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KR20210085761A - Building collapse prevention system - Google Patents

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KR20210085761A
KR20210085761A KR1020190179174A KR20190179174A KR20210085761A KR 20210085761 A KR20210085761 A KR 20210085761A KR 1020190179174 A KR1020190179174 A KR 1020190179174A KR 20190179174 A KR20190179174 A KR 20190179174A KR 20210085761 A KR20210085761 A KR 20210085761A
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collapse prevention
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최훈
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동의대학교 산학협력단
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Abstract

A building collapse prevention system according to one embodiment of the present invention includes: a 3-axis accelerometer attached to a first place of the building to collect acceleration data; a control unit for determining whether the building collapses by analyzing the collected acceleration data; and an alarm generating unit for providing the determination result to a user terminal. The control unit may determine whether the building collapses using an analysis model generated according to a result previously learned based on a deep learning algorithm with respect to a frequency image generated based on a frequency conversion result for the acceleration data.

Description

건물 붕괴방지 시스템{BUILDING COLLAPSE PREVENTION SYSTEM}Building Collapse Prevention System {BUILDING COLLAPSE PREVENTION SYSTEM}

본 발명은 건물 붕괴방지 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 지진이 자주 발생하는 건물이나 건설 현장 등에 마련되어 지진 혹은 건물의 흔들림이나 폭발 등의 재해에 따라 사고를 미리 예측하기 위하여 중력감지센서를 이용한 결과에 따라 건물의 붕괴 여부를 미리 판단할 수 있는 건물 붕괴방지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a building collapse prevention system. In more detail, it is provided in a building or construction site where earthquakes occur frequently, and in order to predict an accident in advance according to an earthquake or a disaster such as shaking or explosion of a building, it can be determined in advance whether a building will collapse according to the result of using a gravity sensor. It relates to a building collapse prevention system.

일반적으로, 고층 건물들은 내진 특성을 갖도록 설계되고 지진에 의한 건물 진동을 파악하여 신속하게 대처하는 시스템이 필수적이다. 특히, 최근 들어 구조물의 고층화 및 경량화 추세에 함께 대형 구조물의 건설이 급증하고 있으며 그에 따른 건물의 진동에 따른 건물 붕괴 위험이 제기되고 있다.In general, high-rise buildings are designed to have earthquake-resistant characteristics, and a system for quickly responding to building vibrations caused by earthquakes is essential. In particular, in recent years, the construction of large structures is rapidly increasing along with the trend of building taller and lighter, and there is a risk of building collapse due to vibration of the building.

지진은 물론이고 지하철과 인접하거나 대형 공사를 진행하는 지역에 위치하는 등 다양한 원인으로 건물에 진동이 발생될 수 있고, 이러한 진동이 계속되면 건물 구조물의 강성을 약하게 하는 문제를 가져올 수 있다. 심각하게는 건물 구조물의 붕괴 유발 문제도 발생할 수 있다.In addition to earthquakes, vibrations may occur in buildings due to various causes, such as being adjacent to subways or located in areas undergoing large-scale construction. Seriously, the problem of causing collapse of the building structure may occur.

따라서, 현재 대부분의 대형 빌딩과 같은 건물을 신축하는 경우에는 건물의 진동을 지속적 또는 주기적으로 측정하여 진동을 관찰하도록 함으로써 건물의 붕괴위험을 사전에 예측하고 이를 예방할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있는 실정이다. 통상적으로, 진동을 지속적으로 모니터링하는 기술을 지칭하는 진동 모니터링을 이용하여 건물이 진동으로 인해 붕괴되는 것을 사전에 감지하여 붕괴위험이 있는 건물 내의 사람들이 안전하게 미리 대피할 수 있도록 하는 등 안전사고를 예방할 수 있도록 하고 있다. Therefore, in the case of new construction such as most large buildings, the development of technologies that can predict and prevent the risk of building collapse in advance by measuring the vibration of the building continuously or periodically and observing the vibration is required. the current situation. In general, by using vibration monitoring, which refers to a technology that continuously monitors vibration, it is possible to prevent safety accidents such as detecting in advance that a building is collapsing due to vibration so that people in a building in danger of collapsing can evacuate safely in advance. making it possible

대한민국 등록특허공보 제10-1807634호 (공개일자: 2017.12.05)Republic of Korea Patent Publication No. 10-1807634 (published date: 2017.12.05)

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 건물에 마련된 가속도 센서를 이용하여 획득된 가속도 데이터로부터 건물 붕괴 방지를 실시간으로 예측 판단함으로써 건물 붕괴를 사전에 예측할 수 있는 건물 붕괴방지 시스템을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems, and by predicting and judging the prevention of building collapse in real time from the acceleration data obtained using the acceleration sensor provided in the building, a building collapse prevention system capable of predicting the building collapse in advance. The purpose is to provide.

본 발명의 일 실시 예로써, 건물 붕괴방지 시스템이 제공될 수 있다.As an embodiment of the present invention, a building collapse prevention system may be provided.

