스쿨존 안전관리를 위한 감시모듈 연구 및 설계
2011-11-04 CCTV뉴스
제 2장에서는 스쿨존 안전관리를 위한 감시모듈의 구성 범위에 대해 기술하며, 제 3장에서는 감시모듈 설계 방안을 제시하고, 끝으로 4장에서 결론 및 스쿨존 안전관리에 대한 향후 개발 주제에 대해 기술한다.
감시모듈의 구성 범위
본 고에서 고려하는 스쿨존 안전 관리 시스템은 객체의 상황을 능동적으로 대처하기 위해 객체의 위치를 GPS센서를 통해 감시하며[2][4], 학교 주의의 보도와 도로를 영상센서를 통해 사고의 상황을 검출하고, 범죄 및 사고의 상황이 인식되면 중앙 모니터링 장치에서 자동으로 상황을 알림으로써 경고할 수 있게 한다[5-7]. 또한 초등학교 주위의 사고 관련 상황을 인식하고 관련 상황을 모니터링 서버에 녹화 저장하여 차후에 검색할 수 있게 하고, 모니터링 장치에서 경고를 알려 응급 상황 유무를 확인함으로써 스쿨존에서의 사고 및 사건에 대한 능동적인 대처에 기여할 수 있는 감시모듈을 설계한다. [그림 1]은 본 고에서 고려하고 있는 스쿨존 안전관리 감시 모듈에 대한 전체적인 구성범위를 보이고 있다. 정보의 입력은 GPS 센서로의 위치 정보와 영상센서로의 영상정보 이렇게 두 가지가 전송되며, 전송된 정보는 서버의 DB로의 저장 및 상황분석 모듈을 통하여 위험상황을 파악하게 된다. 따라서 본 고에서는 감시모듈을 위한 정보의 수집은 영상 센서부와 GPS 센서부로 구분된다. 영상 센서부는 일반카메라, 근접촬영용 카메라, 비디오 서버로 구성되며, 영상취득을 담당한다. GPS센서부는 GPS로부터 생성된 객체(학생)의 위치 정보를 무선통신(지그비)로 통해 전송한다[8].
[그림 1] 감시모듈의 구성도
[그림 2] 정보수집
또한 수집된 정보를 기반으로 상황 인식부에서는 위험상황을 판단하고, 이에 대응하게 한다.
[그림 3] 정보분석
감시모듈 구성 및 설계
[그림 2] 감시모듈에서 정보수집 부분을 나타내고 있다. 정보의 수집은 GPS 센서와 영상센서에서 이루어진다. 수진된 정보는 [그림 3]에서 보는 바와 같이 분석 서버와 DB 서버에서 수집 정보의 분석 작업과 DB 작업을 통해 처리된다. 수집된 정보는 모니터링을 위해서 출력화면에 나타내게 되는데 이럴 경우 화면뷰를 사용한다.
감시모듈의 화면뷰
감시모듈의 화면뷰는 크게 카메라뷰, 지도뷰, 그리고 학생목록뷰로 구성되며 [그림 2]와 같다. 카메라뷰는 고정 카메라를 통해 정해진 구역(도로주변)을 전체적으로 보여줌으로써 실시간 모니터링을 담당한다. 각 구역의 정적카메라를 클릭하면 동적카메라 뷰로 화면이 바뀌며 원하는 구역의 영상을 볼 수 있다. 지도뷰는 학교 주변의 상황을 보여주며 GPS정보부에서 보내온 데이터를 통해 객체의 좌표를 지도에 표시하며 카메라뷰에 설치된 카메라의 위치 또한 표시한다. 학생 목록에는 현재 지도상의 GPS신호가 잡혀 있는 객체들의 데이터(이름, 학번)를 간략하게 표시한다. 검색버튼은 학생, 구역에 따른 데이터베이스 검색을 추출한다. 환경설정버튼은 화면과 이벤트에 해당하는 환경을 설정한다.
[그림 4] 화면뷰의 구성
본 고에서 설계한 감시모듈의 카메라 구성은 정적 카메라와 동적 카메라로 구성된다. 즉, 상황 모니터링을 정적 카메라와 동적 카메라 두 개가 같이 수행하게된다. 정적 카메라에서 정보를 수집하고 상황분석 시 동적 카메라를 제어할 수 있게 한다. 정적 카메라는 [그림 5]와 같이 그리드(격자) 형식의 카메라 배치로 설치된 고정카메라에서 실시간으로 보내오는 영상을 모니터링한다. 각 영상 센서들은 [그림 6]과 같이 비디오 서버를 통해 인터넷으로 데이터를 실시간으로 모니터링 시스템에 전송한다.
