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과제현황 목록

과제기본정보

비접촉 생체정보 측정기능이 포함된 스마트 디퓨저 기반 거주자 맞춤형 Home-HAS(Health, Air, Safety) 서비스 개발1년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술사업화지원 과제번호 21TBIP-C161696-01
국가과학표준분류 1순위 화학공정 | None | None 적용분야 건강
2순위 농림·수산 | None | None 실용화대상여부 실용화
3순위 통신 | None | None 과제유형 개발
과제명 비접촉 생체정보 측정기능이 포함된 스마트 디퓨저 기반 거주자 맞춤형 Home-HAS(Health, Air, Safety) 서비스 개발
주관연구기관 브이산업(주)
총괄연구 책임자 성명 한경헌
소속 브이산업(주) 직위 연구소장
전화번호 062 FAX -
총 연구기간 2021-04-01 ~ 2023-12-31
당해연도 연구기간 2021-04-01 ~ 2021-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
1차년도 360,000,000 16,000,000 144,000,000 160,000,000 520,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ■ RF레이더를 활용한 위치오차 50cm이내의 실시간 비접촉 거주자 위치추적 및 활동량 분석에 따른 주거 공간별 맞춤형 공기질 관리가 가능한 스마트 디퓨저
- RF Radar를 이용한 거주자 실시간 위치 추적 시스템(RLTS)
- RF Radar를 이용한 5m이내 비접촉 거주자 호흡 측정, AI 알고리즘 기반 활동 인식
- 거주자의 실내위치 및 활동에 따른 스마트 디퓨저의 가동 모드 설정 (예: 수면/휴식시 정상 가동, 요리/운동 시 강한 가동 등)
- 거주자의 움직임과 스마트가구가전의 생체신호/생활패턴 분석을 통한 침입자 인식

■ 비접촉 인체미세진동 측정기반 리빙데이터 획득장치를 포함한 스마트 가구가전
- 압력, 진동 센서 등 기반으로 사용자 생체신호(심박/호흡) 획득 공통모듈 개발
- 생체신호 데이터 전처리(노이즈제거, 신호 선정, 피크검출 등)를 통한 심박/호흡 데이터 획득
- 거주자 활동에 따른 AI 분석 기반 맞춤형 분석 (예: 생체신호, 수면 단계/질, 스트레스, 체성분 등)

■ AIoT 플랫폼을 통한 분석 및 공기질 관리, 건강관리, 안전관리 서비스 제공
- RF Radar, 비접촉 생체신호 측정모듈, 내/외부 주거환경 데이터 (공기질, 온습도 등) 획득 및 분석 플랫폼 개발
- 거주자의 활동패턴(주방?요리?휴식?운동?공부?외출?샤워)을 분석하여 개인 맞춤형 공기질 관리 서비스 제공
- 리빙데이터 및 사용자의 생체정보를 통합하여 AI분석을 통한 거주자의 건강상태, 생활패턴 인식하여 활동량 추정, 맞춤형 건강관리 추천 서비스 제공
- 거주자 생활패턴 및 실시간 위치를 분석하여 건강 위험상항(낙상, 수면장애, 심박/호흡 이상) 및 안전 위험상황(침입범죄)등을 인식하여 실시간 응급상황 관리 서비스 제공
최종목표 비접촉 생체정보 측정 기능이 포함된 스마트 디퓨저 기반 거주자 리빙데이터 획득 및 AIoT 플랫폼 분석을 통한 HAS(Health, Air, Safety) management 서비스 제공
■ RF레이더 기반의 거주자 실시간 위치측정 및 5m이내 비접촉 생체신호(심박/호흡) 측정이 가능한 스마트 디퓨저* 개발
* 디퓨저: 청정-환기장치의 클린에어를 각방마다 공급해주는 공기 토출구
■ 압력변화를 통한 인체미세진동 측정을 통해 거주자 수면 및 휴식상태 등 리빙데이터 획득이 가능한 스마트 가구(베드, 체어, 변기 등) 개발
■ AIoT 플랫폼을 통한 거주자 RTLS 및 리빙데이터 분석을 통해 맞춤형 공기질 관리, 건강관리, 안전관리(HAS) 서비스 개발
■ 실증 사이트를 활용한 개발 제품 및 서비스 실증
연구내용 및 범위 비접촉 생체정보 측정 기능이 포함된 스마트 디퓨저 기반 거주자 리빙데이터 획득 및 AIoT 플랫폼 분석을 통한 HAS(Health, Air, Safety) management 서비스 제공

