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제출문
보고서 초록
요약문
SUMMARY
목차
제1장 서론 28
1.1. 연구개발 개요 28
1.2. 국내·외 연구 현황 30
1.2.1. 현재 연구개발의 수준 및 동향 30
1.2.2. 국내·외 기술 현황 및 전망 40
제2장 연구개발 목표 및 내용 43
2.1. 연구개발 최종 목표 43
2.1.1. 과제 최종 목표 43
2.1.2. 참여기관별 목표 44
2.2. 2차년도 연구개발 목표 및 내용 46
제3장 소방관용 스마트헬멧 요구사항 분석 51
3.1. 스마트헬멧 요구사항 분석 51
3.2. 스마트헬멧 시스템 구조 54
제4장 지능형 센싱 및 위치추적 기술 개발 56
4.1. 지능형 센싱 모듈 개발 56
4.1.1. 스마트헬멧 연동 생체신호 측정기술 개발 57
4.1.2. 요구조자 생체신호 모니터링 기술 개발 62
4.2. 소방관 안전을 위한 위치 추적 기술 개발 64
4.2.1. CPS를 이용한 소방대원 위치추적 기술 64
4.2.2. 관성센서를 이용한 소방대원 동작 감지 기술 66
4.2.3. 드론 카메라 연동 기술 66
4.3. 스마트헬멧 안테나 기술 70
4.3.1. 이중대역 Wi-Fi 안테나 설계 70
4.3.2. FDD 방식 단일대역 LTE 안테나 설계 72
4.3.3. 안테나 제작 및 측정 73
제5장 정보처리 SW 플랫폼 기술 개발 77
5.1. 스마트헬멧 정보처리 SW 체계 77
5.1.1. 스마트헬멧 소프트웨어 개념 구조 77
5.1.2. 스마트헬멧 SW 플랫폼 및 관리 기능 78
5.2. 스마트헬멧 정보처리 SW 시험 82
5.2.1. 소트프웨어 시험항목 도출 82
5.2.2. 소프트웨어 시험 시나리오 83
제6장 통신 및 UI/UX 기술 개발 92
6.1. 스마트헬멧 통신기술 개발 92
6.1.1. 센서 구동 및 통신용 소트프웨어 개발 92
6.1.2. 통신 안테나 모듈 정합 및 시험 98
6.1.3. 헬멧 및 이동 관제간 통신 및 장치 네트워킹 기술 구현 및 시험 104
6.2. 멀티미디어/디스플레이 기술 개발 107
6.2.1. 스마트헬멧 탑재 디스플레이 개발 107
6.2.2. 스마트헬멧 연동 드론 카메라 제어기술 개발 129
제7장 스마트헬멧 플랫폼 개발 132
7.1. 스마트헬멧 디자인 132
7.1.1. 디자인 개발 132
7.1.2. 사용자 평가(구조대원 좌담회) 145
7.2. 스마트헬멧 플랫폼 제작 151
7.2.1. 스마트헬멧 플랫폼 기구설계 151
7.2.2. 스마트헬멧 쉘 금형설계 및 제작 158
7.3. 헬멧 내장재 제작 및 평가 163
7.3.1. 헬멧 내장재 타공 후 평가 163
7.4. 헬멧 세척기 개발 165
7.4.1. 세척기 현황 165
7.4.2. 헬멧 세척기 컨셉 디자인 169
7.4.3. 세척기모드 요구사항 분석 및 설계 172
7.5. KFI 인정기준 시험평가 174
7.5.1. KFI 인정기준 성능시험 174
제8장 위탁연구 수행 내역 175
8.1. 스마트헬멧을 위한 생체정보 기술 기준 연구 175
8.1.1. 구조현장의 생체정보 확보를 위한 실험 175
8.1.2. 헬멧 착용 불편요소 도출, 개선방안 제시 190
8.1.3. 헬멧 착용 검사 프로토콜 191
8.1.4. 학회 발표 성과 193
8.2. 소방관용 스마트헬멧 인증 기준(안) 제시 195
8.2.1. 구조용 소방헬멧 시험기준(안) - 구조체 부분 195
8.2.2. 스마트 소방헬멧 KC 인증 추가 213
8.2.3. 소방관용 스마트 헬멧 제품인증 214
참고문헌 215
표 1.1. 연도별 소방공무원 공사상자 통계 29
표 3.1. 스마트헬멧 요구사항 분석 51
