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과제기본정보

PMV 예측 정확도 10% 및 에너지성능 5% 향상을 위한 인공신경망 및 딥러닝기반 재실자 행동인식 및 신진대사(MET) 산출 원천모델 개발2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 18CTAP-C129762-02
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 건설 환경설비 기술 | 건축환경 설비기술 적용분야 건설업
2순위 None | None | None 실용화대상여부 비실용화
3순위 None | None | None 과제유형 기초
과제명 PMV 예측 정확도 10% 및 에너지성능 5% 향상을 위한 인공신경망 및 딥러닝기반 재실자 행동인식 및 신진대사(MET) 산출 원천모델 개발
주관연구기관 중앙대학교산학협력단
총괄연구 책임자 성명 문진우
소속 중앙대학교산학협력단 직위 부교수
기관 대표번호 02-820-5685 FAX 02-816-6760
총 연구기간 2017-04-01 ~ 2018-12-31
당해연도 연구기간 2018-01-01 ~ 2018-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
2차년도 191,000,000 0 0 0 191,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 IoT 기반 복합 MET 센서 모듈 개발
? 다양한 환경변수를 저비용으로 취득할 수 있는 loT 센서 개발
? Arduino, Raspberry Pi와 같은 Open-source platform을 활용하여 개발의 신속성 및 향후 확장성 극대화
Intelligent Agent 기반 MET 산출 모델 개발 및 성능분석
? 인공지능 알고리즘(ANN, Deep Learning) 활용
? 기존 MET 산출 대비 정확도 30% 향상 기술 개발
? 재실자 맞춤 지능형 MET 산출 모델 개발 및 실험 적용을 통한 성능평가
예측모델 적용에 따른 쾌적성, 에너지성능. 환경영향, 경제성 평가
? 개발된 모델적용 제어알고리즘의 개발 및 시뮬레이션 적용을 통한 성능 분석
? 맞춤형 냉난방기 가동을 통한 기존대비 5% 에너지절약효과
실내 환경 변화에 대한 활동량(MET) 산출 빅데이터(Big data) 구축
? MET산출 모델을 통한 Big Data 구축 및 Deep Learning 활용
? Big Data 활용하여 다양한 인공지능 알고리즘 활용
최종목표 ? IoT 기반 복합 MET 센서 모듈 개발
- 온도, 습도, 기류속도, 평균복사온도, MET의 복합적 감지
- Arduino, Raspberry Pi 등 Open-source platform 채용을 통한 개발의 신속성 및 향후 확장성 극대화
- Zigbee, 3G/4G, WiFi/Ethernet 등 다양한 사물인터넷(IoT) 환경 접근성 확보
- IR LED 모듈 탑재를 통한 24시간 모니터링 가능

? Intelligent Agent MET 산출 모델 개발
- 재실자 실제 활동량 및 활동위치, 재실 패턴을 반영한 위치기반 맞춤형 MET 산출 모델
- 재실자별 온열선호도 반영하여 예측 제어 가능한 개인 맞춤형 시스템
- 환자, 노약자 등 재실자 활동량의 특성에 따른 맞춤형 PMV 자동 제어를 통해 건강, 안전, 생산성 향상 등 삶의 질 개선 (그림 2.2~2.4)
- 성능예측 및 지능형 제어를 통해 냉난방기의 에너지 절약 도모
- 시뮬레이션 활용 성능평가 및 환경 영향 평가를 통한 국가적 차원의 1차 에너지 절감효과 입증
연구내용 및 범위 ○ 『IoT 기반 MET 센서모듈』
? 기존 열 환경 제어는 MET의 임의산정 및 적용. 따라서, 실제 거주자 맞춤형 최적제어 불가능
? 본 연구에서 개발 될 IoT기반 센서모듈은 온도, 습도, 기류속도, 평균복사온도, MET 등의 복합적 고려를 통한 개인화된 실제 PMV 산출 가능
? 사물 인터넷의 급속한 발달로 다양한 종류의 저비용센서 활용 가능

○ 『인공지능, 딥러닝 기반 재실자 맞춤형 MET 산출 모델』
? 본 과제의 목표와 가장 관련이 깊은 기술인 “상황인지” 기술은 사용자의 행동 패턴과
주변 상황을 인식하여 상황별 최적의 서비스를 제공하는 것을 목표로 함
? 그러나 현재의 상황인지 기술 수준은 사용자의 개별 요구를 실시간으로 반영하지 못하고,
장소, 시간 등 측정이 용이한 몇 가지 환경 변수를 기준으로 예상되는 사용자의 행동을
분류한 뒤 정형화된 규칙을 기반으로 획일적인 서비스를 제공하는 한계점을 가짐
? 본 과제에서는 실시간으로 재실자의 행동을 인식하여 MET를 산출한 뒤, 이를 바탕으로
재실자의 개별 필요를 실시간으로 충족시키는 것을 목표로 함
? 재실자의 행동인식의 정확도를 높이기 위해서 딥러닝 기술을 활용할 계획임
장소, 시간, 온도, 습도 등의 환경 변수와 함께 영상 센서를 사용하여 사용자의 움직임을
실시간으로 취득한 뒤, 이렇게 취득된 data로부터 사용자의 행동패턴을 인식하도록 deep
neural network를 학습. 이를 구현하기 위한 구체적인 방법으로 기존의 영상 인식 기술에
널리 사용되는 convolutional neural network를 변형하여 재실자 행동인식과 MET 산출에
활용할 계획임. 이는 행동인식의 정확도와 속도를 향상시킬 수 있을 것으로 예상됨.