○ RF레이더 적용된 스마트 디퓨저와 인체미세진동(FHV) 측정 모듈 기반 리빙데이터 획득 스마트 가구가전 개발
○ AIoT 플랫폼을 통한 거주자 RTLS(Real Time Location System) 및 LSTM(Long Short Term Memory)모델 기반 리빙데이터 분석을 통해 맞춤형 공기질 관리, 건강관리, 안전관리(HAS, Health, Air, Safety) 서비스 개발
○실증 거주공간을 준비하여 기술 및 서비스 실증, 사업화 추진

○ RF레이더(UWB, Beacon 등)를 활용한 위치오차 50cm이내의 실시간 비접촉 거주자 위치추적 및 활동량 분석에 따른 주거 공간별 맞춤형 공기질 관리가 가능한 스마트 디퓨저
- RF Radar 이용한 거주자 실시간 위치 추적 시스템(RLTS)
- RF Radar를 이용한 5m이내 비접촉 거주자 호흡 측정, AI 알고리즘 기반 활동 인식
- 거주자의 실내 위치 및 활동에 따른 스마트 디퓨저의 가동 모드 설정 (예: 수면/휴식 시 정상 가동, 요리/운동 시 강한 가동)
- 거주자의 움직임과 스마트가구가전의 생체신호/생활패턴 분석을 통한 침입자 인식

○ 비접촉 인체미세진동 측정 기반 리빙데이터 획득 장치를 포함한 스마트 가구가전
- 압력, 진동 센서 등 기반으로 사용자 생체신호(심박/호흡) 획득 공통 모듈 개발
- 생체신호 데이터 전처리(노이즈제거, 신호 선정, 피크검출 등)를 통한 심박/호흡 데이터 획득
- 거주자 활동에 따른 AI 분석 기반 맞춤형 분석 (예: 수면 단계/질, 스트레스, 체성분, 생체신호 등)

○ AIoT 플랫폼을 통한 분석 및 공기질 관리, 건강관리, 안전관리 서비스 제공
- RF Radar, 비접촉 생체신호 측정 모듈, 내/외부 주거환경 데이터 (공기질, 온습도 등) 획득 및 분석 플랫폼 개발
- 리빙데이터 및 사용자의 생체정보를 통합하여 AI 분석을 통한 거주자의 건강 상태, 생활패턴 인식하여 활동량 추정, 맞춤형 건강관리 추천 서비스 제공
- 거주자 생활패턴 및 실시간 위치를 분석하여 건강 위험사항(낙상, 수면장애) 및 안전 위험상황(침입범죄)등을 인식하여 실시간 응급상황 관리 서비스 제공

○실증 거주공간을 준비하여 기술 및 서비스 실증, 사업화 추진
- 실험 환경에 스마트 디퓨저, 스마트 가구, 플랫폼 통합 테스트
- 서비스별 세부시나리오 개발
- 서비스 시나리오 별 데이터 확보
- 리빙랩을 통한 개발 기술의 정량적 성과 도출
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
1차년도 스마트 디퓨저 개발
○ RF/Radar 기술 기반 호흡 측정 및 위치 추적
○ 객체탐지 위치 측정 알고리즘 개발

AIoT 플랫폼 개발
○ AIoT 연동 게이트웨이 개발
○ Living Lab운영 및 댁내 생활 활동에 따른 유형별 데이터 축적
○ 스마트 가구가전 생체신호처리 알고리즘 고도화

스마트 가구 개발

○ RF통신 기반 RTLS 실내측위 모듈 HW 설계 및 제작
○ RF Radar 기반 RTLS 실내측위 모듈 SW 설계 및 제작
○ 인체미세진동(FHV) 기반 비접촉 무구속 생체신호 측정센서 공통 모듈
○ 비접촉 센서 <-> AIoT 플랫폼 통신부 개발

서비스 개발

○ 공기질 관리, 건강 관리, 안전 관리 서비스 시나리오 개발
○ 서비스별 상황 반복하여 데이터 패턴 수집
○ 건기연 리빙랩을 통한 재현실험 및 상황 라벨링(수집)
스마트 디퓨저 개발
○ RF/Radar 기술 기반 호흡 측정 및 위치 추적
- High order Gaussian Impulse 기반 임펄스 레이더 보드 개발
- Swept threshold sampler 수신 보드 설계
- 저가격, 고효율의 MCU 분석 및 선정
- 하드웨어 구현을 위한 회로설계 및 Artwork
- 제품에 맞게 최적화 및 경량화 커널 modify 개발
- 회로 설계 단계부터 국내 및 국외 인증을 고려한 회로 설계
- 임펄스 레이더 안테나 설계 및 제작