본 발명의 일 실시 예에 따른 건물 붕괴방지 시스템은 건물의 제 1 장소에 부착되어 가속도 데이터를 수집하기 위한 3축 가속도센서, 수집된 가속도 데이터를 분석하여 건물의 붕괴 여부를 판단하기 위한 제어부 및 판단 결과를 사용자 단말로 제공하는 알람생성부를 포함하고, 제어부는 가속도 데이터에 대한 주파수 변환 결과에 기초하여 생성된 주파수 이미지에 대하여 딥러닝 알고리즘에 기초하여 미리 학습된 결과에 따라 생성된 분석모델을 이용하여 건물의 붕괴 여부를 판단할 수 있다.A building collapse prevention system according to an embodiment of the present invention is attached to a first place of a building, a three-axis acceleration sensor for collecting acceleration data, a control unit for determining whether the building collapses by analyzing the collected acceleration data, and a determination and an alarm generating unit that provides a result to the user terminal, wherein the control unit uses an analysis model generated according to a result previously learned based on a deep learning algorithm with respect to a frequency image generated based on a frequency conversion result for acceleration data. It is possible to determine whether a building is collapsing.

본 발명의 일 실시 예에 따른 건물 붕괴방지 시스템에 있어서, 건물 내의 제 2 장소에 마련된 라이다 센서를 더 포함하고, 제어부에서는 라이다 센서를 이용하여 획득된 포인트 클라우드의 변화량에 대하여 신경망을 학습시키고, 학습된 신경망에 기초하여 건물의 진동 상태를 파악하고, 경고 신호를 생성하여 알람생성부로 제공할 수 있다.In the system for preventing collapse of a building according to an embodiment of the present invention, it further comprises a lidar sensor provided at a second place in the building, and the control unit trains the neural network on the amount of change in the point cloud obtained using the lidar sensor, , it is possible to determine the vibration state of the building based on the learned neural network, generate a warning signal, and provide it to the alarm generator.

본 발명의 일 실시 예에 따른 건물 붕괴방지 시스템에 있어서, 제 2 장소는 건물의 지하에 건물을 지탱하기 위한 기둥이 마련된 공간이며, 라이다 센서는 기둥에 대한 포인트 클라우드를 획득하기 위하여 기둥 주위에 방사상으로 복수개가 마련되어 있을 수 있다.In the system for preventing collapse of a building according to an embodiment of the present invention, the second place is a space provided with a column for supporting the building in the basement of the building, and the lidar sensor is located around the column to obtain a point cloud for the column. A plurality may be provided radially.

본 발명의 일 실시 예에 따른 건물 붕괴방지 시스템에 있어서, 제어부는 가속도 데이터로부터 충격 추진력 평균 변화량을 도출하여 건물의 진동 세기를 결정하고, 충격 추진력 평균 변화량은 하기 [수학식 1]에 의하여 도출될 수 있다.In the building collapse prevention system according to an embodiment of the present invention, the control unit determines the vibration intensity of the building by deriving the average amount of change in the impact driving force from the acceleration data, and the average change in the shock driving force is to be derived by the following [Equation 1] can

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
: 샘플 인덱스 n에서의 충격 추진력 평균 변화량(IMAV)
Figure pat00002
: Average change in impact thrust force (IMAV) at sample index n

Figure pat00003
: 데이터 구간의 길이
Figure pat00003
: length of data section

Figure pat00004
: 스케일링 파라미터
Figure pat00004
: Scaling parameter

Figure pat00005
: 임의의 시간 구간에 대한 충격량의 변화
Figure pat00005
: Change in the amount of impulse for an arbitrary time interval

Figure pat00006
: 시간 n에서의 가가속도
Figure pat00006
: acceleration at time n

본 발명의 건물 붕괴방지 시스템에 의하면, 건물에 마련된 가속도 센서를 이용하여 획득된 가속도 데이터로부터 건물 붕괴 방지를 실시간으로 예측 판단함으로써 건물 붕괴를 사전에 예측할 수 있는 효과가 있다.According to the building collapse prevention system of the present invention, there is an effect of predicting the building collapse in advance by predicting and determining the building collapse prevention in real time from the acceleration data obtained using the acceleration sensor provided in the building.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 건물 붕괴방지 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 건물 붕괴방지 시스템에 있어서, 건물에 3축 가속도 센서가 부착된 상태를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 건물 붕괴방지 시스템에 있어서, 제 2 장소에 라이다 센서가 마련된 상태를 나타낸 예시도이다.
1 is a block diagram illustrating a system for preventing collapse of a building according to an embodiment of the present invention.
2 is an exemplary view illustrating a state in which a three-axis acceleration sensor is attached to a building in a system for preventing collapse of a building according to an embodiment of the present invention.
3 is an exemplary view illustrating a state in which a lidar sensor is provided in a second place in a system for preventing collapse of a building according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement them. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. Terms used in this specification will be briefly described, and the present invention will be described in detail.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다. The terms used in the present invention have been selected as currently widely used general terms as possible while considering the functions in the present invention, but these may vary depending on the intention or precedent of a person skilled in the art, the emergence of new technology, and the like. In addition, in a specific case, there is a term arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present invention, rather than the name of a simple term.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, "그 중간에 다른 소자를 사이에 두고" 연결되어 있는 경우도 포함한다. When a part "includes" a certain element throughout the specification, this means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated. In addition, terms such as "...unit" and "module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software. . In addition, when a part is "connected" to another part throughout the specification, it includes not only a case in which it is "directly connected" but also a case in which it is connected "with another element in the middle".