표 4.1. 생체신호 측정시 고려사항 56
표 5.1. 소프트웨어 기술시험 총괄표 82
표 6.1. FOV 정의 및 시험방법 118
표 6.2. FOV= 35°에 대한 TEST 결과 119
표 8.1. 실험전 맥박과 실험 후 맥박의 평균에 대한 차이검증 175
표 8.2. 실험전 호흡과 실험 후 호흡의 평균에 대한 차이검증 176
표 8.3. 실험전 수축혈압과 실험 후 수축혈압의 평균에 대한 차이검증 177
표 8.4. 실험전 이완혈압과 실험 후 이완혈압의 평균에 대한 차이검증 177
표 8.5. 실험전 체온과 실험 후 체온의 평균에 대한 차이검증 178
표 8.6. 실험 후 스트레스와 15분 후 스트레스의 평균에 대한 차이검증 179
표 8.7. 안정시 젖산과 훈련직후 젖산의 평균에 대한 차이검증 180
표 8.8. 훈련직후 젖산과 훈련 5분 후 젖산의 평균에 대한 차이검증 181
표 8.9. 훈련5분후 젖산과 훈련 15분 후 젖산의 평균에 대한 차이검증 181
표 8.10. 훈련15분후 젖산과 훈련30분 후 젖산의 평균에 대한 차이검증 182
표 8.11. 최대심박수와 평균심박수의 기술통계량 182
표 8.12. 훈련 목록 188
표 8.13. 이탈시험장치 210
그림 1.1. 인공지능형 스마트 소방진압복 구성도(산청) 30
그림 1.2. LG G3에 적용된 IZat기술 31
그림 1.3. SK텔레콤 Hybrid Positioning System 31
그림 1.4. Smart Firefighting 프로젝트 주요 일정 32
그림 1.5. Smart Firefighting 프로젝트 개요 33
그림 1.6. smart@fire 프로젝트의 Work Package 개요 34
그림 1.7. Smart Person Protective System 개요 34
그림 1.8. smart@fire 프로젝트 주요 일정 35
그림 1.9. 컴퓨터 비젼을 이용한 공간 정보 구성 36
그림 1.10. DOF SLAM 기술 37
그림 1.11. HMD 응용 기술 37
그림 1.12. PS-LTE 시범 사업 38
그림 1.13. 재난지역 D2D 통신을 위한 탐색 모델 39
그림 1.14. 무선 신호를 이용한 위치추적 방법 40
그림 1.15. 분야별 웨어러블 디바이스 41
그림 1.16. 웨어러블 디바이스 유형 및 기능 41
그림 1.17. LTE Direct 단말 탐색 자원 호핑 구조 42
그림 3.1. 스마트헬멧 시스템 전자 장치 구조 54
그림 4.1. 생체신호 측정모듈 구조 57
그림 4.2. 스마트헬멧과 스마트워치 연동 구조 57
그림 4.3. 스마트워치 형상 58
그림 4.4. 스마트워치 생체신호 데이터 포맷 59
그림 4.5. 소방대원 생체 신호 및 위치 모니터링 61
그림 4.6. 패치형 생체신호 모니터링 키트 형상 62
그림 4.7. 생체신호 모니터링 키트 동작 구조 63
그림 4.8. ECG 신호 분석 알고리즘 63
그림 4.9. GPS 모듈과 스마트헬멧 프로세서 모듈 연동 65
그림 4.10. GPS 모듈 NMEA 데이터 구조 및 출력 65
그림 4.11. 관성항법 모듈 구조 및 출력 데이터 66
그림 4.12. 드론 카메라짐벌 제어 시퀀스 플로우 다이어그램 67
그림 4.13. 드론 통신 Protocol : Message Format 68
그림 4.14. 드론 카메라 짐벌 제어 시험용 테스트베드 68
그림 4.15. 드론 카메라 짐벌 제어 시나리오 69
그림 4.16. 드론 카메라 3D 도면 69
그림 4.17. 드론 정지 사진 및 비행 시험(호버링) 사진 70
그림 4.18. Wi-Fi 안테나 설계도 71
그림 4.19. GHz대역에서의 방사패턴과 Reflection Coefficient 71