○ 객체탐지 위치 측정 알고리즘 개발
- 전자파의 속도(3.0 ×10?m/c)와 PRF(Pulse Repetition Frequency) 및 지연 시간( △R= 0.4cm)을 고려하여 거리 계산 알고리즘 개발
- 두 개의 레이더를 사용하여 교차점을 판단정보 기반 Target 거리 및 좌표 추출 알고리즘 개발
- 정확한 대상 판단을 위한 보정 알고리즘 개발
- 다양한 환경 변화에 맞는 최적 알고리즘 개발

AIoT 플랫폼 개발
○ AIoT 연동 게이트웨이 개발
- 디퓨져 정보 수집을 위한 시리얼 및 PLC 통신 연동 모듈 개발
- 외부 통신 연동을 위한 RJ-45 인터페이스 개발
- 공기질 센서 및 공기청정기 추가 연동을 위한 WIFI 인터페이스 개발
○ Living Lab운영 및 댁내 생활 활동에 따른 유형별 데이터 축적
- 광주광역시 화정동 더브이테라스 및 부산 에코시티 기반 Living Lab에 각각의 서비스 상황을 인지 가능한 센서 위치 선정
- 서비스별 센서 데이터 취득, 모니터링, 데이터 분류
- 불특정 다수 생활패턴 시험 데이터 확보
- 데이터 표출 UI/UX 개발
○ 스마트 가구가전 생체신호처리 알고리즘 고도화
- 경험적 모드 분해(Empirical mode decomposition, EMD)는 적응형(데이터 중심) 방법이며, 비선형 시스템에서 비롯된 비정적 생체신호를 분석할 수 있다. 빠른 진동과 느린 진동에서 완전히 데이터 중심적인 신호 분리를 생성한다. 결국, 원래의 신호는 "IMFs"(Intrinic Mode functions) 또는 단순히 모드라고 불리는 진폭 및 주파수 변조(AM-FM) 함수의 합과 최종 단조 추세로 표현될 수 있다.
- 생체신호로부터 호흡/심박 추정 알고리즘: 디지털 필터링 후 Fast Fourier Transform (FFT) 적용
- 주파수 영역의 PSD(Power Spectrum Density)와 상관분석을 이용한 신호 선택 알고리즘 개발

스마트 가구 개발

○ RF통신 기반 RTLS 실내측위 모듈 HW 설계 및 제작
- 비접촉 생체신호 측정 소형 레이더 모듈 개발
- 디퓨저 제어 인터페이스를 포함한 Radar 프론트앤드/베이스 밴드 모듈 최적화
- 저잡음 초단 아날로그 필터 및 프리앰프 모듈 최적화
- 위상잡음 보정회로 최적화 검증

○ RF Radar 기반 RTLS 실내측위 모듈 SW 설계 및 제작
- RF Radar(UWB & BLE 등)기반 실내측위 알고리즘 개발
·ToA(Time of Arrival)/AoD(Angle of Departure)/AoA(Angle of Arrival)을 이용한 Target과 Source간 거리정보 계산

·정확한 위치 판별은 위한 Multiple Source로 ToA/AoD/AoA를 계산하여 상대위치를 계산하고 Anchor를 사용하여 상대위치를 보정하여 x,y,z좌표 계산
·소비전력 최적화, 제작비용 감소, 실내환경 대응을 위해 어레이 형태의 다중 안테나를 사용한 Direction Finding 기능기반 위치측위 알고리즘 개발

○ 인체미세진동(FHV) 기반 비접촉 무구속 생체신호 측정센서 공통 모듈
- 인체미세진동 기반 호흡/심박 신호 추출 모듈
- 추출 주파수에서 이득이 일정하도록 Group delay 선형성을 고려하여 Butterworth 필터 설계
- 생체신호 처리 필터/AMP 구성

○ 비접촉 센서 <-> AIoT 플랫폼 통신부 개발
- BLE 4.0 통신 모듈, 디지털 필터(0.5 ~ 30Hz Butterworth) 회로 구성
- 다중포인트 신호 취득 저전력, ADC 분해능/속도, 사이즈 고려

서비스 개발

○ 공기질 관리, 건강 관리, 안전 관리 서비스 시나리오 개발
- 서비스 요구사항 분석
- AI홈 플랫폼 환경 및 생활정보 수집방안 분석
- 서비스 시나리오 설계