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 건물 붕괴방지 시스템을 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 건물 붕괴방지 시스템에 있어서, 건물에 3축 가속도 센서가 부착된 상태를 나타낸 예시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 건물 붕괴방지 시스템에 있어서, 제 2 장소에 라이다 센서가 마련된 상태를 나타낸 예시도이다. 이하에서는 상기에서 설명한 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.1 is a block diagram showing a system for preventing collapse of a building according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a state in which a 3-axis acceleration sensor is attached to a building in the system for preventing collapse of a building according to an embodiment of the present invention. 3 is an exemplary view showing a state in which a lidar sensor is provided in a second place in the system for preventing collapse of a building according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings described above.

본 발명의 일 실시 예로써, 건물 붕괴방지 시스템이 제공될 수 있다. 본 명세서에서 건물(20)은 이미 완공된 건축 구조물은 물론이고 건축 공사가 진행되고 있는 구조물을 포함한다.As an embodiment of the present invention, a building collapse prevention system may be provided. In the present specification, the building 20 includes not only already completed building structures, but also structures under construction.

본 발명의 일 실시 예에 따른 건물 붕괴방지 시스템은 건물(20)의 제 1 장소에 부착되어 가속도 데이터를 수집하기 위한 3축 가속도센서(100), 수집된 가속도 데이터를 분석하여 건물(20)의 붕괴 여부를 판단하기 위한 제어부(200) 및 판단 결과를 사용자 단말로 제공하는 알람생성부(300)를 포함하고, 제어부(200)는 가속도 데이터에 대한 주파수 변환 결과에 기초하여 생성된 주파수 이미지에 대하여 딥러닝 알고리즘에 기초하여 미리 학습된 결과에 따라 생성된 분석모델을 이용하여 건물(20)의 붕괴 여부를 판단할 수 있다.The building collapse prevention system according to an embodiment of the present invention is attached to the first place of the building 20, the three-axis acceleration sensor 100 for collecting acceleration data, and analyzing the collected acceleration data of the building 20 It includes a control unit 200 for determining whether collapse and an alarm generation unit 300 for providing the determination result to the user terminal, the control unit 200 with respect to the frequency image generated based on the frequency conversion result for the acceleration data Based on the deep learning algorithm, it is possible to determine whether the building 20 collapses using an analysis model generated according to a result previously learned.

일 개시에 의하면, 제 1 장소는 건물(20)의 가장자리 혹은 꼭지점 부근의 위치이거나, 진동이 빈번하게 발생하는 지역일 수 있다.According to one disclosure, the first place may be a location near the edge or vertex of the building 20 , or an area where vibration frequently occurs.

본 발명의 일 실시 예에 따른 건물 붕괴방지 시스템은 메모리(미도시)를 더 포함할 수 있다. 메모리는 제어부(200)의 처리 및 제어를 위한 프로그램을 저장할 수 있고, 본 발명의 건물 붕괴방지 시스템으로 입력되거나 또는 건물 붕괴방지 시스템에서 출력되는 데이터를 저장할 수도 있다. 메모리에 저장된 프로그램들은 그 기능에 따라 복수개의 모듈들로 분류할 수 있는데, 여기서, 복수개의 모듈들은 하드웨어가 아닌 소프트웨어로서 기능적으로 동작하는 모듈일 수 있다. 메모리는 플래시 메모리타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(RAM, Random Access Memory) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM, Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. Building collapse prevention system according to an embodiment of the present invention may further include a memory (not shown). The memory may store a program for processing and control of the control unit 200, and may store data input to or output from the building collapse prevention system of the present invention. Programs stored in the memory may be classified into a plurality of modules according to their functions, where the plurality of modules may be modules functionally operated as software rather than hardware. Memory includes flash memory type, hard disk type, multimedia card micro type, card type memory (eg SD or XD memory), RAM (RAM, Random Access Memory SRAM (Static Random Access Memory), ROM (Read-Only Memory), EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM (Programmable Read-Only Memory), magnetic memory, magnetic disk, optical disk It may include at least one type of storage medium.

제어부(200)는, 예를 들면, 소프트웨어 혹은 프로그램을 구동하여 제어부(200)에 연결된 본 발명의 건물 붕괴방지 시스템의 적어도 하나의 다른 구성요소( Ex. 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소 )를 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있다. 제어부(200)는 다른 구성요소( Ex. 통신부(미도시) )로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리에 로드하여 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리에 저장할 수 있다. 제어부(200)는 메인 프로세서( Ex. 중앙 처리 장치 또는 어플리케이션 프로세서 ), 및 이와는 독립적으로 운영되고, 추가적으로 또는 대체적으로, 메인 프로세서보다 저전력을 사용하거나, 또는 지정된 기능에 특화된 보조 프로세서( Ex. 그래픽 처리 장치, 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 또는 커뮤니케이션 프로세서 )를 포함할 수 있다. 여기서, 보조 프로세서는 메인 프로세서와 별개로 또는 임베디드(Embedded)되어 운영될 수 있다.The control unit 200, for example, by driving software or a program to control at least one other component (Ex. hardware or software component) of the building collapse prevention system of the present invention connected to the control unit 200, and , various data processing and operations can be performed. The control unit 200 may load a command or data received from another component (eg, a communication unit (not shown)) into a volatile memory for processing, and store the result data in a non-volatile memory. The control unit 200 operates independently of the main processor (Ex. central processing unit or application processor), and additionally or alternatively, uses lower power than the main processor, or a sub-processor specialized for a specified function ( Ex. graphic processing) device, image signal processor, sensor hub processor, or communication processor). Here, the auxiliary processor may be operated separately from or embedded in the main processor.