[그림 5] 정적카메라 구성
카메라의 배치는 설치 지역의 특성에 맞추어 설치되며, 학교 주변의 우범지역과 교문 그리고 어린이의 행동 시야가 변경되는 곳에 설치되게 된다. 두 대의 카메라(고정카메라-SCC-5303, 동적카메라-YSDP-522-35)를 학교 도로 주변에 설치하고 고정 카메라는 전체적인 상황을 영상을 실시간 전송하며[9][10], 추출된 객체들 사이의 관계 중 범죄나 사고의 상황을 검출하고, 범죄사고 상황이 인식되면 중앙 모니터링 장치에서 자동으로 상황을 근접 촬영 영상을 확보한다. 각 고정카메라 클릭 시 구역에 해당하는 동적카메라를 작동시킨다. [그림 7]은 동적카메라의 설치 예를 나타낸다. 따라서 본 연구에서 감시모듈을 위하여 두 대의 카메라가 하나의 임베디드 시스템에 연결되어 사용되게 된다.
[그림 6] 영상정보 전송
영상정보가 분석되고 위험상황 혹은 비정상적인 상황이 감지되고 판단되면 동적 카메라를 제어하여 해당 부분지역을 확대 및 추적할 수 있게 한다.
[그림 7] 동적 카메라 설치 예
[그림 8] 동적 카메라에 의한 출력뷰 설계
[그림 8]은 동적 카메라에 대한 출력뷰에 대한 설계이다. 출력뷰에서는 위험상황이 어떠한 사항이며, GPS 정보에 의해 학생이 인식되면 학생의 정보를 화면에 제공한다.
지도맵뷰
본 고에서는 감시모듈에서 지도뷰 기능을 제공하도록 설계한다. 지도뷰는 구글맵과 네이버 맵 어느 것이든 사용할 수 있게 한다. 또한 지도 맵에서의 지도좌표와 실제 GPS 좌표의 매핑이 제공되어야 한다.
맵 뷰에서의 지도에는 해당 지역의 지도를 백그라운드 위로 해당 설치된 카메라의 위치, GPS수신부로 전송된 객체데이터의 위치를 표시한다.
[그림 9] 지도맵 뷰 예
지도 부분은 일정한 화면뷰에 맞게 그리드 블록형태로 나뉘며 해당 블록을 클릭 시 블록에 위치한 학생들의 목록만을 보여준다. 학생 목록에는 지도에 보이는 객체들의 정보를 간략하게 표시한다.[그림 9]는 본 고에서 설계한 감시모듈의 지도맵 뷰의 예를 보이고 있다. 따라서 [그림 9]의 지도 뷰를 격자 블록으로 구분하면 [그림 10]처럼 되게 된다. 블록의 구분은 카메라의 위치에 따라 결정되며 해당 블록에 대해 카메라가 위치한다.
[그림 10] 블록으로 구분된 뷰
학생이 GPS 센서 네트워크 지역 안에 진입하게 되면 지도 맵 뷰에 나타나며, 이러한 좌표 정보는 기록 및 사고 시에 추적을 위해 사용된다. [그림 11]은 지도 맵 뷰의 GPS 좌표 표시이다.
[그림 11] 지도 맵 뷰의 GPS 좌표
검색
본 고에서 제시하는 스쿨존 감시모듈의 검색 기능은 포함된다. 검색은 특정 학생에 대한 검색과 지도 맵 뷰에서 특정 시간의 검색으로 제공될 수 있다.
시간별로 저장된 DB의 데이터를 검색하는 역할을 수행하고, 검색 버튼을 클릭하면 두 가지 검색 방법을 제공하는 창이 팝업 된다. 검색방법에는 학생검색, 지도 검색으로 나뉜다. 원하는 학생명과 검색을 원하는 시작시간, 종료시간을 기입하고 검색버튼을 클릭하면 해당 DB에 저장된 학생의 시간대의 좌표를 지도와 함께 보여준다. 해당 학생의 시간대별 움직임을 알 수 있어서 추후 행동패턴이나 사건 발생 시 자료로 이용가능하다. [그림 12]는 학생검색을 위한 뷰이고, [그림 13]은 검색한 학생이 지도 맵 뷰에서 이동한 경로를 보이고 있다.
[그림 12] 학생검색 뷰설계
[그림 13] 경로 탐색 뷰설계
[그림 14]는 지도 맵 뷰를 기반으로 한 검색 뷰에 대한 설계를 보이고 있다. 지도의 블록을 선택하고 검색을 원하는 시간을 입력한 후 검색버튼을 클릭하면 그 시간대에 해당하는 지도를 검색할 수 있다.
[그림 14] 지도검색 뷰 설계
선택한 블록과 해당시간에 해당하는 학생들의 목록이 나오며 해당 학생을 클릭하면 DB에 저장된 해당학생의 이동 시간, GPS좌표를 보여주며 지도상에는 이동경로를 보여준다. 학생검색과 달리 블록 안에서의 복수명의 학생 검색이 가능하며 해당 학생을 선택하면, 학생검색과 같은 타임라인별 이동경로를 한눈에 볼 수 있다 [그림 15].