그림 4.20. GHz 대역에서의 방사패턴과 Reflection Coefficient 71
그림 4.21. LTE 안테나 설계도 72
그림 4.22. LTE 안테나 배치 및 Reflection Coefficient, Isolation 72
그림 4.23. LTE 안테나 방사패턴 73
그림 4.24. 제작된 Wi-Fi 안테나 73
그림 4.25. 측정된 Wi-Fi 안테나 Reflection Coefficient 74
그림 4.26. 측정된 Wi-Fi 안테나 방사 패턴(2.4G, 5G 대역) 74
그림 4.27. 제작된 LTE 안테나 75
그림 4.28. 측정된 LTE 안테나 Reflection Coefficient 75
그림 4.29. 측정된 LTE 안테나 패턴(TX, RX) 75
그림 4.30. 제작된 안테나 배치 모습 76
그림 5.1. 스마트헬멧 SW 플랫폼 및 응용 구조 77
그림 5.2. 신체 및 위치정보 데이터 획득 인터페이스 78
그림 5.3. 신체 및 위치정보 데이터 분석 및 보정 기술 79
그림 5.4. 신체데이터 획득 결과화면 79
그림 5.5. 스마트헬멧 SW 구현 인터페이스 구조 80
그림 5.6. 스마트헬멧 정보처리 및 전달을 위한 인터페이스 구성 81
그림 5.7. 네트워크를 통한 정보 전달 메시지 구조 82
그림 5.8. 스마트헬멧 초기설정, 음성통신, 지휘부 연결 시나리오 84
그림 5.9. 드론 카메라 영상, IR/EO 데이터 선택/전송 시나리오 85
그림 5.10. 요구조자 생체 모니터링 시나리오 85
그림 5.11. 스마트헬멧 HW 보드와 장치들(SW 시험 환경) 86
그림 5.12. 스마트헬멧 장치 및 응용 운용 예시 87
그림 5.13. 카메라 제어 및 디스플레이 연결 87
그림 5.14. IR/EO/정보 가시화 예시 88
그림 5.15. 시범 시험 데이터 구성 및 좌표계 매핑 88
그림 5.16. 소방관 위치 활용 공간정보 스키마 89
그림 5.17. 소방관의 시간 흐름에 따른 이동 90
그림 5.18. 소방관의 작전지역 이탈 및 중복 탐지 인식 90
그림 6.1. 통신용 소프트웨어 개발 시험 92
그림 6.2. GPS 모듈 수신 데이터 93
그림 6.3. WiFi 2.4Ghz 제어 93
그림 6.4. 스마트 워치로부터 수신한 데이터 94
그림 6.5. LTE 망 접속 로그 94
그림 6.6. 프로세서 보드 Gerber 데이터 95
그림 6.7. 프로세서 보드 시제품 사진 96
그림 6.8. 프로세서 보드 OS(SD Card) 부팅 시험 96
그림 6.9. 프로세서 보드 WirelessLan 5G Ping 시험 97
그림 6.10. 프로세서 보드 Bluetooth Scanning 시험 97
그림 6.11. 통신용 보드 Gerber 데이터 98
그림 6.12. 통신용 보드 시제품 사진 99
그림 6.13. GPS 모듈 데이터 수신 99
그림 6.14. AT 커맨드를 통해 2.4Ghz 칩 제어 100
그림 6.15. 송신한 UDP 메시지를 수신 PC 측에서 캡쳐(Wireshark) 100
그림 6.16. WirelessLan 안테나 Bandwidth 시험 101
그림 6.17. LTE 안테나 101
그림 6.18. LTE 안테나 Bandwidth 측정 102
그림 6.19. 시험 환경 사진 102
그림 6.20. 대역폭 측정 결과 103
그림 6.21. 프로세서 보드 Gerber 데이터 104
그림 6.22. 음성 기능 시험 105
그림 6.23. 영상 전송 기능 시험 105
그림 6.24. 생체 신호 및 위치 정보 획득 기능 시험 106
그림 6.25. 이동 관제간 소프트웨어 통합 시험 107