일 개시에 의하면, 가속도 데이터는 시계열(time-series) 아날로그 데이터일 수 있다. 제어부(200)는 주파수 변환 결과에 따라 주파수 이미지를 생성할 수 있다. 상기 제어부(200)는 다양한 주파수 변환 방식이 사용될 수 있다. 바람직하게는 상기 주파수 변환은 고속퓨리에변환(Fast fourier transform, FFT) 방식이 사용되는 것이 바람직하다. 즉, FFT 방식에 따라 가속도 데이터가 주파수 변환됨에 따라 각 주파수 성분의 강도를 주파수 스펙트럼으로 나타낼 수 있고, 이를 이미지 형태로 변환함으로써 상기 주파수 이미지가 생성될 수 있다.According to one disclosure, the acceleration data may be time-series analog data. The controller 200 may generate a frequency image according to the frequency conversion result. The controller 200 may use various frequency conversion methods. Preferably, the frequency transformation is performed using a Fast Fourier Transform (FFT) method. That is, as the acceleration data is frequency-converted according to the FFT method, the intensity of each frequency component may be represented as a frequency spectrum, and the frequency image may be generated by converting it into an image form.

일 개시에 의하면, 제어부(200)는 주파수 이미지에 대하여 소정의 크기로 크기 변환을 진행하고 크기 변환된 주파수 이미지에 대하여 회색조(grayscale) 이미지로 변환할 수 있다. 상기 회색조 이미지는 검정색과 흰색 사이의 점진적인 단계 범위로 명도 차이가 설정되도록 변환된 이미지일 수 있다.According to one disclosure, the controller 200 may perform size conversion with respect to a frequency image to a predetermined size, and may convert the size-converted frequency image into a grayscale image. The grayscale image may be an image converted so that a difference in brightness is set in a gradual step range between black and white.

일 개시에 의하면, 제어부(200)는 회색조 이미지에 대하여 시프팅(shifting)을 통해 주파수 이미지의 수를 확장(augmentation)할 수 있다. 일 개시에 따른 시프팅은 가로 방향이나 세로 방향으로 소정의 픽셀만큼 진행될 수 있다.According to one disclosure, the controller 200 may augment the number of frequency images by shifting the grayscale image. Shifting according to an exemplary embodiment may be performed by a predetermined number of pixels in a horizontal or vertical direction.

일 개시에 의하면, 제어부(200)는 상기 시프팅된 주파수 이미지에 대하여 분석모델을 이용하여 건물(20)의 붕괴 여부를 판단할 수 있다.According to one disclosure, the controller 200 may determine whether the building 20 collapses using an analysis model with respect to the shifted frequency image.

일 개시에 의하면, 분석모델은 딥러닝 알고리즘을 이용하여 미리 학습된 결과에 따라 생성될 수 있다. 상기 딥러닝 알고리즘에는 CNN(Convolutional Neural Network)이 포함될 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 인식모델은 상기 CNN 외에도 RNN(Recurrent Neural Network)와 결합되어 학습된 결과에 따라 생성될 수도 있다. 이하에서는 CNN 기반 학습 결과에 따라 형성된 검출모델을 기준으로 설명한다. 먼저, CNN에 대하여 간략히 설명하면 CNN은 입력데이터(주로, 시각적 이미지)를 분석하기 위해 사용되는 인공신경망의 한 종류일 수 있고 특징추출계층에서 입력데이터로부터의 특징이 추출되고, 분류계층에서 추출된 특징에 기초하여 입력데이터가 어떤 클래스에 해당되는지 분류될 수 있다. 상기 특징추출계층에는 적어도 하나 이상의 콘볼루션 레이어(convolutional layer) 및 풀링 레이어(pooling layer)가 포함될 수 있고, 상기 분류계층은 하나의 히든 레이어(hidden layer)가 포함된 풀리 커넥티드 레이어(fully connected layer)일 수 있다. 콘볼루션 레이어는 콘볼루션(convolution) 연산을 통해 객체의 특징을 나타내는 특징 맵을 생성하는 필터에 해당될 수 있다. 풀링 레이어에서는 콘볼루션 레이어의 출력 데이터의 크기를 줄이거나 특정 데이터를 강조하는 풀링연산이 수행될 수 있다. 상기 풀링 레이어에는 맥스풀링 레이어(max pooling layer) 및 평균풀링 레이어(average pooling layer)가 포함될 수 있다. 풀리 커넥티드 레이어(fully connected layer)는 추출된 특징정보에 기초하여 입력데이터의 분류를 위한 분류기(classifier)에 해당될 수 있다. According to one disclosure, the analysis model may be generated according to a result previously learned using a deep learning algorithm. The deep learning algorithm may include a Convolutional Neural Network (CNN). In addition, the recognition model may be combined with a Recurrent Neural Network (RNN) in addition to the CNN and generated according to a learned result. Hereinafter, it will be described based on the detection model formed according to the CNN-based learning result. First, if we briefly describe CNN, CNN can be a type of artificial neural network used to analyze input data (mainly, visual images), and features are extracted from the input data in the feature extraction layer, and are extracted from the classification layer. Based on the feature, the class to which the input data belongs may be classified. The feature extraction layer may include at least one convolutional layer and a pooling layer, and the classification layer is a fully connected layer including one hidden layer. ) can be The convolutional layer may correspond to a filter that generates a feature map representing a feature of an object through a convolution operation. In the pooling layer, a pooling operation that reduces the size of output data of the convolutional layer or emphasizes specific data may be performed. The pooling layer may include a max pooling layer and an average pooling layer. A fully connected layer may correspond to a classifier for classifying input data based on the extracted feature information.