○ 서비스별 상황 반복하여 데이터 패턴 수집
- 데이터 수동 저장 : 시간, 인원수, 상황 기록
- 각 상황에서 공기질 변화 상태를 패턴 분류

○ 건기연 리빙랩을 통한 재현실험 및 상황 라벨링(수집)
- 과제 참여자의 주거공간에서 데이터 축척 및 라벨링(수집)
- 각 상황별센서 위치 다르게 데이터 수집 하여, 특징 확인 후 센서위치 보정 작업 실시 (수집)
- 라벨링없는 데이터, 데이터 분석 시 미활용(운영) 1차 학습을 통한 오토라벨링 기능을 추가하여, 주거형 리빙랩(브이산업)에서 정상 인지 하는지 검토 (운영)
연구성과 기술적 기대성과 ○ 기술적 측면

- 건설-ICT 융합실증 기술 확보

■ 스마트하우스 플랫폼 연계, 스마트 홈 디바이스, 서비스, 산업 AI-건설 분석기술결합 등

- 융합형 신제품 및 응용 기술 활성화를 통한 다양한 응용 산업 창출 및 활성화

■ 기존 제품 대비 정밀도가 높고, 수요자의 요구에 부응하는 제품으로 타기반 산업에 활용이 가능할 것으로 기대

■ 제품의 적용범위 확대를 통화여 주거시설 이외의 산업시설 및 수송기기 등 다른 산업에도 응용하여 적응이 가능

- 기술 경쟁력 및 원천기술 확보

■ 원천 기술 확보를 통한 관련 응용기술 및 제품의 경쟁력 확보

■ 기술에 대한 수요측면과 활용측면을 고려한 기술개발로서 수익성 및 지적재산권 확보 기대


- 혁신적 개념으로 시도되는 기술로서 새로운 연구 분야의 모태를 제공이 가능

■ 새로운 기술에 대한 새로운 연구 모태 제공이 가능하여 이를 활용한 타 응용 기술 개발 활성화 기대

- 고령화로 인한 의료비 급증이라는 사회적 문제 해결에 기여하고 4P(예방:preventive, 맞춤:personalized, 참여:participatory, 예측:predictive) 중심의 패러다임 변화를 촉진
사회 경제적 파급효과 - 주택상물 글로벌 경쟁력 확보
■ 건설, 통신, 가전, 서비스 융합, 스마트시티/홈 생태계 확대, 5G상용화 연계 서비스 확대 등

- 스마트홈은 첨단 IoT를 접목한 발전된 주거 모델로 건설 산업뿐만 아니라 전자, 통신, 건강, 보건, 의료, 교육, 쇼핑 등 여러 산업 주체들의 새로운 사업 모델로 발전 기대
■ 스마트 홈은 정보통신산업과 가전산업 부문이 각 서비스를 활성화하기 위해 필요한 정보를 추출하고 스마트 기술을 제공함으로써 다업종 연계 사업으로 관련 산업의 확대를 통해 경제적, 산업적, 잠재적 가치가 증대될 것으로 사료됨


- 개발 기술의 이전을 통해 동종 업종의 다수 기업이 공동으로 활용함으로서 산업체의 제품화 개발 및 사회적에 에너지 소비 경감 효과 기대

- 기술에 대한 수요측면과 활용측면을 고려한 핵심 기술을 개발함으로서 수익성 및 지적재산권 확보 기대

- 연구소 및 대학의 선도적인 기술개발 및 기술이전을 통해 기업의 성장 활성화 기대

- Killer Application 개발을 통한 관련 중소 선도업체를 육성함으로써 지역 경제의 다양성 및 기반 강화
활용방안 [연구개발 성과 활용계획]
■ 사용자 맞춤형 서비스가 가능한 스마트 Home-HAS management 하우스 실증사이트 확대 및 신규건축물 적용 사업화
■ 수면장애 등 특정질환 관리가 가능한 AIoT 플랫폼으로 통한 실내 사용자 건강 모니터링 및 원격 치료/상담을 지원한 Remote Digital Healthcare 플랫폼
■ 주거환경 뿐만 아니라 다양한 실내환경(사무실, 병원 등)으로 확장하여 국민의 건강/안전 등 주거복지 향상
■ 스마트 디퓨저 및 스마트 가구가전으로부터 얻은 생활패턴 데이터의 확대 관련 요구사항 수집하여, HW/SW 측면에 보완 계획 및 스마트시티 구축 연계
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 스마트홈 비접촉 사용자 맞춤형 서비스 실내 공기질 건강 관리
영문 SmartHome Untact Customized Service Indoor Air Quality Heatlh Management
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