○ 『냉난방기 효율 개선을 통한 에너지 절약 도모』
? 성능예측 제어를 통한 냉난방기의 에너지 절약 도모
? 시뮬레이션 활용 성능평가를 통한 국가적 차원의 1차 에너지 절감효과 및 환경 영향 평가

○ 『타 사물인터넷 기기들과의 자율적 소통을 통한 인공지능 스마트홈 구축 기반 마련』
? MET산출 모델의 스마트 홈오토메이션 적용을 목표로 작동 및 제어·관리 시스템 개발
? 향후 유무선 인터넷 접속 환경을 통해 냉·난방 시스템을 비롯한 세탁기, 냉장고, 수도, 전기 등을 원격으로 모니터링 및 제어 활용 가능
? 다양한 사물인터넷 접근 환경 확보 (지그비통신, 3G/4G기반, WiFi/Ethernet기반 등)

○ 『주택, 오피스 외에도 병원, 요양시설 등 약자 전용 맞춤형 PMV 제어시스템 적용 가능』
? 재실자 활동량에 따른 PMV 제어를 통해 건강, 안전, 생산성 향상 등 삶의 질 개선
? 개발된 IoT 기반의 MET 측정 기술은 의료시설의 환자 및 재실자 등 맞춤형 실내환경 제공
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 - 주관연구기관(중앙대학교) : loT 기술 기반 센서 모듈 개발
- 공동연구기관1(인천대학교) : loT 기술을 활용한 MET산출 프로토타입 모델 개발
- 공동연구기관2(한밭대학교) : MET 산출 유형 및 기술 기초 자료 수집 및 분석, 검토
- 주관연구기관 (중앙대학교)
? Open-source platform을 활용한 loT 기술 기반 센서 모듈 개발
? 다양한 환경변수(건구온도, 상대습도, 평균복사온도, 기류속도) 및 개인변수(MET, CLO)를 저비용으로 실시간 취득할 수 있는 모니터링 센서 개발
? Arduino, Raspberry Pi와 같은 Open-source platform을 활용하여 개발의 신속성 및 향후 확장성 극대화
? Host System(PC, 스마트폰 등)과 Bluetooth, USB, WiFI와 통신 가능 모듈 기술 개발
? Mock-Up 실험동 구축 계획 및 MET 센서 모듈 적용방안 검토

- 공동연구기관1 (인천대학교)
? 구축된 빅데이터를 학습시킨 지능형 MET 산출모델 개발
? 재실자 행동 기반 MET 산출 모델 적용 방안 분석(그림 2.1)
? MET 산출 정확도 개선(10%)을 위한 재실자 활동량 및 활동위치, 재실 패턴 분석 및 적용 방안 도출
? 빅데이터 분석을 통한 MET 산출 프로토타입 모델 개발

- 공동연구기관2 (한밭대학교)
? MET 산출 유형 및 기술 기초 자료 수집 및 분석, 검토
? MET 산출 방식 유형 분류 (인체부착형, 웨어러블기기형, 외부 센서형 등)
? 각 유형별 MET 산출 모델 및 냉난방공조 제어 시스템 분석
? MET 산출을 위한 사용자 행동 객관화 지표 자료 수집
? 기존 MET 산출 기술의 실용성 및 경제성 검토
연구성과 기술적 기대성과 ? IoT 기반 복합 MET 센서 모듈 개발
- 모든 건물에 적용 가능한 MET 산출에 적용 하여 진보한 PMV 제어 시스템의 기초 자료 활용
- 재실자 활동량에 따른 MET 빅테이터 구축 및 활용방안을 도출하여 적응형 알고리즘 개발에 활용
? Intelligent Agent MET 산출 모델 개발
- 재실자 활동량 및 활동위치, 재실 패턴, 재실자별 온열선호도 반영한 위치기반 맞춤형 MET 산출
? 재실자 활동량에 따른 MET 빅데이터 구축 및 활용방안 도출
- MET 빅데이터 이용 적응형 알고리즘 개발에 활용
사회 경제적 파급효과 - 세계 최초 IoT 및 인공지능 기반 MET 측정 센서 모듈 개발로 국제적 선도 기술 보유
- 예측 환경제어 알고리즘 핵심기술로 스마트홈, BEMS, IoT, 공조시스템 등 인공지능 산업시장(6.4조원) 활성화
- 건축 및 컴퓨터공학의 공동 연구를 통한 융합적 시각 갖춘 전문 인력 양성
활용방안 ? IoT 기반 복합 MET 센서 모듈 개발
- 모든 건물에 적용 가능한 MET 산출에 적용 하여 진보한 PMV 제어 시스템의 기초 자료 활용
- 재실자 활동량에 따른 MET 빅테이터 구축 및 활용방안을 도출하여 적응형 알고리즘 개발에 활용
? Intelligent Agent MET 산출 모델 개발
- 재실자 활동량 및 활동위치, 재실 패턴, 재실자별 온열선호도 반영한 위치기반 맞춤형 MET 산출
? 재실자 활동량에 따른 MET 빅데이터 구축 및 활용방안 도출
- MET 빅데이터 이용 적응형 알고리즘 개발에 활용
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 신진대사 사물인터넷 인공신경망 딥러닝 온열환경
영문 MET IoT ANN Deep learning Thermal environment
최종보고서
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