일 개시에 따르면, 알람생성부(300)는 제어부(200)로부터 판단된 결과를 사용자 단말로 제공할 수 있다. 상기 사용자 단말은 일반적인 데스크탑(desktop) 컴퓨터뿐만 아니라, 휴대폰, 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 태블릿(tablet) PC 등과 같이 이동 가능한 모바일 단말도 포함될 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 사용자 단말(30)에는 TV, 냉장고 등과 같은 가전제품도 포함될 수 있다.According to one disclosure, the alarm generating unit 300 may provide a result determined by the control unit 200 to the user terminal. The user terminal includes not only a general desktop computer, but also a mobile phone, a smart phone, a laptop computer, a PDA (Personal Digital Assistants), a PMP (Portable Multimedia Player), a tablet PC, etc. A mobile terminal may also be included. In addition, the user terminal 30 may include home appliances such as a TV and a refrigerator.

본 발명의 일 실시 예에 따른 건물 붕괴방지 시스템에 있어서, 건물(20) 내의 제 2 장소(21)에 마련된 라이다 센서(120)를 더 포함하고, 제어부(200)에서는 라이다 센서(120)를 이용하여 획득된 포인트 클라우드의 변화량에 대하여 신경망을 학습시키고, 학습된 신경망에 기초하여 건물(20)의 진동 상태를 파악하고, 경고 신호를 생성하여 알람생성부(300)로 제공할 수 있다.In the building collapse prevention system according to an embodiment of the present invention, a lidar sensor 120 provided in the second place 21 in the building 20 is further included, and the control unit 200 includes the lidar sensor 120 . It is possible to train the neural network for the amount of change in the point cloud obtained using , to determine the vibration state of the building 20 based on the learned neural network, and to generate a warning signal and provide it to the alarm generator 300 .

일 개시에 따른 신경망은 입력된 데이터로부터 제 1 피쳐(feature)를 추출하기 위한 제 1 CNN, 입력데이터로부터 제 2 피쳐(feature)를 추출하기 위한 제 2 CNN, 추출된 제 1 피쳐 및 제 2 피쳐에 기초하여 속성정보의 추출을 위한 분류층 및 제 1 CNN 및 제 2 CNN의 출력이 융합되어 분류층으로 입력되도록 형성된 융합층이 더 포함될 수 있다.A neural network according to one disclosure is a first CNN for extracting a first feature from input data, a second CNN for extracting a second feature from input data, and extracted first and second features Based on the classification layer for extracting attribution information, and the output of the first CNN and the second CNN are fused to be input to the classification layer may be further included.

상기 제 1 CNN은 단일의 콘볼루션 층이 포함된 콘볼루션 신경망(CNN: Convolutional Neural Network) 기반으로 형성된 신경망에 해당될 수 있다. 즉, 상기 제 1 CNN은 제 1 콘볼루션 층 및 제 1 풀링층만이 구비되어 얕은(shallow) 구조로 형성되어 입력된 이미지로부터 제 1 피쳐이 추출될 수 있다. The first CNN may correspond to a neural network formed based on a convolutional neural network (CNN) including a single convolutional layer. That is, the first CNN is provided with only the first convolutional layer and the first pooling layer to have a shallow structure, so that the first feature can be extracted from the input image.

이와는 달리, 제 2 CNN은 복수개의 콘볼루션층들이 포함된 콘볼루션 신경망 기반으로 형성된 신경망에 해당될 수 있다. 즉, 상기 제 2 CNN은 제 2 내지 제 4 콘볼루션층들 및 제 2 풀링층이 구비되어 깊은(deep) 구조로 형성되어 입력된 이미지데이터로부터 제 2 피쳐가 추출될 수 있다. Alternatively, the second CNN may correspond to a neural network formed based on a convolutional neural network including a plurality of convolutional layers. That is, the second CNN is provided with second to fourth convolutional layers and a second pooling layer to form a deep structure, so that a second feature can be extracted from input image data.

상기 콘볼루션층이 하나만 포함되어 있는 신경망은 전술한 바와 같이 얕은 구조의 신경망에 해당되고, 상기 콘볼루션층이 복수개 포함된 신경망은 깊은 구조의 신경망에 해당될 수 있다. 이에 따라, 상기 얕은 구조인 제 1 CNN으로부터 추출된 제 1 피쳐는 얕은 특징일 수 있고, 깊은 구조인 제 2 CNN으로부터 추출된 제 2 피쳐는 깊은 특징일 수 있다.The neural network including only one convolutional layer may correspond to a neural network having a shallow structure as described above, and a neural network including a plurality of convolutional layers may correspond to a neural network having a deep structure. Accordingly, the first feature extracted from the first CNN that is a shallow structure may be a shallow feature, and the second feature extracted from the second CNN that is a deep structure may be a deep feature.

상기 융합층은 제 1 CNN과 제 2 CNN의 출력을 융합하여 상기 분류층의 입력이 되도록 연결하는 층일 수 있다. 상기 융합층은 풀링층으로 구성될 수 있다.The fusion layer may be a layer that fuses the outputs of the first CNN and the second CNN to become the input of the classification layer. The fusion layer may be composed of a pooling layer.

