즘 수정
- 도어클로저 모터제어 기반 자동개폐장치 검증


(7) 핵심 연구개발성과명 : 원격 모니터링 및 알람 시스템 개발
1년차
- 배터리 상태 모니터링 정보 수집 모듈 개발
- 입/출력 전원 정보 기반 충방전 제어 모듈 개발
- 전류 전원 분석 IC기반 배터리 상태 감지 모듈 개발
- 원력 모니터링 및 알람시스템 사용자 시나리오 구성
2년차
- 모니터링 및 알람 GUI 설계
- 정보수집 처리를 위한 라이브러리 및 Framework 개발
- 경량화 프레임워크 개발 및 통신인터페이스 드라이버 개발
- 위급 상황 시, 알람 수신 기능 개발
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
1차년도 - 주관연구개발기관(한국전자기술연구원) :

1) Depth 카메라, 음향 센서 기반 위험상황 감지모듈 및 상황별 대응 알고리즘 개발
2) 오픈 OS 기반 통합 게이트웨이 개발
3) 임펄스 레이더 시스템 및 알고리즘 개발
4) BLE 통신모듈 개발
5) 제어 모바일 어플리케이션 개발

- 참여연구개발기관(브이산업주식회사) :

1) 고속 신호처리 및 모터 제어 모듈 개발
2) 도어 클로저 모터제어 기반 자동개폐장치 개발
3) Battery 상태관리장치 개발
4) 비상상황 알림모듈 및 디자인 개발
5) 개폐장치 3D 기구 설계 및 시제품제작
- 주관연구개발기관(한국전자기술연구원) :

1) Depth 카메라, 음향 센서 기반 위험상황 감지 모듈 및 상황별 대응 알고리즘 개발
- 센서 및 신호처리 모듈 개발
- 음향의 파워, 피치, LPC 정보기반 위험상황감지용 소음감지 프로그램 개발
- 움직임 벡터 정보에 기반한 위험 감지 알고리즘 개발
- 얼굴 정보 및 전신 정보에 대한 검출 알고리즘 개발
- 시뮬레이션을 통한 임계값 조정 및 센서와의 연동으로 오인식률 감소

2) 오픈 OS 기반 통합 게이트웨이 개발
- 저가격, 고효율의 MCU 분석 및 선정
- 아키텍처 분석 및 주변 회로 설계 및 제작
- 하드웨어 구현을 위한 회로설계 및 기구부 반영 아트웍
- 게이트웨이 통신 인터페이스 설계 및 구현
- 경량화 및 최적화 커널 modify 개발
- 자동개폐기 관리 및 상황 관리 및 대응 프로세서 개발

3) 임펄스 레이더 시스템 및 알고리즘 개발
- 임펄스 레이더 보드 설계 및 제작
- 임펄스 레이더 안테나 설계 및 제작
- 객체탐지 위치 측정 알고리즘 개발
- 정확한 대상 판단을 위한 알고리즘 개발
- 임펄스 레이더 컨트롤 주변 회로 설계 및 제작
- 임펄스 레이더 측정 데이터 송수신 프로토콜 설계

4) BLE 통신 모듈 개발
- Bluetooth 5.0 기반 화재정보 전송용 무선통신 모듈 개발
- 24V 레벨 검출 인터페이스 설계
- 전기 보호회로 및 역방향 인가방지 인터페이스 설계
- IEEE 802.15.4 기반 2.4GHz Bluetooth 제어부 및 인터페이스 설계
- 24V to 5V, 3.3V 출력이 가능한 50W급 SMPS 개발

5) 제어 Mobile App. 개발
- 사용자의 편의성을 고려한 App. 기반 제어 프로그램 개발
- 사용자 친화적인 관리 제어 인터페이스 설계
- 터치영역 사용성 중심 설계(실행오류 방지를 위한 아이콘의 적정 영역 확보 및 배열)
- 사용빈도에 따른 접근 용이성 확보

- 참여연구개발기관(브이산업 주식회사) :

1) 고속 신호처리 및 모터 Control 모듈 개발
- 산업용 MCU 기반 고속 신호처리 및 모터 제어 모듈 개발
- 저가격, 고효율의 산업용 MCU 분석 및 선정
- 하드웨어 구현을 위한 회로설계 및 Artwork
- 제품에 맞게 최적화 및 경량화 커널 modify 개발
- 아키텍쳐 분석 모터 구동 드라이버 설계 및 개발

2) 도어크로저 모터제어 기반 자동개폐장치 개발
- 모터 구동 및 제어 모듈 개발
- 문 정지 각도 조절용 조정판 설계 및 제작
- 정지력, 풀림력 리미트 스위치 설계
- 동력변환기 설계
- 배터리 상태 감지 모듈 개발