그림 6.26. 정보시현용 디스플레이 시스템 구성도 108
그림 6.27. 정보시현용 디스플레이 하드웨어 구성도 109
그림 6.28. HMD Controller보드 회로도(1) 110
그림 6.29. HMD Controller보드 회로도(2) 110
그림 6.30. PCB 아트웍 111
그림 6.31. 거버데이타 111
그림 6.32. BOM 112
그림 6.33. HMD Video Controller 113
그림 6.34. 정보시현용 디스플레이 하드웨어 체결 모습 113
그림 6.35. 정보시현용 디스플레이 하드웨어 구성품:... 114
그림 6.36. 디스플레이 연동 테스트(1) 114
그림 6.37. 디스플레이 연동 테스트(2) 115
그림 6.38. EO 카메라 영상 출력 결과 115
그림 6.39. IR 카메라 영상 출력 결과 116
그림 6.40. 회로도 116
그림 6.41. EO 영상 사진(좌) 및 IR 영상 사진(우) 117
그림 6.42. 광로도 및 광학 사양 117
그림 6.43. 광학모듈 118
그림 6.44. EO/IR CAM HW에 대한 블록도 121
그림 6.45. ER 카메라 보드 회로도 122
그림 6.46. EO 카메라 보드 거버게이타 122
그림 6.47. EO 카메라 보드 123
그림 6.48. EO 카메라 사이즈 도면 123
그림 6.49. EO/IR 통합 카메라 보드 회로도(1) 124
그림 6.50. EO/IR 통합 카메라 보드 회로도(2) 125
그림 6.51. EO/IR 통합 카메라 보드 거버데이타 TOP 125
그림 6.52. EO/IR 통합 카메라 보드 거버데이타 BOTTOM 126
그림 6.53. EO/IR 통합 카메라 보드 실물 사진 126
그림 6.54. EO/IR 통합 카메라 보드 사이즈 정보 도면 127
그림 6.55. EO/IR 카메라, FOV=35도 HMD 및 A20보드 체결 128
그림 6.56. HMD화면으로 출력하게... 128
그림 6.57. 출력 결과 - IR 카메라 영상(좌)/EO 카메라 영상(우) 129
그림 6.58. 드론 카메라 제어 시스템 구성도 130
그림 6.59. 드론의 HW 구성 130
그림 6.60. 드론의 센서 제어 흐름도 131
그림 7.1. 스마트헬멧 2차 디자인 132
그림 7.2. 스마트헬멧 모듈 디자인 컨셉 및 장착방안 연구 133
그림 7.3. 스마트헬멧 모듈 배치 연구 133
그림 7.4. 헬멧 치수 134
그림 7.5. 스마트헬멧 3D 프린팅(전자부 PCB 장착) 135
그림 7.6. Vent Hole 적용 디자인 Side View와 Rear View 135
그림 7.7. 부품 구성 및 사이즈 136
그림 7.8. 장비 모듈 장착 연구 137
그림 7.9. 3차 헬멧 디자인 Front Quater View 137
그림 7.10. 3차 헬멧 디자인 Rear Quater View 138
그림 7.11. 3차 헬멧 디자인 Front / Rear View 138
그림 7.12. 3차 헬멧 디자인 Top / Side View 138
그림 7.13. 3D 프린팅 구조 분석 139
그림 7.14. 카메라 모듈 변경 : IR RGB Camera 세로형 -〉 가로형 140
그림 7.15. 상단에 안테나 삽입 공간 확보 140
그림 7.16. 최종 디자인 3D 모델링 141
그림 7.17. HMD 디자인 142
그림 7.18. 헬멧 모듈 위치 142
그림 7.19. 모듈 풀 장착한 스마트헬멧 Front Quater View 143
그림 7.20. 모듈 풀 장착한 스마트헬멧 Rear Quater View 143
그림 7.21. 모듈형 장비 탈착 / 헬멧 원형... 144
그림 7.22. 모듈형 장비 탈착 / 헬멧 원형... 144