상기 분류층은 전술한 완전연결층(fully connected layer)으로써, 상기 분류층에는 적어도 하나 이상의 히든층(hidden layer) 및 출력층(output layer)는 물론, 차원 변경을 위한 플래튼층(flatten layer)가 추가적으로 포함될 수 있다. 상기 출력층에는 Softmax 활성화 기능이 사용됨으로써 용접에 따른 결함 발생 정도가 판별될 수 있다.The classification layer is the above-described fully connected layer, and the classification layer includes at least one hidden layer and an output layer, as well as a flatten layer for dimension change. may be included. Since the softmax activation function is used in the output layer, the degree of defect occurrence due to welding may be determined.

더욱 상세하게는 제 1 CNN은 단일의 제 1 콘볼루션층과 제 1 풀링층이 함께 형성되어 얕은 구조의 콘볼루션 신경망이 형성될 수 있다. 이와는 달리 제 2 CNN에는 제 2 콘볼루션층, 제 3 콘볼루션층, 제 4 콘볼루션층에 해당되는 3개의 콘볼루션층들과 제 2 풀링층이 연결되어 깊은 구조의 콘볼루션 신경망이 형성될 수 있다. 상기 제 1 내지 제 4 콘볼루션층의 필터 수 및 필터 크기는 모두 동일하거나 각각 상이하게 설정될 수 있다. 상기 신경망의 구조가 전술한 바와 같이 얕은 구조 및 깊은 구조의 신경망으로부터 각각 추출된 특징에 기초하여 입력된 데이터를 분류하는 경우에는 일반적인 구조의 콘볼루션 신경망에 따른 판별결과에 비하여 더욱 정확한 결과를 얻을 수 있다. 즉, 입력데이터로부터의 특징 추출을 두 가지 콘볼루션 신경망을 통해 별도로 진행한 이후에 이를 융합층에서 융합한 결과에 따라 보다 정확하게 건물(20)의 진동 상태가 추출되도록 하였다.In more detail, in the first CNN, a single first convolutional layer and a first pooling layer are formed together to form a convolutional neural network having a shallow structure. Contrary to this, in the second CNN, three convolutional layers corresponding to the second convolutional layer, the third convolutional layer, and the fourth convolutional layer are connected to the second pooling layer to form a deep convolutional neural network. have. The number of filters and the filter size of the first to fourth convolutional layers may all be the same or may be set to be different from each other. As described above, when the input data is classified based on the features extracted from the shallow and deep neural networks as described above, more accurate results can be obtained compared to the discrimination results according to the general structure of the convolutional neural network. have. That is, after the feature extraction from the input data was separately performed through two convolutional neural networks, the vibration state of the building 20 was more accurately extracted according to the result of fusion in the fusion layer.

일 개시에 따른 라이다(LiDAR: Light Detection And Ranging) 센서는 레이저를 대상물에 비추어 대상물과의 거리를 측정함으로써 대상물의 형상을 감지할 수 있는 센서일 수 있다.A LiDAR (Light Detection And Ranging) sensor according to one disclosure may be a sensor capable of detecting the shape of an object by measuring a distance from the object by illuminating a laser on the object.

일 개시에 따른 라이다 센서(120)는 기둥(22)에 대한 포인트 클라우드 데이터를 취득하여 기둥(22)의 형상을 감지할 수 있는데, 포인트 클라우드의 변화량과 진동 상태와의 관계에 대하여 전술한 바와 같이 신경망 학습시킬 수 있고, 학습 결과에 따른 신경망을 이용하여 라이다 센서(120)의 감지 결과로부터 건물(20)의 진동상태를 자동적으로 판단할 수 있다. The lidar sensor 120 according to one disclosure may detect the shape of the pillar 22 by acquiring point cloud data for the pillar 22, as described above with respect to the relationship between the change amount of the point cloud and the vibration state. The neural network can be trained together, and the vibration state of the building 20 can be automatically determined from the detection result of the lidar sensor 120 using the neural network according to the learning result.

본 발명의 일 실시 예에 따른 건물 붕괴방지 시스템에 있어서, 제 2 장소는 건물(20)의 지하에 건물(20)을 지탱하기 위한 기둥(22)이 마련된 공간이며, 라이다 센서(120)는 기둥(22)에 대한 포인트 클라우드를 획득하기 위하여 기둥(22) 주위에 방사상으로 복수개가 마련되어 있을 수 있다.In the system for preventing collapse of a building according to an embodiment of the present invention, the second place is a space in which a column 22 for supporting the building 20 is provided in the basement of the building 20, and the lidar sensor 120 is In order to obtain a point cloud for the pillar 22, a plurality of radially around the pillar 22 may be provided.