3) 배터리 상태 관리 장치 개발
- 배터리 상태 모니터링 정보 수집 모듈 개발
- 입/출력 전원 정보 기반 충방전 제어 모듈 개발
- 전류 전원 분석 IC기반 배터리 상태 감지 모듈 개발

4) 비상 경보 모듈 및 디자인 개발
- 90dB 이상 비상경보음 버져 및 고휘도 LED 구동 드라이버 개발
- 비상 상황시 비상문 위치 알림 기능을 보유한 비상문 손잡이 디자인 개발

5) 개폐장치 3D 기구 설계 및 시제품제작
- 설치 환경을 고려한 디자인 개발 및 구조 기구 설계 제작
- 생활 방수 및 방열 구조를 고려한 비상문 자동개폐장치 구조 설계 및 제작 조립
- 전원 연결 구조를 고려한 스트라이커 구조 기구 개발
- 통신 및 전력 차단시 자동 열림이 가능한 플림력 스위치와 동작을 위한 기계식 동력변환기 개발
연구성과 기술적 기대성과 ○ 기술적 기대성과
- 본 기술은 소프트웨어 관점에서 영상처리, 통신 분야 와 하드웨어 관점에서 디스플레이, 통신 분야의 한 차원 높은 기술 적용이 가능 할 것으로 예측됨. 특히 화재 현상에서의 연기제거를 통한 시야확보 및 증강현실을 활용한 소방관의 안전 확보 기술, 라이다를 통한 생존자 탐색 원천 기술을 확보가 가능 할 것으로 기대되고, 해당분야 기술을 선도 할 수 있을 것으로 기대됨.
사회 경제적 파급효과 ○ 경제적ㆍ산업적 측면
- 현재 기술개발보다는 생산 및 제조, 시설 투자에 비율이 높은 소방 산업 시장에 연구개발의 비중이 높아지는 산업 구조로 개편될 것으로 기대됨. 특히 기술개발을 통한 소방장비의 첨단화를 통해 국내 시장 뿐만 아니라 세계 시장으로의 확장이 가능하며, 소방 분야의 연구 개발 시작의 발전으로 R&D 연구개발 일자리 창출이 가능할 것으로 기대됨.

○ 사회적 측면
- 최근 재난 현장에서의 소방 구조요원의 안전에 대한 많이 중요시 되고 있는 현재의 상황을 해결할 수 있는 하나의 솔루션으로 제공할 수 있으며, 본 연구개발은 화재현장에서의 소방 구조요원의 안전, 재난현장에서의 생존자 탐색의 효율성을 높일 수 있을 것으로 기대됨. 또한 구조요원의 재난현장의 신속한 접근으로 시간이 지체되어 발생하는 화재 및 연기로 인해 발생되는 사망자의 비율의 감소 가능하며 이로 인한 사회적 비용이 절감 될 것으로 기대됨.
활용방안 ○ 본 기술의 적용 분야
- 주거 및 상가 건물과 같이 화재 발생시 피해 감소를 위한 비상문 자동 개폐장치로 활용 가능
- 선박, 발전소, 플랜트 등 화재가 발생할 수 있는 공간으로 확대 적용 가능
- 대중이 이용하는 공간을 대상으로 화재 피해 저감 컨설팅 관련 정책 연구로 적용 가능
- 소방 및 안전 훈련 기자재로 활용 가능
- 출입관제를 통해 침입탐지 및 보안 장치로 활용 가능

○ 본 기술 적용 계획
- 건축물 대상 사업화 전략
-> KFI 인증을 통한 제품의 신뢰성 확보, 초기의 PP생산으로 제품 확보
-> 공동수행기관인 브이산업은 현재 현대건설과 시공을 같이 하고 있으며, 또한 유탑건설, 호반건설 등 대형건설사들과 오랫동안 유지된 비즈니스 파트너 관계를 활용한 초기 시장 진입 계획 수립

- 지자체 대상의 사업화계획 수립
-> 공동수행기관인 브이산업의 기존 업무 고객인 전남도청, 광주시청 등 행안부 예하기관에 대한 사업화 계획 수립

- 유통회사와의 협력을 통한 시장 진입 계획 수립
-> 광주테크노파크에서 매년 지원하고 있는 마케팅 관련 지원사업에서 국내외 유통회사 및 비즈니스센터와의 계약 지원을 통해 시장 진입 계획 수립
-> 유통회사를 통한 유통망 확보로 많은 수량의 판매가 가능하지므로 인해 낮은 단가 책정이 가능하므로 가격 경쟁력 확보 기대
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 비상문개폐장치 화재감지 RF 레이더 이중보안 외부제어
영문 Emergency door automatic opening and closing device Fire Detection RF Radar Double Security Remote Control
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