[그림 15] 검색 정보에 대한 추적
정보 백업
감시모듈을 통하여 수집된 정보는 DB 서버에 저장된다. 또한 상황판단에 근거하여 위험상황임을 감지할 경우 설정 기능에 의해 따로 저장을 할 수 있게 한다. [그림 16]은 위험상황 이벤트 발생 시 백업을 위한 기능 설정을 나타낸다.
[그림 16] 상황감지에 의한 백업설정 기능
상황인식
본 고에서 제시하는 스쿨존 안전관리를 위한 감시모듈은 상황인식 시나리오를 고려한다. 상황인식 시나리오는 특정 상황을 감시모듈에 설계하여 해당 상황에 맞는 이벤트가 발생하면 그에 맞는 대응을 유도하는 것이다. 본 고에서 고려하고 있는 상황은 우선 어린아이가 사고 혹은 신체적 문제가 발생하여 일정 시간 동안 움직이지 못하고 동일한 곳에 지속적으로 머물러 있을 경우 사고 상황으로 인지하여 감시모듈에서 해당 처리 이벤트를 수행하는 기능이다.
[그림 17] 상황 시나리오
[그림 17]에서 보는 바와 같이 고정 GPS 신호가 일정시간이상 잡힐 경우 비상상황으로 인식하여 서버에서 해당 이벤트를 처리하게 되는 것이다. 두 번째 상황인식 시나리오는 학생이 학교 앞 도로를 횡단할 경우의 상황인식이다. 학교 앞 도로는 사고가 끊임없이 일어나는 곳으로 학생이 도로에 진입할 경우 상황을 인지하고 이동 차량에 대한 경고방송 등과 같은 적극적인 대처를 유도하는 방식이다. [그림 18]과 같이 횡단보도에 어린이가 들어가면 감시모둘에서 어린이의 위치를 인식하고 안전관리 대상 지역에 어린아이가 들어갈 경우 해당 이벤트를 처리하게 된다.
이와 같이 본 고에서는 사전 혹은 사후의 발생 사건에 대해 능동적인 대처 및 처리를 유도함으로서 학교 앞 안전관리의 기능을 확대하여 기존의 CCTV 방식에서 벗어난 적극적인 방안을 고려한다.
[그림 18] 이동구역 감지
결론
학교 앞은 언제든지 여러 가지 정황에 근거하여 사고 혹은 사건이 발생할 수 있는 곳이며, 어린이의 경우 사고 혹은 사건에 대한 감지나 대응능력이 상대적으로 떨어지기 때문에 다양한 방식으로의 대비책이 필요하다. 본 고에서는 학교 앞 안전관리에 대해 기존의 단순 CCTV 형태에서 벗어나 지능적인 스쿨존 감시모듈 방안에 대해 제안하였다. 본 고에서 고려한 감시도듈의 방식을 기반으로 향후 감시모듈을 개발한다면 학교 앞 안전관리에 대해 보다 적극적인 모니터링 체계를 구축할 수 있을 것이다.
참고문헌
[1] 박주상, "유비쿼터스 기술을 활용한 범죄예방 활동," 한국콘텐츠학회논문지, 제 7권 1호 2007.
[2] "RFID/USN 관련 국내외 서비스 시장의 최근 동향 및 전망," 전자부품연구원, 2007.
[3] 정기섭, 박성수, "U-City 구축과 범죄통제," 사회과학연구 제 12권 제1호 2008.
[4] 박옥선, 정광렬, 김성희, "유비쿼터스 컴퓨팅을 위한 위치인식 기술 및 시스템," 정보통신진흥원, 6월 2003.
[5] 안동인, 김명희, 주수종, "ON/OFF 스위치와 센서를 이용한 홈 거주자의 위치추적 및 원격모니터링 시스템," 정보과학회논문지, 제 12권 1호, 2월 2006.
[6] M.Weiser, ''Some Computer Science Problems in Ubiquitous Computing," Communication of the ACM, pp.75-84, July 1993.
[7] 남성엽, 송병훈, "MOTE-KIT을 이용한 무선 센서 네트워크 활용," 성학당 2006.
[8] 한백전자, "ZigbeX를 이용한 유비쿼터스 센서 네트워크 시스템," 2007.
[9] 김우현, "무선 센서 네트워크에서 이동성 로봇을 이용한 센서 위치 인식 기법에 관한 연구," 한국산업응용학회논문지, 제10권 2호, 5월 2007.
[10] http://www.tinyos.re.kr/
<본 내용은 박상준 연구 '한국산학기술학회논문 2011. v.12 no.4'에 개재된 논문을 바탕으로 정리한 것입니다.>