본 발명의 일 실시 예에 따른 건물 붕괴방지 시스템에 있어서, 제어부(200)는 가속도 데이터로부터 충격 추진력 평균 변화량을 도출하여 건물(20)의 진동 세기를 결정하고, 충격 추진력 평균 변화량은 하기 [수학식 1]에 의하여 도출될 수 있다.In the building collapse prevention system according to an embodiment of the present invention, the control unit 200 determines the vibration intensity of the building 20 by deriving the average amount of change in the impact driving force from the acceleration data, and the average change in the impact driving force is the following [Equation] 1] can be derived.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00007
Figure pat00007

Figure pat00008
: 샘플 인덱스 n에서의 충격 추진력 평균 변화량(IMAV)
Figure pat00008
: Average change in impact thrust force (IMAV) at sample index n

Figure pat00009
: 데이터 구간의 길이
Figure pat00009
: length of data section

Figure pat00010
: 스케일링 파라미터
Figure pat00010
: Scaling parameter

Figure pat00011
: 임의의 시간 구간에 대한 충격량의 변화
Figure pat00011
: Change in the amount of impulse for an arbitrary time interval

Figure pat00012
: 시간 n에서의 가가속도
Figure pat00012
: acceleration at time n

이하에서는, 충격 추진력 평균 변화량을 산출하는 과정을 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, the process of calculating the average amount of change in the impact driving force will be described in more detail.

일반적으로 충격량(

Figure pat00013
)은 운동량의 변화량(
Figure pat00014
)으로, 가해지는 힘과 시간의 곱으로 아래 수학식 4와 같이 표현할 수 있다.In general, the amount of impulse (
Figure pat00013
) is the change in momentum (
Figure pat00014
) as the product of the applied force and time, it can be expressed as in Equation 4 below.

[수학식 4][Equation 4]

Figure pat00015
Figure pat00015

상기 수학식 4에서,

Figure pat00016
는 시간 구간
Figure pat00017
동안 진동에 의해 가해진 힘일 수 있다. 상기 수학식 4에서
Figure pat00018
는 질량과 가속도의 곱이므로 시간 구간
Figure pat00019
에서의 충격량은 다음 수학식 5와 같이 표현할 수 있다.In Equation 4 above,
Figure pat00016
is the time interval
Figure pat00017
It may be a force applied by vibration during In Equation 4 above
Figure pat00018
is the product of mass and acceleration, so the time interval
Figure pat00019
The amount of impact in can be expressed as in Equation 5 below.

[수학식 5][Equation 5]

Figure pat00020
Figure pat00020

또한, 가속도센서(100)를 사용하여 수집된 상기 가속도 데이터는 아래 수학식 6와 같이 정현파 함수들의 조합으로 모델링될 수 있다.In addition, the acceleration data collected using the acceleration sensor 100 may be modeled as a combination of sinusoidal functions as shown in Equation 6 below.

[수학식 6][Equation 6]

Figure pat00021
Figure pat00021

상기 수학식 6에서

Figure pat00022
는 가속도의 진폭을 나타내고,
Figure pat00023
는 각주파수를 나타내며,
Figure pat00024
는 위상을 나타낼 수 있다. 임의의 시간 구간에서의 가속도의 시간에 대한 변화를 가가속도(jerk)라 하며 상기 수학식 6으로부터 다음 수학식 7과 같이 표현할 수 있다.In Equation 6 above
Figure pat00022
represents the amplitude of the acceleration,
Figure pat00023
represents the angular frequency,
Figure pat00024
may indicate a phase. A change in acceleration with respect to time in an arbitrary time interval is referred to as an acceleration (jerk) and can be expressed from Equation 6 to Equation 7 below.

[수학식 7][Equation 7]

Figure pat00025
Figure pat00025

상기 수학식 7에서 가가속도는 수학식 6에서의 가속도에서 진폭이

Figure pat00026
만큼 증폭 또는 감소되고 위상이 π/2 만큼 변화한 것일 수 있다. 임의의 시간 구간을
Figure pat00027
라 정의하고 동일한 시간 구간
Figure pat00028
에 대한 충격량의 변화
Figure pat00029
를 상기 수학식 5로부터 다음 수학식 8과 같이 정의할 수 있다.The acceleration in Equation 7 is the amplitude of the acceleration in Equation 6
Figure pat00026
It may be amplified or reduced by the amount and the phase is changed by π/2. any time period
Figure pat00027
defined as , and the same time interval
Figure pat00028
change in the amount of impulse to
Figure pat00029
can be defined as in Equation 8 below from Equation 5 above.

[수학식 8][Equation 8]

Figure pat00030
Figure pat00030

상기 수학식 8에서,

Figure pat00031
Figure pat00032
에서의 충격량일 수 있다. 또한, 상기 수학식 8의 연속시간 충격 추진력 변화량은
Figure pat00033
(=
Figure pat00034
)의 간격으로 샘플링한 이산시간 표현을 사용하여 시간 구간(
Figure pat00035
)에 대한 이산 충격 추진력 변화량을 아래 수학식 9와 같이 표현할 수 있다.In Equation 8 above,
Figure pat00031
is
Figure pat00032
may be the amount of impact in In addition, the continuous-time impact driving force change amount of Equation 8 is
Figure pat00033
(=
Figure pat00034
) using a discrete-time representation sampled at intervals of
Figure pat00035
) can be expressed as Equation 9 below.

[수학식 9][Equation 9]

Figure pat00036
Figure pat00036

상기 수학식 9에서,

Figure pat00037
이고
Figure pat00038
일 수 있다.In Equation 9 above,
Figure pat00037
ego
Figure pat00038
can be

상기 수학식 7에 나타난 연속시간 가가속도의 시간 구간(

Figure pat00039
)에 대한 이산 시간 표현을 사용하여 상기 수학식 9를 다음 수학식 10과 같이 표현할 수 있다.The time interval of continuous-time acceleration and acceleration shown in Equation 7 above (
Figure pat00039
Equation 9 can be expressed as Equation 10 below using the discrete time expression for ).