그림 7.23. 수도원 119 특수구조대 좌담회 145
그림 7.24. 스마트헬멧 기능(1) 147
그림 7.25. 스마트헬멧 기능(2) 148
그림 7.26. 스마트헬멧 기능(3) 148
그림 7.27. 좌담회 가이드라인 149
그림 7.28. 제품 개발 방향 도출 Frame 150
그림 7.29. 스마트소방헬멧 컨셉방향 1안 모델링자료 151
그림 7.30. 스마트소방헬멧 컨셉방향 2안 모델링자료 152
그림 7.31. 하드웨어 기능 및 구조를 감안한 모델링 153
그림 7.32. CPU 및 통신모듈 케이스 모델링 153
그림 7.33. 스마트소방헬멧 목업 검증 154
그림 7.34. 해외 헬멧제조사의 브라켓 구조 및 유형조사 155
그림 7.35. 헬멧 장착 브라켓 156
그림 7.36. 헬멧 장착 카메라부 목업 및 헬멧 인터페이스 156
그림 7.37. 통신안테나 장착방안 분석 157
그림 7.38. 헬멧 장착 카메라부 목업 및 헬멧 인터페이스 158
그림 7.39. 헬멧 쉘 금형 설계 검토 및 수정 159
그림 7.40. Out Shell Modeling 160
그림 7.41. Inner Shell Modeling 160
그림 7.42. Camera Sensor Modeling 161
그림 7.43. Side Bracket Modeling 161
그림 7.44. Back End CPU Modeling 162
그림 7.45. 금형블럭 가공 162
그림 7.46. 헬멧 내장재의 변형에 의한 충격흡수 163
그림 7.47. 열차단 물받이 시제품 164
그림 7.48. 수압을 이용한 식기 세척기 165
그림 7.49. 고압 세척 ▶ 고온 살균 ▶ 건조 165
그림 7.50. 브러쉬와 수압을 이용한 세척 166
그림 7.51. 컵 세척기 구조 166
그림 7.52. 초음파 세척기 167
그림 7.53. 카가산업 168
그림 7.54. 일건리스공업 168
그림 7.55. 2015년도 특허 등록 제품(일본) 168
그림 7.56. ㈜재산 헬멧 세척기 - 깔끄미 169
그림 7.57. 헬멧 세척기 스케치안 170
그림 7.58. 헬멧 세척기 최종 디자인안 Front View / Side View 171
그림 7.59. 헬멧 세척기 최종 디자인안 Front-Quater View 171
그림 7.60. OSMA와 ALRO의 헬멧 세척기 172
그림 7.61. 헬멧세척기 설계도 173
그림 7.62. 스마트헬멧 인증시험 및 공인시험성적서[그림없음] 174
그림 8.1. 맥박의 사전 사후 결과 175
그림 8.2. 호흡의 사전 사후 결과 176
그림 8.3. 혈압의 사전 사후 결과 177
그림 8.4. 체온의 사전 사후 결과 178
그림 8.5. 스트레스의 사후 결과 179
그림 8.6. 젖산의 사전 사후 결과 180
그림 8.7. 심박수의 사전 사후 결과 182
그림 8.8. 휴대용 젖산분석기 측정 184
그림 8.9. VAS 통증정도 184
그림 8.10. Borg 운동강도 측정 185
그림 8.11. 심박수 종류 및 산출방법 185
그림 8.12. 자각적 운동강도 186
그림 8.13. 실험을 위한 ECG Logger 186
그림 8.14. 측정 장면 187
그림 8.15. 내관통성 시험장치 198
그림 8.16. 충격 시험장치 199
그림 8.17. 난연성시험장치 201
그림 8.18. 표준인두모형 202
그림 8.19. 표면마모저항시험장치 203
그림 8.20. 내전압시험장치 205
그림 8.21. 투상면 206
그림 8.22. 시야측정도 207
그림 8.23. 턱끈풀림시험장치 208
그림 8.24. 헬멧 이탈 시험 211
그림 8.25. 복사열저항시험장치 211