[수학식 10][Equation 10]

Figure pat00040
Figure pat00040

상기 수학식 10으로부터 질량 m인 대상체가 일정한 단위 시간(

Figure pat00041
) 동안 받는 충격 추진력 변화량의 크기는 가가속도를 사용하여 다음 수학식 11과 같이 표현할 수 있다.From Equation (10), an object having a mass m is a constant unit time (
Figure pat00041
), the magnitude of the amount of change in the impact thrust received during the period can be expressed by the following Equation 11 using the acceleration.

[수학식 11][Equation 11]

Figure pat00042
Figure pat00042

상기 수학식 11에서 파라미터

Figure pat00043
이다. 전술한 과정에 따라 가가속도로부터 유도된 수학식 11의 충격 추진력 변화량은 각 주파수 성분 별 진폭 변화와 해당 주파수 변화(진폭의 증폭 또는 감소)를 동시에 반영할 수 있으며, 상기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.In Equation 11 above, the parameter
Figure pat00043
to be. The amount of change in the impact driving force of Equation 11 derived from the acceleration according to the above process can simultaneously reflect the amplitude change for each frequency component and the corresponding frequency change (amplification or decrease in amplitude), and can be expressed as in Equation 1 above. can

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and likewise components described as distributed may be implemented in a combined form.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다. 즉, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Although the preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims are also provided. is within the scope of the That is, the scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be interpreted as being included in the scope of the present invention. do.

10: 건물 붕괴방지 시스템
100: 가속도센서
200: 제어부
300: 알람생성부
10: Building Collapse Prevention System
100: acceleration sensor
200: control unit
300: alarm generator

Claims (4)

건물 붕괴방지 시스템에 있어서,
건물의 제 1 장소에 부착되어 가속도 데이터를 수집하기 위한 3축 가속도센서;
상기 수집된 가속도 데이터를 분석하여 건물의 붕괴 여부를 판단하기 위한 제어부; 및
상기 판단 결과를 사용자 단말로 제공하는 알람생성부를 포함하고,
상기 제어부는 상기 가속도 데이터에 대한 주파수 변환 결과에 기초하여 생성된 주파수 이미지에 대하여 딥러닝 알고리즘에 기초하여 미리 학습된 결과에 따라 생성된 분석모델을 이용하여 상기 건물의 붕괴 여부를 판단하는 것인,
건물 붕괴방지 시스템.
In the building collapse prevention system,
a 3-axis accelerometer attached to a first place of a building to collect acceleration data;
a control unit for analyzing the collected acceleration data to determine whether the building has collapsed; and
and an alarm generating unit that provides the determination result to a user terminal,
The control unit determines whether the building collapses using an analysis model generated according to a result previously learned based on a deep learning algorithm with respect to a frequency image generated based on a frequency conversion result for the acceleration data,
Building Collapse Prevention System.
제 1 항에 있어서,
상기 건물 내의 제 2 장소에 마련된 라이다 센서를 더 포함하고,
상기 제어부에서는 상기 라이다 센서를 이용하여 획득된 포인트 클라우드의 변화량에 대하여 신경망을 학습시키고, 학습된 신경망에 기초하여 상기 건물의 진동 상태를 파악하고, 경고 신호를 생성하여 상기 알람생성부로 제공하는,
건물 붕괴방지 시스템.
The method of claim 1,
Further comprising a lidar sensor provided in a second place in the building,
The control unit trains a neural network for the amount of change in the point cloud obtained using the lidar sensor, detects the vibration state of the building based on the learned neural network, generates a warning signal and provides it to the alarm generator,
Building Collapse Prevention System.
제 2 항에 있어서,
상기 제 2 장소는 상기 건물의 지하에 건물을 지탱하기 위한 기둥이 마련된 공간이며,
상기 라이다 센서는 상기 기둥에 대한 포인트 클라우드를 획득하기 위하여 상기 기둥 주위에 방사상으로 복수개가 마련되어 있는 것인,
건물 붕괴방지 시스템.
3. The method of claim 2,
The second place is a space provided with a pillar for supporting the building in the basement of the building,
The lidar sensor is that a plurality of radially provided around the pillar to obtain a point cloud for the pillar,
Building Collapse Prevention System.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 가속도 데이터로부터 충격 추진력 평균 변화량을 도출하여 상기 건물의 진동 세기를 결정하고,
상기 충격 추진력 평균 변화량은 하기 [수학식 1]에 의하여 도출되는 것인,
건물 붕괴방지 시스템.
[수학식 1]
Figure pat00044

Figure pat00045
: 샘플 인덱스 n에서의 충격 추진력 평균 변화량(IMAV)
Figure pat00046
: 데이터 구간의 길이
Figure pat00047
: 스케일링 파라미터
Figure pat00048
: 임의의 시간 구간에 대한 충격량의 변화
Figure pat00049
: 시간 n에서의 가가속도
The method of claim 1,
The control unit determines the vibration intensity of the building by deriving the average amount of change in the impact driving force from the acceleration data,
The average amount of change in the impact driving force is to be derived by the following [Equation 1],
Building Collapse Prevention System.
[Equation 1]
Figure pat00044

Figure pat00045
: Average change in impact thrust force (IMAV) at sample index n
Figure pat00046
: length of data section
Figure pat00047
: Scaling parameter
Figure pat00048
: Change in the amount of impulse for an arbitrary time interval
Figure pat00049
: acceleration at time n
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